1. PCB 와 주변기술

1. 1. PCB와 주변기술 PCB(Printed Circuit Board)란 절연판 위와 그 내부에 회로를 형성시켜 그 위에 실장된 부품을 전기적으로 연결시켜 전기적으로 동작을 시켜주는 기판을 말한다. 처음 PCB가 제작될 당시 Ink를 Screen으로 인쇄해 회로를 형성시켰기에 Print란 말이 따라온 것인데 지금은 회로 형성시 단면기판은 인쇄용 Ink를 사용하나 양면 이상은 감광성 Film이나 감광성 Liquid를 사용해 Pattern을 형성한다. 최근에는 ED(Electro Deposit)라 해 전착도장과 같이 감광성 유제를 도금 방식으로 기판 위에 코팅시켜 회로를 형성시키는 방법도 있다. 동남아 쪽에서는 PCB란 말을 많이 사용하나 구미에서는 PWB(Printed Wiring Board)란 말도 많이 사용되고 있다. 즉 부품과 부품들을 연결시켜 준다는 의미가 더 잘 나타나 있는 용어이다.

2. PCB는 위에서 말한 바와 같이 부품의 전기적 연결 기능 외에 부품들을 기계적으로 고정시켜주는 역할도 한다. 따라서 기계적 강도를 높여야 하기에 산업용 PCB의 원자재 속에는 보강재인 유리섬유(Glass Fiber)가 약 50% 들어 있다. 부품과 PCB의 연결은 Soldering에 의해 수행되는데 이 때 Board는 휘어서도 안되고 또 230～260℃ 열에 변형되어도 안 된다. 즉, 기판은 내열성도 갖고 있어야 한다. 근래에는 컴퓨터와 통신기술의 발전으로 전자기기의 Speed가 빨라졌기에 PCB 위 또는 내부에 있는 회로들이 단순히 전기를 통해주는 연결기능 외에도 부품들과 잘 매칭될 수 있는 특성 임피던스(Characteristic Impedance)의 전기적 특성도 나와주어야 하므로 회로 자체가 부품의 역할까지 하게 되었다. 이러한 기능은 고주파(RF: Radio Frequency)용 PCB에서는 더욱 크게 요구되고 있다.

3. 앞서 언급했듯이 PCB는 반도체와는 달리 수동부품(Passive Component)이다. 따라서 주로 능동 소자(Active Component)인 반도체와 경박 단소화가 특징인 전자제품의 기술 발전에 따라 그 것을 수용하는 방향으로 발전해 왔다. 반도체의 집적도가 증가함에 따라 PCB의 집적도(Density)가 올라가고 HDI(High Density Interconnection) Technology라는 말이 첨단 PCB를 일컫는 대명사가 되었다. 이러한 집적도는PCB에서 회로의 細線化(Fine Pattern), 小經化(Small Hole), 高多層化(High Layer) 그리고 최근에는 Laser 등을 이용 Hole을 가공하고 층을 연속적으로 형성시켜 PCB를 제조하는 Micro Via와 Build Up Technology로 인해 가능하게 되었다

4. 무엇보다 PCB 기술에 영향을 크게 주는 제품은 Internet 관련 제품. Hand Held Product, 그리고 반도체Package에 소요되는 Substrate를 들 수가 있다. 표1-1.

5. 몇 년 전만 해도 한국의 PCB 산업의 기술 수준은 세계 평균 수준에 머물러 있었다. 그러나 국내의 CDMA의 개발 성공으로 휴대폰이 국내 및 해외 수출 수요가 폭발적으로 증가해 금년 현재(2000년) 한국은 휴대폰용 PCB의 세계 2위 생산국(1위는 일본)이 되고 내년(2001년)에는 1위국이 될 것으로 내다보고 있다. 이 휴대폰용 PCB는 Laser로 Micro Via가 가공되고 Build up에 의해 층이 쌓여져 가는 첨단 제조공법인 것이다. 또한 Package용 Substrate인 BGA(Ball Grid Array)와 CSP(Chip Scale Package) 기판도 세계 최대 조립업체인 아남반도체 및 Chipac이 한국에 있기에 이 분야도 일본에 이어 세계 2위 생산국이 되었다. 이 제품은 반도체가 실장되기에 고도의 신뢰성이 요구되고, 회로폭이100μ 이하인 고밀도 제품인 것이다.

6. 2. PCB 종류와 기본기술 PCB를 이해하기 위해 접근하는 방법에는 여러 가지가 있을 수 있으나 종류와 분류에 의한 방법은 편리하고 효율적인 방법이 될 수 있음을 느꼈다. PCB는 그 제조방법과 쓰임새에 따라 다양한 변화가 가능하고 그 특징들을 잘 이해해야 올바른 시스템을 설계할 수 있다 하겠다. 필자는 본 고에서 PCB를 잘 모르는 비전문가나 명확히 알고 있지 못하는 독자를 위해 여러 가지 각도에서 접근하여 전체적으로 PCB를 조명해 보고 올바로 이해할 수 있도록 신경을 썼다.

7. 본 장에서는 아래와 같이 10가지로 PCB를 분류해 보았다. 분류에 따른 기본 기술도 살펴보기 바란다. 1. 용도별 분류 2. IPC에 의한 분류 3. 외관 재질별 분류 4. BASE MATERIAL별 분류 5. 층수별 분류 6. PCB 두께별 분류 7. 회로밀도(LPC)별 분류 8. HOLE에 의한 분류 9. 회로 형성법에 의한 분류 10. 외관처리(FINISH)별 분류

8. 2-1. 용도별 분류 주로 일본 사람들에 의해 분류되던 방식으로 처음에는 아래 도표와 같이 분류 사용돼 왔으나 이제는 민생용과 산업용의 구분이 불명확해져 분류에 의미가 점점 없어지고 있다.

9. 즉 Game기, 휴대폰 전화기, 캠코더, 소형카세트 등은 용도별로 보면 분명 민생용이나 PCB로 보면 산업용 Grade인 것이다. 특히 캠코더, 휴대형 전화기와 같이 Hand Held 제품에서 요구되는 PCB의 사양은 산업용에서도 첨단 제품에 속하는 사양의 난해도가 높고 고도의 제조기술을 요구하는 제품들인 것이다. Multi Media의 개막으로 컴퓨터도 민생용 제품이 되어 가는 시대를 맞아 더욱 그러하다. 좀 더 구체적인 용도인 Market별로 구분하면, Consumer Electronics, Computer와 Business 장비, 자동차, 통신, Industrial Electronics and Instrument, 군사항공의 6분야로 나눌 수도 있겠다.

10. 2-2. IPC에 의한 분류 미국에 본부를 둔 PCB, Connector, Cable, Package, Assembly에 관한 규격을 제정하고 기술 자료를 공급하는 국제기구로서 정식 명칭은 The Institute for Interconnecting and Packaging Electronics Circuits 이다. IPC에서는 검사기준에 차등을 두기 위해 전자제품을 아래와 같이 4등급으로 나누고 있다. PCB 또한 쓰임새에 따라 그와 같이 구분된다.

11. 2-3. 외관 재질별구분 PCB는 재질의 물리적 특성상 세 가지로 구분된다. 즉 일반 PCB인 Rigid Type과 구부러지거나 접힐 수 있는 Flexible Type과 상기 2가지 형태를 하나로 결합시킨 Rigid-Flexible Type 이다. Rigid는 우리가 흔히 아는 PCB이기에 별다른 설명이 필요 없고 Flexible은 카메라 같이 외형이 직육면체인 전자제품에서 4각형의 Rigid Type PCB로는 공간 제약상 문제가 있어 휘거나 접혀 들어가게 유리하게 되는 제품에서 사용된다. 또한 Printer head와 같이 구동되는 부분에서 전기적 연결이 필요할 때 일종의 Connector의 역할로 사용된다. Rigid-Flex는 보다 Compact하고 전기적 접속 횟수를 줄여 고도의 신뢰성을 요구하는 항공우주, 군사용 장비에서 채용되며 NEC 에서는 Note PC에, SONY 에서는 DVC에서도 그 기술을 사용하고 있는데, 재질의 특성상 Assembly의 효율이 떨어지고 제조에 특수 기술이 요구되어 섣불리 접근을 안하고 있다. 하지만 전자제품의 기능이 복잡하고 소형화가 요구되는 Hand held Product에서는 사용이 늘 것으로 예상된다.

12. 위와 같은 구분 이외에도 Rogers에서는 Bend Flex라는 재질이 있어 Rigid와 Flex 중간쯤 되는 특성으로 PCB를 ASSY 후 접거나 휘어서 기구물에 장착시키는 제품도 있다. 또한 TCP(Tape Carrier Package)도 일종의 Flexible 자재인 Polyimide를 이용하고 있고 근래에는 COF(Chip On Flex)라 하여 Flex Board 위에 Bare Chip을 Direct로 얹혀 실장도를 높이는 제품도 개발되고 있다.

13. Tessera社에서는 개발된 μBGA도 Flexible Substrate를 이용, Bare Chip을 장착하는 CSP(Chip Scaled Package)로서 Flexible 자재 고유의 특성을 이용 Silicon과 Substrate의 Dimensional Mismaching의 문제를 해결 신뢰성을 높이고 있다. 이와 같이 Flexible은 그 말 자체와 같이 무한한 이용 가능을 지니고 있어 System Design Engineer는 염두에 두어야 할 분야로 생각된다.

14. 2-4. BASE MATERIAL별 분류 PCB에 있어 재질의 선택은 대단히 중요하다. 그것은 전기적 특성, 내열성, 가격 등을 좌우하는 것이 원판 재질이기 때문이다. 특히 양면 SMC 실장의 등장으로 수 차례 Reflow 공정이 요구되고 CPU의 Clock Herz증가 이동체 전자제품의 출현으로 RF(Radio Frequency)의 사용이 우리 가까이에 와 있기에 중요하다 하겠다. 원판을 그 기능면에서 크게 3가지로 분류해 보면 다음과 같다.

15. 상기 표에서 보는 바와 같이 Tg(유리 전이온도)가 150℃ 이상인 High Performance 제품이 늘고 있다. 또한 무선통신의 발달로 Teflon 재질의 수요도 높은 성장률을 보이고 있다. 일반적으로 1MHz～1GHz에는 FR-4와 Polyimide가 사용되며, 3MHz～3GHz에는 유전율이 4.2～4.4인 BT가, 30MHz～10GHz 영역에는 유전율이3.7～3.9인 BT, Cyanate Ester, PPO, Polyester, PPE 재질이 사용된다. 300MHz～300GHz 영역에는 PTEE가 통상적으로 사용되고 있다.

16. 2-5. 층수별분류 PCB는 민생용에서는 단면 기판이 주로 쓰이고 그 밖에 산업용에서는 층수가 올라가는 경향이 있다. 특히 Note PC, 캠코더, 휴대용 전화기, PDA와 같은 Hand Held Product에서는 회로와 실장의 고집적화를 위해 그런 경향이 있다. 하지만 현재 PCB 제조기술과 제조경비 때문 8층 이내에서 해결하려는 경향이 있다. 앞서 말했듯이 단면은 비디오, 오디오 제품에서 주로 쓰이고 양면은 FAX, 복사기, 워드프로세서와 같은 사무용기기와 교환기에서 쓰인다.

17. 4층은 데스크톱용 컴퓨터, 모뎀, 코드레스폰에 쓰이고, 휴대용 전화기는 6층, Note PC나 PDA, Workstation은 8층으로 설계된다. CDMA용 교환기나 TYCOM과 같은 Mini Computer는 10층, 12층으로 설계되고 교환기의 Back Panel 이나 IC Test Probe 등은 12층에서 18층, 그리고 40층과 같이 초고다층은 주로 Main Frame 컴퓨터에 사용되고 있다.

18. 2-6. PCB의 두께별 분류 PCB는 1.6mm 두께가 주종을 이루고 있었으나 전자제품이 경박단소화 됨에 따라 박판화 되는 경향이 있다. 그 대표적인 제품이 IC Card, 전자수첩, Pager, Note PC 등이라 할 수 있겠다. 반면에 특수 용도에서 고다층화 되어 두꺼워지는 것도 있다. 표2-5.

19. 박판화가 되면 동시에 4～8층의 다층을 유지해야기에 층간 절연층이0.1mm 이하로 내려가게 되었다. Prepreg 1장으로 그 층은 통상 이루어지며 이러한 박판화의 추세로 내열성, 절연성이 향상되는 원판이 소요되고 있다. 또한 SLC와 같은 Build up 방법에 의해 제조되는 PCB는 절연층을 Prepreg로 형성치 않고 절연물질을 코팅하거나 라미네이션에 의해 입히기에 박판다층 제조에 용이하다. 이 방법은 광범위하게 확산되리라 예상된다. 미국에서의 Data를 보면 다층 중 0.8t 이하가 5.3%, 0.81～1.6t가 74.6%, 1.61～2.30t가 12.5%, 2.3t 이상이 7.6%의 Share를 보이고 있다.

20. 2-7. 회로밀도(LPC)별 분류 지금은 SMT로 인해 의미가 없어졌지만 DIP Type Package를 사용할 때 Pin과 Pin 사이의 간격이 0.1 인치(100 Mil)이고, 그 사이로 회로 몇 개가 지나가느냐(Line Per Channel)에 따라 회로의 집적도를 가늠할 수 있었다. LPC에 따른 실제 회로폭 크기와 사용 제품을 알아보면 다음과 같다. 표2-7. 회로폭 크기와 사용제품

21. 2-8. HOLE에 의한 분류 회로폭과 함께 전자회로의 집적도를 높이기 위해 Hole 크기도 계속 줄어들고 있다. 특히 SMT 도입 후 Hole은 부품 삽입용이 아니라 단순한 전기 도통인 Via의 역할만 하면 되기에 제한 없이 줄어들고 있는 것이다. IPC의 Technology Roadmap에서 발표한 연도별 Hole Size 감소 경향을 보면 아래와 같다.

22. 근래 PCB의 기술은 Hole의 다양한 종류를 응용하며 발전하고 있다고 보아도 과언이 아니다. 종래의 관통 Hole은 PCB 회로면의 사용면적을 줄여주기에 점차 Blind 혹은 Buried Hole을 사용하려는 추세이다. 대부분의 고기능 휴대폰 제품은 이 기술을 이용하고, Via를 이용하면 Via 위에도 부품을 실장할 수 있게 되어 실장밀도를 올릴 수 있는 것이다.

23. 또한 Hole의 가공 방법도 다양해지고 있다. 이는 종래의 Hole 가공이 텅스텐 카바이트의Drill Bit로 Hole을 하나하나 뚫어 생산성이 아주 낮고 또한 층간 두께가 얇은 Blind Hole 등이 사용되기에 다른 Hole 가공 방법이 가능해졌기 때문이다. PCB에 있어서 Hole 수는 점점 증가되고, PCB 가격에서 Hole 가공비가 차지하는 비중이 커져 특히 다른 방법이 모색되고 있는 것이다. 일례로 BGA 기판을 제조하는데 제일 Cost가 높은 부분이 Drill 가공비고, 다음이 Solder Mask비, 그 다음이 원판 비용이라면 놀랄만 한 것이다. 더군다나 위에 표에서 본 바와 같이 해마다 Hole 구경이 줄어듦에 따라 기계적인 가공은 Bit가 부러지는 확률이 점점 높아져 불가능해지고 있는 것이다.

24. 근래에 와서 Laser로 Hole 가공하는 기술이 ESL社와 SUMITOMO(LUMONICS)社에서 개발되어 점차로 사용이 확대되고 있다. MATSUSHITA 또한 ALIVH란 제조공법을 개발, CO2Laser를 사용하고 있다. 대체로 0.20mm 쯤 되면 Laser 가공이 Bit 가공보다 싸지게 되는 구경이다. Laser 이외에도 IBM에서 SLC(Surface Laminar Circuit) 공법으로 개발한 Photo Via 가공 또한 CYCONEX社에서 DYCOSTRATE라 명명한 Plasma에 의한 Hole 가공이 Buried나 Blind Hole 가공에 큰 장점을 갖고 있다. 이러한 가공 방법은 Build up에 의해 제조되는 PCB에 주로 사용되는데 Bit와는 달리 한꺼번에 다수의 Hole을 가공할 수 있기에 획기적인 방법이라 할 수 있겠다.

26. 2-9. 회로 형성법에 의한 분류 PCB의 회로 형성에는 여러 가지 공법들이 이용되고 있으나, 크게 둘로 나눠 Substractive와 Additive로 설명할 수 있겠다. Substractive는 원판 절연층 위에 동박이 접착된 상태를 원자재로 공급 받은 뒤 PCB 회사에서 불필요한 성분을 Etching에 의해 녹여 버리고 필요한 회로만 남기는 제조기술을 말하며, Additive는 말 그대로 원판회사에서 절연 재질만 공급 받은 뒤 PCB 회사에서 필요한 회로만 그 위에 도금으로 입히는 제조공정을 말한다. 상기 설명한 대원칙을 적당히 변화시켜 Semi-Additive 등 다양한 Process들이 나온다. Additive는 보다 효율적인 제조공정으로 각광을 받았으나 화학도금에 의해 형성된 동도금의 물성이 전기도금만 못해 신뢰성 측면에서 천대를 받아오다가 근래 약품이 개선돼 물성이 전기도금과 대등해져 다시 관심을 갖게 되었다. 특히 Fine Pattern에 유리하기에 그렇다고 하겠다.

27. 현재 도금은 Direct Plate 또는 Short Process라 해서 상기 언급한 포르말린 촉매로 쓰지 않고 유기 폴리머나 카본, 팔라디움을 직접 Hole 속에 흡착시켜 전도체를 만든 뒤 Panel 도금을 생략한 상태에서 직접 Pattern 도금을 이루는 쪽으로 움직이고 있다. 특히 그 공정은 콘베이어에 의한 자동화가 되기에 매력이 더욱 크다.

28. 2-10. 외관처리(FINISH)별 분류 PCB에 있어 외관처리는 대단히 중요하다. 그것은 부품들을 실장시킨 뒤 Solder 방법의 결정과 Solderability의 신뢰성 보증, 또 Bare Board는 보관하는 Shelf Life에 영향을 주기 때문이다. 일본은 Etching Resist로 Tin/Lead를 사용치 않고 25μ 동도금 후 Dry Film으로 Tenting/Etching 하는 Process가 발달해 일찍부터 Flux Coating 방법이 보편화 되었었다. Pre Flux로 일컬어지는 유기용제 타입인 로진 베이스가 주로 사용되어 왔었다. 이에 비해 미국은 SMOBC(Solder Mask On Bare Copper) 출현 후로는 Tin/Lead Reflow가 죽고 HAL(Hot Air Leveler)이 주종을 이루어 왔다. 그러던 중 HAL에서는 20mil pitch 이하인 Fine Pitch의 SMC Pad 위에서 Solder Coating 두께의 균일성을 확보하기 어렵게 되어 OSP(Organic Solderability Preservative)라는 Organic Finish가 각광 받게 되었다. 특히 환경 규제로 납을 몰아내려는 움직임에 발 맞추어 그 사용이 확대되고 있다.

29. 이러한 배경은 또한 내열성이 대폭적으로 향상되어 2회 이상 Reflow에도 견딜 수 있는 Benzimidazole Type의 Organic Finish 제품이 일본의 TAMURA, SANWA, SHIKOKU 등에서 개발되어, 그 일부가 라이선스(TAMURA)를 통해 미국 ENTHONE社에 들어가 ENTEK 106 PLUS란 상표로 시장을 파고 드는데 성공했기 때문이다. OSP를 채택했을 때 PCB 업체와 Set 업체가 얻을 수 있는 장점은 아래와 같다.

31. 표2-10. Process Benefits Comparison

33. 상기 Table에서 보인 Immersion Gold는 Copper와 치환되는 치환금으로 도금 두께가 0.05μ 이하로서 LCD 제품이라든가 캠코더, Solder Mask 처리 후 도금액에 담금으로써 처리되는 일종의 화학도금이다. COB(Chip On Board)라든가 BGA(Ball Grid Array)에서 Wire Bonding에 사용되는 금은 전기금도금(Pure Gold)이라든가, Autocatalytic Type의 화학도금을 사용해야 하고 0.3μ 이상의 금도금 두께를 요구하고 있다.

34. 3. PCB 제조에 필요한 원부자재 • PCB 재료에는 최종제품의 일부가 되는 주재료와 제조과정에서 사용하는 보조 재료가 있다. 주요 재료를 들어 보면 • 주재료: • * 원판 (PCB의 기초재) • Paper/Phenol재, Glass/Epoxy재, Composite재, Polyimide film 등 • * Solder resist (납땜시 도체끼리의 단락(Short) 방지용 Coating(도료)) • 부재료: • * Photo resist (도체'패턴'이나 Solder Resist '패턴'에 사용) • 인쇄'잉크' (용도는 위와 같음. Screen'잉크'용) • Drill bit (Via'홀', 부품'홀'의 Drill 가공용 공구) • Router bit (외형 가공용 공구) • 이하 가장 중요한 재료인 원판에 대하여 살펴본다. 기타 재료에 관해서는 그때 그때의 공정 설명에서 언급하기로 한다.

35. 동박은 통상 전해 동박이 사용된다. 수지와의 접착력을 올리기 위하여 편면(片面)이 5㎛ 정도 조화(粗化) 되어 적층시에 수지 속으로 파고들어 가도록 되어 있다. 동박면을 조화함으로써 수지와의 접착력을 1cm 폭에서 1.4kg 정도로 높일 수 있다. 조화하지 않을 경우는 1cm 폭 당 500g에도 못 미친다. 이것은 0.2mm 폭의 도체로 환산한다면 10g에도 못 미치는 접착력으로 약간의 힘만 걸려도 곧 떨어진다. 특히 납땜 등의 고온상태에서는 수지가 물려져 접착력은 훨씬 적어진다. 밀착력 향상은 원판, 다층판 생산기술의 큰 과제중의 하나였으나 목하 개발중의 최신 공정에서도 큰 과제의 하나가 되고 있다. Flexible PCB용의 절연기판에는 동박을 붙인 Polyimide Film가 주로 사용된다 (그림3-1-2). Polyimide Film과 동박의 접착을 위하여 접착제를 물리는 3층 구조가 일반적이나 접착성을갖게하는 다른 방법을 고안함으로써 접착층을 생략하는 2층 구조가 개발돼 있다. 엷게 할 수 있으므로 굴곡성이 뛰어나고 또 굴곡이 많은 용도에서는 동박도내굴곡성이 높은 압연동박이 사용된다.

36. 3-1. 원판(CCL)의 구조 그림3-1-1은 Rigid(굳은) 원판의 구조를 나타낸 것이며 기초재료는 섬유로 보강한 수지판이 사용된다. 일반적으로 수지는 전기적인 특성은 뛰어나지만 기계적 강도가 불충분하고 또 온도에 의한 치수변화가 크다는 (금속의 10배 정도) 결점이 있다. 이들 결점을 보완하는 것이 강화기재이며 종이(paper), 유리직포(Glass Cloth) 및 유리 부직포들이 이 목적으로 사용된다. 여기서 유리 부직포라는 것은 가로세로 모양으로 얽어 짠 직포가 아니라 짧은 유리 섬유 조각을 얽어 sheet상으로 한 것이다. 이들 기재에 의하여 수지판의 종횡방향(XY방향)의 강도와 치수안정성은 대폭 개선된다. 단, 두께방향(Z방향)에는 기재가 겹쳐있을 뿐이므로 치수 안정성은 수지만일 때와 같고 온도에 의한 신축은 XY방향의 10배 정도나 된다.

37. 3-3-1. Glass/Epoxy 원판 (1) A. 일반제품 Glass/epoxy 원판은 Glass포에 Epoxy 수지(수지, 경화제를 주성분으로 하는 배합물)를 함침시킨 기재와 동박으로 구성됨. - 기재의 Grade로는 FR-4 (NEMA규격)가 일반적이며 근래에는 수지의 高 Tg화와 고온에 서의 만곡(구부림)강도 등 제특성을 향상시킨 FR-5(또는 FR-5 상당)의 수요가 높음. - 또한 비난연(非難燃) Grade도 있지만(G-10, G-11), 최근에는 생산량이 적어 한정된 용도 밖에 사용되지 않음. Glass/Epoxy 원판에는 편면・양면판 및 다층판 용도가 있지만 최근의 PCB 저가화 영향도 있어, 특히 편면・양면판 용도에서는 Paper/Phenol재나 CEM-3재 등으로 전환 진행. 한편 반도체 등 실장부품의 고밀도화에 의한 전자기기의 경박단소화에 따라 PCB에 대한 요구 특성은 엄격해지고 있으며 특히 다층판용도를 중심으로 고신뢰성 요구에 대응한 기술개발 추진중.

38. 종전의 고신뢰성이 요구되는 용도, 특히 대형 Computer 등의 용도로 Glass/Polyimide 원판이 사용되어 왔지만 최근에는 저가화 요구가 강해져 일부에서는 高 Tg Epoxy 원판이 사용되기 시작. 또 반도체 Package 기판 용도로 종전의 Ceramic 기판과의 치환용으로 검토되고 있으며 앞으로도 Glass/Epoxy 원판의 수요는 계속 증가할 것으로 예상.

39. 표3-3-4. MCL-E-679의 일반특성

40. 동박은 통상 전해 동박이 사용된다. 수지와의 접착력을 올리기 위하여 편면(片面)이 5㎛ 정도 조화(粗化) 되어 적층시에 수지 속으로 파고들어 가도록 되어 있다. 동박면을 조화함으로써 수지와의 접착력을 1cm 폭에서 1.4kg 정도로 높일 수 있다. 조화하지 않을 경우는 1cm 폭 당 500g에도 못 미친다. 이것은 0.2mm 폭의 도체로 환산한다면 10g에도 못 미치는 접착력으로 약간의 힘만 걸려도 곧 떨어진다. 특히 납땜 등의 고온상태에서는 수지가 물려져 접착력은 훨씬 적어진다. 밀착력 향상은 원판, 다층판 생산기술의 큰 과제중의 하나였으나 목하 개발중의 최신 공정에서도 큰 과제의 하나가 되고 있다. Flexible PCB용의 절연기판에는 동박을 붙인 Polyimide Film가 주로 사용된다(그림3-1-2). Polyimide Film과 동박의 접착을 위하여 접착제를 물리는 3층 구조가 일반적이나 접착성을갖게하는 다른 방법을 고안함으로써 접착층을 생략하는 2층 구조가 개발돼 있다. 엷게 할 수 있으므로 굴곡성이 뛰어나고 또 굴곡이 많은 용도에서는 동박도내굴곡성이 높은 압연동박이 사용된다

42. 3-2. 원판의 제조공정 원판은 수지를 함침시킨 종이나 직물을 여러 장 겹쳐 놓고, 그 위에 동박을 올려 적층함으로써 제조한다. 그림3-2는 그 공정을 나타낸 것이다. 종이, 유리포 또는 유리부직포의 Roll을 수지액 속에 담그고 스며들게(함침/含浸)한 다음 건조시킨다. 이것을 Prepreg라 한다. Prepreg단계에서는 수지중의 경화제가 아직 반응하지 않고 있으므로 반경화 상태라 할 수 있다. 이러한 상태를 B-stage라 한다. 이러한 Prepreg를 여러 장 겹쳐 그 앞뒤 면에다 동박을 두고 stainless판 사이에 끼워 고온(180℃ 정도)으로 가열하면 경화제가 반응해 완전 경화함으로써 원판이 완성된다. 이 상태를 C-stage라 한다. B-stage에 있는 Prepreg는 경화가 완료되지 않은 상태이므로 취급시에는 온도를 올리지 않고, 흡습시키지 않으며 보관기한을 준수하는 등의 주의를 요한다.

44. 그림3-2-1. 동장적층판, Prepreg, Shield판의 제조공정 다층판 제조에서는 내부에 들어가는 배선층(내층)을 '패턴'형성, '에칭'으로 작성한 후 외층용의 원판과 겹쳐 Prepreg를 사용해 접착한다. 적층판 업체는 다층판 업체용으로 이 목적에 사용하는 Prepreg를 공급하고 있다. 적층판업체는 또 일부 양산 다층판에 대하여 내층 '패턴' 형성부터 적층까지 가공하여 적층 완료상태로 납입하는 수주형태도 취하고 있다 (그림3-2-1). 이것을 Mass Lamination 혹은 Premulti라 하지만 일본에서는 통상 Shield 판이라 하고 있다. 어느 용어에도 역사적 배경이 있으나 내용을 충분히 표현하고 있지는 않다.

45. 3-3. 사 양 주 원판 사양을 표3-1에 표시한다. 표 3-3-1. 원판 사양

46. 표 3-3-2. 원판의 종류

47. 표 3-3-3. 보강제의 종류

48. B. 사용상 유의점 • 1). 다층화 Press 조건 • 다층화 Press의 경계에는 수지의 종류에 의해 경화특성이 약간 다른 경우가 • 있으므로 Maker의 권장조건을 참고하여 충분한 예비검사 필요. • 기본적으로는 Epoxy계 수지의 경우 가열온도 175~185℃에서 90~120분, • 압력 20~40kgf/㎠ 정도, 진공탈기(脫氣)가 있는 조건. • 또 기판의 Tg가 소정치인가를 점검해서 수지 경화정도를 눈대중으로 하는 경우가 많음. • 2). 재료구성에 의한 기판 특성차 • - 최근 특히 4~6층판에서0.2㎜ 정도의 두꺼운 유리포(布)를 많이 사용. • 예를 들면 0.2㎜ 두께부분을 종전에는 0.1㎜×2장을 사용했지만, 0.2㎜×1장으로 • 바꿔 놓는 식(Single Ply). • 이러한 방법은 Cost Down을 목적으로 한 것이지만, 종전 구성과 비교해 내열성, • Drill 가공성, 표면조도(거칠음), 耐전식성 등이 악화되는 수가 있어 적용 전에 • 충분한 검토 필요. 있음.

49. 3). 시장동향/수요 • 편면・양면판 용도가 거의 한계점에 도달한데 비해 다층판 분야의 수요확대가 • 금후 지속될 듯. • 4, 6층 정도의 低다층 수요가 변함없이 많지만 이 중에는 박형화 기판이 • 많아지고있음. • 또 10층이상의高다층품이 증가하고 있으며 PCB의 신뢰성 확보관점에서 종전의 • FR-4재 에 비해 FR-5(또는 FR-5 상당)재의 요구도 높아지고

50. 3-3-2. 특수 Glass/Epoxy 다층재(2) • 제품개요 • 다층 PCB에 사용되는 중요한 기판재로서 20층 이상의 고다층에 최적인 Glass/Polyimide 재료와 범용 Glass/Epoxy(FR-4)材 등이 있으나 고기능성과 경제성의 양립 요구에 따라 FR-4材를 base로 고내열성, 저열팽창성을 향상시킨 상품 개발이 진전하여 그 시장이 점차 확대중임. 또 이들 기능 향상과 함께 지구환경을 배려한 제품설계도 중요한 요소임. • 환경대응 FR-4 • 종전부터 FR-4 材에서는 UL94V-0의 난연화(難燃化)때문에 Brom化 • BisphenolA형 Epoxy 수지를 주요 원재(原材)로 사용. • 한편 Europe에서는 연소때 다이옥신 유도체나 Dibenzolane유도체 등 • 유해물 생성이 의심스러운 Halogen 화합물과 유해성이 있는 • Antimon화합물 사용을 규제할 움직임이 있음. • Matsushita 電工 개발상품 R-1566은 이러한 움직임에 대응한 실용성과 • 안전성 높은 환경대응 Glass/Epoxy 다층재임. • 일반적으로 연소 구조에서 보면 Plastic 난연화 방법으로는 • 열 전파(傳播)억제, 산화반응 억제, 분해반응 억제, 가열성 휘발성분 확산 • 억제가 있음.