WO2015182881A1

WO2015182881A1 - 직접 도금에 의한 도전성 박막소재 및 이의 제조방법

Info

Publication number: WO2015182881A1
Application number: PCT/KR2015/004133
Authority: WO
Inventors: 문길환; 지성민
Original assignee: 하이쎌(주)
Priority date: 2014-05-28
Filing date: 2015-04-24
Publication date: 2015-12-03
Also published as: KR101468074B1

Abstract

본 발명은 기존의 연성회로기판이나 전기적 패턴이 형성되는 전자부품의 제작시 사용되는 원자재인 연성동막적층필름(FCCL)을 대체하되 일부 전처리 공정이 생략됨으로 제조공정의 단축 및 대량생산이 가능하며 연성 박막의 전기적 특정을 지니는 직접 도금에 의한 도전성 박막소재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

[규칙 제26조에 의한 보정 08.05.2015]　직접 도금에 의한 도전성 박막소재 및 이의 제조방법

본 발명은 도전성 박막소재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 자세하게는 기존의 연성회로기판이나 전기적 패턴이 형성되는 전자부품의 제작시 사용되는 원자재인 연성동막적층필름(FCCL)을 대체하되 일부 전처리 공정이 생략됨으로 제조공정의 단축 및 대량생산이 가능하며 연성 박막의 전기적 특정을 지니는 직접 도금에 의한 도전성 박막소재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

연성회로기판의 필수소재인 연성동박적층필름(Flexible Copper Clad Laminated, FCCL)은 10㎛ 두께의 얇은 절연필름 위에 동박을 붙인 회로기판으로, 재질이 딱딱한 경성기판과는 달리 작업성이 뛰어나고 내열성, 내굴곡성 및 내약품성이 뛰어나 전자제품 경량화에 적합한 장점이 있다.

최근 전자기기의 소형화 추세에 따라 이와 같은 연성동박적층필름의 수요가 급증하고 있으며 휴대전화, 액정표시장치(LCD), 플라즈마 표시패널(PDP), 하드디스크 드라이브(HDD), 개인휴대정보 단말기(PDA), 디지털카메라, 노트북 컴퓨터 등에 주로 사용된다.

연성동박적층필름의 주원료로는 폴리이미드(PI, Polyimide)를 사용하고 최근 성능이 좋은 폴리머(LCP)를 사용한 제품도 개발되고 있다.

종래의 연성동박적층필름(FCCL) 제조방법으로는 주로 폴리이미드로 이루어지는 베이스 기재상에 ① 접착층을 형성한 후 동박 포일을 부착하는 방법, ② 구리와의 밀착력 확보를 위하여 니켈 등의 시드레이어를 스퍼터링, 증착, 도금에 의하여 형성한 후 도금하여 막을 형성하는 방법, ③ 시드레이어를 무전해화학동으로 처리한 후, 전기 동도금을 추가하는 방법 등이 활용되고 있으며, 완성된 연성동장적층필름은 회로 배선이 형성된 이후 IC칩 등의 전자소자들을 실장하거나, LCD 패널과 PCB 기판을 상호 접속시키는 등의 역할을 하게 된다.

도 1은 종래의 연성동박적층필름 구조의 대표적인 예를 나타낸 단면도로서, 도면에 나타난 바와 같이 일반적인 연성동장적층필름은 베이스 필름(10) 위에 Ni-Cr 합금과 같은 이종금속으로 이루어진 시드레이어층(11)과, 구리 스퍼터링층(12), 구리 도금층(13)이 순차적으로 라미네이팅(laminating)된 구조를 갖는다.

이때, 베이스 필름(100)으로는 IC칩 본딩 등의 안정성을 위해 동박형태의 구리층과 열팽창률이 유사하고 내열성이 뛰어난 폴리이미드(Polyimide) 수지가 널리 사용되며, 구리 도금층(13)은 전해도금법을 통해 구리 스퍼터링층(12) 상에 형성된다.

이와 같은 종래의 연성동박적층필름에 도금층을 형성함에 있어 가장 기본이 되는 공정으로 베이스 필름(100) 표면의 이물질을 제거하고 표면에 양전하를 흡착시켜 이후 시드층의 부착을 용이하게 하는 탈지공정과, 베이스 필름(100) 표면의 밀착력을 향상시키기 위해 표면을 처리하는 공정이 있다.

탈지공정은 일반적으로 유기용제 등과 같은 탈지약품이 들어있는 탈지조에 베이스 필름(100)을 침지시키는 방식으로 진행되고, 탈지가 불충분할 경우 밀착불량, 광택불량, 거친도금, 부풀어 오름 등의 불량의 원인이 되어 도금 준비에 있어서 매우 중요한 공정이라 할 수 있다.

또한, 표면처리는 구체적으로 코로나(corona)방전 또는 플라즈마로 표면을 처리하는 화학적 방법과 에폭시, 아크릴, 우레탄 프라이머의 바코터 코팅 또는 인쇄를 통한 물리적 방법이 사용되고 있으며, 역시 도금층의 밀착력에 영향을 미치는 중요 공정이라 할 수 있어, 상기 탈지공정과 표면처리 공정에 많은 노력과 시간이 소요되고 있었다.

(특허문헌 1) 한국등록특허 제10-1147076호 (2012.05.17. 공고)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 종래의 연성동박적층필름(FCCL)을 대체할 수 있는 소재를 제조함에 있어 다양한 연성필름 소재에 대하여 기존 제조공법상 필수공정인 접착층, 시드레이어의 형성이나 프라이머 처리 등의 공정을 삭제하고 직접 동 도금을 수행함으로 공정을 간소화하면서도 우수한 물성을 확보할 수 있는 직접 도금에 의한 도전성 박막소재 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 위해 본 발명은 도전성 박막소재의 제조방법에 있어서, 절연성 합성수지재질의 연성필름을 준비하는 단계; 상기 연성필름의 표면에 산성 또는 알칼리성을 갖는 용액을 10㎚ 내지 10㎛ 범위의 입자로 압축분사하여 이물질을 제거하면서 표면을 개질하는 단계; 상기 연성필름을 산 용액에 침지하는 프리딥 단계; 상기 연성필름을 수세 후 표면에 음이온 형태의 촉매를 흡착시키는 단계; 상기 연성필름에 흡착된 촉매를 활성화하며 무전해도금에 의해 도금층을 형성하는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때 상기 절연성 합성수지재질의 연성필름은 폴리이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈렌, 폴리뷰틸렌테레프탈레이트, 폴리술폰, 폴리에테르, 폴리에테르이미드, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 아크릴 수지, 내열성 에폭시(Epoxy), 초산비닐수지(EVA), 부틸 고무수지, 폴리아릴레이트 중에서 선택될 수 있다.

또한, 상기 도금층의 두께는 0.3㎛ 내지 15㎛이며, 무전해도금에 사용되는 금속은 Cu, Sn, Ag, Au, Ni 또는 이들의 합금에서 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하다.

또한, 상기 촉매는 Au, Ag, Pt, Cu, Ni, Fe, Pd, Co 또는 이들의 합금에서 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 직접 도금에 의한 도전성 박막소재는 상술한 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다.

본 발명을 통해 종래의 연성동막적층필름(FCCL)을 대체하되 일부 전처리 공정이 생략됨으로 제조공정의 간소화를 통해 및 대량생산이 가능하며, 전처리에 대한 재료비의 절감이 가능하다.

도 1은 종래의 연성동박적층필름 구조의 대표적인 예를 나타낸 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 직접 도금에 의한 도전성 박막소재의 단면을 나타낸 단면도,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직접 도금에 의한 도전성 박막소재의 제조방법을 나타낸 순서도,

도 4는 도금층의 밀착력 측정방법 및 기준치를 나타내고 있는 도면,

도 5 및 6은 도 4의 밀착력 측정방법을 통해 본 발명을 통해 제조된 직접 도금에 의한 도전성 박막소재의 시험결과를 나타낸 도면,

도 7은 본 발명을 통해 제조된 직접 도금에 의한 도전성 박막소재를 이용하여 디지타이저 회로기판을 구현한 사례를 나타낸 도면,

도 8은 도 7에서 구현된 디지타이저 회로기판의 패턴측정 결과를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 직접 도금에 의한 도전성 박막소재 및 이의 제조방법에 대해 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 직접 도금에 의한 도전성 박막소재의 단면을 나타낸 단면도, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직접 도금에 의한 도전성 박막소재의 제조방법을 나타낸 순서도로서, 본 발명은 다음과 같은 공정을 통해 진행된다.

첫 번째 단계(S 110)는 절연성 합성수지재질의 연성필름을 준비하는 단계로서, 상기 연성필름은 기본적으로 폴리이미드(PI)를 적용할 수 있으나 이외에도 PET, PEN 및 유사한 물성을 지닌 다양한 연성필름소재를 사용할 수 있다.

연성필름의 대표적인 예로는 폴리이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈렌, 폴리뷰틸렌테레프탈레이트, 폴리술폰, 폴리에테르, 폴리에테르이미드, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 아크릴 수지, 내열성 에폭시(Epoxy), 초산비닐수지(EVA), 부틸 고무수지, 폴리아릴레이트 중에서 선택될 수 있다.

두 번째 단계(S 120)는 상기 연성필름의 표면에 산성 또는 알칼리성을 갖는 용액을 10㎚ 내지 10㎛ 범위의 입자로 압축분사 되도록 고압으로 분사하여 이물질을 제거하면서 표면을 개질하는 단계이다.

이때 연성필름 표면에 분사되는 용액의 산도는 PH 2 ~ 5 또는 PH 9 ~ 14 범위의 강산 또는 강 알칼리성을 띄게 되며, 사용되는 연성필름의 종류에 따라 상술한 범위 내에서 적절한 변화가 이루어지게 된다.

이 경우 분사조건은 표면 개질 상태에 따라 조정되는데, 분사압력은 0.5 내지 10㎫, 분사량은 0.1 내지 5ℓ/분으로 하며, 분사각은 40 내지 85°범위에서 조절하게 된다.

만약 단면 도금시에는 연성필름에 대하여 한쪽 면에만 노즐을 배열하여 분사가 이루어지고, 양면 도금시에는 연성필름의 양면 측 모두 노즐을 배열에서 표면 개질이 이루어지도록 한다. 첨부된 도 2에서는 연성필름(110)의 양면 측 모두 도금층(120)이 형성된 모습을 나타내고 있다.

종래에는 탈지조에 필름을 딥핑하여 공정이 진행되었으나 본 발명에서는 10㎚ 내지 10㎛ 범위의 입자가 압축분사 되도록 구성된 노즐을 통해 연성필름의 표면에 강산성 또는 강알칼리성의 용액을 고압을 직접 분사함으로 필름 표면의 이물질을 제거하는 동시에 10㎚ 내지 10㎛ 범위의 조도를 형성함으로 양전하의 흡착을 원활하게 함으로 이후의 촉매의 흡착을 돕고 도금층의 밀착력을 향상시켜주게 된다.

세 번째 단계(S 130)는 상기 연성필름을 산 용액에 침지하는 프리딥 과정으로 공정간에 발생한 산화막을 제거하고 이후 촉매의 흡착이 원활하도록 습윤성을 부여하게 되며, 10% 농도의 질산이나 황산용액에 상온에서 약 1분 30초가량 침지하게 된다.

네 번째 단계(S 140)는 상기 연성필름을 수세 후 표면에 음이온 형태의 촉매를 흡착시키는 과정으로, 프리딥을 마친 연성필름을 음이온 형태의 촉매 수용액에 침지하여 촉매가 연성필름표면에 흡착되도록 한다.

이때 촉매는 Au, Ag, Pt, Cu, Ni, Fe, Pd, Co 또는 이들의 합금에서 선택되는 어느 하나인 것으로 할 수 있으며, 바람직하게는 팔라듐 염을 사용할 수 있다.

이 경우 팔라듐성분이 500 ppm, 황산구리 0.1%, 안정제 1%의 성분으로 된 수용액을 사용하여 상기 수용액 내에 연성필름을 3분 내지 5분 담가 꺼낸 후 건조과정을 거쳐 무전해 동도금을 진행하게 된다.

다섯 번째 단계(S 150)는 상기 연성필름에 흡착된 촉매를 활성화하며 무전해도금에 의해 도금층을 형성하는 과정으로, 이온상태로 흡착된 팔라듐을 활성화시켜 금속 팔라듐으로 전환하여 무전해 도금 반응을 원활하게 한다.

상기 무전해 도금은 전이 금속염, 환원제, 착화제 등을 포함하는 롯셀염 타입의 도금액이 들어 있는 도금조에 담가 필요한 두께의 무전해 도금층이 연성기판 표면에 형성되도록 10분 내지 60분 동안 도금을 행하게 된다. 이는 금속이온이 포함된 화합물과 환원제가 혼합된 도금액을 사용하여 연성필름 표면에 금속을 환원 석출시키는 것으로 금속이온을 환원제에 의해 환원시킴으로써 진행될 수 있다.

주반응으로서 다음의 반응식에 의해 금속이온이 환원될 수 있다.

Metal ion + 2HCHO + 4OH- => Metal(0) + 2HCOO- + H2 + 2H2O

이때, 무전해 도금에 사용되는 상기 금속의 종류는 Ag, Cu, Au, Cr, Al, W, Zn, Ni, Fe, Pt, Pb, Sn, Au 등이 될 수 있고, 이들 원소는 단독으로 사용되거나 또는 2종 이상이 혼합되어 사용될 수 있다.

또한, 상기 무전해 도금에 사용되는 도금액은 도금하고자 하는 금속의 염 및 환원제 등을 포함하는 것일 수 있으며, 이때 환원제는 포름알데히드, 히드라진 또는 그 염, 황산 코발트(Ⅱ), 포르말린, 글루코오스, 글리옥실산, 히드록시알킬술폰산 또는 그 염, 하이포 포스포러스산 또는 그 염, 수소화붕소화합물, 디알킬아민보란 등이 있으며, 이 이외에도 금속의 종류에 따라 다양한 환원제가 사용될 수 있다.

나아가, 상기의 무전해 도금액은 금속이온을 생성하는 금속염, 금속이온과 리간드를 형성함으로써 금속이 액상에서 환원되어 용액이 불안정하게 되는 것을 방지하기 위한 착화제 및 상기 환원제가 산화되도록 무전해 도금액을 적당한 pH로 유지시키는 pH 조절제를 포함할 수 있다.

예를 들어, 동(구리) 도금층을 형성하고자 하는 경우에는, 황산구리, 포르말린, 수산화나트륨, EDTA(Ethylene Diamin Tera Acetic Acid) 및 촉진제로서 2.2-비피래딜을 첨가한 수용액을 이용하여 무전해 도금층을 형성할 수 있다.

상기 무전해 도금은 일반적인 수평, 수직의 판넬 도금장치와 롤투롤, 바렐도금장치를 이용할 수 있다.

이때 사용된 무전해 도금액의 성분 및 도금조건은 D/I Water 85%, 보충제 10~15%, 25%-NaOH 2~5%, 안정제 0.1~1%, 37% 포르말린 0.5~2%의 성분으로 10~15분간 Air 교반한 후 온도 50~50 ℃, pH 13 이상에서 20 ~ 60분간 도금하였다.

이와 같은 무전해 도금액을 통해 일반 화학동에 비해 에폭시, 폴리이미드 등의 수지계열의 재료에 대한 도금층의 표면 밀착력이 매우 우수한 특성을 나타낼 수 있다.

이때 상기 도금층의 두께는 0.3 내지 30㎛이며, 바람직하게는 1 내지 15 ㎛, 더욱 바람직하게는 2 내지 8㎛로 형성할 수 있고, 상기 화학 도금에 사용되는 금속은 Cu, Sn, Ag, Au, Ni 또는 이들의 합금에서 선택되는 어느 하나로 구성될 수 있고, 바람직하게는 Cu, Ag 또는 Ni가 사용될 수 있다.

도 4는 도금층의 밀착력 측정방법 및 기준치를 나타내고 있는 도면으로, 도금층의 밀착력을 측정하기 위한 구체적인 절차와 밀착력에 대한 기준에 대해 도시하고 있다.

측정을 위한 도구로는 크로스커터와 스카치테이프(3M-610)를 사용하였으며, 측정환경은 상온 (20 ~ 30℃)으로 하였다.

측정을 위해 먼저 도금층상에 크로스커터(YCC-230)를 사용하여 가로, 세로 격자 모양으로 일정간격으로 절개선을 형성하였다. 이후 브러시를 이용하여 대각선 방향으로 5회 정도 문질러 도금층 표면의 이물질을 제거하였으며, 3M-610 테이프를 기포가 형성되지 않도록 상기 절개선 부분에 붙인 후 1분 30초 경과 후 90도 각도로 빠르게 떼어내었다.

이와 같은 형식으로 도금층 시편 당 3포인트 지점을 측정한 후 평균을 산출하였으며, 구체적인 측정위치 및 측정기준은 첨부된 도면에서와 같다. 측정에 따른 기준은 절개선 형성 부분에 대하여 대부분의 도금면이 떨어져 나간 0B, 떨어진 면적인 35 ~65% 이내인 1B, 떨어진 면이 15 ~ 35% 이내인 2B, 떨어진 면이 5 ~ 15% 이내인 3B, 떨어진 면이 5% 수준인 4B, 떨어진 면이 없고 부드러운 수준인 5B까지 6단계로 구분하였으며, 4B ~ 5B 수준인 경우 합격처리 나머지는 불합격으로 처리하였다.

도 5 및 6은 도 4의 밀착력 측정방법을 통해 본 발명을 통해 제조된 직접 도금에 의한 도전성 박막소재의 시험결과를 나타낸 도면으로, 본 발명을 통해 제조된 직접 도금에 의한 도전성 박막소재에 대하여 10회에 걸쳐 상술한 방식으로 도금층의 밀착력과 면 저항을 측정한 결과를 나타내었다.

밀착력 측정결과 10회 모두 5B 수준으로 측정되어 도금층의 밀착력이 매우 뛰어난 상태임을 알 수 있으며, 측정된 면 저항도 평균 230mΩ/sq 수준으로 종래의 FCCL을 대체하는데 무리가 없는 수준인 것으로 확인되었다.

도 7은 본 발명을 통해 제조된 직접 도금에 의한 도전성 박막소재를 이용하여 디지타이저 회로기판을 구현한 사례를 나타낸 도면으로, 인쇄기법의 패터닝 방식을 통해 디지타이저의 회로를 구현한 모습을 나타내고 있다.

본 발명의 공정을 통해 무전해 도금층이 형성된 PET 필름상에 레지스트 잉크를 사용하여 회로패턴을 인쇄하였으며, 레지스트 잉크의 사양은 모델명 IRE-W0272-K4를 사용하였으며 점도는 170,000cps 이다. 인쇄를 위한 제판 사양은 프레임 1,000×1,000㎜에 SUS 400/18㎛ Mesh로 Mesh 각도는 22.5°이며, S/Q속도 60㎜/sec, S/L속도: 100㎜/sec 판 높이 6㎜의 인쇄조건에서 인쇄하여, 온도 120℃에서 15㎐의 속도로 MIR 방식으로 건조하였다.

이후 패턴이 인쇄된 PET 필름을 희석된 염화철 용액(FeCl₂)을 통해 상온에도 4분간 딥핑(Dipping)하여 에칭하였으며 수세 후, 희석된 수산화나트륨(NaOH) 용액을 사용하여 레지스트 잉크를 박리하였다.

도 8은 도 7에서 구현된 디지타이저 회로기판의 패턴측정 결과를 나타낸 도면이다. 2포인트에 대한 패턴의 선폭 및 간격을 측정하였으며, 회로패턴 설계 필름상에서의 선폭 및 간격은 첫 번째 포인트의 경우 각각 131㎛ 및 140㎛, 두 번째 포인트의 경우 각각 68㎛ 및 82㎛로 측정되었다.

이후 레지스트 잉크의 인쇄 후 패턴은 첫 번째 포인트에서 선폭 143㎛ 및 간격 128㎛, 두 번째 포인트에서 선폭 92㎛ 및 간격 58㎛로 측정되어, 설계 필름 대비 첫 번째 포인트 선폭 8% 증가 및 간격 9& 감소, 두 번째 포인트 선폭 26% 증가 및 간격 41% 감소의 변화를 보였다.

또한, 동 에칭 후 패턴은 첫 번째 포인트에서 선폭 150㎛ 및 간격 119㎛, 두 번째 포인트에서 선폭 9102㎛ 및 간격 58㎛로 측정되어, 설계 필름 대비 첫 번째 포인트 선폭 13% 증가 및 간격 18& 감소, 두 번째 포인트 선폭 33% 증가 및 간격 41% 감소의 변화를 보였다.

최종 제작이 완료된 디지타이저 기판에 대한 전기적 특징을 확인하고자 선 저항 측정결과 첫 번째 포인트에서 195Ω, 두 번째 포인트에서 27Ω로 측정됨에 따라 디지타이저에 적합한 전기적 특성을 나타내고 있는 것으로 확인되었다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

110: 절연필름 120: 도금층

Claims

도전성 박막소재의 제조방법에 있어서,

절연성 합성수지재질의 연성필름을 준비하는 단계(S 110);

상기 연성필름의 표면에 노즐을 배열하여 산성 또는 알칼리성을 갖는 용액을 10㎚ 내지 10㎛ 범위의 입자로 압축분사하되, 분사압력은 0.5 내지 10㎫, 분사량은 0.1 내지 5ℓ/분, 분사각은 40 내지 85°의 범위에서 조절되어, 이물질을 제거하면서 표면을 개질하는 단계(S 120);

상기 연성필름을 산 용액에 침지하는 프리딥 단계(S 130);

상기 연성필름을 수세 후 표면에 음이온 형태의 촉매를 흡착시키는 단계(S 140);

상기 연성필름에 흡착된 촉매를 활성화하며 무전해도금에 의해 도금층을 형성하는 단계(S 150); 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 직접 도금에 의한 도전성 박막소재의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 절연성 합성수지재질의 연성필름은 폴리이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈렌, 폴리뷰틸렌테레프탈레이트, 폴리술폰, 폴리에테르, 폴리에테르이미드, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 아크릴 수지, 내열성 에폭시(Epoxy), 초산비닐수지(EVA), 부틸 고무수지, 폴리아릴레이트 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 직접 도금에 의한 도전성 박막소재의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 도금층의 두께는 0.3㎛ 내지 15㎛이며, 무전해도금에 사용되는 금속은 Cu, Sn, Ag, Au, Ni 또는 이들의 합금에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 직접 도금에 의한 도전성 박막소재의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 촉매는 Au, Ag, Pt, Cu, Ni, Fe, Pd, Co 또는 이들의 합금에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 직접 도금에 의한 도전성 박막소재의 제조방법.
제1항 내지 제4항 중 선택되는 한 항에 기재된 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 직접 도금에 의한 도전성 박막소재.