KR102198712B1 - Pimd 특성 개선을 위한 인쇄회로기판 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 안테나에 사용되는 RF 소자를 포함하는 인쇄회로기판의 PIMD 특성을 개선하기 위한 PIMD 특성 개선을 위한 인쇄회로기판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 인쇄회로기판의 제조 방법은 기판 상에 적어도 하나의 RF 소자를 포함하는 회로층을 형성하는 단계, 회로층의 상부에 주석을 포함하는 금속을 통해 도금을 수행하여 도금층을 형성하는 단계, 도금층의 표면을 코팅하여 보호층을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

PIMD 특성 개선을 위한 인쇄회로기판 및 이의 제조 방법{Printed circuit board for improving PIMD characteristics and manufacturing method thereof}

본 발명은 인쇄회로기판의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 안테나에 사용되는 RF 소자를 포함하는 인쇄회로기판의 PIMD 특성을 개선하기 위한 PIMD 특성 개선을 위한 인쇄회로기판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

이동통신 시장은 데이터의 수요가 급증하고 높은 수준의 통화 품질을 요구 받고 있다. 높은 품질의 서비스를 위해서는 무엇보다 채널 간의 간섭이 중요한 문제이며, 간섭을 일으키는 중요한 요인 중의 하나가 상호변조왜곡 (IMD ; Intermodulation Distortion)이다. IMD란 두 개 이상의 신호 주파수들이 서로 간섭 현상을 일으켜 원치 않는 기생 신호를 발생시키는 것으로 이와 같은 현상이 Passive 소자에서 나타날 때 PIMD (Passive Intermodulation Distortion)라고 한다.

최근 들어, PIMD issue는 더욱 예측하기가 어려워지고 있다. PIMD 발생 원인은 도체들 사이의 얇은 산화층에 의한 접합 용량, 금속 접촉에서 도체들 사이의 반도체 작용에 의한 터널 효과, 금속들 사이의 빈틈 공간과 미소 균열에 의한 Micro-discharge, 금속 표면의 먼지와 금속 입자들에 연관된 비선형성, 금속결합에서 발생되는 수축 저항(Constriction resistance) 등이 있다. 다양한 재질과 재질간 접합, 다양한 환경에서 발생하는 금속 표면의 화학적 변화들은 육안으로 확인할 수 없을 뿐만 아니라 다양한 feeding network로 구성된 통신 시스템에서 어떤 위치의 RF 경로에서 발생하는지 파악하기가 어려운 실정이다.

이에 따라 PIMD와 관련된 제원과 관리 항목이 제대로 마련되어 있지 않기 때문에 PIMD 특성 개선을 위한 근본적인 대책이 필요한 실정이다.

따라서 본 발명의 목적은 안테나에 사용되는 RF 소자를 포함하는 인쇄회로기판의 PIMD 특성을 개선하기 위한 PIMD 특성 개선을 위한 인쇄회로기판 및 이의 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 PIMD 특성 개선을 위한 인쇄회로기판 제조 방법은 기판 상에 적어도 하나의 RF 소자를 포함하는 회로층을 형성하는 단계, 상기 회로층의 상부에 주석을 포함하는 금속을 통해 도금을 수행하여 도금층을 형성하는 단계, 상기 도금층의 표면을 코팅하여 보호층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 PIMD 특성 개선을 위한 인쇄회로기판 제조 방법에 있어서, 상기 RF 소자는 복사 소자, 전송 선로, 분배기, 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 PIMD 특성 개선을 위한 인쇄회로기판 제조 방법에 있어서, 상기 기판은, 테플론 기판, 에폭시 기판, 세라믹 기판 또는 PPE(Polyphenylene Ether) 기판인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 PIMD 특성 개선을 위한 인쇄회로기판은 기판, 상기 기판 상에 적어도 하나의 RF 소자를 형성하는 회로층, 상기 회로층의 상부에 주석을 포함하는 금속을 통해 도금을 수행하여 형성되는 도금층, 상기 도금층의 표면을 코팅하는 보호층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 인쇄회로기판은 기존의 공정 장비를 그대로 사용하면서, 제조 순서를 바꾸어 별도의 추가 장비 없이 PIMD 특성을 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 PIMD 특성 개선을 위한 인쇄회로기판의 전면을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 PIMD 특성 개선을 위한 인쇄회로기판의 후면을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 PIMD 특성 개선을 위한 인쇄회로기판의 측단면을 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 PIMD 특성 개선을 위한 인쇄회로기판의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 도 4의 S10 단계를 구체적으로 설명한 순서도이다.
도 6는 PIMD 특성을 설명하기 위한 인쇄회로기판의 이미지이다.
도 7은 도 6에 따른 인쇄회로기판의 PIMD 특성을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 PIMD 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예와 비교예에 따른 인쇄회로기판의 이미지이다.
도 10은 본 발명의 비교예에 따른 PIMD 특성을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 PIMD 특성을 나타낸 그래프이다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은 기판의 PIMD 특성을 개선하기 위한 방안과 관련한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 PIMD 특성 개선을 위한 인쇄회로기판의 전면을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 PIMD 특성 개선을 위한 인쇄회로기판의 후면을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 PIMD 특성 개선을 위한 인쇄회로기판의 측단면을 나타낸 개념도이다.

한편 본 발명에 따른 인쇄회로기판(100)은 도시된 바와 같이 복사 소자를 예로 설명하지만, 이에 한정된 것은 아니고 안테나에 사용될 수 있는 다양한 RF 소자가 적용될 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 인쇄회로기판(100)은 기판(10), 회로층(20), 도금층(30) 및 보호층(50)을 포함하여 구성된다.

기판(10)은 유전율을 갖는 유전체 물질로 형성되는 유전체층(11)과, 유전체층(11)의 적어도 일면에 형성되는 회로층(20)이 형성될 수 있다. 이때 유전체층(11)은 테플론 기판, 에폭시 기판, 세라믹 기판 또는 PPE(Polyphenylene Ether) 기판으로 형성될 수 있다.

여기서 테플론 기판은 마이크로파에 사용되는 기판으로 유전체 손실(tanδ)이 0.001 정도로 낮아서 마이크로파에 최적이며, 테플론과 유리섬유를 그물처럼 엮은 구조이다.

에폭시 기판은 가공성이 우수하며, 유전체 손실이 0.02 정도가 될 수 있다.

즉 본 발명에 따른 기판(10)은 안테나에 사용되는 RF 소자를 형성하기 위한 기판으로 유전율을 고려한 재료를 사용하는 것이 바람직하다.

이러한 기판(10)은 동박층이 형성된 원판을 공정작업이 용이한 상태의 규격으로 재단하고, 설계에 따라 홀(11)을 드릴 가공하여 준비될 수 있다.

회로층(20)은 기판(10) 상에 형성될 수 있으며, 적어도 하나의 RF 소자를 형성할 수 있다. 여기서 RF 소자는 복사 소자, 전송 선로, 분배기, 필터를 포함할 수 있다. 즉 본 발명에 따른 인쇄회로기판(100)은 안테나용 인쇄회로기판이 될 수 있다.

회로층(20)은 기판(10)에 레지스트를 도포하고, 레지스트가 도포된 상태에서 필요한 회로의 이미지를 형성하기 위하여 노광 작업을 수행하여 필요한 회로 형상들을 레지스트 상에 형성한 후, 현상을 통해 빛에 노출되어 경화된 부분들을 제외한 나머지 부분들이 현상액에 용해되어 제거되도록 하여 제거된 부위를 노출시킬 수 있다. 이후 에칭 공정을 통해 노출된 부분이 에칭액에 의해서 녹아 없어지도록 한 후 레지스트 층을 박리하여 회로층(20)을 형성할 수 있다.

이때 기판(10)에 형성된 회로층(20)은 공기 중에 노출되면 산화막이 형성되게 된다. 여기서 회로층(20)은 산화막이 형성되면 검게 색상이 변색되고, 표면이 거칠어지게 된다. 이에 따라 회로층(20)은 산화막에 의해 표면이 거칠어지게 되고, 신호가 산화막을 반복적으로 오가며 전송되기 때문에 PIMD 특성에 영향을 미치게 된다.

이에 따라 본 발명에 따른 인쇄회로기판(100)은 회로층(20)의 상부에 도금층(30)을 형성하게 된다.

여기서 도금층(30)은 회로층(20)의 상부에 주석을 포함하는 금속을 통해 도금을 수행하여 형성될 수 있다. 바람직하게 도금층(30)은 주석 및 납의 합금으로 형성될 수 있다.

이러한 도금층(30)은 주석 및 납의 합금을 녹여서 콘베이어에 지나가는 회로층(20)이 형성된 기판(10)에 묻혀 뜨거운 바람을 가해 형성하는 HASL(Hot Air Solder Levelling) 공정에 의해 형성될 수 있다.

한편 일반적인 인쇄회로기판 제조에서는 후술할 보호층(50)을 먼저 형성하고, 노출된 일부분만 납땜을 위하여 도금을 수행하게 된다.

그러나 본 발명에 따른 인쇄회로기판(100)은 PIMD 특성 개선을 위하여 보호층(50)을 형성하기 이전에, 회로층(20)의 상부면 전체에 도금층(30)을 형성할 수 있다.

이에 따라 본 발명에 따른 인쇄회로기판(100)은 기존의 공정 장비를 그대로 사용하면서, 제조 순서를 바꾸어 별도의 추가 장비 없이 PIMD 특성을 개선할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 인쇄회로기판(100)은 회로층(20)에 도금층(30)이 형성된 회로 패턴(40)을 형성할 수 있다.

이후 도금층(30)이 형성된 회로층(20)의 표면을 코팅하는 보호층(50)을 형성할 수 있다.

여기서 보호층(50)은 PSR INK를 스크린 인쇄법 또는 스프레이 분사법으로 기판(10)의 전면에 도포하고, 기판(10) 위에 회로층(20)이 그려진 아트워크 필름을 올려놓고 자외선 노광기에 의해 노광을 수행하여 부분적으로 경화시키고, 현상함으로써 형성할 수 있다.

이하 본 발명에 따른 PIMD 특성 개선을 위한 인쇄회로기판의 제조 방법에 대하여 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명에 따른 PIMD 특성 개선을 위한 인쇄회로기판의 제조 방법을 나타낸 순서도이고, 도 5는 도 4의 S10 단계를 구체적으로 설명한 순서도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 먼저 S10 단계에서 기판 상에 회로층을 형성한다.

여기서 S11 단계에서 먼저 동박층이 형성된 원판을 공정작업이 용이한 상태의 규격으로 재단한다. 이때 설계에 따라 홀을 드릴 가공할 수 있다.

다음으로 S12 단계에서 기판에 회로층 형성을 위한 레지스트를 도포하게 된다. 이때 레지스트는 회로를 형성하기 위해서 빛에도 반응 할 수 있고 에칭(Etching)시에도 견딜 수 있는 재료로 도포될 수 있는 D/F(Dry film)이 사용될 수 있다.

다음으로 S13 단계에서 레지스트가 도포된 상태에서 필요한 회로의 이미지를 형성하기 위하여 노광 작업이 수행된다. 즉 필요한 회로 형상들을 레지스트 상에 형성할 수 있다. 이후 현상 공정을 수행할 수 있다. 즉 현상을 통해 빛에 노출되어 경화된 부분들을 제외한 나머지 부분들이 현상액에 용해되어 제거되며 제거된 부위는 노출되게 된다.

다음으로 S15 단계에서 에칭 공정을 수행할 수 있다. 즉 노출된 부분이 에칭액에 의해서 녹아 없어지게 되어 실직적으로 회로가 형성될 수 있다. 이후 레지스트 층을 박리하여 회로층이 형성되게 된다.

다음으로 S20 단계에서 도금층을 형성한다. 여기서 도금층은 회로층의 상부에 주석을 포함하는 금속을 통해 도금을 수행하여 형성될 수 있다. 바람직하게 도금층은 주석 및 납의 합금으로 형성될 수 있다.

이러한 도금층은 주석 및 납의 합금을 녹여서 콘베이어에 지나가는 회로 패턴이 형성된 기판에 묻혀 뜨거운 바람을 가해 형성하는 HASL(Hot Air Solder Levelling) 공정에 의해 형성될 수 있다.

그리고 S30 단계에서 보호층을 형성한다. 보호층은 PSR INK를 스크린 인쇄법 또는 스프레이 분사법으로 기판의 전면에 도포하고, 기판 위에 회로층이 그려진 아트워크 필름을 올려놓고 자외선 노광기에 의해 노광을 수행하여 부분적으로 경화시키고, 현상함으로써 형성할 수 있다.

한편 본 발명에 따른 인쇄회로기판의 성능을 입증하기 위하여 실험을 진행하였다.

도 6는 PIMD 특성을 설명하기 위한 인쇄회로기판의 이미지이고, 도 7은 도 6에 따른 인쇄회로기판의 PIMD 특성을 나타낸 그래프이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 먼저 동일한 기판 가공 업체에서 제공한 인쇄회로기판 (a)와 (b)를 살펴본 결과, 도 5에서 (a)와 (b)는 육안 상으로 후면의 색상에 차이가 있으며, 각각 10개 시료의 PIMD 수치를 확인한 결과, 도 6에서 표시된 바와 같이 PIMD 특성과 후면의 색상과의 상관관계가 있는 것을 확인할 수 있었다.

즉 (a)가 상대적으로 더 어둡고 진한 색을 보이고 있으며, PIMD 수치가 높게 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다.

한편 실험 과정에서 더 확인된 사실은 기판 가공 업체에 원판을 공급한 업체는 다수의 동박 업체로부터 동박을 공급받고 있었고, (a)와 (b)는 서로 다른 동박 제조 업체로부터 공급받은 동박인 것을 확인할 수 있었다.

도 6에서 나타나는 동박의 색상은 유전체를 투과해서 보이는 것으로 동박 제조 업체 또는 기판 제조 업체별 특징일 수도 있다. 하지만 동박의 산화 정도와 상관관계가 있을 수도 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 PIMD 특성을 설명하기 위한 그래프이다. 즉 상술한 (a), (b) 및 (a)에 실시예에 따른 제1 도금층을 형성하여 PIMD 특성을 측정한 그래프이다.

도 8을 참조하면, 상술한 바와 같이 PIMD 수치가 상대적으로 좋지 않은 (a)의 표면에 본 발명의 실시예에 따라 제1 도금층을 형성하여 PIMD 특성을 측정하였다.

그 결과, 본 발명의 실시예에 따라 형성된 인쇄회로기판의 경우 (a) 및 (b)와 대비하여 PIMD 수치가 낮게 분포되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 이는 본 발명의 실시예가 (a) 및 비와 대비하여 현저하게 개선된 PIMD 특성을 갖는 것을 확인할 수 있다.

정리하면, 상술한 바와 같이, 모재가 황동일 경우 검게 색상이 변색될 수 있고, 동박 표면이 산화막에 의해 거칠어진 경우 신호가 동박과 산화층을 반복적으로 오가며 전송되기 때문에 PIMD 특성이 열화될 수 있는 것으로 추정할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예와 같이 주석을 표면에 도금할 경우 PIMD 특성이 크게 개선되는데, 이는 동박과 산화층을 반복적으로 오가며 불안정하게 전송되던 신호가 도금 균일도가 우수한 주석을 통해 안정적인 층을 확보할 수 있게 된 것으로 해석할 수 있다.

도 9은 본 발명의 다른 실시예와 비교예에 따른 인쇄회로기판의 이미지이다.

도 9을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예는 기판 상에 마이크로스트립 필터를 형성하는 회로 패턴과 보호층 사이에 상술한 제1 도금층을 형성하였다. 비교예는 본 발명의 다른 실시예와 동일한 조건으로 마이크로스트립 필터를 형성하되, 제1 도금층을 형성하지 않았다.

도 10은 본 발명의 비교예에 따른 PIMD 특성을 나타낸 그래프이고, 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 PIMD 특성을 나타낸 그래프이다.

도 10 및 도 11을 참조하면, PIMD 특성 평가 결과, 본 발명의 다른 실시예에 따라 형성된 인쇄회로기판의 경우 비교예와 대비하여 IM Level이 낮게 있는 것을 확인할 수 있다. 이는 본 발명의 다른 실시예에 따라 형성된 인쇄회로기판은 비교예와 대비하여 현저하게 개선된 PIMD 특성을 갖는 것을 확인할 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다. 또한, 본 명세서와 도면에서 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

10 : 기판 20 : 회로층
30 : 도금층 40 : 회로 패턴
50 : 보호층 100 : 인쇄회로기판

Claims (4)

1. 기판 상에 적어도 하나의 RF 소자를 포함하는 동박으로 형성된 회로층을 형성하는 단계;
   상기 회로층의 상부면 전체에 주석을 포함하는 금속을 통해 도금을 수행하여 도금층을 형성하는 단계;
   상기 도금층의 표면을 코팅하여 보호층을 형성하는 단계; 를 포함하고,
   상기 RF 소자는 안테나에 사용되는 복사 소자, 전송 선로, 분배기 및 필터 중 적어도 하나를 포함하고,
   두 개 이상의 신호 주파수들이 서로 간섭 현상을 일으켜 원치 않는 기생 신호를 발생시키는 PIMD가 -150dBc 이하인 것을 특징으로 하는 PIMD 특성 개선을 위한 인쇄회로기판 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 RF 소자는 복사 소자, 전송 선로, 분배기, 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 PIMD 특성 개선을 위한 인쇄회로기판 제조 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 기판은,
   테플론 기판, 에폭시 기판, 세라믹 기판 또는 PPE(Polyphenylene Ether) 기판인 것을 특징으로 하는 PIMD 특성 개선을 위한 인쇄회로기판 제조 방법.
4. 기판;
   상기 기판 상에 적어도 하나의 RF 소자를 형성하는 동박으로 형성된 회로층;
   상기 회로층의 상부면 전체에 주석을 포함하는 금속을 통해 도금을 수행하여 형성되는 도금층;
   상기 도금층의 표면을 코팅하는 보호층; 를 포함하고,
   상기 RF 소자는 안테나에 사용되는 복사 소자, 전송 선로, 분배기 및 필터 중 적어도 하나를 포함하고,
   두 개 이상의 신호 주파수들이 서로 간섭 현상을 일으켜 원치 않는 기생 신호를 발생시키는 PIMD가 -150dBc 이하인 것을 특징으로 하는 PIMD 특성 개선을 위한 인쇄회로기판.

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