KR100926064B1 - 금속 인쇄회로기판의 원판 및 그 제조방법 - Google Patents

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주식회사 코리아 인스트루먼트
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Abstract

금속 인쇄회로기판의 원판 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 금속 인쇄회로기판의 원판은 금속 기판에 스크린 인쇄 등의 방법으로 세라믹 층을 형성하고, 그 세라믹 층상에 전기를 전도하는 전도층인 금속층을 형성함으로써 제작된다. 전도층인 금속층은 세라믹 층상에 물리 기상증착을 위한 스퍼터링 방법에 의해 형성되거나, 스크린 인쇄 등에 의해 형성된다. 본 발명의 원판 제조방법은 대면적 원판의 제작을 가능하게 하고, 공정시간의 단축 및 양산성의 높일 수 있으며, 원판은 뛰어난 방열특성 및 내전압 특성을 가진다.
금속 인쇄회로기판, 스크린 인쇄, 마그네트론 스퍼터링

Description

금속 인쇄회로기판의 원판 및 그 제조방법{Substrate of Metal PCB and Method for Manufacturing thereof}
본 발명은, 금속 기판과 전기 전도 층 사이의 접착과 절연 및 열 전도를 위한 세라믹 층을 형성하고, 전기 전도 층을 물리기상증착(Physical Vapor Deposition)의 스퍼터링 방법이나 스크린 인쇄 등을 이용하여 도포하여 형성함으로써 구리 후막의 두께를 자유롭게 조절하고 뛰어난 방열 특성, 절연성 및 전도 층의 전기적 특성을 가지는 인쇄회로기판의 제조를 가능하게 하는 금속 인쇄회로기판의 원판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근의 디지털 기기를 포함하는 전자기기는 집적화와 소형화 추세를 따르고 있다. 전자 기기의 소형화에 따른 여러가지 문제 중에 하나는 발생하는 열의 효과적인 발산이다. 소형화되고 집적화된 전자 기기 내에서는 보다 많은 에너지가 열로 소모되고, 이러한 열은 다시 내부 전자부품의 열화를 일으켜 오동작, 수명 단축 등의 문제를 야기한다.
전자기기 내에서 발생하는 열을 배출하기 위해, 종래로부터 널리 사용되는 방법으로는, 팬(Fan)을 이용한 기기내의 강제 대류 방법, 열원에 히트 싱크(Heat Sink)를 부착하여 열의 발산을 극대화하는 방법 등이 일반적이었으며, 그 중에서도 최근에 발표되고 있는 금속 인쇄회로기판은 전기적 열 발생이 많은 고전압 전력전자 분야, 엘이디(LED) 조명 및 엘시디 백라이트(LCD Back Light Unit) 등의 분야를 시작으로 주목을 받고 있다.
종래의 일반적인 금속 인쇄회로기판의 원판 제조방법으로는, 금속 기판에 습식 도금을 통해 구리 막을 형성하는 습식도금법과, 금속기판과 동박 사이에 접착층을 삽입한 후 적층하는 적층법이 있다. 주로 적층법이 종래의 금속 인쇄회로기판의 제조에 사용되고 있다.
습식도금법의 경우, 원판은 기판과, 절연을 위해 기판상에 형성된 고분자 수지층, 수지층상에 도금 후막을 형성하기 위한 종자층과, 종자층의 상부에 습식도금된 구리 막으로 구성된다.
이러한 습식도금 방법은 도금 과정에서 형성되는 막의 잔류 응력제어가 어려워 막의 두께에 제한이 있다. 따라서, 인쇄회로기판을 위한 수백 마이크로 미터의 후막을 형성하고자 하면, 잔류 응력으로 인한 접착성의 저하로 막이 박리되는 현상이 나타난다. 또한, 도금 후막은 그 밀도가 낮을 뿐 아니라, 낮은 도금 율로 인한 장시간의 공정 및 이에 따른 복잡한 공정, 독성의 전해액 사용으로 인한 환경오염의 문제가 있었다.
도 1은 종래의 적층법에 의해 제조되는 금속 인쇄회로기판의 원판을 도시한 분해사시도이다. 적층법의 경우, 원판(100)은 금속 기판(101)과, 기판(101)의 표면에 도포되어 방열 및 절연기능을 갖는 수지(Resin)로 형성된 접착층(103)과, 접착층(103) 위에 적층된 동박판(105)으로 구성된다.
적층법은, 별도로 제조된 동박판을 기판에 접착시키기 위한 두꺼운 접착층(103)이 요구되며, 별도로 제조된 동판 자체를 접착하기 때문에 동박판의 두께도 제한된다.
본 발명의 목적은, 금속 기판과 전기 전도 층 사이의 접착과 절연을 위한 세라믹 층을 형성하고, 전기 전도 층을 물리기상증착(Physical Vapor Deposition)의 스퍼터링 방법이나 스크린 인쇄 등을 이용하여 도포하여 형성함으로써 구리 후막의 두께를 자유롭게 조절하고 뛰어난 방열 특성, 절연성 및 전도 층의 전기적 특성을 가지는 인쇄회로기판의 제조를 가능하게 하는 금속 인쇄회로기판의 원판 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판 제조방법은, 금속 재질의 기판을 마련하는 단계; 상기 기판의 상면에 세라믹 분말을 도포하여 제1 세라믹 층을 형성하는 단계; 및 상기 제1 세라믹 층의 상면에 물리기상증착(PVD)을 위한 스퍼터링 방법에 의해 제1금속 층을 형성하는 단계를 포함한다.
실시 예에 따라 양면 회로구성이 가능하도록, 상기 발명의 제조방법은 상기 기판의 아랫면에 세라믹 분말을 도포하여 제2 세라믹 층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제2 세라믹 층의 아랫 면에 상기 스퍼터링 방법 또는 금속 분말을 도포하는 방법으로 제2금속 층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 금속 분말은 10nm 내지 10㎛ 크기의 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 페러디엄(Pd), 및 루테니엄(Ru) 중에서 선택된 적어도 하나를 페이스트 상태로 제조한 것으로서, 스크린 인쇄 또는 제트(Jet)분사의 방법으로 도포될 수 있다.
상기 스퍼터링 방법에 의해 증착되는 금속 층은, 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 백금(Pt), 텅스텐(W) 중에서 선택된 어느 하나의 후막인 것이 바람직하다.
다른 실시 예에 따라, 상기 발명의 제조방법은 상기 기판의 아랫 면에 상기 스퍼터링 방법 또는 금속 분말을 도포하는 방법으로 제3금속 층을 형성하는 단계를 더 포함하여 방열특성을 높일 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판 제조방법은, 금속 재질의 기판을 마련하는 단계; 상기 기판의 상면에 세라믹 분말을 도포하여 제1세라믹 층을 형성하는 단계; 및 상기 제1세라믹 층의 상면에 금속 분말을 도포하여 제1 금속 층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제1금속 층의 상면에 물리기상증착(PVD)을 위한 스퍼터링 방법에 의해 금속 층을 추가로 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 경우에도, 양면 구성을 위해 기판의 아랫면에 제2 세라믹 층 및 제2 금속 층을 더 형성하거나, 방열을 위해 기판의 아랫면에 제3 금속 층을 더 형성할 수 있다.
상기 세라믹 층을 형성하는 단계 전에, 상기 기판의 상면에 물리기상증착(PVD)을 위한 스퍼터링 방법에 의해 산화실리콘(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 질화실리콘( Si3N4) 중에서 선택된 어느 하나의 세라믹 코팅층을 형성하거나, 플라즈마 전해 산화(PEO: Plasma Electrolytic Oxidation) 또는 양극산화(Anodizing) 등의 방법으로 상기 기판의 외면을 산화시킴으로써 세라믹 코팅 층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. PEO 등의 방법은 상기 기판이 알루미늄(Al) 또는 마그네슘(Mg)인 경우에 적용한다.
상기 세라믹 코팅층은, 대략 0.5 ㎸ ~ 7 ㎸에서 60초 이상의 내전압 특성을 가지는 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 세라믹 층을 형성하는 단계는, 10nm 내지 10㎛ 크기의 이산화실리콘(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 이산화지르코늄(ZrO2), 무기안료 등의 세라믹 분말을 졸(Jol) 상태로 정전도장하여 상기 세라믹 층을 형성할 수 있다.
다른 방법으로, 상기 세라믹 층을 형성하는 단계는, 10nm 내지 10㎛ 크기의 이산화실리콘(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화베릴륨(BeO), 산화바륨(BaO), 등의 세라믹 분말을 페이스트 상태로 스크린 인쇄 또는 제트(Jet)분사의 방법으로 형성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 금속 인쇄회로기판의 원판은, 금속 재질의 기판과, 상기 기판의 상면에 형성된 제1 세라믹 층과, 상기 제1 세라믹 층의 상면에 물리 기상 증착(PVD)된 제1금속 층을 포함한다.
본 발명에 따른 제조방법은 금속 기판과 세라믹 층이 적층됨으로써 뛰어난 방열 및 절연 특성을 가지며, 전기 전도 층이 물리기상증착(Physical Vapor Deposition)의 스퍼터링 방법이나 스크린 인쇄 등에 의해 형성됨으로써 다양한 두께의 구리 후막을 가능하게 하여 뛰어난 전기적 특성의 인쇄회로기판의 원판 제작을 가능하게 한다.
또한, 전기 전도 층이 스퍼터링 방법이나 스크린 인쇄 등에 의해 형성되면서 그 응력제어가 용이해짐에 따라, 대면적의 원판 제작이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 제조방법은 스퍼터링, 스크린 인쇄 등에 의해 세라믹 기판 상에 금속 층을 형성하며, 별도의 접착 소재를 사용하지 아니함으로써 종래에 사용되었던 이종 물질의 접착층을 요구하지 아니한다.
또한, 기판 상에 적층되는 세라믹 층 및 전기 전도 층이 스크린 인쇄 및/또는 스퍼터링 방법에 의해 이루어짐으로써, 층간 접착성이 향상되고 공정의 효율성이 높아지게 되어, 결과적으로 원판 제조시의 공정시간의 단축 및 양산성의 제고를 통한 생산단가의 절감을 가능하게 한다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 개선된 금속 인쇄회로기판의 원판의 구조를 나타낸 단면도이며, 도 3은 도 2의 금속 인쇄회로기판의 원판의 제조방법의 설명에 제공되는 제조공정도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 금속 인쇄회로기판의 원판(200)은 기판(210), 기판(210)상에 형성된 세라믹 층(230) 및 세라믹 층(230)의 상면에 형성된 금속 층인 전기 전도 층(250)(이하 간단히 '전도 층' 또는 '금속 층'이라 함)을 포함한다. 세라믹 층(230)은 전도 층(250)에서 기판(210)으로의 열 전도 및 전기 절연체의 역할을 수행하는 중간층이면서, 기판(210)과 전도 층(250)의 잔류응력의 차이를 상쇄시키는 역할을 한다. 실시 예에 따라, 기판(210)과 세라믹 층(230) 사이에 세라믹 코팅층(211)이 추가적으로 형성될 수 있으며, 본 발명의 필수적인 구성요소는 아니다.
도 3을 참조하여 본 발명의 금속 인쇄회로기판의 원판(200)의 제조방법을 설명한다.
<기판, S301 단계>
본 발명의 원판(200) 제조를 위해, 금속 소재의 기판(210)이 준비된다. 기판(210)의 재료는, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 스테인리스 및 마그네슘(Mg) 중에서 선택된 적어도 하나의 금속 또는 그 합금이 바람직하나, 이에 한정될 필요는 없다. 이러한 금속 기판(210)은 내구성 및 방열 특성이 우수하여 인쇄회로 기판에 실장된 기계, 전기 또는 전자 소자에서 발생하는 열의 배출에 탁월한 성능을 보인다. 금속 기판(210)은 0.1mm 내지 2mm의 두께를 가지는 것이 바람직할 것이나 이에 한정되지 아니한다.
<세라믹 코팅층 형성, S303 단계>
기판(210)의 상면 또는 외면 전체에 대해 세라믹 코팅층(211)이 형성될 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같이 필수적인 구성이 아니다. 세라믹 코팅층(211)은 기판(210)과 세라믹 층(230)의 밀착력을 향상시키고 절연성을 높이기 위해 추가적으로 형성되는 것으로, 물리기상증착(Physical Vapor Deposition)을 위한 스퍼터링(Sputtering) 방법 또는 플라즈마 전해 산화(PEO: Plasma Electrolytic Oxidation)법 등의 피막처리법에 의해 형성될 수 있다. 세라믹 코팅층(211)의 두께는 0.5 V 내지 7 ㎸의 전압에서 지속시간이 대략 60초이상의 내전압 특성을 가질 수 있도록 고려되는 것이 바람직하며, 대략 1㎛ 내지 10㎛의 두께가 바람직하다.
스퍼터링 방법에 의한 세라믹 코팅층(211)은, 산화실리콘(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 질화실리콘( Si3N4) 등을 마그네트론 스퍼터링 방법에 의해 기판(210)상에 증착함으로써 형성한다. 스퍼터링 방법은 아래에서 설명될 전도 층(250)의 형성을 위한 스퍼터링 방법을 적용할 수 있다.
PEO 피막처리법에 의한 세라믹 코팅층(211)은 기판(210)의 재질이 알루미늄(Al) 또는 마그네슘(Mg)인 경우에 적용될 수 있으며, 스퍼터링 방법에 의한 것보다 빠른 속도로 기판(210)의 외면에 형성된다. PEO 공법은, 금속의 표면에 산화막을 형성하는 피막처리기술로서 미세방전(MAO: Micro Arc Oxidation)피막처리법으로도 불리는 것으로, 고전압을 사용하여 알카리 전해액에서 플라즈마 방전(Micro Arc)에 의해 금속 기판(210)을 순간적으로 용융시켜 전해액에 들어 있는 산소와 함 께 산화시킴으로써 세라믹 코팅층(211)을 형성한다.
PEO 피막처리법을 대신하여 양극 산화(Anodizing)법에 의해 세라믹 코팅층(211)이 형성될 수도 있다. 이러한 방법에 의한 세라믹 코팅층(211)은 내전압 특성 등이 다소 떨어지므로, 요구되는 내전압특성을 갖기 위해서는 PEO 피막처리법에 의한 것보다 두꺼워질 수 있다.
<세라믹 층의 형성, S305 및 S307 단계>
세라믹 층(230)은 스크린 인쇄(Screen Printing), 제트 분사(Jet Injection) 또는 정전도장의 방법으로 기판(210)상에 형성되어, 전도 층(250)에서 기판(210)으로의 열 전도 및 전기 절연체의 역할을 수행한다. 세라믹 층(230)의 두께는, 0.5 V 내지 7 kV의 전압에서 지속시간이 대략 60초이상의 내전압 특성을 가질 수 있도록 고려되는 것이 바람직하며, 대략 10㎛ ~ 70㎛의 두께가 바람직하다.
정전도장의 경우, 세라믹 층(230)은 졸 상태의 세라믹 분말을 정전도장에 의해 기판(210)상에 형성한다. 이 경우에 사용되는 세라믹 분말은, 10nm 내지 10㎛ 크기의 이산화실리콘(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 이산화지르코늄(ZrO2), 무기안료(RO로 대표)들의 분말인 것이 바람직하다. 정전도장은, 정전기를 이용하여 도장하는 방법으로, 수만 볼트의 음 전압을 가하여 졸 상태의 세라믹 분말이 정전기에 의해 기판(210)상에 흡착시키는 방법이다(S305).
또한, 세라믹 층(230)은 세라믹 분말을 페이스트 상태로 기판(210) 상에 스 크린 인쇄 또는 제트(Jet)분사하여 형성할 수 있다. 이 경우, 세라믹 분말은 10nm 내지 10㎛ 크기의 이산화실리콘(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화베릴륨(BeO), 산화바륨(BaO) 중에서 적어도 하나를 포함하는 혼합 분말인 것이 바람직하다(S307).
전도 층(250)은 물리기상증착을 위한 스퍼터링 방법, 스크린 인쇄(Screen Printing) 및 제트분사(Jet Injection) 방법 중에서 선택된 적어도 하나의 방법을 단독적으로 사용하여 단일 금속 층을 형성하거나, 복합적으로 사용하여 여러 층의 금속 층을 형성할 수 있다.
<스퍼터링 방법에 의한 전도 층, S309 단계>
전도 층은 소정의 전도성 도전체 금속을 스퍼터링 방법에 의해 세라믹 층(230)에 증착함으로써 형성될 수 있다. 물리기상증착 중에서도 발명자들의 특허 출원 제10-2008-0031279호에서 제시한 고속/고밀도 증착을 위한 마그네트론 스퍼터링 방법이 바람직하다.
도 4는 스퍼터링 방법에 의한 전도 층을 구비한 원판의 구조를 도시한 단면도이다.
특허 출원 제10-2008-0031279호에 의하면, 불활성 가스인 아르곤(Ar) 등이 플라즈마화하면서 발생하는 아르곤 양이온이 음으로 대전된 구리(Cu) 등의 타겟에 충돌하면서, 타겟 원자 또는 원자 클러스터들이 타겟으로부터 스퍼터링된다. 스퍼터링된 원자들이 세라믹 층(230)에 증착함으로써 도 4의 전도 층(251)을 형성하게 된다.
스퍼터링에 의한 전도 층(251)은 대략 5㎛ ~ 300㎛의 두께의 후막으로 형성되는 것이 바람직하며, 이러한 두께의 후막 형성은 특허 출원 제10-2008-0031279호에 의해 제시되는 바와 같이, 1 나노미터 내지 10 마이크로 미터 두께의 제1박막 형성 및 제2박막을 잔류응력에 따라 교번적으로 반복 증착함으로써 이루어질 수 있다.
제1 박막은 압축 잔류 응력의 특성을 갖는 막으로서, 마그네트론 스퍼터 증착원에는 직류 펄스 또는 교류가 공급되어 발생하는 직류 펄스 또는 교류 플라즈마에 의하여 스퍼터링이 이루어짐으로써 형성된다. 제2 박막은 인장 잔류응력의 특성을 갖는 막으로서, 직류 전원이 스퍼터 증착원에 공급되어 발생하는 직류 플라즈마에 의하여 스퍼터링이 이루어짐으로써 형성된다.
스퍼터링에 의한 전도 층(251)은 고밀도로 형성되어 뛰어난 전기적 특성 및 열전달 특성이 가지게 된다. 이때, 스퍼터 링에 의한 전도 층(251)의 소재가 되는 금속은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 백금(Pt), 텅스텐(W) 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으며, 그 중에서도 구리(Cu)를 타겟으로 사용한 구리 후막으로 형성되는 것이 바람직하다.
<스크린 인쇄 또는 제트분사에 의한 전도층, S311 단계>
도 2의 전도 층(250)은 세라믹 층(230)에 스크린 인쇄 또는 제트분사의 방법으로 금속 분말을 도포하고 소성하여 형성할 수 있다. 도 5는 스크린 인쇄 또는 제 트분사에 의한 전도층을 구비한 원판의 구조를 도시한 단면도이다.
여기서 사용되는 금속 분말은 10nm 내지 10㎛ 크기의 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 페러디엄(Pd), 및 루테니엄(Ru) 중에서 선택된 적어도 하나를 단독 또는 혼합 페이스트 상태로 제조한 것으로서, 유리 분말을 포함하는 분말유리접착제(Glass Frit)와 함께 사용할 수 있다.
도 5와 같이, 스크린 인쇄 또는 제트분사에 의해 형성되는 전도 층(253)은 대략 5㎛ ~ 300㎛의 두께의 후막으로 형성되는 것이 바람직하다.
<복층 구조의 전도 층, S313 및 S315 단계>
다른 방법으로, 실시 예 1 및 2를 함께 사용하여 도 2의 전도 층(250)을 형성할 수 있다.
먼저, 실시 예 2에 따라, 세라믹 층(230)에 스크린 인쇄 또는 제트분사의 방법으로 금속 분말을 도포하고 소성하여 금속 층(257)을 형성하고(S313), 그 금속 층(257)에 실시 예 1에 의한 스퍼터링 방법에 의한 금속 층(259)을 형성하여 전도 층을 형성할 수 있다(S315). 도 6은 복층 구조의 전도 층을 구비한 원판의 구조를 도시한 단면도이다.
이 경우의 전도 층도, 적층된 2층의 금속 층(257, 259)이 전체로서 대략 5㎛ ~ 300㎛의 두께의 후막으로 형성되는 것이 바람직하다. 금속 분말로 형성되는 금속 층(257)은 불충분한 방열 특성 및 전기적 특성을 가질 수 있는데, 스퍼터링 방법에 의한 고밀도 금속 층(259)이 이를 보강한다.
이상의 도 2 내지 도 6을 통해 도시되고 설명된 구조 및 제조방법이 본 발명의 금속 인쇄회로기판의 원판(200)의 기본적인 구조와 제조방법이 되며, 동일한 제조방법에 의해 기본 구조를 응용한 다양한 구조의 원판 제작이 가능하다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 금속 인쇄회로기판의 원판의 구조를 도시한 단면도로서, 양면 회로구성이 가능하도록 제조된 원판의 예이다.
도 7의 인쇄회로기판의 원판(700)은 도 2의 원판(200)에 더하여, 금속 기판(210) 아랫면에 형성된 제2 세라믹 층(270)과, 제2 세라믹 층(270)의 아랫면에 형성된 제2 전기 전도 층(290)(이하 간단히 '제2 전도 층'이라 함)을 포함한다. 구분을 위해, 이하에서는 기판(210)의 상면에 형성된 세라믹 층을 제1 세라믹 층(230)이라 하고, 제1 세라믹 층(230)의 상면에 형성된 전도 층을 제1 전도 층(250)이라 한다.
이 경우에도, 세라믹 코팅층이 선택적으로 적용될 수 있으며, 스퍼터링에 의한 세라믹 코팅층은 기판(210)의 아랫면에 별도 공정으로 형성하여야 한다.
제2 세라믹 층(270) 및 제2 전도 층(290)의 형성방법은 제1 세라믹 층(230) 및 제1 전도 층(250)의 형성 방법과 동일하다. 제2 전도 층(290)도 제1 전도 층(250)과 마찬가지로 스퍼터링 방법, 스크린 인쇄 또는 제트 분사를 단독적으로 사용하여 단층으로 제조하거나 또는 복합적으로 사용하여 복합 층으로 제조할 수 있다.
다만, 기판 → 세라믹 코팅층 → 제1 세라믹층 및 제2 세라믹 층 → 제1 전 도 층 및 제2 전도 층의 순서로 제조될 수 있다.
도 7을 통해 제조되는 금속 인쇄회로기판의 원판(700)은 제1 전도 층(250)과 제2 전도 층(290) 모두에 인쇄회로를 형성할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 금속 인쇄회로기판의 원판의 구조를 도시한 단면도로서, 원판의 방열 특성을 더 높인 예이다.
도 8의 인쇄회로기판의 원판(800)은 도 2의 원판(200)에 더하여, 금속 기판(210) 아랫면에 형성된 제3 전도 층(810)을 포함한다. 제3 전도 층(810)은 인쇄회로를 위한 것이 아니므로 전기가 아닌 열 전도를 위해 마련되어, 기판(210)의 방열 특성을 높이기 위한 것이다.
제3 전도 층(810)의 형성방법은 제1 전도 층(250)의 형성 방법과 동일하다. 제3 전도 층(810)도 제1 전도 층(250)과 마찬가지로 스퍼터링 방법, 스크린 인쇄 또는 제트 분사를 단독적으로 사용하여 단층으로 제조하거나 또는 복합적으로 사용하여 복합 층으로 제조할 수 있다.
금속 인쇄회로기판의 원판에 대한 절대적 필요성은 그 방열 특성에 있다. 이상의 방법에 의해 제조되는 본 발명의 금속 인쇄회로기판의 원판은 종래의 방식에 비해 탁월한 열 전도 성능을 보이며, 다음의 표 1은 원판을 통한 열 확산율(Thermal Diffusivity, 단위 mm2/s)의 측정 결과를 나타낸 것으로 한국산업기술시 험원의 신뢰성 종합기술지원 센타에 의뢰해 측정한 값이다.
온도 본 발명의 원판 (35 ㎛) 도 1의 원판(35 ㎛) 도 1의 원판(70 ㎛)
25 ℃ 35.16 21.69 23.18
50 ℃ 34.73 21.42 22.81
70 ℃ 34.59 21.19 22.61
표 1에서, 본 발명의 원판은 도 4의 원판(400)으로서 스퍼터링에 의해 증착된 금속 층(251)은 35 ㎛ 두께의 구리(Cu) 후막이다. 또한, 도 1의 원판(100)은 그 동박판(105)의 두께가 각각 35 ㎛와 70 ㎛이다. 온도는 측정 장소의 주위 온도이다. 금속 기판은 1mm 두께의 알루미늄을 사용하였다.
열확산율의 측정은 금속 층(251) 또는 동박판(105)에 동일한 열을 가하고 금속 기판을 통해 측정되는 열을 체크하여 구했다.
표 1에 의하면, 본 발명의 원판이 도 1의 원판(100)에 비해, 훨씬 그 방열 특성이 좋음을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 원판은 70 ㎛의 동박판을 가지는 도 1의 원판에 비해 1/2 두께의 얇은 금속 층을 가지면서도 그 열 확산이 탁월함을 알 수 있다. 정리하면, 본 발명의 원판(200)이 기존 방식의 원판보다 얇은 금속 후막을 가지고도 더 뛰어난 방열 특성을 가지게 됨을 알 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
도 1은 종래의 적층법에 의해 제조되는 금속 인쇄회로기판의 원판을 도시한 분해사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 개선된 금속 인쇄회로기판의 원판의 구조를 나타낸 단면도,
도 3은 도 2의 금속 인쇄회로기판의 원판의 제조방법의 설명에 제공되는 제조공정도,
도 4는 스퍼터링 방법에 의한 전도 층을 구비한 원판의 구조를 도시한 단면도,
도 5는 스크린 인쇄 또는 제트분사에 의한 전도층을 구비한 원판의 구조를 도시한 단면도,
도 6은 복층 구조의 전도 층을 구비한 원판의 구조를 도시한 단면도,
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 금속 인쇄회로기판의 원판의 구조를 도시한 단면도, 그리고
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 금속 인쇄회로기판의 원판의 구조를 도시한 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
200: 금속 인쇄회로기판의 원판 210: 금속 기판
211: 세라믹 코팅층 230: 세라믹 층, 제1세라믹 층
250: 전도 층(금속층), 제1전도층
251, 259: 스퍼터링에 의해 형성된 전도 층
253, 257: 스크린 인쇄, 제트 분사 또는 정전도장에 의해 형성된 전도층
270: 제2 세라믹 층 290: 제2 전도층(금속층)
810: 제3 전도층(금속층)

Claims (36)

  1. 금속 재질의 기판을 마련하는 단계;
    상기 기판의 상면에 물리기상증착(PVD)을 위한 스퍼터링 방법에 의해 산화실리콘(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 질화실리콘( Si3N4) 중에서 선택된 어느 하나의 세라믹 코팅층을 형성하거나, 상기 기판이 알루미늄(Al) 또는 마그네슘(Mg)인 경우 상기 기판의 외면을 산화시킴으로써 세라믹 코팅 층을 형성하는 단계;
    상기 세라믹 코팅층의 상면에 세라믹 분말을 도포하여 제1 세라믹 층을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 세라믹 층의 상면에 물리기상증착(PVD)을 위한 스퍼터링 방법에 의해 제1금속 층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 아랫면에 세라믹 분말을 도포하여 제2 세라믹 층을 형성하는 단계; 및
    양면 회로구성이 가능하도록 상기 제2 세라믹 층의 아랫 면에 상기 스퍼터링 방법에 의해 제2금속 층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 아랫면에 세라믹 분말을 도포하여 제2 세라믹 층을 형성하는 단 계; 및
    양면 회로구성이 가능하도록 상기 제2 세라믹 층의 아랫 면에 금속 분말을 도포하여 제2금속 층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 아랫 면에 상기 스퍼터링 방법에 의해 제3금속 층을 형성하는 단계;를 더 포함하여 방열특성을 높이는 것을 특징으로 하는 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 아랫 면에 금속 분말을 도포하여 제3금속 층을 형성하는 단계;를 더 포함하여 방열특성을 높이는 것을 특징으로 하는 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판 제조방법.
  6. 금속 재질의 기판을 마련하는 단계;
    상기 기판의 상면에 물리기상증착(PVD)을 위한 스퍼터링 방법에 의해 산화실리콘(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 질화실리콘( Si3N4) 중에서 선택된 어느 하나의 세라믹 코팅층을 형성하거나, 상기 기판이 알루미늄(Al) 또는 마그네슘(Mg)인 경우 상기 기판의 외면을 산화시킴으로써 세라믹 코팅 층을 형성하는 단계;
    상기 세라믹 코팅층의 상면에 세라믹 분말을 도포하여 제1세라믹 층을 형성하는 단계; 및
    상기 제1세라믹 층의 상면에 금속 분말을 도포하여 제1 금속 층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1금속 층의 상면에 물리기상증착(PVD)을 위한 스퍼터링 방법에 의해 금속 층을 추가로 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 것을 특징으로 하는 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 기판의 아랫면에 세라믹 분말을 도포하여 제2 세라믹 층을 형성하는 단계; 및
    양면 회로구성이 가능하도록 상기 제2 세라믹 층의 아랫 면에 물리기상증착(PVD)을 위한 스퍼터링 방법에 의해 제2금속 층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판 제조방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 기판의 아랫면에 세라믹 분말을 도포하여 제2 세라믹 층을 형성하는 단계; 및
    양면 회로구성이 가능하도록 상기 제2 세라믹 층의 아랫 면에 금속 분말을 도포하여 제2금속 층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판 제조방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 기판의 아랫 면에 물리기상증착(PVD)을 위한 스퍼터링 방법에 의해 제3금속 층을 형성하는 단계;를 더 포함하여 방열특성을 높이는 것을 특징으로 하는 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판 제조방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 기판의 아랫 면에 금속 분말을 도포하여 제3금속 층을 형성하는 단계;를 더 포함하여 방열특성을 높이는 것을 특징으로 하는 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판 제조방법.
  12. 삭제
  13. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 세라믹 코팅층은, 0.5 ㎸ ~ 7 ㎸에서 60초 이상의 내전압 특성을 가지는 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판 제조방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 세라믹 층을 형성하는 단계는,
    10nm 내지 10㎛ 크기의 세라믹 분말을 졸(Jol) 상태로 정전 도장하여 상기 세라믹 층을 형성하는 것을 특징으로 하는 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판 제조방법.
  17. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 세라믹 층을 형성하는 단계는, ,
    10nm 내지 10㎛ 크기의 이산화실리콘(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화베릴륨(BeO), 산화바륨(BaO) 중에서 적어도 하나를 포함하는 세라믹 분말을 페이스트 상태로 스크린 인쇄 또는 제트(Jet)분사의 방법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판 제조방법.
  18. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 스테인리스 및 마그네슘(Mg) 중에서 선택된 적어도 하나의 금속 또는 그 합금인 것을 특징으로 하는 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판 제조방법.
  19. 제3항, 제5항, 제6항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 분말은 10nm 내지 10㎛ 크기의 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 페러디엄(Pd), 및 루테니엄(Ru) 중에서 선택된 적어도 하나를 페이스트 상태로 제조한 것으로서, 스크린 인쇄 또는 제트(Jet)분사의 방법으로 도포되는 것을 특징으로 하는 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판 제조방법.
  20. 제1항 내지 제5항, 제7항, 제8항 및 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스퍼터링 방법에 의해 증착되는 금속 층은, 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 백금(Pt), 텅스텐(W) 중에서 선택된 어느 하나의 후막인 것을 것을 특징으로 하는 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판 제조방법.
  21. 금속 재질의 기판;
    상기 기판의 상면에 형성된 세라믹 코팅층;
    상기 세라믹 코팅층의 상면에 형성된 제1 세라믹 층; 및
    상기 제1 세라믹 층의 상면에 물리 기상 증착(PVD)된 제1금속 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 기판의 아랫면에 형성된 제2 세라믹 층; 및
    상기 제2 세라믹 층의 아랫 면에 물리 기상 증착된 제2금속 층을 더 포함하여 양면 회로구성이 가능한 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 기판의 아랫면에 형성된 제2 세라믹 층; 및
    금속 분말 및 유리 분말을 함유하고 상기 제2 세라믹 층의 아랫 면에 형성된 제2금속 층을 더 포함하여 양면 회로구성이 가능한 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 기판의 아랫 면에 물리 기상 증착된 제3금속 층을 더 포함하여 방열특성을 높인 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판.
  25. 제21항에 있어서,
    금속 분말 및 유리 분말을 함유하고 상기 기판의 아랫 면에 형성된 제3금속 층을 더 포함하여 방열특성을 높인 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판.
  26. 금속 재질의 기판;
    상기 기판의 상면에 형성된 세라믹 코팅층;
    상기 세라믹 코팅층의 상면에 형성된 제1 세라믹 층;
    금속 분말 및 유리 분말을 함유하고 상기 제1 세라믹 층의 상면에 형성된 제1 금속 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 제1금속 층의 상면에 물리 기상 증착된 금속 층을 더 포함하는 것을 것을 특징으로 하는 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 기판의 아랫면에 형성된 제2 세라믹 층; 및
    상기 제2 세라믹 층의 아랫 면에 물리 기상 증착된 제2금속 층을 더 포함하여 양면 회로구성이 가능한 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판.
  29. 제26항에 있어서,
    상기 기판의 아랫면에 형성된 제2 세라믹 층; 및
    금속 분말 및 유리 분말을 함유하고 상기 제2 세라믹 층의 아랫 면에 형성된 제2금속 층을 더 포함하여 양면 회로구성이 가능한 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판.
  30. 제26항에 있어서,
    상기 기판의 아랫 면에 물리 기상 증착된 제3금속 층을 더 포함하여 방열특성을 높인 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판.
  31. 제26항에 있어서,
    금속 분말 및 유리 분말을 함유하고 상기 기판의 아랫 면에 형성된 제3금속 층을 더 포함하여 방열특성을 높인 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판.
  32. 삭제
  33. 제21항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 세라믹 층은, 10nm 내지 10㎛ 크기의 세라믹 분말을 졸(Jol) 상태로 정전도장된 것임을 특징으로 하는 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판.
  34. 제21항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 세라믹 층은, 10nm 내지 10㎛ 크기의 이산화실리콘(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화베릴륨(BeO), 산화바륨(BaO) 중에서 적어도 하나를 포함하는 세라믹 분말을 페이스트 상태로 스크린 인쇄 또는 제트(Jet)분사된 것임을 특징으로 하는 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판.
  35. 제23항, 제25항, 제26항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 분말은 10nm 내지 10㎛ 크기의 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 페러디엄(Pd), 및 루테니엄(Ru) 중에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판.
  36. 제21항 내지 제25항, 제27항, 제28항 및 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 물리 기상 증착된 금속 층은, 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 백금(Pt), 텅스텐(W) 중에서 선택된 어느 하나의 후막인 것을 것을 특징으로 하는 방열용 금속 인쇄회로기판의 원판.
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