KR100771291B1 - 방열기판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방열기판 및 그 제조방법을 개시한다.

본 발명의 방열기판은 외층 회로가 형성된 인쇄회로기판에 있어서, 회로패턴이 형성되지 않은 비회로패턴 영역의 금속층을 미에칭하여 전기적으로 연결된 냉각핀을 형성하여 구성된다. 이러한 방열기판의 제조방법은 금속층과 도금층이 순차적으로 형성된 베이스기판에 외측 회로를 형성하는 단계와, 상기 기판 전체에 드라이 필름을 도포하고 회로패턴이 형성되지 않은 영역에 노광 및 현상을 하여 방열패턴 영역을 정의하는 단계와, 상기 방열패턴 영역을 미에칭하여 금속층을 선택적으로 제거하여 전기적으로 연결되면서 돌출 형성되는 다수의 냉각핀을 형성하는 단계 그리고 상기 드라이 필름을 박리하는 단계로 수행된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 방열기판 및 그 제조방법은 회로패턴이 형성되지 않은 영역내의 금속층에 냉각핀을 형성하므로 기판의 표면적 증대에 따른 열 방출 효과를 높일 수 있는 이점이 있다.

기판, 방열, 냉각핀, 에칭

Description

방열기판 및 그 제조방법{HEAT-RADIATING SUBSTRATE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

도 1은 종래 기술에 따른 방열판 부착형 인쇄회로기판의 구조를 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 방열기판을 나타낸 요부 절개 사시도이다.

도 3a 내지 도 3i는 본 발명에 따른 방열기판의 제조공정을 순차적으로 나타낸 것으로서,

도 3a는 양면에 금속층이 마련된 베이스기판의 구조를 나타낸 종단면도,

도 3b는 드릴링에 의한 도통홀이 형성된 상태를 나타낸 종단면도,

도 3c는 기판의 표면과 도통홀의 내벽이 도금된 상태를 나타낸 종단면도,

도 3d는 외측회로가 형성된 상태를 나타낸 종단면도,

도 3e는 드라이 필름이 도포된 상태를 나타낸 종단면도,

도 3f는 비회로패턴 영역에 노광 및 현상을 실시하여 방열패턴 영역을 정의한 상태를 나타낸 종단면도,

도 3g는 방열패턴 영역에 미에칭이 실시된 상태를 나타낸 종단면도,

도 3h는 드라이 필름이 박리된후의 상태를 나타낸 종단면도,

도 3i는 솔더레지스트 패터닝후의 상태를 나타낸 종단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 방열기판 10 : 베이스기판

11 : 절연층 12 : 금속층

13 : 도통홀 14 : 도금층

15 : 외측회로 20 : 드라이 필름

21 : 방열패턴 30 : 냉각기판

본 발명은 인쇄회로기판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판 제조공정에서 높은 열전도율을 지닌 냉각핀을 일체로 형성하여 방열성능의 개선과 박형화를 위한 설계의 자유도를 높일 수 있는 방열기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 인쇄회로기판(Printed Circuit Board)은 페놀수지 절연판 또는 에폭시수지 절연판 등의 일측면에 구리 등의 박판을 부착시킨 다음 회로의 배선 패턴에 따라 식각(선상의 회로만 남기고 부식시켜 제거)하여 필요한 회로를 구성하고 부품들을 부착 탑재시키기 위한 구멍을 뚫어 형성한 것으로서, 배선 회로면의 수에 따라 단면기판·양면기판·다층기판 등으로 분류되며 층수가 많을수록 부품의 실장력이 우수, 고정밀제품에 채용된다.

이러한 인쇄회로기판에 고정된 많은 전자부품들 예컨대 파워 트랜지스터나 반도체 소자 등은 동작을 할 때 많은 전력을 소비하므로 그 표면이나 리드선으로부 터 많은 열이 방출되며, 이러한 열에 의해 인쇄회로기판에 설치되는 각종 전자부품들이 열화되어 수명이 단축되거나 오동작을 일으키는 원인을 초래하였다.

특히 근래 들어, 전자부품 기술이 고도화됨에 따라 집적도가 높아지고 경량화되어 가고 있으며, 이러한 부품의 고집적화에 따른 부품의 발열문제가 심각하여 이에 대한 기술개발의 필요성이 절실히 요구되고 있다.

이를 해결하기 위하여 종래에는 도 1에서 보는 바와 같이, 인쇄회로기판에 별도의 히트싱크를 설치하거나 냉각팬을 이용하여 열방출을 도모하고 있으나, 이러한 전자부품의 냉각방식은 특정한 부품에 한정되어 있으므로 다양한 전자부품들이 설치되어 있는 경우 각 전자부품으로부터 방출되는 열들을 동시에 방출 할 수 없는 단점이 있었다.

이러한 단점을 해결하기 위하여 공개 실용신안 제1999-0031225호에는 인쇄회로기판의 방열 접착면과 방열판을 납으로 밀착하여 부착시키는 과정에서 발생되는 잔여납과 플럭스를 효과적으로 배출시킬 수 있도록 인쇄회로기판의 방열접착면에 그 속을 사진 식각하여 마이크로 스트립 라인을 메트릭스 형상으로 형성시켜 이루어지는 구조가 개시되어 있고, 특허출원번호 1998-0014235호에는 각 전자 소자들이 배치되는 형태에 따라 회로의 패턴이 형성된 인쇄회로기판 본체의 상면에 방열판을 부착한 것으로서, 인접하는 전자소자의 리드가 관통하는 통공부가 각각 독립적으로 형성되어 개개의 통공부 사이에 브릿지가 존재하는 방열판이 구비되는 구조가 개시되어 있다.

상술한 바와 같이 구성된 인쇄회로기판의 방열판은 각각의 전자소자의 리드 가 관통하는 관통부가 독립적으로 형성된 구조를 가지고 제조가 상대적으로 난해하고 구조가 복잡하며, 특히 인쇄회로기판과 방열판을 각각 별도로 제조하고 이를 부착하는 구조를 가지고 있으므로 이들의 조립이 정확하게 이루어지지 않은 경우 리드 단자들이 방열판에 의해 단락되는 문제점을 가지고 있으므로 작업성이 매우 떨어져 양산성이 낮다. 또한 방열판이 단일의 몸체로 이루어져 있으므로 열 방출이 심한 전자부품으로부터 발생된 열이 타 전자부품으로 전도되는 현상이 있다.

특히, 상기와 같이 방열판을 부착한 인쇄회로기판은 전자제품의 소형화에 한계가 있는 단점이 있었다.

이러한 단점을 해소하기 위하여 고성능이면서 열발산율이 높은 칩을 패키지 형태로 실장하는 BGA 인쇄회로기판이 개발되었다. 이러한 BGA 인쇄회로기판은 패키지 아랫면에 볼 범프(bump)를 매트릭스 형상으로 배치한 표면실장형의 패키지를 총칭한 것으로서 그 구성을 간략하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 인쇄회로기판에 캐비티를 형성하여 반도체칩이 장착될 수 있게 하고, 인쇄회로기판의 일측면으로 방열판을 부착 구성한다. 이때 상기 방열판은 그 일면에 반도체칩이 직접 접촉되는 것에 의해 열방출의 효과를 극대화시킬 수 있게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 방열판 부착형 인쇄회로기판은 그 제조공정이 복잡하고, 실장되는 전자부품에 따라 방열판을 별도로 구비시켜야 할 뿐만 아니라 인쇄회로기판에 대한 전체적인 방열이 곤란하여 추가적으로 냉각팬이나 히트싱크 등의 추가적인 방열수단을 마련해야 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 기판의 제조과정에서 냉각핀을 일체로 형성시킴으로써 방열판을 배제하고도 인쇄회로기판 전체에 대한 균일한 방열성능을 보장하고 박형화를 위한 설계의 자유도를 높일 수 있는 방열기판 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 방열기판은, 외층 회로가 형성된 인쇄회로기판에 있어서, 회로패턴이 형성되지 않은 비회로패턴 영역의 금속층을 미에칭하여 전기적으로 연결된 냉각핀을 형성하여 구성된 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 냉각핀의 높이는 금속층과 도금층의 전체 두께를 기준으로 10~90%인 것에 있다.

본 발명에 따른 방열기판의 제조방법은 금속층과 도금층이 순차적으로 형성된 베이스기판에 외측 회로를 형성하는 단계와, 상기 기판 전체에 드라이 필름을 도포하고 회로패턴이 형성되지 않은 영역에 노광 및 현상을 하여 방열패턴 영역을 정의하는 단계와, 상기 방열패턴 영역을 미에칭하여 금속층을 선택적으로 제거하여 전기적으로 연결되면서 돌출 형성되는 다수의 냉각핀을 형성하는 단계와, 상기 드라이 필름을 박리하는 단계를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 외측회로 형성단계는, 도통홀이 형 성된 베이스기판의 표면과 도통홀의 내벽을 동도금하는 단계와, 상기 기판에 외층 회로 형성을 위한 드라이 필름 패턴을 형성하는 단계와, 상기 기판을 에칭하는 단계 그리고 상기 드라이 필름을 박리하는 단계를 포함하는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 냉각핀을 형성하는 단계에서, 냉각핀은 금속층과 도금층의 두께를 기준으로 10~90%의 높이를 갖도록 미에칭되는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 드라이 필름 박리후, 회로 부분에 솔더레지스트를 도포하고 노광 및 현상하는 단계를 더 포함하는 것에 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 본 발명에 따른 방열기판 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 방열기판을 나타낸 요부 절개 사시도이고, 도 3a 내지 도 3i는 본 발명에 따른 방열기판의 제조공정을 순차적으로 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 방열기판의 제조공정 중 외측회로가 형성되기까지는 통상의 공지된 기술과 동일한 과정을 따른다.

이를 간략하게 설명하면, 도 3a에 나타낸 바와 같이 코어를 이루는 수지로 된 절연층(11)과, 이 절연층(11)의 양면에 형성되는 동박(銅箔)으로 된 금속층(12)으로 된 베이스기판(10)을 준비한 상태에서, 상기 베이스기판의 소정 부분에 드릴링 하여 도 3b에 나타낸 바와 같이 도통홀(13)을 형성한다. 이렇게 도통홀(13)이 형성된 후에는 상기 베이스기판에 대해 무전해 도금을 실시하여 도 3c에 나타낸 바와 같이 구리(Cu)로 된 도금층(14)을 입힌다. 이때, 상기 무전해 도금층(14)은 베이스기판의 양면과 도통홀(13)의 내부에 통상 2~3㎛의 두께로 형성된다. 이어서, 상기와 같이 무전해 도금후에는 도통홀(13)의 내벽을 제외한 베이스기판 전체에 드라이 필름을 도포하고 노광 및 현상을 실시하게 되면 도 3d와 같이 외측회로(15)가 형성된다.

이와 같이 베이스기판(10)에 외측회로(15)가 형성되는 과정까지는 통상의 공지된 기술과 대동소이하다.

다만, 본 발명은 기판 제조공정에서 비회로패턴 영역에 방열성능이 우수한 냉각핀을 일체로 형성시키는데 가장 두드러진 특징이 있다.

먼저, 본 발명에 따른 방열기판의 구성을 첨부된 도면 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도면에서 보는 바와 같이 본 발명의 방열기판(1)은, 외측 회로가 형성된 인쇄회로기판에서 회로패턴이 형성되지 않는 비회로패턴 영역에 일정한 간격을 두고 다수 형성되는 구성이다.

이때, 상기 냉각핀(30)은 도금층(14)이 마련된 베이스기판에 드라이 필름으로 방열패턴을 형성하고, 이 방열패턴 영역을 미에칭하는 것에 의해 형성된다. 여기서 미에칭 공법은 도금층(14)과 금속층(12)을 완전히 에칭하여 절연층(11)이 노출되지 않도록 하는 것으로서 통상의 공지된 기술에 의해 실시되므로 그 공법에 관련한 설명은 생략한다.

한편, 상기 냉각핀(30)은 베이스기판의 두께나 크기에 따라 그 간격이나 돌출 높이가 적절하게 결정되는 것이 바람직하며, 미에칭 공법에 의해 성형되는 것에 의해 상호 전기적으로 연결되어 넓은 표면적으로 방열 작용을 하게 된다. 참고로 일반 기판 대비 냉각핀(30)이 형성된 방열기판의 표면적을 대비하여 보면 대략 70%의 표면적 확대 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상기 냉각핀(30)은 베이스기판에 구비된 금속층(12)과 도금층(14)의 전체 두께를 기준으로 대략 10~90%의 높이를 갖도록 구비되는 것이 바람직하며, 이 역시 금속층(12) 및 도금층(14)의 두께와 기판에 실장되는 전자부품 들의 발열량 및 열전도율 등을 고려하여 적절히 선택되어져야 할 것이다.

이러한 구성의 방열기판(1)은 냉각핀(30)을 일체로 형성하는 것에 의해 열전도 단면적 및 대류 열전달 면적을 극대화시킬 수 있게 되므로 방열 특성의 대폭적인 향상을 기대 할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 방열기판의 제조방법을 첨부된 도면 도 3a 내지 도 3i를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 3d에서 나타낸 외측회로(15)가 형성된 기판 전체에 도 3e에서와 같이 드라이 필름(20)을 도포한다.

그리고, 외측회로(15)가 형성되지 않은 비회로패턴 영역에 노광 및 현상을 실시하여 도 3f에서와 같이 방열패턴(21)을 형성한다. 즉, 도면은 이해의 편의를 위해 도통홀(13)을 중심으로 좌측은 외측회로(15)가 형성된 영역을 나타내었고 우측은 방열패턴(21)이 형성되는 영역을 나타내었으나, 실질적으로 방열패턴(21)은 외측회로(15)가 형성되지 않는 구역에 형성되는 것이다.

이와 같이 드라이 필름(20)에 방열패턴(21)이 형성된 상태에서 미에칭을 실시하면 도 3g에서와 같이 상호 전기적으로 연결되어 열전도성을 갖는 다수의 냉각핀(30)이 형성된다.

이때, 상기 미에칭에 의해 형성되는 냉각핀(30)은 앞서 설명하였듯이 베이스기판에 구비된 금속층(12)과 도금층(14)의 전체 두께를 기준으로 대략 10~90%의 높이를 갖도록 구비되는 것이 바람직하며, 이러한 냉각핀(30)의 간격이나 그 돌출 높이는 인쇄회로기판에 실장되는 전자부품들의 발열량 및 열전도율 등을 고려하여 적절히 선택되어질 수 있을 것이다.

한편, 상기 미에칭은 에칭액의 농도나 노출 시간 등 여러 조건을 고려하여 실시 할 수 있으며 이러한 미에칭 공법은 통상의 공지된 기술에 의해 실시되어도 무방하므로 상세한 설명은 생략한다.

이어서, 상기 도 3g에서와 같이 냉각핀(30)이 형성된 상태에서 드라이 필름(20)을 박리시키면 도 3h에서와 같이 외측회로(15)와 냉각핀(30)이 외부로 노출되어 방열기판(1)의 제조가 완료된다. 이때, 박리액으로는 통상의 NaOH 또는 KOH가 사용될 수 있다.

한편, 상기와 같이 외측회로(15)와 냉각핀(30)이 노출된 상태에서 도 3i에서와 같이 후가공의 일종인 외측회로(15)와 도통홀(13)이 형성된 기판의 외표면에 솔더레지스트를 형성 할 수 있을 것이며, 이때의 솔더레지스트는 통상의 공지된 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.

이상과 같은 공정에 의해 제조되는 방열기판(1)은, 기판 자체의 금속층(12)과 도금층(14)을 활용하여 냉각핀(30)을 형성시킴에 따라 기판에 실장된 전자부품에서 발생되는 열을 신속하게 전도 받아 방열 작용을 실시하게 된다.

즉, 상기의 냉각핀(30)은 기판의 비회로패턴 영역에 폭넓게 형성되어 방열을 위한 표면적을 최대한 확보 할 수 있으므로, 결과적으로 단면적 및 대류 열전달 면적을 최대한 확보하여 대량의 열을 대류작용에 의해 신속하게 방출시킬 수 있으며, 별도의 방열 구조물(히트싱크,냉각팬)을 필요로 하지 않아 전자제품의 박형화 및 소형화에 대한 설계의 자유도가 높아지게 된다.

한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통 상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 따른 방열기판 및 그 제조방법은 회로패턴이 형성되지 않은 영역내의 금속층에 냉각핀을 형성하므로 기판의 표면적 증대에 따른 열 방출 효과를 높일 수 있는 이점이 있다.

따라서, 기판 전체에 균일한 방열성능을 보장 할 수 있어 실장된 전자부품의 성능과 수명을 보장하며, 종전에 별도의 냉각팬이나 히트싱크를 추가 장착하였을 때 예상되는 여러 단점들을 해소 할 수 있을 뿐만 아니라 특히 소형화 및 박형화를 위한 설계의 자유도를 대폭적으로 높일 수 있어 향후 개발될 고발열 전자부품에 대한 방열특성을 보장 할 수 있는 산업상 대단히 유용한 효과가 있다.

Claims (6)

1. 외층 회로가 형성된 인쇄회로기판에서 회로패턴이 형성되지 않은 비회로패턴 영역의 금속층과 도금층을 부분 에칭하여 전기적으로 연결되면서 상기 금속층과 도금층의 전체 두께를 기준으로 10~90%의 높이를 갖는 다수의 냉각핀을 형성하여 구성된 것을 특징으로 하는 방열기판.
2. 삭제
3. 금속층과 도금층이 순차적으로 형성된 베이스기판에 외측 회로를 형성하는 단계와;

   상기 기판 전체에 드라이 필름을 도포하고 회로패턴이 형성되지 않은 영역에 노광 및 현상을 하여 방열패턴 영역을 정의하는 단계와;

   상기 방열패턴 영역을 부분 에칭하여 금속층을 선택적으로 제거하여 전기적으로 연결되면서 돌출 형성되는 다수의 냉각핀을 형성하는 단계와;

   상기 드라이 필름을 박리 후 회로 부분에 솔더레지스트를 도포하고 노광 및 현상하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열기판의 제조방법.
4. 제 3항에 있어서, 외측회로 형성단계는, 도통홀이 형성된 베이스기판의 표면 과 도통홀의 내벽을 동도금하는 단계;

   상기 기판에 외층 회로 형성을 위한 드라이 필름 패턴을 형성하는 단계;

   상기 기판을 에칭하는 단계;

   상기 드라이 필름을 박리하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열기판의 제조방법.
5. 제 3항에 있어서, 상기 냉각핀을 형성하는 단계에서, 냉각핀은 금속층과 도금층의 두께를 기준으로 10~90%의 높이를 갖도록 미에칭되는 것을 특징으로 하는 방열기판의 제조방법.
6. 삭제

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