KR100437069B1 - 인쇄 회로 기판 제조용 솔더 마스크 - Google Patents

Abstract

영구 솔더 마스크는, 구리 박 캐리어를 사용하여 인쇄 회로 기판의 표면에 도포된다. 솔더 마스크는 한층 또는 두층의 열경화성 수지, 예를 들면, 에폭시 수지인 것이 바람직하다. 선택된 회로 특징부들은 구리 박 부분들을 에칭하여 제거하고 기반 열경화성 수지를 제거함으로써 노출시킨다. 그리고나서, 남아 있는 구리 박은 제거되고, 인쇄 회로 기판의 표면 위에 솔더 마스크를 남긴다.

Description

인쇄 회로 기판 제조용 솔더 마스크

솔더 마스크("솔더 레지스트"로도 부름)는 회로 기판으로의 접속부를 솔더링하는 동안에 인쇄 회로 기판의 특정한 부분을 보호(마스크)하는데 사용되는 코팅으로 정의된다. 솔더 레지스트의 기능은 Printed Circuits Handbook, Clyde F.Coombs Jr, editor, 3rd ed. McGraw-Hill, 1988에 요약되어 있다. 솔더 마스크는 회로 기판의 그 밖의 표면의 대부분을 덮고 있기 때문에, 회로망을 보호하고 전기 절연성을 제공하는 역할을 한다. 인쇄 회로의 많은 부분이 덮혀 있기 때문에, 회로의 단지 작은 부분만이 솔더에 노출된다. 따라서, 더 적은 양의 솔더가 사용되고, 회로선들과 다른 특징부들 위에 솔더 브리징이 발생할 가능성이 감소된다. 또한, 오염물질의 회로 기판에서 솔더 용기로의 이동도 최소화된다. 마지막으로, 솔더 마스크는 회로 기판 상에서의 구리 원소의 수지상 성장을 감소시킨다.

본 발명은 사용시에 회로 기판 위에 남아있는 개선된 영구 솔더 마스크에 관련 된다. 그와는 달리, 임시 솔더 마스크는 도포되고 나중에 회로 기판 제조 공정 중에 제거된다. 영구 솔더 마스크의 두가지 일반적인 형태-액체 및 건조 필름 형태가 인지된다. 건조 필름은 회로 기판 위에 놓여지며, 액체 형태로 도포되는 필름에 비해 여러 면에서 성능이 우수한 반면에, 비싸고, 고형 필름이므로 구리 회로 특징부와 기반 절연 기재(예를들면, 유리 강화 에폭시 수지) 양쪽 모두와 충분히 접촉하지 못할 수도 있다. 액체로서 스크린 인쇄등으로 도포되는 레지스트는 회로 특징부 및 기판과 충분히 접촉하지만, 덮기보다는 구멍을 메울 수 있기 때문에 솔더에 노출될 회로 특징부를 정밀하게 구분하지 못한다. 일반적으로, 액체 필름은 균일한 두께를 제공하지 못하고 결과적으로 전기저항도 원하는 만큼 균일하지 않다.

종래의 두가지 형태의 솔더 마스크의 공통적인 문제점은, 일반적으로 낮은 유리 전이 온도(Tg)를 갖고 회로 기판에 사용되는 전형적인 에폭시 수지만큼 강하지 못하다는 것이다. 또한, 종종 방염성이 없어서, Underwriters' Laboratories 표준에 맞추기 위하여 회로 기판에 더 많은 양의 방염제가 필요하다. 이상적으로는, 종래의 솔더 마스크 재료는 더 높은 Tg, 더 나은 내약품성 및 내열성, 그리고 향상된 방염성을 갖고 공정처리가 더 용이한 다른 재료로 대체해야한다. 본 발명자는 아래에 기술되는, 솔더 마스크 도포의 개선된 방법을 탐구하고 발견하였다.

본 발명은 많은 전자 이용분야에 사용되는 인쇄 회로 기판 제조에 관련된다. 더 구체적으로, 본 발명은 우수한 물리적 및 전기적 성능을 갖는 에폭시 수지 또는 다른 물질을 사용하는 회로 기판을 위한 개선된 솔더 마스크에 관련된다. 이 솔더 마스크는, 코팅된 구리 박을 사용하는 독특한 방법으로 도포된다.

도 1 내지 도3은 본 발명에 따라서 솔더 마스크를 형성하는 방법을 예시한다.

도 1a 및 도1b는 코팅된 박을 인쇄 회로 기판에 도포하는 것을 예시한다.

도 2a 및 도2b는 구리 박막 및 수지의 선택된 영역을 제거하여 회로 소자를 노출시키는 것을 예시한다.

도 3a 및 도3b는 남아 있는 구리 박을 제거하여 솔더 마스크를 남기는 것을 예시한다.

(발명의 상세한 설명)

솔더 마스크는 인쇄 회로 기판의 표면에 도포되지만, 특정한 회로 특징부를 노출시켜 여기에 솔더 접속부가 만들어지게되는 물질의 층이다. 앞서 논의한 바와 같이, 그것은 솔더링 작업 중에 회로를 보호하는 역할을 하고, 제자리에 영구적으로 남아서, 사용할 때에 회로를 보호한다. 그러나, 현재 사용되는 물질은 영구적으로 사용하기에는 열악하므로, 개선된 물질이 바람직하다. 에폭시 수지는 바람직한 물리적 및 전기적 성질을 제공하지만, 그것의 이용은 비실용적이다. 본 발명은 에폭시 또는 다른 열경화성 수지들을 솔더 마스크로서 이용하는 방법을 제공한다. 이것은 도 1-3을 참조하여 가장 잘 기술된다.

도 1a 및 1b는 열경화성 수지(이후로 바람직한 에폭시 수지로 부름)로 코팅된 구리 박(24)을 전형적인 4층 인쇄 회로 기판(10) (PCB)의 표면에 도포하는 것을 예시한다. PCB의 제작은, 구리 박의 외층에 적층된 유리 섬유 강화 에폭시 수지(14)의 양면에 있는 회로(12)를 에칭하는 것으로 시작하였다. 이 내부 회로들이 블라인드 바이어스(blind vias)(16)에 의해 회로의 두 번째 셋트(18)에 연결된 것이 보인다.

회로의 두 번째 셋트(18)는, 한 면에 구리박 층을 갖는 유리 섬유 강화 에폭시 수지(20)의 층으로부터 에칭하였다. 유리 섬유 강화 수지의 층은 회로 망의 두 층을 접착하는 역할뿐만이 아니라 절연 및 분리하는 역할을 한다. 두 외층 사이에 있는 4층 PCB를 통과하는 전기 접속부(22)도 보인다. 그림에서 구리 박막(24)이 에폭시 수지의 두 층(26 및 28)으로 코팅된 것이 보이며, 이것은 본 발명의 바람직한 구성으로, 아래에 더 자세히 기술될 것이다. 내층(26)은 실질적으로 완전히 경화(C-단계)되어 구리가 제거된 후 회로 기판위에서 균일한 보호층의 역할을 하도록 하는 것이 바람직하다. 외층(28)은 부분적으로 경화(B-단계)되어 돌출된 회로 특징부 주위에서 자유롭게 유동하며 접착제의 역할을 하도록 한다. 또다르게는, 만약 단일층의 수지를 사용한다면, 그것은 두 가지의 역할을 모두 해야만 한다. 어느 경우이든지, 도 1a의 코팅된 구리 박 및 4층 회로 기판은 열과 압력을 사용하여 적층하여, 도 1b에 보이는 적층물을 제조한다. 대체로, 에폭시 수지를 사용하면, 약 150°내지 180℃ 그리고 100 내지 400psig(689 내지 2758kPa 게이지)가 필요하다.

솔더 마스크는 층(26)이 될 것이다. 그러나, 솔더 접속부가 만들어질 원하는 회로 특징부들을 노출시키는 것이 필요하고 잔류 구리 박을 제거해야만 한다. 회로 특징부의 이용할 수 있는 상태는 도 2a 및 2b에 보이는 것과 같이 원하는 위치에 있는 구리를 에칭하여 제거함으로써 얻는다. 구리 박(24) 표면은 에치 레지스트 층(30)으로 덮혀 있다. 전형적인 재료는 닙롤(nip roll) 적층단계에 의해 도포되는 포토이미지화 가능한 접착 필름이다. 에치 레지스트(30)는, 도 2a에 보이는 것과 같이 이용할 부분만 노출되지 않고 남아 있도록 하는 마스크를 사용하여 광경화한다. 따라서, 노출되지 않은(경화되지 않은)에치 레지스트가, 탄산나트륨 용액과 같은 적절한 용제와 접촉하면, 남아 있는 구리 층(24)은 에치 레지스트(30)의 경화된 부분에 의해 보호되는 반면, 기반 에폭시 층(26)은 노출된다.

기반 에폭시 수지(26)는, UV 레이저 또는 IR 레이저와 같은 다른 방법들도 가능하지만, 도 3a에 나와 있는 것과 같은 플라즈마 융제에 의하여 이제 제거할 수 있다. 공정의 이 시점에서, 솔더링될 회로 부분 (32a 및 32b)은 노출되어져 있다. 경화된 에치 레지스트(30)(도 3a에 도시 않음)와 남아있는 구리 박(24)을 제거하는 것이 남아 있다. 먼저, 에치 레지스트는, 도 3a에 보이는 것과 같이 수산화칼륨용액과 같은 적절한 용제로 제거한다. 그리고나면, 노출된 구리(24)는 에칭에 의하여 제거할 수 있고, 도 3b에 보이는 것과 같이 완전 경화된 에폭시 수지 층을 영구 솔더 마스크로서 PCB의 표면 위에 남기게 된다. 이 에칭 단계에서, 노출된 회로 특징부는 나중에 제거되는 임시 코팅에 의해 에칭 용액으로부터 보호된다.

(코팅된 구리 박)

PCB를 만드는데 사용되는 구리 박은 더 얇고 더 두꺼운 박막도 사용하지만, 두께가 대체로 약 35 μm이다. 그러한 박은 대개 구리용액으로부터 회전하는 금속 드럼위로의 전착(electrodeposition)에 의해 제조한다. 박은 드럼에서 제거하여 표면을 보호하고 수지 기재에 대한 접착성이 향상되도록 처리한다.

구리 박에 도포된 코팅은 다양한 형태일 수 있지만, 전기적 특성 및 내열성이 좋기 때문에 열경화성 수지, 예를 들면 에폭시 수지인 것이 바람직하다. 일반적으로, 코팅은 앞서 논의한 것과 같이 솔더링에 대해 적절한 보호를 하고, 통상 사용하는데에 있어 완성된 PCB를 보호하는 역할을 한다. 하나의 바람직한 실시예에 있어서, 두 번째 층이 부분적으로 경화된(B-단계) 에폭시 수지여서 열 및 압력하에 유동하고 노출된 회로 특징부들을 감싸는 것이 가능한반면, 첫 번째 층은 완전 경화된(C-단계) 에폭시 수지이게 된다. 두 층이 있는 시스템의 기능을 할 수 있는 단일 층을 사용할 수도 있다.

에폭시 수지 제제는, 회로 특징부들이 그 위에 형성되는 유리 섬유 강화 에폭시 기재와 일반적으로 잘 조화되기 때문에, PCB 분야에서 사용되는 제제들 중에서 선택할 수 있다. 대체로 에폭시 수지는 사슬 연장제, 경화제, 촉매, 첨가제, 그리고 구리 박을 코팅하는데 사용될 수 있는 에폭시 광택제를 만드는 용제와 조합된다. 필요한 경화도에 따라서, 코팅된 박은 약 130°내지 160℃의 온도로 가열하여 용제를 떨어내고 에폭시드 기가 중합 또는 경화되도록한다. 이 공정은 두 층이 박 위에 부착될 때 두 번 수행되며, 또는 다르게는, 두 번째 층이 분리된 운반체 시트위에서 부분적으로 경화되고 나중에 수지의 첫 번째 코팅층이 입혀진 구리 박에 적층될 수도 있다.

다르게는, 다른 수지들을 사용할 수도 있다. 그것들은 폴리이미드 또는 시아네이트 에스테르 수지와 같은 열경화성 필름을 형성하는 것이 바람직하다. 또다른 가능한 변형은 첫 번째 층으로 열경화성 수지를 사용하고, 회로 특징부 주위로 유동하고 접착제로서의 역할을 해야하기 때문에 두 번째층으로는 열가소성 조성물을 사용하는 것이다.

(발명의 개요)

한가지 측면에서는, 본 발명은 인쇄 회로 기판의 표면 위에 솔더 마스크를 형성하는 방법이다. 적어도 한 층의 부분적으로 경화된(즉, B-단계) 열경화성 수지, 바람직하게는 에폭시 수지를 갖는 구리 박의 시트는 인쇄 회로 기판의 표면 위에 있는 회로망에 도포된다. 수지층은 회로특징부들 사이의 공간을 채우고, 회로특징부들 위에 수지층을 남기는데, 이것이 솔더 마스크 역할을 하게 된다. 그리고나서, 에치 레지스트(etch resist)를 구리 박의 표면에 도포하고 포토이미지화한다. 에치 레지스트의 경화되지 않은 부분은 용제로 제거하여, 나중에 솔더 접속부가 만들어지는 위치의 위에 있는 특정한 구리 영역들을 노출시킨다. 노출된 구리는 에칭하여 제거하고, 수지층이 노출되도록 한다. 그 수지는 플라즈마 또는 레이저와 같은 융제(ablation)기술로 제거하여 구리 회로 특징부를 노출시켜 여기에 솔더 접속부가 만들어진다. 남아있는 에치 레지스트는 부식제로 제거하여, 남아있는 구리박 층을 노출시키는데, 이 구리박 층을 에칭하여 제거하고 수지층을 솔더 마스크로서 남긴다.

바람직한 실시예에서, 구리 박은 구리 표면의 다음에 있는 에폭시 수지의 완전 경화된(즉, C-단계) 층으로 코팅되고, 첫 번째 층은, 부분적으로 경화된(즉, B-단계) 에폭시 수지의 두 번째 층으로 코팅된다. 다른 실시예에서는, 구리 박은 기술된 두 개의 에폭시 수지 층의 기능을 수행할 수 있는 단지 하나의 수지 층을 갖는다.

본 발명의 또다른 측면은, 상기 방법을 사용하여 회로 기판의 위에 부착된 인쇄 회로 기판을 위한 솔더 마스크이다.

Claims (6)

1. 인쇄 회로 기판의 표면 위에 솔더 마스크를 형성하는 방법으로서:

   (a) 상기 표면에, 수지층이 구리 박과 회로 기판 표면 사이에 있도록 배치된 박의 한 표면 위에 부분적으로 경화된 열경화성 수지의 층을 갖는 구리 박의 시트를 도포하고 구리 박의 반대면은 노출시키는 단계;

   (b) 구리 박의 노출된 표면 위로 에치 레지스트를 도포하는 단계;

   (c) 에치 레지스트 부분을 포토이미지화하고 에치 레지스트의 경화되지 않은 영역을 제거하여 구리 영역을 노출시키는 단계;

   (d) (c)에서 노출된 구리 영역들을 에칭하여 제거하고, (a)의 수지층을 노출시키는 단계;

   (e) (d)의 노출된 수지층을 제거하여 솔더링될 회로 특징부들을 노출시키는 단계;

   (f) 적절한 용제로 경화된 에치 레지스트를 제거하는 단계; 그리고

   (g) 남아있는 구리 박을 에칭하고 경화되지 않은 수지를 솔더 마스크로서 노출시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 열경화성 수지는 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 구리 박의 시트는 구리 박의 한 면 위에 배치된 완전 경화된 열경화성 수지의 첫 번째 층을 갖고 상기 부분적으로 경화된 열경화성 수지 층은 상기 첫 번째 층의 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 구리 박의 시트는 구리 박의 한 면 위에 배치된 완전 경화된 열경화성 수지의 첫 번째 층과 상기 첫 번째 층의 위에 배치된 열가소성 층을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 구리 박의 시트는 구리 박의 한 면 위에 배치된 부분적으로 경화된 열경화성 수지의 단일층을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항의 방법에 의해 상기 회로 기판 위에 부착되는 인쇄 회로 기판용 솔더 마스크.