KR20140050799A - 고집적 부품내장형 인쇄회로기판 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코어의 하부면에 테이프를 부착하고 캐비티 속에 부품을 밀어넣어 테이프 접착면에 안착시킨 후 상부에 프리프레그와 동박을 가적층하는 단계에서, 테이프 아래에 쿠션 패드를 적용하고 가적층을 진행함으로써 가열가압하는 과정에서 부품을 밀어 올려 코어의 중심부에 위치하도록 하는 것을 특징으로 한다. 그 결과, 외층의 동박으로부터 내장된 부품의 단자까지의 간격이 레이저 비아 홀을 형성할 수 있는 범위의 길이 된다. .

Description

고집적 부품내장형 인쇄회로기판 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING HIGH-DENSITY EMBEDDED PRINTED CIRCUIT BOARD}

본 발명은 고집적 부품내장형 인쇄회로기판(E-PCB; Embedded Printed Circuit Board) 제조방법에 관한 것으로서, 특히 코어기판과 내장부품에 있어서 두께 차이가 발생하여도 부품의 단자 위아래 양방향(Dual Side)에 레이저 비아홀(LVH; laser via hole)을 제조하여 상판과 하판의 동박회로와 전기적으로 접속할 수 있도록 하는 공법에 관한 것이다.

이하, 본 발명의 명세서 및 특허청구범위에서 사용되는 '부품'이란 용어는, 인쇄회로기판에 매립 내장될 수 있는 반도체 칩, 웨이퍼 레벨의 칩, 저항, MLCC(Muti-Layer Ceramic Capacitor) 등을 포함한 캐패시터, 인덕터 등 전자부품을 총칭하는 것으로 한다.

최근들어, 부품을 인쇄회로기판 또는 패키지기판에 직접 매립 내장하는 공법이 두루 사용되고 있다. 부품을 기판 속에 매립 내장하면, 전자회로의 사이즈가 축소되어 전자기기의 소형화 및 경량화에 도움이 되며, 회로의 동작을 고속화 할 수 있음은 물론, 잡음을 일으키는 외부 전자파의 영향을 차단하는 장점이 있다.

도1a 내지 도1e는 종래기술에 따라 부품내장형 인쇄회로기판을 제조하는 공정 순서를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도1a를 참조하면, 코어(100)에 부품을 내장할 캐비티(Cavity)를 형성하고, 코어(100) 하단에 접착 테이프(150)를 부착하고, 캐비티 속에 부품(200)을 매립함으로써 부품(200)을 접착 테이프(150)의 접착면에 안착시켜 고정한다. 코어의 상부면과 하부면에는 동박(101)이 형성되어 있으며, 캐비티에 매립된 부품은 상부와 하부에 단자(121, 122)가 형성되어 있다.

여기서, 코어(100)는 동박적층판(Copper Cladded Laminate; CCL)이 사용될 수 있다. 이어서, 프리프레그(PPG)와 같은 절연층(110)과 동박(120)을 적층한다. 도1b는 도1a의 적층 구조물을 가열 가압하여 가적층한 후의 결과를 나타낸 도면이다. 가적층이란 프리프레그 또는 레진과 같은 열경화성 수지를 가열가압하여 라미네이트 하는 과정에서, 열경화성 수지를 A 스테이지에서 B 스테이지로 반경화 또는 가경화시키는 것을 의미한다.

도1c를 참조하면, 접착 테이프(150)를 제거하고, 하부에 프리프레그와 같은 절연층(130)과 동박(140)을 적층한다. 도1d는 도1c의 적층 구조물을 가열 가압하여 라미네이트한 후의 적층 결과를 나타낸 도면이다. 도1d를 참조하면, 코어(100)의 두께와 부품(200)의 두께가 비슷하므로, 부품을 캐비티에 매립한 후 상부와 하부에 프리프레그와 동박을 적층하고 라미내이트 공정을 진행하고 나면, 부품이 구조물 단면의 정중앙에 위치하게 됨에 유의한다.

도1e를 참조하면, 레이저 비아 홀(LVH)을 기판의 양면에 형성해서 표면의 동박회로와 내층의 동박회로 및 부품단자와 전기적으로 접속한다. 도1e를 참조하면, 도면부호 220, 221, 225, 226은 외층의 동박회로(120, 140)와 내층 코어의 동박회로(101)를 연결하는 레이저 비아홀(LVH)이고, 도면부호 223과 224는 부품단자와 외층 동박회로를 연결하는 레이저 비아 홀이다. 도1e를 참조하면, 부품(200)의 상하 양방향(dual side)으로 레이저 비아홀(223, 224)이 형성되어 있음을 알 수 있다.

이 때에, 사용하는 코어(100)의 두께가 0.1T 이고 부품의 두께가 150 ㎛ 정도인 경우, 동박의 두께가 대략 15 ~ 20 ㎛ 이라고 한다면, 매립된 부품의 두께와 코어의 두께가 엇비슷해서, 부품은 구조물 단면의 중앙에 놓이게 되고, 도1e에서와 같이 부품(200)의 상하 양방향(Dual)으로 레이저 비아홀(223, 224)를 형성하는 것이 가능하다. 따라서, 회로설계에 있어서 상부 동박회로(120) 및 하부 동박회로(140)와 전기적 접속이 편리하므로, 설계 자유도가 증가하게 되어 고집적 회로를 구현하는 것이 가능하다.

그런데, 본 발명자의 최근 연구결과에 따르면 인쇄회로기판에 부품을 내장할 경우, 인쇄회로기판의 열수축팽창계수와 부품의 열수축팽창계수가 서로 달라서 적층가압 라미네이트 공정을 진행하는 과정에서 기판이 솥뚜껑 같이 휘게 된다.

기판이 휘게되면 사진 이미지공정, 드릴 공정 등의 후속공정을 진행할 수 없게 된다. 부품내장형 인쇄회로기판의 휨 문제에 대한 자료는 본원 발명의 출원인이 2011. 10. 27.에 출원한 대한민국 특허출원 제10-2011-0110618호에 상세히 기재되어 있다. 그런데, 부품내장형 인쇄회로기판의 휨(warpage) 문제를 해결하기 위해서는, 0.1T의 코어 대신에 두께가 두꺼운 코어, 예를 들어 0.15T 또는 0.2T 두께의 코어를 사용하는 것이 바람직하다.

도2a 내지 도2e는 종래기술에 따라 두꺼운 두께의 코어(예를 들어, 0.15T)를 사용하여 부품내장형 인쇄회로기판을 제작한 공정 흐름를 나타낸 도면이다. 코어의 두께가 0.15T가 되면, 동박의 두께를 15 ~ 20 ㎛ 이라 할 때에 코어 쪽의 두께가 대략 180 ~ 190 ㎛ 가 된다. 부품의 두께가 150 ㎛ 이라면, 부품과 코어측 사이의 두께 차이가 30 ~ 40 ㎛가 발생하고, 양쪽에 프리프레그와 동박을 적층하고 나면, 도2d에 도시한 바와 같이, 부품이 적층구조물 단면의 정중앙에 위치하는 것이 아니라 하부로 치우쳐서 위치하게 된다.

그 결과, 도2e를 참조하면, 매립된 부품과 상층 동박 사이의 간격이 85 ㎛ 정도가 되고, 통상적으로 CO₂ 레이저가 뚫을 수 있는 레이저 비아 홀의 깊이가 60 ㎛ 정도인 것을 감안할 때에, 부품의 아래로는 LVH를 형성할 수 있지만 상부에는 LVH를 형성하는 것이 불가능하게 된다. 결국, 코어의 두께를 0.15T로 할 경우에 양방향 칩 비아(DUAL SIDE CHIP VIA)를 구현하는 것이 기술적으로 어려워서, 단방향 칩 비아(SINGLE SIDE CHIP VIA)를 형성할 수밖에 없다.

부품내장형 인쇄회로기판에 있어서, 부품과 외층 동박회로 사이의 전기적 연결은 상층동박과는 할 수 없고 오직 하층 동박회로으로만 전기접속을 하여야 한다면, 회로설계에 있어서 상당한 제한이 발생하게 되고, 그 결과 회로 집적도가 저하된다. 따라서, 0.15T와 같은 두꺼운 두께의 코어를 사용하더라도 매립된 부품의 상하 양방향으로 레이저 비아 홀을 형성할 수 있는 공법이 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 부품의 두께보다 두꺼운 두께를 갖는 코어를 사용해서 부품을 매립한 부품내장형 인쇄회로기판을 제작하는데 있어서, 부품의 위아래 양방향으로 레이저 비아홀(LVH)을 형성할 수 있는 제조공법을 제공하는 있다.

상기 목적을 해결하기 위하여, 본 발명은 가적층 단계에서 접착 테이프 아래에 쿠션 패드를 적용하고 가열가압함으로써, 부품을 약간 위로 상승하도록 유도해서 기판 단면의 정중앙에 놓이게 하는 특징이 있다.

본 발명은 코어 기판의 하부면에 접착 테이프를 부착하고 캐비티 속에 부품을 밀어넣어 접착 테이프 접착면에 안착시킨 후, 코어기판의 상부에 프리프레그와 동박을 가적층하는 단계에서, 접착 테이프 아래에 쿠션 패드를 적용하고 가압함으로써, 부품을 밀어 올려 코어의 중심부에 위치하도록 하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 쿠션 패드는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 폴리머(polymer)가 사용될 수 있으며, 접착물질을 함유한 쿠션자재를 사용함으로써 접착 테이프와 쿠션 패드를 일체화할 수도 있다. 본 발명의 다른 실시예로서, 테이프와 쿠션 패드를 사용하는 대신에, 쿠션기능을 구비한 접착성 자재 또는 접착 특성을 지닌 쿠션자재를 사용할 수 있다.

본 발명에 따라 가적층 단계에서 부품이 중심부로 이동하는 길이는 접착 테이프의 인장률과 쿠션 패드의 강도, 또는 접착물질이 일체화된 경우 쿠션자재의 강도에 의해 결정된다.

본 발명은 0.15 T 이상의 두꺼운 두께의 코어를 사용함으로써 적층 라미네이트 과정 중 기판이 휘는 것을 방지할 수 있도록 함과 동시에, 코어기판의 두께가 부품의 두께보다 두껍다 하더라도 매립된 부품 위아래 양방향으로 LVH를 형성할 수 있도록 하므로 부품단자와 상하부의 동박회로를 자유롭게 LVH를 통해 양방향으로 연결할 수 있어서, 고집적도의 회로설계를 가능하게 한다.

도1a 내지 도1e는 종래기술에 따라 O.1T 두께의 코어를 사용해서 부품을 내장하는 공정을 나타낸 도면.
도2a 내지 도2e는 종래기술에 따라 O.15T 두께의 코어를 사용해서 부품을 내장하는 공정을 나타낸 도면.
도3a 내지 도3e는 본 발명에 따라 O.15T 이상의 두께의 코어를 사용해서 부품을 내장하는 공정을 나타낸 도면.

본 발명은 부품내장형 인쇄회로기판을 제조하는 방법에 있어서, (a) 캐비티가 형성된 코어의 하부면에 접착 테이프를 부착하고 상기 캐비티 속으로 부품을 밀어넣어 접착 테이프의 표면에 부품을 부착시켜 실장하는 단계; (b) 쿠션패드 위에 상기 부품이 실장된 코어의 하부면이 접하도록 올려놓고, 상기 코어의 상부에는 제1 절연층과 제1 동박을 차례로 쌓고, 가열가압하여 가적층함으로써 상기 쿠션패드가 접착 테이프에 안착된 부품을 접착 테이프와 함께 수직방향으로 코어 단면의 중앙 위치까지 밀어 올리는 단계; (c) 상기 단계 (b)의 구조물로부터 쿠션패드와 접착 테이프를 분리 제거하고 하부에 제2 절연층과 제2 동박을 차례로 쌓아 가열가압 라미네이트하여 풀적층하는 단계; 및 (d) 상기 단계 (c)의 구조물의 외층의 제1 동박과 상기 부품 상부면의 단자를 연결하는 레이저 비아홀과, 상기 단계 (c)의 구조물의 외층의 제2 동박과 상기 부품 하부면의 단자를 연결하는 레이저 비아홀을 양방향으로 각각 형성하는 단계를 포함하는 부품내장형 인쇄회로기판 제조방법을 제공한다.

이하에서는, 첨부도면 도3a 내지 도3e를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도3a를 참조하면, 코어(100)에 부품을 내장할 캐비티(Cavity)를 형성하고, 코어(100) 하단에 접착 테이프(150)를 부착하고, 캐비티 속에 부품(200)을 매립함으로써 부품(200)을 접착 테이프의 접착 표면에 안착시켜 고정한다.

여기서, 코어(100)는 동박적층판(Copper Cladded Laminate; CCL)이 사용될 수 있다. 이어서, 프리프레그(PPG)와 같은 절연층(110)과 동박(120)을 코어 상부에 적층하고, 접착 테이프(150)의 하부에 쿠션 패드(300)를 쌓는다.

여기서, 절연층(110)의 양호한 실시예로서, 프리프레그 또는 레진을 사용할 수 있다. 본 발명의 양호한 실시예로서, 쿠션 패드(300)는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 폴리머(polymer)가 사용될 수 있다.

도3b는 도3a의 적층 구조물을 가열 가압하여 가적층한 후의 결과를 나타낸 도면이다. 본 발명은 접착 테이프(150) 하부에 쿠션 패드(300)를 쌓고 가열가압하여 가적층을 진행하므로, 쿠션 패드(300)가 부품(200)을 수직방향으로 밀어올려 부품(200)을 코어의 중심부로 이동시키는 것이 가능하게 된다. 여기서, 가적층이란 A 스테이지의 열경화성 수지를 B 스테이지의 반경화 상태가 되도록 가열가압하는 것을 의미한다.

본 발명에 따라 가적층 단계에서 부품이 중심부로 이동하는 길이는 접착 테이프(150)의 인장률과 쿠션 패드(300)의 강도에 의해 결정된다.

본 발명의 바람직한 실시예로서, 접착 테이프와 쿠션 패드를 2층으로 사용하는 대신에 접착물질을 지닌 쿠션자재를 사용할 수 있다. 본 발명의 양호한 실시예로서, 쿠션 패드 또는 접착성 쿠션자재는 코어를 구성하는 자재보다는 강도가 약한 특성을 지니는 것이 바람직하다.

도3c를 참조하면, 접착 테이프(150)와 쿠션패드(300)를 제거하고, 하부에 프리프레그와 같은 절연층(130)과 동박(140)을 적층한다. 도3d는 도3c의 적층 구조물을 가열 가압하여 라미네이트한 후의 결과를 나타낸 도면이다. 도3d를 참조하면, 코어(100)의 두께가 1.5T 라 하더라도, 부품(200)이 중심부에 놓이게 되므로, 부품의 상부 단자와 외층 동박 사이의 길이가 60 ㎛ 정도가 된다. 따라서 양방향 모두 레이저로 뚫어야 할 길이가 60 ㎛ 정도 이내이므로, 부품의 상부와 하부 양방향으로 LVH를 형성하는 것이 가능하게 된다.

도3e를 참조하면, 레이저 비아 홀을 기판의 양면에 형성해서 표면의 동박회로와 내층의 동박회로 및 부품 단자와 전기적으로 접속한다. 도면부호 220, 221, 225, 226은 외층의 동박회로(120, 140)와 내층 코어의 동박회로(101)를 연결하는 레이저 비아홀(LVH)이고, 도면부호 223과 224는 부품단자와 외층 동박회로를 연결하는 레이저 비아 홀이다. 부품(200)의 상하 양방향으로 레이저 비아홀(223, 224)이 형성되어 있음을 알 수 있다.

전술한 내용은 후술할 발명의 특허 청구 범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개선하였다. 본 발명의 특허 청구 범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술 될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.

또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용될 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술 분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허 청구 범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 진화, 치환 및 변경이 가능하다.

이상과 같이, 본 발명은 0.15 T 이상의 두꺼운 두께의 코어를 사용함으로써 적층 라미네이트 과정 중 기판이 휘는 것을 방지할 수 있도록 함과 동시에, 부품 상하 양방향으로 LVH를 형성할 수 있도록 하므로 고집적도의 회로설계를 가능하게 한다.

100 : 코어
200 : 부품
300 : 쿠션 패드

Claims (3)

1. 부품내장형 인쇄회로기판을 제조하는 방법에 있어서,
   (a) 캐비티가 형성된 코어의 하부면에 접착 테이프를 부착하고 상기 캐비티 속으로 부품을 밀어넣어 접착 테이프의 표면에 부품을 부착시켜 실장하는 단계;
   (b) 쿠션패드 위에 상기 부품이 실장된 코어의 하부면이 접하도록 올려놓고, 상기 코어의 상부에는 제1 절연층과 제1 동박을 차례로 쌓고, 가열가압하여 가적층함으로써 상기 쿠션패드가 접착 테이프에 안착된 부품을 접착 테이프와 함께 수직방향으로 코어 단면의 중앙 위치까지 밀어 올리는 단계;
   (c) 상기 단계 (b)의 구조물로부터 쿠션패드와 접착 테이프를 분리 제거하고 하부에 제2 절연층과 제2 동박을 차례로 쌓아 가열가압 라미네이트하여 풀적층하는 단계; 및
   (d) 상기 단계 (c)의 구조물의 외층의 제1 동박과 상기 부품 상부면의 단자를 연결하는 레이저 비아홀과, 상기 단계 (c)의 구조물의 외층의 제2 동박과 상기 부품 하부면의 단자를 연결하는 레이저 비아홀을 양방향으로 각각 형성하는 단계
   를 포함하는 부품내장형 인쇄회로기판 제조방법.
2. 부품내장형 인쇄회로기판을 제조하는 방법에 있어서,
   (a) 캐비티가 형성된 코어의 하부면에 접착성 쿠션자재를 부착하고 상기 캐비티 속으로 부품을 밀어넣어 부품을 접착성 쿠션자재 표면에 부착시켜 실장하는 단계;
   (b) 접착성 쿠션자재 위에 상기 부품이 실장된 코어의 하부면이 접하도록 올려놓고, 상기 코어의 상부에는 제1 절연층과 제1 동박을 차례로 쌓고, 가열가압하여 가적층함으로써 상기 접착성 쿠션자재가 부품을 수직방향으로 코어 단면의 중앙 위치까지 밀어 올리는 단계;
   (c) 상기 단계 (b)의 구조물로부터 접착성 쿠션자재를 분리 제거하고 하부에 제2 절연층과 제2 동박을 차례로 쌓아 가열가압 라미네이트하여 풀적층하는 단계; 및
   (d) 상기 단계 (c)의 구조물의 외층의 제1 동박과 상기 부품 상부면의 단자를 연결하는 레이저 비아홀과, 상기 단계 (c)의 구조물의 외층의 제2 동박과 상기 부품 하부면의 단자를 연결하는 레이저 비아홀을 양방향으로 각각 형성하는 단계
   를 포함하는 부품내장형 인쇄회로기판 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 쿠션패드는 PET 또는 폴리머 자재임을 특징으로 하는 부품내장형 인쇄회로기판 제조방법.

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