KR20030016515A - 비어 필링을 이용한 빌드업 다층 인쇄회로기판의 제조 방법 - Google Patents

비어 필링을 이용한 빌드업 다층 인쇄회로기판의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

이산화 탄소 레이져 드릴을 이용하여 비어홀을 가공하고 유산동 동도금을 이용하여 표면 도금 및 비어홀 내부를 충진하여 층간 접속 신뢰성을 향상시키고 공정을 단축시켜 제조원가를 경감시킬 수 있는 비어 필링을 이용한 빌드업 다층 인쇄회로기판의 제조방법이 개시된다. 본 발명은 동박 적층판을 일정크기로 재단한 후, 감광성 유제를 도포하고 식각처리를 수행하여 내층 회로를 형성시키고, 마이크로 에칭처리하는 단계; 내층 회로가 형성된 기판의 양면상에 열 경화성 절연수지를 도포하여 절연층을 형성한 다음 이를 건조시킨 후 미세연마를 수행하는 단계; 절연층 내층의 회로층을 노출시켜 이산화탄소(CO2)레이저 드릴을 사용하여 50~200㎛의 직경을 지닌 비어홀을 가공하는 단계; 비어홀 가공된 절연수지의 표면을 약 1 ㎛깍아 내고, 디스미어처리 및 조도처리하고 조도가 형성된 비어홀벽에 무전해 동도금층을 형성하고 나서, 절연층내의 가스 및 수분을 제거하기 위한 어닐링공정을 수행하는 단계; 무전해 동도금층이 형성된 기판에 유산동 및 황산을 이용하여 표면도금 및 비어홀을 충진하고 도금된 기판의 양면상에 표면연마를 실시하는 단계를 포함한다.

Description

비어 필링을 이용한 빌드업 다층 인쇄회로기판의 제조 방법{method for producing build-up multi-layer printed circuit board using a via filling}
본 발명은 다층 인쇄회로기판의 제조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이산화 탄소 레이져 드릴을 이용하여 비어홀을 가공하고 유산동 동도금을 이용하여 표면 도금 및 비어홀 내부를 충진하여 층간 접속 신뢰성을 향상시키고 공정을 단축시켜 제조원가를 경감시킬 수 있는 비어 필링을 이용한 빌드업 다층 인쇄회로기판의제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 인쇄회로기판은 각종 열경화성 합성수지로 이루어진 보드의 일면 또는 양면에 동선으로 배선한 후 보드 상에 IC 또는 전자부품들을 배치 고정하고 이들 간의 전기적 배선을 구현하여 절연체로 코팅한 것이다. 전자부품의 발달로 회로도체를 중첩하여 만드는 다층 인쇄회로기판이 개발된 이래, 최근에는 다층 인쇄회로기판의 고밀도화에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 그중에서도 빌드업(build-up) 다층 인쇄회로기판이 개발되어 널리 사용되고 있다.
종래 기술에 따른 빌드업 다층 인쇄회로기판의 제조방법은 절연층인 에폭시 글래스(epoxy glass)나 프리프레그(prepreg)대신에 감광성 절연수지를 사용하여 절연층과 회로도체를 순차적으로 적층해서 다층회로를 형성하는 방법이다. 빌드업에 의한 다층 인쇄회로기판은 층간회로를 연결하는 비어홀 형성과 극소경(極小經)의 비어홀 형성이 가능할 뿐만 아니라 회로두께가 얇아서 미세회로 형성이 용이하여 고밀도 회로를 구성할 수 있다. 또한, 종래의 절연층인 에폭시 글래스의 경우는최소 0.1mm를 사용하였으나, 빌드업 다층 인쇄회로기판에서는 0.05mm두께의 절연층을 형성할 수 있어서 경박화가 가능하다.
도 1은 종래 기술에 따른 빌드업 다층 인쇄회로기판의 제조 공정을 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 먼저 동박적층판(CCL)을 일정크기로 재단한 후, 양면상에 감광성 필름을 부착시킨 상태로 식각처리를 하여 내층 회로를 형성시킨다(단계 SS1)
다음에는 내층회로가 형성된 기판을 전처리 또는 표면연마과정을 수행한 후, 기판의 양면상의 회로부에 배선패턴이 인쇄된 절연수지층을 1차 및 2차에 걸쳐 도포한다(단계 SS2). 이때, 기판의 일면에 먼저 절연수지층을 도포하고 다음에 기판의 타면에 절연수지층을 도포한다.
그런후에는, 절연수지층이 도포된 절연판을 예비 건조시킨 후 감광성 필름을 부착하여 자외선 노광 및 현상과정을 거쳐서 회로가 접속될 도체라인과 도통 비어홀을 형성시킨다(단계 SS3). 도통 비어홀이 형성된 절연판은 추후의 공정을 위해서 완전건조시킨후 표면연마처리를 수행한다.
도통 비어홀 형성후 완전건조와 표면 연마처리를 거친 절연판에서 도통 비어홀 내에는 스컴(scum)이 잔류하여 비어홀에 대한 신뢰성이 저하될 수 있다. 따라서, 소프트 식각액을 이용하여 도통 비어홀 내에 남아있는 스미어(smear)를 제거시킨다. 그런후에는, 무전해 화학동을 전면에 석출시켜서 기판에 도전성을 부여한다(SS4).
화학동 도금이 완료된 후에는, 도금 처리된 비어홀을 보강하고 회로패턴을 보강하기 위해서, 절연체의 표면에 도금처리되어 있는 동의 표면에 일정두께로 전기 동도금을 실시한다(SS5).
전기도금을 완료한 후에는, 동배선의 산화 및 동배선의 쇼트현상을 방지하기 위하여 필요한 부분, 즉 부품이 실장되는 부분의 도금층 이외에 절연 코팅막을 형성시키고, 에칭을 실시하여 절연 코팅막 외부로 동도금을 박리 제거시켜서 회로를 형성한다(SS6).
다음에는, 상기 단계(SS2)에서와 마찬가지로, 회로가 형성된 기판을 전처리 또는 표면연마과정을 수행한후, 절연수지층을 도포하여 비어홀을 막는다(SS7). 그런후에는, 상기 단계(SS3)에서 설명한 것과 동일한 방법으로 회로가 접속될 도체라인과 도통 비어홀을 형성시킨다(단계 SS8).
다시 그위에 상기 단계(SS4) 내지 단계(SS8)과 동일한 과정을 거쳐서 각각의 배선패턴이 형성된 인쇄회로기판을 상호 적층하고, 적층된 다층 인쇄회로기판의 비어홀 내벽간에 도금하는 도금단계를 거쳐 다층 인쇄회로기판을 제조하고 있다(단계 SS9). 이때, 최외층에서는 부품이 실장되는 블라인드(Blind) 도통 비어홀부에 별도의 수지를 이용하여 플러깅(Plugging)처리를 한다.
그런데, 전술한 바와 같은 종래의 빌드업 다층 인쇄회로기판 제조과정에서는, 감광성 절연수지계의 사용으로 절연층을 형성하였으나, 정연층 두께 편차에 의한 광량 전달의 차이로 노광 취약부가 발생되어 비어홀 형상이 균일하지 못해 동 도금시 도금액 공급이 원활하지 못하여 도금의 접속 정도가 떨어지며 장시간 노광을 하면 절연수지 균열과 과경화에 의한 미현상 및 비어홀경의 축소가 생기는 단점이 있었다. 또한, 구리, 은등 전도성 페이스트를 이용하여 비어홀을 충진 할 경우 접속정도가 떨어지고 비어홀 부위의 함몰 및 보이드(void)가 발생하여 홀 표면을 평평하게 하는 등의 연마 작업을 수행하여야 하는등 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다. 그리고, 제조공정이 복잡하고 전도성 페이스트의 산화방지를 위하여 진공건조기에서 건조하는 등 설비투자 및 유지비가 많이 소요되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 동박 적층판상에 열경화성 절연잉크를 도포한 후 이산화탄소(CO2) 레이저 드릴을 사용하여 비어홀을 가공하고 유산동 도금으로 표면도금 및 비어홀 내부를 충진시켜 고밀도 회로에 적용될 수 있고 비어홀에 대한 신뢰성이 향상시키고 공정을 단축시켜 제조원가를 경감시킬 수 있으며, 비어홀을 다층으로 형성할 수 있어서 부품의 소형화 및 회로의 실장밀도를 증가시킬 수 있는 비어 필링을 이용한 빌드업 다층 인쇄회로기판의 제조방법을 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 따른 빌드업(build-up) 다층 인쇄회로기판의 제조 공정을 도식적으로 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 비어 필링을 이용한 빌드업 다층 인쇄회로기판의 제조 공정을 도식적으로 나타낸 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 동박 적층판 112 : 회로층
113 : 절연층 114 : 비어홀
115 : 동도금층
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은,
동박 적층판을 일정크기로 재단한 후, 감광성 유제를 도포하고 식각처리를 수행하여 내층 회로를 형성시키고, 마이크로 에칭처리하는 단계(S1);
내층 회로가 형성된 기판의 양면상에 열 경화성 절연수지를 도포하여 절연층을 형성한 다음 이를 건조시킨 후 미세연마를 수행하는 단계(S2);
절연층내층의 회로층을 노출시켜 기판의 전면에는 도전성을 부여하기 위하여 이산화탄소(CO2)레이저 드릴을 사용하여 50~200㎛의 직경을 지닌 비어홀을 가공하는 단계(S3);
비어홀 가공된 절연수지의 표면을 약 1 ㎛깍아 내고, 디스미어처리 및 조도처리하고 조도가 형성된 비어홀벽에 무전해 동도금층을 형성하고 나서, 절연층내의 가스 및 수분을 제거하기 위한 어닐링(annealing)공정을 수행하는 단계(S4)
어닐링공정을 수행하고 난 다음, 무전해 동도금층이 형성된 기판에 유산동 및 황산을 이용하여 표면도금 및 비어홀을 충진하고 도금된 기판의 양면상에 표면연마를 실시하는 단계(S5); 그리고,
단계(S1) 또는 단계(S5)을 반복적으로 수행하여 원하는 수만큼의 회로층을 갖는 다층 인쇄회로기판을 형성하는 단계(S8)를 포함한다.
본 발명에 따른 빌드업 다층 인쇄회로기판의 제조방법에서는, 은(Ag), 구리(Cu) 페이스트로 비어홀을 충진하는 종래의 방법과는 달리 동박 적층판상에 열경화성 절연잉크를 도포한 후 이산화탄소(CO2) 레이저 드릴을 사용하여 비어홀을 가공하고 유산동 도금으로 표면 도금 및 비어홀 내부를 충진시켜 신뢰성을 향상시키며, 제조공정을 단축시켜 제조원가를 경감시킨다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 빌드업 다층 인쇄회로기판의 제조방법을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 빌드업(build-up) 다층 인쇄회로기판의 제조 공정을 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 먼저 특수하게 제작된 재단기를 사용하여 양면의 동박적층판(CCL;구리피복 라미네이트(110)를 일정크기로 재단한 후, 동박 적층판(110)상에 감광성 유제를 약 5~10㎛의 두께로 도포하고 일반적인 사진 식각처리를 수행하여 내층 회로층(112)을 형성시키고, 절연수지의 밀착력 향상을 위하여 마이크로 에칭처리를 수행한다(단계 S1).
마이크로 에칭된 회로에 에폭시계의 열 경화성 절연수지를 도포하여절연층(113)을 형성한 다음 이를 건조시킨 후 절연층(113)과 무전해 동도금층과의 접속정도를 향상시키기 위하여 미세연마를 수행한다(단계 S2).
절연층(113)이 도포된 동박 적층판(110)의 미세연마를 수행하고 난 다음 이산화탄소(CO2) 레이저 드릴을 사용하여 열경화성 절연수지에 50~200㎛의 직경을 지닌 비어홀(Via-hole)(114)가공을 수행함으로서, 절연 수지 내층의 회로층(112)을 노출시켜 패턴이 노출된 기판의 전면에는 도전성을 부여한다(단계 S3).
종래의 절연수지는 노광 및 현상공정을 수행하기 때문에 UV감응 수지를 사용하였으나, 본 발명에 따른 다층 인쇄회로 기판은 에폭시계 열경화성 수지를 사용하여 절연층 두께 조절 및 층간 접속정도가 좋아 신뢰성이 향상된다.
비어홀(114) 가공을 수행하고 난 다음, KMnO4를 이용하여 절연 수지의 표면을 약 1 ㎛깍아내고 찌꺼기들을 제거하여 화학동도금시에 절연수지와의 접착력을 향상시키기 위한 디스미어(desmear)처리를 수행함으로서, 가공된 비어홀(114)벽에 미세한 조도(roughness)를 형성하고, 접속정도를 향상시키기 위하여 100℃에서 30분정도 건조를 실시한다.
이후 미세한 조도가 형성된 비어홀(114)벽에 전도층을 형성하기 위하여 무전해 동도금을 수행하여 동도금층(115)을 형성하고, 무전해 동 도금후에 절연층(113)내에 존재하는 수분 및 가스를 제거함으로써, 접속정도를 향상시키기 위한 어닐링(annealing)공정을 수행한다(단계 S4).
어닐링(annealing)공정은 무전해 동 도금후에 절연층(113)내에 존재하는 수분 및 가스를 제거하기 위하여 100~150℃, 60~120분의 조건하에서 온도를 증가시킨다음 서서히 냉각하는 것이다.
어닐링공정을 수행하고 난 다음에는, 무전해 동도금층(115)이 형성된 기판에 유산동 200g/l, 황산 50g/l을 이용하여 표면도금 및 비어홀을 충진하고 도금된 기판의 양면상에 표면연마를 실시한다(단계 S5).
다시 그위에 상기 단계(S1)에서처럼 감광성 유제를 도포하고 식각처리를 수행하여 회로를 형성시키고, 그 이후의 단계들을 반복적으로 수행하여 원하는 수만큼의 회로층을 형성한 빌드업 다층 인쇄회로기판을 형성한다(단계 S7-단계 S11).
본 발명에 따른 빌드업 다층 회로기판의 제조방법중 단계 S5에서 비어홀(114)을 충진하는 경우에 종래의 빌드업 다층 회로기판의 제조방법에서는 전도층과 전도층사이를 무전해 동도금이나 전해 동도금후에 전해성 페이스트로 충진함으로, 복잡한 제조공정, 구리(Cu)층과 전도성 페이스트 사이에 접속정도가 떨어지고 홀 메꿈 부분의 함몰 및 보이드가 발생하여 부품실장시에 신뢰성이 떨어지는 것을 방지하기 위하여, 본 발명에서는 무전해 동 도금후에 절연층(113)내에 존재하는 수분 및 가스를 100~150℃, 60~120분동안 어닐링(annealing)공정을 수행하여 제거하고, 전류밀도 1~2 A/dm2, 도금시간 90-150분동안 직접 유산동 도금하여 비어홀을 충진함으로서 보이드 제거 및 접속정도등 신뢰성이 향상되는 것이다.
또한, 비어홀을 직접 유산동 도금하여 충진시킴으로서 내층 회로상의 블라인드 비어홀 부위에 또 다른 비어홀을 쌓을 수 있어서 제품의 고밀도 화 및 소형화가 가능한 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 다층 인쇄회로기판의 제조방법에서는, 은(Ag), 구리(Cu) 페이스트로 비어홀을 충진하는 종래의 방법과는 달리 동박 적층판상에 열경화성 절연잉크를 도포한 후 이산화탄소(CO2) 레이저 드릴을 사용하여 비어홀을 가공하고 유산동 도금으로 직접 비어홀 및 내부를 충진시켜 보이드 제거 및 접속정도등 신뢰성을 향상시키며, 내층 회로상의 블라인드 비어홀 부위에 또 다른 비어홀을 쌓을 수 있어서 제품의 고밀도 화 및 소형화가 가능한 효과가 있다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. 동박 적층판(110)을 일정크기로 재단한 후, 감광성 유제를 도포하고 식각처리를 수행하여 내층 회로를 형성시키고, 마이크로 에칭처리하는 단계(S1);
    상기 내층 회로가 형성된 기판의 양면상에 열 경화성 절연수지를 도포하여 절연층(113)을 형성한 다음 이를 건조시킨 후 미세연마를 수행하는 단계(S2);
    상기 절연층(113)내층의 회로층(112)을 노출시켜 기판의 전면에는 도전성을 부여하기 위하여 이산화탄소(CO2)레이저 드릴을 사용하여 50~200㎛의 직경을 지닌 비어홀(114)을 가공하는 단계(S3);
    상기 비어홀(114) 가공된 절연수지의 표면을 약 1 ㎛깍아 내고, 디스미어 처리 및 조도처리하고 조도가 형성된 상기 비어홀(114)벽에 무전해 동도금층(115)을 형성하고 나서, 절연층내의 가스 및 수분을 제거하기 위한 어닐링(annealing)공정을 수행하는 단계(S4)
    상기 단계에서 어닐링공정을 수행하고 난 다음, 무전해 동도금층(115)이 형성된 기판에 유산동 및 황산을 이용하여 표면도금 및 비어홀을 충진하고 도금된 기판의 양면상에 표면연마를 실시하는 단계(S5); 그리고,
    상기 단계(S1) 또는 상기 단계(S5)을 반복적으로 수행하여 원하는 수만큼의 회로층을 갖는 다층 인쇄회로기판을 형성하는 단계(S8)를 포함하는 비어 필링을 이용한 빌드업 다층 인쇄회로기판의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 S2단계에서 사용되는 열경화성 절연수지는 에폭시계 열 경화성 절연수지인 것을 특징으로 하는 비어 필링을 이용한 빌드업 다층 인쇄회로기판의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, S4단계에서의 어닐링(annealing)공정은 100~150℃, 60~120분의 조건하에서 온도를 증가시킨 다음 서서히 냉각하여 무전해 동 도금후에 절연층(113)내에 존재하는 수분 및 가스를 제거하는 공정임을 특징으로 하는 비어 필링을 이용한 빌드업 다층 인쇄회로기판의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 S5단계는 무전해 동도금층(115)이 형성된 기판의 비어홀(114)을 유산동 200g/l, 황산 50g/l를 이용하여 전류밀도 1~2 A/dm2, 도금시간 90-150분 동안 도금하여 비어홀을 충진시키는 것을 특징으로 하는 비어 필링을 이용한 빌드업 다층 인쇄회로기판의 제조방법.
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