KR20160116288A - 표면에 돌기가 형성된 초박형 무전해 동박 및 이를 이용한 인쇄회로기판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본발명의 캐리어 동박 제조방법은 캐리어를 제공하는 단계와, 상기 캐리어의 표면에 분리 유도층을 형성하는 단계와, 상기 분리 유도층 위에 동박층을 형성하는 단계와, 상기 동박층 위에 돌기를 형성하는 단계를 포함한다.

Description

표면에 돌기가 형성된 초박형 무전해 동박 및 이를 이용한 인쇄회로기판의 제조방법{Ultra thin film of copper having bump and fabrication method for printed circuit board using the same}

본 발명은 초박형 무전해 동박 및 이를 이용한 인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 패턴된 드라이 필름과 전해도금법을 이용하여 인쇄회로기판을 제조하기 위한 초박형 무전해 동박 및 이를 이용한 인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것이다.

인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)은 다양한 전자부품이 전기적으로 연결되어 회로를 구성하도록 고정하는 수단으로서, 절연성 기재 위에 전도성 패턴이 형성되고, 부품들을 고정하고 전기적으로 연결하기 위한 다수의 관통홀이 형성된 것이 일반적이다.

인쇄회로기판은 에폭시 수지에 유리 섬유 등의 보강재를 첨가한 코어 재료에 동박을 접착시킨 경성인쇄회로기판(Rigid Printed Circuit Board, Rigid PCB), 폴리이미드 상에 동박을 접착시킨 연성인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit Board, FPCB) 및 경성인쇄회로기판과 연성인쇄회로기판의 장점을 결합시킨 경성-연성인쇄회로기판(Rigid- Flexible Printed Circuit Board, R-F PCB)으로 나누어질 수 있으며, 각 인쇄회로기판은 그 특성에 맞게 사용되고 있다. 또한, 최근 전자기기의 경박단소화 추세에 따라 인쇄회로기판이 차지하는 공간도 함께 축소될 것이 요구되고 있으며, 인쇄회로기판을 소형화하기 위해서는 회로패턴을 다층화하거나 회로의 배선 간격이 좁아져야 한다.

인쇄회로기판에서 회로 패턴을 형성하는 전통적인 방법은 동박 위에 드라이 필름 등으로 마스킹 패턴을 형성하고, 동박을 에칭하여 회로를 형성하는 방법인데, 이러한 방식에 의해서는 회로의 배선 간격을 60마이크로미터 이하로 제어하는데 한계를 가지고 있다. 상기의 방식에 의한 미세 회로패턴 형성의 한계를 극복하기 위한 방법으로 최근에는 전통적인 에칭 방법과 반대되는 개념으로 회로 형성 부위를 제외한 영역을 드라이 필름 등으로 마스킹하고, 회로 형성이 필요한 영역에 직접 도금을 이용하여 전도성 패턴을 형성시키는 방식이 개발되고 있다.

이와 같은 방식이 적용하는 경우에도 미세패턴을 형성하기 위해서는 직접 도금의 전극 역할을 하는 기저층이 되는 동박의 두께가 얇아야 한다. 그러나 얇은 동박은 제조하기가 까다로워 공급 업체가 적고 매우 고가이므로 업체에서는 두꺼운 동박을 값싸게 구입하여 원하는 두께를 갖도록 에칭해서 사용하고 있으나, 이러한 방법은 에칭공정의 추가로 제조비용의 상승이나 환경오염의 문제를 안고 있다.

초박형 동박을 제조하는 선행기술로는 본 출원의 발명자들이 이미 출원하여 특허받은 한국등록특허 제1422262호가 있다. 상기 선행문헌은 캐리어를 제공하는 단계와, 상기 캐리어의 표면에 분리 유도층을 형성하는 단계와, 상기 분리 유도층 위에 동박층을 형성하는 단계와, 상기 동박층 위에 코어를 접합시키는 단계를 포함하는 동박층이 형성된 기판의 제조방법을 개시하고 있다.

한편, 인쇄회로기판의 제조에 기저층으로서 수지에 초극박형 동박을 접착시킨 자재가 사용되기도 하는데, 이러한 초극박의 동박은 18㎛ 정도의 두께를 갖는 또 다른 동박을 캐리어로 사용하여 그 표면에 스퍼터링에 의해 니켈 합금 등의 금속층을 형성시키고 전해 도금을 실시하여 초박형의 캐리어 동박을 얻은 후 수지에 전사시켜 사용하고 있다.

하지만 이러한 공정에 의해 제조되는 초박형 캐리어 동박의 경우 18㎛ 정도의 두께를 갖는 동박을 캐리어로 사용하므로 가격이 비싸며, 전해 도금을 하기 위해 전처리로 실시하는 스퍼터링의 금속 성분이 남아 패턴 형성 후에 제거하기 어려운 단점이 있다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 인쇄회로기판용 수지 기판과의 접착력이 향상된 캐리어 동박의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 상기 캐리어 동박을 이용하여 인쇄회로기판을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 첫 번째 과제를 달성하기 위하여, 캐리어를 제공하는 단계와, 상기 캐리어의 표면에 분리 유도층을 형성하는 단계와, 상기 분리 유도층 위에 동박층을 형성하는 단계와, 상기 상기 동박층 위에 돌기를 형성하는 단계를 포함하는 캐리어 동박의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 동박층 위에 돌기를 형성하는 단계는, 상기 동박층 표면에 동 입자를 형성시키는 단계와, 상기 동박층 표면에 형성된 동 입자의 표면을 동으로 코팅하는 단계와, 상기 동으로 코팅된 동 입자가 형성된 동박층 위에 내열성 금속층을 형성하는 단계와, 상기 내열성 금속층 위에 방청성 금속층을 형성하는 단계와, 상기 방청성 금속층 위에 접착력 향상층을 형성하는 단계로 이루어질 수 있다.

본 발명은 상기 두 번째 과제를 달성하기 위하여, 인쇄회로기판용 수지 기판을 제공하는 단계와, 상기 인쇄회로기판용 수지 기판 위에 제1항의 제조방법에 의하여 제조된 캐리어 동박을 접합하는 단계와, 상기 캐리어 동박이 접합된 인쇄회로기판용 수지 기판에 관통 홀을 형성하는 단계와, 상기 관통 홀의 내부 면에 전도성 물질을 코팅하는 단계와, 상기 캐리어 동박에서 캐리어를 분리하는 단계와, 상기 캐리어가 분리된 동박 위에 감광성 필름을 접합하는 단계와, 상기 감광성 필름의 일부 영역을 노광 및 현상하여 감광성 필름 패턴을 형성하는 단계와, 상기 감광성 필름 패턴이 형성된 동박을 기저층으로 전기도금을 수행하여 도선 패턴을 형성하는 단계와, 상기 도선 패턴이 형성된 동박을 부분 식각하여 도선 패턴이 형성되지 않은 영역의 동박층을 제거하는 단계를 포함하는 인쇄회로기판의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 캐리어 동박 제조방법은 아래의 효과를 가진다.

1. 동박층 위에 돌기가 형성되어 있으므로, 인쇄회로기판용 수지 기판인 코어와의 접합력이 향상된다.

2. 캐리어와 동박층 사이에 분리 유도층이 형성되어 있어서, 코어를 열압착공정에 의하여 동박에 부착시키는 과정에서 캐리어층과 동도금층간의 확산을 방지할 수 있다. 따라서, 캐리어와 동박층의 분리를 용이하게 할 수 있고, 분리된 동박층의 두께 및 표면 조도를 일정하게 유지할 수 있다.

3. 동박층을 무전해 도금법으로 형성하므로, 전해도금에 비하여 동박층이 덜 치밀해지므로, 하지층인 동박층을 보다 빨리 식각해낼 수 있고, 하지층인 동박층이 식각되는 동안에 전해도금된 동 패턴의 측벽이 식각되는 것을 최소화할 수 있다.

4. 분리 유도층은 알루미늄으로 이루어진 캐리어의 표면에 다공성층을 형성하는 과정을 포함하고, 상기 다공성층은 주성분이 산화알루미늄이 아닌 알루미늄으로 이루어지므로 화학적 에칭을 이용한 캐리어 제거 과정에서 단일 종류의 에칭 용액만으로 캐리어를 제거할 수 있다.

도 1은 일반적인 인쇄회로기판의 단면 구조를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 캐리어 동박과 인쇄회로기판용 수지 기판이 접합된 단면구조를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 캐리어 동박 제조방법의 단계별 사진이다.
도 4는 종래 기술의 다층인쇄회로기판의 제조 공정을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 인쇄회로기판의 제조방법을 순서대로 나타낸 것이다.

본 발명의 캐리어 동박 제조방법은 캐리어를 제공하는 단계와, 상기 캐리어의 표면에 분리 유도층을 형성하는 단계와, 상기 분리 유도층 위에 동박층을 형성하는 단계와, 상기 동박층 위에 돌기를 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 캐리어 동박의 제조방법은 동박층 위에 돌기를 형성하는 것이 특징이다. 캐리어 동박은 접착층을 통하여 인쇄회로기판용 수지 기판과 접합되는데, 이때, 동박층 위에 형성된 돌기는 수지 기판과 동박층의 결합력을 향상시킨다. 동박층은 이후 공정에서 전해동박을 형성하는 기저층이 되는데, 전해동박이 형성되지 않은 영역의 동박층은 식각되어 제거되어야 하므로 두께가 매우 얇아야 한다. 또한, 동박층 위에 형성되는 돌기도 동박층과 함께 식각되어야 하는데, 돌기가 동박층 위에 작은 크기와 균일한 밀도로 형성되는 것이 유리하다.

본 발명에서는 동박층 위에 전해도금을 이용하여 미세한 동입자를 형성하고 그 외부면을 동으로 코팅하는 공정을 적용하여, 동박층 위에 균일하고도 미세한 금속재질의 돌기를 형성하였다.

아래에서 명세서에 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 구현예들에 대하여 구체적으로 설명한다. 설명된 본 발명의 구현예들은 이 기술분야의 당업자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서 본 발명은 아래에서 설명된 구현예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 첨부된 도면들에 표시된 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 설명의 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있고, 일 구성요소가 다른 구성요소 “위에”또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 구성요소 “바로 위에”있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 또 다른 구성요소가 개재되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 단계를 나열하여 설명된 방법의 경우에도 연속되어 설명된 단계의 중간에 다른 단계가 개재되는 경우가 있을 수 있고, 경우에 따라 각 단계는 나열된 순서에 한정되지 않을 수 있다.

도 1은 일반적인 인쇄회로기판의 단면 구조를 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 인쇄회로기판(100)은 코어(110), 접착층(120) 및 동박층(130)을 포함한다. 코어(110)는 인쇄회로기판용 수지 기판인데, 경성 또는 연성의 재료로 이루어질 수 있고, 각각의 경우는 경성인쇄회로기판과 연성인쇄회로기판을 제조하는데 이용된다. 경성인쇄회로기판의 코어는 에폭시 수지에 유리섬유를 결합시킨 복합체로 이루어질 수 있고, 연성회로기판의 코어는 폴리이미드 수지 등으로 이루어질 수 있다. 접착층은 코어와 동박층을 결합시키는 기능을 하고, 동박층은 패터닝된 형태로 회로를 구성할 수 있다.

인쇄회로기판에서 동박층을 이용하여 회로를 구성하는 방법은 다양한데, 본 발명의 일 구현예에 따르면 동박층의 두께를 충분히 얇고 균일하게 형성할 수 있으므로 미세패턴의 회로를 형성하는 것이 용이해진다.

도 2는 본 발명의 캐리어 동박과 인쇄회로기판용 수지 기판이 접합된 단면구조를 나타낸 것이다. 도 2를 참조하면, 동박필름 기판(200)은 코어(210), 접착층(220), 동박층(230), 실링층(242), 다공성층(241) 및 캐리어(240)를 포함한다. 코어(210)는 인쇄회로기판용 수지 기판으로서 인쇄회로기판의 기재가 되는 부분이며, 경성재질의 에폭시/유리섬유 복합체이거나 연성재질의 폴리이미드 수지로 이루어질 수 있다. 도면에는 표시하지 않았지만 경우에 따라 접착층(220)이 형성될 표면 상에 열가소성 수지층을 포함할 수 있다. 접착층은 동박층(230)과 코어(210)를 결합시키는 기능을 하며, 다양한 종류의 고분자 수지 접착제가 이용될 수 있고, 코어가 폴리이미드일 경우 폴리이미드와의 상용성이 좋은 접착제가 이용될 수 있다. 동박층(230)은 인쇄회로기판의 회로패턴을 구성하는 부분으로서, 에칭공정 또는 패턴된 드라이 필름과 전해도금법 의하여 회로패턴이 형성될 수 있으며, 후자의 경우 상기 동박층(230) 위에 소정의 패턴을 가지는 동박층이 추가로 형성될 수 있다. 상기 동박층(230) 위에 캐리어(240)가 결합되는데, 동박층(230)과 캐리어(240) 사이에는 다공성층(241)과 실링층(242)을 포함하는 분리 유도층이 형성될 수 있다. 분리 유도층은 동박층과 코어를 접합하는 과정의 열압착 공정 중에 캐리어의 금속 성분과 동박층의 구리가 상호 확산되는 것을 방지하는 기능을 하여, 이후 공정에서 캐리어와 동박층의 분리가 용이하게 일어나고 동박층의 두께 및 표면 조도가 균일하게 유지되도록 한다.

본 발명의 캐리어 동박의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 캐리어를 제공한다. 캐리어로는 알루미늄 재질의 시트(sheet)가 이용될 수 있고, 일면에 점착제에 의하여 이형지가 접착된 형태로 제공될 수 있다.

이어서, 캐리어의 적어도 일면에 다공성층을 형성한다. 다공성층을 형성하는 과정은 알루미늄 시트를 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH) 등의 알칼리 화합물, 시안화철, 구연산철 등의 철 화합물 또는 탄산칼륨, 탄산나트륨 등의 탄산염 계통 화합물 등을 주성분으로 하며 기타 킬레이트 등의 역할을 하는 기능성 첨가제를 포함한 용액으로 처리함으로써 진행된다. 이와 같은 다공성층 형성 공정은 전기를 이용한 아노다이징 공정과는 달리 무전해 화학 약품에 의해 알루미늄 표면을 처리하는 공정이고, 알루미늄 표면에 마이크로 에칭과 함께 공극을 형성시키는 개념이다. 상기 무전해 화학 약품 처리 공정은 알루미늄의 표면을 부식시키면서 다공성층을 형성시키는 공정일 수 있다. 구체적인 공정은 알루미늄 캐리어를 약 40~60℃ 정도의 온도에서 약 3~10 분 정도 약품에 침적하여 수행될 수 있다. 일반적으로 전기를 이용하여 실시하는 아노다이징에 의하여 형성된 층이 부도체인데 반해, 상기의 공정으로 형성된 다공성층은 소지에 공극(pore)만이 형성된 구조이므로 도체의 성질을 그대로 유지하여 통전에는 전혀 영향을 주지 않는 특징이 있다. 이와 같이 다공성층의 주성분은 알루미늄산화물이 아닌 알루미늄으로 이루어지므로 화학적 방법에 의하여 캐리어를 동박층에서 분리하는 경우, 알루미늄을 제거하기 위한 에칭액만을 이용하여 캐리어를 제거할 수 있는 장점을 가진다. 다공성층에 일부 존재하는 알루미늄수산화물 등은 두께가 얇기 때문에 알루미늄의 에칭과정에서 용액으로 분리되어 함께 제거될 수 있다.

이어서 다공성층 위에 실링층을 형성한다. 실링층의 형성 단계는 선택적인 단계이다. 실링층은 캐리어와 동박층이 쉽게 분리되게 하기 위한 윤활물질의 기능을 하는 동시에, 다공성층의 공극에 충진되어 이후 형성될 동박층의 표면을 매끄럽게 하는 기능과, 동박층에 코어를 열압착하여 결합시키는 과정에서 캐리어의 알루미늄과 동박층의 구리가 확산되어 일종의 합금층이 형성되는 것을 방지하는 기능을 한다. 실링층은 무기물 또는 유기물이나 고분자수지로 이루어질 수 있는데, 예를 들면 질화붕소(Boron Nitride, BN), 이황화몰리브덴(MoS₂), 테프론, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 실링층으로 크롬-폴리머와 같은 금속-폴리머 복합재 또는 코발트-크롬 등의 금속층이 이용될 수도 있다. 다공성층과 실링층은 도 2에서 순차적으로 적층된 것으로 도시하였지만, 다공성층에 포함된 공극에 실링층을 구성하는 물질이 충진된 형태로 이루어질 수도 있다. 이와 같이 형성된 분리 유도층은 다공성층과 실링층으로 이루어지는데, 다공성층은 공극이 포함된 알루미늄층으로 이루어지고, 실링층은 다공성층 위에 도포되는 형태로 형성된다. 따라서 분리 유도층은 다공성 알루미늄층과, 상기 다공성 알루미늄층에 형성된 실링층으로 이루어지게 된다.

다공성층과 실링층은 캐리어와 동박층 사이에 분리 유도층을 형성한다. 이러한 분리 유도층이 형성되어 있지 않은 경우에는 동박층과 코어를 열압착하는 과정에서 350℃ 이상의 고온에서 캐리어와 동박층 사이의 계면에서 확산이 발생하여 캐리어와 동박층의 분리가 어려워진다. 그러나 캐리어와 동박층 사이에 분리 유도층을 형성하면 캐리어의 알루미늄과 동박층의 구리가 고온에서 확산층을 형성하는 것이 방지되고, 알루미늄 재질의 캐리어를 화학적 에칭에 의하여 동박층과 분리하는 경우에도 알루미늄 산화물의 에칭액없이 알루미늄 에칭액만을 이용할 수 있어서 공정을 단순화하고 비용을 절감할 수 있다.

본 발명의 캐리어 동박에 적용된 분리 유도층은 캐리어인 알루미늄 시트와 동박의 분리를 용이하게 한다. 이를 효과를 확인하기 위한 실험으로서, 캐리어 표면을 산탈지 용액으로 오염 제거 및 미세 에칭을 실시하고, 코발트-크롬 등의 금속층을 형성한 후, 무전해 동도금을 행하고 수지를 도포한 뒤 핫프레스 공정을 거쳐 90ㅀ 필테스트 (peel test)로 동박과 캐리어 간의 박리력을 측정하였다. 그 결과 분리 유도층을 형성하지 않은 미처리 제품에서는 약 300gf/cm 의 박리력을 나타내나, 약 30℃에서 3분간 처리하여 분리 유도층을 형성시킨 제품에서는 동박과 캐리어간의 박리력의 약 160gf/cm 정도로 낮게 나타났다. 따라서 동박 전사 후 동박과 캐리어 사이의 박리를 원활히 할 수 있었다. 또한 캐리어 표면 조도에 따라 동박과의 박리력에 차이가 있으며, 알칼리 성분의 에칭액을 사용하는 경우, 약 0.1㎛ 의 에칭만으로 표면 조도 (Ra) 1.5~2.0 정도의 값을 나타내며, 부식 방지제 역할을 하는 기능성 첨가제를 투입하여 미세 에칭을 실시함으로서 약 0.1㎛ 의 에칭량에서 표면 조도(Ra) 0.4~0.5 정도의 값을 얻을 수 있었다. 또한 캐리어 소재가 알루미늄인 경우, 소재의 두께가 얇으면 표면 조도가 낮아 무전해동도금 후 캐리어와 동박간의 박리력이 약 300gf/cm에서 약 200gf/cm로 낮아 용이하게 박리된다.

이어서, 실링층 위에 동박층을 형성한다. 동박층의 형성은 무전해동도금 방법을 이용하여 수행될 수 있는데, 무전해동도금 방법으로 형성된 동박층은 전기를 사용하지 않고 화학적인 반응 메커니즘에 의해 형성되며 1 마이크로미터 이하의 얇은 두께에서부터 수십 마이크로미터의 두꺼운 두께의 도금층까지 균일하게 얻을 수 있다. 이와 같이 동박층의 두께를 조절하여 에칭에 의하여 회로패턴을 형성하는 방식이나 패턴된 드라이 필름과 전해도금을 이용하여 회로패턴을 형성하는 방식을 선택할 수 있다. 이러한 무전해동 도금층 형성 방법에는 이온화 경향의 차이에 의해 도금이 진행되는 치환동도금과 환원제의 기능에 의해 도금이 진행되는 무전해 환원 동도금의 두 가지를 선택적으로 사용할 수 있으며, 적용하고자 하는 분야에 따라 적합한 도금 방법을 적용할 수 있다.

이어서, 동박층 위에 돌기를 형성한다. 동박층 위에 형성되는 돌기는 동박층과 인쇄회로기판용 수지 기판과의 접착력을 향상시키는 기능을 한다. 돌기는 동 입자, 니켈 합금 입자, 크롬 입자 또는 실란층을 포함할 수 있다.

이어서, 돌기가 형성된 동박층 위에 접착층을 형성한다. 접착층은 동박층을 인쇄회로기판용 수지 기판인 코어와 결합하기 위한 것으로서, 접착층 또는 프라이머층은 코어로 사용할 수 있는 고분자 재질인 폴리 에틸렌 테레프탈레이트(Poly Ethylene Teraphthalate, PET), 폴리이미드 및 연성에폭시 등과의 상용성이 좋은 재질로 이루어질 수 있고, 유기티탄, 유기실란 등의 물질이 이용되거나 수지를 주성분으로 하는 혼합물로 제조될 수 있다. 이러한 접착층 또는 프라이머층은 코어재질과의 접합 기능 뿐 아니라 동박의 산화를 방지하는 방청 역할도 동시에 수행할 수 있고, 프라이머층의 기능인 접착 성능을 갖도록 하기 위하여 프라이머의 도포 뿐 아니라 접착 테이프를 부착하는 것도 가능하다.

동박층 위에 돌기를 형성하는 과정을 보다 상세히 설명하면 아래와 같다.

동박층 위에 돌기를 형성하는 첫 번째 단계는 전기도금법을 이용하여 동박층 위에 미세한 동 입자를 형성하는 것이다. 이때, 전기도금에 이용되는 도금액은 황산구리를 구리 공급원으로 하고 황산과 염소 및 텅스텐, 니켈, 코발트, 몰리브덴, 철, 비소 등의 금속이온을 일정량 첨가한 용액일 수 있다. 동 입자를 형성하기 위한 전기도금은 상온에서 30 내지 100ASD의 전류를 1 내지 10초 동안 인가하는 방식으로 진행될 수 있다.

두 번째 단계는 첫 번째 단계에서 형성시킨 동 입자의 표면에 동을 코팅하는 과정이다. 이때, 도금액은 황산 구리를 주성분으로 하는 조성을 가지는 도금액으로, 상기 첫 번째 단계에서 이용된 도금액보다 황산구리 농도가 4배 정도 높고, 황산의 농도는 동일하며 기타 금속이온은 포함되지 않았다. 전기도금은 40 내지 70℃의 온도에서 30 내지 60ASD의 전류를 1 내지 10초 동안 인가하는 방식으로 진행될 수 있다. 상기 첫 번째 과정과 두 번째 과정은 2 내지 3회 반복될 수 있다. 동박층에 형성되는 돌기의 높이는 적용 제품에 맞게 변형할 수 있고, 도금조건을 변경하여 1 내지 8μm로 조절하는 것이 바람직하다.

상기 첫 번째 단계는 미세입자의 핵을 일정 크기까지 형성시키는 단계이고, 두 번째 단계는 형성된 미세입자가 표면에서 분리되지 않도록 고정시키는 단계이다. 만약 두 번째 단계를 거치지 않으면 형성된 미세입자가 분리되어 수지기판과의 접착력이 확보되지 못한다.

세 번째 단계는 돌기가 형성된 동박층 위에 내열성 금속층을 형성하는 것이다. 내열성 금속층을 형성하는 이유는 캐리어 동박을 이용한 인쇄회로기판이 제조과정에서 핫프레스 공정, 가접 공정, 솔더링과 같은 고온 공정이 적용되기 때문이며, 내열성 금속층은 니켈-아연 합금일 수 있다. 니켈-아연 합금의 도금조건은 염화니켈과 아연니켈을 각각 금속 공급원으로 하는 전기도금액을 이용하여 40 내지 60℃의 온도에서 0.1 내지 5ASD의 낮은 전류밀도로 1 내지 5초간 처리하는 것이다.

네 번째 단계는 니켈-아연 합금층 위에 방청을 위한 코팅층을 형성하는 것이다. 방청성 물질로는 크롬이 이용될 수 있고, 염화크롬 등의 크롬 화합물을 이용하여 2 내지 8ASD의 전류밀도로 30 내지 40℃의 온도에서 1 내지 10초간 전기도금을 실시하는 것으로 크롬층을 형성할 수 있다.

다섯 번째 단계는 돌기가 형성된 동박층과 인쇄회로기판용 수지 기판의 접착력을 향상시키기 위한 접착력 향상층을 형성하는 것이다. 접착력 향상층의 형성은 상온에서 20 내지 50초 동안 이미다졸 계통의 유기 실란과 용제의 혼합용액으로 표면을 처리하는 것이다.

도 3은 본 발명의 캐리어 동박 제조방법의 단계별 사진이다. 도 3을 참조하면, 먼저 알루미늄 캐리어가 준비되고, 알루미늄 캐리어 위에 동박이 무전해 도금되며, 무전해 동박 위에 돌기를 형성시킨 후, 인쇄회로기판용 수지 기판에 합착된다.

상기의 과정을 통하여 본 발명의 캐리어 동박이 제조되고, 제조된 캐리어 동박은 인쇄회로기판용 수지 기판에 부착되어서 인쇄회로기판의 제조에 이용된다. 이와 같은 인쇄회로기판의 제조방법은 종래의 다층인쇄회로기판의 제조공정 및 비용과 도선의 선폭 제어 관점에서 차별화된다.

아래에서 종래 기술을 이용한 다층인쇄회로기판의 제조방법과 본 발명에 따라 제조된 다층인쇄회로기판의 제조방법에 대하여 각각 도 4와 도 5를 이용하여 차례대로 설명한다.

도 4는 종래 기술의 다층인쇄회로기판의 제조 공정을 설명하기 위한 공정 흐름도이다. 도 4를 참조하면, 먼저 캐리어 동박인 동박 필름과 인쇄회로기판용 수지 기판인 폴리이미드 코어를 접합시킨 연성 적층판(Flexible PCB Copper Clad Laminate, FCCL)을 소정의 크기로 절단한다(S1). 이어서, 상기 절단된 연성 적층판 필름 위에 내층 회로를 형성하기 위해 에칭 공정을 수행한다(S2). 이어서, 그 위에 보호층을 접합한다(S3). 이어서, 상기 보호층 위에 본딩시트로 연성 적층판을 적층한다(S4), 이어서, 상기 적층한 연성 적층판 위에 전기동도금을 수행하여 동도금층을 형성한다(S5), 이어서, 상기 동도금층에 드릴 공정을 수행하여 복수 개의 관통홀을 형성한다(S6), 이어서, 디스미어 공정으로 관통홀 내벽에 남아있는 가공 칩과 같은 잔사를 제거한다(S7). 이어서 무전해동과 전기동도금을 차례로 수행하여 동도금층을 형성한다(S8, S9). 이어서, 동도금층에 외층 회로를 형성하기 위한 에칭 공정을 수행하고(S10), 상기 외층 회로 위에 인쇄 공정을 수행하여 PSR 인쇄층을 형성한다(S11).

상기에서 설명한 바와 같이 종래의 다층인쇄회로기판 제조 방법은 공정이 복잡하고 고가의 동박 필름을 사용한 동박 적층판을 이용하므로 원가 상승 요인이 되며, 적층 공정이 복잡하고 부자재의 사용이 늘어나 다층 인쇄회로기판의 두께가 두꺼워지는 문제가 있다. 본 발명의 동박층이 형성된 기판을 이용하여 다층인쇄회로기판을 제조하면, 공정을 단순화시키는 동시에 제조비용을 절감하는 효과를 가진다. 아래에서 본 발명에 따른 다층인쇄회로기판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 인쇄회로기판의 제조방법을 순서대로 나타낸 것이다. 도 5를 참조하면, 먼저 본 발명의 일 태양에 따라 제조된 캐리어 동박을 인쇄회로기판용 수지 기판에 합지한다. 인쇄회로기판의 원소재를 제조한다(원소재의 제조). 캐리어 동박과 수지 기판의 합지는 열압착 등의 방법에 의하여 수행될 수 있다.

이어서, 인쇄회로기판용 원소재에 관통홀을 형성한다(관통홀의 형성). 관통홀의 형성은 기판의 양면에 형성된 회로를 서로 도통시키기 위한 것으로서, CNC 드릴을 이용하거나 레이저 천공법에 의하여 수행될 수 있고, 폴리이미드 에칭액을 이용한 화학적 방법으로도 수행될 수 있다. 이때, 본 발명에서는 수지 기판 위에 캐리어 동박이 부착된 상태에서 드릴링이 수행되므로 홀의 위치 정밀도를 증가시킬 수 있고, 동도금막이 방열 기능을 하는 엔트리 보드로서의 기능도 할 수 있다.

캐리어 동박의 알루미늄 캐리어는 관통홀 형성 후 또는 관통홀 내부에 전도성 입자를 형성 한 후에 제거할 수도 있지만, 관통홀 형성 전에 제거될 수도 있다. 캐리어의 제거에는 물리적 방법과 화학적 방법이 사용될 수 있다. 알루미늄과 동은 이종 금속이므로 분리가 용이하여 일반적으로 물리적 방법에 의하여 분리하는 것이 가능하지만, 코어재질인 폴리이미드와 동박층의 접합 과정이 약 350℃ 이상의 고온에서 이루어지는 경우에는 캐리어인 알루미늄과 동박 사이에 확산이 일어나 균일한 박리가 어려워지므로 가성 소다 등의 약품을 이용하여 화학적으로 알루미늄만을 제거하는 방법을 이용할 필요성이 있다. 이때, 본 발명에 따르면 알루미늄 캐리어 표면에 다공성층을 형성하므로 자연 산화된 알루미늄 산화물 또는 알루미늄 수산화물의 두께가 무시할 만한 두께이고, 따라서 알루미늄 에칭액만을 이용하여 알루미늄 캐리어를 제거할 수 있는 장점이 있다.

이어서, 관통홀이 형성된 원소재의 관통홀 내벽에 전도성을 부여한다(관통홀 전도성 부여). 전도성의 부여는 전도성고분자 처리나 무전해 동도금으로 수행될 수 있다. 이때, 전도성고분자 처리나 무전해 동도금을 대신하여 블랙홀, 섀도우 공법 등 탄소 입자를 이용하는 공정을 적용할 수도 있다. 또한 전도성고분자 처리, 무전해 동도금 등을 통하여 전도성 층이 형성된 위에 화학동도금이나 직접 전기동도금을 추가로 수행할 수도 있다.

이어서, 관통홀의 내벽에 전도성이 부여된 원소재에 광감성 수지인 드라이 필름을 합지한다(드라이 필름 레지스터 합지). 드라이 필름의 합지는 열압착 등의 방법에 의하여 수행될 수 있다. 이어서, 드라이 필름에 노광 및 현상을 하여 일부 영역에만 드라이 필름이 존재하도록 한다(노광, 현상). 노광에는 자외선 광원과 마스크가 이용될 수 있고, 현상액으로는 알칼리 용액이 이용될 수 있다. 이어서, 드라이 필름이 패터닝된 하부에 회로의 도선 역할을 하는 전도성 물질을 형성하기 위하여 동도금을 수행한다(회로동도금). 이어서 드라이 필름을 박리한다(박리).

마지막으로 회로의 도선 역할을 하는 동도금 영역을 제외한 영역의 하부 동도금막을 식각하기 위하여 플래쉬 에칭을 수행한다(플래쉬 에칭).

본 발명에 따라 제조된 다층인쇄회로기판을 제조하는 공정은 종래의 방법에서와 같이 패널 전체에 동도금을 한 후 회로 형성 부위만 남겨두고 에칭을 해내는 방법이 아니라, 반대로 회로가 형성되어야 할 부위를 노출시키고 그 부분에만 도금으로 채워 회로를 형성하는 방식이므로 매우 경제적이며, 미세 회로 구현에 적합하다. 특히 최근의 기술 발전 동향에 따라 기존의 에칭 방식으로는 구현하기 어려운 미세 회로를 요구하고 있어 이처럼 회로 부위를 도금으로 채우는 공정의 개발은 필수적인 일이다.

이하에서 실시예를 이용하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

실시예 1(인쇄회로기판 원소재의 제조)

(1) 알루미늄 캐리어 표면 탈지(세정 및 다공성층 형성)

알루미늄 캐리어 표면 상의 유기물 등의 오염물질을 효과적으로 제거하기 위하여 YMT사의 탈지제(Al clean 193)를 희석하여 준비하고, 30 ~ 50℃의 온도에서 2 ~ 5분간 탈지하였다. 이때, 상기 탈지제의 처리에 의하여 알루미늄 캐리어의 표면이 일부 부식되어 다공성층이 형성된다.

(2) 코발트-크롬층 형성(분리 유도층 형성)

동도금층과 알루미늄 하지층과의 분리를 손쉽게 진행하기 위하여 얇은 코발트-크롬 막을 탈지된 알루미늄 상(다공성 층 상)에 형성하였다. 이때, 코발트-크롬 막의 형성은 증류수 1L에 불화크롬 1g, 불화코발트 0.5g, 폴리비닐알코올 5g을 각각 용해한 용액을 사용하였으며, 25~30℃의 온도에서 1분간 침적하여 수십나노미터 두께의 분리 유도층을 형성하였다.

(3) 동도금

상기 코발트-크롬층 위에 무전해 동도금을 실시하였다. 동도금 처리 시 도금액은 증류수 1L에 황산동 100g, 시안화칼륨 90g, 수산화나트륨 3g을 각각 용해하여 제조하였으며, 상기 분리 유도층이 형성된 자재를 제조된 도금액에 30~50℃의 온도에서 5~10분간 침적하여 1~2㎛의 얇은 무전해 동박을 형성시켰다.

(4) 돌기의 형성

동도금 표면에 돌기를 형성하기 위하여, ⅰ) 먼저 황산구리 50g, 황산 100g, 증류수 1L, 염소, 텅스텐, 니켈, 코발트, 몰리브덴, 철 또는 비소를 포함하는 도금액을 이용하여 25℃에서 60ASD의 전류를 4초 동안 흘려 미세한 동입자를 생성시켰다. 이어서, ⅱ) 황산구리 200g, 황산 50g, 증류수 1L를 포함하는 도금액을 이용하여 50℃에서 10ASD의 전류를 1초 동안 흘려 미세한 동입자의 표면을 코팅하였다. 상기 동입자를 생성시키는 과정과 동입자 표면을 코팅하는 과정은 2회 반복하였다. 이어서, ⅲ) 내열성 확보를 위하여 염화니켈 화합물(NiCl₂ㅇ6H₂O) 200g, 아연니켈 화합물(ZnCl₂) 100g, 증류수 1L를 포함하는 도금액을 이용하여 50℃에서 1ASD의 전류를 10초간 흘려 니켈-아연 합금층을 얇게 형성하였다. 이어서, ⅳ) 방청을 위하여 염화크롬 등의 크롬 화합물을 이용하여 5ASD의 전류밀도로 30℃에서 10초간 전기크롬 도금을 실시하였다. 이어서, ⅴ) 동박과 수지와의 접합력 향상을 위하여 상온에서 30초간 이미다졸 계통의 유기실란과 용제의 혼합용액으로 처리하였다.

(5) 레진 코팅(접착층 형성)

상기의 과정으로 제조된 캐리어 동박의 표면에 레진을 약 7 ~ 9μm 두께로 코팅하였다. 사용된 레진은 합지되는 기재에 따라 폴리에틸렌(PE), 에폭시(Epoxy) 등을 이용하였고, 레진 코팅 후 레진 상의 용제를 제거하기 위하여 80 ~ 100℃의 온도에서 5분 이상 오븐에서 건조하였다.

(6) 코어 합지(수지 기판과의 결합)

상기와 같이 레진 코팅된 자재를 가소성 폴리 이미드 기판의 양면에 열압착 공정을 이용하여 합지하였다.

실시예 2 (인쇄회로기판 원소재의 제조)

실시예 1의 "(4) 돌기의 형성" 단계를 제외하고는 실시예 1과 동일하게 인쇄회로기판 원소재를 제조하였다. 실시예 2에서는 실시예 1의 "(4) 돌기의 형성" 단계 중 ⅰ) 단계의 처리 시간을 5초로 증가시키고, ⅱ) 단계를 생략한 것을 제외하고는 실시예 1의 "(4) 돌기의 형성" 단계와 동일하게 진행하였다.

실시예 3 (인쇄회로기판 원소재의 제조)

실시예 1의 "(4) 돌기의 형성" 단계를 제외하고는 실시예 1과 동일하게 인쇄회로기판 원소재를 제조하였다. 실시예 2에서는 실시예 1의 "(4) 돌기의 형성" 단계 중 ⅰ) 단계를 생략하고, ⅱ) 단계의 처리 시간을 5초로 증가시킨 것을 제외하고는 실시예 1의 "(4) 돌기의 형성" 단계와 동일하게 진행하였다.

실시예 4 (인쇄회로기판 원소재의 제조)

실시예 1의 "(4) 돌기의 형성" 단계를 제외하고는 실시예 1과 동일하게 인쇄회로기판 원소재를 제조하였다. 실시예 1의 "(4) 돌기의 형성" 단계 중 ⅰ) 단계와 ⅱ) 단계를 2회 반복하지 않고, ⅰ) 단계를 8초, ⅱ) 단계를 2초 진행한 것을 제외하고는 실시예 1의 "(4) 돌기의 형성" 단계와 동일하게 진행하였다.

비교예 (인쇄회로기판 원소재의 제조)

실시예 1의 "(4) 돌기의 형성" 단계에서 ⅰ) ~ ⅳ) 과정을 생략하고 ⅴ) 과정만을 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 인쇄회로기판 원소재를 제조하였다.

실시예 1-1(인쇄회로기판의 제조)

(1) 관통홀의 형성

실시예 1에서 제조된 인쇄회로기판 원소재에 자외선 레이저(UV Laser) 장비를 이용하여 직경 40~60㎛의 관통홀을 형성하였다. 이때 자외선 레이저의 파워는 5J, 관통방법은 스피랄(spiral) 방식으로 10회 반복으로 진행하였다.

(2) 관통홀 내부면의 전도성 물질 코팅

관통홀의 내부에 전도성 물질을 코팅하기 위하여 FPCB에서 일반적으로 진행하는 쉐도우 방법을 이용 관통홀 내부에 미세 흑연입자를 코팅함으로써 전도성 물질을 코팅을 진행하였다.

(3) 알루미늄 캐리어의 제거

관통홀 내부에 전도성 물질을 코팅한 후에 상기 분리 유도층이 형성된 알루미늄 캐리어를 제거하였다.

(4) 광감성 필름 패턴 형성

알루미늄 캐리어가 제거된 무전해 동도금 막 위에 드라이 필름을 합지하고, 노광 및 현상을 하여 감광성 필름 패턴을 형성하였다.

(5) 전해 동도금

감광성 필름 패턴이 형성된 무전해 동도금 막 위에 전해 동도금을 수행하였다. 전해 동도금 시의 동도금액은 증류수 1L에 황산동 100g, 황산 200g, 염산 50ppm을 각각 용해한 도금액을 사용하였으며, 도금 조건은 3ASD의 전류밀도에서 30분간 도금하여 높이 약 10㎛의 동도금 패턴을 형성하였다.

(6) 플래시 에칭

전해 동도금 후에 전해 동도금이 이루어지지 않은 영역(감광성 필름 패턴이 형성되지 않은 영역)의 하부 무전해 동도금막을 제거하기 위하여 플래시 에칭을 수행하였다. 플래시 에칭은 증류수 1L에 황산 10g, 과산화수소 10g을 용해한 에칭액을 사용하였으며, 30℃의 온도에서 30초간 플래쉬 에칭을 진행하여 무전해 동도금막을 제거하였다.

평가예(무전해 동도금막과 수지 기판과의 접착력 테스트)

실시예에 따라 무전해 동도금막의 표면에 돌기가 형성된 경우에 수지 기판과의 접착력이 향상되는 것을 확인하기 위하여 실시예 1 내지 실시예 4 및 비교예에 따라 제조된 인쇄회로기판 원소재에서 접착력 테스트를 수행하였다. 접착력 테스트 방법은 IPC-TM 650상의 국제규격을 사용하였으며, 더 자세히는 원소재에 전해 동도금을 통해 약 10~15um 두께의 전해 동도금을 먼저 진행하고 폭 10mm, 길이 160mm의 시편에 대해 90도 방향으로 박리하여 동피막이 수지층과 분리될 때의 접착력을 측정하였다.

아래의 표 1은 실시예 1 내지 실시예 4 및 비교예에서의 접착력 테스트 결과이다. 표 1을 참조하면, 실시예에 따라 제조된 인쇄회로기판 원소재에서 무전해 동박과 수지 기판의 접착력이 비교예보다 우수하였고, 특히 실시예 1의 경우가 가장 우수하였다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	비교예
접착력 (g/cm)	1,600	880	650	420	120

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 일 구현예를 이용하여 설명한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에서 설명된 구현 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 구현예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 인쇄회로기판 110: 코어
120: 접착층 130: 동박층
200: 동박필름 기판 210: 코어
220: 접착층 230: 동박층
240: 캐리어 241: 다공성층
242: 실링층

Claims (3)

1. 캐리어를 제공하는 단계;
   상기 캐리어의 표면에 분리 유도층을 형성하는 단계;
   상기 분리 유도층 위에 동박층을 형성하는 단계; 및
   상기 동박층 위에 돌기를 형성하는 단계;를 포함하는 캐리어 동박의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 동박층 위에 돌기를 형성하는 단계는,
   상기 동박층 표면에 동 입자를 형성시키는 단계;
   상기 동박층 표면에 형성된 동 입자의 표면을 동으로 코팅하는 단계;
   상기 동으로 코팅된 동 입자가 형성된 동박층 위에 내열성 금속층을 형성하는 단계;
   상기 내열성 금속층 위에 방청성 금속층을 형성하는 단계; 및
   상기 방청성 금속층 위에 접착력 향상층을 형성하는 단계;로 이루어지는 캐리어 동박의 제조방법.
3. 인쇄회로기판용 수지 기판을 제공하는 단계;
   상기 인쇄회로기판용 수지 기판 위에 제1항의 제조방법에 의하여 제조된 캐리어 동박을 접합하는 단계;
   상기 캐리어 동박이 접합된 인쇄회로기판용 수지 기판에 관통 홀을 형성하는 단계;
   상기 관통 홀의 내부 면에 전도성 물질을 코팅하는 단계;
   상기 캐리어 동박에서 캐리어를 분리하는 단계;
   상기 캐리어가 분리된 동박 위에 감광성 필름을 접합하는 단계;
   상기 감광성 필름의 일부 영역을 노광 및 현상하여 감광성 필름 패턴을 형성하는 단계;
   상기 감광성 필름 패턴이 형성된 동박을 기저층으로 전기도금을 수행하여 도선 패턴을 형성하는 단계; 및
   상기 도선 패턴이 형성된 동박을 부분 식각하여 도선 패턴이 형성되지 않은 영역의 동박층을 제거하는 단계;를 포함하는 인쇄회로기판의 제조방법.

Images