KR20210106811A - 연성회로기판 적층구조체의 제조방법 및 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연성회로기판 적층구조체의 제조방법에 관한 것으로, 베이스 필름을 산소-아르곤 혼합가스를 소스로 하는 이온빔 을 조사하여 표면처리함으로써, 우수한 접착성, 내열성, 치수안정성을 가지며, 생산성 향상에 기여할 수 있는 연성회로기 판 적층구조체의 제조방법 및 제조장치를 제공한다.

Description

연성회로기판 적층구조체의 제조방법 및 제조장치{METHOD MANUFACTURING STRUCTURE FOR FLEXIBLE PRINTED CIRCUIT BOARD AND DEVICE THEREOF}

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 속도를 증가시켜야 하는 과제를 가지고 있었다.

한국특허공개문헌 제10-2006-0012152호 (2007.03.30 공개)

본 발명의 목적은, 구체적으로는 우수한 접착성, 내열성, 치수안정성을 갖도록 베이스 필름의 표면처리를 할 수 있는 연성회로기판 적층구조체의 제조장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

연성회로기판 적층구조체를 제조하는 방법은 베이스 필름을 표면처리하는 단계; 상기 베이스 필름에 타이층을 형성하는 단계; 상기 타이층이 형성된 상기 베이스 필름에 금속통전층을 형성하는 단계; 및 상기 금속통전층이 형성된 상기 베이스 필름에, 금속의 증착에 의해 금속도금층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 베이스 필름에 산소-아르곤 혼합가스를 사한 이온빔을 조사하여 표면처리 하는 것을 특징으로 한다.

상기 베이스 필름은 폴리이미드 필름인 것을 특징으로 한다.

상기 산소 아르곤 혼합가스는 산소함량이 50% 이하인 것을 특징으로 한다.

상기 산소 아르곤 혼합가스는 산소함량이 20 내지 40% 인것을 특징으로 한다.

상기 금속통전층 및 상기 금속도금층에 사용되는 재료는 구리인 것을 특징으로 한다.

연성회로기판 적층구조체를 제조하는 장치는, 베이스 필름이 권출되는 권출 롤러; 상기 베이스 필름을 가이드하여 이송하는 필름 가이드 롤러; 이송된 상기 베이스 필름에 산소 아르곤 혼합가스를 사한 이온빔을 조사하여 표면처리를 수행하는 표면처리부; 표면처리된 상기 베이스 필름 상에 타이층을 형성하는 타이층 형성부; 표면처리된 상기 베이스 필름 상에 금속 통전층을 형성하는 금속 통전층 형성부; 상기 금속 통전층 상에, 금속도금층을 형성하는 금속 도금층 형성부; 및 상기 금속도금층이 형성된 상기 베이스 필름이 권취되는 권취 롤러를 포함한다.

상기 타이층 형성부가 타이층을 형성하는 동안 베이스 필름이 접촉되는 제1 메인드럼을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 메인드럼은, 냉각장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 금속 도금층 형성부가 금속 도금층을 형성하는 동안 베이스 필름이 접촉되는 제2 메인드럼을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 산소 아르곤 혼합가스는 산소함량이 50% 이하인 것을 특징으로 한다.

상기 산소 아르곤 혼합가스는 산소함량이 20 내지 40% 인것을 특징으로 한다.

본 발명의 기술적 사상에 따르면, 연성회로기판의 신뢰성에 큰 영향을 미치는 핀홀의 개수, 평균 입계 크기, 접착강도 및 인장강도 의 면에서 우수한 연성회로기판 적층구조체를 제조할 수 있는 장치 및 그 방법을 제공할 수 있다.

도 1a 및 1b는 본 발명에서 따른 연성회로기판 적층구조체의 단면구조를 나타내는 도면이다.
도2는 본 발명에 의한 연성회로기판 적층구조체의 제조장치를 나타낸 도면이다.
도 3a 및 3b는 스퍼터링 파워의 인가에 따른 타이층과 구리 박막의 두께와의 관계 및 구리 도금막의 두께 균일도를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 적층구조체의 제조장법에 의해 형성된 적층구조체의 굴곡특성과 비교예의 굴곡특성을 비교한 그래프이다.
도 5a 및 도 5b는 산소플라즈마에 의한 베이스 필름의 표면 상태 및 본 발명에 따른 이온빔 전처리에 의한 베이스 필름의 표면 상태를 도시하는 SEM 도면이다.
도 6은 산소플라즈마에 의하여 베이스 필름을 표면처리한 적층구조체의 내열성 테스트 결과를 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 본 개시의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 개시의 기술적 사상은 이하의 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하의 실시예들은 본 개시의 기술적 사상을 완전하도록 하고, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 개시의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 개시의 기술적 사상은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 개시를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 개시에서 사용되는 "포함한다 (comprises)" 및/또는 "포함하는 (comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성 요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명될 수 있다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재된 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위 또는 당해 기술 분야에 속한 통상의 기술자가 자명하게 이해할 수 있는 범위 내에서 구체적인 설명은 생략될 수 있다.

이하, 본 개시의 몇몇 실시예들에 대하여 첨부된 도면에 따라 상세하게 설명한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예 및 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1a 및 1b는 본 발명에서 따른 연성회로기판 적층구조체의 단면구조를 나타내는 도면이다. 도 1a를 참조하면, 적층구조체(10)는 베이스 필름(BF;Base Film)상에 마련되는 타이층(SL;Seed Layer) 및 타이층(TL) 상에 마련되는 금속 도금층(MP;Metal Plating)을 포함한다. 도 1b를 참조하면, 적층구조체(11)는 베이스 필름(BF)의 전, 후면에 각각 마련되는 타이층(TL) 및 타이층(TL) 상에 각각 적층되는 금속 도금층(MP)을 포함한다.

베이스 필름(BF)은 고분자 필름일 수 있다. 베이스 필름은 열적 안정성을 가지고 유리에 비해 가벼운 고분자 물질로 형성되어, 종래의 유리 기판을 대체할 수 있다. 예를 들어, 베이스 필름(BF)은 폴리이미드(Polyimide)로 형성될 수 있다. 폴리이미드는 연성회로기판(FPCB) 및 연성동박적층판(FCCL)의 핵심 재료이다. 베이스 필름(BF)은 인쇄회로기판으로 작동하기 위한 적정한 두께를 가질 수 있으며, 예를들어, 두께 12.5 내지 50 마이크로 미터의 두께를 가질 수 있다.

타이층(TL)을 베이스 필름(BF)의 일면 또는 전,후면 양면에 적층될 수 있다. 타이층(TL)을 베이스 필름(BF)에 증착하는 공정은 다음과 같다.

첫째로, 베이스 필름(BF)의 표면을 표면 활성화한다. 베이스 필름(BF)의 표면 활성화 단계는, 베이스 필름(BF)의 표면에너지를 증가시켜, 그 위에 적층되는 금속 도금층(MP)와의 접착력을 증가시킬 수 있다.

표면 활성화 방법은 UV 표면처리, 플라즈마 표면처리 또는 이온빔 표면처리를 이용할 수 있다.

UV 표면처리는 분자와 광자간의 광화학적(photo-chemical) 분해를 이용한 것으로 표면의 거칠기를 증가시키고 고분자 체인을 절단시키거나 새로운 화학 결합을 형성하여 친수성 기능기를 증가시키는 표면개질 방법이다. 상기 UV 표면처리는 수평광 모드로, 200 내지 420 nm의 파장을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 UV 표면처리의 UV 조사세기는 10 내지 30 mW/cm2이며, 바람직하게는 15 내지 25 mW/cm2을 사용할 수 있고, 조사시간은 1분 내지 20분일 수 있으며, 바람직하게는 5분 내지 10분이나 이에 제한되는 것은 아니다.

플라즈마 표면처리는 이온화되어 있으면서 전체적으로는 전기적 중성을 띠고 있는 기체인 플라즈마를 이용한 표면처리방법으로, 친수성 기능기를 증가시키는 표면개질 방법이다. 상기 플라즈마 처리는 아르곤 플라즈마, 질소 플라즈마 또는 산소 플라즈마로 이루어지 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 사용할 수 있으나, 이제 제한되는 것은 아니다. 상기 플라즈마 표면처리는 각각 비활성 질소가스 및 반응성 산소가스 주입 분위기에서 50 내지 300 W 출력으로 이루어 지며, 100 내지 150 W 출력을 갖는 것이 바람직하나 이에 제한 되는 것은 아니다. 또한, 상기 플라즈마 표면처리는 150 내지 300 mTorr 이하의 공정압력을 갖으며, 바람직하게는 150 내지 200 mTorr이다. 처리시간은 3분 내지 10분일 수 있으며, 바람직하게는 5분이나 이에 제한되는 것은 아니다. 플라즈마 표면처리는 공정형 이온빔 소스를 이용하여 이루어질 수 있다.

둘째로, 타이층(TL)을 스퍼터링으로 증착시킨다.

일반적으로 반도체 증착 기술은 크게 물리적 증착(Physical Vapor Deposition, PVD) 기술과 화학적 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 기술, 그리고 플레이팅(Plating) 증착 기술로 나누어진다.

물리적 증착(Physical Vapor Deposition : PVD) 기술은 목적하는 박막의 구성 원자를 포함 하는 고체의 타켓을 물리적인 작용(증발, 승화, 스퍼터링)에 의해 원자, 분자, 클러스터 상태로 해서 기판 표면에 수송하여 박막을 형성하는 방법이다. 스퍼터링(sputtering) 기법은 플라즈마 상태에서 이온화된 양이온 가스(Ar+)가 타겟(target)에 강하게 충돌하여 충돌한 에너지에 의해서 타겟(target) 물질이 기판 위에 증착되는 원리를 이용한 물리증착법(PVD)의 하나이다.

본 발명에서 타이층(TL)의 형성은 주석(Sn)과 니켈(Ni)의 합금 스퍼터링 타겟에 전력을 투입하여 스퍼터링을 실시함으로써 이루어질 수 있다. 이때, 타이층(TL)의 두께는 10 내지 50 nm 범위로 의도하는 조건에 따라 다양하게 정해질 수 있다. 합금 스퍼터링 타깃의 결정립의 평균 입경이나, 편차는 특별히 한정되지 않는다.

셋째로, 금속 도금층(MP)을 스퍼터링으로 증착시킨다.

금속 도금층(MP)은 타이층(TL) 공정과 연속공정으로 형성될 수 있다. 금속 도금층(MP)은 50 내지 300 nm 범위로 의도하는 조건에 따라 다양하게 정해질 수 있다.

본 발명에 따른 적층구조체(10)는 금속 도금층(MP)과 베이스 필름(BF) 사이의 밀착력 저하로 인한, 박리, 분리, 크랙, 핀홀, 결합으로 인한 저항 집중 등의 문제를 해소할 수 있다.

도2는 본 발명에 의한 연성회로기판 적층구조체의 제조장치(100)를 나타낸 도면이다. 연성회로기판 적층구조체의 제조장치(100)는 베이스 필름(1)에 타이층(TL) 및 금속 도금층(MP)을 적층하는 장치로, 히터(2), 표면처리 장치(3), 타이층 스퍼터링 캐소드(4a), 금속 통전층 스퍼터링 캐소드(4b), 금속 도금층 스퍼터링 캐소드(5), 제1 메인드럼(6), 제2 메인드럼(7), 필름 가이드 롤러(8), 권출 롤러(9), 권취 롤러(12)를 포함할 수 있다. 연성회로기판 적층구조체의 제조장치(100)는 내부를 진공상태로 만드는 진공챔버(13,14,15)를 포함할 수 있다.

베이스 필름(1)은 고분자 필름일 수 있다. 베이스 필름(1)은 열적 안정성을 가지고 유리에 비해 가벼운 고분자 물질로 형성되어, 종래의 유리 기판을 대체할 수 있다. 예를 들어, 베이스 필름(1)은 폴리이미드(Polyimide)로 형성될 수 있다.

히터(2)는 베이스 필름(1)을 가열하여 권출 된 폴리이미드 필름을 예열하는 장치일 수 있다. 히터(2)는 예를 들어, 적외선 히터일 수 있다. 히터(2)는 베이스 필름(1)을 60도 내지 80도 까지 가열하여, 베이스 필름(1)의 표면 활성화를 용이하게 할 수 있다.

표면처리 장치(3)는 플라즈마를 이용하여 베이스 필름을 표면처리 함으로써 접착력을 향상시킬 수 있다. 본 발명에 따른 표면처리 장치(3)는 혼합가스를 이온빔으로 조사하여 적층구조체의 내열접착강도, 동박인장강도, 초기접착강도, 핀홀 개수에서 우수한 효과를 가질 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 표면처리 장치(3)는 아르곤(Ar) 가스와 산소(O₂)가스의 혼합가스를 이온빔으로 조사할 수 있다. 아르곤 가스와 산소 가스의 혼합 비율은 산소 함량이 10 내지 50%일 수 있으며, 바람직하게는 20 내지 40% 이하일 수 있다.

항 목	제1 비교예	제2 비교예	제3 비교예	실시예
동박두께 편차(μm)	±0.8	±0.8	±0.8	±0.35
Pin hole 개수	35	25	55	8
평균입계크기(㎛)	2 ~ 3	3 ~ 5	0.7 ~ 1.0	0.1 ~ 0.3
초기접착강도(kgf/cm)	0.65	0.68	0.7	0.8
내열접착강도(kgf/cm)	0.35	0.38	0.4	0.45
동박인장강도	38	38	38	75

본 실시예에 따른 표면처리를 통해 제조된 적층구조체는 비교예 대비 우수한 퀄리티를 지닌 것으로 실험 결과가 나타났다. 표 1을 참조하면, 동박두께 편차의 경우, 본 실시예는 두께 편차가 0.35 마이크로미터 수준이었는데 반해, 제1 비교예 내지 제3 비교에는 0.8 마이크로미터 수준의 두께 편차가 나타났다. 이는, 도금액의 첨가제에서 함유되어 있는 특수한 레벨러의 반응작용에 의한 효과로 분석되었다.

표 1을 참조하면, 핀홀의 경우에는, 본 실시예가 제1 비교예(35개), 제2 비교예(25개), 제3 비교예(55)개에 비교하여 8개에 불과한 것으로 나타났다. 이는, 도금시 충진하는 캐리어의 특성 및 구리 결정 사이즈가 비교예 대비 낮으므로 충진밀도가 상승 하여 더욱 치밀하게 도금이 되면서 핀홀이 적게 발생하는 것으로 분석되었다.

표 1을 참조하면, 초기접착강도의 경우, 본 실시예에 따른 접착강도가 제1 비교예 내지 제3 비교예보다 높은 것으로 나타나, 접착강도가 개선된 것으로 확인하였다. 이는, 금속 도금층(구리)의 증착 전에 타이층으로 사용한 N-Cr-Sn 합금의 조성비를 통해 주석의 미소 함량이 동박막과 폴리이미드 필름 표면에서 아교역할을 하면서 접착력이 개선된 것으로 확인 하였다.

표 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 내열접착 강도가 비교예 대비 개선된 것으로 나타났다. 이는, 구리로 형성된 금속 도금층 자체의 내열성이 우수하 때문인 것으로 분석된다.

표 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 적층구조체의 인장강도가 비교예 대비 개선된 것으로 나타난다. 이는 도금액 첨가제에서 비교예 대비 광택제의 성분에서 아민의 성분조성비를 최적화 함에따라 금속 도금층의 강도가 상승되어 인장강도가 상승한 것으로 분석된다.

타이층 스퍼터링 캐소드(4a)는 베이스 필름(1)이 제1 메인드럼(6)과 접촉해 있는 동안 스퍼터링을 통해 타이층을 형성한다. 금속 통전층 스퍼터링 캐소드(4b)는 베이스 필름(1)이 제1 메인드럼(6)과 접촉해 있는 동안 스퍼터링을 통해 금속 통전층을 형성한다.

금속 도금층 스퍼터링 캐소드(5)는 타이층 및 금속 통전층이 형성된 베이스 필름(1) 상에 금속 도금층을 증착할 수 있다. 금속 도금층 스퍼터링 캐소드(5)는 베이스 필름(1)이 제2 메인드럼(7)과 접촉해 있는 동안 스퍼터링을 통해 금속 도금층을 형성한다.

제1 메인드럼(6)과 제2 메인드럼(7)은 베이스 필름(1)을 일 방향으로 가이드하는 역할을 수행한다. 제1 메인드럼(6)과 제2 메인드럼(7)은 공정 수행시 발생하는 높은 열로부터 베이스 필름(1)이 손상되는 것을 방지하기 위해 냉각시스템을 구비할 수 있다.

권출 롤러(9)는 롤(roll) 형상으로 말린 베이스 필름(1)을 일 방향으로 사출시키는 롤러일 수 있다. 권취 롤러(12)는 공정이 완료된 베이스 필름(1)을 일 방향으로 말아 수납하는 롤러일 수 있다. 권출 롤러(9)와 권취 롤러(12)는 베이스 필름(1)의 양단에 결합함으로써, 베이스 필름(1)에 적정한 장력을 제공할 수 있다.

이하, 이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 의한 연성회로기판 적층구조체의 제조장치(100)의 동작 방식에 대해 상세히 설명한다.

먼저, 베이스 필름(1)이 일정 장력으로 권출 롤러(9)로부터 권출된다. 권출된 베이스 필름(1)은 필름 가이드 롤러(8) 와 (8b) 사이에서 히터(2)에 의해 가열되고, 이어서 표면처리 장치(3)에 의해 표면처리된다. 이러한 표면처리의 예로서는, 플라즈마를 의하여 폴리이미드 필름을 표면처리 함으로써 접착력을 향상시키는 방법을 들 수 있다.

이후, 베이스 필름(1)은 필름 가이드 롤러(8c)를 거쳐 제1 메인드럼(6)으로 이송된다. 베이스 필름(1)이 제1 메인드럼(6)에 접촉해 있는 동안, 타이층 스퍼터링 캐소드(4a)에 의해 타이층이 먼저 형성되게 되고, 그 다음으로 금속 통전층 스퍼터링 캐소드(4b)에 의해 타이층상에 금속 통전층이 형성되게 된다. 스퍼터링을 수행하는 방식은 기존에 주지된 바와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다. 금속 통전층은 예를 들어, 구리, 금, 은, 알루미늄 등의 금속 소재로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

이후, 베이스 필름(1)은 제2 메인드럼(7)으로 이송된다. 도금층 스퍼터링 캐소드(5)는 베이스 필름이 제2 메인드럼(7)에 접촉해 있는 동안, 구리 통전층 상에 구리 도금층을 증착시킨다. 예를 들어, 도금층 스퍼터링 캐소드(5)는 전자총과 금속괴로 구성될 수 있다. 전자총은 금속괴에 전자빔을 조사하여 금속의 증발(evaporation)을 발생시키고, 증발된 구리 성분이 베이스 필름에 증착될 수 있다. 스퍼터링 장치는 전술한 예시에 한정되지 않으면 다양한 스퍼터링 장치들이 이용될 수 있다.

구리도금층이 형성된 베이스 필름(1)은, 이후 권취 롤러(12)에 권취된다.

본 발명의 연성회로기판 적층구조체의 제조장치(100)는 모든 구성요소가 진공챔버(13,14,15) 내에 구비되고, 따라서 모든 제조공정이 진공 상태에서 수행되게 된다. 종래에는 구리통전층까지 형성된 폴리이미드 필름을 진공챔버 내부에서가 아닌 외부 대기로 노출한 후, 습식도금 공정을 통해 구리도금층을 형성하게 되나, 본 발명에서는 이상에서 알 수 있는 바와 같이 진공챔버(13,14,15) 내부에서 증착에 의해 즉, 건식도금법으로 폴리이미드 필름에 구리도금층을 형성하도록 함으로써 종래의 습식도금 공정을 대체하고 있다.

따라서, 본 발명에 의하면 구리통전층이 형성된 폴리이미드 필름이 대기에 의해 산화되거나, 외부 대기에 존재하는 먼지 등에 의해 오염될 염려가 없다.

또한, 종래의 습식도금 공정에서 구리도금층을 형성하기 위해 사용하는 황산구리 수용액 등의 화학물질을 전혀 사용하지 않으므로, 이러한 화학물질에 의한 환경오염을 방지할 수 있다

도 3a 및 3b는 스퍼터링 파워의 인가에 따른 타이층과 구리 박막의 두께와의 관계 및 구리 도금막의 두께 균일도를 나타낸 도면이다.

도 3a는 구리 통전층을 증착하는 스퍼터링 공정에 있어서 스퍼터링 파워의 인가에 따른 타이층과 구리 박막의 두께와의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 3a를 참조하면, 스퍼터 파워가 증가함에 따라 동박막의 두께가 선형적으로 증가하는 것을 확인할 수 있다. 인가 전력이 높아지는 부분에서는 re-sputter 현상(스퍼터 입자가 기판에서 힘이 너무 가해지면 다시 튀어 나오는 현상)으로 인해 다시 튀어나오는 입자와 코팅되는 입자 간의 충돌로 인하여 다소 스퍼터 수율(yield)이 낮아지는 현상이 발생할 수 있다.

도 3b는 스퍼터링으로 도금한 구리 도금막의 두께 균일도를 나타낸 그래프이다.

도 3b는, 측정 방식은 매 1미터 간격으로 총 55개 포인트를 왼쪽에서 오른쪽으로 이동하면서 면저항을 측정 하여 이를 그래프로 나타낸 것으로 총 30미터를 이와 같은 방식으로 측정하여 평균값을 각 포인트 별로 계산하여 그리프화 하였다 결론적으로 3,000

±3% 이내에서 박막이 형성됨을 수치상으로 확인 하였다.

도 4는 본 발명에 따른 적층구조체의 제조장법에 의해 형성된 적층구조체의 굴곡특성과 비교예의 굴곡특성을 비교한 그래프이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 적층구조체의 굴곡특성이 5만회 이상의 구부림 시도에서도 크랙이 발생하지 않아 저항이 유지되는 것을 확인할 수 있는 반면, 국내외 타사에서 제조한 비교예는 적게는 4만회 많게는 7만회부터 크랙이 발생하며 저항이 급격이 상승하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 효과는 본 발명에 따른 적층구조체의 도금 기술의 우수성에 의한 것으로 분석된다.

도 5a 및 도 5b는 산소플라즈마에 의한 베이스 필름의 표면 상태 및 본 발명에 따른 이온빔 전처리에 의한 베이스 필름의 표면 상태를 도시하는 SEM 도면이다.

도 5a를 참조하면, 산소플라즈마로 표면처리한 베이스 필름 샘플의 표면 거칠기가 도시되고, 도 5b를 참조하면 산소-아르곤 혼합가스를 조사 한 이온빔에 의하여 표면처리한 베이스 필름 샘플의 표면 거칠기가 도시된다.

산소플라즈마로 표면처리한 베이스 필름은 표면의 거칠기가 25 μm 두께를 기준으로 평균제곱근 37.16

으로 나타난 반면, 본 발명에 따른 산소-아르곤 혼합가스를 조사한 이온빔에으로 표면처리한 베이스 필름은 표면의 거칠기가 25 μm 두께를 기준으로 평균제곱근 13.42

으로 나타나, 거칠기가 36%수준으로 낮아진 것으로 나타났다.

도 6은 산소플라즈마에 의하여 베이스 필름을 표면처리한 적층구조체의 내열성 테스트 결과를 나타낸 그래프이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 기술적 사상을 적용한 적층구조체(FEM)가 종래 적층구조체(A,B,C)에 비해 내열성 테스트 결과 내열성이 향상되는 것으로 나타났다.

본 발명인 연성회로기판 적층구조체의 제조방법은 전자 제품의 든 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.

MP : 금속 도금층 TL : 타이층
BF, 1 : 베이스 필름 10, 11 : 연성회로기판 적층구조체
100 : 연성회로기판 적층구조체 제조장치
2 : 히터 3 : 표면처리부
4a : 타이층 스퍼터링 캐소드 4b : 금속 통전층 스퍼터링 캐소드
5 : 금속 도금층 스퍼터링 캐소드 6 : 제1 메인드럼
7 : 제2 메인드럼 8a ~ 8f : 필름 가이드 롤러
9 : 권출 롤러 12 : 권취 롤러
13,14,15 : 진공 챔버

Claims (11)

1. 연성회로기판 적층구조체를 제조하는 방법에 있어서,
   베이스 필름을 표면처리하는 단계;
   상기 베이스 필름에 타이층을 형성하는 단계; 및
   상기 타이층이 형성된 상기 베이스 필름에, 금속의 증착에 의해 금속도금층을 형성하는 단계를 포함하고,
   상기 베이스 필름에 산소-아르곤 혼합가스를 사한 이온빔을 조사하여 표면처리 하는 것을 특징으로 하는 연성회로기판 적층구조체의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 베이스 필름은 폴리이미드 필름인 것을 특징으로 하는 연성회로기판 적층구조체의 제조방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 산소-아르곤 혼합가스는 산소함량이 50% 이하인 것을 특징으로 하는 연성회로기판 적층구조체의 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 산소-아르곤 혼합가스는 산소함량이 20 내지 40% 인것을 특징으로 하는 연성회로기판 적층구조체의 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 금속도금층을 형성하는 단계 이전에,
   상기 타이층이 형성된 상기 베이스 필름에 금속통전층을 형성하는 단계를 더 포함하는 연성회로기판 적층구조체의 제조방법.
6. 연성회로기판 적층구조체를 제조하는 장치에 있어서,
   베이스 필름이 권출되는 권출 롤러;
   상기 베이스 필름을 가이드하여 이송하는 필름 가이드 롤러;
   이송된 상기 베이스 필름에 산소 아르곤 혼합가스를 사한 이온빔을 조사하여 표면처리를 수행하는 표면처리부;
   표면처리된 상기 베이스 필름 상에 타이층을 형성하는 타이층 형성부;
   상기 타이층 상에, 금속도금층을 형성하는 금속 도금층 형성부; 및
   상기 금속도금층이 형성된 상기 베이스 필름이 권취되는 권취 롤러를 포함하는 연성회로기판 적층구조체의 제조장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 타이층 형성부가 타이층을 형성하는 동안 베이스 필름이 접촉되는 제1 메인드럼을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연성회로기판 적층구조체의 제조장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 제1 메인드럼은, 냉각장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 연성회로기판 적층구조체의 제조장치.
9. 제 6 항에 있어서,
   상기 금속 도금층 형성부가 금속 도금층을 형성하는 동안 베이스 필름이 접촉되는 제2 메인드럼을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연성회로기판 적층구조체의 제조장치.
10. 제 6 항에 있어서,
    상기 산소 아르곤 혼합가스는 산소함량이 50% 이하인 것을 특징으로 하는 연성회로기판 적층구조체의 제조장치.
11. 제 6 항에 있어서,
    표면처리된 상기 베이스 필름 상에 금속 통전층을 형성하는 금속 통전층 형성부를 더 포함하는 연성회로기판 적층구조체의 제조장치.
    

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