KR20210026756A - 연성 금속 적층판 및 이를 포함하는 연성 금속 복합기판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 높은 비저항값과 온도 변화에 따른 저항 변화율이 낮은 2원계 이상의 다원계 합금층을 구비함으로써, 발열 특성 안정화, 제조공정 간소화 및 비용 감소를 발휘할 수 있는 신규 연성 금속 적층판, 및 이를 포함하여 광통신용 광모듈에 적용될 수 있는 연성 금속 복합기판을 제공한다.

Description

연성 금속 적층판 및 이를 포함하는 연성 금속 복합기판{FLEXIBLE METAL CLAD LAMINATE AND FLEXIBLE METAL COMPOSITE SUBSTRATE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 높은 비저항과 온도에 따른 낮은 저항 변화율을 갖는 2원계 이상의 다원계 합금층을 구비하는 연성 금속 적층판, 및 이를 포함하여 발열 특성 안정화 및 비용 절감 효과를 통해 광통신용 광모듈에 적용될 수 있는 연성 금속 복합기판에 관한 것이다.
최근 정보화시대가 도래하면서 많은 양의 정보를 전송할 수 있는 광통신 기술이 보편화되고 있어 광모듈에 대한 관련 기술의 개발 또한 급속화되고 있다. 일반적으로 광통신에 사용되는 광모듈(Optical module)의 광원인 레이저 다이오드(Laser Diode, LD)는 주위 환경의 온도가 변화함에 따라 파장이 변하는 문제로 파장 사용영역에 많은 제약을 가진다. 특히 저밀도파장다중화(CWDM: Coarse Wavelength Division Multiplex) 광모듈의 경우, 일반적인 동작 온도 범위인 0 내지 70 ℃에서는 큰 문제가 되지 않으나, 산업용으로 사용될 경우에는 사용온도 범위가 -40 내지 85 ℃로 확장됨에 따라 광모듈 주변의 온도변동 범위가 최대 125 ℃까지 확장된다. 이러한 온도 변화에 따라 레이저 다이오드(LD)의 파장이 약 0.1nm/℃로 변화하므로 파장 채널간 간섭이 발생할 수 있다.
한편 레이저 다이오드(LD) 자체의 특성을 향상시키는 데에는 한계가 있으므로, 광모듈의 내부에 배치되는 레이저 다이오드가 외부의 온도 환경에 직접 노출되지 않도록 온도를 보정함으로써 레이저 다이오드의 파장범위 조건을 만족시키기 위한 여러 가지 기술들이 제안되고 있다.
일례로, 광모듈의 시스템에 박막 히터를 부착하는 방식이 있다. 이러한 방식은 사용되는 레이저 다이오드의 파장사양을 만족시키기 위해 특정 온도 이하에서는 히터를 동작시켜 전체 광모듈의 동작온도를 상승시킴으로써, 광모듈이 특정온도 이하의 조건에서는 동작하지 않도록 제한하는 방식이다. 이와 같이 광모듈의 전체 시스템을 가열하거나 광 서브어셈블리(OSA: Optical Subassembly)를 구성하는 전체 금속체를 가열하여야 하는 경우, 가열하여야 하는 부품들의 크기가 크고, 그 수가 많으므로, 열적으로 효율이 떨어지는 문제가 있다. 또한 일반적인 히터를 사용한다면, 히터를 제어하기 위해 온도를 감지하고 이를 제어하기 위한 제어 회로가 별도로 요구되므로, 인쇄회로기판(PCB, printed circuit board)의 회로 패턴이 복잡해지고 다수의 인쇄회로기판을 구비해야 한다. 이로 인해, 제품의 조립비용 상승 및 조립 난이도 상승이 초래될 뿐만 아니라 다수의 부품조립에 따른 접촉불량이 발생되고 제조공정이 복잡하며 공간을 많이 차지하여 대형화되는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 높은 비저항값과 온도 변화에 따른 저항 변화율이 낮은 2원계 이상의 다원계 합금층을 구비하여, 발열 특성 안정화, 제조공정 간소화 및 비용 감소를 발휘할 수 있는 신규 연성 금속 적층판, 및 이를 포함하여 광통신용 광모듈에 적용될 수 있는 연성 금속 복합기판을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기한 기술적 과제를 달성하고자, 본 발명은 절연성 필름; 및 상기 절연성 필름의 일면 또는 양면에 배치되고, 구리와 니켈을 함유하는 적어도 2원계 이상의 합금층;을 포함하며, 상기 합금층의 비저항 값은 2.0 × 10-8 Ω·m 이상이고, 50 내지 100℃에서의 온도별 저항 변화율이 0.05%/℃ 이하인, 연성 금속 적층판을 제공한다.
본 발명의 일 구현예를 들면, 상기 합금층은, 구리와 니켈을 함유하는 2원계 합금; 구리, 니켈 및 제1 금속(M1)을 함유하는 3원계 합금; 또는 구리, 니켈, 제1 금속(M1) 및 제2 금속(M2)을 함유하는 4원계 합금을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예를 들면, 상기 2원계 합금에서 구리와 니켈의 합금 비는 54~58 : 46~42 중량비일 수 있다.
본 발명의 일 구현예를 들면, 상기 3원계 합금에 포함된 제1 금속(M1)은 Mn, Fe, Al 및 C 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 일 구현예를 들면, 상기 3원계 합금에서 구리, 니켈 및 제1 금속(M1)의 합금 비는 53.9~56.5 : 46~42 : 0.1 ~ 1.5 중량비일 수 있다.
본 발명의 일 구현예를 들면, 상기 4원계 합금에 포함된 제2 금속(M2)은 Mn, Fe, Al 및 C 중 어느 하나로서, 상기 제1 금속(M1)과 상이한 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예를 들면, 상기 4원계 합금에서 구리, 니켈, 제1 금속(M1) 및 제2 금속(M2)의 합금 비는 53.8 ~ 56.5 : 46~41 : 0.1~1.5 : 0.1~ 1.0 중량비일 수 있다.
본 발명의 일 구현예를 들면, 상기 합금층의 두께는 12 내지 35 ㎛일 수 있다.
본 발명의 일 구현예를 들면, 상기 합금층의 표면 조도(Rz)는 1.0 ㎛ 이하일 수 있다.
본 발명의 일 구현예를 들면, 상기 절연성 필름은 폴리이미드(polyimide) 필름, 또는 열가소성 폴리이미드층이 코팅된 폴리이미드 필름일 수 있다.
본 발명의 일 구현예를 들면, 상기 폴리이미드 필름 또는 열가소성 폴리이미드층은 각각, 착색제 및 무기충전제 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예를 들면, 상기 폴리이미드는 투명 폴리이미드, 착색 폴리이미드, 또는 블랙 폴리이미드일 수 있다.
본 발명의 일 구현예를 들면, 상기 절연성 필름과 합금층 사이에 배치된 접착제층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예를 들면, IPC-TM-650 2.4.9에 따라 측정된 합금층에 대한 절연성 필름의 접착력(Peel stregth) 값이 0.5 kgf/cm 이상일 수 있다.
또한 본 발명은, 제1 고분자 필름과 제1 접착제층을 포함하는 제1 커버레이 필름; 제2 고분자 필름과 제2 접착제층을 포함하는 제2 커버레이 필름; 및 상기 제1 커버레이 필름과 제2 커버레이 필름 사이에 배치된 전술한 연성 금속 적층판;을 포함하는 연성 금속 복합기판을 제공한다.
본 발명의 일 구현예를 들면, 상기 연성 금속 적층판은, (i) 절연성 필름; 및 제1 합금층이 적층된 단면(單面) 연성 금속 적층판; 또는 (ii) 제1 합금층; 절연성 필름; 및 제2 합금층이 적층된 양면(兩面) 연성 금속 적층판일 수 있다.
본 발명의 일 구현예를 들면, 상기 연성 금속 복합기판은, 제1 커버레이 필름; 양면 연성 금속 적층판; 및 제2 커버레이 필름이 적층되되, 상기 제1 합금층은 상기 제1 커버레이 필름의 제1 접착제층과 상기 절연성 필름 사이에 배치되고, 상기 제2 합금층은 상기 제2 커버레이 필름의 제2 접착제층과 상기 절연성 필름 사이에 배치되며, 이들이 일체화된 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예를 들면, 상기 연성 금속 복합기판은, 제1 커버레이 필름; 단면 연성 금속 적층판; 양면 연성 금속 적층판; 및 제2 커버레이 필름이 적층되되, 상기 단면 연성 금속 적층판의 절연성 필름과, 상기 양면 연성 금속 적층판의 제1 합금층 사이에 배치된 접착제층을 더 포함하며, 이들이 일체화된 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예를 들면, 상기 합금층 중 적어도 하나는 소정의 형상으로 패턴화된 1층 이상의 회로 패턴을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예를 들면, 상기 연성 금속 복합기판의 평균 작동온도는 65℃±10%이며, 최대 온도는 120℃ 이하일 수 있다.
본 발명의 일 구현예를 들면, 상기 연성 금속 복합기판은 광통신용 광모듈에 적용될 수 있다.
본 발명에서는 높은 비저항값과 온도에 따른 낮은 저항 변화율을 갖는 2원계 이상의 다원계 합금층을 구비하는 연성 금속 적층판을 구성함으로써, 온도에 따른 저항 특성을 이용하여 발열체 용도로 적용할 수 있다.
또한 상기 연성 금속 적층판은, 박막형의 금속 기판을 사용하여 종래 라미네이션(Lamination)법이나 캐스팅(Casting)법 등을 제한 없이 적용할 수 있으므로, 가공성을 보다 향상시키고 제조공정의 간소화 및 공정비용 감소를 도모할 수 있다.
아울러, 절연성 필름으로 사용되는 폴리이미드층의 성분을 변형 및 조절함에 따라 고내열성, 내화학성이 우수한 연성 금속 적층판을 제조할 수 있다
이에 따라, 전술한 연성 금속 적층판은 발열특성의 안정성이 요구되는 분야, 예컨대 광통신용 광모듈에 적용되어 원가절감, 경량화 효과와 더불어 조립과정에서 작업성이 향상되고, 광통신의 전파 증폭으로 인한 전기신호의 손실율을 최소화할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 보다 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연성 금속 적층판의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 연성 금속 적층판의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 연성 금속 적층판의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연성 금속 복합기판의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 연성 금속 복합기판의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연성 금속 적층판의 제조 공정도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 연성 금속 적층판의 제조 공정도이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 연성 금속 적층판의 제조 공정도이다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 연성 금속 적층판의 제조 공정도이다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 연성 금속 적층판의 제조 공정도이다.
도 11은 본 발명에 따른 2원 구리-니켈 합금층의 표면 SEM 사진(×6,000)이다.
도 12는 종래 구리층의 표면 SEM 사진(×6,000)이다.
도 13은 2원계 구리-니켈 합금층(A)과 구리층(B)을 이용하여 온도에 따른 저항 변화를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 이때 본 명세서 전체 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구조를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "위에" 또는 "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치하는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 위쪽에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. 그리고, 본원 명세서에서 "제1", "제2" 등의 용어는 임의의 순서 또는 중요도를 나타내는 것이 아니라 구성요소들을 서로 구별하고자 사용된 것이다.
아울러, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
<연성 금속 적층판>
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구리(Cu)와 니켈(Ni)을 주성분으로 함유하는 2원 이상의 다원계 합금(alloy)층을 구비하는 연성 금속 적층판을 제공한다. 여기서, 연성 금속 적층판은 연성 인쇄회로기판(FPCB)의 재료로서, 절연성 필름과 합금층이 결합된 적층체를 지칭한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연성 금속 적층판의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도로서, 일례로 도 1은 하나의 합금층(10)을 포함하는 단면(單面) 연성 금속 적층판(100)의 단면도이며, 도 2 내지 3은 2개의 합금층(10)을 포함하는 양면(兩面) 연성 금속 적층판(110)의 단면도이다.
상기 도 1을 참조하면, 연성 금속 적층판(100)은, 절연성 필름(20); 및 상기 절연성 필름(20)의 일면에 배치된 2원계 이상의 합금층(10)을 포함한다. 이하, 연성 금속 적층판(100)의 각 구성에 대하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
합금층
본 발명의 연성 금속 적층판(100)에 있어서, 합금층(10)은 종래 동박 보다 비저항이 높고, 소정의 온도범위에서 온도별 저항 변화율이 낮은 합금층(10)을 사용한다. 이에 따라, 소정 온도에서 안정적인 발열 특성이 요구되는 분야에 적용될 수 있다.
상기 합금층(10)의 비저항값(specific resistance, Ω·cm)은 종래 동박보다 적어도 10배 이상 높을 수 있으며, 구체적으로 20배 이상, 보다 구체적으로 약 29배 정도일 수 있다. 또한 상기 합금층(10)의 저항값은 상온 및 고온 영역(예, 30 ~ 200℃)에 걸쳐 동박보다 적어도 10배 이상 높을 수 있다. 일 구체예를 들면, 상기 합금층(10)의 비저항 값은 2.0 × 10-8 Ω·m 이상이며, 보다 구체적으로 40×10-8 내지 55×10-8 Ω·m일 수 있다. 여기서, 저항값은 IPC-TM-650 2.5.17. 시험규격에 의해 측정된 것일 수 있다.
이러한 합금층(10)은 콘스탄탄(constantan)계 소재로서, 적당한 저항률 및 대체로 평평한 저항/온도 곡선을 가지는 저항 합금일 수 있다. 콘스탄탄 재료는 25ppm/℃ 미만의 온도 계수, 바람직하게는 약 10ppm/℃ 이하의 온도 계수를 적절하게 제공할 수 있다. 또한 콘스탄탄 재료는 양호한 부식 내성을 제공한다. 일 구체예를 들면, 상기 합금층(10)은 50 내지 100℃에서 온도별 저항 변화율은 0.05%/℃ 이하일 수 있으며, 구체적으로 0.001 내지 0.03%/℃이며, 보다 구체적으로 0.001 내지 0.003%/℃ 일 수 있다.
상기 합금층(10)은 전술한 비저항값을 가지면서, 구리(Cu)와 니켈(Ni)을 주성분으로 함유하는 2원계 이상의 다원계 합금을 제한 없이 사용할 수 있다. 구체적으로, 구리와 니켈을 함유하는 2원계 합금(a binary alloy); 구리, 니켈 및 제1 금속(M1)을 함유하는 3원계 합금(a ternary alloy); 또는 구리, 니켈, 제1 금속(M1) 및 제2 금속(M2)을 함유하는 4원계 합금을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예를 들면, 구리와 니켈을 함유하는 2원계 합금(Cu-Ni alloy)에서, 구리(Cu)와 니켈(Ni)의 합금 비는 54~58 : 46~42 중량비(%)로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예를 들면, 구리, 니켈 및 제1 금속(M1)을 함유하는 3원계 합금(Cu-Ni-M1 alloy)에서, 구리, 니켈 및 제1 금속(M1)의 합금 비는 53.9~56.5 : 46~42 : 0.1~1.5 중량비로 구성될 수 있다. 이때, 상기 3원계 합금에 포함되는 제1 금속(M1)은 당 분야의 합금에 첨가될 수 있는 통상의 성분을 제한 없이 사용할 수 있으며, 일례로 Mn, Fe, Al 및 C 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예를 들면, 구리, 니켈, 제1 금속(M1) 및 제2 금속(M2)을 함유하는 4원계 합금(Cu-Ni-M1-M2 alloy)에서, 구리, 니켈, 제1 금속(M1) 및 제2 금속(M2)의 합금 비는 53.8 ~ 56.5 : 46~41 : 0.1~1.5 : 0.1~ 1.0 중량비로 구성될 수 있다. 상기 4원계 합금에 포함되는 제2 금속(M2)은 당 분야의 합금에 첨가될 수 있는 성분을 제한 없이 사용할 수 있으며, 일례로 Mn, Fe, Al 및 C 중 어느 하나로서, 상기 제1 금속(M1)과 상이한 것일 수 있다. 전술한 합금 조성을 가질 경우, 종래 동박 대비 대략 20배 이상 비저항이 높고, 소정의 온도범위(예, 50 - 100℃)에서 온도별 저항 변화율이 낮기 때문에, 발열 특성을 지속적으로 안정하게 유지할 수 있으므로, 광통신용 광모듈(optical module)에 구비되는 발열용 연성 금속 복합기판으로 적용 가능하다.
상기 합금층(10)은 적어도 1층의 회로 패턴을 형성하는 도체층일 수 있다. 이러한 합금층은 당 분야에 알려진 통상적인 건식 또는 습식에칭을 통해 각각 회로패턴부, 또는 안테나 패턴부를 형성할 수 있다. 이때 회로패턴부나 안테나 패턴부는 적용하고자 하는 용도에 따라 소정의 면적, 선폭 및 형상 등이 서로 동일하거나 또는 상이하게 형성될 수 있다.
합금층(10)의 두께는 특별히 한정되지 않으며, 최종물의 두께, 전기적 특성 및 기계적 특성을 고려하여 12 내지 35 ㎛일 수 있으며, 바람직하게는 12 내지 18 ㎛ 일 수 있다. 또한, 합금층(10)은 평균 조도(Rz)가 1.0 이하, 구체적으로 0.5 ㎛ 이하인 압연 금속박일 수 있다.
절연성 필름
본 발명의 연성 금속 적층판(100)에 있어서, 절연성 필름(20)은 인접하는 합금층(10)에 배치되어 우수한 접착력을 발휘함과 동시에 상기 합금층(20)이 외부와 전기적 절연이 되도록 하는 역할을 한다.
상기 절연성 필름(20)은 당 분야에 사용되는 통상적인 고분자를 제한없이 사용할 수 있으며, 일례로 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리아마이드이미드, 폴리아믹산 수지, 폴리에스테르, 폴리페닐렌 술파이드, 폴리에스테르술폰, 폴리에테르에테르 케톤, 방향족 폴리아마이드, 폴리카보네이트 및 폴리아릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는 폴리이미드(PI) 필름일 수 있다.
본 발명에서는 절연성 필름(20)으로서 폴리이미드(PI) 필름을 적용함으로써, 연성(flexibility)과 우수한 열저항(thermal resistance) 특성을 나타냄과 동시에 폴리이미드 본연의 고유한 물성을 발휘할 수 있다.
구체적으로, 폴리이미드(polyimide, PI) 수지는 이미드 고리를 가지는 고분자 물질로서, 이미드 고리의 화학적 안정성을 기초로 하여 우수한 내열성, 연성, 내화학성, 내마모성과 내후성 등을 발휘하며, 그 외에도 낮은 열팽창율, 낮은 통기성 및 저유전 특성을 나타낸다. 따라서 상기 폴리이미드 수지를 합금층(10) 및 구리층(30)과 일체화할 경우, 폴리이미드 자체의 난연성에 기인하여 연성 금속 적층판(100)의 난연성을 충분히 확보할 수 있다. 또한 표면 경도가 증가하여 내스크래치성이 상승하게 되며, 높은 유리전이온도(Tg)에 의한 내열성 증가, 및 에폭시 수지 대비 높은 굴곡성을 확보할 수 있다. 그리고, 연성 금속 적층판(100)의 유연성(flexibility) 부여 및 우수한 열 저항(thermal resistance) 특성을 발휘할 수 있으며, 제품 설계의 자유도를 높일 수 있다.
본 발명에 따른 절연성 필름(20)은 자기 지지성을 가지는 필름 내지 시트 형상이거나, 또는 상기 필름이나 시트에 형성된 코팅층을 포함하는 형태일 수 있다.
일 구체예를 들면, 절연성 필름(20)은 폴리이미드(PI) 필름 또는 열가소성 폴리이미드층(TPI)이 코팅된 폴리이미드 필름일 수 있다.
상기 폴리이미드 필름은, 당 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있다. 구체적으로, (i) 폴리이미드 전구체인 폴리아믹산(Polyamic acid) 용액을 합성한 후, 이를 기재(예컨대, 폴리이미드 필름) 상에 코팅하여 경화하는 방법, (ii) 폴리이미드 전구체인 폴리아믹산 용액을 합성한 후, 촉매 및 탈수제와 반응시키는 화학적 이미드화법, (iii) 테트라카르복실릭 디안하이드라이드의 하프에스테르염 등의 염 또는 이미드 올리고머(oligomer)를 얻고 이를 고상중합하는 방법, 또는 (iv) 테트라카르복실릭 디안하이드라이드와 디이소시아네이트를 반응시키는 방법 등이 있다. 그 외, 상용화된 열경화형 폴리이미드계 수지 필름을 사용하거나, 또는 용해성 폴리이미드(soluble PI)나 폴리아믹산 용액을 기재(예, 폴리이미드 필름) 상에 코팅하여 제조될 수 있다.
본 발명에서, 폴리이미드 수지 또는 폴리아믹산 용액(폴리이미드 전구체 용액)은 방향족 디안하이드라이드와 방향족 디아민이 용매의 존재 하에서 반응하여 형성될 수 있다. 상기 방향족 디안하이드라이드 물질은 당 분야에 알려진 통상적인 방향족 산이무수물을 제한 없이 사용할 수 있다. 사용 가능한 방향족 디안하이드라이드의 비제한적인 예로는, 피로멜리틱 디안하이드라이드(PMDA: pyromellitic dianhydride), 3,3',4,4'-비페닐테트라카르복실릭 디안하이드라이드(BPDA: 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylicdianhydride), 3',4,4'-벤조페논테트라카르복실릭 디안하이드라이드(BTDA: 3,3',4,4'-benzophenonetetracarboxylic dianhydride), 4,4'-옥시디프탈릭 안하이드라이드(ODPA: 4,4'-oxydiphthalic anhydride), 4,4'-(4,4'-이소프로필리덴디페녹시)-비스-(프탈릭 안하이드라이드)(BPADA: 4,4'-isopropylidenediphenoxy)-bis(phthalic anhydride), 2,2'-비스-(3,4-디카르복시페닐)헥사플루오로프로판 디안하이드라이드(6FDA: 2,2'-bis-(3,4-dicarboxyphenyl)hexafluoropropane dianhydride), 에틸렌글리콜 비스 (안하이드로-트리멜리테이트)(TMEG : ethylene glycol bis (anhydro-trimellitate)), 하이드로퀴논 디프탈릭 안하이드라이드(HQDEA: Hydroquinone diphthalic anhydride) 및 3,4,3',4'-디페닐술폰 테트라카르복실릭 디안하이드라이드(DSDA: 3,4,3',4'-diphenylsulfonetetracarboxylicdianhydride), 또는 이들의 2종 이상 혼합물 등이 있다.
또한 상기 폴리아믹산 용액에 포함되는 방향족 디아민 물질은 당 분야에 알려진 통상적인 방향족 디아민을 제한 없이 사용할 수 있다. 사용 가능한 방향족 디아민의 비제한적인 예로는 p-페닐렌 디아민(p-PDA:p-phenylenediamine), m-페닐렌디아민(m-PDA:m-phenylene diamine), 4,4'-옥시디아닐린(4,4'-ODA:3,4'-oxydianiline), 2,2-비스(4-4[아미노페녹시]-페닐)프로판(BAPP:2,2-bis(4-[4-aminophenoxy]-henyl)propane), 2,2'-디메틸-4,4'-디아미노 비페닐(m-TB-HG:2,2'-Dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl), 1,3-비스 (4-아미노페녹시)벤젠(TPER:1,3-bis(4-aminophenoxy) benzene), 2,2-비스(4-[3-아미노페녹시]페닐)술폰(m-BAPS:2,2-bis(4-[3-aminophenoxy]phenyl) sulfone), 4,4'-디아미노 벤즈아닐라이드(DABA:4,4'-diamino benzanilide), 4,4'-비스(4-아미노페녹시)비페닐(4,4'-bis(4-aminophenoxy)biphenyl), 또는 2종 이상의 혼합물 등이 있다.
한편, 본 발명에서는 상기한 폴리이미드 필름을 제작하기 위한 폴리이미드 수지; 및/또는 상기 폴리이미드 전구체 용액의 합성에 사용되는 방향족 디안하이드라이드와 방향족 디아민 중 적어도 하나로서 불소 원자로 치환된 것을 사용할 수 있다. 이를 통해, 종래와 같이 불소계 수지를 추가로 포함하지 않더라도, 극성이 낮은 불소 원자의 특성으로 저유전율 및 저유전 손실율의 특성을 확보할 수 있고, 강직성(rigidity)을 높여 우수한 내화학성을 확보할 수 있다.
폴리아믹산 용액의 제조시 사용되는 용매의 종류는 특별히 한정하지 않으며, 당 분야에서 통상적으로 사용되는 유기 용매라면 제한 없이 사용할 수 있다. 사용 가능한 용매의 비제한적인 예로는, N-메틸피롤리디논(NMP: N-methylpyrrolidinone), N,N-디메틸아세트아미드(DMAc: N,N-dimethylacetamide), 테트라하이드로퓨란 (THF:tetrahydrofuran), N,N-디메틸포름아미드(DMF: N,N-dimethylformamide), 디메틸설폭시드(DMSO: dimethylsulfoxide), 시클로헥산(cyclohexane) 및 아세토니트릴(acetonitrile)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 물질을 들 수 있다.
또한, 상기한 폴리이미드 필름을 형성하는데 사용되는 폴리아믹산 용액(폴리이미드 전구체 용액)은 치수 안정성, 폴리이미드 필름과 합금층(10) 및 구리층(30)과의 열팽창계수(CTE) 차이를 감소시켜 최종 제품의 휨 특성, 저팽창화, 기계적 물성, 저응력화를 효과적으로 향상시키기 위해서, 당 분야에 알려진 통상적인 무기 충전재를 더 포함할 수 있다.
사용 가능한 무기 충전재의 비제한적인 예로는, 실리카, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 마그네시아, 클레이, 탈크, 규산칼슘, 산화티탄, 산화안티몬, 유리섬유, 붕산알루미늄, 티탄산바륨, 티탄산스트론튬, 티탄산칼슘, 티탄산마그네슘, 티탄산비스무스, 산화티탄, 지르콘산바륨, 지르콘산칼슘, 질화붕소, 질화규소, 활석(talc), 운모(mica) 등이 있다. 이러한 무기 충전재의 사용량은 특별한 제한이 없으며, 전술한 휨특성, 기계적 물성 등을 고려하여 적절히 조절할 수 있다. 이러한 무기 충전재의 평균 입경은 당 분야에 알려진 통상적인 범위 내에서 적절히 조절 가능하며, 특별히 제한되지 않는다. 일례로 0.1 내지 10 ㎛ 범위일 수 있다.
상기 절연성 필름(20)은 인쇄회로기판(PCB)에 적용시 레이저에 의한 홀의 가공성을 더욱 향상시키기 위해서, 레이저 에너지 흡수성 성분을 함유하여도 좋다. 레이저 에너지 흡수성 성분으로서는 카본분, 금속 화합물분, 금속분 또는 흑색 염료 등의 공지의 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 절연성 필름(20)으로 사용될 수 있는 폴리이미드 필름은 자동차의 사이드 미러(side mirror)의 내부에 장착될 수 있다. 이에 따라, 당 분야의 통상적인 투명 폴리이미드층이거나 또는 유색 폴리이미드층일 수 있다. 이때 유색 폴리이미드층은 착색 폴리이미드층 또는 블랙 폴리이미드층을 포함한다.
본 발명의 일례에 따르면, 상기 폴리이미드 필름은 착색 폴리이미드층일 수 있다. 이때, 폴리이미드 필름을 이루는 폴리아믹산 용액은 착색제를 더 포함할 수 있다. 여기서 착색제로 사용 가능한 물질은 특별히 한정되지 않으며, 일례로 당 분야에 알려진 카본 블랙, 산화 코발트, Fe-Mn-Bi 흑색, 산화철 흑색, 운모질 산화철으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 물질을 들 수 있다. 상기 착색제의 종류에 따라 폴리이미드 필름이 블랙, 진회색, 흑갈색, 진갈색, 흰색 등의 색깔을 가질 수 있다. 또한 착색제는 당해 착색 폴리이미드층의 총 중량을 기준으로 2 내지 20 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
또한, 상기 폴리이미드 필름은 블랙 폴리이미드층일 수 있다. 이러한 폴리이미드 필름을 이루는 폴리아믹산 용액은 착색제 및 무기충전제를 모두 포함할 수 있으며, 구체적으로 카본 블랙 및 실리카 입자를 포함할 수 있다. 보다 구체적인 일례를 들면, 상기 폴리이미드 필름은 카본 블랙 3 내지 10 중량%와 실리카 입자 1 내지 10 중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
한편 본 발명의 일례에 따르면, 연성 금속 적층판(100)에 구비되어 내열성 및 내구성을 제공하기 위해서, 절연성 필름(20)을 이루는 폴리이미드 필름의 유리전이온도(Tg)는 200 내지 400℃일 수 있으며, 바람직하게는 320 내지 370℃일 수 있다. 전술한 물성을 만족함으로써, 제품의 물적 안정성을 향상시킬 수 있다.
이러한 절연성 필름(20)의 두께는, 필름의 취급성, 물리적 강성, 열팽창계수, 기판의 박형화, 절연성, 고밀도 배선 등을 고려하여 적절히 조절할 수 있다. 일례로, 5 내지 125 ㎛ 일 수 있으며, 바람직하게는 12.5 내지 50 ㎛, 보다 바람직하게는 12.5 내지 25 ㎛ 일 수 있다. 필요에 따라, 절연성 필름(20)의 표면은 매트 처리, 코로나 처리 등의 표면처리가 실시된 것일 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 연성 금속 적층판(110)의 단면 구조를 개략적으로 나타낸 것이다. 도 2에서 도 1과 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
이하 도 2에 대한 설명에서는 도 1과 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며, 차이점에 대해서만 설명한다.
도 1의 연성 금속 적층판(100)은 절연성 필름(20)의 일면에 합금층(10)이 배치된 단면(單面)형 구조인 반면, 도 2에 따른 연성 금속 적층판(110)은 절연성 필름(20)을 중심으로 이의 상하면에 각각 합금층(10)이 배치된 양면(兩面)형 구조를 갖는다.
여기서, 복수의 합금층(10)은 동일한 참조 부호로 나타냄에도 불구하고, 서로 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 일례로, 복수의 합금층(10)은 서로 상이한 합금 조성을 갖거나 또는 비저항, 온도별 저항 변화율, 두께 등이 서로 상이할 수 있다. 전술한 2개의 합금층(10)이 도입된 것을 제외하고는 도 1과 동일하므로, 이에 대한 개별적인 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 연성 금속 적층판(120)의 단면 구조를 개략적으로 나타낸 것이다. 도 3에서 도 1~2와 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
이하 도 3에 대한 설명에서는 도 1~2와 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며, 차이점에 대해서만 설명한다.
도 1 및 2의 연성 금속 적층판(100, 110)은 절연성 필름(20)의 일면 또는 양면에 합금층(10)이 직접 배치된 구조인 반면, 도 3에 따른 연성 금속 적층판(120)은 절연성 필름(20)을 중심으로 이의 상하면에 각각 합금층(10)이 배치되는 양면(兩面) 구조를 갖되, 이들 사이에 접착제층(40)이 더 포함된다.
상기 접착제층(40)은 인접하는 절연성 필름(20)과 합금층(10)과의 접착력, 내열성 및 층간 접착력을 발휘한다.
이러한 접착제층(40)은 당 업계에 알려진 통상적인 열경화성 접착제 성분을 제한 없이 사용할 수 있으며, 일례로 열경화성 수지; 및 열가소성 수지, 경화제 및 무기 충전제로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 접착제 조성물로부터 형성될 수 있다.
사용 가능한 열경화성 수지의 비제한적인 예로는, 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 실리콘 수지, 요소 수지, 식물성유 변성 페놀수지, 크실렌 수지, 구아나민 수지, 디알릴프탈레이트 수지, 비닐에스테르 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 푸란 수지, 폴리이미드 수지, 시아네이트 수지, 말레이미드 수지 및 벤조시클로부텐 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 구체적으로 에폭시 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 실리콘 수지, 우레탄 수지, 또는 요소 수지이며, 바람직하게는 할로겐 프리 열경화성 접착제이다.
이중 에폭시 수지는 반응성, 내열성이 우수하여 바람직하며, 보다 바람직하게는 분자 내 브롬(Br) 등의 할로겐 원소를 불포함하는 비(非)할로겐계 에폭시 수지이다. 상기 에폭시 수지는 당 업계에 알려진 통상적인 에폭시 수지를 제한없이 사용할 수 있으며, 1분자 내에 할로겐 원소를 비포함하면서, 에폭시기가 2개 이상 존재하는 것이 바람직하다. 사용 가능한 에폭시 수지의 비제한적인 예를 들면, 비스페놀A형/F형/S형 수지, 노볼락형 에폭시 수지, 알킬페놀 노볼락형 에복시, 다관능형 페놀노볼락형 에폭시 수지, 바이페닐형, 아랄킬(Aralkyl)형, 나프톨(Naphthol)형, 디시클로펜타디엔형 또는 이들의 혼합 형태 등이 있다.
보다 구체적인 예를 들면, 비스페놀A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 S형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 안트라센 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 테트라메틸 비페닐형 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀 A 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀 S 노볼락형 에폭시 수지, 비페닐 노볼락형 에폭시 수지, 나프톨 노볼락형 에폭시 수지, 나프톨 페놀 공축 노볼락형 에폭시 수지, 나프톨 코레졸 공축 노볼락형 에폭시 수지, 방향족 탄화수소 포름알데히드 수지 변성 페놀 수지형 에폭시 수지, 트리페닐 메탄형 에폭시 수지, 테트라 페닐에탄형 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔 페놀 부가반응형 에폭시 수지, 페놀 아랄킬형 에폭시 수지, 다관능성 페놀 수지, 나프톨 아랄킬형 에폭시 수지 등이 있다. 이때 전술한 에폭시 수지를 단독 사용하거나 또는 2종 이상 혼용할 수도 있다.
상기 열경화성 수지의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 접착제 조성물의 총 중량(예, 100 중량부)을 기준으로 30 내지 70 중량부 일 수 있으며, 바람직하게는 40 내지 65 중량부일 수 있다. 전술한 함량 범위를 가질 경우 충분한 접착성과 우수한 내열성을 확보할 수 있다.
본 발명에 따른 접착제층(40)은 열가소성 수지를 더 함유함으로써, 접착성 향상, 가요성(Flexibility) 향상, 열응력 완화 등의 효과를 얻을 수 있다.
상기 열가소성 수지로는 당 분야에 알려진 통상적인 열가소성 수지, 열가소성 고무(rubber) 또는 이들 모두를 사용할 수 있다. 사용 가능한 열가소성 수지의 비제한적인 예로는 아크릴로니트릴-부타디엔 러버(NBR), 스티렌 부타디엔 러버(SBR), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 러버(ABS), 카르복실-말단화된 부타디엔 아크릴로니트릴 러버(CTBN), 폴리부타디엔(polybutadiene), 스티렌(styrene)-부타디엔(butadiene)-에틸렌 수지(SEBS), 탄소수 1 내지 8의 측쇠사슬을 소유하는 아크릴산(acrylic acid) 및/또는 메타크릴산(methacrylicacid) 에스테르 수지(아크릴 고무), 또는 이들의 1종 이상 혼합 등이 있다. 바람직하게는 아크릴계 러버일 수 있다.
전술한 열가소성 수지, 구체적으로 러버는 열경화성 수지인 에폭시 수지와의 반응이 가능한 관능기를 함유하는 것이 바람직하다. 구체적인 일례를 들면, 아미노기, 카르복실(carboxyl)기, 에폭시기, 수산기, 메톡시기, 이소시아네이트기, 비닐기 및 실라놀기로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 관능기이다. 이러한 관능기는 에폭시 수지와 강한 결합을 형성하므로, 경화 이후 내열성이 향상되어 바람직하다. 특히 본 발명에서는 접착성, 가요성 및 열응력의 완화효과 면을 고려하여 아크릴로니트릴(acrylonitrile)-부타디엔(butadiene) 공중합체(NBR)를 사용하는 것이 보다 바람직하며, 이러한 공중합체는 에폭시 수지와의 반응이 가능한 관능기로서 카르복실기를 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 열가소성 수지의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 접착제 조성물의 총 중량을 기준으로 1 내지 35 중량부 일 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 30 중량부이다. 상기 범위를 벗어날 경우 충분한 접착성을 얻을 수 없고, 내열성이 저하될 수 있다.
일 구체예를 들면, 상기 접착제층(40)을 구성하는 고분자 수지의 함량은 당해 접착제층의 전체 중량(예, 100 중량부)을 기준으로 하여 50 내지 90 중량부일 수 있으며, 바람직하게는 60 내지 85 중량부일 수 있다. 상기 고분자 수지로서 열경화성 수지와 열가소성 수지를 혼용하는 경우, 상기 열경화성 수지와 열가소성 수지의 혼합 비율은, 당해 고분자 수지 100 중량부를 기준으로 하여 20~80 : 80~20 중량비일 수 있으며, 바람직하게는 50~80 : 20~50 중량비일 수 있다.
본 발명에서는 당 업계에 알려진 통상적인 경화제를 제한 없이 사용할 수 있으며, 사용하고자 하는 에폭시 수지의 종류에 따라 적절하게 선택하여 사용할 수 있다. 사용 가능한 경화제의 비제한적인 예로는 이미다졸계, 페놀계, 무수물계, 디시안아미드계, 방향족 폴리아민 경화제가 있다. 사용 가능한 경화제의 비제한적인 예로는 페놀노볼락, 크레졸노볼락, 비스페놀A 노볼락, 나프탈렌형 등의 페놀계 경화제; 메타페닐렌디아민, 디아미노디페닐메탄(DDM), 디아미노디페닐술폰(DDS) 등의 폴리아민계 경화제 등이 있으며, 이때 이들을 단독으로 또는 2종 이상이 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 경화제의 함량은 특별한 제한이 없으며, 일례로 당해 접착제 조성물의 전체 중량(100 중량부)을 기준으로 0.1~10 중량부일 수 있다.
또한 본 발명의 에폭시 수지 조성물은 경화반응 속도를 높이기 위해 경화촉진제를 더 포함할 수 있다. 이러한 경화촉진제는 당 업계에 공지된 물질이라면 특별히 한정되지 않으나, 비제한적인 예로 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌디아민, 디메틸아미노에탄올, 트리(디메틸아미노메틸)페놀 등의 3급 아민계열; 2-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸 등의 이미다졸계열; 트리페닐포스핀, 디페닐포스핀, 페닐포스핀 등의 유기 포스핀계열; 테트라페닐포스포니움 테트라페닐보레이트, 트리페닐포스핀 테트라페닐보레이트 등의 테트라페닐보론염 등을 들 수 있다. 상기 에폭시 수지 조성물에 포함되는 경화촉진제의 함량은 특별히 한정되지 않으나, 경화성 등을 고려할 때, 열경화성 수지와 경화제의 총합 100 중량부를 기준으로 경화촉진제는 0.001 내지 0.5 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 당 업계에 알려진 통상적인 무기 충전제를 포함할 수 있다. 사용 가능한 무기 충전제의 비제한적인 예로는, 천연 실리카(natural silica), 용융 실리카(Fused silica), 비결정질 실리카(amorphous silica), 결정 실리카(crystalline silica) 등과 같은 실리카류; 보에마이트(boehmite), 알루미나, 수산화알루미늄[Al(OH)3], 탈크(Talc), 구형 유리, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 마그네시아, 클레이, 규산칼슘, 산화티탄, 산화안티몬, 유리섬유, 붕산알루미늄, 티탄산바륨, 티탄산스트론튬, 티탄산칼슘, 티탄산마그네슘, 티탄산비스무스, 산화티탄, 지르콘산바륨, 지르콘산칼슘, 질화붕소, 질화규소, 활석(talc), 운모(mica) 등이 포함된다. 이러한 무기 필러는 단독 또는 2개 이상으로 혼용하여 사용될 수 있다.
상기 무기 충전제의 크기는 특별히 제한되지 않으며, 평균 입경이 0.5~10 ㎛ 범위일 수 있다. 또한 상기 무기 충전제의 함량은 특별한 제한이 없으며, 일례로 당해 접착제 조성물 전체 중량(100 중량부)을 기준으로 0 내지 35 중량부일 수 있으며, 구체적으로 5~30 중량부일 수 있다.
본 발명에 따른 접착제층(40)은 실란 커플링제, 분산제, 난연제 필러 및 경화촉진제 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
실란 커플링제는 당 분야에 알려진 통상적인 것을 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 에폭시기를 갖는 실란 커플링제이다. 사용 가능한 에폭시기 실란 커플링제의 비제한적인 예로는, 3-(글리시딜록시)프로필)트리메톡시실란, 3-(글리시딜록시)프로필트리에톡시실란, 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸 트리메톡시실란, 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸 트리에톡시실란, 에폭시프록폭시프로필 트리메톡시실란, 또는 이들의 혼합물 등이 있다. 이러한 실란 커플링제의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 당해 접착제층(40)의 전체 100 중량부를 기준으로 하여 0 초과, 5 중량부 이하일 수 있으며, 바람직하게는 0.3 내지 1.5 중량부이다.
분산제는 접착제층 형성용 조성물을 구성하는 각 재료들을 분산시키고 거리 유지를 통해 재응집을 막아 전자파 흡수층의 균일한 물성을 발현하도록 하는 역할을 한다. 상기 분산제는 당 분야에 알려진 통상적인 것을 사용할 수 있으며, 일례로 고분자량의 블록 공중합체 타입의 분산제 등이 있다. 혼용되는 무기 충전제의 분산성을 보다 향상시킬 수 있는 습윤성 분산제를 사용하는 것이 바람직하다. 사용 가능한 습윤 분산제로는, 도료 분야에 사용되는 통상적인 분산 안정제라면 특별히 한정되지 않으며, 일례로 BYK사의 Disperbyk-110, 111, 161, 180 등이 있다. 상기 분산제의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 당해 접착제층(40)의 전체 100 중량부를 기준으로 하여 0 초과, 5 중량부 이하일 수 있으며, 바람직하게는 0.1 내지 2 중량부일 수 있다.
또한, 본 발명에서는 접착제층(40)에 난연성을 부여하기 위하여 1종 이상의 난연제 필러를 더 포함할 수 있다. 여기서 난연제 필러의 종류는 특별히 한정하지는 않으나, 상기한 난연제 필러의 첨가로 인하여 본 발명에 따르는 연성 금속 적층판(120)은 UL 규격의 수직 연소 시험(VW-1시험)에 합격하는 난연성을 부여하는 것이 바람직하다.
보다 상세하게는, 난연제 필러로는 할로겐 난연제, 인계 난연제, 질소계 난연제, 금속계 난연제 및 안티몬계 난연제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 그 중에서도, 브롬계 난연제, 염소계 난연제 등의 할로겐계 난연제나 인계 난연제가 바람직하며, 보다 바람직하게는 인계 난연제이다. 상기 난연제 필러의 함량은 특별히 한정하지 않으며, 일례로 당해 접착제층(40)의 전체 중량 대비 5 내지 30 중량부, 바람직하게는 5 내지 15 중량부, 보다 바람직하게는 5 내지 10 중량부 범위일 수 있다. 전술한 함량으로 포함되는 경우, 접착제층(40)에 충분한 난연성을 부여할 수 있으며, 우수한 유연성과 신장율을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 구현예를 들면, 상기 접착제층(40)을 구성하는 열경화성 접착제 조성물은, 당해 조성물 100 중량부를 기준으로 비할로겐계 에폭시 수지 30 내지 70 중량부; 열가소성 수지 1 내지 35 중량부; 경화제 (첨가제) 0.1~10 중량부; 및 무기 충전제 0~30 중량부를 포함하는 조성일 수 있다. 여기서, 에폭시 수지는 내화학성 및 굴곡성을 구현할 수 있으며, 열가소성 수지는 접착력 및 굴곡성 향상 및 열응력 완화 효과를 나타낸다. 이때 상기 열경화성 접착제 조성물은 유기용제를 포함할 수 있으며, 상기 유기용제의 사용량은 당해 조성물 전체 100 중량부를 맞추는 잔량의 범위일 수 있다.
전술한 성분 이외에, 본 발명은 상기 접착제층(40)의 고유 특성을 해하지 않는 한, 필요에 따라 당 업계에 일반적으로 알려진 난연제, 상기에서 기재되지 않은 다른 열경화성 수지나 열가소성 수지 및 이들의 올리고머와 같은 다양한 고분자, 고체상 고무 입자 또는 자외선 흡수제, 실란 커플링제, 항산화제, 중합개시제, 염료, 안료, 증점제, 레벨링제, 산화방지제, 은폐제, 윤활제, 가공 안정제, 가소제, 발포제, 보강제, 착색제, 충전제, 과립제, 금속 불활성제 등과 같은 기타 첨가제 등을 추가로 포함할 수 있다.
상기 접착제층(40)의 두께는 특별히 한정되지 않으며, 일례로 5 내지 30 ㎛ 일 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 20 ㎛ 일 수 있다.
전술한 3가지 실시형태로 구성되는 본 발명의 연성 금속 적층판(100, 110, 120)은 절연성 필름(20)을 중심으로 일면 또는 양면에 각각 구리(Cu)와 니켈(Ni)을 유효성분으로 함유하는 적어도 2원계 이상의 합금층(alloy)을 구비함으로써, 합금층의 높은 비저항, 온도에 따른 낮은 저항 변화율을 이용하여 발열 특성이 요구되는 분야, 예컨대 광통신용 광모듈(optical module)의 연성 금속 복합기판 용도에 적용될 수 있다. 상기 발열 온도는 특별히 제한되지 않으며, 일례로 평균 작동온도 (유지온도)는 65℃±10%이며, 최대 온도는 120℃ 이하, 구체적으로 85 내지 105 ℃일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 연성 금속 적층판(100)에서 합금층(10)에 대한 절연성 필름(20)의 접착력(Peel stregth) 값은 0.5 kgf/cm 이상, 바람직하게는 0.8 내지 1.2 kgf/cm일 수 있다. 여기서, 접착력(Peel Strength) 값은 IPC-TM-650 2.4.9 규격에 따라 측정된 것을 의미한다.
한편 본 발명에서는 전술한 도 1 내지 3에 도시된 실시예를 예시적으로 설명하고 있다. 그러나, 상기 연성 금속 적층판(100, 110, 120)을 구성하는 각 층의 개수와 이들의 적층 순서를 용도에 따라 자유롭게 선택하여 구성하는 것도 본 발명의 범주에 속한다. 일례로, 각 층(10, 20, 40)들의 순서를 변경하거나 또는 당 분야의 통상적인 다른 층을 도입하여 예시된 구조 보다 다층 구조를 가질 수도 있다.
<연성 금속 적층판의 제조방법>
이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 연성 금속 적층판의 제조방법에 대해 설명한다. 그러나 하기 제조방법에 의해서만 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 각 공정의 단계가 변형되거나 또는 선택적으로 혼용되어 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 연성 금속 적층판은 당 업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 제한 없이 제조될 수 있으며, 크게 하기 3가지의 실시형태를 가질 수 있다.
상기 연성 금속 적층판을 제조하는 첫번째 실시 형태는 열압착 라미네이션 (Lamination) 공정을 이용하는 것이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연성 금속 적층판(100, 110)의 제조공정을 개략적으로 도시한 것으로서, 일례로 도 6은 라미네이션 공정을 이용한 단면(單面) 연성 금속 적층판(100)의 제조공정도이며, 도 7은 라미네이션 공정을 이용한 양면(兩面) 연성 금속 적층판(110)의 제조공정도이다.
상기 도 6~7을 참조하여 양면 연성 금속 적층판을 제조하는 일 구체예를 들면, (i) 적어도 2원계 이상의 합금(alloy)으로 이루어진 2개의 금속 기판을 준비하는 단계; 및 (ii) 상기 2개의 금속 기판 사이에 절연성 필름을 개재시킨 후 라미네이션(Lamination)하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 절연성 필름은 폴리이미드 필름 또는 열가소성 폴리이미드층이 코팅된 폴리이미드 필름일 수 있다. 또한 상기 폴리이미드 필름 또는 열가소성 폴리이미드층은 각각 가경화(pre-cured) 또는 완전 경화된 상태일 수 있다. 이때 가경화 상태의 폴리이미드 필름을 사용할 경우, 이후 단면 또는 양면 연성 금속 적층판 제조시 폴리이미드 필름과 금속 기판과의 접착력을 보다 상승시킬 수 있다.
여기서, 가경화는 이미 경화과정을 거쳐 일정 수준 이상 경화된(cured) 상태, 즉 가경화(pre-cured) 상태를 의미한다. 일례로 경화도(degree of cure, D)가 약 40% 내지 80%일 수 있다. 또한 완전 경화는 경화도가 80% 이상, 바람직하게는 80~100%인 상태를 의미한다.
이어서, 2개의 합금 기판 사이에 절연성 필름을 개재시킨 후 열 압착 라미네이션 공정을 실시한다.
상기 압착 공정 조건은 당 업계에 알려진 통상적인 범위 내에서 적절히 조절할 수 있다. 일례로, 열압착 Lami. 공정(롤투롤)시 조건은 200 내지 400℃의 온도, 3 내지 200 kgf/cm2의 압력, 및 압착속도 0.1m/min 내지 10m/min 조건 하에서 수행될 수 있으며, 질소 등의 불활성 가스 분위기 하에서 실시될 수 있다. 그러나 이에 특별히 제한되지 않는다. 이와 같이 저온 조건하에서 압착(라미네이션) 공정을 수행할 경우, 우수한 접착력 특성과 외관 물성을 확보할 수 있다.
필요에 따라, 압착공정 이후 열처리 공정을 실시할 수 있다. 이러한 열처리 조건은 특별히 제한되지 않으며, 당 분야에 공지된 조건 내에서 적절히 수행할 수 있다.
여기서, 합금 기판과 절연성 필름(예컨대, 폴리이미드 필름)은 각각 시트 형상일 수 있으며, 또는 롤 형상의 합금 기판과 절연성 필름(예컨대, 폴리이미드 필름)이 롤투롤(roll-to-roll) 방식에 따라 연속식으로 라미네이트된 후 롤형으로 권취될 수 있다. 이러한 롤투롤(roll-to-roll) 연속 생산방식을 적용할 경우, 제조공정의 간소화, 및 수율 증가로 인한 공정비용 감소를 도모할 수 있다. 그 외에, 시트-투-시트(sheet to sheet) 합지, 롤-투-시트(roll to sheet) 합지 등을 이용할 수도 있다.
본 발명에 따른 연성 금속 적층판을 제조하는 두번째 실시 형태는 캐스팅(Casting)법을 이용하는 것이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 연성 금속 적층판(100, 110)의 제조공정을 개략적으로 도시한 것으로서, 일례로 도 8은 캐스팅법을 이용한 단면(單面) 연성 금속 적층판(100)의 제조공정도이며, 도 9는 캐스팅법을 이용한 양면(兩面) 연성 금속 적층판(110)의 제조공정도이다.
상기 도 8~9를 참조하여 양면 연성 금속 적층판을 제조하는 일 구체예를 들면, (i) 적어도 2원계 이상의 합금 기판(예, 제1 금속 기판)의 일면 상에 폴리이미드 용액을 도포한 후 건조하여 폴리이미드 코팅층을 형성하는 단계; 및 (ii) 상기 폴리이미드 코팅층이 형성된 합금 기판의 일면과, 적어도 2원계 이상의 합금 기판(예, 제2 금속 기판)을 서로 접하도록 배치한 후 접합하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 폴리이미드 용액을 합금 기판 상에 도포하는 방법은 캐스팅 (Casting) 방식일 수 있으나, 이에 특별히 한정하지 않으며, 당 분야에 알려진 통상적인 코팅방법을 제한 없이 사용할 수 있다. 일례로, 딥(Dip) 코팅, 다이(Die) 코팅, 롤(roll) 코팅, 슬롯다이, 콤마(comma) 코팅 또는 이들의 혼합 방식 등 다양한 방식을 이용할 수 있다. 상기 건조공정은 당 분야에 알려진 통상적인 조건 내에서 적절히 실시할 수 있으며, 일례로, 80 내지 250℃에서 수행될 수 있다.
이후, 경화 공정은 당 분야에 알려진 통상적인 범위 내에서 적절히 실시할 수 있으며, 200 내지 400℃의 온도 조건 하에서 수행될 수 있다. 필요에 따라, 경화된 결과물을 플라즈마 표면처리(plasma surface treatment)를 실시한 후 슬릿팅할 수 있다.
이어서, 경화된 결과물을 가열롤을 구비하는 라미네이션 공정을 통해 열압착 공정을 수행할 수 있다. 또는 전술한 경화온도 조건의 가열 롤을 구비하는 라미네이션 공정을 통해 경화 공정과 열압착 공정을 동시에 수행할 수도 있다.
한편 본 발명에서는 폴리이미드 용액을 하나의 합금 기판 상에 도포하는 것을 구체적으로 예시하여 설명하였다. 그러나, 2개의 합금 기판 모두에 폴리이미드 용액을 도포하고 이들을 대향배치한 후, 열압착하여 연성 금속 적층판을 구성하는 것도 본 발명의 범주에 속한다.
본 발명에 따른 연성 금속 적층판을 제조하는 세번째 실시 형태는 배치식 경화(batch cure) 공정을 이용하는 것이다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 연성 금속 적층판(120)의 제조공정을 개략적으로 도시한 것이다.
상기 도 10을 참조하여 양면 연성 금속 적층판(120)을 제조하는 일 구체예를 들면, (i) 폴리이미드 필름의 일면 또는 양면 상에 접착제 조성물을 도포한 후 건조하여 접착제층을 형성하는 단계; (ii) 상기 2개의 금속 기판 사이에 접착제층이 형성된 폴리이미드 필름을 개재시켜 압착한 후 경화시키는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 접착제 조성물은 특별히 제한되지 않으며, 당 분야에 공지된 열경화성 접착제 조성물을 사용할 수 있다. 일례를 들면, 열경화성 수지와, 열가소성 수지, 경화제, 및 무기 충전제 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 구체예를 들면, 상기 열경화성 접착제 조성물은, 당해 조성물 100 중량부를 기준으로 비할로겐계 에폭시 수지 30 내지 70 중량부; 열가소성 수지 1 내지 35 중량부; 경화제 (첨가제) 0.1~10 중량부; 및 무기 충전제 0~30 중량부를 포함하는 조성일 수 있다. 필요에 따라, 실란 커플링제, 분산제, 난연제 필러 및 경화촉진제 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
이어서, 준비된 폴리이미드 필름 상에 열경화성 접착제 조성물을 도포한 후 건조한다.
상기 열경화성 접착제 조성물을 폴리이미드 필름 상에 도포하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 당 분야에 알려진 통상적인 코팅방법을 제한 없이 사용할 수 있다. 일례로, 캐스팅(Casting) 방식, 딥(Dip) 코팅, 다이(Die) 코팅, 롤(roll) 코팅, 슬롯다이, 콤마(comma) 코팅 또는 이들의 혼합 방식 등 다양한 방식을 이용할 수 있다. 상기 건조공정은 당 분야에 알려진 통상적인 조건 내에서 적절히 실시할 수 있다. 일례로, 건조는 60 내지 200℃에서 수행될 수 있다. 건조된 열경화성 접착제 조성물(접착제층)은 가경화(pre-cured) 또는 반경화된 상태일 수 있다. 이와 같이 미경화된 상태의 접착제층을 사용할 경우, 이후 양면 연성 금속 적층판 제조시 폴리이미드 필름과 금속 기판(합금층)과의 접착력을 보다 상승시킬 수 있다.
이어서, 폴리이미드 필름 상에 형성된 접착제층과 2개의 합금 기판이 서로 대향하도록 배치하여 압착 공정을 실시한 후, 이를 롤형으로 권취하여 히팅 오븐에서 배치식으로 후경화를 실시한다. 이때, 접착제층과 하나의 합금기판을 압착한 후, 다른 하나의 합금 기판을 순차적으로 대향 배치하고 후경화를 통해 연성 금속 적층판을 구성하는 것도 본 발명의 범주에 속한다.
상기 압착공정 및 후경화 공정의 조건은 특별히 제한되지 않으며, 당 업계에 알려진 통상적인 범위 내에서 적절히 조절할 수 있다.
<연성 금속 복합기판>
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전술한 연성 금속 적층판이 구비된 연성 금속 복합기판을 제공한다.
여기서, 연성 금속 복합기판은 연성 금속 인쇄회로기판(FPCB)을 지칭할 수 있으며, 적어도 1층 이상의 회로패턴 상에 커버레이 필름(coverlay film, CL)이 적층된 구조일 수 있다.
도 4 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연성 금속 복합기판(200, 210)의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도로서, 일례로 도 4는 하나의 연성 금속 적층판(110)을 포함하는 연성 금속 복합기판(200)의 단면도이며, 도 5는 2개의 연성 금속 적층판(100, 110)을 포함하는 연성 금속 복합기판(210)의 단면도이다.
도 4에서 도 1~3과 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다. 이때 동일 참조부호로 표시된 각 부재(10, 20, 40, 50, 150)는 서로 동일하거나 또는 상이한 구성을 가질 수 있으며, 편의상 제1-, 제2-로 기재한다. 이하 도 4에 대한 설명에서는 도 1~3과 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며, 차이점에 대해서만 설명한다.
상기 도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명의 연성 금속 복합기판(200)은, 2개의 커버레이 필름(150) 사이에 하나의 연성 금속 적층판(110)이 배치되고, 이들이 일체화된 구조를 갖는다. 구체적으로, 제1 고분자 필름(50)과 제1 접착제층(60)을 포함하는 제1 커버레이 필름(150); 제2 고분자 필름(50)과 제2 접착제층(60)을 포함하는 제2 커버레이 필름(150); 및 상기 제1 커버레이 필름(150)의 제1 접착제층(60)과 제2 커버레이 필름(150)의 제2 접착제층(60) 사이에 개재(介在)된 연성 금속 적층판(110)을 포함한다.
2개의 커버레이 필름(150) 사이에 배치되는 연성 금속 적층판(110)은, (i) 절연성 필름(20); 및 제1 합금층(10)이 적층된 단면(單面) 연성 금속 적층판이거나; 또는 (ii) 제1 합금층(10); 절연성 필름(20); 및 제2 합금층(10)이 적층된 양면(兩面) 연성 금속 적층판일 수 있다. 바람직하게는 양면 연성 금속 적층판(110)일 수 있다.
구체적으로, 도 4의 연성 금속 적층판(110)의 일면에 위치하는 제1 합금층(10)은 제1 커버레이 필름(150)의 제1 접착제층(60)과 절연성 필름(20) 사이에 배치되고, 상기 제2 합금층(10)은 절연성 필름(20)과 제2 커버레이 필름(150)의 제2 접착제층(60) 사이에 배치되며, 이들이 일체로 합지된 구조일 수 있다.
상기 연성 금속 적층판(110)에서, 제1 합금층(10)과 제2 합금층(10) 중 적어도 하나, 또는 이들 모두(10)는 당 분야에 알려진 통상적인 건식 또는 습식에칭을 통해 회로 패턴부를 형성할 수 있다. 도 4에 표시되지 않았으나, 상기 연성 금속 적층판(100)에서 제1 합금층(10)과 제2 합금층(10) 중 적어도 하나, 구체적으로 제1 합금층(10) 및 제2 합금층(10)은 각각 소정의 면적, 선폭과 형상을 갖는 적어도 1층의 회로패턴이 형성되어 있을 수 있다. 특히 회로패턴층과, 상기 회로층을 절연시키는 포토 솔더 레지스트(PSR) 층이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한 도 4에 도시되지 않았으나, 상기 연성 금속 복합기판(200)은 제1 커버레이 필름(150)과 제2 커버레이 필름(150)을 관통하는 적어도 하나의 관통홀(미도시)을 포함하며, 상기 관통홀을 통해 전기적으로 도통하는 구조를 가질 수 있다.
또한 제1 커버레이 필름(150)과 제2 커버레이 필름(150)은 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 고분자 필름에 접착제가 코팅된 복합 필름, 또는 이에 더하여 이형필름까지 합친 것을 일컫는다. 이러한 커버레이 필름(150)은 연성 동박 적층판(110)의 상하면에 위치하는 제1 합금층(10) 및 제2 합금층(10)과 각각 밀착하며, 구체적으로 에칭된 FPCB(flexible Printed Circuit Board)의 노출된 회로패턴을 보호하고 절연하기 위한 용도로 사용된다. 또한 크랙 발생을 방지하는 역할을 한다.
상기 제1 커버레이 필름(150)과 제2 커버레이 필름(150)은 당 분야에 알려진 통상적인 구성을 가질 수 있으며, 구체적으로 고분자 필름(50), 및 접착제층(40)이 순차적으로 적층된 다층 구조일 수 있다.
제1 고분자 필름(50)과 제2 고분자 필름(50)은 커버레이 필름(150)의 기재필름이다.
이러한 제1 및 제2 고분자 필름(50)은 각각 커버레이 분야에 사용되는 통상적인 고분자를 사용할 수 있으며, 서로 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 사용 가능한 고분자 필름의 비제한적인 일례를 들면, 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리페닐렌 술파이드, 폴리에스테르술폰, 폴리에테르에테르 케톤, 방향족 폴리아마이드, 폴리카보네이트 및 폴리아릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는 폴리이미드(PI) 필름이다. 상기 제1 및 제2 고분자 필름(50)의 두께는 특별히 한정되지 않으며, 일례로 5 내지 125 ㎛일 수 있으며, 바람직하게는 7.5 내지 25.0 ㎛ 이다.
또한 제1 및 제2 접착제층(60)은 제1 및 제2 고분자 필름(50), 예컨대 폴리이미드(PI)층의 타면 상에 소정의 두께로 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제2 접착제층(60)은 당 분야에 알려진 통상적인 접착제를 사용할 수 있으며, 일례로 아크릴계 접착제, 실리콘계 접착제, 에폭시계 접착제 또는 이들의 혼합 성분을 함유할 수 있다. 또한 제1 및 제2 접착제층(60)의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 일례로 5 내지 30 ㎛ 일 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 20 ㎛일 수 있다.
전술한 제1 및 제2 접착제층(60)의 표면, 즉 제1 및 제2 고분자 필름(50)과 접촉하지 않는 비접촉면에는, 제1 및 제2 접착제층(50)을 보호하기 위해 이형층(미도시)이 부착될 수 있다.
이러한 이형층은 당 분야에 알려진 통상적인 것을 사용할 수 있으며, 일례로 이형지(release paper), 및 이형 고분자 필름(예컨대, 이형 PET 필름) 중 어느 하나일 수 있다. 이러한 이형층은 라미네이팅으로 형성될 수 있다. 상기 이형 고분자 필름은 당 분야에 알려진 통상적인 플라스틱 필름 등의 구성을 제한 없이 적용할 수 있다. 사용 가능한 플라스틱 필름의 비제한적인 예로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 등의 폴리에스터 필름, 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 셀로판, 다이아세틸셀룰로스 필름, 트라이아세틸셀룰로스 필름, 아세틸셀룰로스부티레이트 필름, 폴리염화비닐 필름, 폴리염화비닐리덴 필름, 폴리비닐알코올 필름, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체 필름, 폴리스타이렌 필름, 폴리카보네이트 필름, 폴리메틸펜텐 필름, 폴리설폰 필름, 폴리에터에터케톤 필름, 폴리에터설폰 필름, 폴리에터이미드 필름, 폴리이미드 필름, 불소수지 필름, 폴리아마이드 필름, 아크릴수지 필름, 노보넨계 수지 필름, 사이클로올레핀 수지 필름 등이 있다. 이들 플라스틱 필름은, 투명 혹은 반투명의 어느 것이어도 되며, 또한 착색되어 있어도 되거나 혹은 무착색의 것이라도 되며, 용도에 따라서 적당히 선택하면 된다.
본 발명에 따른 연성 금속 복합기판(200)은, 당 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있다. 일례로, 1층 이상의 회로패턴을 포함하는 연성 금속 적층판(110); 및 상기 연성 금속 적층판(110)의 양면 상에 배치되는 커버레이 필름(150)을 순차적으로 적층한 후 열 압착하여 제조될 수 있다.
구체적으로, 연성 금속 적층판(110)의 적어도 일면, 구체적으로 양면에 형성된 적어도 1층의 회로패턴 상에, 제1 커버레이 필름(150)의 제1 접착제층(60)과 제2 커버레이 필름(150)의 제2 접착제층(60)을 각각 대향 배치한 후 접합하여 적층체를 구성한다. 이때 제1 및 제2 커버레이 필름(150)이 이형필름을 포함하는 경우, 이형필름을 탈착한 후 연성 금속 적층판(110)에 접합한다.
상기와 같이 적층체를 구성한 후 열 및/또는 압력을 가하여 열 압착한다. 이때 열 압착 조건은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 전술한 적층체를 구성한 후 약 130~180 ℃의 온도, 5~60 kgf/cm2의 압력, 및 50 내지 180분 조건하에서 열 압착할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 연성 금속 복합기판(210)의 단면 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5에서 도 1~4와 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다. 이하 도 5에 대한 설명에서는 도 1~4와 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며, 차이점에 대해서만 설명한다.
도 4의 연성 금속 복합기판(210)은 2개의 커버레이 필름(150) 사이에 하나의 양면 연성 금속 적층판(110)이 배치되고, 이들이 일체로 합지된 구조를 갖는 반면, 도 5의 연성 금속 복합기판(210)은 2개의 커버레이 필름(150) 사이에 2개의 연성 금속 적층판, 구체적으로 하나의 단면 연성 금속 적층판(100)과 하나의 양면 연성 금속 적층판(110)이 배치되고, 이들이 일체로 합지된 구조를 나타낸다. 즉, 도 4의 연성 금속 복합기판(200)은 2개층 (2L)의 합금층(10)을 포함하는 반면, 도 5의 연성 금속 복합기판(210)은 3개층(3L)의 합금층(10)을 구비한다.
상기 도 5를 참조하여 설명하면, 본 발명의 연성 금속 복합기판(210)은, 제1 커버레이 필름(150); 단면 연성 금속 적층판(100); 양면 연성 금속 적층판(110); 및 제2 커버레이 필름(150)이 적층되되, 상기 단면 연성 금속 적층판(100)의 절연성 필름(20)과, 상기 양면 연성 금속 적층판(110)의 제1 합금층(10) 사이에 배치된 접착제층(70)을 더 포함한다.
구체적으로, 도 5의 단면 연성 금속 적층판(100)의 일면에 위치하는 합금층(10)은 제1 커버레이 필름(110)의 제1 접착제층(60)과 단면 연성 금속 적층판(100)의 절연성 필름(20) 사이에 배치되고, 양면 연성 금속 적층판(100)의 일면에 위치하는 제1 합금층(10)은 접착제층(70)과 양면 연성 금속 적층판(110)의 절연성 필름(20) 사이에 배치되며, 상기 양면 연성 금속 적층판(110)의 타면에 위치하는 제2 합금층(10)은 제2 커버레이 필름(150)의 제2 접착제층(60)과 양면 연성 금속 적층판(110)의 절연성 필름(20) 사이에 배치되며, 이들의 일체화된 구조를 갖는다.
여기서, 접착제층(70)은 당 분야에 알려진 통상적인 접착제를 사용할 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 일례로, 전술한 연성 금속 적층판(120)에 구비되는 접착제층(40), 또는 커버레이 필름(150)에 구비되는 제1-2 접착제층(60)과 각각 동일하거나 또는 상이한 구성을 가질 수 있다.
한편 본 발명에서는 전술한 합금층(10)을 2개층(2L) 또는 3개층(3L)으로 포함하는 연성 금속 복합기판(200, 210)을 제조하는 것을 구체적으로 예시하고 있다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 상기 연성 금속 복합기판에 포함되는 합금층(10)의 개수나 회로패턴의 층수, 형상, 구조 등을 다양화하여 제조하는 것도 본 발명의 범주에 속한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 연성 금속 복합기판(200, 210)은 광을 정보전달매체로서 사용하는 광데이터 링크나 광(光) 지역정보 통신망(Local Area Network) 등의 광통신 시스템에 사용되는 광통신용 광모듈의 발열 인쇄회로기판으로 적용될 수 있다. 이러한 연성 금속 복합기판(200, 210)은 외부 전압 인가시 자체적으로 발열 특성을 나타내고, 이러한 발열 특성을 안정하게 나타내어 소정의 작동온도(예, 65℃±10%)를 지속적으로 유지시킬 수 있으므로, 광통신 전파의 증폭으로 인한 신호 손실을 최소화할 수 있다. 그 외 보안 시스템, 전장용(카메라 등), 의료용도로 적용 가능하며, 발열 특성이 요구되는 다양한 전자·통신기기에 적용될 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통해 구체적으로 설명하나, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명의 한 형태를 예시하는 것에 불과할 뿐이며, 본 발명의 범위가 하기 실시예 및 실험예에 제한되는 것은 아니다.
[실시예 1]
1-1. 단면 연성 금속 적층판의 제조
절연성 필름(열가소성 폴리이미드층이 코팅된 폴리이미드 필름, 25 ㎛)과 구리-니켈 합금 기판(두께: 12 ㎛)을 라미네이터를 이용하여 350℃에서 접합시켜 단면 연성 금속 적층판을 제조하였다.
1-2. 양면 연성 금속 적층판의 제조
절연성 필름(열가소성 폴리이미드층이 코팅된 폴리이미드 필름, 25 ㎛)을 2개의 구리-니켈 합금 기판 (두께: 12 ㎛) 사이에 배치한 후, 라미네이터를 이용하여 350 ℃에서 접합시켜 연성 금속 적층판을 제조하였다.
[비교예 1]
구리-니켈 합금 기판 대신 같은 두께를 가진 동박을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 실시하여 비교예 1의 단면 또는 양면 연성 동박 적층판을 제조하였다.
[실험예 1. 합금층의 표면특성 평가]
구리-니켈 합금 기판과 구리 기판의 표면 특성을 평가하기 위해서, 전자현미경(SEM, 6,000 배율)을 이용하였다.
도 11은 구리-니켈 2원계 합금 기판의 표면을 나타내는 SEM 사진이고, 도 12는 구리 기판의 표면을 나타내는 SEM 사진이다. 구리 기판은 대략 3 ㎛ 이하의 조도가 존재하는 것에 비해, 2원계 Cu-Ni 합금 기판은 조도가 거의 없는 평탄한 표면을 가졌다는 것을 알 수 있었다(하기 도 11~12 참조).
[실험예 2. 합금층의 전기적 물성 평가]
구리-니켈 합금 기판과 구리 기판을 이용하여 비저항 특성 및 온도 변화에 따른 저항 특성을 변화를 각각 측정하였으며, 이의 결과를 하기 표 1 및 도 13에 나타내었다.
이때 비저항 값은 IPC-TM-650 2.5.17 평가 방법에 따라 측정하였다.
실험 결과, 구리-니켈 합금층은 구리층에 비해 대략 29.2배 이상 높은 비저항값(specific resistance)을 갖는 것을 알 수 있었다.
또한 연성 적층 금속판에 Line 회로를 가공하여 준비된 시료의 Line 양측 끝단에 대하여, 고온 오븐에서 온도를 상온부터 210℃까지 증가하면서 온도 구간별로 저항을 측정하여 Line에 대한 저항 변화를 나타내었다.
온도에 따른 저항 변화를 확인한 결과, 구리-니켈 합금층의 저항값은 상온 및 고온 영역(예, 30 ~ 200℃)에 걸쳐 구리층 보다 적어도 10배 이상 높다는 것을 알 수 있었다. 특히 30℃에서 합금층의 저항값은 동박 대비 26.78배이며, 100℃에서는 21.93배, 150℃에서는 19.51배이며, 200℃에서는 16.90 배이었다. 또한, 소정의 온도(예, 50-100 ℃) 영역에서의 저항 변화율을 확인한 결과, 구리층은 온도가 증가함에 따라 저항이 증가하는 양상을 보인 반면, 합금층은 온도 변화에 따른 저항이 변화 없이 유지됨을 확인할 수 있었다(하기 도 13 참조).
따라서 본 발명에 따른 합금층은, 상온 및 고온 영역에서의 높은 비저항 차, 및 온도에 따른 낮은 저항 변화율을 가져 발열 용도로 적용할 수 있음을 확인할 수 있었다.
합금층 구리층
두께 (㎛) 12 ㎛ 12 ㎛
함량 Cu 56% + Ni 44% Cu 100%
비저항 (Ω·m) 49.0 × 10-8 1.68× 10-8
온도(50-100℃)에 따른
저항 변화율 (%/℃)		 0.001 14
패터닝법 FPCB Pattering Available FPCB Pattering Available
[실험예 3]
실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 연성 금속 적층판의 특성을 하기 측정방법에 따라 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 이때 각 평가항목의 측정방법 및 요구물성은 하기 표 2와 같다.
항목 요구 물성 실시예 1 비교예 1 평가방법
난연성 VTM-0 VTM-0 VTM-0 UL 94
접착력
(Peel Strength, 합금층)		 0.5 kgf/cm 1.1 - IPC-TM-650 2.4.9
접착력
(Peel Strength, 구리층)		 0.7 kgf/cm - 1.3 IPC-TM-650 2.4.9
내열성
(Solder Floating)		 288℃ × 10 sec Pass Pass IPC-TM-650 2.4.13
치수 안정성(에칭 후)
(MD/TD)		 0.1 % -0.01/-0.02 -0.01/-0.01 IPC-TM-650 2.2.4
표면 저항 (@PI, Ω) 1×106 1×1014 1×1014 IPC-TM-650 2.5.5.3
유전율 (@1MHz) < 3.5 3.2 3.2 IPC-TM-650 2.5.5.3
유전계수(@1MHz) < 0.01 0.005 0.005
인장강도
(Tensile strength, MPa)		 150 MPa 175 180 IPC-TM-650 2.4.19
신율(Elongation, %) 50% 95 100
흡습율
(Moisture absorption, %)		 < 2.0% 1.1 1.1 IPC-TM-650 2.6.2
실험 결과, 구리-니켈 합금층이 구비되는 본 발명의 연성 금속 적층판은, 모든 평가항목에서 동박을 구비하는 일반 연성 금속 적층판과 대등한 물성을 갖는다는 것을 확인할 수 있었다.
100, 110, 120: 연성 금속 적층판
10: 합금층
20: 절연성 필름
40: 접착제층
150: 커버레이 필름
50: 고분자 필름
60: 제1 접착제층, 제2 접착제층
70: 접착제층
200, 210: 연성 금속 복합기판

Claims (21)

  1. 절연성 필름; 및
    상기 절연성 필름의 일면 또는 양면에 배치되고, 구리와 니켈을 함유하는 적어도 2원계 이상의 합금층;을 포함하며,
    상기 합금층의 비저항 값은 2.0 × 10-8 Ω·m 이상이고,
    50 내지 100℃에서의 온도별 저항 변화율이 0.05%/℃ 이하인, 연성 금속 적층판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 합금층은,
    구리와 니켈을 함유하는 2원계 합금;
    구리, 니켈 및 제1 금속(M1)을 함유하는 3원계 합금; 또는
    구리, 니켈, 제1 금속(M1) 및 제2 금속(M2)을 함유하는 4원계 합금을 포함하는 연성 금속 적층판.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 2원계 합금에서 구리와 니켈의 합금 비는 54~58 : 46~42 중량비인 연성 금속 적층판.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 3원계 합금에 포함된 제1 금속(M1)은 Mn, Fe, Al 및 C 중 어느 하나인 연성 금속 적층판.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 3원계 합금에서 구리, 니켈 및 제1 금속(M1)의 합금 비는 53.9~56.5 : 46~42 : 0.1 ~ 1.5 중량비인 연성 금속 적층판.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 4원계 합금에 포함된 제2 금속(M2)은 Mn, Fe, Al 및 C 중 어느 하나로서, 상기 제1 금속(M1)과 상이한 연성 금속 적층판.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 4원계 합금에서 구리, 니켈, 제1 금속(M1) 및 제2 금속(M2)의 합금 비는 53.8 ~ 56.5 : 46~41 : 0.1~1.5 : 0.1~ 1.0 중량비인 연성 금속 적층판.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 합금층의 두께는 12 내지 35 ㎛인, 연성 금속 적층판.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 합금층의 표면 조도(Rz)는 1.0 ㎛ 이하인, 연성 금속 적층판.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 절연성 필름은 폴리이미드(polyimide) 필름, 또는 열가소성 폴리이미드층이 코팅된 폴리이미드 필름인 연성 금속 적층판.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 폴리이미드 필름 또는 열가소성 폴리이미드층은 각각, 착색제 및 무기충전제 중 적어도 하나를 더 포함하는 연성 금속 적층판.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 폴리이미드는 투명 폴리이미드, 착색 폴리이미드, 또는 블랙 폴리이미드인, 연성 금속 적층판.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 절연성 필름과 합금층 사이에 배치된 접착제층을 더 포함하는 연성 금속 적층판.
  14. 제1항에 있어서,
    IPC-TM-650 2.4.9에 따라 측정된 합금층에 대한 절연성 필름의 접착력(Peel stregth) 값이 0.5 kgf/cm 이상인, 연성 금속 적층판.
  15. 제1 고분자 필름과 제1 접착제층을 포함하는 제1 커버레이 필름; 및
    제2 고분자 필름과 제2 접착제층을 포함하는 제2 커버레이 필름; 및
    상기 제1 커버레이 필름과 제2 커버레이 필름 사이에 배치된, 제1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 기재된 연성 금속 적층판;
    을 포함하는 연성 금속 복합기판.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 연성 금속 적층판은,
    (i) 절연성 필름; 및 제1 합금층이 적층된 단면(單面) 연성 금속 적층판; 또는
    (ii) 제1 합금층; 절연성 필름; 및 제2 합금층이 적층된 양면(兩面) 연성 금속 적층판인, 연성 금속 복합기판.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 연성 금속 복합기판은,
    제1 커버레이 필름; 양면 연성 금속 적층판; 및 제2 커버레이 필름이 적층되되,
    상기 제1 합금층은 상기 제1 커버레이 필름의 제1 접착제층과 상기 절연성 필름 사이에 배치되고,
    상기 제2 합금층은 상기 제2 커버레이 필름의 제2 접착제층과 상기 절연성 필름 사이에 배치되며, 이들이 일체화된 연성 금속 복합기판.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 연성 금속 복합기판은,
    제1 커버레이 필름; 단면 연성 금속 적층판; 양면 연성 금속 적층판; 및 제2 커버레이 필름이 적층되되,
    상기 단면 연성 금속 적층판의 절연성 필름과, 상기 양면 연성 금속 적층판의 제1 합금층 사이에 배치된 접착제층을 더 포함하며, 이들이 일체화된 연성 금속 복합기판.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 합금층 중 적어도 하나는 소정의 형상으로 패턴화된 1층 이상의 회로 패턴을 포함하는 연성 금속 복합기판.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 연성 금속 복합기판의 평균 작동온도는 65℃±10%이며, 최대 온도는 120℃ 이하인, 연성 금속 복합기판.
  21. 제15항에 있어서,
    광통신용 광모듈에 적용되는 연성 금속 복합기판.
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