KR20180119061A - 기판과의 접착성이 향상된 금속 배선층을 구비하는 인쇄회로 기판 및 이의 제조방법 - Google Patents

기판과의 접착성이 향상된 금속 배선층을 구비하는 인쇄회로 기판 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

기판과의 접착성이 향상된 금속 배선층을 구비하는 인쇄회로 기판의 제조방법을 제공한다. 본 발명의 인쇄회로 기판 제조방법은, 폴리이미드 기판을 준비하는 단계, 기판을 표면처리하여 기판의 표면 내에 폴리아믹산층을 형성하는 단계, 폴리아믹산층 상에 산화금속 잉크를 인쇄하여 산화금속 잉크 패턴층을 형성하는 단계 및 산화금속 잉크 패턴층을 광소결하여 금속 배선층을 형성하는 단계를 포함한다. 따라서, 기판에 표면처리를 수행함으로써, 기판과의 접착성과, 전도성이 동시에 향상된 금속 배선층을 구비하는 인쇄회로 기판을 제조할 수 있다.

Description

기판과의 접착성이 향상된 금속 배선층을 구비하는 인쇄회로 기판 및 이의 제조방법{Printed circuit board having metal wire layer with improved adhesion to substrate and manufacturing method for the same}
본 발명은 인쇄회로 기판에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 도전성 잉크를 사용하여 형성한 금속 배선층을 구비하는 인쇄회로 기판에 관한 것이다.
인쇄전자(printed electronics)기술이란, 원하는 전자회로 부분만을 기판이나 필름 등에 도전성 잉크로 인쇄하듯이 찍어내는 기술을 의미한다.
이러한 인쇄전자 기술은 비교적 낮은 가격으로 전자회로를 생산할 수 있는 점, 친환경 생산이 가능한 점, 전자회로를 얇고 작은 물체에 형성할 수 있는 점, 기존의 단단한 기판뿐만 아니라 얇은 필름 상에도 전자회로를 형성할 수 있는 점 등 여러 장점들로 인하여, 예를 들어, 메모리, 디스플레이, 전지, 조명, 센서 등 다양한 산업 분야에 두루 적용되고 있다. 또한, 인쇄전자 기술은 기존 산업 분야와 더불어, 스마트 IT, 디스플레이, 태양광 등의 산업과도 융합하여 고부가가치 산업을 창출할 것으로 기대된다.
현재 인쇄전자기술에서 사용되고 있는 도전성 잉크는 주로 은(Silver)을 포함하는 은 잉크 또는 은 페이스트가 일반적이고, 그 외에도 금(gold), 백금(platinum), 팔라듐(palladium) 등의 금속 입자가 포함될 수 있다.
그러나, 도전성 잉크를 실제 산업에서 사용하여 전극을 제조할 때, 전극층과 기판과의 접착력이 좋지 않다는 문제점이 있다. 기존에는 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 도전성 잉크에 접착 성분을 갖는 물질을 첨가하는 방법을 사용하였으나, 이는 도선의 전도성을 낮춰 통전 시 발열을 일으키기 쉬운 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 제10-2015-0077675호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 기판과의 접착성과, 전도성이 동시에 향상된 금속 배선층을 구비하는 인쇄회로 기판을 제공함에 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 기판과의 접착성이 향상된 금속 배선층을 구비하는 인쇄회로 기판 제조방법을 제공한다. 상기 인쇄회로 기판 제조방법은, 폴리이미드 기판을 준비하는 단계, 상기 기판을 표면처리하여 상기 기판의 표면 내에 폴리아믹산층을 형성하는 단계, 상기 폴리아믹산층 상에 산화금속 잉크를 인쇄하여 산화금속 잉크 패턴층을 형성하는 단계 및 상기 산화금속 잉크 패턴층을 광소결하여 금속 배선층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 표면처리는, 상기 기판을 염기성 용액 및 산 용액에 차례로 처리하는 것일 수 있다.
상기 산화금속 잉크는, 금속 나노입자 코어와 금속 산화막 쉘을 갖는 산화금속 나노입자, 환원제 및 유기 용매를 포함하는 것일 수 있다. 상기 산화금속 나노입자는 산화구리, 산화은, 산화금 및 산화니켈로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 환원제는 알데하이드계 화합물, 인(phosphorus)계 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 유기 용매는 디에틸렌글리콜모노부틸에테르(Diethylene glycol monobutyl ether), 아세톤(acetone), 에틸렌 글리콜(EG) 및 텍산올(texanol)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 광소결 과정에서, 상기 금속 산화막을 환원시켜 금속 나노입자를 형성하는 것일 수 있다. 상기 광소결 과정에서, 상기 폴리아믹산층은 상기 폴리아믹산층과 접하는 상기 금속 나노입자들 사이의 기공 내로 일부 빨려 올라간 후, 다시 폴리이미드로 변환되고, 상기 폴리이미드는 금속 나노입자들 사이의 기공을 적어도 일부 채우는 것일 수 있다.
상기 광소결에 의하여, 상기 금속 나노입자의 하부는 상기 폴리이미드 기판에 매몰된 구조를 가질 수 있다. 상기 광소결은 대기 분위기에서 수행될 수 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 기판과의 접착성이 향상된 금속 배선층을 구비하는 인쇄회로 기판을 제공한다. 상기 인쇄회로 기판 제조방법은, 폴리이미드 기판; 및 상기 기판 상에 위치하고, 금속 나노입자들을 포함하는 금속 배선층을 포함하되, 상기 금속 나노입자의 하부는 상기 폴리이미드 기판의 표면 내에 매몰된 구조를 갖는 것일 수 있다.
상기 금속 나노입자의 하부가 상기 폴리이미드 기판의 표면 내에 매몰된 구조는, 상기 기판과 접하는 상기 금속 나노입자들 사이의 기공에 상기 폴리이미드 기판과 연결된 폴리이미드가 채워진 구조인 것일 수 있다. 상기 금속 배선층은 서로 연결된 다층의 금속 나노입자들을 구비하는 구조이되, 촤하부층의 금속 나노입자들 사이의 기공 내에 상기 폴리이미드 기판과 연결된 폴리이미드가 채워진 것일 수 있다. 상기 금속 나노입자는, 구리, 은, 금 및 니켈로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.
본 발명에 따르면, 기판에 표면처리를 수행함으로써, 기판과의 접착성과, 전도성이 동시에 향상된 금속 배선층을 구비하는 인쇄회로 기판을 제조할 수 있다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로 기판 제조방법을 순서대로 나타낸 모식도이다.
도 2a 내지 도 2d는 도 1d의 A를 확대하여, 광소결을 수행하는 과정을 나타낸 단면도들이다.
도 3은 본 발명의 실험예 1에 따른 결과를 나타낸 표이다.
도 4는 본 발명의 실험예 2에 따른 결과를 나타낸 표이다.
도 5는 본 발명의 실험예 3에 따른 결과를 나타낸 표이다.
도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명의 제조예에 따른 인쇄회로 기판의 광소결을 수행하기 전과 후를 나타낸 전계방출형 주사전자현미경(FE-SEM) 사진이다.
도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명의 비교예 및 제조예에 따른 인쇄회로 기판의 광소결을 수행하기 전과 후의 단면을 나타낸 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로 기판 제조방법을 순서대로 나타낸 모식도들이다.
도 1a를 참조하면, 베이스 기판(100)으로 폴리이미드(polyimide) 기판을 준비한다. 구체적으로, 상기 폴리이미드(polyimide) 기판(100)은 연성(flexible)을 갖는 필름 형태일 수 있다. 상기 기판(100)의 두께는 크게 제한이 있는 것은 아니지만, 예를 들어, 수십 ㎛ 내지 수천 ㎛, 구체적으로, 10㎛ 내지 9000㎛, 더 구체적으로, 10㎛ 내지 1000㎛, 보다 구체적으로, 100㎛ 내지 1000㎛일 수 있다.
도 1b를 참조하면, 상기 기판(100)을 표면처리할 수 있다. 구체적으로, 상기 기판(100)을 습식처리, 더 구체적으로, 염기성 용액 및 산 용액에 각각 차례로 침지할 수 있다. 일 예로써, 상기 기판(100)을 세척한 다음, 1M 내지 3M, 구체적으로 2M 농도의 염기성 수용액에 침지한 후, 20℃ 내지 30℃, 구체적으로, 상온(25℃)에서 1분 내지 10분간, 일 예로 5분간 유지시킬 수 있다. 이에 따라, 폴리이미드 내 이미드 고리가 불안정한 상태로 개환된 후 폴리 아메이트(polyamate)가 될 수 있다. 이후, 상기 기판(100)을 초순수 워터(DI water)로 세척한 다음, 1M 내지 3M, 구체적으로 2M 농도의 산성 수용액에 침지하여 20℃ 내지 30℃, 구체적으로, 상온(25℃)에서 1분 내지 10분, 일 예로 5분간 유지시킬 수 있다. 이후, 상기 기판(100)을 초순수 워터(DI water)로 세척할 수 있다. 이에 따라, 폴리아메이트(polyammate)가 양이온화(protonation)되어 안정한 상태의 폴리아믹산(polyamic acid)을 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 염기성 수용액은 수산화나트륨 수용액, 수산화칼륨 수용액, 수산화암모늄 수용액 및 수산화테트라메틸암모늄 수용액으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다. 예컨대, 상기 염기성 수용액은 강염기성 수용액 중 하나인 수산화칼륨 수용액일 수 있다. 상기 산성 수용액은 염산 수용액, 초산 수용액 및 황산 수용액으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다. 예컨대, 상기 산성 수용액은 강산성 수용액 중 하나인 염산 수용액일 수 있다.
다시 말해서, 상기 폴리이미드 기판(100)의 표면 처리를 통하여 상기 기판(100)의 표면을 폴리아믹산층(200)으로 개질할 수 있으며, 상기 폴리아믹산층(200)은 폴리이미드 대비, 예를 들어, 접착성과 유연성이 클 수 있다.
도 1c를 참조하면, 상기 폴리아믹산층(200) 상에 산화금속 잉크를 인쇄하여 산화금속 잉크 패턴층(300)을 형성할 수 있다. 상기 산화금속 잉크는, 산화금속 나노입자((metal-oxide nano-particle), 환원제(reducing agent) 및 유기 용매를 함유할 수 있다.
상기 산화금속 나노입자는 산화구리, 산화은, 산화금 및 산화니켈로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다. 구체적으로, 상기 산화금속 나노입자는 금속 나노입자(도 2a의 301) 코어에 금속 산화막(oxide film)(도 2a의 302)이 쉘 형태로 형성된 것일 수 있다. 일 예로, 상기 산화금속 나노입자는 구리 나노입자 코어에 산화구리 쉘을 갖는 산화구리(CuO) 나노입자일 수 있다. 예를 들어, 상기 산화금속 나노입자의 평균 입경은 10nm 내지 500nm, 구체적으로, 100nm 내지 500nm, 더 구체적으로, 200nm 내지 500nm일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
상기 환원제(reducing agent)는 상기 금속 산화막(또는 산화금속 쉘)을 환원시킬 수 있는 것으로, 예를 들어, 상기 환원제는 알데하이드계 화합물, 인(phosphorus)계 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.
예컨대, 상기 알데하이드계 화합물은 포름알데하이드 및 아세트알데하이드 등일 수 있다. 상기 인계 화합물은 아인산염(phosphites), 차아인산염(hypophosphites) 및 아인산(phosphorous)등일 수 있다.
상기 유기 용매는 에테르계 용매, 케톤계 용매, 알코올 및 다가 알코올계 용매로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 상기 유기 용매는, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르(Diethylene glycol monobutyl ether), 아세톤(acetone), 에틸렌 글리콜(EG) 및 텍산올(texanol)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 일 예로써, 상기 유기 용매는 디에틸렌글리콜모노부틸에테르일 수 있다.
예를 들어, 상기 산화금속 잉크 내에서 상기 산화금속 나노입자는 상기 용매 100 중량부 대비 70 내지 95 중량부로 함유될 수 있다.
상기 산화금속 잉크를 상기 폴리아믹산층(200) 상에 인쇄하는 방법으로는, 예를 들어, 잉크젯 인쇄법, 플렉소/그라뷰어링 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 리버스옵셋, 임프린팅, 디스펜싱 인쇄법 및 스크린 인쇄법으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 일 예로, 상기 인쇄 방법으로는 스크린 인쇄법을 사용할 수 있다.
도 1d를 참조하면, 상기 산화금속 잉크 패턴층(도 1c의 300)을 광소결하여 금속 배선층(400)을 형성할 수 있다. 상기 광소결은 예열, 용매 건조 등을 위한 예비 광조사 단계 및 메인 광조사 단계를 포함할 수 있다.
상기 광소결, 구체적으로 상기 메인 광조사 단계에서 상기 산화금속 나노입자는 환원되어 금속 나노입자로 변화될 수 있다. 이때, 상기 환원은 환원제에 의한 것일 수 있으며, 이를 위하여, 상기 광소결은 대기 분위기에서 수행될 수 있다. 상기 금속 배선층(400)에는 순수한 금속 입자만이 존재할 수 있어 전도성 향상 효과를 발휘할 수 있다.
또한, 상기 광소결에 의하여 상기 기판(100)과 상기 금속 나노입자들과의 접촉 면적을 증가시킬 수 있다. 상기 금속 나노입자 및 상기 기판(100)과의 접촉 면적 증가에 대하여는 후술되는 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 보다 구체적으로 서술될 것이다.
상기 광소결 시, 광의 펄스 폭은 0.01ms 내지 100ms, 구체적으로 0.1ms 내지 50ms, 더 구체적으로, 0.1ms 내지 20ms, 일 예로는 10ms 내지 20ms 일 수 있으며, 펄스 수는 1회 내지 1,000회일 수 있다. 상기 광의 강도(에너지)는 1J/m2 내지 100J/m2, 구체적으로, 1J/cm2 내지 50J/cm2, 더 구체적으로, 1J/cm2 내지 10J/cm2, 보다 구체적으로, 6J/cm2 내지 10J/cm2 일 수 있다.
도 2a 내지 도 2d는 도 1d의 A를 확대하여, 광소결을 수행하는 과정을 나타낸 단면도들이다.
도 2a는 광소결을 수행하기 전에 폴리아믹산층(200)상에 산화금속 잉크 패턴층(300)이 형성된 것을 나타낸 것이다. 또한, 광소결을 수행하기 전에는, 상기 산화금속 잉크 패턴층(300) 내의 산화금속 나노입자는 금속 나노입자 코어(301)와 금속 산화막 쉘(302)을 가질 수 있다.
도 2b를 참조하면, 광소결을 수행하게 되면 환원제에 의하여 상기 산화금속 입자의 금속 산화막(302)이 환원되면서 금속 나노입자(301)만이 남게 되고, 이 과정에서 수증기(H2O)가 생성될 수 있다. 생성된 수증기는 금속 나노입자들(301) 사이의 기공을 통해 공기 중으로 빠져나갈 수 있다. 한편, 광소결 수행 도중 발생하는 열에 의하여 상기 폴리이미드 기판(100)의 표면, 구체적으로, 폴리아믹산층(200)이 한층 더 부드러워지게 될 수 있다.
도 2c를 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이 공기 중으로 빠져나가는 수증기에 의해 압력차가 발생하면 이 압력차로 인해, 부드러워진 폴리아믹산층(200)은 상기 금속 나노입자들 사이의 기공 내로 빨려들어가게 되고, 이 상태에서 광소결이 더 진행됨에 따라 상기 폴리아믹산층(200)에 가해지는 열이 증가하고 이 열에 의해 폴리아믹산은 다시 폴리이미드로 변화하게 된다.
도 2d를 참조하면, 광소결이 수행된 후에는 상기 금속 배선층(400), 구체적으로, 상기 금속 배선층(400) 내의 상기 금속 나노입자(301)는 상기 폴리이미드 기판(100)에 접착된 구조를 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 금속 배선층(400)은 상기 금속 나노입자(301)의 하부의 일부가 상기 폴리이미드 기판(100)의 표면 내에 매몰된 형태를 가질 수 있다.
다시 말해서, 상기 기판(100) 및 상기 기판(100)과 접하는 상기 금속 나노입자(301) 사이의 기공 내로 상기 폴리이미드 기판(100)의 표면으로부터 연장된 폴리이미드가 적어도 일부 채워진 구조를 형성할 수 있다. 상기 금속 배선층(400)이 다층의 금속 입자들을 구비하는 경우, 상기 기판(100)으로부터 연장된 폴리이미드는 기판(100)과 접하는 최하부층 내의 금속 입자들 사이의 기공의 적어도 일부를 채울 수 있다. 이에 따라, 상기 폴리이미드 기판(100)과 상기 금속 배선층(400) 사이의 접촉면적은 증가할 수 있다.
이에 따라, 금속 배선층(400), 구체적으로는, 상기 금속 나노입자(301)를 구비하는 금속 배선층(400)과 상기 기판(100)과의 접착성 및, 상기 금속 배선층(400)의 내화학성 등이 향상되어 실제 산업에 적용 시 우수한 물성을 발휘할 수 있다. 또한, 본 발명의 기판 표면처리 공정을 포함하여 제조된 인쇄회로 기판의 구조 및 특성은, 기존의 기판과 금속 배선층의 접착성을 증가시키기 위한 방법인 전도성 잉크 내에 바인더를 첨가할 경우 전도성이 저하되는 우려를 방지하는 효과를 발휘할 수 있다. 따라서, 우수한 물성, 구체적으로는, 기판과 금속 배선층의 접착성과 금속 배선층의 내화학성에서 향상된 효과를 발휘하면서도, 뛰어난 전기 전도성 효과를 발휘할 수 있는 인쇄회로 기판을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실험예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
< 제조예 : 표면처리된 베이스 기판을 포함하는 인쇄회로기판>
베이스 기판인 폴리이미드 필름을 세척한 후, 2M의 수산화칼륨(KOH) 수용액에 침지한 다음 상온(25℃)에서 5분간 유지시켰다. 이후, 상기 필름을 꺼내어 초순수(DI water)로 세척하고, 2M의 염산(HCl) 수용액에 침지한 다음 상온(25℃)에서 5분간 유지시켰다. 이후, 상기 필름을 초순수(DI water)로 세척하여 표면처리하였다. 한편, 산화구리(CuO)와 포름 알데히드가 디에틸렌글리콜 모노부틸에테르에 함유된 산화구리 잉크(㈜ 아모그린텍 사)를 상기 필름의 표면처리된 면 상에 스크린 인쇄하여 패턴을 형성하였다. 그런 다음, 100℃의 박스 오븐 및 핫플레이트에서 10분간 패턴을 건조시키고, 건조된 패턴을 제논 10ms의 펄스 폭, 8J/cm2 의 강도를 갖는 플래쉬 램프로 소결하였다.
< 비교예 : 표면처리되지 않은 베이스 기판을 포함하는 인쇄회로기판>
표면처리하지 않은 폴리이미드 필름을 베이스 기판으로 사용한 것을 제외하고는, 전술된 제조예와 동일한 방법으로 상기 폴리이미드 필름 상에 구리 배선을 형성하였다.
< 실험예 1: 구리 배선과 베이스 기판 사이의 접착성 테스트>
전술된 제조예와 비교예의 인쇄회로기판에서 구리 배선과 베이스 기판 사이의 접착성을 측정하는 크로스-컷 테스트(cross-cut test)를 수행하였다. 상기 크로스-컷 테스트는 ASTM-D3359 표준 크로스-컷 테스트이고, 구체적으로는 구리 배선을 크로스-컷하여 구리 배선 조각들을 형성한 후, 구리 배선 조각들 상에 테이프를 붙였다가 떼어내는 과정을 진행하였다.
< 실험예 2: 직사각형 구리 배선의 내화학성 테스트>
전술된 제조예 및 비교예에 따른 방법으로 제조하되, 직사각형(rectangular pattern) 형태로 각각 구리 배선을 형성한 다음, 각각의 구리 배선을 IPA (isopropyl alcohol)로 처리하거나, 2M NaOH로 처리하거나, 또는 2M HCl로 5분간 처리한 후, 내화학성을 비교하였다.
< 실험예 3: 선형 금속 배선의 내화학성 및 전도성 테스트>
전술된 제조예 또는 비교예에 따른 방법으로 선형(line pattern) 형태로 구리 배선을 형성한 것을 제외하고는 실험예 2에 기재된 방법을 사용하여 내화학성을 비교하였다. 또한, 상기 내화학성 테스트를 위해 IPA, NaOH, 및 HCl 처리된 각 샘플의 전도성을 측정하였다.
도 3은 실험예 1에 따른 크로스-컷 테스트 결과를 나타낸 표이다.
도 3을 참조하면, 비교예, 즉 표면처리되지 않은 베이스 기판 상에 형성된 구리 배선의 경우, 베이스 기판 상에 구리 배선 조각들이 남아있지 않고 모두 탈락(OB)한 반면, 제조예, 즉, 표면처리된 베이스 기판 상에 형성된 구리 배선의 경우, 베이스 기판 상에 구리 배선 조각들이 탈락하지 않고 모두 보존(5B)된 것을 확인할 수 있다. 이는 제조예에 따른 인쇄회로기판의 경우, 베이스 기판과 구리 배선 사이의 접착 강도(adhesive strength)가 비교예에 비하여 월등히 향상되었음을 보여준다.
도 4는 실험예 2에 따른 직사각형 구리 배선의 내화학성 테스트 결과를 나타낸 표이다.
도 4를 참조하면, 비교예의 경우, 강염기 또는 강산, 특히 강산을 처리하였을 때 구리 배선이 탈락한 반면, 제조예의 경우, 강염기 또는 강산 처리 시에도 구리 배선이 보존된 것을 확인할 수 있다.
도 5는 실험예 3에 따른 선형 구리 배선의 내화학성 및 전도성 테스트 결과를 나타낸 표이다.
도 5를 참조하면, 비교예의 경우, 강염기 또는 강산을 처리하였을 때 선 형 구리 배선의 일부가 탈락하여 배선이 끊기는 현상이 나타나 저항 값을 측정할 수 없었다. 반면, 제조예의 경우, 강염기 또는 강산을 처리하여도 선형 구리 배선은 그대로 보존되었으며, 내화학성 테스트 전과 후의 저항값이 크게 변하지 않았다. 이는 제조예에 따른 방법으로 형성된 선형 배선은 강산 또는 강염기 등의 화학용액에 접촉하더라도 전도성이 저하되지 않을 수 있음을 보여준다.
도 6은 제조예에 따른 과정 중 산화구리 잉크 패턴에 대한 광소결을 수행하기 전(a)과 후(b)를 촬영한 전계방출형 주사전자현미경(FE-SEM) 사진들을 나타낸다.
도 6을 참조하면, 산화구리 잉크 패턴에 대해 광소결을 수행하기 전(a)에는 산화구리 나노입자들이 서로 연결되지 않은 상태로 존재하는 것을 알 수 있다. 그러나, 산화구리 잉크 패턴에 대한 광소결 수행 후(b)에는 산화구리 나노입자들이 구리 나노입자들로 환원되고 또한 상기 구리 나노입자들이 서로 연결 즉, 융합되었음을 확인할 수 있다.
도 7a는 비교예에 따른 과정 중 광소결을 수행하기 전과 후의 샘플의 단면을 나타낸 주사전자현미경(SEM) 사진이고, 도 7b는 제조예에 따른 과정 중 광소결을 수행하기 전과 후의 샘플의 단면을 나타낸 SEM 사진이다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 표면처리되지 않은 폴리이미드 필름 상에 구리 배선을 형성한 경우(비교예), 광소결 후에도 폴리이미드 필름에 접하는 구리 나노입자 사이에 기공이 잔존하는 것이 관찰되었으나, 표면처리된 폴리이미드 필름 상에 구리 배선을 형성한 경우(제조예), 폴리이미드 필름 내에 구리 나노입자들이 매몰된 형태를 갖는 것으로 관찰되었다. 이는 앞서 설명한 바와 같이, 표면처리시 형성된 폴리아믹산층이 광소결 단계에서 이에 접하는 구리 나노입자 사이의 기공 내로 빨려올라간 후 열에 의해 다시 폴리이미드로 변환되면서 생긴 결과이다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: 베이스(폴리이미드)기판 200: 폴리아믹산층
300: 산화금속 잉크 패턴층 301: 금속 나노입자
302: 금속 산화막 400: 금속 배선층

Claims (14)

  1. 폴리이미드 기판을 준비하는 단계;
    상기 기판을 표면처리하여 상기 기판의 표면 내에 폴리아믹산층을 형성하는 단계;
    상기 폴리아믹산층 상에 산화금속 잉크를 인쇄하여 산화금속 잉크 패턴층을 형성하는 단계; 및
    상기 산화금속 잉크 패턴층을 광소결하여 금속 배선층을 형성하는 단계를 포함하는, 인쇄회로 기판 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 표면처리는, 상기 기판을 염기성 용액 및 산 용액에 차례로 처리하는 것인, 인쇄회로 기판 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 산화금속 잉크는, 금속 나노입자 코어와 금속 산화막 쉘을 갖는 산화금속 나노입자, 환원제 및 유기 용매를 포함하는 것인, 인쇄회로 기판 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 산화금속 나노입자는 산화구리, 산화은, 산화금 및 산화니켈로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 것인, 인쇄회로 기판 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 환원제는 알데하이드계 화합물, 인(phosphorus)계 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것인, 인쇄회로 기판 제조방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 유기 용매는 디에틸렌글리콜모노부틸에테르(Diethylene glycol monobutyl ether), 아세톤(acetone), 에틸렌 글리콜(EG) 및 텍산올(texanol)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것인, 인쇄회로 기판 제조방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 광소결 과정에서, 상기 금속 산화막을 환원시켜 금속 나노입자를 형성하는 것인, 인쇄회로 기판 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광소결 과정에서,
    상기 폴리아믹산층은 상기 폴리아믹산층과 접하는 상기 금속 나노입자들 사이의 기공 내로 일부 빨려 올라간 후, 다시 폴리이미드로 변환되고, 상기 폴리이미드는 금속 나노입자들 사이의 기공을 적어도 일부 채우는 인쇄회로 기판 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 광소결에 의하여, 상기 금속 나노입자의 하부는 상기 폴리이미드 기판에 매몰된 구조를 갖는, 인쇄회로 기판 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 광소결은 대기 분위기에서 수행되는 것인, 인쇄회로 기판 제조방법.
  11. 폴리이미드 기판; 및
    상기 기판 상에 위치하고, 금속 나노입자들을 포함하는 금속 배선층을 포함하되, 상기 금속 나노입자의 하부는 상기 폴리이미드 기판의 표면 내에 매몰된 구조를 갖는 것인, 인쇄회로 기판.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 금속 나노입자의 하부가 상기 폴리이미드 기판의 표면 내에 매몰된 구조는, 상기 기판과 접하는 상기 금속 나노입자들 사이의 기공에 상기 폴리이미드 기판과 연결된 폴리이미드가 채워진 구조인 것인, 인쇄회로 기판.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 금속 배선층은 서로 연결된 다층의 금속 나노입자들을 구비하는 구조이되, 촤하부층의 금속 나노입자들 사이의 기공 내에 상기 폴리이미드 기판과 연결된 폴리이미드가 채워진, 인쇄회로 기판.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 금속 나노입자는, 구리, 은, 금 및 니켈로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것인, 인쇄회로 기판.
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