KR100775260B1 - 전자부품이 실장된 연성인쇄회로기판이 포함된 원판의 절단방법 및 그 절단 방법에 의해 절단된 연성인쇄회로기판 - Google Patents

전자부품이 실장된 연성인쇄회로기판이 포함된 원판의 절단방법 및 그 절단 방법에 의해 절단된 연성인쇄회로기판 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연성인쇄회로기판의 절단부위를 레이저로서 다수 회에 걸쳐 조사함으로써 절단하는 연성인쇄회로기판의 절단 방법 및 그 절단 방법에 의해 절단된 연성인쇄회로기판에 관한 것으로서, 전자부품이 실장된 단위 블록을 갖는 연성인쇄회로기판의 원판에서 레이저 빔 발생장치를 이용하여 상기 단위 블록을 절단하기 위한 절단 방법에 있어서, 상기 단위 블록의 경계에서의 적층구조는 폴리이미드로 이루어지는 베이스 필름에 동박층, 접착제층, 종이 테이프, 스티퍼너중 선택된 1∼4층이 부착되어 이루어지고, 상기 베이스 필름에 부착된 적층구조에 따라 주파수 20∼30㎑, 에너지 250∼300μJ 세기의 레이저 빔을 상기 레이저 빔 발생장치에서 발생하도록 하여 상기 연성인쇄회로기판의 원판과 레이저 빔사이의 상대적인 이동속도는 50∼150㎜/sec로서 레이저 빔의 조사회수는 2∼4회 조사함에 의해 상기 단위 블록을 상기 연성인쇄회로기판의 원판으로부터 절단하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명은 연성인쇄회로기판 원판의 절단에 있어서 절단후에 슬래그가 발생하지 않고, 그 절단시나 절단후에 크랙 발생되지 않는 불량요인을 원천적으로 제거할 수 있는 효과가 있다.
연성인쇄회로기판, 레이저빔, 절단, 슬래그, 크랙

Description

전자부품이 실장된 연성인쇄회로기판이 포함된 원판의 절단 방법 및 그 절단 방법에 의해 절단된 연성인쇄회로기판{Cutting method of the plate including the flexible printed circuit board mounting the electronic parts and the printed circuit board mounting cutted by the same method }
도 1은 프레스 압착에 의해 절단한 FPCB의 절단면에 형성된 슬래그(slag)의 형상을 나타내는 도면,
도 2는 FPCB의 적층 구조를 보여주는 단면도,
도 3은 연성인쇄회로기판의 원판에서 절단되어 단위 블록의 연성회로기판이 제조되는 과정을 설명하는 도면,
도 4는 본 발명에서 사용되는 레이저빔의 특성을 설명하는 도면,
도 5는 본 발명의 시료 6, 7 및 9에 대한 절단상태를 나타내는 모식도,
도 6은 본 발명에 의해 절단될 단위 블록의 경계선을 나타내는 도면,
도 7은 도 6의 경계선에 따른 절단면의 재료별 적층 구조를 나타내는 도면
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
4 : 전자부품이 실장되지 않은 상태의 FPCB
7 : 전자부품 9 : 레이저빔
12 : 폴리이미드 조각 14 : 탄화된 폴리이미드
16, 17, 18 : 절단 경계선
본 발명은 레이저를 이용한 연성인쇄회로기판의 절단 방법 및 그 절단 방법에 의해 절단된 연성인쇄회로기판에 관한 것으로, 특히 연성인쇄회로기판의 절단부위를 레이저로서 다수 회에 걸쳐 조사함으로써 절단하는 연성인쇄회로기판의 절단 방법 및 그 절단 방법에 의해 절단된 연성인쇄회로기판에 관한 것이다.
연성인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit Board : FPCB)은 부품의 특성상 이동이 잦은 휴대용 전자기기의 부품으로 널리 사용되고 있으며, 세계적으로 매년 약 15%의 성장률을 보이고 있으며, 국내에서는 약 50%정도의 성장률을 보이고 있는 등 그 수요가 급증하고 있는 실정이다. 이에 따라 FPCB를 생산하는 정밀 제조 공정을 획기적으로 개선하는 것이 시급하게 요구되고 있다.
현재 전자부품이 실장된 FPCB 원판을 절단하기 위한 공정은 기계적인 방법이 사용되고 있다.
이와 같은 기계적인 방법에 의한 현재의 FPCB 원판을 절단하기 위한 공정은 프레스 또는 톱날을 이용한다. 프레스를 사용할 경우, 다양한 형태의 FPCB에 적용하기 위해 이에 대한 각각의 금형을 일일이 제작해야 한다.
도 1은 프레스 압착에 의해 절단한 FPCB의 절단면에 형성된 슬래그(slag)의 형상을 나타내는 도면이다.
도 1a 내지 도 1c에서 보여주는 바와 같이 프레스 압착에 의해 FPCB를 절단하면 기판 절단면에 슬래그(slag)(1)(2)(3)가 발생되고, 기판에 부착되어 있는 회로가 손상되며, 프레스에 의한 가압시 충격과 진동에 의해 크랙(Crack)이 발생하게 되어 제품의 불량률이 높아지게 된다. 비록 FPCB 제품 생산의 초기에는 FPCB에 실장된 부품이나 회로배선에 크랙이 없는 것으로 검사되어 출고되지만 소비자의 사용도중 크랙이 진행되어 완제품에 이상이 발생하게 된다.
또한, FPCB를 다품종 소량으로 생산할 경우, 하나의 FPCB 원판에 서로 다른 금형을 사용한 가공이 불가능하다는 단점도 가진다.
톱날을 사용하여 FPCB 원판을 절단할 경우에는 절단시 발생하는 미세 먼지에 의해 회로의 쇼트 및 진동에 의한 손상 등의 문제가 발생되고 있다.
이와 같은 문제들을 해결하기 위하여 기계적인 방법에 의한 불량 요인을 제거하기 위한 기술혁신이나 그 대체 기술이 시급한 실정이다.
이와 같은 상황에서 본 발명자는 FPCB 제조 전체 공정 중 기계적인 절단이나 드릴링에 의한 공정은 전술한 바와 같이 제품의 불량률 증대에 중대한 영향을 끼침과 동시에 제조공정상 FPCB에 대한 회로 집적 기술의 한계 요인으로도 작용한다는 것을 인식하였다.
따라서, 레이저를 이용한 절단이나 드릴링 기술 개발을 통해 FPCB의 절단 공정에서의 불량 요인을 원천 제거함과 동시에 FPCB에 대한 회로의 집적도를 한 단계 더 높일 수 있을 것으로 판단하였다.
레이저를 이용한 FPCB 원판의 절단 기술개발을 통해 FPCB 제품의 불량률 감 소, 양질화, 원가 절감, 생산성 증대 등의 효과를 통해 기업의 이익을 극대화할 수 있으며, 국내 FPCB 생산 기술의 획기적인 발전으로 내수시장의 활성화에 크게 기여할 수 있을 것으로 예상하였으며, 국내외의 기술이전을 통해 전자산업의 국가경쟁력 신장에도 크게 기여할 것으로 기대하면서 본 발명을 완성하게 되었다.
우선, 본 발명에 의한 절단의 대상이 되는 FPCB 원판의 구조에 대해 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 FPCB의 적층 구조를 보여주는 단면도이다.
도 2a에 있어서, 적층 구조가 동박층(copper 층)이 1층인 싱글사이드(single side)와 동박층이 2층인 더블사이드(double side)의 FPCB 단면의 구조를 보여주고 있다.
싱글사이드의 FPCB는 폴리이미드층, 접착제층, 동박층, 접착제층, 폴리이미드층, 스티퍼너와 좌측 상부에 금 및 니켈도금층으로 이루어져 있으며, 이들의 총 두께는 66∼355㎛의 두께를 갖는다.
더블사이드의 FPCB는 스티퍼너, 폴리이미드층, 접착제층, 동 도금층, 동박층, 접착제층, 폴리이미드층, 접착제층, 동박층, 동 도금층, 접착제층, 폴리이미드층, 스티퍼너와 좌측 상부 및 우측 하부에 금 및 니켈도금층으로 이루어져 있으며, 이들의 총 두께는 140∼275㎛의 두께를 갖는다.
도 2b에 있어서는, 적층 구조가 동박층이 4층인 멀티레이어 FPCB의 단면의 구조를 보여주고 있다.
멀티레이어 구조의 FPCB는 스티퍼너, 레이어1, 레이어2, 레이어3, 레이어4, 스티퍼너와 좌측 상부 및 우측 하부에 금 및 니켈도금층으로 이루어져 있으며, 레이어 1∼4 사이는 각각 본딩층에 의해 본딩되고, 이들의 총 두께는 317∼537㎛의 두께를 갖는다. 그리고 본딩층의 일부 영역에는 분리영역(separate area)을 가지고 있다.
멀티레이어 구조의 FPCB에서 레이어 1은 폴리이미드층, 접착제층, 동 도금층, 동박층, 폴리이미드층으로 이루어지고, 레이어 2는 폴리이미드층, 접착제층, 동박층, 폴리이미드층으로 이루어지며, 레이어 3은 폴리이미드층, 동박층, 접착제층, 폴리이미드층으로 이루어지고, 또한 레이어 4는 폴리이미드층, 동박층, 동 도금층, 접착제층, 폴리이미드층으로 이루어져 있다.
본 발명자는 도 2a 및 도 2b에서 보여주는 바와 같이 FPCB가 갖는 적층 구조와 재료가 다양한 사실로부터 레이저를 이용하여 FPCB를 절단하기는 매우 어려운 과제를 갖고 있음을 인식하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 FPCB를 기계적인 절단 방법으로 절단함에 따른 문제점을 해결하고, 레이저로서 절단하는 경우에 적층 구조와 재료가 다양한 FPCB의 절단의 어려운 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 종래의 기계적인 절단 방법에서 갖는 정도 이상의 생산성을 갖는 연성인쇄회로기판 원판의 절단 방법 및 그 절단 방법에 의해 절단된 연성인쇄회로기판을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 FPCB 원판의 절단에 있어서 불량요인을 원천적으로 제거한 연성인쇄회로기판 원판의 절단 방법 및 그 절단 방법에 의해 절단된 연성인쇄회로기판을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 절단후에 슬래그가 발생하지 않는 연성인쇄회로기판 원판의 절단 방법 및 그 절단 방법에 의해 절단된 연성인쇄회로기판을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 절단시나 절단후에 크랙이 발생되지 않는 연성인쇄회로기판 원판의 절단 방법 및 그 절단 방법에 의해 절단된 연성인쇄회로기판을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 회로의 단락에 의한 불량이 발생하지 않는 연성인쇄회로기판 원판의 절단 방법 및 그 절단 방법에 의해 절단된 연성인쇄회로기판을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 FPCB에 실장되는 전자부품의 집적도를 높이는 연성인쇄회로기판 원판의 절단 방법 및 그 절단 방법에 의해 절단된 연성인쇄회로기판을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 하나의 FPCB 원판에서 다품종의 전자부품이 실장된 FPCB의 생산이 가능한 연성인쇄회로기판 원판의 절단 방법 및 그 절단 방법에 의해 절단된 연성인쇄회로기판을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 FPCB 원판의 절단을 위해 금형을 사용하지 않는 연성인쇄회로기판 원판의 절단 방법 및 그 절단 방법에 의해 절단된 연성인쇄회로기판을 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전자부품이 실장된 연성인쇄회로기판이 포함된 원판의 절단 방법은 전자부품이 실장된 단위 블록을 갖는 연성인쇄회로기판의 원판에서 레이저 빔 발생장치를 이용하여 상기 단위 블록을 절단하기 위한 절단 방법에 있어서, 상기 단위 블록의 경계에서의 적층구조는 폴리이미드로 이루어지는 베이스 필름에 동박층, 접착제층, 종이 테이프, 스티퍼너중 선택된 1∼4층이 부착되어 이루어지고, 상기 베이스 필름에 부착된 적층구조에 따라 주파수 20∼30㎑, 에너지 250∼300μJ 세기의 레이저 빔을 상기 레이저 빔 발생장치에서 발생하도록 하여 상기 연성인쇄회로기판의 원판과 레이저 빔사이의 상대적인 이동속도는 50∼150㎜/sec로서 레이저 빔의 조사회수는 2∼4회 조사함에 의해 상기 단위 블록을 상기 연성인쇄회로기판의 원판으로부터 절단하는 것을 특징으로 한다.
삭제
또, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전자부품이 실장된 연성인쇄회로기판이 포함된 원판의 절단 방법에 있어서, 상기 레이저빔의 세기와 조사 회수는 반비례하는 상관관계를 갖는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전자부품이 실장된 연성인쇄회로기판이 포함된 원판의 절단 방법에 있어서, 상기 레이저빔의 세기와 이동속도는 비례하는 상관관계를 갖는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전자부품이 실장된 연성인쇄회로기판이 포함된 원판의 절단 방법에 있어서, 상기 레이저빔의 조사회수와 이동속도 는 비례하는 상관관계를 갖는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전자부품이 실장된 연성인쇄회로기판이 포함된 원판의 절단 방법에 있어서, 상기 레이저빔 발생 장치가 변경되는 경우 변경전의 레이저빔 발생 장치에서 발생되는 레이저빔의 에너지 밀도와 동일한 레이저빔의 세기로 설정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전자부품이 실장된 연성인쇄회로기판은 전자부품이 실장된 단위 블록을 갖는 연성인쇄회로기판의 원판에서 레이저 빔 발생장치를 이용하여 상기 단위 블록을 절단하여 절단된 연성인쇄회로기판에 있어서, 상기 단위 블록의 경계에서의 적층구조는 폴리이미드로 이루어지는 베이스 필름에 동박층, 접착제층, 종이 테이프, 스티퍼너중 선택된 1∼4층이 부착되어 이루어지고, 상기 베이스 필름에 부착된 적층구조에 따라 주파수 20∼30㎑, 에너지 250∼300μJ 세기의 레이저 빔을 상기 레이저 빔 발생장치에서 발생하도록 하여 상기 연성인쇄회로기판의 원판과 레이저 빔사이의 상대적인 이동속도는 50∼150㎜/sec로서 레이저 빔의 조사회수는 2∼4회 조사함으로써, 상기 연성인쇄회로기판의 원판으로부터 상기 단위 블록이 절단된 것을 특징으로 한다.
삭제
삭제
또, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전자부품이 실장된 연성인쇄회로기판에 있어서, 상기 적층구조에 상기 동박층 또는 종이 테이프나 스티퍼너가 포함된 상기 단위블록의 경계에서의 상기 이동속도는 상기 동박층 또는 종이 테이프나 스티퍼너가 포함되지 않은 상기 단위 블록의 경계에서의 상기 이동속도보다 크게 설정한 것을 특징으로 한다.
또, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전자부품이 실장된 연성인쇄회로기판에 있어서, 상기 적층 구조에 상기 동박층 또는 종이 테이프나 스티퍼너가 포함된 상기 단위블록의 경계에서의 조사회수는 상기 동박층 또는 종이 테이프나 스티퍼너가 포함되지 않은 상기 단위 블록의 경계에서의 상기 조사회수보다 많게 설정한 것을 특징으로 한다.
삭제
우선, 본 발명에서 사용되는 용어에 대해 설명한다.
또, 도면에 있어서 동일부분에는 동일부호를 부여하고, 그 반복적인 설명은 생략한다.
본 발명에서 전자부품이라 함은 집적회로 등 반도체 부품, 저항, 캐패시터, 인덕터 등 전자회로를 구성하는 모든 부품을 의미하고, 단위 블록이라 함은 전자부품으로 구성되는 하나이상의 기능을 갖거나 일부의 기능을 갖는 전자회로가 PCB에 부착된 상태를 의미하며, 연성인쇄회로기판의 원판이라 함은 하나이상의 단위 블록 이 FPCB에 형성되어 있는 상태를 말한다. 때로는 단위 블록이 연성인쇄회로기판을 의미하기도 한다.
도 3은 연성인쇄회로기판의 원판에서 절단되어 단위 블록의 연성인쇄회로기판이 제조되는 과정을 설명하는 도면이다.
도 3에 있어서, (4)는 전자부품이 실장되지 않은 상태의 FPCB이고, (5)는 접착제가 붙어 있는 종이 테이프이며, (6)은 단위 블록이 될 경계선이다. 여기서 종이 테이프(5)는 FPCB의 하부에 접착된다.
또한, (7)은 전자부품이고, (9)는 단위 블록이 될 경계선(6)에 따라 조사되는 레이저빔(9)이며, (10)은 레이저빔(9)에 의해 절단된 단위 블록이다.
이하 본 발명에서 사용되는 레이저빔의 특성에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명에서 사용되는 레이저빔의 특성을 설명하는 도면이다.
도 4a에 있어서, 레이저빔은 그 레벨이 일정한 상태의 파형을 나타내고 있다. 그러나 레이저빔을 지속적으로 발생시키면 도 4a에 도시된 바와 같은 레벨이 일정한 레이저빔을 얻기가 어려워지고, 도 4b에 도시된 바와 같이 그 레벨이 점점 감소하는 레이저빔을 발생하게 된다. 이와 같이 레이저빔의 레벨이 떨어지게 되면 레이저빔의 가공정도가 떨어지게 된다.
따라서, 본 발명에서 사용되는 레이저빔은 도 4c 또는 도 4d에서 보여주는 바와 같은 펄스형태의 레이저빔을 사용하게 된다. 여기서 도 4c에 도시된 파형을 갖는 레이저빔은 30㎑의 펄스주기를 갖는 레이저빔이 펄스폭 d1을 갖고 있으며, 도 4d에 도시된 파형을 갖는 레이저빔은 20㎑의 주파수를 갖는 레이저빔이 펄스폭 d2 를 갖고 있다. 이와 같은 펄스형태의 레이저빔은 계속 사용하여도 그 레벨의 감소가 극히 적기 때문에 레이저빔에 의한 가공정도를 높일 수 있다. 또한, 도 4c와 도 4d에서 보여주는 바와 같이 20㎑의 레이저빔은 30㎑의 레이저빔보다 출력 에너지가 큰 것을 알 수 있다.
이하, 상술한 레이저빔을 사용한 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다.
본 발명에 있어서, FPCB의 절단은 도 2에서 살펴본 바와 같이 폴리이미드, 동박층, 접착층, 스티퍼너 등의 구조로 이루어진 것이므로 이에 대한 각 재료의 특성을 단순화하기 위해 우선 스티퍼너가 부착된 40㎛ 두께의 폴리이미드 필름을 절단의 대상으로 하여 실시하였다.
표 1은 FPCB의 주요 구성요소인 스티퍼너가 부착된 폴리이미드 필름의 절단 실험을 위한 시료별 레이저빔의 파라미터 및 절단상태를 나타내는 표이다.
표 1에서 보는 바와 같이 15개의 시료에 대하여 각 시료별로 레이저빔의 펄스주기, 레이저빔의 세기, 레이저빔의 에너지양, 레이저빔의 이동속도, 레이저빔의 사이즈(빔 직경)를 각각 설정하고, 레이저 빔을 각 시료에 대하여 1∼5회 조사하여 스티퍼너가 부착된 폴리이미드 필름의 절단유무와 절단부분의 상태를 조사하였다.
[표 1]
시료번호 (40㎛) 펄스주기 (㎑) 세기 (W) 에너지 (uJ) 이동속도 (㎜/s) 조사회수 (회) 빔사이즈 (㎛) 절단유무
1 30 1.67 55 100 1 15 Not
2* 30 1.67 55 100 2 15 PT
3 30 1.67 55 100 3 15 PT
4 30 1.67 55 100 4 15 PT
5 30 1.67 55 100 5 15 PT
6* 25 2.69 106 100 1 15 PT
7* 25 2.69 106 100 2 15 PT
8* 25 2.69 106 100 3 15 PT
9 25 2.69 106 100 4 15 PT
10 25 2.69 106 100 5 15 PT
11 20 4.22 212 100 1 15 PT
12 20 4.22 212 100 2 15 PT
13 20 4.22 212 100 3 15 Thorough
14 20 4.22 212 100 4 15 Thorough
15 20 4.22 212 100 5 15 Thorough
주) 1. * : 폴리이미드 필름만 절단된 시료로서 절단상태 양호
2. Not : 폴리이미드 필름과 스티퍼너 모두 절단되지 않음.
3. PT(partil through) : 폴리이미드 필름만 절단
4. Thorough : 폴리이미드 필름과 스티퍼너 모두 절단
표 1에 의하면 시료 1은 폴리이미드 필름이 절단되지 않은 것이고, 시료 2∼12는 폴리이미드 필름만이 절단된 것이며, 시료 13∼15는 폴리이미드 필름과 스티퍼너 모두가 절단된 것을 보여주고 있다.
본 발명에 있어서는 시료 2∼12와 같이 폴리이미드 필름만 절단된 것을 필요로 하지만 필요에 따라서는 스티퍼너가 절단된 시료 13∼15의 경우의 파라미터들도 사용될 수 있다.
특별히, 시료 2의 경우와 시료 6∼8의 경우에는 폴리이미드 필름만 절단된 것으로서, 절단된 부위가 정교하고 탄화현상이 나타나지 않은 것이며, 더욱이 레이 저빔의 조사가 2회인 시료 7의 경우에서는 절단된 부위의 상태가 매우 양호한 것으로 나타나고 있다.
도 5는 본 발명의 시료 6, 7 및 9에 대한 절단상태를 나타내는 모식도이다.
도 5a는 레이저빔의 조사회수가 1회인 시료 6의 절단부위를 나타낸 도면이다.
도 5a에 있어서, (11a) 및 (11b)는 폴리이미드 필름이고, 12는 레이저빔에 의해 용융되었다가 응고된 폴리이미드 조각들이다. 이와 같은 폴리이미드 조각들은 폴리이미드 필름 (11a)와 (11b)의 절단부위에서 응고되면서 폴리이미드 필름 (11a)와 (11b)를 미세하지만 부분적으로 접촉시키고 있어 폴리이미드 필름을 완전하게 절단하고 있는 상태는 아니다. 하지만 이러한 정도의 부분적인 접촉이 있더라도 폴리이미드 필름을 절단하여 사용하는데 실용상 전혀 문제가 없다.
도 5b는 레이저빔의 조사회수가 2회인 시료 7의 절단부위를 나타낸 도면이다.
도 5b에 있어서, (13)은 레이저빔의 가열에 의해 용융되었던 폴리이미드가 일부 기화되는 상태를 나타내고 있다. 도 5b에서 보는 바와 같이 시료 7의 절단부위는 폴리이미드 필름 (11a')와 (11b')가 완전하게 절단된 상태를 유지하고 있다.
도 5c는 레이저빔의 조사회수가 4회인 시료 8의 절단부위를 나타낸 도면이다.
도 5c에 있어서, (14)는 레이저빔의 가열에 의해 용융되었던 폴리이미드가 일부 기화되고, 일부는 연소되어 탄화된 상태를 나타내고 있다. 도 5c에서 보는 바와 같이 시료 9의 절단부위는 폴리이미드 필름 (11a")와 (11b")가 완전하게 절단된 상태를 유지하고 있지만 폴리이미드 필름의 탄화된 부분이 있고, 레이저빔 조사회수를 필요이상으로 조사한 결과를 나타내고 있다.
본 발명자는 이와 같은 실험에 근거하여 본 발명에 의한 레이저빔의 파라미터가 다른 레이저 가공기에 적용이 가능한지를 검토하기 위해 레이저빔의 에너지 밀도(Fluence)를 기준으로 하여 변환한 파라미터를 다른 레이저 가공기에 적용하여 절단하였던 바, 표 1과 같이 레이저빔의 조사회수를 2회로 하였을 때 절단부위의 상태가 가장 양호한 절단이 이루어짐을 발견하였다.
이하에서는 파라미터가 다른 레이저 가공기를 사용하기 위해 레이저빔의 에너지 밀도를 근거로 하여 변환하기 위한 레이저빔의 에너지 밀도를 계산하는 과정을 설명한다.
표 2는 FPCB 절단을 위해 40㎛, 50㎛ 및 80㎛의 두께를 갖는 폴리이미드의 절단을 위한 레이저빔의 파라미터와 레이저빔의 조사회수 및 Fluence가 나타나 있다. 여기서 Fluence는 레이저빔의 에너지 밀도를 나타낸다.
[표 2]
시료번호 및 두께 펄스주기 (㎑) 세기 (W) 에너지 (uJ) 이동속도 (㎜/s) 조사회수 (회) 빔사이즈 (㎛) Fluence (J/㎠)
7*(40㎛) 25 2.65 109 100 2 15 60
16(50㎛) 23 3.42 147 100 2 15 84
17(80㎛) 19 5.20 230 100 2 15 155
표 2에 있어서, 레이저빔의 펄스주기, 세기, 에너지 및 빔사이즈가 주어져 있다.
레이저빔의 세기 P는
P=Q·f
(여기서 P는 레이저빔의 세기(Watt : W), Q는 레이저 빔의 에너지의 양(μJ)이고, f는 레이저빔 펄스주기(㎑)이다.)
이므로, 각 파라미터들을 대입해 보면, 두께 40㎛의 폴리이미드의 경우에
P=109μJ·25 ㎑ = 2.725W가 된다.
여기서 이 값은 표 2에서 두께가 40㎛인 경우의 레이저빔의 세기의 실측값과 다소 오차는 있으나, 레이저 가공기에서 측정한 값의 오차로 판단된다.
측정된 레이저빔의 세기에 맞추어 수식 변환하면, Energy가 통과하는 단면적에 대한 양을 표현해야 하므로 fluence는
fluence = Q / A
(여기서, fluence는 레이저빔의 에너지 밀도(J/㎠)이고, A는 레이저빔의 단면적(㎠)이다.)
따라서,
Q = P/f= 2.65W / 25㎑ = 106 μJ 이고,
A = πr2 = π·(d/2)2 ≒ (3.14·225)/4*10-8㎠ ≒ 1.766*10-6㎠
Q/A = (106μJ) / (1.766*10-6㎠) ≒ 60 J/㎠ 이다.
같은 방법으로, 두께 50㎛의 폴리이미드인 경우에는
Q/A50㎛ = (3.42W/23㎑) / (1.766*10-6㎠) ≒ 84 J/㎠가 되고,
두께 80㎛의 폴리이미드인 경우에는
Q/A80㎛ = (5.20W/19㎑) / (1.766*10-6㎠) ≒ 155 J/㎠가 된다.
상술한 바와 같이 40㎛ 두께의 폴리이미드는 약 60 J/㎠, 50㎛ 두께의 폴리이미드는 약 84 J/㎠, 800㎛ 두께의 폴리이미드는 약 155 J/㎠의 에너지 밀도를 갖는 레이저빔의 2회 조사에 의해 절단상태가 매우 양호한 절단이 가능함을 알 수 있다.
이하에서는 전자부품이 실장된 연성인쇄회로기판을 절단하기 위한 실시예에 대하여 도 6 및 도 7에 따라 설명한다.
도 6은 본 발명에 의해 절단될 단위 블록의 경계선을 나타내는 도면이다.
도 6에 있어서, (16), (17) 및 (18)은 연성인쇄회로기판의 원판에 레이저빔이 조사되어야 하는 경계선을 나타내고 있다.
도 7은 도 6의 경계선에 따른 절단면의 재료별 적층 구조를 나타내는 도면이다.
도 7a는 도 6에 있어서 경계선(16)의 레이저빔 조사 구간의 적층 구조이고, 도 7b는 도 6에 있어서 경계선(17)의 레이저빔 조사 구간의 적층 구조이며, 도 7c는 도 6에 있어서 경계선(18)의 레이저빔 조사 구간의 적층 구조를 나타내고 있다.
도 7a에 있어서, (28)은 25㎛의 두께를 갖는 베이스 필름이고, (23)은 베이스 필름(28)에 10㎛ 두께로 2층이 적층된 접착제층이고, (22)는 접착제층(23)에 20 ∼30㎛ 두께로 2층이 적층된 접착제층이며, (21)은 접착제층(22)에 12.5㎛ 두께로 2층이 적층된 커버레이어이다.
도 7b에 있어서, (30)은 25㎛ 두께의 폴리이미드 층이고, (29)는 폴리이미드 층(30)의 하부에 접착된 접착제층을 포함하여 80㎛의 두께를 갖는 종이 테이프이고, (27)은 18㎛의 두께를 갖는 동박층이다. 여기서 폴리이미드 층(30)과 동박층(27)사이에는 도 7a에서 설명한 접착제층(23)으로 이루어져 있다.
도 7c에 있어서, 각 층의 재료는 도 7a 및 도 7b에서 설명한 재료들로 적층된 구조이므로 상세한 설명을 생략한다.
이와 같이 적층된 경계선(16), (17) 및 (18)은 다음의 표 3에 보이는 바와 같은 파라미터를 갖는 레이저빔으로 절단된다. 여기서 절단된 절단부위의 절단상태는 표 1에 있어서 시료 7과 같이 매우 양호한 상태이다.
표 3은 절단 경계선별 레이저빔의 파라미터를 나타내고 있다.
[표 3]
파라미터 공정 분류
경계선(16) 공정 (적색 선) 경계선(17) 공정 (녹색 선) 경계선(18) 공정 (청색 선)
재 질 폴리이미드+접착층 동박층+접착제층+폴리이미드+종이 테이프 폴리이미드+접착제층+종이 테이프
길이(㎜) 7.49 17.69 310
빔이동속도 (㎜/sec) 150 50 150
조사회수 2 2 4
에너지 최대 5.4W(280μJ) 최대 5.4W(280μJ) 최대 5.4W(280μJ)
절단소요시간 (sec) 0.1 0.7 8.3
9.1
도 7 및 표 3에서 보이는 바와 같이, 레이저빔에 의해 절단되어야 하는 연성 인쇄회로기판의 원판은 폴리이미드+접착층, 동박층+접착제층+폴리이미드+종이 테이트, 폴리이미드+접착제층+종이 테이프의 적층 구조로 이루어져 있다.
도 6에 있어서, 경계선(17)(녹색 선)의 절단공정에는 동박층과 종이 테이프를 포함하고 있으므로 표 3에서 보는 바와 같이 경계선(17)(녹색 선)의 절단공정에서는 빔의 이동속도를 경계선(16)(적색 선)의 절단공정에서보다 1/3이하로 줄여 이동시킴으로써, 동박층(27)을 포함한 연성인쇄회로기판의 원판을 절단하였다.
또한, 경계선(18)(청색 선) 절단공정에서는 동박층은 포함하고 있지 않지만, 종이 테이프를 포함하고 있으므로 레이저빔의 이동속도는 경계선(16) 공정과 동일하지만, 레이저빔의 조사회수를 4회로 하여 절단하였다.
즉, 이러한 사실로부터 동일한 적층 구조의 FPCB를 절단함에 있어서는 레이저빔의 에너지(세기)와 조사회수가 반비례하도록 레이저빔의 파라미터를 설정함으로써, 또는 레이저빔의 에너지와 레이저빔의 이동속도가 반비례하도록 레이저빔의 파라미터를 설정함으로써 또는 레이저빔의 조사회수와 레이저빔의 이동속도가 비례하도록 레이저빔의 파라미터를 설정함으로써 절단상태가 동일한 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
또한, FPCB의 적층 구조에 따라, 예컨대 동박층을 포함하는 경우 또는 종이 테이프를 포함하는 경우 등 그 재질의 특성에 따라 레이저빔의 에너지(세기), 이동속도 및 조사회수를 결정하여 도 5b에 도시된 바와 같은 최적의 상태로 FPCB를 절단할 수 있다.
이상 기술한 바와 같이 본 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였 지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
표 3에 있어서, 레이저빔의 에너지를 동일하게 설정한 경우만을 설명하였지만, 레이저빔의 에너지를 변경함에 따라 조사회수가 반비례하도록, 레이저빔의 에너지와 레이저빔의 이동속도가 비례하도록 변경하여 실시할 수 있음은 물론이다.
FPCB 원판은 정지하고 레이저빔이 이동하는 것으로 설명하였지만, 레이저빔이 정지한 상태에서 FPCB 원판이 이동하도록 실시할 수도 있고, FPCB 원판과 레이저빔이 동시에 서로 상대적으로 이동하도록 실시할 수 있음은 물론이다.
상술한 바와 같이, 전자부품이 실장된 연성인쇄회로기판이 포함된 원판의 절단 방법 및 그 절단 방법에 의해 절단된 연성인쇄회로기판에 의하면, 종래의 기계적인 절단 방법에서 갖는 정도 이상의 생산성을 가지며, FPCB 원판의 절단에 있어서 절단후에 슬래그가 발생하지 않고, 절단시나 절단후에 크랙 발생되지 않는 불량요인을 원천적으로 제거할 수 있는 효과가 있다.
또한, FPCB내의 회로의 단락에 의한 불량이 발생하지 않으며, 절단을 위해 금형을 사용하지 않으므로 FPCB에 실장되는 전자부품의 집적도를 높일 수 있으며, 하나의 FPCB 원판에서도 다품종의 전자부품이 실장된 FPCB의 생산이 가능하고, 레이저빔의 조사시 정밀한 이동 제어에 의해 절단된 FPCB의 크기나 형상에 대한 오차를 크게 줄일 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (12)

  1. 전자부품이 실장된 단위 블록을 갖는 연성인쇄회로기판의 원판에서 레이저 빔 발생장치를 이용하여 상기 단위 블록을 절단하기 위한 절단 방법에 있어서,
    상기 단위 블록의 경계에서의 적층구조는 폴리이미드로 이루어지는 베이스 필름에 동박층, 접착제층, 종이 테이프, 스티퍼너중 선택된 1∼4층이 부착되어 이루어지고, 상기 베이스 필름에 부착된 적층구조에 따라 주파수 20∼30㎑, 에너지 250∼300μJ 세기의 레이저 빔을 상기 레이저 빔 발생장치에서 발생하도록 하여 상기 연성인쇄회로기판의 원판과 레이저 빔사이의 상대적인 이동속도는 50∼150㎜/sec로서 레이저 빔의 조사회수는 2∼4회 조사함에 의해 상기 단위 블록을 상기 연성인쇄회로기판의 원판으로부터 절단하는 것을 특징으로 하는 전자부품이 실장된 연성인쇄회로기판이 포함된 원판의 절단 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저빔의 세기와 조사 회수는 반비례하는 상관관계를 갖는 것을 특징으로 하는 전자부품이 실장된 연성인쇄회로기판이 포함된 원판의 절단 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저빔의 세기와 이동속도는 비례하는 상관관계를 갖는 것을 특징으로 하는 전자부품이 실장된 연성인쇄회로기판이 포함된 원판의 절단 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저빔의 조사회수와 이동속도는 비례하는 상관관계를 갖는 것을 특징으로 하는 전자부품이 실장된 연성인쇄회로기판이 포함된 원판의 절단 방법.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 레이저빔 발생 장치가 변경되는 경우 변경전의 레이저빔 발생 장치에서 발생되는 레이저빔의 에너지 밀도와 동일한 레이저빔의 세기로 설정하는 것을 특징으로 하는 전자부품이 실장된 연성인쇄회로기판이 포함된 원판의 절단 방법.
  7. 전자부품이 실장된 단위 블록을 갖는 연성인쇄회로기판의 원판에서 레이저 빔 발생장치를 이용하여 상기 단위 블록을 절단하여 절단된 연성인쇄회로기판에 있어서,
    상기 단위 블록의 경계에서의 적층구조는 폴리이미드로 이루어지는 베이스 필름에 동박층, 접착제층, 종이 테이프, 스티퍼너중 선택된 1∼4층이 부착되어 이루어지고, 상기 베이스 필름에 부착된 적층구조에 따라 주파수 20∼30㎑, 에너지 250∼300μJ 세기의 레이저 빔을 상기 레이저 빔 발생장치에서 발생하도록 하여 상기 연성인쇄회로기판의 원판과 레이저 빔사이의 상대적인 이동속도는 50∼150㎜/sec로서 레이저 빔의 조사회수는 2∼4회 조사함으로써, 상기 연성인쇄회로기판의 원판으로부터 상기 단위 블록이 절단된 것을 특징으로 하는 전자부품이 실장된 연성인쇄회로기판.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 적층구조에 상기 동박층 또는 종이 테이프나 스티퍼너가 포함된 상기 단위블록의 경계에서의 상기 이동속도는 상기 동박층 또는 종이 테이프나 스티퍼너가 포함되지 않은 상기 단위 블록의 경계에서의 상기 이동속도보다 크게 설정한 것을 특징으로 하는 전자부품이 실장된 연성인쇄회로기판.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 적층 구조에 상기 동박층 또는 종이 테이프나 스티퍼너가 포함된 상기 단위블록의 경계에서의 조사회수는 상기 동박층 또는 종이 테이프나 스티퍼너가 포함되지 않은 상기 단위 블록의 경계에서의 상기 조사회수보다 많게 설정한 것을 특징으로 하는 전자부품이 실장된 연성인쇄회로기판.
  12. 삭제
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