KR101480677B1 - 하이브리드 후동박 인쇄회로기판을 이용한 자동차용 전자 회로 장치의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 자동차용 전자 회로 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대전류 영역과 소전류 영역을 포함하는 하이브리드 후동박(hybrid heavy copper) 인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는, 대전류 영역과 소전류 영역을 포함하는 하이브리드 후동박 인쇄회로기판을 이용한 자동차용 전자 회로 장치의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 자동차용 전자 회로 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 금형 가공공정을 통해 대전류 제어에 대응하는 두께로 제작된 구리 원판의 일부 영역을 프레스 공정, 단조 공정, 압연 공정 또는 연마 공정 중 선택된 어느 하나의 공정을 통해 압착 또는 연마하여 대전류 영역과 소전류 영역을 형성하고, 상기 대전류 영역과 상기 소전류 영역이 형성된 구리 원판을 절연기판에 접착시켜 제조된 인쇄회로기판을 이용하여 자동차용 전자 회로 장치(예를 들면, 자동차용 정션박스, LED 램프장치 등)를 제조함으로써 대전류용 회로패턴과 소전류용 회로패턴의 두께 제어가 용이하고, 전자 회로 장치의 제조 공정을 단순화킬 수 있다.

Description

하이브리드 후동박 인쇄회로기판을 이용한 자동차용 전자 회로 장치의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 자동차용 전자 회로 장치{METHOD FOR MANUFACTURING ELECTRONIC CIRCUIT DEVICE USING HYBRID HEAVY COPPER PRINTED CIRCUIT BOARD AND THE ELECTRONIC CIRCUIT DEVICE MANUFACUTED BY USING THE SAME}

본 발명은 대전류 영역과 소전류 영역을 포함하는 하이브리드 후동박(hybrid heavy copper) 인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는, 대전류 영역과 소전류 영역을 포함하는 하이브리드 후동박 인쇄회로기판을 이용한 자동차용 전자 회로 장치의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 자동차용 전자 회로 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, 이하, PCB라 함)은 각종 전자 회로 장치를 제조하기 위해 사용되는 기판을 말한다. 이러한 PCB는 회로의 특성과 용도에 따라 다양한 종류가 있다. 이 중에서 자동차 정션박스(junction box) 또는 LED 램프장치에서는 대전류를 제어하는 후동박 PCB(heavy copper PCB)가 사용되고 있다.

일반적인 PCB에 사용되는 동박은 통상적으로 0.5~2.0 온스(oz)의 규격의 동박이 주로 사용된다. 예를 들어, 전자 회로 장치에 주로 사용되고 있는 에폭시 PCB 또는 페롤 PCB의 경우, 동박의 두께는 대략 1온스(35㎛)나 1/2 온스가 사용되고 있다. 이에 반해, 자동차 정션박스와 같이 대전류용 후동박 PCB의 경우에는 동박의 단면적을 크게 하기 위해 대략 4온스(140㎛) 또는 그 이상의 후동박이 주로 사용되고 있다.

그러나, 후동박 PCB의 경우에는 전술한 바와 같이 대전류를 제어하기 위해 대략 4온스(140㎛) 이상의 두께를 갖는 동박을 형성해야 하는데, 현재 전기도금방식으로는 에폭시 수지판과 같은 절연용 수지판에 4온스 이상의 동박을 형성하는데 많은 어려움이 있으며, 실질적으로 4온스 이상의 동박 두께를 요구하는 후동박 PCB의 경우에는 일반적인 PCB에 비해 동박 형성 공정이 복잡하여 제조 공정에 어려움이 많다.

더욱이, 자동차 정션박스와 같이 대전류 제어뿐만 아니라 소전류 제어를 동시에 요구하는 전자 회로 장치에 사용되는 후동박 PCB의 경우에는 식각공정을 통해비교적 두꺼운 동박의 일부 영역을 식각하여 임베디드(embeded) 구조의 소전류 영역을 형성해야 하는데, 이와 같이, 후동박 PCB의 경우에는 비교적 두꺼운 동박을 식각해야 하므로 식각 자체도 어려울 뿐만 아니라, 식각공정 이후 동박을 제거하는 것 또한 어렵기 때문에 제조 시간이 길고 제조 단가도 증가하는 원인이 되기도 하였다.

KR 10-2004-0111302 A, 2004. 12. 31. KR 10-2004-0033360 A, 2004. 04. 28. KR 10-0814710 B1, 2008. 03. 12. KR 10-2010-0030769 A, 2010. 03. 19.

따라서, 본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 두께 제어가 용이하면서 제조 공정을 단순화시킬 수 있는 대전류 영역과 소전류 영역을 포함하는 하이브리드 후동박 인쇄회로기판을 이용한 자동차용 전자 회로 장치의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 자동차용 전자 회로 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명은 (a) 대전류 제어에 대응하는 제1 두께를 갖는 구리 원판을 제작하는 단계와, (b) 상기 구리 원판의 일부 영역을 압착하여 대전류 영역과 소전류 영역을 형성하되, 상기 소전류 영역은 소전류 제어에 대응하여 상기 대전류 영역보다 얇은 제2 두께를 갖도록 형성하는 단계와, (c) 제1 기판의 상부 또는 상기 제1 기판의 상부와 하부에 상기 구리 원판을 접착하는 단계와, (d) 상기 소전류 영역에 형성된 구리 원판을 패터닝하여 소전류용 회로패턴을 형성하는 단계와, (e) 상기 대전류 영역에 형성된 구리 원판을 패터닝하여 대전류용 회로패턴을 형성하는 단계와, (f) 상기 소전류용 회로패턴의 상부에 제2 기판을 접착하는 단계와, (g) 상기 제2 기판의 상부에 전자부품을 실장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 후동박 인쇄회로기판을 이용한 자동차용 전자 회로 장치의 제조방법을 제공한다.

바람직하게, 상기 제1 두께는 0.1mm~4mm이고, 상기 제2 두께는 0.01mm~0.070mm인 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게, 상기 (c) 단계는 그래핀(graphene) 분말 또는 액상 그래핀이 혼합된 접착제를 이용하여 상기 제1 기판의 상부 또는 상기 제1 기판의 상부와 하부에 상기 구리 원판을 접착하는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게, 상기 구리 원판은 구리 원자재의 표면에 1㎛~5㎛의 두께로 동박이 도금처리되는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게, 상기 (b) 단계는 프레스 공정, 단조 공정, 압연 공정 또는 연마 공정 중 선택된 어느 하나의 공정을 통해 상기 소전류 영역에 대응하는 상기 구리 원판을 압착 또는 연마하여 상기 제2 두께를 갖는 상기 소전류 영역을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게, 상기 (e) 단계는 NC 드릴 가공 또는 레이저 가공을 이용하여 상기 대전류용 패턴을 형성하되, 상기 대전류용 패턴은 하단부에서 상단부로 갈수록 좁게 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게, 상기 제1 기판은 부도체, 플라스틱 사출물, 절연 필름, 합성수지 또는 절연금속 중 선택된 어느 하나의 절연체로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 다른 측면에 따른 본 발명은 상기한 하이브리드 후동박 인쇄회로기판을 이용한 자동차용 전자 회로 장치의 제조방법으로 제조된 자동차용 전자 회로 장치를 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 대전류 제어에 대응하는 두께로 제작된 구리 원판의 일부 영역을 압착하여 대전류 영역과 소전류 영역을 형성하고, 상기 대전류 영역과 상기 소전류 영역이 형성된 구리 원판을 절연기판에 접착시켜 제조된 인쇄회로기판을 이용하여 자동차용 전자 회로 장치(예를 들면, 자동차용 정션박스, LED 램프장치 등)를 제조함으로써 대전류용 회로패턴과 소전류용 회로패턴의 두께 제어가 용이하고, 전자 회로 장치의 제조 공정을 단순화킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 후동박 인쇄회로기판을 이용한 자동차용 전자 회로 장치의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 공정 흐름도.
도 2 내지 도 9는 도 1에 도시된 공정 흐름도의 각 단계별 구조를 도시한 단면도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서, 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작(작용)은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 특징을 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 후동박 인쇄회로기판을 이용한 자동차용 전자 회로 장치의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 공정 흐름도이고, 도 2 내지 도 9는 도 1에 도시된 공정 흐름도의 각 단계별 구조를 도시한 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 먼저, 대전류 제어에 따른 전기적 특성 용량에 적합하도록 금형 가공공정을 실시하여 제1 두께(T1)로 구리 원판(10)을 제작한다(S11).

이때, 대전류 제어에 따른 전기적 특성 용량에 접합한 구리 원판(10)의 제1 두께(t1)는 적어도 0.1mm(대략 2.8온스) 이상, 바람직하게는 0.1mm~4mm의 범위로 형성한다.

본 발명에 따른 구리 원판(10)은 예를 들어 구리 원자재를 4온스, 8온스 또는 10온스 두께로 제작한 후 회로 장치에 따른 전기적 특성(전도도, 저항치 등)을 최적하기 위해 표면에 전기도금이 용이한 1㎛~5㎛ 정도로 비교적 얇은 두께의 동박을 도금하거나, 구리 원판(10) 자체에 5㎛ 정도의 비교적 얇은 두께의 동박을 선도금할 수도 있다.

이어서, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 대전류 제어를 위해 제1 두께(t1)로 제작된 구리 원판(10)의 일부 영역(즉, 소전류 영역)을 프레스 공정, 단조 공정 또는 압연 공정 중 선택된 어느 하나의 압착공정을 통해 압착하거나, 혹은 연마공정을 통해 연마하여 대전류 영역(HC)과 소전류 영역(LC)을 각각 정의한다(S12).

이때, 소전류 영역(LC)은 대전류 영역(HC)보다 얇은 제2 두께(t2)를 갖도록 형성하되, 바람직하게 제2 두께(t2)는 소전류 제어를 위해 0.01mm~0.070mm의 범위로 형성한다.

단계 S12에서와 같이, 프레스 공정, 단조 공정, 압연 공정 또는 연마 공정 중 선택된 어느 하나의 공정을 통해 소전류 영역(LC)에서 제2 두께(t2)를 소전류 제어에 대응하는 두께로 제어함으로써 소전류 영역에서의 구리 원판의 두께 제어가 용이할 뿐만 아니라, 정확한 두께 제어가 가능하여 전자 회로 장치의 동작 신뢰성을 확보할 수 있다.

이어서, 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 프레스 공정 또는 단조 공정을 통해 대전류 영역(HC)과 소전류 영역(LC)으로 정의된 구리 원판(10)을 접착제(31)를 이용하여 제1 기판(21)의 상부 또는 제1 기판(21)의 상부와 하부에 접착한다(S13).

예를 들어, 제1 기판(21)의 상면 또는 제1 기판(21)의 상면과 하면에 접착제(31)를 도포한 후, 그 상부에 구리 원판(10)을 올려놓은 상태에서 롤러를 이용하여 구리 원판(10)을 롤링하는 방식으로 구리 원판(10)을 제1 기판(21)의 상부에 접착할 수 있다.

단계 S13에서, 제1 기판(21)은 부도체, 플라스틱 사출물, 절연 필름(예를 들면, PI 필름 등), 합성수지(예를 들면, 에폭시 수지 등) 또는 절연금속 중 선택된 어느 하나의 절연체로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 재료들 중 열전도율이 우수하여 발열 특성이 우수한 금속 또는 고분자 재료, 예를 들어, CCC(Carbon Matrix Composites), MMC(Metal Matrix Composites), PMC(Polymer Matrix Composites), CMC(Ceramic Matrix Composites), 세라믹 재료 또는 단결정 탄소 재료 중 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 제1 기판(21)으로는 강화섬유(예를 들면, 유리섬유(glass gloth))를 에폭시 수지, 폴리에테르케톤, 또는 폴리이미드 등의 열경화성 수지에 함침시킨 후 가열 및 가압하여 경화시킨 프리프레그(prepreg)를 사용할 수 있다.

또한, 단계 S13에서, 제1 기판(21)에 구리 원판(10)을 접착하는 접착제(31)는 발열 특성을 더욱 극대화하기 위하여 그래핀(graphene) 분말 또는 액상 그래핀이 혼합된 접착제를 사용할 수 있다.

이어서, 도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 에칭공정을 실시하여 소전류 영역(LC)에 형성된 구리 원판(10)을 패터닝하여 소전류용 회로패턴(11)을 형성한다(S14).

예를 들면, 대전류 영역(HC)과 소전류 영역(LC)을 포함하는 구리 원판(10)의 상부에 드라이 필름(dry film)(도시되지 않음)을 덮은 후 알카리 부식을 실시하여 상기 드라이 필름으로 덮여진 부분 이외, 즉, 소전류 영역(LC)에서 회로패턴이 아닌 부분의 노출된 구리 원판(10)을 약품(예를 들면, NH₄OH, NH₄Cl)으로 제거하는 방식으로 소전류 영역(LC)에 형성된 구리 원판(10)을 패터닝하여 소전류용 회로패턴(11)을 형성한다.

이어서, 도 1 및 도 6에 도시된 바와 같이, NC 드릴 가공 또는 레이저 가공을 이용하여 대전류 영역(HC)에 형성된 구리 원판(10)을 패터닝하여 대전류용 회로패턴(12)을 형성한다(S15).

대전류 영역(HC)의 구리 원판(10)은 전술한 바와 같이, 소전류 영역(LC)에 비해 비교적 두껍게 형성되기 때문에 소전류용 회로패턴(11)을 형성하기 위한 에칭공정(부식공정)으로 패터닝하는 것이 사실상 불가능하다. 이에 따라, 본 발명에서는 NC 드릴 가공을 이용하여 대전류 영역(HC)의 구리 원판(10)을 패터닝하는 방법을 제안한다.

일례로, NC 드릴 가공을 이용한 대전류용 회로패턴 형성방법은 NC 드릴을 통해 대전류 영역(HC)의 구리 원판(10)을 1차 패터닝하여 회로패턴을 형성한 후, NC 드릴(32)을 회로패턴의 양측벽에 대해 수직방향으로 눕힌 상태에서 상하로 이동시켜 가공하는 방식으로 대전류용 회로패턴(12)을 형성하며, 이를 통해 대전류 회로패턴(12)은 하단부에서 상단부로 갈수록 좁게 형성되어 회로패턴의 안정성을 높일 수 있다.

이어서, 도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이, 다양한 전자부품(40)을 실장하기 위해 소전류용 회로패턴(11)의 상부에 접착제(33)를 이용하여 제2 기판(22)을 접착한다(S16).

이때, 제2 기판(22)은 제1 기판(21)과 같은 재질에 전기적 특성에 따른 회로패턴과 비아홀이 형성된 PCB 기판 중 어느 하나일 수 있으며, 제2 기판(22)을 소전류용 회로패턴(11)의 상부에 접착하는 접착제(33)는 단계 S12에서 사용된 접착제(31)와 마찬가지로 발열 특성을 향상시키기 위해 그래핀 분말 또는 액상 그래핀이 혼합된 접착제를 사용할 수 있다.

이어서, 도 1 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 기판(22)에 형성된 회로패턴 상에 다양한 전자부품(40)을 실장한다(S17). 이때, 전자부품(40) 실장방법은 삽입실장, 표면실장, 혼재실장 또는 베어칩(bare chip) 실장 중 어느 하나의 방법을 사용할 수 있다.

이어서, 도 1 및 도 9에 도시된 바와 같이, 전자부품(40) 실장 후, 공간 제약 발생시, 단계 S11에서 단계 S17을 실시하여 다층 구조로 전자 회로 장치를 형성할 수도 있다. 이때, 상기 전자 회로 장치는 자동차 정션박스 또는 LED 램프장치일 수 있다.

도 9에서 미설명된 도면부호 '23'는 제3 기판으로서, 제1 기판과 동일한 재질로 이루어질 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 바람직한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아니다. 이처럼 이 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 본 발명의 실시예의 결합을 통해 다양한 실시예들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 구리 원판
21~23 : 제1 내지 제3 기판
11 : 소전류용 패턴
12 : 대전류용 패턴
31, 33 : 접착제
40 : 전자부품

Claims (8)

1. (a) 대전류 제어에 대응하는 제1 두께를 갖는 구리 원판을 제작하는 단계;
   (b) 상기 구리 원판의 일부 영역을 압착 또는 연마하여 대전류 영역과 소전류 영역을 형성하되, 상기 소전류 영역은 소전류 제어에 대응하여 상기 대전류 영역보다 얇은 제2 두께를 갖도록 형성하는 단계;
   (c) 제1 기판의 상부 또는 상기 제1 기판의 상부와 하부에 상기 구리 원판을 접착하는 단계;
   (d) 상기 소전류 영역에 형성된 구리 원판을 패터닝하여 소전류용 회로패턴을 형성하는 단계;
   (e) 상기 대전류 영역에 형성된 구리 원판을 패터닝하여 대전류용 회로패턴을 형성하는 단계;
   (f) 상기 소전류용 회로패턴의 상부에 제2 기판을 접착하는 단계; 및
   (g) 상기 제2 기판의 상부에 전자부품을 실장하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 후동박 인쇄회로기판을 이용한 자동차용 전자 회로 장치의 제조방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 두께는 0.1mm~4mm이고, 상기 제2 두께는 0.01mm~0.070mm인 것을 특징으로 하는 하이브리드 후동박 인쇄회로기판을 이용한 자동차용 전자 회로 장치의 제조방법.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 (c) 단계는 그래핀(graphene) 분말 또는 액상 그래핀이 혼합된 접착제를 이용하여 상기 제1 기판의 상부 또는 상기 제1 기판의 상부와 하부에 상기 구리 원판을 접착하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 후동박 인쇄회로기판을 이용한 자동차용 전자 회로 장치의 제조방법.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 구리 원판은 구리 원자재의 표면에 1㎛~5㎛의 두께로 동박이 도금처리되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 후동박 인쇄회로기판을 이용한 자동차용 전자 회로 장치의 제조방법.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 (b) 단계는 프레스 공정, 단조 공정, 압연 공정 또는 연마 공정 중 선택된 어느 하나의 공정을 통해 상기 소전류 영역에 대응하는 상기 구리 원판을 압착 또는 연마하여 상기 제2 두께를 갖는 상기 소전류 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 후동박 인쇄회로기판을 이용한 자동차용 전자 회로 장치의 제조방법.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 (e) 단계는 NC 드릴 가공 또는 레이저 가공을 이용하여 상기 대전류용 패턴을 형성하되, 상기 대전류용 패턴은 하단부에서 상단부로 갈수록 좁게 형성하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 후동박 인쇄회로기판을 이용한 자동차용 전자 회로 장치의 제조방법.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 기판은 부도체, 플라스틱 사출물, 절연 필름, 합성수지 또는 절연금속 중 선택된 어느 하나의 절연체로 이루어진 것을 특징으로 하는 하이브리드 후동박 인쇄회로기판을 이용한 자동차용 전자 회로 장치의 제조방법.
   
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 하이브리드 후동박 인쇄회로기판을 이용한 자동차용 전자 회로 장치의 제조방법으로 제조된 자동차용 전자 회로 장치.

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