KR102264463B1 - 전자부품이 장착된 돌출전극을 가지는 스트레처블 배선 기판 및 그 제작 방법 - Google Patents

전자부품이 장착된 돌출전극을 가지는 스트레처블 배선 기판 및 그 제작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자부품이 장착된 스트레처블 배선 기판의 인장 및 굽힘 시 전자부품과 솔더의 부착면에서의 응력 발생을 최소화시킬 수 있도록 하여, 전자 부품과 스트레처블 배선 기판과의 박리를 최소화시킬 수 있도록, 돌출전극 일체형 기판; 및 전자 부품;을 포함하여 구성되고, 상기 돌출전극 일체형 기판에 형성되는 비아홀들이 형성된 돌출부가, 전체 기판을 형성하기 위한 판상 요입부와 상기 판상 요입부의 저면에서 돌출부들의 형성을 위해 요입 형성되는 돌출부 형성부를 구비한 기판몰드와 비아홀 대응 위치에서 돌출 형성된 비아홀핀들을 구비한 비아홀 몰드를 결합한 상태에서 기판소재를 주입하여 경화시킨 후 분리하는 것에 의해 형성되는 것을 특지징으로 하는 전자부품이 장착된 돌출전극을 가지는 스트레처블 배선 기판을 제공한다.

Description

전자부품이 장착된 돌출전극을 가지는 스트레처블 배선 기판 및 그 제작 방법{stretchable wire substrate with block shape wire mounted electric element and the manufacturing method thereof}
본 발명은 스트레처블 배선 기판(stretchable wire substrate)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 전자부품이 장착된 스트레처블 배선 기판의 인장 및 굽힘 시 전자부품과 솔더의 부착면에서의 응력 발생을 최소화시킬 수 있도록 하여, 전자 부품과 스트레처블 배선 기판과의 박리를 최소화하는 전자부품이 장착된 돌출전극을 가지는 스트레처블 배선 기판 및 그 제작 방법에 관한 것이다.
최근 바이오 및 헬스 케어를 위한 인체 부착형 디바이스, 웨어러블 장치 또는 스트레처블 디스플레이 등의 연구의 활성화에 따라 굽힘 및 신축에도 내부의 전자 부품들 또는 배선의 파손, 단선 또는 변형이 발생하지 않는 유연하고 내구성을 가지는 스트레처블 배선 기판이 요구되었다.
이에 따라, 종래기술에서는 PDMS 등의 평평한 고분자 기판을 제공하고, 고분자와 전도성 고분자 기판의 전자 부품 장착 위치에 솔더를 이용하여 전자 부품을 직접 전기적 및 기계적으로 장착 구성한 스트레처블 배선 기판이 제공되었다.
그러나 상술한 바와 같이, 고분자 기판에 솔더를 이용하여 전자 부품을 직접 부착시키는 경우, 스트레처블 배선 기판이 굽혀지거나 휘어지는 경우 고분자 기판과 전자 부품의 접합 위치에 굽힘 또는 휨 외력이 직접 전달되어 배선 또는 전자 부품에 균열이 발생하거나 고분자 기판과 전자 부품이 분리되는 등의 문제가 발생하였다.
이에 따라, 대한민국 등록특허 제10-1815886호는 유연성을 가지는 제2 폴리머층(100)의 OLED 소자 등의 전자부품 실장 위치에 제2 폴리머층(100)으로 매몰되는 단면은 박리방지층(300)이 부착되는 단단한 특성을 가지는 제1 폴리머층(200)을 매립 형성하여, 제1 폴리머층의 외부로 노출된 단면에 전자 부품을 장착하도록 구성되는 응력(stress) 분리 구조 스트레처블 배선 기판을 제공하였다.
그러나 상술한 종래기술의 응력 분리 구조 스트레처블 배선 기판의 경우 제1 폴리머층(200)이 제2 폴리머층(100)에 매몰 구성되어 단단한 특성을 갖는 것에 의해 전체적인 유연성이 저하되는 문제점을 가진다.
이에 따라, 상술한 구성의 스트레처블 배선 기판은 굽힘과 인장 시에 배선에 손상이 발생하거나, 부착된 전자 부품과 스트레처블 배선 기판의 재료적 성질 차이 및 응력의 집중에 의해 스트레처블 배선 기판 상에 형성된 제1 폴리머층(200) 등의 고분자 소재로부터 전자 부품이 쉽게 박리될 수 있는 문제점 또한 가진다.
대한민국 등록특허 제10-1815886호
따라서 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 전자부품이 장착된 스트레처블 배선 기판의 인장 및 굽힘 시 전자부품과 솔더의 부착 위치에서의 응력 발생을 최소화시킬 수 있도록 하여, 스트레처블 배선 기판으로부터 전자부품의 박리를 최소화하는 전자부품이 장착된 돌출전극을 가지는 스트레처블 배선 기판 및 그 제작 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예는, 전체 기판을 형성하기 위한 판상 요입부와 상기 판상 요입부의 저면에서 돌출부들의 형성을 위해 요입 형성되는 돌출부 형성부들을 구비한 기판몰드를 준비하는 단계; 상기 비아홀들의 대응 위치에서 돌출 형성된 비아홀핀들을 구비한 비아홀 몰드를 상기 비아홀핀들이 상기 기판몰드의 저면을 관통하여 상기 돌출부 형성부들에 위치되도록 상기 기판몰드와 결합시키는 비아홀 몰드와 기판몰드를 결합시키는 단계; 상기 기판몰드의 상기 판상요입부들과 상기 비아홀핀들이 위치된 돌출부 형성부들에 기판소재를 주입하는 단계; 상기 기판몰드에 상기 비아홀 몰드가 결합된 상태로 경화(curing)시켜 가요성의 돌출부 일체형 기판을 형성하는 단계; 상기 돌출부 일체형 기판을 상기 기판몰와 상기 비아홀 몰드로부터 분리하는 돌출부 일체형 기판을 분리하는 단계; 상기 비아홀들에 도전성 금속 부재를 주입하여 비아홀 도선들을 형성하는 단계; 상기 돌출부 일체형 기판의 상기 돌출부들이 형성된 면의 반대면에 노출된 비아홀들을 연결하는 하부배선들을 형성하는 단계; 상기 하부배선들이 형성된 면의 반대면에서 노출되는 비아도선 단부에 전자부품 실장을 위한 서로 이격되는 접촉전극들을 형성하는 단계; 및 솔더페이스트를 상기 접촉전극들에 도포한 후 전자부품들을 솔더들을 통해 실장하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자부품이 장착된 돌출전극을 가지는 스트레처블 배선 기판 제작 방법을 제공한다.
상기 기판소재를 주입하는 단계는, 상기 돌출부의 높이와 상기 돌출부들이 형성되지 않은 비돌출부 상의 기판두께의 비가 0.8 내지 1.2의 범위를 가지도록 주입되는 상기 기판소재의 양을 조절하여 상기 기판소재를 주입하는 단계;일 수 있다.
상기 하부배선들을 형성하는 단계는, 상기 돌출부 일체형 기판의 돌출부가 형성된 반대 면에서 상기 비아홀들로 도전성 금속부재가 주입되도록 도전성 금속을 도포하여 도전성 금속부재 층을 형성하는 단계; 및 상기 도전성 금속부재 층의 비 하부배선 영역을 제거하여 하부배선들을 패터닝하는 단계;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 비아홀 도선들을 형성하는 단계는, 상기 비아홀의 내측면에 도전금속 소재의 씨드층을 형성하는 단계; 및 금속 전해 도금으로 상기 씨드층이 형성된 상기 비아홀 내부에 비아홀 도선들을 형성하는 단계;를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 비아홀 도선들을 형성하는 단계는, 상기 비아홀의 상부에 도전금속 페이스트 또는 용융 도전금속을 도포한 후, 진공을 가해 상기 비아홀 내부로 상기 도전금속 페이스트 또는 용융 도전금속을 주입시키는 것일 수도 있다.
상기 돌출전극을 가지는 스트레처블 배선 기판 제작 방법은, 상기 하부배선들을 형성하는 단계 이후, 상기 하부 배선들이 형성된 면에 기판소재를 도포한 후 다층 배선을 형성하는 처리를 반복 수행하여 다층 배선을 형성하는 다층배선 형성단계;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예는, 상기 전자부품이 장착된 돌출전극을 가지는 스트레처블 배선 기판 제작 방법에 의해 제작된 전자부품이 장착된 돌출전극을 가지는 스트레처블 배선 기판을 제공한다.
상기 전자부품이 장착된 돌출전극을 가지는 스트레처블 배선 기판은, 돌출부를 가지는 하나 이상의 돌출전극을 포함하고, 상기 돌출전극들이 형성되지 않은 비돌출부가 접합부 없이 일체형으로 구성된 돌출전극 일체형 기판; 및 상기 돌출전극 상에 접합된 전자 부품;을 포함하여 구성되고, 상기 돌출부는 전체 기판을 형성하기 위한 판상 요입부와 상기 판상 요입부의 저면에서 돌출부들의 형성을 위해 요입 형성되는 돌출부 형성부를 구비한 기판몰드와 비아홀 대응 위치에서 돌출 형성된 비아홀핀들을 구비한 비아홀 몰드를 결합한 상태에서 기판소재를 주입하여 경화시킨 후 분리하는 것에 의해 내부에 비아홀들이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 돌출부 대 상기 비돌출부를 형성하는 기판두께의 비는 0.8 ~ 1.2의 범위를 가질 수 있다.
상기 돌출전극은, 상기 비아홀들이 형성된 상기 돌출부; 상기 비아홀들에 각각 삽입 배선되는 비아홀 도선들; 및 상기 비아홀 도선들의 노출된 단부에 각각 형성되는 접촉 전극들;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 돌출전극 일체형 기판은, 상기 기판의 상기 전자 부품이 장착되는 면의 반대측 면에서 인접된 상기 돌출전극들에 형성된 상기 비아 도선들을 서로 접속시키도록 배선되는 하나 이상의 하부배선들;을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상술한 본 발명의 실시 예에 따르면, 스트레처블 배선 기판 상에 일체형 돌출부를 가지는 돌출전극을 이용하여 전자부품을 실장하는 것에 의해, 스트레처블 배선 기판에 굽힘 또는 인장을 포함하는 외력을 가하는 경우, 돌출부들에 의해 외력에 의한 응력이 전자부품과 솔더의 부착위치로 전달되는 것이 방지되고, 응력 발생이 방지되어, 전자 부품과 스트레처블 배선 기판과의 박리와 스트레처블 배선 기판에 형성되는 배선들의 단선 발생률을 현저히 감소시키는 것에 의해 스크레처블 배선 기판의 사용 수명을 현저히 향상시키는 효과를 제공한다.
도 1은 도 4의 이면 하부배선형 스트레처블 배선 기판 제작을 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는 전해 도금 또는 진공 흡입 이면 하부배선 공정을 포함하는 이면 하부배선형 스트레처블 배선 기판 제작 방법의 공정도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 전해도금 비아홀 도선 형성 공정도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 진공 흡입 비아홀 형성 공정도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 이면 하부배선형 스트레처블 배선 기판의 단면도.
도 5는 제작된 종래기술의 스트레처블 기판을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따르는 스트레처블 기판(S)을 나타내는 도면.
도 7은 상술한 유한해석을 위한 실험 조건을 나타내는 도면.
도 8은 종래기술의 스트레처블 기판(s)과 본 발명의 실시예에 따르는 스트레처블 기판(A)의 인장실험 결과를 나타내는 그래프.
도 9는 종래기술의 스트레처블 기판(s)과 본 발명의 실시예에 따르는 스트레처블 기판(A)의 인장실험에 의한 응력분포를 나타내는 도면.
도 10은 종래기술의 스트레처블 기판(s)과 본 발명의 실시예에 따르는 스트레처블 기판(A))의 굽힘실험 결과를 나타내는 그래프.
도 11은 종래기술의 스트레처블 기판(s)과 본 발명의 실시예에 따르는 스트레처블 기판(A)의 굽힘실험에 의한 응력분포를 나타내는 도면.
도 12는 본 발명의 실시예에 따르는 스트레처블 기판(A)의 기판두께변화(a) 및 돌출부의 두께(높이) 변화(b)에 따른 150 % 인장 시의 응력변화를 나타내는 그래프.
도 13은 본 발명의 실시예에 따르는 스트레처블 기판(A)의 기판 두께변화(a) 및 돌출부의 두께 변화(b)에 따른 굽힘력 변화 시의 응력변화를 나타내는 그래프.
도 14는 본 발명의 실시예에 따르는 스트레처블 기판 50% 인장에서의 전기저항변화율을 나타내는 그래프.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
먼저, 본 발명의 실시예에 사용되는 용어를 정의하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예의 설명에서, ‘이면 하부배선형’은 하부배선들이 기판의 전자부품 실장면의 반대면에 형성되는 것을 의미한다.
본 발명의 실시예의 설명에서, ‘동일면 하부배선형’은 하부배선들이 기판의 전자부품 실장이면 상에 형성되는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 도 4의 이면 하부배선형 스트레처블 배선 기판 제작을 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는 전해 도금 또는 진공 흡입 이면 하부배선 공정을 포함하는 이면 하부배선형 스트레처블 배선 기판 제작 방법의 공정도이다.
도 1과 같이, 전해 도금 이면 하부배선 공정을 포함하는 이면 하부배선형 스트레처블 배선 기판(A)의 제작 방법에서는, 전체 기판을 형성하기 위한 판상 요입부(31)와 상기 판상 요입부(31)의 저면에서 돌출부들의 형성을 위해 요입 형성되는 돌출부 형성부(33)를 구비한 기판몰드(30)를 준비한다(기판몰드를 준비하는 단계(a)).
이 후, 비아홀(5) 대응 위치에서 돌출 형성된 비아홀핀(41)들을 구비한 비아홀 몰드(40)를, 상기 비아홀핀(41)들이 기판몰드(30)의 저면을 관통하여 상기 돌출부 형성부(33)에 위치되도록 상기 기판몰드(30)와 결합시킨다(비아홀 몰드와 기판몰드를 결합시키는 단계(b)).
다음으로, 기판몰드(30)의 판상요입부(31)들과 비아홀핀(41)들이 위치된돌출부 형성부(33)들에 PDMS 등의 가요성 재질의 기판소재(80)를 주입한다(기판소재를 주입하는 단계(c)). 이때, 상기 돌출부(4)의 높이와 상기 돌출부(4)들이 형성되지 않은 비돌출부(3) 상의 기판 두께의 비가 0.8 내지 1.2의 범위를 가지도록 주입되는 상기 기판소재의 양을 조절하여 상기 기판소재를 주입하는 단계일 수 있다.
상술한 바와 같이, 저면에 비아홀 몰드(40)가 결합된 상기 기판몰드(30)의 판상 요입부(31)와 돌출부 형성부(33)에 기판소재(80)가 주입된 후에는, 상기 기판몰드(30)에 상기 비아홀 몰드(40)가 결합된 상태로 경화(curing)시켜 가요성의 돌출부 일체형 기판(1)을 형성한다(돌출부 일체형 기판을 형성하는 단계(d)).
경화가 종료되어 돌출부 일체형 기판(1)이 성형된 후에는 상기 기판몰드(30)와 상기 비아홀 몰드(40)를 제거하는 것에 의해 비아홀(5)들이 형성된 돌출부 일체형 기판(1)을 몰드들로부터 분리한다(돌출부 일체형 기판을 분리하는 단계(e)).
비아홀(5)들이 형성된 후에는, 전해도금 또는 진공 흡입 방식으로 도전성 금속 부재를 비아홀(5)에 주입하여 비아홀 도선(6)들을 형성시킨다(비아홀 도선들을 형성하는 단계f)).
상기 비아홀 도선들을 형성하는 단계(비아홀 도선들을 형성하는 단계f))는,
상기 비아홀의 내측면에 도전금속 소재의 씨드층을 형성하는 단계; 및 금속 전해 도금으로 상기 씨드층이 형성된 상기 비아홀 내부에 비아홀 도선들을 형성하는 전해도금단계;를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 비아홀 도선들을 형성하는 단계는, 상기 비아홀의 상부에 도전금속 페이스트 또는 용융 도전금속을 도포한 후, 진공을 가해 상기 비아홀 내부로 상기 도전금속 페이스트 또는 용융 도전금속을 주입시키는 것일 수도 있다.
비아홀 도선(6)들이 형성된 후에는 전해도금을 수행하여 하부배선(7)들을 형성한다 (하부배선을 형성하는 단계(g)). 상기 하부배선들을 형성하는 단계(g)는, 상기 돌출부 일체형 기판(1)의 돌출부(4)가 형성된 반대 면에서 상기 비아홀(5)들로 도전성 금속부재가 주입되도록 도전성 금속을 도포하여 도전성 금속부재 층을 형성하는 단계 및 상기 도전성 금속부재 층의 비 하부배선 영역을 제거하여 하부배선(7)들을 패터닝하는 단계;를 포함하여 이루어질 수 있다.
그리고 필요한 경우, 추가적으로 기판소재(80)를 하부배선(7)들이 형성된 면에 도포하여 경화시킨 후, 다시 전해도금을 수행하는 것에 의해 다층배선(7a)들을 형성할 수 있다(다층배선 형성 단계(h)).
상술한 바와 같이, 전해도금에 의해 하부배선(7)들이 형성된 후에는, 하부배선(7)들이 형성된 면의 반대면에서 노출되는 비아도선(6) 단부에 전해도금 등으로 전자부품 실장을 위한 서로 이격되는 접촉전극(8)들을 형성한다(i).
다음으로, 솔더페이스트를 접촉전극(8)들에 도포한 후 전자부품(10)들을 솔더(9)를 통해 장착하여 돌출전극을 가지는 스트레처블 배선 기판(1a)의 제작을 완료한다(j).
상술한 스트레처블 배선 기판 제작 방법 중 비아홀 도선의 형성은 상술한 바와 같이, 전해 도금 또는 진공 흡입 방식에 의해 수행될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 전해도금 비아홀 도선 형성 공정도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 진공 흡입 비아홀 도선 형성 공정도이다.
도 2와 같이 전해도금 비아홀 도선 형성 공정은 비아홀(5)의 내부에 전해도금으로 도전금속 소재의 씨드층(6a)을 형성하는 단계를 수행한다(도 2의 (a)~(b)). 씨드층(6a)이 형성된 후에는 전해도금단계를 수행하는 것에 의해 전해도금으로 상기 비아홀(5)의 내부에 비아홀 도선(6)을 형성하는 단계를 수행(도 2의 (c))하는 것에 의해 전해 도금에 의해 비아홀 도선(6)들을 형성할 수 있도록 한다.
이와 달리, 진공 흡입 방식에 의한 비아홀 도선 형성 공정은, 도 3와 같이, 비아홀(5)의 상부에 금속 페이스트 또는 용융 금속 등의 도전성금속부재(90)를 도포하는 단계를 수행한다(도 3의 (a)~(b)). 이 후, 기판의 저면에 진공을 가해 비아홀(5)들에 도전성금속부재(90)를 주입하는 단계를 수행(도 3의 (c))한 후 경화하여 비아홀 도선(6)들을 형성한다.
상술한 도 2 및 도 3의 비아홀 도선(6) 형성 공정들은 본 발명의 실시예들에서 비아홀(5)들에 비아홀 도선(6)을 형성하는 경우 선택적으로 적용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 이면 하부배선형 스트레처블 배선 기판(A)의 단면도이다.
도 4와 같이, 상기 이면 하부배선형 스트레처블 배선 기판(A)은, 돌출부(4)들을 가지는 다수의 제1 돌출전극(4a)들이 일체로 형성되는 돌출전극 일체형 기판(1)과, 상기 제1 돌출전극(4a)들을 전기적으로 접속시키도록 상기 돌출전극 일체형 기판(1)의 제1 돌출전극(4a)들이 형성된 면의 반대면에 배선되는 하부배선(7)들과, 상기 돌출부(4)들의 전자부품 실장면에 장착되는 전자부품(10)들을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제1 돌출전극(4a)은 도 4과 같이, 상기 돌출부(4)와, 상기 돌출부(4)를 관통하는 비아홀(5)들과 상기 비아홀(5)들에 삽입 형성되어 일 단부가 상기 돌출전극 일체형 기판(1)에 형성되는 하부배선(7)들과 접속되는 비아홀 도선(6)들 및 돌출부(4)의 전자부품(10) 장착면 상에 노출되는 상기 비아홀 도선(6)들의 단부에 서로 분리되어 형성되는 패드 형태의 접촉전극(8)들을 포함하여 구성될 수 있다.
<실험예>
기존 돌출부를 구비함이 없이 판상 기판 상에 전자부품을 장착한 스트레처블 기판과 본원 발명의 실시예들의 돌출전극을 가지는 스트레처블 기판의 비교를 위해, 종래의 스트레처블 기판(S)과 본원 발명의 실시예들의 돌출전극을 가지는 스트레처블 기판(A, B, C)을 제작한 후, 유한해석을 수행하였다.
도 5는 제작된 종래기술의 스트레처블 기판(S)을 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따르는 스트레처블 기판(A)을 나타내는 도면이다.
도 5에서 (a)는 인장 실험을 위하여 하나의 전자부품이 실장된 종래기술의 스트레처블 기판의 사시도이고, (b)는 굽힘 실험을 위하여 두 개의 전자부품이 실장된 종래기술의 스트레처블 기판(A)의 사시도이다.
도 5의 종래기술의 스트레처블 기판(S)은 전자부품(10)이 솔더페이스트를 통해 기판(S)의 평면 상에 직접 부착되어 장착된다.
그리고 도 6에서 (a) 인장 실험을 위하여 하나의 전자부품이 실장된 본 발명의 실시예에 따르는 돌출전극을 가지는 스트레처블 기판(A)의 사시도이고, (b)는 굽힘 실험을 위하여 두 개의 전자부품이 실장된 본 발명의 실시예에 따르는 전자부품이 실장된 돌출전극을 가지는 스트레처블 기판(A)의 사시도이다.
도 6의 전자부품이 장착된 돌출전극을 가지는 스트레처블 기판(A))은 기판의 0.8 내지 1.2 배의 두께를 가지는 돌출전극(4a)을 통해 전자부품(10)들이 장착된다.
도 7은 상술한 유한해석을 위한 실험 조건을 나타내는 도면이다.
도 7과 같이, 기판소재는 영율(young’s modulus)이 0.5e3 KPa이고 포아송비(Poison ratio)가 0.49이며 밀도가 7.85e-6 kg/mm3인 PDMS를 적용하였고, 전자부품은 영율(young’s modulus)이 130.4e6 KPa이고 포아송비(Poison ratio)가 0.36이며 밀도가 52e-6 kg/mm3인 실리콘 LED를 적용하였으며, 영율(young’s modulus)이 52.77e6 KPa이고 포아송비(Poison ratio)가 0.36이며 밀도가 0.6e-6 kg/mm3인 SAC305 솔더를 적용하여 종래의 스트레처블 기판과 본원 발명의 스트레처블 기판을 제작하였다.
이후, 초기의 PDMS 길이 대비, 110, 120, 130, 140%로 x축에 대해서만 힘을 가해 인장실험을 수행하고, PDMS의 곡률반경이 R15, R10, R5로 굽힘 실험을 수행하여 유한요소 해석을 수행하였다.
도 8은 종래기술의 스트레처블 기판(S)과 본 발명의 실시예에 따르는 스트레처블 기판(A)의 인장실험 결과를 나타내는 그래프이고, 도 9는 종래기술의 스트레처블 기판(S)과 본 발명의 실시예에 따르는 스트레처블 기판(A)의 인장실험에 의한 응력분포를 나타내는 도면이다.
도 8과 같이, 종래기술의 스트레처블 기판(S)은 인장율이 증가하는 경우 응력이 급격히 올라가게 되고, 이로 인해 도 9의 (a)와 같이, 응력(St)이 전자부품(10)과 솔더페이스트(9)의 접합부에 집중되어 솔더(9)와 전자부품(10)의 박리가 일어나는 것으로 확인되었다.
이에 반해, 본 발명의 실시예에 따르는 스트레처블 기판(A)의 경우에는 인장률이 증가하는 경우에도 응력이 거의 증가하지 않았으며, 응력(St)이 돌출전극(4a)에 분포되는 것에 의해 솔더(9)와 전자부품(10)의 박리가 일어나지 않았다.
도 10은 종래기술의 스트레처블 기판(S)과 본 발명의 실시예에 따르는 스트레처블 기판(A))의 굽힘실험 결과를 나타내는 그래프이고, 도 11은 종래기술의 스트레처블 기판(S)과 본 발명의 실시예에 따르는 스트레처블 기판(A)의 굽힘실험에 의한 응력분포를 나타내는 도면이다.
도 10과 같이, 종래기술의 스트레처블 기판(S)은 곡률반경이 증가하는 경우 응력이 급격히 올라가게 되고, 이로 인해 도 11의 (a)와 같이, 응력(St)이 전자부품(10)과 솔더(9)의 접합부에 집중되어 솔더(9)와 전자부품(10)의 박리가 일어나는 것으로 확인되었다.
이에 반해, 본 발명의 실시예에 따르는 스트레처블 기판(A)의 경우에는 곡률반경이 증가하는 경우에도 응력이 거의 증가하지 않았으며, 응력(St)이 돌출전극(4a)에 분포되는 것에 의해 솔더(9)와 전자부품(10)의 박리가 일어나지 않았다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따르는 스트레처블 기판(A)의 기판두께변화(a) 및 돌출부의 두께(높이) 변화(b)에 따른 150 % 인장 시의 응력변화를 나타내는 그래프이고, 도 13은 본 발명의 실시예에 따르는 스트레처블 기판(A)의 기판 두께변화(a) 및 돌출부의 두께 변화(b)에 따른 굽힘력 변화 시의 응력변화를 나타내는 그래프이다.
구체적으로, 도 12에서 (a)는 돌출부의 높이가 1mm(T1), 2mm(T2) 및 3mm(T3)를 가지는 스트레처블 기판에서 기판의 두께를 1mm, 2mm, 3mm로 가변시키며 150%의 인장력을 가한 경우의 응력변화를 나타내는 그래프이고, (b)는 기판의 두께를 1mm(t1), 2mm(t2), 3mm(t3)를 가지는 스트레처블 기판들에서 돌출부의 높이를 1mm, 2mm 및 3mm로 가변시키며 150 %의 인장력을 가한 경우의 응력 변화를 나타내는 그래프이다.
그리고 도 13에서 (a)는 돌출부의 높이가 1mm(T1), 2mm(T2) 및 3mm(T3)를 가지는 스트레처블 기판에서 기판의 두께를 1mm, 2mm, 3mm로 가변시키며 굽힘력을 가했을 경우의 응력변화를 나타내는 그래프이고, (b)는 기판의 두께를 1mm(t1), 2mm(t2), 3mm(t3)를 가지는 스트레처블 기판들에서 돌출부의 높이를 1mm, 2mm 및 3mm로 가변시키며 굽힘력을 가했을 경우의 응력 변화를 나타내는 그래프이다.
도 12 및 도 13과 같이 인장력 또는 굽힘력 인가 시 기판 두께와 돌출부의 높이가 작을수록 그리고 기판 두께와 돌출부의 높이의 비가 0.8 ~ 1.2의 범위 내에서 응력분포가 작게 발생하였으며, 1:1에 가까울수록 가장 낮은 응력분포가 가능하였다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따르는 스트레처블 기판 50% 인장에서의 전기저항변화율을 나타내는 그래프이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예의 스트레처블 기판들의 경우 50% 인장에서도 전기저항변화율 5% 이하의 월등한 성능을 보이는 것을 확인하였다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시 예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
A: 본 발명의 스트레처블 기판
S: 종래기술의 스트레처블 기판
1: 돌출부 일체형 기판
1a: 돌출전극 일체형 기판
2: 판형 기판
3: 비돌출부
4: 돌출부
5: 비아홀
6: 비아홀 도선
6a: 씨드층
7: 하부배선
7a: 다층배선
8: 접촉 전극
9: 솔더
10; 전자부품
11: 비배선부
12: 판형고분자기판
13: 도전금속증기
14: 마스크
15: 비배선면
20: 돌출전극 일체형 전자부품
30: 기판 몰드
31: 판상요입부
33: 돌출부 형성부
40: 비아홀몰드
41: 비아홀핀
80: 기판소재(PDMS)

Claims (10)

  1. 기판을 형성하기 위한 판상 요입부와 돌출부들의 형성을 위해 상기 판상 요입부의 저면에서 요입된 돌출부 형성부들을 구비한 기판몰드를 준비하는 단계;
    비아홀핀들이 상기 기판몰드의 저면을 관통하여 상기 돌출부 형성부들에 위치되도록 비아홀 몰드를 상기 기판몰드와 결합시키는 단계;
    상기 기판몰드의 상기 판상요입부들과 상기 비아홀핀들이 위치된 돌출부 형성부들에 기판소재를 주입하는 단계;
    상기 기판소재가 주입된 상기 기판몰드를 경화(curing)시켜 가요성의 돌출부 일체형 기판을 형성하는 단계;
    상기 돌출부 일체형 기판을 상기 기판몰드와 상기 비아홀 몰드로부터 분리하는 단계;
    상기 비아홀들에 비아홀 도선들을 형성하는 단계;
    상기 돌출부 일체형 기판의 상기 돌출부들이 형성된 면의 반대면에 노출된 비아홀들을 연결하는 하부배선들을 형성하는 단계;
    상기 하부배선들이 형성된 면의 반대면에서 노출되는 비아도선 단부에 전자부품 실장을 위한 접촉전극들을 형성하는 단계; 및
    상기 접촉전극들에 전자부품들을 솔더들을 통해 실장하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자부품이 장착된 돌출전극을 가지는 스트레처블 배선 기판 제작 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판소재를 주입하는 단계는,
    상기 돌출부의 높이와 상기 돌출부들이 형성되지 않은 비돌출부 상의 기판두께의 비가 0.8 내지 1.2의 범위를 가지도록 주입되는 상기 기판소재의 양을 조절하여 상기 기판소재를 주입하는 단계;인 것을 특징으로 하는 전자부품이 장착된 돌출전극을 가지는 스트레처블 배선 기판 제작 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 하부배선들을 형성하는 단계는,
    상기 돌출부 일체형 기판의 돌출부가 형성된 반대 면에서 상기 비아홀들로 도전성 금속부재가 주입되도록 도전성 금속을 도포하여 도전성 금속부재 층을 형성하는 단계; 및
    상기 도전성 금속부재 층의 비 하부배선 영역을 제거하여 하부배선들을 패터닝하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자부품이 장착된 돌출전극을 가지는 스트레처블 배선 기판 제작 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 비아홀 도선들을 형성하는 단계는,
    상기 비아홀의 내측면에 도전금속 소재의 씨드층을 형성하는 단계; 및
    금속 전해 도금으로 상기 씨드층이 형성된 상기 비아홀 내부에 비아홀 도선들을 형성하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자부품이 장착된 돌출전극을 가지는 스트레처블 배선 기판 제작 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 비아홀 도선들을 형성하는 단계는,
    상기 비아홀의 상부에 도전금속 페이스트 또는 용융 도전금속을 도포한 후, 진공을 가해 상기 비아홀 내부로 상기 도전금속 페이스트 또는 용융 도전금속을 주입시키는 단계인 것을 특징으로 하는 전자부품이 장착된 돌출전극을 가지는 스트레처블 배선 기판 제작 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하부배선들을 형성하는 단계 이후, 상기 하부 배선들이 형성된 면에 기판소재를 도포한 후 다층 배선을 형성하는 처리를 반복 수행하여 다층 배선을 형성하는 다층배선 형성단계;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자부품이 장착된 돌출전극을 가지는 스트레처블 배선 기판 제작 방법.
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