KR20120096345A

KR20120096345A - 인쇄회로기판의 휨 제어방법

Info

Publication number: KR20120096345A
Application number: KR1020110015713A
Authority: KR
Inventors: 김순정; 윤삼손
Original assignee: 삼성테크윈 주식회사
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2012-08-30

Abstract

본 발명은 본 발명은 인쇄회로기판의 휨 제어방법에 관한 것으로, 행과 열을 이루며 배치된 북수의 단위 기판을 포함하는 베이스 기판; 및 상기 단위 기판 각각의 적어도 일면에 형성되며, 소정의 회로 패턴을 가지는 적어도 하나의 배선층;을 포함하는 인쇄회로기판에서, 상기 단위 기판들 사이의 더미(dummy) 영역에 슬롯(slot)을 형성하여 상기 인쇄회로기판의 휨(warpage)을 제어하는 방법에 있어서, 상기 인쇄회로기판의 상면 및 하면의 모듈러스(modulus)의 차이 또는 열팽창계수(coefficient of thermal expansion)의 차이에 따라 상기 슬롯에 연접한 더미 영역의 두께를 조절하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 휨 제어방법을 제공하여, 인쇄회로기판의 상면 및 하면의 모듈러스(modulus)의 차이 또는 열팽창계수(coefficient of thermal expansion)의 차이에 따라 슬롯에 연접한 더미 영역의 두께를 조절함으로써, 인쇄회로기판의 휨 발생 억제를 극대화할 수 있도록 한다.

Description

인쇄회로기판의 휨 제어방법{CONTROL METHOD OF PRINTED CIRCUIT BOARD WARPAGE}

본 발명은 인쇄회로기판의 휨 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인쇄회로기판 제조시 단위 기판 사이에 슬롯을 형성하여 인쇄회로기판의 휨 발생을 감소시키는 휨 제어방법에 관한 것이다.

인쇄회로기판(printed circuit board; PCB)은 TV, 카메라, VCR 등의 가전용 전자기기 뿐 아니라 휴대용 단말기, 디지털카메라, 컴퓨터 등의 정보기기를 포함한 거의 모든 전자산업 관련 분야에 필수적인 부품이라고 할 수 있다. 또한, 최근의 전자기기간 컨버전스화, 부품의 소형화 및 집적화로 인해 소형 전자부품과 연결되는 기판의 중요성은 더욱 증가되고 있다.

이러한 인쇄회로기판은 기판의 강성에 따라 크게 연성 인쇄회로기판 및 강성 인쇄회로기판으로 나뉘어지며, 회로 패턴 층의 수에 따라 단면 인쇄회로기판, 양면 인쇄회로기판 및 다층 인쇄회로기판으로 나뉘어진다. 연성 인쇄회로기판은 박막의 폴리이미드(polyimide) 필름에 동박(copper)을 에칭하여 회로를 형성하고 그 위에 동박을 보호하기 위한 솔더 레지스트(solder resist)를 형성함으로써, 절연성, 내열성, 유연성, 굴곡성을 가지며, 자유롭게 구부릴 수 있기 때문에, 휴대용 전자기기, 디지털카메라, 휴대폰, PDA 등과 같이 기계적으로 움직이는 부분에 사용하는 것이 적합하다. 또한, 강성 인쇄회로기판은 원자재층 및 포토 솔더 레지스트(photo soler resist; PSR) 잉크로 이루어진다. 원자재층의 적어도 일측면에는 리소그래피(lithography) 과정을 통하여 전해동박층이 형성되고, 그 전해동박층은 포토 솔더 레지스트 잉크에 의하여 외부와 절연된다. 이때, 전해동박층이 식각된 원자재층을 코어 기판이라 한다. 일반적으로 강성 인쇄회로기판으로 사용되는 BT(Bismaleimide Triazine)나 FR4 소재는 내부에 프리프레그(prepreg)로 이루어진다. 이때, 프리프레그는 유리섬유(glass fiber) 및 수지의 복합체를 의미하는 것으로, 프리프레그는 반경화상태의 수지에 함침된 시트 물질로 다층 인쇄회로기판을 함께 결합시키기 위하여 사용된다.

이와 같은 인쇄회로기판은 그 크기가 작아서 하나의 베이스 기판 상에 복수개를 배열하여 한 번에 제조한 후 절단하여 사용하게 된다. 여기서, 인쇄회로기판 제조 과정에서 베이스 기판 단위로 취급하기에는 그 크기가 너무 커서 작업성이 좋지 않게 되고, 반대로 개별 단위 기판으로 취급하기에는 그 크기가 너무 작아서 작업성이 좋지 않게 된다. 따라서, 단위 기판들이 1 이상의 열로 길게 배열된 스트립(strip) 상태로 취급하는 것이 일반적이다. 즉, 인쇄회로기판을 제조하는 과정은 베이스 기판 단위로 이루어지고, 이 베이스 기판을 스트립 단위로 절단하여 실장 공정이나 칩에 장착하는 공정을 거치게 된다.

한편, 인쇄회로기판은 그 용도에 따라 배선도체 회로를 구성하고 있는 기판(substrate) 및 IC 칩, 메모리 등 반도체용이나 LED용 부품을 구성하는 리드프레임(lead frame)으로 나누어볼 수 있다. 리드프레임(10)의 경우 금속(copper) 한 층으로 구성되어 있다. 그런데, 금속층 패턴의 형상에 따라 상면 및 하면의 모듈러스(잔류응력) 차이로 인쇄회로기판 제조시 휨(warpage)이 발생할 수 있다. 또한, 기판(10)의 경우 2 이상의 복합소재가 적층된 형상으로 인해 소재간 열팽창계수(coefficient of thermal expansion; CTE) 차이로 인쇄회로기판 제조시 휨 현상이 발생할 수 있다.(도 1 참조) 더욱이, 최근 제품의 경박단소화 경향으로 인쇄회로기판이 얇아지면서 이러한 휨 현상 발생은 심화되고 있다. 단위 기판이 다수 배치된 큰 기판에서 휨이 발생하면 인쇄회로기판 제조시 패키징 공정, 부품실장 공정 등에서 그 정밀도가 문제되게 된다.

휨 발생 억제를 위해 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이 기판(20)에서 스트립 단위(20a)의 기판 사이에 슬롯(slot)(21)을 형성하여 단위 기판(20aa)에 미치는 모듈러스 또는 열팽창계수 차이를 억제하여 스트립(20a) 전체의 휨 발생을 억제하고자 하는 기술이 개시되고 있다. 그러나, 이러한 슬롯(21) 형성을 통한 기술은 어느 정도는 휨 발생을 억제하고 있으나, 여전히 휨 현상이 존재하여 아직까지 만족할 만한 수준은 아니다.

이에, 단위 기판 사이에 슬롯을 형성하여 인쇄회로기판 제조시 휨 발생 억제시 그 효과를 극대화시키는 방법이 요구된다.

따라서, 본 발명은 상기 문제를 해결하고자 안출된 것으로, 단위 기판들 사이의 더미 영역에 슬롯을 형성하여 인쇄회로기판의 휨 발생을 억제하되, 그 효과를 극대화할 수 있는 제어방법을 제공하고자 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,

(1) 행과 열을 이루며 배치된 복수의 단위 기판을 포함하는 베이스 기판; 및 상기 단위 기판 각각의 적어도 일면에 형성되며, 소정의 회로 패턴을 가지는 적어도 하나의 배선층;을 포함하는 인쇄회로기판에서, 상기 단위 기판들 사이의 더미(dummy) 영역에 슬롯(slot)을 형성하여 상기 인쇄회로기판의 휨(warpage)을 제어하는 방법에 있어서, 상기 인쇄회로기판의 상면 및 하면의 모듈러스(modulus)의 차이 또는 열팽창계수(coefficient of thermal expansion)의 차이에 따라 상기 슬롯에 연접한 더미 영역의 두께를 조절하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 휨 제어방법을 제공한다.

(2) 상기 (1)에 있어서, 상기 두께 조절은, 상기 인쇄회로기판의 모듈러스가 큰 면의 상기 슬롯에 연접한 더미 영역을 일정 폭 및 일정 깊이로 에칭(eching)하여 수행되는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 휨 제어방법을 제공한다.

(3) 상기 (1)에 있어서, 상기 두께 조절은, 상기 인쇄회로기판의 열팽창계수가 큰 면의 상기 슬롯에 연접한 더미 영역에 일정 폭 만큼 솔더 레지스트(solder resist)층 또는 포토 솔더 레지스트(photo solder resist)층을 형성하거나, 드라이 필름 포토레지스트(dry film photoresist) 또는 절연테이프를 부착하여 수행되는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 휨 제어방법을 제공한다.

(4) 상기 (1)에 있어서, 상기 슬롯은 적어도 상기 단위 기판들이 이루는 열들 사이 또는 상기 단위 기판들이 이루는 행들 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 휨 제어방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 인쇄회로기판의 상면 및 하면의 모듈러스(modulus)의 차이 또는 열팽창계수(coefficient of thermal expansion)의 차이에 따라 슬롯에 연접한 더미 영역의 두께를 조절함으로써, 인쇄회로기판의 휨 발생 억제를 극대화할 수 있는 제어방법을 제공하게 된다.

도 1은 종래 휨이 발생된 인쇄회로기판을 나타낸 도면,
도 2는 종래 슬롯이 형성된 인쇄회로기판을 나타낸 도면,
도 3은 종래 슬롯이 형성된 인쇄회로기판에 의해 휨 발생이 억제되는 것을 나타낸 도면,
도 4 및 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 인쇄회로기판의 휨 제어방법을 설명하는 단면 모식도,
도 6 및 도 7은 종래 슬롯이 형성된 다른 형태의 인쇄회로기판을 나타낸 도면,
도 8 내지 도 10은 ABAQUS 프로그램을 이용하여 슬롯 유무 및 더미 영역의두께 조절 유무에 따른 인쇄회로기판의 휨 정도를 시뮬레이션(Von Mises Stress 해석)한 결과를 비교한 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도면에서 동일 또는 균등물에 대해서는 동일 또는 유사한 도면부호를 부여하였으며, 방향은 도면을 기준으로 설명하였다. 또한 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 인쇄회로기판의 휨 제어방법을 설명하는 단면 모식도이다. 여기서, 단면 모식도는 도 2의 A-A'선의 수직단면 중 어느 하나의 슬롯을 포함한 인쇄회로기판의 일부를 나타내고 있고, 단위 기판은 단일 소재 또는 복합 소재일 수 있으나 편의상 한 개의 층으로 표현하였으며, 더미 영역의 폭을 다소 과장되게 표현하였다.

먼저, 도 4 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 인쇄회로기판의 휨 제어방법에 사용되는 인쇄회로기판(100)은 베이스 기판(100)에 행과 열을 이루며 배치된 복수의 단위 기판(110)을 포함하고 있고, 상기 단위 기판(110)의 어느 한 면에는 소정의 회로 패턴을 가지는 적어도 하나의 배선층(111, 영역으로 표시)을 포함하고 있다. 또한, 상기 단위 기판(110) 사이에는 상기 배선층(111)이 형성되지 않은 더미(dummy) 영역(112)이 존재할 수 있으며, 상기 더미 영역(112)에는 인쇄회로기판(100)의 휨(warpage) 발생을 억제하기 위한 슬롯(slot)(113)이 형성될 수 있다.

상기 슬롯(113)을 상기 단위 기판(110) 사이에 형성할 경우 상기 슬롯(113)이 있는 부분의 강성은 약해진다. 강성이 약해진 부분은 쉽게 꺾이게 되므로 인쇄회로기판(100)의 자중에 의하여 상기 슬롯(113)이 있는 기판의 부분이 꺾이면서 기판이 부분별로 휨이 발생하는 것과 같은 효과를 내게 된다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 단위 기판(110)마다 슬롯(113)이 형성될 경우 전체적인 휨은 슬롯(113)의 수에 비례하여 감소하게 되는 것이다.

여기서, 기판(100)을 형성하는 소재의 패턴(111) 형상이나 물성 값에 의해 상면 부위(100a)와 하면 부위(100b)의 모듈러스 차이가 발생할 경우 기판(100)의 휨 현상이 발생하게 된다. 따라서, 본 발명은 이러한 기판 상.하면 부위(100a, 100b)의 모듈러스 차이를 줄임으로써 휨 발생을 더욱 억제할 수 있음에 착안하여, 단위 기판(110)의 더미 영역(112)에서의 기판(100) 두께를 조절함으로써 모듈러스 차이를 줄여 휨 발생 억제를 극대화할 수 있음을 알았다.

상기 두께 조절은 단위 기판(110)의 패턴 영역(111) 또는 패턴 형성 예정 영역(111)에 영향을 주지 않는 더미 영역(112)에서 수행되며, 미세 영역인 더미 영역(112)에서의 두께 조절을 용이하게 수행하기 위해 상기 슬롯(113)에 연접한 더미 영역(114)에서 수행된다.

도 4는 상기 단위 기판(110)의 상면 부위(100a)의 모듈러스가 하면 부위(100b)의 모듈러스보다 큰 경우로서, 상기 슬롯에 연접한 더미 영역(114)을 일정 폭(l) 및 상면 부위(100a)로부터 일정 깊이(h)로 하여 두께를 감소시킴으로써 상.하면 부위(100a, 100b)의 모듈러스 차이를 줄이고 있다. 이때, 상기 두께의 감소는 일반적으로 통용되고 있는 에칭(eching)법을 이용하여 수행될 수 있다. 또한, 기판(100) 전 영역에서의 균일한 모듈러스 차이 감소를 위해 상기 슬롯(113)의 좌우 모두 동일한 폭(l) 및 깊이(h)로 두께를 조절하는 것이 바람직하다.

한편, 도 5 및 도 2를 참조하면, 기판(200)을 형성하는 소재의 패턴(211) 형상이나 물성 값에 의해 상면 부위(200a)와 하면 부위(200b)의 열팽창계수 차이가 발생할 경우에도 기판(200)의 휨 현상이 발생하게 된다. 따라서, 본 발명은 이러한 기판(200) 상.하면 부위(200a, 200b)의 열팽창계수 차이를 줄임으로써 휨 발생을 더욱 억제할 수 있음에 착안하여, 단위 기판(210)의 더미 영역(212)에서의 기판(200) 두께를 조절함으로써 열팽창계수 차이를 줄여 휨 발생 억제를 극대화할 수 있음을 알았다.

상기 두께 조절은 도 4에서와 마찬가지로, 단위 기판(210)의 패턴 영역(211) 또는 패턴 형성 예정 영역(211)에 영향을 주지 않는 더미 영역(212)에서 수행되며, 미세 영역인 더미 영역(212)에서의 두께 조절을 용이하게 수행하기 위해 상기 슬롯(213)에 연접한 더미 영역(214)에서 수행된다.

도 5는 상기 단위 기판(210)의 상면 부위(200a)의 열팽창계수가 하면 부위(200b)의 열팽창계수보다 큰 경우로서, 상기 슬롯(213)에 연접한 더미 영역(214)을 일정 폭(l) 및 상면 부위(200a)로부터 일정 높이(h)로 하여 두께를 증가시킴으로써 상.하면 부위(200a, 200b)의 열팽창계수 차이를 줄이고 있다. 이때, 상기 두께의 증가는 일반적으로 통용되고 있는 솔더 레지스트(solder resist; SR)층 또는 포토 솔더 레지스트(photo solder resist; PSR)층을 형성시키는 방법을 이용하거나, 드라이 필름 포토레지스트(dry film photoresist; DFR) 또는 절연테이프를 부착하는 방법을 이용하여 수행될 수 있다. 또한, 기판(200) 전 영역에서의 균일한 열팽창계수 차이 감소를 위해 상기 슬롯(213)의 좌우 모두 동일한 폭(l) 및 높이(h)로 두께를 조절하는 것이 바람직하다.

이러한 슬롯(113)이 형성된 인쇄회로기판(100)에서의 휨 발생을 슬롯(113)에 연접된 더미 영역(114)에서의 두께 조절을 이용하여 제어하는 방법은, 상기 도 2와 같이 슬롯(21)들이 세로 방향으로 연장된 단위 기판(20aa)들의 열 사이에 형성된 경우 뿐 아니라, 도 6에 도시된 바와 같이 슬롯(31)이 가로 방향으로 연장된 단위 기판(30aa)들의 행 사이에 형성된 경우의 인쇄회로기판(30) 및 슬롯(41)이 도 7에 도시된 바와 같이 단위 기판(40aa)들의 열 사이와 행 사이에 모두 형성된 경우의 인쇄회로기판(40)에도 적용될 수 있다.

도 8 내지 도 10은 ABAQUS 프로그램을 이용하여 슬롯 유무 및 더미 영역의두께 조절 유무에 따른 인쇄회로기판의 휨 정도를 시뮬레이션(Von Mises Stress 해석)한 결과를 비교한 도면이다. 여기서, 도 8은 슬롯(21)이 형성되지 않은 경우(a), 도 2에 따른 슬롯(21)만이 형성된 경우(b) 및 도 4에 따른 슬롯(113)에 연접한 일정 더미 영역(114)에 두께를 조절한 경우(c)의 휨 정도를 나타낸 것이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 슬롯(21)이 형성되지 않은 경우 휨 정도(w1)는 약2.6㎜, 슬롯(21)만이 형성된 경우는 약 1.8㎜ 및 슬롯(113)에 연접한 일정 더미 영역(114)에 두께를 조절한 경우는 약 1.5㎜로 나타난 것을 알 수 있다. 즉, 슬롯(21)만이 형성된 경우는 그렇지 않았을 때보다 31% 정도의 휨 감소 효과를 보이고 있으나, 슬롯(113)에 연접한 일정 더미 영역(114)에 두께를 조절한 경우 슬롯(21)이 형성되지 않은 경우보다 42% 정도의 휨 감소 효과를 보이고 있어, 인쇄회로기판(100)의 휨 억제를 더욱 향상시키고 있음을 알 수 있다.

또한, 도 10을 참조하여 인쇄회로기판 두께의 평면적 분포를 비교하면, 슬롯(21)만이 형성된 경우에도 슬롯(21)이 형성되지 않은 경우에 비하여 어느 정도 휨 억제 효과를 보이고 있음을 알 수 있으나, 슬롯(113)에 연접한 일정 더미 영역(114)에 두께를 조절한 경우는 슬롯(21)만이 형성된 경우보다도 휨 억제 효과가 확연히 우수한 것을 알 수 있다.

이상의 설명은, 본 발명의 구체적인 실시예에 관한 것이다. 본 발명에 따른 상기 실시예는 설명의 목적으로 개시된 사항이나 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 이해되지는 않으며, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질을 벗어나지 아니하고 다양한 변경 및 수정이 가능한 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 이러한 모든 수정과 변경은 특허청구범위에 개시된 발명의 범위 또는 이들의 균등물에 해당하는 것으로 이해될 수 있다.

100, 200: 인쇄회로기판, 베이스 기판
100a, 200a: 상면 부위 100b, 200b: 하면 부위
110, 210: 단위 기판 111, 211: 패턴 영역
112, 212: 더미 영역 113, 213: 슬롯
114, 214: 슬롯에 연접한 더미 영역

Claims

행과 열을 이루며 배치된 복수의 단위 기판을 포함하는 베이스 기판; 및 상기 단위 기판 각각의 적어도 일면에 형성되며, 소정의 회로 패턴을 가지는 적어도 하나의 배선층;을 포함하는 인쇄회로기판에서, 상기 단위 기판들 사이의 더미(dummy) 영역에 슬롯(slot)을 형성하여 상기 인쇄회로기판의 휨(warpage)을 제어하는 방법에 있어서,
상기 인쇄회로기판의 상면 및 하면의 모듈러스(modulus)의 차이 또는 열팽창계수(coefficient of thermal expansion)의 차이에 따라 상기 슬롯에 연접한 더미 영역의 두께를 조절하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 휨 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 두께 조절은, 상기 인쇄회로기판의 모듈러스가 큰 면의 상기 슬롯에연접한 더미 영역을 일정 폭 및 일정 깊이로 에칭(eching)하여 수행되는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 휨 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 두께 조절은, 상기 인쇄회로기판의 열팽창계수가 큰 면의 상기 슬롯에 연접한 더미 영역에 일정 폭 만큼 솔더 레지스트(solder resist)층 또는 포토 솔더 레지스트(photo solder resist)층을 형성하거나, 드라이 필름 포토레지스트(dry film photoresist) 또는 절연테이프를 부착하여 수행되는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 휨 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 슬롯은 적어도 상기 단위 기판들이 이루는 열들 사이 또는 상기 단위 기판들이 이루는 행들 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 휨 제어방법.