KR20070056927A

KR20070056927A - 동 충진 마이크로비아의 함몰 또는 돌기의 분석 방법

Info

Publication number: KR20070056927A
Application number: KR1020060079972A
Authority: KR
Inventors: 구앙 시아 왕; 구오 웬 루; 잉 카이 훙; 우 유 시아오; 쿤 지 리
Original assignee: 마하비전 아이엔씨.
Priority date: 2005-11-29
Filing date: 2006-08-23
Publication date: 2007-06-04
Also published as: JP2007147591A; TWI270656B; JP4514742B2; KR100833382B1; TW200720623A

Abstract

본 발명은 일종의 마이크로비아(micro via 또는 laser via)가 동 충진 단계를 거친 후 발생하는 함몰 또는 돌기 현상에 대한 분석 방법으로, 고도 스캔 장치를 이용하여 인쇄회로기판 중 동 충진 실시 후의 다층기판표면상의 동 도금 층의 고도 분포를 측량한 다음 각 마이크로비아가 위치한 부분의 국부 동 피복 면적 내의 복수의 고도치를 선택한다. 상기 국부 동 피복 면적이 마이크로비아 주변에서의 복수의 고도치를 평균하거나 계산하여 상대적인 기준 고도를 얻고, 상기 상대 기준 고도와 상기 마이크로비아 범위 내의 동피복 표면의 각 고도치를 비교하여 각 차이값을 결정한다. 허용함몰량 또는 허용돌기량보다 큰 차이값의 누적수량이 예정수치를 초과했는지를 계산하고, 예정수치를 초과하면 해당 마이크로비아 범위 내의 동피복 표면은 함몰 또는 돌기 결함이 있는 것으로 판정할 수 있다.

인쇄회로기판, 마이크로비아, 함몰, 돌기, 동 도금 층, 차이값

Description

동 충진 마이크로비아의 함몰 또는 돌기의 분석 방법{ANALYSIS METHOD FOR SAG OR PROTRUSION OF COPPER-FILLED MICRO VIA}

도 1은 기존의 빌드업(build-up)법 기판의 적층판재에 함몰이 발생한 제시도.

도 2는 본 발명이 분석한 인쇄회로기판의 적층 판재의 외관제시도.

도 3은 도 2에서 선정된 동 피복 면적 내의 입체 고도 분포도.

도 4(a)는 도 3에서 마이크로비아(micro via 또는 laser via)의 직경의 X-Y 평면을 통해 취득한 고도 분포도.

도 4(b)는 침공이 있는 동 충진 후 마이크로비아의 직경의 X-Y평면의 고도 분포도.

도 5는 본 발명에 따른 동 도금 층이 있는 마이크로비아 단면적 포함 범위 내의 유효 함몰 면적을 분석한 제시도.

도 6은 본 발명에 따른 함몰 결함이 있는 마이크로비아 위치를 표시한 제시도.

도 7은 본 발명에 따른 함몰 결함으로 인해 조성된 사용불가 인쇄회로기판 셀을 표시한 제시도.

도 8은 동 도금 층의 선정범위를 설정하는 또 다른 실시예의 제시도.

도 9는 도 8에서 마이크로비아의 직경의 X-Y평면의 고도분포도를 나타낸 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11:　상층절연층 12:　동 패드

13:　하층절연층 14:　동 도금 층

15:　마이크로비아( 블라인드비아이지만 본문 내용을 따름) 20:　적층 판재

24:　동 도금 층 25:　마이크로비아

26:　셀 32:　함몰

41:　침공 51:　면적 기본셀

76:　인쇄회로기판 셀

80:　적층 판재 84:　동 도금 층

85:　마이크로비아 87:　선정 범위

141:　함몰 271、272:　동 피복 면적

T、T':　고도임계치 r:　마이크로비아의 반경

d:　유효 함몰구역 R、R':　상대 기준 고도

h:　허용함몰량

본 발명은 마이크로비아(micro via 또는 laser via)가 동 충진 단계를 거친 후에 발생하는 함몰 또는 돌기에 대한 일종의 분석 방법으로, 인쇄회로기판상의 마이크로비아에 동이 충진된 후 표면에 함몰 또는 돌기 결함이 있는지를 분석하는 방법이다.

전자 제품의 요구에 의해 인쇄회로기판의 형태는 점점 가볍고 작아지는 추세지만 기능면에서는 성능이 안정적이고 다기능적이고 고속화이기를 요구한다. 하지만 상대적으로, 제조기술의 발전은 오히려 점점 어려워지고 있어, 가볍고, 얇고, 가늘고, 홀이 작아야 하는 등 고밀도설계의 요구를 만족시켜야 한다. 현재 각광받고 있는 볼 그리드 어레이(Ball Grid Array: BGA) 또는 플립 칩(flip chip) 기판, 및 사용량이 급증하고 있는 핸드폰, 컴퓨터 중앙 처리 장치, 전자사전, PCMCIA 카드와 같은 휴대용 제품의 회로기판은 대량의 고밀도(High Density Integration; HDI)기판을 사용하게 될 것이다. 기존의 기판은 밀도가 작은 단점을 극복하기 위하여, 제조 면에서 천공기, 식각기 등 제조 설비에 대해서 부단히 개조를 하였으나 행 간격이 4밀리(mil)이고 직경이 6밀리인 비아 홀의 수준에 머물러 상기 요구와 미래의 전자구조설계의 제한을 만족시킬 수 없다. 이와 같은 추세를 따라 선이 가늘고 홀이 작은 고밀도 기판이 나타났고, 기존의 다층 기판 또는 인쇄회로기판의 제조 공정을 대체할 것으로 기대하고 있다.

상대적으로 증층(增層: build-up)법 기판 제조 공정에서 레이저 천공을 배합 한 기술은 비아 홀의 점용면적을 효과적으로 감소시켜 선이 가늘고 홀이 작은 고밀도 요구를 쉽게 달성할 것이다. 상기 기술은 전통기판구조 내에 1층 또는 다층의 필라멘트 층을 증가시키는 것으로, 일종의 경제적이고 효과적인 기판 제조 방법이다. 이런 유형의 기판에서 중간층은 전통적인 FR-4 또는 ABF 기판 모두 가능하다. 다음에 각 층에 순서대로 상측 유전층과 동박을 중첩시킨다. 중첩된 선로와 홀 직경은 모두 전통적인 기판보다 작고, 층간 두께도 상대적으로 축소되어, 밀도는 증가하고 두께는 얇아져 기판 면적이 작아진다.

증층법으로 제조한 기판의 가장 뚜렷한 단점은 동 충진 단계 후, 마이크로비아(15) 상에 위치한 동 도금 층(14)에 함몰(141)(또는 돌기, 도시되지 않음) 현상이 자주 발생하는 것으로, 도 1에 도시한 바와 같다. 상층 절연층(11)에는 마이크로비아(15)가 있고, 마이크로비아(15)의 밑부분에 내부 동 선로층의 동 패드(12)가 설치되어 있다. 동 패드(12)와 상층 절연층(11)의 표면에 다음에 형성되는 동 선로 층을 연결하기 위하여 마이크로비아(15)의 내부와 상층 절연층(11)의 표면에 동 도금 층(14)을 침적(沈積)한다. 하지만, 마이크로비아(15)의 상측에 동 피복 영역에 함몰(141)(또는 돌기) 결함이 발생하는 경우, 동 도금 층(14)을 계속하여 적층하여 상기 함몰(141)이 심각하게 되면 기판 내부 선로의 기능이 상실되어 전기 신호를 정상적으로 전송할 수 없다.

위에서 설명한 바를 종합하면, 인쇄회로기판의 마이크로비아에 동 도금한 후에 표면에 함몰 결함이 있는지의 여부를 분석하는 방법이 시급히 필요하며, 이런 방법으로 인쇄회로기판의 적층 판재의 품질을 확인할 수 있다.

본 발명의 목적은 인쇄회로기판의 적층 판재의 변형량의 영향을 배제하여 각 마이크로비아 상의 동 도금 층의 실제 함몰 심도 및 유효 면적을 분석해낼 수 있는 일종의 마이크로비아가 동 충진 단계를 거친 후 발생하는 함몰 또는 돌기 현상에 대한 분석 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 함몰 또는 돌기 결함이 존재하는 부위를 화면에 표시하고, 상기 함몰 결함에 의해 인쇄회로기판의 셀의 기능이 상실된 결과를 진일보 표시하는 방식으로 동 도금 층의 함몰 또는 돌기 결함 분포를 제시하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 마이크로비아가 동 충진 과정을 거친 후에 나타나는 함몰 또는 돌기 현상에 대한 분석 방법을 제시한다. 고도 스캔 장치를 이용하여 인쇄회로기판의 동 충진 단계를 거친 후의 적층 판재 표면의 동 도금 층의 고도 분포를 측량한 다음에, 각 홀이 위치한 국부(또는 마이크로비아 주위)의 동 피복 면적 내의 복수의 고도치를 선택한다. 마이크로비아 주변에서의 복수의 고도치를 상대 기준 고도로 설정하고, 상대 기준 고도와 마이크로비아 범위 내의 동피복표면의 각 고도치를 비교하여 각각의 차이값을 산출한다. 각 차이값이 허용함몰량 또는 허용돌기량보다 큰 누적수량의 예정 수치를 초과하는지의 여부를 계산하여 만약 예정 수치를 초과하면 마이크로비아 범위 내의 동피복표면에 함몰 또는 돌기 결함이 있다고 판단한다.

인쇄 회로 기판상의 함몰 결함이 존재하는 위치를 화면 또는 도표로 표시할 수 있고, 상기 함몰 결함으로 인해 기능이 상실된 인쇄회로기판 셀의 위치도 화면 또는 도표로 표시할 수 있다.

(실시예)

도 2는 본 발명이 분석한 인쇄회로기판의 적층 판재의 외관 제시도이다. 적층 판재(20)는 9개 셀(26)로 구분되고 1개 셀(26) 내에는 복수의 마이크로비아(25)가 포함되어 있다. 마이크로비아(25) 내부 및 전체 적층 판재(20) 표면에는 모두 1개의 동 도금 층(24)이 피복되어 있다. 고도 스캔 장치를 이용하여 상기 동 도금 층(24)의 표면 고도 분포를 측량할 수 있고, 특히 각 마이크로비아(25)가 존재하는 위치에 대하여 각각 마이크로비아(25)의 단면적보다 큰 동 피복 면적(271 또는 272)을 1개씩 선정하거나, 상기 선정 면적을 선택 범위로 칭할 수 있다. 실제 마이크로비아 크기에 기초하여 1개의 허용넓이를 추가하여 상기 동 피복 면적(271 또는 272)을 형성하여 동 피복 면적(271 또는 272)이 지정한 마이크로비아(25)를 포함하도록 한다.

도 3을 참조하면, 이미 선정된 동 피복 면적(271) 내의 표면 고도 분포값은 이미 모두 취득하였으므로, 해당 국부 고도 분포 값에 대해 각각 분석을 하여 허용규격을 초과한 함몰(32)(돌기)이 발생하였는지를 판단한다. 도면에서 점선으로 표 시한 원주체(31)는 상기 함몰(32)과 하측 마이크로비아(25)의 상대적인 위치관계를 표시하고, 상기 마이크로비아(25) 단면의 반경은 r이다. 원주체(31) 상측 중앙의 함몰(32) 곡면(曲面)의 고도가 원주체(31) 주변 표면 고도보다 낮은 것이 선명하게 표시되었다. (만약 중앙이 돌기라면 원주체(31) 주변의 표면보다 높음).

도 4(a)는 도 3에서 원주체(31) 직경의 X-Y평면을 통해 얻은 고도분포도이다. 적층 판재(20)는 재료 내에 응력이 잔류함으로써 뒤틀림(warp) 현상이 발생하기 때문에, Z축에 표시된 고도치는 적층 판재(20) 표면이 실제로 함몰 또는 융기한 고도가 아니다. 따라서, 상대 기준 고도 또는 참고 고도를 먼저 찾아내어야 실제 함몰 또는 융기량을 정의할 수 있다. 본 발명에서는 동 피복 면적(271)의 마이크로비아(25) 주변(도 4(a)의 2r의 바깥쪽)에서의 고도분포값을 평균하거나 계산하여 상대 기준 고도 R을 취득하여, 각 마이크로비아(25)에 대해 상대 기준 고도를 각각 계산한다.

함몰 상황을 예로 들면(돌기 상황은 이와 정반대임), 상기 상대 기준 고도 R을 밑으로 이동하여 허용함몰량 h에 고도 임계치 T를 정의한다. 도 4(a)에서 d를 유효 함몰구역으로 판정하는 경우, 만약 고도치가 T 표면보다 낮으면 모두 유효 함몰구역으로 간주할 수 있다.

도 4(b)에서 나타낸 바와 같이, 유효 함몰구역이 동 피복 면적(271) 내에 있다고 판정된다고 해서 모두 함몰 결함이 있다고 판단하는 것은 아니다. 일반적으로 유효 함몰구역이 차지하는 면적을 계산해야 실제로 함몰 결함이 있는지를 판단할 수 있다. 예를 들어 만약 동 피복 면적(271) 내에 작은 침공(41)이 있다면 상기 침공(41) 내의 최소 고도는 고도임계치 T보다 훨씬 작음이 분명하다. 만약 단지 고도임계치 T와의 비교에만 의존하고 침공(41)의 밑부분이 차지하는 총면적비율에 대해 진일보 분석을 하지 않는다면, 과다하고 부당한 함몰 결함으로 인정하는 결과가 되어 과다한 불량품 셀(26)로 판정하여 심각한 원가부담을 초래하게 된다. 실제로, 만약 동 피복 면적(271) 내에 작은 침공(41)이 1개만 있고 기타 면적 내의 고도는 모두 고도 임계치 T보다 크다면, 상기 침공(41)은 수직 도통 기능의 정상적인 동작을 방해하지 않는다. 침공(41)의 허용면적은 사용자에 의해 설정될 수 있다.

도 5에서 도시된 바와 같이, 마이크로비아(25)의 단면적을 포함하는 범위(직경 2r인 원면적) 내에서 고도치에 기초하여 점위치를 측량하여 복수의 면적 기본셀(51)을 분류한다. 즉, 각 면적의 기본셀(51)은 모두 최소 1개의 고도치를 가진다. 상기 상대 기준 고도 R과 각 면적기본셀(51)의 고도치를 비교하여 각각의 차이값을 얻을 수 있다. 예를 들어, 도 5에 제시한 숫자는 바로 차이값(또는 색상이나 부호로 차이값의 크기를 표시하여 사용자가 쉽게 이해할 수 있게 함)을 나타낸다. 만약 차이값이 허용함몰량 h(본 실시예에서는 h=4라고 가정함)보다 크고 면적이 예정 수치보다 크면, 함몰 결함이 있다고 판단할 수 있다. 즉, 차이값이 4의 누적수량(도 5에는 모두 7개 숫자가 4보다 큼)보다 크고 예정 수치(5라고 가정)보다 크면, 동 피복 면적(271) 내에는 유효 함몰이 있다고 판정된다.

적층 판재(20) 상의 각 마이크로비아(25)에서 선정된 동 피복 면적에 대해 각각 상술한 고도분석을 진행한 후, 화면 또는 도표 표시를 이용하여 함몰 결함이 있는 동 충진 마이크로비아(25)의 위치를 제시한다. 도 6과 같이, X 부호 또는 표기 로 함몰 결함이 발생한 위치를 나타낸다. 물론, X 표기를 색상으로 대체할 수도 있다. 예를 들어 함몰 결함이 있는 마이크로비아(25)는 빨간색으로 표시하고 (또는 돌기 결함이 있는 마이크로비아는 파란색으로 채움), 기타 정상적인 마이크로비아(25)는 녹색으로 표기할 수 있다. 물론, 다른 색상이나 부호 또는 표기로 함몰량의 크기를 표시할 수도 있다. 예를 들어, 짙은 빨간색으로 함몰량이 상대적으로 제일 많은 곳을 표시하고, 짙은 빨간색에서 연한 빨간색으로 색상이 점차 연해지면서 함몰량이 상대적으로 가장 적은 곳은 노란색으로 표시할 수 있다.

각 적층 판재(20)가 점차 최종 기판으로 형성된 후, 만약 그 중 한 층의 적층 판재(20)에 함몰 결함이 발생하면, 상기 함몰 결함이 위치한 인쇄회로기판 셀은 폐기로 판정하기 때문에 각 인쇄회로기판 셀(76) 내에 함몰 결함 또는 돌기 결함의 존재 여부에 대해 통계를 구한다. 도 7에서 나타낸 바와 같이, 만약 함몰 결함 또는 돌기 결함이 있다면 X 부호 또는 표기로 상기 사용 불가 또는 폐기된 인쇄회로기판 셀(76)을 표기한다.

본 발명은 식각 전의 동 도금 층(24)의 품질을 분석할 수 있을 뿐만 아니라 식각 후의 동 도금 층(24)에 함몰 결함이 있는지 여부도 분석할 수 있다. 도 8에 나타낸 바와 같다. 적층 판재(80) 상의 마이크로비아(85)에서 지정된 선정 범위(87) 내에 식각 후의 동 도금 층(84)이 있기 때문에, 동 도금 층(84)의 바깥쪽 표면 고도는 함몰발생 가능한 곳의 고도보다 훨씬 낮다. 도 9에서 나타낸 바와 같다. 하지만, 상기 실시예의 단계가 상대 기준 고도 R의 계산방식에만 있는데 비해, 본 실시예에서는 범위(87) 내에서 동 피복 면적 2r에서 2Rc 범위인 환형구역 내의 고도분포값 평균을 선택하여 상대 기준 고도 R를 취득한다. 즉, 양측의 고도가 최저임계치(L)보다 훨씬 낮은 구간은 상대 기준 고도 평균수치에 포함시키지 않는다. 같은 방법으로 고도임계치 T'만으로도 동 도금 층(84)의 유효 함몰구역이 선택범위 내에 존재하는지의 여부를 판단할 수 있다. 만약 유효 함몰구역이 예정 수치를 초과한다면 마이크로비아(85)에 함몰 결함이 있는 것으로 판정할 수 있다.

본 발명의 기술내용 및 기술특징은 상술한 바와 같다. 하지만 본 발명의 기술을 숙지한 사람이라면 본 발명의 교시 및 제시에 기초하여 발명 본질을 위배하지 않는 교환과 수정이 가능하기 때문에, 본 발명의 보호범위는 실시예에서 제시한 내용에 한정되지 않고 본 발명을 위배하지 않은 모든 교환과 수정을 포함해야 하며, 이하 특허청구범위를 포함한다.

본 발명은 인쇄회로기판의 적층 판재의 변형량의 영향을 배제하여 각 마이크로비아 상의 동 도금 층의 실제 함몰 심도 및 유효 면적을 분석해낼 수 있는 일종의 마이크로비아가 동 충진 단계를 거친 후 발생하는 함몰 또는 돌기 현상에 대한 분석 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 함몰 또는 돌기 결함이 존재하는 부위를 화면에 표시하고, 상기 함몰 결함에 의해 인쇄회로기판의 셀의 기능이 상실된 결과를 진일보 표시하는 방식으로 동 도금 층의 함몰 또는 돌기 결함 분포를 제시하는 방법을 제공한다.

Claims

동 충진 단계를 실시한 후의 적층판재 표면의 고도 분포를 스캔하는 1단계;

상기 적층판재 중 최소 1개 마이크로비아(micro via 또는 laser via)가 존재하는 위치의 국부 동피복 면적 내의 복수의 고도치를 선택하는 2단계;

상기 국부 동 피복 면적 내의 상기 마이크로비아 범위 밖의 복수의 고도치를 계산하여 상대 기준 고도를 얻는 3단계;

상기 상대 기준 고도와 상기 마이크로비아 범위 내의 상기 동 피복 면적 내의 복수의 고도치간의 각각의 차이값을 계산하는 4단계; 및

계산된 차이값이 허용함몰량의 누적수량보다 큰 경우, 누적수량이 예정 수치를 초과하면 상기 마이크로비아 상의 동 피복 면적에 함몰 결함이 있는 것으로 판정하는 5단계를 포함하는 일종의 동 충진 마이크로비아의 함몰 현상에 대한 분석 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 적층판재의 심상(image)에 부호 표기 또는 색상으로 함몰 결함 발생부위를 표기하는 단계를 더 포함하는 일종의 동 충진 마이크로비아의 함몰 현상에 대한 분석 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 적층 판재의 인쇄회로기판 심상에 부호 표기 또는 색상으로 함몰 결함의 존재로 인해 폐기되는 셀을 표시하는 단계를 더 포함하는 일종의 동 충진 마이크로비아의 함몰 현상에 대한 분석 방법.
제 1 항에 있어서,

숫자, 색상 또는 부호로 각 차이값의 대소를 표시할 수 있고, 상기 마이크로비아의 단면적을 포함하는 범위 내의 각 차이값이 존재하는 위치를 표시할 수 있는 일종의 동 충진 마이크로비아의 함몰 현상에 대한 분석 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 상대 기준 고도에서 허용함몰량을 빼면 고도임계치와 같고, 상기 누적수량이 예정 수치를 초과하면 상기 마이크로비아의 단면적의 포함 범위 내에서 고도임계치보다 작은 면적은 상기 함몰 결함이 정의한 허용함몰면적보다 큰 일종의 동 충진 마이크로비아의 함몰 현상에 대한 분석 방법.
제 1 항에 있어서,

적층판재상의 동 피복 면적은 식각 단계를 거친 일종의 동 충진 마이크로비아의 함몰 현상에 대한 분석 방법.
제 6 항에 있어서,

최저임계치로 비(非) 동 피복 면적 내의 고도치를 제거하여 상기 상대 기준 고도의 계산에 포함시키지 않는 단계를 포함하는 동 충진 마이크로비아의 함몰 현상에 대한 분석 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 상대 기준 고도는 국부 동 피복 면적 내의 상기 마이크로비아 범위 밖에서의 복수의 고도치를 평균하여 얻어지는 동 충진 마이크로비아의 함몰 현상에 대한 분석 방법.