KR101109356B1

KR101109356B1 - 임베디드 인쇄회로기판의 제조방법

Info

Publication number: KR101109356B1
Application number: KR1020100102461A
Authority: KR
Inventors: 박진선; 이승은; 이상철
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2010-10-20
Filing date: 2010-10-20
Publication date: 2012-01-31
Also published as: JP2012089812A

Abstract

본 발명은 임베디드 인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것으로, 절연거리가 균일한 임베디드 인쇄회로기판을 구현함으로써, 인쇄회로기판의 전기적 특성을 일정하게 유지할 수 있고, 전자소자(140)를 기준으로 상하 대칭 구조를 형성함으로써, 인쇄회로기판에 발생하는 휨(Warpage) 문제를 개선할 수 있다.
또한, 전자소자 지지용 테이프의 탈부착 공정이 불필요하기 때문에 제조비용이 감소할 뿐만 아니라, 공정시간을 효과적으로 단축시킬 수 있다.
더 나아가, 두께가 조절 가능한 반경화 절연층(제2 반경화 절연층;126)을 사용하여 캐비티(132)의 충진성을 향상시킴으로써, 전자소자(140)의 내장 신뢰도를 개선할 수 있는 임베디드 인쇄회로기판의 제조방법을 제공한다.

Description

임베디드 인쇄회로기판의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING THE EMBEDDED PRINTED CIRCUIT BOARD}

본 발명은 임베디드 인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것이다.

근래 전자기기 제품의 소형, 경량화 추세에 따라 반도체 소자 등의 전자소자를 내장한 인쇄회로기판의 개발이 주목을 받고 있다.

전자소자 내장형 인쇄회로기판을 구현하기 위해 인쇄회로기판에 IC(Interated Circuit) 칩 등의 반도체 소자를 실장하는 표면 실장기술이 많이 존재하며, 이러한 기술로는 와이어 본딩(Wire Bonding), 플립 칩(Flip Chip) 등의 방법이 있다.

여기서, 와이어 본딩에 의한 실장방법은 인쇄회로기판에 설계회로가 인쇄된 전자소자를 접착제를 이용하여 인쇄회로기판에 본딩시키고, 인쇄회로기판의 리드 프레임과 전자소자의 금속 단자(즉, 패드) 간에 정보 송수신을 위해 금속 와이어로 접속시킨 후 전자소자 및 와이어를 열경화성 수지 또는 열가소성 수지 등으로 몰딩(molding) 시키는 것이다.

또한, 플립 칩에 의한 실장방법은 전자소자에 금, 솔더 혹은 기타 금속 등의 소재로 수십 ㎛ 크기에서 수백 ㎛ 크기의 외부 접속 단자(즉, 범프)를 형성하고, 기존의 와이어 본딩에 의한 실장방법과 반대로, 범프가 형성된 전자소자를 뒤집어(flip) 표면이 기판 방향을 향하도록 실장시키는 것이다.

그러나, 이러한 표면 실장방법은 전자소자를 인쇄회로기판의 표면에 실장하는 것으로, 실장 후 전체 두께가 인쇄회로기판 및 전자소자의 두께의 합보다 작아질 수 없어 고밀도화에 어려움이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 전자소자를 인쇄회로기판 내, 즉, 외부가 아닌 인쇄회로기판의 내부에 실장하고 빌드업(Build-up)층을 형성시켜 전기적 접속을 함으로써 소형화 및 고밀도화를 추구하고자 하는 방법이 나타나고 있다.

도 1 내지 도 4는 종래기술에 따른 전자소자 내장형 인쇄회로기판의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도로서, 이를 참조하여 그 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 동박적층판에 내층 회로층(11) 및 전자소자(14;도 2 참조)를 수용하기 위한 캐비티(cavity; 12)가 형성된 코어기판(10)을 제조하고, 코어기판(10)의 일면에 전자소자를 지지하기 위한 테이프(13)를 부착한다(도 1 참조).

다음, 전극단자(15)를 갖는 전자소자(14)가 캐비티(12)에 수용되도록 테이프(13)에 전자소자(14)을 페이스-업(face-up) 상태로 부착한다. 다음, 테이프(13)가 부착되지 않은 코어기판(10)의 타면에 전자소자(14)와 캐비티(12) 사이의 공간을 포함하여 제1 절연층(16)을 형성한 후 경화시킨다(도 2 참조).

다음, 코어기판(10)의 일면에 부착된 테이프(13;도 2 참조)를 제거하고, 테이프(13)가 제거된 코어기판(10)의 타면에 제2 절연층(17)을 형성한다(도 3 참조).

마지막으로, 내층 회로층(11) 또는 전자소자(14)의 전극단자(15)와 연결되는 비아(19)를 갖는 외층 회로층(18)을 제1 절연층(16) 또는 제2 절연층(17)에 형성한다(도 4 참조).

그러나, 도 1 내지 도 4에 도시된 종래기술에 의해 전자소자(14)를 인쇄회로기판에 내장하는 경우, 전자소자(14)을 지지하기 위해 지지용 테이프(13)가 사용되고, 추후 제거되기 때문에 제조비용이 증가할 뿐만 아니라, 테이프(13)를 탈부착하는 하는 테이핑(taping) 공정으로 인해 제조공정이 복잡해지는 문제점이 있었다.

또한, 테이프(13)로 전자소자(14)을 지지한 상태에서 테이프(13)가 부착되지 않은 면에 제1 절연층(16)을 형성한 후, 테이프(13)를 제거한 후 테이프(13)가 제거된 코어층(10)의 일면에 재차 제2 절연층(17)을 형성하기 때문에 공정시간이 길어지는 문제점이 있었다.

더 나아가, 상기 제1 절연층(16) 또는 제2 절연층(17)에 사용되는 프리프레그(prepreg) 또는 RCC(Resin Coated Copper)는 적층 조건 및 제품 설계에 따라 흐름성이 달라지기 때문에, 반경화 상태의 제1 절연층(16) 또는 제2 절연층(17)을 코어기판(10)에 적층하는 것만으로는 인쇄회로기판의 절연거리가 균일하게 구현되지 않았고, 그 결과 제품의 전기적 특성이 일정하게 유지될 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 불균일한 절연거리로 인해 인쇄회로기판의 외부로부터 작용하는 응력에 의한 휨(warpage)이 일어날 수 있는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 절연거리가 일정한 임베디드 인쇄회로기판을 구현함으로써, 인쇄회로기판의 전기적 특성을 일정하게 유지하고, 휨 문제를 개선하며, 내장 밀집도가 향상된 임베디드 인쇄회로기판의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 임베디드 인쇄회로기판의 제조방법은, (A) 제1 금속층, 제1 경화 절연층, 제1 반경화 절연층이 순서대로 적층된 제1 구조체 및 제2 금속층, 제2 경화 절연층, 제2 반경화 절연층이 순서대로 적층된 제2 구조체를 구비하는 단계, (B) 상기 제1 반경화 절연층 상에 캐비티가 구비된 내층 기재를 적층하고, 상기 캐비티에 배치되도록 상기 제1 반경화 절연층 표면에 반도체칩을 고정하는 단계 및 (C) 상기 제1 반경화 절연층과 상기 제2 반경화 절연층이 서로 마주보도록 배치하고, 상기 내층 기재 방향으로 상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체를 압착하여 상기 반도체칩을 임베딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (A) 단계에서, 상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속층은 구리로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (A) 단계에서, 상기 제1 경화 절연층 및 상기 제2 경화 절연층은 열경화성 절연재로 형성되고, 실리카 필러(silica filler) 또는 유리 섬유(glass fiber)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (A) 단계에서, 상기 제1 반경화 절연층 및 상기 제2 반경화 절연층은 열경화성 절연재로 형성되고, 실리카 필러(silica filler)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (A) 단계에서, 상기 제2 반경화 절연층의 두께는 상기 제1 반경화 절연층의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (A) 단계에서, 상기 제1 경화 절연층의 두께와 상기 제2 경화 절연층의 두께가 동일한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 경화 절연층 및 상기 제2 경화 절연층은 두께가 20㎛ 이상 50㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 반경화 절연층 및 상기 제2 반경화 절연층은 두께가 2㎛ 이상 10㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 반경화 절연층 및 상기 제2 반경화 절연층은 경화율이 25% 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해 질 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 임베디드 인쇄회로기판의 제조방법은, 절연거리가 균일한 임베디드 인쇄회로기판 구현이 가능하여, 인쇄회로기판의 전기적 특성을 일정하게 유지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 두께가 조절 가능한 반경화 절연층을 사용하여 캐비티의 충진성을 향상시킴으로써, 전자소자의 내장 신뢰도를 개선할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 전자소자 지지용 테이프를 탈부착하는 테이핑(taping) 공정이 불필요하기 때문에 제조비용이 감소할 뿐만 아니라, 공정시간을 효과적으로 단축시킬 수 있는 장점이 있다.

더 나아가, 전자소자를 기준으로 절연층 및 금속층이 상하 대칭적으로 적층된 구조를 형성함으로써, 인쇄회로기판에 작용하는 응력에 의해 발생하는 휨(Warpage) 문제를 개선할 수 있다는 장점이 있다.

도 1 내지 도 4는 종래기술에 따른 임베디드 인쇄회로기판의 제조방법을 공정 순서대로 도시한 단면도; 및
도 5 내지 도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 임베디드 인쇄회로기판의 제조방법을 공정 순서대로 도시한 단면도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해 질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들어 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 5 내지 도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 임베디드 인쇄회로기판의 제조방법을 공정 순서대로 도시한 단면도이다.

먼저, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 제1 금속층(112), 제1 경화 절연층(114), 제1 반경화 절연층(116)이 순서대로 적층된 제1 구조체(110)(도 5 참조) 및 제2 금속층(122), 제2 경화 절연층(124), 제2 반경화 절연층(126)이 순서대로 적층된 제2 구조체(120)(도 6 참조)를 구비한다.

상기 제1 금속층(112) 또는 상기 제2 금속층(122)은, 본 발명에 따라 제조된 임베디드 인쇄회로기판을 사용한 빌드업 기판 또는 전자소자(140) 패키지 기판을 제작함에 있어서, 선택적으로 패터닝되어 회로층으로 형성될 구성이다. 따라서, 그 구성 재질에는 제한이 없으나, 일반적으로 사용되는 동박으로 형성함이 바람직하다.

상기 제1 경화 절연층(114) 또는 상기 제2 경화 절연층(124)은 열 경화성 절연재 속에 보강재를 함유시켜 형성된다. 여기서, 열 경화성 절연재로는 에폭시계 수지, BT수지, SiO₂가 사용될 수 있고, 보강재로는 실리카 필러(silica filler) 또는 세라믹스계 필러 등과 같은 필러나, 유리 섬유(glass fiber) 또는 아라미드 섬유 등과 같은 섬유를 포함할 수 있다. 열 경화성 절연재에 보강재를 함유시켜 경화 절연층(114,124)을 형성하게 되면, 열 경화성 절연재만을 사용한 경우와 비교하여, 인쇄회로기판에 작용하는 응력에 대한 저항력이 강해지고, 강성이 증대된다. 따라서, 인쇄회로기판의 휨 문제를 개선할 수 있고, 층간 절연거리를 일정하게 유지할 수 있다.

제1 경화 절연층(114)은 제1 금속층(112)에 적층된 후, 완전 경화 상태(C-stage)가 되고, 제2 경화 절연층(124)은 제2 금속층(122)에 적층된 후, 완전 경화 상태(C-stage)가 된다. 인쇄회로기판의 상하 대칭 구조를 구현함으로써 전체적인 휨 문제를 개선하기 위해서는, 제1 경화 절연층(114)의 두께(T1)와 제2 경화 절연층(124)의 두께(T3)가 동일하게 형성되도록 구조체를 구성하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 경화 절연층(114) 및 제2 경화 절연층(124)이 금속층(112,122)에 적층된 후, 완전 경화 상태가 되고, 제조공정이 완료된 후에도 초기 설계 값이 그대로 유지되며, 빌드업 기판 제조시, 비아가 형성되는 부분이므로, 인쇄회로기판의 전체적인 크기나 두께 및 비아의 높이를 고려하여 볼 때, 20㎛ 이상 50㎛ 이하의 두께를 갖는 구성으로 선택하는 것이 바람직하다.

상기 제1 반경화 절연층(116) 또는 상기 제2 반경화 절연층(126)은 열 경화성 절연재 속에 보강재를 함유시켜 형성된다. 여기서, 열 경화성 절연재로는 에폭시계 수지, BT수지, SiO₂가 사용될 수 있고, 보강재로는 실리카 필러(silica filler) 또는 세라믹스계 필러 등을 포함할 수 있다. 열 경화성 절연재에 실리카 필러(silica filler) 또는 세라믹스계 필러 등의 보강재를 함유시켜 반경화 절연층(116,126)을 형성하게 되면, 절연층의 열팽창 계수가 낮아지고, 유리섬유(glass fiber)를 더 함유한 제1 경화 절연층(114), 제2 경화 절연층(124)보다 유동성이 뛰어나, 후술할 공정에서 전자소자(140)를 임베딩할 시, 내층 기재(130)에 형성된 캐비티(132)를 효율적으로 충진할 수 있다.

또한, 제1 반경화 절연층(116)은 제1 경화 절연층(114)에 반경화 상태(B-stage)로 적층되고, 제2 반경화 절연층(126)은 제2 경화 절연층(116)에 반경화 상태(B-stage)로 적층된다.

또한, 제1 반경화 절연층(116)은 전자소자(140)를 고정시키는 역할을 하는 층으로서, 만일 그 두께(T2)가 2㎛보다 작으면, 반경화 절연층의 점착성이 떨어져 전자소자(140)를 고정시킬 수가 없고, 반대로 그 두께(T2)가 20㎛보다 크면, 적층 과정에서 전자소자(140)가 움직일 수 있다. 한편, 10㎛보다 두꺼운 반경화 절연층으로 인쇄회로기판을 제작하게 되면, 최종 구조물의 부피가 커지므로, 전자 제품의 소형화, 경박 단소화 추세에 적절하지 않다. 따라서, 제1 반경화 절연층(116)은 2㎛ 이상 10㎛ 이하의 두께를 갖는 것이 바람직하다.

한편, 제2 반경화 절연층(126)의 두께(T4)는 제1 반경화 절연층(116)의 두께(T2)보다 두꺼운 것이 바람직하다. 제2 반경화 절연층(126)은 제2 구조체(120)를 구성하며, 전자소자(140)가 제1 구조체(110)에 고정된 후, 전자소자(140)를 사이에 두고, 제1 구조체(110)와 제2 구조체(120)를 압착하는 과정에서 전자소자(140) 주위의 캐비티(132)를 충진하는 역할을 한다. 따라서, 제2 반경화 절연층(126)의 두께(T4)는 내장되는 전자소자(140)의 두께에 따라 유동적으로 조절이 가능하도록 구성된다.

또한, 25% 미만의 열경화율을 갖는 절연층에서는 전자소자(140)가 고정되지 않기 때문에, 제1 반경화 절연층(116) 및 제2 반경화 절연층(126)은 SMT(Surface Mounting Technology) 작업 시, 40도 이상 100도 이하의 작업 환경에서 레진 경화율이 25%이상인 것이 바람직하다. 여기서, 상기 경화율은, 경화 전의 절연재 조성물과 경화 후의 절연재 조성물에 함유되는 경화 성분의 FT-IR의 성분 피크 강도로부터 산출할 수 있다. 예를 들어, 경화 전의 절연재 조성물에 있어서의 경화 성분의 피크 강도를 I₀, 경화 후의 절연재 조성물에 있어서의 경화 성분의 피크 강도를 I₁으로 하면, 다음 식에 의하여 경화율을 산출할 수 있다. [ 경화율(%)={(I₀-I₁)/I₀} X 100 ] 또한, DSC의 흡열/발열 피크 강도로부터 산출하는 것도 가능하다.

다음, 도 7에 도시한 바와 같이, 제1 반경화 절연층(116) 상에 캐비티(132)가 구비된 내층 기재(130)를 적층하고, 캐비티(132)에 배치되도록 제1 반경화 절연층(116) 표면에 전자소자(140)를 고정한다.

여기서, 레이저 등을 이용하여, 내장하고자 하는 전자소자(140)의 크기보다 큰 캐비티(132)를 내층 기재(130)에 형성하고, 내층 기재(130)를 제1 반경화 절연층(116)에 적층한다. 여기서, 내층 기재(130)는 완전 경화된 상태의 절연층 또는 금속층으로 구성될 수 있다. 이후, 캐비티(132)에 배치되도록 전자소자(140)를 제1 반경화 절연층(116)에 고정한다. 한편, 제1 반경화 절연층(116)에 전자소자(140)를 고정한 후, 전자소자(140)가 관통하도록 캐비티(132)를 배치하여 내층 기재(130)를 제1 반경화 절연층(116)에 적층하는 것도 가능하다.

다음, 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 제1 반경화 절연층(116)과 제2 반경화 절연층(126)이 서로 마주보도록 배치하고, 내층 기재(130) 방향으로 제1 구조체(110)와 제2 구조체(120)를 압착하여 전자소자(140)를 임베딩한다.

제2 구조체(120)를 구성하는 제2 반경화 절연층(126)은 전자소자(140)를 임베딩하기 위한 자재로서, 캐비티(132)에 전자소자(140)를 배치하고 남은 공간을 충진하는 역할을 한다. 본 발명에 따른 임베디드 인쇄회로기판의 제조 공정에서, 제2 반경화 절연층(126)의 두께(T4)는 내장되는 전자소자(140)의 두께에 따라 유동적으로 선택하여 구성하는 것이 가능하다.

다음, 도 10에 도시한 바와 같이, 전자소자(140)를 임베딩한 이후, 인쇄회로기판을 경화시킨다. 경화 공정이 완료되면, 제1 반경화 절연층(116) 및 제1 경화 절연층(114), 제2 반경화 절연층(126) 및 제2 경화 절연층(124)이 하나의 내층 절연층(136)을 형성한다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 임베디드 인쇄회로기판의 제조방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해 질 것이다.

110 : 제1 구조체 112 : 제1 금속층
114 : 제1 경화 절연층 116 : 제1 반경화 절연층
120 : 제2 구조체 122 : 제2 금속층
124 : 제2 경화 절연층 126 : 제2 반경화 절연층
130 : 내층 기재 132 : 캐비티
136 : 내층 절연층 140 : 전자소자

Claims

(A) 제1 금속층, 제1 경화 절연층, 제1 반경화 절연층이 순서대로 적층된 제1 구조체 및 제2 금속층, 제2 경화 절연층, 제2 반경화 절연층이 순서대로 적층된 제2 구조체를 구비하는 단계;
(B) 상기 제1 반경화 절연층 상에 캐비티가 구비된 내층 기재를 적층하고, 상기 캐비티에 배치되도록 상기 제1 반경화 절연층 표면에 전자소자를 고정하는 단계; 및
(C) 상기 제1 반경화 절연층과 상기 제2 반경화 절연층이 서로 마주보도록 배치하고, 상기 내층 기재 방향으로 상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체를 압착하여 상기 전자소자를 임베딩하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 임베디드 인쇄회로기판의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 (A) 단계에서, 상기 제1 금속층 또는 상기 제2 금속층은 구리로 형성된 것을 특징으로 하는 임베디드 인쇄회로기판의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 (A) 단계에서, 상기 제1 경화 절연층 및 상기 제2 경화 절연층은 열경화성 절연재로 형성되고, 실리카 필러(silica filler) 또는 유리 섬유(glass fiber)를 포함하는 것을 특징으로 하는 임베디드 인쇄회로기판의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 (A) 단계에서, 상기 제1 반경화 절연층 및 상기 제2 반경화 절연층은 열경화성 절연재로 형성되고, 실리카 필러(silica filler)를 포함하는 것을 특징으로 하는 임베디드 인쇄회로기판의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 (A) 단계에서, 상기 제2 반경화 절연층의 두께는 상기 제1 반경화 절연층의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 임베디드 인쇄회로기판의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 (A) 단계에서, 상기 제1 경화 절연층의 두께와 상기 제2 경화 절연층의 두께가 동일한 것을 특징으로 하는 임베디드 인쇄회로기판의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 (A) 단계에서, 상기 제1 경화 절연층 및 상기 제2 경화 절연층은 두께가 20㎛ 이상 50㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 임베디드 인쇄회로기판의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 (A) 단계에서, 상기 제1 반경화 절연층 및 상기 제2 반경화 절연층은 두께가 2㎛ 이상 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 임베디드 인쇄회로기판의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 (A) 단계에서, 상기 제1 반경화 절연층 및 상기 제2 반경화 절연층은 경화율이 25% 이상인 것을 특징으로 하는 임베디드 인쇄회로기판의 제조방법.