KR800002185Y1 - 인쇄 회로기판 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

인쇄 회로기판

제 1 도는 본 고안의 일실시예의 요부단면도.

제 2 도는 본 고안의 다른 실시예의 요부단면도.

본 고안의 인쇄회로(배선)기판에 관한 것으로, 특히 기판의 양면에 형성된 도체(導體)를 접속함에 있어, 기판에 형성한 구멍부분을 통하여 접속할 경우, 이 구멍부분을 절연수지로 충전하므로서, 납땜에 의한 열충격을 피하고 또한 온도나 습도의 큰 변화에 대하여도 신뢰성이 높은 접속을 확보하는, 개량된 인쇄회로기판(또는 인쇄 배선기판)에 관한 것이다.

종래부터, 라디오, 텔레비전, 테이프레코오더, 비데오테이프레코오더, 스테레오장치, 전자식계측기, 전자계산기 등의 전자기기에 있어서, 인쇄배선기판에 회로부품을 형성 또는 접속한 인쇄회로기판이 널리 채용되고 있다.

인쇄회로기판에 있어서 전기배선 및 부품의 단자배선 등의 밀도를 조밀화하고, 또한 절연판의 이용효율을 높이기 위해서, 절연판의 한 쪽면 뿐만 아니라, 표리(表裏)양면 혹은 더우기 절연판 내부에 배선(다층인쇄배선판) 또는 인쇄식 회로부품과 그 단자도체를 구성하는 일이 행하여진다.

그리고 이것으로부터의 많은 도체면을 될 수 있는 한 짧은 거리로, 상호 전기적으로 접속하는 것이 필요하다.

이 접속은, 절연판에 구멍부분을 형성시키고, 이 구멍의 내부에 절연판의 두께방향으로 전기적 도체를 관통시키므로서 행하여지는 전기적 도체로서는, 구멍 가장자리에 해 박은 쇠고리, 화학 또는 전기도금과화학도금의 병용, 도전성페인트, 점퍼선, 외부부착부품의 리이드선이라든가 단자 등이 사용된다.

또 상기 구멍부분이 사용되는 쪽으로서, 외부부착부품의 기계적고정을 하기 위해, 외부부착부품의 단자라든가 리이드선을 구멍부분에서 납땜을 하는 것도 행하여지고 있다.

절연판은 그 구멍부분에 형성한 전기적 도체와는 상이한 팽창, 수축을 갖고 있기 때문에, 이 차에 따라서 구멍부분도체와 절연판과의 사이에 차동(差動)응력이 작용한다는 문제가 있다.

절연판으로서 적층판이 사용될 경우, 그 두께방향의 온도에 의한 신축율은, 평면방향의 그것에 비하여 2-10배 정도 크다.

또한, 일반적으로 널리 사용되고 있는 종이기초제 적층판인 경우, 온도에 의한 팽창은, 온도상승에 의한 팽창에 비하여 10배이상 큰 성질을 가지고 있다.

이러한 이유에 의해서, 이 때문에 구멍부분에 형성한 전기적 도체와 절연구멍내면과의 사이에 커다란 차동응력이 작용하게 되어, 도체가 서서히 절단되고, 기판양면상의 접속이 단선이 되어 버린다. 즉, 절연판의 주위온도나 절연면판의 도체온도가 상승하고 내리지 않는것이라든가, 절연판의 흡습, 탈습이라는 순환을 겪으므로서, 절연판의 팽창수축이 반복되고, 피착된 도전체에 발생된 응력이 축적되어서 끝내는 도체가 절단되어 버리게 되는 것이다.

종래부터, 절연판의 치수와 온도와 습도와의 의존성이나 도체의 전성(展性)에 대해서 검토되고 여러가지의 개량이 이루어지고 있으나, 아직 완벽한 방법을 얻지 못하고 있다.

따라서 본 고안의 목적은 기판양면상의 도체를 구멍부분을 통하여 접속하는, 개량된 인쇄배선기판을 제공하는데 있다.

본 고안의 다른 목적은, 상기 구멍부분을 절연수지로 충전하므로서 기판양면상의 도체의 접속이 높은 신뢰성을 갖는, 개량된 인쇄배선기판을 제공하는데에 있다.

본 고안의 또 다른 목적은 고온, 고습도의 분위기에 놓이게 되어도 안정된 성능을 갖는 인쇄배선기판을 제공함에 있다.

본 고안의 이러한 목적들은, 본 고안에 의한 인쇄배선기판에 의해서 달성된다.

이것은 합성수지를 함유한 기판으로 된 전기적 절연판으로 이루어지고, 또한 적어도 2개의 도체, 그 중 하나는 기판의 한 측면상에 있고 다른 하나는 대향면상에 있는 것으로서, 기판을 관통하고 있는 구멍부분, 및 이 구멍부분을 통해서 형성되고 이 도체의 적어도 일부를 피복하여 기판양면상의 이 도체를 접속하고 있는 도체부를 가지고 있는 인쇄배선기판에 있어서, 이 도체부를 피복하는 것과 같이 이 구멍부분을 전기적 절연수지로 충전하므로서, 기판양면상의 도체간의 접속을 신뢰성이 높은 것으로 한 것을 특징으로 한 것이다.

제 1 도 및 제 2 도는, 본 고안에 의한 인쇄배선기판의 도식(圖式)적인 단면도를 표시한 것이다.

그 위에 도체, 저항, 콘덴서 등의 전자부품을 장착하는 인쇄배선기판의 절연기판으로서는, 일반적으로 종이기초재 페놀수지 함침판(含浸板)이나 유리섬유 기초재 에폭시수지함침판 등과 같이 유기합성수지가 널리 사용되고 있다.

전기회로를 소형화, 간략화하고, 또한 기판을 유효하게 이용하기 위해서 통상 기판의 양면을 사용하여 전자부품을 형성하고 있다. 더우기, 중간의 도체층을 가진 다층기판도 사용된다.

예를 들면, 한 쪽의 면상(面上)에 도체 또는 도체와 인쇄저항과 같은 인쇄회로 부품을 형성하고, 다른 쪽의 면상에 기타의 도체를 형성하고, 또한 개별부품을 장착한다.

기판양면상의 이들 도체는 될 수 있는 한 짧은 도체노선으로 접속되지 않으면 안된다.

통상, 이와같은 도체노선은 기판에 형성한 구멍을 통하여 주어진다. 본 고안의 고안자는, 이 구멍을 전기적인 절연수지로 충전하고, 이것을 가열해서 경화하므로서, 구멍에 형성한 도전부분의 단선을 방지하는 커다란 효과가 얻어지는 것을 발견하였다.

이 경우, 절연기판에 사용되고 있는 수지의 팽창계수와 같은 정도의 팽창계수를 가진 수지를 사용하면, 이 효과는 더욱 크게 된다.

제 1 도는 본 고안에 의한 인쇄회로기판의 모형적인 단면을 표시한 것이지만, 도면에 있어서 (1)은 절연기판으로, 이것은 합성수지를 함유한 기판으로 이루어지고, 한쪽의 면상에 도체(2a), 대향면상에 다른 도체(2b)와 적어도 2개의 도체를 가지고 있다.

기판(1)은 다충배선판의 경우에는 내부도체층(2c)을 갖게 되는 것이다. 이들의 도체(2a),(2b),(2c)는 기판(1)에 천설된 구멍(4)을 관통하여 형성된 도체층(3)에 의해서 서로 접속되어 있다. 도체층(3)은, 도면에 표시한 바와 같이, 적어도 기판상의 도체의 표면의 일부를 피복하고 있다.

구멍(4)은 전기적으로 절연성인 수지(5)로 충전되여 있다. 수지(5)는 도시한 바와 같이, 또 도체층의 일부 즉, 기판표면상에 있는 층과 도체(2a),(2b)의 일부를 피복하고 있으며, 이것은 가열로서 경화된다.

수지(5)는, 온도나 습도의 변화에 대하여, 기판(1)에 함유되어 있는 합성수지와 같은 팽창, 수축을 나타내므로, 절연기판(1)과 그 위에 형성한 도체층(3)의 사이에는 차동적(差動的)인 응력을 생기지 않는다. 따라서, 도체(2a),(2b)사이에는 신뢰성이 높은 접속이 되는 원인이 되는 것이다.

통상, 인쇄배선판상에는, 몇개인가의 개별부품이 부착된다. 제 1 도에 있어서 저항이나 콘덴서와 같은 개별부품(6)이, 다른 구멍(8),(9)에 그 리이드선(7)을 삽입하여 부착되어 있다.

리이드선(7)의 한 쪽은 도체(2a),(2b)에 전기적으로 접속되어 있다. 리이드선(7)은 구멍(8),(9)에서 납땜(10)에 의해서 기판(1)에 견고하게 고착된다.

땜납(10)은 또 리이드선(7)과 도체층(3)을 접속하는 도체로서도 작용하고 있다.

통상, 납땜에 의한 열 충격으로 예를들면 유황도금과 같은 도체층(3)이 때때로 단선된다는 문제가 있다.

본 고안의 실시예인 제 1 도에 있어서는, 이와 같은 열 충격을 막기 위해서, 기판 양면상의 도체(2a),(2b)사이의 동일한 도전로에 대하여 2개의 구멍(4),(8)이 천설되어 있다.

즉, 구멍(4)은 상술한 바와 같이, 수지(5)로 충전되고, 다른 구멍(8)은 납땜된다. 따라서 비록 구멍(8)을 관통하고 있는 도체층(3)이 납땜에 의해서 단선되어도, 도체(2a),(2b)의 사이의 전기적 접속은 구멍(3)을 통하여 확실하게 지지되어 있다.

덧붙여서, 부품(6)은 납땜(10)에 의해서, 기판(1)상에 기계적으로 견고하게 지지된다. 회로설계에 따라서는, 동일한 도체노선에 복수개의 구멍을 천설하여도 된다.

이 경우, 기판양면상의 도체간의 접속을 신뢰성이 높은 것으로 하기 위해서, 적어도 1개의 구멍이 수지로 충전된다.

물론, 납땜을 하지 않은 구멍이나 개별부품의 리이드선을 삽입하지 않은 구멍등, 2개이상의 구멍을 수지로 충전하여도 된다.

또한 도체층이 2종류의 도금, 즉 화학도금과 전기도금으로 형성되는 경우는, 화학도금은 전기도금보다 훨씬 많으므로, 화학도금에 의한 도체층을 가진 구멍만을 수지로 충전하는 일도 있다.

통상, 도금금속으로서는 동, 니켈, 은등이 사용된다.

또 은 도금층은 전기적 도체로서는 우수하나 납땜하는 데에는 문제가 있으므로, 은 도금에 의한 도체층을 가진 구멍을 수지로 충전하는 일도 있다.

이것은 또 도체페인트, 특히 은 페인트에 의해서 도체층을 형성하는 경우에도 마찬가지로 말할 수 있는 것이다. 은 도금의 경우는 바탕으로서 은 도금층을 우선 만들고, 그 위에 동이나 닉켈의 다른 금속을 도금하는 것이 유용하다.

은 도금 또는 은 페인트로 형성한 도체층의 경우, 기판이 사용상태에 있을때, 높은 전위부에서 낮은 전위부에 은이 이동해서 여러가지의 문제를 일으킨다는 은의 이동문제가 있다.

이 문제를 해결하기 위해서는 은의 이동을 억제하는 억제제를 함유한 밑층을 형성하고, 그 위에 은 도금 또는 은 페인트에 의한 도체층을 형성하면 효과가 있는 것이다.

제 2 도에 있어서, 이와 같은 밑층(20)이 구멍(14) 및 구멍(14)의 주변의 기판(11)면상에 형성되어 있다.

도체층(13)이 이 밑층(20) 위에 은 도금 또는 은 페인트로 형성된 후에, 구멍(14)의 수지(15)로 충전된다. 밑층(20)은 수지와 억제제로 되어 있으며, 수지로서는, 열 경화성의 에폭시수지, 불포화폴리에스테르수지, 풀리부타디엔수지 등이 좋고, 또 멜라민수지, 알킷수지, 페놀수지, 폴리우레탄수지 등을 사용할 수도 있다.

억제제로서 바람직한 재료는 디에틸아민이나 트리에틸아민과 같은 아민화합물이나, 벤조트리아졸벤이나 조이미다졸과 같은 아졸화합물이다. 은의 이동을 방지하려면, 밑층과 마찬가지인 조성을 가진 겉층을 형성하는 것도 효과가 있으며, 또 겉층과 밑층의 쌍방을 형성하면 보다 효과가 있다.

이제까지 상술한 바와 같이, 본 고안에 의한 인쇄배선기판은, 납땜에 의한 열 충격을 방지하는데에 매우 효과가 있을뿐만 아니라, 장기간의 온도, 습도의 커다란 변화에 대하여도, 기판양면상의 도체간의 접속은 매우 신뢰성이 높은 것이라는 효과가 얻어진다.

기판의 구멍를 충전하는 절연수지로서는, 페놀, 에폭시, 실리콘, 폴리에스테르와 같은 열 경화성수지와 폴리아미드, 폴리에틸렌, 폴리플루오르에틸렌(테프론)과 같은 열 가소성수지가 있고, 에폭시수지나 브롬화에폭시수지와 같은 단단한 것이 좋은 결과를 가져오고 있다. 이것은, 절연기판에 에폭시수지나 페놀변성 에폭시수지가 잘 사용되고 있기 때문인 것으로 생각된다.

예를 들면, 실제로는 에폭시 당량 100의 에폭시수지에, 경화제로서 디에틸렌트리아민, 억제제로서 벤조이미다졸을 첨가한 것이 사용된다. 또한, 인쇄나 충전을 잘 하기 위해서 메틸에틸케톤이나 부틸아세테이트와 같은 유기용제가 가해진다.

이들 용제는 수지의 경화전에 수지조성으로부터 증발하여 잔류하지 않는다.

상기와 같은 에폭시수지조성에서는, 적당한 경화조건은 120℃, 30분간이다.

전자장치의 안전성을 위해서, 수지로서는 내화성의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 할로겐화물이나 인 등의 내화제를 수지에 첨가하여 불연화(不燃化)한다. 또한, 활석, 실리카, 삼산화안티몬등의 내화성 조제를 수지중에 분산하는 것이 효과가 있다.

본 고안에 의한 구멍을 관통한 접속의 신뢰성을 다음의 시험으로 평가하였다.

시험용의 절연기판으로서, 미국 NEMA 그레이드(grade)의 FR-2(내화), 종이기초판 페놀함침적층판을 사용하고, 다음과 같은 시료를 작성하였다.

각기의 시료군은 50매의 기판으로 되어 있으며, 각 기판에는 직경 1.0mm 간격 2.5mm로 1000개의 구멍을 형성하였다.

[시료군 A-0]

1000개의 구멍에 화학석출에 의한 동을 두께 0.5μ로 형성한 후, 전기도금동(銅)을 두께 25μ로 겹쳐서 도체층을 형성하였다.

[시료군 B-0]

화학석출동을 두께 5μ로 형성하여 도체층을 형성하였다.

[시료군 C-0]

은 페인트(미국 듀폰사제품 5504A)를 두께 약 15μ로 구멍부분 내면에 형성하고, 120℃로 10분간의 열경화를 하여 도체층을 형성하였다.

[시료군 A-1]

시료군 A-0과 같은 조건으로 만든 유황도금을 한 구멍에, 에폭시수지로 된 접착제를 스포이드로 주입하고, 온도 120℃로 30분간 경화시켰다.

[시료군 B-1]

시료군 B-0과 같은 조건으로 만든 유황도금을 한 구멍에, 에폭시수지의 접착제를 스포이드로 주입하고, 온도 120℃로 30분간 경화시켰다.

[시료군 C-1]

시료군 C-0과 같은 조건으로 만든 은 페인트를 두께 약 15μ로 형성한 구멍내면에 에폭시수지의 접착제를 스포이드로 주입하고, 온도 120℃로 30분간 경화시켰다.

구멍의 수지충전에 의한 효과판정법으로서, 다음의 온도사이클에 의한 처리를 사용하였다.

즉, 시험을 최고온도 125℃, 최저온도 -55℃로 유지하고, 각 온도에서의 유지시간을 각각 30분으로 하여 온도사이클을 반복하였다. 평가조건은, 주파수 1KHz로 전압 100μv를 인가하여 저항치를 측정하고, 초기치에 대하여 20% 이상의 값이 증가한 것을 접속고장을 일으킨 것으로 판정하였다.

그 결과 고장을 일으킨 인쇄배선기판의 누적매수를 다음에 표시한다.

위 표에서, 현재 사용되고 있는 유황도금의 신뢰성은, 화학도금(시료 B-0)에 대하여는, 매우 나쁘고, 전기도금(시료 A-0)을 겹친 것에서도 상당한 고장을 나타낸다는 것을 알 수 있다. 은 페인트 도포법(시료 C-0)에서도 약간의 고장을 나타냈다. 이에 대해서 본 고안에 의한 방법을 사용하면, 신뢰성은 비약적으로 향상되는 것을 알 수 있다.

또 은의 이동문제에 대해서는, 은 페인트를 도포한 구멍부분을 2.5mm 떨어지게 배치하고, 전기적으로 독립된 도전성 구멍부분사이에서 검토하였다.

직류 100V를 가하고, 온도 40℃, 습도 90-95%RH의 조건중에서 1000시간 방치하여 단락이 생기는 시간을 측정하였다.

시료로서는, FR-2그레이드(grade)의 적층판에 1). 직접 은 페인트 한 구멍부분을 형성한것(A-2), 2) 은 페인트 형성예정부분에, 아민계, 벤조이미다졸계의 억제제의 양쪽을 첨가한 에폭시수지를 밑피복한 후 은 페인트를 형성한 것(B-2), 및 3) 시료(B-2)와 같은 것에 대하여, 구멍의 충전용 수지에 대하여, 아민계, 벤조이미다졸계의 억제제를 첨가한것(C-2)의 3종류를 작성하였다. 각 10개의 시료에 대한 전기적 단락발생의 평균시간은 다음과 같다.

Claims (1)

1. 합성수지를 함유한 기판(1)으로 된 전기적 절연판으로 이루어지고, 또한 적어도 2개의 도체(2a),(2b)중 하나는 기판(1)의 한 쪽면상에 있고 다른 하나는 대향면상에 있는 것으로, 기판(1)을 관통하고 있는 구멍부분(4), 및 이 구멍부분(4)을 관통하여 형성되고 이 도체(2a),(2b)의 적어도 일부를 피복하여 기판(1) 양면상의 이 도체(2a),(2b)를 접속하고 있는 도체부(3)를 가지고 있는 인쇄배선기판(1)에 있어서, 이 도체부(3)를 피복하는 것과 같이 이 구멍부분(4)을 전기적 절연수지(5)로 충전하는 것에 의해서, 기판(1)양면상의 도체(2a),(2b)간의 접속을 한 것을 특징으로 하 는 인쇄회로기판.