KR20050076074A - 요철이 없는 블라인드 비아홀 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 블라인드 비아홀 형성 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 드라이 필름을 적층한 후에 동도금으로 블라인드 바아홀을 메꾼후에 드라이 필름을 박리하고 세라믹 버퍼를 사용하여 블라인드 비아홀 부분의 요철부위만을 평탄화시켜 요철이 없도록 한 블라인드 비아홀의 형성 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 회로가 형성된 CCL 기판위에 RCC를 적층하는 제 1 단계; 블라인드 비아홀과 관통홀을 가공하는 제 2 단계; 동을 얇게 입힌 후에, 드라이 필름을 사용하여 상기 블라인드 비아홀의 가공 부위를 오픈시키는 제 3 단계; 전해 필도금을 진행하여 오픈된 위치에 도금을 한 후에 표면처리를 수행하는 제 4 단계; 및 상기 제1 단계부터 상기 제 4 단계를 반복하여 다층 인쇄회로기판을 제작하는 제 5 단계를 포함하여 이루어진 요철이 없는 블라인드 비아홀의 형성 방법이 제공된다.

Description

요철이 없는 블라인드 비아홀 형성 방법{Method for forming flat blind via}

본 발명은 블라인드 비아홀 형성 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 드라이 필름을 적층한 후에 동도금으로 블라인드 바아홀을 메꾼후에 드라이 필름을 박리하고 세라믹 버퍼를 사용하여 블라인드 비아홀 부분의 요철부위만을 평탄화시켜 요철이 없도록 한 블라인드 비아홀의 형성 방법에 관한 것이다.

PCB 설계의 목표는 항상 기능성과 부품 용량을 증가시키는 것이다. 대부분 PCB의 시작 이후에 엔지니어들은 더욱더 많은 기능성과 이로 인해 더 많은 상호접속 트레이스(trace)를 부가하려고 노력해왔다.

이들 트레이스는 일측에서 타측으로 그리고 층에서 층으로 뻗어 있으며, 이런 방식으로 능동 전자소자들 사이에 상호접속을 형성한다. PCB는 그동안 많은 대체 재료와 공정에 의해 만들어져 왔다.

이러한 층들 사이를 상호접속하는 천공된 도금 배럴(barrel)은 소위 '비아(via)'라고 불린다.

상기한 바와 같이 더욱더 많은 상호접속 트레이스가 회로로서 요구되어 왔고 따라서 PCB의 복잡성은 증가될 것이다. 이것은 물론 비아의 사이즈 감소와 비아 수의 증가를 유도해왔다.

새로운 더 작은 비아를 '마이크로 비아(micro via)'라고 부르며 이는 블라인드(blind) 현상을 대표한다. 블라인드 비아(blind via)는 PCB를 통하여 완전히 통과할 수 없고 어떤 미리 설정된 층 깊이에서 정지하는 비아를 말한다.

이러한 마이크로 비아홀을 형성하는 방법으로는 스태거형(staggered type), O-링형(O-ring type) 및 스택형(Stack type)이 있다.

도 1a 내지 도 1c는 각각 스택 비아형의 마이크로 비아홀을 형성하는 여러 가지 예를 도시하는 도면들로서, 비아 위에 비아를 형성하는 스택 비아(Stack via: Via on via) 공법은 향후 모든 PCB 상에 적용되는 기술 중에 하나로서, 여러 PCB 제조 업체에서 여러 가지 공정으로 개발중인 기술이다.

이러한 레이저(laser) 드릴로 형성한 마이크로 비아홀을 쌓아 올리는 기술로는 각각 동(Copper; Cu) 충진 도금법과 동 범프(Copper Bump)를 형성시키는 AGP 및 NMBI(Neo Manhattan Bump Interconnection) 공법이 개발되고 있고, 상기 NMBI는 다층 PCB의 층간 신호를 연결할 때 레이저 드릴 대신 동 범프로 이를 접합하는 첨단 공법으로 일본 노스사가 기술 특허권을 갖고 있다.

하지만, 이들 공법은 모두 대규모 설비 투자와 기존의 표준화된 제조 공정과의 차이로 인해 대량 생산에 적용하기 힘들고, 기존 설비의 활용도가 떨어져 막대한 신규설비 투자가 뒤따라야 한다.

도 2a 내지 도 2g는 종래의 기술에 따른 스택형 비아홀을 갖는 빌드업 인쇄회로기판을 제조하는 공정을 나타내는 도면들이다.

도 2a 내지 도 2g를 참조하면, 종래의 기술에 따른 빌드업 인쇄회로기판 형성 방법은, 패턴이 형성된 제1 동박층(23) 상부에 필름 타입의 수지 코팅 적층판(Resin Coated Clad: RCC) 또는 열경화성(Thermally Curable; TC) 수지를 사용하여 제1 절연층(24)이 형성된다(도 2a 참조).

여기서, 상기 제1 동박층(23)은 프리프레그(Prepreg; 21)의 양면의 형성된 동박으로서, 식각 공정을 거쳐 소정의 회로 패턴이 형성된 동박을 말한다. 이때, 미세회로 형성을 위해 제1 절연층(24)의 동박층을 에칭액으로 에칭을 하여 얇게 한다.

이후, 레이저 드릴을 사용하여, 상기 제1 절연층(24)을 뚫고 상기 동박층(23)까지 마이크로 비아홀(25)을 가공하게 된다. 예를 들어, 상기 레이저로는 CO2 레이저를 사용할 수 있다(도 2b 참조).

이후, 상기 비아홀(25)이 형성된 부위에 비아 충진용 동 도금층(26)을 형성하게 된다(도 2c 참조).

이때 상기 절연층(24)의 상부에도 동 도금층이 동시에 형성되며, 다시 식각 공정을 거쳐 상기 비아홀 상부에 회로 패턴이 형성되게 된다.

이후, 다시 패턴이 형성된 도금층(26) 상부에 필름 타입의 수지 코팅 적층판(RCC) 또는 열경화성(TC) 수지를 사용하여 제2 절연층(27)이 형성된다(도 3d 참조). 그리고, 이때에도 동일하게 제2 절연층(27)의 상부 동박층을 에칭액을 이용하여 얇게 에칭한다.

이후, 다시 레이저 드릴을 사용하여, 상기 제2 절연층(27)을 뚫고 상기 도금층(26)까지 마이크로 비아홀(28)을 가공하며(도 2e 참조), 상기 비아홀(28)이 형성된 부위에 비아 충진용 동 도금층(29)을 형성하게 된다(도 2f 참조).

마지막으로, 상기 도금층(29)의 동을 식각하게 됨으로써, 스택형 비아홀을 갖는 인쇄회로기판을 형성하게 된다(도 2g 참조).

결국, 전술한 바와 같은 방식으로 인쇄회로기판을 반복적으로 빌드업시켜 다층 인쇄회로기판을 제작하게 된다.

이때, 도 3를 참조하면, 상기 동박층 상부에 도 2c 또는 도 2f와 같이 충진용 동 도금층(43)을 형성할 때, 비아홀 표면의 단차가 발생하는 딤플(dimple)을 발생시키는 문제를 발생시킬 수 있다.

이를 해결하기 위하여 단차를 버퍼 연마를 통해 표면을 연마하여 표면과 블라인드 비아홀의 단차가 발생하지 않도록 한다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 드라이 필름을 적층한 후에 동도금에 의해 층간도통부위의 블라인드 바아홀을 메꾼후에 세라믹 버퍼를 사용하여 블라인드 비아홀 부분의 요철부위만을 평탄화시켜 요철이 없도록 한 블라인드 비아홀의 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 위한 본 발명은 회로가 형성된 CCL 기판위에 RCC를 적층하는 제 1 단계; 블라인드 비아홀과 관통홀을 가공하는 제 2 단계; 동을 얇게 입힌 후에, 드라이 필름을 사용하여 상기 블라인드 비아홀의 가공 부위를 오픈시키는 제 3 단계; 전해 필도금을 진행하여 오픈된 위치에 도금을 한 후에 표면처리를 수행하는 제 4 단계; 및 상기 제1 단계부터 상기 제 4 단계를 반복하여 다층 인쇄회로기판을 제작하는 제 5 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이제, 도 4a이하의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4a 내지 도 4ㅣ는 본 발명의 일실시예에 따른 요철이 없는 블라인드 스택 비아홀을 제조하는 공정을 나타내는 도면들이다.

도 4a를 참조하면, 회로가 형성된 CCL 기판(51)위에 동박(56)의 두께가 18㎛인 RCC(54)를 적층한다. CCL(51)은 구리를 입힌 얇은 적층판을 의미하며, 기초재료로는 수지(Resin)가 사용된다.

수지(52)는 전기적인 특성은 튀어나지만 기계적 강도가 불충분하고 온도에 의한 치수변화가 금속의 10배 정도로 크다는 결점이 있다.

이러한 결점을 보완하기 위해 종이, 유리섬유 및 유리부직포 등이 보강기재로서 사용된다. 보강기재를 사용함으로써 수지(52)의 종횡방향의 강도가 증가하고, 온도에 의한 치수변화도 감소한다.

동박(53)으로는 통상 전해동박이 사용된다. 수지(52)와의 접착력을 높이기 위하여 동박(53)의 형성시에 동박(53)이 수지(52)와 화학적으로 반응하여 수지(52)쪽으로 5㎛정도 파고들도록 만들어진다. 한편, 동박(53)은 구리를 전기분해법으로 회전드럼에 얇게 도금하여 말아내는 방법으로 제조한다.

동박(53)의 두께는 보통 18㎛~70㎛정도이나 최근에는 배선패턴의 미세화에 따라 동박(53)의 두께도 5㎛, 7㎛, 15㎛와 같이 종래의 1/2 이하로 매우 얇아지고 있다.

유리섬유는 PCB의 기본특성인 전기 절연성, 기계적 강도와 강성 및 치수 안정성을 보전, 유지하기 위한 소재이다. 이는 5~9㎛ 직경의 단섬유로 이루어진 섬유다발을 직조하여 만들어진다.

이 유리섬유에 열경화성 수지를 도포하여 반경화 상태로 만든 것이 프리프레그인데 이를 종이모양으로 만들어 동박, 내층과 함께 적층하여 다층 PCB를 만든다.

RCC(Resin Coated Clad: RCC)(54)는 CCL(51)에서 일면의 동박(53)이 제거된 적층판을 말한다.

한편, 동박층(53)은 프리프레그(Prepreg; 52)의 양면의 형성된 동박으로서, 식각 공정을 거쳐 소정의 회로 패턴이 형성된 동박을 말한다.

이때, RCC(54)의 18㎛ 동박(56)을 종래 기술과는 달리 에칭을 하지 않고 그대로 사용하며, 사용 가능한 동박(56)의 두께는 18~30㎛이다.

이후에, 도 4b를 참조하면 드릴링을 하여 마이크로 비아홀(57)과 관통홀(58)을 가공하며, 가공중에 발생하는 각종 오염과 이물질을 제거하는 디버링(Deburring) 및 디스미어(Desmear)를 행한다.

이때, 레이저 드릴을 사용하여, 절연층(55)을 뚫고 동박층(53)까지 마이크로 비아홀(57)을 가공하게 된다. 예를 들어, 상기 레이저로는 CO2 레이저를 사용할 수 있다. 또한, CNC 드릴로 관통홀을 가공한다.

CNC 드릴로 관통홀(58)을 가공할 때, 가공할 홀의 크기에 따라 적절한 날 크기를 갖는 드릴 비트가 선택되어 가공이 이루어진다.

드릴링은 정확하게 행해야 한다. 드릴링에 의해 양면이 정확히 관통될 때, 배선들을 전기적으로 연결하는 기능이 발휘된다.

따라서, 드릴링은 수직으로 행해야 한다. 기울어지게 홀을 뚫으면 윗면의 배선과 아랫면의 배선이 연결되지 않는다. 드릴 기계는 드릴 비트를 장착하는 축이 1개인 1축기로부터 2축기, 3축기, 4축기, 6축기, 8축기, 16축기와 같은 다축기가 있다.

홀 가공이 완료되면 X-Ray나 현미경을 이용하여 홀의 누락, 원하지 않는 엑스트라 홀 및 홀의 막힘 등을 검사한다.

그리고, 여기에서 디버링은 드릴링시 발생하는 동박의 버 및 홀 내벽의 먼지 입자와 동박 표면의 먼지, 지문 등을 제거하는 작업을 말한다. 디버링의 또 다른 목적은 동박의 표면에 거칠기를 부여함으로써 후속 되는 도금공정에서 동의 밀착력을 높이는 것이다.

디버링에서는 먼저 정면처리 효과를 얻기 위하여 브러시(이를 특별히 Buff 브러시라고 한다)를 이용한 'Buff연마'를 실시한다. 다음으로 고압수세를 포함한 2단계의 수세를 실시하여 연마과정에서 떨어져 나온 입자들을 제거한다.

한편, 드릴링시 드릴 비트의 분당 수만 회의 고속으로 회전하므로 많은 열이 발생한다. 이 열로 인하여 PCB기판을 구성하고 있는 수지가 녹아 홀의 내벽에 부착되는데, 이를 스미어라고 한다.

스미어는 홀 내벽에 대한 동도금의 품질을 떨어뜨리는 결정적인 작용을 하므로 반드시 제거되어야 한다. 이 작업을 스미어를 제거한다는 의미에서 디스미어라고 한다.

특히 다층 PCB의 경우에는 내층의 동박으로 인해 양면 PCB에 비하여 많은 열이 발생하여 스미어가 증가되는 경향이 나타난다. 따라서 디스미어 작업은 양면 PCB보다는 MLB에서 더 중요한 처리과정이라고 할 수 있다.

그리고, 층간 도통을 위해 전해동도금전에 무전해동도금을 하여 레이저 드릴에 의한 블라인드 비아홀의 수지 위에 동을 얇게 입힌다.

이후, 도 4c를 참조하면 20~40㎛ 드라이 필름(59)을 라미네이션 한 후에 동도금하고자 하는 위치를 노광 현상하여 오픈시킨다.

드라이 필름(59)은 통상적으로 D/F로 표기한다. D/F는 필름 형태로 된 감광재(포토레지스트)와 신축성을 부여하기 위한 Mylar 필름 및 Cover 필름으로 이루어져 있다.

Cover 필름은 D/F를 동박적층판에 입히는 라이네이션 공정에서 벗겨낸다. Mylar 필름은 라미네이션 후에도 남아 포토레지스트 필름을 보호하며, 현상공정에 앞서 벗겨낸다.

드라이 필름(59)의 라이네이션은 D/F의 밀착성을 높인 기판의 양면에 라미네이터를 이용하여 D/F를 입힌다. 라미네이션시에는 기판과의 밀착성을 추가로 확보하기 위하여 가열된 롤러로 D/F를 열 압착한다. 이때 Cover 필름을 벗겨내고 Mylar 필름을 남겨 놓아 감광재인 포토레지스트 필름을 보호한다.

D/F(59)의 라미네이션을 수행할 때에는 특히 먼지와 같은 이물질이 오염되는 것을 철저히 방지하여야 한다. 라미네이션 공정의 품질에 영향을 미치는 요소로는 압착용 롤러의 온도, 압착속도, 기판의 온도 등이 있다.

이후, 도 4d를 참조하면 비아홀(57)이 형성된 부위에 비아 충진용 동 도금층(60)을 형성하게 된다.

홀 내벽에 대한 동도금은 무전해 동도금과 전해 동도금의 순서로 진행된다. 이는 드릴링된 홀의 내벽이 절연체인 에폭시로 되어 있어 전기분해에 의한 전해 동도금을 실시할 수 없기 때문이다. 따라서 무전해 동도금을 먼저 실시하고 이어서 전해 동도금을 실시하여 홀 내벽을 완전하게 동으로 도금한다.

무전해 도금은 수지, 세라믹, 유리 등과 같은 부도체의 표면에 도전성을 부여하기 위한 유일한 도금방법이다.

무전해 동도금을 행하여 홀의 내벽에 도전성을 부여하였으므로 이제 전기분해를 이용한 전해 동도금이 가능하다. 전해 동도금은 두꺼운 도금피막을 형성하기 쉽고, 막의 물성도 무전해 동도금에 비하여 우수하다.

이후에, 도 4e를 참조하면 드라이 필름(59)을 박리하며, 도 4f를 참조하면 블라인드 비아홀의 요철부위를 버퍼로 연마하여 평탄화시킨다.

그리고, 이때 절연층(55)의 상부에 동 도금층을 식각 공정을 거쳐 상기 비아홀 상부에 회로 패턴이 형성되게 된다.

이후, 도 4g를 참조하면 다시 패턴이 형성된 도금층 상부에 필름 타입의 수지 코팅 적층판(RCC)(61)을 사용하여 절연층(62)이 형성된다.

이후, 도 4h를 참조하면 다시 레이저 드릴을 사용하여, 절연층(62)을 뚫고 도금층까지 마이크로 비아홀(64)을 가공하며, CNC 드릴로 관통홀(58)을 가공한다.

다음에, 도 4i를 참조하면, 비아홀(64)이 형성된 부위를 제외한 부위에 드라이 필름(65)을 적층하고, 도 4j를 참조하면, 비아홀(64)이 형성된 부위에 비아 충진용 동 도금층(66)을 형성하게 된다.

이후에, 도 4k를 참조하면 드라이 필름(65)을 박리하며, 도 4l를 참조하면 블라인드 비아홀의 요철부위를 버퍼로 연마하여 평탄화시키며, 이후 회로층을 형성한다.

결국, 전술한 바와 같은 방식으로 인쇄회로기판을 반복적으로 빌드업시켜 다층 인쇄회로기판을 제작하게 된다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 요철없는 블라인드 비아홀의 가공방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 도금면적이 기존보다 줄어들어 필도금이 용이할 뿐만 아니라 도금수명을 증가시키게 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 도금 시간을 108분에서 80분으로 감소시켜 도금생산성을 좋게 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 도금후 표면을 평탄화시키기 위해 버퍼를 진행해야 하므로 조건이 완화되어 버퍼로 인한 기판 신축이 줄어들게 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 회로형성시 기존 평탄한 동박을 사용하므로 회로 집적도가 좋아지게 되며 패널안의 동박두께 편차를 감소시킬 수 있어 미세회로 구현이 현재보다 쉽도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 블라인드 비아홀에서의 요철이 0㎛에 가깝게 되어 기존 2스택 비아 구조에서 3스택 비아구조가 가능하도록 하는 효과가 있다.

도 1a 내지 도 1c는 각각 스택 비아형의 마이크로 비아홀을 형성하는 여러 가지 예를 도시하는 도면이다.

도 2a 내지 도 2g는 종래의 기술에 따른 스택형 비아홀을 갖는 빌드업 인쇄회로기판을 제조하는 공정을 나타내는 도면들이다.

도 3은 종래 기술에 따른 블라인드 비아홀을 가공하였을 때의 문제점을 보여주는 도면이다.

도 4a 내지 도 4ㅣ은 본 발명의 일실시예에 따른 요철이 없는 블라인드 스택 비아홀을 제조하는 공정을 나타내는 도면들이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

51 : 동박 적층판 52, 55, 62 : 프리프레그

53, 56, 63 : 동박 54, 61 : RCC

57, 64 : 비아홀 58 : 관통홀

59, 65 : 드라이필름 60, 66 : 동도금층

Claims (2)

1. 회로가 형성된 CCL 기판위에 RCC를 적층하는 제 1 단계;

   블라인드 비아홀과 관통홀을 가공하는 제 2 단계;

   동을 얇게 입힌후에, 드라이 필름을 사용하여 상기 블라인드 비아홀의 가공 부위를 오픈시키는 제 3 단계;

   전해 필도금을 진행하여 오픈된 위치에 도금을 한 후에 표면처리를 수행하는 제 4 단계; 및

   상기 제1 단계부터 상기 제 4 단계를 반복하여 다층 인쇄회로기판을 제작하는 제 5 단계를 포함하여 이루어진 요철이 없는 블라인드 비아홀의 형성방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 4 단계의 표면처리는 버퍼로 연마처리하는 것을 특징으로 하는 요철이 없는 블라인드 비아홀의 형성방법.