KR101180031B1 - 연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연성 인쇄회로 기판용의 금속 배선을 형성하는 기법에 관한 것으로, 이를 위하여, 본 발명은, 폴리이미드 필름 상에 금속 물질을 직접 적층한 후 습식 식각 공정을 통해 금속 물질의 일부를 선택 제거하여 임의의 패턴을 갖는 금속 배선을 형성하는 전술한 종래 방법과는 달리, 희생막 상에 미세 패턴을 형성하고, 이 미세 패턴에 금속 물질을 매립한 후 폴리이미드 필름을 접착하며, 이후 희생막을 제거하는 방식으로 폴리이미드 필름 상에 원하는 미세 패턴의 금속 배선을 형성함으로써, 연성 인쇄회로 기판용의 금속 배선을 더욱 미세 패턴으로 형성할 수 있다.

Description

연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법{METHOD FOR MANUFACTURING METAL LINE OF FPCB}
본 발명은 연성 인쇄회로 기판(FPCB : flexible printed circuit board)의 제법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연성 인쇄회로 기판용의 금속 배선을 미세 패턴으로 형성하는데 적합한 연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법에 관한 것이다.
근래 들어, 전자산업 분야에서 전자소자 집적회로의 집적도가 급속하게 발전하고, 또한 소형의 칩 부품을 직접 탑재하는 표면실장 기술이 발전함에 따라 복잡하고 협소한 공간에서도 내장이 용이하도록 하는 기술을 더욱 요구하고 있으며, 이러한 요구에 부응하기 위한 수단으로서 연성 인쇄회로 기판의 활용 및 보급이 급속도로 확산되고 있는 추세이다.
즉, 연성 인쇄회로 기판은 다양하고 복합적인 기능을 수행하는 제품들에서 서로 다른 기능을 수행하는 모듈(또는 전자소자)과 모듈 또는 모듈과 본체 세트간의 인터페이스를 위하여 사용될 수 있다. 즉, 연성 인쇄회로 기판은 다양한 형태의 모듈과 모듈 또는 모듈과 본체 세트간을 전기적/물리적으로 연결하여 서로간의 인터페이스를 제공하는 기능 등을 수행할 수 있다.
이러한 연성 인쇄회로 기판에는 전자소자간의 인터페이스를 위한 금속 배선들이 형성되는데, 이와 같이 연성 인쇄회로 기판용의 금속 배선을 형성하는 종래의 방법에 대하여 도 1a 내지 도 1d를 참조하여 설명한다.
도 1a 내지 도 1d는 종래 방법에 따라 연성 인쇄회로 기판에 금속 배선을 형성하는 주요 과정을 도시한 공정 순서도이다.
도 1a를 참조하면, 예컨대 스퍼터링 등과 같은 증착 공정을 실시하여 베이스층으로서 기능하는 폴리이미드 필름(PI)(102)상에 소정 두께의 금속 물질(104a), 예컨대 구리 등과 같은 금속 물질을 형성한다.
다음에, 감광성 물질 도포, 노광, 현상 등을 포함하는 포토리소그리피 공정을 실시함으로써, 일 예로서 도 1b에 도시된 바와 같이, 금속 물질(104a)상에 식각 마스크 패턴(106)을 형성한다.
이어서, 식각 마스크 패턴(106)을 식각 장벽층으로 하는 식각 공정, 예컨대 부식액을 이용하는 습식 식각 공정을 실시하여 그 상부가 노출된 금속 물질(104a)을 선택적으로 제거함으로써, 일 예로서 도 1c에 도시된 바와 같이, 폴리이미드 필름(102) 상에 임의의 패턴을 갖는 금속 배선(104)을 형성한다.
마지막으로, 스트립 공정 등을 실시하여 금속 배선(104) 상에 잔류하는 식각 마스크 패턴(106)을 완전히 제거함으로써, 일 예로서 도 1d에 도시된 바와 같이, 금속 배선(104)을 완성한다.
이후, 도 1에서의 도시는 생략하였으나, 보호층 접합, 비아 가공 및 도금, 보강대 접합 등과 같은 일련의 후속 공정들을 순차적으로 실시함으로써, 연성 인쇄회로 기판을 제작하게 된다.
즉, 종래 방법에서는 폴리이미드 필름 상에 금속 물질을 직접 형성(적층)한 후 포토리소그라피 공정과 습식 식각 공정을 통해 금속 물질의 일부를 선택적으로 제거함으로서, 폴리이미드 필름 상에 목포로 하는 패턴을 갖는 금속 배선을 형성한다.
그러나, 폴리이미드 필름 상에 금속 물질을 형성한 후 그 일부를 습식 식각으로 제거하는 방식으로 금속 배선을 형성하는 종래 방법은 습식 식각의 공정 한계로 인해 배선 사이즈 및 피치(pitch)가 영향을 받기 때문에 금속 배선의 선폭을 보다 미세하게 하는데 근본적인 한계를 가질 수밖에 없다는 문제가 있다.
본 발명은, 희생막 상에 배선 패턴을 형성하는 과정과, 상기 배선 패턴의 음각 부분에 금속 물질을 매립하는 과정과, 기 설정된 목표 두께만 남도록 상기 배선 패턴과 금속 물질을 일정 두께만큼 평탄하게 제거하여 금속 배선을 형성하는 과정과, 접착제를 이용하여 상기 금속 배선 측에 폴리이미드 필름을 접착시키는 과정과, 상기 폴리이미드 필름의 대향 측에 있는 상기 희생막을 제거하여 상기 금속 배선의 일측 상부를 노출시킴으로써, 상기 금속 배선을 완성하는 과정을 포함하는 연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법을 제공한다.
여기에서, 배선 패턴을 형성하는 과정은, 희생막 상에 시드 금속층을 형성하는 과정과, 시드 금속층 상에 폴리이미드층을 형성하는 과정과, 패터닝 공정을 통해 폴리이미드층의 일부를 선택 제거함으로써, 배선 패턴을 형성하는 과정을 포함할 수 있다.
또한, 금속 배선을 완성하는 과정은, 연마 공정을 통해 희생막을 일정 두께만큼 제거하는 과정과, 식각 공정을 통해 잔류하는 희생막을 완전히 제거하여 금속 배선의 일측 상부를 노출시키는 과정을 포함할 수 있다.
또한, 금속 배선을 완성하는 과정은, 접착제를 이용하여 폴리이미드 필름의 노출면에 강성 보강재를 접착시키는 과정과, 연마 공정을 실시하여 금속 배선의 일측 상부가 노출될 때까지 희생막을 제거하는 과정과, 강성 보강재를 폴리이미드 필름으로부터 탈거함으로써, 금속 배선을 완성하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명은, 희생막 상에 미세 패턴을 형성하고, 이 미세 패턴에 금속 물질을 매립한 후 폴리이미드 필름을 접착하며, 이후 희생막을 제거하는 방식으로 폴리이미드 필름 상에 원하는 미세 패턴의 금속 배선을 형성함으로써, 연성 인쇄회로 기판용의 금속 배선을 더욱 미세 패턴으로 형성할 수 있다.
도 1a 내지 도 1d는 종래 방법에 따라 연성 인쇄회로 기판에 금속 배선을 형성하는 주요 과정을 도시한 공정 순서도,
도 2a 내지 2i는 본 발명의 실시 예에 따라 연성 인쇄회로 기판에 금속 배선을 형성하는 주요 과정을 도시한 공정 순서도,
도 3a 내지 3c는 본 발명의 변형 실시 예에 따라 연성 인쇄회로 기판에 금속 배선을 형성하는 일부 과정을 도시한 공정 순서도.
본 발명의 기술요지는, 폴리이미드 필름 상에 금속 물질을 직접 적층한 후 습식 식각 공정을 통해 금속 물질의 일부를 선택 제거하여 임의의 패턴을 갖는 금속 배선을 형성하는 전술한 종래 방법과는 달리, 희생막 상에 미세 패턴을 형성하고, 이 미세 패턴에 금속 물질을 매립한 후 폴리이미드 필름을 접착하며, 이후 희생막을 제거함으로써, 폴리이미드 필름 상에 원하는 미세 패턴의 금속 배선을 형성한다는 것으로, 본 발명은 이러한 기술적 수단을 통해 종래 방식에서의 문제점들을 효과적으로 개선할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.
아울러, 아래의 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성 등에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들인 것으로, 이는 사용자, 운용자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 그 정의는 본 명세서의 전반에 걸쳐 기술되는 기술사상을 토대로 이루어져야 할 것이다.
도 2a 내지 2i는 본 발명의 실시 예에 따라 연성 인쇄회로 기판에 금속 배선을 형성하는 주요 과정을 도시한 공정 순서도이다.
도 2a를 참조하면, 예컨대 스퍼터링 등과 같은 증착 공정을 실시하여 실리콘웨이퍼 등과 같은 희생막(202)의 상부에 박막의 시드 금속층(204)을 형성한다. 여기에서, 희생막(202)은, 일 예로서 실리콘웨이퍼를 이용하는 것으로 하여 설명하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 후속하는 연마 공정 및/또는 습식 또는 건식 식각 공정을 통해 제거가 용이한 재질이라면 어떠한 재질이라도 이용할 수 있음은 물론이다.
다음에, 시드 금속층(204)의 전면에 대해 코팅 공정을 실시함으로써, 일 예로서 도 2b에 도시된 바와 같이, 시드 금속층(204) 상에 폴리이미드(206a)를 형성한다.
이어서, 일련의 패터닝 공정을 실시하여 폴리이미드(206a)의 일부를 선택적으로 제거함으로써, 일 예로서 도 2c에 도시된 바와 같이, 시드 금속층(204)의 상부 일부를 선택적으로 노출시키는 배선 패턴(206)을 형성한다.
여기에서, 패터닝 공정으로는, 예컨대 감광성 폴리이미드를 이용하는 포토리소그라피 공정을 이용하거나 혹은 비감광성 폴리이미드를 이용하는 핫 엠보싱(hot embossing) 공정 또는 UV 임프린팅(imprinting) 공정 등을 이용할 수 있다.
다시, 금속 물질(예컨대, 구리 등)의 매립 공정을 실시함으로서, 일 예로서 도 2d에 도시된 바와 같이, 배선 패턴(206)의 음각 부분(A)을 금속 물질(208a)로 완전히 매립시킨다. 여기에서, 금속 물질의 매립은, 예컨대 전기도금 공정을 통해 수행되거나 혹은 전해 또는 무전해 도금 공정을 통해 수행되거나 혹은 리프트 오프(lift-off) 공정 등을 통해 수행될 수 있다.
다음에, 예컨대 CMP 등과 같은 연마 공정을 실시하여 기 설정된 목표 두께만 남도록 배선 패턴(206)과 금속 물질(208a)을 일정 두께만큼 제거함으로써, 일 예로서 도 2e에 도시된 바와 같이, 시드 금속층(204) 상에 목포로 하는 두께 범위의 패턴을 갖는 금속 배선(208)을 형성한다.
이어서, 에폭시 등과 같은 접착제(210)를 이용하는 접착 공정을 실시하여, 일 예로서 도 2f에 도시된 바와 같이, 금속 배선(208)의 형성 부분에 FPCB용의 폴리이미드(PI) 필름(212)을 접착시킨다.
다시, 예컨대 CMP 등과 같은 연마 공정을 실시하여, 일 예로서 도 2g에 도시된 바와 같이, 폴리이미드 필름(212)의 대향 측에 있는 후막의 희생막(202)을 일정 두께만큼 제거(1차 제거)한다. 즉, 후속하는 식각 공정(습식 또는 건식 식각 공정 )을 통해 적절하게 제거 가능한 정도의 목표 두께로 희생막의 일부를 평탄하게 제거한다.
그리고, 습식 또는 건식 식각 공정을 실시함으로써, 도 2h에 도시된 바와 같이, 잔류하는 희생막(202)을 완전히 제거(2차 제거)하여 시드 금속층(204)의 일측 표면을 노출시킨다.
여기에서, CMP 등과 같은 연마 공정을 통해 희생막을 일정 두께만큼 1차 제거한 후 습식 또는 건식 식각으로 잔류하는 나머지 희생막을 2차 제거하는 것은 습식 또는 건식 식각으로만 후막의 희생막을 제거할 경우 공정 시간이 너무 길어질 수 있을 뿐만 아니라 장시간의 가스 노출로 인한 손상 등을 방지하기 위해서이다. 따라서, 희생막의 두께를 상대적으로 짧은 식각 공정을 통해 적절하게 제거할 수 있는 정도로 할 수 있다면, 희생막의 일부를 제거하기 위한 연마 공정은 생략될 수도 있음은 물론이다.
마지막으로, 예컨대 습식 식각 공정 등을 실시하여 시드 금속층(204)을 완전히 제거함으로써, 일 예로서 도 2i에 도시된 바와 같이, 금속 배선(208)의 일측 상부를 노출시켜 금속 배선(208)의 제작을 완성한다. 여기에서, 시드 금속층(204)의 제거는, 예컨대 CMP 등과 같은 연마 공정을 통해 제거될 수도 있음은 물론이다.
도 3a 내지 3c는 본 발명의 변형 실시 예에 따라 연성 인쇄회로 기판에 금속 배선을 형성하는 일부 과정을 도시한 공정 순서도이다.
본 변형 실시 예에 따른 배선 형성 방법은 도 2a 내지 2f의 과정까지는 도 2의 실시 예에 실질적으로 동일하므로, 명세서의 간결화를 위한 불필요한 중복기재를 피하기 위하여 여기에서는 그 이후의 제조 과정에 대해서만 설명한다.
먼저, 도 2f까지의 과정을 통해 폴리이미드 필름이 접착된 구조물이 완성되면, 탈거가 용이한 접착제(302)를 이용하는 접착 공정을 실시하여, 일 예로서 도 3a에 도시된 바와 같이, 폴리이미드 필름(212)의 노출 표면에 강성 보강재(304)를 접착시킨다. 여기에서, 강성 보강재(304)는 후속하는 연마 공정을 통해 희생막(202)을 제거할 때 폴리이미드 필름(212)이 물리적으로 휘어지는 것을 방지할 수 있는 정도의 강도를 갖는 보강재를 의미할 수 있다.
다음에, 예컨대 CMP 등과 같은 연마 공정을 실시함으로써, 일 예로서 도 3b에 도시된 바와 같이, 상대적으로 후막인 희생막을 완전히 제거하여 시드 금속층(204)의 표면을 노출시킨다.
이어서, 예컨대 습식 식각 공정 또는 CMP 공정 등을 실시하여 시드 금속층(204)을 완전히 제거함으로써, 일 예로서 도 3c에 도시된 바와 같이, 금속 배선(208)의 일측 상부를 노출시킨다.
이후, 도 3에서의 도시는 생략하였으나, 금속 배선(208)이 형성된 폴리이미드 필름(212)을 강성 보강재(304)로부터 탈거함으로써, 도 2i에 도시된 바와 같이 금속 배선(208)의 제작을 완성한다.
한편, 본 변형 실시 예에서는 연마 공정으로 희생막을 완전히 제거하고, 이후 습식 식각 공정을 실시하여 시드 금속층을 제거하는 것으로 하여 설명하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 희생막과 시드 금속층의 재질이나 두께 등에 따라 한번의 연마 공정으로 희생막과 시드 금속층을 순차 제거할 수도 있음은 물론이다.
이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.
202 : 희생막 204 : 시드 금속층
206 : 배선 패턴 208 : 금속 배선
210 : 접착제 212 : 폴리이미드 필름

Claims (18)

  1. 희생막 상에 배선 패턴을 형성하는 과정과,
    상기 배선 패턴의 음각 부분에 금속 물질을 매립하는 과정과,
    기 설정된 목표 두께만 남도록 상기 배선 패턴과 금속 물질을 일정 두께만큼 평탄하게 제거하여 금속 배선을 형성하는 과정과,
    접착제를 이용하여 상기 금속 배선 측에 폴리이미드 필름을 접착시키는 과정과,
    상기 폴리이미드 필름의 대향 측에 있는 상기 희생막을 제거하여 상기 금속 배선의 일측 상부를 노출시킴으로써, 상기 금속 배선을 완성하는 과정
    을 포함하는 연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배선 패턴을 형성하는 과정은,
    상기 희생막 상에 시드 금속층을 형성하는 과정과,
    상기 시드 금속층 상에 폴리이미드층을 형성하는 과정과,
    패터닝 공정을 통해 상기 폴리이미드층의 일부를 선택 제거함으로써, 상기 배선 패턴을 형성하는 과정
    을 포함하는 연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 희생막은,
    실리콘 웨이퍼인
    연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 시드 금속층은,
    스퍼터링 공정으로 형성되는
    연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 패터닝 공정은,
    감광성 폴리이미드를 이용하는 포토리소그라피 공정인
    연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 패터닝 공정은,
    비감광성 폴리이미드를 이용하는 핫 엠보싱 공정 또는 UV 임프린팅 공정인
    연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 물질의 매립은,
    전기도금 공정을 통해 수행되는
    연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 물질의 매립은,
    전해 또는 무전해 도금 공정을 통해 수행되는
    연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 물질의 매립은,
    리프트 오프(lift-off) 공정을 통해 수행되는
    연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 배선을 형성하는 과정은,
    CMP 공정을 통해 수행되는
    연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 배선을 완성하는 과정은,
    연마 공정을 통해 상기 희생막을 일정 두께만큼 제거하는 과정과,
    식각 공정을 통해 잔류하는 상기 희생막을 완전히 제거하여 상기 금속 배선의 일측 상부를 노출시키는 과정
    을 포함하는 연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 식각 공정은,
    습식 또는 건식 식각 공정인
    연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 배선 형성 방법은,
    상기 희생막 상에 배선 패턴을 형성하기 전에 상기 희생막 상에 시드 금속층을 형성하는 과정
    을 더 포함하는 연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 배선 형성 방법은,
    상기 시드 금속층이 형성될 때, 상기 희생막을 완전히 제거한 후 상기 금속 배선의 일측 상부가 노출될 수 있도록 상기 시드 금속층을 제거하는 과정
    을 더 포함하는 연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 시드 금속층은,
    습식 식각 공정을 통해 제거되는
    연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 시드 금속층은,
    CMP 공정을 통해 제거되는
    연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 배선을 완성하는 과정은,
    접착제를 이용하여 상기 폴리이미드 필름의 노출면에 강성 보강재를 접착시키는 과정과,
    연마 공정을 실시하여 상기 금속 배선의 일측 상부가 노출될 때까지 상기 희생막을 제거하는 과정과,
    상기 강성 보강재를 상기 폴리이미드 필름으로부터 탈거함으로써, 상기 금속 배선을 완성하는 과정
    을 포함하는 연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 연마 공정은,
    CMP 공정인
    연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법.
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