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KR100443736B1 - 범프를 이용한 고집적 인쇄회로기판의 제조 방법 - Google Patents

범프를 이용한 고집적 인쇄회로기판의 제조 방법 Download PDF

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KR100443736B1
KR100443736B1 KR10-2002-0021983A KR20020021983A KR100443736B1 KR 100443736 B1 KR100443736 B1 KR 100443736B1 KR 20020021983 A KR20020021983 A KR 20020021983A KR 100443736 B1 KR100443736 B1 KR 100443736B1
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Abstract

도금방식에 의하여 도전성 돌기(bump; 이하 범프)를 형성하고, 형성된 범프간의 접속을 통하여 비어홀을 구성하여 경량화 및 고속화한 빌드업 다층 인쇄회로기판을 제조함으로서 휴대 통신기기 및 컴퓨터분야에 적합한 범프를 이용한 고집적 인쇄회로기판의 제조 방법이 개시된다. 본 발명은 원판에 회로를 형성하고 무전해동도금을 실시한 다음 감광성 필름을 적층하고 노광 및 현상으로 범프를 형성하고자 하는 위치에 적층된 감광성 필름을 박리시키는 단계; 감광선 필름의 박리부위에 일정 두께로 전해동도금하여 범프를 형성하고, 범프의 상부에는 범프간 접속을 위한 Sn/Pb도금층을 일정 두께로 형성하는 단계; 감광성 필름을 박리하고, 원판 표면의 Sn/Pb 도금층을 제외한 무전해동도금층을 알칼리 에칭액을 이용하여 제거하고 나서 접착력 향상을 위해 산화물(Oxide)처리를 수행하는 단계; 산화물 처리가 종료된 원판과 원판 사이에 범프의 형성 위치에 소정 직경의 구멍이 가공된 결합시트를 삽입하고, 결합시트와 원판과의 정합을 위하여 가공된 기준 홀을 정합한 다음 적층을 실시하는 단계; 그리고, 적층이 끝나면 표면에 돌출된 범프 및 산화처리(Oxide)층을 제거하는 샌딩(Sanding)처리를 수행하는 단계를 포함한다.

Description

범프를 이용한 고집적 인쇄회로기판의 제조 방법{method for producing high-integrated multi-layer printed circuit board using bump}
본 발명은 범프를 이용한 고집적 인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도금방식에 의하여 도전성 돌기(bump; 이하 범프)를 형성하고, 형성된 범프간의 접속을 통하여 비어홀을 구성하여 경량화 및 고속화한 빌드업 다층 인쇄회로기판을 제조함으로서 휴대 통신기기 및 컴퓨터분야에 적합한 범프를 이용한 고집적 인쇄회로기판의 제조 방법에 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.
빌드업 다층 인쇄회로기판은 절연층과 회로도체를 순차적으로 적층해서 다층회로를 형성하는 방법이다. 빌드업에 의한 다층 인쇄회로기판은 층간회로를 연결하는 극소경의 비어홀 형성이 가능할 뿐만 아니라 회로두께가 얇아서 미세회로 형성이 용이하여 고밀도 회로를 구성할 수 있다.
그러므로 전자 산업이 발달하면서 고기능, 다기능의 제품들이 개발되고 있고 이에 따라 요구되어 지는 인쇄회로기판의 고밀도화, 소형화, 박판화에 대응하는 기술로 각광받고 있으며, 빌드업 다층 인쇄회로기판의 제조에서 다양한 층간 블라인드 비어홀 구성방법에 대한 연구가 필요하게 되었다.
종래의 빌드업 다층 인쇄회로기판 제조과정는 레이저 천공기(Laser Drill)를 이용하여 층간 블라인드 비어홀을 형성하고, 형성된 비어홀을 도금을 통해 층간 도통을 시킨다. 또한, 비어 홀(Via Hole)이 3개의 도전층을 거쳐 형성되는 경우에는반복 작업을 통해 스택 비어(Stack Via)를 형성해야 하고, 비어홀의 표면에 부품을 실장하기 위해서는 홀을 수지로 충진(Hole plugging)한 다음 충진된 수지의 상부에 다시 도금을 해야 한다.
그러므로 종래의 블라인드 비어홀의 형성은 고가의 레이저 천공장비를 보유해야 하며 이를 설치할 장소가 필요하여 비어 홀의 개수가 증가할수록 금전 및 장소의 제약이 있으며, 블라인드 비어 홀(Blind Via Hole)의 경우 적은 지름과 관통이 되지 않은 구조로 인해 도금액의 순환이 어려워 도금 신뢰성에 문제가 있었으며, 스택 비어(Stack Via)의 경우 반복 작업으로 인하여 공정이 증가하고 정합(Registration)불량에 의한 층간 도통이 문제시 되며, 비어 홀의 상부에 부품을 실장하기위해 수지로 홀 충진을 하는 과정이 어렵고, 홀 충진후 다시 도금을 해야하며, 도금을 하더라도 도금 편차에 의해 주위와 높이가 다르게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 인쇄회로기판의 코어(Core)로 사용되는 원판에 기계적 장치를 이용하여 홀을 가공하고 접착되는 층은 도금방식에 의하여 도전성 돌기(bump; 이하 범프)를 형성하고, 형성된 범프간의 접속을 통하여 비어홀을 구성하여 고가의 레이저 드릴(Laser Drill) 및 설치공간의 제약이 없으며,홀(Hole)수에 지배되지 않는 휴대 통신기기 및 컴퓨터분야에 적합한 범프를 이용한 고집적 인쇄회로기판의 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고집적 인쇄회로기판의 일 실시예에 따른 층 구성도를 보여주기 위한 단면도이다.
도 2는 도 1에서 범프를 이용한 접속상태를 보여주기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 고집적 인쇄회로기판의 제조 공정을 설명하기 위한 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 범프 120 : Sn/Pb도금층
210 : 제 1층과 제 2층간 220 : 제 3층과 제 4층간
230 : 제 5층과 제 6층간 212 : 제 2층과 제 3층간
224 : 제 4층과 제 5층간 H : 도통홀
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
원판에 회로를 형성하고 무전해동도금을 실시한 다음 감광성 필름을 적층하고 노광 및 현상으로 범프를 형성하고자 하는 위치에 적층된 감광성 필름을 박리시키는 단계;
감광선 필름의 박리부위에 일정 두께로 전해동도금하여 범프를 형성하고, 범프의 상부에는 범프간 접속을 위한 Sn/Pb도금층을 일정 두께로 형성하는 단계;
감광성 필름을 박리하고, 원판 표면의 Sn/Pb 도금층을 제외한 무전해동도금층을 알칼리 에칭액을 이용하여 제거하고 나서 접착력 향상을 위해 산화물(Oxide)처리를 수행하는 단계;
산화물 처리가 종료된 원판과 원판 사이에 범프의 형성 위치에 소정 직경의 구멍이 가공된 결합시트를 삽입하고, 결합시트와 원판과의 정합을 위하여 가공된 기준 홀을 정합한 다음 적층을 실시하는 단계; 그리고,
적층이 끝나면 표면에 돌출된 범프 및 산화처리(Oxide)층을 제거하는 샌딩(Sanding)처리를 수행하는 단계를 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부된 도 1은 본 발명에 따른 고집적 인쇄회로기판의 층 구성도를 보여주기 위한 단면도이고, 도 2는 도 1에서 범프를 이용한 접속상태를 보여주기 위한 단면도이다.
또한, 도 3은 본 발명에 따른 고집적 인쇄회로기판의 제조 공정을 설명하기위한 흐름도이다.
본 발명에 따른 고집적 인쇄회로기판은 코어(Core)로 사용되는 원판에 기계적 드릴로 홀(Hole)가공을 하고, 접착되는 층은 범프(Bump)를 형성하여 층간도통을 시켜줌으로써 레이저 드릴이 필요하지 않고, 홀(Hole)수에 지배되지 않는다.
범프의 형성 방법은 도 3에서 보는 바와 같이 원판에 회로를 형성하고 전해동도금방식에 의하여 형성되는 도전성 돌기인 범프를 형성하기 위해 원판에 먼저 무전해동도금을 실시한다. 그런 다음 감광성 필름을 적층(Lamination)하고 노광 및 현상으로 범프의 형성부위의 적층된 감광성 필름을 박리시킨다.
감광선 필름의 박리부위 즉, 범프의 형성부위에 도 2에서 보는 바와 같이 30㎛두께로 전해동도금하여 도전성 돌기인 범프(110)를 형성한다. 범프(110)의 상부에는 범프(110)간 접속을 하기 위하여 Sn/Pb(비율=63/37)도금층(120)을 10㎛두께로 형성한다.
이후에, 감광성 필름을 박리하고 무전해동도금층을 제거하는 데, Sn/Pb 도금층(120)은 박리하지 않기 위하여 Sn/Pb도금층과는 반응하지 않고 동박에만 반응하는 알칼리 에칭액을 이용하여 무전해동도금층만을 제거한다. 범프의 형성위치는 비어 홀이 가공되지 않은 원판에는 일반 랜드(Land)의 상부에 범프가 형성되고 비어 홀(Via Hole)이 가공된 원판에는 비어 홀의 랜드(Land)가 범프의 형성 위치가 된다. 여기서, 비어 홀의 랜드에 범프가 형성되는 경우에는 홀의 내부에 도금이 동시에 진행되는 데 홀의 내부가 동에 의해 충진되도록 작업한다.
이와 같이 범프가 형성된 인쇄 회로 기판을 적층하는 경우에 접착력의 향상을 위하여 산화물(Oxide)처리를 하는데, 산화물 처리 이전에 제품 표면에 동도금층과 Sn/Pb도금층이 동시에 존재하므로 Sn/Pb도금층과는 반응하지 않고 동박에만 반응하는 약품 즉, 알칼리 에칭액을 이용하여 무존해 동도금층을 제거하는 것이다.
산화물 처리가 종료되면 범프가 형성된 원판을 한꺼번에 적층하는 데, 먼저 원판과 원판 사이에 끼워지는 결합시트인 프레프레그(Pre-preg)에서 범프 형성 위치를 천공기로 소정 직경의 구멍을 뚫고, 결합시트와 원판과의 정합을 위한 기준 홀도 가공한다. 가공된 결합시트를 원판과 원판사이에 넣고, 기준홀에 리벳등 결합수단에 의하여 정합한 다음 적층을 실시한다. 적층이 끝나면 표면에 돌출된 범프를 샌딩(Sanding)처리에 의하여 제거하는 데 이때, 적층된 원판의 표면에 산화물처리(Oxide)층도 동시에 제거되는 것이다.
이를 다시 설명하면, 범프를 이용한 고집적 다층 인쇄회로 기판의 제조에 있어서, 범프는 회로보다 높이가 높아야 하고 전해도금방식으로 형성하기 위해 원판의 비회로 부분에 전류가 도통해야 하는 문제와 범프 사이에 전도성 접착물질이 필요한 범프간 접속문제를 해결하기 위하여 원판에 회로를 형성한 다음 무전해동도금을 2~3㎛정도 올린후, 감광성필름을 적층하고 감광성 필름을 노광 및 현상한 다음 범프가 형성될 자리에 감광성필름 박리한 다음 전해동도금을 30㎛가량 실시하여 범프층을 형성하고, 범프층의 상부에 Sn/Pb 도금을 10㎛가량 올려준다. 그런 다음 원판의 감광성 필름을 박리하고, 알카리 에칭액으로 무전해동도금층만 제거하면 회로와 단차가 형성된 범프를 만들 수 있다. 범프층이 형성되면 Sn/Pb도금층을 제거하지 않고, 적층시 고온, 고압을 가하게 되면 범프층의 상부에 형성된 Sn/Pb층이 용융하여 서로 접속되어 범프간 결합이 진행되는 것이다.
이와 같이 제조되는 범프를 이용한 고집적 인쇄회로 기판은 원판에 회로를 먼저 형성하고 범프를 형성해야 회로와 범프의 높이 차이에 의하여 범프 접속시 회로간 단락(Short)이 발생하지 않는 데, 회로 형성을 한 다음 범프를 형성하기 위하여 전해동도금을 하면 비회로 부위에서 전기가 통하지 않아 전해동도금이 되지 않는 것을 방지하기 위하여 무전해동도금을 하여 비회로 부분에서 전기가 도통할 수 있게 하고 무전해동도금 제거시 2~3㎛만 제거하는 방법으로 회로에 영향을 주지 않는다.
또한, 범프 형성시 홀(Hole)속을 도금으로 채워서 원판의 적층후 표면을 부품실장하는 장소로 사용할 수 있다. 도 1을 참조하면, 적층된 원판의 A부분에 도시된 제 1층과 제 2층간(210), 제 3층과 제 4층간(220) 또는 제 5층과 제 6층간(230)은 원판에 가공된 도통홀(H)을 이용하고, 적층된 원판의 B부분에 도시된 제 2층과 제 3층간(212), 제 4층과 제 5층간(224)는 범프(b)를 이용하여 도통한다. 즉, 제2 층 및 제 3층에 각각 형성된 범프와 범프가 서로 맞물려 홀(Hole)의 기능을 수행하도록 제 1층과 제 3층간은 홀(Hole)의 랜드(Land)를 범프(b)로 사용하여 접속한다.
또한, 적층된 원판의 C부분에 도시된 관통홀은 B부분의 제 1~3층간과 제 4~6층간에 홀(H)을 가공하여 관통한다. 범프와 범프간의 접속은 도 2에서 보는 바와 같이 표면에 도금된 Sn/Pb도금층(두께 20㎛)이 서로 달라붙으면서 범프가 60㎛정도의 높이로 형성된다.
그러므로 본 발명에 따른 범프 접속 방법은 상당히 신뢰성이 향상되며 적층시 범프의 높이 차이를 보정해 줄 수 있다. 즉, 원판은 비어 홀을 가공하고 나서 결합 시트가 사용되는 층은 범프로 연결하여 층간 홀 구성이 자유롭고 1회의 적층공정으로 층이 형성되므로 공정이 매우 단축된다.
또한 범프 접속에 의한 층간 도통방식으로 스택 비어(Stack Via)의 형성이 쉽고 신뢰성 또한 레이저 비어(Laser Via)에 비해 매우 높다. 본 발명의 이용분야로는 경량화, 극소형에 중점을 두고 설계, 제작되는 PDA, 휴대폰, Digital Camera etc 휴대기기분야 또는 고속화에 중점을 두고 설계, 제작된 PC/Server분야에 적합하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 범프를 이용한 고집적 인쇄회로기판의 제조 방법은 레이저 드릴과 같은 특수한 별도의 설비 없이 기존 설비로 제작이 가능하여 비용 및 장소의 제약성을 경감시키고 RCC(Resin Coated Copper)와 같은 고가의 자재를 사용하지 않고 범용적인 프레 프레그(Pre-preg)를 사용하여 원가를 절감힐 수 있으며, 반복공정이 없이 한번의 적층으로 제작이 가능하여 공정단축으로 인한 인도 시기의 단축 및 층간 Hole구성이 매우 자유로워 보다 박판화, 고집적화, 경량화된 인쇄 회로 기판의 설계가 가능하다.
또한, 별도의 범프 접착물질을 사용하지 않고 도금시 사용된 Sn/Pb 도금층을 사용하여 접착신뢰성을 향상시키며, 홀(Hole)속 도금공정으로 동시에 범프형성이 가능하며 범프를 반반씩 양쪽으로 형성하여 도금시간을 줄이고 편차를 해소 할 수있고,홀(Hole)을 도금으로 채워 표면을 부품실장하는데 사용할 수 있다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당업자에 의해 그 개량이나 변형이 가능하다.

Claims (7)

  1. 원판에 회로를 형성하고 무전해동도금을 실시한 다음 감광성 필름을 적층하고 노광 및 현상으로 범프를 형성하고자 하는 위치에 적층된 감광성 필름을 박리시키는 단계;
    상기 단계에서 감광선 필름의 박리부위에 일정 두께로 전해동도금하여 범프를 형성하고, 상기 범프의 상부에는 범프간 접속을 위한 Sn/Pb도금층을 일정 두께로 형성하는 단계;
    상기 단계후에 감광성 필름을 박리하고, 원판 표면의 Sn/Pb 도금층을 제외한 무전해동도금층을 알칼리 에칭액을 이용하여 제거하고 나서 접착력 향상을 위해 산화물(Oxide)처리를 수행하는 단계;
    상기 단계에서 산화물 처리가 종료된 원판과 원판 사이에 상기 범프의 형성 위치에 소정 직경의 구멍이 가공된 결합시트를 삽입하고, 상기 결합시트와 원판과의 정합을 위하여 가공된 기준 홀을 정합한 다음 적층을 실시하는 단계; 그리고,
    상기 단계에서 적층이 끝나면 표면에 돌출된 범프 및 산화처리(Oxide)층을 제거하는 샌딩(Sanding)처리를 수행하는 단계를 포함하는 범프를 이용한 고집적 인쇄회로기판의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 범프는 30㎛두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 범프를 이용한 고집적 인쇄회로기판의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,상기 Sn/Pb 도금층은 Sn : Pb의 비율이 63 : 37인 것을 특징으로 하는 범프를 이용한 고집적 인쇄회로기판의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,상기 Sn/Pb 도금층은 10㎛두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 범프를 이용한 고집적 인쇄회로기판의 제조 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 범프의 형성위치는 비어 홀이 가공되지 않은 원판에는 일반 랜드(Land)이고 비어 홀(Via Hole)이 가공된 원판에는 비어 홀의 랜드(Land)인 것을 특징으로 하는 범프를 이용한 고집적 인쇄회로기판의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 비어 홀의 랜드에는 상기 범프의 형성과 홀의 내부에 도금이 동시에 진행되는 것을 특징으로 하는 범프를 이용한 고집적 인쇄회로기판의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 결합시트는 프레프레그(Pre-preg)인 것을 특징으로 하는 범프를 이용한 고집적 인쇄회로기판의 제조 방법.
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