KR101168879B1 - 다층배선기판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 층간 접속을 위한 범프가 형성된 기재 위에 절연층을 형성하는 공정, 스테인레스판 사이에 끼워 절연층 위에 구리박을 열압착하는 공정 및 구리박을 패터닝하는 공정을 포함한다. 구리박의 열압착 시, 적어도 스테인레스판과 구리박 사이에 금속박을 개재시킨다. 이때, 개재시키는 금속박의 표면에 이형층을 형성한다. 이에 따라 성형(구리박 붙이기) 후의 제품의 스테인레스판에의 부착을 방지하여, 주름이나 요철이 생기는 일이 없는 치수안정성이 우수한 다층배선기판을 제조할 수 있다.

구리박, 범프, 절연층, 다층배선기판, 스테인레스판

Description

다층배선기판의 제조방법{PROCESS FOR PRODUCING MULTILAYER WIRING BOARD}

본 발명은 범프에 의해 층간 접속을 행하는 다층배선기판의 제조방법에 관한 것으로서, 특히, 성형(구리박 맞붙이기) 시의 붙음(부착)을 방지하기 위한 기술에 관한 것이다.

소위 빌드업(buildup) 다층배선기판을 제조하기 위해서는 절연층과 도체층을 순차 적층하고, 각 도체층을 소정의 배선 패턴으로 패터닝하는 동시에, 각 도체층 간의 층간 접속을 도모할 필요가 있고, 도체층에 있어서의 미세 패턴의 형성과 효율적인 층간 접속의 실현이 중요한 기술로 된다.

종래, 빌드업 다층배선기판의 제조방법으로서, 구리박에 범프를 형성하고, 이것을 절연막에 매립한 후, 이 위에 구리박을 맞붙여 범프와의 접속을 취하는 방법이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1: 일본국 공개특허 제2003-129259호 공보 등을 참조).

상기 특허문헌 1에 기재된 발명은 범프 형성을 위한 선택적 에칭 방법 및 선택적 에칭장치에 관한 것이지만, 다층배선 회로기판 제조기술로서, 범프 형성용의 구리박의 한쪽 주면에 에칭 배리어(barrier)층을 형성하고, 이 에칭 배리어층의 주면에 도체 회로 형성용의 구리박을 형성한 배선회로기판 형성용 부재를 기재(base) 로서 이용하고, 그것을 적당하게 가공함으로써 다층배선 회로기판을 얻는 기술이 개시되어 있다.

상기 다층배선 회로기판 제조기술에서는 우선 상기 배선 회로기판 형성용 부재의 구리박을 선택적 에칭해서 층간 접속용의 범프를 형성하고, 범프 사이를 절연층에 의해 메우고, 각 범프 사이를 절연한다. 다음에, 절연층, 범프의 윗면 위에 도체회로 형성용의 구리박을 형성한다. 이어서, 상하 양면의 구리박을 선택적 에칭함으로써 배선막을 형성한다. 이에 따라 상하 양면의 배선막을 가지고, 또 배선막 사이가 범프에 의해 접속된 다층배선기판이 형성된다.

그러나, 상기 범프 접속을 이용한 다층배선기판의 제조 시에는 범프의 윗면 위에 구리박을 맞붙일 필요가 있어, 스테인레스판 사이에 끼워서 가압하고, 상기 구리박을 열압착하는 성형공정을 행하고 있었다.

이 성형 공정에서는 일반적인 성형과 달리 상기 범프가 어느 정도 찌부러질 때까지 높은 압력을 가할 필요가 있다. 이것은 상기 구리박과 범프의 선단면이 단지 접하고 있을 뿐인 상태인 바, 결합력을 확보하기 위해서는 범프가 찌부러질 정도까지 가압하여, 구리박과 범프를 일체화할 필요가 있기 때문이다. 따라서, 통상의 성형에서는 가압력을 35 내지 40 ㎏/㎠ 정도로 설정하는 데 대해서, 상기 성형에서는 90 내지 150 ㎏/㎠로 3배 가까운 압력을 가하고 있다. 또한 압력뿐만 아니라, 예를 들면 절연층에 폴리이미드 수지를 사용했을 경우에는 335℃ 정도의 고온도 가해지게 된다.

이러한 고온, 고압하에서의 성형을 행하면, 특히 범프의 선단 부분에 있어 서, 성형한 다층배선기판과 스테인레스판이 서로 붙게 되어(부착되어), 제품(다층배선기판)의 떼어내기가 곤란해서, 작업성이 나쁘다고 하는 문제가 있다. 예를 들면 작업자가 손으로 해체하는 것은 곤란해서, 간극에 쐐기를 넣는 등, 어떠한 도구가 필요하게 된다.

또한, 상기 다층배선기판과 스테인레스판이 서로 부착되면, 떼어낼 때에 제품에 힘이 가해져, 꺽임이나 주름, 요철, 뒤틀림, 컬(curl) 등의 원인이 된다. 특히, 상기 다층배선기판과 스테인레스판의 부착은 범프 부분에서 일어나기 때문에, 범프가 밀집되어 있는 부분에서는 큰 문제로 된다. 제품에 주름이나 요철 등이 생기면, 치수 편차가 커져, 배선의 패터닝 등에 있어서 정밀도를 확보하는 데 큰 지장이 된다.

게다가, 제품에 있어서, 폴리이미드 수지와 구리박의 밀착성의 점에서, 문제가 생길 가능성도 있다. 예를 들면, 상기한 바와 같이 표면이 단단한 스테인레스판 사이에 끼워서 성형을 행한 경우, 맞붙은 구리박이 단단하게 지지되므로, 돌출형의 범프를 모방해서 변형되는 일이 없고, 결과적으로 맞붙게 된 구리박과 폴리이미드 수지와의 밀착성이 충분하게 확보되지 않아, 소위 백화하는 현상이 나타난다.

발명의 개시

본 발명은 이러한 종래의 실정을 감안하여 제안된 것으로, 성형(구리박 붙이기) 후의 제품의 스테인레스판에의 부착을 방지하여, 주름이나 요철이 생기지 않아 치수안정성이 우수한 다층배선기판을 제조할 수 있는 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 맞붙여진 구리박과 폴리이미드 수지(절연층)의 밀착성도 확보하는 것이 가능한 다층배선기판의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다층배선기판의 제조방법은 층간 접속을 위한 범프가 형성된 기재 위에 절연층을 형성하는 공정; 스테인레스판 사이에 끼워 상기 절연층 위에 구리박을 열압착하는 공정; 및 상기 구리박을 패터닝하는 공정을 포함하되, 상기 구리박의 열압착 시, 적어도 상기 스테인레스판과 상기 구리박 사이에 금속박을 개재시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제조방법에서는 성형 시 스테인레스판과 구리박 사이에 금속박(예를 들어 구리박)을 개재시키고 있으므로, 고온, 고압에서의 성형을 행한다고 해도, 제품(다층배선기판)이 스테인레스판에 붙게 되는 일은 없다. 따라서, 성형 후의 해체 시 제품에 여분의 힘이 가해질 일이 없어, 주름이나 요철, 꺽임, 뒤틀림, 컬 등의 발생이 해소된다. 또한, 해체 시 특별한 도구도 불필요하여, 작업성의 저하도 해소된다.

게다가, 개재되는 금속박은 완충재로서의 역할을 다하고, 맞붙는 구리박의 변형을 허용한다. 따라서, 약간 돌출하는 형태의 범프를 모방해서 상기 구리박이 변형되어, 열압착 시 구리박과 절연층이 밀착하여, 밀착성이 충분히 확보된다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 성형(구리박 붙이기) 후에 있어서의 제품의 스테인레스판에의 부착을 방지할 수 있어, 주름이나 요철 등이 생기지 않아 치수안정성이 우수한 다층배선기판을 작업성 양호하게 제조하는 것이 가능하다. 또한, 맞붙여진 구리박과 절연층(폴리이미드 수지)의 밀착성을 확보하는 것이 가능해서, 백화현상 등을 회피할 수 있다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명을 적용한 다층배선기판의 제조방법에 대해서, 도면을 참조해서 상세하게 설명한다.

범프 접속을 이용한 다층배선기판의 제조 시에는, 우선, 도 1 중 1단계째에 나타낸 바와 같이, 범프 형성을 위한 구리박(1)과, Ni 등으로 이루어진 에칭 배리어층(2)과, 제1배선층으로 되는 구리박(3)을 적층해서 이루어진 클래드재를 준비한다. 여기에서, 상기 에칭 배리어층(2)은 구리박(1)에 대해서 에칭 선택성을 갖고, 구리박(1)의 에칭 시 에칭스토퍼로 된다. 또한, 구리박(3)은 최종적으로는 패터닝에 의해 배선층으로 되지만, 이 단계에서는 상기 구리박(1) 및 에칭 배리어층(2)을 에칭함으로써 형성되는 범프를 지지하는 지지체로서도 기능하는 것이다.

그리고, 도 1 중 2단계째에 나타낸 바와 같이, 상기 구리박(1)을 에칭해서 범프(4)를 형성한다. 이 구리박(1)의 에칭은 산성 에칭액에 의한 에칭과, 알칼리성 에칭액에 의한 에칭을 조합시켜서 행하는 것이 바람직하다. 즉, 구리박(1) 위에 마스크로 되는 레지스트 막(도면에 도시는 생략함)을 형성한 후, 산성 에칭액 (예를 들면, 염화 제이구리)을 분사한다. 이것에 의해 구리박(1)이 에칭되지만, 이 산성 에칭액에 의한 에칭 깊이는 구리박(1)의 두께보다도 얕게 해서, 에칭 배리어층(2)이 노출되지 않는 범위에서 행한다. 이어서, 수세(린스) 후, 알칼리 에칭액(예를 들면, 수산화암모늄)에 의해 구리박(1)의 잔부를 에칭한다. 알칼리 에칭액은 에칭 배리어층(2)을 구성하는 Ni를 대부분 침투하는 일이 없고, 따라서, 에칭 배리어층(2)은 이 알칼리 에칭액에 의한 에칭의 스토퍼로서 기능한다. 또한, 이때 알칼리 에칭액의 pH는 8.0 이하로 하는 것이 바람직하다. 알칼리 에칭액을 상기 pH로 함으로써, 에칭 배리어층(2)을 침투하지 않고, 구리박(1)을 비교적 빠르게 에칭할 수 있다. 또한, 상기 범프(4)의 형성 후, 상기 에칭 배리어층(2)도 제거하지만, 이 경우에는 에칭 배리어층(2)인 Ni만을 에칭 제거하고, 그 밑의 구리박(3)에 대해서는 거의 이것을 침투하는 일이 없는 에칭액을 이용한다.

다음에, 도 1 중 3단계째에 나타낸 바와 같이, 상기 범프(4) 사이를 메우는 형태로 절연층(5)을 형성한다. 절연층(5)은 예를 들면 폴리이미드 등의 수지재료를 도포함으로써 혹은 수지 필름을 열압착함으로써 형성할 수 있다. 여기에서 사용하는 수지재료로서는 특히 도금에 대한 밀착성이나 유리전이점, 선팽창계수 등을 고려할 필요가 없이, 필요한 특성 등에 따라 임의의 것을 선택할 수 있다. 또한, 그 두께 등도 제약되는 일은 없다.

상기 절연층(5)의 형성 후, 범프(4)의 선단면이 드러나도록, 예를 들어 표면을 연마하고, 도 1 중 4단계째에 나타낸 바와 같이, 이 위에 제2배선층이 되는 구리박(6)을 배치하고, 도 1 중 5단계째에 나타낸 바와 같이 열압착 등의 수법에 의해 서로 붙인다.

상기 맞붙이기(성형)는 소위 열압착에 의해 행한다. 구리박(6)의 열압착 시에는 도 1 중 4단계째 혹은 도 1 중 5단계째에 나타낸 적층체를 예를 들면 스테인레스판 사이에 반복해서 배치하고, 일괄하여 열압착을 행한다.

프레스 시의 압력은 90 내지 150 ㎏/㎠ 정도, 프레스 온도는 335℃ 정도이다. 도 2는 프레스(열압착)시의 온도 프로파일, 압력 프로파일, 진공 프로파일의 일례를 나타낸 것이다. 본 예에서는 미리 200℃에서 예비가열한 후, 335℃까지 온도를 올리고, 압력 110 ㎏/㎠로 프레스하고 있다. 진공도는 1.3 ㎪이다.

전술한 바와 같이 제품을 스테인레스판 사이에 끼우고, 열압착을 행한 경우, 온도나 압력이 높고, 또 범프(4)의 선단면에 가중이 집중되므로, 스테인레스판에 대한 부착이 발생하는 일이 있다. 도 3은 제품의 맞붙인 상태를 나타낸 것이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 열압착 후에는 범프(4)의 형성 위치에 대응해서 구리박(6)이 스테인레스판(ST)에 붙게 된다(즉, 부착된다). 도 3에 있어서는 이러한 부착이 일어나고 있는 장소를 점 (p)로 표시한다.

이와 같이 구리박(6)이 부착된 상태에서 제품을 스테인레스판(ST)으로부터 떼어내면, 예를 들어 도면 중 A점에 힘이 가해진 제품이 연신되고, 결과적으로 도면 중 B부분에 요철이 형성되어버리는 현상이 일어난다. 상기 부착은 범프(4) 부분에 일어나므로, 범프(4)가 밀집되어 있는 부분에서 상기 현상이 일어나기 쉽다. 또한 상기 가중의 집중은 구리박(6)과 절연층(5)의 밀착성에도 악영향을 끼친다.

그래서, 본 실시예에 있어서는 스테인레스판(21)과 구리박(6) 사이에 금속박을 개재시켜, 상기 부착을 방지하는 것으로 한다. 구체적으로는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 도 1 중 4단계째 혹은 도 1 중 5단계째에 나타낸 적층체의 양면에 대응하고, 즉 열압착하는 구리박(6)과 스테인레스판(21) 사이, 그리고 지지체로 되는 구리박(3)과 스테인레스판(21) 사이에 각각 구리박(22)을 개재시킨다. 또한 최외부의 스테인레스판(21)의 외측에는 각각 쿠션재(23)를 배치하고, 이들을 개재해서 프레스기(24) 사이에 끼운다.

또한, 상기 중첩에 있어서는, 최저한 열압착하는 구리박(6)과 스테인레스판(21) 사이에 구리박(22)을 개재시키면 되고, 예를 들어 구리박(3)이 방청 처리되어 있을 경우 등에는 구리박(3)과 스테인레스판(21) 사이의 구리박(22)은 생략하는 것도 가능하다.

여기서, 상기 구리박(22)은 반드시 구리박이 아니어도 되며, 임의의 금속에 의해 구성되는 금속박을 이용하는 것도 가능하다. 다만, 사용하는 구리박(22)(금속박)은 그 표면이 이형성을 갖는 것, 즉 예를 들어 표면에 이형층이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이 경우의 이형층으로서는 예를 들면 구리박(22)의 표면에 형성되는 방청층에 의해 구성할 수 있다. 방청층으로서는 Ni-Cr 도금층이나 Ni-Cr-Zn 도금층 등을 들 수 있고, 그 위에, 구리박(22)의 표면에 형성되는 산화막을 상기 이형층으로서 이용하는 것도 가능하다.

상기 구리박(6)의 열압착 후, 도 1 중 6단계째에 나타낸 바와 같이, 앞뒤 양면의 도체층(구리박(6) 및 구리박(3))을 원하는 배선 패턴에 따라 패터닝하여, 배선층으로 한다. 상기 패터닝은 일반적인 포토리소그래피 기술 및 에칭 기술에 의해 행할 수 있다. 이에 따라, 양면배선 기판을 얻을 수 있지만, 한층 더 다층화하는 것도 가능하다.

본 실시형태의 다층배선기판의 제조방법에 있어서는 스테인레스판(21)과 구리박(6) 사이에 개재되는 구리박(22)의 표면에 형성되는 방청층이나 산화층 등이 이형층으로서 기능하므로, 성형(구리박(6) 붙이기) 후에 있어서의 제품의 스테인레스판(21)에의 부착을 방지할 수 있어, 주름이나 요철 등이 일어나지 않아 치수안정성이 우수한 다층배선기판을 제조하는 것이 가능하다. 또, 제품은 스테인레스판(21)으로부터 용이하게 떼어낼 수 있어, 특별한 도구를 사용할 필요도 없으므로, 양호한 작업성으로 해체 작업을 행하는 것이 가능하다. 또한, 상기 구리박(22)을 개재시킴으로써 구리박(6)의 약간의 변형이 가능해져, 구리박(6)과 절연층(5)의 밀착성의 개선에 연결된다.

도 1은 다층배선기판의 제조 프로세스의 일례를 나타낸 것으로, 1단계째는 클래드재를 나타낸 단면도, 2단계째는 범프 형성공정을 나타낸 단면도, 3단계째는 절연층 형성공정을 나타낸 단면도, 4단계째는 구리박 배치공정을 나타낸 단면도, 5단계째는 구리박 열압착 공정(성형공정)을 나타낸 단면도, 6단계째는 구리박 패터닝 공정을 나타낸 단면도;

도 2는 열압착 공정에 있어서의 온도, 압력, 진공도의 프로파일을 도시한 도면;

도 3은 열압착 후의 맞붙인 형태를 나타낸 모식도;

도 4는 실시형태에 있어서의 스테인레스판의 중첩 상태를 나타낸 단면도.

이하, 본 발명을 적용한 구체적인 실시예에 대해서, 실험 결과를 기초로 설 명한다.

비교예

우선, 종래 방법에 의해 성형을 행하였다. 즉, 제품을 통상의 스테인레스판 사이에 끼우고, 구리박(6)의 열압착(성형)을 행하였다. 제조 프로세스는 제 1 실시형태와 마찬가지였다. 그 결과, 제품의 부착이 일어나, 얻어진 제품에 주름이나 요철이 발생했다. 또한, 제품의 떼어내기가 곤란해서, 쐐기를 넣어서 떼어냈다. 비교예에 있어서의 치수안정성(편차) 3σ는 0.05%(N수 = 50W)로, 편차가 큰 값으로 되어 있었다.

실시예 1

본 실시예에서는 열압착 시, 방청 처리한 구리박(22)을 구리박(6)과 스테인레스판(21) 사이에 개재시켰다. 사용한 구리박(22)은 두께 12 ㎛, 로프로파일(low profile)(3 ㎛)이었다.

한편, 구리박(3)에 대해서는 스테인레스판(21)과의 대향면에 방청 처리를 그대로 남기는 것으로 대응했다. 구리박(3)은 절연층(5)인 폴리이미드 수지와의 밀착을 취하기 위해서 조면화 처리를 행하고 있다. 스테인레스판(21)과의 대향면에 대해서는 상기 조면화 처리 시 보호막을 붙이고, 방청 처리를 남기도록 했다.

본 실시예에서는 완성된 제품에는 부착에 기인하는 꺽임이나 주름, 뒤틀림, 컬, 요철 등은 보이지 않았다. 또한, 치수안정성(편차) 3σ는 0.037％(N수 = 156W)로, 앞서의 비교예에 비해서 현저하게 작은 값이었다.

실시예 2

본 실시예도, 앞서의 실시예와 마찬가지로 구리박을 개재시킨 예이지만, 본 예의 경우에는 도 4에 나타낸 바와 같이, 방청 처리한 구리박(22)을 제품의 양쪽, 즉, 구리박(6)과 스테인레스판(21) 사이 그리고 구리박(3)과 스테인레스판(21) 사이에 개재시켰다. 사용한 구리박(22)은 두께 12 ㎛, 프로파일은 5 ㎛ 정도였다.

본 실시예에 있어서도, 완성된 제품에는 부착에 기인하는 꺽임이나 주름, 뒤틀림, 컬, 요철 등은 보이지 않았다. 또한 치수안정성(편차) 3σ는 0.016％(N수 = 30W)로, 앞서의 비교예에 비교하면 현저하게 작은 값이며, 실시예 1과 비교해도 절반 이하로 되었다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 성형(구리박 붙이기) 후에 있어서의 제품의 스테인레스판에의 부착을 방지할 수 있어, 주름이나 요철 등이 생기지 않아 치수안정성이 우수한 다층배선기판을 작업성 양호하게 제조하는 것이 가능하다. 또한, 맞붙여진 구리박과 절연층(폴리이미드 수지)의 밀착성을 확보하는 것이 가능해서, 백화현상 등을 회피할 수 있다.

Claims (9)

1. 층간 접속을 위해 구리로 만들어진 범프가 형성된 기재 위에 절연층을 형성하는 공정;

   구리박을 스테인레스판 사이에 샌드위칭시켜 적층(larmination)에 의해 상기 절연층 위에 구리박을 본딩하는 공정; 및

   상기 구리박을 패터닝하는 공정을 포함하며,

   여기서, 상기 적층시 범프의 위치에 압력의 집중이 감소되도록 적어도 각 금속박이 각 스테인레스판과 상기 구리박 사이에 개재되고 상기 스테인레스판이 직접적으로 그것의 각 금속박과 접촉하는, 다층배선기판의 제조방법.
2. 층간 접속을 위해 구리로 만들어진 범프가 형성된 기재 위에 절연층을 형성하는 공정;

   구리박을 스테인레스판 사이에 샌드위칭시켜 적층에 의해 상기 절연층 위에 구리박을 본딩하는 공정; 및

   상기 구리박을 패터닝하는 공정을 포함하며, 여기서,

   상기 적층시 범프의 위치에 압력의 집중이 감소되도록 적어도 금속박이 각 스테인레스판과 상기 구리박 사이에 개재되며, 상기 금속박은 금속박 표면에 이형층이 구비되어 있고, 상기 이형층은 판층(plated layer) 또는 산화층으로 형성되어 있는, 다층배선기판의 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 이형층은 방청층을 포함하는, 다층배선기판의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 금속박이 구리박인, 다층배선기판의 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 절연층은 폴리이미드 수지로 만들어지는, 다층배선기판의 제조방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 적층은 상기 구리박의 열압착 본딩을 포함하는 것인, 다층배선기판의 제조방법.
7. 제2항에 있어서, 상기 금속박이 구리박인, 다층배선기판의 제조방법.
8. 제2항에 있어서, 상기 절연층은 폴리이미드 수지로 만들어지는, 다층배선기판의 제조방법.
9. 제2항에 있어서, 상기 적층은 상기 구리박의 열압착 본딩을 포함하는 것인, 다층배선기판의 제조방법.

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