KR100781584B1 - 인쇄회로기판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

인쇄회로기판 및 그 제조방법이 개시된다. 방열층; 방열층을 개재하여 적층되는 한 쌍의 절연층; 절연층에 형성되는 소정의 회로패턴; 절연층을 관통하여 절연층의 상하를 전기적으로 연결하는 층간도통부; 및 방열층의 양면에 각각 형성되며, 다이아몬드상 카본(DLC)을 포함하여 이루어지는 방열코팅층을 포함하는 인쇄회로기판은, 절연층에 함유된 열을 방열층에 효과적으로 전달하여 방열효과를 향상시킬 수 있다.
인쇄회로기판, 방열, DLC, 코팅

Description

인쇄회로기판 및 그 제조방법{PCB and Method of manufacturing thereof}
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 인쇄회로기판을 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 인쇄회로기판을 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 인쇄회로기판 제조방법을 나타내는 순서도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 절연층 12: 회로패턴
14: 범프(bump) 20: 방열층
30: 방열코팅층
본 발명은 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
현재 전자 제품의 박형화 및 기능화로 인하여 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: PCB)에는 더 많은 수의 수동소자 및 고밀도, 고다층의 패키지가 실장되고 있으며 이러한 추세는 향후에도 계속 지속될 것이다. 기본적으로 인쇄 회로기판은 인쇄회로 원판에 전기배선의 회로설계에 따라 각종 전자 부품을 연결하거나 부품을 지지하는 역할을 수행해 왔다. 그러나 실장되는 수동 부품 및 패키징 개수가 늘어날수록 부품에서는 전력 소모가 많아 지고 심한 열이 발생하게 되어 제품의 신뢰성적인 측면, 소비자의 제품 선호도측면에서도 중요한 판단기준이 되고 있다. 결과적으로 고기능화로 인하여 발생하는 열을 효과적으로 방열 및 방출할 수 있는 기능성 인쇄회로기판이 요구하게 되었다.
방열 PCB란 내부에 삽입된 방열금속 일부가 공기 중으로 노출되어 기판의 온도를 낮추거나 고밀도로 실장된 부분에서 발생한 열을 다른 부분으로 퍼뜨려 전체 PCB 기판의 온도를 낮추는 역할을 수행하는 기능성 기판을 말한다.
기존의 방열 PCB는 양/단면 기판을 만들기 위해선 금속을 여러 층에 삽입하는 방법, 내층(Core)부분에 두꺼운 금속을 삽입하는 방법, 한쪽 면에 두꺼운 금속판을 덧댄 방법 또는 이러한 구조를 혼합한 형태였다. 이러한 구성의 방열 PCB에서는 Prepreg (FR-4 에폭시 Resin), 전기 전도성 접착제(Electrical Conductive Adhesive, ECA) 그리고/또는 절연성 수지 등을 이용하여 접합하였다.
그러나, Prepreg (FR-4 에폭시 Resin), 전기 전도성 접착제(Electrical Conductive Adhesive) 그리고 절연성 수지 등의 기본 구성은 폴리머(polymer) 성분 으로 이루어져 있기 때문에 방열 금속판에 열을 효과적으로 전달시키기 어렵다. 그 결과 의도한 방열효과가 감소되는 문제점이 제기되었다.
본 발명은 열전도성이 높은 방열코팅층을 방열층에 코팅함으로써 절연층에 함유된 열을 방열층에 효과적으로 전달하여 방열효과가 향상된 인쇄회로기판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 절연층과, 절연층의 일면에 형성되는 회로패턴과, 절연층을 관통하여 절연층에 결합되며, 회로패턴과 전기적으로 연결되는 층간도통부와, 절연층의 타면에 적층되는 방열층과, 절연층과 방열층 사이에 개재되며, 층간도통부와 연결되는 방열코팅층을 포함하는 인쇄회로기판을 제시할 수 있다.
방열층은 알루미늄 기판으로 이루어질 수 있고, 방열코팅층은 금(gold), 은(silver), 다이아몬드상 카본(DLC) 가운데 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으며, 방열코팅층은 방열층의 양면에 코팅될 수 있다.
한편, 절연층의 일면에는 적층되는 추가 절연층과, 추가 절연층을 관통하여 추가 절연층에 결합되며 회로패턴과 전기적으로 연결되는 추가 층간도통부와, 절연층과 추가 절연층 사이에 개재되며 추가 층간도통부와 연결되는 추가 방열코팅층이 더 형성될 수 있다.
절연층과 추가 절연층 사이에는 알루미늄 재질로 이루어진 추가 방열층이 개재될 수 있으며, 추가 방열층의 양면에는 추가 방열코팅층이 코팅될 수 있다.
한편, 층간도통부는 회로패턴에 결합되어 경화된 페이스트 범프(paste bump)일 수 있으며, 이는 B2it 공법에 의해 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, (a) 방열층의 표면에 방열코팅층을 형성하는 단계, (b) 절연층의 표면에 회로패턴을 형성하고, 절연층을 관통하여 절연층에 결합되며 회로패턴과 전기적으로 연결되는 층간도통부를 형성하는 단계 및 (c) 층간도통부가 방열코팅층에 접하도록 절연층을 방열층에 적층하는 단계를 포함하는 인쇄회로기판 제조방법을 제시할 수 있다.
단계 (c)를 수행함에 있어서, (d) 절연층에 추가 절연층을 적층하는 단계를 병행하여 수행할 수 있으며, 추가 절연층에는 추가 절연층을 관통하여 결합되며 회로패턴과 전기적으로 연결되는 추가 층간도통부가 형성될 수 있다.
한편, 단계 (d)를 수행하기에 앞서, (e) 절연층과 추가 절연층 사이에, 추가 층간도통부와 연결되는 추가 방열코팅층을 개재시키는 단계를 수행할 수도 있으며,
단계 (e)를 수행하기에 앞서, (f) 절연층과 추가 절연층 사이에 추가 방열층을 개재시키는 단계를 추가로 수행하되, 추가 방열코팅층은 추가 방열층의 표면에 형성되도록 할 수 있다.
단계 (b)는 (b1) 금속층에 페이스트 범프를 결합하고 경화시키는 단계와 (b2) 페이스트 범프가 절연층을 관통하도록 절연층을 금속층에 적층하는 단계 및 (b3) 금속층의 일부를 제거하여 회로패턴을 형성하는 단계를 수행함으로써 수행될 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위을 포함한 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
이하, 본 발명에 따른 인쇄회로기판 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 인쇄회로기판을 나타내는 단면도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 인쇄회로기판을 나타내는 단면도이다. 도 1 및 도 2을 참조하면, 절연층(10), 회로패턴(12), 범프(14)(bump), 방열층(20), 방열코팅층(30)이 도시되어 있다.
절연층(10)은 프리프레그(Prepreg)로 이루어질 수 있으며, 절연층(10)에는 이하에서 차례로 설명할 회로패턴(12) 및 범프(14)가 개재될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 절연층(10)을 이루는 재질로서 프리프레그(Prepreg)를 제시하였으나, 설계상의 필요에 따라 전기 전도성 접착제(Electrical Conductive Adhesive) 그리고 절연성 수지 등으로 변경할 수 있음은 물론이다.
회로패턴(12)은 절연층(10)의 일 측면에 형성될 수 있으며, 사용자의 설계에 따라 그 모양이 결정될 수 있다. 회로패턴(12)은 별도의 캐리어 필름에 인쇄한 후 절연층(10)에 캐리어 필름을 부착하고 가압하여 옮기는 방법으로 형성될 수 있다. 이 뿐만 아니라 노광 및 애칭을 통한 방법으로 형성될 수도 있는 등 설계상의 필요에 따라 다양하게 방법으로 형성될 수 있음은 물론이다. 한편, 회로패턴(12)은 전기적 신호가 이동할 수 있는 길로서, 구리 또는 은과 같은 전도성 물질로 형성될 수 있다. 물론, 구리(Copper) 또는 은(Silver) 이외의 전도성 페이스트로 패턴을 형성할 수 있음은 당연하다. 회로패턴(12)의 소정의 위치에는 이하에서 살펴볼 범프(14)가 형성될 수 있다.
범프(14)는 회로패턴(12)의 소정의 위치에 형성될 수 있으며, 그 위치는 인쇄회로기판의 기능에 따른 설계에 의해 결정된다. 범프(14)는 구리 또는 은과 같은 전도성 물질로 이루어질 수 있다.
범프(14)는 절연층(10)의 면 방향으로, 절연층(10)를 관통하도록 형성될 수 있다. 범프(14)를 별도의 캐리어 필름에 회로패턴(12)과 함께 형성한 후 절연층(10)에 캐리어 필름을 부착하고 가압하여 옮김으로써 범프(14)가 절연층(10)을 관통하도록 할 수 있게 된다. 이 뿐만 아니라 설계상의 필요에 따라 다양한 방법으로 변경할 수 있음은 물론이다.
범프(14)는 절연층(10)을 관통하여 인접한 회로패턴(12)과 연결될 수 있고, 이를 통해 적층을 통해 형성된 각 층을 전기적으로 연결할 수 있는, 층간도통부의 역할을 수행할 수 있게 된다. 이로써 다층 인쇄회로기판이 이루어질 수 있게 된다.
한편, 본 실시예에서는 각 층을 전기적으로 연결할 수 있는 층간도통부로서 전도성 물질로 이루어진 범프(14)를 제시하였으나, 절연층(10)을 관통하는 비아홀 과, 비아홀의 내벽에 코팅된 전도성 물질로서 층간도통부를 형성할 수 있는 등, 설계상의 필요에 따라 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다.
방열층(20)은 인쇄회로기판 내부에서 발생하는 열을 수용하고, 공기 중으로 방출시키거나 또는 다른 부분으로 전달함으로써 전체적으로 인쇄회로기판의 온도를 낮추는 기능을 수행할 수 있는 수단이다. 방열층(20)은 전열성(傳熱性)이 우수한 물질로 이루어지는 것이 좋으므로, 알루미늄으로 이루어질 수 있다.
한편, 방열층(20)은 인쇄회로기판의 방열효과를 전체적으로 향상시키기 위하여, 도 2에 도시된 실시예와 같이, 적층되어 인쇄회로기판의 각 층을 이루는 복수의 절연층(10) 사이에 선택적으로 개재되어 적층될 수 있다.
방열층(20)이 두꺼울수록 인쇄회로기판 내부에서 발생하는 열을 수용할 수 있는 용량이 증가하므로, 방열층(20)은 두꺼울수록 좋다. 그러나 방열층(20)이 지나치게 두꺼우면 이에 따라 인쇄회로기판 역시 두꺼워질 염려가 있으므로, 방열층(20)의 두께를 증가시키는 경우, 그에 상응하여 절연층(10)의 두께를 감소시킬 수 있다. 이를 통하여 방열효과를 증가시킬 수 있다. 방열층(20)의 두께 및 이에 상응하는 절연층(10)의 두께는 설계상의 필요 및 조건에 따라 결정될 수 있다.
인쇄회로기판 내부에 방열층(20)을 형성함으로써 방열효과의 향상을 기대할 수 있다. 그러나, 절연층으로 이용되는 Prepreg (FR-4 에폭시 Resin), 전기 전도성 접착제(Electrical Conductive Adhesive) 그리고 절연성 수지 등의 기본 구성은 폴리머(polymer) 성분으로, 이 때문에 방열층(20)에 열을 효과적으로 전달시키기 어려워 방열효율이 그다지 높지 않게 된다. 이를 극복하기 위하여, 방열층(20)의 표 면에는 방열의 효과를 높이기 위한 방열코팅층(30)이 형성될 수 있다.
방열코팅층(30)은, 인쇄회로기판 내부에서 발생한 열을 흡수한 절연층(10)과 방열층(20) 사이에 개재될 수 있으며, 이들간의 열전달이 원활하게 수행될 수 있도록 함으로써 방열효과를 향상시킬 수 있다. 또한, 절연층(10)과 절연층(10) 사이에, 층간도통부와 연결되도록 개재됨으로써 이를 통해 열전달이 원활히 이루어지도록 하고, 결과적으로 방열효과를 향상시킬 수 있다.
방열코팅층(30)은 전열성(傳熱性)이 우수한 금(gold), 은(silver), DLC(Diamond Like Carbon, 다이아몬드상 카본) 가운데 어느 하나 또는 이들의 결합물을 포함하는 물질로 이루어질 수 있으며, 방열층(20)의 일면 또는 양면에 코팅을 통하여 형성될 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2에 나타난 실시예는 하나의 예시에 불과하며, 적층되는 절연층(10) 및 방열층(20)의 개수, 층간도통부의 형상 등은 설계상의 필요에 따라 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다.
다음으로, 본 발명의 다른 측면에 따른 인쇄회로기판 제조방법에 대해서 도 3을 참조하여 설명하도록 한다. 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 인쇄회로기판 제조방법을 나타내는 순서도이다.
단계 s1은 방열층(20)을 절연층(10)과 적층하여 인쇄회로기판을 제조하기에 앞서, 방열층(20)의 표면에 방열코팅층(30)을 형성하는 단계이다. 예를 들면, 전열성(傳熱性)이 우수한 금(gold), 은(silver), DLC(Diamond Like Carbon, 다이아몬드 상 카본) 가운데 어느 하나 또는 이들의 결합물을 포함하는 물질로 이루어진 방열코팅층(30)을 방열층(20)의 양면에 모두 형성할 수 있다.
방열코팅층(30)은 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), Ion Plating, Laser Ablation, Filtered Vacuum Arc 등의 방법을 통하여 형성될 수 있다.
상술한 방법 가운데 Ion Plating에 대해 간략히 설명하면 다음과 같다.
이온플레이팅(Ion Plating)법은 진공용기 내에서 금속을 증발시키고, 기판(모재)에 (-)극을 걸어 주어 글로우방전(glow discharge)에 의해 이온화가 촉진되게 함으로써 진공증착보다 밀착력이 우수한 피막을 얻는 방법이다. 이처럼 이온화 시키는 데에는 일반적으로 글로우방전이 사용되는데, 방전되는 도중에는 매우 다양한 입자가 생성된다. 이온플레이팅의 효과를 향상시키기 위해서는 이온화 율(기판에 도달한 증발입자 중 이온화된 원자의 비율)을 높이는 것이 필요하다.
진공용기내의 압력을 1×10-2∼1×10-3Torr 정도의 Ar가스 분위기에서 기판에는 증발원 및 진공용기의 벽(접지전위)에 대해 -0.5∼2kV 정도의 (-)전압을 걸어 주면 기판과 주위의 사이에서 글로우방전이 발생한다. 이 때 기판 주위에는 강한 다크 스페이스(dark space)가 생긴다. 이 상태에서 증발원으로부터 금속(또는 화합물)을 증발시키면 증발원자는 글로우방전의 플라즈마중에서 전리(電離)되어 이온화된다. 이온화된 증발원자는 가스이온과 함께 다크 스페이스에서 가속되어 기판에 충격적으로 입사하여 피복된다. 이것이 Mattox법으로서, 이온화 율은 0.1∼0.3%정도에 불과하다.
따라서 이온화 율을 증가시키는 여러 가지 방법으로서, ① 기판(substrate)근방에 열 음극을 설치하여 이것으로부터 발생하는 열전자를 증발원자에 충돌시켜 이온화시키는 다음극법(多陰極法), ② 증발원 바로 위에 고주파 코일을 설치하여 고주파 자계(磁界)로 이온화를 촉진하는 고주파 여기법(高周波勵起法), ③ 증발원의 가속에 고주파를 사용하여 누설자속(磁束)에 의해 이온화를 촉진하는 유도가열법(誘導加熱法), ④ 증발공간에 증발원자와 반응하기 쉬운 가스를 도입하여 화합물피복을 하는 반응성증착법에 방전을 가해 화학양론적으로 좋은 화합물을 얻는 활성화반응증착법(ARE법), ⑤ 증발원에 밀폐형 용기를 사용하여 가는 노즐로부터 수백개의 원자 및 분자의 괴로서 얻어진 증발입자(클러스터)의 일부를 이온화하여 기판에 충돌시키는 클러스터법(cluster법), ⑥ 저전압대전류의 특수전자총(HCD 전자총)을 사용하여 플라즈마 전자빔에 의해 물질을 증발시키면서 동시에 이온화하는 HCD법(hollow cathode discharge법), ⑦ 증발물질의 금속을 음극타겟트로 사용하여 아크방전에 의헤 냉각된 금속을 국부적으로 녹여 동시에 이온화하는 아크방전법 등이 제시되고 있다.
상술한 바와 같은 이온플레이트는 피막과 기판과의 밀착성 및 피막의 치밀성이 양호하고, TiN, TiC, CrN, CrC, Al2O3, SiO2 등과 같은 특이한 화합물 피막을 얻을 수 있으며, 코팅온도가 낮으므로 기판을 변형시키지 않는 특징을 갖는다.
단계 s2는 절연층(10)에 회로패턴(12) 및 층간도통부를 형성하는 단계이다.
예를 들면, 동박층에 전도성 페이스트 범프(14)를 결합하고 경화시키고, 페 이스트 범프(14)가 절연층(10)을 관통하도록 절연층(10)을 동박층에 적층한 다음, 동박층의 일부를 제거함으로써 회로패턴(12)을 형성함과 동시에 층간도통부를 형성할 수 있다.
이 외에도, 회로패턴(12)과 별도로, 절연층(10)을 관통하는 비아홀을 형성하고, 비아홀의 내벽을 전도성 물질로 코팅함으로써 층간도통부를 형성할 수도 있다.
단계 s3는 절연층(10)과 방열층(20)을 적층하여 인쇄회로기판의 제조를 마무리하는 단계이다. 회로패턴(12), 층간도통부가 형성된 절연층(10)과 방열코팅층(30)이 형성된 방열층(20)을 단계적으로 적층함으로써 인쇄회로기판을 제조할 수도 있고, 예비적층 후 일괄적층을 통하여 인쇄회로기판을 제조할 수도 있다. 절연층(10)의 수 및 방열층(20)의 수는 설계상의 조건 및 필요에 따라 다양하게 변경할 수 있다.
상술한 단계 s1 내지 단계 s3를 단계적으로 수행함으로써, 높은 방열효과를 갖는 인쇄회로기판을 제조할 수 있게 된다.
전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 청구범위 내에 존재한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인쇄회로기판 및 그 제조방법은 열전도성이 높은 방열코팅층을 방열층에 코팅함으로써 절연층에 함유된 열을 방열층에 효과적으로 전달하여 방열효과를 향상시킬 수 있다.

Claims (18)

  1. 방열층;
    상기 방열층을 개재하여 적층되는 한 쌍의 절연층;
    상기 절연층에 형성되는 소정의 회로패턴;
    상기 절연층을 관통하여 상기 절연층의 상하를 전기적으로 연결하는 층간도통부; 및
    상기 방열층의 양면에 각각 형성되며, 다이아몬드상 카본(DLC)을 포함하여 이루어지는 방열코팅층을 포함하는 인쇄회로기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방열층은 알루미늄 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 층간도통부는 상기 회로패턴에 결합되어 경화된 페이스트 범프(paste bump)인 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판.
  11. 방열층의 양면에 다이아몬드상 카본(DLC)를 포함하여 이루어지는 방열코팅층을 형성하는 단계;
    소정의 회로패턴이 형성되며, 상기 회로패턴과 전기적으로 연결되는 범프에 의해 각각 관통되는 한 쌍의 절연층을 제공하는 단계;
    상기 방열코팅층이 형성된 상기 방열층이 개재되도록, 상기 한 쌍의 절연층을 적층하는 단계를 포함하는 인쇄회로기판 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 방열층은 알루미늄 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판 제조방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제11항에 있어서,
    상기 절연층을 제공하는 단계는,
    금속층에 범프를 인쇄하고 경화시키는 단계;
    상기 범프가 상기 절연층을 관통하도록 상기 절연층을 상기 금속층에 적층하는 단계; 및
    상기 금속층의 일부를 제거하여 상기 회로패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판 제조방법.
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