KR100796979B1 - 경연성기판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

경연성기판 및 그 제조방법이 개시된다. 연성절연층; 연성절연층에 매립된 회로패턴; 및 연성절연층의 일부를 커버하는 경성절연층을 포함하는 경연성기판은, 회로보호를 위한 커버레이를 필요로 하지 않아 경연성기판의 박형화 구현이 가능하며, 커버레이의 열경화성 접착제를 사용하지 않기 때문에 굴곡성향상 효과가 크고, 공정 시간을 단축 할 수 있다.

경연성기판, 연성절연층, 매립

Description

경연성기판 및 그 제조방법{Rigid-flexible printed circuit board and manufacturing method thereof}

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 경연성기판을 나타낸 단면도.

도 2는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 경연성기판을 나타낸 단면도.

도 3은 도 2에 도시된 경연성기판을 복수 개로 적층한 제1 단면도.

도 4는 도 2에 도시된 경연성기판을 복수 개로 적층한 제2 단면도.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 경연성기판의 제조방법을 나타낸 순서도.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 인쇄회로기판의 제조방법을 나타낸 흐름도.

도 7은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 인쇄회로기판의 제조방법을 나타낸 흐름도.

도 8은 롤 투 롤 방식에 따른 회로패턴 전사 방법을 나타낸 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 경연성기판 101 : 캐리어판

102 : 회로패턴 103 : 도금레지스트

104 : 연성절연층 105 : 경성절연층

106, 201 : 동박 107 : 보호절연물질

본 발명은 경연성기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

전자기기는 고주파신호, 디지털화 등에 더하여 소형, 경량화가 진행되고, 그것에 탑재되는 프린트 배선판에 있어서도 소형, 고밀도 실장화 등이 요구되고 있다. 이런 요구에 부응하도록 프린트 배선판으로는 신호고속성, 기기내의 설치자유도가 우수한 경연성기판(Rigid-flexible printed circuit board;R-F PCB)의 수요가 높아지고 있다.

한편, 휴대 전자기기의 무게와 크기는 1990년대 후반을 기점으로 크게 변화하지 않은 반면 다양한 부가기능과 고속의 정보처리가 가능한 방향으로 발전하고 있다. 이러한 기술적인 요구를 수용하기 위해서는 경연성기판을 포함한 회로기판의 고밀도화가 필요한 실정이며, 고밀도화를 위해서는 미세배선의 형성기술 및 고밀도층간 접속기술이 우선적으로 개발되어야 한다.

이러한 시장의 요구에 부흥하기 위해 R-F PCB 또한 경박단소화가 진행 중이다.

기존의 R-F PCB는 회로가 형성되는 연성동박적층판(FCCL), 회로를 보호하고 내굴곡성을 높이는 커버레이, 층간 접착하는 접착층인 프리프레그(prepreg;PPG) 또는 본딩시트(Bonding sheet)로 구성되어 있다.

내층 공정을 위주로 기존공정은 FCCL에 회로를 형성하고, 시트 상태로 절단한 상태에서 표면처리 한 후 커버레이를 가접하고 커버레이 접착층과 FCCL을 접착하기 위하여 프레스공정을 진행한다.

커버레이를 이용하게 되면 거치는 일련의 공정, 예를 들어 커버레이 타발, 가접, 프레스공정은 내층공정에서 시간을 많이 필요로 하는 작업이다. 특히 가접공정은 대부분 수작업으로 이루어져 이물에 의한 불량 발생이 많이 발생하고, 내층공정 중에도 시간소모가 가장 큰 병목 공정이다.

회로보호를 주 목적으로 사용하는 커버레이는 폴리이미드 필름(PI film)과 에폭시 접착층(Epoxy adhesive)으로 구성되어 있으며 목형, 금형의 펀칭에 의해 성형되고 두께는 1/2mill ~ 5mill 정도이다. 이때, 접착층으로는 주로 에폭시계나 아크릴계가 사용되는데, 경화되면 접착력은 우수 하지만 굴곡성을 낮추는 단점이 있다.

또한, 커버레이를 회로 위에 올리는 공정은 대부분 수작업으로 이루어지며 별도의 프레스 공정을 거치기 때문에 제조공정 비용이 증가하고 수작업에 의한 불량발생 및 공정지연 등으로 인한 병목공정으로 집중 관리가 행해지고 있다.

이에 따라, 고밀도 실장을 위한 다층 R-F PCB기판의 경우 최종 기판의 두께를 낮추기 위한 노력이 지속 되고 있는데 일정한 두께를 갖는 커버레이를 적용하면 기판의 두께를 낮추는 데 한계가 있을 수 밖에 없다. 또한, 연성 부위의 굴곡성 측 면에서도 두께가 낮을 수록 내굴곡성은 향상되기 때문에 커버레이를 채용하지 않고 두께는 낮추면서 회로보호 및 내굴곡성을 향상 시킬 수 있는 방법이 절실한 실정이다.

본 발명은 경연성기판의 회로보호를 위한 커버레이를 채용하지 않으면서도 경연성기판의 박형화를 구현할 수 있으며, 기판의 내굴곡성이 향상시키고, 제조공정의 비용을 낮출 수 있으며, 불량발생 및 공정지연 등의 문제점을 해결할 수 있는 개선된 경연성기판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일측면에 따르면, 연성절연층; 연성절연층에 매립된 회로패턴; 및 연성절연층의 일부를 커버하는 경성절연층을 포함하는 경연성기판을 제공한다.

또한, 연성절연층과 경성절연층이 순차적으로 적층되며, 최 외곽에 형성되는 회로패턴을 커버하도록 보호절연물질을 더 포함할 수 있다.

또한, 연성절연층은 폴리이미드(PI), 액정고분자{liquid crystal polymer; LCP}, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 및 테프론(PTFE)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 보호절연물질 또한 폴리이미드(PI), 액정고분자{liquid crystal polymer; LCP}, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 및 테프론(PTFE)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면 캐리어판에 회로패턴을 형성하는 단계; 회로패턴을 연성절연층에 전사하는 단계; 캐리어판을 연성절연층으로부터 분리하는 단계; 및

연성절연층의 일측에 경성절연층을 적층하는 단계를 포함하는 경연성기판 제조방법을 제공한다.

여기서, 회로패턴은 어디티브(additive) 방식으로 형성될 수 있다.

또한, 회로패턴은 연속적인 롤 투 롤 방식 및 시트 단위의 프레스 법에 의하여 연성절연층에 전사될 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

이하, 본 발명에 따른 경연성기판 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 경연성기판을 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 경연성기판을 나타낸 단면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 경연성기판을 복수 개로 적층한 제1 단면도이다. 또한, 도 4는 도 2에 도시된 경연성기판을 복수 개로 적층한 제2 단면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 경연성기판(100), 회로패턴(102), 연성절연층(104) 및 경성절연층(105), 보호절연물질(107)이 도시되어 있다.

먼저 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예는 연성절연층(104), 연성절연층(104)에 매립된 회로패턴(102) 및 연성절연층(104)의 일부를 커버하는 경성절연층(105)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

연성절연층(104)은 폴리이미드(PI), 액정고분자{liquid crystal polymer; LCP}, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 및 테프론(PTFE)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있어, 기판의 내굴곡성을 향상시킬 수 있다.

한편, 연성절연층(104)에 매립되는 회로패턴(102)의 형성과정은 간략하게 어디티브(additive) 방식 또는 서브트랙티브(subtractive) 방식으로 구현될 수 있다.

먼저 어디티브 방식에 대해 간략히 살펴보면 다음과 같다.

예를 들어, 1~3um 두께의 동박이 형성된 캐리어 Cu에 도금레지스트를 적층한 후, 회로패턴이 형성될 부분만을 노광, 현상 등에 의해 선택적으로 제거한다. 그리고 나서, 동박에 전원을 인가하여 도금하고, 도금레지스트를 제거함으로써 캐리어에 도출되는 회로패턴을 형성할 수 있다. 그 다음으로, 위와 같이 형성된 회로패턴을 연성절연층인 PI, LCP, PEEK 등에 전사하고, 캐리어를 제거함으로써, 최종적으로 연성절연층에 매몰된 회로패턴을 구현할 수 있다.

서브트랙티브(subtractive) 공법에 대해 간략히 살펴보면 다음과 같다.

두꺼운 동박, 예를 들어 36um 두께의 동박 한쪽면을 등방적인 에칭에 의해 기판의 회로가 될 부분은 남기고 나머지 동박을 제거함으로써 회로패턴을 형성한 다. 이 후 돌출된 회로패턴을 연성절연층에 전사함으로써 매몰된 회로패턴을 형성할 수 있다.

이러한 두 가지 방법에 의해서 형성된 회로패턴이 연성절연층에 매립되도록 롤 투 롤(roll to roll) 방식의 캐스팅 또는 프레스 법을 이용할 수 있다.

본 실시예에서 사용되는 롤 투 롤 방식은 캐리어판에 형성된 회로패턴 위에 연성절연층을 연속적으로 캐스팅하여 회로패턴이 연성절연층에 매립되도록 전사하는 방식을 말한다. 여기에 사용되는 연성절연층으로는 캐스팅을 위한 용액화가 가능한 PI, LCP, PEEK, PTFE가 사용 될 수 있다.

또한, 프레스 법은 캐스팅을 통한 롤 투 롤 방식으로 전사할 수 없는 열가소성플라스틱(non-soluble LCP)과 같은 절연자재의 경우에 사용될 수 있으며, 회로패턴을 절연자재에 압착하여 매립시킬 수 있는 방식이다.

회로패턴(102)은 연성절연층(104) 뿐만 아니라, 경성절연층(105)과 같은 경성절연재에 매립될 수도 있다.

한편, 경성절연층(105)은 프리프레그(prepreg) 또는 본딩 시트(bonding sheet)로 구성될 수 있으며, 연성절연층(104)의 일부를 커버할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 경성절연층(105)이 연성절연층(104)의 일측에 적층될 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이, 경성절연층(105)과 소정간격 이격 배치되는 또 다른 경성절연층(105)이 연성절연층(104)에 적층될 수도 있다.

도 3은 도 2에 도시된 경연성기판을 복수 개로 적층한 제1 단면도이고, 도 4 는 도 2에 도시된 경연성기판을 복수 개로 적층한 제2 단면도이다.

본 실시예의 경우, 회로패턴(102)이 매립되어 있어 회로보호를 위한 커버레이를 필요로 하지 않을 수 있어, 두께를 줄일 수 있는데, 도 3에 도시된 바와 같이, 경연성기판을 6층으로 적층하면, 종래 회로패턴이 매립되지 않아 커버레이를 도포한 경연성기판과 비교하여 100um 이상의 박형화를 실현시킬 수 있다.

또한, 도 4를 참조하면, 회로패턴(102)이 매립된 연성절연층(104)에서, 회로패턴(102)이 노출되지 않은 일면에 경성절연층(105)을 적층할 수 있다. 이러한 구성은 경연성기판을 사용하는 전자기기의 종류에 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 적층할 수 있다.

도시된 바와 같이, 연성절연층(104)과 경성절연층(105)이 순차적으로 적층되며, 최 외곽에는 회로패턴(102)을 커버하도록 보호절연물질(107)이 도포될 수 있다.

보호절연물질(107)은 연성절연층(104)의 물질과 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 즉, 폴리이미드(PI), 액정고분자{liquid crystal polymer; LCP}, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 및 테프론(PTFE)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

따라서, 본 실시예는 연성절연층(104)에 회로패턴(102)을 매립함에 따라, 커버레이를 채용하지 않게 되어 기판의 두께는 줄이면서 회로보호 및 내굴곡성을 향상 시킬 수 있는 경연성기판을 제공할 수 있다.

또한, 커버레이를 이용하게 될 때의 일련의 공정을 거치지 않기 때문에, 수 작업으로 인한 불량발생을 방지할 수 있으며, 시간을 절약할 수 있는 장점이 있다.

더욱이, 기존의 회로는 바닥부만 절연층과 접착되어 있어 신뢰성에 취약한 구조를 가지고 있으나, 매립패턴으로 회로를 형성할 경우 회로의 3면이 절연층과 접착되어 접착강도 및 신뢰성이 우수한 경연성기판을 제공할 수 있다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 경연성기판의 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 인쇄회로기판의 제조방법을 나타낸 흐름도이며, 도 7은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 인쇄회로기판의 제조방법을 나타낸 흐름도이다. 또한, 도 8은 롤 투 롤 방식에 따른 회로패턴 전사 방법을 나타낸 단면도이다.

먼저 도 6을 참조하면, 캐리어판(101), 회로패턴(102), 도금레지스트(103), 연성절연층(104), 경성절연층(105) 및 동박(106)이 도시되어 있다.

본 실시예는 커버레이를 사용하지 않고 매립형태의 회로패턴을 갖는 경연성 기판을 구현함으로써, 기판의 내굴곡성 및 회로보호를 향상시킬 수 있으며, 기판의 박형화를 구현할 수 있다.

우선, 연성절연층(104)에 매립되는 회로패턴(102)을 언급하기 전에 먼저 회로패턴(102)을 형성하는 제조방법에 대하여 설명한다.

먼저, 캐리어판(101)에 회로패턴(102)을 형성한다(S10). 이러한 회로패턴을 형성하는 방법으로는 어디티브(additive) 법을 이용할 수 있다(S12). 이에 대해 간략히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 표면에 예를 들어, 1um 내지 3um 두께의 동박(106)이 형성된 캐리어판(101)의 회로패턴(102)이 형성될 부분만을 노광, 현상 등에 의해 선택적으로 제거한다. 여기서 도금레지스트(103)는 어디티브 법에 의한 회로패턴(102)을 구현하기 위하여 이용하는 감광물질이다. 이러한 모습이 도 6의 (a) 및 (b)에 도시되어 있다.

다음으로, 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이, 동박(106)에 전원을 인가하여 도금할 수 있다. 그 다음으로, 도 6의 (d)에 도시된 바와 같이, 도금레지스트(103)를 제거하여 캐리어판(101)에 도출되는 회로패턴(102)을 형성할 수 있다.

다음으로, 회로패턴(102)을 연성절연층(104)에 전사한다(S20). 형성된 회로패턴(102)은 연성절연층(104)인 PI, LCP, PEEK 등에 전사됨으로써 매립형태의 회로패턴(102)을 구현할 수 있다. 회로패턴(102)을 연성절연층(104)에 전사하는 과정이 도 6의 (e) 및 (f)에 도시되어 있다. 본 실시예의 회로패턴(102) 매립방법으로는, 롤 투 롤 방식을 이용할 수 있다(S22).

이하 롤 투 롤 방식에 대해서 도 8을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 도 8을 참조하면, 롤 투 롤 방식은 회로패턴(102) 위에 용액화가 가능한 절연재료를 연속적으로 캐스팅하고 건조, 경화하여 열처리 후 캐리어판(101)을 제거하는 방식으로 프레스 법과 달리 회로전사를 연속적으로 할 수 있는 방법이다.

이러한 롤 투 롤 방식을 이용하여 회로패턴(102)을 매립시키는 것이 가능한 절연자재로는 PI, LCP, PEEK, PTFE 등이 있으며 LCP의 경우는 후술할 프레스 법으로도 절연체에 회로전사가 가능할 수 있다.

한편, 프레스 법은 롤 투 롤 방식으로 전사할 수 없는 열가소성플라스틱과 같은 절연자재의 경우에 사용될 수 있는 것으로서, 회로패턴(102)을 절연자재에 압착하여 매립시키는 방식이다(S24).

이상에서 설명한 롤 투 롤 방식 또는 프레스 법을 이용하여 연성절연층(104)에 회로패턴(102)을 매립시킴으로써, 회로패턴(102)의 3면이 절연층과 접착되어 접착강도가 우수한 연성기판을 제공할 수 있다.

다음으로, 캐리어판(101)을 연성절연층(104)으로부터 분리한다(S30). 캐리어판이 분리된 연성절연층이 도 6의 (f)에 도시되어있다. 이와 같이. 캐리어판(101)를 제거함으로써, 최종적으로 연성절연층(104)에 매몰된 회로패턴(102)을 구현할 수 있다.

다음으로, 연성절연층(104)의 일측에 경성절연층(105)을 적층할 수 있다(S40). 경성절연층은 도 6의 (g) 및 도 6의 (h)에 도시된 바와 같이, 서로 이격되어 배치되는 두 개의 경성절연층(105)일 수 있다. 여기서, 경성절연층(105)은 프리프레그 또는 본딩시트인 경성절연층으로 구성될 수 있다.

이와 같이, 연성절연층(104)에 회로패턴(102)을 매립함으로써, 회로보호를 위한 커버레이를 필요로 하지 않게 되므로, 경연성기판의 두께를 낮출 수 있어 기판의 박형화를 향상시킬 수 있다. 또한, 커버레이를 도포하기 위한 일련의 공정을 생략할 수 있어, 제조단가 및 제조시간을 절약할 수 있다.

추가적으로, 노출되는 회로패턴(102)이 기판의 최 외곽에 형성되는 경우, 회로패턴(102)을 커버하도록 보호절연물질을 도포할 수 있다. 보호절연물질은 연성절연층의 경우와 같이, PI, LCP, PEEK 또는 PTFE로 이루어질 수 있으며, 연성절연층과 동일한 재질로 이루어질 수도 있다. 이로써 표면에 노출되는 회로패턴을 보다 효율적으로 보호할 수 있다.

도 7은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 인쇄회로기판의 제조방법을 나타낸 흐름도이다. 도 7을 참조하면, 동박(201), 회로패턴(102), 도금레지스트(103), 연성절연층(104), 경성절연층(105)이 도시되어 있다.

본 실시예는 회로패턴(102)을 제조하는 공정에 있어서 도 6에 도시된 실시예와 차이가 있으며, 이하 그 차이가 있는 부분만을 상세히 설명하고, 도 6과 공통되는 부분에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 실시예에서 회로패턴을 제조하는 방법에 있어서는, 서브트랙티브(subtractive) 공법을 이용한다. 먼저, 도 7 의 (a)에 도시된 바와 같이, 동박(201)을 준비하고, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 동박(201)에 회로패턴(102)을 형성하기 위하여 도금레지스트(103)를 적층한 후, 노광, 현상한다.

이 후, 도 7의 (c)에 도시된 바와 같이, 동박(201)의 일면에 등방적인 에칭을 수행하여, 기판의 회로가 될 부분은 남기고 나머지 동박을 제거하여 회로패턴(102)을 형성한다.

다음으로, 도 7 의 (d) 및 (e)에 도시된 바와 같이, 돌출된 회로패턴(102)을 연성절연층(104)에 전사함으로써 매몰된 회로패턴(102)을 형성할 수 있다. 여기서, 회로패턴(102)이 연성절연층(104)에 전사되는 방법으로는 상술한 바와 같이 롤 투 롤 방식 및 프레스 법이 이용될 수 있다.

그 다음으로, 도 7의 (f) 및 (g)에 도시된 바와 같이, 연성절연층(104)의 일측에 경성절연층(105)을 적층할 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 상술한 바와 동일하므로 생략하도록 한다.

전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 회로패턴이 매립되어 있어 회로보호를 위한 커버레이를 필요로 하지 않으므로, 경연성기판의 박형화 구현이 가능하다. 또한, 커버레이의 열경화성 접착제를 사용하지 않기 때문에 굴곡성 향상 효과가 크고, 커버레이 가접 공정을 생략함으로써 공정 시간을 단축 할 수 있다.

Claims (8)

1. 연성절연층;

   상기 연성절연층에 매립된 회로패턴; 및

   상기 연성절연층의 일부를 커버하는 경성절연층을 포함하고,

   상기 연성절연층과 상기 경성절연층이 순차적으로 적층되며,

   최 외곽에 형성되는 상기 회로패턴을 커버하는 보호절연물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경연성기판.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 연성절연층은 폴리이미드(PI), 액정고분자{liquid crystal polymer; LCP}, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 및 테프론(PTFE)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 경연성기판.
4. 제1항에 있어서,

   상기 보호절연물질은 폴리이미드(PI), 액정고분자{liquid crystal polymer; LCP}, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 및 테프론(PTFE)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 경연성기판.
5. 캐리어판에 회로패턴을 형성하는 단계;

   상기 회로패턴을 연성절연층에 전사하는 단계;

   상기 캐리어판을 상기 연성절연층으로부터 분리하는 단계; 및

   상기 연성절연층의 일측에 경성절연층을 적층하는 단계를 포함하는 경연성기판 제조방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 회로패턴은 어디티브(additive) 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 경연성기판 제조방법.
7. 제5항에 있어서,

   상기 회로패턴은 롤 투 롤 방식에 의하여 상기 연성절연층에 전사되는 것을 특징으로 하는 경연성기판 제조방법.
8. 제5항에 있어서,

   상기 회로패턴은 프레스 법에 의하여 상기 연성절연층에 전사되는 것을 특징으로 하는 경연성기판 제조방법.

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