KR20160078758A - 연성동박적층판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2층 구조의 연성동박적층판을 제공한다. 구체적으로는 본 발명에 따른 연성동박적층판은 리니어 방식 자기공명 플라즈마 전처리로 표면개질된 절연필름, 상기 절연필름 상에 상온 화학증착법으로 형성된 구리 시드층, 및 구리 시드층 상에 형성된 구리 도금층을 포함하고, 리니어 방식 자기공명플라즈마 전처리를 통하여 고분자 필름의 균일성 및 폴리이미드 고분자 필름과 구리 시드층의 계면결합력 향상을 위한 전처리 공정이 간소화되어 작업 분위기에 따른 공정변수를 체계화함으로써 기계적, 물리적 특성의 저하없이 낮은 저항대 및 고효율을 갖게 된다.

Description

연성동박적층판{Flexible Copper Clad Laminate}

본 발명은 연성동박적층판에 관한 것이다.

일반적으로 연성동박적층판을 제조하는 방법은 라미네이팅 공법, 캐스팅 공법, 스퍼터링 공법을 주로 사용하는데, 우선적으로 라미네이팅 공법은 폴리이미드 고분자 필름에 에폭시 계열의 수지가 함침된 프리프레그를 사용하여 단면 또는 양면의 연성동박적층필름을 적층하는 방법과 양 방향을 접합하는 방법을 사용하는데 이 방법은 다른 공법들에 비하여 광폭으로 제조할 수 있고, 내열성과 접합성이 우수하지만, 에폭시 접착제로 인한 피로 특성 문제와 라미네이팅 시 구리박막 필름의 두께가 두꺼워지기 때문에 에칭시 문제가 발생하며, 구리필름 자체가 두껍기 때문에 제한된 협피치를 구현하기가 어려우며, 이로 인하여 작은 소형기기나 플렉서블한 장치에 사용하기에는 어려움이 따른다. 또한 고분자 필름과 구리 박막의 계면에너지가 많이 떨어지기 때문에 접합이 제대로 이루어지지 않아 들뜸 현상이 발생하는 문제가 발생한다.

다음으로, 캐스팅공법은 고분자 수지 바니시를 구리 포일에 도포하는 방식으로서, 동박의 표면조도에 따라 고분자 수지와 구리 간의 접합력이 결정된다. 이 공법은 라미네이팅 공법과 마찬가지로 마이크로 구리층을 만들기 어려우며, 에칭 후 잔사 문제로 인한 회로의 단락이 생기며, 투명성이 떨어지는 문제점이 발생한다. 특히, 열적 안정성 및 우수한 기계적 강도, 낮은 유전율을 갖기 때문에 기재필름으로 주로 사용되는 폴리이미드 고분자 필름을 상기 공법에 적용하는 경우 에폭시 접착제와의 접착력이 많이 떨어져 디라미네이션이 크게 문제가 되며, 이는 제품 생산 수율 및 불량율과 관계되므로 제품의 신뢰성 및 안전성이 저하된다.

마지막으로, 최근 많이 사용되는 스퍼터링 공정은 파인 피치에 대한 대응이 용이하여 마이크로 단위의 두께 조절을 할 수 있지만, 도전막에 표면 문제를 일으키고, 작업 공간 및 공정 안의 타겟의 공간적, 위치적 조정의 어려움이 있으며, 스퍼터링 공정상 고온에서 작업이 진행되기 때문에 고분자계 기재 필름의 열손상 등의 우려에 의히여 낮은 생산속도를 갖는다. 이 공법의 경우 접합층의 구성이 필요한데, 기재필름으로 주로 사용되는 폴리이미드 필름과 금속과의 접합력이 매우 낮아 크롬, 니켈 등의 유해 중금속으로 접합층을 만들어 구리를 증착시키기 때문에 공정의 수가 증가하고 유해 물질을 사용하므로 안정성 및 환경오염의 문제가 발생한다. 또한, 표면의 증착 균질도가 떨어지므로 핀홀이 발생되는 경우가 많아 핀홀로 인한 구리 증착 시드면의 금속간의 문제가 발생하여 크랙 및 응력전달로 인한 도금면의 파괴, 도금시 디라미네이션 및 시드층의 이탈현상 및 필름손상 등의 문제가 발생한다.

한편, 우수한 열적 안정성, 유전 특성, 화학적 안정성 등이 우수하여 다층 박막구조의 logic 반도체, 인쇄회로 기판, 및 절연물질로 자주 사용되는 고분자인 폴리이미드 (polyimide) 필름의 전자 재료에 응용시 금속 또는 산화물과의 접착력이 약한 단점을 가지고 있다. 특히 전기 배선막으로 주로 사용되는 구리와의 접착력이 매우 약하여 전기절연성이 우수한 폴리이미드 등의 사용에 큰 제약 조건으로 알려져 왔다. 폴리이미드의 경우 초기 표면 에너지가 42 mN/m 정도로 전자회로 기판으로 사용시 Cu와의 접착력이 우수하지 못하여 Cr, Ni-Cr 등의 합금 등을 사용한 접착력 증대층인 기초층(tie layer)을 먼저 증착하고 그 위에 구리층을 증착하여 사용하여 왔다. 하기 특허문헌 1은 표면개질후 스퍼터링 방식으로 Ni-Cr층 및 구리 시드층을 증착하는 방법에 관한 것이다. 그 밖에 구리와의 접착력 향상을 위하여 표면 세정, 전자빔 등의 방사와 이온빔, 펄스형 에너지빔, 플라즈마 등의 방식을 이용하여 계면 제어를 통해 구리와의 접착력을 증대하려는 많은 연구가 있었다.

특허문헌 1: 한국 공개특허 제2013-0001923호

이에 본 발명은 리니어(Linear) 자기공명 플라즈마 전처리를 통하여 표면조도를 조절하여 구리와 고분자 필름의 계면에너지를 낮추어 접합층이 필요없는 접합력이 우수한 구리 시드층을 증착시킬 수 있음을 확인하였고, 향상을 위한 공정의 간소화와 작업 분위기에 따른 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.

따라서, 본 발명의 하나의 관점은 롤투롤(roll-to-roll) 방식의 리니어 자기공명 플라즈마 전처리를 통한 전처리 및 상온화학증착방법을 통하여 접착력이 우수한 연성동박적층판을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 관점은 상온에서 구리시드 화학증착기법을 통하여 필름의 원단 손상을 방지하여 보다 신뢰성이 높고 제품 단가가 낮은 단일층의 구리막 구조를 갖는 연성동박적층판을 제공하는데 있다.

상기 하나의 관점을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연성동박적층판은 리니어(Linear) 방식 자기공명 플라즈마 전처리로 표면개질된 절연필름 및 상기 절연필름 상에 상온 화학증착법으로 형성된 구리 시드층을 포함하고, 상기 구리 시드층은 10㎚ 내지 50㎚의 두께를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 또 다른 관점을 달성하기 위한 연성동박적층판은 리니어(Linear) 방식 자기공명 플라즈마 전처리로 표면개질된 절연필름, 상기 절연필름 상에 상온 화학증착법으로 형성된 구리 시드층, 및 구리 시드층 상에 형성된 구리 도금층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따른 연성동박적층판은 자기공명플라즈마 전처리로 폴리이미드 고분자 필름과 구리 시드층의 계면결합력이 향상되고, 보편화된 복합금속(Ni/Cr) 접합층을 적용하지 않고 상온 화학증착법으로 구리 시드층을 형성하므로 회로패턴 구현 시 에칭성이 우수하며, 별도의 접합층을 갖지 않으므로 응력차이로 인하여 후공정에서 발생하는 이렉트로마이그레이션으로 인한 회로불량을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 연성동박적층판은 리니어 방식 자기공명플라즈마 전처리를 통하여 고분자 필름의 균일성 및 폴리이미드 고분자 필름과 구리 시드층의 계면결합력 향상을 위한 전처리 공정이 간소화되어 작업 분위기에 따른 공정변수를 체계화함으로써 기계적, 물리적 특성의 저하없이 낮은 저항대 및 고효율을 갖게 된다.

도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 연성동박적층판의 구리 시드층을 집속 이온빔(Focused Ion Beam)으로 측정한 표면 두께 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른 연성동박적층판의 박리 강도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.

본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하기 전에, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니되며, 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예의 구성은 본 발명의 바람직한 하나의 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록, 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명은 연성회로기판의 기반이 되는 유연성있는 절연기판에 관한 것으로서, 유연하게 구부러지는 구리 박막을 입힌 회로 기판의 원판, 즉 구리 박막과 고분자 절연 필름에 접착제를 이용한 3층 구조의 연성동박적층판을 개선한 절연필름 및 구리 박막의 2층 구조인 연성동박적층판에 관한 것이다. 보다 구체적으로 리니어(Linear) 자기공명플라즈마 전처리된 고분자 절연필름 상에 상온 화학증착법을 통하여 접착층없이 구리 시드층을 나노미터단위로 증착하고, 구리 시드층이 증착된 필름을 도금하여 제조된 연성동박적층판에 관한 것이다.

본 발명은 절연필름, 상기 절연필름 상에 형성된 구리 시드층을 포함하고, 여기서 상기 구리 시드층은 10㎚ 내지 100㎚의 두께로 형성되고, 보다 바람직하게는 10㎚ 내지 50㎚의 두께로 형성될 수 있다. 또한, 상기 연성동박적층판은 상기 구리 시드층 상에 형성된 구리 도금층을 더욱 포함할 수 있다.

상기 절연필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 폴리에틸렌나프탈레이트 필름, 폴리이미드 필름, 폴리아미드이미드 필름, 폴리아미드 필름, 폴리에스테르 필름, 폴리테트라플루오로에틸렌 필름, 폴리카보네이트 필름, 및 유리섬유 강화 에폭시 필름 중 하나로 이루어질 수 있으며, 우수한 열적 안정성, 유전 특성, 화학적 안정성 등이 우수한 폴리이미드 필름이 보다 바람직하다.

상기 절연필름은 리니어(Linear) 방식 자기공명 플라즈마 전처리로 표면개질된다. 상기 절연필름, 특히 폴리이미드 필름을 산소나 질소 등의 특정한 활성 기체를 이용하여 고분자인 폴리이미드 필름과 금속 간의 접착력을 향상시키기 위한 방안으로 플라즈마 처리를 실시하면 그 효과는 표면의 거칠기를 증가시키고 표면의 화학적 결합을 끊어 금속과 잘 결합할 수 있는 활성화된 표면 상태로 만들어줄 수 있다. 본 발명은 자기공명플라즈마를 전처리로 사용하므로 폴리이미드 고분자 필름 표면에 요철을 만들어 표면조도를 높일 수 있어 구리 시드층의 증착 및 접착력을 증가시키고, 또한 롤투롤(Roll-To-Roll) 방식 및 리니어(Linear) 자기공명플라즈마 방식을 이용하여 순차적인 처리 및 증착 과정으로 공정시간, 공정단가 및 수율을 향상시킬 수 있다.

상기 구리 시드층은 상온 화학증착법에 의하여 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 자기공명플라즈마로 전처리를 통하여 표면을 개질시켜 조도가 형성된 고분자 필름 상에 상온 화학증착법을 통하여 구리시드층을 형성할 수 있고, 이러한 방식으로 형성된 구리 시드층은 고분자 필름과의 접착력이 우수하다.

상기 절연필름은 25㎛ 내지 38㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하나, 상온화학증착기법을 통하여 상기 구리 시드층을 증착하는 경우 절연필름의 두께에 특별한 제약이 있는 것은 아니다.

상기 구리 도금층은 전해 도금 또는 무전해 도금에 의하여 형성될 수 있고, 도금 두께에 특별한 제약이 있는 것은 아니지만, 상기 구리 도금층은 2㎛ 내지 6㎛의 두께로 형성될 수 있고, 2㎛ 내지 4㎛로 형성되는 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 일 구체 예에 따른 동박적층판은 리니어(Linear) 자기공명플라즈마 전처리된 고분자 절연필름 상에 상온 화학증착법을 통하여 별도의 접착층없이 구리 시드층을 나노미터단위로 증착하고, 구리 시드층이 증착된 필름을 구리 도금하여 제조될 수 있다. 도 1은 이러한 방법에 의하여 제조된 동박 적층판의 단면을 집속 이온빔으로 측정한 사진으로서, 10만 배율로 측정하면 구리 시드층의 두께는 약 34.90㎚를 가지며, 얇고 균일하게 구리 시드층이 증착된 것을 확인할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른 연성동박적층판의 박리 강도를 측정하기 위해 인가중량 10~20㎏, 시료크기 가로 1㎝ × 세로 10㎝, 측정면적 0.2㎠, 측정속도 0.1㎜/sec 범위의 결과를 나타낸 그래프로서, 1번 그래프는 좌측부분의 결과값으로 최대 2,700gf/cm²을 갖고, 2번 그래프는 중앙부분의 결과값으로 최대 3,600gf/cm²을 갖으며, 3번 그래프는 최대 2,650gf/cm²을 갖는다. 이는 자기공명플라즈마 전처리에 의하여 금속-폴리이미드 결합에서 수소 반응을 통하여 금속-수소-고분자 구조를 형성하여 접착력이 증가된 것이다.

하기 표 1은 본 발명의 일 구체 예에 따른 연성동박적층판의 상온 인장강도 및 연신율 데이터를 나타낸 결과값이다.

구분	최대하중	인장강도	신장률	표점	최대변위
	(N)	(MPa)	(%)	mm	mm
구리 시드층	126.9	253.8	42.84	100	42.84
	124.2	248.4	36.98	100	36.98
	127.8	255.6	40.49	100	40.49
평균	126.3	252.6	40.10	100	40.10

상기 표 1과 같이 각기 다른 3장을 측정시 평균적으로 균일한 결과값을 가지는 구리 시드층이 증착된 필름을 제조하였다.

하기 표 2는 본 발명의 구체 예에 따른 구리 시드층의 열충격 이후의 인장강도 및 신장률을 나타낸 결과값이다. 이때, 폴리이미드 필름의 두께는 25㎛이고, 열충격 시험은 20분, 20℃ ~ 20분, 80℃ 조건 하에서 수행된다.

구분	인장강도	신장률
	(MPa)	(%)
구리 시드층	249.6	36.71

하기 표 3은 본 발명의 구체 예에 따른 구리 시드층의 열충격 이후의 측정한 표면 저항을 나타낸 결과값이다.

구분	온도(℃)	표면저항(Ω/□)
구리시드층	상온	3.07
	열충격	2.97

하기 표 4는 본 발명의 구체 예에 따른 구리 시드층의 항온/항습 시험 이후의 인장강도 및 신장률을 나타낸 결과값이다. 이때, 폴리이미드 필름의 두께는 25㎛이고, 항온항습시험 시험은 85℃, 85% 조건 하에서 수행된다.

구분	인장강도	신장률
	(MPa)	(%)
구리시드층	215.4	21.51

하기 표 5는 본 발명의 구체 예에 따른 구리 시드층의 항온항습시험 이후의 측정한 표면 저항을 나타낸 데이터이다.

구분	온도(℃)	표면저항(Ω/□)
구리시드층	상온	3.07
	고온고습 이후	3.15

하기 표 6은 필름 노화 이후의 5가지 테스트를 통한 물성 변화값을 나타낸 데이터이다.

구분	인장강도 (MPa)	연필경도 (B,HB,H)	표면저항 (Ω/□)	가열수축율 (%)	말림성 (mm)
상온	253.8	2H	3.07	0.1%	0
110℃	251.4	2H	3.04	0.1%	-0.2
120℃	252.1	2H	3.00	0.1%	-0.4
150℃	-	-	-	-	-

하기 표 7은 4가지 용액 타입에 따른 내화학성을 실험하고 그 Rs 변화율을 측정한 데이터이다. (R₀=3Ω/□, R/R₀<1.2)

구분	용액	Rs 변화
구리 시드층	EtOH	1.02
	HCl	1.6
	KOH	1.3
	Aceton	1.06

이상 본 발명을 구체적인 실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량할 수 있음이 명백하다.

본 발명의 단순한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

Claims (8)

1. 절연필름; 및
   상기 절연필름 상에 형성된 구리 시드층;을 포함하고,
   여기서 상기 구리 시드층은 10㎚ 내지 100㎚의 두께를 갖는 연성동박적층판.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 연성동박적층판은 상기 구리 시드층 상에 형성된 구리 도금층을 더욱 포함하는 연성동박적층판.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 절연필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 폴리에틸렌나프탈레이트 필름, 폴리이미드 필름, 폴리아미드이미드 필름, 폴리아미드 필름, 폴리에스테르 필름, 폴리테트라플루오로에틸렌 필름, 폴리카보네이트 필름, 및 유리섬유 강화 에폭시 필름으로 이루어진 군으로부터 선택된 연성동박적층판.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 절연필름은 리니어(Linear) 방식 자기공명 플라즈마 전처리로 표면개질된 연성동박적층판.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 구리 시드층은 상온 화학증착법에 의하여 형성된 연성동박적층판.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 절연필름의 두께는 25㎛ 내지 38㎛의 두께를 갖는 연성동박적층판.
7. 청구항 2에 있어서,
   상기 구리 도금층은 전해 도금 또는 무전해 도금에 의하여 형성된 연성동박적층판.
8. 청구항 2에 있어서,
   상기 구리 도금층은 2㎛ 내지 6㎛의 두께를 갖는 연성동박적층판.

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