KR20140053800A - 내열기판의 고온열처리를 통한 연성인쇄회로기판 제조방법 및 그 연성회로기판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연성인쇄회로기판 제조방법 및 그 연성인쇄회로기판에 관한 것으로서 구체적으로는 내열기판에 고온의 열처리를 통하여 형성된 전도성 전극을 연성필름에 전사하여 인쇄회로기판을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따라 제조된 연성인쇄회로기판에 의하면 소성온도에서의 열처리를 통해 전극재료를 금속벌크의 형태로 형성하는 것이 가능하여 종래의 동박에칭방법과 비교하여도 전기전도도가 동일하고 가공공정이 단순하며 박막의 형성이 가능하여 제조비용이 저렴하고 휴대폰 등과 같이 두께의 제한조건이 까다로운 경우에도 적용이 유리한 장점이 있다.

Description

내열기판의 고온열처리를 통한 연성인쇄회로기판 제조방법 및 그 연성회로기판{Flexible PCB manufacturing method using high temperature heat treatment and the Flexible PCB thereof}

본 발명은 연성인쇄회로기판 제조방법 및 그 연성인쇄회로기판에 관한 것으로서 구체적으로는 내열기판에 도전성 페이스트로 인쇄회로패턴을 형성한 후 고온의 열처리를 통해 전도성 전극을 형성하고 전도성 전극을 연성필름에 전사하여 연성인쇄회로기판을 제조하는 것이다.

일반적으로 인쇄회로기판은 경성회로기판과 연성인쇄회로기판으로 구분되며 근래에는 전자제품의 소형화, 경량화 추세에 따라 무게가 가볍고 구부러짐이 가능한 연성인쇄회로기판의 사용이 증대되고 있다.

종래의 연성회로기판의 제조방법은 얇은 동박에 PI(폴리이미드)필름을 부착하여 회로패턴을 입혀 노광하고 회로패턴을 제외한 부분을 식각처리하여 제거하고 원하는 회로 패턴을 형성하는 전통적 F-PCB 방법이 있다. 전통적 F-PCB 제조 방법은 가공방법이 복잡하여 비용이 많이 들고 도금을 통한 환경오염 등 여러 문제점이 발생하여 인쇄전자의 한 분야로 도전성 페이스트를 실크 스크린 등의 방법으로 인쇄하여 도체를 형성하는 한 방법이 있다.

인쇄전자에 의한 제조방법은 은분말에 에폭시, 아크릴 등의 접착제와 경화제를 첨가하여 페이스트를 제조하고 이를 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 필름에 직접 스크린 또는 잉크젯 프린터를 이용하여 원하는 회로패턴을 인쇄한 후 섭씨 200도 이하에서 열처리를 하여 경화건조하는 방법 등이 있다.

이렇게 제조된 연성인쇄회로기판은 연성필름에의 고착을 위해서 도전성을 저해하는 에폭시, 아크릴 수지 및 경화제의 첨가가 필수적이고 도전성 은분말도 벌크상태의 은보다는 10의 2승 이상 전기전도도가 떨어지므로 동박으로 제조된 연성인쇄회로기판에 비하여 용도가 제한적으로 사용될 수 밖에 없다.

연성인쇄회로기판 제조에 관한 종래기술은 한국공개특허 제2012-0010524호(명칭: 다층 연성회로기판의 제조방법)가 있다.

본 발명은 섭씨 600도 이상의 고온에서 내열기판을 이용하여 전도성 전극을 형성하고 전도성 전극을 필름에 전사시켜 연성인쇄회로기판을 제조하는 방법 및 그 연성인쇄회로기판을 제공하는 것이다.

또한 본 발명은 소성온도로의 열처리를 이용하여 금속성 분말로부터 금속벌크의 제조가 가능하여 종래의 동박에칭방법과 비교하여도 전기전도도가 동일하고 가공공정이 단순하며 박막을 형성할 수 있으므로 제조비용이 저렴하고 휴대폰 등과 같이 두께의 제한조건이 까다로운 경우에도 적용이 유리한 연성인쇄회로기판의 제조방법 및 그 연성인쇄회로기판을 제공하고자 하는 것이다.

또한 본 발명은 종래의 도전성 경화 은 전극을 인쇄하여 회로를 구성하는 제조방법에 비해서 전기전도도가 현저히 우수하기 때문에 용도에 제한을 받지 않고 폭넓은 분야에서 사용될 수 있는 연성인쇄회로기판의 제조방법 및 그 연성인쇄회로기판을 제공하고자 하는 것이다.

상기 본 발명의 과제는 소정의 면적을 가지며 굽힘이 가능한 연성필름과, 상기 연성필름의 일면의 적어도 일부에 도포된 접착제 및 도전성 페이스트가 소성온도까지 열처리되어 형성된 것으로서 상기 접착제를 매개로 상기 연성필름의 상부에 부착된 전도성 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온열처리에 의한 전도성전극이 형성된 연성회로기판에 의해 달성된다.

본 발명에서, 상기 전도성 전극의 상부면에는 무기질 분말, 탄소재료 또는 탄화물이 수지에 혼합된 박리용 수지가 연소되어 생성된 연소재가 더 적층될 수 있다.

본 발명에서, 상기 전도성 전극은 무기질 분말, 탄소재료 또는 탄화물이 수지에 혼합되어 형성된 박리용 수지를 사이에 두고 내열기판에 적층된 상기 도전성 페이스트를 소성온도까지 열처리하는 것에 의해 형성되며, 상기 내열기판의 위에 적층된 상기 도전성 페이스트를 소성온도까지 열처리하여 형성된 상기 전도성 전극을 상기 접착제가 도포된 상기 연성필름과 접촉시킴으로써 상기 연성필름에 상기 전도성 전극이 전사된다.

상기 본 발명의 과제는 내열기판의 일면에 도전성 페이스트로 회로패턴을 형성하는 단계와, 상기 회로패턴이 형성된 상기 내열기판을 소성온도로 열처리하여 상기 내열기판에 전도성 전극을 형성하는 단계 및 상기 열처리에 의해 상기 내열기판의 일면에 형성된 상기 전도성 전극에 접착제가 도포된 연성필름을 접촉하여 상기 연성필름에 상기 전도성 전극을 전사시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연성인쇄회로기판 제조방법에 의해서도 달성된다.

본 발명에 따른 연성인쇄회로기판 제조방법에서, 상기 회로패턴이 형성된 상기 내열기판을 소성온도로 열처리하여 상기 내열기판에 전도성 전극을 형성하는 단계는 상기 회로패턴을 구성하는 상기 도전성 페이스트의 전도성 금속 분말이 소성온도에서 융해(melting)되어 서로 합체됨으로써 일체의 덩어리를 형성하는 것에 의해 상기 전도성 전극이 형성된다.

본 발명에 따른 연성인쇄회로기판 제조방법에서, 상기 내열기판의 일면에 도전성 페이스트로 회로패턴을 형성하는 단계는 상기 내열기판에 박리용 수지를 도포하는 단계 및 상기 내열기판에 도포된 상기 박리용 수지의 상부에 상기 도전성 페이스트로 회로패턴을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 연성인쇄회로기판 제조방법에서, 상기 박리용 수지는 상기 소성온도에서 타버리지 않는 무기질 분말 또는 상기 소성온도에서 연소되어 연소재를 형성하는 탄소재료 또는 탄화물이 수지에 혼합되어 형성된다.

본 발명에 따른 연성인쇄회로기판 제조방법에서, 상기 박리용 수지의 상기 무기질 분말은 상기 소성온도에서 타버리지 않는 안료가 포함된 물감, 페인트, 무기질 산화물 또는 광물을 포함한다.

본 발명에 따른 연성인쇄회로기판 제조방법 및 그 연성인쇄회로기판에 의하면 박막이면서 전기전도성이 우수한 제품의 제조가 가능하며 제조방법이 간단하여 제품제조가 용이한 장점이 있다.

또한 본 발명에 따른 연성인쇄회로기판은 경화 은 전극과는 달리 고온의 열처리 방법으로 전극재료인 전도성 금속의 소성온도까지 열처리를 할 수 있어서 고유한 각 전도성 금속의 이론 전도도까지 구현이 가능하며 열처리 조건에 따라 도전성 재료로 금, 은과 같은 귀금속 뿐만 아니라 비철금속인 구리, 니켈 등의 사용이 가능하다.

또한 본 발명에 따른 연성인쇄회로기판은 회로패턴을 인쇄하는 방법에 있어서도 스크린인쇄, 옵셋인쇄, 그라비아 인쇄, 잉크젯 인쇄 등 모든 인쇄방법의 적용이 가능한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 내열기판의 고온열처리를 통한 연성인쇄회로기판 제조방법에서 내열기판에 박리용 수지 및 전도성 전극재료가 도포된 상태를 도시한 개략적인 단면도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 내열기판의 고온열처리를 통한 연성인쇄회로기판 제조방법의 공정을 순차적으로 나타낸 흐름도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 내열기판의 고온열처리를 통한 연성인쇄회로기판 제조방법의 공정을 개략적으로 도시한 공정도이고,
도 4는 본 발명에 따른 내열기판의 고온열처리를 통한 연성인쇄회로기판 제조방법에 의해 제조된 연성인쇄회로기판의 단면을 도시한 단면도이고,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 내열기판의 고온열처리를 통한 연성인쇄회로기판 제조방법에서 형성될 수 있는 전도성 전극의 회로패턴의 한 예를 도시한 평면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내열기판의 고온열처리를 통한 연성인쇄회로기판 제조방법 및 그 연성인쇄회로기판의 구성에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 내열기판의 고온열처리를 통한 연성인쇄회로기판 제조방법에서 내열기판에 박리용 수지 및 도전성 페이스트가 도포된 상태를 도시한 개략적인 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 내열기판의 고온열처리를 통한 연성인쇄회로기판 제조방법의 공정을 순차적으로 나타낸 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 내열기판의 고온열처리를 통한 연성인쇄회로기판 제조방법의 공정을 개략적으로 도시한 공정도이고, 도 4는 본 발명에 따른 내열기판의 고온열처리를 통한 연성인쇄회로기판 제조방법에 따라 제조된 연성인쇄회로기판의 단면을 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 내열기판의 고온열처리를 통한 연성인쇄회로기판 제조방법에서 형성될 수 있는 회로패턴의 한 예를 도시한 평면도이다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 내열기판(10)으로써 섭씨 600도 이상의 고온의 열처리를 견딜 수 있고 회로패턴의 인쇄가 가능한 평평한 면을 구비한 것을 준비한다(S1). 내열기판(10)의 종류는 알루미나를 포함하는 세라믹기판, 통상의 세라믹재질의 기판, 내열강화유리재질의 기판, 고온의 열처리 온도를 견디는 금속기판이 사용될 수 있고 금속기판의 재질로는 후술할 도전성 페이스트의 주성분인 도전성 금속의 소성온도보다 높은 소성온도를 가지는 금속들이 금속기판의 재질로 사용될 수 있다. 금속기판은 철은 물론이고 스테인레스를 포함하는 비철금속들로 형성될 수 있다.

내열기판(10)의 상부에 박리용 수지(20)를 도포한다(S2).

박리용 수지(20)는 예를 들면 무기질 분말(광물, 안료 등 포함), 탄소재료 또는 탄화물과 같은 박리물질(21)을 수지(천연수지 또는 합성수지)에 골고루 혼합한 것을 사용한다. 박리물질(21)은 본 발명에 따른 연성인쇄회로기판의 제조방법에서 전도성 전극(31)을 연성필름(40)에 전사하는 과정에서 전도성 전극(31)이 내열기판(10)에서 박리되는데 중요한 역할을 하는 물질을 지칭한 것이다.

박리용 수지(20)에 사용되는 수지는 도포가 가능하고 일정 온도 이상의 열에 의해 분해되는 형태의 것은 어느 것이나 사용이 가능하며 예를 들면 액상의 에폭시 수지 등을 포함하는 열 분해성 수지들이 사용될 수 있고 도포가 가능한 열 분해성 수지들은 공지된 것이므로 구체적인 설명은 생략한다.

박리용 수지(20)에 포함되는 박리물질(21)로 사용될 수 있는 무기질 분말은 안료를 전색제로 사용하는 유성, 수성, 에나멜 페인트 또는 안료를 매제 등에 균일하게 혼합한 페이스트 상태의 물감 등이 사용될 수 있다. 박리용 수지(20)에 포함된 액체 또는 수지는 소성온도로 가열하는 과정에서 날아가 버리거나 연소되어 버리고 무기질 분말이 전도성 전극(31)과 내열기판(10)의 사이에 남게되어 전도성 전극(31)과 내열기판(10)의 사이의 부착을 방지함으로써 이후 연성필름(40)에 전도성 전극(31)을 전사하는 공정에서 전도성 전극(31)이 내열기판(10)으로부터 분리되는 것을 가능하게 한다. 따라서 무기질 분말은 넓은 범위의 무기재료, 무기질 산화물, 광물(mineral), 세라믹분말 등을 포함하여 전도성 전극(31)을 형성하는 전극재료(전도성 금속)의 소성온도에서 타버리거나 소실되지 않는 다양한 무기재료가 포함될 수 있다.

또한 박리용 수지(20)에 포함되는 박리물질(21)로는 무기질 분말을 대신하여 탄소재료 또는 탄화물이 사용될 수 있다. 탄소재료 또는 탄화물은 후술할 열처리 과정에서 고온에 의해 연소된 후 연소되어 생성된 연소재가 전극재료와 내열기판의 사이에 남게되어 전극재료와 내열기판의 사이의 간격을 띄워서 전도성 전극(31)이 내열기판(10)에서 분리되는 것을 가능하게 한다. 이러한 탄소재료는 예를 들면 흑연(그라파이트) 등이 있으며 탄화물은 예를 들면 탄화칼슘 등이 있고, 이외에도 연소재를 생성하여 전도성 전극과 내열기판의 박리를 가능하게 하는 다양한 탄소재료, 탄화물이 사용될 수 있다.

박리용 수지(20)를 도포하는 방법은 저점도 스프레이방법, 붓칠방법, 그라비아인쇄, 옵셋인쇄, 잉크젯인쇄, 고점도실크스크린, 고체파우더 도장방법 분체도장 및 레이저프린터 등의 방법을 사용할 수 있다.

내열기판(10)에 도포된 박리용 수지(20)의 상부에 전도성 전극재료가 포함된 도전성 페이스트를 이용하여 인쇄회로패턴(30)을 형성한다(S3). 도전성 페이스트는 전기전도도가 우수한 전극재료인 전도성 금속의 분말을 회로패턴 인쇄를 하기 위해 페이스트(paste)형태로 형성한 것으로 공지된 것이므로 구체적인 설명은 생략한다. 도전성 페이스트에 사용되는 전극재료는 금, 은을 포함하는 귀금속재료는 물론이고 구리, 니켈을 포함하는 다양한 금속재료들이 사용될 수 있다.

도전성 페이스트로 인쇄회로패턴(30)을 형성하는 방법은 스크린인쇄, 옵셋인쇄, 그라비아 인쇄, 잉크젯 인쇄 등이 사용될 수 있다.

도전성 페이스트로 인쇄회로패턴(30)이 형성된 내열기판(10)을 도전성 페이스트의 전극재료의 소성온도까지 열처리를 수행한다(S4). 도전성 페이스트의 전극재료는 앞서 설명한 바와 같이 다양한 재료가 사용될 수 있으며 전극재료마다 소성온도가 다르므로 사용된 전극재료의 소성온도까지 열처리를 수행한다. 소성 열처리시의 주변 분위기는 전극재료가 산화하면 전도성 도체로서의 기능을 상실하게 되므로 전극재료의 산화를 방지하기 위해 소성 열처리시의 주변 분위기를 진공으로 하거나 비활성가스 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다. 소성 열처리시의 주변분위기는 전극재료가 금, 은 등과 같이 귀금속인 경우에서는 대기중에서도 가능하지만, 전극재료가 구리, 니켈 등과 같은 비철금속인 경우에는 고온에서 산화가 진행되어 전도성 도체로서의 기능을 상실하게 되므로 산화를 방지하기 위해 반드시 소성 열처리시의 주변 분위기를 진공으로 하거나 비활성가스 분위기에서 수행한다.

위 소성온도까지의 열처리 공정에 의해 전도성 페이스트에 포함된 분말형태의 전극재료는 고열에 의해 전극재료분말이 융해되어 상호간에 합체됨으로써 덩어리를 형성하고 전도성 페이스트에 포함된 수분과 수지는 소성온도로 열처리하는 과정에서 증발되거나 연소되어 날아가 버린다. 즉 소성온도까지의 열처리 공정에 의해 전도성 페이스트에 포함된 전극재료분말은 융해되어 상호간에 합체됨으로써 전극재료덩어리로 구조가 변화되는 것이다. 이렇게 전도성 페이스트에 포함된 분말상태의 전극재료가 서로 분리된 구조인 분말상태에서 소성온도까지의 열처리를 통해 덩어리(bulk)상태로 변화되기 때문에 전도성 전극(31)의 전기전도도가 현저히 향상되는 것이다.

또한 열처리의 과정(소성과정)에서 박리용 수지(20)에 포함되어 있던 액체 또는 수지는 소성온도로 가열하는 과정에서 증발되어 날아가 버리거나 연소되어 버리기 때문에 최후에는 전도성 전극(31)과 내열기판(10)의 사이에는 박리용 수지(20)에 포함된 무기질 분말 또는 탄소재료나 탄화물의 연소재와 같은 박리물질(21)만이 남게된다. 이렇게 박리용 수지(20)중의 무기질 분말 또는 탄소재료나 탄화물의 연소재와 같은 박리물질(21)이 전도성 전극(31)과 내열기판(10)의 사이에 위치하기 때문에 전도성 전극(31)과 내열기판(10)의 상호간의 부착이 방지되고 그 결과 전도성 전극의 전사과정에서 전도성 전극(31)이 내열기판(10)으로부터 분리되는 것을 가능하게 한다. 만약 박리용 수지(20)에 무기질 분말 또는 탄소재료나 탄화물과 같은 박리물질(21)이 포함되어 있지 않다면 내열기판(10)의 소성과정에서 도전성 페이스트의 전극재료가 용융되어 그대로 내열기판(10)에 부착되어 버리기 때문에 내열기판(10)으로부터 전도성 전극(31)을 분리하기가 어렵고 따라서 이후 전도성 전극(31)을 연성필름(40)으로 전사시킬 수 없게 된다.

열처리가 완료된 내열기판(10)의 상부의 전도성 전극(31)을 접착제가 도포된 연성필름(40)에 접촉시켰다가 내열기판(10)과 연성필름(40)을 분리시키면 내열기판(10)의 박리물질(21)의 위에 적층된 전도성 전극(31)이 내열기판(10)으로부터 분리되어 연성필름(40)으로 전사된다(S5). 이로써 연성필름(40)에 전도성 전극(31)이 전사되어 형성된 연성인쇄회로기판이 완성된다.

내열기판(10)의 상부의 전도성 전극(31)을 접착제가 도포된 연성필름(40)에 접촉하여 전사시키는 방법은 간단한 접촉만으로도 인쇄회로패턴(30)의 전사가 가능하기 때문에 롤 사이를 통과하는 롤러방식 또는 압착 프레스에 의한 방식 등 다양한 방법이 사용될 수 있다.

연성필름(40)은 특정한 재질로 한정되지 않으며 현재의 F-PCB에 사용되는 PI필름은 물론 가격이 저렴한 PET 필름이 사용될 수 있으며 이외에도 핸드폰용 PS수지등 모든 합성수지 필름이 사용될 수 있다. 연성필름(40)은 종이재질도 가능하며 임의의 물체가 될 수도 있다. 연성필름(40)에 전사를 위해 도포되는 접착제는 용제계 접착제, 수용성 접착제를 포함하여 모든 용도의 접착제가 사용될 수 있으며 수성, 고체풀 및 포스트 잇용 접착제도 사용이 가능하다.

위와 같은 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 연성인쇄회로기판은 연성필름(40)의 위에 접착제의 층(미도시)이 위치하고 접착제의 층의 위에 도전성 페이스트에 의해 형성된 인쇄회로패턴(30)이 소성온도까지 열처리되어 형성된 전도성 전극(31)이 적층되며, 전도성 전극(31)의 상부면에는 박리용 수지(20)가 소성온도로 열처리되어 형성된 무기질 분말 또는 탄소재료나 탄화물이 연소되어 생성된 연소재와 같은 박리물질(21)이 형성되어 있다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예에서 섭씨 600도 이상의 고온에서 내열기판을 연성회로 기판을 제조하는 방법을 예를 들었으나 본 발명은 전도성 전극재료인 도전성 페이스트에 포함된 금속분말들을 소성온도에서 열처리 하여 금속분말들이 융해된 후 벌크를 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는 것이므로 반드시 섭씨 600도 이상의 온도로 본 발명이 제한되는 것은 아니며 전도성 전극재료의 종류에 따라 섭씨 600도 이하의 범위에서 열처리를 수행하도록 하는 것을 당연히 포함한다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면, 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 본 발명의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

10 내열기판
20 박리용 수지
21 박리물질
30 인쇄회로패턴
31 전도성 전극
40 연성필름

Claims (1)

1. 도전성 페이스트가 소성온도까지 열처리되어 형성된 것으로서 접착제를 매개로 연성필름의 상부에 부착된 전도성 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온열처리에 의한 전도성전극이 형성된 연성회로기판.

Images