KR102146813B1 - 인쇄회로기판의 레이저 비아홀 가공 방법 - Google Patents

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Abstract

레이저 비아홀 내벽의 도금시 보이드(void)가 발생하는 것을 방지할 수 있는 개선된 레이저 비아홀 가공 방법이 개시된다.
본 발명에 따른 인쇄회로기판의 레이저 비아홀 가공 방법은
인쇄회로기판에 레이저 비아홀 가공을 위한 기준이 되는 가이드 홀을 형성하는 과정;
상기 인쇄회로기판의 표면 동박을 옥사이드(Oxide) 처리하여 표면 조도를 형성하는 옥사이드 처리 과정;
상기 가이드 홀을 기준으로 레이저 비아홀이 형성될 위치에 레이저 샷을 인가하여 레이저 비아홀을 형성하는 과정;
을 포함한다.

Description

인쇄회로기판의 레이저 비아홀 가공 방법 {Method for processing laser via hole of printed circuit board}
본 발명은 인쇄회로기판의 레이저 비아홀(laser via hole) 가공 방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 레이저 비아홀 내벽의 도금시 에치백(etch) 및 보이드(void)가 발생하는 것을 방지할 수 있는 개선된 레이저 비아홀 가공 방법에 관한 것이다.
인쇄회로기판의 세선화(fine pattern) 및 고밀도화에 따라 현재의 컴퓨터 수치제어(CNC, computer numerical control)에 의한 드릴링으로 가공하는 비아홀(via hole)로는 밀집 한계가 발생함에 따라 마이크로 비아홀(
Figure 112019085093818-pat00001
0.15이하)의 도입이 필요하게 되었으며, 대표적인 마이크로 비아홀 가공 방법이 레이저 드릴(laser drill) 가공법이다.
도 1은 종래의 레이저 비아홀 가공 방법을 개략적으로 보인다.
도 1을 참조하면, 종래의 레이저 비아홀 가공 방법은 인쇄회로기판 상에 레이저 비아홀을 형성할 위치(레이저 포인트)의 동박을 걷어내어 윈도우(window, 창)를 형성한 후에 윈도우를 통하여 Co2 레이저 등을 조사하여 프리프레그(prepreg) 혹은 에폭시를 깍아내어 레이저 비아홀을 형성하는 것이다. 이후 동 도금에 의해 비아홀 내벽을 동 도금으로 채우게 된다.
동박 표면으로부터 레이저 포인트의 동박을 걷어내어 윈도우를 형성하기 위해 통상의 에칭 방법이 사용된다. 즉, 드라이필름 라미네이팅(laminating), 노광, 에칭(etching) 과정 등에 의해 표면 동박의 일부분을 걷어내어 윈도우를 형성하게 된다.
그렇지만 종래의 레이저 비아홀 가공 방법은 에칭시 홀 내벽에 인접한 동박이 부식액에 의해 침식되거나 드릴링시 발생하는 버(burr)에 의해 드라이필름 어택(dry film attack)이 발생하여 동박에 부식액이 침투하는 것 즉, 에치백(etch back)이 발생하고, 그로 인하여 도금 후 보이드(void)가 발생한다는 문제점이 있다.
도 2는 도금된 레이저 비아홀에서 발생한 보이드를 보인다.
도 2를 참조하면,
Figure 112019085093818-pat00002
0.25의 도금쓰루홀(PTH, Plated Through Hole, 10)의 내벽 단면이 보이며, 홀의 내부에서 도금되지 않은 부분(오른쪽 그림에서 빨간 색 점선으로 도시된 부분(보이드), 12)이 보이는 것을 알 수 있다. 이러한 보이드(12)는 에칭시 부식액이 각 층의 동박(C/F, Copper Foil)을 침식하고, 도금시 이 침식된 부분을 메우지 못함에 의해 발생한다.
도 3은 에치백 발생 원인을 도식적으로 보인다.
도 3을 참조하면, 에칭 과정에서 부식액이 각 층의 동박을 침식하게 되고, 도금시 이 침식된 부분을 충분히 메워주지 못함에 의해 보이드가 발생하는 것을 알 수 있다.
대한민국특허청 등록특허 제10-0746620호(2007.07.27.) 대한민국특허청 등록특허 제10-1320451호(2013.10.16.)
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서 에치백 및 보이드가 발생하지 않는 개선된 인쇄회로기판의 레이저 비아홀 가공 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인쇄회로기판의 레이저 비아홀 가공 방법은
인쇄회로기판의 레이저 비아홀 가공 방법에 있어서,
인쇄회로기판에 레이저 비아홀 가공을 위한 기준이 되는 가이드 홀을 형성하는 과정;
상기 인쇄회로기판의 표면 동박을 옥사이드 처리하여 표면 조도를 형성하는 옥사이드 처리 과정;
상기 가이드 홀을 기준으로 레이저 비아홀이 형성될 위치에 레이저 샷을 인가하여 레이저 비아홀을 형성하는 과정; 을 포함한다.
여기서, 상기 옥사이드 처리 과정은 동박 표면에 산화구리(Cu2O)를 석출시키는 브라운 옥사이드(brown oxide) 처리 과정인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 레이저 포인트를 형성하기 위해 표면 동박을 에칭시켜 걷어내는 대신에 표면 동박에 표면 조도를 형성한 후에 레이저 샷을 인가하여 레이저 비아홀을 형성함으로써 도금된 레이저 비아홀에서 에치백이 발생하지 않게 되는 효과를 갖는다.
도 1은 종래의 레이저 비아홀 가공 방법을 개략적으로 보인다.
도 2는 도금된 레이저 비아홀에서 발생한 보이드를 보인다.
도 3은 에치백 발생 원인을 도식적으로 보인다.
도 4는 본 발명에 따른 레이저 비아홀 형성 방법을 도식적으로 보인다.
도 5는 본 발명에 따른 레이저 비아홀 형성 방법을 보이는 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따른 레이저 비아홀 형성 방법에 있어서 표면 동박 상태에 따른 처리 결과를 보인다.
도 7은 브라운 옥사이드 처리 과정을 구체적으로 보인다.
도 8은 본 발명에 따른 효과를 보인다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 동작을 상세하게 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 레이저 비아홀 형성 방법을 도식적으로 보인다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 레이저 비아홀 형성 방법은 인쇄회로기판의 레이저 비아홀이 형성될 위치의 표면 동박을 옥사이드(oxide) 처리하여 표면 조도를 형성한 후에 직접 레이저 샷을 인가하여 레이저 비아홀을 형성하는 것을 특징으로 한다. 이후, 레이저 비아홀의 내벽을 도금에 의해 채우게 된다.
옥사이드(Oxide) 처리 과정은 인쇄회로기판의 표면 동박을 약품 처리하여 표면 조도를 형성하기 위한 것이다. 인쇄회로기판의 표면 동박을 그대로 레이저 가공할 경우 표면 조도가 없어 레이저 비아홀의 가공이 어렵다. 따라서 레이저 비이홀이 형성될 위치의 동박을 표면처리를 통해 조도를 형성해야만 한다.
한편, 본 발명에 따른 레이저 비아홀 형성 방법은 표면 조도와 색상에 큰 영향을 받기 때문에 제품 취급 및 옥사이드 농도 관련 이상 발생 시 레이저 홀 사이즈(Laser Hole size) 축소, 오가공 및 미가공 불량을 발생시킨다. 이에 따라, 옥사이드 처리의 중요성이 높다.
도 5는 본 발명에 따른 레이저 비아홀 형성 방법을 보이는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 레이저 비아홀 형성 방법은 가이드 홀 형성 과정(S502), 옥사이드 처리 과정(S504), 레이저 드릴링 과정(S506)을 포함한다.
가이드 홀 형성 과정(S502)은 레이저 드릴링시의 기준 위치가 되는 가이드 홀을 형성하는 과정이다. 가이드 홀 형성 과정(S502)은 가이드 홀 위치를 엑스레이 드릴링함에 의해 수행된다.
옥사이드 처리 과정(S504)은 인쇄회로기판에서 레이저 비아홀이 형성될 위치의 표면 동박을 옥사이드 처리하여 표면 조도를 형성하는 과정이다. 옥사이드 처리 과정(S540)은 동박 표면에 산화구리(Cu2O)를 석출시켜 표면 조도를 형성한다.
레이저 드릴링 과정(S506)은 레이저 비아홀이 형성될 위치에 직접 레이저를 조사하여 레이저 비아홀을 형성하는 과정이다.
도 6은 본 발명에 따른 레이저 비아홀 형성 방법에 있어서 표면 동박 상태에 따른 처리 결과를 보인다.
도 6의 위 그림은 옥사이드 처리에 의해 동박 표면에 표면 조도를 형성하는 것(왼쪽 그림 참조)과 표면 조도가 형성된 인쇄회로기판에 레이저 빔을 조사하여 레이저 비아홀을 형성하는 것을 보이고 있다. 브라운 옥사이드 처리에 의해 동박 표면(62)에 옥사이드 처리를 하여 표면 조도가 형성된 동박 표면(64)을 얻는다. 이후 표면 조도가 형성된 동박 표면(64)에 레이저 빔(66)을 투사하여 동박 표면(64) 및 프리프레그(68)을 관통하는 비아홀을 형성한다.
본 발명에 따른 레이저 비아홀 형성 방법은 옥사이드 처리된 동박 표면(64)에 레이저 빔(66)을 인가하여 표면 동박(64) 및 그 하부의 프리프레그(preprge, 68) 혹은 에폭시를 제거하여 레이저 비아홀을 형성하는 것이다. 이때, 빔 사이즈, 빔 파워, 가공 횟수 등이 공정 변수가 된다. 빔 사이즈는 레이저 빔 마스크의 종류 및 크기에 의해 결정되고 빔 파워는 펄스의 종류 및 파워에 의해 결정된다. 가공 회수는 샷(shot)수에 의해 결정된다.
도 6의 아래 그림은 표면 동박 상태에 따른 처리 결과를 보인다.
도 6의 아랫 그림에서 (a)는 미가공(open)이 발생한 경우를 보이고 (b)는 홀 관통(short)가 발생한 경우를 보인다.
(a)을 참조하면, 표면 조도가 충분하지 못할 경우 즉, 옥사이드 처리가 되어 있지 않거나 표면 색상이 불안정할 경우, 레이저 빔(66)이 동박 표면(64)에서 반사되기 때문에 미가공(open, 72)이 발생될 수 있다.
한편, (b)를 참조하면, 표면 조도가 지나칠 경우, 레이저 비아홀이 형성되어야 할 층 밑의 층까지 관통되어 버리는 홀 관통(short, 74)이 발생할 수 있다.
옥사이드 처리 과정은 동박 부위를 화학적으로 산화시켜 조도를 형성하는 것이다. 브라운 옥사이드(brown oxide) 처리는 산화구리(Cu2O, Cuprous Oxide)를 석출시키는 것으로서 OH- 이온이 많을수록 Cu2O의 생성이 유리해진다.
도 7은 브라운 옥사이드 처리 과정을 구체적으로 보인다.
도 7을 참조하면, 브라운 옥사이드 처리 과정은 산 세척 과정(S702), 알칼리 세척 과정(S704), 프리딥(pre-dip) 과정(S706), 산화 과정(S708)을 포함한다.
산 세척 과정(S702)은 동박 표면의 오염 즉, 녹, 산화막 등을 제거하기 위한 것으로서 동박 표면에 산성 액체를 분사(spray)함으로써 수행된다. 한편, 알칼리 세척 과정(S704)은 동박 표면의 지문, 드라이 필름(D/F, Dry Film) 등을 제거하기 위한 것으로서 동박 표면에 알칼리성 액체를 분사(spray)함으로써 수행된다.
프리 딥 과정(S706)은 인쇄회로기판을 과산화수소(H2O2) 용액에 담가서(dip) 동박 표면을 미세하게 에칭한다. 구체적으로 표면 동박의 동박 경계면을 미세하게 에칭한다.
산화(Oxidation) 과정(S708)은 인쇄회로기판을 과산화수소 용액 및 황산 용액에 담가서(dip) 표면 조도 및 유기동 피막을 형성한다.
도시되지는 않았지만 다음 공정 인계 전 제품 건조를 수행하는 드라이 과정이 추가될 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 효과를 보인다.
도 8에 도시된 것은 외층 AOI 검사 후 PSR 인쇄 공정을 거친 후 BBT(Bare Board Test) 검사를 진행하여 얻어진 것이다. 여기서, AOI 불량으로 폐기된 시료를 제외하고 BBT 검사를 실시한다. Total 불량은 전체 수량에서 총 불량 수량(AOI 검사 불량 + BBT 검사 불량 + 기타)으로 계산한다. 여기서, BBT(Bare Board Test)는 회로 Open / Short 검사 공정이다.
도 8을 참조하면, 기존에는 외층 AOI 검사 시 총 47Array 중 17 pcs에서 불량이 발생하였다(36.17%). 구체적으로 찍힘이 3 pcs, 오픈(open)이 2 pcs, 쇼트(short)가 12 pcs 발생하였다. 여기서, 1 Array당 45 pcs가 포함된다.
이에 비해, 본 발명을 적용한 바, 외층 AOI 검사 시 총 174 Array 중 8 Array 불량 발생하였다.(4.59%) 구체적으로 찍힘이 6 Array, 오픈(open)이 1 Array, 쇼트(short)는 0 Array 발생하였다.
또한, 기존에는 BBT 검사 시 총 30Array(47-17) 중 불량이 없었다.(0%)
이에 비해, 본 발명을 적용한 바, BBT 검사 시 총 166Array(174-8) 중 2Array에서 불량이 발생하였다.(1.2%)
결과적으로, Total 불량률은 기존의 경우 37.5%(18/48, 단위;Array)인 반면에 본 발명을 적용한 경우 8.8%(16/180, 단위;Array)이었다.
즉, 본 발명에 의해 Total 불량률이 크게 감소하였음을 알 수 있다.
한편, 도 8을 다시 참조하면, 신뢰성 검사 결과 층간 비아홀 및 쓰루홀 모두에 있어서 에치백 즉, 보이드가 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 레이저 비아홀 형성 방법은 레이저 포인트를 형성하기 위해 표면 동박을 에칭시켜 걷어내는 대신에 레이저 비아홀이 형성될 위치의 표면 동박에 레이저 조사를 용이하게 하기 위한 표면 조도를 형성한 후에 레이저 샷을 인가함으로써 도금된 레이저 비아홀에서 에치백이 발생하지 않게 되는 효과를 갖는다.
본 발명에 따른 레이저 비아홀 형성 방법은 종래의 레이저 비아홀 가공 방법에서처럼 에칭에 의해 윈도우 오픈(Window Open)하는 공정 없이 레이저 드릴(Laser Drill)의 빔 파워(Beam Power) 및 초점, 레이저 샷(Laser Shot) 수 조절을 통해 윈도우 오픈 및 레이저 드릴링을 동시에 진행하는 방식이다. 본 발명에 따른 레이저 비아홀 형성 방법은 에칭에 의한 윈도우 오픈이라는 공정이 생략되면서 제품 진행의 리드 타임(Lead Time) 단축과 공정에서 발생 되는 취급 불량의 요소가 축소되며 실제로 직접 비아홀을 가공하기 때문에 층간 쏠림 불량 발생의 빈도가 감소된다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
10...PTH 12...보이드(Void)

Claims (2)

  1. 인쇄회로기판의 레이저 비아홀 가공 방법에 있어서,
    상기 인쇄회로기판에 레이저 비아홀 가공을 위한 기준이 되는 가이드 홀 형성과정;
    상기 가이드 홀 형성 과정은 가이드 홀 위치를 엑스레이 드릴링함에 의해 수행되고,
    상기 인쇄회로기판의 표면 동박을 옥사이드(Oxide) 처리하여 표면 조도를 형성하는 옥사이드 처리 과정;
    상기 옥사이드 처리 과정은 동박 표면에 산화구리(Cu2O)를 석출시켜 표면 조도를 형성하며,
    상기 옥사이드 처리 과정은 동박 표면에 산화구리(Cu2O)를 석출시키는 브라운 옥사이드(brown oxide) 처리 과정을 갖되,
    상기 브라운 옥사이드 처리 과정은 산 세척 과정, 알칼리 세척 과정, 프리딥과정, 산화 과정을 포함하며,
    상기 산 세척 과정은 동박 표면의 오염을 제거하기 위한 것으로서 동박 표면에 산성 액체를 분사함으로써 수행되고,
    상기 알칼리 세척 과정은 상기 동박 표면의 지문, 드라이 필름을 제거하기 위한 것으로서 상기 동박 표면에 알칼리성 액체를 분사함으로써 수행되며,
    상기 프리 딥 과정은 인쇄회로기판을 과산화수소 용액에 담아서 상기 동박 표면을 미세하게 에칭하고,
    상기 산화과정은 상기 인쇄회로기판을 상기 과산화수소 용액 및 황산 용액에 담가서 표면 조도 및 유기동 피막을 형성하며,
    상기 가이드 홀을 기준으로 레이저 비아홀이 형성될 위치에 레이저 샷을 인가하여 레이저 비아홀을 형성하는 과정을 포함하되,
    레이저 드릴의 빔 파워 및 초점, 상기 레이저 샷 수 조절을 통해 윈도우 오픈 및 레이저 드릴링을 동시에 진행하되, 상기 레이저 비아홀 형성 과정은 에칭에 의한 윈도우 오픈이라는 공정이 생략되고, 제품 진행의 리드 타임단축과 공정에서 발생되는 취급 불량의 요소가 축소되며 비아홀을 직접 가공하므로 층간 쏠림 불량 발생의 빈도가 감소되는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 레이저 비아홀 가공 방법.
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