KR20080093739A

KR20080093739A - 인쇄회로기판의 표면처리방법

Info

Publication number: KR20080093739A
Application number: KR1020070037891A
Authority: KR
Inventors: 이정한; 노중현; 쯔네요 야부우치
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2007-04-18
Filing date: 2007-04-18
Publication date: 2008-10-22
Also published as: KR100871028B1

Abstract

본 발명은 인쇄회로기판의 표면처리방법에 관한 것으로서, 인쇄회로기판의 절연층 표면을 과망간산 에칭액을 이용한 에칭을 통해서 디스미어하기 전에 프리-에칭을 수행하고, 디스미어 공정 후 알칼리금속 용액을 이용하여 표면처리를 하는 것에 특징이 있다.

본 발명의 방법에 따르면, 디스미어 공정 전후에 각각 프리-에칭 및 알칼리금속 용액 처리 과정을 수행하여 인쇄회로기판 절연층을 표면처리함으로써 친환경적인 조건으로 미세 회로의 형성에 적합한 표면조도의 형성과 밀착력을 확보할 수 있다.

인쇄회로기판, 디스미어, 에칭, 과망간산, 알칼리금속, 표면처리

Description

인쇄회로기판의 표면처리방법 {Process for surface treating printed circuit board}

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따른 인쇄회로기판의 표면처리과정을 개략적으로 나타낸 순서도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따른 인쇄회로기판의 표면처리 시 각 공정단계에서 처리된 절연층 표면의 변화를 도식적으로 나타낸 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예 1에 따라 표면처리된 인쇄회로기판 절연층의 표면상태를 나타낸 SEM 사진이다.

도 4는 본 발명의 비교예 1에 따라 표면처리된 인쇄회로기판 절연층의 표면상태를 나타낸 SEM 사진이다.

도 5는 인쇄회로기판의 일반적인 적층과정을 개략적으로 나타낸 순서도이다.

도 6은 종래기술의 일 실시형태에 따른 인쇄회로기판의 표면처리과정을 개략적으로 나타낸 순서도이다.

도 7은 종래기술의 일 실시형태에 따른 인쇄회로기판의 표면처리 시 각 공정단계에서 처리된 절연층 표면의 변화를 도식적으로 나타낸 단면도이다.

본 발명은 인쇄회로기판의 미세 회로 형성을 위한 절연층의 표면처리에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로는, 본 발명은 절연층의 표면처리를 통하여 회로의 밀착력 향상 및 미세 회로 형성이 가능한 인쇄회로기판의 표면처리방법에 관한 것이다.

최근 들어, 고밀도, 고속화, 소형화에 대한 강력한 요구에 따라, 시스템의 집적화(system in packaging)까지 대응 가능한 새로운 고집적 기판(packaging substrate)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한, 이러한 요구에 부합하기 위하여 미세 회로 구현 또한 주요 연구 대상으로 부각되고 있다.

미세 회로 구현을 위해서는 다양한 방법이 제시되고 있으며, 고다층, 고속화에 대응하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 특히, 미세 회로를 형성하고 난 후에 신뢰성에 대한 검증이 재현되어야 최종 안정된 상태에서 제품 양산이 가능하기 때문에 그 중요성이 더욱 부각되고 있다.

기존에 미세 회로 구현에 많이 적용하고 있는 세미-애더티브(semi-additive) 공법은 무전해 도금에 의한 시드 층(seed layer)으로 전해동을 쌓아 미세 회로를 구현하고 있다. 또한, 최근에는 향후 미세 회로 양산에 대비하여 기존의 시드 층인 무전해 도금 대신에 플라즈마에 의한 표면개질과 이를 스퍼터링에 의해 표면의 시드 층을 형성시키는 방법 또한 검토되고 있다.

도 5에 인쇄회로기판의 일반적인 적층과정을 순서도로 나타내었다.

도 5를 참조하면, 적층하고자 하는 절연재의 표면을 전처리(예를 들어, CZ 처리)하여 조도를 형성한 후(S001), 소정의 압력 및 온도 조건에서 진공 라미네이터를 이용하여 적층하고(S002) 예비 경화시킨 다음(S003), 레이저 드릴을 통해서 층간 접속을 위한 비아홀을 가공한다(S004). 이어서, 상술한 비아홀 가공 시 형성된 내벽 잔사 등의 제거 및 추후 공정에서의 밀착력 확보를 위해 디스미어 처리한 후(S005), 무전해 동도금, 드라이 필름 적층, 노광/현상, 전해 도금 등의 공정을 거쳐 회로를 형성한다(S006).

특히, 도 6에 종래기술의 일 실시형태에 따라 디스미어 공정을 통해서 인쇄회로기판을 표면처리하는 과정을 순서도로 나타내었다.

도 6을 참조하면, 우선, 에칭을 위한 최적 상태로 만들기 위하여 비아홀이 가공된 절연층을 갖는 인쇄회로기판에 잔재하는 스미어를 팽윤시킨 후(S011), 예를 들어, 2단 핫 린스, 린스, 핫 린스 등을 통해서 세척하고(S012), 과망간산 에칭액으로 디스미어한다(S013). 이어서, 상기 절연층을 예를 들어, 3단 핫 린스, 2단 린스 등을 통해 세척하고(S014) 중화단에서 잔류 망간산을 중화시킨 후(S015), 다시 예를 들어, 2단 핫 린스, 3단 수세, 핫 린스 등을 통해 세척한다(S016).

이와 같은 과망간산 에칭액을 이용한 디스미어 전(a)과 후(b)의 절연층 표면의 상태변화를 도 7에 나타내었다.

기존의 디스미어 공정은 일반적인 조건의 회로를 구현하고자 할 때는 알맞으나 미세 회로의 구현에는 어려움이 따른다. 예를 들어, 도 7에 나타낸 바와 같이, 필러가 함침된 인쇄회로기판의 경우, 디스미어 공정 후에도 필러의 일부가 존재하 여 미세 회로를 형성하는데는 적합하지가 않아 통상 아덴(aden) 처리를 통하여 필러 성분을 제거하나, 이 경우 F 성분이 들어가 있기에 위험성이 높아지는 문제점이 있다.

이에 본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 광범위한 연구를 거듭한 결과, 통상의 디스미어 공정 전후에 각각 프리-에칭 및 알칼리금속 용액 처리 과정을 추가함으로써 친환경적으로 미세 회로의 구현이 가능한 인쇄회로기판의 표면처리방법을 발견하였고, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.

따라서, 본 발명의 일 측면은 친환경적인 조건으로 미세 회로를 형성할 수 있는 인쇄회로기판의 표면처리방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 측면은 미세 회로의 형성에 적합한 표면조도의 형성과 밀착력을 확보할 수 있는 인쇄회로기판의 표면처리방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 바람직한 일 실시태양에 따른 인쇄회로기판의 표면처리방법은:

(a) 편면 또는 양면에 비아홀이 형성된 절연층을 갖는 인쇄회로기판을 제공하는 단계;

(b) 상기 인쇄회로기판의 절연층 표면을 과망간산 에칭액을 이용하여 프리-에칭하는 단계;

(c) 상기 프리-에칭된 인쇄회로기판의 절연층 표면에 잔재하는 스미어를 팽윤시킨 후, 과망간산 에칭액을 이용하여 디스미어하는 단계; 및

(d) 상기 디스미어된 인쇄회로기판의 절연층 표면을 0.1∼5N의 알칼리금속 용액으로 처리하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 프리-에칭은 1∼10분 동안 수행될 수 있다.

상기 디스미어는 또한 5∼30분 동안 수행되는 것이 바람직하다.

상기 알칼리금속 용액 처리는 바람직하게는 1∼20분 동안 수행될 수 있다.

상기 알칼리금속 용액 처리는 또한 20∼80℃의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다.

상기 알칼리금속 용액은 바람직하게는 NaOH 또는 KOH 수용액이며, 그 농도는 0.1∼5N인 것이 바람직하다.

한편, 상기 프리-에칭 및 디스미어 후에는 각각 중화 과정이 수행되는 것이 바람직하며, 또한, 상기 프리-에칭, 디스미어, 중화, 팽윤 및 알칼리금속 용액 처리 시 각 과정 전, 후 또는 전후 모두에는 세척 과정이 수행되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

도 1에 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따른 인쇄회로기판의 개략적인 표면처리과정을 순서도로 나타내었고, 도 2에 각 공정단계 전후의 절연층 표면의 변 화를 도식적으로 나타내었다.

본 발명의 표면처리방법에 따르면, 기존 디스미어 공정에서의 홀 내벽 잔사 제거 및 조면을 형성하는 부분에서의 신규 적용이 들어간다. 기존의 표면처리 조건(디스미어 공정)은 일반적인 조건의 회로를 구현하고자 할 때는 알맞으나 미세 회로의 구현에는 어려움이 따른다. 따라서, 본 발명에서는 도 1에 나타낸 바와 같이 기존 공정의 변화를 통하여 미세 회로의 구현이 가능한 표면처리 조건을 만들 수가 있다.

도 1을 참조하면, 우선, 편면 또는 양면에 비아홀이 형성된 절연층을 갖는 인쇄회로기판의 절연층 표면을 과망간산 에칭액을 이용하여 프리-에칭한다(S101).

본 발명에서 적용 가능한 절연층의 종류는 당업계에서 통상 절연재로서 사용되는 것이라면 특별히 한정되지 않고 사용 가능하다. 또한, 상기 비아홀의 경우 통상 레이저 드릴 가공 또는 기계 드릴 가공 등을 통해 가공될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 프리-에칭 과정에서의 과망간산의 조건 및 공정 조건은 특별히 한정되지 않고 당업계에 공지된 바에 따라 기존 디스미어에서의 조건과 동일한 조건으로 사용해도 무방하다.

미세 회로(5∼15㎛)의 형성을 위해서는 상기 프리-에칭 개념이 더욱 중요해지기 때문에 기판 표면 및 홀 내에 조도를 형성하는 것이 필요하다. 다만, 처음부터 과다한 에칭을 실시하게 되면 홀 내의 거칠기가 심화되어 후속 공정에서의 어려움이 발생할 수 있으며, 레이저 드릴 이후의 비아에도 영향을 줄 수 있으므로 단시 간 동안의 프리-에칭이 적절하다. 따라서, 비아에 영향을 최소로 주면서 절연재 표면에서의 조도 형성을 위해서는 과망간산 에칭액에서 약 1∼10분, 좀 더 바람직하게는 1∼3분 동안 프리-에칭을 해주는 것이 바람직하다.

상기 프리-에칭 후에는 린스-중화-린스 과정과 같은 통상의 에칭 공정 시 적용되는 중화, 세척 공정이 특별히 한정되지 않고 더욱 수행될 수 있다.

이어서, 기존의 디스미어 공정에서와 같이, 절연층 표면에 잔재하는 스미어를 팽윤시킨 후(S102), 과망간산 에칭액을 이용하여 디스미어한다(S103).

상기 스미어 팽윤 과정은 비아홀 형성을 위한 레이저 가공이후 홀 내부를 포함하는 절연층 표면에 잔재하는 스미어를 부풀림 상태로 만들기 위하여 pH 약 10∼12로 최적 에칭을 위한 컨디셔너(conditioner)의 역할을 한다. 상기 팽윤 과정은 당업계에 공지된 것이라면 특별히 한정되지 않고 모두 적용 가능하다. 상기 팽윤 과정 이후 통상 적용되는 린스와 같은 세척 과정이 더욱 수행될 수 있음은 물론이다.

상기 디스미어 과정에서 적용되는 과망간산의 조건 및 공정 조건은 특별히 한정되지 않고 당업계에 공지된 것이라면 모두 적용 가능하다. 바람직하게는, 상기 디스미어 과정은 5∼30분 동안 수행되는 것이 경제성 대비 효율 면에서 가장 적합하다. 또한, 상기 디스미어 후에는 3단 핫 린스-중화-2단 핫 린스 과정과 같은 통상의 에칭 공정 시 적용되는 중화, 세척 공정이 특별히 한정되지 않고 더욱 수행될 수 있다.

마지막으로, 알칼리금속 용액을 사용하여 표면처리를 실시한다(S104).

상기 알칼리금속 용액으로는 경제성 대비 효율면에서 NaOH, KOH 수용액이 가장 바람직하다. 이때, 상기 알칼리금속 용액의 농도는 0.1∼5N이 바람직하며, 더 바람직하게는 1.0∼1.5N이다. 상기 농도가 0.1N 미만인 경우에는 표면처리 효과가 미미하다. 5N을 초과하는 경우에는 절연층의 물성이 바뀌고 표면 개질 정도가 심해져 미세 회로 구현을 위한 제어가 어려워질 수 있으므로 바람직하지 않다.

한편, 상기 알칼리금속 용액에 의해 절연층을 구성하는 절연재의 필러 성분과 주변의 고분자 성분이 표면개질되어 조도 형성이 용이하도록 하여 밀착력을 증가시키는데 바람직한 시간이 필요하다. 표면개질 정도는 실제 사용되는 용액의 종류, 용액의 농도 및 처리 시간에 따라 차이를 보이게 되나, 처리시간이 늘어난다고 해서 계속적인 표면 개질이 이루어지는 것은 아니며, 바람직하게는 1∼20분 정도의 처리 시간이 적당하다. 또한, 예를 들어, 0.5∼1.5N의 경우 절연재의 성분에 따라 바람직한 시간은 3∼8분 정도이다.

상기 절연층의 표면처리를 위해서는 최적의 온도조건이 필요한데, 80℃를 초과하는 온도에서는 알칼리금속 화합물의 화학적 특성이 바뀔 수 있으므로, 바람직하게는 20∼80℃, 좀 더 바람직하게는 약 45∼55℃이다.

상기 알칼리금속 용액으로의 표면 처리 후에는 핫 린스와 같은 세척 과정이 더욱 수행될 수 있다.

이처럼, 본 발명에 따르면, 상술한 바와 같이 통상의 디스미어 과정 전 후에 각각 프리-에칭 및 알칼리금속 용액을 이용한 표면처리 과정을 부가함으로써 도 2에 나타낸 바와 같은 표면개질 효과를 얻을 수 있다.

즉, 프리-에칭을 통하여 홀 내벽의 잔사 및 조면을 살짝 형성한 이후(도 2 (a) 및 (b)), 통상의 디스미어 공정을 수행한 다음(도 2 (c)), 알칼리금속 용액을 사용하여 절연층의 표면 처리를 완성함으로써(도 2 (d)), 절연층을 구성하는 SiO₂와 같은 필러의 주성분뿐만 아니라 주변의 고분자도 같이 떨어져 나가는 효과를 얻을 수 있다. 통상 기존의 디스미어 공정을 수행하는 경우에는 큰 지름을 갖는 SiO₂와 같은 필러 성분의 존재에 기인하여 미세 회로의 형성에는 적합하지 않아 아덴 등의 별도의 처리 과정을 통해서 필러 성분을 제거하였으나, 이는 전술한 바와 같이 F 성분이 들어가 있기에 위험성이 높은 문제점이 있었다. 그러나, 본 발명에서는 프리-에칭과 더불어 알칼리금속 용액을 이용하여 표면 처리함으로써 공정내에서 위험성을 줄이면서 친환경적인 조건으로 미세 회로(5∼15㎛)의 구현에 알맞은 조건을 형성할 수 있다.

이하 하기 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하지만 이에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

절연층의 절연 자재로서 필러로서 SiO₂가 함침된 에폭시계 수지를 사용하여 프리-에칭에서의 과망간산 처리는 약 3분, 팽윤 시간은 최대 10분, 팽윤 이후 과망간산 처리는 약 20분으로 수행하였다. 또한, 1N KOH 수용액을 사용하여 50℃에서 약 5분 동안 처리한 후, 이로부터 처리된 절연층의 필(peel) 값과 에칭량(etching amount)을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 상기와 같이 처리된 절연층의 표면 조도 사진을 도 3에 나타내었다.

비교예 1

프리-에칭 및 1N KOH 수용액으로의 처리 과정을 생략한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 얻은 절연층의 필 값과 에칭량을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 상기와 같이 처리된 절연층의 표면 조도 사진을 도 4에 나타내었다.

실시예 2

절연층의 절연 자재로서 필러로서 SiO₂가 함침된 (에폭시+페놀)계 수지를 사용하여 프리-에칭에서의 과망간산 처리는 약 3분, 팽윤 시간은 최대 10분, 팽윤 이후 과망간산 처리는 약 20분으로 수행하였다. 또한, 1N KOH 수용액을 사용하여 55℃에서 약 6분 동안 처리한 후, 이로부터 처리된 절연층의 필 값과 에칭량을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 2

프리-에칭 및 1N KOH 수용액으로의 처리 과정을 생략한 것을 제외하고는 실 시예 2와 동일하게 실시하여 얻은 절연층의 필 값과 에칭량을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

	필 값 (N/m)	E.A (㎍/㎠)
실시예 1	492	887
비교예 1	476	807
실시예 2	677	383
비교예 2	636	370

표 1, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 비교예의 일반적인 디스미어 공정에 따라 처리된 절연층의 경우, 필러 성분[SiO₂]이 많이 남아 있지만 본 발명에 따라 표면처리된 절연층의 경우, 필러성분[SiO₂]이 많이 사라진 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명에 따라 표면처리된 절연층의 경우, 미세 회로의 형성을 위한 충분한 필 값 및 조도를 나타냄을 알 수 있었다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 인쇄회로기판의 표면처리방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 방법에 따르면, 통상의 디스미어 공정 전후에 프리-에칭 및 알칼리금속 용액 처리 과정을 각각 수행하여 인쇄회로기판 절연층을 표면처리함으로써 친환경적인 조건으로 미세 회로의 형성에 적합한 표면조도의 형성과 밀착력을 확보할 수 있다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

Claims

(a) 편면 또는 양면에 비아홀이 형성된 절연층을 갖는 인쇄회로기판을 제공하는 단계;

(b) 상기 인쇄회로기판의 절연층 표면을 과망간산 에칭액을 이용하여 프리-에칭하는 단계;

(c) 상기 프리-에칭된 인쇄회로기판의 절연층 표면에 잔재하는 스미어를 팽윤시킨 후, 과망간산 에칭액을 이용하여 디스미어하는 단계; 및

(d) 상기 디스미어된 인쇄회로기판의 절연층 표면을 0.1∼5N의 알칼리금속 용액으로 처리하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 표면처리방법.
제1항에 있어서, 상기 프리-에칭은 1∼10분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 표면처리방법.
제1항에 있어서, 상기 디스미어는 5∼30분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 표면처리방법.
제1항에 있어서, 상기 알칼리금속 용액 처리는 1∼20분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 표면처리방법.
제1항에 있어서, 상기 알칼리금속 용액 처리는 20∼80℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 표면처리방법.
제1항에 있어서, 상기 알칼리금속 용액은 NaOH 또는 KOH 수용액인 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 표면처리방법.
제1항에 있어서, 상기 알칼리금속 용액의 농도는 0.1∼5N인 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 표면처리방법.
제1항에 있어서, 상기 프리-에칭 및 디스미어 후에는 각각 중화 과정이 수행되는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 표면처리방법.
제1항 또는 제8항에 있어서, 상기 프리-에칭, 디스미어, 중화, 팽윤 및 알칼리금속 용액 처리 시 각 과정 전, 후 또는 전후 모두에는 세척 과정이 수행되는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 표면처리방법.