KR100701645B1 - 연성회로기판용 적층구조체의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연성회로기판용 적층구조체의 제조방법에 관한 것으로, 베이스 필름을 산소 아르곤 혼합가스를 사용한 이온빔을 조사하여 표면처리함으로써, 우수한 접착성, 내열성, 치수안정성을 가지며, 생산성 향상에 기여할 수 있는 연성회로기판용 적층구조체의 제조방법을 제공한다.

연성회로기판, 이온빔

Description

연성회로기판용 적층구조체의 제조방법{METHOD MANUFACTURING STRUCTURE FOR FLEXIBLE PRINTED CIRCUIT BOARD}

제 1 도는 연성회로 2층 기판의 일예를 나타내는 단면도.

제 2 도는 본 발명인 산소 아르곤 혼합가스를 사용한 이온빔에 의한 베이스 필름 표면처리 시와 종래의 산소플라즈마에 의한 베이스 필름 표면처리 시 소스의 길이방향에 따른 이온빔의 균일도를 이온빔 전류밀도로 비교한 그래프.

제 3 도는 본 발명인 산소 아르곤 혼합가스를 사용한 이온빔에 의한 베이스 필름 표면처리 시와 종래의 산소플라즈마에 의한 베이스 필름 표면처리 시의 접촉각을 비교한 그래프.

제 4 도는 본 발명인 각 이온을 사용한 베이스 필름 표면으로의 이온빔 조사 시 이온 주입량에 따른 접촉각을 나타낸 그래프.

제 5 도는 본 발명인 산소 아르곤 혼합가스를 사용한 이온빔을 산소함량을 조절하여 조사한 경우의 초기 접착 강도를 나타낸 그래프.

제 6 도는 종래의 산소플라즈마에 의하여 베이스 필름을 표면처리한 적층구조체의 내열성 테스트 결과를 나타낸 그래프.

제 7 도는 본 발명인 산소 아르곤 혼합가스를 사용한 이온빔에 의하여 베이스 필름을 표면처리한 적층구조체의 내열성 테스트 결과를 나타낸 그래프.

제 8a 도는 산소플라즈마로 표면처리한 베이스 필름 샘플을 나타낸 SEM사진이고, 제 8b 는 산소 아르곤 혼합가스를 사용한 이온빔에 의하여 표면처리한 베이스 필름 샘플을 나타낸 SEM사진.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 베이스 필름 4 : 타이층

6 : 금속통전층 8 : 금속도금층

본 발명은 연성회로기판(Flexible Printed Circuit Board;FPCB)의 제조에 사용되는 베이스 필름과 금속박막으로 이루어진 적층구조체의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 우수한 접착성, 내열성, 치수안정성을 갖도록 베이스 필름의 표면처리를 하는 것을 특징으로 하는 연성회로기판용 적층구조체의 제조방법에 관한 것이다.

최근 전자제품의 경량화, 소형화, 고기능화 추세에 따라 인쇄회로 기판의 사용이 증가하고 있는데, 그 중에서도 연성회로기판은 재질이 유연하고 얇아서 좁은 공간에 효과적으로 회로를 구성할 수 있기 때문에 그 수요가 급증하고 있는 실정이다.

일반적으로 연성회로기판의 베이스 필름 재질로는 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리파라비닐산필름 등이 사용되고, 도전용 금속박막으로는 구리, 알루미늄, 철, 니켈 등이 사용되는데, 베이스 필름은 열적, 전기적, 기계적 우수성 때문에 폴리이미드 필름이 주로 사용된다.

종래의 연성회로기판으로서는 구리 박막과 접착제에 의해 폴리이미드 필름상에 결합되어 있는 3층 기판이 알려져 있다. 3층 기판은 패턴형성 시 가열공정과 습식화학처리 공정(에칭, 도금, 현상, 솔더링 등)을 거치게 된다. 이경우, 접착제와 구리박막 및 폴리이미드 필름간의 열팽창계수 차이에 의하여 치수정확도가 떨어지고, 화학처리에서 기인하는 접착력 저하가 발생하는 등의 문제가 있다.

전자제품 특히 휴대폰과 LCD 등의 디스플레이 소자의 규격은 보다 복잡하고 조밀해지고 있다. 동시에 소자를 구동하는 드라이버 IC의 숫자와 집적도가 더 높게되어 고밀도 회로패턴을 요구하고 있으며, 3층 기판은 접착제로 인한 상기와 같은 문제점 때문에 고밀도 회로패턴에는 사용할 수 없다.

상기 문제점을 개선하기 위하여, 증착, 스퍼터링, 이온 도금 또는 구리 도금에 의해 금속층을 형성시킨 접착제를 사용하지 않은 연성회로 2층 기판에 대한 연구가 진행되어 왔다.

연성회로 2층 기판을 제조하는 방법은 대략 2가지가 있다. 첫번째 방법은 금속층위에 폴리이미드 액을 코팅하여 이를 건조 경화시킨 후 필름형태로 제조하는 캐스팅 법이다. 다른 방법으로는 폴리이미드 필름상에 접착력을 향상시키는 표면처리를 하고 여기에 금속을 진공 코팅한 후 통전층으로 전기도금을 통하여 금속박막을 제조하는 도금법이 있다.

접착제를 사용하지 않은 2층 기판의 경우에는 3층 기판에서와 같이 접착제와 금속박막 및 폴리이미드 필름간의 열팽창계수 차이에 의하여 치수정확도가 떨어지는 문제점은 해소가 되나 금속박막과 폴리이미드 필름사이의 접착력이 현저히 떨어지는 문제점이 발생한다.

필름과 증착금속 사이의 접착을 개선하기 위해서는 표면 처리된 폴리이미드 필름을 사용하거나 증착전 폴리이미드 필름의 표면을 처리하는 것이 바람직하다. 이와 같이 폴리이미드 필름의 표면 처리는 세정 뿐 아니라 폴리이미드 필름과 증착 금속 사이의 접착을 개선하기 위하여 행해진다.

필름에 대한 특정 표면 처리 수단에는 블래스팅(blasting), 헤어 라인 (hair line) 처리 및 엠보싱과 같은 기계적 처리, 코로나 방전, 플라즈마 처리와 같은 물리 화학적 처리, 용매, 산 또는 알칼리 등을 사용한 화학 용액 처리를 포함한다. 이들 수단 중에서, 진공 하의 처리인 산소 플라즈마 처리가 후속단계와의 연속성, 생산성, 내오염성, 접착, 필름의 열화 등을 고려하여 많이 이용되고 있다. 산소 플라즈마 처리는 필름이 이송되는 동안 연속적으로 수행되고 이어서 진공 증착되거나, 또는 독립적으로 행해질 수 있다.

이와 같이 플라즈마 처리는 세정 및 보다 양호한 접착을 위한 두가지 목적을 위해 수행하나 여전히 접착성과 내열성이 만족할만큼 향상되지 않는 문제점이 있었다.

또한, 플라즈마에 의하여 베이스 필름을 표면처리하는 경우 필름 표면 처리 속도가 약 1m/min 정도로서 생산성 향상을 위하여 처리 속도의 증가시켜야하는 과제를 가지고 있었다.

본 발명의 목적은 연성회로기판의 제조에 사용되는 베이스 필름과 금속박막 사이에 보다 향상된 접착성, 내열성, 치수안정성을 갖도록 베이스 필름을 표면처리하는 연성회로기판용 적층구조체의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 연성회로 기판 제조 시 종래의 플라즈마를 이용한 표면처리의 경우보다 처리속도를 증가시켜 생산성을 향상시킬 수 있는 연성회로기판용 적층구조체의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 연성회로기판용 적층구조체의 제조방법은, 베이스 필름을 산소 아르곤 혼합가스를 사용한 이온빔을 조사하여 표면처리 하는 것을 특징으로 한다.

상기 베이스 필름은 폴리이미드인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 산소 아르곤 혼합가스는 산소 함량이 50%이하이며, 바람직하게는 20% 내지 40%인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1 은 연성회로 2층 기판의 일예를 나타내는 단면도이다.

연성회로 2층 기판은 하부의 베이스 필름(2) 상에 5nm 내지 20nm 두께의 타이층(4)을 적층시키고, 다시 타이층(4) 상에 금속통전층(6)을 적층시킨 후 포토레지스트 조성물로 금속통전층(6)을 도금한 금속도금층(8)을 적층하는 구조로 이루어 져있다.

여기서 타이층(4)은 적층되는 금속의 확산을 방지하면서 접착력을 증대시키기위한 것으로, 타이층(4)에는 Cr, Ni-Cr 합금, Monel(Ni-Cu합금) 등이 사용된다. 본 발명에서는 타이층으로서 Cu-Ta-Zn 합금, Cu-V-Zn합금을 최초로 사용하여 실험하였다(이하, 'CAT합금'이라함). Cu-Ta-Zn합금은 %비율로 95-1-4일때, Cu-V-Zn합금은 %비율로 95-2-3일때 가장 우수한 효과를 나타내었다.

상기 금속통전층(6) 및 금속도금층(8)에 바람직한 금속으로는 알루미늄, 구리, 금 및 은 등이 포함되며, 통상적으로 구리가 사용된다.

연성회로 2층 기판에서 베이스 필름(2)으로는 주로 부가 중합체, 축중합체, 천연중합체, 처리된 필름, 열경화성 또는 열가소성 수지를 포함하는 통상적인 각종 중합성 필름으로부터 제조할 수 있는 유기 필름-형성 조성물이다. 이 중에서 폴리이미드 필름이 바람직한 베이스 필름으로 사용될 수 있다.

여기서 소정의 접착력과 내열성있는 적층구조체를 제조하기위해서는, 표면 처리된 베이스 필름을 사용하거나 증착전 베이스 필름의 표면을 처리하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 베이스 필름의 표면처리에 있어서, 이온빔을 이용한 표면처리방식을 택하였다.

박막제조에 있어서 이온 빔 처리 방법으로는, 높은 에너지 (수십KeV - 수MeV)를 이용한 이온주입(Ion Implantation)이나 이온빔 조사(Ion Irradiation), 낮은 에너지(0 - 수Kev)의 입자를 생성하는 이온소스(Ion Source)가 타겟에 조사하여 증착하고자 하는 물질을 생성하는 이온빔 스퍼터링(Ion Beam Sputtering Deposition) 방식등이 있으며, 본 발명에서는 이온빔 스퍼터링 방식을 이용하였다.

상기 방식에 의하는 경우, 베이스 필름 표면에 이온빔을 조사하였을 때 이온건에서 방출되는 가스들이 가속됨과 동시에 표면 처리를 하고자하는 베이스 필름에 전압을 가함으로서 이온건으로부터 발생되는 이온들과 시료 표면 간에 인력(attraction force) 또는 척력(repulsive force)이 형성되어 전하 변형이 이루어짐으로 시료 표면의 조성과 모양을 개질시키게된다.

본 발명의 실시예에서는 이온건에서 방출되는 가스로서 Ar, O₂, Ar+O₂가 사용되었다.

도 2 는 본 발명인 이온빔에 의한 필름표면처리 시와 종래의 산소플라즈마에 의한 필름표면처리 시 소스의 길이방향에 따른 이온빔의 균일도를 이온빔 전류밀도로 비교한 그래프이다.

종래의 플라즈마에 의한 필름표면처리의 경우, 베이스 필름은 폴리이미드 필름으로 폭 1,024mm의 것이 사용되었고, 반응성 가스로서 산소가 사용되었다.

본 발명인 이온빔에 의한 필름 처리의 경우, 베이스 필름은 상기와 같이 폴리이미드 필름의 폭 1,024mm의 것이 사용되었고, 이온빔으로 조사되는 가스로서 산소 아르곤 혼합가스가 사용되었다. 이때 산소의 함량은 30%였다.

도 2 에 나타난 바와 같이, 본 발명인 산소 아르곤혼합가스를 사용한 이온빔에 의하여 필름표면처리를 하는 경우 -30㎝ - 30㎝의 폭에서 산소플라즈마에 의하여 필름표면처리를 하는 경우보다 매우 균일한 전류밀도 값을 얻을 수 있다. 본 발 명에 의한 경우 -30㎝나 30㎝를 초과하는 경우 전류밀도가 급격하게 증가하는 것은 이부분에서 이온빔 방출가스인 산소 아르곤 혼합가스가 중첩되어 조사되기 때문이다. 이 부분을 제외하고 베이스 필름으로 사용하게 되는 경우 균일한 고전류밀도에 의하여 우수한 조도를 갖는 베이스 필름을 생산할 수 있다.

제 3 도는 본 발명인 산소 아르곤 혼합가스를 사용한 이온빔에 의한 필름표면처리 시와 종래의 산소플라즈마에 의한 필름표면처리 시의 접촉각 (wetting angle)을 비교한 그래프이다.

액적 방법에 따라 접촉각을 얻는데는 통상의 접촉각 계측기를 사용하였다. 종래의 산소플라즈마에 의한 필름표면처리의 경우에는 접촉각이 약 20° 내지 40°로 높으면서도 변화가 심한 파형을 나타내고 있다. 그러나, 본 발명인 이온빔에 의한 필름표면처리를 한 경우 -30㎝ - 30㎝ 사이에서 약 10°미만의 낮으면서도 균일한 접촉각을 나타내고 있다.

이와같이, 표면처리된 필름이 낮으면서도 균일한 접촉각을 갖게되는 경우 증착될 금속과의 접촉점이 증가됨에 따라 접착강도가 증가된다고 할 수 있다.

제 4 도는 본 발명인 베이스 필름표면으로의 이온빔 조사 시 이온빔 성분 가스별 이온 주입량에 따른 접촉각의 변화를 나타낸 그래프이다.

본 실시예에서는 이온빔 조사 시 성분 가스로서 아르곤 가스, 질소 가스, 산소 아르곤 혼합가스를 사용하였으며, 산소 아르곤 혼합가스의 경우 산소함량이 30%였다.

본 실시예에 의하면 산소 아르곤 혼합가스를 이온빔의 성분 가스로서 사용하 는 경우가 아르곤 가스나 질소 가스를 사용하는 경우보다 접촉각이 현저히 낮은 10°이내의 우수한 접촉각을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 또한 이온 조사량의 범위는 10¹⁵-10¹⁸ 가 바람직함을 알 수 있다.

제 5 도는 본 발명인 산소 아르곤 혼합가스를 사용한 이온빔을 산소함량을 조절하여 베이스 필름에 조사한 경우의 초기 접착 강도를 나타낸 그래프이다.

도 5 에 도시된 바와 같이, Cu/Ni-Cr/Pi 구조체나 Cu/CAT/Pi 구조체의 경우 산소함량이 50%이하인 경우 접착강도가 높은 것을 알 수 있다. 특히, 산소함량이 30%인 경우 3구조체 모두 가장 높은 접착강도를 얻을 수 있었다.

아래의 표는 본 발명인 이온빔에 의한 베이스 필름 표면 처리 시와 종래의 산소플라즈마에 의한 베이스 필름 표면 처리 시의 구리박막과 베이스 필름간의 초기 접착 강도를 나타낸 표이다.

가스종류	Cu/Pi	Cu/Ni-Cr/Pi	Cu/CAT/Pi
표면처리 없음	0.15	0.2	0.55
아르곤	0.35	0.55	0.65
산소플라즈마	0.55	0.6	0.65
산소 아르곤 혼합가스	0.6	0.7	0.85

(단위 : kgf/cm)

상기 표에서 볼 수 있는 바와 같이, Cu/Pi, Cu/Ni-Cr/Pi, Cu/CAT/Pi 등 어떠한 적층구조체에서도 산소 아르곤 혼합가스를 사용한 이온빔 조사의 경우가 접착강도가 가장 높았다. 특히, Cu/CAT/Pi 적층구조체의 경우 산소 아르곤 혼합가스를 사용한 이온빔 조사의 경우가 아르곤 가스를 사용한 이온빔 조사나 산소플라즈마에 의한 표면처리의 경우보다 접착강도가 매우 높았다.

도 6 은 종래의 산소플라즈마에 의하여 필름표면처리를 한 적층구조체의 내열성 테스트 결과를 나타낸 그래프이다.

플라즈마처리에 있어서 산소를 반응성 가스로서 사용하였으며, Cu/CAT/Pi, Cu/Ni-Cr/Pi, Cu/Pi 적층구조체가 대상구조체로써 사용되었다. 내열성 테스트는 150°의 오븐에 넣고 시간대별로 구조체의 접착강도를 측정하였다.

도 6 의 그래프에 나타난 바와 같이, Cu/CAT/Pi 적층구조체의 경우 초기 접착강도 0.65kgf/cm 에서 내열성 테스트를 168시간(7일) 동안 실시한 후의 접착강도는 약 0.39kgf/cm 정도의 접착강도를 유지하고 있었다. 또한, Cu/Ni-Cr/Pi 적층구조체의 경우에도 초기 접착강도 0.60kgf/cm에서 내열성 테스트를 168시간 동안 실시한 후의 접착강도가 약 0.33kgf/cm으로 떨어졌다.

제 7 도는 본 발명인 산소 아르곤 혼합가스를 사용한 이온빔에 의하여 필름표면처리를 한 적층구조체의 내열성 테스트 결과를 나타낸 그래프이다.

이온빔에 사용한 가스는 산소 아르곤 혼합가스였으며, Cu/CAT/Pi, Cu/Ni-Cr/Pi, Cu/Pi 적층구조체가 대상구조체로써 사용되었다. 내열성 테스트는 150°의 오븐에 넣고 시간대별로 구조체의 접착강도를 측정하였다.

도 7 의 그래프에 나타난 바와 같이, Cu/CAT/Pi 적층구조체의 경우 초기 접착강도 0.85kgf/cm 에서 내열성 테스트를 168시간(7일) 동안 실시한 후의 접착강도는 약 0.6kgf/cm 로서 종래의 산소플라즈마 처리에 의한 경우보다 매우 높은 접착강도를 유지하고 있었다. 또한, Cu/Ni-Cr/Pi 적층구조체의 경우에도 초기 접착강도 0.65kgf/cm에서 내열성 테스트를 168시간 동안 실시한 후의 접착강도가 약 0.47kgf/cm로서 종래의 산소플라즈마 처리에 의한 경우보다 매우 높은 접착강도를 유지하고 있었다.

결과적으로, 본 발명인 이온빔에 의하여 필름표면처리를 한 적층구조체의 경우 종래의 산소플라즈마에 의하여 필름표면처리를 한 경우보다 내열성이 매우 우수함을 알 수 있었다.

제 8a 도는 산소플라즈마로 표면처리한 필름 샘플을 나타낸 SEM사진이고, 제 8b 도는 산소 아르곤 혼합가스를 사용한 이온빔에 의하여 표면처리한 필름 샘플을 나타낸 SEM사진이다.

도 8a 및 도 8b 에 나타난 바와 같이, 산소 아르곤 혼합가스를 사용한 이온빔에 의하여 표면처리한 경우, 산소플라즈마로 표면처리한 경우보다 높은 조도와 표면고르기를 가지고 있음을 알 수 있다.

또한, 산소 아르곤 혼합가스를 사용한 이온빔을 조사하여 베이스필름을 표면처리를 하는 경우의 속도는 약 2,5-3m/min , 산소플라즈마로 표면처리하는 경우는 약 1m/min 이어서, 표면처리속도 증가에 따른 생산성 향상에도 기여할 수 있다.

본 발명인 연성회로기판용 적층구조체의 제조방법은 전자 제품의 모든 분야, 예를 들어, 연성회로기판 뿐 아니라 TAB, COF 및 BGA와 같은 결합을 요하는 회로기판에 적용될 수 있다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명인 연성회로기판용 적층구조체의 제조방법에 의하면, 연성회로기판 제조 시 베이스 필름에 산소 아르곤 혼합가스를 사용한 이온빔을 조사하여 표면처리함으로써, 필름과 금속사이에 우수한 접착력과 내열성을 갖는 착력을 갖는 연성회로기판용 적층구조체를 제조할 수 있다.

또한, 본 발명인 제조방법에 의하면, 상기와 같이 산소 아르곤 혼합가스를 사용한 이온빔을 조사하여 베이스 필름 표면처리를 하는 경우, 플라즈마로 처리하는 경우보다 약 2-3배 증가된 속도로 표면처리가 가능하여 생산성 향상에 기여할 수 있다.

Claims (6)

1. 베이스 필름상에 표면처리를 수행한 후 타이층을 형성하는 연성회로기판용 적층구조체의 제조방법에 있어서,

   상기 베이스 필름에 산소 아르곤 혼합가스를 사용한 이온빔을 조사하여 표면처리를 하되, 상기 산소 아르곤 혼합가스는 산소 함량 20~40% 이내의 범위와 아르곤 함량 60~80% 이내의 범위로 혼합된 것을 특징으로 하는 연성회로기판용 적층구조체의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 베이스 필름은 폴리이미드 필름인 것을 특징으로 하는 연성회로기판용 적층구조체의 제조방법.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 상기 타이층은 Cu-Ta-Zn 합금 또는 Cu-V-Zn 합금 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연성회로기판용 적층구조체의 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 Cu-Ta-Zn 합금은 Cu:Ta:Zn이 각각 95:1:4의 퍼센트 비율로 합금되며, 상기 Cu-V-Zn 합금은 Cu:V:Zn이 각각 95:2:3의 퍼센트 비율로 합금되는 것은 특징으로 하는 연성회로기판용 적층구조체의 제조방법.

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