KR20130115410A

KR20130115410A - 프리프레그 및 이를 포함하는 인쇄회로기판 및 인쇄회로기판의 제조방법

Info

Publication number: KR20130115410A
Application number: KR1020120037652A
Authority: KR
Inventors: 김윤식
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2012-04-12
Filing date: 2012-04-12
Publication date: 2013-10-22
Also published as: CN103373027A; TW201350531A; JP2013221154A; US20130269989A1

Abstract

본 발명은 섬유계 재료와 다공성 지지체를 포함하는 기재에 함침된 절연층 수지 조성물을 포함하는 프리프레그 및 이를 절연층으로 포함하는 인쇄회로기판에 관한 것이다.
본 발명에 따른 절연층 수지 조성물의 함침을 위해 사용되는 기재로서 섬유계 재료와 다공성 지지체를 혼합 사용함으로써 섬유계 재료 주변에 다공성 지지체를 배치함으로써 내화성이 좋아지며 자중이 가벼워지는 이점이 있으며 기계적 특성도 강화된다. 또한, 인장력에는 강하지만 압축력에는 약한 다공성 지지체와 인장력에는 약하지만 압축력에는 강한 베이스 수지의 조합, 및 그리고 힘을 받는 주요구조 부분에 섬유계 재료로 대응하면 국부적/전체적 강도 보강, 제품의 제작 용이, 휨 응력에 저항이 크며, 내진, 내화, 내구 부재형의 자율적 특화 가능하고, 종래 제품에 비해 열팽창계수의 개선을 확보할 수 있다.

Description

프리프레그 및 이를 포함하는 인쇄회로기판{Prepreg and printed circuit board comprising the same}

본 발명은 프리프레그 및 이를 포함하는 인쇄회로기판에 관한 것이다.

인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)은 전자제품뿐만 아닌 정보기기를 포함한 거의 모든 전자 산업 관련 분야에 필수적인 부품으로 자리매김 하고 있다. 특히 최근의 전자기기간 컨버전스와 부품의 경박단소화로 인하여 소형 전자부품과 연결되는 기판의 중요성이 더욱 증가되고 있는 상황이다.

인쇄회로기판은 단층에서 양면으로, 다층으로 나누어지며, 기술이 발달함과 동시에 다층 제품의 비율이 확대되며 시장을 주도하고 있다. 새롭게 출시되는 차세대 기판(Embedded PCB 등)에서도 다층 제품을 기본으로 하고 있기에 PCB 산업에서 적층 공정은 중추적인 역할로 자리매김 하고 있다.

PCB의 한 종류인 볼 그리드 배열(Ball Grid Array, BGA) 제품은 반도체를 실장하여 패키지 제품으로 사용된다. 그러나, BGA 제품과 반도체 제품 간의 열팽창계수(CTE) 차이로 인한 문제들은 제품 품질에 나쁜 영향을 가져온다. 또한 BGA 제품을 만드는 공정 내에서의 기판 휨(Warpage)은 공정 진행 시 기판 파손 등의 불량을 야기하며, 치수(scale) 이상 및 각종 편심의 주요 원인이 되고 있다.

한편, 상기 인쇄회로기판은 회로 패턴이 형성된 기판 위에 절연층을 형성하게 되며, 상기 절연층은 통상 고분자 수지 조성물이 유리 섬유에 함침된 구조의 프리프레그(Prepreg, PPG)가 많이 사용되고 있다.

상기 절연층을 구성하는 유리 섬유는 절연층의 기계적 강도와 치수(Scale) 안정성을 부여하기 위해서 사용된다. 또한, 고분자 수지 조성물은 동박 및 상기 유리 섬유의 접착 및 층간 절연을 위한 고분자 수지와 상기 수지를 경화(가교 결합)시켜 물리/화학적 강도를 증가시키는 경화제, 난연성을 부여하는 난연제, 기계적 강도, 치수 안정성 및 난연성을 부여하기 위한 무기 필러 등을 포함한다.

현재 사용되는 프리프레그(10)는 다음 도 1에서와 같이, 고분자 수지(11), 무기 필러(12), 및 유리 섬유(13)가 적층된 구조를 가진다. 이러한 구조는 각 층별 CTE 차이로 인한 기판의 휨(Warpage) 및 치수 이상을 야기하며, 금속 코어와 같은 신제품의 방열 트렌드와 맞지 않음으로 제품 내 온도 구배를 야기하며, 제품의 균일성과 수율을 감소시키는 원인이 된다.

상기 절연층은 반경화 상태인 프리프레그로 제조되어 사용되며, 이러한 프리프레그의 CTE 차이로 인한 문제를 해결하기 위해 고분자 수지의 개선, 무기 필러의 개선, 유리 섬유의 개선으로 나누어 그 연구가 진행되고 있다.

그 중 무기 필러 및 유리 섬유의 개선이 주를 이루지만, 무기 필러는 광학/기계적 드릴(Optical/Mechanical Drill)에 부정적 영향을 주어 무기 필러 함량이나 무기 필러의 종류에 제약이 가해지고 있다.

유리 섬유의 경우에도 유리의 물성 개선, 섬유의 구조 개선, 유리 섬유의 지름 감소 등으로 CTE 를 낮춤과 본연의 기능인 절연층의 기계적 강도 보유 및 치수 및 탄성(형상 탄성 및 체적 탄성) 안정성 등을 보유하려 하지만 가공 기술력에 따른 제약이 있다.

종래 유리 섬유를 지지체로 사용하여 제조된 프리프레그의 경우 유리 섬유의 그 종류에 따라, 또한 섬유 직물의 방향에 따라 열팽창률이 변하여 기판이 휘거나, 치수 이상이 생기는 등의 문제가 있다. 따라서, 기판의 압축 내성은 존재하나, 휨이나 비틀림, 인장력에는 약하다는 단점이 있다.

또한, 상기 유리 섬유의 경우 열팽창계수의 차이를 최소화하기 위하여 절연층 수지 조성물 내의 무기 필러의 함량이 한정적이었고, 고분자 수지에 퍼져있는 무기 필러의 경우에도 무기 필러들끼리 뭉치는 문제들이 여전히 존재하여 이를 해결할 수 있는 방법이 필요한 실정이다.

한편, 고밀도 제품을 구현하기 위해서 인쇄회로기판에서도 회로 패턴이 미세해지고 회로 공법도 텐팅(Tenting) 공법에서 SAP(Semi additive Process) 공법으로 전환되고 있다.

텐팅 공법은 다음 도 2에서와 같이, 프리프레그(100) 상에 CCL(COPPER CLAD LAMINATE)의 동박층(140)과 도금층(130)을 이용하여 회로 패턴을 형성하는 방법이다.

SAP 공법은 다음 도 3에서와 같이 CCL의 구리를 이용하여 회로를 형성하지 않고, 프리프레그(100) 상에 무전해 동도금(140)으로 시드층(Seed Layer)을 형성한 후 도금층(130)을 형성하여 회로 패턴을 형성하는 방법으로, 시드층(140)과 프리프레그(100)와의 밀착력이 낮은 문제가 발생되고 있다.

따라서, SAP 공법을 적용하기 위해서 다음 도 4에서와 같이 프라이머 수지(Primer Resin) 또는 알칼리-가용성층(Alkaline-soluble layer)이 존재하는 프리프레그를 사용하여 제품을 생산하는 방법을 이용하고 있다.

도 4를 참조하면, 프라이머 수지층 또는 알칼리-가용성층(Alkaline-soluble layer)(110)이 형성된 프리프레그(100)에 동박(120)을 적층하고, 드릴링 및 디스미어 공정을 수행한 다음, full-에칭 공정을 거쳐 상기 동박(120)을 제거한다. 그 다음, Pd층(150)을 흡착시키고, 화학 동도금(140) 공정을 진행하고, 드라이 필름 레지스트(160)를 이용하여 구리 패턴(130)을 형성하고, 박리 및 에칭시켜 최종 원하는 패턴을 형성하는 방법이다.

그러나, 상기 과정을 거치는 동안 Full Etching 후 수지의 표면 이상, 미도금 및 저박리 강도(수지와 회로 간 밀착력 저하)의 문제점이 발생되고 있다. 이를 위해 중화 및 베이킹(Baking) 공정을 추가하여 개선하려 하고 있으나, 근본적인 해결이 되지 않고, 불량이 지속적으로 발생하고 있다.

또한 기판의 휨(Warpage) 발생 및 반도체 패키징 시 열팽창계수의 차이에 의한 휨(Warpage) 문제가 발생되어 저박리 강도 및 수지 표면의 이상 등으로 인한 회로 불량 위험이 있으며, 압축력 내성의 부족, 인장력에 약하다는 단점은 해결되지 못하고 있다.

따라서 종래 방식의 경우 수지와 미세회로 패턴 간 밀착력 저하로 인한 패턴들뜸 불량위험이 높고, 불필요한 공정들을 다수 포함하거나(Full Etching, 베이킹 등), 불필요한 원자재의 사용(동박 또는 해외 원자재 등)으로 공정 비용이 높은 단점이 있으며, 수지의 표면 이상에 의한 미세 회로 패턴에 불량위험이 높고, 압축력 내성부족, 휨이나 비틀림, 인장력 등에 취약하여 이를 해결할 수 있는 인쇄회로기판이 필요하다.

본 발명은 종래 절연층 수지 조성물이 유리 섬유 등의 지지체에 함침된 프리프레그 형태로 사용되는 인쇄회로기판의 절연층이 상기 지지체와 절연층 수지 조성물 간의 열팽창계수 차이로 인한 종래 기술의 문제들을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 목적은 신규한 지지체를 사용하여 열팽창계수 차이로 인한 문제를 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 기판의 휨이나 비틀림 등의 발생이 없는 우수한 물성을 가지는 프리프레그를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 프리프레그로 된 절연층을 포함하는 인쇄회로기판을 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 프리프레그는 섬유계 재료와 다공성 지지체를 포함하는 기재에 절연층 수지 조성물을 함침시킨 것을 특징으로 한다.

　　　　　　상기 섬유계 재료는 유리 섬유, 직조 유리 섬유, 직조 알루미나 유리 섬유, 유리 섬유 부직포, 실리카 유리 섬유, 직조 탄소 섬유, 탄소 섬유, 셀룰로오스 부직포, 고분자 직물, 알루미나 섬유, 실리콘 카바이드 섬유, 석면, 암면, 광물면, 석고 휘스터, 이들의 직물 패브릭 또는 비직물 패브릭, 방향족 폴리아미드 섬유, 폴리이미드 섬유, 액체 결정 폴리에스테르, 폴리에스테르 섬유, 불소 섬유, 폴리벤즈옥사졸 섬유, 폴리아미드 섬유를 갖는 유리 섬유, 탄소섬유를 갖는 유리 섬유, 폴리이미드 섬유를 갖는 유리 섬유, 방향족 폴리에스테르를 갖는 유리 섬유, 글래스 페이퍼, 마이카 페이퍼, 알루미나 페이퍼, 페이퍼 크래프트, 코튼 페이퍼, 및 페이퍼-글라스 결합된 페이퍼로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.

상기 섬유계 재료는 섬유(fabric) 또는 시트(sheet) 형태로 포함되는 것일 수 있다.

상기 다공성 지지체는 비표면적 200~2000㎡/g 의 값을 가지는 것이 바람직하다.

상기 다공성 지지체의 기공 크기는 80㎛ 이내인 것이 바람직하다.

상기 다공성 지지체는 에어로겔, 실리카, 용융 실리카, 유리, 알루미나, 백금, 니켈, 타이타니아, 지르코니아, 루테늄, 코발트 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 다공성 무기 물질; 및 요소 수지, 페놀 수지, 폴리스티렌 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 다공성 고분자 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.

본 발명에 따른 상기 절연층 수지 조성물은 베이스 수지, 및 필러를 포함할 수 있다.

상기 베이스 수지는 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 나프톨 변성 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 및 트리페닐형 에폭시 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 페놀계 글리시딜에테르형 에폭시 수지; 디시클로펜타디엔 골격을 갖는 디시클로펜타디엔형 에폭시 수지; 나프탈렌 골격을 갖는 나프탈렌형 에폭시 수지; 디하이드록시벤조피란형 에폭시 수지; 글리시딜아민형 에폭시 수지; 트리페놀메탄형 에폭시 수지; 테트라페닐에탄형 에폭시 수지; 및 이들의 혼합물 수지 중에서 선택되는 1종 이상의 에폭시 수지일 수 있다.

상기 다공성 지지체는 필러를 포함하는 것일 수 있다.

상기 베이스 수지는 절연층 수지 조성물 중 10~80 중량%로 포함될 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 프리프레그로 된 절연층을 포함하는 인쇄회로기판을 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 인쇄회로기판은 SAP(Semi additive Process) 공법, MSAP(modified Semi Additive Process) 공법, 및 AMSAP(Advanced modified Semi Additive Process) 공법으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 방법으로 회로 패턴이 형성되는 것일 수 있다.

상기 인쇄회로기판의 회로 패턴은 프리프레그 내의 다공성 지지체에 형성되며, 상기 회로 패턴은 다공성 지지체의 표면과 상기 다공성 지지체의 기공 내에 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 절연층은 절연 필름일 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 프리프레그로 된 절연층; 및 상기 절연층의 상면 또는 하면 중 적어도 일면에 형성되는 동박 및 고분자 필름;을 포함하는 적층형 인쇄회로기판을 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 절연층은 복수의 층으로 포함되며, 상기 각 복수의 절연층에 포함된 섬유계 재료는 종류가 상이하거나, 또는 그 형태가 상이한 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복수의 절연층은 그 상면과 하면이 서로 상이한 비대칭 구조의 프리프레그를 포함하는 것일 수 있다.

본 발명에 따르면, 절연층 수지 조성물의 함침을 위해 사용되는 기재로서 섬유계 재료와 다공성 지지체를 혼합 사용하여 섬유계 재료 주변에 다공성 지지체를 배치함으로써 내화성이 좋아지며 자중이 가벼워지는 이점이 있으며 기계적 특성도 강화된다. 또한, 인장력에는 강하지만 압축력에는 약한 다공성 지지체와 인장력에는 약하지만 압축력에는 강한 베이스 수지의 조합, 및 그리고 힘을 받는 주요구조 부분에 섬유계 재료로 대응하면 국부적/전체적 강도 보강, 제품의 제작 용이, 휨 응력에 저항이 크며, 내진, 내화, 내구 부재형의 자율적 특화 가능하고, 종래 제품에 비해 열팽창계수의 개선을 확보할 수 있다.

또한, 외부로부터 손상이 발생되더라도 인접된 다공성 지지체들로 인해 그 손상이 확대되지 않고 국부적으로만 발생되며, 다공성 구조로 인해 압축 하중에 대한 물성이 우수하여, 인쇄회로기판의 손상을 감소시킬 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 절연층인 프리프레그의 구조이고,
도 2는 텐팅 공법을 이용하여 회로 패턴을 형성하는 방법이고,
도 3은 SAP 공법을 이용하여 회로 패턴을 형성하는 방법이고,
도 4는 프라이머 수지를 이용한 SAP 공법에 의한 회로 패턴을 형성하는 방법이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리프레그의 구조이고,
도 6은 본 발명의 실시 형태에 따른 인쇄회로기판이고,
도 7은 본 발명의 실시 형태에 따른 인쇄회로기판의 제조과정이고,
도 8은 다공성 지지체를 회로패턴의 지지대로 사용한 인쇄회로기판을 예시한 것이고,
도 9~11은 본 발명의 실시예에 따른 프리프레그 절연층을 포함하는 적층형 인쇄회로기판의 구조의 예들을 나타낸 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

본 발명은 섬유계 재료와 다공성 지지체를 포함하는 기재에 절연층 수지 조성물을 함침시킨 프리프레그와, 상기 프리프레그를 절연층으로 포함하는 인쇄회로기판에 관한 것이다.

본 발명에 따른 프리프레그(200)는 다음 도 5에 나타낸 바와 같다.

본 발명의 프리프레그(200)는 베이스 수지(211)와 필러(212)를 포함하는 절연층 수지 조성물을 다공성 지지체(213)와 섬유계 재료(214)를 포함하는 기재(215) 에 함침시킨 구조를 가진다.

종래 유리 섬유만을 포함하는 프리프레그를 사용하여 제품을 제조하는 경우 내부의 국부적 기계적 물성을 확보하나, 직물(섬유)의 방향에 따라 열팽창률이 변하여 불량을 야기할 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 다공성 지지체에 섬유계 재료를 포함시켜, 열에 강하고, 표면적이 넓으며 CTE의 방향성이 없어 CTE 관련 불량 리스크가 적으나, 기계적 강도가 약한 다공성 지지체의 단점을 극복하여 절연층 수지 조성물의 기재로 사용한다.

　　　　　　본 발명에 따른 상기 섬유계 재료는 유리 섬유, 직조 유리 섬유, 직조 알루미나 유리 섬유, 유리 섬유 부직포, 실리카 유리 섬유, 직조 탄소 섬유, 탄소 섬유, 셀룰로오스 부직포, 고분자 직물, 알루미나 섬유, 실리콘 카바이드 섬유, 석면, 암면, 광물면, 석고 휘스터, 이들의 직물 패브릭 또는 비직물 패브릭, 방향족 폴리아미드 섬유, 폴리이미드 섬유, 액체 결정 폴리에스테르, 폴리에스테르 섬유, 불소 섬유, 폴리벤즈옥사졸 섬유, 폴리아미드 섬유를 갖는 유리 섬유, 탄소섬유를 갖는 유리 섬유, 폴리이미드 섬유를 갖는 유리 섬유, 방향족 폴리에스테르를 갖는 유리 섬유, 글래스 페이퍼, 마이카 페이퍼, 알루미나 페이퍼, 페이퍼 크래프트, 코튼 페이퍼, 및 페이퍼-글라스 결합된 페이퍼로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.

본 발명에 따른 다공성 지지체(213)는 다음 도 5에서와 같이, 무수한 기공을 포함하는 다공성 구조를 가지므로 표면적이 넓은 특징을 가진다. 예를 들어, 본 발명에 따른 다공성 지지체(213)는 비표면적이 200~2000㎡/g 의 값을 가지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 다공성 지지체(213)의 비표면적이 200㎡/g 미만인 경우 내열성이 부족한 문제가 있을 수 있고, 또한, 다공성 지지체(213)의 비표면적이 너무 커서 2000㎡/g를 초과하는 경우 기계적 물성이 낮아질 수 있어 바람직하지 못하다.

또한, 본 발명에 따른 다공성 지지체(213)는 열안정성이 우수하고, 열팽창계수의 방향성이 없는 특징을 가진다. 이는 종래 지지체로 사용되던 유리 섬유들이 섬유의 방향에 따라 열팽창률이 변하여 기판이 휘거나, 치수 이상이 생기는 등의 문제를 최소화시킬 수 있어 바람직하게 사용될 수 있다. 또한, 상기 유리 섬유의 경우 열팽창계수의 차이를 최소화하기 위하여 절연층 수지 조성물 내의 필러의 함량이 한정적이었고, 필러들끼리 뭉치는 현상이 발생되었다.

그러나, 본 발명에 따른 다공성 지지체를 사용하는 경우, 다음 도 5에서와 같이, 다공성 지지체(213) 사이로 필러(212)의 투입이 가능하여 필러들끼리 뭉칠 수 있는 문제를 최소화할 수 있다. 또한, 상기 섬유계 재료(214)들을 포함시켜 그 물성을 강화시킬 수도 있어 바람직하다.

즉, 본 발명에서는 상기 필러를 절연층 수지 조성물에 포함시킬 수도 있고, 절연층 수지 조성물과 다공성 지지체에 미리 포함시킬 수도 있다. 다공성 지지체에 포함시키는 경우, 상기 필러를 스프레이 분사 등의 방식으로 상기 다공성 지지체의 기공들 사이로 상기 필러를 미리 분포시킬 수도 있다. 이 경우, 필러가 균일하게 분포하여 필러들끼리 뭉치는 문제를 해결할 수 있다.

본 발명에 따른 다공성 지지체(213)에 포함된 기공 크기는 80㎛ 이내, 바람직하기로는 0.01~30.00㎛인 것이 함침에 따른 필러의 투입 및 분포 면에서 바람직하다.

이러한 특징을 가지는 본 발명의 다공성 지지체는 에어로겔, 실리카, 용융 실리카, 유리, 알루미나, 백금, 니켈, 타이타니아, 지르코니아, 루테늄, 코발트 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 다공성 무기 물질; 및 요소 수지, 페놀 수지, 폴리스티렌 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 다공성 고분자 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 이 중에서 에어로겔이 가장 바람직하게 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 기재는 물성적으로도 우수할뿐만 아니라, 종래 사용하던 지지체를 단순 교환할 수 있기 때문에 프리프레그 제작 또한 용이하다고 할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 절연층 수지 조성물은 베이스 수지, 및 필러를 포함할 수 있다. 상기 절연층 수지 조성물은 층간 절연을 위해 사용되는 것으로, 베이스 수지는 종래 절연층에 사용되는 절연 특성이 우수한 고분자 수지를 사용할 수 있다.

본 발명에서는 특별히, 상기 베이스 수지로서 다양한 형태의 에폭시 수지를 사용할 수 있다. 예를 들어, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 나프톨 변성 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 및 트리페닐형 에폭시 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 페놀계 글리시딜에테르형 에폭시 수지; 디시클로펜타디엔 골격을 갖는 디시클로펜타디엔형 에폭시 수지; 나프탈렌 골격을 갖는 나프탈렌형 에폭시 수지; 디하이드록시벤조피란형 에폭시 수지; 글리시딜아민형 에폭시 수지; 트리페놀메탄형 에폭시 수지; 테트라페닐에탄형 에폭시 수지; 및 이들의 혼합물 수지 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 에폭시 수지는 N,N,N',N'-테트라글리시딜-4,4'-메틸렌비스벤젠아민(N,N,N',N'-Tetraglycidyl-4,4'-methylenebisbenzenamine), 글리시딜에테르형 o-크레졸-포름알데히드 노볼락(Polyglycidyl ether of o-cresol-formaldehyde novolac) 또는 이들의 혼합물일 수 있다.

상기 에폭시 수지는 전체 회로기판용 조성물 중 10~80 중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 상기 범위 내로 포함되는 경우 절연성 조성물과 구리 등의 금속과 접착력이 향상될 수 있고, 내약품성, 열 특성 및 치수 안정성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 필러는 유기 필러 및 무기 필러를 모두 포함할 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니나, 천연 실리카, 용융 실리카(fused silica), 무정형 실리카, 중공 실리카(hollow silica), 알루미늄 히드록사이드, 베마이트(boehmite), 마그네슘 히드록사이드, 몰리브데늄 옥사이드, 아연 몰리브데이트, 아연 보레이트(zinc borate), 아연 스타네이트(zincstannate), 알루미늄 보레이트, 포타슘 티타네이트, 마그네슘 설페이트, 실리콘 카바이드, 아연 옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 실리콘 옥사이드, 알루미늄 티타네이트, 바륨 티타네이트, 바륨 스트론튬 티타네이트, 알루미늄 옥사이드, 알루미나, 점토, 카올린, 탈크, 소성된(calcined) 점토, 소성된 카올린, 소성된 탈크, 마이카, 짧은 유리섬유 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 1종 이상의 무기 필러를 포함할 수 있다

상기 유기 필러의 예로는 이에 제한되는 것은 아니나, 에폭시 수지 분말, 멜라민 수지 분말, 요소 수지 분말, 벤조구아나민 수지 분말, 스티렌 수지 등이 있다.

또한, 본 발명의 절연층 수지 조성물은 본 발명의 프리프레그의 물성을 해치지 않는 범위 내에서, 충전제, 연화제, 가소제, 산화방지제, 난연제, 난연 보조제, 윤활제, 정전기방지제, 착색제, 열안정제, 광안정제, UV 흡수제, 커플링제 또는 침강 방지제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 그 종류와 함량을 특별히 한정되지 않는다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 인쇄회로 기판용 절연층 수지 조성물은 상기 구성 성분들을 상온 혼합, 용융 혼합 등과 같은 다양한 방법으로 블렌딩하여 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 상기 프리프레그는 절연층 수지 조성물과 상기 기재를 혼합하여 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 기재에 상기 절연층 수지 조성물을 도포 또는 함침시킨 후 경화하고, 용매를 제거하여 제조할 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니나, 상기 함침 방법의 예는 딥 코팅법, 롤 코팅법 등이 있다.

상기 절연층 수지 조성물은 상기 기재 100 중량부에 대하여 약 100~30,000중량부로 함침될 수 있다. 함침되는 절연층 수지 조성물의 함량이 100중량부보다 작으면 함침이 안되며, 30,000중량부를 초과하면 기재의 열적인 효과가 떨어지게 되어 바람직하지 못하다.

상기 범위 내로 함침되는 경우 프리프레그의 기계적 강도 및 치수 안정성이 향상될 수 있다. 또한, 프리프레그의 접착성이 향상되어, 다른 프리프레그와의 밀착성이 향상될 수 있다.

또한, 본 발명의 기재에 포함되는 다공성 지지체는 필러를 포함할 수 있는데, 예를 들어, 상기 다공성 지지체의 기공들 사이에 미리 필러를 분산시킨 다음, 상기 필러 분산된 다공성 지지체에 절연층 수지 조성물을 함침시킬 수도 있다.

다음 도 6은 본 발명의 실시 형태에 따른 인쇄회로기판으로서, 상기 도 5에 나타낸 베이스 수지(211)와 필러(212)를 포함하는 절연층 수지 조성물을 다공성 지지체(213)와 섬유계 재료(214)를 포함하는 기재(215)에 함침시킨 구조의 프리프레그로 된 절연층(220); 및 상기 절연층의 일면 또는 양면에 형성된 회로 패턴(230)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 절연층은 절연 필름일 수 있다.

다음 도 7은 본 발명의 실시 형태에 따른 인쇄회로기판의 제조과정을 나타낸 것으로서, 다공성 지지체와 섬유계 재료로부터 제조된 프리프레그(200)에 PET 필름(210)을 적층시킨 다음, 상기 PET 필름(210)을 제거하고, 드릴링 가공을 진행한다. 여기에서 사용한 PET 필름은 일반적으로 지용성 제품을 사용하나, 세정공정 진행으로 제거가 가능한 수용성 필름의 사용도 가능하므로 그 종류에 제약을 두지 않는다.

그 다음, 디스미어 공정을 거치는데 상기 공정을 통하여 다공성 지지체(213)의 구조 일부(A)가 표면에 노출된다. 종래에는 디스미어 공정을 통하여 별도의 표면 거칠기를 형성하여야 했으나, 본 발명에서는 디스미어 공정 시 다공성 지지체의 구조 일부가 표면에 노출되어 별도의 표면 처리 공정을 거치지 않고도 표면에 일정한 조도를 가지게 된다. 디스미어 공정을 통한 구조의 노출은 이전에 진행된 드릴링 가공작업 시 발생된 스미어 (Smear, 홀 가공 시 홀 내벽의 에폭시가 녹아 붙어 일어나는 현상)의 제거를 위한 공정을 활용하기 위함이다.

또한, 종래 사용하던 디스미어 공정을 거치지 않는 경우, 상기 다공성 지지체 프리프레그(200) 제작 시 표면 코팅을 수용성으로 처리할 경우 디스미어 공정 여부와 상관없이 다공성 지지체의 구조 일부가 노출되도록 할 수 있다. 상기 표면의 거칠기는 다공성 지지체의 기공 크기에 의해 결정되고, 표면 코팅에 의해 표면 형상을 조절할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 인쇄회로기판의 회로 패턴(230)은 상기 다공성 지지체(213)에 형성되는데, 본 발명에 따른 다공성 지지체(213)는 그 내부에 무수히 많은 기공들이 존재하기 때문에, 상기 회로 패턴(230)은 상기 다공성 지지체(213)의 표면과 그 내부 기공에 모두 형성될 수 있다. 따라서, 상기 다공성 지지체(213)는 상기 회로 패턴(230)과 절연층 간의 물리적으로 가교된 구조를 형성할 수 있도록 하여 계면 간의 결합력을 향상시키는 효과를 가진다.

또한, 기존 제품에서 회로와 수지 사이의 조도를 형성하기 위해 동박을 적층하여 동박이 가지고 있는 조도를 프리프레그 표면에 전사하여 사용하거나(동박 사용 시 Matte면의 계면활성제에 의한 도금층 형성 시 미도금 불량이 발생될 수 있다), 프라이머 수지 또는 알칼리-가용성층(Alkaline-soluble layer) 등을 사용하였다. 그러나, 본 발명에서는 수지층을 조도로 활용하는 것이 아닌 다공성 지지체의 조도를 활용하는 것으로 밀착력 확보성에 우수하며, 수지의 표면 이상과 같은 불량을 해결할 수 있다.

그 다음, Pd(250)을 흡착시키고, 화학 동도금(240) 공정을 진행하고, 드라이 필름 레지스트(260)를 이용하여 도금층을 형성하여 회로패턴(230)을 형성하고 박리 및 에칭시켜 최종 원하는 패턴을 형성하는 방법이다.

다음 도 8에서와 같이, 본 발명에 따른 인쇄회로기판은 표면적이 넓은 다공성 지지체(213)를 회로패턴(230)의 지지대로 활용함으로써, 고분자 수지 대비 기계적 물성의 안정성을 확보할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 다공성 지지체는 열팽창계수의 방향성이 없기 때문에 제품의 휨(Warpage)이나 치수이상이 해결되므로 패키징시 상대적 기술우위 확보 가능하며, 타사의 낮은 열팽창계수를 가지는 재료의 경우 무기 필러의 함량이 상대적으로 높으며 뭉침현상 발생으로 가공성을 악화시키는 원인이 되었으나, 본 발명의 경우 무기 필러를 상대적 적게 함유하여도 낮은 열팽창계수를 구현할 수 있으므로 가공 품질을 개선할 수 있다.

또한, 열과 압력을 통한 경화 및 결합만이 아닌 다공성 지지체의 기계적 및 구조적 방법을 더하여 밀착력을 향상시킬 수 있다.

또한, 다공성 지지체를 포함하는 프리프레그를 수지에 함침 시 무기 필러들이 다공성 지지체(Aerogel) 사이에 분포됨에 따라 유리 섬유만을 지지체로 사용하는 제품에 비해CTE 개선에 효율적이며, 수지에 함침하지 않아도 패키징시 접촉되는 부분만 표면처리하여 기공을 메꾸고 나머지 부분은 기공 상태로 유지하므로 열방출 시스템적 활용에도 적용 가능하다.

다공성 지지체의 구조 변경 또는 조절을 통해 표면거칠기를 조절할 수 있으며, 표면거칠기를 낮게 유지하여 미세패턴 구현력이 높으며 이에 회로 형성 시 추가 불량을 사전에 방지(잔동 등)하여 추가적 미세회로 구현이 가능하며, 잔동 등의 원인이 제거되므로 누출(Leak)불량을 최소화시킬 수 있다

또한, 회로 패턴을 형성하는데 동박을 사용하지 않음으로써 CO₂ 흡수율이 상대적 높은 본 발명의 프리프레그 표면에 직접 가공하게 되므로 가공효율을 향상시킬 수 있다.

도 9~11은 본 발명의 실시 형태에 따른 다양한 인쇄회로기판을 나타낸 것이다.

다음 도 9를 참조하면, 절연층(220) 및 상기 절연층의 양면에 형성된 동박(240)을 포함하는 동박 적층판 형태로 사용될 수 있다. 또한, 도시되지 않았으나, 상기 동박은 절연층의 일면에만 형성될 수 있다.

상기 절연층(220)은 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 절연층 수지 조성물을 다공성 지지체와 섬유계 재료를 포함하는 기재에 함침시킨 프리프레그(prepreg)가 바람직하다.

상기 절연층(220) 상에 동박(240)을 형성하고, 열처리하여 동박 적층판이 형성될 수 있다. 상기 동박 적층판의 동박(240)을 패터닝하여 회로 패턴을 형성할 수 있다.

또한, 상기 동박(240) 대신에 고분자 필름을 포함하여 형성될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 다음 도 10에서와 같이, 상기 절연층(220)의 상면과 하면에 포함되는 프리프레그(200a, 200b)가 서로 상이한 비대칭 구조를 가지는 것일 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 다음 도 11에서와 같이 상기 절연층(220)은 복수의 층(220a, 220b)으로 포함되며, 상기 각 복수의 절연층에 포함된 섬유계 재료(214a, 214b)는 종류가 상이하거나, 또는 그 형태가 상이한 것일 수 있다.

본 발명의 상기 프리프레그로 된 절연층은 전도체 회로 패턴이 형성되어 층간 절연이 필요한 다양한 용도의 인쇄회로기판에 모두 적용할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 인쇄회로기판은 SAP(Semi additive Process) 공법, MSAP(modified Semi Additive Process) 공법, 및 AMSAP(Advanced modified Semi Additive Process) 공법으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 방법으로 회로 패턴이 형성되는 것일 수 있다.

본 발명에 따른 인쇄회로기판은 부품 실장용인 마더 보드(Mother Board)와 반도체 실장용인 IC 기판으로 나뉘어지며, 재질에 따라 에폭시 수지, 페놀 수지, 및 비스말레이미드-트리아진(BT)과 같은 경성 기판; 폴리이미드를 이용한 연성 기판; 및 금속 코어, 세라믹 코어, 경연성, 임베디드, 광학적 기판과 같은 특수 기판으로 나눌 수 있다. 또한, 층수에 따라 단층, 이중층, 다층 구조의 기판으로 나눌 수 있고, 형태에 따라 볼 그리드 배열(BGA), 핀 그리드 배열(PGA), 랜드 그리드 배열(LGA)로 나눌 수 있으며, 상기 나열된 다양한 용도의 인쇄회로기판에 사용될 수 있다.

10, 100, 200, 200a, 200b : 프리프레그(prepreg)
11, 211 : 베이스(고분자) 수지
110 : 프라이머 수지층
12, 212 : (무기) 필러
13, 230 : 유리 섬유
120, 140, 140a : 동박층(CCL)
213 : 다공성 지지체
210 : PET 필름
214, 214a, 214b : 섬유계 재료
215 : 기재
220, 220a, 220b : 절연층
130, 230a, 230b, 230 : 도금층(회로 패턴)
240a, 240b, 240 : 화학 동도금, 고분자 필름
150, 250 : Pd층
160, 260 : 드라이 필름 레지스트
A : 표면에 노출된 다공성 지지체의 구조

Claims

섬유계 재료와 다공성 지지체를 포함하는 기재에 절연층 수지 조성물을 함침시킨 프리프레그.
제1항에 있어서,
　　　　　　상기 섬유계 재료는 유리 섬유, 직조 유리 섬유, 직조 알루미나 유리 섬유, 유리 섬유 부직포, 실리카 유리 섬유, 직조 탄소 섬유, 탄소 섬유, 셀룰로오스 부직포, 고분자 직물, 알루미나 섬유, 실리콘 카바이드 섬유, 석면, 암면, 광물면, 석고 휘스터, 이들의 직물 패브릭 또는 비직물 패브릭, 방향족 폴리아미드 섬유, 폴리이미드 섬유, 액체 결정 폴리에스테르, 폴리에스테르 섬유, 불소 섬유, 폴리벤즈옥사졸 섬유, 폴리아미드 섬유를 갖는 유리 섬유, 탄소섬유를 갖는 유리 섬유, 폴리이미드 섬유를 갖는 유리 섬유, 방향족 폴리에스테르를 갖는 유리 섬유, 글래스 페이퍼, 마이카 페이퍼, 알루미나 페이퍼, 페이퍼 크래프트, 코튼 페이퍼, 및 페이퍼-글라스 결합된 페이퍼로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상인 프리프레그.
제1항에 있어서,
상기 섬유계 재료는 섬유(fabric) 또는 시트(sheet) 형태로 포함되는 것인 프리프레그.
제1항에 있어서,
상기 다공성 지지체는 비표면적 200~2000㎡/g 의 값을 가지는 것인 프리프레그.
제1항에 있어서,
상기 다공성 지지체의 기공 크기는 80㎛ 이내인 것인 프리프레그.
제1항에 있어서,
상기 다공성 지지체는 에어로겔, 실리카, 용융 실리카, 유리, 알루미나, 백금, 니켈, 타이타니아, 지르코니아, 루테늄, 코발트 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 다공성 무기 물질; 및 요소 수지, 페놀 수지, 폴리스티렌 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 다공성 고분자 중에서 선택되는 1종 이상인 프리프레그.
제1항에 있어서,
상기 절연층 수지 조성물은 베이스 수지, 및 필러를 포함하는 것인 프리프레그.
제7항에 있어서,
상기 베이스 수지는 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 나프톨 변성 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 및 트리페닐형 에폭시 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 페놀계 글리시딜에테르형 에폭시 수지;
디시클로펜타디엔 골격을 갖는 디시클로펜타디엔형 에폭시 수지;
나프탈렌 골격을 갖는 나프탈렌형 에폭시 수지;
디하이드록시벤조피란형 에폭시 수지;
글리시딜아민형 에폭시 수지;
트리페놀메탄형 에폭시 수지;
테트라페닐에탄형 에폭시 수지; 및 이들의 혼합물 수지 중에서 선택되는 1종 이상의 에폭시 수지를 포함하는 것인 프리프레그.
제1항에 있어서,
상기 다공성 지지체는 필러를 포함하는 것인 프리프레그.
제7항에 있어서,
상기 베이스 수지는 절연층 수지 조성물 중 10~80 중량%로 포함되는 것인 프리프레그.
제1항에 따른 프리프레그로 된 절연층을 포함하는 인쇄회로기판.
제11항에 있어서,
상기 인쇄회로기판은 SAP(Semi additive Process) 공법, MSAP(modified Semi Additive Process) 공법, 및 AMSAP(Advanced modified Semi Additive Process) 공법으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 공법으로 형성되는 회로 패턴을 포함하는 것인 인쇄회로기판.
제12항에 있어서, 상기 인쇄회로기판의 회로 패턴은 프리프레그 내의 다공성 지지체에 형성되며,
상기 회로 패턴은 다공성 지지체의 표면과 상기 다공성 지지체의 기공 내에 형성될 수 있는 것인 인쇄회로기판.
제11항에 있어서,
상기 절연층은 절연 필름인 인쇄회로기판.
제1항에 따른 프리프레그로 된 절연층; 및
상기 절연층의 상면 또는 하면 중 적어도 일면에 형성되는 동박 및 고분자 필름;
을 포함하는 적층형 인쇄회로기판.
제15항에 있어서,
상기 절연층은 복수의 층으로 포함되며,
상기 각 복수의 절연층에 포함된 섬유계 재료는 종류가 상이하거나, 또는 그 형태가 상이한 것인 적층형 인쇄회로기판.
제16항에 있어서,
상기 복수의 절연층은 그 상면과 하면이 서로 상이한 비대칭 구조를 가지는 프리프레그를 포함하는 적층형 인쇄회로기판.