KR20030071391A - 범프의 형성방법 및 이로부터 형성된 범프를 이용한인쇄회로기판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 범프의 형성방법 및 이로부터 형성된 범프를 이용한 인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 베이스 동박을 제공하는 단계, 상기 베이스 동박에 포토 레지스트층을 형성시키는 단계, 노광 및 현상 공정을 통해 상기 포토 레지스트층에 범프 형성용 개구부를 형성시키는 단계, 전기 동도금 공정을 통해 상기 개구부를 범프용 구리로 채우는 단계, 및 상기 포토 레지스트층을 제거하여 구리 범프를 형성시키는 단계를 포함하는 범프의 형성방법 및 이로부터 형성된 범프를 이용한 인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 기존 공정에 비해 좀 더 간단하고 경제적인 공정을 통해서 신호처리의 고속화 및 소형화 요구에 부합될 수 있는 고밀도 회로 자유도를 갖는 범프의 형성방법 및 이로부터 형성된 범프를 이용한 인쇄회로기판의 제조방법을 제공할 수 있다.

Description

범프의 형성방법 및 이로부터 형성된 범프를 이용한 인쇄회로기판의 제조방법{Method for creating bump and making printed circuit board using the said bump}

본 발명은 범프의 형성방법 및 이로부터 형성된 범프를 이용한 인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 에칭공정 없이 전해도금 공법을 통해서 범프만을 도금함으로써, 신호처리의 고속화 및 소형화 요구에 부합될 수 있는 인쇄회로기판을 간단하고 경제적인 공정을 통해서 제공할 수 있는 범프의 형성방법 및 이로부터 형성된 범프를 이용한 인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것이다.

최근 들어, 신호처리의 고속화 및 전자기기의 경박 단소화 추세에 따라 고밀도 배선용 인쇄회로기판의 층간 접속방법으로 다양한 공법이 개발되어 적용되고 있다. 특히, MLB 기판의 경우에는 전층을 통과하는 관통홀로만 이루어지나, 빌드업 인쇄회로기판의 경우에는 층 사이를 선택적으로 도통시킬 수 있는 블라인드 비아 홀이 적용되어 고밀도 배선 및 회로 자유도를 구현할 수 있는 장점이 있다. 또한, 이러한 고밀도 배선용 인쇄회로기판의 층간 접속방법에 있어서, 범프 비아를 적용하는 방법은 기존의 CNC드릴 가공 및 레이저 가공을 통한 비아 형성방법에 비해 저비용으로 고밀도를 달성할 수 있다는 측면에서 관심이 집중되고 있다.

이러한 범프의 형성 방법에는 와이어 볼을 이용하는 방법, 금속 볼을 부착하는 방법, 증착(evaporation), 전해도금(electroplating) 등의 방법이 있다. 그러나, 상기 전해도금법은 노광 및 현상 공정, 도금 공정 및 에칭 공정 등의 복잡한 공정을 거쳐야 할 뿐 아니라, 금속 범프의 제조비용이 높은 단점이 있으며, 상기 와이어 볼 본딩을 이용하는 방법은 와이어 절단을 위한 전용설비가 필요하고 생산성이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 상기 금속 볼을 이용하는 방법은 금속 범프의 실장은 비교적 간단한 반면에 금속 볼을 제조하는 공정이 복잡하고 가격이 비싼 단점이 있으며, 증착에 의해 범프를 형성시키는 경우에는 고가의 증착기를 사용하여야 하는 문제점이 있다.

도 1a∼1f는 종래기술에 따른 인쇄회로기판용 범프의 형성방법에 따라 제조된 각 단계별 상태를 나타낸 도면이다. 도 1a∼1f에 도시한 바와 같이, 종래의 범프 형성방법은 Ni층 형성공정(도 1a) → 범프용 구리 형성공정(도 1b) → 드라이필름 도포공정(도 1c) → 노광 및 현상공정(도 1d) → 범프 에칭공정(도 1e) → 드라이 필름 박리공정(도 1f)을 순차적으로 수행한다.

상기 종래기술에 따른 범프 형성방법을 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같다. 베이스 동박(1)에 전해도금법을 이용하여 보호막의 일종으로서 Ni층(2)을 형성시킨 후, 범프용 구리(3)를 형성시킨다(도 1a 및 도 1b). 이 때, 상기 범프용 구리(3)는 전해도금법 및 증착법 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 그 다음, 상기 범프용 구리(3)에 포토 레지스트층으로서 드라이 필름(4)을 형성시킨 후, 범프가 형성될 부분을 제외한 드라이 필름(4)을 노광??현상하여 제거한다(도 1c 및 도 1d). 그 다음, 에칭공정을 통해 범프(6)를 형성시킨 후, 상기 범프(6) 외측에 형성된 드라이 필름(4)을 박리시켜 제거하면 범프 제조공정이 완료된다(도 1e 및 도 1f). 그러나, 상기 종래기술에 따른 범프 형성방법은 범프 에칭공정에서의 에칭량이 많아 다량의 에칭액이 소모될 뿐만 아니라, 이에 따른 시간이 많이 소요되어 비경제적이다.

이에 본 발명에서는 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 다양한 연구를 거듭한 결과, 에칭공정 없이 전해도금 공법을 통해서 범프만을 도금함으로써, 신호처리의 고속화 및 소형화 요구에 부합될 수 있는 인쇄회로기판용 범프를 간단하고 경제적인 공정을 통해서 제공할 수 있는 범프의 형성방법을 발견하였으며, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 간단하고 경제적인 공정을 통해서 범프를 형성하는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 범프를 이용하여 단축된 공정을 통해서 고밀도 회로 자유도를 갖는 인쇄회로기판의 경제적인 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 범프 형성방법은 (a) 베이스 동박을 제공하는 단계, (b) 상기 베이스 동박에 포토 레지스트층을 형성시키는 단계, (c) 노광 및 현상 공정을 통해 상기 포토 레지스트층에 범프 형성용 개구부를 형성시키는 단계, (d) 전기 동도금 공정을 통해 상기 개구부를 범프용 구리로 채우는 단계, 및 (e) 상기 포토 레지스트층을 제거하여 구리 범프를 형성시키는 단계를 포함한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인쇄회로기판 제조방법은 (a) 본 발명에 따라 제조된 범프에 절연층을 형성시키는 단계, (b) 상기 절연층 상단에 동박층을 형성시키는 단계, (c) 상기 범프의 상·하단에 랜드가 형성되도록 외층 동박을 패턴닝하는 단계, (d) 상기 패턴닝된 기판의 외층에 상기 단계 (a)에서 얻은 기판을 적층시키는 단계, (e) 상기 적층된 기판의 외층에 회로를 형성시키는 단계를 포함한다.

도 1a∼1f는 종래기술에 따른 인쇄회로기판용 범프의 형성방법에 따라 제조된 범프의 상태를 나타낸 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따라 베이스 동박에 포토 레지스트층이 형성된 상태를 나타낸 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따라 노광 및 현상 공정을 통해 상기 포토 레지스트층에 범프 형성용 개구부가 형성된 상태를 나타낸 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따라 전기 동도금 공정을 통해 상기 개구부에 범프용 구리가 채워진 상태를 나타낸 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따라 상기 포토 레지스트층이 제거되어 구리 범프가 형성된 상태를 나타낸 단면도이다.

도 6은 본 발명에 따라 상기 도 5에 나타낸 범프에 절연층이 형성된 상태를 나타낸 단면도이다.

도 7은 본 발명에 따라 상기 절연층 상단에 동박층이 형성된 상태를 나타낸 단면도이다.

도 8은 본 발명에 따라 상기 범프의 상·하단에 랜드가 형성되도록 상기 외층 동박을 패턴닝한 상태를 나타낸 단면도이다.

도 9a 및 9b는 본 발명에 따라 상기 패턴닝된 기판의 외층에 도 6에 나타낸 기판이 적층된 상태를 나타낸 단면도이다.

도 10은 본 발명에 따라 상기 적층된 기판의 외층에 회로를 형성한 후, 솔더 레지스트, 표면처리 및 외형가공된 최종 인쇄회로기판을 나타낸 단면도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

1: 베이스 동박2: Ni

3: 범프용 구리4: 포토 레지스트층

5: 개구부6: 범프

7: 절연층8: 동박

9: 랜드

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

전술한 바와 같이, 본 발명에서는 에칭공정 없이 전해도금 공법을 통해서 범프만을 도금함으로써 간단하고 경제적인 공정을 통해서 고밀도 회로 자유도를 갖는범프의 형성방법 및 이로부터 제조된 범프를 이용한 인쇄회로기판의 제조방법을 제공한다.

인쇄회로기판은 통상적으로 산업 분야에서 패널이라고 칭명되는 하나 이상의 기본 구조 블록으로부터 제조된다. 패널은 유전층의 한면 또는 양면을 완전히 덮고 있고, 여기에 부착되어 있는 전도층을 포함하는 특정 크기의 쉬이트(sheet)이다. 상기 연속 전도층은 피복재로 통칭되며, 일반적으로 상기 피복재로는 구리가 사용된다. 또한, 상기 패널 유전층은 기재층으로 통칭되며, 상기 기재로는 일반적으로 에폭시가 함침된 제직 유리 매트(유리-에폭시)가 사용된다.

인쇄회로기판은 특정 크기 및 특정 형태의 쉬이트로서, 전기 부재들을 장착시켜 기능성 전자 장치, 예를 들면, 컴퓨터 기억 부품을 제공할 수 있다. 인쇄회로기판은 캐패시터, 레지스터 및 집적회로칩(IC)과 같은 조립된 전기 부재에 기계적 지지체로서 제공되어 이들을 전기적으로 접속시킨다. 2개 이상의 IC를 포함하는 인쇄회로기판은 멀티칩 부품(MCM)으로 칭명된다.

인쇄회로기판은 단면화, 이면화 및 다층화된 3가지 형태의 것들이 있다. 단면화 인쇄회로기판은 하나의 유전 기재층과 하나의 회로층으로 이루어져 있다. 회로층은 조립 부품들을 접지시키거나, 또는 컴퓨터와 같은 대형 장치를 발전 및 접지시키는 하나 이상의 전기 회로를 함유하는 인쇄회로기판의 전도층이다. 이면화 인쇄회로기판은 하나의 유전 기재층과 2개의 회로판을 포함한다. 다층 인쇄회로기판은 유전층(여기서, 유전층은 유전 기재층이거나, 유전 접착층일 수 있음)과 회로층의 적층체이다. 유전 접착층은 일반적으로 다층 인쇄회로기판을 제작하는데 사용되는 다수의 층들을 함께 결합시키는데 사용된다. 적층시키기 전, 필름 형태로 존재하는 유전 접착층은 프리프레그(prepreg)로 통칭된다.

회로층은 인쇄 회로를 형성하는 전도체로서 칭명되는 형태(즉, 전기 회로)를 포함한다. 전도체는 인쇄회로기판의 회로층의 전기 전도 영역이다. 전도체의 예에는 라인(line), 랜드(land)(IC, 캐패시터 및 레지스터와 같은 전기 부재가 인쇄회로기판에 연결되어 있는 영역), 비아(via)(2개 이상의 회로층을 접속시키는 금속 도금된 홀), 범프 및 환형 링(ring) 등이 포함된다. 일반적으로, 인쇄회로기판의 회로층은 감광성 내식막/에칭 공정으로 패널의 피복재에 생성된다. 하나 이상의 인쇄회로기판 회로층을 표면에 포함하는 유전층을 이후로는 처리된 패널로서 언급할 것이다.

통상의 다층 인쇄회로기판은 양면에 회로층을 포함하는 2개의 처리된 패널을 적층시켜 형성시킨다. 이러한 처리된 패널은 통상적으로 프리프레그를 사용하여 함께 적층시킨다. 유리-에폭시 기재를 함유하는 인쇄회로기판을 제작하는데 있어서, 프리프레그는 통상적으로 부분적으로 경화된 유리-에폭시 필름이다. 처리된 패널은, 회로층을 프리프레그에의 접착을 촉진시키는 화합물로 처리함으로써 적층을 위해 추가로 제조된다. 처리된 패널과 프리프레그의 교호층을 다이에 위치시킨다. 처리된 패널과 프리프레그 뿐만 아니라, 다이에서 바닥층과 최상층으로서 프리프레그, 및 이어서 금속 호일층(통상적으로, 구리층)을 포함하는 것이 통상적이다. 프리프레그, 처리된 패널 및 금속 호일을 열 및 압력을 다이에 가하여 적층시킨다. 적층시키고 나면, 프리프레그와 금속 호일은 적층체의 외부 피복재를 제공한다.이어서, 적층체를 상기한 이면화 인쇄회로기판 공정 또는 이와 유사한 공정을 이용하여 가공 처리하여 다층 인쇄회로기판을 형성시킨다.

한편, 컴퓨터 및 셀 방식의 전화와 같은 전자 장치는 컴퓨팅 속도와 용량이 계속 증가하면서 크기가 감소함에 따라, 인쇄회로기판의 회로 밀도는 증가하고 용적은 감소한다. 인쇄회로기판 회로 밀도는 인쇄회로기판 표면적에 접착할 수 있는 도선을 접속하는 부재의 수로서 정의되고 이러한 수에 비례한다. 인쇄회로기판의 회로 밀도가 증가하고 용적의 감소가 요구됨에 따라서, 보다 얇은 유전 기재층, 보다 얇은 피복층, 보다 좁은 전도체 간격 및 보다 좁은 전도체 폭 등이 필요하다. 특히, 전자 신호처리의 고속화에 따른 고밀도 실장요구에 부합하기 위하여, HDI(high density interconnect) 인쇄회로기판을 제작하는데 있어서 요구되는 중요한 일면 중 하나는 고밀도 배선 및 회로 자유도를 구현할 수 있는 층간 접속방법이다. 최근 들어, 이러한 인쇄회로기판의 층간 접속방법의 하나로서 다양한 잇점을 갖는 범프를 사용한 접속이 널리 행해지고 있다.

본 발명은 종래의 인쇄회로기판용 범프 형성방법, 특히 전해도금 공법을 이용한 범프 형성방법의 공정을 좀 더 간소화시켜 보다 경제적인 공정을 통해 범프를 형성할 수 있는 방법을 제공한다. 본 발명의 범프 형성방법은 베이스 동박을 제공하는 단계, 상기 베이스 동박에 포토 레지스트층을 형성시키는 단계, 노광 및 현상 공정을 통해 상기 포토 레지스트층에 범프 형성용 개구부를 형성시키는 단계, 전기 동도금 공정을 통해 상기 개구부를 범프용 구리로 채우는 단계, 및 상기 포토 레지스트층을 제거하여 구리 범프를 형성시키는 단계를 포함한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 베이스 동박(1)에 포토 레지스트층(4)을 도포한 후, 통상적인 방법에 따라 노광 및 현상하여 범프 형성용 개구부(5)를 형성시킨다. 상기 베이스 동박(1)은 범프의 접착성을 좋게 하고, 범프 형성시 씨드 금속(seed metal)역할을 한다. 한편, 상기 포토 레지스트는 드라이 필름 또는 액상 레지스트가 바람직하다. 이 때, 상기 개구부(5)는 베이스 동박면에서 50∼300㎛의 직경(bottom) 및 상층부 30∼250㎛의 직경을 가지며, 40∼200㎛의 높이를 갖는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않고 목적하는 특성에 따라 조절하여 형성될 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 개구부(5)는 선택적인 전기 동도금 공정을 통해 범프용 구리(3)로 채운 다음, 통상의 공지된 박리액 등을 사용하여 상기 포토 레지스트층(4)을 제거하여 구리 범프(6)를 형성시킨다. 상기 전기 동도금 공정에 사용되는 전해도금법은 도금시키려는 물질과 도금액에 전극을 연결하여 도금액을 전기분해 시킴으로써 도금시키려는 물질 표면에 도금층을 형성하는 방법이다.

본 발명에 따른 범프의 형성방법의 모든 단계에서는 릴-투-릴(reel to reel) 공법이 적용될 수 있다. 상기 릴-투-릴 공법은 기존의 패널로 진행하는 경우 캐리어(carrier)가 18㎛의 두께 동박으로 인해 손상되는 등의 문제점을 개선할 수 있을 뿐만 아니라 완전자동화 생산이 가능하여 대량생산이 용이하고 5㎛ 이내의 편차로 균일한 범프를 형성시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 종래기술에서 레이저드릴을 이용한 경우 고가의 장비와 생산성이 낮은 문제점이 있는 반면, 본 발명에 따른 범프의 형성방법은 드라이 필름과 같은 포토레지스트를 사용하여 범프의 위치 및 크기를 선택 조정하여 일괄적으로 형성시킴으로써 범프 형성시간을 단축시킬 뿐만 아니라 대량생산이 가능하여 생산성 및 경제적 측면에서 우수하다. 또한, 종래 기술에서 적용되던 Ni 전기도금 공정 및 범프 에칭 공정이 생략되어 보다 간단한 공정을 통해 에칭시간 및 동도금량을 감소시켜 경제적으로 범프를 형성시킬 수 있다.

아울러, 전술한 바에 따라 제조된 범프는 당해분야에 다음의 공정에 따라 인쇄회로기판에 적용되어 좀 더 단순화된 전체공정을 통해 고밀도 회로 자유도가 구현된 인쇄회로기판을 경제적으로 제공할 수 있다.

본 발명의 인쇄회로기판 제조방법은 (a) 본 발명에 따라 제조된 범프에 절연층을 형성시키는 단계, (b) 상기 절연층 상단에 동박층을 형성시키는 단계, (c) 상기 범프의 상·하단에 랜드가 형성되도록 외층 동박을 패턴닝하는 단계, (d) 상기 패턴닝된 기판의 외층에 상기 단계 (a)에서 얻은 기판을 적층시키는 단계, (e) 상기 적층된 기판의 외층에 회로를 형성시키는 단계를 포함한다.

도 6을 참조하면, 전술한 바와 같이 제조된 범프(6)에 고점도 액상의 에폭시 수지를 도포하거나 또는 코팅하여 절연층(7)을 형성시킨다. 상기 고점도 액상의 에폭시 수지(Dk: 3.6)는 기존에 통상적으로 사용되던 유리 에폭시 프리프레그(Dk 4.5)에 비하여 유전율을 낮출 수 있고, 도포량 및 도포횟수에 따라 절연층의 두께를 다양하게 조절할 수 있을 뿐만 아니라 유리 가공시의 문제점이 발생되지 않아 특히 바람직하다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 절연층(7) 상단에 당해 분야에 공지된 전해또는 무전해 도금법을 통해 동박층(8)을 형성시키고 압력을 가하여 성형한 다음, 상기 범프(6)의 상·하단에 랜드(9)가 형성되도록 외층 동박(1, 8)을 패턴닝한다.

도 9를 참조하면, 상기 패턴닝된 기판의 외층에 상기 단계 도 6에 나타낸 기판을 각각 적층하여 상기 비아 범프(6)및 상기 랜드(9)를 정렬시킨 다음, 온도와 압력을 이용하여 층과 층이 결합력을 갖는 다층 기판을 형성시킨다.

도 10을 참조하면, 상기 적층된 다층 기판의 외층 동박(1)을 패턴닝하여 회로를 형성시킨 후, 솔더 레지스트를 도포하고 솔더 레지스트가 도포된 면에 레지스트를 밀착시킨 다음 적절한 노광시간 동안 노광을 수행하고, 솔더 레지스트 현상액에 담궈서 불필요한 부분을 용해함으로써 솔더 레지스트를 인쇄한다. 다음으로, 당해분야에 공지된 바에 따라 표면처리 및 상기 표면처리된 기판을 외형가공하여 최종 인쇄회로기판을 얻는다.

본 발명에 따른 인쇄회로기판의 제조방법에 있어서, 외형가공 단계 이전의 모든 단계에서 또한 릴-투-릴 공법이 적용될 수 있다. 본 발명에 따르면, 전술한 바에 따라 제조된 범프는 본 발명의 공정에 따라 인쇄회로기판에 적용되어 좀 더 단순화된 전체공정을 통해 인쇄회로기판을 경제적으로 대량 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 고밀도 회로 자유도가 구현된 인쇄회로기판을 제공할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 에칭공정 없이 전해도금 공법을 통해서 범프만을 도금함으로써, 신호처리의 고속화 및 소형화 요구에 부합될 수 있는 고밀도 회로 자유도를 구현할 수 있는 범프 및 이를 이용한 인쇄회로기판을 간단하고 경제적인 공정을 통해서 제공할 수 있다.

Claims (7)

1. (a) 베이스 동박을 제공하는 단계;

   (b) 상기 베이스 동박층 상에 포토 레지스트층을 형성시키는 단계;

   (c) 노광 및 현상 공정을 통해 상기 포토 레지스트층에 범프 형성용 개구부를 형성시키는 단계;

   (d) 전기 동도금 공정을 통해 상기 개구부를 범프용 구리로 채우는 단계; 및

   (e) 상기 포토 레지스트층을 제거하여 구리 범프를 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판용 범프의 형성방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 포토 레지스트는 드라이 필름 또는 액상 레지스트인 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판용 범프의 형성방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 단계 (a) 내지 단계 (e)에서 릴-투-릴(reel to reel) 공법이 적용되는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판용 범프의 형성방법.
4. (a) 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따라 제조된 범프에 절연층을 형성시키는 단계;

   (b) 상기 절연층 상단에 동박층을 형성시키는 단계;

   (c) 상기 범프의 상·하단에 랜드가 형성되도록 외층 동박을 패턴닝하는 단계;

   (d) 상기 패턴닝된 기판의 외층에 상기 단계 (a)에서 얻은 기판을 적층시키는 단계; 및

   (e) 상기 적층된 기판의 외층에 회로를 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 제조방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 방법은

   (f) 솔더 레지스트 및 표면처리를 수행하는 단계; 및

   (g) 상기 표면처리된 기판을 외형가공하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 제조방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 절연층은 고정도 액상의 에폭시 수지를 도포하거나 또는 코팅하여 형성되는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 제조방법.
7. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 단계 (a) 내지 단계 (f)에서 릴-투-릴 공법이 적용되는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 제조방법.