JP6092117B2 - 印刷回路基板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、印刷回路基板及びその製造方法に関するものである。
印刷回路基板（ＰＣＢ；Printed Circuit Board）は電気絶縁性基板に銅のような伝導性材料で回路パターンを印刷して形成したものであって、電子部品を搭載する直前の基板（Board）をいう。即ち、いろいろな種類の電子素子を平板の上に密集搭載するために、各部品の装着位置を確定し、部品を連結する回路パターンを平板の表面に印刷して固定した回路基板を意味する。
また、最近、電子産業が発達するにつれて、電子部品の高機能化、小型化、価格競争力、及び短納期の要求が急増している。このような趨勢に対応するために印刷回路基板業体ではセミアディティブ方式（ＳＡＰ：Semi Additive Process）を適用して印刷回路基板の薄型化及び高密度化の趨勢に対応している。
図１ａ乃至図１ｅは一般的な印刷回路基板におけるバンプ（bump）製造過程を示す断面図である。
優先的に、図１ａのように絶縁性基板（絶縁プレート）１の上に第１金属層２を形成する。また、前記第１金属層２は、銅、ニッケル、またはこれらの合金で形成できる。前記第１金属層２が形成されれば、前記第１金属層２の上に第１マスクパターン３を形成する。次に、前記形成された第１マスクパターン３を中心に前記第１金属層２をシード層にして電解めっきしてパッド４を形成される。前記パッド４が形成されれば、剥離及びエッチング工程を経て不要な部分である前記第１金属層２及び第１マスクパターン３を除去する。
次に、図１ｂに示すように、前記パッド４が形成された絶縁性基板１の上に前記形成されたパッド４を露出するソルダーレジスト５を形成する。
次に、図１ｃに示すように、前記塗布されたソルダーレジスト５の上に第２金属層６を形成し、前記形成された第２金属層６の上に第２マスクパターン７を形成する。この際、前記ソルダーレジスト５と第２金属層６との間の密着力を確保するために、前記ソルダーレジスト５の表面処理を遂行する。
次に、図１ｄに示すように、前記パッド４の上にバンプ８を形成し、剥離及びエッチング工程を経て図１ｅのように不要な部分である前記第２金属層６及び第２マスクパターン７を除去する。
このような従来技術によれば、前記のソルダーレジスト５の開口部よりバンプ８の直径がより大きく形成される。
しかしながら、上記のようにバンプが形成される場合には隣り合うバンプの間の間隔が狭くなって連結不良を誘発する可能性が高いという問題がある。
本発明の目的は、隣接バンプの間の干渉を最小化することができる印刷回路基板及びその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、新たな形状のバンプを有する印刷回路基板及びその製造方法を提供することにある。
本発明で達成しようとする技術的課題は、前述した技術的課題に制限されず、言及されない更に他の技術的課題は以下の記載から提案される実施形態が属する技術分野で通常の知識を有する者に明確に理解されることができる。
本発明の実施形態に従う印刷回路基板は、絶縁層、前記絶縁層の上に形成され、ソルダーレジストの開口部を通じて露出されるパッド、及び前記パッドの上から前記ソルダーレジストの開口部を埋め込みながら形成され、前記ソルダーレジストの開口部の幅より小幅を有するバンプを含む。
また、前記印刷回路基板は前記パッドと前記バンプとの間に形成されて、前記パッドとバンプ部とを電気的に連結するバンプ連結部をさらに含む。
また、前記印刷回路基板のバンプは、前記バンプ連結部の上面幅より小さく形成される。
また、前記印刷回路基板のバンプは、前記パッドの上面幅より小さく形成される。
また、前記印刷回路基板のバンプは、上面及び前記上面と対向する下面の幅は同一に形成される。
また、前記印刷回路基板のバンプは四角柱形状を有する。
また、前記印刷回路基板のバンプは銅を含む合金で形成される。
一方、本発明の実施形態に従う印刷回路基板の製造方法は、絶縁基板の上にパッドを形成するステップと、前記絶縁基板の上に前記形成されたパッドを露出する開口部を有するソルダーレジストを塗布するステップと、前記ソルダーレジスト開口部の一部を開放するウィンドウを有するマスクを前記ソルダーレジストの上に形成するステップと、めっきを遂行して前記ソルダーレジストの開口部及び前記ウィンドウの一部を埋め込むバンプを形成するステップとを含む。
また、前記印刷回路基板の製造方法において、前記パッドはエッチングまたはめっき工程により形成される。
また、前記印刷回路基板の製造方法は、前記パッドの上にめっきを遂行して前記パッドとバンプとを電気的に連結するバンプ連結部を形成するステップがさらに含まれる。
また、前記マスクをソルダーレジストの上に形成するステップは、前記ソルダーレジストの開口部より小幅のウィンドウを有するマスクを前記ソルダーレジストの上に形成するステップである。
また、前記バンプを形成するステップは、前記ソルダーレジスト開口部の幅より小幅を有するバンプを形成するステップである。
また、前記バンプを形成するステップは、前記形成されたパッドの上面より小幅を有するバンプを形成するステップである。
また、前記バンプを形成するステップは、上面及び前記上面と対向する下面の幅が同一なバンプを形成するステップである。
また、前記バンプは、四角柱形状を有する。
また、前記印刷回路基板の製造方法は、前記形成されたバンプの上に前記ウィンドウを埋め込むソルダーを形成するステップがさらに含まれる。
また、前記ソルダーを形成するステップは、前記形成されたバンプと同一な形状を有するソルダーを形成するステップである。
以下、添付した図面を参考にして本発明の実施形態に対して本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかしながら、本発明は多様な相異する形態に具現されることができ、ここで説明する実施形態に限定されるものではない。
明細書の全体で、どの部分がどの構成要素を“含む”とする時、これは特別に反対になる記載がない限り、他の構成要素を除外するものでなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
そして、図面において、本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略し、幾つの層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して表したし、明細書の全体を通じて類似の部分に対しては類似の図面符号を付けた。
層、膜、領域、板などの部分が他の部分の“上に”あるとする時、これは他の部分の“真上に”ある場合だけでなく、その中間に更に他の部分がある場合も含む。反対に、どの部分が他の部分の“真上に”あるとする時には中間に他の部分がないことを意味する。
本発明は、絶縁プレートの上に形成されたシード層を用いて前記シード層の上に回路パターンを形成し、前記回路パターン形成時に用いられたシード層と同一なシード層を用いて前記回路パターンの上にバンプを形成させることによって、経済的で、かつ信頼性の面で有利な回路基板を提供する。
以下、図２乃至図１４を参照して本発明の実施形態に従う印刷回路基板を説明する。
図２は、本発明の実施形態に従う印刷回路基板の断面図である。
図２を参照すると、本発明の実施形態に従う印刷回路基板１００は、絶縁プレート１１０、前記絶縁プレート１１０の上に形成される回路パターン（図示せず）と連結されるパッド１２０、前記パッド１２０及び回路パターンを覆うソルダーレジスト１３０、前記ソルダーレジスト１３０の内壁に形成されためっきシード層１４０、前記パッド１２０に形成され、前記ソルダーレジスト１３０の開口部１３５を埋め込むバンプ連結部１５０、前記バンプ連結部１５０の上に形成されるバンプ１６０、及び前記バンプ１６０の上に形成されるソルダー１７０を含む。
前記絶縁プレート１１０は単一回路パターンが形成される印刷回路基板１００の支持基板であることがあるが、複数の積層構造を有する印刷回路基板のうちの１つの回路パターン（図示せず）が形成されている絶縁層領域を意味することもできる。
前記絶縁プレート１１０が複数の積層構造のうちの１つの絶縁層を意味する場合、前記絶縁プレート１１０の上部または下部に複数の回路パターン（図示せず）が連続的に形成できる。
前記絶縁プレート１１０は熱硬化性または熱可塑性高分子基板、セラミック基板、有−無機複合素材基板、またはガラス繊維含浸基板であることがあり、高分子樹脂を含む場合、エポキシ系絶縁樹脂を含むことができ、これとは異なり、ポリイミド系樹脂を含むこともできる。
前記絶縁プレート１１０は熱硬化性または熱可塑性高分子基板、セラミック基板、有−無機複合素材基板、またはガラス繊維含浸基板であることがあり、高分子樹脂を含む場合、エポキシ系絶縁樹脂を含むことができ、これとは異なり、ポリイミド系樹脂を含むこともできる。
前記絶縁プレート１１０の上に複数の回路パターンと連結されている複数のパッド１２０が形成されている。前記パッド１２０は印刷回路基板１００の上に実装される素子を装着するバンプであって、ソルダー１７０が付着されるパッド１２０を意味する。
前記パッド１２０は伝導性物質で形成され、絶縁プレート１１０の上に形成される銅箔層をパターニングして回路パターンを形成する場合、銅を含む合金で形成できる。
また、前記パッド１２０は前記絶縁プレート１１０の上に無電解めっきを行って形成されためっき層を選択的に除去することによって形成できる。
前記絶縁プレート１１０の上に回路パターンを覆いながらソルダーレジスト１３０が形成されている。
ソルダーレジスト１３０は絶縁プレート１１０の表面を保護するためのものであって、絶縁プレート１１０の全面に形成され、露出されなければならないパッド１２０の上面を開放する開口部１３５を有する。
前記形成されたソルダーレジスト１３０の側面にはめっきシード層１４０が形成されている。
前記めっきシード層１４０は露出されているソルダーレジスト１３０の開口部１３５の側面に形成されている。
前記めっきシード層１４０はめっきシード層１４０の上に形成されるバンプ連結部１５０を形成するためのシードであって、バンプ連結部１５０が銅で形成される場合、銅またはニッケルのように銅と接着力の高い合金でありうる。また、前記めっきシード層１４０は前記ソルダーレジスト１３０に化学銅めっきして形成できる。
めっきシード層１４０の上に前記ソルダーレジスト１３０の開口部１３５を埋め込みながらバンプ連結部１５０が形成されている。
前記バンプ連結部１５０は前記ソルダーレジスト１３０の上面から突出するように形成されることができ、前記ソルダーレジスト１３０の上面と同一な高さに形成されることもできる。
前記バンプ連結部１５０はシード層１４０をシードにして電解銅めっきして形成できる。
前記バンプ連結部１５０の上にバンプ１６０が形成されている。
前記バンプ１６０は前記ソルダーレジスト１３０の上面から突出するように形成される。この際、前記バンプ１６０は上面及び前記上面と対向する下面の幅が同一な円柱、四角柱、及び多角柱のうち、少なくともいずれか１つの形状に形成できる。
即ち、前記バンプ１６０を四角柱形状に前記ソルダーレジスト１３０の上面から突出するように形成して、以後にソルダー１７０の形成がより容易に遂行できるようにする。
この際、前記バンプ１６０は前記ソルダーレジスト１３０の開口部１３５の内側に形成され、前記ソルダーレジスト１３０の開口部１３５の幅より小幅を有するように形成される。
即ち、図１に示すように、前記ソルダーレジスト１３０の開口部１３５の幅がＡであれば、前記Ａより小幅Ｂを有するように前記バンプ１６０を形成する。
従来の技術によれば、前記バンプは前記ソルダーレジスト１３０から突出している領域が前記開口部１３５の幅より大幅を有するように拡張されて形成される。
この際、上記のようにバンプが形成されれば、前記バンプの上に形成されるソルダーも前記開口部１３５の幅より大幅を有するように形成され、これによって、隣り合うソルダーの間の間隔が狭くなってソルダーの間の接触による連結不良が発生することがある。
これによって、本発明では前記バンプ１６０の幅を前記ソルダーレジスト１３０の幅より小さく形成し、前記ソルダーレジスト１３０の幅と同一な幅で前記ソルダー１７０を形成して、隣り合うソルダーの間の間隔を最大にすることができる。
前記バンプ１６０の上にソルダー１７０が形成されている。前記ソルダー１７０は素子との接着のためにリフローされて溶融されることによって、表面張力により丸い形状を有する。
前記ソルダー１７０は２元系以上の金属を含んで形成されることができ、前記２元系以上の金属はＳｎを含む合金であって、具体的にＳｎ−Ｃｕを含む合金で形成できる。
上記のように、本発明の実施形態に従う印刷回路基板１００は、ソルダーレジスト１３０が有する開口部１３５の幅より前記バンプ１６０の幅を小さく形成することによって、隣り合うソルダー１７０の間の間隔を最大化して、前記隣り合うソルダーの間の接触により発生する連結不良を事前に防止することができる。
図３乃至図１４は、本発明の実施形態に従う印刷回路基板１００を製造するための方法を示す断面図である。
まず、図３のように、絶縁プレート１１０に金属層１１５を形成する。
この際、前記金属層１１５は前記絶縁プレート１１０の上に銅を含む金属を無電解めっきして形成できる。
前記絶縁プレート１１０は、熱硬化性または熱可塑性高分子基板、セラミック基板、有−無機複合素材基板、またはガラス繊維含浸基板であることがあり、高分子樹脂を含む場合、エポキシ系絶縁樹脂を含むことができ、これとは異なり、ポリイミド系樹脂を含むこともできる。
また、前記金属層１１５は、前記絶縁プレート１１０に無電解めっきを行って形成することとは異なり、ＣＣＬ（copper clad laminate）を使用することができる。
また、前記金属層１１５を無電解めっきして形成する場合、前記絶縁プレート１１０の上面に粗度を与えてめっきが円滑が遂行されるようにすることができる。
次に、図４のように、前記絶縁プレート１１０の上に形成された導電層１１５を選択的に除去して回路パターン（図示せず）またはパッド１２０を形成する。
この際、前記絶縁プレート１１０に形成された導電層１１５は前記絶縁プレート１１０の上面及び下部に各々形成されていることができ、これによって、前記回路パターン（図示せず）及びパッド１２０は前記絶縁プレート１１０の下面にも形成できる。
このように、前記絶縁プレート１１０の少なくとも一面には前記のような回路パターンとパッド１２０が形成されており、図５のように、前記絶縁プレート１１０に形成された回路パターンを埋め込むようにするソルダーレジスト１３０を塗布する。
この際、前記ソルダーレジスト１３０はパッド１２０を露出する開口部１３５を含むように形成されており、前記開口部１３５は前記パッド１２０より小幅を有するように形成されることによって、前記パッド１２０の縁領域は前記ソルダーレジスト１３０により保護される。
次に、図６のように、前記形成されたソルダーレジスト１３０の上面及び側面を覆うめっきシード層１４０を形成する。
前記めっきシード層１４０は無電解めっき方式により形成できる。
無電解めっき方式は、脱脂過程、ソフト腐食過程、予備触媒処理過程、触媒処理過程、活性化過程、無電解めっき過程、及び酸化防止処理過程の順序に処理して進行することができる。また、前記めっきシード層１４０はめっきでないプラズマを用いて金属粒子をスパッタリングすることによって形成することもできる。
この際、前記めっきシード層１４０をめっきする以前に前記ソルダーレジスト１３０の表面のスミアを除去するデスミア工程を更に遂行することができる。前記デスミア工程は、前記ソルダーレジスト１３０の表面に粗度を与えて、前記めっきシード層１４０の形成に対するめっき力を高めるために遂行される。
また、前記めっきシード層１４０は前記ソルダーレジスト１３０の上面及び側面の以外に前記パッド１２０の上面にも形成できる。
次に、図７のように、前記ソルダーレジスト開口部１３５の一部を開放するウィンドウ１８５を有するマスク１８０を形成する。
より好ましくは、前記マスク１８０は、バンプ連結部１５０、バンプ１６０、及びソルダー７０が形成された領域を開放するウィンドウ１８５を有する。
前記マスク１８０は、耐熱性の強いドライフィルムを使用することが好ましい。
この際、前記マスク１８０に形成されたウィンドウ１８５は、前記ソルダーレジスト１３０が有する開口部１３５の幅より小幅を有するようにする。
言い換えると、前記マスク１８０のウィンドウ１８５は、前記ソルダーレジスト１３０が有する開口部１３５の上に形成されて、前記開口部１３５の一部のみ開放されるようにする。
次に、図８のように、前記パッド１２０の上にバンプ連結部１５０を形成する。
即ち、前記めっきシード層１４０をシード層にして伝導性の物質、好ましくは銅を含む合金を電解めっきして前記マスク１８０のウィンドウ１８５の一部のみを埋め込むバンプ連結部１５０を形成する。
この際、前記マスク１８０のウィンドウ１８５が前記ソルダーレジスト１３０の開口部１３５より小幅を有するので、前記バンプ連結部１５０の幅も前記ソルダーレジスト１３０の幅より小幅を有するように形成される。
次に、図９のように、前記形成されたバンプ連結部１５０の上にバンプ１６０を形成する。
即ち、前記形成されたバンプ連結部１５０をシード層にして伝導性の物質、好ましくは銅を含む合金を電解めっきして前記マスク１８０のウィンドウ１８５の一部のみを埋め込むバンプ１６０を形成する。
この際、前記バンプ１６０は、前記ソルダーレジスト１３０が有する開口部１３５の幅より小幅を有するように形成される。
即ち、前記バンプ１６０は前記開口部１３５の幅より小幅を有するウィンドウ１８５を埋め込んで形成されるため、前記開口部１３５の幅より小幅で形成される。
また、前記バンプ１６０は前記マスク１８０に形成されたウィンドウ１８５のパターンによって形状が決まる。この際、前記バンプ１６０が今後ソルダー１７０の容易な形成のために四角柱形状に前記ソルダーレジスト１３０の表面の上に突出して形成されるようにする。このために、前記ウィンドウ１８５のパターンも四角柱形状を有するようにする。
次に、図１０のように前記バンプ１６０の上にソルダー１７０を形成する。
前記ソルダー１７０は前記マスク１８０のウィンドウ１８５の全体を埋め込むように形成できる。
また、前記ソルダー１７０は素子との接着のためにリフローされて溶融されることによって、表面張力により丸い形状を有することができる。
また、前記ソルダー１７０は２元系以上の金属を含む合金で形成できるが、これはＳｎを含む合金であって、具体的にＳｎ−Ｃｕを含む合金でありうる。
次に、図１１のように、前記めっきシード層１４０の上に形成されたマスク１８０を除去する。即ち、前記マスク１８０を剥離して、前記バンプ１６０及びソルダー１７０を露出させる。
次に、図１２のように、前記形成しためっきシード層１４０をエッチングして除去する。
より好ましくは、前記ソルダーレジスト１３０の上面に形成されためっきシード層１４０を選択的にエッチングして前記ソルダーレジスト１３０の上面が露出するようにする。
図１３は従来の技術に従う印刷回路基板１の平面図であり、図１４は本発明に従う印刷回路基板１００の平面図である。
図１３を参照すると、従来技術に従う印刷回路基板１はソルダーレジスト５に開口部が形成され、前記開口部の全体を覆うバンプ８が形成されている。
言い換えると、従来技術に従う印刷回路基板１は前記ソルダーレジスト５が有する開口部の幅（ａ）より前記バンプ８が有する幅（ｂ）が大きく形成される。
これによって、従来技術に従う印刷回路基板１はｃ間隔を有し、前記バンプ８が連続的に形成される。
しかしながら、図１４を参照すると、本発明に従う印刷回路基板１００はソルダーレジスト１３０に開口部１３５が形成され、前記開口部１３５の内側に前記開口部１３５の一部のみを覆うバンプ１６０が形成されている。
言い換えると、従来技術に従う印刷回路基板１は、前記ソルダーレジスト１３０が有する開口部１３５の幅（Ａ）より前記バンプ１６０が有する幅（ｂ）が小さく形成される。
これによって、本発明に従う印刷回路基板１００はＣ間隔を有し、前記バンプ１６０が連続的に形成される。
この際、本発明に従う印刷回路基板１００はＡがＢより大きく、前記従来技術に従う印刷回路基板１はａがｂより小さいので、前記印刷回路基板１００は従来の印刷回路基板１が有するｃより大きいＣ間隔をおいて前記バンプ１６０が連続的に形成される。
これによって、前記バンプ１６０の間の接触により発生する不良を事前に防止することができるので、信頼性の高い印刷回路基板を提供することができる。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、次の請求範囲で定義している本発明の基本概念を用いた当業者のさまざまな変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属するものである。
一方、図１５を参照すると、本発明による印刷回路基板１００は、ソルダーレジスト１３０で開口部１３５が形成され、前記開口部１３５の内側に、前記開口部１３５の一部のみを覆うバンプ１６０が形成されることができる。
図１６を参照すると、バンプ構造による信頼性評価シミュレーションの結果、本発明のようなＣａｓｅ３の構造の全体的な信頼性が最も高かった。これにより、上記のようなバンプ１６０構造により、チップと基板を接合させる場合には、ダイに伝達されるストレスを減らすことができる。
また、図１７を参照すると疲労破壊（bump crack）分析の結果、本発明のようなｃａｓｅ３の構造のライフサイクル（life cycle）が最も良いことが分かった。
Claims (3)
- 絶縁層と、
前記絶縁層の上に配置されるパッドと、
前記絶縁層の上に配置され、前記パッドの上面を露出する開口部を有するソルダーレジストと、
前記開口部を通じて露出された前記パッドの上面の上に配置され、前記開口部を埋め込みながら前記ソルダーレジストの表面上に突出した第１部分と、前記第１部分の上に配置された第２部分とを含むバンプ連結部と、
前記バンプ連結部の前記第２部分の上に配置されるバンプと、
前記バンプの上に配置されるソルダーと、を含み、
前記バンプ連結部の前記第１部分の幅は前記ソルダーレジストの前記開口部の幅より狭く、
前記バンプ連結部は、前記第２部分の幅が前記第１部分の幅より狭く、
前記バンプは、上面及び下面の幅が前記バンプ連結部の前記第２部分の幅と同一であり、
前記ソルダーは、上面及び下面の幅が前記バンプの上面の幅と同一であることを特徴とする、印刷回路基板。 - 前記バンプは、円柱、四角柱、及び多角柱のうち、少なくともいずれか１つの形状を有することを特徴とする、請求項１に記載の印刷回路基板。
- 前記バンプは銅を含む合金で形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の印刷回路基板。
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