KR100787089B1 - 방열회로기판 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 방열회로기판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 발열소자가 실장되는 발열소자 실장패드를 금속 플레이트에 직접 접촉되도록 함으로써, 발열소자에서 발생하는 열을 다이렉트(direct)로 상기 금속 플레이트를 통해 방열시킬 수 있고, 고가의 절연층을 사용하지 않고도 방열 효율을 높일 수 있는 방열회로기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명인 방열회로기판을 이루는 구성수단은, 상부면으로부터 두께 방향으로 형성된 홈을 구비하는 금속 플레이트와, 상기 금속 플레이트 상부면에 형성되되, 상기 홈에 대응하는 홀을 구비하는 절연층과, 상기 절연층 상부에 적층된 도전층이 패터닝되어 형성되는 회로 패턴층과, 상기 절연층의 홀과 상기 금속 플레이트의 홈에 삽입되어 형성되는 발열소자 실장패드를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
방열회로기판
Description
도 1은 종래의 방열회로기판의 단면 구조도이다.
도 2는 본 발명에 따른 방열회로기판의 단면 구조도이다.
도 3은 본 발명에 따른 발열소자 실장패드의 다양한 형태를 보여주는 예시도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 방열회로기판의 제조 공정도이다.
도 5a 내지 도 5d는 종래의 방열회로기판과 본 발명에 따른 방열회로기판에 대한 테스트 결과를 보여주는 모식도 및 결과 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따라 발열소자 실장패드의 두께를 조정할 때, 발열소자 실장패드의 상부 및 하부에서의 온도 변화를 보여주기 위한 방열회로기판의 모식도와 결과 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 금속 플레이트 11 : 홈
20 : 절연층 21 : 홀
30 : 도전층 31 : 회로 패턴층
40 : 발열소자 실장패드
본 발명은 방열회로기판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 발열소자가 실장되는 발열소자 실장패드를 금속 플레이트에 직접 접촉되도록 함으로써, 발열소자에서 발생하는 열을 다이렉트(direct)로 상기 금속 플레이트를 통해 방열시킬 수 있고, 고가의 절연층을 사용하지 않고도 방열 효율을 높일 수 있는 방열회로기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 회로기판이란 전기 절연성 기판에 구리와 같은 전도성 재료로 회로 패턴을 형성시킨 것으로 전자부품 관련 발열소자를 탑재하기 직전의 기판을 말한다.
상기와 같은 회로기판은 반도체 소자 및 발광다이오드(LED:light emitting diode) 등과 같은 발열소자를 탑재하게 되는데, 특히, 발광다이오드 등과 같은 소자는 심각한 열을 방출한다.
따라서, 상기와 같이 발열소자가 실장된 회로기판에서 열이 처리되지 못하게 되면, 발열소자가 탑재된 회로기판의 온도를 상승시켜 발열소자의 동작 불능 및 오동작을 야기할 뿐만 아니라 제품의 신뢰성을 저하시키게 되는데, 상기와 같은 발열문제를 해결하기 위하여 종래에는 여러 가지 방열 구조가 채용되고 있다.
도 1은 종래의 방열회로기판을 나타낸 단면 구조도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 방열회로기판(1)은 금속 플레이트(2), 절연층(3) 및 도전층(6)이 패턴화되어 형성되는 회로패턴부(5) 및 발열소자 실장부(4)로 구성된다.
상기와 같은 종래의 방열회로기판(1)은 탑재된 발열소자로부터 방출되는 열이 상기 에폭시(Epoxy)계 재질로 형성되는 절연층(3)의 간섭으로 인하여 방열목적으로 사용된 금속 플레이트(2)에 전달되지 못하게 된다. 따라서, 효율적으로 열을 방출할 수 없어서 불량 회로기판이 제조될 뿐만 아니라 발열소자가 오동작 될 위험이 있다. 즉, 상기 회로패턴부(5)와 금속 플레이트(2) 사이를 절연하기 위한 상기 절연층(3)에 의하여 방열 효과가 저해되고 있다.
한편, 상기 절연층(3)의 간섭을 줄이기 위하여 열전도도가 양호한 절연층(3)을 사용하는 방편이 제시되고 있기도 한다. 상기 열전도도가 좋은 절연층의 물질로는 고분자/세라믹 복합물질로 열전도도(약 2W/mk)가 높은 세라믹 물질을 적용하여 절연층의 열확산이 효율적으로 이루어지도록 도와주게 된다. 즉, 에폭시계 고분자와 세라믹 물질을 혼합하여 상기 절연층(3)으로 사용함으로써, 열 전도도를 높이고 있다.
상기 세라믹 물질의 경우 열전도도가 높은 대표적인 물질로 Diamond, AlN(aluminum nitride), BN(boron nitride) 등의 물질이 있다. Diamond의 경우 아주 높은 열전도도를 가지지만, 가격적인 면을 만족시키지 못하는 단점이 있다.
그리고, 상기 AlN이나 BN의 경우 기타 세라믹 소재에 비하여 높은 열전도도 를 가지며 Diamond의 가격보다는 쌀 수 있으나, 여전히 가격이 높다. 따라서 절연체 자체의 가격은 높을 수밖에 없다. 더불어 세라믹은 고온 공정이 필요하므로 단독으로 적용하기 어렵기 때문에 열전도도가 낮은 고분자 소재와의 복합체로 이루어져야한다. 결과적으로, 고분자/세라믹 복합체로 구성된 절연층의 열전도도를 높이는데는 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 발열소자가 실장되는 발열소자 실장패드를 금속 플레이트에 직접 접촉되도록 함으로써, 발열소자에서 발생하는 열을 다이렉트(direct)로 상기 금속 플레이트를 통해 방열시킬 수 있고, 고가의 절연층을 사용하지 않고도 방열 효율을 높일 수 있는 방열회로기판 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 방열회로기판을 이루는 구성수단은, 상부면으로부터 두께 방향으로 형성된 홈을 구비하는 금속 플레이트와, 상기 금속 플레이트 상부면에 형성되되, 상기 홈에 대응하는 홀을 구비하는 절연층과, 상기 절연층 상부에 적층된 도전층이 패터닝되어 형성되는 회로 패턴층과, 상기 절연층의 홀과 상기 금속 플레이트의 홈에 삽입되어 형성되는 발열소자 실장패드를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 상기 전도층은 얇은 구리 층인 동박층인 것이 바람직하다.
또한, 상기 금속 플레이트에 구비되는 홈의 깊이는 상기 금속 플레이트의 상부면과 하부면 사이인 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 홈의 두께를 조절하여 상기 금속 플레이트에 상기 발열소자 실장패드가 접촉하는 면적을 제어할 수 있다. 그리고, 상기 금속 플레이트에 구비되는 홈에 상기 발열소자 실장패드를 용이하게 삽입하기 위하여 상기 홈을 단차진 형상으로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 발열소자 실장패드의 형상은 다각 입체형 또는 원통형인 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 발열소자 실장패드가 상기 금속 플레이트 홈에 접촉하는 면적을 개선하기 위하여, 상기 발열소자 실장패드의 형상을 다양하게 형성시킬 수 있다.
한편, 또 다른 본 발명인 방열회로기판 제조방법을 이루는 구성수단은, 금속 플레이트 상에 절연층을 형성하는 단계, 상기 절연층 상에 도전층을 형성한 후, 상기 도전층을 패터닝하여 회로 패턴층을 형성하는 단계, 상기 절연층에 홀을 형성하고, 상기 홀에 대응하는 홈을 상기 금속 플레이트에 형성하는 단계, 상기 절연층의 홀과 상기 금속 플레이트의 홈에 발열소자 실장패드를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 절연층의 홀과 금속플레이트의 홈은 레이져 가공 또는 드릴 가공으로 형성되는 것을 특징으로 한다. 그리고, 상기 금속플레이트의 홈은 단차 가공되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 발열소자 실장패드는 사전에 제작되되, 금형제조법 또는 조각기 가공으로 형성되는 것을 특징으로 한다. 즉, 사전에 상기 발열소자 실장패드를 제작한 후, 상기 절연층의 홀과 금속 플레이트의 홈에 접촉 결합할 수 있다.
또한, 상기 발열소자 실장패드는 상기 절연층의 홀과 금속 플레이트의 홈에 전도성 물질을 도금하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 발열소자 실장패드에 발열소자인 반도체가 실장될 수 있는데, 발열 소자인 LED를 실장하여 백라이트용 광원 또는 조명용 광원으로 이용될 수 있는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 구성수단으로 이루어져 있는 본 발명인 방열회로기판 및 그 제조방법에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 방열회로기판의 단면 구조도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 방열회로기판(100)은 금속 플레이트(10)와, 상기 금속 플레이트(10) 상부면에 형성되는 절연층(20)과, 상기 절연층 상부에 형성되는 회로 패턴층(31) 및 상기 금속 플레이트(10)와 접촉되도록 형성되는 발열소자 실장패드(40)를 포함하여 구성된다. 한편, 상기 회로 패턴층(31)을 보호하기 위하여 상기 발열소자 실장패드(40)를 제외한 상기 절연층(20) 및 회로 패턴층(31) 상에 에폭시가 코팅된 구조를 가질 수도 있다.
상기 금속 플레이트(10)는 열전도도가 뛰어난 금속으로 형성된다. 따라서, 구리 또는 알루미늄 또는 이들의 합금으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 금속 플레이트(10)는 상부면으로부터 두께 방향으로 형성된 홈(11)을 구비한다.
상기 홈(11)은 후술할 상기 발열소자 실장패드(40)가 상기 금속 플레이트(10)와 접촉되도록 형성되는 부분이다. 상기 홈(11)은 도 2에 도시된 바와 같이, 두께 t1에서 두께 t2 사이의 깊이로 형성될 수 있다. 즉, 상기 금속 플레이트(10)의 상부면과 하부면 사이의 깊이로 형성될 수 있다. 이와 같은 홈(11)의 깊이를 조절하여 상기 발열소자 실장패드(40)가 상기 금속 플레이트(10)에 접촉되는 면적을 조절할 수 있다.
상기 홈(11)은 상기 발열소자 실장패드(40)가 용이하게 삽입될 수 있는 단차진 형상을 가지는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 홈(11)을 2단 가공에 의하여 다단 형상을 가지도록 하면, 상기 발열소자 실장패드(40)를 상기 홈(11)의 1차 가공부에 쉽게 로딩할 수 있고, 로딩된 상기 발열소자 실장패드(40)에 압력을 가하여 상기 홈(11)의 2차 가공부에 용이하게 삽입할 수 있다.
상기 홈(11)이 구비된 상기 금속 플레이트(10) 상부면에는 절연층(20)이 형성되는데, 이 절연층(20)에는 상기 금속 플레이트(10)에 구비되는 홈(10)에 대응되는 홀(21)이 형성된다. 상기 절연층(20)에 형성되는 홀(21)은 상기 금속 플레이트(10)에 구비되는 홈(11)과 함께, 상기 발열소자 실장패드(40)가 형성되도록 하는 공간을 제공한다.
상기 본 발명에 사용되는 절연층(20)은 그 자체로는 열전도도(약 0.2 ~ 0.4W/mk)가 낮은 에폭시계 재질의 절연물질을 사용한다. 즉, 열전도도의 역할보다는 상기 금속 플레이트(10)와 회로 패턴층(31) 간의 절연을 위해 존재한다. 대신, 열전도 역할은 후술할 열전도도가 높은 발열소자 실장패드(40)를 통해 열전도도가 높은 상기 금속 플레이트(10)로 급속히 전달됨으로써 이루어진다.
상기 홀(21)이 형성된 상기 절연층(20) 상부에는 소정 패턴의 회로 패턴층(31)이 형성된다. 상기 회로 패턴층(31)은 상기 절연층(20)에 적층되는 도전층(30)이 에칭으로 패터닝되어 형성된다. 상기 도전층은 전기전도도가 높고 저항이 낮은 물질로 형성되면 되는데, 얇은 구리층인 동박층으로 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 발열소자 실장패드(40)는 상기 절연층(20)에 형성되는 홀(21)과 상기 금속 플레이트(10)에 구비되는 홈(11)에 삽입되어 형성된다. 상기 발열소자 실장패드(40)는 열전도도가 높은 금속으로 형성된다. 즉, 구리 또는 알루미늄 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 발열소자 실장패드(40)의 단면적은 실장되는 발열소자 칩의 사이즈에 따라 변경될 수 있다. 실제, 상기 발열소자 실장패드(40)의 열전도도는 340 ~ 400W/mk에 이른다.
이와 같이, 상기 발열소자 실장패드(40)가 상기 홀(21)과 홈(11)에 형성되면, 상기 금속 플레이트(10)와 접촉되기 때문에, 상기 발열소자 실장패드(40)에 실장되는 발열소자에서 발생하는 열은 상기 열전도도가 높은 발열소자 실장패드(40)를 통하여 상기 금속 플레이트에 전달되어 효율적으로 방열될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 발열소자 실장패드(40)가 상기 금속 플레이트(10)에 접촉될 수 있는 면적은 상기 금속 플레이트(10)에 구비되는 홈(11)의 깊이를 조절하여 제어될 수 있다. 아울러, 상기 발열소자 실장패드(40)의 형상을 다양하게 구성하여 상기 금속 플레이트(10)와 접촉되는 면적을 개선할 수 있다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 금속 플레이트(10)에 대한 상기 발열소자 실장패드(40)의 접촉 면적을 개선하기 위하여, 상기 발열소자 실장패드(40)의 형상을 다각 입체형 또는 원통형으로 형성할 수 있다. 즉, 삼각 입체형, 사각 입체형 등 다각으로 이루어진 입체형 형상 또는 원통형 형상으로 상기 발열소자 실장패드(40)를 형성할 수 있다. 상기 다각 입체형은 정 다각 입체형을 요하지 않는다.
이와 같은 다양한 형상을 가지는 발열소자 실장패드(40)의 형상에 대응하여 상기 절연층(20)의 홀(21) 및 상기 금속 플레이트(10)에 구비된 홈(11)의 형상도 변형되는 것은 당연하다.
다음은, 상기와 같은 구조를 가지는 본 발명에 따른 방열회로기판을 제조하는 공정에 대하여 설명한다. 도 4a 내지 도 4d는 상기 방열회로기판의 제조 공정도이다.
먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이, 금속 플레이트(10) 상에 절연층(20)을 형성하고, 상기 절연층(20) 상에 도전층(30)을 형성한다. 상기 금속 플레이트(10), 절연층(20) 및 도전층(30)은 열압착에 의하여 형성되는데, 상기 절연층(20)에 포함되는 경화제의 반응온도에 따라 열압착 시의 온도는 달라진다.
상기 금속 플레이트(10)는 열전도도가 좋은 구리 또는 알루미늄 또는 이들의 합금으로 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 절연층은 고가의 세라믹 재질을 사용하지 않고 일반적인 절연물질을 이용해도 무방하다.
상기와 같이 형성된 상태에서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 절연층(20) 상부에 형성된 도전층(30)에 대하여 패터닝 형성 공정을 수행한다. 상기 패터닝 형 성 공정은 포토리소그래피 공정을 통한 에칭공정으로 수행하거나 레이져로 직접 패턴을 형성시키는 레이져 공정으로 수행한다. 즉, 상기 도전층(30)을 포토리소그래피 공정을 통한 에칭 또는 레이져 공정으로 패터닝하여 회로 패턴층(31)을 형성한다. 상기 도전층은 전기전도도가 높고 저항이 낮은 물질로 형성되면 되는데, 구리로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 도전층(30)을 에칭으로 패터닝하여 상기 회로 패턴층(31)을 형성한 후에는, 도 4c에 도시된 바와 같이, 연속적으로 상기 절연층(20)에 홀(21)을 형성하고 상기 홀(21)에 대응하도록 상기 금속 플레이트(10)에 홈(11)을 형성한다. 상기 연속적으로 형성되는 상기 절연층(20)의 홀(21)과 금속 플레이트(10)의 홈(11)은 물리적 가공수단에 의하여 형성될 수 있는데, 레이져 가공 또는 드릴 가공에 의하여 형성되는 것이 바람직하다. 상기 금속 플레이트(10)의 홈(11)의 깊이는 상기 물리적 가공수단에 해당하는 상기 레이져 가공 또는 드릴 가공 공정에서 조정한다.
한편, 상기 금속 플레이트(10)의 홈(11)은 단차 가공에 의하여 단차진 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 2단 가공에 의하여 1차 가공부(11a)와 2차 가공부(11b)를 가지는 단차진 형상을 형성하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 1차 가공부(11a)의 너비는 상기 절연층(20)의 홀(21) 너비와 동일하고, 상기 발열소자 실장패드(40)의 너비보다 큰 것이 바람직하다. 상기 1차 가공부(11a)의 너비가 상기 발열소자 실장패드(40)의 너비보다 크기 때문에, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 발열소자 실장패드(40)를 상기 1차 가공부(11a)에 쉽게 로딩할 수 있다.
그런 후, 상기 도 7의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 발열소자 실장패드(40)에 열과 압력을 가하게 되면, 상기 2차 가공부(11b)에 상기 발열소자 실장패드(40)가 쉽게 삽입된다. 여기서 상기 2차 가공부(11b)의 너비는 상기 열과 압력에 의하여 상기 발열소자 실장패드(40)가 상기 2차 가공부(11b)에 쉽게 삽입될 수 있도록, 상기 1차 가공부(11a)의 너비보다 미세하게 작도록 형성된다.
상기와 같이 상기 절연층(20)의 홀(21)과 금속 플레이트(10)의 홈(11)이 형성되면, 도 4d에 도시된 바와 같이, 상기 절연층(20)의 홀(21)과 상기 금속 플레이트(10)의 홈(11)에 상기 발열소자 실장패드(40)를 형성한다. 이와 같은 공정을 통하여 상기 발열소자 실장패드(40)는 상기 금속 플레이트(10)에 접촉된다.
상기 발열소자 실장패드(40)가 상기 금속 플레이트(10)에 접촉되도록 형성하는 공정은 두 가지로 나뉠 수 있다. 첫째는 상기 발열소자 실장패드(40)를 사전에 제작하여 상기 금속 플레이트(10)에 접촉되도록 한다.
즉, 사전에 제작된 발열소자 실장패드(40)를 상기 절연층(20)의 홀(21)과 상기 금속 플레이트(10)의 홈(11)에 삽입한 후, 열압착을 통하여 상기 금속 플레이트(10)에 접촉되도록 한다.
상기 사전에 제작되는 발열소자 실장패드(40)는 기계가공 또는 주조 방식에 의하여 제작될 수 있다. 즉, 상기 발열소자 실장패드(40)는 사전에 제작된 금형을 이용하여 제작되거나(금형 제조법), 조각기로 가공하여 제작되거나(조각기 가공법), 재료를 원하는 형상의 틀에 녹여서 주조 방식으로 제작되거나, 판상의 재료를 레이져로 커팅하여 제작될 수 있다.
상기와 같은 방법으로 사전에 제작된 발열소자 실장패드(40)는 표면에 묻어있는 이물질 및 버(burr)를 제거하기 위하여, 과황산염계 에쳔트(echant)로 소프트 에칭된다. 그런 후, 상기 금속 플레이트(10)의 홈(11)에 삽입된 후, 200℃ 이하의 온도와 4*107 kg/m2 압력 조건에서 열압착되어 상기 금속 플레이트(10)에 접촉되도록 한다.
둘째는 도금 처리로 상기 발열소자 실장패드(40)가 상기 금속 플레이트에 접촉될 수 있도록 형성시킬 수 있다. 즉, 상기 절연층(20)의 홀(21)과 상기 금속 플레이트(10)의 홈(11)에 전도성 물질을 도금하거나, 전도성 페이스트를 채움으로써, 상기 금속 플레이트(10)와 접촉될 수 있는 상기 발열소자 실장패드(40)를 형성할 수 있다.
상기와 같이 제조된 방열회로기판은 백라이트용 광원 또는 조명용 광원으로 이용될 수 있다. 즉, 상기 발열소자 실장패드(40)에 LED를 실장하여 LCD 패널에 빛을 조사하는 백라이트용 광원 또는 각 종 조명기구에 빛을 조사하는 조명용 광원으로 사용될 수 있다.
따라서, 상기와 같은 절차에 의하여 제작된 방열회로기판의 발열소자 실장패드(40)에 열을 발생시키는 반도체 소자인 LED를 실장하는 단계를 더 추가함으로써, 백라이트용 광원 또는 조명용 광원으로 사용할 수 있다.
이상과 같은 공정에 의하여 제조된 방열회로기판은 발열소자가 실장되는 발 열소자 실장패드가 상기 금속 플레이트에 직접 접촉되기 때문에, 상기 발열소자에서 발생하는 열은 상기 열전도도가 높은 발열소자 실장패드 및 금속 플레이트를 통하여 효율적으로 방열될 수 있게 된다.
상기와 같이 제조된 본 발명에 따른 방열회로기판의 방열 효율을 종래의 방열회로기판과 대비하여 설명하면 다음과 같다.
도 5a는 테스트를 위한 종래 방열회로기판의 모식도이고, 도 5b는 테스트를 위한 본 발명에 따른 방열회로기판의 모식도이고, 도 5c는 종래와 본 발명에 따른 방열회로기판에 대한 열 특성 시뮬레이션 결과 그림이고, 도 5d는 종래와 본 발명에 따른 방열회로기판의 모식도(도 5a 및 도 5b)에 표시된 각 부분에서의 열 화상 카메라 측정 결과 그래프이다.
도 5c에 도시된 바와 같이, 열원에 해당하는 발열소자를 발열소자 실장패드에 실장하고, 동일한 전원을 인가한 후의 시뮬레이션 그림을 보면, 종래와 달리 본 발명에 따른 방열회로기판에서는 열의 확산을 볼 수 있다. 그리고, 상부 온도(top temp)와 하부 온도(bottom temp)의 차(△T)가 본 발명에 따른 방열회로기판에서 현저히 작은 것을 알 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 방열회로기판의 상부 온도(top temp)와 하부 온도(bottom temp)의 차(△T)는 0.5이고, 종래에 따른 방열회로기판의 상부 온도(top temp)와 하부 온도(bottom temp)의 차(△T)는 6.5로 나타난다. 이와 같이, 본 발명에 따른 방열회로기판에서 열 전도 및 열 확산이 뚜렷하게 잘 이루어지고 있음을 알 수 있다.
상기와 같은 시뮬레이션은 열 유동 해석 프로그램인 CFX를 사용하였고, 종래의 방열회로기판의 절연층의 열전도도(K)를 2W/mk로 하였으며, 본 발명의 방열회로기판의 절연층의 열전도(K)를 0.4W/mk로 하였다. 그리고 주변 온도는 297K(24℃)로 하고, 발열소자 칩의 발생열은 4.0*107W/m3 로 하였다.
또한, 5d에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 방열회로기판의 각 부분(T'1, T'2, T'3)에서의 상부 온도(top temp)는 종래의 방열회로기판의 각 부분(T1, T2, T3)에서의 상부온도(top temp)보다 낮은 것을 알 수 있고, 본 발명에 따른 방열회로기판의 각 부분(T'4, T'5, T'6)에서의 하부 온도(bottom temp)는 종래의 방열회로기판의 각 부분(T4, T5, T6)에서의 하부온도(bottom temp)보다 높은 것을 알 수 있다. 결과적으로 본 발명에 따른 방열회로기판 구조가 종래보다 방열 효율이 우수함을 알 수 있다.
상기와 같은 열 화상 카메라 측정 결과는 IR 카메라를 사용하였고, LED가 실장된 방열회로기판과의 거리를 15㎝로 하여 15분간 측정한 결과이다. 이 때, 주변 온도는 상온 24℃로 하였고, 상기 각 부분에서의 측정 온도는 방열회로기판의 상부측과 하부측에서 각각 별도로 측정한 값들이다.
다음은, 상기 발열소자 실장패드가 상기 금속 플레이트에 삽입되는 깊이에 따라 변화되는 방열 효율 정도를 실험 결과 데이터를 이용하여 확인한다.
도 6a는 발열소자 실장패드가 금속 플레이트에 삽입된 방열회로기판을 보여주는 모식도이고, 상기 발열소자 실장패드가 상기 금속 플레이트에 삽입되는 깊이 는 t로 표현된다.
이 실험에서 상기 금속 플레이트의 두께는 1.5㎜로 하였다. 따라서, 상기 발열소자 실장패드가 상기 금속 플레이트에 삽입되는 깊이는 0 ~ 1.5㎜ 사이의 범위를 가진다.
도 6b는 상기 발열소자 실장패드가 상기 금속 플레이트에 삽입되는 깊이(t)를 0 ~ 1.5㎜로 변경할 때의 상기 발열소자 실장패드의 상부온도(T1)와 하부온도(T2)의 차이에 해당하는 온도차(△T)의 그래프를 보여준다.
상기 도 6b의 그래프에 대응하여, 상기 발열소자 실장패드가 상기 금속 플레이트에 삽입되는 깊이(t), 상부온도(T1), 하부온도(T2) 및 상부온도와 하부온도의 차(△T)의 값들은 아래 표 1과 같다.
- 표 1 -
상기 도 6b 및 상기 표 1에 나타난 바와 같이, 상기 발열소자 실장패드가 상기 금속 플레이트에 삽입되는 깊이(t)가 0인 경우(상기 발열소자 실장패드가 상기 금속 플레이트 상면에 접촉된 경우)에는 상부온도가 53.023이고 하부온도가 48.951로 측정되었고, 결과적으로 △T는 4.072이 된다.
그리고, 상기 발열소자 실장패드가 상기 금속 플레이트에 삽입되는 깊이(t) 가 증가 될수록 상기 △T가 감소 됨을 알 수 있다. 즉, 상기 발열소자 실장패드가 상기 금속 플레이트에 삽입되는 깊이(t)가 1.5㎜인 경우(상기 발열소자 실장패드가 상기 금속 플레이트 하면까지 삽입된 경우)에는 상부온도가 51.623이고 하부온도가 48.002로 측정되었고, 결과적으로 △T는 3.621이 된다.
상기 실험 데이터로부터, 상기 발열소자 실장패드가 상기 금속 플레이트의 상면에 접촉된 경우보다 상기 발열소자 실장패드가 상기 금속 플레이트에 삽입된 경우에 방열 효율이 높다는 것을 알 수 있고, 아울러 상기 발열소자 실장패드가 상기 금속 플레이트에 삽입되는 깊이(t)를 증가할수록, 방열 효율이 증대됨을 알 수 있다.
상기와 같은 구성 및 바람직한 실시예를 가지는 본 발명인 방열회로기판 및 그 제조방법에 의하면, 발열소자가 실장되는 발열소자 실장패드를 금속 플레이트에 직접 접촉되도록 하기 때문에, 발열소자에서 발생하는 열을 다이렉트(direct)로 상기 금속 플레이트를 통해 방열시킬 수 있어 방열 효과를 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 고가의 절연층을 사용하지 않고도 방열 효율을 높일 수 있기 때문에, 생산 수율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
Claims (12)
- 방열회로기판에 있어서,상부면으로부터 두께 방향으로 형성되되, 그 깊이가 상부면과 하부면 사이인 홈을 구비하는 금속 플레이트와;상기 금속 플레이트 상부면에 형성되되, 상기 홈에 대응하는 홀을 구비하는 절연층과;상기 절연층 상부에 적층된 도전층이 패터닝되어 형성되는 회로 패턴층과;상기 절연층의 홀과 상기 금속 플레이트의 홈에 삽입되어 형성되는 발열소자 실장패드를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 방열회로기판.
- 청구항 1에 있어서,상기 도전층은 구리층인 동박층인 것을 특징으로 하는 방열회로기판.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,상기 금속 플레이트에 구비되는 홈은 단차진 형상인 것을 특징으로 하는 방열회로기판.
- 청구항 1에 있어서,상기 발열소자 실장패드의 형상은 다각 입체형 또는 원통형인 것을 특징으로 하는 방열회로기판.
- 청구항 1에 있어서,상기 발열소자 실장패드에 LED가 실장되어, 백라이트용 광원 또는 조명용 광원으로 이용되는 것을 특징으로 하는 방열회로기판.
- 방열회로기판 제조방법에 있어서,금속 플레이트 상에 절연층을 형성하는 단계;상기 절연층 상에 도전층을 형성한 후, 상기 도전층을 패터닝하여 회로 패턴층을 형성하는 단계;상기 절연층에 홀을 형성하고, 상기 홀에 대응하는 홈을 상부면과 하부면 사이의 깊이로 상기 금속 플레이트에 형성하는 단계;상기 절연층의 홀과 상기 금속 플레이트의 홈에 발열소자 실장패드를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 방열회로기판 제조방법.
- 청구항 7에 있어서,상기 절연층의 홀과 금속플레이트의 홈은 레이져 가공 또는 드릴 가공으로 형성되는 것을 특징으로 하는 방열회로기판 제조방법.
- 청구항 8에 있어서,상기 금속플레이트의 홈은 단차 가공되는 것을 특징으로 하는 방열회로기판 제조방법.
- 청구항 7에 있어서,상기 발열소자 실장패드는 사전에 제작되되, 금형제조법 또는 조각기 가공으로 형성되는 것을 특징으로 하는 방열회로기판 제조방법.
- 청구항 7에 있어서,상기 발열소자 실장패드는 상기 절연층의 홀과 금속 플레이트의 홈에 전도성 물질을 도금하거나, 전도성 페이스트를 채워서 형성되는 것을 특징으로 하는 방열회로기판 제조방법.
- 청구항 7에 있어서,상기 발열소자 실장패드에 LED가 실장되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열회로기판 제조방법.
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