KR101039772B1 - 초박형 메탈 인쇄회로기판 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 메탈 인쇄회로기판(Metal PCB; printed circuit board) 제조에 관한 것으로, 알루미늄과 같은 메탈을 주재료로 하여 회로의 방열특성을 개선함과 동시에 인쇄회로기판을 초박형화하고 고집적화할 수 있는 기술에 관한 것이다.

본 발명은 소정의 두께를 가진 메탈 코어의 동박 표면에 패드를 형성하고, 알루미늄 전해 도금을 전면 실시하여 알루미늄층을 형성하고 표면 연마를 하여 두께를 조절한 후, 양극 산화 공정을 진행하여 드라이필름이 표면을 덮지 않은 부위의 알루미늄만을 산화하여 산화알루미늄 부도체를 형성하고, 드라이필름이 피복하고 있는 부위는 알루미늄으로 남아 있도록 하여 패드를 전기적으로 접속하는 홀 도체를 형성한다. 이어서, 본 발명은 홀 도체를 층간 접속으로 하여 동박 회로를 형성하고, 기판을 두 개로 분리하여 메탈 코어를 분리 제거한 채로 상하 두 개의 메탈 인쇄회로기판을 확보하게 되므로, 공정 진행과정에서는 소정의 두께를 확보하여 크랙 발생 없이 진행하다가 최종적으로는 매우 얇은 두께의 기판을 구현할 수 있게 된다.

인쇄회로기판, PCB, 미세 패턴.

Description

초박형 메탈 인쇄회로기판 제조 방법{METHOD OF FABRICATING A ULTRA-THIN METAL PRINTED CIRCUIT BOARD}

본 발명은 메탈 인쇄회로기판(Metal PCB; printed circuit board) 제조에 관한 것으로, 알루미늄과 같은 메탈을 주재료로 하여 회로의 방열특성을 개선함과 동시에 인쇄회로기판을 초박형화하고 고집적화할 수 있는 기술에 관한 것이다.

레이저 다이오드, 광다이오드(LED; light emitting diode) 또는 중앙전산장치(CPU; central processing unit)와 같은 전자부품을 실장하는 인쇄회로기판의 경우, 전자부품에서 발생하는 막대한 양의 열을 효율적으로 방사할 수 있는 방법으로서 메탈 인쇄회로기판이 사용되고 있다.

도1a 내지 도1l은 종래기술에 따라 메탈 인쇄회로기판을 제작하는 공법을 나타낸 도면이다. 공정을 시작하는 메탈 기판 재료로서는 알루미늄이 사용될 수 있으며, 도1a에는 알루미늄판(10)이 도시되어 있다. 본 공법에서는 층간 도전을 위하여 비아홀을 뚫어 가공하는 대신에 알루미늄판을 선택적으로 산화(anodize)시킴으로써 층간 도전을 도모한다.

이를 위하여, 알루미늄판 양면에 드라이필름(D/F; 20)을 밀착하고, 선정된 회로 패턴에 따라 층간 비아를 형성할 곳과 형성하지 않을 곳을 선택적으로 정의하기 위하여, 사진/현상/식각 공정을 진행하여 밀착한 드라이필름(20)을 선택적으로 알루미늄판(10) 표면 위에 남겨 둔다.

여기서, 드라이필름(20)이 알루미늄판(10)을 덮고 있는 부위는 후속 공정에서 산화(anodize)가 이루어지지 않아 층간 도전체 역할을 하게되고, 드라이필름(20)이 도포되지 않아 알루미늄판(10) 표면이 노출된 부위는 산화과정에서 알루미늄이 산화알루미늄으로 반응하게 되어서 부도체로 변하게 된다. 도1d는 산화 과정을 진행한 후에 알루미늄으로 남아 있는 부위(10a)와 산화알루미늄(알루미나; Al₂O₃)로 변한 부위(10b)를 나타내고 있는 도면이다. 도1e는 산화공정 진행 후에 드라이필름을 박리 제거한 모습을 나타낸 도면이다.

이어서, 도1f를 참조하면, 산화공정이 부분적으로 진행된 알루미늄판 표면에 무전해 동도금(electroless Cu)을 수행하여 동박회로 형성을 위한 동도금층(30)을 형성한다. 도1g를 참조하면, 알루미늄 기판 표면에 형성된 동도금층(30) 위에 드라이필름을 밀착하고 사진/현상/식각 공정을 진행하여 소정의 회로 패턴을 전사하여 패턴 형성한 드라이필름(40)을 형성한다.

도1h를 참조하면, 패턴 형성되어 동도금층(30) 표면을 전사된 회로 패턴에 따라 선택적으로 노출하고 있는 기판에 대해 전해 동도금을 실시하여 추가로 동도금층(50)을 피복한다. 이어서, 드라이필름(40)을 박리 제거하고 플래시 에칭을 실시하면 도1i와 같은 모습이 된다.

도1j를 참조하면 동박회로가 형성된 기판 양 표면에 감광성 솔더 레지스트(PSR)를 도포하고, 도1k에 도시한 대로 사진/현상/식각 공정을 진행하여 원하는 부위를 개구하고 경화과정을 진행한다. 최종적으로 개구된 동박 패드 위에 금도금(90)을 실시하고 후공정 및 포장이 진행된다.

이상에서 설명한 종래기술의 경우, 통상적으로 공정을 시작할 때에 알루미늄 코어를 0.1t 이상의 메탈 기판을 사용하여야 하므로 대략 0.15t 이하의 박형화가 불가능한 단점이 있다. 그러나, 최근 들어 휴대전화 또는 MP3 플레이어와 같이 휴대용 전자제품의 경우 인쇄회로기판의 두께가 초박형화 되어야 하기 때문에 기판의 두께를 콘트롤 하는 것이 매우 중요하다. 더욱이, 알루미늄 코어의 두께가 0.1t 이상 확보되어야 하므로, 홀 사이즈 역시 250 마이크로미터 이상의 크기가 필요하게 되어서 300 마이크로미터 이하의 피치가 보장되는 고집적도 인쇄회로기판의 제작이 용이하지 않다.

따라서, 본 발명의 제1 목적은 메탈 인쇄회로기판을 제작하는데 있어서 기판의 두께를 0.1t 이하로 확보할 수 있는 초박형의 메탈 인쇄회로기판 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 제2 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 메탈 인쇄회로기판을 제작하는데 있어서 피치를 백오십 마이크로미터 이하로 확보할 수 있는 고집적도의 메탈 인쇄회로기판 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명은 소정의 두께를 가진 메탈 코어의 동박 표면에 패드를 형성하고, 알루미늄 전해 도금을 전면 실시하여 알루미늄층을 형성하고 표면 연마를 하여 두께를 조절한 후, 양극 산화 공정을 진행하여 드라이필름이 표면을 덮지 않은 부위의 알루미늄만을 산화하여 산화알루미늄 부도체를 형성하고, 드라이필름이 피복하고 있는 부위는 알루미늄으로 남아 있도록 하여 패드를 전기적으로 접속하는 홀 도체를 형성한다. 이어서, 본 발명은 홀 도체를 층간 접속으로 하여 동박 회로를 형성하고, 기판을 두 개로 분리하여 메탈 코어를 분리 제거한 채로 상하 두 개의 메탈 인쇄회로기판을 확보하게 되므로, 공정 진행과정에서는 소정의 두께를 확보하여 크랙 발생 없이 진행하다가 최종적으로는 매우 얇은 두께의 기판을 구현할 수 있게 된다.

본 발명은 종래기술과 달리 코어를 사용하는 대신에 코어리스 캐리어를 사용하여 메탈 인쇄회로기판 제작을 시작하는 것을 특징으로 하며, 그 결과 박판 인쇄회로기판의 핸들링을 쉽게 하여 공정 도중에 발생할 수 있는 크랙 발생문제를 방지하고 있다. 또한, 본 발명은 알루미늄 코어 대신에 알루미늄 도금을 진행하여 알루미늄층을 형성하고 연마를 통하여 평활화하므로 두께를 0.1t 이하로 얇게 만드는 것이 가능하다.

본 발명은 드라이필름 패턴을 형성하고 양극 산화법을 실시하여 알루미늄층을 선택적으로 부도체로 만들고, 동도금을 실시하여 회로를 형성하고, 동도금 상부에 알루미늄을 스퍼터하고 도금을 실시하여 상부 레이어를 형성한다. 최종적으로 위에서 기술한 작업을 필요 시에 반복 수행한 후 솔더 레지스트를 도포하고 후처리 공정을 진행한 후 캐리어를 분리하게 된다.

본 발명은 코어리스 캐리어를 사용함으로써 박판 핸들링을 향상시키고, 알루미늄 도금을 진행하여 알루미늄층을 형성함으로써 0.1t 이하의 박판 인쇄회로기판 제작이 가능하다. 또한, 홀 사이즈의 크기 역시 백오십 마이크로미터 이하 제어가 가능하므로, 피치 길이 삼백 마이크로미터 이하 제어가 가능하다. 따라서, 본 발명은 메탈 인쇄회로기판의 경우에도 방열기능 개선과 함께 고집적화 및 초박판화가 가능하게 된다.

본 발명은 (a) 소정의 두께를 가진 메탈 코어 표면 위에 박피 가능한 절연층이 형성되고, 상기 절연층 위에 동박으로 피복된 캐리어에 대하여 상기 동박 표면에 패드를 형성하는 단계; (b) 상기 패드 표면과 노출된 동박 표면 위에 알루미늄 전해 도금을 실시하여 알루미늄층을 형성하는 단계; (c) 상기 알루미늄층 표면을 선택적으로 노출하도록 패턴 식각된 드라이필름을 상기 알루미늄층 표면에 형성하고 양극 산화공정을 진행하여 상기 패턴 형성된 드라이필름에 의해 마스킹되지 않은 부위의 알루미늄을 산화시켜 산화알루미늄 부도체를 형성하고, 상기 드라이필름이 피복하고 있는 부위는 알루미늄으로 남아 있도록 하여 상기 패드를 전기적으로 접속하는 홀 도체를 형성하는 단계; (d) 상기 홀 도체를 층간 접속으로 하여 동박 회로를 형성하는 단계; 및 (e) 상기 캐리어의 메탈 코어 상단 박피 가능한 절연층 단면 틈새로 절연층으로부터 상부 동박을 벗겨내어 분리하고, 소정의 두께를 지닌 메탈 코어를 분리 제거함으로써 생성된 상하 두 개의 기판 구조물에 대하여 노출된 동박을 식각 제거함으로써 상하 기판 각각에 제작한 패드를 노출하여 두 개의 초박판 메탈 인쇄회로기판을 확보하는 단계를 포함하는 인쇄회로기판 제조방법을 제공한다.

이하에서는 첨부 도면 도2a 내지 도2zb를 참조하여 본 발명에 따른 초박형 메탈 인쇄회로기판의 제조 기술을 상세히 설명한다.

본 발명의 양호한 실시예로서, 멀티보드를 위한 코어리스 공법용 더블 서브 공법을 적용한 코어를 가지고 시작할 수 있다. 도2a를 참조하면, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 캐리어(100)로서 메탈(100a) 양 표면에 절연층(100b)이 형성되어 있다. 또한, 양 표면의 절연층(100b) 상부에는 동박(100c)이 형성되어 있다. 본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 절연층(100b)은 레진 계열의 수지로 형성할 수 있으며, 상기 절연층(100b)과 동박(100c) 단면 틈새로 동박을 벗겨내면 껍질 벗겨지듯이 벗겨내 분리할 수 있는 것('박피 가능한 절연층'이라 칭한다)을 특징으로 한다.

도2b에서와 같이, 패드 형성을 위하여 코어리스 캐리어 양 표면에 드라이필름(120)을 밀착한다. 드라이필름(120)이 밀착된 캐리어(100)의 양 표면에 소정의 회로 패턴을 전사하기 위하여 사진/형상/식각 공정을 진행하여 패드를 형성할 부위만을 노출하고 나머지 표면은 드라이필름(120)으로 피복되도록 선택적으로 식각 처리한다(도2c 참조).

이어서, 동도금을 수행하여 패드형성을 위한 동도금층(130a)을 형성하고, 그 위에 금도금층(130b) 또는 니켈도금층(130a) 등의 조합으로 피니시 공정을 진행하여 패드(130)를 형성한다(도2d 참조). 그리고 나면, 드라이필름(120)을 박리 제거하고 알루미늄 도금 공정을 진행하여 캐리어의 양 표면에 알루미늄층(140)을 형성한다(도2e 및 도2f 참조). 이어서, 캐리어의 두께를 조절하기 위하여 표면을 연마하여 평활화함으로써 두께를 얇게 만들 수 있다.

도2g를 참조하면, 알루미늄층(140)이 형성된 캐리어 양 표면에 드라이필름(150)을 밀착한다. 이어서, 층간 접속을 위한 홀 도체를 형성할 부위를 정의하게 된다. 즉, 패드(130)가 형성된 부위에 홀 도체를 형성하기 위하여 드라이필름(150)을 소정의 패턴에 따라 사진/현상/식각 공정을 거치도록 함으로써 드라이필름(150)이 패드 상부 영역만을 피복하고 나머지 알루미늄층(140) 표면은 노출되도록 선택 식각된다(도2h 참조).

이어서, 본 발명의 양호한 실시예에 따라 양극 산화(anodize) 공정을 진행하면, 드라이필름(150)으로 피복되지 않아 표면이 노출된 알루미늄층(140)은 산화되어 산화 알루미늄(140b)으로 변하게 되어 부도체로 작용하게 되고, 드라이필름(150)으로 피복되어 가려져 있는 알루미늄층은 그대로 알루미늄으로 남아 있게 되어 층간 접속을 위한 홀 도체(140a)를 형성하게 된다(도2i 참조).

도2j를 참조하면, 드라이필름(150)을 박리 제거한다. 여기에, 도2k에 도시한 대로, 무전해 동도금을 수행하여 동도금층(170)을 형성한다. 이어서, 도2l에 도시한 대로, 드라이필름(180)을 밀착하고 당업계에서 두루 사용되는 SAP 공법에 따라 회로를 형성한다. 도2m은 캐리어 표면에 밀착한 드라이필름(180)을 사진/현상/식각 처리를 수행하여 소정의 회로 패턴을 전사한 모습을 나타내고 있다.

이어서, 도2n을 참조하면 전해도금을 실시하여 동도금층(190)을 형성한다. 그리고, 드라이필름(180)을 박리 제거하고 플래시 에칭을 실시한다(도2o 참조). 도2p를 참조하면, 캐리어 표면에 스퍼터 공정을 진행하여 알루미늄 씨드(seed; 200)를 형성한다. 그리고 나서, 알루미늄 전해 도금을 실시하면, 도2q에 도시한 대로 표면에 알루미늄층(210)이 형성된다. 본 발명의 양호한 실시예에 따라, CMP(chemical mechanical polishing) 공정을 수행하여 표면을 연마하고 두께를 얇게 만들 수 있다.

이어서, 드라이필름(215)을 도포하고 홀 도체를 형성할 부위를 정의하는 소정의 회로 패턴을 전사하기 위하여 사진/현상/식각 공정을 진행하여 드라이필름을 패턴 형성한다(도2r). 앞서 실시한 방법대로 양극 산화공정을 처리하면, 알루미늄층(210)은 산화되어 부도체로 변한 산화 알루미늄층(210b)과 그대로 알루미늄층으로 남아 있는 부위로 구분되어 홀 도체(210a)가 형성된다(도2s 참조).

이어서, 드라이필름을 박리 제거하고 무전해 동도금을 실시하여 동도금층(220)을 형성한다(도2t). 도2u를 참조하면, 드라이필름(230)을 밀착하고 선택 식각함으로써 패턴을 전사한다. 이어서, 도2v를 참조하면, 무전해 동도금을 실시하여 동도금층(240)을 형성한다. 이어서, 드라이필름(230)을 박리 제거하고 플래시 에칭을 실시하면, 도2w에 도시한 모습을 얻게 된다.

도2x를 참조하면, 동박회로가 형성된 기판 양 표면에 감광성 솔더 레지스트(PSR)를 도포하고, 도2y에 도시한 대로 사진/현상/식각 공정을 진행하여 원하는 부위를 개구하고 경화과정을 진행한다. 최종적으로 개구된 동박 패드 위에 금도금 또는 니켈도금 등의 조합으로 피니시 공정을 실시한다(도2z 참조). 그리고 나면, 최종적으로 캐리어(100) 위에 형성된 상하 두 개의 구조물(300a, 300b)을 서로 분리한다(도2za 참조). 이어서, 도2zb에 도시한 대로, 알칼리 에칭을 실시하여 동박(100c)을 제거한다.

전술한 내용은 후술할 발명의 특허 청구 범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개선하였다. 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 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 진화, 치환 및 변경이 가능하다.

이상과 같이, 본 발명은 제작 과정 중에는 소정의 두께를 가지는 메탈 코어 표면에 동박 회로 구조물을 적층 함으로써 크랙 발생 가능성 없이 공정을 진행하고, 공정을 진행한 후에는 박피 가능한 절연층에 물리적 힘을 가하여 메탈 코어를 벗겨 내어 분리 제거함으로써 상하 두개의 메탈 PCB를 확보하게 된다. 본 발명은 종래 기술과 달리 알루미늄층을 전해 도금을 통해 형성하고 CMP 공정을 통해 평활화 연마하기 때문에 기판의 두께를 초박판화 하면서도 동시에 방열 기능을 확보할 수 있다.

도1a 내지 도1j는 종래 기술에 따른 방법을 나타낸 도면.

도2a 내지 도2zb는 본 발명에 따른 방법을 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 알루미늄판

20 : 드라이필름

30 : 동도금층

40 : 드라이필름

50 : 동도금층

90 : 금도금

100 : 캐리어

100a : 메탈

100b : 절연층

100c : 동박

120 : 드라이필름

130 : 패드

130a : 동도금층

130b : 금도금층

140 : 알루미늄층

140a : 홀 도체

140b : 산화 알루미늄

150 : 드라이필름

170 : 동도금층

180 : 드라이필름

190 : 동도금층

200 : 알루미늄 씨드

210 : 알루미늄층

210a : 홀 도체

210b : 산화 알루미늄
215 : 드라이필름

220 : 동도금층

230 : 드라이필름

240 : 동도금층

Claims (5)

1. (a) 소정의 두께를 가진 메탈 코어 표면 위에 박피 가능한 절연층이 형성되고, 상기 절연층 위에 동박으로 피복된 캐리어에 대하여 상기 동박 표면에 패드를 형성하는 단계;

   (b) 상기 패드 표면과 노출된 동박 표면 위에 알루미늄 전해 도금을 실시하여 알루미늄층을 형성하는 단계;

   (c) 상기 알루미늄층 표면을 선택적으로 노출하도록 패턴 식각된 드라이필름을 상기 알루미늄층 표면에 형성하고 양극 산화공정을 진행하여 상기 패턴 형성된 드라이필름에 의해 마스킹되지 않은 부위의 알루미늄을 산화시켜 산화알루미늄 부도체를 형성하고, 상기 드라이필름이 피복하고 있는 부위는 알루미늄으로 남아 있도록 하여 상기 패드를 전기적으로 접속하는 홀 도체를 형성하는 단계;

   (d) 상기 홀 도체를 층간 접속으로 하여 동박 회로를 형성하는 단계; 및

   (e) 상기 캐리어의 메탈 코어 상단 박피 가능한 절연층 단면 틈새로 절연층으로부터 상부 동박을 벗겨내어 분리하고, 소정의 두께를 지닌 메탈 코어를 분리 제거함으로써 생성된 상하 두 개의 기판 구조물에 대하여 노출된 동박을 식각 제거함으로써 상하 기판 각각에 제작한 패드를 노출하여 두 개의 초박판 메탈 인쇄회로기판을 확보하는 단계

   를 포함하는 인쇄회로기판 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 단계 (d)는

   드라이필름을 박리하고 무전해 동도금을 수행하여, 결과구조물 전면에 동박을 형성하고, 드라이필름을 도포하고 소정의 회로 패턴을 전사하여 상기 드라이필름 패턴을 형성하고 전해 도금을 수행하고 상기 드라이필름을 박리 제거한 후 플래시 에칭을 진행하여 동박 회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 단계 (d)에 후속하여,

   감광성 솔더 레지스트를 표면에 도포하여 노광 및 현상을 진행하여 동박 회로의 표면이 노출되도록 개구하고 경화(cure) 과정을 진행하는 단계; 및

   상기 개구된 동박의 표면에 금도금 또는 니켈도금의 조합으로 피니시 공정을 진행하는 단계

   를 더 포함하고, 상기 단계 (e)의 노출된 동박을 식각 제거하여 각각의 상하 기판의 패드를 노출하는 단계는 알칼리 에칭을 진행하여 패드를 노출하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 단계 (a)는,

   상기 캐리어의 양 동박 표면에 드라이필름을 밀착하고 선택적으로 식각하여 동박 패드를 형성하고자 하는 부위의 표면을 선택적으로 노출하여 드라이필름 패턴을 형성하는 단계;

   상기 드라이필름 패턴에 의해 선택적으로 노출되어 있는 캐리어의 동박 표면에 전기 동도금, 니켈 도금, 금 도금을 수행하고, 상기 드라이필름을 박리 제거하여 동박 패드를 형성하는 단계;

   를 포함하는 인쇄회로기판 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 단계 (d)에 후속하여

   상기 단계 (d) 결과구조물 전면에 알루미늄 스퍼터 공정을 진행하여 알루미늄 씨드를 도포하고, 알루미늄 전해 도금을 실시하여 알루미늄층을 형성하고 표면 연마하여 두께를 조절하는 단계를 수행하고, 상기 단계 (b), (c)를 필요한 만큼 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판 제조방법.

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