KR100417544B1 - 인쇄 회로 보드, 인쇄 회로 보드 제조 방법, 및 유전 중합체 합성물 - Google Patents

Abstract

그 위에 비어와 회로를 포함하는 적어도 하나의 감광 유전 중합체 층을 구비하는 구리 인쇄 회로 보드를 제조하기 위해 영구적 경화성 감광 액체 유전 중합체 합성물이 개시되는데, 상기 중합체 층은 유전체 접착에 대해 향상된 구리를 구비한다. 상기 유전체 합성물은 아크릴 에폭시와 비정질 이산화규소의 금속 접착 유효량을 포함하는 것이 바람직하다. 포토디파이너블 유전 중합체를 사용하여 만들어진 인쇄 회로 보드과 상기 인쇄 회로 보드를 제조하는 방법이 또한 개시된다. 또한 상기 유전체 표면을 직조하기 위한 두 번 수행된 과망간산염 에칭 공정은 구리를 유전체 접착에 대해 더 향상시키기 위해 사용되는 것이 바람직하다.

Description

인쇄 회로 보드, 인쇄 회로 보드 제조 방법, 및 유전 중합체 합성물{A method for adding layers to a PWB which yields high levels of copper to dielectric adhesion}

인쇄 회로 보드들은 전자 장치의 필수 부품으로서, 인쇄 회로 보드들의 상호 접속 밀도와 전기적 효율을 증가시키고 그리하여 그 크기 및 비용을 감소시키기 위한 계속적인 노력이 있어왔다. 인쇄 회로 보드에 관련된 기술은 수 년 전으로 거슬러 올라가는데, 일반적으로, 인쇄 회로는 무전해 및 전해질 도금(electroless and electrolytic plating)을 포함하는 많은 기술들을 사용하여 플라스틱 기판과 같은 유전체 물질의 표면 상에 패턴화된다. 이들 보드들은 디자인이 다양하고, 일반적으로 에폭시인 플라스틱 기판(양면 보드들로 칭해짐)의 각 표면 상에 구리 층을 구비할 수 있고 또한 다수의 삽입된 평행 평면의 구리와 에폭시 층을 갖는 다층 보드들일 수도 있다. 두 형태에서, 보드 내에 관통 구멍들(through-holes)이 뚫리고 금속이 구리 층 회로들 사이에서 접속을 용이하게 하기 위해 도금된다.

최근에 전기 장치의 크기를 감소시키기 위한 경향은 전기 회로의 고밀도, 고성능 및 신뢰성과 저렴한 비용을 포함하는 다양한 요구들을 만족하는 전자적 패키징의 요구로 귀결되었다. 이들 목적을 달성하기 위해서, 인쇄 회로 보드는 관통 구멍 크기를 감소시키도록 재디자인되었는데, 그 이유는 이 구멍이 인쇄 회로 보드의 제조에서 제한적인 요소가 됨이 밝혀졌기 때문이다. 현재 사용되는 인쇄 회로 보드들은 FR-4 유리 에폭시 물질과 같은 플라스틱 기판을 계속 사용하고 있는데, 이것은 표면 회로를 포함하지만, 다층 인쇄 회로 보드를 형성하기 위해 에폭시 기판과 같은 다중 층을 활용하는 대신, 부가적인 층들이 회로가 그 위에 도금되는 영구적 감광 물질(permanent photosensitive material)로 이루어진 얇은 유전체 층들을 사용하여 형성된다. 배선 평면들 사이에 신호 상호 접속은 유전층들 내에서 포토 비어 홀 공정(photo via hole process)을 통해 행해지는데 이것에 의해 비어 홀들이 종래의 기계적(예를들면, 드릴링) 또는 다른 방법들에 비해 더 작고 그리고 더 경제적으로 만들어 질 수 있다. 따라서 고밀도 배선은 작은 포토 비어 홀들, 얇은 구리 도체들로 만들어진 미세 회로 라인들 및 얇은 유전층의 사용에 의해 달성된다. 감광성 물질은 포토디파이너블(photo definable) 유전체로서 또한 공지되어 있으며 상기 용어들은 상호 변경될 수 있다.

이러한 고밀도 인쇄 회로 보드들을 생성하기 위해서, 단일면 보드, 양면 보드 또는 다층 보드가 시작 기판(starting substrate)으로서 사용될 수 있을 것이다. 에폭시와 같은 감광성 유전체 물질은 커튼(curtain) 코팅 공정과 같은 임의의 다수의 공정들에 의해 기판에 적용되는데 커튼 공정에서 액체 유전체(liquid dielectric)는, 기판 보드가 슬릿 아래에서 이동하는 상태에서, 좁은 슬릿으로부터 커튼처럼 흐르며 상기 보드는 유전체 물질의 코팅을 받는다. 그 다음, 통상적으로 신호 비어 홀들이 초기의 경화 후에 에폭시의 포토에칭에 의해 형성된다. 그 다음, 에칭된 에폭시 층은 최종적으로 경화되어, 특히, 경도, 저유전 상수, 고 유리 전이 온도(high glass transition temperature), 낮은 습도 흡수 및 낮은 경화 온도의 필수 특성들을 갖는 유전 물질을 생성하게 된다. 그 다음 회로 도전층이 본 기술 분야에서 널리 공지된 서브트랙티브(subtractive), 어디티브(additive), 및 세미 어디티브(seim additive) 방법들과 같은 임의의 공지의 기술들에 의해 상기 유전층 상에 도금된다.

설명을 위해, 본 발명이 다른 제조 방법들에도 적용될 수 있지만, 유전층의 도금은 관통 구멍들을 포함하는 양면 인쇄 회로 보드 상에 패턴화된 회로 상의 서브트랙티브 공정(패널 도금으로 칭해짐)에 대해 설명될 것이다. 감광성 유전체가 보드에 적용되고 택드라이(tack dry)된다. 상기 보드는 방사(radiation)에 노출되어 희망하는 비어 홀들을 형성하고 현상되어 상기 구멍들을 노출시킨다. 그 다음 상기 보드가 경화되어 유전체를 굳게 한다. 무전해 도금 이전에, 유전체의 표면은 유전체 표면에 대한 구리 도금의 접착을 향상시키기 위해 알칼리성 과망간산염(alkaline permanganate) 용액과 같은 부식제(etchant)를 사용하여 에칭되는 것이 바람직하다. 그 다음 구리층이 고압 적층 공정(high press lamination process) 또는 바람직하게는 무전해 구리 플래쉬(electroless copper flash) 후에 구리를 희망하는 두께로 전기도금하는 것을 포함하는 웨트 공정(wet process)을 사용하여 직조된(textured) 유전체 표면에 결합된다. 그 다음 포토레지스트가 상기 구리층에 코팅된 다음 노출되고 현상되어, 결과적으로 희망하는 구리 패턴을 형성하게 될 상기 구리 영역들이 피복된 상태로 남게한다. 묘사된 포토레지스트에 의해 피복되지 않은 상기 구리층의 부분들은 에칭에 의해 제거되어 희망하는 구리 패턴이 남게된다. 에칭 후에, 상기 포토레지스트는 벗겨져서 유전체 물질의 표면 상에 희망하는 회로 패턴이 남게된다. 유전체 물질을 적용하고, 비어 홀들을 형성하며, 현상하고, 경화하고, 직조하고(texturing), 구리 도금하고, 포토레지스트를 적용하고, 상을 만들고(imaging), 현상하고, 에칭하며, 벗겨내는 상기 단계를 반복함으로써 부가적인 층들이 형성되어 다층 보드를 형성하게 된다. 마지막 층이 형성되면, 보드의 표면 상의 회로를 보호하기 위해 솔더 마스크를 적용하는 것이 일반적으로 바람직하다. 패턴 도금 공정으로 언급되는 다른 제조 공정에서, 상기 단계들은 무전해 구리 플래쉬 단계까지 수행된다. 구리 플래쉬 단계 후에, 레지스트가 적용되고, 노출되며 현상된다. 상기 보드는 그 다음 전기 도금되고, 나머지 레지스트는 벗겨지며 상기 구리 플래쉬 코팅은 에칭된다. 상기 단계들은 그 다음 반복되어 다층 보드를 형성하게 되고 솔더 마스크가 상부 층에 적용된다.

다른 제조 공정들은 직접적인 금속화 공정을 포함하는데 여기서 플라스틱 기판은, 본원에서 참조문헌으로 통합된 미국 특허 제 5,358,602호와 제 5,376,248호에 상술된 바와 같이 종래 기술의 무전해 도금에 대한 필요없이 전해질적으로 도금될 수 있다.

다수의 특허가 이러한 얇은 감광성 유전체 물질을 사용하여 고밀도 인쇄 배선 보드(PWB)들을 형성하는 것과 그 제조 공정에 대해 개시하고 있다. 그 예로서 미국 특허 제 4,795,693호, 제 4,902,610호, 제 4,927,983호, 제 5,097,593호, 제 5,246,817호, 제 5,266,446호 및 제 5,344,488호가 있다. 1992년 IEEE, 22-27페이지에 발표된 Tsukada 등에 의한 명칭인 "Surface Laminar Circuit Packaging" 논문은 이러한 방법을 개시하고 있다. 상기 특허들과 상기 논문은 본원에서 참조문헌으로 활용되었다.

사용되는 제조 공정과 관계없이, 상기 공정에서 중요한 관점은 유전체 표면에 대한 구리 도금의 접착이다. 적절한 접착이 없다면, 회로의 신뢰성은 떨어질 것이고 결과적으로 손상된 인쇄 회로 보드들로 나타날 것이다. 에폭시나 또는 다른 이러한 물질들과 같은 플라스틱 유전체 기판들을 도금하는데 있어서의 문제점들은 본 기술 분야에서 널리 공지되어 있으며, 기판에 대한 금속 도금의 접착을 향상시키기 위해 수 년동안 많은 방법이 개발되어 왔다. 이들 방법들은 일반적으로 도금 이전에 플라스틱의 표면을 에칭하기 위해 산화제(oxydants)를 이용하고 크롬산, 황산 및 알칼리성 과망간산염 용액을 포함한다. 크롬 합성물의 유독성과 수질 오염원으로서의 그 잠재적인 위험성 및 황산에 대해 필요되어지는 안전 조치는 과망간산 용액, 특히 알칼리성 과망간산염 용액의 상업적인 사용을 증가시키게 되었고, 이러한 영역에서 다수의 특허가 허여되었다. 예를들면, 미국 특허 제 3,252,351은 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(acrylonitrile-butadiene-styrene interpolymer; ABS 플라스틱)의 에칭을 개시한다. 미국 특허 제 4,042,729호 및 제 4,054,693호는 11-13의 범위에서 pH를 제어함으로써 망간산염과 과망간산염 이온의 특정 비율을 포함하는 안정한 고활성 애칭 용액을 개시한다. 미국 특허 제 4,425,380호는 특히 도금 이전에 잔여 망간의 관통 구멍들을 세척하는 것에 관한 것이다. 본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허 제 4,592,852호와 제 4,629,636호는 형성된 망간산염 이온을 과망간산염 이온으로 산화할 수 있는 용액내에 제 2의 산화제를 통합함으로써 인쇄 회로 보드들을 에칭하기 위한 개선된 알칼리성 과망간산염 합성물을 개시한다. 상기 특허들의 내용은 본원에서 참조 문헌으로 통합되었다.

본 발명은 인쇄 회로(배선) 보드(board)들의 제조 방법, 특히 유전체 접착에 대해 강화 구리를 갖는 감광성 유전체 물질(photosensitive dielectric material)을 사용하여 제조된 인쇄 회로들 보드들에 관한 것으로, 상기 유전체 물질은 전기 회로 및 광형성 비어들(photoforming vias)용 베이스로서 인쇄 회로 보드 상에 층들을 형성하기 위해 사용된다.

본 발명의 목적은, 종래 기술의 문제점들과 단점들을 고려하여, 유전체 접착에 대해 향상된 구리를 갖는 포토디파이너블 유전체를 사용하여 만들어진 다층 인쇄 회로 보드를 포함하는 인쇄 회로 보드를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 유전체 접착에 대해 향상된 금속(예를들면, 구리)을 갖는 포토디파이너블 유전체를 사용하여 만들어진 다층 인쇄 회로 보드를 포함하는 향상된 인쇄 회로 보드를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 인쇄 회로 보드를 제조하는데 사용하기에 적합한 유전체 기판 접착에 대해 향상된 금속(예를들면, 구리)을 갖는 영구적 유전 중합체 물질(permanent dielectric polymer material)을 제공하는 것으로, 상기 물질은 커튼 코팅과 같은 다양한 코팅 기술들을 사용하여 보드들에 적용될 수 있다.

본 발명의 다른 목적들 및 이점들은 하기의 상세한 설명으로부터 부분적으로 명백하게 될 것이다.

발명의 개시

본 기술 분야에서 능숙한 자에게는 명백하게될 상기 및 다른 목적들과 이점들은 본 발명에서 달성되는데, 첫 번째 양상에서, 본 발명은, 유전체 접착에 대해 향상된 금속, 특히 구리를 가지는 개선된 인쇄 회로 보드에 관한 것으로, 회로 연결 관통 구멍들을 구비하거나 또는 구비하지 않으면서 및/또는 그 한면 또는 양면에 회로를 구비하는 유전체 기판, 회로를 피복하고 그 위에 비어들과 회로를 구비하는 적어도 하나의 영구적 유전 중합체 층, 비정질 이산화규소의 금속 접착 유효량(metal adhesion effective amount)과 영구적 경화성 감광 액체 유전 중합체(permanent curable photosensitive liquid dielectric polymer)를 포함하는 합성물에 의해 형성되는 상기 영구적 유전 중합체 층을 포함하고, 상기 합성물은 상기 기판 또는 이전에 형성된 유전체 층에 적용되고 경화된다.

본 발명의 다른 양상은 향상된 인쇄 회로 보드의 제조 방법에 관한 것으로 상기 보드는, 회로 연결 관통 구멍들을 구비하거나 또는 구비하지 않는, 적어도 하나의 표면에 전기 회로를 구비하는 유전체 기판을 포함하며, 상기 방법은 적어도 하나의 보드의 표면에 영구적 유전 중합체 층을 제공하고 상기 회로를 피복하는 단계를 포함하며, 상기 영구적 유전 중합체는 그 위에 비어들과 회로를 가지며, 상기 영구적 유전 중합체는 비정질 이산화규소의 금속 접착 유효량과 영구적 경화성 감광 액체 유전 중합체(permanent curable photosensitive liquid dielectric polymer)를 포함하고, 상기 중합체는 상기 유전체 기판 또는 이전에 형성된 유전체 층에 적용되고 경화된다.

본 발명의 또 다른 양상은 인쇄 회로 보드들 제조에 사용하기 적절한 영구적 경화성 감광 액체 유전 중합체 합성물(permanent curable photosensitive liquid dielectric polymer composition)에 관한 것으로, 이 합성물은 비정질 이산화규소의 금속 접착 유효량과 영구적 경화성 감광 유전 중합체를 포함한다. 상기 비정질 이산화규소는 하기에 논의되는 바와 같이 한정된 입자 크기를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명을 실시하기 위한 모드들

본 발명의 인쇄 회로 보드는 통상적으로 유전체 기판을 포함하며 상기 유전체 기판의 적어도 한 표면에 전기적 도체를 회로 패턴의 형태로 구비한다. 다른 전기적 도체 및 기판 물질이 사용될 수 있음을 본 기술 분야에서 능숙한 자는 알 수 있을 것이지만, 상기 도체는 일반적으로 구리이고 상기 기판은 에폭시에 기초한 보드이며, 하기의 설명에서 편의상 관통 구멍을 갖는 양면 에폭시 보드(예를들면, FR-4)을 예로 설명할 것이다. 예증적인 기판은 폴리이미드, ABS 및 폴리탄산에스테르(polycarbonate)을 포함한다.

사용되는 유전체 물질과 그 위에 도전성 패턴을 생성하는 방법은 중요한 것이 아니다. 일반적으로, 상기 유전체 기판은 일반적으로 0.010 내지 0.062 인치 범위의 두께를 갖는 강화 유리 에폭시(glass-reinforced epoxy), 유연한 회로 보드(flexible circuit board), 세라믹, 또는 다른 유전 중합체 회로 보드로 구성되며, 상기 유전체 기판은 회로 연결 관통 구멍과 함께 그 양쪽의 주 표면 상에 전기 회로를 통상적으로 포함하한다. 유전체 기판 상의 도전성 패턴은 통상적으로 서브트랙티브(subtractive), 세미어디티브(semiadditive) 또는 완전 어디티브(fully additive) 침착 공정과 같은 종래의 기술에 의해 생성된다. 이들 공정은 널리 공지되어 있으며, 본원에서 참조 문헌으로 통합된 C. F. Coombs, Jr에 의한 1979년 Ed. McGraw Hill사의 "Printed Circuits Handbook"에 상술되어 있다.

본 발명에 따르면, 초기의 구리 회로 패턴을 생성하기 위해 사용된 방법에 관계없이, 상기 회로는 계속해서 에너지(예를들면, 포토)에 민감한 유전체 물질로 피복되고 패턴화되며 경화되고 이것에 대해 구리가 적용되어 그 위에 회로 패턴을 형성하게 된다.

상기 유전체 물질은 포토디파이너블한데(photodefinable), 폴리이미드, 폴리아미드, 벤조싸이클로부틴에 기초한 수지, 폴리퀴놀린, 에폭시 및 아크릴 에폭시와 같은 다양한 적절한 물질로부터 선택될 수 있다. 상기 유전체 물질은 향상된 금속 도금 접착을 위한 거칠게 된 유전체 표면을 제공하기 위해서, 예를들면 알칼리성 과망간산염 용액과 같은 에칭제를 사용하는 에칭제 및/또는 스웰(swell) 공정에 의해 공격받는(attacked) 물질인 것이 바람직하다. 아크릴 에폭시가 바람직한 유전체 물질이다. 공지의 아크릴 에폭시는 비스페놀 A(bisphenol A)의 디글리시딜 에테르(diglycidyl ether)의 완전 및 반 아크릴 유도 물질(fully acrylated and half-acrylated derivatives)을 포함한다. 포토디파이너블(photodefinable) 물질은 UV와 같은 에너지원에 노출 시 굳어지거나 또는 경화되어 포토디파이너블 물질의 노출되지 않은 부분보다 용매에 대해 다소 내성이 생기도록 한다. 경화된 유전체는 약 4.5, 바람직하게는 3.6 이하의 유전 상수를 가지며, 실질적으로 도금 용액에 대해 내성이 생겨, 다른 특징 중에서도 얇은 회로 라인 및 작은 비어, 약 160℃ 이상의, 예를들면 167℃의 높은 Tg를 형성하기 위한 필요한 해결책을 제공한다.

미세하게 경화된 유전체 물질에 대한 금속 도금의 접착은 유전체 합성물 내에 비정질 이산화규소(amorphous silica)의 사용에 의해 상당히 향상될 수 있음이 밝혀졌다. 양호한 이산화규소는 50 미크론까지의, 예를들면 적어도 1.7 내지 49 미크론, 바람직하게는 약 8 내지 12 미크론, 예를들면 11.5미크론의 맬베른 마스터사이저(Malvern Mastersizer)에 의한 한정된 입자 크기를 갖는 합성 비정질 이산화규소인 것이 바람직하다. 실증되는 그 유효성으로 인해 양호한 이산화규소는 W.R. GraceCo.에 의해 판매되고 있는 Syloid LV-6이다.

상기 이산화규소는 사용되는 유전체에 따라 크게 변하는 유효 접착 촉진 양(effective adhesion promoting amount)으로 상기 유전체 물질 내에 이용되는데, 중량에서 약 20% 또는 그 이상까지, 약 5 내지 15%, 바람직하게는 9 내지 12%, 가장 바람직하게는 10 내지 12%가 일반적이다.

상기 이산화규소는 유전체 물질에 부가되고 혼합되어 동질성의 합성물을 형성한다. 혼합은 믹서에 의해 달성되고 그 다음 합성물은 분쇄된다. 일반적으로, 중량에서 약 35 내지 60%, 바람직하게는 45 내지 50% 내에서 응용의 목적을 위해 점성을 제어하기 위해 유전체 합성물에 용매를 사용하는 것이 바람직하다. 통상적인 용매는 2-부톡시 에틸 아세테이트(2-butoxy ethyl acetate; EBA), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(Dowanlo PM), 또는 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(Dowanol PMA)를 포함한다. 실증된 유효성으로 인해 EBA가 선호된다. 유전체 물질의 점성은 커튼 코팅기와 같은 응용 장치를 사용하는 응용의 편의성을 위해 25℃에서 약 90 내지 130초 알루미늄 Dip Cup DIN 53211, 4㎜ 구멍인 것이 선호된다.

유전체 합성물은 희망하는 특성을 제공하기 위해서 감광화제(photosensitizer), 감광기폭제(photoinitiators), 경화제(hardeners), 웨트닝 작용제(wetting agent) 및 유연제(flexibilizer)와 같은 재료를 또한 포함한다.

포토디파이너블 유전체는 스크린 코팅, 커튼 코팅, 스프레이 코팅, 롤러 코팅, 스핀 코팅 또는 드라이 필름과 같은 임의의 적절한 수단에 의해 회로를 포함하는 기판에 코팅된다. 커튼 코팅과 스크린 코팅이 선호된다. 약 1.5 내지 2.5밀(mil)의 범위의 유전체 두께가 통상적으로 포함되지만 더 크거나 작은 두께가 특정 응용을 위해 활용될 수 있을 것이다. 코팅 후, 상기 물질은 희망하는 비어 형성과 회로 패턴으로 종래의 기술에 의해 노출된다. 종래의 기술은 본 기술 분야에서 공지된 바와 같이 UV 노출이다.

양호한 실시예에서, 코팅된 에너지에 민감한 물질에서 제거되어 구멍 또는 비어를 형성할 영역은 노출되지 않고, 그 후 노출된 유전체 물질은 38℃의 0.8% 내지 1.2%의 탄산소다와 같은 용매를 사용하여 2분 동안 현상되고, 그로 인해 노출되지 않은 영역의 유전체를 용해하여 유전체 내에 비어와 다른 개구를 남기게 된다. 현상 후에, 신뢰성 있는 인쇄 회로 보드에 필요되어지는 유전체 특성을 갖는 보다 안정한 기판 물질을 생성하기 위해서 상기 유전체를 더 경화하는 것이 일반적으로 바람직하다. 일반적으로, 유전체의 첫 번째 노출과 경화는 다음과 같이 수행된다. 코팅과 건조 후에, 상기 인쇄 회로 보드는 실온으로 냉각되고 그 다음 종래의 진공 포토 노출 유닛에서 포토도구(phototool)를 통해 350 내지 450㎎/㎠의 3 내지 5㎾의 할로겐 금속(metal halide) 또는 수은 램프에 의해 노출된다. 현상 후에, 상기 인쇄 회로 보드는 UV 경화 유닛(UV Cure unit)을 사용함으로써 최종적으로 경화되어 3 줄 UV 범프(3 Joule UV Bump)를 제공하고 그 다음 4.6℃/분의 램프에서 163℃까지 2시간동안 종래의 오븐에 삽입된다.

포토디파이너블 유전체 물질의 경화 후에, 상기 논의된 바와 같이 유전체의 표면에 희망하는 구리 회로를 형성하기 위해 임의의 방법이 사용될 것이다. 예를들면, 서브트랙티브(subtractive), 어디티브(additive), 또는 세미어디티브(semi-additive) 방법이 사용될 수 있는데 편의상 하기의 설명에서는 서브트랙티브(subtractive) 방법과 관련될 것이다. 유전체 표면 상에 회로를 형성하기 위해 증착, 스퍼터링 등과 같은 다른 방법이 사용될 수 있음을 본 기술 분야에서 능숙한 자는 알 수 있을 것이다.

본 발명의 양호한 실시예에서, 알칼리성 과망간산염 용액은 금속 도금 또는 유전체의 금속 적층 이전에 경화된 유전체 물질을 직조(texture)하기 위해 사용된다. 상기 방법은 앞서 언급된 미국 특허 제 4,629,636호에 일반적으로 개시되어 있는데, 일반적으로, 과망간산염 성분은 약 1g/l에서 통상적으로 물인 매체에서 그 용해성의 제한까지 존재하며, 상기 합성물의 pH는 알칼리성, 바람직하게는 약 10 이상, 더욱 바람직하게는 13 이상, 예를들면 13 내지 14이다. 과망간산염 용액은 알칼리성 과망간산염 용액의 산화 전위(oxydation potential)보다 더 큰 산화 전위를 갖는 제 2의 산화제 성분을 구비하는 것이 바람직하다. 제 2의 성분의 양은 크게 변할 수 있는데, 이의 양은 화학양론적 양 또는 그 이상에 대해 망간 이온 농도의 g당량당 산화제의 약 0.5g 당량이다.

과망간산염 합성물은 상승된 온도에서 활용되는데, 일반적으로, 용액의 끓는 점과 플라스틱의 녹는 점 이하인 약 70℃ 이상, 예를들면 79℃에서 활용된다. 상기 언급된 양호한 아크릴 에폭시 유전체 물질에 대해서, 약 77 내지 80℃가 바람직하다.

유효 접촉 시간은 용액의 농도와 온도 및 취급되는 플라스틱 기판에 따라 변하는데 일반적으로 약 30분 바람직하게는 5 내지 15분, 예를들면 10분을 초과하지 않을 것이다. 상기 언급된 아크릴 에폭시 유전체 물질에 대해서, 약 79 내지 80℃의 온도에서 약 5분의 접촉 시간이 최상의 결과를 제공하는 것이 밝혀졌다.

알칼리성 과망간산염 처리는, 본원에서 참조 문헌으로 통합된 미국 특허 제 3,758,732호, 제 3,865,623호 및 제 4,086,128호에서 상술된 바와 같이 후속하는 과망간산염 에칭 단계의 유효성을 향상시키기 위해 경화된 유전체를 스웰런트(swellant) 합성물과 접촉함으로써 시작하는 것이 바람직하다. 양호한 스웰런트(swellant)는 글리콜 에테르와 NaOH의 합성물인데, 이것은 약 80℃의 온도에서 5분 동안 활용된다.

물로 세척한 후에, 상기 보드는 알칼리성 과망간산염으로 에칭되고 그 다음 물로 세척된다. 그 다음 망간 잔여물을 용해하기 위해서 환원제(reductant)로 중화하고 보드가 세척되어 종래의 절차를 사용하여 무전해 금속 도금을 준비된 보드에 제공한다.

본 발명의 아주 양호한 양상에 있어서, 알칼리성 과망간산염 에칭은 여러번, 바람직하게는 두 번 수행된다. 두 번의 알칼리성 과망간산염 에칭 공정의 사용은 유전체 표면에 대한 금속 도금의 접착을 크게 향상시키는 것이 밝혀졌다. 두 번째 알칼리성 과망간산염 처리 공정을 위한 조건과 농도는 첫 번째 알칼리성 과망간산염 에칭 공정의 것과 동일한 것이 바람직하다.

에칭 후에, 유화제(emulsifiers)와 조절 작용제(conditioning agent)를 포함하는 산성의 세척 조절제(acidic cleaner conditioner)와 같은 물질을 포함하는 세척제를 사용하여 보드로부터 탄화수소 오물(soils)과 산화물을 제거하는 것이 바람직하다. 그 다음 상기 보드는 예를들면 산과황산염 에칭제(oxypersulfate etchant)를 사용하여 마이크로에칭된다(micoretched). 그 다음 실온에서 약 2분의 10% 황산 처리가 임의의 산과황산염(oxypersulfate) 잔여물을 용해하기 위해 활용된다.

그 다음 상기 보드는 활성제 전담금(pre-dip)으로 처리되고 그 다음 미국 특허 제 3,011,920호에서 개시된 바와 같이 종래 기술에서 공지된 주석 클로라이드-팔라듐 콜로이드(tin chloride-palladium colloidal) 촉매제와 같은 촉매제로 활성화된다. 물 세척 후에, 촉매 작용된 보드는 보드 상의 금속 팔라듐 이온을 자유롭게 함으로써 촉매제를 활성화하기 위해 후-활성제(post-activator)에 담궈지는 것이 바람직하다. 물 세척 후에, 상기 보드는 구리를 희망하는 두께까지 표면에 도금하는데 충분한 시간동안 무전해 구리 도금 용액에 담궈진다. 일반적으로, 약 40 내지 120 마이크로인치, 통상적으로 60 내지 80 마이크로인치의 정확한 두께가 도금될 것이다. 그 다음 상기 보드는 약 110℃에서 30분 동안 구워진다. 그 다음 약 1 내지 1.2 밀의 구리 두께를 제공하기 위해서 구리 전기도금 전해조(bath)를 사용하여 상기 보드를 전기도금하는 것이 바람직하다. 그 다음 상기 보드는 유전체에 대한 구리 접착을 향상시키기 위해 15 내지 30분 동안 약 150℃ 내지 160℃에서 구워지는 것이 바람직하다.

도금 후에, 포토레지스트가 상기 구리층에 적용되어 소정의 패턴으로 그려지고 궁극적으로 희망하는 구리 패턴을 형성할 구리 영역은 피복된 상태로 남게 되도록 현상된다. 현상된 포토레지스트에 의해 피복되지 않은 구리층 부분은 에칭에 의해 제거되고, 상기 포토레지스트가 벗겨져서 유전체 기판의 표면 상에 희망하는 구리 패턴을 남기게 된다.

상기 절차는 희망하는 다층 인쇄 회로 보드를 형성하기 위해 임의의 횟수만큼 반복되고 상부 유전체 표면은 솔더 마스크 보호층이 적용될 것이다.

본 발명은 하기의 실시예를 참조로 설명될 것이다.

각각의 면에 구리 회로층을 갖는 양면 FR-4 보드들은 하기의 표 1에 도시된 어디티브(additive)를 포함하는 용매로서 EBA를 사용하여 2 내지 2.5밀의 아크릴 에폭시 영구적 포토디파이너블(permanent photodefinable) 액체 혼합 유전체를 갖는 양면 스크린 프린터를 사용하여 코팅된다. 상기 유전체는 각각의 적용 후에 30분 및 40분 동안 약 71℃의 택드라이(tack dry)와 함께 두 코팅에 적용된다. 그 다음 상기 보드들은 525mj/㎝에서 코라이트(Colight) 1330 5㎾ 접촉 노출 유닛(Contact Exposure Unit)에서 상(image)에 노출되고 약 38℃에서 2분 동안 1% 중량의 수성 탄산소다 용액을 갖는 쳄컷(Chemcut) 현상액을 통해 현상된다. 그 다음 상기 보드들은 3 줄 UV 범프에 노출되고 30분마다 실온에서 약 163℃로 오르내리면서 2시간동안 열적으로 경화된다.

그 다음 상기 보드들은 상기 보드들을 하기의 것과 접촉함으로써 직조되고, 촉매 작용을 받으며, 도금된다:

1. 80℃에서 5분 동안 글리콜 에테르 나트륨 하이드록사이드 스웰런트.

2. 5분 동안 물로 세척.

3. 80℃에서 10분 동안 알칼리성 과망간산염 용액.

4. 5분 동안 물로 세척.

5. 66℃에서 5분 동안 하이드록실아민 황산염 중화제.

6. 5분 동안 물로 세척.

7. 단계 1 내지 6을 반복.

8. 63℃에서 5분 동안 산성의 세척제/조절제.

9. 5분 동안 물로 세척.

10. 실온에서 3분도안 구리 마이크로에칭.

11. 2분 동안 물로 세척.

12. 실온에서 2분 동안 10%의 황산.

13. 1분 동안 물로 세척.

14. 실온에서 1분 동안 고급 클로라이드, 저급 산성 활성제 전담금(pre-dip)

15. 30℃에서 5분동안 Pd/Sn 활성제.

16. 5분 동안 물로 세척.

17. 실온에서 3분 동안 불소가 없는 후활성제.

18. 2분 동안 물로 세척.

19. 48℃에서 30분 동안 저급 포름알데하이드, 고속 EDTA에 기초한 무전해 구리 전해조.

20. 2분 동안 물로 세척.

21. 오염 제거 용액(antitarnish solution)에 15초.

22. 110℃에서 30분 동안 굽기.

23. 산과황산염 에칭제를 사용하는 마이크로에칭.

24. 22℃에서 2분 동안 10의 황산.

25. 25℃에서 1시간동안 제곱피트당 25 암페어(25 amps per square foot; 25 ASF)에서 전해질 구리 전해조.

26. 2분 동안 물로 세척.

27. 30분 동안 163℃에서 굽기.

런	접착 촉진제(중량)	Pc(인치당피크)	Ra-평균거칠기(μin.)	박리강도(lbs/in.)
1	10% 비정질 이산화규소	370±33	118±5	5.4-6.0
2	10% 비정질 이산화규소	371±15	95±7	4.50
3	15% 비정질 이산화규소	325±33	110±5	2.80
A	10% 결정질 이산화규소	94±15	37±2	0.50
B	20% 결정질 이산화규소	129±10	54±2	0.35
C	10% 진흙	116±58	38±7	0.38
D	20% 진흙	118±13	40±7	0.20
E	10% 활석	167±41	40±7	0.35
F	20% 활석	126±18	43±6	0.55
G	10% 폴리에틸렌	138±46	40±6	1.20
H	20% 폴리에틸렌	307±33	98±16	1.60
I	10% 알루미나	58±8	29±8	0.45
J	20% 알루미나	53±15	34±9	0.60

런 1의 이산화규소는 W. R. Grace Co.에 의해 판매되는 Syloid LV-6이며 콜터(Coulter)를 통한 7.5 미크론과 맬베른(Malvern)을 통한 11.5 미크론의 평균 입자 크기를 갖는다. 런 2 및 3의 이산화규소는 Crosfield Company에 의해 판매되는 GASIL HP39이며 콜터를 통한 8.5 미크론과 맬베른을 통한 10.0 미크론의 평균 입자 크기를 가지며 맬베른에 의한 9.3 내지 11.1의 평균 입자 범위를 갖는다.

상기 표 1에서의 결과는 비정질 이산화규소(런 1, 2 및 3)를 포함하는 유전체가 결정질 이산화규소를 포함하는 다른 물질을 사용하는 런(A-J)보다 상당히 높은 인치당 피크, 평균 거칠기 및 박리 강도(peel strength)를 나타냄을 알 수 있다.

본 발명의 특별히 양호한 실시예와 연계해서 상술되었지만, 상기의 설명의 견지에서 본 기술 분야에서 능숙한 자에게는 많은 변형예와 수정예가 명백하다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 실질적인 취지와 범위 내에서 이러한 변형예와 수정예를 포함하도록 의도된 것이다.

Claims (21)

1. 유전체 접착성이 강화된 금속을 포함하는 개선된 인쇄 회로 보드에 있어서,

   한면 또는 양면들 상에 회로를 갖는 유전체 기판; 및

   상기 회로를 피복하는 상기 유전체 기판의 적어도 한면상의 영구적 유전 중합체 층으로서, 상기 보드의 다른 회로와 통신하기 위해 상기 층의 표면상에 형성된 회로와 상기 층을 통하여 연장하는 비어들(vias)을 가지는 상기 유전 중합체 층을 포함하고,

   상기 유전 중합체는 영구적 경화성 감광 포토디파이너블 액체 유전 중합체(permanent curable photosensitive photodefinable liquid dielectric polymer)와 중량으로 약 20%까지의 양으로 존재하는 비정질 이산화규소(amorphous silica)의 금속 접착 유효량을 포함하는 합성물을 적용하고, 그 후 상기 합성물이 경화되어 형성되며,

   비어들과 전기 회로들을 그 위에 포함하는 하나 또는 그 이상의 추가적인 영구적 유전 중합체 층들을 포함하는, 인쇄 회로 보드.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서, 상기 유전 중합체는 에폭시, 폴리이미드, 폴리아미드, 벤조싸이클로부틴(benzocyclobutene)에 기초한 수지들, 폴리퀴놀린들 및 아크릴 에폭시(acrylated epoxy)로 구성된 그룹으로 부터 선택되는, 인쇄 회로 보드.
6. 제 5항에 있어서, 상기 유전 중합체는 아크릴 에폭시인, 인쇄 회로 보드.
7. 개선된 인쇄 회로 보드를 제조하는 방법으로서, 상기 보드는 적어도 한 표면 상에 전기 회로를 갖는 유전체 기판과, 그 위의 적어도 하나의 영구적 유전 중합체 층으로서 그 위에 회로와 비어들을 가지는 상기 적어도 하나의 영구적 유전 중합체 층을 포함하며, 상기 방법은,

   상기 회로를 피복하는 상기 보드의 적어도 한 표면상에 영구적 유전 중합체 합성물을 적용하는 단계로서, 상기 영구적 유전 중합체 합성물은 영구적 경화성 포토디파이너블 감광 액체 유전 중합체와 중량으로 약 20%까지 존재하는 비정질 이산화규소의 금속 접착 유효량을 포함하는, 상기 영구적 유전 중합체 합성물을 적용하는 단계;

   상기 영구적 유전 중합체 합성물을 경화하는 단계; 및

   경화된 영구적 유전 중합체 층 상에 회로를 도금하는 단계를 포함하는, 인쇄 회로 보드 제조 방법.
8. 제 7항에 있어서, 광형성(photoforming)에 의해 상기 영구적 유전체 층 내에 비어들이 형성되는, 인쇄 회로 보드 제조 방법.
9. 제 8항에 있어서, 상기 보드의 다른 회로와 통신할 수 있도록 상기 영구적 유전 중합체의 표면 상에 전기 회로들이 형성되는, 인쇄 회로 보드 제조 방법.
10. 제 9항에 있어서, 상기 인쇄 회로 보드는 전기 회로와 비어들을 그위에 포함하는 다수의 영구적 유전 중합체 층들을 포함하는, 인쇄 회로 보드 제조 방법.
11. 제 7항에 있어서, 상기 유전 중합체는 에폭시, 폴리이미드, 폴리아미드, 벤조싸이클로부틴에 기초한 수지들, 폴리퀴놀린들 및 아크릴 에폭시로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 인쇄 회로 보드 제조 방법.
12. 제 11항에 있어서, 상기 유전 중합체는 아크릴 에폭시인, 인쇄 회로 보드 제조 방법.
13. 제 7항에 있어서, 상기 경화된 보드는 스웰런트(swellant)와 알칼리성 과망간산염 용액으로 처리되는, 인쇄 회로 보드 제조 방법.
14. 제 13항에 있어서, 처리된 경화된 보드는 스웰런트와 알칼리성 과망간산염 용액으로 다시 처리되는, 인쇄 회로 보드 제조 방법.
15. 영구적 경화성 포토디파이너블 감광 액체 유전 중합체와 중량으로 약 20%까지의 양이 존재하는 비정질 이산화규소의 금속 접착 유효량을 포함하는 인쇄 회로 보드들을 제조하는데 사용하기 적합한, 영구적 감광 유전 중합체 합성물.
16. 제 15항에 있어서, 상기 중합체는 에폭시, 폴리이미드, 폴리아미드, 벤조싸이클로부틴에 기초한 수지들, 폴리퀴놀린들 및 아크릴 에폭시로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 영구적 감광 유전 중합체 합성물.
17. 제 16항에 있어서, 상기 중합체는 아크릴 에폭시인, 영구적 감광 유전 중합체 합성물.
18. 제 17항에 있어서, 상기 비정질 이산화규소의 입자 크기는 약 8 내지 12 미크론인, 영구적 감광 유전 중합체 합성물.
19. 삭제
20. 제 15항에 있어서, 상기 비정질 이산화규소는 중량으로 약 5 내지 15%의 양으로 존재하는, 영구적 감광 유전 중합체 합성물.
21. 제 15항에 있어서, 상기 비정질 이산화규소는 중량으로 약 9 내지 12%의 양으로 존재하는, 영구적 감광 유전 중합체 합성물.