KR20160094776A - 인쇄회로기판 가공 방법 - Google Patents
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Abstract
PCB 가공방법이 개시된다.
PCB 가공 방법은
표면 조도 및 색상 처리된 동박 및 프리프레그를 준비하는 과정;
동박-프리프레그-동박의 순서대로 적층하여 PCB 패널을 제조하는 과정;
상기 적층된 기판을 가압열처리하여 PCB 패널을 성형하는 가압열처리 과정;
X-Ray 드릴링에 의해 상기 PCB 패널에 가이드 홀을 천공하는 과정; 및
레이저 드릴링에 의해 상기 가이드 홀을 기준으로 상기 PCB 패널에 비아홀을 천공하는 과정;
을 포함한다.
PCB 가공 방법은
표면 조도 및 색상 처리된 동박 및 프리프레그를 준비하는 과정;
동박-프리프레그-동박의 순서대로 적층하여 PCB 패널을 제조하는 과정;
상기 적층된 기판을 가압열처리하여 PCB 패널을 성형하는 가압열처리 과정;
X-Ray 드릴링에 의해 상기 PCB 패널에 가이드 홀을 천공하는 과정; 및
레이저 드릴링에 의해 상기 가이드 홀을 기준으로 상기 PCB 패널에 비아홀을 천공하는 과정;
을 포함한다.
Description
본 발명은 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; 이하 PCB라 함)의 가공 방법에 관한 것으로서, 특히 다이렉트 레이저 드릴 공법(Direct Laser Drill 공법, 이하 DLD 공법)에 필요한 산화(Oxide) 공정 즉, 구리 코팅(Cu Coating) 및 조도 형성을 위한 공정을 생략하도록 함으로써 리드 타임(Lead Time) 단축 및 제품 취급에 따른 불량 인자 개선으로 레이저 드릴(Laser Drill) 가공에 최적의 조건을 형성할 수 있는 인쇄회로기판의 가공 방법에 관한 것이다.
PCB의 구조가 All-Stack Via의 형태로 고사양화 됨에 따라 패드(Pad)와 ㄹ레레이저 비아(laser Via) 사이의 환형 링 사이즈(Annual-ring Size)가 축소되어 Laser Drill의 가공 능력 및 다층 PCB 기판의 층간 정합 유지에 대한 중요성이 강화되고 있다.
도 1은 고사양화에 따른 Pad와 Laser Via 사이의 Annual-ring Size 변화를 표현한다. 도 1의 좌측에 도시된 "2-6-2”는 총 10층으로 구성되고, 1-2L, 2-3L, 8-9L, 9-10L 4개의 층에 Via Hole이 있으며 3-8L 컴퓨터제어 수치가공홀(CNC Hole)로 구성된 적층 구조를 나타낸다.
회로 기판의 트레이스(trace)를 다른 층에 연결해야 할 때, 각 층의 패드 사이를 비아홀을 통해 연결하게 된다. Annual-ring(환형 링)은 비아홀를 둘러싼 패드상의 영역을 말한다. 즉, Annual-ring Size는 패드의 크기와 비아홀의 크기에 의해 결정되는 것이다.
PCB 두께도 최소화되고 CCL(Copper Clad Laminate) 및 프리프레그(Prepreg)의 두께가 얇아지면서, 제품에 발생하는 신장, 신축에 의한 층간 부정합 불량이 발생하게 된다. 또한, PCB의 신장 및 신축에 의해 변하는 제품의 스케일(Scale) 값 차이 및 이를 보정하는 공정이 많아져 층간 틀어짐의 요소가 많아지게 된다.
여기서, 스케일 보정이란 적용된 스케일이 맞지 않을 경우 가이드 홀을 이용하여 확인된 방향으로 스케일을 조절하는 것을 말한다.
도 2는 스케일 보정의 개념을 도시한다.
층과 층 사이를 비아홀을 통하여 연결하고자 할 때 비아홀은 패드 내에 존재하여야 한다. 그런데 PCB 제조 공정의 특성상 동으로 된 패널이 시간과 온도의 변화에 따라 신축하게 된다. 이에 따라 스케일 보정이 필요하게 된다.
구체적으로, 가이드 홀을 이용하여 층간 정합을 확인하고, 쏠림이 발생(즉, 부정합이 발생)되면, 그것이 패널의 신축에 의한 쏠림인지를 판단하고, 패널의 신축에 의한 것이라면 스케일 값을 조절한다.
부정합의 발생은 가이드 홀을 이용하여 확인한다. 패널의 4모서리에서 가이드 홀을 이용하여 정합 여부를 판단하고, 2개 이상이 정합이거나 쏠림(부정합)이 발생하더라고 한쪽 방향으로만 발생한 경우라면 스케일 보정을 하지 않는다. 쏠림이 발생하고 또한 서로 다른 방향으로의 쏠림이라면 스케일 보정을 수행한다.
여기서, 스케일은 패널의 사이즈를 기준으로 %로 산출된 값을 말한다.
도 3은 Laser Drill 가공을 위한 Window Open 방식으로 기존 Laser Drill 가공에 대한 방법을 나타낸다.
Window Open 방식의 Laser Drill 공법에서는 Window Open 공정, Laser Drilling 공정에서 Scale 보정을 진행한다. 공정에서의 Scale 오적용 문제가 발생하면 층간 Short 등의 불량이 발생하게 된다.
도 4는 종래의 Window Open 방식의 Laser Drill 공법 시 Scale의 오적용 및 제품의 신장, 신축에 의한 LVH 틀어짐 불량을 표현한다.
이러한 이유로 해서, Window Open 방식의 Laser Drill 공법 대응으로 DLD 공법이 사용되고 있다.
도 5는 종래의 Window Open 방식과 DLD 방식 적용 DLD 공법의 진행 순서를 비교한다.
DLD 공법은 Cu Etching에 의해 Window Open하는 공정 없이 Laser Drill의 Beam Power 및 초점, Laser Shot수 조절을 통해 Window Open을 하고 Laser Drill을 진행하는 방식이다. DLD 공법은 Window Open이라는 공정이 생략되면서 제품 진행의 Lead Time 단축과 공정에서 발생 되는 취급 불량의 요소가 축소되며 실제로 PAD내에서 직접 비아홀을 가공하기 때문에 층간 쏠림 불량 발생의 빈도가 감소된다.
DLD 공법은 Oxide 표면 조도와 색상에 큰 영향을 받기 때문에 제품 취급 및 Oxide 농도 관련 이상 발생 시 Laser Hole size 축소, 오가공 및 미가공 불량을 발생 시키다.
도 6은 Oxide 공정 後 제품의 취급에 의한 Laser 오가공 및 미가공 현상을 도식화 한다. 이는 표면 조도의 영향에 따른 Laser 가공 조건이 상이함을 나타내며 DLD 공법에 있어 제품 표면의 조도와 색상이 세심하게 관리되어야 함을 나타낸다.
본 발명은 종래 DLD 공법으로 진행하는 Process의 문제점을 개선하고 생산 안정화를 위해 안출된 것으로서, Oxide의 취급 문제 및 조도 형성의 안정화를 해결, 보다 더 안정적이고 좋은 품질의 LVH을 형성하기위한 PCB 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하는 본 발명에 따른 PCB 가공 방법은
표면 조도 및 색상 처리된 동박 및 프리프레그를 준비하는 과정;
동박-프리프레그-동박의 순서대로 적층하여 PCB 패널을 제조하는 과정;
상기 적층된 기판을 가압열처리하여 PCB 패널을 성형하는 가압열처리 과정;
X-Ray 드릴링에 의해 상기 PCB 패널에 가이드 홀을 천공하는 과정; 및
레이저 드릴링에 의해 상기 가이드 홀을 기준으로 상기 PCB 패널에 비아홀을 천공하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 표면 조도 및 색상 처리된 동박(Copper Foil)이라 함은 기존의 Window Open 방식의 레이저 드릴 방법에서의 Oxide 처리 상태와 동등한 수준의 조건을 형성하기 위해서 기존의 반사도가 높고 표면이 매끄러운 동박에 Coating 및 약품 처리를 통해 미세 조도 형성과 표면 색상을 부여한 것을 말한다.
여기서, 조도 및 색상은 Laser Beam의 투과율을 향상 시키고, 절연층과 Copper 사이의 일정 수준 이상의 인장력을 유지시켜 줄 수 있도록 레이저 파워 및 샷수에 따라 조절된다.
본 발명에 따른 PCB 가공 방법에 의하면, 종래의 DLD 공법에서의 Oxide 공정을 Skip 할 수 있어 생산 Lead Time 단축에 용이 하며, 취급에 의해 스크레치가 발생할 수 있는 취약한 Oxide 공정보다 작업 컨트롤이 용이하여 불량 감소 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 고사양화에 따른 Pad와 Laser Via 사이의 Annual-ring Size 변화를 표현한다.
도 2는 스케일 보정의 개념을 도시한다.
도 3은 Laser Drill 가공을 위한 Window Open 방식으로 기존 Laser Drill 가공에 대한 방법을 나타낸다.
도 4는 종래의 Window Open 방식의 Laser Drill 공법 시 Scale의 오적용 및 제품의 신장, 신축에 의한 LVH 틀어짐 불량을 표현한다.
도 5는 종래의 Window Open 방식과 DLD 방식 적용 DLD 공법의 진행 순서를 비교한다.
도 6은 Oxide 공정 後 제품의 취급에 의한 Laser 오가공 및 미가공 현상을 도식화 한다.
도 7은 일반 Copper Foil 과 DTF Copper의 차이를 나타낸다.
도 8은 본 개발에 따른 PCB 가공 가공방법을 간략하게 도시한다.
도 9는 X-ray Drill 가공과 Trimming 공정의 역할에 대해 설명한다.
도 10은 종래의 Direct Laser Drill 가공 방법과 본 발명에 따른 PCB 가공 방법 즉, DTF Copper를 적용한 Direct Laser Drill 가공 방법의 Process의 차이점과 Laser Hole 가공에 대한 신뢰성 자료를 나타낸다.
도 11은 DTF Copper 적용한 제품의 사진과 사양에 대한 부분을 표기 한다.
도 12는 종래의 Window Open 방식과 DLD 방식 그리고 개발하고자 하는 DTF(Double Treatment Foil) 적용 DLD 공법의 진행 순서를 비교한다.
도 2는 스케일 보정의 개념을 도시한다.
도 3은 Laser Drill 가공을 위한 Window Open 방식으로 기존 Laser Drill 가공에 대한 방법을 나타낸다.
도 4는 종래의 Window Open 방식의 Laser Drill 공법 시 Scale의 오적용 및 제품의 신장, 신축에 의한 LVH 틀어짐 불량을 표현한다.
도 5는 종래의 Window Open 방식과 DLD 방식 적용 DLD 공법의 진행 순서를 비교한다.
도 6은 Oxide 공정 後 제품의 취급에 의한 Laser 오가공 및 미가공 현상을 도식화 한다.
도 7은 일반 Copper Foil 과 DTF Copper의 차이를 나타낸다.
도 8은 본 개발에 따른 PCB 가공 가공방법을 간략하게 도시한다.
도 9는 X-ray Drill 가공과 Trimming 공정의 역할에 대해 설명한다.
도 10은 종래의 Direct Laser Drill 가공 방법과 본 발명에 따른 PCB 가공 방법 즉, DTF Copper를 적용한 Direct Laser Drill 가공 방법의 Process의 차이점과 Laser Hole 가공에 대한 신뢰성 자료를 나타낸다.
도 11은 DTF Copper 적용한 제품의 사진과 사양에 대한 부분을 표기 한다.
도 12는 종래의 Window Open 방식과 DLD 방식 그리고 개발하고자 하는 DTF(Double Treatment Foil) 적용 DLD 공법의 진행 순서를 비교한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 동작을 상세히 설명하기로 하며 기능적인 측면과 품질적인 측면에서의 내용을 기술하도록 한다.
DLD 공법에서의 Oxide 처리 상태와 동등한 수준의 조건을 형성하기 위해서 표면의 조도(Rz) 및 색상을 고려하여야 한다. 여기서, 표면 조도는 Laser Drill의 Beam 흡수 시 표면적을 넓게 하여 보다 높은 효율로 Laser 가공을 하기 위함이며, 색상은 Laser의 난반사를 방지하여 초점이 한곳으로 집중 될 수 있게 하는데 있다.
DTF Copper의 표면 조도 및 색상이 Oxide 처리와 비슷한 조건으로 구성하기 위한 조건 수립이 선행 된다면 DTF Copper 적층만으로 Oxide 처리 효과까지 부여할 수 있는 적합한 아이템이다.
DLD Oxide 공정 대체 Copper Foil인 DTF Copper는 기존 Shiny 면에 Flat한 표면에 Coating 및 약품 처리를 통해 미세 조도 형성과 표면 색상을 조절하면서 높은 Laser Beam의 투과율을 향상 시키고, 절연층과 Copper 사이의 일정 수준 이상의 인장력을 유지 시켜준다.
도 7은 일반 Copper Foil 과 DTF Copper의 차이를 나타낸다.
일반적인 동박(Copper Foil)은 광택이 나고 조도가 낮은 샤이니 사이드(Shiny Side)와 Br 처리를 통해 절연층과의 인장력을 높이는 평평(Flat)한 매트 사이드(Matt Side)를 갖는다.
DLD Oxide 공정을 대체하기 위한 DTF Copper는 일반적으로 사용되는 Copper Foil에 Coating 처리를 하여 만들어진다. Coating 시 Co, Ni, Fe, Sn, Zn, In 등의 복합금속산화물로 처리하여 색상을 조절하고, Dipping 방식을 통해 Coating 처리를 하여 미세 조도 형성 및 표면 색상을 형성하여 보다 높은 Laser beam의 투과율을 가지게 된다.
도 8은 본 개발에 따른 PCB 가공 가공방법을 간략하게 도시한다.
먼저, 적층 과정과 프레스 사이클을 통해 PCB 패널을 준비한다.
적층 과정은 <도 7>의 좌측과 같다. 적층 과정에서는 DTF Copper Foil - 프리프레그 - DTF Copper Foil의 순서로 적층한다. 적층 시 Halogen Free 원자재 적용하여 적층 진행한다.
기존 Copper Foil도 적층 시 취급에 유의해야 하겠지만 DTF Copper는 더욱 더 표면의 스크레치 및 취급 불량에 민감하기 때문에 신중히 작업 하여야 한다.
가압열처리를 통해 PCB 패널을 성형한다.
가압열처리를 위한 Press Cycle은 도 8의 우측에 도시된 바와 같다.
성형이 마무리가 되면 X-ray Drill 공정을 통해 가이드홀(guide hole)을 형성해 준다. 가이드 홀은 제품의 신축 변화에 따른 후 공정에서의 Scale 환산을 위한 척도가 되며 Trimming (면취) 공정을 하기위해 Pin에 고정을 하기 위한 Hole로도 사용이 된다.
도 9는 X-ray Drill 가공과 면취 공정(Trimming 공정)의 역할에 대해 설명한다.
레이저 드릴링에 의해 비아홀을 형성한다.
X-ray Drill 과정에서 형성된 가이드 홀은 Laser Drill 과정에서의 비아홀 가공을 위한 가이드 역할을 하게 된다. 기판의 상, 하 층간 정합을 맞추기 위해 Guide의 거리를 Scale로 환산하여 Laser Drill 설비에 입력을 하게 되고, Laser Beam의 조건(Power, Shot수) 등을 선택하여 비아홀을 천공하게 된다.
면취 공정을 수행한다.
면취 공정(Trimming 공정)은 Press 후 가압열처리된 제품 외곽에 남아있는 Resin 및 Copper 잔여물 면취하는 공정을 말한다.
도 10은 종래의 Direct Laser Drill 가공 방법과 본 발명에 따른 PCB 가공 방법 즉, DTF Copper를 적용한 Direct Laser Drill 가공 방법의 Process의 차이점과 Laser Hole 가공에 대한 신뢰성 자료를 나타낸다.
도 10을 참조하면, 기존 작업에 임하던 Laser Drill 조건으로 DTF Copper 면의 Laser 가공이 가능하며, 동등 수준의 품질 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 PCB 가공 방법을 이용하면 전체적인 PCB Process의 Lead Time을 단축할 수 있다.
도 11은 DTF Copper 적용한 제품의 사진과 사양에 대한 부분을 표기 한다.
도 11을 참조하면, Any-Layer (All Laser Via Hole) 제품에서 층간 홀 쏠림 현상이 개선되고 있음을 알 수 있다.
도 12는 종래의 Window Open 방식과 DLD 방식 그리고 개발하고자 하는 DTF(Double Treatment Foil) 적용 DLD 공법의 진행 순서를 비교한다.
도 12를 참조하면 본 발명에 따른 PCB 가공 방법은 종래의 DLD 공법에 비해 표면 조도 및 색상 형성을 위한 Oxide 공정이 생략되고 있음을 알 수 있다.
Claims (2)
- 표면 조도 및 색상 처리된 동박(copper foil) 및 프리프레그(prepreg)를 준비하는 과정;
동박-프리프레그-동박의 순서대로 적층하여 PCB (Printed Circuit Board) 패널을 제조하는 과정;
상기 적층된 기판을 가압열처리하여 PCB 패널을 성형하는 가압열처리 과정;
엑스레이 드릴링(X-Ray Drilling)에 의해 상기 PCB 패널에 가이드 홀을 천공하는 과정; 및
레이저 드릴링에 의해 상기 가이드 홀을 기준으로 상기 PCB 패널에 비아홀을 천공하는 과정;
을 포함하는 인쇄회로기판 가공 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 표면 조도 및 색상 처리된 동박은
동박을 복합금속산화물로 처리하여 색상을 조절하고, 디핑(Dipping) 방식을 통해 코팅 처리한 것임을 특징으로 하는 인쇄회로기판 가공 방법.
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