JP2012099782A

JP2012099782A - 放熱基板

Info

Publication number: JP2012099782A
Application number: JP2011016559A
Authority: JP
Inventors: Kyan-Soo Kim; スキム，キャン; Chan-Hyun Lim; ヒュンリム，チャン; Syong Mun Choi; ムンチョイ，ション; Mok-Sun Kim; スンキム，モック; Jon-Kyun Park; キュンパク，ション
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2010-11-02
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2012-05-24
Anticipated expiration: 2031-01-28
Also published as: JP5539238B2; KR101204191B1; KR20120046464A; US20120103588A1; CN102469753A

Abstract

【課題】アルミニウム（Ａｌ）及び銅（Ｃｕ）からなったベースの向上された放熱機能により、電子部品の高集積化／高容量化による高出力用金属基板の提供が可能である放熱基板を提供する。
【解決手段】本発明は、放熱機能の向上のための放熱基板（陽極酸化多層金属基板）に関し、具体的には、一定厚さの銅層１１０と銅層１１０の上下表面に備えた陽極酸化絶縁層１３０と、銅層１１０及び陽極酸化絶縁層１３０の間に備えたアルミニウム（Ａｌ）層１２０をさらに含むものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、放熱基板に関する。

一般的に自動車のような高度の技術産業が発展するにつれて、これに用いられる電子部品にも高集積化／高容量化が要求されている。

このような電子部品の高集積化／高容量化において重要とされる部分が放熱である。即ち、基板上に高集積化／高容量化された各電子部品からは、高い熱が発生し、このように発生された高い熱は、各電子部品の機能を低下させる原因となる。

従って、前記高集積化／高容量化された各電子部品から発生する熱を外部に迅速かつ円滑に放出できるようにする高放熱性基板の開発が要求されている。

ここで、従来のＯｒｇａｎｉｃＰＣＢや金属基板の場合、放熱特性が低いため、高出力用基板に用いられることに制約があり、これらより、放熱特性が改善された陽極酸化アルミニウム基板の場合にも、アルミニウム自体の熱伝導度の限界によって、高出力用基板に用いられることに制約がある。

例えば、図１に図示されたように、前記陽極酸化アルミニウム基板１０は、陽極酸化工程によってアルミニウム原板１１の表面に陽極酸化絶縁層１２を形成し、その上に乾式スパッタリングまたは湿式無電解／電解メッキ固定によって金属層１３を形成した状態で、乾式／湿式エッチングまたはリフトオフ工程によって前記金属層１３上にパターンを形成したものであり、前記アルミニウムの熱伝導度の制約(例：５０５２ＡｌｕｍｉｎｕｍＡｌｌｏｙ；〜１４０Ｗ／ｍ・Ｋ)のため、高出力用基板に用いることが困難である。

本発明は、従来の問題点を解決するためのものであり、銅（Ｃｕ）層とアルミニウム（Ａｌ）層からなった多層構造によって放熱機能が向上されるようにした放熱基板を提供することを目的とする。

また、本発明は、銅（Ｃｕ）層とアルミニウム（Ａｌ）層の厚み比率を調節して放熱特性を向上させるとともに、重量増加を最小化する放熱基板を提供することを目的とする。

本発明の一実施例による放熱基板は、一定厚さの銅層；及び前記銅層の上下表面に備えた陽極酸化絶縁層を含む。

そして、銅層及び陽極酸化絶縁層の間に備えたアルミニウム（Ａｌ）層をさらに含む。

本発明の他の実施例による放熱基板は、上部又は下部に第１領域と第２領域が形成された銅層と、前記銅層の上部又は下部の第１領域に備えたアルミニウム層と、及び前記銅層の上部又は下部の第２領域に備えた陽極酸化絶縁層とを含む。

また、前記陽極酸化絶縁層の上部の一部領域に備えたシード層と前記シード層上に形成された金属層をさらに含む。

また、前記陽極酸化絶縁層は、陽極酸化によってなされる。

また、前記アルミニウム層は、０．０２ｍｍ〜０．２ｍｍ以上の厚さに形成される。

また、前記銅層とアルミニウム層は、２：２〜３：１の厚み比率に形成される。

また、前記シード層は、無電解メッキまたはスパッタリング蒸着によってなされる。

また、前記金属層は、湿式メッキまたは乾式スパッタリング蒸着によってなされる。

また、前記シード層は陽極酸化絶縁層上に備え、前記金属層はシード層上に備え、湿式化学エッチング、電解エッチングまたはリフトオフ（Ｌｉｆｔ−ＯＦＦ）によって一部除去される。

本発明の特徴及び利点は、添付図面に基づいた以下の詳細な説明によってさらに明らかになるであろう。

本発明の詳細な説明に先立ち、本明細書及び請求範囲に用いられた用語や単語は、通常的かつ辞書的な意味に解釈されてはならず、発明者が自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に従って本発明の技術的思想にかなう意味と概念に解釈されるべきである。

本発明の放熱基板（陽極酸化多層金属基板）によると、銅（Ｃｕ）とアルミニウム（Ａｌ）からなった多層構造によって放熱機能が向上されることにより、電子部品の高集積化／高容量化による高出力用金属基板の提供が可能である効果がある。

また、本発明の放熱基板（陽極酸化多層金属基板）によると、銅（Ｃｕ）とアルミニウム（Ａｌ）の割合を調節して放熱特性を向上させるとともに、銅層による重量増加を最小化することにより、軽量化を要する電装用高出力基板に用いることが出来る効果がある。

従来の陽極酸化アルミニウム基板を図示した断面図である。本発明の放熱基板（陽極酸化多層金属基板）の第１実施例を図示した断面図である。本発明の放熱基板（陽極酸化多層金属基板）の製造方法のうち第１実施例を図示した工程図（１）である。本発明の放熱基板（陽極酸化多層金属基板）の製造方法のうち第１実施例を図示した工程図（２）である。本発明の放熱基板（陽極酸化多層金属基板）の製造方法のうち第１実施例を図示した工程図（３）である。本発明の放熱基板（陽極酸化多層金属基板）の製造方法のうち第１実施例を図示した工程図（４）である。本発明の放熱基板（陽極酸化多層金属基板）の製造方法のうち第１実施例を図示した工程図（５）である。本発明の放熱基板（陽極酸化多層金属基板）の製造方法のうち第２実施例を図示した工程図（１）である。本発明の放熱基板（陽極酸化多層金属基板）の製造方法のうち第２実施例を図示した工程図（２）である。本発明の放熱基板（陽極酸化多層金属基板）の製造方法のうち第２実施例を図示した工程図（３）である。本発明の放熱基板（陽極酸化多層金属基板）の製造方法のうち第２実施例を図示した工程図（４）である。本発明の放熱基板（陽極酸化多層金属基板）の製造方法のうち第２実施例を図示した工程図（５）である。本発明の放熱基板（陽極酸化多層金属基板）の製造方法のうち第３実施例を図示した工程図（１）である。本発明の放熱基板（陽極酸化多層金属基板）の製造方法のうち第３実施例を図示した工程図（２）である。本発明の放熱基板（陽極酸化多層金属基板）の製造方法のうち第３実施例を図示した工程図（３）である。本発明の放熱基板（陽極酸化多層金属基板）の製造方法のうち第３実施例を図示した工程図（４）である。本発明の放熱基板（陽極酸化多層金属基板）の製造方法のうち第３実施例を図示した工程図（５）である。本発明の放熱基板（陽極酸化多層金属基板）の第３実施例を図示した断面図である。本発明の放熱基板（陽極酸化多層金属基板）で銅層厚さ（ＣＵ厚さ）の変化による熱伝導度を図示したグラフである。本発明の放熱基板（陽極酸化多層金属基板）で銅層厚さ（ＣＵ厚さ）の変化による重量（重量／平方メートル）を図示したグラフである。

本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は、添付図面に係わる以下の詳細な説明および好ましい実施例によってさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際し、同一の構成要素に限っては、たとえ異なる図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。また、本発明の説明において、係わる公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不必要にぼかす可能性があると判断される場合、その詳細な説明を省略する。

本発明の好ましい実施例を、添付図面に基づいて具体的に説明する。

本発明の放熱基板の製造方法は、図２から図８に図示されたように、（Ａ）銅（Ｃｕ）層１１０の上下表面にアルミニウム（Ａｌ）層１２０を形成する段階、及び（Ｂ）前記上下のアルミニウム層の表面に陽極酸化絶縁層１３０を形成する段階を含んでなる。

従って、本発明の放熱基板である陽極酸化多層金属基板１００は、熱伝導度が±１４０Ｗ／ｍ・Ｋである上下のアルミニウム層１２０の間に、熱伝導度が±３５０Ｗ／ｍ・Ｋである銅層１１０を形成して、全体の熱伝導度を１４０〜３５０Ｗ／ｍ・Ｋまで調節するようにしたものである。この際、前記陽極酸化多層金属基板１００の熱伝導度と重量は、前記銅層１１０とアルミニウム層１２０の厚さによって調節することができる。

前記（Ａ）段階では、例えば、板形態の銅層１１０の上下に板形態のアルミニウム層１２０を密着させた状態で、圧延によって接合させることができる。

前記アルミニウム層１２０は、陽極酸化工程による陽極酸化絶縁層１３０を形成するために銅層１１０の上下表面に形成されるものであり、前記陽極酸化絶縁層１３０を形成するために最小０．０２ｍｍ以上の厚さに形成されなければならない。

前記銅層１１０とアルミニウム層１２０との厚み比率を調節して、熱伝導度を１４０〜３５０Ｗ／ｍ・Ｋまで調節することができる。例えば、図７に図示されたように、陽極酸化絶縁層１３０を除いた銅層１１０とアルミニウム層１２０の厚さが総４ｍｍである場合、銅層１１０が２ｍｍである時の陽極酸化多層金属基板１００の熱伝導度は２００Ｗ／ｍ・Ｋを表し、銅層１１０が３ｍｍである時の熱伝導度は２５５Ｗ／ｍ・Ｋを表す。

また、前記銅層１１０とアルミニウム層１２０との厚み比率を調節して、陽極酸化多層金属基板１００の重量を１１〜３５ｋｇ／ｍ^２まで調節することができる。例えば、図８に図示されたように、陽極酸化絶縁層１３０を除いた銅層１１０とアルミニウム層１２０の厚さが総４ｍｍである場合、銅層１１０が２ｍｍである時の陽極酸化多層金属基板１００の重量は、２３．５ｋｇ／ｍ^２を表し、銅層１１０が３ｍｍである時の重量は、２９．５ｋｇ／ｍ^２を表す。

従って、前記銅層１１０とアルミニウム層１２０は、図７及び図８に図示されたように、２：２〜３：１の厚み比率で形成することにより、最適の熱伝導度と重量を維持するようにする。

前記（Ｂ）段階は、例えば、陽極酸化工程によって前記上下のアルミニウム層１２０の表面に陽極酸化絶縁層１３０を形成することである。この際、実施例として、前記陽極酸化工程によって前記アルミニウム層１２０の全体または一部の厚さが陽極酸化絶縁層１３０になるようにすることができ、前記アルミニウム層１２０の全体または一部面が陽極酸化絶縁層１３０になるようにすることができる。

即ち、前記陽極酸化絶縁層１３０は、陽極酸化工程によってアルミニウム層１２０が酸化されるものであり、図２から図３ａ〜３ｅに図示されたように、アルミニウム層１２０の全体面に対して一定の厚さが陽極酸化絶縁層１３０になるようにする第１実施例、図４ａ〜４ｅに図示されたように、アルミニウム層１２０の全体面に対して全体厚さが陽極酸化絶縁層１３０になるようにする第２実施例、及び図５ａ〜５ｅ及び図６に図示されたように、アルミニウム層１２０の一部面に対して全体厚さが陽極酸化絶縁層１３０になるようにする第３実施例が可能である。

一方、前記実施例には含まれなかったが、前記アルミニウム層１２０の一部面に対して一部厚さが陽極酸化絶縁層１３０になることができ、このようなアルミニウム層１２０は、銅層１１０の上下に全て形成されることができるということは、本発明の請求項３及び請求項４によって予測可能である。

前記第１、２実施例の場合、放熱が銅層１１０に沿って水平方向になされる半面、第３実施例の場合は、放熱が銅層１１０に沿って水平方向になされると同時に、アルミニウム層１２０に沿って垂直方向になされることができる。

一方、本発明の放熱基板の製造方法は、（Ｃ）前記陽極酸化絶縁層１３０上にシード層１４０を形成する段階、（Ｄ）前記シード層１４０上に金属層１５０を形成する段階、及び（Ｅ）前記シード層１４０及び金属層１５０を一部除去してパターンを形成する段階を含んでなる。

前記（Ｃ）段階で、シード層１４０は、例えば、無電解メッキまたはスパッタリング蒸着によって形成されることができる。即ち、電気が通じない陽極酸化絶縁層１３０にシード層１４０を形成するための手段として、無電解メッキまたはスパッタリング蒸着を利用する。

前記（Ｄ）段階で、金属層１５０は、湿式メッキまたは乾式スパッタリング蒸着によって形成される。

前記（Ｅ）段階で、前記シード層１４０及び金属層１５０の一部を湿式化学エッチング、電解エッチングまたはリフトオフ（Ｌｉｆｔ−ＯＦＦ）によって除去することによりパターンが形成される。

このような本発明の放熱基板の製造方法及び前記製造方法によって製造される放熱基板の各実施例を、具体的に説明すると、次の通りである。

第１実施例は、図３ａに図示されたように、銅層１１０の上下表面に最小０．０２ｍｍ以上の厚さを有するアルミニウム層１２０を圧延接合する。次に、前記アルミニウム層１２０を電極に連結した状態で電解質に入れ、アルミニウム層１２０の表面に陽極酸化絶縁層１３０が形成されるようにする。

この場合、図３ｂに図示されたように、前記アルミニウム層１２０の全体表面に均一の陽極酸化絶縁層１３０が形成され、前記陽極酸化工程の時間量を調節することにより、前記銅層１１０の上下表面に一定厚さのアルミニウム層１２０が残るようになる。

次に、図３ｃに図示されたように、前記陽極酸化絶縁層１３０上にシード層１４０を形成し、図３ｄに図示されたように、前記シード層上に金属層１５０を形成し、図３ｅに図示されたように前記シード層１４０及び金属層１５０を一部除去してパターンを形成する。

このような本発明の製造方法によると、図２に図示されたように、一定厚さの銅（Ｃｕ）層１１０、前記銅層１１０の上下に形成されたアルミニウム（Ａｌ）層１２０、及び前記上下のアルミニウム層１２０の表面に形成された陽極酸化絶縁層１３０の構成を含む放熱基板である陽極酸化多層金属基板１００を提供することができる。この際、前記陽極酸化絶縁層１３０上には、シード層１４０及び前記シード層１４０上に形成された金属層１５０からなったパターンが形成される。

第２実施例は、図４ａに図示されたように、銅層１１０の上下表面に最小０．０２ｍｍの厚さにアルミニウム層１２０を圧延接合する。次に、前記アルミニウム層１２０を電極に連結した状態で電解質に入れ、アルミニウム層１２０の表面に陽極酸化絶縁層１３０が形成されるようにする。

この場合、図４ｂに図示されたように、前記アルミニウム層１２０の全体表面に均一の陽極酸化絶縁層１３０が形成され、前記陽極酸化工程による陽極酸化の時間を調節することにより、前記銅層１１０の表面に形成されたアルミニウム層１２０が全て酸化される。

次に、図４ｃに図示されたように、前記陽極酸化絶縁層１３０上にシード層１４０を形成し、図４ｄに図示されたように、前記シード層１４０上に金属層１５０を形成し、図４ｅに図示されたように、前記シード層１４０及び金属層１５０を一部除去してパターンを形成する。

このような本発明の製造方法によると、図４ｅに図示されたように、前記一定厚さの銅層１１０及び前記銅層１１０の上下表面に形成された陽極酸化絶縁層１３０の構成を含む陽極酸化多層金属基板１００を提供することができる。この際、前記陽極酸化絶縁層１３０上には、シード層１４０及び前記シード層１４０上に形成された金属層１５０からなったパターンが形成される。

第３実施例は、図５ａに図示されたように、銅層１１０の上下表面に最小０．０２ｍｍまたはその以上の厚さにアルミニウム層１２０を圧延接合する。次に、前記アルミニウム層１２０を電極に連結した状態で電解質に入れ、アルミニウム層１２０の表面で陽極酸化絶縁層１３０が形成されるようにする。即ち、前記銅層１１０は、上部又は下部に第１領域と第２領域が形成され、前記銅層の上部又は下部の第１領域にアルミニウム層１２０を備え、前記銅層の上部又は下部の第２領域に陽極酸化絶縁層１３０とを備える。

この際、前記陽極酸化は、アルミニウム層１２０の全体面に部分的に行われる。即ち、一部は、アルミニウム層１２０が残り、他の一部は、陽極酸化絶縁層１３０になるようにすることである。このように陽極酸化が選択的になされるようにするためには、例えば、アルミニウム層１２０の表面に酸化作用を防止するためのテープを接着したり、薬液をコーティングすることができる。前記アルミニウム層１２０に陽極酸化がなされて陽極酸化絶縁層１３０になる部分は、以後パターンの領域と対応するが、電気的絶縁のために前記陽極酸化絶縁層１３０は、パターンの領域より広く形成されなければならない。

次に、図５ｃに図示されたように、前記アルミニウム層１２０及び陽極酸化絶縁層１３０上にシード層１４０を形成し、図５ｄに図示されたように、前記シード層１４０上に金属層１５０を形成し、図５ｅに図示されたように、前記シード層１４０及び金属層１５０の一部を除去してパターンを形成する。

このような本発明の製造方法によると、図６に図示されたように、一定厚さの銅層１１０、前記銅層１１０の上部または下部表面に形成され、一定領域を選択して形成されたアルミニウム層１２０及び前記銅層１１０の上部または下部表面に形成され、前記アルミニウム層１２０を除いた領域に形成された陽極酸化絶縁層１３０の構成を含む陽極酸化多層金属基板１００を提供することができる。この際、前記陽極酸化絶縁層１３０上には、シード層１４０及び前記シード層１４０上に形成された金属層１５０からなったパターンが形成される。

以上のことから、本発明の放熱基板（陽極酸化多層金属基板）は、銅（Ｃｕ）層とアルミニウム（Ａｌ）層からなった多層構造によって放熱機能が向上されることにより、電子部品の高集積化／高容量化による高出力用金属基板の提供が可能になる。

また、前記銅（Ｃｕ）層とアルミニウム（Ａｌ）層の厚み比率を調節して放熱特性を向上させるとともに、銅層による重量増加を最小化することにより、軽量化を要する電装用高出力基板に用いることが可能になる。

以上、本発明を具体的な実施例に基づいて詳細に説明したが、これは、本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明による放熱基板は、これに限定されず、該当分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想内にての変形や改良が可能であることは明白であろう。

本発明の単純な変形乃至変更は、いずれも本発明の領域に属するものであり、本発明の具体的な保護範囲は、添付の特許請求の範囲により明確になるであろう。

本発明は、銅（Ｃｕ）層とアルミニウム（Ａｌ）層からなった多層構造によって放熱機能が向上されるようにした放熱基板に適用可能である。

１０陽極酸化アルミニウム基板
１１アルミニウム原板
１２陽極酸化絶縁層
１３金属層
１００陽極酸化多層金属基板（本発明の放熱基板）
１１０銅層
１２０アルミニウム層
１３０陽極酸化絶縁層
１４０シード層
１５０金属層

Claims

一定厚さの銅層；及び
前記銅層の上下表面に備えた陽極酸化絶縁層を含むことを特徴とする放熱基板。
前記銅層及び陽極酸化絶縁層の間に備えたアルミニウム（Ａｌ）層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の放熱基板。
上部又は下部に第１領域と第２領域が形成された銅層；
前記銅層の上部又は下部の第１領域に備えたアルミニウム層；及び
前記銅層の上部又は下部の第２領域に備えた陽極酸化絶縁層とを含むことを特徴とする放熱基板。
前記陽極酸化絶縁層の上部の一部領域に備えたシード層；及び
前記シード層上に形成された金属層をさらに含むことを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の放熱基板。
前記陽極酸化絶縁層は、陽極酸化によってなされることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の放熱基板。
前記アルミニウム層は、０．０２ｍｍ〜０．２ｍｍ以上の厚さに形成されることを特徴とする請求項２又は３に記載の放熱基板。
前記銅層とアルミニウム層は、２：２〜３：１の厚み比率に形成されることを特徴とする請求項２又は３に記載の放熱基板。
前記シード層は、無電解メッキまたはスパッタリング蒸着によってなされることを特徴とする請求項４に記載の放熱基板。
前記金属層は、湿式メッキまたは乾式スパッタリング蒸着によってなされることを特徴とする請求項４に記載の放熱基板。
前記シード層は陽極酸化絶縁層上に備え、
前記金属層はシード層上に備え、
湿式化学エッチング、電解エッチングまたはリフトオフ（Ｌｉｆｔ−ＯＦＦ）によって一部除去されることを特徴とする請求項４に記載の放熱基板。