KR102172003B1 - 접착제 대체 기판 제조 방법 - Google Patents

접착제 대체 기판 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주문자나 주문회사의 커스텀 패키지를 제공할 수 있고 고체 테이프 타입의 접착제를 대체할 수 있는 기판 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 접착제 대체 기판 제조 방법은 기판의 일측면에 액상 접착제를 도포하는 단계를 포함하고, 상기 액상 접착제 상에 보호 테이프를 부착한 후 상기 액상 접착제를 열경화하여 고상 접착제를 형성하는 단계, 또는 상기 액상 접착제를 열경화하여 고상 접착제를 형성한 후 보호 테이프를 부착하는 단계를 더 포함하며, 상기 기판의 일측면에 도포 패턴에 따라 상기 액상 접착제를 도포하고, 상기 보호 테이프는 상기 도포 패턴에 따른 형상을 지녀 상기 고상 접착제 상에 부착되며, 상기 고상 접착제는 50 마이크로 미터 이하의 두께로 형성되고, 상기 액상 접착제는 열경화성 비닐 실리콘을 포함하며, 상기 열경화성 비닐 실리콘은 알루미나를 중량비 85 % 이상 포함하여 열전도도가 2 w/m·k 이상이다.

Description

접착제 대체 기판 제조 방법{Method for manufacturing substitute substrate for adhesive}
본 발명은 접착제 대체 기판 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주문자나 주문회사의 커스텀 패키지를 제공할 수 있고 고체 테이프 타입의 접착제를 대체할 수 있는 기판 제조 방법에 관한 것이다.
도 1은 LED나 다른 전자소자가 장착될 수 있는 일반적인 MCCL(Metal Copper Clad Laminate) 기판을 간략히 나타낸 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 MCCL 기판(100)은 동박(101)과 금속층(102)이 절연서 접착층(103)에 의하여 서로 부착됨으로써 형성된다.
이와 같은 MCCL 기판(100)에 방열부(105)를 부착하기 위하여 서멀그리스(thermal grease)와 같은 열계면물질(thermal interface material)로서의 고체 테이프 형태의 접착제(104)가 금속층(102)의 일측면에 부착될 수 있다.
고체 테이프 형태의 접착제(104)는 제조 공정 상에서 오염, 변질 및 파손 등을 방지하기 위하여 보호 테이프(105)가 고체 테이프 형태의 접착제(104) 상에 부착된다.
이후 보호 테이프(105)가 제거되며, 방열부(105)가 고체 테이프 형태의 접착제(104)에 부착될 수 있다.
이 때 고체 테이프 형태의 접착제(104)는 별도의 보호 필름(104a, 104b)에 의하여 보호되는 상태에서 기판 제조 회사에 납품되며, 기판 제조 회사는 이들 보호 필름(104a, 104b)을 떼어낸 후 고체 테이프 형태의 접착제(104)의 일측면을 기판(100)에 부착하고, 고체 테이프 형태의 접착제(104)의 타측면에 보호 테이프(105)를 부착한다.
이와 같은 일반적인 기판 제조 방법은 여러 문제점을 야기할 수 있다. 고체 테이프 형태의 접착제(104) 양측면에 보호 필름(104a, 104b)을 부착하고 떼어내야 하는 번거로운 공정이 발생할 수 있다.
또한 접착제(104)가 고체 테이프 형태이기 때문에 방열부(105)가 접착제(104)에 부착될 때 밀착되지 않고 공극이 발생하여 접착제(104)와 방열부(105) 사이에 열저항이 커질 수 있다.
뿐만 아니라 접착제(104)가 고체 테이프 형태이기 때문에 과도하게 두께가 줄어들 경우 부서지거나 균열이 발생할 가능성이 높아져 일정 두께 이상을 유지해야 하며 이에 따라 열전도 성능이 떨어질 수 있다.
고체 테이프 형태의 접착제(104)는 고무 실리콘과 같은 열가소성 재질로 이루어지므로 내열 성능이 낮으며, 이에 따라 기판(100) 상에 납땜과 같은 공정이 이루어질 때 접착제(104)가 파손될 수 있다.
미국공개특허 US 2014/0374071 (공개일: 2014년 12월 25일)
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 고객 요구조건에 대응할 수 있는 패키지의 기판 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.
그리고 본 발명은 고체 테이프 타입의 접착제를 대체하는 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적 방법으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 접착제 대체 기판 제조 방법은 기판의 일측면에 액상 접착제를 도포하는 단계를 포함하고, 상기 액상 접착제 상에 보호 테이프를 부착한 후 상기 액상 접착제를 열경화하여 고상 접착제를 형성하는 단계, 또는 상기 액상 접착제를 열경화하여 고상 접착제를 형성한 후 보호 테이프를 부착하는 단계를 더 포함하며, 상기 기판의 일측면에 도포 패턴에 따라 상기 액상 접착제를 도포하고, 상기 보호 테이프는 상기 도포 패턴에 따른 형상을 지녀 상기 고상 접착제 상에 부착되며, 상기 고상 접착제는 50 마이크로 미터 이하의 두께로 형성되고, 상기 액상 접착제는 열경화성 비닐 실리콘을 포함하며, 상기 열경화성 비닐 실리콘은 알루미나를 중량비 85 % 이상 포함하여 열전도도가 2 w/m·k 이상이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 접착제 대체 기판 제조 방법은 기판의 일측면에 액상 접착제를 도포하는 단계를 포함하고, 상기 액상 접착제 상에 보호 테이프를 부착한 후 상기 액상 접착제를 열경화하여 고상 접착제를 형성하는 단계, 또는 상기 액상 접착제를 열경화하여 고상 접착제를 형성한 후 보호 테이프를 부착하는 단계를 더 포함한다.
그리고 상기 보호 테이프를 제거하여 방열부에 상기 기판을 상기 고상 접착제를 통해 부착할 수 있다.
또한, 상기 고상 접착제의 내열 온도는 섭씨 300도 내지 섭씨 400도일 수 있다.
그리고 다른 실시예에서는, 액상 접착제는 열경화성 비닐 실리콘을 포함할 수 있다.
또한, 고상 접착제에 백금 성분이 포함될 수 있다.
그리고 다른 실시예에서는, 상기 고상 접착제의 두께는 50 마이크로 미터 이하일 수 있다.
또한, 상기 기판의 일측면은 구부러져 있으며, 상기 구부러진 기판의 일측면에 상기 액상 접착제를 도포할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 도포 패턴에 따라 액상 접착제를 도포함으로써 고객 요구조건에 대응할 수 있는 커스텀 패키지의 기판 제조 방법을 제공할 수 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 열경화성 액상 접착제를 도포함으로써, 고체 테이프 타입의 접착제를 대체하는 제조 방법을 제공할 수 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 MCCL(Metal Copper Clad Laminate) 기판의 제조 과정을 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기판 제조 방법에 따라 방열부를 부착하는 과정을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.
몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부"의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다.
또한, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사 관련어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서(특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 제조 방법을 나타낸다. 도 2 및 도 3에 도시된 MCCL 형태의 기판(100)에 대해서는 상세히 설명하였으므로 이에 대해서는 생략한다. 또한 MCCL 형태의 기판(100)을 통하여 본 발명의 실시예에 따른 기판 제조 방법을 설명하나, 본 발명의 실시예에 따른 기판 제조 방법이 이와 같은 기판 형태에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태의 기판 및 패키지에 적용될 수 있다. 예를 들어, LED 소자가 장착된 기판(100)은 COB(Chip Scale Package)나 CSP(Chip Scale Package)에 적용될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 기판 제조 방법은 기판(100)의 일측면에 액상 접착제(200)를 도포하는 단계와, 액상 접착제(200) 상에 보호 테이프(210)를 부착한 후 액상 접착제(200)를 열경화하여 고상 접착제(200a)를 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 기판 제조방법은 기판(100)의 일측면에 액상 접착제(200)를 도포하는 단계와, 액상 접착제(200)를 열경화하여 고상 접착제(200a)를 형성한 후 보호 테이프(210)를 부착하는 단계를 포함할 수도 있다. 이 때 열경화는 박스 오븐이나 벨트 타입 오븐에 의하여 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 보호 테이프(210)는 내열성이 우수한 이미드 계열 필름일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
일반적인 기판 제조 방법은 납땜 온도에서 고체 테이프 타입의 접착제가 녹아버릴 수 있다. 반면에 본 발명의 실시예의 경우, 액상 접착제(200)에 대한 열경화가 이루어지므로 일반적인 고체 테이프 타입의 접착제에 비하여 내열 성능이 우수할 수 있으며, 이에 따라 납땜 온도에서도 파손없이 정상적인 상태를 유지할 수 있다.
또한, 앞서 설명된 바와 같이, 고체 테이프 타입의 접착제는 기판(100)에 부착되기 전에 양측면에 보호 필름을 부착시키고, 이후에 보호 필름을 떼어 낸 후 기판(100)에 부착되고 다시 보호 테이프(210)가 고체 테이프 타입의 접착제에 부착된다. 이에 따라 제조 공정이 복잡해질 수 있다. 반면에 본 발명의 실시예에서는 액상 접착체를 도포한 후 열경화시키므로 보호 필름이 필요없다.
뿐만 아니라, 고체 테이프 타입의 접착제는 딱딱하기 때문에 방열부(105)의 표면에 고체 테이프 타입의 접착제를 붙였을 때 계면에 공극이 생길 가능성이 높으며, 이와 같은 공극은 열저항으로 작용할 여지가 크다.
본 발명에서와 같이 액상 접착제(200)를 도포하여 열경화할 경우, 열 경화 이후에 형성되는 고상 접착제(200a)가 신축성을 갖고 있기 때문에 방열부(105)와의 계면에서 공극이 발생할 가능성이 상대적으로 적다. 따라서 공극에 따른 열저항을 줄일 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 열 경화에 따라 액상 접착제(200)가 고상 접착제(200a)로 변화된 후 보호 테이프(210)를 제거하여 방열부(105)에 기판(100)을 고상 접착제(200a)를 통하여 부착할 수 있다. 이 때 도 4에서는 방열부(105)가 히트 싱크로 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 방열 파이프나 방열팬 등을 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예에서 액상 접착제(200)는 열경화성 비닐 실리콘(vinyl silicone)을 포함할 수 있다. 이와 같은 액상 접착제(200)는 도포 과정에서 흘러내림이 적으며, 앞서 설명된 열가소성 재질인 고무 실리콘에 비하여 내열성이 우수하다.
뿐만 아니라, 열경화성 비닐 실리콘은 제조 과정에서 부산물이 거의 없을 뿐만 아니라 경화 시간이 짧다. 옥심(oximes) 경화형이나 습기 경화형은 경화 과정에서 부산물이 발생하며, 습기 경화형은 경화시간이 24시간 내지 48시간으로 경화 시간이 길다.
이와 같이 열경화성 비닐 실리콘을 포함하는 액상 접착제(200)가 내열성이 우수하므로 이의 열경화에 따른 고상 접착제(200a)의 내열 온도는 섭씨 300도 내지 섭씨 400도 일 수 있으며, 섭씨 300도 내지 섭씨 400도의 내열 온도는 기판(100)에 소자가 설치될 때의 납땜 온도를 버틸 수 있다.
더 나아가, 열경화성 비닐 실리콘은 알루미나(Al2O3)를 중량비 70~90 % 만큼 포함한다. 바람직하게는, 본 발명의 열경화성 비닐 실리콘은 열전도도가 2 w/m·k 이상이 되도록, 알루미나를 중량비 85 % 이상 포함할 수 있다.
그리고 알루미나는 볼밀로 전처리하여 사용될 수 있고, 알루미나의 전처리 시간은 12 시간 이상으로 설정될 수 있다. 여기서, 알루미나가 전처리하여 사용되는 것은 경도가 높고 수소결합에 의해 일반적 분산 방법으로는 내전압 특성 및 열전도 특성이 확보되지 않는 알루미나의 분산성을 충분히 확보하기 위함이다.
한편, 고상 접착제(200a)에 백금 성분이 포함될 수 있다. 액상 접착제(200)에 포함된 열경화성 비닐 실리콘은 비닐기와 수소의 반응에 의하여 형성되는데, 이 과정에서 백금이 촉매로 사용될 수 있다. 이에 따라 고상 접착제(200a)에는 수 ppm 내지 수백 ppm의 백금 성분이 남아 있게 된다.
고상 접착제(200a)의 두께는 50 마이크로 미터 내지 90 마이크로 미터일 수 있다. 앞서 설명된 일반적인 테이프 타입의 접착제는 고체 상태이므로 100 마이크로 미터 이하로 떨어뜨리기 힘들다. 본 발명의 경우, 액상의 물질을 도포하는 것이기 때문에 그 두께는 50 내지 90 마이크로 미터로 형성될 수 있다. 액상 접착제(200)의 도포 두께가 얇기 때문에 고체 테이프 타입의 접착제에 비하여 열저항이 작아 방열부(105)로의 열전도가 상대적으로 원활하게 이루어질 수 있다.
뿐만 아니라, 고상 접착제(200a)의 두께는 50 마이크로 미터 이하일 수 있다. 이와 같이, 고상 접착제(200a)의 두께가 50 마이크로 미터 이하일 경우, 상기 50 마이크로 미터 내지 90 마이크로 미터일 경우보다 얇게 이루어짐으로써, 상기의 경우보다 열전달의 특성이 향상될 수 있으며, 방열부(105)로의 열전도가 더 원활하게 이루어질 수 있는 장점이 있다.
한편, 기판(100)의 일측면에 도포 패턴에 따라 액상 접착제(200)를 도포할 수 있다. 이에 따라 기판(100)의 전체 영역에 액상 접착제(200)가 도포되는 것이 아니라 도포 패턴에 따라 액상 접착제(200)가 도포되는 영역과 도포되지 않은 영역이 형성될 수 있다. 예를 들어, 마스크를 이용하는 스텐실 기법이나 다른 방법을 사용하여 주문자가 원하는 디자인의 제품을 지원할 수 있다.
이와 같이 도포 패턴에 따른 고상 접착제(200a)가 형성되므로 보호테이프(210) 역시 상기 도포 패턴에 따른 형상을 지녀 고상 접착제(200a) 상에 부착된다.
이와 같은 도포 패턴에 따라 고상 접착제(200a) 및 보호 테이프(210)가 형성되므로 주문자나 주문 회사가 원하는 형상의 커스텀 패키지(custom package)를 제공할 수 있다.
기판(100)의 일측면은 구부러져 있을 수 있으며, 구부러진 기판(100)의 일측면에 액상 접착제(200)를 도포할 수 있다. 액상 접착제(200)를 도포하기 때문에 다양한 평면/곡면 형상의 기판(100)에도 적용할 수 있다. 일반적인 테이프 타입의 접착제는 고체 상태이므로 다양한 형상의 기판(100)에 적용되기 힘들다.
실시예 1에서는, 비정상 열선법(非正常熱線法) 기반의 NETZSCH사 제품 LFA447형 열전도율계와 TA사 제품 DSC Q100 열기계 측정장치를 이용하여 승온속도 10 ℃/분에서 알루미나의 중량비를 달리하여 열경화성 비닐 실리콘의 열전도도를 측정하였으며, 이에 대한 측정 결과는 이하의 [표 1]과 같이 산출되었다.
열경화성
비닐 실리콘
(중량함량)		 30 20 15 12
Al2O3(wt %) 70 80 85 88
T/C(w/m·k) 1.4 1.7 2.1 2.4
상기의 [표 1]을 참조하면, 열경화성 비닐 실리콘의 중량함량이 30 %, 20 %, 15 %, 12 % 순으로 감소할수록, 상기 열경화성 비닐 실리콘에 포함된 알루미나의 중량비(wt %)는 70 %, 80 %, 85 %, 88 % 순으로 증가하였다.
그리고 열경화성 비닐 실리콘의 열전도도는 알루미나의 중량비가 70 %인 경우는 1.4 w/m·k, 알루미나의 중량비가 80 %인 경우는 1.7 w/m·k, 알루미나의 중량비가 85 %인 경우는 2.1 w/m·k, 알루미나의 중량비가 88 %인 경우는 2.4 w/m·k인 것으로 산출되었다.
즉, 상기 실시예 1에서는 열경화성 비닐 실리콘의 열전도도가 2 w/m·k이 되도록 하기 위해, 알루미나가 중량비 85 % 이상 열경화성 비닐 실리콘에 포함되어야 함을 실험적으로 보여준 것이다.
또한, 상기 실시예 1의 결과를 통해 본 발명에서는 열전도도 2 w/m·k 이상의 열경화성 비닐 실리콘을 구현하기 위해 알루미나 비닐 실리콘에 중량비 85 % 이상의 알루미나를 포함하는 것이 바람직할 것이다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 기판,
105: 방열부,
200: 액상 접착제,
200a: 고상 접착제,
210: 보호 테이프.

Claims (8)

  1. 기판의 일측면에 액상 접착제를 도포하는 단계를 포함하고,
    상기 액상 접착제 상에 보호 테이프를 부착한 후 상기 액상 접착제를 열경화하여 고상 접착제를 형성하는 단계, 또는
    상기 액상 접착제를 열경화하여 고상 접착제를 형성한 후 보호 테이프를 부착하는 단계를 더 포함하며,
    상기 기판의 일측면에 도포 패턴에 따라 상기 액상 접착제를 도포하고,
    상기 보호 테이프는 상기 도포 패턴에 따른 형상을 지녀 상기 고상 접착제 상에 부착되며,
    상기 고상 접착제는 50 마이크로 미터 이하의 두께로 형성되고,
    상기 액상 접착제는 열경화성 비닐 실리콘을 포함하며,
    상기 열경화성 비닐 실리콘은 알루미나를 중량비 85 % 이상 포함하여 열전도도가 2 w/m·k 이상이고,
    상기 보호 테이프를 제거하여 방열부에 상기 기판을 상기 고상 접착제를 통해 부착하며,
    상기 기판의 일측면은 구부러져 있으며, 상기 구부러진 기판의 일측면에 상기 액상 접착제를 도포하고,
    상기 알루미나는, 내전압 및 열전도 확보를 통해 분산성을 확보하기 위해 볼밀로 전처리되되, 상기 볼밀에 의한 전처리 시간이 12시간 이상인 것을 특징으로 하는 접착제 대체 기판 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 고상 접착제의 내열 온도는 섭씨 300도 내지 섭씨 400도인 것을 특징으로 하는 접착제 대체 기판 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 고상 접착제에 백금 성분이 포함되는 것을 특징으로 하는 접착제 대체 기판 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
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