KR102173791B1 - 실리콘 갭 서포터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 PCB 기판을 소정의 플레이트 또는 하우징 등의 부착면에 지지하기 위한 서포터(또는, 서포트)에 관한 것으로서, 특히 실리콘 재질로 형성되어 내충격성이 현저하게 향상된 실리콘 갭 서포터와 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 갭 서포터(700)는 실리콘 수지 몸체(710)의 상하면과 양 측면을 절연필름(720)이 둘러싸고, 하면과 양 측면을 소정 높이까지 한번 더 금속박(730)이 둘러싸는 구조로 되어 있다.

Description

실리콘 갭 서포터 {Silicone Gap Supporter}

본 발명은 PCB 기판을 소정의 플레이트 또는 하우징 등의 부착면에 지지하기 위한 서포터(또는, 서포트)에 관한 것으로서, 특히 실리콘 재질로 형성되어 내충격성이 현저하게 향상된 실리콘 갭 서포터와 그 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명이 속하는 분야의 종래기술로서 한국 특허 제10-092280호는 도 1에 도시된 바와 같이 육면체 형상의 에폭시 수지 재질(예컨대, FR-4)로 구성된 절연몸체(10)의 서로 대향하는 양 측면 하부에 금속박(20)이 형성된 갭 서포터(1)를 개시하고 있는데, 도 1의 갭 서포터(1)는 금속박(20)이 절연몸체(10)의 하면에는 형성되지 않아서 솔더링을 하더라도 양 측면에서만 솔더링(30)이 이루어질 뿐 하면에서는 솔더링이 이루어지지 않기 때문에 갭 서포터(1)와 기판(11) 사이의 부착력이 부족한 단점이 있다.

다른 종래기술로서, 한국 특허 제10-1165158호는 도 2에 도시된 바와 같이 육면체 형상의 에폭시 수지 재질로 구성된 절연몸체(10)의 밑면에 금속박(20)을 형성한 갭 서포터(2)를 개시하고 있는데, 도 2의 갭 서포터(2)는 하면에서만 솔더링(30)이 이루어지고 양 측면에서는 솔더링이 이루어지지 않아서 측면 충격에 취약하다는 단점이 있다.

또 다른 종래기술로서, 한국 특허 제10-1249923호는 도 3에 도시된 바와 같이 육면체 형상의 에폭시 수지 재질로 구성된 절연몸체(10)의 양 측면 하단에서 옆으로 금속리드(25)를 형성한 갭 서포터(3)를 개시하고 있는데, 도 3의 갭 서포터(3)는 그 양측에 대해서만 솔더링(30)이 이루어지고 그 하면에 대해서는 여전히 솔더링이 이루어지지 않기 때문에 갭 서포터(3)와 기판(11) 사이의 부착력이 여전히 충분하지 못한 단점이 있다.

위 종래기술들의 단점을 보완하기 위한 종래기술로서, 한국 특허 공개 제10-2017-0090090호는, 도 4c에 도시된 바와 같이 육면체 형상의 절연몸체(110)의 상면과 하면 및 서로 대향하는 양 측면에 서포터 금속층(120)이 형성된 갭 서포터(100)와, 도 5c에 도시된 바와 같이 육면체 형상의 절연몸체(110)의 상면과 하면 및 서로 대향하는 양 측면의 상부와 하부에 서포터 금속층(120)이 형성되고 상기 양 측면의 중앙부에는 서포터 금속층이 형성되지 않아 절연몸체(110)의 표면이 외부로 노출된 갭 서포터(200)와, 도 6c에 도시된 바와 같이 육면체 형상의 절연몸체(110)의 하면과 양 측면의 하부에 서포터 금속층(120)이 형성되고 상기 양 측면의 상부에는 서포터 금속층이 형성되지 않아 절연몸체(110)의 표면이 외부로 노출된 갭 서포터(300)를 개시하고 있다. 이와 같은 갭 서포터(100, 200, 300)들은 모두 솔더링이 접촉면과 양 측면에 걸쳐 이루어지기 때문에 부착력이 증대되는 장점이 있다.

그러나, 도 4c의 갭 서포터(100)는 도 4a에 도시된 바와 같이 절연판(170)에 슬릿통공(140)을 복수개 나란히 형성하고 그 외면은 금속도금을 통해 금속층(120)을 형성하여 서포터 기판(150)을 제작한 후, 도 4b에 도시된 바와 같이 전체 서포터 기판(150)을 슬릿통공(140)에 직각 방향으로 기계적으로 절단하여 제조하기 때문에, 사전에 슬릿통공(140)이 형성된 절연판(170)을 준비해야 하는 복잡한 절차를 진행해야 한다.

또한, 도 5c의 갭 서포터(200)는 도 4c의 갭 서포터(100) 제조에 필요한 단계에 추가하여 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 슬릿통공(140)들 사이의 금속층(120)을 식각하여 슬릿통공(140)에 나란하게 복수의 금속제거영역(180)을 형성해야 하기 때문에, 도 4c의 갭 서포터(100)보다 더 복잡한 공정을 진행해야 한다.

또한, 도 6c의 갭 서포터(300)는 도 5c의 갭 서포터(200) 제조에 필요한 단계에 더 추가하여 도 6c에 도시된 바와 같이 금속제거영역(180)에서 서포터 기판(150)을 슬릿통공(140)에 나란한 방향으로 절단하는 단계가 수행되어야 하기 때문에 도 5c의 갭 서포터(200)보다 공정 단계가 더 추가될 뿐 아니라, 절단에 의해 장방향의 길이가 감소된 갭 서포터(300)를 얻을 수 밖에 없으며, 필요한 장방향 길이를 원하는 대로 증감시키기도 곤란하다.

한편, 이상 설명된 종래기술들은 모두 통상의 PCB 소재인 FR-4 절연체에 금속도금을 한 형태인데, FR-4는 Shore D 경도 값이 95 이상인 고경도의 에폭시 수지와 유리 섬유로 구성되기 때문에 취성이 높아서 운반, 수리 등의 작업 과정에서 외부의 충격이나 낙하 등에 의해 파손되기 쉬운 단점이 있다.

또한, PCB 기판 상에서의 반도체 부품의 본딩 또는 매스 리플로우 공정에 사용되는 공정 온도가 최고 250-300℃ 에 이르고, 최근 리플로우 공정에 도입되는 레이저 본딩 장치의 경우에는 순간적 가열 온도가 최고 350℃ 까지 상승하기 때문에, 통상 130-140℃ 로 낮은 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 FR-4 보다 더 고온 환경에서의 작업이 용이한 갭 서포터에 대한 필요성기 제기되고 있다.

한국 특허 제10-1009280호 (2011. 01. 19. 공고) 한국 특허 제10-1165158호 (2011. 07. 11. 공고) 한국 특허 제10-1249923호 (2013. 04. 03. 공고) 한국 특허 공개 제10-2007-0090090호 (2017.08.07. 공개)

본 발명은 갭 서포터와 기판 사이에 충분한 부착력을 제공하여 외부 충격에도 충분한 지지력을 제공하는 갭 서포터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 외부 충격이나 낙하 등에 의한 파손을 방지하기 위해 필요한 강도와 연성 및 경도 범위를 갖는 갭 서포터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 FR-4 보다 더 고온 환경에서의 작업이 용이한 갭 서포터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 갭 서포터를 제조하는 방법으로서, 제조 공정이 간단하고, 제조 시에 각 부의 치수 조정이 용이하여, 원하는 형태와 구조의 갭 서포터를 용이하게 대량으로 생산할 수 있는 갭 서포터 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 갭 서포터는, 육면체 형상의 실리콘 수지 몸체; 상기 실리콘 수지 몸체의 상면 및 하면과 양 측면 전체 걸쳐 형성된 절연층; 및 상기 절연층 상에 상기 실리콘 수지 몸체의 하면과 양 측면의 일부에 걸쳐 형성된 금속박층을 포함한다.

또한, 상기 실리콘 수지는 실리콘 고무이며, 상기 절연층은 폴리이미드 필름으로 형성되며, 상기 금속박층은 주석, 니켈 또는 구리 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 금속박층은 상기 주석, 니켈 또는 구리 중 선택된 금속을 도금한 폴리이미드 필름으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 실리콘 갭 서포터는 60 내지 88의 쇼어 D (Shore D) 경도, 바람직하게는 80의 쇼어 D 경도를 구비하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 갭 서포터 제조 방법은, 실리콘 고무를 압출 성형하여 실리콘 로드를 형성하는 단계; 상기 실리콘 로드 상부에 폴리이미드 절연층을 형성하는 단계; 상기 폴리이미드 절연층의 적어도 일부에 금속박층을 형성하는 단계; 및 상기 폴리이미드 절연층과 금속박층이 상부에 형성된 실리콘 로드를 다수의 단위 갭 서포터로 분리하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 폴리이미드 절연층 형성 단계는 150-180℃ 분위기에서 10-20초간 가압하여 폴리이미드 절연 필름을 상기 실리콘 로드 상에 접착하는 단계를 포함하며, 상기 금속박층 형성 단계는 150-180℃ 분위기에서 주석 도금 폴리이미드 필름을 상기 폴리이미드 절연층 상부에 적층하는 단계를 포함는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 갭 서포터와 기판 사이에 충분한 부착력을 제공하여 외부 충격에도 충분한 지지력을 제공하는 갭 서포터가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 외부 충격이나 낙하 등에 의한 파손을 방지하기 위해 필요한 강도와 연성 및 경도 범위를 갖는 갭 서포터가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, FR-4 보다 더 고온 환경에서의 작업이 용이한 갭 서포터가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 갭 서포터를 제조하는 방법으로서, 제조 공정이 간단하고, 제조 시에 각 부의 치수 조정이 용이하여, 원하는 형태와 구조의 갭 서포터를 용이하게 대량으로 생산할 수 있는 갭 서포터 제조 방법이 제공된다.

도 1 내지 도 3은 종래기술에 따른 갭 서포터의 예시도이다.
도 4 내지 도 6은 다른 종래기술에 따른 갭 서포터의 구성 및 제조 공정을 도시한 공정도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 갭 서포터의 구성도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 갭 서포터의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 갭 서포터의 샘플 사진이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 갭 서포터 로드의 샘플 사진이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 갭 서포터의 설치도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 갭 서포터 제조 방법의 흐름도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

본 명세서에서 사용되는 모듈이라는 용어는 용어가 사용된 문맥에 따라서, 소프트웨어, 하드웨어 또는 그 조합을 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 갭 서포터의 구성도이다.

도 7의 갭 서포터(700)는 실리콘 수지 몸체(710)의 상하면과 양 측면을 절연필름(720)이 둘러싸고, 하면과 양 측면을 소정 높이까지 한번 더 금속박(730)이 둘러싸는 구조로 되어 있다.

실리콘 수지 몸체(710)는 전자 부품의 본딩 또는 리플로우 공정 중에도 안정적 물성을 가질 수 있는 재료로서, 바람직하게는 FR-4에 비해 취성이 낮고 인성이 높으며, 필요한 내열성 및 내충격성을 구비한 실리콘 고무로 형성된다.

실리콘 고무는 고중합도의 실리콘 폴리머인 생고무(GUM)를 원료로하여 보강성 충진제, 가공조제 및 여러 특성 부여를 위한 각종 첨가제를 배합하여 미경화 컴파운드를 제조한 후 이를 가열경화한 형태의 고무이다. 실리콘 고무는 실리콘 원자와 산소 원자의 결합에너지가 커서 우수한 내열성, 내후성, 난연성, 내화학성 및 반발탄성을 가지기 때문에, 반도체 제조 공정에 필요한 고온 하에서도 물성의 변화가 없어서 장시간 사용가능하다. 실리콘 고무는 150-250℃ 범위에서 연속 사용이 가능하며, 단시간 사용의 경우에는 350℃ 까지 사용가능하다.

또한, 실리콘 고무는 적정 강도와 연성을 가져서 외부의 충격에 쉽게 파단되지 않으며, PCB 기판의 낙하로 인한 충격에도 갭 서포터(700)가 PCB 기판으로부터 분리되는 것을 방지하고 PCB 기판을 충격으로부터 보호한다.

한편, 실리콘 수지 몸체(710)의 상하면과 양 측면은 절연 필름(720)으로 피복되는데, 바람직하게는 내열성 절연 필름인 폴리이미드 필름이 사용된다.

폴리이미드 필름은 폴리이미드 필름은 205~307℃ 의 높은 사용온도를 가져서 전자 부품의 제조 공정에 적합하며, 특정 온도를 정점으로 한 연화현상으로 설명되는 단기적 내열성이 우수할 뿐 아니라 온도가 변하면서 반응속도가 변하여 온도가 시간에 따라 물성이 변화하는 화학적 내열성 즉, 장기내열성도 우수한 특성을 갖는다. 또한, 폴리이미드 필름은 내구성, 내산화성이 우수하며 에폭시에 비해 내열성과 파단 내충격성이 우수하고 절연성이 우수한 장점이 있다.

폴리이미드 절연 필름(720)은 갭 서포터(700)가 PCB 기판에 부착될 때 충분한 절연 기능을 제공하여 PCB 기판과 부착면 사이의 단락 내지 갭 서포터(700)를 통한 접지 현상을 방지한다.

한편, 폴리이미드 절연 필름(720)의 외부는 다시 주석(Sn) 또는 니켈(Ni)과 같은 금속박(foil)(730)으로 피복되는데, 금속박(730)은 실리콘 고무 몸체(710) 및 폴리이미드 절연 필름(720)의 하면과 양 측면에 소정의 높이까지 제공되어 PCB 기판과의 솔더링을 위한 접촉면을 형성한다. 솔더링은 하면과 양 측면 모두 또는 그 중 하나 이상의 면에 선택적으로 이루어질 수 있다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 갭 서포터의 사시도이다.

도 7의 갭 서포터(700)는 이해를 돕기 위해 절연 필름(720)과 금속박(730)의 두께가 과장되게 도시되었으며, 도 8a 및 도 8b의 갭 서포터(700)는 실제 두께에 매우 근접하게 도시되어 있다.

도 8a와 도 8b에 도시된 바와 같이, 금속박(730)이 양 측면에 형성되는 높이는 다양하게 선택가능하다. 다만, 절연 성질을 유지하기 위해서는 도 8b와 같이 금속박(730)이 절연 필름(720)의 측면 높이 보다는 낮게 형성되어야 하며, 하면과 PCB 기판의 접합 시에 지지력을 제고하기 위해서는 도 8a와 같이 하부 접촉면과 인접하는 측면의 소정 높이까지는 금속박(730)이 형성되는 것이 바람직하다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 갭 서포터의 샘플 사진이다.

도 9의 갭 서포터(700)는 실리콘 고무 몸체(710)을 전부 둘러싸는 폴리이미드 절연 필름(720)과 주석 금속박(730)으로 구성된 샘플의 사진으로서, 크기는 가로, 세로, 높이가 각기 수 밀리미터이나 경우에 따라서는 수십 밀리미터의 크기로도 제조가능하다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 갭 서포터 로드의 샘플 사진이다.

갭 서포터(700)는 갭 서포터 로드(800)를 필요한 크기에 맞추어 절단함에 의해 개별 단위로 형성된다. 도 10의 갭 서포트 로드(800)에 일정 간격으로 표시된 점선을 따라 슬라이싱 또는 커팅 등의 공정을 통해 다수입 갭 서포터(700)를 대량 생산할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 갭 서포터의 설치도이다.

도 11은 갭 서포터(700)의 금속박(730)이 상부로 향하도록 하여 PCB 기판(750)의 하면에 갭 서포터(700)가 부착되고, 갭 서포터(700)의 타단은 부착면(760)에 지지된 상태를 도시하고 있다. PCB 기판(750)과 갭 서포터(700)의 금속박(730) 접촉부를 솔더링하면 용융된 솔더가 금속박(730)의 측면으로부터 접촉면 사이로 스며들면서 금속박의 하면(도 11에서는 상면)과 양 측면의 일부 및 PCB 기판의 하면 사이에 솔더부(740)가 형성되어 견고한 부착이 이루어진다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 갭 서포터 제조 방법의 흐름도이다.

갭 서포터(700) 제조를 위해서는 먼저 갭 서포터 로드(800)를 제조한 후 이를 슬라이싱 또는 커팅하여 단위 갭 서포터(700)를 분리해야 한다.

먼저, 갭 서포터 로드(800)의 코어인 실리콘 로드를 형성한다(S910). 이는 실리콘 고무를 압출 성형하여 원하는 크기와 길이의 실리콘 로드를 생성하는 과정이다.

이어서, 예컨대 실리콘 접착제와 같은 소정의 접착물질과 지그를 이용하여 150-180℃ 분위기에서 10-20초간 가압하여 폴리이미드 절연 필름을 실리콘 로드의 양 끝단 표면을 제외한 표면에 접착하여 폴리이미드 절연층을 형성한다(S920).

다음으로, 동일 온도 분위기에서 도금 필름을 이용하여 폴리이미드 절연층의 필요한 부분에 도전층을 형성한다(S930). 도 10에 예시된 바와 같이, 폴리이미드 절연층의 필요한 부분은, 폴리이미드 절연층의 하면의 전체영역 및 폴리이미드 절연층의 상호 대향하는 양 측면의 일부영역일 수 있다. 도금 필름은 예를 들어 주석, 구리 또는 니켈로 도금된 폴리이미드 필름을 이용할 수 있다.

마지막으로, 위 공정을 통해 형성된 갭 서포터 로드(800)를 소정 크기로 슬라이싱 또는 커팅하여 다수의 단위 갭 서포터(700)로 분리한다.

이상의 공정은 제조 공정이 간단하고, 제조 시에 각 부의 치수 조정이 용이하여, 원하는 형태와 구조의 갭 서포터를 용이하게 대량으로 생산할 수 있다.

또한, 위 공정을 통해 생산되는 본 발명의 일 실시예에 따른 갭 서포터는 -40~280℃의 동작 온도, 0.1옴(Ω)미만의 전기저항, 최대 1000gf 압축 하중을 갖는 우수한 특성을 보인다.

또한, 60~88 사이의 쇼어(Shore) D 경도, 바람직하게는 80의 쇼어 D 경도를 가지고 최소 95%의 복원율을 나타낸다. 경도가 60 미만인 경우에는 지지력을 발휘할 수 없으며, 경도 88은 실리콘 고무 물성의 최대치를 의미한다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

1. 삭제
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8. 실리콘 고무를 압출 성형하여 사각막대 형상을 갖는 실리콘 로드를 형성하는 단계;
   상기 실리콘 로드의 양 끝단 표면을 제외한 표면을 둘러싸며 상기 실리콘 로드의 사각막대 형상에 대응하는 형상을 갖는 폴리이미드 절연층을 형성하는 단계;
   상기 폴리이미드 절연층의 하면의 전체영역 및 상기 폴리이미드 절연층의 상호 대향하는 양 측면의 일부영역에 금속박층을 형성하는 단계;
   상기 폴리이미드 절연층과 상기 금속박층이 형성된 실리콘 로드를 다수의 단위 갭 서포터로 분리하는 단계를 포함하고,
   상기 폴리이미드 절연층을 형성하는 단계는 150-180℃ 분위기에서 10-20초간 가압하여 폴리이미드 절연 필름을 상기 실리콘 로드에 접착하는 단계를 포함하고,
   상기 금속박층을 형성하는 단계는 150-180℃ 분위기에서 주석 도금 폴리이미드 필름을 상기 폴리이미드 절연층에 적층하는 단계를 포함하며,
   분리된 상기 단위 갭 서포터는,
   사각기둥 형상의 실리콘 수지 몸체;
   상기 실리콘 수지 몸체의 상면과 하면 및 네 측면 중에서 상호 대향하는 양 측면의 전체를 둘러싸도록 형성되어 상기 실리콘 수지 몸체의 사각기둥 형상에 대응하는 형상을 갖는 절연층; 및
   상기 절연층의 하면의 전체영역 및 상기 절연층의 상호 대향하는 양 측면의 일부영역에 형성된 금속박층을 포함하고,
   상기 절연층의 하면의 전체영역 및 상기 절연층의 상호 대향하는 양 측면의 일부영역에 형성된 금속박층이 PCB 기판에 솔더링되어 지지력이 강화되고, 상기 금속박층이 형성되지 않은 상기 절연층의 상면은 상기 PCB 기판이 아닌 부착면에 절연된 상태로 지지되고, 상기 절연층의 양 측면의 금속박층이 형성되지 않은 영역에 의해 상기 PCB 기판과 상기 부착면 간의 절연성이 강화되며,
   -40~280℃의 동작 온도, 0.1옴 미만의 전기저항, 최대 1,000gf의 압축하중 및 최소 95%의 복원율을 나타내는,
   것을 특징으로 하는, 실리콘 갭 서포터 제조 방법.
9. 삭제
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