WO2022075517A1

WO2022075517A1 - 스트레처블 기판 및 스트레처블 기판의 제조 방법

Info

Publication number: WO2022075517A1
Application number: PCT/KR2020/016423
Authority: WO
Inventors: 사기동; 김자연; 김사웅; 정지호
Original assignee: 한국광기술원
Priority date: 2020-10-08
Filing date: 2020-11-20
Publication date: 2022-04-14
Also published as: KR102286323B1; US20240008173A1; KR102286323B9

Abstract

본 발명은 일정 크기의 폴리이미드(PI) 필름에 전자 부품이 실장되도록 하는 하나 이상의 실장 패드부와 상기 실장 패드부를 회로적으로 연결하기 위한 배선패턴으로 이루어지는 회로패턴을 형성하고, 상기 회로패턴의 외곽선은 절단을 위한 컷팅선으로 이루어지는 플렉서블 기판(FPCB)을 제조하는 단계, 상기 플렉서블 기판의 회로패턴에 지정된 전자 부품을 실장하는 부품실장 단계 및 상기 부품이 실장된 플렉서블 기판의 컷팅선과 맞추어지는 펀칭 지그(punching jig)를 이용하여 상기 컷팅선을 절단하는 펀칭 단계로 이루어져 회로를 연결하는 배선의 인장 성능이 우수한 스트레처블 기판 및 스트레처블 기판의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

스트레처블 기판 및 스트레처블 기판의 제조 방법

본 발명은 회로를 연결하는 배선의 인장 성능이 우수한 스트레처블 기판 및 스트레처블 기판의 제조 방법에 관한 것이다.

최근 바이오 및 헬스 케어를 위한 인체 부착형 디바이스, 웨어러블 장치 또는 스트레처블 디스플레이 등의 연구의 활성화에 따라 굽힘 및 신축에도 내부의 전자 부품들 또는 배선의 파손, 단선 또는 변형이 발생하지 않는 유연하고 내구성을 가지는 스트레처블 기판이 요구되고 있다.

이에 따라, 종래기술에서는 PDMS(polydimethylsiloxane) 등의 평평한 고분자 기판을 제공하고, 고분자와 전도성 고분자 기판의 전자 부품 장착 위치에 솔더를 이용하여 전자 부품을 직접 전기적 및 기계적으로 장착 구성한 스트레처블 배선 기판이 제공되었다.

그러나 상술한 바와 같이, 고분자 기판에 솔더를 이용하여 전자 부품을 직접 부착시키는 경우, 스트레처블 배선 기판이 굽혀지거나 휘어지는 경우 고분자 기판과 전자 부품의 접합 위치에 굽힘 또는 휨 외력이 직접 전달되어 배선 또는 전자 부품에 균열이 발생하거나 고분자 기판과 전자 부품이 분리되는 등의 문제가 발생할 수 있다.

또한, 금속선을 이용한 배선의 경우 금속선을 실과 같이 의복에 꿰매 붙임으로써 배선 형성이 가능하지만, 그 과정이 복잡하고 비용이 많이 요구되어 대량 생산에 적합하지 않은 단점이 있다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 본 발명은 회로패턴을 형성하는 플렉서블 기판(FPCB)을 제조한 후, 회로패턴을 제외한 부분을 컷팅 처리하는 공정을 적용하여, 보다 유연성 있고 신축성을 가진 스트레처블 기판을 제공하기 위함이다.

또한, 본 발명은 플렉서블 기판(FPCB)에 전자 부품이 실장되어 유연하게 구부러지는 특성과 더불어 좌우상하가 회전 대칭적인 구조를 갖는 배선패턴을 적용하여 좌우로 늘어남이 우수하고 회로에 충분한 인장 강도를 제공하는 스트레처블 기판의 제조를 목적으로 한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 스트레처블 기판은 일정 크기의 폴리이미드(PI) 소재로 이루어져 회로패턴이 형성되는 플렉서블 기판, 상기 플렉서블 기판에 전자 부품이 실장되도록 형성되는 하나 이상의 실장 패드부, 상기 플렉서블 기판에서 서로 인접하게 위치하는 어느 하나의 실장 패드부(제1 실장 패드부)와 다른 하나의 실장 패드부(제2 실장 패드부)를 전기적으로 연결하는 배선패턴 및 상기 플렉서블 기판에서 실장 패드부와 배선패턴으로 이루어진 회로패턴의 외곽선을 따라 절단되어 공간이 비어있도록 형성되는 중공부를 포함하며, 여기서 배선패턴은 상기 제1 실장 패드부와 상기 제2 실장 패드부 사이에 전체적으로 영문자 Z자 형상으로 영문자 Z자의 양단부 각각이 유선형으로 서로 다른 방향으로 2회 절곡하며 연장하여 상기 제1 실장 패드부와 상기 제2 실장 패드부 각각에 연결되는 모양을 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 본 발명의 상기 배선패턴은 어느 하나의 실장 패드부의 제1연결점에서 일정 길이 연장되도록 연결되어 일정 곡률반경으로 휘어지는 제1곡선부, 상기 제1곡선부에 회전 대칭적으로 형성되어 반대로 휘어지는 제2곡선부, 상기 제2곡선부에서 수평으로 일정 길이 연장되는 제1연결부, 상기 제1연결부의 끝단에서 일정 곡률반경으로 안쪽으로 휘어지는 제3곡선부, 상기 제3곡선부에서 Z자 형상에서의 대각선 방향으로 일정 길이 연장되는 제2연결부, 상기 제2연결부의 끝단에서 상기 제3곡선부와 대칭적으로 형성되도록 휘어지는 제4곡선부, 상기 제4곡선부에서 상기 제1연결부와 대칭되게 수평으로 일정 길이 연장되는 제3연결부, 상기 제3연결부의 끝단에서 상기 제2곡선부와 대칭되게 일정 곡률반경으로 휘어지는 제5곡선부, 상기 제5곡선부와 회전 대칭적으로 형성되어 휘어지는 제6곡선부 및 상기 제6곡선부에서 일정 길이 연장되어 다른 하나의 실장 패드부의 제2연결점으로 연결되는 형상으로 이루어져, 상기 제1곡선부와 제2곡선부 및 상기 제5곡선부와 제6곡선부가 유선형으로 서로 반대방향으로 2회 절곡한 형상구간으로 형성되고, 상기 제1연결부와 제2연결부 및 제3연결부가 일정 곡률반경으로 휘어져 알파벳 Z자 형상 구간과 같은 형태로 이루어지는 특징이 있다.

또한, 본 발명의 상기 중공부는 상기 회로패턴의 외곽선을 절단하기 위한 칼날을 형성한 펀칭 지그(punching jig)를 사용하여, 상기 회로패턴의 위치에 맞추어 상기 외곽선을 절단하여 이루어지는 특징이 있다.

또한, 본 발명의 상기 플렉서블 기판은 앞면과 뒷면으로 전자 부품이 실장되게 동박이 형성되는 양면형(Double Side FPCB) 타입으로 이루어지는 특징이 있다.

또한, 본 발명의 상기 플렉서블 기판의 앞면으로 형성된 실장 패드부에 어레이 형태로 LED 소자를 어레이 형태로 장착하고, 뒷면으로 형성된 실장패드부에 BLE(Bluetooth Low Energy)를 기반으로 하여 동작되는 전자 부품 및 배터리를 실장하여 상기 LED가 동작되도록 하는 LED 작동 장치로 이루어지는 특징이 있다.

또한, 본 발명의 상기 배터리는 실장패드부 복수개에 각각 배치된 복수의 배터리들을 구비한 배터리 어레이를 포함하는 특징이 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 스트레처블 기판의 제조 방법으로는 일정 크기의 폴리이미드(PI) 필름에 전자 부품이 실장되도록 하는 하나 이상의 실장 패드부와 상기 실장 패드부를 회로적으로 연결하는 배선패턴으로 이루어진 회로패턴을 형성하는 플렉서블 기판(FPCB)을 제조하는 단계, 상기 플렉서블 기판의 회로패턴에 지정된 전자 부품을 실장하는 부품실장 단계 및 상기 부품이 실장된 플렉서블 기판을 펀칭 지그(punching jig)로 절단하여 상기 실장 패드부와 배선패턴을 제외하고는 중공부로 도려내는 작업을 수행하는 펀칭 단계로 이루어지는 특징이 있다. 여기서, 상기 배선패턴은 서로 인접한 제1 실장 패드부와 제2 실장 패드부 사이에 전체적으로 영문자 Z자 형상으로 영문자 Z자의 양단부 각각이 유선형으로 서로 다른 방향으로 2회 절곡하며 연장하여 제1 실장 패드부와 제2 실장 패드부 각각에 연결되는 모양을 구비할 수 있다.

또한, 본 발명의 상기 배선패턴은 어느 하나의 실장 패드부의 제1연결점에서 일정 길이 연장되도록 연결되어 일정 곡률반경으로 휘어지는 제1곡선부, 상기 제1곡선부에 회전 대칭적으로 형성되어 반대로 휘어지는 제2곡선부, 상기 제2곡선부에서 수평으로 일정 길이 연장되는 제1연결부, 상기 제1연결부의 끝단에서 일정 곡률반경으로 안쪽으로 휘어지는 제3곡선부, 상기 제3곡선부에서 Z자 형상에서의 대각선 방향으로 일정 길이 연장되는 제2연결부, 상기 제2연결부의 끝단에서 상기 제3곡선부와 대칭적으로 형성되도록 휘어지는 제4곡선부, 상기 제4곡선부에서 상기 제1연결부와 대칭되게 수평으로 일정 길이 연장되는 제3연결부, 상기 제3연결부의 끝단에서 상기 제2곡선부와 대칭되게 일정 곡률반경으로 휘어지는 제5곡선부, 상기 제5곡선부와 회전 대칭적으로 형성되어 휘어지는 제6곡선부 및 상기 제6곡선부에서 일정 길이 연장되어 다른 하나의 실장 패드부의 제2연결점으로 연결되는 형상으로 이루어져, 상기 제1곡선부와 제2곡선부 및 상기 제5곡선부와 제6곡선부가 유선형으로 서로 반대 방향으로 2회 절곡되는 형상으로 형성되고, 상기 제1연결부와 제2연결부 및 제3연결부가 일정 곡률반경으로 휘어지는 알파벳 Z자와 같은 형태로 이루어지는 특징이 있다.

또한, 본 발명의 상기 회로패턴의 외곽선은 절단을 위한 컷팅선으로 이루어지고, 상기 펀칭 지그(punching jig)는 상기 회로패턴의 컷팅선을 절단하기 위한 칼날을 형성하여, 상기 회로패턴의 위치에 맞추어 상기 컷팅선을 절단하기 위해 제조된 가공 기구인 특징이 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 스트레처블 기판 제조 방법은 일정 크기의 폴리이미드(PI) 필름에 전자 부품이 실장되도록 하는 하나 이상의 실장 패드부와 상기 실장 패드부를 회로적으로 연결하기 위한 배선패턴으로 이루어지는 회로패턴을 형성하고, 상기 회로패턴의 외곽선은 절단을 위한 컷팅선으로 이루어지는 플렉서블 기판(FPCB)을 제조하는 단계, 상기 제조된 플렉서블 기판의 컷팅선과 맞추어진 칼날이 구비된 펀칭 지그(punching jig)를 이용하여 상기 회로패턴의 컷팅선을 절단하여 상기 실장 패드부와 배선패턴을 제외하고는 중공부로 도려내는 펀칭 단계 및 상기 절단된 플렉서블 기판의 실장 패드부에 지정된 부품을 실장하는 부품실장 단계로 이루어져 스트레처블 기판이 완성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

전술한 스트레처블 기판 제조 방법에 의한 본 발명은 종래 기술에 적용되는 일반적인 단순 사선형 신축 패턴으로 되어 있거나, 직각으로 각진 파형, 지그재그형, 곡선 파형 및 말굽 파형과 같은 형상들과 대비하여, 전제적으로 Z자 형상 그리고 그 일부분이 2회 유선형 절곡 형상을 갖는 사두(巳頭, 또는 뱀의 형태)형의 웨이브(Wave)로 꼬여 있는 구조로 인하여 2회 절곡 부분에서 1차적으로, Z자 형상 부분에서 2차적으로 좌우측으로 늘어남으로써, 늘어남의 영역이 충분히 길어지고 우수한 인장 강도를 제공할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 스트레처블 기판 제조 방법에 따라 제작된 스트레처블 기판을 통하여 보다 유연성 있고 신축성을 가진 다양한 전자 장치를 개발할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 제작된 스트레처블 기판의 예시도이다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 스트레처블 기판 제조 방법의 순서도이다.

도 3은 본 발명에 따른 회로 패턴이 형성된 플렉서블 기판의 예시도이다.

도 4는 본 발명에 따른 배선패턴의 확대도이다.

도 5는 도 3과 같이 형성된 플렉서블 기판을 절단하기 위해 제조된 펀칭 지그의 예시도이다.

도 6은 본 발명에 따라 완성된 스트레처블 기판의 인장 성능을 테스트하는 예시도이다.

도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 스트레처블 기판 제조 방법의 순서도이다.

도 8은 본 발명의 제1 또는 제2 실시예에 따라 완성된 스트레처블 기판에 부품이 실장되어진 LED 회로기판의 평면도이고,

도 9는 도 8의 저면도이다.

도 10은 본 발명의 도 다른 실시예에 따른 스트레처블 기판을 설명하기 위한 개략도이다.

본 발명의 일 측면에 따른 스트레처블 기판은 일정 크기의 폴리이미드(PI) 소재로 이루어져 회로패턴이 형성되는 플렉서블 기판, 상기 플렉서블 기판에 전자 부품이 실장되도록 형성되는 하나 이상의 실장 패드부, 상기 플렉서블 기판에서 서로 인접하게 위치하는 어느 하나의 실장 패드부(제1 실장 패드부)와 다른 하나의 실장 패드부(제2 실장 패드부)를 전기적으로 연결하는 배선패턴 및 상기 플렉서블 기판에서 실장 패드부와 배선패턴으로 이루어진 회로패턴의 외곽선을 따라 절단되어 공간이 비어있도록 형성되는 중공부를 포함하며, 여기서 배선패턴은 상기 제1 실장 패드부와 상기 제2 실장 패드부 사이에 전체적으로 영문자 Z자 형상으로 영문자 Z자의 양단부 각각이 유선형으로 서로 다른 방향으로 2회 절곡하며 연장하여 상기 제1 실장 패드부와 상기 제2 실장 패드부 각각에 연결되는 모양을 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 아래와 같다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 스트레처블 기판의 예시도로서, 펀칭 지그에 의해 절단되어 완성된 스트레처블 기판을 보여주고 있다.

도시에서와 같이 본 발명의 스트레처블 기판(1)은 일정 크기의 폴리이미드(PI) 소재로 이루어져 회로패턴이 형성되는 플렉서블 기판과, 상기 플렉서블 기판에 전자 부품이 실장되도록 형성되는 하나 이상의 실장 패드부(100), 상기 플렉서블 기판에서 어느 하나의 실장 패드부(100)와 다른 하나의 실장 패드부(100)를 전기적으로 연결하기 위하여 실장 패드부(100)에 근접한 일부분이 유선형으로 서로 다른 방향으로 2회 절곡한 형상 구간으로 형성되고, 가운데 위치한 중간 부분이 알파벳 Z자의 형상 구간을 갖도록 연결되어 형성되는 배선패턴(200) 및 상기 플렉서블 기판에서 상기 실장 패드부(100)와 배선패턴으로 이루어진 회로패턴(200)의 외곽선을 따라 절단되어 공간이 비어있도록 형성되는 중공부(300)를 포함하여 이루어진다.

이러한 스트레처블 기판(1)을 제작하기 위하여 본 발명에서는 다음과 같은 제조 방법을 사용하여 이를 구현한다.

이에 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 스트레처블 기판 제조 방법의 순서도이고, 도 3은 본 발명에 따른 회로패턴이 형성된 플렉서블 기판의 예시도이다.

도 2에서와 같이 본 발명의 제1실시예에 의한 스트레처블 기판 제조 방법은 플렉서블 기판(FPCB)을 제조하는 단계(S100), 부품실장 단계(S200) 및 플렉서블 기판의 컷팅선을 절단하는 펀칭 단계(S300)의 과정으로 이루어질 수 있다.

이를 설명하면 먼저 상기 플렉서블 기판을 제조하는 단계(S100)는 일정 크기로 제단된 베이스 필름에 회로패턴을 형성하여 전기회로로서 기능할 수 있는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)를 제조하는 단계이다.

이때 상기 베이스 필름은 우수한 전기적 특성과 열적 안정성을 갖는 연성재료인 폴리이미드(Polymide, PI) 소재로 이루어질 수 있다. 이에 따라 상기 베이스 필름은 굴곡성을 갖는 특성으로 유연하게 구부러질 수 있다.

여기서 상기 플렉서블 기판에 형성되는 회로패턴은 하나 이상의 전자 부품이 실장되기 위한 다수의 실장 패드부(100)와 상기 실장 패드부(100)를 회로적으로 연결하기 위한 배선패턴(200)의 구조로 이루어질 수 있다.

이때 상기 실장 패드부(100)는 베이스 필름의 앞면에만 동막이 형성되는 단면(Single Side) FPCB 타입과 앞면 뒷면으로 전자 부품이 실장되게 동박이 형성되는 양면(Double Side) FPCB 타입으로 이루어질 수 있다. 이러한 플렉서블 기판(Flexible Printed Circuit Board)에 대한 자세한 회로패턴 생성 공정은 공지의 기술로서 생략한다.

단, 본 발명의 회로패턴에 있어서, 실장 패드부(100)와 배선패턴(200)의 외곽 라인은 절단을 위한 컷팅선으로 이루어지는데, 이는 실장 패드부(100)와 배선패턴(200)의 외곽 라인을 칼날 또는 펀칭 지그(punching jig)를 이용하여 절단할 수 있도록 하기 위함이다.

도 3은 플렉서블 기판을 제조하는 단계를 통하여 제조된 FPCB 기판의 예시를 보여주고 있다. 그리고 도 4는 본 발명에 따른 플렉서블 기판을 제조하는 단계(S100)에 의하여 형성된 배선패턴의 확대도이다.

즉 본 발명에서 제조되는 스트레처블 기판(1)은 신축 및 우수한 인장 성능을 위하여 도 4와 같은 구조를 갖는 특수한 배선패턴(200)을 각각의 실장 패드부(100)의 회로 연결 라인으로 동일 반복되도록 구성하게 된다.

이에 본 발명의 상기 배선패턴(200)을 도 4를 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 배선패턴(200)은 어느 하나의 실장 패드부(100)의 제1연결점(110)에서 연결되어 일정 곡률반경으로 휘어지는 제1곡선부(210)를 갖는다. 상기 제1곡선부(210)가 도시에서는 상방으로 휘어지도록 형성되었으나, 반대편의 제2연결점(120)에서와 같이 하방으로 휘어져 연결되듯이 초기 제1곡선부(210)의 방향은 상방 또는 하방 중 어느 특정 방향을 구애받지는 않는다.

이어서 상기 제1곡선부(210)에서 곡률반경이 회전 대칭적으로 형성되어 반대로 휘어지면서 연결되는 제2곡선부(220)가 형성된다.

즉 어느 한쪽의 실장 패드부 측에서 길이가 연장되면서 상방 및 하방으로 유선형으로 2회 절곡한 형태로 휘어지는 제1곡선부(210)와 제2곡선부(220)를 형성하게 된다.

다음 상기 제2곡선부(220)에서 수평으로 일정 길이 연장되도록 제1연결부(230)를 형성한다.

그리고 상기 제1연결부(230)의 끝단에서 일정 곡률반경으로 안쪽으로 휘어지도록 하는 제3곡선부(240)를 형성한다.

다음 제3곡선부(240)에서 양쪽의 실장 패드부(100) 사이에서 대각선으로 일정 길이 연장되는 제2연결부(250)를 형성한다.

다음으로 상기 제2연결부(250)의 끝단에서 바깥쪽으로 휘어지도록, 도시에서는 제3곡선부(240)와 대각선 방향에서 서로 대칭적으로 형성되어 휘어지는 제4곡선부(260)를 형성한다.

그리고 상기 제4곡선부(260)에서 위쪽의 제1연결부(230)와 대칭적으로 수평으로 일정 길이 연장되는 제3연결부(270)를 형성한다.

이러한 상기 제1연결부(230)와 대각선의 제2연결부(250) 및 제3연결부(270)는 일정 곡률반경을 가지고 휘어지는 Z자와 같은 형태로 보일 수 있다.

다시 상기 제3연결부(270)의 끝단에서 제2곡선부(220)와 대각선으로 대칭되게 일정 곡률반경으로 휘어지는 제5곡선부(280)를 형성하고, 제5곡선부(280)와 회전 대칭적으로 형성되어 반대로 휘어지면서 연결되는 제6곡선부(290)를 형성한다.

여기서의 제5곡선부(280)와 제6곡선부(290)는 상기 제1곡선부(210), 제2곡선부(220)와 대각선 방향에서 서로 대칭을 이뤄 동일 형상의 서로 다른 방향으로의 2회 절곡 형태로 휘어지는 모양을 갖게 됨을 알 수 있다.

끝으로 상기 제6곡선부(290)는 길이 연장되어 다른 하나의 실장 패드부(100)의 제2연결점(120)으로 연결됨으로서, 본 발명의 배선패턴(200)이 실장 패드부(100)를 서로 연결하도록 완성된다.

즉 본 발명의 배선패턴(200)은 좌우상하가 대칭적인 구조를 갖으며, 일부분이 서로 다른 방향의 유선형 2회 절곡 형상, 가운데의 특정 부분이 Z자의 형상을 갖는 사두(巳頭, 또는 뱀의 형태)형의 웨이브(Wave)로 꼬여 있는 구조를 갖게 된다.

이러한 배선패턴(200)의 구조는 일반적으로 가운데 신축 구간이 단순 사선형으로 되어 있거나, 직각으로 각진 파형, 지그재그형, 곡선 파형 및 말굽 파형과 같은 종래의 형상들과 대비하여, 본 발명의 배선패턴(200)의 꼬인 부분인 제1곡선부(210), 제2곡선부(220) 및 제5곡선부(280)와 제6곡선부(290)의 유선형 2회 절곡 구간에서 1차적으로, 제1연결부(230)와 제2연결부(250) 및 제3연결부(270)의 Z자 구간에서 2차적으로 좌우로 더 늘어나는 효과가 있으며, 또한, 좌우측으로 충분한 인장 강도를 제공할 수 있는 장점을 제공하게 된다.

이에 본 발명의 일실시예에 따라 먼저 제조된 플렉서블 기판(FPCB)의 표면에 지정된 전자 부품을 실장하는 부품실장 단계(S200)을 수행한다. 이는 일반적인 SMT(Surface Mounted Technology) 과정으로서, 자세한 내용은 생략한다.

다음으로 상기 펀칭 단계(S300)는 부품이 실장된 플렉서블 기판에 맞는 펀칭 지그를 이용하여 상기 컷팅선을 절단하는 단계이다.

이에 따라 도 5는 상기 도 3으로 형성된 플렉서블 기판을 절단하기 위해 제조된 펀칭 지그의 예시도이다.

일반적으로 지그(jig)란 가공 대상물의 위치를 결정하고 잡아서 고정하며, 툴을 가이드하는 기능까지 가진 가공 장치로서, 도시의 펀칭 지그(punching jig)는 실장 패드부와 배선패턴(200)의 외곽 라인(컷팅선)에 맞추어 절단(punching)을 위한 칼날이 형성되어, 플렉서블 기판의 외곽선(컷팅선)을 절단하기 위해 제조된 가공 기구라 할 수 있다.

이에 상기 펀칭 단계(S300)는 펀칭 지그를 이용하여 부품이 실장된 플렉서블 기판의 컷팅선과 절단을 위한 칼날을 서로 맞추어서 상기 컷팅선을 절단(punching)하여, 실장 패드부(100)와 배선패턴(200)을 제외하고는 공간이 비어있게 중공부(300)로 도려내는 작업을 수행하는 단계라 할 수 있다.

상기 펀칭 단계(S300)를 거치면 절단에 의해 중공된 중공부(300)와 부품이 실장된 실장 패드부(100)와 배선패턴(200)만이 남게 되고 최종적으로 스트레처블 기판(1)이 완성되게 된다.

이에 따라 도 1은 도 3의 플렉서블 기판을 도 5의 펀칭 지그에 의해 절단하여 완성한 스트레처블 기판의 예시도로서, 도 1과 같이 완성된 스트레처블 기판은 실장 패드부(100) 및 배선패턴(200)과 잘려진 공간으로서의 중공부(300)로 구분되는 형태를 갖게 된다.

도 6은 본 발명에 따라 완성된 스트레처블 기판(1)의 인장 성능을 테스트하는 예시도로서, 실장 패드부(100)의 사이에서 배선패턴(200)의 효과적인 늘어짐을 확인하는 상태를 보여주고 있다.

이에 본 발명의 스트레처블 기판(1)은 상술된 배선패턴(200)의 제1곡선부(210), 제2곡선부(220) 및 제5곡선부(280)와 제6곡선부(290)의 유선형 2회 절곡 구간과 제1연결부(230)와 제2연결부(250) 및 제3연결부(270)의 Z자 구간에서의 이중으로 늘어지는 특성으로 인하여 종래의 스트레처블 기판보다 늘어짐의 영역이 증가되며, 효과적인 인장 성능을 발휘할 수 있게 됨을 알 수 있다.

또한, 본 발명은 스트레처블 기판 제조 방법의 순서로서, 상기 제1실시예에 따른 플렉서블 기판(FPCB)을 제조하는 단계(S100), 부품실장 단계(S200) 및 플렉서블 기판의 컷팅선을 절단하는 펀칭 단계(S300)의 과정과 다르게, 플렉서블 기판(FPCB)을 제조하는 단계(S100), 플렉서블 기판의 컷팅선을 절단하는 펀칭 단계(S300) 및 실장 패드부에 지정된 부품을 실장하는 부품실장 단계(S200)를 갖는 제2실시예로 구현될 수도 있다.

이에 도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 스트레처블 기판 제조 방법의 순서도로서, 플렉서블 기판(FPCB)을 제조하는 단계(S100)를 거친 이후에 플렉서블 기판의 컷팅선을 절단하는 펀칭 단계(S300)를 먼저 수행하고 다음으로 실장 패드부에 지정된 부품을 실장하는 부품실장 단계(S200)를 수행하게 된다. 이때 각각의 단계별 수행되는 기본적인 세부 과정 및 배선패턴의 형상은 상술된 제1실시예와 동일하다.

도 8은 본 발명의 제1 또는 제2 실시예에 따라 완성된 스트레처블 기판에 부품이 실장되어진 LED 회로기판의 평면도이고, 도 9는 도 8의 저면도이다.

도 8 및 도 9에서와 같이 본 발명의 제1 또는 제2 실시예를 통하여 상기 플렉서블 기판의 앞면으로 형성된 실장 패드부에 LED 소자를 어레이 형태로 장착하고, 뒷면으로 형성된 실장패드부에는 BLE(Bluetooth Low Energy)를 기반으로 하여 동작되는 전자 부품 및 배터리 기타 전원스위치와 정전압회로, 부스트 회로(Boost circuit)를 실장함으로써, 상기 LED가 동작되도록 하는 LED 작동 장치로 이루어지는 스트레처블 LED 기판을 제공할 수 있게 된다.

이러한 본 발명의 스트레처블 기판 제조방법에 따라 제작된 스트레처블 LED 기판은 플렉서블 기판(FPCB)의 실장 패드부(100)에 장착되는 LED 또는 관련 전자 부품들이 더욱 유연하게 구부러질 수 있으며, 실장 패드부(100)를 연결하는 배선기판(200)의 사두(巳頭)형의 웨이브(Wave) 구조에 의하여 늘어짐의 영역이 증대되고 효과적인 인장 성능을 발휘할 수 있는 스트레처블(Stretchable)한 장치로 작동하면서 LED를 발광할 수 있게 된다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스트레처블 기판을 설명하기 위한 개략도이다.

도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 스트레처블 기판은 플렉서블 기판의 앞면 또는 뒷면의 실장 패드부들 중 어느 하나 또는 복수의 실장 패드부에 무선 전력을 받기 위한 코일(500; 이차코일)을 구비할 수 있다. 코일(500)은 충방전 제어회로를 통해 배터리에 연결되어 외부 무선 전력을 받아 배터리 충전하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 충방전 제어회로는 코일(500)에 유기되는 에너지를 배터리에 충전 가능한 전력으로 변환하는 변환회로를 포함하거나 별도로 구비할 수 있다.

또한, 충방전 제어회로는 배터리 어레이의 개별 배터리나 전체 배터리들의 충방전을 제어할 수 있고, 각 배터리의 잔량(state of charge, SOC)에 따라 배터리의 충반전을 제어하여 배터리 동작의 안정성과 배터리 수명을 확보하도록 동작할 수 있다.

전술한 바와 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 바람직한 실시예들에 관하여 설명하였지만, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.

Claims

일정 크기의 폴리이미드(PI) 소재로 이루어져 회로패턴이 형성되는 플렉서블 기판;

상기 플렉서블 기판에 전자 부품이 실장되도록 형성되는 하나 이상의 실장 패드부;

상기 플렉서블 기판에서 서로 인접한 제1 실장 패드부와 제2 실장 패드부를 전기적으로 연결하는 배선패턴; 및

상기 플렉서블 기판에서 상기 실장 패드부와 배선패턴으로 이루어진 회로패턴의 외곽선을 따라 절단되어 공간이 비어있도록 형성되는 중공부를 포함하며,

상기 배선패턴은 상기 제1 실장 패드부와 상기 제2 실장 패드부 사이에 전체적으로 아라비아숫자 2자 형상으로 아라비아숫자 2의 양단부 각각이 유선형으로 서로 다른 방향으로 2회 절곡하며 연장하여 상기 제1 실장 패드부와 상기 제2 실장 패드부 각각에 연결되는 모양을 구비하는 것을 특징으로 하는 스트레처블 기판.
청구항 1에 있어서,

상기 배선패턴은

어느 하나의 실장 패드부의 제1연결점에서 일정 길이 연장되도록 연결되어 일정 곡률반경으로 휘어지는 제1곡선부,

상기 제1곡선부에 회전 대칭적으로 형성되어 반대로 휘어지는 제2곡선부,

상기 제2곡선부에서 수평으로 일정 길이 연장되는 제1연결부,

상기 제1연결부의 끝단에서 일정 곡률반경으로 안쪽으로 휘어지는 제3곡선부,

상기 제3곡선부에서 Z자 형상에서의 대각선 방향으로 일정 길이 연장되는 제2연결부,

상기 제2연결부의 끝단에서 상기 제3곡선부와 대칭적으로 형성되도록 휘어지는 제4곡선부,

상기 제4곡선부에서 상기 제1연결부와 대칭되게 수평으로 일정 길이 연장되는 제3연결부,

상기 제3연결부의 끝단에서 상기 제2곡선부와 대칭되게 일정 곡률반경으로 휘어지는 제5곡선부,

상기 제5곡선부와 회전 대칭적으로 형성되어 휘어지는 제6곡선부 및

상기 제6곡선부에서 일정 길이 연장되어 다른 하나의 실장 패드부의 제2연결점으로 연결되는 형상으로 이루어져,

상기 제1곡선부와 제2곡선부 및 상기 제5곡선부와 제6곡선부가 유선형으로 서로 다른 방향으로 2회 절곡한 형상으로 휘어지고, 상기 제1연결부와 제2연결부 및 제3연결부가 일정 곡률반경으로 휘어져 알파벳 Z자 또는 아라비아숫자 2자의 형상 구간과 같은 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스트레처블 기판.
청구항 1에 있어서,

상기 중공부는 상기 회로패턴의 외곽선을 절단하기 위한 칼날을 형성한 펀칭 지그(punching jig)를 사용하여, 상기 회로패턴의 위치에 맞추어 상기 외곽선을 절단하여 이루어진 것을 특징으로 하는 스트레처블 기판.
청구항 1에 있어서,

상기 플렉서블 기판은 앞면과 뒷면으로 전자 부품이 실장되게 동박이 형성되는 양면형(Double Side FPCB) 타입으로 이루어진 것을 특징으로 하는 스트레처블 기판.
청구항 1에 있어서,

상기 플렉서블 기판의 앞면 또는 뒷면의 실장 패드부들 중 어느 하나 또는 복수의 실장 패드부에 무선 전력을 받기 위한 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레처블 기판.
청구항 4 또는 5에 있어서,

상기 플렉서블 기판의 앞면으로 형성된 실장 패드부에 어레이 형태로 LED 소자를 장착하고, 뒷면으로 형성된 실장패드부에 BLE(Bluetooth Low Energy)를 기반으로 하여 동작되는 전자 부품 및 배터리를 실장하여 상기 LED가 동작되도록 하는 LED 작동 장치로 이루어지며,

상기 배터리는 실장패드부 복수개에 각각 배치된 복수의 배터리들을 구비한 배터리 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레처블 기판.
스트레처블 기판의 제조 방법에 있어서,

일정 크기의 폴리이미드(PI) 필름에 전자 부품이 실장되도록 하는 하나 이상의 실장 패드부와 상기 실장 패드부를 회로적으로 연결하는 회로패턴을 형성하는 플렉서블 기판(FPCB)을 제조하는 단계-여기서 상기 배선패턴은 상기 제1 실장 패드부와 상기 제2 실장 패드부 사이에 전체적으로 알파벳 Z자의 형상으로 알파벳 Z의 양단부 각각이 유선형으로 서로 다른 방향으로 2회 절곡하며 연장하여 상기 제1 실장 패드부와 상기 제2 실장 패드부 각각에 연결되는 모양을 구비함-;

상기 플렉서블 기판의 상기 회로패턴에 지정된 전자 부품을 실장하는 부품실장 단계; 및

상기 부품이 실장된 플렉서블 기판을 펀칭 지그(punching jig)로 절단하여 상기 실장 패드부와 배선패턴을 제외하고는 중공부로 도려내는 작업을 수행하는 펀칭 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스트레처블 기판 제조 방법.
청구항 7에 있어서,

상기 배선패턴은

어느 하나의 실장 패드부의 제1연결점에서 일정 길이 연장되도록 연결되어 일정 곡률반경으로 휘어지는 제1곡선부,

상기 제1곡선부에 회전 대칭적으로 형성되어 반대로 휘어지는 제2곡선부,

상기 제2곡선부에서 수평으로 일정 길이 연장되는 제1연결부,

상기 제1연결부의 끝단에서 일정 곡률반경으로 안쪽으로 휘어지는 제3곡선부,

상기 제3곡선부에서 Z자 형상에서의 대각선 방향으로 일정 길이 연장되는 제2연결부,

상기 제2연결부의 끝단에서 상기 제3곡선부와 대칭적으로 형성되도록 휘어지는 제4곡선부,

상기 제4곡선부에서 상기 제1연결부와 대칭되게 수평으로 일정 길이 연장되는 제3연결부,

상기 제3연결부의 끝단에서 상기 제2곡선부와 대칭되게 일정 곡률반경으로 휘어지는 제5곡선부,

상기 제5곡선부와 회전 대칭적으로 형성되어 휘어지는 제6곡선부 및

상기 제6곡선부에서 일정 길이 연장되어 다른 하나의 실장 패드부의 제2연결점으로 연결되는 형상으로 이루어져,

상기 제1곡선부와 제2곡선부 및 상기 제5곡선부와 제6곡선부가 유선형으로 서로 다른 방향으로 2회 절곡하고, 상기 제1연결부와 제2연결부 및 제3연결부가 일정 곡률반경으로 휘어지는 Z자와 같은 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스트레처블 기판 제조 방법.
청구항 7에 있어서,

상기 회로패턴의 외곽선은 절단을 위한 컷팅선으로 이루어지고, 상기 펀칭 지그(punching jig)는 상기 회로패턴의 컷팅선을 절단하기 위한 칼날을 형성하여, 상기 회로패턴의 위치에 맞추어 상기 컷팅선을 절단하기 위해 제조된 가공 기구인 것을 특징으로 하는 스트레처블 기판 제조 방법.
일정 크기의 폴리이미드(PI) 필름에 전자 부품이 실장되도록 하는 하나 이상의 실장 패드부와 상기 실장 패드부를 회로적으로 연결하기 위한 배선패턴으로 이루어지는 회로패턴을 형성하고, 상기 회로패턴의 외곽선은 절단을 위한 컷팅선으로 이루어지는 플렉서블 기판(FPCB)을 제조하는 단계,

상기 제조된 플렉서블 기판의 컷팅선과 맞추어진 칼날이 구비된 펀칭 지그(punching jig)를 이용하여 상기 회로패턴의 컷팅선을 절단하여 상기 실장 패드부와 배선패턴을 제외하고는 중공부로 도려내는 펀칭 단계 및

상기 절단된 플렉서블 기판의 실장 패드부에 지정된 부품을 실장하는 부품실장 단계로 이루어져 스트레처블 기판이 완성되되,

상기 배선패턴은

어느 하나의 실장 패드부의 제1연결점에서 일정 길이 연장되도록 연결되어 일정 곡률반경으로 휘어지는 제1곡선부,

상기 제1곡선부에 회전 대칭적으로 형성되어 반대로 휘어지는 제2곡선부,

상기 제2곡선부에서 수평으로 일정 길이 연장되는 제1연결부,

상기 제1연결부의 끝단에서 일정 곡률반경으로 안쪽으로 휘어지는 제3곡선부,

상기 제3곡선부에서 Z자 형상에서의 대각선 방향으로 일정 길이 연장되는 제2연결부,

상기 제2연결부의 끝단에서 상기 제3곡선부와 대칭적으로 형성되도록 휘어지는 제4곡선부,

상기 제4곡선부에서 상기 제1연결부와 대칭되게 수평으로 일정 길이 연장되는 제3연결부,

상기 제3연결부의 끝단에서 상기 제2곡선부와 대칭되게 일정 곡률반경으로 휘어지는 제5곡선부,

상기 제5곡선부와 회전 대칭적으로 형성되어 휘어지는 제6곡선부 및

상기 제6곡선부에서 일정 길이 연장되어 다른 하나의 실장 패드부의 제2연결점으로 연결되는 형상으로 이루어져,

상기 제1곡선부와 제2곡선부 및 상기 제5곡선부와 제6곡선부가 유선형으로 서로 다른 방향으로 2회 절곡하고, 상기 제1연결부와 제2연결부 및 제3연결부가 일정 곡률반경으로 휘어지는 알파벳 Z자와 같은 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스트레처블 기판 제조 방법.