다층 연성 회로 기판의 계면 접착력 증강 연구

Abstract

연성 인쇄 회로 기판은 Flexible Copper Clad Laminate(FCCL, 연성 동박 적층판)을 사용한다. 이는 구리와 폴리이미드로 구성된다. 폴리이미드는 우수한 유연성과 낮은 유전상수를 가지나, 표면이 소수성이어서 금속이나 에폭시, 아크릴 계열 등의 고분자 접착제와의 접착력이 낮기 때문에, 표면 개질 처리가 필수적으로 요구된다. 본 연구에서는 LF Power를 이용한 진공 Type 플라즈마 장비를 사용하여 연성 회로기판의 공정내에서 FCCL을 Cleaning, 개질하여 에폭시계 접착제와의 접착력을 증강시키고, 나아가 FCCL 식각을 통해 FCCL에 소수성을 부여하여 FCCL간의 친수성기의 작용에 의한 밀착의 발생을 개선하고자 하였다. 사용한 FCCL은 Arisawa社의 LVASF 0512RD 로, Kaneka社의 Apical 폴리이미드를 사용하였다. 이 폴리이미드는 PMDA-ODA 구조로 되어 있다. 실험에서 시편 제작은 연성 회로기판의 제작과 유사하게 진행 하였다. 먼저 PET Film과 아크릴계 점착제로 구성되어 있는 Carrier Film과 FCCL의 합지 한 후, Cover Lay와 FCCL+Carrier Film합지품을 적층 하였다. 그 후 Carrier Film을 제거한 후 FCCL의 폴리이미드의 오염 여부를 확인 하였다. 이후 해당 시편을 플라즈마 장비의 가동시간별, 전압별, 처리 가스별로 나누어 실험을 진행 하였다. 실험 진행 완료후에 플라즈마 처리 조건별 효과 확인은 AFM과 Nanosystem社의 Nanoview를 사용하여 폴리이미드의 표면 거칠기를 확인하였고, 접촉각 측정기를 사용하여 폴리이미드 표면 에너지를 확인 하였다. 또, 조건별 플라즈마 처리한 FCCL에 대하여 에폭시계 접착제를 사용하여 적층 한 후 180˚ Peel strength TEST를 통해 접착력을 측정하였다. 마지막으로 에폭시계 접착제를 Punching 하며 FCCL 사이에 합지하여 적층 한 후 FCCL 간의 밀착이 발생하는지 여부를 확인 하였다. 실험 결과, 플라즈마 장비의 처리 시간을 150초, 300초, 450초, 600초, 750초 처리하여 표면 거칠기, 접촉각, Peel Strength를 확인한 결과 시간이 증가함에 따라 거칠기가 높아짐을 알 수 있었고, 접촉각, Peel Strength가 높아짐을 알 수 있었다. 그러나 600초 이후에는 플라즈마 처리에 대한 효과가 높아지지 않았다. 플라즈마 장비의 처리 전압을 1.5Kw, 2.5Kw, 4.5Kw로 증가시킬 때, 처리 전압이 높을수록 거칠기, 접촉각, Peel Strength가 높아지는 것을 확인하였다. 사용한 가스별로, O₂ 가스만을 사용한 것과, O₂와 CF₄를 혼합하여 사용한 것을 비교하였을 시에는 O₂와 CF₄를 혼합한 가스를 사용한 조건이 O₂가스만 사용한 것에 비해 모든 지표에 대하여 낮게 나타되었다. 이를 통해 O₂가스만을 사용한 것이 가장 좋은 효과를 나타내었다. 마지막으로 FCCL의 폴리이미드 사이의 밀착을 확인하였는데, 위 지표는 플라즈마 처리를 450초 이상 진행할시, 2.5Kw 이상의 압력을 사용할 시, O₂와 O₂ + CF₄ 가스를 사용할 시에 모두 밀착이 발생하지 않았다. 이를 통해, O₂ 가스를 사용하여 플라즈마를 처리하였을 시에는, 폴리이미드의 분자 사슬중, 소수성 결합인 C-N 결합을 끊고, 친수성인 C=O결합 또는 C-O 결합이 증가하여, 접착제와 폴리이미드 간의 접착력을 증가 시키는 것을 추측 할 수 있었다. 또한 플라즈마 처리를 통해 산소활성종이 발생하여 폴리이미드의 가교 결합을 증가시키고, 이 결합들이 표면에 존재하게 되어 처리하지 않은 본래의 폴리이미드보다 표면 조도가 증가하게 된다. 다시 말해서, 폴리이미드의 가교 결합부와 비 가교 결합부의 상대적인 에칭 속도의 차이에 의해 조도의 발생을 증가 시키는 것으로 사료 된다. 이러한 표면 조도는 폴리이미드 상에서 상대적인 소수성기를 구현하여 FCCL과 FCCL 사이의 밀착의 발생을 감소시키는 것으로 생각 된다.; Flexible Printed Circuit Board use the material named Flexible Copper Clad Laminate(FCCL). FCCL consist of Copper and PolyImide. Although Polyimide has good flexibility and low dielectric constant, the surface is hydrophobic so we need reforming of surface because Polyimide has the low adhesive strength with metal or Epoxy or Acryl type polymer adhesive. In this study, We use vacuum type plasma equipment by means of LF power cleaning FCCL on the process of producing Flexible Printed Circuit Board, and etch the FCCL, it reinforce the adhesion strength with adhesive and improve the adhere between two FCCLs to grant the hydrophobic by etch of polyimide. the name of FCCL we use is LVASF 0512RD produced by Arisawa, that use the Polyimide named Apical produced by Kaneka. The structure of Polyimide is PMDA-ODA. The process of making sample is similar to FPCB process. First, we combine Carrier Film consist of PET film and acrylic gluing agent and FCCL by heating roller. then We hotpress to coupling with FCCL+Carrier film and Cover Lay consist of polyimide and epoxy adhesive. then we remove the Carrier film check the pollutant on the Polyimide by means of SEM. After Finish making sample, We start to experiment by plasma equipment on the time, power, gas. The check of treatment of the FCCL on the several condition, We use AFM (Atomic force microscopy), Nanoview produced by Nanosystem to check roughness , we also use contact angle tester to check surface energy of the polyimide. also we check the peel strength with FCCL and epoxy adhesive by the 180˚ Peel strength tester. finally we hotpress the FCCLs put punched epoxy adhesive in to the FCCLs to check the stick between two FCCLs. By the time of the treatment of the plasma, (150sec, 300sec, 450sec, 600sec, 750sec) the result of the surface roughness, peel strength is growing up, contact angle is growing down but over the 600sec it does not increase of roughness and peel strength. and decrease of contact angle. By the power of treatment of the plasma (1.5Kw, 2.5Kw, 4.5Kw), surface roughness and peel strength is getting higher and contact angle is getting lower. The equipment of plasma can use four gases, Ar/H₂, N₂, O₂, CF₄. When we compared to use O₂ gas and O₂+CF₄ Gas, we can see all provision down by using O₂+CF₄ gas than O₂ gas. We can see the best effect all of the provision, peel strength, contact angle, roughness by use of O₂ gas only. Finally we check the stick between FCCLs, We can see the good result of use the plasma equipment over 450sec, 2.5 Kw Power, O₂ gas or O₂+CF₄ Gas, also. Through this result, when we treat plasma by use of O₂ gas, it break the C-N bond, hydrophobic bond, then increase C=O and C-O bond, hydrophilic bond, in the Polyimide molecular chain, increase the adhesive strength between Polyimide and epoxy adhesive. also plasma make increase oxygen radical that make increase cross-linking, that is hardly etching, remain on the surface, increase roughness that is, the difference of etching rate between cross-liking part and uncross-linking part, can make the roughness of Polyimide. Increase roughness of Polyimide surface become relatively hydrophobic group, then decrease the stick between FCCLs.