KR100355417B1

KR100355417B1 - 레이저와 레이저마스크에 의한 회로기판의 회로 형성방법

Info

Publication number: KR100355417B1
Application number: KR1020000023215A
Authority: KR
Inventors: 안지양
Original assignee: 안지양
Priority date: 2000-04-25
Filing date: 2000-04-25
Publication date: 2002-10-11
Also published as: KR20000058361A

Abstract

본 발명은 회로기판의 회로패턴 형성방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광원으로부터 발생되어 레이저마스크를 선택적으로 집속발산투과한 레이저 빔을 절연판에 박판형태로 접착된 금속도체에 조사하여 회로패턴 이외의 금속도체를 제거하면서 회로패턴을 형성하는 레이저와 레이저마스크에 의한 회로기판의 회로패턴 형성방법에 관한 것이다. 본 발명의 목적은, 인쇄회로기판의 제조방법과 달리 회로기판의 회로패턴을 형성하는 데 레이저와 레이저마스크를 이용함으로써, 제조공정을 단축시켜 제조설비 투자비용 최소화, 원가절감 및 생산성 향상을 도모하고 각종 유해화학물질 사용에 따른 환경적 위해성을 해소함은 물론, 레이저마스크를 구성하는 볼록렌즈와 오목렌즈의 정렬간격을 조절하여 형성될 회로패턴의 크기를 자유롭게 축소 또는 확대할 수 있는 회로기판의 회로패턴 형성방법과 이에 사용되는 레이저마스크를 제공하는 데 있다.

본 발명에 의한 회로기판의 회로패턴 형성방법은 광원으로부터 발생된 레이저 빔을 선택적으로 집속발산투과시키기 위한 장치인 레이저마스크 제작 단계, 상기 레이저 마스크를 절연판에 박판형태로 접착된 금속도체 상에 일정간격을 유지하여 정렬시키는 단계, 레이저 빔을 상기 레이저마스크에 조사하여 레이저 빔을 선택적으로 집속발산투과시키는 단계, 상기 선택적으로 집속발산투과된 레이저 빔을 절연판에 박판형태로 접착된 금속도체에 조사하여 회로패턴 이외의 금속도체를 제거하는 단계, 레이저 빔 조사부에 불활성 가스를 주입하면서 제거되는 금속도체 입자를 흡입기로 흡입하여 회로패턴을 완성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다

Description

레이저와 레이저마스크에 의한 회로기판의 회로 형성방법{The method of forming circuit on circuit board by laser and laser mask}

본 발명은 회로기판의 회로패턴 형성방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광원으로부터 발생되어 레이저마스크를 투과하면서 회로패턴이외의 부분만 선택적으로 집속발산투과된 레이저 빔을 절연판에 박판형태로 접착된 금속도체에 조사하여 회로패턴 이외의 금속도체를 제거하면서 회로패턴을 형성하는 레이저와 레이저마스크에 의한 회로기판의 회로패턴 형성방법에 관한 것이다.

인쇄회로기판 제조에 있어서 회로패턴 형성방법은 페놀수지 또는 에폭시수지로 구성된 절연판에 박판형태로 접착된 구리 또는 알루미늄의 금속도체를 감광성 드라이필름을 이용하여 회로패턴만 남기고 부식시켜 회로패턴을 형성하는 습식식각방법이 보편적으로 사용되고 있다. 상기의 습식식각방법을 이용하여 회로기판의 회로패턴을 형성하기 위해서는 일반적으로 정면공정, 라미네이팅공정, 노광공정, 현상공정, 부식공정, 박리공정의 6개 세부공정을 순차적으로 거치게 되는데 도면을 참고하여 각 공정을 설명하면 다음과 같다.제1도a는 정면공정을 설명하기 위한 단면도이다. 정면공정은 절연판(3)에 박판형태로 접착된 금속도체(2)와 드라이필름(7)과의 밀착력을 향상시키기 위하여 금속도체(2) 표면의 방청처리막, 산화피막, 유지분 등을 제거하는 동시에 금속도체 표면에 조도(1)를 부여하는 공정이다. 정면공정은 물리적 연마단계, 연마중 발생한 금속도체 가루를 제거하기 위한 수세단계, 수세 후에 잔존하는 물을 제거하기 위한 건조단계로 이루어진다.제1도b는 라미네이팅공정을 설명하기 위한 단면도이다. 라미네이팅공정은 절연판(3)에 박판형태로 접착된 금속도체(2) 표면에 드라이필름(7)을 밀착시키는 공정이다. 라미네이팅공정은 금속도체(2) 표면과 드라이필름(7)의 밀착력을 향상시키기 위하여 금속도체(2) 표면을 예열하는 단계, 금속도체(2) 표면의 이물질을 제거하는 단계, 감광성 드라이필름(7)을 금속도체(2) 표면에 가열 및 가압하여 밀착시키는 단계, 라미네이팅 후 잔존하는 열을 제거하여 드라이필름(7)에 안정성을 부여하는 중합단계로 이루어진다.제1도c는 노광공정을 설명하기 위한 단면도이다. 노광공정은 절연판에 박판형태로 접착된 금속도체(2)의 표면에 밀착된 드라이필름(7) 위에 노광용 필름(10)을 씌우고 UV 빛(9)을 조사하여 드라이필름의 필요한 부분, 즉 에칭레지스트로서의 역할을 할 회로패턴 부분을 광경화시키는 공정이다. 노광공정은 노광용 필름(10)의 이상유무를 확인하는 단계, 노광용 필름(10)을 드라이필름 위에 씌우고 UV 빛(9)을 조사하는 단계, 노광후 UV 빛(9)을 받은 드라이필름(12)의 완전경화를 위한 중합단계로 이루어진다.제1도d는 현상공정을 설명하기 위한 단면도이다. 현상공정은 노광공정에서 UV 빛에 노출되지 않은 드라이필름, 즉 광경화되지 않은 드라이필름(11)을 현상액으로 용해시켜 제거하는 공정이다. 현상공정은 드라이필름의 커버필름인 마일러지(6)를 제거하는 단계, 노광공정에서 UV 빛(9)을 받지 않은 드라이필름(11)을 현상액으로 제거하는 단계, 현상시 발생한 드라이필름 찌꺼기를 물로 제거하는 수세단계, 수세시 묻은 물을 제거하기 위한 건조단계, 회로패턴의 이상유무를 확인하는 현상검사 단계로 이루어진다.제1도e는 부식공정을 설명하기 위한 단면도이다. 부식공정은 현상공정을 거친 후 노출된 회로패턴 이외의 금속도체를 부식액으로 에칭하여 회로패턴을 형성시키는 공정이다. 부식공정은 부식액으로 에칭하는 단계, 잔존하는 부식액을 물로 제거하는 수세단계로 이루어진다.제1도f는 박리공정을 설명하기 위한 단면도이다. 박리공정은 부식공정을 거친 후 회로패턴이 형성된 금속도체(13)에 광경화되어 남아있는 드라이필름(12)을 박리액으로 박리시키는 공정이다. 박리공정은 회로패턴이 형성된 금속도체(13)에 광경화되어 남아 있는 드라이필름(12)을 박리액으로 제거하는 단계, 박리후에 잔존하는 박리액과 드라이필름 찌꺼기를 물로 제거하는 수세단계, 수세시 묻은 물을 제거하는 산화를 방지하기 위한 건조단계로 이루어진다.상기와 같이 인쇄회로기판 제조에 있어서 회로패턴 형성방법은 여러 공정을 거쳐야 하기 때문에 정면시설, 라미네이팅시설, 노광시설, 현상시설, 부식시설, 박리시설과 같은 다수의 설비와 이들 설비의 설치를 위한 대규모 공간이 필요하여 거액의 설비투자가 불가피하고, 단위 제품 제작에 많은 시간이 소요되기 때문에 생산성이 낮으며, 각 공정마다 존재하는 가공원리상의 저해요인으로 인하여 불량률이 높은 문제점을 내포하고 있다.또한 현상공정과 박리공정에서는 유해화학물질인 알카리약품(탄산나트륨; Na2CO3, 탄산칼륨; K2CO3, 수산화나트륨; NaOH, 수산화칼륨; KOH)을 사용하고 있는 부식공정에서도 유해화학물질인 산(이염화구리; CuCl2, 삼염화철; FeCl3)을 사용하고 있기 때문에 환경적 위해성이 상존하고 있으며, 이러한 환경적 위해성을 해소하기 위하여 공해방지 시설을 갖추어야 하기 때문에 공해방지 시설의 투자와 유지보수를 위한 부대적인 비용의 지출이 불가피한 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 제1의 목적은 절연판에 박판형태로 접착된 금속도체에 회로패턴을 형성하기 위해 사용되는 장치, 즉 레이저 빔 차단용 회로패턴 박막이 형성된 볼록렌즈, 오목렌즈의 주요 구성부에 의해 레이저 빔을 회로패턴 이외의 부분만 선택적으로 집속발산투과시키는 레이저마스크를 제공하는 것이고, 제2의 목적은 인쇄회로기판 제조에 있어서 절연판에 박판형태로 접착된 금속도체에 회로패턴을 형성하기 위해 순차적으로 수행되는 정면공정, 라미네이팅공정, 현상공정, 부식공정, 박리공정의 다수의 공정을 보다 간단한 공정으로 대체하여 제조설비 투자비용을 최소화하고 원가절감 및 생산성 향상을 도모함은 물론 현상액, 부식액, 박리액과 같은 각종 유해화학물질 사용에 따른 환경적 위해성을 해소하여 제조공정을 보다 더 환경친화적으로 전환시키기 위한 회로기판의 회로패턴 형성방법을 제공하는 것이다.

제1도a는 인쇄회로기판의 회로패턴 형성공정중 정면공정을 설명하기 위한 단면도제1도b는 인쇄회로기판의 회로패턴 형성공정중 라미네이팅공정을 설명하기 위한 단면도제1도c는 인쇄회로기판의 회로패턴 형성공정중 노광공정을 설명하기 위한 단면도제1도d는 인쇄회로기판의 회로패턴 형성공정중 현상공정을 설명하기 위한 단면도제1도e는 인쇄회로기판의 회로패턴 형성공정중 부식공정을 설명하기 위한 단면도제1도f는 인쇄회로기판의 회로패턴 형성공정중 박리공정을 설명하기 위한 단면도

제2도a는 본 발명에 의한 회로기판의 회로패턴 형성방법 및 레이저마스크를 설명하기 위한 단면도제2도b는 본 발명에 의해 회로기판에 형성된 회로패턴을 설명하기 위한 단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

21: 볼록렌즈

22: 레이저 빔 차단용 회로패턴 박막

24: 볼록렌즈 및 오목렌즈의 광축

25: 볼록렌즈와 오목렌즈의 정렬간격

26: 오목렌즈

39: 기판고정틀

40: 절연판

42: 레이저 빔

45: 불활성가스 주입장치

47: 흡입장치

본 발명의 제1의 목적인 레이저마스크의 구성을 도면(제2도a)을 참고하여 설명하면 다음과 같다. 레이저마스크는 한쪽 면에 레이저 빔을 회로패턴 부분만 선택적으로 차단시킬 수 있는 회로패턴 박막(22)이 형성된 볼록렌즈(21)를 오목렌즈(26)와 광축(24)이 일치하도록 정렬시켜 구성한 것으로서, 볼록렌즈(21)와 오목렌즈(26)의 정렬간격(25)을 확대 또는 축소 조절할 수 있는 것에 특징이 있다.

볼록렌즈(21)와 오목렌즈(26)는 넓은 범위의 레이저 빔 파장에 걸쳐 레이저 빔을 투과시키는 성능이 우수하고 열에 의한 변형이 적은 Fused Silica, Quartz, BK7의 재질로 구성되며 볼록렌즈(21)와 오목렌즈(26)의 표면은 회로패턴을 정밀하고 보다 효율적으로 형성하기 위하여 구면형상이나 비구면형상을 선택적으로 채용할 수 있다. 즉, 볼록렌즈와 오목렌즈의 각각의 양쪽 면의 형상을 곡률이 서로 다른 구면형상이나 비구면형상으로 형성시키거나 또는 볼록렌즈와 오목렌즈의 각각의 한쪽 면만을 평면형상으로 형성시키는 것이다.

볼록렌즈(21)의 한쪽 면에 형성된 회로패턴 박막(22)은 유전체박막, 금속박막, 유전체박막과 금속박막의 조합 3가지로 구성할 수 있으며 회로패턴은 선택된 박막을 볼록렌즈(21)의 한쪽 면 전체에 형성시킨 후 회로패턴 이외의 박막을 플라즈마나 이온빔에 의한 건식식각 또는 케미칼에 의한 습식식각방법으로 식각하거나, 볼록렌즈(21)의 한쪽 면에 선택된 박막으로 회로패턴을 직접 형성시킨다. 유전체박막은 굴절률이 작은 유전체와 굴절률이 큰 유전체의 교대다층막 또는 굴절률이 큰 다른 두 유전체의 교대다층막으로 형성되며 굴절률이 작은 유전체로는 CaF2, MgF2, 굴절률이 큰 유전체로는 TiO2, ZrO2, SiO2, HfO2, ZnS가 사용된다. 금속박막은 금, 은, 크롬, 알루미늄, 니켈-크롬 합금 중에서 하나의 금속으로 일정 두께의 막을 형성하거나 다른 두 개의 금속으로 교대다층막을 형성시킨다. 그리고 유전체박막과 금속박막의 조합은 상기의 유전체박막와 상기의 금속박막의 조합으로 형성시키는데 대표적인 예를 들면 볼록렌즈(21)에 크롬막을 형성시키고 그 위에 굴절률이 서로 다른 두 유전체의 교대다층막을 형성시킨 것이다.

볼록렌즈(21)는 제1고정링(34)에 의해 상부고정틀(33)에 고정되고, 오목렌즈(26)는 제2고정링(28)에 의해 하부고정틀(27)에 고정된다. 제1고정링(34)의 내측면(35)과 상면(36)에는 레이저 빔에 의한 손상을 막기 위해 레이저 빔 차단용 유전체박막이나 금속박막 또는 유전체박막과 금속박막의 조합으로 박막을 형성시킨다. 상부고정틀(33)은 하부고정틀(27)과의 결합을 위해 하부 외측에 수나사부(31)를 형성시키고 하부고정틀(27)은 상부고정틀(33)과의 결합을 위해 상부의 내측에 암나사부(30)를 형성시킨다. 상부고정틀(33)과 하부고정틀(27)은 각각 형성된 수나사부(31)와 암나사부(30)에 의해 볼록렌즈(21)와 오목렌즈(26)의 광축(24)이 일치하도록 결합되며 볼록렌즈(21)와 오목렌즈(26)의 정렬간격(25)은 상부고정틀(33)과 하부고정틀(27)의 상반된 회전을 통해 조절되고 정렬된 간격(25)은 상부고정틀(33)과 하부고정틀(27)을 고정핀(38)으로 구속함으로써 유지된다.본 발명의 제2의 목적인 회로기판의 회로패턴 형성방법의 구성을 도면(제2도a)을 참고하여 설명하면 다음과 같다.본 발명에 의한 회로기판의 회로패턴 형성방법은 기판고정틀(39)에 가공한 미세 원통형 흡입홈(52)을 통해 공기를 흡입하여 금속도체(41)가 박판형태로 접착된 절연판(40)을 기판고정틀(39)에 구속시키는 제1단계, 레이저마스크를 기판고정틀(39)에 구속된 절연판(40) 상에 일정간격을 유지하여 정렬시키는 제2단계, 레이저마스크를 구성하는 볼록렌즈(21)와 오목렌즈(26)의 정렬간격(25)을 조절하는 제3단계, 레이저마스크를 구성하는 볼록렌즈(21) 및 오목렌즈(26)의 광축(24)과 평행하게 레이저 빔을 볼록렌즈(21) 쪽에서 오목렌즈(26) 쪽으로 조사하는 제4단계, 레이저 빔이 레이저 빔 차단용 회로패턴 박막(22)이 형성되지 않은 볼록렌즈 면(23)을 집속투과하여 오목렌즈(26)에 입사되고 오목렌즈(26)를 투과한 후 발산되는 제5단계, 불활성가스(46)를 레이저 조사부에 주입하면서 오목렌즈(26)를 발산투과한 레이저 빔이 절연판(40)에 박판형태로 접착된 금속도체(41)와 광화학적 상호작용을 일으켜 금속도체가 입자화되어 제거되고 이를 흡입기(47)로 흡입하는 제6단계로 이루어진다.상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 레이저마스크와 회로기판의 회로패턴 형성방법의 작용을 도면(제2도a)을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명에 의한 회로기판의 회로패턴 형성방법에 사용되는 레이저 빔(42)은 절연판(40)에 접착된 금속도체(41)를 제거할 수 있는 에너지를 가지는 것이면 어떠한 종류의 것이라도 가능하지만 가공특성이 우수한 단파장의 레이저 빔을 사용하는 것이 좋다.금속도체(41)가 박판형태로 접착된 절연판(40)을 기판고정틀(39)에 구속시키고 레이저마스크를 기판고정틀(39)에 구속된 절연판(40) 상에 일정간격을 유지하여 정렬시킨 후 형성될 회로패턴의 규격을 고려하여 레이저마스크를 구성하는 상부고정틀(33)과 하부고정틀(27)을 상반 회전시켜 볼록렌즈(21)와 오목렌즈(26)의 정렬간격(25)을 조절한다. 볼록렌즈(21)와 오목렌즈(26)의 정렬간격(25)이 조절된 후 레이저 빔(42)을 볼록렌즈(21)와 오목렌즈(26)의 광축과 평행하게 볼록렌즈(21)에서 오목렌즈(26) 방향으로 볼록렌즈(21)상에 조사하면 볼록렌즈(21)상에 형성된 레이저 빔 차단용 회로패턴 박막(22)에서는 레이저 빔이 차단되고 볼록렌즈(21)의 회로패턴 박막(22)이외의 부분, 즉 레이저 빔 차단용 회로패턴 박막(22)이 없는 볼록렌즈(21)의 면(23)에서는 레이저 빔이 입사하면서 광축방향으로 굴절되고 볼록렌즈(21)를 투과하면서 다시 광축방향으로 보다 더 굴절(43)되어 볼록렌즈(21)를 집속투과하게 된다. 볼록렌즈(21)를 집속투과한 레이저 빔은 오목렌즈(26)에 입사하게 되는데 이때 레이저 빔은 오목렌즈(26)에 입사하면서 굴절되어 발산하고 오목렌즈(26)를 투과하면서 보다 더 발산(44)된다. 오목렌즈(26)를 투과하면서 발산된 레이저 빔(44)은 기판고정틀(39)에 구속된 절연판(40)에 박판형태로 접착된 금속도체(41)에 도달하여 금속도체(41)와 광화학적 상호작용을 일으켜 도체가 입자(49)화되어 제거된다. 이때 레이저 빔과 금속도체(41)의 광화학적 반응 도중 발생할 수 있는 플라즈마로 인해 가공이 방해받는 것을 방지하고 절단면이 정밀하게 형성되도록 하기 위해 불활성 가스(46)를 주입하는 동시에 제거되는 금속도체 입자(49)로 인해 가공이 방해되는 것을 방지하고 환경적 안정성을 위해 흡입공기(48)로 제거되는 금속도체 입자(49)를 흡입한다. 상기와 같은 방법에 의해 볼록렌즈(21)의 한쪽 면에 형성된 회로패턴(22)이 절연판(40)에 박판형태로 접착된 금속도체(41)에 전사되어 회로패턴(50)이 형성된다. 회로기판의 완전한 회로패턴은 상기와 같은 방법으로 볼록렌즈(21)상의 전면에 레이저 빔을 조사하여 형성시킬 수 있다.이상 본 발명을 구체적으로 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 통상적인 지식의 범위내에서 변형이나 개량을 통해 금속박막에 미세패턴을 형성하는 타 분야에도 적용이 가능하다.

본 발명은 회로기판의 회로패턴을 형성하는 데 레이저와 레이저마스크를 이용함으로써 회로기판 제조공정을 단축시켜 제조설비 투자비용의 최소화, 원가절감 및 생산성 향상을 도모할 수 있고 각종 유해화학물질 사용에 따른 환경적 위해성을 해소하여 제조공정을 보다 더 환경친화적으로 전환할 수 있음은 물론 레이저마스크를 구성하는 볼록렌즈와 오목렌즈의 정렬간격을 조절하여 형성될 회로패턴의 크기를 자유롭게 조절할 수 있는 장점이 있다.

Claims

한쪽 면에 레이저빔을 차단할 수 있는 "전자 회로패턴 박막"을 형성시킨 볼록렌즈(각각의 표면이 구면인 것과 비구면인 것을 포함)가 고정된 상부 고정틀(33)과 ;

오목렌즈(각각의 표면이 구면인 것과 비구면인 것을 포함)가 고정된 하부 고정틀(27)을;

상기 볼록렌즈의 광축과 상기 오목렌즈의 광축이 서로 일치하도록 결합하여 구성하는 것을 특징으로 하는 레이저마스크
청구항 제1항에 있어서,

상부고정틀(33)과 하부고정틀(27)은 나사식으로 결합되도록 하여 서로 다른 방향으로 회전시킴으로써 상기 볼록렌즈와 상기 오목렌즈의 간격을 조절할 수 있도록 구성하는 것을 특징으로 하는 레이저마스크
청구항 제1항에 있어서,

"전자 회로패턴 박막"은 굴절률이 작은 유전체와 굴절률이 큰 유전체의 교대다층막이나, 서로 다른 두 금속의 교대다층막 또는 상기 유전체의 교대다층막과 금속박막의 조합 중의 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저마스크
청구항 제3항에 있어서,

유전체의 교대다층막은 굴절률이 작은 CaF2, MgF2와 굴절률이 큰 TiO2, ZrO2, SiO2, HfO2, ZnS의 교대다층막으로 형성한 것을 특징으로 하는 레이저마스크