[논문]임프린트 공정을 이용한 연성동박적층필름(FCCL)의 마이크로 패턴 제작

민철홍; 김태선

doi:10.4313/jkem.2015.28.12.771

임프린트 공정을 이용한 연성동박적층필름(FCCL)의 마이크로 패턴 제작
Design and Fabrication of Micro Patterns on Flexible Copper Clad Laminate (FCCL) Using Imprinting Process 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.28 no.12, 2015년, pp.771 - 775

민철홍 ((주)시노펙스 기술연구소) , 김태선 (가톨릭대학교 정보통신전자공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

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.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 고가의 포토리소그라피 장비와 LDI(laser direct imaging) 장비의 투자 없이도 저렴한 비용으로 FCCL의 패턴 제작이 가능한 대면적 임프린트 공정을 제안한다. 제안한 임프린트 공정은 기존 임프린트 방식과 달리 몰드와 기재 사이에 레진을 도포하고 압력이 가해진 롤러를 이용하여 레진을 도포하기 때문에 기포 발생에 의한 패턴 손상 문제를 해결하였으며, 임프린트 방식과 UV 포토리소그라피 공정을 동시에 진행함으로써 별도의 레진 식각공정 없이도 패턴 제작이 가능하다는 장점이 있다.
본 논문에서는 대면적 임프린트 공정을 연성회로기판(FPCB) 제작을 위한 연성동박적층필름(FCCL)의 패턴구현에 적용하여 포토리소그라피 장비와 LDI (laser direct imaging) 장비와 같이 고가의 장비를 투자하지 않고도 저렴한 비용으로 FCCL에 패턴을 구현할 수 있는 임프린트 공정을 제안한다.
본 논문의 구성은 본문에서 FCCL 패턴 제작을 위한 단위 공정과 FCCL 패턴 제작에 있어서 문제점 및 해결방법에 대해 설명하였고, 결론에서 본 논문에서 제안한 임프린트 공정의 장점에 대해 기술하였다.

제안 방법

본 논문에서는 그림 2와 같이 유리 기판 위에 네거티브 PR패턴을 형성한 후 타이타늄(Ti)과 알루미늄(Al)을 증착하고, PR을 제거하는 lift-of 방식을 이용하여 투명한 임프린트 몰드를 제작하였다. 몰드의 메탈패턴 두께는 타이타늄(Ti) 1,00 Å, 알루미늄(Al) 2.
본 논문에서는 그림 4와 같이 식각 용액(coperetchant)을 스프레이로 분사하여 FCCL의 동판을 식각함으로써 식각 위치에 따른 식각률 차이를 최대로 줄였으며, 식각시간 또한 단축시켰다. 식각용액은 염소산나트륨 35%와 염화나트륨 10%, 물 53%, 첨가제 2%로 구성되어 있다.
UV 레진의 경우 재료의 비율과 첨가제에 따라 다양한 특성의 레진을 제조할 수 있다. 본 논문에서는 메탈과의 접착력이 좋고, 레진이 동박 식각용액(염소산 나트륨 35%, 염화나트륨 10%)에 반응하지 않으며, FCCL에 패턴을 제작한 후 레진 제거가 용이한 레진을 직접 주문 제작하여 사용하였다.
또한 몰드에 습식 AF 코팅을 처리하여 제작 시간과 비용을 줄임으로써 양산이 가능한 공정조건을 적용하였다. 이와 같은 방법으로 본 논문에서는 180 ㎜ × 180 ㎜ 크기의 FCCL에 임프린트 공정을 적용하여 10 ㎛의 선폭을 제작하였다.
제작이 완료된 몰드에는 몰드와 경화된 레진 사이에 접착력을 감소시키기 위한 표면 처리를 하게 된다. 일반적으로 몰드 표면에 표면에너지가 작은 물질을 코팅하거나 CH4 플라즈마 처리를 진행하는데, 본 논문에서는 모바일 폰의 유리커버에 내지문성과 저마찰성 유지를 위해 사용하는 습식 AF코팅(불소계열 용제) 용액을 사용하여 몰드 표면을 코팅하여 디몰딩 시 패턴의 손상 없이 원활히 공정이 진행될 수 있도록 하였다.

대상 데이터

본 논문에서는 그림 2와 같이 유리 기판 위에 네거티브 PR패턴을 형성한 후 타이타늄(Ti)과 알루미늄(Al)을 증착하고, PR을 제거하는 lift-of 방식을 이용하여 투명한 임프린트 몰드를 제작하였다. 몰드의 메탈패턴 두께는 타이타늄(Ti) 1,00 Å, 알루미늄(Al) 2.9 ㎛로 제작하였으며, 이때 증착하는 타이타늄과 알루미늄의 두께에 따라 임프린팅 공정에서 레진의 두께가 결정된다. 예를 들어 몰드의 메탈 두께가 2 ㎛의 경우 FCCL에 전사되는 레진 패턴도 2 ㎛ 두께로 형성된다.

성능/효과

본 논문에서는 고가의 포토리소그라피 장비와 LDI(laser direct imaging) 장비의 투자 없이도 저렴한 비용으로 FCCL의 패턴 제작이 가능한 대면적 임프린트 공정을 제안한다. 제안한 임프린트 공정은 기존 임프린트 방식과 달리 몰드와 기재 사이에 레진을 도포하고 압력이 가해진 롤러를 이용하여 레진을 도포하기 때문에 기포 발생에 의한 패턴 손상 문제를 해결하였으며, 임프린트 방식과 UV 포토리소그라피 공정을 동시에 진행함으로써 별도의 레진 식각공정 없이도 패턴 제작이 가능하다는 장점이 있다. 또한 몰드에 습식 AF 코팅을 처리하여 제작 시간과 비용을 줄임으로써 양산이 가능한 공정조건을 적용하였다.

후속연구

현재 PCB 제조업체에서 고가의 LDI 장비로 보증하는 선폭이 10 ∼ 20 ㎛ 정도임을 감안하면 본 논문에서 제안한 임프린트 방식은 고가의 포토장비 투자 없이 저렴한 비용으로 대면적의 패턴 구현이 가능할 뿐만 아니라 공정시간도 짧아 가격 경쟁력을 갖춘 FPCB 제작이 가능할 것으로 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	임프린트 기술이란?	임프린트 기술은 도장과 같이 패턴을 전사시키는 기술로 나노 스케일의 패턴 구현이 가능하여 나노임프린트(nano-imprint)라고 부르고 있다. 이러한 임프린트기술은 공정이 단순하고 제작 비용이 저렴하여 기존 반도체나 디스플레이 분야의 포토리소그래피(photolithography)공정을 대체할 수 있는 기술로 많은 주목을 받고 있다[1,2].
	임프린트기술의 장점은?	임프린트 기술은 도장과 같이 패턴을 전사시키는 기술로 나노 스케일의 패턴 구현이 가능하여 나노임프린트(nano-imprint)라고 부르고 있다. 이러한 임프린트기술은 공정이 단순하고 제작 비용이 저렴하여 기존 반도체나 디스플레이 분야의 포토리소그래피(photolithography)공정을 대체할 수 있는 기술로 많은 주목을 받고 있다[1,2].
	임프린트 공정을 레진의 경화타입에 따라 나눈 두 가지 방식은?	임프린트 공정은 패턴이 형성된 몰드(mold)와 패턴을 형성시킬 기재 사이에 레진(resin)을 도포하여 몰드의 패턴을 기재에 전사시키는 기술로 레진의 경화타입에 따라 크게 열경화 방법과 UV 경화식 방법으로 구분할 수 있다 [3,4]. 열경화 방식의 경우 몰드와 기재 사이에 레진을 도포하고 압력을 가한 상태에서 열을 가해 레진을 경화시켜 패턴을 형성시키는 방식이고, UV 경화방식은 몰드와 기재 사이에 레진을 도포하고 열 대신 UV를 이용하여 레진을 경화시키는 방식이다. 일반적으로 UV 경화방식은 유리와 같은 투명한 재질의 몰드를 제작해야 하기 때문에 몰드 제작을 위한 비용과 시간이 많이 소모된다는 단점이 있지만 투명한몰드를 사용하기 때문에 정렬(align)이 가능하고 낮은 온도에서도 패턴 구현이 용이하여 레진과 기재 사이의 열팽창 계수 차이로 인해 발생되는 패턴의 변형이 없어 미세패턴을 제작할 때 용이한 방식이다 [5].

참고문헌 (9)

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