KR100406297B1 - 대기압 플라즈마를 이용한 인쇄회로기판 비아홀 세정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 미세 공음극 원리를 이용한 대기압 마이크로 할로우 캐소드 플라즈마 특성을 이용하여 인쇄 회로 기판의 초미세 패턴화에 따른 마이크로 비아홀 내의 유기질 불순물, 수분 및 각종 이물질들인 스미어를 제거함으로서 마이크로 비아홀의 비등방성 에칭 특성을 향상시킬 수 있는 대기압 플라즈마를 이용한 인쇄회로기판 비아홀 세정장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 인쇄회로기판 비아홀 세정장치는 평판상에 다수의 미세홀이 연속적으로 마련된 마이크로 할로우 타입 캐소드(10)와, 상기 캐소드의 마이크로 할로우를 통하여 캐소드과 애노드 사이의 공간에 분위기 가스를 흘려주기 위한 분위기 가스 공급관(20)과, 상기 캐소드와 평행한 상태로 일정거리 이격 배치되는 애노드(30)와, 상기 캐소드와 애노드 사이에 고주파 전력을 공급하기 위한 RF파워공급부(40)를 포함하며, 상기 캐소드와 애노드 사이의 플라즈마 형성공간을 통해 선 펀칭공정의 PCB가 통과하면서 세정된 다음 후 도금공정으로 이송되게 구성한다.

이와 같은 본 발명의 인쇄회로기판 세정장치는 미세 공음극의 크기조절 및 전극 사이즈 조절을 통하여 대면적 처리가 가능한 대기압 플라즈마 시스템을 구성할 수 있어 PCB 손상 없이 비아홀 내부의 잔존 불순물 등을 효과적으로 제거할 수 있다.

Description

대기압 플라즈마를 이용한 인쇄회로기판 비아홀 세정장치{PCB via hole cleaning apparatus using the air plasma generator}

본 발명은 인쇄 회로 기판의 초미세 패턴화에 따른 마이크로 비아홀(micro via hole) 제조시 부가적으로 발생하는 유기질 불순물, 수분 및 각종 이물질들인 스미어(smear)를 미세 공음극 원리를 이용한 마이크로 할로우 캐소드 플라즈마(micro hollow cathode plasma)의 특성을 이용하여 제거함으로서 마이크로 비아홀의 비등방성 에칭특성을 향상 시키기 위한 것으로, 특히 방전 가스 없이도 대기중의 공기를 이용하여 PCB 비아홀 플라즈마 세정을 가능하게 하는 대기압 플라즈마를 이용한 인쇄회로기판 비아홀 세정장치에 관한 것이다.

최근 국내 및 국외의 인쇄 회로 기판(PCB) 제조 기술의 급진전과 초고다층 PCB의 수요가 늘어나면서 PCB 업체별로 생산품목이 빌드업, CSP(chip size packaging), 멀티 칩 모듈, 다층 연성PCB(flexible printed circuit) 등으로 생산 품목이 특화되어 가고 있다.

이러한 특수 인쇄회로기판(PCB) 제조기술의 발달과 동시에 마이크로 비아홀을 요구하는 PCB의 수요가 급증하고 있는데, 마이크로 비아홀 제조시, 그 홀 내부의 유기 불순물, 잔존수분 및 잔사(smear) 등을 비아홀 도금전에 처리하기 위한 기술은 PCB의 최종 품질에 큰 영향을 미치는 데도 불구하고 현재 매우 낙후되어 있는 실정이다.

PCB의 비아홀 세정을 위한 전통적인 방식으로 화학약품을 사용한 습식 공정이 있는데, 이 습식 공정은 작업자의 수작업에 의존하는 기술로서 세척 공정의 전후 공정사이에 인라인(in-line)화가 어렵고, 또한 공정의 정확한 제어 및 초미세 가공이 불가능하며, 화학 약품의 사용으로 인한 환경오염문제를 초래한다.

최근 여러 선진국들은 PCB 제조시 할로겐족 화합물이 포함된 에폭시 수지를 재료로 한 PCB을 사용하지 않으려거나 그 사용을 제한 하려는 움직임을 보이고 있다. 즉 할로겐족 화합물이 포함되지 않은 에폭시 수지를 사용한 PCB을 사용함으로서 환경 친화형 PCB 만을 생산하려 하고 있는데, 이는 다량의 할로겐족 화합물이 포함된 에폭시 수지에 기존의 화학 습식 공정을 사용할 경우에 환경오염 문제를 일으키기 때문으로 볼 수 있다.

이에 따라, 우리나라에서도 빌드 업 기판과 볼 그리드 어레이(BGA)기판을 중심으로 초소구경화가 급진전되면서 일부 업체를 중심으로 기존의 화학 약품을 이용한 습식 장비보다 환경 친화적이며 잔사제거 능력이 우수한 플라즈마를 이용한 마이크로 비아홀 세정기술의 도입이 시작되고 있다.

도 1은 종래의 저압 플라즈마 PCB 비아홀 세정장치의 구성을 보이고 있다.

여기에서 참고되는 바와 같이, 비아홀 세정을 위한 저압 플라즈마 발생장치는 시료(51)가 로드되는 반응기(50)와, 이 반응기 내의 압력을 대기압보다 낮은 압력으로 유지하기 위한 진공펌프(55)와, 상기 반응기내에 분위기 가스를 공급하기 위한 가스탱크(53)와, 반응기내에서의 플라즈마 생성을 위한 RF파워(54)로 구성되고 있다.

이와 같은 저압 플라즈마 발생장치에서, 플라즈마 발생조건 및 안정화 조건을 찾기 위한 플라즈마 특성분석을 위해, 먼저 He, Ar, CF4, H2, O2 및 이들의 혼합기체의 각 압력별 활성 라디칼 종 특성 측정과 He, Ar, CF4, H2, O2 및 이들의 혼합 기체의 각 압력별 이온화율 측정을 선행한다.

그 결과 방전 조건 및 세정효과의 최적 조건 설정은 아래의 표 1과 같다.

가스종류	압력	파워	노출시간
He(100%)	1~10 Torr	1~80(W)	30초
Ar(100%)	1~10 Torr	1~80(W)	1분
He+O2(90%:10%)	1~10 Torr	1~80(W)	2분
Ar+O2(90%:10%)	1~10 Torr	1~80(W)	4분

위의 조건에 따른 저압 플라즈마 세정실험 데이터를 오제 전자분광법(AES)으로 측정한 값을 도 2에 나타내었다.

상기 AES 분석에 따르면, Ar 스퍼터링에 의하여 비아홀 바닥의 Cu 표면이 노출될 때까지 소요되는 시간은 플라즈마 처리한 PCB 인 경우 2.5분, 플라즈마 처리를 하지 않은 PCB인 경우 10분이 소요되는 것으로 나타나고 있다.

위의 결과를 바탕으로 플라즈마 처리에 의하여 비아홀 내부의 잔존 레진이 효과적으로 제거되는 플라즈마 세정 효과를 확인 할 수 있다.

도 3a 내지 도 3d는 전자현미경(SAM)에 의해 촬영된 세정 전, 후의 비아홀 내부 사진 및 세정 조건별 비아홀 내부의 900배율 사진으로서, 도 3a는 세정전의 비아홀 사진이고, 도 3b는 He+O₂(90%:10%), 40W, 30초 조건하에서의 세정후 비아홀 사진이고, 도 3c는 He+O₂(90%:10%), 40W, 1분 조건하에서의 세정후 비아홀 사진이고, 도 3d는 He+O₂(90%:10%), 40W, 4분 조건하에서의 세정후 비아홀 사진이다.

또, 도 3e 내지 도 3h는 비아홀 내부의 3000배율 사진으로서, 도 3e는 세정전의 비아홀 사진이고, 도 3f는 He+O₂(90%:10%), 40W, 30초 조건하에서의 세정후 비아홀 사진이고, 도 3g는 He+O₂(90%:10%), 40W, 1분 조건하에서의 세정후 비아홀 사진이고, 도 3h는 He+O₂(90%:10%), 40W, 4분 조건하에서의 세정후 비아홀 사진이다.

또, 도 3i 내지 도 3l는 Ar가스를 분위기 가스로 한 비아홀 내부 세정 사진으로서, 도 3i는 플라즈마 세정전의 비아홀 사진이고, 도 3j는 Ar+O₂(90%:10%), 40W 조건하에서의 세정후 비아홀 사진이고, 도 3k는 세정전 비아홀 바닥면 사진이고, 도 3l은 Ar+O₂(90%:10%), 40W 조건하에서의 세정후 비아홀 바닥면의 300배율 전자현미경 사진이다.

여기에서는 가스 종류에 따른 방전 및 세정 효과 실험 결과를 얻기 위해 He 과 Ar를 기본 가스로 사용하여 방전 및 PCB 세정 실험을 진행하였으며, 기본 가스에 산소 가스의 첨가 분율을 2에서 50%까지 조절하면서 방전 및 플라즈마 처리에 의한 세정 효과를 관찰하였다.

실험결과에 있어, 먼저 산소를 첨가한 경우가 순수 He 과 Ar를 사용한 경우보다 효과적이었지만 일정분율 이상을 첨가한 경우에는 PCB 표면 및 비아홀 내부의 측벽(sidewall)의 형상이 무너지는 역효과를 보였다.

결과적으로 순수 He과 Ar을 사용한 경우보다는 산소를 일정 분율 첨가한 경우, 플라즈마 처리에 의한 세정 효과가 향상됨을 알 수 있다.

한편, 인가되는 RF파워의 크기에 따른 방전 및 세정 효과 실험에 있어, 13.56MHz RF 파워를 80(W)까지 가변 하면서 사용되는 가스 종의 선택과 인가되는 전력의 상관관계를 고려하여 최적의 인가전력의 크기를 결정하였다.

인가되는 RF파워와 플라즈마 처리 시간과의 상관 관계에 있어서, 플라즈마 처리 시간을 단축하기 위하여 파워크기를 40(W)이상 가변하는 경우에 비아홀 내부의 측벽이 뭉그러지는 역효과가 관찰되었다.

결과적으로, 플라즈마 처리 시간과 가스 종과의 상관 관계에 의하여 인가 전력의 크기를 40(W)로 제한하여 비아홀 측벽세정 효과를 극대화할 수 있었다.

플라즈마 노출 시간에 따른 세정 효과 실험에 있어서는 플라즈마 노출시간이 길면 길수록 세정에는 효과적이었지만, 사용하는 가스 종과 인가전력의 최적 조건에서는 노출시간도 4분 이상을 초과하면 비아홀 내부의 측벽이 무너지는 역효과를 보였다.

또한 플라즈마 노출시간의 결정은 He 과 Ar 기본 가스에 첨가되는 산소의 분율에 의하여 크게 영향을 받는 것을 알 수 있는데, 노출시간에 따른 세정 효과를 살펴보면 첨가되는 산소 분율에 따라 1분과 4분의 세정 효과가 거의 동일하다는 것을 알 수 있었다.

결과적으로 He의 물리적인 스퍼터링 효과와 첨가되는 일정 분율 산소의 화학적 반응에 의하여 효과적으로 플라즈마 처리에 의한 인쇄회로 기판의 세정 효과를 기대 할 수 있음을 알 수 있다.

이러한 PCB 비아홀의 플라즈마 건식 세정기술은 기존의 습식 세정기술과는달리 환경 친화적이면서 이물질 제거 능력이 우수하다.

그러나, PCB 플라즈마 세정은 저압의 챔버내에서만 가능하였기 때문에 세정비용의 증가와 세정 효율성이 극단적으로 떨어지는 문제점을 가지고 있다.

특히, 저압 플라즈마 설비의 구조상 세척 공정의 전후 공정사이에 인라인(in-line)화가 어렵다는 단점을 나타내고 있다.

본 발명의 목적은 미세 공음극 원리를 이용한 대기압 마이크로 할로우 캐소드 플라즈마 특성을 이용하여 인쇄 회로 기판의 초미세 패턴화에 따른 마이크로 비아홀 내의 유기질 불순물, 수분 및 각종 이물질들인 스미어를 제거함으로서 마이크로 비아홀의 비등방성 에칭 특성을 향상시킬 수 있는 대기압 플라즈마를 이용한 인쇄회로기판 비아홀 세정장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 저렴한 비용으로 대기압 하에서의 플라즈마 발생을 달성하고 플라즈마 도달거리를 확장시켜 PCB 세정공정의 인라인화를 달성할 수 있는 대기압 플라즈마를 이용한 인쇄회로기판 비아홀 세정장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 저압 플라즈마 발생장치의 구성도이다.

도 2는 종래의 저압 플라즈마 세정 실험에 대한 AES 분석데이터이다.

도 3a~3l는 종래의 저압 플라즈마 세정 실험에 따른 조건별 SEM 사진이다.

도 4는 본 발명에 따른 대기압 다중분사 플라즈마 발생장치의 구조도이다.

도 5는 본 발명에 적용되는 마이크로 할로우 타입 캐소드의 구조도 이다.

도 6은 본 발명의 대기압 플라즈마 발생장치를 이용한 인라인화 된 PCB제조 공정의 개념도이다.

도 7a~7e는 본 발명에서의 RF파워변경 및 산소가스의 첨가 유무에 따른 세정효과 실험데이터이다.

도 8a~8f는 본 발명에서의 산소가스 첨가분율 및 노출시간에 따른 세정효과 실험데이터이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

10 : 캐소드 11 : 미세홀

20 : 가스공급관 30 : 애노드

40 : RF파워공급부

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 미세 공음극 효과(hollow cathode effect)를 이용한 대기압 다중분사 플라즈마 발생장치(atmospheric pressure multi-jet plasma system)는 미세 공음극(micro hollow type cathode)과 일정 간격을 두고 존재하는 애노드 사이에 높은 주파수(13.56MHz)의 RF파워를 인가하여 위의 캐소드와 애노드 전극 사이에서 플라즈마가 형성되게 하고, 이때 생성된 플라즈마는 가스 노즐 내에 공급되는 반응가스에 의하여 안정화되도록 하며, 공급되는 반응가스의 압력에 의해 먼 거리까지 플라즈마가 안정적으로 존재하도록 하고, 미세 공음극에서 생성되는 플라즈마는 미세 공음극의 크기를 조절하여 전체 전극의 사이즈가 조절 가능하게 함으로서 대면적 처리가 가능한 대기압 플라즈마 시스템의 구현을 가능하게 하며, 이러한 장치의 미세 공음극 내에서 발생되는 이온 상태의 플라즈마를 이용하여 인쇄 회로 기판의 손상 없이 비아홀 내부의 잔존 불순물, 잔사(smear) 및 수분을 효과적으로 제거하도록 하는 것을 특징으로 한다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명 장치의 구성도이다. 여기에서 참고되는 바와 같이 본 발명의 PCB 비아홀 세정장치는 평판상에 다수의 미세홀이 연속적으로 마련된 마이크로 할로우 타입 캐소드(10)와, 상기 캐소드의 마이크로 할로우를 통하여 캐소드과 애노드 사이의 공간에 분위기 가스를 흘려주기 위한 분위기 가스 공급관(20)과, 상기 캐소드와 평행한 상태로 일정거리 이격 배치되는 애노드(30)와, 상기 캐소드와 애노드 사이에 고주파 전력을 공급하기 위한 RF파워공급부(40)를 포함하고 있다.

특히, 상기 캐소드와 애노드 사이에 만들어지는 플라즈마 형성공간을 통해 선 펀칭공정에서 비아홀이 펀칭된 PCB가 통과하도록 하여 여기에서 비아홀 내의 수분이나 잔존물 등이 제거되게 한 다음, 후 도금공정으로 이송되게 구성한다.

이러한 시스템은 PCB 세정공정의 전 공정인 펀칭공정과 PCB 세정공정의 후 공정 사이를 인라인화 시킬 수 있게 한다.

도 5는 상기 마이크로 할로우 타입 케소드(10)의 전극 구조도이다. 여기에서보는 것처럼, 미세 공극 효과를 얻기 위한 미세홀(11) 노즐들이 캐소드 전극에 형성되고 있으며, 이들 미세홀(11)노즐을 통하여는 가스공급관(20)을 통해 공급되는 분위기 가스가 애노드(30)측으로 다중 분사되게 구성되어 있다.

사용되는 분위기 가스, 즉, 반응가스는 에어(Air)를 포함하여 He, He+O₂, Ar, Ar+O₂, Air 중 어느 하나를 사용할 수 있다.

이와 같은 대기압 플라즈마 생성장치의 미세홀(11)을 가지는 캐소드(10)와 이 캐소드에 일정간격을 두고 위치하는 애노드(30)사이에 높은 주파수(13.56MHz)의 RF파워를 인가하면 이들 전극사이에서 플라즈마가 형성된다.

또한 이때 생성된 플라즈마는 캐소드의 미세홀(11)을 통하여 다중 분사되는 반응가스에 의하여 안정화되며, 공급되는 반응가스의 압력에 의해 먼 거리까지 플라즈마가 안정적으로 존재 할 수 있게 된다.

따라서, 마이크로 할로우 타입 캐소드에서 생성되는 플라즈마는 미세 공음극의 크기를 조절하는 것으로 플라즈마 도달거리를 연장시켜 그 형성공간을 확대할 수 있으며, 또한 전극사이즈의 조절을 통하여 대면적의 PCB 세정 처리가 가능한 시스템을 구성할 수 있다.

플라즈마 에칭 및 세정 기술은 물리적인 스퍼터링과 화학적인 반응을 동시에 이용하는 공정으로서 최근에 반도체 공정에 사용되는 플라즈마 에칭 및 세정 기술은 고가의 진공 장비를 필요로 하는 프로세스이며 이온화 율이 매우 낮은 플라즈마 특성을 보이고 있다. 특히, 국내에서는 DBD(dielectric barrier discharge) 타입의대기압 플라즈마를 이용한 연구가 활발히 진행되고 있는데, 이 DBD 플라즈마란 전극 사이에 수(KV) 정도의 고전압과 높은 주파수를 이용하여 대기압 하에서 작동하는 시스템으로, 일반적으로 압력이 올라갈수록 써멀(thermal)플라즈마로 전이하는 경우가 빈번하며 전극 사이의 간격이 수 밀리미터(mm)정도로 유지시킬 수 밖에 없는 실정이다.

더구나, 위의 DBD플라즈마는 전극 사이에서 많은 열이 발생하므로 소재에 따라 그 사용이 제한적이며 소재의 핸들링이 용이하지 못하여 전체 시스템 구성의 경비가 초기에는 많이 들어가는 시스템으로 분류된다.

이에 비추어 볼 때, 본 발명의 대기압 플라즈마 발생장치는 미세 공음극 내에서의 전자 진동(electron oscillation) 현상을 이용하고 있기 때문에 기존의 플라즈마 발생 장치에 비하여 이온화 율이 현저히(수 백배 정도)높다.

또한, 미세 공음극의 크기에 따라 저압에서 고압까지의 공정이 가능하기 때문에 고가의 진공 장비를 필요로 하지 않는다.

특히, 본 발명의 에어 플라즈마 시스템은 플라즈마 방전시 필요로 하는 방전 가스를 요구하지 않기 때문에 시스템 구성이 간단할 뿐만아니라, 대기 중의 공기를 이용하기 때문에 설비비용이 획기적으로 절감된다.

도 7a 내지 도 7e는 본 발명 장치에서 인가된 RF파워의 변화 및 산소가스 첨가량 변화에 따른 PCB 비아홀 세정효과 사진을 나타내고 있다.

이것은 전자현미경에 의해 촬영된 세정 전, 후의 비아홀 내부 사진 및 세정 조건별 비아홀 내부의 900배율 사진으로서, 도 7a는 세정전의 비아홀 사진이고, 도7b는 He, 40W, 1분 조건하에서의 세정후 비아홀 사진이고, 도 7c는 He+O₂, 40W, 1분 조건하에서의 세정후 비아홀 사진이고, 도 7d는 He, 80W, 1분 조건하에서의 세정후 비아홀 사진이고, 도 7e는 He+O₂, 80W, 1분 조건하에서의 세정후 비아홀 사진이다.

여기에서 알 수 있는 것처럼, 산소를 첨가하지 않은 경우, 40W보다는 80W에서 더 효과적이다. 즉, He의 물리적인 스퍼터링에 의한 세정 효과가 주도적임을 알 수 있다.

위와는 달리, 산소를 소량 첨가한 경우, 산소를 첨가하지 않은 경우보다 효과적인 것을 알 수 있다. 즉, He의 물리적인 스퍼터링 효과 외에 산소 원소 및 PCB 잔존 레진간의 화학적 반응이 나타난 것으로 이해할 수 있다.

도 8a 내지 도 8f는 본 발명 장치에서 산소 가스 첨가 분율 및 노출시간에 따른 세정 효과를 확인할 수 있는 PCB 비아홀의 전자현미경사진이다.

이것은 전자현미경에 의해 촬영된 세정 전, 후의 비아홀 내부 사진 및 세정 조건별 비아홀 내부의 900배율 사진으로서, 도 8a는 세정전의 비아홀 사진이고, 도 8b는 He+O₂(0.5LPM), 80W, 4분 조건하에서의 세정후 비아홀 사진이고, 도 8c는 He+O₂(0.5LPM), 80W, 2분 조건하에서의 세정후 비아홀 사진이고, 도 8d는 He+O₂(0.5LPM), 80W, 2분 조건하에서의 세정후 비아홀 사진이고, 도 8e는 He+O₂(1LPM), 80W, 1분 조건하에서의 세정후 비아홀 사진이고, 도 8f는 He+O₂(1LPM), 80W, 4분 조건하에서의 비아홀 사진이다.

여기에서 알 수 있는 것처럼, 산소 0.5 LPM을 첨가한 경우, 노출시간이 길수록 측벽의 경계가 사라졌으며, 80W인 경우 측벽의 경계가 사라지는 현상이 40W보다 두드러졌다.

산소 1 LPM을 첨가한 경우, 80W 1분인 경우 측벽의 경계 및 세정 효과가 좋았으며, 산소 1 LPM을 첨가한 경우에도 마찬가지로 노출시간이 길수록 측벽의 경계가 사라지는 현상을 보이고 있다.

따라서, 종래의 저압 플라즈마 세정 처리기술과 본 발명에 의한 대기압 세정 처리기술을 비교해 볼 때, 압력이 높으면 넌 써멀(non-thermal)플라즈마가 써멀 플라즈마로 전이하는 경우가 일반적이지만, SEM 데이터 분석결과 본 발명의 대기압 다중분사 플라즈마 발생장치에서는 적절한 인가전력의 크기와 플라즈마 노출시간을 조절함으로서 써멀 플라즈마로의 전이 없이 PCB 세정 효과를 극대화 할 수 있다.

앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 대기압 플라즈마 세정처리 결과를 요약하면, 먼저, 플라즈마 처리 시간과 가스 종과의 상관 관계에 의하여 인가전력의 크기를 최대 80W로 제한하여 측벽의 세정 효과를 극대화시킬 수 있게 됨을 알 수 있으며, 인가전력의 크기가 80W이상인 경우 내부의 측벽의 경계가 사라짐을 알 수 있었다.

또한, 노출시간에 따른 세정 효과를 살펴보면, 첨가되는 산소 분율에 따라 1분이 가장 효과적이라는 것이 SEM 데이터로 확인되고 있으며, 노출시간이 1분 이상인 경우에는 비아홀 내부의 측벽경계가 사라짐을 보였다.

또한 산소를 첨가하지 않는 순수 He, Ar 가스만을 사용한 경우 세정 효과는인가전력의 크기와 노출 시간에 비례하여 효과가 증가하였는데 이는 He 과 Ar의 질량차에 기인하는 물리적인 스퍼터링(physical sputtering)에 의한 효과라 할 수 있다.

산소를 소량 첨가한 경우가 산소를 첨가하지 않은 경우보다 sidewall의 세정 정도가 더 효과적이었으며, 이는 He의 물리적인 스퍼터링 효과와 반응한 산소 원소와 PCB 잔존 레진간의 화학적 반응 결과라 할 수 있다.

따라서, 순수가스를 사용하는 경우보다는 He과 산소의 혼합 가스를 사용하는 것이 비아홀 내부의 잔존 레진을 효과적으로 세정 할 수 있는데, 이것은 He의 물리적인 스퍼터링 효과와 일정 분율 첨가되는 반응한 산소원소와 PCB 잔존 레진간의 화학적 반응을 기대 할 수 있기 때문이며, Ar보다 He을 선택한 이유는 이온화 에너지(ionization energy)가 He보다는 Ar이 낮지만 He의 충돌 단면적(Collision cross section)이 크기 때문에 산소가스의 이온화 반응을 촉진시켜 Ar과 산소 혼합 가스의 이온화율 보다 He 과 산소 혼합가스의 이온화율이 상대적으로 높기 때문이다.

특히, 압력이 증가하는 경우 넌 써멀 플라즈마가 써멀 플라즈마로 전이하는 경우가 일반적이지만, SEM 데이터 분석결과에 따르면 대기중 다중분사 플라즈마 장치에서는 적절한 RF파워의 크기와 플라즈마 노출시간을 조절함으로서 PCB 세정 효과를 극대화 할 수 있다.

도 6은 본 발명의 대기압 플라즈마 발생장치를 이용한 PCB 비아홀 세정공정을 포함한 PCB 제조과정을 도식적으로 나타내고 있다.

여기에서 참고되는 바와 같이, 펀칭공정에서는 기판, 특히 연질의 플렉서블기판에 홀을 뚫고, 상기 펀칭 공정에서 홀이 형성된 기판들은 세정공정으로 이송되어 각 홀들에 잔류하는 잔존물, 수분 등이 에어 플라즈마 세정장치에서 제거되고, 에어 플라즈마 세정공정을 거친 기판은 도금공정으로 이송되어 각 홀에 도금을 수행하여 비아홀 등이 만들어지게 된다. 이때, 플라즈마 PCB 세정공정을 수행함에 있어 종래의 저압 플라즈마 쳄버내에서의 세정과는 달리, 본 발명의 플라즈마 발생장치는 대기압하에서 그대로 플라즈마를 발생하여 그것으로 PCB세정을 실시하게 되므로 PCB 제조공정의 인라인화가 가능하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 마이크로 할로우 타입의 캐소드와 애노드 사이의 미세 공음극 내부에서 플라즈마가 형성되도록 함으로서 손쉽게 대기압하에서 플라즈마를 생성시켜 이것으로 PCB 비아홀 내 잔존물을 깨끗이 세정함으로써 PCB제품의 신뢰도를 높이게 할 수 있는 특유의 효과를 가져온다.

또한 본 발명은 마이크로 할로우 타입 캐소드 내의 미세홀을 통하여 반응가스를 투입시킴으로서 캐소드와 애노드 전극사이에 형성된 플라즈마를 안정화시키게 되며, 미세홀에 의한 다중 분사 노즐을 통해 반응가스의 압력을 높여 먼 거리까지 안정적으로 플라즈마를 존재시킬 수 있어 PCB 세정장치의 구성상 자유도를 높여주게 되는 특유의 효과를 가져온다.

또한 본 발명은 미세 공음극의 크기를 조절하여 전체 전극 사이즈가 조절 가능함으로서 대면적 처리가 가능한 대기압 플라즈마 시스템을 구성할 수 있어, PCB 세정공정의 인라인화를 가능하게 한다.

Claims (4)

1. 평판상에 다중분사용 미세홀(11)이 연속적으로 마련된 마이크로 할로우 타입 캐소드(10)와, 상기 캐소드의 마이크로 할로우를 통하여 캐소드와 애노드 사이의 공간에 분위기 가스를 흘려주기 위한 분위기 가스 공급관(20)과, 상기 캐소드와 평행한 상태로 일정거리 이격 배치되는 애노드(30)와, 상기 캐소드와 애노드 사이에 고주파 전력을 공급하기 위한 RF파워공급부(40)를 포함하며, 상기 캐소드와 애노드 사이의 플라즈마 형성공간을 통해 선 펀칭공정의 PCB가 통과하면서 세정된 다음 후 도금공정으로 이송되게 구성하는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마를 이용한 인쇄회로기판 비아홀 세정장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 캐소드(10)에 형성된 다중 분사용 미세홀(11)의 크기 조절을 통하여 에어 플라즈마 형성거리를 조절하는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마를 이용한 인쇄회로기판 비아홀 세정장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 가스 공급관(20)에 공급되는 반응가스는 He, He+O₂, Ar, Ar+O₂, Air 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마를 이용한 인쇄회로기판 비아홀 세정장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 He+O₂또는 Ar+O₂반응가스의 혼합비는 90%:10%인 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마를 이용한 인쇄회로기판 비아홀 세정장치.