KR20120115033A - 인쇄회로기판 및 그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인쇄회로기판에 대한 것으로, 이 기판은 패드 및 회로 패턴을 포함하는 절연기판, 상기 패드를 노출하는 개구부를 가지며, 상기 회로 패턴을 매립하는 솔더 레지스트, 상기 패드 위에 돌출되어 솔더 레지스트의 개구부를 매립하며, 제1 금속을 포함하는 합금으로 형성되는 패드돌기부, 그리고 상기 패드돌기부 위에 형성되어 있으며, 상기 제1 금속 및 상기 제1 금속과 다른 제2 금속이 균일하게 혼합되어 있는 합금으로 형성되는 솔더를 포함한다. 따라서, 조성에 따라 솔더를 형성할 복수의 금속층을 도금한 뒤 리플로우를 수행함으로써 서로 다른 층에 형성되어 있는 복수의 금속 성분이 상하방향으로 확산되어 솔더 조성이 균일하게 이루어진다.

Description

인쇄회로기판 및 그의 제조 방법{The printed circuit board and the method for manufacturing the same}

본 발명은 인쇄회로기판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

회로 기판은 전기 절연성 기판에 회로 패턴을 포함하는 것으로서, 전자 부품 등을 탑재하기 위한 기판이다.

도 1은 종래의 인쇄회로기판을 도시한 단면도이다.

도 1을 참고하면, 인쇄회로기판(10)의 절연층(1) 상에 회로패턴(2)과 연결되어 패드(3)가 형성된다. 상기 패드(3)는 그에 실장되거나 연결되는 부품의 종류에 따라 다양한 형상으로 될 수 있다.

이러한 패드(3)는 솔더 레지스트(4)의 개구부(5)에 의해 노출되어 솔더볼(7)과 접착함으로써 소자를 장착할 수 있으며, 와이어 본딩할 수도 있다.

상기 패드(3)는 일반적으로 절연층(1) 위에 형성되어 있는 동박층을 패터닝하여 회로패턴(2)과 동시에 형성될 수 있으며, 솔더(7)와의 접착 시 높이보상을 위한 돌기부(6)를 더 포함할 수 있다.

상기 솔더(7)는 주석(79)을 포함하는 솔더 페이스트를 도포한 후 리플로우를 수행하여 돌기부(6)를 이루는 구리(76)와 솔더 페이스트의 주석(79)이 확산함으로써 주석-구리를 포함하는 솔더(7)가 형성된다.

이때, 주석(79)과 구리(76)가 균일하게 확산되지 않고, 솔더(7) 상부에는 주석(79) 성분이 주로 밀집되어 있고, 솔더(7) 하부에는 구리(76) 성분이 주로 밀집되어 있어 솔더(7) 조성이 불균일하게 형성되는 문제점이 있다.

실시예는 새로운 인쇄회로기판을 제안한다.

실시예는 새로운 솔더를 제안함으로써 성분이 균일하게 혼합되어 있는 솔더를 포함하는 인쇄회로기판 및 그의 제조 방법을 제공한다.

실시예는 패드 및 회로 패턴을 포함하는 절연기판, 상기 패드를 노출하는 개구부를 가지며, 상기 회로 패턴을 매립하는 솔더 레지스트, 상기 패드 위에 돌출되어 솔더 레지스트의 개구부를 매립하며, 제1 금속을 포함하는 합금으로 형성되는 패드돌기부, 그리고 상기 패드돌기부 위에 형성되어 있으며, 상기 제1 금속 및 상기 제1 금속과 다른 제2 금속이 균일하게 혼합되어 있는 합금으로 형성되는 솔더를 포함하는 인쇄회로기판을 제공한다.

한편, 실시예에 따른 인쇄회로기판의 제조 방법은 회로 패턴 및 패드가 형성되어 있는 절연 플레이트를 준비하는 단계, 상기 패드를 노출하는 개구부를 형성하는 솔더 레지스트를 상기 절연 플레이트 위에 부착하는 단계, 상기 솔더 레지스트 위에 무전해도금하여 씨드층을 형성하는 단계, 상기 씨드층 위에 상기 솔더 레지스트의 개구부와 정렬하는 개구부를 가지는 드라이 필름을 형성하는 단계, 상기 개구부를 매립하는 제1 금속을 포함하는 합금으로 패드돌기부를 형성하는 단계, 상기 패드돌기부 위에 상기 제1 금속과 다른 제2 금속을 포함하는 제1 합금층을 형성하는 단계, 상기 제1 합금층 위에 상기 제1 금속을 포함하는 제2 합금층을 형성하는 단계, 그리고 상기 제1 합금층과 제2 합금층을 열처리하여 솔더를 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 조성에 따라 솔더를 형성할 복수의 금속층을 도금한 뒤 리플로우를 수행함으로써 서로 다른 층에 형성되어 있는 복수의 금속 성분이 상하방향으로 확산되어 솔더 조성이 균일하게 이루어진다.

도 1은 종래의 인쇄회로기판의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인쇄회로기판의 단면도이다.
도 3 내지 도 13은 도 2의 인쇄회로기판을 제조하기 위한 방법을 나타내는 단면도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 솔더층의 적층 구조를 나타내는 것이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 솔더층의 적층 구조를 나타내는 것이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

본 발명은 패드 위에 솔더를 복수의 층으로 도금 후 리플로우를 수행함으로써 균일하게 확산되어 있는 솔더를 제공한다.

이하에서는 도 2 내지 도 13을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 인쇄회로기판을 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인쇄회로기판의 단면도이다.

도 2를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 인쇄회로기판(100)은 절연 플레이트(110), 상기 절연 플레이트(110) 위에 형성되는 회로 패턴(125)과 연결되어 있는 기저패드(120) 및 상기 회로 패턴(125)을 덮는 솔더 레지스트(130) 및 상기 인쇄회로기판(100)의 기저패드(120)와 반도체 소자(도시하지 않음)를 접착하는 솔더(160)를 포함한다.

상기 절연 플레이트(110)는 단일 회로 패턴이 형성되는 인쇄회로기판의 지지기판일 수 있으나, 복수의 적층 구조를 가지는 인쇄회로기판 중 한 회로 패턴(도시하지 않음)이 형성되어 있는 절연층 영역을 의미할 수도 있다.

상기 절연 플레이트(110)가 복수의 적층 구조 중 한 절연층을 의미하는 경우, 상기 절연 플레이트(110)의 상부 또는 하부에 복수의 회로 패턴(도시하지 않음)이 연속적으로 형성될 수 있다.

상기 절연 플레이트(110)는 열경화성 또는 열가소성 고분자 기판, 세라믹 기판, 유-무기 복합 소재 기판, 또는 글라스 섬유 함침 기판일 수 있으며, 고분자 수지를 포함하는 경우, 에폭시계 절연 수지를 포함할 수 있으며, 이와 달리 폴리 이미드계 수지를 포함할 수도 있다.

상기 절연 플레이트(110) 위에 복수의 회로 패턴(125)과 연결되어 있는 복수의 기저패드(120)가 형성되어 있다. 상기 기저패드(120)는 실장되는 반도체 소자(도시하지 않음)를 장착하는 범프로서 솔더(160)가 부착되는 기저패드(120)를 의미한다.

상기 회로 패턴(125) 및 기저패드(120)는 전도성 물질로 형성되며, 절연 플레이트(110) 상에 형성되는 동박층을 동시에 패터닝하여 형성될 수 있다. 따라서, 상기 회로 패턴(125) 및 기저패드(120)는 구리를 포함하는 합금으로 형성되며 표면에 조도가 형성될 수 있다.

상기 절연 플레이트(110) 위에 회로 패턴(125)을 덮으며 솔더 레지스트(130)가 형성되어 있다.

솔더 레지스트(130)는 절연 플레이트(110)의 표면을 보호하기 위한 것으로 절연 플레이트(110)의 전면에 형성되며, 노출되어야 하는 기저패드(120)의 상면을 개방하는 개구부(131)를 가진다.

노출되어 있는 기저패드(120)의 상면 및 개구부(131)의 측면에 씨드층(140)이 형성되어 있다.

상기 씨드층(140)은 무전해동도금을 수행하여 형성할 수 있으며, 도 2와 같이 개구부(131)로부터 연장되는 솔더 레지스트(130)의 상면까지 확장되어 있을 수 있다.

상기 씨드층(140) 위에 상기 개구부(131)를 매립하며 패드돌기부(150)가 형성되어 있다.

상기 패드돌기부(150)는 상기 기저패드(120)와 상기 솔더(160) 사이의 높이차를 보상하기 위한 것으로서, 씨드층(140)과 동일한 구리(160a)를 포함하는 합금으로 형성되어 있다.

상기 패드돌기부(150)는 상기 개구부(131)와 동일한 높이로 형성될 수 있으나, 도 2와 같이 씨드층(140)이 확장되어 있는 솔더 레지스트(130)의 상면까지 형성되어 있을 수 있다.

상기 패드돌기부(150) 위에 솔더(160)가 형성되어 있다.

상기 솔더(160)는 주석(160b) 및 구리(160a)를 포함하는 합금으로 형성될 수 있으며, 상기 솔더(160) 내에 정해진 함량의 구리(160a)와 주석(160b) 성분이 균일하게 분산되어 크랙 없이 접착성이 향상된 솔더(160)를 포함한다.

상기 솔더(160)를 구성하는 구리(Cu)(160a)는 형성하고자 하는 솔더(160)의 인장강도를 향상시키는 역할을 하여 상기 기계적 충격에 대한 내성을 부여한다. 상기 솔더(160)를 구성하는 주석(Sn)(160b)은 접합모재에 융점을 낮추어주고, 합금의 제조비용에 큰 영향을 미치는 원소이고, 그 함량이 너무 많거나 적으면 솔더(160)의 융점이 높아져 리플로우 시 그 품질이 저하되어 부품의 내구성에 악영향을 미치는 특성을 가진다.

바람직하게는, 솔더(160)는 구리(160a) 0.7중량% 및 여분의 주석(160b)을 포함할 수 있다.

이하에서는 도 3 내지 도 13을 참고하여 도 2의 인쇄회로기판의 제조 방법을 설명한다.

먼저, 도 3과 같이 절연 플레이트(110)를 준비하고, 절연 플레이트(110) 위에 도전층(도시하지 않음)을 적층하며, 절연 플레이트(110)가 절연층인 경우, 절연층과 도전층의 적층 구조는 통상적인 CCL(copper clad laminate)일 수 있다.

상기 도전층을 식각하여 기저패드(120) 및 회로 패턴(125)을 형성한다.

다음으로, 도 4와 같이, 상기 기저패드(120) 위의 제1 금속층(130)을 개방하는 개구부(131)를 갖도록 솔더 레지스트(130)를 형성한다. 상기 솔더 레지스트(130)의 개구부(131)는 상기 기저패드(120)의 폭보다 작은 폭을 갖도록 형성될 수 있으며, 기저패드(120)를 제외한 회로 패턴(125)을 덮으며 형성된다.

다음으로, 도 5와 같이 상기 솔더 레지스트(130) 및 노출되어 있는 기저패드(120) 상부에 무전해도금을 수행하여 씨드층(140)을 형성한다.

이때, 씨드층(140)을 형성하기 전에 상기 솔더 레지스트(130)의 개구부(131)의 측면 및 상면에 조도를 부여하도록 디스미어 공정을 수행할 수 있다.

상기 씨드층(140)은 구리(160a)를 포함하는 합금으로 형성될 수 있다.

다음으로, 상기 씨드층(140) 위에 상기 개구부(131)를 덮으며 드라이 필름(155)을 부착하고, 상기 개구부(131)와 정렬하는 개구부(156)를 형성한다.

상기 드라이 필름(155)의 개구부(156)는 솔더 레지스트(130)의 개구부(131)보다 큰 폭을 가질 수 있으며, 이와 달리 동일한 폭을 가질 수도 있다.

상기 드라이 필름(155)의 개구부(156)는 레이저를 조사하여 형성할 수 있으나, 이와 달리 물리적인 방법, 펀칭 또는 드릴링을 통하여 형성할 수도 있다.

다음으로 상기 드라이 필름(155)의 개구부(156)를 통해 노출되어 있는 씨드층(140)을 씨드로 상기 솔더 레지스트(130)와 드라이 필름(155)의 개구부(131, 156)를 매립하도록 전해동도금을 수행한다.

상기 전해동도금에 의해 상기 드라이 필름(155)의 일부 높이까지 패드돌기부(150)가 형성되며, 이때, 패드돌기부(150)는 드라이 필름(155)의 개구부(156)의 폭에 따라 솔더 레지스트(130) 위로 확장된 영역을 가질 수도 있다.

다음으로, 도 9와 같이 상기 패드돌기부(150) 위에 주석(160b)을 포함하는 합금을 전해도금하여 주석도금층(161)을 형성한다. 이때, 주석도금층(161)은 주석(160b)과 함께 P(인), B(붕소), W(텅스텐) 또는 Co(코발트)와의 합금을 형성할 수 있다.

다음으로, 상기 주석도금층(161) 위에 구리(160a)를 포함하는 합금을 전해도금하여 구리도금층(162)을 더 형성한다. 이때, 구리도금층(162)은 구리(160a)와 함께 P(인), B(붕소), W(텅스텐) 또는 Co(코발트)와의 합금을 형성할 수 있다.

도 10과 같이 패드돌기부(150) 위에 주석도금층(161) 및 구리도금층(162)이 순차적으로 형성되면, 구리(160a)-주석(160b)-구리(160a)의 적층구조가 형성된다.

이때, 주석도금층(161)과 구리도금층(162)의 두께는 솔더(160)의 주석(160b)과 구리(160a)의 함량에 따라 결정되며, 상기 구리도금층(162)의 두께는 씨드층(140)의 두께를 제외한 두께만큼이 주석(160b)과의 함량에 따라 결정되는 두께가 된다.

다음으로 도 11과 같이 상기 드라이 필름(155)을 제거하고, 하부의 솔더 레지스트(130)가 노출되도록 씨드층(140)을 식각한다.

이때, 상부의 구리도금층(162)도 씨드층(140)이 식각될 때 동일한 높이만큼 식각되며, 씨드층(140) 식각 이후에 잔류하는 구리도금층(162)의 두께와 주석도금층(161)의 두께에 따라 솔더의 주석(160b)-구리(160a) 함량이 결정된다.

따라서, 씨드층(140)의 두께를 고려하여 구리도금층(162)을 도금한다.

다음으로 도 13과 같이 리플로우 열처리를 수행하여 구형의 솔더(160)를 형성한다.

상기 열처리에 의해 주석도금층(161)과 구리도금층(162)의 주석(160b)성분 및 구리(160a) 성분이 확산될 때, 패드돌기부(150)의 구리(160a)성분도 주석도금층(161)으로 확산됨으로써 주석(160b)성분은 상하방향으로 확산이 진행되고, 주석도금층(161)의 상하부에서 구리(160a)성분이 확산됨으로써 솔더(160) 내에 구리(160a)와 주석(160b) 성분이 균일하게 혼합되어 합금을 형성한다.

이때, 도 14 및 도 15와 같이 도금층을 형성하여 솔더를 형성할 수도 있다.

도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 솔더층의 적층 구조를 나타내는 것이고, 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 솔더층의 적층 구조를 나타내는 것이다.

도 14의 인쇄회로기판(100A)은 도 3 내지 도 10의 공정이 동일하게 진행된 것으로서, 도 10에서 구리도금층(162) 위에 주석도금층(163)이 더 형성된 것이다.

따라서, 도 12에서와 같이 씨드층(140)을 제거할 때, 식각선택성에 의해 표면의 주석도금층(163)은 식각되지 않아 도금한 두께에 따라 성분비를 유지할 수 있다.

도 14의 인쇄회로기판(100A)은 도 13의 리플로우 열처리에 의해 솔더(160)를 형성하며, 솔더(160)는 구리(160a)의 패드돌기부(150)-주석도금층(161)-구리도금층(162)-주석도금층(163)이 서로 확산함으로써 더욱 균일하게 주석(160b)과 구리(160a)성분이 혼합될 수 있다.

한편, 도 15의 인쇄회로기판(100B)은 도 3 내지 도 10의 공정이 동일하게 진행된 것으로서, 도 10에서 구리도금층(162) 위에 은(Ag)을 포함하는 합금층인 은도금층(164)이 더 형성되어 있는 구조를 도시한 것이다.

은도금층(164)이 형성되는 경우, 리플로우에 의해 형성되는 솔더(160)는 주석(160b)-은(Ag)-구리(160a)의 합금으로 형성되며, 은 성분이 함유됨으로써 와이어 부착력이 향상된다.

이상에서는 하나의 도금층이 하나의 성분을 포함하는 것으로 도시하였으나, 이와 달리 주석도금층(161)이 주석(160b)-은 합금도금층일 수 있으며, 이러한 경우 형성되는 솔더 역시 주석(160b)-은(Ag)-구리(160a)의 합금을 형성한다.

상기와 같이 리플로우 공정이 종료하면, 솔더 레지스트(130) 위의 불순물을 제거하는 클리닝 공정을 수행함으로서 인쇄회로기판의 제조 공정을 종료할 수 있으며, 복수의 집적칩을 와이어 본딩 등을 통하여 상기 솔더와 접착하여 패키징할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

인쇄회로기판 100
절연 플레이트 110
회로 패턴 125
패드 120
솔더 160

Claims (14)

1. 패드 및 회로 패턴을 포함하는 절연기판,
   상기 패드를 노출하는 개구부를 가지며, 상기 회로 패턴을 매립하는 솔더 레지스트,
   상기 패드 위에 돌출되어 솔더 레지스트의 개구부를 매립하며, 제1 금속을 포함하는 합금으로 형성되는 패드돌기부, 그리고
   상기 패드돌기부 위에 형성되어 있으며, 상기 제1 금속 및 상기 제1 금속과다른 제2 금속이 균일하게 혼합되어 있는 합금으로 형성되는 솔더
   를 포함하는 인쇄회로기판.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 금속은 구리(Cu)를 포함하며,
   상기 제2 금속은 주석(Sn)을 포함하는 인쇄회로기판.
3. 제1항에 있어서,
   상기 솔더는 제1 및 제2 금속과 다른 제3 금속을 더 포함하는 인쇄회로기판.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제3 금속은 은(Ag)을 포함하는 인쇄회로기판.
5. 제1항에 있어서,
   상기 패드와 상기 패드돌기부 사이에 씨드층을 더 포함하는 인쇄회로기판.
6. 제5항에 있어서,
   상기 씨드층은 상기 제1 금속을 포함하는 합금으로 형성되는 인쇄회로기판.
7. 제5항에 있어서,
   상기 씨드층과 상기 패드돌기부는 상기 솔더 레지스트 상면으로 확장되는 확장부를 더 포함하는 인쇄회로기판.
8. 회로 패턴 및 패드가 형성되어 있는 절연 플레이트를 준비하는 단계,
   상기 패드를 노출하는 개구부를 형성하는 솔더 레지스트를 상기 절연 플레이트 위에 부착하는 단계,
   상기 솔더 레지스트 위에 무전해도금하여 씨드층을 형성하는 단계,
   상기 씨드층 위에 상기 솔더 레지스트의 개구부와 정렬하는 개구부를 가지는드라이 필름을 형성하는 단계,
   상기 개구부를 매립하는 제1 금속을 포함하는 합금으로 패드돌기부를 형성하는 단계,
   상기 패드돌기부 위에 상기 제1 금속과 다른 제2 금속을 포함하는 제1 합금층을 형성하는 단계,
   상기 제1 합금층 위에 상기 제1 금속을 포함하는 제2 합금층을 형성하는 단계, 그리고
   상기 제1 합금층과 제2 합금층을 열처리하여 솔더를 형성하는 단계
   를 포함하는 인쇄회로기판의 제조 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제2 합금층을 형성한 뒤,
   상기 드라이 필름을 제거하는 단계, 그리고
   상기 씨드층을 제거하는 단계를 더 포함하는 인쇄회로기판의 제조 방법.
10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 합금층 위에 상기 제2 금속을 포함하는 제3 합금층을 형성하는 단계를 더 포함하는 인쇄회로기판의 제조 방법.
11. 제8항에 있어서,
    상기 제1 금속은 구리를 포함하며, 상기 제2 금속은 주석을 포함하는 인쇄회로기판의 제조 방법.
12. 제8항에 있어서,
    상기 제2 합금층 위에 상기 제2 금속과 다른 제3 금속을 포함하는 제3 합금층을 형성하는 단계를 더 포함하는 인쇄회로기판의 제조방법.
13. 제12항에 있어서,
    상기 제3 금속은 은(Ag)을 포함하는 합금인 인쇄회로기판의 제조 방법.
14. 제8항에 있어서,
    상기 제1 합금층은 주석과 은의 합금을 포함하는 인쇄회로기판의 제조 방법.

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