KR20010042612A

KR20010042612A - 인쇄회로기판 제조를 위한 강합금 분리 시트 및 구리/강적층 시트

Info

Publication number: KR20010042612A
Application number: KR1020007011289A
Authority: KR
Inventors: 프라터마크에스.
Original assignee: 마비스 겔렌손; 알.이. 서비스 컴퍼니, 인코포레이티드
Priority date: 1998-04-10
Filing date: 1999-04-09
Publication date: 2001-05-25
Also published as: US6129990A; US6130000A; US6235404B1; SG101922A1

Abstract

인쇄회로기판 패널 사이의 프레스 레이업에 사용되는 내부식성 강합금 분리 시트(12), 강합금 층(12)과 적어도 하나의 기판층 표면과 분리가능하게 결합된 동박층(14)을 포함하는 인쇄회로기판 사이의 프레스 레이업에 쓰이는 시트 적층(10), 간격(20)이 접합부(16)사이에 위치하도록 동박층(18)의 경계(18)를 따라 배열된 복수의 금속 대 금속 결합에 의해 동박층(14)에 분리가능하게 결합된 금속 기판층(12)을 포함한 인쇄회로기판 패널 사이의 프레스 레이업에 사용되는 시트 적층(10)

Description

인쇄회로기판 제조를 위한 강합금 분리 시트 및 구리/강 적층 시트{STEEL ALLOY SEPARATOR SHEETS AND COPPER/STEEL LAMINATED SHEETS FOR USE IN MANUFACTURING PRINTED CIRCUIT BOARDS}

초기 제조 기술에서는, 인쇄 회로 기판(PCB)의 레이업 패널(lay-up panel)은, 예컨대 목재 적층 시트 산업에 사용되는 것들과 유사한 프레스를 이용하여 적층 구조로 제조되었다. 유압구동 프레스가 사용되었고, 증기 또는 전력이 프레스를 350℉를 넘는 온도로 가열하는데 이용되었다. 상기 프레스의 패널 구성요소는 적층 구조를 완성하는 대략 1시간 동안에 350℉에서 300psi 내지 500psi사이의 압력에 견딜 수 있다. 0.062인치의 두께를 가진 고도로 연마되고 정밀 연삭된 스테인레스 강판이 프레스 구멍내에서 각 패널을 분리하는데 이용된다. 일반적으로, T-304 고경도 합금이나 이에 상당하는 재료가 상기 0.062인치 스테인레스 스틸 분리판용으로 이용된다. 그러나, 상기 0.062인치 스테인레스 스틸 분리판은 매사용후마다 부스러기를 제거하기 위한 세척이나 스크러빙(scrubbing)이 필요하고, 조작 및 사용중에 발생할 수 있는 흠이나 패인 곳을 제거하기 위해 표면 평탄화 작업이 필요하다는 문제가 있다. 결국, 상기 분리판은 교체되어야 한다.

1980년대 후반에, 진공을 이용한 프레스의 도입으로 적층화 과정중에 저압을 이용할 수 있게 되었다. 진공을 이용한 프레스에서 이용되는 압력 범위는, 유압 증기 구동 또는 전기 프레스에서의 300psi 내지 500psi의 범위와는 달리, 일반적으로 150psi 내지 250psi사이이다. 진공에 의한 프레스에서, 두께가 0.007인치 내지 0.015인치 범위인 알루미늄 분리 시트가 시험된 후, 광범위하게 사용되었다. 그 기간동안 공표된 시험 결과는, 인쇄 회로 기판 패널의 적층에 있어서, 얇은 알루미늄 분리 시트가 강판보다 성능면에서 훨씬 월등하다는 사실을 나타냈다. 이러한 얇은 알루미늄 분리 시트는 적층화 공정(lamination process) 이후로 폐기되었는데, 이로써 고비용의 강판 세척과 조작 작업이 필요 없고, 강판을 교체하는데 필요한 빈번한 고자본 투자가 필요없게 되었다. 알루미늄 분리시트에 사용되는 합금은 일반적으로 H19 경도를 갖는 3000 시리즈(예컨대, 3003, 3004, 3105, 및 그와 등가물)로서, 이는 알루미늄 음료 캔을 만드는 합금과 같은 것이다. 진공을 이용한 프레스에서의 저압과 함께 얇은 알루미늄 분리 시트를 사용하는 상기 작업은, 0.008인치 떨어져 있고, 그 폭이 대략 0.008인치인 회로선(circuit line)을 가진, 4겹층 내지 6겹층의 인쇄 회로 기판에 대해서는 성공적이었다. 전형적인 프레스 구멍의 형태는 각 인쇄회로기판 패널을 분리하는 얇은 알루미늄 시트를 가진 스택(stack)의 윗면과 아랫면의 강판에 맞는 것으로 될 것이다. 이러한 진공을 이용한 프레스에서의 생산율은, 0.062인치 스테인레스 스틸 시트를 사용하여 얻어진 6 내지 8개의 인쇄회로기판 패널로부터, 통상 1-½인치 프레스 구멍 당, 대략 10 내지14개의 인쇄회로기판 패널을 생산하는 정도까지 증가하였다.

그러나, 기술적 진보는 더욱 고집적 회로를 갖는 인쇄회로기판을 요구하게 되었다. 이는 상기 회로들이 더 미세한 회로선(0.006인치 이하)과 더 조밀한 회로선 간격(0.006인치 이하)을 가져야 함을 의미하는 것이다. 인쇄회로기판의 고밀도 표면은 그 위에 더 많은 전기적 구성요소를 실장할 수 있고, 따라서 더 빠른 정보처리와 전기적 하드웨어 장치의 소형화를 이룰수 있다. 이런 기술적 요구사항들 때문에 적층 회로 기판 패널의 표면 품질은 더욱 중요하게 되었다. 알루미늄 시트 표면의 대단히 미세한 범프(bump)가 기판의 윗면에 새겨지고, 이 때문에 기판을 깍아야 하고, 인쇄회로기판 제조 공정을 되풀이해야 하기 때문에, 표면 조도와 상 천이 등의 종래의 문제점은 이제 해결되어야 할 중요 쟁점으로 되었다.

상 천이와 표면 품질 문제로 인한 깍기와 재처리 공정을 줄이거나 방지하기 위해, 거의 모든 프레스 형태는 스택의 윗면과 바닥에 부가하여 얇은 알루미늄 분리 시트와 인접하여 놓인 0.062인치 스테인레스 강판(주로 T-304 또는 T-600 스테인레스 강)을 채용하고 있다. 다수의 프레스 로드(load)는 레이업에 부가된 적어도 3개의 강판을 가지고 있는데, 이는 각 프레스 과정중에 적층될 수 있는 패널의 수를 줄여준다. 일부 레이업 형태에서는 알루미늄 시트 및 프레스의 각 패널을 분리하는 강판을 모두 가지고 있으며 프레스 과정후 알루미늄 분리 시트는 폐기된다. 그러나, 이런 방식은 프레스의 생산율을 저하시키기 때문에 문제점을 완전히 해결한 것은 아니다. 또한, 과정중에 강판을 재도입함에 따른 구멍, 움푹 패인 곳(함몰부)(dent), 및 다른 표면 결함은 여전히 스크랩(scrap)과 인쇄회로기판 패널의 재공정을 야기시킨다. 더욱이, 많은 인쇄회로기판 제조업자들은 부가적으로 새로운 0.062인치 스테인레스 강판을 구입해야 하고, 고비용의 세척 및 조작 시스템을 설치해야 한다. 얇은 알루미늄 분리 시트는 매 프레스 과정후에 폐기되지만, 강판은 사용전에 반드시 세척되어야 하기 때문에, 인쇄회로기판 제조 공정에 부가적인 작동 단계와 비용이 추가된다. 생산수요를 유지하기 위해서, 제조업자들은 개당 대략 $250,000 내지 $1,000,000인 부가적인 진공 프레스를, 인쇄회로기판 제조공정중에 재도입된 강판으로 인한 생산손실을 보상하기 위해서 구입해야 한다.

오늘날, 제조업자들은 더 많은 품질상의 문제와 고비용으로 되는 상태에서 고밀도 기판위에 3개 내지 8개의 인쇄회로기판을 생산하고 있다. 인쇄회로기판의 고밀도 상태는 0.062인치 스테인레스 강판과 얇은 알루미늄 시트, 이렇게 2개의 분리기를 필요로 한다. 이것은 인쇄회로기판 제조공정의 기술 진보의 초기로 퇴보된 고비용의 단계이다.

구리/알루미늄 적층 구조의 얇은 알루미늄 피스의 채용은 오늘날의 고기술, 고밀도 인쇄회로기판의 요구사항을 충족시키지 못하고 있다. 이런 적층은 프린트 쓰루(print through)에 대한 민감성, 상 천이, 부정합, 기포, 뒤틀림, 및 갈라짐 등의 다수의 결점을 가지고 있다. 또한, 이들에서는 수용불가능한 표면 거칠기가 나타난다.

오프 콘택트 프린팅(off contact printing)은 종종 상 천이로부터 유발된다. 이것은 건조막의 접착을 방해하고, 패널위에 1대1 상이 노출됨을 방해한다. 따라서, 이런 적층은 4개 내지 6개층 인쇄회로기판 제조에 국한되어 있다. 또한, 심(shim)이 각 인쇄회로기판 패널 사이에 요구되기도 한다. 심을 사용하게 되면 인쇄회로기판 제조에 지대한 비용상승을 초래학 된다. 심은 각 단계 사이에서 노동 집약적인 세척 과정을 겪어야 한다. 심은 매우 비싸고, 많은 인쇄회로기판 제조업자들은 그들의 작업장에서 심 세척을 위한 별도의 공간을 확보해야 한다.

부정합은 안쪽 층에서의 너무 많은 이동으로부터 유발된다. 이는 드릴 파손(drill breakage)을 일으키고, 인쇄회로기판을 쓸모없게 만든다. 드릴 파손은 13밀이하 및 4밀 정도의 작은 구멍이 보통인 고기술 인쇄회로기판의 부정합으로부터 유발되기도 한다.

분균일한 열팽창계수는 기포 발생을 야기하는 더 높은 고온 스폿(hot spot)을 형성한다. 이 문제는 제조후 6개월 또는 그 이상의 기간까지도 드러나지 않을 수 있기 때문에, 주요한 시스템 결함을 유발한다.

표면 조도도 알루미늄이 가지고 있는 문제이다. 높은 표면 조도는 오프 콘택트 프린팅, 드릴용 날의 파손, 및 재료의 손실을 유발한다. 적층은 또한 그를 쓸모없게 만드는 뒤틀림에 민감하다. 또한, 저압에서는 상기 적층을 이용하면 갈라짐이 발생하기도 한다.

본 발명은 회로 기판 제조에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 인쇄 회로 기판의 제조시에 사용되는 강 합금 분리 시트 및 구리/금속 적층 구조에 관한 것이다.

도1은 본 발명에 따라 직접 결합된 직접 결합된 적층 시트의 개략적인 평면도이다.

도2는 선 2-2를 따라 취해진 도1의 적층 시트의 단면도이다.

도3은 접착제가 불연속적으로 작용된 본 발명에 따라 적층 시트의 접착 결합형 실시예를 나타내는 개략적인 평면도이다.

도4는 접착제가 띠모양으로 작용되는 본 발명에 따른 적층 시트의 접착 결합형 실시예를 나타내는 개략적인 평면도이다.

종래의 인쇄회로기판 적층과 적층과정이 안고 있는 근원적인 결점은 알루미늄이나 구리가 아닌, 구리 시트에 부착되는 내부식성 금속 시트 및 구리 시트에 부착되는 강합금 분리 시트를 포함하는 본 발명의 적층구조에 의해서 극복된다. 일례로써, 본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 결점들은 내부식성 코팅과 독특한 야금학적 특성을 갖고 있는 강합금 재료 시트에 의해 극복된다. 강합금 시트는 분리 구성요소로 사용 가능하고, 미부착된 동박과 함께 묶음으로 되거나, 또는 미국 특허 제 5,153,050호, 미국 특허 제 5,120,590호, 또는 미국 특허 제 5,512,381호에서 설명된 방식으로 접착재료를 사용하는 종래의 방식대로 동박층에 선택적으로 결합될 수 있다. 본 발명의 다른 양태에 따르면, 내부식성 코팅을 갖는 강층, 및 유사한 부착기술을 사용하여 강합금층에 결합된 동박층을 포함하는 적층구조에 의해 상기 결점들이 극복된다. 따라서, 연속적인 밀봉을 제공하는 미국 특허 제 5,153,050호에서처럼 띠 형태로 접착제가 작용되든지, 연속적이거나 또는 실질적으로 연속적인 밀봉이 제공되지 않는 미국 특허 제 5,120,590호에서처럼 간헐적인 스폿 또는 섬(island) 형태로 접착제가 작용되든지 문제가 되지 않는다. 또 접착제가 유연하든 딱딱하든 문제되지 않는다. 그러나, 접착제는 프레스 온도에서 시트와 분리되거나, 연속되는 시트의 분리를 방해하지 않는 유형이어야 한다. 본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 시트는 저항용접 등을 이용하여 서로 직접 결합되어, 접착제의 사용없이 결합이 이루어진다.

본 발명의 적층구조에서, 동박층은 강제 층의 일면 또는 양면 모두에 부착된다. 가열되어 인쇄회로기판 패널위로 압축되면, 구리는 최종 인쇄회로기판에 부착되어 기능적 요소가 된다. 상기 강제 층은 그 후에 제거되어 폐기된다. 본 발명의 강제 층을 사용하는 것은 프레스 레이업에 종래의 0.062인치 스테인레스 강판을 필요없게 하거나, 그 필요를 감소시킨다. 결과적으로, 인쇄회로기판의 표면 품질이 개선되고, 상 천이는 감소하며, 별도의 0.062인치 스테인레스 강 분리 시트를 사용하는 비용을 들이지 않고서 더 평탄하고 굴곡이 적은 인쇄회로기판이 생산된다. 또한, 본 발명에 따른 강과 구리사이의 열팽창계수가 비슷하기 때문에, 인쇄회로기판은 더 편평하게 되고, 따라서 시트 적층의 기판층으로의 동박층의 더 양호한 정합을 제공한다.

시트 적층 제조 기술과 인쇄회로기판 제조과정에 관한 다른 부가적인 정보는 미국 특허 제 4,875,283호, 제 5,120,590호, 제 5,512,381호, 및 5,153,050호에 나타나 있다.

본 발명에 따른 구리/강 적층 구조 뿐만 아니라, 강합금 분리시트는 구리/알루미늄, 구리/구리, 및 다른 공지된 구리/금속 적층구조보다 월등한 성능을 보여준다. 에컨대, 본 발명의 적층 구조에서는, 심을 사용할 필요 없이 18개까지의 층을 갖는 인쇄회로기판을 제조할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 강제 시트는 알루미늄/구리 및 구리/구리 적층과 연관된 상 천이 문제가 없기 때문에, 종래의 적층과 비교하여 북(book)당 더 많은 인쇄회로기판 생성이 가능하다. 또한 , 강제층은 인쇄회로기판이 고압에서 작동될 수 있도록 하고, 따라서 더 편평하고 사용하기 편리한 인쇄회로기판 영역을 제공한다. 또한, 종래의 0.062인치 스테인레스 강 분리판이 필요없기 때문에, 재료와 설비면에서도 비용이 절감된다. 또한, 본 발명에서 사용되는 강제층은 알루미늄보다 더 안정적인 열 상승을 보여주기 때문에, 부정합과 드릴 파손의 가능성이 감소된다. 본 발명의 금속 기판의 열 팽창 계수가 구리의 열팽창 계수와 비슷하기 때문에 기포나 뒤틀림도 감소된다. 본 발명의 강의 매끄러운 표면은 고밀도 인쇄회로기판의 제조를 촉진시킨다. 또한, 알루미늄/구리 및 구리/구리 적층구조에서와 같은 갈라짐도 없어진다.

본 발명의 목적은 인쇄회로기판 층 사이의 프레스 레이업에 사용되는 분리 시트를 제공함으로써, 인쇄회로기판 제조용 0.062인치 스테인레스 스틸과 알루미늄 분리 시트의 필요를 제거하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 인쇄회로기판 층 사이의 프레스 레이업에 사용되는 시트 적층을 제공함으로써, 알루미늄 분리 시트와 그에 따른 문제점을 제거하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 인쇄회로기판 적층구조의 분리층과 기능층 사이에 접착제를 사용할 필요를 제거하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 인쇄회로기판 제조에서 발생하는 작업쓰레기의 양을 감소시키는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 알루미늄 분리 시트와 관련한 표면 품질 문제와 상 천이 문제를 제거하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 종래의 0.062인치 스테인레스 강 분리판과 관련한 지속적인 스크러빙(scrubbing)과 세척의 필요를 제거하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 인쇄회로기판 층 사이의 프레스 레이업에 사용되는 시트 적층(sheet laminate)을 제공함으로써, 분리 시트와 기능요소 사이에 접착제를 사용할 필요를 제거하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 인쇄회로기판 층 사이의 프레스 레이업에 사용되는 시트 적층(sheet laminate)을 제공함으로써, 종래의 0.062인치 스테인레스 강판 및 그와 관련한 문제점들을 제거하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 인쇄회로기판 층 사이의 프레스 레이업에 사용되는 시트 적층(sheet laminate)을 제공함으로써, 기판층으로부터 박층으로의 상 천이를 감소시키거나 제거하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 인쇄회로기판 층 사이의 프레스 레이업에 사용되는 시트 적층을 제공함으로써, 더 편평하고, 더 굴곡이 적은 인쇄회로기판 패널을 제작하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 구리의 열팽창계수와 같거나 더 작은 열팽창계수를 가지는, 인쇄회로기판 사이의 프레스 레이업에 사용되는 시트 적층을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 인쇄회로기판 사이의 프레스 레이업에 사용되는 시트 적층을 제공함으로써, 주어진 프레스 오프닝(opening)동안 생산되는 인쇄회로기판 패널 수를 최대화하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적 및 장점은 명세서의 다음 부분에서 상술될 것이며, 발명의 상세한 설명은 어떤 한정을 부가하지 않고 본 발명의 바람직한 실시예를 완전히 공개하기 위한 것이다.

도1 내지 도4를 참조하면, 유사한 참조번호는 유사한 부품을 나타내며, 본 발명의 실시예는, 동박판에 결합된 강 재료의 얇은 시트로 구성되는 적층 시트 구조뿐만 아니라 내부식 코팅과 독특한 야금학적 특성을 갖춘, 합금 강 분리 시트를 포함한다. 본 발명의 장치는, 본 명세서에 개시된 기본 개념으로부터 벗어나지 않고 형태와 부품 세부사항에서 변화될 수 있다. 도1 및 도2에는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인쇄회로기판 제조용 시트 적층(10)이 나타나 있다. 상기 시트 적층(10)은 동박층(14)에 결합된 금속 기판 층(12)을 포함한다. 본 발명에 따르면, 금속 기판 층(12)은 본 명세서에서 설명된 특성을 갖는 합금 강으로 구성되어 있다. 그리고, 본 발명은 구리/금속 적층의 관점에서 설명되었지만, 본 발명의 개념은 인쇄회로기판 제조산업에서 통상적으로 사용되는 구리/금속 기판/구리 적층 등의 부가적인 층들을 가지는 적층구조에도 똑같이 적용될 수 있다.

동박층(14)은 금속 기판층(12)의 일면이나 양쪽 면 모두에 존재할 수 있다. 인쇄회로기판 패널의 생산성을 현저히 향상시킬 뿐만 아니라, 상 천이(image transfer)를 감소시키고, 인쇄회로기판의 표면품질을 향상시키개 위해서는, 본 발명에 따른 강제 층을 사용하는 것이, 통상적으로 사용되는 0,010인치-0.015인치의 3004 알루미늄 기판보다 우수하다는 사실이 증명되었다. 본 발명의 시트 적층(10)은 알루미늄이 견딜수 있는 압력을 넘는, 500psi의 고압 프레스 뿐만 아니라, 대략 150psi 내지 250psi사이의 범위에서 작동하는 종래의 저압 진공 프레스에서도 사용할 수 있도록 설계되어 있다.

1001 저탄소강도 적합하지만, 니켈 또는 니켈-아연이 도금된 1008 저탄소강이 본 발명의 목적을 충족시키는데 이상적인 것으로 결정되었다. 또한, 바람직한 두께 범위는 대략 0.005인치 내지 0.015인치 사이이지만, 금속 기판층(12)의 두께는 대략 0.002인치 내지 0.025인치 범위로 될 수 있다. 동박층(14)은 대략 0.00025인치 내지 0.005인치 범위내의 두께를 가질 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 0.008인치의 두께를 가지는 금속 기판층(12)을 사용함으로써, 본 발명의 그 외 다른 목적을 충족시키는 한편, 뛰어난 생산성이 이룩된다. 대략 0.008인치의 두께를 가지는 강제 층을 사용함으로써, 프레스 레이업(lay-up)에 필요한 강판의 개수를 줄이거나 아예 없앨수도 있고, 결국 주어진 적층화 공정중에 프레스로 더 많은 인쇄회로기판 패널을 넣을 수 있다. 성공적인 알루미늄 기판 사용의 필요조건인, 적층화 공정중의 키스 사이클(kiss cycle)도 본 발명에 따른 강제 층을 사용함으로써 역시 제거될 수 있고, 따라서, 전체적인 생산 소요 시간을 줄일 수 있다. 키스 사이클의 기능은 최대 압력이 가해지기 전에 에폭시(epoxy)를 연화시키거나 용해하는 것이다. 완전히 용해된 에폭시는 프린트 쓰루(print through)를 최소화하기 위해 고압 영역으로부터 회로들 사이의 영역으로 흘러 들어간다.

예시적인 목적을 위하여, 표1에 본 발명에서 사용되는 합금 강의 금속학적 및 그 외 다른 특징들이 알루미늄과 비교되어 있다.

생산되는 인쇄회로기판 적층의 표면은 그에 대해 프레스되는 재료만큼 매끈해짐을 이해하기 바란다. 금속 기판에 적층된 인쇄회로기판의 표면 품질은 대략 12RMS보다 크지 않은 표면 마무리(surface finish)를 가진 강제 층을 사용함으로써 획기적으로 개선될 수 있다. 이에 대하여, 알루미늄은 18RMS 내지 25RMS 정도의 표면 마무리를 가지고 있다. 표면 마무리 문제는, 고밀도 전기 회선이 에칭되는 경우 인쇄회로기판의 표면에 존재하는 결함이 적을수록 더 높은 신뢰도의 최종 인쇄회로기판 제품이 가능하므로, 특히 소형화가 목적일 때에는, 정말 중요하다. 본 발명에서 사용되는 강제 기판층(12)은 알루미늄 등의 다른 금속보다 경도가 몇배 더 높기 때문에, 흠이나 구멍, 또는 움푹 패이는 성향이 훨씬 더 적다. 따라서, 본 발명에 따른 강제 기판에 적층된 인쇄회로기판은 표면 결함을 가질 가능성이 더 적다.

시트 적층(10)에 사용되는 강제 기판이 제공하는 또 다른 장점은, 박층(14)위로, 그리고 궁극적으로 완성된 인쇄회로기판위로의 상 천이를 현저히 줄이는 강성(rigidity)과 더불어, 강이 제공하는 경도이다. 본 발명의 목적을 위해서, 상기 강은 대략 200정도의 누프 경도를 가져야 소기의 만족스러운 결과를 얻을 수 있다. 상기 강제 기판에 적층된 인쇄회로기판이 알루미늄 기판에 적층된 인쇄회로기판보다 기복이 심하지 않다. 더 단단한 강제 기판도 역시 본 발명의 범위내에 속하는 것임을 이해하기 바란다. 예컨대, 특정 두께로써, 대략 850정도로 높은 누프 경도를 가지는 강제 기판을 부품업자로부터 입수할 수 있다. 하지만, 이 정도로 얇으면서 더 단단한 강은 산업용으로 그렇게 쉽게 획득가능하지 않다. 너무 연하지만 않다면 연한 강제 기판도 허용될 수 있다. 예컨대, 대략 150정도의 누프 경도를 가지는 강제 기판도 만족스러운 결과를 제공한다. 본 발명의 강제 기판은, 여기서 설명된 소기의 결과를 얻기 위해서 알루미늄이나 구리보다 단단해야 한다.

폴리머 또는 전기분해된 알루미늄(크롬)을 포함한 다른 통상적인 내부식 코팅이 사용가능하지만, 되도록이면 강제 기판은 니켈이나 니켈-아연 도금이 되어 있는 것이 바람직하다. 그러나, 납은 너무 부드럽고, 가열시 동박층에 달라붙기 때문에 적합한 재료는 아니다. 부가적인 놀랄만한 특징이 니켈 도금 강제 기판층(12)으로부터 얻어진다. 즉, 가열될수록 경도가 증가하는 것이다. 예컨대, 기판이 350℉의 경화온도로 가열됨에 따라 니켈 도금 강철의 경도는 대략 20% 증가한다. 니켈 도금의 최적 두께는 전형적으로 대략 20μ인치 내지 50μ인치 정도이다.

본 발명에서 사용된 강제 기판층(12)이 제공하는 강성(rigidity)은 동박층(14)을 더 잘 지지해주고, 알루미늄 기판과 관련된 벨로우즈 효과(bellows-effect)를 제거해준다. 낮은 강성 때문에, 알루미늄 기판이 쉽게 변형되고, 굴곡될때, 알루미늄 기판은 순간적으로 동박층으로부터 분리됨으로써, 그 틈으로 먼지나 부스러기가 들어가게 되는 흡입이 일어나게 된다. 즉, 벨로우즈 효과가 발생되는 것이다. 그 틈으로 먼지나 부스러기가 들어감에 따라, 완성된 인쇄회로기판 표면에 움푹 패인 곳과 에폭시 얼룩이 나타난다. 따라서, 알루미늄 기판에서는 필수적인 강제 기판층(12)과 동박층(14)의 완전한 봉입이 강제 철 기판에서는 불필요하다.

알루미늄과 니켈 도금 강의 원자 결정 격자 형태는 서로 다르다. 알루미늄의 원자는 면심 입방체(FCC) 형태로 배열되어 있으나, 강의 원자는 체심 입방체(BCC) 형태로 배열되어 있다. 니켈 도금된 강제 기판은 정해진 미세구조를 갖지 않은 무정질이다. 이 재료는 두드려서 만들어진 것이 아니라 전기 도금에 의한 것이다. 이러한 결정 격자 형태는 각 재료의 물리적 및 기계적 성질에 영향을 미치고, 동일한 가열 환경에서 왜 서로 다른 특징을 나타내는지를 설명해 준다.

강의 열전달 특성은 거의 변함 없는 일관되고 균일한 열 상승(heat rise)을 제공한다. 이와 같은 열 상승의 균일성 때문에 인쇄회로기판 패널의 두께의 변동이 줄어 들고, 본 발명에 의해 더욱 일관된 품질의 적층구조가 제공된다. 강은 동박층이 강제 기판 층과 정합을 이루도록 하기 위해 구리(예컨대, ℉당 약 9.8μ인치보다 낮은)보다 낮은 열팽창 계수를 가져야 한다. 열팽창 과정동안, 동박층(14)은 기판층(12) 이상으로 이동하고, 따라서 구리와 같거나 그 이하의 열팽창 계수를 가진 기판 재료는 양쪽 물질간의 정합을 최적화한다. 기판층(12)은 대략 ℉당 약 6.5μ인치에서 ℉당 약 7.5μ인치에 이르는 열팽창계수를 가진다. 알루미늄과 비교하여 강이 대략 90% 팽창하는 것에 비하여, 구리는 알루미늄과 비교하여 50% 팽창한다. 직접 비교해보면, 알루미늄의 열팽창률은 강보다 84% 더 높다. 이것은 폭이 24인치인 구속되지 않은 알루미늄 시트가 상온(70℉)으로부터 경화 온도로까지 상승하면, 그 폭이 대략 0.090인치 증가된다는 것이다. 같은 용적의 강판은 대략 0.049인치의 폭이 증가되고, 구리는 대략 0.066인치의 폭이 증가된다. 구리와 강철사이의 치수 차이가 알루미늄과 구리사이의 치수 차이보다 작고, 강은 기존에 바람직하다고 여겨졌던 구리보다 전체적으로 덜 팽창한다는 것은 분명하다. 결과적으로 강제 기판을 사용하여 생산된 인쇄회로기판이 알루미늄 기판을 사용하여 생산된 것과 비교하여 더 평탄하고 균일하게 된다.

인쇄회로기판 패널의 주재료는 점착성 열경화성 수지로 열경화처리된 직포 유리섬유이다. 시트 적층의 동박층은 적층공정중에 프레스의 열경화성 수지의 각 면 위로 천이된다. 적층공정동안 직포 유리섬유와 열경화성 수지는 가열되고 점성 액체로 되어, 스택내의 금속들과 더불어 자유롭게 팽창한다. 따라서, 경화를 위한 열상승동안 상기 복합재료들에 열팽창에 의한 어떤 변형도 일어나지 않는다. 동박층(14)은 강제 기판층(12)에 비해 매우 얇기 때문에, 가열동안 동박층(14)은 마찰력 때문에 이동이 제한될 것이다. 따라서 구리는 기판 재료가 팽창됨에 따라 휘어질 것이다. 만약 기판 재료가 알루미늄이라면, 동박층은 경화 온도로 가열된 24인치 폭을 가진 회로 기판위로 0.024인치 신장될 것이고, 불균일한 국소 부하는 동박층이 불균일하게 신장되도록 하여, 동박층에서 주름이나 물결 효과를 일으킨다. 반면, 만약 기판재료가 본 발명에 따라서 강이라면, 동박층(14)은 경화 온도로 가열되는 동안 신장되지 않을 것이고, 동박층(14)위로 불균일한 부하도 발생하지 않고, 동박층(14)에서 변형을 야기하는 기포도 감소될 것이다.

인쇄회로기판 제조업의 전통적인 적층구조에 사용되는 접착제 대신에, 본 발명의 강제 기판층(12)은 복수의 떨어져 있는 용접부(16)들에 의해 동박층(14)에 부착된다. 상기 용접부(16)는 재료의 표면간의 접촉 결합으로, 직경이 대략 4밀 내지 20밀인 원형의 용접부를 포함한다. 이 같은 방법으로, 두 재료의 표면은 접착제의 사용이나 땜납 등의 다른 중간 결합매체의 사용없이 직접 결합된다. 저항용접은 다른 산업에서는 공지된 기술이지만, 인쇄회로기판 제조업에의 적용은 새로운 것이다.

저항 용접은 결합될 부위를 통해 전류가 통과함으로써 열이 발생되는 열전기 과정이다. 저항 용접은 전류 흐름을 방해할 수 있는 표면 산화물을 제거하기 위하여 충분한 힘으로 접합될 부위를 미는 전극을 사용한다. 일단 물리적으로 접촉되면, 제어된 저항의 조합이 열을 발생시키고, 물리적인 압력이 실제적인 접합을 형성하도록 전극에 가해진다. 발생되는 열량은 인가된 전류, 인가시간, 및 접합될 부위간의 저항의 함수이다.

저항 용접은 일반적으로 재료를 접합시키는 세가지 방법중의 한가지로 이해된다. 첫 번째 방법은 납땜에 의한 접합으로서, 접합부위간의 저항 가열에 의해, 중간 접합 매체로 사용되는 은 납땜 합금이나 주석/납 납땜 등의 제3 금속을 용해시킬 정도로 충분한 열을 발생시킨다. 두 번째 방법은 단조 용접으로서, 접합부위를 녹이지 않고 매우 짧은 시간동안 전류를 흘려 접합부위를 단조하는 것이다. 즉, 금속 대 금속 결합을 이루는 것이다. 세 번째 방법은 용융 결합으로서, 긴 펄스의 전류가 사용되어 그들의 경계점에서 접합부들을 액체로 용융시키고 그들이 식을 때 금속 대 금속 결합을 형성함으로써 양 부위를 접합시키는 것이다. 용융 결합은 특히 유사한 2개의 재료를 접합시킬 때 적합하다.

본 발명의 실시예에서는, 용융 결합이나 재료 사이에 넣는 땜납 등의 중간 결합 매체를 사용하는 대신에 단조 용접을 이용하여 재료를 결합시킨다. 용접부(16)는 충분히 약해서 적층구조가 프레스안으로 놓여지고 구리가 가열되어 인쇄회로기판 패널 위로 압착될 때, 구리와 인쇄회로기판 패널의 열경화성 수지사이의 강한 결합이 자동적으로 용접부들을 떼어내어 금속 기판층(12)이 쉽게 제거되어 폐기될 수 있다. 본 명세서에서 설명한 재료를 사용하는 구리/강철/구리 적층 구조에서는, 대략 10.6와트·초(W·s)의 에너지와 대략 5파운드의 용접 해드 포스(welding head force)를 사용함으로써 만족스러운 결과를 얻을 수 있다. 이 레벨은: 열을 발생시키도록 사용되는 용접 에너지, 에너지가 가해지는 시간, 가해지는 물리적인 용접 힘, 및 야금학적 특성, 저항, 두께, 형태, 및 코팅 등의 결합될 재료의 특성 등의 변수에 의해 영향 받는다. 가급적이면 대략 5.0와트·초(W·s) 내지 25와트·초(W·s)의 범위내의 에너지와 대략 2파운드 내지 10파운드 사이의 힘이 생산편차를 수용할 수 있도록 사용 가능하다. 정확한 수치는 실험에 의해 결정될 수 있다.

본 발명에 따른 저항 용접을 실행하는데 적합한 시스템은 유니텍(UNITEK)에서 입수할 수 있으며, 이는 최대 출력 125와트·초(W·s) 모델 125DP 이중 펄스 전력 공급원, 2KVA용 모델 PM7S 프로그래머블 교류 전력 공급원, 125W·s/2kva 및 8온스 내지 20파운드의 힘이 가해지는 모델 80A/24 공기 작동식 용접 헬드(held), 모델 ESO413 텅스텐 전극, 및 모델 EW4002 및 HW1090 휠(wheel) 전극을 포함한다. 다른 형태의 용접 기술도 사용될 수 있고, 결합은 재료를 처리하는 중에는 온전한 채로 유지되지만, 프레스에서는 떼어질 정도의 충분히 강한 정도이면 된다.

용접부(16)는 시트의 외주를 둘러싸고, 또 가장자리 영역(18)내에 위치한다. 가장자리 영역(18)의 폭은 고객이 특정한대로 넓어질 수 있지만, 본 발명은 산업계에서 통상적으로 쓰이는 것보다 더 작은 가장자리 영역을 이용한다. 더 구체적으로, 저항용접이 실시될 수 있게 하는 정밀성 때문에, 본 발명에서는 가장자리 영역(18)의 폭을 시트의 외측 에지로부터 대략 0.25인치 또는 그 이하로 줄일 수 있다. 예컨대, 종래의 적층 구조는 전형적으로 대략 0.50인치 내지 1.0인치의 폭을 가진 가장자리 영역을 가지는데, 이는 대략 1.0인치 내지 2.0인치의 전체적인 오버랩을 제공한다. 이것은 적층 구조의 외주 둘레의 사용될 수 없는 영역을 남기는 접착제의 흐름 특성 때문이다. 실제로, 사용되지 않는 가장자리 영역은 제조 공정에서 완성된 기판 사이즈를 남기고 제거된다. 예컨대, 접착제가 사용되는 18인치 X 24 인치 표준 사이즈 회로기판을 생성하기 위해, 19인치 X 25인치 적층이 요구되는데, 이는 각 면을 따라 0.50인치의 경계면이 적층후에 잘려 나가기 때문이다. 그러므로, 본 발명의 저항 용접 기술은 낭비되는 부분을 제거함으로써, 인쇄회로기판 패널에 더 넓은 가용 면적을 제공하는 장점이 있는 것이다.

용접부(16)는 일반적으로 간격 또는 간극(20)이 다수 발생되어 용접부(16)들 사이에 형성되도록 선형적으로 배열되어 있다. 간격(20)의 길이는 가변적이지만, 제품 유형과 사양에 따라, 전형적으로 대략 ½인치 내지 2.5인치 사이의 범위이다. 시트 적층(10)의 각 에지에 있는 구멍(22)은 일반적인 가공 위치(tooling position)를 나타낸다. 구멍(22)은 전형적으로 시트 적층(10)의 외측 에지와 완성된 회로 영역(24) 사이에 위치한다. 완성된 패널 에지(26)는 고객에 의한 플래시 트리밍(flash trimming) 후에 형성된다.

본 발명에 따른 강제 층의 사용은 구리/알루미늄 적층구조에서 발견되는 벨로우즈 효과를 제거해 주기 때문에, 먼지 및 부르러기의 침입을 방지하기 위한 연속적인 밀봉이 필요없게 된다. 따라서, 본 발명에서는 접착제가 필요없을 뿐만 아니라 접합점이 시트의 외주 둘레에 결합부를 형성할 필요가 없다. 또한, 용접부(16)는 적층구조의 4개 면을 따라 위치하고 있지만, 한면을 따라, 두 개의 대향하는 면을 따라, 두 개의 인접한 면을 따라, 또는 3면을 따라 선택적으로 위치할 수 있다.

이제 도3을 참조하면, 결합 매체로써 접착체를 사용하는 본 발명의 다른 실시예가 나타나 있다. 여기에서, 용접부(16) 대신에 접착제(30)의 불연속부(28) 형성을 제외하면, 적층구조는 전술한 것과 동일하다. 고무 화합물 접착제가 사용전의 조작에 있어서 더 강한 내구성을 제공하기 때문에, 접착 재료(30)는 고무 화합물로 이루어져 있다. 접착 재료(30)는, 고객의 요구와 목표하는 제품에 따라, 시트의 외주 둘레에서, 통상적으로 대략 0.50인치 내지 1인치 폭의 가장자리(18) 내에 위치한다. 접착재료(30)는 간극 또는 간격(20)이 접착 재료(30)의 불연속부(28) 사이에 위치하도록 선형적으로 배열되어 있다. 각 불연속부(28)에서의 접착 재료(30)의 폭은 대략 0.002인치 내지 0.100인치 범위내에서 가변적이지만, 일반적으로 대략 0.060인치 내지 0.090인치 범위내이며, 두께의 높이는 일반적으로 대략 0.001인치 내지 0.003인치 범위내이다. 접착 재료(30)의 각 불연속부(28)는 선, 띠, 또는 점의 형태를 가질 수 있다. 벨로우즈 효과가 제거되었기 때문에, 본 발명의 강제 기판층(12)을 사용하는 경우 그렇게 할 필요는 없지만, 접착 재료(30)는 도4에 나타낸 바와 같이 구리/알루미늄 적층구조에서。。의 연속적인 밴드(32) 형태도 적용될 수 있다. 그러나 바람직한 접착제(30)의 위치는 도시한 바대로 간격을 둔 형태일 것인데, 여기서 접착재료(16)의 불연속부(28)는 대략 외주 길이의 40% 내지 60%를 차지하여, 간격(20)이 외주 길이의 40% 내지 60%를 따라 형성되도록 한다.

따라서, 본 발명은 인쇄회로기판 패널을 제조하도록 적층하기 위해 프레스 레이업에 놓이는 적층구조로서 이용되도록 저항용접을 사용하여 강제 기판층과 동박층을 결합하는 수단을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명은 종래의 금속 기판층보다 그 특징면에서 우수한 금속 기판층을 제공한다. 상기 설명에서는 많은 특정예를 포함하고 있지만, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 되고, 단지 본 발명의 일부 바람직한 실시예를 나타내는 것으로 해석되어야 한다. 따라서 본 특허청구의 범위 및 그의 법적인 등가물에 의해 한정된다.

표 1

	1008 CS 강	3004 H-19 알루미늄
조성	철 및 탄소	마그네슘과 망간이 소량 함유된 알루미늄
경도(누프)	199-200	60-70
밀도(^lb/_in ³)	0.290	0.098
열팽창계수(^inches/℉)	7.2	13.9
항복 강도(^lb/_in ²)	133,00	41,000
인장 강도(^lb/_in ²)	140,000	43,000
탄성계수(^lb/_in ²)	29,000,000	10,200,000
거칠기(조도)	〈12	18-25

Claims

약 150 내지 850 사이의 누프 경도, 및 약 12 RMS 이하의 표면 마무리를 가진 금속 기판을 포함하는, 인쇄회로기판 제조시에 사용되는 분리 시트.
제 1 항에 있어서, 상기 기판은 약 0.002 내지 0.025 인치 정도의 두께를 갖는 분리 시트.
제 1 항에 있어서, 상기 기판은 ℉당 약 9.8μ인치 이하의 열팽창 계수를 갖는 분리 시트.
℉당 약 9.8μ인치 이하의 열팽창 계수 및 약 12 RMS 이하의 표면 마무리를 가진 금속 기판을 포함하는, 인쇄회로기판 제조시에 사용되는 분리 시트.
제 4 항에 있어서, 상기 기판은 약 0.002 내지 0.025 인치 정도의 두께를 갖는 분리 시트.
제 4 항에 있어서, 상기 기판층은 약 150 내지 850 사이의 누프 경도를 갖는 분리 시트.
℉당 약 9.8μ인치 이하의 열팽창 계수, 약 150 내지 850 사이의 누프 경도 및 약 12 RMS 이하의 표면 마무리를 가진 금속 기판을 포함하는, 인쇄회로기판 제조시에 사용되는 분리 시트.
제 7 항에 있어서, 상기 기판은 약 0.002 내지 0.025 인치 정도의 두께를 갖는 분리 시트.
℉당 약 9.8μ인치 이하의 열팽창 계수, 약 150 내지 850 사이의 누프 경도, 약 12 RMS 이하의 표면 마무리, 및 약 0.002 내지 0.025 인치 정도의 두께를 가진 금속 기판을 포함하는, 인쇄회로기판 제조시에 사용되는 분리 시트.
(a) ℉당 약 9.8μ인치 이하의 열팽창 계수 및 약 150 내지 850 사이의 누프 경도를 가진 금속 기판층; 및

(b) 상기 금속 기판층의 표면에 결합된 적어도 하나의 동박층을 포함하는, 인쇄회로기판 제조시에 사용되는 시트 적층.
제 10 항에 있어서, 상기 기판층은 약 0.002 내지 0.025 인치 정도의 두께를 갖는 시트 적층.
제 10 항에 있어서, 상기 기판층은 약 12 RMS 이하의 표면 마무리를 갖는 시트 적층.
제 10 항에 있어서, 상기 동박층은 약 0.00025인치 내지 0.005인치 정도의 두께를 갖는 시트 적층.
(a) ℉당 약 9.8μ인치 이하의 열팽창 계수 및 약 12 RMS 이하의 표면 마무리를 가진 금속 기판층; 및

(b) 상기 금속 기판층의 표면에 결합된 적어도 하나의 동박층을 포함하는, 인쇄회로기판 제조시에 사용되는 시트 적층.
제 14 항에 있어서, 상기 기판층은 약 0.002 내지 0.025 인치 정도의 두께를 갖는 시트 적층.
제 14 항에 있어서, 상기 동박층은 약 0.00025인치 내지 0.005인치 정도의 두께를 갖는 시트 적층.
제 14 항에 있어서, 상기 기판층은 약 150 내지 850 사이의 누프 경도를 갖는 시트 적층.
(a) ℉당 약 9.8μ인치 이하의 열팽창 계수, 약 150 내지 850 사이의 누프 경도 및 약 12 RMS 이하의 표면 마무리를 가진 금속 기판층; 및

(b) 상기 금속 기판층의 표면에 결합된 적어도 하나의 동박층을 포함하는, 인쇄회로기판 제조시에 사용되는 시트 적층.
제 18 항에 있어서, 상기 기판층은 약 0.002 내지 0.025 인치 정도의 두께를 갖는 시트 적층.
제 18 항에 있어서, 상기 동박층은 약 0.00025인치 내지 0.005인치 정도의 두께를 갖는 시트 적층.
(a) ℉당 약 9.8μ인치 이하의 열팽창 계수, 약 150 내지 850 사이의 누프 경도, 약 12 RMS 이하의 표면 마무리 및 약 0.002 내지 0.025 인치 정도의 두께를 가진 금속 기판층; 및

(b) 상기 금속 기판층의 표면에 결합되며 약 0.00025인치 내지 0.005인치 정도의 두께를 갖는 적어도 하나의 동박층을 포함하는, 인쇄회로기판 제조시에 사용되는 시트 적층.
(a) 금속 기판층;

(b) 상기 기판층의 표면위에 배치된 적어도 하나의 동박층; 및

(c) 상기 기판층을 동박층에 접합하며 상기 동박층의 외주를 따라 선형적으로 배열된 다수의 떨어져 있는 용접부들을 포함하는, 인쇄회로기판 제조시에 사용되는 시트 적층.
제 21 항에 있어서, 상기 금속 기판층은 ℉당 약 9.8μ인치 이하의 열팽창 계수 및 약 150 내지 850 사이의 누프 경도를 가진 시트 적층.
제 21 항에 있어서, 상기 기판층은 약 0.002 내지 0.025 인치 정도의 두께를 갖는 시트 적층.
제 21 항에 있어서, 상기 기판층은 약 12 RMS 이하의 표면 마무리를 갖는 시트 적층.
제 21 항에 있어서, 상기 동박층은 약 0.00025인치 내지 0.005인치 정도의 두께를 갖는 시트 적층.
(a) 금속 기판층;

(b) 상기 기판층의 표면위에 배치된 적어도 하나의 동박층; 및

(c) 상기 기판층과 동박층을 접합하며, 그들 사이에 갭들이 형성되도록 상기 동박층의 외주를 따하 선형적으로 배열되는 다수의 금속 대 금속 접합부들을 포함하는, 인쇄회로기판 제조시에 사용되는 시트 적층.
제 27 항에 있어서, 상기 기판층은 ℉당 약 9.8μ인치 이하의 열팽창 계수 및 약 12 RMS 이하의 표면 마무리를 가진 시트 적층.
제 27 항에 있어서, 상기 기판층은 약 0.002 내지 0.025 인치 정도의 두께를 갖는 시트 적층.
제 27 항에 있어서, 상기 동박층은 약 0.00025인치 내지 0.005인치 정도의 두께를 갖는 시트 적층.
제 27 항에 있어서, 상기 기판층은 약 150 내지 850 사이의 누프 경도를 가진 시트 적층.
(a) ℉당 약 9.8μ인치 이하의 열팽창 계수, 약 150 내지 850 사이의 누프 경도 및 약 12 RMS 이하의 표면 마무리를 가진 금속 기판층;

(b) 상기 기판층의 표면위에 배치된 적어도 하나의 동박층; 및

(c) 상기 기판층과 동박층을 접합하며, 그들 사이에 갭들이 형성되도록 상기 동박층의 외주를 따하 선형적으로 배열되는 다수의 금속 대 금속 접합부들을 포함하는, 인쇄회로기판 제조시에 사용되는 시트 적층.
제 32 항에 있어서, 상기 기판층은 약 0.002 내지 0.025 인치 정도의 두께를 갖는 시트 적층.
제 32 항에 있어서, 상기 동박층은 약 0.00025인치 내지 0.005인치 정도의 두께를 갖는 시트 적층.