KR20050094049A - Fpcb를 접합시키는 방법 - Google Patents

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마르크 후제만
한스 카를 엔-겔딘거
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테사 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 플라스틱 부품, 특히 가요성 인쇄 회로 기판(FPCB)의 접합에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 열에 의해 활성화되는 접착제가 접합을 위해 사용되며, 상기 접착제는 (i) 하나 이상의 열가소성 중합체 또는 개질 고무, 및 (ii) 바람직하게는 하나 이상의 페놀 수지 및 하나 이상의 에폭시 수지를 포함하는 하나 이상의 수지를 포함한다.

Description

FPCB를 접합시키는 방법 {METHOD FOR GLUING FPCB'S}
본 발명은 플라스틱 부품, 구체적으로는 가요성 인쇄 회로 기판(FPCB)의 접합, 즉 접착에 의한 접합에 관한 것이다.
산업화 시대에서 접착 테이프는 광범위한 가공 보조성분이다. 특히 전자공학에 사용하기 위해서는 접착 테이프에 고도로 정확해야 한다는 요건이 부과되었다. 현재의 전자공학 산업에서는 점점더 좁고, 더 가볍고, 더 신속한 부품이 요구되는 경향이 있다. 이를 달성하기 위해서, 제조공정상의 조작에 부과되는 요건이 점점 더 많아지고 있다. 본 발명은 또한 IC 칩 또는 종래의 인쇄 회로 기판의 전기적 접촉을 위해 매우 빈번하게 사용되는 가요성 인쇄 회로 기판에 관한 것이다.
가요성 인쇄 회로 기판(FPCB)은, 예를 들어 셀폰, 자동차 라디오 및 컴퓨터와 같은 다수의 전자 장치 중에서 대표적인 것이다. FPCB는 일반적으로 구리 및 폴리이미드 층으로 구성되는데, 이중 폴리이미드 층은 필요한 경우 구리 호일에 접합된다. FPCB의 사용에 있어, 이들은 다른 부품에 뿐만 아니라 상호간에 접합되기도 한다. 후자의 경우, 폴리이미드 필름이 폴리이미드 필름에 접합된다.
FPCB의 접합에서, 휘발성 성분을 방출시키지 않으면서 고온 범위에서도 사용할 수 있는 열 활성화(heat-activable) 접착 테이프를 사용하는 것이 일반적이다. 또한, 후속하는 온도 활성화, 열 활성화되는 시스템은 대개 후속하는 솔더 배쓰(solder bath) 처리를 견디도록 자체 가교되어야 한다.
순수 열가소성 물질은 고온에서 다시 연화되어 이의 솔더 배쓰 저항성을 상실하기 때문에, 이들은 일반적으로 사용되지 않는다. 열가소성 물질은 그 자체로서는 이들이 수초 내에 활성화될 수 있고 접합이 상응하는 신속성을 갖고 이루어질 수 있어서 바람직할 것이다.
미국 특허 제 5,478,885호에 기술되어 있으며, 에폭시화된 스티렌-부타디엔 또는 스티렌-이소프렌을 기재로 하는 블록 공중합체와 같은 추가의 열 활성화 접착 테이프는, 경화 완료에 소요되는 경화 시간이 매우 길어서 가공 조작이 매우 지연된다는 단점이 있었다. 예를 들어 WO 96/33248호에 기재된 그 밖의 에폭시 기재 시스템도 마찬가지의 문제가 있었다.
페놀 수지 기재의 열 활성화 접착 테이프는 이들이 경화 중에 휘발성 성분을 방출시켜서 부풀림(blistering)을 야기하기 때문에 마찬가지로 일반적으로 사용되지 않는다.
도 1은 2개의 접합된 FPCB의 구성을 나타내는 도면으로, 여기에서 (a)는 폴리이미드 층, (b)는 구리 층, 및 (c)는 접착 시이트를 나타낸다.
이에 따라, 본 발명의 과제는 상기 기술된 단점이 해소된, 플라스틱 부품, 특히 FPCB를 접착에 의해 접합시키는 방법을 제공한다. 이러한 사용을 위한 구체적인 목적은, 신속하게 경화되며 자체 가교되고 솔더 배쓰에 저항성이 있으며 폴리이미드에 잘 접합되는 열 활성화 접착 시스템을 발견하는 것이다.
놀랍게도 이러한 과제는, 주 청구항에 상세히 특징된 바와 같은 접착 시이트의 사용에 의해 달성된다. 부 청구항들은 본 발명의 내용의 유리한 전개예를 제공한다.
사용되는 본 발명의 접착 시이트는 열에 의해 활성화되고, 특히 FPCB를 접합시키는데 적합하며, 하기 성분을 포함한다:
(i) 하나 이상의 열가소성 중합체, 또는 개질 고무, 및
(ii) 하나 이상의 수지.
따라서, 열에 노출되는 경우에 점착성을 띠게 되는 반응성 시이트는, 실온에서 가교되며 고 강도의 삼차원 중합체 네트워크를 형성하는 하나 이상의 반응성 수지와, 생성물의 취성에 반하여 작용하는 영구적으로 탄성을 띠는 하나 이상의 열가소성 물질(엘라스토머)의 혼합물이다.
본 발명의 특히 유리한 일 구체예에 따르면, 사용되는 접착 시이트는 하기 성분을 포함한다:
(1) 하나 이상의 열가소성 중합체, 또는 개질 고무,
(2) 하나 이상의 점착성 페놀 수지, 및/또는
(3) 하나 이상의 에폭시 수지.
상기 접착 시이트는 유리하게는, 접착 시이트 중에 20 내지 95중량%, 바람직하게는 30 내지 90중량%의 질량 분율을 갖는 하나 이상의 열가소성 중합체; 접착 시이트 중에 5 내지 50중량%의 질량 분율을 갖는 하나 이상의 점착성 페놀 수지; 및 접착 시이트 중에 0 내지 40중량%, 바람직하게는 5 내지 30중량%의 질량 분율을 가지며, 적합한 경우 경화제 및 가능하게는 가속화제와 혼합될 수 있는 하나 이상의 에폭시 수지로 이루어진다.
열가소성 중합체 (엘라스토머)는 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리우레탄 또는 폴리아미드의 군으로부터 선택되는 것이 바람직할 수 있거나, 개질 고무, 예를 들어 니트릴 고무일 수 있다. 특히 바람직한 열가소성 폴리우레탄(TPUs)은 폴리에스테르 폴리올 또는 폴리에테르 폴리올과, 디페닐메탄 디이소시아네이트와 같은 유기 디이소시아네이트의 공지된 반응 생성물이다. 이들은 주로 선형 고분자로 이루어져 있다. 이러한 종류의 생성물은 주로 탄성 펠릿 형태로, 예를 들어 상품명 데스모콜(Desmocoll)로서 바이엘 아게(Bayer AG)로부터 시판되고 있다.
열가소성 중합체, 특히 TPU와 선택적인 상용성 수지를 조합시킴으로써, 접착 시이트의 연화 온도를 충분히 낮출 수 있다. 이와 나란히, 접착력도 증가한다. 적합한 것으로 판명된 수지로는, 예를 들어 특정 로진, 탄화수소 수지 또는 쿠마론 수지(이는 또한 쿠마론-인덴 수지로 불리기도 함)가 있다.
이에 대안적으로 또는 이외에도, 열가소성 물질, 특히 TPU를, 잠재적인 경화제가 첨가되었을 수 있는 비스페놀 A 및/또는 비스페놀 B 기재의 선택된 에폭시 수지와 조합시킴으로써, 접착 시이트의 연화 온도를 감소시킬 수 있다. 이러한 종류의 시스템을 포함하는 접착 시이트는, 예를 들어 본 발명의 접착 시이트와 접합된 FPCB가 솔더 배쓰를 통과하는 경우에 상기 접합이 열에 의해 후경화될 수 있다.
수지의 화학적 가교 반응에 의해, 접착 필름과, 예를 들어 FPCB의 폴리이미드 필름과 같은 접합시킬 기판 사이에서 높은 강도가 얻어지고, 생성물 중에서 높은 내부 강도가 달성된다.
이들 반응성 수지/경화제 시스템의 첨가는 또한 상기 언급된 중합체의 연화 온도를 감소시키고, 이것에 의해 가공 온도 및 가공 속도가 유리하게 감소된다.
본 발명의 또 다른 구체예에서, 경화제 시스템 또한 접착 시이트에 첨가되었을 수 있다. 여기서, 페놀 수지 및/또는 에폭시 수지와의 반응을 일으키는, 당업자에게 공지된 모든 경화제를 사용할 수 있다. 모든 포름알데히드 공여체, 예를 들어 헥사메틸렌테트라아민이 이러한 범주에 포함된다.
생성물이 가열되는 경우에 점도가 일시적으로 감소되며, 그 결과 생성물이 접합시킬 기판의 표면, 특히 폴리이미드를 매우 축축하게 만들 수 있다.
접착 시이트 조성물은 원료 유형 및 원료 비율을 달리하면서 큰 뼈대 내에서 달라질 수 있다. 또한, 착색제, 유기 또는 무기 충전제 및/또는 탄소 분말 및/또는 금속 분말의 의도된 첨가에 의해 예를 들어 색채, 열 또는 전기 전도성과 같은 추가의 생성물 특성을 얻을 수 있다. 접착 시이트의 두께는 바람직하게는 5 내지 100 ㎛, 보다 바람직하게는 10 내지 50 ㎛인 것이 바람직하다.
특히 바람직한 일 구체예에서, 열 활성화 시이트는 하기 성분을 포함한다:
(i) 20 내지 95중량%의 질량 분율을 갖는 탄성 개질 고무, 특히 니트릴 고무,
(ii) 5 내지 50중량%의 질량 분율을 갖는 하나 이상의 점착성 페놀 수지, 및
(iii) 0 내지 30중량%의 질량 분율을 갖는, 경화제, 및 가능하게는 가속화제가 첨가되었을 수 있는 하나 이상의 에폭시 수지.
접착 시이트는 하나 이상의 열가소성 중합체 및 하나 이상의 수지를 포함하는 구성성분의 용액 또는 용융물을 제조하고, 이 용액 또는 용융물을 박층으로 붓거나 코팅한 다음, 후속하여 필요에 따라 이들 층을 건조시킴으로써 제조된다. 바람직하게는, 시이트를 형성하는 조성물이 가요성 캐리어 기판 (이형 필름, 이형지) 상으로 용액 또는 용융물로서 코팅되고, 필요에 따라 건조되어, 조성물은 기판으로부터 용이하게 다시 제거될 수 있다. 적합하게 전환시킨 후에, 이 접착 시이트의 다이컷(diecuts) 또는 롤이 실온 또는 다소 고온에서 접합시키려는 기판(예를 들어, 폴리이미드)에 접합될 수 있다. 혼합된 반응성 수지는 다소 고온에서 임의의 화학 반응 내로 유입되지 않아야 한다. 이러한 견지에서, 접합은 단일 단계 공정으로 일어날 필요는 없으며, 그 대신 간편함을 위해 감압성 접착 테이프의 경우에서와 같이, 접착 시이트가 열에 의한 적층(thermal lamination)에 의해 먼저 2개 중 하나의 기판에 부착될 수 있다. 제 2 기판(제 2 FPCB의 제 2 폴리이미드 필름)으로의 실제적인 고온 접합 조작에서, 수지는 전체 또는 부분적으로 경화되며, 접착 지점은 감압성 접착 시스템의 접합 지점에서보다 훨씬 더 큰 접합 강도를 나타낸다.
따라서, 접착 시이트는 80℃ 초과 온도, 바람직하게는 100℃ 초과 온도, 보다 바람직하게는 120℃ 초과 온도에서의 고온프레스 공정에 대해 특히 적합하다.
대부분 순수한 에폭시 수지로 이루어지는 그 밖의 접착 시이트와는 달리, 본 발명의 접착 시이트는 다량의 열가소성 분획, 특히 고무 분획에 의해 높은 탄성 성분을 갖는다. 이러한 점탄성 거동(viscoelastic behavior)이 얻어짐으로 해서, FPCB의 가요성 이동은 특히 잘 보상될 수 있어, 결과적으로 매우 높은 스트레스 및 박리 이동에 잘 견디게 된다.
경쟁 시스템에 대한 접착 시이트의 추가 이점은, 페놀 수지에 의해 야기되는 급속 경화에 있다. 최적 경화는 압력 하에서의 30분 미만에서 달성될 수 있다. 경쟁 시스템에서는 최적 경화를 달성하기 위해 60분 훨씬 이상을 필요로 한다. 결과적으로, 접합은 산업적 가공 조작에서 훨씬 더 신속한 속도에서 이루어질 수 있다.
FPCB의 접합 동안에 압력을 인가함으로써, 또한 높은 솔더 배쓰 저항성을 얻을 수 있다. 압력의 결과, 경화 동안에 발생될 수 있는 휘발성 성분이 기체 성분으로서 접합된 지점 밖으로 배출된다. 심지어 하류 솔더 배쓰에서 경화가 완료된 후에는, 어떠한 휘발성 성분도 더 이상 발생될 수 없다. 결과적으로, 본 발명의 접착 시이트의 바람직한 용도를 위해, FPCB 사이의 접합 지점이 충분히 경화된다.
또한, 높은 점탄성 성분으로 인해, 접착 시이트는 다른 열 활성화 시스템에 비해 장점을 갖는다. 접촉을 위해 구멍이 접착 시이트에 빈번하게 드릴링된다. 이 때 문제는, 존재하는 열 활성화 접착제가 구멍 내로 유동하여 접촉을 중단시키게 된다는 것이다. 본 발명에서는 상기 기술된 접착 시이트를 사용함으로써, 이러한 문제가 단지 대단히 제한된 정도로만 일어나게 된다.
폴리이미드 기재의 FPCB의 접합 이외에도, 접합은 폴리에틸렌 나프틸레이트(PEN) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 기재의 FPCB에 대해서도 일어날 수 있다. 이러한 경우에도, 접착 시이트를 사용하면 높은 접합 강도가 얻어진다.
본 발명을 첨부된 단일 도면을 참조로 하기 실시예에서 상세히 기술할 것이나, 이들 실시예의 선택이 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
열 활성화 접착 시이트의 제조
실시예 1:
50중량%의 니트릴 고무[브레온(Breon)®, 제온(Zeon) 제품], 40중량%의 페놀 수지[옥시켐(Oxychem) 제품] 및 10중량%의 페놀성 레졸 수지[아이오노머(Ionomer)®, 다이니크 에르크너(Dyneac Erkner) 제품]의 혼합물을 용액 상태의 메틸 에틸 케톤으로부터, 1.5 g/㎡에서 규소화시킨 이형지 상으로 코팅시키고, 90℃에서 코팅지를 10분간 건조시켰다. 접착 층의 두께는 25 ㎛이었다.
실시예 2:
55중량%의 니트릴 고무[브레온®, 제온 제품], 35중량%의 페놀 수지[옥시켐 제품] 및 10중량%의 페놀성 레졸 수지[아이오노머®, 다이니크 에르크너 제품]의 혼합물을 용액 상태의 메틸 에틸 케톤으로부터, 1.5 g/㎡에서 규소화시킨 이형지 상으로 코팅시키고, 90℃에서 코팅지를 10분간 건조시켰다. 접착 층의 두께는 25 ㎛이었다.
실시예 3:
50중량%의 열가소성 PU[데스모콜®, 바이엘 아게 제품], 30중량%의 페놀 수지[옥시켐 제품], 10중량%의 에폭시 수지[비스페놀 A, 바켈라이트 아게(Bakelite AG) 제품], 및 5중량%의 디시안아미드[디하드(Dyhard) 100S®, 데구사(Degussa) 제품]의 혼합물을 용액 상태의 메틸 에틸 케톤으로부터 1.5 g/㎡에서 규소화시킨 이형지 상으로 코팅시키고, 90℃에서 코팅지를 10분간 건조시켰다. 접착 층의 두께는 25 ㎛이었다.
비교 검사에 사용된 기준 실시예는, 시이트 두께가 25 ㎛인 시판되는 접착 시이트, 즉 듀퐁사로부터 시판되는 피라룩스(Pyralux)® 이었다.
접착 시이트를 사용한 FPCB 의 접합
실시예 1 내지 3에 따라 제조된 접착 시이트 및 기준 시이트(피라룩스®, 듀퐁 제품)를 사용하여 각 경우에 2개의 FPCB를 접합시켰다. 이를 위해, 접착 시이트를 폴리이미드/구리 호일/폴리이미드 FPCB 적층체의 폴리이미드 필름 상으로 100℃에서 적층시켰다. 이어서, 2개의 폴리이미드/구리 호일/폴리이미드 적층체 사이에 접합 지점이 형성되도록, 이러한 조작을 추가 FPCB의 제 2 폴리이미드 필름을 사용하여 반복하였고, 폴리이미드 필름을 각 경우에 서로 접합시켰다. 조립체를 버클(Buerkle) 제품인 가열가능한 프레스에서 170℃에서 30분간 50 N/㎠의 압력 하에서 압착시킴으로써 경화시켰다.
이렇게 형성된 접합체는 도 1에 도시된 구성을 가지며, 여기서 (a)는 각 경우에 폴리이미드 층을, (b)는 각 경우에 구리 층을, (c)는 접착 시이트를 나타낸다. 어느 한 면 상에 폴리이미드 층(a)을 갖는 하나의 구리 층(b)의 일 조립체(a-b-a)가 하나의 FPCB 유닛을 구성한다.
시험 방법
상기 구체화된 실시예에 따라 제조된 접착 시이트의 특성을 하기 시험 방법으로 평가하였다.
A. FPCB를 사용한 T-박리 시험
츠윅(Zwick) 제품인 인장 시험기를 사용하여, 상기 기술된 방법에 따라 제조된 FPCB/접착 시이트/FPCB 조립체(도면 참조)를 180°의 각도에서 그리고 50 mm/분의 속도에서 박리시키고, 힘(N/cm)을 측정하였다. 측정은 50% 습도하의 20℃에서 수행되었다. 시험된 각 값을 3회 측정하고 이를 평균화하였다.
B. 솔더 배쓰 저항성
상기 기술된 방법에 따라 접합된 FPCB 조립체(도면 참조)를 10초 동안 288℃의 고온 솔더 배쓰 중에 완전히 침지시켰다. FPCB의 폴리이미드 필름을 부풀리는 공기 버블이 전혀 형성되지 않는 경우에 상기 접합체는 솔더 배쓰에 저항성이 있는 것으로 평가되었다. 부풀림이 조금이라도 일어나면 본 시험은 실패한 것으로 평가되었다.
C. 접합 강도
접합 강도를 DIN EN 1465에 따라 측정하였다. 측정된 값은 N/mm2으로 기록되었다.
결과
상기 실시예의 접착제 평가를 위해, 우선 FPCB 물질을 사용한 T-박리 시험을 실시하였다. 상응하는 평가 값이 하기 표 1에 기재되어 있다.
표 1: T-박리 시험에 의한 접합 강도
시험 A/T-박리 시험 [N/cm]
실시예 1 6.8
실시예 2 7.0
실시예 3 7.6
기준 실시예 1 6.5
표 1로부터, 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 접착 시이트는 단 30분의 경화후에도 매우 높은 접합 강도를 나타내었음을 알 수 있다. 기준 실시예 1은 다소 낮은 접합 강도를 나타냈다.
FPCB의 접합에 대해 접착 시이트를 적용하는 것에 대한 추가 기준은 솔더 배쓰 저항성인데, 이것은 시험 방법 B에 의해 평가되었다. 그 결과가 하기 표 2에 요약되어 있다.
표 2: 시험 방법 B에 의한 솔더 배쓰 저항성
시험 B/솔더 배쓰 저항성
실시예 1 통과
실시예 2 통과
실시예 3 통과
기준 실시예 1 통과
상기 시험 결과로부터, 모든 실시예가 솔더 배쓰에 저항성이 있으며 이에 따라 FPCB 산업의 요건을 충족함이 명백해진다.
전단 하중(shearing load)을 견디는 접착 시이트의 능력을 평가하기 위해, 접합 강도에서와 마찬가지 방식으로 시험 방법 C에 의해 측정을 실시하였다. 상응하는 측정 값이 하기 표 3에 기재되어 있다.
표 3: 시험 방법 C에 의한 접합 강도
접합 강도 [N/mm2]
실시예 1 12.0
실시예 2 16.5
실시예 3 18.0
기준 실시예 1 6.0
표 3으로부터, 본 발명에 기술된 접착 시이트가 기준 실시예보다 현저히 더 높은 접합 강도를 나타냄을 알 수 있다.

Claims (15)

  1. 플라스틱 부품을 접착에 의해 접합시키는 방법으로서,
    (i) 하나 이상의 열가소성 중합체, 또는 개질 고무 및 (ii) 하나 이상의 수지를 갖는 열 활성화(thermally activable) 접착 시트가 사용되는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 접합시킬 플라스틱이 폴리이미드, 폴리에틸렌 나프틸레이트 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 가요성 인쇄 회로 기판을 접합시키는 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 접착 시이트의 하나 이상의 수지가, (i) 하나 이상의 점착성 페놀 수지 및/또는 (ii) 하나 이상의 에폭시 수지를 포함하는 방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 열가소성 중합체가, 접착 시이트 중에 20 내지 95중량%, 특히 30 내지 90중량%의 질량 분율을 갖는 방법.
  6. 제 4항에 있어서, 하나 이상의 페놀 수지가, 접착 시이트 중에 5 내지 50중량%의 질량 분율을 갖는 방법.
  7. 제 4항에 있어서, 하나 이상의 에폭시 수지가, 접착 시이트 중에 0 내지 40중량%, 특히 5 내지 30중량%의 질량 분율을 갖는 방법.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 수지가 하나 이상의 경화제를 포함하는 방법.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 수지가 하나 이상의 가속화제를 포함하는 방법.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 접착 시이트의 하나 이상의 열가소성 중합체가 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리아미드 및 개질 고무로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 접착 시이트의 하나 이상의 수지가 로진, 탄화수소 수지 및 쿠마론(coumarone) 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 접착 시이트의 두께가 5 내지 100 ㎛, 특히 10 내지 50 ㎛인 방법.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 열가소성 중합체 및 하나 이상의 페놀 수지, 및 존재하는 경우에 하나 이상의 에폭시 수지가 접착 시이트 중에 실질적으로 균질 혼합물로 존재하는 방법.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 접착 시이트가,
    (i) 20 내지 95중량%의 질량 분율을 갖는 개질 고무, 특히 니트릴 고무,
    (ii) 5 내지 50중량%의 질량 분율을 갖는 하나 이상의 점착성 페놀 수지, 및
    (iii) 0 내지 30중량%의 질량 분율을 갖는 하나 이상의 에폭시 수지를 포함하는 방법.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조된 생성물.
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