KR20130069454A - 접착제로서 실리콘층을 갖는 pcb 구조 - Google Patents

접착제로서 실리콘층을 갖는 pcb 구조 Download PDF

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Abstract

PCB 구조가 개시된다. 접착제의 재료는 종래의 에폭시 또는 아크릴 산에서 실리콘으로 대체된다. 수분에 의해 야기되는 불분명한 신호와 전압 강하의 문제는 실리콘의 비극성 및 비친수성의 특성으로 인해 극복된다. 또한, 실리콘은 실리콘과 기판/금속층 사이의 접착력을 증가시키기 위해 이의 양면에 배치된 두 개의 변성 실리콘층을 갖는다. 기포를 발생하거나 쉽게 박리되는 문제가 해결된다.

Description

접착제로서 실리콘층을 갖는 PCB 구조{PCB STRUCTURE WITH A SILICONE LAYER AS ADHESIVE}
본 발명은 인쇄회로기판(PCB)에 관한 것으로서, 특히 금속층과 기판을 결합시키기 위해 실리콘층을 사용하는 PCT 구조에 관한 것이다.
연성 인쇄회로기판(flexible printed circuit board, FPC) 조립체는 유연성을 가지며 이에 의해 연성 인쇄회로기판 조립체는 그 자체로 굴곡될 수 있기 때문에, 연성 인쇄회로기판 조립체는 다양한 종류의 전기 기구에 사용되어 왔다. 예를 들어, 연성 인쇄회로기판은 노트북 컴퓨터의 본체와 오픈형 디스플레이 장치 사이에 설치되어 본체와 디스플레이 장치 사이의 전기 신호를 전송할 수 있고, 또는 컴퓨터의 본체와 내부의 광 디스크 드라이브의 이동형 픽업 조립체 사이에 설치되어 이들 사이에서 신호를 전송할 수 있다.
연성 동박적층판(flexible copper clad laminate, FCCL)은 FPC의 주요 제품이다. FCCL은 에폭시 수지, 폴리에스터, 또는 아크릴 수지와 같은 에폭시계 수지 접착제로 제조된 접착제를 통해 구리 호일과 같은 금속 호일을 폴리이미드 필름으로 대표되는 내열성 필름의 표면에 함께 접착함으로써 제조된다. FCCL은 주로 대략 180℃에서 적층된 구조를 고온 가압(hot-pressing)함으로써 생산된다. 에폭시계 수지 접착제의 주사슬(main chain)이 단단하기 때문에, 고온 가압 동안 적층판 그 자체의 뒤틀림 현상으로 알려진 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 상기한 3층의 연성 동박적층판의 접착제층이 제거되며, 따라서 이는 2층 연성 동박적층판(2L FCCL)이라 불린다. 이는 폴리이미드(polyimide, PI) 필름으로 대표되는 기판 필름의 표면에 구리 호일을 형성하기 위해 주조 방법, 스퍼터링 방법, 또는 적층 방법에 의해 제조된다.
그러나, 재료의 특성으로 인해, 3층 및 2층을 포함하는 FCCL은 낮은 이온 이동 저항(ion-migration resistance)을 갖는다. 기판의 재료인 폴리이미드 및 에폭시 수지 또는 아크릴 수지와 같은 접착제는 높은 극성을 갖고 친수성이다. 예를 들어, FCCL은 액정 표시장치(liquid crystal display, LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 또는 플라즈마 디스플레이 장치와 같은 미세 피치 배선(fine pitch wiring)의 고전압 기구에서 사용된다. 도 1을 참조하면, 3층의 연성 동박적층판이 도시되어 있다. 제 1 리드(43)와 제 2 리드(44)가 접착제층(41, 42) 및 기판(40) 위에 형성된다. 고전압 작동시, 이들 장치는 리드(43, 44) 사이의 짧은 거리(S)가 배선 또는 전극으로 사용되는 구리에 이온 이동 현상을 유발하는 단점을 갖는 것으로 알려져 있다. 이는 종종 리드(43, 44) 사이의 증가된 누설 전류 흐름 및 단락과 같은 전기 고장을 일으킨다. 반면에, 2층의 연성 동박적층판은, 기판인 PI로 인해, 높은 극성을 갖고 친수성이다. 상기 이온 이동 현상이라는 단점은 여전히 존재한다.
본 발명의 목적은 PCB 구조를 제공하는 것이다. 실리콘은 금속층과 기판 사이에서 접착제로 사용된다. 실리콘은 고온 처리시 뒤틀리고 굴곡되는 것을 방지하기 위해 열 수축으로 인한 변형을 흡수하기에 충분히 연성이다.
본 발명의 또 다른 목적은 PCB 구조를 제공하는 것이다. 이온 이동 저항은 증가된다. 수분에 의해 야기되는 불분명한 신호와 전압 강하의 문제는 실리콘의 비극성 및 비친수성의 특성으로 인해 극복된다.
본 발명의 목적은 PCB 구조를 제공하는 것이다. 실리콘층은 실리콘과 기판/금속층 사이의 접착력을 증가시키기 위해 이의 양면에 배치된 두 개의 변성 실리콘층을 갖는다. 기포를 발생하거나 쉽게 박리되는 문제가 해결된다.
본 발명은 PCB 구조를 개시한다. 상기 PCB 구조는 기판, 실리콘층, 및 금속층을 포함한다. 상기 실리콘층은 기판 상에 배치되고 금속층을 기판으로 접착하는데 사용된다. 상기 실리콘층은 고온 처리시 뒤틀리고 굴곡되는 것을 방지하기 위해 열 수축으로 인한 변형을 흡수하기에 충분히 연성이다. 실리콘층의 비극성 및 비친수성의 특성으로 인해, 폴리이미드(PI), 에폭시 수지, 또는 아크릴 수지와 같은 높은 극성 및 친수성 재료에 의해 야기되는 문제들이 해결된다. 이러한 PCB 구조의 이온 이동 저항이 증가된다. 수분에 의해 야기되는 불분명한 신호와 전압 강하의 문제는 실리콘의 비극성 및 비친수성의 특성으로 인해 극복된다.
또한, 실리콘과 기판/금속층 사이의 접착력을 증가시키기 위해, 상기 실리콘층은 이의 양면에 배치된 두 개의 변성 실리콘층을 갖는다. 기포를 발생하거나 쉽게 박리되는 문제가 해결된다. 상기 변성 실리콘층은 서로 다른 재료에 대한 접착력을 증가시키기 위해 이의 계면 장력(interfacial tension)과 극성을 변경한 것이다.
본 발명의 적용 가능성의 추가 범위는 이하 주어진 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나, 상세한 설명 및 특정 실시예는, 본 발명의 사상과 범위 내에서의 다양한 변화와 수정이 이러한 상세한 설명으로부터 본 기술분야의 숙련자에게 명백할 것이기 때문에, 본 발명의 바람직한 실시형태를 제시하면서, 설명의 형태로만 주어진다.
본 발명은 오직 설명의 목적으로 이하에 주어진 상세한 설명으로부터 완벽하게 이해될 수 있으며, 따라서 본 발명을 제한하지는 않는다, 여기서:
도 1은 미세 피치 배선의 고전압 기구에서 사용될 때의 종래의 PCB 구조의 예를 도시한다.
도 2는 본 발명의 PCB 구조를 도시한다.
도 3은 미세 피치 배선의 고전압 기구에서 사용될 때의 본 발명에 따른 PCB 구조를 도시한다.
도 4는 종래의 코팅 실리콘층의 예를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 PCB 구조의 또 다른 실시형태를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 PCB 구조의 실시형태를 도시하며, 이는 오직 하나의 변성 실리콘층이 배치된 것을 도시한다.
실리콘은 다양한 형태와 용도를 갖는 합성 화합물이다. 일반적으로, 내열성과 고무 같이, 이들은 밀봉제, 접착제, 윤활제, 의료 응용, 취사도구, 절연에 사용된다. 실리콘의 가장 유용한 특성 중 일부는 낮은 열 전도성, 낮은 화학 반응성, 낮은 독성, 및 열 안정성을 포함한다. 또한, 실리콘은 산소, 오존 및 자외선(UV)에 우수한 저항을 가지며 양호한 전기 절연성을 갖는다. 실리콘은 전기적으로 절연성이고 전도성으로 제조되므로, 다양한 전기 응용에 적합하다. 실리콘은 용융될 때 양호한 유동성 및 접착성을 보이며 경화된 후 충분히 연성이다. 또한, 실리콘은 비극성이며 비친수성이다. 따라서, 접착제의 재료로서 에폭시 수지를 대체하기에 적합하다.
도 2를 참조하면, 인쇄회로기판(PCB) 구조는 기판(11), 실리콘층(12) 및 금속층(13)을 포함한다. 상기 기판(11)의 재료는 연성 PCB 또는 경성(inflexible) PCB를 형성하기 위해 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN), 유리, 유리 섬유, 및 액정 고분자를 포함한다. 상기 실리콘층(12)은 기판(11)과 금속층(13) 사이에 배치되어 내부에서 들러붙는다. 실리콘은 용융될 때 양호한 유동성 및 접착성을 보인다. 이는 접착제로서 적합하다. 예를 들어, 실리콘은 코팅에 의해 기판(11) 상에 배치되어 실리콘층(12)을 형성한다. 금속층(13)은 실리콘층(12) 상에 배치되고 이후 소성 공정(baking process)에 의해 경화된다. 경화된 후, 실리콘층(12)은 고온 처리시 뒤틀리고 굴곡되는 것을 방지하기 위해 금속층(13)과 기판(11) 사이의 열 수축으로 인한 변형을 흡수하기 위한 버퍼가 되기에 충분히 연성이다. 배선은 에칭 또는 기타 공정에 의해 금속층(13) 상에 형성된다. 추가의 보호층, 솔더 마스크(solder mask) 등이 또한 그 위에 형성될 수 있다. 금속층(13)의 재료는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 금(Au), 은(Ag), 주석(Sn) 또는 상기한 금속들 중 적어도 하나를 포함하는 합금이다.
또한, 실리콘은 비극성이며 비친수성이다. 도 3을 참조하면, 상기 PCB 구조가 액정 표시장치(LCD), 유기 발광 다이오드(OLED), 또는 플라즈마 디스플레이 장치와 같은 미세 피치 배선의 고전압 기구에서 사용되는 경우, 적어도 하나의 제 1 리드(131)와 적어도 하나의 제 2 리드(132)가 금속층(13) 상에 형성된다. 종래의 PCB 구조와는 다르게, 상기 실리콘층(12)은 비극성이고 비친수성이다. 폴리이미드(PI)로 대표되는 기판(11)이 높은 극성을 갖고 친수성인 반면, 상기 실리콘층(12)은 제 1 리드(131)와 제 2 리드(132) 사이의 이온 이동 현상을 방지할 것이다. 불분명한 신호와 전압 강하의 문제는 발생되지 않을 것이다.
그러나, 실리콘은 접착력에 대한 문제를 갖는다. 실리콘은 경화시 축합 반응(condensation reaction)과 부가 반응(addition reaction) 모두를 수행할 것이다. 축합 반응에 의해 경화된 구조는 부가 반응에 비해 낮은 접착력을 갖는다. 또한, 축합 반응의 부산물은 수소이고, 이는 쉽게 기포를 생성한다. 도 4를 참조하면, 실리콘층(22)은 다른 물질을 갖는 기판(21) 상에 배치된다. 중합시, 기체, 즉 수소가 무작위로 이동된다. 기판(21)은 금속, 유리 또는 고분자와 같은 컴팩트한 재료로 제조되기 때문에, 기판(21)에 의해 차단될 때, 기체는 축적되어 이들 사이의 계면에서 기포(23)를 형성한다. 계면에 기포(23)가 있는 경우, 구조는 쉽게 박리된다.
일반적으로, 실리콘은 충진용(in fill)으로 사용된다. 다시 말해서, 도 4에 도시된 바와 같이, 실리콘층(22)의 일면에는 아무 것도 없다. 중합이 천천히 수행되는 경우, 생성된 기체는 천천히 서서히 배출될 수 있다. 그러나, 본 발명에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 실리콘층(12)은 기판(11)과 금속층(13) 사이에 배치된다. 경화를 위해 고온 가압 또는 열 중합을 수행할 필요가 있다. 이는 더 많은 기체를 생성할 것이다. 기체가 무작위로 이동될 때 기판(11)과 금속층(13)에 의해 차단된다. 축적된 기포는 이들 사이의 접착 계면을 파괴할 것이다. 또한, 기포는 더욱 큰 기포로 합쳐져서 접착력을 약하게 할 것이다.
도 5를 참조하면, 이러한 문제를 해결하기 위해, 실리콘층(12)은 이의 양면에 배치된 두 개의 변성 실리콘층(31, 32)을 갖는다. 제 1 변성 실리콘층(31)은 실리콘층(12)과 기판(11) 사이에 배치된다. 제 2 변성 실리콘층(32)은 실리콘층(12)과 금속층(13) 사이에 배치된다. 변성 실리콘층(31, 32)은 기판(11)과 금속층(13)의 재료에 따라 이의 계면 장력과 극성을 변경한 것이다. 따라서, 제 1 변성 실리콘층(31)과 기판(11) 사이 그리고 제 2 변성 실리콘층(32)과 금속층(13) 사이의 계면 상에 양호한 접착 조건이 형성된다. 또한, 생성된 기포의 양이 감소되고 기포의 크기가 감소된다. 변성 실리콘층(31, 32)은 축합형(condensation-type) 실리콘과 부가형(addition-type) 실리콘의 비율을 조절함으로써 및/또는 에폭시, 아크릴 산, 또는 이들의 조합을 실리콘에 첨가함으로써 변경된다.
예를 들어 다음과 같은 형성 방법에 따르면, 변성 실리콘층(31, 32)은 기판(11) 및 금속층(13) 상에 각각 형성된다. 이후 경화를 위해 중합이 천천히 수행된다. 일면에 아무 것도 없기 때문에, 생성된 기체는 배출될 수 있다. 또한, 변성 실리콘층(31, 32)은 기판(11)과 금속층(13)의 재료에 따라 변경된다. 제 1 변성 실리콘층(31)과 기판(11) 사이 그리고 제 2 변성 실리콘층(32)과 금속층(13) 사이의 계면 상에 양호한 접착 조건이 형성된다. 이후, 실리콘층(12)이 경화를 위해 이들 사이에 배치되어 상기한 구조를 형성한다.
동일한 또는 실질적으로 동일한 재료로 제조된 변성 실리콘층(31, 32) 사이에 실리콘층(12)이 배치되기 때문에, 이들 사이의 접착력은 높다. 기체가 생성되더라고, 접합 구조를 쉽게 약화시키지 못한다. 또한, 실리콘이 기판(11) 또는 금속층(13)처럼 컴팩트한 재료가 아니기 때문이다. 마이크로 관점에서, 실리콘은 내부에 큰 구멍을 갖는다. 실리콘층(12)이 경화를 위해 변성 실리콘층(31, 32) 사이에 배치되더라도, 생성된 기체는 변성 실리콘층(31, 32)으로부터 쉽게 배출되고, 기포를 형성하도록 쉽게 축적되지 않는다. 실리콘층(12)과 변성 실리콘층(31, 32) 사이의 분자간 힘은 동일하다. 내부의 기체 흐름은 균일하다. 기포는 더욱 큰 기포로 쉽게 합쳐지지 않을 것이다. 따라서, 변성 실리콘층(31, 32)과 실리콘층(12) 사이의 계면 상에 양호한 접착 조건이 형성된다.
또한 하나의 변성 실리콘층이, 접착 조건이 약화된, 계면 중 하나에 형성된다. 예를 들어, 기판(11)과 실리콘층(12) 사이에 제 1 변성 실리콘층(31) 만이 배치된다(도 6a 참조). 또는 금속층(13)과 실리콘층(12) 사이에 제 2 변성 실리콘층(32) 만이 배치된다(도 6b 참조).
상기와 같은 본 발명은 다양한 방식으로 변경될 수 있음은 자명할 것이다. 이러한 변경은 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는 것으로 간주되고, 이러한 모든 변경은 다음과 같은 청구 범위 내에 포함된다는 것은 본 기술분야의 숙련자에게 자명할 것이다.
11, 21: 기판
12, 22: 실리콘층
13: 금속층
23: 기포
131: 제 1 리드
132: 제 2 리드
31: 제 1 변성 실리콘층
32: 제 2 변성 실리콘층

Claims (6)

  1. 기판;
    상기 기판의 일면에 배치된 실리콘층; 및
    상기 실리콘층에 배치된 금속층을 포함하는 인쇄회로기판(PCB) 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판과 실리콘층 사이, 또는 상기 금속층과 실리콘층 사이에 배치된 변성 실리콘층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PCB 구조
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속층과 실리콘층 사이, 및 상기 기판과 실리콘층 사이에 배치된 변성 실리콘층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PCB 구조
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 변성 실리콘층은 이의 계면 장력(interfacial tension)과 극성을 변경한 것을 특징으로 하는 PCB 구조.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 변성 실리콘층은 축합형(condensation-type) 실리콘과 부가형(addition-type) 실리콘의 비율을 조절함으로써 변경되는 것을 특징으로 하는 PCB 구조.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 변성 실리콘층은 에폭시, 아크릴 산, 또는 이들의 조합을 실리콘에 첨가함으로써 변경되는 것을 특징으로 하는 PCB 구조.
KR1020120145375A 2011-12-16 2012-12-13 접착제로서 실리콘층을 갖는 pcb 구조 KR101432906B1 (ko)

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