KR20170136767A - 인쇄회로기판의 도금 방법 - Google Patents

인쇄회로기판의 도금 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인쇄회로기판의 도금 방법에 관한 것으로, 도금막의 두께를 실시간으로 측정하고, 측정된 도금막의 두께에 따라 후속되는 도금 과정에서 도금 두께 제어값을 피드백 제어하여 도금막의 두께를 균일화할 수 있는 인쇄회로기판의 도금 방법을 제시한다.

Description

인쇄회로기판의 도금 방법{METHOD OF PLATING FOR PCB}
본 발명은 인쇄회로기판의 도금 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피드백 제어를 통해 도금층의 두께를 균일화할 수 있는 인쇄회로기판의 도금 방법에 관한 것이다.
인쇄회로기판(Printed Circuit Board:PCB)은 반도체 칩을 전기적으로 연결하고, 각종 반도체 칩을 기판 위에 설치 가능할 수 있도록 하는 역할을 한다. 인쇄회로기판은 일반적으로 기판과 기판 표면상에 형성된 도전성 회로로 구성되는데, 상기 도전성 회로를 구성하기 위하여 인쇄회로기판 표면상에 약 1㎛ 이내의 두께를 갖는 도금층을 형성시키는 동도금(Cu plating) 공정이 수행될 수 있다. 이와 같은 동도금 공정은 크게 두 가지로 나뉘는데, 하나는 화학동도금이고 다른 하나는 전기동도금(또는 전해 도금으로도 칭함)이다. 전기동도금은 화학동도금에 비해 빠르게 도금되는 장점이 있으나 위치별 전류 세기의 차이로 인하여 기판 전체에 균일하게 도금되는 못하는 단점이 있다. 즉, 종래 도금 장치에 있어서, 음극으로부터 피도금체의 외주부에 마이너스 전위가 인가되어 피도금체의 중심부와 외주부 사이에 전위차가 발생하고, 이로 인하여, 양극으로부터 피도금체를 향하여 흐르는 전류 밀도는 피도금체의 외주부에 집중하게 된다. 여기서, 피도금체에 도금되는 도금막의 두께는 양극으로부터 피도금체의 표면에 흐르는 전류, 즉, 피도금체의 표면으로 끌어 당겨지는 금속 이온에 비례하므로, 상기 양극으로부터 피도금체를 향하여 흐르는 전류 밀도가 피도금체의 외주부에 집중하게 되면, 피도금체의 중앙부에 석출되는 도금막의 두께가 두꺼워져 피도금체에 형성된 도금막의 균일도가 떨어지는 문제가 발생할 수 있다. 이와 같은 전기동도금시의 도금막 두께의 불균일성을 해결하기 위하여 크게 두 분류의 방법이 이용되고 있다. 하나는 인쇄회로기판내 도금을 위한 시드층 구리의 크기나 형상에 따른 전류의 편중현상을 줄일 수 있도록 더미 구리 영역(Dummy Cu Region)을 두어 전류분포를 최대한 균일하게 맞추는 것이다. 다른 하나는 도금조(vessel)에 다양한 방법을 동원하여 전류의 분포를 균일하게 맞추는 것으로, 여기에는 교류전류 도금방법, 기판 진동 도금방법 등이 있다. 교류전류 도금방법은 기판의 종류와 형태에 따라 인쇄회로기판에 연결된 여러 개(2개 이상)의 전극 프로브(electrode probes)에 직류가 아닌 교류의 전류를 적당하게 인가하도록 하여 도금두께를 제어하는 방법이고, 기판 진동 도금방법은 도금조 내에서 기판이 적당한 속도로 움직여 주어 도금액의 농도 편차를 줄임으로써 도금두께를 제어하는 방법이다. 그러나 이와 같은 방법들은 피드백(feedback) 제어 개념이 들어가지 않은, 일방향적인 해결방법으로 공정을 진행한 다음, 도금된 도금막의 두께를 측정하는 방식으로 이루어진다. 이에 따라, 양극 전극과 음극 전극과의 간격 및 전류량을 잘못 계산하게 되는 경우, 실제 도금 두께와 목표로 하는 도금 두께가 크게 차이가 발생할 수 있으며, 실시간으로 도금막 두께를 측정하는 것 없이 도금하게 되어 균일한 도금막의 두께를 얻을 수 없는 문제가 있다. 한편, 도금된 도금막의 두께를 측정한 다음, 도금 설정값을 다시 설정하여 도금하는 방법도 고려될 수 있으나, 이 경우, 수작업으로 도금된 도금막의 두께를 측정한 다음, 도금 설정값을 다시 피드백하기까지의 시간을 요구하게 되어 생산성 저하를 초래하는 문제가 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 피드백 제어를 통해 도금층의 두께를 균일화할 수 있는 인쇄회로기판의 도금 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 일 실시 예에 따르면, 전해 도금방식에 의해 인쇄회로기판 표면을 도금하는 방법에 있어서, (a)피도금체에 형성되는 도금막의 두께를 결정하는 도금 두께 제어값을 설정하는 단계; (b)도금 장치를 이용하여 피도금체에 도금막을 형성하는 단계; (c)상기 피도금체에 형성된 도금막의
두께 및 도금되는 속도, 도금되는 속도 변화율, 도금된 양을 실시간으로 측정하는 단계; (d)측정된 도금막의 두께가 요구되는 균일도에 적합하는지 판단하는 단계; 및 (e)측정된 도금막의 두께가 요구되는 균일도에 적합하지 않은 것으로 판단된 경우, 요구되는 균일도에 적합하도록 상기 도금 두께 제어값을 재설정한 다음, 상기
(b)단계로 분기하는 단계;를 포함하는 인쇄회로기판의 도금 방법을 제공한다.
또한, 상기 (c)단계에서 도금막의 두께를 측정하는 방법은 피도금체에 형성된 도금막의 저항값을 측정한 다음, 측정된 저항값을 두께값으로 환산하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 도금 방법을 제공한다. 또한, 상기 (e)단계는 상기 (c)단계에서 측정된 도금되는 속도, 도금되는 속도 변화율, 도금된 양에 따라 PID제어 방식을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 도금 방법을 제공한다. 또한, 상기 (d)단계에서 측정된 도금막의 두께가 요구되는 균일도에 적합한 경우, 상기 (e)단계로 분기되지 아니하고 도금 공정을 종료하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 도금 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 피드백 제어를 통해 도금 두께 제어값을 조절할 수 있어 인쇄회로기판 상에 형성되는 도금막의 두께를 균일하게 할 수 있다.
이하, 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이 밖에도 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 본 발명에 따른 인쇄회로기판의 도금 방법에 따라 진행되는 공정을 도시한 흐름도이다. 본 발명에 따른 인쇄회로기판의 도금 방법은 피도금체에 형성되는 도금막의 두께를 결정하는 도금 두께 제어값을 설정하는 단계, 도금 장치를 이용하여 피도금체에 도금막을 형성하는 단계, 상기 피도금체에 형성된 도금막의 두께 및 도금되는 속도, 도금되는 속도 변화율, 도금된 양을 실시간으로 측정하는 단계, 측정된 도금막의 두께가 요구되는 균일도에 적합하는지 판단하는 단계 및 측정된 도금막의 두께가 요구되는 균일도에 적합하지 않은 것으로 판단된 경우, 요구되는 균일도에 적합하도록 상기 도금 두께 제어값을 재설정한 다음, 상기 도금막을 형성하는 단계로 분기하는 단계를 포함할 수 있다. 도금 공정을 진행하기 전에, 도금 두께 제어값을 설정하는 단계를 진행한다. 여기서 도금 두께 제어값이란 전해 도금 공정에 의해 피도금체에 형성되는 도금막의 두께를 결정하기 위해 설정한 제어값으로써, 이에 대해서는 후술하는 도금 두께 제어값을 재설정하는 단계에서 자세히 살펴보기로 한다. 도금 두께 제어값을 설정한 다음, 피도금체, 예를 들어, 인쇄회로기판을 도금 장치(미도시)에 침지시키고, 일정 시간 경과 후, 전압을 인가하여 피도금체에 도금막을 형성하는 단계를 진행한다. 여기서, 도금 장치는, 일정 폭을 갖고 비교적 긴 길리를 가지면서 양전하 단자에 의한 양전류가 통전되는 용액이 수용된 도금조(vessel)와, 인쇄회로기판에 마이너스 전위를 인가시키는 전해조 음극(Cathode) 및 전해조 양극(Anode)으로 구성될 수 있다. 즉, 도금하고자 하는 피도금체를 도금액 속에 투입하고, 피도금체를 캐소드(cathode)로 하고, 전착(電着)하고자 하는 금속을 애노드(anode)로 하여 전기를 통전하여 원하는 금속 이온을 피도금체의 표면에 석출되도록 함으로써 도금막이 형성될 수 있다. 한편, 피도금체가 전도성을 갖는 경우에는 피도금체를 직접 캐소드로 하여 도금이 가능하나, 회로기판과 같이 절연재로 이루어진 경우에는 절연재에 무전해 화학도금으로 전해도금의 전극이 되는 시드층을 형성한 다음, 이를 전극으로 전해도금을 수행하여 도금막이 형성될 수 있다. 그러나, 앞서 상술한 바와 같이, 피도금체 전체에 균일한 전류의 공급이 쉽지 않은 관계로 도금막의 두께 균일도가 높지 않은 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 도금 방법에서는 피도금체에 형성되는 도금막의 두께 균일도를 향상시키기 위하여, 피드백 제어를 통해 도금층의 두께를 균일화할 수 있는 도금 방법을 제공하고자 한다. 이를 위하여 상기 도금 장치에 의해 피도금체에 도금막이 형성되면, 형성된 도금막의 두께 및 도금되는 속도, 도금되는 속도 변화율, 도금된 양을 측정하는 단계를 진행한다. 여기서, 상기 도금막의 두께를 측정하는 방법으로 피도금체에 형성된 도금막의 저항값을 측정한 다음, 측정된저항값을 두께값으로 환산하여 측정하는 방법이 사용될 수 있으며, 상기 도금막의 두께를 측정하는 장치의 예로서는 케엘에이-텐코사(KLA-TENCOR company)에서 제조하는 엠-지에이지이(MGAGE)(제품명) 또는 대한민국 특허 공개 2000-4560호에 개시된 장치를 이용할 수 있다. 도금막의 두께가 측정되면 측정된 도금막의 두께가 요구되는 균일도에 적합하는지 판단하는 단계를 진행한 다음, 적합하지 않은 것으로 판단되면 요구되는 균일도에 적합하도록 상기 도금 두께 제어값을 재설정한 다음, 상기 S102단계로 분기하는 단계를 진행한다. 여기서, 상기 도금 두께 제어값은 도금 장치의 작동에 있어서 피도금체에 형성되는 도금막의 두께를 결정하는 값으로써, 구체적으로 상기 전해조 양극과 전해조 음극에 의해 통전되는 전류량, 피도금체가 도금조에 침지되는 시간, 그리고 도금조에 수용된 도금액의 혼합 강도, 전해조 음극(Cathode) 및 전해조 양극(Anode) 사이의 간격이 될 수 있으며, 상기 전류량은 펄스 또는 전압에 의해 조절 가능하다. 다만, 도금막의 두께가 균일하게 형성되도록 하기 위해서는, 상기 S103단계에서 측정된 도금되는 속도, 도금되는 속도 변화율, 도금된 양에 따라 상기 도금 두께 제어값을 피드백 제어해야 하는데, 본 발명의 일 실시예에서는 PID 제어 방식을 통한 피드백 제어를 제공할 수 있다. PID 제어 방식이란 제어 변수와 기준 입력 사이의 오차에 근거하여 출력이 기준 값을 유지하도록 하는 피드백제어의 일종으로, 비례(Proportional:P) 제어와 비례 적분 (Proportional - Integral:I) 제어, 비례 미분(Proportional- Derivative:D) 제어를 조합한 것이다. 여기서, 비례 제어는 기준 신호와 현재 신호 사이의 오차 신호에 적당한 비례 상수 이득을 곱해서 제어 신호를 만든다. 비례 적분 제어는 오차 신호를 적분하여 제어 신호를 만드는 적분 제어를 비례 제어에 병렬로 연결해 사용한다. 비례 미분 제어는 오차 신호를 미분하여 제어 신호를 만드는 미분 제어를 비례 제어에 병렬로 연결하여 사용한다. 즉, 표준적인 형태의 PID 제어 방식은 세개의 항을 더하여 제어값 즉, 도금막의 두께를 계산하도록 구성이 되어 있다. 따라서, 현재 도금되는 속도를 비례 제어(P), 현재 도금되는 속도 변화율을 비례 적분 제어, 현재 도금된 양을 비례 미분 제어의 이득값으로 하여 피도금체에 형성되는 도금막의 두께를 결정할 수 있다. 즉, 상술한 바와 같이 저항값을 이용하여 도금층의 두께를 시간별로 측정하면 상기 이득값을 추정한 다음, 추정된 이득값에 따라 상기 도금 두께 제어값에 대한 함수를 정하여 도금막의 두께를 제어할 수 있다. 이와 같이, 피도금체에 형성된 도금막의 저항값을 이용하여 도금막의 두께를 실시간으로 측정하여 도금막의 두께가 요구되는 균일도에 적합하는지 판단한 다음, 도금막의 두께가 균일하지 않은 것으로 판단된 경우, PID제어 방식을 통해 후속하는 도금 공정에서의 도금막의 두께를 피드백 제어하여 도금함으로써, 종래 도금 방법에 따라 형성되는 도금막에 비해 균일도가 향상된 도금막을 형성할 수 있다. 한편, 상기 단계에서 측정된 도금막의 두께가 요구되는 균일도에 적합한 것으로 판단된 경우, 상기 단계로 분기되지 아니하고 도금 공정을 종료할 수 있다. 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

Claims (4)

  1. 전해 도금방식에 의해 인쇄회로기판 표면을 도금하는 방법에 있어서,
    (a)피도금체에 형성되는 도금막의 두께를 결정하는 도금 두께 제어값을 설정하는 단계;
    (b)도금 장치를 이용하여 피도금체에 도금막을 형성하는 단계;
    (c)상기 피도금체에 형성된 도금막의 두께 및 도금되는 속도, 도금되는 속도 변화율, 도금된 양을 실시간으로
    측정하는 단계;
    (d)측정된 도금막의 두께가 요구되는 균일도에 적합하는지 판단하는 단계; 및
    (e)측정된 도금막의 두께가 요구되는 균일도에 적합하지 않은 것으로 판단된 경우, 요구되는 균일도에 적합하도록 상기 도금 두께 제어값을 재설정한 다음, 상기 (b)단계로 분기하는 단계;
    를 포함하는 인쇄회로기판의 도금 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c)단계에서 도금막의 두께를 측정하는 방법은 피도금체에 형성된 도금막의 저항값을 측정한 다음, 측정된 저항값을 두께값으로 환산하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 도금 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (e)단계는 상기 (c)단계에서 측정된 도금되는 속도, 도금되는 속도 변화율, 도금된 양에 따라 PID 제어방식을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 도금 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 (d)단계에서 측정된 도금막의 두께가 요구되는 균일도에 적합한 경우, 상기 (e)단계로 분기되지 아니하고 도금 공정을 종료하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 도금 방법.
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