KR101206850B1

KR101206850B1 - 고 열전도성 베이스 프리 인쇄 회로 기판 제조 방법, 그 제조 방법으로 제조된 베이스 프리 인쇄 회로 기판, 그 베이스 프리 인쇄 회로 기판을 사용하는 방열 모듈 및 그 방열 모듈을 사용하는 ｌｅｄ 조명 모듈

Info

Publication number: KR101206850B1
Application number: KR1020110050589A
Authority: KR
Inventors: 배영수
Original assignee: 배영수; 주식회사 휴닉스
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2012-11-30

Abstract

본 발명은 PCB의 보강판과 솔더 레지스트 커버레이가 일체형으로 형성되고 역방향 전자 회로 패턴이 생성되는 고 열전도성 베이스 프리 인쇄 회로 기판 제조 방법, 그 제조 방법으로 제조된 베이스 프리 인쇄 회로 기판, 그 베이스 프리 인쇄 회로 기판을 사용하는 방열 모듈 및 그 방열 모듈을 사용하는 LED 조명 모듈에 관한 것이다.
본 발명의 베이스 프리 인쇄 회로 기판의 제조 방법은 (A) 솔더 레지스트 커버레이와 금속 박막을 접착하는 단계; (B) 상기 금속 박막 밑면에 현상 필름을 라미네이팅 하는 단계; (C) 상기 현상 필름에 전자 회로 패턴의 역방향 노광을 실시하여, 상기 현상 필름에 역방향 전자 회로 패턴을 형성하는 단계; (D) 상기 현상 필름을 현상하고, 상기 금속 박막에 상기 역방향 전자 회로 패턴을 생성하기 위해 상기 금속 박막을 부식시키는 단계; 및 (E) 금속 박막으로 형성된 역방향 전자 회로 패턴의 보호 처리를 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명을 실시하면 방열 효율이 좋은 인쇄 회로 기판, 그 인쇄 회로 기판이 포함된 방열 모듈, 그 방열 모듈이 포함된 LED 모듈의 제조가 가능해 지며, 전자 부품의 방열 효율이 혁신적으로 향상되고, 곡면 설계가 가능한 고 열전도성 PCB 및 방열 모듈이 가능하며, 크기를 혁신적으로 줄일 수 있으며, 감성적이고 독창적인 유선형 디자인 LED조명제품의 개발이 가능하게 되는 장점이 있다. 아울러, 본 발명을 적용하면, 휴대폰, 스마트 폰, 노트북PC, 태블릿 PC, Mobile printer 등 각종 전자 제품의 방열 효율을 혁신적으로 향상하여 제품의 크기 및 무게를 줄이고, 기존 경질 FR4 PCB 또는 메탈 PCB로는 불가능한 곡면 설계 및 자유로운 디자인 구현이 가능한 장점이 있다.

Description

고 열전도성 베이스 프리 인쇄 회로 기판 제조 방법, 그 제조 방법으로 제조된 베이스 프리 인쇄 회로 기판, 그 베이스 프리 인쇄 회로 기판을 사용하는 방열 모듈 및 그 방열 모듈을 사용하는 ＬＥＤ 조명 모듈{Method on Production Base Free PCB of High Heat Conduction, Base Free PCB, Heat Emission Module Using Base Free PCB, LED Lighting Module Using Heat Emission Module}

본 발명은 고 열전도성 베이스 프리 인쇄 회로 기판 제조 방법, 그 제조 방법으로 제조된 베이스 프리 인쇄 회로 기판, 그 베이스 프리 인쇄 회로 기판을 사용하는 방열 모듈 및 그 방열 모듈을 사용하는 LED 조명 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 PCB의 보강판과 솔더 레지스트 커버레이가 일체형으로 형성되고 역방향 전자 회로 패턴이 생성되는 고 열전도성 베이스 프리 인쇄 회로 기판 제조 방법, 그 제조 방법으로 제조된 베이스 프리 인쇄 회로 기판, 그 베이스 프리 인쇄 회로 기판을 사용하는 방열 모듈 및 그 방열 모듈을 사용하는 LED 조명 모듈에 관한 것이다.

전자 제품에 포함되는 전자 부품 중에서는 인쇄 회로 기판을 포함하고 있는 것이 다수 있다. 이러한 인쇄 회로 기판이 갖추어야 할 속성 중에서 방열 기능은 중요한 기능으로 손꼽혀 오고 있으며, 방열 기능이 불충분할 경우에는 인쇄 회로 기판 및 인쇄 회로 기판을 포함하는 전자 부품의 수명도 급격히 짧아지는 문제점이 있었다. 이는 특히 LED 등과 같이 발열이 많이 되는 인쇄 회로 기판의 경우에는 더욱 더 그러하였다.

도 1 내지 도 3은 각각 종래의 일반 FR4 PCB, 일반 FPCB 또는 메탈 PCB의 구조에 관한 도면이다. 종래의 PCB는 전기 절연성 또는 구조적 강도 확보를 위하여 PCB의 회로를 구성하는 전기 전도성 금속박막을 에폭시(Epoxy), 폴리이미드(Polyimide) 또는 알루미늄(AL) 보강판(Base) 등에 접착하여 사용하고 있다. 에폭시(Epoxy) 또는 폴리이미드(Polyimide) 보강판(Base)은 열전도성이 부족하여 LED, 반도체 등의 전자 부품에서 발생하는 열을 외부로 방열하는 열전도성이 부족하다.

전자 제품의 방열기능을 향상하기 위하여 FR4 PCB의 에폭시 보강판(Epoxy Base), 일반 FPCB의 폴리이미드 보강판(Polyimide Base)보다 열전도성이 좋은 알루미늄 보강판(AL Base)을 이용한 경질 메탈 PCB(Rigid Metal PCB)가 사용되고 있으나, 경질 메탈 PCB(Rigid Metal PCB)는 LED조명 등 제품의 자유로운 곡면 설계가 어려운 한계가 있다.

특히 FR4 PCB, 일반 FPCB 또는 메탈 PCB 등 기존 PCB는 금속박막 회로 패턴 과 방열판 (Heat sink) 사이에 에폭시 보강판(Epoxy Base), 폴리이미드 보강판(Polyimide Base) 및 메탈 보강판(Metal Base)이 있기 때문에 각종 보강판(Base) 자체의 열저항(Thermal Resistance)이 존재하고 금속박막 회로 패턴 밑면에 보강판(Base)을 접착하기 위한 접착제 층이 있어야 되기 때문에 이 접착제 자체의 열 저항이 존재하게 된다. 뿐만 아니라 금속박막 회로 패턴과 접착제의 접착 경계면, 접착제와 보강판(Base)의 경계면이 있기 때문에 각종 경계면에 접촉 열저항(Contact Thermal Resistance)이 추가로 존재하여 열전도성이 낮은 문제점을 내포하고 있다.

도 4 내지 도 5는 각각 종래의 일반 FPCB 및 메탈 PCB 어셈블리 방열모듈 구조에 관한 도면이다.

FR4 PCB, 일반 FPCB 또는 메탈 PCB 등 기존 PCB를 사용한 PCB 어셈블리 방열모듈은 금속박막 회로 패턴, 접착제, 보강판 자체의 열저항 및 접착제와 보강판(Base) 사이 접착 경계면의 접촉열저항이 발생하여 열전도성이 저하되고, FR4 PCB, 일반 FPCB 또는 메탈 PCB 등 기존 PCB를 사용한 LED, 반도체 등 전자 부품이 실장된 PCB 어셈블리를 방열판(Heat sink)에 접착하기 위하여 고 열전도성 양면테이프, 고 열전도성 패드 또는 고 열전도성 접착 본드 등 접착물을 사용하게 되면 고 열전도성 양면 테이프, 고 열전도성 패드 또는 고 열전도성 접착본드 등 접착물의 열저항 뿐만 아니라 각 접착 경계면에 추가적으로 발생하는 접촉 열저항으로 인하여 LED, 반도체 등 전자 부품에서 발생한 열이 방열판까지 전도되는 열전도성이 또 다시 저하된다.

따라서 LED, 반도체 등의 전자 부품에서 발생하는 열을 방열판으로 전달하는 열전도성이 부족하기 때문에 열이 많이 발생하는 LED, 반도체 등의 전자 부품이 사용되어 높은 방열 효율이 필요한 제품 설계에는 기존 FR4 PCB 또는 일반 FPCB를 사용하기 어려운 실정이다. 일반 메탈 PCB를 사용하면 FR4 PCB 또는 일반 FPCB 보다는 열전도성이 좋지만 알루미늄 보강판(Al Base)과 접착제 자체의 열저항 및 각 접착 경계면의 접촉 열저항 때문에 PCB의 열전도성이 부족하다.

또한 기존 일반 FR4 PCB나 메탈 PCB는 경질(Rigid) PCB이기 때문에 제품의 곡면 설계 및 디자인에 어려운 한계가 있다. 제품의 곡면 설계를 위하여 기존 일반 FPCB를 사용하면 상기 설명과 같이 FPCB의 보강판, 접착제 자체의 열저항과 각 접착 경계면의 접촉 열저항 때문에 PCB의 열전도성이 저하된다.

이에 따라, 전자 부품업계에서는 전자 부품의 방열 효율이 혁신적으로 향상된 고 열전도성 PCB의 필요하며, 전자 부품의 방열 효율이 좋고 곡면 설계가 가능한 고 열전도성 FPCB의 필요성이 요청되어 왔다. 한편, 방열특성이 좋고 가격이 저렴한 보급형 고 열전도성 PCB도 꾸준히 요청되어 왔으며, 크기를 혁신적으로 줄이고 유선형 감성적인 독창적인 디자인 LED조명제품 개발 및 휴대폰, 스마트 폰, 노트북PC, 태블릿 PC, Mobile printer 등 각종 전자 제품의 방열 효율을 혁신적으로 향상하여 제품의 크기 및 무게를 줄이고, 기존 경질 FR4 PCB 또는 메탈 PCB로는 불가능한 곡면 설계 및 자유로운 디자인 구현이 가능한 인쇄 회로 기판의 개발이 지속적으로 요청되어 왔다.

본 발명이 해결하려는 첫째 기술적 과제는 베이스 프리 인쇄 회로 기판의 제조 방법을 개시하는 것이다.

본 발명이 해결하려는 둘째 기술적 과제는 베이스 프리 인쇄 회로 기판의 제조 방법으로 제조되는 베이스 프리 인쇄 회로 기판을 개시하는 것이다.

본 발명이 해결하려는 셋째 기술적 과제는 베이스 프리 인쇄 회로 기판의 제조 방법으로 제조되는 베이스 프리 인쇄 회로 기판을 사용하는 방열 모듈을 개시하는 것이다.

본 발명이 해결하려는 넷째 기술적 과제는 베이스 프리 인쇄 회로 기판의 제조 방법으로 제조되는 베이스 프리 인쇄 회로 기판을 사용하는 방열 모듈을 사용하는 LED 조명 모듈을 개시하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제를 달성하기 위하여, (A) 솔더 레지스트 커버레이와 금속 박막을 접착하는 단계; (B) 상기 금속 박막 밑면에 현상 필름을 라미네이팅 하는 단계; (C) 상기 현상 필름에 전자 회로 패턴의 역방향 노광을 실시하여, 상기 현상 필름에 역방향 전자 회로 패턴을 형성하는 단계; (D) 상기 현상 필름을 현상하고, 상기 금속 박막에 상기 역방향 전자 회로 패턴을 생성하기 위해 상기 금속 박막을 부식시키는 단계; 및 (E) 상기 솔더 레지스트 커버레이 반대쪽의 금속 박막으로 형성된 역방향 전자 회로 패턴의 보호 처리를 수행하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 베이스 프리 인쇄 회로 기판 제조 방법을 제시한다.

상기 (E) 단계의 상기 솔더 레지스트 커버레이 반대쪽의 금속 박막으로 형성된 역방향 전자 회로 패턴의 보호 처리는 상기 솔더 레지스트 커버레이 반대쪽의 금속 박막으로 형성된 역방향 전자 회로 패턴 쪽 표면에 유기 보호 피막을 생성시키는 것인 것이 바람직하다.

상기 (E) 단계의 상기 솔더 레지스트 커버레이 반대쪽의 금속 박막으로 형성된 역방향 전자 회로 패턴의 보호 처리는 상기 솔더 레지스트 커버레이 반대쪽의 금속 박막으로 형성된 역방향 전자 회로 패턴 쪽 표면에 절연 잉크를 도포하는 것인 것이 바람직하다.

상기 (E) 단계의 상기 솔더 레지스트 커버레이 반대쪽의 금속 박막으로 형성된 역방향 전자 회로 패턴의 보호 처리는 상기 솔더 레지스트 커버레이 반대쪽의 금속 박막으로 형성된 역방향 전자 회로 패턴 쪽 표면에 그래핀(Graphen) 또는 CNT(탄소 나노 튜브)를 도포하는 것인 것이 바람직하다.

상기 (B) 단계 전 또는 상기 (B) 단계 이후와 상기 (C) 단계 전에 상기 솔더 레지스트 커버레이 윗면에 캐리어 필름을 부착하는 단계;를 더 포함하며, 상기 (D) 단계 이후와 상기 (E) 단계 전에, (D-1) 상기 (D) 단계의 실시 후에 남아 있는 상기 현상 필름을 박리하는 단계; (D-2) 상기 (B-1) 단계에서 부착된 캐리어 필름을 제거하는 단계; 및 (D-5) 세척 처리 및 건조하는 단계;를 더 실시하는 것인 것이 바람직하다.

(E-1) 상기 (D) 단계 이후와 상기 (E) 단계 전에, 또는 상기 (E) 단계와 동시에 상기 솔더 레지스트 커버레이 쪽면에 솔더 랜드의 보호 처리를 수행하는 단계;를 더 실시하는 것이 바람직하다.

상기 솔더 레지스트 커버레이는 프레스 스탬핑 또는 톰슨 방식 또는 롤투롤 공법 등에 의하여 솔더 랜드 홀(Land Hole)이 가공된 것인 것이 바람직하다.

상기 솔더랜드 보호 처리는 상기 솔더 레지스트 커버레이에 솔더 랜드 홀이 가공된 솔더 랜드에 유기 보호 피막을 생성시키는 것인 것이 바람직하다.

상기 솔더랜드 보호 처리는 상기 솔더 레지스트 커버레이에 솔더 랜드 홀이 가공된 솔더 랜드에 기 설정된 도금을 부가하는 것인 것이 바람직하다.

상기 솔더 레지스트 커버레이와 상기 금속 박막은 열압착(Hot Press) 방식으로 접착된 것인 것이 바람직하다.

상기 (D) 단계 이후와 상기 (E) 단계 전에, (D-3) 상기 (D) 단계의 실시 후에 남아 있는 상기 현상 필름을 박리하는 단계; (D-4) 랜드 홀(Land Hole)을 레이저로 가공하는 단계; (D-5) 세척 처리 및 건조하는 단계;를 더 실시하는 것인 것이 바람직하다.

상기 솔더 레지스트 커버레이의 두께는 10um 내지 100um인 것인 것이며, 선택적으로 상기 솔더 레지스트 커버레이는 폴리이미드(POLYIMIDE), PET, PC, PE, PEEK 중 어느 하나의 소재인 것인 것이 바람직하다.

상기 솔더 레지스트 커버레이의 두께는 100um 이상인 것인 것이거나, 고강도 플라스틱 수지로 된 것인 것이 바람직하다.

상기 (A) 단계, 상기 (B) 단계, 상기 (C) 단계 및 상기 (D) 단계 중 어느 한 단계 이상에는 롤투롤 공법이 적용되는 것인 것이 바람직하다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제를 달성하기 위하여, 상기 방법으로 제조되는 베이스 프리 인쇄 회로 기판을 제시한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제를 달성하기 위하여, 상기 베이스 프리 인쇄 회로 기판을 사용하는 것을 특징으로 하는 방열 모듈을 제시한다.

상기 방열 모듈은 상기 베이스 프리 인쇄 회로 기판; 열전도성 매체; 및 방열 매체;를 포함하여 구성되는 것인 것이 바람직하다.

상기 열전도성 매체는 고 열전도성 접착 본드, 고 열전도성 패드, 고 열전도성 양면 폼 테이프(Foam Tape) 등의 접착물(Adherent)을 단일 또는 복합적으로 사용하는 것이 바람직하다.

상기 방열 매체는 방열판 또는 방열 케이스 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제를 달성하기 위하여, 상기 베이스 프리 인쇄 회로 기판이나, 상기 방열 모듈을 사용하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 모듈을 제시한다.

본 발명을 실시하면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 방열 효율이 좋은 인쇄 회로 기판, 그 인쇄 회로 기판이 포함된 방열 모듈, 그 방열 모듈이 포함된 LED 모듈의 제조가 가능해 진다.

둘째, 전자 부품의 방열 효율이 혁신적으로 향상된 고 열전도성 PCB가 가능하다.

셋째, 전자 부품의 방열 효율이 좋고 곡면 설계가 가능한 고 열전도성 FPCB가 가능하다.

넷째, 방열특성이 좋고 가격이 저렴한 보급형 고 열전도성 PCB의 생산이 가능하다.

다섯째, 크기를 혁신적으로 줄이고 유선형 감성적인 독창적인 디자인 LED조명제품의 개발이 가능하다.

여섯째, 휴대폰, 스마트 폰, 노트북PC, 태블릿 PC, Mobile printer 등 각종 전자 제품의 방열 효율을 혁신적으로 향상하여 제품의 크기 및 무게를 줄이고, 기존 경질 FR4 PCB 또는 메탈 PCB로는 불가능한 곡면 설계 및 자유로운 디자인 구현이 가능하다.

도 1 내지 도 3은 각각 종래의 일반 FPCB, 일반FR4 PCB 또는 메탈 PCB의 구조에 관한 도면이다.
도 4 내지 도 5는 각각 종래의 일반 FPCB 및 메탈 PCB 어셈블리 방열모듈 구조에 관한 도면이다.
도 6은 본 발명의 고열전도효율을 위한 보강판 커버레이 일체형 베이스 프리 인쇄 회로 기판(Base Free PCB) 구조에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 7은 역방향 전자 회로 패턴 쪽 면에 유기 보호 피막(OSP) 또는 절연 잉크(Resis Ink) 또는 그래핀(Graphen) 또는 CNT(탄소 나노 튜브) 도포가 적용된 본 발명의 고열전도효율을 위한 보강판 커버레이 일체형 베이스 프리 인쇄 회로 기판(Base Free PCB)에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 8은 본 발명의 고열전도효율을 위한 보강판 커버레이 일체형 베이스 프리 인쇄 회로 기판(Base Free PCB) 어셈블리 방열모듈의 구조에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 9는 본 발명의 고 열전도성 접착 본드를 사용하는 고 열전도효율을 위한 보강판 커버레이 일체형 베이스 프리 인쇄 회로 기판(Base Free PCB) 어셈블리 방열모듈에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 10은 본 발명의 고 열전도성 양면 폼 테이프(Foam Tape)를 사용하는 고열전도 효율을 위한 보강판 커버레이 일체형 베이스 프리 인쇄 회로 기판 어셈블리 방열 모듈에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 11은 본 발명의 고열전도효율을 위한 보강판 커버레이 일체형 연성인쇄 회로 기판(Base Free FPCB)에 관한 도면이다.
도 12는 본 발명의 고열전도효율을 위한 보강판 커버레이 일체형 경질인쇄 회로 기판(Base Free Rigid PCB)에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 13은 본 발명의 베이스 프리 인쇄 회로 기판을 제조하는 방법에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 14는 롤투롤 공법으로 솔더 랜드 홀을 가공하는 방법에 대한 개념도이다.
도 15는 전자 회로 패턴을 위한 금속 박막과 솔더 랜드 홀(Solder Land Hole)이 가공된 보강판 일체형 솔더 레지스트 커버레이(Solder Resist Cover Lay)가 접착되는 모습에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 16은 현상필름(Photo Resist Film) 라미네이팅(Laminating) 및 캐리어 필름(Carrier Film)이 접착되는 것에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 17은 현상 필름에 역방향 회로 패턴 노광(Reverse Circuit Pattern Exposure)이 실시되는 것에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 18은 현상 필름이 현상(Developing)되는 것에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 19는 부식(Etching)이 실시되는 것에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 20은 박리(Strip)가 실시되는 것에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 21은 캐리어 필름(Carrier Film)이 제거되는 것에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 22는 정면 산 처리(Acid Rinse) 및 건조에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 23은 솔더 랜드에 유기 보호 피막(OSP)이 형성되거나 또는 도금이 되는 것에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 24는 역방향 전자 회로 패턴 쪽 면에 유기 보호 피막(OSP) 또는 절연 잉크(Resist Ink) 또는 그래핀(Graphen) 또는 CNT(탄소 나노 튜브)가 도포되는 모습에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 25는 그래핀(Graphen) 또는 CNT(탄소 나노 튜브)로 전자 회로 패턴을 코팅하는 공정이 포함된 본 발명의 베이스 프리 인쇄 회로 기판을 제조하는 다른 방법에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 26은 본 발명의 베이스 프리 인쇄 회로 기판을 제조하는 다른 방법, 즉 솔더 레지스트에 솔더 랜드를 레이저로 가공하는 방법에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 27은 솔더 랜드를 레이저로 가공하는 방법에 있어서, 전자 회로 패턴 형성을 위한 금속 박막과 솔더 랜드 홀(Solder Land Hole)이 가공되지 않은 커버레이 필름(Cover Lay Film)을 접착한 모습에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 28은 솔더 랜드를 레이저로 가공하는 방법에 있어서, 금속박막에 현상필름(Laminating Dry Film)을 라미네이팅 한 것에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 29는 솔더 랜드를 레이저로 가공하는 방법에 있어서, 금속박막의 Laminating면에 전자 회로 패턴의 역방향으로 노광(Reverse Circuit Pattern Exposure)한 것에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 30은 솔더 랜드를 레이저로 가공하는 방법에 있어서, 역방향 전자 회로 패턴의 생성을 위한 라미네이팅 필름(Laminating Film)을 현상(Developing)하는 것에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 31은 솔더 랜드를 레이저로 가공하는 방법에 있어서, 역방향 전자 회로 패턴의 생성을 위한 금속 박막을 부식(Erosion)한 것에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 32는 솔더 랜드를 레이저로 가공하는 방법에 있어서, 역방향 전자 회로 패턴에 남은 라미네이팅 필름(Laminating Film)을 박리하는 것에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 33은 솔더 랜드를 레이저로 가공하는 방법에 있어서, PCB에 전자 부품을 납땜(Soldering)할 솔더 랜드를 솔더 레지스트 커버레이(Solder Resist Coverlay)에 솔더 랜드 홀(Solder Land Hole)을 레이저로 가공한 것에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 34는 본 발명의 PCB를 산 처리(Mordant) 및 건조한 것에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 35는 본 발명의 역방향 전자 회로 패턴 쪽 면에 합선(short Circuit) 방지 마스킹 후에 전기 전도성 그래핀(Graphen) 또는 전기 전도성 CNT(탄소 나노 튜브) 도포를 수행한 것에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 36은 본 발명의 고열전도 효율을 위한 보강판 커버레이 일체형 인쇄 회로 기판(Base Free PCB)에 고 열전도성 접착 본드와 고 열전도성 폼 테이프(Foam Tape)를 복합적으로 사용하는 고열전도효율을 위한 보강판 커버레이 일체형 베이스 프리 인쇄 회로 기판(Base Free PCB) 어셈블리 방열모듈에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 37은 본 발명의 고 열전도성 접착 본드와 고 열전도성 패드를 복합적으로 사용하는 고열전도효율을 위한 보강판 커버레이 일체형 베이스 프리 인쇄 회로 기판(Base Free PCB) 어셈블리 방열모듈에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 38은 고 열전도성 Base free PCB를 활용하여 설계한 LED PCB에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 39는 고 열전도성 Base free PCB 모듈을 활용하여 곡면 설계한 방사형 또는 원통형 LED 모듈에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 40은 일반 경질 METAL PCB를 사용한　LED조명램프 구조에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 41은 고 열전도성 Base free PCB를 사용한 광 확산 극대화 및 제품크기 최소화 LED조명램프에 관한 일 실시예적 도면이다.

삭제

이하, 도면을 참조하면서 본 발명을 더욱 더 상세하게 설명한다.
도 6 내지 도 7은 본 발명의 베이스 프리 인쇄 회로 기판에 대한 일 실시예적 도면이며 도 11은 베이스 프리 연성 인쇄 회로 기판에 대한 일 실시예적 도면이며, 도 12는 베이스 프리 경질 인쇄 회로 기판에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 6에서 알 수 있듯이, 본 발명의 베이스 프리 인쇄 회로 기판은 최상층에 보강판 일체형 솔더 레지스트 커버레이(100), 상기 솔더 레지스트 커버레이(100)의 밑면에 금속 박막 전자 회로 패턴(200)이 형성되어 있으며, 상기 솔더 레지스트 커버레이(100)와 상기 금속 박막 전자 회로 패턴(200)은 고 열전도성 본딩 시트(510)(Bonding Sheet)로 결합되어 있다. 상기 금속 박막 전자 회로 패턴(200)의 상기 솔더 레지스트 커버레이(100) 쪽 표면의 솔더 레지스트가 개방된 솔더 랜드는 금속 박막의 산화 방지를 위하여 유기 보호 피막(OSP; Organic Solderability Preservative) 또는 도금(300)이 되어 있다. 한편, 도 7에서 알 수 있듯이, 상기 솔더 레지스트 커버레이(100) 반대쪽 금속 박막으로 형성된 역방향 전자 회로 패턴(200) 쪽 밑면에는 상기 전자 회로 패턴(200)의 보호 처리가 되어 있는데, 상기 보호 처리의 일종으로 코팅이 되어 있을 수 있다. 상기 코팅은 금속 박막 전자 회로 패턴(200)의 산화를 방지하고 PCB의 취급을 용이하게 하기 위하여 유기 보호 피막(OSP; Organic Solderability Preservative)이 생성될 수 있고 절연 잉크로 도포될 수 있다. 상기 솔더 레지스트 커버레이(100) 반대쪽 표면의 역방향 전자 회로 패턴(200) 쪽 밑면에는 금속 박막 전자 회로 패턴(200)의 산화를 방지하고 PCB의 취급을 용이하게 하고 또한 열전도율을 높이기 위하여 그래핀(Graphen) 또는 CNT(탄소 나노 튜브) 소재의 물질을 코팅한 것일 수 있다. 도 11은 베이스 프리 연성 인쇄 회로 기판에 대한 것으로 도 12의 베이스 프리 경질 인쇄 회로 기판보다 상기 솔더 레지스트 커버레이(100)의 두께가 얇음을 볼 수 있다. 상기 베이스 프리 연성 인쇄 회로 기판의 경우에 상기 솔더 레지스트 커버레이(100)의 두께가 10um 내지 100um인 경우가 많으며, 경질 인쇄 회로 기판은 100um보다 두꺼운 것이 일반적이다. 상기 솔더 레지스트 커버레이(100)의 소재는 폴리이미드(Polyimide), PET, PC, PE, PEEK나, 기타 플라스틱인 것이 바람직하며, 별도 보강판이 없으므로, 일정 정도 이상의 견고성 내지 강도가 필요한 것이 바람직할 것이다.
이어서, 도 13 내지 도 35를 참조하면서 본 발명의 베이스 프리 인쇄 회로 기판의 제조 방법에 대해서 설명한다.
도 13은 본 발명의 베이스 프리 인쇄 회로 기판을 제조하는 방법에 관한 일 실시예적 도면이다.
본 발명의 베이스 프리 인쇄 회로 기판을 제조하기 위하여, 먼저 보강판 일체형 솔더 레지스트 커버레이(Base Integrated Solder Resist Cover Lay)를 준비(S1-1)한다. 이어, 상기 솔더 레지스트 커버레이 솔더 랜드 홀(Solder Land Hole)을 가공(S1-2)한다. 도 14에는 상기 솔더 레지스트 커버레이를 롤투롤 공법으로 솔더 랜드 홀(840)을 가공하는 방법에 대한 개념도를 보여 주고 있다. 도 14에서 좌측은 솔더 랜드 홀 가공 이전(810)의 솔더 레지스트 커버레이가 롤에 감겨 있는 모습을, 우측은 솔더 랜드 홀 가공 이후(830)의 솔더 레지스트 커버레이가 롤에 감겨 있는 모습을 보여 주고 있다. 도 14에서는 솔더 랜드 홀(840)이 솔더 레지스트 커버레이에 형성되는 솔더 랜드 홀(840)의 가공(820) 과정을 보여 주고 있다. 롤투롤 공법은 솔더 레지스트 커버레이 롤을 풀어서 재단하지 않고 솔더 랜드 홀(840)을 타공하여 가공하고 솔더 랜드 홀(840)이 가공된 솔더 레지스트 커버레이를 다시 롤에 감는 것을 특징으로 한다. 롤 상태에서 솔더 랜드 홀(840)을 가공하면 다음 공정에서 솔더 레지스트 커버레이를 금속(예, 구리(Cu)) 박막과 현상 필름(Photo Resist Dry Film) 및 캐리어 필름 등에 접착하는 공정과 이어지는 후속 공정 노광, 현상, 부식, 박리 공정 등도 롤투롤 공법(Roll to Roll Method)으로 할 수 있는 장점이 있다.
이어, 전자 회로 패턴을 위한 금속 박막과 솔더 랜드 홀(840)이 형성된 솔더 레지스트 커버레이와 접착(S1-3)한다. 금속 박막과 솔더 랜드 홀(840)이 형성된 솔더 레지스트 커버레이가 접착된 형태는 도 15에 예시적으로 나타나 있다. 접착은 본딩 시트(510)(Bonding Sheet)나 기타 접착 매개물로 수행될 수 있다.
이어, 상기 금속 박막 아래 면에 라미네이팅(Laminating) 등과 같이 처리를 수행하여 현상 필름 층을 형성한다. 기존 PCB는 현상 필름을 전자 회로 패턴이 형성될 PCB 금속 박막 윗면에 라미네이팅 하지만, 고열전도 효율을 위한 보강판 커버레이 일체형 베이스 프리 인쇄 회로 기판(BASE FREE PCB)는 전자 회로 패턴이 형성될 PCB 금속 박막 밑면에 전자 회로 패턴 역방향으로 형성하기 위하여 전자 회로 패턴이 형성될 PCB 금속 박막 밑면에 라미네이팅 한다.
그리고, 상기 솔더 레지스트 커버레이 윗면에 솔더 랜드 형성 부분의 마스킹(Masking)을 위한 캐리어 필름(Carrier Film)을 접착 (S1-4)한다. 상기 캐리어 필름은 베이스 프리 인쇄 회로 기판 제조 공정 중에 부식 공정에서 금속박막 회로 패턴의 솔더 랜드가 부식되어 제거되는 것을 막아주고 현상, 박리, 부식 및 도금 공정 등에서 압력 및 고열에 의한 PCB의 변형을 방지하는 기능을 수행한다.
도 16은 현상 필름(620)(Photo Resist Film) 라미네이팅 및 캐리어 필름(610)이 접착되어 있는 구성을 보여 주고 있다.
이어, 상기 현상 필름에 역방향 회로 패턴을 생성하기 위한 역방향 회로 패턴 노광(Reverse Circuit Pattern Exposure)(S1-5)을 수행한다. 본 발명의 베이스 프리 인쇄 회로 기판은 솔더 레지스트 커버레이(100) 밑면에 접착된 금속 박막을 역방향 회로 패턴(Reverse Circuit Pattern)이 형성되도록 가공해야 되므로 금속 박막 밑면에 접착된 현상 필름을 전자 회로 패턴의 역방향으로 노광한다. 현상 필름의 역방향 회로 패턴으로 노광하기 위하여 노광기에 PCB 역방향 회로 패턴 마스크 필름(Reverse Circuit Pattern Mask Film)을 설치하여 금속 박막 밑면에 접착된 현상 필름에 PCB의 윗면에 보는 회로 패턴의 역방향(Reverse Direction)으로 노광하여 역방향 회로 패턴을 형성한다. 도 17은 현상 필름에 역방향 회로 패턴 노광이 실시된 구성을 보여 주고 있다.
이어, 상기 노광된 현상 필름을 현상(Developing)(S1-6)한다. 노광 공정에서 빛에 반응하는 감광액(Photo-resist; PR)이 코팅된 현상 필름 위에 원하는 역방향 회로 패턴이 형성된 마스크를 올려놓고 자외선을 쬐어주어 감광막에 원하는 역방향 회로 패턴을 전사해서 역방향 회로 패턴이 형성한다. 노광 공정에서 빛을 받은 부분이 반응하여 현상액에 제거되면 Positive, 빛을 받지 않은 부분이 제거되면 Negative라고 한다. 도 18은 현상 필름이 현상된 구성을 보여 주고 있다.
이어, 부식(Etching)(S1-7)과정을 수행한다. 부식 공정은 현상 필름이 현상된 부분의 금속 박막을 염화암모늄(NH4Cl) 등 알칼리 약품으로 처리하여 역방향 전자 회로 패턴(Reverse Electronic Circuit)을 형성하는 것을 말한다. 도 19는 부식이 실시된 구성을 보여 주고 있다. 부식 처리의 결과 금속 박막에 전자 회로 패턴(200)이 형성되게 된다.
이어, 현상 필름을 제거하는 박리(Strip)(S1-8) 공정을 수행하고, 캐리어 필름을 제거(S1-9)한다. 이후, 그리고, 정면 산 처리(Acid Rinse) 및 건조(S1-10) 공정을 수행한다. 도 20은 박리가 실시된 구성을, 도 21은 캐리어 필름이 제거된 구성을 보여 주고 있다.
이어, 솔더 랜드 금속 박막의 산화 방지를 위하여 유기 보호 피막(OSP; Organic Solderability Preservative)형성 또는 도금(S1-11) 공정을 수행한다. 상기 솔더 랜드의 금속박막은 직접 대기에 닿으면 산화되므로, 대기와 닿는 것을 방해할목적으로 금속의 표면에 용해한 얇은 염류층을 뒤덮는다.이를 위해 사용하는 혼합염을 플럭스라고 한다. 상기 유기 보호 피막(OSP)의 혼합연은 염화물, 플루오르화물 및 수지 등을 이용하고 정확한 산성도 Ph 2.0~3.0로 관리하는 것이 중요하다.
상기 도금 공정은 무전해 도금을 통하여 0.02um~0.06um 정도 미량의 도금층을 형성하고 유전해 도금 공정에서 10um~50um 정도 두께로 도금하여 솔더 랜드의 금속 박막이 산화되는 것을 막아준다. 도 23에서는 솔더 랜드 홀(840)에 유기 보호 피막 또는 도금층(300)이 형성되어 있음을 보여 주고 있다.
이어, 선택적으로 금속 박막으로 형성된 역방향 전자 회로 패턴(200) 밑면의 절연성과 부식방지를 확보하기 위하여 솔더 레지스트 커버레이(100) 반대쪽의 금속 박막으로 형성된 역방향 전자 회로 패턴(200) 쪽 표면에 유기 보호 피막(OSP)을 생성할 수 있다. 유기 보호 피막(OSP)가 생성되면 금속 박막 전자 회로 패턴(200)과 방열판(400) 사이 절연기능을 강화할 수 있고 PCB의 취급성을 개선할 수 있다.
또한 선택적으로 전자 회로 패턴(200) 밑면의 절연성과 부식방지를 더욱 안정적으로 확보하기 위하여 절연 잉크(Resist Ink)를 솔더 레지스트 커버레이(100) 반대쪽의 금속 박막으로 형성된 역방향 전자 회로 패턴(200) 쪽 표면에 도포(S1-12)할 수 있다. 절연 잉크(Resist Ink)는 금속 박막으로 형성된 전자 회로 패턴(200) 밑면의 절연성과 부식방지를 더욱 안정적으로 확보하기 위하여 금속 박막으로 형성된 전자 회로 패턴(200) 밑면에 도포된다. 절연 잉크(Resist Ink)가 도포되면 금속 박막 전자 회로 패턴(200)과 방열판(400) 사이 절연기능을 강화할 수 있고 PCB의 취급성을 개선할 수 있다.
또한 선택적으로 전자 회로 패턴(200) 밑면의 절연성과 부식방지를 안정적으로 확보하고 LED, 반도체 등 전자 부품에서 발생하여 금속 박막 전자 회로 패턴(200)에 전달된 열의 방열기능을 더욱 극대화기 위하여 그래핀(Graphen) 또는 CNT(탄소 나노 튜브)를 솔더 레지스트 커버레이(100) 반대쪽의 금속 박막으로 형성된 역방향 전자 회로 패턴(200) 쪽 표면에 도포(S2-9)할 수 있다.
도 24는 전자 회로 패턴(200)에 절연 잉크 (Resist Ink) 또는 유기보호피막(OSP) 또는 절연성 CNT(카본 나노 튜브) 또는 절연성 그래핀(Graphen)이 도포된 구성을 보여 주고 있다.
도 25는 그래핀(Graphen) 또는 CNT로 전자 회로 패턴(200)을 코팅하는 공정이 포함된 본 발명의 베이스 프리 인쇄 회로 기판을 제조하는 다른 방법에 관한 일 실시예적 도면이다. 도 25에서 알 수 있듯이, 전자 회로 패턴(200) 형성을 위한 금속 박막에 LED, 반도체 등 전자 부품 납땜(Soldering) 위치의 PCB 랜드 구멍(Land Hole)이 타공된 커버레이 필름(Cover Lay Film)을 접착(S2-1)하고, 금속 박막 면에 전자 회로 패턴 형성 노광을 위하여 현상 필름을 라미네이팅 하고 커버레이 필름면에 PCB 랜드 형성 부분의 마스킹을 위한 캐리어 필름을 접착(S2-2)하고, 금속 박막의 라미네이팅 면에 전자 회로 패턴을 역방향으로 노광 (S2-3)하고, 전자 회로 역방향 패턴을 위한 라미네이팅 필름을 현상(S2-4)하고, 전자 회로 역방향 패턴을 위한 금속 박막 부식 (S2-5)하고, 전자 회로 역방향 패턴에 남은 라미네이팅 필름을 박리(S2-6)하고 캐리어 필름을 제거(S2-7)하고, 산 처리 및 건조(S2-8)하는 과정은 전술한 도 13의 제조 방법과 동일하다.
이후, 상기 베이스 프리 인쇄 회로 기판의 금속 박막 전자 회로 패턴(200)의 밑면 및/또는 그라운드 접지 패턴(Ground Earth Pattern)을 절연성 그래핀(Graphen) 또는 절연성 CNT(탄소 나노 튜브) 재료의 코팅액으로 도포(S2-9)한다.
그래핀(Graphen) 또는 CNT를 코팅하는 방법으로는 그래핀(Graphen) 또는 CNT를 물, 에탄올(IPA) 또는 아세테이트 등과 같은 용제와 섞어서 스프레이 방법, 그래핀(Graphen) 또는 CNT 페이스트 형태로 도포하는 방법 등이 있다. 열건조기를 통한 건조 또는 UV 처리를 통하여 그래핀(Graphen) 또는 CNT 코팅의 우수한 물성을 확보할 수 있다.
이 때 전기절연성 그래핀(Graphen) 용액 또는 CNT 용액, 그래핀(Graphen) 페이스트 또는 CNT 페이스트를 사용하여 도포할 때는 금속 박막 전자 회로 패턴(200) 및/또는 그라운드 접지패턴이 있는 베이스 프리 인쇄 회로 기판의 밑면 전체에 코팅할 수 있다.

전기전도성 그래핀(Graphen) 용액 또는 CNT 용액이나 그래핀(Graphen) 페이스트 또는 CNT 페이스트로 도포하는 경우에는 금속 박막 전자 회로 패턴(200) 및/또는 그라운드 접지패턴 면만 노출되도록 마스킹 테이프 또는 마스킹 지그 이용하여 금속 박막 전자 회로 패턴(200) 및/또는 그라운드 접지패턴 이 합선(Short circuit) 되지 않도록 코팅해야 된다.
전기전도성 그래핀(Graphen) 또는 전기전도성 CNT(카본 나노 튜브) 도포(710)가 포함된 베이스 프리 인쇄 회로 기판의 예는 도 35에 잘 나타나 있다. 도 35의 예시는 핫 프레스(Hot Press) 공법이나 후술하는 랜드 홀(Land Hole) 레이저 공법 모두에 적용될 수 있음은 당연할 것이다.
그래핀(Graphen)과 CNT(탄소 나도 튜브)는 탄소성분으로 이루어진 섬유복합소재이다. 그래핀(Graphen)은 탄소 원자 한 층으로 되어있는 2차원 평면 형태의 얇은 막 구조 탄소섬유 복합소재 이고, CNT(탄소 나도 튜브)는 탄소 6개로 이루어진 육각형 벌집구조의 탄소 층이 가늘고 길게 연결된 원통(튜브) 형태 구조 탄소섬유 복합소재이다. CNT는 벌집구조 탄소 층에 따라 단층 벽 CNT(SWNT), 복층 벽 CNT(DWNT) 및 다층 벽 CNT(MWNT) 등이 있다.

CNT(탄소 나노 튜브)는 탄소 6개로 이루어진 육각형들이 관(管)모양으로 가늘고 긴 대롱 모양의 다중벽 구조로 연결된 원통(튜브) 모양의 신소재다. 그래핀(Graphen)과 CNT(탄소 나노 튜브)는 강철보다 4배 이상 고강도이고 알루미늄 보다 50% 이상 가벼우며 전기 전도성이 우수하고 열전도성이 자연계에서 가장 뛰어난 다이아몬드를 능가한다.

< 그래핀 및 CNT의 열전도성 비교 >

물질	열전도성 Kcal/m.hr.'C
탄소 나노 튜브	6,000
그래핀	5,000
다이아몬드	1,300~2,400
은	360
구리	320
금	265
알루미늄	175
플라스틱	0.2~0.5
종이	0.03~0.2

위와 같이 구리는 물론 다이아몬드와 같은 기존 다른 물질에 비하여 열전도성이 획기적으로 뛰어난 그래핀(Graphen) 또는 CNT(탄소 나노 튜브)를 PCB 회로 패턴 및 그라운드 접지 패턴(Ground Earth Pattern) 밑면에 코팅 함으로서 열전도성이 더욱 극대화된 베이스 프리 인쇄 회로 기판이 된다.
이어, 랜드 홀(Land Hole) 레이저 가공 방식을 포함하는 본 발명의 베이스 프리 인쇄 회로 기판을 제조하는 다른 방법에 대해서 도 26 내지 도 35를 참조하면서 설명한다.
먼저, 전자 회로 패턴 형성을 위한 금속 박막에 커버레이 필름(Cover Lay Film)을 접착(S3-1)한다. 상기 커버레이 필름은 폴리이미드(Polyimide), PC, PE 또는 PEEK 재질일 수 있다. 도 27에서 알 수 있듯이, 상기 커버레이 필름에는 솔더 랜드 홀이 형성되어 있지 않음을 알 수 있다.
이어, 상기 금속 박막에 현상 필름(Laminating Dry Film)을 라미네이팅(S3-2)하고, 금속 박막의 라미네이팅 면에 전자 회로 패턴의 역방향으로 노광 (S3-3)하고, 전자 회로 역방향 패턴을 위한 라미네이팅 필름현상(S3-4)하고, 전자 회로 역방향 패턴을 위한 금속 박막 부식 (S3-5)을 수행하고, 전자 회로 역방향 패턴에 남은 라미네이팅 필름 박리(S3-6)하는 공정은 상기에서 설명한 바와 동일하거나, 적어도 대응하므로, 상세한 설명은 생략한다. 도 28 내지 도 32는 각각 위 각 단계별 공정이 적용되었을 때의 구성을 예시적으로 보여 주고 있다.
이어, PCB에 LED, 반도체 등 전자 부품을 납땜(Soldering)할 PCB 랜드를 위한 랜드 홀 을 레이저로 가공(S3-7)하는 공정을 실시한다. 도 33은 PCB에 전자 부품을 납땜(Soldering)할 PCB 랜드를 위한 랜드 홀을 레이저로 가공한 후의 구성을 보여 주고 있다.
이어, 산 처리(Mordant) 및 건조(S3-8) 공정을 수행하고, 선택적으로 금속 박막 전자 회로 패턴(200)의 밑면 및/또는 그라운드 접지 패턴(Ground Earth Pattern)을 유기 보호 피막(OSP) 또는 절연 잉크(Resis Ink)으로 도포하거나, 절연성 그래핀(Graphen) 또는 절연성 CNT(탄소 나노 튜브) 재료의 코팅액으로 도포(S3-9)할 수 있다.
또한 선택적으로 전기전도성 그래핀(Graphen) 용액 또는 CNT 용액이나 그래핀(Graphen) 페이스트 또는 CNT 페이스트로 도포할 수도 있다. 전기 전도성 용액을 도포하는 경우에는 금속 박막 전자 회로 패턴(200) 및/또는 그라운드 접지패턴 면만 노출되도록 마스킹 테이프 또는 마스킹 지그 이용하여 금속 박막 전자 회로 패턴(200) 및/또는 그라운드 접지패턴 이 합선(Short circuit) 되지 않도록 코팅해야 된다. 전기전도성 그래핀(Graphen) 또는 전기전도성 CNT(카본 나노 튜브) 도포(710)가 포함된 베이스 프리 인쇄 회로 기판의 예는 도 35에 잘 나타나 있다.
이어, 검사(S3-10) 공정을 수행할 수 있다. 한편, 도시하지는 않았지만, 상기 레이저로 랜드 홀을 가공한 다음 상기 솔더레지스트 커버레이가 개방된 금속 박막 솔더 랜드를 보호하고 LED, 반도체 등 전자부품의 땜(Soldering)이 잘 되기 위한 조치로 유기 보호 피막(OSP)형성 또는 도금 처리를 수행할 수도 있다.
이어, 상기 베이스 프리 인쇄 회로 기판의 제조 방법으로 제조되는 베이스 프리 인쇄 회로 기판을 활용하는 물건에 대해서 설명한다. 본 발명의 베이스 프리 인쇄 회로 기판은 방열 모듈에 사용될 수 있고, 상기 방열 모듈은 LED 조명 모듈 등에 활용될 수 있다.
도 8 내지 도 10 및 도 36 내지 37은상기 베이스 프리 인쇄 회로 기판을 사용하는 방열 모듈에 관한 일 실시예적 도면이다.
본 발명의 고열전도 효율을 위한 보강판 커버레이 일체형 베이스 프리 인쇄 회로 기판(Base Free PCB) 어셈블리 방열 모듈은 LED, 반도체 등 전자 부품이 실장된 고열전도 효율을 위한 베이스 프리 인쇄 회로 기판 어셈블리를 고 열전도성 접착 본드(530), 고 열전도성 패드(550), 고 열전도성 양면 폼 테이프(540)(Foam Tape) 등의 접착물(Adherent)을 단일 또는 복합적으로 사용하거나, 단일 또는 복합적인 접착 자재로 방열판(400)에 접착하여 LED, 반도체 등 전자 부품이 실장된 PCB 어셈블리의 방열기능을 극대화한 구성을 가지는 PCB 어셈블리 방열 모듈이다.
도 8은 본 발명의 고열전도 효율을 위한 베이스 프리 인쇄 회로 기판 어셈블리 방열 모듈의 구조에 관한 일 실시예적 도면으로, 고 열전도성 접착 본드(530)를 사용하여 상기 베이스 프리 인쇄 회로 기판이 방열판(400) 또는 방열 케이스(400)에 결합되어 있음을 보여 주고 있다. 이때 고 열전도성 접착 본드(530)는 전기 절연성이어야 되고 금속 박막 전자회로 패턴이 서로 합선(Short Circuit)이 발생하지 않으면서 동시에 높은 열전도 효율이 가능하도록 정량으로 도포되어 접착되어야 한다. 도 9는 본 발명의 고 열전도성 접착 본드(530)를 사용하는 고열전도 효율을 위한 베이스 프리 인쇄 회로 기판 어셈블리 방열 모듈에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 10은 본 발명의 고열전도 효율을 위한 보강판 커버레이 일체형 인쇄 회로 기판(Base Free FPCB)을 방열판(400) 또는 방열 케이스(400)에 접착하는데 있어서 고 열전도성 양면 폼 테이프(Foam Tape)를 사용하는 고열전도 효율을 위한 베이스 프리 인쇄 회로 기판 어셈블리 방열 모듈에 관한 일 실시예적 도면이다.
도 36은 본 발명의 고열전도 효율을 위한 보강판 커버레이 일체형 인쇄 회로 기판(Base Free PCB)을 방열판(400) 또는 방열 케이스(400)에 접착하는데 있어서 고 열전도성 접착 본드(530)와 고 열전도성 폼 테이프(540)(Foam Tape)를 복합적으로 사용하는 고열전도 효율을 위한 베이스 프리 인쇄 회로 기판 어셈블리 방열 모듈에 관한 일 실시예적 도면이며, 도 37은 본 발명의 고열전도 효율을 위한 보강판 커버레이 일체형 인쇄 회로 기판(Base Free PCB)을 방열판(400) 또는 방열 케이스(400)에 접착하는데 있어서 고 열전도성 접착 본드(530)와 고 열전도성 패드(550)를 복합적으로 사용하는 고열전도 효율을 위한 베이스 프리 인쇄 회로 기판 어셈블리 방열 모듈에 관한 일 실시예적 도면이다.
본 발명의 PCB 어셈블리 금속(Cu)박막 회로 패턴 밑면을 방열판(400)에 접착할 때 고 열전도성 양면 폼 테이프 또는 고 열전도성 접착 본드(530) 등을 이용하여 절연기능을 동시에 가능하게 하고 PCB의 금속 박막 전자 회로 패턴(200) 에 전달된 LED, 반도체 등 전자 부품의 열이 PCB의 각종 보강판 및 추가적인 보강판 접착제 구간을 거치지 않고 고 열전도성 접착 본드(530), 고 열전도성 양면 폼 테이프 등 접착물(Adherent) 구간만 통과하여 방열판(400)에 직접 전도 방열되므로 PCB 자체의 접촉 열저항 요인이 최소화되어 방열 효율이 극대화될 수 있다.
본 발명의 베이스 프리 인쇄 회로 기판이 사용된 방열 모듈은 기존 경질 FR4 PCB, 일반 FPCB 또는 메탈 PCB 등 기존 PCB 어셈블리 방열 모듈 보다 방열 효율이 높기 때문에 방열판(400) 또는 방열 케이스(400) 크기를 줄일 수 있어서 전자 제품의 가볍고 Slim한 설계가 가능하다. 한편, 본 발명의 베이스 프리 인쇄 회로 기판은 기존 일반 인쇄 회로 기판에서 사용되는 보강판을 사용하지 않으므로 일반 FR4 인쇄 회로 기판 또는 메탈 인쇄 회로 기판보다 얇아서 가공성이 좋아진다. 따라서, 본 발명의 베이스 프리 인쇄 회로 기판은 종래의 FR4 PCB 및 메탈 PCB의 제품 곡면디자인 한계를 극복하여 기존의 일반 FPCB를 사용할 때와 같이 각종 제품의 자유로운 곡면 디자인이 가능하다. 기존 일반 FPCB 어셈블리 방열 모듈의 장점인 자유로운 곡면 설계 디자인을 가능하게 하고 전자 제품을 혁신적으로 SLIM하게 디자인할 수 있게 하면서도 기존 일반 FPCB 어셈블리 방열 모듈의 단점인 열전도성 부족 문제를 극복하여 LED 조명을 비롯한 휴대폰, 스마트 폰, 노트북PC, 태블릿 PC, Mobile printer 등과 같이 방열 효율이 필요한 전자 제품의 설계에 효과적으로 사용될 수 있다. 또한 경질 FR4 PCB의 에폭시 보강판(Epoxy Base), 일반 FPCB의 폴리이미드 보강판(Polyimide Base) 또는 메탈 PCB의 알루미늄 보강판(AL Base) 등과 같은 별도의 보강판이 없으므로 인쇄 회로 기판의 원가를 절감할 수 있다.
본 발명의 금속 박막 전자 회로 패턴(200) 밑면에 기존 경질 FR4 PCB의 에폭시 보강판(Epoxy Base), 일반 FPCB의 폴리이미드 보강판(Polyimide Base) 또는 메탈 PCB의 알루미늄 보강판(AL Base) 등과 같은 별도의 보강판이 없으므로 각종 보강판 자체의 열저항(Thermal Resistance)이 없다. 그리고 기존 PCB에 있는 회로 패턴 과 접착제의 접착 경계면, 접착제와 보강판의 경계면이 없기 때문에 각종 경계면에 접촉 열저항(Contact Thermal Resistance)이 없어서 LED, 반도체 등 전자 부품에서 발생하는 열이 금속(예; Cu)박막 회로 패턴 만 거쳐서 방열판(400)에 전달되기 때문에 방열 효율이 극대화될 수 있다.
한편 본 발명의 고 열전도성 베이스 프리 PCB를 사용하여 LED 모듈 PCB 어셈블리를 만들면 LED에서 발생한 열이 방열판(400)으로 전도되는 방열기능이 향상되어 LED의 접합 온도와 방열판 온도 차이가 줄어들게 되므로 동일한 LED 접합온도를 상정하여 방열판(400)을 설계하면 방열판(400) 크기가 줄어서 경량 방열 모듈이 가능하게 된다. 이러한 경량 방열 모듈을 사용하면 크기가 작고 가벼운 LED 조명 개발이 가능하게 되고, 기존 LED 조명제품보다 LED 조명 제품의 LED 모듈 PCB 어셈블리를 곡면으로 설계할 수 있기 때문에 LED 모듈 PCB 어셈블리와 방열판(400) 또는 방열 케이스(400)를 LED 조명 제품의 확산 캡 내부까지 확장하여 외부로 보이는 방열판(400)의 크기를 혁신적으로 줄인 LED 조명 모듈도 가능하게 된다.
도 38 내지 도 40은 본 발명의 고 열전도성 Base free PCB와 이를 활용한 LED 조명 모듈에 대한 예시를 보여 주고 있다. 도 38은 고 열전도성 Base free PCB를 활용하여 설계한 LED PCB에 관한 일 실시예를 보여 주고 있으며, 도 39는 고 열전도성 Base free PCB 모듈을 활용하여 곡면 설계한 방사형 또는 원통형 LED 모듈에 관한 실시예를 보여 주고 있다.
도 40은 일반 경질 METAL PCB를 사용한　LED 조명 램프 구조에 관한 일 실시예적 도면으로, LED 조명 램프의 대부분 구조가 방열케이스로 구성되어 있어서 광 확산 부분은 극히 제한적이고 광 확산 각도가 넓지 못한 문제점이 있다. 또한 LED 조명 램프의 모양이나 구조가 다양하지 못하고 한 것을 알 수 있다.
이에 반해, 도 41에서 알 수 있듯이, 본 발명의 고 열전도성 Base free PCB를 사용하는 경우, LED 조명 램프의 구조 대부분이 광 확산 부분으로 구성되고 광 확산면이 극대화되어 광 확산 각도가 넓어지고 제품크기를 최소화한 LED 조명 램프가 가능하게 된다.
또한 고열전도 효율을 위한 베이스 프리 인쇄 회로 기판은 PCB를 사용하는 제품의 용도, 특성, 크기, 구조 및 설계자의 설계에 따라 플라스틱 수지필름 또는 플라스틱 수지 복합체로 형성되는 보강판 일체형 솔더 레지스트 커버레이(100)의 두께 또는 원재료 물성을 조정하여 일반 FPCB와 같이 연성 특성을 갖는 고 열전도성 FPCB(Flexible PCB)로 만들어지거나 경질 PCB(Rigid PCB)를 만들어질 수도 있다.

삭제

본 발명은 전자 산업, 조명 산업 등에 광범위하게 활용할 수 있다.

10 : 마스킹 커버레이(Masking Cover Lay)
20 : 열경화성 접착 본드
30 : 구리 회로 패턴(Copper Circuit Pattern)
40 : 폴리이미드 보강판(Polyimide Base)
50 : 마스킹 PSR(Masking PSR)
60 : 접착 본드(Bond)
70 : 에폭시 보강판(Epoxy Base)
80 : 절연 폴리이미드 시트(Polyimide Sheet)
90 : 금속 보강판(Metal Base)
95 : 고 열전도성 접착 본드
96 : 방열판 또는 방열 케이스
100 : 솔더 레지스트 커버레이
110 : 연질(Flexible) 솔더 레지스트 커버레이
120 : 경질(Rigid) 솔더 레지스트 커버레이
200 : 금속 박막 전자 회로 패턴
300 : 유기 보호 피막(OSP) 또는 도금
400 : 방열판 또는 방열 케이스
510 : 본딩 시트(Bonding Sheet)
520 : 절연 잉크 또는 유기보호피막(OSP) 또는 절연성 CNT 또는 절연성 그래핀 도포
530 : 고 열전도성 접착 본드
535 : 열경화성 접착 본드
540 : 고 열전도성 폼
545 : 고열전도성 폼에 코팅된 고열전도성 접착 본드
550 : 고 열전도성 패드
810 : 솔더 랜드 홀 가공 이전
820 : 솔더 랜드 홀 가공
830 : 솔더 랜드 홀 가공 이후
840 : 솔더 랜드 홀
610 : 캐리어 필름(Carrier Film)
620 : 현상 필름(Laminating Film)
630 : 노광된 역방향 전자 회로 패턴
640 : 현상된 라미네이팅 필름
645 : 전자 회로 외 부분 현상하여 제거된 라미네이팅 필름
650 : 전자 회로 외 부식되어 제거된 금속 박막
660 : 박리된 노광된 현상필름((Laminating Film)
670 : 제거 된 캐리어 필름
680 : 산 처리 및 건조된 역방향 전자 회로 패턴
710 : 전도성 그래핀(Graphen) 또는 CNT(탄소 나노 튜브) 도포
730 : 접착 본드
750 : 금속 박막
760 : 레이저 홀 가공

Claims

베이스 프리 인쇄 회로 기판 제조 방법에 있어서,
(A) 솔더 레지스트 커버레이와 금속 박막을 접착하는 단계;
(B) 상기 금속 박막 밑면에 현상 필름을 라미네이팅 하는 단계;
(C) 상기 현상 필름에 전자 회로 패턴의 역방향 노광을 실시하여, 상기 현상 필름에 역방향 전자 회로 패턴을 형성하는 단계;
(D) 상기 현상 필름을 현상하고, 상기 금속 박막에 상기 역방향 전자 회로 패턴을 생성하기 위해 상기 금속 박막을 부식시키는 단계; 및
(E) 상기 솔더 레지스트 커버레이 반대쪽의 금속 박막으로 형성된 역방향 전자 회로 패턴의 보호 처리를 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 베이스 프리 인쇄 회로 기판 제조 방법.
제 1항에 있어서,
(E-1) 상기 (D) 단계 이후와 상기 (E) 단계 전에, 또는 상기 (E) 단계와 동시에 상기 솔더 레지스트 커버레이 쪽 표면에 솔더 랜드의 보호 처리를 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 베이스 프리 인쇄 회로 기판 제조 방법.
제 2항에 있어서
상기 솔더 랜드의 보호 처리는
유기 보호 피막을 생성시키는 것인 것이거나, 기 설정된 도금을 부가하는 것인 것을 특징으로 하는 베이스 프리 인쇄 회로 기판 제조 방법.
제 1항에 있어서,
(B-1) 상기 (B) 단계 전 또는 상기 (B) 단계 이후와 상기 (C) 단계 전에 상기 솔더 레지스트 커버레이 윗면에 캐리어 필름을 부착하는 단계;를 더 포함하며,
상기 (D) 단계 이후와 상기 (E) 단계 전에,
(D-1) 상기 (D) 단계의 실시 후에 남아 있는 상기 현상 필름을 박리하는 단계;
(D-2) 상기 (B-1) 단계에서 부착된 캐리어 필름을 제거하는 단계; 및
(D-5) 세척 처리 및 건조하는 단계;를 더 실시하는 것인 것을 특징으로 하는 베이스 프리 인쇄 회로 기판 제조 방법.
제 1항에 있어서,
상기 (E) 단계의 역방향 전자 회로 패턴의 보호 처리는 상기 솔더 레지스트 커버레이 반대쪽의 역방향 전자 회로 패턴 쪽 표면에 기 설정된 코팅 처리를 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 베이스 프리 인쇄 회로 기판 제조 방법.
제 5항에 있어서,
상기 코팅 처리는
유기 보호 피막을 생성시키는 것인 것이거나, 절연 잉크를 도포하는 것인 것을 특징으로 하는 베이스 프리 인쇄 회로 기판 제조 방법.
제 5항에 있어서,
상기 코팅 처리는 그래핀(Graphen) 또는 탄소 나노 튜브(CNT)로 코팅하는 것인 것을 특징으로 하는 베이스 프리 인쇄 회로 기판 제조 방법.
제 1항에 있어서,
상기 솔더 레지스트 커버레이는 솔더 랜드 홀이 가공된 것인 것을 특징으로 하는 베이스 프리 인쇄 회로 기판 제조 방법.
제 8항에 있어서,
상기 솔더 랜드 홀은 상기 (A) 단계 전에 프레스 스탬핑, 톰슨 방식 또는 롤투롤 공법 등으로 가공된 것인 것을 특징으로 하는 베이스 프리 인쇄 회로 기판 제조 방법.
제 8항에 있어서,
상기 솔더 랜드 홀은 상기 (D) 단계 이후와 상기 (E) 단계 전에, 또는
(D-5) 단계 전에 레이저로 가공된 것인 것을 특징으로 하는 베이스 프리 인쇄 회로 기판 제조 방법.
제 1항에 있어서,
상기 솔더 레지스트 커버레이와 상기 금속 박막은 열압착(Hot Press) 방식 또는 롤투롤 공법 등으로 접착된 것인 것을 특징으로 하는 베이스 프리 인쇄 회로 기판 제조 방법.
제 1항에 있어서,
상기 (D) 단계 이후와 상기 (E) 단계 전에,
(D-3) 상기 (D) 단계의 실시 후에 남아 있는 상기 현상 필름을 박리하는 단계;
(D-4) 랜드 홀(Land Hole)을 레이저로 가공하는 단계;
(D-5) 세척 처리 및 건조하는 단계;를 더 실시하는 것인 것을 특징으로 하는 베이스 프리 인쇄 회로 기판 제조 방법.
제 1항에 있어서,
상기 솔더 레지스트 커버레이의 두께는 10um 내지 100um인 것인 것이며,
선택적으로 상기 솔더 레지스트 커버레이는 폴리이미드(POLYIMIDE), PET, PC, PE, PEEK 중 어느 하나의 소재인 것인 것을 특징으로 하는 베이스 프리 인쇄 회로 기판 제조 방법.
제 1항에 있어서,
상기 솔더 레지스트 커버레이의 두께는 100um 이상인 것인 것이거나, 고강도 플라스틱 수지로 된 것인 것을 특징으로 하는 베이스 프리 인쇄 회로 기판 제조 방법.
제 1항에 있어서,
상기 (A) 단계, 상기 (B) 단계, 상기 (C) 단계 및 상기 (D) 단계 중 어느 한 단계 이상에는 롤투롤 공법이 적용되는 것인 것을 특징으로 하는 베이스 프리 인쇄 회로 기판 제조 방법.
제 1항 내지 제15항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되는 베이스 프리 인쇄 회로 기판.
제 16 항의 상기 베이스 프리 인쇄 회로 기판을 사용하는 것을 특징으로 하는 방열 모듈.
제 17항에 있어서,
상기 방열 모듈은
상기 베이스 프리 인쇄 회로 기판;
열전도성 매체; 및
방열 매체;를 포함하여 구성되는 것인 것을 특징으로 하는 방열 모듈.
제 18항에 있어서,
상기 열전도성 매체는 열전도성 접착 본드, 열전도성 폼 테이프, 열전도성 폼 패드 또는 열전도성 그리스 중 어느 하나 또는 하나 이상 복합적인 것을 특징으로 하는 방열 모듈.
제 18항에 있어서,
상기 방열 매체는 방열판 또는 방열 케이스 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방열 모듈.
제 16항의 베이스 프리 인쇄 회로 기판을 사용하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 모듈.
제 18항의 방열 모듈을 사용하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 모듈.