KR101103301B1 - 다층인쇄회로기판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다층인쇄회로기판의 제조공정에 관한 것으로, 특히 본 발명은 제1절연층 상에 내층회로패턴을 포함하는 내층 회로기판상에 외층회로패턴을 포함하는 제2절연층을 적층하여 외층회로기판을 형성하되, 상기 제1절연층과 제2절연층을 반경화상태로 합착하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 반경화 절연층을 상호간에 합착하여 부착부의 메탈 회로층이 양쪽의 절연자재에 흡수될 수 있도록 하여, 절연층의 계면에 상관없이 양쪽에 매립된 구조의 내층회로기판을 구현할 수 있도록 하며, 베이스회로기판상에 홀수개의 층으로 형성된 다층 인쇄회로기판을 구현할 수 있어, 층간 불균형으로 인한 휨현상(warpage)을 제거하고, 불필요한 층을 줄여 제조비용을 낮추며 전체적으로 박형화된 인쇄회로기판을 제공할 수 있는 효과가 있다.

다층, 반경화, 홀수층, warpage

Description

다층인쇄회로기판 및 그 제조방법{A build-up printed circuit board with odd-layer and Manufacturing method of the same}

본 발명은 다층인쇄회로기판의 제조방법 및 그에 따른 인쇄회로기판의 구조에 관한 것으로, 구체적으로는 인쇄회로기판 상에 홀수 개의 층으로 형성되는 회로층을 구비한 인쇄회로기판의 제조공정 및 구조에 관한 것이다.

인쇄회로기판(PCB; Printed Circuit Board)은 전기 절연성 기판에 구리와 같은 전도성 재료로 회로라인 패턴을 인쇄형성시킨 것으로, 전자부품을 탑재하기 직전의 기판(Board)을 말한다. 즉 여러 종류의 많은 전자부품을 평판 위에 밀집 탑재하기 위해, 각 부품의 장착위치를 확정하고, 부품을 연결하는 회로라인(line pattern)을 평판 표면에 인쇄하여 고정한 회로기판을 의미한다. 이러한 인쇄회로기판은 일반적으로 단층 PCB와 PCB를 다층으로 형성한 빌드업 기판(Build-up Board), 즉 다층 PCB기판이 있다.

이러한 빌드업 기판(Build-up Board), 다층 PCB기판은 한 층씩 기판을 제조, 품질을 평가함으로써, 전체적인 다층 PCB기판의 수율을 높일 수 있고, 층간 배선을 정밀하게 연결함으로써, 고밀도 소형 PCB의 제작을 가능하게 한다. 이러한 빌드업 공정은 층과 층 사이에는 배선의 연결라인이 형성되며, 층과 층 사이에 비아 홀(via hole)을 통해 연결되게 된다. 이러한 비아 홀(via hole)을 형성하기 위해서는 기존의 기계적인 드릴 작업이 아닌 레이저를 이용하여 매우 미세한 지름을 구현할 수 있게 된다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 다층 인쇄회로기판의 제조순서도 및 공정도로, 이를 참조하여, 종래의 다층인쇄회로기판의 제조공정을 설명하기로 한다.

종래의 다층인쇄회로기판은, (a) 절연층(1) 상에 동박(2)이 형성된 동박복합체(CCL)을 준비하고, (b) 상기 동박복합체(CCL)의 동박을 패터닝하여 회로패턴(3)을 형성한다. (c) 이후, 상기 회로패턴(3) 상에 절연층(4)과 동박(5)이 형성된 외층회로기판 제조용 부재를 어라인하고, 열압착을 하여 외층회로기판을 형성한다.

(d) 이후, 상기 동박(5)를 패터닝하여 외층회로패턴(6)을 형성하고, (e) 그리고 레이저 가공을 통해 내층회로패턴과 외층회로패턴을 전기적으로 도통하는 비아홀(H)을 가공한다. (f) 이후, 상기 비아홀의 내표면에 도금층(7)을 형성하여 인쇄회로기판을 완성한다. 이후에 보호층으로서 솔더레지스트층을 더 형성하거나, 더 많은 수의 외층을 형성하는 공정이 수행될 수 있다.

그러나 상술한 종래의 다층인쇄회로기판은 코어층에 해당하는 내층회로기판을 중심으로 짝수 층(도시된 도면에서는 2개의 층이 형성됨)을 형성하는 공정이 대부분으로, 적층후 관통드릴이나 레이저를 활용하여 상술한 외층에 해당하는 2개의 층을 전기적으로 연결하는 공정이 수행되게 되며, 이러한 짝수층으로 다층인쇄회로기판을 형성함은 경박단소를 지향하는 현재의 전자제품 제조 추세에 역행하는 문제 가 발생한다. 즉 종래의 경우 경화된 절연층의 양면에 반경화된 절연층을 열압착하여 짝수 층으로 형성하는 공정을 구현하는 것만이 가능하였다. 이에 반해, 종래의 공정을 통해 내층회로기판상에 1개, 또는 3개, 5개의 층등으로 구현되는 홀수 층 구조로 구현하기 위해서는 경화된 절연층의 한쪽 면에만 반경화 절연을 부착해야 하나, 이럴 경우 인쇄회로기판이 휘는 문제(warpage)가 발생하게 된다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 반경화 절연층을 상호간에 합착하여 부착부의 메탈 회로층이 양쪽의 절연자재에 흡수될 수 있도록 하여, 절연층의 계면에 상관없이 양쪽에 매립된 구조의 내층회로기판을 구현할 수 있도록 하며, 베이스회로기판상에 홀수개의 층으로 형성된 다층 인쇄회로기판을 구현할 수 있어, 층간 불균형으로 인한 휨현상을 제거하고, 불필요한 층을 줄여 제조비용을 낮추며 전체적으로 박형화된 인쇄회로기판 및 그 제조공정을 제공하는 데 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 구성은 제1절연층 상에 내층회로패턴을 포함하는 베이스 회로기판상에 외층회로패턴을 포함하는 제2절연층을 적층하여 외층회로기판을 형성하되, 상기 제1절연층과 제2절연층을 반경화상태로 합착하는 것을 특징으로 하는 다층 인쇄회로기판의 제조방법을 제공할 수 있도록 한다.

특히, 상술한 제조방법에서 상기 외층회로기판과 상기 내층 회로기판 상에는 회로층이 (2n-1)개의 층으로 형성할 수 있으며, 이는 베이스 회로기판의 상에 형성되는 층이 홀수개로 형성하는 것을 의미한다.

또한, 상술한 상기 내층회로기판에 외층회로기판을 적층하는 공정은, 분리부재를 매개로 적층된 한쌍의 절연층과 회로패턴용 금속층으로 구성되는 단위외층기 판재를 분리하여 상기 단위외층기판재를 내층회로기판에 적층하여 이루어질 수 있다.

아울러, 상기 내층회로기판은, 절연층의 외표면 각각에 형성되는 금속층이 형성된 단위내층기판재 한쌍이 결합된 베이스재에 회로패턴을 형성하는 단계; 상기 베이스재의 양말단의 절단영역을 절단하여 분리하는 단계;를 포함하여 형성될 수 있다. 특히, 이 경우 상기 단위내층기판재의 결합면에 형성되는 금속층의 양말단에는 절연층이 노출되는 절단영역이 형성되는 것이 바람직하다.

상술한 본 발명에 따른 다층 인쇄회로기판의 제조공정은 상기 베이스회로기판에 상기 외층회로기판을 적층한 후, 외부로 노출되는 각각의 금속층을 가공하여 외층회로패턴을 형성하고, 비아홀가공을 수행하는 공정을 더 포함하여 이루어질 수 있다.

상술한 제조공정에 따라 제조된 인쇄회로기판은 다음과 같은 구조로 구현될 수 있다.

구체적으로는, 제1절연층상에 내층회로패턴을 포함하는 베이스 회로기판; 상기 베이스 회로기판의 일면 또는 양면에 형성되며 제2절연층 및 외층회로패턴을 구비하는 외층회로기판; 상기 내층회로패턴의 적어도 1 이상과 전기적으로 도통되는 비아홀;을 포함하되, 상기 내층회로패턴은 상기 제1절연층과 제2절연층의 양쪽에 매립된 구조로 형성된다.

이 경우, 상기 외층회로기판과 상기 내층 회로기판 상에는 회로층이 (2n-1)개의 층으로 형성되는 것을 특징으로 한다.(단, n은 자연수이다.)

본 발명에 따르면, 반경화 절연층을 상호간에 합착하여 부착부의 메탈 회로층이 양쪽의 절연자재에 흡수될 수 있도록 하여, 절연층의 계면에 상관없이 양쪽에 매립된 구조의 내층회로기판을 구현할 수 있도록 하며, 베이스회로기판상에 홀수개의 층으로 형성된 회로층을 구비한 다층 인쇄회로기판을 구현할 수 있어, 층간 불균형으로 인한 휨현상(warpage)을 제거하고, 불필요한 층을 줄여 제조비용을 낮추며 전체적으로 박형화된 인쇄회로기판을 제공할 수 있는 효과가 있다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 이는 각각 본 발명에 따른 제조공정 순서도 및 공정도를 개략적으로 도시한 것이다.

본 발명은 제1절연층 상에 내층회로패턴을 포함하는 베이스 회로기판상에 외층회로패턴을 포함하는 제2절연층을 적층하여 외층회로기판을 형성하되, 상기 제1절연층과 제2절연층을 반경화상태로 합착하여, 내층회로기판상에 회로층이 홀수 개의 층으로 구현된 다층인쇄회로기판을 제공하는 것을 요지로 한다.

(1) 외층회로기판용 단위외층기판재 형성(S 1 공정)

구체적으로는, 외층회로기판과 내층회로기판을 합착하되, 각 기판을 구성하는 절연층을 반경화상태로 합착한다. 특히 외층회로기판은 도 2b에 도시된 것처럼, 분리부재(110)의 상부와 하부에 절연층(120)이 반경화상태로 적층되고, 상기 절연층의 상면에는 금속층(130)이 형성된 구조물(이하, 절연층과 금속층을 포함하여 '단위외층기판재'라 한다.)을 준비한다. 이후 상기 분리부재를 매개로 단위외층기판재를 분리하게 된다.

(2) 내층회로기판용 단위기판재 형성(S 2 공정)

아울러, 내층회로기판은 절연층(210)의 외표면 각각에 형성되는 금속층(211, 212a, 212b)이 형성된 구조물(이하, 이를 '단위내층기판재'라 한다.)을 한쌍으로 형성한다. 이후에 상기 외부로 노출되는 금속층(211)을 패터닝하여 회로패턴(211a)을 형성한다.

이후에 상기 단위내층기판재의 양말단의 절단영역을 절단하여 분리하여 각각의 단위내층기판재로 분리한다. 상기 절단영역이란 상기 단위내층기판재의 결합면에 형성되는 금속층(212a, 212b)의 양 말단에는 절연층이 노출되는 영역(C)을 의미한다. 상기 상기 단위내층기판재의 결합면에 형성되는 금속층(212a, 212b)은 상부면에 형성되는 금속층(211)보다 길이가 짧은 것이 바람직하다. 이는 상기 절단영역을 절단선(X)을 기준으로 절단하는 경우, 쉽게 단위내층기판재가 분리되게 하기 위함이다.

(3) 합착공정(반경화 절연층간의 합착; S 3~S 4 공정)

이후, 상기 단위외층기판재와 단위내층기판재를 어라인하여 합착한다. 특히 이 경우 단위외층기판재를 구성하는 절연층(120)과 상기 단위내층기판재를 구성하는 절연층(210)은 모두 반경화상태로 합착하게 된다.

이러한 반경화상태로 합착하게 되는 경우, 내부에 내층회로패턴(211a)는 양쪽의 절연층의 합착계면의 어느 한쪽으로 치우치지 않고, 양쪽에 함께 매립되는 구조로 형성되게 된다. 즉, 도 1b의 (f)단계의 경우, 내층회로기판의 경화된 절연층(1) 상면에 형성되는 회로패턴(3)은 전체가 그 상부에 합착되는 절연층(4)의 내부로 매립되는 구조가 된다. 이는 경화된 절연층(1)상부에 회로패턴(3)이 먼저 형성된 후, 열압착을 통해 별도의 절연층을 적층하기 때문이다.

그러나 본 발명은 모든 절연층을 반경화 상태에서 합착을 하게 되는바, 상기 회로패턴(211a)이 양쪽 절연층에 함께 매립되는 구조로 형성된다. 특히 이러한 본 발명에 따른 합착공정은 내층회로기판에 홀수 개의 층만을 형성하는 경우에도 인쇄회로기판이 휘는 문제가 발생하지 않으나, 상술한 종래의 경우, 홀수개의 층을 열압착으로 하는 경우에는 휨현상이 매우 심하게 된다(도 4 참조).

특히, 본 발명에 따른 외층회로기판을 내층회로기판에 반경화 적층하는 공정에 의해 외층 및 내층회로기판 상에 (2n-1)개의 층으로 형성되는 회로층을 구현할 수 있게 된다. 홀 수개(1, 3, 5, 7, 9...)의 회로층으로 다층인쇄회로기판을 형성할 수 있게 된다.

이후, 상기 내층 및 외층회로기판의 외부로 노출되는 금속층(130,212a)을 가 공하여 외층회로패턴(130a, 220)을 형성한다.

(4) 비아홀 가공(S 5 공정)

이후, 내층회로기판과 외층회로기판을 연결하는 비아홀(141, 142)을 레이저 가공 등의 공정을 통해 형성하고, 상기 비아홀의 표면을 도금처리층(143,144)으로 형성한다.

도 3은 본 발명에 따라 반경화 적층된 절연층의 계면을 촬영한 이미지이다.

(a)는 본 제조공정에 따른 절연층간의 합착되는 계면(Y)을 나타내는 것으로, 이는 본 발명에 따른 절연층(120, 210) 사이의 계면에 내층회로패턴(211a)이 양 절연층에 함께 매립되는 구조를 확인할 수 있다.

(b)는 종래 경화된 베이스기판(내층회로기판)의 절연층(1)상에 회로패턴(3)이 형성되고, 이 회로패턴 전체가 계면(Y)의 상부에 압착되는 절연층(4)에 매립되는 구조로 형성됨을 확인할 수 있다.

이와같은 구조상의 차이는 본 발명의 제조공정에서 기인하는 것이며, 상술한 것처럼, 종래의 경화된 절연층 상에 회로패턴을 구비한 베이스 기판에 홀수 개의 층을 형성하기 위한 열압착 공정을 수행하면, 도 4에 도시된 구조 (a)와 같이 인쇄회로기판이 휘어지게 되는 문제가 발생한다. 그러나 본 발명에 따른 제조공정에서는 도 4의 (b)에 도시된 것처럼, 이러한 휨의 문제가 해소되는 것을 실제 이미지 촬영으로도 확인할 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설 명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따른 다층인쇄회로기판의 제조공정을 도시한 순서도 및 공정도이다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 다층인쇄회로기판의 제조공정을 도시한 순서도 및 공정도이다.

도 3은 본 발명에 따른 절연층의 합착면의 구조를 촬영한 이미지 사진 및 종래의 합착면을 비교한 이미지 사진이다.

도 4는 본 발명과 종래기술에 따른 인쇄회로기판의 휨문제를 보여주는 비교사진이다.

Claims (8)

1. 제1 절연층의 외표면 각각에 금속층이 형성된 단위내층기판재 한쌍이 결합된 베이스재에 내층회로패턴을 형성하는 단계;

   상기 베이스재의 양말단의 절단영역을 절단하여 제1절연층 상에 상기 내층회로패턴을 포함하는 내층회로기판을 형성하는 단계;

   분리부재를 매개로 적층된 제2 절연층과 회로패턴용 금속층으로 각각 구성되는 단위외층기판재를 분리하여 외층회로기판을 형성하는 단계;

   상기 내층 회로기판의 제1 절연층과 상기 단위외층기판재의 상기 제2절연층을 합착하는 단계를 포함하되,

   상기 합착 단계는 상기 제1절연층과 제2절연층을 반경화상태로 합착하는 단계이며,

   상기 내층회로패턴이 상기 제1 절연층과 제2 절연층 사이의 계면을 기준으로 상기 제1 절연층과 제2 절연층 모두에 매립되는 것을 특징으로 하는 다층 인쇄회로기판의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 외층회로기판과 상기 내층 회로기판 상에는 회로층이 (2n-1)개의 층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 다층 인쇄회로기판의 제조방법.

   (단, n은 자연수 이다.)
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 단위내층기판재의 결합면에 형성되는 금속층의 양말단에는 절연층이 노출되는 절단영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 다층 인쇄회로기판의 제조방법.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 합착 단계 후,

   상기 내층회로기판과 상기 외층회로기판의 외부로 노출되는 각각의 금속층을 가공하여 외층회로패턴을 형성하고,

   비아홀가공을 수행하는 공정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다층 인쇄회로기판의 제조방법.
7. 제1절연층의 일 면상에 내층회로패턴을 포함하고 상기 제1 절연층의 다른 면 상에 제1 외층회로패턴을 포함하는 내층회로기판;

   상기 제1절연층의 일 면에 대향하여 형성되며, 상기 제1절연층과 합착하는 제2절연층 및 상기 제2절연층 상에 형성된 제2 외층회로패턴을 포함하는 외층회로기판;

   상기 내층회로패턴의 적어도 1 이상과 전기적으로 도통되는 비아홀;을 포함하되,

   상기 제1절연층과 제2절연층은 반경화상태로 상기 내층회로패턴을 매립하도록 합착되어, 상기 내층회로패턴이 상기 제1 절연층과 제2 절연층 사이의 계면을 기준으로 상기 제1 절연층과 제2 절연층 모두에 매립되는 것을 특징으로 하는 다층 인쇄회로기판.
8. 청구항 7에 있어서,

   상기 외층회로기판과 상기 내층회로기판에는 회로층이 (2n-1)개의 층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 다층 인쇄회로기판.(단, n은 자연수이다.)

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