KR20110072907A - 배선 패턴의 전기저항 변화가 저감되는 플렉서블 인쇄회로기판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절연성 베이스의 표면에 구비되는 배선 패턴에 미세한 크기의 에칭 호울들이 형성된 구조를 가진 배선 패턴의 전기저항 변화가 저감되는 플렉서블 인쇄회로기판에 관한 것이다. 본 발명은 배선 패턴에 미세한 에칭 호울들이 형성되어 있기 때문에 인장하중을 받을 때 배선 패턴이 용이하게 늘어나게 된다. 따라서, 인장응력이 반복적으로 작용하거나 특정 범위까지 인장됨에 따른 변형시 배선 패턴의 전기저항 변화가 기존의 플렉서블 인쇄회로기판에 비해 현저히 작아 전류 및 신호의 전달에 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있게 됨으로써, 전자기기의 안정성에 크게 기여하게 되는 효과가 있다.

플렉서블 인쇄회로기판, 배선 패턴, 에칭 호울, 인장하중, 전기저항

Description

배선 패턴의 전기저항 변화가 저감되는 플렉서블 인쇄회로기판{Flexible printed circuit board having low electrical resistance variation}

본 발명은 인쇄회로기판 중 자유로이 굴곡이 가능한 플렉서블 인쇄회로기판에 관한 것으로, 특히 인장응력의 작용에 따른 변형시 배선 패턴의 전기저항 변화가 저감되는 플렉시블 인쇄회로기판에 관한 것이다.

인쇄회로기판(PCB)은 절연판 위에 도체로 된 배선을 구성하여 각종 전자기기의 부품들에 대한 회로 접속을 합리적으로 달성하는 소재로서, 부품을 단순히 지지하는 기능뿐만 아니라 여러 가지 기능을 갖는 부품들을 서로 연결하여 전류나 신호를 전달하는 통로 역할을 하게 된다.

이러한 인쇄회로기판은 회로의 고기능/고집적화에 따라 단면, 양면, 멀티 레이어 구조로 고도화되고 있으며, 경질 기판을 사용하는 리지드(Rigid) PCB와 연성 기판을 사용하는 플렉서블(Flexible) PCB(즉, FPCB)가 개발되어 있다.

특히, FPCB는 리지드 PCB에 비해 두께가 50㎛ 이하의 정도로 매우 얇고 자유 로이 굴곡이 가능하며, 부품 실장을 한 상태에서 3차원 형태의 배선을 형성할 수 있고, 공간 및 비용 절감의 효과가 우수하여 최근에 수요가 폭발적으로 증가하고 있다.

첨부도면 도 1은 종래의 FPCB에 대한 예를 나타낸 평면도로서, 도시된 FPCB(1)는 절연성 베이스 필름(1a)의 표면에 배선 패턴(1b)이 형성된 것이다. 이러한 FPCB(1)의 상부면에는 대략 직사각형으로 절단된 접착제 부착 커버층 필름(1c)이 점착되며, 이 커버층 필름(1c)은 절연성 수지 필름 기재와 필름 접착제층으로 이루어진다. 커버층 필름(1c)의 필름 접착제층은 배선 패턴(1b)에 대향하도록 배치된 상태에서 커버층 필름(1c)의 상측으로부터 금형으로 가볍게 가열 압착하면 배선 패턴(1b)의 표면에 커버층 필름(1c)이 밀착된다.

이렇게 제작된 FPCB(1)는 반복적인 굴곡에 따른 굽힘과 인장하중의 조건에 잘 견디어야 한다. 그런데, 종래의 FPCB(1)는 배선을 구성하는 커버층 필름은 문제가 없지만, 도 2에 보이는 바와 같이 배선 패턴(1b) 전체가 금속 도전성 막으로 형성되기 때문에, 인장하중을 받는 조건에서 배선 패턴(1b)이 늘어나게 되면 배선 패턴(1b)에 미세한 크랙이 발생하게 된다. 이에 따라, 전기저항이 급격하게 증가함으로써, 전류나 신호의 전달에 있어서 문제가 유발된다.

따라서, FPCB의 배선에 대해 인장응력이 작용하는 조건에서도 배선 패턴에 대한 전기저항을 줄임으로써 전류나 신호의 전달에 문제가 발생하지 않도록 하는 기술의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위해 개발된 것으로서, 그 목적은, 인장하중의 작용시 배선 패턴의 전기저항 변화가 최소화함으로써 전류나 신호의 전달에 문제가 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있는 배선 패턴의 전기저항 변화가 저감되는 플렉서블 인쇄회로기판을 제공하는 데에 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 절연성 베이스의 표면에 배선 패턴이 구비되고, 상기 배선 패턴의 표면에 배선 패턴의 단자가 노출되도록 절연성 커버층 필름이 점착되며, 상기 배선 패턴에 에칭 호울들이 형성된 배선 패턴의 전기저항 변화가 저감되는 플렉서블 인쇄회로기판을 제공한다.

상기 플렉서블 인쇄회로기판에 있어서, 상기 절연성 베이스 표면과 상기 절연성 커버층 필름 사이에 상기 배선 패턴이 배치된 구조가 반복적으로 적층된 다층의 구조로 이루어지고, 상기 에칭 호울들은 각 층의 배선 패턴마다 형성되는 구성으로 이루어질 수 있다.

본 발명은 또한, 절연성 베이스의 표면에 배선 패턴이 구비되고, 상기 배선 패턴에 에칭 호울들이 형성된 배선 패턴의 전기저항 변화가 저감되는 플렉서블 인쇄회로기판을 제공한다.

상기와 같은 본 발명에 있어서, 상기 에칭 호울들은 직경 5∼50㎛의 크기로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 에칭 호울들은 원형, 타원형, 또는 다각형으로 이루어질 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 플렉서블 인쇄회로기판은, 배선 패턴에 미세한 에칭 호울들이 형성되어 있기 때문에 인장하중을 받을 때 배선 패턴이 용이하게 늘어나게 된다. 따라서, 인장하중이 반복적으로 작용하거나 특정 범위까지 인장됨에 따른 변형시 배선 패턴의 전기저항 변화가 기존의 플렉서블 인쇄회로기판에 비해 현저히 작아 전류 및 신호의 전달에 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있게 됨으로써, 전자기기의 안정성에 크게 기여하게 되는 효과가 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 3은 본 발명에 따른 플렉서블 인쇄회로기판에 대한 제1실시예를 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 플렉서블 인쇄회로기판에서 에칭 호울(etching hole)이 형성된 모습을 나타낸 배선 패턴의 평면도이다.

상기 도면에 나타난 바와 같이, 본 발명의 제1실시예는 단일면 플렉서블 인쇄회로기판(single sided FPCB)으로 예시된 것이다. 즉, 폴리이미드(Polyimide) 또는 폴리에틸렌 수지(PET) 등과 같은 폴리머를 절연성 베이스(11)로 하고, 이 절연성 베이스(11)의 표면에 아크릴계나 에폭시계의 접착제층(12)을 개재한 상태에서, 구리 또는 알루미늄과 같은 도전체로 배선 패턴(13)이 구비되며, 이 배선 패턴(13)의 표면에 배선 패턴(13)의 단자가 노출되는 상태로 절연성 커버층 필름(14)이 점착된 구조로 이루어져 있다.

본 실시예에서는 두께 50㎛의 절연성 베이스(11) 표면에 두께 12㎛의 접착제층(12)을 개재한 상태로 평균 두께 35㎛의 전해 동박(Electrodeposited Copper Foil)을 가압하면서 가열하여 적층하고, 전해 동박의 표면에 감광성 수지를 도포한 뒤 경화 및 노광 현상하여 원하는 에칭 레지스트 패턴을 갖는 배선 패턴(13)을 형성한다. 이 같은 배선 패턴(13)의 형성 공정은 이하에 서술하는 다른 실시예들에서도 동일하게 이루어질 수 있다.

상기 절연성 커버층 필름(14)은 상기 절연성 베이스(11)와 마찬가지로 폴리이미드나 PET와 같은 폴리머(14a)에 접착제층(14b)이 도포된 구조로 이루어져 접착제층(14b)이 배선 패턴(13)과 대향하는 상태로 배선 패턴(13)을 커버하게 된다. 본 실시예에서 절연성 커버층 필름(14)은, 폴리머(14a)로서 두께 12㎛의 폴리이미드 수지 필름을 사용하고, 접착제층(14b)으로는 페놀계 접착제를 35㎛로 도포함으로써 형성하며, 이 접착제층(14b)이 배선 패턴(13) 측을 향하도록 배치한 상태에서 100℃로 가열하여 0.5MPa의 압력으로 압착함으로써 형성된다. 이러한 절연성 커버층 필름(14)의 형성 공정은 다른 실시예에서도 동일하게 적용될 수 있다.

한편, 본 발명은 상기 배선 패턴(13)에 미세한 에칭 호울(13a)들이 다수 형성되어 있는 것을 핵심으로 하고 있는데, 이 에칭 호울(13a)들은 직경(d) 5∼50㎛의 크기를 갖는 원형의 호울이나 이에 상응하는 크기의 타원형 또는 다각형의 호울로 형성된다. 에칭 호울(13a)의 크기를 직경 5㎛ 미만으로 배선 패턴(13)에 형성하는 것은 실제로 어렵고, 50㎛를 초과하여 크게 형성할 경우에는 배선 패턴(13)의 전류 흐름 면적이 감소함으로써 오히려 전기 저항이 증가하게 되므로, 직경 크기를 기준으로 할 때 5∼50㎛로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 에칭 호울(13a)의 형상은 전류흐름의 방향을 따라 길게 타원형으로 형성하는 것이 전류흐름을 원활하게 하는 데에 바람직할 수 있으며, 타원형에 가까운 다각형으로 형성할 수도 있다. 이러한 에칭 호울(13a)은 상기 전해 동박에 사진식각(photolithography)과 같은 선택적 에칭 방법을 적용함으로써 형성된다.

다음으로, 도 5는 본 발명에 따른 플렉서블 인쇄회로기판에 대한 제2실시예를 나타낸 단면도로서, 이 실시예는 양면 플렉서블 인쇄회로기판(double sided FPCB)으로 예시된 것이다.

즉, 제1실시예와 마찬가지로 폴리이미드 또는 PET 등과 같은 폴리머를 절연성 베이스(21)로 하되, 이 절연성 베이스(21)의 양 표면에 접착제층(22,22')을 개재한 상태에서 배선 패턴(23,23')이 각각 구비되며, 이들 배선 패턴(23,23')의 표면에 배선 패턴(23,23')의 단자가 노출되는 상태로 절연성 커버층 필름(24,24')이 점착된 구조로 이루어져 있다. 그리고, 배선 패턴(23,23')에는 제1실시예와 마찬가지로 직경 5∼50㎛의 크기를 갖는 에칭 호울(23a,23'a)들이 다수 형성되어 있으며, 이들 에칭 호울(23a,23'a)은 원형 또는 타원형이나 다각형으로 이루어질 수 있다.

상기 절연성 커버층 필름(24,24')은 절연성 베이스(21)와 같이 폴리머(24a,24'a)에 접착제층(24b,24'b)이 도포된 구조로 이루어져 접착제층(24b,24'b)이 배선 패턴(23,23')과 대향하는 상태로 배선 패턴(23,23')을 커버하게 된다.

다음으로, 도 6은 본 발명에 따른 플렉서블 인쇄회로기판에 대한 제3실시예를 나타낸 단면도로서, 본 실시예는 다층 플렉서블 인쇄회로기판(multi-layered FPCB)으로 예시된 것이다.

즉, 절연성 베이스(31)의 표면과 절연성 커버층 필름(34) 사이에 배선 패턴(33)이 배치된 구조가 반복적으로 적층된 다층의 구조로서, 각 층의 배선 패턴 마다 에칭 호울(33a)들이 형성되어 있다.

전술한 실시예들과 마찬가지로 배선 패턴(33)은 절연성 베이스(31)의 표면에 접착제층(32)이 개재된 상태로 구비되며, 배선 패턴(33) 상에 접착제층(34b)와 폴리머(34a)로 구성된 절연성 커버층 필름(34)이 배치되고, 이 절연성 커버층 필름(34)의 폴리머(34a) 상에 접착제(35)가 도포된 상태에서 다시 또 다른 절연성 베이스가 배열되는 순으로 다층의 플렉서블 인쇄회로기판이 형성된다.

에칭 호울(33a)의 크기와 형상 등 나머지 구성은 전술한 실시예와 동일하다.

도 7은 본 발명에 따른 플렉서블 인쇄회로기판에 대한 제4실시예를 나타낸 단면도로서, 이 실시예의 경우는 절연성 커버층 필름이 제외된 구조의 플렉서블 인쇄회로기판이다.

즉, 절연성 베이스(41)의 표면 상에 접착제층(42)이 개재된 상태에서 배선 패턴(43)이 적층되고, 이 배선 패턴(43) 상에는 전술한 실시예들과 달리 절연성 커버층 필름이 적층되지 않는다.

배선 패턴(43)에 에칭 호울(43a)이 형성되는 구성과 에칭 호울(43a)의 크기 및 형상 등은 전술한 실시예들과 동일하다.

전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 실시예들에서 배선 패턴에 에칭 호울이 형성된 구조로부터 얻어지는 효과를 검증하기 위한 시험을 실시하였다.

먼저, 두께 125㎛인 폴리에틸렌 수지(PET) 필름에 전자빔 증발법으로 도전체인 크롬(Cr)을 100nm 두께로 코팅하였다. 이렇게 크롬이 코팅된 PET 기판을 대상으로 사진식각 공정에 의해 크롬 도전체에 미세한 에칭 호울을 다수 형성한 후, 통상적인 인장시편의 형상으로 시편을 제작하였다. 즉, 시편의 단면 형상은 125㎛의 두께를 갖는 PET 필름에 100nm의 두께의 크롬 도전체가 코팅된 구조로서, 크롬 도전체가 본 발명의 배선 패턴에 대응하는 것이다.

상기 시편은, 에칭 호울이 없는 것, 에칭 호울의 직경이 각각 5㎛, 10㎛, 30㎛, 50㎛인 것으로 제작되었으며, 각각의 시편에 대한 인장시험 결과를 도 8에 나 타내었다. 즉, 도 8은 인장변형의 조건에서 크롬 도전체의 전기저항 변화를 나타내고 있는데, 에칭 호울이 없는 시편의 경우 전기저항의 변화는 인장 변형률의 증가에 따라 급격하게 증가하는 반면, 미세한 에칭 호울들이 형성된 시편들의 경우에는 변형률의 증가에 대한 전기저항의 변화가 매우 작게 나타났으며, 에칭 호울의 크기가 작을수록 전기저항의 변화가 더 작게 나타났다.

상기 시험 결과를 통해 플렉서블 인쇄회로기판의 배선 패턴에 인장하중이 가해지는 조건에서 전기저항의 변화를 작게 하기 위해서는 배선 패턴에 미세한 에칭 호울들을 형성하는 것이 바람직함을 알 수 있다. 따라서, 배선 패턴에 미세한 에칭 호울들을 형성하면 인장변형시 전기저항의 변화가 작은 플렉서블 인쇄회로기판을 제작할 수가 있는 것이다.

이상에서는 본 발명을 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

도 1은 종래의 플렉서블 인쇄회로기판에 대한 예를 나타낸 평면도이다.

도 2는 종래의 플렉서블 인쇄회로기판의 배선 패턴에 대한 사진이다.

도 3은 본 발명에 따른 플렉서블 인쇄회로기판에 대한 제1실시예를 나타낸 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 플렉서블 인쇄회로기판에서 에칭 호울이 형성된 모습을 나타낸 배선 패턴의 평면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 플렉서블 인쇄회로기판에 대한 제2실시예를 나타낸 단면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 플렉서블 인쇄회로기판에 대한 제3실시예를 나타낸 단면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 플렉서블 인쇄회로기판에 대한 제4실시예를 나타낸 단면도이다.

도 8은 본 발명이 적용된 시험예와 비교예에서 인장응력의 작용에 따른 전기저항의 변화를 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11,21,31,41 : 절연성 베이스 12,14b,22,22',24b,24'b,34b : 접착제층

13,23,23',33,43 : 배선 패턴 13a,23a,23'a,33a,43a : 에칭 호울

14,24,24',34 : 절연성 커버층 필름 14a,24a,24'a,34a : 폴리머

Claims (5)

1. 절연성 베이스의 표면에 배선 패턴이 구비되고, 상기 배선 패턴의 표면에 배선 패턴의 단자가 노출되도록 절연성 커버층 필름이 점착되며, 상기 배선 패턴에 에칭 호울들이 형성된 배선 패턴의 전기저항 변화가 저감되는 플렉서블 인쇄회로기판.
2. 제1항에 있어서,

   상기 절연성 베이스 표면과 상기 절연성 커버층 필름 사이에 상기 배선 패턴이 배치된 구조가 반복적으로 적층된 다층의 구조로 이루어지고, 상기 에칭 호울들은 각 층의 배선 패턴마다 형성된 것을 특징으로 하는 배선 패턴의 전기저항 변화가 저감되는 플렉서블 인쇄회로기판.
3. 절연성 베이스의 표면에 배선 패턴이 구비되고, 상기 배선 패턴에 에칭 호울들이 형성된 배선 패턴의 전기저항 변화가 저감되는 플렉서블 인쇄회로기판.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 에칭 호울들은 직경 5∼50㎛의 크기로 이루어진 것을 특징으로 하는 배선 패턴의 전기저항 변화가 저감되는 플렉서블 인쇄회로기판.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 에칭 호울들은 원형, 타원형, 또는 다각형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 배선 패턴의 전기저항 변화가 저감되는 플렉서블 인쇄회로기판.

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