KR100986000B1

KR100986000B1 - 인쇄회로기판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100986000B1
Application number: KR1020080053667A
Authority: KR
Inventors: 목지수; 유제광; 이응석; 류창섭
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2008-06-09
Filing date: 2008-06-09
Publication date: 2010-10-06
Also published as: US8592135B2; US20090301767A1; KR20090127605A; US20120148960A1

Abstract

본 발명은 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 관한 것이고, 보다 상세하게는 탄소나노튜브와 감광성 바인더를 포함하는 도전성 페이스트로 형성된 범프를 포함하는 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 인쇄회로기판은 카본나노튜브 성분을 갖는 도전성 페이스트로 형성된 범프를 포함하기 때문에 인쇄회로기판에 실장되는 전자부품과의 전기적인 접속이 양호하고, 범프가 미세피치로 형성되기 때문에 고밀도로 구현된 회로층을 가진다.

탄소나노튜브, 감광성, 바인더, 인쇄회로기판

Description

인쇄회로기판 및 그 제조방법{A PRINTED CIRCUIT BOARD AND A METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 관한 것이고, 보다 상세하게는 탄소나노튜브와 감광성 바인더를 포함하는 도전성 페이스트로 형성된 범프를 포함하는 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

기판 상에 솔더 범프를 형성하는 종래의 방법으로는, 기판 또는 웨이퍼 상에 프린팅 방식으로 솔더 페이스트를 프린팅한 후 리플로우 하는 방법(도 1(a) 내지 도 1(e) 참조), 무전해 도금을 이용하는 방법, 그리고 전해도금을 이용하는 방법이 있다.

도 1(a)를 참조하면, 패드(13)를 구비하는 기판(11) 상에는 솔더 레지스트(15)가 형성되어 있다. 솔더 레지스트(15)는 패드(13)의 사이에 형성되며 추후 범프(23)의 형성시 솔더 페이스트(19)가 흘러 내리는 것을 방지하는 역할을 한다.

그리고 도 1(b)에 도시된 바와 같이 솔더 레지스트(15) 상에 인쇄 마스크(17)를 위치시킨다. 인쇄 마스크(17)는 추후 솔더페이스트를 인쇄하는 과정에서 솔더 레지스트(15) 상에 솔더 페이스트가 도포되지 않도록 함과 동시에, 패드(13) 상에 도포되는 솔더 페이스트가 일정한 높이를 갖도록 한다. 그리고 도 1(c)에 도시된 바와 같이, 스퀴지 브레이드(21)를 이용하여 솔더 페이스트(19)를 패드(13) 상에 인쇄한다. 솔더 페이스트(19)는 도 1(c)에 도시된 바와 같이 솔더 레지스트(15) 및 인쇄 마스크(17)로 이루어지는 홈 사이에 충전된다.

그리고 도 1(d)에 도시된 바와 같이, 솔더 레지스트(15) 상에 위치시킨 인쇄 마스크(17)를 제거한 후 리플로우(reflow) 공정을 이용하여 도 1(e)에 도시된 바와 같은 범프(23)를 구비하는 인쇄회로기판을 제작한다.

이와 같이, 프린팅(printing) 방식을 이용하는 인쇄회로기판의 범프 형성 방법은 120㎛ 이하의 미세 피치(pitch)를 갖는 범프를 구현하기가 어렵다는 문제점을 가진다. 따라서 프린팅 방식을 이용하는 범프 형성 방법은 미세한 범프를 형성하는 경우 범프가 형성되지 않거나, 형성되더라도 부피가 매우 작게 형성되는 문제점을 초래한다.

또한, 프린팅 방식을 이용하여 범프 형성이 가능한 인쇄회로기판의 사이즈(Size)가 현재로서는 쿼드(Quad) 또는 하프(Half) 사이즈 정도 수준에 있다. 따라서, 대면적(Panel Size) 범핑 작업이 불가능 하다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 탄소나노튜브 및 감광성 바인더가 포함된 도전성 페이스트를 활용하여 미세피치를 갖는 인쇄회로기판 및 대면적(Panel Size) 기판에 범핑 작업이 가능한 인쇄회로기판의 제조방법을 제안한다.

본 발명에 따른 인쇄회로기판은, 전기 신호를 도통하는 회로층을 갖는 회로기판 본체; 및 상기 회로층에 전기적으로 접속되는 카본나노튜브 및 감광성 바인더를 포함하는 도전성 페이스트로 이루어진 범프;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 회로기판 본체는 최외각 회로층에 노출된 외부접속단자를 더 포함하고, 상기 범프는 상기 외부접속단자 상에 형성된 것에 있다.

본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 범프는 단차진 원기둥 형상인 것에 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 도전성 페이스트는 금속 파우더를 더 포함하는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 감광성 바인더는 아크릴계 수지, 스티렌 수지, 노볼락계 에폭시 수지, 또는 폴리에스테르 수지 중에서 선택된 어느 하나인 것에 있다.

본 발명에 따른 인쇄회로기판의 제조방법은, (A) 전기 신호를 도통하는 회로층을 갖는 회로기판 본체의 범프형성영역에 카본나노튜브 및 감광성 바인더를 포함하는 도전성 페이스트를 도포하는 단계; 및 (B) 상기 도전성 페이스트를 패터닝하여 범프를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 도전성 페이스트는 금속 파우더를 더 포함하는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 회로기판 본체는 최외각 회로층에 노출된 외부접속단자를 더 포함하고, 상기 범프형성영역은 상기 외부접속단자가 노출된 영역을 포함하는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 범프를 형성하는 단계는, (ⅰ) 범프 형성용 광 차단 패턴을 가지는 마스크를 상기 도전성 페이스트 상부에 배치하는 단계; 및 (ⅱ) 상기 마스크 상부에서 광을 조사하여 상기 도전성 페이스트를 선택적으로 노광하고, 현상하는 단계;를 포함하는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 (ⅲ) 단계 이후에, 상기 범프를 건조하는 단계를 더 포함하는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 마스크는 유리 마스크인 것에 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 (ⅱ) 단계는, Na₂CO₃, KCO₃, 또는 KOH 중 어느 하나를 현상액으로 사용하여 현상하는 단계를 포함하는 것에 있 다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따른 인쇄회로기판은 카본나노튜브 성분을 갖는 도전성 페이스트로 형성된 범프를 포함하기 때문에 인쇄회로기판에 실장되는 전자부품과의 전기적인 접속이 양호하고, 범프가 미세피치로 형성되기 때문에 고밀도로 구현된 회로층을 가진다.

본 발명에 따른 인쇄회로기판의 제조방법은 카본나노튜브 및 감광성 바인더를 포함하는 도전성 페이스트를 사용하기 때문에 대면적 기판에도 범핑 작업이 가능하고, 미세한 피치를 갖는 범프를 형성할 수 있는 장점을 가진다.

이하, 본 발명에 따른 인쇄회로기판 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 첨부된 도면의 전체에 걸쳐, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면부호로 지칭되며, 중복되는 설명은 생 략한다. 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인쇄회로기판의 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 인쇄회로기판은 전기 신호를 도통하는 회로층을 갖는 회로기판 본체(10), 및 상기 회로층에 전기적으로 접속되는 카본나노튜브 및 감광성 바인더를 포함하는 도전성 페이스트(30)로 이루어진 범프(35)를 포함하는 구성이다.

회로기판 본체(10)는 전자기기의 부품실장 및 배선에 사용되는 것으로, 일반적으로 금속층을 회로패턴에 따라 식각(선상의 회로만 남기고 부식시켜 제거함)하여 필요한 회로층을 구성하고, 최외각 회로층에 부품들을 부착 탑재시키기 위한 범프(35) 및 홀(hall)을 형성하여 제조되는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB)이다. 여기서, 회로기판 본체(10)는 절연기판의 한쪽 면에만 회로층을 형성한 단면 PCB, 양쪽 면에 회로층을 형성한 양면 PCB 및 복수의 회로층을 갖는 MLB(다층인쇄회로기판;Multi Layered Board)가 될 수 있다.

회로층은 설계된 패턴을 따라 전기신호를 전달하는 회로패턴들로 이루어진다. 회로패턴은 절연기판 상에 형성된 전도성 라인으로 일반적으로 전도성이 높은 구리, 니켈 등의 금속으로 구성된다. 회로층 중에 회로기판 본체(10)의 최외각에 배치되는 회로층을 최외각 회로층이라 하고, 회외각 회로층은 전자부품들과 접속할 수 있는 외부접속단자(15)를 구비한다. 이때, 외부접속단자(15)는 회로층을 구성하 는 금속 외에도 표면처리층인 니켈층 또는 금층을 더 포함할 수 있다. 한편, 최외각 회로층의 부식 및 식각을 방지하기 위해 외부접속단자(15)를 제외한 부분은 솔더레지스트층(13)으로 덮어 보호한다.

범프(35)는 다층으로 구성된 인쇄회로기판의 각 층 사이를 전기적으로 접속하거나, 전자부품과 인쇄회로기판을 전기적, 물리적으로 접속하기 위해 외부접속단자(15) 상에 형성되는 전도성 부재이다. 본 상세한 설명에서는 전자부품과 인쇄회로기판을 접속하기 위한 범프에 대해 예시적으로 도시 및 서술하기로 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 인쇄회로기판의 범프(35)는 단차진 원기둥 형상이 될 수 있으며, 카본나노튜브 및 감광성 바인더를 포함하는 도전성 페이스트(30)로 구성된다. 이외에도, 본 실시예에서 사용되는 도전성 페이스트(30)는 금속 파우더, 경화제, 칙소제 등을 더 포함할 수 있다. 구체적으로 본 실시예에 사용되는 도전성 페이스트(30)의 성분은 하기 표 1과 같다. 표 1에 나타난 성분은 예시적인 것이고 본 발명에 이에 제한되는 것은 아니다.

성분	비율(wt%)	비고
카본나노튜브(CNT)	50~90	SWNT 또는 MWNT 사용
금속 파우더 (Size: 1㎛ 이하)	10~30	Ag, Cu, Sn, Bi, Sn/Ag, Sn/Bi, Ag/Cu/Sn 등 Sn:기타금속=7:3 비율로 혼합
감광성 바인더	5~20	감광성 수지 바인더(에폭시 계 등)
첨가제	0.5~5.0	경화제, 칙소제
용제	5~10	-

< 도전성 페이스트(30)의 성분 >

여기서, 카본 나노 튜브는 다른 물질(예를 들면, copper)과 비교할 경우 뛰어난 전기적 특성을 갖는다. 예를 들어, 아래의 표 2에는 카본 나노 튜브와 다른 물질과의 특성을 비교하고 있다.

물리적 특징 (Physical property)	카본나노튜브 (carbon nano tube)	비교물질 (comparative materials)
밀도 (density)	1.33~1.40g/cm³	2.7g/cm³
전류밀도 (current density)	1×10⁹A/cm²	1×10⁶A/cm²(copper cable)
열전도도 (thermal conductivity)	6000W/mK	400W/mk(copper)
비저항 (specific resistance)	1×10^-10·Ω·cm	1×10^-10·Ω·cm(copper)

< 카본나노튜브와 비교물질의 특성비교 >

이상의 표와 같이, 카본 나노 튜브는 알루미늄이나 구리와 같이 비교적 전기적 전도도와 비저항 면에서 우수한 성질을 가지는 금속물질보다 더 좋은 전기적 성질을 가진다. 따라서 본 실시예에 따른 인쇄회로기판은 카본나노튜브를 포함하는 성분을 가지는 범프(35)를 구비함으로써 인쇄회로기판에 실장되는 전자부품과의 전기적인 접속이 다른 물질로 구성된 범프(35)를 갖는 인쇄회로기판보다 양호하다.

여기서, 감광성 바인더는 아크릴계 수지, 스티렌 수지, 노볼락계 에폭시 수지, 또는 폴리에스테르 수지 중에서 선택된 어느 하나가 될 수 있다.

이상에서 서술한 것과 같이, 본 실시예에 따른 인쇄회로기판은 본 실시예에 따른 인쇄회로기판은 카본나노튜브 성분을 갖는 도전성 페이스트로 형성된 범프를 포함하기 때문에 인쇄회로기판에 실장되는 전자부품과의 전기적인 접속이 양호하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인쇄회로기판의 제조방법에 대해 서술한다. 도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 인쇄회로기판의 제조방법을 공정순서대로 도시한 도면이다.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 전기 신호를 도통하는 회로층을 갖는 회로기판 본체(10)가 제공된다. 회로기판 본체(10)는 상술한 바와 같이 단면 PCB, 양쪽 면에 회로층을 형성한 양면 PCB 및 복수의 회로층을 갖는 다층인쇄회로기판이 될 수 있으며, 최외각 회로층에 노출된 외부접속단자(15)를 포함한다.

외부접속단자(15)는 회로기판 본체(10)의 최외각 회로층 전 면적에 걸쳐 골고루 분포할 수 있으나, 일반적으로 도 3에 도시된 바와 같이, 최외각 회로층의 특정부분, 즉 전자부품이 실장되는 위치에 밀집하여 형성되는 것이 보통이다. 서술의 편의상 외부접속단자(15)가 밀집하여 존재하는 영역을 범프형성영역(17)이라 명명한다. 본 실시예의 회로기판 본체(10)는 최외각 회로층 중심부에 12개의 외부접속단자(15)가 노출된 범프형성영역(17)을 갖는다.

다음, 도 4에 도시된 바와 같이, 범프형성영역(17)에 카본나노튜브 및 감광성 바인더를 포함하는 도전성 페이스트(30)를 도포한다. 도전성 페이스트(30)의 구체적인 성분은 상술한 바와 같다. 본 실시예에서는 범프형성영역(17)에 해당하는 개구부를 구비하는 메탈마스크를 사용하여 프린팅 방식으로 도전성 페이스트(30)를 도포하였다. 그러나, 도전성 페이스트(30)의 도포방식이 이에 제한되는 것은 아니며, 회로기판의 최외각층 전 면적에 걸쳐 도포하는 것도 가능함을 밝혀둔다.

한편, 도전성 페이스트(30)에 포함된 감광성 바인더는 네가티브형과 포지티브형 감광성 바인더가 될 수 있으며, 본 실시예에서 사용되는 감광성 바인더는 포지티브형 감광성 바인더, 즉, 광을 조사받지 않는 부분이 경화되는 감광성 바인더이며, 이에 대해서는 후술한다.

이후, 도전성 페이스트(30)의 도포가 완료되면, 노광 및 현상 공정을 통해 도전성 페이스트(30)를 패터닝 하여 범프(35)를 형성한다. 노광 및 현상 공정을 통한 도전성 페이스트(30)의 패터닝은 프린팅 방식보다 더 정밀한 제어가 가능하고 대면적 기판에도 적용가능하다는 장점이 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 범프(35)가 형성되는 위치에 광 차단패턴(55)을 가지는 유리 마스크(50)를 도전성 페이스트(30) 상부에 배치하고, 유리 마스크(50)를 통해 자외선 광을 조사하여 도전성 페이스트(30)의 범프(35)가 형성될 부분을 경화한다. 상술한 바와 같이, 본 실시예에서 사용되는 도전성 페이스트(30)는 포지티브 감광성 바인더를 포함하기 때문에 광을 조사받지 않은 부분, 즉 범프(35) 부분이 경화된다.

본 실시예에서는 유리 마스크(50)를 사용하는 방식에 대해 서술하지만, 이에 제한되는 것은 아니며, 아크 워크 필름 등 다른 소재의 마스크를 사용하는 것도 가능하다. 그러나 미세피치로 범프(35)를 형성하기 위해서 유리 마스크(50)를 사용하는 것이 바람직할 것이다.

다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 경화되지 않은 도전성 페이스트(30)를 현상공정에 의해 제거한다. 현상액으로 Na₂CO₃, KCO₃, 또는 KOH 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 이후, 건조공정을 수행하여 도 2에 도시된 것과 같은 단차진 원기둥 형상의 범프(35)를 완성할 수 있다. 건조공정은 통상적으로 160℃ 내지 180℃의 온도에서 30분 내지 90분 동안 수행된다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 인쇄회로기판의 제조방법은 카본나노튜브 및 감광성 바인더를 포함하는 도전성 페이스트(30)를 사용하기 때문에 대면적 기판에도 범핑 작업이 가능하고, 미세한 피치를 갖는 범프(35)를 형성할 수 있는 장점을 가진다.

한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

도 1은 종래의 솔더 페이스트를 프린팅한 후 리플로우 하는 방식으로 인쇄회로기판을 제조하는 공정을 공정순서대로 도시하는 도면이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브와 감광성 바인더를 포함하는 도전성 페이스트로 형성된 범프를 포함하는 인쇄회로기판의 단면도이다.

도 3 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브와 감광성 바인더를 포함하는 도전성 페이스트로 형성된 범프를 포함하는 인쇄회로기판의 제조방법을 공정순서대로 도시하는 도면이다.

Claims

전기 신호를 도통하는 최외각 회로층에 구비된 외부접속단자와 상기 외부접속단자에 대응한 개구부가 형성되도록 상기 최외각 회로층에 도포된 솔더레지스트층을 갖는 회로기판 본체; 및

상기 개구부를 통해서 상기 외부접속단자에 전기적으로 접속되고, 아크릴계 수지, 스티렌 수지, 노볼락계 에폭시 수지, 또는 폴리에스테르 수지 중에서 선택된 어느 하나인 감광성 바인더 및 카본나노튜브를 포함하는 도전성 페이스트로 이루어진 범프;

를 포함하는 인쇄회로기판.
삭제
제1항에 있어서,

상기 범프는 단차진 원기둥 형상인 인쇄회로기판.
제1항에 있어서,

상기 도전성 페이스트는 금속 파우더를 더 포함하는 인쇄회로기판.
삭제
(A) 전기 신호를 도통하는 최외각 회로층에 구비된 외부접속단자와 상기 외부접속단자에 대응한 개구부가 형성되도록 상기 최외각 회로층에 도포된 솔더레지스트층을 갖는 회로기판 본체를 준비하는 단계;

(B) 상기 솔더레지스트층의 범프형성영역에 카본나노튜브 및 감광성 바인더를 포함하는 도전성 페이스트를 도포하는 단계; 및

(C) 상기 도전성 페이스트를 노광 및 현상을 통해서 패터닝하여 상기 개구부를 통해서 상기 외부접속단자와 전기적으로 접속되는 범프를 형성하는 단계;

를 포함하는 인쇄회로기판의 제조방법.
제6항에 있어서,

상기 도전성 페이스트는 금속 파우더를 더 포함하는 인쇄회로기판.
삭제
제6항에 있어서,

상기 범프를 형성하는 단계는,

(ⅰ) 범프 형성용 광 차단 패턴을 가지는 마스크를 상기 도전성 페이스트 상부에 배치하는 단계; 및

(ⅱ) 상기 마스크 상부에서 광을 조사하여 상기 도전성 페이스트 중 상기 범프가 형성될 부분을 경화시키고, 비경화된 상기 도전성 페이스트를 현상하여 제거하는 단계;

를 포함하는 인쇄회로기판의 제조방법.
제9항에 있어서,

상기 (ⅱ) 단계 이후에,

상기 범프를 건조하는 단계를 더 포함하는 인쇄회로기판의 제조방법.
제9항에 있어서,

상기 마스크는 유리 마스크인 인쇄회로기판의 제조방법.
제9항에 있어서,

상기 (ⅱ) 단계는, Na₂CO₃, KCO₃, 또는 KOH 중 어느 하나를 현상액으로 사용하여 현상하는 단계를 포함하는 인쇄회로기판의 제조방법.