KR20040061378A - 인쇄회로기판 제조 공정 중에 비아홀 내에 ｅｍｃ가침입하지 않는 패키지 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인쇄회로기판(PCB)을 활용한 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 IrDA(Infrared Data Association) 방식의 데이터 전송을 수행하는 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

상기 인쇄회로기판의 제조 공정 중 마지막에는 패키지 보호를 위해 EMC를 몰딩하게 되는데, 종래에는 이 EMC 몰딩 중의 압력을 견디지 못해 EMC가 비아홀에 침투하여 비아홀에 충진된 잉크가 함몰되면서 EMC가 비아홀을 가득 채워 비아홀이 마더 보드와의 접점으로서 기능하지 못하도록 하는 문제점이 있었다.

본 발명에 따르면, 잉크 충진후 EMC 침입방지를 위해 2차 잉크를 도포하므로써 이와 같은 EMC 몰딩 중에 EMC가 비아홀 내의 침입을 방지할 수 있다.

Description

인쇄회로기판 제조 공정 중에 비아홀 내에 ＥＭＣ가 침입하지 않는 패키지 및 그 제조 방법{Package prevented from the EMC flowing into via hole during the PCB fabricating process and the manufacturing method thereof}

본 발명은 인쇄회로기판을 활용한 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.보다 구체적으로 본 발명은 인쇄회로기판, 그 중에서도 IrDA 방식의 데이터 통신을 수행하는 인쇄회로기판 패키지 제조 공정 중 후반기 공정인 패키지 위에 EMC를 몰딩(molding)하는 과정에서, EMC 몰딩 중의 압력 때문에 인쇄회로기판의 비아홀에 EMC가 침투하여 비아홀이 접점으로서 기능하지 못하도록 하는 현상을 방지하기 위한 것이다.

향후 전자제품에 적용되는 패키지는 그 자체를 시스템화 하여 크기 및 중량을 혁신적으로 낮추고 기능도 향상될 전망이며 특히 무선 시스템에 적용되는 전자제품의 증가가 예산된다. 이에 따라 현재 블루투스(Bluetooth), IrDA 등의 협의회가 형성되었고, 시장이 형성되어 가고 있다.

본 발명은 이 중에서 IrDA용 패키지에 관한 것이다.

IrDA(Infrared Data Association)는 공지된 바와 같이, 원래는 적외선 통신 링크에 사용되는 하드웨어와 소프트웨어에 대한 국제표준을 만들기 위해 산업계가 후원하는 조직으로서 1993년에 결성된 협회를 의미하지만, 현재 일반적으로는 적외선 데이터 통신에 의한 단거리 통신방식을 지칭하며, 본 명세서에서도 이 중 후자의 의미로써 사용된다.

무선전송의 특별한 형태인 적외선 통신에서는, 테라 헤르쯔 또는 트릴리온 헤르쯔에서 측정되는 적외선 주파수 스펙트럼 내의 모아진 광선이, 정보로 변조되어 송신기로부터 비교적 짧은 거리 내에 있는 수신기로 보내어진다. 적외선 방사는 리모콘으로 TV를 제어하는데 사용되는 것과 같은 기술이다.

적외선 데이터 통신은 노트북 컴퓨터와 PDA, 디지털 카메라, 휴대폰, 무선호출기 등의 대중화에 따라, 이제 무선데이터 통신 내에서 중요한 역할을 해오고 있다. 기존에 사용되고 있는 것들 또는 새로운 가능성이 있는 것들에는 다음과 같은 것들이 있다.

i) 노트북컴퓨터에서 프린터로 문서를 보낸다.

ii) 포켓용 PC를 이용하여 명함을 교환한다.

iii) 데스크탑 컴퓨터와 노트북 컴퓨터 사이에 스케줄이나 전화번호부를 같게 맞춘다.

iv) 노트북컴퓨터에서 공중전화를 이용하여 멀리 있는 팩시밀리에 팩스를 보낸다.

v) 디지털 카메라에서 컴퓨터에 이미지를 광선으로 보낸다.

향후 전자제품에 적용되는 패키지는 기존의 단일칩 패키지에서 멀티칩 패키지 또는 모듈화가 진행되어 가고 있다.

인쇄회로기판을 활용한 가장 범용적이며 효율성을 증대시킨 패키지로는 솔더볼을 통해 패키지와 마더 보드간을 연결하는 이른바 영역 어레이(Area Array) 방식의 CSP(Chip Scale Package) 또는 BGA(Ball Grid Array)가 있다. 이는 단위면적당 핀수를 최대화시킬 수 있는 패키지 형태로 1990년대 이후 가장 보편적이며 효율적인 패키지로 평가받고 있다.

그러나, 근거리 무선 통신망(블루투스, IrDA 등)에서는 일반적으로 CSP 또는 BGA 방식이 아닌, 패키지 외곽의 리드선을 활용하여 인쇄회로기판과 마더보드를 연결하는 이른바 주변(periphery) 방식의 리드 프레임 방식을 사용한다.

그 이유를 본 발명이 적용되는 IrDA의 경우를 예를 들어 설명하면 다음과 같다. IrDA는 공지된 바와 같이, 그 신호 전달 방법이 적외선에 의한 것으로서, 통신 거리가 단거리이면서, 적외선이 송출되는 면에서 약 30도이내의 장치들과만 통신할 수 있는 방향성을 갖는다. 즉, 통신 가능한 방향을 벗어나 있는 장치들과는 데이터 통신이 수행될 수 없다.

이러한 IrDA 회로 특성상 그 마더 보드 위에 실장되는 인쇄회로기판 패키지들도 신호 전달을 위해 전체적으로 방향성을 가져야만 한다. 즉, 적외선 송/수신을 담당하는 소자들이 데이터 통신을 주고 받는 다른 장치들을 향해 방향성을 가져야 하고, 그에 따라 다른 소자들도 특정 방향을 향해야 한다. 따라서, IrDA 회로용 기판에는 소자들이 수직으로 세워진 형태로 실장되게 된다.

그러나, BGA 실장 방식에서 패키지들이 눕혀진 형태로 실장되고 따라서 패키지들이 방향성을 가질 수 없으므로, IrDA용 기판에서는 종래의 다층화가 불가능한 단점이 있음에도 불구하고 리드 프레임 방식을 사용하였던 것이다.

본 발명은 IrDA용 패키지 뿐만 아니라 구조상, 제조상의 제약 때문에 패키지와 마더 보드와의 접속에서 리드 프레임 방식을 사용할 수 밖에 없는 모든 경우에 적용될 수 있다.

IrDA 용 패키지 또는 기타 리드 프레임 실장 방식을 사용하고 있는 패키지에서 리드 프레임 실장 방식을 대체하기 위해서는 패키지와 마더 보드간의 접점을 리드 프레임에 의하지 않고 소위 블라인드 비아홀에 의해 신호 전달이 이루어 져야 한다.

이하 블라인드 비아홀에 대해 설명한다.

도2에 도시된 바와 같이 한쪽이 막힌 형태의 비아홀을 통상적으로 블라인드 비아홀(blind via hole)이라 한다.

인쇄회로기판에는 절연기판의 한쪽 면에만 배선을 형성한 단면 PCB, 양쪽 면에 배선을 형성한 양면 PCB 및 다층으로 배선한 MLB(다층 인쇄회로기판;Multi Layered Board)가 있다. 과거에는 부품 소자들이 단순하고 회로 패턴도 간단하여 단면 PCB를 사용하였으나, 최근에는 회로의 복잡도 증가하고 고밀도 및 소형화 회로에 대한 요구가 증가하여 대부분 양면 PCB 또는 MLB를 사용하는 것이 일반적이다.

이중 양면 인쇄회로기판 또는 MLB에서는 상면과 하면 간에 비아홀을 통해 전기 신호를 교환한다.

이 비아홀은 원판을 레이저 드릴링 또는 기계적 드릴링등의 방법으로 가공하여 형성될 수 있으나, BVH는 통상 레이저 드릴링에 의해 형성하는 것이 일반적이다. 이 비아홀의 홀 벽면은 도전성을 갖기 위해 동도금 처리된 후, 비아홀 내부는 절연성의 잉크로 충진된다.

일반적인 인쇄회로기판에서는 이러한 비아홀이 전술한 상면과 하면을 전기적으로 연결하는 역할만을 하지만, 전술한 바와 같이 IrDA용 기판에서는 패키지와 마더 보드간의 연결을 위한 리드 프레임을 대체하기 위해 비아홀의 홀벽을 이용한다. 이러한 홀벽이 인쇄회로기판이 실장될 마더보드(혹은 메인 보드)와의 접점 역할을 하게된다.

도1에는 종래의 소위 BGA 방식으로 마더 보드에 실장된 상태의 통상적인 인쇄회로기판 패키지(10)의 단면을 나타낸다. 이 도면에서, (11)은 IC칩이고, (12)는 IC칩이 실장되는 인쇄회로기판이고, (13)은 솔더볼이고, (14)는 패키지를 보호하기 위해 공정 마지막에 몰딩시킨 EMC(Epoxy Mold Compound)이다.

전술한 바와 같이, 이와 같은 구조에서 인쇄회로기판의 상면과 하면의 전기적 연결은 비아홀을 통해 이루어지며, 인쇄회로기판 패키지와 마더보드는 바닥면의 솔더볼을 통해 전기적으로 연결된다. 즉, 종래의 통상적인 BGA 실장방식에서 인쇄회로기판 패키지와 마더보드간의 전기적 접속을 위한 접점 역할은 솔더볼을 통해 이루어 진다.

도2는 IrDA용 인쇄회로기판 또는 패키지(20)의 단면을 나타낸다. 굵은 화살표가 가리키는 부분(21)은 도통 관통홀(PTH;Plated Through Hole)이나 한쪽면(부품이 실장될 면 또는 몰딩이 진행될 면)이 절연물(PSR)로 막혀있다. 이 부분이 마더보드와의 접점 역할을 하게 된다.

도3은 IrDA용 패키지의 한 예로서, NOVALOG(미국 캘리포니아 코스타 메사에 위치)사가 제조한 제품인 IrDA 1.0표준 용 패키지인 MiniSIR2-2 모듈의 도면이다. MiniSIR2-2는 IrDA 1.0 표준에 맞춰서 제작된 NOVALOG사의 상품명으로서, 그 자체가 하나의 모듈로 구성되어 있다. 다시 말하면, MiniSIR2에는 PCB도 들어있고 IC칩도 들어있고, 각종 수동소자도 들어있다. 이 모든 것들을 몰딩을 통해 하나로 만들어 놓은 것이다. 이중에서 PCB에 해당되는 부분이 본 발명에서 적용될 수 있다.

도3의 전면도, 상면도 및 하면도를 보면, 일반 패키지와는 다르게 낙타봉(또는 돔(dome)형태)처럼 몰딩되어 있는 부분(전면도에서 "Emitting Center" 및 "Light Receiving Center"로 표시된 부분)을 볼 수 있는데, 이 부분이 적외선 송신기/수신기에 해당된다. 즉 낙타봉 형태로 몰딩된 부분이 무선 근거리 통신에서 실제 동작되어야 하는 장치와 마주 보도록 설치되어야 최대한 간섭 효과 등에 의한 노이즈를 제거할 수 있다. 따라서, 전술한 바와 같이, IrDA용 인쇄회로기판에서는 그 실장 방식이 수직실장형태가 되어야 하는 것이다. 즉, 통상적인 BGA 실장방식과 달리 패키지를 세워서 실장하도록 구성되어 있다.

도4에는 종래 기술에 따른 인쇄회로기판 제조 방법 중 마더보드와의 전기 접속을 위한 블라인드 바이홀을 형성하는 과정이 도시되어 있다.

(A)에, 블라인드 비아홀이 형성된 인쇄회로기판이 도시되어 있다. (41)은 회로 패턴에 따라 배선을 형성한 후 드릴링 기타의 방법으로 비아홀을 형성한 인쇄회로기판이다. (42)는 회로의 전류가 흐르는 도선 역할을 하는 구리 부분이다. 비아홀이 형성된 인쇄회로기판(41)에 솔더 레지스트(43)를 도포한다.

(B)에는, 솔더 레지스트(43)를 도포한 인쇄회로기판에 회로 패턴이 인쇄된 아트워크 필름(44)을 덮는다.

그리고 나서, 여기에 자외선을 조사하여 솔더 레지스트를 현상시킨다. 아트워크 필름의 검은 부분은 자외선이 통과하지 못하여 솔더 레지스트가 그대로 남아 있고, 투명한 부분에만 자외선이 통과하여 솔더 레지스트가 현상, 즉 경화된다.

(C)에는, 솔더 레지스트가 현상되어 부품면 쪽이 막혀있는 비아홀(45)이 형성된 상태가 도시되어 있다.

여기에, 패키지 회로 보호를 위해 상부에 EMC(46) 몰딩을 가한다.

(D)에는, 종래의 방법에 따라 EMC 몰딩을 수행한 상태가 도시되어 있다. EMC 몰딩시의 압력을 견디지 못하여 비아홀의 막힌쪽의 솔더 레지스트가 함몰되어 EMC가 비아홀을 관통하여 흘러내린 것을 볼 수 있다.

EMC가 흘러내려 비아홀 홀벽을 덮은 비아홀은 마더 보드와의 접점으로서 역할을 할 수 없다.

이와 같은 문제가 있기 때문에, 종래 방법에서는 비아홀 부분을 회로 바깥쪽에 배치되도록 설계하여 그 부분에는 EMC 몰딩을 하지 않는 방법을 사용하고 있으나, 이 경우 패키지가 커지고 패키지 보호가 제대로 되지 않는 단점이 있다.

전술한 바와 같이, IrDA용 인쇄회로기판의 제조 공정 중 마지막에는 패키지 보호를 위해 EMC를 몰딩하게 되는데, 종래에는 이 EMC 몰딩 과정 중의 압력을 견디지 못해 EMC가 비아홀에 침투하여 비아홀에 충진된 잉크가 함몰되면서 EMC가 비아홀을 가득 채워 비아홀이 마더 보드와의 접점으로서 기능하지 못하도록 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 EMC의 비아홀 내의 침입을 막는 방법 및 그 방법에 따라 제조된 인쇄회로기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도1은 종래의 일반적인 BGA 방식에 따라 마더 보드에 인쇄회로기판 패키지가 실장된 구조의 단면도.

도2는 비아홀이 마더 보드와의 접점 역할을 하는 IrDA 방식의 데이터 통신을 수행하는 패키지에서 사용되는 예시적인 인쇄회로 기판의 단면도.

도3은 NOVALOG사가 제조한 제품인 IrDA 1.0 표준용 모듈인 MiniSIR2를 도시한 도면.

도4는 종래 방법에 따른 인쇄회로기판 제조 과정에서 블라인드 비아홀(blind via hole)의 형성 중의 비아홀의 상태를 단계별로 도시한 도면.

도5a 및 5b는 본 발명의 인쇄회로기판 제조 방법에 따른 블라인드 비아홀의 형성 방법을 설명하는 다이어그램.

본 발명에 따른 방법은, 인쇄회로기판 제조 공정 중 비아홀(via hole)에EMC(Epoxy Mold Compound)가 침입하는 것을 방지하는 방법으로서, 비아홀에 내부에 에어 보이드가 생기도록 제1 잉크를 충진하는 단계; 상기 인쇄회로기판의 양면에 제2 잉크를 도포하는 단계; 상기 인쇄회로기판에 설계된 회로 패턴의 제2 잉크층을 형성하는 단계; 및 상기 인쇄회로기판에 자외선을 조사하여 상기 제2 잉크 부분중 감광되지 않은 부분을 제거하므로써 블라인드 비아홀(blind via hole)을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 인쇄회로기판은 관통홀의 한쪽을 절연성 잉크로 막아서 형성한 블라인드 비아홀; 및 상기 막힌 쪽에 추가로 도포된 감광성의 추가 잉크층을 포함하는 것을 특징으로 하는 EMC 몰딩시 비아홀 내에 EMC가 침입하지 않는 인쇄회로기판.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도5a 및 5b에는 본 발명의 방법을 설명하기 위해 단계별로 인쇄회로기판의 단면이 도시되어 있다.

(A)에는 드릴링 등의 방법으로 비아홀을 형성한 뒤 회로 패턴을 형성한 인쇄회로 기판(51)에 잉크(53)를 도포한 상태의 인쇄회로기판이 도시되어 있다. 이때 잉크는 비아홀 부분에만 도포되도록 한다. (52)는 회로에서 도선의 역할을 하는 구리로 덮인 도전성 부분이다.

또한, (A)에 도시된 바와 같이, 잉크 도포시 에어 보이드(air void)(54)가 형성되도록 한다. 일반적인 Via Hole 충진방법은 스크린 마스크(Screen Mask)를 활용하여 공정을 진행한다. 잉크를 도포하기 직전의 형태로 스크린 마스크내에 잉크가함침되어 있다가 스퀴지(Squeeze)가 지나가면서 그 압력에 의해 잉크가 밑으로 빠져 나간다. 이때 스크린 마스크의 올(Mesh) 에 의해서 에어 보이드가 발생한다. 에어 보이드의 크기는 작업 진행시 잉크의 점도, 올 크기 등에 의해서 결정된다.

에어 보이드를 형성하도록 하는 이유는 다음과 같다.

잉크는 건조되면 (B)와 같이 용제가 휘발되면서 부피가 감소하는데, 25%가 감소하여 도포시 부피의 약 75%만 남는다. 부피가 감소한 잉크는 표면에 딤플(dimple)이 발생되며, 도포된 잉크는 대부분 비아홀 내부로 침하된다. 그러나, 에어 보이드를 형성하도록 잉크를 도포하면 (B)와 같이 에어 보이드가 건조시 잉크의 외형 형상을 지지하고 있어 잉크가 비아홀 내부로 침하되지 않도록 해주는 것이다.

그리고 나서, (C)와 같이, 기판에 추가 잉크(55)를 도포한다. 추가 잉크(55)로는 자외선에 감광성을 갖는 물질을 사용하는데, 포토 솔더 레지스트(photo solder resist)를 사용할 수 있다. 이 부분이 본 발명의 가장 핵심적인 것으로 후술하는 바와 같이, 이 추가적으로 도포된 잉크가 본 발명의 목적인 EMC 침투를 막는 역할을 하게 된다.

그리고 나서, (D)와 같이, 설계된 회로 패턴이 형성된 아트워크 필름(56)을 대고 자외선을 가한다.

아트워크 필름의 검은 부분에는 자외선이 통과하지 못하고, 투명한 부분에는 자외선이 통과하는데, 자외선을 받은 부분의 추가 잉크는 자외선에 의해 경화되고, 자외선을 받지 않은 부분의 추가 잉크는 경화되지 않고 남는다. 여기에 현상액을가하면 경화되지 않은 부분은 제거되고 비아홀 내부 홀벽의 구리 표면이 노출된다.

결과적으로 (E)와 같은 블라인드 비아홀(57)이 형성된다.

그리고 나서, (F)와 같이, 패키지 보호를 위한 EMC(58)를 몰딩한다.

종래 방법에 따른 도4의 (D)와 비교할 때 추가로 도포된 잉크가 EMC의 침입을 막아 블라인드 비아홀을 유지하고 있음을 알 수 있다.

종래에는 IrDA용 패키지 제조시 리드 프레임 실장 방식용 패키지만을 사용할 수 있었으나, 본 발명에 따른 방법에 따르면, 블라인드 비아홀을 이용한 인쇄회로기판을 이용하여 IrDA용 패키지를 제조할 수 있다.

결과적으로, 리드 프레임 방식 실장 방식용 패키지의 한계였던 단층 회로의 한계를 극복하고, IrDA용 패키지에서도 최근 회로의 소형화 및 복잡화에 부응하는 양면 인쇄회로기판 또는 다층 인쇄회로기판을 형성할 수 있다.

또한, 종래의 인쇄회로기판의 접점 역할을 하는 블라인드 비아홀을 패키지 외부에 배치하여 블라인드 비아홀에는 EMC 처리를 하지 않는 경우와 달리, 패키지를 소형화 하고 EMC 몰딩 중에 비아홀을 충분히 보호할 수 있다.

이상 본 발명을 설명하였으나, 이 설명은 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니고, 당업자라면 본 발명의 범위 내에서 이에 다양한 변형을 가할 수 있으며, 본 발명의 범위는 이하의 청구범위의 해석을 통해서만 한정될 뿐이다.

Claims (7)

1. 인쇄회로기판에 비아홀을 가공하는 단계;

   상기 양면 인쇄회로기판을 동도금하는 단계;

   상기 비아홀에 내부에 에어 보이드가 생기도록 제1 잉크를 충진하는 단계;

   상기 인쇄회로기판의 양면에 제2 잉크를 도포하는 단계;

   상기 인쇄회로기판에 원하는 회로 패턴의 포토 레지스트 층을 형성하는 단계; 및

   상기 인쇄회로기판에 자외선을 조사하여 상기 제2 잉크 부분 중 감광되지 않은 부분을 제거하므로써 블라인드 비아홀(blind via hole)을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 EMC 몰딩시 비아홀 내에 EMC가 침입하지 않는 패키지 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 블라인드 비아홀은 상기 인쇄회로기판을 활용한 패키지와 이 패키지가 실장될 마더 보드간의 접점으로 사용되는 것을 특징으로 하는 EMC 몰딩시 비아홀 내에 EMC가 침입하지 않는 패키지 제조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 인쇄회로기판은 IrDA(Infrared Data Association) 방식의 데이터 통신을 수행하는 패키지에 사용되는 것을 특징으로 하는 EMC 몰딩시 비아홀 내에 EMC가 침입하지 않는 패키지 제조 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 잉크는 포토 솔더 레지스트(photo solder resist) 또는 자외선에 감광성을 갖는 물질인 것을 특징으로 하는 EMC 몰딩시 비아홀 내에 EMC가 침입하지 않는 패키지 제조 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 잉크는 5-15㎛로 도포하는 것을 특징으로 하는 EMC 몰딩시 비아홀 내에 EMC가 침입하지 않는 패키지 제조 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 인쇄회로기판의 상면에 EMC를 몰딩(molding)하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 EMC 몰딩시 비아홀 내에 EMC가 침입하지 않는 패키지 제조 방법.
7. 관통홀의 한쪽을 절연성 잉크로 막아서 형성한 블라인드 비아홀; 및

   상기 막힌 쪽에 추가로 도포된 감광성의 추가 잉크층을 포함하는 것을 특징으로 하는 EMC 몰딩시 비아홀 내에 EMC가 침입하지 않는 인쇄회로기판.