WO2023017876A1 - 복합 폴리이미드 기판, 복합 폴리이미드 조성물 및 이를 이용한 인쇄 회로 기판 - Google Patents

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WO2023017876A1
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polyimide
substrate
composite polyimide
composite
ptfe
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키노타카시
유동주
정재열
이준석
조성문
이응민
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엘지전자 주식회사
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
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    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/03—Use of materials for the substrate

Definitions

  • the present invention is applicable to the field of substrates for high-frequency circuits, and relates to, for example, a composite polyimide substrate, a composite polyimide composition, and a printed circuit board using the same.
  • PCB printed circuit board
  • FPCB can contribute to miniaturization by high connectivity.
  • polyimide which is a super heat-resistant polymer material
  • FPCBs FPCBs
  • the reason why polyimide has been used is that it was excellent in dimensional stability with copper foil used when forming circuits and in reverse heat resistance at the time of component mounting.
  • polyimide has drawbacks in that the polarization due to charge transfer and the absorption rate are large. Due to this defect, there is a problem that the dielectric constant and dielectric loss increase, resulting in an increase in transmission loss.
  • Polyimide has been the standard material for FPCBs for decades now. Polyimide is said to have poor dimensional stability due to its high water absorption, but in order to solve this problem, FPCB manufacturers have been designing circuits in consideration of dimensional change due to water absorption of polyimide.
  • a technical problem to be solved by the present invention is to provide a composite polyimide substrate, a composite polyimide composition, and a printed circuit board using the same, which can improve high dielectric polarization and absorption of polyimide.
  • the present invention is to provide a composite polyimide substrate using a polyimide material suitable for high-speed communication in a GHz band, a composite polyimide composition, and a printed circuit board using the same.
  • polytetrafluoroethylene (PTFE) particles in polyimide (polyesterimide) containing a polyester group, the dimensional stability of the polyimide is maintained, and the low dielectric constant and low dielectric constant are maintained. losses can be achieved.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the present invention provides a composite polyimide substrate comprising: a substrate matrix comprising polyimide at least partially substituted with a polyester group; and polytetrafluoroethylene (PTFE) particles included in the substrate matrix.
  • a composite polyimide substrate comprising: a substrate matrix comprising polyimide at least partially substituted with a polyester group; and polytetrafluoroethylene (PTFE) particles included in the substrate matrix.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the polyester group may include at least one of hydroquinone bis (trimellitate anhydride) (TAHQ) and bis-phenol bis (trimellitate anhydride) (BP-TME).
  • TAHQ hydroquinone bis
  • BP-TME bis-phenol bis (trimellitate anhydride)
  • the polyimide may include at least one of m-Tolidine and 2, 2'-Bis (trifluoromethyl) benzidine (TFMB).
  • TFMB 2, 2'-Bis (trifluoromethyl) benzidine
  • the size of the PTFE particles may be 300 nm to 5 ⁇ m.
  • the average particle diameter of the PTFE particles may be 0.3 to 1.0 ⁇ m.
  • the PTFE particles may be included in an amount of 40 to 80% by weight (wt) based on polyimide in which at least a portion of the base material of the substrate is substituted with a polyester group.
  • the PTFE particles may be dispersed and distributed in the matrix of the substrate.
  • the PTFE particles may be dispersed and distributed in the base substrate by a fluorine-based surfactant.
  • the polyester group and the polyimide group may have substantially the same content.
  • the present invention provides a composite polyimide substrate comprising: a first layer containing a polyester group; a second layer contacting the first layer and containing a polyimide group; and polytetrafluoroethylene (PTFE) particles dispersed in at least one of the first layer and the second layer.
  • a composite polyimide substrate comprising: a first layer containing a polyester group; a second layer contacting the first layer and containing a polyimide group; and polytetrafluoroethylene (PTFE) particles dispersed in at least one of the first layer and the second layer.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • first layer and the second layer may be cross-stacked.
  • the polyimide group may include 2,2-Bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] propane (BAPP).
  • polyimide group containing the BAPP may be used as an adhesion agent.
  • the polyester group may include at least one of hydroquinone bis (trimellitate anhydride) (TAHQ) and bis-phenol bis (trimellitate anhydride) (BP-TME).
  • TAHQ hydroquinone bis
  • BP-TME bis-phenol bis (trimellitate anhydride)
  • the present invention provides, in a printed circuit board, a substrate matrix comprising polyimide at least partially substituted with a polyester group and polytetrafluoroethylene included in the substrate matrix.
  • a composite polyimide substrate comprising PTFE) particles; and a circuit pattern formed on the composite polyimide substrate.
  • polyesterimide containing an acid anhydride having a TAHQ or BP-TME ester group and m-Tolidine or TFMB; and polytetrafluoroethylene (PTFE) particles included in the polyesterimide.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the PTFE particles may be included in an amount of 40 to 80 wt% based on the polyesterimide.
  • the PTFE particles may be dispersed and distributed in the polyesterimide.
  • the content of the acid anhydride and the polyesterimide in the composition may be substantially the same.
  • polyimide related to signals in the GHz band due to its low dielectric constant, low dielectric loss, thermal expansion coefficient consistency (dimensional stability) of copper foil, low linear expansion coefficient, and adhesive performance with copper foil, polyimide related to signals in the GHz band, in particular, can be used as a flexible printed circuit board It is possible to provide a composite polyimide substrate, composition, and printed circuit board that can be used.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a composite polyimide substrate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a composite polyimide substrate according to another embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a graph showing a frequency band to which a composite polyimide substrate according to an embodiment of the present invention is applied.
  • 4 and 5 are schematic diagrams showing a phenomenon when an AC signal passes through a general dielectric.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing an example of a printed circuit board to which a composite polyimide substrate according to an embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing another example of a printed circuit board to which a composite polyimide substrate according to an embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a composite polyimide substrate according to an embodiment of the present invention.
  • the composite polyimide substrate 100 includes a substrate matrix 110 including a low dielectric 120, and polytetrafluoroethylene (PTFE) particles included in the substrate matrix 110 ( 130) may be included.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the substrate matrix 110 may include polyimide in which at least a portion is substituted with the low dielectric material 120 .
  • the polyimide may include at least one of m-Tolidine and 2,2'-Bis(trifluoromethyl)benzidine (TFMB).
  • TFMB 2,2'-Bis(trifluoromethyl)benzidine
  • the low dielectric constant 120 may include a polyester group.
  • the polyester group may include at least one of hydroquinone bis (trimellitate anhydride) (TAHQ) and bis-phenol bis (trimellitate anhydride) (BP-TME).
  • a plurality of PTFE particles 130 may be included in the substrate matrix 110 .
  • the plurality of PTFE particles 130 may be dispersed and distributed in the substrate matrix 110 .
  • the plurality of PTFE particles 130 may be dispersed and distributed in the substrate matrix 110 by being dispersed by the fluorine-based dispersant. Specifically, the plurality of PTFE particles 130 may be dispersed and distributed in the substrate matrix 110 by the fluorine-based surfactant.
  • the PTFE particles 130 are a type of fluororesin, and have very low absorbency and excellent dimensional stability. In addition, since dielectric polarization is low, permittivity and dielectric loss are low, transmission loss in the GHz band used for high-speed communication is also low.
  • low permittivity, low dielectric loss, and low transmission loss characteristics may be imparted to the composite polyimide substrate 100 due to the PTFE particles 130 dispersed and distributed in the substrate matrix 110 .
  • the size of the PTFE particles 130 may be 300 nm to 5 ⁇ m.
  • the size of the PTFE particles 130 is 300 nm or less, the size of the contained fluorine is small, and the low dielectric effect may be insufficient.
  • the size of the PTFE particles 130 is 5 ⁇ m or more, blurring or straightness problems may occur during laser drilling in the manufacturing process.
  • the average particle diameter of the PTFE particles 130 may be 0.3 to 1.0 ⁇ m.
  • the average particle diameter of the PTFE particles 130 may be 0.4 to 0.9 ⁇ m.
  • the content of the PTFE particles 130 may be 40 to 80 wt % with respect to the base substrate 110 .
  • the content of the PTFE particles 130 may be 40 to 80% by weight (wt) based on polyimide in which at least a portion of the substrate matrix 110 is substituted with a polyester group.
  • the content of the PTFE particles 130 may be 50 to 70 wt% with respect to the base substrate 110 .
  • the ratio of polyimide groups substituted with polyester groups in the substrate matrix 110 can be adjusted in various ways.
  • the ratio of polyester to polyimide in the substrate matrix 110 may be substantially 1:1.
  • “substantially” may mean including an error range.
  • the polyester group and the polyimide group may have substantially the same content.
  • polyimide related to signals in the GHz band in particular, polyimide for use as a flexible printed circuit board requires low permittivity and low dielectric loss.
  • performance of thermal expansion coefficient consistency (dimensional stability) about 18 ppm
  • adhesion to copper foil (1 kg/cm or more) are required.
  • the composite polyimide substrate 100 according to the embodiment of the present invention described above can satisfy these requirements.
  • the composite polyimide substrate 100 having the characteristics described above can maintain the dimensional stability of polyimide and achieve low dielectric constant and low dielectric loss.
  • the composite polyimide substrate 100 having the characteristics described above can obtain a low linear expansion coefficient and high adhesive strength with copper foil.
  • the composite polyimide composition for manufacturing the composite polyimide substrate 100 of the present invention is a polyesterimide containing an acid anhydride having a TAHQ or BP-TME ester group and m-Tolidine or TFMB, and the polyester It may be composed of polytetrafluoroethylene (PTFE) particles included in mid (polyesterimide).
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the size of the PTFE particles 130 may be 300 nm to 5 ⁇ m.
  • the size of the PTFE particles 130 is 300 nm or less, the size of the contained fluorine is small, and the low dielectric effect may be insufficient.
  • the size of the PTFE particles 130 is 5 ⁇ m or more, blurring or straightness problems may occur during laser drilling in the manufacturing process.
  • the average particle diameter of the PTFE particles 130 may be 0.3 to 1.0 ⁇ m.
  • the average particle diameter of the PTFE particles 130 may be 0.4 to 0.9 ⁇ m.
  • the content of the PTFE particles 130 may be 40 to 80 wt% based on polyesterimide.
  • the content of the PTFE particles 130 may be 50 to 70 wt% based on polyesterimide.
  • the ratio of polyimide groups substituted with polyester groups in polyesterimide can be adjusted in various ways.
  • the ratio of polyester to polyimide in the polyesterimide may be substantially 1:1.
  • “substantially” may mean including an error range.
  • the polyester group and the polyimide group may have substantially the same content.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a composite polyimide substrate according to another embodiment of the present invention.
  • the composite polyimide substrate 100 includes a first layer 101 including a polyester group, and a second layer 102 contacting the first layer 101 and including a polyimide group. can do.
  • At least one of the first layer 101 and the second layer 102 may include a plurality of PTFE particles 130 (see FIG. 1 ).
  • the plurality of PTFE particles 130 may be dispersed and distributed in at least one of the first layer 101 and the second layer 102 .
  • the plurality of PTFE particles 130 may be dispersed and distributed in at least one of the first layer 101 and the second layer 102 by being dispersed by the fluorine-based dispersant. Specifically, the plurality of PTFE particles 130 may be dispersed and distributed in at least one of the first layer 101 and the second layer 102 by the fluorine-based surfactant.
  • the PTFE particles 130 are a type of fluororesin, and have very low absorbency and excellent dimensional stability. In addition, since dielectric polarization is low, permittivity and dielectric loss are low, transmission loss in the GHz band used for high-speed communication is also low.
  • the composite polyimide substrate 100 has low dielectric constant, low dielectric loss, and low transmission loss characteristics. can be granted.
  • the size of the PTFE particles 130 may be 300 nm to 5 ⁇ m.
  • the size of the PTFE particles 130 is 300 nm or less, the size of the contained fluorine is small, and the low dielectric effect may be insufficient.
  • the size of the PTFE particles 130 is 5 ⁇ m or more, problems with blur or straightness may occur during laser drilling in the manufacturing process.
  • the average particle diameter of the PTFE particles 130 may be 0.3 to 1.0 ⁇ m.
  • the content of the PTFE particles 130 may be 0 to 80% by weight (wt) with respect to each or the entirety of the first layer 101 and the second layer 102 .
  • the content of the PTFE particles 130 may be 40 to 80% by weight (wt) with respect to the entirety of the first layer 101 and the second layer 102 .
  • first layer 101 and the second layer 102 may be cross-stacked.
  • FIG. 2 shows two second layers 102 located between the three first layers 101, the present invention is not limited thereto.
  • the polyimide group included in the second layer 102 may include 2,2-Bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] propane (BAPP).
  • the second layer 102 including a polyimide group including BAPP may be used as an adhesion agent.
  • the second layer 102 can be positioned between the two first layers 101 .
  • the relative thicknesses of the first layer 101 and the second layer 102 shown in FIG. 2 are exemplary only. That is, the relative thickness of the first layer 101 and the second layer 102 may be different from that shown in FIG. 2 .
  • first layer 101 and the second layer 102 may have the same thickness.
  • the total thickness of the first layer 101 and the total thickness of the second layer 102 in the composite polyimide substrate 100 may be substantially the same.
  • the polyester group included in the first layer 101 may include at least one of hydroquinone bis(trimellitate/anhydride) (TAHQ) and bis-phenol/bis(trimellitate/anhydride) (BP-TME).
  • TAHQ hydroquinone bis(trimellitate/anhydride)
  • BP-TME bis-phenol/bis(trimellitate/anhydride)
  • the composite polyimide substrate 100 having the characteristics described above can maintain the dimensional stability of polyimide and achieve low dielectric constant and low dielectric loss.
  • the composite polyimide substrate 100 having the characteristics described above can obtain a low linear expansion coefficient and high adhesive strength with copper foil.
  • FIG 3 is a graph showing a frequency band to which a composite polyimide substrate according to an embodiment of the present invention is applied.
  • polyimide which is a super heat-resistant polymer material
  • FPCBs FPCBs
  • the reason why polyimide has been used is that it was excellent in dimensional stability with copper foil used when forming circuits and in reverse heat resistance at the time of component mounting.
  • polyimide has drawbacks in that the polarization due to charge transfer and the absorption rate are large. There is a problem that the dielectric constant and dielectric loss increase due to this defect, and thus the transmission loss increases.
  • 4 and 5 are schematic diagrams showing a phenomenon when an AC signal passes through a general dielectric.
  • signal loss within a dielectric is proportional to the product of frequency, dielectric loss, and the square root of dielectric constant, and electrode loss can be added to this (signal loss ⁇ (frequency x ⁇ dielectric constant) x dielectric loss) + electrode loss ).
  • the dielectric constant represents a unitless relative value based on a value of 1 in a vacuum as the degree to which energy is absorbed by a dielectric when an alternating current signal passes through the dielectric.
  • Dielectric loss refers to energy that is absorbed by a dielectric and converted into heat when an alternating current signal passes through the dielectric.
  • electrode loss is a loss caused by surface roughness caused by a phenomenon in which an AC signal (current) flows to the surface when passing through an electrode, and the depth at which current flows from the surface is 2.1 mm in the 4G band and 0.4 mm in the 5G mmWave band.
  • Polyimide has been the standard material for FPCBs for decades now. Polyimide is said to have poor dimensional stability due to its high water absorption, but in order to solve this problem, FPCB manufacturers have been designing circuits in consideration of dimensional change due to water absorption of polyimide.
  • Liquid crystal polymers (LCPs) and fluororesins are expected as substitutes for polyimide.
  • Liquid crystal polymers and fluorine resins are typical resins with little water absorption and have excellent dimensional stability against moisture absorption.
  • the transmission loss in the GHz band used for high-speed communication is not large because the polarization is not large and the permittivity and dielectric loss are low.
  • LCP and fluorine resin are used for antenna circuits for smartphones and PCBs for communication base stations.
  • LCP and fluororesin are expensive because they are not mass-produced, and fluororesin has poor flexibility, so it cannot be used as a base material for FPCB.
  • LCP also has higher anisotropy than polyimide, so dimensional stability in the z-axis direction is not good, and adhesion to copper foil also needs to be improved.
  • ester group is the basic skeleton of LCP, and substituting the imide group with an ester group is the same as making a hybrid of polyimide and LCP. However, it is not a simple problem that all imide groups are replaced with ester groups.
  • ester group does not have a high polarizability as the imide group and does not cause charge transfer, the interaction force between molecules is not as great as that of the imide group. Therefore, if all the imide groups are replaced with ester groups, all the advantages of the imide groups may be lost because LCP is simply produced.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the composite polyimide substrate 100 according to the embodiment of the present invention having the characteristics described above can maintain the dimensional stability of polyimide and achieve low dielectric constant and low dielectric loss.
  • the composite polyimide substrate 100 having the characteristics described above can obtain a low linear expansion coefficient and high adhesive strength with copper foil.
  • Example 1 A representative example is described as Example 1.
  • Example 2 A representative example is described as Example 1.
  • Table 1 the content of the raw materials and PTFE particles was changed.
  • comparative examples compared with these examples will be described.
  • Each comparative example is as summarized in Table 2.
  • Nitrogen is introduced into the 1 L glass reactor to continue the flow.
  • DMAc N, N Dimethyl acetamide
  • BP-TME Bis-phenol bis (trimellitate anhydride)
  • BP-TME/m-Tolidine 0.995.
  • a polyamic acid solution with a final viscosity of 2000 poise is obtained.
  • the polyamic acid solution is mixed with N-Methyl-2-Pyrrolidone (NMP) solution in which PTFE particles are dispersed so as to have a concentration of 40 wt % compared to the polyamic acid solution, and stirring is continued.
  • NMP N-Methyl-2-Pyrrolidone
  • the separated object is dried in an electric furnace to prepare a composite polyimide film.
  • Example 2 Substantially the same as Example 1, but different in that the weight ratio of the NMP solution in which the PTFE particles are dispersed is mixed with the polyamic acid solution at 60 wt%.
  • a composite polyimide film was prepared in the same manner by changing the content of raw materials and PTFE particles as shown in Table 1.
  • a composite polyimide film was prepared in the same manner by changing the content of raw materials and PTFE particles as shown in Table 2.
  • the polyesterimide (Polyesterimide) is each other mainly to indicate the relative ratio of the polyester group (TAHQ or BP-TME) and the polyimide group (m-Tolidine or TFMB). It is recorded as a molar ratio, and the weight ratio (wt%) of PTFE particles (PTFE Power) to this polyesterimide is recorded.
  • Dk* represents the dielectric constant
  • Df* represents the dielectric loss
  • CTE represents the coefficient of thermal expansion
  • Tg represents the glass temperature. Exceeding this temperature may mean that the film properties are lost and stretched.
  • CTE coefficient of thermal expansion
  • FIGS. 6 and 7 are photographs of a composite polyimide substrate composed of a polyester group (BP-TME) and a polyimide group (m-Tolidine) in a 1:1 ratio and containing 20 wt% of PTFE particles therein. indicate
  • FIG. 6 is a picture magnified 5000 times, and FIG. 7 shows a picture enlarged 10000 times.
  • circular particles represent PTFE particles, and other portions represent polyesterimide (mPI) portions containing a polyester group (BP-TME) and a polyimide group (m-Tolidine).
  • FIGS. 8 and 9 are photographs of a composite polyimide substrate composed of a polyester group (BP-TME) and a polyimide group (m-Tolidine) in a 1:1 ratio and containing 40 wt% of PTFE particles.
  • FIG. 8 is a picture magnified 5000 times
  • FIG. 9 shows a picture enlarged 10000 times.
  • circular particles represent PTFE particles
  • other portions represent polyesterimide (mPI) portions containing a polyester group (BP-TME) and a polyimide group (m-Tolidine).
  • 10 and 11 show a composite polyimide substrate composed of a polyester group (BP-TME) and a polyimide group (m-Tolidine) in a ratio of 1:1 and containing 60 wt% of PTFE particles therein. show a picture
  • FIG. 10 is a picture magnified 5000 times
  • FIG. 11 shows a picture enlarged 10000 times.
  • circular particles represent PTFE particles
  • other portions represent polyesterimide (mPI) portions containing a polyester group (BP-TME) and a polyimide group (m-Tolidine).
  • the PTFE particles are evenly dispersed in polyesterimide (mPI), indicating that the effect described above can be achieved.
  • the PTFE particles can be evenly dispersed in polyesterimide (mPI) by stirring with a fluorine-based surfactant.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing an example of a printed circuit board to which a composite polyimide substrate according to an embodiment of the present invention is applied.
  • a printed circuit board 200 on which a circuit pattern 210 is formed on a composite polyimide substrate 100 is shown.
  • the composite polyimide substrate 100 includes a substrate matrix 110 including polyimide at least partially substituted with a polyester group and polytetrafluoroethylene (PTFE) included in the substrate matrix 110. ) particles.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the printed circuit board 200 on which the circuit pattern 210 is formed on the composite polyimide substrate 100 can maintain the dimensional stability of polyimide and achieve low dielectric constant and low dielectric loss.
  • the composite polyimide substrate 100 having the characteristics described above can obtain a low linear expansion coefficient and high adhesive strength with copper foil.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing another example of a printed circuit board to which a composite polyimide substrate according to an embodiment of the present invention is applied.
  • circuit board 200 on which circuit patterns 220 are formed between composite polyimide substrates 100 is shown.
  • the composite polyimide substrate 100 includes a substrate matrix 110 including polyimide at least partially substituted with a polyester group and polytetrafluoroethylene (PTFE) included in the substrate matrix 110. ) particles.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the present invention it is possible to provide a composite polyimide substrate, a composite polyimide composition, and a printed circuit board using the same applicable to the field of substrates for high-frequency circuits.

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Abstract

본 발명은 고주파 회로를 위한 기판 분야에 적용 가능하며, 예를 들어 복합 폴리이미드 기판, 복합 폴리이미드 조성물 및 이를 이용한 인쇄 회로 기판에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 복합 폴리이미드 기판에 있어서, 적어도 일부분이 폴리에스테르기로 치환된 폴리이미드를 포함하는 기판 모체; 및 상기 기판 모체에 포함되는 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene; PTFE) 입자를 포함할 수 있다.

Description

복합 폴리이미드 기판, 복합 폴리이미드 조성물 및 이를 이용한 인쇄 회로 기판
본 발명은 고주파 회로를 위한 기판 분야에 적용 가능하며, 예를 들어 복합 폴리이미드 기판, 복합 폴리이미드 조성물 및 이를 이용한 인쇄 회로 기판에 관한 것이다.
사회의 발전과 더불어 가전제품의 소형화가 진행되고 있다. 가전제품의 소형화에는 유연한 인쇄 회로 기판(Flexible Printed Cirbuit Board; FPCB)의 존재를 빼놓을 수 없다.
가전제품의 메인보드에는 리지드 인쇄 회로 기판(PCB)이 사용되는데, 여러가지 기능을 부여하기 위해 많은 부품과 메인보드와 접속해야 할 필요가 있다. 이러한 경우 FPCB는 높은 접속성에 의하여 소형화에 기여할 수 있다.
최근에는 옥외에서도 무선을 사용하여 인터넷에 접속하는 것이 가능하며, 노트북 컴퓨터, 스마트폰에는 전파 수신 기능이 표준으로 갖춰져 있다.
또한, 통신 기술의 발전으로 인터넷 접속 속도가 점점 빨라지고 있다. 현재는 4G에서 5G로 전환되는 시기이며, 향후 GHz 대역을 사용하여 새로운 고속 통신을 사용하는 시대가 열리려하고 있다.
지금까지 FPCB의 재료로서 초내열성 고분자 재료인 폴리이미드가 사용되어 왔다. 폴리이미드가 사용되어 온 이유로서는 회로를 형성할 때에 사용하는 동박과의 치수 안정성, 부품 실장 시의 반전 내열성이 우수했던 점이 크다.
그러나 폴리이미드에는 전하 이동에 의한 분극의 크기와 흡수율이 크다는 결점이 있었다. 이 결점으로 인해 유전율이나 유전 손실이 커져서 전송 손실이 커진다는 문제가 있었다.
지금까지 폴리이미드의 장점에 필적하는 대체품이 없었기 때문에 폴리이미드의 결점은 큰 문제가 되지 않았지만, GHz 대역의 고속 통신을 사용하는 시대(5G 이후)에서는 이 폴리이미드의 결점이 문제가 되기 시작했다. 또한, GHz 대역의 고속 통신에 적합한 재료가 개발되기 시작했기 때문에 폴리이미드의 결점 개선 요구가 높아지고 있다.
지금까지 수십 년간 FPCB의 재료로서 폴리이미드가 표준으로 사용되어 왔다. 폴리이미드는 흡수성이 높아 흡수에 의한 치수 안정성이 나쁘다고는 하지만, 이것을 해결하기 위해 FPCB 제조사는 폴리이미드의 흡수에 의한 치수 변화를 고려해 회로 설계를 실시해 왔다.
또한, 땜납의 실장 공정에서도 사전에 건조 공정을 실시함으로써 흡수로 인한 문제를 해결해 왔다. FPCB 메이커의 회로 형성 공정은 폴리이미드 재료의 물성에 최적화된 조건이 설정되어 있어, 다른 재료 변경에는 조건 최적화라는 큰 해결과제가 있다.
따라서 폴리이미드의 장점을 유지하면서 큰 분극과 흡수율을 해결한 새로운 폴리이미드 재료의 개발을 요구받고 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 기술적 과제는 폴리이미드의 큰 유전 분극 및 흡수율을 개선할 수 있는 복합 폴리이미드 기판, 복합 폴리이미드 조성물 및 이를 이용한 인쇄 회로 기판을 제공하고자 한다.
또한, 폴리이미드의 고내열성과 치수 안정성을 유지하면서, 큰 유전율 및 흡수율을 개선할 수 있는 복합 폴리이미드 기판, 복합 폴리이미드 조성물 및 이를 이용한 인쇄 회로 기판을 제공하고자 한다.
또한, 폴리이미드의 고내열성과 치수 안정성을 유지하면서, 낮은 유전율 및 낮은 유전손실 특성을 가지는 복합 폴리이미드 기판, 복합 폴리이미드 조성물 및 이를 이용한 인쇄 회로 기판을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은, GHz 대역의 고속 통신에 적합한 폴리이미드 재료를 이용한 복합 폴리이미드 기판, 복합 폴리이미드 조성물 및 이를 이용한 인쇄 회로 기판을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 폴리에스테르기를 포함하는 폴리이미드(폴리에스터이미드; polyesterimide)에 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene; PTFE) 입자를 포함시킴으로써 폴리이미드의 치수 안정성을 유지하고, 저 유전율, 저 유전 손실을 달성할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 제1관점으로서, 본 발명은, 복합 폴리이미드 기판에 있어서, 적어도 일부분이 폴리에스테르기로 치환된 폴리이미드를 포함하는 기판 모체; 및 상기 기판 모체에 포함되는 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene; PTFE) 입자를 포함할 수 있다.
또한, 상기 폴리에스테르기는 hydroquinone bis(trimellitate　anhydride)(TAHQ) 및 Bis-phenol　bis(trimellitate　anhydride)(BP-TME) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 폴리이미드는 m-Tolidine 및 2, 2'-Bis(trifluoromethyl) benzidine(TFMB) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 PTFE 입자의 크기는 300 nm 내지 5 ㎛일 수 있다.
또한, 상기 PTFE 입자의 평균 입자 직경이 0.3 내지 1.0 ㎛일 수 있다.
또한, 상기 PTFE 입자는 상기 기판 모체를 이루는 적어도 일부분이 폴리에스테르기로 치환된 폴리이미드에 대하여 40 내지 80 중량(wt)% 포함될 수 있다.
또한, 상기 PTFE 입자는 상기 기판 모체에 분산되어 분포할 수 있다.
또한, 상기 PTFE 입자는 상기 기판 모체에 불소계 계면 활성제에 의하여 분산되어 분포할 수 있다.
또한, 상기 적어도 일부분이 폴리에스테르기로 치환된 폴리이미드 내에서 상기 폴리에스테르기와 폴리이미드기는 실질적으로 동일한 함량을 가질 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 제2관점으로서, 본 발명은, 복합 폴리이미드 기판에 있어서, 폴리에스테르기를 포함하는 제1층; 상기 제1층에 접촉하고, 폴리이미드기를 포함하는 제2층; 및 상기 제1층 및 상기 제2층 중 적어도 어느 하나에 분산되는 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene; PTFE) 입자를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1층 및 상기 제2층은 교차 적층될 수 있다.
또한, 상기 폴리이미드기는 2,2-Bis [4-(4-aminophenoxy)phenyl] propane(BAPP)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 BAPP를 포함하는 폴리이미드기는 접착증으로 이용될 수 있다.
또한, 상기 폴리에스테르기는 hydroquinone bis(trimellitate　anhydride)(TAHQ) 및 Bis-phenol　bis(trimellitate　anhydride)(BP-TME) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 제3관점으로서, 본 발명은, 인쇄 회로 기판에 있어서, 적어도 일부분이 폴리에스테르기로 치환된 폴리이미드를 포함하는 기판 모체 및 상기 기판 모체에 포함되는 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene; PTFE) 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 폴리이미드 기판; 및 상기 복합 폴리이미드 기판 상에 형성되는 회로 패턴을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 제4관점으로서, 본 발명은, 복합 폴리이미드 조성물에 있어서, TAHQ 또는 BP-TME 에스테르기를 갖는 산 무수물 및 m-Tolidine 또는 TFMB를 포함하는 폴리에스터이미드(polyesterimide); 및 상기 폴리에스터이미드(polyesterimide)에 포함되는 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene; PTFE) 입자를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 PTFE 입자는 상기 폴리에스터이미드에 대하여 40 내지 80 중량(wt)% 포함될 수 있다.
또한, 상기 PTFE 입자는 상기 폴리에스터이미드에 분산되어 분포할 수 있다.
또한, 상기 조성물 내에서 상기 산 무수물과 상기 polyesterimide는 실질적으로 동일한 함량을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따르면, 낮은 유전율, 낮은 유전 손실을 가지는 복합 폴리이미드 기판, 조성물 및 인쇄 회로 기판을 제공할 수 있다.
또한, 인쇄 회로 기판에서 적층판으로서 사용하기 위해 동박의 열선 팽창 계수 일치성(치수 안정성), 저선팽창 계수, 동박과의 접착성의 성능을 만족시킬 수 있다.
또한, 낮은 유전율, 낮은 유전 손실, 동박의 열선 팽창 계수 일치성(치수 안정성), 저선팽창 계수, 동박과의 접착성의 성능으로 인하여 GHz 대역의 신호와 관계된 폴리이미드, 특히, 플렉시블 인쇄 회로 기판으로 사용될 수 있는 복합 폴리이미드 기판, 조성물 및 인쇄 회로 기판을 제공할 수 있다.
나아가, 본 발명의 실시예에 따르면, 여기에서 언급하지 않은 추가적인 기술적 효과들도 있다. 당업자는 명세서 및 도면의 전취지를 통해 이해할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 폴리이미드 기판을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합 폴리이미드 기판을 나타내는 단면 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 폴리이미드 기판이 적용되는 주파수 대역을 나타내는 그래프이다.
도 4 및 도 5는 일반적인 유전체에 교류 신호가 통과할 때의 현상을 나타내는 개략도이다.
도 6 내지 도 11은 본 발명의 복합 폴리이미드 기판의 각 실시예에 따른 사진이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 폴리이미드 기판이 적용된 인쇄 회로 기판의 일례를 나타내는 단면 개략도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 폴리이미드 기판이 적용된 인쇄 회로 기판의 다른 예를 나타내는 단면 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
나아가, 설명의 편의를 위해 각각의 도면에 대해 설명하고 있으나, 당업자가 적어도 2개 이상의 도면을 결합하여 다른 실시예를 구현하는 것도 본 발명의 권리범위에 속한다.
또한, 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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 폴리이미드 기판을 나타내는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 복합 폴리이미드 기판(100)은 저유전기(120)를 포함하는 기판 모체(110), 그리고 이 기판 모체(110)에 포함된 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene; PTFE) 입자(130)를 포함할 수 있다.
기판 모체(110)는 적어도 일부분이 저유전기(120)로 치환된 폴리이미드를 포함할 수 있다.
여기서, 폴리이미드는 m-Tolidine 및 2, 2'-Bis(trifluoromethyl) benzidine(TFMB) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
저유전율을 가지는 저유전기(120)는 폴리에스테르기를 포함할 수 있다. 이때, 폴리에스테르기는 hydroquinone bis(trimellitate　anhydride)(TAHQ) 및 Bis-phenol　bis(trimellitate　anhydride)(BP-TME) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
기판 모체(110)에는 다수의 PTFE 입자(130)가 포함될 수 있다. 이러한 다수의 PTFE 입자(130)는 기판 모체(110) 내에 분산되어 분포할 수 있다.
이러한 다수의 PTFE 입자(130)는 불소계 분산제에 의하여 분산되어 기판 모체(110) 내에 분산되어 분포할 수 있다. 구체적으로, 다수의 PTFE 입자(130)는 불소계 계면 활성제에 의하여 기판 모체(110) 내에 분산되어 분포할 수 있다.
PTFE 입자(130)는 불소 수지의 일종으로서, 흡수성이 매우 낮고, 이로 인한 치수 안전성이 우수하다. 또한, 유전분극이 낮고, 유전율 및 유전 손실이 낮아서 고속 통신에 사용되는 GHz 대역에서의 전송 손실도 낮은 장점이 있다.
따라서, 기판 모체(110) 내에 분산되어 분포하는 PTFE 입자(130)로 인하여 복합 폴리이미드 기판(100)에 낮은 유전율, 낮은 유전 손실, 낮은 전송 소실 특성을 부여할 수 있다.
이때, PTFE 입자(130)의 크기는 300 nm 내지 5 ㎛일 수 있다. PTFE 입자(130)의 크기가 300 nm 이하일 경우는 함유 불소의 크기가 작아 저유전 효과가 미비할 수 있다. 또한, PTFE 입자(130)의 크기가 5 ㎛ 이상일 경우 제조 과정에서의 레이저 드릴링(Laser drilling) 작업 시 블러(burr) 또는 직진성에 문제가 발생할 수 있다.
또한, PTFE 입자(130)의 평균 입자 직경이 0.3 내지 1.0 ㎛일 수 있다.
보다 구체적으로, PTFE 입자(130)의 평균 입자 직경은 0.4 내지 0.9 ㎛일 수 있다.
이와 같은 PTFE 입자(130)의 함유량은 기판 모체(110)에 대하여 40 내지 80 중량(wt)% 포함될 수 있다.
예를 들면, PTFE 입자(130)의 함유량은 기판 모체(110)를 이루는 적어도 일부분이 폴리에스테르기로 치환된 폴리이미드에 대하여 40 내지 80 중량(wt)% 포함될 수 있다.
보다 구체적으로, PTFE 입자(130)의 함유량은 기판 모체(110)에 대하여 50 내지 70 중량(wt)% 포함될 수 있다.
기판 모체(110)에서 폴리에스테르기로 치환된 폴리이미드기의 비율은 다양하게 조절 가능하다. 일례로, 기판 모체(110) 내에서 폴리에스테르와 폴리이미드의 비율은 실질적으로 1:1일 수 있다. 여기서 실질적으로란 의미는 오차 범위를 포함함을 의미할 수 있다.
즉, 적어도 일부분이 폴리에스테르기로 치환된 폴리이미드 내에서 폴리에스테르기와 폴리이미드기는 실질적으로 동일한 함량을 가질 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, GHz 대역의 신호와 관계된 폴리이미드, 특히, 플렉시블 인쇄 회로 기판으로 사용되기 위한 폴리이미드는 낮은 유전율, 유전 손실이 요구된다. 또한, 적층판으로서 사용하기 위해 동박의 열선 팽창 계수 일치성(치수 안정성)(약 18ppm), 동박과의 접착성(1kg/cm 이상)의 성능이 필요하다.
위에서 설명한 본 발명의 실시예에 의한 복합 폴리이미드 기판(100)은 이러한 요구조건을 만족시킬 수 있다.
즉, 위에서 설명한 특징을 가지는 복합 폴리이미드 기판(100)은 폴리이미드의 치수 안정성을 유지하고, 저 유전율, 저 유전 손실을 달성할 수 있다. 아울러, 위에서 설명한 특징을 가지는 복합 폴리이미드 기판(100)은 저선팽창 계수, 높은 동박과의 접착 강도를 얻을 수 있다.
이와 같은 본 발명의 복합 폴리이미드 기판(100)을 제조하기 위한 복합 폴리이미드 조성물은 TAHQ 또는 BP-TME 에스테르기를 갖는 산 무수물 및 m-Tolidine 또는 TFMB를 포함하는 폴리에스터이미드(polyesterimide) 및 이 폴리에스터이미드(polyesterimide)에 포함되는 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene; PTFE) 입자를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, PTFE 입자(130)의 크기는 300 nm 내지 5 ㎛일 수 있다. PTFE 입자(130)의 크기가 300 nm 이하일 경우는 함유 불소의 크기가 작아 저유전 효과가 미비할 수 있다. 또한, PTFE 입자(130)의 크기가 5 ㎛ 이상일 경우 제조 과정에서의 레이저 드릴링(Laser drilling) 작업 시 블러(burr) 또는 직진성에 문제가 발생할 수 있다.
또한, PTFE 입자(130)의 평균 입자 직경이 0.3 내지 1.0 ㎛일 수 있다.
보다 구체적으로, PTFE 입자(130)의 평균 입자 직경은 0.4 내지 0.9 ㎛일 수 있다.
이와 같은 PTFE 입자(130)의 함유량은 폴리에스터이미드에 대하여 40 내지 80 중량(wt)% 포함될 수 있다.
보다 구체적으로, PTFE 입자(130)의 함유량은 폴리에스터이미드에 대하여 50 내지 70 중량(wt)% 포함될 수 있다.
폴리에스터이미드에서 폴리에스테르기로 치환된 폴리이미드기의 비율은 다양하게 조절 가능하다. 일례로, 폴리에스터이미드 내에서 폴리에스테르와 폴리이미드의 비율은 실질적으로 1:1일 수 있다. 여기서 실질적으로란 의미는 오차 범위를 포함함을 의미할 수 있다.
즉, 적어도 일부분이 폴리에스테르기로 치환된 폴리이미드 내에서 폴리에스테르기와 폴리이미드기는 실질적으로 동일한 함량을 가질 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합 폴리이미드 기판을 나타내는 단면 개략도이다.
도 2를 참조하면, 복합 폴리이미드 기판(100)은 폴리에스테르기를 포함하는 제1층(101), 그리고 제1층(101)에 접촉하고, 폴리이미드기를 포함하는 제2층(102)을 포함할 수 있다.
도 2에는 도시되지 않았으나, 제1층(101) 및 제2층(102) 중 적어도 어느 하나에는 다수의 PTFE 입자(130; 도 1 참조)가 포함될 수 있다. 이러한 다수의 PTFE 입자(130)는 제1층(101) 및 제2층(102) 중 적어도 어느 하나에 분산되어 분포할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 이러한 다수의 PTFE 입자(130)는 불소계 분산제에 의하여 분산되어 제1층(101) 및 제2층(102) 중 적어도 어느 하나에 분산되어 분포할 수 있다. 구체적으로, 다수의 PTFE 입자(130)는 불소계 계면 활성제에 의하여 제1층(101) 및 제2층(102) 중 적어도 어느 하나에 분산되어 분포할 수 있다.
PTFE 입자(130)는 불소 수지의 일종으로서, 흡수성이 매우 낮고, 이로 인한 치수 안전성이 우수하다. 또한, 유전분극이 낮고, 유전율 및 유전 손실이 낮아서 고속 통신에 사용되는 GHz 대역에서의 전송 손실도 낮은 장점이 있다.
따라서, 제1층(101) 및 제2층(102) 중 적어도 어느 하나에 분산되어 분포하는 PTFE 입자(130)로 인하여 복합 폴리이미드 기판(100)에 낮은 유전율, 낮은 유전 손실, 낮은 전송 소실 특성을 부여할 수 있다.
이때, PTFE 입자(130)의 크기는 300 nm 내지 5 ㎛일 수 있다. PTFE 입자(130)의 크기가 300 nm 이하일 경우는 함유 불소의 크기가 작아 저유전 효과가 미비할 수 있다. 또한, PTFE 입자(130)의 크기가 5 ㎛ 이상일 경우 제조 과정에서의 레이저 드릴링(Laser drilling) 작업 시 블러(burr) 또는 직진성에 문제가 발생할 수 있다
또한, PTFE 입자(130)의 평균 입자 직경이 0.3 내지 1.0 ㎛일 수 있다.
이와 같은 PTFE 입자(130)의 함유량은 제1층(101) 및 제2층(102) 각각 또는 전체에 대하여 0 내지 80 중량(wt)% 포함될 수 있다.
예를 들면, PTFE 입자(130)의 함유량은 제1층(101) 및 제2층(102) 전체에 대하여 40 내지 80 중량(wt)% 포함될 수 있다.
이때, 제1층(101) 및 제2층(102)은 교차 적층될 수 있다. 도 2에는 세 개의 제1층(101) 사이에 위치하는 두 개의 제2층(102)이 도시되어 있으나 본 발명은 여기에 한정되지 않는다.
제2층(102)에 포함되는 폴리이미드기는 2,2-Bis [4-(4-aminophenoxy)phenyl] propane(BAPP)를 포함할 수 있다.
이러한 BAPP를 포함하는 폴리이미드기를 포함하는 제2층(102)은 접착증으로 이용될 수 있다. 따라서, 제2층(102)은 두 개의 제1층(101) 사이에 위치할 수 있다. 도 2에서 도시된 제1층(101)과 제2층(102)의 상대적 두께는 단지 예시적인 것이다. 즉, 제1층(101)과 제2층(102)의 상대적 두께는 도 2에서 도시된 바와 다를 수 있다.
일례로, 제1층(101)과 제2층(102)의 두께는 서로 동일할 수 있다. 다른 예로서, 복합 폴리이미드 기판(100) 내에서 제1층(101)의 전체 두께와 제2층(102)의 전체 두께는 실질적으로 동일할 수 있다.
제1층(101)에 포함되는 폴리에스테르기는 hydroquinone bis(trimellitate　anhydride)(TAHQ) 및 Bis-phenol　bis(trimellitate　anhydride)(BP-TME) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
위에서 설명한 특징을 가지는 복합 폴리이미드 기판(100)은 폴리이미드의 치수 안정성을 유지하고, 저 유전율, 저 유전 손실을 달성할 수 있다. 아울러, 위에서 설명한 특징을 가지는 복합 폴리이미드 기판(100)은 저선팽창 계수, 높은 동박과의 접착 강도를 얻을 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 폴리이미드 기판이 적용되는 주파수 대역을 나타내는 그래프이다.
통신 기술의 발전으로 인터넷 접속 속도가 점점 빨라지고 있다. 현재는 4G에서 5G로 전환되는 시기이며, 향후 GHz 대역을 사용하여 새로운 고속 통신을 사용하는 시대가 열리려하고 있다. 도 3에서 보는 바와 같이, 5G 표준에 의하면 밀리미터 파장(mm Wavelength)을 가지며, 이는 대략 24 내지 100 GHz의 주파수에 해당할 수 있다.
지금까지 FPCB의 재료로서 초내열성 고분자 재료인 폴리이미드가 사용되어 왔다. 폴리이미드가 사용되어 온 이유로서는 회로를 형성할 때에 사용하는 동박과의 치수 안정성, 부품 실장 시의 반전 내열성이 우수했던 점이 크다.
그러나 폴리이미드에는 전하 이동에 의한 분극의 크기와 흡수율이 크다는 결점이 있었다. 이 결점으로 인해 유전율이나 유전 손실이 커져서 전송 손실이 커진다는 문제가 있다.
이러한 문제점은 GHz 대역의 고속 통신을 사용하는 시대(5G 이후)에서는 더 부각되고 있다. 또한, GHz 대역의 고속 통신에 적합한 재료가 개발되기 시작했기 때문에 이러한 폴리이미드의 결점에 대한 개선 요구가 높아지고 있다.
도 4 및 도 5는 일반적인 유전체에 교류 신호가 통과할 때의 현상을 나타내는 개략도이다.
도 4에서와 같이 신호가 존재하지 않을 때는 유전체(10) 내의 전자(-)와 양성자(+)는 속박되어 있지만 방향성이 자유롭게 분포할 수 있다. 그러나 유전체(10)에 교류 신호가 인가되면 도 5에서 도시하는 바와 같이 유전체(10) 내의 전자(-)와 양성자(+)가 정렬되는 유전분극이 발생하며, 이 과정에서 신호손실이 발생할 수 있다. 이러한 신호의 손실은 유전체(10) 내에서 열과 같은 다른 에너지 형태로 전환될 수 있다.
일반적으로 유전체 내에서 신호손실은 주파수, 유전손실, 유전상수의 루트배의 곱에 비례하고, 여기에 전극손실이 더해질 수 있다(신호손실 ∝ (주파수 x √유전상수) x 유전손실) + 전극손실).
구체적으로, 유전상수는 교류 신호가 유전체 통과 시 유전체에 에너지가 흡수되는 정도로서 진공에서의 값 1을 기준으로 단위가 없는 상대적인 수치를 나타낸다. 유전손실은 교류신호가 유전체 통과 시 유전체에 흡수되어 열로 변환되는 에너지를 의미한다. 또한 전극손실은 교류 신호(전류)가 전극 통과 시 표면으로 흐르는 현상에 의해 표면 조도에 의해 발생하는 손실로서 전류가 흐르는 깊이는 표면에서 4G 대역에서는 2.1 mm, 5G mmWave 대역에서는 0.4 mm이다.
지금까지 수십 년간 FPCB의 재료로서 폴리이미드가 표준으로 사용되어 왔다. 폴리이미드는 흡수성이 높아 흡수에 의한 치수 안정성이 나쁘다고는 하지만, 이것을 해결하기 위해 FPCB 제조사는 폴리이미드의 흡수에 의한 치수 변화를 고려해 회로 설계를 실시해 왔다.
또한, 땜납의 실장 공정에서도 사전에 건조 공정을 실시함으로써 흡수로 인한 문제를 해결해 왔다. FPCB 제조사의 회로 형성 공정은 폴리이미드 재료의 물성에 최적화된 조건이 설정되어 있어, 다른 재료 변경에는 조건 최적화라는 큰 해결과제가 있다.
따라서 폴리이미드의 장점을 유지하면서 큰 분극과 흡수율을 해결한 새로운 폴리이미드 재료의 개발을 요구받고 있다.
폴리이미드의 대체품으로서 기대되고 있는 것이 액정 폴리머(LCP)와 불소 수지이다. 액정 폴리머와 불소 수지는 흡수성이 거의 없는 대표적인 수지이며 흡습에 대한 치수 안정성이 우수하다. 게다가 분극도 크지 않고 유전율, 유전 손실이 낮아 고속 통신에 사용되는 GHz 대역에서의 전송 손실도 크지 않다. 실제로 스마트폰용 안테나 회로, 통신 기지국의 PCB에는 LCP나 불소 수지가 사용되고 있다.
그러나 LCP와 불소 수지는 대량 생산되고 있지 않기 때문에 가격이 비싸고 불소 수지는 굴곡성이 나쁘기 때문에 FPCB의 기재로서 사용하기 어려운 문제점이 있었할 수 없다는 것이다.
또한, LCP도 폴리이미드보다 이방성이 높아 z축 방향의 치수 안정성이 좋지 않고, 또한 동박과의 접착성도 개선이 필요하다.
이러한 상황으로 인해 지금까지의 폴리이미드 재료의 장점을 유지하고 큰 분극과 흡수율을 개선한 표준적인 폴리이미드 동등의 물성을 가진 개량된 폴리이미드 재료가 요구되고 있다.
폴리이미드의 큰 분극, 흡수율의 개선은 지금까지 많이 논의되고 있다. 주요 원인으로서는 도너와 억셉터로 이뤄지는 전하 이동에 의해 큰 분극이 생겨 흡수율이 높아진다. 따라서 전하 이동을 일으키고 있는 이미드기 농도를 감소시키는 것으로 이러한 결점을 해결하는 것이 가능하다.
그러나 이미드기에 유래하는 전하 이동의 큰 상호작용의 영향으로 인해 고내열성과 치수 안정성을 유지하고 있었기에, 이미드기를 감소시킴으로써 장점이었던 고내열성과 치수 안정성을 잃게 된다. 따라서 이 이미드기 농도의 밸런스 조정과 이미드기를 무엇으로 대체하는지가 중요한 요소가 된다.
여기서 기대되고 있는 것이 에스테르기다. 에스테르기는 LCP의 기본 골격으로, 이미드기를 에스테르기로 치환하는 것은 즉 폴리이미드와 LCP의 하이브리드를 만드는 것과 같은 것이다. 다만, 이미드기를 모두 에스테르기로 대체하면 된다는 간단한 문제도 아니다.
에스테르기는 이미드기만큼 분극률이 높은 것이 아니고, 전하 이동을 일으키는 것도 아니기 때문에 분자끼리의 상호작용의 힘은 이미드기만큼 크지 않다. 따라서 이미드기를 에스테르기로 모두 대체해 버리면 단순히 LCP를 만들어 버리는 것 뿐이기에 이미드기가 가지고 있던 장점이 모두 사라질 수 있다.
본 발명에 의하면, 위에서 설명한 바와 같이, 일부가 폴리에스테르기로 치환된 폴리이미드에 폴리 테트라 플루오르 에틸렌(PTFE)의 입자를 분산시킴으로써, 치수 안정성을 유지하고 LCP와 동등한 저 유전율과 낮은 유전 손실을 달성할 수 있다.
즉, 위에서 설명한 특징을 가지는 본 발명의 실시예에 의한 복합 폴리이미드 기판(100)은 폴리이미드의 치수 안정성을 유지하고, 저 유전율, 저 유전 손실을 달성할 수 있다. 아울러, 위에서 설명한 특징을 가지는 복합 폴리이미드 기판(100)은 저선팽창 계수, 높은 동박과의 접착 강도를 얻을 수 있다.
이하, 조성물을 제조하는 각 실시예를 설명한다. 대표적인 실시예가 실시예 1로 설명된다. 나머지 실시예는 표 1에서 정리된 바와 같이 원료 물질 및 PTFE 입자의 함량을 변경한 것이다. 또한, 이러한 실시예와 비교하는 비교예를 설명한다. 각 비교예는 표 2에서 정리된 바와 같다.
<실시예 1>
1L의 유리 반응기에 질소를 도입하여 흐름을 계속한다.
그 후, DMAc(N, N Dimethyl acetamide)를 투입하여 교반을 시작한다. m-Tolidine을 투입하여 완전히 용해될 때까지 교반을 계속한다.
이후, BP-TME(Bis-phenol　bis(trimellitate　anhydride))를 투입하고 50 ℃의 온도까지 승온한다. 고형분 농도 16 wt%, BP-TME/m-Tolidine = 0.995 몰비(molar ratio)에서 교반을 계속한다. 최종 점도가 2000 poise의 폴리아믹산 용액을 얻는다.
이 폴리아믹산 용액에 폴리아믹산 용액 대비 40 wt%가되도록, PTFE 입자가 분산된 NMP(N-Methyl-2-Pyrrolidone) 용액을 혼합하여 교반을 계속한다.
폴리아믹산 용액을 유리 기판에 도포하고, 160 ℃에서 5 분간 건조 후 유리 기판에서 분리하여 감시원 고정 기판에 고정한다.
이러한 분리된 개체를 전기로에서 건조하여 복합 폴리이미드 필름을 제조한다.
<실시예 2>
실질적으로 실시예 1과 동일하나 PTFE 입자가 분산된 NMP 용액의 중량비를 폴리아믹산 용액 대비 60 wt% 혼합한 사항이 다르다.
<실시예 3 - 12>
원료 물질 및 PTFE 입자의 함량을 표 1과 같이 변경하여 동일한 방법으로 복합 폴리이미드 필름을 제조한다.
<비교예 1 - 9>
원료 물질 및 PTFE 입자의 함량을 표 2와 같이 변경하여 동일한 방법으로 복합 폴리이미드 필름을 제조한다.
실시예 Polyesterimide PTFE
Powder 		Dk* Df* CTE Tg
Dianhydride Diamine
TAHQ BP-TME m-Tolidine TFMB
Unit Mole% Mole% wt% - - ppm DegC
1 100 100 40 2.9 0.0030 10 350
2 100 100 60 2.7 0.0022 13 350
3 100 100 80 2.6 0.0022 16 350
4 100 100 40 2.5 0.0023 19 350
5 100 100 60 2.3 0.0021 19 350
6 100 100 80 2.3 0.0021 19 350
7 100 100 40 3.0 0.0031 16 350
8 100 100 60 2.8 0.0022 19 350
9 100 100 80 2.8 0.0022 19 350
10 100 100 40 2.6 0.0024 19 350
11 100 100 60 2.4 0.0022 19 350
12 100 100 80 2.4 0.0022 19 350
비교예 Polyesterimide PTFE
Powder 		Dk* Df* CTE Tg
Dianhydride Diamine
PMDA TAHQ BP-TME m-Tolidine TFMB
Unit Mole% Mole% wt% - - ppm DegC
1 100 100 3.2 0.0027 10 350
2 100 100 20 3.1 0.003 14 350
3 100 100 3.1 0.0027 16 350
4 100 100 3.1 0.0035 16 350
5 100 100 20 3.0 0.004 18 350
6 100 100 3.2 0.0028 16 350
7 100 100 3.2 0.01 16 350
8 100 100 20 3.1 0.01 16 350
9 100 100 40 3.0 0.01 16 350
표 1에서, 각 실시예(Unit)에 대하여, 폴리에스터이미드(Polyesterimide)는 폴리에스터기(TAHQ 또는 BP-TME)와 폴리이미드기(m-Tolidine 또는 TFMB)의 상대적 비율을 주로 나타내기 위해 서로 몰비로 기록되어 있고, 이러한 폴리에스터이미드에 대한 PTFE 입자(PTFE Power)의 중량비(wt%)가 기록되어 있다.
표 2에서는, 각 비교예(Unit)에 대하여, PMDA, TAHQ 또는 BP-TME 대비 m-Tolidine 또는 TFMB)의 상대적 비율을 주로 나타내기 위해 서로 몰비로 기록되어 있고, 이러한 폴리에스터이미드에 대한 PTFE 입자(PTFE Power)의 중량비(wt%)가 기록되어 있다.
표 1 및 표 2에서, Dk*는 유전상수를 나타내고 Df*는 유전손실을 나타낸다. 이와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면 유전상수와 유전손실이 비교예에 비하여 낮아짐을 알 수 있다.
한편, 표 1 및 표 2에서, CTE는 열팽창계수를 나타내고 Tg는 유리온도(glass temperature)를 나타낸다. 이 온도를 넘어서면 필름 성질을 잃고 늘어남을 의미할 수 있다.
표 1 및 표 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의하면 열팽창계수(CTE)는 비교예에 비하여 높아짐을 알 수 있다.
도 6 내지 도 11은 본 발명의 복합 폴리이미드 기판의 각 실시예에 따른 사진이다.
도 6 및 도 7은 폴리에스터기(BP-TME)와 폴리이미드기(m-Tolidine)가 1:1로 구성되고, 여기에 PTFE 입자가 20 wt% 함유된 상태의 복합 폴리이미드 기판의 사진을 나타낸다.
도 6은 5000배 확대한 사진이고, 도 7은 10000배 확대한 사진을 나타낸다. 각 사진에서 원형 입자가 PTFE 입자를 나타내고, 그 외의 부분은 폴리에스터기(BP-TME) 및 폴리이미드기(m-Tolidine)를 포함하는 폴리에스터이미드(mPI) 부분을 나타낸다.
도 8 및 도 9는 폴리에스터기(BP-TME)와 폴리이미드기(m-Tolidine)가 1:1로 구성되고, 여기에 PTFE 입자가 40 wt% 함유된 상태의 복합 폴리이미드 기판의 사진을 나타낸다.
마찬가지로, 도 8은 5000배 확대한 사진이고, 도 9는 10000배 확대한 사진을 나타낸다. 각 사진에서 원형 입자가 PTFE 입자를 나타내고, 그 외의 부분은 폴리에스터기(BP-TME) 및 폴리이미드기(m-Tolidine)를 포함하는 폴리에스터이미드(mPI) 부분을 나타낸다.
또한, 도 10 및 도 11는 폴리에스터기(BP-TME)와 폴리이미드기(m-Tolidine)가 1:1로 구성되고, 여기에 PTFE 입자가 60 wt% 함유된 상태의 복합 폴리이미드 기판의 사진을 나타낸다.
마찬가지로, 도 10은 5000배 확대한 사진이고, 도 11은 10000배 확대한 사진을 나타낸다. 각 사진에서 원형 입자가 PTFE 입자를 나타내고, 그 외의 부분은 폴리에스터기(BP-TME) 및 폴리이미드기(m-Tolidine)를 포함하는 폴리에스터이미드(mPI) 부분을 나타낸다.
각 사진에서 보는 바와 같이, PTFE 입자는 폴리에스터이미드(mPI)에 고르게 분산되어 위에서 설명한 바와 같은 효과를 발휘할 수 있음을 나타낸다.
즉, PTFE 입자는 불소계 계면 활성제에 의하여 교반하여 폴리에스터이미드(mPI)에 고르게 분산될 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 폴리이미드 기판이 적용된 인쇄 회로 기판의 일례를 나타내는 단면 개략도이다.
도 12를 참조하면, 복합 폴리이미드 기판(100) 상에 회로 패턴(210)이 형성된 인쇄 회로 기판(200)을 도시하고 있다.
이러한 복합 폴리이미드 기판(100)은 위에서 설명한 바와 같이, 적어도 일부분이 폴리에스테르기로 치환된 폴리이미드를 포함하는 기판 모체(110) 및 기판 모체(110)에 포함되는 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene; PTFE) 입자를 포함할 수 있다.
이와 같은 복합 폴리이미드 기판(100) 상에 회로 패턴(210)이 형성된 인쇄 회로 기판(200)은 폴리이미드의 치수 안정성을 유지하고, 저 유전율, 저 유전 손실을 달성할 수 있다. 아울러, 위에서 설명한 특징을 가지는 복합 폴리이미드 기판(100)은 저선팽창 계수, 높은 동박과의 접착 강도를 얻을 수 있다.
그 외에 설명되지 않은 부분은 위에서 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 사항이 동일하게 적용될 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 폴리이미드 기판이 적용된 인쇄 회로 기판의 다른 예를 나타내는 단면 개략도이다.
도 13을 참조하면, 복합 폴리이미드 기판(100) 사이에 회로 패턴(220)이 형성된 인쇄 회로 기판(200)을 도시하고 있다.
이러한 복합 폴리이미드 기판(100)은 위에서 설명한 바와 같이, 적어도 일부분이 폴리에스테르기로 치환된 폴리이미드를 포함하는 기판 모체(110) 및 기판 모체(110)에 포함되는 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene; PTFE) 입자를 포함할 수 있다.
그 외에 설명되지 않은 부분은 위에서 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 사항이 동일하게 적용될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 의하면 고주파 회로를 위한 기판 분야에 적용 가능한 복합 폴리이미드 기판, 복합 폴리이미드 조성물 및 이를 이용한 인쇄 회로 기판을 제공할 수 있다.

Claims (25)

  1. 적어도 일부분이 폴리에스테르기로 치환된 폴리이미드를 포함하는 기판 모체; 및
    상기 기판 모체에 포함되는 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene; PTFE) 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 폴리이미드 기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리에스테르기는 hydroquinone bis(trimellitate　anhydride)(TAHQ) 및 Bis-phenol　bis(trimellitate　anhydride)(BP-TME) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 폴리이미드 기판.
  3. 제1항에 있어서, 상기 폴리이미드는 m-Tolidine 및 2, 2'-Bis(trifluoromethyl) benzidine(TFMB) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 폴리이미드 기판.
  4. 제1항에 있어서, 상기 PTFE 입자의 크기는 300 nm 내지 5 ㎛인 것을 특징으로 하는 복합 폴리이미드 기판.
  5. 제1항에 있어서, 상기 PTFE 입자의 평균 입자 직경이 0.3 내지 1.0 ㎛인 것을 특징으로 하는 복합 폴리이미드 기판.
  6. 제1항에 있어서, 상기 PTFE 입자는 상기 기판 모체를 이루는 적어도 일부분이 폴리에스테르기로 치환된 폴리이미드에 대하여 40 내지 80 중량(wt)% 포함되는 것을 특징으로 하는 복합 폴리이미드 기판.
  7. 제1항에 있어서, 상기 PTFE 입자는 상기 기판 모체에 분산되어 분포하는 것을 특징으로 하는 복합 폴리이미드 기판.
  8. 제7항에 있어서, 상기 PTFE 입자는 상기 기판 모체에 불소계 계면 활성제에 의하여 분산되어 분포하는 것을 특징으로 하는 복합 폴리이미드 기판.
  9. 제1항에 있어서, 상기 적어도 일부분이 폴리에스테르기로 치환된 폴리이미드 내에서 상기 폴리에스테르기와 폴리이미드기는 실질적으로 동일한 함량을 가지는 것을 특징으로 하는 복합 폴리이미드 기판.
  10. 폴리에스테르기를 포함하는 제1층;
    상기 제1층에 접촉하고, 폴리이미드기를 포함하는 제2층; 및
    상기 제1층 및 상기 제2층 중 적어도 어느 하나에 분산되는 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene; PTFE) 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 폴리이미드 기판.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1층 및 상기 제2층은 교차 적층된 것을 특징으로 하는 복합 폴리이미드 기판.
  12. 제10항에 있어서, 상기 폴리이미드기는 2,2-Bis [4-(4-aminophenoxy)phenyl] propane(BAPP)를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 폴리이미드 기판.
  13. 제12항에 있어서, 상기 BAPP를 포함하는 폴리이미드기는 접착증으로 이용되는 것을 특징으로 하는 복합 폴리이미드 기판.
  14. 제10항에 있어서, 상기 폴리에스테르기는 hydroquinone bis(trimellitate　anhydride)(TAHQ) 및 Bis-phenol　bis(trimellitate　anhydride)(BP-TME) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 폴리이미드 기판.
  15. 적어도 일부분이 폴리에스테르기로 치환된 폴리이미드를 포함하는 기판 모체 및 상기 기판 모체에 포함되는 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene; PTFE) 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 폴리이미드 기판; 및
    상기 복합 폴리이미드 기판 상에 형성되는 회로 패턴을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인쇄 회로 기판.
  16. 제15항에 있어서, 상기 폴리에스테르기는 hydroquinone bis(trimellitate　anhydride)(TAHQ) 및 Bis-phenol　bis(trimellitate　anhydride)(BP-TME) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 회로 기판.
  17. 제15항에 있어서, 상기 PTFE 입자의 크기는 300 nm 내지 5 ㎛인 것을 특징으로 하는 인쇄 회로 기판.
  18. 제15항에 있어서, 상기 PTFE 입자는 상기 기판 모체를 이루는 적어도 일부분이 폴리에스테르기로 치환된 폴리이미드에 대하여 40 내지 80 중량(wt)% 포함되는 것을 특징으로 하는 인쇄 회로 기판.
  19. TAHQ 또는 BP-TME 에스테르기를 갖는 산 무수물 및 m-Tolidine 또는 TFMB를 포함하는 폴리에스터이미드(polyesterimide); 및
    상기 폴리에스터이미드(polyesterimide)에 포함되는 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene; PTFE) 입자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 폴리이미드 조성물.
  20. 제19항에 있어서, 상기 PTFE 입자의 크기는 300 nm 내지 5 ㎛인 것을 특징으로 하는 복합 폴리이미드 조성물.
  21. 제19항에 있어서, 상기 PTFE 입자의 평균 입자 직경이 0.3 내지 1.0 ㎛인 것을 특징으로 하는 복합 폴리이미드 조성물.
  22. 제19항에 있어서, 상기 PTFE 입자는 상기 폴리에스터이미드에 대하여 40 내지 80 중량(wt)% 포함되는 것을 특징으로 하는 복합 폴리이미드 조성물.
  23. 제19항에 있어서, 상기 PTFE 입자는 상기 폴리에스터이미드에 분산되어 분포하는 것을 특징으로 하는 복합 폴리이미드 조성물.
  24. 제23항에 있어서, 상기 PTFE 입자는 상기 기판 모체에 불소계 계면 활성제에 의하여 분산되어 분포하는 것을 특징으로 하는 복합 폴리이미드 조성물.
  25. 제19항에 있어서, 상기 조성물 내에서 상기 산 무수물과 상기 polyesterimide는 실질적으로 동일한 함량을 가지는 것을 특징으로 하는 복합 폴리이미드 조성물.
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