KR20190083985A - 구리 호일을 포함하는 고속 인쇄 회로 기판 제품용 표면 처리된 구리 호일 및 제조 방법 - Google Patents

구리 호일을 포함하는 고속 인쇄 회로 기판 제품용 표면 처리된 구리 호일 및 제조 방법 Download PDF

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Abstract

100MHz 이상의 고속 회로에 사용하기 위한 표면 처리된 구리 호일은 전기적으로 증착된 구리 호일의 드럼 측에 구리 노듈(nodule)의 역처리된 층을 포함하고 있어 구리 클래드(clad) 라미네이트를 형성하기 위해 유전체 물질에 적층되어 라미네이션 측을 형성한다. 구리 클래드 라미네이트로부터 표면 처리된 구리 호일, 및 인쇄 회로 기판(PCB)을 형성하는 방법이 또한 서술된다. 표면 처리된 구리 호일, 구리 클래드 라미네이트 및 PCB는 고속 신호가 사용되는 다양한 전자 장치, 예를 들어, 개인용 컴퓨터, 휴대 전화 및 웨어러블을 포함하는 이동 통신, 자동차 및 트럭을 포함하는 자율-주행 차량, 항공기, 드론, 미사일 및 인공위성, 우주선, 우주 정거장 및 외계-서식지 및 차량을 포함하는 우주 장비를 포함하는 유인 및 무인 차량을 포함하는 항공 장비에 포함될 수 있다.

Description

구리 호일을 포함하는 고속 인쇄 회로 기판 제품용 표면 처리된 구리 호일 및 제조 방법{Surface Treated Copper Foil for High Speed Printed Circuit Board Products Including the Copper Foil and Methods of Making}
본 발명은 전류가 도체의 표면을 통해서만 흐르는 스킨 효과(skin effect)를 감소시키는 100MHz 또는 그보다 큰 고주파 전기 신호를 용이하게 전송하는 구리 호일을 설명한다. 구리 호일 및 전자 회로를 포함하는 인쇄 회로 기판(PCB) 및 구리 호일을 포함하는 장치가 개시된다. 구리 호일을 제조하는 방법 및 구리 호일을 포함하는 제품이 또한 개시된다.
고주파 전기 신호는 개인용 컴퓨터, 셀룰러 전화기 및 웨어러블을 포함하는 모바일 통신, 자동차 및 트럭을 포함한 자율 주행 차량, 비행기, 드론, 미사일 및 위성, 우주선, 우주 정거장 및 외계(extra-terrestrial) 서식지를 포함하는 유인 및 무인 차량을 포함하는 항공 장치 및 차량과 같은 새로운 전자 장비의 필수 요건이 되고 있다. 10MHz 정도의 전기 신호가 구리 호일을 통과할 때, 신호 경로는 일반적으로 도 1에 도시된 바와 같이 구리 호일의 몸체를 통과한다. 전류는 표면 프로필 아래로 도체의 대부분을 통과할 수 있다. 그러나, 전기 신호의 주파수를 100MHz 이상으로 증가시키면, 도 2에 도시된 바와 같이 도체의 표면을 통해서만 전류가 흐르는 스킨 이펙트의 영향이 두드러진다. 여기서, 전류는 표면 프로필의 모든 피크와 트로프(though)를 따라가면서 경로 길이와 저항을 증가시킨다.
전해 증착된(electrolytically deposited) 구리 호일을 제조함에 있어서, 드럼은 수평 축을 중심으로 회전하고, 드럼의 하부는 액체 전해조(electrolytic bath)에 잠긴다. 전해조는 구리를 포함하는 용액을 포함한다. 캐소드로 작용하는 드럼과 함께, 불용성 금속 애노드를 사용하여 전해조를 통해 전류가 인가될 때, 도 3에 도시된 바와 같이 용액 내의 구리는 드럼의 외부 표면 상에 도금되고 구리 호일의 형태로 드럼으로부터 분리될 수 있다. 전해 증착된 구리 호일은 통상적으로 “드럼면(drum side)”(즉, 호일 형성 중에 드럼에 인접한 구리 호일의 부분)을 갖는 것으로 설명된다. 이 “드럼면(drum side)”은 종종 “샤이니면(shiny side)”이라고도 지칭된다. 드럼면에 대향하는 전해 증착된 구리 호일의 측면은 구리 호일의 드럼면에 미러링하는 드럼면과는 달리, “증착면(deposit side)”(때로는 “매트면(matte side)”으로 불림)으로 불리우며, “증착면(deposit side)”은 그것의 형성 동안 고체 표면에 결합되지 않지만 그것의 형성 동안 액체 전해조의 영향을 받는다. 따라서 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이, 증착면은 일반적으로 드럼면보다 표면 구성이 불규칙하다. 이러한 불규칙성을 “표면 거칠기(surface roughness)”라고 하며, 측정될 수 있다. 본 명세서 및 청구범위 전반에 걸쳐 사용되는 바와 같이, 표면 거칠기를 측정할 수 있는 다른 시스템이 사용 가능하지만, 표면 거칠기가 Rz 표준으로서 측정되고 제공된다. 표면 거칠기의 모든 측정 시스템이 동일한 것은 아니다. 이 표준에 따르면, 결과는 평균 10점으로 표시된다.
구리 클래드 적층판(copper clad laminate)(PCB의 전구체)에 통합하기 위한 일반적으로 처리된 구리 호일은 구리 클래드 적층판의 고분자 물질에 적층되는 구리 호일과 고분자 성분의 흡수를 돕기 위해 증착면에 추가되는 노듈(nodule)을 갖는다. 도 5에 개략적으로 도시되는 바와 같이 고분자 물질과 결합하는 구리 호일의 증착면은 “적층면(lamination side)”으로 지칭된다. 도 5a에 개략적으로 도시되는 바와 같이, 노듈은 구리 호일의 증착면의 표면 요철(irregularities)의 융기 부분(“피크(peaks)”) 상에 증착되는 경향이 있다. 패턴으로 형성된 레지스트가 PCB의 인쇄 회로를 형성하기 위해 구리 호일(즉, 레지스트에 의해 커버되지 않은 구리 호일의 부분)의 노출된 부분을 제거하기 위해 산 또는 알칼리 용액에 의해 에칭되는 구리 호일의 레지스트면 상에 놓이기 때문에 구리 호일의 대향면(즉, 적층면에 대향하는 구리 호일의 드럼면)은 “레지스트면(resist side)”으로 불린다. 그러나, 도 5b에서 알 수 있는 바와 같이, 구리 호일의 증착면 상에 노듈 처리된 구리 호일 및 종래 기술에서 스킨 효과로 인해 이를 통합한 임의의 PCB를 통해 100MHz 이상의 고주파 신호의 스킨 효과가 흐를 때 전기 신호 경로가 크게 감쇠된다.
따라서, 종래 기술은 구리 호일, PCB 및 이를 포함하는 전자 제품을 통해 100MHz 이상의 고주파 신호를 전송하는 효율적인 방법이 부족하다.
여기에 설명된 실시예는 종래 기술의 이러한 오랜 경험에 대한 해결책을 제공한다.
본 발명의 실시예는 노듈이 구리 호일의 드럼면 상에 증착되는 "역처리된(reverse treated)" 구리 호일("RTF")을 설명한다. 구리 호일의 노듈 처리된 드럼면은 "적층면(lamination side)" 또는 구리 클래드 적층판의 고분자 요소와 접하는 면이다. 구리 호일의 대향하는 증착면은 레지스트가 도포되는 면이 되고, 도 6에 도시된 바와 같이 레지스트면이라 불린다.
본 발명자들은 성실한 연구 이후, 신호 손실의 문제를 해결하기 위해 드럼면 상에 노듈 처리를 갖는 구리 호일이 노듈 처리된 드럼면의 표면 거칠기(Rz)가 1.5 내지 3.1μm의 범위를 나타내고, 570nm에서의 광 반사와 610nm에서의 광 반사의 차이가 15% 내지 30% 범위를 나타낸다는 것을 발견하였다. 특정 실시예에서 570nm에서의 광 반사와 610nm에서의 광 반사의 차이는 20% 내지 30% 범위이다. 이 특정 유형의 구리 호일을 제조하기 위해서는, 구리 호일의 노듈 처리된 드럼면이 낮은 표면 거칠기(Rz)를 가져야할뿐만 아니라, 역처리된 구리 호일에 따른 구리 호일의 드럼면 상에 형성된 노듈의 분포가 무작위이어야 한다. 구리 호일의 드럼면을 제조하는 데 사용되는 드럼의 표면의 표면 형태는 중요한 요소이다. 노듈의 분포는 비-무작위 또는 노듈의 배향이 신호 손실의 크게 증가시키기 때문에 무작위이어야한다. 따라서, 구리 호일의 드럼면을 형성하는 드럼의 표면의 형태에 연결된 구리 호일의 드렴면 상의 노듈의 비-무작위 분포는 신호 손실에 기여하여 신호 손실을 초래할 수 있다. 본 발명의 실시예는 신호 손실로 이어진 2가지 요소 모두를 설명한다.
일반적으로, 드럼은 순수 티타늄으로 제조된다. 그러나, 산 함유 조에서 사용하는 동안, 드럼의 표면은 TiO, TiO2 및 이들의 조합으로 산화됨으로써 불순물을 축적하여 드럼의 표면 평활성(smoothness)을 저하시킨다. 구리 호일의 불명확한 길이의 제조 캠페인 동안 드럼의 표면 평활성을 유지하기 위해, 출원인은 제어된 방식으로 드럼의 표면에 간헐적으로 적용되는 버프를 사용함으로써 체계적 방식으로 불순물을 제거하는 방법을 고안하였다. 버프는 구리 호일을 형성하는 캠페인 중에 적용될 수 있으나, 버프를 사용하여 표면 불순물을 제거하는 제어된 방식은 드럼이 오프-라인(off-line), 정기 유지 보스를 위해 공장을 폐쇄할 때 또는 드럼이 구리 호일을 제조하지 않는 다른 시간과 같은, 일 때 또한 달성될 수 있다. 표면 불순물을 효과적으로 제거하기 위해 버프가 드럼에 대해 제어된 방식으로 적용되어야 할뿐만 아니라, 버프의 적용은 드럼 상의 불순물 또는 드럼 표면 자체의 가우지 또는 다른 유형의 배향을 생성해서는 안되고, 이는 구리 호일의 드럼면에 전달될 수 있고 결국 호일의 드럼면 상에 형성된 노듈에 전달될 수 있다. 버프는 바람직하게 드럼 표면으로부터 불순물을 제거하는 데 드럼에 적용될 때 드럼 상에 이방성 또는 무작위 표면을 형성한다.
구리 호일의 다른 표면 처리를 포함하여, 여기에 개시된 구리 호일을 제조하는 방법이 실시예로서 또한 개시된다.
구리 클래드 적층판을 형성하는 방법 및 구리 클래드 적층판을 포함하는 PCB 및 이를 포함하는 전자 제품이 또한 개시된다.
도 1은 종래 기술에 따른 구리 호일을 통과하는 10MHz 신호의 신호 경로를 대략적으로 도시한다;
도 2는 종래 기술에 따른 구리 호일을 통과하는 100MHz 신호의 신호 경로를 개략적으로 도시한다;
도 3은 구리 호일을 전기적으로 형성하기 위한 종래의 장치를 개략적으로 도시한다;
도 4는 구리 호일의 드럼면에 대한 구리 호일의 증착면의 상대적인 거칠기를 개략적으로 도시한다;
도 5a는 구리 호일의 적층면(증착면)에 노듈이 도포된 종래 기술에 따라 제조된 구리 호일의 적층 및 레지스트면을 개략적으로 도시한다;
도 6은 본 발명에 따른 역처리된 구리 호일("RTF")을 개략적으로 도시한다;
도 7a는 구리 호일의 드럼면 상에 균일하게 분포된 노듈의 개략도이다;
도 7b는 도 7a에 개략적으로 도시된 바와 같이 균일하게 분포된 구리 노듈의 현미경 사진이다;
도 8a는 구리 호일의 드럼면 상에 불균일하게 분포된 노듈의 개략도이다;
도 8b는 도 8a에 개략적으로 도시된 바와 같이 불균일하게 분포된 구리 노듈의 현미경 사진이다;
도 9a는 드럼의 매끄러운 표면으로부터 형성된 전해 증착된 구리 호일의 현미경 사진이다;
도 9b는 도 9a의 전해 증착된 구리 호일 상에 형성된 노듈의 현미경 사진이다;
도 10a는 드럼의 불규칙한 표면으로부터 형성된 전해 증착된 구리 호일의 현미경 사진이다;
도 10b는 도 10a의 전해 증착된 구리 호일 상에 형성된 노듈의 현미경 사진이다;
도 11은 구리 호일을 형성하는 캠페인(campaign) 중 캐소드 드럼 상에 버프(buff)를 사용하는 것의 개략도이다;
도 12는 금속, 은, 금 및 구리에 대한 반사된 파장의 그래픽도이다;
도 13a는 연마 특성을 구별하는 데 사용되는 단방향 일루미네이션 시스템의 개략도이다;
도 13b는 연마 특성을 구별하는 데 사용되는 확산된 일루미네이션 통합 구(sphere) 시스템이다; 그리고
도 14는 구리 호일의 드럼면을 주로 처리하기 위해 전극의 배치를 갖는 일 실시예에서 표면 처리된 구리 호일을 제조하는 방법의 개략도이다.
다양한 도면을 통해, 동일한 요소는 다른 도면에서 사용된 동일한 도면 부호를 채택할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "전해 증착된 구리 호일(electrolytically deposited copper foil)"은 전류의 영향 하에서 구리 함유 용액으로부터 전해 증착에 의해 형성된 구리 호일을 드럼 상에서 분리함으로써 형성되는 바와 같이 노출(bare) 구리 호일을 의미한다. 노출된 구리 호일은 이하에서 설명되는 바와 같이 다양한 표면 처리가 수행될 수 있다.
화살표(11)가 구리 호일(12)을 통과하는 신호 경로의 방향을 도시하는 도 1에 도시된 바와 같이, 화살표(10)에 의해 도시된 바와 같은 전류는 구리 호일(12)의 본체 내로 터널링할 수 있고, 일반적으로 신호의 주파수가 10MHz일 때 구리 호일(12)의 몸체를 통과한다. 그러나, 신호의 주파수가 도 2에 도시된 바와 같이 구리 호일(22)에서 100MHz 이상이 되면, 전류는 더 이상 구리 호일(22)의 몸체를 통과하지 못한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 화살표(19)는 신호 경로의 방향을 도시한다. 여기서, 전류는 구리 호일(22)의 스킨(skin)을 따르는 경향이 있다. 도 2의 구리 호일(22)의 스킨은 드럼면(26)의 표면 및 증착면(24)의 표면으로 도시된다. 따라서, 화살표(20)에 의해 도시된 바와 같이 드럼(26)의 표면을 따라, 그리고 도 2에 도시된 바와 같이 화살표(21)에 의해 도시된 바와 같은 증착면(24)의 표면을 따라 전류가 흐를 것이다. 드럼면(26)의 표면 거칠기와 비교하여, 증착면(24)의 상대적으로 큰 거칠기는 화살표(21)에 의해 도시된 바와 같은 전류가 가로지르는 거리를 증가시켜 신호 손실을 야기한다.
도 3은 (노출된 또는 처리되지 않은) 구리 호일(30)을 전기분해식으로 형성하기 위한 종래의 장치를 개략적으로 도시하고, 여기서 캐소드로서 작용하는 회전 드럼(32)(화살표(B) 방향으로 회전함)은 용액 속에 구리를 함유한 액체 전해질(34)에 부분적으로 침지된다. 불용성 애노드(36)는 캐소드 드럼(32) 상에 구리 호일을 증착시키기 위해 전해질(34)을 통해 전류를 인가하는데 사용될 수 있다. 구리 호일(30)은 드럼(32)에 대해 형성된 구리 호일(30)의 표면인 "드럼면(drum side)"(38) 및 그것의 형성 중 액체 전해질(34)과 마주하는 것에 의해 형성 중 고체 표면에 의해 지지되지 않는 구리 호일의 표면인 "증착면(deposit side)"(39)의 2개의 주요 표면을 갖는다. 테이크 업 롤러(31, 33)는 드럼(32)으로부터 구리 호일(30)을 제거하고 그것을 스풀(35)로 운반하는 것을 도울 수 있다.
도 4의 확대된 개략도에 도시된 바와 같이, 드럼면(38)을 갖는 구리 호일(30)은 피크(41, 43, 45 등) 및 골짜기(46, 47, 48 등)를 포함하는 증착면(39)보다 적은 표면 거칠기를 갖는다. 도 5a에서 개략적으로 도시된 종래 기술에서, 노듈(40, 42 등)은 이 면이 고분자 요소에 적층될 때(도 5에는 도시되지 않음), 구리 호일(30)의 증착면(39)("적층면(lamination side)"(50)이라고도 함)을 부착시키기 위한 보조물(aid)로서 정상적으로 처리된 구리 호일의 증착면(39)에 증착된다. 그러나, 노듈이 전류의 영향 하에서 구리-함유 용액(도 5a에는 도시되지 않음)으로부터도 증착된다는 사실로 인해, 노듈(40, 42 등)은 구리 호일(30)의 증착면(39) 상의 높은 부분 또는 "피크(peaks)"(41, 43 등) 상에 증착되려는 경향이 있다. 이는 100MHz 또는 그보다 높은 주파수의 신호가 호일, 또는 그것을 포함하는 임의의 인쇄 회로 기판("PCB")을 통과할 때, 도 5b에 도시된 바와 같이, 전도 경로(55) 상의 스킨 효과를 더 증가시킨다. 경로가 길수록 신호가 손실된다. 동일함 도금 공정에 의해, 노듈의 크기는 크게 다르지 않을 것이다. 노듈의 직경은 3μm 이하이며, 신호 손실을 줄이려면 2μm 이하가 바람직하다. 초저 신호 손실 기판으로 사용되는 전형적인 물질로는 액정 폴리머(liquid-crystal polyers, LCP), 폴리페닐렌 옥사이드(polyphenylene oxides, PPO), 폴리페닐렌 에테르(polyphenylene ether, PPE), 탄화수소 물질, 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE)이 포함되나 이에 제한되지는 않는다. 적당한 신호 손실 기판의 경우, 적절한 물질로는 에폭시 수지 또는 변형된 에폭시 수지, 예를 들어 이기능성(bifunctional) 또는 다기능성(polyfunctional) 비스페놀 A 또는 비스페놀 F 수지, 에폭시-노볼락(epoxy-novolak) 수지, 브롬화 에폭시 수지, 아라미드-강화 또는 유리 섬유-강화 또는 종이-강화 에폭시 수지(예를 들어 FR4), 유리 섬유-강화 플라스틱, 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfides, PPS), 폴리옥시메틸렌(polyoxymethylenes, POM), 폴리아릴 에테르 케톤(polyaryl ether ketones, PAEK), 폴리에테르 에테르 케톤(polyether ether ketones, PEEK), 폴리아미드(polyamides, PA), 폴리카보네이트(polycarbonates, PC), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalates, PBT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalates, PET), 폴리이미드(polyimides, PI), 폴리이미드 수지, 시아네이트 에스테르(cyanate esters), 비스말레이미드 트리아진(bismaleimide-triazine) 수지, 나일론, 바이닐 에스테르 수지, 폴리에스테르, 폴리에스테르 수지, 폴리아미드, 폴리아닐린, 페놀 수지, 폴리피롤(polypyrroles), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리에틸렌 다이옥시싸이오펜(polyethylene dioxithiophene), 페놀 수지 코팅된 아라미드 종이, 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE), 멜라닌 수지, 실리콘 수지, 플루오린 수지, 알릴화 폴리페닐렌 에테르(allylated polyphenylene ethers, APPE), 폴리에테르 이미드(polyether imides, PEI), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리설폰(polysulfones, PSU), 폴리에테르 설폰(polyether sulfones, PES), 폴리아릴 아미드(polyaryl amides, PAA), 폴리바이닐 클로라이드(polyvinyl chlorides, PVC), 폴리스티렌(polystyrenes, PS), 아크릴로니트릴-부타다이엔-스티렌(acrylonitrile-butadiene-styrene, ABS), 아크릴로니트릴-스티렌 아크릴레이트(acrylonitrile-styrene acrylate, ASA), 스티렌 아크릴로니트릴(styrene acrylonitrile, SAN) 및 상기 중합체 중 2개 이상의 혼합물(블렌드)의 다양한 형태일 수 있으나 이에 제한되지는 않는다.
구리 호일의 적층면 및 기판 사이의 접착성을 향상시키기 위해 적절한 커플링제가 제공될 수 있다. 이러한 커플링제는 실란(silanes)을 포함할 수 있다. 이들 커플링제는 구리 호일의 적층면에 직접 도포될 수 있다. 어떤 경우에는, 구리 호일의 적층면 상에 추가 층이 제공될 수 있고, 커플링제가 이 추가 층에 도포될 수 있다. 이러한 추가 층은 패시베이션 층일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 패시베이션 층을 형성하기에 적절한 물질은 상이한 금속의 다중층을 포함하는 아연, 크롬, 니켈 및 이들의 조합을 포함한다. 커플링제는 바이닐트리메톡시실란(vinyltrimethoxysilane), 바이닐트리에톡시실란(vinyltriethoxysilane), 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란(2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane), 3-글리시독시프로필 메틸다이메톡시실란(3-glycidoxypropyl methyldimethoxysilane), 3-글리시독시프로필 트리메톡시실란(3-glycidoxypropyl trimethoxysilane), 3-글리시독시프로필 메틸다이에톡시실란(3-glycidoxypropyl methyldiethoxysilane), 3-글리시독시프로필 트리에톡시실란(3-glycidoxypropyl triethoxysilane), p-스티릴트리메톡시실란(p-styryltrimethoxysilane), 3-메타크릴옥시프로필 메틸다이메톡시실란(3-methacryloxypropyl methyldimethoxysilane), 3-메타크릴옥시프로필 트리메톡시실란(3-methacryloxypropyl trimethoxysilane), 3-메타크릴옥시프로필 메틸다이에톡시실란(3-methacryloxypropyl methyldiethoxysilane), 3-메타크릴옥시프로필 트리에톡시실란(3-methacryloxypropyl triethoxysilane), 3-아크릴옥시프로필 트리메톡시실란(3-acryloxypropyl trimethoxysilane), N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필메틸다이메톡시실란(N-2-(aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilane), N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란(N-2-(aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilane), 3-아미노프로필트리메톡시실란(3-aminopropyltrimethoxysilane), 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyltrimethoxysilane), 3-트리에톡시실릴-N-(1,3-다이메틸-부틸리덴)프로필아민(3-triethoxysilyl-N-(1,3-dimethyl-butylidene)propylamine)의 부분 가수 분해물, N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란(N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane), N-(바이닐벤질)-2-아미노에틸-3-아미노프로필트리메톡시실란 하이드로클로라이드(N-(vinylbenzyl)-2-aminoethyl-3-aminopropyltrimethoxysilane hydrochloride), N-(바이닐벤질)-2-아미노에틸-3-아미노프로필트리메톡시실란 하이드로클로라이드(N-(vinylbenzyl)-2-aminoethyl-3-aminopropyltrimethoxysilane hydrochloride), 트리스-(트리메톡시실릴프로필)이소시아노레이트(tris-(trimethoxysilylpropyl)isocyanurate), 3-우레이도프로필트리알콕시실란(3-ureidopropyltrialkoxysilane), 3-메르캅토프로필메틸다이메톡시실란(3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane), 3-메르캅토프로필트리에톡시실란(3-mercaptopropyltriethoxysilane), 및 3-이소시아네이트프로필트리에톡시실란(3-isocyanatepropyltriethoxysilane)을 포함하나 이에 제한되지 않는다.
도 6에 개략적으로 도시된 본 실시예에 따른 역처리된 구리 호일("RTF")에서, 드럼면(38) 및 증착면(39)을 갖는 구리 호일(30)은 노듈 층(62)을 형성하는 드럼면(38) 상에 무작위로 증착되는 노듈을 갖는다. 드럼면(38)이 증착면(39)의 표면 거칠기(Rz)보다 적은 표면 거칠기(Rz)를 가지므로, 노듈 층(62)의 노듈은 도 5a의 종래 기술에 도시된 바와 같이 피크 및 골짜기 구성을 나타내지 않는다. 또한 노듈 층(62)의 노듈은 적층면 상의 노듈의 불균일한 분포를 형성하는 피크에서 모이는 경향이 없다. 도 6에서, "적층면(lamination side)"(60)(PCB(도 6에는 도시되지 않음)의 고분자 물질과 계면하는 노듈을 함유하는 구리 호일의 드럼면)은 도 5a의 상응하는 적층면(50)보다 적은 표면 거칠기(Rz)를 갖는다. 구리 호일이 아무리 두꺼워도, 구리 호일의 드럼면의 표면 거칠기는 그다지 차이나지 않는다. 따라서, 약 9μm 내지 약 105μm의 두께를 갖는 구리 호일이 본 발명에 따라 제조될 수 있다.
100MHz 이상의 주파수에서의 고주파 신호 손실에 영향을 미치는 또 다른 요인은 구리 호일(30) 상의 노듈의 분포의 균일성이다. 도 7a에 개략적으로 도시되는 바와 같이, 구리 호일(30)의 드럼면(38) 상에 균일하게 분포된 노듈(70, 71, 72, 73 등)은 도 8a에 개략적으로 도시되는 바와 같이 노듈(80,81,82,83 등)이 불균일하게 분포되었을 때 전도 경로(85)보다 짧은 전도 경로(75)를 생성한다. 도 7b의 현미경 사진은 도 7a의 노듈의 균일한 분포를 도시하는 반면, 도 8b의 현미경 사진은 도 8a의 노듈(이하에서 "노듈의 불균일 분포)의 이방성(anisotropic), 비방향성(non-directional) 및 비배향성(non-orientation)을 도시한다. 이는 도 7a 및 7b에서 사용된 구리 호일(30)의 드럼면(38)의 표면이 도 8a 및 8b에서 동일한 표면 거칠기(Rz)를 가질 때 사실로 증명된다.
본 출원인은 또한 구리 호일의 드럼면의 표면 상의 노듈의 분포의 균일성, 또는 결핍이 신호 손실에 영향을 미치는 것을 발견했을 뿐만 아니라, 독립적으로는 노듈의 방향에 대해 분포의 무작위성 또한 구리 호일 또는 이를 포함하는 PCB를 통해 통과하는 100MHz 이상의 고주파 신호의 신호 손실에 영향을 미치는 것을 발견하였다.
도 9a의 현미경 사진에 도시된 바와 같이, 드럼으로부터 형성된 노출 구리 호일의 드럼면(90)은 고르게 조절된 매끄러운 표면을 갖는다. 도 9a의 노출 구리 호일의 드럼면의 표면 상에 노듈(92)의 무작위 분포가 도 9b의 현미경 사진에 도시된다.
이에 비해, 도 10a는 노출 구리 호일의 드럼면의 표면 상에 선명한 가우지(gouges) 및 피크를 남기는 과도하게 조절된 드럼으로부터 형성된 노출 구리 호일의 드럼 표면(100)의 현미경 사진이다. 도 10a의 노출 구리 호일의 드럼면이 그 위에 노듈(102)을 형성하도록 처리될 때, 노듈의 정확한 배향은 도 10b의 현미경 사진에서 명백하다. 도 9b의 현미경 사진의 시각적 비교는 도 10b에서 노듈(102)의 배향된 분포와 비교하여 노듈(92)의 분포의 무작위성을 명확하게 도시한다. 노듈(102)의 배향은 신호 경로의 길이에 해로운 영향을 주어 도 9b에서의 낮은 신호 손실과 비교하여 도 10b의 구리 호일에서 더 큰 신호 손실을 초래한다.
불명확한 길이의 구리 호일이 제조되는 기간 동안 회전하는 캐소드 드럼(110)을 연속적인 상태로 유지하기 위해, 본 출원인은 도 11에 개략적으로 도시된 장치 및 방법을 고안하였다. 전형적으로 순수 티타늄으로 제조되는 회전 캐소드 드럼(110)은 용액에 구리를 함유하는 액체 전해질(112)에 부분적으로 침지된다. 인클로저(116)에 의해 부분적으로 둘러싸인 버프(114)는 캐소드 드럼(110)의 외부면(111)과 결합하도록 하는 위치로 주기적으로 이동되도록 위치된다. 액체 전해질(112)을 통과하는 전류(도 11에는 도시되지 않음)의 영향 하에서, 구리는 캐소드 드럼(110)의 외부면(111) 상에 증착되고, 구리는 롤러(119)의 도움으로 캐소드 드럼(110)으로부터 노출 구리 호일(118)로서 분리된다. 버프(114)는 화살표(D)에 의해 도시된 방향으로 회전하고, 캐소드 드럼(110)의 회전 방향은 화살표(C)에 의해 도시된다. 캐소드 드럼(110)이 순수 티타늄으로 제조되더라도, 캐소드 드럼(110)의 외부면(111)은 노출 구리 호일(118)을 형성하는 전해 공정의 효과에 의해 야기되는 불순물에 의해 오염된다. 이러한 불순물은 TiO, TiO2 및 이들의 혼합물과 같은 티타늄의 산화물뿐만 아니라 전해조로부터의 오염물을 포함할 수 있다. 노출 구리 호일(118)을 생성하는 캠페인 동안 주기적으로, 버프(114)는 외부면(111)과 접촉하여 이러한 불순물 및 오염물을 제어된 방식으로 제거한다. 간헐 시간은 노출 구리 호일(118)의 두께에 또한 좌우되는 캐소드 드럼(110)의 회전 속도에 따라 변할 수 있다. 본 출원인은 일반적으로 8,000 내지 10,000 미터의 구리 호일이 생성될 때, 버프(114)가 외부면(111)과 접촉되는 것이 달성될 수 있음을 발견하였다. 다른 시간은 생성되는 구리 호일의 길이가 아닌 캐소드 드럼(110)의 회전수 또는 액체 전해질(112) 내의 캐소드 드럼(110)의 외부면(111)의 체류 시간에 따라 설정될 수 있다. 버프(114)를 외부면(111)과 접촉시키는 것만으로는 외부면(111)의 양호한 연마(polish)를 생성하지 못할 수 있다. 따라서, 몇몇 상호 연관된 파라미터는 버프(114)와 외부면(111) 사이의 접촉 결과에 영향을 미친다. 첫째로, 버프(114)는 연마 중에 가우지하거나, 외부면(111)을 훼손하지 않아야 한다. 가우지된 또는 훼손된 외부면(111)은 그 위에 전기-증착된 구리 호일의 높은 표면 거칠기(Rz)를 초래한다. 둘째로, 외부면(111)은 버프(114)에 의한 연마 중에 형태 또는 배향을 나타내면 안된다. 연마 중에 외면(111)의 배향은 외면(111) 상에 전기-증착된 구리 호일에서 상응하는 형태 및 배향을 유도한다. 셋째로, 너무 라이트한 연마는 외부면(111)으로부터 표면 불순물을 제거하지 못하여 연마를 비효율적으로 만들 수 있다. 이는 효과적인 연마 캠페인으로 이어지는 이러한 다양한 파라미터의 상호작용의 결과이다.
Dmax 값은 버프가 캐소드 드럼(110)의 오염된 외부면(111)에 제공되는 연마의 정도이며, 다음의 관계를 만족하여야 한다:
Figure pat00001
연마를 효율적으로 하기 위해, 버프는 부하 전류의 함수인 소정의 압력 하에서 캐소드 드럼(110)의 외부면(111)과 접촉한다. 그러나, 파라미터 중 하나를 관찰하는 것만으로는 좋은 연마를 식별할 수 없다. 3개의 파라미터 모두를 전체적으로 고려할 필요가 있기 때문에 요구되는 범위에서 Dmax를 제어함으로써 우수한 연마가 달성될 수 있다. 표면 형태가 붕괴되지 않더라도, Dmax가 낮으면 연마가 적다는 것을 의미하고, 불순물이 완전히 제거될 수 없다면, 즉 불순물이 여전히 캐소드 드럼(110)의 외부면(111) 상에 남아 있으면 순수 전도도에 영향을 미치고 구리 호일의 거칠기 및 형태에 영향을 미친다.
연마 라인이 작고 연마의 방향에 의해 배향되기 때문에 연마 특성의 결정은 육안으로는 이루어질 수 없다. 따라서, 선형 광 검사 시스템을 사용하여 연마 특성을 결정하여야 한다. 도 12에 도시된 바와 같이, 광은 은, 금 및 구리와 같은 금속으로부터 반사될 수 있다. 낮은 반사율 및 높은 반사율 사이에서 반사되는 광의 파장은 금속에 특유의 색을 부여하는 것으로 보인다. 구리의 경우, 이들 파장은 570nm로부터 610nm로 이동한다. 이러한 파장은 다양한 분광 광도계(spectrophotometers)로 측정될 수 있다.
연마 특성을 결정하기 위해 2가지 유형의 광 검사 시스템을 사용할 수 있다. 도 13a에 도시된 제1 시스템은, 단방향 일루미네이션 시스템(150)이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 일루미네이션 광원(154)으로부터의 일루미네이션 광(152)은 시편(156)에 법선(normal) 축으로부터 측정된 각도(β)로 시편(156)에 충돌한다. 각도(β)는 45°±2°이고, 반사된 광(158)은 법선 방향(0°)에 위치되거나 각도(θ)만큼 오프셋된 광 수신부(159)에 의해 수신된다. 각도(θ)는 0±10°이다. 단방향 일루미네이션 시스템은 한 방향으로부터만 일루미네이션을 제공한다.
제2 시스템은 도 13b에 도시되고 확산된 일루미네이션 적분구(integrating sphere) 시스템(151)이다. 이 시스템(151)은 모든 방향으로부터 균일하게 시편(156)을 일루미네이팅 또는 관찰하기 위해 적분구(153)를 사용한다. 적분구(153)는 내부면이 황산바륨(barium sulfate)과 같은 백색 물질로 코팅되어 있어, 광이 균일하게 확산되는 구형 장치이다. 일루미네이션 광원(154)은 적분구(153)의 내부면(155)에 충돌하는 일루미네이션 광(152)을 방출한다. 확산 광(157)은 시편(156)에 충돌하고, 광 수신부(159)에 의해 반사 및 캡쳐된다. 광 수신부(159)는 시편(156)으로부터 법선 방향(0±10°)으로 반사된 광(158)을 캡쳐할 수 있다. 반사 각도(specular angle)로부터 ±5° 이내의 반사된 광은 시스템의 SCE/SCI 기능을 사용하여 포함되거나 배제될 수 있다. 그러나, 캡쳐된 광은 혼합된 광이고 표면 형태의 특징을 구별할 수 없다. 선형 광은 구리 호일의 표면의 배향을 확인, 즉 노듈의 배향이 선형인지 비-선형인지 구별, 하는 데 사용된다. 따라서, 이는 단방향 일루미네이션 시스템(150)이 본 발명자들에 의해 확산 일루미네이션 적분구 시스템(151)보다는 표면 형태를 구별하기 위해 사용되는 이유이다.
서로 다른 물질은 광을 다르게 반사하므로 이는 오브젝트에 다른 색상이 나타나도록 한다. 예를 들어, 은, 금 및 구리 금속은 각각 다른 색상으로 나타난다. 도 12를 참조하면, 이 색상의 차이는 광의 반사율에 기인한다. 은은 거의 모든 가시 광선을 반사하므로 가시 광선의 모든 파장이 서로 혼합된다. 반면, 금은 가시 스펙트럼에서 녹색으로부터 황색 영역까지를 반사한다. 구리는 가시 스펙트럼의 황색으로부터 적색 영역까지를 반사한다. 모든 금속이 광을 다르게 반사하는 것이 명백한 반면, 구리는 약 570nm 내지 610nm의 가시 광선 범위의 광을 반사한다. 출원인은 570nm 및 610nm 파장에서의 반사된 광의 차이가 시편의 표면 형태의 표시를 제공한다는 것을 발견하였다.
본 출원인은 이 현상을 이용하여 노듈을 포함하도록 처리된 구리 호일의 드럼면에 상이한 광 파장을 적용함으로써 드럼면의 양호 및 불량 표면을 구별하였다. 동일한 샘플에서 2개의 서로 다른 파장(570nm 및 610nm)에서 구리 호일의 드럼면에 노듈 처리된 표면의 반사율의 차이를 측정함으로써, 드럼면의 연마 라인 레벨을 확인할 수 있다.
실시예 1
버프에 의한 드럼 연마
드럼 속도: 1.0~5.0m/min
버프 속도: 150~550rpm, (#1500, 니폰 토쿠슈 켄토 주식회사(Nippon Tokushu Kento Co., Ltd.))
부하 전류: 0.5~1.5A
전해 증착된 구리 호일(노출 구리 호일)의 제조
구리 와이어를 50 중량% 황산 수용액에 용해시켜 320g/L의 황산 구리(CuSO4·5H20) 및 100g/L의 황산을 함유하는 황산 구리 전해질을 준비하였다. 황산 구리 전해질 1리터 당, 20mg의 염화 이온, 0.35mg의 젤라틴(DV, Nippi 사)을 첨가하였다. 이어서, 액체 온도 50°C, 전류 밀도 70A/dm2에서 두께 18μm의 전해 증착된 구리 호일(노출 또는 미처리 구리 호일)을 준비하였다.
전해 증착된 구리 호일을 제조하기 위한 통상적인 장치는 금속 캐소드 드럼 및 불용성 금속 애노드를 포함하며, 금속 캐소드 드럼은 일반적으로 도 3에 도시된 바와 같이, 중심 종축에 대해 회전 가능하고 경면 연마된(mirror polished) 표면을 갖는다. 불용성 금속 애노드는 금속 캐소드 드럼의 대략 하반부에 배치되고 금속 캐소드 드럼을 둘러싸고 있다. 구리 호일은 캐소드 드럼과 애노드 사이에 구리 전해액을 흘려 보내고, 이들 사이에 전류를 인가하여 소정의 두께가 얻어질 때까지 구리가 캐소드 드럼 상에 전착되도록 한다.
이렇게 생성된 전해 증착된 구리 호일은 드럼면(캐소드 드럼 상에 형성된 구리 호일의 표면) 및 드럼면에 대향하는 구리 호일의 표면 상의 증착면(액체 구리 전해액과 접촉하는 구리 호일의 표면)을 갖는다.
표면 처리
산 세척 처리(Acid Washing Treatment):
처음에는, 전해 증착된 구리 호일(아직 처리되지 않아 노출 구리 호일이라고도 함)이 산 세척 처리로 향한다. 산 세척 처리에서는, 산 세척조 내부를 130g/L의 황산 구리 및 50g/L의 황산을 함유하는 전해액으로 채우고, 전해액의 온도를 27°C로 유지하였다. 노출 구리 호일을 전해액에 30초 동안 침지하여 노출 구리 호일의 표면의 기름, 지방 및 산화물을 제거한 후 노출 구리 호일을 물로 세척하였다.
러핑 처리(Roughing Treatment)
구리 노듈 층은 구리 호일의 드럼면의 표면 상에 전기도금에 의해 형성되었다. 구리 노듈 층의 형성을 위해, 황산 구리와 황산의 농도가 각각 70g/L 및 100g/L인 황산 구리 용액을 사용하였으며, 용액의 온도는 25°C, 전기분해는 10A/dm2의 전류 밀도에서 10초간 수행되었다. 러핑 처리 후, 노듈 처리된 구리 호일은 노듈 처리된 드럼면 및 레지스트면으로 규정된 대향면을 포함한다.
피복 처리(Covering Treatment)
또한, 구리 노듈 층의 박리를 방지하기 위한 피복 처리를 수행함으로써 구리 도금 층이 형성되었다. 피복 처리에서, 황산 구리와 황산의 농도가 각각 320g/L 및 100g/L인 황산 구리 용액을 사용하였으며, 전해액의 온도를 40°C로 유지하고, 전류 밀도는 15A/dm2였다.
아연 패시베이션 처리(Zinc Passivation Treatment)
이어서, 피복 처리가 완료되면, 제1 패시베이션 층의 형성이 수행되었다. 이 패시베이션 처리에서는, 아연을 패시베이션 원소로 사용하고, 구리 노듈 층의 표면뿐만 아니라 전착된 구리 호일의 레지스트면도 동시에 패시베이션 하여 각각의 면에 제1 패시베이션 층을 형성하였다. 황산 아연 농도를 100g/L로 유지하고, 용액의 pH를 3.4, 용액 온도를 50°C로 설정하고, 전류 밀도를 4A/dm2로 설정한 전해액으로서 황산 아연 용액을 사용하였다.
니켈 패시베이션 처리(Nickel Passivation Treatment)
아연 패시베이션 처리가 완료되면, 물 세척이 수행되었다. 제1 패시베이션 처리에 사용된 원소 이외의 원소를 사용하는 제2 패시베이션 처리는 제2 패시베이션 층을 형성하도록 선택된다. 내산(acid-proofing)을 위해, 노듈 처리된 드럼면 상의 아연 패시베이션에만 전해 니켈 패시베이션이 실시되었다. 전기 분해에 의해, 니켈 패시베이션 층(니켈 층이라고도 함)이 아연 패시베이션 층(아연 층이라고도 함) 상에 형성되었다. 전기 분해 조건은 다음과 같다: 황산 니켈(NiSO4 ·7H20): 180g/L, 붕산(H3BO3): 30g/L, 차아인산나트륨(NaH2PO2): 3.6g/L, 온도: 20°C, 전류 밀도: 0.2A/dm2, 시간: 3초, pH: 3.5. 따라서, 표면 처리된 구리 호일은 구리 호일의 적층 및 레지스트면 모두에 형성된 아연의 제1 패시베이션 층을 가지며, 표면 처리된 구리 호일은 구리 호일의 노듈 처리된 패시베이션된 면을 형성하기 위해 구리 호일의 적층면 상에만 니켈의 제2 패시베이션 층을 갖는다.
크로메이트 패시베이션 처리(Chromate Passivation Treatment)
2차 패시베이션 처리가 완료되면, 물 세척이 수행되었다. 또한 부식방지(rustproofing)를 위해 니켈 패시베이션 층 위에 전해 크로메이트 패시베이션을 실시하였다. 전기 분해에 의해, 니켈 및 아연 패시베이션 층 상에 크로메이트 층이 형성되었다. 전기 분해 조건은 다음과 같다: 크롬산: 5g/L, pH: 11.5, 용액 온도: 35°C, 및 전류 밀도: 10A/dm2. 이 전해 크로메이트 패시베이션은 구리 노듈 층의 니켈 패시베이션된 표면뿐만 아니라 동시에 제1 패시베이션 요소 또는 아연 층을 포함하는 구리 호일의 레지스트(증착/매트)면에 동시에 형성된다. 니켈 패시베이션 처리 후, 구리 호일의 양면 상에 크로메이트 패시베이션이 발생한다.
실란 커플링 처리(Silane Coupling Treatment)
크로메이트 패시베이션 처리가 완료되면 물로 세척한 후 즉시 구리 호일 표면을 건조시키지 않고, 구리 호일(이제 적층면이라 칭함)의 패시베이션된 노듈 처리된 드럼면과 고분자 유전체 물질의 기판의 커플링을 돕기 위해 실란 커플링 처리 용기에서 구리 호일의 노듈 처리된 패시베이션된 면을 형성하기 위해 구리 노듈 층의 Zn/Ni/Cr 패시베이션 층에만 실란 커플링제의 흡착을 행한다. 이 처리에서, 용액의 농도는 0.25 중량%의 3-글리시독시프로필 트리메톡시실란(3-glycidoxypropyl trimethoxysilane)이었다. 흡착 처리는 노듈 처리된 구리 호일의 표면에만 용액을 스프레이함으로써 수행되었다.
측정(Measurements)
표면 거칠기(Surface Roughness)
표면 거칠기는 JIS B 0601-1994를 이용하여 α-형 표면 거칠기 및 윤곽(contour) 측정기(Kosaka Laboratory Ltd.에 의해 제조된 SE1700 모델)를 사용하여 Rz 표준으로 측정되고 제공되었다.
광택(Gloss)
광택은 JIS Z8741에 따른 광택계(gloss meter)(BYK Company에 의해 제조된 micro-gloss 60°형 모델)를 사용하여, 즉 60°의 광 입사각에서 가로 방향(transverse direction, TD)의 노듈 처리된 드럼면에서 광택을 측정함으로써, 측정되었다.
반사율(Reflectance)
반사율은 휴대용 분광 광도계(spectrophotometer)(Konica Minolta에 의해 제조된 CM-2500c 모델)를 사용하여, 즉 570nm의 파장 및 610nm의 파장에서 노듈 처리된 드럼면의 반사율을 개별적으로 측정함으로써, 측정되었다.
신호 손실(Signal Loss)(전송 손실)(Transmission Loss)
표면 처리된 구리 호일은 유전체 기판(IPC-TM-650 2.5.5.13호에 규정된 조건 하에서 시험한 10GHz에서 Dk<3.9 및 Dk<0.012를 갖는 ITEQ 사에 의해 제조된 IT-150GS) 상에 적층되고, 마이크로스트립 구조가 형성된다. 신호 손실은 Agilent PNA N5230C 네트워크 분석기에 의해 주파수 10GHz, 스윕(sweep) 수: 6401 포인트, 캘리브레이션(calibration): TRL, IF: 30kHz, 온도: 25°C에서 시험 방법: Cisco S3 방법 하에서 측정되었다. 마이크로스트립 구조는 210μm의 두께, 102mm의 도체 길이, 18μm의 도체 두께, 200μm의 도체 회로 폭, 50Ω의 특성 임피던스를 가지고, 커버레이 필름은 가지지 않는다. 측정 값들 중, 약한 연마 호일(비교예 1에 열거된 Dmax 값 중 가장 낮은 값)의 전송 손실 값을 100이라고 가정했을 때, 10GHz 주파수에 해당하는 전송 손실(dB/m)이 설명된다.
실시예 1 내지 13 및 비교예 1 내지 14에 대한 드럼의 광택 조건 및 표면 처리된 구리 호일의 결과 특성이 아래의 표 1 및 2에 나타내었다.
드럼의 연마 조건 표면 처리된 구리 호일의 특성 성능
드럼 속도
(m/min)		 버프 속도
(rpm)		 부하 전류
(A)		 Dmax 노듈 처리된 드럼면의 Rz
(μm)		 광택
(60°)		 570 nm에서의 반사율
(%)		 610 nm에서의 반사율
(%)		 반사율 차이
(%)		 10 GHz에서의 신호 손실
(%)
실시예 1 3.0 350.0 0.5 0.0061 3.1 0.5 29.3 44.5 15.2 41.1
실시예 2 5.0 550.0 0.5 0.0064 2.8 1.2 28.5 45.0 16.5 39.2
실시예 3 1.0 150.0 1.0 0.0067 2.7 1.8 27.7 44.8 17.1 37.4
실시예 4 3.0 550.0 1.5 0.0067 2.7 1.9 27.8 45.1 17.3 37.2
실시예 5 1.0 150.0 1.5 0.0082 2.5 2.5 26.9 46.2 19.3 33.9
실시예 6 3.0 350.0 1.0 0.0086 2.5 2.7 25.8 45.8 20.0 32.7
실시예 7 5.0 550.0 1.0 0.0091 2.3 3.0 25.0 46.9 21.9 28.5
실시예 8 5.0 350.0 0.5 0.0101 2.1 3.5 24.3 47.6 23.3 27.3
실시예 9 3.0 350.0 1.5 0.0105 2.1 3.7 24.1 47.9 23.8 27.1
실시예 10 5.0 550.0 1.5 0.0111 1.9 4.1 23.2 47.9 24.7 26.5
실시예 11 3.0 150.0 0.5 0.0141 1.7 4.5 21.6 49.4 27.8 23.0
실시예 12 5.0 350.0 1.0 0.0143 1.7 4.6 21.4 49.4 28.0 22.7
실시예 13 5.0 350.0 1.5 0.0175 1.5 5.1 20.5 50.2 29.7 21.6
드럼의 연마 조건 표면 처리된 구리 호일의 특성 성능
드럼 속도
(m/min)		 버프 속도
(rpm)		 부하 전류
(A)		 Dmax 노듈 처리된 드럼면의 Rz
(μm)		 광택
(60°)		 570 nm에서의 반사율
(%)		 610 nm에서의 반사율
(%)		 반사율 차이
(%)		 10 GHz에서의 신호 손실
(%)
비교예 1 1.0 550.0 0.5 0.0013 4.4 0.1 36.1 42.6 6.5 100.0
비교예 2 1.0 550.0 1.0 0.0018 4.1 0.1 34.3 42.4 8.1 81.2
비교예 3 1.0 350.0 0.5 0.0020 4.0 0.2 33.6 43.2 9.6 66.7
비교예 4 1.0 550.0 1.5 0.0022 3.9 0.2 33.2 42.9 9.7 66.5
비교예 5 1.0 350.0 1.0 0.0029 3.8 0.2 32.0 42.3 10.3 63.4
비교예 6 1.0 350.0 1.5 0.0035 3.7 0.3 31.5 43.5 12.0 54.8
비교예 7 3.0 550.0 0.5 0.0039 3.7 0.3 31.4 44.0 12.6 52.6
비교예 8 1.0 150.0 0.5 0.0047 3.6 0.4 30.9 44.3 13.4 48.4
비교예 9 3.0 550.0 1.0 0.0055 3.4 0.4 30.1 44.4 14.3 46.5
비교예 10 3.0 150.0 1.0 0.0200 1.4 0.3 30.7 61.2 30.5 59.3
비교예 11 5.0 150.0 0.5 0.0236 1.4 0.3 31.3 62.4 31.1 65.5
비교예 12 3.0 150.0 1.5 0.0245 1.4 0.3 31.9 63.8 31.9 70.2
비교예 13 5.0 150.0 1.0 0.0333 1.5 0.2 32.8 65.5 32.7 78.1
비교예 14 5.0 150.0 1.5 0.0408 1.5 0.2 34.0 68.1 34.1 85.4
비교예 15 5.0 100.0 2.0 0.0707 1.9 0.1 28.4 70.5 42.1 93.3
광택은 구리 호일의 노듈 처리된 드럼면의 표면을 평가하는 다른 값이다. 다수의 노듈로 인해 광택의 분산이 높지는 않지만, 노출 구리 호일의 표면이 잘 연마된 드럼으로부터 나온 것이라면, 그 광택은 상기 표 1에 나타난 바와 같이 잘 연마되지 않은 드럼으로부터의 광택보다 상대적으로 높다.
구리 클래드 적층판, PCB 및 이를 포함하는 전자 장치 내에 통합하기 적합한 구리 호일을 제조하기 위한 제조 공정이 도 14와 관련하여 설명될 것이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 증착면(39) 및 드럼면(38)을 갖는 스풀(181)로부터 취한 노출 구리 호일(30)은 세척조(183) 내의 세척액을 통과하여 구리 호일(30)의 표면 상의 임의의 기름, 지방 및 산화물의 드럼면(38) 및 증착면(39) 모두를 세척한다. 다음으로, 세척된 호일은 황산 내의 황산 구리 용액인 전해질(185)을 함유하는 러핑(roughing) 용기(184)로 공급된다. 2개의 애노드(186, 187)는 구리 호일(30)의 드럼면(38)에만 작용하며, 구리 호일(30)은 구리 노듈(도 14에는 도시되지 않음)이 형성된 캐소드로서 작용한다. 캐소드로서 다시 작용하는 구리 호일과 함께 애노드(190, 191) 사이에서 발생된 전류의 영향 하에 다른 황산 구리 용액(189)을 함유하는 피복 용기(188)는 노듈 처리된 구리 호일의 드럼면(38) 상의 노듈 상에만 구리 층을 도금한다. 피복 층은 구리 노듈의 박리를 방지한다. 다음, 구리 호일을 패시베이션하는 아연 상환 용액을 함유하는 합금 용기(192)에 구리 호일(30)을 통과시킨다. 용기(192) 내에는 캐소드로서 작용하는 구리 호일(30)과 함께, 전류의 영향 하에 구리 호일(30)의 노듈 처리된 드럼면을 패시베이션하는 2개의 애노드(193, 194)가 배치된다. 동시에 애노드(195)는 구리 호일(30)의 증착면(39)을 패시베이션한다. 크롬 변색-방지 용기(198) 내에 함유된 크롬산 용액(197)을 통해 캐소드로서 작용하는 구리 호일(30)과 함께, 애노드(196) 사이에 전류를 통과시킴으로써 구리 호일(30)의 패시베이션된 노듈 처리된 드럼면(38) 상에 크롬 변색-방지 코팅이 형성된다. 캐소드로서 작용하는 구리 호일(30)과 함께, 애노드(199)는 애노드(199)를 통해 통과하는 전류의 효과를 통해 작용하는 동시에 증착면(39) 상의 아연 패시베이션 층 위에 크롬 코팅 층을 생성한다. 마지막으로, 노듈 처리된 드럼면(38)은 실란(201, 202)의 스프레이가 구리 호일(30)의 노듈 처리된 드럼면(38)에만 충돌하는 실란 처리 용기(200)를 통과한다. 오븐(203)을 통과한 후, 표면 처리된 구리 호일(204)은 스풀(205)에 권취된다.
표면 처리된 구리 호일은 다수의 유형의 인쇄 회로 기판에 이용될 수 있지만, 고주파 신호(100MHz 이상)가 구리 호일 또는 그로부터 제조된 회로를 통과할 때 특히 유용하다.
표면 처리된 구리 호일의 특징의 장점을 취하기 위해, 전형적으로 가압 롤의 닙(nip)을 통해 기판, 전형적으로 유전체 물질에 적층하여 구리 클래드 적층판을 형성함으로써 부착되어야 한다. 그러나, PCB의 신호 손실은 크게 2 부분으로 나눌 수 있다. 하나는 전도 손실로, 구리 호일에 의한 손실을 의미한다. 다른 하나는 유전체 손실로, 기판에 의한 손실을 의미한다. Dk(유전체 상수) 및 Df(손실 탄젠트)는 신호 손실을 줄이기 위해 가능한 한 낮추는 것이 바람직하다. 따라서, Df<0.001 및 Dk<3.9인 고분자 물질이 바람직하다. 표면 처리된 구리 호일과 기판 사이의 적층은 항상 구리 호일의 적층면에서 일어나며, 이 경우에는 드럼면이 구리 호일의 드럼면 상에 노듈 층을 갖는다. 구리 호일의 대향면은 레지스트면이라 불린다. 표면 처리된 구리 호일의 레지스트면(증착면) 상에 인 시츄(in situ) 패턴으로 형성될 수 있는 레지스트(양성 작업 또는 음성 작업으로 분류될 수 있음)는 다양한 물질일 수 있다. 이러한 다수의 레지스트는 당업계에 공지되어 있으며, 본 발명의 표면 처리된 구리 호일에 특정 레지스트를 사용하는 것은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다. 적합한 레지스트는 수 퍼센트의 감광성 분자(활성제 또는 증감제)를 함유하는 선형 중합체를 포함한다. 활성제는 입사 방사선을 흡수하고 중합체의 가교 결합을 촉진함으로써 분자량을 증가시켜 레지스트의 해당 부분의 불용성을 유도한다. 노출되지 않은 부분의 용매인 현상제(developer)를 적용하여 노출되지 않은 영역을 세척한다. 양성 작업 레지스트는 현상제에 의한 습윤 및 공격을 방지하는 억제제를 최대 25% 함유한 중합체이다. 광 노출시에, 억제제는 파괴되고 노출된 영역은 현상제, 알칼리성 수성 용매에 용해된다. 폴리(바이닐 신나메이트(vinyl cinnamate))(음성 작업 레이즈트) 또는 퀴논디아지드(quinonediazides) 또는 테트라아릴보레이트(tetraarylborates)의 분해 반응에 의존하는 양성 작업 레지스트가 언급된다. 다른 다수의 것들이 당업계에 공지되어 있다. 적합하게는, 마스크(적절하게 컴퓨터 제어된 광 스폿 또는 전자 빔)가 포토레지스트 위에 배치되고, 마스크 및 노출된 포토레지스트는 광에 노출되어 레지스트에 패턴을 형성하고 마스크가 제거된다. 이렇게 제거(음성- 또는 양성-)된 레지스트의 부분은 구리 호일의 레지스트면을 노출시킨다. 에칭제, 전형적으로는 산성 용액이 구리 호일을 소정의 방식으로 에칭(제거)하여 회로를 형성한다. 다양한 유전체 물질은 0.010<Df<0.015의 중간 손실 유전체와 비교하여 초저 손실 값(0.005의 차수 Df)을 발생시킬 수 있지만 이러한 물질의 비용은 증가한다.
이와 같이 생성된 인쇄 회로 기판은 적어도 100MHz의 고속 신호를 이용하영 다양한 전자 장치를 형성하기 위해 리드, 홀 및 다른 구성 요소와 같은 다른 구성 요소와 조립될 수 있다. 이러한 장치는 개인용 컴퓨터, 셀룰러 전화기 및 웨어러블을 포함하는 모바일 통신, 자동차 및 트럭을 포함한 자율 주행 차량, 비행기, 드론, 미사일 및 위성, 우주선, 우주 정거장 및 외계(extra-terrestrial) 서식지를 포함하는 유인 및 무인 차량을 포함할 수 있다.
본 명세서, 도면 및 실시예와 관련하여 소정의 바람직한 실시예가 설명되었지만, 본 명세서는 단지 예시일뿐인 설명에 의해 제한되지 않는다. 또한, 바람직한 실시예가 설명된 방식에 의해 첨부된 청구범위에 열거된 순서로 구성 요소 또는 단계의 순서가 추론되는 것도 아니다. 첨부된 청구범위의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 명백하게 개시된 것들을 다양한 대체 재료, 단계 및 제품으로 대체할 수 있음이 본 명세서를 읽는 당업자에게 명백하다.

Claims (20)

  1. 고속 인쇄 회로 기판에 사용하기 위한 표면 처리된 구리 호일로서,
    드럼면 및 증착면을 갖는 전해 증착된 구리 호일, 및
    상기 표면 처리된 구리 호일의 노듈(nodule) 처리된 드럼면을 형성하도록 상기 드럼면 상에만 적층되는 노듈 층을 포함하며,
    상기 표면 처리된 구리 호일의 노듈 처리된 드럼면은 1.5 내지 3.1μm 범위의 표면 거칠기(Rz)를 나타내고, 그리고
    상기 표면 처리된 구리 호일의 노듈 처리된 드럼면은 15% 내지 30%의 범위에서 570nm 내지 610nm 사이의 반사율 차이를 나타내는,
    표면 처리된 구리 호일.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 노듈 처리된 드럼면은 20% 내지 30%의 범위에서 570nm에서의 반사율을 나타내는,
    표면 처리된 구리 호일.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 노듈 처리된 드럼면은 44% 내지 51%의 범위에서 610nm에서의 반사율을 나타내는,
    표면 처리된 구리 호일.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 노듈 처리된 드럼면은 60°에서 광택(gloss)이 0.5 내지 5.1의 범위를 나타내는,
    표면 처리된 구리 호일.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 노듈 층 위의 구리 도금 층을 더 포함하는,
    표면 처리된 구리 호일.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 구리 도금 층 및 상기 전해 증착된 구리 호일의 증착면 각각의 위의 아연 층을 더 포함하는,
    표면 처리된 구리 호일.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 구리 도금 층 위의 아연 층 상의 니켈 층을 더 포함하는,
    표면 처리된 구리 호일.
  8. 제1항에 있어서,
    실란 커플링제(silane coupling agent)를 처리하는 것에 의해 형성된 실란 커플링 처리 층을 더 포함하는,
    표면 처리된 구리 호일.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 실란 커플링제는 3-글리시독시프로필트리메톡시실란(3-glycidoxypropyltrimethoxysilane)을 포함하는,
    표면 처리된 구리 호일.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 실란 커플링제는 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane)을 포함하는,
    표면 처리된 구리 호일.
  11. 제1항에 따른 구리 호일, 및
    유전체 수지를 포함하고,
    상기 유전체 수지는 IPC-TM 650 No. 2.5.5.13호에 따라 수행된 시험 하에서 Dk<3.9 및 Df<0.012를 나타내는,
    구리 클래드 적층판.
  12. 제11항에 따른 구리 클래드 적층판을 포함하는,
    인쇄 회로 기판.
  13. 제12항에 따른 인쇄 회로 기판을 포함하는
    전자 부품.
  14. 제13항에 따른 전자 부품을 포함하는,
    전자 장치.
  15. 금속의 전착(electrodeposition)을 위해 사용되는 드럼의 표면을 컨디셔닝하는 방법으로서, 상기 드럼은 외부면을 가지고,
    상기 방법은, 버프가 상기 드럼의 외부면 내로 파고드는 것을 야기하는 압력 하에서 상기 드럼 및 연마 버프를 상대적으로 회전시키는 단계를 포함하고; 상기 압력은 상기 드럼을 향하여 상기 버퍼를 가하기 위해 인가되는 부하 전류에 의해 표시되며; 상기 버프가 상기 드럼의 외부면을 파고 들어갈 수 있는 최대 거리와 상기 부하 전류는 아래의 관계를 만족시키고,
    Figure pat00002

    상기 Dmax는 0.0061 내지 0.0175의 범위인,
    방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 드럼 및 상기 버프는 서로를 향해 회전하는,
    방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 드럼은 순수 티타늄으로 제조되고, 상기 드럼의 표면은 TiO, TiO2 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는,
    방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 드럼을 간헐적으로 컨디셔닝하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  19. 회전하는 드럼 상에 구리 호일을 전해 증착하는 단계로서, 상기 드럼은 구리를 함유하는 전해액에 부분적으로 침지되는, 단계;
    드럼면 및 증착면을 갖는 노출 구리 호일을 획득하기 위해 상기 전해 증착된 구리 호일을 상기 드럼으로부터 분리하는 단계;
    노듈 처리된 드럼면을 형성하기 위해 노출 구리 호일의 드럼면에만 노듈을 전기도금함으로써, 상기 노출 구리 호일의 상기 드럼면 상에만 노듈 층을 형성하는 상기 노출 구리 호일을 표면 처리하는 단계로서, 상기 구리 호일의 대향면은 레지스트면으로 지칭되는, 단계;
    상기 노듈 처리된 드럼면을 구리 도금하는 것에 의해 노듈 층을 피복하는 단계;
    제1 패시베이션 층을 형성하기 위해 제1 패시베이션 요소로 구리 호일의 레지스트면을 구리 도금 패시베이션하는 단계;
    이후, 상기 노듈 처리된 드럼면에만 제2 패시베이션 층을 형성하기 위해 상기 제1 패시베이션 요소와는 다른 제2 패시베이션 요소로 제2 패시베이션 단계를 수행하는 단계;
    상기 제1 및 제2 패시베이션 층 위에 전해 크로메이트 패시베이션(electrolytic chromate passivation)을 수행하는 단계; 및
    상기 구리 호일의 노듈 처리된 패시베이션면에만 실란 커플링제를 흡착시키는 단계;를 포함하는,
    표면 처리된 구리 호일을 제조하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 패시베이션 요소는 Zn, Ni 및 Cr로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인,
    방법.
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