KR101590080B1 - 다층 배선 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR101590080B1
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layer
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황준영
강경태
강희석
이상호
조관현
문윤재
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한국생산기술연구원
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    • H—ELECTRICITY
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    • H05K3/46—Manufacturing multilayer circuits

Abstract

본 발명에서는 층 배선을 가지면서도 균일하고 얇은 두께를 갖는 기판 및 그 제조 방법이 개시된다.
일 예로, 판상으로 형성되고, 적어도 일면에 음각되어 형성된 패턴을 포함하는 기판; 상기 기판의 패턴을 커버하도록 형성되고, 소수성 재질로 형성된 제 1 절연층; 상기 제 1 절연층의 내측으로 형성되어, 상기 기판의 패턴 내에 형성된 제 1 도전층; 상기 제 1 도전층의 상부에 형성된 제 2 절연층; 및 상기 제 2 절연층의 상부에 형성되어, 상기 기판의 패턴 내에 형성된 제 2 도전층을 포함하는 다층 배선 기판이 개시된다.

Description

다층 배선 기판 및 그 제조 방법{Multi-Layer Substrate And Fabricating Method Thereof}
본 발명은 다층 배선을 가지면서도 균일하고 얇은 두께를 갖는 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
IT 산업이 발전함에 따라, 스마트폰이나 태블릿 PC와 같은 소형 디바이스들에 대해 점차 수요가 증가하고 있다. 그리고 이러한 디바이스들은 전기적 신호 처리를 위해, 기판에 다양한 소자를 실장하고 있으며, 이러한 구성들은 많은 기능을 수행하면서도 크기는 작아질 것이 요구된다.
대표적으로, 통신 디바이스에 적용되는 안테나의 경우, 과도한 면적 비중이 문제가 되고 있어서 다층 안테나 배선을 통해 형성되는 것이 일반적이다.
그런데 기판에 다층 배선을 구비하면, 인쇄 층수가 증가함에 따라 기판의 표면이 불균일해지는 문제점이 발생한다. 또한, 표면 불균일을 해결하기 위해 절연층을 형성하는 경우, 절연층이 넓고 두껍게 형성되기 때문에 크기가 증가하는 문제점이 발생한다.
본 발명은 다층 배선을 가지면서도 균일하고 얇은 두께를 갖는 기판 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 다층 배선 기판은 판상으로 형성되고, 적어도 일면에 음각되어 형성된 패턴을 포함하는 기판; 상기 기판의 패턴을 커버하도록 형성되고, 소수성 재질로 형성된 제 1 절연층; 상기 제 1 절연층의 내측으로 형성되어, 상기 기판의 패턴 내에 형성된 제 1 도전층; 상기 제 1 도전층의 상부에 형성된 제 2 절연층; 및 상기 제 2 절연층의 상부에 형성되어, 상기 기판의 패턴 내에 형성된 제 2 도전층을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 1 절연층은 플라스틱, 테프론계, 에폭시계, PDMS(polydimethylsiloxane)을 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 재질로 형성될 수 있다.
그리고 상기 제 1 절연층은 상기 기판의 패턴의 측벽을 커버하되, 상기 패턴의 바닥면은 노출시키도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 절연층은 상기 기판을 따라 상기 패턴 주변을 커버하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 도전층 및 제 2 도전층은 안테나를 구성할 수 있다.
더불어, 본 발명에 따른 다층 배선 기판의 제조 방법은 판상으로 형성되고, 적어도 일면에 음각되어 형성된 패턴을 갖는 기판을 구비하는 단계; 상기 기판의 패턴에 대응하여 소수성 재질로 제 1 절연층을 형성하는 단계; 상기 제 1 절연층의 내측으로 형성되어, 상기 기판의 패턴 내에 위치하도록 제 1 도전층을 형성하는 단계; 상기 제 1 도전층의 상부에 제 2 절연층을 형성하는 단계; 및 상기 제 2 절연층의 상부에 제 2 도전층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 1 절연층은 플라스틱, 테프론계, 에폭시계, PDMS(polydimethylsiloxane)을 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 재질로 형성될 수 있다.
그리고 상기 제 1 절연층은 스프레이 코팅 또는 딥 코팅을 이용하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 도전층 및 제 2 도전층은 잉크젯, EHD(Electrohydrodynamic)젯 및 디스펜서 중 선택된 어느 하나의 방법으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 2 절연층은 잉크젯, EHD(Electrohydrodynamic)젯, 디스펜서 및 스프레이 코팅 중 선택된 어느 하나의 방법을 통해 형성될 수 있다.
본 발명에 의한 다층 배선 기판은 기판에 패턴을 형성하고 소수성 재질로 코팅막을 형성한 이후, 패턴 내부에 형성된 바닥면을 제거한 상태에서 제 1 도전층을 형성하고, 이후 절연층 형성 이후 제 2 도전층을 형성하는 방법을 사용함으로써, 다층 배선을 용이하게 형성하면서도 얇고 균일한 두께의 기판이 형성되도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다층 배선 기판의 평면도이다.
도 2a는 도 1의 A-A'선 단면도이다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 다층 배선 기판에서 제 1 도전층, 제 2 절연층 및 제 2 도전층의 두께 분포를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다층 배선 기판을 제조 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 다층 배선 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다층 배선 기판의 평면도이다. 도 2a는 도 1의 A-A'선 단면도이다. 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 다층 배선 기판에서 제 1 도전층, 제 2 절연층 및 제 2 도전층의 두께 분포를 도시한 것이다.
도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다층 배선 기판(100)은 기판(110), 제 1 절연층(120), 제 1 도전층(130), 제 2 절연층(140), 제 2 도전층(150)을 포함하여 구성된다. 또한, 상기 제 1 도전층(130)과 제 2 도전층(150)을 수직 방향에서 연결하기 위한 비아(160)와 상기 제 1 도전층(130) 및 제 2 도전층(150)에 연결된 피딩 포트(170)를 더 포함할 수 있다.
상기 기판(110)은 기본적으로 전기적 절연성이 있는 판상 또는 필름상의 구조물로 형성된다. 상기 기판(110)은 플라스틱과 같은 재질로 형성될 수 있으며, 필요에 따라서는 투명하거나 휘어질 수 있는 연성 기판으로 형성될 수 있다.
상기 기판(110)은 적어도 일면에 음각된 홈으로 이루어진 패턴(110a)이 형성될 수 있다. 상기 패턴(110a)은 상기 기판(110)에 배선이 형성될 위치에 구비되며, 임프린팅이나 레이저 가공 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른 다층 배선 기판에 안테나가 실장되는 경우, 상기 패턴(110a)은 상기 안테나를 형성하기 위한 배선에 대응되어 형성될 수 있다.
상기 제 1 절연층(120)은 상기 기판(110)의 패턴(110a)에 대응되어 형성된다. 보다 구체적으로, 먼저 상기 제 1 절연층(120)은 상기 패턴(110a)의 측벽과 바닥면을 채우면서, 상기 패턴(110a) 주변의 일부 영역까지 확장되도록 형성될 수 있다. 상기 제 1 절연층(120)은 스프레이 코팅이나 딥 코팅과 같은 방법을 통해 상기 기판(110)에 형성될 수 있다. 그리고 상기 제 1 절연층(120)의 패턴(110a) 바닥면에 형성된 영역은 제거되어, 결국 상기 제 1 절연층(120)은 상기 패턴(110a)의 측벽만을 코팅한 상태로 남게 된다. 이때, 상기 제 1 절연층(120)을 제거하는 수단으로서 레이저 조사하는 방법을 이용할 수 있다.
이 때, 상기 제 1 절연층(120)은 소수성 코팅막으로 형성된다. 구체적으로, 상기 제 1 절연층(120)은 플라스틱, 테프론계, 에폭시계, PDMS(polydimethylsiloxane)을 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 재질로 형성될 수 있다. 상기 제 1 절연층(120)은 상기 기판(110)의 패턴(110a)을 형성하는 측벽을 코팅하고 있기 때문에, 이후 상기 도전층(130, 150)들이 상기 패턴(110a)에 형성될 때, 상기 패턴(110a)을 타고 올라오는 것을 방지한다. 따라서, 복수개의 도전층(130, 150)들이 수직방향에서 전기적으로 연결되는 것이 방지될 수 있다.
상기 제 1 도전층(130)은 상기 기판(110)의 패턴(110a)에 형성된다. 상기 제 1 도전층(130)은 금속 재질로 형성되어 배선을 형성한다. 상기 제 1 도전층(130)은 금, 구리, 은 및 그 합금과 같은 금속 재질로서 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 1 도전층(130)은 잉크젯, EHD(Electrohydrodynamic)젯, 디스펜서 등의 방법을 통해 형성될 수 있다.
상기 제 1 도전층(130)은 그 하부가 상기 기판(110)의 패턴(110a)이 형성된 바닥면에 접하도록 형성된다. 또한, 상기 제 1 도전층(130)은 상기 제 1 절연층(120)에 의해 측부가 커버된다. 이에 따라, 상기 제 1 도전층(130)은 그 상부만 노출된 상태로 형성될 수 있다.
또한, 도 2b에 도시된 것처럼, 상기 제 1 도전층(130)은 상기 기판(110)의 패턴(110a) 내 바닥면에만 형성될 수 있다. 또한, 도 2b에서처럼 예를 들어 상기 제 1 도전층(130)은 0.3[um]의 두께로 형성될 수 있다.
상기 제 2 절연층(140)은 상기 제 1 도전층(130)의 상부를 커버하도록 형성된다. 상기 제 2 절연층(140)은 폴리 이미드(Polyimide)와 같은 전기적 절연성이 있는 재질로 형성되며, 상기 패턴(110a)의 주변까지 커버하도록 형성할 수 있다. 상기 제 2 절연층(140)은 잉크젯, EHD(Electrohydrodynamic)젯, 디스펜서, 스프레이 코팅 등의 방법을 통해 형성될 수 있다. 이에 따라, 그 상부에 나중에 형성될 제 2 도전층(150)은 상기 제 2 절연층(140) 하부의 상기 제 1 도전층(130)과 물리적 및 전기적으로 독립될 수 있다.
또한, 도 2b에 도시된 것처럼, 상기 제 2 절연층(140)은 상기 제 1 도전층(130)의 상부에 형성되어, 상기 제 1 도전층(130)이 노출되지 않도록 형성될 수 있다. 또한, 도 2b에서처럼 예를 들어 상기 제 2 절연층(140)은 1.6[um]의 두께로 형성될 수 있다.
상기 제 2 도전층(150)은 상기 제 2 절연층(140)이 위치한 상부에 형성된다. 상기 제 2 도전층(150)은 상기 기판(110)의 패턴(110a)에 대응되는 위치에 형성된다. 상기 제 2 도전층(150) 역시 잉크젯, EHD(Electrohydrodynamic)젯, 디스펜서의 방법으로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제 2 도전층(150) 역시 상기 제 2 절연층(140)에 의해 커버된 형상을 갖게 된다. 이에 따라, 상기 제 2 도전층(150)은 상기 제 1 도전층(130)과 구분될 수 있다.
또한, 도 2b에 도시된 것처럼, 상기 제 2 도전층(150)은 상기 제 2 절연층(140)의 상부에 형성되고, 상기 기판(110)의 패턴(110a) 내에 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 2 도전층(150)은 상기 제 2 절연층(140)에 의해 하부의 상기 제 1 도전층(130)과 물리적으로 분리될 수 있다.
또한, 도 2b에서처럼 예를 들어 상기 제 2 도전층(150)은 0.3[um]의 두께로 형성될 수 있다.
상기 비아(160)는 필요에 따라, 상기 제 2 도전층(150)을 상기 제 1 도전층(130)과 연결시키기 위해 사용된다. 상기 비아(160)는 수직 방향으로 비아홀을 형성하고, 내부를 금속으로 채움으로써 형성될 수 있다.
상기 피딩 포트(170)는 본 발명의 실시예에 따른 다층 배선 기판(100)이 안테나인 경우 적용된다. 상기 피딩 포트(170)를 통하여 전달된 신호를 외부 공간에 전파 빔으로 방사하고 이와 반대로 외부 공간에 존재하는 전파 에너지를 수신하고 이를 전력으로 변환하여 피딩 포트(170)로 출력하게 된다.
또한, 별도로 도시하지는 않았지만, 상기 제 2 도전층(150)의 상부에 별도의 절연층을 더 형성하고 추가적인 도전층을 더 형성하는 과정을 반복함으로써, 보다 많은 수의 다층 배선 기판이 형성되는 것도 가능하다.
상기와 같이 하면, 상기 제 1 절연층(120)을 소수성 코팅막으로 형성하기 때문에 도전층을 다수 적층할 때 도전층 재질이 기판(110)의 패턴(110a) 측벽을 따라 올라가는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이러한 구조에 따르면, 다수의 금속층을 적층함에 있어서 그 사이에 상대적으로 얇은 절연층만을 적층하면 되기 때문에 전체적인 배선 기판(100)의 크기를 줄일 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 다층 배선 기판의 제조 방법을 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다층 배선 기판을 제조 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다. 도 4 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 다층 배선 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다층 배선 기판(100)은 기판 구비 단계(S1), 제 1 절연층 형성 단계(S2), 제 1 절연층 부분 제거 단계(S3), 배선 형성 단계(S5), 제 2 절연층 형성 단계(S6), 반복 단계(S7)를 포함하여 구성된다. 이하에서는 도 3의 각 단계들에 대해, 도 4 내지 도 9를 함께 참조하여 설명하도록 한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 기판 구비 단계(S1)는 전기적 절연성이 있는 판상 또는 필름상의 구조물로서 기판(110)을 구비하는 단계이다. 상기 기판(110)은 임프린팅이나 레이저 가공 등의 방법을 이용하여 적어도 일면에 음각된 홈으로 이루어진 패턴(110a)을 포함한다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 상기 제 1 절연층 형성 단계(S2)는 상기 기판(110)의 패턴(110a)에 대응하여 소수성 재질로 제 1 절연층(120)을 형성하는 단계이다. 상기 제 1 절연층(120)은 플라스틱, 에폭시계, PDMS(polydimethylsiloxane)을 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 재질로 코팅을 수행함으로써 이루어질 수 있다. 그리고 상기 코팅의 방법은 스프레이 코팅이나 딥 코팅과 같은 방법을 사용할 수 있다.
도 3 및 도 6을 참조하면, 상기 제 1 절연층 부분 제거 단계(S3)는 레이저 가공 등의 방법으로 상기 제 1 절연층(120)의 바닥 부분을 제거하는 단계이다. 상기 제 1 절연층(120)의 바닥 부분이 제거되면, 상기 제 1 절연층(120)은 상기 기판(110)의 패턴(110a)에 대해 측벽을 감싸되, 상기 패턴(110a)의 바닥면을 노출시킨 상태로 형성된다.
도 3 및 도 7을 참조하면, 상기 배선 형성 단계(S5)는 상기 제 1 기판(110)의 패턴(110a)에 대응하여 상기 제 1 도전층(130)을 형성하는 단계이다. 상기 제 1 도전층(130)은 잉크젯, EHD(Electrohydrodynamic)젯, 디스펜서 등의 방법을 통해 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 도전층(130)은 상기 제 1 절연층(120)에 의해 커버되어, 상기 기판(110)의 패턴(110a) 내에 형성될 수 있다.
도 3 및 도 8을 참조하면, 상기 제 2 절연층 형성 단계(S6)는 상기 기판(110)의 패턴(110a)에 대응되도록 상기 제 1 도전층(130)의 상부에 제 2 절연층(140)을 형성하는 단계이다.
상기 제 2 절연층(140)은 상기 제 1 절연층(120)과 동일한 소수성 재질로 형성될 수도 있고, 이와 상이하더라도 전기적 절연성이 있는 재질로 형성될 수 있다. 상기 제 2 절연층(140)은 제 2 절연층(140)은 잉크젯, EHD(Electrohydrodynamic)젯, 디스펜서, 스프레이 코팅 등의 방법을 통해 상기 패턴(110a)의 주변까지 커버하도록 형성된다.
도 3 및 도 9를 참조하면, 상기 반복 단계(S7)는 상기 제 2 도전층(150)을 상기 제 2 절연층(140)이 위치한 상부에 형성하는 단계이다. 상기 제 2 도전층(150) 역시 잉크젯, EHD(Electrohydrodynamic)젯, 디스펜서의 방법으로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제 2 도전층(150) 역시 상기 제 2 절연층(140)에 의해 커버되어, 상기 제 1 도전층(130)과 구분될 수 있다.
또한, 상기 반복 단계(S7)에서는 상기 배선 형성 단계(S5) 및 제 2 절연층 형성 단계(S6)을 반복함으로써, 상기 제 2 도전층(150)의 상부에 추가적인 도전층을 더 형성할 수 있다. 또한, 이후 필요에 따라, 비아홀을 형성하고 내부에 금속을 채워넣음으로써 비아(160)를 형성하는 단계가 더 이루어지는 것도 가능하다.
상기 단계를 통해, 적어도 2개 도전층(130, 150) 이상을 갖는 다층 배선 기판(100)이 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 다층 배선 기판 및 그 제조 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 다층 배선 기판 110; 기판
120; 제 1 절연층 130; 제 1 도전층
140; 제 2 절연층 150;제 2 도전층

Claims (10)

  1. 판상으로 형성되고, 적어도 일면에 음각되어 형성된 패턴을 포함하는 기판;
    상기 기판의 패턴을 커버하되 상기 패턴의 바닥면에 대응되는 영역이 제거되도록 형성되고, 소수성 재질로 형성된 제 1 절연층;
    상기 제 1 절연층의 제거된 영역 내에 형성되어, 상기 기판의 패턴 내에 형성된 제 1 도전층;
    상기 제 1 도전층의 상부에 형성된 제 2 절연층; 및
    상기 제 2 절연층의 상부에 형성되어, 상기 기판의 패턴 내에 형성된 제 2 도전층을 포함하는 다층 배선 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 절연층은 플라스틱, 테프론계, 에폭시계, PDMS(polydimethylsiloxane)을 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 재질로 형성된 다층 배선 기판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 절연층은 상기 기판의 패턴의 측벽을 커버하되, 상기 패턴의 바닥면은 노출시키도록 형성된 다층 배선 기판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 절연층은 상기 기판을 따라 상기 기판의 음각된 패턴의 바닥면을 노출하도록 형성된 다층 배선 기판.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 도전층 및 제 2 도전층은 안테나를 구성하는 다층 배선 기판.
  6. 판상으로 형성되고, 적어도 일면에 음각되어 형성된 패턴을 갖는 기판을 구비하는 단계;
    상기 기판의 패턴에 대응하되 상기 패턴의 바닥면에 대응되는 영역이 제거되도록 소수성 재질로 제 1 절연층을 형성하는 단계;
    상기 제 1 절연층의 제거된 영역 내에 형성되어, 상기 기판의 패턴 내에 위치하도록 제 1 도전층을 형성하는 단계;
    상기 제 1 도전층의 상부에 제 2 절연층을 형성하는 단계; 및
    상기 제 2 절연층의 상부에 제 2 도전층을 형성하는 단계를 포함하는 다층 배선 기판의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 절연층은 플라스틱, 테프론계, 에폭시계, PDMS(polydimethylsiloxane)을 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 재질로 형성된 다층 배선 기판의 제조 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 절연층은 스프레이 코팅 또는 딥 코팅을 이용하여 형성되는 다층 배선 기판의 제조 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 도전층 및 제 2 도전층은 잉크젯, EHD(Electrohydrodynamic)젯 및 디스펜서 중 선택된 어느 하나의 방법으로 형성된 다층 배선 기판의 제조 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 절연층은 잉크젯, EHD(Electrohydrodynamic)젯, 디스펜서 및 스프레이 코팅 중 선택된 어느 하나의 방법을 통해 형성되는 다층 배선 기판의 제조 방법.
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