KR20120002016A

KR20120002016A - 연성인쇄회로기판의 제조방법

Info

Publication number: KR20120002016A
Application number: KR1020100062687A
Authority: KR
Inventors: 김현수; 양호민; 김도영
Original assignee: (주)인터플렉스
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2012-01-05

Abstract

본 발명은 폴리이미드 기판에 관통홀을 형성하는 단계; 상기 관통홀이 형성된 상기 폴리이미드 기판의 표면에 전기동이 도금될 수 있도록 증착공법에 의해 씨드(Seed)층을 형성하는 단계; 상기 폴리이미드 기판에 증착된 상기 씨드층의 표면에 전기동을 도금하는 단계; 및 상기 전기동이 도금된 상기 폴리이미드 기판을 식각하여 회로를 형성하는 단계; 를 포함하는 연성인쇄회로기판 제조방법에 있어서, 상기 단계에서 형성된 상기 회로의 표면에 피아이시(PIC)층을 형성하는 단계; 노출공이 인쇄된 마스크를 상기 피아이시층 상에 정렬하는 단계; 및 상기 피아이시를 노광 및 현상하는 단계; 를 더 포함하며, 상기 피아이시는 상기 마스크를 통해 노광 및 현상되므로 연성인쇄회로기판의 정합도가 향상되는 연성인쇄회로기판의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의한 연성인쇄회로기판의 제조방법은, 연성인쇄회로기판 제조시 절연 기판 상에 감광성 커버레이(PIC)를 추가하여 연성인쇄회로기판을 완성함으로써 연성인쇄회로기판의 정합도가 향상되는 효과를 갖는다.

Description

연성인쇄회로기판의 제조방법{Method of Manufacturing Flexible Printed Circuit Board}

본 발명은 연성인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연성인쇄회로기판에 감광성 커버레이(PIC; photo-imageable coverlay)를 적용하여 정합도가 향상되도록 하는 연성인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것이다.

반도체 집적회로의 집적도 발전, 소형 칩 부품을 직접 탑재하는 표면실장 기술의 발전 및 전자 장비들의 소형화 추세에 따라 더욱 복잡하고 협소한 공간에서도 내장이 용이한 연성인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit Board; FPCB)이 개발되었다.

이러한 연성인쇄회로기판은 연성 동박적층판(Flexible Copper Clad Laminate; 이하, FCCL)을 기판 소재로 사용하여 제조한다. FCCL은 폴리이미드(polyimide) 필름의 표면에 동박층을 접착한 연성의 기판으로 예전에는 폴리이미드 필름과 동박을 접착제로 붙인 3층 구조(폴리이미드 필름-접착제-동박)의 제품이 많이 사용되었는데, 최근에는 폴리이미드 필름과 동박층을 직접 접착한 2층 구조의 FCCL이 많이 사용되고 있다.

연성인쇄회로기판의 제조방법을 살펴보기로 한다.

도 1은 종래의 연성인쇄회로기판의 제조방법을 나타내는 흐름도이다. 그리고, 도 2는 종래의 기술에 따른 연성인쇄회로기판 제조방법에 의해 각 단계별 기판 상태를 나타내는 도면이다.

도 1과 도 2를 참조하여 종래의 기술에 따른 연성인쇄회로기판 제조방법을 설명하기로 한다.

우선, 기판(110)을 준비한다(S11). 도 2의 (a)를 참조하면, 기판(110)으로는 FCCL의 절연층에 해당되는 폴리이미드(polyimide) 기판이 사용된다.

도 2의 (b)를 참조하면, 준비된 기판(110)에 상면과 하면을 관통하는 관통홀(120)을 형성한다. 관통홀(120)은 CNC(computer numerical control) 드릴을 이용하여 형성되거나, UV(Ultraviolet) 레이저 드릴을 이용하여 형성된다.

도 2의 (c)를 참조하면, 기판(110) 상에는 씨드(Seed)층(130)을 형성한다(S12). 씨드층(130)은 증착에 의해 형성된다.

씨드층(130)을 형성시키기 위한 증착(Sputtering) 공법으로는, 고주파 유도가열 방식, 저항 가열방식, 일렉트론 빔 방식 및 플라즈마 방식 중의 하나 또는 복수 개의 방식을 이용한다.

씨드층(130)은 니켈-크롬(Ni-Cr), 구리(Cu) 또는 니켈(Ni)에 의해 형성되는데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

여기서, 증착공법은 진공챔버 내에서 불활성 기체의 글로 방전(Glow discharge)을 형성하여 양이온들이 타겟(Target)에 충돌하도록 함으로써 운동량 전달에 의해 타겟의 원자가 방출되도록 하는 방법이다. 방출된 원자들은 진공챔버 안에서 자유롭게 운동하게 되며 증착하고자 하는 대상의 표면에 증착층을 형성한다. 방출된 원자들은 운동량 전달에 의해 비교적 높은 운동에너지를 가지므로 대상의 표면에서 증착층을 형성할 때 열역학적으로 안정된 위치로 표면확산이 일어나게 되며, 치밀한 조직의 매우 얇은 피막을 형성한다. 이와 같은 증착공법에 의하여 형성된 씨드층(130)은 1000Å 이하의 매우 얇은 두께로 형성된다.

도 2의 (d)를 참조하면, 기판(110)에 증착된 씨드층(130)의 표면에 전기동(Cu)(140)을 도금하는 단계를 수행한다(S13). 이 전기동도금단계(S130)에 의하여 관통홀(120)로 연결된 상층과 하층이 전기적으로 도통되게 된다.

도 2의 (e)를 참조하면, 전기동(140)이 도금된 기판(110)을 식각하여 회로(150)를 형성한다(S14).

이와 같이, 연성인쇄회로기판(FPCB) 제조 공정에서 연성 동박적층판(FCCL)을 사용하여 홀가공과 동도금 후 회로를 형성하기 때문에 전체 Cu 두께가 상승하므로, 미세회로의 구현이 곤란하지만, 스퍼터링 공법의 활용에 의해 원하는 Cu 두께를 제조할 수 있으므로 미세회로의 구현이 가능해질 수 있었다.

회로(150)가 형성된 후에는 회로(150)의 상부에 커버레이 필름(152)을 압착시켜 회로를 보호한다.

도 2의 (f)를 참조하면, 커버레이 필름(152)은 씨드층(130)의 상부에 위치되고, 이후, 소정의 열 및 압력을 인가하여 압착된다. 이때, 커버레이 필름(152)의 일면에는 접착면이 형성되어 있어, 커버레이 필름(152)이 압착될 때 커버레이 필름(152)의 접착면은 회로(150) 상에 접착된다. 도 2의 (f)에서 도면의 간략화를 위해 기판(110)에서 회로(150)가 형성되는 있는 부분만을 도시하였다.

커버레이 필름(152)의 압착에 의한 커버레이층이 형성됨으로써 연성인쇄회로기판이 완성된다. 여기서, 커버레이 필름(152) 상에는 회로(150)의 형태에 맞추어 패턴이 기 형성되어 있다.

이와 같이, 연성인쇄회로기판을 제작을 수행하는 과정에서, 커버레이 필름을 압착하는 도중, 커버레이 필름(152)과 기판(110) 사이에 기포가 발생하는 문제점이 있었다.

또한, 커버레이 필름에 열 및 압력을 인가하여 압착하는 공정을 수행하는 도중, 니켈-크롬으로 형성된 씨드층과 기판 사이의 접착력은 압착공정의 수행을 위해 인가되는 열 및 압력에 의해 낮아지며 이에 따라 상기 씨드층과 상기 기판이 분리되거나 어긋나게 형성되어 불량이 발생하는 문제점이 발생하였다.

도 3은 종래의 기술에 따른 연성인쇄회로기판 제조방법에서 커버레이의 접착력 약화를 설명하는 그래프로서, 형성된 회로상에 접촉되어 있는 커버레이 필름의접착력은 커버레이 필름의 압착 후에 1/2 이하로 약화됨을 알 수 있다. 또한, 생산 회사에 따라 서로 다른 접착력을 나타내기는 하나, 열이 인가되면 접착력이 저하되는 공통점을 갖고 있다.

그리고 이러한 경우, 커버레이 필름(152)의 패턴이 기판(110) 상의 정위치에서 일측으로 쏠리며 정합도가 저하되는 문제점이 있었다. 커버레이 필름(152)의 패턴이 기판(110) 상에서 일측으로 쏠리는 현상은 도 4에 도시되어 있다. 즉, 도 4의 (a)와 같이 커버레이 필름(152)의 패턴이 회로(150)와 일치해야 하지만, 도 4의 (b)와 같이 커버레이 필름(152)의 패턴이 쏠리며 불일치하는 문제점이 있었다.

정합도 향상을 위해 기판(110) 상에서 일측으로 쏠려있는 커버레이 필름(152)의 패턴을 기판(110) 상의 회로와 정합시키는 정합 작업을 추가로 수행해야 하므로 작업성이 저하되는 문제점이 있었다.

이때, 정합 작업은 작업자의 수작업에 의해 이루어지기 때문에 작업자의 숙련도에 따라 정합도가 차이가 발생하고, 작업의 반복에 의해 작업자에게 피로가 쌓이면 작업성이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 연성인쇄회로기판 제조시 열과 압력을 인가하여 커버레이 필름을 씨드층 상에 압착하는 경우 커버레이 필름이 정위치에서 어긋날 수 있어 이를 방지하기 위하여 기판 상에 형성된 회로 상에 감광성 커버레이(PIC)를 이용하여 커버레이층을 형성하고 그 상부에는 커버레이를 노광 및 현상하여 연성인쇄회로기판이 완성되도록 하는 연성인쇄회로기판 제조방법을 제공한다.

본 발명은 폴리이미드 기판에 관통홀을 형성하는 단계; 상기 관통홀이 형성된 상기 폴리이미드 기판의 표면에 전기동이 도금될 수 있도록 증착공법에 의해 씨드(Seed)층을 형성하는 단계; 상기 폴리이미드 기판에 증착된 상기 씨드층의 표면에 전기동을 도금하는 단계; 및 상기 전기동이 도금된 상기 폴리이미드 기판을 식각하여 회로를 형성하는 단계; 를 포함하는 연성인쇄회로기판 제조방법에 있어서, 상기 단계에서 형성된 상기 회로의 표면에 피아이시(PIC)층을 형성하는 단계; 노출공이 인쇄된 마스크를 상기 피아이시층 상에 정렬하는 단계; 및 상기 피아이시를 노광 및 현상하는 단계; 를 더 포함하며, 상기 피아이시는 상기 마스크를 통해 노광 및 현상되므로 연성인쇄회로기판의 정합도가 향상되는 연성인쇄회로기판의 제조방법을 제공한다.

상기 피아이시(PIC)층은 감광성 물질의 도포에 의해 형성될 수 있다.

상기 피아이시(PIC)층은 피아이시 필름의 진공 압착에 의해 형성될 수 있다.

상기 피아이시 필름의 진공 압착은 70 - 90 ℃의 온도환경에서 수행될 수 있다.

상기 피아이시의 노광은 고에너지의 자외선으로 시행할 수 있다.

상기와 같은 본 발명은, 연성인쇄회로기판 제조시 기판 상에 형성된 회로 상에 감광성 커버레이(PIC)를 추가하고 그 상부에는 감광성 커버레이를 노광과 현상하여 연성인쇄회로기판을 완성함으로써 연성인쇄회로기판의 정합도가 향상되는 효과를 갖는다.

또한, 연성인쇄회로기판 제조시 연성동박적층판(FCCL)을 사용해서 동도금후 회로를 형성하면 동박적층판과 동도금 두께에 의해 전체의 동(Cu)두께의 상승에 의해 미세회로 구현이 곤란하므로 증착공정에 의해 원하는 동(Cu)두께의 조정이 가능하도록 함으로써 미세회로의 구현이 가능해지는 효과를 갖는다.

또한, 연성인쇄회로 기판 제조시 회로가 형성되어 있는 동박층에 커버레이를 압착함으로써 기포의 발생이 방지되어 기포 접촉 부위의 산화와 표면 피막저항의 증가를 방지하는 효과를 갖는다.

도 1은 종래의 기술에 따른 연성인쇄회로기판 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 연성인쇄회로기판 제조방법에 의해 각 단계별 기판 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 연성인쇄회로기판 제조방법에서 커버레이의 접착력 약화를 설명하는 그래프이다.
도 4는 종래의 기술에 따른 연성인쇄회로기판 제조방법의 문제점을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연성인쇄회로기판 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 연성인쇄회로기판 제조방법에 의해 각 단계별 기판 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연성인쇄회로기판 제조방법에서 사용하는 PIC를 나타내는 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연성인쇄회로기판 제조방법을 나타내는 흐름도이다.

또한, 도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 연성인쇄회로기판 제조방법에 의해 각 단계별 기판 상태를 나타내는 도면이다.

본 실시예에서는 단면 기판을 예를 들어 설명하고 있으나, 본 발명은 단면 기판 뿐 아니라 양면 기판에도 동일하게 적용될 수 있다.

도 5 내지 도 6를 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다.

여기서, 도 5의 S110 내지 S140에 의해 설명되는 공정은 도 1의 S11 내지 S14에 의해 설명되는 공정과 동일하고, 도 6의 (a) 내지 (e)에 도시되어 있는 기판에 대한 설명은 도 2의 (a) 내지 (e)에 도시되어 있는 기판에 대한 설명과 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.

도 6의 (f)를 참조하면, 기판(110) 상에 형성되어 있는 회로(150)의 표면에 커버레이를 형성한다. 본 실시예에서는 이를 위해 감광성 커버레이(photo imageable coverlay: 이하 피아이시(PIC) 라 함) 필름을 준비한다. 여기서, PIC 필름에는 기판(110) 상의 회로(150)에 대응하는 패턴이 형성되어 있지 않다.

도면에서, 회로(150)는 씨드층(130) 상부에 형성된 동박층(Cu)(140)의 식각에 의해 구성되지만, 이하에서는 도면의 간략화를 위해 씨드층(130)은 표시하지 않고, 회로(150) 만을 표시하였다. 또한, 관통홀(120)이 형성된 기판 전체가 아닌 회로(150)가 형성되어 있는 기판의 부분만을 예시하였다. 이는 이후의 설명에도 동일하게 적용된다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연성인쇄회로기판 제조방법에서 사용하는 PIC의 구성의 일예를 나타내는 도면이다.

도 7을 참조하면, 피아이시(PIC)(160)는 박리용의 릴리즈필름(161) 상에 감광성 폴리이미드층(162)이 형성되고 그 상부에 캐리어필름(163)이 일체로 형성되어 이루어진다. 여기서, 피아이시(160)는 롤(roll) 형상으로 공급되는 소재로서 다수의 업체에서 다양한 용도로 생산, 판매되고 있다.

피아이시(160)를 연성인쇄회로기판에 맞추어 소정의 크기로 재단한다.

다시, 도 6를 참조하여 설명하기로 한다.

도 6의 (f)를 참조하면, 피아이시(160)는 기판(110) 상의 회로(150)상에 가접착된다. 이때, 피아이시(160)은 릴리즈필름(161)이 박리된 상태이다. 이때에 피아이시(160)의 표면 온도는 23 - 40 도 섭씨로 유지함으로서 매우 약한 접착력을 유지하도록 하여야 한다.

도 6의 (g)를 참조하면, 접착된 피아이시(160)-기판(110)에 대하여 부착된 면은 수많은 기포나 향후 생성 가능한 기포를 함유하고 있기 때문에 이들 기포 및 잔존공기를 제거하기 위하여 진공 라미네이터 등으로 진공압착을 수행한다. 공기의 잔존으로 인한 기포의 발생은 여러 가지 악영향을 주게 되는 것으로서 후속 공정인 노광 시에 기포에 의하여 노광용 광이 산란하거나 굴절되기 때문에 노광정도가 저하되고 미세한 치수의 노출공의 가공 시에 치수정도가 저하되는 등의 다중의 문제점을 가지게 되는 것이다.

이때에 표면의 활성화와 기포의 배출능력 등을 제고하기 위하여 기판(110)의 표면온도는 70 - 90 ℃로 유지하는 것이 바람직하다.

이와 같이 라미네이션이 낮은 온도에서 이루어지므로 씨드층의 접착력이 약화되지 않는다.

이러한 공기의 배출은 진공을 이용한 압착으로 인하여 더욱 효율적으로 이루어지는 것이다.

한편, 커버레이는 필름 형태의 피아이시(160)를 진공 압착하여 형성할 수 있으나, 감광성 물질을 이용하여 커버레이층을 형성할 수도 있다.

즉, 회로(150)의 표면상에 감광성 물질을 균일한 두께로 도포함으로써 커버레이층을 형성할 수 있다.

감광성 커버레이층의 형성은 필름의 접착 또는 감광성 물질의 도포 중 사용자의 선택에 의해 이루어진다.

다음으로는, 도 6의 (h)를 참조하면, 연성인쇄회로기판 상에서 실장되는 부품이나 커넥터 연결부 등의 노출공(171)이 인쇄된 마스크(170)를 진공 압착된 피아이시(160)-기판(110) 상에 정렬시키는 작업을 수행한다(S160).

수행된 피아이시(160)-기판(110)에 대하여 노광과 현상을 수행한다(S150).

우선, 노광 공정을 수행한다. 노광은 300 mj/cm2 이상의 고에너지의 자외선의 조사에 의해 수행된다.

이러한 노광공정으로서 노출공(171)을 제외한 부분은 노광되어 화학적으로 안정된 상태가 되고, 인쇄부인 노출공(171)은 불안정한 상태로 존속되게 되어 후속공정의 현상용액에 의하여 녹아서 제거된다.

도 6의 (i)를 참조하면, 노광된 피아이시(160)-기판(110)을 현상액, 예를 들면 본 발명에서는 1 % 정도의 농도의 Na₂CO₃를 이용하여 현상을 한다.

현상을 함으로서 불안전한 상태의 피아이시(160)의 폴리이미드(162)는 용해되고 노출공(171)이 개구되어진다.

도 6의 (j)을 참조하면, 피아이시(160)-기판(110)을 수세하여 잔존한 화합물, 불순물을 제거한다.

도 6의 (k)을 참조하면, 재료적으로 충분한 경도가 보장되지 아니한 피아이시(160) 상의 잔존한 비현상부를 경화시키기 위하여 다시 자외선으로 가열함으로서 피아이시(160)는 이미드(imid) 반응을 통하여 실용화가 가능하도록 충분히 경화되어 지는 것이다.

자외선가열은 1 차적으로 섭씨 140도에서 200 까지 일정한 비율로 온도를 증가시키면서 60분간 가열하여 경화시키고, 그후 2차적으로 섭씨 180 도에서 10 분간 가열하고 다시 3 차적으로 섭씨 230 도에서 10분간 가열하는 다중의 가열로서 충분한 경화를 수행하여, 연성인쇄회로기판을 완성한다.

상기한 바와 같이, 연성인쇄회로기판의 제작에 금형을 사용하는 기존의 방법과는 달리, 기판의 도전층상에 감광성 커버레이(PIC)층을 형성하고 그 상부에 마스크를 정렬한 후, 노광과 현상을 수행하여 회로에 대응하는 노출공과 같은 패턴을 형성하여 연성인쇄회로기판을 완성함으로써, 완성된 연성인쇄회로기판의 정합도가 향상되고, 작업성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 커버레이층은 열과 압력에 의한 압착이 아닌 노광과 현상에 의해 형성되므로, 보다 낮은 온도에서도 라미네이션이 가능해 씨드층의 접착력이 유지되는 효과를 갖는다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

110: 기판
120: 관통홀
130: 씨드층
140: 전기동
150: 회로
160: PIC(감광성 커버레이)
170: 마스크

Claims

폴리이미드 기판에 관통홀을 형성하는 단계; 상기 관통홀이 형성된 상기 폴리이미드 기판의 표면에 전기동이 도금될 수 있도록 증착공법에 의해 씨드(Seed)층을 형성하는 단계; 상기 폴리이미드 기판에 증착된 상기 씨드층의 표면에 전기동을 도금하는 단계; 및 상기 전기동이 도금된 상기 폴리이미드 기판을 식각하여 회로를 형성하는 단계; 를 포함하는 연성인쇄회로기판 제조방법에 있어서,
상기 단계에서 형성된 상기 회로의 표면에 피아이시(PIC)층을 형성하는 단계;
노출공이 인쇄된 마스크를 상기 피아이시층 상에 정렬하는 단계; 및
상기 피아이시를 노광 및 현상하는 단계;
를 더 포함하며,
상기 피아이시는 상기 마스크를 통해 노광 및 현상되므로 연성인쇄회로기판의 정합도가 향상되는
연성인쇄회로기판의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 피아이시(PIC)층은 감광성 물질의 도포에 의해 형성되는
연성인쇄회로기판의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 피아이시(PIC)층은 피아이시 필름의 진공 압착에 의해 형성되는
연성인쇄회로기판의 제조방법.
제3항에 있어서,
상기 피아이시 필름의 진공 압착은 70 - 90 ℃의 온도환경에서 수행하는
연성인쇄회로기판의 제조방법.
제3항에 있어서,
상기 피아이시의 노광은 고에너지의 자외선으로 시행되는
연성인쇄회로기판의 제조방법.