WO2013095075A1 - 금속 인쇄회로기판의 제조방법 - Google Patents

금속 인쇄회로기판의 제조방법 Download PDF

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WO2013095075A1
WO2013095075A1 PCT/KR2012/011358 KR2012011358W WO2013095075A1 WO 2013095075 A1 WO2013095075 A1 WO 2013095075A1 KR 2012011358 W KR2012011358 W KR 2012011358W WO 2013095075 A1 WO2013095075 A1 WO 2013095075A1
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thermally conductive
insulating layer
resin
circuit pattern
circuit board
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PCT/KR2012/011358
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French (fr)
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정광춘
조남부
한영구
유명봉
온웅구
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주식회사 잉크테크
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    • H05K3/20—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern by affixing prefabricated conductor pattern
    • H05K3/207—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern by affixing prefabricated conductor pattern using a prefabricated paste pattern, ink pattern or powder pattern
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    • H05K2201/0206—Materials
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a metal printed circuit board, wherein a circuit pattern and a thermally conductive insulating layer are formed on a release film by using a printing method, and the thermally conductive base layer is manufactured by hot pressing. A method of manufacturing a metal printed circuit board.
  • LEDs Light emitting diodes
  • various fields such as monitors and area display devices of laptops / desktop computers are gradually used. It is used for. Recently, it is time to gradually expand its use in lighting and LCD TV backlight.
  • an array is used on a substrate using a plurality of light emitting elements due to high luminance per unit area and a reason for flat light emission. Effective dissipation of heat generated from LEDs to the substrate by such an array configuration is an important factor in maintaining LED life and quality.
  • the LED array substrate uses a metal core printed circuit board (MCPCB) instead of a copper clad laminate (CCL) used in a conventional PCB for smooth heat dissipation.
  • MCPCB metal core printed circuit board
  • CTL copper clad laminate
  • MCPCB has a three-layer structure of a metal base layer, a dielectric layer, and a copper foil.
  • the dielectric layer may also use an epoxy resin filled with thermally conductive particles to increase thermal conductivity.
  • the electrode circuit is formed by forming and etching a resist pattern using a lithography technique as in a conventional printed circuit board (PCB).
  • PCB printed circuit board
  • etching process for forming an electrode circuit has a problem in that a manufacturing process is very complicated and a large amount of etching wastewater is generated during the process.
  • the LED substrate based on MCPCB has a disadvantage that the heat radiation performance is greatly limited because of the epoxy dielectric layer.
  • MCPCB is used to form the electrode circuit by etching, and to make an opening to the insulating layer in the area where the LED is mounted, and attach heat sink slug thereon to mount the remaining LED member on it. It is difficult to remove the adhesive insulation layer cleanly, and this also contradicts the assembly trend as described above.
  • Patent Document 1 discloses an LED array substrate mounted on a separate substrate constituting a recessed mounting portion, an insulating layer, a bonding die, a reflecting plate, and an electrode by extracting only an LED chip without using a packaged LED. Doing.
  • these substrates due to their nature, cannot be standardized and involve complex processing such as machining, forming various layers, patterning, and direct molding on the substrate. to be.
  • An object of the present invention unlike the prior art that the electrical properties and adhesion between the respective materials is degraded as manufactured by coating the insulating layer on the thermally conductive base layer, again printed on the electrode circuit on the insulating layer, the release film
  • the present invention provides a method of manufacturing a metal printed circuit board having excellent electrical characteristics and adhesion by forming a circuit pattern and a thermally conductive insulating layer on a printing method and hot pressing the thermally conductive base layer. .
  • the present invention the step of printing a circuit pattern on a release film; Applying a thermally conductive insulating layer on the circuit pattern; Placing a thermally conductive base layer on the thermally conductive insulating layer and then thermally pressurizing it; And it provides a method of manufacturing a metal printed circuit board comprising the step of removing the release film.
  • a circuit pattern and a thermally conductive insulating layer are formed on a release film by using a printing method, and a hot press is performed with the thermally conductive base layer, thereby providing excellent electrical properties and adhesion to the metal printed circuit board.
  • a method for preparing when forming a circuit pattern, the insulating layer can be formed while maintaining the excellent conductivity of the hardened metal paste, and can maintain high efficiency of conductance and provide high adhesion.
  • a metal printed circuit board capable of minimizing damage such as cracks due to thermal expansion between release materials due to hardening.
  • FIG. 1 is a view showing a manufacturing process of a metal printed circuit board according to the present invention.
  • Method of manufacturing a metal printed circuit board according to the invention the step of printing a circuit pattern on a release film; Applying a thermally conductive insulating layer on the circuit pattern; Placing a thermally conductive base layer on the thermally conductive insulating layer and then thermally compressing it; And removing the release film.
  • a thermally conductive insulating layer thereon, and laminating a thermally conductive base layer thereon and heat-pressing, then removing the release film.
  • a release coat film may be used in which release force is controlled, and the release coat film may be prepared by applying a release agent on a heat resistant film.
  • the heat resistant film may be a film formed of polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene (PE), polyimide (PI), polycarbonate (PC), or aluminum (Al), and the like.
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PET polyethylene terephthalate
  • PE polyethylene
  • PI polyimide
  • PC polycarbonate
  • Al aluminum
  • a silicone or an acrylic release agent may be used, and the silicone release agent has an advantage of having a heat resistant property in which severe shrinkage does not occur in a thermocompression bonding process and easily controlling a release force.
  • various types of release agents known in the art may be used.
  • the release agent may be applied using microgravure, gravure, slot die, reverse kiss, or rotary screen coating.
  • various methods for applying a release agent may be applied in the art.
  • the circuit pattern is a conductive printed circuit pattern formed by printing a metal paste by a printing method, and may be printed by gravure printing, flexographic printing, offset printing, screen printing, rotary screen printing, or inkjet printing. But it is not necessarily limited to this, of course, the pre-sale can be printed in a variety of ways.
  • the circuit pattern may be formed of a metal paste. More specifically, silver (Ag), copper (Cu), silver / copper (Ag / Cu), tin (Sn), silver / copper / tin (Ag / Cu / Zn), gold (Au), which have excellent electrical conductivity,
  • the ink may be formed using a metal such as nickel (Ni) or aluminum (Al) or a doping, coating or alloy of the metal.
  • the Ag pattern, Ag salts, Ag salts, Ag-acid / base complex, etc. may be formed by printing a circuit pattern and heat treatment.
  • the Ag nano paste, Ag Flake paste, Ag Granule paste may be formed by printing and heat treating a circuit pattern.
  • UV curing or e-beam may be used.
  • the ink for forming the circuit pattern is not limited to the above-described examples, any conductive material in the technical field to which the present invention pertains, and can be printed by a printing method, of course.
  • another example may include a first printing step of printing the primary circuit pattern and a second printing step of printing a secondary circuit pattern on the primary pattern while controlling the position.
  • Circuit patterns can also be printed. Specifically, by sequentially proceeding the first and second circuit patterns, it is possible to implement the pattern more precisely.
  • the circuit pattern may be formed by depositing or sputtering Al, Ag, Cu, Ni, and the like, which are electrically conductive metals, in addition to the aforementioned method.
  • the method may further include plating the circuit pattern between the printing of the circuit pattern and the applying of the thermal conductive insulation layer on the circuit pattern.
  • electroplating or Electroless plating can be performed.
  • the circuit pattern may be used alone, or may be controlled by the plating thickness of the plated copper according to the amount of current to be applied, and thus only the seed layer characteristic may be maintained.
  • the circuit pattern may be printed on a printed circuit board by electroless copper plating or nickel plating after printing ink containing a catalyst such as pd colloid and palladium chloride (PdCl 2 ) according to the circuit pattern.
  • a catalyst such as pd colloid and palladium chloride (PdCl 2 ) according to the circuit pattern.
  • PdCl 2 palladium chloride
  • copper electroplating can be plated with an appropriate plating thickness according to the amount of current consumption.
  • the plating method it is possible to increase the electrical conductivity by using electroless plating, electroplating, deep coating, etc., and there is no limitation on the metal used for plating, but copper may be preferable.
  • the deep coat method may be preferable when treating tin (Sn), zinc (Zn), or the like.
  • various applications such as nickel (Ni), tin (Sn), palladium (Pd), zinc (Zn), silver (Ag), and gold (Au) may be applied.
  • the thermally conductive insulating layer may form a thermally conductive insulating layer coating liquid as a thermosetting coating resin ink.
  • a thermosetting coating resin ink may form a thermally conductive insulating layer coating liquid as a thermosetting coating resin ink.
  • UV curing is possible using UV coating resins in addition to thermosetting resins, and various crosslinking reactions are possible, and resin composition is not limited. However, it is desirable to have the characteristics of heat resistance and weather resistance.
  • metal flake having a high electrical conductivity metal flake it is desirable to give the electrical insulation through the surface treatment and to have only the thermal conductivity.
  • epoxy resins for example, epoxy resins, urethane resins, urea resins, melamine resins, phenol resins, silicone resins, polyimide resins, polysulfone resins, polyester resins, and polyphenylene sulfide resins may be used as the resin used in the thermally conductive insulating layer.
  • a thermal crosslinking resin it is preferable to use a thermal crosslinking resin.
  • UV curable resins or radically polymerizable resins and both heat resistant and weather resistant resins are possible, and may be formed of one or more selected from modified substances of these resins.
  • Silicon dioxide SiO 2
  • titanium dioxide TiO 2
  • alumina Al2O3
  • barium sulfate BaSO4
  • calcium carbonate CaCO3
  • Al flake Ag flake
  • graphene oxide together with the resin
  • ITO indium tin oxide
  • AlN aluminum nitride
  • BN boron nitride
  • MgO magnesium oxide
  • thermally conductive insulating layer coating liquid bisphenol A modified epoxy resin, phenol novolac epoxy resin, hexahydrophthalic anhydride, quaternary ammonium salt, alumina, dispersant, solvent (MEK) can be prepared by mixing and dispersing It is not limited to this composition.
  • the thermally conductive insulating layer may be applied by S-knife, gravure, flexo, screen, rotary screen, slot die, or micro gravure coating method.
  • the thermally conductive insulating layer may be formed of a single layer or may be formed by dividing into primary and secondary.
  • the method may include a first coating step of coating a primary thermal conductive insulating layer on the circuit pattern and a second coating step of coating a second thermal conductive insulating layer on the first thermal conductive insulating layer.
  • a first coating step of coating a primary thermal conductive insulating layer on the circuit pattern and a second coating step of coating a second thermal conductive insulating layer on the first thermal conductive insulating layer.
  • the first application step it may be applied by a method selected from microgravure, S-knife, gravure, flexo, screen, and rotary screen.
  • application may be made by a method selected from slot die, S-knife, and microgravure. However, this is not necessarily limited.
  • the front coating may be performed using a printing method such as microgravure, flexo, screen, or rotary screen.
  • a printing method such as microgravure, flexo, screen, or rotary screen.
  • a large step difference occurs in the printed circuit board. Therefore, it is preferable to use a slot die coater or an S-knife coater in the second coating to make the surface roughness uniform. have.
  • the secondary coating of the thermally conductive insulating layer is performed by slot die, S-knife, microgravure method, or the like. It may be desirable to use.
  • thermally conductive base layer a hot rolled steel sheet, a cold rolled steel sheet, an aluminum plate, a galvanized plate, a copper plate, a stainless plate, a tin plate, a brass plate, or a resin coated steel plate may be used, but is not necessarily limited thereto. Heat sinks of various materials used in this field may be applied.
  • the thermally conductive insulating layer may be preferable when making a non-stage B-stage and laminating with the thermally conductive base layer. have.
  • the thermally conductive base layer on the thermally conductive insulating layer and then thermally compressing it may be performed at a temperature condition of 120 to 200 ° C., preferably at a temperature condition of 140 to 175 ° C. .
  • each step of the manufacturing method of the metal printed circuit board according to the present invention can be carried out in a roll-to-roll (roll to roll) continuous process, in this case the production speed is increased to increase the production efficiency It may be preferable.
  • a circuit pattern was printed on a heat-resistant silicone release coat film (Bivision Chem, MR-50) by Ag paste (Inktech, TEC-PF-021) and screen printing (Tokai-seiki, SFA-RR350). After printing, the resultant was dried at 150 ° C. for 5 minutes to form a circuit pattern having a thickness of 1 ⁇ m.
  • thermally conductive insulating layer coating liquid (Table 1) was coated with a dry thickness of 50 ⁇ m as a thermosetting coating resin ink on a circuit pattern using a slot die coater (Pective Co., Ltd.) to form a thermally conductive insulating layer.
  • composition of the thermally conductive insulating layer coating liquid was as shown in [Table 1].
  • thermally conductive insulating layer On the thermally conductive insulating layer, an aluminum plate (AL5052, Sejong Metal Co., Ltd.) having a thickness of 1.5 mm was laminated as a thermally conductive base layer and thermally compressed by hot press at a temperature of 170 ° C. for 60 minutes, and then heat-resistant. The silicon release coat film was removed to prepare a metal printed circuit board.
  • AL5052 Al5052, Sejong Metal Co., Ltd.
  • a circuit pattern was printed on a heat-resistant silicone release coat film (Bivision Chem, MR-50) by Ag paste (Inktech, TEC-PF-021) and screen printing (Tokai-seiki, SFA-RR350). After printing, the resultant was dried at 150 ° C. for 5 minutes to form a circuit pattern having a thickness of 1 ⁇ m.
  • a thermally conductive insulating layer coating liquid (Table 1) was coated on a circuit pattern using a slot die coater (Pective Co., Ltd.) as a thermosetting coating resin ink with a dry thickness of 100 ⁇ m, thereby forming a thermally conductive insulating layer.
  • thermally conductive insulating layer On a thermally conductive insulating layer, an aluminum plate (AL5052, Sejong Metal Co., Ltd.) having a thickness of 1.5 mm was laminated as a thermally conductive base layer, and thermally compressed by hot press at a temperature of 170 ° C. for 90 minutes, and then heat-resistant. The silicon release coat film was removed to prepare a metal printed circuit board.
  • AL5052 Al5052, Sejong Metal Co., Ltd.
  • a circuit pattern was printed on a heat-resistant silicone release coat film (Bivision Chem, MR-50) by Ag paste (Inktech, TEC-PF-021) and screen printing (Tokai-seiki, SFA-RR350). After printing, the resultant was dried at 150 ° C. for 5 minutes to form a circuit pattern having a thickness of 2 ⁇ m.
  • a thermally conductive insulating layer coating liquid (Table 1) was coated on a circuit pattern using a slot die coater (Pective Co., Ltd.) as a thermosetting coating resin ink with a dry thickness of 100 ⁇ m, thereby forming a thermally conductive insulating layer.
  • thermally conductive insulating layer On a thermally conductive insulating layer, an aluminum plate (AL5052, Sejong Metal Co., Ltd.) having a thickness of 1.5 mm was laminated as a thermally conductive base layer, and thermally compressed by hot press at a temperature of 170 ° C. for 90 minutes, and then heat-resistant. The silicon release coat film was removed to prepare a metal printed circuit board.
  • AL5052 Al5052, Sejong Metal Co., Ltd.
  • thermally conductive insulating layer coating liquid (Table 1) was dried as a thermosetting coating resin ink on a 1.5 mm thick aluminum plate (Sejong Metal, AL5052) using a slot die coater (Pective). It was coated with a ⁇ to form a thermally conductive insulating layer.
  • the circuit pattern was printed by Ag paste (Inktech, TEC-PF-021) using a screen printing method (Tokai-seiki, SFA-RR350), dried at 150 ° C. for 5 minutes, and printed at a thickness of 1 ⁇ m.
  • a screen printing method Tokai-seiki, SFA-RR350
  • After forming a pattern laminating a heat-resistant silicone release coat film (MR-50, Biovision Chem Co., Ltd.) as a release film, and thermally compressing by hot press at a temperature of 170 ° C. for 60 minutes, and then heat-resistant silicone release coat
  • the film was removed to prepare a metal printed circuit board.
  • thermally conductive insulating layer coating liquid (Table 1) was dried as a thermosetting coating resin ink on a 1.5 mm thick aluminum plate (Sejong Metal, AL5052) using a slot die coater (Pective). It was coated with a ⁇ to form a thermally conductive insulating layer.
  • the circuit pattern was printed by Ag paste (Inktech, TEC-PF-021) by screen printing (Tokai-seiki, SFA-RR350), dried at 150 ° C. for 20 minutes, and then printed on a circuit having a thickness of 2 ⁇ m.
  • a heat-resistant silicone release coat film (MR-50, Biovision Chem Co., Ltd.) was laminated as a release film, and thermally press-bonded by hot press at a temperature of 170 ° C. for 90 minutes, and then a heat-resistant silicone release coat. The film was removed to prepare a metal printed circuit board.
  • the metal printed circuit boards prepared according to Examples and Comparative Examples were measured using a non-contact three-dimensional measuring instrument (NANO SYSTEM, NV-P1010) to measure the thickness after drying of the circuit pattern and the thermal conductive insulating layer, and a sheet resistance measuring instrument [MITSUBISHI].
  • Conductivity was obtained by calculating the average value by measuring with CHEMICAL ANALYTECH, Laresta-GP MCP-610 (4 probe Type)], and using a cross-cutter (YOSHIMITSU, MR-YCC1) After cutting to 100EA / 1cm 2, the adhesive force was measured by measuring the amount falling on the adhesive tape using adhesive tape (3M, 810). The results are shown in Table 2.
  • a circuit pattern and a thermally conductive insulating layer are formed on a release film by using a printing method, and a hot press is performed with the thermally conductive base layer, thereby providing excellent electrical properties and adhesion.
  • a printed circuit board can be provided.
  • the insulating layer when forming a circuit pattern, can be formed while maintaining the excellent conductivity of the hardened metal paste, and can maintain high efficiency of conductance and provide high adhesion.
  • a metal printed circuit board capable of minimizing damage such as cracks due to thermal expansion between release materials due to hardening.

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Abstract

본 발명에 따른 금속 인쇄회로기판의 제조방법은, 이형필름 상에 회로패턴을 인쇄하는 단계; 상기 회로패턴 상에 열전도성 절연층을 도포하는 단계; 상기 열전도성 절연층 상에 열전도성 베이스층을 위치시킨 후, 열 압착하는 단계; 및 상기 이형필름을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

금속 인쇄회로기판의 제조방법
본 발명은 금속 인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것으로서, 이형필름 상에 인쇄방식을 이용하여 회로패턴, 열전도성 절연층을 형성하고, 이를 열전도성 베이스층과 열압착(Hot press)을 하여 제조하는 금속 인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(이하 LED, Light Emitting Diode)는 점광원 형태로 다양한 색상으로 단순한 표시소자로 사용되는 것으로 출발하였지만 광효율성, 오랜 수명 등의 장점으로 점차 랩탑/데스크탑 컴퓨터의 모니터 및 면적 표시장치 등 다양한 분야에 사용되고 있다. 특히 최근에는 조명과 LCD TV 백라이트 분야에 그 사용범위를 점차 확대하려고 하는 시점에 있다.
LCD TV 백라이트의 경우와 LED 조명의 경우에는 단위면적당 높은 휘도와 평면발광의 이유 등으로 다수개의 발광소자로 기판에 어레이를 구성하여 사용한다. 이러한 어레이 구성에 의하여 LED에서 발생하는 열을 기판으로 효과적으로 방출하는 것이 LED 수명과 품질 유지에 중요한 요소이다.
LED 어레이 기판은 원활한 방열을 위하여 종래의 PCB에 사용되는 동박적층판(CCL) 대신에 MCPCB(metal core printed circuit board)를 사용한다. 보통 이러한 MCPCB는 금속 베이스 층, 유전층, 및 동박의 3층 구조를 이루고 있다.
상기 유전층은 열전도성을 증가시키기 위하여 열전도성 입자를 충진한 에폭시 수지를 사용하기도 한다. 전극회로의 형성은 종래 인쇄회로기판(PCB)과 마찬가지로 리소그라피 기술 등을 이용하여 레지스트 패턴을 형성하고 식각하여 제조한다. 그러나, 이러한 전극회로 형성을 위한 에칭 공정은 제조 공정이 매우 복잡하고, 공정 중 다량의 에칭 폐수가 발생하는 문제가 있다. 또한, MCPCB를 기반으로 한 LED 기판은 에폭시 유전층 때문에 방열성능이 크게 제한되는 단점이 있다.
한국 실용신안 제 20-0404237호에는 MCPCB를 사용하여 전극회로는 에칭으로 형성하고 LED가 장착되는 부위에 절연층까지의 개구부를 만들고 거기에 히트싱크 슬러그를 부착하여 그 위에 나머지 LED 부재를 그 위에 탑재한다는 설명인데 접착된 절연층을 깨끗이 떼어낸다는 것이 어려울 뿐만 아니라 이 또한 상기와 같이 조립방식의 트렌드에 역행하는 것으로 경제적으로 실현가능성이 낮은 기술이다.
한국등록특허 제 696063호(특허문헌 1)에는 패키징된 LED를 사용하지 않고 LED칩만을 추출하여 함몰장착부, 절연층, 본딩다이, 반사판, 전극을 구성하는 별도의 기판에 장착하는 LED 어레이 기판을 개시하고 있다. 그러나 이러한 기판은 그 성격상 규격이 통일될 수 없고 기계가공, 다양한 층의 형성, 패턴 형성, 기판에 직접몰딩 등 복잡한 가공을 수반하는 것이고 조립방식의 트렌드에 역행하는 것으로 경제적으로 실현가능성이 낮은 기술이다.
본 발명의 목적은, 열전도성 베이스층 상에 절연층 코팅, 다시 절연층 상에 전극회로 인쇄하는 방식으로 제조함에 따라, 전기적 특성 및 각각의 소재들간의 밀착력이 저하되었던 종래와는 달리, 이형필름 상에 인쇄방식을 이용하여 회로패턴 및 열전도성 절연층을 형성하고, 이를 열전도성 베이스층과 열압착(Hot press)을 함으로써, 전기적 특성 및 밀착력이 우수한 금속 인쇄회로기판의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은, 이형필름 상에 회로패턴을 인쇄하는 단계; 상기 회로패턴 상에 열전도성 절연층을 도포하는 단계; 상기 열전도성 절연층 상에 열전도성 베이스층을 위치시킨 후, 열 가압하는 단계; 및 상기 이형필름을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 인쇄회로기판의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 이형필름 상에 인쇄방식을 이용하여 회로패턴 및 열전도성 절연층을 형성하고, 이를 열전도성 베이스층과 열압착(Hot press)을 함으로써, 전기적 특성 및 밀착력이 우수한 금속 인쇄회로기판의 제조방법이 제공된다. 구체적으로 본 발명에 따르면 회로패턴을 형성할 때 경화된 금속 페이스트의 우수한 전도성을 유지한 상태에서 절연층을 형성할 수 있으며, 고효율의 전도도(conductivity) 유지 및 높은 밀착력을 제공할 수 있으며, 기존 개별 경화로 인한 이형 재질간의 열팽창에 따른 크랙(crack) 등의 데미지(Damage)를 최소화할 수 있는 금속 인쇄회로기판이 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 금속 인쇄회로기판의 제조공정을 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 금속 인쇄회로기판의 제조방법은, 이형필름 상에 회로패턴을 인쇄하는 단계; 상기 회로패턴 상에 열전도성 절연층을 도포하는 단계; 상기 열전도성 절연층 상에 열전도성 베이스층을 위치시킨 후, 열 압착하는 단계; 및 상기 이형필름을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 예컨대 도 1에 도시된 바와 같이, 이형필름 상에 회로패턴을 인쇄하고, 그 위에 열전도성 절연층을 도포한 다음 그 위에 열전도성 베이스층을 적층시켜 열 가압한 후, 이형필름을 제거함으로써, 본 발명에 따른 금속 인쇄회로기판을 제조할 수 있다.
상기 이형필름으로는 이형력을 조절한 이형코트필름을 사용할 수 있으며, 여기서, 이형코트필름은 내열성 필름 상에 이형제를 도포하여 제조할 수 있다.
상기 내열성 필름은, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌(PE), 폴리이미드(PI), 폴리카보네이트(PC), 또는 알루미늄(Al)으로 형성된 필름일 수 있으며, 이로 한정되는 것은 아니며, 해당 분야에 알려진 다양한 재질의 내열성 필름을 사용할 수도 있다.
상기 이형제로는, 실리콘 또는 아크릴계 이형제를 사용할 수 있으며, 상기 실리콘 이형제의 경우 열압착 공정에서 심한 수축이 발생하지 않는 내열 특성을 가지며 이형력을 쉽게 조절할 수 있는 장점이 있다. 이외에도 해당 분야에 알려진 다양한 종류의 이형제를 사용할 수도 있다.
상기 이형제의 경우, 마이크로그라비아, 그라비아, 슬롯 다이(slot die), 리버스 키스(reverse kiss), 또는 로타리 스크린 코팅법을 이용하여 도포할 수 있다. 이외에도 해당 분야에서 이형제를 도포할 수 있는 다양한 방법이 적용될 수 있음은 물론이다.
상기 회로패턴은, 금속 페이스트를 인쇄법으로 인쇄하여 형성한 전도성 인쇄회로패턴으로서, 그라비아 인쇄법, 플렉소 인쇄법, 옵셋 인쇄법, 스크린 인쇄법, 로타리 스크린 인쇄법, 또는 잉크젯 인쇄법으로 인쇄할 수 있으나, 이로 반드시 한정되는 것은 아니며, 해당 분양 다양한 방법으로 인쇄할 수 있음은 물론이다.
상기 회로패턴은, 금속 페이스트로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로는 전기 전도성이 우수한 은(Ag), 구리(Cu), 은/구리(Ag/Cu), 주석(Sn), 은/구리/주석(Ag/Cu/Zn), 금(Au), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 등의 금속 또는 상기 금속의 도핑(doping), 코팅 또는 합금 등을 사용하여 만든 잉크로 형성할 수 있다.
구체적인 한 예로서, Ag투명전자잉크인 Ag complex, Ag salts, Ag-acid/base complex 등을 사용해서 회로패턴을 인쇄하고 열처리하여 형성할 수도 있다. 또한 다른 예로서, Ag Nano paste, Ag Flake paste, Ag Granule paste를 사용하여 회로패턴을 인쇄하고 열처리 하여 형성할 수도 있다. 여기서, 열처리에 의한 경화 이외에도 UV경화하거나 e-beam을 사용할 수도 있다.
상기 회로패턴을 형성하는 잉크는 전술한 예로 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 전도성을 띠며, 인쇄법으로 인쇄 가능한 것이라면 모두 적용 가능함은 물론이다.
상기 회로패턴을 형성함에 있어, 또 다른 예로는, 상기 1차 회로패턴을 인쇄하는 1차 인쇄단계 및 상기 1차 패턴 상에 2차 회로패턴을 인쇄하는 2차 인쇄단계를 포함하여 위치를 제어하면서 회로패턴을 인쇄할 수도 있다. 구체적으로는, 1차, 2차 회로패턴을 순차적으로 진행함으로써, 보다 정밀하게 패턴을 구현할 수 있다.
상기 회로패턴은 전술한 방법 이외에 마스크 패턴을 이용해서 전기 전도성 금속인 Al, Ag, Cu, Ni등을 증착이나 스퍼터링으로 형성할 수도 있다.
한편, 상기 회로패턴을 인쇄하는 단계와 상기 회로패턴 상에 상기 열전도성 절연층을 도포하는 단계 사이에는, 상기 회로 패턴 상에 도금하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 도금단계에서는, 전해 도금 또는 무전해 도금을 수행할 수 있다.
상기 회로패턴은 전술한 바와 같이, 회로패턴 단독으로 사용할 수도 있고, 인가되는 전류량에 따라 도금된 구리의 도금두께로 조절할 수 있기 때문에 씨드 레이어(seed layer) 특성을 유지하기만 해도 된다.
여기서, 상기 회로패턴은 팔라듐 콜로이드(Pd colloid), 염화팔라듐(PdCl2) 등의 촉매가 포함된 잉크를 회로패턴에 맞추어서 인쇄한 후에 무전해 구리도금이나 니켈도금을 하여 인쇄회로기판 회로를 만들 수도 있다. 또한 소모 전류량이 많은 고용량 엘이디(LED)를 사용할 경우에는 구리전기도금을 소모 전류량에 따라 적합한 도금 두께로 도금할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 도금의 방법으로는 무전해도금, 전기도금, 딥 코팅(deep coat) 등을 사용해서 전기 전도도를 높일 수 있으며 도금에 사용되는 금속에는 제한이 없으나 구리가 바람직할 수 있다. 딥 코팅(deep coat) 방법으로는 주석(Sn), 아연(Zn) 등을 처리할 때 바람직할 수 있다. 구리(Cu) 이외에도 니켈(Ni), 주석(Sn), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 은(Ag), 및 금(Au) 등 다양하게 적용할 수 있음은 물론이다.
상기 열전도성 절연층은 열경화성 코팅 수지 잉크로서 열전도성 절연층 코팅액을 형성될 수 있다. 여기서, 열경화성 수지 이외에도 UV코팅수지를 사용하여 UV경화가 가능하며 이외에 다양한 가교반응이 가능하며 수지조성에는 제한이 없다. 다만, 내열성과 내후성의 특성이 있는 것이 바람직하다. 또한 전기전도성이 높은 특성의 금속 플레이크(Metal flake)를 사용하는 경우에는 표면처리를 통해 전기 절연성을 부여하고 열 전도성 만의 특성을 갖게 하는 것이 바람직하다.
예컨대 열전도성 절연층에 사용되는 수지로는 에폭시수지, 우레탄수지, 요소수지, 멜라민수지, 페놀수지, 실리콘 수지, 폴리이미드수지, 폴리설폰수지, 폴리에스테르수지, 폴리페닐렌설파이드수지 등을 사용할 수 있고 반드시 이로 한정되는 것은 아니나, 열가교형 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
UV 경화형 수지나 라디칼 중합형 수지를 사용하는 것도 가능하며 내열특성과 내후성이 좋은 수지면 모두 가능하며 이들 수지의 변성물 중에서 선택된 1종 이상으로 형성될 수 있다.
상기 수지와 함께 이산화규소(SiO2), 이산화티탄(TiO2),알루미나(Al₂O₃), 황산바륨(BaSO₄), 탄산칼슘(CaCO₃), Al 플레이크(flake), Ag 플레이크(flake), 산화 그래핀, 산화 흑연, 산화 탄소나노튜브, 인듐틴옥사이드(ITO), 질화알루미늄(AlN), 질화붕소(BN), 및 산화마그네슘(MgO) 중에서 선택되는 필러를 더 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, Al 또는 Ag 플레이크의 경우 절연수지가 코팅된 것이 바람직할 수 있다. 그러나 필러 들이 이로 한정되는 것은 아니다.
상기 열전도성 절연층 코팅액의 한 예로서, 비스페놀 A형 변성 에폭시 수지, 페놀노볼락 에폭시 수지, 헥사하이드로프탈릭 무수물, 4급암모늄염, 알루미나, 분산제, 용매(MEK)를 혼합 분산하여 제조할 수 있으나, 이 조성으로 한정되는 것은 아니다.
상기 열전도성 절연층은, S-knife, 그라비아, 플렉소, 스크린, 로타리 스크린, 슬롯 다이, 또는 마이크로 그라비아 코팅법으로 도포할 수 있다.
여기서, 열전도성 절연층은 단일 층으로 형성할 수도 있고, 1차 및 2차로 나누어서 형성할 수도 있다.
구체적으로는, 상기 회로패턴 상에 1차 열전도성 절연층을 도포하는 1차 도포단계 및 상기 1차 열전도성 절연층 상에 2차 열전도성 절연층을 도포하는 2차 도포단계를 포함하여 형성할 수 있다.
여기서, 1차 도포 단계의 경우, 마이크로그라비아, S-knife, 그라비아, 플렉소, 스크린, 및 로타리 스크린 중에서 선택된 방법으로 도포할 수 있다.
2차 도포 단계의 경우, 슬롯 다이, S-knife, 및 마이크로그라비아 중에서 선택된 방법으로 도포할 수 있다. 그러나 이로 반드시 한정되는 것은 아니다.
구체적으로, 1차 도포 단계의 경우, 마이크로그라비아, 플렉소, 스크린, 로타리 스크린등의 인쇄법을 이용하여 전면 코팅 할 수 있다. 또한, 구리도금이 된 인쇄회로기판의 경우 표면의 단차가 크게 발생하기 때문에 2차 도포에서슬롯다이코터나 S-knife 코터(coater)를 사용하는 것이 표면의 조도를 균일하게 만들 수 있어 바람직할 수 있다. 여기서, 열전도성 절연층 1차 도포로도 표면의 균일성이 확보되지 않거나 열전도성 절연층의 두께를 두껍게 만들어야 할 경우는 열전도성 절연층 2차 도포를 슬롯다이, S-knife, 마이크로그라비아 방법 등을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 또한 방열특성과 절연특성을 최적화하기 위해서는 전술한 바와 같이, 2단계로 진행하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 열전도성 베이스층으로는, 열연강판, 냉연강판, 알루미늄판, 아연도금판, 구리판, 스테인레스판, 주석도금판, 황동판, 또는 수지코팅강판을 사용할 수 있으나, 반드시 이로 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 사용되는 다양한 재질의 방열판을 적용할 수 있다.
예컨대 알루미늄 플레이트(Al plate)와 같은 열전도성 베이스층과 합지하기 위해서는 상기 열전도성 절연층은 반경화 상태인 비-스테이지(B-stage)를 만든 후 상기 열전도성 베이스층과 합지하는 경우 바람직할 수 있다.
상기 열전도성 절연층 상에 상기 열전도성 베이스층을 적층 시킨 후 열 압착하는 단계에서는, 120~200℃의 온도 조건에서 수행할 수 있으며, 바람직하게는 140~175℃의 온도 조건에서 수행할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 본 발명에 따른 금속 인쇄회로기판의 제조방법의 각 단계들을 롤-투-롤(roll to roll) 연속공정으로 수행할 수 있으며, 이 경우 생산 속도가 증가되어 생산효율을 증대시킬 수 있어 바람직할 수 있다.
이하에서는, 실시예 및 비교예를 통해 본 발명에 대해 구체적으로 설명하나, 본 발명의 범위가 이로 한정 되는 것은 아니다.
실시예 1
이형필름으로서 내열 실리콘 이형코트필름(바이오비젼켐社, MR-50) 위에, Ag페이스트(잉크테크, TEC-PF-021)로 회로패턴을 스크린 인쇄법(Tokai-seiki社, SFA-RR350)으로 인쇄한 후, 150℃에서 5분간 건조하여 1㎛의 두께로 회로패턴을 형성하였다.
슬롯다이코터(펙티브社)를 사용하여 회로패턴 상에, 열경화성 코팅 수지 잉크로서 열전도성 절연층 코팅액(표1)을 건조 두께 50㎛로 코팅하여, 열전도성 절연층을 형성하였다.
여기서, 열전도성 절연층 코팅액의 조성은 [표 1]과 같이 하였다.
[표 1]
Figure PCTKR2012011358-appb-I000001
열전도성 절연층 상에, 열전도성 베이스층으로서, 두께 1.5mm의 알루미늄판(세종메탈社, AL5052)을 적층시키고, 170℃의 온도에서 60분간 핫프레스(hot press)로 열 압착한 후, 내열 실리콘 이형코트필름을 제거하여, 금속인쇄회로기판을 제조하였다.
실시예 2
이형필름으로서 내열 실리콘 이형코트필름(바이오비젼켐社, MR-50) 위에, Ag페이스트(잉크테크, TEC-PF-021)로 회로패턴을 스크린 인쇄법(Tokai-seiki社, SFA-RR350)으로 인쇄한 후, 150℃에서 5분간 건조하여 1㎛의 두께로 회로패턴을 형성하였다.
슬롯다이코터(펙티브社)를 사용하여 회로패턴 상에, 열경화성 코팅 수지 잉크로서 열전도성 절연층 코팅액(표1)을 건조 두께 100㎛로 코팅하여, 열전도성 절연층을 형성하였다.
열전도성 절연층 상에, 열전도성 베이스층으로서, 두께 1.5mm의 알루미늄판(세종메탈社, AL5052)을 적층시키고, 170℃의 온도에서 90분간 핫프레스(hot press)로 열 압착한 후, 내열 실리콘 이형코트필름을 제거하여, 금속인쇄회로기판을 제조하였다.
실시예 3
이형필름으로서 내열 실리콘 이형코트필름(바이오비젼켐社, MR-50) 위에, Ag페이스트(잉크테크, TEC-PF-021)로 회로패턴을 스크린 인쇄법(Tokai-seiki社, SFA-RR350)으로 인쇄한 후, 150℃에서 5분간 건조하여 2㎛의 두께로 회로패턴을 형성하였다.
슬롯다이코터(펙티브社)를 사용하여 회로패턴 상에, 열경화성 코팅 수지 잉크로서 열전도성 절연층 코팅액(표1)을 건조 두께 100㎛로 코팅하여, 열전도성 절연층을 형성하였다.
열전도성 절연층 상에, 열전도성 베이스층으로서, 두께 1.5mm의 알루미늄판(세종메탈社, AL5052)을 적층시키고, 170℃의 온도에서 90분간 핫프레스(hot press)로 열 압착한 후, 내열 실리콘 이형코트필름을 제거하여, 금속인쇄회로기판을 제조하였다.
비교예 1
열전도성 베이스층으로서, 두께 1.5mm의 알루미늄판(세종메탈社, AL5052) 위에, 슬롯다이코터(펙티브社)를 사용하여 열경화성 코팅 수지 잉크로서 열전도성 절연층 코팅액(표1)을 건조 두께 50㎛로 코팅하여, 열전도성 절연층을 형성하였다.
다음으로, Ag페이스트(잉크테크, TEC-PF-021)로 회로패턴을 스크린 인쇄법(Tokai-seiki社, SFA-RR350)으로 인쇄한 후, 150℃에서 5분간 건조하여 1㎛의 두께로 회로패턴을 형성하고, 이형필름으로서 내열 실리콘 이형코트필름(바이오비젼켐社, MR-50)을 적층시키고, 170℃의 온도에서 60분간 핫프레스(hot press)로 열 압착한 후, 내열 실리콘 이형코트필름을 제거하여, 금속인쇄회로기판을 제조하였다.
비교예 2
열전도성 베이스층으로서, 두께 1.5mm의 알루미늄판(세종메탈社, AL5052) 위에, 슬롯다이코터(펙티브社)를 사용하여 열경화성 코팅 수지 잉크로서 열전도성 절연층 코팅액(표1)을 건조 두께 100㎛로 코팅하여, 열전도성 절연층을 형성하였다.
다음으로, Ag페이스트(잉크테크, TEC-PF-021)로 회로패턴을 스크린 인쇄법(Tokai-seiki社, SFA-RR350)으로 인쇄한 후, 150℃에서 20분간 건조하여 2㎛의 두께로 회로패턴을 형성하고, 이형필름으로서 내열 실리콘 이형코트필름(바이오비젼켐社, MR-50)을 적층시키고, 170℃의 온도에서 90분간 핫프레스(hot press)로 열 압착한 후, 내열 실리콘 이형코트필름을 제거하여, 금속인쇄회로기판을 제조하였다.
실험예
1) 측정 방법
실시예 및 비교예에 따라 제조된 금속인쇄회로기판을 비접촉 삼차원 측정기[나노시스템 NANO SYSTEM社, NV-P1010]를 사용하여 회로패턴 및 열전도성 절연층의 건조 후 두께를 측정하였고, 면저항 측정기[MITSUBISHI CHEMICAL ANALYTECH社, Laresta-GP MCP-610(4 probe Type)]로 측정하여 평균 값을 산출 하여 전도도를 나타내었고, 크로스-컷터(Cross-Cutter)(YOSHIMITSU(社), MR-YCC1)를 사용하여 100EA/1㎠로 컷팅(Cutting)한 후, 접착테이프(3M(社), 810)를 사용하여 접착테이프에 떨어지는 양을 측정하는 방법으로 부착력을 측정하여 결과를 표 2에 나타내었다.
2) 측정결과
[표 2]
Figure PCTKR2012011358-appb-I000002
상기 표 2에서 볼 수 있는 바와 같이,비교예 1,2에 따라 제조하는 경우 전극형성 액제의 열전도성 절연층으로의 함침으로 인하여 약 75%의 효율이 감소하였으나, 본 발명에 따라 이형필름 상에 인쇄방식을 이용하여 회로패턴 및 열전도성 절연층을 형성하고, 이를 열전도성 베이스층과 열압착(Hot press)을 하여 제조하는 경우, 전극회로의 기본 전기적 특성을 90% 이상 유지할 수 있다. 또한, 높은 밀착력을 확보할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 이형필름 상에 인쇄방식을 이용하여 회로패턴 및 열전도성 절연층을 형성하고, 이를 열전도성 베이스층과 열압착(Hot press)을 함으로써, 전기적 특성 및 밀착력이 우수한 금속 인쇄회로기판을 제공할 수 있다. 구체적으로 본 발명에 따르면 회로패턴을 형성할 때 경화된 금속 페이스트의 우수한 전도성을 유지한 상태에서 절연층을 형성할 수 있으며, 고효율의 전도도(conductivity) 유지 및 높은 밀착력을 제공할 수 있으며, 기존 개별 경화로 인한 이형 재질간의 열팽창에 따른 크랙(crack) 등의 데미지(Damage)를 최소화할 수 있는 금속 인쇄회로기판이 제공된다.

Claims (10)

  1. 이형필름 상에 회로패턴을 인쇄하는 단계;
    상기 회로패턴 상에 열전도성 절연층을 도포하는 단계;
    상기 열전도성 절연층 상에 열전도성 베이스층을 위치시킨 후, 열 압착하는 단계; 및
    상기 이형필름을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 인쇄회로기판의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 회로패턴은, 그라비아 인쇄법, 플렉소 인쇄법, 옵셋 인쇄법, 스크린 인쇄법, 로타리 스크린 인쇄법, 또는 잉크젯 인쇄법으로 인쇄하는 것을 특징으로 하는 금속 인쇄회로기판의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 회로패턴은, 금속 페이스트로 형성되는 것을 특징으로 하는 금속 인쇄회로기판의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 회로패턴을 인쇄하는 단계와 상기 회로패턴 상에 상기 열전도성 절연층을 도포하는 단계 사이에는, 상기 회로 패턴 상에 도금하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 인쇄회로기판의 제조방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 도금단계에서는, 전해 도금 또는 무전해 도금을 수행하는 것을 특징으로 하는 금속 인쇄회로기판의 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전도성 절연층은, 수지로 에폭시수지, 우레탄수지, 요소수지, 멜라민수지, 페놀수지, 실리콘 수지, 폴리이미드수지, 폴리설폰수지, 폴리에스테르수지, 또는 폴리페닐렌설파이드수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 인쇄회로기판의 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전도성 절연층은, 필러로서 이산화규소(SiO2), 이산화티탄(TiO2),알루미나(Al₂O₃), 황산바륨(BaSO₄), 탄산칼슘(CaCO₃), Al 플레이크(flake), Ag 플레이크(flake), 산화 그래핀, 산화 흑연, 산화 탄소나노튜브, 인듐틴옥사이드(ITO), 질화알루미늄(AlN), 질화붕소(BN), 및 산화마그네슘(MgO) 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 필러를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 인쇄회로기판의 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전도성 절연층은, S-knife, 그라비아, 플렉소, 스크린, 로타리 스크린, 슬롯 다이, 또는 마이크로 그라비아 코팅법으로 도포하는 것을 특징으로 하는 금속 인쇄회로기판의 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전도성 베이스층으로는, 열연강판, 냉연강판, 알루미늄판, 아연도금판, 구리판, 스테인레스판, 주석도금판, 황동판, 또는 수지코팅강판을 사용하는 것을 특징으로 하는 금속 인쇄회로기판의 제조방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전도성 절연층 상에 상기 열전도성 베이스층을 적층 시킨 후 열 압착하는 단계에서는, 120~200℃의 온도 조건에서 수행하는 것을 특징으로 하는 금속 인쇄회로기판의 제조방법.
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