KR101097087B1 - 미세 피치의 솔더 온 패드 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인쇄회로기판의 동박 회로 피치를 수십 마이크로미터 수준으로 만들기 위한 솔더 온 패드 제조 공법에 관한 것으로, 본원 발명은 금속 솔더 범프를 인쇄회로기판의 외층에 형성하는 기술을 개시한다.

본 발명은 박피 가능 캐리어(peelable carrier)에 전기동도금 트렌치를 생성하고, 전기동도금 트렌치에 솔더도금을 충진하여 형성하고 표면연마를 진행함으로써 종래기술과 달리 전해 동도금을 위한 스퍼터 공정을 생략할 수 있으며, 양각 드라이필름(D/F)을 활용하여 전기동도금 트렌치에 솔더도금을 충진함으로써 솔더의 형상을 정의하므로 수십 마이크로미터의 미세 피치 길이라도 이를 정확히 제어할 수 있다. 본 발명은 최종적으로 캐리어를 벗겨내어 제거한 후 동 도금을 에칭 제거함으로써 솔더 범프를 드러내도록 한다.

인쇄회로기판, PCB, 트렌치, 솔더, 솔더 온 패드, 미세 패턴.

Description

미세 피치의 솔더 온 패드 형성 방법{METHOD OF FABRICATING A SOLDER ON PAD FOR FINE-PITCH PRINTED CIRCUIT BOARD}

본 발명은 인쇄회로기판에 동박 회로의 피치를 수십 마이크로미터 수준으로 만들기 위한 초미세 피치 길이의 솔더 온 패드(SOP; Solder on Pad) 공법에 관한 것으로, 본원 발명은 금속 솔더 범프를 인쇄회로기판의 외층에 형성하는 기술에 관한 것이다.

본 발명은 인쇄회로기판에 동박 회로의 피치를 수십 마이크로미터 내지 백오십 마이크로미터 이하 수준으로 만들기 위한 공법에 관한 것으로, 기존의 도금에 의한 솔더 온 패드 공법이 스퍼터(Sputter) 장비와 같은 고가의 장비를 필요로 하는 프로세스를 거쳤던 점에 비하여, 본원 발명은 고가의 스퍼터 장비 또는 코이닝(coining) 장비를 사용하지 않음에도 불구하고 종래기술이 지녔던 솔더도금의 편차로 인한 피치(pitch) 길이의 불균일성 문제를 해결하는 혁신적 기술을 제공한다.

최근 들어 휴대폰, 노트북 등 휴대용 단말의 두께가 수 밀리미터 수준으로 얇아지는 등, 전자 기기가 소형화되고 슬림화되어 감에 따라, 인쇄회로기판의 동박 회로 패턴을 미세화하는 기술이 요구되고 있다.

일반적으로 인쇄회로기판에 솔더 온 패드(SOP)를 형성하는 과정은 다음과 같다. 도1a 내지 도1i는 종래기술에 따라 솔더를 패드 위에 형성하는 방법을 나타낸 도면이다. 도1a와 도1b를 참조하면, 동박(20)과 절연층(10)으로 다층 회로가 형성된 기판에 대해 메탈 스퍼터(sputter) 공정을 진행하여 기판 표면에 메탈 씨드(metal seed; 30)를 형성한다.

이어서, 도1c에서와 같이 드라이필름(D/F; 40)을 기판 표면에 밀착하고 선정된 회로 패턴에 따라 노광/현상/식각 공정을 진행하여 기판 표면에 스퍼터 증착된 메탈 씨드(30) 중 솔더도금(50)을 원하는 부위 영역을 노출한다. 이어서, 전해 동도금 공정을 진행하면 도1d에서와 같이, 드라이필름(40)이 피복되지 않은 노출된 부위에만 솔더도금(50)이 형성된다.

한편, 솔더도금(50)을 원하는 부위에 대해 완성하고 나면, 도1e에서와 같이 드라이필름을 박리하여 제거하고, 표면에 남아 있는 스퍼터 메탈 씨드(30)를 에칭하여 제거한다(도1f). 이어서, 리플로우(reflow) 공정을 진행하여 솔더도금(50)의 표면을 동그랗게 만들어 볼 형태의 솔더(50')를 형성한다. 그리고 나면, 도1h 공정 단계에서 윤활제를 도포한 금속판으로 리플로우 공정을 거친 솔더(50')를 살짝 내리누름으로써 솔더의 상부 표면을 약간 평탄하게 하여 각각의 패드 위에 형성된 솔더의 높낮이를 균일하게 하는 코이닝(coining) 공정을 진행한다.

그런데, 종래기술은 도1b에 도시한 바와 같이 기판 표면에 전해 동도금을 위한 메탈 씨드를 형성하기 위하여 스퍼터 공정을 진행하는데, 이 단계에서 고가의 스퍼터 장비와 타겟이 필요하므로 인쇄회로기판의 제조공정 단가를 상승하게 하는 요인이 되고 있다. 더욱이, 도1d에 나타낸 대로, 전해 동도금을 진행하여 형성한 솔더의 크기 및 형상에 구조적으로 편차가 있을 수 있으므로 피치를 제어하는데 어려움이 있다.

더욱이, 종래기술의 경우 도1h에서와 같이 제작한 솔더 볼의 높낮이를 균일하게 하기 위하여 코이닝 공정(coining process; 윤활유를 도포한 판을 살짝 내리 눌러 솔더의 높이를 균일하게 하는 공정)을 진행하게 되는데, 코이닝 프로세스 역시 고가의 비용이 들어가게 되므로 생산 원가를 증가시키는 요인이 된다.

따라서, 본 발명의 제1 목적은 동박 회로의 피치 길이를 미세 패턴으로 균일하게 제어할 수 있는 솔더 온 패드(SOP) 제조 공법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 제2 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 솔더 볼의 크기 편차로 인한 피치 제어의 어려움을 해결한 솔더 온 패드(SOP) 제조 공법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 제3 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 전해 동도금을 위한 스퍼터 공정 또는 솔더 볼의 높낮이 편차 제어를 위한 코이닝 프로세스를 생략할 수 있는 솔더 온 패드(SOP) 제조 공법을 제공하는 데 있다.

본 발명은 박피 가능 캐리어(peelable carrier)에 전기동도금 트렌치를 생성하고, 전기동도금 트렌치에 솔더도금을 충진하여 형성하고 표면연마를 진행함으로써 종래기술과 달리 전해 동도금을 위한 스퍼터 공정을 생략할 수 있으며, 양각 드라이필름(D/F)을 활용하여 전기동도금 트렌치에 솔더도금을 충진함으로써 솔더의 형상을 정의하므로 수십 마이크로미터의 미세 피치 길이라도 이를 정확히 제어할 수 있다. 본 발명은 최종적으로 캐리어를 벗겨내어 제거한 후 동 도금을 에칭 제거함으로써 솔더 범프를 드러내도록 한다.

본 발명은 박피 가능 캐리어(peelable carrier)를 활용함으로써 전해 동도금을 위한 스퍼터 공정을 생략할 수 있으며, 양각 드라이필름(D/F)을 활용하여 솔더의 형상을 정의하므로 피치 길이를 정확히 제어할 수 있다. 또한, 본 발명은 동도금 범프를 제작하여 솔더를 형성하므로 솔더의 높이를 일정하게 유지할 수 있다.

본 발명은 드라이필름으로 정의된 트렌치에 솔더도금을 실시하여 솔더를 형성하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명은 표면 연마 공정을 통하여 솔더를 일정한 높이를 지니도록 제어할 수 있다. 본 발명은 캐리어를 벗겨내어 제거한 후 동 도금을 에칭 제거함으로써 솔더 범프를 드러내도록 한다.

본 발명은 메탈 솔더 범프를 인쇄회로기판 외층에 형성하게 되므로, 고가의 스퍼터 장비와 구리 타겟이 없이도 기존의 동박 포일을 사용하여 통전 및 전해 솔더도금을 실시할 수 있다. 본 발명은 전해 솔더도금의 구조적 편차를 표면 연마를 통해 해결한다. 본 발명은 각각의 패드에 대해 동박 층의 높이와 동일한 높이 형성이 가능하므로 고가의 코이닝 공정이 필요 없다. 또한, 본 발명은 솔더의 크기 및 형상이 모든 패드에 대해 동일하므로, 피치 크기를 미세화함에 인접 솔더 사이에 단락의 위험이 감소하게 되므로 피치 크기를 미세화하는 것이 가능하게 된다.

삭제

인쇄회로기판을 제조하는 방법에 있어서, (a) 제1 절연층으로부터 제1 동박을 벗겨낼 수 있도록, 제1 동박/제1 절연층/제1 동박으로 구성한 박피 가능 캐리어(peelable carrier)의 제1 동박 표면에, 선정된 패턴에 따라 패턴 형성한 드라이필름을 형성함으로써 상기 제1 동박 표면을 선택적으로 노출하는 단계; (b) 전기동도금을 수행하여 상기 제1 동박의 노출표면 위에 범프 형태의 전기동도금층을 성장하고 상기 드라이필름을 박리 제거함으로써, 노출된 전기동도금층의 측벽과 노출된 제1 동박의 표면은 트렌치를 형성하는 단계; (c) 상기 제1 동박의 표면과 상기 전기동도금층의 측벽이 노출되도록 상기 전기동도금층 표면에 드라이필름을 선택적으로 도포하고, 솔더도금을 실시하여 트렌치 내부를 솔더도금으로 충진한 후 상기 드라이필름을 제거하는 단계; (d) 상기 단계 (c) 결과 구조물의 표면을 평탄 연마하여 상기 트렌치를 충진한 솔더도금과 상기 전기동도금층의 높이를 동일하게 하는 단계; (e) 상기 단계 (d) 결과 노출된 전기동도금층 표면에 솔더 마스크를 형성하고, 도금을 진행해서 노출된 솔더도금 표면에 제1 패드를 형성하는 단계; (f) 상기 단계 (e) 결과 구조물 표면에 제2 절연층과 제2 동박을 적층하고 홀 가공 및 도금 공정을 진행하여 외층 동박 회로를 형성하는 단계; (g) 상기 단계 (f) 결과 구조물의 외층 동박 회로 표면에 선택적으로 솔더레지스트를 도포함으로써 제2 패드의 표면을 노출하고, 노출된 제2 패드 위에 니켈/금 도금을 형성하는 단계; (h) 상기 단계 (g) 결과 구조물에 대해 중앙의 제1 동박을 제1 절연층으로부터 벗겨냄(peel off)으로써, 상기 제1 절연층을 중심으로 위아래로 형성된 구조물을 두 개로 분리하는 단계; 및 (i) 상기 단계 (h) 결과 분리된 구조물에 대해 알칼리 에칭으로 제1 동박 및 전기동도금층을 식각 제거하여, 제1 패드 표면 위의 솔더도금을 노출함으로써 솔더 범프를 형성하는 단계를 포함하는 인쇄회로기판 제조방법을 제공한다.
이하에서는 첨부 도면 도2a 내지 도2q을 참조하여 본 발명에 따른 솔더 온 패드 형성 방법의 양호한 실시예를 상세히 설명한다.

도2a를 참조하면, 본 발명은 프리프레그(PREPREG)와 같은 제1 절연층(100) 양 표면에 제1 동박(110)이 형성되어 있으며, 양 표면의 제1 동박(110)과 제1 절연층(100) 접합 사이의 단면 틈새로 제1 동박(110)을 벗겨내면 제1 절연층(100)으로부터 껍질 벗겨지듯이 쉽게 벗겨질 수 있는 박피 가능 캐리어(peelable carrier; 101)에서 시작하는 것을 특징으로 한다.

박피 가능 캐리어(101)의 양 표면에 드라이필름(D/F)을 도포하고 노광/현상/식각 공정을 진행하여 도2b와 같이 범프 형상의 드라이필름(120) 패턴을 형성한다. 이어서, 도2c를 참조하면, 드라이필름(120) 패턴이 표면에 형성된 박피 가능 캐리어 전면에 대해 전기동도금을 진행함으로써, 드라이필름(120)에 의해 피복되지 않은 노출 표면 공간에 동도금으로 충진하여 전기동도금층(130)을 형성한다(도2c).

이어서, 도2d를 참조하면, 드라이필름(120)을 박리하여 제거하면 박피 가능 캐리어(101)의 제1 동박(110) 표면 위에는 트렌치 형상의 전기동도금층(130)이 형성된다. 즉, 도2d를 참조하면, 제1 동박(110)의 노출표면과 전기동도금층(130)의 측벽은 개구된 트렌치 형상을 만들게 됨을 알 수 있다. 그리고 나면, 범프 형상 또는 트렌치 형상을 보이는 전기동도금층(130) 구조물 표면 위에 드라이필름을 또다시 밀착하고 선정된 패턴에 따라 드라이필름(140)을 선택 제거함으로써, 도2e와 같이 제1 동박(110)의 노출표면과 전기동도금층(130)의 측벽만이 노출되도록 드라이필름 윈도우를 형성하고, 메탈층간(IMC; intermetallic compound) 레지스트 층(150)을 형성한다.

그리고 나면, 솔더도금을 진행하여 전기동도금층 측벽과 제1 동박의 표면으로 만들어진 트렌치 표면 위의 메탈층간 레지스트 층(150) 위에 솔더도금(160)이 충진 되도록 성장한다(도2f). 메탈층간 레지스트 층(150) 위에 솔더도금(160)이 성장되므로 도2f 이후의 도면에서는 메탈층간 레지스트 층(150)을 도시 생략한다. 도2g를 참조하면, 드라이필름(140)을 박리 제거하면 전기동도금층(130) 위의 메탈층간 레지스트 층(150) 위에 솔더도금(160)만이 남게 된다. 이때에, 솔더도금(160)의 폭은 전기동도금 트렌치의 폭에 의해 결정되므로 균일한 피치 길이를 확보할 수 있게 된다.

이어서, 도2h에서와 같이 표면 연마(grinding) 공정을 진행함으로써 솔더도금(160)의 높이가 동일하게 일정한 크기를 갖도록 제어한다. 따라서, 종래기술과 달리 후속 공정에서 코이닝 프로세스가 필요 없다. 도2i를 참조하면, 선정된 패드 위치에 따라 솔더 마스크(170)를 전기동도금층 표면 위에 형성한다. 이어서, 도2j를 참조하면 솔더도금(160) 위에 솔더 마스크(170) 사이에 금(Au) 도금, 동(Cu) 도금 또는 이들의 조합으로 제1 패드(180)를 형성한다.

도2k와 도2l을 참조하면, 캐리어 기판의 양면에 제2 절연층과 제2 동박을 적층하고 통상의 드라이필름 가공, 동도금, 레이저 가공 등의 공정을 진행함으로써 층간 비아 홀을 형성하여 다층회로를 제작한다. 이어서, 도2m에 도시한 바와 같이, 도2k와 도2l의 공정을 수회 반복하여, 필요한 만큼의 절연층을 적층하여 홀 가공을 반복 진행함으로써 다층의 동박회로를 형성한다.

그리고 나면, 도2n에서와 같이, 외층에 솔더 레지스트(200)를 형성한다. 이어서, 제2 패드(210) 위에 니켈/금 도금을 실시하여 도금층(220)을 형성한다(도2o). 그리고 나면, 도2p에서와 같이 박피 가능 캐리어(101)의 제1 절연층(100)을 제1 동박(110)으로부터 벗겨냄으로써 기판 구조물을 상하 두 개로 분리한다.

마지막으로, 두 개로 분리된 기판에 대해서 알칼리 에칭을 진행하면 캐리어 기판을 형성하던 제1 동박(110)과 전기동도금층(130)이 제거되고, 도2q과 같이 제1 패드(180) 위의 솔더도금(160)이 노출되어 균일한 크기와 모양으로 솔더 범프가 형성되게 된다.

도2q을 참조하면, 본 발명은 캐리어 제거 후에 동 도금을 제거함으로써 솔더 범프를 드러내도록 하므로, 인접한 솔더 온 패드(SOP; solder on pad)의 형상이 균일하고 솔더 사이의 피치 길이가 균일하게 제어할 수 있게 된다. 또한, 본 발명은 도2h에서와 같이 표면 연마 공정을 진행하여 솔더 범프의 크기를 균일하게 하므로 피치 제어가 용이하다.

전술한 내용은 후술할 발명의 특허 청구 범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개선하였다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.

또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용될 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술 분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허 청구 범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 진화, 치환 및 변경이 가능하다.

본 발명은 메탈 솔더 범프를 인쇄회로기판 외층에 형성하게 되므로, 고가의 스퍼터 장비와 구리 타겟이 없이도 기존의 동박 포일을 사용하여 통전 및 전해 솔더도금을 실시할 수 있다. 본 발명은 전해 솔더도금의 구조적 편차를 표면 연마를 통해 해결한다. 본 발명은 각각의 패드에 대해 동박 층의 높이와 동일한 높이 형성이 가능하므로 고가의 코이닝 공정이 필요 없다. 또한, 본 발명은 솔더의 크기 및 형상이 모든 패드에 대해 동일하므로, 피치 크기를 미세화함에 인접 솔더 사이에 단락의 위험이 감소하게 되므로 피치 크기를 미세화하는 것이 가능하게 된다.

도1a 내지 도1h는 종래 기술에 따른 솔더 온 패드 형성 방법을 나타낸 도면.

도2a 내지 도2q는 본 발명에 따른 솔더 온 패드 형성 방법을 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 절연층

20 : 동박
30 : 메탈 씨드

40, 120, 140 : 드라이필름

50, 160 : 솔더도금

100 : 제1 절연층

101 : 박피 가능 캐리어(peelable carrier)
110 : 제1 동박
130 : 전기동도금층
150 : 메탈층간 레지스트 층

160 : 솔더도금

170 : 솔더 마스크
180 : 제1 패드
200 : 솔더 레지스트
210 : 제2 패드
220 : 도금층

Claims (5)

1. 인쇄회로기판을 제조하는 방법에 있어서,

   (a) 제1 절연층으로부터 제1 동박을 벗겨낼 수 있도록, 제1 동박/제1 절연층/제1 동박으로 구성한 박피 가능 캐리어(peelable carrier)의 제1 동박 표면에, 선정된 패턴에 따라 패턴 형성한 드라이필름을 형성함으로써 상기 제1 동박 표면을 선택적으로 노출하는 단계;

   (b) 전기동도금을 수행하여 상기 제1 동박의 노출표면 위에 범프 형태의 전기동도금층을 성장하고 상기 드라이필름을 박리 제거함으로써, 노출된 전기동도금층의 측벽과 노출된 제1 동박의 표면은 트렌치를 형성하는 단계;

   (c) 상기 제1 동박의 표면과 상기 전기동도금층의 측벽이 노출되도록 상기 전기동도금층 표면에 드라이필름을 선택적으로 도포하고, 솔더도금을 실시하여 트렌치 내부를 솔더도금으로 충진한 후 상기 드라이필름을 제거하는 단계;

   (d) 상기 단계 (c) 결과 구조물의 표면을 평탄 연마하여 상기 트렌치를 충진한 솔더도금과 상기 전기동도금층의 높이를 동일하게 하는 단계;

   (e) 상기 단계 (d) 결과 노출된 전기동도금층 표면에 솔더 마스크를 형성하고, 도금을 진행해서 노출된 솔더도금 표면에 제1 패드를 형성하는 단계;

   (f) 상기 단계 (e) 결과 구조물 표면에 제2 절연층과 제2 동박을 적층하고 홀 가공 및 도금 공정을 진행하여 외층 동박 회로를 형성하는 단계;

   (g) 상기 단계 (f) 결과 구조물의 외층 동박 회로 표면에 선택적으로 솔더레지스트를 도포함으로써 제2 패드의 표면을 노출하고, 노출된 제2 패드 위에 니켈/금 도금을 형성하는 단계;

   (h) 상기 단계 (g) 결과 구조물에 대해 중앙의 제1 동박을 제1 절연층으로부터 벗겨냄(peel off)으로써, 상기 제1 절연층을 중심으로 위아래로 형성된 구조물을 두 개로 분리하는 단계; 및

   (i) 상기 단계 (h) 결과 분리된 구조물에 대해 알칼리 에칭으로 제1 동박 및 전기동도금층을 식각 제거하여, 제1 패드 표면 위의 솔더도금을 노출함으로써 솔더 범프를 형성하는 단계

   를 포함하는 인쇄회로기판 제조방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 단계 (e)의 제1 패드는 금도금, 동도금, 또는 이들의 조합임을 특징으로 하는 인쇄회로기판 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 단계 (c)의 솔더도금에 앞서 노출된 제1 동박 표면과 전기동도금층의 측벽에 메탈층간 레지스트(IMC resist) 층을 형성하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판 제조방법.
5. 삭제

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