KR20040061410A - 도통 관통홀이 구리로 채워진 인쇄회로기판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 관통홀이 구리로 채워진 양면 인쇄회로기판(PCB)에 관한 것이다. 일반적으로 흔히 PCB라 불리는 인쇄회로기판 중 양면 PCB의 경우에는 윗면과 아랫면을 연결하기 위해 기판 관통홀(plated through hole)이 존재하고, 이 관통홀의 홀 벽면은 전기적인 연결을 위해 도전체로 도금된다. 종래에는 이 관통홀의 홀 벽면을 도금한 후 나머지 공간을 잉크 등의 절연체로 플러깅(plugging)처리 하였으나 이 처리 중에 잉크 중에 보이드(void)가 발생하여 추후에 기판의 접속불량이나 단락 등의 문제를 야기한다. 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 관통홀 전체를 구리로 채운 양면 PCB 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

Description

도통 관통홀이 구리로 채워진 인쇄회로기판 및 그 제조방법{PCB with the plated through holes filled with copper with copper and the fabricating method thereof}

본 발명은 관통홀이 구리로 채워진 양면 인쇄회로기판(PCB) 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 종래에는 양면 인쇄회로기판에서 양면을 전기적으로 연결하기 위해 종래의 관통홀의 벽면을 Cu 도금하고 나머지 빈공간을 잉크로 플러깅(plugging;메움 처리)하였으나, 본 발명은 이러한 방식에서 벗어나 구리 도금에 의해 관통홀을 구리로 채운 양면 인쇄회로기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

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. 본 발명은 이들 중 양면 PCB에 관한 것이다.

인쇄회로기판 제조시 회로 패턴의 설계를 마친 후에, 기판 위에 이 설계된 회로 패턴을 형성 방법에는 여러 가지가 있으나, 모든 회로 패턴 형성 방법은 에칭(부식)과 도금(적층)을 기본으로 한다. 즉, 이 두가지를 적절히 사용하여 요구되는 여러 가지 기판 성질 및 경제 조건에 적합한 공정을 구성하게 된다.

이하, 본 발명을 설명하기 위해, 이러한 공정들 중 본 발명의 배경이 되는기판 제조 방법들을 설명한다.

도1은 종래에 사용되는, 소위 "서브트랙티브(subtractive)" 방식이라 불리는 인쇄회로기판 제조 공정을 개략적으로 나타낸다. "서브트랙티브" 방식란 용어는 일반적으로 에칭에 의한 회로 형성 방법을 가리키지만, 본 명세서에서는 이하의 설명으로 정의되는 공정 방식을 서브트랙티브 공정 방식이라 정의하기로 한다.

(A)는 가공을 시작하기 전의 CCL(동박적층판;Copper Clad Laminate))이다. (11)은 동박층이고, (22)은 절연층이다.

(B)는 이 CCL에 드릴링 가공으로 관통홀(13)을 형성한 것이다. 서브트랙티브 방식에서는 일반적으로 기계적 드릴링(mechanical drilling)이 사용되나, 레이저를 이용한 방식도 사용가능하다.

(C)는 약 0.5-1.5㎛ 두께로 무전해 동도금(14)을 한 것이다.

(D)는 무전해 구리 동도금한 기판에 약 15-25㎛ 두께로 전해 동도금(15)을 실시한 것이다.

전해 동도금에 앞서 무전해 동도금을 실시하는 이유는 절연층 위에서는 전기가 필요한 전해 동도금을 실시할 수 없기 때문이다. 즉, 전해 동도금에 필요한 도전성 막을 형성시켜주기 위해서 그 전처리로서 얇게 무전해 동도금을 하는 것이다. 무전해 동도금은 처리가 어렵고 경제적이지 못한 단점이 있기 때문에, 회로 패턴의 도전성 부분은 전해 동도금으로 형성하는 것이 바람직하다.

(E)는 전해 동도금을 실시한 기판에 드라이 필름(D/F) 및 회로 패턴이 인쇄된 필름(아트워크 필름)을 이용하여 에칭 레지스트 패턴(16)을 형성한 것이다. 이에칭 레지스트가 덮인 부분에는 에칭이 가해지지 않고, 레지스트가 덮혀있지 않은 부분의 전해동도금층, 무전해 동도금 층 및 CCL의 동박은 에칭에 의해 제거된다.

(F)는 에칭 후에 부식액으로 에칭 레지스트를 제거하여 원하는 회로 패턴이 얻어진 상태의 인쇄회로기판이다.

전술한 과정 중에 PCB 상에 설계된 회로 패턴대로 레지스트 패턴을 형성하는 과정에는 여러 가지 방법이 있으나, 본 발명에서 사용되는 방법은 가장 흔히 사용되는 방법으로서 드라이 필름을 사용하는 방법이다.

드라이 필름은 통상적으로 D/F로 표기하며 커버필름, 포토 레지스트필름 및 마일러(Mylar) 필름의 3층으로 구성된다. 실질적으로 레지스트 역할을 하는 층은 포토 레지스트 필름 층이다.

드라이 필름을 커버필름을 벗겨내면서 PCB 원판에 입히고(이를 lamination이라 한다), 이 위에 회로 배선이 인쇄된 아트워크 필름을 밀착시킨 후 자외선을 조사한다. 이때 아트워크의 패턴이 인쇄된 검은 부분은 자외선이 투과하지 못하고, 인쇄되지 않은 부분은 자외선이 투과하여 아래의 드라이 필름을 경화시키게 된다. 이 기판을 현상액에 담그면 경화되지 않은 드라이 필름 부분이 현상액에 의해 제거되고, 경화된 드라이 필름은 남아서 레지스트 패턴이 형성된다. 현상액으로는 탄산나트륨(1%의 Na₂CO₃) 또는 탄산칼륨(K₂CO₃)를 사용한다.

여기에 에칭을 실시하면, 에칭 레지스트 패턴이 형성된 부분에는 에칭이 되지 않고 그 부분의 구리만이 남게 되고, 다시 에칭 레지스트를 제거하면 최종적으로 회로 패턴이 구리로 형성된 인쇄회로기판이 만들어진다. 에칭 레지스트가 D/F인 경우 이를 제거할 때는 박리액을 이용하는데, 보통 NaOH 또는 KOH를 사용하여 박리시킨다.

상술한 바와 같은 공정에 의해 형성된 인쇄회로기판의 홀에 절연 잉크로 플러깅 처리(메움 처리)한 다음, 인쇄회로기판이 마더 보드 상에 장착되어 마더 모드 또는 다른 인쇄회로기판과의 접속성을 높이기 위해 Ni/Au 도금을 실시하게 된다.

도2는 최근에 많이 사용되는 소위 "세미-에디티브(semi-additive)" 방식의 인쇄회로기판 제조 공정을 개략적으로 나타낸 것이다. "세미-에디티브" 방식이란 용어는 일반적으로 선택적인 도금방식으로 회로를 구현하는 방식을 지칭하지만, 본 명세서에서는 이하의 설명으로 정의되는 공정을 세미-에디티브라 정의하기로 한다.

(A)는 가공되기 전의 기판이다. 세미-에디티브 방식은 얇고 정밀한 처리에 적합한 것으로서, 가공되기 전의 기판도 주로 CCL 대신 폴리이미드 필름을 사용한다. (21)은 동박층이고, (22)는 폴리이미드 필름이다.

(B)는 여기에 레이저 드릴링으로 관통홀(23)을 형성한 것이다. 세미-에디티브 방식에서는 주로 레이저를 사용하여 드릴링하는 드릴링 방식을 사용한다. 도면에는 설명을 위해 홀을 직사각형으로 도시했지만, 실제로 레이저 드릴링을 해한 경우에는, 위쪽에서 레이저를 쏜다고 가정하면, 그 단면이 위쪽이 넓고 아래쪽이 넓은 사다리꼴 모양이 될 것이고, 아래쪽에서 레이저를 쏜다고 가정하면, 그 단면이 아래쪽이 넓고 위쪽이 좁은 사다리꼴 모양이 될 것이다.

(C)는 레이저 드릴링에 의해 홀을 형성한 기판에 0.5-1.5㎛ 두께로 무전해동도금(24)을 실시한 것이다. 세미-에디티브 방식에서는 무전해 동도금 대신에 스퍼터링(sputtering) 처리를 사용할 수도 있다. 즉, 무전해 동도금 대신에 Cr 스퍼터링에 의해 0.2㎛두께의 Cr 및 0.5㎛ 두께의 Cu를 씌우는 방법도 가능하다.

(D)는 전술한 바와 같은 방법으로, 드라이 필름(D/F) 및 회로 패턴이 인쇄된 필름(아트워크 필름)을 사용하여 도금 레지스트(25)를 형성한 것이다. 도금 레지스트가 형성된 부분에는 도금이 되지 않는다.

(E)는 15-25㎛ 두께로 전해 동도금(26)을 실시한 것이다. 도금 레지스트를 형성한 부분에는 도금이 되지 않으므로, 동도금 막이 형성되지 않고, 나머지 부분에만 도전성의 구리막이 형성된다.

다음으로, 동도금으로 행한 기판에 에칭을 실시하여 동도금이 행해진 이외의 부분들에 적층된 막들을 모두 제거한다. 즉 구리도금 레지스트층, 무전해 동도금(또는 Cr/Cu 처리한 부분) 및 CCL의 동박을 제거하고 원판 CCL의 절연층만을 남긴다.

(F)는 원하는 배선 패턴을 형성된 인쇄회로기판의 단면도이다.

여기에 서브트랙티브 방식과 마찬가지로, 상술한 바와 같은 공정에 의해 형성된 인쇄회로기판의 홀에 절연 잉크로 플러깅처리(메움 처리)한 다음, 인쇄회로기판이 마더 보드 상에 장착되어 마더 모드 또는 다른 인쇄회로기판과의 접속성을 높이기 위해 Ni/Au 도금을 실시하게 된다.

본 발명에 따른 제조방법은 상술한 공정 중 세미-에디티브 방식의 인쇄회로기판 제조 공정을 변형한 것으로서, 동도금 중에 관통홀을 구리로 채우므로써, 관통홀이 구리로 채워진 인쇄회로기판 및 그 제조방법을 제공한다.

본 발명은 상술한 인쇄회로기판의 패키지 제품 제조 공정 중 소위 세미-에디티브 공정의 도금 공정에서, 최근의 기판의 두께가 얇고 회로의 패턴이 미세화 되는 미래 시장의 요구에 대처하고자 기존의 홀벽만을 도금하는 방식이 아닌, 관통홀을 구리로 채운 양면 인쇄회로기판 및 그 제조 방법을 제공하여, 기판 스펙의 내용을 구성하는 홀벽두께 관리의 필요성을 없애고, 잉크 충진시 발생하는 문제점인 잉크 내 보이드(void) 발생을 막을 수 있으며, 플러깅 처리가 필요없고, 제조 비용이 절감될 수 있는 양면 인쇄회로기판 제조 방법 및 그에 따라 제조된 인쇄회로기판을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도1은 소위 서브트랙티브(subtractive) 방식이라 불리는 종래의 인쇄회로기판의 제조 방법을 나타낸다.

도2는 소위 세미-에디티브(subtractive) 방식이라 불리는 최근의 인쇄회로기판의 제조 공정을 나타낸다.

도3은 종래에 사용되던 일반적인 인쇄회로기판의 단면도이다.

도4는 본 발명에 따른 관통홀이 구리로 채워진 인쇄회로기판의 단면도이다.

도5은 본 발명에 따른 관통홀이 구리로 채워진 실제 인쇄회로기판의 단면을 사진 촬영한 것이다.

도6는 본 발명에 따른 관통홀이 구리로 채워진 인쇄회로기판의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.

도7은 본 발명에 따른 인쇄회로기판의 제조방법의 전체적인 프로세스 중 Cu 도금 및 Ni/Au 도금 과정을 상세하게 도시한 세부 흐름도이다.

도8은 동도금에 의해 관통홀을 구리로 채우는 과정에서 관통홀의 단면을 시간에 따라 사진 촬영한 것이다.

본 발명에 따른 인쇄회로기판 제조방법은 관통홀이 구리로 채워진 인쇄회로기판을 제조하는 방법으로서, 가공되기 전의 기판(원판)을 드릴링하는 단계; 상기 드릴링된 기판을 Cr/Cu 스퍼터링 처리하는 단계; 상기 Cr/Cu 스퍼터링 처리된 기판에 패턴을 형성하는 단계; 상기 기판 형성된 기판을 구리로 도금하여 상기 관통홀을 구리로 채우는 단계; 및 상기 구리 도금된 기판을 Ni/Au 도금하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 인쇄회로기판은 상기 제조방법에 따라 제조된 관통홀이 구리로 채워진 인쇄회로기판이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

도3에는, 전술한 종래 방식 중 서브트랙티브 방식에 의해 제조된 기판에 절연 잉크로 플러깅 처리까지 마친 기판의 단면이 개략적으로 도시되어 있다.

여기서, (31)은 CCL이고, (32)는 무전해 동도금 층이고, (33)은 전해 동도금층이고, (34)는 관통홀을 채우고 있는 절연 잉크이다.

도4에는 본 발명에 따른 관통홀이 구리로 채워진 양면 인쇄회로기판의 단면이 개략적으로 도시되어 있다.

여기서, (41)은 CCL이고, (42)는 스퍼터링에 의해 형성된 Cr/Cu 층 또는 무전해 동도금층이고, (43)은 전해 동도금에 의해 형성된 동도금 층이다. 이와 같이 형성한 후에 통상적으로는 솔더 도금을 입히고 Ni/Au 도금을 추가로 행하게 된다.

도5는 본 발명에 따른 관통홀이 구리로 채워진 양면 인쇄회로기판의 단면을 사진 촬영한 것이다. 상부 및 하부의 검은 부분은 본 발명의 제조방법에 따라 인쇄회로기판을 형성한 후 그 위에 Ni/Au 도금을 실시한 것이다. 중심의 검은 부분은 CCL의 절연층이다. 나머지 검은 부분 이외의 부분은 회로 패턴이 형성된 부분 및 구리로 채워진 관통홀을 나타낸다. 드릴링을 기계적 드릴링이 아닌 레이저로 실시하였으므로, 홀의 단면이 역 사다리꼴 모양인 것을 볼 수 있다.

도6은 본 발명에 따른 관통홀이 Cu로 채워진 인쇄회로기판의 제조방법의 전체적인 프로세스를 개략적으로 나타낸 흐름도이다. 폴리이미드 필름에 레이저 드릴링을 가한다(S601). 스퍼터링에 의해 Cr/Cu를 씌운다(S602). 드라이 필름(D/F)을 현상하여 아트워크 필름대로 회로의 배선 패턴을 형성한다(S603). 상기 과정을 상세히 살펴보면 다음과 같다. 우선 기판에 드라이 필름을 접착하고, 그 기판위에설계된 회로 패턴이 인쇄된 아트워크 필름을 접착하고, 여기에 자외선을 조사시켜 드라이 필름을 선택적으로 경화시킨다. 상기 드라이 필름의 경화되지 않은 부분을 현상액으로 제거하면 경화되어 남은 부분이 회로 패턴이 되며, 그 위의 드라이 필름을 박리액으로 제거하면, 설계된 대로 도전성 부분이 드러난 회로 패턴을 얻을 수 있다.

UV 범핑(bumping)을 수행한다(S604). 이 과정은 회로 공정의 현상이 완료되고 패턴도금 실시전에 기판상의 드라이 필름을 다시 한번 경화시키는 공정으로 도금층으로 형성될 영역(현상으로 날라간 영역)과 드라이 필름으로 덮이는 영역을 확실히 구분해 줄 목적으로 사용하는 부 공정이다. 패턴도금 공정의 불량(상기 두 영역의 구분이 확실치 않아 도금될 영역에 유기막에 의한 도금층 형성의 억제) 발생으로 추가된 공정이다.

그리고 나서, Cu 도금 및 Ni/Au 도금을 실시한다(S605). 종래에는 Cu 도금 및 Ni/Au 도금 과정이 분리되어 일단 Cu 도금을 마친 후 전기 접속이 필요없는 부분에 솔더 마스킹(solder masking)을 수행하고, 다시 Ni/Au 도금을 수행하였다. 그러나, 여기서는 Cu 및 Ni/Au의 도금 과정이 통합되어 한 공정 내에서 Cu 및 Ni/Au 도금을 마치고 그리고 나서, 솔더 마스킹을 수행하도록 구성되어 있다.

상기 Cu 및 Ni/Au의 도금 과정이 통합된 방법 뿐만 아니라 기판층을 동도금하여 관통홀을 Cu로 채울수 있는 방법이라면 임의의 방법이 사용될 수 있다.

도금 레지스트(D/F)를 제거하고 마이크로 에칭을 실시하면 인쇄회로기판이 완성된다(S606). 회로 검사를 실시한다(S607). 이후의 과정(S608 내지 S613)은통상적인 검사 및 수요자에게의 전달 과정이다.

도7은 전술한 본 발명에 따른 인쇄회로기판의 제조방법의 전체적인 프로세스 중 Cu 도금 및 Ni/Au 도금 과정을 상세하게 도시한 세부 흐름도이다.

도8은 Cu 도금이 진행 중인 기판의 단면을 시간에 따라 사진촬영한 것이다. 도금액에 기판을 담근 후 시간에 따라 Cu가 점점 성장하여 마침내 기판의 홀이 Cu로 채워지는 것을 볼 수 있다.

본 발명에 따른 관통홀을 구리로 채운 인쇄회로기판 제조방법 및 그에 따라 제조된 인쇄회로기판은, 기판 스펙의 내용을 구성하는 홀벽두께 관리의 필요성이 없고, 잉크 충진시 발생하는 문제점인 잉크 내 보이드(void) 발생문제가 없으며, 플러깅 처리가 필요없고, 따라서 제조 비용이 절감될 수 있는 효과를 가져온다.

이상 본 발명을 실시예를 통해 설명하였으나, 이 실시예들은 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니고, 이 실시예들에는 다양한 변형이 가능하며, 본 발명의 범위는 이하의 청구범위의 해석을 통해서만 한정될 뿐이다.

Claims (10)

1. 양면간의 전기 접속 역할을 하며 내부가 구리로 채워진 관통홀을 갖는 것을 특징으로 하는 양면 인쇄회로기판.
2. 관통홀이 구리로 채워진 인쇄회로기판을 제조하는 방법으로서,

   가공되기 전의 기판(원판)을 드릴링하는 단계;

   상기 드릴링된 기판을 Cr/Cu 스퍼터링 처리하는 단계;

   상기 Cr/Cu 스퍼터링 처리된 기판에 패턴을 형성하는 단계; 및

   상기 기판 형성된 기판을 구리로 도금하여 그 홀을 구리로 채우는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 양면 인쇄회로기판 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 Cr/Cu 스퍼터링 처리하는 단계 대신에 0.5-1.5㎛ 두께로 무전해 동도금을 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 양면 인쇄회로기판 제조방법.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 구리 도금된 기판에 Ni/Au 도금하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양면 인쇄회로기판 제조방법.
5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 원판은 양쪽 또는 한쪽에 동박을 입힌 폴리이미드 재질의 필름인 것을 특징으로 하는 양면 인쇄회로기판 제조방법.
6. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 드릴링 가공은 레이저에 의한 드릴링 가공인 것을 특징으로 하는 양면 인쇄회로기판 제조방법.
7. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 패턴을 형성하는 단계는,

   기판에 드라이 필름을 접착하는 단계;

   그 기판위에 설계된 회로 패턴이 인쇄된 아트워크 필름을 접착하는 단계;

   자외선을 조사시켜 드라이 필름을 선택적으로 경화시키는 단계;

   상기 드라이 필름의 현상액으로 경화되지 않은 부분을 용해시켜서 회로 패턴을 형성하는 단계; 및

   경화되어 남아 있는 드라이 필름을 박리액을 사용하여 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 양면 인쇄회로기판 제조방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 현상액은 1%의 탄산나트륨(Na₂CO₃) 또는 탄산칼륨(K₂CO₃)인 것을 특징으로 하는 양면 인쇄회로기판 제조방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 박리액은 NaOH 또는 KOH인 것을 특징으로 하는 양면 인쇄회로기판 제조방법.
10. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 구리를 도금하여 상기 관통홀을 구리로 채우는 단계는 전기 도금 방식에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 양면 인쇄회로기판 제조방법.