JP2011096995A - 放熱構造物及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は放熱構造物及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の実施形態による放熱構造物１１０は、発光素子１２２に対向する前面１１２ａ、該前面１１２ａに反対側である背面１１２ｂ、及び前面１１２ａと背面１１２ｂとを結ぶ側面１１２ｃを有する金属基板１１２と、該金属基板１１２の前面１１２ａを覆う酸化膜パターン１１３ａと、該酸化膜パターン１１３ａを覆う接着膜１１４ａと、該接着膜１１４ａ上に形成され、接着膜１１４ａを貫通して酸化膜パターン１１３ａに接合された熱伝達ビア１１６ｂを備える金属パターン１１６ｃとを含む。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の実施形態による放熱構造物１１０は、発光素子１２２に対向する前面１１２ａ、該前面１１２ａに反対側である背面１１２ｂ、及び前面１１２ａと背面１１２ｂとを結ぶ側面１１２ｃを有する金属基板１１２と、該金属基板１１２の前面１１２ａを覆う酸化膜パターン１１３ａと、該酸化膜パターン１１３ａを覆う接着膜１１４ａと、該接着膜１１４ａ上に形成され、接着膜１１４ａを貫通して酸化膜パターン１１３ａに接合された熱伝達ビア１１６ｂを備える金属パターン１１６ｃとを含む。
【選択図】図１
Description
本発明は、放熱構造物に関するもので、より詳しくは、放熱効率を向上した放熱構造物及びその製造方法に関するものである。
一般に、発光素子パッケージは発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）及び発光レーザ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）などの発光素子を家電製品、リモコン、電光板、表示器、自動化機器、照明機器などに取り付けるために、該発光素子をパッケージ化したのである。最近、発光素子が多様な分野に適用されるに伴って、発光素子の動作時、該発光素子で発生する熱を効果的に処理するためのパッケージ技術が要求されている。特に、照明機器に適用される高出力の発光ダイオードの場合、消費電力が増加し、高温の熱を引き起こして、該発光素子の放熱効率を向上させることが要求されている。現在、発光ダイオードの放熱処理は、該発光ダイオードの実装のためのセラミック基板を用いて、該発光ダイオードで発生する熱を外部に排出させることによってなされる。しかしながら、この場合、セラミック基板の価格が高く、発光素子パッケージの費用が増加する。また、該セラミック基板は耐熱性及び耐摩耗性が相対的に低いという問題がある。
本発明は上記の問題点に鑑みて成されたものであって、その一つの目的は、放熱効率が向上した放熱構造物を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、放熱効率が向上した放熱構造物を製造する方法を提供することにある。
上記目的を解決するために、本発明の好適な実施形態による放熱構造物は、発光素子に対向する前面、該前面に反対側である背面、及び前記前面と前記背面を結ぶ側面を有する金属基板と、前記金属基板の前面を覆う酸化膜パターンと、前記酸化膜パターンを覆う接着膜と、前記接着膜上に形成され、前記接着膜を貫通して前記酸化膜パターンに接合された熱伝達ビアを備える金属パタ一ンとを含む。
本発明の実施形態によれば、前記熱伝達ビアは、前記発光素子と前記金属基板との間の領域に配置されることができる。
本発明の実施形態によれば、前記金属基板はアルミニウム材質からなり、前記酸化膜パターンはアルミニウム酸化膜を含むことができる。
本発明の実施形態によれば、前記金属パターンは銅（Ｃｕ）材質から成り、前記発光素子に電気的に接続された回路配線を含むことができる。
本発明の実施形態によれば、前記金属酸化膜は、前記金属基板に対して陽極酸化（ａｎｏｄｉｚｉｎｇ）処理をして形成されることができる。
本発明による放熱構造物の製造方法は、発光素子に対向する前面、該前面の反対側である背面、及び前記前面と前記背面とを結ぶ側面を有する金属基板とを準備するステップと、前記金属基板上に前記前面、前記背面及び前記側面を覆う金属酸化膜を形成するステップと、前記前面上に形成された前記金属酸化膜を覆う接着膜を形成するステップと、前記接着膜上に、前記接着膜を貫通して前記金属酸化膜に接合される熱伝達ビアを備える金属パターンを形成するステップと、前記背面及び前記側面上に形成された前記金属酸化膜を除去するステップとを含む。
本発明の実施形態によれば、前記金属パターンを形成するステップは、前記接着膜を覆う金属膜を形成するステップと、前記金属膜及び前記接着膜に前記金属酸化膜を露出させるビアホールを形成するステップと、前記ビアホールの形成された結果物に対してメッキ工程を施すステップとを備えることができる。
本発明の実施形態によれば、前記金属基板を準備するステップは、アルミニウムプレートを準備するステップを含み、前記金属酸化膜を形成するステップは、前記アルミニウムプレートに対して陽極酸化処理を行うステップを備えることができる。
本発明の実施形態によれば、前記背面及び前記側面上に形成された前記金属酸化膜を除去するステップは、前記金属酸化膜の形成された結果物に対して剥離工程を施すステップを備えることができる。
本発明の実施形態によれば、前記回路パターンを形成するステップは、前記接着膜に銅箔をラミネーション（ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）処理するステップと、前記金属酸化膜を除去するステップの前に、前記銅箔に対してエッチング工程を施すステップとを備えることができる。
本発明の放熱構造物によれば、金属基板と、該金属基板の前面上に順に積層された熱伝導性の高い酸化膜パターンと、接着膜と、該接着膜を貫通して前記酸化膜パターンに接合された熱伝達ビアを有する金属パターンとを含むことができる。このような構造の放熱構造物は、発光素子構造物との結合時、該発光素子構造物から発生する熱を熱伝達ビアを通じて効果的に前記金属基板に伝達させ、該金属基板は該熱を外部に放出させる構造を有することによって、放熱効率を向上することができるという効果が奏する。
また、本発明によれば、金属基板と、該金属基板の前面上に順に積層された熱伝導性の高い酸化膜パターンと、接着膜と、該接着膜を貫通して酸化膜パターンに接合された熱伝達ビアを有する金属パターンとを備える放熱構造物を製造することができる。このような構造の放熱構造物は、発光素子構造物との結合時、該発光素子構造物から発生する熱を熱伝達ビアを通じて効果的に金属基板に伝達させ、該金属基板は該熱を外部に放出させる構造を有することによって、放熱効率が向上した放熱構造物を製造することができる。
また、本発明による放熱構造物の製造方法におれば、金属基板を金属酸化膜で覆って保護した状態で該金属基板に金属パターンを形成するので、該金属パターンを形成する過程で該金属酸化膜により該金属基板が損傷するのを防止することができるという効果が奏する。
以下、本発明の好適な実施形態は放熱構造物及びその製造方法の図面を参考にして詳細に説明する。次に示される各実施の形態は当業者にとって本発明の思想が十分に伝達されることができるようにするために例として挙げられるものである。従って、本発明は以下示している各実施の形態に限定されることなく他の形態で具体化されることができる。図面において、装置の大きさ及び厚さなどは便宜上誇張して表現されることができる。明細書全体に渡って同一の参照符号は同一の構成要素を示している。
本明細書で使われた用語は、実施形態を説明するためのもので、本発明を制限しようとするのではない。本明細書において、単数形は文句で特別に言及しない限り複数形も含む。明細書で使われる「含む」及び／又は「備える」とは、言及された構成要素、ステップ、動作及び／又は素子は一つ以上の他の構成要素、ステップ、動作及び／又は素子の存在または追加を排除しない。
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態による放熱構造物について説明すれば、次のとおりである。
図１は、本発明の実施形態による放熱構造物を示す図面である。図１を参照して、本発明の実施形態による放熱構造物１１０は、金属基板１１２と、接着膜１１４ａと、金属パターン１１６ｃとを含む。前記金属基板１１２は、前面１１２ａと、該前面１１２ａの反対側である背面１１２ｂと、前記前面１１２ａと前記背面１１２ｂとを結ぶ側面１１２ｃとを有する。前記前面１１２ａは、前記放熱構造物１１０が発光素子構造物（図示せず）に結合する場合に、該発光素子構造物に対向する面となる。前記金属基板１１２は、高熱伝導性の金属物質からなるプレートであってもよい。一例として、前記金属基板１１２はアルミニウム（Ａｌ）基板であってもよい。前記金属基板１１２上には酸化膜パターン１１３ａが形成される。該酸化膜パターン１１３ａは、前記金属基板１１２の前記前面１１２ａに限定されて形成されることができる。前記酸化膜パターン１１３ａは、前記金属基板１１２に対して陽極酸化処理を行って形成されてもよい。そのため、前記金属基板１１２がアルミニウムプレートの場合、前記酸化膜パターン１１３ａはアルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）から成る膜であってもよい。
前記接着膜１１４ａは、前記金属基板１１２と前記金属パターン１１６ｃとの間に介在する。前記接着膜１１４ａは、所定の絶縁性接着物質からなってもよく、高い熱伝導性を有することが望ましい。このような接着膜１１４ａは、前記金属パターン１１６ｃを前記金属基板１１２上に固定させると共に、該金属パターン１１６ｃから前記金属基板１１２へ熱を効果的に伝達させることができる。一方、前記接着膜１１４ａにはプリプレグ膜（ｐｒｅ−ｐｒｅｇ ｌａｙｅｒ）がさらに設けられることができる。
前記金属パターン１１６ｃは、前記接着膜１１４ａを覆う。前記金属パターン１１６ｃは、熱伝導度の高い金属物質からなることができる。一例として、前記金属パターン１１６ｃは、銅（Ｃｕ）から成る銅箔を含む。このような金属パターン１１６ｃは、該発光素子から放出される熱を前記金属基板１１２へ効果的に伝達させるような熱伝達体として使われると共に、該発光素子に電気的に接続される回路配線（ｃｉｒｃｕｉｔ ｌｉｎｅ）として用いられる。また、前記金属パターン１１６ｃは、前記酸化膜パターン１１３ａに接合された熱伝達ビア１１６ｂを含む。例えば、該熱伝達ビア１１６ｂは、前記接着膜１１４ａに直接接合されることができる。前記熱伝達ビア１１６ｂは少なくとも一つ設けられることができる。前記熱伝達ビア１１６ｂが複数備えられる場合、前記熱伝達ビア１１６ｂの配置は前記発光素子と前記金属基板１１２との間の領域で多様に変更されてもよい。
一方、本実施形態では、金属基板１１２の前面１１２ａに限定されて酸化膜パターン１１３ａが形成された場合を例に挙げて説明したが、該酸化膜パターン１１３ａが前記金属基板１１２上に形成される部分は、多様に変更及び変形が可能である。例えば、金属基板１１２上の酸化膜パターン１１３ａは、前記前面１１２ａのみだけでなく、前記背面１１２ｂ及び前記側面１１２ｃの中少なくともいずれか一つの面を覆うように形成されることができる。
図２は、本発明の実施形態による放熱構造物の製造方法を示す順序図であり、図３ａ〜図３ｅは、各々木発明の実施形態による放熱構造物の製造過程を説明するための図面である。
図２及び図３ａを参照して、金属基板１１２を準備する（Ｓ１１０）。例えば、前記金属基板１１２を準備するステップは、前面１１２ａと、該前面１１２ａの反対側である背面１１２ｂと、前記前面１１２ａと前記背面１１２ｂとを結ぶ側面１１２ｃとを有するアルミニウム基板を準備するステップを備える。
前記金属基板１１２の全面１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃを覆う金属酸化膜１１３を形成することができる（Ｓ１２０）。例えば、該金属酸化膜１１３を形成するステップは、前記金属基板１１２に対して陽極酸化（ａｎｏｄｉｚｉｎｇ）処理を行つてなされることができる。この陽極酸化処理は、金属基板１１２の表面に安定な酸化膜を形成する電気化学的金属酸化方法の中一つであってもよい。前記金属基板１１２がアルミニウム基板の場合、前記陽極酸化処理により前記金属基板１１２の前記前面１１２ａ、前記背面１１２ｂ及び前記側面１１２ｃを覆うアルミニウム酸化膜の金属酸化膜１１３が形成されることができる。前記のような金属酸化膜１１３は、前記金属基板１１２が錆びるのを防止すると共に、該金属基板１１２の耐摩耗性及び耐熱性、密着性などを向上させることができる。
図２及び図３ｂを参照して、金属基板１１２上に接着膜１１４及び金属膜１１６を順に形成する（Ｓ１３０）。例えば、前記金属基板１１２の前面１１２ａ上に熱伝導性の高い接着膜１１４を形成する。該接着膜１１４にはテフロン（登録商標）（ｔｅｆｌｏｎ）のようなフッ素樹脂系列の接着剤が用いられる。前記金属膜１１６は前記接着膜１１４上に形成される。例えば、該金属膜１１６を形成するステップは、銅（Ｃｕ）を含む銅箔を前記接着膜１１４にラミネーション（ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）処理してなされることができる。前記金属膜１１６を前記接着膜１１４に形成する過程で、該金属膜１１６が前記接着膜１１４から分離されるのを防止するために、所定の圧力が加えられることができる。
図２及び図３ｃを参照して、金属酸化膜１１３に接合された熱伝達ビア１１６ｂを形成する（Ｓ１４０）。例えば、前記金属膜（図３ｂの１１６）及び前記接着膜（図３ｂの１１４）に金属酸化膜１１３を露出させるビアホール１１５を形成する。一例として、該ビアホール１１５を形成するステップは、前記金属膜１１６及び前記絶縁膜１１４に対してフォトレジストエッチング工程を行ってなされることができる。他の例として、該ビアホール１１５を形成するステップは、前記金属膜１１６及び前記接着膜１１４に対してレーザを照射するか、または所定のドリルを用いてなされることができる。これにより、前記金属基板１１２の前面１１２ａ上には金属酸化膜１１３を露出させる少なくとも一つのビアホール１１５を有する接着膜１１４ａ及び金属パターン１１６ａが形成される。その後、前記ビアホール１１５を満たす前記熱伝達ビア１１６ｂを形成する。一例として、該熱伝達ビア１１６ｂを形成するステップは、前記ビアホール１１５の形成された結果物に対して所定のメッキ工程を施すことができる。該メッキ工程は無電解メッキ工程または電解メッキ工程の中いずれか一つであって、これにより前記ビアホール１１５には金属ビアが形成される。これにより、前記金属基板１１２上には、金属酸化膜１１３に直接接合された熱伝達ビア１１６ｂを有する金属膜１１６ａが形成される。
図２及び図３ｄを参照して、金属パターン１１６ｃを形成する（Ｓ１５０）。例えば、該金属パターン１１６ｃを形成するステップは、金属膜（図３ｃの１１６ａ）に対して所定のエッチング工程を行つてなされることができる。一例として、該エッチング工程はフォトレジストエッチング工程を含むことができる。他の例として、該エッチング工程は前記金属膜１１６ａをレーザまたはドリルで加工する工程を含むことができる。前記のような方法によって形成された前記金属パターン１１６ｃは、発光素子（図示せず）に電気的な信号を伝達する回路配線として使われると共に、該発光素子から発生する熱を金属基板１１２に伝達させる熱伝達体として用いられる。
一方、前記金属パターン１１６ｃを形成する過程で、前記金属酸化膜１１３で金属基板１１２の損傷を防止することができる。より具体的には、前記フォトレジストエッチング工程のような方法で、前記金属パターン１１６ｃを形成すれば、前記金属基板１１２が前記エッチング工程により影響を受けるようになるので、前記金属基板１１２には腐食及び不要なエッチングなどのような損傷が発生することがある。これを防止するために、前記金属酸化膜１１３は前記金属基板１１２の前面１１２ａのみだけでなく、背面１１２ｂ及び側面１１２ｃを覆って前記金属基板１１２を前記エッチング工程環境から保護することによって、前記エッチング工程で前記金属基板１１２が損傷するのを防止することができる。
図２及び図３ｅを参照して、金属基板１１２の前面１１２ａを除いた面１１２ｂ、１１２ｃ上に形成された金属酸化膜（図３ｄの１１３）を除去する（Ｓ１６０）。例えば、該金属酸化膜１１３を除去する工程は、金属パターン１１６ｃの形成された結果物に対して所定の剥離工程を行ってなされることができる。この時、前記金属基板１１２の前記前面１１２ａ上に形成された金属酸化膜１１３は、接着膜１１４及び金属パターン１１６ｃにより剥離されることを防止することができる。これにより、該剥離工程は、前記金属基板１１２の背面１１２ｂ及び側面１１２ｃ上に形成された金属酸化膜１１３を選択的に剥離することができる。結果として、該剥離工程により、前記金属基板１１２上には前記前面１１２ａを限定して覆う酸化膜パターン１１３ａが形成される。
一方、本発明の実施形態では、金属基板１１２の背面１１２ｂ及び側面１１２ｃを覆う金属酸化膜１１３を除去する場合を例に挙げて説明したが、該金属酸化膜１１３を除去する部分は多様に変更または変形されることができる。また、前記金属酸化膜１１３を除去する工程なしに、図１に示す放熱構造物１１０の製造を完了することができる。この場合、最終的に製造された放熱構造物１１０は、前記金属基板１１２の前記前面１１２ａ、前記背面１１２ｂ及び前記側面１１２ｃを全て覆う金属酸化膜１１３を備えることができる。
前述の本発明の実施形態による放熱構造物１１０は、熱伝導性の高い金属基板１１２、酸化膜パターン１１３ａ及び金属パターン１１６ｃを備える。ここで、該金属パターン１１６ｃは前記酸化膜パターン１１３ａに直接接合された熱伝達ビア１１６ｂを備える。このような構造の放熱構造物１１０は、前記熱伝達ビア１１６ｂにより前記金属パターン１１６ａから前記金属基板１１２への熱伝達率が増加し、前記放熱構造物１１０の放熱効率が向上することができる。
また、本発明の実施形態によれば、前記金属基板１１２の全面１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃを金属酸化膜１１３で覆った状態で金属基板１１２に金属パターン１１６ｃを形成する。これにより、本発明は、前記金属パターン１１６ｃを形成する過程で、前記金属基板１１２が前記金属酸化膜１１３により保護されるので、前記金属基板１１２の損傷を防止することができる。
以下、前述の本発明の実施形態による放熱構造物１１０を含む発光素子パッケージ１００の一例を説明する。ここで、先に説明した放熱構造物１１０に対して重複する内容は省略または簡略化する。
図４は、本発明の実施形態による放熱構造物を備える発光素子パッケージを示す図面である。図４を参照して、先に図１を参照して説明した放熱構造物１１０を所定の発光素子構造物１２０に結合させることによって、発光素子パッケージ１００が製造される。ここで、前記発光素子構造物１２０は、前記金属基板１１２の前面１１２ａ上に形成された金属パターン１１６ｃ上に結合する。前記発光素子構造物１２０は、発光素子１２２、リードフレーム１２４及びモールド膜１２６を備える。該発光素子１２２は、発光ダイオード及びレーザダイオードの中少なくともいずれか一つであってもよい。一例として、前記発光素子１２２は発光ダイオードであってもよい。前記リードフレーム１２４は、前記発光素子１２２及び前記金属パターン１１６ｃにそれぞれ電気的に接続される。このようなリードフレーム１２４は、前記発光素子１２２と前記金属パターン１１６ｃとの間に電気的な信号を伝達する。前記モールディング膜１２６は、前記発光素子１２２を覆って、前記発光素子１２２を外部環境から保護する。
前述の本発明の実施形態による発光素子パッケージ１００は、前記発光素子１２２で発生する熱Ｈを前記金属パターン１１６ｃの熱伝達ビア１１６ｂを通じて前記金属基板１１２に伝導させ、該金属基板１１２は該熱Ｈを外部に放出させることができる。この時、前記発光素子１１２で発生する熱Ｈの一部は、前記金属パターン１１６ｃ、前記接着膜１１４ａ及び前記金属基板１１２を経由して外部へ放出されることができる。これにより、前記発光素子パッケージ１００は、前記発光素子１１２の熱Ｈを前記金属基板１１２へ効果的に伝導させる熱伝達ビア１１６ｂを有する放熱構造物１２０を備えることによって、発光素子１２２の放熱効率を向上させることができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１００ 発光素子パッケージ
１１０ 放熱構造物
１１２ 金属基板
１１２ａ 前面
１１２ｂ 背面
１１２ｃ 側面
１１３ 金属酸化膜
１１３ａ 酸化膜パターン
１１４ａ 接着膜
１１６、１１６ａ 金属膜
１１６ｂ 熱伝達ビア
１１６ｃ 金属パターン
１１０ 放熱構造物
１１２ 金属基板
１１２ａ 前面
１１２ｂ 背面
１１２ｃ 側面
１１３ 金属酸化膜
１１３ａ 酸化膜パターン
１１４ａ 接着膜
１１６、１１６ａ 金属膜
１１６ｂ 熱伝達ビア
１１６ｃ 金属パターン
Claims (10)
- 発光素子から発生する熱を放出させる放熱構造物において、
前記発光素子に対向する前面、該前面に反対側である背面、及び前記前面と前記背面とを結ぶ側面を有する金属基板と、
前記金属基板の前面を覆う酸化膜パターンと、
前記酸化膜パターンを覆う接着膜と、
前記接着膜上に形成され、前記接着膜を貫通して前記酸化膜パターンに接合された熱伝達ビアを備える金属パターンと
を含む放熱構造物。 - 前記熱伝達ビアは、前記発光素子と前記金属基板との間の領域に配置される請求項１に記載の放熱構造物。
- 前記金属基板はアルミニウム材質からなり、
前記酸化膜パターンはアルミニウム酸化膜を含む請求項１または２に記載の放熱構造物。 - 前記金属パターンは銅（Ｃｕ）材質から成り、前記発光素子に電気的に接続された回路配線を含む請求項１から３の何れか１項に記載の放熱構造物。
- 前記酸化膜パターンは、前記金属基板に対して陽極酸化（ａｎｏｄｉｚｉｎｇ）処理をして形成された請求項１から４の何れか１項に記載の放熱構造物。
- 発光素子から発生する熱を放出させる放熱構造物を製造する方法において、
前記発光素子に対向する前面、該前面の反対側である背面、及び前記前面と前記背面とを結ぶ側面を有する金属基板を準備するステップと、
前記金属基板上に前記前面、前記背面及び前記側面を覆う金属酸化膜を形成するステップと、
前記前面上に形成された前記金属酸化膜を覆う接着膜を形成するステップと、
前記接着膜上に前記接着膜を貫通して前記金属酸化膜に接合される熱伝達ビアを備える金属パターンを形成するステップと、
前記背面及び前記側面上に形成された前記金属酸化膜を除去するステップと
を含む放熱構造物の製造方法。 - 前記金属パターンを形成するステップは、
前記接着膜を覆う金属膜を形成するステップと、
前記金属膜及び前記接着膜に前記金属酸化膜を露出させるビアホールを形成するステップと、
前記ビアホールの形成された結果物に対してメッキ工程を施すステップ
とを備える請求項６に記載の放熱構造物の製造方法。 - 前記金属基板を準備するステップは、アルミニウムプレートを準備するステップを備え、
前記金属酸化膜を形成するステップは、前記アルミニウムプレートに対して陽極酸化処理を行うステップを備える請求項６または７に記載の放熱構造物の製造方法。 - 前記背面及び前記側面上に形成された前記金属酸化膜を除去するステップは、
前記金属酸化膜の形成された結果物に対して剥離工程を施すステップを備える請求項６から８の何れか１項に記載の放熱構造物の製造方法。 - 前記金属パターンを形成するステップは、
前記接着膜に銅箔をラミネーション（ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）処理するステップと、
前記金属酸化膜を除去するステップの前に、前記銅箔に対してエッチング工程を施すステップとを備える請求項６から９の何れか１項に記載の放熱構造物の製造方法。
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|---|---|---|---|---|
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