KR101391187B1 - 방열특성이 향상된 플렉서블 모듈 및 이의 제조 방법 - Google Patents

방열특성이 향상된 플렉서블 모듈 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방열재료를 포함하는 방열층; 상기 방열층 상에 형성되며 상기 방열층과 하기 절연층을 접합하는 접합층; 상기 접합층 상에 형성되어 하기 패턴화된 배선층을 지지하는 절연층; 상기 절연층 상에 형성되고 도전성 페이스트 조성물의 프린팅 방법에 의해 패턴화된 배선층; 및 상기 패턴화된 배선층상에 형성된 무전해 금속 도금층;을 포함하는 인쇄회로 기판, 이의 제조방법 및 상기 인쇄회로 기판의 LED용 방열 플렉시블 모듈에 관한 응용에 관한 것이다.

Description

방열특성이 향상된 플렉서블 모듈 및 이의 제조 방법{FLEXIBLE MODULE WITH ENHANCED RADIATING ABILITY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 방열특성이 향상된 플렉서블 모듈 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방열층과 도전성 페이스트 인쇄회로층을 포함하는 인쇄회로 기판, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 LED용 방열 플렉시블 모듈에 관한 것이다.
본 발명에 의한 인쇄회로 기판은 향상된 전기전도성과 경량화 및 향상된 방열특성을 가질 수 있어 LED용 방열 플렉시블 모듈로 응용가능하다.
일반적으로 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: PCB)은 집적회로, 저항기 또는 스위치 등의 전기적 부품들이 납땜되는 얇은 판으로서, 대부분의 컴퓨터, 각종 표시장치등에 사용되는 회로는 이 인쇄회로기판에 설치된다.
상기 인쇄회로기판(PCB)을 제작하는 일반적인 방법으로 에칭법 및 전도성 페이스트를 이용한 방법 등이 있다. 상기 에칭법은 고분자 수지의 절연성 소재에, 도체인 동박을 캐스팅, 라미네이팅, 스퍼터링 방법을 통하여 적층판을 제조하고, 여기에 포토리소그래피 공법을 적용하여 동박중에 불필요한 부분을 약품으로 용해 제거하여 필요한 도체 패턴만을 남김으로써 인쇄회로기판을 제조하는 방법이다. 이와 같은 에칭법은 양산성이 우수하여 널리 사용되고 있으나, 에칭법은 여러 개의 공정으로 이루어져 있기 때문에 시설설비가 많이 요구되며, 공정수도 많아 생산원가가 높아진다는 문제점이 있다. 또한, 이와 같은 에칭법은 인체에 해로운 에칭용액을 사용하기 때문에 이들 에칭용액을 수거하여 처리해야함으로써, 환경 친화적이지 못한 단점이 있고, 또한 에칭공정에 사용되는 포토레지스트의 가격이 높고, 구리층을 식각하여 제거함으로써 재료의 로스가 많은 문제점이 있다.
상기 에칭법의 문제점을 해결하기 위해 회로 패턴(Circuit Pattern) 소재인 동박(Copper Clad)을 도전성 잉크/페이스트(Conductive Ink/Paste)로 대체하여 저렴한 인쇄회로기판(PCB)을 제작하는 기술이 에칭법을 대체하고 있다.
상기 도전성 잉크는 통상적으로 수~수십 나노미터 직경의 금속 입자를 용매에 분산시킨 소재로, 도전성 잉크를 기판에 인쇄하고, 소정의 온도에서 열을 가하면, 분산제 등의 유기 첨가물이 휘발되고, 금속 입자 사이의 공극이 수축 및 소결(Sintering)되어 전기 및 기계적으로 서로 연결된 도체가 형성된다. 또한 상기 도전성 페이스트는 통상적으로 수백~수천 나노미터 직경의 금속 입자를 접착성이 있는 수지(Resin)에 분산시킨 소재로, 도전성 페이스트를 기판에 인쇄하고, 소정의 온도에서 열을 가하면, 수지가 경화(Curing)되고, 금속 입자 사이의 전기 및 기계적 접촉이 고정되어 서로 연결된 도체가 형성될 수 있다.
그러나 상술한 도전성 페이스트 등을 구비한 인쇄회로기판의 경우, 기존의 일반적인 페이스트들은 기판과의 접착력 강도를 향상시키기 위하여 바인더성분을 포함하고 있어, 이에 의한 전도성의 감소가 곧 저항수치의 증가로 이어질 수 있다.
또한 전도성 물질의 입자크기가 마이크로급(3-10um)으로 큰 경우, 상기 페이스트는 입자사이의 바인더 양이 더 많아지게 됨으로서 저항의 수치를 더 높게 유발시킬 수 있다.
이러한 문제점을 해결할 수 있는 방안으로서, 상기 도전성 페이스트의 배선층상에 전해도금(electroplating)에 의한 금속층을 20 - 30um 형성하여 전도성을 증가시키는 방법이 제시되고 있다.
상기 도전성 페이스트 배선층상에 전해도금을 통해 금속층을 형성하는 종래기술로서, 공개특허공보 제10-2010-0064494호에서는 기판에 도전성 입자를 포함하는 페이스트 조성물로 패턴을 인쇄하고, 상기 기판을 전해도금하는 단계를 포함하는 직접 인쇄방법에 관해 기재되어 있고, 또한 공개특허공보 10-2010-0013033호에서는 기판에 도전성 페이스트 등을 인쇄하여 배선을 형성하고 이의 상부에 용융점이 높은 금속을 전해도금하여 주도금 층(Primary Plating Layer)을 형성하는 방법을 포함하는 인쇄회로 기판의 제조에 관한 방법이 기재되어 있다.
그러나, 상기 도전성 페이스트상에 전해도금을 통한 금속층을 형성함으로써 상기 배선층의 전기 전도도를 향상시키는 방법은 전해 도금의 진행시 전도성 페이스트의 저항이 큼으로 인해 도금이 제대로 되지 않거나 저항의 편차에 의해 도금두께도 크게 편차가 발생되어 진다.
예를 들어, LED용 플렉시블 모듈로 사용하기 위해 절연층상에 전도성 페이스트를 이용하여 배선을 형성하는 경우를 살펴보면, 상기 절연층상에 형성될 배선은 배선폭에 대비하여 배선의 길이가 매우 긴 형태로 배선을 형성해야 하나, 이를 전해도금을 이용하여 배선을 형성하는 경우, 배선의 시작점은 전극에 가깝게 위치하고 있어 금속의 환원반응이 잘 일어나게 되어 상기 전도성 페이스트층 상에 도금층이 원활하게 형성될 수 있으나, 페이스트층을 포함하는 배선층이 시작점에서부터 멀어질수록 페이스트의 전기전도도가 금속에 비해 좋지 않으며, 전도성 페이스트의 길이에 따른 저항의 존재로 인해 금속이온의 환원반응의 효율이 떨어지게 된다. 따라서 배선이 전극의 시작점에서 멀어질수록 형성되는 도금층의 두께는 얇아질 수 있고, 심지어는 배선이 불연속적으로 도금이 형성될 수도 있다.
이를 해결하기 위해서 도금층의 두께를 두껍게 하게 되면, 최종적으로 제조되는 회로기판의 두께가 두꺼워지는 단점을 가지며 또한 높은 두께로 인한 인쇄시 불량발생 원인을 제공하기도 한다.
또한, 상기 도금층의 두께를 두껍게 하기 위해 전해도금시 도금량을 증가시키게 되는 경우에, 배선층의 상단부분만이 도금되지 않고 배선층의 측면부에도 도금이 될 수 있어, 도금량을 증가시게 되는 경우 배선 라인간의 폭(피치폭)을 좁게 형성할 수 없는 단점이 있다.
한편, 상기 인쇄회로기판 상에 전자부품을 사용하여 전자회로를 구성할 때 가장 문제가 되는 분야중의 하나가 열이 발생되는 부품의 열에 대한 대책이다. 즉, 전자부품에 정해진 전압이 가해지면 전류가 흐르게 되고, 이것은 필연적으로 저항손실에 의한 열이 발생하게 된다. 이때 열의 발생이 미약해 자연공냉으로 동작에 지장이 없는 전자부품도 있지만, 열이 많이 발생되어 자연 공냉만으로는 한계가 있어 계속적으로 전자부품의 온도가 올라가는 발열부품들의 경우에는 온도상승으로 인한 전자부품의 오동작 및 파손이 문제되는 경우가 있고, 이러한 발열은 전체 전자제품의 신뢰성에 문제를 야기한다.
예를 들어, LCD TV 백라이트뿐만 아니라 점차적으로 조명에도 그 용도가 확대되고 있는 LED는 구동시 일반 램프와 달리 빛과 열을 발산하게 되는데 빛은 약 20~30%, 열은 70~80%를 차지하게 된다. 특히 구동시 발생되는 열을 빠르게 방열시켜야 광효율도 좋아지게 되는데 이러한 발열을 효과적으로 전달시키기 위해서는 일반적으로 금속 기판을 사용한다.
일반적으로 회로에 의해 발생된 열을 방열 및 냉각시키기 위해 기판하부에 방열판을 구비할 수 있으며, 기존의 기판소재로서 알루미늄, 마그네슘 등의 금속이 주로 이용되고 있으며, 상기 방열판에 대한 다양한 재료와 구조에 관한 종래기술로서, 공개특허공보 제10-2012-0082947호(2012.07.24)에서는 알루미늄 기재층, 상기 알루미늄 기재층상에 접착층, 수지층, 접착층 및 구리층 또는 알루미늄층이 적층된 방열적층체에 관한 기술이 기재되어 있고, 공개특허공보 제10-2012-0072801호(2012.07.04.)에서는 아노다이징에 의한 제1 절연층을 형성하고, 전착도장하여 제2 절연층을 형성하여 회로를 형성한 전착도장을 이용한 고방열기판 및 이의 제조방법에 관해 기재되어 있다.
그러나 종래기술을 이용한 방열층을 포함하는 인쇄회로기판에 있어, 전도성 페이스트상에 형성되는 도금층이 배선의 시작부분으로부터 끝부분까지 균일하면서도 불연속부분이 없으며 배선층의 전기 전도도를 향상시킬 수 있는 새로운 개념의 방열기판에 관한 연구개발의 필요성은 지속적으로 요구되고 있는 실정이다.
공개특허공보 제10-2010-0064494호(2010.06.15)
공개특허공보 제10-2010-0013033호(2010.02.09)
공개특허공보 제10-2012-0082947호(2012.07.24)
공개특허공보 제10-2012-0072801호(2012.07.04.)
따라서 상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 전도성 페이스트를 이용하여 절연층상에 패턴화된 배선을 형성하고 이에 금속 도금층이 형성되며, 상기 절연층의 하부에는 방열층을 포함하는 인쇄회로 기판에 있어, 형성되는 도금층이 배선의 시작부분으로부터 끝부분까지 균일하면서도 불연속부분이 없으며, 얇고 전기전도성이 우수한 금속 도금층이 형성된 인쇄회로 기판 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기 인쇄회로기판을 이용하여 전기전도성이 우수한 특성과 배선층의 균일화 및 두께를 줄임으로써 발열을 줄일 수 있고 제품을 슬림화할 수 있는 LED용 방열 플렉서블 모듈을 제공하는 것을 발명의 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은 방열재료를 포함하는 방열층; 상기 방열층 상에 형성되며 상기 방열층과 하기 절연층을 접합하는 접합층; 상기 접합층 상에 형성되어 하기 패턴화된 배선층을 지지하는 절연층; 상기 절연층 상에 형성되고 도전성 페이스트 조성물의 프린팅 방법에 의해 패턴화된 배선층; 및 상기 패턴화된 배선층상에 형성된 무전해 금속 도금층;을 포함하는 인쇄회로 기판에 있어서, 상기 패턴화된 배선층 상부와 무전해 금속도금층의 사이에는 무전해 금속도금층을 형성하기 위한 시드금속층이 형성되며, 상기 시드금속층을 형성하기 위한 금속은 Au, Ag, Pt, Cu, Ni, Fe, Pd, Co 또는 이들의 합금에서 선택되는 어느 하나의 시드 금속성분과, 상기 시드 금속 성분이외의 다른 금속성분의 할라이드, 설페이트, 또는 아세테이트로부터 선택되는 전이금속 염을 이용한 추가적인 전이금속성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로 기판을 제공한다.
일 실시예로서, 상기 절연층은 폴리뷰틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리술폰, 폴리에테르, 폴리에테르이미드, 내열성 에폭시(Epoxy), 유리, 실리콘, 폴리아릴레이트 및 폴리이미드, 펄성분을 함유한 종이, 세라믹, FR-4 중에서 선택되는 어느 하나이상의 재료가 사용될 수 있다.
일 실시예로서, 상기 패턴화된 배선층상에 형성된 무전해 금속 도금층의 두께는 1 um 내지 10 um 이며, 무전해 금속 도금에 사용되는 금속은 Cu, Sn, Ag, Au, Ni 또는 이들의 합금에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
일 실시예로서, 상기 무전해 금속 도금층상에 전기전도도를 향상시키기 위해, 전해 금속 도금층 또는 무전해 금속 도금층이 추가적으로 형성될 수 있다. 이 경우에 추가적으로 형성되는 전해 금속도금층의 금속성분은 Ni, Cu, Sn, Au, Ag 또는 이들의 합금 중에서 선택되는 어느 하나이거나 또는 Ni-P 합금이고, 추가적으로 형성되는 상기 무전해 금속도금층의 금속성분은 Cu, Sn, Ag, Au, Ni 또는 이들의 합금에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
일 실시예로서, 상기 도전성 페이스트 조성물은 전도성 Ag 페이스트, 전도성 Cu 페이스트, 전도성 폴리머, 그라비아용 페이스트 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
일 실시예로서, 상기 도전성 페이스트 조성물의 입자크기는 10 nm 내지 10 um의 범위일 수 있다.
삭제
일 실시예로서, 상기 패턴화된 배선층상에 형성되는 무전해 금속 도금층은 구리 도금층이며, 상기 무전해 금속 도금층상에 추가로 형성된 전해 금속 도금층, 또는 추가로 형성된 무전해 금속도금층은 각각 구리 도금층이거나 은 도금층일 수 있다.
일 실시예로서, 상기 방열층은 알루미늄, 구리, 니켈, 철, 마그네슘, 세라믹, 고분자 중에서 선택되는 어느 하나의 열전도가 우수한 시트, 또는 양극산화처리(아노다이징)된 금속판을 포함하여 이루어지거나, 또는 상기 알루미늄, 구리, 니켈, 철, 마그네슘, 카본나노튜브(CNT), 그래핀, 세라믹, 고분자 중에서 선택되는 어느 하나의 분말 또는 이들의 혼합 분말이 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명은 방열재료를 포함하는 방열층과 절연층을 접합재료를 이용하여 접합함으로써 방열층이 접합된 절연층을 형성하는 단계; 상기 방열층이 접합된 절연층의 상부에 전도성 Ag 페이스트, 전도성 Cu 페이스트, 전도성 폴리머, 그라비아용 페이스트 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 페이스트 조성물을 미리 정한 패턴으로 인쇄하여 패턴화된 배선층을 형성하는 단계; 상기 배선층의 상부에 무전해 도금층을 형성하기 위해 Pd, Au, Ag, Pt, Cu, Ni, Fe, Co 또는 이들의 합금에서 선택되는 어느 하나의 시드 금속성분과, 상기 시드 금속 성분이외의 다른 금속 할라이드, 설페이트, 아세테이트로부터 선택되는 전이금속 염을 이용하여 추가적인 전이금속성분이 함유되도록, 시드 금속층을 형성시키는 단계; 및 상기 시드금속층이 형성된 이후에 전이금속을 무전해 도금하여 무전해 도금층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 절연층의 상부에 전도성 Ag 페이스트, 전도성 Cu 페이스트, 전도성 폴리머, 그라비아용 페이스트 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 페이스트 조성물을 미리 정한 패턴으로 인쇄하여 패턴화된 배선층을 형성하는 단계; 상기 배선층의 상부에 무전해 도금층을 형성하기 위해 Pd, Au, Ag, Pt, Cu, Ni, Fe, Co 또는 이들의 합금에서 선택되는 어느 하나의 시드 금속성분과, 상기 시드 금속 성분이외의 다른 금속 할라이드, 설페이트, 아세테이트로부터 선택되는 전이금속 염을 이용하여 추가적인 전이금속성분이 함유되도록, 시드 금속층을 형성시키는 단계; 상기 시드금속층이 형성된 이후에 무전해 도금에 의해 무전해 금속 도금층을 형성하는 단계; 및 상기 패턴화된 배선층과 무전해 도금층을 포함하는 절연층의 하부를 접합재료를 이용하여 방열재료를 포함하는 방열층과 접합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 제조 방법을 제공한다.
또한 본 발명에서 상기 무전해 도금층을 형성하는 단계이후에, 상기 패턴화된 배선층 및 무전해 금속 도금층으로 이루어진 배선의 전기전도도를 향상하기 위해, 전해 금속 도금층 또는 무전해 금속 도금층을 추가적으로 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 도전성 페이스트 조성물의 입자크기는 10 nm 내지 10 um의 범위이고, 무전해 금속 도금층의 두께는 1 um 내지 10 um 일 수 있다.
삭제
본 발명의 방열층을 포함하는 인쇄회로기판은 전도성 페이스트층 상에 형성된 무전해 도금층을 형성함으로써 종래의 에칭방법을 이용한 회로기판에 비해 공정의 단순화 및 친환경적인 방법인 장점이 있으며, 종래의 전도성 페이스트층 상에 전해 도금층을 형성한 인쇄회로기판에 비하여 금속 도금층이 균일하게 형성될 수 있고, 또한 배선의 전기전도도가 향상됨에 따라, 도금층의 높이를 낮게 할 수 있고 배선간의 선폭을 좁게 할 수 있으며, 발열을 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명의 방열층을 포함하는 인쇄회로기판은 LED용 방열 플렉서블 모듈로 이용되는 경우에 전기전도성이 우수한 특성과 배선층의 균일화 및 두께를 줄임으로써 발열을 줄일 수 있고 제품을 슬림화할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판의 단면도를 나타낸 그림 이다.
도 2는 본 발명에서의 절연층의 제조시 두께에 따른 열전도도와 내전압과의 상관관계를 도시한 그림이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 인쇄회로기판의 제조방법을 나타낸 순서도를 나타낸 그림이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 인쇄회로기판의 제조방법을 나타낸 순서도를 나타낸 그림이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무전해 도금 및 전해도금공정에 따라 제조된 인쇄회로기판의 전기전도도를 도시한 그림이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 본 발명의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
본 발명에서 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판의 단면도를 나타낸 그림이다.
상기 도 1에서 볼 수 있듯이, 본 발명에 따른 인쇄회로기판은 방열재료를 포함하는 방열층(11); 상기 방열층 상에 형성되며 상기 방열층과 하기 절연층을 접합하는 접합층(12); 상기 접합층 상에 형성되어 하기 패턴화된 배선층을 지지하는 절연층(13); 상기 절연층 상에 형성되고 도전성 페이스트 조성물의 프린팅 방법에 의해 패턴화된 배선층(14); 및 상기 패턴화된 배선층상에 형성된 무전해 금속 도금층(15);을 포함하여 이루어진다.
본 발명에 있어서, 상기 방열재료를 포함하는 방열층(11)은 열전도율이 높은 금속재료, 세라믹 재료, 또는 고분자재료로 형성되는 것이 바람직하고, 판(시트) 형태 또는 상기 재료의 분말의 성형된 시트로 이루어질 수 있다. 상기 방열재료를 적층하는 경우에 선택적으로 굴곡성이 양호한 성질을 나타내는 것이 요구될 수 있다.
상기 방열재료로서는 알루미늄, 구리, 니켈, 철, 마그네슘, 세라믹, 고분자 중에서 선택되는 어느 하나의 열전도가 우수한 재료의 시트형태를 포함하여 이루어지거나, 또는 상기 알루미늄, 구리, 니켈, 철, 마그네슘, 카본나노튜브(CNT), 그래핀, 세라믹, 고분자 중에서 선택되는 어느 하나의 분말 또는 이들의 혼합 분말이 성형된 시트 형태가 사용될 수 있다. 여기서 상기 방열 재료로서 상기 분말 또는 이들 혼합 분말이 사용되는 경우에 상기 분말의 평균입경은 0.1 um 내지 10 um의 범위일 수 있다.
상기 방열층의 두께는 전자기기의 경량성, 박형화에 기여하고 가공성 또는 안정성에 영향을 미치게 되므로, 최종 제품의 요구물성에 따라 적절히 조절될 수 있으나, 통상 50 um 이상 10 mm이하의 두께범위를 가질 수 있고, 바람직하게는 100 um 이상 800 um 이하의 범위를 가질 수 있다.
상기 방열층은 경우에 따라 고분자 재료로 이루어진 수지층에 의해 추가적으로 둘러쌓일 수 있다. 이 경우에 상기 수지층의 고분자 재료는 폴리뷰틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리술폰, 폴리에테르, 폴리에테르이미드, 내열성 에폭시(Epoxy), 아크릴 수지, 폴리아릴레이트 및 폴리이미드로부터 선택되는 어느 하나이상의 재료일 수 있다.
또한 본 발명에서 상기 방열층은 양극산화처리(아노다이징)된 금속판으로서 바람직하게는 알루미늄, 또는 마그네슘의 양극산화처리(아노다이징)에 의해 형성된 것일 수 있다.
상기 알루미늄, 또는 마그네슘이 양극산화처리되면 내부는 금속의 특성을 그대로 가지고 있으면서 금속의 표면만 산화 되어 특성이 바뀌게 된다. 따라서 상기 양극산화처리에 의해 그 표면이 금속산화물로 변환되어 절연막을 형성할 수 있고 내화학성, 전기 절연성, 방열성을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 금속판을 양극산화처리(아노다이징)를 하는 경우, 방열성은 유지 하면서 표면 내전압은 500V~1000V 내외로 특성이 나타날 수 있어, 이렇게 처리된 기판은 방열 기판의 전기적 특성을 내지 못할 수 있기 때문에 상기 베이스 기판상에 별도의 절연층(13)을 포함할 수 있고, 이는 본 발명에서의 상기 절연층(13)에 의해 해결될 수 있는 것이다.
이를 도 1에 게재된 단면도와 비교하여 설명하면, 상기 금속판의 표면이 양극산화처리됨으로써 금속산화물로 이루어진 방열층(11)이 형성되고, 이에 상기 접합층(12), 절연층(13), 배선층(14) 및 금속도금층(15)이 형성되는 것이다.
본 발명에서 상기 방열층은 접합재료에 의해 절연층과 접합되고, 상기 접합재료는 접합층을 이룰 수 있다.
여기서 상기 접합재료는 상기 방열층과 절연층을 접착 또는 점착할 수 있는 성질을 나타내는 재료이면 어느 것이나 사용가능하며, 바람직하게는 비전도성 필름이나 시트 또는 패드 타입일 수 있으며, 고온에서도 접착력이 유지되는 물질을 사용할 수 있다. 예를 들면, 아크릴계 양면 접착필름, 핫멜트 타입 EVA(초산비닐수지) 접착필름, 부틸 고무계 스프레이타입 접착필름에서 선택되는 양면 접착 필름을 합지하여 사용할 수 있고, 일정 조건에서 경화되어 접착성을 가지며, 접착된 후에는 높은 내열도와 화학적 안정성을 띠는 성질을 사용 수 있다. 또한, 상기 접합층은 아크릴계 접착제, 핫멜트 타입 EVA(초산비닐수지) 접착제, 부틸 고무계 접착제 중에서 선택되는 비전도성 접착제를 분사하여 접합층을 형성하고 상기 절연층과 방열층을 접합함으로써 형성될 수 있다.
또한 상기 접합층은 방열 특성이 우수한 열전도성 점착제를 사용 할 수 있다. 점착제의 특성은 고온에서 경화 된 이후 열을 받더라도 변성 되지 않는 특성을 가지는 점착제이면 종류에 상관없이 가능 하되, 점착제의 특성은 열전도성이 높아야 하며, 에폭시계, 아크릴계, 실리콘계 등을 사용 할 수 있다.
상기 접합층의 두께는 5 내지 100 um의 범위를 가질 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 60 um를 가질 수 있다. 일 예로서, 상기 아크릴계 양면 접착 필름은 총 두께 50 um로 20um의 PET 필름을 사이에 두고 아크릴계 접착필름이 각각 15 um 의 두께로 접착층으로 형성되며, 접착력은 5 내지 20 N/25mm 일 수 있다.
또한 핫멜트 타입의 EVA(초산비닐수지) 양면 접착필름은 총 두께 50um PET 필름을 사이에 두고 위아래 20um씩 EVA 접착층이 형성되며, 접착력은 5 내지 20 N/25mm 일 수 있다. 또한 부틸 고무계 스프레이타입 필름도 마찬가지의 두께와 물성을 가진 것을 사용하여 비전도성 접착 필름으로 형성할 수 있다.
또한 상기 비전도성 접착제를 분사하는 경우에도 상기 비전도성 접착필름을 합지하는 경우에 사용된 접착필름에 해당하는 물성의 접착제를 분사하여 본 발명의 비전도성 접착층을 형성할 수 있다.
상기 방열층이 접합된 절연층은 절연층으로서 폴리뷰틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리술폰, 폴리에테르, 폴리에테르이미드, 내열성 에폭시(Epoxy), 폴리아릴레이트 및 폴리이미드에서 선택되는 어느 하나의 수지층, 유리, 실리콘, 펄성분을 함유한 종이, 세라믹, FR-4 중에서 선택되는 재료로 이루어진 필름층을 점착제를 통해 상기 방열층에 부착시키고 이를 진공 핫프레스 공정 등을 통해 라미네이팅함으로써 이루어질 수 있다.
상기 절연층은 상기 방열층과 배선층사이를 절연하면서도 열 전도성을 좋게 하는 성질의 재료이면 어느 것이나 사용가능하며, 또한, 상기 절연층은 높은 내전압과 내열도를 가지는 것이 바람직하며, 내열도는 200 ℃이상, 바람직하게는 250 ℃이상의 값을 가지는 것이 좋다.
또한 상기 절연층은 유연한 기판 제작을 위해 필름형태를 사용할 수 있으며, 필요에 따라서 필름형태가 아니더라도 열전도성이 높은 고무계, 아크릴계, 에폭시계, 실리콘계의 재질을 코팅 할 수 있다.
상기 절연층은 필름형태로 사용되는 경우, 상기 절연층을 구성하는 재료로 이루어진 필름이 사용가능하며, 구체적인 필름의 종류로서 폴리이미드 필름, 화이트 폴리이미드 필름, 투명 폴리이미드 필름, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 반사 필름, 폴리카보네이트 반사필름 등이 사용될 수 있다.
상기 절연층의 두께는 방열 특성을 향상 시키기 위해서는 절연층의 두께는 얇아야 하나, 상기 절연층이 얇아지게 되면 내전압 특성(절연 기구물이 파괴되지 않고 견딜 수 있는 최고 전압으로서, 일반적으로 사용되는 MPCB의 경우 5,000 V/1분을 견뎌야 함.)은 떨어지게 되어 양 특성의 균형점을 찾아 적절히 조절되어야 한다.
도 2는 본 발명에서의 절연층의 제조시 두께에 따른 열전도도와 내전압과의 상관관계를 도시한 그림이다. 이를 보다 상세히 살펴보면, 기판의 상단에서 열이 발생하는 경우 절연층의 두께가 줄어들수록 세로축에서 열전도도는 높아지게 되나, 내전압특성(세로축)이 좋지 않으며, 가로축의 절연층 두께가 증가함에 따라 세로축의 내전압특성은 증가함에 반해 또 다른 특성인 방열특성을 나타내는 열전도도(세로축)는 낮아지게 되는 것을 볼 수 있다.
따라서 본 발명에서 사용되는 절연층의 두께는 5 um 내지 100um, 바람직하게는 12um 내지 25um 의 범위를 갖는 것이 바람직할 수 있다.
또한 상기 절연층상에 형성되는 도전성 페이스트 배선층은 인쇄방식에 의해 도전성 페이스트 조성물을 프린트함으로써 형성될 수 있다.
또한 본 발명에서 사용되는 도전성 페이스트는 전기 전도성이 있는 물질의 입자를 포함하며, 이는 도전성이 있는 금속, 비금속 또는 이들의 산화물, 탄화물, 붕화물, 질화물, 탄질화물의 분말과 카본블랙과 흑연 등 탄소계 분말을 포함한다. 상기 도전성 페이스트 입자는 예를 들어 금, 알루미늄, 구리, 인듐, 안티몬, 마그네슘, 크롬, 주석, 니켈, 은, 철, 티탄 및 이들의 합금과 이들의 산화물, 탄화물, 붕화물, 질화물, 탄질화물의 입자를 포함할 수 있다. 상기 입자의 형태는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 판형, 파이버 형과 나노 크기의 나노입자 나노튜브 등이 사용될 수 있다. 이러한 도전성 입자는 단독 또는 조합하여 사용될 수 있다.
또한 상기 도전성 페이스트는 잉크젯 프린팅 등에서 사용되는 전도성 잉크와는 달리, 기판과의 접착성을 향상시키기 위해 바인더를 추가적으로 포함할 수 있으며, 일반적으로 에폭시 수지, 페놀수지(페놀+포롬알데하이드) 폴리우레탄수지, 폴리아미드수지, 아크릴수지, 우레아/멜라민수지, 실리콘 수지 등의 유기계 바인더를 사용할 수 있으나, 상기 도전성 페이스트의 배선층 형성후에 화학 도금을 형성하는 경우 도금액이 침투 하여 회로 층이 박리 되는 현상이 발생할 수 있고, 화학도금에 들어 있는 강염기성은 아크릴계 바인더를 녹여 많은 문제점을 야기 할 수 있어, 에폭시계 바인더를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 바인더의 함량은 일반적으로 총 페이스트 조성물의 함량대비 10 내지 50 wt%의 범위를 가질 수 있고, 바람직하게는 15 내지 40 t%의 범위를 가질 수 있으나, 이에 국한되지는 않는다. 상기 바인더는 앞서 살펴본 바와 같이 도전성 페이스트를 포함하는 배선층의 전기전도성을 감소시키는 원인으로 작용하고 있다.
또한 본 발명에서 사용되는 도전성 페이스트 조성물의 점도는 23℃, 50rpm HAKKE RHeoscope 측정기준 10,000 cps ~ 100,000 cps 범위의 것을 사용할 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다.
또한 추가적으로 그 밖의 첨가제로서 Ag파우더(안료), 천연 및 합성수지(바인더), 솔벤트, 분산제, 커플링제, 점도조절제 등을 포함할 수 있다.
본 발명에서의 상기 도전성 페이스트 조성물은 바람직하게는 전도성 Ag 페이스트, 전도성 Cu 페이스트, 전도성 폴리머, 그라비아용 페이스트 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 그라비아용 페이스트는 전도성 실버(Ag) 페이스트의 일종으로서 입자크기는 0.1~3um이며, 일 예로서 Ag 파우더 75%, 수지 10%, 솔벤트 13% 첨가제 2%의 구성으로 이루어 질 수 있다.
또한, 상기전도성 페이스트 조성물의 입자크기는 10 nm 내지 10 um의 범위일 수 있으며, 30 내지 1,000 nm 나노입자크기를 갖는 전도성 페이스트 또는 1 내지 7 um의 마이크로 입자 크기를 갖는 전도성 페이스트가 바람직하다.
일반적으로 상기 페이스트의 입자가 커질수록 형성되는 배선층의 전기전도도가 낮아지게 되어, 페이스트 입자가 마이크로 사이즈의 범위를 갖는 경우에 본 발명의 무전해 도금층을 통한 배선층의 형성에 의한 전도도 향상의 효과가 더 커질 수 있다.
본 발명에서 상기 도전성 페이스트는 기판상에 직접 인쇄방식에 의해 사용자가 원하는 형상의 패턴으로 패턴화된 배선층을 형성할 수 있다. 상기 직접 인쇄방식은 기판에 스크린인쇄, 프렉소인쇄, 로터리인쇄, 그라비어인쇄, 옵셋 인쇄, 또는 디스펜서 등의 인쇄 방법을 포함할 수 있다. 각각의 인쇄법에 있어서는 종래 공지의 수단을 사용할 수 있다. 상기 인쇄 방법 중, 스크린 인쇄, 그라비어 인쇄 또는 옵셋 인쇄가 바람직하다.
한편, 일반적으로 기판상에 도전성 페이스트를 인쇄 방식으로 구현된 회로배선은 저항이 높아 전도도가 양호하지 않아 회로 배선으로 사용하기에는 어려움이 있고, 또한 일반적인 솔더페이스트를 사용하였을 때 접착이 되지 않는 문제점이 있다. 이런 문제를 해결하기 위해 상기 도전성 페이스트 배선상에 금속도금층을 형성할 수 있다. 이 경우에 상기 패턴화된 배선층상에 형성된 금속 도금층의 두께는 1 um 내지 10 um 이며, 바람직하게는 2 내지 5 um로 형성할 수 있다.
본 발명에서의 상기 금속 도금층은 바람직하게는, 무전해 도금에 의해 형성될 수 있다. 상기 금속 도금층을 전해도금에 의해 형성하는 것이 아닌 무전해 도금에 의해 형성하는 경우, 배선의 균일성이 양호해질 수 있다.
일반적으로 전해도금의 경우에는 전극에서 가까운 쪽의 전해도금된 도금층의 두께가 두꺼운 경향을 보이는 반면에 전극에서 멀어질수록 도금층의 두께는 얇아질 수 있어 배선의 길이에 따른 전해도금층의 두께가 불균일하게될 수 있다.
그러나 상기 도전성 페이스트의 패턴화된 배선층상에 무전해 도금을 하는 경우에는 상기 전해도금에 의해 발생될 수 있는 문제점인 배선의 길이에 따른 전해도금층의 두께가 불균일한 것을 해소할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 무전해도금에 의해 도금층을 형성하는 경우에는 전해 도금을 하는 경우에 있어 배선의 전도도를 향상시키기 위해 도금층을 두껍게 함으로써 발생되는 문제점인 회로기판의 두께가 두꺼워지는 단점을 개선할 수 있고, 전해도금에 의해 금속도금층을 형성하는 것보다 배선라인간의 폭(피치폭)을 좁게 형성할 수 있다. 왜냐하면 전해도금시 배선의 길이에 따른 전해도금층의 두께가 불균일하게 되는 단점을 극복하기 위해서는 도금층의 두께를 두껍게 하여야 하며 이를 위해 전해도금시 도금량을 증가시켜야 하나, 이러한 경우에, 배선층의 상단부분만이 도금되지 않고 배선층의 측면부에도 도금이 될 수 있게 된다.
따라서 전해도금에 의해 도전성 페이스트층 상에 금속도금층을 형성하는 경우 전도성이 양호한 배선을 형성하기 위해서는 도금층의 두께를 두껍게 함으로써 배선층의 측면부에도 도금층이 형성되어, 배선 라인간의 폭(피치폭)을 좁게 형성할 수 없는 단점이 있게 되나, 무전해 도금에 의해 금속도금층을 도전성 페이스트층에 형성하는 경우에는 앞서 살펴본 바와 같이 배선의 길이에 따른 전해도금층의 두께가 불균일하게 되는 문제점이 해결됨으로써, 전해도금에 의한 도금층을 형성하는 경우보다 배선 라인간의 폭(피치폭)을 좁게 형성할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 금속 도금층이 무전해 도금에 의해 형성되며, 상기 무전해 도금에 의해 형성되는 도금층 상에 선택적으로, 전해도금 또는 무전해 도금에 의한 금속도금층이 추가적으로 형성될 수 있다.
본 발명에서의 상기 무전해 금속 도금에 사용되는 금속은 Cu, Sn, Ag, Au, Ni 또는 이들의 합금에서 선택되는 어느 하나 일 수 있으나 이에 한정되지는 않으나. 바람직하게는 Cu, Ag 또는 Ni을 사용할 수 있다.
이 경우에 상기 무전해 도금에 의해 형성되는 배선층은 앞서 서술한 바와 같이 종래의 전해도금에 의한 배선층보다 더 얇게 층을 형성할 수 있고, 이를 통해 배선의 전기전도성을 향상시킬 수 있는 장점을 가지고 있다.
한편, 본 발명에서 상기 패턴화된 전도성 페이스트 배선층 상부와 무전해 금속도금층의 사이에는 무전해 금속도금층을 형성하기 위한 시드 금속층이 추가로 형성 될 수 있다.
상기 시드 금속층은 상기 페이스트층상에 시드금속이 흡착되고 이에 상기 무전해 화학도금층을 형성하는 금속이온이 환원되게 함으로써 무전해 도금의 반응속도와 선택성을 개선시킬 수 있다.
상기 시드 금속층을 형성하기 위한 금속은 Au, Ag, Pt, Cu, Ni, Fe, Pd, Co 또는 이들의 합금에서 선택될 수 있고, 시드금속 성분의 할라이드, 설페이트, 아세테이트, 착염 등의 시드금속성분의 전이금속염이면 어느 성분이나 가능하다.
또한 본 발명은 상기 시드 금속층을 형성함에 있어서, 상기 시드 금속층에 시드 금속 성분이외의 다른 추가적인 전이금속 성분을 함유할 수 있다.
상기 시드금속이외의 추가의 전이금속 성분은 금속 할라이드, 금속 설페이트, 금속 아세테이트 등의 전이금속 염을 이용하여 함유시킬 수 있으며, 이를 위해 도전성 페이스트층상에 형성되는 상기 무전해 도금층의 성분과 동일한 금속성분의 염을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 시드금속층을 사용하는 경우에, 무전해 도금층이 보다 신속히 형성될 수 있고, 또한 상기 무전해 도금층이 도전성 페이스트상의 배선층에만 무전해 도금층이 형성될 수 있도록 도와주는 역할을 한다.
한편, 본 발명은 상기 무전해 금속 도금층상에 추가로 전해 금속도금층 또는 무전해 금속도금층을 포함하는 경우, 추가로 형성되는 전해 금속 도금층은 Ni, Cu, Sn, Au, Ag 또는 이들의 합금 중에서 선택되는 어느 하나이거나 또는 Ni-P 합금일 수 있고, 무전해 도금층의 금속성분은 Cu, Sn, Ag, Au, Ni 또는 이들의 합금에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 추가로 형성되는 금속 도금층은 무전해 도금층상에 형성됨으로써, 상기 도전성 페이스트보다 전기전도도가 높은 금속배선층상에 전해도금되어 배선층(도전성 페이스트층, 무전해도금층 및 추가로 형성되는 금속도금층을 포함하는 층)의 전도도가 더욱 향상될 수 있다.
또한 본 발명은 최종적으로 얻어진 인쇄회로 기판의 상단 및/또는 하단에 추가적으로 방열 코팅층이 형성될 수 있다. 이 경우 상기 방열코팅층은 표면적을 넓게 함으로써 방열코팅층이 형성되지 않은 것보다 3 내지 5%의 개선된 방열효과를 추가로 가능하게 한다.
본 발명에 의해 제조되는 인쇄회로 기판은 전기전도성의 향상으로 인한 발열 감소와 향상된 방열특성, 경량화 및 연성의 특성을 가질 수 있어 LED용 방열 플렉서블 모듈로 적용가능한 장점이 있다. 보다 상세하게는 상기 배선층(도전성 페이스트층 및 도금층으로 이루어지는 층)을 전류 공급 라인으로 하여 배선층에 의해 이루어지는 배선라인상에 LED가 위치할 수 있도록 접점을 형성하고, LED에 의한 발열을 해결하기 위해 상기 방열재료를 포함하는 방열층을 이용하며, 선택적으로 LED지지부를 구비하여 LED를 지지할 수 있도록 함으로써 LED용 방열 플렉서블 모듈로 적용가능한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 방열층을 포함하는 인쇄회로 기판의 제조방법을 제공할 수 있는데, 이를 도 3을 통해 살펴본다.
도 3은 방열층을 절연층과 접합한 후에, 상기 절연층 상부에 도전성 페이스트 배선층을 형성하고 이에 무전해 도금층을 형성하는 방법에 따른 인쇄회로 기판의 제조방법을 도시한 순서도를 나타낸 그림이다.
이는 보다 구체적으로, 방열재료를 포함하는 방열층과 절연층을 접합재료를 이용하여 접합함으로써 방열층이 접합된 절연층을 형성하는 단계; 상기 방열층이 접합된 절연층의 상부에 전도성 Ag 페이스트, 전도성 Cu 페이스트, 전도성 폴리머, 그라비아용 페이스트 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 페이스트 조성물을 미리 정한 패턴으로 인쇄하여 패턴화된 배선층을 형성하는 단계; 및 상기 패턴화된 배선층 상부에 전이금속을 무전해 도금하여 무전해 도금층을 형성하는 단계;로 나뉘어질 수 있다.
이를 각 단계별 공정에 따라 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
우선 첫 번째 단계로서, 방열층이 접합된 절연층을 형성하는 단계는 상기 방열재료를 포함하는 방열층과 절연층을 접합재료를 이용하여 접합함으로써 수행될 수 있다.
상기 방열재료의 종류와 특성에 관해서는 이미 앞서 기재한 바와 같다. 보다 구체적으로, 상기 방열재료를 포함하는 방열층은 열전도율이 높은 금속재료, 세라믹 재료, 또는 고분자재료로 형성되는 것이 바람직하고, 판(시트) 형태 또는 상기 재료의 분말의 성형된 시트로 이루어질 수 있다. 상기 방열재료를 적층하는 경우에 선택적으로 굴곡성이 양호한 성질을 나타내는 것이 요구될 수 있다.
상기 방열재료로서는 알루미늄, 구리, 니켈, 철, 마그네슘, 세라믹, 고분자 중에서 선택되는 어느 하나의 열전도가 우수한 재료의 시트형태를 포함하여 이루어지거나, 또는 상기 알루미늄, 구리, 니켈, 철, 마그네슘, 카본나노튜브(CNT), 그래핀, 세라믹, 고분자 중에서 선택되는 어느 하나의 분말 또는 이들의 혼합 분말이 성형된 시트 형태가 사용될 수 있다. 여기서 상기 방열 재료로서 상기 분말 또는 이들 혼합 분말이 사용되는 경우에 상기 분말의 평균입경은 0.1 um 내지 ~ 10 um의 범위일 수 있다.
상기 방열층은 경우에 따라 폴리뷰틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리술폰, 폴리에테르, 폴리에테르이미드, 내열성 에폭시(Epoxy), 아크릴 수지, 폴리아릴레이트 및 폴리이미드로부터 선택되는 어느 하나의 고분자 재료로 이루어진 수지층에 의해 둘러싸인 금속층을 사용할 수 있다.
또한 본 발명에서 상기 방열층은 양극산화처리(아노다이징)된 금속판으로서 바람직하게는 알루미늄, 또는 마그네슘의 양극산화처리(아노다이징)에 의해 형성된 것을 사용할 수 있다.
또한 상기 접합재료는 상기 방열층과 절연층을 접착 또는 점착할 수 있는 성질을 나타내는 재료이면 어느 것이나 사용가능하며, 바람직하게는 비전도성 필름이나 시트 또는 패드 타입일 수 있으며, 고온에서도 접착력이 유지되는 물질을 사용할 수 있다. 예를 들면, 아크릴계 양면 접착필름, 핫멜트 타입 EVA(초산비닐수지) 접착필름, 부틸 고무계 스프레이타입 접착필름에서 선택되는 양면 접착 필름을 합지하여 사용할 수 있고, 일정 조건에서 경화되어 접착성을 가지며, 접착된 후에는 높은 내열도와 화학적 안정성을 띠는 성질을 사용 수 있다. 또한, 상기 접합층은 아크릴계 접착제, 핫멜트 타입 EVA(초산비닐수지) 접착제, 부틸 고무계 접착제 중에서 선택되는 비전도성 접착제를 분사하여 접합층을 형성하고 상기 절연층과 방열층을 접합함으로써 형성될 수 있다.
또한 상기 접합층은 방열 특성이 우수한 열전도성 점착제를 사용 할 수 있다. 점착제의 특성은 고온에서 경화 된 이후 열을 받더라도 변성 되지 않는 특성을 가지는 점착제이면 종류에 상관없이 가능 하되, 점착제의 특성은 열전도성이 높아야 하며, 에폭시계, 아크릴계, 실리콘계 등을 사용 할 수 있다.
상기 접합층의 두께는 5 내지 100 um의 범위를 가질 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 60 um를 가질 수 있다. 일 예로서, 상기 아크릴계 양면 접착 필름은 총 두께 50 um로 20um의 PET 필름을 사이에 두고 아크릴계 접착필름이 각각 15 um 의 두께로 접착층으로 형성되며, 접착력은 5 내지 20 N/25mm 일 수 있다.
또한 핫멜트 타입의 EVA(초산비닐수지) 양면 접착필름은 총 두께 50um PET 필름을 사이에 두고 위아래 20um씩 EVA 접착층이 형성되며, 접착력은 5 내지 20 N/25mm 일 수 있다. 또한 부틸 고무계 스프레이타입 필름도 마찬가지의 두께와 물성을 가진 것을 사용하여 비전도성 접착 필름으로 형성할 수 있다.
또한 상기 방열층이 접합된 절연층을 형성하는 단계는 절연층으로서 폴리뷰틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리술폰, 폴리에테르, 폴리에테르이미드, 내열성 에폭시(Epoxy), 폴리아릴레이트 및 폴리이미드에서 선택되는 어느 하나의 수지층을 점착제를 통해 상기 방열층에 부착시키고 이를 핫프레스 공정을 통해 라미네이팅함으로써 이루어질 수 있다.
보다 상세하게는 상기 핫프레스 공정은 진공 핫프레스 공정을 통해 진행될 수 있다. 이는 상기 접합제가 포함된 방열층 내부 및 절연층과의 접합 계면에 공기 또는 진공이 부분적으로 발생하는 것을 막기 위한 것이며, 상기 핫프레스 공정은 10 내지 30T, 바람직하게는 15 내지 25T의 압력으로 10분 내지 1시간 진행할 수 있다.
또한 상기 절연층은 상기 방열층과 배선층사이를 절연하면서도 열 전도성을 좋게 하는 성질의 재료이면 어느 것이나 사용가능하며, 바람직하게는 높은 내전압과 내열도를 가지는 것을 사용할 수 있다. 또한 상기 절연층은 내열도가 200 ℃이상, 바람직하게는 250 ℃이상의 값을 가지는 것이 좋다. 상기 조건을 만족시키는 바람직한 본 발명에서의 절연층 재료로서 폴리이미드를 사용할 수 있다.
또한 상기 절연층은 유연한 기판 제작을 위해 필름형태를 사용할 수 있으며, 필요에 따라서 필름형태가 아니더라도 열전도성이 높은 고무계, 아크릴계, 에폭시계, 실리콘계의 재질을 코팅 할 수 있다.
본 발명의 인쇄회로 기판을 제조하기 위한 두 번째 단계는 상기 방열층이 접합된 절연층의 상부에 전도성 Ag 페이스트, 전도성 Cu 페이스트, 전도성 폴리머, 그라비아용 페이스트 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 페이스트 조성물을 미리 정한 패턴으로 인쇄하여 패턴화된 배선층을 형성하는 단계이다.
이는 앞서 살펴본 바와 같이 패드인쇄, 실크 스크린인쇄, 그라비아인쇄 등을 통하여 패턴화된 배선층을 형성할 수 있고, 상기 전도성 페이스트 조성물의 입자크기는 앞서 살핀바와 같이, 10 nm 내지 10 um의 범위일 수 있으며, 바람직하게는 30 내지 1,000 nm 나노입자크기를 갖는 전도성 페이스트 또는 1 내지 7 um의 마이크로 입자 크기를 갖는 전도성 페이스트가 바람직하다.
이후에, 공정조건에 따라 상기 페이스트의 건조단계를 추가로 구비할 수 있다. 이 경우에 상기 건조방법은 사용되는 공정조건에 따라 당업자가 적절히 선택하여 적용할 정도에 해당하여 그 종류에 구애받지 않으나, 80도 내지 200도, 바람직하게는 100도 내지 160도에서 10 분내지 3시간 동안 열풍건조를 이용할 수 있다.
또한 상기 페이스트는 사용조건에 따라 경화단계를 거칠 수 있다.
마지막 단계는 상기 패턴화된 배선층 상부에 전이금속을 무전해 도금하여 무전해 도금층을 형성하는 단계이다.
본 발명은 상기 패턴화된 배선층 상부에 무전해 도금에 의해 금속도금층을 형성할 수 있으며, 상기 무전해 도금의 경우 전이금속염, 환원제, 착제 등을 이용하여 상기 페이스트상에 무전해 도금층을 형성할 수 있다.
상기 무전해 도금은 금속이온이 포함된 화합물과 환원제가 혼합된 도금액을 사용하여 기판 등에 금속을 환원 석출시키는 것으로 금속이온을 환원제에 의해 환원시킴으로써 진행될 수 있다.
주반응으로서 하기에 기재된 반응식에 의해 금속이온이 환원될 수 있다.
Metal ion + 2HCHO + 4OH- => Metal(0) + 2HCOO- + H2 + 2H2O
이 때, 무전해 도금에 사용되는 상기 금속의 비제한적인 예는 Ag, Cu, Au, Cr, Al, W, Zn, Ni, Fe, Pt, Pb, Sn, Au 등이 될 수 있고, 이들 원소는 단독으로 사용되거나 또는 2종 이상이 혼합되어 사용될 수 있다.
상기 무전해 도금에 사용되는 도금액은 도금하고자 하는 금속의 염 및 환원제 등을 포함하는 것일 수 있으며, 이 때 환원제의 비제한적인 예는 포름알데히드, 히드라진 또는 그 염, 황산코발트(Ⅱ), 포르말린, 글루코오즈, 글리옥실산, 히드록시알킬술폰산 또는 그 염, 하이포 포스포러스산 또는 그 염, 수소화붕소화합물, 디알킬아민보란 등이 있으며, 이 이외에도 금속의 종류에 따라 다양한 환원제가 사용될 수 있다.
나아가, 상기의 무전해 도금액은 금속이온을 생성하는 금속 염, 금속이온과 리간드를 형성함으로써 금속이 액상에서 환원되어 용액이 불안정하게 되는 것을 방지하기 위한 착화제 및 상기 환원제가 산화되도록 무전해 도금액을 적당한 pH로 유지시키는 pH 조절제를 포함할 수 있다.
상기 무전해 금속 도금층의 두께는 1 um 내지 10 um 이며, 무전해 금속 도금에 사용되는 금속은 Ag, Cu, Au, Cr, Al, W, Zn, Ni, Fe, Pt, Pb, Sn, Au 또는 이들의 합금에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
예를 들어, 동(구리) 도금층을 형성하고자 하는 경우에는, 황산구리, 포르마린, 수산화나트륨, EDTA(Ethylene Diamin Tera Acetic Acid) 및 촉진제로서 2.2-비피래딜을 첨가한 수용액을 이용하여 1 ∼ 10 ㎛의 두께로 무전해 도금층을 형성할 수 있다.
상기 무전해 동도금 단계는 바렐도금장치를 이용할 수 있다.
일 실시예로서, 본 발명의 무전해 도금은 D/I Water 85%, 보충제 10~15%, 25%-NaOH 2~5%, 안정제 0.1~1%, 37%포르말린 0.5~2%의 성분으로 10~15분간 Air교반한 후 온도 40~500 ℃, pH 13 이상에서 25~30분간 도금공정을 진행할 수 있다.
상기 무전해 동도금을 통해 도금된 상단부는 공기와의 접촉을 막아 회로가 산화되는 것을 막음으로써 보호될 수 있으며, 일반적으로 사용 되는 솔더 레지스터 잉크를 사용하여 인쇄를 통해 도포될 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 전도성 페이스트의 배선층을 형성하는 단계와 상기 패턴화된 배선층 상부에 전이금속을 무전해 도금하여 도금층을 형성하는 단계 사이에, 상기 배선층의 상부에 무전해 금속 도금층을 형성하기 위한 시드 금속층을 형성시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 시드 금속층에는 Au, Ag, Pt, Cu, Ni, Fe, Pd, Co 또는 이들의 합금에서 선택될 수 있으며, 상기 시드 금속 성분이외의 다른 전이금속성분을 추가로 함유할 수 있고, 바람직하게는 팔라듐 염을 사용할 수 있다.
또한 상기 무전해 도금층 상부에 전해 도금에 의해 금속 도금층을 형성하는 단계는 동도금의 예를 들면, 황산구리(CuSO4), 황산(H2SO4) 및 광택제를 혼합한 수용액에 상기 패턴화된 배선층이 형성된 기판을 침지하여 원하는 두께로 전해동 도금층을 형성하고 표면을 수세함으로써, 전해 도금층이 형성될 수 있다. 예컨대, 황산 10 wt% 수용액에 황산구리 90g/L, 전기동 안정제 2ml/L, 전기동 광택제 5ml/L, HCI 0.16ml/L 를 온도 40~60℃ 조건의 단계에 의한 전해 동도금을 진행할 수 있다.
또한 본 발명은 도 3에 게재된 방법과 순서를 달리하여, 절연층상에 도전성 페이스트 패턴의 배선층을 형성한 후에 이에 무전해 도금층을 형성하고 이를 상기 방열재료를 포함하는 방열층에 접합하는 방법에 따른 인쇄회로기판의 제조방법을 제공할 수 있고 이는 도 4를 통해 살펴볼 수 있다.
보다 구체적으로, 이는 절연층의 상부에 전도성 Ag 페이스트, 전도성 Cu 페이스트, 전도성 폴리머, 그라비아용 페이스트 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 페이스트 조성물을 미리 정한 패턴으로 인쇄하여 패턴화된 배선층을 형성하는 단계; 상기 패턴화된 배선층 상부에 전이금속을 무전해 도금하여 무전해 도금층을 형성하는 단계; 및 상기 패턴화된 배선층과 무전해 도금층을 포함하는 절연층의 하부를 접합재료를 이용하여 방열재료를 포함하는 방열층과 접합하는 단계로 나뉘어진다.
이는 앞서 도 3에 게재된 인쇄회로기판의 제조방법과 순서가 차이가 있을 뿐 각 단계는 동일한 공정에 의해 이루어 질 수 있다.
또한 도 5에서는 본 발명에 의한 무전해 도금 및 전해도금에 따라 제조된 인쇄회로기판의 전기전도도를 도시하였다.
이를 상세히 살펴보면 본 발명에서 1) 페이스트 인쇄 후, 2) 무전해 동도금 공정이후, 3) 상기 무전해 동도금 공정이후에 전해 동도금의 진행한 후에 각각 길이 750 mm 선폭 1mm의 배선패턴의 시작부분과 마지막 부분의 양단의 저항을 측정하여 이를 도시하였다.
그 결과, 은 페이스트층만을 형성한 경우의 저항을 측정하면 165 Ω 정도의 비교적 높은 저항을 보여주었으나, 본 발명의 무전해 동도금층 형성 이후 34 Ω으로 낮아짐을 보여주며, 이에 전해 동도금층을 형성한 이후에는 0.77 Ω정도의 낮은 저항을 나타내어 전도성이 크게 향상된 것을 확인 할 수 있다.
상기 결과를 토대로 살펴보면, 도 5 에서와 같이 길이가 긴 패턴에서 본 발명의 페이스트층상에 무전해 도금층을 형성하는 방법을 활용하게 되는 경우 배선의 전도성을 크게 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
또한 본 발명은 상기 페이스트 인쇄 공정과 무전해 동도금 공정이후에 무전해 은도금 공정을 수행할 수 있다. 이 경우의 공정조건 또한 사용되는 금속염이 구리염이 아닌 은염(AgNo3)을 사용하는 점만이 차이가 있을 뿐 일반적인 은 도금 공정을 따른다.
일 실시예로서, Ag 도금전에 도금조의 오염방지를 위해서 predip 공정으로 질산을 포함하는 용액에서 세정한 후, Ag도금공정에서 DI 85.5%, silver B 10%(이미다졸 10% 수용액), 진한질산 2% (70% 시약등급), silver A 2.5%(질산 은 4.5%, 질산 3.5%의 수용액)에 50℃의 온도에 8분간 담그어(dipping)하여 은 도금을 진행을 함으로써 0.1 ~ 0.2 um 두께의 은 도금층을 형성할 수 있다.
일반적으로는 상기 도금층은 0.3 ~ 0.4 um의 두께를 올릴 수 있으며, 시간의 조절에 따라 0.1 ~ 1um까지 두께를 올릴 수 있다.
또한 본 발명은 이후에 앞서 살핀 바와 같은 무전해 도금 또는 전해도금을 이용하여 추가적으로 도금층의 형성을 진행할 수 있다.
예를 들어, 상기 구리도금층상에 새로이 니켈층을 도금하고자 하는 경우에, 상기 전해 동도금 단계에서 도금한 구리 표면에 황산니켈, 염화니켈, 붕산을 혼합한 수용액을 이용하여 전해니켈을 도금한 후 수세하고, 이온 처리한 물로 초음파 세척를 한 후, 탈수과정을 거쳐 건조하여 요구하는 특성에 맞는 제품을 제조하게 된다.
본 발명에서는 상기 전해 도금층의 저항값이 낮으면 전기전도성이 높아지며, 더 낮은 저항을 필요로 한다면 전해 동도금의 시간을 늘려 도금되는 금속의 함량을 높여 주면 낮은 저항을 가질 수 있다.
이상 본 발명의 구성을 세부적으로 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
11 : 방열층 12 : 접합층
13 : 절연층 14 : 도전성 페이스트 패턴층
15 : 무전해 도금층

Claims (16)

  1. 방열재료를 포함하는 방열층;
    상기 방열층 상에 형성되며 상기 방열층과 하기 절연층을 접합하는 접합층;
    상기 접합층 상에 형성되어 하기 패턴화된 배선층을 지지하는 절연층;
    상기 절연층 상에 형성되고 도전성 페이스트 조성물의 프린팅 방법에 의해 패턴화된 배선층; 및
    상기 패턴화된 배선층상에 형성된 무전해 금속 도금층;을 포함하는 인쇄회로 기판에 있어서,
    상기 패턴화된 배선층 상부와 무전해 금속도금층의 사이에는 무전해 금속도금층을 형성하기 위한 시드금속층이 형성되며, 상기 시드금속층을 형성하기 위한 금속은 Au, Ag, Pt, Cu, Ni, Fe, Pd, Co 또는 이들의 합금에서 선택되는 어느 하나의 시드 금속성분과, 상기 시드 금속 성분이외의 다른 금속성분의 할라이드, 설페이트, 또는 아세테이트로부터 선택되는 전이금속 염을 이용한 추가적인 전이금속성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연층은 폴리뷰틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트,폴리술폰, 폴리에테르, 폴리에테르이미드, 내열성 에폭시(Epoxy), 유리, 실리콘, 폴리아릴레이트 및 폴리이미드, 펄성분을 함유한 종이, 세라믹, FR-4 중에서 선택되는 어느 하나이상의 재료가 사용되는 것을 특징으로 하는 인쇄회로 기판
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴화된 배선층상에 형성된 무전해 금속 도금층의 두께는 1 um 내지 10 um 이며, 무전해 금속 도금에 사용되는 금속은 Cu, Sn, Ag, Au, Ni 또는 이들의 합금에서 선택되는 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 인쇄회로 기판
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 무전해 금속 도금층상에 배선층의 전기전도도를 향상시키기 위해, 전해 금속 도금층 또는 무전해 금속 도금층이 추가적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 인쇄회로 기판
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 추가적으로 형성되는 전해 금속 도금층의 금속성분은 Ni, Cu, Sn, Au, Ag 또는 이들의 합금 중에서 선택되는 어느 하나이거나 또는 Ni-P 합금이고, 추가적으로 형성되는 무전해 금속 도금층의 금속성분은 Cu, Sn, Ag, Au, Ni 또는 이들의 합금에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 인쇄회로 기판
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 페이스트 조성물은 전도성 Ag 페이스트, 전도성 Cu 페이스트, 전도성 폴리머, 그라비아용 페이스트 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 인쇄회로 기판
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 도전성 페이스트 조성물의 입자크기는 10 nm 내지 10 um의 범위인 것을 특징으로 하는 인쇄회로 기판
  8. 삭제
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 패턴화된 배선층상에 형성되는 무전해 금속 도금층은 구리 도금층이며, 상기 무전해 금속 도금층상에 추가로 형성된 전해 금속 도금층, 또는 추가로 형성된 무전해 금속도금층은 구리 도금층이거나 은 도금층인 것을 특징으로 하는 인쇄회로 기판
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열층은 알루미늄, 구리, 니켈, 철, 마그네슘, 세라믹, 고분자 중에서 선택되는 어느 하나의 열전도가 우수한 시트, 또는 양극산화처리(아노다이징)된 금속판을 포함하여 이루어지거나, 또는 상기 알루미늄, 구리, 니켈, 철, 마그네슘, 카본나노튜브(CNT), 그래핀, 세라믹, 고분자 중에서 선택되는 어느 하나의 분말 또는 이들의 혼합 분말이 포함되는 것을 특징으로 하는 인쇄회로 기판
  11. 방열재료를 포함하는 방열층과 절연층을 접합재료를 이용하여 접합함으로써 방열층이 접합된 절연층을 형성하는 단계;
    상기 방열층이 접합된 절연층의 상부에 전도성 Ag 페이스트, 전도성 Cu 페이스트, 전도성 폴리머, 그라비아용 페이스트 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 페이스트 조성물을 미리 정한 패턴으로 인쇄하여 패턴화된 배선층을 형성하는 단계;
    상기 배선층의 상부에 무전해 도금층을 형성하기 위해 Pd, Au, Ag, Pt, Cu, Ni, Fe, Co 또는 이들의 합금에서 선택되는 어느 하나의 시드 금속성분과, 상기 시드 금속 성분이외의 다른 금속 할라이드, 설페이트, 아세테이트로부터 선택되는 전이금속 염을 이용하여 추가적인 전이금속성분이 함유되도록, 시드 금속층을 형성시키는 단계; 및
    상기 시드금속층이 형성된 이후에 전이금속을 무전해 도금하여 무전해 도금층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 제조 방법.
  12. 절연층의 상부에 전도성 Ag 페이스트, 전도성 Cu 페이스트, 전도성 폴리머, 그라비아용 페이스트 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 페이스트 조성물을 미리 정한 패턴으로 인쇄하여 패턴화된 배선층을 형성하는 단계;
    상기 배선층의 상부에 무전해 도금층을 형성하기 위해 Pd, Au, Ag, Pt, Cu, Ni, Fe, Co 또는 이들의 합금에서 선택되는 어느 하나의 시드 금속성분과, 상기 시드 금속 성분이외의 다른 금속 할라이드, 설페이트, 아세테이트로부터 선택되는 전이금속 염을 이용하여 추가적인 전이금속성분이 함유되도록, 시드 금속층을 형성시키는 단계;
    상기 시드금속층이 형성된 이후에 무전해 도금에 의해 무전해 금속 도금층을 형성하는 단계; 및
    상기 패턴화된 배선층과 무전해 도금층을 포함하는 절연층의 하부를 접합재료를 이용하여 방열재료를 포함하는 방열층과 접합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 제조 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 무전해 도금층을 형성하는 단계이후에, 상기 패턴화된 배선층 및 무전해 금속 도금층으로 이루어진 배선의 전기전도도를 향상하기 위해, 전해 금속 도금층 또는 무전해 금속 도금층을 추가적으로 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로 기판의 제조방법.
  14. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 도전성 페이스트 조성물의 입자크기는 10 nm 내지 10 um의 범위이고, 무전해 금속 도금층의 두께는 1 um 내지 10 um 인 것을 특징으로 하는 인쇄회로 기판의 제조방법.
  15. 삭제
  16. 제1항 내지 제7항, 제9항, 제10항 중 어느 한 항에 기재된 인쇄회로 기판을 포함하는 LED용 방열 플렉서블 모듈.
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