KR20040111302A

KR20040111302A - 다층 헤비카파 인쇄회로기판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20040111302A
Application number: KR1020040103011A
Authority: KR
Inventors: 오은덕
Original assignee: 이오에스하이텍(주)
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2004-12-08
Publication date: 2004-12-31

Abstract

본 발명은 주로 컴퓨터의 서버, 통신장비, 모터 등과 같은 각종 전기전자기기에 사용되는 전원공급장치(Power Amplifiers, Power Module, Power Supplies)와 인버터 및 컨버터회로 등과 같은 전자기기에 사용되는 전원회로에 장착되는 코일이나 코아 등의 소재를 두꺼운 동막상태로 배치하여 대용량의 전원회로를 작은 사이즈의 회로기판상에 박형으로 구성할 수 있는 다층 헤비카파 인쇄회로기판(Heavy Copper PCB) 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 회로에 기구적으로 실장되는 전원공급장치, 인버터, 컨버터 등의 전원(Power)계통의 코일과 코아의 기구적인 요소를 회로기판상에 동막으로 프린트하여 회로화하여 주므로서 대용량의 회로와 장치를 소형화를 구현할 수 있게 한 것이다.

Description

다층 헤비카파 인쇄회로기판 및 그 제조방법{A heavy copper PCB device for multi layer PCB and therefor a manufacturing process}

본 발명은 주로 컴퓨터의 서버, 통신장비, 모터 등과 같은 각종 전기전자기기에 사용되는 전원공급장치(Power Amplifiers, Power Module, Power Supplies)와 인버터 및 컨버터회로 등과 같은 전자기기에 사용되는 전원회로에 장착되는 코일이나 코아 등의 소재를 두꺼운 동막(Heavy Copper Foil)상태로 배치하여 대용량의 전원회로를 작은 사이즈의 회로기판상에 박형으로 구성할 수 있는 다층 헤비카파 인쇄회로기판(Heavy Copper PCB) 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 회로에 기구적으로 실장되는 전원공급장치, 인버터, 컨버터 등의 전원(Power)계통의 코일과 코아의 기구적인 요소를 회로기판상에 동막으로 프린트하여 회로화하여 주므로서 대용량의 회로와 장치를 소형화를 구현할 수 있게 한 것이다.

일반적으로 현재 전자기기의 대용량, 고성능화를 추구하면서 전자기기의 소형화를 동시에 요구함에 따라 이에 사용되는 인쇄회로기판의 다층화와 소형화가 요구되고 있다.

따라서 종래 다층 인쇄회로기판을 구성함에 있어서는 유리섬유(Glass Cloth) 를 에폭시수지(Epoxy Resin), 폴리이미드(Polyimide) 등의 열결화성 수지에 함침시켜 B-스테이지(stage)로 경화시킨 프레프레그(Prepreg)를 인쇄회로기판의 기재로 사용하고, 이에 소정의 두께의 동막(Copper foil)을 입히고 요구되는 회로 패턴을 따라 포토 레지스트 등을 처리한 후, 포토에칭(Photo Etching)등과 같은 전기적 에칭 작업을 행하여 불필요한 동막을 제거하고 필요한 부분만을 남겨놓아 소정 패턴의 회로망을 형성하고 절연재로 코팅하고, 이와 같이 형성된 인쇄회로기판을 다층으로 적층하여 프레스 접착시켜 다층 인쇄회로기판을 얻고 있으며, 상기한 유리섬유와 에폭시수지 등으로 되는 프레프레그는 접착력이 우수하고, 절연성이 뛰어나다는 특성으로 인하여 다층인쇄회로의 기판으로 널리 사용되고 있으며, 통상적으로 60~210㎛ 정도의 두께를 가지는 프레프레그가 일반화되어 다층 인쇄회로기판에 널리 적용되고 있다.

그러나 상기와 같은 프레프레그를 인쇄회로기판의 기재로 사용하고 이에 소정 두께의 동막을 입힌 후, 포토에칭(Photo Etching)등과 같은 전기적(광학적)에칭 작업을 행하여 소정 패턴의 회로망을 1면 또는 양면에 형성한 인쇄회로기판을 다층으로 적층하고 프레스하여 접착시켜서 되는 종래의 다층 인쇄회로기판에 있어서는, 대체로 에칭되어 남아있는 동막의 두께가 통상적으로 100㎛이하의 얇은 프린트 배선판(Printed Wiring Board)의 형태를 구성하고 있으며, 이에 실장되는 전원장치의 트랜스, 코일, 코아 등의 요소를 기구적으로 대부분의 부품이 탑재되는 최외측 면인 부품 소자 실장면(Component Side)에 설치하여 주므로서 회로기판이나 이를 장착한 장치의 대형화가 필연적이어서 소형화에 한계를 느끼게 되는 실정이었다.

또한, 동막의 두께를 100㎛의 후막상태의 두께로 인쇄회로기판을 구성하는 것도 고려될 수 있으나, 이는 동막의 두께는 상부에 인쇄회로층을 보호하기 위해 코팅되는 수지로 되는 절연코팅층에 빈공간이 발생하는 보이드(void)현상이 발생하여 회로구성상 절연문제 등에 상당한 악영향을 끼치는 현상이 나타나며, 동막의 두께가 두꺼워질수록 프레프레그만으로는 절연문제를 대응하기가 상당히 어려운 문제점이 있어 현재 다층 인쇄회로기판을 구성함에 있어 이의 동막두께는 100㎛를 초과하여 형성시키지 못하는 한계가 있어 다층회로기판의 소형화와 대용량 및 고성능의 회로를 얻기에 많은 어려움이 뒤따르고 있는 실정이다.

따라서 본 발명은 주로 컴퓨터의 서버, 통신장비, 모터 등과 같은 각종 전기전자기기에 사용되는 각종전원장치(Power Amplifiers, Power Module, Power Supplies)와 인버터 및 컨버터회로 등과 같은 전자기기에 사용되는 전원회로에 장착되는 소자의 코일이나 코아 등의 소재를 두꺼운 동막상태로 프린트하여 인쇄회로기판상에 회로망과 동일한 상태로 배치하여 주므로서 기구적인 코아나 코일의 디바이스 구성없이 대용량의 전원회로를 작은 사이즈의 회로기판상에 박형으로 구성할 수 있는 다층 헤비카파 인쇄회로기판을 제공함에 그 목적을 두고 있는 것이다.

또한, 본 발명은 인쇄회로기판상에 전원공급장치, 인버터, 컨버터 등의 전원 계통의 코일과 코아의 기구적인 요소를 인쇄회로기판상에서 배제하여 그 구성을 동막으로 프린트하여 회로화하여 주므로서 컴퓨터의 서버, 통신장비, 모터 등과 같은 각종 전기전자기기의 상대적 소형화를 구현할 수 있는 다중 헤비카파 인쇄회로기판을 제공함에 다른 목적이 있는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 유리섬유와 에폭시수지로 되는 프레프레그상에 적어도 70~300㎛정도의 후막상의 두께로 동막층(Heavy Copper Foil)을 형성하고, 이의 표면을 소자와 회로망의 패턴에 따라 포토 레지스트 처리한 후, 전기적 또는 광학적으로 에칭하여 후막상의 회로망 및 소자층을 패턴화하여 프레프레그상에 인쇄상태로 배열한 다음, 동막층의 표면을 샌딩하여 요철면을 형성시킨 다음, 동막층이 제거된 빈공간과 동막층표면에 에폭시수지와 아크릴계수지로 되는 레벨러와 실리콘계수지로 되는 소포제 및 접착보강제로 되는 유동성이 양호한 수지조성물을 스크린 인쇄하여 도포하여서 되는 다층 헤비카파 인쇄회로기판과 그 제조방법을 특징으로 하는 것으로, 이와 같은 본 발명에 의한 헤비카파 인쇄회로기판은전원장치의 트랜스, 쵸크코일, 변류기 등의 기구적인 요소의 코일이나 코아요소를 인쇄회로기판상에 후막상으로 두꺼운 동막층으로 인쇄한 상태로 형성하여 주므로서, 전원회로를 구성하기 위한 회로와 이를 적층한 다층 인쇄회로기판의 크기와 두께를 보다 작고 얇게 형성시킬 수 있게 되고 전원회로의 소형화를 더욱 촉진시킬 수 있으며, 이에 따라 전원장치의 크기를 최소화하여 소형화할 수 있는 것으로, 이를 첨부한 도면 및 가장 바람직한 실시 예에 의거 보다 상술하면 다음과 같다.

도 1의 (가),(나),(다),(라)도는 본 발명의 제조공정을 나타낸 단면도.

도 2는 본 발명을 다층회로에 적응시킨 실시예시도.

도 3은 본 발명의 PCB외관 사시도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 인쇄회로기판 10: 프레프레그 20,30: 동막층

21,31: 회로패턴 22,32: 빈공간부 23,33: 요철면

40: 절연코팅층

도 1의 (가),(나),(다),(라)도는 본 발명이 제조되는 단계를 보인 단면상태의 공정도이고, 도 2는 본 발명의 헤비카파 인쇄회로기판을 다층으로 적층시킨 다층 인쇄회로기판의 단면 예시도이며, 도 3은 본 발명의 실시상태를 보인 헤비카파 인쇄회로기판의 평면 예시도이다.

본 발명에 따른 헤비카파 인쇄회로기판(1)은 유리섬유에 에폭시수지 또는 폴리이미드수지를 함침시켜서 되는 프레프레그(10)를 기재로 하고, 이의 일측면 또는 양면 전면에 후막상(100~350㎛)의 동막(Heavy Copper Foil)을 접착시켜 동막층(20) (30)을 형성하는 단계와(도 1의 (가)도 참조); 상기한 동막층(20),(30)에 요구하는 패턴에 따라 레지스트 처리하고 요구되는 회로패턴에 따라 에칭을 행하여 동막으로 되는 동막층(20)에서 소망하는 패턴을 제외한 부분의 동막을 제거하여 회로패턴(21),(31)과 빈공간부(22),(32)를 형성시키는 에칭단계와(도 1의 (나)도 참조); 프레프레그(10)에 남아있는 후막상의 동막으로 되는 회로패턴(21),(31)의 상면부를샌딩하여 상면에 요철면(23),(33)을 가지는 70~300㎛ 두께(T)의 회로패턴(21),(31)상면을 샌딩하여 부식시키는 샌딩단계와(도 1의 (다)도 참조); 상기한 프레프레그(10)상의 70~300㎛ 두께(T)로 형성되는 회로패턴(21),(31)의 표면에 샌딩되어 부식된 요철면(23),(33)과 동막이 제거된 부분인 빈공간부(22),(32)에 잉크와 같이 유동성이 양호하고 절연성과 접착력이 우수한 에폭시수지조성물로 되는 절연코팅층(40)을 스크린 인쇄기법으로 충전시키는 코팅단계(도 1의 (라)도 참조)를 거쳐 70~300㎛ 두께의 후막상의 동막으로 되는 회로패턴(21),(31)을 프린트상으로 배시되는 헤비카파 인쇄회로기판(1)을 얻는다.

상기한 본 발명에 있어, 베이스층을 구성하는 프레프레그(10)는 통상적인 방법과 같이 에폭시수지에 유리섬유를 함침시킨 것을 사용하거나 또는 유리섬유를 폴리이미드수지에 합침 시킨 것으로 하고, 프레프레그(10)의 두께(t)는 적어도 75㎛이상 210㎛ 이하의 두께를 갖는 시트상태로 형성하여 사용한다.

상기한 프레프레그(10)의 일측면 또는 양측면에 형성되는 후막상의 동막으로 되는 회로패턴(21),(22)의 두께(T)는 후막상의 회로패턴(21),(31)의 동막 중량(oz)에 따라 다르나 대체로 후막상의 회로패턴(21),(31)을 형성하는 동막의 요구되는 중량(Xoz)에 대하여 그 두께(T)는 Xoz±1oz의 범위 내에서 설정함이 가장 바람직하여 회로패턴(21),(31)을 구성하기 위한 동막의 중량(oz)을 2 ~ 9oz의 범위 내에서 회로패턴(21),(31)의 두께(T)를 동막 중량 1oz당 35㎛의 비율로 비례하여 증가시켜 70~300㎛의 범위 내에서 두께(T)를 결정하여 형성시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 헤비카파 인쇄회로기판(1)의 프레프레그(10)상에 형성되는 회로패턴(21),(22)은 대체로 사다리형으로 형성되게 에칭하되, 프리프레그 (10)에 배시된 회로패턴(21),(31)의 접착부(trace)의 폭(W)은 적어도 회로패턴 (21),(31)의 두께(T)의 2배 이상의 폭으로 하고, 그 상, 하면의 사이의 에칭펙타(E)의 거리는 두께(T)의 1/2보다 작게 하여 회로패턴(21),(31) 성상의 안정성을 향상시키고, 회로패턴(21),(31)과 이들 사이에 제거된 빈공간부(22),(23)사이에 에폭시수지조성물로 되는 절연코팅층(40)을 스크린 인쇄하여 충전, 코팅할 때, 에폭시수지조성물로 되는 절연코팅층(40)의 접착성과 스크린 인쇄시의 유동성을 안정화시켜 주고, 절연코팅층(40)과 회로패턴(21),(31)사이의 충전되는 수지물의 보이드현상이 제거되게 되므로서 각각의 헤비카파 인쇄회로기판(1)을 다층으로 적층할 때 접착 상태를 양호하게 하고 절연성을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 프레프레그(10)에 서로 연접하여 형성되는 회로패턴(21,21) 또는 (31,31)사이의 이격거리(D)는 회로패턴(21),(31)의 동막 중량(oz)×50㎛+150㎛정도의 거리를 두고 에칭하여 형성하고, 프레프레그(10)의 각 변(edge)과 회로패턴(21) (31)사이의 간격(C)은 적어도 500㎛, 즉 0.5mm이상으로 형성시켜 준다.

또한, 본 발명의 헤비카파 인쇄회로기판(1)의 회로패턴(21),(31)의 상부 요철면(23),(33)과 동막이 제거된 부분인 빈공간부(22),(32)에 충전되어 헤비카파 인쇄회로기판(1)의 상면을 코팅하는 절연코팅층(40)은 전체 조성액 100중량%에 대하여 2액형에폭시수지 60~70중량%에 아크릴계수지 30~40중량%와 실리콘계 소포제 2~4중량% 및 침강방지제1~3중량%를 교반처리하여 점도 2000 CPS정도의 유동성이 양호한 상태로 절연코팅재를 조성하여 이를 헤비카파 인쇄회로기판(1)의 회로패턴(21),(31)의 상부 요철면(23),(33)과 동막이 제거된 부분인 빈공간부(22), (32)에 스크린인쇄방법으로 도포하고 120℃의 온도로 2시간정도 소성하여 절연코팅층(40)을 형성시킨다.

본 발명의 절연코팅층(40)을 형성하기 위한 에폭시수지조성물로 되는 절연코팅재는 전체 조성물 100중량%에 대하여 2액형에폭시수지 60~70중량%에 아크릴계수지로 되는 레벨러 30~40중량%와 실리콘계 소포제 2~4중량%가 함유되어 있고, 그 점도가 상온에서 2000 CPS정도로 겔타입의 잉크와 같이 유동성과 평활성이 양호하여 스크린인쇄로 헤비카파 인쇄회로기판(1)의 회로패턴(21),(31)의 상부 요철면(23), (33)과 동막이 제거된 부분인 빈공간부(22), (32)에 스크린 인쇄하여 절연코팅층 (40)을 충전, 코팅하면, 절연코팅층(40) 내부에 기포나 공극(void 현상)이 전혀 발생함이 없이 충전, 코팅시킬 수 있게 없이 회로패턴(21),(31)과 빈공간부(22),(32)에 강력하고 평활하게 충전시켜 절연코팅층(40)의 표면 코팅상태가 양호하고 내부에 기포나 공극이 발생하지 않게 되므로서 절연코팅층(40)의 절연성이 매우 우수하고 평탄한 코팅성상을 지니게 되며, 또한 스크린인쇄방법으로 상기와 같은 상태로 절연코팅층(40)을 형성시킬 수 있게 되므로서 다층 회로간의 요구하는 두께의 절연코팅층(40)을 효과적으로 형성할 수 있게 되어 다층 인쇄회로기판(1) 층간의 공차관리를 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 절연코팅층(40)을 구성하는 절연수지조성물이 프리프레그(10)와 거의 같은 물성을 지니고 있어 다층 헤비카파 인쇄회로기판(1)형성시 인접하는 헤비카파 인쇄회로기판(1) 간의 접착이 뛰어나 우수한 성능의 다층 헤비카파 인쇄회로기판(1)을 제공할 수 있게 되는 것이다.

이와 같은 본 발명은 전원장치의 트랜스, 쵸크코일, 변류기 등의 기구적인 요소의 코일이나 코아요소를 인쇄회로기판상에 후막상으로 두꺼운 동막층으로 인쇄한 상태로 형성하여 주므로서, 전원회로를 구성하기 위한 회로와 이를 적층한 다층 인쇄회로기판의 크기와 두께를 보다 작고 얇게 형성시킬 수 있게 되고 전원회로의 소형화를 더욱 촉진시킬 수 있어, 컴퓨터의 서버, 통신장비, 모터 등과 같은 각종 전기전자기기에 사용되는 전원공급장치와 인버터 및 컨버터회로 등과 같은 전자기기의 회로상에 실장되는 기구적인 요소를 회로기판상에 동막으로 프린트하여 회로화하여 주므로서 전원공급장치와 인버터 및 컨버터회로 등과 같은 전자기기의 전원 및 제어회로를 소형화하면서 대용량화하여 줄 수 있는 특징을 지닌 것이다.

Claims

헤비카파 인쇄회로기판(1)을 유리섬유에 에폭시수지 또는 폴리이미드수지를 함침시켜서 되는 프레프레그(10)를 기재로 하고, 이의 일측면 또는 양면 전면에 형성함에 있어서,

프리프레그(10)상에 후막상(100~350㎛)의 동막을 접착시켜 동막층(20),(30)을 형성하는 단계와;

상기한 동막층(20),(30)에 요구하는 패턴에 따라 레지스트 처리하고 요구되는 회로패턴에 따라 에칭을 행하여 동막으로 되는 동막층(20)에서 소망하는 패턴을 제외한 부분의 동막을 제거하여 회로패턴(21),(31)과 빈공간부(22),(32)를 형성시키는 에칭단계와;

프레프레그(10)에 남아있는 후막상의 동막으로 되는 회로패턴(21),(31)의 상면부를 샌딩하여 상면에 요철면(23),(33)이 형성되게 70~300㎛ 두께(T)의 회로패턴(21),(31) 상면을 샌딩하여 부식시키는 샌딩단계와;

상기한 프레프레그(10)상의 70~300㎛ 두께(T)로 형성되는 회로패턴(21),(31)의 표면에 샌딩되어 부식된 요철면(23),(33)과 동막이 제거된 부분인 빈공간부 (22),(32)에 에폭시수지조성물로 되는 절연코팅층(40)을 스크린 인쇄기법으로 충전시키는 코팅단계로 이루어짐을 특징으로 하는 다층 헤비카파 인쇄회로기판 제조방법.
다층 헤비카파 인쇄회로기판의 절연코팅층의 조성물은 전체 조성물 100중량%에 대하여 2액형에폭시수지 60~70중량%, 아크릴계수지 레벨러 30~40중량%와 실리콘계 소포제 2~4중량% 및 침강방지제1~3중량%로 조성됨을 특징으로 하는 조성물.
헤비카파 인쇄회로기판(1)을 유리섬유에 에폭시수지 또는 폴리이미드수지를 함침시켜서 되는 프레프레그(10)를 기재로 하고, 이의 일측면 또는 양면 전면에 회로패턴을 형성함에 있어서,

프리프레그(10)상에 상면에 요철면(23),(33)이 형성된 회로패턴(21),(31)과 동막이 제거된 부분인 빈공간부(22),(32)를 형성하고 이들 상부에 에폭시수지조성물로 되는 절연코팅층(40)을 스크린 인쇄기법으로 충전, 코팅시켜서 됨을 특징으로 하는 다층 헤비카파 인쇄회로기판.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

헤비카파 인쇄회로기판(1)을 유리섬유에 에폭시수지 또는 폴리이미드수지를 함침시켜서 되는 프레프레그(10)를 기재로 하고, 이의 일측면 또는 양면 전면에 형성되는 회로패턴(21),(31)은 두께가 70~300㎛ 이상인 것을 특징으로 한다.

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