JP6027001B2 - 放熱回路基板 - Google Patents

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Description

本発明は、放熱回路基板及びその製造方法に関するものである。
回路基板は、電気絶縁性基板に回路パターンを含むものであって、電子部品などを搭載するための基板である。
このような電子部品は発熱素子、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ：light emitting diode）などであるが、発熱素子は深刻な熱を放出する。発熱素子からの放出熱は回路基板の温度を上昇させて発熱素子の誤動作及び信頼性に問題をもたらす。
放出熱による問題を解決するために、図１のように放熱回路基板が提案された。
図１は、従来の回路基板の断面図である。
図１を参照すると、従来の放熱回路基板１は、金属プレート２、絶縁層３、回路パターン４、及び発熱素子実装部５から構成される。
前述のような従来の放熱回路基板１は、搭載された発熱素子から放出される熱が絶縁層３の干渉によって放熱目的として使われた金属プレート２に伝達できなくなる。
本発明の目的は、新たな構造を有する放熱回路基板及びその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、熱効率が向上した放熱回路基板及びその製造方法を提供することにある。
本発明は、発熱素子を実装する放熱回路基板において、放熱回路基板は発熱素子を付着する半田が形成される金属突起を含む金属プレート、金属突起の上に形成されている接着層、金属突起を露出し、金属プレートの上に形成されている絶縁層、そして絶縁層の上に形成されている回路パターンを含む。
一方、本発明に従う放熱回路基板の製造方法は、金属原板に対して金属突起を含む金属プレートを形成するステップ、金属突起の上に半田との接着性の高い銅を含む合金でメッキして接着層を形成するステップ、金属突起を露出するように金属プレートの上に絶縁層を形成するステップ、そして絶縁層の上に導電層を形成し、パターニングして回路パターンを形成するステップを含む。
本発明によれば、実装パッドの下部に放熱突起を含む金属プレートを使用することによって、発熱素子から放出される熱を金属プレートに直接伝達して熱放出効率が高まる。また、放熱突起の表面に銅を含む合金でメッキすることによって、半田との接着性を向上させることができるので不良を減らすことができる。
従来の放熱回路基板の断面図である。 本発明の第１実施形態に従う放熱回路基板の断面図である。 図２の放熱回路基板を製造するための第１方法を示す断面図である。 図２の放熱回路基板を製造するための第１方法を示す断面図である。 図２の放熱回路基板を製造するための第１方法を示す断面図である。 図２の放熱回路基板を製造するための第１方法を示す断面図である。 図２の放熱回路基板を製造するための第１方法を示す断面図である。 図２の放熱回路基板を製造するための第１方法を示す断面図である。 図２の放熱回路基板を製造するための第１方法を示す断面図である。 図２の放熱回路基板を製造するための第１方法を示す断面図である。 図２の放熱回路基板を製造するための第２方法を示す断面図である。 図２の放熱回路基板を製造するための第２方法を示す断面図である。 図２の放熱回路基板を製造するための第２方法を示す断面図である。 図２の放熱回路基板を製造するための第２方法を示す断面図である。 図２の放熱回路基板を製造するための第２方法を示す断面図である。 図２の放熱回路基板を製造するための第２方法を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に従う放熱回路基板の断面図である。 （ａ）は本発明に従う対照群の構成図であり、（ｂ）は本発明に従う実験群の構成図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明に従う対照群の状態変化を示す写真であり、(ｃ)及び（ｄ）は本発明に従う実験群の状態変化を示す写真である。 本発明の第３実施形態に従う放熱回路基板の断面図である。 図２０の放熱回路基板を製造するための第１方法を示す断面図である。 図２０の放熱回路基板を製造するための第１方法を示す断面図である。 図２０の放熱回路基板を製造するための第１方法を示す断面図である。 図２０の放熱回路基板を製造するための第１方法を示す断面図である。 図２０の放熱回路基板を製造するための第１方法を示す断面図である。 図２０の放熱回路基板を製造するための第１方法を示す断面図である。 図２０の放熱回路基板を製造するための第１方法を示す断面図である。 図２０の放熱回路基板を製造するための第２方法を示す断面図である。 図２０の放熱回路基板を製造するための第２方法を示す断面図である。 図２０の放熱回路基板を製造するための第２方法を示す断面図である。 図２０の放熱回路基板を製造するための第２方法を示す断面図である。 図２０の放熱回路基板を製造するための第２方法を示す断面図である。 図２０の放熱回路基板を製造するための第２方法を示す断面図である。 図２０の放熱回路基板を製造するための第２方法を示す断面図である。 本発明の第４実施形態に従う放熱回路基板の断面図である。 本発明の第３実施形態の適用例を示す断面図である。 （ａ）は本発明に対する対照群の上面写真であり、（ｂ）は図２０の放熱回路基板の上面写真である。
以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態に対して本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかしながら、本発明はさまざまな相異なる形態に具現されることができ、ここで説明する実施形態に限定されるものではない。
明細書の全体で、どの部分がどの構成要素を「含む」とする時、これは特別に反対になる記載がない限り、他の構成要素を除外するものでなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
そして、図面において、本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略し、幾つの層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して表し、明細書の全体を通じて類似の部分に対しては類似の図面符号を付けた。
層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上に」あるとする時、これは他の部分の「真上に」ある場合だけでなく、その中間に更に他の部分がある場合も含む。反対に、どの部分が他の部分の「真上に」あるとする時には中間に他の部分がないことを意味する。
本発明は、放熱を目的として金属プレートを用いた回路基板において、放熱構造及び半田接着構造を含む回路基板を提供する。
以下、図２乃至図１０を参照して本発明の第１実施形態に従う放熱回路基板を説明する。
図２は、本発明の第１実施形態に従う放熱回路基板の断面図である。
図２を参照すると、本発明の第１実施形態に従う放熱回路基板１００は、金属プレート１０、金属プレート１０の上に形成される接着層２０、接着層２０の上に形成される絶縁層３０、及び絶縁層３０の上に形成される回路パターン４０を含む。
金属プレート１０は、熱伝導度の良いアルミニウム、ニッケル、金、白金などを含む合金のうちの１つでありうる。
金属プレート１０は、発熱素子６０を実装する金属突起１１を含む。
金属突起１１は金属プレート１０から延長されて垂直に突出しており、上面に発熱素子６０を実装するための半田５０が位置できるように所定の面積を有して形成される。
金属プレート１０の上に接着層２０が形成されている。
接着層２０は、金属プレート１０から突出している金属突起１１と半田５０との間の接着力を高めるためのものであって、半田５０と接着性の良い物質である銅を含む合金、好ましくは銅またはニッケルを含む合金で金属プレート１０をメッキ処理したメッキ層でありうる。
金属プレート１０の上に絶縁層３０が形成されている。
絶縁層３０は金属突起１１を開放して形成されており、熱伝導度（約０．２〜０．４Ｗ／ｍｋ）の低いエポキシ系絶縁樹脂を含むことができ、これとは異なり、熱伝導度が相対的に高いポリイミド系樹脂を含むこともできる。
絶縁層３０は、図２のように接着層２０が形成されている金属突起１１の高さと同一の厚さで形成されることができ、これとは異なり、金属突起１１の高さより小さな厚さで形成されることができる。
絶縁層３０は単一層に形成することもできるが、複数の層に形成することができ、複数の層に形成する場合、各層の物質は互いに異なることがある。
絶縁層３０の上に複数の回路パターン４０が形成されている。
回路パターン４０は、絶縁層３０の上に積層されている導電層をパターニングして形成される。
回路パターン４０は電気伝導度が高く、抵抗が低い物質で形成されるが、薄い銅層である銅箔を導電層にパターニングして形成できる。
回路パターン４０は、薄い銅層をシード層として銀またはアルミニウムメッキで形成できる。
一方、金属プレート１０の金属突起１１は発熱素子実装パッドであって、金属突起１１の上に実装のための半田５０が形成されており、半田５０の上に発熱素子６０が形成されている。
このような半田５０は有鉛または無鉛半田クリームを金属突起１１の上に塗布し、発熱素子６０を実装した後、熱処理して形成することができる。
金属突起１１の上に発熱素子６０、例えば、発光ダイオードパッケージのような発光素子は、ワイヤー６５のボンディングにより回路パターン４０と電気的に連結できる。一方、発熱素子６０がこれとは異なりフリップチップボンディングにより実装されることもできる。
このように、金属突起１１の上面が絶縁層３０により外部に露出して発熱素子６０の実装パッドとして使用することによって、別途の実装パッドを形成しなくて、下の金属プレート１０との直接連結が可能であるので放熱性が高まる。
また、金属突起１１を含む金属プレート１０の表面を半田５０との接着力が良い銅またはニッケルを含む合金でメッキして銅の以外の金属で金属プレート１０を形成する場合、半田５０との接着力を高めることができる。
したがって、銅より値段の低いアルミニウムなどを金属プレート１０に使用しながらも放熱性及び半田５０との接着性を確保することができる。
以下、図３乃至図１６を参照して図２の放熱回路基板を製造する方法を説明する。
図３乃至図１０は、図２の放熱回路基板を製造するための第１方法を示す断面図である。
まず、図３のように金属原板１０ａを用意し、原板１０ａに図４のように金属突起１１と金属プレート１０を形成する。
この際、金属原板１０ａは熱伝導度の良いアルミニウム、ニッケル、金、白金などを含む合金のうちの１つでありうるが、半田５０と接着力の低い金属でありうる。
金属突起１１は、金属原板１０ａを圧延工程を通じて所定のモールディングにより形成し、または、金属原板１０ａをエッチングして形成することができる。
この際、金属突起１１の高さは後で形成される絶縁層３０の厚さを考慮して絶縁層３０の厚さと等しいか大きく形成する。
次に、金属プレート１０及び金属突起１１の表面に図５の接着層２０を形成する。
接着層２０は銅またはニッケルを含む合金をメッキして形成することができ、金属プレート１０及び金属突起１１の表面を亜鉛酸塩などの金属塩で化学処理した後、銅またはニッケルを含む合金でメッキすることにより形成する。
次に、図６のように、金属プレート１０の上に第１絶縁層３１を形成する。
第１絶縁層３１は絶縁性のエポキシ系樹脂を含むプリプレグを塗布し、硬化して形成することができる。
第１絶縁層３１は、金属突起１１の高さより小さい厚さを有するように金属突起１１を除外した金属プレート１０の接着層２０の上に塗布されて形成される。
次に、図７のように銅箔層４５を含む第２絶縁層３５を用意する。
第１絶縁層３１と第２絶縁層３５の厚さの和が金属突起１１の高さと等しいか小さく形成することができ、第２絶縁層３５は第１絶縁層３１と同一のエポキシ系樹脂を含むことができる。
図７の銅箔層４５と第２絶縁層３５の積層構造は従来型のＣＣＬ（Cupper clad laminate）でありえ、これとは異なり、銅箔層４５の上に第２絶縁層３５をペースト状態で塗布した後、硬化して形成することもできる。
図７の銅箔層４５及び第２絶縁層３５の積層構造は、所定の開口部３５ａ、４５ａを有するように形成される。
即ち、第２絶縁層３５は金属突起１１の面積と同一のサイズの絶縁開口部３５ａを含み、銅箔層４５は絶縁開口部３５ａと整列する銅箔開口部４５ａを含む。
開口部３５ａ、４５ａの形成は物理的な加工により遂行されることができ、ドリル加工またはレーザー加工により形成できる。
次に、図８のように、絶縁開口部３５ａが第１絶縁層３１の上に突出している金属突起１１を露出するように整列しながら第２絶縁層３５が第１絶縁層３１の上に位置するように図６の構造と図７の構造とを熱圧着して一体化させる。
したがって、第１絶縁層３１及び第２絶縁層３５が図２の絶縁層３０を形成し、絶縁層３０の厚さが金属突起１１の高さと等しいかより低く形成される。
次に、図９のように、銅箔層４５をエッチングして所定の回路パターン４０を形成し、回路パターン４０は銀またはアルミニウムなどでメッキできる。
また、これとは異なり、図７の積層構造で銅箔層４５をエッチングして回路パターン４０を先に形成した後、図６の構造と熱圧着することも可能である。
図９のように形成される放熱回路基板は、絶縁層３０を開放し、下部の金属プレート１０と直接連結されている金属突起１１が発熱素子６０の実装パッドとして機能して、発熱素子６０からの放出熱を直接金属プレート１０に伝達して熱効率が高まる。
このような構造で放熱回路基板は、発熱素子６０との接着性を高めるために、金属突起１１の表面に銅を含むメッキを遂行する。
このように、表面に銅を含むメッキ層である接着層２０が形成されることによって、図１０のように、半田５０クリームを金属突起１１の表面接着層２０の上に塗布した後、発熱素子６０を実装し、熱処理して半田５０クリームと接着層２０との合金を誘導することによって、発熱素子６０の接着を強固にすることができる。
このような放熱回路基板はバックライト用光源または照明用光源に用いられ、特に熱放出の多い発光ダイオードパッケージを実装してバックライト用光源または照明用光源に使用する場合、発光ダイオードパッケージからの放出熱を金属突起１１を通じて外部に放出することによって、銅の以外の金属基板を使用しながらも高い熱放出効率及び素子接着性を有する回路基板を提供することができる。
一方、図２の放熱回路基板は、図３乃至図１０と異なる方法でも形成することができる。
以下、図１１乃至図１６を参照して図２の放熱回路基板を製造する他の方法を説明する。
図１１の金属原板１０ａを用意し、原板１０ａに図１２のように金属突起１１及び金属プレート１０を形成する。
この際、金属原板１０ａは熱伝導度の良いアルミニウム、ニッケル、金、白金などを含む合金のうちの１つでありえ、半田５０と接着力の低い金属でありうる。
金属突起１１は、金属原板１０ａを圧延工程を通じて所定のモールディングにより形成し、または、金属原板１０ａをエッチングして形成することができる。
この際、金属突起１１の高さは後で形成される絶縁層３０の厚さを考慮して絶縁層３０の厚さと等しいかより大きく形成する。
次に、図１３のように、金属プレート１０及び金属突起１１の表面に接着層２０を形成する。
接着層２０は銅またはニッケルを含む合金をメッキして形成することができ、金属プレート及び金属突起１１の表面を亜鉛酸塩などの金属塩で化学処理した後、銅またはニッケルを含む合金でメッキすることによって形成する。
次に、図１４のように金属プレート１０の上に絶縁層３０を形成する。
絶縁層３０は、エポキシ系樹脂を含む絶縁性物質を金属突起１１の高さと等しいか小さい厚さを有し、金属突起１１が露出するように塗布して形成する。
次に、図１５のように、銅箔層４５を絶縁層３０の上に形成し、熱圧着して絶縁層３０を硬化する。
この際、金属突起１１が絶縁層３０より突出している場合、銅箔層４５は金属突起１１を露出するように金属突起１１の面積と同一のサイズのホール（図示せず）を含むことができる。
次に、図１６のように、銅箔層４５をエッチングして所定の回路パターン４０を形成し、回路パターン４０は銀またはアルミニウムなどでメッキできる。
この際、銅箔層４５が金属突起１１の上部を覆っている場合、回路パターン４０の形成時、金属突起１１を露出するように銅箔層４５をエッチングする。
第２方法によれば、絶縁層３０を１つの層に形成し、銅箔層４５を直接絶縁層３０の上に形成することによって、製造工程を減らすことができる。
また、図１６のように形成されている放熱回路基板は、絶縁層３０を露出し、下部の金属プレート１０と直接連結されている金属突起１１が発熱素子６０の実装パッドとして機能することによって、発熱素子６０からの放出熱を直接金属プレート１０に伝達して熱効率が高まる。
このような構造で放熱回路基板は発熱素子６０との接着性を高めるために金属突起１１の表面に銅を含むメッキを遂行する。
このように、表面に銅を含むメッキ層である接着層２０が形成されることによって、図２のように、半田５０クリームを金属突起１１の表面に塗布した後、発熱素子６０を実装し、熱処理して半田５０クリームと接着層２０との合金を誘導することによって、発熱素子６０の接着性を高めることができる。
以下、図１７を参照して本発明の他の実施形態に従う放熱回路基板を説明する。
図１７は、本発明の第２実施形態に従う放熱回路基板の断面図である。
図１７を参照すると、本発明の第２実施形態に従う放熱回路基板２００は、金属プレート１１０、金属プレート１１０の上に形成される接着層１２０、金属プレート１１０の上に形成される絶縁層１３０、及び絶縁層１３０の上に形成される回路パターン１４０を含む。
金属プレート１１０は、熱伝導度の良いアルミニウム、ニッケル、金、白金などを含む合金のうちの１つでありうる。
金属プレート１１０は、発熱素子１６０を実装する金属突起１１１を含む。
金属突起１１１は、金属プレート１１０から延長されて垂直に突出しており、上面に発熱素子１６０を実装するための半田１５０が位置しえる所定の面積を有して形成される。
金属突起１１１の上面のみに選択的に接着層１２０が形成される。
接着層１２０は、金属プレート１１０から突出している金属突起１１１と半田１５０との間の接着力を高めるためのものであって、半田１５０と接着性の良い物質である銅を含む合金、好ましくは銅またはニッケルを含む合金で金属突起１１１を選択的にメッキ処理したメッキ層でありうる。
金属プレート１１０の上に絶縁層１３０が形成される。
絶縁層１３０は金属突起１１１を開放しながら形成されており、熱伝導度（約０．２〜０．４Ｗ／ｍｋ）の低いエポキシ系絶縁樹脂を含むことができ、また、熱伝導度が相対的に高いポリイミド系樹脂を含むこともできる。
絶縁層１３０は、図２のようにメッキ層が形成される金属突起１１１の高さと同一の厚さで形成され、また、金属突起１１１の高さより薄い厚さで形成できる。
絶縁層１３０は単一層に形成することもできるが、複数の層に形成することもでき、複数の層に形成する場合、各層の物質は互いに異なることがある。
絶縁層１３０の上に複数の回路パターン１４０が形成されている。
回路パターン１４０は、絶縁層１３０の上に積層されている導電層をパターニングして形成される。
回路パターン１４０は電気伝導度が高く、抵抗が低い物質で形成するが、薄い銅層である銅箔を導電層としてパターニングして形成できる。
回路パターン１４０は薄い銅層をシード層として銀またはアルミニウムメッキすることができる。
一方、金属プレート１１０の金属突起１１１は発熱素子実装パッドであって、金属突起１１１の上に実装のための半田１５０が形成されており、半田１５０の上に発熱素子１６０が形成されている。
このような半田１５０は有鉛または無鉛半田クリームを金属突起１１１の上に塗布し、発熱素子１６０を実装した後、熱処理して形成することができる。
金属突起１１１の上に発熱素子１６０、例えば、発光ダイオードパッケージのような発光素子はワイヤー１６５のボンディングにより回路パターン１４０と電気的に連結できる。
このように、金属突起１１１の上面が絶縁層１３０により外部に露出して発熱素子の実装パッドとして使用することによって、別途の実装パッドを形成せずに、下の金属プレート１１０との直接連結が可能であるので放熱性が高まる。
また、金属突起１１１の表面を半田１５０との接着力の良い銅またはニッケルを含む合金でメッキして銅の以外の金属で金属プレート１１０を形成する場合、半田１５０との接着力を高めることができる。
したがって、銅より値段の低いアルミニウムなどを金属プレート１１０に使用しながらも放熱性及び半田１５０の接着性を確保することができ、金属突起１１１の上に選択的に接着層１２０を形成することによって、費用を減らすことができる。
図１７に図示する放熱回路基板２００も図３乃至図１６で説明する製造方法により製造できることは自明である。
以下、本発明に従う放熱回路基板の接着層２０の効果について図１８ａ乃至図１９ｃを参照して説明する。
図１８ａは本発明の対照群の構成図であり、図１９ａ及び図１９ｂは対照群の状態変化を示す写真であり、図１８ｂは本発明に従う実験群の構成図であり、図１９ｃ及び図１９ｄは実験群の状態変化を示す写真である。
図１８ａの対照群の放熱回路基板３００は、図２のように金属突起２１１が形成されているアルミニウムプレート２１０及び絶縁層２３０、絶縁層２３０の上に回路パターン２４０を含み、金属突起２１１の上に半田２５０が形成されている。
図１９ａは、図１８ａの放熱回路基板３００の上面を撮影した写真であって、所定時間経過後、図１９ｂのように金属突起２１１から半田２５０が分離される。
金属突起２１１が銅を含まないアルミニウムを含む合金で形成されているので、半田２５０と合金が形成されないことで、接着力が低くなる。
一方、図１８ｂ、図１９ｃ、及び図１９ｄを参照して本発明に従う放熱回路基板１００を説明すれば、図１８ｂのように、図２に図示されている放熱回路基板１００の場合、アルミニウムプレート１０を使用し、アルミニウムプレート１０の上に銅を含む合金で金属突起１１の表面をメッキして接着層２０を形成したものである。
図１９ｃのように、金属突起１１に半田５０を形成した後、所定時間が経過しても半田５０が金属突起１１から脱着されず、金属突起１１の表面接着層２０と半田５０とが合金を形成しながら接着されていることを確認することができる。
このように、本発明によれば、銅を含まない金属プレートを用いて放熱突起を形成しながら熱効率及び経済性を確保する一方、発熱素子実装パッドとして使われる金属突起の表面に銅を含む合金でメッキして半田との接着性を高めることができる。
以下、図２０乃至図２７を参照して本発明の第３実施形態に従う放熱回路基板を説明する。
図２０は、本発明の第３実施形態に従う放熱回路基板の断面図である。
図２０を参照すると、本発明の第３実施形態に従う放熱回路基板３００は、金属プレート１０、金属プレート１０の上に形成される絶縁層３０、及び絶縁層３０の上に形成される回路パターン４０を含む。
第３実施形態の構成のうち、第１実施形態と同一の構成に対する説明は省略する。
金属プレート１０は、発熱素子６０を実装する金属突起１１を含む。
金属突起１１は、金属プレート１０から延長されて垂直に突出しており、上面に発熱素子６０を実装するための半田５０が位置できる所定の面積を有するように第１幅ｄ１を有して形成される。
金属プレート１０の上に絶縁層３０が形成されている。
絶縁層３０は、強化繊維、ガラス繊維、またはフィラーなどの固形成分２１を樹脂に含浸させて形成するプリプレグを硬化して形成することができる。
金属突起１１から近接した領域に所定厚さ（Δｄ）で金属突起１１の側面を囲む側面絶縁層８０が形成されている。
この際、側面絶縁層８０は金属突起１１を基準に互いに異なる厚さ（Δｄ）を有するように形成することもできる。
側面絶縁層８０は、絶縁層３０から延長して、金属突起１１の高さと同一の高さで形成されており、絶縁層３０の固形成分２１を含まず、樹脂のみで形成される。
図２０のように、側面絶縁層８０は樹脂のみで構成されて金属突起１１を囲みながら第１幅ｄ１より大きい第２幅ｄ２を有するように所定厚さ（Δｄ）で形成され、絶縁層３０は側面絶縁層８０から延長して金属プレート１０の平面の上に固形成分２１と樹脂を全て含んで形成される。
この際、絶縁層３０の固形成分２１から側面絶縁層８０までの距離は約１００μｍ以下を満たす。
絶縁層３０は、金属突起１１の高さと同一の厚さで形成され、図２のように、金属突起１１の高さより小さな厚さで形成されて、側面絶縁層８０より低く形成できる。
絶縁層３０の上に複数の回路パターン４０が形成される。
回路パターン４０は、絶縁層３０の上に積層されている導電層をパターニングして形成され、金属突起１１より低く形成できる。
一方、金属プレート１０の金属突起１１は発熱素子実装パッドであって、金属突起１１の上に実装のための半田５０が形成されており、半田５０の上に発熱素子６０が形成される。
絶縁層３０から金属突起１１の側面を囲む側面絶縁層８０を形成することによって、金属突起１１と隣り合う回路パターン４０の間に電気絶縁性を確保することができる。
以下、図２１乃至図３４を参照して図２０の放熱回路基板を製造する方法を説明する。
まず、図２１のように、金属原板１０ａを用意し、金属原板１０ａに図２２のように金属突起１１及び金属プレート１０を形成する。
金属突起１１は第１幅ｄ１を有し、金属原板１０ａを圧延工程を通じて所定のモールディングにより形成し、または、金属原板１０ａをエッチングして形成することができる。
次に、図２３のように金属プレート１０の上に絶縁層３０を形成する。
絶縁層３０は、強化繊維、ガラス繊維、またはフィラーなどの固形成分２１がエポキシ系樹脂などの樹脂に含浸されているプリプレグを金属プレート１０の上に塗布することによって形成することができる。
この際、プリプレグは金属突起１１を露出する開口部３０ａを有するように形成する。
開口部３０ａは、金属突起１１の第１幅ｄ１より大きい第２幅ｄ２を有するように形成され、開口部３０ａの側面から金属突起１１までの離隔距離（Δｄ）は次の数式を満たす。
〔数式〕
（Δｄ）＝ｄ２−ｄ１／２
離隔距離（Δｄ）はプリプレグの上に銅箔層４５を含む積層構造を熱圧着する時、プリプレグの樹脂が熱圧着により金属突起１１に向けて流れながら金属突起１１の側面を囲んで形成される側面絶縁層８０の厚さと同一である。
この際、プリプレグ開口部３０ａと金属突起１１の整列時、微差によって金属突起１１から互いに異なる離隔距離（Δｄ）を有するようにプリプレグが形成できる。
一方、開口部３０ａの第２幅ｄ２はプリプレグ厚さに対して少なくとも８０倍以上の大きさを有することができ、熱圧着の温度及び圧力によって変更できる。
次に、図２４のように銅箔層４５を用意する。
図２４の銅箔層４５は、銅箔開口部４５ａを有するように形成される。
即ち、銅箔層４５は絶縁層３０の開口部３０ａの幅と同一の第２幅ｄ２を有するように形成された銅箔開口部４５ａを含む。
銅箔開口部４５ａの形成は物理的な加工により遂行され、ドリル加工またはレーザー加工により形成できる。
次に、図２５のように、銅箔開口部４５ａが絶縁層３０の上に突出している金属突起１１を露出するように整列しながら銅箔層４５が絶縁層３０の上に位置するように熱圧着して一体化させる。
したがって、絶縁層３０の厚さが金属突起１１の高さと等しいかより低く形成される。
この際、銅箔層４５と金属プレート１０との熱圧着により絶縁層３０をなすプリプレグが硬化され、熱圧着時、圧力によりプリプレグから樹脂が金属突起１１に向けて流れることによって、樹脂が絶縁層３０の開口部３０ａ及び銅箔開口部４５ａを埋める。
プリプレグ樹脂が絶縁層３０の開口部３０ａ及び銅箔層４５の開口部４５ａを埋めた状態で硬化されることで、絶縁層３０から延長されて、金属突起１１を囲む側面絶縁層８０が形成され、側面絶縁層８０の以外の絶縁層３０は樹脂と固形成分２１とが混合されて硬化されている。
この際、図２５のように、樹脂の一部８０ａが金属突起１１の上面及び銅箔層４５の上面を覆う場合、図２６のように、金属突起１１の上面及び銅箔層４５の上面を露出するように樹脂を除去する。金属突起１１及び銅箔層４５の上面を露出する工程は、絶縁層３０のスミアを除去するためのデスミア工程を通じて遂行することができる。
次に、図２７のように銅箔層４５をエッチングして所定の回路パターン４０を形成し、回路パターン４０は銀またはアルミニウムなどでメッキできる。
図２８のように形成されている放熱回路基板１００は、絶縁層３０を露出し、下部の金属プレート１０と直接連結されている金属突起１１が発熱素子６０の実装パッドとして機能することによって、発熱素子６０からの放出熱を直接金属プレート１０に伝達して熱効率が高まる。
このような構造で放熱回路基板１００の製造時、絶縁層３０を金属突起１１より大きい開口部３０ａを有するように形成した後、熱圧着させることによって、絶縁層３０の樹脂が流れて側面絶縁層８０を形成することができる。
したがって、側面絶縁層８０により金属突起１１と隣り合う回路パターン４０の間の電気絶縁性が確保される。
このような放熱回路基板１００は、バックライト用光源または照明用光源に用いられ、特に熱放出の多い発光ダイオードパッケージを実装してバックライト用光源または照明用光源に使用する場合、発光ダイオードパッケージからの放出熱を金属突起１１を通じて外部に放出する金属突起１１の上面面積を確保して放熱性及び接着性を高めて、側面絶縁層８０により絶縁性が確保されて信頼性が高まる。
一方、図２０の放熱回路基板１００は他の方法でも形成することができる。
以下、図２８乃至図３４を参照して図２０の放熱回路基板を製造する他の方法を説明する。
まず、図２８のように、金属原板１０ａを用意し、原板１０ａに図２９のように金属突起１１及び金属プレート１０を形成する。
この際、金属原板１０ａは熱伝導度の良い銅、アルミニウム、ニッケル、金、白金などを含む合金のうちの１つでありうる。
金属突起１１は、金属原板１０ａを圧延工程を通じて所定のモールディングにより形成し、または、金属原板１０ａをエッチングして形成することができる。
この際、金属突起１１の高さは後で形成される絶縁層３０の厚さを考慮して絶縁層３０の厚さと等しいかより厚く形成する。
次に、図３０のように銅箔層４５を含む絶縁層３０を用意する。
銅箔層４５を含む絶縁層３０の構造は、従来型のＣＬ（Cupper clad laminate）でありえ、これとは異なり、銅箔層４５の上に絶縁層３０をペースト状態で塗布して形成することもできる。
絶縁層３０は、強化繊維、ガラス繊維、またはフィラーなどがエポキシ系樹脂などの樹脂に含浸されているプリプレグでありうる。
この際、プリプレグは金属突起１１を露出する開口部３０ａを有するように形成し、銅箔層４５はやはり開口部３０ａと整列する銅箔開口部４５ａを含む。開口部３０ａ及び銅箔開口部４５ａは化学的エッチングまたはレーザーエッチングを通じて形成し、または、物理的加工法、例えばパンチングなどを通じて形成することができる。
開口部３０ａ及び銅箔開口部４５ａは、金属突起１１の第１幅ｄ１より大きい第２幅ｄ２を有するように形成され、開口部３０ａ、４５ａの側面から金属突起１１までの離隔距離（Δｄ）は、次の数式を満たす。
〔数式〕
（Δｄ）＝ｄ２−ｄ１／２
離隔距離（Δｄ）は積層構造を絶縁プレート１０と熱圧着する時、プリプレグ樹脂が熱圧着により金属突起１１に向けて流れながら金属突起１１の側面を囲んで形成される側面絶縁層８０の幅と同一である。
一方、開口部３０ａの第２幅ｄ２はプリプレグ厚さに対して少なくとも８０倍以上の大きさを有することができ、熱圧着の温度及び圧力によって変更できる。
次に、図３１のように絶縁層３０の開口部３０ａと銅箔開口部４５ａが金属突起１１を露出するように整列しながら熱圧着して一体化させる。
この際、絶縁層３０と金属プレート１０との熱圧着により絶縁層３０をなすプリプレグが硬化され、プリプレグから樹脂が金属突起１１に向けて流れることによって、絶縁層３０の開口部３０ａ及び銅箔開口部４５ａを埋める。
樹脂が絶縁層３０の開口部３０ａを埋めた状態で硬化することで、絶縁層３０から延長され、金属突起１１を囲む側面絶縁層８０が形成され、側面絶縁層８０の以外の絶縁層３０は樹脂と固形成分２１とが混合して硬化される。
この際、図３１のように側面絶縁層８０の樹脂の一部８０ａが金属突起１１の上面を覆う場合、図３２のように金属突起１１の上面を露出するように樹脂を除去することによって、側面絶縁層８０の高さと金属突起１１の高さとを同一に形成する。
金属突起１１の上面を露出する工程は、絶縁層３０のスミア（残渣）を除去するためのデスミア工程を通じて遂行することができる。
次に、図３３のように、絶縁層３０の上の銅箔層４５を所定のパターンでエッチングして回路パターン４０を形成し、図３４のように、露出している金属突起１１の上面に半田５０クリームを塗布し、図２０のように、発熱素子６０を実装した後、熱処理することができる。
図３４のように形成された放熱回路基板１００は、絶縁層３０を露出し、下部の金属プレート１０と直接連結された金属突起１１が発熱素子６０の実装パッドとして機能することによって、発熱素子６０からの放出熱を直接金属プレート１０に伝達して熱効率が高まる。
以下、図３５を参照して本発明の第２実施形態に従う放熱回路基板を説明する。
図３５は、本発明の第４実施形態に従う放熱回路基板の断面図である。
図３５を参照すると、本発明の第４実施形態に従う放熱回路基板４００は、金属プレート１０、金属プレート１０の上に形成される接着層２０、接着層２０の上に形成される絶縁層３０の上に形成される回路パターン４０を含む。
本発明の第４実施形態に従う放熱回路基板４００は、金属プレート１０の上に接着層２０が形成されている。
接着層２０は金属プレート１０から突出している金属突起１１と半田５０との間の接着力を高めるためのものであって、半田５０と接着力の良い物質である銅を含む合金、好ましくは銅またはニッケルを含む合金で金属プレート１０をメッキ処理したメッキ層でありうる。
絶縁層３０及び側面絶縁層８０の構成は図２０と同一である。
金属突起１１の上にメッキで接着層２０を形成して半田５０との接着性を確保することができる。
図３５で図示する放熱回路基板４００も前述した方法により製造できることは自明である。
このように、本発明の放熱回路基板は製造工程の上で発生できる誤差を補完して金属突起と隣り合う回路パターンとの絶縁を確保する。
以下、図３６を参照して本発明が適用されている放熱回路基板を説明する。
図３６は、図２０の放熱回路基板の適用例を示す断面図である。
図３６を参照すると、本発明に従う放熱回路基板は、金属プレート２１０、金属プレート２１０の上に形成される絶縁層２２０の上に形成される回路パターン２４０を含み、各々の構成は図２０と同一である。
絶縁層２２０は、強化繊維、ガラス繊維、またはフィラーなどの固形成分２２１を樹脂に含浸させて形成するプリプレグを硬化して形成することができる。
この際、金属突起２１１から近接した領域に絶縁層２２０から延長して金属突起２１１を囲み、固形成分２２１を含まず、樹脂のみを含む側面絶縁層２３０が形成される。
側面絶縁層２３０は、金属突起２１１の高さと同一の高さに形成される。
一方、金属プレート２１０の金属突起２１１は発熱素子２６０の実装パッドであって、金属突起２１１または回路パターン２４０の上に実装のための半田２５０が形成されており、半田２５０の上に発熱素子２６０が形成される。
この際、図２８の放熱回路基板２００は、絶縁プレート２１０の加工時、加工偏差により金属突起２１１の左側と右側の段差が互いに異なるように形成できる。
図３６の放熱回路基板の製造工程は、次の通りである。
絶縁層２２０のプリプレグと回路パターン２４０を形成するための銅箔層を図２１乃至図３４のように絶縁プレート２１０と熱圧着して、絶縁層２２０と銅箔層の開口部をプリプレグ樹脂で埋めることによって、側面絶縁層２３０を形成する。
この際、両方の段差が互いに異なる場合、絶縁層２２０の高さが一定に維持されるように熱圧着して絶縁層２２０の厚さを互いに異なるように形成する。次に、金属突起２１１及び銅箔層を覆う樹脂を除去し、銅箔層をエッチングして回路パターン２４０を形成すれば、回路パターン２４０は両方が同一の高さに形成できる。
したがって、両方の回路パターン２４０が互いに異なる高さを有することによって、半田２５０を形成し、発熱素子２６０を付着する時、力が非対称に作用して付着が不完全に進行することを防止することができる。
また、工程の偏差にも関わらず、回路パターン２４０と金属突起２１１との高さが同一に形成されることによって、側面絶縁層２３０による金属突起２１１と隣り合う回路パターン２４０との間の絶縁を確保することができる。
以下、本発明に従う放熱回路基板の効果について図３７ａ及び図３７ｂを参照して説明する。
図３７ａは本発明に対する対照群の写真であり、図３７ｂは図２０の放熱回路基板の上面写真である。
図３７ａは、本発明の放熱回路基板とは異なり、金属突起が形成されている金属プレートに絶縁プリプレグを塗布しながら、金属突起を露出する開口部が金属突起の幅と同一の幅を有するように形成し、後工程を遂行しない場合の上面を示す。
図３７ａの放熱回路基板のように、開口部と金属突起との間に余裕空間がない場合、プリプレグ熱圧着時、プリプレグの樹脂が金属突起に乗り上がって金属突起の露出面積を減らす。
一方、本発明の図２０の放熱回路基板３００のように金属突起１１の幅より広い開口部３０ａを有するように絶縁層３０を形成する場合、絶縁層３０の熱圧着後に金属突起１１の側面に側面絶縁層３０を形成しながら、後工程により金属突起１１の上面を露出することによって、図３７ｂのように金属突起１１の面積が確保されることを確認することができる。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、次の請求範囲で定義している本発明の基本概念を用いた当業者のさまざまな変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属するものである。

Claims (6)

  1. 発熱素子を実装する放熱回路基板であって、
    前記発熱素子を付着する半田が形成される金属突起を含む金属プレートと、
    前記金属突起を含む前記金属プレートの上に形成されている接着層と、
    前記金属プレートの接着層の上に前記金属突起の側面を囲み、前記金属突起の上の接着層の上面を露出し、固形成分を含まず樹脂のみで形成される第１絶縁層と、
    前記金属プレートの接着層の上に形成され、前記第１絶縁層の側面を囲み、前記金属突起の上の接着層の上面を露出し、前記固形成分及び前記樹脂を両方とも含んで形成される第２絶縁層と、
    前記第２絶縁層の上に形成されている回路パターンと、を含み、
    前記第１絶縁層は、前記金属突起及び前記金属突起の上の接着層の高さと同一の高さを有し、上面が前記金属突起の上の接着層の上面と同一平面上に位置し、
    前記第２絶縁層は、前記第１絶縁層より薄く、上面が前記金属突起及び前記第１絶縁層の上面より低く位置し、
    前記半田は、前記金属突起の上の接着層の上に形成された第１部分と、前記第１絶縁層の上に形成された第２部分とを含むことを特徴とする、放熱回路基板。
  2. 前記接着層は、前記半田との接着性の高い銅またはニッケルを含む合金を含むことを特徴とする、請求項１に記載の放熱回路基板。
  3. 前記金属プレートは、アルミニウムを含む合金で形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の放熱回路基板。
  4. 前記接着層は、前記金属突起の上面のみに選択的に形成されていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の放熱回路基板。
  5. 前記固形成分は、強化繊維、ガラス繊維、またはフィラーを含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の放熱回路基板。
  6. 前記金属突起を中心に前記金属プレートの厚さが互いに異なることを特徴とする、請求項１に記載の放熱回路基板。
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