KR100934107B1 - 미세 피치의 금속 범프를 제공하는 인쇄회로기판 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플립칩 공법에 적용되는 인쇄회로기판 제조에 관한 것으로, 플립칩 접속시에 이용되는 미세 피치의 범프를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 기존에 사용하던 고가의 메탈 스퍼터 공정 대신에 주석 도금 공정을 채용하고, 금속 범프의 패턴을 형성하기 위하여 드라이 필름 노광 공정을 사용하지 않으므로, 금속 범프의 피치 길이를 미세화하는 경우에 드라이 필름이 박리 되지 않아 제품 불량이 발생하는 문제를 방지할 수 있다. 더욱이, 본 발명은 주석 도금면 위에 형성한 금 도금층의 평탄도가 우수하여 플립칩 실장을 용이하게 하는 장점이 있다.

플립칩, 인쇄회로기판, PCB, 패키지, 솔더, 범프.

Description

미세 피치의 금속 범프를 제공하는 인쇄회로기판 제조 방법{METHOD OF FABRICATING PRINTED CIRCUIT BOARD WITH FINE PITCH METAL BUMP}

본 발명은 플립칩(flip chip) 공법에 적용되는 인쇄회로기판(PCB; printed circuit board) 제조에 관한 것으로, 플립칩 접속시에 메탈 범프(bump)를 미세 피치 길이를 갖도록 인쇄회로기판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

전자 제품을 소형 경박화 하기 위하여 반도체 칩을 기판에 직접 실장하는 플립칩 기술이 적용되고 있다. 반도체 칩을 기판에 플립칩 실장하기 위해서는 전기적 접속을 위해 솔더볼(solder ball) 또는 범프가 필요하게 된다.

도1a 내지 도1f는 종래 기술에 따라 플립칩을 위한 금속 범프를 형성하는 과정을 나타낸 도면이다. 도1a는 전형적인 다층 인쇄회로기판의 일 실시예를 나타내고 있다. 기판에 금속 펌프를 형성하기 위한 종래 기술로서, 도1b를 참조하면 기판의 표면에 메탈 스퍼터(metal sputter) 공정을 진행하여 표면에 메탈(1)을 형성한다.

도1c를 참조하면, 기판의 앙면에 드라이 필름(2)을 밀착하고, 주어진 소정의 회로 패턴에 따라 노광 및 현상 과정을 진행하여 스퍼터된 메탈층을 선택적으로 노 출하도록 한다. 이어서, 도1d와 같이 니켈 및 금 전기 도금을 진행하면, 스퍼터 메탈 층이 노출된 부위에만 니켈 도금층(3)과 금 도금층(4)이 형성된다. 이어서, 도1e에서와 같이 드라이 필름(2)을 박리 제거하고(이때에, 피치 길이가 미세한 경우 드라이 필름 박리가 잘 되지 않는다), 스퍼터 메탈층을 식각하면 도1f와 같은 니켈 및 금 도금으로 구성된 금속 범프가 형성된다.

그런데 종래 기술의 경우 고가의 메탈 스퍼터 공정이 필요한 단점이 있으며, 도1c의 드라이 필름 밀착, 노광, 현상 과정에서 제작하고자 하는 금속 범프의 폭이 수십 마이크로미터 급으로 축소하는 경우 드라이 필름 박리가 용이하지 않은 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 제1 목적은 플립칩 실장을 위한 금속 범프의 피치를 미세화할 수 있는 인쇄회로기판 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 제2 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 금속 범프 형성을 위해 고가의 메탈 스퍼터 공정을 생략할 수 있는 인쇄회로기판 제조 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 구리-알루미늄-구리(CAC; Copper-Aluminum-Copper)와 같은 동박/중간층/동박 구조의 캐리어(carrier)에 주석/구리(Sn/Cu) 도금(plating)을 실시하고 회로 패턴을 형성한 후, 알칼리 에칭을 통해 균일하게 트렌치(trench) 구조를 형성하고, 금/니켈 (Au/Ni) 도금으로 트렌치 내부에 범프(bump)를 형성하고, 무전해 동도금을 형성한 후에 드라이 필름을 패터닝하여 무전해 동도금층을 선택적으로 노출하고 전기 동도금을 실시한 후, 드라이 필름을 박리 제거하고, 필요에 따라 적층 공정을 반복 수행하고 최종적으로 만들어진 기판을 캐리어의 중앙층을 중심으로 양면의 동박을 필오프(peel off)함으로써 적층 구조를 상하로 양분하여 코어리스 기판이 얻어진다. 이어서 알칼리 에칭, 주석 에칭, 알칼리 에칭을 반복함으로써 내부에 있는 범프를 외부로 노출시키는 공정으로 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명을 적용하여 플립칩 실장을 위한 금속 범프를 형성하는 경우, 종래 기술과 달리 고비용의 도전층 스퍼터 형성 공정이 필요 없으며, 피치 길이가 수십 마이크로미터 이하로 축소되어 미세화되는 경우 겪는 드라이 필름의 박리시의 불완전성 문제를 해결하는 효과가 있다. 더욱이, 본 발명이 제안하는 주석(Sn) 도금을 적용하는 경우, 종래의 코어리스 공정에 비하여 도금된 금(Au)의 표면 평탄도가 훨씬 양호한 장점이 있다.

본 발명은 인쇄회로기판 제조 방법에 있어서, (a) 중앙층으로부터 양면에 피복된 동박을 벗겨(peel off) 낼 수 있도록 형성된 동박/중앙층/동박 구조의 캐리어 상하 동박 표면 전체에 대해 주석 도금층 및 동 도금층을 형성하는 단계; (b) 상기 동 도금층 표면에 소정의 회로 패턴에 따라 에치 레지스트 패턴을 형성하고, 상기 에치 레지스트 패턴에 의해 노출된 동 도금층을 선택 식각하여 주석 도금층을 상기 에치 레지스트 패턴에 따라 선택적으로 노출하고, 금 전기 도금 및 니켈 전기 도금을 진행해서 상기 선택 노출된 주석 도금층 표면에 금 도금층과 니켈 도금층을 형성하고, 기판의 표면 전체에 대해 무전해 동 도금층을 형성하는 단계; (c) 상기 무전해 동 도금층 위에 드라이 필름을 도포하고 소정의 회로 패턴에 따라 노광, 현상, 식각 공정을 진행해서 상기 무전해 동 도금층이 선택적으로 노출되도록 드라이 필름 패턴을 형성하는 단계; (d) 전기 동 도금을 실시하여 상기 무전해 동 도금층이 상기 드라이 필름 패턴에 의해 선택적으로 노출된 부위에만 전기 동 도금층을 형성하고, 드라이 필름을 박리한 후 플래시 에칭 실시하여 표면에 남아 있는 무전해 동 도금층을 제거하는 단계; (e) 캐리어의 동박 위에 상하로 적층 가공된 전체 기판을 개별 절단하여 재단하고, 재단된 각각의 기판에 대해 동박/중앙층/동박 구조의 캐리어를 구성하는 중앙층을 양면 동박으로부터 벗겨 분리하여, 두 개로 양분된 코어리스 기판을 형성하는 단계; 및 (f) 상기 두 개로 양분된 코어리스 기판에 대해 알칼리 에칭/주석 박리 에칭/알칼리 에칭을 순차적으로 진행함으로써 동박층/주석층/동박층을 제거함으로써, 에치 레지스트 사이에 니켈 및 금 도금층으로 구성된 금속 범프를 노출시켜 형성하는 단계를 포함하는 인쇄회로기판 제조 방법을 제공하다.

이하에서는, 첨부 도면 도2a 내지 2p를 참조하여 본 발명에 따른 금속 범프 제조 공법의 양호한 실시예를 상세히 설명한다.

도2a를 참조하면, 알루미늄(10a)을 중앙으로 CAC(Copper-Aluminum-Copper) 캐리어(10)가 도시되어 있다. 본 명세서에서는 본 발명의 양호한 실시예로서, CAC 캐리어를 가지고 본 발명의 사상을 설명하지만, 반드시 CAC 캐리어에 국한할 필요는 없으며, 가공 공정을 모두 진행한 후에 중앙층과 동박을 서로 쉽게 박리하여 벗겨 낼 수 있는 동박/중앙층/동박 구조의 캐리어 구조 어느 것이나 가능하다.

우선, 재단한 CAC 캐리어(10) 표면 전체에 대하여 주석(Sn) 도금을 실시하여, 주석 도금층(20)을 형성한다(도2b). 이어서, 도2c를 참조하면 주석 도금층(20)으로 피복된 CAC 캐리어(10)의 상하면 및 측면 등 표면 전체에 대해 동 도금을 실시하여 동 도금층(30)을 형성한다. 여기서, 도2a 내지 도2c의 도면의 캐리어 측면에 도금층이 나타난 것은, 가공하는 전체 기판의 단면을 상징적으로 표현한 것이며, 최종적으로 가공 기판을 디바이스 별로 절단 재단하는 경우 측면의 도금 층은 사라지게 된다.

도2d를 참조하면, CAC 캐리어(10)의 상부면 및 하부면에 PSR(Photo-Sensitive-Resist)과 같은 감광성 에치 레지스트를 도포하고, 소정의 회로 패턴에 따라 노광, 현상 및 식각을 수행하여 에치 레지스트 패턴(40)을 형성한다.

에치 레지스트 패턴(40)에 의해 선택적으로 동 도금층(30)을 피복하고 있는 CAC 캐리어(10)에 대해 알칼리 에칭을 수행하면, 도2e와 같이 노출된 동 도금층이 모두 식각 제거되어 주석 도금층(20)이 에치 레지스트 패턴(40)에 따라 선택적으로 노출된다.

도2f를 참조하면, 주석 도금층(20)이 선택적으로 노출된 상태에서 금/니 켈(Au/Ni) 도금을 진행함으로써, 주석 도금층(20)이 노출된 표면 부위 위에만 차례로 금 도금층(50)과 니켈 도금층(60)이 형성되어 금속 범프의 형태를 이루게 된다.

도2g를 참조하면, 에치 레지스트 패턴(40)과 함께 선택적으로 노출된 주석 도금층(20) 표면 위에만 Au/Ni 도금층(50, 60)이 형성된 기판의 상하 표면 전체에 대하여 무전해 동도금을 실시하여 화학동(70)을 형성한다.

CAC 캐리어 위의 구조물 표면 전체에 피복된 화학동(70) 위에 드라이 필름을 밀착 형성하고, 소정의 회로 패턴에 따라 노광, 현상 및 식각 공정을 진행하여 도2h에 도시한 바와 같은 드라이 필름 패턴(80)을 형성한다. 이때에, 드라이 필름 패턴(80)은 니켈 도금층(60)에 도포된 화학동(70)을 마스크하고 있어서, 후속하여 전기 동도금을 실시하는 경우, 도2i에서와 같이 드라이 필름 패턴(80)이 마스크 하지 않고 노출되어 있는 화학동(70) 위에만 동 도금층(90)이 형성된다.

이어서, 패턴을 형성하고 있던 드라이 필름을 박리하여 제거하면, 도2g와 같이 에치 레지스트(40)와 니켈 도금층(60) 위에 남아 있는 동 도금층(90)으로 동박 회로가 형성된다. 이때에, 드라이 필름이 박리된 후 기판 표면에 남아 있던 화학동(70)은 도2k에서와 같이 플래시 에칭 공정을 통해 제거된다. 이어서, 동박이 도포된 절연층(100)을 적층 라미네이트하여 도2l과 같이 CAC 캐리어(10)의 동박 양 쪽에 적층 기판을 형성한다. 그리고 나면, 기존의 방법에 따라, 드라이 필름을 덮고 소정의 회로 패턴에 따라 동박 회로를 형성하고 필요에 따라 마이크로 비아 홀등을 형성한다.

이어서, 필요시에 적층 라미네이트 공정을 반복하여 다층 기판을 형성하고 나서, 전체 기판을 개별 소자별로 절단하여 재단하고, 각각의 기판에 대해 중앙의 CAC 층에 대해 구리층과 알루미늄층 사이에 서로 벗겨지도록 힘을 가해 필오프(peel off) 과정을 진행하면, 도2m에서와 같이 알루미늄층(10a)을 사이에 두고 상층 동박과 하층 동박(10b)이 서로 벗겨져 적층 구조가 양분되어 두 개(200, 300)의 코어리스 기판으로 분리된다.

이를 다시 설명하면 다음과 같다. 도2l에 도시한 대로 RCC(Resin Coated Copper)와 같은 동박이 도포된 절연층(100)을 적층하고 이미지 작업을 거쳐 회로 패턴을 형성하는 것을 수회 반복하여 적층 기판을 완성하고 나면, 도2m에서 도면 부호 110으로 나타낸 대로 CAC 캐리어(10)의 상하 양쪽에 두 개의 적층 회로 기판이 형성되어 있는 구조를 얻게 된다.

그런데 처리 중인 기판 전체에는 도2m의 도면 부호 110으로 나타낸 구조물이 다수 개 반복해서 형성되어 있으므로, 개별로 절단하여 재단하는 경우에 도면 부호 110으로 나타낸 개별 기판을 얻을 수 있게 된다. 이때에, 기판을 절단하면 도2m의 도면 부호 110에 나타낸 주석 도금층 측면 돌출부는 실제로 나타나지 않게 된다.

따라서, 도2m의 도면 부호 110으로 나타낸 기판의 중앙부 CAC 캐리어에 대해 알루미늄층(10a)을 사이에 두고, 동박층(10b)이 서로 벗겨질 수 있도록 가압하면, 도2m에서와 같이 도면 부호 10a, 200, 300으로 표현되는 세 개의 파트로 분리할 수 있게 된다.

이어서, 양분되어 쪼개진 기판(200, 300)에 대해서 알칼리 에칭을 수행하여 노출된 동박(10b; 도시하지 않음)을 박리 제거한다. 도2n에 도시한 바와 같이, 주석 도금층(20)을 제거하기 위하여 습식 식각을 하면 주석 도금층을 박리 제거할 수 있다. 이어서, 알칼리 에칭을 진행하면 기판 표면에 노출되어 있던 동 도금층(30)이 박리 제거되어 도2p와 같이 에치 레지스트(40) 사이에 니켈 도금층(60)과 금 도금층(50)으로 형성된 금속 범프(500)를 얻게 된다.

이상에서, 본 발명의 양호한 실시예로서, CAC 캐리어를 시작 기판으로 하여 코어리스 인쇄회로기판 제조 공법을 설명하였으나, 반드시 CAC 캐리어를 사용할 필요는 없으며 도2m에 나타낸 공정 단계에서 중간층을 중심으로 상하 양분하기 위해 기판을 벗겨 낼 수 있는 구조면 충분하다. 본 발명의 양호한 실시예로, CAC 캐리어 대신에 양면에 동박이 피복된 수지 절연체 층이 사용될 수도 있다.

전술한 내용은 후술할 발명의 특허 청구 범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개선하였다. 본 발명의 특허 청구 범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술 될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.

또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용될 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술 분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허 청구 범위에서 기술한 발 명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 진화, 치환 및 변경이 가능하다.

이상과 같이, 본 발명은 종래 기술과 달리 메탈 스퍼터 공정을 진행하여 전기 도금을 위한 메탈 층을 형성하는 대신에 기판에 주석 도금을 진행하므로 저비용 공정 진행이 가능하고, 더욱이 드라이 필름 노광 공정으로 금속 범프의 위치를 정의하지 아니하므로 미세 피치 패턴의 경우 드라이 필름이 박리되지 않는 문제점을 원천적으로 제거할 수 있다. 본 발명은 저비용 높은 신뢰도의 금속 범프를 제조 가능하도록 함으로써 플립칩 표면 실장에 적용 가능하다.

도1a 내지 도1f는 종래 기술에 따라 플립칩을 위한 금속 범프를 형성하는 과정을 나타낸 도면.

도2a 내지 2p는 본 발명에 따른 금속 범프 제조 공법을 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 메탈

20: 드라이 필름

30: 니켈 도금

40: 에치 레지스트 패턴

50: 금 도금층

60: 니켈 도금층

70: 화학동 동박층

80: 드라이 필름 패턴

90: 동 도금층

100: 동박이 도포된 절연층

500: 금속 범프

Claims (1)

1. 인쇄회로기판의 금속 범프 제조 방법에 있어서,

   (a) 중앙층으로부터 양면에 피복된 동박을 벗겨(peel off) 낼 수 있도록 형성된 제1 동박/중앙층/제1 동박 구조의 캐리어에 대하여, 상기 제1 동박의 상하 표면 및 상기 캐리어의 측면 전체에 대해 주석 도금층을 형성하고, 상기 주석 도금층 위에 동 도금을 진행하여 제2 동박을 형성하는 단계;

   (b) 상기 캐리어의 상부면 및 하부면에 형성된 제2 동박 표면에 소정의 회로 패턴에 따라 에치 레지스트 패턴을 형성하고, 상기 에치 레지스트 패턴에 의해 선택적으로 노출된 제2 동박을 선택 식각함으로써 상기 주석 도금층을 상기 에치 레지스트 패턴에 따라 선택적으로 노출하고, 금 전기 도금 및 니켈 전기 도금을 진행해서 상기 선택 노출된 주석 도금층 표면에 금 도금층과 니켈 도금층을 차례로 형성하고, 기판의 표면 전체에 대해 무전해 동 도금을 진행하여 제3 동박을 형성하는 단계;

   (c) 상기 제3 동박 위에 드라이 필름을 도포하고 소정의 회로 패턴에 따라 노광, 현상, 식각 공정을 진행해서 상기 제3 동박이 선택적으로 노출되도록 드라이 필름 패턴을 형성하는 단계;

   (d) 상기 드라이 필름이 선택적으로 마스크하고 있는 제3 동박에 대해 전기 동 도금을 실시하여 상기 노출된 제3 동박 위에만 제4 동박을 형성하고, 드라이 필름을 박리한 후 플래시 에칭 실시하여 표면에 노출되어 남아 있는 제3 동박을 제거하는 단계;

   (e) 상기 단계 (d) 결과 구조물 상하 표면에 제1 절연층과 제5 동박을 적층라미네이트하고, 소정의 회로 패턴에 따라 상기 제5 동박을 선택적으로 식각하고 도금을 진행하여 동박 회로와 층간 전기접속 비아 홀을 형성하는 단계;

   (f) 개별 절단된 각각의 기판의 측면이 중앙층과 제1 동박의 측면으로 노출되도록, 상기 단계 (e) 결과 가공된 전체 기판을 개별 절단하여 재단하고, 재단된 각각의 기판에 대해 캐리어 중앙층을 양면의 제1 동박으로부터 벗겨 분리하여, 두 개로 양분된 코어리스 기판을 형성하는 단계; 및

   (g) 상기 단계 (f) 결과 코어 없이 두 개로 양분된 코어리스 기판에 대해 알칼리 에칭을 하여 노출된 제1 동박을 제거하고, 노출된 주석을 에칭 박리 제거하고, 상기 주석층이 제거되어 노출된 제2 동박을 에칭 제거함으로써, 에치 레지스트 사이에 니켈 및 금 도금층으로 구성된 금속 범프를 노출시켜 형성하는 단계

   를 포함하는 인쇄회로기판의 금속 범프 제조 방법.

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