KR101543628B1 - 플렉서블 전자기판 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신축 가능하며 방진 방수가 가능하도록 구조가 개선된 플렉서블 전자기판 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 플렉서블 전자기판은 상면에 제1안착부, 제2안착부 및 상기 제1안착부 및 상기 제2안착부를 연결하는 연결패턴이 형성되어 있으며, 신축 가능한 소재로 이루어지는 플렉서블 기판과, 상기 제1안착부 및 상기 제2안착부에 각각 배치되는 제1소자 및 제2소자와, 상기 연결패턴에 충진되며, 상기 제1소자 및 상기 제2소자와 전기적으로 연결되는 액체 금속과, 상기 액체 금속, 상기 제1소자 및 상기 제2소자를 덮도록 상기 플렉서블 기판의 상면에 결합되며, 신축 가능한 소재로 이루어지는 커버를 포함한다.

Description

플렉서블 전자기판 및 이의 제조방법{Flexible electronic board and method for making flexible electronic board}

본 발명은 플렉서블 전자기판 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨어러블 전자기기와 같이 신축 가능한 제품에 사용되는 플렉서블 전자기판과, 이를 제조하는 제조방법에 관한 것이다.

근래부터 웨어러블 기기에 대하여 지속적인 연구가 있었으며, 최근 들어서는 다양한 형태의 웨어러블 기기가 실제 제품화되면서, 웨어러블 기기 시장이 개화기에 접어들고 있다.

웨어러블 기기는 사람들이 착용한 상태에서 실제 생활에서의 불편함이 최소화되어야 하기 때문에, 신축 가능하여야 하며 또한 일상 생활에서의 방수가 가능한 특성을 가져야 한다.

이를 위하여, 신축 가능한 플렉서블 기판에 관하여는 일본공개특허공보 2003-163451호(발명의 명칭 : 플렉시블 인쇄 배선용 기판) 등 다양한 특허가 제안된 바 있다. 그런데, 상기 선행특허는 단지 플렉서블한 기판을 제조하는 방법을 제안하는데 그치고 있다.

하지만, 실제 플렉서블 기기를 만들기 위해서는 플렉서블 기판에 각종 전기소자를 배치하고, 이들을 전기적으로 연결하며, 또한 방수가 가능하도록 하여야 한다. 이에, 본 발명에서는 플렉서블 기판 상에 전기소자를 임베딩(embedding)하는 방법과 이를 통해 만들어진 플렉서블 전자기판을 제공하고자 한다.

일본공개특허공보 2003-163451호(발명의 명칭 : 플렉시블 인쇄 배선용 기판)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 신축 가능하며 방진 방수가 가능하도록 구조가 개선된 플렉서블 전자기판 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 플렉서블 전자기판 제조방법은 제1소자가 위치될 제1안착부, 제2소자가 위치될 제2안착부 및 상기 제1안착부와 상기 제2안착부를 연결하는 연결패턴이 형성되며, 신축 가능한 소재로 이루어지는 플렉서블 기판을 준비하는 단계와, 상기 연결패턴에 액체 금속을 주입하는 단계와, 상기 제1소자 및 상기 제2소자가 상기 액체 금속과 전기적으로 연결되도록, 상기 제1소자 및 제2소자를 상기 제1안착부 및 상기 제2안착부에 각각 배치하는 단계와, 상기 액체 금속에 도선을 연결하는 단계와, 상기 플렉서블 기판 위로 고분자 물질을 도포한 후 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 제1안착부 및 상기 제2안착부에 은을 도포하고 상기 도포된 은 위에 상기 제1소자 및 상기 제2소자를 배치하여, 상기 은을 통해 상기 제1소자 및 상기 제2소자가 상기 액체 금속과 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면 상기 연결패턴에 상기 액체 금속을 주입하는 단계에서는, 상기 플렉서블 기판 위에 필름을 덮은 후, 상기 필름에 구멍을 뚫어서 상기 연결패턴으로 상기 액체 금속을 주입하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 플렉서블 전자기판은 상면에 제1안착부, 제2안착부 및 상기 제1안착부 및 상기 제2안착부를 연결하는 연결패턴이 형성되어 있으며, 신축 가능한 소재로 이루어지는 플렉서블 기판과, 상기 제1안착부 및 상기 제2안착부에 각각 배치되는 제1소자 및 제2소자와, 상기 연결패턴에 충진되며, 상기 제1소자 및 상기 제2소자와 전기적으로 연결되는 액체 금속과, 상기 액체 금속, 상기 제1소자 및 상기 제2소자를 덮도록 상기 플렉서블 기판 상에 결합되며, 신축 가능한 소재로 이루어지는 커버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 상기 제1안착부 및 상기 제2안착부에 형성되며, 상기 액체 금속과 상기 제1소자 및 상기 제2소자를 전기적으로 연결하는 도전성 물질층을 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 신축 가능하며, 방진 및 방수 기능을 가지는 플렉서블 전자기판을 용이하고 간단하게 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 전자기판 제조방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 전자기판의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 전자기판을 늘린 상태에서의 FEM 분석 결과이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플렉서블 전자기판 및 이의 제조방법에 관하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 전자기판 제조방법의 흐름도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 전자기판의 개략적인 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 플렉서블 전자기판은 아래와 같은 방식에 의해 제조된다.

먼저, 플렉서블(10) 기판을 준비한다. 플렉서블 기판은 도 1의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 패턴이 형성된 몰드(1)에 신축성이 있는 고분자물질을 부은 후, 이 고분자물질을 가열하여 경화한 후 몰드(1)로부터 분리함으로써 제작한다. 이때, 고분자물질로는 ecoflex 등이 사용될 수 있다. 다만, 플렉서블 기판(10)의 소재는 ecoflex에 한정되지 않고, 신축성이 있는 다양한 소재가 사용될 수 있다.

도 1의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기와 같이 제조된 플렉서블 기판(10)에는 제1소자가 위치되는 제1안착부(11)와, 제2소자가 위치되는 제2안착부(12)가 마련된다. 이때, 본 실시예에서는 제1안착부(11) 및 제2안착부(12)를 플렉서블 기판의 상면과 동일 높이로 형성하였으나(즉, 특별한 패턴이 없이 평평한 면), 각 안착부에 제1소자 또는 제2소자를 수용되도록 오목한 홈 형상으로 형성할 수도 있다. 또한, 플렉서블 기판(10)에는 제1안착부(11) 및 제2안착부(12)를 연결하는 연결패턴(13)이 오목하게 형성된다. 이때, 안착부의 수 및 위치, 그리고 연결패턴의 형상은 제조하고자 하는 전자기판의 회로구성에 따라 적절하게 변경될 수 있다.

이후, 연결패턴(13)에 액체 금속(20), 예를 들어 액체 금속으로는 Galinstan 등이 사용될 수 있다. 한편, 액체 금속(20)을 충전할 때 액체 금속(20)이 연결패턴(13)에서 넘쳐서 플렉서블 기판(10)의 상면으로 유출될 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 본 실시예의 경우에는 플렉서블 기판(10)의 상면에 얇은 두께의 필름, 예를 들어 PET 필름(도면 미도시)을 덮고, 주사기로 PET 필름에 구멍을 뚫어서 연결패턴(13)으로 액체 금속을 주입한다. 그러면, 액체 금속(20)을 연결패턴(13) 전체에 균일하게 주입할 수 있고, 액체 금속이 외부로 넘쳐 흐르는 것을 방지할 수 있다.

이후, 도 1의 (e)에 도시된 바와 같이, 제1소자(31) 및 제2소자(32)를 제1안착부(11) 및 제2안착부(12)에 위치시킨다. 이때, 제1소자(31) 또는 제2소자(32)는 전자기판에 들어가는 전자소자를 의미하며, 예를 들어 웨어러블 기기에서 필수적으로 필요한 슈퍼 커패시터(super capacitor) 등이 될 수 있다. 그러면, 제1소자(31)와 제2소자(32)가 연결패턴에 주입된 액체 금속(20)과 전기적으로 연결된다. 또한, 기타 다른 소자들(33)이 필요한 경우에는, 이 소자들도 액체 금속(20)에 연결되도록 플렉서블 기판(10) 상에 배치한다.

한편, 슈터 커패시터 등과 같은 일부 소자들의 경우, 전원을 공급받는 연결부(즉, 액체 금속과 연결되는 부분)가 금 소재로 이루어지는데, 이때 이 연결부가 액체 금속과 직접적으로 연결되는 경우에는, 금이 액체 금속(Galinstan)에 녹을 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 본 실시예의 경우에는 도 2에 도시된 바와 같이 소자가 놓이는 위치, 즉 제1안착부 및 제2안착부에 액체 금속에 녹지 않는 금속, 예를 들어 은을 이용한 도전층(60)을 국부적으로 형성한 다음, 이 도전층(60) 위에 소자(제1소자 또는 제2소자)를 배치한다. 그러면, 도전층(60)에 의해 액체 금속(20)과 소자(31)가 전기적으로 연결된다. 이후, 멀티미터(multimeter) 등을 이용하여 각 소자들이 액체 금속과 전기적으로 연결되었는지 여부를 확인한다.

이후, 도 1의 (f)에 도시된 바와 같이 금속 와이어(40)를 연결패턴에 삽입함으로써, 금속 와이어(40)와 액체 금속(20)을 연결한다. 이때, 연결패턴에 삽입된 금속 와이어(40)가 빠지는 것을 방지하기 위하여, 은 페이스트(도면 미도시)를 금속 와이어(40) 위에 도포한 후 응고시킴으로써 금속 와이어(40)를 고정하는 것이 바람직하다.

이후, 도 1의 (g)에 도시된 바와 같이, 신축성을 가지는 고분자 물질(예를 들어, ecoflex)을 플렉서블 기판(10) 위로 도포한 후 이를 경화시킨다. 그러면, 도 2에 도시된 바와 같이 고분자 물질이 경화되어 형성된 커버(50)가 소자(31)들과, 액체 금속(20), 금속 와이어(40)를 덮으면서 플렉서블 기판(10)에 결합된다. 이에 따라, 제1소자, 제2소자, 액체 금속 및 금속 와이어가 위치 고정되고, 나아가 방진 및 방수가 완벽하게 이루어지게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 전자기판을 늘린 상태에서의 FEM 분석 결과이다.

도 3을 참조하면, 소자들이 배치된 위치(파란색)는 늘어나지 않고, 나머지 위치에서 플렉서블 기판이 늘어나는 것을 확인할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 플렉서블 기판 상에 소자 및 액체금속을 배치하고, 그 위에 신축성이 있는 커버를 결합함으로써, 완벽한 방진 및 방수 기능을 가지는 플렉서블 전자기판을 제조할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

100...플렉서블 전자기판
10...플렉서블 기판 11...제1안착부
12...제2안착부 13...연결패턴
20...액체 금속 31...제1소자
32...제2소자 40...금속 와이어
50...커버 60...도전층

Claims (5)

1. 제1소자가 위치될 제1안착부, 제2소자가 위치될 제2안착부 및 상기 제1안착부와 상기 제2안착부를 연결하는 연결패턴이 형성되며, 신축 가능한 소재로 이루어지는 플렉서블 기판을 준비하는 단계;
   상기 제1안착부 및 상기 제2안착부에 은을 도포하는 단계;
   상기 연결패턴에 액체 금속을 주입하는 단계;
   상기 제1소자 및 상기 제2소자가 상기 액체 금속과 전기적으로 연결되도록, 상기 제1소자 및 제2소자를 상기 제1안착부 및 상기 제2안착부에 각각 배치하는 단계;
   상기 액체 금속에 도선을 연결하는 단계; 및
   상기 플렉서블 기판 위로 고분자 물질을 도포한 후 경화시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 전자기판 제조방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 연결패턴에 상기 액체 금속을 주입하는 단계에서는,
   상기 플렉서블 기판 위에 필름을 덮은 후, 상기 필름에 구멍을 뚫어서 상기 연결패턴으로 상기 액체 금속을 주입하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 전자기판 제조방법.
4. 상면에 제1안착부, 제2안착부 및 상기 제1안착부 및 상기 제2안착부를 연결하는 연결패턴이 형성되어 있으며, 신축 가능한 소재로 이루어지는 플렉서블 기판;
   상기 제1안착부 및 상기 제2안착부에 각각 배치되는 제1소자 및 제2소자;
   상기 연결패턴에 충진되며, 상기 제1소자 및 상기 제2소자와 전기적으로 연결되는 액체 금속;
   상기 제1안착부 및 상기 제2안착부에 형성되며, 상기 액체 금속과 상기 제1소자 및 상기 제2소자를 전기적으로 연결하는 은층; 및
   상기 액체 금속, 상기 제1소자 및 상기 제2소자를 덮도록 상기 플렉서블 기판의 상면에 결합되며, 신축 가능한 소재로 이루어지는 커버;를 포함하는 것을 특
   징으로 하는 플렉서블 전자기판.
5. 삭제

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