KR20230160022A - Pcb 레이저 가공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 PCB 레이저 가공방법은 인쇄회로기판의 레이저 비아홀 가공 방법에 있어서, 인쇄회로기판에 레이저 비아홀 가공을 위한 기준이 되는 가이드 홀을 형성하는 과정; 상기 인쇄회로기판의 표면 동박을 옥사이드(Oxide) 처리하여 표면 조도를 형성하는 옥사이드 처리 과정; 상기 가이드 홀을 기준으로 레이저 비아홀이 형성될 위치에 레이저 샷을 인가하여 레이저 비아홀을 형성하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

PCB 레이저 가공방법{PCB LASER PROCESSING METHOD}

본 발명은 PCB 레이저 가공방법에 관한 것이다.

인쇄회로기판의 세선화(fine pattern) 및 고밀도화에 따라 현재의 컴퓨터 수치제어(CNC, computer numerical control)에 의한 드릴링으로 가공하는 비아홀(via hole)로는 밀집 한계가 발생함에 따라 마이크로 비아홀( 0.15이하)의 도입이 필요하게 되었으며, 대표적인 마이크로 비아홀 가공 방법이 레이저 드릴(laser drill) 가공법이다.

도 1은 종래의 레이저 비아홀 가공 방법을 개략적으로 보인다.

도 1을 참조하면, 종래의 레이저 비아홀 가공 방법은 인쇄회로기판 상에 레이저 비아홀을 형성할 위치(레이저 포인트)의 동박을 걷어내어 윈도우(window, 창)를 형성한 후에 윈도우를 통하여 Co2 레이저 등을 조사하여 프리프레그(prepreg) 혹은 에폭시를 깍아내어 레이저 비아홀을 형성하는 것이다. 이후 동 도금에 의해 비아홀 내벽을 동 도금으로 채우게 된다.

동박 표면으로부터 레이저 포인트의 동박을 걷어내어 윈도우를 형성하기 위해 통상의 에칭 방법이 사용된다. 즉, 드라이필름 라미네이팅(laminating), 노광, 에칭(etching) 과정 등에 의해 표면 동박의 일부분을 걷어내어 윈도우를 형성하게 된다.

그렇지만 종래의 레이저 비아홀 가공 방법은 에칭시 홀 내벽에 인접한 동박이 부식액에 의해 침식되거나 드릴링시 발생하는 버(burr)에 의해 드라이필름 어택(dry film attack)이 발생하여 동박에 부식액이 침투하는 것 즉, 에치백(etch back)이 발생하고, 그로 인하여 도금 후 보이드(void)가 발생한다는 문제점이 있다.

도 2는 도금된 레이저 비아홀에서 발생한 보이드를 보인다.

도 2를 참조하면, 0.25의 도금쓰루홀(PTH, Plated Through Hole, 10)의 내벽 단면이 보이며, 홀의 내부에서 도금되지 않은 부분(오른쪽 그림에서 빨간 색 점선으로 도시된 부분(보이드), 12)이 보이는 것을 알 수 있다. 이러한 보이드(12)는 에칭시 부식액이 각 층의 동박(C/F, Copper Foil)을 침식하고, 도금시 이 침식된 부분을 메우지 못함에 의해 발생한다.

도 3은 에치백 발생 원인을 도식적으로 보인다.

도 3을 참조하면, 에칭 과정에서 부식액이 각 층의 동박을 침식하게 되고, 도금시 침식된 부분을 충분히 메워주지 못함에 의해 보이드가 발생하는 것을 알 수 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 에치백 및 보이드가 발생하지 않는 개선된 PCB 레이저 가공방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 PCB 레이저 가공방법은 인쇄회로기판의 레이저 비아홀 가공 방법에 있어서, 인쇄회로기판에 레이저 비아홀 가공을 위한 기준이 되는 가이드 홀을 형성하는 과정; 상기 인쇄회로기판의 표면 동박을 옥사이드(Oxide) 처리하여 표면 조도를 형성하는 옥사이드 처리 과정; 상기 가이드 홀을 기준으로 레이저 비아홀이 형성될 위치에 레이저 샷을 인가하여 레이저 비아홀을 형성하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 레이저 포인트를 형성하기 위해 표면 동박을 에칭시켜 걷어내는 대신에 표면 동박에 표면 조도를 형성한 후에 레이저 샷을 인가하여 레이저 비아홀을 형성함으로써 도금된 레이저 비아홀에서 에치백이 발생하지 않게 되는 효과를 갖는다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 레이저 비아홀 가공 방법을 개략적으로 보인다.
도 2는 도금된 레이저 비아홀에서 발생한 보이드를 보인다.
도 3은 에치백 발생 원인을 도식적으로 보인다.
도 4는 본 발명에 따른 레이저 비아홀 형성 방법을 도식적으로 보인다.
도 5는 본 발명에 따른 레이저 비아홀 형성 방법을 보이는 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따른 레이저 비아홀 형성 방법에 있어서 표면 동박 상태에 따른 처리 결과를 보인다.
도 7은 브라운 옥사이드 처리 과정을 구체적으로 보인다.
도 8은 본 발명에 따른 효과를 보인다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

도 4는 본 발명에 따른 레이저 비아홀 형성 방법을 도식적으로 보인다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 레이저 비아홀 형성 방법은 인쇄회로기판의 레이저 비아홀이 형성될 위치의 표면 동박을 옥사이드(oxide) 처리하여 표면 조도를 형성한 후에 직접 레이저 샷을 인가하여 레이저 비아홀을 형성하는 것을 특징으로 한다. 이후, 레이저 비아홀의 내벽을 도금에 의해 채우게 된다.

옥사이드(Oxide) 처리 과정은 인쇄회로기판의 표면 동박을 약품 처리하여 표면 조도를 형성하기 위한 것이다. 인쇄회로기판의 표면 동박을 그대로 레이저 가공할 경우 표면 조도가 없어 레이저 비아홀의 가공이 어렵다. 따라서 레이저 비이홀이 형성될 위치의 동박을 표면처리를 통해 조도를 형성해야만 한다.

한편, 본 발명에 따른 레이저 비아홀 형성 방법은 표면 조도와 색상에 큰 영향을 받기 때문에 제품 취급 및 옥사이드 농도 관련 이상 발생 시 레이저 홀 사이즈(Laser Hole size) 축소, 오가공 및 미가공 불량을 발생시킨다. 이에 따라, 옥사이드 처리의 중요성이 높다.

도 5는 본 발명에 따른 레이저 비아홀 형성 방법을 보이는 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 레이저 비아홀 형성 방법은 가이드 홀 형성 과정(S502), 옥사이드 처리 과정(S504), 레이저 드릴링 과정(S506)을 포함한다.

가이드 홀 형성 과정(S502)은 레이저 드릴링시의 기준 위치가 되는 가이드 홀을 형성하는 과정이다. 가이드 홀 형성 과정(S502)은 가이드 홀 위치를 엑스레이 드릴링함에 의해 수행된다.

옥사이드 처리 과정(S504)은 인쇄회로기판에서 레이저 비아홀이 형성될 위치의 표면 동박을 옥사이드 처리하여 표면 조도를 형성하는 과정이다. 옥사이드 처리 과정(S540)은 동박 표면에 산화구리(Cu2O)를 석출시켜 표면 조도를 형성한다.

레이저 드릴링 과정(S506)은 레이저 비아홀이 형성될 위치에 직접 레이저를 조사하여 레이저 비아홀을 형성하는 과정이다.

도 6은 본 발명에 따른 레이저 비아홀 형성 방법에 있어서 표면 동박 상태에 따른 처리 결과를 보인다.

도 6의 위 그림은 옥사이드 처리에 의해 동박 표면에 표면 조도를 형성하는 것(왼쪽 그림 참조)과 표면 조도가 형성된 인쇄회로기판에 레이저 빔을 조사하여 레이저 비아홀을 형성하는 것을 보이고 있다. 브라운 옥사이드 처리에 의해 동박 표면(62)에 옥사이드 처리를 하여 표면 조도가 형성된 동박 표면(64)을 얻는다. 이후 표면 조도가 형성된 동박 표면(64)에 레이저 빔(66)을 투사하여 동박 표면(64) 및 프리프레그(68)을 관통하는 비아홀을 형성한다.

본 발명에 따른 레이저 비아홀 형성 방법은 옥사이드 처리된 동박 표면(64)에 레이저 빔(66)을 인가하여 표면 동박(64) 및 그 하부의 프리프레그(preprge, 68) 혹은 에폭시를 제거하여 레이저 비아홀을 형성하는 것이다. 이때, 빔 사이즈, 빔 파워, 가공 횟수 등이 공정 변수가 된다. 빔 사이즈는 레이저 빔 마스크의 종류 및 크기에 의해 결정되고 빔 파워는 펄스의 종류 및 파워에 의해 결정된다. 가공 회수는 샷(shot)수에 의해 결정된다.

도 6의 아래 그림은 표면 동박 상태에 따른 처리 결과를 보인다.

도 6의 아랫 그림에서 (a)는 미가공(open)이 발생한 경우를 보이고 (b)는 홀 관통(short)가 발생한 경우를 보인다.

(a)을 참조하면, 표면 조도가 충분하지 못할 경우 즉, 옥사이드 처리가 되어 있지 않거나 표면 색상이 불안정할 경우, 레이저 빔(66)이 동박 표면(64)에서 반사되기 때문에 미가공(open, 72)이 발생될 수 있다.

한편, (b)를 참조하면, 표면 조도가 지나칠 경우, 레이저 비아홀이 형성되어야할 층 밑의 층까지 관통되어 버리는 홀 관통(short, 74)이 발생할 수 있다.

옥사이드 처리 과정은 동박 부위를 화학적으로 산화시켜 조도를 형성하는 것이다. 브라운 옥사이드(brown oxide) 처리는 산화구리(Cu2O, Cuprous Oxide)를 석출시키는 것으로서 OH- 이온이 많을수록 Cu2O의 생성이 유리해진다.

도 7은 브라운 옥사이드 처리 과정을 구체적으로 보인다.

도 7을 참조하면, 브라운 옥사이드 처리 과정은 산 세척 과정(S702), 알칼리 세척 과정(S704), 프리딥(pre-dip) 과정(S706), 산화 과정(S708)을 포함한다.

산 세척 과정(S702)은 동박 표면의 오염 즉, 녹, 산화막 등을 제거하기 위한 것으로서 동박 표면에 산성 액체를 분사(spray)함으로써 수행된다. 한편, 알칼리 세척 과정(S704)은 동박 표면의 지문, 드라이 필름(D/F, Dry Film) 등을 제거하기 위한 것으로서 동박 표면에 알칼리성 액체를 분사(spray)함으로써 수행된다.

프리 딥 과정(S706)은 인쇄회로기판을 과산화수소(H2O2) 용액에 담가서(dip) 동박 표면을 미세하게 에칭한다. 구체적으로 표면 동박의 동박 경계면을 미세하게 에칭한다.

산화(Oxidation) 과정(S708)은 인쇄회로기판을 과산화수소 용액 및 황산 용액에 담가서(dip) 표면 조도 및 유기동 피막을 형성한다.

도시되지는 않았지만 다음 공정 인계 전 제품 건조를 수행하는 드라이 과정이 추가될 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 효과를 보인다.

도 8에 도시된 것은 외층 AOI 검사 후 PSR 인쇄 공정을 거친 후 BBT(Bare

Board Test) 검사를 진행하여 얻어진 것이다. 여기서, AOI 불량으로 폐기된 시료를 제외하고 BBT 검사를 실시한다. Total 불량은 전체 수량에서 총 불량 수량(AOI 검사 불량 + BBT 검사 불량 + 기타)으로 계산한다. 여기서, BBT(Bare Board Test)는 회로 Open / Short 검사 공정이다.

도 8을 참조하면, 기존에는 외층 AOI 검사 시 총 47Array 중 17 pcs에서 불량이 발생하였다(36.17%). 구체적으로 찍힘이 3 pcs, 오픈(open)이 2 pcs, 쇼트(short)가 12pcs 발생하였다. 여기서, 1 Array당 45 pcs가 포함된다.

이에 비해, 본 발명을 적용한 바, 외층 AOI 검사 시 총 174 Array 중 8 Array 불량 발생하였다.(4.59%) 구체적으로 찍힘이 6 Array, 오픈(open)이 1 Array, 쇼트(short)는 0 Array 발생하였다.

결과적으로, Total 불량률은 기존의 경우 37.5%(18/48, 단위;Array)인 반면에 본 발명을 적용한 경우 8.8%(16/180, 단위;Array)이었다. 즉, 본 발명에 의해 Total 불량률이 크게 감소하였음을 알 수 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (1)

1. 인쇄회로기판의 레이저 비아홀 가공 방법에 있어서,
   인쇄회로기판에 레이저 비아홀 가공을 위한 기준이 되는 가이드 홀을 형성하는 과정;
   상기 인쇄회로기판의 표면 동박을 옥사이드(Oxide) 처리하여 표면 조도를 형성하는 옥사이드 처리 과정; 및
   상기 가이드 홀을 기준으로 레이저 비아홀이 형성될 위치에 레이저 샷을 인가하여 레이저 비아홀을 형성하는 과정;
   을 포함하는 PCB 레이저 가공방법.