KR100868240B1 - 연성 회로 기판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방열 특성이 향상된 연성 회로 기판(FPCB; Flexible Printed Circuit Board)에 관한 것으로, 연성 회로 기판에 실장된 발광다이오드의 열방출 성능이 개선되어 발광다이오드를 적용한 백라이트 유닛에 적용 시 발광다이오드의 수명이 연장되고 균일한 휘도를 유지할 수 있도록 하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 연성 회로 기판은 폴리이미드 필름 양측 표면에 제 1 금속층이 형성된 베이스부; 상기 베이스부의 상부 표면 중 일부에 발광다이오드를 실장하기 위한 제 2 금속층이 형성되고, 나머지 부분에는 접착층, 폴리 이미드층 및 PSR(Photo Solder Resist)이 차례로 형성된 상부 커버레이부; 그리고 상기 베이스부의 하부 표면에 형성되어 상기 발광 다이오드에서 발생된 열을 외부로 방출하기 위한 열방출부를 포함하여 구성되고, 상기 열방출부는 상기 베이스부의 하부 표면에 형성되는 열전도 본딩 쉬트와, 상기 열전도 본딩 쉬트의 하부면에 형성되는 열전도 박막층과, 상기 열전도 박막층의 표면에 코팅되는 열방사 코팅제로 이루어짐에 그 특징이 있다.

발광 다이오드, 연성 회로 기판, 방열, 열방출, 백라이트

Description

연성 회로 기판{Flexible Printed Circuit Board}

본 발명은 LED 어레이(Array)의 연성 회로 기판(FPCB; Flexible Printed Circuit Board)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LED에서 발생된 열을 외부로 방출하는 효과를 향상시킨 연성 회로 기판(FPCB)에 관한 것이다.

최근 들어, 평판표시장치에 대한 연구가 활발한데, 그 중에서 각광받고 있는 것으로 액정표시장치(LCD; Liquid Crystal Display Device), FED(Field Emission Display Device), ELD(Electro-luminescence Display Device), PDP(Plasma Display Panels) 등이 있다.

이 중, 액정표시장치는 콘트라스트 비(contrast ratio)가 크고, 계조 표시나 동화상 표시에 적합하며 전력소비가 적다는 특징 때문에 노트북 PC, 데스크탑 모니터 및 액정TV로 그 영역이 확대되고 있는 추세이다.

하지만, 상기 액정표시장치는 그 자체가 비발광성이므로 빛을 조사하기 위한 별도의 외부광원이 필요하다. 특히, 투과형 액정표시장치의 경우 LCD 패널의 배면에 광을 발산하고 안내하는 별도의 조광장치, 즉 백라이트가 반드시 필요하다.

상기 백라이트는 광을 투사시키는 방식에 따라, 에지형 방식과 직하형 방식 으로 구분된다.

이 중, 에지형 백라이트는 액정패널의 측면에 관 형상의 발광 램프(열음극, 냉음극)를 설치하고, 투명한 도광판을 이용하여 상기 발광 램프로부터의 광을 액정패널 화면 전체에 투사시키는 방식이고, 직하형 백라이트는 액정 패널 하부에 선택적으로 장착된 발광 램프에서 나오는 광이 발광 램프와 액정패널 사이에 설치된 확산시트에 의해 확산되어 액정패널 화면 전체에 분포되도록 하는 방식이다.

그러나, 상기 에지형 백라이트에서, 열음극 형광 램프 또는 냉음극 형광 램프를 사용하므로, 백라이트의 두께가 두껍고 수명이 짧으며, 상기 발광 램프는 수은을 함유하고 있으므로 비 친환경적이고, 큰 소비 전력을 요구하므로, 최근에는 발광 다이오드(LED) 어레이를 이용한 에지형 백라이트가 주목받고 있다. 특히, 노트북용 백라이트 유닛의 경우 저전력, 고수명, 소형화 등의 장점으로 인해 LED를 액정표시장치의 백라이트 광원으로 사용하고 있다.

뿐만아니라, 핸드폰, PDA 등 소형 디지털 기기용 액정표시장치에서도 LED를 백라이트 광원으로 이용하고 있다.

이와 같은 노트북 또는 소형 디지털 기기용 액정표시장치에서 광원으로 발광 다이오드를 사용할 경우, 일반 PCB를 사용하지 않고, FPCB를 사용한다. 즉, FPCB에 1렬로 복수개의 발광 다이오드를 실장하여, 상기 복수개의 발광 다이오드에서 발광된 광이 상기 도광판의 일측면으로 입사되도록 백라이트 유닛에 체결된다.

상기와 같이, 복수개의 발광다이오드가 실장된 FPCB는 상기 복수개의 발광다이오드가 발광하면서 발생되는 열을 흡수하여 외부로 빠르게 방출하는 특성을 가져 야만 한다.

그러나, 일반적인 FPCB는 방열 특성이 부족하여 LED를 노트북용 액정표시장치의 백라이트로 이용함에 한계가 있었다.

종래의 FPCB의 구조를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 연성 회로 기판의 구조 단면도이다.

일반적인 연성 회로 기판(FPCB)은 크게 베이스(base;몸체)부(10), 커버레이(coverlay)부(20, 30) 및 캡톤(kapton)부(40)로 구성된다.

즉, 베이스부(10)는 폴리이미드(poly-Imide) 필름(1) 양측 표면에 구리(copper)층(2, 3)이 각각 코팅되고, 상기 각 코팅 구리층(2, 3)위에 다시 구리층(4, 5)이 도금된다.

상기 커버레이부(20)는 상기 베이스부(10)의 상부 표면 중 일부에 발광다이오드를 실장하기 위한 금속 도금층(11)이 형성되고, 나머지 부분에는 접착층(12),폴리 이미드층(13) 및 PSR(Photo Solder Resist)(14)이 차례로 형성되어 상부 커버레이(20)을 구성한다.

하부 커버레이부(30)는 상기 베이스부(10)의 하부 표면에 접착층(21) 및 폴리 이미드층(22)이 형성되어 구성된다.

그리고, 상기 하부 커버레이부(30)의 하부 표면 일부면에 DT(double tape)(31) 및 보강재(Stiffener)(32)가 형성되어 구성된다.

상기와 같이 구성된 종래의 FPCB는, 베이스부(10)의 상하부면에 각각 커버레이부(20, 30) 및 캡톤부(40)을 정렬한 후, 핫 프레스(hot press) 공정을 실시하여 제조된다.

그러나 이와 같은 종래의 FPCB는 발광 다이오드의 발광 시 발광되는 열이 빠르게 외부로 방출되지 않으므로, 액정표시장치의 백라이트 유닛에 수명이 감소될 뿐만아니라, LED를 백라이트 광원으로 이용한 노트북 또는 소형 디지털 기기에서 발열량의 증가로 인하여 오동작, 작동 중지 또는 속도 저하, 수명 저하 등의 문제를 일으킬 수 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 방열 특성이 향상된 FPCB를 제공함과 아울러 FPCB를 이용한 백라이트 유닛이 체결되는 각 기기의 수명을 연장하고 균일한 휘도를 제공할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연성 회로 기판은 폴리이미드 필름 양측 표면에 제 1 금속층이 형성된 베이스부; 상기 베이스부의 상부 표면 중 일부에 발광다이오드를 실장하기 위한 제 2 금속층이 형성되고, 나머지 부분에는 접착층, 폴리 이미드층 및 PSR(Photo Solder Resist)이 차례로 형성된 상부 커버레이부; 그리고 상기 베이스부의 하부 표면에 형성되어 상기 발광 다이오드에서 발생된 열을 외부로 방출하기 위한 열방출부를 포함하여 구성되고, 상기 열방출부는 상기 베이스부의 하부 표면에 형성되는 열전도 본딩 쉬트와, 상기 열전도 본딩 쉬트의 하부면에 형성되는 열전도 박막층과, 상기 열전도 박막층의 표면에 코팅되는 열방사 코팅제로 이루어짐에 그 특징이 있다.

상기에서 설명한 본 발명에 따른 연성 회로 기판에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.

즉, 본 발명에 따른 연성 회로 기판은, 기존의 하부 커버레이부 대신에, 열전도체 박막을 열전도를 방해하지 않는 열전도 본딩 쉬트를 매개하여 베이스부에 접착하고 상기 열전도체 박막 표면에 열방사 코팅제를 코팅하므로, 상기 연성 회로 기판에 실장되는 복수개의 발광 다이오드에서 발광 시 열이 발생하더라고 상기 연성 회로 기판이 상기 복수개의 발광 다이오드들에서 발생된 열을 외부로 방열하므로 발광 다이오드의 수명을 연장할 수 있고, 상기 발광 다이오드들이 균일한 휘도로 발광할 수 있도록 함은 물론, 상기 발광 다이오드가 실장된 연성 회로 기판이 백라이트 유닛으로 사용되는 각종 기기의 수명 및 동작 특성을 향상시킬 수 있다.

이하, 상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 연성 회로 기판의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 연성 회로 기판의 구조 단면도이다.

본 발명에 따른 연성 회로 기판은, 도 2에 도시된 바와 같이, 크게 베이스(base;몸체)부(10), 상부 커버레이(coverlay)부(20) 및 열방출부(50)로 구성된다.

즉, 상기 베이스부(10)는 폴리이미드(poly-Imide) 필름(1) 양측 표면에 구리(copper)층(2, 3)이 각각 코팅되고, 상기 각 코팅 구리층(2, 3)위에 다시 구리층(4, 5)이 도금된다.

여기서, 상기 폴리이미드(poly-Imide) 필름(1)은 약 25㎛ 두께로 형성되고, 상기 구리층(2, 3)은 약 18㎛ 두께로 형성되며, 구리 도금층(4, 5)은 약 12㎛ 두께로 형성된다.

그리고, 상기 상부 커버레이부(20)는 상기 베이스부(10)의 상부 표면 중 일부에 발광다이오드를 실장하기 위한 금속 도금층(11)이 형성되고, 나머지 부분에는 접착층(12),폴리 이미드층(13) 및 PSR(Photo Solder Resist)(14)이 차례로 형성되어 상부 커버레이(20)을 구성한다.

여기서, 상기 금속 도금층(11)은 약 5㎛ 두께로 형성되고, 상기 접착층(12)은 약 25㎛ 두께로 형성되고, 상기 폴리 이미드층(13)은 약 12.5㎛ 두께로 형성되며, 상기 PSR(Photo Solder Resist)(14)은 약 20㎛ 두께로 형성된다.

또한, 상기 열방출부(50)는 상기 베이스부(10)의 하부 표면에 열전도 본딩 쉬트(bonding sheet)(41)가 형성되고, 상기 열전도 본딩 쉬트(41)의 하부면에 열전도 박막층(42)이 형성되며, 상기 열전도 박막층(42)의 표면에 열방사 코팅제(Thermal radiation coating agent)(43)가 형성되어 구성된다.

여기서, 상기 열전도 본딩 쉬트(41)는 열전도를 방해하지 않는 내열 점착 테이프로 구성되고, 약 30 내지 70㎛의 두께 (바람직하게는 50㎛)로 형성된다.

상기 열전도 박막층(42)은 열전도율이 150 내지 1000 W/mK 정도로 높은 물질인 구리, 알루미늄, 은 또는 흑연시트 등으로 구성되고, 약 30 내지 100㎛의 두께 (바람직하게는 70㎛)로 형성된다.

그리고, 상기 열방사 코팅제(Thermal radition coating agent)(43)는 SiO₂, Al₂O₃, Fe₃O₄, SiC, AlN 또는 BN 등과 같이 열전도성이 높은 무기질 세라믹 코팅제와 착색제가 혼합되어 구성되고, 약 20 내지 60㎛의 두께 (바람직하게는 40㎛)로 형성된다.

상기 열전도 본딩 쉬트(41), 상기 열전도 박막층(42) 및 상기 열방사 코팅제(43)의 두께는 연성 회로 기판이 장착되는 각종 기기의 사양에 알맞게 조절 가능하다.

이와 같은 본 발명에 따른 연성 회로 기판의 제조 방법을 간단하게 설명하면 다음과 같다.

즉, 베이스부(10)에 상부 커버레이부(20)를 형성하는 공정은 종래와 같으므로 생략하고, 열방출부(50)를 형성하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

상기에서 언급한 바와 같이, 적당한 두께의 열전도 박막판을 적당한 크기로 절단 가공한다. 그리고, 절단 가공된 열전도 박막(42) 표면을 세정하여 열전도 박막 표면에 부착된 이물질이나 기름기 등을 제거하고, 코로나 전극 처리하여 상기 열전도 본딩 쉬트와의 밀착성을 높인다.

내열 점착 테이프에 약 120℃의 열을 가하여 상기 열전도 박막층(42)의 일측면에 상기에서 언급한 두께로 라이네이팅(laminating)하거나, 열전도성 점착제를 도포한 후 이형지를 부착하여 상기 열전도 본딩 쉬트(41)를 형성한다.

상기 열전도 박막(42)의 타측 표면에 열방사 코팅제(43)를 상기에서 언급한 두께로 코팅한다.

그리고, 상기 열방사 코팅제(43) 및 열전도 본딩 쉬트(41)가 형성된 열전도 박막(42)을 상기 베이스부(10)의 하부면과 정렬한 후, 가접 및 핫 프레스 공정으로 상기 베이스부(10)에 접착한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 연성 회로 기판과 종래의 연성 회로 기판의 방열 특성을 비교 분석하였다.

도 3은 종래와 본 발명에 따른 연성 회로 기판의 방열 특성을 비교 분석한 표이다.

실제 측정이 이루어지는 대기 온도(T_A)에서 연성 회로 기판에 실장된 발광 다이오드에 25mA의 전류를 인가하고, 강제대류 및 자연대류 상태에서 특성을 평가하였다.

즉, 발광 다이오드 칩의 다중 양자 우물층의 최대 온도(T_J, _MAX), 시스템상에서 가장 낮은 온도(T_MIN), 상기 발광 다이오드의 다중 양자 우물층의 온도와 상기 시스템상에서의 가장 낮은 온도의 차(ΔT_{J - MIN}), 상기 연성 회로 기판에서만의 최대온도와 최저온도의 차(ΔT_FPCB), 상기 연성 회로 기판에서만의 최대온도와 최저온도의 차(ΔT_FPCB)를 근거로 산출한 연성 회로 기판에서의 열 저항(R_FPCB) 등을 나타낸 것이다.

종래의 연성 회로 기판의 보강재(32)에 25℃를 부여하거나 본 발명의 연성 회로 기판의 열방사 코팅제(43)에 25℃를 부여하여 강제대류 상태에서 측정하였다. 또한, 노트북에 존재하는 고정용 기구물인 샤시에 종래 및 본 발명에 따른 연성 회로 기판을 열전도도를 갖지 않고 접착력 특성만 갖는 양면 접착 테이프를 이용하여 부착하였을 때와, 열전도도를 가지면서 접착력을 갖는 양면 접착 테이프를 이용하여 상기 샤시에 종래 및 본 발명에 따른 연성 회로 기판을 부착하였을 때의 각각의 특성을 나타낸 것이다.

도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 모든 조건에서 본 발명에 따른 연성 회로 기판이 종래의 연성 회로 기판보다 열 저항이 낮아지고 열 방출 특성이 우수함을 알 수 있다.

상기에서 "강제대류"라 함은 팬, 선풍기 또는 냉각유체 등을 이용하여 인공적으로 공기를 순환시킴을 의미하고, "자연대류"라 함은 인공적으로 공기를 순환시키지 않고 자연 그대로의 상태에서 공기가 순환됨을 의미한다.

상기에서, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상술하였으나 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 전술한 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 변형 가능하며, 이러한 변형은 본 발명의 권리범위에 속할 것이다.

도 1은 종래의 연성 회로 기판의 구조 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 연성 회로 기판의 구조 단면도.

도 3은 종래와 본 발명에 따른 연성 회로 기판의 방열 특성을 비교 분석한 표.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

41: 열전도 본딩 쉬트 42: 열전도 박막층

43: 열방사 코팅제 50: 열방출부

Claims (7)

1. 폴리이미드 필름 양측 표면에 제 1 금속층이 형성된 베이스부;

   상기 베이스부의 상부 표면 중 일부에 발광다이오드를 실장하기 위한 제 2 금속층이 형성되고, 나머지 부분에는 접착층, 폴리 이미드층 및 PSR(Photo Solder Resist)이 차례로 형성된 상부 커버레이부; 그리고

   상기 베이스부의 하부 표면에 형성되어 상기 발광 다이오드에서 발생된 열을 외부로 방출하기 위한 열방출부를 포함하여 구성되고,

   상기 열방출부는 상기 베이스부의 하부 표면에 형성되는 열전도 본딩 쉬트와, 상기 열전도 본딩 쉬트의 하부면에 형성되는 열전도 박막층과, 상기 열전도 박막층의 표면에 코팅되는 열방사 코팅제로 이루어짐을 특징으로 하는 연성 회로 기판.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 열전도 본딩 쉬트는 열전도를 방해하지 않는 내열 점착 테이프로 구성되고, 30 내지 70㎛의 두께로 형성됨을 특징으로 하는 연성 회로 기판.
4. 제1항에 있어서,

   상기 열전도 박막층은 열전도율이 150 내지 1000 W/mK의 물질인 구리, 알루미늄, 은, 또는 흑연시트로 구성되고, 30 내지 100㎛의 두께로 형성됨을 특징으로 하는 연성 회로 기판.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,

   상기 열방사 코팅제는 SiO₂, Al₂O₃, Fe₃O₄, SiC, AlN 또는 BN과 같이 열전도성이 높은 무기질 세라믹 코팅제와 착색제가 혼합되어 구성되고, 20 내지 60㎛의 두께로 형성됨을 특징으로 하는 연성 회로 기판.

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