KR20110060327A

KR20110060327A - 연성 인쇄회로기판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20110060327A
Application number: KR1020090116881A
Authority: KR
Inventors: 김화진; 이성원; 김재범
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2011-06-08
Also published as: KR101118041B1

Abstract

본 발명은 인쇄회로기판의 구조 및 제조방법에 관한 것으로서, 특히 인쇄회로기판의 회로부를 스트레스를 최소화할 수 있는 중립지점에 배치시켜, 인쇄회로기판의 절연층 및 보호층의 인장력에 따른 크랙을 최소화하며, 절곡 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기술에 관한 것이다.

플렉서블인쇄회로기판(Flexible Printed Circuits Board), 중립축, SI(Selection Index)

Description

연성 인쇄회로기판 및 그 제조방법{Flexible Printed Circuits Board and Manufacturing method of the same}

본 발명은 인쇄회로기판의 구조 및 제조방법에 관한 것이다.

연성 인쇄회로기판(Flexible Printed Circuits Board; 이하 "FPCB"라 한다)은 전자제품이 소형화 및 경량화하면서 개발된 전자부품으로 작업성이 뛰어나고, 내열성 및 내곡성, 내약품성이 강하며, 열에 강하여 모든 전자제품의 핵심부품으로서 카메라, 컴퓨터R 및 주변기기, 휴대폰, 영상 오디오기기, 캠코더, 프린터, 디브이디(DVD), TFT 엘시디, 위성장비, 군사장비, 의료장비 등에서 널리 사용되고 있다. 상기 FPCB는 단독으로 3차원 배선이 가능하고 기기의 소형화 및 경량화가 가능하며 반복 굴곡에의 높은 내구성을 갖고 있으며, 고밀도 배선이 가능하고(0.1mm/pitch) 배선의 오류가 없고 조립이 양호하며 신뢰성이 높기 때문에 또한, 연속생산 방식이 가능하기 때문이다.

도 1은 이러한 연성 인쇄회로기판의 제조방법을 도시한 것이다.

도시된 것처럼, (a) 절연성 수지필름(11)상에 동박적층(12)로 구성되는 편면 CCL(10)을 준비하고, (b) 이후에는 상기 동박(12)을 에칭하여 제1회로패턴(13)을 형성한다. (c) 그리고 상기 수지필름(11)의 하부에 접착층(14)를 형성하고, (d) 이후, 상기 접착층(14)과 수지필름(11)을 가공하여 비아홀(15)을 형성한다.

그리고, (e) 상기 비아홀(15)의 내부를 금속물질(16)로 충진한 후, (f) 상기 제1회로패턴(13)의 상부에는 제1커버층(21), 상기 접착층(14)의 하부에는 제2배선패턴(24)가 형성되는 제2커버층(22)를 어라인하여, (g) 압착하여 완성하게 된다.

그러나, 이러한 연성 인쇄회로기판의 제조공정에서 회로의 패턴이 파인(fine)화 되면서, 굴곡성이 요구되는 부위에 크랙이 쉽게 발생하는 문제가 발생하게 된다. 구체적으로는, 회로 형성 후 보호층(커버층)의 형성시 대칭성을 고려하지 않고 설계하여 제품에 굴곡에 의한 스트레스가 가해지면 수축 또는 신장에 의한 스트레스가 지속적으로 회로부에 가해져 회로 크랙이 발생하게 된다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 인쇄회로기판의 회로부를 스트레스를 최소화할 수 있는 중립지점에 배치시켜, 인쇄회로기판의 절연층 및 보호층의 인장력에 따른 크랙을 최소화하며, 절곡 신뢰성을 향상시킬 수 있는 인쇄회로기판의 구조 및 그 제조공정을 제공하는 데 있다.

특히, 상기 베이스 절연층의 두께(α)와 회로보호층의 두께(δ)의 비를 "1"에 가깝게 설계하여 굴곡신뢰성을 현저하게 향상시킬 수 있는 인쇄회로기판의 구조를 제공할 수 있도록 한다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 인쇄회로기판을 구성하는 구성요소 중 회로패턴의 배치를 하기의 식을 충족하는 곳에 배치하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판을 구성할 수 있도록 한다.

구체적으로는, 베이스 절연층 상에 형성되는 적어도 1이상의 회로패턴; 상기 회로패턴의 상부에 접착층을 매개로 적층되는 회로보호층;을 포함하되, 상기 회로패턴은 하기의 {식 1(Selection Index;SI)}에 따른 중립축 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 연성(flexible) 인쇄회로기판을 제공할 수 있도록 한다.

{식 1}

(단, α,β,γ,δ 는 각각 베이스 절연층, 회로패턴, 접착층, 회로보호층의 두께이며, E_α, E_β, E_γ, E_δ는 각층의 탄성계수이다.)

이 경우, 상기 회로패턴의 배치는 상기 {식 1}에 따른 -1000≤{식 1}≤+1000 범위를 충족하는 것을 특징으로 한다.

특히, 본 발명에 따른 인쇄회로기판의 구조에서 상기 베이스 절연층의 두께(α)와 회로보호층의 두께(δ)의 비는, α:δ=1:(1±0.3)을 만족하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상술한 상기 베이스 절연층은 연성을 가지는 폴리이미드 또는 FET 필름으로 형성할 수 있으며, 상기 회로패턴은 상기 베이스 절연층의 단면 또는 양면에 형성될 수 있다.

인쇄회로기판상에 적어도 1개 이상의 층이 형성되거나, 상술한 구조의 인쇄회로기판의 적층구조가 복합적으로 적층된 다층인쇄회로기판으로 형성할 수도 있다.

상술한 구조의 인쇄회로기판을 형성는 것은, 절연층 상에 형성되는 회로패턴이 상기 절연층과 접착층을 매개로 하는 보호층으로부터 받는 스트레스를 최소화하기 위해 상기 {식 1}을 충족하는 곳에 배치 형성하는 제조설계공정으로부터 도출될 수 있다.

본 발명에 따르면, 인쇄회로기판의 회로부를 스트레스를 최소화할 수 있는 중립지점에 배치시켜, 인쇄회로기판의 절연층 및 보호층의 인장력에 따른 크랙을 최소화하며, 절곡 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다.

도 2a를 참조하면, 도 2a는 연성 인쇄회로기판의 문제를 설명하기위한 개념도로, 도시된 것처럼, 전체적인 연성 인쇄회로기판(100)에서 굴곡이 상부로 형성되는 경우, 연성 인쇄회로기판의 상부면에는 수축스트레스(Compression stress)를 받는 영역(C)과, 하부면에는 신장스트레스(Elongation stress)를 받은 영역(E)에 지속적으로 스트레스가 가해지게 된다.

이러한 스트레스가 회로부에 가해지면 회로 크랙이 발생하게 된다. 그러나 이러한 수축되는 연성 인쇄회로기판의 수축되는 인쇄회로기판의 내측과 신장되는 외측의 중간 지점에는 힘이 작용하지 않는 중립축(Neutral Line; N)을 지나는 중립축 영역이 존재하게 되며, 본 발명은 이 중립축 영역에 회로를 위치시켜 스트레스를 제거하여 스트레스를 최소화하고 굴곡 신뢰성을 향상시킬 수 있는 제품을 제공하는 것을 그 요지로 한다.

도 2b는, 본 발명에 따른 연성 인쇄회로기판을 구성하는 기본적인 구성요소의 배치관계를 도시한 개념도이다.

구체적으로는, 본 발명에 따른 연성 인쇄회로기판은 베이스 절연층(110) 상에 형성되는 적어도 1 이상의 회로패턴(120), 상기 회로패턴의 상부에 접착층(130)을 매개로 적층되는 회로보호층(140)을 포함하여 형성될 수 있다.

상기 베이스 절연층(110)은 플렉서블(flexible)한 유연성을 구비한 절연 필름이 사용될 수 있으며, 이를 테면 폴리이미드(PI)가 적용될 수 있다.

상기 베이스 절연층(110)의 상부에는 회로패턴(120)이 형성되며, 그 상부에 형성되는 접착층(130)은 열경화성 에폭시 등의 수지를 포함하는 열가소성 폴리이미드 등을 주성분으로 하는 접착성을 가지는 수지 필름형태의 것을 사용할 수 있다. 물론 필름 형태가 아닌 접착성을 가진 물질을 도포하여 경화하는 방식으로 형성하는 것도 가능하다.

상기 회로보호층(140)은 다양한 절연물질 또는 필름 형상의 구조물을 이용할 수 있으며, 이를 테면 액정 폴리머(Polymer), 액정 폴리머를 주성분으로 하는 수지제, 폴리 에테르 이미드(poly ether imide;PEI), 폴리 에텔 에텔케톤(PEEK) 등의 물질을 이용할 수 있다.

상술한 구조로 형성되는 연성 인쇄회로기판의 구조물은 본 발명의 요지에 따라 특히 상기 회로패턴의 배치를 수축되는 연성 인쇄회로기판의 수축되는 인쇄회로기판의 내측과 신장되는 외측의 중간 지점에는 힘이 작용하지 않는 중립축(Neutral Line) 영역에 배치할 수 있도록 함이 바람직하다.

특히 상기 중심축 영역은 다음과 같이 정의할 수 있다.

상기 각각의 연성회로기판을 구성하는 구성요소에 있어서, 상기 베이스 절연 층(110), 상기 회로패턴(120), 상기 접착층(130), 상기 회로보호층(140)의 각각 두께를 α,β,γ,δ라 하고, 각각의 층의 탄성계수를 E_α, E_β, E_γ, E_δ이라 할 때, 상기 연성회로기판 전체에 형성되는 합응력의 평형방정식에 의해 다음과 같은 수식을 형성할 수 있다.

{평형방정식}

이 식으로부터 회로패턴에 가해지는 스트레스 지수인 "Slection Index"를 정의 하면 다음과 같다.

{식 1}

위 {식 1}의 값이 "0(zero)"을 만족할 시 회로 높이 방향의 중앙 지점(β/2)에 중립축이 위치하게 되며, 이 영역에 최소의 스트레스가 작용하게 되며, 이 영역에 회로를 배치하는 경우, 크랙 발생을 줄여 절곡 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있게 된다. 특히, 상기 {식 1}에 의해 형성된 값이 -1000~+1000의 범위 내에 포함되도록 회로배치를 할 수 있도록 함이 바람직하다. 특히, 이를 위해서는 상기 베이스 절연층의 두께(α)와 회로보호층의 두께(δ)의 비는, α:δ=1:(1±0.3)을 만족하도록 형성함이 바람직하다.

도 3은 본 발명에 따른 SI에 따른 지수 범위에 따른 구조를 구비한 본 발명에 따른 바람직한 실시예와 비교실시예를 도시한 표이다. 상술한 본 발명에 따른 바람직한 실시예로서, 베이스 절연층의 두께(α)와 회로보호층의 두께(δ)의 비는, α:δ=1:(1±0.3)을 만족하도록 형성한 것과 다른 범위에서의 비교예의 SI를 비교하였다.

본 발명에 따른 베이스층(Base PI)의 두께 α=t(base PI), 회로패턴(Cu)의 두께 β=t(Cu), 회로보호층(Cover PI)의 두께 δ=t(Cover PI)를 구성하여, SI 지수를 추출한 것이다.

본 발명에 따른 바람직한 일실시예로서, 베이스절연층으로서 폴리이미드필름(PI)를 12.5㎛, 회로패턴으로서 Cu를 12㎛, 회로보호층으로서 폴리이미드필름을 사용하고 그 두께를 12.5㎛로 형성한 경우, SI 값이 -291로 거의 "0(zero)"에 가까운 값을 나타내고 있다. 즉 회로패턴에 가해지는 스트레스 지수가 거의 없는 상태에 해당한다.

이와는 달리, 비교예로서, 베이스절연층으로서 폴리이미드필름(PI)를 12.5㎛, 회로패턴으로서 Cu를 12㎛, 회로보호층으로서 폴리이미드필름을 사용하고 그 두께를 25㎛로 형성하는 경우, SI 값은 1881로 나타난다.

아울러 다른 비교실시예로서, 베이스절연층으로서 폴리이미드필름(PI)를 20㎛, 회로패턴으로서 Cu를 12㎛, 회로보호층으로서 폴리이미드필름을 사용하고 그 두께를 12.5㎛로 형성하는 경우, SI 값은 -2627로 나타난다.

또한, 베이스절연층으로서 폴리이미드필름(PI)를 20㎛, 회로패턴으로서 Cu를 12㎛, 회로보호층으로서 폴리이미드필름을 사용하고 그 두께를 25㎛로 형성하는 경우, SI 값은 -465로 나타나게 된다.

이를 통해 보면, 본 발명에 따른 베이스 절연층의 두께(α)와 회로보호층의 두께(δ)의 비는, α:δ=1:(1±0.3)을 만족하도록 형성하는 경우, SI 값이 "0"에 가까워져 회로패턴에 가해지는 스트레스를 최소화할 수 있음을 알 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 인쇄회로기판의 제조공정도를 예시한 것이다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 인쇄회로기판의 구조를 설명하기 위한 개념도이다.

도 3은 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예와 비교예를 도시한 표이다.

Claims

베이스 절연층 상에 형성되는 적어도 1이상의 회로패턴;

상기 회로패턴의 상부에 접착층을 매개로 적층되는 회로보호층;을 포함하되,

상기 회로패턴은 하기의 {식 1(Selection Index;SI)}에 따른 중립축 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 연성(flexible) 인쇄회로기판.

{식 1}

(단, α,β,γ,δ 는 각각 베이스 절연층, 회로패턴, 접착층, 회로보호층의 두께이며, E_α, E_β, E_γ, E_δ는 각층의 탄성계수이다.)
청구항 1에 있어서,

상기 회로패턴의 배치는 상기 {식 1}에 따른 아래의 범위를 충족하는 것을 특징으로 하는 연성(flexible) 인쇄회로기판.

-1000≤{식 1}≤+1000
청구항 1 또는 2에 있어서,

상기 베이스 절연층의 두께(α)와 회로보호층의 두께(δ)의 비는,

α:δ=1:(1±0.3)을 만족하는 것을 특징으로 하는 연성(flexible) 인쇄회로기판.
청구항 3에 있어서,

상기 베이스 절연층은 연성을 가지는 폴리이미드 또는 FET 필름인 것을 특징으로 하는 연성(flexible) 인쇄회로기판.
청구항 3에 있어서,

상기 회로패턴은 상기 베이스 절연층의 단면 또는 양면에 형성되는 것을 특징으로 하는 연성(flexible) 인쇄회로기판.
청구항 1 또는 3의 인쇄회로기판을 적어도 1 이상 적층한 구조의 다층인쇄회로기판.
절연층 상에 형성되는 회로패턴이 상기 절연층과 접착층을 매개로 하는 보호 층으로부터 받는 스트레스를 최소화하기 위해 하기의 식을 충족하는 곳에 배치형성하는 것을 특징으로 하는 연성(flexible) 인쇄회로기판의 제조방법.

{식 1}

(단, α,β,γ,δ 는 각각 베이스 절연층, 회로패턴, 접착층, 회로보호층의 두께이며, E_α, E_β, E_γ, E_δ는 각층의 탄성계수이다.)