KR100674321B1 - 방열특성이 향상된 인쇄회로기판 및 그 제조방법 - Google Patents

방열특성이 향상된 인쇄회로기판 및 그 제조방법 Download PDF

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KR100674321B1
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임경환
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Abstract

본 발명은 베이스 기판으로 알루미늄 기판을 사용함으로써 기판의 방열특성을 개선하고, 종래의 CCL 기판을 사용함으로써 제한되었던 방열특성을 개선한 인쇄회로기판 및 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 인쇄회로기판 제조방법은, 알루미늄 코어에 표면 조도를 형성하는 단계; 에칭 레지스트 패턴을 형성하는 단계; 에칭에 의해 상기 알루미늄 코어에 회로패턴을 형성하는 단계; 절연층 및 추가 회로층을 적층하는 단계; 상기 추가 회로층에 비아홀을 형성하는 단계; 및 상기 추가 회로층에 회로 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
알루미늄, 인쇄회로기판, 애노다이징, 징케이트

Description

방열특성이 향상된 인쇄회로기판 및 그 제조방법{PCB with enhanced radiating ability and the manufacturing method thereof}
도1a 내지 1m에는 종래의 빌드업 방식에 따른 인쇄회로기판 제조방법을 나타낸다.
도2a 내지 도2c는 본 발명의 인쇄회로기판 제조방법에 따른 코어층 제조방법을 나타낸다.
도3a 내지 도3e는 본 발명의 인쇄회로기판 제조방법 중 코어층의 회로패턴 형성공정을 나타낸다.
도4a 내지 도4f는 본 발명의 인쇄회로기판 제조방법에서 추가 적층 방법을 나타낸다.
도5a 및 도5b는 각각 종래 기술에 따른 인쇄회로기판과 본 발명에 따른 인쇄회로기판의 열특성을 나타낸 그래프이다.
도6a 및 도6b는 각각 종래와 본 발명에 따른 인쇄회로기판에 형성된 관통홀(PTH)에서의 전송 특성 및 반사 특성을 나타내는 그래프이다.
도7a 및 도7b는 각각 종래와 본 발명에 따른 인쇄회로기판에 형성된 층간 도통홀(IVH)에서의 전송 특성 및 반사 특성을 나타내는 그래프이다.
*도면의 주요 부분에 대한 설명*
201 : 알루미늄 기판 202 : 양극 산화 피막
203 : 드라이 필름 204 : 알칼리 에칭 레지스트
205 : 중심층 206,206a,206b : 절연층
207,207a,207b : 동박층 208 : 비아홀
209 : 아연 도금층 210 : 동도금층
본 발명은 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 베이스 기판으로 알루미늄 기판을 사용함으로써 기판의 방열특성을 개선하고, 종래의 CCL 기판을 사용함으로써 제한되었던 방열특성을 개선한 인쇄회로기판 및 제조방법에 관한 것이다.
인쇄회로기판(Printed Circuit Board)는 인쇄회로 원판에 전기배선의 회로설계에 따라 각종 전자부품을 연결하거나 부품을 지지하는 부품이다. 인쇄회로기판은 반도체가 전자제품의 두뇌라면 PCB는 신경시스템(Nervous system)에 비유되는 필수 전자부품이다.
수요산업인 가전기기, 통신기기, 반도체장비, 산업용 기기 등의 성장과 함께 인쇄회로기판 수요가 증가하고 있고, 특히 전자부품의 소형화, 첨단화에 따라 인쇄 회로기판 제품도 소형, 경량화 및 고부가가치 제품으로 변모하고 있다.
현재 인쇄회로기판의 국내 시장의 성장이 주춤하고 있는 가운데에도, 꾸준히 생산이 늘어나고 있는 제품들이 있는데, 이들 제품은 재료와 설계, 그리고 생산 설비 등의 문제가 얽혀 중국 등 아시아에서는 생산이 불가능한 고난이도 기술이 필요한 제품들이다. 예를 들면 빌드업 다층기판, 플렉스-리지드 기판, 반도체 패키지용 기판, 환경친화형 인쇄회로기판 등이 그 예이다. 이러한 기술은 휴대전화, 디지털 카메라, DVD, 액정, 디지털 비디오 카메라, 노트PC 등 뚜렷한 성장을 보이는 디지털 정보 가전기기에 탑재된다.
이러한 디지털 전자 기기에서의 두드러진 특징 중의 하나가 여러 가지 복합기능이 추가 되면서 전력 소모가 많아지고 이에 따라 전자 부품에서의 열 발생이 심화되면서 전자 제품의 열 발생정도에 따라서 사용자의 만족도 및 구매 기준의 하나로 작용하기도 한다. 특히 모바일 기기에서의 열발생을 줄일 수 있는 대안이 연구되고 있다. 이에 따라, 모바일 기기에 사용되는 열발생을 줄일 수 있는 대응 방안이 요구 되고 있다.
종래에는 베이스 기판으로 CCL(Copper Clad Laminate:동박적층판)을 사용하고 동박에 회로패턴을 형성한 뒤에 추가적으로 적층함으로써 다층 인쇄회로기판을 제조하는 방식이 사용되었다.
도1a 내지 1m에는 종래의 빌드업(build-up) 방식에 따른 6층짜리 인쇄회로기판의 제조 방법이 도시되어 있다.
도1a는 가공되기 전의 동박 적층판(101)의 단면도이다. 절연층(103)에 동박(102)이 입혀져 있다. 동박 적층판이라 함은 일반적으로 인쇄회로기판의 제조되는 원판으로서 절연층에 얇게 구리를 입힌 얇은 적층판을 말한다.
도1b에서, 동박적층판(101)에 드릴링 가공에 의해 층간 접속을 위한 비아홀(104)을 형성한다.
도1c에서, 무전해 동도금 및 전해 동도금을 행한다. 이때, 무전해 동도금을 먼저 행하고 그 다음 전해 동도금을 행한다.
그리고 나서, 비아홀(104)의 내벽에 형성된 무전해 및 전해 동도금층(105)을 보호하기 위해 페이스트(106)를 충진한다.
도1c에는, 설명을 위해 무전해 동도금 층 및 전해 동도금층(105)이 구별되지 않고 하나의 층으로 도시되어 있다.
그리고 나서, 도1d에서, 내층 회로의 회로 패턴 형성을 위한 에칭 레지스트(107)의 패턴을 형성한다. 그리고 나서, 기판을 에칭액에 담궈 주면,도1e에 도시된 바와 같이, 회로 패턴이 형성된다.
도1f에서, 기판의 양면에 RCC(Resin Coated Copper)를 적층한다. RCC는 수지층(108)의 한쪽 면에만 동박층(109)이 형성된 기판으로서, 수지층(108)은 회로층 간의 절연체 역할을 한다.
도1g에서, 내층과 외층간의 접기 접속 역할을 하는 블라인드 비아홀(110)을 가공한다.
도1h에서, 도금 공정에 의해 외층(111)을 적층한다.
도1i에서, 위 도1h에서 적층한 외층(111)에 전술한 내층의 회로 패턴 형성 방법과 마찬가지 방법을 사용하여 외층에 회로 패턴을 형성한다.
도1j에서, 기판의 양면에 추가적인 외층 적층을 위한 RCC를 적층한다. 이 RCC는 역시 수지층(112) 및 한쪽 면에 동박층(113)을 포함하고, 수지층(112)은 다른 회로층과의 절연체 역할을 한다.
도1k에서, 전술한 바와 같은 레이저 드릴링에 의해 원래 외층과 추가 외층간의 접속을 위한 블라인드 비아홀(114)을 가공한다.
도1l에서, 도금 공정에 의해 추가적인 외층(115)을 적층한다.
도1m에서, 추가된 외층에 전술한 방법에 따라 회로 패턴을 형성하고, 회로 검사 및 표면 처리를 실시한다.
위와 같은 종래의 빌드업 기판의 경우 내층 회로 형성을 위하여 CCL 양면 자재를 사용하여, 종래 기술에 따른 인쇄회로기판에서는 CCL이라는 재료 한정에 의해 인쇄회로기판의 방열 특성 향상에 한계가 있었다.
또한 종래의 인쇄회로기판 제조방법은, 전자 회로에서 요구되는 전극 패드 등의 회로 패턴을 형성하는 방식을 사용하였으나, CCL의 경우 그 중심의 불필요한 보강 기재 때문에 기판의 전체 두께를 줄이는데 문제점이 있었다.
또한, 종래 기술에 따른 인쇄회로기판의 CCL의 두께에 따른 물리적 휨 강도의 약화 등의 문제점이 필수적으로 수반되었다.
최근의 디지털 기기 또는 모바일 기기에서 요구되는 개선된 방열특성을 갖는 새로우 인쇄회로기판 및 그 제조방법이 요구된다.
본 발명은 종래의 CCL 기판 대신 알루미늄을 사용함으로써, 방열 특성이 우수한 인쇄회로기판 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 종래의 CCL 기판 대신 알루미늄을 사용함으로써, 종래의 빌드업 인쇄회로기판에 비해 휨 강도가 우수한 인쇄회로기판 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 종래의 CCL 재료를 사용하지 않음으로써 보다 더 경박단소화가 가능한 인쇄회로기판 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 얇은 기판을 제조하면서도, 전기적 특성이 그대로 유지될 수 있는 인쇄회로기판 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 인쇄회로기판 제조방법은, 알루미늄 코어에 표면 조도를 형성하는 단계; 에칭 레지스트 패턴을 형성하는 단계; 에칭에 의해 상기 알루미늄 코어에 회로패턴을 형성하는 단계; 절연층 및 추가 회로층을 적층하는 단계; 상기 추가 회로층에 비아홀을 형성하는 단계; 및 상기 추가 회로층에 회로 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 인쇄회로기판은, 알루미늄 코어로 구성된 중심층; 상기 중심층의 양면에 적층된 절연층; 및 상기 절연층 위에 적층된 추가 회로층을 포함한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도2a 내지 도2c는 본 발명의 인쇄회로기판 제조방법에 따른 코어층 제조방법을 나타낸다.
도2a와 같이 베이스 기판으로 사용될 알루미늄 기판(201)을 준비하고, 절연층 즉, 프리프렉과의 접착력 향상을 위해 알루미늄 기판(201)의 표면에 애노다이징(anodizing) 처리를 통해 적절한 표면 조도(roughness)를 형성해 준다. 애노다이징 처리 후에는 도2b에 도시된 바와 같이 기판(201)의 표면에 양극 산화 피막(202)이 형성되게 된다.
알루미늄은 원래 대단히 활성적인 금속으로 공기속에 노출되면 금속표면이 즉시 산화물 (자연적 산화피막)로 덮이게 되어 순수한 금속면이 생기지 않는데 이로인해 도금을 하거나 및 다른 금속을 코팅시키기 어렵다. 또한 자연 산화피막은 피막두께의 한계로 공업적 이용가치가 적으므로 자연의 산화피막을 전기적, 인공적인 방법으로 더욱더 두껍게 해서 사용한다.
애노다이징 처리는 알루미늄 표면에 강한 전장을 주어서 그 힘에 의해서 알루미늄 이온을 끌어내어 산소와 결합시켜 산화알루미늄을 만든다.
양극산화피막에 사용되는 전해액은 여러 가지이나 수산과 황산을 사용하여 처리하는 것이 바람직하다.
양극산화피막은 형성초기에는 대단히 활성으로 그대로 방치해두면 공기속의 GAS등을 흡착하여 결국은 불활성(오염상태)로 되므로 안정된 산화피막을 이루기 위해 애노다이징 처리 후에 봉공처리(SEALING)를 행하는 것이 바람직하다.
도2c는 피막(202)이 형성된 도2b의 기판을 확대한 것이다. 알루미늄 기판(201) 상에 거친 표면이 형성되어 접착성이 향상되어 있다.
도3a 내지 도3e는 본 발명의 인쇄회로기판 제조방법 중 코어층의 회로패턴 형성공정을 나타낸다.
도3a와 같이, 표면 조도가 형성된 알루미늄 기판(201)에 도금 레지스트로서, 드라이 필름(203)을 도포하고, 노광,현상 공정을 거쳐 드라이 필름 패턴을 형성한다(도3b).
그리고 나서, 도3c와 같이 알칼리 에칭 레지스트(204)를 도금한다. 알칼리 에칭 레지스트(204)로는 예컨대 주석을 도금하여 사용할 수 있다. 알칼리 에칭 레지스트(204)는 드라이 필름(203)이 없는 부분에만 선택적으로 도금된다.
도3d와 같이, 도3c의 기판에서 드라이 필름(203)을 박리하면, 알칼리 에칭 레지스트(204) 패턴이 형성된다.
그리고 나서, 알칼리 에칭액에 담궈서 에칭해 주면 도3e와 같이, 알루미늄 기판(201)에 회로패턴이 형성된 중심층(205)이 완성된다. 이러한 중심층(205)은 전원을 공급하기 위한 전원층으로 사용되거나 접지를 제공하기 위한 접지층으로 사용될 수 있다. 그리고, 이러한 중심층(205)은 완성된 제품이 휨등으로부터 보호되도록 한다.
중심층(205)에 절연층 및 추가적층 기판을 추가로 적층함으로써 다층 인쇄회로기판을 제조하게 되는데, 종래의 CCL을 베이스 기판으로 사용하는 제조방법에서, 코어층인 CCL의 양면에, 즉 2층의 회로 패턴이 형성되는 구조와 달리, 본 발명에 따른 중심층(205)에는 한층의 회로패턴만이 형성된다.
도4a 내지 도4f는 본 발명의 인쇄회로기판 제조방법에서 추가 적층 방법을 나타낸다.
도4a와 같이 중심층(205)의 양쪽으로 절연층(206a,206b) 및 동박층(207a,207b)을 배열하고 기판의 상하부에서 가열가압한다. 절연층(206a,206b)은 열을 가할 경우 접착성을 갖는 재질로서, FR-4 계열의 수지나 프리프렉을 사용하는 것이 바람직하다.
가열가압에 의해 도4b에 도시된 바와 같이 중심층(205)의 양쪽으로 절연층(206a,206b) 및 동박층(207a,207b)이 밀착된다. 절연층(206a,206b)으로 수지 또는 프리프렉을 사용하면 수지가 녹아서 응고되면서 중심층(205)과 동박층(207a,207b)을 밀착시키게 된다.
그리고 나서, 도4c에 도시된 바와 같이 비아홀(208)을 가공한다. 비아홀은 Yag 레이저에 의한 가공도 가능하지만 CNC 드릴에 의한 기계적 가공이 바람직하다.
비아홀(208) 가공 후에는 도4d에 도시된 바와 같이, 비아홀(208) 내벽에 징케이트(Zincate;아연치환도금) 처리를 하여 아연 도금층(209)을 형성한다. 징케이트 처리는 아연 이온기를 패드 표면에 흡착시켜 패드 표면을 거칠게 만들어 주는 것으로서 우선, 전극 패드 상의 산화막이나 잔류 박막을 제거한 후, 징케이트 처리를 행하여, 전극 패드 표면의 알루미늄을 아연으로 치환한다.
인쇄회로기판 제조공정에서, 비아홀 가공 후에는 프리프렉이나 수지의 일부가 녹아서 비아홀 내벽에 잔존물(smear)로 남게 되는데, 이를 제거하기 위해서는 비아홀 가공 후에는 이를 제거하기 위해 비아홀 내벽에 디스미어(desmear) 공정을 거치게 된다.
디스미어 방법에는 플라즈마를 이용한 디스미어, 습식 공정에 의한 디스미어 등이 있으나, 이 중 습식 공정에 의한 디스미어를 행할 경우 과망간산칼륨(KMnO4)에 의해 알루미늄 기판(205)이 에칭되는 현상이 발생한다. 징케이트 처리는 디스미어 처리시 사용되는 과망간산칼륨에 의해 알루미늄 기판(205)이 에칭되는 현상을 방지하기 위한 것이다.
그리고 나서, 기판에 동도금에 의해 도금층(210)을 형성하여 층간을 전기접속 시킨다.
도4f에서, 기판의 표면에 에칭에 의해 회로 패턴을 형성한다. 에칭을 하기 위해서는 우선 드라이 필름 등의 에칭 레지스트 패턴을 형성하고, 기판을 에칭액에 담궈서 원하는 회로패턴대로 기판 표면의 도금층을 식각시킨다.
이후에 통상적인 솔더 레지스트 도포 등 기판의 후처리 및 표면 검사를 행하는 것이 바람직하다.
도4f에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인쇄회로기판은 종래의 CCL을 베이스 기판으로 하는 인쇄회로기판과 달리 중심층(205)에 한층의 회로패턴이 형성되 어 총 3층의 인쇄회로기판이 된다.
실시예에 따라, 추가적인 회로층을 확보하기 위해서는 도4f에 도시된 기판의 양면에 절연층 및 추가 회로층을 적층하고, 비아홀을 형성하고, 회로패턴을 형성하는 공정을 추가하면 된다.
도5a 및 도5b는 각각 종래 기술에 따른 인쇄회로기판과 본 발명에 따른 인쇄회로기판의 열특성을 나타낸 그래프이다. 각 기판의 한쪽면에 열을 가하고 반대면에서 그 열의 도달 시간을 측정한 것으로서, 시간에 따른 온도 상승 기울기가 가파를수록 방열 효과가 우수한 것으로 판단할 수 있다.
도5a 및 도5b를 참조하면, 종래 기술에 비해 방열 특성이 향상되었음을 확인할 수 있다.
또한, 도6a 및 도6b는 각각 종래와 본 발명에 따른 인쇄회로기판에 형성된 관통홀(PTH)에서의 전송 특성(도6a) 및 반사 특성(도6b)을 나타내는 그래프이다.
도6a 및 도6b에 도시된 바와 같이, 5GHz 이하에서는 양자의 차이가 거의 없음을 알 수 있다.
또한, 도7a 및 도7b는 각각 종래와 본 발명에 따른 인쇄회로기판에 형성된 층간 도통홀(IVH)에서의 전송 특성(도7a) 및 반사 특성(도7b)을 나타내는 그래프이다. 도7a의 전파특성 그래프를 보면 6Hz이하에서는 양자가 거의 차이가 없음을 알 수 있다. 도7b의 반사특성 그래프를 보면, 종래의 CCL 재료를 사용한 경우 반사 정도가 우수하지만 약 5GHz 대역에서 공진 현상이 발생하는 것을 알 수 있다. 이는 본 발명의 알루미늄 기판을 사용하는 경우 알루미늄의 두께로 인하여 층간 도통홀 주변에서 폐루프가 형성되는 것으로 판단되며, 따라서 두꺼운 알루미늄을 사용하는 경우에는 신호를 더욱 안정적으로 전달할 수 있다.
본 발명의 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 따르면, 종래의 CCL 기판을 사용하는 방법에 비해 방열특성이 우수한 인쇄회로기판을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 따르면, 종래의 빌드업 인쇄회로기판에 비해 휨 강도가 우수한 인쇄회로기판을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 따르면, 보다 더 경박단소화가 가능한 인쇄회로기판을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 따르면, 얇은 기판을 제조하면서도, 전기적 특성이 거의 그대로 유지될 수 있는 인쇄회로기판 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

Claims (9)

  1. 알루미늄 코어에 표면조도를 형성하는 단계;
    상기 표면 조도가 형성된 알루미늄 코어에 에칭 레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 에칭 레지스트 패턴에 따라 상기 알루미늄 코어를 에칭하여 상기 알루미늄 코어에 회로패턴을 형성하는 단계;
    상기 에칭 레지스트 패턴이 적층되어 있는 상기 알루미늄 코어에 절연층 및 추가 회로층을 적층하는 단계;
    상기 절연층과 추가 회로층 그리고 알루미늄 코어를 관통하는 비아홀을 형성하는 단계; 및
    상기 추가 회로층에 회로패턴을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 인쇄회로기판의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 표면 조도를 형성하는 단계는,
    상기 알루미늄 코어에 애노다이징 처리를 하는 단계를 포함하는 인쇄회로기판 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    에칭 레지스트 패턴을 형성하는 단계는,
    도금 레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    에칭 레지스트를 도금하는 단계; 및
    상기 도금 레지스트를 박리하는 단계
    를 포함하는 인쇄회로기판 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    절연층 및 추가 회로층을 적층하는 단계는,
    상기 알루미늄 코어, 상기 절연층 및 추가 회로층을 예비레이업하는 단계; 및
    상기 예비레이업된 층들을 가열가압하는 단계;
    를 포함하는 인쇄회로기판 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 추가 회로층에 비아홀을 형성하는 단계는,
    비아홀을 가공하는 단계;
    상기 비아홀 내벽을 에칭 방지처리하는 단계; 및
    추가 회로층에 회로 패턴을 형성하는 단계;
    를 포함하는 인쇄회로기판 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    추가 회로층에 회로 패턴을 형성하는 단계는,
    상기 비아홀 내벽을 디스미어 처리하는 단계;
    상기 기판을 동도금하는 단계; 및
    회로 패턴을 형성하는 단계;
    를 포함하는 인쇄회로기판 제조방법.
  7. 알루미늄 코어로 구성되어 있으며 회로패턴이 형성되어 있고, 양면에 에칭 레지스터 패턴이 형성된 중심층;
    상기 중심층의 양면에 적층되어 있는 절연층;
    상기 절연층 위에 적층되어 있으며 회로패턴이 형성된 추가 회로층; 및
    상기 알루미늄 코어와, 절연층 그리고 추가 회로층을 관통하는 비아홀을 포함하여 이루어진 인쇄회로기판.
  8. 제7항에 있어서,
    층간 접속을 위한 비아홀; 및
    상기 비아홀의 내벽에 형성된 아연도금층;
    을 포함하는 인쇄회로기판.
  9. 삭제
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