KR100704014B1 - 다중 유전율을 갖는 인쇄회로기판의 제조방법과 임피던스매칭 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절연체로 구성된 기판위에 금속입자를 직접 분사한 후 소성시켜 제 1 금속층을 형성하는 단계; 상기 제 1 금속층의 상단에 금속층 일부가 노출되게 비아홀을 구비한 형태로 절연체 입자를 직접 분사한 후 소성시켜 제 1 절연층을 형성하는 단계; 상기 제 1 절연층의 상단에 금속 입자를 직접 분사한 후 소성시켜 제 2 금속층을 형성하는 단계; 상기 제 2 금속층의 일측 상단에 금속층 일부가 노출되게 비아홀을 구비한 형태로 제 1 절연층과 유전율이 동일한 또는 다른 절연체 입자를 직접 분사하고 소성시켜 제 2 절연층을 형성하는 단계; 및 제 2 절연층이 적층되지 않은 제 2 금속층 상단에 두 번째 사용된 절연체 입자와 다른 유전율을 갖는 절연체 입자를 직접 분사하여 프린팅한 후 이를 소정의 온도로 소성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 제조 방법에 관한 것이다.

인쇄회로기판, 다중 유전율, 임피던스 정합

Description

다중 유전율을 갖는 인쇄회로기판의 제조방법과 임피던스 매칭{Method of Manufacturing and Impedance Matching Printed Circuit Board having Multiple Permittivity}

도 1은 본 발명에 따른 인쇄회로기판의 제조 공정 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 다중 유전율 절연층을 구비한 인쇄회로기판의 단면도,

도 3은 임피던스 재조정 공정의 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

2 : 인쇄회로기판 4 : 기판

6 : 금속층 8, 8′, 8″: 절연층

10, 10′: 금속 선로 12 : 비아홀

14 : 열 센서 16 : 고 유전율 부분

18 : 저 유전율 부분

본 발명은 인쇄회로기판의 제조 방법 및 매칭 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판 위에 금속층과 절연층을 형성할 때, 금속 및 유전율이 다른 절연체 입자를 선택적으로 직접 분사시켜 프린팅 함으로써, 기판의 영역별로 원하는 특성을 갖도록 구현할 수 있는 다중 유전율을 갖는 인쇄회로기판의 제조 방법, 그리고 상기 제조 방법으로 제조된 인쇄회로기판의 매칭 방법에 관한 것이다.

인쇄회로기판이란 절연기판위에 도전물질을 사용하여 회로패턴을 형성하는 전기 또는 전자 회로기판으로 정의된다. 인쇄회로기판이 사용되는 전자제품이 소형화, 박판화, 고밀도화, 팩키지화 및 개인휴대화로 경량 간소화 되는 추세에 따라 인쇄회로기판 역시 미세패턴화, 소형화 및 팩키지화가 동시에 진행되고 있다. 이에 인쇄회로기판의 미세패턴 형성, 신뢰성 및 설계밀도를 높이기 위해 원자재의 변경과 함께 회로의 층 구성을 복합화 하는 구조로 변화하는 추세이고, 전자기기의 휴대화와 더불어 고기능화, 인터넷, 동영상, 고용량의 데이터 송수신 등으로 인쇄회로기판의 설계가 복잡해지고 고난이도의 기술을 요하게 된다.

종래의 인쇄회로기판 제조방법은 에칭법, 도금법 및 도전성 도포법으로 대별된다.

에칭법은 절연기판에 동박을 입혀 형성된 적층판 표면에 회로패턴에 대응되는 부분에만 내산성 재료를 피복시킨 후 동을 용해하는 약품을 동박표면에 분사시 켜 회로패턴부 이외의 동박을 용해 및 제거하고, 그 다음 에칭레지스트를 약품을 사용하여 제거하며, 회로패턴을 노출시킴으로써 인쇄회로 기판을 제조하는 방법이다.

도금법은 회로패턴에 대응되는 부분을 제외한 절연기판(동박이 없는 적층판) 표면에 도금 레지스트를 입힌 후 무전해 동도금을 실행한다. 여기서 레지스트가 도포된 부분만 도금되지 않기 때문에 회로패턴은 동도금이 형성되고, 도금되지 않은 도금레지스트는 약품을 사용하여 제거하고 회로패턴을 노출시켜 인쇄회로기판을 제조하는 방법이다.

도전성 도포법은 스크린 프린팅으로 절연기판위에 직접 회로패턴을 프린트하는 방법이다.

이상과 같이 인쇄회로기판의 제조 방법에 따른 종래의 기술을 살펴보면 다음과 같다.

대한민국특허공개 제2004-0085908호는 복수의 회로층 및 절연층을 독립된 프로세스에 의해 병렬로 형성한 뒤 이를 일괄적으로 적층한 병렬적 다층 인쇄회로기판의 제조를 개시한 것으로서, 복수의 회로층 및 절연층 제조시 각 층별로 비어홀 가공 및 도금 공정 후 홀 내부를 도전성 페이스트로 충진하여 인쇄회로기판을 제조하는 방법을 개시하고 있다.

대한민국특허공개 제2005-0009920호는 인쇄회로기판의 패턴을 도전성 있는 액체 등으로 한번에 인쇄하여 인쇄회로기판의 제조공정을 단축하는 방법에 관하여 개시한 것으로서, 인쇄회로기판에 패턴을 인쇄하는 공정에 있어서 기존의 여러 공 정으로 나누어 패턴을 인쇄하던 것을 프린터를 이용하여 도전성 액체 등으로 한번에 패턴을 인쇄하여 인쇄회로기판의 제조공정을 단축하는 방법을 개시하고 있다.

대한민국특허 제0399830호는 인쇄회로기판에 잉크형태의 페이스트를 프린팅하여 저항체를 형성할 경우 페이스트의 번짐을 방지하여 원하는 값의 저항체를 형성시킬 수 있도록 한 인쇄회로기판의 저항형성방법에 관하여 개시한 것으로서, 페이스트의 번짐을 방지하기 위하여 페이스트 번짐 방지 마스크를 형성 및 제거하는 공정을 인쇄회로기판의 제조공정에 추가한 것을 개시하고 있다.

이와 같이, 종래에 사용된 인쇄회로기판의 제조방법은 레지스트 막을 형성하기 위해 별도의 스크린을 제작하는 공정이 필요하고, 레지스트 막을 금속층 위에 코팅하는 공정과 그 이후 에칭액에 식각하는 공정 등 여러 단계의 공정이 필요하며, 이러한 공정에 사용된 강산성계 폐액을 처리하기 위해 비용이 추가되기 때문에 제조비용이 증가되고 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

또한 종래의 인쇄회로기판은 유전율이 낮은 유전체를 사용하여 절연층을 만들고 그 위에 금속의 패턴을 형성하여 신호전송선이 제작되기 때문에 저유전율의 유전체는 각 신호전송선로간의 간섭을 제거하여 신호의 왜곡 현상을 방지하는 점에서 유리하지만, 유전체 내에서 신호의 파장이 증가하여 소자를 집적화시키기 어려운 문제점이 있다.

여기서 상기 전술한 인쇄회로기판은 임피던스 부정합이 발생한 경우 종래의 임피던스 매칭 방법으로는 문제 해결이 곤란하다.

종래의 기술은 부정합 연결단에서 임피던스 매칭을 위해 국부적으로 레이저 또는 기계적 가공 등을 이용하여 기판 물질 혹은 신호전송 선로를 제거하는 방법이다. 이러한 기술은 상대적으로 낮은 임피던스에서 높은 임피던스로 조정이 가능하나, 높은 임피던스에서 낮은 임피던스로 조정은 불가능한 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 기판위에 금속층과 절연층을 형성할 경우 금속 입자 및 유전율이 다른 절연체 입자를 선택적으로 직접 분사시켜 프린팅 함으로써, 복잡한 공정을 생략하고 제조비용 및 제조시간을 감소시킨 다중 유전율을 갖는 인쇄회로기판의 제조방법 및 부정합이 발생한 신호전송 선로에 절연체 입자를 국부적으로 분사하여, 분사된 부위의 유효유전율을 변화 시키는 임피던스 매칭 방법을 제공하는데 기술적 과제가 있다.

본 발명은 절연체로 구성된 기판위에 금속입자를 직접 분사한 후 소성시켜 제 1 금속층을 형성하는 단계; 상기 제 1 금속층의 상단에 금속층 일부가 노출되게 비아홀을 구비한 형태로 절연체 입자를 직접 분사한 후 소성시켜 제 1 절연층을 형성하는 단계; 상기 제 1 절연층의 상단에 금속 입자를 직접 분사한 후 소성시켜 제 2 금속층을 형성하는 단계; 상기 제 2 금속층의 일측 상단에 금속층 일부가 노출되게 비아홀을 구비한 형태로 제 1 절연층과 유전율이 동일한 또는 다른 절연체 입자를 직접 분사하고 소성시켜 제 2 절연층을 형성하는 단계; 및 제 2 절연층이 적층 되지 않은 제 2 금속층 상단에 두 번째 사용된 절연체 입자와 다른 유전율을 갖는 절연체 입자를 직접 분사하여 프린팅한 후 이를 소정의 온도로 소성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 제조 방법을 제공한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 인쇄회로기판의 제조 공정 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 다중 유전율 절연층을 구비한 인쇄회로기판의 단면도이며, 도 3은 임피던스 재조정 공정의 단면도로서 함께 설명한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인쇄회로기판(2)의 제조 방법은 절연체로 구성된 기판위에 금속입자를 직접 분사한 후 소성시켜 제 1 금속층(6)을 형성하는 단계; 상기 제 1 금속층(6)의 상단에 금속층(6) 일부가 노출되게 비아홀(12)을 구비한 형태로 절연체 입자를 직접 분사한 후 소성시켜 제 1 절연층(8)을 형성하는 단계; 상기 제 1 절연층(8)의 상단에 금속 입자를 직접 분사한 후 소성시켜 제 2 금속층(6)을 형성하는 단계; 상기 제 2 금속층(6)의 일측 상단에 금속층 일부가 노출되게 비아홀(12)을 구비한 형태로 제 1 절연층(8)과 유전율이 동일한 또는 다른 절연체 입자를 직접 분사하고 소성시켜 제 2 절연층(8′)을 형성하는 단계; 및 제 2 절연층(8′)이 적층되지 않은 제 2 금속층(6) 상단에 두 번째 사용된 절연체 입자와 다른 유전율을 갖는 절연체 입자를 직접 분사하여 프린팅한 후 이를 소정의 온도로 소성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서 본 발명에 따른 인쇄회로기판(2)의 제조 방법을 살펴본다.

도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 따른 다양한 유전율을 갖는 인쇄회로기판(2)의 제조 공정 중 한 실시예를 나타낸다.

상기 인쇄회로기판(2)의 하단면에 구비된 기판은 통상적으로 금속층(6) 및 절연층(8, 8′, 8″)을 적층하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 달성할 수 있는 것이라면 어떠한 기판(4)이라도 상기 기판(4)으로 사용될 수 있지만, 바람직하게는 유전율이 낮은 절연체로 구성된 기판(4)이 좋고, 보다 특정적으로는 에폭시 또는 테플론으로 구성된 기판(4)이 좋다.

상기 기판(4) 상단면에 구비된 금속층(6)은 금속 입자가 직접 분사되어 프린팅된 후 소정의 온도로 소성되어 적층된다. 여기서 사용되는 금속입자는 은(Ag) 나노 입자 등이 있고, 금속 입자의 소성 온도는 150℃ 내지 200℃가 좋으며, 바람직하게는 약 150℃로 소성하는 것이 좋다.

상기 금속층(6)의 상단면에 구비된 절연층(8)은 절연체 입자가 직접 분사되어 프린팅된 후 소정의 온도로 소성되어 적층된다. 이때 절연층(8)은 금속층(6)의 일단면이 노출되도록 비아홀(12)을 형성하고 그 이외의 부분은 전부 덮는 형태로 프린팅 된다. 이때 사용되는 절연체 입자는 인쇄회로기판(2)이 사용되는 목적에 요구되는 전기적 성질에 따라 달라질 수 있지만, 추천하기로는 폴리머 또는 세라믹 등의 입자가 좋다. 여기서 비아홀(12)은 다른 층간을 연결하기 위해 사용되는 도금 관통 구멍을 의미한다.

상기 첫 번째 절연층(8)이 적층된 기판(4) 상단면에 비아홀(12)이 매립되도 록 금속 입자를 직접 분사시켜 프린팅한 후 소정의 온도로 소성시켜 두 번째 금속층(6)이 형성된다. 여기서 사용되는 금속입자는 은(Ag) 나노 입자 등이 있고, 금속 입자의 소성 온도는 150℃ 내지 200℃가 좋으며, 바람직하게는 약 150℃로 소성하는 것이 좋다.

상기 두 번째 금속층(6)이 적층된 기판(4)의 일측 상단면에 첫 번째 사용된 절연체 입자와 동일하거나 다른 유전율을 갖는 절연체 입자를 직접 분사하여 프린팅한 후 이를 소정의 온도로 소성시켜 두 번째 절연층(8′)을 형성시킨다.

상기 두 번째 절연층(8′)이 적층되지 않은 두 번째 금속층(6) 상단면에 두 번째 사용된 절연체 입자보다 높은 유전율을 갖는 절연체 입자를 직접 분사하여 프린팅한 후 이를 소정의 온도로 소성시켜 세 번째 절연층(8″)을 형성시킨다.

이러한 과정을 통하여 낮은 유전율의 물질로 형성된 절연층(8, 8′) 영역은 보다 높은 유전율의 물질로 형성된 절연층(8, 8″) 영역보다 유전율이 상대적으로 저조한 저유전율 영역이 된다.

이와 같이, 선택적으로 유전율이 다른 절연체 입자를 분사하여 다양한 유전율을 갖는 인쇄회로기판(2)이 제조될 수 있고, 기판(4)의 영역별로 필요한 특성이 구비되도록 구현될 수 있으며, 다양한 수동소자들이 내장될 수 있다.

여기서, 직접 분사기술은 화학적 식각 공정에 의한 인체 유해물질 및 산업 폐기물 발생, 제한적인 정밀도의 인쇄 패턴 형성, 공정의 복잡함으로 인한 낮은 생산성 등의 문제점을 갖는 기존의 회로 패턴 형성 방법에 대한 대안적인 기술로 도입된 것으로서, 금속 입자 및 절연체 입자가 노즐을 통하여 기판(4)위에 직접 분사 되어 패턴 하고자 하는 형상을 구현할 수 있어 인쇄회로기판(2)의 제조 시간과 경비를 감소시키고 환경오염 물질 사용을 억제하며 복잡한 구조의 패턴 형상을 제조할 수 있다. 여기서 패턴은 인쇄회로기판(2)에 형성되는 도전성 또는 비도전성의 도형을 의미한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 금속, 절연체 입자의 크기는 각각 나노 미터 단위의 입자인 것을 특징으로 하지만, 그보다 작을 수도 있다. 또한, 금속 및 폴리머의 소성 온도는 300℃ 내지 400℃ 이하에서 소성되고, 세라믹은 금속 및 폴리머보다 높은 온도에서 소성되지만, 나노미터 크기에서는 상기 온도보다 낮은 온도에서 소성된다.

도 2는 하나의 기판(4)에 하나 이상의 유전율을 구비한 절연체 입자를 선택적으로 적층시킨 다중 유전율을 갖는 인쇄회로기판(2)을 나타낸 것으로서, 도 1과 같은 제작과정 즉, 절연체와 금속체 입자의 선택적인 분사 및 소성 과정으로 형성할 수 있다. 이러한 기술을 사용하여, 집적수동소자 및 열 센서(Thermal sensor)를 인쇄회로기판(2) 내에 내장할 수도 있다.

도 3은 본 발명에 따른 임피던스 조정 공정을 나타내는 것으로서, 인쇄회로기판 상에 구현된 모듈 간, 또는 금속 선로(10)간에 임피던스 부정합이 발생한 경우, 세라믹 또는 폴리머 등의 절연체 입자를 국부적으로 직접 분사하여, 분사된 부위의 유효 유전율을 변화시킬 수 있다. 여기서, 유효 유전율의 변화는 임피던스를 변화시켜 전송 선로의 임피던스가 조정 되고, 분사되는 절연체 물질의 종류 또는 분사되는 형상에 따라 달라질 수 있다.

이러한 인쇄회로기판(2)의 튜닝(Tuning) 방법은 종래의 레이저 트리밍(laser trimming) 기술에 절연체 입자를 직접 분사하는 임피던스 조정 기술을 접목시킴으로써, 공정의 효율을 향상 시킬 수 있게 되었다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명에 따른 인쇄회로기판은 기판위에 금속층과 절연층을 형성할 때, 금속 입자 및 절연체 입자를 선택적으로 분사시켜 프린팅함으로써, 복잡한 인쇄회로기판의 제조 공정을 단순화 시키고, 화학적 식각공정에서 발생될 수 있는 오염물질의 발생을 제거하며, 직접분사기술에 의해 최소 선폭을 줄일 수 있게 되었다. 또한, 하나의 인쇄회로 기판에 다양한 유전율을 갖는 절연층을 구비할 수 있어 더욱 다양한 수동소자가 내장될 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 절연체로 구성된 기판위에 금속입자를 직접 분사한 후 소성시켜 제 1 금속층을 형성하는 단계; 상기 제 1 금속층의 상단에 금속층 일부가 노출되게 비아홀을 구비한 형태로 절연체 입자를 직접 분사한 후 소성시켜 제 1 절연층을 형성하는 단계; 상기 제 1 절연층의 상단에 금속 입자를 직접 분사한 후 소성시켜 제 2 금속층을 형성하는 단계; 상기 제 2 금속층의 일측 상단에 금속층 일부가 노출되게 비아홀을 구비한 형태로 제 1 절연층과 유전율이 동일한 또는 다른 절연체 입자를 직접 분사하고 소성시켜 제 2 절연층을 형성하는 단계; 및 두 번째 절연층이 적층되지 않은 두 번째 금속층 상단에 두 번째 사용된 절연체 입자와 다른 유전율을 갖는 절연체 입자를 직접 분사하여 프린팅한 후 이를 소정의 온도로 소성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 금속층 및 절연층을 한 쌍으로 하여 한쌍 이상이 반복되게 적층된 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 제조 방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 금속층 및 절연층에 비아홀이 구비된 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 제조 방법.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 절연체 입자가 폴리머 또는 세라믹 등인 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 제조 방법.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 인쇄회로기판에 형성된 모듈 간 또는 금속 선로 간에 임피던스 부정합이 발생한 경우, 기판 또는 금속 선로에 절연체 입자를 직접 분사함으로써 임피던스를 조절할 수 있도록 한 인쇄회로기판의 제조 방법.

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