KR100443375B1

KR100443375B1 - 빌드업 다층 인쇄회로기판의 제조방법

Info

Publication number: KR100443375B1
Application number: KR10-2001-0087124A
Authority: KR
Inventors: 송창규; 강장규; 이존태; 고경환
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2004-08-09
Also published as: KR20030056822A

Abstract

본 발명은 빌드업 다층 인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 빌드업 방식을 이용한 인쇄회로기판을 제조하는 방법에 있어서 추가적인 레이저 가공기의 제조나 보완이 없이 종래 레이저 가공기를 이용하여, 종래 절연층에서 얻었던 비아홀의 크기보다 70∼80%의 비아홀을 얻을 수 있는 빌드업 다층 인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법은, 회로패턴이 형성된 동박적층판의 상하부에 커버층을 갖는 절연층을 적층시키고, 상기 적층판에 CO₂레이저를 조사하여 상기 커버층을 갖는 절연층을 제거함으로써 층간접속을 위한 비아홀을 형성하며, 상기 적층판에서 절연층을 둘러싸고 있는 커버층을 제거하고, 상기 비아홀이 형성된 적층판에 도금을 실시하여 전기적으로 도통하는 도금층을 형성하여 층간을 전기적으로 접속하는 단계를 포함한다.

Description

빌드업 다층 인쇄회로기판의 제조방법 {Method for preparing multilayer printed circuit board by build-up process}

본 발명은 빌드업 다층 인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 빌드업 방식을 이용한 인쇄회로기판을 제조하는 방법에 있어서 추가적인 레이저 가공기의 제조나 보완이 없이 종래 레이저 가공기를 이용하여, 종래 절연층에서 얻었던 비아홀의 크기보다 70∼80%의 비아홀을 얻을 수 있는 빌드업 다층 인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것이다.

전자제품이 소형화, 박판화, 고밀도화, 팩키지(package)화 및 개인휴대화로 경박단소화되는 추세에 따라 다층 인쇄회로기판 역시 미세패턴(fine pattern)화, 소형화 및 팩키지화가 동시에 진행되고 있다. 이에 다층 인쇄회로기판의 미세패턴 형성, 신뢰성 및 설계밀도를 높이기 위해 원자재의 변경과 함께 회로의 층구성을 복합화하는 구조로 변화하는 추세이고, 부품 역시 DIP 타입에서 SMT 타입으로 변경되면서 그 실장밀도 역시 높아지고 있는 추세이다. 또한 전자기기의 휴대화와 더불어 고기능화, 인터넷, 동영상, 고용량의 데이터 송수신 등으로 인쇄회로기판의 설계가 복잡해지고 고난이 기술을 요하게 된다.

종래 다층의 인쇄회로기판을 제조하는 방법으로는, 내층회로가 형성된 기판에 절연 접착층으로서 유리 직물에 에폭시 수지를 함침하여 스테이지화한 프리프레그 시트를 몇장 적층하고 프레스하여 쓰루홀(through-hole)에 의해 층간 도통을 실시하는 방법이 사용되어 왔다. 그러나, 이 방법은 대규모 설비 및 장시간이 요구되는 등의 문제를 갖고 있었다. 상기 문제를 해결하기 위한 방법으로 내층회로가 형성된 기판의 도체층 위에 유기절연층을 교대로 적층하는 빌드업 방식이 제안되어 왔다.

빌드업 다층 인쇄회로기판은 여러 방법으로 제조될 수 있는데, 일반적으로 양면에 동박이 코팅된 동박적층판(copper clad laminate; CCL)의 양면에 통상의 사진식각(photoetching)을 통해 인쇄회로패턴을 형성하여 내층회로를 마련한다. 그후, 상기 내층회로가 형성된 CCL상에는, 일측면에 레진(resin)이 부착된 동박(resin coated copper foil; RCC)을 적치시키고 이를 가열 및 가압하는 RCC 공법 및 액상의 절연재를 인쇄방법으로 도포하여 형성하는 액상코팅법 등을 통해 절연층을 형성하고, 상기 적층된 기판의 소정 위치에 비어홀(via hole)을 가공하여 무전해도금(electroless plating)한다. 이후 도금된 기판은 통상의 사진식각을 통해 패턴을 마련하여 외층회로층을 형성하고, 최종적으로 패턴상에는 다시 포토 레지스트층(photoresist layer)을 형성한다.

또한 기판내에 형성되는 비아홀은 가공방식에 따라 2가지로 분류될 수 있다. 하나는 비아홀을 화학적인 에칭(chemical etching)으로 형성하는 방법이며, 다른 하나는 비아홀을 레이저(laser)에 의해 가공하는 방법이다. 최근 기판의 비아홀 가공은 화학적인 에칭방법에 비해 레이저 가공에 의한 방법을 주로 이용하고 있다.

상기 레이저를 이용한 다층 인쇄회로기판의 제조에 있어, 종래에는 주로 엑시머레이저(excimer laser)를 이용한 방법이 사용되어 왔다. 그러나, 엑시머레이저를 사용하여 비아홀을 형성하는 방법의 경우 엑시머레이저를 사용할 때 빛의 산란을 막기 위해 유기질 필름 부착동박(copper foil coated with organic film)에 이미지 홀마스크(image hole mask)를 사용해야 한다는 단점이 있다. 특히, 유기질 필름의 대용으로 FR-4 재질을 사용하는 경우 엑시머 레이저 가공이 불가능하기 때문에 절연층의 재질선택에 제약을 받고, 가공시에도 특정깊이까지 가공되는 등 가공의 자유도가 낮아 기판의 밀도화가 떨어지는 단점이 있으며, 공정이 고가인 문제가 있다. 이러한 엑시머 레이저 이용에 따른 단점을 해소하기 위해 엑시머 레이저 대신 야그 레이저(YAG Laser; Yttrium Aluminum Garnet Laser)를 이용하여 다층 인쇄회로기판을 제조하는 방법이 한국 공개특허공보 제98-7902호에 기재되어 있다.

예를 들어 CCL상에 통상의 사진식각을 통해 인쇄회로패턴을 형성한 다음, 패턴이 형성된 기판에 RCC을 적치시키고 이를 가열 및 가압한 후, 상기 RCC가 적층된 기판을 야그 레이저에 의해 비아홀을 형성한다. 보통 엑시머 레이저를 이용하여 다층인쇄회로를 제조하는 경우 엑시머 레이저는 동박에 대한 가공이 곤란하여 RCC의 동박층을 먼저 에칭에 의해 제거한 다음 절연층상에 비아홀을 형성해야 하지만, 야그 레이저는 동박에 대해서도 가공이 가능하므로 동박제거를 위한 에칭작업이 필요하지 않다는 잇점이 있었다. 즉, 야그레이저를 사용하는 경우 RCC의 동박을 제거하지 않고 그대로 절연층에 비아홀의 가공이 용이하게 이루어진다. 야그 레이저에 의해 비아홀이 형성된 기판은 층간접속을 이루기 위해 무전해 동도금(electroless copper plating)을 행하여 비아홀의 내측을 동도금한 후, 이어서 전해 Cu도금을 행하여 도금층을 형성하므로써 비아홀의 내부를 도통시킨다. 그리고, RCC의 동박상에 최종적으로 통상의 노광, 현상을 통한 회로패턴을 형성한 다음, 포토레지스트층을 형성하면 다층 인쇄회로기판이 얻어진다.

상기 한국 공개특허공보 제98-7902호에 의하면 다층 인쇄회로기판의 비아홀 형성 정도(精度)가 향상될 뿐만 아니라 비아홀의 가공공정이 매우 단순화되는 장점이 있다지만, 야그 레이저를 이용한 기판의 제조는 RCC의 동박 뿐만 아니라 레진절연층(resin insulating layer)까지 가공이 되기 때문에 오히려 패턴의 끝단(end-point)에서 손상되는 현상이 발생될 수 있다. 이 경우 무전해도금을 하더라도 비아홀에 의한 패턴상호간의 연결이 미흡하게 되는 단점이 있다. 더욱이 고밀도 다층 인쇄회로기판의 제조를 위해 상기 CCL상의 패턴의 두께를 얇게 하거나 RCC의 절연층의 두께가 얇게 되는 경우 레이저 강도변화가 생길 때 상기 CCL의 패턴이 전부 가공될 수 있다. 이러한 상태에서 도금층을 형성하게 되면 알카리에칭(alkali etching)시 에칭액의 침식(attack)으로 회로단선이 생길 수 있다. 결국 야그 레이저에 의한 다층인쇄회로기판의 제조는 비아홀 형성정도(精度)가 향상될 뿐만 아니라 비아홀의 가공공정이 매우 단순화되는 장점에도 불구하고 기판의 회로단선 등 제품의 신뢰성에 큰 문제점이 잠재해 있다.

이러한 단점을 해결하고자 일본 특개평 8-279678호에는 동박만을 선택적으로 제거한 다음, 절연층을 CO₂레이저를 사용하여 비아홀을 가공하는 기판의 제조방법이 기재되어 있다. 즉, 상기 방법은 접속용 패드를 포함한 CCL에 유리섬유 기재의 프리프레그와 동박을 적층, 가압, 가열하여 프리프레그를 경화시킨 후, 접속용 패드의 위치에 상당하는 동박을 에칭에 의해 제거한 다음, CO₂레이저를 이용하여 프리프레그 경화층에 비아홀을 형성하고, 상기 비아홀에 도체를 피복시키는 방법이다.

상기 방법은 절연층을 CO₂레이저에 의해 가공하기 때문에 야그 레이저에 의한 홀 형성방법에 비하여 가공속도를 향상시킬 수 있는 장점은 있으나, 우선 절연층으로서 유리섬유가 함유된 프리프레그를 사용하기 때문에 유리섬유가 존재하는 부위와 존재하지 않는 부위에 따라 레이저 세기제어가 어렵다는 단점이 있다. 즉,CO₂레이저의 세기를 일정하게 하는 경우 절연층 자체의 재질차이로 비아홀의 정도가 일정하지 않고, 특히 CO₂레이저 세기를 크게 하면 비아홀이 종모양으로 가운데 부분이 볼록하게 될 수 있기 때문에 비아홀 내를 무전해도금하는 경우 패드층이 열간 충격에 의해 단선되는 수가 있다. 또한 동박을 에칭에 의해 제거하므로써, 에칭능력상 100㎛ 이하의 홀을 가공하기 힘들 뿐만 아니라 만일 동박제거가 부정합(mismatch)이 생기는 경우 CO₂레이저 가공시 비아홀의 모양이 찌그러져 층간접속에 있어 신뢰성이 크게 저하되는 단점이 있다.

또한 CO₂레이저를 이용한 비아홀의 가공은 도 1 내지 도 3에서 도시한 바와 같이, 레이저의 출력, 주파수, 펄스폭 등에 의해 비아의 크기가 결정이 되어서 일정 크기 이하로는 가공이 불가능하며, 즉 도 1과 같이 동박이 부착된 인쇄회로기판에서는 CO₂레이저 광원이 동박을 제거하지 못하므로 동박의 에칭크기가 레이저 비아홀의 크기를 결정하게 되며, 도 2와 같이 레이저 광원의 출력을 줄이고 동박의 에칭크기를 늘리는 경우와, 도 3과 같이 동박이 부착되지 않은 인쇄회로기판의 경우에는 레이저 광원의 크기로 비아홀의 크기를 결정하게 된다.

이에 따라 현재 전자기기의 추세에 부합이 되려면 더 작은 크기의 비아홀을 요구하게 된다. 이를 만족시키기 위해서는 새로운 레이저 가공기를 투자해야 하는 어려움이 있다. 따라서 새로운 투자없이 더 작은 크기의 비아홀을 가공할 수 있는 방법이 모색되어야 한다.

따라서 본 발명은 전술한 CO₂레이저 가공문제를 해결하고 추가적인 레이저 가공기의 제조나 보완이 없이도 종래 절연층에서 얻었던 비아홀의 크기보다 70∼80%의 비아홀을 얻을 수 있는 빌드업 다층 인쇄회로기판의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 빌드업 다층 인쇄회로기판의 제조방법은, 회로패턴이 형성된 동박적층판(CCL)에 절연층을 적층하고, 상기 절연층 상에 다시 회로패턴을 형성하는 공정을 반복하여 얻어지는 빌드업 다층 인쇄회로기판의 제조방법에 있어서, 동박적층판에 회로패턴을 형성하는 단계; 상기 회로패턴이 형성된 동박적층판의 상하부에 커버층을 갖는 절연층을 적층시키는 단계; 상기 적층판에 CO₂레이저를 조사하여 상기 커버층을 갖는 절연층을 제거함으로써 층간접속을 위한 비아홀을 형성하는 단계; 상기 적층판에서 절연층을 둘러싸고 있는 커버층을 제거하는 단계; 및 상기 비아홀이 형성된 적층판에 도금을 실시하여 전기적으로 도통하는 도금층을 형성하여 층간을 전기적으로 접속하는 단계;를 포함한다.

도 1은 동박이 부착된 인쇄회로기판에서 CO₂레이저를 이용한 비아홀의 가공법을 도시한 개략도이고,

도 2는 동박이 부착되지만 에칭크기가 레이저 광원보다 큰 인쇄회로기판에서 CO₂레이저를 이용한 비아홀의 가공법을 도시한 개략도이며,

도 3은 동박이 부착되지 않은 인쇄회로기판에서 CO₂레이저를 이용한 비아홀의 가공법을 도시한 개략도이고,

도 4는 본 발명에 따라 커버층이 부착된 절연층을 CO₂레이저를 이용하여 비아홀을 가공하는 방법을 개략적으로 도시한 개략도이다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하면서 더욱 상세히 설명하고자 한다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 회로패턴이 형성된 동박적층판의 상하부에 커버층을 갖는 절연층을 적층시키고, 상기 적층판에 CO₂레이저를 조사하여 상기 커버층을 갖는 절연층을 제거함으로써 층간접속을 위한 비아홀을 형성하며, 상기 적층판에서 절연층을 둘러싸고 있는 커버층을 제거하고, 상기 비아홀이 형성된 적층판에 도금을 실시하여 전기적으로 도통하는 도금층을 형성하여 층간을 전기적으로 접속시킴으로써 빌드업 다층 인쇄회로기판을 제조하는 방법을 그 특징으로 하고 있다. 이것은 첨부된 도 4에 개략적으로 도시되어 있다.

코어가 되는 동박적층판(CCL)을 준비하고 여기서 회로패턴을 형성하는 방법은 통상의 방법으로 실시되며, 회로형성된 기판의 상하부에는 절연층을 위치시키게 된다. 이때, 절연층은 커버층, 레진절연재 및 마일라 필름으로 구성된 절연층 형성용 필름을 마일라 필름을 제거후 동박적층판에 라미네이션 또는 열압착하여 부착시키므로써 커버층을 포함하게 되며, 또는 필름형태의 절연재를 기판상에 적층시키고 상기 절연층에 이형처리를 실시한 후 액상의 커버형성수지를 코팅하기도 한다. 상기 절연층의 열압착 조건은 70∼110℃의 온도 및 0.2∼4MPa압력하에서 실시된다.

본 발명에서와 같이, 필름형태의 절연재를 사용하여 절연층을 적층시키는 경우에는 종래의 RCC 공법 및 액상코팅법 등의 문제점을 해결하여, 도포되는 절연재의 양이 일정하여 절연거리 편차 및 제품의 휨이 발생하지 않으며 제품의 취급이 용이하여 불량이 발생하지 않는다.

본 발명에서 사용할 수 있는 절연재는, 70∼90㎛의 두께를 가지며 Tg가 약 140℃인 제품을 사용함으로써 상온에서 취급이 용이한 것으로, 가열에 의해 연화되고 열경화에 의해 내열성 및 전기특성 등의 층간 절연재에 요구되는 특성을 만족시키는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 특히 본 발명에서는 다관능 에폭시, 글리시딜 아크릴레이트, 글리시딜 메타크릴레이트, 변성 비스페놀 노블락 및 기타 희석제로 이루어진 군으로부터 선택된 수지와 광중합 개시제 및 무기물 필러로 구성하여 필름형태로 제작하여 사용한다.

또한 상기 커버층을 이루는 수지는 폴리에틸렌, 폴리염화비닐 등의 폴리올레핀, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 금속박(예: 이형지, 구리박, 알루미늄박 등) 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트이다. 상기 커버층의 두께는 30 내지 50㎛이며, 바람직하게는 38∼40㎛이다. 이때 상기 커버층의 두께가 30㎛ 미만이면 비아홀의 크기가 줄어들지 않게 되며, 50㎛를 초과하면 비아홀의 저부에 미가공이 발생하여 종래의 작업조건보다 생산성이 저하 된다.

또한 이형 필름의 역할로서 절연재의 또 다른 한면에 마일라 필름을 적층하는데, 상기 마일라 필름은 특별히 한정되는 것은 아니며, 상기 커버층과 성분은 동일하나 레진과 접합되는 부분에 이형처리가 되어 있는 것으로 이루어지고, 상기 필름형태의 절연재를 인쇄회로기판에 적층할 때 제거하게 된다.

본 발명에 있어서 절연층의 가공에 적합한 CO₂레이저는 통상적인 레이저 광원으로서 특별히 한정되지 않으며, 펄스주기를 0.1∼100msec, 펄스폭을 1∼100μsec, 펄스수를 1∼10회, 및 에너지를 0.7∼2mJ의 범위로 하여 조사함이 바람직하다.

상기 적층방법 및 홀가공방법에 의해 얻어지는 비아홀의 크기는 커버층에 형성된 홀크기가 100%라고 했을 때 70∼80%에 해당하는 비아홀의 크기이다. 따라서,비아홀 형성후 커버층을 제거함으로서 얻어지는 비아홀의 크기는 종래 CO₂레이저에 의해 가공된 비아홀보다 70∼80% 정도에 해당하는 축소된 비아홀을 얻을 수 있다. 이에 따라 현재의 전자기기의 설계를 더욱 축소가능하게 하며 전자기기의 경박 단소화에 부합될 수 있다. 또한 상기 커버층은 레이저 가공성에는 영향을 미치지 않고 다만 비아홀의 크기만 축소하게 된다.

이하, 실시예를 통해 좀 더 구체적으로 살펴보지만 이에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

내부회로가 가공된 340×510mm의 유리 에폭시 기판에 PET를 커버층으로 갖는 필름상 절연재를 기판의 양면에 배열한 후 필름상 절연재에서 마일라 필름을 제거하였다. 30초동안 진공을 가하여 절연재와 기판사이의 공기를 완전히 제거하고 진공상태에서 100℃ 및 0.4MPa의 온도 및 압력으로 1차 프레스시켰다. 1차 프레스한 후, 80℃ 및 2MPa의 온도 및 압력하에서 2차 프레스시켜 필름형태가 절연재가 적층된 인쇄회로기판을 얻었다. 여기서 일반적인 생산조건인 100㎛ 비아홀 가공조건하에서 CO₂레이저 광원을 조사하여 비아홀을 형성한 후, PET 커버층을 제거하였다. 얻어진 비아홀의 크기를 측정한 결과, PET 커버층의 홀 크기가 100㎛이었고, PET 커버층 제거후 절연층의 비아홀의 크기는 80㎛이었다.

비교예 1

PET 커버층을 갖지 않는 절연층을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과동일하게 실시하였고, 형성된 비아홀의 크기는 100㎛이었다.

상기 실시예 및 비교예를 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 다층 인쇄회로기판은 종래의 CO₂레이저 가공문제는 해결하고 장점을 유지하면서 추가적인 레이저 가공기의 제조나 보완이 없이도 종래 절연층에서 얻었던 비아홀의 크기보다 70∼80%의 비아홀을 얻을 수 있어 전자기기의 설계를 더욱 축소가능하게 하며 전자기기의 경박 단소화에 부합될 수 있다

Claims

회로패턴이 형성된 동박적층판(CCL)에 절연층을 적층하고, 상기 절연층 상에 다시 회로패턴을 형성하는 공정을 반복하여 얻어지는 빌드업 다층 인쇄회로기판의 제조방법에 있어서,

동박적층판에 회로패턴을 형성하는 단계;

상기 회로패턴이 형성된 동박적층판의 상하부에 30 내지 50㎛ 두께의 커버층을 갖는 절연층을 70 내지 90㎛로 적층시키는 단계;

상기 적층판에 CO₂레이저를 조사하여 상기 커버층을 갖는 절연층을 제거함으로써 층간접속을 위한 비아홀을 형성하는 단계;

상기 적층판에서 절연층을 둘러싸고 있는 커버층을 제거하는 단계; 및

상기 비아홀이 형성된 적층판에 도금을 실시하여 전기적으로 도통하는 도금층을 형성하여 층간을 전기적으로 접속하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 빌드업 다층 인쇄회로기판의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 커버층은 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리카보네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 빌드업 다층 인쇄회로기판의 제조방법.
삭제
제1항에 있어서, 상기 절연층에 형성되는 비아홀의 크기는 커버층에 형성된 홀크기의 70∼80%인 것을 특징으로 하는 빌드업 다층 인쇄회로기판의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 커버층은 커버층, 레진절연재 및 마일라 필름으로 구성된 절연층 형성용 필름을 마일라 필름을 제거후 동박적층판에 라미네이션 또는 열압착하여 부착시키는 것을 특징으로 하는 빌드업 다층 인쇄회로기판의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 커버층은 절연층에 이형처리를 실시한 후 액상의 커버형성수지를 코팅하여 적층시키는 것을 특징으로 하는 빌드업 다층 인쇄회로기판의 제조방법.