KR20170067180A - 회로기판 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 캐리어 동박 위에 통상의 두께보다 두꺼운 두께(10 ㎛ 이상)의 베이스 동박을 피복한 디태처블 코어을 시작재로 해서, 양면에 동박패드와 범프(구리 필라)를 형성하고, 몰드 필름과 같이 다량의 필러(filler)가 함유된 유전특성의 필름으로 적층한 후, 샌드 블라스트 방식으로 표면을 연마하여 구리 필라 표면을 노출한다. 이어서 기판의 표면에 드라이필름을 피복하여 소정의 강성을 부여한 상태에서 코어를 디태치하고, 베이스 동박을 식각하여 회로를 형성한 후 드라이필름을 박리하는 것을 특징으로 한다.

Description

회로기판 제조방법{METHOD OF FABRICATING A CIRCUIT BOARD}

본 발명은 회로기판(PCB; Printed Circuit Board) 또는 패키지기판(Package Substrate) 제조기술에 관한 것으로서, 특히 몰드 에폭시(molded epoxy) 재료를 이용한 회로기판 구조 및 제조방법에 관한 것이다.

최근 들어 모바일 애플리케이션의 비중이 증가함에 따라, 작은 폼팩터(Form Factor)와 극박 프로파일(Thin Profile)을 지니고, 더욱 양호한 열적 특성과 기계적/전기적 성능을 보이는 패키지기판의 출현을 요구하고 있다. 이러한 측면에서, MIS(Molded Interconnect Substrate) 기술은 모바일 애플리케이션 업계에서 매우 이상적인 기판 솔루션이며, 모바일 어플리케이션에 대한 반도체 칩 패키지의 복잡한 요구를 충족시켜 줄 수 있는 다양한 솔루션을 포함한다.

MIS 기술은 ETS(Embedded Trace Substrate) 기술 적용이 가능하기 때문에 보다 미세하게 회로 패턴을 구현할 수 있으며, 이는 높은 I/O 카운트의 작은 폼팩터를 가능하게 한다. 또한, 구리 필라 비아(Copper Pillar Via) 및 구리 패드(Copper Pad)는 최근 반도체 칩 기술이 요구하는 수준의 방열(thermal dissipation)과 고주파 동작(High Frequency)를 충족 시킬 수 있다.

몰드 재료는 통상 EMC 몰딩에 사용되는 검은색의 에폭시 재료로서, 종래의 기판 재료인 BT Resin이나 FR-4 재료에 비해 가격이 저렴하고, 우수한 열적 특성과 높은 강도(Stiffness)를 지니고 있어, 워피지(warpage) 문제가 덜 발생하며, 반도체 웨이퍼와의 인터커넥션 부정합(Interconnection Mismatch) 문제를 현저히 개선할 수 있다.

MIS 회로기판 제조를 위한 선행기술로서 미국특허 제6,578,754호(2000. 4. 27)와 미국특허 제7,795,071호(2007. 9. 14)가 있다. 도1a 내지 도1h는 종래기술에 따른 MIS 회로기판 제조방법을 나타낸 도면이다.

도1a를 참조하면, 종래공법은 우선 메탈 캐리어(100)를 시작재로 한다. 도1b를 참조하면, 메탈 캐리어(100) 위에 니켈 종자층(Nickel seed layer; 110)를 형성한다. 도1c를 참조하면, 니켈 종자층(110) 위에 회로패턴이 전사된 동박(120)을 형성한다.

도1d를 참조하면, 소정의 회로패턴에 따라 원하는 위치의 동박(120) 위에 구리 필라(copper pillar; 130; '범프'라 칭하기도 함)를 형성한다. 도1e를 참조하면, 몰드 필름(mold film)과 같은 절연층(140)을 라미네이트(laminate) 하거나 컴프레션 몰드(compression mold) 형성한다.

도1f를 참조하면, 구리 필라(120) 표면이 노출되도록 절연층(140)을 연마한다. 이때에, 연마방법은 기계적 연마(mechanical milling) 또는 그라인딩 (grinding), 또는 폴리싱 휠(polishing wheel), 또는 CMP(chemical mechanical polishing)을 이용해서 표면을 연마할 수 있다.

도1g를 참조하면, 후속해서 메탈 캐리어(100) 전부 제거하거나 또는 필요에 따라서 일부를 제거하고 메탈 캐리어 바(metal carrier bar)를 남겨 둔다. 이어서, 도1h를 참조하면, 최종적으로 니켈 종자층(110)을 식각하여 제거한다.

상술한 종래기술은 생산성이 낮은 문제, 사용장비가 고가인 점, 생산 코스트가 높은 문제 등을 포함한 기술상의 한계를 지니고 있다. 즉, 기계적으로 연마를 하여야 하는 공정이 있어서 기판이 파손되기 쉬워서 얇은 두께의 제품을 만들기 어렵고, 기존의 제작방식으로는 디태처블 코어를 사용하는 제작방식이 아닌 메탈 캐리어를 베이스로 하는 단면 제작방식이기 때문에 제작 단가를 낮추기가 어렵다는 단점을 가지고 있었다.

전술한 생산성 문제와 생산비용 문제를 해결하기 위해서, 디태처블 코어(detachable core)를 사용하는 ETS(Embedded Trace Substrate) 공법을 적용하고자 하는 시도가 있었으나, 디태처블 코어를 사용하는 양면기판 공법을 적용할 경우 양면 동시 연마 과정 중 발생하는 연마 편차와 일정 이상의 두께를 가지지 않으면 연마 가공의 한계를 가지므로, 얇은 두께 제품의 연마 가공은 여전히 기술적 한계를 가진다. 또한, 단면 제작 방식에 비해 디태치 할 때 발생하는 기판의 문제를 안고 있다.

1. 미국 특허 제6,578,754호 B1. 2. 미국 특허 제7,795,071호 B2.

본 발명의 목적은 MIS 회로기판을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 캐리어 동박 위에 통상의 두께보다 두꺼운 두께(10 ㎛ 이상)의 베이스 동박을 피복한 디태처블 코어을 시작재로 해서, 양면에 동박패드와 범프(구리 필라)를 형성하고, 몰드 필름과 같이 다량의 필러(filler)가 함유된 유전특성의 필름을 통상의 진공 라미네이션 방식으로 적층한 후, 샌드 블라스트 방식으로 표면을 연마하여 구리 필라 표면을 노출한다. 이어서 기판의 표면에 드라이필름을 피복하여 소정의 강성을 부여한 상태에서 코어를 디태치하고, 베이스 동박을 식각하여 회로를 형성한 후 드라이필름을 박리하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 종래기술과 달리 양면 프로세스를 진행할 수 있는 디태처블 코어를 사용하므로 생산성이 우수하고 공정 코스트를 현저히 줄일 수 있다. 본 발명은 밀링, 휠 그라인딩과 같은 기계적 연마 대신에 샌드 블라스트 공정으로 표면을 연마하므로 기판이 깨지거나 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명은 디태치 공정에 앞서서 기판 표면에 드라이필름을 피복함으로써 소정의 강성을 부여하는 특징이 있다. 그 결과 기판이 깨지는 것을 방지할 수 있으며, 베이스 동박이 두꺼워도 패키지 기판의 양면에 리세션을 부여하는 것을 가능하게 한다.

도1a 내지 도1h는 종래기술에 따른 MIS 회로기판 제조방법을 나타낸 도면.
도2a 내지 도2l는 본 발명에 따른 MIS 회로기판 제조방법을 나타낸 도면.

본 발명은 회로기판을 제조하는 방법에 있어서, (a) 양 표면에 소정 두께의 베이스 동박을 캐리어 동박 위에 피복하고 있는 디태처블 코어를 준비하는 단계; (b) 소정의 회로패턴에 따라 상기 베이스 동박 위에 동도금층과 구리 필라(copper pillar)를 형성하는 단계; (c) 다량의 필러가 함유된 몰드 필름을 적층 라미네이트 하는 단계; (d) 몰드 필름을 표면 연마하여 상기 구리 필라 표면을 노출하는 단계; (e) 표면에 드라이필름을 밀착하고 디태처블 코어를 분리하여 상하 두 개의 구조물을 생성하는 단계; (f) 상기 드라이필름을 피복한 상태에서 에칭을 실시해서 노출된 베이스 동박을 제거함으로써, 기판 일표면에 패드를 노출한 회로를 형성하는 단계; 및 (g) 드라이필름을 박리 제거함으로써 구리 필라를 노출하여 기판의 반대면에 회로를 형성하는 단계를 포함하는 회로기판 제조방법을 제공한다.

이하, 첨부도면 도2a 내지 도2l을 참조하여 본 발명에 따른 MIS 회로기판 제조방법을 상세히 설명한다.

도2a 내지 도2l은 본 발명에 따른 MIS 회로기판 제조방법을 나타낸 도면이다.

도2a를 참조하면, 본 발명은 CCL(copper cladded laminate) 캐리어(carrier) 또는 디태처블 코어(detachable core; 200)를 시작재로 하여 공정을 시작하는 것을 특징으로 한다.

도2a를 참조하면, 본 발명에 따른 디태처블 코어(200)는 중앙의 코어 절연층(200c) 양 표면에 캐리어 동박(200b, 200d)와 그 위에 베이스 동박(200a, 200e)를 구비하고 있다.

본 발명의 양호한 실시예로서, 베이스 동박(200a, 200e)의 두께는 10 ㎛ 이상을 유지하는 것이 바람직하다. 통상적으로 시중에 판매되는 CCL 캐리어의 경우, 베이스동박/캐리어동박의 두께가 2㎛/18㎛ 또는 5㎛/18㎛인데, 이 경우 베이스 동박 위에 추가의 동도금을 진행해서 베이스 동박의 두께를 10 ㎛ 이상으로 유지하는 것이 바람직하다. 본 발명의 양호한 실시예로서, 원판 상태에서는 12㎛/18㎛ 포일을 부착한 CCL 캐리어를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 CCL 캐리어의 베이스 동박을 10 ㎛ 이상으로 유지하는 것은, 후속하는 연마공정(도2h)에서 베이스 동박에 물리적 충격이 전달되어 손상되는 문제, 또는 디태치(도2k) 시에 파손되는 문제를 차단하기 위함이다.

도2b를 참조하면, 베이스 동박(200a, 200e) 위에 드라이필름(210)을 피복하고 사진, 현상 등 일련의 이미지 프로세스를 진행해서 회로패턴을 드라이필름(210)에 전사한다.

도2c를 참조하면, 패턴이 전사(pattern transfer)된 드라이필름(210)을 마스크로 해서 동도금을 실시하여 베이스 동박(200a, 200e) 위에 동도금층(220)을 형성한다. 도2d를 참조하면, 베이스 동박(200a, 200e) 위에 동도금층(220)을 형성한 후 드라이필름(210)을 박리 제거한다.

다시 드라이필름(230)을 피복하고 사진, 현상 등 일련의 이미지 프로세스를 진행해서 회로패턴을 드라이필름(230)에 전사하여 구리 필라(copper pillar)를 형성할 부위를 노출한다. 도2e를 참조하면, 패턴이 전사된 드라이필름(230)을 마스크로 해서 동도금을 실시함으로써, 동도금층(220) 위에 구리 필라(250)를 형성한다.

도2f를 참조하면, 동도금층(220) 위에 구리 필라(250)를 형성한 후 드라이필름(230)을 박리 제거한다.

이어서, 유전 특성의 필름(260)을 양쪽으로 적층한다. 본 발명의 양호한 실시예로서, 다량의 필러(filler)가 함유된 몰드 필름(mold film)을 사용할 수 있으며, 특별히 일본 아지노모토 사의 LE와 GX-MD 시리즈, 또는 파나소닉 사의 CV 시리즈를 사용할 수 있다. 본 발명은 종래기술과 달리 고가의 콤프레션 가공장비를 사용하지 않으며, 단순히 기존의 진공 라미네이션 장비를 사용하여 적층할 수 있다.

도2h를 참조하면, 구리 필라(250) 표면이 노출되도록 유전특성의 필름(260)을 표면 연마한다. 표면 연마의 바람직한 실시예로서, 샌드 블라스트(sand blast) 공정이 적용될 수 있다. 종래의 휠 그라인딩, 밀링, 폴리싱 등과 같은 기계적 연마 방식을 적용할 수 있으나, 기존 방식의 경우 제품에 직접적으로 마찰이 된 상태에서 연마(연삭)이 되므로 제품이 손상될 확률이 높아질 수 있는 단점을 가지고 있다.

또한, 종래기술에 따라 세라믹 또는 다이아몬드 롤 타입의 브러쉬 연마를 실시할 경우, 양면가공을 할 수는 있으나, 패널 연마 면적이 커서 절삭 편차가 커지는 문제가 있다. 이는 몰드 소재에 다량의 세라믹 필러가 포함되어 있어서 종류에 따라 연마량의 불균일성이 나타나기 때문이다.

본 발명에 따른 연마공정은 패널 내의 Cu 분포에 관계없이 가공 편차를 최소화할 수 있는 샌드 블라스트 공정을 적용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 양호한 실시예로서, 기존 방식을 적용할 수도 있으나 알루미나(Al₂O₃), SiO₂ 또는 연마용 비드(bead) 또는 볼(ball) 등 세라믹 연마제를 사용한 블라스트 공정을 적용할 수 있다. 본 발명은 샌드 블라스트 공정으로 연마를 함으로써 매우 얇은 두께의 기판을 처리하는 것을 가능하게 하며, 또한 기판이 깨지는 것을 방지할 수 있다.

도2i를 참조하면, 필요 시 트림(trim) 및 홀(270) 가공을 실시한다. 이어서, 기판 코어를 디태치(detach)하는 과정을 진행한다. 이때에, 본 발명은 디태치를 하기에 앞서서 기판의 표면에 드라이필름(280)을 피복해서 기판에 강도(stiffness)를 부여하는 것을 요지로 한다.

기판의 표면에 드라이필름(280)을 피복 밀착함으로써 어느정도 굴곡이 생기더라도 텐션(tension)을 막아주므로, 디태치 과정 중에 기판이 깨지는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에서 적용하는 몰드 필름, 즉 유전 특성의 필름(260)은 70 ~ 90%의 필러(filler)를 다량 함유하므로 상대적으로 매우 깨지기 쉽고(brittle), 두께가 60 ~ 150 ㎛ 정도로 매우 얇아 깨지기가 쉽다. 또한, 410 mm x 515 mm 정도의 패널의 코어를 분리하는 과정에서 코어가 파손되는 것이 흔히 발생한다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 기판에 강성을 부여하기 위한 방편으로 드라이필름(280)을 밀착하는 것을 특징으로 한다.

도2j를 참조하면, 드라이필름(280)은 코어 두께와 재료에 따라 차이를 둘 수 있으나, 코어의 깨짐을 방지하기 위하여 가능한 두꺼운 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 그러나 너무 두꺼운 드라이필름을 사용할 경우 박리 문제가 발생하므로, 본 발명에서는 25 ~ 75 ㎛ 두께의 드라이필름을 사용하는 것이 바람직하다.

이어서, 코어를 디태치 하여 분리함으로써 상하 두 개의 구조물을 얻는다. 도2k에는 하부 구조물을 도시하였다. 도2k를 참조하면, 디태치 후 드라이필름(280)이 있는 상태에서 범프 사이드를 식각해서 베이스 동박(200a)를 제거한다. 그리고 나면, 도2l에 도시한 대로 드라이필름(280)을 박리한다. 최종적으로, 기판의 상부면(top side)에 패드를, 하부면(bottom side)에 필라를 형성하게 된다.

이어서, 추가의 동(Cu) 에치를 통해서 SOP 또는 C4를 위한 동박 표면의 리세션(recession) 형상도 얻을 수 있다. 본 발명의 경우, 베이스 동박(200a)의 두께가 두꺼우므로 드라이필름(280)을 피복한 상태에서 제1차로 베이스 동박을 식각하여 제거한 후 드라이필름(280)을 벗겨내고 제2차 식각을 실시함으로써 상하 양면에 원하는 형상의 리세션을 얻을 수 있다.

전술한 내용은 후술할 발명의 특허청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개선하였다. 본 발명의 특허청구범위를 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.

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.

본 발명은 종래기술과 달리 양면 프로세스를 진행할 수 있는 디태처블 코어를 사용하므로 생산성이 우수하고 공정 코스트를 현저히 줄일 수 있다. 본 발명은 밀링, 휠 그라인딩과 같은 기계적 연마 대신에 샌드 블라스트 공정으로 표면을 연마하므로 기판이 깨지거나 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명은 디태치 공정에 앞서서 기판 표면에 드라이필름을 피복함으로써 소정의 강성을 부여하는 특징이 있다. 그 결과 기판이 깨지는 것을 방지할 수 있으며, 베이스 동박이 두꺼워도 패키지 기판의 양면에 리세션을 부여하는 것을 가능하게 한다.

Claims (3)

1. 회로기판을 제조하는 방법에 있어서,
   (a) 양 표면에 소정 두께의 베이스 동박을 캐리어 동박 위에 피복하고 있는 디태처블 코어를 준비하는 단계;
   (b) 소정의 회로패턴에 따라 상기 베이스 동박 위에 동도금층과 구리 필라(copper pillar)를 형성하는 단계;
   (c) 다량의 필러가 함유된 몰드 필름을 적층 라미네이트 하는 단계;
   (d) 몰드 필름을 표면 연마하여 상기 구리 필라 표면을 노출하는 단계;
   (e) 표면에 드라이필름을 밀착하고 디태처블 코어를 분리하여 상하 두 개의 구조물을 생성하는 단계;
   (f) 상기 드라이필름을 피복한 상태에서 에칭을 실시해서 노출된 베이스 동박을 제거함으로써, 기판 일표면에 패드를 노출한 회로를 형성하는 단계; 및
   (g) 드라이필름을 박리 제거함으로써 구리 필라를 노출하여 기판의 반대면에 회로를 형성하는 단계
   를 포함하는 회로기판 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 디태처블 코어의 베이스 동박의 두께는 10 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 회로기판 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 단계(d)의 연마 공정은 샌드 블라스트 가공인 것을 특징으로 하는 회로기판 제조방법.

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