KR20080070433A - 전해 에칭 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전해 에칭 장치는, 절연기판상에 형성된 금속층에 대하여 에칭 공정을 행하기 위한 전해 에칭조와; 상기 전해 에칭조를 채우며, 에칭력을 갖는 전해액과; 상기 전해 에칭조에 배치되며, 상기 에칭 공정에 사용되는 에칭액을 분사하는 노즐과; 상기 금속층과 상기 노즐 사이에 배치된 전해 에칭용 제1 전극과; 상기 전해 에칭용 제1 전극과 상기 금속층을 연결하여 전류를 인가하는 제1 정류기와; 상기 에칭액에 의해 에칭된 상기 금속층의 금속 이온을 환원하기 위한 환원장치을 포함한다.
전해 에칭 장치, 인쇄회로기판
Description
도 1은 종래의 에칭 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2a 내지 도 2d는 도 1에 도시된 에칭 장치의 에칭 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 관한 전해 에칭 장치의 요부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 도 3에 도시된 전해 에칭 장치의 에칭 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 전해 에칭 장치 101: 절연기판
102: 금속층 103: 에칭 레지스트
104: 노즐 105: 에칭액
106: 전해 에칭용 제1 전극 107: 제1 정류기
108: 전해액 110: 전해 에칭조
120: 환원조 121: 환원용 제1 전극
122: 환원용 제2 전극 123: 제2 정류기
본 발명은 전해 에칭 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 화학적 공법을 이용하여 인쇄회로기판에 초미세 패턴을 형성할 수 있는 전해 에칭 장치에 관한 것이다.
인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB)은 여러 종류의 부품을 탑재하기 위해 절연기판 위에 도체 회로를 형성시킨 것으로서 전자부품을 전기적으로 연결하여 전원 등을 공급하는 배선의 역할과 전자부품을 기계적으로 고정시켜 주는 역할을 동시에 담당하는 전자부품이다. 인쇄회로기판상에 도체 회로 패턴을 형상하는 방법에는 서브트랙티브법(subtractive process)과 에디티브법(additive process)이 있다. 산업에서 흔히 사용되고 있는 서브트랙티브법은 절연기판 위에 형성된 도체 박막에서 필요한 회로 부분을 제외한 불필요한 부분의 금속 박막을 제거하여 소정의 도체 회로 패턴을 형성하는 인쇄회로기판 제조방법이다. 절연기판 위에 형성된 도체 박막에서 불필요한 부분을 제거하는데 사용되는 것이 에칭(etching, 식각) 기술이다.
도 1은 서브트랙티브법을 이용한 종래의 에칭 장치에 의해 인쇄회로기판을 에칭하는 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 절연기판(11) 상에는 동박(copper foil)(12)이 형성된 동박적층판(16)이 준비되고, 동박적층판(16) 상에는 노광(exposure)과 현상(developing) 과정을 거쳐 소정의 패턴을 갖는 에칭 레지스트(etching resist)(13)가 형성된다. 종래의 에칭 장치(10)는 노 즐(spray nozzle)(14)에서 에칭액(etchant)(15)을 에칭 레지스트(13)가 형성된 동박적층판(16)에 분사한다. 일반적으로 에칭 레지스트(13)는 금속층인 동박(12)보다 에칭 속도가 현저히 낮기 때문에 에칭 레지스트(13)가 형성되지 않은 동박(12)은 에칭액(15)에 의해 제거되어 소정의 회로 패턴이 형성된다.
도 2a 내지 도 2d에는 도 1의 에칭 장치에 의한 에칭 과정을 좀 더 상세하게 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 노즐(14)에서 분사된 에칭액(15)은 에칭 레지스트(13)가 형성되지 않은 동박(12)에서 에칭이 일어난다. 에칭액(15)에 의한 식각은 동박(12)의 수직 방향으로 잘 일어나게 된다. 에칭액(15)에 의한 에칭은 에칭 대상 즉 동박(12)과의 물질교환에 의해 일어나는 것이다. 그러나, 에칭액(15)은 동박(12)을 에칭하는 동안에 동박(12) 벽에서 층류(laminar layer)(A)를 형성하게 된다. 층류(A)는 동박(12) 벽에서 서로 섞이지 않는 흐름으로 물질교환이 제한을 받는다. 회로 패턴이 조밀할수록 즉 에치 레지스트 패턴(13)이 조밀할수록 층류(A)의 두께는 증가하게 되어 에칭액(15) 중 유효 에칭성분의 이동이 제한되어 미세한 회로 패턴의 형성이 어렵다는 문제점이 있었다. 현재 스프레이 에칭액을 사용하는 에칭 장비로는 30㎛ 피치(Pitch)(베이스(Base) 9㎛ 동박(Copper foil)) 형성이 한계이다.
본 발명의 주된 목적은 전기 화학적 공법을 이용하여 인쇄회로기판상에 초미세 회로 패턴을 형상할 수 있는 전해 에칭 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 관한 전해 에칭 장치는, 절연기판상에 형성된 금속층에 대하여 에칭 공정을 행하기 위한 전해 에칭조와; 상기 전해 에칭조를 채우며, 에칭력을 갖는 전해액과; 상기 전해 에칭조에 배치되며, 상기 에칭 공정에 사용되는 에칭액을 분사하는 노즐과; 상기 금속층과 상기 노즐 사이에 배치된 전해 에칭용 제1 전극과; 상기 전해 에칭용 제1 전극과 상기 금속층을 연결하여 전류를 인가하는 제1 정류기와; 상기 에칭액에 의해 에칭된 상기 금속층의 금속 이온을 환원하기 위한 환원장치을 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 환원 장치는, 상기 전해 에칭조와 파이프로 연결되고, 상기 파이프를 통해 상기 전해 에칭조의 전해액이 흘러들어오는 환원조와; 상기 환원조내에서 서로 대향하여 배치된 제1 환원용 전극 및 제2 환원용 전극과; 상기 제1 환원용 전극과 상기 제2 환원용 전극을 연결하여 전류를 인가하는 제2 정류기를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 환원용 제1 전극은 캐소드(cathode)이고, 상기 환원용 제2 전극은 애노드(anode)일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 환원용 제1 전극 및 환원용 제2 전극을 상기 에칭액에 대해 불용성인 금속으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 전해 에칭용 제1 전극은 메쉬(mesh) 형상을 가질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 전해 에칭용 제1 전극은 캐소드(cathode)이고, 상기 금속층은 애노드(anode)일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 전해 에칭용 제1 전극과 금속층은 전기적 극성이 시간에 따라 변화할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 전해 에칭용 제1 전극은 상기 에칭액에 대해 불용성인 금속으로 이루어질 수 있다.
이하, 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나. 본 발명은 이밖에도 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 관한 전해 에칭 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 관한 전해 에칭 장치(100)는 절연기판(101)상에 형성된 금속층(102)에 대하여 에칭 공정을 행하기 위한 전해 에칭조(110)를 구비한다. 전해 에칭조(110)에는 에칭력을 갖는 전해액(108)으로 채워진다. 또한, 전해 에칭조(110)에는 에칭 공정에 사용되는 에칭액(105)을 분사하는 노즐(104), 전해 에칭용 제1 전극(106), 제1 정류기 및 환원 장치(150)를 포함한다.
전해 에칭조(110)는 절연기판(101)상에 형성된 금속층(102)에 대하여 에칭 공정을 행하기 위한 공간을 제공한다. 전해 에칭조(110)에는 에칭력을 갖는 전해 액(108)으로 채워진다.
전해액(108)은 전기 화학적 반응을 야기하여 전기 혹은 이온 전도성을 나타내게 하는 매체이다. 전해액(108)의 예로서는 그 자체의 액체산 혹은 액체염기 및 산, 염기 및 염의 전해 용액을 포함할 수 있다. 본 발명에 있어서, 루이스 산, 루이스 염기 혹은 그들의 용액이 전해액으로서 바람직하게 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 에칭 대상인 금속층(102)의 에칭 부분(에칭될 부분)용 재료에 따라, 적절한 전해액이 예를 들어, 염화 나트륨(sodium chloride), 염화 칼륨(potassium chloride), 염화 알루미늄, 염화 아연, 염화 주석, 페릭 크롤라이드 소듐 나이트라이트(ferric chloride sodium nitrade) 및 포타슘 나이트라이트의 수용액, 하이드로크로릭 산, 니트릭 산 및 설퍼릭 산 등의 산들, 및 물로 희석된 이들 산들의 용액의 수용액을 포함하는 각종 액체로부터 적절하게 선택될 수 있다.
본 발명에 사용되는 전해액(108)은 자체로 에칭력을 가지고 있기 때문에 전해 에칭용 제1 전극(106)과 금속층(102)에 전류가 인가되지 않는 경우에도 전해액(108)에 의해 물리 화학적 에칭이 가능하다.
전해액(108)은 상술한 산을 포함하고 있으므로 전해조(110)는 예를 들면, 부식의 발생을 방지하는 내 부식성을 갖고 중량이 가볍고 형태가 변형되기 쉬운 비닐 크롤라이드 수지 및 아크릴 수지를 포함할 수 있는 저 부식 재료로 바람직하게 이루어 질 수 있다.
전해조(110) 내에는 에칭액(105)을 에칭 대상인 금속층(102)에 분사하는 노즐(104)을 포함한다. 노즐(104)에서 분사된 에칭액(105)은 금속층(102)에서 에칭 레지스트(103)가 형성되지 않은 부분에서 물리 화학적인 물질 교환에 의해 에칭이 일어난다.
노즐(104)과 금속층(102) 사이에는 전해 에칭용 제1 전극(106)이 배치되며, 전해 에칭용 제1 전극(106)과 금속층(102)은 제1 정류기(107)로 연결된다. 제1 정류기(107)는 전해 에칭용 제1 전극(106)과 금속층(102)에 전류를 공급한다.
본 발명의 일 실시예에 관한 전해 에칭 장치(100)에서는 전해 에칭용 제1 전극(106)이 캐소드(cathode)가 되고 금속층(102)이 애노드(anode)가 될 수 있다. 따라서 전해 에칭용 제1 전극(106)과 금속층(102) 사이에는 전기장이 발생하고, 에칭력을 갖진 전해액(108)은 상기 전기장에 의한 전위적 드라이빙 포스(driving force)에 의해 에칭 대상인 금속층(102)을 에칭할 수 있다. 전위적 드라이빙 포스를 이용하여 에칭하는 경우에는 종래와 같이 에칭액에 의한 물리 화학적인 물질교환을 이용하여 에칭할 때 발생하는 층류의 영향이 현저히 감소하기 때문에 미세한 회로 패턴의 구현이 가능하다. 또한 전기장에 의한 전위적 드라이빙 포스는 전해 에칭용 제1 전극(106)과 금속층(102)에 수직으로 발생하기 때문에 금속층(102)을 에칭하는 경우에도 수직 에칭이 더 활발히 일어나므로 미세한 회로 패턴의 구현이 가능하다.
본 발명의 다른 실시예에서는 제1 정류기(107)에서 공급되는 전류가 교류 전류일 수 있다. 따라서, 전해 에칭용 제1 전극(106)과 금속층(102)의 극성은 시간에 따라 변화하게 된다. 여기에 전하를 갖는 고분자 물질은 애디티브(additive)를 사용하여 보다 국부적인 에칭효과를 상승시킬 수 있다.
전해 에칭용 제1 전극(106)은 노즐(104)과 금속층(102)은 사이에 배치된다. 따라서, 노즐(104)에서 분사되는 에칭액(105)이 금속층(102)에 도달하기 위해서는 전해 에칭용 제1 전극(106)은 메쉬(mesh) 형상일 수 있다. 전해 에칭용 제1 전극(106)은 에칭 대상이 아니면서 에칭액(105)이나 에칭력을 가진 전해액(108)에 노출되므로 에칭액(105)이나 에칭력을 가진 전해액(108)에 불용성인 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다.
환원장치(150)는 환원조(120), 환원용 제1 전극(121), 환원용 제2 전극(122) 및 제2 정류기(123)을 포함한다.
환원장치(150)는 전해조(110)와 파이프(124, 125) 연결되어 있다. 전해조(110)에서는 계속해서 금속층(102)에서 에칭이 일어나고 전해액(108)에는 에칭된 금속층(102)의 금속이온이 발생하게 된다. 전해액(110) 속에 금속이온이 증가하게 되면 전해액(110)에 의한 에칭력이 감소하게 된다. 이에 따라 환원장치(150)에서는 전해조(110) 내의 전해액(108)에서 금속이온을 석출하여 전해액(108)의 에칭력을 유지하는 기능을 한다.
환원장치(150)와 전해조(110)를 연결하는 파이프(124)는 전해조(110)의 상부에 연결되어 있어서 에칭액(105)이 계속해서 분사되어 전해액(108)이 증가하여 파이프(124) 입구부까지 증가하게 되면 전해액(108)을 환원조(120)로 이동시킨다.
환원조(120)에는 서로 마주보는 환원용 제1 전극(121)과 환원용 제2 전극(122)이 배치되어 있으며, 상기 두 전극(121, 122)에는 제2 정류기(123)가 연결되어 있다. 본 발명의 일 실시예에 관한 전해 에칭 장치(100)에서는 환원용 제1 전 극(121)이 애노드가 되며, 환원용 제2 전극(122)이 캐소드가 될 수 있다. 캐소드가 되는 환원용 제2 전극(122)은 금속층(102) 보다 환원력이 강한 금속이 사용되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 제2 정류기(123)에서 전류가 인가됨에 따라 캐소드 역할을 하는 환원용 제2 전극(122)은 전해액(126) 속의 금속이온이 환원되어 석출될 수 있다. 금속이온이 석출된 전해액(126)은 다시 환원장치(150)와 전해조(110)를 연결하는 파이프(125)를 통해 전해조(110)로 이동된다. 상기와 같은 과정을 통해 전해액 속의 금속이온이 석출되어 전해액은 적정한 에칭력을 유지할 수 있다.
본 발명은 전기적 전극을 사용하여 에칭 대상인 금속층에 수직에 가까운 에칭력을 제공함으로써 초미세 패턴의 형성이 가능하다. 또한, 전해액 속의 금속이온을 환원시키는 환원장치를 구비함으로써 전해액의 금속이온에 대한 포화를 방지함으로써 전해액의 에칭력을 유지할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
Claims (8)
- 절연기판상에 형성된 금속층에 대하여 에칭 공정을 행하기 위한 전해 에칭조;상기 전해 에칭조를 채우며, 에칭력을 갖는 전해액;상기 전해 에칭조에 배치되며, 상기 에칭 공정에 사용되는 에칭액을 분사하는 노즐;상기 금속층과 상기 노즐 사이에 배치된 전해 에칭용 제1 전극;상기 전해 에칭용 제1 전극과 상기 금속층을 연결하여 전류를 인가하는 제1 정류기; 및상기 에칭액에 의해 에칭된 상기 금속층의 금속 이온을 환원하기 위한 환원장치을 포함하는 전해 에칭 장치.
- 제1항에 있어서,상기 환원 장치는상기 전해 에칭조와 파이프로 연결되고, 상기 파이프를 통해 상기 전해 에칭조의 전해액이 흘러들어오는 환원조;상기 환원조내에서 서로 대향하여 배치된 제1 환원용 전극과 제2 환원용 전극; 및상기 제1 환원용 전극과 상기 제2 환원용 전극을 연결하여 전류를 인가하는 제2 정류기를 포함하는 전해 에칭 장치.
- 제2항에 있어서,상기 환원용 제1 전극은 캐소드(cathode)이고, 상기 환원용 제2 전극은 애노드(anode)인 전해 에칭 장치.
- 제3항에 있어서,상기 환원용 제1 전극 및 상기 환원용 제2 전극은 상기 에칭액에 대해 불용성인 금속으로 이루어진 전해 에칭 장치.
- 제1항에 있어서,상기 전해 에칭용 제1 전극은 메쉬(mesh) 형상을 갖는 전해 에칭 장치.
- 제1항에 있어서,상기 전해 에칭용 제1 전극은 캐소드(cathode)이고, 상기 금속층은 애노드(anode)인 전해 에칭 장치.
- 제1항에 있어서,상기 전해 에칭용 제1 전극과 상기 금속층은 전기적 극성이 시간에 따라 변화하는 전해 에칭 장치.
- 제1항에 있어서,상기 전해 에칭용 제1 전극은 상기 에칭액에 대해 불용성인 금속으로 이루어진 전해 에칭 장치.
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