KR101421083B1 - 히트싱크 일체형 회로기판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

히트싱크 일체형 회로기판의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 제조방법은 히트 싱크의 상면에 접착층을 형성하는 단계와, 접착층에 동박 또는 회로패턴층이 형성된 폴리이미드층을 가지는 연성 동박 적층필름의 폴리이미드층을 접합시키는 단계와, 접착층의 예비 경화 단계와, 전자빔 조사에 의한 영구 경화 단계로 구성되며, 본 발명에 따른 제조방법은 연성 동박 적층필름에 히트싱크를 일체로 부착시킴으로써 높은 방열특성을 부여할 수가 있으며, 동박층 또는 회로 패턴층이 형성된 폴리이미드층과 히트싱크 사이의 박리 또는 접착 불량 우려를 저감시킨 신뢰성 있는 접착 구조를 이룰 수가 있고, 금속은 물론 세라믹 히트싱크에의 적용이 가능하며, 전체적으로 연속식 시스템의 적용이 가능하므로 높은 공정 효율성 및 경제성을 지닌다.

Description

히트싱크 일체형 회로기판의 제조방법{MAUNFACTURING METHOD FOR CIRCUIT PATTERN ON HEAT SINK}

본 발명은 히트싱크 일체형 회로기판의 제조방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 연성 동박 적층필름(FCCL: Flexible Copper Clad Laminate)을 히트싱크 상면에 접합시킨 우수한 방열 특성을 지니는 히트싱크 일체형 회로기판의 제조방법에 관한 것으로서, 높은 제조 효율성 및 경제성을 지닌다.

근래 들어 전자기기는 급속히 고집적화 및 고성능화되면서도 경박단소화되는 추세에 있다.

이러한 추세에 부응하여 연성 동박 적층필름이 스마트폰, LCD, PDP, 노트북 등과 같은 전자기기에 광범위하게 적용되고 있으며, 통상적으로 FCCL은 기판으로서의 폴리이미드(PI) 필름 상에 접착층을 개재하여 동박층이 적층된 구조로 되어 있으며, 회로 패턴의 형성은 연성 동박 적층필름에 노광, 현상, 에칭, 세척의 과정을 거쳐 폴리이미드 필름 상에 구리 회로 패턴을 형성하는 습식 적층법에 의해 연성 인쇄회로기판을 주로 제조하고 있다. 상기한 습식공정은 제조공정이 복잡하고 폐기물의 생성량이 많으며 회로패턴으로 남는 구리층 보다 제거되는 구리층의 양이 많다는 문제점이 있음에도 불구하고 종래로부터 반도체 설비에 사용되던 관용적인 설비를 그대로 적용할 수 있고 현재까지는 경제적이라는 이유로 널리 사용되고 있다.

한편, 폴리이미드 필름과 동박만으로 된 연성 동박 적층필름도 알려져 있으며, 이는 폴리이미드 필름 상에 폴리이미드 필름을 코팅하는 캐스팅법이나, 또는 폴리이미드 필름 상에 동을 증착시키는 스퍼터링법, 또는 무전해 습식 도금법, 또는 나노 은 함유 잉크의 직접 프린팅법 등에 의하여 접착층이 없는 구조로 된 연성 인쇄회로기판도 제안되고 있으나, 기존 설비의 전체적인 교체나 신뢰성 검증, 경제성 저하 등과 같은 문제로 인하여 현재 공업적으로 널리 적용되고 있지는 못하다.

또한 상기한 연성 인쇄회로기판(FPCB)은 절연층 및 회로패턴층이 복수개의 층으로 적층된 다층 구조로 하거나 또는 폴리이미드 필름의 양면에 회로패턴층을 형성함으로써 고집적화하고 있으며, 이러한 다층 연성 동박 적층필름은 칩온필름(CoF) 방식의 구동드라이버로서 그 적용 범위가 확장되는 추세에 있다.

현재 경제적인 이유로 가장 널리 사용 및 적용되고 있는 폴리이미드(PI) 필름과 접착층 및 동박층을 가지는 연성 동박 적층필름의 습식 적층법은 권취된 알루미늄 또는 마그네슘 기판을 다수의 안내 롤러와 히터부를 가지는 평탄기를 이용하여 평탄화시키고, 평탄화된 금속 기판을 일정한 치수로 절단한 다음, 상면에 접착 시트를 부착시키고, 상기한 접착 시트의 상면에 동박을 위치시킨 후 프레스 롤러를 이용하여 가열 압착하여 적층시킨 후, 동박층을 보호하기 위한 보호필름을 부착시켜 제조된다.

한편 LED 조명 장치에 있어서는 인쇄회로기판으로서 이러한 연성 동박 적층필름은 현재 별로 적용되고 있지 않으며, 그 이유는 상기한 연성 동박 적층필름은 매우 얇은 두께를 지니므로 소형의 고성능 전자기기에 적합한 것으로 인식되어 있었기 때문인 것으로 믿어진다.

그러나 상기한 연성 동박 적층필름을 이용한 칩온필름(CoF)의 저면에 금속 또는 세라믹 소재의 히트싱크를 일체화시킬 경우 LED 조명의 구동 시 발생하는 열의 방열에 매우 유리할 것으로 기대된다.

한편, 한국등록특허 제10-1022766호(2011.03.09. 등록)는 접착시트와 동박이 순차적으로 적층된 금속기판을 고착용 카트에 일정 간격으로 다수 고정시킨 다음 고착용 쳄버에 넣고, 1.5~15Kgf/cm²의 압력하에 80~200℃에서 10분~2시간 동안 본딩시키는 것을 포함하는 인쇄회로기판용 원판의 제조방법을 제안하고 있으나, 히트싱크로서의 금속기판 상에 동박으로 이루어지는 인쇄회로 형성용 원판을 부착시키는 이 방법은 고착용 쳄버 내의 분위기를 고압으로 만든 후 장시간 가열하는 것이므로 공정 효율성이 열등하고, 고압 분위기를 조성함에 있어 많은 비용이 소요되므로 경제적이지 못하며, 전체적으로 연속식 시스템(continuous system)으로 할 수는 없고 뱃치(batch system) 시스템을 적용하여야 하므로 고착용 쳄버 내에서의 고착 단계가 전제적인 공정의 율속(率速) 단계로 작용하게 된다는 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 첫 번째 목적은 연성 동박 적층필름에 히트싱크를 일체로 부착시킴으로써 높은 방열특성을 나타내는 히트싱크 일체형 회로기판의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 두 번째 목적은 동박층 또는 회로 패턴층이 형성된 폴리이미드층과 히트싱크 사이의 박리 우려를 감소시킨 히트싱크 일체형 회로기판의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 세 번째 목적은 동박층 또는 회로패턴층이 형성된 폴리이미드층과 히트싱크 사이의 미세 기포를 효과적으로 축출함으로써 접착 불량 우려를 현저히 저감시킨 히트싱크 일체형 회로기판의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 네 번째 목적은 다층 연성 동박 적층필름의 부착에 있어서도 신뢰성 있는 접착 구조를 이룰 수가 있는 히트싱크 일체형 회로기판의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다섯 번째 목적은 금속 이외의 소재로 된 히트싱크, 예컨대 세라믹 히트싱크에의 적용이 가능한 히트싱크 일체형 회로기판의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 여섯 번째 목적은 전체적으로 연속식 시스템의 적용이 가능하므로 높은 공정 효율성 및 경제성을 지니며 불량 발생 우려가 없는 히트싱크 일체형 회로기판의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

상기한 본 발명의 첫 번째 내지 여섯 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 양태(樣態:aspect)에 따르면, (A) 히트 싱크의 상면에, 충진제(filler)를 포함할 수도 있는 에폭시, 아크릴, 메틸메타그릴레이트, 또는 비닐 에스테르 수지로 된 접착층을 형성하는 단계; (B) 상기한 접착층에 동박 또는 회로패턴층이 형성된 폴리이미드층을 가지는 연성 동박 적층필름의 상기한 폴리이미드층을 접합시키는 단계; (C) 상기한 접착층의 예비 경화 단계; 및 (D) 전자빔 조사에 의한 영구 경화 단계로 이루어지는 연속식 시스템(continuous system)에 의한 히트싱크 일체형 회로기판의 제조방법이 제공된다.

상기한 본 발명의 첫 번째 내지 여섯 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 다른 일 양태에 따르면, 상기한 전자빔 영구 경화 단계가 전자빔 가속 전압이 45~250kV이고, 바람직하게는 80~250kV이며, 전자빔 조사량이 3~150kGy이고, 바람직하게는 20~120kGy이며, 질소 또는 아르곤의 불활성 분위기 중에서 수행되는 히트싱크 일체형 회로기판의 제조방법이 제공된다.

상기한 본 발명의 첫 번째 내지 여섯 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 또 다른 일 양태에 따르면, 상기한 예비 경화 단계가 UV 축적 광량 50~2,000mJ/㎠이고 조사 시간 0.1~10분의 UV 경화에 의해 수행되는 히트싱크 일체형 회로기판의 제조방법이 제공된다.

상기한 본 발명의 첫 번째 내지 여섯 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 또 다른 일 양태에 따르면, 상기한 예비 경화 단계가 80~140℃에서 0.2~10분간 가열하는 것으로 이루어지는 가열 경화에 의해 수행되는 히트싱크 일체형 회로기판의 제조방법이 제공된다.

상기한 본 발명의 첫 번째 내지 여섯 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 또 다른 일 양태에 따르면, 상기한 히트싱크가 경박형의 막대상 또는 판상의 금속 또는 세라믹이고, 상기한 접착층의 경화 두께가 50~250㎛인 히트싱크 일체형 회로기판의 제조방법이 제공된다.

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상기한 본 발명의 첫 번째 내지 여섯 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 또 다른 일 양태에 따르면, 상기한 접착층 형성면에 부착성 향상을 위한 코로나 처리 또는 앵커링 처리가 수행되는 히트싱크 일체형 회로기판의 제조방법이 제공된다.

본 발명에 따른 제조방법에 의하면, 연성 동박 적층필름에 히트싱크를 일체로 부착시킴으로써 높은 방열특성을 부여할 수가 있으며, 동박층 또는 회로 패턴층이 형성된 폴리이미드층과 히트싱크 사이의 박리 또는 접착 불량 우려를 저감시킨 신뢰성 있는 접착 구조를 이룰 수가 있고, 금속은 물론 세라믹 히트싱크에의 적용이 가능하며, 전체적으로 연속식 시스템의 적용이 가능하므로 높은 공정 효율성 및 경제성을 지닌다.

도 1은 히트싱크 일체형 회로기판의 본 발명에 따른 제조방법에 대한 공정도이다.
도 2는 히트싱크 일체형 회로기판의 본 발명에 따른 제조방법에 대한 다른 공정도이다.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 히트싱크 일체형 회로기판의 사시도이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.

먼저 도 1은 히트싱크 일체형 회로기판(1)의 본 발명에 따른 제조방법에 대한 공정도로서, 먼저 히트싱크(2)의 상면에 접착층(3)을 형성한 다음, 상기한 접착층(3)에 동박 또는 회로패턴층이 형성된 폴리이미드층을 가지는 연성 동박 적층필름(4)의 상기한 폴리이미드층을 접합시키고, 상기한 접착층(3)을 예비 경화시킨 후, 전자빔 조사에 의하여 순간 영구 경화시키는 것으로 구성된다.

본 발명의 제조방법에 있어서 상기한 히트싱크(2)는 본 발명에 있어 제한적인 아니지만 두께가 0.1~8.0mm, 바람직하게는 0.4~3mm 정도로 얇은 경박형의 막대상 또는 판상의 금속 또는 세라믹이고, 상기한 접착층의 경화 두께 역시 본 발명에 있어 제한적인 것은 아니지만 50~250㎛ 정도이다.

상기한 히트싱크(2)가 금속인 경우 알루미늄 또는 그 합금이거나, 또는 마그네슘 합금이 바람직하게 사용될 수 있다.

상기한 접착층(3)으로서는 충진제(filler)를 포함할 수도 있는 에폭시, 아크릴, 메틸메타그릴레이트, 비닐 에스테르 수지 등과 같이 당업계 공지의 접착용 수지가 사용될 수 있으며, 상기한 충진제로서는 열전도성이 높은 무기 또는 금속 충진제, 예컨대 실리케이트나 탄산칼슘 등과 같은 세라믹 미분이나 알루미나 또는 은 등과 같은 금속 미분이 사용될 수 있으며, 첨가될 경우 그 첨가량은 접착층 전체 부피%로 2~8% 정도이며 그 첨가량이 2% 미만일 경우에는 열도전율에 있어 충분한 차이를 부여하지 못할 우려가 있으며 역으로 8%를 초과하는 경우에는 신뢰성 있는 접착성 부여에 장애를 초려할 우려가 있으므로 역시 바람직하지 못하다.

상기한 접착층(3)에는 필요하다면 당업계 공지의 중합 개시제나 전자빔 또는 자외선 흡수제를 첨가할 수도 있음은 물론이다.

본 발명의 제조방법에 있어서, 영구 경화 쳄버(20) 내에서의 전자빔 조사기(21)에 의한 영구 경화 시 전자빔 가속 전압은 45~250kV의 범위, 바람직하게는 80~250kV의 범위이며, 전자빔 조사량은 3~150kGy의 범위, 바람직하게는 20~120kGy의 범위이다. 전자빔 가속 전압이 45kV 미만인 경우에는 접착층의 두께가 두꺼울 경우 투과된 전자빔 량이 부족하게 될 우려가 있고, 250kV를 초과하는 경우에는 접착층이 열화될 우려가 있으므로 마찬가지로 바람직하지 못하며, 또한 전자빔 조사량이 3kGy 미만인 경우에는 충분한 경화 강도가 얻어지지 않을 수 있음과 아울러 경화 시간의 지연을 초래할 우려가 있어 바람직하지 못하고, 역으로 150kGy를 초과하면 폴리이미드층의 손상 우려가 있으므로 역시 바람직하지 못하다.

또한 상기한 전자빔 조사는 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 분위기 중에서 수행된다.

본 발명의 제조방법에 있어서, 예비 경화 쳄버(10) 내에서의 예비 경화는 UV 램프(11)를 이용한 UV 경화나 히터(12)를 이용한 열경화, 또는 이들의 조합에 의해 수행될 수 있으며, UV 경화를 사용하는 경우에는 UV 축적 광량 50~2,000mJ/㎠이고 조사 시간 0.1~10분 정도로 수행하고, 열 경화를 사용하는 경우에는 80~140℃에서 0.2~10분간 히터 가열한다.

상기한 조건을 초과하는 경우에는 접착층을 형성하는 수지의 버블링에 의한 급격한 기포 발생 및 수지의 겔화에 의한 평탄도 저하 문제를 초래할 우려가 있으므로 바람직하지 못하며, 역으로 상기한 조건에 미달하는 경우에는 예비 경화에 의한 미세 기포 축출이라는 목적에 부응하지 못하고 후속하는 전자빔 조사에 의한 순간 영구 경화 단계에서 보이드가 잔류함으로써 균질한 접착 신뢰도를 나타내지 못할 우려가 있으므로 역시 바람직하지 못하다.

상기한 예비 경화 쳄버(10) 내에서의 예비 경화는 한 조의 가압 롤러(13,13)를 이용하여 접착층(3)이 완전히 경화되기 전에 미세 발생 기포를 접착층(3)으로부터 완전히 축출시키는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 제조방법에 있어서는, 상기한 접착층(3)의 부착성 향상을 위하여 연성 동박 적층필름(4)의 폴리이미드층에 부착성 향상을 위한 공지의 코로나 처리 또는 앵커링용 프라이머(primer) 처리를 수행할 수도 있음은 물론이다.

다시 도 1로 환원하여, 본 발명의 제조방법에 대하여 순차적으로 언급하기로 한다.

먼저 히트싱크(2) 원판이 스트립의 형태로 연속적으로 도입되고, 상기한 히트싱크(2)의 상면에는 접착 필름 롤러(30)에 감겨져 있는 접착 필름(3)이 텐션 롤러(32)를 경유하여 한 조의 가압 롤러(31,31) 사이의 닙 프레스(nip press)를 통과하면서 연속적으로 적층된다.

이어서, 연성 동박 적층필름 롤러(40)에 감겨져 있는 연성 동박 적층필름(4)이 텐션 롤러(42)를 경유하여 한 조의 가압 롤러(41,41) 사이의 닙 프레스(nip press)를 통과하면서 연속적으로 적층된 다음, 한 조의 가이드 롤러(60,60)를 경유하여 연속적으로 이송된다.

히트싱크(2) 상에 순차적으로 적층된 접착 필름(3)과 연성 동박 적층필름(4)은 예비 경화 쳄버(10) 내로 도입되며, 예비 경화 처리에 대해서는 상술한 바 있으므로 위에서의 설명을 참조하기 바란다.

이어서, 접착필름(3)에 의해 형성되는 예비 경화 처리된 접착층은 영구 경화 쳄버(20) 내로 도입되고 전자빔 조사기(21)에 의해 불활성 분위기 중에서 순간적으로 영구 경화 처리된다.

마지막으로, 히트싱크(2) 상에 견고하게 접착된 연성 동박 적층필름(4)를 포함하는 히트싱크 일체형 회로기판(1)은 커터(50)에 의하여 일정한 치수로 절단된다.

여기서, 상기한 접착층(3)의 형성은 접착필름으로 형성되는 경우를 예시하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 필요하다면 도포기(applicator)와 블레이드를 사용하여 일정한 두께로 접착층을 형성할 수도 있으며 이 또한 본 발명의 영역 내임은 물론이다.

하편, 도 2는 히트싱크 일체형 회로기판(1)의 본 발명에 따른 제조방법에 대한 다른 공정도로서, 히트싱크(2)가 미리 소정의 치수로 절단된 형태로 도입되는 점을 제외하고는 도 1의 경우와 본질적으로 동일하므로 그 차이점에 대해서만 주로 설명하기로 한다.

도시된 예에서는 히트싱크(2)가 단속적으로 도입되는 한편, 접착필름(3) 및 연성 동박 적층필름(4)은 연속적으로 도입되므로 잉여의 접착필름(3) 및 연성 동박 적층필름(4)이 형성되며, 이는 커터(50)에 의하여 제거되며, 그 외의 사항은 모두 동일하므로 이에 대한 더 이상의 부연 설명은 생략하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따라 제조된 히트싱크 일체형 회로기판(1)의 사시도로서, 소정의 치수를 가지는 알루미늄 또는 그 합금과 같은 히트싱크(2)의 표면에 접착층(3)을 개재하여 단층 또는 다층 연성 동박 적층필름(4)이 형성된 상태를 도시하고 있으며, 여기서 상기한 연성 동박 적층필름(4)은 회로패턴이 형성되기 전의 원판 상태이거나 또는 미리 회로 패턴 형성 처리가 종료된 상태의 것일 수 있다.

이상 본 발명의 제조방법에 의하면, 예비 경화 처리에 의하여 미세 기포의 축출을 완료한 후 보다 높은 에너지 값을 가지는 전자빔 조사에 의한 순간 영구 경화 처리가 수행되므로, 단층 또는 다층 연성 동박 적층필름(4)과 히트싱크(2)는 접착층(3)에 의해 박리 우려가 없으며 강고하고 균질한 접착면을 가지게 된다.

1: 본 발명의 제조방법에 따른 히트싱크 일체형 회로기판
2: 히트싱크 3: 접착필름(또는 접착층)
4: 연성 동박 적층필름
10: 예비 경화 쳄버
11: UV 램프 12: 히터
13: 가압 롤러
20: 영구 경화 쳄버
21: 전자빔 조사기
30: 접착 필름 롤러
31: 가압 롤러 32: 텐션 롤러
40: 연성 동박 적층필름 롤러
41: 가압 롤러 42: 텐션 롤러
50: 커터 60: 가이드 롤러

Claims (7)

1. 하기의 단계로 구성되는 연속식 시스템(continuous system)에 의한 히트싱크 일체형 회로기판의 제조방법:
   (A) 히트 싱크의 상면에, 충진제(filler)를 포함할 수도 있는 에폭시, 아크릴, 메틸메타그릴레이트, 또는 비닐 에스테르 수지로 된 접착층을 형성하는 단계;
   (B) 상기한 접착층에 동박 또는 회로패턴층이 형성된 폴리이미드층을 가지는 연성 동박 적층필름의 상기한 폴리이미드층을 접합시키는 단계;
   (C) 상기한 접착층의 예비 경화 단계; 및
   (D) 전자빔 조사에 의한 영구 경화 단계.
2. 제1항에 있어서, 상기한 전자빔 경화 단계가 전자빔 가속 전압은 45~250kV이고, 전자빔 조사량은 3~150kGy이며, 질소 또는 아르곤의 불활성 분위기 중에서 수행되는 히트싱크 일체형 회로기판의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기한 예비 경화 단계가 UV 축적 광량 50~2,000mJ/㎠이고 조사 시간 0.1~10분의 UV 경화에 의해 수행되는 히트싱크 일체형 회로기판의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기한 예비 경화 단계가 80~140℃에서 0.2~10분간 가열하는 것으로 이루어지는 가열 경화에 의해 수행되는 히트싱크 일체형 회로기판의 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기한 히트싱크가 경박형의 막대상 또는 판상의 금속 또는 세라믹이고, 상기한 접착층의 경화 두께가 50~250㎛인 히트싱크 일체형 회로기판의 제조방법.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서, 상기한 기판의 접착층 형성면에 부착성 향상을 위한 코로나 처리 또는 앵커링 처리가 수행되는 히트싱크 일체형 회로기판의 제조방법.
   
   
   
   
   
   
   
   

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