KR102176819B1 - 신축성 기판 및 이를 포함하는 신축성 인쇄 회로기판 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복수개의 제1 고분자 부재; 상기 제1 고분자 부재 측면에 배치된 제2 고분자 부재; 및 상기 제1 및 제2 고분자 부재상에 위치하는 제3 고분자 부재; 를 포함하며, 상기 제3 고분자 부재는 상기 제1 및 제2 고분자 부재를 덮는 신축성 기판에 관한 것이다.
Description
본 발명은 신축성 기판 및 이를 포함하는 신축성 인쇄 회로기판에 관한 것이다.
전자소자들이 점점 더 소형화, 경량화, 고속화, 다기능화 되고 있으나, 휴대폰, 타블렛 PC, 노트북 컴퓨터와 같은 기존의 전자소자들은 단단한 기판에 실리콘 기반의 반도체 칩들을 실장하여 이루어지기 때문에 유연성과 신축성을 갖기 어려웠다.
완전한 신축성 전자소자를 구현하기 위해서는 신축성 기판, 신축성 회로와 신축성 전자부품이 요구된다. 그러나 반도체 칩을 비롯한 전자부품들은 딱딱하여 신축성이 없으며, 회로배선의 형성에 사용되는 금속박막들은 신축성 기판으로 사용되는 탄성 고분자에 비해 신축성이 현저히 떨어져 신축성 전자소자에서 요구되는 신축성이 없다는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 단일 탄성 고분자 재료로 이루어진 신축성 기판에 딱딱하며 신축성이 없는 전자부품들을 국부적으로 실장하고 말발굽 모양과 같은 물결무늬 형상의 금속박막으로 구성한 회로배선들을 사용하여 상기 전자부품들을 연결함으로써 신축성 전자소자 패키지를 구현하고 있다.
그러나 상기와 같은 방법에서는 단일 고분자 재료로 이루어진 신축성 기판의 연신이 반복됨에 따라 신축성이 없는 전자부품과 신축성 기판과의 심한 신축성의 차이에 기인하여 기판에 실장한 전자부품들이 파단되거나 신축성 기판으로부터 박리되는 문제점이 있다.
따라서 신축성 기판의 연신에 의해 신축성이 없는 전자부품들의 성능감소가 최소화 되고, 연신이 반복되더라도 우수한 기계적 안정성 및 성능을 나타내는 신축성 기판의 개발이 필요하다.
본 발명의 목적은 높은 연신율을 나타내는 신축성 기판을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 우수한 기계적 안정성 및 내구성을 가지는 신축성 기판을 제공하는 것이다.
본 발명은
복수개의 제1 고분자 부재;
상기 제1 고분자 부재 측면에 배치된 제2 고분자 부재; 및
상기 제1 및 제2 고분자 부재상에 위치하는 제3 고분자 부재; 를 포함하며,
상기 제3 고분자 부재는 상기 제1 및 제2 고분자 부재를 덮는 신축성 기판을 제공한다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 제1, 제2 및 제3 고분자 부재는 하기 관계식 1을 만족하는 것일 수 있다.
[관계식 1]
E1>E2>E3
(E1은 제1 고분자 부재의 영률값이며, E2는 제2 고분자 부재의 영률값이고, E3은 제3 고분자 부재의 영률값이다.)
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 제1, 제2 및 제3 고분자 부재의 영률값은 경화 정도를 다르게 하거나 섬유상 충진제를 더 포함하여 조절되고 제어되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 섬유상 충진제는 유리섬유, 탄소섬유 및 금속섬유로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 제1, 제2 및 제3 고분자 부재는 탄성 경화 고분자를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 탄성 경화 고분자는 동종의 탄성 경화 고분자일 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 제1 고분자 부재 및 제3 고분자 부재는 하기 관계식 2를 만족하는 것일 수 있다.
[관계식 2]
0.3× A3 ≤ A1 ≤ 0.9× A3
(A1은 제1 고분자 부재가 차지하는 총 면적이며, A3은 제3 고분자 부재가 차지하는 면적이다.)
본 발명은 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 기판을 포함하며, 상기 신축성 기판은 전자부품의 위치를 고정하고, 상기 전자부품 간의 전기적 연결이 형성되는 신축성 인쇄 회로 기판을 제공한다.
본 발명은 또한
복수개의 제1 고분자 부재를 형성하는 단계;
상기 제1 고분자 부재의 측면에 제2 고분자 부재를 형성하는 단계; 및
상기 제1 및 제2 고분자 부재상에 제3 고분자 부재를 형성하여 신축성 기판을 구성하는 단계; 및
상기 신축성 기판에 회로배선을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 제3 고분자 부재는 상기 제1 및 제2 고분자 부재를 덮는 신축성 인쇄 회로기판의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 제1, 제2 및 제3 고분자 부재는 3차원 인쇄에 의해 형성되는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 제1, 제2 및 제3 고분자 부재는 제1, 제2 및 제3 잉크젯 잉크를 이용하여 패턴화 형성되고, 상기 제1, 제2 및 제3 고분자 부재의 영률값은 경화 정도를 다르게 하거나 섬유상 충진제를 더 포함하여 조절되고 제어되는 것일 수 있다.
본 발명은 높은 연신율을 나타내는 신축성 기판을 사용함으로써, 연신이 반복되더라도 우수한 기계적 안정성 및 내구성을 나타낼 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명은 신축성 기판에 고정된 전자부품이 겪는 스트레스를 1/500 이하로 줄여 반복 연신에 의한 성능감소를 최소화 할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 명세서에서 기재된 효과 및 그 내재적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1은 본 발명에 따른 신축성 기판의 측면도를 나타낸 이미지이다.
도 2는 본 발명에 따른 신축성 기판에 복수개의 전자부품을 고정한 평면 도를 나타낸 이미지이다.
도 3은 본 발명에 따른 신축성 기판에 전자부품을 고정한 측면도를 나타낸 이미지이다.
도 2는 본 발명에 따른 신축성 기판에 복수개의 전자부품을 고정한 평면 도를 나타낸 이미지이다.
도 3은 본 발명에 따른 신축성 기판에 전자부품을 고정한 측면도를 나타낸 이미지이다.
본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 명세서에 달리 정의하지 않는 한, 동종의 고분자는 고분자 주쇄의 반복단위가 동일한 것을 의미한다.
본 명세서에 달리 정의하지 않는 한, 경화 고분자는 경화능을 갖는 고분자가 열, 광, 또는 화학적 수단에 의해 경화된 상태를 가지는 고분자를 의미한다.
본 발명은 신축성 기판을 제공하며, 상기 신축성 기판은 복수개의 제1 고분자 부재; 상기 제1 고분자 부재 측면에 배치된 제2 고분자 부재; 및 상기 제1 및 제2 고분자 부재상에 위치하는 제3 고분자 부재; 를 포함하며, 상기 제3 고분자 부재는 상기 제1 및 제2 고분자 부재를 덮는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 신축성 기판은 제1 및 제3 고분자 부재 외에, 제1 고분자 측면에 배치된 제2 고분자를 포함함으로써, 상기 구조를 기반으로 각 고분자 부재의 영률값 제어 시 반복 연신에 의해 발생하는 스트레스를 감소시켜, 높은 연신율을 나타낼 수 있는 장점을 가지고 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 신축성 기판 (100)은 도 1에서 도시된 바와 같이, 서로 접촉하여 위치하거나, 이격하여 위치하는 복수개의 제1 고분자 부재 (110); 제 1 고분자 부재의 측면에 배치된 제2 고분자 부재 (120); 및 제 1 고분자 부재 (110) 및 제2 고분자 부재 (120)를 덮는 제3 고분자 부재 (130)을 포함한다. 더욱 구체적으로, 제2 고분자 부재 (120)은 제1 고분자 부재 (110)의 측면에 위치하여 제1 고분자 부재 (110)를 감싸고 있어, 제1 고분자 부재 (110) 및 제 3 고분자 부재 (130)의 경계면에 위치하여 완충역할을 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제1, 제2 및 제3 고분자 부재는 하기 관계식 1을 만족하는 것일 수 있다.
[관계식 1]
E1>E2>E3
(E1은 제1 고분자 부재의 영률값이며, E2는 제2 고분자 부재의 영률값이고, E3은 제3 고분자 부재의 영률값이다.)
상기 제1, 제2 및 제3 고분자 부재는 상기 관계식 1을 만족함으로써, 이를 포함하는 신축성 기판이 반복 연신과정에서도 변형이 발생하지 않고, 높은 연신율을 나타낼 수 있으며, 더 나아가 신축성 기판의 우수한 기계적 안정성 및 내구성을 나타낼 수 있다.
상기 제2 고분자 부재의 영률값은 제1 고분자 부재보다는 작고, 제3 고분자 부재보다는 큰 값을 가지므로, 제1 고분자 부재 및 제3 고분자 부재 경계면에서 완충역할을 해 줄 수 있어, 영률값이 상대적으로 높은 제1 고분자 부재의 연신을 최소화 할 수 있다. 뿐만 아니라, 영률값이 상대적으로 낮은 제3 고분자 부재가 연신과정에서 겪는 스트레스를 최소화할 수 있어, 제1, 제2 및 제3 고분자 부재를 포함하는 신축성 기판의 높은 연신율을 나타낼 수 있어, 제1 고분자 부재가 차지하는 총 면적이 제3 고분자 부재의 80% 이상일 경우에도, 70% 이상의 연신율을 나타낼 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 고분자 부재의 영률값 E1은 1 내지 50 MPa, 좋게는 5 내지 50 MPa를 가질 수 있으며, 상기 제2 고분자 부재의 영률값 E2은 0.05 내지 1 MPa, 좋게는 0.1 내지 0.5 MPa를 가질 수 있고, 상기 제3 고분자 부재의 영률값 E3은 0.005 내지 0.05 MPa, 좋게는 0.01 내지 0.04 MPa를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다
상기 영률 값(Young modulus)은 ASTM D882에 의해 측정된 값을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1, 제2 및 제3 고분자 부재의 영률값은 각각의 고분자 부재의 경화 정도를 다르게 하는 양태 및 섬유상 충진제를 포함하는 양태에서 선택되는 하나 또는 둘의 조합에 의해 조절되고 제어될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1, 제2 및 제3 고분자 부재의 경화 정도는 경화제의 함량을 서로 다르게 하거나, 고분자에 포함되는 경화성 관능기의 함량을 달리함으로써 조절될 수 있다. 상기 경화제는 상기 경화 고분자 100 중량부에 대하여 0.05 내지 50 중량부, 좋게는 5 내지 15 중량부를 포함할 수 있으나 이에 제한받지 않는다.
구체적으로 상기 경화제는 고분자에 포함되는 비닐기, 카르복실산기, 아민기 및 히드록실기 등의 반응성 관능기와 반응할 수 있는 공지의 화합물일 수 있다. 보다 구체적인 예로, 디이소시아네이트계 화합물, 디티올계 화합물, 디에폭시계 화합물 등이 예시될 수 있으나 이에 제한받지 않고 공지의 경화제가 사용될 수 있다. 또한 상기 제1, 제2 및 제3 고분자 부재 각각의 고분자에 포함되는 경화성 관능기의 함량을 달리함으로서도 고분자 부재의 경화 정도가 조절될 수 있다. 상기 제1, 제2 및 제3 고분자 부재에 포함되는 고분자가 각각 서로 다른 경화성 관능기의 함량을 포함함으로써, 비록 각각의 고분자 부재에 경화제의 함량을 동일하게 포함하더라도 각각 서로 다른 경화 정도를 가질 수 있다. 다른 구현예로, 열 또는 광을 가하거나, 촉매를 추가함으로써, 상기 제1, 제2 및 제3 고분자 부재가 동시에 경화될 수 있고, 각각의 고분자 부재가 서로 다른 경화 정도를 가질 수 있다. 또 다른 구현예로, 상기 제1, 제2 및 제3 고분자 부재는 서로 다른 경화제를 사용하거나, 억제제를 포함함으로써, 경화 정도를 조절할 수 있다. 상기 억제제는 고분자의 가교를 방해할 수 있는 것이라면 특별히 제한하지는 않지만, 구체적인 예로, 5-아미노-1-펜탄올, 하이드로퀴논, p-메톡시페놀, 디-t-부틸-p-크레졸, 피로가롤, t-부틸카테콜, 벤조퀴논, 4,4-티오비스(3-메틸-6-t-부틸페놀), 2,2-메틸렌비스(4-메틸-6-t-부틸페놀) 및 머캅토이미다졸 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 상기 제1, 제2 및 제3 고분자 부재는 서로 상이한 경화 정도를 나타냄으로써, 서로 다른 영률값을 나타낼 수 있고, 이에 따라 반복 연신 과정에서의 변형을 최소화 할 수 있으며, 신축성을 향상시킬 수 있다.
상기 섬유상 충진제는 유리섬유, 탄소섬유 및 금속섬유로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 경화 고분자 100 중량부 기준, 30 내지 200 중량부, 좋게는 100 내지 150 중량부를 포함할 수 있으나, 이에 제한하지는 않는다. 상기 범위에서 섬유상 충진제를 더 포함함으로써, 제1 고분자 부재는 경화제에 의해 경화된 상태의 영률값보다도 훨씬 높은 영률값을 나타낼 수 있다. 구체적으로, 섬유상 충진제가 더 포함되고 경화된 제1 고분자 부재의 영률값은 섬유상 충진제가 포함되지 않고 경화된 것 대비 10배 이상 높을 수 있다.
상기 섬유상 충진제의 종횡비는 2 내지 10,000, 바람직하게 10 내지 1,000일 수 있으나 이에 제한받지 않는다. 상기 섬유상 충진제의 장축 길이는 10 내지 500㎛, 바람직하게 50 내지 300㎛ 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제1, 제2 및 제3 고분자 부재는 탄성 경화 고분자를 포함할 수 있으며, 상기 탄성 경화 고분자는 동종의 탄성 경화 고분자일 수 있다. 구체적으로, 제1, 제2 및 제3 고분자 부재는 실리콘계 고분자, 우레탄계 고분자, 스티렌계 고분자 및 올레핀계 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 탄성 경화 고분자를 포함할 수 있으나, 더욱 좋게는 동종의 고분자를 사용하는 것이 우수한 접착력을 나타낼 수 있는 점에서 유리하다. 즉, 제1, 제2 및 제3 고분자 부재의 고분자는 주쇄의 반복단위는 동일하되, 경화 정도(가교도)가 상이한 동종의 고분자일 수 있다. 이에 따라, 상기 제1, 제2 및 제3 고분자 부재가 높은 화학적 친화성을 가질 수 있으며, 상기 부재들 사이의 높은 접착력을 유지할 수 있다.
구체적으로, 상기 탄성 경화 고분자는 상술한 바와 같은 실리콘계 고분자, 우레탄계 고분자, 스티렌계 고분자 및 올레핀계 고분자를 기초 고분자로 하고, 상기 기초 고분자를 추가적인 경화 반응을 통해 경화하여 얻어진다. 상기 탄성 경화 고분자를 형성할 수 있는 기초 고분자의 구체적인 일 예로, 폴리디메틸실록산 (Polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리우레탄 (Polyurethane), 스티렌-부타디엔 고무 (styrene-butadiene rubber, SBR), 스티렌 부타디엔 스티렌 고무 (Styrene Butadiene StyreneStyrene rubber, SBS), 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 고무 (Styrene-ethylene-butylene-styrene rubber, SEBS), 스티렌-이소프렌-스티렌 고무 (styrene-isoprene-styrene rubber, SIS), 에틸렌-프로필렌 고무 (polyethylene-co-propylene elastomer, POE) 및 EPDM 고무 (ethylene propylene diene rubber, EPDM) 중에서 선택되는 하나 이상일 수 있으나 이에 제한하지는 않는다. 상기 경화 고분자를 사용하는 경우, 기본적인 탄성과 유연성을 제공할 수 있어, 우수한 신축성을 제공할 수 있다.
상기 탄성 경화 고분자를 형성할 수 있는 기초 고분자의 중량 평균 분자량 (Mw)은 10,000 내지 5,000,000일 수 있고, 바람직하게 50,000 내지 1,000,000, 보다 바람직하게 100,000 내지 500,000일 수 있으나 이에 제한받지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 고분자 부재 및 제3 고분자 부재는 하기 관계식 2를 만족하는 것일 수 있다.
[관계식 2]
0.3×A3 ≤ A1 ≤ 0.9×A3
(A1은 제1 고분자 부재가 차지하는 총 면적이며, A3은 제3 고분자 부재가 차지하는 면적이다.)
상기 A1 및 A3는 연신 전 신축성 기판에 포함되는 제1 및 제3 고분자 부재가 차지하는 면적을 의미한다. 구체적으로, A1은 복수개의 제1 고분자 부재가 차지하는 총 면적일 수 있다. 상기 A1은 제3 고분자 부재가 차지하는 면적 A3의 0.2배 내지 0.9배, 좋게는 0.3배 내지 0.9배, 더욱 좋게는 0.4배 내지 0.9배를 가질 수 있으나, 이에 제한하지는 않는다. 상기 범위에서 집적도를 증가시킬 수 있어 생산비용을 낮출 수 있는 장점이 있다.
상기 제3 고분자 부재는 신축성 기판에서 가장 많은 면적을 차지하는 부분으로써, 전자부품이 위치하지 않는 제3 고분자 부재의 일면은 접착성을 나타낼 수 있다. 이에 따라, 제3 고분자 부재의 일면을 접착면으로 활용할 수 있어, 별도의 접착제 없이도 원하는 부위에 접착할 수 있는 장점이 있다. 구체적인 일 예로, 제3 고분자 부재의 일면이 접착하는 면은 사람의 피부일 수 있다.
도 2에서 도시된 바와 같이, 복수의 제1 고분자 부재 (110)는 서로 접촉하여 위치할 수 있거나, 일정한 간격을 두고 서로 이격하여 위치할 수 있다. 서로 이격하여 위치하는 경우, 구체적으로 200㎛ 내지 10㎝, 좋게는 200㎛ 내지 2㎝ 간격을 두고 위치할 수 있으나, 이에 제한받지는 않는다. 또한, 상기 제1 고분자 부재 (110)은 신축성이 없는 전자부품의 위치를 고정하기 위한 것으로, 폭 300㎛ 내지 3㎝ 및 높이 300㎛ 내지 800㎛을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 고분자 부재 (120)는 상기 제1 고분자 부재 (110)의 측면에 위치하되, 폭 500㎛ 내지 5㎝ 높이 100㎛ 내지 700㎛를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 제3 고분자 부재 (130)는 제1 및 제2 고분자 부재를 모두 덮을 수 있는 크기이면 족하며, 높이 500㎛ 내지 5㎜ 을 가질 수 있으나, 이에 제한하지는 않는다.
상술한 바와 같이, 상기 제2 고분자 부재는 상기 제1 고분자 부재의 측면에 위치하되 제1 고분자 부재의 측면 테두리에 결합되어 위치할 수 있으며, 측면 테두리의 일부 또는 전부와 결합될 수 있다. 바람직하게, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제2 고분자 부재의 높이는 제1 고분자 부재의 높이보다 높을 수 있으며, 제2 고분자 부재가 제1 고분자 부재와 결합된 상태로 높이 방향으로 신장하여 제1 고분자 부재의 상부면 방향의 일부를 감싸는 형태로 결합될 수 있다. 상기와 같은 구조를 가짐으로써 가혹한 휨이나 연신 과정에서도 제1 고분자 부재가 안정되게 결합되어 소자가 보다 높은 신뢰성을 가질 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 제1 고분자 부재 및 제2 고분자 부재의 폭 비율은 1:0.01 내지 1:0.5일 수 있으며, 높이 비율은 1:0.5 내지 1:1.5일 수 있다. 상기 범위에서 제2 고분자 부재는 제1 고분자 부재와 제3 고분자 부재의 경계면에서 더욱 우수한 완충역할을 할 수 있으며, 반복 연신 과정에서 상대적으로 영률이 높은 제1 고분자 부재를 잘 보호할 수 있다. 또한, 상기 제1 고분자 부재 및 제3 고분자 부재의 높이 비율은 1:1.5 내지 1:3 일 수 있으며, 상기 범위에서, 제1, 제2 및 제3 고분자 부재를 포함하는 신축성 기판이 높은 신축성과 반복 연신 과정에서도 높은 신뢰성을 가질 수 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 신축성 기판을 포함하며, 상기 신축성 기판은 전자부품의 위치를 고정하고, 상기 전자부품 간의 전기적 연결이 형성되는 신축성 인쇄 회로 기판을 제공한다.
구체적으로, 상기 전자부품은 신축성 기판상에 화학적 또는 물리적으로 고정될 수 있으며, 상기 전자부품은 도 3에서 도시된 바와 같이, 신축성 기판의 수직방향 (제3고분자 부재측으로의 방향)으로 제1 고분자 부재와 동일한 위치에 위치할 수 있다. 또한, 상기 신축성 인쇄 회로 기판은 전자부품 간의 전기적 연결을 위한 배선패턴을 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 배선패턴을 형성하기 위해 전기전도성이 있는 금속이면 크게 제한하지는 않지만, 금(Au), 구리(Cu), 주석(Sn), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 백금(Pt), 철(Fe), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W)으로 이루어진 군에서 하나이상 선택할 수 있다. 상기 신축성 인쇄 회로 기판은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 기판을 포함함으로써, 반복 연신과정에서 신축성이 없는 전자부품들이 파단되거나, 신축성 기판으로부터 박리되는 것을 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 연신에 의한 전자부품의 성능감소 없이, 신축성 및 성능 모두 우수한 신축성 인쇄 회로 기판을 제공할 수 있다.
본 발명은 또한 신축성 인쇄 회로기판의 제조방법을 제공하며, 상기 제조방법은 복수개의 제1 고분자 부재를 형성하는 단계; 상기 제1 고분자 부재의 측면에 제2 고분자 부재를 형성하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 고분자 부재상에 제3 고분자 부재를 형성하여 신축성 기판을 구성하는 단계; 및 상기 신축성 기판에 회로배선을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 제3 고분자 부재는 상기 제1 및 제2 고분자 부재를 덮는 것을 특징으로 한다.
상기 제1, 제2 및 제3 고분자 부재는 3차원 인쇄에 의해 형성되는 것일 수 있다. 3차원 인쇄를 통해, 각 고분자 부재의 3차원 구조를 조절하여, 이를 포함하는 신축성 인쇄 회로기판의 연신 특성을 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 3차원 인쇄를 이용한 정교한 패터닝을 통하여 집적도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 구체적으로, 제2 고분자 부재는 폭 500㎛ 내지 5㎝, 높이 100㎛ 내지 700㎛로 조절하여 인쇄할 수 있으며, 상기 범위에서 제2 고분자 부재는 제1 및 제3 고분자 부재 계면에서 더욱 우수한 완충역할을 할 수 있다.
상기 제1, 제2 및 제3 고분자 부재는 제1, 제2 및 제3 잉크젯 잉크를 이용하여 패턴화 형성되고, 상기 제1, 제2 및 제3 고분자 부재의 영률값은 경화 정도를 다르게 하거나 섬유상 충진제를 더 포함하여 조절되고 제어될 수 있다. 상기 제1, 제2 및 제3 잉크젯 잉크는 서로 상이한 경화제 함량을 포함하거나, 서로 다른 종류의 경화제를 사용함으로써, 서로 상이한 경화정도를 나타낼 수 있으며, 경화된 후에는 서로 다른 영률값을 가지는 제1, 제2 및 제3 고분자 부재를 각각 형성할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 잉크젯 잉크는 상기 경화성 고분자 100 중량부에 대하여 경화제 10 내지 50 중량부를 포함할 수 있으며, 상기 제2 잉크젯 잉크는 상기 제1 잉크젯 잉크에 포함되는 경화제의 2 내지 20 중량%를 포함할 수 있고, 상기 제3 잉크젯 잉크는 상기 제1 잉크젯 잉크에 포함되는 경화제의 0.05 내지 5 중량%를 포함할 수 있다.
또한 상기 제3 잉크젯 잉크는 억제제를 포함할 수 있으며, 좋게는 억제제가 내부 코어에 포함된 역 미셀 (reverse micelle) 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 억제제는 고분자의 가교를 방해할 수 있는 것이라면 특별히 제한하지는 않는다. 제3 잉크젯 잉크는 상기 경화성 고분자 100 중량부에 대하여, 억제제 0 내지 0.1 중량부를 포함할 수 있다. 상기 역 미셀 구조는 억제제가 내부 코어에 담지된 구조로써, 억제제, 경화성 고분자 및 계면활성제를 혼합하여 얻을 수 있다. 상기 경화성 고분자는 실리콘계 고분자, 우레탄계 고분자, 스티렌계 고분자 및 올레핀계 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 탄성 경화 고분자일 수 있다. 또한, 상기 계면활성제는 역 미셀 구조를 형성할 수 있도록 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 예를 들면 양이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제 및 양쪽성 계면활성제에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 억제제가 담지된 역 미셀 구조를 가지는 제3 잉크젯 잉크는 경화된 후, 높은 연신율 뿐만 아니라, 별도의 접착제 없이도 높은 접착력을 나타낼 수 있다.
상기 섬유상 충진제는 제1 잉크젯 잉크에 함유되어 경화성 고분자와 함께 도포(인쇄)될 수 있다. 이에, 일 구체예에서, 상기 제1 잉크젯 잉크는 섬유상 충진제를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 섬유상 충진제는 유리섬유, 탄소섬유 및 금속섬유로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 상기 경화성 고분자 100 중량부 기준, 30 내지 200 중량부, 좋게는 100 내지 150 중량부를 포함할 수 있으나, 이에 제한하지는 않는다.
이하 본 발명을 실시예를 통해 상세히 설명하나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위가 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
PDMS 및 경화제 (Sylgard 184 Base & Curing agent, Dow Corning, USA)를 10: 1 중량비로 혼합한 후, 상기 PDMS 100 중량부에 대하여, 유리섬유 충진제 (Milled glass fiber, 50㎛) 150 중량부를 추가하여 제 1 잉크젯 잉크를 제조하였다.
다음, 상기 PDMS 및 경화제를 10: 0.5 중량비로 혼합한 후, 상기 PDMS 100 중량부에 대하여, 5-AMINO-1-PENTANOL 억제제가 150 ppm 만큼 포함되도록 역미셀 구조를 이용하여 제3 잉크젯 잉크를 제조하였다.
마지막으로, 고점도 PDMS 및 경화제 (Sylgard 186 Base & Curing agent, Dow Corning, USA)를 10: 1 중량비로 혼합하여 제2 잉크젯 잉크를 제조하였다.
3차원 로봇 디스펜서 (SHUS mini 200SX, MUSASHI ENGINEERING, INC. Japan)를 이용하여, 테프론 필름 상에 복수개의 제1 고분자 부재가 형성되도록 상기 제1 잉크젯 잉크를 패턴화하였으며, 제2 잉크젯 잉크를 패턴화한 후, 80℃ 오븐에서 30분동안 경화과정을 거쳐, 제1 고분자 부재의 측면에 제2 고분자 부재가 형성되도록 하였다. 다음, 상기 제1 및 제2 고분자 부재 상에 제1 및 제2 고분자 부재를 덮도록 제3 잉크젯 잉크를 패턴화 한 후, 80℃ 오븐에서 12시간 동안 경화과정을 거쳐 신축성 기판을 제조하였다. 상기 제1 고분자 부재가 차지하는 총 면적이 제3 고분자 부재가 차지하는 면적의 각각 50%, 66% 및 80%가 되도록 각 신축성 기판을 제조한 후 Stretching machine을 이용해 필름을 연신하면서 발생되는 파단 지점을 측정하였으며 그 결과를 표 1에 표시하였다.
상기 제조된 제1, 제2 및 제3 잉크젯 잉크를 패턴화 한 후, 경화시켜 각각 제1, 제2 및 제3 영률측정 시편을 제조하였으며, 상기 제1, 제2 및 제3 영률측정 시편의 영률을 ASTM D882에 따라 측정한 결과, 각각 5.36MPa, 0.20MPa 및 0.02MPa를 나타내었다.
(비교예 1)
상기 실시예 1에서 제2 고분자 부재를 형성하지 않은 것을 제외하고는 동일하게 실시하였으며, 상기 제1 고분자 부재가 차지하는 총 면적이 제3 고분자 부재가 차지하는 면적의 50%, 66% 및 80%가 되도록 각 신축성 기판을 제조한 후 Stretching machine을 이용해 필름을 연신하면서 발생되는 파단 지점을 측정하였으며 그 결과를 표 1에 표시하였다.
(비교예 2)
상기 실시예 1에서, 제3 잉크젯 잉크를 패턴화 하여 제3 고분자 부재를 형성한 대신, Ecoflex를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
(비교예 3)
상기 실시예 1에서, 제3 잉크젯 잉크를 패턴화 하여 제3 고분자 부재를 형성한 대신, PDMS 및 경화제를 30: 1 중량비로 혼합하고, 억제제를 포함하지 않는 제3 잉크젯 잉크를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
(실험예 1)
<연신율 측정>
| 제1 고분자 부재의 총 면적이 제3 고분자 부재 면적 대비 차지하는 비율 | 최대 연신율 [%] | |
| 비교예 1 | 실시예 1 | |
| 50% | 93.1% | 103.0% |
| 66% | 49.7% | 58.5% |
| 80% | 39.6% | 71.35% |
표 1에서 확인할 수 있듯이, 제1 및 제3 고분자 부재의 경계에 제2 고분자 부재를 형성하는 경우, 제 1 고분자 부재가 차지하는 총 면적이 제3 고분자 부재의 80% 차지할 때에도 70%이상의 연신율을 나타나는 것을 확인할 수 있다. 즉 높은 집적도 및 연신율을 동시에 만족시킬 수 있는 신축성 기판의 제조가 가능한 것을 확인할 수 있다.
(실험예 2)
<물질의 접착력 측정>
상기 실시예 1 및 비교예 2에 의해 제조된 제3 잉크젯 잉크를 패턴화 한 후, 경화시켜 각각 제3 접착력측정 시편을 제조하였으며, 상기 제3 접착력측정 시편을 KS T 1028에 따라 측정한 접착력을 표2에 표시하였다.
| Adhesion force (N/mm) | 표준편차 | ||
| 실시예 1 | 제 3 시편 | 1.454 | 0.142 |
| 비교예 2 | 제 3 시편 | 0.141 | 0.005 |
표 2에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 제3 고분자 부재를 포함하는 제3 접착력측정 시편이 비교예 2 대비 높은 접착력을 나타내는 것을 알 수 있다. 즉, 별도의 접착제 없이도, 높은 접착력을 나타내는 것을 알 수 있다.
(실험예 3)
<필름의 접착력 측정>
상기 실시예 1 및 비교예 1에 의해 제조된 제1, 제2 및 제3 잉크젯 잉크를 패턴화 한 후, 경화시켜 각각 제1, 제2 및 제3 접착력측정 시편 필름을 제조하였으며, 상기 제1, 제2 및 제3 접착력측정 시편을 KS T 1028에 따라, 180도에서 peel-off 테스트를 진행하였으며, 각 시편 간의 접착력을 표3에 표시하였다.
| Adhesion force (gf/mm) | ||
| 실시예 1 | 제1 및 제3 접착력측정 시편 | 2.254 |
| 제2 및 제3 접착력측정 시편 | 3.801 | |
| 비교예 3 | 제1 및 제3 접착력측정 시편 | 0.358 |
| 제2 및 제3 접착력측정 시편 | 2.979 | |
표 3에서 볼 수 있듯이, 실시예 1에 의한 제1 및 제3 접착력측정 시편 사이의 접착력은 비교예 3 대비, 6배 이상 높은 값을 나타내며, 반복 연신 시 가장 많은 스트레스가 집중될 제2 및 제3 접착력측정 시편 사이의 접착력은 실시예 1인 경우, 3.801 gf/mm로써, 높은 접착력을 나타낸 반면, 비교예 3에 의한 제2 및 제3 접착력측정 시편 사이의 접착력은 2.979gf/mm로써, 실시예 1 대비 약 22% 낮은 접착력을 나타내는 것을 알 수 있다.
100: 신축성 기판, 110: 제1 고분자 부재
120: 제2 고분자 부재, 130: 제3 고분자 부재;
200: 전자부품
120: 제2 고분자 부재, 130: 제3 고분자 부재;
200: 전자부품
Claims (11)
- 복수개의 제1 고분자 부재;
상기 제1 고분자 부재 측면에 배치된 제2 고분자 부재; 및
상기 제1 및 제2 고분자 부재상에 위치하는 제3 고분자 부재; 를 포함하며,
상기 제3 고분자 부재는 상기 제1 및 제2 고분자 부재를 덮고,
상기 제1, 제2 및 제3 고분자 부재는 하기 관계식 1을 만족하는 것인 신축성 기판:
[관계식 1]
E1>E2>E3
(E1은 제1 고분자 부재의 영률값이며, E2는 제2 고분자 부재의 영률값이고, E3은 제3 고분자 부재의 영률값이다). - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1, 제2 및 제3 고분자 부재의 영률값은 경화 정도를 다르게 하거나 섬유상 충진제를 더 포함하여 조절되고 제어되는 것을 특징으로 하는 신축성 기판. - 제3항에 있어서,
상기 섬유상 충진제는 유리섬유, 탄소섬유 및 금속섬유로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 신축성 기판. - 제1항에 있어서,
상기 제1, 제2 및 제3 고분자 부재는 탄성 경화 고분자를 포함하는 것인 신축성 기판. - 제5항에 있어서,
상기 탄성 경화 고분자는 동종의 탄성 경화 고분자 인 것인 신축성 기판. - 제1항에 있어서,
상기 제1 고분자 부재 및 제3 고분자 부재는 하기 관계식 2를 만족하는 것인 신축성 기판.
[관계식 2]
0.3× A3 ≤ A1 ≤ 0.9× A3
(A1은 제1 고분자 부재가 차지하는 총 면적이며, A3은 제3 고분자 부재가 차지하는 면적이다.) - 제1항 및 제3항 내지 제7항에서 선택되는 어느 한 항에 따른 신축성 기판을 포함하며,
상기 신축성 기판은 전자부품의 위치를 고정하고,
상기 전자부품 간의 전기적 연결이 형성되는 신축성 인쇄 회로 기판. - 복수개의 제1 고분자 부재를 형성하는 단계;
상기 제1 고분자 부재의 측면에 제2 고분자 부재를 형성하는 단계;
상기 제1 및 제2 고분자 부재상에 제3 고분자 부재를 형성하여 신축성 기판을 구성하는 단계; 및
상기 신축성 기판에 회로배선을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 제3 고분자 부재는 상기 제1 및 제2 고분자 부재를 덮고,
상기 제1, 제2 및 제3 고분자 부재는 하기 관계식 1을 만족하는 것인 신축성 인쇄 회로기판의 제조방법:
[관계식 1]
E1>E2>E3
(E1은 제1 고분자 부재의 영률값이며, E2는 제2 고분자 부재의 영률값이고, E3은 제3 고분자 부재의 영률값이다). - 제9항에 있어서,
상기 제1, 제2 및 제3 고분자 부재는 3차원 인쇄에 의해 형성되는 신축성 인쇄 회로기판의 제조방법. - 제10항에 있어서,
상기 제1, 제2 및 제3 고분자 부재는 제1, 제2 및 제3 잉크젯 잉크를 이용하여 패턴화 형성되고, 상기 제1, 제2 및 제3 고분자 부재의 영률값은 경화 정도를 다르게 하거나 섬유상 충진제를 더 포함하여 조절되고 제어되는 것인 신축성 인쇄 회로기판의 제조방법.
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