KR101172815B1 - 인쇄회로기판 및 저온분사 방식을 이용한 인쇄회로기판의 제조방법 - Google Patents

인쇄회로기판 및 저온분사 방식을 이용한 인쇄회로기판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인쇄 회로 기판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 세라믹 또는 알루미나 재질의 절연기판상에 구리, 구리 합금, 구리 복합 분말 중 적어도 하나를 포함하는 코팅 소재 분말이 저온 분사 장치의 분말 가스 히터로 가열되고, 메인가스 히터에서 공급되는 가스와 함께 혼합챔버에서 혼합된 후 노즐을 통해 분사되어 구리 소재 코팅층을 상기 절연기판상에 형성하고, 상기 절연기판을 열처리하여 상기 절연기판과 구리 소재 코팅층의 접합력을 향상시키는 것을 특징으로 한다.

Description

인쇄회로기판 및 저온분사 방식을 이용한 인쇄회로기판의 제조방법{PRINTED CIRCUIT BOARD AND PRODUCING METHOD THEREOF}
본 발명은, 인쇄 회로 기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 인쇄 회로 기판을 제조하는 경우, 물리 기상 증착(PVD:Physical Vapor Deposition)이나 도금과 같은 방법은 인쇄 회로 기판이 요구하는 약 150㎛의 두께를 적층하였다. 그러나, 물리 기상 증착이나 도금과 같은 방식으로 인쇄 회로 기판에 약 150㎛의 코팅층을 형성하기 위해 많은 시간과 비용이 소모되고, 두께가 충분하지 않은 경우에 전기부품을 결합할 때 사용되는 땜납시 모재와의 분리 혹은 단락이 발생되는 문제점이 발생한다.
이와 같은 문제점으로 인쇄 회로 기판의 제조에 있어 현재 기존의 적층방법과 대비하여 낮은 공정비용과 높은 생산성을 가진 공정을 요구하는 실정이다.
상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 인쇄 회로 기판의 제조에 있어 현재 기존의 제조방법과 대비하여 낮은 공정비용과 높은 생산성을 갖는 인쇄 회로 기판 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
상기의 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 제조 방법은, 절연기판을 제공하는 단계; 및 구리, 구리 합금, 구리 복합 분말 중 적어도 하나를 포함하는 코팅 소재 분말을 분사하여 구리 소재 코팅층을 상기 절연기판상에 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 절연기판에 구리 소재 코팅층을 형성하는 단계는, 메인 가스 히터 내에 공급된 압축공기, 질소, 헬륨 및 아르곤 중 한종류 이상을 혼합한 메인가스를 가열하는 단계; 분말 가스 히터내에 공급된 압축공기, 질소, 헬륨 및 아르곤 중 한종류 이상을 혼합한 분말가스를 가열하는 단계; 상기 가열된 분말가스의 기류에 상기 코팅 소재 분말을 혼합하여 예열하는 단계; 및 상기 예열된 코팅 소재 분말을 상기 메인 가스와 혼합한 후 저온 분사 장치의 분사 노즐을 통해 상기 절연기판에 분사하여 상기 구리 소재 코팅층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 인쇄 회로 기판은 절연기판; 및 구리, 구리 합금, 구리 복합 분말 중 적어도 하나를 포함하는 구리 소재 분말을 상기 절연기판상에 적층됨으로서 형성되는 구리 소재 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 짧은 시간에 수백 ㎛이상의 코팅층을 형성하는 저온분사 공정을 이용하여 상부에 전기적 통전을 가지는 도전층을 가지며 하부 기판과의 절연을 가지는 인쇄 회로 기판의 제조방법을 제공함으로써 공정시간의 단축에 따른 제품의 제작기간 단축 및 제품의 경제성 향상과 같은 효과가 있고, 필요에 따라서 코팅시 인쇄 회로 기판이 요구되는 패턴 형상을 코팅과 동시에 형성함에 따라서 더 높은 경제성 향상의 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 인쇄 회로 기판 제조 방법에 사용되는 저온분사 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 인쇄 회로 기판 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 인쇄 회로 기판 제조 방법에 의해 제조된 인쇄 회로 기판을 나타낸 평면 이미지도이다.
도 4는 본 발명의 인쇄회로절연기판 제조방법에 의해 제조된 기판의 단면조직 이미지이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인쇄 회로 기판 및 인쇄 회로 기판 제조 방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일?유사한 구성에 대해서는 동일?유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.
여기서 사용되는 저온분사라는 기술은 압축?팽창으로 생기는 초음속 기체 기류를 이용하여 분말이 코팅 대상물에 충돌할 때 발생하는 에너지에 의해 점착되면서 코팅되는 기술로서, 저온 분사 코팅은 코팅용 분말을 용융하여 코팅하는 기존의 용사코팅 방식과 달리 상온에서 코팅이 가능해져 소재의 변형?변질을 막을 수 있고, 내마모성?내피로성?내열성?내식성 등을 크게 향상시켜 자동차?항공?선박?반도체 부품의 수명과 성능을 획기적으로 개선할 수 있다. 특히 플라스틱처럼 열에 약한 소재나 산화하기 쉬운 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 알루미늄 복합 소재, 구리합금, 구리 복합 소재, 티타늄 및 티타늄 합금 등 기존 고온 방식의 코팅을 적용하기 어려운 소재에도 사용할 수 있는 기술이다.
이러한, 상기 저온분사를 사용하는 이유는 낮은온도로 코팅소재 분말을 분사하여 소재의 변형?변질을 막고, 내마모성?내피로성?내열성?내식성을 향상시키기 위하여 사용하며, 식각 및 증착을 통하지 않고 빠른시간에 원하는 위치에 원하는 형상의 구성물을 형성하기 위하여 사용한다.
도 1은 본 발명의 인쇄 회로 기판 제조 방법에 사용되는 저온분사 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
상기 저온분사 장치(40)는 가스 컨트롤부(41), 메인 가스 히터(42), 분말 송급 장치(43), 분말 가스 히터(44), 혼합 챔버(45), 온도 컨트롤부(46), 분사 노즐(47) 및 가스 저장부(48)를 포함하여 구성된다.
여기서, 도면 부호 100은 알루미나 절연층이 형성된 기판 혹은 세라믹 기판과 같은 절연기판을 나타낸다.
여기서 가스 컨트롤부(41)는 가스의 공급량을 제어하는 역할을 하며, 가스저장부(48)에 저장된 가스를 메인 가스 히터(42)로 이동시키면서 상기 가스의 일부는 분말 송급 장치(43)로 이동시킨다.
상기 가스 저장부(48)에 저장된 가스는 압축 공기, 질소 가스, 헬륨 가스 및 아르곤 가스로 이루어진 그룹에서 단일 성분의 가스 또는 2가지 이상의 가스를 혼합한 혼합 가스이다.
상기 가스 콘트롤부(41)와 연결된 메인 가스 히터(42)는 공급된 메인 가스를 소정의 온도로 예열하는 역할을 한다. 메인 가스 히터(42)에서 예열된 메인 가스는 도면에서 화살표로 도시한 바와 같이, 연결관을 따라 혼합 챔버(45)로 공급한다.
상기 가스 컨트롤부(41)와 연결된 분말 송급 장치(43)는 코팅 소재 분말을 공급하며, 가스 컨트롤부(41)로부터 일부 이동된 가스를 이용하여 코팅 소재 분말을 분말 가스 히터(44)로 연결관을 통해 이동시킨다.
여기서 상기 분말 가스 히터(44)는 스크류형상의 이송관(미도시함)과 이를 가열하는 저항선(미도시함)을 포함한다.
또한 분말 가스 히터(44)는 이송관을 직접 가열하는 직접 가열 방식의 이송관을 포함할 수 도 있다.
이러한 분말 가스 히터(44) 및 메인 가스 히터(42)는 온도 컨트롤부(46)를 통해 온도를 조절할 수 있다.
그리고 분사 노즐(47)은 절연기판(100)을 향하게 배치된다. 여기서 분사 노즐(47)은 알루미나 절연층이 형성된 기판 또는 알루미나 절연층을 구비한 절연기판(100)의 표면에 대해 소정 각도(α)를 가지며, 바람직하게는 90°의 각도를 갖게배치하는 것이 바람직하다.
다음에 저온분사 장치의 메인 가스 히터(42)로 공급된 메인 가스를 가열한다. 구체적으로, 가스 저장부(48)에 저장된 가스를 메인 가스 히터(42)로 이동하고, 메인 가스 히터(42)는 이동된 가스(메인 가스)를 200℃ 내지 800℃의 온도로 가열한다.
여기서, 메인 가스는 압축 공기, 질소 가스, 헬륨 가스 및 아르곤 가스 중 어느 1종 또는 2종 이상의 가스를 혼합한 혼합 가스이다. 이 경우 메인 가스를 200℃ 미만의 온도로 가열하면 가스 분사 속도가 떨어져 생산 효율이 저하되는 문제가 발생한다.
또한 800℃를 넘는 온도로 가열하면 스프레이 장치의 피팅 연결부가 열에 의해 변형되어 밀봉되지 않고 내구성이 저하되는 문제가 있다. 이에 따라 메인 가스는 200℃ 내지 800℃의 온도로 가열한다.
다음에 가열된 메인 가스에 구리, 구리합금 또는 구리 복합 소재 분말의 코팅 소재 분말을 주입한다. 이를 위해 먼저, 코팅 소재 분말을 분말 송급 장치(43)로부터 공급한다.
이때, 상기 구리 복합 소재 분말은 구리 분말에 텅스텐, 실리콘 카바이드, Al2O3 등의 소재 분말이 첨가되어 혼합된다.
다음에 가스 컨트롤부(41)에서 일부 이동된 가스(분말 가스)를 이용하여 코팅 소재 분말을 연결관을 통해 분말 가스 히터(44)로 이동시킨다.
상기 분말 가스 히터(44)로 코팅 소재 분말은 분말 가스 히터(44)의 스크류 형상의 이송관(미도시함)을 통과한다. 저항선(미도시함)에 의해 가열된 이송관을 통과하면서 코팅 소재 분말은 소정 온도, 예를 들어 100℃ 내지 800℃로 예열된다.
이와 같이 예열된 코팅 소재 분말은 도 1에서 화살표로 표시한 바와 같이 연결관을 따라 혼합 챔버(45)로 이동된다. 여기서 코팅 소재 분말을 예열하지 않고 혼합 챔버(45)로 이동할 수도 있다.
한편, 코팅 소재 분말의 입자 크기는 5㎛ 내지 100㎛를 가질 수 있다. 코팅 소재 분말의 입자 크기가 5㎛ 보다 작은 크기인 경우 보우 쇽(bow shock)작용에 의해 코팅이 정상적으로 이루어지지 않는 문제점이 발생하고, 100㎛를 넘게 되면 입자 크기가 너무 커 적층이 이루어지는 임계속도(critical velocity)에 도달하기 힘들어 진다.
여기서 보우 쇽(bow shock)이란 코팅 소재 분말과 기판 간의 충돌시 발생되는 충격파를 뜻한다.
그리고, 상기 임계속도는 코팅 소재 분말의 입자 크기와 코팅 소재 분말의 온도 및 공급압력에 의해 변화되어진다.
이에 따라, 적층율이 저하되는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라 코팅 소재 분말의 입자크기는 1내지 200㎛의 입자크기도 코팅이 가능하나 코팅의 경제성 측면에서 볼때 5㎛ 내지 100㎛를 가지는 것이 바람직하다. 또한 코팅 소재 분말의 입자는 구형의 형상 또는 괴상을 가진다.
구형의 형상의 입자를 갖는 코팅 소재 분말은 다른 형상의 입자보다 코팅 효율이 우수하고 분말을 송급하는데 있어 유리한 특성이 있다.
상기 코팅 소재 분말의 분사에 의하여 구리 소재 코팅층(105)이 절연기판(100)상에 형성된다.
도 2는 본 발명의 인쇄 회로 기판 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 우선, 절연기판(100)을 제공한다(S10).
그리고, 메인 가스 히터(42) 내에 공급된 메인가스를 가열한다(S20). 이때, 상기 메인가스는 압축공기, 질소, 헬륨 및 아르곤 중 한종류 이상을 혼합한 혼합가스이다.
그런 다음, 분말 가스 히터(44)내에 공급된 분말가스를 가열한다(S30). 상기 분말가스는 압축공기, 질소, 헬륨 및 아르곤 중 한종류 이상을 혼합한 혼합가스이다.
여기서, S20과 S30의 단계는 동시 수행이 가능하다.
그 다음, 상기 가열된 분말가스의 기류에 상기 코팅 소재 분말을 혼합하여 예열한다(S40).
그 상태에서, 상기 예열된 코팅 소재 분말을 상기 메인가스와 혼합하여 저온 분사 장치를 통해 분사한다(S50). 즉, 상기 저온 분사 장치의 분사 노즐(47)과 상기 절연기판(100)과의 거리를 5 - 50mm를 유지하면서, 공급 압력은 15 - 40kg/cm2으로 상기 코팅 소재 분말을 분사하게 된다.
여기서 공급 압력이 15kg/cm2 이하가 되면 기판상에 충돌할때 코팅 소재 분말이 임계속도에 도달하지 못하여 모재에 충돌후 반탄되어 코팅이 이루어지지 않으며, 반대로 공급 압력이 40kg/cm2이상이 되면 코팅 소재 분말이 충돌시 발생하는 과도한 에너지로 인하여 반탄되는 문제점이 발생할 뿐만 아니라, 고압에 따른 가스의 소모량이 증가함에 따라서 경제성이 낮아지는 단점이 발생하게 된다.
이 저온 분사에 의해, 상기 구리 소재 코팅층(105)이 상기 절연기판(100)상에 형성된다(S60).
그 다음 상기 구리 소재 코팅층(105)에 대하여 열처리를 가하여 구리 소재 코팅층(105)과 상기 절연기판(100)과의 결합력을 향상시킬 수 있다(S70).
한편, 상기 절연기판(100)과 상기 구리 소재 코팅층(105) 사이에는 알루미늄, 알루미늄 합금 및 알루미늄 복합분말을 저온분사하여 알루미늄 복합층을 더 형성하여 보다 높은 결합력을 부여할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 인쇄 회로 기판 제조 방법에 의하여 제조된 인쇄 회로 기판의 구조에 대하여 도 3 및 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 인쇄 회로 기판 제조 방법에 의해 제조된 인쇄 회로 기판을 나타낸 평면 이미지도이다.
여기서, 도면부호 100은 절연기판 중 세라믹 기판이고, 도면부호 105는 구리 소재 코팅층이 패턴으로서 형성되어 있다. 이때, 세라믹 기판 대신에 알루미나 절연층이 형성된 기판이 절연기판(100)으로 이용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 인쇄회로절연기판 제조방법에 의해 제조된 기판의 단면조직 이미지이다.
도 4에서는 절연기판(100) 중 세라믹 기판(100) 상에 구리 소재 코팅층(105)이 적층된 예의 단면도가 표시되어 있다. 세라믹 기판(100) 상에는 저온분사 방식으로 구리 소재 코팅층(105)이 적층된다. 구리 소재 코팅층(105)은 20 - 200㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기와 같은 인쇄 회로 기판 및 인쇄 회로 기판 제조 방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다.
상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
40 : 저온분사 장치 41 : 가스 컨트롤부
42 : 메인 가스 히터 43 : 분말 송급 장치
44 : 분말 가스 히터 45 : 혼합 챔버
46 : 온도 컨트롤부 47 : 분사 노즐
48 : 가스 저장부
100 : 절연기판 105 : 구리 소재 코팅층

Claims (11)

  1. 압축공기, 질소, 헬륨 및 아르곤 중 한종류 이상을 혼합한 메인가스를 공급하는 단계;
    상기에서 공급된 메인가스를 메인 가스 히터에 의해 가열하는 단계;
    상기에서 공급된 메인가스의 일부를 제공받아 구리, 구리 합금, 구리 복합 분말 중 적어도 어느 하나의 코팅 소재 분말과 혼합하고, 혼합된 분말 가스를 공급하는 단계;
    상기 분말 가스를 분말 가스 히터에 의해 100 내지 800℃ 범위로 예열하는 단계; 및
    상기 예열된 분말 가스를 상기에서 가열된 메인 가스와 혼합한 후 분사노즐을 통해 절연기판의 표면에 분사하여 구리소재 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하는 저온분사 방식을 이용한 인쇄회로기판의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 구리소재 코팅층을 형성하는 단계에서,
    상기 분말 가스의 분사는, 상기 분사 노즐과 상기 절연기판과의 거리는 5 - 50mm를 유지하고, 공급압력이 20 - 40kg/cm2로 이루어지는 저온분사 방식을 이용한 인쇄회로기판의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 가스 히터는 메인 가스를 200 - 800℃로 가열하는 저온분사 방식을 이용한 인쇄회로기판의 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 구리소재 코팅층은 20 - 200㎛의 두께로 형성되는 저온분사 방식을 이용한 인쇄회로기판의 제조 방법.
  8. 알루미나 절연층이 형성된 기판 또는 세라믹 기판 중 어느 하나로 이루어진 절연기판; 및
    구리, 구리 합금, 구리 복합 분말 중 적어도 하나를 포함하는 구리소재 분말을 상기 절연기판 상에 저온분사를 통해 적층된 구리소재 코팅층을 포함하며,
    상기 구리소재 코팅층은 20 - 200㎛의 두께로 형성되며,
    상기 절연기판과 상기 구리소재 코팅층 간에는 알루미늄, 알루미늄 합금 및 알루미늄 복합분말 중 어느 한가지를 저온분사하여 알루미늄 복합층을 더 형성하는, 인쇄 회로 기판.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
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