KR100760432B1 - 다층 인쇄회로기판의 제작방법 및 이에 이용되는 복합 호일 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다층 인쇄회로기판의 제조방법에 대해 기술되어 있다. 우선, 캐리어 호일(10)이 적층된 기능성 구리 호일(16)을 포함하는 복합 호일(10)을 중심 보드(20)에 적층시킨다. 상기 기능 구리 호일(16)은 두께가 10 ㎛ 미만이고, 측면은 캐리어 호일(12)과 접하고, 후면은 레진(18)으로 코팅되어 있다. 이어서, 상기 캐리어 호일(12)은 기능 구리 호일(16)의 측면을 노출시키기 위하여 상기 기능 구리 호일(16)로부터 제거한다 이어서, 미세비아스(microvia)를 형성하기 위하여 CO2 레이저원을 사용하여 상기 기능 구리 호일(16) 및 레진(18) 전체를 천공시킨다. 또한 본 발명은 다층 인쇄회로기판의 제조시 이용되는 4개의 다른 층으로 이루어진 복합 호일(10)에 대해 기술되어 있다.
Description
본 발명은 다층 인쇄회로기판의 제작방법 및 이에 이용되는 복합 호일에 관한 것이다.
초박형이고, 강력한 전자 디바이스의 개발은 연속 빌드업(sequential build-up, SBU) 기술로 인하여 고밀도(high-density) 인쇄회로기판(printed circuit boards, PCB)의 제작을 가능케 하였다. 근본적으로, 빌드업 다층 회로는 서로 다른 배선(wiring) 밀도를 가진 여러개로 적층된 층의 조합으로, 절연층에 의해 분리되고 일반적으로 100 ㎛ 미만의 직경을 가진 미세 블라인드 비아(micro blind vias))를 거쳐 상호 연결되어 있다.
근래, (1) 광절연체의 광화학적 에칭; (2) 플라즈마 에칭 가공; (3) 또한 보다 새로운 레이저 천공(drilling) 방법 등 본질적으로 다른 세가지 기술이 미세비아의 제작에 이용되고 있다.
레이저 천공은 미세비아의 제조에 가장 유망한 기술인 것처럼 인식된다. 엑시머(excimer), Nd-YAG 및 CO2 레이저원이 통상적으로 미세비아의 천공에 사용되고 있으나, 이러한 레이저원 각각은 자체 특이적인 결점을 여전히 내포하고 있다. 엑시머 레이저는 산업에 응용시 경제적인 가능성 면에서 고려되지 않았다. 이들은 펄스당 낮은 박리(ablation) 속도를 나타내고, 엑시머 레이저 가스가 극히 부식성이 강하고 높은 독성을 지님에 따라 안전 예방면에서 높은 투자가 요구된다. Nd-YAG 레이저는 직경이 약 25 내지 75 ㎛인 미세비아를 포함한 고품질의 최종품에 대해 중소형 크기로 바람직하게 사용되고 있다. 레이저 홀(hole)은 다중 소형 홀의 천공과 같은 트리팬 천공(trepanning)에 의해 제작되어야 하며, 천공 속도 또한 상당히 감소한다. CO2 레이저는 미세비아의 제조시 큰 부피의 Nd-YAG 레이저와 비교하여 점차적으로 사용량이 많아지는 추세이다. 이들은 보강되지 않은 고분자(non-reinforced polymer)에서 엑시머 또는 Nd-YAG 레이저보다 약 20 배 이상 우수한 박리 속도를 특징으로 한다.
그러나, CO2 레이저가 고분자 박리에 적합하게 적용되는 경우, 구리 제거용으로는 부적합하다. 따라서, 부가적인 단계로, CO2 레이저로 절연층 내에 홀을 제조하기 전에 등각(conformal, 동일한) 마스크의 제작이 요구된다. 상기 부가적인 단계에서, 개구부(opening)는 절연층이 이후에 제거되는 위치에 적층된 구리 부분을 에칭한다. 상기 방법은 CO2 레이저로 블라인드 미세비아의 천공을 용이하게 해주나, 상기 제작공정은 등각 마스크 제작 단계에 의해 지연되고 상기 등각 마스크 제작 동안 구리층이 손상되는 위험이 실재하게 된다.
상기 등각 마스크 기술의 상기한, 그리고 또다른 결점을 해소시킬 수 있도록 홀의 천공시 트윈 레이저 디바이스의 사용이 제시되어 왔다. 이러한 트윈 레이저 디바이스는 IR 고체상태 레이저와 CO2 레이저의 조합을 포함한다. 우선, 구리 호일내 개구부는 고체상태 레이저로 실행된다. 이어서, 레진층은 CO2 레이저로 제거한다. 상기 트윈 레이저는 구리가 클래딩된 빌드업에 천공되어 미세비아를 생성하나, 그 소요비용이 단순 CO2 레이저보다 고가이고, 낮은 공정 속도로 인하여 구리 천공 단계가 늦어지게 된다.
또한, 등각 마스크의 제작을 대체하기 위한 "반-에칭(half-etching)" 단계가 제시되었다. 우선, 얇은 레진으로 코팅된 약 18 ㎛의 구리 호일을, 구리 호일이 윗방향이 되도록 중심 보드(core board) 상에 적층한다(laminate). 적층 후 18 ㎛ 두께의 구리 호일을 전면에 걸쳐 에칭하여 자체 두께가 약 5 ㎛으로 감소되도록 한다. 다음 단계로, 상기 구리층은 흑피처리(black oxide treament)를 수행하여 레이저 천공에 적합한 표면을 형성한다. 이어서, CO2 레이저로 5 ㎛ 구리층 및 근접한 레진층을 직접 통과시켜 미세비아를 천공한다. 상기 "반-에칭" 단계는 등각 마스크 제작에 비하여 덜 복잡하나, 그럼에도 불구하고 제작공정이 반-에칭 단계로 인하여 느려지고 구리 표면은 상기 반-에칭 단계를 수행하는 동안 여전히 손상이 예상된다. 나아가, 반-에칭된 구리 호일상의 CO2 레이저 천공은 아직 만족스러운 결과를 내고있지 못하다. 상기 미약한 결과치는, 예를들면 600 mm×500 mm의 PCB의 전체 표면의 에칭이 균일하지 않거나 정확한 작동이 이루어지지 않는 사실에 기인한다. 최근 에칭화제(etching agent) 및 에칭 장치는 허용오차를 ±2 ㎛이 만족시킨다. 공칭(nominal) 두께가 5 ㎛ 미만인 에칭된 구리 호일의 두께는 3 내지 7 ㎛으로 다양하게 변화한다. 미세비아 천공시 레이저 에너지는 구리의 공칭 두께인 5 ㎛으로 세팅된다. 입사점(incident point)에서 구리층이 3 ㎛인 경우, 세팅된 레이저 에너지는 구리의 함량이 너무 많아 기화되지 못한다. 그결과로, 구리 스플래쉬(splash)가 홀의 경계부분에 생성되고, 절연물질내 홀이 일반적으로 기형화된다. 입사점에서 상기 구리층이 어쨌든 7 ㎛이 되는 경우 세팅된 레이저 에너지는 너무 낮아 결과로 생성된 절연 물질내 홀이 매우 적은 직경을 나타내거나, 근접한 구리층까지 확장되지 않는다. 상기 반-에칭 방법의 잘못된 결과로 인하여 CO2 레이저 천공은 오로지 구리가 아닌 물질로 클래딩된 빌드업 재료 또는 등각 마스크 에칭에서만 사용된다.
미합중국특허 제3,998,601호는 복합 호일 및 그의 제작방법에 관해 기술되어 있다. 상기 복합 호일은 전기증착된 구리 지지 층 및 지지하지 않는 두께의 두번째로 전기 증착된 구리층을 포함하고 있다. 상기 구리 지지 층 및 두번째 구리층 사이에 바람직하기로는 크롬 이형제를 포함한 박막층이 존재한다. 두번째 구리층은 두께가 12 ㎛보다 두껍지 않다. 적층 방식은 상기 복합 호일에 에폭시-글라스 기질과 접해있는 초박막의 구리 표면에 섬유강화제가 함침된 에폭시를 적층시키는 것으로 이루어지며, 상기 방식은 통상적인 적층 공정을 따르는 것이다. 상기 적층물의 냉각한 후, 이형제가 포함되어 코팅된 구리 캐리어층은 PCB 제작과 같은 에칭에 적합한 얇은 동박적층판(copper clad laminate)을 제공하기 위하여 제거된다.
일본특허 10 190236에는 다층의 상호연결된 보드의 제작방법을 기술하고 있다. 상기 방법의 첫번째 단계에 의하면, 원하는 회로 패턴이 형성된 회로 보드, 금속 호일 및 절연층이 위치하고, 적층시킨다. 다음 단계로, 레이저 가공을 목적으로 하는 전도층의 한 지점에 레이저의 흡수속도를 증가시키기 위한 공정을 수행한다. 다음 단계로, 금속 호일 및 절연층을 용해하고 정화(sublime)시키기 위하여 레이저 빔을 가공된 부분에 주사하고, 이로 인하여 홀을 형성한다. 마지막 단계로, 무전기 상태의 증착에 의해 상기 홀을 관통하여 전기적으로 전도층과 연결함으로써 완성된다.
본 발명에 따르면, PCB의 제작방법은 하기의 단계를 포함한다:
독일특허 공개 제31 03 986호는 카본을 기초로 하는 기질을 포함하는 PCB의 관도금(throughplating)시 천공된 홀의 제작방법에 관한 것이다. 상기 관도금은 CO2 레이저를 이용하여 천공한다. PCB의 최상부에 있는 상기 금속층은 레이저 빔의 흡수를 향상시키기 위하여 비방사(radiation-specific) 수용체로 코팅된다. 이러한 경우의 금속층은 구리로 제작되고, 상기 수용체는 구리-Ⅱ-산화물(Copper-Ⅱ-oxide)로 제조될 수 있다.구리2가 산화물로 제조된다.
따라서, 간단하고 효과적인 다층 PCB의 제작방법이 강력히 요구되고 있으며, 고품질의 미세비아의 빠른 레이저 천공 기술이 바람직하다. 본 발명에 따르면, 상기 목적은 청구항 1항의 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 또 다른 목적은 다층 PCB의 제작시 사용되는 고품질의 미세비아의 빠른 레이저 천공이 가능한 복합 호일을 제공하는 것이다. 본 발명에 따르면 상기 목적은 청구항 14항에 따른 복합 호일에 의해 달성된다.
d) 상기 기능성 구리 호일로부터 상기 캐리어 호일을 제거하여 상기 기능성 구리 호일의 정면을 노출시키고,
a) 중심보드(20)를 마련하는 단계;
b) 캐리어 호일(12)이 적층된 10㎛ 미만의 기능성 구리 호일(16)을 포함하는 복합 호일을 마련하되, 이때 상기 기능성 구리 호일(16)의 정면은 상기 캐리어 호일(12)과 접하고, 상기 기능성 구리 호일(16)의 후면은 열경화성 레진이 코팅된 복합 호일을 마련하는 단계;
c) 상기 레진이 코팅된 후면을 가진 복합 호일을 상기 중심 보드(20)의 일측에 적층시키는 단계;
d) 상기 기능성 구리 호일(16)의 정면을 노출시키기 위해, 상기 기능성 구리 호일(16)로부터 상기 캐리어 호일(12)을 제거하는 단계;
e) 미세비아(microvia)를 형성시키기 위해, CO2 레이저 원(laser source)을 이용하여 상기 기능성 구리 호일(16)의 상기 노출된 정면에서부터 상기 기능성 구리 호일과 상기 레진을 천공시키는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 중요한 관점에 따르면, 상기 복합 호일의 기능성 구리 호일은 두께가 10 ㎛ 미만으로, 바람직하기로는 약 5 ㎛으로, 박막의 기능성 구리 호일 및 근접한 절연층을 거쳐 노출된 정면으로부터 직접 미세비아를 천공할 수 있는 CO2 레이저원의 사용을 가능하게 한다. 이는 "반-에칭" 또는 "등각 마스크 제작" 단계가 더이상 필요하지 않게 되며, 따라서 다층 PCB의 제작이 더욱 단순화된다. 상기 공정의 단순화는 가공 장치를 줄이고, 이에 따라 설치비용을 낮추게 되며 빠른 가공 속도 및 높은 생산성을 이루게 된다. 따라서, 화학 에칭화제의 소비 또한 감소하게 된다. 이는 환경보호적 측면에서 중요한 특징이 될수 있다. 품질 제어측면에 있어서, 얇은 기능성 구리 호일은 정확한 두께 및 제어된 균일한 표면 프로파일(profile) 및 거칠기(roughness)를 포함하여, 따라서 CO2 레이저 빔이 어느 장소에서나 유사하고 재현 가능성이 있는 천공 상태를 이루게 된다. 레이저 에너지는, 예를 들어 구리 표면상에 구리 얼룩없이 우물로 한정되는 형태, 직경 및 높이를 포함한 미세비아가 PCB상의 어디에서나 매우 정확한 미세비아를 천공시킬 수 있게 된다. 또한 나아가 상기 캐리어가 기능성 레진으로 코팅된 구리 호일 취급시 요구되는 강성(rigidity)을 제공한다. 더욱이, 후자는 자체 캐리어 및 입자에 대한 레진 코팅, 화학물질 또는 기압제간을 보호하여 표면의 일관성에 손상을 주어 회로 패턴을 변경시킨다. 자체 지지 캐리어 호일로 인하여 박막의 기능성 구리 호일뿐 아니라 취성(brittle)이 있는 레진 코팅이 파쇄 부분(tear), 크랙(crack), 및 주름(wrinkle)에 대하여 보호한다. 적층시 상기 캐리어는 먼지 및 입자(레진 입자)에 대하여 박막의 기능성 구리 호일의 효과적인 보호를 제공하여, 표면 및 레진의 블리딩에 움푹 들어간다. 상기 캐리어의 제거후에, 기능성 구리층은 세정하고 만입(indentation), 파쇄 부분, 크랙 및 주름 같은 결점들이 제거된다.
상기 기능성 구리 호일은 바람직하기로는 전기 증착(electro-deposition)에 의해 얻어진다. 바람직하기로는, 상기 기능성 구리 호일의 정면은 CO2 레이저의 흡착이 유리하도록 표면처리가 이루어진다. 상기 표면처리는 표면 프로파일 및 거칠기 및/또는 CO2 레이저의 흡착이 유리한 색상을 포함하고 있는 정면에서 이루어진다. 이는 복합 구리 호일의 제작시 이루어지며, 그결과 기능성 구리 호일이 자체 캐리어의 제거후에 레이저 천공이 이루어진다. 상기 기능성 구리 호일의 정면은 또한 흑피처리 환원 코팅을 하여 레이저 천공에 앞서 적층시켜, CO2 레이저의 흡수를 용이하게 한다.
바람직하기로는 상기 복합 호일은 상기 캐리어 호일 및 기능성 구리 호일 간에 이형층을 포함한다. 상기한 이형층은 얇고, 크롬을 기초로 하는 이형층으로, 캐리어 호일의 분리를 간단히 이룰수 있다. 이 경우, 상기 캐리어 제거는 캐리어 호일 및 상기 이형층을 기계적으로 지속적인 제거 공정을 포함하고, 상기 이형층은 캐리어 호일에 부착된 채 남아있게 된다. 그러나, 다른 종류의 이형층은 캐리어 호일 제거후 캐리어 호일 대신에 기능성 구리 호일 상에 남아있게 되며, CO2 레이저의 흡수를 용이하게 하는 표면 색상을 나타낸다. 복합 기능을 가진 이러한 이형층은 어두운 색의 전도성 물질층으로, 상기 기능성 구리 호일을 형성하고, 기능성 구리 호일에 대한 강한 접착을 나타내고, CO2 레이저의 적외선의 흡수를 용이하게 하는 색상을 포함하도록 하는 구리 증착이 가능해진다.
이형층은 그 자체 어두운 색의 전도성 물질층을 포함하고, 이에 따라 이형층의 복합 기능을 나타내고 및 CO2 레이저의 흡수를 용이하게 하는 표면 처리를 수행하게 된다. 상기 복합 호일은 캐리어 호일, 복합기능을 가진 이형층, 기능성 구리 호일 및 레진 코팅층을 포함한다. 크롬 이형층과 같은 통상적인 이형층과는 대조적으로 상기 이형층은 캐리어 호일의 제거시 기능성 구리 호일의 정면에 접착된다.
바람직하게는, 레진 코팅된 결합강도를 향상시키기 위하여 상기 기능성 구리 호일의 후면은 결합층을 포함한다. 또한 상기 기능성 구리 호일은 인화층(passivation layer)에 적층되며, 바람직하기로는 결합층 및 레진 코팅층 사이에 적층되어 후면의 안정성을 유지시켜 준다.
본 발명은 하기 상세한 설명에 의해 명백해질 것이며, 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.
상기 기능성 구리 호일의 정면은, 바람직하기로는 CO2 레이저의 흡수를 용이하게 하는 표면처리를 포함한다. 이러한 표면처리는 이형층 및 기능성 구리 호일간의 어두운 색의 전도성 물질층을 형성시켜 수행한다. 본 발명에 따른 복합 구리 호일의 첫번째 구현예에 따르면, 상기 어두운 색의 전도성 물질층은 카본 블랙 및/또는 그라파이트를 포함한다. 두번째 구현예에 따르면, 상기 어두운 색의 전도성 물질층은 어두운 색의 전기전도성의 고분자층을 포함한다.
도 2는 다층 PCB의 제조단계를 도시한 다이아그램이다.
본 발명은 복합 호일(10)을 사용하고, 더욱 명확하게는 다층 PCB 제조시 레진 코팅된 캐리어가 적층된 구리 호일을 사용한다. 도 1은 중심 보드상에 적층된 복합 호일의 전자주사현미경(Scanning Electron Microscope)을 나타낸 것이다. 상기 복합 호일은 캐리어 호일(12); 이형층(14); 기능성 구리 호일(16); 및 레진 코팅(18)의 4가지 다른 층으로 구성된다. 이러한 복합 호일은 두개의 연속적인 제작공정의 결과로 얻어진다.
첫번째 제작공정은 미합중국특허 제3,998,601호에 기술된 공정과 유사하다. 우선, 70 ㎛의 캐리어 호일(12)을 산성의 전해질에서 정확히 고안된 표면을 구비하고 있는 회전 티타늄 드럼(rotating Titanium drum) 상에 연속적인 전기 증착에 의해 제조된다. 상기 드럼 표면 형태는 초기 증착된 구리층에 의해 규정되고 제어된다. 캐리어 층의 건조한, 다른 면의 형태는 염기성 드럼 구리 전해질 내에 첨가제에 의해 조절된다. 또 다른 단계에서, 이형층(14)은 매우 밀접하게 조절되어 있으나, 상대적으로 낮은 부착 특성을 가진 캐리어 호일(12)의 일측면에 도입된다. 상기 이형층(14)은 두께가 매우 얇으며, 특히 1 ㎛ 미만의 두께를 포함한다. 상기 기능성 구리 호일(16)은 이형층(14)이 전기 증착되어, 바람직하게 5 ㎛의 두께를 나타낸다. 캐리어 호일(12)과 접해있는 기능성 구리 호일(16)의 일측면은, 이하 정면(front side)이라 칭하고, 그 결과 이형층(14)이 적층되어 있는 캐리어 호일(12)의 표면의 거울상을 나타낸다. 캐리어 호일(12)의 표면구조의 작용으로 이형층에 적층되어 기능성 구리 호일(16)의 정면에 대해 입자상 표면 프로파일 및 거칠기를 제공할 수 있게 된다. 기능성 구리 호일의 다른 면은 이하 후면(back side)이라 칭하며, 상기 면은 건조한(matte) 면이다. 상기 후면은 여러 화학 및 전기화학적 처리를 수행하게 되며, 레진 코팅에 대한 결합강도 및 부식에 대한 안정성과 같은 여러가지 기능적인 특성을 나타낸다. 구리 노듈(nodule)의 전기증착에 의해 제조되는 결합층은, 기능성 구리의 후면에 형성된다. 인화층이 상기 결합층 위에 적용된다. 또한 상기 인화층은 이형층(14)과 무관한 구리 호일(12)의 노출된 면에 적층되어 가압 등에 의해 PCB 제작시 "블루 산화 프레임(blue oxidation frame)"의 형성을 피한다.
이후의 공정에 따르면, 상기 복합 호일(12, 14, 16)은 코팅 장치에서 제작되며, 기능성 구리 호일의 후면에 이미 결합층 및 인화층으로 적층되어 바람직하기로는 보강되지 않은 열경화성 세미중합된 (B-단계 또는 세미 경화된) 레진으로 코팅된다. 복합 호일이 중심 보드에 적층되는 경우 통상적으로 B-단계 레진을 사용한다. 실제로, 레진은 단순히 반-중합된 상태로서, 중심 보드의 외부층 회로의 적용될 수 있다. 상기에 더하여, B-단계 레진의 중합은 열간 및 냉간 싸이클이 수반되는 유압 프레스(hydraulic press) 또는 오토클레이브 내에서 수행하는 방식의 적층시 C-단계 레진을 도입함으로써 완성된다.
또한 레진상 코팅(18)은 두개의 적층된 층을 포함한다. 첫번째 박막은 25 ㎛내지 45 ㎛의 C-단계 레진층으로 기능성 구리층을 도입하고, 두번째 반경화된 레진 층은 상기한 것 중 하나로 도입한다. 이러한 제작방식은 두꺼운 레진상의 코팅층을 완성하고, 동일한 두께를 가진 B-단계의 단층으로 도입하는 것에 비해 더욱 용이하고 더욱 안정한 공정이다. 또한 두개의 레진층을 추가로 도입하여 원하는 두께를 얻을 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 다층 PCB의 바람직한 공정을 기술한 것이다.
첫번째 제작공정은 미합중국특허 제3,998,601호에 기술된 공정과 유사하다. 우선, 70 ㎛의 캐리어 호일(12)을 산성의 전해질에서 정확히 고안된 표면을 구비하고 있는 회전 티타늄 드럼(rotating Titanium drum) 상에 연속적인 전기 증착에 의해 제조된다. 상기 드럼 표면 형태는 초기 증착된 구리층에 의해 규정되고 제어된다. 캐리어 층의 건조한, 다른 면의 형태는 염기성 드럼 구리 전해질 내에 첨가제에 의해 조절된다. 또 다른 단계에서, 이형층(14)은 매우 밀접하게 조절되어 있으나, 상대적으로 낮은 부착 특성을 가진 캐리어 호일(12)의 일측면에 도입된다. 상기 이형층(14)은 두께가 매우 얇으며, 특히 1 ㎛ 미만의 두께를 포함한다. 상기 기능성 구리 호일(16)은 이형층(14)이 전기 증착되어, 바람직하게 5 ㎛의 두께를 나타낸다. 캐리어 호일(12)과 접해있는 기능성 구리 호일(16)의 일측면은, 이하 정면(front side)이라 칭하고, 그 결과 이형층(14)이 적층되어 있는 캐리어 호일(12)의 표면의 거울상을 나타낸다. 캐리어 호일(12)의 표면구조의 작용으로 이형층에 적층되어 기능성 구리 호일(16)의 정면에 대해 표면 프로파일 및 거칠기를 제공할 수 있게 된다. 기능성 구리 호일의 다른 면은 이하 후면(back side)이라 칭하며, 상기 면은 건조한(matte) 면이다. 상기 후면은 여러 화학 및 전기화학적 처리를 수행하게 되며, 레진 코팅에 대한 결합강도 및 부식에 대한 안정성과 같은 여러가지 기능적인 특성을 나타낸다. 구리 노듈(nodule)의 전기증착에 의해 제조되는 결합층은, 기능성 구리의 후면에 형성된다. 인화층이 상기 결합층 위에 적용된다. 또한 상기 인화층은 이형층(14)과 무관한 구리 호일(12)의 노출된 면에 적층되어 가압 등에 의해 PCB 제작시 "블루 산화 프레임(blue oxidation frame)"의 형성을 피한다.
단계 A2에 따르면, 이상에서 서술한 바에 의해 제조된 구리 호일(10)은 중심 보드(20)의 일측에 적층되며, 복합 호일(10)의 레진 코팅(18)은 중심 보드(20) 상의 회로 패턴(21)과 접하게 된다. 이러한 적층방식은 유압 프레스로 대체될 수 있고, 바람직하기로는 여러 개의 냉간 및 열간 싸이클이 수반된다. 적층 단계를 수행하는 동안, B-단계 열경화성 레진의 중합이 완성된다. 절연층의 더욱 두꺼운 두께는 적층되기 전에 중심 보드(20) 및 복합 호일(10) 사이에 층간 절연 시트를 배치시켜 얻어짐을 알 수 있다.
적층 단계가 완성되고 레진(18)이 완전히 중합되면, 캐리어 호일(12) 및 이 형층(14)이 기계적으로 박리되는 단계 A3가 이루어진다. 박막의 이형층(14)은 중심 보드(20)의 최상부에 세정되어 균일하고 결점이 없는 기능성 구리 층인 70 ㎛의 구리 캐리어 호일(12)과 결합된 채 남아 있게 된다.
단계 A4에서, 상기 기능성 구리 호일(16)은 바람직하게 표면 처리(surface treatment)를 수행하여 CO2 레이저 천공을 수행하기 위한 면을 제조한다. 이러한 표면처리는 기능성 구리 호일(16) 상의 흑피 환원의 증착을 포함한다. 상기 흑피 환원 코팅은 노출된 구리 표면상에 레이저 반사를 감소시키기 때문에 충분한 CO2 레이저 천공이 요구된다. 상기 흑피 환원 코팅은, 예를 들어 갈색의 환원 코팅과 같은 적합한 산화 환원 코팅의 레이저 천공이면 그 어느 것이라도 대체가 가능하다.
단계 A5는 기능성 구리 호일(16) 및 레진 층(18) 내 천공된 미세바이어(24)를 포함하며, 중심 보드(20) 상의 기능성 구리 호일(16) 및 회로 패턴(21) 간의 상호관계 위하여, 하부에 적층되어 있는 구리 패드를 완성한다. 상기 미세바이어는 기능성 구리 호일(16) 및 레진 코팅(18)을 통과하여 CO2 레이저로 한 단계로 직접 천공하는게 바람직하다. CO2 레이저 원은 9.4 및 10.6 ㎛ 간 파장의 적외선을 방출한다. 이러한 적외선의 길이는 구리의 제거에는 적합하지 않으나, 그럼에도 불구하고 기능성 구리 호일(16)은 두께가 얇고 특이적인 표면 처리로 인하여 CO2 레이저 빔에 의해 별다른 곤란성 없이 수행된다. 일단 상기 박막이 제거되면, CO2 레이저를 바람직하게 충분히 도입(develop)한다. 이어서 레이저 방사의 90% 이상이 적층 된 절연물질에 의해 흡수되고 최대 파장의 6-7 배의 깊이까지 흡수된다. 이러한 결과는 레이저 펄스당 높은 제거속도를 가져오고, 이에 따라 높은 천공 속도를 나타낸다. CO2 레이저를 이용한 물질의 제거는 광열공정을 기초로 함은 이미 주지된 사실이다. 상기 레이저 방사는 제거되는 물질에 흡수되어, 기화되고, 가해지는 과압에 의해 상호 작용의 영역이 없어진다. 일단 하층의 목적하는 패드가 제거되면, 레이저 방사는 상기 목적하는 패드에 거의 완전히 반사되고, 이런 작용에 의하여 물질의 제거가 자동적으로 중단된다.
다음으로, 단계 A6에 따르면, 관통 홀(26, through hole)은 기계적으로 PCB 에 천공된다 이러한 단계는 선택적이며, 하기의 설명을 따른다.
단계 A7은 하기 4가지 부수적인 단계의 조합으로 이루어진다:
- PCB는 우선 고압의 물에 의해 세정된다.
단계 A5는 기능성 구리 호일(16) 및 레진 층(18) 내 천공된 미세비아(24)를 포함하며, 중심 보드(20) 상의 기능성 구리 호일(16) 및 회로 패턴(21) 간의 상호관계 위하여, 하부에 적층되어 있는 구리 패드를 완성한다. 상기 미세비아는 기능성 구리 호일(16) 및 레진 코팅(18)을 통과하여 CO2 레이저로 한 단계로 직접 천공하는게 바람직하다. CO2 레이저 원은 9.4 및 10.6 ㎛ 간 파장의 적외선을 방출한다. 이러한 적외선의 길이는 구리의 제거에는 적합하지 않으나, 그럼에도 불구하고 기능성 구리 호일(16)은 두께가 얇고 특이적인 표면 처리로 인하여 CO2 레이저 빔에 의해 별다른 곤란성 없이 수행된다. 일단 상기 박막이 제거되면, CO2 레이저를 바람직하게 충분히 도입(develop)한다. 이어서 레이저 방사의 90% 이상이 적층된 절연물질에 의해 흡수되고 최대 파장의 6-7 배의 깊이까지 흡수된다. 이러한 결과는 레이저 펄스당 높은 제거속도를 가져오고, 이에 따라 높은 천공 속도를 나타낸다. CO2 레이저를 이용한 물질의 제거는 광열공정을 기초로 함은 이미 주지된 사실이다. 상기 레이저 방사는 제거되는 물질에 흡수되어, 기화되고, 가해지는 과압에 의해 상호 작용의 영역이 없어진다. 일단 하층의 목적하는 패드가 제거되면, 레이저 방사는 상기 목적하는 패드에 거의 완전히 반사되고, 이런 작용에 의하여 물질의 제거가 자동적으로 중단된다.
- 이어서, 구리는 우선적으로 홀 전체 및 PCB 전체에 있는 미세바이어의 증착을 수행한다.
- 마지막으로, 구리 증착 등의 전기적 강화가 외각의 구리층(16')이 18 ㎛이 되도록 바람직하게 수행된다.
단계 A8을 수행하는 동안, 최외각 구리층(16')은 바람직하게 18 ㎛의 두꼐를 나타내며, 최외각 표면상 회로 패턴(28)을 형성하기 위해 에칭된다. 상기 회로기 판은 무전기 상태(elelctroless) 도금 및 전기적 강화 전단계인, 단계 A7을 수행하는 동안 에칭되며, 상기 방법은 단계 A7의 최종 부분에서 이루어진다.
제작 공정동안 레이저 천공으로 제조된 정면이 구비된 기능성 구리 호일이 포함된 복합 호일을 이용하는 경우, 도 2의 공정의 단계 A4가 중단된다. 실제로, 상기 정면은 CO2 레이저 빔을 반사할 수 있는 전형적인 광택면을 포함한다; 사화 환원 코팅은 반사를 없애, CO2 레이저 빔이 구리 표면을 가열하고 재료를 제거할 수 있도록 한다. CO2 레이저 빔의 반사를 피하는 또다른 방법은 복합 호일을 제작하는 동안 비반사 면을 제작하는 것이다. 상기 정면은 자체 색상 및 건조함을 특징으로 하다. 이러한 면에서, 상기 정면의 특성은 CO2 레이저의 흡수를 용이하게 하도록 표면 프로파일 및 거칠기를 제공하기 위해 제작된다. 상기 정면은 또한 CO2 레이저의 흡수를 용이하게 하는 색상을 포함하는 정면을 형성하기 위한 표면 제작을 수행한다.
- 이어서, 구리는 우선적으로 홀 전체 및 PCB 전체에 있는 미세비아의 증착을 수행한다.
게다가, 어두운 색의 전기전도성 물질의 박막층은 이형층 자체의 역할을 하며, 또한 CO2 레이저의 흡수를 용이하게 하는 표면 제작을 수행하게 된다. 그결과, 상기 복합 호일은 캐리어 호일, 어두운 색의 전기전도성 물질의 이형층, 기능성 구리 호일 및 레진 코팅층을 포함한다. 상기 이형층은 캐리어 호일이 제거되는 경우 기능성 구리 호일의 정면에 반드시 남아 있어야 함이 명백해진다.
어두운 색의 전기전도성 물질 층을 형성하는 대표적인 물질은 카본이다. 카본의 지속적인 연속층은 카본 증착에 의해 얻어진다. 카본 증착은 캐리어 호일의 일측에 액체 카본 분산액을 도입과정을 포함하고, 크롬을 기초로 하는 이형층에 적층시키고, 기능성 구리 호일과 접하게 된다. 일반적으로, 카본 분산액은 3가지 기본 성분을 포함하는데, 예를들면, 카본, 카본 분산액으로 이용가능한 계면활성제 하나 또는 그 이상, 및 물과 같은 액체 분산매를 포함한다. 상용되는 카본 블랙(carbon black), 용해로 블랙(furnace black) 및 적절한 작은 입자상 그라파이트(graphite)와 같은 다수의 형태의 카본이 사용된다. 카본 입자의 평균 입경은 증착에서 얻어질 수 있을 정도로 작은 입자이다. 상기 카본 입자는 증착 전후로 처리되어 전기즈착을 향상 또는 강화시킨다. 따라서, 카본입자들은 입자상 염료, 입자상 전도성 물질 또는 화학적으로 산화된 물질로 처리된다.
정면이 레이저로 천공된 기능성 구리 호일을 포함한 복합 구리 호일을 제조하기 위하여 구리 재질의 35 ㎛ 두께의 캐리어 호일을 준비하였다. 크롬 이형층은 미합중국특허 제3,998,601호에 기재된 통상적인 방식으로 캐리어 호일의 일측면에 전기증착을 수행하였다. 이어서, 상술한 바와 같이, 어두운 색의 전기전도성 물질층인 카본 블랙 또는 그라파이트가 함유된 15 내지 25 ㎛의 얇은 전도층이 캐리어 호일의 크롬이 증착된 면에 형성되었다. 카본 페이스트는 랙워크 피터스 사의 D47906 Kempen인 Carbon-Leitlack SD 2841 HAL-IR을 이용하였다. 카본층은 적외선으로 건조시키고, 이어서 5 ㎛ 두께의 기능성 구리 호일을 상기 캐리어 호일의 카본 코팅된 측에 전기증착시켰다. 상기 기능성 구리 호일의 전기 증착은 60 내지 65 g/l의 구리설패이트(Cu2+) 및 60 내지 65g/l의 황산이 포함된 전기조에서 수행하였다. 전류밀도는 11 A/dm2 이고, 전기조의 온도는 60 ℃였다. 다음으로, 상기 기능성 구리 호일의 최외층에 노듈러 처리를 수행하였다. 이어서, 상기 호일은 상용되는 글라스-에폭시 프리프레그(Isola werke AG tkdml Duraver-E-104 D-52348 Duren) 상에 175 ℃에서 80분간 20 내지 25바의 압력하에서 적층되었다. 상온으로 냉각후, 상기 캐리어 호일은 상술한 방법대로 제거되었다. 이러한 결과, 5 ㎛ 두께로 코팅된 기능성 구리 호일이 제조되었고, CO2 레이저 천공전에 더이상의 표면처리가 요구되지 않게 되었다.
어두운 색의 전기전도성 물질층의 두번째 물질은 어두운 색의 전기전도성 고분자가다. 실제로, 피롤(pyrrole), 퓨란(uran), 티오펜(thiophene) 및 그들의 유도 체와 같은 몇몇 모노머 및, 예를들면 기능성 모노머들은 전기전도성 고분자로의 산화가 가능하다. 상기 모노머는 바람직하게 액상 또는 에어로졸(aerosol) 형태의 습식 공정에 의해 이형층의 표면에 도입된다. 상기 모노머는 이후에 중합되고, 이어서 기능성 구리 호일은 고분자 층 상에 증착된다. 캐리어 호일의 측면에 도입시 이형층에 적층되고, 기능성 구리 호일과 접하게 되며, 상기기 모노머는 또한 최소 하나 이상의 용매를 포함한 용액에 일부 침전된다. 또한 상기 침전용액은 중합된 모노머의 흑화도(dakness)를 증가시키는 첨가제를 포함한다.
복합 호일이 크롬을 기초로 하는 이형층 및 어두운 색의 전기 전도성 물질층을 포함하는 경우, 상기 이형층은 복합 호일을 제작하는 동안 처리되어 카본층 또는 어두운 색의 전기 전도성 고분자 층의 매우 강한 부착을 억제시킨다. 캐리어 호일 및 이형층이 제거되는 단계 A3에서, 기능성 구리 호일의 정면에 상기 층들의 부착이 결정되는 것이 바람직하다.
어두운 색의 전기전도성 물질 층을 형성하는 대표적인 물질은 카본이다. 카본의 지속적인 연속층은 카본 증착에 의해 얻어진다. 카본 증착은 캐리어 호일의 일측에 액체 카본 분산액을 도입과정을 포함하고, 크롬을 기초로 하는 이형층에 적층시키고, 기능성 구리 호일과 접하게 된다. 일반적으로, 카본 분산액은 3가지 기본 성분을 포함하는데, 예를들면, 카본, 카본 분산액으로 이용가능한 계면활성제 하나 또는 그 이상, 및 물과 같은 액체 분산매를 포함한다. 상용되는 카본 블랙(carbon black), 용해로 블랙(furnace black) 및 적절히 작은 그라파이트(graphite)와 같은 다수의 형태의 카본이 사용된다. 카본 입자의 평균 입경은 증착에서 얻어질 수 있을 정도로 작은 입자이다. 상기 카본 입자는 증착 전후로 처리되어 전기증착을 향상 또는 강화시킨다. 따라서, 카본입자들은 염료, 전도성 물질 또는 화학적으로 산화된 물질로 처리된다.
일반적으로 PCB는 여러개의 외층을 포함하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 단계 A8의 PCB는 상술한 바의 제작방법에 있어 중심 보드로 역할을 하고, 그 상부에 외층을 적층시킨다. 그러나, 단계 A6는 A5에서 A7까지 공정 중 삭제가 불필요하며, 따라서 선택적으로 인식된다. 실제로, 필요에 따라 홀의 기계적인 천공은 일반적으로 PCB의 최외층의 제조시 이루어진다. 달리말하면, 단계 A8에서 얻어진 PCB는 홀 전체에 기계적으로 천공시킨다. 또한, 공정의 최조 작동시 단계 A1의 중심 보드 (20)는 이미 일측 또는 양측 PCB에 여러층으로 적층된 상태이다.
어두운 색의 전기전도성 물질층의 두번째 물질은 어두운 색의 전기전도성 고분자이다. 실제로, 피롤(pyrrole), 퓨란(uran), 티오펜(thiophene) 및 그들의 유도체와 같은 몇몇 모노머 및, 예를들면 기능성 모노머들은 전기전도성 고분자로의 산화가 가능하다. 상기 모노머는 바람직하게 액상 또는 에어로졸(aerosol) 형태의 습식 공정에 의해 이형층의 표면에 도입된다. 상기 모노머는 이후에 중합되고, 이어서 기능성 구리 호일은 고분자 층 상에 증착된다. 캐리어 호일의 측면에 도입시 이형층에 적층되고, 기능성 구리 호일과 접하게 되며, 상기 모노머는 또한 최소 하나 이상의 용매를 포함한 용액에 일부 침전된다. 또한 상기 침전용액은 중합된 모노머의 흑화도(dakness)를 증가시키는 첨가제를 포함한다.
따라서, 본 발명에 의해 간단하고 효과적인 PCB의 제작방법을 이룰 수 있고, PCB의 제작시 사용되는 고품질의 미세바이어의 빠른 레이저 천공이 가능한 복합 호일의 제작이 가능해졌다.
따라서, 본 발명에 의해 간단하고 효과적인 PCB의 제작방법을 이룰 수 있고, PCB의 제작시 사용되는 고품질의 미세비아의 빠른 레이저 천공이 가능한 복합 호일의 제작이 가능해졌다.
Claims (27)
- a) 중심보드(20)를 마련하는 단계;b) 캐리어 호일(12)이 적층된 10㎛ 미만의 기능성 구리 호일(16)을 포함하는 복합 호일을 마련하되, 이때 상기 기능성 구리 호일(16)의 정면은 상기 캐리어 호일(12)과 접하고, 상기 기능성 구리 호일(16)의 후면은 열경화성 레진이 코팅된 복합 호일을 마련하는 단계;c) 상기 레진이 코팅된 후면을 가진 복합 호일을 상기 중심 보드(20)의 일측에 적층시키는 단계;d) 상기 기능성 구리 호일(16)의 정면을 노출시키기 위해, 상기 기능성 구리 호일(16)로부터 상기 캐리어 호일(12)을 제거하는 단계;e) 미세비아(microvia)를 형성시키기 위해, CO2 레이저 원(laser source)을 이용하여 상기 기능성 구리 호일(16)의 상기 노출된 정면에서부터 상기 기능성 구리 호일과 상기 레진을 천공시키는 단계를 포함하는 다층 PCB의 제작방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 기능성 구리 호일(16)은 전기증착되고, 그 두께가 5 ㎛인 것을 특징으로 하는 다층 PCB의 제작방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기능성 구리 호일(16)의 정면에 CO2 레이저의 흡수를 용이하게 하는 표면처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 다층 PCB의 제작방법.
- 삭제
- 제3항에 있어서, 상기 표면처리는 CO2 레이저의 흡수를 용이하게 하도록 상기 기능성 구리 호일의 정면에 카본블랙(carbon black) 또는 그라파이트(graphite)가 함유된 전기전도성 물질을 포함하는 전도성 물질층을 형성하는 것을 특징으로 하는 다층 PCB의 제작방법.
- 제3항에 있어서, 상기 표면처리는 상기 복합 호일(16)을 제조하는 동안에 수행되는 것을 특징으로 하는 다층 PCB의 제작방법.
- 제1항 내지 제2항에 있어서, 상기 기능성 구리 호일(16)의 정면이 레이저 천공에 앞서 흑피(black oxide) 환원 코팅(conversion coating)으로 적층되는 것을 특징으로 하는 다층 PCB의 제작방법.
- 제1항 내지 제2항에 있어서, 상기 복합 호일(10)을 마련하는 단계 b)에서 상기 복합 호일(10)은 상기 캐리어 호일(12) 및 상기 기능성 구리 호일(16)의 층간에 이형층(14)을 더 포함하여 형성되고, 상기 캐리어 호일(12)의 제거단계 d)는 상기 캐리어 호일 및 상기 이형층이 동시에 기계적으로 연마되어 제거되는 단계인 것을 특징으로 하는 다층 PCB의 제작방법.
- 제1항 내지 제2항에 있어서, 상기 복합 호일(10)은 상기 캐리어 호일 및 상기 기능성 구리 호일층 사이에 이형층을 더 포함하고, 상기 이형층은 CO2 레이저의 흡수를 용이하게 하는 카본블랙(carbon black) 또는 그라파이트(graphite)가 함유된 전기전도성 물질을 포함하고,상기 캐리어 호일을 제거하는 d)단계에서 상기 이형층은 상기 기능성 구리 호일의 정면 위에 잔존하는 것을 특징으로 하는 다층 PCB의 제작방법.
- 제1항 내지 제2항에 있어서, 상기 레진은 B-단계 레진층(B-staged resin)을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 PCB의 제작방법.
- 제1항 내지 제2항에 있어서, 상기 레진은 상기 기능성 구리 호일(16)의 후면에 도포되는 C-단계 레진층(C-staged resin) 및 상기 C-단계 레진층에 도포되는 B-단계 레진(B-staged resin)층을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 PCB의 제작방법.
- 제1항 내지 제2항에 있어서, 상기 e)단계 후에, 기능성 구리 호일(16) 위에 무전해 도금 방식(electroless plating)으로 구리가 도금되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 PCB의 제작방법.
- 제12항에 있어서, 상기 구리의 두께를 증가시키기 위하여 상기 기능성 구리 호일(16) 상부에 구리를 전기 증착시키는 전기적 강화단계(galvanic reinforcement step)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 PCB의 제작방법.
- 캐리어 호일(12);상기 캐리어 호일(12)의 일측에 형성된 이형층(14);상기 이형층(14) 상에 형성되고, 그 두께가 10 ㎛ 미만인 기능성 구리 호일(16), 이 때 상기 기능성 구리 호일의 정면(front side)은 상기 이형층과 접하는 다층 PCB의 제조에 이용되는 복합 호일에 있어서,상기 기능성 구리 호일(16)의 후면(back side)에는 비보강된 열경화성 레진 코팅층(18)이 구비되는 것을 특징으로 하는 복합 호일.
- 제14항에 있어서, 상기 기능성 구리 호일의 정면은 CO2 레이저의 흡수를 용이하게 하는 표면처리가 수행된 것을 특징으로 하는 복합 호일.
- 삭제
- 제15항에 있어서, 상기 기능성 구리 호일의 정면은 CO2 레이저의 흡수를 용이하게 하는 카본블랙(carbon black) 또는 그라파이트(graphite)가 함유된 전기전도성 물질을 포함하는 전도성 물질층이 형성된 것을 특징으로 하는 복합 호일.
- 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 기능성 구리 호일(16)은 상기 이형층(14)에 전기 증착되고, 그 두께가 5 ㎛인 것을 특징으로 하는 복합 호일.
- 삭제
- 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 캐리어 호일(12)의 두께는 18 내지 150 ㎛이고, 상기 이형층(14)의 두께는 1 ㎛미만이고, 상기 레진 코팅층(18)의 두께는 5 내지 150 ㎛인 것을 특징으로 하는 복합 호일.
- 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 이형층(14)은 크롬을 함유한 층인 것을 특징으로 하는 복합 호일.
- 제17항에 있어서, 상기 이형층은 상기 캐리어 호일의 제거시에 상기 기능성 구리 호일의 정면에 부착된 채 남아 있고, 이때 상기 이형층은 CO2 레이저의 흡수를 용이하게 하는 카본블랙(carbon black) 또는 그라파이트(graphite)가 함유된 전기전도성 물질인 것을 특징으로 하는 복합 호일.
- 삭제
- 삭제
- 제17항에 있어서, 상기 전기전도성 물질은 전기전도성 고분자인 것을 특징으로 하는 복합 호일.
- 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 기능성 구리 호일(16)의 후면에 결합층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 호일.
- 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 기능성 구리 호일(16)의 후면은 패시배이션층(passivation)을 더 포함하고, 상기 패시배이션층이 형성된 기능성 구리 호일은 상기 레진 코팅층(18)과 결합층 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 호일.
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