KR20160084689A - 하드 코팅층을 포함하는 연성 인쇄회로기판 - Google Patents

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KR20160084689A
KR20160084689A KR1020150001249A KR20150001249A KR20160084689A KR 20160084689 A KR20160084689 A KR 20160084689A KR 1020150001249 A KR1020150001249 A KR 1020150001249A KR 20150001249 A KR20150001249 A KR 20150001249A KR 20160084689 A KR20160084689 A KR 20160084689A
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Abstract

본 발명은 하드 코팅층을 포함하는 연성 인쇄회로기판 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 절연기판과 회로 패턴 및 연결 패턴 사이에 하드 코팅층을 포함하는 연성 인쇄회로기판에 관한 것이다.
상기 연성 인쇄회로기판은 기판과 금속층간의 밀착력이 우수하여 회로의 내구성 및 신뢰성이 증가하여 스마트폰, 디스플레이, 태양 전지, 전자종이 등 다양한 중소형 전자기기에 이용될 수 있다.

Description

하드 코팅층을 포함하는 연성 인쇄회로기판 및 이의 제조방법{Flexible Printed Circuit Board Comprising Hard Coating Layer and Fabrication Method thereof}
본 발명은 우수한 계면 접착력을 가지는 연성 인쇄회로기판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
인쇄회로기판은 인쇄회로 원판에 전기배선의 회로설계에 따라 각종 부품을 연결하거나 지지해 주는 것으로, 기판 재질에 따라 경성 인쇄회로기판, 연성 인쇄회로기판 및 이를 혼합한 경연성 인쇄회로기판으로 구분된다.
그중, 연성 인쇄회로기판(flexible printed circuit board; FPCB)은 폴리이미드와 같이 유연한 절연성 필름 위에 부품이나 동박 회로 등이 실장되어 있어서 두께가 얇고 굴곡성이 뛰어난 이점이 있다.
또한, 인쇄회로기판은 배선회로의 면수에 따라 단면기판, 양면기판, 다층기판 등으로 분류된다. 이러한 기판은 회로설계에 실장된 각종 부품을 연결하는 베이스로 이용되고 있으며, 단면기판은 주로 라디오, 전화기, 간단한 계측기 등 회로 구성이 비교적 단순한 제품에, 양면기판은 주로 컬러텔레비전이나, VTR, 팩시밀리 등 비교적 회로가 복잡한 제품에, 다층기판은 컴퓨터, 전자교환기, 고성능 통신기기 등 고정밀 기기에 사용된다.
연성 인쇄회로기판의 제조는 동박이 적층되어 있는 폴리이미드 기재의 동적층판을 일정한 작업 사이즈로 재단하고, 이를 서너 장 겹친 후, 이를 고가의 NC 드릴을 사용하여 기계적 드릴 작업을 통하여 관통 비아홀을 만들고, 이후 기존의 로봇 방식으로 무전해 도금 및 전해도금 공정을 거쳐 관통홀에 도전성을 부여하고, 드라이필름 라미네이팅, 노광, 현상 및 에칭 공정을 통하여 회로 패턴을 형성하는 방식으로 수행되고 있다.
이러한 관통홀의 수는 제품의 고기능화 및 고밀도화로 인해 연성 인쇄회로기판에서 증가하고 있다. 그러나 연성 인쇄회로기판의 기판 재질은 폴리이미드와 같은 플라스틱 재질이고 이의 상부에 형성된 회로 패턴이나 관통 비아홀에 형성된 연결 패턴은 구리나 알루미늄 등의 금속이므로, 상기 기판 상이나 관통 비아홀에 금속층을 형성하는 경우 이들 사이의 접착력 저하 문제로 인한 기판의 품질 저하 문제가 종종 발생하였다.
이에 기판과 금속층 사이의 밀착력을 향상시키기 위해 기판 표면을 플라즈마나 이온 빔을 이용한 건식 전처리 후 금속층과 기판 사이에 금속 성분으로 이루어진 계면 접착력 향상층을 넣어주는 방법, 기판 자체를 가공하여 금속과의 접촉 면적을 높이는 방법들이 활발히 연구되고 있다.
대한민국 특허등록 제10-0764300호에서는 기판인 고분자 필름의 표면을 플라즈마로 건식 전처리한 후, 니켈, 크롬 또는 이들의 합금으로 이루어진 이종 금속층을 형성한 후 금속층을 형성하여 반응성이 좋은 금속으로 이루어진 이종 금속층이 집합조직 역할을 하여 기판과 금속층간의 접착력을 높이는 방법을 제시하고 있다.
대한민국 특허공개 제10-2014-0090961호에서는 절연기판인 폴리이미드 수지가 디스미어 처리에 의해 제거 가능한 고무 입자를 함유하고 있어 홀 가공 이후에 표면에 미세한 홈이 형성되어 시드층과의 접착 강도를 향상시키는 방법을 제시하고 있다.
이들 특허를 보면 접착력이 향상되기는 하였으나 그 효과가 충분치 않으며 절연기판에 형성되는 회로패턴이 관통홀을 통하여 통전 가능하도록 구현하는 과정에서 여전히 회로 불량이나 부족한 내구성에서 발생하는 문제점들을 해소할 수 없다.
대한민국 특허등록 제10-0764300호 대한민국 특허공개 제10-2014-0090961호
이에 우수한 계면 접착력을 충분히 유지할 수 있도록 재질 및 제조방법과 관련하여 다각적으로 연구한 결과, 본 출원인은 무기 입자를 포함하는 하드 코팅층을 기판과 금속층 사이에 추가하여 상기 문제점을 해결할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 기판과 금속 성분으로 이루어진 회로 패턴 및 연결 패턴 사이에 무기 입자를 함유하는 하드 코팅층을 배치하여 계면 접착력 이 향상된 연성 인쇄회로기판을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 우수한 밀착 강도를 가져 내스크래치성 및 내열성이 우수하며 잦은 굴곡이나 가혹한 조건에서 작동시에도 신뢰성 및 굴곡 내구성이 높은 연성 인쇄회로기판의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 하나 이상의 비아홀이 형성된 절연기판; 상기 절연기판 상에 형성된 회로 패턴; 및 상기 비아홀의 내주면을 포함하여, 상기 회로 패턴을 전기적으로 연결하도록 형성된 연결 패턴;을 구비하고, 상기 절연기판과 회로 패턴 및 연결 패턴 사이에 하드 코팅층을 구비하는 연성 인쇄회로기판을 제공한다.
이때 하드 코팅층은 무기 입자, 수지, 경화제 및 용제를 포함할 수 있다.
상기 무기 입자는 Si, Al, Sn, Sb, Ta, Ce, La, Fe, Zn, W, Zr, In, Ti, Nb, Y 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 산화물, 질화물 또는 탄화물일 수 있다.
이때, 상기 무기 입자는 평균 입경이 0.01 내지 3 ㎛일 수 있다.
또한, 상기 하드 코팅층은 그 두께가 1 내지 100 ㎛일 수 있다.
이때 회로 패턴 및 연결 패턴은 금속층 또는 시드층/금속층으로 이루어진다.
또한, 본 발명은 상기 연성 인쇄회로기판을 제조하기 위해
(S1) 절연기판을 천공하여 이를 관통하는 비아홀을 형성하는 단계;
(S2) 상기 절연기판의 상부 전면과 비아홀 내주면에 하드 코팅층을 형성하는 단계;
(S3) 상기 하드 코팅층 상에 시드층을 형성하는 단계
(S4) 상기 시드층 상에 금속층을 형성하는 단계; 및
(S5) 상기 하드 코팅층, 시드층 및 금속층을 패터닝하여 회로 패턴 및 연결 패턴을 각각 형성하는 단계를 수행한다.
본 발명에서 제시하는 연성 인쇄회로기판은 절연기판과 회로 패턴 및 연결 패턴 사이에 무기 입자를 포함하는 하드 코팅층을 배치하여 계면 접착력을 향상시키면서도 기판 전체의 굴곡 내구성 및 회로성능의 신뢰성을 유지할 수 있다.
이러한 제조방법을 통해 얻어진 연성 인쇄회로기판은 스마트폰, 디스플레이, 태양 전지, 전자종이 등 다양한 중소형 전자기기에 적용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 연성 인쇄회로기판을 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 연성 인쇄회로기판의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 연성 인쇄회로기판의 제조 순서를 보여주는 단면도이다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 연성 인쇄회로기판을 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 연성 인쇄회로기판은 절연기판(11) 상에 회로 패턴(14a)이 형성되고, 상기 절연기판(11)은 하나 이상의 비아홀(12)이 형성되고, 이때 회로 패턴(14a)을 전기적으로 연결하기 위해 절연기판(11)을 관통하는 비아홀(12) 상에 연결 패턴(14b)을 구비한다.
이때 회로 패턴(19a)은 절연기판(11) 상에 적층되며, 연결 패턴(19b)은 비아홀(12)의 내주면 상에 이를 포함하도록 절연기판(11)의 소정 영역까지 포함하도록 형성한다.
특히 본 발명에서는 상기한 구조에서 절연기판(11)과 회로패턴(19a) 및 연결패턴(19b) 간의 접착력을 더욱 높이기 위해 하드 코팅층(13a, 13b)을 구비한다. 상기 하드 코팅층(13a, 13b)는 무기 입자를 필수 성분으로 하며, 상기 무기 입자는 금속으로 이루어진 회로패턴(19a) 및 연결패턴(19b)과의 절연기판(11)간의 밀착성을 향상시키고 외력에 의한 스크래치를 방지할 수 있는 잇점을 확보한다.
상기 무기 입자는 Si(규소), Al(알루미늄), Sn(주석), Sb(안티모니), Ta(탄탈럼), Ce(세륨), La(란타넘), Fe(철), Zn(아연), W(텅스텐), Zr(지르코늄), In(인듐), Ti(티타늄), Nb(나이오븀), Y(이트륨) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 산화물, 질화물 또는 탄화물을 포함한다. 구체적으로 SiO2, SiC, Si3N4, TiO2, ZrO2, Al2O3, AlN SnO2, Sb2O5, Nb2O3, Y2O3 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다.
또한, 상기 무기 입자는 0.01 내지 3 ㎛의 평균 입경을 가질 수 있으며, 바람직하기로는 0.05 내지 2 ㎛, 더욱 바람직하기로는 0.1 내지 1 ㎛ 범위인 것을 사용한다. 이때 입자 크기가 너무 작으면 충분한 접착력 향상 효과를 기대할 수 없고, 이와 반대로 너무 큰 경우에는 조성물 내에 침전되거나 균일한 품질의 하드 코팅층 표면을 얻을 수 없으므로, 상기 범위 내에서 적절히 조절하여 사용한다.
또한 하드 코팅층 형성을 위한 조성물 100 중량% 내에서 상기 무기 입자는 5 내지 50 질량%를 사용할 수 있으며, 바람직하기로 10 내지 25 중량%로 사용할 수 있다. 만약 무기 입자의 함량이 상기 범위 미만이면 얻고자 하는 밀착 강도를 확보할 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과할 경우 인접한 층과의 열팽창의 차이에 의한 크랙이나 회로 변형 등을 발생시킬 수 있다.
상기 무기 입자와 더불어 본 발명에 따른 하드 코팅층은 수지, 경화제 및 용제를 포함한다.
이하 각 조성을 설명한다.
본 발명의 하드 코팅층에 함유되는 수지는 특별히 한정되지 않고, 적당한 점도를 가져 균일한 두께를 형성하며 층 형성시 상기 무기 입자와 함께 우수한 경도, 접착력 및 내열성을 나타낼 수 있는 있는 것이라면 좋다.
구체적으로, 폴리이미드 수지, 액정 폴리머, 폴리테트라플루오로에틸렌 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리아미드 수지, 아크릴 수지, 염화 비닐 수지, 셀룰로이드 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 요소 수지, 멜라닌수지, 알키드 수지, 실리콘 수지, 우레탄 수지, 페녹시 수지, 폴리비닐아세탈수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리에테르술폰 수지, 폴리술폰 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 사용될 수 있다.
상기 수지의 함량은 하드 코팅층 형성을 위한 조성물 100 중량% 내에서 20 내지 90 질량%를 사용할 수 있으며, 바람직하기로 40 내지 50 중량%로 사용할 수 있다. 이때, 상기 수지가 전술한 함량 범위로 사용되는 경우, 층 형성이 용이하기 때문에 바람직하다.
경화제로서는 전술한 하드 코팅층 형성을 위한 조성물을 경화하는 기능을 갖는 한 특별히 한정되지는 않지만, 구체적으로 페놀계 경화제, 나프톨계 경화제, 활성 에스테르계 경화제, 벤조 옥사진계 경화제, 시아네이트 에스테르계 경화제 및 이들의 조합에서 선택되는 1종을 사용할 수 있다. 바람직하게는 페놀계 경화제, 나프톨계 경화제 또는 활성 에스테르계 경화제가 사용된다.
상기 경화제의 함량은 하드 코팅층 형성을 위한 조성물 100 중량% 내에서 1 내지 50 질량%를 사용할 수 있으며, 바람직하기로 5 내지 30 중량%로 사용할 수 있다. 만약 상기 범위 미만이면, 형성된 층의 내구성이 저하될 수 있고, 반대로 상기 범위를 초과하는 경우, 두께 조절이 어려울 수 있다.
용제는 상기 언급한 바의 조성을 용해 또는 분산시킬 수 있는 것이면 어느 것이든 사용하며, 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다. 예를 들어, 아세톤, 메틸에틸케톤 및 사이클로헥사논 등의 케톤계 용매, 아세트산에틸, 아세트산부틸, 셀로솔브 아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 및 카비톨 아세테이트 등의 아세트산 에스테르계 용매, 셀로솔브 및 부틸카비톨 등의 카비톨계 용매, 톨루엔 및 크실렌 등의 방향족 탄화수소계 용매, 디메틸포름아미드, 디메틸 아세트아미드 및 N-메틸피롤리돈 등의 아미드계 용매 등을 들 수 있다. 용제는 1종 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 조합하여 사용해도 좋다.
이러한 용제는 전체 조성물 100 중량%를 만족하도록 잔부로 사용할 수 있지만 바람직하기로 30 내지 90 중량%이다. 이러한 함량은 조성의 분산 안정성 및 제조 공정에서의 공정 용이성(예, 도포성)을 고려하여 선정된 범위이다.
상기 하드 코팅층 조성물은 필요에 따라, 기타 첨가제를 포함할 수 있다. 이러한 기타 첨가제로서는 분산제, 점도 조절제, 경화 촉진제, 난연제, 응집 방지제, 소포제, 레벨링제, 밀착성 부여제, 착색제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다.
전술한 하드 코팅층의 두께는 1 내지 100 ㎛ 범위인 것이 바람직하고, 1 내지 50 ㎛ 범위가 보다 바람직하고, 1 내지 20 ㎛ 범위가 더욱 바람직하다. 이때 상기 범위 미만인 경우, 충분한 접착력 향상 효과를 얻을 수 없으며, 반대로 상기 범위를 초과하는 경우, 패턴 형성이나 전체적인 기판의 품질을 저하시킬 수 있다.
상기 하드 코팅층이 형성되는 절연기판은 각종 전기 및 전자부품들이 전력을 공급받아 서로 연결될 수 있도록 하는 회로가 배치되는 공간이자 지지대가 되는 것이며, 따라서 유리전이온도(Tg)가 높아 가혹한 조건에서도 치수 변형이 적고, 내열성이 우수함과 동시에 유연성과 절연성도 월등해야 한다. 또한, 내약품성이나 내습성도 우수해야 한다.
이때 절연기판의 재질은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 공지된 연성 인쇄회로기판의 재질로 사용되는 것이면 어느 것이든 사용 가능하다. 대표적으로, 폴리이미드(PI), 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 액정 폴리머(LCP), 불소화 에틸렌 프로필렌(FEP), 퍼플루오르알콕시(PFA), 에틸렌-테트라플르오로에틸렌 공중합체(ETFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체(ECTFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하고, 바람직하기로 폴리이미드 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용한다.
이때 절연기판의 두께는 용도에 따라 상이하며 특별히 한정되는 것은 아니지만 10 내지 150㎛가 바람직하고, 25 내지 50㎛가 더욱 바람직하다. 이때 상기 범위 미만인 경우, 회로를 지지하거나 취급이 어려우며, 반대로 범위를 초과하는 경우 유연성이 떨어진다.
또한, 회로 패턴 및 연결 패턴은 전기 전도를 위한 층으로, 금속층 또는 시드층과 금속층이 적층된 구조를 갖는다.
상기 금속층은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 공지된 바의 금속이면 어느 것이든 사용 가능하다. 대표적으로, 알루미늄(Al), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 주석(Sn), 백금(Pt), 금(Au) 및 이들의 조합에서 선택된 1종이 가능하고, 바람직하기로 알루미늄(Al), 구리(Cu), 또는 은(Ag)이다.
이때 금속층의 두께는 3 내지 70㎛, 바람직하기로 3 내지 50㎛, 더욱 바람직하기로 3 내지 30㎛를 갖는다. 이때 두꺼운 회로 형성을 고려하면 일반적으로 3 내지 70㎛의 범위인 것이 바람직하고, 미세배선 형성을 고려하면 3 내지 30㎛의 범위인 것이 더욱 바람직하다. 이러한 금속층의 두께는 본 발명에서 제시하는 연성 인쇄회로기판이 적용되는 장치에 따라 달라질 수 있으며, 본 발명에서 특별히 한정하지는 않는다.
상기 시드층은 금속층 밀착력을 더욱 높이기 위한 층이며, 알루미늄(Al), Ti(티타늄), Cr(크롬), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 주석(Sn), 네오디늄(Nd), 텅스텐(W), 백금(Pt), 금(Au) 및 이들의 조합에서 선택된 1종이 가능하다. 바람직하기로는 알루미늄(Al), Ti(티타늄), Cr(크롬), 니켈(Ni), 구리(Cu), 네오디늄(Nd), 텅스텐(W) 및 이들의 조합에서 선택된 1종을 사용한다.
이러한 시드층의 두께는 바람직하기로 0.01 내지 3 ㎛, 더욱 바람직하기로 0.01 내지 1 ㎛, 가장 바람직하기로 0.01 내지 0.5 ㎛이다. 만약, 그 두께가 상기 범위 미만이면 단락이 일어나거나 시드층으로서의 부착력 향상 효과를 충분히 확보할 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하여 두껍게 형성할 경우 기판의 두께가 증가하고, 공정 중 비아홀 내부로 균일하게 시드층이 형성되는 것이 아니라 비아홀이 매립(또는 충진)될 우려가 있으므로, 상기 범위 내에서 적절히 조절하여 수행한다.
상기한 구조를 갖는 본 발명에 따른 연성 인쇄회로기판은 무기 입자를 포함하는 하드 코팅층을 사용하여 기판과 회로 패턴 및 연결 패턴 사이의 밀착력을 향상시키면서도 절연기판 전체의 굴곡 내구성 및 회로성능의 신뢰성을 유지할 수 있다.
이러한 연성 인쇄회로기판은 절연기판 상에 적층된 회로패턴 및 절연 기판을 관통하는 비아홀을 구비하는데, 이때 종래 기술에서처럼 회로 패턴 및 연결 패턴을 위한 시드층 및 금속층의 형성 전에 절연기판의 상부 전면과 천공 공정을 거친 절연기판에 하드 코팅층을 형성한다.
이하 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 연성 인쇄회로기판의 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 3은 이의 단면도이다.
도 2 및 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 연성인쇄회로기판은
(S1) 절연기판을 천공하여 이를 관통하는 비아홀을 형성하는 단계;
(S2) 상기 절연기판의 상부 전면과 비아홀 내주면에 하드 코팅층을 형성하는 단계;
(S3) 상기 하드 코팅층 상에 시드층을 형성하는 단계;
(S3) 상기 시드층 상에 금속층을 형성하는 단계; 및
(S4) 상기 하드 코팅층, 시드층 및 금속층을 패터닝하여 회로 패턴 및 연결 패턴을 형성하는 단계를 거쳐 제조한다.
이하 각 단계별로 더욱 상세히 설명한다
먼저, 절연기판(11)을 준비한 후, 천공 공정을 통해 이를 관통하는 비아홀(12)을 형성한다(S1)(도 3의 a, b 참조).
천공 공정은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 공지된 바의 천공 공정이면 모두 적용 가능하다. 일례로, 천공 공정은 드릴, 펀칭, 밀링 비트 또는 레이저에 의한 가공과 같은 기계적 가공방법이 가능하고, 이때 상기 레이저는 야그(Yag) 레이저, 엑시머(Eximer) 레이저 또는 이산화탄소(CO2) 레이저일 수 있다.
이때 형성된 비아홀(12)은 절연기판(11) 내부의 전기적 통전을 위한 구조면 어느 형태든 사용 가능하며, 본 발명에서 한정하지 않는다. 일례로, 횡단면 형상이 원형 또는 다각형일 수 있으며, 이때 비아홀(12)은 직경이 0.05 mm 내지 0.3 mm일 수 있다.
본 천공 공정 이후 발생된 불순물은 이후 단계에서 형성되는 층의 절연기판(11)에 대한 밀착력을 저하시킬 수 있으며, 비아홀(12) 내주면에 부착된 불순물을 화학적으로 제거하기 위한 디스미어(desmear) 공정을 수행할 수 있으며, 이는 롤-투-롤 방식으로 진행될 수 있다.
다음으로, 절연기판(11)의 상부 전면 및 비아홀(12) 내주면에 하드 코팅층(13)을 형성한다(S2)(도 3의 c 참조).
이때 비아홀(12) 영역에서의 하드 코팅층(13)은 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 비아홀(12)의 내주면 전체를 포함하며 이와 연결되도록 절연기판(11)의 소정 영역까지 둘러싸도록 형성한다.
상기 하드 코팅층(13)의 형성방법으로는, 통상의 도공 방법, 예를 들면, 바(bar), 블레이드(blade), 스핀(spin), 그라비아(gravure), 스프레이(spray), 슬롯다이 (slot die), 리버스 그라비아, 전기분사 등의 코팅(coating)으로 행할 수 있다.
다음으로, 하드 코팅층(13) 상에 걸쳐 시드층(15)을 형성한다(S3)(도 3의 d 참조).
시드층(15)의 형성은 공지의 건식 증착, 또는 전해/무전해 도금을 포함하는 습식 코팅 방식이 가능하나, 바람직하기로 건식 증착 공정으로 수행한다.
건식 증착 공정은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며 공지된 바의 건식 증착 공정이면 어느 것이든 사용가능하다. 일례로, 스퍼터링(Sputtering), 전자빔증착법(E-beam evaporation), 열증착법(Thermal evaporation), 레이저분자빔증착법 (L-MBE, Laser Molecular Beam Epitaxy), 및 펄스레이저증착법 (PLD, Pulsed Laser Deposition), 아크이온플레이팅(AIP, Arc Ion Plating)과 같은 물리적 방법을 이용한 PVD(physical vapor deposition) 방법, 및 MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) 및 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)등의 화학적 방법을 이용한 CVD(chemical vapor deposition)가 가능하다.
이때, 필요한 경우 아르곤 또는 질소 분위기 하에서 300~600 ℃의 온도 조건으로 열처리를 수행할 수 있다.
다음으로, 시드층(15) 상에 걸쳐 금속층(17)을 형성한다(S4)(도 3의 e 참조).
이때 금속층(17)은 건식 증착 또는 습식 코팅 공정을 통해 형성될 수 있으며, 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다.
건식 증착은 전술한 바의 방법을 통해 수행될 수 있고, 바람직하기로 경제적인 면에서 시드층(53)과 동일한 방식으로 수행할 수 있으며, 가장 바람직하기로는 스퍼터링 방식이 사용될 수 있다.
습식 코팅은 전해도금, 무전해도금 또는 프린팅 공정을 통해 수행될 수 있다.
전해도금 또는 무전해도금은 상기 금속층(17)의 재질을 포함하는 용액에 절연기판(11)을 침지시킨 후 전기를 인가하여 이루어지며, 이때 패터닝을 위해서 미리 소정 영역에 테이프 등의 절연 물질을 부착시킬 수 있다.
프린팅 공정은 플렉소(Flexo) 인쇄, 플랫 스크린 (Flat-screen) 인쇄, R2R(Roll to Roll) 인쇄, 로터리 스크린(Rotary screen) 인쇄 등 공지된 방식으로 수행될 수 있으며, 이때 패터닝은 미리 설계된 위치에만 선택적으로 프린팅이 이루어지는 방식으로 진행될 수 있다.
상기 금속층(17)의 형성은 시드층(15)과 동일한 방식으로 진행할 경우 공정이 더욱 단순화 될 수 있으며, 롤-투-롤 공정을 위해 건식 증착 또는 프린팅 공정이 바람직하게 사용될 수 있다.
다음으로, 상기 하드 코팅층(13), 시드층(15) 및 금속층(17)을 패터닝하여 절연기판(11) 상에 회로 패턴(19a)과 비아홀(12)에 형성된 연결 패턴(19b)을 갖는 연성 인쇄회로기판을 제작한다(S5)(도 3의 f 참조).
패터닝은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 공지된 바의 공정이 사용될 수 있다.
일례로, 포지티브 또는 네가티브 포토레지스트를 도포 후 식각 공정을 통해 수행이 가능하며, 이때 식각은 반응성 가스를 이용한 건식 식각(dry etch) 또는 화학 약품을 사용하는 습식 식각(wet etch) 공정을 통해 이루어질 수 있다.
건식 식각은 플라즈마 식각(Plasma etching), 반응성 이온 식각(reactive ion etching, RIE), MERIE(magnetically enhanced RIE), 반응성 이온빔 식각(reactive ion beam etching), 고농도 플라즈마 식각(high density plasma, HDP)과 같은 식각 공정이 사용된다.
습식 식각은 CH3COOH, HNO3, HF, BHF, NH4F, H3PO4, KI 등의 수용액으로 이루어진 식각액을 이용하여 수행할 수 있으며, 이때 시드층(15) 및 금속층(17)의 재질에 따라 식각액의 조성, 농도, 온도, 처리 시간 등을 다양하게 변화시켜 수행할 수 있다.
또한, 패터닝은 금속층(17), 시드층(15) 및 하드 코팅층(13)을 순차적으로 수행하거나 동시에 수행할 수 있으며, 각 층의 재질에 따라 적절한 식각 공정을 선정하여 수행할 수 있다.
이러한 패터닝 공정을 통해 제조된 연성 인쇄회로기판은 도 3의 (f)에서와 같이 하드 코팅층(13a)/시드층(15a)/금속층(17a)이 순차적으로 적층되어 패터닝된 회로 패턴(19a)과 비아홀(12)을 내주면 상에 하드 코팅층(13b)/시드층(15b)/금속층(17b)이 순차적으로 적층되어 패터닝된 연결 패턴(19b)을 포함한다.
상기 단계를 걸쳐 제조된 연성 인쇄회로기판은 관통 비아홀(12)이 가공되고 회로 패턴이 형성되어 단면 연성 인쇄회로기판으로 사용될 수 있다. 또한, 필요한 경우 중심 기판을 중심으로 그 위/아래로 순서에 따라 기판을 적층(쌓아올림)하여 연성회로기판을 다층으로 제조할 수 있다.
이때 상기 관통 비아홀(12) 내 금속 재료를 충진하여 각 기판들이 서로 전기적으로 연결되도록 하며, 이러한 금속 재료 및 충진 기술은 공지된 바를 따른다.
상기 제조 공정은 전 단계 중 어느 하나 이상의 공정을 롤-투-롤 공정으로 수행할 수 있으며, 상기 롤-투-롤 공정으로 인해 자동화를 극대화시켜 생산성을 비약적으로 향상시키고, 수율을 극대화함은 물론, 전 공정의 설비를 기존의 설비보다 저가의 장비로 제조 가능하도록 하여 제조 단가를 낮추고 제품 경쟁력을 높일 수 있다.
전술한 바의 본 발명에 따른 상기 연성 인쇄회로기판은 잦은 굴곡이나 가혹한 작동 조건에서도 회로 불량률이나 오작동이 없어 높은 신뢰도를 확보할 수 있으며, 굴곡 및 유연성을 요구하는 자동화 기기, 스마트폰, 디스플레이, 태양 전지, 전자종이 등 다양한 중소형 전자기기에 적용이 가능하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예와 실험예를 제시한다. 그러나 하기한 예는 본 발명의 바람직한 일 예일 뿐 이러한 예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 2 및 비교예 1: 연성 인쇄회로기판 제작
플라즈마 표면 처리된 폴리이미드 필름(두께 35㎛)에 하드 코팅층을 형성하고, DC 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 시드층으로 티타늄을 0.05 ㎛로 형성하고, 그 상부에 금속층으로 구리를 5 ㎛ 진공 증착하였다. 이때 스퍼터링은 시드층의 경우는 비활성 기체인 아르곤 가스를 사용하여 진공도가 약 1.2x10-1Pa를 유지하면서 증착하였으며 금속층의 경우는 아르곤 가스를 사용하여 1.6x10-1Pa로 유지하였다.
이때 하드 코팅층은 무기 입자 20 중량%, 에폭시 수지 45 중량%, EXB-9460(다이닛폰잉크가가쿠고교 가부시키가이샤 제조) 7 중량%를 메틸에틸케톤에 희석하여 제조하였다. 사용된 무기 입자는 하기 표 1에 나타낸 바와 같다.
실험예 1: 연필 경도 측정
JIS K 5600-5-4의 규정에 따라서, 하드 코팅층의 연필 경도 시험을 행하여 「연필 경도」 = 「흠집이 생기는 최저 경도」-「(10개 중의 흠집의 개수)/10」의 식에 의해서 평가하였다. 이때 연필 경도는 H, F, HB, B 등으로 경도를 표시하며, 높은 숫자의 H일수록 경도가 높고, 높은 숫자의 B일수록 경도가 낮음을 의미한다.
실험예 2: 밀착력 측정
밀착성 테스트는 3M #610 점착 테이프 시험방법을 사용하여 평가하였다. 상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 연성 인쇄회로기판을 1mm×1mm 간격의 바둑판 모양으로 절개한 후 테이프를 붙였다 떼어내었을 때 남아 있는 1mm×1mm 크기를 갖는 바둑판 모양의 수를 관찰하였다.
실험예 3: 굴곡 내구성 평가
상기 실시예 및 비교예에서 제작한 연성 인쇄회로기판에 200메쉬 판을 사용하여 스크린 인쇄하여 편면 회로 기판을 제작하였다. 제작한 편면 회로 기판을 180°로 구부리는 시험을 실시하였다. 이때 굴곡 내구성 평가는 하기를 따른다.
<굴곡 내구성 평가>
○: 굴곡성 양호
×: 굴곡성 미흡
하드 코팅층 연필 경도 밀착력
(개수/100)		 굴곡
내구성
여부 무기 입자
종류 평균 입경
(㎛)		 함량
(중량%)
실시예 1 ○ SiO2 0.1 20 2H 100/100 ○
실시예 2 ○ SiN 0.5 20 H 100/100 ○
비교예 1 × - - - 2B 80/100 ×
상기 표 1을 참조하면, 본 발명에 따라 하드 코팅층이 존재하는 경우, 하드 코팅층을 형성하지 않은 비교예 1과 비교하였을 때 굴곡부에 백화 등이 일어나지 않으며 계면 접착력 및 내스크래치성 또한 우수함을 확인하였다.
본 발명에 따른 연성 인쇄회로기판은 우수한 계면 접착력과 굴곡 내구성을 가지며, 스마트폰, 디스플레이, 태양 전지, 전자종이 등 다양한 중소형 전자기기에 이용될 수 있다.
11: 기판 12: 비아홀
13: 하드 코팅층
13a: 회로 패턴의 하드 코팅층 13b: 연결 패턴의 하드 코팅층
15: 시드층
15a: 회로 패턴의 시드층 15b: 연결 패턴의 시드층
17: 금속층
17a: 회로 패턴의 금속층 17b: 연결 패턴의 시드층
19a: 회로 패턴 19b: 연결 패턴

Claims (9)

  1. 하나 이상의 비아홀이 형성된 절연기판;
    상기 절연기판 상에 형성된 회로 패턴; 및
    상기 비아홀의 내주면을 포함하여, 상기 회로 패턴을 전기적으로 연결하도록 형성된 연결 패턴;을 구비하고,
    상기 절연기판과 회로 패턴 및 연결 패턴 사이에 하드 코팅층을 구비하는 것을 특징으로 하는 연성 인쇄회로기판.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 하드 코팅층은 무기 입자, 수지, 경화제 및 용제를 포함하는 것을 특징으로 하는 연성 인쇄회로기판.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 무기 입자는 Si, Al, Sn, Sb, Ta, Ce, La, Fe, Zn, W, Zr, In, Ti, Nb, Y 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 산화물, 질화물 또는 탄화물인 것을 특징으로 하는 연성 인쇄 회로기판.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 무기 입자는 평균 입경이 0.01 내지 3 ㎛인 것을 특징으로 하는 연성 인쇄회로기판.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 하드 코팅층의 조성은 전체 조성물 100중량%를 만족하도록
    무기 입자 5 내지 50 질량%,
    수지 20 내지 90 질량%,
    경화제 1 내지 50 질량% 및
    잔부로 용제를 포함하는 것을 특징으로 하는 연성 인쇄회로기판.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 하드 코팅층은 두께가 1 내지 100 ㎛인 것을 특징으로 하는 연성 인쇄회로기판.
  7. 청구항 2에 있어서, 추가로 상기 하드 코팅층은 분산제, 점도 조절제, 경화 촉진제, 난연제, 응집 방지제, 소포제, 레벨링제, 밀착성 부여제, 착색제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 연성 인쇄 회로기판.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 회로 패턴 및 연결 패턴은 금속층 또는 시드층/금속층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 연성 인쇄회로기판.
  9. (S1) 절연기판을 천공하여 이를 관통하는 비아홀을 형성하는 단계;
    (S2) 상기 절연기판의 상부 전면과 비아홀 내주면에 하드 코팅층을 형성하는 단계;
    (S3) 상기 하드 코팅층 상에 시드층을 형성하는 단계
    (S4) 상기 시드층 상에 금속층을 형성하는 단계; 및
    (S5) 상기 하드 코팅층, 시드층 및 금속층을 패터닝하여 회로 패턴 및 연결 패턴을 각각 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 청구항 1의 연성 인쇄회로기판의 제조방법.

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