KR101356984B1 - 연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 연성 인쇄회로 기판용의 금속 배선을 파인 피치(fine pitch)에 대응 가능한 미세 패턴으로 형성하는데 적합한 연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 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, 금속 기판 상에 배선 패턴을 형성하고, 애노다이징을 통해 배선 패턴에 의해 선택적으로 노출된 금속 기판의 일부를 산화막으로 변환시킨 후 잔류하는 배선 패턴을 제거하며, 산화막이 형성된 금속 기판 측에 폴리이미드 필름을 접착시키고, 폴리이미드 필름의 대향 측에 있는 금속 기판을 평탄하게 제거하여 산화막의 상부를 노출시키는 공정을 통해 금속 배선을 형성함으로써, 연성 인쇄회로 기판용의 금속 배선을 파인 피치에 대응 가능한 미세 패턴으로 실현할 수 있는 것이다.

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 파인 피치(fine pitch)에 대응 가능한 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 세트 간을 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, 일예로서 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, 일예로서 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, 일예로서 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.

대한민국 공개특허 제2011-0009790호(공개일 : 2011. 01. 31.)

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, 일 관점에 따라, 금속 기판 상에 배선 패턴을 형성하는 과정과, 애노다이징 공정을 실시하여 상기 배선 패턴에 의해 선택적으로 노출된 금속 기판의 일부를 산화막으로 변환시키는 과정과, 상기 배선 패턴을 제거하는 과정과, 상기 산화막이 형성된 금속 기판 측에 폴리이미드 필름을 접착시키는 과정과, 상기 폴리이미드 필름의 대향 측에 있는 상기 금속 기판을 평탄하게 제거하여 상기 산화막의 상부를 노출시킴으로써, 상기 산화막에 의해 그 패턴이 정의되는 금속 배선을 완성하는 과정을 포함하는 연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법을 제공한다.

본 발명은, 금속 기판 상에 배선 패턴을 형성하고, 애노다이징을 통해 배선 패턴에 의해 선택적으로 노출된 금속 기판의 일부를 산화막으로 변환시킨 후 잔류하는 배선 패턴을 제거하며, 산화막이 형성된 금속 기판 측에 폴리이미드 필름을 접착시키고, 폴리이미드 필름의 대향 측에 있는 금속 기판을 평탄하게 제거하여 산화막의 상부를 노출시키는 공정을 통해 금속 배선을 형성함으로써, 연성 인쇄회로 기판용의 금속 배선을 파인 피치에 대응 가능한 미세 패턴으로 실현할 수 있다.

도 1a 내지 도 1d는 종래 방법에 따라 연성 인쇄회로 기판에 금속 배선을 형성하는 주요 과정을 도시한 공정 단면도,
도 2a 내지 2g는 본 발명의 실시 예에 따라 연성 인쇄회로 기판에 금속 배선을 형성하는 주요 과정을 도시한 공정 단면도,
도 3은 본 발명에 따라 금속 배선이 형성된 연성 인쇄회로 기판의 평면도,
도 4a 및 4b는 본 발명에 따라 컨택용의 패드 영역을 통해 상부가 노출된 금속 배선 상에 범프를 형성한 연성 인쇄회로 기판의 단면도 및 평면도,
도 5a 및 5b는 본 발명에 따라 컨택용의 패드 영역을 통해 상부가 노출된 금속 배선의 일측에 팁을 형성한 연성 인쇄회로 기판의 단면도 및 평면도.

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, 금속 기판 상에 배선 패턴을 형성하고, 애노다이징(anodizing)을 통해 배선 패턴에 의해 선택적으로 노출된 금속 기판의 일부를 산화막(알루미늄 산화막)으로 변환시킨 후 잔류하는 배선 패턴을 제거하며, 산화막이 형성된 금속 기판 측에 폴리이미드 필름을 접착시키고, 폴리이미드 필름의 대향 측에 있는 금속 기판을 평탄하게 제거하여 산화막의 상부를 노출시키는 공정을 통해 금속 배선을 완성한다는 것으로, 본 발명은 이러한 기술적 수단을 통해 목적으로 하는 바를 실현함으로써 종래 기술에서의 문제점을 효과적으로 개선할 수 있다.

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.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2a 내지 2g는 본 발명의 실시 예에 따라 연성 인쇄회로 기판에 금속 배선을 형성하는 주요 과정을 도시한 공정 단면도이다.

도 2a를 참조하면, 알루미늄 기판(202)을 준비한 후, 일련의 패터닝 공정을 실시함으로써, 알루미늄 기판(202)상에 그 상부 일부를 선택적으로 노출시키는 배선 패턴(204)을 형성한다.

여기에서, 패터닝 공정으로는, 예컨대 감광성 포토레지스트 물질을 이용하는 포토리소그라피 공정을 이용하거나 혹은 비감광성 포토레지스트 물질을 이용하는 핫 엠보싱(hot embossing) 공정 또는 UV 임프린팅(imprinting) 공정 등을 이용할 수 있다.

다음에, 애노다이징 공정(또는 산화 공정)을 실시함으로써, 일예로서 도 2b에 도시된 바와 같이, 배선 패턴(204)에 의해 정의되어 그 상부가 노출되는 알루미늄 기판(202)의 일부를 알루미늄 산화막(206)으로 변환시킨다.

여기에서, 알루미늄 산화막(206)의 두께는 후술하는 공정을 통해 형성되어질 금속 배선의 두께를 정의할 수 있는 것으로, 그 두께는 용도 또는 필요에 따라 수 ㎛ 내지 수십 ㎛가 될 수 있으며, 이러한 두께는 애노다이징의 공정 시간 및/또는 산화를 위해 가해지는 전류 값에 의해 조절될 수 있다.

이후, 스트리핑 공정 등을 실시함으로써, 일예로서 도 2c에 도시된 바와 같이, 알루미늄 기판(202) 상에 잔류하는 배선 패턴을 제거한다.

이어서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 일측 면에 에폭시 등과 같은 접착제(208)가 부착된 폴리이미드 필름(폴리이미드 연성기판 재료)(210)을 준비하고, 임의의 패턴을 갖는 알루미늄 산화막(206)이 형성된 알루미늄 기판(202)과 폴리이미드 필름(210)을 목표 위치에 정렬시킨 후 접착(본딩) 공정을 실시함으로써, 일예로서 도 2e에 도시된 바와 같이, 알루미늄 기판(202)과 폴리이미드 필름(210)을 접착시킨다.

다시, 알루미늄 기판의 제거 공정, 예컨대 CMP 공정 또는 그라인딩(grinding 공정을 실시하여 알루미늄 산화막(206)의 일측 상부가 노출될 때까지 폴리이미드 필름(210)의 대향 측에 있는 금속 기판(202)을 평탄하게 제거함으로써, 일예로서 도 2f에 도시된 바와 같이, 알루미늄 산화막(206)에 의해 패턴이 정의되는 금속 배선(202a)을 형성한다.

그리고, 증착 공정 등을 실시함으로써, 도 2g에 도시된 바와 같이, 금속 배선(202a)이 형성된 폴리이미드 필름(210)의 전면에 산화 방지를 위한 보호막, 예컨대 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 폴리이미드 등과 같은 보호막(212)을 형성하고, PR 공정 또는 식각 패터닝 공정 등을 실시하여 보호막(212)의 일부를 선택적으로 제거함으로써, 금속 배선(202a)의 상부 일부를 노출시키는 컨택용의 패드 영역을 형성하는데, 이러한 컨택용의 패드 영역(302a, 302b)은, 일예로서 도 3에 도시된 바와 같이, 폴리이미드 필름(210)의 양 측면에 형성될 수 있다.

다음에, 본 발명은, 금속 배선(202a) 상에 형성된 보호막(212)을 선택적으로 제거한 후, 도금, 스퍼터링, E-빔 이베퍼레이션 중 어느 하나를 통해 금속 배선(202a)의 상부가 노출된 폴리이미드 필름(210)의 전면에 범프 물질을 형성한 후 리프트 오프 또는 금속 에칭 공정을 실시함으로써, 도 4a에 도시된 바와 같이, 그 상부가 노출된 금속 배선(202a) 상에 범프(402)를 형성할 수 있다. 여기에서, 도 4b는 컨택용의 패드 영역(302a, 302b)을 통해 상부가 노출된 금속 배선(202a) 상에 범프(402)가 형성된 구조의 평면도이다.

또한, 본 발명은, 금속 배선(202a) 상에 형성된 보호막(212)의 일부를 선택적으로 제거하고, 그 상부가 노출된 금속 배선을 정의하는 PR 마스크 패턴(도시 생략)을 형성하며, Ni-Co 등을 이용하는 도금 공정 등을 실시하여 금속 배선(202a) 상에 팁 모양을 형성한 후 CMP 등과 같은 평탄 제거 공정을 실시하며, 이후 스트리핑 공정 등을 실시하여 잔류하는 PR 마스크 패턴을 제거함으로써, 도 5a에 도시된 바와 같이, 그 상부가 노출된 금속 배선(202a) 상에 검사용 프로브 유닛으로의 적용 등을 위한 팁(Tip)(502)을 형성할 수 있다. 여기에서, 도 5b는 컨택용의 패드 영역(302a, 302b)을 통해 상부가 노출된 금속 배선(202a) 상에 팁(502)이 형성된 구조의 평면도이다. 여기에서, 팁(502)의 두께는 CMP 공정에서의 공정 시간 제어 등을 통해 조절될 수 있다.

그리고, 그 상부가 노출된 금속 배선(202a) 상에 팁(502)이 형성된 폴리이미드 필름(210)의 타측에는 에폭시 수지, 에폭시 수지의 혼합물, 올레핀 수지 등과 같은 접착제(도시 생략)를 이용하여 접착되는 스티프너(stiffener), 폴리이미드 필름(210)의 탄성력 확보(또는 조절)를 위한 스티프너(504)가 형성될 수 있는데, 이러한 스티프너(504)는 금속 배선(202a) 상에 팁(502)을 형성하기 전 혹은 형성한 후에 형성될 수 있으며, 경우에 따라서는 필요로 하지 않을 수도 있다.

이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.

202a : 금속 배선 206 : 알루미늄 산화막
208 : 접착제 210 : 폴리이미드 필름
212 : 보호막 302a, 302b : 패드 영역
402 : 범프 502 : 팁
504 : 스티프너

Claims (11)

1. 금속 기판 상에 배선 패턴을 형성하는 과정과,
   애노다이징 공정을 실시하여 상기 배선 패턴에 의해 선택적으로 노출된 금속 기판의 일부를 금속 배선을 정의하는 두께의 산화막으로 변환시키는 과정과,
   상기 배선 패턴을 제거하는 과정과,
   상기 산화막이 형성된 금속 기판 측에 폴리이미드 필름을 접착시키는 과정과,
   상기 폴리이미드 필름의 대향 측에 있는 상기 금속 기판을 평탄하게 제거하여 상기 산화막의 상부를 노출시킴으로써, 상기 산화막에 의해 그 패턴이 정의되는 금속 배선을 완성하는 과정
   을 포함하는 연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 금속 기판은,
   알루미늄 기판인
   연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 산화막은,
   수 ㎛ 내지 수십 ㎛의 두께 범위인
   연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 폴리이미드 필름은,
   접착제를 이용하여 상기 금속 기판에 접착되는
   연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 금속 기판의 평탄 제거는,
   CMP 공정 또는 그라인딩 공정을 통해 수행되는
   연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 방법은,
   상기 산화막과 금속 배선 상에 산화 방지를 위한 보호막을 형성하는 과정
   을 더 포함하는 연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 보호막은,
   실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 폴리이미드 중 어느 하나인
   연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법.
   
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 방법은,
   상기 보호막의 일부를 선택적으로 제거하여 상기 산화막과 금속 배선의 상부 일부를 노출시키는 컨택용의 패드 영역을 형성하는 과정
   을 더 포함하는 연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 방법은,
   상기 패드 영역을 통해 상부가 노출된 금속 배선 상에 범프를 형성하는 과정
   을 더 포함하는 연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 범프는,
    도금, 스퍼터링, E-빔 이베퍼레이션 중 어느 하나를 통해 범프 물질을 형성한 후 리프트 오프 또는 금속 에칭 방식을 이용하여 형성되는
    연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법.
    
11. 제 8 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 패드 영역을 통해 상부가 노출된 금속 배선의 일측에 검사용 프로브 유닛으로의 적용을 위한 팁을 형성하는 과정
    을 더 포함하는 연성 인쇄회로 기판의 배선 형성 방법.

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