KR101086839B1 - 소자 매립형 인쇄회로기판과 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소자 매립형 인쇄회로기판의 구조 및 그 제조방법에 관한 것으로,구체적으로는 (a) 기판상에 제 1전극 패드를 형성하는 단계; (b) 상기 제 1전극 패드 사이에 소자 고정물질을 형성하는 단계; (c) 상기 제 1전극 패드상에 제 1소자를 고정시키는 단계; (d) 상기 기판상에 절연층과 금속층을 적층하고 표층부에 제 2전극 패드와 회로패턴을 형성하는 단계; 를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 인쇄회로기판 내부에 소자 매립시 전극 패드 사이에 고분자 계열의 수지 성분이나 이의 유,무기 복합체를 고정시킴으로서 소자의 정합력을 향상시키고, 표면 실장시 열을 가하여 소자를 고정하는 공정에 있어 솔더가 재용융되어 흐를때 양전극 사이로 흐르지 않도록 차단시키는 효과가 있다.
리플로우(Reflow), 디플럭스(Deflux)

Description

소자 매립형 인쇄회로기판과 그 제조방법{PRINTED CIRCUIT BOARD BURIED DEVICE AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 소자가 매립되는 구조의 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
첨단기술이 발달함에 따라 인쇄회로기판의 소형화, 고밀도화가 요구되고 있는데, 종래 인쇄회로기판의 표면에 실장되어 있던 각종의 부품들이 기판 내부에 매립되는 인쇄회로기판에 관한 기술이 발달하고 있다. 이러한 매립형 인쇄회로기판에 의해 표면 실장부의 소 스페이스(Space)화나 고밀도화에 대응할 수 있게 된다.
도 1은 종래의 소자 매립형 인쇄회로기판의 제조방법의 구체적인 공정예를 도시한 것이다.
구체적으로는, (a) 양면 동박적층판(P)의 편면에만 소자를 실장하기 위한 실장패드(31)와 회로패턴이 형성되어 있고, 상기 실장 패드(31)에는 솔더 페이스트(41)가 도포되어 리플로우(Reflow) 가열을 행하여 소자(10)를 고정시킨다. 상기 동박적층판(P) 상부에는 절연층(21)과 금속층(22)을 적층할 준비를 한다.
(b) 상기 절연층(21)과 금속층(22)을 가열, 가압으로 순차적으로 적층한 후, (c) 금속층(22)의 표면을 노광, 현상, 에칭의 공정을 통하여 실장 패드(32)와 회로패턴을 형성한다. 이 경우 쓰루홀(Through hole)(25) 및 접속 비아(Via)(26)를 함께 형성할 수 있다.
그 후, (d) 상기 (c)단계에서 형성된 실장 패드(32)상에 솔더 페이스트(42)를 도포하고 리플로우 가열을 통하여 소자(20)를 고정시켜 소자 매립형 인쇄회로기판을 얻는다.
그러나 이러한 공정에서 인쇄회로기판에 매립된 소자와 기판 표면에 실장되는 소자의 크기는 상이한 특수한 소자이어야 하고 소자 매립후 표면 실장시에 열을 가하여 소자를 고정할 때 솔더가 재용융이 발생되어 내부 전극 소자의 전극간 쇼트가 생기는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 소자 매립형 인쇄회로기판에 있어서 특수 제작된 전극 소자나 솔더 물질을 사용하지 않고 기존에 널리 사용되는 일반 소자와 솔더를 기반으로 추가적인 고분자 계열의 수지 성분을 적용하여 소자의 정합력을 향상시키고 패키지의 환경이나 수명 평가시 적용되는 신뢰성을 확보하기 위한 것이다.
아울러, 고분자 계열의 수지 성분을 전극 패드 사이에 고정함으로써 표면 실장시 리플로우 가열에 의해 사용된 솔더가 재용융됨으로써 양 전극 사이로 유입되어 전극간 쇼트가 발생하는 것을 차단하기 위한 인쇄회로기판 및 그 제조방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 제공되는 본 발명의 구성은 (a) 기판상에 제 1전극 패드를 형성하는 단계; (b) 상기 제 1전극 패드 사이에 소자 고정물질을 형성하는 단계; (c) 상기 제 1전극 패드상에 제 1소자를 고정시키는 단계; (d) 상기 기판상에 절연층과 금속층을 적층하고 표층부에 제 2전극 패드와 회로패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 소자 매립형 인쇄회로기판의 제조방법을 제공하여 표면 실장시 열에 의한 솔더가 재용융되어 전극간 쇼트가 발생하는 것을 차단할 수 있게 된다.
특히, 상술한 제조공정에서의 상기 (a)단계의 기판은, 금속층이거나, 절연층 과 금속층이 순차적으로 적층되었거나, 금속층, 절연층, 금속층이 순차적으로 적층된것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 (b)단계의 고정물질은, 고분자 수지계열 또는 이의 유,무기 복합체 중 어느 하나로 구성된 것을 특징으로 하여 동일한 역할을 하는 다양한 형태의 고분자 수지 계열을 사용함으로써 공정 자유도를 향상시킬 수 있게 된다.
아울러, 상기 (c)단계는, (c-1) 상기 제 1전극 패드상에 솔더 페이스트를 인쇄하는 단계; (c-2) 상기 제 1소자를 상기 제 1전극 패드상에 위치시키는 단계; (c-3) 상기 인쇄된 솔더 페이스트에 리플로우(Reflow) 가열하여 상기 제 1전극 패드상에 제 1소자를 고정시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 상기 (c-3)단계 이후에, (c-4) 플럭스를 제거하는 디플럭스(Deflux) 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소자 매립형 인쇄회로기판의 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 (d)단계 이후에, (e) 상기 제 2전극 패드상에 제 2소자를 고정하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 (e)단계는, (e-1) 상기 제 2전극 패드상에 솔더 페이스트를 인쇄하는 단계; (e-2) 상기 제 2소자를 제 2전극 패드상에 위치시키는 단계; (e-3) 상기 인쇄된 솔더 페이스트에 리플로우(Reflow) 가열하여 제 2전극 패드상에 제 2소자를 고정시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 나아가 상기 (e-3)단계 이후에, (e-4) 플럭스를 제거하는 디플럭스(Deflux) 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하여 제 2소자를 인쇄회로기판의 표층부에 고정할 수 있게 된다.
또한, 소자가 매립된 인쇄회로기판에 있어서, 상기 인쇄회로기판의 내층부에 형성된 제 1전극 패드; 상기 상기 제 1전극 패드 사이에 형성된 소자 고정물질; 상기 제 1전극 패드상에 인쇄된 솔더 페이스트를 리플로우하여 고정시킨 제 1소자; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 소자 매립형 인쇄회로기판을 제공하여 소자 실장시 셀프 얼라인먼트(self alignment)기능을 부여하여 정합도를 향상시킬 수 있게 한다.
특히, 상기 고정 물질은, 고분자 수지계열 또는 이의 유기, 무기 복합체 중 어느 하나로 구성된 것을 특징으로 하여 공정 자유도를 향상시킬 수 있으며, 상기 인쇄회로기판의 표층부는, 제 2전극 패드가 형성되고 상기 제 2전극 패드상에 인쇄된 솔더 페이스트를 리플로우(Reflow)하여 제 2소자를 고정시키는 것을 특징으로 하는 소자 매립형 인쇄회로기판을 제공하여 신뢰성을 확보할 수 있게 한다.
본 발명에 따르면, 인쇄회로기판 내부에 소자를 매립함에 있어, 전극 패드사이에 고분자 수지계열 또는 이의 유,무기 복합체를 고정함으로써 이후의 표면 실장 공정에서 솔더가 재용융되어 흐를때 양 전극 사이로 흐르지 않도록 차단시키며 소자 실장시 셀프 얼라인먼트(self alignment) 기능을 부여하여 정합도를 향상시킬 수 있는 효과를 가지게 된다.
아울러, 일반 상용소자 및 솔더를 사용할 수 있어 특수소자 및 솔더에 대한 재료비를 최소화할 수 있으며 기존의 표면실장 기술 및 인쇄회로기판 기술을 사용할 수 있을 뿐만 아니라 동일한 역할을 하는 다양한 형태의 고분자 수지 계열을 사 용함으로써 공정 자유도를 향상시킬 수 있는 효과를 가지게 된다.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 구체적인 제조공정에 대한 순서도 및 공정도를 도시한 것이다. 다만, 도 2는 소자 매립형 인쇄회로기판의 제조공정 중 소자를 전극 패드에 실장한 후 절연층을 적층할 때 까지 단계의 순서도만을 도시하였다.
본 발명은 (a) 기판상에 제 1전극 패드를 형성하는 단계; (b) 상기 제 1전극 패드 사이에 소자 고정물질을 형성하는 단계; (c) 상기 제 1전극 패드상에 제 1소자를 고정시키는 단계; (d) 상기 기판상에 절연층과 금속층을 적층하고 표층부에 제 2전극 패드와 회로패턴을 형성하는 단계; 를 포함하는 소자 매립형 인쇄회로기판의 제조방법을 요지로 하는 것으로, 인쇄회로기판 제조공정시 열에 의한 솔더 녹음에 따른 전극 쇼트를 방지하고 추가적인 고분자 계열의 수지 성분을 적용하여 소자의 정합력을 향상시켜 신뢰성을 확보할 수 있는 인쇄회로기판을 제공하는 것을 그 핵심으로 한다.
구체적으로 도면을 참조하여 공정을 살펴보면, a) 단계에서는 기판(110)상에 소자(150)를 실장하기 위한 전극 패드(120)를 형성한다. 상기 기판(110)은 금속층만으로 구성되어 있거나, 절연층과 금속층 또는 금속층, 절연층, 금속층이 순차적으로 적층되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우 상기 기판(110)상에 는 전극 패드(120)뿐 만이 아니라 회로패턴이 형성되어 있을 수 있다.(S 1단계)
b) 단계에서는 상기 전극 패드(120)와 동일 평면상에 소자 고정물질(130)을 고정하되 그 위치는 상기 전극 패드(120) 사이에 고정하는 것이 바람직하다(S 2단계). 상기 소자 고정물질(130)은 고분자 수지계열 또는 이의 유,무기 복합체로 이루어지는 것이 바람직한데, 상기 고정물질(130)로 인해 후의 표면 실장 공정시 솔더가 재용융되어 양 전극 사이로 흘러 전극 쇼트가 발생하는 것을 차단시키게 되며, 다양한 형태의 고분자 수지 계열을 사용함으로써 공정의 자유도를 향상시킬 수 있게 한다.
c) 단계에서는 상기 전극 패드(120)상에 솔더 페이스트(140)를 인쇄한 후(S 3단계) d) 단계에서는 소자(150)를 상기 전극 패드(120)상에 실장할 수 있다.(S 4단계) 이 경우 상기 소자(150) 실장시에는 상기 c) 단계에서 도포한 솔더 페이스트(140)에 열을 가하는 리플로우(Reflow) 공정을 수행하는 것이 바람직하다.(S 5단계) 이는 전극 패드(120)상에 인쇄된 솔더 페이스트(140)에 열처리를 통하여 가열, 용융시킴으로써 상기 소자(150)를 전극 패드(120)상에 고정시키기 위한 공정이다. 이때 솔더의 자동정렬기능(Self alignment)에 의해 전극 패드(120)와 소자(150)가 고정된다. 또한 상기 소자 고정물질(130)에 의해 상기 리플로우 공정후 플럭스를 제거하는 디플럭스(Deflux) 공정을 수행한다(S 6단계). 솔더 페이스트 면이 직접 대기에 닿으면 산화하거나 대기 속의 수분과 반응하여 수소를 흡수하여 접합에 방해가 되는 경우가 발생할 수 있으므로, 대기와 직접 닿는 것을 방해할 목적으로 솔더 페이스트 표면에 용해한 염류에 의한 얇은 층을 형성할 수 있는데, 이 때 사용하는 염류가 플럭스이다. 즉, 플럭스란 솔더링 등을 이용하여 금속을 접합할 때에 접착 면의 산화를 방지하여 접합이 완전하게 되도록 사용되는 수지등을 말한다. 그런데, 이러한 플럭스가 공기 중 수분과 접하게 되면, 백색을 띄며 접합부위를 부식시키는 경우도 있다. 또한, 솔더 페이스트에 함유된 플럭스의 고형 성분이 흘러 부품의 접촉면을 오염시킬 수도 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 별도의 세척을 수행하거나, 접촉부분을 플럭스 제거제 등으로 닦아내는 것과 같은 디플럭스 공정을 수행할 수 있는 것이다.
다음으로 e) 단계에서는 상기 소자(150)가 실장된 기판(110)상에 절연층(160)과 금속층(210)을 순차적으로 적층한다.(S 7단계) 이 경우 상기 절연층(160)과 금속층(210)은 가열, 가압을 가하여 적층하는 것이 바람직하다.
이후 f) 단계에서는 상기 적층한 금속층(210)을 통해 회로패턴(260)과 전극 패드(220)를 형성하고 소자(250)를 패드(220)상에 실장하여 소자 매립형 인쇄회로기판을 제공할 수 있다. 이 경우, 기판 표층부의 패드(220)상에 인쇄된 솔더 페이스트(230)를 리플로우 가열하여 소자(250)를 패드(220)상에 실장하게 되는데, 상기 리플로우 공정시 인쇄회로기판 내부에 매립된 소자(150) 고정시에 사용되었던 솔더 가 재용융될 수 있는데 상기 b) 단계에서 고정한 고분자 계열 수지등(130)에 의해 전극 사이로 녹은 솔더가 흐르는 것을 차단시킬 수 있게 된다. 따라서 양 전극간 쇼트발생을 방지 할 수 있어 신뢰성을 확보할 수 있게 된다.
상기 도 3은 인쇄회로기판의 단면 중 소자와 전극 패드를 중점으로 도시한 단면도이다. 따라서, a) 단계의 기판(110)상에 회로패턴이 형성되어 있을 수 있고, 상기 기판(110)은 양면 동박적층판으로서 양쪽 면에 회로패턴이 형성되어 있을 수 있으며, 일반적인 공정으로 쓰루홀과 층간 접속 비아 등을 형성할 수 있다. 또한, 본 발명은 단층 뿐 아니라 다층기판에서도 동일한 공정을 적용하여 소자 매립형 인쇄회로기판과 그 제조방법을 제공할 수 있다. 다만, 매립된 전극 패드 사이에는 상기 b)단계에서와 같이 고분자 수지 계열등의 소자 고정물질이 존재하여야 열에 의해 사용된 솔더가 재용융되더라도 전극간 쇼트를 방지할 수 있다.
이상 도면과 명세서에서 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 소자 매립형 인쇄회로기판의 제조 공정도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시 형태에 따른 소자 매립형 인쇄회로기판 제조방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시 형태에 따른 소자 매립형 인쇄회로기판의 제조 공정도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>
110: 기판 120, 220: 전극 패드
130: 소자 고정물질 140, 230: 솔더 페이스트
150, 250: 소자 160: 절연층
210: 금속층 260: 회로패턴

Claims (11)

  1. (a) 기판상에 제 1전극 패드를 형성하는 단계;
    (b) 상기 제 1전극 패드 사이에 소자 고정물질을 형성하는 단계;
    (c) 상기 제 1전극 패드상에 솔더 페이스트를 인쇄하는 단계;
    (d) 상기 제 1소자를 상기 제 1전극 패드상에 위치시키는 단계;
    (e) 상기 인쇄된 솔더 페이스트에 리플로우(Reflow) 가열하여 상기 제 1전극 패드상에 제 1소자를 고정시키는 단계;
    (f) 상기 기판상에 절연층과 금속층을 적층하고 표층부에 제 2전극 패드와 회로패턴을 형성하는 단계;
    를 포함하는 소자 매립형 인쇄회로기판의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 (a)단계의 기판은,
    금속층이거나,
    절연층과 금속층이 순차적으로 적층되었거나,
    금속층, 절연층, 금속층이 순차적으로 적층된것을 특징으로 하는 소자 매립형 인쇄회로기판의 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 (b)단계의 고정물질은,
    고분자 수지계열 또는 이의 유,무기 복합체 중 어느 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 소자 매립형 인쇄회로기판의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1소자를 고정하는 단계 이후에,
    플럭스를 제거하는 디플럭스(Deflux) 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소자 매립형 인쇄회로기판의 제조방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 3 및 청구항 5 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 (f)단계 이후에,
    (g) 상기 제 2전극 패드상에 제 2소자를 고정하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소자 매립형 인쇄회로기판의 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 (g)단계는,
    (g-1) 상기 제 2전극 패드상에 솔더 페이스트를 인쇄하는 단계;
    (g-2) 상기 제 2소자를 제 2전극 패드상에 위치시키는 단계;
    (g-3) 상기 인쇄된 솔더 페이스트에 리플로우(Reflow) 가열하여 제 2전극 패드상에 제 2소자를 고정시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 소자 매립형 인쇄회로기판의 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 (g-3)단계 이후에,
    (g-4) 플럭스를 제거하는 디플럭스(Deflux) 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소자 매립형 인쇄회로기판의 제조방법.
  9. 소자가 매립된 인쇄회로기판에 있어서,
    상기 인쇄회로기판의 내층부에 형성된 제 1전극 패드;
    상기 제 1전극 패드상에 인쇄된 솔더 페이스트를 리플로우하여 고정시킨 제 1소자;
    상기 리플로우 처리 이전에 상기 제 1전극 패드 사이에 형성된 소자 고정물질;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 소자 매립형 인쇄회로기판.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 고정 물질은,
    고분자 수지계열 또는 이의 유, 무기 복합체 중 어느 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 소자 매립형 인쇄회로기판.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 인쇄회로기판의 표층부는,
    제 2전극 패드가 형성되고 상기 제 2전극 패드상에 인쇄된 솔더 페이스트를 리플로우(Reflow)하여 제 2소자를 고정시키는 것을 특징으로 하는 소자 매립형 인쇄회로기판.
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