KR20150094076A - 동박적층판 및 이의 제조방법 - Google Patents

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KR20150094076A
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Abstract

본 발명은 동박적층판에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 동박적층판의 절연층에 무기물 필러와 함께 응력 완화 필러를 첨가함으로써 박리 강도를 높이는 동박적층판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
기판의 접착력을 향상시키기 위해 수지 내에 무기물 필러와 함께 응력 완화 필러를 분산시키며 이를 바니시 내부에 전체적으로 분산시킬 수 있으며, 보다 효율적으로는 절연층과 동박층의 접합 계면 부근에 첨가함으로써 전체적인 접착력을 향상시킬 수 있다.

Description

동박적층판 및 이의 제조방법{Copper clad laminates and method for manufacturing}
본 발명은 동박적층판에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 동박적층판의 절연층에 무기물 필러와 함께 응력 완화 필러를 첨가함으로써 박리 강도를 높이는 동박적층판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 디지털 기기를 포함하는 전자기기의 집적화와 소형화 추세에 따라, 전자기기 내에서 발생하는 열을 효과적으로 발산하는 것이 중요한 문제가 되었다. 소형화되고 집적화된 전자기기 내에서는 보다 많은 에너지가 열로 소모되어 열 밀도가 증가하기 때문에 열을 충분히 발산하지 못할 경우, 이 열이 내부 전자부품의 열화를 일으켜 오작동 및 수명단축 등의 문제를 야기하게 된다.
이를 해결하기 위한 방법으로, 종래에는 팬(fan)을 이용하여 기기 내의 열을 강제로 흐르게 하는 방법과 열원에 히트 싱크(heat sink)를 부착하여 열의 발산을 극대화하는 방법 등이 사용되었다. 또 다른 방법으로, 높은 열전도성을 갖는 무기물 필러를 수지 내부에 분산함으로써 방열 특성을 향상시켜 왔지만, 무기물 필러와 수지 계면의 접합면이 분리가 됨으로써 절연층과 동박층의 접착력이 감소하는 문제가 발생하였다. 즉, 고열전도성으로 방열 특성은 향상되지만 접착력이 감소하는 문제점이 있었다.
접착력은 기판의 중요한 특성 중 하나로, 이를 해결하기 위해 구리 박막의 표면에 조도(roughness)를 형성하여 절연층과 동박층의 접착 면적을 늘림으로써 접착력을 향상시키거나, 실란 커플링제 등으로 표면 처리된 무기물 필러를 수지에 첨가함으로써 수지의 물리적 특성을 조절하여 접착력을 향상시키는 방법이 사용되었다. 그러나, 수지와 구리 박막의 열팽창계수(Coefficient of Thermal Expansion, CTE) 차이로 인한 스트레스로, 여러 가지 노력에도 불구하고 접착력이 크게 개선되지 못하는 한계가 있었다.
일본 공개특허공보 제2009-152501호
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 수지 내에 무기물 필러와 함께 응력을 완화하는 필러를 분산함으로써 접착력을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 응력 완화 필러를 바니시(varnish) 내부에 전체적으로 분산시킬 수 있으며, 보다 효율적으로는 절연층과 동박층의 접합 계면 부근에 첨가함으로써 전체적인 접착력을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 목적은, 절연층의 일면 또는 양면에 동박이 적층된 동박적층판에 있어서 상기 절연층에 무기물 필러와 함께 응력 완화 필러가 첨가됨에 의해서 달성될 수 있다.
상기 응력 완화 필러는 탄성 재질일 수 있으며 절연층을 구성하는 수지 대비 20 PHR(Part per Hundred Resin) 이내로 첨가될 수 있다.
또한, 상기 응력 완화 필러는 수지 내에 기존 무기물 필러 대비 0.05 wt% 이상 10 wt% 이내로 첨가될 수 있다.
본 발명의 목적은 상기 응력 완화 필러가 상기 절연층과 상기 동박층의 접합 계면 부근에 첨가됨에 의해서 달성될 수 있다.
이때, 상기 응력 완화 필러는 상기 절연층과 상기 동박층의 접합 계면으로부터 전체 절연층 두께의 20% 이내의 영역에 분포될 수 있다.
또한, 본 발명의 목적은 제 1 바니시, 응력 완화 필러가 포함된 제 2 바니시, 무기보강기재 및 동박을 준비하는 단계; 상기 무기보강기재에 상기 제 1 바니시를 함침하여 절연 필름을 제조하는 단계; 상기 절연 필름 위에 응력 완화 필러가 함유된 제 2 바니시를 분사하는 단계; 상기 제 2 바니시가 분사된 절연 필름을 건조하여 프리프레그(PPG)를 제조하는 단계; 상기 동박에 조도를 형성하는 단계; 상기 동박을 상기 프리프레그에 압착하는 단계; 를 포함하는 동박적층판의 제조방법이 제공됨에 의해서도 달성될 수 있다.
또한, 본 발명의 목적은 제 1 바니시, 응력 완화 필러가 포함된 제 2 바니시, 무기보강기재 및 동박을 준비하는 단계; 상기 무기보강기재에 상기 제 1 바니시를 함침하여 절연 필름을 제조하는 단계; 상기 절연 필름 위에 응력 완화 필러가 함유된 제 2 바니시를 분사하는 단계; 상기 제 2 바니시가 분사된 절연 필름을 건조하여 프리프레그(PPG)를 제조하는 단계; 상기 프리프레그의 표면에 조도를 형성하는 단계; 상기 조도가 형성된 프리프레그에 무전해 도금을 하는 단계; 상기 무전해 도금을 한 프리프레그에 전해 도금을 하는 단계; 를 포함하는 동박적층판의 제조방법이 제공됨에 의해서도 달성될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명은, 수지 내에 무기물 필러와 함께 응력을 완화하는 필러를 분산함으로써 접착력을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 응력 완화 필러를 바니시 내부에 전체적으로 분산시킬 수 있으며, 보다 효율적으로는 절연층과 동박층의 접합 계면 부근에 첨가함으로써 전체적인 접착력(박리강도)을 향상시킬 수 있다.
도 1a는 일반적인 동박적층판의 계면에 대한 SEM 사진
도 1b는 일반적인 동박적층판의 계면 부근 분리 단면도
도 2는 본 발명에 따른 동박적층판의 단면도
도 3a는 본 발명에 따른 동박적층판의 박리강도 그래프
도 3b는 일반적인 동박적층판의 박리강도 그래프
도 4는 본 발명에 따른 동박적층판의 제조방법의 제 1 실시 예 공정 순서도
도 5는 본 발명에 따른 동박적층판의 제조방법의 또 다른 예 공정 순서도
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 기술 등은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 더불어, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어들은 실시 예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 다수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
동박적층판의 구조
도 1a는 일반적인 동박적층판의 계면에 대한 SEM 사진이고, 도 1b는 일반적인 동박적층판의 계면 부근 분리 단면도이다.
도 1a와 도 1b에서 볼 수 있듯이, 절연층(130)과 동박층(140)의 분리는 절연층과 동박층의 정확한 계면(141)에서 일어나는 것이 아니라 절연층과 동박층의 접합 계면 부근에서 무기물 필러(120)를 포함한 수지(110)가 동박층(140)과 붙어서 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 육안으로 보는 경우에는 절연층과 동박층이 계면(141)에서 깨끗하게 분리되는 것처럼 보이지만, V-SEM 사진을 통해 확인하면 실제적으로는 절연층(130)이 동박층(140)에 붙어서 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 즉, 계면(141) 분리가 아닌 수지와 구리의 열팽창계수(CTE)의 차이로 인한 스트레스 때문에 일어나는 파괴임을 알 수 있다.
무기물 필러(120)는 수지(110)의 성형성 향상과 절연 특성, 기계적 강성, 열팽창계수 등의 물성을 개선하기 위해 수지 내에 첨가될 수 있다. 무기물 필러는 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 산화아연(ZnO), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO), 지르코니아(ZrO2) 등이 사용될 수 있으며, 특별히 이에 한정되는 것은 아니나, 일반적으로는 이들 중에서 낮은 열팽창률을 갖는 알루미나(Al2O3) 또는 실리카(SiO2)가 주로 사용될 수 있다.
무기물 필러의 함량은 성형성, 저응력성, 고온강도 등의 물성에 따라 다르지만, 용매를 제외한 전체 바니시를 100 체적% 로 했을 때, 20 체적% 이상 60 체적% 이하인 것이 바람직하고, 30 체적% 이상 55 체적% 이하인 것이 보다 바람직하다. 무기물 필러의 함량이 전술한 범위에 해당하는 경우, 수지의 성형성을 양호하게 유지하면서 이와 동시에, 수지가 낮은 열팽창률을 갖도록 할 수 있다. 무기물 필러의 함량을 증가시킬수록 수지의 열팽창계수(CTE)는 선형적으로 감소하지만, 무한정으로 낮추는 데는 기판 제조 공정상의 한계가 있을 수 있다.
무기물 필러가 수지 내에 많이 첨가될 경우, 오히려 매트릭스 내 무기물 필러의 분산성이 크게 저하되어 필러의 응집(aggregation)이 발생할 수 있고, 이에 따라 수지의 점도가 급격히 상승하여 제품 성형에 어려움이 있을 수 있다. 또한, 무기물 필러(120)와 수지(110) 계면의 접합면이 분리가 되어 스트레스 응집이 일어남으로써 절연층(130)과 동박층(140)의 접착력이 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
이를 해결하기 위해, 무기물 필러를 실란 커플링제 등으로 표면 처리하여 사용할 수 있다. 즉, 실란 커플링제 분자의 한쪽은 무기물 필러와 결합을 하고, 다른 한쪽은 수지와 친화성이 있어서 무기물 필러와 수지가 화학적으로 결합할 수 있도록 한다. 궁극적으로, 무기물 필러(120)와 수지(110) 계면의 접착성을 좋게 하여 스트레스 응집을 줄임으로써 절연층(130)과 동박층(140)의 접착력을 향상시키는 역할을 할 수 있다.
그러나, 에폭시 수지(110)의 열팽창계수(CTE)는 약 70~100ppm/℃로, 유리전이온도(Tg, 150~200℃) 이상에서는 열팽창계수가 더욱 크게 상승하여 고온에서의 열팽창계수는 150~180ppm/℃에 이른다. 이는 10~20ppm/℃인 구리(140)의 열팽창계수에 비해 매우 높은 수치로, 무기물 필러(120)의 표면 처리만으로는 절연층(130)과 동박층(140)의 접착력을 향상시키는 데 한계가 있을 수 있다. 즉, 수지와 구리의 열팽창계수의 큰 차이로 인해, 조도가 형성된 구리 박막(140) 사이에서 수지(110)가 열팽창을 하고 이로 인한 스트레스로 계면 부근에서 파괴가 일어날 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 수지(110) 내에 무기물 필러(120) 외에 응력을 완화하는 필러를 첨가함으로써 절연층(130)과 동박층(140)의 접착력을 향상시킬 수 있다. 응력 완화 필러는 탄성 재질로서 열팽창계수가 큰 수지가 제조 공정상의 열처리 공정으로 인하여 부피 팽창 시, 탄성을 가지고 있는 응력 완화 필러의 특성 상 체적이 줄어들면서 수지의 부피가 팽창할 수 있는 공간을 제공하는 메커니즘에 의해 수지의 부피 팽창으로 인한 응력을 완화시켜 줄 수 있다. 이로 인하여, 열처리 공정 시 응력이 집중되는 무기물 필러와 수지의 계면에서의 응력을 줄여주게 되어 절연층과 동박층의 접합 계면 부근에서의 응력에 의한 파괴를 방지할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 제 1 및 또 다른 예에 따른 동박적층판의 단면도이다.
도 2에 의하면, 본 발명의 동박적층판(100)은 절연층(130)을 구성하는 수지(110) 내에 무기물 필러(120)와 함께 절연층(130)과 동박층(140)의 접합 계면 부근에 응력을 완화하는 필러(121)가 첨가될 수 있다. 물론, 응력 완화 필러를 절연층 내에 전체적으로 분포시켜도 수지의 열팽창에 기인한 응력으로 인한 계면 파괴를 감소시킬 수 있으나, 도 1a와 도 1b에서 확인한 바와 같이, 절연층(130)과 동박층(140)의 분리는 절연층과 동박층의 정확한 계면(141)에서 일어나는 것이 아니라, 절연층과 동박층의 접합 계면 부근에서 일어나기 때문에 응력 완화 필러(121)를 수지(110) 내에 전체적으로 분산시킬 필요 없이 절연층과 동박층의 접합 계면 부근에만 첨가함으로써 효과를 발휘할 수도 있다.
응력 완화 필러를 수지 내에 전체적으로 분산시킬 경우, 더 많은 양의 분산제와 복잡한 분산 과정이 더 필요하며 기존 에폭시 매트릭스의 물성을 변화시켜 수지의 전체적인 특성을 감소시킬 수 있다. 또한, 응력 완화 필러의 역할이 절연층과 동박층의 접합 계면 부근에서 모두 끝나기 때문에 많은 양의 필러를 수지 전체에 분산시킨다고 해서 더 큰 효과를 발휘하지 않을 수도 있다.
결국, 응력 완화 필러(121)를 절연층(130)과 동박층(140)의 접합 계면(141)으로부터 전체 절연층 두께의 20% 이내로 첨가함으로써 종래의 복잡한 필러 분산 과정을 생략할 수 있고, 이로 인한 생산 과정이 단순화되어 가격 경쟁력이 높아지게 된다. 또한, 응력 완화 필러가 절연층과 동박층의 접합 계면 부근에만 존재하기 때문에 기존 에폭시 매트릭스의 변형을 최소화할 수 있으며, 이와 동시에 절연층(130)과 동박층(140)의 접착력(박리강도)을 향상시킬 수 있다.
한편, 응력 완화 필러(121)는 탄성 재질로, 수지(110) 내에 첨가될 경우 수지의 스트레스를 흡수하면서 필러 자신의 부피가 줄어들어 수지가 팽창할 수 있는 공간을 만들어주는 역할을 한다. 응력 완화 필러의 크기는 nm(나노미터)에서부터 최대 수 ㎛(마이크로미터)로, 기존 무기물 필러(120) 대비 10 wt% 이내로 첨가되며 수지(110) 대비 20 PHR(Part per Hundred Resin) 이내로 첨가될 수 있다. 즉, 수지와 경화제(hardner)를 합쳐서 100이라 했을 때, 응력 완화 필러의 사용은 약 20 정도일 수 있다.
응력 완화 필러의 최소 함유량은 기존 무기물 필러 대비 약 0.05 wt%로, 이보다 적을 경우에는 응력 완화 효과가 거의 없고, 상기에서 언급한 10 wt%를 초과할 경우에는 전체 필러 양에 대비한 무기물 필러의 비율이 줄어들게 되어 동박적층판의 열전도 특성 및 열팽창 특성이 저하될 수 있다. 예를 들어, 열전도 향상을 위한 필름을 만들 경우, 목적에 부합하기 위해서는 수지 내에 열전도도가 좋은 알루미나(Al2O3) 필러를 많이 넣어야 하는데, 응력 완화 필러를 많이 넣게 되면 그만큼 알루미나 필러의 양이 줄어들게 되어 열전도 특성 및 열팽창 특성이 감소할 수 있다.
그러므로 응력 완화 필러를 기존 무기물 필러 대비 0.05 wt% 이상 10 wt% 이내로 첨가하고, 절연층과 동박층의 접합 계면으로부터 전체 절연층 두께의 20% 이내로 첨가함으로써 본 발명의 목적을 효과적으로 달성할 수 있다.
결국, 절연층(130)과 동박층(140)의 파괴가 일어나는 곳에 상기와 같은 조건으로 응력 완화 필러(121)를 분산시키면, 응력 완화 필러 자체가 수지의 스트레스를 흡수하면서 부피가 줄어들어 수지가 팽창할 수 있는 공간을 만들어줄 수 있다. 즉, 응력 완화 필러가 절연층과 동박층의 접합 계면 부근에서의 스트레스를 줄여주고, 계면 부근에서의 파괴를 막아주어 결과적으로 접착력(박리강도)을 향상시키는 효과를 발휘할 수 있다.
동박적층판의 제조방법
도 4는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 동박적층판의 제조방법을 순서대로 도시한 공정도이다.
도 4에 의하면, 제 1 실시 예에 따른 동박적층판의 제조방법은 총 8단계로 구성될 수 있다. 바니시(varnish)를 제조하기 위한 재료를 준비하는 단계(S410)와, 제 1 바니시를 제조하는 단계(S420)와, 제 2 바니시를 제조하는 단계(S430)와, 무기보강기재에 제 1 바니시를 함침하는 단계(S440)와, 제 1 바니시 상에 제 2 바니시를 분사하는 단계(S450)와, 건조부에서 건조하여 프리프레그를 제조하는 단계(S460)와, 준비한 동박에 조도를 형성하는 단계(S470)와, 동박을 프리프레그에 압착하는 단계(S480)로 구성될 수 있다.
상기 바니시를 제조하기 위한 재료(S410)로는 수지(resin)와 무기물 필러, 그리고 응력을 완화하는 필러가 사용될 수 있다. 수지는 열가소성 수지와 열경화성 수지 모두 사용가능하며, 더욱 상세하게는 방향족 폴리설폰 수지, 폴리아미드 이미드 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지 등이 사용될 수 있으며 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 이들 중에서 성형성이나 전기 절연성 면에서 유리한 에폭시 수지가 가장 많이 사용되며, 열경화성 수지로서 에폭시 수지를 사용하는 경우에는 필요에 따라 그 에폭시 수지의 경화제나 경화 촉진제가 사용될 수 있다.
경화제(hardner)의 함량은 특별히 제한되지는 않으나, 경화 촉진제 및 무기물 필러를 제외한 전체 수지 조성물 100 중량부를 기준으로 약 10 내지 60 중량부 범위일 수 있으며, 바람직하게는 약 20 내지 50 중량부 범위일 수 있다. 경화제의 함량이 전술한 범위에 해당하는 경우, 경화물의 강도 및 내열성이 양호하게 발휘되며 유동성으로 인해 성형성이 우수하게 발휘될 수 있다.
경화 촉진제는 전체 수지 조성물 100 중량부에 대하여 약 0.01 내지 10 중량부 범위일 수 있으며, 바람직하게는 약 0.01 내지 0.5 중량부 범위일 수 있다. 경화 촉진제의 함량이 전술한 범위에 해당하는 경우, 수지 조성물의 경화가 저온에서 단시간에 이루어질 수 있으며 수지 조성물의 보전 안전성이 양호하게 유지될 수 있다.
무기물 필러는 수지의 성형성 향상과 절연 특성, 기계적 강성, 열팽창계수 등의 물성을 개선하기 위해 수지 내에 첨가될 수 있다. 수지의 경우, 경화도가 높아지면 부서지기 쉬운 특성이 있어서 열안정성과 치수 안정성에 취약한 부분이 있고, 초소형 전자소재의 접착에 이용 시 고분자 상의 부피 변화 또는 고분자와 기판 간의 열팡창계수의 차이로 인해 계면 박리 현상이 일어남으로써 접속 불량이 발생하는 단점이 있을 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 수지 내에 무기물 필러를 첨가하면, 수지의 성형성도 향상되고 높은 기계적 물성과 내열 특성을 갖는 복합재료를 얻을 수 있다.
한편, 본 발명에서는 수지 내에 상기 무기물 필러 외에 응력을 완화하는 필러를 함께 첨가함으로써 절연층과 동박층의 접착력을 향상시킬 수 있다.
바니시를 제조하기 위한 재료(수지, 무기물 필러, 응력 완화 필러 등)가 준비되면, 제 1 바니시를 제조(S420)한다. 제 1 바니시는 일반적인 바니시로, 본 발명의 실시 예에 따른 응력 완화 필러가 포함되지 않은 바니시를 말한다. 일반적으로 바니시는 수지를 용매에 녹여서 제조하는데, 효과적인 반응을 위하여 촉매, 건조제, 소포제 등의 첨가제가 함께 사용될 수 있다. 용매로는 수지를 녹이기 위하여 주로 톨루엔(toluene), 자일렌(xylene) 등의 극성 유기 용매를 사용하며 본 발명에서는 MEK(Methyl Ethyl Ketone)를 사용할 수 있다.
제 1 바니시가 제조되면, 본 실시 예에 따른 응력 완화 필러가 분산된 제 2 바니시를 제조(S430)한다. 용매(MEK)의 양을 조절함으로써 제 2 바니시의 점도를 조정하고, 첨가하는 응력 완화 필러의 양은 무기물 필러 대비 0.05 wt% 이상 10 wt% 이하로 할 수 있다.
다음으로 종이, 유리섬유, 유리부직포 등의 무기보강기재에 제 1 바니시를 함침(S440)하여 절연 필름을 제조한다. 본 발명의 실시 예에서는 무기보강기재에 바니시가 함침된 상태를 절연 필름이라 정의하며, 이하 서술에서도 같다. 무기보강기재는 바니시의 기계적 강도와 같은 물성을 향상시키고, 수지와 구리의 열팽창계수 차이를 극복하는데도 도움이 될 수 있다. 제 1 바니시 용액을 함침조에 적당량 부은 후, 무기보강기재를 함침조의 바니시에 함침시키면 수지의 종횡 방향 강도가 증가하고 온도에 의한 치수변화도 감소시킬 수 있다.
다시 말해, 수지는 전기적인 절연 특성은 뛰어나지만 기계적 강도가 불충분하고 온도에 의한 치수 변화(열팽창률)가 금속의 10배 정도로 크다는 결점이 있기 때문에 이러한 결점을 보완하기 위해 종이, 유리섬유 등이 보강기재로 사용될 수 있다. 이외에도 액정고분자(LCP) 섬유 보강재, 탄소섬유 보강재, 쿼츠(quartz)섬유 보강재, 글래스 시트(glass sheet) 등이 사용될 수 있으며, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
상기와 같이 무기보강기재에 제 1 바니시가 함침된 절연 필름의 일면 또는 양면에 응력 완화 필러가 분산된 제 2 바니시를 분사(S450)한다. 이때, 차후에 동박층을 적층시켜야 하는 절연 필름 면에 제 2 바니시를 분사하게 되며, 절연 필름의 양면에 모두 동박층을 적층시킬 경우에는 절연 필름의 양면에 제 2 바니시를 분사할 수 있다. 제 2 바니시의 분사 방법은 스프레이 방법을 사용할 수 있다.
그 후, 스퀴즈 롤(squeeze roll)을 이용하여 절연 필름의 바니시 두께를 조절함으로써 부착량을 조절한 뒤, 건조부에서 80~200℃ 정도로 건조시켜 프리프레그를 제조(S460)한다. 그리고 준비한 동박에 조도(roughness)를 형성(S470)하는데, 조도를 형성하는 방법은 에칭(etching)을 통한 화학적 연마 방법과 브러쉬(brush)를 이용하거나 노즐을 분사하여 조도를 형성하는 기계적 연마 방법이 있을 수 있다. 이때, 0.5~1.5㎛ 정도의 조도를 형성하면, 절연층과 동박층의 접착력이 향상되어 기판의 박리강도(peel strength)를 높일 수 있다.
마지막으로, 조도가 형성된 동박을 프리프레그에 압착(S480)하면, 가해진 열과 압력으로 인해 프리프레그의 수지가 동박의 조도가 형성된 표면 사이로 침투한 뒤 경화될 수 있다. 결과적으로, 상기 과정을 통해 절연층과 동박층의 접합 계면 부근에 응력 완화 필러가 분산된 동박적층판을 얻을 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 동박적층판의 제조방법은 도 5를 참조하여 살펴보기로 한다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 동박적층판의 제조방법을 순서대로 도시한 공정도이다.
도 5에 의하면, 또 다른 실시 예에 따른 동박적층판의 제조방법은 총 9단계로 구성될 수 있다. 바니시(varnish)를 제조하기 위한 재료를 준비하는 단계(S510)와, 제 1 바니시를 제조하는 단계(S520)와, 제 2 바니시를 제조하는 단계(S530)와, 무기보강기재에 제 1 바니시를 함침하는 단계(S540)와, 제 1 바니시 상에 제 2 바니시를 분사하는 단계(S550)와, 건조부에서 건조하여 프리프레그를 제조하는 단계(S560)와, 프리프레그의 표면에 조도를 형성하는 단계(S570)와, 조도를 형성한 프리프레그에 무전해 도금을 하는 단계(S580)와 전해 도금을 하는 단계(S590)로 구성될 수 있다.
상기 바니시를 제조하기 위한 재료(S510)로는 제 1 실시 예와 같이 수지와 무기물 필러, 그리고 응력을 완화하는 필러가 사용될 수 있다. 수지는 열가소성 수지와 열경화성 수지 모두 사용가능하며, 더욱 상세하게는 방향족 폴리설폰 수지, 폴리아미드 이미드 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지 등이 사용될 수 있으며 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 이들 중에서 성형성이나 전기 절연성 면에서 유리한 에폭시 수지가 가장 많이 사용되며, 열경화성 수지로서 에폭시 수지를 사용하는 경우에는 필요에 따라 그 에폭시 수지의 경화제나 경화 촉진제가 사용될 수 있다.
무기물 필러는 수지의 성형성 향상과 절연 특성, 기계적 강성, 열팽창계수 등의 물성을 개선하기 위해 수지 내에 첨가될 수 있다. 수지의 경우, 경화도가 높아지면 부서지기 쉬운 특성이 있어서 열안정성과 치수 안정성에 취약한 부분이 있고, 초소형 전자소재의 접착에 이용 시 고분자 상의 부피 변화 또는 고분자와 기판 간의 열팡창계수의 차이로 인해 계면 박리 현상이 일어남으로써 접속 불량이 발생하는 단점이 있을 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 수지 내에 무기물 필러를 첨가하면, 수지의 성형성도 향상되고 높은 기계적 물성과 내열 특성을 갖는 복합재료를 얻을 수 있다.
한편, 본 발명에서는 수지 내에 상기 무기물 필러 외에 응력을 완화하는 필러를 함께 첨가함으로써 절연층과 동박층의 접착력을 향상시킬 수 있다.
바니시를 제조하기 위한 재료(수지, 무기물 필러, 응력 완화 필러 등)가 준비되면, 제 1 바니시를 제조(S520)한다. 제 1 바니시는 일반적인 바니시로, 본 발명의 실시 예에 따른 응력 완화 필러가 포함되지 않은 바니시를 말한다. 일반적으로 바니시는 수지를 용매에 녹여서 제조하는데, 효과적인 반응을 위하여 촉매, 건조제, 소포제 등의 첨가제가 함께 사용될 수 있다. 용매로는 수지를 녹이기 위하여 주로 톨루엔(toluene), 자일렌(xylene) 등의 극성 유기 용매를 사용하며 본 발명에서는 MEK(Methyl Ethyl Ketone)를 사용할 수 있다.
제 1 바니시가 제조되면, 본 실시 예에 따른 응력 완화 필러가 분산된 제 2 바니시를 제조(S530)한다. 용매(MEK)의 양을 조절함으로써 제 2 바니시의 점도를 조정하고, 첨가하는 응력 완화 필러의 양은 무기물 필러 대비 0.05 wt% 이상 10 wt% 이하로 할 수 있다.
다음으로 종이, 유리섬유, 유리부직포 등의 무기보강기재에 제 1 바니시를 함침(S540)하여 절연 필름을 제조한다. 본 발명의 실시 예에서는 무기보강기재에 바니시가 함침된 상태를 절연 필름이라 정의하며, 이하 서술에서도 같다. 무기보강기재는 바니시의 기계적 강도와 같은 물성을 향상시키고, 수지와 구리의 열팽창계수 차이를 극복하는데도 도움이 될 수 있다. 제 1 바니시 용액을 함침조에 적당량 부은 후, 무기보강기재를 함침조의 바니시에 함침시키면 수지의 종횡 방향 강도가 증가하고 온도에 의한 치수변화도 감소시킬 수 있다.
다시 말해, 수지는 전기적인 절연 특성은 뛰어나지만 기계적 강도가 불충분하고 온도에 의한 치수 변화(열팽창률)가 금속의 10배 정도로 크다는 결점이 있기 때문에 이러한 결점을 보완하기 위해 종이, 유리섬유 등이 보강기재로 사용될 수 있다. 이외에도 액정고분자(LCP) 섬유 보강재, 탄소섬유 보강재, 쿼츠(quartz)섬유 보강재, 글래스 시트(glass sheet) 등이 사용될 수 있으며, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
상기와 같이 무기보강기재에 제 1 바니시가 함침된 절연 필름의 일면 또는 양면에 응력 완화 필러가 분산된 제 2 바니시를 분사(S550)한다. 이때, 차후에 동박층을 적층시켜야 하는 절연 필름 면에 제 2 바니시를 분사하게 되며, 절연 필름의 양면에 모두 동박층을 적층시킬 경우에는 절연 필름의 양면에 제 2 바니시를 분사할 수 있다. 제 2 바니시의 분사 방법은 스프레이 방법을 사용할 수 있다.
그 후, 스퀴즈 롤(squeeze roll)을 이용하여 절연 필름의 바니시 두께를 조절함으로써 부착량을 조절한 뒤, 건조부에서 80~200℃ 정도로 건조시켜 프리프레그를 제조(S560)한다. 그리고 프리프레그의 표면에 조도(roughness)를 형성(S570)하는데, 조도를 형성하는 방법은 에칭(etching)을 통한 화학적 연마 방법과 브러쉬(brush)를 이용하거나 노즐을 분사하여 조도를 형성하는 기계적 연마 방법이 있을 수 있다. 이때, 0.5~1.5㎛ 정도의 조도를 형성하면, 절연층과 동박층의 접착력이 향상되어 기판의 박리강도(peel strength)를 높일 수 있다.
마지막으로, 조도가 형성된 프리프레그에 무전해 도금(S580) 및 전해 도금(S590)을 실시하여 동박을 형성할 수 있다. 절연층의 표면을 도금할 때는 전기 분해에 의한 전해 동도금을 실시할 수 없기 때문에 석출반응에 의해 이루어지는 무전해 동도금을 먼저 실시하고, 그 후에 전해 동도금을 실시할 수 있다. 무전해 동도금은 부도체(절연체)의 표면을 도금하는 방법으로, 도금막을 두껍게 하기 어렵고 물성이 전해 동도금에 비해 좋지 않은 특성이 있을 수 있다. 그러므로 무전해 동도금을 한 후에 그 도전성을 이용하여 전해 동도금을 할 수 있는데, 전해 동도금은 두꺼운 도금 피막을 형성하기 쉽고 막의 물성도 우수한 특성을 가질 수 있다. 궁극적으로, 무전해 동도금은 전해 동도금을 위한 초벌 성격의 도금으로 전해 동도금을 원활하게 진행하기 위한 전처리 공정으로 수행되어 그대로 사용하기 어려울 수도 있으며, 전해 동도금을 더 수행하여 도금 성능을 보완해줄 수도 있다.
이와 같이, 절연층에 형성된 동박은 패터닝에 의한 미세 패턴 가공 정도에 따라 인쇄회로기판 전체 두께의 3~10㎛ 범위의 두께로 형성될 수 있다.
결국, 상기와 같이 제 1 및 또 다른 실시 예에 따라 제조된 동박적층판은 일반적인 동박적층판에 비해 절연층에 응력 완화 필러가 더 첨가됨으로써 접착력(박리강도)이 약 30% 향상될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시 예에 따른 동박적층판은 기판 빌드-업(build-up)용 절연재료 및 방열기판 절연재료로 광범위하게 사용될 수 있다.
다음으로 본 발명의 실시 예에 의한 동박적층판의 박리강도 측정을 위한 시료를 제작하여 박리강도를 측정하면 다음과 같다.
실시 예 1 : 응력 완화 필러가 첨가된 동박적층판의 제조
1) 에폭시 수지에 알루미나(Al2O3) 필러를 넣고, 용매인 MEK(Methyl Ethyl Ketone)에 녹여서 제 1 바니시(varnish)를 제조한다. 이때, 제 1 바니시에서 수지의 양은 20wt%, 알루미나 필러의 양은 80wt%로 한다.
2) 에폭시 수지에 알루미나 필러와 함께 응력을 완화하는 필러를 첨가하고, 용매인 MEK(Methyl Ethyl Ketone)에 녹여서 제 2 바니시를 제조한다. 이때, 응력 완화 필러의 양은 알루미나 필러 대비 0.1wt%로 한다.
3) 무기보강기재를 제 1 바니시에 함침시켜 절연 필름을 만들고, 이후 제 2 바니시를 스프레이(spray) 방법으로 절연 필름 표면에 분사시킨다.
4) 건조부에서 80℃로 건조시켜 프리프레그(prepreg)를 제조하고, 준비한 구리 박막에 조도(roughness)를 형성한다.
5) 조도가 형성된 동박을 프리프레그에 압착한다. 이때, 시료의 크기는 1cm×1cm로 한다.
6) 가해진 열과 압력으로 인해 동박과 절연 필름이 적층된다.
비교 예 1 : 응력 완화 필러가 첨가되지 않은 동박적층판의 제조
1) 에폭시 수지에 알루미나(Al2O3) 필러를 넣고, 용매인 MEK(Methyl Ethyl Ketone)에 녹여서 바니시(varnish)를 제조한다. 바니시에서 수지의 양은 20wt%, 알루미나 필러의 양은 80wt%로 한다.
2) 무기보강기재를 함침조에서 상기 바니시에 함침시켜 절연 필름을 제조하고, 이를 건조부에서 80℃로 건조시켜 프리프레그(prepreg)를 제조한다.
3) 준비한 구리 박막에 조도(roughness)를 형성한다.
4) 조도가 형성된 동박을 프리프레그에 압착한다. 이때, 시료의 크기는 1cm×1cm로 한다.
상기와 같은 과정을 통해 형성된, 응력 완화 필러가 첨가된 동박적층판과 응력 완화 필러가 첨가되지 않은 동박적층판의 박리강도(peel strength) 측정결과는 다음의 표 1과 같다.
Figure pat00001
실험의 정확성을 위해 동일한 조건의 시료(크기 1cm×1cm)를 4번 측정하였다. 표 1의 수치를 그래프로 나타낸 것이 도 3a와 도 3b이다.
도 3a는 본 발명의 제 1 및 또 다른 예에 따른 응력 완화 필러를 첨가한 동박적층판의 박리강도 측정결과를 나타낸 그래프이고, 도 3b는 응력 완화 필러를 첨가하지 않은 일반적인 동박적층판의 박리강도 측정결과를 나타낸 그래프이다.
표 1과 도 3a 및 도 3b를 통해 알 수 있듯이, 응력 완화 필러를 첨가한 동박적층판의 경우 박리강도가 평균 1.22 N/mm로, 응력 완화 필러를 첨가하지 않은 동박적층판의 박리강도 0.92 N/mm에 비해 높은 것을 확인할 수 있다. 즉, 크기가 1cm×1cm 인 시료를 45mm까지 잡아당겼을 때 응력 완화 필러를 첨가한 동박적층판의 박리강도(접착강도)가 첨가하지 않은 동박적층판의 박리강도보다 약 30% 정도 향상된 것을 알 수 있다. 이것은 응력 완화 필러의 첨가 유무에 따른 결과로, 응력 완화 필러를 수지 전체가 아닌 절연층과 동박층의 접합 계면 부근에 넣었을 때 나타나는 효과와는 차이가 있다. 즉, 응력 완화 필러를 첨가했을 때의 박리강도 효과는 동일하지만, 절연층과 동박층의 접합 계면 부근에 넣은 경우에는 생산 과정이 단순화되어 가격 경쟁력이 높아지고 기존 에폭시 매트릭스의 변형을 최소화할 수 있다는 효과가 더 발휘될 수 있다.
따라서, 상기와 같이 응력 완화 필러를 절연층과 동박층의 파괴가 일어나는 곳, 즉 절연층과 동박층의 접합 계면으로부터 전체 절연층 두께의 20% 이내로 첨가함으로써 동박적층판의 박리강도를 높일 수 있고, 이에 따라 기판의 접착력을 향상시킬 수 있다. 결국, 이 과정을 통해 형성된 본 발명의 동박적층판은 일반적인 동박적층판에 비해 접착력이 약 30% 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시 예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 동박적층판
110 : 에폭시 수지
120 : 무기물 필러
121 : 응력 완화 필러
130 : 절연층
140 : 동박층
141 : 절연층과 동박층의 접합 계면

Claims (16)

  1. 절연층의 일면 또는 양면에 동박이 적층된 동박적층판에 있어서,
    상기 절연층에 무기물 필러와 응력 완화 필러를 포함하는 동박적층판.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 응력 완화 필러는 탄성 재질인 동박적층판.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 응력 완화 필러는 절연층을 구성하는 수지 대비 20 PHR(Part per Hundred Resin) 이내로 첨가되는 동박적층판.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 응력 완화 필러는 절연층을 구성하는 수지 내에 기존 무기물 필러 대비 0.05 wt% 이상 10 wt% 이내로 첨가되는 동박적층판.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 응력 완화 필러는 상기 절연층과 상기 동박층의 접합 계면 부근에 함유되는 동박적층판.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 응력 완화 필러는 상기 절연층과 상기 동박층의 접합 계면의 인접한 영역에 분포되되, 절연층 전체 두께 대비 상기 절연층과 상기 동박층의 접합 계면에서 20% 이내의 두께 영역에 분포되는 동박적층판.
  7. 제 1 바니시, 응력 완화 필러가 포함된 제 2 바니시, 무기보강기재 및 동박을 준비하는 단계;
    상기 무기보강기재에 상기 제 1 바니시를 함침하여 절연 필름을 제조하는 단계;
    상기 절연 필름 위에 응력 완화 필러가 함유된 제 2 바니시를 분사하는 단계;
    상기 제 2 바니시가 분사된 절연 필름을 건조하여 프리프레그(PPG)를 제조하는 단계;
    상기 동박에 조도를 형성하는 단계;
    상기 동박을 상기 프리프레그에 압착하는 단계;
    를 포함하는 동박적층판의 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 응력 완화 필러는 탄성 재질인 동박적층판의 제조방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 응력 완화 필러는 상기 절연 필름을 구성하는 수지 대비 20 PHR(Part per Hundred Resin) 이내로 첨가되는 동박적층판의 제조방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 응력 완화 필러는 상기 절연 필름을 구성하는 수지 내에 기존 무기물 필러 대비 0.05 wt% 이상 10 wt% 이내로 첨가되는 동박적층판의 제조방법.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 응력 완화 필러는 상기 절연 필름과 상기 동박층의 접합 계면과 인접한 영역에 분포되는 동박적층판의 제조방법.
  12. 제 1 바니시, 응력 완화 필러가 포함된 제 2 바니시, 무기보강기재 및 동박을 준비하는 단계;
    상기 무기보강기재에 상기 제 1 바니시를 함침하여 절연 필름을 제조하는 단계;
    상기 절연 필름 위에 응력 완화 필러가 함유된 제 2 바니시를 분사하는 단계;
    상기 제 2 바니시가 분사된 절연 필름을 건조하여 프리프레그(PPG)를 제조하는 단계;
    상기 프리프레그의 표면에 조도를 형성하는 단계;
    상기 조도가 형성된 프리프레그에 무전해 도금을 하는 단계;
    상기 무전해 도금을 한 프리프레그에 전해 도금을 하는 단계;
    를 포함하는 동박적층판의 제조방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 응력 완화 필러는 탄성 재질인 동박적층판의 제조방법.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 응력 완화 필러는 상기 절연 필름을 구성하는 수지 대비 20 PHR(Part per Hundred Resin) 이내로 첨가되는 동박적층판의 제조방법.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 응력 완화 필러는 상기 절연 필름을 구성하는 수지 내에 기존 무기물 필러 대비 0.05 wt% 이상 10 wt% 이내로 첨가되는 동박적층판의 제조방법.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 응력 완화 필러는 상기 절연 필름과 상기 동박층의 접합 계면과 인접한 영역에 분포되는 동박적층판의 제조방법.
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