KR20150137882A - 플라즈마 유기 중합체 박막 및 그 제조방법 - Google Patents

플라즈마 유기 중합체 박막 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20150137882A
KR20150137882A KR1020140066509A KR20140066509A KR20150137882A KR 20150137882 A KR20150137882 A KR 20150137882A KR 1020140066509 A KR1020140066509 A KR 1020140066509A KR 20140066509 A KR20140066509 A KR 20140066509A KR 20150137882 A KR20150137882 A KR 20150137882A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thin film
hydrocarbon
plasma
present
organic polymer
Prior art date
Application number
KR1020140066509A
Other languages
English (en)
Inventor
백태일
박남선
박현화
Original Assignee
주식회사제4기한국
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사제4기한국 filed Critical 주식회사제4기한국
Priority to KR1020140066509A priority Critical patent/KR20150137882A/ko
Publication of KR20150137882A publication Critical patent/KR20150137882A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/32—Carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Other Resins Obtained By Reactions Not Involving Carbon-To-Carbon Unsaturated Bonds (AREA)

Abstract

본 발명은 플라즈마 유기 중합체 박막 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄화수소, 또는 탄화수소 및 할로-탄화수소 혼합가스와 같은 유기물질을 전구체로 이용하여 플라즈마 장치를 통해 기판 표면 등에 증착함으로써 접합강도 및 내부식성 등의 물성이 현저히 향상된 플라즈마 유기 중합체 박막 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

플라즈마 유기 중합체 박막 및 그 제조방법{PLASMA ORGANIC POLYMER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE THEREOF}
본 발명은 플라즈마 유기 중합체 박막 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄화수소, 또는 탄화수소 및 할로-탄화수소 혼합가스와 같은 유기물질을 전구체로 이용하여 플라즈마 장치를 통해 기판 표면 등에 증착하여 형성된 플라즈마 유기 중합체 박막 및 그 제조방법에 관한 것이다.
인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)은 절연체인 판에 가늘고 얇은 구리 배선이 인쇄된 것으로, 반도체, 컨덴서 및 저항기 등 각종 전자부품을 고정하여 각 부품들을 상호 연결하며, 전기배선을 효율적이고 다양하게 설계하여 전자기기의 크기를 줄이고 그 성능을 개선하는 역할을 한다.
일반적으로 이러한 인쇄회로기판을 제조하기 위해 절연체인 에폭시 수지나 베이클라이트 수지로 제조된 패드에 구리층이 증착되고, 설계된 회로 배선을 따라 레지스트를 인쇄한 다음 화학적 에칭으로 불필요한 구리층이 제거된 후 각종 전기적 부품들을 부착하고 탑재시키기 위한 구멍이 형성되는 공정을 거친다.
그 다음, 최종 소비자에게 도달하여 각종 전기적 부품이 기판에 부착되기에 앞서 공정 상황에 따라 공기 중에 노출된 상태로 보관되는데, 구리의 높은 산화성으로 인해 공기 중에서 빠르게 산화되어 표면에 산화구리층이 생성되는 문제가 있었다.
통상적으로 전기적 부품 자체는 솔더링(soldering)을 통해 기판에 부착되는데, 위와 같이 보관 중에 형성된 구리 배선의 산화층이 솔더링의 들뜸과 부착성을 감소시켜 전기적 부품과의 접촉 불량을 일으키는 문제가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해 인쇄회로기판의 구리배선을 표면 처리하여 구리의 산화를 방지하는 여러 기술이 알려져 있다.
종래 PCB 표면 처리 방식에는 HASL(Hot Air Solder Leveling), 흔히 Pre-flux라 불리우는 OSP(Organic Solderability Preservative), 무전해 금도금, 무전해 주석, 실버(Ag), 팔라듐(Pd) 도금 등이 있다.
HASL 방식은 납(Pb)을 함유한 솔더(Solder)를 이용하는 저렴하고 간단한 공정인데, 인쇄회로기판의 패드에 부착되는 솔더의 양이 일정하지 않아서 SMT(Surface Mount Technology) 공정에서 인쇄되는 솔더의 양과 어우러져 브리지(Bridge) 불량을 일으킬 가능성이 높고, 납을 이용함에 따라 작업 환경이 악화되는 문제가 있었다.
도 1은 OSP 방식에 의해 유기물이 구리 배선에 증착된 것을 나타낸 모식도인데, PCB 기판 표면에 유기물(100)을 도포하여 공기와 구리 표면이 접촉하는 것을 차단하여 구리의 산화를 방지한다. 다만, PCB 패드 표면에 유기물이 골고루 도포되지 않을 경우 동박(Cu)이 산화되어 양면 리플로우 솔더링(Reflow Soldering) 시에 문제를 일으키는 단점이 있다.
한편, 한국공개특허 제2010-0000350호는 무전해 니켈-금도금을 이용한 연성인쇄회로기판 표면처리방법에 관한 것으로, 필요한 도금 공정에서 굴곡성 및 내절성을 향상시킬 수 있는 표면처리방법을 개시하고 있다.
하지만, 상기와 같은 구성에 의하더라도 일정 수준 이상의 니켈 부식이 발생되는 문제가 있었다.
또한, 한국등록특허 제10-0845941호는 저유전 상수값을 갖는 박막 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 박막에 관한 것으로, 사이클로헥산(C6H12)을 전구체 물질로 이용한 박막을 개시하고 있으나, 내부식성이나 접합강도 측면에서 만족스럽지 못한 한계가 있었다.
본 발명의 목적은, 탄화수소, 또는 탄화수소와 할로-탄화수소가 혼합된 가스를 플라즈마 증착공정을 이용하여 기판 표면에 증착함으로써 접합강도 및 내부식성 등의 물성이 현저히 향상된 플라즈마 유기 중합체 박막 및 그 제조방법을 제공하고자 함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 유기 중합체 박막은 탄화수소(hydrocarbon)를 전구체 물질로 사용하여 플라즈마 중합반응을 통해 기재에 증착된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 유기 중합체 박막은, 상기 탄화수소가 CH4, C2H2 또는 C2H6인 것을 특징으로 한다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 유기 중합체 박막은 탄화수소(hydrocarbon) 및 할로-탄화수소(halo-hydrocarbon)를 전구체 물질로 사용하여 플라즈마 중합반응을 통해 기재에 증착된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 유기 중합체 박막은, 상기 할로-탄화수소가 플루오로-탄화수소인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 유기 중합체 박막은, 상기 플루오로-탄화수소가 하기의 화학식 1을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 유기 중합체 박막:
[화학식 1]
CnF2n +2
상기 화학식 1에서 n은 1 이상의 정수이다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 유기 중합체 박막은, 상기 탄화수소가 CH4, C2H2 또는 C2H6인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 유기 중합체 박막은, 상기 박막의 두께가 0.01 ~ 0.50μm인 것을 특징으로 한다.
또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 유기 중합체 박막의 제조방법은 거품기 내에서 탄화수소(hydrocarbon) 및 할로-탄화수소(halo-hydrocarbon) 전구체 물질을 기화시키는 단계; 상기 기화된 전구체 물질을 상기 거품기로부터 배출하여 플라즈마 증착용 반응기로 유입시키는 단계; 상기 유입된 전구체 물질을 플라즈마 중합반응시켜 상기 반응기 내의 기재 상에 플라즈마 유기 중합체 박막을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 유기 중합체 박막의 제조방법은, PECVD 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 유기 중합체 박막의 제조방법은, 상기 할로-탄화수소가 플루오로-탄화수소인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 유기 중합체 박막의 제조방법은, 상기 플루오로-탄화수소가 하기의 화학식 1을 가지는 것을 특징으로 한다.
[화학식 1]
CnF2n +2
상기 화학식 1에서 n은 1 이상의 정수이다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 유기 중합체 박막의 제조방법은, 상기 탄화수소가 CH4, C2H2 또는 C2H6인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 유기 중합체 박막의 제조방법은, 상기 박막을 증착하는 단계가 RF 전력을 2000W~10000W로 인가하면서 증착하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 유기 중합체 박막의 제조방법은, 상기 박막을 증착하는 단계는 전극 온도가 상온에서 65℃ 이하에서 증착하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 유기 중합체 박막의 제조방법은, 상기 박막을 증착하는 단계가 공정진공도가 0.1~0.5Torr에서 증착하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 유기 중합체 박막의 제조방법은, 상기 기화된 탄화수소(hydrocarbon) 및 할로-탄화수소(halo-hydrocarbon) 전구체 물질의 가스 유량 비가 1:1~5인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 패드 표면의 구리층에 유기 중합체 박막을 증착시켜 구리 배선 표면에 산화구리층이 생성되는 것을 방지하며, 전기적 부품이 기판에 부착되기 전 보관할 수 있는 시간이 증대되는 효과가 있다.
또한, HASL 방식 대비 친환경적이며,OSP에 의한 회로기판 표면 처리에서 발생되는 액체 폐기물을 현저히 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 종래 HASL 혹은 OPS 방식의 두께 불균일에 의한 솔더링 공정에서 발생되는 전지적 배선의 쇼트 등에 대한 문제점을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 종래 사이클로헥산으로 제조된 박막 대비 내부식성 및 접합강도가 크게 향상되는 효과가 있다.
도 1은 OSP 방식에 의해 유기물이 구리 배선에 증착된 것을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 유기 중합체 박막이 구리 배선에 증착된 것을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 PECVD 장치의 개략도이다.
도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 실시예 1에 따른 CH4 및 C2F6 혼합가스를 플라즈마 중합반응시켜 형성된 박막이 증착된 기판을 각각 0h, 12h, 24h, 36h, 48h, 60h 및 72h 동안 공기 중에 노출시킨 사진이다.
도 5a 내지 도 5g는 본 발명의 실시예 2에 따른 C2H2 및 C3F8 혼합가스를 플라즈마 중합반응시켜 형성된 박막이 증착된 기판을 각각 0h, 12h, 24h, 36h, 48h, 60h 및 72h 동안 공기 중에 노출시킨 사진이다.
도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 비교예 1에 따른 Sn 표면처리한 기판을 각각 0h, 2h, 4h, 6h, 8h 및 10h 동안 공기 중에 노출시킨 사진이다.
도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 비교예 2에 따른 OSP 방식으로 표면처리한 기판을 각각 0h, 2h, 4h, 6h, 8h 및 10h 동안 공기 중에 노출시킨 사진이다.
도 8a 내지 도 8f는 본 발명의 비교예 3에 따른 사이클로헥산(C6H12)을 플라즈마 중합반응시켜 0.5torr 증착압력으로 형성된 박막이 증착된 기판을 각각 0h, 2h, 4h, 6h, 8h 및 10h 동안 공기 중에 노출시킨 사진이다.
도 9a 내지 도 9f는 본 발명의 비교예 4에 따른 사이클로헥산(C6H12)을 플라즈마 중합반응시켜 0.7torr 증착압력으로 형성된 박막이 증착된 기판을 각각 0h, 2h, 4h, 6h, 8h 및 10h 동안 공기 중에 노출시킨 사진이다.
도 10a 내지 도 10f는 본 발명의 비교예 5에 따른 사이클로헥산(C6H12)을 플라즈마 중합반응시켜 1.0torr 증착압력으로 형성된 박막이 증착된 기판을 각각 0h, 2h, 4h, 6h, 8h 및 10h 동안 공기 중에 노출시킨 사진이다.
도 11a 및 11b는 본 발명의 실시예 1에 따른 CH4 및 C2F6 혼합가스를 플라즈마 중합반응시켜 형성된 박막이 증착된 기판을 각각 0h 및 10h 동안 공기 중에 노출시킨 사진이다.
도 12는 기판의 표면처리에 따른 솔더 젖음력(Welting force)을 비교한 그래프이다.
도 13a 및 13b는 본 발명의 실시예 1에 따른 CH4 및 C2F6 혼합가스를 전구체로서 플라즈마 중합반응시켜 형성된 박막의 접합 강도를 평가한 사진이다.
도 14a 및 14b는 본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 실시예 2에 따른 C2H2 및 C3F8 혼합가스를 전구체로서 플라즈마 중합반응시켜 형성된 박막의 접합 강도를 평가한 사진이다.
도 15a 및 15b는 본 발명의 비교예 1에 따른 Sn 표면처리된 박막의 접합강도를 평가한 사진이다.
도 16a 및 16b는 본 발명의 비교예 2에 따른 OSP 방식에 의해 표면처리된 박막의 접합 강도를 평가한 사진이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 혼합가스를 전구체로서 플라즈마 중합반응시켜 형성된 박막과 종래 표면처리 방식으로 형성된 박막의 저속 전단력을 비교한 그래프이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 플라즈마 중합반응을 통해 기재에 증착된 플라즈마 유기 중합체 박막에 관한 것으로서, 탄화수소(hydrocarbon), 또는 탄화수소 및 할로-탄화수소(halo-hydrocarbon)를 전구체 물질로 사용하여 플라즈마 중합반응을 통해 기재(substrate)에 증착하는 것을 기술적 특징으로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 유기 중합체 박막(110)이 구리 배선에 증착된 것을 나타낸 모식도이다.
본 발명의 전구체 물질로 사용되는 탄화수소 및 할로-탄화수소 가스는 플라즈마 상태에서 분자들 사이의 상호 결합(cross-linking)이 쉽게 이루어지고 비교적 간단한 공정으로 기재상에 증착될 수 있다. 이렇게 형성된 플라즈마 유기 중합체 박막(110)은 균일도가 높고 구리 배선의 내산화성을 개선시킬 수 있다.
본 발명에서 사용되는 플라즈마 중합(Plasma Polymerization)은 유기 물질의 가스 상태 모노머들이 플라즈마 방전 상태에서 기재 표면에 가교 밀도가 매우 높은 박막이나 분말 형태로 기재상에 증착되는 것을 의미한다.
플라즈마 상태에 투입되는 모노머 분자들은 대부분의 경우 플라즈마 에너지에 의해 활성화 입자들로 나누어져 투입된 모노머의 부분적인 화학적 구조만 보존되고 가교화됨으로써 불규칙적인 구조를 가지게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 탄화수소에는 CH4, C2H2 또는 C2H6가 이용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시예에 따른 할로-탄화수소에는 플루오로-탄화수소가 이용될 수 있으며, 바람직하게 하기의 화학식을 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
[화학식 1]
CnF2n +2
상기 화학식 1에서 n은 1 이상의 정수이다.
투입되는 각각의 가스 유량은 공정 조건에 따라 가변적이긴 하나 대략적으로 탄화수소 가스는 50~500sccm, 할로-탄화수소 가스는 상기 탄화수소 가스의 1~5 배 수준이 바람직하다.
본 발명에 따른 탄화수소, 또는 탄화수소 및 할로-탄화수소를 전구체 물질로 사용하여 기재에 증착된 플라즈마 유기 중합체 박막의 두께는 0.01 ~ 0.50μm인 것이 바람직한데, 만약 두께가 0.01μm 미만인 경우에는 박막 증착의 효과가 미비하고, 0.50μm 초과인 경우에는 제조 및 가공이 어려우며, 솔더링 과정에서 박막이 구리배선 표면에 남아 납땜의 들뜸 현상이 발생하거나 부착성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
본 발명에 따른 유기 중합체 박막은 플라즈마 중합 반응으로 증착되는 것을 특징으로 하며, 플라즈마 중합 장치의 반응기 내에서 발생한 플라즈마에 의해 투입된 전구체 물질의 중합이 이루어진다.
플라즈마 중합 반응은 외부에서 가해준 전력을 이용하여 전구체를 플라즈마 상태로 만들어 높은 반응성 종을 생성시킴으로써 전구체 물질을 효과적으로 중합 및 증착시킬 수 있는데, 본 발명에서 박막이 증착되는 위치는 반응기 내 기재 즉 기판이다. 본 발명의 탄화수소 및 할로-탄화수소 전구체는 탄화수소 계열의 DLC(Diamond Like Carbon)와 동등한 수준의 기계적 특성을 나타낼 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 플라즈마 유기 중합체 박막의 제조방법은 거품기 내에서 탄화수소 및 할로-탄화수소 전구체 물질을 기화시키는 단계; 상기 기화된 전구체 물질을 상기 거품기로부터 배출하여 플라즈마 증착용 반응기로 유입시키는 단계; 상기 유입된 전구체 물질을 플라즈마 중합반응시켜 상기 반응기 내의 기재 상에 플라즈마 유기 중합체 박막을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
위와 같은 공정을 위해 플라즈마 중합 장치가 사용될 필요가 있으며, 본 발명에서는 축전기형 플라즈마 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD) 장비를 사용하지만, 이에 제한되는 것은 아니고 다른 모든 종류의 플라즈마 증착 장비를 이용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 PECVD 장치의 개략도이다.
상기 장치는 아르곤(Ar)과 같은 운반 기체가 담겨있는, 운반 기체 저장부(10)와 통과하는 기체의 유량을 조절하는 유량 조절기(20), 액체 상태의 전구체가 담겨 있는 거품기(30), 반응이 진행되는 반응기(50) 및 상기 반응기(50)에 플라즈마를 발생시키기 위한 RF 생성기(40)를 포함하여 구성될 수 있다.
운반 기체 저장부(10), 유량 조절기(20), 거품기(30) 및 반응기(50)는 운송관(60)을 통하여 연결될 수 있다. 반응기(50)에는 RF 생성기(40)와 연결되어 주위에 플라즈마를 발생시키며 기판(1)을 올려놓을 수 있는 기판 받침대(51)가 설치될 수 있다.
기판 받침대(51)의 내부에는 히터(미도시)가 매설되어, 박막 증착 과정에서 기판 받침대(51)의 상부에 안착된 기판(1)을 증착에 적합한 온도로 상승시킬 수 있다. 증착 반응이 완료된 후에 반응기(50) 내부에 잔류하는 반응 가스가 외부로 배출되도록 반응기(50) 하부에는 배기 시스템이 구비될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 플라즈마 증착된 유기 중합체 박막 및 상기 박막을 인쇄회로기판에 적용하는 것에 대해 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
원료 가스
 파워
(W)
 온도
(℃)
 가스 유량(sccm) 공정
진공도
(torr)
C2H6 C2H2 CH4 C2F6 C3F8 CF4
C2H6 + CF4 2000
~ 10000		 상온
~
60
 100~300 500 0.1~0.5
CH4 + C2F6
(실시예 1)		 30~300 300~500
C2H2 + C2F6 50~300 300~500
C2H2 + C3F8
(실시예 2)		 50~300 100~500
상기 표 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄화수소 및 할로-탄화수소 혼합가스를 플라즈마 장치를 이용하여 기판 위에 증착시키기 위한 공정 조건을 나타낸 표이다.
본 발명에서는 도 3에 도시된 PECVD 장치를 이용하여, 전구체를 넣고 일정 온도 이상으로 가열하여 전구체 물질을 기화시켰다. 운반기체로서 99.999%의 초고순도 아르곤(Ar) 기체를 이용하여 플라즈마 증착용 반응기(50)의 샤워 헤드(53)를 통하여 분사시키고, 기판(51) 상에 증착시켰다. 이 때, RF 생성기에 공급되는 전력을 2000W에서 10000W로 변화시키면서 인가하였고 전극 온도는 상온에서 65℃ 이하로 세팅하였다. 투입되는 가스 유량은 각 공정 조건에 따라 가변적이긴 하나 대략적으로 탄화수소 계열은 50~500sccm, 할로-탄화수소 계열은 탄화수소 계열의 대략 1~5 배 수준으로 설정하였고, 공정진공도는 0.1~0.5Torr로 설정하였다.
위와 같은 본 발명의 공정 조건을 통해 증착된 박막과 종래의 기술로 표면 처리된 박막의 내식성을 비교 평가하기 위해 염수분무 시험을 실시하였다.
염수분무 시험은 KS D 9502에 의거하여 실시하였고, 각 시험품을 35±2℃의 밀폐된 챔버 내에 설치하였고, 염수농도는 5±0.5wt%, pH는 6.5~7.2, 분무압은 70~167kPa이며, 안개 상태로 염수를 분무하였다.
부식 결함의 종류 설명
피팅(Pitting) 바탕금속까지 도달해 있는 작은 구멍 모양의 부식
얼룩 바탕 금속의 부식에서 생기는 더러움
박리 도금이 박리하여 쉽게 제거되는 상태
블리스터(Blister) 바탕 금속의 부식 생성물이 솟아오른 상태
필라멘트(Filament) 주식 구멍 등에서 부식 생성물이 퍼져서 작은 가지 모양을 드러내는 것
크랙(Crack) 도금의 전면 또는 일부분에 발생하는 갈라짐으로 바탕 금속까지 도달하는 것
상기 표 2는 염수분무 테스트에 의한 부식 결함의 종류 및 부식의 형태에 대한 설명을 나타낸 것이다.
도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 실시예 1에 따른 CH4 및 C2F6 혼합가스를 플라즈마 중합반응시켜 형성된 박막이 증착된 기판을 각각 0h, 12h, 24h, 36h, 48h, 60h 및 72h 동안 공기 중에 노출시킨 사진이다.
도시된 바와 같이, 12시간 이후 서서히 부식이 발생되는 것을 확인할 수 있었으며, 피팅 및 얼룩 현상은 관찰되었으나 박리, 블리스터, 필라멘트 및 크랙 현상은 관찰되지 않았다.
도 5a 내지 도 5g는 본 발명의 실시예 2에 따른 C2H2 및 C3F8 혼합가스를 플라즈마 중합반응시켜 형성된 박막이 증착된 기판을 각각 0h, 12h, 24h, 36h, 48h, 60h 및 72h 동안 공기 중에 노출시킨 사진이다.
도시된 바와 같이, 12시간 이후 서서히 부식이 발생되는 것을 확인할 수 있었으며, 피팅 및 얼룩 현상은 관찰되었으나 박리, 블리스터, 필라멘트 및 크랙 현상은 관찰되지 않았다.
도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 비교예 1에 따른 Sn 표면처리한 기판을 각각 0h, 2h, 4h, 6h, 8h 및 10h 동안 공기 중에 노출시킨 사진이다.
도시된 바와 같이, 2시간 이후 부식이 발생된 것을 확인할 수 있었으며, 피팅 및 얼룩 현상은 관찰되었으나 박리, 블리스터, 필라멘트 및 크랙 현상은 관찰되지 않았다.
도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 비교예 2에 따른 OSP(Organic Solderability Preservative) 방식으로 표면처리한 기판을 각각 0h, 2h, 4h, 6h, 8h 및 10h 동안 공기 중에 노출시킨 사진이다.
도시된 바와 같이, 6시간 이후 부식이 발생된 것을 확인할 수 있었으며, 피팅 및 얼룩 현상은 관찰되었으나 박리, 블리스터, 필라멘트 및 크랙 현상은 관찰되지 않았다.
도 8a 내지 도 8f는 본 발명의 비교예 3에 따른 사이클로헥산(C6H12)을 플라즈마 중합반응시켜 0.5torr 증착압력으로 형성된 박막이 증착된 기판을 각각 0h, 2h, 4h, 6h, 8h 및 10h 동안 공기 중에 노출시킨 사진이다.
도시된 바와 같이, 2시간 이후 부식이 발생된 것을 확인할 수 있었으며, 피팅 현상은 관찰되었으나, 얼룩, 박리, 블리스터, 필라멘트 및 크랙 현상은 관찰되지 않았다.
도 9a 내지 도 9f는 본 발명의 비교예 4에 따른 사이클로헥산(C6H12)을 플라즈마 중합반응시켜 0.7torr 증착압력으로 형성된 박막이 증착된 기판을 각각 0h, 2h, 4h, 6h, 8h 및 10h 동안 공기 중에 노출시킨 사진이다.
도시된 바와 같이, 2시간 이후 부식이 발생된 것을 확인할 수 있었으며, 피팅 현상은 관찰되었으나, 얼룩, 박리, 블리스터, 필라멘트 및 크랙 현상은 관찰되지 않았다.
도 10a 내지 도 10f는 본 발명의 비교예 5에 따른 사이클로헥산(C6H12)을 플라즈마 중합반응시켜 1.0torr 증착압력으로 형성된 박막이 증착된 기판을 각각 0h, 2h, 4h, 6h, 8h 및 10h 동안 공기 중에 노출시킨 사진이다.
도시된 바와 같이, 2시간 이후 부식이 발생된 것을 확인할 수 있었으며, 피팅 및 얼룩 현상은 관찰되었으나, 얼룩, 박리, 블리스터, 필라멘트 및 크랙 현상은 관찰되지 않았다.
표면처리 종류 부식발생시간(hr)
비교예1
(Sn)		 2
비교예2
(OSP)		 6
비교예3
(사이클로헥산,
증착압력 0.5torr)		 2
비교예4
(사이클로헥산,
증착압력 0.7torr)		 2
비교예5
(사이클로헥산,
증착압력 1.0torr)		 2
실시예1
(CH4 및 C2F6 혼합)		 12
실시예2
(C2H2 및 C3F8 혼합)		 12
상기 표 3은 기판의 표면처리 종류에 따른 최초 부식발생시간을 비교한 것이다. 종래 Sn, OSP 표면 처리의 경우 각각 2시간, 6시간으로 측정되었고, 사이클로헥산을 플라즈마 중합반응의 전구체로 이용하는 경우 2시간으로 측정되었는데, 본 발명에 따른 혼합 가스를 전구체로 이용하는 경우 12시간 이후에 부식이 관측되었다.
이는 본 발명에 따른 혼합 가스가 전구체로 이용되어 형성된 박막이 종래 표면처리에 의해 형성된 박막보다 내식성이 우수하며, 특히 종래 사이클로헥산을 플라즈마 증착하여 형성된 박막보다 6배 이상 부식 전 보관 가능 시간을 확보할 수 있음을 의미한다.
도 11a 및 11b는 본 발명의 실시예 1에 따른 CH4 및 C2F6 혼합가스를 플라즈마 중합반응시켜 형성된 박막이 증착된 기판을 각각 0h 및 10h 동안 공기 중에 노출시킨 사진이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에 따른 박막이 기판에 증착되는 경우 10시간이라는 상대적으로 긴 시간이 경과하였음에도 불구하고 부식이 발생되지 않는 것을 확인할 수 있었고, 피팅, 얼룩, 박리, 블리스터, 필라멘트 및 크랙 현상 또한 관찰되지 않았다.
도 12는 기판의 표면처리에 따른 솔더 젖음력(Welting force)을 비교한 그래프인데, C6H12를 플라즈마 중합 반응의 전구체로 이용한 경우(50W 및 100W로 표시)에는 종래 Sn 표면 처리(비교예 1) 혹은 OSP 방식(비교예 2) 대비 젖음력이 떨어지지는 것을 알 수 있다.
하지만, 본 발명의 실시예 1에 따른 CH4 및 C2F6 혼합가스를 이용하는 경우(이하 #7로 표시)와 본 발명의 실시예 2에 따른 C2H2 및 C3F8 혼합가스를 이용하는 경우(이하 #6로 표시)에는 종래 표면처리 방식과 동등한 수준을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라 증착된 박막과 종래 기술로 표면처리된 박막의 접합강도를 비교 평가하기 위해 접합강도 시험을 실시하였다. 접합강도 시험을 위해 BS5kg 카트리지를 이용하였고 시험 속도는 300.0μm/s, 전단 높이(Shear height)는 50.0μm로 실시하였다.
도 13a 및 13b는 본 발명의 실시예 1에 따른 CH4 및 C2F6 혼합가스를 전구체로서 플라즈마 중합반응시켜 형성된 박막의 접합 강도를 평가한 사진(#7)이고, 도 14a 및 14b는 본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 실시예 2에 따른 C2H2 및 C3F8 혼합가스를 전구체로서 플라즈마 중합반응시켜 형성된 박막의 접합 강도를 평가한 사진(#6)이다.
도 15a 및 15b는 본 발명의 비교예 1에 따른 Sn 표면처리된 박막의 접합강도를 평가한 사진이고, 도 16a 및 16b는 본 발명의 비교예 2에 따른 OSP 방식에 의해 표면처리된 박막의 접합 강도를 평가한 사진이며, 하기 표 4는 접합 강도 시험에 따른 강도 값을 나타낸 표이다(단위 gf).
Figure pat00001
접합강도 시험결과 본 발명의 실시예 1에 따른 박막의 접합 강도 평균은 854.4gf, 실시예 2에 따른 박막의 접합 강도 평균은 805.2gf, 비교예 1에 따른 박막의 접합 강도 평균은 813.0gf, 비교예 2에 따른 박막의 접합 강도 평균은 782.2gf로 측정되었다.
이는 본 발명에 따른 혼합가스를 사용하여 플라즈마 증착시키는 경우 종래 방식 대비 동등 혹은 그 이상 수준의 접합강도를 유지할 수 있는 것을 의미한다.
Figure pat00002
표 5 및 도 17은 본 발명의 실시예에 따른 혼합가스를 전구체로서 플라즈마 중합반응시켜 형성된 박막과 종래 표면처리 방식으로 형성된 박막의 저속 전단력을 비교한 것이다.
상기 표에서 나타나는 바와 같이, 본 발명에 따른 혼합가스를 사용하여 플라즈마 증착시키는 경우 종래 표면처리 방식 대비 동등한 수준의 저속 전단력을 나타내는 것을 의미한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 혼합가스를 플라즈마 중합 반응의 전구체로 이용하여 기판에 증착시키는 경우 종래 기판 표면처리 방식 대비 동등한 수준의 전단력 및 접합강도를 유지함과 동시에 내식성이 현저하게 증가된다.
상기와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1: 기판 10: 운반 기체 저장부
20: 유량 조절기 30: 거품기
40: RF 생성기 50: 반응기
51: 기판 받침대 60: 운송관 100: 유기물 110: 플라즈마 유기 중합체 박막

Claims (16)

  1. 탄화수소(hydrocarbon)를 전구체 물질로 사용하여 플라즈마 중합반응을 통해 기재에 증착된 플라즈마 유기 중합체 박막.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄화수소는 CH4, C2H2 또는 C2H6인 것을 특징으로 하는 플라즈마 유기 중합체 박막.
  3. 탄화수소(hydrocarbon) 및 할로-탄화수소(halo-hydrocarbon)를 전구체 물질로 사용하여 플라즈마 중합반응을 통해 기재에 증착된 플라즈마 유기 중합체 박막.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 할로-탄화수소는 플루오로-탄화수소인 것을 특징으로 하는 플라즈마 유기 중합체 박막.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 플루오로-탄화수소는 하기의 화학식 1을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 유기 중합체 박막:
    [화학식 1]
    CnF2n +2
    상기 화학식 1에서 n은 1 이상의 정수이다.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 탄화수소는 CH4, C2H2 또는 C2H6인 것을 특징으로 하는 플라즈마 유기 중합체 박막.
  7. 제2항 또는 제6항에 있어서,
    상기 박막의 두께가 0.01 ~ 0.50μm인 것을 특징으로 하는 플라즈마 유기 중합체 박막.
  8. 거품기 내에서 탄화수소(hydrocarbon) 및 할로-탄화수소(halo-hydrocarbon) 전구체 물질을 기화시키는 단계;
    상기 기화된 전구체 물질을 상기 거품기로부터 배출하여 플라즈마 증착용 반응기로 유입시키는 단계;
    상기 유입된 전구체 물질을 플라즈마 중합반응시켜 상기 반응기 내의 기재 상에 플라즈마 유기 중합체 박막을 증착하는 단계를 포함하는 플라즈마 유기 중합체 박막의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 플라즈마 중합반응은 PECVD 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 유기 중합체 박막의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 할로-탄화수소는 플루오로-탄화수소인 것을 특징으로 하는 플라즈마 유기 중합체 박막.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 플루오로-탄화수소는 하기의 화학식 1을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 유기 중합체 박막의 제조방법:
    [화학식 1]
    CnF2n +2
    상기 화학식 1에서 n은 1 이상의 정수이다.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 탄화수소는 CH4, C2H2 또는 C2H6인 것을 특징으로 하는 플라즈마 유기 중합체 박막의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 박막을 증착하는 단계는 RF 전력을 2000W~10000W로 인가하면서 증착하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 유기 중합체 박막의 제조방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 박막을 증착하는 단계는 전극 온도가 상온에서 65℃ 이하에서 증착하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 유기 중합체 박막의 제조방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 박막을 증착하는 단계는 공정진공도가 0.1~0.5Torr에서 증착하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 유기 중합체 박막의 제조방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 기화된 탄화수소(hydrocarbon) 및 할로-탄화수소(halo-hydrocarbon) 전구체 물질의 가스 유량 비는 1:1~5인 것을 특징으로 하는 플라즈마 유기 중합체 박막의 제조방법.
KR1020140066509A 2014-05-30 2014-05-30 플라즈마 유기 중합체 박막 및 그 제조방법 KR20150137882A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140066509A KR20150137882A (ko) 2014-05-30 2014-05-30 플라즈마 유기 중합체 박막 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140066509A KR20150137882A (ko) 2014-05-30 2014-05-30 플라즈마 유기 중합체 박막 및 그 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20150137882A true KR20150137882A (ko) 2015-12-09

Family

ID=54873760

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140066509A KR20150137882A (ko) 2014-05-30 2014-05-30 플라즈마 유기 중합체 박막 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20150137882A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2011330946B2 (en) Method for reducing creep corrosion
JP6305514B2 (ja) コーティングされた電気アセンブリ
JP2015521338A (ja) コーティングされた電気アセンブリ
AU2011208879A1 (en) Method for the application of a conformal nanocoating by means of a low pressure plasma process
Cho et al. Polyimide surface modification by using microwave plasma for adhesion enhancement of Cu electroless plating
KR100791557B1 (ko) 플라스틱-금속박막 필름 및 그 제조방법
US20210193346A1 (en) Printed circuit surface finish, method of use, and assemblies made therefrom
WO2018029990A1 (ja) 還元処理と同時に用いられる無電解めっき用前処理液、およびプリント配線基板の製造方法
KR20160097326A (ko) 표면 코팅
EP1236760B1 (en) Solvent swell for texturing resinous material and desmearing and removing resinous material
WO2006068741A2 (en) Flexible electronic circuit articles and methods of making thereof
EP3196339B1 (en) Method for manufacturing wiring substrate
EP1241209B1 (en) Solvent swell composition containing heterocyclic nitrogen compounds and glycols for texturing resinous material and desmearing and removing resinous material
JP2008109087A (ja) 半導体チップ搭載用基板及び前処理液
JP2021518676A (ja) 保護された接続及びその接続を含むコネクタを形成する方法
CN102021541A (zh) 用于化学镀的工件的制造方法
GB2462824A (en) Printed circuit board encapsulation
KR20150137882A (ko) 플라즈마 유기 중합체 박막 및 그 제조방법
JP2012015448A (ja) フレキシブル銅張積層板及びその製造方法並びにそれを用いた配線基板
Brooks et al. Plasma polymerization: A versatile and attractive process for conformal coating
WO2017029477A1 (en) Electroless plating method and product obtained
JP2019512601A (ja) プラズマ堆積方法
JPH04267597A (ja) フレキシブルプリント配線板の製造方法
KR101829189B1 (ko) 전구체를 이용한 플라즈마 진공 코팅 방법
Hong et al. Atmospheric plasma treatment on copper for organic cleaning in copper electroplating process: Towards microelectronic packaging industry

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment