KR20220056572A - 인쇄 회로 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세 가공이 가능하며, 패턴을 균일하게 형성할 수 있는 인쇄 회로 기판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고,
본 발명 인쇄 회로 기판은, 도전성 패턴으로 형성된 회로이며, 인접한 두 회로를 전기적으로 연결하는 패턴 퓨즈가 포함된 금속패턴층; 및 필름층과 접착층이 적층되어 형성되며, 상기 접착층에 의해 상기 금속패턴층의 상면과 하면에 각각 부착되는 커버레이; 를 포함하며, 상기 패턴 퓨즈는 도전성 잉크로 인쇄되어 형성되는 것을 특징으로 하고,
본 발명 인쇄 회로 기판의 제조 방법은, 패턴 퓨즈의 하면에 배치되는 커버레이 상면에 금속패턴층을 배치하고 핫프레스하는 단계; 상기 금속패턴층을 가공하여 상기 패턴 퓨즈에 의해 연결되는 두 회로의 전부 또는 일부를 형성하는 단계; 상기 두 회로를 연결하도록 패턴 퓨즈를 도전성 잉크로 인쇄하는 단계; 및 상기 패턴 퓨즈의 상면에 커버레이를 배치하고 핫프레스하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

인쇄 회로 기판 및 그 제조 방법 {Printed Circuit Board and Manufacturing Method thereof}

본 발명은 패턴 퓨즈가 형성된 인쇄 회로 기판에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 금속 회로 패턴으로 퓨즈가 형성되어 과전류가 인가되면 패턴이 파괴되어 단선되는 패턴 퓨즈를 포함한 인쇄 회로 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

인쇄 회로 기판(PCB, Printed Circuit Board) 또는 연성 인쇄 회로 기판(FPCB, Flexible Printed Circuit Board, 이하 "인쇄 회로 기판" 또는 "PCB"라고 한다.)은 다수의 전자 부품을 표준화된 방식으로 고정 및 연결하기 위해 만들어진 배선이 패턴화 되어있는 회로 기판이다. PCB는 복수의 회로를 기계적, 전기적으로 결합할 수 있으며, 이를 통해 전기 제품을 소형화, 경량화할 수 있다는 장점이 있다. 또한 회로 특성이 안정화되며 오배선의 우려가 없고 생산 단가가 저렴한 장점이 있다. 이러한 장점들로 인해 PCB나 FPCB는 다양한 분야에서 사용되고 있으며, 최근 모든 전자기기에 필수적으로 쓰이는 핵심 부품이 되고 있다.

한편 복수의 전기 부품을 연결하여 사용하는 경우에 전기 부품의 고장, 오작동 및 외부의 요인으로 과전류가 발생하게 되면, 연결된 복수의 전기 부품이 함께 손상될 우려가 있다. 따라서 복수의 전기 부품을 보호하기 위해 회로의 전원 공급 측에 퓨즈를 설치하여 과전류 발생 시, 실장된 퓨즈가 파괴되도록 하여 전류를 차단하는 것이 일반적이다.

도 1은 종래 퓨즈로서 칩퓨즈가 실장된 것을 나타내는 사진 도면이고, 도 2는 도 1의 퓨즈의 단면도이다. 이를 참조하면, 종래에는 금속패턴층(1a), 필름층(1b), 금속패턴층과 필름층을 부착하기 위한 접착제(1c)가 적층된 FPCB(1)에 회로 패턴 위에 표면 실장형 부품(SMD, Surpace-Mount Devices)을 설치할 수 있는 패드를 형성하고, 그 패드 위에 SMD 타입의 칩퓨즈(Chip Fuse)(2)를 솔더링하여 과전류에 의해 회로 패턴이나 기판이 손상되는 것을 방지하였다.

그런데 칩퓨즈(2) 실장 시, 칩퓨즈 원자재 값 및 실장에 관련된 솔더링과 코팅 작업에 비용이 소요되어 제품의 원가 상승 요인이 되었다. 또한 칩퓨즈를 적용하려면 칩퓨즈 및 솔더링에 필요한 공간을 확보하여야 함에 따라 인쇄 회로 기판의 사이즈가 증가되어 추가적인 원가 상승 및 소형화 한계의 문제점이 발생할 수 있다.

따라서 종래 칩퓨즈 랜드를 생략하고 퓨즈 기능을 할 수 있는 패턴 퓨즈에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 패턴 퓨즈(20)는 퓨즈 기능을 하는 회로 패턴으로써, 인쇄 회로 기판에 적용되는 퓨즈부를 의미하며, 공간 활용도를 높이기 위해 도 3에 도시된 것처럼 복수의 굴곡부(21)와 직선부(22)가 교대로 형성되고 있다.

패턴 퓨즈는 종래의 칩퓨즈를 삭제하고, 칩퓨즈 접합을 위한 공정을 삭제하여 원가 절감의 효과가 있으나, 물리적으로 칩퓨즈와 동일한 저항값으로 패턴 퓨즈를 형성하더라도 종래의 칩퓨즈와 동일한 성능이 구현되지 않아 개발에 어려움이 있는 실정이다.

특히 현재 패턴 퓨즈는 동박을 에칭하여 형성하고 있는데, 현재의 에칭 기술로써는 가장 얇게 패턴을 형성하여도 최소 0.08mm(오차범위 10%) 내외의 폭으로밖에 제조하지 못하고 있다. 이 경우 전류량 산출시 활용할 수 있는 IPC-2221의 공식에 대입하여 계산한 최소 전류값은 0.62A이다. 따라서 패턴 퓨즈는 0.08mm 이하의 미세 회로 형성이 어려워, 0.6A 미만의 전류를 제한하는 칩 퓨즈를 패턴 퓨즈로 대체하는 것 자체가 불가능한 상황이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 구체적으로는 패턴 퓨즈의 미세 패턴 가공이 가능한 인쇄 회로 기판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

나아가 미세 패턴으로 패턴 퓨즈를 가공하는 경우 패턴을 균일하게 형성하여 퓨즈 용량을 신뢰성 있게 구현할 수 있는 인쇄 회로 기판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예는 상기와 같은 과제를 해결하고자, 다음과 같은 인쇄 회로 기판 및 그 제조 방법을 제공한다.

본 발명 인쇄 회로 기판은, 도전성 패턴으로 형성된 회로이며, 인접한 두 회로를 전기적으로 연결하는 패턴 퓨즈가 포함된 금속패턴층; 및 필름층과 접착층이 적층되어 형성되며, 상기 접착층에 의해 상기 금속패턴층의 상면과 하면에 각각 부착되는 커버레이; 를 포함하며, 상기 패턴 퓨즈는 도전성 잉크로 인쇄되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 금속패턴층의 상면 또는 하면에 부착되는 상기 필름층 표면에는 골이 요입형성되며, 상기 골은 상기 패턴 퓨즈의 패턴 형상과 동일한 경로로 연장형성되고, 상기 패턴 퓨즈는 상기 골 상에 인쇄되는 것을 특징으로 한다.

더불어 본 발명 인쇄 회로 기판의 제조 방법은, 패턴 퓨즈의 하면에 배치되는 커버레이 상면에 금속패턴층을 배치하고 핫프레스하는 단계; 상기 금속패턴층을 가공하여 상기 패턴 퓨즈에 의해 연결되는 두 회로의 전부 또는 일부를 형성하는 단계; 상기 두 회로를 연결하도록 패턴 퓨즈를 도전성 잉크로 인쇄하는 단계; 및 상기 패턴 퓨즈의 상면에 커버레이를 배치하고 핫프레스하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 패턴 퓨즈의 하면에 배치되는 커버레이는, 상면의 상기 패턴 퓨즈와 대응되는 위치에 상기 패턴 퓨즈의 패턴 형상과 대응되는 형상의 골이 요입형성되고, 상기 패턴 퓨즈는 상기 골이 형성된 부분에 인쇄되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 골은, 상기 골에 대응되는 형상의 요철이 형성된 금형으로 상기 커버레이 상면을 각인하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 금형에는 상기 골을 각인하기 위한 요철이 돌출형성되며, 상기 요철은, 상기 패턴 퓨즈에 의해 연결되는 두 회로의 형상에 대응되는일반회로부 돌기 및 상기 패턴 퓨즈의 형상에 대응되는 패턴퓨즈부 돌기를 포함하고, 상기 일반회로부 돌기는 패턴퓨즈부 돌기보다 더 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.

본 발명에 따르면 패턴 퓨즈를 도전성 잉크로 인쇄하여 형성함에 따라 미세 패턴으로 형성된 저용량 패턴 퓨즈를 구현할 수 있다. 나아가 도전성 잉크를 적용함으로써 패턴 퓨즈의 제조 비용을 획기적으로 줄일 수 있다.

더불어, 본 발명은 금형을 이용하여 커버레이에 골을 형성한 후 패턴을 인쇄하는 바, 골에 의해 퓨즈의 미세 패턴이 균일하게 인쇄될 수 있다. 따라서 종래 회로 인쇄 시 패턴이 불균일하게 인쇄되었던 문제점을 해결할 수 있으며, 패턴 퓨즈의 용량을 신뢰성있게 정확하게 구현할 수 있다는 장점이 있다. 이렇게 패턴을 균일하게 형성하는 것은 퓨즈의 패턴이 미세할수록 퓨즈 성능에 미치는 효과가 더욱 클 것이다.

도 1은 종래 퓨즈로서 칩퓨즈가 실장된 것을 나타내는 사진 도면,
도 2는 도 1의 퓨즈의 단면도,
도 3은 전도성 잉크로 인쇄한 패턴퓨즈를 개략적으로 도시한 평면도 및 부분확대도,
도 4는 본 발명 인쇄 회로 기판을 두 방향으로 절단한 단면을 개략적으로 도시한 종단면도,
도 5는 패턴퓨즈를 각인하기 위한 금형의 사시도 및 측면도,
도 6은 본 발명 패턴퓨즈의 제조 방법을 나타내는 도면,
도 7은 본 발명 패턴퓨즈를 일반 회로와 별도로 제작하여 부착하는 공법의 개략도를 도시한 것이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 전도성 잉크로 인쇄한 패턴퓨즈를 개략적으로 도시한 평면도 및 부분확대도, 도 4는 본 발명 인쇄 회로 기판을 두 방향으로 절단한 단면을 개략적으로 도시한 종단면도, 도 5는 패턴퓨즈를 각인하기 위한 금형의 사시도 및 측면도, 도 6은 본 발명 패턴퓨즈의 제조 방법을 나타내는 도면이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명은 도 3과 같은 패턴 퓨즈를 포함하며, 패턴 퓨즈를 전도성 잉크를 이용하여 인쇄하여 형성하는 것에 특징이 있다. 종래에는 동박을 에칭하여 패턴 퓨즈를 형성하였으나, 본 발명은 전도성 잉크로 인쇄하여 패턴 퓨즈를 인쇄함으로써, 에칭으로 구현할 수 없는 미세 패턴을 형성할 수 있다는 효과가 있다. 전도성 잉크로는 실버, 카본 등의 금속 성분이 포함된 것을 사용할 수 있다.

나아가, 도 3의 확대된 도시는 종래의 문제점과 관련된 것으로서, 이를 보면 전도성 잉크로 회로를 인쇄하는 경우 패턴이 불균일하게 형성되는 문제가 발생할 우려가 있다. 본 발명은 이렇게 패턴이 불균일하게 형성되어 퓨즈의 용량이 일정치 못하거나 퓨즈가 쉽게 파손되는 부분이 비의도적으로 생기는 것을 방지하기 위한 구성으로, 커버레이에 패턴 퓨즈와 대응되는 형상의 골(23)을 형성할 수 있다.

도 4는 본 발명 인쇄 회로 기판의 종단면도로서, (a)는 도 3을 기준으로 a-a' 단면의 일부, (b)는 도 3을 기준으로 b-b'의 단면을 도시한 것이다. 도 4를 이용하여 더욱 상세히 설명하면, 본 발명은 금속패턴층(1a) 및 상기 금속패턴층(1a)의 양 면을 커버하는 커버레이로 이루어진다. 커버레이는 필름층(1b) 및 금속패턴층(1a)에 부착되는 접착층(1c)이 적층되어 형성될 수 있으나, 패턴퓨즈(20)가 인쇄되는 필름층(1b) 부분에는 접착층(1c)이 제거될 수 있다. 따라서 도 4에서도 금속패턴층(1a)의 하면에 배치된 커버레이에서 접착층(1c)이 형성되지 않은 것을 도시하였다. 필름층(1b)에는 패턴퓨즈(20)에 의해 연결되는 두 회로의 전부 또는 일부가 형성된 상태에서 골(23)이 형성된다. 골(23)은 패턴퓨즈(20) 부분에만 형성될 수도 있고, 패턴퓨즈(20)와 더불어 패턴퓨즈(20)에 의해 연결되는 두 일반 회로의 일부 또는 전부에까지 형성될 수 있다. 골(23)은 금속패턴층(1a)에 형성된 패턴퓨즈(20) 및 일반 회로의 패턴 형상과 대응되도록 형성될 수 있다. 더욱 상세하게는, 골(23)의 패턴은 회로의 패턴과 동일하게 형성되고, 골(23)의 폭은 회로의 폭과 다소 차이가 있어도 무방하다.

커버레이에 형성되는 골(23)은 도 5에 도시된 금형(300)으로 필름층(1b) 및 금속패턴층(1a)을 각인함으로써 형성될 수 있다. 금형(300)에는 회로 패턴에 대응되는 형상의 일반회로부 돌기(301)와 패턴퓨즈부 돌기(320)가 요철 형상으로 돌출형성된다. 여기서 일반회로부 돌기(301)는 패턴 퓨즈에 의해 연결되는 두 회로의 형상에 대응되는 부분이며, 패턴퓨즈부 돌기(320)는 패턴퓨즈(20)의 형상에 대응되는 부분이다. 또한 일반회로부 돌기(301)는 패턴퓨즈부 돌기(320)보다 더 돌출된 형상으로 형성될 수 있는데, 이는 일반적으로 일반 회로가 두껍게 형성된 상태에서 패턴퓨즈(20) 부분과 비슷한 깊이로 각인하기 위함이다. 금속패턴층(1a)을 형성하는 동박은 소성변형이 가능한 재료이며, 필름층(1b) 또한 변형될 수 있는 PI 등의 재료로 형성되기 때문에, 도면의 금형(300)으로 각인하는 경우 일반 회로와 패턴 퓨즈(20)에 대응되는 부분이 비슷한 깊이로 각인될 수 있다.

이하에서는 도 6을 이용하여 본 발명 인쇄 회로 기판의 제조 방법을 설명한다. 먼저, 금속패턴층(1a) 및 필름층(1b)과 접착층(1c)으로 형성된 커버레이의 원자재를 재단한다. 이후 하부 커버레이에 금속패턴층(1a)을 배치하여 핫프레스 하고, 금속패턴층(1a)에 패턴퓨즈(20)에 의해 연결되는 두 일반 회로를 형성한다. 일반 회로는 동박을 에칭하여 형성될 수도 있고, 전도성 잉크로 인쇄될 수도 있다. 여기서는 동박을 에칭하는 것으로 설명한다. 이후, 금형(300)으로 각인을 하여 골(23)을 형성한다. 골(23)은 패턴퓨즈(20)가 형성될 부분에만 형성될수도 있고, 일반 회로 부분까지 형성될 수도 있다. 도면상에는 패턴퓨즈(20) 및 일반 회로 부분까지 각인을 한 것을 도시하였다. 이후, 패턴퓨즈(20)를 전도성 잉크로 인쇄한다. 인쇄 시 일반 회로 및 필름층(1b)에 형성된 골(23)에 의해 패턴의 폭이 균일하게 형성될 수 있다. 이후 커버레이로 금속패턴층(1a) 상면을 덮은 후 다시 핫프레스 하면, 상면의 접착층(1c)이 일반 회로 및 패턴 퓨즈 사이사이로 새어 들어가 경화되면서 패턴퓨즈(20)를 포함하는 연성 인쇄 회로 기판이 제조될 수 있다.

도 7은 본 발명 패턴퓨즈를 일반 회로와 별도로 제작하여 부착하는 공법의 개략도를 도시한 것이다. 이를 이용하여 본 발명의 추가적인 실시예를 설명한다.

본 실시예는 패턴퓨즈(20)와 패턴퓨즈(20)에 의해 연결되는 일반 회로(30)가 형성된 연성 인쇄 회로 기판을 별도로 제작하고, 패턴퓨즈(20)와 일반 회로(30)를 겹쳐 부착하는 방식이다. 이 경우 도 7 (a)와 같이 커버레이의 일면에 패턴퓨즈(20)와 일반 회로(30)를 각각 형성하고, 도 7 (b)와 같이 패턴퓨즈(20)와 일반 회로(30)가 연결되도록 각 커버레이를 맞대는 방향으로 접착시키는 방식으로 패턴퓨즈(20)를 적용할 수 있다. 이 경우 패턴퓨즈(20)를 정확한 위치에 부착시키기 위해, 일반 회로(30)가 형성된 커버레이 및 패턴퓨즈(20)가 형성된 커버레이에 각각 지그홀(31)을 형성할 수 있다. 각 지그홀(31)은 정확한 정렬이 가능한 위치에 형성되며, 커버레이마다 2개 이상 형성되는 것이 바람직하다.

본 명세서에서는 각 구성별로 나누어 설명하였으나, 본 명세서에서 기재되어 있지 않더라도 각각의 구성을 조합하여 도출될 수 있는 실시예 역시 본 발명의 권리범위 내에 속하는 것이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 FPC 1a 금속패턴층
1b 필름층 1c 접착층
2 칩퓨즈 3 솔더부
4 사출물 20 패턴퓨즈
21 굴곡부 22 직선부
23 골
30 일반 회로 31 지그홀
300 금형 301 일반회로부 돌기
320 패턴퓨즈부 돌기

Claims (6)

1. 도전성 패턴으로 형성된 회로이며, 인접한 두 회로를 전기적으로 연결하는 패턴 퓨즈가 포함된 금속패턴층; 및
   필름층과 접착층이 적층되어 형성되며, 상기 접착층에 의해 상기 금속패턴층의 상면과 하면에 각각 부착되는 커버레이;
   를 포함하며,
   상기 패턴 퓨즈는 도전성 잉크로 인쇄되어 형성되는 것을 특징으로 하는 인쇄 회로 기판.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 금속패턴층의 상면 또는 하면에 부착되는 상기 필름층 표면에는 골이 요입형성되며, 상기 골은 상기 패턴 퓨즈의 패턴 형상과 동일한 경로로 연장형성되고,
   상기 패턴 퓨즈는 상기 골 상에 인쇄되는 것을 특징으로 하는 인쇄 회로 기판.
   
3. 패턴 퓨즈의 하면에 배치되는 커버레이 상면에 금속패턴층을 배치하고 핫프레스하는 단계;
   상기 금속패턴층을 가공하여 상기 패턴 퓨즈에 의해 연결되는 두 회로의 전부 또는 일부를 형성하는 단계;
   상기 두 회로를 연결하도록 패턴 퓨즈를 도전성 잉크로 인쇄하는 단계; 및
   상기 패턴 퓨즈의 상면에 커버레이를 배치하고 핫프레스하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 회로 기판의 제조 방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 패턴 퓨즈의 하면에 배치되는 커버레이는, 상면의 상기 패턴 퓨즈와 대응되는 위치에 상기 패턴 퓨즈의 패턴 형상과 대응되는 형상의 골이 요입형성되고,
   상기 패턴 퓨즈는 상기 골이 형성된 부분에 인쇄되는 것을 특징으로 하는 인쇄 회로 기판의 제조 방법.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 골은, 상기 골에 대응되는 형상의 요철이 형성된 금형으로 상기 커버레이 상면을 각인하여 형성되는 것을 특징으로 하는 인쇄 회로 기판의 제조 방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 금형에는 상기 골을 각인하기 위한 요철이 돌출형성되며,
   상기 요철은, 상기 패턴 퓨즈에 의해 연결되는 두 회로의 형상에 대응되는일반회로부 돌기 및 상기 패턴 퓨즈의 형상에 대응되는 패턴퓨즈부 돌기를 포함하고,
   상기 일반회로부 돌기는 패턴퓨즈부 돌기보다 더 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 인쇄 회로 기판의 제조 방법.
   
   

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