KR101097504B1 - 다층 인쇄 회로 기판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 다층 인쇄 회로 기판의 제조방법과 전혀 다른 방식을 취함으로써 적층 횟수, CO₂ 레이저 윈도우 형성횟수, 도금 횟수가 일부 생략되어 공정 수가 현저히 감소된 다층 인쇄 회로 기판의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 양면에 회로층이 형성된 제 1 동박 적층판 및 제 2 동박 적층판을 준비하는 1단계; 상기 회로층이 형성된 제 1 및 제 2 동박 적층판의 각 양면에 프리프레그를 배치하고, 최외각에 위치하는 각 2개의 상기 프리프레그의 바깥면에 동박을 적층한 후 상기 적층된 프리프레그와 동박을 프레스하여 접합함으로써 코어를 형성하는 2단계; 상기 코어를 드릴 가공하여 홀을 형성하고, 상기 홀을 동도금을 통해 층간을 전기적으로 연결하여 내층 기판을 형성하는 3단계; 일면에만 회로층이 형성된 제 3 동박 적층판, 제 4 동박 적층판을 준비하는 4단계; 상기 내층 기판의 양면에 프리프레그를 배치하고, 상기 프리프레그의 바깥면에 각각 상기 제 3 동박 적층판, 4 동박 적층판을 적층한 후 프레스하여 접합하는 5단계; 상기 5단계에서 형성된 다층 기판의 외층 표면을 흑화 처리하여 레이저 가공한 후 흑화막을 제거하고 도금하는 6단계; 및 상기 6단계에서 형성된 다층 기판에 외층 회로를 형성하는 7단계를 포함함으로써 그 제조공정이 현저히 단축된 다층 인쇄 회로 기판의 제조방법에 관한 것이다.

Description

다층 인쇄 회로 기판의 제조방법{THE METHOD FOR PREPARING MULTI LAYERED CIRCUIT BOARD}

본 발명은 다층 인쇄 회로 기판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회로가 형성된 동박 적층판과 프리프레그를 아웃코어 형식으로 적층함으로써 그 제조공정이 현저히 단축된 다층 인쇄 회로 기판의 제조방법에 관한 것이다.

최근, 전자 산업의 급속한 발달로 전자 제품이 소형화, 박판화, 고밀도화, 경량화 됨에 따라 그 기반이 되는 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board : PCB)에서도 미세패턴화, 고정밀화, 소형화가 동시에 진행되고 있다.

이러한 인쇄회로기판의 미세패턴 형성, 신뢰성 및 설계 밀도의 향상을 위해 원자재의 변경과 함께 회로의 층 구성을 복합화하는 구조로 변화하는 추세이고, 부품 역시 DIPP(Dual-In-Line Package) 타입에서 SMT(Surface Mount Technology)타입으로 변경되면서 그 실장 밀도 역시 높아지고 있는 추세이다.

또한 전자기기의 휴대화와 더불어 고기능화, 인터넷, 동영상, 고용량의 데이터 송수신 등으로 인쇄회로기판의 설계가 복잡해지고 고난이도의 기술을 요하게 된다.

인쇄 회로 기판에는 절연 기판의 일면에만 배선을 형성한 단면 인쇄 회로 기판, 양면에 배선을 형성한 양면 인쇄 회로 기판 및 다층으로 배선한 다층 인쇄 회로 기판(Multi Layered Board : MLB)가 있다.

과거에는 부품 소자들이 단순하고 회로 패턴도 간단하여 단면 인쇄회로기판을 사용하였으나, 최근에는 회로의 복잡도가 증가하고 고밀도 및 소형화 회로에 대한 요구가 증가하여 양면 인쇄회로기판 또는 다층 인쇄 회로 기판이 널리 사용되고 있다.

상기 다층 인쇄 회로 기판은 배선 영역을 확대하기 위해 배선이 가능한 층을 추가로 형성한 것이다. 구체적으로, 다층 인쇄 회로 기판은 내층과 외층으로 구분된다. 내층에는 전원 회로, 접지 회로, 신호 회로 등을 형성하며, 내층과 외층간 또는 외층 사이에는 절연층이 형성된다. 이 때, 각 층의 배선은 비아홀을 이용하여 연결한다.

내층의 재료로서 박판 코어(Thin Core)를 사용하고, 외층과 내층을 절연층으로 접착한 구조의 4층 구조가 기본이며, 회로의 복잡도의 증가에 따라 6층, 8층, 10층 또는 그 이상으로 구성되기도 한다.

도 1a 내지 도 1g는 종래의 빌드업(Build-up) 방식에 따른 다층 인쇄 회로 기판의 제조방법을 나타낸 단면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 먼저 절연층(100)에 동박(101)이 입혀져 있는 동박 적층판(Copper Clad Lamicate : CCL)에 제1 비아홀(102)을 형성한다(도 1a).

다음으로, 상기 동박(101)과 제1비아홀(102)의 표면에 도금층(103)을 형성한다(도 1b). 상기 도금층(103)은 무전해 도금을 먼저 실시한 다음, 전해 도금을 실시하여 형성한다. 전해 도금 전에 무전해 도금을 실시하는 이유는 절연층 위에서는 전기가 필요한 전해 도금을 실시할 수 없기 때문이다. 즉, 전해 도금에 필요한 도전성 막을 형성시켜 주기 위해서 그 전처리로서 얇게 무전해 도금을 하는 것이다.

이어서, 상기 제1비아홀(102)을 충진하여 연결부(104)를 형성한다(도 1c). 상기 연결부(104)는 절연성의 잉크로 이루어질 수 있으며, 인쇄회로기판의 사용 목적에 따라 도전성 페이스트로 이루어질 수도 있다.

그 후, 상기 동박(101) 및 도금층(103)을 식각하여 회로 패턴을 형성한다(도 1d). 상기 절연층(100) 위에 형성된 회로 패턴과 절연층(100) 아래에 형성된 회로 패턴은 비아홀(102) 내부에 형성된 도금층(103)을 통해 전기적으로 연결된다.

다음으로, 상기 동박 적층판의 양면에 절연층(105)과 동박(106)으로 이루어진 필름을 적층한다(도 1e). 상기 절연층(105)은, 절연층(105)의 상부 및 하부에 형성되는 회로를 절연하는 역할을 한다.

이어서, 내층 회로와 외층 회로간의 전기 접속 역할을 하는 제2비아홀(108)을 형성하고, 다시 도금을 실시하여, 도금층(107)을 형성한다(도 1f). 상기 제2비아홀(108)을 형성할 때는 내층의 제1비아홀(102)을 형성할 때보다 정밀한 가공을 요하므로, 레이저 드릴을 이용하는 것이 바람직하다.

그 후, 외층의 동박(106) 및 도금층(107)을 식각하여 외층 회로 패턴을 형성한다(도 1g).

전술한 방식으로, 추가적 외층을 형성하고, 회로 패턴을 형성하면 더 많은 층을 갖는 다층 인쇄 회로 기판을 제조할 수 있다.

이와 같은 종래의 다층 인쇄 회로 기판의 제조방법은 절연층의 형성과 회로층의 형성을 반복하여 실시하기 때문에 제조 시간이 매우 오래 걸리며, 1개 층의 회로층에 불량이 발생하면 지금까지의 적층구조체 자체가 불량품이 되기 때문에 제품 수율이 매우 낮다는 문제가 있었다.

또한 제2비아홀을 형성하기 위해서는 제1비아홀이 형성된 부분을 피해야 하기 때문에 불필요한 공간이 필요하여 고밀도, 고집적 구조의 인쇄 회로 기판을 제작하는데는 한계가 있었다.

따라서 공정을 단축할 수 있는 새로운 제조 방법이 요구되는 실정이었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 상세하게는 양면에 회로층이 형성된 제 1 동박 적층판 및 제 2 동박 적층판을 준비하는 1단계; 상기 회로층이 형성된 제 1 및 제 2 동박 적층판의 각 양면에 프리프레그를 배치하고, 최외각에 위치하는 각 2개의 상기 프리프레그의 바깥면에 동박을 적층한 후 상기 적층된 프리프레그와 동박을 프레스하여 접합함으로써 코어를 형성하는 2단계; 상기 코어를 드릴 가공하여 홀을 형성하고, 상기 홀을 동도금을 통해 층간을 전기적으로 연결하여 내층 기판을 형성하는 3단계; 일면에만 회로층이 형성된 제 3 동박 적층판, 제 4 동박 적층판을 준비하는 4단계; 상기 내층 기판의 양면에 프리프레그를 배치하고, 상기 프리프레그의 바깥면에 각각 상기 제 3 동박 적층판, 4 동박 적층판을 적층한 후 프레스하여 접합하는 5단계; 상기 5단계에서 형성된 다층 기판의 외층 표면을 흑화 처리하여 레이저 가공한 후 흑화막을 제거하고 도금하는 6단계; 및 상기 6단계에서 형성된 다층 기판에 외층 회로를 형성하는 7단계를 포함함으로써 공정이 현저히 단축된 다층 인쇄 회로 기판의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다층 인쇄 회로 기판의 제조방법은 양면에 회로층이 형성된 제 1 동박 적층판 및 제 2 동박 적층판을 준비하는 1단계; 상기 회로층이 형성된 제 1 및 제 2 동박 적층판의 각 양면에 프리프레그를 배치하고, 최외각에 위치하는 각 2개의 상기 프리프레그의 바깥면에 동박을 적층한 후 상기 적층된 프리프레그와 동박을 프레스하여 접합함으로써 코어를 형성하는 2단계; 상기 코어를 드릴 가공하여 홀을 형성하고, 상기 홀을 동도금을 통해 층간을 전기적으로 연결하여 내층 기판을 형성하는 3단계; 일면에만 회로층이 형성된 제 3 동박 적층판, 제 4 동박 적층판을 준비하는 4단계; 상기 내층 기판의 양면에 프리프레그를 배치하고, 상기 프리프레그의 바깥면에 각각 상기 제 3 동박 적층판, 4 동박 적층판을 적층한 후 프레스하여 접합하는 5단계; 상기 5단계에서 형성된 다층 기판의 외층 표면을 흑화 처리하여 레이저 가공한 후 흑화막을 제거하고 도금하는 6단계; 및 상기 6단계에서 형성된 다층 기판에 외층 회로를 형성하는 7단계를 포함한다.

여기에서, 상기 2단계에서 프레스 접합 공정은 150~350℃ 분위기에서 80~120kg/cm²의 압력으로 가압하여 압착하는 것을 포함한다.

여기에서, 상기 드릴은 기계적인 드릴, CO₂ 레이저드릴, CO₂ 일체형 레이저드릴 중의 하나인 것을 포함한다.

여기에서, 상기 홀은 0.10mm~0.15mm의 직경을 갖도록 가공되는 것을 포함한다.

본 발명에 의하여 제공되는 다층 인쇄 회로 기판의 제조방법에 의하면 적층횟수는 2회, 윈도우 노광 및 윈도우 식각 공정은 0회로, 기존의 방법에 비하여 그 공정 수가 현저히 감소되며, 따라서 제조 시간이 감축된다는 효과가 있다.

도 1은 종래 방식의 다층 인쇄 회로 기판의 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 다층 인쇄 회로 기판의 제조방법을 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

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

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예의 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하에서 본 발명을 도면에 의하여 보다 상세하게 설명한다.

도 2a는 본 발명의 양면에 회로층이 형성된 제 1 동박 적층판(A) 및 제 2 동박 적층판(B)을 준비하는 일 실시예를 나타낸 단면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 먼저 절연층(110)의 양면에 동박이 형성되어 식각 공정을 거쳐 회로층(113)이 형성된 제 1 동박 적층판(A) 및 제 2 동박 적층판(B)을 준비한다(1단계).

동박 적층판이라 함은 일반적으로 인쇄 회로 기판이 제조되는 원판으로서 절연층에 얇게 구리를 입힌 얇은 적층판을 말한다. 동박 적층판의 종류에는 그 용도에 따라, 유리/에폭시 동박 적층판, 내열수지 동박 적층판, 종이/페놀 동박 적층판, 고주파용 동박 적층판, 플렉시블 동박 적층판(폴리이미드 필름) 및 복합 동박 적층판 등 여러가지가 있으나, 다층 인쇄 회로 기판의 제작에는 주로 유리/에폭시 동박 적층판이 사용된다.

상기 절연층(110)은 합성 수지로 이루어지고, 바람직하게는 유리 섬유를 합성 수지에 함침시킨 형태의 것이 좋다. 상기 절연층(110)의 두께에는 특별히 제한이 없으나 7~50㎛인 것이 바람직하다.

상기 합성 수지로는 반경화 상태의 열 경화성 수지 또는 열 가소성 수지가 사용된다. 상기 반경화 상태의 열 경화성 수지는 복수개의 적층판을 열압착하는 단계에서, 중합이 진행되어 완전히 경화하게 된다.

상기 반경화 상태의 열 경화성 수지로는 폴리이미드가 주로 사용되는데, 폴리이미드는 용융점이 높기 때문에 열안정성이 뛰어나며, 장시간 사용에 견딜 수 있다. 또 기계적 강도, 전기적 특성, 내화학약품성, 내방사선성 등이 좋기 때문에 다층인쇄회로기판의 절연층으로 널리 사용되고 있다.

상기 반경화 상태의 열 경화성 폴리이미드는 유리 섬유를 폴리아믹산 용액에 함침한 다음, 비교적 낮은 온도에서 중합을 진행시켜 형성한다. 상기 폴리아믹산은 폴리이미드의 중간체로서, 아미드화 반응 및 가교 반응이 진행되면서 폴리이미드가 된다.

그리고, 열 가소성 수지로는 폴리에틸렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌 등이 사용될 수 있으며, 열 가소성 수지는 가열에 의해 쉽게 유동성을 가지며, 경화시키는 과정에서 중합을 진행시킬 필요가 없으므로 반경화 상태의 열 경화성 수지에 비하여 작업성이 좋다는 유리한 점이 있다.

다음으로, 도 2b는 본 발명의 코어를 제조하는 일 실시예를 나타낸 단면도이다. 상기 제 1단계에서 제조된 회로층(113)이 형성된 제 1 동박 적층판(A) 및 제 2 동박 적층판(B)의 각 양면에 절연성 접착제인 프리프레그(210, 220, 230)를 배치하고, 최외각에 위치하는 각 2개의 상기 프리프레그(210, 230)의 바깥면에 동박(300)을 적층한 후 상기 적층된 프리프레그(210, 220, 230)와 동박(300)을 프레스하여 접합함으로써 코어(C)를 형성한다(2단계).

여기에서 프레스 접합 공정은 150~350℃ 분위기에서 80~120kg/cm²의 압력으로 가압하여 압착하는 것이 바람직하다.

다음으로 도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 코어(C)를 드릴 가공하여 홀을 형성하고, 상기 홀을 동도금을 통해 층간을 전기적으로 연결하여 내층 기판을 형성한다(3단계).

상기 드릴은 기계적 드릴링 또는 레이저 드릴링을 통해 형성하며, 레이저 드릴을 이용하는 경우 CO₂를 이용한 레이저 드릴을 주로 사용하나, 자외선-야그(UV-YAG)를 이용한 레이저 드릴을 사용해도 무방하다.

다음으로 일면에만 회로층(113)이 형성된 제 3 동박 적층판(D), 제 4 동박 적층판(E)을 준비한다(4단계). 도 2c는 일면에만 회로층이 형성된 제 3 동박 적층판(D), 제 4 동박 적층판(E)이 준비된 모습의 단면도이다.

여기에서 회로층(113)은 각각의 동박 적층판의 일면에만 형성하는데, 타면은 오픈 노광하여 회로가 형성되지 않도록 하고, 일면은 윈도우가 에칭되도록 설계함으로써 회로층(113)이 형성되도록 한다.

다음으로 도 2d, 도 2e에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 3단계에서 형성된 내층 기판의 양면에 프리프레그(240, 250)를 배치하고, 상기 프리프레그(240, 250)의 바깥면에 각각 상기 4단계에서 준비된 제 3 동박 적층판(D), 제 4 동박 적층판(E)을 적층한 후 프레스하여 접합한다(5단계). 여기에서 프레스 접합 공정은 2단계와 마찬가지로 150~350℃ 분위기에서 80~120kg/cm²의 압력으로 가압하여 압착하는 것이 바람직하다.

다음으로 도 2f 내지 도 2i에 나타낸 바와 같이, 상기 5단계에서 형성된 다층 기판의 외층 표면을 흑화 처리하여 레이저 가공한 후 흑화막을 제거하고 도금한다(6단계).

도 2f는 상기 5단계에서 형성된 다층 기판의 외층 표면을 흑화 처리하여 흑화막(400)을 형성한 모습을 나타낸 단면도이다.

흑화(Black Oxide) 처리란 내층에 형성되어 있는 회로 표면을 산화시킴으로써 프리프레그와 접착될 때 밀착력을 증대시키는 공정으로서 동박 표면을 산화시켜 CuO, 또는 Cu₂O를 석출시킴으로써 형성한다.

본 발명에서는 이러한 용도뿐만 아니라, CO₂ 레이저가 흡수될 수 있도록 흑화 처리하게 되며, 여기에서 산화막 두께는 0.2mg/cm 내외로 형성된다.

흑화 처리된 다층 기판의 외층 표면을 레이저 가공하여 홀(500)을 형성하고(도 2g), 흑화막을 제거(도 2h)한 다음, 도금한다(도 2i).

마지막으로 상기 6단계에서 형성된 다층 기판에 외층 회로를 형성하는데, 외층 회로 형성 공정은 내층 회로 형성 공정과 동일하므로, 여기에서는 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이후, 전처리가 완료된 기판 표면을 솔더 레지스트 잉크로 인쇄하고, 건조한 다음 노광 및 현상, 경화 과정을 거쳐 제품을 완성하게 된다.

110: 절연층
113: 회로층
200: 프리프레그
300: 동박
400: 흑화막
500: 홀

Claims (4)

1. 양면에 회로층이 형성된 제 1 동박 적층판 및 제 2 동박 적층판을 준비하는 1단계;
   상기 회로층이 형성된 제 1 동박 적층판 및 제 2 동박 적층판의 각 양면에 프리프레그를 배치하고, 최외각에 위치하는 각 2개의 상기 프리프레그의 바깥면에 동박을 적층한 후 상기 적층된 프리프레그와 동박을 프레스하여 접합함으로써 코어를 형성하는 2단계;
   상기 코어를 드릴 가공하여 홀을 형성하고, 상기 홀을 동도금을 통해 층간을 전기적으로 연결하여 내층 기판을 형성하는 3단계;
   일면에만 회로층이 형성된 제 3 동박 적층판, 제 4 동박 적층판을 준비하는 4단계;
   상기 내층 기판의 양면에 프리프레그를 배치하고, 상기 프리프레그의 바깥면에 각각 상기 제 3 동박 적층판, 제 4 동박 적층판을 적층한 후 프레스하여 접합하는 5단계;
   상기 5단계에서 형성된 다층 기판의 외층 표면을 흑화 처리하여 레이저 가공한 후 흑화막을 제거하고 도금하는 6단계; 및
   상기 6단계에서 형성된 다층 기판에 외층 회로를 형성하는 7단계를 포함하여 이루어지는 다층 인쇄 회로 기판의 제조방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 2단계 및 5단계에서 프레스 접합 공정은 150~350℃ 분위기에서 80~120kg/cm²의 압력으로 가압하여 압착하는 것을 포함하는 다층 인쇄 회로 기판의 제조방법.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 드릴은 기계적인 드릴, CO₂ 레이저드릴, CO₂ 일체형 레이저드릴 중의 하나인 것을 포함하는 다층 인쇄 회로 기판의 제조방법.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 홀은 0.10mm~0.15mm의 직경을 갖도록 가공되는 것을 포함하는 다층 인쇄 회로 기판의 제조방법.

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