KR20090083568A - Printed circuit board with embeded capacitor and fabricating method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 커패시터 내장형 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 스크린 프린팅 방식을 이용하여 기설계된 커패시터 용량 값을 쉽게 구현하도록 하는 커패시터 내장형 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitor-embedded printed circuit board and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a capacitor-embedded printed circuit board and a method of manufacturing the same.
인쇄회로기판(Printed Circuit Board : PCB)은 인쇄 회로용 원판에 전기 배선의 회로 설계에 따라 각종 전자 부품을 연결하거나 부품을 지지해주는 전지 전자 제품의 핵심 부품으로서, 가전기기, 통신기기 및 산업용 기기 등에 전반적으로 사용되는 수동 부품이다.Printed Circuit Board (PCB) is a core component of a battery electronic product that connects various electronic components according to the circuit design of the electric wiring to the printed circuit board and supports the parts. It is used in household appliances, It is a passive component used in general.
인쇄회로기판은 페놀 수지 또는 에폭시 수지 절연판 등의 한 면에 구리 등의 박판을 부착시킨 후, 회로의 배선 패턴에 따라 상기 박판을 식각하여 필요한 회로를 구성하고, 부품들을 부착 탑재시키기 위한 비아 홀을 형성한다.A printed circuit board is obtained by attaching a thin plate of copper or the like to one side of a phenol resin or an epoxy resin insulating plate or the like and then etching the thin plate according to the wiring pattern of the circuit to form a necessary circuit, .
이러한 인쇄회로기판은 배선 회로 면의 수에 따라 단면 기판, 양면 기판, 다층 기판 등으로 분류되며, 층수가 많을수록 부품의 실장력이 우수하여 고정밀 제품 에 사용된다.Such a printed circuit board is classified into a single-sided board, a double-sided board, and a multi-layer board according to the number of wiring circuit surfaces, and the higher the number of layers, the better the mounting force of components.
한편, 최근 전자산업의 발달에 따른 전자 제품의 소형화 및 고기능화의 요구로 인해 전자 부품이 고밀도화 및 고성능화되고 있으며, 이에 따라 저항(Resistance), 커패시터(Capacitor), 인덕터(Inductor)와 같은 수동 소자(Passive Component)의 사용 개수도 상대적으로 늘어나고 있다.Meanwhile, due to the recent demand for miniaturization and high functionality of electronic products due to the development of the electronic industry, electronic components have become high density and high performance, and passive devices such as resistors, capacitors and inductors have been developed. Component) is also increasing relatively.
이러한 수동 소자들이 인쇄회로기판에서 차지하는 면적은 기판 면적의 50%를 넘는다. 따라서, 수동 소자가 차지하는 부피를 줄이는 것이 전자 제품을 소형화할 수 있는 방편이 된다.These passive components occupy more than 50% of the printed circuit board area. Therefore, reducing the volume occupied by the passive element is a way to miniaturize the electronic product.
커패시터는 디지털 회로, 아날로그 회로, 고주파 회로 등의 전자 회로에서 커플링 및 디커플링(Coupling & Decoupling), 필터(Filter), 임피던스 매칭(Impedance Matching) 및 신호 매칭(Signal Matching), 차지 펌프(Charge Pump) 및 복조(Demodulation) 등 다양한 목적으로 사용되는 수동 소자이다.Capacitors are used for coupling and decoupling, filters, impedance matching and signal matching, and charge pump in electronic circuits such as digital circuits, analog circuits, and high frequency circuits. And Demodulation, which are used for various purposes.
커패시터는 일반적으로 칩, 디스크 등의 다양한 형태로 제조되어 인쇄회로기판의 표면에 실장되어 사용되었으나, 최근 다음과 같은 요인으로 인해 커패시터를 인쇄회로기판 내부에 내장하려는 다양한 시도가 이루어지고 있다.In recent years, various attempts have been made to integrate a capacitor in a printed circuit board due to the following factors.
1) 전자기기의 소형화 및 복합화에 따라, 인쇄회로기판에 수동 소자들이 실장될 수 있는 면적이 줄어듦1) With the miniaturization and complexity of electronic devices, the area where passive components can be mounted on a printed circuit board is reduced.
2) 전자기기의 고속화에 의한 사용 주파수가 높아짐에 따라, 수동 소자와 IC 사이에 도체 및 솔더(Solder) 등 여러 가지 요인으로 인해 기생임피던스(Parasitic Impedance)가 발생함2) Parasitic impedance occurs due to various factors such as the conductor and solder between the passive element and the IC as the frequency of use by the speeding up of the electronic device becomes higher.
도 1은 종래의 커패시터 내장형 인쇄회로기판을 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a conventional printed circuit board with a built-in capacitor.
이에 도시된 바와 같이, 절연층(10) 내에 형성된 박막 유전체 층(11)과, 상기 박막 유전체 층(11) 하부에 형성된 하부 전극(12)과, 상기 박막 유전체 층(11) 상부에 형성된 상부 전극(13)과, 상기 절연층(10) 상에 형성되어 상기 하부 전극(12)과 전기적으로 연결되는 하부 전극 패드(14)를 포함하여 이루어진다.A thin film
이와 같이 구성된 종래의 커패시터 내장형 인쇄회로기판에 있어서, 상기 박막 유전체 층(11), 하부 전극(12) 및 상부 전극(13)은 스크린 프린팅 기법으로 형성된다. In the conventional capacitor-embedded printed circuit board thus configured, the thin
상기 박막 유전체 층(11)은 면적이 넓고 두께가 얇기 때문에 주로 고용량의 디커플링(Decoupling) 커패시터로 활용 가능하다.Since the thin
도 2a 내지 도 2d는 종래의 커패시터 내장형 인쇄회로기판의 제조방법을 나타낸 단면도이다.2A to 2D are cross-sectional views illustrating a conventional method of manufacturing a capacitor-embedded printed circuit board.
이에 도시된 바와 같이, 먼저 금속 포일(20) 상에 박막 유전체 층(21)을 스크린 프린팅하여 형성한다(도 2a).As shown, a thin
다음으로, 상기 금속 포일(20) 상에 상기 박막 유전체 층(21)의 일부를 감싸며 하부 전극(22)을 형성한다(도 2b).Next, a
이어서, 상기 금속 포일(20) 상에 상기 박막 유전체 층(21) 및 하부 전 극(22)을 감싸며 절연층(23)을 적층하여 적층 구조물(A)을 형성한다(도 2c).Next, an
연이어, 상기 적층 구조물(A)을 뒤집은 후, 상기 금속 포일(20)을 식각하여 상부 전극(24) 및 하부 전극 패드(25)를 형성한다(도 2d). 이때, 상기 하부 전극(22)은 상기 하부 전극 패드(25)를 통해 외부와 전기적으로 연결된다.After the stacked structure A is turned over, the
종래의 커패시터 내장형 인쇄회로기판에 있어서, 박막 유전체 층의 경우 두께 조절이 중요한데, 고용량의 커패시터 제작을 위해 스크린 프린팅 시 마스크(Mask)의 오픈(Open) 되는 면적을 크게 하기 때문에 두께 조절이 쉽지가 않다는 문제점이 있다.In a conventional capacitor-embedded printed circuit board, it is important to control the thickness of a thin dielectric layer. In order to manufacture a capacitor of a high capacity, it is difficult to control the thickness because the area of mask opening is increased during screen printing. There is a problem.
그리고, 스크린 프린팅 시 마스크(Mask)의 오픈(Open) 되는 면적을 크게 하여 박막 유전체 층의 면적이 넓게 형성되기 때문에, 표면이 평탄하게 형성되지 못하고 표면 거칠기(Roughness)가 발생하는데, 이는 하부 전극과의 접촉성에 문제를 일으키는 원인이 된다.Since the area of the mask to be masked during screen printing is increased to form a large area of the thin dielectric layer, the surface can not be formed flat and the surface roughness is generated. Which may cause problems in the contactability of the substrate.
또한, 하부 전극과 상부 전극의 겹치는 부분이 커패시터의 용량을 결정하게 되는데, 상부 전극을 형성할 때 상기 하부 전극이 가려져 있어 하부 전극과 겹치는 면적을 정확히 제어하기가 어렵다는 문제점이 있다.In addition, the overlapping portion of the lower electrode and the upper electrode determines the capacitance of the capacitor. In forming the upper electrode, the lower electrode is hidden, and it is difficult to accurately control the overlapping area with the lower electrode.
이 경우, 고용량의 커패시터를 형성하는 데는 큰 문제가 되지 않으나, 저용량의 RF 매칭용 커패시터를 제작하는 데에는 큰 어려움이 있게 된다.In this case, forming a capacitor of a high capacity is not a serious problem, but it is difficult to manufacture a capacitor of a low capacity RF matching.
본 발명의 목적은 스크린 프린팅 방식을 이용한 내장형 커패시터를 제작하는 데 있어서, 설계된 커패시터 용량 값을 쉽게 구현할 수 있는 커패시터 내장형 인쇄회로기판 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a capacitor-embedded printed circuit board and a method of manufacturing the capacitor-built-in printed circuit board, which can easily implement a designed capacitor capacitance value in manufacturing an embedded capacitor using a screen printing method.
상기 문제점을 해결하기 위해 고안된 본 발명의 커패시터 내장형 인쇄회로기판의 바람직한 실시예는, 유전체 층의 양 측면에 형성된 제1 전극 및 제2 전극과, 상기 유전체 층, 제1 전극 및 제2 전극의 각 측면을 감싸며 형성된 절연층과, 상기 절연층 상에 형성되며, 상기 제1 전극 및 제2 전극과 각각 접촉되어 형성된 제1 전극 패드 및 제2 전극 패드를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.A preferred embodiment of the capacitor-embedded printed circuit board of the present invention, which is designed to solve the above problems, includes a first electrode and a second electrode formed on both side surfaces of a dielectric layer, and a dielectric layer formed on each side of the dielectric layer, And a first electrode pad and a second electrode pad formed on the insulating layer, the first electrode pad and the second electrode pad being in contact with the first electrode and the second electrode, respectively.
여기서, 상기 유전체 층은, 유기 용매, 상기 유기 용매에 분산된 고 유전율의 세라믹 분말, 폴리머 및 경화제로 구성된 폴리머/세라믹 복합 페이스트로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Here, the dielectric layer is formed of a polymer / ceramic composite paste composed of an organic solvent, a ceramic powder having a high dielectric constant dispersed in the organic solvent, a polymer, and a curing agent.
또한, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 도전성 페이스트로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The first electrode and the second electrode may be formed of a conductive paste.
본 발명의 커패시터 내장형 인쇄회로기판의 제조방법의 바람직한 실시예는, 금속 포일 상에 유전체 층을 형성하는 단계와, 상기 금속 포일 상부의 유전체 층의 양 측면에 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계와, 상기 금속 포일 상부의 유전 체 층, 제1 전극 및 제2 전극의 각 측면을 감싸며 절연층을 형성하여 적층 구조물을 형성하는 단계와, 상기 적층 구조물을 뒤집은 후, 상기 금속 포일을 식각하여 제1 전극 및 제2 전극과 각각 접촉하며 상호 이격된 제1 전극 패드 및 제2 전극 패드를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.A preferred embodiment of the method for manufacturing a capacitor embedded printed circuit board of the present invention comprises the steps of forming a dielectric layer on a metal foil and forming a first electrode and a second electrode on both sides of the dielectric layer above the metal foil Forming an insulating layer around each side of the dielectric layer, the first electrode, and the second electrode on the metal foil to form a laminated structure; and after the laminated structure is turned upside down, the metal foil is etched And forming a first electrode pad and a second electrode pad which are in contact with the first electrode and the second electrode and are spaced apart from each other.
여기서, 상기 유전체 층, 제1 전극 및 제2 전극은 스크린 프린팅 방식으로 형성하는 것을 특징으로 한다.Here, the dielectric layer, the first electrode, and the second electrode are formed by a screen printing method.
본 발명에 의하면, 제1 전극 및 제2 전극이 유전체 층의 측면에 스크린 프린트 방식으로 형성되기 때문에, 제1 전극 및 제2 전극의 겹쳐지는 면적을 제어하기가 쉬우며, 따라서 기설계된 저 용량의 커패시턴스 용량 값을 용이하게 구현할 수 있고, 그로 인해 RF 매칭용 커패시터를 제작할 수 있다.According to the present invention, since the first electrode and the second electrode are formed on the side surface of the dielectric layer in a screen printing manner, it is easy to control the overlapping area of the first electrode and the second electrode, The capacitance value of capacitance can be easily implemented, and thereby the capacitor for RF matching can be manufactured.
이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 커패시터 내장형 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the capacitor embedded printed circuit board of the present invention and the manufacturing method thereof will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 5. FIG.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In the following description, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and may be changed according to the intention or custom of the user, the operator, and the like. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 커패시터 내장형 인쇄회로기판의 제조방법을 나타낸 단면도이다.3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitor-embedded printed circuit board of the present invention.
이에 도시된 바와 같이, 먼저 금속 포일(100) 상에 유전체 층(110)을 형성한다(도 3a).As shown, a
여기서, 상기 금속 포일(100)은 구리, 구리-인바-구리(Copper-Invar-Copper), 니켈, 니켈 코팅 구리 중에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어지며, 상기 금속 포일(100)의 두께는 1 ~ 100㎛로 하되, 특히 10 ~ 50㎛로 하는 것이 바람직하다.Here, the
상기 유전체 층(110)은 커패시터 내장형 인쇄회로기판용 폴리머/세라믹 복합 페이스트로 이루어지며, 상기 금속 포일(100) 상에 스크린 프린팅(Screen Printing) 방식으로 형성된다.The
상기 커패시터 내장형 인쇄회로기판용 폴리머/세라믹 복합 페이스트는 유기 용매와, 상기 유기 용매에 분산된 고 유전율의 세라믹 분말과 폴리머 및 경화제로 이루어진다.The polymer / ceramic composite paste for a capacitor embedded printed circuit board comprises an organic solvent, a ceramic powder having a high dielectric constant dispersed in the organic solvent, a polymer, and a curing agent.
상기 세라믹 분말(Ceramic Powder)은 입경이 10㎚ ~ 1000㎚인 것을 사용하며, 유전율이 4 이상인 BaTiO3(Barium Titanate), BST(Barium Strontium Titanate), PZT(Plumbum Zirconate Titanate)군으로부터 선택된 적어도 어느 하나 의 물질을 사용한다.The ceramic powder has a particle diameter of 10 nm to 1000 nm. The ceramic powder may be at least one selected from the group consisting of BaTiO 3 (Barium Titanate), BST (Barium Strontium Titanate) and PZT (Plumbum Zirconate Titanate) Materials are used.
상기 폴리머(Polymer)는 열 경화성 수지 또는 열 가소성 수지가 사용될 수 있으나, 열적인 안정성을 고려하면 에폭시(Epoxy), 폴리이미드(Polyimide), 폴리아크릴레이트(Poly Acrylate) 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등과 같은 열 경화성 수지를 기본으로 하고, 필요에 따라 열 가소성 수지를 첨가하여 사용하는 것이 바람직하다.The polymer may be a thermosetting resin or a thermoplastic resin. However, considering the thermal stability, the polymer may be an epoxy, a polyimide, a polyacrylate, a polyethylene terephthalate (PET), or the like. It is preferable to use a thermosetting resin based on the same thermosetting resin and add thermoplastic resin if necessary.
상기 경화제로는 DICY(Dicyandiamide) 또는 폴리머 캡슐로 코팅된 이미다졸(Imidazole) 등과 같이 상온에서 경화가 일어나지 않는 잠재성 경화제가 사용되는 것이 바람직하다.As the curing agent, it is preferable to use a latent curing agent that does not harden at room temperature, such as DICY (Dicyandiamide) or imidazole coated with a polymer capsule.
이어서, 상기 금속 포일(100) 상의 유전체 층(110)의 양 측면에 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)을 형성한다(도 3b).Next, a
상기 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)은 도전성 페이스트로 이루어지며, 상기 도전성 페이스트는 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 주석(Sn), 납(Pb), 니켈(Ni) 등의 전기 전도도가 높은 금속 분말에 에폭시, 셀룰로오스 등의 수지 성분을 첨가한 후, 유기 용매에 의해 혼련한 것이 사용된다.The
상기 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)은 상기 유전체 층(110)의 양 측면에 스크린 프린팅 방식으로 형성된다.The
한편, 상기 유전체 층(110)의 두께는 스크린 프린팅 시 마스크(Mask) 자체의 두께에 의해 결정되며, 종래의 기술과 달리 마스크의 오픈(Open) 되는 면적에 영향 을 받지 않는다.The thickness of the
즉, 본 발명에 의하면, 유전체 층(110) 형성시, 마스크의 오픈(Open) 되는 면적이 커패시터 용량 값에 영향을 끼치지 않으며, 유전체 층(110)의 두께는 단지 마스크의 두께에 의해 결정되므로, 유전체 층(110)의 두께 조절이 용이하다.That is, according to the present invention, when forming the
그리고, 상기 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)은 상기 유전체 층(110)과 같은 두께로 형성된다.The
본 발명에 의하면, 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)이 유전체 층(110)의 측면에 형성되기 때문에, 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)의 겹쳐지는 면적을 제어하기가 쉬우며, 따라서 기설계된 저 용량의 커패시턴스 용량 값을 용이하게 구현할 수 있으며, 그로 인해 RF 매칭용 커패시터를 제작할 수 있다.According to the present invention, since the
연이어, 상기 금속 포일(100) 상의 유전체 층(110), 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)의 각 측면을 감싸며 절연층(140)을 형성하여 적층 구조물(B)을 형성한다(도 3c).An insulating
상기 절연층(140)은 FR-4 에폭시 프리 프레그(Pre-Preg)를 이용하는 것이 바람직하다.The insulating
다음으로, 상기 적층 구조물(B)를 뒤집은 후, 상기 금속 포일(100)을 식각하여 상호 이격된 제1 전극 패드(125) 및 제2 전극 패드(135)를 형성한다(도 3d).Next, after the stacked structure B is turned over, the
이때, 상기 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)은 각각 제1 전극 패드(125) 및 제2 전극 패드(135)와 접촉하며, 제1 전극 패드(125) 및 제2 전극 패드(135)를 통해 외부와 전기적으로 연결된다.The
도 4는 본 발명의 커패시터 내장형 인쇄회로기판의 실시예를 나타낸 사시도이다. 4 is a perspective view showing an embodiment of a capacitor-embedded printed circuit board of the present invention.
이에 도시된 바와 같이, 유전체층(110)의 양 측면에 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)이 형성되어 있고, 상기 제1 전극(120) 상부에 제1 전극 패드(125)가 형성되어 있고, 상기 제2 전극(130) 상부에 제2 전극 패드(135)가 형성되어 이루어진다.The
본 발명에 의하면, 수십 pF의 저 용량 커패시터를 구현할 수 있으며, 도 5는 35pF의 용량을 가지는 커패시터를 구현하는 경우를 나타낸 도면이다.According to the present invention, a low capacitance capacitor of several tens pF can be realized, and FIG. 5 is a diagram showing a case of implementing a capacitor having a capacitance of 35 pF.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, I will understand.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by equivalents to the appended claims, as well as the appended claims.
도 1은 종래의 커패시터 내장형 인쇄회로기판을 나타낸 단면도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a cross-sectional view of a conventional printed circuit board with a built-in capacitor; Fig.
도 2a 내지 도 2d는 종래의 커패시터 내장형 인쇄회로기판의 제조방법을 나타낸 단면도.FIGS. 2A to 2D are cross-sectional views illustrating a conventional method of manufacturing a capacitor-embedded printed circuit board. FIG.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 커패시터 내장형 인쇄회로기판의 제조방법을 나타낸 단면도.3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitor-embedded printed circuit board of the present invention.
도 4는 본 발명의 커패시터 내장형 인쇄회로기판의 실시예를 나타낸 사시도.4 is a perspective view showing an embodiment of a capacitor-embedded printed circuit board of the present invention.
도 5는 35pF의 용량을 가지는 커패시터를 구현하는 경우를 나타낸 도면.5 illustrates a case of implementing a capacitor having a capacitance of 35 pF;
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Description of the Related Art [0002]
100 : 금속 포일 110 : 유전체 층100: metal foil 110: dielectric layer
120 : 제1 전극 125 : 제1 전극 패드120: first electrode 125: first electrode pad
130 : 제2 전극 135 : 제2 전극 패드130: second electrode 135: second electrode pad
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