In this paper, we designed and fabricated low cost imprinting process for micro patterning on FCCL (flexible copper clad laminate). Compared to conventional imprinting process, developed fabrication method processing imprint and UV photolithography step simultaneously and it does not require resin etch process and it can also reduce the fabrication cost and processing time. Based on proposed method, patterns with $10{\mu}m$ linewidth are fabricated on $180mm{\times}180mm$ FCCL. Compared to conventional methods using LDI (laser direct imaging) equipment that showed minimum line with $10{\sim}20{\mu}m$, proposed method shows comparable pattern resolution with very competitive price and shorter processing time. In terms of mass production, it can be applied to fabrication of large-area low cost applications including FPCB.
2층 FCCL (연성회로기판, Flexible Copper Clad Laminate)에 있어서 폴리이미드 필름과 구리의 접착력을 향상 시키기 위해 기존에 사용되고 있는 Ni-Cr대신 박리강도가 높고 에칭성도 매우 뛰어난 Ni-Mo-Nb 박막을 Roll-to roll 스퍼터 장비를 이용하여 개발하였다. 새롭게 개발된 Ni-Mo-Nb 박막은 기존 연구되어진 Ni-Cr 물질 대비 고온 박리강도 약 1.5~2.0배, 에칭성 8배 이상의 매우 우수한 특성을 보였다. Ni-Mo-Nb 접착층의 두께가 7~40 nm로 증가함에 따라 상온 박리강도가 향상 되는 것을 확인하였다. Ni-Mo-Nb 박막을 증착 하기 전 폴리이미드 기판표면을 RF 플라즈마 전처리 하였을 때 0.67 kg f/cm의 우수한 상온 박리강도를 나타내었으며 FCCL 샘플을 $150^{\circ}C$에서 168시간동안 열처리 한 후 접착력을 측정하였을 때도 0.54 kg f/cm의 높은 고온 박리강도를 보였다. FCCL의 박리강도, 표면 거칠기, 원소들의 화학적 결합, 박막의 미세구조를 peel test, atomic force microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, transmission electron microscopy를 이용하여 폴리이미드 기판 플라즈마 전처리 효과를 확인하였다. 그 결과 플라즈마 전처리를 한 폴리이미드 기판의 경우 처리하지 않은 기판보다 상온과 고온에서 더 우수한 접착력을 가지는 것을 확인 할 수 있었는데 이것은 폴리이미드 기판의 표면 거칠기 증가에 의한 mechanical interlocking effect가 아닌 전처리를 통한 폴리이미드 표면 개질로 C-0, C-N와 같은 chemical functional group이 증가했기 때문인 것으로 확인되었다.
우수한 성능의 2층 연성동박적층판(이하 FCCL)을 제조하기 위해서는 동박과 폴리이미드 사이에서 높은 접착력이 요구된다. 이를 위해 이종 재료로 인한 두 계면 사이의 접착력을 향상시키기 위해서는 일반적으로 기능성 실란커플링제가 사용된다. 본 연구에서는 압연동박과 폴리이미드 사이의 접착력 향상과 이미드화를 위한 고온의 열처리 조건에서도 안정한 새로운 형태의 실란커플링제를 합성하였다. 또한, 합성된 실란커플링제를 압연동박에 처리하였을 때, 표면처리제의 농도에 따른 표면변화를 관찰하였으며, 이로 인해 발생되는 접착력 변화를 확인하기 위해서 2층 FCCL을 제조하여 $90^{\circ}$ peel test를 통해 관찰하였다. 그리고, 두 종류의 폴리이미드를 이용한 FCCL에서 실란 커플링제가 접착력에 미치는 영향을 확인하였다.
본 연구에서는 화학적 구조가 다른 2종의 dianhydride 단량체인 1,2,4,5-benzenetetracar boxylic dianhydride (PMDA)와 4,4'-(4,4'-isopropylidenediphenoxy)bis(phthalic anhydride) (BPADA) 및 2종의 diamine 단량체인 m-phenylenediamine (m-PDA)와 4,4'-oxydianiline (ODA)의 몰 비를 조절함으로써 9종의 폴리이미드를 합성하였다. 합성된 폴리이미드를 사용하여 casting method로 2층형 Flexible Copper Clad Laminate(FCCL)을 제조한 후, 열적 특성, 흡수율 및 접착력을 평가하였다. 제작된 폴리이미드의 유리전이온도$(T_g)$와 시료가 5 wt% 손실되는 분해 온도를 측정한 결과, m-PDA와 PMDA의 함량이 증가할수록 유리전이온도 및 시료가 5 wt% 손실되는 온도가 증가하였다. 폴리이미드의 흡수율은 ODA와 BPADA가 증가할수록 감소하였다. 이는 ODA와 BPADA의 상대적으로 긴 분자 구조 때문으로 판단된다. 박리 시험을 실시한 결과, ODA와 BPADA의 함량이 증가할수록 접착력이 증가하였다.
In order to fabricate adhesiveless 2-layer flexible copper clad laminate (FCCL) used for COF (chip on film) with high peel strength, polyimide (PI; Kapton-EN, $38\;{\mu}m$) surface was modified by reactive $O_2^+$ and $N_2O^+$ ion beam irradiation. 300 mm-long linear electron-Hall drift ion source was used for ion irradiation with ion current density (J) higher than $0.5\;mA/cm^2$ and energy lower than 200 eV. By vacuum web coating process, PI surface was modified by linear ion source and then 10-20 nm thick Ni-Cr and 200 nm thick Cu film were in-situ sputtered as a tie layer and seed layer, respectively. Above this sputtered layer, another $8-9{\mu}m$ thick Cu layer was grown by electroplating and subsequently acid and base resistance and thermal stability were tested for examining the change of peel strength. Peel strength for the FCCLs treated by both $O_2^+$ and $N_2O^+$ ion irradiation showed similar magnitudes and increased as the thickness of tie layer increased. FCCL with Cu (200 nm)/Ni-Cr (20 nm)/PI structure irradiated with $N_2O^+$ at $1{\times}10^{16}/cm^2$ ion fluence was proved to have a strong peel strength of 0.73 kgf/cm for as-received and 0.34 kgf/cm after thermal test.
실란 커플링제의 가수분해를 통한 실란올의 형성과 올리고머 구조형성을 하는 중합반응은 2-FCCL의 표면처리 과정에서 계면 사이의 접착력에 영향을 준다. 본 연구에서는 설란 커플링제의 가수분해반응 속도를 비교하고 표면처리 후 동박의 표면 에너지로 인한 접착특정의 변화를 확인하였다. 특히 이성분계 살란 커플링제는 가수분해 반응속도 조절이 기능하며, 동박과 폴리이미드 사이에서 접착 프로모터로서 확실한 접착력 향상을 보였다. 압연동박 표면에 처리한 이성분계 실란 커플링제의 함량 변화에 띠라 접착력의 향상 정도가 다르게 나타났으며 반응속도 조절과 표면 에너지 평가를 통한 접착 특성을 분석해 접착력을 최대화시켰다.
Ti을 전극으로 한 RF plasma 를 사용한 표면 처리와 200 eV 이하의 저에너지 반응성 이온빔을 사용한 PI 표면 처리에 의해 초기 및 내열성이 우수한 COF 용 FCCL를 제작하였다. 임계 rf power 이상에서 새롭게 $TiO_2$층의 형성이 접착력 증대의 원인이었으며, Ni-Cr-Zn의 삼원계 접착층의 내열성 향상 특성 등을 연구하였다.
As the demand for fine-pitch FPCB (Flexible Printed Circuit Board) increases, so do the number of applications of sputtered FCCL (Flexible Copper Clad Laminate). Furthermore, as the width between the circuit patterns decreases, greater defects are observed in the migration phenomenon. In this study we observed changes in ion migration in real circuit-pattern width using sputtered FCCL. We found that as the applied voltage and residue thickness of the NiCr seeds increase, ion migration occurs faster. If the NiCr seed layer thickens due to a high cathode power and long deposition time while being sputtered, the NiCr will form a residue that quickly becomes a factor for incurring ion migration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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