KR101435357B1

KR101435357B1 - 미세회로배선용 인쇄회로기판 자재의 제조방법

Info

Publication number: KR101435357B1
Application number: KR1020140021797A
Authority: KR
Inventors: 안우영
Original assignee: 안우영
Priority date: 2014-02-25
Filing date: 2014-02-25
Publication date: 2014-09-02

Abstract

본 발명은 수율이 높고 생산 효율성이 높도록 공정방법이 개선된 미세회로배선용 인쇄회로기판 자재(CCL: Copper Clad Laminate)의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 필름 상부에 스퍼터링 또는 무전해도금에 의해 얇은 동도막을 형성하고 그 위에 얇게 전기 동도금을 행한 후 그 상부 전면에 접착층을 매개로 에폭시수지층을 합판한 후 필름을 화학적 방법으로 제거하여 이전공정에서 필름에 부착되었던 면이 CCL 제품의 외부 동박층으로 제공된다.

Description

미세회로배선용 인쇄회로기판 자재의 제조방법{METHODE FOR CCL USING FINE PITCH PATTERN}

본 발명은 미세회로배선용 인쇄회로기판(PCB) 자재(CCL, Copper Clad Laminate)의 제조방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 고밀도 회로 구현을 위해 미세회로배선을 형성하는데 적합하도록 구리층이 얇은 인쇄회로기판(PCB) 자재를 제조하기 위한 미세회로배선용 인쇄회로기판 자재의 제조방법에 관한 것이다.

현대인의 생활에서 사용의존도가 높은 각종 정보통신기기에서는 다량의 정보 및 빠른 신호 처리의 필요성이 날로 높아지고, 이를 위한 반도체 기술의 발달과 함께 공정기술들이 발달하면서 더욱 고정세한 미세회로배선의 형성이 가능한 기판 자재들이 요구되고 있다.

스마트폰과 같은 전자기기의 내부에는 PCB 기판으로 구성한 메인보드가 구비되는데 이러한 PCB 기판 형성을 위한 자재로서 에폭시 수지 위에 동박(구리판)을 접착시킨 CCL(Copper Clad Laminate)을 사용하게 되는데, 더욱 미세한 회로를 형성을 위해서는 동박의 두께도 더욱 얇아져야 하는 것은 당연하다.

이러한 CCL을 제조하는 생산 공정은 동박 두께를 점차 얇게 함에 따라 그 생산 공정이 다르게 개발되고 있는데, 알려진 CCL 제조를 위한 종래기술은 두 가지로 예를 들 수 있다.

그 하나는 에폭시수지에 접착제를 도포하고 그 위에 18um 정도 두께의 동박 포일을 합지하되 다수회(3회 정도)의 하프 에칭(half etching)에 의해서 동박 두께를 얇게 하도록 하고 있는데, 이 기술의 문제점은 에칭속도가 고르지 않기 때문에 동박 두께의 편차가 생기게 되고 이로 인해 미세회로 형성이 불가능하게 되는 문제점이 있다.

또 다른 하나는 도 1의 (a) 내지 (g) 순서 도면에 도시된 바와같이 두께 18um 동박(2)의 한쪽면을 도전성 분리제(방청제;4) 코팅 등의 방법으로 후속공정에서 박리가 가능하도록 표면처리한 후(도 1의 a 내지 b), 상기 표면처리된 위에 2~3um 두께의 도금층(4)을 롤투롤 방식으로 동도금 하고(도 1의 c), 상기 동도금된 도금층(4) 상부 전면에 접착제(6) 코팅 후(도 1의 d), 그 위에 에폭시수지판(12)을 합판하며(도 1의 e), 상기 합판까지 된 제품으로부터 상기 표면처리된 도전성 분리제(4) 부분을 경계로 하여 상기 18um 동박을 떼어내고(도 1의 f), 떼어내진 나머지 면을 크리닝하는 과정에 의해서 도 1의 (g)와 같은 얇은 동박 두께를 갖는 CCL을 제조하였는데, 이러한 일련의 공정 기술은 생산 공정에서 물류과정 및 공정수가 많게 되고 공정들의 연속성이 부족하여 CCL 제품의 원가 상승 및 생산성을 낮게 하는 문제점과, 18um 두께의 동박을 떼어내는 과정에서 이미 에폭시수지에 합지되어 있던 2~3um 의 얇은 동박에 구겨짐 불량이 발생되는 수율상의 문제점을 갖게 된다.

국내공개특허 제10-2007-0051551호 국내공개특허 제10-2003-0003105호 국내공개특허 제10-2009-0034072호

상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 종래와 같이 두꺼운 동박을 기저로 해서 도금하지 않으므로 두꺼운 동박의 제거 및 접착층의 크리닝 공정이 필요하지 않은 보다 간단한 공정에 의해 CCL 제품을 생산하며 아울러 제품에서 필요한 얇은 동박이 두꺼운 동박의 제거로 인해 구겨짐 발생 가능성이 없는 공정으로서 CCL 제품을 생산할 수 있도록 하는 미세회로배선용 인쇄회로기판 자재(CCL)의 제조방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 미세회로배선용 인쇄회로기판 자재(CCL: Copper Clad Laminate)의 제조방법은 3~38um 두께의 PI 또는 PET 재질의 필름을 준비하는 제1단계, Cu 스퍼터링 증착 또는 무전해 Cu 도금에 의해 0.1~0.4um 두께의 동박층을 상기 필름의 일측 전면에 형성하는 제2단계, 상기 동박층의 상부 전면에 2um 정도 두께의 동도금층이 형성되도록 전기도금을 행하는 제3단계, 상기 동도금층 상부 전면에 접착제를 코팅한 후 그 상부에 에폭시 수지층을 합판하는 제4단계, 상기 3~38um 두께의 PI 또는 PET 재질의 필름을 화학적 방법에 의하여 모두 제거하여 상기 필름에 증착 또는 도금된 동박층의 내측면이 외부 노출시키는 제5 단계를 포함하여 구성되고, 상기 화학적 방법은 염기성 부식액을 사용하여 습식 에칭으로 수행된다.

또한, 상기 제1 단계의 필름은 화학적 처리되거나 코로나 처리되어 제공된다.

또한, 상기 PI 또는 PET 재질의 필름과 접촉되는 면에는 0.1~2um 깊이로 표면 거칠기를 형성하고, 상기 제2 단계의 동박층에는 동도금층과의 결합을 위해 극세 요철을 형성한다.

또한, 상기 제3 단계의 전기도금에 사용되는 전해질에는 유기 첨가제가 더욱 포함된다.

또한, 상기 제4 단계의 접착제에는 무기 필러와 분산제가 포함된다.

본 발명에 따른 미세회로배선용 인쇄회로기판 자재의 제조방법에서 제 5단계의 화학적 방법은 염기성 부식액을 20도 내지 90도의 공정분위기로 하여 상기 제1단계에서 준비된 필름을 습식 에칭방법으로 제거된다.

또한, 상기 제 2단계의 Cu 스퍼터링 증착 또는 무전해도금, 및 상기 제3 단계의 전기도금은 상기 필름을 롤투롤 방식으로 피딩시키면서 수행된다.

또한, 상기 제2 단계 및 제3 단계에서의 동박층 및 동도금층의 형성은 구리의 산화를 방지하기 위하여 불활성 가스 분위기에서 형성한다.

이와 같이 구성된 본 발명은 제2단계에서 유연한 PI 또는 PET 필름에 스퍼터링 및 전기도금을 행함에 의해 권취가 가능한 롤투롤 방식으로 유연하게 필름을 피딩시켜 필름에 동박을 올리는 공정을 용이하게 할 수 있게 하는 동시에 제4단계에서 리지드한 에폭시수지층을 합판함으로써 CCL 제조의 효율성이 높아지게 되어 생산성을 높일 수 있게 된다.

특히 본 발명은 제5단계에서 상기 제2단계에서 필름에 적층된 동박층의 내측부착면이 노출되게 PI를 제거함에 의하여 노출된 동박층 내측부착면이 CCL의 동박층의 표면으로 되게 함으로써 종래와 같이 별도의 리지드한 베이스 동박층을 필요로 하지 않고 또한 마지막에 CCL 제품의 동박층으로서 남게 되는 얇은 동박의 구겨짐이 없게 되는 한편 CCL 제품의 동박 표면이 PI 또는 PET 필름의 표면 거칠기에 따라 매끈하게 되므로 CCL 제품의 수율을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술의 CCL 의 제조방법을 층단면으로 보인 공정 순서도이다.
도 2는 본 발명에 의한 CCL 의 제조방법을 층단면으로 보인 공정 순서도이다.
도 3은 본 발명에 의해 완성된 CCL 제품을 이용하여 인쇄회로기판(PCB) 회로패턴을 형성하는 예시 도면이다.

이하, 본 발명의 구성에 대해 실시예의 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 CCL 의 제조방법을 층단면으로 보인 공정 순서도이다.

본 발명에 따른 CCL의 제조 방법은 3~38um 두께의 PI 또는 PET 재질의 필름을 준비하는 제1 단계와, Cu 스퍼터링 증착 또는 무전해 Cu 도금에 의해 0.1~0.4um 두께의 동박층을 상기 필름의 상부 전면에 형성하는 제2 단계와, 상기 동박층의 상부 전면에 2um 두께의 동도금층이 형성되도록 전기도금을 행하는 제3 단계와, 상기 동도금층의 상부 전면에 접착제를 코팅한 후, 그 상부에 에폭시 수지층을 합판하는 제4 단계와, 상기 3~38um 두께의 PI 또는 PET 재질의 필름을 화학적 방법에 의하여 모두 제거하여 상기 필름에 증착 또는 도금된 동박층의 내측면이 구리층의 외부 표면으로 되도록 노출시키는 제 5단계를 포함한다.

(A) 3~38um 두께의 PI 또는 PET 재질의 필름(101)을 준비하는 제1 단계;

상기 필름은 이후 공정의 열적 변형을 고려하여 내열성 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 필름은 내열성과 접착성을 위해 전처리될 수 있다. 이어지는 공정에서는 상기 필름의 상측에 동박층을 형성되게 되는데, 필름과 동박층 사이의 결합력을 향상시키기 위해, 화학적 처리 또는 코로나 처리될 수 있다.

상기 화학적 처리는 산처리일 수 있으며, 이때 사용되는 산은 황산용액에 CrO₃를 혼합한 크롬산일 수 있다. 산처리된 필름은 구리의 증착력과 결합력을 향상시킨다. 또한 상기 코로나 처리는 필름 표면의 거칠기를 향상시킨다. 코로나 처리는 동박층이 형성되는 일면에 형성하는 것이 바람직하다. 코로나 처리로부터 필름과 동박층의 밀착성 향상된다.

상기 필름은 CCL 제조시 마지막 공정에서 제거되는데, 상기 필름과 대응하는 동막층의 표면은 CCL의 최상층이 된다. 상기 박막층은 회로기판으로서 기능을 수행하기 위하여 노광과 에칭 공정에 의하여 회로배선이 형성되는 부분이다. 따라서 노광, 에칭 등 후공정을 고려하여 필름의 표면은 적정 수준의 평평도가 유지되도록 표면처리되어야 한다.

한편, 상기 필름의 상측에는 스퍼트링 또는 무전해 도금에 의해 동박층이 형성되는데, PI 또는 PET 재질의 필름과 접촉되는 면의 거칠기는 상기 제1 단계에서의 전처리 조건을 변경함으로써 조절가능하다. 예컨대, 상기 전처리에 따른 표면 거칠기는 0.1~2um로 형성될 수 있다.

(B) Cu 스퍼터링 증착 또는 무전해 Cu 도금에 의해 0.1~0.4um 두께의 동박층(103)을 상기 필름(101)의 상부 전면에 형성하는 제2 단계;

준비된 필름 상에 동박층을 형성한다. 상기 동박층은 스퍼터링 증착이나 무전해 도금에 의해 이루어질 수 있다. 상기 동박층은 시트(seed) 층의 기능을 하며, 동박층을 우선하여 형성함으로써, 필름과 동도금층의 결합을 용이하게 한다.

무전해 Cu 도금은 용액에 포함되어 있는 환원제의 산화반응으로 유리되는 전자에 의해 Cu 이온을 환원하여 동박층을 형성하는 방법으로서, Cu 스퍼터링 증착에 비하여 필름의 변형률 및 경제성 측면에서 유리하다.

여기서, 동박층과 동도금층의 밀착성을 높이기 위하여는, 동박층의 표면 처리하는 것이 바람직하다. 이와 같은 표면 처리는 동박층 상부의 비표면적을 높여 동박층과 동도금층이 쉽게 결합하는 것이 가능하다. 상기 표면 처리는 극세 요철을 형성하는 방법으로 이루어질 수 있다.

(C) 상기 동박층(103)의 상부 전면에 2um 두께의 동도금층(105)이 형성되도록 전기도금을 행하는 제3 단계;

상기 전기도금은 전해질을 이용하여 전기화학적 증착으로 이루어지는데, 상기 전해질에는 동도금층이 필요로 하는 박막 특성을 갖도록 캐리어나 유기 첨가제가 포함될 수 있다.

(D)(E) 상기 동도금층(105) 상부 전면에 접착제(107)를 코팅한 후, 그 상부에 에폭시 수지층(109)을 합판하는 제4단계;

동도금층을 형성하면, 그 상부 전면에 수지 조성물을 주성분으로 하는 접착제를 코팅한다. 본 발명에서는 접착제를 코팅하는 것을 실시예로 하고 있으나, 접착성 필름을 부착하는 것도 가능하다. 접착제는 동도금층과 에폭시 수지층을 상호 견고히 고정한다. CCL에 회로 패턴을 형성시에 이루어지는 노광 공정 및 식각 공정으로도 쉽게 분리되지 않아야 한다.

한편, 동도금층과 에폭시 수지층은 이질적인 물성을 가지므로 접합에 어려움이 있다. 이를 위해 상기 접착제에는 무기 필러와 분산제를 포함하도록 하여 접착력을 향상시킬 수 있다.

상기 무기 필러는 산화 알루미늄, 실리카, 이산화티타늄 등에서 선택된 하나 이상일 수 있다. 분산재는 접착제 내의 무기 필러 분포를 균일하게 한다. 무기 필러는 수지 조성물 전체 100 중량%에 대하여, 약 3~7 중량%로 첨가하는 것이 바람직하고, 분산재는 수지 조성물 전체 100 중량%에 대하여, 약 5~8 중량%로 첨가하는 것이 바람직하다.

(F) 상기 3~38um 두께의 PI 또는 PET 재질의 필름을 화학적 방법에 의하여 모두 제거하여 상기 필름(101)에 증착 또는 도금된 동박층(103)의 내측면이 구리층(104)의 외부 표면으로 되도록 노출시키는 제5 단계;

상기 화학적 방법은 염기성 부식액을 20도 내지 90도의 공정 분위기로 하여 상기 제1단계에서 준비된 필름(101)을 습식 에칭방법으로 제거하는 것이다. 상기 염기성 부식액에는 구리가 반응하지 않기 때문에 결국 CCL 의 구리 표면은 염기성 부식액에 부식되어 없어지는 PI 또는 PET 필름의 표면 거칠기(Roughness)에 따라 형성되어 있어서 매우 평탄한 구리 표면을 가지게 된다.

한편, 상기 제2 단계에서 필름(101)에 적층된 동박층(103)의 내측 부착면이 외부 노출되게 PI 또는 PET 재질의 필름(101)을 제거함에 의하여 외부 노출된 동박층(103)의 내측부착면이 CCL 제품의 구리층(104) 표면으로 되게 함으로써, 도 1에서 보인 종래와 같이 별도의 리지드한 베이스 동박층 부착 및 뜯어내는 공정이 필요하지 않게 되고 이로 인해 마지막에 CCL 제품의 동박층으로서 남게 되는 얇은 막질의 구리층의 구겨짐이 없게 되어 제품 수율을 높일 수 있는 효과가 있다. 또한, PI 또는 PET 필름은 구리층과는 화학적으로 이형질의 것이기 때문에 선택적인 화학적 제거도 용이하여 동박층(103)의 내측부착면에 영향을 끼지지 않아서 선택도가 양호하게 된다. 또한 매끈한 표면 구조의 PI 또는 PET 필름 표면이 동박층(103)에 전사되듯이 동박층(103) 내측 부착면의 표면평탄도가 우수하게 되므로 본 발명에 의해 제조된 CCL 제품은 매우 평탄한 구리 표면을 가지게 된다.

이와 같은 방법에 의하면 전체적으로 얇은 막질의 구리층(104)을 갖는 CCL이 제조된다. 이렇게 제조된 얇은 막질의 구리층은 2um을 조금 넘는 두께가 된다.

본 발명에 따른 제2 단계 및 제3 단계에서의 동박층 및 동도금층의 형성은 구리의 산화를 방지하기 위하여 가스 분위기에서 형성될 수 있다. 여기서 사용되는 가스는 질소, 아르곤, 헬륨 등 불활성 가스를 포함하도록 선택될 수 있다. 비록 미량의 산소가 포함될 수 있지만, 산소의 농도는 수백 ppm 이하로 제한되어야 한다.

그리고 상기 제2 단계의 Cu 스퍼터링 증착이나 무전해도금은 상기 필름을 롤투롤 방식으로 피딩시키면서 행하는 것이 생산성 향상을 위해 바람직하다. 또한 제3 단계의 전기도금 역시도 상기 필름을 롤투롤 방식으로 피딩시키면서 행하는 것이 생산성을 위해 바람직하다. 롤투롤 공정은 롤러의 안내를 따라 적재롤에서부터 권취롤로 판상의 원자재인 필름을 피딩시키면서 공정을 진행하는 일반적인 방식의 것으로서 본 발명에서 제3 단계의 공정을 롤투롤 방식으로 행할 수 있는 것은 필름에 스퍼터링에 의한 얇은 동박층이 올라가거나 무전해도금에 의해 동박층(103)이 얇게 올라감으로써 가능하게 된다.

제2 단계에서 유연한 PI 또는 PET 필름(101)에 스퍼터링 및 전기도금을 행함에 의해 권취가 가능한 롤투롤 방식으로 유연하게 필름(101)을 피딩시켜 필름에 동박을 올리는 공정을 용이하게 할 수 있게 한 후 제4 단계에서 리지드한 에폭시 수지층(109)을 합판함으로써 CCL 제조시에 연속공정으로서 제품 생산 공정의 효율성이 높아지게 되어 종래에 비해 단위시간당 비슷한 생산 환경 내에서 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.

이하, 도 3을 참조하여, CCL을 이용한 인쇄회로기판의 층단면도와 이의 사용예를 설명한다.

본 발명에 의해 제조된 CCL은 회로 패턴을 형성하고, 다양한 부품을 실장하는 후속 공정을 통해 각종 전자기기의 메인보드 등의 인쇄회로기판으로 제조된다.

이는 인쇄회로기판 제조업계의 일반적인 회로패턴 형성 방식이므로 도 3의 도면 우측에 부가적 설명된 내용으로 가름하기로 한다. 이러한 CCL 제품을 이용하는 회로패턴 형성방법은 본 발명의 제품의 제조방법 기술과 직접적 관계가 있는 것은 아니지만, 본 발명의 CCL 제품에서 동박층이 매우 얇은 두께를 갖게 됨으로써 패턴 폭이 매우 미세한 회로를 형성하는데 무척 유리하게 되는 것을 이해함에 도움이 될 것이다. 즉, 동박층의 두께가 얇으면 에칭이나 노광공정시에 패턴의 사이드 월(Wall)의 비스듬한 형태로 되어 고정세 회로 형성에 문제가 되는 것을 해결할 수 있기 때문이다.

이상, 본 발명의 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, CCL을 이루고 있는 각 층의 두께는 스퍼터링이나 화학동 도금 공정 및 전기도금 공정으로 도전 품질을 유지할 수 있는 적정한 두께로서 두께 사이즈를 수치 한정한 것이며, 본 발명의 기술적 권리는 공정방법 및 그 순서, 그리고 PI 또는 PET 필름에 부착되는 면을 CCL 제품의 표면으로 되게 하는 기술 내용에 주요한 요지를 두고 있고, 사이즈 수치는 기술적 요지에 의해 발현되는 효과, 즉 얇은 두께로 제조할 수 있는 과정을 잘 보여주기 위한 효과적 측면을 강조하기 위해 의도적으로 기재한 것이므로, 특허청구범위에서 한정된 수치는 다소의 오차범위에까지도 본 발명의 권리범위 이내로 간주되어야 한다.

101 : 필름
103 : 동박층
104 : 구리층
105 : 동도금층
107 : 접착층

Claims

리지드 기판인 인쇄회로기판의 자재로서 CCL을 제조하는 방법에 있어서,
3~38um 두께의 PI 또는 PET 재질의 필름을 준비하는 제1 단계;
Cu 스퍼터링 증착 또는 무전해 Cu 도금에 의해 0.1~0.4um 두께의 동박층을 상기 필름의 일측 전면에 형성하는 제2 단계;
상기 동박층의 상부 전면에 2um 정도 두께의 동도금층이 형성되도록 전기도금을 행하는 제3 단계:
상기 동도금층 상부 전면에 접착제를 코팅한 후 그 상부에 에폭시 수지층을 합판하는 제4 단계;
상기 3~38um 두께의 PI 또는 PET 재질의 필름을 화학적 방법에 의하여 모두 제거하여 상기 필름에 증착 또는 도금된 동박층의 내측면을 외부로 노출시키는 제5 단계; 를 포함하여 구성되고,
상기 제4 단계의 접착제는 무기필러와 분산제가 포함되며, 상기 제5 단계의 화학적 방법은 염기성 부식액을 사용하여 습식 에칭하는 것을 특징으로 하는 미세회로배선용 인쇄회로기판 자재(CCL: Copper Clad Laminate)의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 단계의 필름은 화학적 처리되거나 코로나 처리되어 제공되는 것을 특징으로 하는 미세회로배선용 인쇄회로기판 자재의 제조방법.
청구항 2에 있어서,
상기 화학적 처리는 크름산 처리인 것을 특징으로 하는 미세회로배선용 인쇄회로기판 자재의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 단계의 동박층에는 동도금층과의 결합을 위해 극세 요철을 형성하는 것을 특징으로 하는 미세회로배선용 인쇄회로기판 자재의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제3 단계의 전기도금에 사용되는 전해질에는 유기 첨가제가 더욱 포함되는 것을 특징으로 하는 미세회로배선용 인쇄회로기판 자재의 제조방법.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 제5 단계의 화학적 방법은 염기성 부식액을 20도 내지 90도로 하여 상기 제1 단계에서 준비된 필름을 습식 에칭방법으로 제거하는 것을 특징으로 하는 미세회로배선용 인쇄회로기판 자재의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 단계의 Cu 스퍼터링 증착 또는 무전해도금, 및 상기 제3 단계의 전기도금은 상기 필름을 롤투롤 방식으로 피딩시키면서 수행하는 것을 특징으로 하는 미세회로배선용 인쇄회로기판 자재의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 단계 및 제3 단계에서의 동박층 및 동도금층의 형성은 구리의 산화를 방지하기 위하여 불활성 가스 분위기에서 형성하는 것을 특징으로 하는 미세회로배선용 인쇄회로기판 자재의 제조방법.