PCB (Printed Circuit Board) Briefing 사단법인한국전자회로산업협회 1
목차 Ⅰ. PCB 란무엇인가? Ⅱ. 국내외 PCB 역사 Ⅲ. 산업현황 Ⅳ. 종류 Ⅴ. 제조공정 Ⅵ. 세부제조공정 2
Ⅰ. PCB 란무엇인가? 절연기판위에전기적신호를전달할수있는도체 ( 보통, 구리 ) 를형성 시킨것으로전자부품탑재시전기회로를구성하여작동함. 페놀 / 에폭시등의절연판위에구리등의동박 (Copper Foil) 을부착시킨 다음, 회로배선에따라에칭하여필요한회로를구성하고회로간연결 및부품탑재를위한홀 (Hole) 을형성하여만든회로기판 인체의신경으로비유되는 PCB 는소형가전제품에서부터첨단이동 통신기기에이르기까지모든전자기기에사용되는핵심부품임 3
Ⅱ. 국내외 PCB 역사 세계 단면 PCB 생산 (IBM 社 ) 다층 PCB 생산 (Hazeltine 社 ) Build-up 개발 (IBM 社 ) PCB 개발 (Pual Eisler) 양면 PCB 개발 (Motorola 社 ) FPC 생산 (Philips 社 ) P-BGA 개발 (IBM 社 ) 36 40 53 61 69 89 91 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 63 72 82 97 99 02 한국 단면 PCB 생산 양면 PCB 생산 다층 PCB 생산 Build-up PCB 생산 P-BGA 생산 FC-BGA 생산 CSP 생산 4
Ⅲ. 산업현황 1. PCB 산업의특징 수주산업 고객이설계한제품을주문받아생산하는고객지향적수주산업 대규모장치산업 전공정의제조능력을설비가좌우하는대규모장치산업 전후방집약산업 소재, 설비, 약품등다양한핵심요소기술이집약되어있는 전방위산업 핵심전자부품산업 전자제품의경박단소 ( 輕薄短小 ) 를결정하는고부가핵심부품산업 5
Ⅲ. 산업현황 2. 세계 PCB 산업현황 세계전자시장규모 14,000 전자산업의질적 / 양적성장에따라 PCB수요증가 전자산업과 PCB산업의발전은정비례관계 2001~2002년 2년간전자 /IT산업의조정국면이있었으나이후지속적인성장세유지 시장규모 ( 억불 ) 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 연도 아시아지역이전세계 PCB 시장의 80% 점유 500 세계 PCB 산업규모 한국은 12% 의시장점유율로 4 위기록 일본 25%, 중국 20%, 대만 14% 점유 시장규모 ( 억불 ) 400 300 200 100 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 연도 6
Ⅲ. 산업현황 3. 국내 PCB 산업현황 국내 PCB 산업규모 2006년도국내 PCB 산업규모는 8조 4천억원이며, 이중기판제조부문은 65%, 후방산업부문은 35%( 원자재 15%, 설비 5%, 약품 5%, 외주 10%) 를차지함 100,000 80,000 60,000 40,000 20,000 0 2004 2005 2006 연도 구 분 2004 년 전자회로기판산업 2005 년 2006 년 성장률 ( 전망 ) 성장률 [ 단위 : 억원 / 년 ] 연평균성장률 업체수 기판제조부문 40,400 48,200 20% 54,500 13% 10% 100 개사 원자재부문 10,100 11,300 12% 12,900 14% 8% 20 개사 설비부문 2,800 3,400 21% 4,200 24% 14% 60 개사 설비 5% 국내 PCB 산업구조 약품 5% 외주 10% 약품부문 2,700 3,600 33% 4,100 14% 15% 20 개사 외주부문 4,400 7,400 68% 8,800 19% 26% 180 개사 합계 60,400 74,000 23% 84,500 14% 12% 380 개사 원자재 15% 기판제조 65% 7
Ⅲ. 산업현황 4. 국내 PCB 산업구조 기판제조부문 (54,500 억원 ) 원자재부문 (12,900 억원 ) Rigid-Flex 4% Flex 다층 10% IC-Substrate 18% Flex 단면 / 양면 11% 단면 / 양면 13% Build-up 21% 검사 15% 다층 23% 자동화 6% 설비부문 (4,200 억원 ) 기타 6% Wet Line 9% Solder Resist 5% Coverlay 9% Bonding Sheet 5% Imaging System 13% Dry Film 6% FCCL 23% RCC 6% 동박 15% Prepreg 8% CCL 23% 기타 8% 표면처리 3% 내 WET 10% 인쇄 9% 흑화처리 7% 도금 12% Router 4% Laser Drill 4% Vaccum Press 12% 약품부문 (4,100 억원 ) 외주부문 (8,800 억원 ) Drill 10% 금형 / 타발 7% 검사 5% 기타 5% Mass-Lam 12% Desmear 7% 라우터 8% 금도금 40% 동도금 25% 인쇄 / 제판 12% 드릴 31% 도금 16% 8
Ⅳ. 종류 Mother Board ( 부품실장용 ) 재질 Epoxy, Phenol Rigid 기판 Polyimide Flex 기판 Metal Core, Ceramic etc 층수 Single side PCB Double side PCB Multi-layer PCB Single side PCB Double side PCB Multi-layer PCB Rigid-Flex PCB 특수기판 IC-Substrate ( 반도체실장용 ) BT Rigid 기판 Polyimide Flex 기판 BGA PGA LGA 형태 P-BGA FC-BGA CSP SIP FC-PGA CSP BOC FC-CSP BGA [Ball Grid Array] FC-BGA [Flip Chip BGA] CSP [Chip Scale Package] BOC [Board On Chip] SIP [System In Package] PGA [Pin Grid Array] LGA [Land Grid Array] Flex-BGA Tape-BGA 9
Ⅴ. 제조공정 PCB 회로형성방법 Subtractive 법 동박적층판위에회로가형성되는부분을제외한나머지부분을에칭하여회로를형성 Additive 법 절연판위에도금등의방법으로필요한회로를직접형성 Subtractive Tenting 법무전해 / 전해 Panel 도금후에칭을통해회로를형성 Panel/Pattern 법무전해 / 전해 Panel 도금및 Pattern 도금후에칭을통해회로를형성 Additive Semi-Additive 법 무전해 Panel 도금후필요한부분만전해 Pattern 도금으로회로를형성 Full Additive 법 필요한부분만무전해 Pattern 도금으로회로를형성 10
Ⅴ. 제조공정 Tenting 법 [ 다층 PCB 기준 ] CAD CAM CCL 원판 절단 (Working Panel) 기준홀가공 전처리 D/F Lamination D/F 노광 D/F 현상 Etching D/F 박리 AOI 흑화처리 Lay Up 및 V-Press X-Ray Drill CNC Drill Deburring Desmear 무전해 Panel 동도금 전해 Panel 동도금 전처리 D/F Lamination D/F 노광 D/F 현상 Etching D/F 박리 AOI 전처리 S/R 인쇄및건조 S/R 노광 S/R 현상및경화 표면처리 외형가공 (Router/ 금형 ) 전기검사외형검사출하검사포장및배송 11
Ⅴ. 제조공정 Tenting 법 [Build-up 기준 ] build-up 이란? 첨단 PCB 제조기법으로서, 기존기계드릴의가공한계인직경 300um 보다미세한 150um 이하의미세홀을레이져 드릴로가공하며, 보통 CCL 대신 RCC (Copper Foil + Resin) 사용 CAD CAM CCL 원판 절단 (Working Panel) 기준홀가공 전처리 D/F Lamination D/F 노광 D/F 현상 Etching D/F 박리 AOI 흑화처리 Lay-up 및 V-Press X-Ray Drill CNC Drill Deburring Desmear Via Etching Laser Ablation 무전해 Panel 동도금 전해 Panel 동도금 전처리 D/F Lamination D/F 노광 D/F 현상 Etching D/F 박리 AOI 전처리 S/R 인쇄및건조 S/R 노광 S/R 현상및경화 표면처리 외형가공 (Router/ 금형 ) 전기검사 외관및출하검사 포장및배송 12
Ⅴ. 제조공정 Panel/Pattern 법 [ 다층 PCB 기준 ] CAD CAM CCL 원판 절단 (Working Panel) 기준홀가공 전처리 D/F Lamination D/F 노광 D/F 현상 Etching D/F 박리 AOI 흑화처리 Lay Up 및 V-Press X-Ray Drill CNC Drill Deburring Desmear 무전해 Panel 동도금 전해 Panel 동도금 전처리 D/F Lamination D/F 노광 D/F 현상 전해 Pattern 동도금 전해 Solder 도금 D/F 박리 Etching Solder 박리 AOI 전처리 S/R 인쇄및건조 S/R 노광 S/R 현상및경화 표면처리 외형가공 (Router/ 금형 ) 전기검사 외관검사 출하검사 포장및배송 13
Ⅴ. 제조공정 Semi-Additive 법 [ 다층 PCB 기준 ] CAD CAM CCL 원판 절단 (Working Panel) 기준홀가공 전처리 D/F Lamination D/F 노광 D/F 현상 Etching D/F 박리 AOI 흑화처리 Lay Up 및 V-Press X-Ray Drill CNC Drill Desmear Texturing 무전해 Panel 동도금 전처리 D/F Lamination D/F 노광 D/F 현상 전해 Pattern 동도금 D/F 박리 Micro Etching AOI 전처리 S/R 인쇄및건조 S/R 노광 S/R 현상및경화 표면처리 외형가공 (Router/ 금형 ) 전기검사외형검사출하검사포장및배송 14
Ⅵ. 세부제조공정 PCB 설계 (CAD/CAM) CAD : 원하는기능을가지는시스템구축을위해회로도면그리는것 CAM :CAD data 를토대로전체제조공장을무인자동화로통제하는제조시스템 CAD Flow 기능설정 ( 장치 / 시스템선정고려 ) 회로설계 ( 전자부품배치및접속고려 ) 실장설계 ( 전기적특성 / 배선 Rule 고려 ) CAM Flow Gerber Data Input CAM S/W 에 data 입력 사양검토 User Spec/Technical Review Data 편집 Gerber Data 보정및 Working Panel 배열 Data 검사 Data 편집시오류검사 제조사양 층구성정보 / 공정전개사양등정보입력및등록 치공구제작 Artwork Film-Gerber/Drilling -NC/Router-Mount Data 활용 15
Ⅵ. 세부제조공정 ( MLB Subtractive 법기준 ] 1. CCL (Copper Clad Laminate) 2. Working Panel 절단및기준홀가공 유리섬유에에폭시또는페놀수지가함첨된 CCL 원판을공정설비에맞게적정한치수로절단 Prepreg 의상하부에동박을넣고 Lamination 한것 FCCL (Flexible Copper Clad Laminate) CCL 원판 Size Regular: 900X1,200mm Jumbo: 1,000X1,200mm 유연성을가진폴리이미드필름과아크릴접착제 상하부에동박을넣고 Lamination 한것 Size 405X510mm Working Working Working 510X610mm Copper foil (35/18/12um) Panel Panel Panel Prepreg (50~100um) 노광및적층시사용되는기준홀을형성하는공정 CCL Polyimide(25um) 기준홀가공 FCCL Adhesive (25/12.5um) 16
Ⅵ. 세부제조공정 3. 전처리과정 4. D/F Lamination 동박표면상에조도 (Roughness) 를형성하여 Dry Film 과의접착력을증대시키기위한공정 조도가형성된기판에에칭시회로를보호하기위한 Dry Film(Photo Resist) 을적층하는공정 조도형성방법 표면조도 : 0.5~1.5um Dry Film 구조 ( 단면도 ) 기계적연마 - Buff 연마 : 나일론부직포에실리콘, 알루미늄미세입자로형성된 Brush로조도형성 - Jet 연마 : 산화알루미늄알갱이노즐통해분사하여조도형성 화학적연마 - Soft Etching: 과산화수소 (35%) 와황산 (10%) 을 2:8 비율로혼합하여노즐로분사하여조도형성 Mylar layer: Polyester 재질로투과율과정전기등중요특성을가지고 Photosensitive Layer 를보호함 Photosensitive layer: 고분자화합물로되어있으며, UV ( 자외선 ) 와반응하여경화 Cover layer: Polyethylene 재질로 Photosensitive layer 를보호하며 lamination 시제거됨 17
Ⅵ. 세부제조공정 5. D/F 노광 6. D/F 현상 CCL 표면에적층된 Dry Film위에 Artwork Film을올려놓고 UV( 자외선 ) 를조사하여회로이미지를형성하는공정노광 (UV) 노광에서빛을받지않은부분 ( 미경화된부분 ) 을현상액을이용하여제거하는공정 현상액 : 탄산나트륨 (Na 2 CO 3 의1%) 또는탄산칼륨 (K 2 CO 3 ) 사용 Artwork Film Copper Foil Dry Film Copper Foil 현상후 노광기의구조 - Lamp에서발산된 UV( 자외선 ) 가거울을통하여집광렌즈로모이고반사경을통하여다시대상물로조사되는구조로되어있음 Copper Foil 경화된 D/F 만남음 18
Ⅵ. 세부제조공정 7. 에칭 (Etching) 8. D/F 박리 회로를형성하기위하여 D/F 현상후동박위에 D/F가남겨져있지않은부분을에칭액으로제거하는공정 에칭액 : 염화제2동 (CuCl 2 ) 또는염화철 (FeCl 3 ) 사용 Etching 시보호막작용을한 D/F를 Alkali용액을 (NaOH 또는 KOH) 이용하여제거하는공정 박리액 : 수산화나트륨 (NaOH) 또는수산화칼륨 (KOH) 사용 Copper Foil C/F 에칭후 D/F 박리후 C/F D/F 부분에만회로형성 형성된회로만남음 19
Ⅵ. 세부제조공정 9. AOI( 자동광학검사 ) 10. 흑화처리 (Black Oxidation) 회로형성후기판에빛 ( 光 ) 을조사시켜반사되는 밝기값을인식하여회로의결함을검출하는공정 에형성되어있는회로표면을산화시킴으로써 Prepreg 와접착될때밀착력을증대시키는공정 구분종류특징 반사광에 의한검사 반사광방식 형광검출방식 Substrate Illumination 회로표면의반사광을통해회로인식 회로이외부분은형광이양성으로검출 회로부분은빛이투과되지않음 흑화처리과정 Alkaline Cleaner (D/F 잔사청소 ) Oxide ( 산화처리 ) Micro-Etching ( 동박표면조도형성 ) Post-Dip ( 산화된피막을보호 ) Pre-Dip ( 표면균일하게산화 ) 알고리즘에 의한검사 Design Rule Check Reference Rule Check CAD Reference Data 회로화상과검사조건비교 양품기판을기준으로피검사기판과상호비교 CAD Photo Data 와피검사기판을상호비교 항목처리방식색벗겨짐강도 Brown Oxide 동박위에 Cu 2 O 석출갈색또는적갈색우수 Black Oxide 동박위에 CuO 석출흑색보통 균일도 보통 우수 제품 Cleaning AOI 검사 VRS (Verification Station) 내산성 산화막두께 우수 얇음 (0.2mg/cm 이하 ) 보통두꺼움 (0.2mg/cm이상) 20
Ⅵ. 세부제조공정 11. Lay-up & V-Press Lay-up 회로가형성된기판을다층기판을만들기위하여 CCL, Prepreg 및동박을쌓아올리는공정 V-Press 쌓아올려진기판을진공프레스를이용하여가열 / 가압 으로접합시키는공정 Lay-up 방식 -Mass Lamination : 4 층기판제조시 - Rivet Lamination : 6~8 층기판제조시 - Pin Lamination : 고다층기판제조시 Lay-up 가열 / 가압 12. Drill (X-ray Drill & CNC Drill) X-ray Drill 에형성되어있는 Target 을 X-ray 로투시하여위치 위치확인후 Drilling 하는공정 CNC Drill 다층 PCB 에서과간의전기적인접속이가능 하도록 Drill Bit 라는절삭공구를사용하여홀을형성 하는과정 Drill Bit 가고속으로회전함과동시에기판이장착된 Drill Table 이홀의위치에따라 X 축, Y 축방향으로 이동하면서홀을가공함. 21
Ⅵ. 세부제조공정 13. Deburring/Desmear 14. 동도금 (Copper Plating) 공정 Deburring 드릴가공시 Bit 에의해밀려올라온 Drill Bur 를 Buff (Brush) 등으로제거하는공정 공정순서 : Buff 연마 수세 - 건조 Desmear 수지가마찰에의해홀벽에달라붙은스미어를과망 간산약품으로녹여제거하는공정 황산 (H 2 SO 4 ), 크롬산, 과망간산등의약품사용 드릴을통해형성된홀 (PTH 또는 BVH) 을동도금을 통해층간을전기적으로연결하는공정 종류 : 무전해 ( 화학적 ) 도금및전해 ( 전기적 ) 도금 일반적으로드릴시노출된홀내벽과표면에무전해 동도금후전해동도금을통하여회로의두께를형성 무전해동도금 : 환원제인포르말린을 Pd 촉매에의해화학적으로환원시켜구리이온석출 전 해동도금 : Pd 촉매에의한환원반응으로 (-) 극 구리이온이전자를얻어구리석출 Deburring 수직동도금기판을수직으로세워서도금 Desmear 무전해동도금 전해동도금 수평동도금 conveyor 에기판을수평으로놓고이동하면서도금 생산성, 제품의다양성, 작업환경, 품질면에서수평동도금이우수함 22
Ⅵ. 세부제조공정 15. 회로형성공정 전처리후 Etching D/F Lamination D/F 박리 D/F 노광 D/F 현상 AOI 내용은회로형성공정과동일 23
Ⅵ. 세부제조공정 16. S/R(Solder Resist) 인쇄 / 건조 17. S/R 노광및현상 / 경화 S/R 인쇄 전처리가완료된기판표면을 S/R 잉크로코팅하는공정 S/R 건조 전 S/R 내 Solvent 성분을휘발시키고, 80 의온도로 S/R 을건조시키는공정 방식에따라 Screen Coating 법, Roll Coating 법, Curtain Coating 법으로분류 노광 :S/R로코팅된기판위에Artwork Film을올려놓고 UV( 자외선 ) 를조사 현상 :UV에노출되지않은미경화부분을현상액을이용하여제거시키는공정 경화 :S/R을 UV Cure( 노광 ) 와 Thermal Cure( 열 ) 를통해최종적으로경화 S/R 역할 - 기판표면회로의보호 ( 산화방지 ) - 표면회로간의전기적절연안정성유지 ( 회로간 Short 발생금지 ) - 부품실장외부분에 Solder 부착방지 24
Ⅵ. 세부제조공정 18. 표면처리 19. 외형가공 (Router/ 금형 ) 내마모성 / 내열성 / 내식성 / 전기전도성등의기능향상을 목적으로부품이실장될 Pad 표면을도금하는공정 최종표면처리가완료된제품을고객이요구하는 사양에맞게 Sheet/Piece 형태로가공하는공정 비교항목 Router 가공법금형가공법 종류특징 무전해니켈 / 금도금 표면에 5um 니켈도금후 0.03um 금도금 적용제품다품종소량생산소품종대량생산 생산성낮다높다 외형변경시대응쉽다어렵다 Immersion Tin Immersion Silver OSP 표면에유기금속형성후주석도금 표면에유기금속형성후 Ag 도금 표면에유기물질등과치환시켜피막형성 가공품질단면이깨끗하다단면이거칠다 기타제품별대응이가능별도금형필요 / 고가 기타가공 Bevel : 부품실장후 Connector 삽입위해모서리가공 V-cut : Router 가공이완료된제품에 V 자홈형성 Router Bit 25
Ⅵ. 세부제조공정 20. 전기검사 21. 외관검사 회로의전기적이상유무를검사하는공정 구분특징 Unversial 방식 격자위에 Pin 접촉 ( 고밀도가가능하나설비가격이높음 ) 완성제품에형성된외관상불량 ( 미도금, 상처, 이물, 잉크부착, 돌기, 결손, 변색등 ) 을검출하는공정 반사광검출방식이사용됨 ( 형광등, 할로겐, LED 등다양한광원사용 ) Dedicated 방식 Pin Fixture 제작하여대량생산에적합 (Point 만개이상불가 ) 도전고무접촉방식 기판과장비사이도전고무사용 ( 미세제품에는사용불가 ) 제품적재 AFVI 검사 VRS Flying Probe 방식 Fixture가없으며, 미세제품에사용 ( 제작비는저렴하나검사시간이김 ) (AFVI Loader 에적재 ) ( 검사대기모드위치 ) ( 화상과 user 검사기준비교 ) ( 검출된값실제불량여부확인 ) 비접촉방식 Pin 자국이없고고밀도회로제품에적합 26
Ⅵ. 세부제조공정 22. 출하검사 23. 포장및배송 최종검사가완료된제품에대한제품의두께, 휨정도, 홀사이즈등의사양적합여부를외관상으로검사 온도와습도등의급변하는외부환경으로부터제품을 보호하기위하여포장후고객에게배송 공정순서 제품확인 진공포장 라벨출력 라벨부착 - Box 라벨 출력 Box 포장 입고대기 - 배송 27