고품질 PCB/FPCB 제조를 위한 하이브리드 진공 라미네이터의 구조해석 및 설계 개선고품질 PCB/FPCB 제조를 위한 하이브리드 진공 라미네이터의 구조해석 및 설계 개선

Abstract

최근 고성능 스마트기기의 수요 증가로 핵심 모듈인 Printed Circuit Board (PCB)와 Flexible Printed Circuit (FPCB)의 회로가 미세화되면서 인쇄 품질 향상에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. PCB/FPCB는 대부분의 전자제품에 사용되며, 전자 시스템을 만들기 위해 반도체 칩 보드 내 커패시터와 마이크로 전자부품간의 전기적 연결을 가능하게 한다. PCB/FPCB에 회로를 인쇄하기 위해서 감광물질인 Dry Film Resist (DFR)을 균일하게 압착시키는 라미네이팅 공정이 필수적이며 인쇄 품질 향상을 위해서는 라미네이팅 가공성 향상이 필요하다. 기존에는 주로 공정조건 최적화를 통해 PCB와 FPCB의 가공성을 개선했으나, 본 논문에서 제안하는 하이브리드 진공 라미네이터 공정은 기존의 진공 라미네이터 공정 이후 Hot Press 라미네이터 공정을 추가해 인쇄 품질을 개선하였다. 본 연구에서는 진공 라미네이터 공정에 사용되는 실리콘 Diaphragm의 단축, 등 이축 인장시험을 통해 유한요소해석을 위한 물리적 성질을 확보하였으며, 기존 형상에서의 응력과 변형을 해석을 통해 확인하였다. 기존 문헌을 통해 초탄성 재료의 S-N 선도를 확보하였으며 이를 이용해 Diaphragm의 피로해석을 수행해 피로수명을 확인하였다. 이후 지그 형상 변경을 통해 실리콘 Diaphragm의 응력이 약 64.29 % 감소하였으며 그 결과 피로수명이 수명을 약 250 % 증가했다. 또한 Hot Press 라미네이터 공정에서 상, 하판 사이에 납 와이어를 삽입해 와이어 직경 변화를 관찰함으로써 평탄도를 확인하였고, 온도센서를 이용해 Press 내에서 온도가 균일하게 분포하는지를 확인하였다. 금속 인장시험을 통해 Hot Press 라미네이터 공정에 사용되는 재질들의 기계적 물성을 확보하였으며 유한요소해석을 통해 Press에 가해지는 변형과 응력을 확인하였다. 이후 평탄도 감소와 온도분포 최적화 두 가지 목적함수를 가지고 다목적 최적화를 진행해 Hot Press 상단의 리브 구조의 최적설계를 진행하였다. 이 구조를 적용하여 Hot Press에서 온도분포가 14.60 %, 평탄도가 27.62 % 감소함을 유한요소해석을 통해 확인하였다.