KR100711585B1 - Method for directly bonding flexible printed circuit board and rigid printed board at room temperature using ultrasonic wave - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연성 프린트 기판의 전극 단자들과 경성 프린트 기판의 전극 단자들을 접합 매개물 없이 상온에서 직접 접합할 수 있는 연성 프린트 기판과 경성 프린트 기판의 접합 방법을 제공한다. 상기 방법은, 양 단부에 다수의 제1 전극 단자들을 가진 연성 프린트 기판과 적어도 일측 단부에 다수의 제1 전극 단자들을 가진 적어도 하나의 경성 프린트 기판을 준비하는 단계; 상기 연성 프린트 기판과 상기 경성 프린트 기판의 상기 제1 전극 단자들과 상기 경성 프린트 기판의 상기 제2 전극 단자들을 플라즈마 분위기에서 세정하는 단계; 및 상기 연성 프린트 기판의 상기 제1 전극 단자들을 상기 경성 프린트 기판의 상기 제2 전극 단자들을 1대 1 대응시켜 서로 맞대고, 상온에서 상기 연성 프린트 기판의 상기 제1 전극부의 외측으로부터 압력과 초음파를 가하여 상기 제1 전극 단자들을 상기 제2 전극 단자들에 접합하는 단계를 포함한다.The present invention provides a method of joining a flexible printed circuit board and a rigid printed circuit board capable of directly bonding the electrode terminals of the flexible printed circuit board and the electrode terminals of the rigid printed board at room temperature without a bonding medium. The method includes preparing a flexible printed circuit board having a plurality of first electrode terminals at both ends and at least one rigid printed substrate having a plurality of first electrode terminals at at least one end; Cleaning the flexible printed board, the first electrode terminals of the rigid printed board, and the second electrode terminals of the rigid printed board in a plasma atmosphere; And abutting the first electrode terminals of the flexible printed circuit board to one-to-one correspondence with the second electrode terminals of the rigid printed substrate, and applying pressure and ultrasonic waves from an outside of the first electrode portion of the flexible printed circuit board at room temperature. Bonding the first electrode terminals to the second electrode terminals.
연성 프린트 기판, 경성 프린트 기판, 접합 Flexible Printed Board, Rigid Printed Board, Bonded
Description
도 1은 본 발명에 따르는 연성 프린트 기판과 경성 프린트 기판의 접합 방법에 사용되는 접합 장치의 모식도이고, 1 is a schematic diagram of a bonding apparatus used in a bonding method of a flexible printed circuit board and a rigid printed substrate according to the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 연성기판과 경성기판의 상온 접합의 실시도이고,2 is an illustration of room temperature bonding of a flexible substrate and a rigid substrate according to an embodiment of the present invention,
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 접합계면 사진이다.3 is a photograph of the junction interface according to an embodiment of the present invention.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>
10 : 연성 프린트 기판 20 : 경성 프린트 기판10: flexible printed board 20: rigid printed board
30 : 다이 40 : 초음파 혼30: die 40: ultrasonic horn
50 : 이동 유닛50: mobile unit
본 발명은 연성 프린트 기판과 경성 프린트 기판의 접합 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 연성 프린트 기판과 경성 프린트 기판의 전극들을 초음파를 이용하여 상온에서 직접 접합하기 위한 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a bonding technology of a flexible printed circuit board and a rigid printed board, and more particularly, to a method for directly bonding electrodes of a flexible printed circuit board and a rigid printed board at room temperature using ultrasonic waves.
연성 프린트 기판(flexible printed circuit (FPC) substrate)은 일반적으로 두 개의 서로 분리된 기판들의 상호 대응하는 전극들을 연결하기 위하여 사용된다. 즉, 두 개의 서로 분리된 기판들을 동일 평면상에 배치하도록 설계하는 것은 더 많은 기판 실장 면적을 필요로 하므로, 이러한 실장 면적을 줄여서 유효 면적을 최대한 확보하기 위하여 사용되는 기술이다. Flexible printed circuit (FPC) substrates are generally used to connect mutually corresponding electrodes of two separate substrates. That is, designing two substrates separated from each other on the same plane requires more substrate mounting area, and thus is a technique used to maximize the effective area by reducing the mounting area.
예를 들어, 액정표시장치는 게이트 구동회로를 위한 게이트용 경성 프린트 기판과, 상기 게이트용 경성 프린트 기판과 분리되어 데이터 구동회로를 위한 데이터용 경성 프린트 기판을 가지는데, 이들 게이트용 경성 프린트 기판과 데이터용 경성 프린트 기판은 연성 프린트 기판을 이용하여 전기적으로 서로 연결된다. 아울러, 이들 경성 프린트 기판들은 연성 프린트 기판을 이용하여 서로 연결되기 때문에, 액정표시 패널의 후면에 접혀져서 실장되어 유효 면적 대비 제품 크기를 감소시키는데 기여한다. For example, a liquid crystal display device has a hard printed board for a gate for a gate driving circuit and a hard printed board for data for a data driving circuit separated from the hard printed board for the gate. The rigid printed boards for data are electrically connected to each other using a flexible printed board. In addition, since these rigid printed boards are connected to each other using a flexible printed board, they are folded and mounted on the rear surface of the liquid crystal display panel, thereby contributing to reducing the product size relative to the effective area.
이러한 연성 프린트 기판의 해당 전극들을 경성 프린트 기판의 해당 전극들과 전기적으로 연결하는 종래의 방법으로는 컨넥터를 이용한 방법과 도전성 접착 필름 (Adhesive Conductive Film: ACF)을 이용하는 방법이 있다. Conventional methods for electrically connecting the corresponding electrodes of the flexible printed board with the corresponding electrodes of the rigid printed board include a method using a connector and a method using an conductive adhesive film (ACF).
컨넥터를 이용한 방법은 컨넥터 자체의 부피가 너무 커서 많은 공간을 차지하는 단점과, 이물질 등으로 인하여 접속 불량이 발생하는 단점이 있다. The method using the connector has the disadvantage that the volume of the connector itself is too large to occupy a lot of space, and a poor connection occurs due to foreign matters.
또한, ACF를 이용한 방법은 100 - 200 ℃의 고온에서 접합이 이루어지기 때문에 에너지 소모가 크다는 단점과, 연성 기판 및 전자 부품들이 열로 인하여 손상될 수 도 있는 단점과, ACF 재료비가 소요되는 단점과, 사용중 흡습 및 열변화에 취약하다는 단점과, 접속부의 전기 저항이 크다는 단점이 있다. In addition, the method using the ACF is a high energy consumption because the bonding is made at a high temperature of 100-200 ℃, the disadvantage that the flexible substrate and electronic components may be damaged by heat, the disadvantage that the ACF material cost, There are disadvantages of being vulnerable to moisture absorption and heat change during use, and a disadvantage of large electrical resistance of the connection portion.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일 목적은 연성 프린트 기판의 전극 단자들과 경성 프린트 기판의 전극 단자들을 접합 매개물 없이 상온에서 직접 접합할 수 있는 연성 프린트 기판과 경성 프린트 기판의 접합 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a flexible printed circuit board that can directly connect the electrode terminals of the flexible printed circuit board and the electrode terminals of the rigid printed substrate at room temperature without a bonding medium To provide a method of bonding a rigid printed circuit board.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 양 단부에 다수의 제1 전극 단자들을 가진 연성 프린트 기판과 적어도 일측 단부에 다수의 제2 전극 단자들을 가진 적어도 하나의 경성 프린트 기판을 준비하는 단계; 상기 연성 프린트 기판의 상기 제1 전극 단자들과 상기 경성 프린트 기판의 상기 제2 전극 단자들을 플라즈마 분위기에서 세정하는 단계; 및 상기 연성 프린트 기판의 상기 제1 전극 단자들을 상기 경성 프린트 기판의 상기 제2 전극 단자들을 1대 1 대응시켜 서로 맞대고, 상온에서 상기 연성 프린트 기판의 상기 제1 전극부의 외측으로부터 압력과 초음파를 가하여 상기 제1 전극 단자들을 상기 제2 전극 단자들에 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용하여 연성 프린트 기판과 경성 프린트 기판을 상온에서 직접 접합하기 위한 방법을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention is to provide a flexible printed circuit board having a plurality of first electrode terminals at both ends and at least one rigid printed substrate having a plurality of second electrode terminals at at least one end; Cleaning the first electrode terminals of the flexible printed circuit board and the second electrode terminals of the rigid printed substrate in a plasma atmosphere; And abutting the first electrode terminals of the flexible printed circuit board to one-to-one correspondence with the second electrode terminals of the rigid printed substrate, and applying pressure and ultrasonic waves from an outside of the first electrode portion of the flexible printed circuit board at room temperature. And bonding the first electrode terminals to the second electrode terminals to directly bond the flexible printed circuit board to the rigid printed substrate at room temperature using ultrasonic waves.
바람직하게는, 상기 플라즈마 분위기는 아르곤 (Ar) 플라즈마, Ar+(5, 10, 15)%의 H2 플라즈마, Ar+(5, 10)%의 O2 플라즈마로 구성되는 그룹으로부터 선택된 플라즈마 분위기이다. Preferably, the plasma atmosphere is a plasma atmosphere selected from the group consisting of argon (Ar) plasma, Ar + (5, 10, 15)% H 2 plasma, and Ar + (5, 10)% O 2 plasma.
바람직하게는, 상기 선택된 플라즈마는 약 0.1~1KW의 출력을 갖는 것을 이용한다.Preferably, the selected plasma is used having an output of about 0.1 ~ 1KW.
바람직하게는, 상기 초음파는 초음파를 가하는 혼을 포함하는 초음파 장치에 의하여 수행되고, 상기 혼은 상기 제1 전극들과 상기 제2 전극들의 접합 길이보다 약 0-30% 큰 길이 범위를 갖는다. Preferably, the ultrasonic wave is performed by an ultrasonic device including an ultrasonic wave horn, and the horn has a length range of about 0-30% greater than the junction length of the first electrodes and the second electrodes.
바람직하게는, 상기 제1 전극들과 상기 제2 전극들은 각각 인접한 전극들 사이의 간격이 적어도 0.1 mm 이상이다. Preferably, the first electrodes and the second electrodes each have a spacing between adjacent electrodes of at least 0.1 mm or more.
바람직하게는, 상기 제1 전극 단자들과 상기 제2 전극 단자들은 각각 구리로 이루어지거나 구리 위에 형성된 니켈/금 도금막을 포함한다. Preferably, the first electrode terminals and the second electrode terminals each include a nickel / gold plated film made of copper or formed on copper.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들이 설명된다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따르는 연성 프린트 기판과 경성 프린트 기판의 접합 방법에 사용되는 접합 장치의 모식도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram of the bonding apparatus used for the bonding method of a flexible printed circuit board and a rigid printed substrate which concerns on this invention.
도 1을 참조하면, 상기 접합 장치는 접합될 연성 프린트 기판(10)과 경성 프린트 기판(20)이 올려지는 다이(30)와, 경성 프린트 기판(20)의 전극 단자들과 연 성 프린트 기판(10)의 전극 단자들이 정렬될 상태에서, 상기 연성 프린터 기판(10)의 후면으로부터 접합부를 초음파를 이용하여 가압하는 초음파 혼 (40) (horn: 초음파를 가하는 팁(tip))을 포함한다. 상기 초음파 혼(40)은 거기에 연결되어 상기 초음파 혼(40)을 상하로 이동시킬 수 있는 이동 유닛(50)과 연결된다. Referring to FIG. 1, the bonding apparatus includes a
상기한 접합 장치를 이용하여 경성 프린트 기판(20)과 연성 프린트 기판(10)을 접합하는 방법이 설명된다. The method of joining the rigid printed
먼저, 도 2에 도시된 것처럼, 양 단부에 다수의 제1 전극 단자들을 가진 연성 프린트 기판(10)과 적어도 일측 단부에 다수의 제2 전극 단자들을 가진 적어도 하나의 경성 프린트 기판(FR-4)(20)이 준비된다. First, as shown in FIG. 2, a flexible printed
접합될 상기 제1 전극 단자들과 상기 제2 전극 단자들은 각각 구리만으로 이루어지거나 구리 위에 니켈/금 도금막이 형성된 이층 구조로 이루어진다. 상기 제1 전극들과 상기 제2 전극들의 각 전극 단자는 예를 들어 0.2, 0.3, 0.4, 0.5mm의 피치를 가지고, 접합 공정시 인접한 전극들이 서로 쇼트되지 않도록 인접한 전극들 사이의 간격이 적어도 0.1 mm 이상이다. The first electrode terminals and the second electrode terminals to be bonded each have a double layer structure made of copper only or a nickel / gold plated film formed thereon. Each electrode terminal of the first electrodes and the second electrodes has a pitch of, for example, 0.2, 0.3, 0.4, and 0.5 mm, and the spacing between adjacent electrodes is at least 0.1 so that adjacent electrodes do not short each other during the bonding process. mm or more.
다음으로, 상기 연성 프린트 기판(10)과 상기 경성 프린트 기판(20)의 접합 예정부, 즉, 제1 전극들과 제2 전극들로부터 산화물이나 오염물을 제거하기 위하여, 상기 연성 프린트 기판(10)의 상기 제1 전극 단자들과 상기 경성 프린트 기판(20)의 상기 제2 전극 단자들은 플라즈마 분위기에서 세정된다. Next, in order to remove oxides or contaminants from the joining portions of the flexible printed
바람직하게는, 상기 플라즈마 분위기는 아르곤 (Ar) 플라즈마, Ar+(5, 10, 15)%의 H2 플라즈마, Ar+(5, 10)%의 O2 플라즈마로 구성되는 그룹으로부터 선택된 플라즈마 분위기이다. Preferably, the plasma atmosphere is a plasma atmosphere selected from the group consisting of argon (Ar) plasma, Ar + (5, 10, 15)% H 2 plasma, and Ar + (5, 10)% O 2 plasma.
상기 선택된 플라즈마는 약 0.1~1KW의 출력을 갖는다. The selected plasma has an output of about 0.1-1KW.
다음으로, 경성 프린트 기판(20)이 도 1의 접합 장치의 다이(30) 위에 올려지고, 연성 프린트 기판(10)의 상기 제1 전극 단자들이 경성 프린트 기판(20)의 상기 제2 전극 단자들과 1대 1 대응되도록 서로 맞대어진다. Next, a rigid printed
여기서, 상기 접합 장치는 맞대어진 전극 단자들이 정렬되어 고정된 상태를 유지하도록 단자 정렬 및 고정 유닛을 더 포함한다. Here, the bonding apparatus further includes a terminal alignment and fixing unit so that the opposed electrode terminals are aligned and remain fixed.
다음으로, 상기 접합 장치의 이동 유닛(50)에 연결된 초음파 혼(40)은 상기 이동 유닛(50)의 하강 운동에 의하여 함께 하강하여 연성 프린트 기판(10)의 제1 전극 단자 외측부를 가압한다. 이때, 상기 초음파 혼(40)은 가압과 함께 초음파를 상기 제1 전극 단자들과 상기 제2 전극 단자들에 인가한다. 가압력과 초음파를 인가받은 이들 제1, 제2 전극 단자들은 원자간 확산 반응을 일으켜서 서로 접합된다. 여기서, 상기한 모든 동작은 상온에서 이루어진다. Next, the
상기 초음파 혼(40)은 상기 제1 전극들과 상기 제2 전극들의 접합 길이보다 약 0-30% 큰 길이 범위를 갖는다. 이는, 상기한 범위보다 초음파 혼(40)이 더 작아지면 전극 및 기판이 손상되는 것을 방지하기 위한 것이다. The
상기한 예에서, 바람직한 접합을 얻기 위한 예시적인 수치들은, 온도가 20 ℃, 주파수가 20 kHz, 접합 시간이 0.5 초, 가압력이 2.3 kg/cm2, 그리고 파워가 1400 W였다. In the above example, exemplary values for obtaining the desired junction were 20 ° C.,
상기와 같이 접합이 완료된 후, 도 3에 도시된 접합 계면의 사진과 전기저항 시험결과 양호한 접합을 확인하였다. 즉, 접합 후 전기 저항 측정 방법으로 확인한 바, 전기 저항 값이 0.4-0.6Ω으로 양호한 범위라는 것을 확인하였다. After the bonding was completed as described above, good bonding was confirmed as a result of photographic and electrical resistance test of the bonding interface shown in FIG. That is, when it confirmed by the electrical resistance measuring method after joining, it confirmed that it was a favorable range with an electrical resistance value of 0.4-0.6 kPa.
이상에서 설명한 것처럼, 본 발명의 연질 프린트 기판과 경질 프린트 기판의 접합 방법에 따르면, 접합이 상온에서 이루어지므로, 가열 장치가 필요치 않다. 또한, 별도의 접합재료나 플럭스를 사용하지 않기 때문에, 환경친화적이고 재료비가 절감된다. 또한, 기판끼리 직접 접합되므로, 접합 후에도 금속간 화합물이 생성되지 않고, 부피 증가가 발생하지 않는다. 또한, 별도의 매개물을 사용하지 않으므로, 접합 후 전기 저항 측정 방법으로 확인한 바, 접합부의 전기 저항이 0.4 - 0.6 Ω의 범위를 가지는데, 이는 종래의 방법에 비하여 상대적으로 작은 값들에 해당한다. 또한, 동종 금속간의 접합이므로, 사용 후 습기 흡수에 약화되지 않고, 접합부가 열변화에 약화되지 않는다. 또한, 상온에서 접합되므로, 고온에서 접합되는 종래의 ACF를 이용한 접합 방법에 비하여 열에 취약한 연성 기판의 손상이 방지될 수 있다. As described above, according to the bonding method of the flexible printed circuit board and the rigid printed circuit board of the present invention, since the bonding is performed at room temperature, no heating device is required. In addition, since no bonding material or flux is used, it is environmentally friendly and the material cost is reduced. In addition, since the substrates are directly bonded to each other, no intermetallic compound is produced even after the bonding, and no increase in volume occurs. In addition, since no separate mediator is used, the electrical resistance of the junction is determined by a method of measuring electrical resistance after bonding, and the electrical resistance of the junction has a range of 0.4 to 0.6 Ω, which corresponds to relatively small values. In addition, since it is a junction between the same metals, it does not weaken moisture absorption after use, and a joint does not weaken heat change. In addition, since the bonding at room temperature, damage to the flexible substrate vulnerable to heat can be prevented as compared with the conventional bonding method using a conventional ACF bonded at a high temperature.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes can be made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention as claimed in the following claims.
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