KR20030042339A - 인쇄배선기판의 관통 홀 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인쇄배선기판의 관통 홀 형성방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 적어도 2개의 동박층을 갖는 인쇄배선기판의 관통 홀을 형성시키는 방법에 있어서, 상기 인쇄배선기판의 상부에서 윈도우 오프닝 공정을 통해 관통 홀이 형성될 위치의 동박을 제거하는 단계; 상기 인쇄배선기판에 CO₂레이저드릴 가공을 통해 관통 홀을 형성시키는 단계; 및 상기 관통 홀 형성시 관통 홀 상에 부풀어 일어난 동박 돌기를 제거하는 단계를 포함하는 인쇄배선기판의 관통 홀 형성방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법에 따르면, 종래의 에칭 및 표면처리 공정을 생략하고, 윈도우 오프닝 공정이 도입된 레이저 가공 공정을 통해 우수한 양산성 및 신뢰성을 갖는 인쇄배선기판의 미세한 관통홀을 경제적으로 형성할 수 있다.

Description

인쇄배선기판의 관통 홀 형성방법{Method for creating through holes in printed wiring board}

본 발명은 인쇄배선기판(PWB)의 관통 홀 형성방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 윈도우 오프닝 공정이 도입된 레이저 가공 공정을 통해 우수한 양산성 및 신뢰성을 갖는 미세한 인쇄배선기판 관통 홀을 형성하는 방법에 관한 것이다.

반도체 플라스틱 패키지 등에 이용되는 고밀도 인쇄배선기판에서 관통홀은 보통 드릴로 제조된다. 최근 들어, 관통 홀 직경이 150㎛ 이하로 감소되고 있으며, 에에 따라 드릴의 직경 또한 감소되고 있다. 작은 직경을 갖는 홀을 제조하는 경우, 작은 직경의 드릴을 사용해야 하기 때문에 드릴이 구부러지거나 부러지거나 또는 처리 속도가 낮은 문제가 있으며, 이로 인하여 생산성 또는 신뢰성에 문제를 초래한다.

또한, 고밀도 인쇄배선기판에서는, 회로의 폭과 공간이 크게 감소하고 있으며, 일부 인쇄배선기판에서는 100㎛/100㎛ 이하의 선/공간으로 구성된다. 이러한 경우, 가끔 패턴 파손이나 회로 단락이 발생하여 저수율을 초래한다.

한편, 양면 윈도우 오픈 방식을 이용하여 노광, 현상을 할 경우, 상부와 하부의 오픈된 홀의 위치가 어긋나 랜드를 형성하기 어렵다. 또한, 이산화탄소 가스 레이저로 배면 표면(reverse surface)을 조사하여 배면 표면상에 동박을 통과하는 홀을 제조하기 위해서는 고출력의 에너지가 요구된다. 따라서, 배면측상에 금속시트를 놓음으로써 레이저는 금속시트로 한정되지만, 상기 금속시트가 광택을 갖는 경우 레이저빔이 반사되어 구리 적층판의 배면 표면을 때려 결함이 발생된다.

종래 기술에 따른 레이저드릴 가공을 이용한 인쇄배선기판 관통 홀의 형성공정을 도 1에 개략적으로 나타내었다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 레이저드릴 가공을 이용한 인쇄배선기판의 관통 홀 형성방법은 에칭 가공 공정 → 표면처리 공정 → 레이저드릴 가공 공정 → 돌기 제거 공정을 순차적으로 수행한다. 특히, 상기 에칭 가공 공정에서는 구리 적층판의 동박 두께를 레이저 가공이 가능한 두께로 에칭하는데, 이러한 에칭 가공은 약 2㎛의 편차를 발생시켜, 레이저 공정에 큰 영향을 미친다. 한편, 상기 표면처리 공정에서는 레이저 조사시 동박 표면에서의 레이저 반사를 방지하기 위한 표면처리를 하게 되는데, 이 때 표면이 불균일해져 홀의 균일성이 떨어짐으로써 불량률이 높아지는 단점이 있다. 따라서, 이러한 레이저 전처리 과정에서 발생되는 문제점들을 관리하는데 따른 부가적인 비용이 요구되어, 경제적 측면에서도 불리하다. 또한, 상기 레이저드릴 가공 공정에서는 구리 적층판에 저출력 이산화탄소 가스 레이저를 조사하여 관통 홀을 형성하는 경우, 표면의 동박층 제거를 위한 가공시간이 많이 소요될 뿐만 아니라, 기재층에 형성된 홀 내벽에 보풀이 일어나며, 반대로 고출력 이산화탄소 가스 레이저로 관통 홀을형성하는 경우, 홀 내벽이 일직선으로 형성되지 않고 변형되는 문제점이 있다.

전술한 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명자들이 광범위한 연구를 거듭한 결과, 윈도우 오프닝 공정이 도입된 CO₂레이저 가공 공정을 통해 미세한 인쇄배선기판 관통홀을 경제적으로 형성할 수 있는 방법을 발견하였으며, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 우수한 양산성 및 신뢰성을 갖는 인쇄배선기판 관통 홀의 형성방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 100㎛ 이하의 미세한 직경을 갖는 인쇄배선기판 관통 홀의 경제적인 형성방법을 제공하는데 있다.

상기 목적 및 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은 적어도 2개의 동박층을 갖는 인쇄배선기판의 관통 홀을 형성시키는 방법에 있어서, 상기 인쇄배선기판의 상부에서 윈도우 오프닝 공정을 통해 관통 홀이 형성될 위치의 동박을 제거하는 단계; 상기 인쇄배선기판에 CO₂레이저드릴 가공을 통해 관통 홀을 형성시키는 단계; 및 상기 관통 홀 형성시 관통 홀 상에 부풀어 일어난 동박 돌기를 제거하는 단계를 포함한다.

도 1은 종래 기술에 따른 레이저 공법을 이용한 인쇄배선기판의 관통 홀 형성방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.

도 2는 본 발명에 따른 인쇄배선기판의 관통 홀 형성방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.

도 3은 본 발명에 따른 윈도우 오프닝 공정을 통해 관통 홀이 형성될 위치의 동박이 제거된 인쇄배선기판을 나타낸 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 레이저드릴 가공 공정을 통해 관통 홀이 형성된 인쇄배선기판을 나타낸 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 동박 돌기(burr)의 제거 공정을 통해 돌기가 제거된 인쇄배선기판을 나타낸 단면도이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 인쇄배선기판의 윈도우 오픈면을 나타낸 사진이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 인쇄배선기판의 가공후 단면을 나타낸 사진이다.

도 8은 본 발명의 비교예에 따라 제조된 인쇄배선기판의 표면처리후 가공 단면을 나타낸 사진이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

1: 인쇄배선기판2: 동박

3: 기재4: 관통 홀

5: 돌기

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 인쇄배선기판의 관통 홀 형성방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 윈도우 오프닝 공정이 도입된 CO₂레이저 가공 공정을 통해 우수한 양산성 및 신뢰성을 갖는 미세한 인쇄배선기판 관통 홀을 형성하는 방법에 관한 것이다.

인쇄배선기판은 통상적으로 산업 분야에서 패널이라고 칭명되는 하나 이상의 기본 구조 블록으로부터 제조된다. 패널은 유전층의 한면 또는 양면을 완전히 덮고 있고, 여기에 부착되어 있는 전도층을 포함하는 특정 크기의 쉬이트(sheet)이다. 패널은 통상적으로 한쪽 면이 길이가 300 내지 700mm이고 두께가 0.3mm 미만인 치수를 갖는 얇은 정사각형 또는 직사각형 형태를 취한다. 연속 전도층은 피복재로서 통칭된다. 패널 유전층은 기재층으로서 통칭된다. 피복 두께는 통상적으로 17 내지 50㎛ 범위이며, 피복재로서 일반적으로 구리가 사용된다. 기재층의 두께는 통상적으로 75 내지 150㎛ 범위이며, 기재로서 일반적으로 에폭시가 함침된 제직 유리 매트(유리-에폭시)가 사용된다.

인쇄배선기판은 특정 크기 및 특정 형태의 쉬이트로서, 전기 부재들을 장착시켜 기능성 전자 장치, 예를 들면, 컴퓨터 기억 부품을 제공할 수 있다. 인쇄배선기판은 캐패시터, 레지스터 및 집적회로칩(IC)과 같은 조립된 전기 부재에 기계적 지지체로서 제공되어 이들을 전기적으로 접속시킨다. 2개 이상의 IC를 포함하는 인쇄배선기판은 멀티칩 부품(MCM)으로 칭명된다.

인쇄배선기판은 단면화, 이면화 및 다층화된 3가지 형태의 것들이 있다. 단면화 인쇄배선기판은 하나의 유전 기재층과 하나의 회로층으로 이루어져 있다. 회로층은 조립 부품들을 접지시키거나, 또는 컴퓨터와 같은 대형 장치를 발전 및 접지시키는 하나 이상의 전기 회로를 함유하는 인쇄배선기판의 전도층이다. 이면화 인쇄배선기판은 하나의 유전 기재층과 2개의 회로판을 포함한다. 다층화 인쇄배선기판은 유전층(여기서, 유전층은 유전 기재층이거나, 유전 접착층일 수 있음)과 회로층의 적층체이다. 유전 접착층은 일반적으로 다층 인쇄배선기판을 제작하는데 사용되는 다수의 층들을 함께 결합시키는데 사용된다. 적층시키기 전, 필름 형태로 존재하는 유전 접착층은 프리프레그(prepreg)로 통칭된다.

회로층은 인쇄 회로를 형성하는 전도체로서 칭명되는 형태(즉, 전기 회로)를 포함한다. 전도체는 인쇄배선기판의 회로층의 전기 전도 영역이다. 전도체의 예에는 라인(line), 랜드(land)(IC, 캐패시터 및 레지스터와같은 전기 부재가 인쇄배선기판에 연결되어 있는 영역), 비아(via)(2개 이상의 회로층을 접속시키는 금속 도금된 홀) 및 환형 링(ring)이 포함된다. 환형 링은 회로층에서 비아를 에워싸고 있는 전도체이다. 일반적으로, 인쇄배선기판의 회로층은 감광성 내식막/에칭 공정으로 패널의 피복재에 생성시킨다. 하나 이상의 인쇄배선기판 회로층을 표면에 포함하는 유전층을 이후로는 처리된 패널로서 언급할 것이다.

통상의 다층 인쇄배선기판은 양면에 회로층을 포함하는 2개의 처리된 패널을 적층시켜 형성시킨다. 이러한 처리된 패널은 통상적으로 프리프레그를 사용하여 함께 적층시킨다. 유리-에폭시 기재를 함유하는 인쇄배선기판을 제작하는데 있어서, 프리프레그는 통상적으로 부분적으로 경화된 유리-에폭시 필름이다. 처리된 패널은, 회로층을 프리프레그에의 접착을 촉진시키는 화합물로 처리함으로써 적층을 위해 추가로 제조된다. 처리된 패널과 프리프레그의 교호층을 다이에 위치시킨다. 처리된 패널과 프리프레그 뿐만 아니라, 다이에서 바닥층과 최상층으로서 프리프레그, 및 이어서 금속 호일층(통상적으로, 구리층)을 포함하는 것이 통상적이다. 프리프레그, 처리된 패널 및 금속 호일을 열 및 압력을 다이에 가하여 적층시킨다. 적층시키고 나면, 프리프레그와 금속 호일은 적층체의 외부 피복재를 제공한다. 이어서, 적층체를 상기한 이면화 인쇄배선기판 공정 또는 이와 유사한 공정을 이용하여 가공 처리하여 다층 인쇄배선기판을 형성시킨다.

컴퓨터 및 셀 방식의 전화와 같은 전자 장치는 컴퓨팅 속도와 용량이 계속 증가하면서 크기가 감소함에 따라, 인쇄배선기판의 회로 밀도는 증가하고 용적은 감소한다. 인쇄배선기판 회로 밀도는 인쇄배선기판 표면적에 접착할 수 있는 도선을 접속하는 부재의 수로서 정의되고 이러한 수에 비례한다. 인쇄배선기판의 회로 밀도가 증가하고 용적의 감소가 요구됨에 따라서, 보다 얇은 유전 기재층, 보다 얇은 피복층, 보다 좁은 전도체 간격, 보다 좁은 전도체 폭 및 보다 작은 직경의 비아 홀이 필요하다.

따라서, 전자 신호처리의 고속화에 따른 고밀도 실장요구에 부합하기 위하여, 인쇄배선기판을 제작하는데 있어서 요구되는 중요한 일면중 하나는 인쇄배선기판의 다른 특징적 양태에 대하여 목적하는 위치로의 회로의 특징적 양태, 예를 들어, 비아의 적합도이다. 목적하는 위치로의 적합도는 정합도(registration)로 칭명된다. 부적합한 정합도로 인한 인쇄배선기판의 결함이 적층시 빈번하게 발생된다. 따라서, 각 회로간의 접속을 위한 홀의 형성에 있어서, 유도된 정합 결함(휨)에 저항하기에 충분한 강성 및 강도를 갖는 기재층이 필요할 뿐만 아니라 이러한 결함을 최소화시킬 수 있는 홀의 형성방법이 또한 시급히 요구되고 있다.

현재 인쇄배선기판의 관통홀을 형성하기 위하여 가장 널리 사용되는 방법으로서 엑시머, Nd;YAG 및 CO₂타입의 레이저드릴 가공법 등이 있으며, 본 발명에서는 특히 CO₂타입의 레이저드릴 가공법이 바람직하다. 상기 엑시머 타입의 레이저드릴 가공법은 인쇄회로기판의 드릴용으로는 거의 사용되지 않으며, 355㎚의 파장을 사용하는 YAG 레이저드릴 가공법은 구리판을 직접 관통할 수 있지만, 절연층에 사용되는 프리프레그 등의 유리 에폭시 성분이 포함된 물질에서 90% 정도의 반사가 발생되어 가공이 어렵다. 한편, 9.4um 파장 정도를 사용하는 상기 CO₂타입의 레이저드릴 가공법은 80% 정도의 흡수율을 나타내어 가공이 가능하다.

본 발명에 사용 가능한 구리 적층판은 열경화성 수지 조성물로 함침된 유리섬유 기재(열경화성 수지 조성물로 함침된 유리섬유 강화 프리플레그) 및 그 양면에 접합된 동박으로 형성된 양면 구리 적층판, 상기 적층판의 다층 기판, 내층으로서 유리섬유 기재 강화 구리 적층판을 제공하고 그 적층판의 각 표면상에 감광 자외선 수지 조성물을 배열하고 구리 도금을 반복함으로써 형성된 다층 기판, 동박을 접착제로 폴리이미드 필림에 접합시킴으로써 형성된 기판 또는 필림, 및 기재로서 유기물 섬유를 갖는 구리 적층판과 같은 일반적으로 공지된 구리 적층판을 포함한다.

본 발명에 따른 인쇄배선기판의 관통 홀 형성방법은 적어도 2개의 동박층을 갖는 인쇄배선기판의 관통 홀을 형성시키는 방법에 있어서, 상기 인쇄배선기판의 상부에서 윈도우 오프닝 공정을 통해 관통홀이 형성될 위치의 동박을 제거하는 단계; 상기 인쇄배선기판에 CO₂레이저드릴 가공을 통해 관통홀을 형성시키는 단계; 및 상기 관통홀 형성시 관통홀 상에 부풀어 일어난 동박 돌기를 제거하는 단계를 포함한다.

도 2는 본 발명에 따른 인쇄배선기판의 관통홀 형성방법을 개략적으로 나타낸 순서도이고, 도 3은 본 발명에 따른 윈도우 오프닝 공정을 통해 관통홀이 형성될 위치의 동박이 제거된 인쇄배선기판을 나타낸 단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 레이저드릴 가공 공정을 통해 관통홀이 형성된 인쇄배선기판을 나타낸 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 동박 돌기(burr)의 제거 공정을 통해 돌기가 제거된 인쇄배선기판을 나타낸 단면도이다.

도 2 내지 도 5에서는 양면에 동박층이 적층된 인쇄배선기판을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명에 따른 관통홀 형성방법은 이에 한정되지 않고 단층 및 다층 인쇄배선기판에도 적용될 수 있다.

도 2 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 인쇄배선기판 관통홀의 형성방법은 윈도우 오프닝 공정 → 레이저드릴 가공 공정 → 돌기 제거 공정을 순차적으로 수행한다.

도 3을 참조하면, 상기 윈도우 오프닝 공정에서는 구리 적층판의 표면에 드라이 필름을 도포하고 노광시킨 기판을 포토 레지스트 현상액에 담구고 불필요한 부분을 용해시켜 동박을 외부로 노출시킨 다음, 상기 기판을 에칭액에 담궈서 불필요한 부분의 동박을 화학적으로 깍아냄으로써 인쇄배선기판(1)의 상부에서 관통 홀이 형성될 위치의 동박(2)을 제거한다.

도 4 및 5를 참조하면, CO₂레이저드릴 가공을 통해 상부 동박(2)이 제거된 상기 인쇄배선기판(1)에서 기재층(3) 및 하부 동박(2)을 제거하여 관통홀(4)을 형성시킨 후, 레이저드릴 가공시 상기 관통홀 주위에 부풀어 일어난 동박 돌기(5)를 제거한다. 본 발명의 방법에 따른 관통홀은 첨단 기술을 요하는 FC-BGA 등의 제품개발에 적용할 수 있는 100㎛의 이하의 미세홀로 형성될 수 있으며, 사용하고자 하는 용도에 따라 적절히 조절될 수 있다.

본 발명에 따르면, 윈도우 오프닝 공정을 통해 인쇄배선기판 상부에서 관통홀이 형성될 위치의 동박을 제거한 후, 레이저드릴 가공을 실시하여 관통홀을 형성시킴으로써, 표면 동박을 제거하는데 사용되는 레이저 가공량을 최소화하여 레이저 가공 시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 미세한 관통 홀 벽을 균일하게 가공할 수 있다. 또한, 종래의 레이저드릴 가공 공정시 레이저드릴 가공 전처리 과정에서 오차를 유발하였던 에칭 가공 및 표면처리 공정을 거치지 않고 관통 홀을 형성할 수 있어 더욱 우수한 양산성 및 신뢰성을 갖는 미세한 관통 홀을 제공할 수 있다.

이하, 하기 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하지만, 이에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

FR-4/HL832LS/Megtron-(Cu:12/12um)을 9.3∼9.4um 파장의 CO₂레이저드릴 가공을 통해 10mJ 이상의 파워에서 5샷(shot)이상의 샷수(shot number) 및 사이클모드를 이용하여 관통홀을 형성한 후, 상기 관통홀이 형성된 인쇄배선기판의 윈도우 오픈 면 및 가공후의 단면 사진을 각각 도 6 및 7에 나타내었다.

비교예 1

도 1에 나타낸 종래의 통상적인 공정에 따라 관통홀이 형성된 인쇄배선기판의 표면처리후 가공 단면 사진을 도 8에 나타내었다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 윈도우 오프닝 가공이 도입된 CO₂레이저드릴 가공을 통해 고밀도 실장요구에 부합하는 첨단 기술에 적용될 수 있는 미세한 관통 홀의 경제적인 형성방법을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 접착층의 레이저 가공량을 최소화하고, 관통 홀 벽을 균일하게 가공함으로써 우수한 양산성 및 신뢰성을 갖는 관통 홀 형성방법을 제공할 수 있다.

Claims (2)

1. 적어도 2개의 동박층을 갖는 인쇄배선기판의 관통 홀을 형성시키는 방법에 있어서,

   상기 인쇄배선기판의 상부에서 윈도우 오프닝 공정을 통해 관통 홀이 형성될 위치의 동박을 제거하는 단계;

   상기 인쇄배선기판에 CO₂레이저드릴 가공을 통해 관통 홀을 형성시키는 단계; 및

   상기 관통 홀 형성시 관통 홀 상에 부풀어 일어난 동박 돌기를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄배선기판의 관통홀 형성방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 관통홀의 직경은 100㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 인쇄배선기판의 관통홀 형성방법.