KR20230170657A - 고정밀 다층 회로 기판 및 이의 3d 프린팅 제조 방법 - Google Patents

고정밀 다층 회로 기판 및 이의 3d 프린팅 제조 방법 Download PDF

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KR20230170657A
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KR
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layer
insulating layer
circuit board
precision
printing
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KR1020237033491A
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왕찬 차이
사이펑 리
난지아 쪼우
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이노베이트3디 (항저우) 테크놀로지 디벨롭먼트 씨오., 엘티디.
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Abstract

본 발명은 고정밀 다층 회로 기판 및 이의 3D 프린팅 제조 방법에 관한 것으로 해당 방법은 S1 단계, 기판의 상부 표면에 입체 회로층을 형성하고; S2 단계, 현재의 입체 회로층의 미리 설정된 위치에 적층되어 금속 기둥을 형성하고; S3 단계, 현재의 입체 회로층의 상부 표면에 절연층을 형성하며, 절연층에 타공하여 나노 스케일 금속 페이스트를 충전하는 방식으로 대응되는 금속 기둥을 상기 형성된 절연층에서 미리 인출하고; S4 단계, 현재의 절연층이 최상층으로 되어 있을 경우, 현재의 절연층의 상부 표면에 패드층을 형성하며, S5 단계를 수행하고, 그렇지 않을 경우, 현재의 절연층을 새로운 기판으로 하고, S1 단계 내지 S2 단계를 반복 수행하며, S6 단계를 수행하고; S5 단계, 대응되는 금속 기둥을 연결시키거나 상기 미리 인출하는 방식으로 패드층에 연결하여 다층 회로 기판의 제조를 완성하고; S6 단계, 대응되는 금속 기둥을 연결시키거나 상기 미리 인출하는 방식으로 현재의 입체 회로층에 연결되며, S3 단계로 돌아가는 단계를 포함한다. 본 발명은 상호 연결 정밀도가 높은 고정밀 다층 회로 기판을 제조할 수 있다.

Description

고정밀 다층 회로 기판 및 이의 3D 프린팅 제조 방법
본 발명은 회로 기판 제조 기술 분야에 관한 것으로, 특히 고정밀 다층 회로 기판 및 이의 3D 프린팅 제조 방법에 관한 것이다.
다층 회로 기판은 IC 캐리어(IC carrier), 패키지 기판(package substrate), 프린팅 회로 기판(printed circuit board, PCB), 저온 동시 소성 세라믹(Low Temperature Co-fired Ceramic, LTCC) 기판 등에서 흔히 볼 수 있으며, 전자 응용 및 제품의 구성 기반이다. 능동 소자(예: 파워 MOS, 트랜지스터, IC 칩 등) 및 기타 다양한 수동 조립체(예: 필터, 변압기, 저항, 커패시터 및 인덕터 등)는 특정 패키징 공정을 거친 후 다층 회로 기판에 조립되거나 삽입되어야 한다. 이러한 기판은 하나의 패키지 시스템을 형성하기 위해 계속해서 다음 레벨의 패키지와 조립을 더 해야 한다. 따라서 다층 회로 기판은 서로 다른 구성의 소자를 전기적으로 연결, 조립 연결 및 구조적 보호하는 중요한 기능을 진행한다. 다층 회로 기판의 설계 및 제조는 소자와 패키지로 인한 전기, 열 및 기계적 요구 사항을 충분히 고려해야 한다. 수년 동안 전자 산업은 제품 설계 및 응용을 위해 다양한 다층 회로 기판의 제조 기술을 개발했다.
전통적인 다층 회로 기판의 제조 공정은 주로 박막 기술, 두꺼운 필름 기술 및 유기층 압판 기술을 포함한다. 회로 기판의 유형(IC재판, 패키지 기판, 프린팅 회로 기판, 세라믹 기판), 재질(예를 들어:유기, 무기 등) 및 상호 연결 정밀도의 서로 다른 요구 사항에 따라 일반적으로 포토리소그래피+현상+화학 도금/전기 도금, 기상 증착 또는 스크린 프린팅 등과 같은 방식을 통해 회로 패턴 전이를 진행하고; 기계적 펀칭/드릴링, 레이저 펀칭, 화학 식각, 이온 식각 등과 같은 방식으로 관통 구멍 성형을 진행하고; 전기 도금, 스크린 프린팅 등과 같은 방식을 통해 구멍의 금속화를 진행하고; 기상 증착, 스핀코팅, 적층 동시 소성, 라미네이팅 등과 같은 방식으로 단일층을 다층 구조로 적층하며 병합한다. 이러한 공정은 업계에서 가장 널리 사용되지만 공정 프로세스가 많고, 복수의 마스크가 요구되고, 고가 설비 및 큰 재료 낭비와 같은 요인으로 인해 다층 회로 기판의 생산 비용과 시간이 크게 증가한다.
최근 몇 년 동안 3D 프린팅 공정의 발전으로 다층 회로 기판의 전통적인 제조 공정에 비해 이는 신제품 연구 개발 및 구현 주기를 단축하고 NRE 비용을 절감할 수 있는 큰 잠재력을 보여주었다. 잉크젯(Inkjet) 또는 에어로졸 제트(Aerosol Jet)를 기반으로 하는 일부 3D 프린팅 공정은 라인 폭이 비교적 크기 때문에(수십 미크론에서 수백 미크론 범위), 절연층 두께가 비교적 두껍고(최소 두께는 약 35 um좌우), 수직 상호 연결 구조의 크기가 너무 커서(수백 미크론 스케일) 이러한 기술의 높은 층수 및 고밀도 상호 연결 장면의 회로 기판에서의 기술 적용을 제한하고, 층수와 상호 연결 정밀도에 대한 요구 사항이 높지 않은 프린팅 회로 기판만 제조할 수 있다. 융합 증착 모델링(Fused deposition modeling, FDM) 을 기반한 일부 3D 프린팅 공정은 라인 재료 및 용융 기술의 한계로 인해 특정 재질의 절연층을 제작하는 데만 사용할 수 있으며, FDM 방식의 프린팅 표면 품질이 좋지 않고, 회로층 및 수직 상호 연결 구조는 기타 비프린팅 방식으로 완성되어야 하며, 상호 연결 정밀도가 낮다. 선택 레이저 소결(SLS), 선택 레이저 용착(SLM), 전자빔 선택 용융(EBSM), 직접 레이저 금속 소결(DMLS) 등 과 같은 일부 3D 프린팅 공정은 분말 도포 또는 분말 분무한 다음 고에너지 에너지원으로 금속 소결 또는 용융을 해야 하기 때문에 금속 가공 정밀도가 낮아 정밀 다층 회로 기판의 제조에 적합하지 않는다.
압출식3D 프린팅 방법과 대응되는 페이스트를 결합하여 프린팅의 정밀도를 향상시키는 일부 방안도 있다. 예를 들어 공개 번호: CN109534767A의 중국 특허는 압출식 3D 한백옥석 분말 프린트용 페이스트 및 이의 제조 방법을 공개하었으며, 상기 발명의 페이스트의 고형분 함량이 높고, 전단 성능이 양호하여 압출식 3D 프린팅 공정에 적합하고, 상온 조건에서 3D 프린팅 공정 중에 점차 건조 및 응고되어 고정밀도의 성형채를 얻으며, 붕괴 현상을 나타내지 않는다. 또 다른 예를 들어 공개 번호: CN107365158A의 중국 특허는 양호한 안정성과 전단 박화 특성을 갖는 페이스트를 제공하여 페이스트가 바늘 헤드에서 원활하게 압출 되도록 하며, 기판 위에 증착된 후에도 여전히 라인 쉐입과 일정한 스팬을 유지하고, 양호한 성형 성능을 가지므로 정밀도를 향상시킨다.
종래의 기술에 존재하는 상술한 문제에 대해 본 발명은 상호 연결 정밀도가 높은 고정밀 다층 회로 기판을 제조할 수 있는 고정밀 다층 회로 기판의 3D 프린팅 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 다음과 같은 기술적 방안을 사용한다.
고정밀 다층 회로 기판의 3D 프린팅 제조 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.
S1 단계, 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트를 압출구를 통해 압출하여 기판의 상부 표면에 입체 회로층을 형성하고;
S2 단계, 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트를 압출구를 통해압출하여 현재의 입체 회로층의 미리 설정된 위치에 적층 되어 금속 기둥을 형성하고;
S3 단계, 현재의 입체 회로층의 상부 표면에 절연층을 형성하며, 절연층에 타공하여 나노 스케일 금속 페이스트를 충전하는 방식으로 대응되는 금속 기둥을 상기 형성된 절연층에서 미리 인출하고;
S4 단계, 현재의 절연층이 최상층 절연층으로 되어 있는지 여부를 판단하고, 그럴 경우, 현재의 절연층의 상부 표면에 패드층을 형성하며, S5 단계를 수행하고, 그렇지 않을 경우, 현재의 절연층을 새로운 기판으로 하고, S1 단계 내지 S2 단계를 반복 수행하며, S6 단계를 수행하고;
S5 단계, 현재의 절연층 아래에 위치하는 대응되는 입체 회로층 상의 금속 기둥을 연결시키거나 상기 미리 인출하는 방식으로 패드층에 연결하여 다층 회로 기판의 제조를 완성하고;
S6 단계, 현재의 입체 회로층 아래에 위치하는 대응되는 입체 회로층 상의 금속 기둥을 연결시키거나 상기 미리 인출하는 방식으로 현재의 입체 회로층에 연결되며, S3 단계로 돌아간다.
본 발명은 압출식 3D프린팅 방법을 창의적으로 이용하여 상호 연결 정밀도가 높은 고정밀 다층 회로 기판을 제작하며, 기존의 상기 압출식 3D프린팅 방법을 고정밀 다층 회로 기판 제작에 응용하면 존재하는 수많은 기술적 편견을 극복하였다.
단일층 회로 기판에 비해 다층 회로 기판은 회로층 간의 수직 상호 연결 구조를 추가 설정해야 하며, 종래 기술의 다층 회로 기판에 적용되는 수직 상호 연결 구조의 크기가 커서 고정밀 다층 회로 기판의 고정밀 상호 연결 요구 사항을 충족하기 어렵다. 종래 기술에서 다층 회로 기판을 제조할 시, 각 회로층의 설정를 위해 다층의 절연층을 도포하여 다층의 기판을 형성해야 하므로 각층의 기판 두께가 일치하고, 각 층의 기판의 상부 표면이 하나의 평면이 되도록 하는 고정밀 도포가 필요하나, 도포 과정에서의 도포 간격, 도포 경사도가 약간 어긋나면 오차가 생기기 쉬우며, 하나의 절연층을 도포할 때마다 경화가 필요하고, 절연층을 도포할 시, 정밀도가 일치하더라도 경화 후 형성된 기판의 정밀도를 보장하기 어려우며, 각 기판 자체의 상부 표면이 모두 하나의 평면임을 보장할 수 없기 때문에, 각 기판은 오차 누적을 형성하여 다층 회로 기판의 전체 제조 정밀도에 영향을 미칠 것이다. 각 기판 자체의 상부 표면이 모두 하나의 평면임을 보장할 수 없기 때문에 기판의 상부 표면의 높이 기복 및 표면 거침 정도는 프린팅 라인의 상태와 프린팅 공정 창에 심각한 영향을 미치므로 종래의 기술자는 프린팅을 압출하는 방식을 사용하여 다층 회로 회로 시판의 제조를 구현하기 어렵고, 이는 필연적으로 회로 라인형, 라인 폭 불균일 심지어 단선, 바늘 부딪침으로 이어질 수 있다. 그 외, 본 발명인은 연구 개발 과정에서 압출식 3D 프린팅 방법으로 라인을 압출할 시, 라인의 시작단에서 재료 배출 지연 및 불균일 문제가 발생하고, 라인 끝단에서 재료 쌓임 및 와이어 풀링 문제가 발생하여 라인 패턴의 프린팅 정확도와 균일성에 심각한 영향을 미친다는 것을 발견했으며, 다층 회로 기판을 제조할 시, 층과 층이 축적된 후 상기 영향은 더욱 분명하다. 회로층과 절연층이 형성된 다음 모두 경화를 진행해야 하고, 매번 경화될 때마다 전면의 회로층과 절연층은 반복적인 열변형을 일으키기 때문에 경화 후 회로층 및 절연층의 보형 상황, 접착 상황 및 수축 상황 모두 고정밀 다층 회로 기판의 제조에 영향을 미친다.
따라서, 본 발명은 상기 기술적 방안을 통해 본 기술 영역의 기술자가 압출식 3D 프린팅 방법으로는 상호 연결 정밀도가 높은 고정밀 다층 회로 기판을 제작할 수 없다는 기술적 편견을 극복하고, 압출식 3D 프린팅 방법을 이용한 고정밀 다층 회로 기판의 제조를 구현하다. 통상적으로, 본 발명에서 말하는 고정밀도는 입체 회로층의 도선 선폭이 1~150um에 달하고, 도선의 선간 거리가 1~150um에 달하고, 수직 상호 연결 구조의 크기가 20~150um에 달하고, 수직 상호 연결 구조의 간격이 20~150um에 달하고, 선폭과 선간 거리를 크게 줄일 수 있고 10um 이하에 달할 수 있며, 수직 상호 연결 구조의 크기와 간격을 크게 줄일 수고 150um이하에 달할 수 있으므로 입체 회로층 내 및 입체 회로층 간의 비교적 높은 상호 연결 정밀도를 갖게 하고, 즉 다층 회로 기판의 상호 연결 정밀도. 입체 회로층은 압출 헤드가 기판에 대향하여 하나의 평면, 즉 압출 평면뿐만 아니라 압출 평면에 수직인 방향에서도 이동 압출 프린팅을 하여 형성된 회로층이 종래 기술의 평면 형상이 아닌 입체적인 구조를 말하며, 이러한 구조는 제조 과정에서 충돌 및 스탬핑핀 문제를 해결할 뿐만 아니라 입체적인 회로층이 기판의 표면 형상에 더욱 밀착되어 후속의 다양한 제조 과정에서 회로 기판의 단선을 일으키기 쉽지 않아 다층 회로 기판의 전체 수율을 크게 향상시킨다.
바람직한 방안으로, S1단계에서, 기판의 상부 표면 상에 입체 회로층을 형성할 시, 다음을 포함한다.
기판의 상부 표면의 각 지점의 높이를 측정하여 기판 상부 표면의 높이 데이터 세트를 획득하며, 기판 상부 표면의 높이 데이터 세트를 기반으로 상기 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트를 압출구에서 압출할 시, 이가 기판의 상부 표면의 대응 지점에서 Z축 방향의 상대 이동을 진행하여 압출구에서 압출된 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트가 기판 상부 표면에 입체 회로층을 형성하도록 한다.
바람직한 방안으로, S1단계에서, 기판의 상부 표면 상에 입체 회로층을 형성할 시, 기판 상부 표면의 구체적인 지점 상의 입체 회로층의 실제 위치와 미리 설정된 위치의 차이값을 측정하고, 상기 차이값을 기반으로 압출 헤드를 교정한다.
바람직한 방안으로, S1단계에서, 상기 압출구는 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트를 압출하여 입체 회로층의 각 회로의 시작단을 형성하기 전에 모두 기판에 수직 되는 수직면에서 곡선의 사전 압출 운동을 하며, 상기 곡선의 접선 방향을 따라 회로의 정식 압출 형성 노선으로 진입하며;
S1단계에서, 상기 회로의 정식 압출 형성 노선끝단은 하나의 미리 설정된 비산 세그먼트를 갖고, 상기 압출구가 상기 비산 세그먼트에 위치할 경우, 상기 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트를 압출하는 동작을 멈춘다.
바람직한 방안으로, S2단계에서, 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트를 압출구를 통해 압출하여 금속 기둥의 각 층의 외부 프레임 라인 및 충전 라인을 교대로 형성하여 현재의 입체 회로층의 미리 설정된 위치에 적층되어 금속 기둥을 형성한다.
바람직한 방안으로, S3단계에서 상기 절연층의 형성 방식은 다음을 포함한다.
슬릿 코팅 블레이드의 슬릿으로 절연 매체 재료를 압출하며 상기 도포면 상에 도포하여 현재의 입체 회로층의 상부 표면에 상기 절연층을 형성한다.
바람직한 방안으로, S3단계에서 절연층을 도포하기 전, 다음과 같은 단계를 더 포함한다.
a, Z축 모터를 제어하여 코팅 블레이드를 하강시켜 이의 좌우 양단을 각각 접촉식 센서와 접촉하도록 하고;
b, 상기 코팅 블레이드의 좌우 양단이 접촉식 센서 신호를 트리거 할 시의 Z축 모터의 상이한 높이를 기록하여 코팅 블레이드의 좌우 높이 차이를 얻고;
c, 상기 좌우 높이 차이에 따라 코팅 블레이드의 좌우 양단의 좌우 높이를 교정한다.
바람직한 방안으로, S3단계에서 절연층을 도포하기 전, 다음과 같은 단계를 더 포함한다.
A, 레이저 변위 센서를 사용하여 접촉식 센서의 접촉면에 대해 높이 측정하여 접촉식 센서의 높이를 얻고;
B, 레이저 변위 센서를 사용하여 도포면의 도포 시작점에 대해 높이 측정하여 도포 시작점의 높이를 얻고;
C, 접촉식 센서 높이 및 도포 시작점 높이를 기반으로 접촉식 센서와 도포 시작점의 상대 높이 차이를 계산하고;
D, 경사도 보정을 거친 코팅 블레이드의 중심을 접촉식 센서에 접촉하도록 하여, 접촉 시의 코팅 블레이드의 Z축 높이를 기록하고;
E, 접촉식 센서와 도포 시작점의 상대 높이 차이, 코팅 블레이드가 접촉식 센서에 접촉 시의 Z축 높이 및 사전 설정된 도포 간격을 기반으로 코팅 블레이드의 Z축 높이를 교정한다.
바람직한 방안으로, S3단계에서 다음과 같은 단계를 포함한다.
S3.1 단계, 현재의 입체 회로층의 상부 표면에 절연층을 형성하고;
S3.2 단계, 각 입체 회로층의 연결 요구 사항 및 각 입체 회로층의 금속 기둥 높이를 기반으로 절연층에 타공하며 나노 스케일 금속 페이스트를 충전하는 방식으로 대응되는 금속 기둥을 상기 형성된 절연층에서 사전 인출한다.
바람직한 방안으로, 상기 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트는 나노 스케일의 은 또는 나노 스케일의 구리 금속 입자와 분산 매체를 포함하고, 나노 스케일 금속 입자의 함량은 75% ~95%이며, 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트의 점도는 100000cps ~1000000cps 사이이고, 요변 지수는 4~10이며, 상기 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트에 의해 형성된 라인 종횡비는 ≥0.5이다. 본 발명의 상기 라인 높이-폭 비례는 노신 Optimum®100um 내경 통용 점접착 바늘과 과함께 무사시 300DS 3축 점접착기를 사용하여 주어진 20psi 공기압 및 2mm/s 점접착 팁 이동 속도에서 페이스트를 유리기판에 스폿팅하여 라인을 형성하고 10min간 방치한 후 현미경으로 관찰하고 라인 높이와 라인 폭의 비례를 계산한다.
나노 스케일 금속 페이스트의 분산 매체는 나노 스케일 금속 입자를 분산 및 보호하고, 나노 스케일 금속 입자의 응집을 억제하고, 페이스트와 기판의 접착성을 향상시키고, 특정 보형 능력 및 요변성을 제공하는 데 사용된다.
바람직한 방안으로, 상기 나노 스케일 금속 입자는 나노 스케일 은 금속 입자이다.
바람직한 방안으로, 분산 매체는 분산 용매, 바인더를 포함하고, 분산 용매는 유기 용매 및 물 중 어느 하나 이상을 포함하고; 상기 바인더는 폴리아크릴산, 디에탄올아민, 폴리아크릴산 및 디에탄올아민의 복합물 중 어느 하나 이상을 포함한다.
바람직한 방안으로, 폴리아크릴산은 단쇄 폴리아크릴산과 장쇄 폴리아크릴산을 포함한다.
바람직한 방안으로, 단쇄 폴리아크릴산과 장쇄 폴리아크릴산의 질량 배합비는 2:1 ~8:1이다.
바람직한 방안으로, 단쇄 폴리아크릴산의 몰 질량은 1000~10000 g/mol이고, 장쇄 폴리아크릴산의 몰 질량은 10000~100000 g/mol 사이이다.
바람직한 방안으로, 유기 용매는 에틸렌 글리콜, 글리세롤 중 하나 이상을 포함한다.
바람직한 방안으로, 상기 나노 스케일 금속 입자는 나노 스케일 구리 금속 입자이다.
바람직한 방안으로, 분산 매체는 분산 용매, 바인더를 포함하고, 분산 용매는 유기용매 및 물 중 하나 이상을 포함하고; 바인더는 에폭시 수지, 경화제 및 보호제를 포함한다.
바람직한 방안으로, 에폭시 수지는 열경화성 에폭시 수지이다.
바람직한 방안으로, 열경화성 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지, E-44 에폭시 수지 및 비페닐 옥시형 에폭시 수지 중 하나 이상을 포함한다.
바람직한 방안으로, 상기 경화제는 폴리티올 경화제, 디시안디아민 경화제 및 산무수물 경화제 중 하나로 상기 에폭시 수지가 가열되어 빠르게 경화되게 할 수 있다.
바람직한 방안으로, 상기 유기 용매는 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트, 2가 에스테르, 이소플루론, 테르피네올 또는 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 중 하나 이상을 포함한다.
바람직한 방안으로, 상기 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트는 보호제를 더 포함한다.
바람직한 방안으로, 보호제는 트리아릴포스핀계 화합물, 트리알킬포스핀계 화합물 중 하나 이상의 조합으로 형성된다. 보호제는 <100°C에서 구리 분말과 배위되고 ≥100°C에서 산소 원자와 결합하여 옥시포스핀 화합물을 형성하여 제조 및 프린트 과정에서 구리 나노입자의 산화 문제를 억제한다.
바람직한 방안으로, 상기 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트는 비전도성 충전제도 포함한다.
바람직한 방안으로, 비전도성 충전제는 탄소 분말, 나노그래핀 분말, 벤토나이트 및 나노실리카 분말 중 하나 이상의 조합으로 형성되며 주로 페이스트의 점도 및 요변성을 조절하는 데 사용된다.
바람직한 방안으로, S2 단계와 S3 단계 사이에는 다음과 같은 단계를 더 포함한다.
현재의 입체 회로층과 현재 입체 회로층의 미리 설정된 위치에 적층 되어 형성된 금속 기둥에 대해 제1차 사전 경화 처리를 진행하는 단계;
S3 단계에서, 현재의 입체 회로층의 상부 표면에 절연층을 형성한 다음, 절연층에 대해 제2차 사전 경화 처리를 진행하는 단계;
S3 단계에서, 절연층에 타공하며 나노 스케일 금속 페이스트를 충전한 다음, 채워진 나노 스케일 금속 페이스트에 대해 제3차 사전 경화 처리를 진행하는 단계;
S5 단계에서, 현재의 절연층 아래에 위치하는 대응되는 입체 회로층 상의 금속 기둥을 연결시키거나 상기 미리 인출하는 방식으로 패드층에 연결한 다음, 다층 회로 기판에 전체 소결 및 경화처리를 진행하여 다층 회로 기판의 제조를 완성한다.
바람직한 방안으로, 상기 제1차 사전 경화 처리의 경화 온도는 100°C~150°C이고, 경화 시간은 3min~10min이다.
바람직한 방안으로, 상기 제2차 사전 경화 처리는 계단식 사전 경화 처리를 사용한다.
바람직한 방안으로, 계단식 사전 경화 처리는 먼저 60°C~95°C의 경화 온도에서 3min~10min 동안 경화한 다음 120°C~200°C의 경화 온도에서 3min~10min 동안 경화하는 것을 포함한다.
바람직한 방안으로, 절연층 재질은 유기 또는 세라믹 매체이다.
바람직한 방안으로 전체 소결 및 경화 처리의 소결 온도는 200℃~350℃ 이고, 소결 시간은 1h~3h이다.
바람직한 방안으로, 절연층 재질은 세라믹 매체이다.
바람직한 방안으로, 전체 소결 및 경화 처리의 소결 온도는 850°C이고, 소결 시간은 0.5h~2h이다.
상술한 고정밀 다층 회로 기판의 제조 공정에서 효율과 정밀도를 보장하기 위해 경화 과정이 정밀 설비에 미치는 열 영향과 경화 과정에서 절연 매체와 회로 사이의 반복적인 열 변형의 문제를 방지한다. 본 발명은 또한 고정밀 다층 회로 기판 제조 과정의 경화 방법을 제공하고, 다음과 같은 단계를 포함한다.
S1 단계, 기판의 상부 표면에 입체 회로층을 형성하고;
S2 단계, 현재의 입체 회로층의 미리 설정된 위치에 적층되어 금속 기둥을 형성하고;
S3 단계, 현재의 입체 회로층과 현재 입체 회로층의 미리 설정된 위치에 적층 되어 형성된 금속 기둥에 대해 제1차 사전 경화 처리를 진행하고;
S4 단계, 현재의 입체 회로층의 상부 표면에 절연층을 형성하며, 현재의 절연층에 대해 제2차 사전 경화 처리를 진행하고;
S5 단계, 현재의 절연층이 최상층 절연층으로 되어 있는지 여부를 판단하고, 그럴 경우, 현재의 절연층의 상부 표면에 패드층을 형성하며, S6단계를 수행하고, 그렇지 않을 경우, 현재의 절연층을 새로운 기판으로 하고, S1단계로 돌아가고;
S6 단계, 다층 회로 기판에 대해 전체 소결 및 경화 처리를 진행한다.
바람직한 방안으로, S1 단계, S2단계에서 모두 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트를 압출구를 통해 압출하여 입체 회로층 및 금속 기둥을 형성하고;
상기 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트는 나노 스케일 금속 입자, 분산 매체를 포함하고, 나노 스케일 금속입자의 함량은 75% ~95%이고, 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트의 점도는 100000cps~1000000cps 사이이고, 요변 지수는 4~10이며, 상기 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트에 의해 형성된 라인 높이-폭 비례는 ≥0.5이다.
바람직한 방안으로, S4 단계와 S5 단계 사이는 다음과 같은 단계를 더 포함한다. 절면층에 타공하며 나노 스케일 금속 페이스트를 충전하는 방식으로 대응되는 금속 기둥을 상기 형성된 절연층에서 미리 인출하며, 충전된 나노 스케일 금속 페이스트에 대해 제3차 사전 경화 처리를 진행한다.
바람직한 방안으로, S3 단계의 상기 현재의 입체 회로층과 현재의 입체 회로층의 미리 설정된 위치에 적층 되어 형성된 금속 기둥에 대해 제1차 사전 경화 처리를 진행하고, 이의 경화 온도는 100°C~150°C이고, 경화 시간은 3min~10min이다.
바람직한 방안으로, S4단계에서, 상기 현재의 절연층에 대해 제2차 사전 경화 처리를 진행하고, 계단식 사전 경화 처리를 사용한다.
바람직한 방안으로, 계단식 사전 경화 처리는 먼저 60°C~95°C의 경화 온도에서 3min~10min 동안 경화한 다음 120°C~200°C의 경화 온도에서 3min~10min 동안 경화하는 것을 포함한다.
바람직한 방안으로, 절연층 재질은 유기 또는 세라믹 매체이다.
바람직한 방안으로, S4단계에서,전체 소결 경화 처리의 소결 온도는 200℃~350℃ 이고, 소결 시간은 1h~3h이다.
바람직한 방안으로, 절연층 재질은 세라믹 매체이다.
바람직한 방안으로, S6 단계에서, 전체 소결 경화 처리의 소결 온도는 850°C이고, 소결 시간은 0.5h~2h이다.
상술한 고정밀 다층 회로 기판의 제조 과정에서 금속 기둥의 보형력을 향상하고, 금속 기둥의 프린팅 크기를 보장하여 수직 상호 연결 구조의 전체 크기를 비교적 작게 보장하며, 고정밀 다층 회로 기판의 고정밀 상호 연결 요구를 만족시키기 위해, 본 발명은 고정밀 다층 회로 기판의 금속 기둥의 제조 방법을 더 제공하고, 이는 다음과 같은 단계를 포함한다.
S1 단계, 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트를 압출구를 통해 압출하여 기판의 상부 표면 상에 입체 회로층을 형성하고;
S2 단계, 입체 회로층의 미리 설정된 위치에서, 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트를 압출하여 금속 기둥의 각 층의 외부 프레임 라인 및 충전 라인을 교대로 형성하며, 적층되어 금속 기둥을 형성하고;
상기 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트는 나노 스케일의 은 또는 나노 스케일의 구리 금속 입자와 분산 매체를 포함하고, 나노 스케일 금속 입자의 함량은 75% ~95%이며, 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트의 점도는 100000cps ~1000000cps 사이이고, 요변 지수는 4~10이며, 상기 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트에 의해 형성된 라인 높이-폭 비례는 ≥0.5이다.
바람직한 방안으로, 절연층을 형성한 다음, 나노 스케일의 금속 페이스트를 압출하여 금속 기둥의 상부 표면을 연결하는 인출 라인을 형성하는 단계를 더 포함한다.
바람직한 방안으로, S2 단계에서, 상기 금속 기둥의 높이는 입체 회로층에서 형성된 절연층보다 낮다.
바람직한 방안으로, 절연층을 형성한 다음, 금속 기둥 상방의 절연층에 레이저 펀칭을 하여 미세 구멍을 형성하는 단계를 더 포함한다.
바람직한 방안으로, 미세 구멍이 형성된 다음, 미세 구멍에 나노 스케일의 금속 페이스트를 충전하여 금속 기둥의 연장 기둥을 형성하는 단계를 더 포함한다.
바람직한 방안으로, 금속 기둥의 연장 기둥을 형성한 다음, 나노 스케일의 금속 페이스트를 압출하여 연장 기둥의 상부 표면을 연결하는 인출 라인을 형성하는 단계를 더 포함한다.
바람직한 방안으로, S1 단계와S2 단계에서, 입체 회로층과 금속 기둥을 형성할 시, 환경 습도는 모두 20%~60%이다.
바람직한 방안으로, 상기 나노 스케일 금속 입자는 나노 스케일 은 금속 입자이다.
바람직한 방안으로, 상기 나노 스케일 금속 입자는 나노 스케일 구리 금속 입자이다.
본 발명은 고정밀 다층 회로 기판을 더 제공하고, 상술한 고정밀 다층 회로 기판의 3D 프린팅 제조 방법을 사용하여 얻어지는 것이다.
본 발명은 플렉시블 회로를 더 제공하고, 상술한 고정밀 다층 회로 기판을 사용한다.
본 발명은 웨어러블 장치를 더 제공하고, 상술한 고정밀 다층 회로 기판을 사용한다.
본 발명은 초소형 수동 전자 소자를 더 제공하고, 상술한 고정밀 다층 회로 기판을 사용한다.
[발명의 효과]
본 발명의 유익한 효과는 다음과 같다.
본 발명은 압출식 3D 프린팅 방법을 창의적으로 이용하여 상호 연결 정밀도가 높은 고정밀 다층 회로 기판을 제작하여 다층 회로 기판의 상호 연결 정밀도를 향상시킨다.
본 발명의 상술한 고정밀 다층 회로 기판의 3D 프린팅 제조 방법은 다양한 매체 재료와 다양한 금속 재질의 페이스트에 적용할 수 있다.
전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트를 압출구를 통해 압출하여 기판의 상부 표면에 입체 회로층을 형성하는데, 나노 스케일 금속 페이스트는 전단 박화 특성을 갖고, 입체 회로층의 프린팅 정밀도가 높으며, 입체 회로층의 도선 선폭은1~150um에 달할 수 있고, 도선의 선간격은 10~150um에 달할 수 있고, 수직 상호 연결 구조간의 간격은 20~150um에 달할 수 있으며, 선폭 및 선간 거리는10um 이하로 크게 줄일 수 있고, 수직 상호 연결 구조의 크기와 간격은 150um 이하로 크게 줄일 수 있어 입체 회로층과 입체 회로층 사이가 높은 상호 연결 정밀도를 갖도록 할 수 있고, 즉, 다층 회로 기판의 상호 연결 정밀도.
현재 레이저 펀칭을 통해 절연층에 직경이 작은 미세 구멍을 타공할 수 있으며, 금속 페이스트를 충전하여 회로와 접촉하여 연결을 구현할 수 있으나, 미세 회로를 프린팅할 시, 회로 라인이 넓고, 라인 두께가 미세 구멍에 비해 작기 때문에(라인 폭, 라인 두께가 몇 미크론뿐임), 미세 구멍 하부의 회로는 레이저에 의해 전부 소각되기 쉽고, 이는 충전 시 충전된 페이스트와 금속 회로가 접촉하지 않거나 접촉 부분이 매우 작아 도통을 보장할 수 없음을 초래한다. 따라서 본 출원은 입체 회로층의 미리 설정된 위치에서 금속 기둥을 프린팅 하여 연결 면적을 증가시켜 회로의 상호 연결을 보장하고 회로 단선 현상을 방지한다.
도선 선폭, 도선 간의 거리 및 절연층 두께의 정밀도 요구 사항을 충족하기 위해 본 발명에서도 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트를 압출하고, 금속 기둥을 프린팅 하여 금속 기둥의 프린팅 크기 정밀도 요구 사항을 보장하고, 더 나아가, 고정밀 다층 회로 기판의 상호 연결 정밀도를 보장한다.
미리 설정된 하나의 금속 기둥만으로 인접한 두 층의 입체 회로층 간의 상호 연결만을 구현할 수 있고, 본 발명에서 현재의 입체 회로층 아래에 위치하는 대응되는 입체 회로층 상의 금속 기둥은 절연층에 타공하며, 페이스트를 충전하는 방식으로 적어도 한 층의 절연층을 인출하여 임의의 입체 회로층 간의 상호 연결을 구현할 수 있다.
입체 회로 기판층은 프린팅 정밀도가 높고 부피가 작기 때문에, 아주 얇은 절연층을 코팅하기만 하면 커버가 가능하지만, 수직 상호 연결 구조는 또 절연층을 통과하며 설정해야 하고, 이를 기반으로 수직 상호 연결 구조의 크기를 줄일 수 있고, 더 나아가, 고정밀 다층 회로 기판의 상호 연결 정밀도를 더욱 보장할 수 있다.
각 기판 자체의 상부 표면은 모두 평면임을 보장할 수 없기 때문에 본 출원은 기판의 상부 표면에 입체 회로층을 형성할 시, 기판의 상부 표면의 각 지점의 높이를 측정하여 기판 상부 표면의 높이 데이터 세트를 획득하며, 기판 상부 표면의 높이 데이터 세트를 기반으로 상기 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트를 압출구를 통해 압출할 시, 기판의 상부 표면의 대응 지점에서 Z축 방향의 상대 이동을 진행하여 압출구에서 압출된 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트는 기판 상부 표면에 입체 회로층을 형성하여 회로 라인형, 라인폭의 균일성을 보장한다.
압출 헤드가 압출 시 떨림 현상으로 인해 압출 위치가 어긋나거나 압출 헤드의 초기 고정 위치에 오차가 존재할 수 있고, 동일하게 압출 위치의 어긋남도 발생할 수 있으며, 고정밀 프린팅 장면에서 프린팅 라인의 위치 정밀도, 라인폭, 라인형에 심각한 영향을 미쳐 회로 라인형, 라인폭의 불균일, 심지어 회로의 위치 어긋남 및 바늘 부딪침으로 이어진다. 따라서, 본 출원은 기판의 상부 표면에 입체 회로층을 형성할 시, 기판 상부 표면의 특정 지점 상의 입체 회로층의 실제 위치와 미리 설정된 위치의 차이값을 측정하고, 차이값을 기반으로 압출 헤드를 교정하고, 상기 교정은 압출 헤드의 안정도에 대한 교정일 수 있고, 또는, 압출 헤드의 고정 위치에 대한 보정일 수를 보정일 있다.
본 출원은 회로의 정식 압출 형성 노선 전에 하나의 곡선의 사전 압출 운동을 미리 설정하여 압출구가 정식 압출 형성 노선의 시작단에서 재료 배출 지연 및 불균일하게 되는 문재를 방지하며, 회로의 정식 압출 형성 노선의 끝단에 하나의 비산 세그먼트를 미리 설정하여 상기 비산 세그먼트에 위치할 시, 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트를 밀어내는 압출 동력 주입을 차단하여 압출구가 회로의 정식 압출 형성 노선의 끝단에서 재료 쌓임 및 와이어 폴링되는 문재를 방지한다.
본 출원의 고정밀 프린팅 장면에 적응하기 위해 절연층의 표면 형태 및 두께 균일성은 매우 높은 품질 요구 사항을 충족해야 하고, 본 발명은 절연층을 도포하기 전에 코팅 블레이드의 좌우 양단 경사도에 대해 교정을 진행한다.
본 발명은 경화 방법을 제공하고, 이는 압출식 3D 프린팅 방법으로 상호 연결 정밀도가 높은 고정밀 다층 회로 기판을 제작할 시, 고정밀 다층 회로 기판 제조의 효율과 정밀도를 보장하고, 경화 과정이 정밀 설비에 미치는 열 영향과 경화 과정 중 절연층, 금속 기둥 및 입체 회로층 사이에 반복적이고 격렬한 열변형의 문제를 피할 수 있다.
본 발명에서 사용하는 전단 박화 특성을 갖는 금속 페이스트는 압출식 3D 프린팅 방법을 사용하고, 이는 높은 상호 연결 정밀도의 고정밀 다층 회로 기판을 제조할 시, 접착력, 보형력, 전도율, 압출 연속성 및 재료 배출 시 와이어 풀링 현상을 모두 고려할 수 있으며, 특히 반복 경화 과정에서 금속 기둥과 회로의 보형력 및 접착력을 보장한다. 따라서, 상호 연결 정밀도가 높은 고정밀 다층 회로 기판를 제조할 시의 수율을 향상시킨다.
본 발명에서 제공하는 금속 기둥의 제조 방법은 압출식 3D 프린팅 방법으로 상호 연결 정밀도가 높은 고정밀 다층 회로 기판을 제작할 시, 금속 기둥의 보형력을 향상시키고, 금속 기둥의 프린팅 크기를 보장하여, 비교적 작은 수직 상호 연결 구조의 전체 크기를 보장하고, 고정밀 다층 회로 기판의 고정밀 상호 연결 요구 사항을 충족할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기술 방안을 더 명확하게 설명하기 위하여, 아래에서 실시예의 설명에 사용되어야 할 도면들을 간단하게 소개하고, 하기 설명에서의 도면들은 단지 본 발명의 일부 실시예들인 것으로, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 있어서, 창조적 노동을 하지 않는다는 전제하에 이러한 도면들에 의해 기타 도면들을 더 얻을 수 있음은 자명한 것이다.
도 1은 본 발명의 상기 고정밀 다층 회로 기판의 3D 프린팅 제조 방법의 프로세스도이다.
도 2는 다층 회로 기판의 제조 공정 개략도이다.
도 3은 본 발명의 상기 고정밀 다층 회로 기판 제조 과정의 경화 방법의 프로세스도이다.
도 4는 본 발명의 상기 고정밀 다층 회로 기판의 금속 기둥의 제조 방법의 프로세스도이다.
도 5는 본 발명의 상기 제1수직 상호 연결되는 구조의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 상기 제1수직 상호 연결되는 구조 유닛의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 상기 제2수직 상호 연결되는 구조의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 상기 제2수직 상호 연결되는 구조 유닛의 개략도이다.
도 9는 상호 연결되는 인접한 두 개의 입체 회로층의 구조 개략도이다.
도 10은 다층을 간격을 두며 상호 연결되는 입체 회로도의 구조 개략도이다.
도 11은 상호 연결되는 하층 입체 회로층과 표면층 입체 회로층의 구조 개략도이다.
도 12는 동일한 금속 기둥이 위치하는 수직 라인에 존재하는 다층 회로층이 상호 연결되는 구조 개략도이다.
도13은 고정밀 다층 회로 기판의 전체 효과도이다.
다음은 특정 구체적인 실시예를 통해 본 발명의 실시 형태를 설명하며, 본 기술 분야의 기술자는 본 명세서에서 개시한 내용을 통해 본 발명의 다른 장점과 효능을 쉽게 이해할 수 있다. 본 발명은 또한 다른 특정 실시 방식을 통해 구현되거나 적용될 수 있으며, 본 명세서의 세부 사항은 다양한 관점과 응용에 기초하여 본 발명의 정신을 위반하지 않고 다양한 수정 또는 변경을 진행할 수도 있다. 설명이 필요한 것은, 충돌이 없는 경우, 다음 실시예와 실시예의 특징을 서로 결합할 수 있다.
[실시예1]
도1, 도2를 참조하면, 본 실시예는 고정밀 다층 회로 기판 3D 프린팅 제조 방법을 제공하고, 다음과 같은 단계를 포함한다.
S1 단계, 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트를 압출구를 통해 압출하여 기판의 상부 표면에 입체 회로층을 형성하고;
S2 단계, 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트를 압출구를 통해압출하여 현재의 입체 회로층의 미리 설정된 위치에 적층되어 금속 기둥을 형성하고;
S3 단계, 현재의 입체 회로층의 상부 표면에 절연층을 형성하며, 절연층에 타공하여 나노 스케일 금속 페이스트를 충전하는 방식으로 대응되는 금속 기둥을 상기 형성된 절연층에서 미리 인출하고;
S4 단계, 현재의 절연층이 최상층 절연층으로 되어 있는지 여부를 판단하고, 그럴 경우, 현재의 절연층의 상부 표면에 패드층을 형성하며, S5 단계를 진행하고, 그렇지 않을 경우, 현재의 절연층을 새로운 기판으로 하고, S1 단계 내지 S2 단계를 반복 진행하며, S6 단계를 진행하고;
S5 단계, 현재의 절연층 아래에 위치하는 대응되는 입체 회로층 상의 금속 기둥을 연결시키거나 상기 미리 인출하는 방식으로 패드층에 연결하여 다층 회로 기판의 제조를 완성하고;
S6 단계, 현재의 입체 회로층 아래에 위치하는 대응되는 입체 회로층 상의 금속 기둥을 연결시키거나 상기 미리 인출하는 방식으로 현재의 입체 회로층에 연결되며, S3 단계로 돌아간다.
본 실시예에서, 정밀 기압 제어를 통해 증압 구조를 밀어, 고점도의 나노 스케일 금속 페이스트가 정밀 프린트 바늘 헤드 끝단의 압출구(압출구 내경 ≥1um, 유리 또는 세라믹 재질)에서 실모양으로 압출될 수 있다.
따라서, 다음을 알 수 있다.
본 발명은 압출식 3D 프린팅 방법을 창의적으로 이용하여 상호 연결 정밀도가 높은 고정밀 다층 회로 기판을 제작하여 다층 회로 기판의 상호 연결 정밀도를 향상시킨다.
압출구를 통해 전단 박화 특성을 갖는 금속 페이스트를 압출하여 기판의 상부 표면에 입체 회로층을 형성하고, 그러나 나노 스케일 금속 페이스트는 전단 박화 특성을 갖고, 입체 회로층의 프린트 정밀도가 높으며, 입체 회로층의 도선 선폭은 1~150um에 달할 수 있고, 도선 선간의 거리 20~150um에 달할 수 있으며, 수직 상호 연결 구조 간격은 20~150um에 달할 수 있고, 선폭과 선간의 거리는 10um 이하로 크게 줄일 수 있고, 수직 상호 연결 구조의 크기와 간격은 150um 이하로 크게 줄일 수 있어 입체 회로층과 입체 회로층 사이에는 높운 상호 연결 정밀도를 갖도록 한다, 즉, 다층 회로 기판의 상호 연결 정밀도.
현재 레이저 펀칭을 통해 절연층에 직경이 작은 미세 구멍을 타공할 수 있으며, 금속 페이스트를 충전하여 회로와 접촉하여 연결을 구현할 수 있으나, 미세 회로를 프린팅할 시, 회로 라인이 넓고, 라인 두께가 미세 구멍에 비해 작기 때문에(라인 폭, 라인 두께가 몇 미크론뿐임), 미세 구멍 하부의 회로는 레이저에 의해 전부 소각되기 쉽고, 이는 충전 시 충전된 페이스트와 금속 회로가 접촉하지 않거나 접촉 부분이 매우 작아 도통을 보장할 수 없음을 초래한다. 따라서 본 출원은 입체 회로층의 미리 설정된 위치에서 금속 기둥을 프린팅 하여 연결 면적을 증가시켜 회로의 상호 연결을 보장하고 회로 단선 현상을 방지한다.
도선 선폭, 도선 선간의 거리 및 절연층 두께의 정밀도 요구 사항을 충족하기 위해 본 발명에서도 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트를 압출하고, 금속 기둥을 프린팅 하여 금속 기둥의 프린팅 크기 정밀도 요구 사항을 보장하고, 더 나아가, 고정밀 다층 회로 기판의 상호 연결 정밀도를 보장한다.
미리 설정된 하나의 금속 기둥만으로 인접한 두 층의 입체 회로층 간의 상호 연결만을 구현할 수 있고, 본 발명에서 현재의 입체 회로층 아래에 위치하는 대응되는 입체 회로층 상의 금속 기둥은 절연층에 타공하며, 페이스트를 충전하는 방식으로 적어도 한 층의 절연층을 인출하여 임의의 입체 회로층 간의 상호 연결을 구현할 수 있다.
입체 회로 기판층은 프린팅 정밀도가 높고 부피가 작기 때문에, 아주 얇은 절연층을 코팅하기만 하면 커버가 가능하지만, 수직 상호 연결 구조는 또 절연층을 통과하며 설정해야 하고, 이를 기반으로 수직 상호 연결 구조의 크기를 줄일 수 있고, 더 나아가, 고정밀 다층 회로 기판의 상호 연결 정밀도를 더욱 보장할 수 있다.
구체적으로,
고정밀 다층 회호 기판을 제작할 시, 각 한나의 층의 입체 회로층을 형성할 때마다 입체 회로층에 대응되는 금속 기둥 또는 한 층의 절연층의 도포 이들은 모두 경화가 필요하기 때문에 입체 회로층, 입체 회로층에 대응하는 금속 기둥의 회로 보형성을 향상 시켜야하고, 그러나, 회로 보형성을 향상시킴과 동시에 회로의 접착력이 떨어지기 때문에 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트를 선택하여 보형성 및 접착력을 모두 고려해야 한다. 더 나아가, 우리가 선택한 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트는 다층 회로 기판의 정상적인 사용을 보장하기 위해 전도율을 보장해야 한다. 더 나아가, 우리가 선택한 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트는 압출될 시 연속성을 보장하여 압출구의 막힘 또는 재료 끊김 현상을 방지하여 압출 3D 프린팅 방식을 사용하여 고정밀 상호 연결 다층 회로 기판을 제작할 때의 수율을 향상시킨다.
상술한 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트는 나노 스케일의 은 금속 페이스트 또는 나노 스케일의 구리 금속 페이스트를 선택하여 사용할 수 있다.
여기서, 다음과 같은 방식으로 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트를 제조할 수 있다.
1. 2g단쇄 폴리아크릴산(PAA) 용액 (50wt%, 5000g/mol), 1g장쇄 폴리아크릴산(PAA) 용액 (25wt%, 50000g/mol), 40g DEA 디에탄올아민 을 탈이온수 50ml에 녹인다.
2. 실온에서 2h 동안 교반하고 용액의 pH는 9.5로 하여 용액 1로 한다.
3. 질산은 용액(질산은 20g은 탈이온수 20ml에 용해됨)을 용액 1에 한 방울씩 넣므며 빠르게 저어 진한 노랑색 용액 2를 얻는다.
4. 실온에서 24h 동안 교반하면 용액의 색이 점차 짙은 흑색으로 변하고 직경 2-8nm의 나노의 은입자를 형성한다.
5. 60°C의 온수에서 2h 동안 교반하여 용액 3을 얻고, 이 단계 후, 은 입자 크기는 5-50nm로 숙성된다.
6. 10ml/min의 속률로 용액 3에 에탄올 240ml을 첨가하고 20min간 교반하여 용액 4를 얻는다.
7. 용액 4의 상층액을 제거하고 침전물을 9000rpm에서 20min간 원심분리하여 고농도의 은 나노페이스트 건조체를 얻는다.
8. 나노 은 페이스트 건조체에 10wt% 용매(상기 용매는 30wt% 에틸렌글리콜 및 70wt%물을 혼합하여 폴리아크릴산, 디에탄올아민 및 보습작용을 함)를 첨가하여 균일하게 흔든 후 50℃, 25mbar 진공박스에서 30min간 탈포하여 최종적으로 전단되어 물은 특성을 갖는 나노 스케일 은 금속 페이스트를 얻는다.
여기서, 다음과 같은 방식으로 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일의 구리 금속 페이스트를 제조할 수 있다.
비스페놀 A형 에폭시 수지 8g을 달아 부틸아세테이트 용매 15g에 녹이고, 80℃로 1시간 가열하여 완전히 용해될 때까지 예비 담체를 얻고; 산무수물계 경화제 1g을 계량하여 예비 담체에 넣고, 고속 분산기로 고속 분산을 진행하고, 균일하게 분산시킨 후 30-35℃로 2시간 가열하여 분산 매체를 얻는다. 100~200nm 구리 분말 70g, 환원제 트리페닐포스핀 5g, 비전도성 충전재 나노그래핀 분말 0.2g, 50nm의 이산화규소 분말 0.8g을 계량하여 상기 분산 매체와 혼합기에서 충분히 혼합한 다음, 고속 분산기를 이용하여 고속 분산을 진행하여 균일한 초기 페이스트를 얻고, 초기 페이스트를 3개의 롤러로 6회 압연하여 <1μm의 미세도가 될 때까지 진행하고, 그 다음 10μm의 필터망을 통해 여과하여 최종적으로 나노 스케일 구리 금속 페이스트를 얻는다. 나노 스케일 구리 금속 페이스트의 보다 구체적인 제조 방법은 공개 번호 CN113362984A의 중국 발명 특허를 참조할 수 있다.
상술한 내용을 바탕으로 본 기술 분야의 기술자는 농도 등 각종 매개변수를 변경하여 본 발명의 요구 사항을 충족하는 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트를 얻을 수 있다.
통상적으로 S1 단계에서, 상기 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트는 나노 스케일 금속 입자를 포함하는 유기 분산 시스템이고, 이는 나노 스케일 금속 입자, 문산 매체를 포함하고, 나노 스케일 금속 입자의 함량은 75% ~ 95%이며, 페이스트의 점도는 100000cps ~1000000cps 사이이고, 요변 지수는 4~10이며, 형성된 라인 높이-폭 비례는 ≥0.4이다. 금속 고형분 함량이 높으면 보형성을 향상시킬 수 있고, 프린팅 바늘 헤드의 와이어 풀링을 줄이고, 소결할 시의 수축을 줄이며, 전도성을 향상시킬 수 있으나, 유리, 실리콘 웨이퍼, 폴리이미드 등과 같은 기판과의 접착력이 떨어지고; 만약 금속 고형분 함량이 너무 낮으면 전도율이 감소하며, 페이스트가 소결될 때 수축이 너무 커서 회로 단선을 야기하기 쉽다. 나노 스케일 금속 입자는 표면 에너지로 인해 서로 응집되어 압출구를 막는 큰 입자를 형성하기 쉽기 때문에, 응집을 억제하기 위해 대응되는 분산 매체를 페이스트에 첨가해야 한다. 다른 재료의 나노 스케일 금속 입자의 경우 나노 금속 입자의 물리적 및 화학적 특성에 따라 적절한 분산 매체를 선택하고 기타 보조 재료를 추가해 야 한다.
나노 스케일 은 금속 페이스트에 대해, 분산 매체는 분산 용매, 바인더를 포함하고, 분산 용매는 유기 용매 및 물 중 어느 하나 이상을 포함하고; 바인더는 폴리아크릴산, 디에탄올아민, 폴리아크릴산 및 디에탄올아민의 복합물 중 어느 하나 이상을 포함한다.폴리아크릴산에는 단쇄 폴리아크릴산, 장쇄 폴리아크릴산을 포함하고, 상기 유기 용매에는 에틸렌 글리콜, 글리세린 중 하나 이상을 포함한다. 은 나노 입자는 양호한 항산화성을 가지며 분산 매체는 폴리아크릴산, 디에탄올아민 성분(폴리아크릴산과 기판은 우수한 접착력을 가지며 금속 입자를 분산시킬 수 있고, 디에탄올아민은 금속이온을 천천히 금속입자로 환원시킴)을 함유하고 있기 때문에 별도의 보호제, 경화제를 첨가하지 않아도 된다. 단쇄와 장쇄 폴리아크릴산의 질량 비율은 2:1 내지8:1 사이이고, 단쇄 폴리아크릴산의 몰 질량은 1000~10000g/mol 사이이고, 장쇄 폴리아크릴산은 10000~100000g/mol 사이이며, 분자량이 다른 폴리아크릴산의 질량 비율, 중합도, 은 나노 입자 함량 및 수분 함량을 조정하여 페이스트의 프린팅 효과와 기판과의 접착력 및 소결 경화 후의 전도성을 조정할 수 있다.
나노 스케일 구리 금속 페이스트에 대해, 분산 매체는 분산 용매, 바인더를 포함하고, 분산 용매는 유기 용매 및 물 중 어느 하나 이상을 포함하고; 바인더는 에폭시 수지, 경화제 및 보호제를 포함한다. 상기 에폭시 수지는 열경화성 에폭시 수지이며, 열경화성 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지, E-44 에폭시 수지 및 비페닐 옥시형 에폭시 수지 중 하나 이상을 포함한다. 상기 경화제는 폴리티올 경화제, 디시안디아민 경화제 및 산무수물 경화제 중 어느 하나 이상을 포함한다. 상기 유기 용매는 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트, 2가 에스테르, 이소플루론, 테르피네올 또는 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 중 하나 이상을 포함한다. 상기 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 페이스트는 보호제를 더 포함하고, 보호제는 트리아릴포스핀계 화합물 및 트리알킬포스핀계 화합물 중 하나 또는 여러 조합으로 형성된다. 상기 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트는 비전도성 충전재를 더 포함하고, 비전도성 충전재는 탄소 분말, 나노 그래핀 분말, 벤토나이트 및 나노 실리카 분말 중 하나 또는 여러 조합으로 형성된다. 구리 나노입자는 수분과 공기 산화에 매우 취약하기 때문에 분산 매체에는 에폭시 수지 성분(에폭시 수지는 소수성을 나타내며 수분 침입을 억제할 수 있고, 경화 후 기판과의 밀착성이 양호함)이 포함되어 있으므로 보호제를 첨가하여 구리 나노 입자의 산화를 억제하고, 경화제를 첨가하여 에폭시 수지를 가열하고 빠르게 경화시키고, 비전도성 충전재는 실제 점도 및 요변성 요구 사항에 따라 추가할 수 있다.
상기 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 패이스트의 나노 입자의 분산성이 좋고, 막힘없이 1um~150um 내경 유리모세관에서 압출할 수 있고; 경화 후 페이스트의 부피 수축률이 30% 미만이며, 유리, 실리콘웨이퍼, 폴리이미드 등의 기판과 접착력이 양호하고(스크레이퍼를 이용하여 유리기판에 약 20um 두께의 페이스트를 도포하며, 200℃에서 소결 경화를 진행하고, 그 후 3M Scotch600 테이프를 이용하여 박리할 경우 재료 박리 현상이 없음); 페이스트 점도와 촉변지수는 기존의 Brookfield 회전점도계를 사용하여 특성화하고; 페이스트는 20~60%의 상대습도 , 23±5℃ 조건에서 흡수율은 5% (보형성 및 소결 후 수축효과에 영향을 미치고, 시험 방법: 스크레이퍼를 사용하여 유리기판에 약 100um 두께의 페이스트를 도포하고 정밀 전자 저울을 사용하여 무게를 측정하고 1h 간격 후 질량 증가량은 ≤5%)이다.
기존의 단층 고정밀 회로 기판을 제작하는 데 사용되는 페이스트가 형성하는 라인 높이와 폭의 비례는 일반적으로 0.2좌우이고, 본 발명에서는 다층 간의 수직 상호 연결이 필요하기 때문에 페이스트 높이와 폭이 상대적으로 낮으면 금속 기둥과 같은 본 발명의 주요 공정을 지원할 수 없다. 동시에 다층 회로 기판의 사용 장면이 단층 회로 기판보다 복잡하기 때문에(예: 고전압 신호, 대전류 등) 단일 회로 기판보다 회로의 두께에 대한 요구가 더욱 높기 때문에 만약 라인의 높이와 폭이 상대적으로 낮은 페이스트로 다층 회로 기판을 제작하면 라인폭과 라인 간의 거리의 정밀도를 희생하여 회로 두께를 향상해야 하므로 상호 연결 정밀도가 높은 고정밀 다층 회로 기판을 제조할 수 없다.
다층 회로 기판을 제조할 시, 각 입체 회로층의 프린팅을 제공하기 위해 다층의 절연층을 도포하여 다층 기판을 형성해야 하므로 형성된 각 층의 기판두께가 일정하고, 각 층의 기판의 상부 표면이 하나의 평면이 되도록 고정밀 도포가 필요하지만, 도포 과정에서 도포 간극과 도포 경사도가 약간 어긋나면 오차가 생기기 쉬우며, 한 층의 절연층을 도포 완성할 때 마다 모두 경화가 필요하고, 절연층을 도포할 때 정밀도가 일치하더라도 경화 후 형성된 기판의 정밀도를 보장하기 어려우며, 각 기판 자체의 상부 표면은 하나의 평면을 보장할 수 없다. 프린팅 할 시, 압출 헤드를 프린팅 기판에 가깝게 하여 실모양 재료와 프린팅 기판을 접촉시켜야 하며, 고정밀 프린팅 장면에서 프린팅 기판의 높이 기복 및 표면 거칠기는 프린팅 회로의 상태에 심각한 영향을 미치므로 회로 라인 유형 및 라인 폭이 고르지 않거나, 심지어 라인이 끊어지거나 바늘이 부딪친다.
따라서, 상기 각 기판 자신의 상부 표면이 균일한 하나의 평면을 보장할 수 없는 상황을 기반하여, S1단계에서, 기판의 상부 표면에 입체 회로층을 형성할 시, 기판의 상부 표면의 각 지점의 높이를 측정하여 기판 상부 표면의 높이 데이터 세트를 획득하며, 기판 상부 표면의 높이 데이터 세트를 기반으로 상기 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트를 압출구에서 압출할 경우, 이가 기판의 상부 표면의 대응 지점에서 Z축 방향의 상대 이동을 진행하여 압출구에서 압출된 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트가 기판 상부 표면의 각 지점과의 높이를 일치시키는 것을 포함한다. 즉, 본 출원의 입체 회로층의 프린팅은 입체 프린팅이고, 프린팅 과정에서, 압출구는 기판의 상부 표면의 각 지점에 대응되게 Z방향의 상대이동이 존재하여 최종적으로 기판의 상부 표면에 입체 회로층을 형성하며 회로의 라인형과 라인폭이 균일하도록 보장한다.
더욱 상세하게, 본 실시에에서, 레이저 변위 센서를 통해 기판의 상부 표면의 각 지점의 높이에 대해 측정하여 기판 상부 표면의 높이 데이터 세트를 얻고, 레이저 변위 센서의 해상도는 0.3um 이하이어야 하며, 만약 해상도가 기준을 초과하면 넓은 면의 장면에서 보상 정밀도를 보장할 수 없어 실제 프린팅 시 압출구와 기판 사이의 높이 제어가 부정확하다. 프린팅 시, 기판의 Z방향 이동을 통해 압출구는 기판의 상부 표면의 대응 지점에서 Z축 방향으로 상대적으로 이동한다.
동일하게, 본 발명에서 페이스트를 압출할 시, 바늘 헤드를 기판에 가까이 하여 실모양의 재료를 기판과 접촉시켜야 하기 때문에 공압 추진 시 발생하는 흔들림은 고정밀 프린팅 장면에서 프린팅 라인의 위치 정밀도, 라인폭 및 라인형에 심각한 영향을 미치므로, 라인형, 라인폭이 고르지 않거나 심지어 회로가 어긋나거나 바늘에 부딪침을 야기한다. 따라서 바늘 헤드 받침대에 금속 안정화 메커니즘을 추가할 필요가 있다. 동시에, 기판의 상부 표면에 입체 회로층을 형성할 시, 기판 상부 표면의 특정 지점에서 입체 회로층의 실제 위치와 미리 설정된 위치의 차이값을 측정하며, 그 차이값에 따라 바늘 헤드의 안정성을 보정하고, 안정된 바늘 헤드를 통해 수평 방향 및 수직 방향의 흔들림 편차를 0.5um 이내로 제어하여 실제 위치와 미리 설정된 위치의 차이가 미리 설정된 임계값을 초과하지 않도록 한다.
설명이 필요한 것은, 어떤 경우에는 실제 위치와 미리 설정된 위치의 편차가 너무 큰 것은 바늘 헤드 떨림으로 인한 것이 아니라 바늘 헤드의 고정 위치가 편차된 것일 수 있다. 본 실시예에서는 컴퓨터 보조 제조(CAM) 기술을 이용하여 미리 설계된 회로 패턴을 수치 제어 경로에 도입하여 프린팅 바늘 헤드가 수치 제어 경로를 따라 이동하여 필요한 회로 패턴을 형성하므로 바늘 헤드의 고정 위치가 편가가 생기면 전체 회로 패턴에 편차의 발생을 야기한다. 이때 동일하게 실제 위치와 미리 설정된 위치의 차이에 따라, 바늘 헤드의 고정 위치에 대해 교정할 수 있다.
그리고 설명이 필요한 것은, 떨림의 영향으로 편차가 발생할 경우, 편차는 가스 개방 및 차단 프린팅 시 변경되며, 만약 고정 위치의 영향으로 편차가 발생할 시, 편차는 가스 개방 및 차단 프린팅의 영향을 받지 않는다.
더 나아가, 본 발명은 압출식 3D 프린팅 방법을 사용하기 때문에 압출식 3D 프린팅 방법은 라인을 압출할 시, 라인의 시작단에서 재료 배출 지연 및 불균일되는 문제가 발생하고, 라인 끝단에서 재료 쌓기 및 와이어 풀링되는 문제가 발생하여 라인 프린팅 정밀도에 심각한 영향을 미치며, 다층 회로 기판을 준비할 시, 층과 층이 누적된 후 상기 영향은 분명해진다.
라인의 시작단에서 재료 지연 및 불균일되는 문제에 대해, 본 발명에서는 상기 압출구에서 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트를 압출하여 입체 회로층의 각 회로의 시작단을 형성하기 전에 모두 기판에 수직인 수직면에 곡선의 사전 압출 운동하며, 상기 곡선의 단선 방향을 따라 회로의 정식 압출 형성 노선으로 진입한다. 즉, 상기 곡선은 압출 사전 주행 세그먼트로 하여 공식 압출 시 재료 지연 및 불균일되는 문제를 방지한다.
라인 끝단에 재료 쌓임 및 와이어 풀링되는 문제에 대해, 본 발명에서는 상기 회로의 정식 압출 형성 노선의 끝단은 하나의 비산 세그먼트를 갖고, 상기 압출구는 상기 비산 세그먼트에 위치할 시, 상기 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트의 동작을 차단한다. 즉, 상기 비산 세그먼트에 위치할 시, 상기 전단 박화 특성을 갖는 금속 페이스트의 압출 동력 주입을 차단하고, 비산 세그먼트는 각 회로 끝단의 전체 길이의 5%~30%를 차지한다(참고: 하나의 회로는 연속 프린팅된 다중 세그먼트 프린팅 경로를 포함하고, 회로 끝단은 회로의 마지막 하나의 프린팅 경로를 나타냄).
상술한 바와 같이, 회로는 프린팅 후 패턴 모양과 단면 모양을 유지할 수 있으며 특정 높이-폭 비례 라인형(회로 프린팅 시, 주변 상대 습도는 20%~60%로 제어되어야 하며, 너무 낮으면 페이스트가 기판에 잘 달라붙지 않고, 너무 높으면 페이스트가 수분을 쉽게 흡착하여 보형성이 떨어짐)을 갖는다.
더 나아가, 다층 회로 기판은 입체 회로층과 절연층이 교대로 적층 되어 구성되기 때문에 다음 층의 입체 회로층 또는 절연층의 형성을 제공하기 위해 입체 회로층 또는 절연층의 형성을 완성한 후 모두 경화할 필요가 있다. 본 발명은 고정밀 다층 회로 기판의 제조에 관한 것으로 제조 정밀도가 10um이하가 될 수 있고, 만약 각 층의 입체 회로층 또는 절연층에 대해 모두 고온으로 완전 경화를 사용할 경우, 절연 매체와 회로 사이에 반복적인 심한 열변형이 존재하고, 회로와 매체 사이의 열응력, 회로 및 매체 자체의 열응력은 공정 도중에 차단 파괴를 초래하고, 그 외로 반복적인 고온 가열로 인해 절연 매체의 수축 문제가 심화되어 절연 매체가 산화된다. 따라서, 본 발명에서는 사전 경화+전체 소결 경화의 방식을 사용하며, 도3에 도시된 바와 같이, 다음과 같은 단계를 포함한다.
S1 단계, 기판의 상부 표면에 입체 회로층을 형성하고;
S2 단계, 현재의 입체 회로층의 미리 설정된 위치에 적층되어 금속 기둥을 형성하고;
S3 단계, 현재의 입체 회로층과 현재의 입체 회로층의 미리 설정된 위치에 적층 되어 형성된 금속 기둥에 대해 제1차 사전 경화 처리를 진행하고;
S4 단계, 현재의 입체 회로층의 상부 표면에 절연층을 형성하며, 현재의 절연층에 대해 제2차 사전 경화 처리를 진행하고;
S5 단계, 현재의 절연층이 최상층 절연층으로 되어 있는지 여부를 판단하고, 그럴 경우, 현재의 절연층의 상부 표면에 패드층을 형성하며, S6단계를 진행하고, 그렇지 않을 경우, 현재의 절연층을 새로운 기판으로 하고, S1단계로 돌아가고;
S6 단계, 다층 회로 기판에 대해 전체 소결을 및 경화 처리를 진행한다.
구체적으로,
기판의 상부 표면에 형성된 입체 회로층과 현재의 입체 회로층의 미리 설정된 위치에 적층되어 금속 기둥을 형성하고, 본 발명에서 제1차 사전 경화 처리의 경화온도는 100℃~150℃이고, 경화 시간은 3min~10min으로 회로재료 내의 수분을 제거함과 동시에 회로를 정형화하여 회로와 기판의 접착력을 향상시켜 다음 층 절연층의 도포작업을 제공한다.
입체 회로층과 금속 기둥의 경화를 완성한 다음, 입체 회로층에 도포된 절연층도 동일하게 사전 경화 처리의 방식으로 경화를 진행하고, 구체적으로, 용매를 함유하는 절연층에 경우, 도포된 다음 먼저 사전 경화 처리를 하여 습막의 용매(특히 물, 알코올, 디메틸아세트아미드 등의 강한 극성 용매)를 휘발시켜 ?湛? 막의 변이(액체 흐름, 불균일한 수축 등)방지 및 잔류 용매가 회로를 용해하거나 회로와 기판의 접착력을 감소시킨다. 더 나아가, 기포, 주름 등의 문제를 방지하기 위해 절연층에 대해 2단계 또는 2단계 이상의 계단식 사전 경화 처리를 진행하는데, 여기서는 2단계 계단식 사전 경화 처리를 예로 들어 먼저60°C~95°C에서 3min~10min 동안 경화한 다음 120°C~200°C에서 3min~10min 동안 경화한다. 절연층 코팅 원료에는 용매가 많이 포함되어 있는 경우가 많기 때문에, 만약 고온에서 직접 경화하면 용매의 휘발이 너무 심하고 피부 효응이 나타나기 쉬우며(코팅 표면이 빠르게 가열되어 건조되고 경화됨), 생성된 기포 및 잔류 용매가 제때 배출되지 않아 잔류 기포와 불균일한 주름을 야기하는 동시에 너무 빨리 가열된 막에 강한 열 응력이 형성되어 회로의 변형을 초래한다.
S4 단계와 S5 단계 사이에는 절연층에 타공하며 나노 스케일 금속 페이스트를 충전하는 방식으로 대응되는 금속 기둥을 상기 형성된 절연층에서 미리 인출하며, 충전된 나노 스케일 금속 페이스트에 대해 제3차 사전 경화 처리를 진행하는 단계를 더 포함하고, 여기서 상기 제3차 사전 경화 처리와 제1차 사전 경화 처리와 유사하며, 많은 설명을 하지 않는다.
각 입체 회로층, 절연층, 패드층(패드층은 제조완성된 다층 회로 기판이 외부 전자 부품을 연결하는 데 사용되는 연결층이고, 이에 대한 더욱 상세한 것은 아래 금속 기둥에 대한 설명부분 참조)이 모두 완성된 후, 전체 소결 경화(설명이 필요한 것은: 다층회로 기판 상층의 패드층이 형성된 후 이에 대해 사전 경화 처리 없이 직접 전체 소결 경화를 진행하면 됨)가 필요하고, 구체적으로 절연층 재질이 유기 메체이며 공기 기체하에서 열경화인 경우 머플로우 소결방식으로 전체 소결 경화 처리를 진행하여야 하고, 소결온도는 200℃~300℃이며, 소결 시간은 1h~3h이고, 다른 나노 스케일 금속 페이스트의 소결 조건은 다를 수 있고, 예를 들어, 나노 스케일 구리 금속 페이스트는 구리 자체의 산화 용이성으로 인해 일반적으로 전체 소결 및 경화는 질소로 기체에서 진행해야 한다(구체적으로는 후술하는 실시예 7를 참조). 적외선, 레이저, 광자소결 등의 방식을 사용하면 나노 스케일 금속 페이스트의 소결 시간을 더욱 단축할 수 있고; 기존의 유기 기판 예:FR-4 에폭시 유리섬유판, 유기절연층 재료 예:BT(Bismaleimide Triazine, 비스말레이미드-트리아진수지), PI(Polyimide, 폴리이미드), Epoxyresin(에폭시 수지), BCB(Benzocyclobutene) 등의 내온능력에 한계가 있기 때문에, 본 발명에서는 일반적으로 200℃~300℃에서 전체 소결 경화를 진행한다. 만약 절연층 재료가 알루미나계, 질화알루미늄계 저온공소 세라믹과 같은 저온공소 세라믹인 경우 세라믹 저온공소법을 사용하여 전체 소결 경화 처리를 진행하고 소결 온도는 850℃이고, 소결 시간은 0.5h~2h이다. 전체 소결 경화를 통해 페이스트의 유기물이 부분 또는 완전히 제거되고 금속 입자가 서로 결합하고 결정 입자가 성장하고, 공극(기공)과 입계가 점차 감소하여 최종적으로 전도성이 좋고 특정 균일한 라인형 금속 회로를 형성하고; 전체 소결 경화를 통해 절연 매체는 특정 전기적 성능을 갖는 안정성 절연층을 형성한다.
여기서, 사전 경화는 전체 소결 경화에 비해 경화 매개변수에서 주로 낮은 온도와 짧은 시간으로 나타나고; 사전 경화는 즉시 정형 매체, 회로가 후속 공정을 충족하고, 회로와 매체간의 접착력을 향상시키고 효율성을 절약하며 정밀 설비에 대한 열 영향을 줄인다.
금속 페이스트의 경화 조건과 절연 매체의 경화 조건이 호환되지 않는 경우 특별한 설명이 필요한다. 만약 절연층의 재질이 유기 매체이며, 특수 기체 하에서 완전 열경화가 필요하나(예를 들어 질소기체의 고온 경화형 폴리이미드, 일반적으로350°C에서 완전경화가 필요하며, 공기 기체하에서 직접적으로 고온경화되면 이미드 산화문제가 발생하여 경화후 폴리이미드가 검게 변하고 기계적 강도가 저하됨), 본 출원의 상기 배합으로 제조된 은 금속 페이스트는 공기 기체 하에서 경화를 진행해야 하고, 금속 페이스트의 경화 조건과 절연 매체의 경화 조건이 호환되지 않는 경우에는 혼합 소결 경화 방식을 사용하는 것이 바람직하며, 즉, 각 층의 금속 회로와 금속 기둥은 레이저를 사용하여 선택 영역을 직접적으로 완전 경화하고, 전체 다층 회로 기판은 오프라인 특수 기체 오븐을 사용하여 고온 완전 경화를 진행한다. 여기에 사용되는 레이저는 후술하는 레이저 펀칭에 사용되는 UV 피코초 레이저와 다르며, 여기서 레이저는 소형 적외선 대역 연속 또는 밀리초급 펄스 레이저를 사용할 수 있다. 금속 페이스트를 경화시키기 위해 레이저를 사용할 시, 레이저는 국부적인 고에너지 입력이기 때문에 레이저 조사 시 나노미터 금속 페이스트의 유기 성분의 급격한 증발 및 분해를 일으키기 쉽다는 점에 유의해야 한다. 금속 기둥과 표면 패드층을 레이저로 경화시킬 때 단시간에 에너지가 과도하게 투입되면 명백한 버블링 문제가 발생하고 금속 기둥과 표면 패드층을 레이저로 경화시킬 때도 계단식 경화 방법을 사용해야 하며 일반적으로 5W~15W 레이저 파워를 사용하여 먼저 사전 경화한 다음 20W~50W의 고출력으로 완전 경화를 진행한다.
더욱 구체적으로:
위에서 언급한 절연층의 도포를 위해 본 실시예에서는 코팅 블레이드는 금속 재질을 사용해야 하며, 블레이드 평면의 평면도는 2um 이하이다. 도포 과정에는 코팅 블레이드 경사 교정, 도포 간격 교정을 포함한다.
코팅 블레이드 헤드 경사 교정: 상술한 바를 기반하여 절연층의 표면을 회로의 프린팅의 기판면임을 알 수 있으므로 본 출원의 고정밀 프린팅 장면에서 절연층의 표면형태 및 두께 균일성을 충족하기 위해서는 매우 높은 품질 요구를 충족해야 한다. 코팅 블레이드 헤드는 도포 작업을 진행하기 전에 블레이드 헤드 좌우 양단 경사도를 교정해야 하고, 구체적으로, Z축 모터를 제어하여 코팅 블레이드 헤드를 하강시키고, 이의 왼쪽단과 오른쪽 단을 각각 고정밀도 접촉식 센서와 접촉시키고, 접촉식 센서가 코팅 블레이드 헤드의 접촉 압력을 받으며 센서 임계값에 도달하면 접촉 신호를 트리거하고, 코팅 블레이드의 좌우 양단에서 접촉식 센서 신호가 트리거될 때 Z축 모터의 높이를 기록하여 코팅 블레이드의 좌우 경사도를 피드백 받는다. 경사도 정보에 따라 도포 블레이드 헤드 상단의 좌우 양측의 정밀 나선형 이젝터를 조정하여 좌우 경사도를 제어하고, 좌우 양측 높이 편차가 2um 이내(설명이 필요한 것은, 상기 위치에서 블레이드 헤드 전체 좌우 경사 상황을 제어하고, 공구 평면도와 2um은 동일 개념이 아니며 공구 평면도는 공구 평면의 최대 변동 차이를 나타낸다)가 될 때까지 반복 측정 및 조정을 한다.
도포 간격 교정: 코팅 블레이드 헤드와 기판 표면 사이의 높이 간격은 절연층의 두께에 중요한 영향을 미치는 중요한 도포 매개 변수이다. 본 출원에서 코팅 블레이드와 기판 사이에는 기계적 연결 구조가 없으며, 둘 사이의 높이 간극은 레이저 변위 센서와 고정밀 접촉 센서를 사용하여 교정해야 한다. 도포하기 전, 우선, 레이저 변위센서를 이용하여 접촉식 센서의 접촉면에 대해 높이 측정을 하여 접촉식 센서 높이를 얻고; 그 다음 레이저 변위센서를 이용하여 도포면 상의 도포 시작점에 대해 높이 측정을 하여 접촉 시작점 높이를 얻고; 그리고 접촉식 센서 높이, 도포 시작점 높이를 기반으로 접촉식 센서와 도포 시작점의 상대 높이 차이를 계산하고; 경사도 교정을 거친 코팅 블레이드 중심으로 접촉식 센서를 터치하며 접촉시 코팅 블레이드의 Z축 높이를 기록하고; 마지막으로 접촉식 센서와 도포 시작점의 상대 높이 차이, 코팅 블레이드가 접촉식 센서를 접촉할 시의 Z축 높이 및 사전 설정된 도포 간격을 기반으로 코팅 블레이드 헤드의 Z축 높이에 대해 교정한다.
본 실시예에서, 절연층 도포에 대해:
다층 회로 기판의 기본 구조는 복수의 절연층 및 입체 회로층이 교대로 적층 되어 구성되는 것이다. 입체 회로층은 금속 도체 패턴으로 구성되고, 절연층은 유기 수지 또는 무기 세라믹으로 구성된다. 본 발명에서는 스크레이퍼를 통해 도포 또는 슬릿 도포하고, 층층 도포하며 적층하는 방식으로 복수의 절연층의 중첩을 구현할 수 있고, 각 층의 절연층은 설비에 집적된 도포 블레이드를 통해 원위치 도포를 진행한다. 도포 블레이드는 움직이지 않도록 유지하며, 기판을 놓는 샘플 테이블의 전진운동을 제어하여 도포 블레이드가 기판면에 대하여 도포를 진행하도록 하고; 코팅 블레이드 헤드와 기판의 간격, 기판 이동 속도, 절연 매체 재료의 수축등 매개변수를 조정하여 정밀하게 제어할 수 있고; 코팅 블레이드는 두 가지 모드를 갖고 이는 각각 코팅 블레이드, 슬릿 코팅 블레이드이다. 전자는 먼저 기판에 일정량의 절연매체를 압출하여 도포한 후 코팅 블레이드가 기판에 대해 절연매체를 밀어 기판에 한 층을 형성하도록 하고; 후자는 블레이드 헤드 자체에 슬릿이 있기 때문에 슬릿 간극, 슬릿의 양 및 제료 배출 속도를 조절한 후 슬릿 블레이드를 기판에 대한 행 및 출납으로 기판에 한층의 박막을 형성한다. 이상의 도포 과정은 반복적으로 진행하여 더욱 두꺼운 절연층을 얻을 수 있고, 특히 용매 함량이 높은 일부 절연 매체 재료(예: 폴리이미드 액체 물질)의 경우 두꺼운 필름을 한 번에 코팅할 시(일반적으로 코팅 두께가 > 100um일 때) 휘발성 용매가 너무 많고 수축 응력이 뚜렷하여 기포 또는 미세 선로의 파손을 일으키기 쉬우므로 이러한 재료의 경우 여러 번 코팅 및 성형하는 것이 바람직하다. 도포 두께가 너무 얇으면 표면기복 문제를 발생하고, 매체 표면에 그전의 층의 회로의 기복 형태(회로 자체가 일정높이를 가지기 때문에)가 나타나며, 다음 한 층의 회로가 그전의 층의 회로 상방에서 프린팅 할 시, 바늘 헤드 및 기판면 간의 거리 높이 기복이 발생할 수 있으며, 그전의 회로 크기가 작기 때문에 회로에 의한 높낮이의 변동은 회로 상단의 국부적인 영역에만 존재하며 앞서 언급한 싱기 기판을 Z축 방향으로 이동시켜 해결할 수 없으므로 상기 절연 매체를 도포할 시, 매체 두께는 그전의 회로의 높이 영향을 줄이기 위해 그전의 두께보다 최소 2배 이상이 필요하다.
다음은 고정밀 다층 회로 기판에서의 수직 상호 연결 구조에 대해 설명한다.
도5 내지 도8에 도시된 바와 같이, 본 발명은 두 종류의 수직 상호 연결 구조에 관한 것으로, 제1종은 금속 기둥(4), 미세 구멍(7) 및 이를 충전하는 나노 스케일 금속 페이스트(설명이 필요한 것은: 충전된 나노 스케일 페이스트는 금속 기둥(4)의 연장 기둥(5)으로 볼 수 있음), 인출 라인(6)(인출 라인(6)은 금속 기둥(4)와 입체 회로층(2)을 연결하거나 연장 기둥(5)와 입체 회로층(2)를 연결하는 데 사용됨)으로 구성되고, 제2종은 금속 기둥(4), 인출 라인(6)으로 직접적으로 구성되고; 전자는 금속 기둥(4)의 높이, 절연층(3)의 두께의 공정에 대한 요구가 낮고, 절연층(3)은 금속 기둥(4)을 완전히 덮고, 절연층(3)의 표면의 비교적 평평하지만 레이저 보조 공정을 추가하여 절연층(3)의 미세 구멀(7)을 성형 및 충전하고; 후자는 보조 수단을 생략할 수 있지만 금속 기둥(4)의 표면이 사전 경화 후 절연층(3)을 통과할 수 있도록 해야 하며(즉, 절연층(3)이 사전 경화 후 수축되어 금속 기둥(4) 표면이 절연층을 통과하도록 함), 표면 장력으로 인해 기둥 근처의 작은 영역 내의 절연층(3) 표면이 구부러져 재료 상태, 금속 기둥 높이, 코팅 두께 등 공정 관리 요구 사항이 비교적 높다.
구체적으로, 금속 기둥은 본 발명의 수직 상호 연결 구조의 중요한 구성 요소이며, 도4를 참조하면, 금속 기둥은 본 발명의 고정밀 3D 프린팅의 방식을 통해 수직 상호 연결이 필요한 회로에서 프린팅되며, 층과 층이 적층 되어 있으며, 기둥은 일반적으로 정육면체 또는 원기둥체이고, 다음과 같은 단계를 포함한다.
S1. 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트를 압출구를 통해 압출하여 기판의 상부 표면 상에 입체 회로층을 형성하고;
S2. 입체 회로층의 사전 설정 위치에서 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트를 압출하여 금속 기둥의 각 층의 외부 프레임 및 충전 라인을 교대로 형성하며, 이를 적층하여 금속 기둥을 형성하고;
상기 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트는 나노 스케일 금속 입자 및 분산 매체를 포함하고, 나노 스케일 금속 입자의 함량은 75%~95%이고, 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트의 점도는100000cps~1000000cps 사이이고, 요변 지수는 4~10이며, 상기 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트가 형성하는 라인의 높이-폭의 비례는 ≥0.5이다.
본 발명의 명세서에서 상술한 단계로 제조한 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트는 본 단계의 요구를 충족할 수 있으나, 금속 기둥이 프린팅하는 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트는 우선적으로 보형 능력이 더 높고, 형성된 라인의 높이와 폭의 비례는 ≥0.5이며, 그 외, 우선적으로 금속 기둥을 프린팅하여 환경 습도를20%~60%로 제어한다. 만약 페이스트의 보형 능력 및 프린팅 시의 환경 상대 습도(20%~60%)가 충족되지 않으면, 금속 기둥이 프린팅 시, 무너지거나 변형되어 크기가 표준에 미치지 못한다. 금속 기둥층을 층 프린팅 할 시, 각 층에는 모두 외부 프레임 라인과 충전 라인이 있고, 충전 라인 사이의 중첩률은 5%~15%이다. 금속 기둥의 총 재료 배출 부피(금속 기둥 프린팅 시간* 주어진 공기압에서 단위 시간당 배출 질량/펄프 밀도)와 금속 기둥 설계 부피 편차는 10% 미만이다. 부피 매칭이 잘못되면 금속 기둥의 프리큐어 후 표면이 함몰되거나 크기가 기준치를 초과할 수 있다. 본 출원이 제조한 금속 기둥 구조의 직경은 일반적으로20um~150um이고, 높이는 3um~150um이며, 금속 기둥의 상부 표면은 평평한 표면(평면도 ≤1um)이다. 여기서 추가 설명이 필요한 것은, 상기 패드층은 여러 개의 패드를 포함할 수 있으며, 패드의 형성 과정은 금속 기둥의 형성 과정과 유사하며, 동일하게 층과 층 프린팅이고, 각 층은 모두 외부 프레임 및 충전 라인을 갖고, 패드는 본 출원에서 다층 회로 기판을 외부 전자 부품과 연결하기 위해 Z 방향 높이보다 X 및 Y 방향 크기가 훨씬 큰 금속 기둥으로 이해될 수 있다(여기서 더 많은 설명을 하지않음). 금속 기둥의 높이와 단면 크기는 상호 연결 정확도 요구 사항, 절연층 두께 요구 사항 및 수직 상호 연결 구조의 선택에 따라 결정되어야 한다. 제1 상호 연결 구조의 금속 기둥의 경우, 프린팅 시 높이가 너무 낮으면 후속 레이저 펀칭 시 금속 기둥이 뚫리고 너무 높으면 상부 절연 매체 필름이 융기되어 후속 인출선 작업 시 공정이 불안정하고 프린팅 인출선이 쉽게 끊어진다. 제2종의 수직 상호 연결 구조의 금속 기둥의 경우, 금속 기둥의 높이는 금속 기둥의 상면이 사전 경화 후 절연층보다 높을 수 있도록 충분히 높게 프린팅되어야 하며, 이런 장면에 사용되는 절연층 재료는 사전 경화 후 두께가 충분히 수축되도록 특정 용매를 포함해야 하고, 만약 절연층의 사전 경화 후 두께가 수축되지 않으면 금속 기둥이 절연층보다 높을 수 없다.
미세 구멍 성형: 본 발명에서 미세 구멍의 구멍 지경의 크기는15~150um이다. 미세 구멍 성형 및 충전은 제1종 수직 상호 연결 구조만을 대한다. 코팅된 절연층의 두께가 두꺼울 경우, 금속 기둥은 절연층으로 완전히 덮인 상태로 존재한다. 레이저 펀칭 방식으로 금속 기둥 위의 절연층을 파괴하여 미세 그멍을 형성한다. 레이저 펀칭은 자외선 피초 레이저를 펀칭에 사용하는 것이 좋으며, 파장은 343nm 또는 355nm이고, 평균 출력은 3-10W, 펄스 폭은 15ps 미만, 반복 주파수는 200KHz~1MHz이다. 자외선 피초 가공은 냉가공에 속하며 유기 및 세라믹 절연층에 좋은 미세 다공성 성형 효과가 있다.자외선 피초 레이저의 연소 작용으로 인해 절연층 아래의 금속 기둥 표면에 연소의 흔적이 있고 표면이 오목한 상태가 된다. 적외선 펨토초, 녹색 광피초, 자외선 나노초와 같은 레이저로 가공한 미세 기공은 크기가 비교적 크고 절연층 재료에 대한 적응성이 좋지 않으며, 금속 기둥을 뚫기 쉬워 특정 절연층 및 80um~150um 미세 기공 가공에 적합하다. 레이저 출사 레이저는 진동 거울과 원심 거울을 통해 샘플 표면에 초점을 맞추고 시각적 위치를 통해 한 줄씩 스캔하여 타공하고, 스폿 직경은 10-25um이다. 타공 경로는 스크류 드릴 경로이다. 레이저 스캐닝 편차가 크면 금속 기둥 위의 절연층이 완전히 부식되지 않고 기둥 근처의 금속 회로이 손상되어 전기 도통에 영향을 미친다. 레이저 스캐닝 편차 문제를 피하기 위해 레이저 펀칭 시 mark 포인트를 시각적으로 정렬하여 식별해야 하지만, 열팽창 계수가 큰 일부 절연층 장면에서는 절연층이 본 발명의 중간층 사전 경화로 인한 수축 위험이 증가하므로 수축 및 mark 인식 효과가 좋지 않은 경우 금속 기둥 템플릿 식별, 즉 해당 금속 기둥의 외부 윤곽을 시각적으로 캡처하여 단일 점 정렬을 달성해야 하며, 이는 금속 기둥에 높은 보형 효과를 가져야 하는 이유 중 하나이다.
미세 구멍 충전: 미세 구멍의 충전은 나노 스케일 금속 페이스트를 정밀 공압 압출(설명이 필요한 것은: 여기서 나노 스케일 금속 페이스트는 전단 박화 특성을 갖는 축변 효과를 갖지 않을 수 있음) 또는 잉크젯 방식으로 나노 스케일 금속 페이스트(설명이 필요한 것은: 여기에서 나노 스케일 금속 페이스트는 잉크젯 프린팅에 적합한 저점도 페이스트 재료이며 묽게 절단하는 효과가 없음)를 미세 구멍으로 충전한다. 전자는 주입 정밀도가 충분히 높기 때문에 15-150um 기공 크기 및 기공 간격>20um의 미세 기공 충전 장면에 적합하고, 후자는 액적 크기가 커서 100-150um 기공 크기 및 기공 간격>100um의 미세 기공 충전 장면에만 적합하다. 미세 구멍의 아랫 부분은 금속 기둥이기 때문에 충전된 페이스트는 금속 기둥 표면과 완전히 접촉하여 젖을 수 있다. 금속 기둥의 높이가 너무 얇고 레이저 에너지 입력이 너무 크면 금속 기둥이 미세 다공성 형성 과정에서 뚫려 충전 페이스트가 더 낮은 층의 입체 회로층으로 채워져 전기 단락을 유발한다. 또한, 금속 기둥의 직접 레이저 미세 구멍 성형을 취소하고 충전을 진행하면, 상기 페이스트가 나머지 입체 회로층에 충진되어 단락될 위험 외에 미세회로 장면을 프린팅할 때 회로의 라인폭, 라인 두께 등의 크기가 미세 구멍에 비해 작기 때문에(라인폭, 라인 두께는 몇 마이크로미터뿐임), 미세 구멍 하부의 회로는 레이저에 의해 쉽게 부식되어 충전시 충전된 페이스트와 금속 회로가 접촉하지 않거나 접촉부분이 매우 작아(하나의 얇은 금속 라인 상방에 레이저로 타공하고, 구멍의 크기가 얇은 라인의 폭보다 훨씬 크고, 미세 구멍 하부의 회로는 레이저에 의해 모두 부식되기 쉬우므로 충전 시 충전된 페이스트와 금속 회로가 접촉하지 않거나 접촉 부분이 매우 작음) 도통을 보장할 수 없다. 미세 구멍으로 채워진 구멍의 표면은 충전 페이스트로 채워지며, 충전된 재료 배출량은 구멍 표면의 충전 페이스트가 기본적으로 구멍과 평평하도록 제어된다. 정밀 공압출 방식의 구멍 채우기 장면의 경우 공기압은 5~80psi이고, 구멍에 바늘이 박히는 깊이는 5~400um, 바늘 들어올림 속도는 0.01~5mm/s이다. 미세 구멍 충전 페이스트의 후처리는 앞서 언급한 입체 회로층 및 금속 기둥의 후처리와 유사하며 사전 경화에 의해 고정되어야 한다.
인출 라인:
인출 라인은 수직 상호 연결 구조의 하부 금속 기둥을 상부 입체 회로층에 전기적으로 연결하는 것이다. 제1종 수직 상호 연결 구조의 경우, 인출 작업시 정밀 공압 프린팅 바늘 헤드가 구멍의 상방으로 일정높이 이동(상기 높이는 상호 연결 정밀도에 관한 것으로 일반적으로 인출 라인으 라인폭이 5um~10um이면 되며, 미세 구멍의 직경이 40um±5um이면됨)하고, 실 모양의 재료 배출 및 구멍 표면이 충분히 접촉된 후 프린팅바늘을 이동하여 인출 라인을 구멍의 외부로 인출하여 상층의 입체 회로층을 위한 회로의 상호 연결을 진행을 할 수 있도록 한다. 인출 라인의 시작단계는 핵심단계이며, 프린팅 경로는 Z방향 오프셋을 통해 절연층의 융기를 보상해야 하고, 동시에 수직 도통 구조의 신뢰성을 향상시키기 위해 프린팅 속도를 천천히 증가시켜 인출 시작점에서 라인폭이 더 커지도록 해야 하고( 미세 구멍의 크기와 비슷함, 도 6 및 도 8 참조), 그러나 인출 끝단의 라인폭이 작은(입체 회로층의 회로와 비슷한 폭) 그라데이션 효과를 나타낸다. 제1수직 상호 연결 구조에서 절연층 두께와 금속 기둥 높이 사이에는 공정 조정 과정이 있기 때문에 상부 절연층의 융기에 대한 영향을 효과적으로 제어할 수 있다. 인출 시 바늘의 이동 경로는 비교적 작은 Z 방향 오프셋만으로 바늘과 기판 표면 사이의 거리를 정상적인 프린팅 범위 내로 만들 수 있다(10um 높은 금속 기둥 및 20um 두께의 소결 폴리이미드 절연층의 경우 금속 기둥 위의 절연층 표면은 일반적으로 금속 기둥에서 멀리 떨어진 절연층 표면보다 3~5um 높음).인출 라인의 시작 부분의 초기 프린팅 속도는 일반적으로 0.01mm/s이며, 이 속도로 시작하여 천천히 가속하여 일정한 수평 이동 및 Z 방향 오프셋을 진행하며, 제1 수직 도통 구조에서 이 수평 이동은 일반적으로 10-50um이다.수평 이동 및 Z 방향 이동이 완료된 후 정상 프린팅 라인의 속도로 빠르게 가속할 수 있다.
제2종 수직 상호 연결 구조에 대해, 미세 구멍 및 충전 구조가 없기 때문에 금속 기둥의 높이가 경화된 절연층보다 높으며, 금속 기둥의 상부 표면 평면도은 ≤2um 이므로 프린팅 바늘 헤드를 직접적으로 금속 기둥의 상부 표면으로 이동하여 인출 라인으로 사용할 수 있다. 금속 기둥의 높이와 도포된 액체의 표면 장력의 영향으로 기둥 주변의 작은 영역내에서(45~55um 직경의 금속 기둥의 경우 일반적으로 반경 100um 이내)절연층 표면의 구부러짐이 존재하며, 근면과 원면의 높이가 크게 감소한다. 프린팅 바늘 헤드가 금속 기둥의 표면에서 프린팅을 인출할 시, Z방향으로 금속 기둥의 상부 표면 및 금속 기둥에서 멀리 떨어진 절연층 표면의 높이 차이를 일치시켜 프린팅 바늘 헤드은 금속 기둥의 상부 표면에서 인출 라인을 금속 기둥 주변의 작은 영역 이외의 절연층으로 한번에 인출할 수 있도록 해야 한다. 인출 라인의 시작단의 초기 프린팅 속도는 일반적으로 0.01mm/s이며, 이 속도로 시작하여 천천히 가속하여 일정한 수평 이동 및 Z 방향 오프셋을 진행하고, 제2종 수직 도통 구조에서, 이 수평 이동은 일반적으로 20-100um이다. 수평 이동 및 Z 방향 오픈셋이 완료된 후 정상 프린팅 회로의 속도로 빠르게 가속할 수 있다.
아래는 대응되는 명세서 도면을 참조하여, 더욱 상세하게 본 발명의 상기 다층 회로 기판의 제조 공정 및 수직 상호 연결되는 구조를 설명한다.
도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 도면에서는 제1종 수직 상호 연결 구조를 나타내고, 금속 기둥(4)의 크기 상대적으로 작고, 절연층(3)의 하방에 덮여 있고, 절연층(3)에 미세 구멍(7)을 충전하여 금속 기둥(4)의 연장 기둥(5)를 형성하며, 인출 라인(6)을 통해 연장 기둥(5)과 입체 회로층(2)의 회로를 연결하고, 즉, 연결을 구현할 수 있다.
도 7 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 도면에서는 제2종 수직 상호 연결 구조를 나타내고, 금속 기둥(4)의 크기 상대적으로 크고, 금속 기둥(4)의 표면이 절연층(3)을 통과하도록 절연층(3)은 경화을 격은후 수축하고, 인출 라인(6)을 통해 직접적으로 상기 금속 기둥(4)과 상층 입체 회로층(2)의 회로를 연결하고, 즉, 연결을 구현할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 도면에서는 제1종 수직 상호 연결 구조를 통해 인접한 두 층의 입체 회로층(2) 사이의 상호 연결을 구현하는 것을 나타낸다. 본 실시예에서 인접한 두 층의 입체 회로층(2) 사이의 상호 연결로 S3단계의 상기 '각 입체 회로층 사이의 연결 요구 사항 및 각 입체 회로층 상의 금속 기둥의 높이에 따라 절연층에 타공하며 나노 스케일 금속 페이스트를 충전하는 방식으로 대응되는 금속 기둥을 상기 형성된 절연층에서 미리 인출함'를 설명하고, 우선, 제1층 입체 회로층(2)을 프린팅하며, 제1층 입체 회로층(2)의 연결 요구를 기반으로 사전 설정된 위치에 금속 기둥(4)을 프린팅하고, 더 나아가, 제1층 입체 회로층(2) 상에 제1층 절연층(3)을 형성하고, 이때, 제1층 입체 회로층(2)이 후속에 형성되어야 하는 제2층 입체 회로층(2)과 연결 요구 사항이 필요하며, 제1층 입체 회로층(2)상의 금속 기둥(4)의 높이는 제1층 절연층(3)보다 낮기 때문에, 이때, 제1층 절연층(3)에 타공하며 나노 스케일 금속 페이스트(나노 스케일 금속 페이스트 충전하여 연장 기중(5)을 형성함)를 충전하는 방식으로 제1층 입체 회로층(2)상의 금속 기둥(4)을 제1층 절연층(3)에서 미리 인출하며, 연장 기둥(5) 상에 인출 라인(6)을 프린팅하고(설명이 필요한 것은, 만약 제1층 입체 회로층(2)상의 금속 기둥(4)의 높이가 제1층 절연층(3)보다 높으면, 타공 및 충전할 필요 없이, 직접적으로 금속 기둥(4)상에서 인출 라인(6)을 프린팅하면됨), 더 나아가, 제1층 절연층(3)상에 제2 입체 회로층(2)를 형성한 다음 인출 라인(6)을 제2층 입체 회로층(2)의 회로에 연결하여 상호 연결을 구현할 수 있다.
설명이 필요한 것은, 본 발명에서는 입체 회로층(2)를 형성한 다음 상기 입체 회로층(2)에 연결되야 하는 금속 기둥(4)을 인출하는 것이 아니라 금속 기둥(4)을 사전 인출하는 방식을 사용하여 타공 및 충전 과정 중 입체 회로층(2)에 미치는 영향을 방지하여 다층 회로 기판의 상호 연결 정밀도를 보장한다.
도 10 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 도면에서는 제1종 수직 상호 연결 구조를 통해 여러 층의 입체 회로층(2) 사이의 상호 연결을 구현하는 것을 보여준다.
도 12에 도시된 바와 같이, 도면에서는 동일한 수직 라인에 다층 입체 회로층(2)이상호 연결되어 있는 경우를 나타내며, 도면에서 보는 바와 같이, 금속 기둥(4), 연장 기둥(5)을 프린팅하여 인출 라인(6)을 프린팅하여 제1층과 제3층의 입체 회로층(2) 사이의 연결을 구현한 다음, 만약 상기 연결 지점이 제4층의 입체 회로층(2)과 연결되어야 하는 경우, 이때 미세 구멍(7)을 직접적으로 통과할 수 있고, 충전 페이스트의 방식은 제3층 입체 회로층(2)의 인출 라인(6)의 위치에 다른 하나의 연장 기둥(5)을 형성하고, 다른 연장 기둥(5)을 사전 설정할 필요가 없으며, 인출 라인(6)의 인출 시작점의 라인폭이 크기 때문에(미세 구멍(7)과 비슷하고, 도6 및 도8참조), 위와 같은 도통이되지 않는 현상이 나타나지 않는다.
여기서 설명이 필요한 것은, 다층 회로 기판의 제조 과정에서, 연결 요구에 따라 수직 상호 연결 구조의 형식을 선택할 수 있고, 예를 들어: 만약 인접한 두 개의 입체 회로층 2 사이의 상호 연결만 구현해야 하는 경우, 제2수직 회로 구조를 직접 선택할 수 있고, 만약 여러 층의 입체 회로층 2 사이의 상호 연결이 필요한 경우, 제1수직 상호 연결 구조를 선택할 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 도면에서는 고정밀 다층 회로 기판이 연결을 완성한 다음의 전체 효과이다.
아래에서는 고정밀 다층 회로 시판의 구체적인 제조 과정을 제공하다.(설명이 필요한 것은: 편의를 위해 아래의 제조 과정에서는 패드층의 제조 과정을 생략함)
제1 단계: 다층 회로 시판 프린팅 설계:
단계 1. 다층 회로 기판의 설계정보(예: 라인폭 간의 거리, 적층설계, 임피던스 설계, 수직 상호 연결 설계 위치)에 따라 바늘 헤드의 유형, 매체 재료, 프린팅 재료를 확정하고, 여기서 5um 라인폭, 5um 라인 간의 거리, 3um 라인 높이 총 4층의 입체 회로층 및 4층의 폴리이미드 절연층(절연층 두께 18um)을 예로 들고;
단계 2. DXF 설계 도면을 공정 지원 CAM 소프트웨어에 도입하고, CAM 소프트웨어는 각 하나의 라인 레이어에 대해 프린팅 경로 코드를 생성하고, CAM 소프트웨어는 각 하나의 절연 매체층에 대해 코팅 두께 및 면적을 생성하며, 다층 회로 기판의 연결 요구 사항에 따라 각 층의 입체 회로층의 수직 상호 연결 구조의 사전 설정 위치를 결정하고;
단계 3. 프린팅 경로를 검사하며 수정하고, 도포 헤드를 교정한다(교정 방법은 앞에서 언급함).
제2 단계: 재료 주입 및 콘솔 준비:
단계 1. 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 은 금속 페이스트를 선택하고, 점도는580000cps, 금속 고형분 함량은 85%, 요변 지수는 9, 라인의 높이와 폭의 비례는 0.5이고, 3M Scotch 600 테이프의 박리에 저항할 수 있다. 표준형 폴리이미드 액체 재료를 코팅 매체로 사용하고 점도는 10,000cps, 고형분 함량은18%, 5um 내경 및 10um 외경 유리 바늘 헤드를 선택하고, 단면 평탄도는 ≤ 1um이고; 금속 스크레이퍼를 코팅 헤드로 사용한다.
단계 2. 나노 스케일 은 금속 페이스트가 들어 있는 실린더를 정밀 공압 스폿 기계상에 설정하고, 코팅 매체 재료가 들어 있는 실린더를 정밀 계량 주입기 내에 설정한다.
단계 3. 주입 영역 200mm*200mm*0.25mm 폴리이미드 필름 기판 자동/수동 재료주입, CAM 소프트웨어 작동, 진공 흡착 켜기, 샘플 테이블 흡착 기판, 설비 기계 0 위치 맞춤;
단계 4. 레이저 변위 센서(측정 해상도 0.3um)를 사용하여 전체 기판 프린팅 영역을 스캔하고, 기판의 상부 표면의 각 지점의 높이를 측정하여 기판 상부 표면의 높이 데이터 세트를 얻고, CAM 소프트웨어는 기판의 높이 데이터 세트를 기록하고;
단계 5. 사전 프린팅 영역에서, 정밀 공압 스폿 기계를 켜고, CAM 소프트웨어에서 출력 공기압 및 프린팅 이동 속도를 설정하고, 소프트웨어를 통해 바늘 헤드와 사전 프린팅 영역의 실리콘 기판 사이의 높이가 3um이 되도록 제어하고, 다른 기압 압력 및 이동 속도하에 도선을 사전 프린팅하고, 5±0.5um 라인 폭에 대응하는 압력 및 속도 매개변수를 기록하고, 본 실시예에서 압력은 45psi이고, 속도는 0.5mm/s이며, 레이저 변위 센서를 사용하여 폴리이미드 기판 상의 프린팅 시작점과 사전 프린팅된 실리콘 기판의 상대 높이 차이를 측정하고 기록한다.
제3 링크: 다층 회로 기판 제조:
단계 1: 프린팅 시작점으로 옮긴 후, 제2 링크에서 단계 5에서 얻은 상대 높이 차이 정보에 따라 바늘 헤드 Z축 높이를 조정하여 바늘 헤드와 폴리이미드 기판의 거리가 사전 프린팅 시 바늘 헤드와 사전 프린팅 영역의 실리콘 기판 간의 거리가 되도록 하고; 프린팅하기 전에 보상을 켜야 하고, 동시에 레이저 변위 센서가 기판의 높이 데이터 세트를 소프트웨어에 기록했기 때문에 샘플 테이블 승강에 의해 자동으로 기판 표면의 높이 기복을 보상하고 프린팅 과정에서 바늘 헤드와 기판 사이의 거리를 3um으로 유지하고;
단계 2: 제1 링크에서 생성된 프린팅 경로 및 제2 링크에서 얻은 프린팅 매개변수를 기반으로 제1층 입체 회로층을 프린팅하고;
단계 3: 수직 상호 연결된 위치에 금속 기둥을 프린팅하고, mark 지점에서 십자 mark 지점을 프린팅한다. 금속 기둥은 회로층을 통해 층과 층을 반복적으로 충전하여 제조되며, 각 층 내에 충전 라인 중심 간격(hatch spacing)은 5um이고, 층 중심 간격은 3um이고, 다층 적층 후 최종 금속 기둥의 기장-폭-높이는 50um*50um*12um이며; 설비로 집적된 가열 세라믹 빨판을 사용하여 금속 라인 및 기둥의 사전 경화를 진행하고, 온도는 150℃, 시간은 10imn이고, 사전 경화 후 냉각하고;
단계 4: 샘플 테이블을 코팅 시작 위치로 이동하고, 제1 링크에서 생성된 현재 층의 필요한 코팅 두께(100um)에 따라 스크레이퍼와 기판 사이의 간격을 조정하고(간격 조정 방법은 앞에서 설명한 부분 참조), 스폿 접착 방식을 통해 스크레이퍼의 전방 5mm에 폴리이미드 액체 물질을 도포하고, 샘플 테이블의 운동 속도를 1mm/s로 설정하고, 스크레이퍼는 샘플 테이블에 대해 리이미드 재료를 밀어 기판에 습식 막을 형성하고 60 s동안 방치한다.
단계 5: 설비로 집적된 가열 세라믹 흡착판을 사용하여 습막의 경화를 진행하여, 습막을 건막으로 변환하고, 먼저 70°C에서 10imn 동안 경화한 다음 150°C에서 10min 동안 경화하고, 경화한 다음 냉각하고;
단계 6: 샘플 테이블을 미세 구멍 성형 위치로 옮기고 mark 지점을 시각적으로 캡처하여 상대 위치 관계를 보정하고 레이저를 사용하여 금속 기둥 위에 레이저 타공을 하여 금속 기둥 위의 절연측을 파괴하고, 사용된 광원은 355nm UV 피초 레이저이고, 평균 출력은 4W이고, 맥폭은 <15ps이고, 반복 주파수 1MHz이고, 나선 스캔 속도는 0.5mm/s이고, 점프 속도 100mm/s이고, 스폿 직경 20um이고, 얻은 구멍 직경은 40um이고, 구멍 깊이 20um이고;
단계 7: 샘플 테이블을 프린팅 작업장으로 옮기고, 프린팅 바늘은 정밀 공압출 방식으로 미세 구멍에 금속 페이스트를 충전하고, 상기 금속 페이스트은 동일하게 나노 스케일 은 금속 페이스트(점도 400000cps로 희석함)이고, 프린팅 바늘은 구멍 내에 15um 깊이로 박히고, 공기압은 40psi, 인출 속도는 0.05mm/s, 그 다음 인출 라인 동작을 진행하고, 인출 라인의 초기 속도는0.01mm/s이고, 인출 시작 단계에서 20um수평 이동하고, Z 방향으로 3um오프셋하고;
단계 8: mark점을 시각적으로 포착하여 상대 위치 관계를 교정하고, 제1 링크에서 생성된 프린팅 경로와 제2 링크에서 얻은 프린팅 매개 변수에 따라 소결된 폴리이미드 절연층 표면에 제1층 회로를 프린팅하고, 수직 상호 연결된 위치에 금속 기둥을 프린팅하고;
단계 9: 4층의 회로 프린팅 및 4층 절연층 도포 경화가 완료될 때까지, 단계3~단계8을 반복하고;
단계 10: 설비로 집적된 가열 세라믹 흡착판을 사용하여 다층 회로 기판의 전체 경화를 진행하고, 온도는 250°C, 시간은 1h이고;
단계 11: 진공 흡착을 끄고 재료를 주입하고;
단계 12. 다층 회로 기판 샘플 검사를 하며, 절단한다.
[실시예 2]
본 실시예와 실시예1의 차이는 희생 재료에 다층 회로 기판을 제조하는 것이고, 구체적인 개선은 다음과 같다.
1. 실시예 1의 상기 제2 링크에서 단계 3은 주입 영역6인치 표준 실리콘 웨이퍼 기판(6인치 표준 실리콘 웨이퍼 기판 표면에 희생 가능한 재료가 부착됨) 자동/수동 주입, CAM 소프트웨어 작동, 진공 흡착 켜기, 샘플 작업장은 기판을 흡착하고, 설비 기계 0 위치 맞춤으로 변경하고;
2. 실시예 1에서 제3 링크에서 단계 11은 진공 흡착을 끄고 재료를 주입하고 대응되는 화학 시약을 통해 희생 물질을 탈부착하여 독립적인 다층 회로 기판을 얻는 것으로 변경하고;
3. 기타 공정 부분 및 이의 단계는 실시예1과 일치한다.
[실시예 3]
본 실시예와 실시예1의 차이는 슬릿 도포 방식을 사용하는 것이고, 구체적인 개선은 다음과 같다.
1. 슬릿 도포 방식: 실시예 1의 제3 링크에서 단계 4는 프린팅 후 샘플 작업장을 도포 시작 위치로 이동시키고, 실시예 1의 제1링크에서 생성된 현재의 층의 필요한 도포 두께 100um에 따라 슬릿 코팅 헤드와 기판의 간극을 100um으로 조정하고, 슬릿 코팅 헤드의 배출량 2250uL 및 배출 속도 15uL/s으로 설정하고, 기판에 대한 코팅 헤드의 평균 이동 속도를 1mm/s로 설정하고, 초기 단계는 약간 빠르며(1.2mm/s 행진 5s), 마지막 단계는 약간 느리고(0.7mm/s 행진5s) 그 다음, 코팅 과정을 시작하여 현재의 절연층 도포를 완성하는 것으로 변경하고;
2. 기타 공정 부분 및 이의 단계는 실시예1과 일치한다.
[실시예 4]
본 실시예와 실시예1의 차이는 제2 수직 상호 연결되는 구조이고, 구체적인 개선은 다음과 같다.
1. 직접 성형:
실시예 1의 제3 링크에서 단계 2는
제1 링크에서 생성된 프린팅 경로와 제2 링크에서 얻은 프린팅 매개변수에 따라 제1층 회로를 프린팅하고, 수직 상호 연결된 위치에 금속 기둥을 프린팅하고, 금속 기둥은 회로를 통해 층과 층을 반복적으로 충전하여 제조되고, 각 층의 충전 라인의 중심 간격(hatch spacing)은 5um이고, 층 중심 간격(layer distance)은 3um이고, 다층 중첩 후 최종 금속 기둥의 기장-폭-높이는 50um*50um*50um으로 변경하고;
실시예 1의 제3 링크에서 단계 6을 취소하고;
실시예 1의 제3 링크에서 단계 7은 샘플 테이블을 프린팅 작업장으로 다시 옮기고 프린팅 바늘 헤드는 정밀 공압 압출 방식으로 기둥 상부 표면에 인출 라인 동작을 진행하고, 인출 라인의 초기 속도는 0.01mm/s이고, 인출 초기 단계는70um을 수평 이동 하고 , Z방향으로 32um 오프셋하도록 변경하고;
2. 기타 공정 부분 및 이의 단계는 실시예1과 일치한다.
[실시예5]
본 실시예와 실시예1의 차이는 절연 매체 재료 경화 소결이고, 구체적인 개선은 다음과 같다.
(1) 유기 열경화 폴리이미드:
1. 실시예 1의 제3 링크에서 단계 5는 설비로 집적된 적외선 램프를 사용하여 매체 사전 경화를 진행하고, 출력은 600w이고, 시간은 30s로 변경하고;
2. 실시예 1의 제3 링크에서 단계 10는 설비로 집적된 적외선 램프를 사용하여 다층 회로 기판의 전체 경화 소결을 진행하고, 출력은 3000w, 시간은 20s로 변경하고;
3. 실시예 1의 제3 링크에서 단계10은 진공 흡착을 끄고, 기판 재료를 주입하고, 오프라인 머플로를 사용하여 온도250℃, 시간1h에서 다층 회로 기판을 완전히 경화시키도록 변경할 수도 있고;
4. 기타 공정 부분 및 이의 단계는 실시예1과 일치한다.
(2) 유기계 광경화 감광성 에폭시 수지:
1. 실시예 1의 제1 링크에서 단계 5는 설비로 집적된 자외선 경화 램프를 사용하여 매체 사전 경화를 진행하는 것으로 변경하고;
2. 실시예 1의 제2 링크에서 단계 10은 설비로 집적된 자외선 경화 램프를 사용하여 매체 완전 경화를 진행하고, 설비로 집적된 적외선 램프 또는 가열 세라믹 흡착판을 사용하여 회로의 완전 경화를 진행하는 것으로 변경하고;
3. 실시예 1의 제1 링크의 단계 10은 진공 흡착을 끄고, 기판에 재료를 주입하고, 오프라인 자외선 경화 램프를 사용하여 매체를 완전히 경화시키고, 오프라인 머플로 및 적외선 램프를 사용하여 회로를 완전히 경화하는 것으로 변경할 수도 있다.
4. 기타 공정 부분 및 이의 단계는 실시예1과 일치한다.
(3) 세라믹 소결 알루미나 세라믹:
1. 실시예 1의 제1 링크에서 단계 5는 설비로 집적된 가열 세라믹 흡착판을 사용하여 온도200°C에서 5min 동안 매체 사전 소결하는 것으로 변경하고;
2. 실시예 1의 제1 링크의 단계 10은 진공 흡착을 끄고, 재료를 공입하고, 오프라인 머플로를 사용하여 세라믹 샘플의 전체 저온 동시 소결(온도 850°C 시간 2h)로 변경하고;
3. 기타 공정 부분 및 이의 단계는 실시예1과 일치한다.
[실시예6]
본 실시예와 실시예1의 차이는 금속 회로 및 금속 기둥은 레이저 소결을 사용하고, 절연 매체는 보호성 기체를 사용하여 완전히 경화하는 것이고, 구체적인 개선은 다음과 같다.
(1) 질소 환경에서 고온 경화가 필요한 폴리이미드:
1. 실시예 1의 제3 링크에서 단계 3은 수직 상호 연결된 위치에 금속 기둥을 프린팅하고, mark 지점에 십자 mark 점을 프린팅한다. 금속 기둥은 회로를 통해 층과 층을 반복 충전하여 제조되고, 각 층 내 충전 라인 중심 간격은(hatch spacing) 5um이고, 층 중심 간격은 3um이고, 다층 적층 후 최종 금속기둥의 기장-폭-높이는50um*50um*12um이고; 설비로 집적된 광섬유 출력 반도체 레이저를 사용하여 금속 회로 및 기둥을 선택 소결하고, 레이저가 방출하는 레이저의 파장은 915nm이고, 최대 출력률은 50W이고, 최소 스폿 직경은200um이며, 금속 회로 영역에서 스폿은 회로를 따라 1mm/s 속도로 평행이동하고 기둥 영역의 스폿은 먼저 5W 출력, 1mm/s 속도로 기둥의 외부 테두리를 따라 평행이동한 다음, 25W 출력 2mm/s 속도로 기둥 충전 라인 경로를 따라 왕복 평행 이동하도록 변경하고; 레이저 소결 후 금속 회로와 기둥은 이미 전도성을 갖고 있다.
2. 실시예 1의 제3 링크에서 단계 10은 진공 흡착을 끄고, 기판 재료를 주입하고, 오프라인 질소 소결로를 사용하여 다층 회로판의 절연 매체를 완전히 경화시키고, 산소 함량은 ≤ 20ppm이고, 온도는 350℃ 1h이며, 가열 속도는 5℃/min으로 변경하고;
3. 기타 공정 부분 및 이의 단계는 실시예1과 일치한다.
[실시예 7]
본 실시예와 실시예1의 차이는 프린팅 재료를 나노 스케일 구리 금속 페이스트로 바꾸는 것이고, 구체적인 개선은 다음과 같다.
1. 실시예 1의 제2 링크에서 다음 단계 1은 점도 580000cps, 금속 고형분 함량 80%, 요변 지수 9, 라인 높이-폭 비례0.5, 3M Scotch 600 테이프의 박리에 저항할 수 있는 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 구리 금속 페이스트 재료를 선택하여 사용하고; 점도 10,000cps, 유효 함량 18%인 표준형 폴리이미드 액체 재료를 도포 매체로 사용하고; 5um 내경 및 10um 외경인 유리 바늘 헤드를 사용하고; 단면 평탄도 ≤ 1um인 금속 스크레이퍼를 코팅 헤드로 선택하여 사용하도록 변경하고;
2. 실시예 1의 제3 링크에서 단계 3은 수직 상호 연결된 위치에 금속 기둥을 프린팅하고, mark 지점에 십자 mark 점을 프린팅한다. 금속 기둥은 회로를 통해 층과 층을 반복 충전하며 제조하고, 각 층 내 충전 라인 중심 간격은(hatch spacing) 5um이고, 층 중심 간격은 3um이고, 다층 적층 후 최종 금속기둥의 기장-폭-높이는50um*50um*12um이고; 설비로 집적한 가열 세라믹 흡착판을 사용하여 금속 회로 및 기둥을 사전 경화하고, 온도는 100°C이고, 시간은 8min이며, 사전 경화 후 냉각하는 변경을 하고;
3. 실시예 1의 제3 링크에서 단계 7은 샘플 테이블을 프린팅 작업장으로 다시 옮기고 프린팅 바늘 헤드는 정밀 공압 압출 방식으로 미세 구멍에 금속 페이스트를 충전하고, 상기 금속 페이스트는 동일하게 나노 스케일 구리 페이스트(점도를 400000cps로 희석함)이고, 프린팅 바늘 헤드이 구멍에 들어간 깊이는15um 이고, 공기압은 40psi이고, 인출 속도는 0.05mm/s이며, 그 다음 라인 인출 동작을 진행하고, 라인 인출의 초기 속도는 0.01mm/s이고, 인출 시작 단계에서 20um수평 이동하고 , Z방향으로 3um 오프셋하는 변경을 하고;
4. 실시예 1의 제3단계에서 단계10은 진공 흡착을 끄고, 기판 재료를 주입하고, 오프라인 질소 소결로를 사용하여 다층 회로 기판의 전체 경화를 진행하고, 산소 함량은 ≤ 20ppm이고, 온도는 300℃ 1h, 가열 속도는 5℃/min으로 변경한다.
5. 기타 공정 단계 및 이의 단계는 실시예1과 일치한다.
[실시예8]
본 실시예는 고정밀 다층 회로 기판을 제공하고, 이는 상술한 고정밀 다층 회로 기판의 3D 프린트 제조 방법을 사용하여 얻는 것이다.
[실시예9]
본 실시예는 상기 고정밀 다층 회로 기판의 응용을 기반으로 하며, 서로 다른 재질의 기판, 절연 매체 및 특정 패턴을 프린팅하는 금속 도선을 이용하여 서로 다른 유형의 고정밀 다층 회로 기판을 제작하여 플렉시블 회로, 웨어러블 디바이스, 초소형 수동 전자 소자 및 SIP 패키지 interposer 기판에 응용될 수 있다.
이상 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명하는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 설계 정신을 벗어나지 않는다는 전제 하에 본 기술 분야의 통상의 기술자가 본 발명의 기술적 방안에 대해 내린 다양한 변형 및 개선은 모두 본 발명의 보호 범위 내에 있다.
(1) 기판; (2) 입체 회로층; (3) 절연층; (4) 금속 기둥; (5) 연장 기둥; (6) 인출 라인; (7) 미세 구멍; (8) 수직 상호 연결 구조.

Claims (15)

  1. 고정밀 다층 회로 기판 및 3D 프린팅 제조 방법으로서,
    S1 단계, 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트를 압출구를 통해 압출하여 기판의 상부 표면에 입체 회로층을 형성하고;
    S2 단계, 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트를 압출구를 통해 압출하여 현재의 입체 회로층의 미리 설정된 위치에 적층 하여 금속 기둥을 형성하고;
    S3 단계, 현재의 입체 회로층의 상부 표면에 절연층을 형성하며, 절연층에 타공하여 나노 스케일 금속 페이스트를 충전하는 방식으로 대응되는 금속 기둥을 상기 형성된 절연층에서 미리 인출하고;
    S4 단계, 현재의 절연층이 최상층 절연층으로 되어 있는지 여부를 판단하고, 그럴 경우, 현재의 절연층의 상부 표면에 패드층을 형성하며, S5 단계를 수행하고, 그렇지 않을 경우, 현재의 절연층을 새로운 기판으로 하고, S1 단계 내지 S2 단계를 반복 수행하며, S6 단계를 수행하고;
    S5 단계, 현재의 절연층 아래에 위치하는 대응되는 입체 회로층 상의 금속 기둥을 연결시키거나 상기 미리 인출하는 방식으로 패드층에 연결하여 다층 회로 기판의 제조를 완성하고;
    S6 단계, 현재의 입체 회로층 아래에 위치하는 대응되는 입체 회로층 상의 금속 기둥을 연결시키거나 상기 미리 인출하는 방식으로 현재의 입체 회로층에 연결되며, S3 단계로 돌아가는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고정밀 다층 회로 기판의 3D 프린팅 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    S1 단계에서, 기판의 상부 표면에 입체 회로층을 형성할 시,
    기판의 상부 표면의 각 지점의 높이를 측정하여 기판 상부 표면의 높이 데이터 세트를 획득하며, 기판 상부 표면의 높이 데이터 세트를 기반으로 상기 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트를 압출구에서 압출할 경우, 이가 기판의 상부 표면의 대응 지점에서 Z축 방향의 상대 이동을 진행하여 압출구에서 압출된 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트가 기판 상부 표면에 입체 회로층을 형성하도록 하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 고정밀 다층 회로 기판의 3D 프린팅 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    S1 단계에서, 상기 압출구는 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트를 압출하여 입체 회로층의 각 회로의 시작단을 형성하기 전에 모두 기판에 수직되는 수직면에서 곡선의 사전 압출 운동을 하며, 상기 곡선의 접선 방향을 따라 회로의 정식 압출 형성 노선으로 진입하며;
    S1 단계에서, 상기 회로의 정식 압출 형성 노선의 끝단에는 하나의 미리 설정된 비산 세그먼트를 갖고, 상기 압출구가 상기 비산 세그먼트에 위치할 경우, 상기 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트를 압출하는 동작을 멈추는 것을 특징으로 하는 고정밀 다층 회로 기판의 3D 프린팅 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    S2 단계에서, 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트를 압출구를 통해 압출하여 금속 기둥의 각 층의 외부 프레임 라인 및 충전 라인을 교대로 형성하여 현재의 입체 회로층의 미리 설정된 위치에 적층되어 금속 기둥을 형성하는 것을 특징으로 하는 고정밀 다층 회로 기판의 3D 프린팅 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    S3 단계에서 상기 절연층의 형성 방식은,
    스크레이퍼 코팅 블레이드로 도포면 상에 미리 추가된 절연 매체 재료를 밀거나 슬릿 코팅 블레이드로 절연 매체 재료를 도포면 상으로 압출하여, 현재의 입체 회로층의 상부 표면에 상기 절연층을 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 고정밀 다층 회로 기판의 3D 프린팅 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    S3 단계에서 절연층을 도포하기 전,
    a, Z축 모터를 제어하여 코팅 블레이드를 하강시켜 이의 좌우 양단을 각각 접촉식 센서와 접촉하도록 하고;
    b, 상기 코팅 블레이드의 좌우 양단이 접촉식 센서 신호를 트리거할 경우의 Z축 모터의 상이한 높이를 기록하여 코팅 블레이드의 좌우 높이 차이를 얻고;
    c, 상기 좌우 높이 차이에 따라 코팅 블레이드의 좌우 양단의 좌우 높이를 교정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고정밀 다층 회로 기판의 3D 프린팅 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    S3 단계에서, 절연층을 도포하기 전,
    A, 레이저 변위 센서를 사용하여 접촉식 센서의 접촉면에 대해 높이 측정하여 접촉식 센서의 높이를 얻고;
    B, 레이저 변위 센서를 사용하여 도포면의 도포 시작점에 대해 높이 측정하여 도포 시작점의 높이를 얻고;
    C, 접촉식 센서 높이 및 도포 시작점 높이를 기반으로 접촉식 센서와 도포 시작점의 상대 높이 차이를 계산하고;
    D, 경사도 보정을 거친 코팅 블레이드의 중심을 접촉식 센서에 접촉하도록 하여, 접촉 시의 코팅 블레이드의 Z축 높이를 기록하고;
    E, 접촉식 센서와 도포 시작점의 상대 높이 차이, 코팅 블레이드가 접촉식 센서에 접촉 시의 Z축 높이 및 사전 설정된 도포 간격을 기반으로 코팅 블레이드의 Z축 높이를 교정하는 단계를 더 포함하는 하는 것을 특징으로 하는 고정밀 다층 회로 기판의 3D 프린팅 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    S3단계에서,
    S3.1 단계, 현재의 입체 회로층의 상부 표면에 절연층을 형성하고;
    S3.2 단계, 각 입체 회로층의 연결 요구 사항 및 각 입체 회로층의 금속 기둥 높이를 기반으로 절연층에 타공하여 나노 스케일 금속 페이스트를 충전하는 방식으로 대응되는 금속 기둥을 상기 형성된 절연층에서 사전 인출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고정밀 다층 회로 기판의 3D 프린팅 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트는 나노 스케일의 은 또는 나노 스케일의 구리 금속 입자와 분산 매체를 포함하고, 나노 스케일 금속 입자의 함량은 75%~95%이고, 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트의 점도는 100000cps ~1000000cps 사이이고, 요변 지수는 4~10이며, 상기 전단 박화 특성을 갖는 나노 스케일 금속 페이스트에 의해 형성된 라인 종횡비는 ≥0.5인 것을 특징으로 하는 고정밀 다층 회로 기판의 3D 프린팅 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    분산 매체는 분산 용매, 바인더를 포함하고, 분산 용매는 유기 용매 및 물 중 어느 하나 이상을 포함하고;
    바인더는 폴리아크릴산, 디에탄올아민, 폴리아크릴산 및 디에탄올아민의 복합물 중 어느 하나 이상을 포함하거나;
    또는 바인더는 에폭시 수지, 경화제 및 보호제를 포함하는 것을 특징으로 하는 고정밀 다층 회로 기판의 3D 프린팅 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 유기 용매는 에틸렌 글리콜, 글리세롤, 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트, 이염기성 에스테르, 이소포론, 테르피네올 또는 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 중 어느 하나 이상을 포함하고; 상기 보호제는 트리아릴포스핀계 화합물 및 트리알킬포스핀계 화합물 중 어느 하나 또는 여러개의 조합으로 형성되고; 상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지, E-44 에폭시 수지, 비페닐옥시형 에폭시 수지 중 어느 하나 이상을 포함하고; 상기 경화제는 폴리티올 경화제, 디시안디아미드 경화제 및 산무수물 경화제 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고정밀 다층 회로 기판의 3D 프린팅 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    S2 단계와 S3 단계 사이에는,
    현재의 입체 회로층과 현재의 입체 회로층의 미리 설정된 위치에 적층 되어 형성된 금속 기둥에 대해 제1차 사전 경화 처리를 진행하고;
    S3 단계에서, 현재의 입체 회로층의 상부 표면에 절연층을 형성한 다음, 절연층에 대해 제2차 사전 경화 처리를 진행하고;
    S3 단계에서, 절연층에 타공하여 나노 스케일 금속 페이스트를 충전한 다음, 채워진 나노 스케일 금속 페이스트에 대해 제3차 사전 경화 처리를 진행하고;
    S5 단계에서, 현재의 절연층 아래에 위치하는 대응되는 입체 회로층 상의 금속 기둥을 연결시키거나 상기 미리 인출하는 방식으로 패드층에 연결한 다음, 다층 회로 기판에 전면 소결 경화 처리를 진행하여 다층 회로 기판의 제조를 완성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고정밀 다층 회로 기판의 3D 프린팅 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    절연층 재질은 유기 또는 세라믹 매체인 것을 특징으로 하는 고정밀 다층 회로 기판의 3D 프린팅 제조 방법.
  14. 고정밀 다층 회로 기판으로서,
    제1항 내지 제13항 중 어는 한 항에 따른 고정밀 다층 회로 기판의 3D 프린팅 제조 방법을 사용하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 고정밀 다층 회로 기판.
  15. 플렉시블 회로로서,
    제14항에 따른 고정밀 다층 회로 기판을 사용하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 회로.
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