KR100483623B1 - 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판, 이의 제조방법, 및이의 최적화방법 - Google Patents

매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판, 이의 제조방법, 및이의 최적화방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판, 이의 제조방법, 및 이의 최적화방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 수지계 절연성 기판상에 일정한 간격을 두고 이격되어 있는 적어도 한 쌍의 패턴화된 레지스터 금속 패드를 형성시키는 단계; 상기 레지스터 금속 패드 사이에 후막 레지스터를 형성시켜 상기 레지스터를 상기 각각의 레지스터 패드에 전기적으로 연결시키는 단계; 상기 레지스터의 저항값을 측정하여 측정된 저항값 대비 목표 저항값의 편차로부터 레이저의 1회 당 스팟 가공량을 결정하는 단계; 상기 결정된 레이저의 스팟 가공량으로 레지스터를 목표 저항값을 갖도록 선택적으로 각각 수회 레이저 스팟가공하는 단계; 및 상기 스팟가공된 레지스터 및 레지스터 패드를 덮도록 상기 기판 상에 솔더 레지스트 또는 커버 코팅 층을 형성시키는 단계를 포함하는 인쇄회로기판, 이의 제조방법, 및 이의 최적화방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 일반적으로 원하는 저항값을 3∼10% 이내로 맞추기 위해 사용되는 고가의 전용 레이저 트리밍 장비 대신 비교적 저가의 마이크로 비아 가공용 레이저 장비를 이용한 레이저 스팟가공법을 통해서 인쇄회로기판의 매립된 레지스터의 저항값을 최적화시킴으로써 원하는 저항값이 정확히 구현된 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판을 경제적으로 제공할 수 있다.

Description

매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판, 이의 제조방법, 및 이의 최적화방법{Printed circuit board with buried resistor, preparing and optimizing method for the same}
본 발명은 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판, 이의 제조방법, 및 이의 최적화방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 원하는 저항값을 3∼10% 이내로 맞추기 위해 사용되는 레이저 트리밍가공법 대신 마이크로 비아 가공용 레이저 장비를 이용한 레이저의 스팟가공법을 통해서 인쇄회로기판의 매립된 레지스터의 저항값을 최적화시킴으로써 원하는 저항값을 정확히 구현할 수 있는 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판, 이의 제조방법, 및 이의 최적화방법에 관한 것이다.
인쇄회로기판은 전자회로의 부품을 장착하는 기판으로서 판상에서 대부분의 배선이 인쇄방법에 의하여 형성되며, 특정 회로설계에 따라 부품이 실장되고 결선된다. 일반적으로, 전자회로에 있어서 다수의 부품들이 칩 형태로 결합되어 있으며, 각각의 부품간의 신호결합, 예를 들어 IC간의 신호전달, 외부 신호 입출력 및 각종 회로 구성 등을 위하여 수많은 별개의 외장형 칩 레지스터가 회로기판의 표면상에 직접 실장되어 있다. 그러나, 이러한 수많은 레지스터 소자들을 인쇄회로기판에 장착시키기 위해서는 레지스터를 실장하기 위한 회로패턴이 형성되어야 한다. 즉, 레지스터 하나를 실장하기 위해서는 레지스터의 양측단을 연결하기 위한 2개의 콘택부와, 그 일측 및 타측 콘텍부 사이의 레지스터 길이에 따른 공간과, 상기 2개의 콘텍부와 각기 도전패턴으로 다른 소자의 콘텍부와 연결시키기 위한 공간이 요구되어, 레지스터 실장을 위한 필요면적이 상당히 요구된다. 따라서, 이러한 별개의 칩 레지스터의 사용으로는 전자 신호처리의 고속화에 따른 고밀도 실장을 요구하는 기술적 추세에 부응하는데 한계가 있을 뿐만 아니라, 신뢰성 향상에도 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위하여, 종래의 별개의 칩 레지스터의 역할을 대체하기 위하여 새로운 재료 또는 물질 및 공정을 이용하는 방법이 제시되었다. 상기 방법에 따르면, 인쇄회로기판 자체의 내부 또는 외부에 수동소자인 레지스터가 묻혀 있는 형태로서 기판자체의 크기에 관계없으며, 수동소자가 기판의 부분으로 통합되어 있는 형태의 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판이 제공된다. 즉, 수동소자가 기판의 일부분으로 포함되어 있기 때문에 별개의 칩 레지스터를 기판의 표면에 실장하거나 연결할 필요가 없다. 따라서, 상기 별개의 수동소자가 차지하고 있던 공간을 다른 부품용으로 이용하여 고집적의 실장면적을 확보할 수 있으며, 인쇄회로기판의 크기를 더욱 감소시켜 전자기기의 소형화 추세에 부응할 수 있을 뿐만 아니라, 솔더 조인트(solder joint)의 제거, 열 또는 기계적 충격 및 진동에 영향을 받지 않는 점 등을 고려하면 신뢰성을 요하는 기기에 적합한 장점을 갖기 때문에 이러한 매립된 레지스터를 형성하기 위한 다양한 공정이 개발되어 왔다.
예를 들어, 미국 특허 제5,510,594호에서는 세라믹 레지스터 페이스트를 도포하고 소성하여 구현하는 세라믹 후막 형태의 레지스터(thick film typed resistor)를 형성하는 기술을 소개하고 있다. 상기 기술은 통상 세라믹 레지스터 페이스트를 기판의 표면에 도포하고, 약 850∼900℃의 고온에서 소성한 다음, 스크린 프린팅에 의하여 상기 레지스터를 보호하기 위한 유리층을 도포한 후에 재소성하는 과정으로 이루어진다. 좀 더 상세하게는, 상기 특허에서는 서밋(cermet)과 같은 저항물질로 제조된 후막 레지스터를 전극과 전기적으로 연결되도록 형성한 후, 레이저 트리밍(laser trimming)을 통하여 원하는 저항값을 구현하는 방법을 소개하고 있다. 그러나, 상기 특허에 따른 방법은 세라믹 기판에 적용하기 위한 방법으로서 본 발명과 같이 에폭시-유리, 폴리이미드 등의 수지계 기판에 직접 적용하는 것은 불가능하다.
또한, 미국 특허 제4,872,776호에서는 인쇄회로기판 내부에 저항특성을 갖는 별도의 금속층 또는 금속막을 형성하여 인쇄회로기판의 표면에 실장되던 레지스터를 대체하는 박막 형태의 레지스터(thin film typed resistor)를 구현하는 기술을 개시하고 있다. 특히, 이와 관련하여 오메가-플라이(Ohmega-Ply; Ohmega Technologies, Inc.의 상품명)라는 박막의 저항물질을 사용하여 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판을 제조하는 방법이 이미 상용화된 바 있다. 좀 더 상세하게는, 미국 특허 제4,872,776호에서는 지지층, 니켈-포스포로스 조성을 갖고 상기 지지층과 결합된 적어도 하나의 저항층, 및 상기 저항층에 결합된 전도층으로 이루어진 저항물질을 사용하고 포토리소그라피 공정(photolithographic process)을 통하여 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판을 제조하는 방법을 개시하고 있다. 상기 특허에 따른 방법은 기판의 내부에 응용되는 기술로서 절연체로 저항체가 보호되므로 외부 환경에 의한 영향을 방지하기 위하여 별도의 공법을 필요로 하지 않는 장점이 있으나, 원하는 저항값을 정확히 구현하기 위하여 고가의 전용 레이저 트리밍 장비를 이용한 공정이 더욱 요구되어 경제적으로 불리한 단점이 있다.
한편, 기판 상에 고분자계 레지스터 페이스트를 도포하고 열건조(경화)시키는 고분자 후막 형태의 레지스터를 구현하는 방법이 보고되었다. 상기 방법은 기판의 내층에 도포하는 내장형 및 최외층에 페이스트를 도포하는 외장형으로 구분된다.
이러한 내장형 기술과 관련된 선행기술은 예를 들면, 유럽 공개특허 제569801호 및 일본 특개평 제6-61651호에 개시되어 있다. 상기 특허들에 따르면, 레지스터는 양측면 상에 도체선로가 구비된 인쇄회로기판의 내층에 프린팅에 의하여 후막상으로 형성되고 표면실장소자(SMD)가 외층상에 실장되며, 상기 인쇄회로기판이 유전물질로 이루어진 중간층 상에서 상기 내층이 상호 마주보면서 프레스되어 있다. 상기 내장형 기술은 기판 내부에 레지스터가 형성되어 외부 환경에 의한 영향을 억제하기 위한 별도의 레지스터 보호층을 필요로 하지 않는 장점이 있지만, 레지스터의 저항 값의 예측성 및 허용한계의 조절에 있어서는 불리한 단점이 있다.
한편, 외장형 기술은 저항특성을 갖는 고분자를 사용하여 스크린 프린팅을 통하여 기판상에 도포한 후에 솔더 마스크(또는 솔더 레지스트)를 인쇄하여 고분자 레지스터를 보호하는 방법이다.
도 1은 종래기술에 따라 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판을 제조하는 공정을 개략적으로 나타낸 순서도이며, 도 3a 내지 도 3f는 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판을 제조하는 종래 기술의 공정을 순차적으로 도시하는 도면이다.
먼저 도 3a을 참조하면, 기판(1)에 도전층(구리 박막)을 형성한 다음, 상기 도전층이 형성된 기판(1)의 최외층 상에 당해 분야에 공지된 바에 따라 포토레지스트 필름 또는 드라이 필름 층을 형성시키고, 노광, 현상, 구리 에칭, 및 드라이 필름 박리 과정을 통하여 일정 간격으로 상호 이격된 구리 단자(2, 2′)를 형성시킨다.
그 다음, 도 3b를 참조하면, 카본 블랙과 같은 절연물질이 열경화성의 유기 전색제(vihicle) 또는 고분자 매트릭스 성분으로 이루어진 카본계 레지스터 페이스트를 상기 구리 단자(2, 2′) 사이에 스크린 프린팅한다. 상기 과정에서, 레지스터 페이스트를 도포한 후에는 약 150∼250℃에서 가열 건조하여 열경화시키고, 이로부터 형성된 후막 레지스터(3)는 상기 각각의 구리단자(2, 2′)와 전기적으로 연결된다.
그 다음, 도 3c∼3e를 참조하면, 종래의 수지계 인쇄회로기판의 경우 스크린 프린팅된 레지스터의 저항값이 균일하지 않아 실제 제품에 적용시 불량률이 높은 문제점을 갖고 있기 때문에 원하는 저항값을 10% 이내로 맞추기 위하여 고가의 전용 장비를 이용하여 저항 검사와 동시에 레이저 트리밍공정을 선택적으로 실시함으로써 원하는 균일한 저항값을 얻을 수 있도록 한다. 이 때, 상기 과정에서 유용한 레이저 원(source)으로는 UV 레이저, IR 레이저 등이 있으며, 레이저 스팟 사이즈(laser spot size)는 약 30∼50㎛이다. 한편, 일반적으로 사용되는 레이저 커팅 방식으로는 L-컷, 싱글 컷, 및 더블 컷 방식이 알려져 있다. 일반적으로, 레이저 트리밍 과정을 통하여 홈 또는 그루브를 형성할 경우, 레지스터의 저항값은 증가하게 되므로, 레이저 트리밍공정을 실시하기 위해서는 전단계에서 목표 저항값에 미달하도록 레지스터를 형성한다. 그러나, 카본계 페이스트 레지스터를 사용하는 경우, 도 3c와 같이 L-컷(4) 방식으로 레이저 트리밍하면 원하는 목표 저항값을 초과할 수 있으며, 도 3d와 같이 싱글 컷(5) 방식으로 가공할 경우에는 트리밍 분해능이 저하될 가능성이 있다. 즉, 통상적으로 세라믹 레지스터의 경우, 대부분이 결정 구조인 무기 재질로 형성되어 있기 때문에 레이저 트리밍 과정에서 온도에 의한 영향이 적으나 카본 페이스트 레지스터의 경우 유기성분으로 이루어져 있기 때문에 레이저 트리밍 과정에서 온도에 의한 영향이 크다. 따라서, 도 3e와 같은 더블 컷(6) 방식은 시간 간격을 두고 하나의 레지스터를 트리밍하기 때문에 레이저 열에 의한 저항값의 변동을 최소화할 수 있는 장점을 갖는다.
그 다음, 도 3f를 참조하면, 상기 기판에 형성된 후막 레지스터(3)의 상부에 솔더 마스크 잉크를 사용하여 솔더 마스크 층(8)을 형성시킴으로써 물리적, 화학적 손상, 습기 또는 온도에 의한 저항특성 변화 등의 외부환경에 의한 손상을 방지하도록 한다.
한편, 기판의 재질이 세라믹으로 구성되어 있는 세라믹 인쇄회로기판의 경우에는 일반적으로 기판의 크기가 10×10㎝ 이상을 초과하는 예가 거의 없어 매립 레지스터의 원하는 저항값을 좀 더 정확히 얻기 위한 레지스터의 레이저 트리밍 과정이 비교적 용이하여 원하는 저항값을 쉽게 구현할 수 있는 반면, 본 발명에서 사용되는 통상적으로 50×60㎝ 정도의 판넬 크기를 갖는 플라스틱 재질의 인쇄회로기판의 경우에는 레지스터 페이스트를 기판 상에 도포하면 동일 판넬 내에서 위치별로 레지스터 페이스트의 두께가 불균일하게 인쇄되는 경향이 있으며, 이러한 두께의 불균일성은 저항값의 불균일 현상을 유발하여 제품의 신뢰성을 저하시키는 요인이 되고 있다. 따라서, 상술한 문제점을 해결하고 원하는 저항값을 좀 더 정확히 얻기 위한 공정으로서 레이저 트리밍공정을 도입하여 수행하고 있지만, 상기 레이저 트리밍공정에 있어서 레지스터 사이의 거리가 좁을 경우 레이저 트리밍공정 후, 레지스터 사이의 거리가 좁아져 단락이 발생될 위험이 높다. 또한, 이러한 레이저 트리밍공정에서는 저항 검사 및 레이저 트리밍가공이 동시에 수행되기 때문에 공정시간이 상당히 소요되어 생산성이 떨어지고, 또한 이러한 레이저 트리밍공정을 실시하기 위해서는 고가의 전용 레이저 트리밍 장비를 별도로 갖추어야 하기 때문에 경제적으로 불리한 단점이 있다.
따라서, 전술한 종래기술의 문제점을 고려하여 경제적이고 양산적인 공정을 통하여 원하는 저항값을 정확히 구현할 수 있는, 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판의 제조방법에 대한 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
이에 본 발명에서는 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 다양한 연구를 거듭한 결과, 인쇄회로기판의 매립된 레지스터의 원하는 저항값을 3∼10% 이내로 맞추기 위하여 종래기술에서 사용되던 고가의 전용 레이저 트리밍 장비 대신 일반 인쇄회로기판 메이커(maker)에서 마이크로 비아 가공용으로 보유하고 있는 레이저 장비를 이용한 레이저의 스팟가공법을 통해서 매립된 레지스터의 저항값을 최적화시킴으로써 신규설비의 투자없이 경제적인 공정을 통해서 원하는 저항값을 정확히 구현할 수 있는 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판의 제조방법을 발견하였으며, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 신규설비의 투자없이 경제적이고 양산성이 우수한 공정을 통해서 원하는 저항값을 정확히 구현할 수 있는, 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 방법에 따라 원하는 저항값이 정확히 구현된 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 원하는 저항값이 정확히 구현된, 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판의 최적화방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판의 제조방법은 수지계 절연성 기판상에 일정한 간격을 두고 이격되어 있는 적어도 한 쌍의 패턴화된 레지스터 금속 패드를 형성시키는 단계; 상기 레지스터 금속 패드 사이에 후막 레지스터를 형성시켜 상기 레지스터를 상기 각각의 레지스터 패드에 전기적으로 연결시키는 단계; 상기 레지스터의 저항값을 측정하여 측정된 저항값 대비 목표 저항값의 편차로부터 레이저의 1회 당 스팟 가공량을 결정하는 단계; 상기 결정된 레이저의 스팟 가공량으로 레지스터를 목표 저항값을 갖도록 선택적으로 각각 수회 레이저 스팟가공하는 단계; 및 상기 스팟가공된 레지스터 및 레지스터 패드를 덮도록 상기 기판 상에 솔더 레지스트 또는 커버 코팅 층을 형성시키는 단계를 포함한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판은 상기 방법에 따라 제조되어 이루어진다.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판의 최적화방법은 일정한 간격을 두고 이격되어 있는 적어도 한 쌍의 패턴화된 레지스터 금속 단자 사이에 레지스터가 전기적으로 연결되어 있는 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판의 최적화방법에 있어서, 매립된 레지스터의 저항값을 측정하여 측정된 저항값 대비 목표 저항값의 편차로부터 레이저의 1회 당 스팟 가공량을 결정하는 단계; 상기 결정된 레이저의 스팟 가공량으로 레지스터를 목표 저항값을 갖도록 선택적으로 각각 수회 레이저 스팟가공하는 단계; 및 상기 스팟가공된 레지스터 및 레지스터 패드를 덮도록 상기 기판 상에 솔더 레지스트 또는 커버 코팅 층을 형성시키는 단계를 포함한다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따라 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판을 제조하는 공정을 개략적으로 나타낸 순서도이며, 도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 방법에 따라 최적화된 저항값을 갖는 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판을 제조하는 일련의 공정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4a를 참조하면, 수지계 절연성 기판(101)상에 일정한 간격을 두고 이격되어 있는 적어도 한 쌍의 패턴화된 레지스터 금속 패드(102)를 형성시킨다. 상기 단계에서는 상기 기판(101) 상에 일정한 패턴의 금속층, 예를 들면 구리층(bare copper)과 같은 전도성 금속층을 형성하는 단계로서, 이와 같은 패턴화된 금속 패드(102)는 당업계에서 널리 알려져 있는 일반적인 인쇄회로기판 제조공정을 통하여 형성될 수 있으며, 특히 포토리소그라피공정(photolithography process)이 바람직하다. 상기 방법의 전형적인 예는 기판 상에 금속층을 무전해도금시킨 후에 전해도금시켜 금속층을 형성시킨 후에 드라이 필름 또는 포토 레지스트를 상기 금속층 상에 적용하고 노광 및 현상을 거쳐 원하지 않는 금속층 부분을 에칭한 후에 에칭 레지스트로 작용한 잔존 드라이 필름을 박리한다. 이에 따라, 상기 기판(101)의 외층상에 회로패턴과 함께 일정한 간격으로 이격되어 있는 특히 적어도 한 쌍의 패턴화된 레지스터 금속 패드(102), 바람직하게는 구리 패드가 15∼55㎛의 두께를 갖도록 형성된다.
한편, 본 발명에서 사용되는 기판(101)은 절연특성을 갖는 것으로서, 유리섬유 상에 에폭시수지가 코팅된 에폭시-유리, 폴리이미드, 시아네이트 에스테르, 비스말레이미드-트리아진(BT), 및 폴리테트라플루오로에틸렌계 절연체 등이 사용될 수 있으며, 당업계에서 인쇄회로기판의 기판 층으로 사용가능한 성분이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다.
그 다음, 도 4b를 참조하면 상기 레지스터 금속 패드(102) 사이에 레지스터 페이스트를 도포하여 후막 레지스터(103)를 형성시킴으로써 상기 레지스터(103)가 상기 각각의 레지스터 금속 패드(102)에 전기적으로 연결되도록 하며, 이 때 상기 레지스터(103)는 상기 레지스터 패드(102)를 부분적으로 덮으면서 형성되는 것이 바람직하다. 상기 레지스터(103)의 형성단계는 예를 들면 레지스터 페이스트, 바람직하게는 카본계 레지스터 페이스트를 스크린 프린팅한 다음, 열경화시킴으로써 수행된다. 상기 카본계 레지스터는 필러 입자가 수지 내에 분산되어 있으며, 원하는 쉬트 비저항(sheet resistivity)을 달성하도록 필러의 함량과 수지의 함량을 적절히 조절하여 사용할 수 있다. 본 발명에 있어서, 전술한 레지스터 페이스트를 기판 상에 스크린 프린팅하는 방법은 당업계에서 일반적으로 알려져 있다. 예를 들면, 스크린 마스크로서 개구(aperture)를 갖는 주형(template)을 레지스터 단자가 형성된 기판의 표면에 근접하게 위치시킨 후에 상기 마스크를 레지스터 페이스트로 충진시킨다. 그 다음, 스퀴즈 블레이드 등을 사용하여 상기 마스크의 개구를 통하여 상기 기판의 표면상으로 가압한다. 이처럼, 스크린 프린팅된 레지스터 페이스트는 사용가능한 각각의 페이스트의 경화에 적합한 온도, 바람직하게는 약 150∼250℃의 온도에서 열 경화시킴으로써 바람직하게는 약 15∼40㎛의 두께를 갖는 후막 레지스터를 형성할 수 있다. 이 때, 후술하는 레이저 가공을 통해서 스팟을 형성할 경우 레지스터의 저항값은 증가하게 되므로, 본 단계에서는 목표 저항값에 미달하도록 레지스터를 형성시키는 것이 바람직하다.
한편, 전술한 바와 같이 종래의 수지계 인쇄회로기판의 경우 스크린 프린팅된 레지스터의 저항값이 균일하지 않아 실제 제품에 적용시 불량률이 높은 문제점을 갖고 있었다. 이러한 문제점을 해결하고 레지스터의 원하는 저항값을 좀 더 정확히 얻기 위하여 종래 기술에서는 레이저 트리밍공정을 도입하고 있지만, 상기 레이저 트리밍공정에서는 정확한 저항값을 얻기 위하여 저항 검사 및 레이저 트리밍가공이 동시에 수행되어야 하기 때문에 생산성이 떨어지고, 또한 이러한 레이저 트리밍공정을 실시하기 위해서는 고가의 전용 레이저 트리밍 장비를 별도로 갖추어야 하기 때문에 경제적으로 불리한 단점이 있었다.
따라서, 본 발명에서는 전술한 종래기술의 문제점을 고려하여 종래기술에서 통상적으로 사용되던 고가의 전용 레이저 트리밍 장비 대신 마이크로 비아 가공용 레이저 장비를 이용한 레이저의 스팟가공법을 통해서 인쇄회로기판의 매립된 레지스터의 저항값을 최적화시킬 수 있는 기술을 도입하였다. 본 발명에 사용가능한 레이저 스팟가공법으로는 통상의 마이크로 비아 형성시 사용될 수 있는 레이저 장치를 이용한 레이저 가공법이면 특별히 제한하지 않고 사용될 수 있으며, 바람직하게는 엑시머, Nd;YAG 및 CO2 타입의 레이저 가공법이 사용될 수 있다.
한편, 레지스터의 저항값은 하기 수학식 1에 의하여 계산될 수 있다:
R(저항값)=R(쉬트 비저항)×(레지스터 길이)/(레지스터 폭×레지스터 두께)
상기 수학식 1에 나타낸 바와 같이, 레지스터의 두께가 증가하면 저항값은 감소하게 되는데 실제 인쇄공정에 있어서 판넬 상에 일정한 두께로 인쇄하는 것은 인쇄제판, 인쇄기와 같은 설비 자체의 인쇄편차(tolerance)로 인하여 균일한 저항값을 구현하기 곤란하다.
따라서, 도 4c를 참조하면 본 발명에서는 먼저 전술한 바에 따라 상기 레지스터 금속 패드(102) 사이에 형성된 각각의 후막 레지스터(103)의 저항값을 측정하여 측정된 저항값 대비 목표 저항값의 편차로부터 레이저의 1회 당 스팟가공량을 결정한 후, 상기 결정된 레이저의 스팟가공량으로 각각의 레지스터를 목표 저항값을 갖도록 선택적으로 각각 수회 레이저 스팟가공한다. 이 때, 상기 레이저 스팟(107)의 크기는 20∼150㎛인 것이 바람직하며, 상기 스팟(107)의 크기가 20㎛ 미만이면 저항값 변화가 너무 작아 가공횟수가 늘어나고, 150㎛를 초과하면 후막 레지스터 부분을 벗어나서 가공될 경우 스팟당 저항값 차이가 많이 발생하게 된다. 또한, 통상적으로 상기 레지스터(103)의 저항값이 레이저 스팟가공 1회 당 0.1∼1Ω 중 어느 하나의 값으로 일정하게 더욱 증가되도록 레이저의 1회 당 스팟가공량을 조절하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 레이저 스팟가공된 각각의 스팟(107)은 스팟당 일정한 값을 얻기 위해 일정 간격으로 이격되어 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 도 4d를 참조하면, 본 발명에 따른 레이저 스팟가공법은 도 4c에 나타낸 바와 같은 포인트가공 이외에도 상기 레지스터(103)를 길이가공하여 상기 레지스터(103)에 스팟(107′, 107″)을 형성시킬 수 있다. 이 때, 상기 레지스터(103)의 저항값이 레이저의 스팟가공 1회의 단위길이 당 1∼2Ω 중 어느 하나의 값으로 일정하게 더욱 증가되도록 레이저의 1회 당 스팟 가공량을 조절하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 레이저 스팟의 단위길이는 50∼100㎛인 것이 바람직하다.
예를 들어, 도 4d에 나타낸 바와 같이, 레이저의 스팟가공 1회의 단위길이를 약 100㎛으로 설정한 경우, 1회의 레이저 스팟가공을 통해서 상기 레지스터(103)를 길이가공하여 약 100㎛의 스팟(107′)을 형성시킬 수 있으며, 또한 2회의 레이저 스팟가공을 통해서 상기 레지스터(103)를 길이가공하여 약 200㎛의 스팟(107″)을 형성시킬 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 목표값이 10Ω이고, 본 발명에 따른 후막 레지스터 형성과정에서 형성된 레지스터의 측정값이 각각 9.7, 6.9, 8.0 및 8.6Ω인 경우, 원하는 저항값을 10% 이내로 맞추기 위하여 본 발명에서는 레이저의 1회 스팟 가공량, 즉 1샷(shot) 당 0.5Ω의 저항값을 상승시킬 수 있도록 레이저의 1회 당 스팟가공량을 결정할 수 있다. 즉, 상기 측정값 9.7, 9.2, 8.0 및 8.6Ω에 대하여 각각 1, 2, 4 및 3샷의 레이저 스팟가공을 수행하여 레이저 스팟가공후 저항값이 각각 10.2, 10.2, 10.0 및 10. 1이 되어 목표 저항값 10Ω에 대하여 비교적 정확한 저항값을 균일하게 얻을 수 있다.
뿐만 아니라, 도 2에 나타낸 바와 같이 본 발명에서는 종래기술에서 저항 검사 및 레이저공정을 동시에 실시하던 레이저 트리밍공정과 달리, 저항 검사 및 레이저 공정을 따로따로 실시함으로써 레지스터의 저항값 최적화에 따른 공정시간을 대폭 감소시킬 수 있으며, 레이저 가공시간이 매우 짧아지기 때문에 양산성에 있어서도 기존의 레이저 트리밍공법에 비해 수배 이상 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명에 따른 레이저 스팟가공법은 일정한 간격을 두고 이격되어 있는 적어도 한 쌍의 패턴화된 레지스터 금속 단자 사이에 레지스터가 전기적으로 연결되어 있는 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판의 최적화방법에서 레지스터의 형태에 특별히 제한되지 않고 모두 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 레이저 스팟가공법은 전술한 바와 같은 후막 형태의 레지스터에 적용될 수 있을 뿐만 아니라, 내부에 저항특성을 갖는 별도의 금속층 또는 금속막을 형성하여 인쇄회로기판의 표면에 실장되던 레지스터를 대체하는 박막 형태의 레지스터, 예를 들어 오메가-플라이(Ohmega-Ply; Ohmega Technologies, Inc.의 상품명)와 같은 박막의 저항물질을 매립 레지스터로 사용한 인쇄회로기판에 있어서도 매립된 레지스터의 저항값을 최적화시키기 위한 방법으로 적용될 수 있다.
그 다음, 도 2e를 참조하면 상술한 바와 같이 스팟가공된 레지스터(103) 및 노출된 레지스터 패드(102)를 외부 환경으로부터 보호하기 위하여 상기 기판 상에 솔더 레지스트 또는 커버 코팅 층(108)을 형성시킨다. 이 때, 상기 솔더 레지스트 또는 커버 코팅층(108)은 상기 스팟가공된 레지스터(103) 및 노출된 레지스터 패드(102)를 덮도록 바람직하게는 약 15∼25㎛의 두께로 형성될 수 있다. 한편, 당업계에 사용되는 전형적인 솔더 마스크 층(108)은 에테르 계통 또는 아세테이트 계통의 용매를 사용하고, 산무수물 변성 에폭시 아크릴레이트(자외선 경화형 수지) 및 크레졸 노블락형 에폭시 수지 또는 이소시아누레이트 에폭시 수지(열경화형 수지)로 이루어지는 바인더 또는 매트릭스 성분; 바륨 설페이트, 탈크, 실리카 등을 단독 또는 혼용한 무기질 필러; 및 2관능성 이상의 아크릴 모노머 및 디시안디아마이드(dicyandiamide) 또는 멜라민 계통의 경화제 성분을 포함하며, 레벨링제, 소포제, 분산제 등의 첨가제, 자외선 경화 촉매, 안료 등을 추가적으로 함유하며, 당업계에서 인쇄회로기판의 솔더 레지스트 또는 커버 코팅 층으로 사용가능한 성분이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 일반적으로 원하는 저항값을 3∼10% 이내로 맞추기 위해 사용되는 고가의 전용 레이저 트리밍 장비 대신 비교적 저가의 마이크로 비아 가공용 레이저 장비를 이용한 레이저의 스팟가공법을 통해서 인쇄회로기판의 매립된 레지스터의 저항값을 최적화시킴으로써 원하는 저항값이 정확히 구현된 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판을 경제적으로 제공할 수 있다.
이하, 하기 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하지만, 이에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
50×60㎝의 에폭시글라스 기판 상에 구리층의 회로를 형성하고 무전해도금시킨 다음, 전해 도금액을 포함하는 욕(bath)에서 2.0A/dm2의 전류 밀도하에서 실온(25℃)으로 도금을 수행하여 전해도금시켜 구리층을 형성시킨 후, 드라이 필름을 상기 금속층 상에 적용하고 노광 및 현상을 거쳐 원하지 않는 금속층 부분을 에칭한 다음, 에칭 레지스트로 작용한 잔존 드라이 필름을 박리하여 외층상에 회로패턴과 함께 0.7mm 간격으로 이격되어 있고, 40㎛의 두께를 갖는 패턴화된 레지스터 구리 패드를 형성시켰다.
그 다음, 스크린 마스크로서 개구를 갖는 주형을 레지스터 패드가 형성된 기판의 표면에 근접하게 위치시킨 후, 상기 마스크를 레지스터 페이스트로 충진시킨 후, 스퀴즈 블레이드를 사용하여 상기 마스크의 개구를 통하여 상기 기판의 표면상으로 가압하였다. 이로부터 스크린 프린팅된 레지스터 페이스트는 200℃의 온도에서 열경화시켜 목표 저항값을 10Ω으로 설정하고, 대략 약 30㎛의 두께를 갖는 후막 레지스터를 형성시켰다. 상기 스크린 프린팅된 레지스터의 부위별 저항값을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
그 다음, 상기 측정된 저항값 대비 목표 저항값의 편차로부터 레이저 스팟가공의 1회 당 1Ω의 저항값이 증가될 수 있도록 CO2 레이저를 이용하여 레이저 가공량을 100㎛으로 조절하였다. 상기 레이저 스팟가공 가공량으로 각각의 레지스터를 목표 저항값인 10Ω을 갖도록 선택적으로 하기 표 1에 나타낸 바에 따라 각각 수회 레이저 스팟가공하였다. 그 다음, 전술한 바와 같이 스팟가공된 레지스터 및 노출된 레지스터 패드를 외부 환경으로부터 보호하기 위하여 상기 기판 상에 20㎛의 두께로 솔더 레지스트 층을 형성시킨 후, 상기 레지스터의 저항값을 각각 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 본 발명에 따른 레이저 스팟가공 이전 및 이후의 레지스터의 저항값 산포도를 나타낸 그래프를 각각 도 5a 및 도 5b에 도시하였다.
구 분 측정값(Ω) 가공수 가공후 측정값(Ω)
1 9.7 0 9.7
2 8.0 2 10.0
3 8.0 2 10.0
4 9.5 1 10.5
5 9.9 0 9.9
6 9.2 1 10.2
7 8.3 2 10.3
8 8.1 2 10.1
9 8.8 1 9.8
10 9.0 1 10.0
11 8.4 2 10.4
12 9.7 0 9.7
13 9.1 1 10.1
14 8.7 1 9.7
15 9.2 1 10.2
16 9.1 1 10.1
17 9.8 0 9.8
18 8.7 1 9.7
19 6.9 3 9.9
20 8.6 1 9.6
21 8.0 2 10.0
22 8.8 1 9.8
23 9.2 1 10.2
24 7.5 2 9.5
25 9.4 1 10.4
26 9.4 1 10.4
27 9.4 1 10.4
28 8.9 1 9.9
29 7.3 3 10.3
30 9.4 1 10.4
31 9.2 1 10.2
32 9.4 1 10.4
33 8.8 1 9.8
34 8.9 1 9.9
35 7.0 3 10.0
36 8.4 2 10.4
표 1, 도 5a 및 5b에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 스팟가공법을 이용한 레지스터의 저항값 최적화방법에 따라 균일하고 정확한 저항값을 구현할 수 있었다.
실시예 2
상기 측정된 저항값 대비 목표 저항값의 편차로부터 레이저의 스팟가공 1회 당 0.5Ω의 저항값이 증가될 수 있도록 레이저 가공량을 70㎛으로 조절한 후, 상기 레이저 스팟가공량으로 각각의 레지스터를 목표 저항값을 갖도록 선택적으로 하기 표 2에 나타낸 바에 따라 각각 수회 레이저 스팟가공한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 이로부터 얻은 솔더 레지스트 층이 도포된 레지스터의 저항값을 각각 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 또한, 본 발명에 따른 레이저 스팟가공 이전 및 이후의 레지스터의 저항값 산포도를 나타낸 그래프를 각각 도 6a 및 도 6b에 도시하였다.
구 분 측정값(Ω) 가공수 가공후 측정값(Ω)
1 9.7 1 10.2
2 8.0 4 10.0
3 8.0 4 10.0
4 9.5 1 10.0
5 9.9 0 9.9
6 9.2 3 10.2
7 8.3 3 9.8
8 8.1 4 10.1
9 8.8 2 9.8
10 9.0 2 10.0
11 8.4 3 9.9
12 9.7 1 10.2
13 9.1 2 10.1
14 8.7 3 10.2
15 9.2 2 10.2
16 9.1 2 10.1
17 9.8 0 9.8
18 8.7 3 10.2
19 6.9 6 10.1
20 8.6 3 9.6
21 8.0 4 10.0
22 8.8 2 9.8
23 9.2 2 10.2
24 7.5 5 10.0
25 9.4 1 9.9
26 9.4 1 9.9
27 9.4 1 9.9
28 8.9 2 9.9
29 7.3 5 9.8
30 9.4 1 9.9
31 9.2 2 10.2
32 9.4 1 9.9
33 8.8 2 9.8
34 8.9 2 9.9
35 7.0 6 10.0
36 8.4 3 9.9
표 2, 도 6a 및 6b에 나타낸 바와 같이, 레이저의 스팟가공 1회 당 0.5Ω의 저항값이 증가될 수 있도록 레이저 가공량을 조절함으로써 더욱 균일하고 정확한 레지스터의 저항값을 얻을 수 있었다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 일반적으로 원하는 저항값을 3∼10% 이내로 맞추기 위해 사용되는 고가의 전용 레이저 트리밍 장비 대신 비교적 저가의 마이크로 비아 가공용 레이저 장비를 이용한 레이저 스팟가공법을 통해서 인쇄회로기판의 매립된 레지스터의 저항값을 최적화시킴으로써 원하는 저항값이 정확히 구현된 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판을 경제적으로 제공할 수 있다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
도 1은 종래기술에 따라 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판을 제조하는 공정을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따라 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판을 제조하는 공정을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 3a 내지 도 3f는 종래 기술에 따라 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판을 제조하는 공정을 순차적으로 도시하는 도면이다.
도 4a는 본 발명에 따라 수지계 절연성 기판상에 일정한 간격을 두고 이격되어 있는 한 쌍의 패턴화된 레지스터 금속 패드가 형성된 상태를 나타낸 도면이다.
도 4b는 본 발명에 따라 상기 레지스터 금속 패드 사이에 후막 레지스터가 형성되어 상기 레지스터가 상기 각각의 레지스터 패드에 전기적으로 연결된 상태를 나타낸 도면이다.
도 4c는 본 발명에 따른 레이저 스팟가공법을 통해서 상기 레지스터를 포인트가공하여 상기 레지스터에 스팟이 형성된 상태를 나타낸 도면이다.
도 4d는 본 발명에 따른 레이저 스팟가공법을 통해서 상기 레지스터를 길이가공하여 상기 레지스터에 스팟이 형성된 상태를 나타낸 도면이다.
도 4e는 본 발명에 따라 상기 스팟가공된 레지스터 및 레지스터 패드를 덮도록 상기 기판 상에 솔더 레지스트 또는 커버 코팅 층이 형성된 상태를 나타낸 도면이다.
도 5a는 본 발명의 실시예 1에 따른 인쇄회로기판의 매립된 레지스터의 레이저 스팟가공 이전의 저항값의 산포도를 나타낸 그래프이다.
도 5b는 본 발명의 실시예 1에 따른 인쇄회로기판의 매립된 레지스터의 레이저 스팟가공 이후의 저항값의 산포도를 나타낸 그래프이다.
도 6a는 본 발명의 실시예 2에 따른 인쇄회로기판의 매립된 레지스터의 레이저 스팟가공 이전의 저항값의 산포도를 나타낸 그래프이다.
도 6b는 본 발명의 실시예 2에 따른 인쇄회로기판의 매립된 레지스터의 레이저 스팟가공 이후의 저항값의 산포도를 나타낸 그래프이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
1, 101 : 기판 2, 102 : 구리 단자 또는 금속 패드
3, 103 : 후막 레지스터 4 : L-컷 홈
5 : 싱글 컷 홈 6 : 더블 컷 홈
107, 107′, 107″ : 스팟 8, 108: 솔더 레지스트 또는 커버 코팅 층

Claims (24)

  1. 수지계 절연성 기판상에 적어도 한 쌍의 패턴화된 레지스터 금속 패드를 소정 간격 이격시켜 형성하는 단계;
    상기 이격된 각 레지스터 금속 패드에 전기적으로 연결되는 후막 레지스터를 상기 레지스터 금속 패드 사이에 형성하는 단계;
    상기 레지스터의 저항값을 측정하여 측정된 저항값 대비 목표 저항값의 편차로부터 레이저의 1회 당 스팟 가공량을 결정하는 단계;
    상기 결정된 레이저의 스팟 가공량에 기초하여 상기 후막 레지스터가 목표 저항값을 갖도록 선택적으로 각각 수회 레이저 스팟 가공하는 단계; 및
    상기 스팟 가공된 후막 레지스터 및 레지스터 금속 패드를 덮도록 상기 기판 상에 솔더 레지스트 또는 커버 코팅 층을 형성시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속 패드는 구리 패드인 것을 특징으로 하는 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 금속 패드의 두께는 15∼55㎛인 것을 특징으로 하는 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 후막 레지스터는 필러가 수지 내에 분산되어 있는 카본계 레지스터 페이스트를 스크린 프린팅하여 형성되는 것을 특징으로 하는 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 후막 레지스터의 두께는 15∼40㎛인 것을 특징으로 하는 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 레이저 스팟가공은 엑시머, Nd;YAG 또는 CO2 타입의 레이저드릴 가공법을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 레이저 스팟의 크기는 20∼150㎛인 것을 특징으로 하는 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 레지스터의 저항값이 레이저의 스팟가공 1회 당 0.1∼1Ω 중 어느 하나의 값으로 일정하게 더욱 증가되도록 레이저의 1회 당 스팟 가공량이 조절되는 것을 특징으로 하는 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 레이저 스팟의 단위길이는 50∼100㎛인 것을 특징으로 하는 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 레지스터의 저항값이 레이저의 스팟가공 1회의 단위길이 당 1∼2Ω 중 어느 하나의 값으로 일정하게 더욱 증가되도록 레이저의 1회 당 스팟 가공량이 조절되는 것을 특징으로 하는 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 레이저 스팟가공된 각각의 스팟은 일정 간격으로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판의 제조방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 솔더 레지스트 또는 커버 코팅 층의 두께는 15∼25㎛인 것을 특징으로 하는 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판의 제조방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한항의 방법에 따라 제조된 것을 특징으로 하는 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판.
  14. 일정한 간격을 두고 이격되어 있는 적어도 한 쌍의 패턴화된 레지스터 금속 단자 사이에 레지스터가 전기적으로 연결되어 있는 인쇄회로기판의 매립된 레지스터의 저항값을 최적화시키는 방법에 있어서,
    매립된 레지스터의 저항값을 측정하여 측정된 저항값 대비 목표 저항값의 편차로부터 레이저의 1회 당 스팟 가공량을 결정하는 단계;
    상기 결정된 레이저의 스팟 가공량으로 레지스터를 목표 저항값을 갖도록 선택적으로 각각 수회 레이저 스팟가공하는 단계; 및
    상기 스팟가공된 레지스터 및 레지스터 패드를 덮도록 상기 기판 상에 솔더 레지스트 또는 커버 코팅 층을 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제13항에 따른 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판의 최적화방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 레지스터는 박막 형태의 레지스터인 것을 특징으로 하는 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판의 최적화방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 레지스터는 후막 형태의 레지스터인 것을 특징으로 하는 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판의 최적화방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 후막 형태의 레지스터는 필러가 수지 내에 분산되어 있는 카본계 레지스터 페이스트를 스크린 프린팅하여 형성되는 것을 특징으로 하는 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판의 최적화방법.
  18. 제14항에 있어서, 상기 레이저 스팟가공은 엑시머, Nd;YAG 또는 CO2 타입의 레이저 가공법을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판의 최적화방법.
  19. 제14항에 있어서, 상기 레이저 스팟의 크기는 20∼150㎛인 것을 특징으로 하는 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판의 최적화방법.
  20. 제14항 또는 제19항에 있어서, 상기 레지스터의 저항값이 레이저의 스팟가공 1회 당 0.1∼1Ω 중 어느 하나의 값으로 일정하게 더욱 증가되도록 레이저의 1회 당 스팟 가공량이 조절되는 것을 특징으로 하는 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판의 최적화방법.
  21. 제14항에 있어서, 상기 레이저 스팟의 단위길이는 50∼100㎛인 것을 특징으로 하는 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판의 최적화방법.
  22. 제14항 또는 제21항에 있어서, 상기 레지스터의 저항값이 레이저의 스팟가공 1회의 단위길이 당 1∼2Ω 중 어느 하나의 값으로 일정하게 더욱 증가되도록 레이저의 1회 당 스팟 가공량이 조절되는 것을 특징으로 하는 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판의 최적화방법.
  23. 제14항에 있어서, 상기 레이저 스팟가공된 각각의 스팟은 일정 간격으로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판의 최적화방법.
  24. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 후막 레지스터의 두께는 15∼40㎛인 것을 특징으로 하는 매립된 레지스터를 갖는 인쇄회로기판의 최적화방법.
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