KR20150066164A - 전자부품 접합방법 및 이를 이용한 전자기기 - Google Patents

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KR20150066164A
KR20150066164A KR1020130151393A KR20130151393A KR20150066164A KR 20150066164 A KR20150066164 A KR 20150066164A KR 1020130151393 A KR1020130151393 A KR 1020130151393A KR 20130151393 A KR20130151393 A KR 20130151393A KR 20150066164 A KR20150066164 A KR 20150066164A
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조혜진
윤효진
함석진
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Abstract

본 발명은 접착력이 향상된 전자부품의 접합방법에 관한 것으로, 인쇄회로기판을 준비하는 단계; 상기 인쇄회로기판의 전자푸품 접착 영역에 광배향성 고분자 도포하는 단계; UV를 조사하여 상기 광배향성 고분자를 배향하는 단계; 상기 광배향성 고분자 상에 접착제를 도포하는 단계; 상기 접착제 상에 상기 전자 부품을 실장 하는 단계; 를 포함할 수 있다.

Description

전자부품 접합방법 및 이를 이용한 전자기기 {The bonding method for electronic components and the electronic devices by using that}
본 발명은 전자부품을 기판에 접합하기 위한 방법과 그를 이용한 전자기기에 관한 것이다.
최근 전자부품의 소형화 및 박형화 추세에 따라, 전자 부품 및 그 전자 부품이 실장 되는 기판의 크기 역시 작아지고 있다.
이렇게 전자부품과 기판의 크기가 작아짐에 따라서 전자부품과 기판의 접착 면적 역시 그에 비례하여 작아지기 마련이다.
그러나, 전자 부품을 기판에 접착하는 경우 아직까지는 접착제의 접착력에만 의존하는 경우가 대부분이고, 이러한 경우 접착 면적의 축소로 인하여 전자부품과 기판간의 접착력 또한 작아지게 되어 불량이 발생할 수 있다.
카메라모듈의 하우징 부품을 카메라 센서가 실장되어 있는 기판에 접착하는 경우에도 상기의 문제는 마찬가지여서, 카메라 하우징 부품과 기판간의 접착력 부족으로 인한 불량이 발생 되고 있다. 이는 비단 부품 간 박리뿐 아니라 위치 정합의 문제도 발생시키고 있다.
대한민국 특허공개공보 제2013-49451호
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 전자부품과 인쇄회로기판 사이의 접착력을 증가시켜 전자부품의 박리, 위치 정합 관련 불량을 줄여 신뢰성이 높은 전자 기기를 제조할 수 있도록 하는데 목적이 있다.
이와 같은 목적을 효과적으로 달성하기 위하여 본 발명은, 인쇄회로기판을 준비하는 단계; 상기 인쇄회로기판의 실장 부위에 광배향성 고분자 도포하는 단계; UV를 조사하여 상기 광배향성 고분자를 배향하는 단계; 상기 광배향성 고분자 상에 접착제를 도포하는 단계; 상기 접착제 상에 상기 전자 부품을 실장 하는 단계; 를 포함할 수 있다.
상기 전자부품은 카메라모듈용 하우징 유닛일 수 있다.
상기 광배향성 고분자는 Poly(ω(4-chalconyloxy)alkoxyphenylmaleimide), 6-FDA-HAB-Cl, Polysiloxane cinnamate(PSCN)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것일 수 있다.
상기 UV의 파장은 290~320nm 일 수 있다.
상기 광배향성 고분자 도포 공정 전에 노즐 분사식 초순수 세정 공정을 더 진행할 수 있다.
상기 노즐 분사식 초순수 세정 공정 후에 건조 공정을 더 진행할 수 있다.
상기 접착제는 1-액형 에폭시일 수 있다.
상기 전자부품을 실장하는 단계에서 핫 플레이트 큐어(hot plate cure-attach) 방법을 사용할 수 있다.
상기 광배향성 고분자의 도포 두께는 0.1~2㎛일 수 있다.
한편, 인쇄회로기판; 상기 기판상에 도포 되어 UV에 의해 배향된 광배향성 고분자; 상기 광배향성 고분자 상에 도포되는 접착제; 상기 접착제 상에 실장 되는 전자부품; 을 포함하는 전자기기가 제공될 수 있다.
상기 전자부품은 카메라 모듈용 하우징 유닛일 수 있다.
상기 광배향성 고분자는 Poly(ω(4-chalconyloxy)alkoxyphenylmaleimide), 6-FDA-HAB-Cl, Polysiloxane cinnamate(PSCN)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것일 수 있다.
상기 접착제는 1-액형 에폭시인 전자기기.
본 발명의 실시예에 따른 전자부품의 접합방법은 전자부품을 인쇄회로기판에 실장 시, 전자부품과 인쇄회로기판의 접착영역에 광배향성 고분자를 이용하여 접착면적을 증가시켜 전자부품과 인쇄회로기판 간의 접착력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의해 전자부품을 인쇄회로 기판에 접합 하는 방법을 나타낸 순서도.
도 2a는 본 발명의 일 실시예로서 카메라모듈용 하우징 유닛이 인쇄회로기판에 실장 되어 있는 모습을 나타낸 단면도.
도 2b는 본 발명의 일 실시예로서 카메라모듈용 하우징 유닛이 인쇄회로기판에 실장 되는 접착영역을 나타낸 평면도.
도 3은 본 발명의 광배향 고분자의 광배향 원리를 보여주는 확대도.
도 4는 인쇄회로 기판의 접착영역의 광배향성 고분자의 배향을 보여주는 단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들은 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명된다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 예로서 제공되는 것이며, 본 발명이 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있음은 당연하다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전자부품 실장방법의 순서도이다.
우선 인쇄회로기판을 준비한다(s-100). 이후, 인쇄회로기판과 전자부품의 접착영역(도2a, 도2b, 130)에 노즐 분사식 초순수(DI water, 미도시)를 이용하여 세정하는 단계를 거칠 수 있다(s-200). 이러한 세정 공정을 통하여 접착영역(도2a, 도2b, 130)의 이물질을 제거하여 향후 공정에서 접착력을 개선하는 역할을 해 줄 수 있다. 이때, 초순수는 전기전도도, 고형 미립자수, 생균수, 유기물 등이 극히 낮은값으로 억제된 순수한 물을 말하는데, 반도체 제조 공정 및 도금 공정의 세정수로서 빈번하게 사용될 수 있다. 이후, 세정 과정에서 사용된 초순수를 증발시키기 위한 건조 공정을 진행할 수 있다(s-300).
이렇게 세정 및 건조까지 진행된 접착영역에 광배향성 고분자를 도포하게 된다(s-400). 이때, 고분자막의 두께는 0.04 ~ 2 ㎛ 수준으로 형성될 수 있는데, 0.04 ㎛ 미만의 두께로 형성된 경우 접착영역 전체에 골고루 분산된 고분자 막을 형성하기 어렵고, 2.0 ㎛를 초과하는 두께는 접착력 향상에 도움이 될 수 없어 생산 공정상 그 이상의 두께는 필요가 없게 된다. 또한, 광배향성 고분자란, 빛을 받으면 고분자 내의 주 사슬의 방향성에 변화가 생겨 배향이 이루어지는 고분자를 말한다. 이에 대해 도3을 참조하여 설명하면, 고분자 사슬상의 이중결합(310)이 UV조사에 의하여 깨어져 단일결합(320)으로 변형되면서 새로운 결합을 형성하게 되고, 이에 따라 고분자 사슬의 배향 방향이 달라질 수 있게 된다.
상기 광배향성 고분자로 사용되는 고분자로는 Poly(ω(4-chalconyloxy)alkoxyphenylmaleimide), 6-FDA-HAB-Cl, Polysiloxane cinnamate(PSCN) 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, Poly(ω(4-chalconyloxy)alkoxyphenylmaleimide)는 화학식 1의 구조를 가진 고분자 물질로서, 말레이미드(maleimide) 주 사슬에 칼콘(chalcone)을 측쇄에 도입하여 만들 수 있다. 다만, 말레이미드가 그 자체로 중합이 되지 않기 때문에 폴리스타이렌(polystyrene)을 이용하여 중합 반응을 시킬 수 있다.
Figure pat00001
또한, 6-FDA-HAB-Cl은 화학식 5의 구조를 가진 고분자로서, 화학식 2의 구조를 가진 HAB(3,3-diamino-4,4-dihydroxybyphrnyl) 와 화학식 3의 구조를 가진 6FDA(4,4-(hexafluoro-isopropylidene)diphthalic anhydride)로 이루어진 주사슬의 OH기에 화학식 4의 구조를 가진 cinnamoly chloride를 측쇄에 도입하여 제조하게 된다.
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
Figure pat00005
마지막으로, Polysiloxane cinnamate(PSCN)는 화학식 6의 구조를 가진 고분자로서, Polysiloxane 주사슬에 cinnamoly기를 중합시켜 제조할 수 있다.
Figure pat00006
전술한 광배향성 고분자들을 인쇄회로기판의 접착영역(도2a, 도2b, 130)에 도포한 뒤 UV를 조사(도1, s-500)하게 되면, 도 4에서 볼 수 있듯이, 접착영역의 고분자 사슬(도4, 210)의 이중결합이 깨어지고, 새로운 단일결합을 형성하면서 UV에 의해 배향된 알킬기(도4, 211)를 형성할 수 있다. 이때, UV는 200 ~ 380nm 의 파장을 가질 수 있으나, 바람직하게는 경화용으로 많이 사용되는 290 ~ 320nm 의 파장을 사용하는 UV-B 영역을 사용할 수 있다. 다만, 상기 UV의 파장 영역이 상기 영역에 한정되는 것은 아니다.
UV를 광배향성 고분자에 조사할 때, 조사하는 입사각에 따라 배향되는 정도가 달라질 수 있는데(표 1), Poly(N-(phenyl)maleimide-4-methacryloyl-oxystyryl-4-fluoro phenyl ketone), Poly(N-(phenyl)maleimide-4-methacryloyl-oxystyryl-4-methyl phenyl ketone), Poly(N-(phenyl)maleimide-4-methacryloyl-oxystyryl-4-propyl phenyl ketone) 등을 광배향성 고분자로 사용하는 경우에는 약 30°의 각도에서 배향되는 각도가 최대가 되어 30°의 각도로 UV를 조사하여 주는 것이 광배향성 고분자의 배향되는 각도를 크게 할 수 있으며, 이에 따라 접착 면적이 늘어나게 되어 접착력의 향상에 더 큰 도움이 될 수 있다. 다만, 다양한 광배향성 고분자의 각 사슬 구조에 따라 입사각에 대한 배향각이 달라질 수 있기 때문에, 상기의 입사각에 특별히 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00007
결국, 인쇄회로기판의 접착영역에 형성된 알킬기는 접착영역에 조도를 주게 되어 인쇄회로기판과 전자부품의 접착면적을 넓히게 되며, 또한 알킬기와 접착제 간에 더 많은 결합을 형성될 수 있다. 이에 따라, 인쇄회로기판과 전자부품 간의 접착력이 강화되어 전자부품의 박리 또는 위치 정합 불량을 크게 줄일 수 있다.
이후, UV에 의해 광배향성 고분자가 배향된 접착영역에 접착제를 도포할 수 있다(도1, s-600). 이때, 주로는 1-액형 에폭시계 접착제를 사용하게 되는데, 1-액형 에폭시계 접착제는 비스페놀(bisphenol) A형 또는 비스페놀(bisphenol) F형 에폭시를 주제로 사용하고, 경화제로는 머캅탄(mercaptan) 을 사용할 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 접착제의 도포 후에는 전자부품을 인쇄회로기판의 접착영역에 실장 할 수 있다(도 1, s-700). 이때, 적층 프레스기를 사용하여 히터가 내장되어 있는 열판 위에서 핫 플레이트 큐어 방식(Hot plate cure)으로 100℃에서 1분간 전자부품과 인쇄회로기판의 양면에서 압력을 가하여 실장 할 수 있다.
본 발명에 의한 실시에의 표면 접착력 강화 효과를 확인하기 위하여 광배향성 고분자를 사용하여 카메라 하우징 유닛을 인쇄회로기판에 실장한 실시예와 종래의 접착방식에 따라 카메라 하우징 유닛을 인쇄회로기판에 실장한 비교예를 제작하여 표면 접착력을 비교한다.
실시예 ( 광배향성 고분자 사용)
(1) 광배향성 고분자의 제조
용제 MEK(Methyl ethyl ketone) 35ml와 X치환된 4-meth-acryloyloxystyryl-4'-X-phenyl ketone 0.01mol과 N-(phenyl)maleimide 0.01mol을 70℃에서 플라스크에 넣고, 교반하여 용해한다. 이후, 플라스크 온도를 일정하게 70℃로 유지하면서 N2 분위기에서 개시제인 azobisisobutyronitrile (AIBN)을 1mol% 첨가하고 교반하여 중합시킨다. 중합에 걸리는 시간은 8~10시간이 소요되며, 중합반응 종료 후 메탄올에 3번 침전 필터링 후 진공오븐(vacuum oven)에서 48시간 건조시켜 백색 분말의 광배향성 고분자를 수득한다.
이렇게 얻어진 광배향성 고분자는 화학식 7의 구조를 가지며, X 치환기에 따라서,
Poly(N-(phenyl)maleimide-4-methacryloyl-oxystyryl-4-fluoro phenyl ketone).
Poly(N-(phenyl)maleimide-4-methacryloyl-oxystyryl-4-methyl phenyl ketone).
Poly(N-(phenyl)maleimide-4-methacryloyl-oxystyryl-4-propyl phenyl ketone).
Poly(N-(phenyl)maleimide-4-methacryloyl-oxystyryl-4-pentyl phenyl ketone).
Poly(N-(phenyl)maleimide-4-methacryloyl-oxystyryl-4-heptyl phenyl ketone).
이 수득 될 수 있다. 본 실시예에서는 X치환기로 methyl기가 쓰였기 때문에 Poly(N-(phenyl)maleimide-4-methacryloyl-oxystyryl-4-methyl phenyl ketone) 이 수득되었다.
Figure pat00008
(2) 측정 시편 제조
먼저 8.5mm ＊8.5mm 크기의 인쇄회로기판을 준비한 뒤, 카메라 하우징 유닛의 접착영역(bondline width 0.3mm)을 초순수를 이용하여 세정 후 건조한다. 이후, 2-acetoxy-1-methoxypropane과 butylolactane을 1 대 2로 혼합한 용매에 앞에서 제조한 광배향성 고분자 (Poly(N-(phenyl)maleimide-4-methacryloyl-oxystyryl-4-methyl phenyl ketone))를 5wt% 첨가하여 용해시킨 뒤 카메라 하우징 유닛의 접착영역(bondline width 0.3mm)에 스크린 프린팅 장비를 이용하여 0.7㎛의 두께로 도포한다.
상기 광배향성 고분자 도포 후 70℃ 온도에서 건조 후 UV를 조사하여 접착영역에 도포되어 있는 고분자를 배향 시킨다. 이후, 카메라 하우징 유닛의 접착영역(bondline width 0.3mm)에 1-액형 에폭시 접착제를 도포하고 하우징 유닛을 인쇄회로기판에 접착한다. 이후, 120℃의 온도로 1분간 핫플레이트에서 cure-attach 한다.
본 실시예에서는 측정의 오차를 줄이기 위해 같은 방법으로 측정 시편을 4개 제조하였다.
(3) 접착강도 측정 방법
Nordson사의 DAGE-4000 bond tester 장비를 사용하여 인쇄회로기판과 하우징 유닛 사이의 접착 강도를 측정한다. 앞서 제작된 4개의 측정 시편을 사용하여 계측을 진행하였다.
비교예 (기존 방법에 의한 카메라 하우징 실장)
(1) 측정 시편 제조
먼저 8.5mm ＊8.5mm 크기의 인쇄회로기판을 준비한 뒤, 카메라 하우징 유닛의 접착영역(bondline width 0.3mm)을 초순수를 이용하여 세정 후 건조한다. 이후, 카메라 하우징 유닛의 접착영역(bondline width 0.3mm)에 1-액형 에폭시 접착제를 도포하고 하우징 유닛을 인쇄회로기판에 접착한다. 이후, 120℃의 온도로 1분간 핫플레이트에서 cure-attach 한다.
본 비교예에서는 측정의 오차를 줄이기 위해 같은 방법으로 측정 시편을 4개 제조하였다.
(2) 접착강도 측정 방법
Nordson사의 DAGE-4000 bond tester 장비를 사용하여 인쇄회로기판과 하우징 유닛 사이의 접착 강도를 측정한다. 앞서 제작된 4개의 측정 시편을 사용하여 계측을 진행하였다.
접착강도 측정 결과
도 7은 본 발명의 광배향성 고분자를 UV를 이용하여 배향하여 하우징 유닛을 인쇄회로기판에 접착한 실시예들과 종래의 하우징 유닛 접착 방법을 사용한 비교예들의 접착강도 측정 그래프이다. 실시예들의 경우 0.71 ~ 0.79 kg의 접착력을 보이며, 비교예들은 0.41 ~ 0.45 kg의 접착력을 보여 본 발명에 의한 실시예들이 더 좋은 접착력을 보임을 알 수 있다.
본 실시예에서는 인쇄회로기판에 카메라모듈의 하우징 유닛을 실장 하는 것을 예로들어 설명하였으나, 본 발명의 사상이 모든 전자부품의 실장 시 적용이 가능함은 당연하다. 따라서, 본 발명의 사상을 이용한 다른 여러 실시예들이 가능하며, 본 실시예로 그 범위가 축소되어 이해되어서는 안 될 것이다.
110 : 인쇄회로기판
120 : 카메라 모듈용 하우징 유닛
130 : 카메라 모듈용 하우징 유닛과 인쇄회로 기판의 접착영역
140 : 이미지센서
210 : 광배향성 고분자
211 : 알킬기
310 : 광배향성 고분자의 광배향 전 이중결합부위
320 : 광배향성 고분자의 광배향 후 단일결합부위
330 : 광배향성 고분자 사슬

Claims (13)

  1. 인쇄회로기판을 준비하는 단계;
    상기 인쇄회로기판의 전자부품 접착영역에 광배향성 고분자 도포하는 단계;
    상기 인쇄회로기판에 UV를 조사하여 상기 광배향성 고분자를 배향하는 단계;
    상기 광배향성 고분자 상에 접착제를 도포하는 단계;
    상기 접착제 상에 상기 전자 부품을 실장 하는 단계; 를 포함하는 전자부품 접합방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전자부품은 카메라모듈용 하우징 유닛인 전자부품 접합방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 광배향성 고분자는 Poly(ω(4-chalconyloxy)alkoxyphenylmaleimide), 6-FDA-HAB-Cl, Polysiloxane cinnamate(PSCN)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 전자부품 접합방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 UV의 파장은 290~320nm 인 전자부품 접합방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 광배향성 고분자 도포 공정 전에 노즐 분사식 초순수 세정 공정을 더 진행하는 전자부품 접합방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 노즐 분사식 초순수 세정 공정 후에 건조 공정을 더 진행하는 전자부품 접합방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 접착제는 1-액형 에폭시인 접합방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 전자부품을 실장하는 단계에서 핫 플레이트 큐어(hot plate cure-attach) 방법을 사용하는 전자부품 접합방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 광배향성 고분자의 도포 두께는 0.04~2㎛인 전자부품 실장방법.
  10. 인쇄회로기판;
    상기 기판상의 전자부품 접착영역에 도포 되어 UV에 의해 배향된 광배향성 고분자;
    상기 광배향성 고분자 상에 도포되는 접착제;
    상기 접착제 상에 실장 되는 전자부품; 을 포함하는 전자기기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전자부품은 카메라 모듈용 하우징 유닛인 전자기기.
  12. 제 7 항 및 제 8 항에 있어서,
    상기 광배향성 고분자는 Poly(ω(4-chalconyloxy)alkoxyphenylmaleimide), 6-FDA-HAB-Cl, Polysiloxane cinnamate(PSCN)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것인 전자기기.
  13. 제 11 항 및 제 12 항에 있어서,
    상기 접착제는 1-액형 에폭시인 전자기기.
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