KR101022902B1

KR101022902B1 - 매립패턴을 갖는 인쇄회로기판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101022902B1
Application number: KR1020080121315A
Authority: KR
Inventors: 이상수; 고영관
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2008-12-02
Filing date: 2008-12-02
Publication date: 2011-03-16
Also published as: KR20100062597A

Abstract

본 발명은 매립패턴을 갖는 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 관한 것이고, 보다 상세하게는 비아홀에 먼저 비아를 형성하고 이후에 순차적으로 회로패턴을 형성하기 때문에 안정적으로 절연재 내부에 매립된 미세한 피치의 회로패턴을 형성할 수 있는 인쇄회로기판의 구조 및 제조방법에 관한 것이다.

매립패턴, 플러깅 잉크, 인쇄회로기판

Description

매립패턴을 갖는 인쇄회로기판 및 그 제조방법{A PRINTED CIRCUIT BOARD COMPRISING A BURRIED-PATTERN AND A METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

전자 산업의 발달에 따라 전자부품의 고기능화, 소형화에 대한 요구가 급증하고 있다. 이러한 추세에 대응하고자 인쇄회로기판 또한 회로 패턴의 고밀도화가 요구되고 있으며, 이에 다양한 미세 회로 패턴 구현 공법이 고안, 제시되어 적용되고 있다.

본 발명은 이러한 미세 회로 패턴(fine circuit pattern) 구현 방법들 중에서 회로패턴이 절연층 내부로 매립되어 회로 패턴의 고밀도화를 구현하는 보다 안정적인 구조 및 제조방법에 관하여 기술하고자 한다.

도 1은 종래기술에 따라 인쇄회로기판을 제조하는 방법을 도시하는 도면이다.

먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 절연층(1)의 양면에 동박(3)이 적층된 양면동박적층판이 제공되면 도 1b에 도시된 바와 같이, CNC 드릴 등을 이용하여 비아홀(5)을 가공한다. 이후 도 1c에 도시된 바와 같이, 비아홀(5) 내벽에 도금층(7)을 형성하고, 도 1d에 도시된 바와 같이, 비아홀(5) 내부에 플러깅 잉크(9)를 충전한 다음, 도 1e에 도시된 바와 같이, 돌출된 플러깅 잉크(9)를 제거한다. 이후, 에칭 레지스트(미도시)를 적층하고 패터닝한 후 노출된 도금층(7) 및 동박(3)을 제거하여 도 1f에 도시된 바와 같은 양면인쇄회로기판을 제조할 수 있다.

이후, 도 1g에 도시된 바와 같이, 추가 빌드업층을 형성하기 위해 양면인쇄회로기판의 상부 및 하부에 추가 절연층(11)을 적층하고, 도 1h에 도시된 바와 같이, 하부 회로층을 노출하는 블라인드 비아홀(13)을 가공한다. 다음, 도 1i에 도시된 바와 같이, 추가 절연층(11)의 표면 및 블라인드 비아홀(13) 내벽에 무전해 도금층(15)을 형성하고, 도 1j에 도시된 바와 같이, 도금레지스트층(17)을 적층하고 패터닝한다. 이후 도 1k에 도시된 바와 같이, 무전해 도금층(15)을 인입선으로한 전해도금을 수행하여 도금 레지스트층(17)에 형성된 개구부에 회로패턴(21) 및 비아(19)를 형성하고, 도 1l에 도시된 바와 같이, 잔류한 도금 레지스트층(17)을 제거하고, 도 1m에 도시된 바와 같이, 플레쉬 에칭을 통해 노출된 무전해 도금층(15)을 제거함으로써 4층 인쇄회로기판을 제조할 수 있다.

상술한 4층 인쇄회로기판의 제조공정에서 초기 양면인쇄회로기판의 회로층을 형성할 때에는 서브트렉티브(subtractive) 공법으로 회로패턴을 형성하는 공정을 서술하였고, 추가 빌드업층은 종래의 SAP(Semi Additive Process) 방식으로 회로층 을 형성하는 공정을 서술하였다.

그러나, 반도체용 기판 등 인쇄회로기판이 미세 회로화 되면서 더 이상 서브트렉티브 공법으로 미세 회로를 형성할 수 없게 되었다. 미세 회로 형성공정으로 개발된 SAP 공법도 이제 거의 한계에 다다르고 있어서 더욱 미세한 회로를 형성하기 위한 대안 공정으로 trench 공법이 유력하게 떠오르고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 회로패턴이 절연층 내부로 매립되어 미세회로의 구현이 가능한 인쇄회로기판의 제조방법 및 구조를 제안한다.

본 발명에 따른 매립패턴을 갖는 인쇄회로기판의 제조방법은, (A) 절연재를 제공하고, 상기 절연재에 비아홀 및 회로패턴 형성용 음각패턴을 형성하는 단계; (B) 상기 비아홀의 내벽에 상기 절연재의 상하면을 전기적으로 도통하는 비아를 형성하고, 상기 비아홀 내부에 플러깅 잉크를 충전하는 단계; 및 (C) 상기 음각패턴에 도전성 금속을 충전하여 회로패턴을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 (A)단계 후 상기 (B)단계가 진행되고, 상기 (B)단계 후 상기 (C)단계가 진행되는 것을 특징으로 하는 매립패턴을 갖는 인쇄회로기판의 제조방법. 순차적으로 진행되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 (A) 단계는, (ⅰ) 절연재를 제공하고 상기 절연재를 관통하는 비아홀을 형성하는 단계; 및 (ⅱ) 레이저를 이용하여 상기 절연재의 외층에 회로패턴 형성용 음각패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 (B) 단계는, (ⅰ) 상기 비아홀의 내벽 및 상기 절연재의 외층에 무전해 도금 및 전해도금을 수행하여 제1 금속층을 형성하는 단계; (ⅱ) 상기 비아홀의 내부에 플러깅 잉크를 충전하는 단계; 및 (ⅲ) 상기 절연재의 외층이 노출되도록 상기 절연재 상부에 형성된 상기 제1 금속층을 제거하는 단계;를 포함하는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 (C) 단계는, (ⅰ) 상기 음각패턴을 포함하는 상기 절연재의 외층에 무전해 도금 및 전해 도금을 수행하여 제2 금속층을 형성하는 단계; 및 (ⅱ) 상기 절연재의 외층이 노출되도록 상기 제2 금속층을 두께방향으로 일부를 제거하는 단계;를 포함하는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 (ⅱ) 단계 이후에, 상기 절연재 외부로 돌출된 상기 플러깅 잉크를 제거하는 단계를 더 포함하는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 (ⅲ) 단계는, 물리적 연마공정, 화학적 에칭공정, 또는 물리적 연마공정과 화학적 에칭공정의 조합에 의해 수행되는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 (ⅱ) 단계는, 물리적 연마공정, 화학적 에칭공정, 또는 물리적 연마공정과 화학적 에칭공정의 조합에 의해 수행되는 것에 있다.

삭제

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따른 매립패턴을 갖는 인쇄회로기판은, 회로패턴 및 비아가 절연층 내부로 매립된 형태이기 때문에 회로패턴의 언더컷 발생이 없고 미세한 피치의 회로패턴을 가진다.

본 발명에 따른 매립패턴을 갖는 인쇄회로기판의 제조방법에 따르면, 비아홀 및 음각패턴을 갖는 절연재에 먼저 비아를 형성하고 이후에 순차적으로 회로패턴을 형성함으로써 도금편차에 의해 발생하는 인쇄회로기판의 불량문제를 해결할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 매립패턴을 갖는 인쇄회로기판 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 첨부된 도면의 전체에 걸쳐, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면부호로 지칭되며, 중 복되는 설명은 생략한다. 본 명세서에서, 상부, 하부 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.

도 2 내지 도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 매립패턴을 갖는 인쇄회로기판의 제조방법을 공정순서대로 도시하는 도면이다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 인쇄회로기판을 제조하기 위한 절연재(100)가 제공된다. 절연재(100)는 인쇄회로기판 제조에 일반적으로 사용되는 절연소재로 이루어지며, 예를 들면 에폭시계 수지로 이루어지는 프리프레그가 될 수 있다. 또는 본 실시예의 절연재(100)는 양면동박적층판의 동박을 제거한 코어에 절연층을 추가 형성한 것이 될 수 있다.

다음, 절연재(100)에 비아홀(110) 및 회로패턴 형성용 음각패턴(130)을 형성하는 단계이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 절연재(100)를 관통하는 비아홀(110)을 형성한다. 절연재(100)를 관통하는 비아홀(110)을 가공하는 방식은 YAG 레이저, CO2 레이저 등의 레이저 드릴을 이용한 방법과 CNC 드릴 등의 기계 드릴을 이용하는 방식이 사용될 수 있다. 본 실시예에서는 CNC 드릴을 이용하여 절연재(100)를 관통하는 비아홀(110)을 형성한다.

이후, 도 4에 도시된 바와 같이, 절연재(100)의 외층에 회로패턴(710; 도 11참조) 형성용 음각패턴(130)을 형성한다. 추후 형성될 회로패턴(710)이 매립될 음 각패턴(130)을 절연재(100)에 형성하는 방식이 다수 공지되어 있으며, 예를 들면 레이저 드릴을 이용한 방식과 임프린팅 방식이 있다. 본 실시예에서는 레이저 드릴을 이용하여 추후 공정에서 회로패턴(710)이 형성될 음각패턴(130)을 절연재(100)의 외층에 형성한다. 이때, 필수적인 것은 아니지만, 추후 형성될 비아와 접하는 회로패턴을 형성하기 위해 비아홀(110)과 접하는 음각패턴(113)을 형성하는 것이 바람직하다.

다음, 비아홀(110)의 내벽에 절연재의 상하면을 전기적으로 도통하는 비아(310)를 형성하고, 상기 비아홀(110) 내부에 플러깅 잉크(500)을 충전하는 단계이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 비아홀(110)의 내벽 및 상기 절연재(100)의 외층에 무전해 도금 및 전해도금을 수행하여 비아홀(110) 내벽에 제1 금속층(300)을 형성한다. 무전해 도금은 전해도금을 수행하기 위한 전처리 공정으로서 비아홀(110)의 내벽에 전해도금이 수행될 수 있도록 무전해 도금층을 형성한다. 이후 무전해 도금층을 인입선으로 전해도금을 수행함으로써 비아홀(110) 내벽에 제1 금속층(300)을 형성할 수 있다.

이후, 도 6에 도시된 바와 같이, 비아홀(110)의 내부에 플러깅 잉크(500)를 충전한다. 플러깅 잉크(500)(Plugging ink)는 절연성 잉크 재질의 플러깅 잉크를 사용하는 것이 일반적이나, 전도성 금속 분말이 함유된 도전성 페이스트를 사용하는 것도 가능하다.

이후, 도 7에 도시된 바와 같이, 절연재(100) 외부로 돌출된 플러깅 잉 크(500)를 제거한다. 본 공정은 플러깅 잉크(500)가 절연재(100) 외부로 돌출된 경우에만 수행되는 선택적인 공정이며, 연마용 브러쉬 또는 버프(Buff)를 사용한 연마공정으로 절연재(100) 외부로 돌출된 플러깅 잉크(500)를 제거하여 평탄화한다.

이후, 도 8에 도시된 바와 같이, 절연재(100)의 외층이 노출되도록 절연재(100) 상부에 형성된 제1 금속층(300)을 제거한다. 상술한 공정에서 연마용 브러쉬 또는 버프를 사용한 물리적 연마공정으로 돌출한 플러깅 잉크(500)를 제거할 때 플러깅 잉크(500)와 제1 금속층(300)을 함께 제거할 수 있다.

또는, 플러깅 잉크(500)의 물리적 연마공정 이후에 화학적 에칭공정을 수행하여 절연재(100) 상부에 형성된 제1 금속층(300)을 제거하는 것도 가능하고, 물리적 연마공정으로 제1 금속층(300)의 두께 일부를 제거하고 나머지 제1 금속층(300)은 화학적 에칭공정으로 제거하는 것도 가능하다. 이때, 절연재(100)에 형성된 음각패턴(130)에는 일부 제1 금속층(300)이 남아있게 될 수 있는데 이는 본 발명을 실시하는데 아무런 장애가 되지 않는다.

상술한 공정에 의해 절연재(100)에 형성된 비아홀(110)의 내벽에 절연재(100)의 상하면을 전기적으로 도통하는 비아(310)를 형성할 수 있다.

다음, 음각패턴(130)에 도전성 금속을 충전하여 회로패턴(710)을 형성하는 단계이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 음각패턴(130)을 포함하는 절연재(100)의 외층에 무전해 도금 및 전해 도금을 수행하여 도전성 금속으로 이루어진 제2 금속층(700)을 형성한다. 이때 절연재(100)의 외층에 형성된 음각패턴(130) 내부가 제2 금속 층(700)으로 충전되게 되며, 절연재(100) 상부에 균일한 두께의 제2 금속층(700)이 형성된다.

이와 같이, 제1 금속층(300)을 제거한 이후에 다시 제2 금속층(700)을 형성하는 이유는 다음과 같다.

제1 금속층(300)은 절연재(100)에 비아홀(110)과 음각패턴(130)이 동시에 존재하는 상태에서 무전해 및 전해 도금공정을 수행하여 형성되는데, 이때 비아홀(110)은 음각패턴(130)에 비해 내부공간이 크고 깊기 때문에 제1 절연재(100)의 상부에 형성되는 제1 금속층(300)은 도금 두께의 편차를 갖게 된다. 절연재(100)에 형성된 음각패턴(130)에 금속을 충전하여 매립패턴을 형성하기 위해서는 절연재(100) 상부에 형성된 금속층의 두께가 일정할 것이 필수적으로 요구되는데 제1 금속층(300)은 이러한 요구를 충족하지 못한다. 따라서, 두께 편차가 발생한 제1 금속층(300)을 제거한 후 균일한 두께를 갖는 제2 금속층(700)을 형성하는 공정을 재차 수행하는 것이다. 제2 금속층(700)을 형성하는 도금공정 상에서 절연재(100)의 비아홀(110) 부분이 이미 플러깅 잉크(500)로 매립된 상태이기 때문에, 즉, 도금층을 형성하기에 바람직한 정도로 절연재(100) 외층에 평탄화가 이루어진 상태이기 때문에 균일한 두께의 제2 금속층(700)을 형성하는 것이 가능하다.

다음, 절연재(100)의 외층이 노출되도록 상기 제2 무전해 도금층 및 상기 제2 무전해 도금층을 두께방향으로 일부를 제거한다. 제1 금속층(300)을 제거하는 단계와 유사하게 제2 금속층(700)을 제거하는 단계 역시 물리적 연마방식, 화학적 에 칭 방식 또는 이들 방식을 조합한 방식으로 수행될 수 있다. 본 실시예에서는 예시적으로 물리적 연마방식과 화학적 에칭방식을 조합한 방식으로 제2 금속층(700)의 일부를 두께 방향으로 제거하는 공정에 대해 서술한다.

먼저, 도 10에 도시된 바와 같이, 연마용 브러쉬 또는 버프를 사용한 물리적 연마공정으로 제2 금속층(700)의 일부를 두께방향으로 제거한다.

이후, 도 11에 도시된 바와 같이, 화학적 에칭공정을 수행하여 절연재(100)의 외층이 노출되도록하며 본 공정에 의해 절연재(100) 상부에 상호 절연되는 회로패턴(710)이 형성되게 된다.

본 실시예에서는 명료한 서술을 위해 편의상 절연재(100)의 일면에만 회로패턴(710)을 형성하는 공정을 예로 들어 설명하였지만, 본 실시예의 공정순서에 따라 절연재(100)의 하면에도 동시에 회로패턴(710)을 형성하는 것이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같은 매립패턴을 갖는 인쇄회로기판의 제조방법에 따르면, 비아홀(110) 및 음각패턴(130)을 갖는 절연재(100)에 먼저 비아(310)를 형성하고 이후에 회로패턴(710)을 순차적으로 형성함으로써 도금편차에 의해 발생하는 인쇄회로기판의 불량문제를 해결할 수 있다.

이하, 도 11을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 매립패턴을 갖는 인쇄회로기판의 구조에 대해 서술한다.

도 11에 나타낸 바와 같이, 본 실시예는 절연재(100)의 상에 형성된 회로패턴(710) 및 절연재(100)의 상하면을 전기적으로 도통하는 비아(310)를 포함하는 인쇄회로기판에 관한 것이고, 본 실시예에 따른 매립패턴을 갖는 인쇄회로기판은 절연재(100)를 관통하는 비아홀 내벽에 형성된 무전해 도금층 및 전해 도금층으로 이루어진 비아(310) 및 비아홀 내부를 충전하는 플러깅 잉크(500)를 포함하는 구성이다.

이때, 절연재(100)의 두께방향 중심선을 기준으로한 회로패턴(710)의 노출면의 높이는 절연재(100)의 표면 높이와 동일하거나 또는 낮다.

상술한 바와 같은 본 실시예에 따른 매립패턴을 갖는 인쇄회로기판은, 회로패턴 및 비아가 절연층 내부로 매립된 형태이기 때문에 회로패턴의 언더컷 발생이 없고 미세한 피치의 회로패턴을 가진다.

한편 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

< 도면의 주요 부호에 대한 설명 >

100 절연재 110 비아홀

130 음각패턴 300 제1 금속층

500 플러깅 잉크 700 제2 금속층

710 회로패턴

Claims

(A) 절연재를 제공하고, 상기 절연재에 비아홀 및 회로패턴 형성용 음각패턴을 형성하는 단계;

(B) 상기 비아홀의 내벽에 상기 절연재의 상하면을 전기적으로 도통하는 비아를 형성하고, 상기 비아홀 내부에 플러깅 잉크를 충전하는 단계; 및

(C) 상기 음각패턴에 도전성 금속을 충전하여 회로패턴을 형성하는 단계;

를 포함하고, 상기 (A)단계 후 상기 (B)단계가 진행되고, 상기 (B)단계 후 상기 (C)단계가 진행되는 것을 특징으로 하는 매립패턴을 갖는 인쇄회로기판의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 (A) 단계는,

(ⅰ) 절연재를 제공하고 상기 절연재를 관통하는 비아홀을 형성하는 단계; 및

(ⅱ) 레이저를 이용하여 상기 절연재의 외층에 회로패턴 형성용 음각패턴을 형성하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 매립패턴을 갖는 인쇄회로기판의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 (B) 단계는,

(ⅰ) 상기 비아홀의 내벽 및 상기 절연재의 외층에 무전해 도금 및 전해도금을 수행하여 제1 금속층을 형성하는 단계;

(ⅱ) 상기 비아홀의 내부에 플러깅 잉크를 충전하는 단계; 및

(ⅲ) 상기 절연재의 외층이 노출되도록 상기 절연재 상부에 형성된 상기 제1 금속층을 제거하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 매립패턴을 갖는 인쇄회로기판의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 (C) 단계는,

(ⅰ) 상기 음각패턴을 포함하는 상기 절연재의 외층에 무전해 도금 및 전해 도금을 수행하여 제2 금속층을 형성하는 단계; 및

(ⅱ) 상기 절연재의 외층이 노출되도록 상기 제2 금속층을 두께방향으로 일부를 제거하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 매립패턴을 갖는 인쇄회로기판의 제조방법.
제3항에 있어서,

상기 (ⅱ) 단계 이후에,

상기 절연재 외부로 돌출된 상기 플러깅 잉크를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 매립패턴을 갖는 인쇄회로기판의 제조방법.
제3항에 있어서,

상기 (ⅲ) 단계는, 물리적 연마공정, 화학적 에칭공정, 또는 물리적 연마공정과 화학적 에칭공정의 조합에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 매립패턴을 갖는 인쇄회로기판의 제조방법.
제4항에 있어서,

상기 (ⅱ) 단계는, 물리적 연마공정, 화학적 에칭공정, 또는 물리적 연마공정과 화학적 에칭공정의 조합에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 매립패턴을 갖는 인쇄회로기판의 제조방법.
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