KR102324693B1 - 전자파 차폐구조 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
전자파 차폐구조 및 그 제조방법이 개시된다. 개시된 전자파 차폐구조는 인쇄회로기판 상의 적어도 하나의 회로 소자를 둘러싸는 차폐 댐; 상기 적어도 하나의 회로 소자들을 덮는 절연 층; 및 상기 차폐 댐 및 상기 절연 층을 덮는 차폐 층;를 포함하며, 상기 절연 층은 가경화 처리 시 표면으로부터 하 방향으로 제1 두께를 갖는 제1 층과 상기 제1 층 밑에 상기 제1 두께 보다 더 큰 두께로 형성된 제2 층을 포함하고, 상기 제1 및 제2 층 사이에는 상기 가경화 처리 후에 이루어지는 완전경화 처리에 의해 경계가 형성되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 전자파 차폐구조 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인쇄회로기판에 실장된 복수의 회로 소자를 차폐하기 위해 차폐 소재 및 절연 소재로 조형된 전자파 차폐구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 전자제품 시장은 휴대용 장치의 수요가 급격하게 증가하고 있으며, 이로 인하여 이들 제품에 실장되는 전자 부품들의 소형화 및 경량화가 지속적으로 요구되고 있다. 이러한 전자 부품들의 소형화 및 경량화를 실현하기 위해서는 실장 부품의 개별 사이즈를 감소시키는 기술뿐만 아니라, 다수의 개별 소자들을 하나의 패키지로 집적하는 반도체 패키지 기술이 요구된다. 특히, 고주파 신호를 취급하는 반도체 패키지는 소형화뿐만 아니라 전자파 간섭 또는 전자파 내성 특성을 우수하게 구현하기 위해 다양한 전자파 차폐 구조를 구비할 것이 요구되고 있다.
이를 위해 종래의 전자파 차폐 구조는 프레스 가공된 금속재질의 쉴드 캔으로 각종 소자를 커버하는 구조로 이루어진다. 또한, 종래의 전자파 차폐 구조는 쉴드 캔 없이 3D 프린팅을 통해 차폐 구조를 형성할 수 있다. 이 경우, 소정의 점도를 가지는 절연성 수지와 전기 전도성 수지를 토출하여 차폐 구조를 조형한다.
이와 같이 3D 프린팅 제작되는 전자파 차폐 구조는 통상 하기와 같은 공정을 거친다.
먼저, 인쇄회로기판의 차폐 영역의 외곽을 형성하기 위해 전기 전도성 소재로 차폐 댐을 형성한 후 인쇄회로기판을 오븐 또는 경화로에 투입하여 일정한 시간 동안 소정 온도로 경화시킨다.
이어서, 차폐 댐의 내측에 위치한 회로 소자를 덮도록 절연 소재를 채운(filling) 뒤 다시 인쇄회로기판을 오븐 또는 경화로에 투입하여 절연 소재를 경화시켜 절연 층을 형성한다.
끝으로 전기 전도성 소재를 절연 소재의 상면과 차폐 댐의 상단부를 함께 덮도록 토출하여 차폐 막을 형성한다. 차폐 막은 차폐 댐의 상단부를 덮게 되므로 차폐 댐과 함께 회로 소자에서 발생하는 전자파를 차폐한다. 차폐 막 역시 경화시키기 위해 다시 한번 인쇄회로기판을 오븐 또는 경화로에 투입한다.
이와 같이 종래 기술은 매 공정 마다 경화 처리를 위해 인쇄회로기판을 오븐 또는 경화로에 여러 번 투입하게 된다. 오븐 또는 경화로 내부에서 발생하는 열에 의해, 인쇄회로기판에 형성된 전자파 차폐 구조뿐만 아니라 차폐 구조에 의해 덮이지 않은 인쇄회로기판에 실장된 회로 소자들도 가열된다. 이로 인해 열에 취약한 회로 소자가 열화되는(depleted) 문제가 있었다.
또한, 종래 기술의 경우, 전자파 차폐 구조를 형성하기 위해 여러 번 경화 처리를 해야 하며, 특히 열을 이용하기 때문에 가열 온도까지 상승 시키는데 일정한 시간이 필요하고, 즉각적으로 온도를 상승 또는 하강 시키는 온도 반응이 불가능하므로 택 타임(tact time)이 길어지는 문제가 있다.
또한, 제조 라인에 다수의 오븐 또는 경화로를 배치해야 하므로 넓은 설치 공간이 필요하고, 고비용이 소요되는 문제가 있었다.
상기 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 가경화와 완전경화 처리를 통해 전자파 차폐구조를 경화시킴으로써 인쇄회로기판으로 전달되는 열 스트레스를 최소화하여 공정 불량율을 감소시킬 수 있고, 공정 시간을 단축할 수 있으며, 사이즈가 큰 오븐 또는 경화로 대신 소형 히터를 이용함으로써 라인의 길이를 줄일 수 있는 전자파 차폐구조 및 그 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 인쇄회로기판 상의 적어도 하나의 회로 소자를 둘러싸는 차폐 댐; 상기 적어도 하나의 회로 소자들을 덮는 절연 층; 및 상기 차폐 댐 및 상기 절연 층을 덮는 차폐 층;를 포함하며, 상기 절연 층은 가경화 처리 시 표면으로부터 하 방향으로 제1 두께를 갖는 제1 층과 상기 제1 층 밑에 상기 제1 두께 보다 더 큰 두께로 형성된 제2 층을 포함하고, 상기 제1 및 제2 층 사이에는 상기 가경화 처리 후에 이루어지는 완전경화 처리에 의해 경계가 형성되는, 전자파 차폐구조를 제공한다.
상기 전자파 차폐구조는 상기 차폐 층을 덮고, 상기 차폐 층으로부터 전달되는 열을 흡수하여 다른 부재로 열을 전달하는 수지로 이루어지는 열분산 층을 더 포함할 수 있다. 상기 수지는 전기 전도성 필러를 포함하며, 상기 전기 전도성 필러는 Ag, Cu, Ni, Al, Sn, 카본블랙(carbon black), 탄소나노튜브(CNT: Carbon Nanotube), 그라파이트(graphite), Ag/Cu, Ag/Glass fiber, Ni/Graphite 금속 코팅 물질(Metal coated materials) 중 어느 하나일 수 있다.
상기 차폐 댐 및 상기 차폐 층을 이루는 차폐 소재는 전기 전도성 물질(electroconductive material)로 이루어지며, 상기 전기 전도성 물질은 전기 전도성 필러(electroconductive filler)와 바인더 수지(binder resin)를 포함할 수 있다. 전기 전도성 필러는 Ag, Cu, Ni, Al, Sn 금속, 카본블랙(carbon black), 탄소나노튜브(CNT: Carbon Nanotube), 그라파이트(graphite)인 전도성 카본, Ag/Cu, Ag/Glass fiber, Ni/Graphite의 금속 코팅 물질, 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리아닐린(Polyaniline)인 전도성 고분자 물질 중 어느 하나일 수 있다. 바인더 수지로는 실리콘 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 알키드 수지 중 어느 하나 일 수 있다.
상기 차폐 소재는 요변성 소재일 수 있으며, 상기 요변성 소재는 합성미분 실리카, 벤토나이트(bentonite), 미립자 표면처리 탄산칼슘, 수소 첨가 피마자유, 금속 석검계, 알루미늄 스테아레이트(aluminum stearate), 폴리이미드 왁스(polyamide wax), 산화 폴리에틸렌계 및 아마인 중합유 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 절연층을 이루는 절연 소재는 열경화성 수지 또는 광경화성 수지일 수 있다. 상기 열경화 수지는 소재적 특성에 따라 주어진 온도 범위 이상에서 경화되는 수지일 수 있다. 이러한 열경화성 수지는 수지 온도 상승에 의해 경화될 수 있다. 상기 광경화성 수지는 자외선 또는 가시광선에 의해 경화되는 수지일 수 있다. 상기 절연 소재는 폴리 우레탄(polyurethane), 폴리요소(polyurea), 폴리염화 비닐(polyvinyl chloride), 폴리스티렌(polystyrene), ABS 수지(acrylonitrile butadiene styrene), 폴리아미드(polyamide), 아크릴(acrylic), 에폭시(epoxy), 실리콘(silicone) 및 PBTP(polybutylene terephthalate) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 인쇄회로기판 일면에 실장된 적어도 하나의 회로 소자를 둘러싸도록 상기 인쇄회로기판의 일면에 차폐 소재를 토출하여 제1 차폐 댐을 형성하는 단계; 상기 적어도 하나의 회로 소자들을 덮도록 상기 재1 차폐 댐에 의해 형성된 공간에 절연 소재를 토출하여 제1 절연 층을 형성하는 단계; 상기 제1 차폐 댐의 상단부 및 상기 제1 절연 층의 상면을 덮도록 차폐 소재를 토출하여 제1 차폐 층;을 형성하는 단계; 상기 인쇄회로기판의 일면이 아래를 행하고 타면이 위를 향하도록 상기 인쇄회로기판을 반전시키는 단계; 상기 인쇄회로기판 타면에 실장된 적어도 하나의 회로 소자를 둘러싸도록 상기 인쇄회로기판의 타면에 차폐 소재를 토출하여 제2 차폐 댐을 형성하는 단계; 상기 적어도 하나의 회로 소자들을 덮도록 상기 제2 차폐 댐에 의해 형성된 공간에 절연 소재를 토출하여 제2 절연 층을 형성하는 단계; 및 상기 제2 차폐 댐의 상단부 및 상기 제2 절연 층의 상면을 덮도록 차폐 소재를 토출하여 제2 차폐 층;을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 인쇄회로기판을 반전하기 전에 어느 하나의 단계 후에 가경화 처리하는, 전자파 차폐구조의 제조방법을 제공할 수 있다.
상기 가경화 처리는 적외선 램프, 오븐 또는 경화로에서 열경화로 진행될 수 있다. 상기 가경화 처리가 적외선 램프에 의한 열경화로 진행될 때 마스크를 사용하여 가경화 처리시키고자 하는 대상에 대하여 선택적으로 노광하는, 전자파 차폐구조의 제조방법.
상기 가경화 처리는 자외선 램프 또는 가시광선 램프에 의한 광경화로 진행될 수 있다. 상기 램프를 이용할 시 마스크를 사용하여 가경화 처리시키고자 하는 대상에 대하여 선택적으로 가열 또는 노광할 수 있다.
전자파 차폐구조에서 미경화된 부분이 없도록 상기 제2 차폐층 형성 후에 완전경화 처리할 수 있다. 상기 완전경화 처리는 적외선 램프, 오븐 또는 경화로에 의해 이루어질 수 있다. 또한, 상기 완전경화 처리는 가시광선 램프 또는 자외선 램프에 의한 광경화로 진행될 수도 있다.
또한, 본 발명은 인쇄회로기판의 일면과 상기 일면의 반대 측인 타면에 각각 수지를 토출하여 조형되는 복수의 전자파 차폐구조의 제조방법에 있어서, 상기 복수의 전자파 차폐구조의 각 부분 중 적어도 어느 하나를 가경화 처리하는 단계; 및 상기 복수의 전자파 차폐구조를 모두 조형 후 완전경화 처리하는 단계;를 포함하는, 전자파 차폐구조의 제조방법을 제공함으로써, 상기 목적을 달성할 수 있다.
상기 가경화 처리 단계는 상기 복수의 전자파 차폐구조의 각 부분 중 열경화성 수지로 이루어진 적어도 어느 하나를 적외선 램프, 오븐 또는 경화로에서 열경화할 수 있다.
상기 가경화 처리 단계는 상기 복수의 전자파 차폐구조의 각 부분 중 적어도 어느 하나를 가시광선 램프 또는 자외선 램프로 광경화에 의해 이루어질 수 있다. 상기 가경화 처리되는 부분을 이루는 수지는 점성이 있는 광경화성 수지를 포함할 수 있다.
상기 완전경화 처리 단계는 적외선 램프, 오븐 또는 경화로에서 복수의 전자파 차폐구조를 열경화로 진행하거나, 가시광선 램프 또는 자외선 램프에 의한 광경화로 진행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 차폐구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전자파 차폐구조의 제작 공정을 나타내는 개략도이다.
도 3은 램프를 이용한 열경화 또는 광경화 시 마스크를 이용하여 선택적인 경화를 나타내는 도면이다.
도 4는 열경화 또는 광경화를 통해 인쇄회로기판 상에 토출된 절연 층의 경화 정도를 나타내는 표이다.
도 5는 도 1에 표시된 V 부분을 나타내는 확대로로서, 절연 층의 가경화 및 완전경화 처리를 순차적으로 진행할 때 가경화 부분과 완전경화 부분 사이에 경계가 나타나는 것을 보여주는 도면이다.
도 6은 도 2에 도시된 전자파 차폐구조를 형성하기 위한 소재 토출 장치를 나타내는 블럭도이다.
도 7은 소재 토출 장치의 노즐이 이동하는 경로의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 8a는 노즐이 미리 설정된 경로를 따라 이동하면서 인쇄회로기판 상에서 차폐 댐을 형성하는 예를 나타내는 도면이다.
도 8b는 도 8a에 도시된 제1 노즐의 단부를 나타내는 사시도이다.
도 9는 제2 노즐 및 제 3노즐의 단부를 나타내는 사시도이다.
도 10 내지 도 12는 인쇄회로기판의 상면 및 저면에 각각 전자파 차폐구조를 형성하기 위한 다양한 제조 공정을 나타내는 블록도들이다.
도 13a 내지 도 15b는 전자파 차폐구조의 제조 공정의 일부에 적용할 수 있는 다양한 공정 순서를 보여주는 도면들이다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자파 차폐구조들을 나타내는 단면도로서, 전자파 차폐구조의 방열 효율을 향상시키기 위한 방열구조를 보여주는 도면들이다.
도 2는 도 1에 도시된 전자파 차폐구조의 제작 공정을 나타내는 개략도이다.
도 3은 램프를 이용한 열경화 또는 광경화 시 마스크를 이용하여 선택적인 경화를 나타내는 도면이다.
도 4는 열경화 또는 광경화를 통해 인쇄회로기판 상에 토출된 절연 층의 경화 정도를 나타내는 표이다.
도 5는 도 1에 표시된 V 부분을 나타내는 확대로로서, 절연 층의 가경화 및 완전경화 처리를 순차적으로 진행할 때 가경화 부분과 완전경화 부분 사이에 경계가 나타나는 것을 보여주는 도면이다.
도 6은 도 2에 도시된 전자파 차폐구조를 형성하기 위한 소재 토출 장치를 나타내는 블럭도이다.
도 7은 소재 토출 장치의 노즐이 이동하는 경로의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 8a는 노즐이 미리 설정된 경로를 따라 이동하면서 인쇄회로기판 상에서 차폐 댐을 형성하는 예를 나타내는 도면이다.
도 8b는 도 8a에 도시된 제1 노즐의 단부를 나타내는 사시도이다.
도 9는 제2 노즐 및 제 3노즐의 단부를 나타내는 사시도이다.
도 10 내지 도 12는 인쇄회로기판의 상면 및 저면에 각각 전자파 차폐구조를 형성하기 위한 다양한 제조 공정을 나타내는 블록도들이다.
도 13a 내지 도 15b는 전자파 차폐구조의 제조 공정의 일부에 적용할 수 있는 다양한 공정 순서를 보여주는 도면들이다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자파 차폐구조들을 나타내는 단면도로서, 전자파 차폐구조의 방열 효율을 향상시키기 위한 방열구조를 보여주는 도면들이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기를 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "상에" 있다거나 "접하여" 있다고 기재된 경우, 다른 구성 요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "바로 위에" 있다거나 "직접 접하여" 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, "～사이에"와 "직접 ～사이에" 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
본 발명에 실시예들에 따른 전자파 차폐구조는 전자기기에 적용될 수 있으며 이하에서는 모바일 폰에 적용되는 것을 예로 들어 설명한다. 하지만, 본 발명에 따른 전자파 차폐구조는 모바일 폰 뿐만 아니라 디스플레이 장치나 웨어러블 디바이스(wearable device) 등에 적용될 수 있다.
본 실시예에서는 전자파 차폐구조가 인쇄회로기판의 양면(상면 및 하면)에 각각 형성된 것을 예로 들어 설명하지만, 이에 제한될 필요는 없으며 전자파 차폐구조가 인쇄회로기판의 일면에만 형성되는 경우에도 가경화 공정을 적용하는 것이 가능하다.
한편, 본 실시예들에서 사용되는 용어 중 '완전 경화'는 인쇄회로기판에 조형된 차폐구조가 진동에 의해 일부 형상이 변형되면서 흔들리거나 하지 않을 정도로 딱딱하게 굳은 상태를 의미할 수 있다. 이러한 완전경화 처리는 적외선 램프, 오븐 또는 경화로에서 열경화에 의해 진행되는 것을 기본으로 한다. 다만, 완전경화 처리는 열경화에 한정되지 않고 가시광선 램프 또는 자외선 램프를 통한 광경화에 의해 진행될 수도 있다. 완전경화 처리가 열경화에 의해 진행되는 경우 소재를 열경화 수지로 사용하며, 광경화에 의해 진행되는 경우 소재를 광경화 수지로 사용한다.
본 실시예들에서 사용되는 용어 중'가경화'는 후속 공정에 지장이 없을 정도로 최소한의 열을 가하는 경화를 의미하며 완전 경화보다 덜 경화된 상태를 의미할 수 있다. 구체적으로, '가경화'는 인쇄회로기판의 일면(상방향을 향하는 면)에 3D 프린팅을 통해 차폐구조를 조형한 후, 하방향을 향하던 인쇄회로기판의 타면이 상방향을 향하도록 인쇄회로기판을 뒤집힌 상태에서 인쇄회로기판의 일면에 형성된 차폐구조가 중력에 의해 변형이 발생하지 않을 정도를 의미할 수 있다. 또한 '가경화'는 후속 공정에서 형상의 일부에 변형이 생기더라도 복원력에 의해 원형으로 되돌아오는 최소 수준의 경화 정도를 의미할 수도 있다. 이러한 가경화 처리는 적외선 램프, 오븐 또는 경화로에서 열경화에 의해 진행되는 것을 기본으로 한다. 다만, 가경화 처리는 열경화에 한정되지 않고 가시광선 램프 또는 자외선 램프를 통한 광경화에 의해 진행될 수도 있다. 가경화 처리가 열경화에 의해 진행되는 경우 소재를 열경화 수지로 사용하며, 광경화에 의해 진행되는 경우 소재를 광경화 수지로 사용한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 차폐구조를 나타내는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 전자파 차폐구조(10)는 인쇄회로기판(110)의 상면 및 하면에 각각 형성된 2개의 전자파 차폐구조(100, 100a)를 포함할 수 있다.
전자파 차폐구조(100, 100a)는 인쇄회로기판(110)과, 인쇄회로기판(110)의 상면(113) 및 하면(113a)에 각각 실장된 복수의 회로 소자(115, 115a, 117, 117a, 119, 119a)를 포함할 수 있다. 여기서, 복수의 회로 소자는 이종(異種)의 회로 소자들로, IC 칩(Integrated Circuit), 수동 소자 및 이형 부품일 수 있다. 예를 들어, IC 칩은 AP(Application Processor), 메모리, RF(Radio Frequency) 칩 등 일 수 있고, 수동 소자는 저항, 콘덴서, 코일 등을 일 수 있고, 상기 이형 부품은 커넥터, 카드 소켓, 전자파 차폐 부품 등 일 수 있다
인쇄회로기판(110)은 상면(113) 및 하면(113a)에 각각 접지 패드(114, 114a)가 패터닝(patterning)될 수 있다. 접지 패드(114, 114a)는 인쇄회로기판(110)의 상면(113) 및 하면(113a)으로부터 돌출되지 않으면서 접지 패드(114, 114a)의 상면이 노출된 상태로 인쇄회로기판(110)에 형성될 수 있다. 이 경우, 접지 패드(114, 114a)는 인쇄회로기판(110) 내부에 형성된 접지층(미도시)에 일체로 형성될 수 있다.
접지 패드(114, 114a)는 차폐를 위한 구조의 최외곽에 대응하도록 패터닝될 수 있다. 이 경우 접지 패드(114, 114a)는 실선(solid line) 형태 또는 은선(hidden line) 형태로 형성될 수 있다. 이와 같은, 접지 패드(114,114a)에는 복수의 회로 소자(115, 115a, 117, 117a, 119, 119a)의 접지 단자가 접지될 수 있다.
회로 소자(115, 115a)는 인쇄회로기판(110)의 제1 접속 패드(111, 111a)에 전기적으로 접속되는 복수의 접속 단자(116, 116a)를 포함할 수 있다. 복수의 접속 단자(116, 116a)는 예를 들면 솔더볼과 같은 BGA(ball grid array) 방식으로 형성될 수 있다. 하지만 이러한 접속 단자(116, 116a)는 BGA 방식에 제한되지 않고, 회로 소자(115, 115a)의 리드 형태에 따라 다양한 방식 예를 들면, QFN(Quad Flat No Lead), PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier), QFP(Quad Flat Package), SOP (Small Out Line Package), TSOP/SSOP/TSSOP(Thin/Shrink/Thin Shrink SOP) 등의 다양한 방식으로 이루어질 수 있음은 물론이다.
나머지 회로 소자(117, 117a, 119, 119a)는 인쇄회로기판(110)의 제2 접속 패드(112, 112a)에 전기적으로 접속되는 적어도 하나의 접속 단자(미도시)를 포함할 수 있다. 회로 소자(117, 117a, 119, 119a)는 인쇄회로기판(110)에 실장 시 그 높이가 전술한 회로 소자(115, 115a)보다 작거나 클 수 있다. 각 회로 소자들 간의 간격은 대략 0.8㎜ 이하로 좁게 디자인될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 차폐구조(100, 100a)는 접지 패드(114, 114a) 상에 형성되는 차폐 댐(120,120a)과, 복수의 회로 소자들을 덮는 절연 층(130, 130a)과, 차폐 댐의 상단부와 절연 층의 상면을 덮는 차폐 층(150, 150a)을 포함할 수 있다.
차폐 댐(120, 120a)은 접지 패드(114, 114a)를 따라 형성될 수 있다. 이에 따라 접지 패드(114, 114a)의 패턴이 폐 곡선 형태를 이루는 경우, 차폐 댐(120, 120a)의 패턴도 폐 곡선 형태로 이루어질 수 있다.
차폐 댐(120, 120a)의 높이는 차폐 댐 내측으로 주입되는 절연 층(130, 130a)이 복수의 회로 소자(115, 115a, 117, 117a, 119, 119a)를 완전히 덮을 수 있을 정도로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 경우, 절연 층을 이루는 절연 소재는 차폐 댐 보다 점도가 낮아 유동성이 높은 소재로 이루어질 수 있다.
차폐 댐(120, 120a)은 폭보다 높이가 더 큰 종횡비로 이루어질 수 있다. 여기서, 차폐 댐의 종횡비는 차폐 댐의 높이를 차폐 댐의 폭으로 나눈 값이다. 차폐 댐의 종횡비는 노즐(216, 도, 6 참조)에 형성된 소재 토출구의 폭과 높이에 의해 결정된다. 이 경우, 차폐 댐의 종횡비는 소재의 유변학적 특성에도 영향을 받을 수 있다. 노즐(216)의 구조에 대해서는 후술한다.
차폐 댐(120, 120a)은 전자파 장해(Electro-Magnetic Interference; EMI)를 방지할 수 있는 전자파 차폐 특성을 가지는 전도성 소재로 형성될 수 있다. 이에 따라 차폐 댐(120, 120a)은 하기에서 설명하는 차폐 층(150, 150a)과 함께 복수의 회로 소자에서 발생하는 인체에 유해한 전자파를 차단할 수 있고, 전자파 잡음 또는 이로 인한 오동작 등과 같은 장해를 근본적으로 차단함으로써 제품의 신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 이와 같이 차폐 댐(120, 120a)은 복수의 회로 소자의 동작 과정에서 불가피하게 발생되는 전자파가 외부에 영향을 주는 것을 막을 수 있다.
차폐 댐(120, 120a)은 노즐(216)에서 토출되는 소정의 점도를 가지는 전기 전도성 물질(electroconductive material)로 이루어질 수 있다. 이와 같은 전기 전도성 물질은 전기 전도성 필러(electroconductive filler)와 바인더 수지(binder resin)를 포함할 수 있다.
전기 전도성 필러로는 Ag, Cu, Ni, Al, Sn 등의 금속(metal)을 사용하거나, 카본블랙(carbon black), 탄소나노튜브(CNT: Carbon Nanotube), 그라파이트(graphite)등의 전도성 카본을 사용하거나, Ag/Cu, Ag/Glass fiber, Ni/Graphite 등의 금속 코팅 물질(Metal coated materials)을 사용하거나, 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리아닐린(Polyaniline) 등의 전도성 고분자 물질을 사용할 수 있다. 또한, 전기 전도성 필러는 플래이크 타입(Flake type), 스피어 타입(Sphere type), 막대 타입(Rod type) 및 덴드라이트 타입(Dendrite type) 중 어느 하나 또는 혼합으로 이루어질 수 있다.
바인더 수지로는 실리콘 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 알키드 수지 등을 사용할 수 있다. 차폐 댐(120, 120a)을 이루는 소재는 기타 성능 개선을 위한 첨가제(중점제, 산화방지제, 고분자 계면활성제 등) 및 용제(물, 알코올 등) 등을 추가 함유할 수도 있다.
차폐 소재의 유동성이 너무 크면 차폐 댐 조형 시 접지 패드(114, 114a)를 벗어나는 위치까지 흘러 내리는 문제가 발생할 수 있으므로, 차폐 소재의 점도는 높은 종횡비로 형성되면서 노즐(216)로부터 토출 후 흘러 내리지 않고 토출된 형상을 유지할 수 있도록 1,000cps~800,000cps 정도인 것이 바람직하다.
예를 들어 차폐 소재의 점도가 충분히 높다면, 인쇄회로기판의 상면에 차폐 댐을 조형 후 경화 처리 없이 인쇄회로기판을 반전시키더라도 인쇄회로기판의 상면에 먼저 조형된 차폐 댐은 흘러내리지 않고 그 형상을 그대로 유지할 수 있다. 따라서, 전체적인 작업 공정을 신속하게 진행할 수 있다.
절연 층(130, 130a)은 각 회로 소자와 차폐 댐(120, 120a)을 절연하고, 각 회로 소자와 차폐 층(150, 150a)을 절연한다. 따라서 절연층은 차폐층 조형단계에서 회로소자가 절연된 상태를 유지하면서 차폐층이 절연층 위에 덮혀 차폐댐과 전기적 연결이 되도록 물리적인 지지 및 보호 역할을 수행한다.
절연 층(130, 130a)은 폐속선 형태로 형성된 차폐 댐(120, 120a)의 내측에 절연 소재를 주입한 후 경화됨으로써 이루어진다. 이때 절연 소재는 복수의 회로 소자들의 외측면에 밀착될 수 있고, 각 회로 소자와 인쇄회로기판(110) 사이에 형성되는 틈으로 들어갈 수 있도록 유동성을 가지는 재료로 이루어질 수 있다. 절연 층(130, 130a)은 상온 경화, 열 경화, UV 경화 중 어느 하나로 경화 처리되거나, 2 이상의 경화 방법을 통해 경화 처리될 수 있다.
상기 절연 소재는 유동성을 갖는 수지일 수 있다. 상기 절연 소재는 폴리 우레탄(polyurethane), 폴리요소(polyurea), 폴리염화 비닐(polyvinyl chloride), 폴리스티렌(polystyrene), ABS 수지(acrylonitrile butadiene styrene), 폴리아미드(polyamide), 아크릴(acrylic), 에폭시(epoxy), 실리콘(silicone) 및 PBTP(polybutylene terephthalate) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 절연 층(130, 130a)은 차폐 댐 내측으로 절연 소재를 주입 후 적외선 램프에서 발산되는 적외선에 의해 가경화 처리되거나, 오븐 또는 경화로에서 가경화 처리될 수 있다. 이와 같이 열경화를 통해 가경화 처리되는 경우, 절연 소재는 열경화 수지로 이루어진다.
또한, 절연 층(130, 130a)은 광경화를 통해 가경화 처리될 수 있다. 절연 층(130, 130a)은 가시광선 램프에서 발산되는 가시광선이나 자외선 램프에서 발산되는 자외선에 노출되면서 통해 경화 처리될 수도 있다. 이 경우, 절연 소재는 광원에서 발산되는 광(가시광선, 자외선)에 의해 경화될 수 있는 광경화성 수지로 이루어진다.
또한, 차폐 댐과 차폐 층을 이루는 차폐 소재는 기본적으로 열경화를 통해 가경화 처리될 수 있으며, 이 경우 차폐 소재는 열경화성 수지로 이루어진다. 차폐 댐과 차폐 층의 가경화 역시 절연 층과 마찬가지로 광경화에 의해 가경화 처리될 수 있으며, 이 경우, 차폐 소재는 광경화성 수지로 이루어진다.
또한, 차폐 소재는 요변성(Thixotropy) 소재일 수 있다. 요변성 소재는 합성미분 실리카, 벤토나이트(bentonite), 미립자 표면처리 탄산칼슘, 수소 첨가 피마자유, 금속 석검계, 알루미늄 스테아레이트(aluminum stearate), 폴리아미드 왁스(polyamide wax), 산화 폴리에틸렌계 및 아마인 중합유 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 금속 석검계는 알루미늄 스테아레이트(Aluminum Stearate)를 포함할 수 있다.
차폐 층(150, 150a)은 차폐 댐(120, 120a)과 같이 유동성을 갖는 차폐 소재로 이루어진다. 다만, 차폐 층(150, 150a)은 차폐 댐(120, 120a)과 같이 종횡비를 고려할 필요가 없으므로 차폐 댐 보다 낮은 점도를 갖도록 형성될 수 있다. 차폐 층(150, 150a)은 노즐(218, 도 2 참조)에 의해 토출되는 차폐 소재를 통해 절연 층(130, 130a)의 상면과, 차폐 댐(120, 120a)의 상단부를 덮도록 형성된다.
차폐 층(150, 150a)은 차폐 댐(120, 120a)의 상단부와 접촉하여 전기적으로 차폐 댐과 전기적으로 연결된다. 이에 따라 차폐 댐(120, 120a)과 차폐 층(150, 150a)는 절연 층(130, 130a)의 외측을 완전히 둘러 싸게 되므로, 최적의 차폐구조를 이룰 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 차폐구조(100)를 제조하는 과정을 순차적으로 설명한다.
도 2는 도 1에 도시된 전자파 차폐구조의 제작 공정을 나타내는 개략도로서, 인쇄회로기판의 상면(113)에 먼저 제1 전자파 차폐구조(100)를 형성한 후, 인쇄회로기판의 하면(113a)에 제2 전자파 차폐구조(100a)를 형성하는 예를 나타낸다.
먼저, 인쇄회로기판(110)의 상면(113)에 제1 노즐(216)로부터 토출되는 차폐 소재를 통해 차폐 댐(120)을 조형한다. 제1 노즐(216)은 하단이 인쇄회로기판의 상면(113)과 간격을 둔 상태로 차폐 댐을 형성하기 위한 경로를 따라 이동하면서 차폐 소재를 토출한다. 이 경우 차폐 댐 형성 경로는 제1 노즐(216)이 이동 중에 인쇄회로기판의 상면(113)에 실장된 복수의 회로 소자(115, 117, 119)와 충돌하거나 간섭되지 않고, 차폐 댐이 복수의 회로 소자들과 접촉하지 않도록 설정된다.
차폐 댐(120)은 제1 노즐(216)로부터 토출된 후, 높은 종횡비의 댐 형상을 유지한다. 차폐 댐(120)은 차폐 대상인 복수의 회로 소자(115, 117, 119)를 둘러싸는 폐곡선 형태로 이루어진다.
차폐 댐(120) 형성 후, 제2 노즐(217)이 이동하면서 차폐 댐(120)에 의해 형성된 마련된 공간으로 절연 소재를 토출한다. 절연 소재는 차폐 댐을 이루는 차폐 소재보다 높은 유동성을 갖기 때문에 인쇄회로기판의 상면(113)과 각 회로 소자 사이를 메운다. 차폐 댐(120)에 의해 형성된 공간으로 주입된 절연 소재는 모들 회로 소자들의 상면까지 완전히 덮는다.
절연 소재의 주입이 완료되면, 절연 소재를 가경화하기 위해 인쇄회로기판(110)을 열원 또는 광원(30)의 하측으로 이동한다.
본 실시예에서 가경화는 열경화 또는 광경화를 통해 이루어진다. 이 경우, 절연 소재는 열경화 처리에 의해 경화되는 경우 열경화성 수지를, 광경화 처리에 의해 경화는 경우 광경화성 수지로 이루어진다. 열원은 적외선 램프를 이용할 수 있고, 광원(30)은 가시광선 램프 또는 자외선 램프를 이용할 수 있다.
열원 또는 광원(30)에서 발산되는 빛은 오븐이나 경화로 내에서 발산되는 난사성의 열전달과는 달리 일정한 방향성을 가지고 발열 또는 발광하므로 원하는 부분에 대하여 선택적인 가열 또는 노광이 가능하다. 절연 소재가 일정한 방향으로 가열 또는 노광될 경우 절연 소재 표면에서부터 일정 깊이로 경화가 되기 때문에 경화를 위한 공정이 크게 단축될 수 있다. 또한 광경화를 이용하는 경우 방출되는 광에너지의 선택적인 파장 이용에 따라 열 에너지 발생을 최소화하기에 용이하므로 회로 소자가 받는 열에너지 역시 최소화할 수 있다.
본 발명에 있어서는 각 구성 조형 후에 이어지는 공정에서 일부 공정을 완전경화 대신에 가경화로 진행할 수 있고, 각 공정 마다 완전경화 및 가경화를 선택적으로 수행할 수도 있다. 이에 따라, 본 발명에 따르면 완전경화 및 가경화 처리는 기본적으로 열경화에 의해 이루어지며, 공정 상황에 따라 광경화를 부분적으로 적용할 수 있어 공정 효율을 극대화할 수 있다.
또한, 가경화 처리를 적용하는 경우, 완전 경화에 비해 소요되는 시간이 짧고 공급해야 하는 에너지가 적어 경제적이다. 특히, 가경화 처리를 행할 때 근적외선 파장의 열을 방사하는 적외선 램프를 이용한 열경화로 진행할 경우, 적외선 램프는 열 전달 방향을 지정하기가 쉽고 공기 중에서 열 손실이 적어 대류로 인한 주변 장비로의 확산이 적기 때문에 열경화성 소재가 저장된 디스펜서나 기타 다른 열에 민감한 장비들과의 간격을 더 좁게 설정할 수 있어, 장비를 설치하는 영역을 줄일 수 있다.
도 3은 마스크를 이용하여 적외선, 가시광선, 자외선 등을 차단하는 예를 나타내는 도면이다.
도 3과 같이 주위 소자(119)가 좀 더 열에 민감하여 절연 수지가 도포된 면에 선택적으로 열 및 광 에너지 전달이 되어야 할 경우 이를 반사 또는 차단하는 마스크(20)를 적용할 수 있다.
도 4는 열경화 또는 광경화를 통해 인쇄회로기판 상에 토출된 절연 층의 경화 정도를 나타내는 표이고, 도 5는 도 1에 표시된 V 부분을 나타내는 확대로로서, 절연 층의 가경화 및 완전경화 처리를 순차적으로 진행할 때 가경화 부분과 완전경화 부분 사이에 경계가 나타나는 것을 보여주는 도면이다.
가경화와 왼전경화는 도 4와 같은 실험 데이터에 따라 정의될 수도 있다. 즉, 인쇄회로기판에 토출된 절연 소재에 의해 형성되는 절연 층을 기준으로, 절연 층의 경화 정도에 따라 부여되는 다른 알파벳을 기준으로 가경화 및 완전경화를 정의할 수 있다. 이러한 가경화 및 완전경화는 차폐 댐과 차폐 층에도 적용될 수 있다.
미경화 상태는 인쇄회로기판의 상면에 토출된 절연 소재에 의해 형성되는 절연 층이 액체 상태이고, 인쇄회로기판의 상면이 아래를 향하도록 인쇄회로기판을 뒤집었을 때 절연 층이 물방울(droplet)처럼 인쇄회로기판으로부터 흘러 내리거나 분리되는 상태이며, 알파벳 A로 표시한다.
인쇄회로기판의 상면에 토출된 절연 소재에 의해 형성되는 절연 층이 액체 상태이고, 인쇄회로기판의 상면이 아래를 향하도록 인쇄회로기판을 뒤집었을 때 절연 층의 표면이 중력에 의해 아래로 흘러내리듯이 일그러지는 형상으로 변화되는 상태이며, 알파벳 B로 표시한다.
인쇄회로기판의 상면에 토출된 절연 소재에 의해 형성되는 절연 층이 액체 또는 고체 상태이고, 인쇄회로기판을 뒤집었을 때 절연 층의 표면이 장시간 형상을 유지하며, 절연 층의 표면에 차폐 테이프와 같은 부재를 붙일 수 있는 정도의 강도를 가진 상태이며, 알파벳 C로 표시한다.
단순히 후속공정이, 뒤집힌 상태에서 절연 표면 상태가 유지될 정도만 요구하는 상황이면 알파벳 B를 가경화 수준으로 정의할 수 있고, 접촉 충격에서 표면 형상이 유지되야 할 경우는 알파벳 C를 가경화 수준으로 정의할 수 있다.
절연 층 경화 시 열 전달 방향성이 있는 열원을 히터로 사용하여 열경화성 수지의 가경화 처리를 할 경우, 열이 도달하는 절연 층의 표면으로부터 온도구배가 발생한다. 이때 절연 층을 완전경화 시키면, 온도가 높은 표면에서부터 경화가 시작되어 시간 차를 두고 절연 층의 안쪽까지 경화가 진행된다. 이 경우, 도 5와 같이 절연 층에는 가경화된 부분(131)과 가경화 이후에 경화된 부분(130) 사이에 경계(dividing line)(133)가 나타난다.
절연 층 경화 시 광원을 이용하여 광경화성 수지의 경화 처리를 할 경우, 노광부에 표면에서부터 경화가 시작되어 일정 깊이까지 경화가 진행된다. 이때 광원의 세기, 노광 시간을 조절하여 가경화에 알맞은 경화 깊이까지 진행시킬 수 있다. 이 경우, 도 5와 같이 절연 층에는 가경화된 부분(131)과 가경화 이후에 경화된 부분(130) 사이에 경계(dividing line)(133)가 나타난다.
반면, 절연 층에 대해 열원(예를 들면, 적외선 램프)로 가경화 없이 완전경화 시킬 수 있는데, 가경화 처리를 거친 경우와 달리 경계(133)가 형성되지 않는다. 또한, 가경화 처리 없이 적외선 램프 또는 오븐 및 경화로에서 완전경화 처리할 경우에도 절연 층에는 경계가 형성되지 않는다.
완전경화 상태는 인쇄회로기판의 상면에 토출된 절연 소재에 의해 형성되는 절연 층이 미경화 부분이 없이 완전 경화된 고체 상태로 알파벳 D로 표시한다.
이와 같이 다양한 전자 기기에 적용될 수 있는 전자파 차폐구조에 적합한 완전경화와 가경화의 정도를 적절한 범위를 갖도록 구분함으로써 공정 라인을 효율적으로 구성할 수 있다
도 4에 도시된 실험 데이터는 제1 PCB에 3.5~4 ㎖의 절연 소재를 토출하고, 제2 PCB에 6.7㎖의 절연 소재를 토출하고, 제3 PCB에 8.3㎖의 절연 소재를 토출한 상태에서, 각각 동일한 온도(200℃)로 광경화 처리할 때, 시간 별로 경화되는 정도를 기록하였다. 이 경우, 각 PCB에 토출된 절연 소재의 양은 제1 PCB < 제2 PCB < 제3 PCB의 관계를 나타낸다.
제1 PCB의 경우, 절연 층은 가열 후 17초까지 B 상태이고, 21초부터 C 상태가 이고, 60초부터 D 상태가 되었다.
제2 PCB의 경우, 제1 PCB에 토출된 절연 소재의 양보다 더 많은 양의 절연 소재가 토출되었다. 이 경우, 절연 층은 가열 후 21초까지 B 상태였고, 이때부터 절연 층의 표면에 막이 형성되기 시작했다. 절연 층은 24초부터 C 상태가 되었고, 80초부터 완전경화 상태D 상태가 되었다. 제2 PCB의 절연 층은 제1 PCB의 절연 층보다 가경화 및 완전경화의 진행 속도가 느렸다.
제3 PCB에 토출된 절연 소재의 양은 제2 PCB에 토출된 절연 소재의 양보다 더 많다. 이 경우, 절연 층은 가열 후 24초까지 B 상태였고, 이때부터 절연 층의 표면에 막이 형성되기 시작했다. 절연 층은 33초부터 C 상태가 되었고, 100초부터 D 상태가 되었다. 제3 PCB의 절연 층은 제2 PCB의 절연 층보다 가경화 및 완전경화되는 진행 속도가 느렸다.
한편, 제3 PCB에 토출된 절연 소재에 대하여 온도를 180℃로 설정하고 경화 정도를 살펴보았다. 이 경우, 절연 층은 200℃에서 경화되는 것과 동일하게 가열 후 24초까지 B 상태였고, 33초부터 C 상태가 되었다. 하지만, 완전경화 상태는 200℃에서 경화되는 경우와 달리 약 5초 정도 늦은 105초부터 시작되었다.
상기 실험 데이터를 통해 알 수 있는 바와 같이, 가경화의 기준은 인쇄회로기판 상에 토출되는 절연 소재의 양과 가열 온도, 시간에 따라 달라 질 수 있다. 후속 공정에 따라, 가경화는 절연 소재를 인쇄회로기판의 일면에 토출한 뒤 인쇄회로기판을 반전시킨 상태에서 절연 소재의 표면이 자중에 의한 변형이 생기지 않을 수준의 경화 정도, 또는 차폐 테이프가 적용될 시, 표면 형상이 변하지 않을 정도를 의미하는 것으로 정의가 달라질 수 있다.
이하, 도 6 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 차폐구조(100)를 제작하기 위한 장치들을 설명한다.
도 6은 전자파 차폐구조를 형성하기 위한 소재 토출 장치를 나타내는 블록도이다.
소재 토출 장치(200)는 일정량의 차폐 및 절연 소재를 토출하기 위한 디스펜서(212)를 포함할 수 있다. 디스펜서(212)는 차폐 및 절연 소재를 저장하기 위한 제1 내지 제3 저장챔버(211a, 211b, 211c)와, 각 저장챔버(211a, 211b, 211c)로부터 공급되는 소재를 토출하기 위한 제1 내지 제3 노즐(216, 217, 218)을 포함할 수 있다.
제1 및 제3 저장챔버(211a, 211c)는 차폐 소재를 저장하고, 제2 저장챔버(211b)는 절연 소재를 저장한다. 또한, 제1 노즐(216)은 제1 저장챔버(211a)와 연결되어 차폐 댐(120)을 형성하기 위하 차폐 소재를 토출하고, 제2 노즐(217)은 제2 저장챔버(211b)와 연결되어 절연 층(130)을 형성하기 위한 절연 소재를 토출하고, 제3 노즐(218)은 제3 저장챔버(211c)와 연결되어 차폐 층 (150)을 형성하기 위해 차폐 소재를 토출한다.
디스펜서(212)는 제1 내지 제3 노즐(216, 217, 218)을 X축, Y축 및 Z축 방향으로 이동시키기 위한 X-Y-Z축 이동부(231)와, 제1 노즐(216을 시계 방향 및 반 시계 방향으로 회전하거나 회전을 멈출 수 있는 회전 구동부(219)를 포함할 수 있다. X-Y-Z축 이동부(231)는 제1 내지 제3 노즐(216, 217, 218)을 X축, Y축, Z축으로 각각 이동시키기 위한 복수의 스텝 모터(미도시)를 구비할 수 있다. 이 스텝 모터들은, 구동력을 제1 내지 제3 노즐(216, 217, 218)로 전달하기 위해 제1 내지 제3 노즐(216, 217, 218)이 장착되는 노즐 장착부(미도시)에 연결된다. 회전 구동부(219)는 회전 동력을 제공하는 모터(미도시)와, 제 1노즐 (216)의 회전 각도를 제어하기 위해 상기 모터의 회전 수를 감지하는 엔코더(미도시)를 포함할 수 있다. X-Y-Z축 이동부(231)와 회전 구동부(219)는 제어부(250)에 전기적으로 연결되어 있어 제어부(250)에 의해 제어된다. 이 경우, 회전 구동부(219)는 제1 노즐(216)의 회전을 회전시키는 데만 사용되므로, 제2 및 제3 노즐(217,218) 사용 시에는 노즐 장착부를 회전 구동하지 않도록 제어부(250)에 의해 선택적으로 제어될 수 있다.
이하에서는, 소재 토출 장치(200)의 제1 노즐(216)을 통해 차폐 댐(120)을 형성하는 예에 대하여 설명한다.
소재 토출 장치(200)는 제1 노즐(216)의 토출구를 세척하거나 새로운 교체하는 경우, 소재가 토출되는 노즐의 단부가 미리 설정된 세팅 위치에 정확하게 일치되지 않는 경우가 종종 발생한다. 따라서 제1 노즐(216)을 세팅 위치로 설정할 수 있도록 노즐위치검출센서(232)를 구비한다.
노즐위치검출센서(232)는 비전 카메라가 사용될 수 있으며 제1 노즐(216)의 하측에 소정 간격을 두고 배치된다. 노즐의 캘리브레이션은 노즐위치검출센서(232)에 의해 촬영된 영상을 통해 노즐의 단부 위치를 판독하여 메모리(251)에 미리 저장된 노즐 원점 값과 비교하여 차이가 발생하는 X, Y 값만큼 제1 노즐(216)을 이동시켜 제1 노즐의 단부를 제1 노즐 원점에 일치시킬 수 있다. 이 경우 제1 노즐(216)의 이동은 X-Y-Z축 이동부(231)의 구동에 따라 노즐 장착부(미도시)가 이동함으로써 이루어진다. 또한, 제1 노즐 교체 후에 회전에 대한 캘리브레이션이 필요하다. 즉, 제1노즐이 원점에 위치할 때 측면 토출구(216a)가 제1 노즐의 이동방향의 반대 방향으로 세팅되기 위해 회전 구동부(219)를 통해 제1 노즐을 소정 각도로 회전시켜 제1 노즐의 회전 캘리브레이션을 수행한다. 제2 및 제3 노즐의 경우, 측면 토출구 없이 저면 토출구만 형성되어 있으므로, 회전에 대한 캘리브레이션이 필요 없다.
또한, 소재 토출 장치(200)는 차폐 댐을 형성하기 위한 위치로 인쇄회로기판이 로딩될 때, 인쇄회로기판이 놓여 진 X-Y 평면 상태에서 자세를 검출하여 소재 토출을 위한 제1 내지 3 노즐(216, 217, 218)의 시작점을 설정할 수 있다. 이와 같이 인쇄회로기판의 로딩 후 자세를 검출하기 위해, 소재 토출 장치(200)는 PCB 기준위치검출센서(233) 및 PCB 높이측정센서(234)를 포함할 수 있다.
PCB 기준위치검출센서(233)는 PCB 로딩 정위치를 판별하는 센서로 비전 카메라가 사용될 수 있다. PCB 기준위치검출센서(233)는 작업 공간에 로딩된 인쇄회로기판이 미리 설정된 위치에 있는 지 또는 미리 설정된 위치로부터 어느 정도 틀어져 있는 지를 검출한다. 예를 들어, 작업 위치로 인쇄회로기판이 로딩되면, 제어부(250)는 PCB 기준위치검출센서(233)를 미리 설정된 제1 레퍼런스 마크의 좌표로 이동시켜 현재 인쇄회로기판의 제1 레퍼런스 마크를 촬영한 후, 현재 촬영된 제1 레퍼런스 마크와 미리 설정된 제1 레퍼런스 마크의 모양을 비교하여 PCB 기준위치검출센서(233)가 제 위치에 있는 지 판단한다.
PCB 기준위치검출센서(233)가 제 위치에 있다고 판단되면, 제어부(250)는 현재의 제1 레퍼런스 마크의 좌표와 미리 설정된 제1 레퍼런스 마크의 좌표의 위치 차를 산출한다. 이어서, 제어부(250)는 제1 레퍼런스 마크의 좌표를 산출하는 방법과 동일하게 현재의 제2 레퍼런스 마크의 좌표와 미리 설정된 제2 레퍼런스 마크의 좌표의 위치 차를 산출한다.
소재 토출 장치(200)는 인쇄회로기판을 작업 위치로 로딩하고 차폐 댐 형성 완료 후 언로딩 하기 위한 PCB 공급 및 배출부(235)를 구비할 수 있다.
소재 토출 장치(200)는 형성된 차폐 댐(120)의 건조 시간을 단축하기 위해 인쇄회로기판을 소정 온도로 상승시키기 위한 PCB 가열용 히터(236)가 구비될 수도 있다.
소재 토출 장치(200)는 제1 내지 제3 노즐(216, 217, 218)의 이동 경로를 사용자가 직접 입력할 수 있는 입력부(253)를 포함할 수 있다. 입력부(253)는 터치 입력이 가능한 터치 스크린으로 형성되거나 통상의 키 패드로 이루어질 수 있다. 입력부(253)에 의해 1회 입력된 각 노즐의 이동 경로는 메모리(251)에 저장된다. 차후, 사용자는 입력부(253)를 통해 메모리(251)에 저장된 노즐 이동 경로 데이터를 수정할 수 있다.
이하에서는, 입력부(253)를 통해 제1 노즐(216)의 노즐 이동 경로를 입력하는 과정을 설명한다.
먼저, PCB 기준위치검출센서(233)(예를 들면, 비전 카메라일 수 있으며, 이하에서는 '비전 카메라'라고 한다)를 통해 작업 위치로 로딩된 인쇄회로기판 상에 표시된 적어도 2개의 레퍼런스 마크를 촬영하고, 2개의 레퍼런스 마크 간의 거리를 측정한 후, 각 레퍼런스의 영상들과 2개의 레퍼런스 마크 간의 거리 값을 메모리(251)에 저장한다. 인쇄회로기판이 직사각형일 경우, 2개의 레퍼런스 마크는 인쇄회로기판의 좌측 상단 및 우측 하단에 표시될 수 있다. 이 경우 2개의 레퍼런스 마크 간의 거리는 대략 인쇄회로기판의 대각선 방향의 직선 길이를 나타낼 수 있다.
작업 위치로 인쇄회로기판이 로딩되면, 사용자는 입력부(253)에 구비된 전, 후, 좌, 우 이동 버튼을 통해 비전 카메라를 좌측 상단의 제1 레퍼런스 마크가 있는 위치(예를 들면, 제1 레퍼런스 마크의 중심 또는 제1 레퍼런스 마크의 일 부분을 기준으로 함)로 이동시킨 후, 입력부(253)에 구비된 저장 버튼을 누르면 제어부(250)는 미리 설정된 원점(0,0,0)으로부터 제1 레퍼런스 마크가 떨어진 거리를 산출하여 제1 레퍼런스 마크의 좌표(X1,Y1,Z1)를 구하고 이를 메모리(251)에 저장한다. 제1 노즐(216)과 함께 이동하는 비전 카메라의 촬영 위치는 제1 노즐(216)의 중심과 일정 간격 오프셋(offset)되어 있다. 따라서 제1 레퍼런스 마크의 좌표(X1,Y1,Z1)는 제어부(250)에 의해 상기 오프셋 값까지 계산하여 산출된다. 또한, 사용자가 촬영 버튼을 누르면, 제1 레퍼런스 마크의 이미지가 메모리(251)에 저장된다.
이어서, 사용자는 입력부(253)에 구비된 전, 후, 좌, 우 이동 버튼을 통해 비전 카메라를 우측 하단의 제2 레퍼런스 마크가 있는 위치(예를 들면, 제2 레퍼런스 마크의 중심 또는 제2 레퍼런스 마크의 일 부분을 기준으로 함)로 이동시킨 후, 입력부(253)에 구비된 저장 버튼을 누르면 제어부(250)는 미리 설정된 원점(0,0,0)으로부터 제2 레퍼런스 마크가 떨어진 거리를 산출하여 제2 레퍼런스 마크의 좌표(X2,Y2,Z2)를 구하고 이를 메모리에 저장한다. 또한, 사용자가 촬영 버튼을 누르면, 제2 레퍼런스 마크의 이미지가 메모리(251)에 저장된다. 제2 레퍼런스 마크의 좌표(X2,Y2,Z2)는 전술한 제1 레퍼런스 마크의 좌표(X1,Y1,Z1)를 산출하는 과정과 마찬가지로 제어부(250)에 의해 상기 오프셋 값까지 계산하여 산출된다.
제어부(250)는 상기와 같이 검출된 제1 및 제2 레퍼런스 마크의 위치를 이용하여 2 위치 간의 간격을 산출하여 메모리(251)에 저장한다.
이어서, 사용자는 입력부(253)의 전, 후, 좌, 우 이동 버튼(미도시)을 이용하여 인쇄회로기판(110) 상에 형성할 차폐 댐(120)의 경로를 따라 비전 카메라를 이동시키면서 비전 카메라에 의해 촬영되는 실시간 영상을 육안으로 확인해 가면서 제1 노즐(216)의 이동 경로 상에 위치하는 복수의 좌표를 입력한다. 해당 좌표의 입력은 비전 카메라가 제1 노즐(216)의 이동 경로 상의 어느 한 점에 위치하였을 때 입력부(253)에 구비된 좌표 입력 버튼을 누르면 해당 좌표가 입력된다. 이렇게 입력된 좌표는 메모리(251)에 저장된다.
상기 복수의 좌표는 하기와 같이, 제1 노즐(216)이 소재의 토출을 시작하는 지점의 좌표(Ap, 도 7 참조), 제1 노즐(216)이 토출을 마치는 지점의 좌표(절연 댐이 폐곡선을 이루는 경우 시작 지점(Ap)과 거의 인접하게 배치될 수 있다)와, 이동 중에 제1 노즐(216)이 방향을 바꾸어야 하는 지점들(Bp,Cp,Dp,Ep,Fp, 도 7 참조)에 대한 각 좌표이다.
또한, 제1 노즐(216)의 이동 경로를 프로그래밍화하기 위해, 입력부(253)는 지정한 좌표로 제1 노즐(216)을 이동시키는 이동 버튼과, 제1 노즐(216)이 소재를 토출하면서 이동하는 명령을 내리기 위한 라인 버튼, 제1 노즐(216)의 이동 방향을 전환하기 위한 회전 버튼 등의 각종 명령 버튼이 구비될 수 있다. 사용자는 상기 명령 버튼들과 상기 좌표 및 회전 각도를 매칭함으로써 제1 노즐(216)의 이동 경로를 생성할 수 있다.
제1 노즐(216)의 이동 경로가 전술한 바와 같이 사용자에 의해 프로그래밍 되면, 제어부(250)는 노즐 이동 경로를 따라 제1 노즐(216)을 이동하면서 절연 소재를 토출함으로써 인쇄회로기판(110)에 자동으로 차폐 댐(120)을 형성할 수 있다.
이와 같이 입력부(253)를 통해 입력된 제1 노즐(216)의 이동 경로에 대한 데이터는 메모리(251)에 저장될 수 있다. 제어부(250)는 메모리(251)에 저장된 제1 노즐의 이동 경로 데이터에 따라 X-Y-Z축 이동부(231)와 회전 구동부(219)를 작동시켜 제1 노즐(216)을 미리 입력된 경로를 따라 이동시킨다. 상기 노즐 경로 데이터는 제1 노즐(216)을 인쇄회로기판(110)의 상면을 따라 직선 방향으로 이동하는 거리와, 제1 노즐(216)의 회전 방향 및 각도를 포함하고 있다.
한편, 본 실시예에서는 입력부(253)를 통해 사용자가 제1 노즐(216)의 이동 경로를 직접 입력하는 것으로 설명하였으나, 이에 제한되지 않고 노즐 이동 경로를 메모리(251)에 미리 저장할 수 있으며 이 경우, 제품에 따라 다양하게 형성되는 차폐 댐(120)의 패턴에 대응하도록 제1 노즐(216)에 대한 다수의 이동 경로를 미리 저장할 수 있다. 또한, 상기 입력부(253)를 통해 입력한 제1 노즐의 이동 경로 이외에 캘리브레이션 정보, 제1 노즐의 기준위치 정보, PCB 기준위치 정보, PCB 기준 높이 정보 등을 메모리(251)에 미리 저장할 수 있다.
전술한 바와 같이 제1 노즐(216)은 메모리(251) 저장된 제1 노즐의 이동 경로를 따라 차폐 댐(120)을 형성하며, 구체적인 예는 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7은 소재 토출 장치에 구비된 입력부를 통해 입력된 제1 노즐의 이동 경로를 나타내는 도면이고, 도 8a는 노즐이 미리 설정된 경로를 따라 이동하면서 인쇄회로기판 상에서 차폐 댐을 형성하는 예를 나타내는 도면이다.
제1 노즐(216)은 시작점(Ap)에 해당하는 좌표에 세팅된다. 이때, 제어부(250)는 제1 노즐(216)의 측면 토출구(216a)가 노즐 이동 방향의 반대 방향을 향하도록 회전 구동부(219)을 작동시켜 제1 노즐(216)을 소정 각도로 회전시킨다.
이와 같이 시작점(Ap)에 해당하는 좌표에 세팅된 제1 노즐(216)은 X-Y-Z축 이동부(231)에 의해 +Y축 방향으로 A구간만큼 직선 이동한다. 이 경우, 제1 노즐(216)은 도 8a와 같이 측면 토출구(216a)가 노즐 이동 방향의 반대 방향을 향하 상태로 이동하면서 차폐 소재를 지속적으로 토출한다. 형성될 차폐 댐이 접지 패드(114)와 전기적으로 연결되도록, 차폐 소재는 접지 패턴(114) 상에 형성된다.
이어서 제1 노즐(216)은 경로가 꺾이는 구간(A구간과 B구간을 잇는 지점(Bp)을 포함하는 구간)을 따라 이동한다. 이 경우, 제1 노즐(216)은 X-Y-Z축 이동부(231)에 의해 노즐 경로를 따라 이동함과 동시에, 측면 토출구(216a)가 노즐 이동 방향의 반대 방향을 향하도록 회전 구동부(219)에 의해 회전된다.
제1 노즐(216)은 경로가 꺾이는 구간을 지나면 X-Y-Z축 이동부(231)에 의해 -X축 방향으로 B구간만큼 직선 이동한다. 이와 같이 제1 노즐(216)은 회전 구동부(219) 및 X-Y-Z축 이동부(231)에 의해 나머지 B, C, D, E 및 F구간을 순차적으로 직선 이동 및 회전을 반복하여 시작점(Ap)까지 복귀하면 제1 노즐(216)의 이동은 완료된다.
도 8b는 도 8a에 도시된 노즐의 단부를 나타내는 사시도이다.
도 8b를 참조하면, 제1 노즐(216)은 X-Y-Z축 이동부(231) 및 회전 구동부(219)에 의해 이동 및 회전하면서 차폐 소재가 동시에 토출되도록 노즐(216)의 하부 측면에 측면 토출구(216a)가 형성되고, 노즐(216)의 저면에 저면 토출구(216b)가 형성된다. 측면 및 저면 토출구(216a, 216b)는 서로 연통되어 있어 측면 및 저면 토출구(216a, 216b)를 통해 차폐 소재가 동시에 토출될 수 있다.
측면 토출구(216a)는 높이(h)와 폭(w)의 비(이하, 종횡비)가 큰 차폐 댐(120)을 조형하기 위해, 차폐 댐(120)의 최종 단면과 유사한 직사각형 형상으로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서 측면 토출구(216a)의 종횡비는 측면 토출구(216a)의 높이(h)를 측면 토출구(216a)의 폭(w)으로 나눈 값을 나타낸다.
차폐 댐(120)은 측면 토출구(216a)의 종횡비가 클수록 두께가 얇고 높이가 높은 고종횡비(High aspect ratio) 구조로 이루질 수 있다. 여기서, 측면 토출구(216a)의 높이(h)는 차폐 댐(120)의 높이에 각각 대응하도록 설정될 수 있다.
제1 노즐(216)은 전술한 바와 같이 미리 설정된 경로를 따라 이동하면서 측면 및 저면 토출구(216a, 216b)를 통해 접지 패드(114) 위로 동시에 토출하여 차폐 댐(120)을 형성할 수 있다.
도 9는 제2 노즐의 단부를 나타내는 사시도이다. 도 9를 참조하면, 제2 노즐(217)은 절연 층(130)을 형성하는 데 사용되므로 차폐 댐과 같이 정형화된 형상을 조형할 필요가 없다. 따라서 제2 노즐(217)은 제1 노즐(216)과 달리 측면 토출구(216a)를 생략하고 저면 토출구(217b)만 형성된다.
차폐 층(150)을 형성하는데 사용되는 제3 노즐(218)은 제2 노즐(217)과 동일하게 저면 토출구만 형성된다. 본 발명에 따른 전자파 차폐구조의 제조 시 진행되는 완전경화 및 가경화 처리는 열경화를 통해 이루어지는 것을 전제로 한다. 다만, 하기 실시예들에서 가경화 및 완전경화 처리는 광경화를 통해서도 이루어질 수 있는 것으로 설명한다.
도 10 내지 도 12는 인쇄회로기판의 상면 및 저면에 각각 전자파 차폐구조를 형성하기 위한 다양한 제조 공정을 나타내는 블록도들이다.
도 10에 도시된 전자파 차폐구조 형성 공정은 인쇄회로기판의 상면에 전자파 차폐구조를 먼저 형성한 후, 인쇄회로기판의 하면에 다음 전자파 차폐구조를 형성하는 예를 나타낸다. 이 경우, 광경화를 통한 가경화 처리는 매 공정마다 이루어질 수 있으며, 인쇄회로기판의 상면 및 하면에 각각 전자파 차폐구조를 모두 형성한 후, 완전경화 처리를 진행한다.
도 10을 참조하여 공정을 순차적으로 설명한다. 먼저, 인쇄회로기판을 작업 위치로 로딩시킨 후, 제1 노즐을 이용하여 인쇄회로기판의 상면에 차폐 댐을 형성한다(S1).
인쇄회로기판의 상면에 차폐 댐이 형성되면 차폐 댐을 가경화할 수 있다(S2). 이 경우, 차폐 댐은 열원으로부터 발산되는 열에너지에 노출됨으로써 차폐 댐의 표면을 가경화시킬 수 있다. 이때 차폐 댐을 이루는 차폐 소재는 열경화성 수지를 이용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 가경화 처리는 열경화 대신에 광경화성 수지를 이용하여 가시광선 램프 이나 자외선 램프를 통해 광경화로 이루어질 수도 있다. 차폐 댐의 가경화는 선택적으로 진행될 수 있으므로 생략될 수 있다. 이때, 차폐 댐의 가경화가 생략되는 경우, 다음 단계인 절연 층 형성 시 절연 층에 대해 가경화가 이루어지면 차폐 댐도 동시에 가경화될 수 있다.계속해서, 제2 노즐을 이용하여 차폐 댐에 의해 둘러싸인 공간으로 절연 소재를 주입하여 절연 층을 형성한다(S3). 이어서 열경화를 통해 절연 층을 가경화 처리한다(S4). 이때 절연 소재 역시 열경화성 수지를 이용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 가경화 처리는 열경화 대신에 광경화성 수지를 이용하여 가시광선 램프 이나 자외선 램프를 통해 광경화로 이루어질 수도 있다. 절연 층의 가경화 처리는 생략하지 않고 진행하는 것이 바람직하다. 이는 절연 소재가 차폐 댐을 형성하기 위한 차폐 소재보다 유동성이 높기 때문에 인쇄회로기판을 반전시킬 경우, 그 절연 층이 그 형상을 유지하지 못하고 형상이 변경되면서 흘러 내릴 수 있기 때문이다.
절연 층을 가경화 처리한 후, 절연 층의 상면과 차폐 댐의 상단부를 덮도록 제3 노즐을 이용하여 차폐 소재를 토출함으로써 차폐 층을 형성한다(S5). 이어서 차폐 층을 가경화 처리할 수 있다(S6). 이 경우 차폐 층의 가경화 처리는 선택적으로 진행될 수 있으므로 생략할 수 있다.
상기와 같이 인쇄회로기판의 상면에 전자파 차폐구조를 형성한 후, 인쇄회로기판의 상면이 아래를 향하도록 인쇄회로기판을 반전시킨다.
인쇄회로기판의 하면이 위를 향하도록 배치한 후, 차폐 댐, 절연 층 및 차폐 층을 순차적으로 형성할 수 있다(S7, S9, S11). 이 경우, 차폐 댐 형성 후 차폐 댐을 가경화 처리하거나(S8), 절연 층 형성 후 절연 층을 가경화 처리할 수 있다(S10). 이 경우 가경화 처리 단계(S8, S10)는 선택적으로 진행할 수 있으므로 생략 가능하다.
이와 같이 인쇄회로기판의 상면과 하면에 각각 전자파 차폐구조를 형성하면, 인쇄회로기판을 적외선 램프, 오븐 또는 경화로에 투입하여 각 전자파 차폐구조를 완전경화 처리한다(S12). 이 경우, 완전경화 처리는 열경화 대신에 광경화성 수지를 이용하여 가시광선 램프 또는 자외선 램프에 의한 광경화에 의해서 이루어질 수도 있다. 완전경화 처리는 인쇄회로기판의 상면과 하면에 각각 형성된 전자파 차폐구조를 견고하게 형성하는 공정으로, 가경화 또는 가경화 처리를 생략함에 따라 완전히 경화되지 않은 전자파 차폐구조를 이루는 모든 구성(차폐 댐, 절연 층, 차폐 층)을 완전경화 시킨다.
도 10에 도시된 공정에서와 같이, 가경화 처리는 적어도 1회(S4 단계)를 포함하며, 완전경화 처리 역시 적어도 1회(S12 단계)를 포함하는 것이 바람직하다. 도 11에 도시된 전자파 차폐구조 형성 공정은 인쇄회로기판의 상면 및 하면에 각각 형성되는 각 전자파 차폐구조의 동일한 구성별로 형성하는 예를 나타낸다. 즉, 인쇄회로기판에 상면 및 하면에 차폐 댐을 각각 형성하고, 이어서 절연 층을 각각 형성하며, 끝으로 차폐 층을 각각 형성한 후, 완전경화 처리를 진행한다.
도 11을 참조하여 공정을 순차적으로 설명한다. 먼저, 인쇄회로기판을 작업 위치로 로딩시킨 후, 제1 노즐을 이용하여 인쇄회로기판의 상면에 차폐 댐을 형성한다(S21). 이어서 가경화 처리를 진행할 수 있으나(S22) 생략도 가능하다.
인쇄회로기판의 하면이 위를 향하도록 인쇄회로기판을 반전시킨 후, 제1 노즐을 이용하여 인쇄회로기판의 하면에 차폐 댐을 형성한다(S23). 이어서 가경화 처리를 진행할 수 있으나(S24) 생략도 가능하다.
다시 인쇄회로기판의 상면이 위를 향하도록 인쇄회로기판을 반전시킨 후, 제2 노즐을 이용하여 인쇄회로기판의 상면에 절연 층을 형성한다(S25). 이어서 가경화 처리를 진행하여 절연 층을 가경화 시킨다(S26). 이 경우 인쇄회로기판 반전 시 절연 층이 인쇄회로기판의 상면으로부터 흘러 내리는 것을 방지하도록 가경화 처리를 생략하지 않고 진행하는 것이 바람직하다.
다시 인쇄회로기판의 하면이 위를 향하도록 인쇄회로기판을 반전시킨 후, 제2 노즐을 이용하여 인쇄회로기판의 하면에 절연 층을 형성한다(S27). 이어서 가경화 처리를 진행하여 절연 층을 가경화 시킨다(S28). 이 경우에도 가경화 처리를 생략하지 않고 진행하는 것이 바람직하다.
다시 인쇄회로기판의 상면이 위를 향하도록 인쇄회로기판을 반전시킨 후, 제3 노즐을 이용하여 인쇄회로기판의 상면에 형성된 절연 층과 차폐 댐의 상단부를 차폐 소재로 덮어 차폐 층을 형성한다(S29). 이어서 가경화 처리를 진행할 수 있으나(S30) 생략도 가능하다.
다시 인쇄회로기판의 하면이 위를 향하도록 인쇄회로기판을 반전시킨 후, 제3 노즐을 이용하여 인쇄회로기판의 하면에 형성된 절연 층과 차폐 댐의 상단부를 차폐 소재로 덮어 차폐 층을 형성한다(S31).
이와 같이 인쇄회로기판의 상면과 하면에 각각 전자파 차폐구조를 형성하면, 인쇄회로기판을 적외선 램프, 오븐 또는 경화로에 투입하여 각 전자파 차폐구조를 완전경화 처리한다(S32). 이 경우, 완전경화 처리는 열경화 대신에 광경화성 수지를 이용하여 가시광선 램프 또는 자외선 램프에 의한 광경화에 의해서 이루어질 수도 있다.
도 11에 도시된 공정에서는 2회의 가경화 처리(S26, S28)를 진행할 수 있고, 1회의 완전경화 처리(S32)를 진행할 수 있다.
한편, 도 10및 도 11에서, 어느 하나의 공정(전 공정)이 진행될 때 경화 처리를 생략하고 그 공정 직후에 진행되는 공정(후 공정)에서 경화 처리가 수행될 때, 전 공정에서 조형된 구조와 후 공정에서 조형된 구조가 동시에 경화되는 데 이를 '동시 경화'라 한다. 이 경우, 경화가 가경화이면 '동시 가경화'라 하고, 경화가 완전 경화이면 '동시 완전 경화'라 한다.
한편, 상기 도 10 및 도 11과 같이 일정한 공정 순서를 따르는 경우 외에, 도 12와 같이 공정이 일정하지 않은 순서로 진행될 수도 있다.
도 12를 참조하여 공정을 순차적으로 설명한다. 먼저, 인쇄회로기판을 작업 위치로 로딩시킨 후, 제1 노즐을 이용하여 인쇄회로기판의 상면에 차폐 댐을 형성한다(S41). 인쇄회로기판의 상면 대신 하면에 먼저 차폐 댐을 형성하여도 무방하다.
이어서, 인쇄회로기판의 상면에 제2 노즐을 이용하여 절연 층을 형성한다(S42). 이어서 가경화 처리를 진행하여 절연 층을 가경화 시킨다(S43).
인쇄회로기판의 하면이 위를 향하도록 인쇄회로기판을 반전시킨 후, 제1 노즐을 이용하여 인쇄회로기판의 하면에 차폐 댐을 형성한다(S33). 이어서 제2 노즐을 이용하여 인쇄회로기판의 하면에 절연 층을 형성한(S45) 후, 가경화 처리를 진행하여 절연 층을 가경화 시킨다(S46).
이어서, 제3 노즐을 이용하여 인쇄회로기판의 하면에 형성된 절연 층과 차폐 댐의 상단부를 차폐 소재로 덮어 차폐 층을 형성한다(S47).
인쇄회로기판의 상면이 위를 향하도록 인쇄회로기판을 반전시킨 후, 제3 노즐을 이용하여 인쇄회로기판의 상면에 형성된 절연 층과 차폐 댐의 상단부를 차폐 소재로 덮어 차폐 층을 형성한다(S48).
인쇄회로기판의 상면과 하면에 각각 전자파 차폐구조를 형성하면, 인쇄회로기판을 적외선 램프, 오븐 또는 경화로에 투입하여 각 전자파 차폐구조를 완전경화 처리한다(S49). 이 경우, 완전경화 처리는 열경화 대신에 광경화성 수지를 이용하여 가시광선 램프 또는 자외선 램프에 의한 광경화에 의해서 이루어질 수도 있다.
도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 다양한 공정을 통해 인쇄회로기판의 상면 및 하면에 각각 전자파 차폐회로를 형성할 수 있다. 상기 각 공정들에서는 공통으로 적어도 1회의 가경화 처리와, 적어도 1회의 완전경화 처리를 진행한다.
아울러 각 공정들에서는 완전경화 처리를 최종 공정에서만 진행하는 것으로 설명하였으나, 이에 제한되지 않고 최종 공정 이외의 공정 중 어느 한 공정에서 완전경화 처리를 진행하는 것도 물론 가능하다.
도 13a 내지 도 15는 전자파 차폐구조의 제조 공정의 일부에 적용할 수 있는 다양한 공정 순서를 보여주는 도면들이다.
도 13a 내지 도 13c는 하나의 공정 후에 램프를 이용한 열경화 또는 광경화를 통해 가경화 처리하는 공정이 이어지는 예를 보여준다.
구체적으로, 도 13a와 같이 인쇄회로기판(110)의 일면에 차폐 댐(120)을 형성한 후, 열경화 또는 광경화를 통한 가경화 처리를 진행할 수 있다. 도 13b와 같이 인쇄회로기판(110)의 일면에 차폐 댐(120) 및 절연 층(130)을 순차적으로 형성한 후 열경화 또는 광경화를 통한 가경화 처리를 진행할 수 있다. 도 13c와 같이 인쇄회로기판(110)의 일면에 차폐 댐(120), 절연 층(130) 및 차폐 층(150)을 순차적으로 형성한 후 열경화 또는 광경화를 통한 가경화 처리를 진행할 수 있다.
도 14a 내지 도 14c는 인쇄회로기판을 반전시키기 전에 열경화 또는 광경화를 통한 가경화 처리하는 공정이 진행되는 예를 보여준다.
구체적으로, 도 14a와 같이 인쇄회로기판(110)의 일면에 형성된 차폐 댐(120)을 열원 또는 광원(30)에 노출시켜 가경화 처리를 진행 한 후, 인쇄회로기판(110)을 반전시킬 수 있다. 도 14b와 같이 인쇄회로기판(110)의 일면에 형성된 차폐 댐(120) 및 절연 층(130)을 열원 또는 광원(30)에 노출시켜 가경화 처리를 진행한 후, 인쇄회로기판(110)을 반전시킬 수 있다. 도 14c와 같이 인쇄회로기판(110)의 일면에 형성된 차폐 댐(120), 절연 층(130) 및 차폐 층(150)을 열원 또는 광원(30)에 노출시켜 가경화 처리를 진행한 후, 인쇄회로기판(110)을 반전시킬 수 있다.
또한, 도 15a를 참조하면, 인쇄회로기판의 일면에 전자파 차폐구조를 형성하고, 인쇄회로기판의 타면에는 전자파 차폐구조를 형성하지 않은 상태에서 인쇄회로기판의 전자파 차폐구조를 적외선 램프에 노출시켜 열경화에 의해 완전경화 처리를 진행할 수 있다. 이 경우, 인쇄회로기판의 일면에 형성된 전자파 차폐구조에 대한 완전경화 처리는 도 15b와 같이 인쇄회로기판을 오븐 및 경화로(50)에 투입하여 열경화에 의해 이루어질 수 있다. 또한, 완전경화 처리는 상기 열경화 대신에 광경화 수지를 이용하여 가시광선 램프 또는 자외선 램프에 의한 광경화에 의해서 이루어질 수도 있다.
이러한 인쇄회로기판의 일면에 전자파 차폐구조에 대한 완전경화 처리가 완료된 후, 인쇄회로기판을 반전시켜 인쇄회로기판의 타면에 전자파 차폐구조를 형성하고 2번째 완전경화 처리를 진행할 수도 있다.
상기한 바와 같이 본 실시예에서는 전자파 차폐구조의 제조 공정에 가경화 처리를 도입함으로써 인쇄회로기판으로 전달되는 열 스트레스를 최소화하여 공정 불량률을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에 따르면, 완전 경화에 비해 처리 시간이 짧은 가경화의 도입으로 공정 시간을 단축할 수 있고, 가열 장비로부터 외부로 방열되는 에너지 감소로 인한 주변 기구와의 물리적 거리 및 라인의 길이를 단축시킬 수 있으며, 사이즈가 큰 오븐 또는 경화로 대신 방향성을 갖는 열에너지 전달이 가능한 광원(적외선 램프, 자외선 램프)을 이용한 소형 히터를 이용함으로써 구축 및 관리 비용을 절감할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 차폐구조는 내부에서 발생하는 열을 외부로 방출할 수 있는 방열 구조를 포함할 수 있다.
전자파 차폐구조에 방열 구조를 채택해야 하는 이유는 다음과 같다. 전자 기기 예를 들면, 스마트 폰은 데이터 연산 처리를 담당하는 모바일 AP 칩(mobile application processor chip)(이하, 'AP 칩'이라 함), 데이터를 저장하는 메모리 칩, 각종 수동 소자들을 구비하고 있다. 특히, AP 칩과 메모리 칩은 동영상을 장시간 플레이하거나 게임 앱을 구동시키는 경우 지속적으로 구동해야 하므로 발열 온도가 상승하게 된다. 이에 따라 상기 칩들이 배치되는 부분에 고온의 열이 발생하는 핫 스팟(hot spot)이 나타난다. 사용자는 핫 스팟으로 인해 모바일 폰을 쥐고 있을 때 불쾌감을 느끼거나 심할 경우 스마트 폰을 쥐기 힘든 경험을 하였다.
특히, 전자파 차폐구조는 발열이 심한 AP 칩과 메모리 칩이 절연 층으로 덮게 되므로 효과적인 발열이 필요하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 차폐구조의 방열 구조를 도 16 및 도 17을 참조하여 설명한다. 도 16 및 도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자파 차폐구조들을 나타내는 단면도로서, 전자파 차폐구조의 방열 효율을 향상시키기 위한 방열구조를 보여주는 도면들이다.
도 16을 참조하면, 전자파 차폐구조(100b)는 인쇄회로기판(110)의 일면에 차폐 댐(120)을 형성하고, 차폐 댐(120)에 의해 형성된 공간으로 절연 소재를 채워 절연 층(130)을 형성한다.
인쇄회로기판을 반전시켜 타면에 전자파 차폐구조를 형성할 경우 절연 층(130)이 흘러 내리거나 중력 방향으로 돌출되는 변형을 방지하기 위해 가경화 처리를 할 수 있다.
이와 같이 절연 층(130)을 형성한 후, 차폐 댐(150)의 상단부와 절연 층(130)의 상면을 함께 덮는 차폐 층(150)을 형성한다. 이 경우, 차폐 층(150)은 차폐 댐(120)과 함께 복수의 회로 소자(115, 117, 119)에서 발생되는 전자파를 차폐한다.
이어서, 차폐 층(150)의 상면을 덮도록 열전달 층(170)을 형성한다. 열분산 층(170)은 열 전도도가 높은 전기 전도성 필러를 포함한 액상 또는 겔(gel)상 수지로 이루어질 수 있다.
전기 전도성 필러로는 Ag, Cu, Ni, Al, Sn 등의 금속(metal)을 사용하거나, 카본블랙(carbon black), 탄소나노튜브(CNT: Carbon Nanotube), 그라파이트(graphite)등의 전도성 카본을 사용하거나, Ag/Cu, Ag/Glass fiber, Ni/Graphite 등의 금속 코팅 물질(Metal coated materials)을 사용하거나, 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리아닐린(Polyaniline) 등의 전도성 고분자 물질을 사용할 수 있다. 또한, 전기 전도성 필러는 플래이크 타입(Flake type), 스피어 타입(Sphere type), 막대 타입(Rod type) 및 덴드라이트 타입(Dendrite type) 중 어느 하나 또는 2이상의 혼합으로 이루어질 수 있다.
열전달 층(170)을 이루는 소재는 차폐 층(150)에 도포 한 후 차폐 댐(150)의 외측면을 타고 흘러 내지리 않고 일정한 형상을 유지할 수 있는 정도의 점성이 있는 것이 바람직하다.
열전달 층(170)은 상기 설명한 소재 토출 장치(200)의 복수의 노즐 중 어느 하나에 의해 토출되거나 또는 열분산 층을 위한 별도의 노즐을 통해서 토출될 수 있다.
열전달 층(170)은 경화 처리 후에도 탄성을 유지할 수 있으며, 이러한 탄성에 의해 전자 기기의 금속 프레임(70)에 최대한 밀착된 상태를 유지할 수 있다. 이에 따라 열분산 층(170)은 복수의 회로 소자 들 중 발열이 심한 회로 소자(115)에서 발산되는 열을 절연 층(130) 및 차폐 층(150)을 통해 전달받아 금속 프레임(70)으로 분산시킨다.
금속 프레임(70)은 열분산 층(170)의 면적보다 더 넓은 면적으로 이루어지므로 열전달 층(170)으로부터 전달된 열을 금속 프레임(70) 전체로 분산시키는 방열 기능을 한다.
한편, 전자파 차폐구조가 금속 프레임과 접촉할 수 없는 구조의 전자 기기에 적용되는 전자파 차폐구조에서는, 도 17과 같이 열전달 층(170)에 히트 싱크(90)와 접촉하여 방열할 수 있다.
히트 싱크(90)는 열전달 층(170)과 접촉하는 면이 평면으로 이루어지고, 타면에는 복수의 방열 핀(radiation fin)(91)이 연장 형성될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
110: 인쇄회로기판
114: 접지 패드
120: 차폐 댐
130: 절연 층
150: 차폐 층
200: 소재 토출 장치
114: 접지 패드
120: 차폐 댐
130: 절연 층
150: 차폐 층
200: 소재 토출 장치
Claims (25)
- 인쇄회로기판의 상면의 회로 소자를 둘러싸는 제1 차폐 댐 및 상기 인쇄회로 기판의 하면의 회로 소자를 둘러싸는 제2 차폐 댐 ;
상기 제1 차폐 댐에 의해 형성된 공간에서 상기 상면의 회로 소자를 덮는 제1 절연 층 및 상기 제2 차폐 댐에 의해 형성된 공간에서 상기 하면의 회로 소자를 덮는 제2 절연 층; 및
상기 제1 차폐 댐 및 상기 제1 절연 층을 덮는 제1 차폐 층 및 상기 제2 차폐 댐 및 상기 제2 절연 층을 덮는 제2 차폐 층;를 포함하며,
상기 제1 및 제2 절연 층 각각은,
가경화 처리 시 표면으로부터 하 방향으로 제1 두께를 갖고, 가경화 및 완전경화된 부분인 제1 층과
상기 제1 층 밑에 상기 제1 두께 보다 더 큰 두께로 형성되며, 완전경화된 부분인 제2 층을 포함하고,
상기 제1 및 제2 층 사이에는 상기 가경화 처리 후에 이루어지는 완전경화 처리에 의해 경계가 형성되는, 전자파 차폐구조. - 제1항에 있어서,
상기 제1 차폐 층을 덮고, 상기 제1 차폐 층으로부터 전달되는 열을 흡수하여 다른 부재로 열을 전달하는 수지로 이루어지는 열분산 층을 더 포함하는, 전자파 차폐구조. - 제2항에 있어서,
상기 수지는 전기 전도성 필러를 포함하며,
상기 전기 전도성 필러는 Ag, Cu, Ni, Al, Sn, 카본블랙(carbon black), 탄소나노튜브(CNT: Carbon Nanotube), 그라파이트(graphite), Ag/Cu, Ag/Glass fiber, Ni/Graphite 금속 코팅 물질(Metal coated materials) 중 어느 하나로 이루어지는, 전자파 차폐구조. - 제1항에 있어서,
상기 제1 차폐 댐 및 상기 제1 차폐 층을 이루는 차폐 소재는 전기 전도성 물질(electroconductive material)로 이루어지며,
상기 전기 전도성 물질은 전기 전도성 필러(electroconductive filler)와 바인더 수지(binder resin)를 포함하는, 전자파 차폐구조. - 제4항에 있어서,
전기 전도성 필러는 Ag, Cu, Ni, Al, Sn 금속, 카본블랙(carbon black), 탄소나노튜브(CNT: Carbon Nanotube), 그라파이트(graphite)인 전도성 카본, Ag/Cu, Ag/Glass fiber, Ni/Graphite의 금속 코팅 물질, 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리아닐린(Polyaniline)인 전도성 고분자 물질 중 어느 하나인, 전자파 차폐구조. - 제4항에 있어서,
바인더 수지로는 실리콘 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 알키드 수지 중 어느 하나 인, 전자파 차폐구조. - 제4항에 있어서,
상기 차폐 소재는 요변성 소재이며,
상기 요변성 소재는 합성미분 실리카, 벤토나이트(bentonite), 미립자 표면처리 탄산칼슘, 수소 첨가 피마자유, 금속 석검계, 알루미늄 스테아레이트(aluminum stearate), 폴리이미드 왁스(polyamide wax), 산화 폴리에틸렌계 및 아마인 중합유 중 적어도 하나를 포함하는, 전자파 차폐구조. - 제1항에 있어서,
상기 제1 절연 층을 이루는 절연 소재는 열경화성 수지 또는 광경화성 수지인, 전자파 차폐구조. - 제8항에 있어서,
상기 열경화성 수지는 수지 온도 상승에 의해 경화되는 수지인, 전자파 차폐구조. - 제8항에 있어서,
상기 광경화성 수지는 가시광선 또는 자외선에 의해 경화되는 수지인, 전자파 차폐구조. - 제8항에 있어서,
상기 절연 소재는 폴리 우레탄(polyurethane), 폴리요소(polyurea), 폴리염화 비닐(polyvinyl chloride), 폴리스티렌(polystyrene), ABS 수지(acrylonitrile butadiene styrene), 폴리아미드(polyamide), 아크릴(acrylic), 에폭시(epoxy), 실리콘(silicone) 및 PBTP(polybutylene terephthalate) 중 적어도 하나를 포함하는, 전자파 차폐구조. - 인쇄회로기판 일면에 실장된 적어도 하나의 회로 소자를 둘러싸도록 상기 인쇄회로기판의 일면에 차폐 소재를 토출하여 제1 차폐 댐을 형성하는 단계;
상기 적어도 하나의 회로 소자들을 덮도록 상기 제1 차폐 댐에 의해 형성된 공간에 절연 소재를 토출하여 제1 절연 층을 형성하는 단계;
상기 제1 차폐 댐의 상단부 및 상기 제1 절연 층의 상면을 덮도록 차폐 소재를 토출하여 제1 차폐 층을 형성하는 단계;
상기 인쇄회로기판의 일면이 아래를 행하고 타면이 위를 향하도록 상기 인쇄회로기판을 반전시키는 단계;
상기 인쇄회로기판 타면에 실장된 적어도 하나의 회로 소자를 둘러싸도록 상기 인쇄회로기판의 타면에 차폐 소재를 토출하여 제2 차폐 댐을 형성하는 단계;
상기 적어도 하나의 회로 소자들을 덮도록 상기 제2 차폐 댐에 의해 형성된 공간에 절연 소재를 토출하여 제2 절연 층을 형성하는 단계; 및
상기 제2 차폐 댐의 상단부 및 상기 제2 절연 층의 상면을 덮도록 차폐 소재를 토출하여 제2 차폐 층을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 인쇄회로기판을 반전시키는 단계 전에, 상기 제1 차폐 층을 형성하는 단계 후에 가경화 처리하는, 전자파 차폐구조의 제조방법. - 제12항에 있어서,
상기 가경화 처리는 적외선 램프, 오븐 또는 경화로에서 열경화로 진행되는, 전자파 차폐구조의 제조방법. - 제12항에 있어서,
상기 가경화 처리가 적외선 램프에 의한 열경화로 진행될 때 마스크를 사용하여 가경화 처리시키고자 하는 대상에 대하여 선택적으로 노광하는, 전자파 차폐구조의 제조방법. - 제12항에 있어서,
상기 가경화 처리는 가시광선 램프 또는 자외선 램프에 의한 광경화로 진행되는, 전자파 차폐구조의 제조방법. - 제15항에 있어서,
상기 광경화 시 마스크를 사용하여 가경화 처리시키고자 하는 대상에 대하여 선택적으로 노광하는, 전자파 차폐구조의 제조방법. - 제12항에 있어서,
전자파 차폐구조에서 미경화된 부분이 없도록 상기 제2 차폐 층 형성 후에 완전경화 처리하는, 전자파 차폐구조의 제조방법. - 제17항에 있어서,
상기 완전경화 처리는 적외선 램프, 오븐 또는 경화로에서 열경화로 진행되는, 전자파 차폐구조의 제조방법. - 제17항에 있어서,
상기 완전경화 처리는 가시광선 램프 또는 자외선 램프에 의한 광경화로 진행되는, 전자파 차폐구조의 제조방법. - 인쇄회로기판의 일면과 상기 일면의 반대 측인 타면에 각각 수지를 통출하여 조형되는 복수의 전자파 차폐구조의 제조방법에 있어서,
상기 복수의 전자파 차폐구조의 조형 중, 상기 인쇄회로기판의 일면의 회로 소자들을 덮는 절연 층을 가경화 처리하는 단계; 및
상기 복수의 전자파 차폐구조를 모두 조형 후, 상기 복수의 전자파 차폐구조를 완전경화 처리하는 단계;를 포함하는, 전자파 차폐구조의 제조방법. - 제20항에 있어서,
상기 가경화 처리 단계는 상기 복수의 전자파 차폐구조의 각 부분 중 열경화성 수지로 이루어진 적어도 어느 하나를 적외선 램프, 오븐 또는 경화로에서 열경화하는, 전자파 차폐구조의 제조방법. - 제20항에 있어서,
상기 가경화 처리 단계는 상기 복수의 전자파 차폐구조의 각 부분 중 적어도 어느 하나를 가시광선 램프 또는 자외선 램프로 광경화하는, 전자파 차폐구조의 제조방법. - 제22항에 있어서,
상기 가경화 처리되는 부분을 이루는 수지는 점성이 있는 광경화성 수지인, 전자파 차폐구조의 제조방법. - 제20항에 있어서,
상기 완전경화 처리 단계는 적외선 램프, 오븐 또는 경화로에서 복수의 전자파 차폐구조를 열경화하는, 전자파 차폐구조의 제조방법. - 제20항에 있어서,
상기 완전경화 처리 단계는 가시광선 램프 또는 적외선 램프로 복수의 전자파 차폐구조를 광경화하는, 전자파 차폐구조의 제조방법.
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