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문제 정의
- 따라서 이 연구의 목적은 HASL(hot air solder levelling) 및 무전해 금도금 공정에서 발생되는 solder resist 의 들뜸 문제에 관해 노광량에 따른 해상성이 표면처리 후 밀착력에 미치는 영향을 평가하였다. 해상성을 높이고 under-cut 발생을 줄이기 위해 광중합 개시제와 보조제 및 단량체 량을 변경하여 제조하였다.
제안 방법
- 6) 최종경화는 상자형의 건조기로서 내부에 가열기 및 팬등이 내장되어 열풍을 강제로 순환 시켜서 PCB를 건조하는 방식으로 건조 조건은 150°C, 60분간 모두 동일하게 진행하였다.
- 제조된 각 solder resist의 광개시제 조합에 따른 UV 흡수파장을 알아보기 위해 UV/VIS spectrometer를 통해 분석하였다. HASL 및 ENIG(electroless Ni, Immersion Au) 공정을 거친 시편에 대하여 tape test에 후 육안검사 및 광학 현미경을 통하여 resist 의 들뜸 여부로 밀착력을 확인하였고, 노광량별 resist의 특성을 평가하였다.
- Resist a, b, c를 에타놀에 1/500으로 희석하여 광개시제 조합별 UV흡수파장을 확인하기 위하여 UV/VIS Spectrophotometer를 이용하여 분석을 실시했다. Fig.
- 각 샘플에 대하여 12bar, 20°C 조건으로 각 2회씩 three-rolls mill로 분산시키고 이를 다시 1000rpm, 10분 동안 교반 후 점도를 측정했다.
- 건조는 80°C, 30분 동안 건조하고, 노광은 접촉식 반자동 노광기(ORC社의 HMW680GW7KW)로 resist상에 받는 노광량은 300~800 mJ/cm2 으로 설정하였다.
- 노광량에 (300~800 mJ) 따라 50 µm 부터 10 µm 단위로 120 µm 까지10개씩 우측으로 배열되고, 하측으로는 동일하게 5개 배열되어있는 해상성 test Coupon(Fig. 2)에서 80 µm 부분을 micro section후 현미경으로 확인(100배)하였다.
- 2a)에 resist당 10개씩 현상 공정 후 떨어진 점을 현미경으로 확인하여 측정하였다. 밀착력 test coupon (Fig. 2b) 에 각 resist를 노광량별로 각 10매 씩 코팅하고 최종경화가 끝난 기판에 무전해 금도금과 HASL 공정을 거친 후 밀착력 측정을 실시하여 들뜸 여부를 현미경으로 확인하였다.
- 해상성을 높이고 under-cut 발생을 줄이기 위해 광중합 개시제와 보조제 및 단량체 량을 변경하여 제조하였다. 제조된 각 solder resist의 광개시제 조합에 따른 UV 흡수파장을 알아보기 위해 UV/VIS spectrometer를 통해 분석하였다. HASL 및 ENIG(electroless Ni, Immersion Au) 공정을 거친 시편에 대하여 tape test에 후 육안검사 및 광학 현미경을 통하여 resist 의 들뜸 여부로 밀착력을 확인하였고, 노광량별 resist의 특성을 평가하였다.
- 각 샘플에 대하여 12bar, 20°C 조건으로 각 2회씩 three-rolls mill로 분산시키고 이를 다시 1000rpm, 10분 동안 교반 후 점도를 측정했다. 측정된 점도를 동일하게 맞추기 위해(15,000 cps) 용매인 dipropylene glycol mono-methyl ether로 희석을 하였다. 점도는 Toki 社의Cone-Plate Type의 점도계로 25°C에서 측정하였다.
- 표면처리로는 현재 가장 널리 사용되고 있는 표면처리 공정인 HASL과 ENIG공정에 적용하고 도막의 광반응 수율을 높이고 해상성을 증가시킴으로써 under-cut 을 줄인 solder resist을 제조하여 노광량에 따른 밀착력을 평가하였다. 보다 장파장의 영역을 흡수하는 광개시제를 사용하고 광개시 보조제로써 amine synergist를 사용했을 때 main 광개시제의 장파장 영역에서의 흡수효율이 증가했고, 다관능기 단량체에 관능기 수가 낮은 단량체를 함께 사용하면 광경화 수율이 높아지는 것을 확인하였다.
- 해상성은 coupon (Fig. 2a)에 resist당 10개씩 현상 공정 후 떨어진 점을 현미경으로 확인하여 측정하였다. 밀착력 test coupon (Fig.
- 따라서 이 연구의 목적은 HASL(hot air solder levelling) 및 무전해 금도금 공정에서 발생되는 solder resist 의 들뜸 문제에 관해 노광량에 따른 해상성이 표면처리 후 밀착력에 미치는 영향을 평가하였다. 해상성을 높이고 under-cut 발생을 줄이기 위해 광중합 개시제와 보조제 및 단량체 량을 변경하여 제조하였다. 제조된 각 solder resist의 광개시제 조합에 따른 UV 흡수파장을 알아보기 위해 UV/VIS spectrometer를 통해 분석하였다.
대상 데이터
- 기판은 두산전자의 ANSI 등급 FR-4/전해동박의 단면 기판을 선정하여 테스트를 진행하였다. 인쇄는 스크린방식으로 120 mesh/inch의 폴리머 망사를 사용하였고, squeeze는 경도 70도의 urethane재질을 사용하였다.
- 색상안료로는 phthalocynine계 bue pigmen를 사용하였고, 광개시제로 Ciba-Geigy사의 2-methyl-1[4-methyl thiophenyl]-2-morphol inopropan-1-one (MMMP) 와 2-benzyl-2-dimethylamino-4-morpholinobutyrophenone (BDMP), 보조제로 Lamson사의 isopropylthioxanthone(IPTX)와 ethyl-1,4-(dimethyl amino) benzoate (DAB)를 사용하였다. 단량체로 Nippon Kayaku의 3관능기의 trimethlylolpropane triacrylate (TMPTA)와 6관능기의 dipentaerythritol hexa-acrylate (DPHA)를 사용했다. 광개시제와 단량체의 함량비에 따른 solder resist의 선택은 Table 1 에 나타내었다.
- 본 실험에 사용한 solder resist의 성분 중 에폭시 레진은 Cresol Novolac Type의 알카리 현상형 에폭시를 사용하고 경화제로 dicyan diamide를 사용하였다. 무기안료로 baruim sulfate, talc를 사용하고 solvent로 dpropylene glycol mono-methyl ether를 사용했다. 색상안료로는 phthalocynine계 bue pigmen를 사용하였고, 광개시제로 Ciba-Geigy사의 2-methyl-1[4-methyl thiophenyl]-2-morphol inopropan-1-one (MMMP) 와 2-benzyl-2-dimethylamino-4-morpholinobutyrophenone (BDMP), 보조제로 Lamson사의 isopropylthioxanthone(IPTX)와 ethyl-1,4-(dimethyl amino) benzoate (DAB)를 사용하였다.
- 본 실험에 사용한 solder resist의 성분 중 에폭시 레진은 Cresol Novolac Type의 알카리 현상형 에폭시를 사용하고 경화제로 dicyan diamide를 사용하였다. 무기안료로 baruim sulfate, talc를 사용하고 solvent로 dpropylene glycol mono-methyl ether를 사용했다.
- 무기안료로 baruim sulfate, talc를 사용하고 solvent로 dpropylene glycol mono-methyl ether를 사용했다. 색상안료로는 phthalocynine계 bue pigmen를 사용하였고, 광개시제로 Ciba-Geigy사의 2-methyl-1[4-methyl thiophenyl]-2-morphol inopropan-1-one (MMMP) 와 2-benzyl-2-dimethylamino-4-morpholinobutyrophenone (BDMP), 보조제로 Lamson사의 isopropylthioxanthone(IPTX)와 ethyl-1,4-(dimethyl amino) benzoate (DAB)를 사용하였다. 단량체로 Nippon Kayaku의 3관능기의 trimethlylolpropane triacrylate (TMPTA)와 6관능기의 dipentaerythritol hexa-acrylate (DPHA)를 사용했다.
- 기판은 두산전자의 ANSI 등급 FR-4/전해동박의 단면 기판을 선정하여 테스트를 진행하였다. 인쇄는 스크린방식으로 120 mesh/inch의 폴리머 망사를 사용하였고, squeeze는 경도 70도의 urethane재질을 사용하였다.4) 잉크는 습한상태에서 45~50 µm으로 인쇄하여 건조 후 35~40 µm으로 제작했다.
성능/효과
- 그러나 under-cut의 비율이 큰 폭의 변화를 갖지 않는 것은 하변의 길이가 늘어남에 따라 over-hang의 길이도 같이 늘어나 under-cut의 비율이 크게 차이가 나지 않는 것으로 보인다. Resist b를 a와 비교했을 때 광개시제 DAB를 같이 사용함에 따라 감도의 증감을 확인할 수 있었고, MMMP보다 BDMB를 사용했을 때 보다 감도가 상승했다. 저관능기의 단량체를 도입하여 다관능기 단량체와 함께 사용 시 경화의 수율이 올라가 반응속도가 증가하게 되었다.
- 특히 저 관능기의 TMPTA 를 사용한 resist d, e는 FT-IR 분석 결과에서 보듯이 높은 반응 수율을 가지며 현상 공정 후 감도의 증가와 함께 under-cut 발생이 줄어드는 결과가 나타났다. 각 resist 도막의 under-cut 발생에 따라 해상성이 떨어지는 결과가 나타났으며, 이는 ENIG공정을 거친 후에도 밀착력이 저하되는 결과로 나타났다. 그러나 관능기 수가 낮은 단 량체를 단독으로 사용한 resist d는 감도와 해상성이 증가된 만큼 밀착력에서 좋은 결과를 얻지 못했다.
- 각 resist의 광개시제 조합별로 UV/VIS spectrophotometer 분석 결과 광개시제인 DAB를 사용하면서 장파장대 영역의 흡수율이 높아졌고, BDMB를 사용한 조합의 resist는 보다 넓은 파장의 흡수가 가능했다. 노광 전, 후의 각 resist의 반응수율을 알아보기 위해 FT-IR 분석 결과 관능기수가 적은 단량체를 사용한 resist d와 e의 반응율이 높게 나타 났으나 광개시제 차이로 인한 반응 율의 증가는 크지 않았다.
- 각 resist의 노광 전, 후 반응율을 분석한 결과 Fig. 4에서 저관능기의 단량체를 사용한 resist d, e의 반응율이 높게 나타났으며, MMMP와 DAB를 사용한 resist b와 MMMP 대신 BDMB를 사용한 resist c는 resist a보다 반응율이 조금씩 높아졌지만, 크게 차이가 나지는 않았다.
- 각 조성별 solder resist의 노광량에 따른 감도 측정 결과, 전체적으로 모든 resist 는 노광량이 증가함에 따라 감도가 상승하는 것을 볼 수 있었다 (Fig. 5). 광개시제로 DAB를 사용한 resist b 가 resist a보다 1~1.
- Resist a와 b는 600mJ/cm2부터 50 µm의 해상도가 가능한 반면, resist c는 400mJ/cm2에서 50 µm의 해상도가 측정되었고, resist d는 300mJ/cm2에서 60 µm, resist e는 50 µm까지 측정되었다. 광개시제의 조합으로 볼 때 MMMP를 사용한 resist 보다 BDMB를 사용했을 때 광량이 증가할수록 장파장 영역의 에너지를 흡수하면서 하변의 길이가 증가하였고, 저관능기 단량체를 도입한 resist d, e는 하변의 길이가 더 증가하면서 기재와 밀착되는 면적이 증가되어 밀착력이 좋아졌다.
- 노광량별 해상성 결과에서도 감도에서 나타난 결과와 동일한 결과가 나타났다. 그러나 각 resist 는 최종 경화까지 거친 후 ENIG와 HASL의 표면처리 공정을 거친 후 밀착력을 실험한 결과, resist a의 경우 under-cut이 커져 ENIG 공정 시 resist의 들뜸 현상이 나타났고, under-cut이 좋았던 resist d는 6관능기 단량체를 사용한 다른 resist에 비해 도막 하변의 가교 밀도가 떨어져 ENIG 공정 시 밀착력이 떨어지는 결과가 나타났다.9) 그러나 HASL공정의 경우 고온 공정에 따른 resist의 열적인 물성에 대해서는 모두 좋은 결과를 보여 이는 resist의 열반응성 성분의 영향에 기인한 것으로 보인다.
- 각 resist의 광개시제 조합별로 UV/VIS spectrophotometer 분석 결과 광개시제인 DAB를 사용하면서 장파장대 영역의 흡수율이 높아졌고, BDMB를 사용한 조합의 resist는 보다 넓은 파장의 흡수가 가능했다. 노광 전, 후의 각 resist의 반응수율을 알아보기 위해 FT-IR 분석 결과 관능기수가 적은 단량체를 사용한 resist d와 e의 반응율이 높게 나타 났으나 광개시제 차이로 인한 반응 율의 증가는 크지 않았다.
- 노광량에 따른 각 resist의 감도의 결과는 보다 장파장대의 흡수율을 갖는 BDMB를 사용한 resist와 Amine Synergist로써 광중합 시 반응을 저해시키는 산소장애를 차단하는 역할을 하는 DAB를 사용한 resist가 감도가 증가했고, 단량체로 3관능기 단량체인 TMPTA를 단독 사용한 resist d 및 TMPTA와 6관능기 단량체인 DPHA와 혼용 시 감도가 보다 증가하는 경향을 보였다. 노광량별 해상성 결과에서도 감도에서 나타난 결과와 동일한 결과가 나타났다.
- 노광필름의 회로 폭 80 µm 부분의 under-cut을 측정한결과 전체적으로 모든 resist는 노광량이 증가하면서 under-cut이 줄어 드는 것이 관찰되었다 (Fig. 6).
- 앞서 첫째 이유에서 밝혔듯이 로광기에서 발생된 자외선은 필름에 수직으로 작용하지 않기 때문에 하부 보호 필름의 두께가 클수록 필름에 밀착된 부분의 resist의 폭은 두껍게 나타나게 된다. 따라서 하부 보호 필름의 두께를 최대한 얇게 관리하며 굴절되는 광을 최대한 줄이기 위해 전체 필름의 두께를 얇게 관리할수록 필름과 resist 간의 회로 폭의 차이를 줄일 수 있을 것이다.
- 보다 장파장의 영역을 흡수하는 광개시제를 사용하고 광개시 보조제로써 amine synergist를 사용했을 때 main 광개시제의 장파장 영역에서의 흡수효율이 증가했고, 다관능기 단량체에 관능기 수가 낮은 단량체를 함께 사용하면 광경화 수율이 높아지는 것을 확인하였다. 또한 노광량이 증가할수록 under-cut 발생이 감소하고 해상성과 감도가 증가하였고, 도막의 under-cut이 커질수록 표면처리 공정 후에도 밀착력에 영향을 주었다. 따라서 초기 노광, 현상 공정 중 도막의 형성 시 under-cut발생을 줄이고 도막의 가교 밀도를 높인 도막이 형성되면, 표면처리 공정에서 도막에 미치는 밀착력의 영향을 줄일 수 있다.
- 표면처리로는 현재 가장 널리 사용되고 있는 표면처리 공정인 HASL과 ENIG공정에 적용하고 도막의 광반응 수율을 높이고 해상성을 증가시킴으로써 under-cut 을 줄인 solder resist을 제조하여 노광량에 따른 밀착력을 평가하였다. 보다 장파장의 영역을 흡수하는 광개시제를 사용하고 광개시 보조제로써 amine synergist를 사용했을 때 main 광개시제의 장파장 영역에서의 흡수효율이 증가했고, 다관능기 단량체에 관능기 수가 낮은 단량체를 함께 사용하면 광경화 수율이 높아지는 것을 확인하였다. 또한 노광량이 증가할수록 under-cut 발생이 감소하고 해상성과 감도가 증가하였고, 도막의 under-cut이 커질수록 표면처리 공정 후에도 밀착력에 영향을 주었다.
- 본 실험에서 제조된 solder resist는 BDMB, IPTX, DAB 조합의 흡수파장을 가지는 resist c, d, e가 높은 감도와 해상성의 증가가 측정되었다. 특히 저 관능기의 TMPTA 를 사용한 resist d, e는 FT-IR 분석 결과에서 보듯이 높은 반응 수율을 가지며 현상 공정 후 감도의 증가와 함께 under-cut 발생이 줄어드는 결과가 나타났다.
- 이상과 같은 원인들에 의해 resist 에 전사되어 경화된 회로 폭은 필름의 유제층에 형성된 회로 폭보다 크게 나타나며, 따라서 필름과 resist간의 밀착을 강화하여 최대한 공기층 형성을 막아주고, 필름 두께를 작게 해줌으로써 위와 같은 현상을 최대한 이상적으로 만들어 줄 수 있을 것이라 판단된다.
- Resist b를 a와 비교했을 때 광개시제 DAB를 같이 사용함에 따라 감도의 증감을 확인할 수 있었고, MMMP보다 BDMB를 사용했을 때 보다 감도가 상승했다. 저관능기의 단량체를 도입하여 다관능기 단량체와 함께 사용 시 경화의 수율이 올라가 반응속도가 증가하게 되었다.8)
- 본 실험에서 제조된 solder resist는 BDMB, IPTX, DAB 조합의 흡수파장을 가지는 resist c, d, e가 높은 감도와 해상성의 증가가 측정되었다. 특히 저 관능기의 TMPTA 를 사용한 resist d, e는 FT-IR 분석 결과에서 보듯이 높은 반응 수율을 가지며 현상 공정 후 감도의 증가와 함께 under-cut 발생이 줄어드는 결과가 나타났다. 각 resist 도막의 under-cut 발생에 따라 해상성이 떨어지는 결과가 나타났으며, 이는 ENIG공정을 거친 후에도 밀착력이 저하되는 결과로 나타났다.
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