KR101942948B1 - 표면인쇄용 잉크를 이용한 인쇄회로기판의 제조방법 - Google Patents

표면인쇄용 잉크를 이용한 인쇄회로기판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 베이스 기판을 천공하여 비아홀을 형성하고 도금 및 패터닝하는 단계; 상기 비아홀에 표면인쇄용 잉크를 충진 및 경화하는 단계; 및 표면인쇄를 수행하는 단계를 포함하는 인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것으로서, 인쇄회로기판의 제조시 플러깅 공정 대신 표면인쇄용 잉크를 사용하여 홀 충진, 표면 인쇄를 수행함으로써 플러깅 인쇄, 경화 및 연마의 공정을 생략하고도 홀 주변의 잉크 뭉침과 같은 문제점을 해결하고 인쇄회로기판의 표면 상태가 매우 양호한 효과가 있다.

Description

표면인쇄용 잉크를 이용한 인쇄회로기판의 제조방법{Method of Preparing Printed Circuit Board By Using Solder Resist Ink}
본 발명은 표면인쇄용 잉크를 이용한 인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인쇄회로기판의 제조시 표면인쇄용 잉크를 사용하여 홀 충진 및 표면인쇄를 수행함으로써 플러깅 인쇄, 경화 및 연마의 공정을 생략하고도 홀 주변의 잉크 뭉침 현상을 개선하고 표면 상태가 매우 양호한 인쇄회로기판을 제조할 수 있는 표면인쇄용 잉크를 이용한 인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것이다.
최근 들어, 전자기기의 첨단화로 인한 전자기기 및 제품의 소형화 및 기술 집적은 꾸준히 발전하고 있으며, 이와 함께 전자기기 등에 사용되는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)의 제조 공정도 소형화 및 기술 집적에 대응하여 다양한 변화를 요구하고 있다. 인쇄회로기판을 제조하는 방법에 대한 기술 방향은 초기에 단면 기판에서 양면 기판으로, 다시 빌드업(build-up) 공법으로 제조되는 다층 기판으로 전개되고 있다. 다층 기판을 제조하는 공정에서는 층간 전기적 연결을 위해 기판 위에 비아홀(via hole)이라는 구멍이 형성된다. 비아홀 중 그 내벽에 구리 도금을 한 것을 도금 도통홀(plated through-hole, PTH)이라고 하며, 이 중 회로기판 구멍 내벽의 전체를 도금한 것을 도통홀비아(through-hole via)라고 한다.
통상적인 인쇄회로기판의 제조방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 기판 원자재에 드릴을 사용하여 구멍을 뚫고(drilling, 100), 이후에 구리를 사용하여 무전해 또는 전해도금(Cu plating, 200)을 하고, 홀의 내부 공간을 충진제로 충전하는 플러깅(pugging, 300)을 한 후에 기판의 양측으로 전기적 통로인 구리 통로(Cu path)을 형성하기 위한 패터닝(Cu patterning, 400)을 하고, PSR(Photo Solder Resist) 코팅(500)을 하여 완성한다. 상기 방법에 의해 형성된 도통홀은 구리로 도금되어 기판의 양측을 전기적으로 연결하는 통로인 원형의 홀을 가진다.
그런데, 이와 같은 종래의 기술에서의 도통홀은 다층 레이어 패키지 기판에서 I/O 수가 많을수록 그 수만큼 많은 수의 도통홀이 필요하고, 그만큼 기판상에 공간이 요구되어 패키지 크기가 증가하는 문제가 있다. 많은 수의 도통 홀로 인하여 구리 배선이 복잡해지는 공간적 문제와 전기적 성능이 낮아지는 문제가 있다.
도금 도통 홀의 내부는 절연 소재로 채우거나 레지스트 잉크를 홀 위로 여러 번 인쇄하여 스루홀을 얻기도 한다. 홀을 충진제로 가득 채우는 공법을 홀 플러깅 공법이라고 하며 레지스트 잉크로 홀 동박이 노출되지 않도록 하여 여러 번 인쇄하는 것을 텐딩공법이라 한다.
홀 플러깅 공법시 플러깅 잉크(plugging ink)를 사용하는데, 플러깅 잉크는 열경화성 잉크로 용매가 함유되어 있지 않아 부피 팽창이 크지 않으며, 플러깅 인쇄와 플러깅 경화 후에 기판을 연마하기 때문에 연마성이 우수하다. 연마를 하는 목적은 경화 후에 잉크가 경화하면서 나오는 가스찐을 제거하고 기판 홀 주변의 평탄도를 위해서이다.
충진제로 사용되는 홀 플러깅 잉크는 일정한 정도의 점성을 갖기 때문에 홀 내부로 충진될 때 보이드(void)가 발생하게 된다. 충진 시 발생한 보이드는 인쇄회로기판의 신뢰성을 떨어뜨리고 불량을 유발하기 때문에 제거되어야 하고, 기판에 도포되는 잉크의 신뢰성은 패키지 기판의 품질을 좌우하는 매우 중요한 요소가 된다.
홀 내부가 잉크에 의해 완전하게 충진되지 않고 기포가 발생하면, 홀 내부의 기포가 열에 의해 팽창하여 홀 내부의 동박이 노출되는 현상이 발생한다. 또한, 잉크는 반복되는 도포과정에서 공기에 노출되는 시간이 많아질수록 고유의 특성이 변질되기 때문에 공정의 수를 줄여 잉크특성의 변질을 방지할 필요가 있다.
이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 인쇄회로기판의 제조시 플러깅 공정 대신 표면인쇄용 잉크를 사용하여 홀 충진, 표면 인쇄를 수행할 경우 플러깅 인쇄, 경화 및 연마의 공정을 생략하고도 홀 주변의 잉크 뭉침과 같은 문제점을 해결하고 인쇄회로기판의 표면 상태가 매우 양호한 효과를 낼 수 있다는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
한국등록특허 제10-1599674호 (2016.03.03) 한국등록특허 제10-1564197호 (2015.10.28) 한국공개특허 제10-2014-0040468호 (2014.04.03)
본 발명의 목적은 홀 주변의 잉크 뭉침과 같은 문제점을 해결하고 표면 상태가 매우 양호한 인쇄회로기판의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 상기 목적은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 베이스 기판을 천공하여 비아홀을 형성하고 도금 및 패터닝하는 단계; (b) 상기 비아홀에 표면인쇄용 잉크를 충진 및 경화하는 단계; 및 (c) 표면인쇄를 수행하는 단계를 포함하는 인쇄회로기판의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 표면인쇄용 잉크는 160~350poise의 점도를 가진다.
여기서, 상기 (b) 단계에서 상기 표면인쇄용 잉크를 스크린 프린팅 또는 롤 프린팅의 도포 방법으로 상기 비아홀에 충진하는 것이다.
여기서, 상기 (c) 단계는 베이스 기판의 상면을 인쇄 및 경화하고, 하면을 인쇄, 경화 및 노광하는 단계를 수행한다.
여기서, 상기 비아홀은 상기 베이스 기판을 관통하는 관통홀(Plated Through Hole, PTH)로 구성하여도 좋다.
여기서, 상기 베이스 기판은 동박 적층판으로 구성하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 인쇄회로기판의 제조방법은 플러깅 인쇄, 경화 및 연마의 공정을 생략하고도 홀 주변의 잉크 뭉침과 같은 문제점을 해결하고 인쇄회로기판의 표면 상태가 매우 양호한 효과가 있다.
도 1은 인쇄회로기판을 제조하는 종래의 제조방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 2는 종래기술과 본 발명에 따른 인쇄회로기판의 제조방법을 비교하여 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명에 의한 일 실시예에 따라 제조된 인쇄회로기판의 표면(1차면/2차면) 및 홀 속 상태를 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명에 의한 일 실시예에 따라 제조된 인쇄회로기판의 홀 및 표면 상태를 나타낸 사진이다.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본 발명에서는 인쇄회로기판의 제조시 플러깅 공정 대신 표면인쇄용 잉크를 사용하여 홀 충진, 표면 인쇄를 수행할 경우 플러깅 인쇄, 경화 및 연마의 공정을 생략하고도 홀 주변의 잉크 뭉침과 같은 문제점을 해결하고 인쇄회로기판의 표면 상태가 매우 양호한 효과를 낼 수 있다는 것을 확인하였다.
따라서 본 발명은 일 관점에서 (a) 베이스 기판을 천공하여 비아홀을 형성하고 도금 및 패터닝하는 단계; (b) 상기 비아홀에 표면인쇄용 잉크를 충진 및 경화하는 단계; 및 (c) 표면인쇄를 수행하는 단계를 포함하는 인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 PSR 잉크(Photo Solder Resist Ink)는 SR 잉크(Solder Resist Ink)라고도 한다. 할로겐 프리(halogen-free)이며, 기판 표면인쇄용으로 사용되는 잉크이다. PSR 잉크는 열경화와 UV 경화(노광)이 이루어져야 완전한 경화가 된다. PSR 잉크는 점도 조정을 하기 위하여 휘발성의 용매가 함유되어 있어 경화 후에 부피 변화가 있다. Ba, S, Si 등이 포함되어 있으며, 주제와 경화제의 2액형으로 구성되어 있어 사용 직전에 혼합한다. 본 발명의 실시예에서는 다른 잉크보다 고점도인 KT33HF 잉크를 사용한다.
한편, 플러깅 인쇄는 홀을 메꾸는 것을 목적으로 한다. 종래에는 도금 공정이 완료된 후 플러깅 공정을 거쳐 패턴 형성을 하는 D/F(Dry Film) 공정을 완료한 후 기판 표면인쇄를 하는 PSR 공정으로 이어지는데 반하여(도 2(a)),
본 발명에서는 도금 공정이 완료된 후에 플러깅 공정을 거치지 않고 바로 패턴 형성을 하여 인쇄 공정으로 제품이 오게 되면 1차적으로 홀 충진을 하고 2차적으로 표면 인쇄를 하게 된다(도 2(b)).
인쇄 공정만을 설명하자면 종래에는 1차면 인쇄 → 1차면 경화 → 2차면 인쇄 → 2차면 경화 → 노광 순으로 진행되는 데에 반하여,
본 발명에서는 홀 속 충진 → 경화 → 1차면 인쇄 → 1차면 경화 → 2차면 인쇄 → 2차면 경화 → 노광 순으로 진행된다.
여기서 1차면은 상면이고 2차면은 하면을 의미한다.
또한 본 발명에서는 홀 충진용 잉크만을 사용하며 종래 공정에서의 필수 공정인 플러깅 인쇄, 경화 및 연마의 공정이 생략될 수 있다. 홀 인쇄를 진행할 때 잉크를 80%만 충진시킬 수 있다.
홀 인쇄를 하고 나서 예비 경화를 하더라도 완전 경화 상태가 아니며, 홀 속의 잉크가 완전 경화가 되지 않은 상태에서 표면 인쇄를 하게 되면 스퀴지 압력에 의해 홀 속의 잉크가 바닥면 쪽으로 밀려나오게 된다. 이때 홀 속의 잉크를 100% 충진 했다면 많은 양의 잉크가 인쇄기 바닥으로 흐르게 되므로, 홀 잉크 충진을 80% 정도만 진행하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 표면인쇄용 잉크는 160~350poise의 점도를 가질 수 있다. 바람직하게는 165~340poise, 더욱 바람직하게는 165~170poise일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서, 상기 (b) 단계에서 상기 표면인쇄용 잉크를 스크린 프린팅 또는 롤 프린팅의 도포 방법으로 상기 비아홀에 충진할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 (c) 단계는 베이스 기판의 상면을 인쇄 및 경화하고, 하면을 인쇄, 경화 및 노광하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 비아홀은 상기 베이스 기판을 관통하는 관통홀(Plated Through Hole, PTH)인 것이 바람직하며, 상기 베이스 기판은 동박 적층판인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 (c) 단계 이후에 최종 경화를 실시하는 데에 있어서, 2단계로 진행할 수 있다. 노광, 현상이 끝난 후 최종경화를 의미하며 포인트 인쇄 후 가경화 공정은 홀 속 잉크 충진 후 1차 표면 인쇄 전에 진행하는 경화를 의미한다. 잉크가 최종경화되는 온도는 150~160℃로 설정할 수 있다.
홀 속의 잉크 충진 후 표면인쇄 진행할 때 발생되었던 바닥에 잉크 빠짐 현상을 개선하고자 가경화를 실시하는데, 이는 잉크가 밑으로 빠지게 되면 컨베이어(conveyor) 및 다음 제품에 잉크가 전이되는 것을 방지하기 위한 것이다.
2단계로 진행되는 최종경화 공정은 홀 속 인쇄 → 가경화 → 1차 표면인쇄 → 1차 예비 경화 → 2차 표면인쇄 → 2차 예비 경화 → 노광 → 현상이 끝난 후에 진행될 수 있다.
종래에 플러깅을 실시하였을 때에는 위 조건대로 진행해도 무방한데, 그 이유는 플러깅 후에 플러깅 경화를 실시하여 홀 속의 잉크를 완전 경화시킨 다음에 후 공정을 진행하였기 때문이다. 그러나 본 발명에서는 홀 속의 잉크가 완전 경화되지 않고 불안정한 상태로 표면인쇄가 진행되기 때문에 한번에 높은 온도로 최종경화를 하게 되면 홀 속의 잉크에 에어포켓(air pocket) 또는 크랙(crack)이 발생된다. 그러므로 2단계의 경화를 실시하여 잉크의 경화를 서서히 안정적으로 한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
[실시예]
실시예 1: 인쇄회로기판의 제조
표 1과 같은 사양에 따라 동박 베이스 기판을 천공하여 비아홀을 형성하고 도금 및 패터닝한 후에 상기 비아홀에 표면인쇄용 잉크를 충진 및 경화하고, 표면인쇄를 수행하였다.
포인트 인쇄
(KT33HF Ink 사용)		 표면인쇄
구분 홀 인쇄 구분 1차 2차
제판 mesh P150 제판 mesh V100
인쇄횟수 1회 인쇄횟수 2회(cover, print)
스퀴지 종류 플러깅용 스퀴지 종류 Print: PSR인쇄용
Cover: 반도스퀴지		 Print: PSR인쇄용
Cover: 반도스퀴지
스퀴지 각도 75° 스퀴지 각도 Print: 70°
Cover: 65°		 Print: 70°
Cover: 65°
스퀴지 속도 5Hz 스퀴지 속도 Print: 10Hz
Cover: 10Hz		 Print: 10Hz
Cover: 10Hz
Point size Pad + 100㎛ Point size 전면도포
Ink 점도 170poise Ink 점도 170poise
도 3에 나타낸 바와 같이, 기판 표면의 상태는 매우 양호하였으며, 홀 속에 크랙(crack)이 발생하지 않는 것을 확인하였다.
본 발명은 플러깅 공정 대신 SR 잉크를 사용하여 홀 충진 및 표면 인쇄를 하는데 그 특징이 있으므로, 홀 충진 및 표면 인쇄의 신뢰성에 문제가 없으면 양품으로 판단하였다. 일부 홀 주변에서 발생되었던 동 노출은 품질에 영향을 미치지 않는다는 것을 확인하였다.
실시예 2: 인쇄회로기판의 제조
도 4에 제시된 제판의 망사 규격(Mesh, cappilex film), 스퀴지 종류, 인쇄속도 및 잉크 점도의 포인트 인쇄 조건 및 표면 인쇄 조건에 따라 인쇄회로기판을 제조하여 그 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4의 #1에 나타낸 바와 같이 경화 조건을 1단계 경화(155℃, 50~60분)에서 2단계 경화(125℃ 50분 + 155℃ 50~60분)로 변경한 경우, 홀 속의 에어포켓(air pocket)이 발생되지 않고, 표면상태 및 홀 충진 상태가 양호하였다.
플러깅 공정 대신 SR 잉크를 사용하여 홀 충진 및 표면 인쇄를 한 실시예(#1~#5) 모두 표면 상태가 양호하고 홀 충진 상태가 양호하였다. 또한, 포인트 인쇄 후에 가경화를 실시한 경우(#3, #5)에도 표면 상태가 양호하고 홀 충진 상태가 양호하였다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
100: 드릴링 단계 200: 구리 도금 단계
300: 플러깅 단계 400: 구리 패터닝 단계
500: PSR 코팅 단계

Claims (6)

  1. 다음 단계를 포함하는 표면인쇄용 잉크를 이용한 인쇄회로기판의 제조방법:
    (a) 베이스 기판을 천공하여 비아홀을 형성하고 도금 및 패터닝하는 단계;
    (b) 상기 비아홀에 165~350poise의 점도를 가진 표면인쇄용 잉크를 상기 비아홀의 80%를 충진 및 경화하는 단계; 및
    (c) 상기 베이스 기판의 상면을 인쇄 및 150~160℃에서 열경화하고, 하면을 인쇄, 150~160℃에서 열경화 및 노광하는 단계.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계에서 상기 표면인쇄용 잉크를 스크린 프린팅 또는 롤 프린팅의 도포 방법으로 상기 비아홀에 충진하는 것을 특징으로 하는 표면인쇄용 잉크를 이용한 인쇄회로기판의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 비아홀은 상기 베이스 기판을 관통하는 관통홀(Plated Through Hole, PTH)인 것을 특징으로 하는 표면인쇄용 잉크를 이용한 인쇄회로기판의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 베이스 기판은 동박 적층판인 것을 특징으로 하는 표면인쇄용 잉크를 이용한 인쇄회로기판의 제조방법.
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