KR100945026B1

KR100945026B1 - 고효율 ｌｅｄ 패키지기판용 양면 베이스 금속 인쇄회로기판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100945026B1
Application number: KR20090040308A
Authority: KR
Inventors: 석광식; 이호석; 서영규; 이호윤
Original assignee: 주식회사 옹스트롬; 석광식; 이호석; 서영규; 이호윤
Priority date: 2009-05-08
Filing date: 2009-05-08
Publication date: 2010-03-05

Abstract

고효율 LED 소자 패키지용 양면 베이스 금속 인쇄회로기판 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 고효율 LED 패키지용 양면 베이스 금속 인쇄회로기판은, 전도성을 가지는 금속성 재료의 판상부재의 금속기판(210); 전기절연성 및 열전도성을 가지는 세라믹재료로 형성되고, 상기 금속기판의 상부면 및 하부면에 전체적으로 도포되어 형성된 상부 및 하부 방열격리층(222,224); 전기절연성 및 열전도성을 가지는 열경화성수지로 형성되고, 상기 상부 및 하부 방열격리층(222,224)의 표면에 전체적으로 도포되어 형성된 상부 및 하부 열전수지층(242,244); 전기전도성을 가지는 금속성재료로 형성되고, 상기 상부 및 하부 열전수지층(242,244)의 표면에 상기 LED 소자 패키지에 의존하여 미리결정된 형상으로 패턴화되어 도포되어 형성된 상부 및 하부 도전패턴층(252,254); 및 상기 상부 도전패턴층(252)으로부터 하부 도전패턴층(254)까지 관통하여 연장하는 홀 형상의 부재인 격리도전홀(260)을 포함하고, 상기 격리도전홀(260)은, 상기 금속기판(210) 및 상기 방열격리층(222,224)과 인접하는 부분에 원기둥 형상의 전기절연성재료로 형성된 격벽(270)에 의해 상기 금속기판(210) 및 상기 방열격리층(222,224)과 전기적 및 거리적으로 이격된다. 본 발명에 의하면, 고효율 LED 소자 패키지에 사용되는 양면 베이스기판으로서 열적 특성 및 전기적 특성이 개선된 패키지용 양면 베이스 기판이 제공된다.

Description

고효율 ＬＥＤ 패키지기판용 양면 베이스 금속 인쇄회로기판 및 그 제조방법{Double-faced Base Metal Printed Circuit Board for Hi-effective Light-Emitting Diode package and the method thereof}

도 1은 패키징된 LED가 응용 회로 기판에 부착된 모습을 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 LED 소자 패키지용 양면 베이스 금속 인쇄회로기판(200)을 나타내는 도면이다.

도 3a 내지 3m 는 도 2의 양면 베이스 금속 인쇄회로기판(200)을 제조하는 방법의 각 단계에서 인쇄회로기판의 상태 단면도이다.

도 4a 내지 4f 는 베이스 금속 인쇄회로기판의 제조방법의 각 단계에서 상태 평면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 LED 소자 패키지의 사용상태를 나타내는 단면도이다.

본 발명은 고효율 LED 패키지기판용 금속 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 방열효과가 증가되고 전기적 특성이 우수하면서도 회로구현이 용이한 LED 패키지 기판용 금속 인쇄회로기판에 관한 것이다.

최근 발광다이오드(Light-emiting Diode, LED) 소자가 널리 사용되고 있다. LED 소자는 고효율 조명분야에 널리 사용되며 낮은 에너지와 높은 열효율 및 광도에 의해 차세대 조명소자 및 디스플레이소자로서 널리 사용되고 있다. 특히 디스플레이 소자 혹은 기존의 디스플레이장치에서 백라이트유닛으로 사용되는 경우에는 높은 열적 특성과 전기적 특성을 제공하는 것이 응용기기의 성능에 무엇보다 중요하다.

최근 여러 회로분야에서 금속성 인쇄회로기판이 사용되고 있다. 금속성 인쇄회로기판(metal PCB)은 기존의 수지성 기판 대신에 금속성 기판을 사용함으로써 열확산율을 증가시켜 인쇄회로기판의 방열특성을 증가시킨 것이다.

한편 각각의 응용분야에서 부품관리, 제조생산성향상등의 목적으로 패키징되어 사용되는 것이 편리하며, 패키지용으로 사용되는 기판을 베이스 기판이라고 한다.

LED 패키지(10)는 웨이퍼로 가공된 LED 소자(11), LED 소자로부터 발광되는 광을 효율적으로 반사시키기 위한 리플렉터(12) 및 LED 소자(11)와 리플렉터(12)를 지지하는 베이스기판(13)을 포함한다.

패키지용 베이스 기판(13)은 응용 회로 기판(20)에 전기적으로 접촉하여 LED 소자(11)와 응용 회로기판(20)을 전기적으로 연결하거나 절연시키는 기능을 하고, LED 소자로부터 발생된 열을 방열시키는 기능을 하기 때문에, 고효율 LED 소자의 응용분야로 발전할수록, 이러한 전기적 특성 및 열적 특성을 향상시키는 것이 무엇 보다도 중요하다.

이러한 열적 특성 즉 방열효과를 증가시키기 위해 종래의 금속성 인쇄회로기판을 패키지용 베이스 기판(13)으로 그대로 사용할 경우, 베이스기판이 가진 금속의 전기적 특성에 의해 LED 소자의 단자사이의 전기절연도의 감소문제가 발생한다. 특히 금속 인쇄회로기판으로 사용되는 대부분의 금속은 전기전도성이 매우 높기 때문에, 각 단자사이를 효율적으로 절연시키는 것은 새로운 문제점으로 떠오르고 있다.

또한 종래의 와이어본딩(wire-bonding)식의 리드프레임 베이스 기판은 베이스기판과 응용회로기판사이의 금속성 와이어의 부식으로 인해 LED 소자의 전기적 특성이 열화되는 문제점이 있었으며, 구현가능한 소자의 밀집도에도 제한이 있었다.

특히 고휘도 및 고해상도 디스플레이장치의 응용분야에 사용되는 LED 소자는 고효율일 것이 요구되고 또한 더욱이 이러한 고효율 LED 소자가 패키지화되어 사용될 경우 패키지용 베이스 기판은 LED 소자로부터 응용회로기판으로의 회로의 연결성을 해치지 않는 동시에 방열효과는 달성하여야 하기 때문에, 패키지용 베이스 기판의 이러한 전기적 및 열적특성은 더욱 중요하며(패키지용 베이스 기판은 상부면에 LED 소자가 하부면에 응용회로기판이 연결되기 때문에 방열특성이 중요한 문제점이 부각된다), 이를 달성하기 위한 베이스 기판의 구조에 대한 업계의 요구가 있다.

또한, 종래의 베이스 기판(13)은 버퍼 B를 이용하여 응용회로기판에 부착되 므로, 베이스 기판(13)의 하부면은 기판회로로서 구현하기가 용이하지 않다. 응용회로 혹은 베이스기판의 회로구현을 위해 베이스 기판의 상부면뿐 아니라 하부면까지 회로를 패터닝할 수 있다면 이는 회로구현의 다양성을 증가시킬 수 있기 때문에 이러한 업계의 요구가 있다.

특히 이러한 양면 패터닝을 종래의 베이스 기판에 구현하는 경우 방열효과가 상대적으로 열화된 종래의 베이스 기판은 고효율 LED의 성능을 위한 열적 특성(방열효과) 및 전기적 특성을 제공하고 있지 못하다.

따라서, 본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 양면에 회로를 패터닝함과 동시에 고효율 LED 소자의 성능을 만족시키기에 충분한 전기절연성 및 방열효과를 제공할 수 있는 고효율 LED 소자 패키지용 양면 베이스 기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 고효율 LED 패키지용 양면 베이스 금속 인쇄회로기판에 있어서, 전도성을 가지는 금속성 재료의 판상부재의 금속기판(210); 전기절연성 및 열전도성을 가지는 세라믹재료로 형성되고, 상기 금속기판의 상부면 및 하부면에 전체적으로 도포되어 형성된 상부 및 하부 방열격리층(222,224); 전기절연성 및 열전도성을 가지는 열경화성수지로 형성되고, 상기 상부 및 하부 방열격리층(222,224)의 표면에 전체적으로 도포되어 형성된 상부 및 하부 열전수지층(242,244); 전기전도성을 가지는 금속성재료로 형성되고, 상기 상부 및 하부 열전수지층(242,244)의 표면에 상기 LED 소자 패키지에 의존하여 미리결정된 형상으로 패턴화되어 도포되어 형성된 상부 및 하부 도전패턴층(252,254); 및 상기 상부 도전패턴층(252)으로부터 하부 도전패턴층(254)까지 관통하여 연장하는 홀 형상의 부재인 격리도전홀(260)을 포함하고, 상기 격리도전홀(260)은, 상기 금속기판(210) 및 상기 방열격리층(222,224)과 인접하는 부분에 원기둥 형상의 전기절연성재료로 형성된 격벽(270)에 의해 상기 금속기판(210) 및 상기 방열격리층(222,224)과 전기적 및 거리적으로 이격된 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 금속기판은 알루미늄기판이고, 방열격리층의 상기 세라믹재료는 산화알루미늄(Al2O3)이고, 상기 열전수지층은 열경화성에폭시로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 고효율 LED 패키지용 양면 베이스 금속 인쇄회로기판의 제조방법에 있어서, a) 열전도성을 가지는 금속기판(210)을 재단하고, 상기 금속기판(210)의 상하부면에 열전도성 및 전기절연성을 가지는 세라믹재료를 도포함으로써 상부 및 하부 방열격리층(222,224)을 형성하는 단계; b) 상기 방열격리층(222,224)이 형성된 금속기판에 상기 LED 패키지의 회로설계에 의해 결정된 위치에 상기 방열격리층 및 금속기판을 관통하는 관통공(212)을 형성하는 단계; c) 상기 관통공(212)의 내부에 방열격리층(222,224)와 동일한 높이를 가지는 전기절연성 재료로 형성된 격리기둥(230)을 형성하는 단계; d) 상기 상부 및 하부 방열격리층(222,224)의 표면에 전체적으로 전기절연성 및 열전도성을 가지는 열경화성수지재료를 도포함으로써 상부 및 하부 열전수지층(241,243)을 형성하고, 상기 상부 및 하부 열전수지층(241,243)의 표면에 전체적으로 전기전도성을 가지는 금속성재료를 도포함으로써 상부 및 하부 도전층(251,253)을 형성하는 단계; e) 상기 격리기둥(230)의 중심과 동일한 위치에 상기 격기기둥보다 작은 외부직경을 가지는 마이크로 드릴을 이용하여 드릴공정을 수행함으로써, 상기 금속기판(210), 방열격리층(222,224), 열전수지층(241,243) 및 도전층(251,253)을 모두 관통하면서 상기 격벽(270)에 의해 상기 금속기판과 전기적으로 및 거리적으로 이격되는 격리도전홀(260)을 형성하는 단계; 및 f)상기 상부 및 하부 도전층(251,253)에 상기 LED 소자패키지에 의존하는 형상에 기초하여 패터닝공정을 적용함으로써 상부 및 하부 도전패턴층(252,254)을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 c) 단계는, c1) 평면도상 상기 관통공(212)이 위치하는 부분의 상부에 위치하는 마스크 홀 MH 을 가지는 마스크 M 를 상기 방열격리층(222,224)의 표면에 올려놓고, 전기절연성재료의 페이스트(paste)를 상기 관통공에 붓는 단계; c2) 상기 전기절연성 페이스트 P 가 경화된후 상기 마스크 M을 탈거하는 단계; 및 c3) 상기 마스크 홀 MH 에 의해 생성된 돌출부위인 캡 c를 상기 방열격리층(222,224)의 표면높이와 동일하게 커팅하여 평활화함으로써 상기 관통공의 내부에 전기절연성의 재료의 기둥인 격리기둥(230)을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 d)단계와 상기 e)단계의 사이에, g)상기 열전수지층과 도전층의 표면을 고온의 표면압력을 가하는 핫프레스(Hot-Press)공정을 수행함으로써 상기 열전수지층과 상기 도전층사이의 밀착도를 증가시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 a)단계와 상기 b)단계의 사이에, h) 상기 방열격리층에 평활화공정(平滑化, leveling) 및 정면공정(正面, fining)을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 LED 소자 패키지용 양면 베이스 금속 인쇄회로기판(200)은 금속기판(210), 방열격리층(222,224), 열전수지층(232,234), 도전패턴층(252,254) 및 격리도전홀(260)을 포함한다.

금속기판(210)은 열전도성을 가지는 금속성 재료의 판상부재이다. 보통 114 * 114 * 0.3 mm의 규격이 사용된다. 금속으로는 알루미늄이 널리 사용된다. 열전도성이 뛰어나서 고효율 LED 소자의 열적 특성을 유지하는데 적합하기 때문이다.

상부 및 하부 방열격리층(222,224)은 전기절연성 및 열전도성을 가지는 세라믹재료로 형성되고, 상기 금속기판의 상부면 및 하부면에 전체적으로 도포되어 형 성된다. 일 실시예에서, 상기 세라믹재료는 산화알루미늄(Al2O3)이다. 이는 전기절연성은 높으면서도 열전도성 즉 방열특성이 우수하여 고효율 LED 소자의 패키지용 양면 베이스기판으로 적절하다.

상부 및 하부 열전수지층(242,244)은 전기절연성 및 열전도성을 가지는 열경화성수지로 형성되고, 상기 상부 및 하부 방열격리층(222,224)의 표면에 전체적으로 도포되어 형성된다.

일 실시예에서 상기 열경화성수지는 에폭시수지이다. 에폭시수지는 열전도성이 뛰어나면서도 전기절연성이 높아 LED 패키지용 베이스기판의 표면에 부착되었을 때 높은 기능성을 제공한다.

상부 및 하부 도전패턴층(252,254)은 전기전도성을 가지는 금속성재료로 형성되고, 상기 상부 및 하부 열전수지층(242,244)의 표면에 상기 LED 소자 패키지에 의존하여 미리결정된 형상으로 패턴화되어 도포되어 형성된다. 여기서 패턴화된다는 의미는 본 발명에 따른 LED 패키지가 사용되는 분야에서 요구하는 회로연결에 따라 미리정해진 형상으로 제조된다는 의미이다. 즉 패턴의 형상은 패키지의 응용분야에 의존적이다.

상부 도전패턴층(252)은 LED 소자에 연결되어 패키지회로를 구현하기 위한 패턴이며, 하부 도전패턴층(254)은 LED 소자의 단자를 응용회로기판에 연결하기 위한 패턴이다. 상부 및 하부 도전패턴층은 서로 독립적이다. 패키지용 베이스 기판은 상부면에 LED 소자가 하부면에 응용회로기판이 연결되기 때문에 방열특성이 중요한 문제점으로 부각된다.

격리도전홀(260)은 상부 도전패턴층(252)로부터 하부 도전패턴층(254)까지 관통하여 연장하는 홀 형상의 부재로서, 금속기판(210) 및 방열격리층(222,224)과 인접하는 부분에 원기둥 형상의 전기절연성재료로 형성된 격벽(270)에 의해 금속기판(210) 및 방열격리층(222,224)과 전기적 및 거리적으로 이격된다. 일 실시예에서 상기 전기절연성재료로는 에폭시수지가 널리 사용된다. 전기절연성이 뛰어난 동시에 열전도성(방열효과)이 높기 때문이다.

격리도전홀(260)은 도전패턴층(252,254)과 접촉한다. 즉 상부 도전패턴층(252)로부터 하부 도전패턴층(254)까지 연장된 홀 형상으로서, 이 공간은 격리도전홀에 차후에 도전 페이스트가 삽입되면 상부 도전패턴층(252)과 하부 도전패턴층(254)이 전기적으로 연결될 수 있도록 미리 공간이 형성되게 하기 위함이다. 상부 및 하부에 구현된 패턴의 연결에 의해, 보다 다양한 회로의 구현이 가능하다.

본 발명에 의하면, 베이스 기판의 양면에 모두 도전 패턴을 구현할 수 있는 동시에 고효율 LED의 패키지에서 발생하는 열을 효과적으로 방출할 수 있다. 본 발명에서는 패키지용 양면 베이스기판의 모재로서 금속기판을 사용한다. 따라서, 고효율 LED 로부터 발생한 고열이 패키지용 베이스기판의 전체를 따라 효율적으로 분산 및 방출될 수 있다. 이 때 양면의 패턴은 격리도전홀(260)에 의해 차후에 응용회로기판에 부착시에 패턴의 전기적 연결이 가능하다. 결국 양면의 패턴을 모두 구현할 수 있다. 또한 이 때 격리도전홀(260)과 금속기판(210)사이에는 전기절연성재료로 형성된 격벽(270)이 존재하기 때문에, 금속기판과의 전기절연성도 제공한다.

또한 방열격리층(222,224)은 방열 기능 및 절연 기능을 모두 충족시킨다. 이 는 방열격리층이 세라믹층으로 형성되어 있기 때문이며, 양면 베이스 기판에 최저면에 도포됨으로써 양면 베이스 기판이 금속화됨으로써 발생가능한 모든 전기적 열적 문제점들을 해결한다.

또한, 도전패턴층(240)과 금속기판(210)사이에는 열전수지층(230)과 방열격리층(220)이 존재하는데 이 두 개의 층은 도전패턴층과 금속기판사이의 열은 효율적으로 전달하면서도 전기적으로는 절연시켜 패키지용 베이스 기판으로서 기능을 충분히 달성하게 한다. 더욱이, 열전수지층(230)은 수지(resin)계의 재료로 형성되어 도전패턴층의 밀착도를 더욱 향상시키는 동시에 열전달 효과를 최대화 시킨다.

도 3a 내지 3m 는 도 2의 양면 베이스 금속 인쇄회로기판(200)을 제조하는 방법의 각 단계에서 인쇄회로기판의 상태 단면도이고, 도 4a 내지 4f 는 베이스 금속 인쇄회로기판의 제조방법의 각 단계에서 상태 평면도이다.

단계 310에서, 도 3a 및 3b에 나타난 바와 같이, 열전도성을 가지는 금속기판(210)을 재단한 후, 상기 금속기판(210)의 상하부면에 열전도성 및 전기절연성을 가지는 재료를 도포함으로써 상부 및 하부 방열격리층(222,224)을 형성한다.

상기 도포 재료로는 산화알루미늄(Al2O3)이 널리 사용된다. 산화알루미늄은 전기절연성이 높은 동시에 열전도성 즉 방열효과가 뛰어나기 때문에 금속성 인쇄회로기판의 외부에 도포되더라도 방열효과를 발휘하면서 금속기판을 외부의 전기적 자극으로부터 보호한다. 이 층은 두께 200㎛정도로 형성되는 것이 바람직하다.

도포 방법은 용사법이 널리 사용된다. 용사(Thermal Spray, 溶射)란 분말 혹은, 선형재료를 고온열원으로부터 용융액적으로 변화시켜 고속으로 기재에 충돌시 킨후 급냉응고함으로써 적층피막을 형성하는 코팅 기술로서 당업계에 널리 알려져 있다. 이 방법은 재료의 가열, 용융을 위해 에너지 밀도가 높은 연소화염, 아크(Arc) 및 플라즈마 등의 열원을 필요로 한다. 용사는 성질이 다른 재료로 기재표면에 피막을 형성하는 기술은 기재가 보유하고 있는 특성을 살리고, 결함을 보완할 수 있으며, 재료기능의 다양화 및 고도화를 가능하게 하는 표면처리법의 하나이다. 용사법에서는 금속, 세라믹, 유리 플라스틱 등의 재료를 표면처리할 수 있으며, 특히 재료의 종류 및 용사공정의 독자적 특징을 잘 이용하면 다른 방법을 이용해서 얻을 수 없는 표면층을 만들어 낼 수 있기 때문에 본 발명에 세라믹층을 형성하는데 적합하다.

본 발명에서는 열원으로서 플라즈마를 사용하여, 플라즈마를 이용한 용사법(plazma spraying)을 이용한다. 플라즈마 용사는 대기 플라즈마용사 (Atmospheric Plasma Spraying) 으로도 불린다. 이 용사법은 Ar, He, N2 등의 가스를 아크로 플라즈마화 하고, 이것을 노즐로부터 배출시켜 초고온, 고속의 플라즈마 제트를 열원으로 하는 피막형성 기술이다. 플라즈마 발생장치는 Cu로 된 원형의 양극과 W로 된 음극으로 구성되며, 발생장치에서 전기 아크 방전이 작동가스를 플라즈마화 하여 제트를 형성한다. 화염온도는 10,000~15,000 K, 화염속도는 150∼300 m/s, Enthalpy는 16,000 ~ 20,000 J/l 이다.

이 용사법은, 첫째 고융점의 W, Mo 같은 금속과 세라믹 코팅에 매우 용이하며 오히려 필수적인 용사기법이다. 또한 둘째, 금속, 세라믹스 등 안정한 용융현상을 수반하는 물질이라면 용사가 가능하기 때문에 피막재료의 선택 영역이 높아서 본원과 같이 세라믹계재료를 금속기판에 적층막을 형성할 때 더욱 적합하다. 셋째, Plasma jet의 속도가 크므로 용사재료가 고속으로 피처리물에 충돌하고 이로 인해 고밀착강도, 고밀도의 피막 제조가 가능하다. 넷째, 대출력화가 용이하므로 단위시간당 용사량이 커서 작업성이 좋고 경제성이 높다. 다섯째, 무산소, 무탄소이며 청정, 열화학적 활성인 열원이기 때문에 용사재료의 오염 및 변화가 적다.

단계 320에서, 도 3c에 나타난 바와 같이, 상기 방열격리층(222,224)이 형성된 금속기판에 관통공(212)을 형성한다. 관통공은 마이크로 드릴을 이용하여 상하면 전체를 완전히 관통하도록 형성된다. 관통공(212)의 직경은 1mm 이상이다.

도 4a 는 관통공(212)이 형성된 방열격리층(222,224)의 상부면을 나타내는 도면이다. 관통공(212)은 회로설계에 의존하며, 차후에 도전 페이스트에 의해 베이스 기판의 양면에 형성된 패턴이 전기적으로 연결될 위치에 형성된다. 보다 상세한 것은 도 5에서 설명한다.

단계 330에서, 도 3d 및 3e 에 나타난 바와 같이, 방열격리층에 평활화공정(平滑化, leveling) 및 정면공정(正面, fining)을 수행한다. 평활화공정은 롤러 R 사이로 금속기판을 통과시킴으로써 금속기판의 휘어진부분을 평탄하게 하는 공정이고, 정면공정은 방열격리층(222,224)에 그라인더 G를 마찰시킴으로써 방열격리층을 미세하게 가공하는 공정이다. 이 두 개의 공정은 당업계에 널리 알려져 있으며, 본 발명에서 생략가능하다.

단계 340에서, 도 3f,3g,3h에 나타난 바와 같이, 상기 단계 320에서 형성된 관통공(212)의 내부에 방열격리층(222,224)와 동일한 높이를 가지는 전기절연성 재 료로 형성된 격리기둥(230)을 형성한다. 이 단계는 다음 3 단계를 포함한다.

먼저 도 3f에서, 마스크 M을 방열격리층(222,224)의 표면에 올려놓고, 전기절연성재료의 페이스트(paste)를 붓는다. 전기절연성 페이스트로는 에폭시수지 페이스트가 널리 사용된다. 마스크 M 는 마스크 홀 MH 을 가지며, 마스크 홀 MH 은 평면도상 관통공(212)가 위치하는 부분의 상부에 위치한다. 즉 관통공(212)과 마스크 홀 MH 는 단면상으로 일직선에 위치하며, 그 직경의 크기는 관통공(212)보다 마스크 홀 MH 이 더 크다.

다음으로 도 3g에서, 에폭시 수지 페이스트 P 가 경화되기를 기다렸다가 마스크 M을 탈거한다. 탈거후에는 에폭시 수지 페이스트 P 의 기둥이 관통공(212)의 내부에 채워지며, 마스크 홀 에 의해 생성된 돌출부위인 캡 c 이 방열격리층(222,224)의 표면에 형성된다. 마스크 홀 MH 의 내부에 위치하던 페이스트 P 가 경화되어서 돌출되었기 때문이다.

마지막으로 도 3h에서, 돌출부위인 캡 c를 방열격리층(222,224)의 표면높이와 동일하게 커팅함으로써 방열격리층(222,224)을 평활화한다. 커팅방법은 그라인더 등을 이용하며 종래에 널리 알려져 있다. 이 단계 후에 표면높이가 방열격리층(222,224)과 동일해진 격리기둥(230)이 관통공(212)의 내부에 형성된다.

도 4b 는 마스크 MH을 올려놓고 Cu 페이스트 P를 경화시킨 후의 본 발명에 따른 인쇄회로기판의 평면도를 나타내는 도면이다. 아직 캡 c 가 커팅되기전이므로 관통공(212)보다 더 큰 형태의 페이스트 P 가 보인다.

도 4c 는 경화, 마스크 탈거 및 커팅공정이 완료된 후 에폭시 수지 페이스트 P 가 관통공(212)의 내부에 위치한 모습을 나타내는 평면도이다.

단계 350에서, 도 3i에 나타난 바와 같이, 상기 상부 및 하부 방열격리층(222,224)의 표면에 전체적으로 전기절연성 및 열전도성을 가지는 열경화성수지재료를 도포함으로써 상부 및 하부 열전수지층(241,243)을 형성하고, 상기 열전수지층(241,243)의 표면에 전체적으로 전기전도성을 가지는 금속성재료를 도포함으로써 상부 및 하부 도전층(251,253)을 형성한다. 열전수지층(241,243) 및 도전층(251,253)은 금속기판의 전체에 형성된다.

상기 열경화성수지로는 전기절연성이 높으면서도 열전도율이 높은 열전수지가 널리 사용되며, 바람직하게는 열경화성 에폭시수지이다. 상기 전기전도성을 가지는 금속성재료로는 Cu가 널리 사용된다.

일 실시예에서, 도포과정이전에 도 3e 와 같은 정면(正面)공정을 추가할 수 도 있다. 도 3d 의 정면공정은 도포재료의 밀착도를 증가시키기 위해 수행되며 그라인더(G) 혹은 그 대체물을 이용하여 도포전의 표면을 연마함으로써 표면을 평탄하게 한다.

일 실시예에서, 도 3j에 나타난 바와 같이, 열전수지층(241,243) 및 도전층(251,253)의 상관 밀착도를 증가시키기 위해 핫프레스공정이 추가될 수 있다. 핫 프레스 공정은 상기 열전수지층과 도전층의 상부를 고온의 표면압력을 가하는 공정이며 당업계에 널리 알려져 있다.

단계 360에서, 도 3k 에 나타난 바와 같이, 상기 단계 330에서 형성된 열전수지층(241,243) 및 도전층(251,253), 방열격리층(222,224) 및 금속기판층(210)을 관통하는 격리도전홀(260)을 형성한다. 이 격리도전홀(260)은 금속기판층(210)의 내부에 형성된 격리기둥(230)의 중앙을 관통하도록 형성되며, 그 결과 격리기둥(230)은 중앙에 공간을 포함하는 격벽(270)으로 변화한다. 즉 격리도전홀(260)의 내부직경은 상기 관통공(212)의 내부직경 즉 격리기둥(230)의 외부직경보다 작다. 따라서 격리도전홀(260)의 내면과 금속기판(210)은 격벽(270)의 전기절연성재료에 의해 전기적으로 및 거리적으로 이격 및 격리된다.

격리도전홀(260)을 형성하는 공정은 마이크로드릴을 이용한다. 즉 상기 격리기둥(230)의 중심과 동일한 위치에 상기 격리기둥(230)의 직경보다 작은 마이크로 드릴을 이용하여 동일한 방향으로 드릴 공정을 수행한다. 격벽(270)의 두께는 사용되는 격리기둥(230)의 반경 - 마이크로 드릴의 반경이다.

도 4d 는 격리도전홀(260)이 형성되고 난 후의 본 발명의 인쇄회로기판의 평면도이다. 도 4d 에 나타난 바와 같이, 에폭시 수지 페이스트 P 즉 격리기둥(230)은 가운데 공간에 격리도전홀(260)이 형성되고 그 외부에 격벽(270)의 형태로 변화되었음을 알 수 있다. 열전수지층(241) 및 도전층(251)은 방열격리층의 상부에 도포되어 있고, 격리도전홀(260)은 열전수지층(241) 및 도전층(251)을 모두 관통한다.

단계 370에서, 도 3l 및 3m 에 나타난 바와 같이, 상기 도전층(251,253)에 상기 LED 소자 패키지에 의존하여 미리결정된 형상에 기초하여 패터닝공정을 적용함으로써 도전패턴층(252,254)을 형성한다.

패터닝(patterning) 공정은 마스킹공정, 노광, 현상 및 식각공정을 포함하 며, 반도체 소자 제조공정에 널리 알려져 있다. 마스킹(masking)공정은 원하는 패턴에 대응하는 필름(도 3l 의 f1, f2)을 기판에 위치시키는 공정이며, 노광(exposure) 및 현상(developing) 공정은 마스크에 의해 결정된 구역의 물리화학적 성질을 변형시키는 공정이며, 식각(etching) 공정은 상기 물리화학적 성질이 변한 구역을 기판으로부터 이탈시키는 공정이다. 이탈되지 않고 남은 구역은 패턴화되며 패터닝 공정에 의해 사용자가 원하는 패턴(P1~P8)이 방열격리층(220)의 상부면에 구현된다. 즉 열전수지층(241,243)은 식각공정이후에 열전수지층(242,244)으로 되며, 실질적으로 형상이나 물리적 특성이 변화하지 않는다. 반면, 도전층(251,253)은 패턴화공정에 의해 형상이 변하면서 도전패턴층(252,254)으로 된다. 도 3m에서, 상부도전패턴층(252)은 패턴 P6~P8 이며, 하부도전패턴층(254)은 패턴(P1~P5)이다. 따라서 본 발명에 따른 베이스 기판은 양면에 패턴이 형성가능하다.

도 4e 는 패턴화된 상부 도전패턴층(242)의 일 례를 나타내는 도면이고, 도 4f 는 패턴화된 하부 도전패턴층(244)의 일 례를 나타내는 도면이다.

도 4e에 나타난 바와 같이, 상부 도전패턴층(242)은 6개의 하위 패턴 a1 내지 a6 를 포함하며 이들은 모두 서로 격리되어 있다. 격리의 이유는 전기적인 절연이며, 상부 도전패턴층(242)의 상부에 LED 소자가 마운팅되기 때문이다. 실제 패키징에 있어서, 응용분야마다 상이하지만, LED 소자는 각각의 하위 도전패턴층(242)의 상부에 마운팅되고 다른 반대편 하위 도전패턴층(232)에 와이어등을 이용하여 전기적으로 연결됨으로써, 패키징의 회로가 결정된다. 도 4e 에 보인 패턴은 이런 패턴의 일 례를 나타내는 도면으로서 디스플레이소자로 사용되는 LED 소자에 있어서 R,G,B의 3개의 소자로 기능하는 패키지의 실제 예를 나타낸다. 이러한 패턴을 구현하고자 하는 패키징의 회로에 따라 변경가능하다.

도 4f 는 도 4e 의 상부 도전패턴층(242)에 대응되는 하부 도전패턴층(244)를 나타내는 도면이다. 도 4f의 예에서, 하나의 패키지용 베이스 금속 인쇄회로기판에 6개의 패턴 및 격리도전홀(260)이 형성된다. 이는 디스플레이소자용으로 사용되는 LED 패키지는 R,G,B 의 3개의 화소성분을 표현하는 3개의 LED 소자가 사용되며, 또한 이 때 사용되는 LED 소자는 양극과 음극을 가지는 2극 소자이기 때문에, 응용회로와 연결하기 위한 단자의 개수는 2 * 3 = 6 개이기 때문이다.

상기와 같이 베이슥 기판(200)의 상부면 및 하부면의 양면에 모두 패턴이 구현가능하고, 이 패턴은 격리도전홀(260)에 의해 차후에 전기적으로 연결가능하다. 연결방법은 응용회로기판의 원하는 위치에 본 발명의 양면 베이스 인쇄회로기판(200)을 위치시키고, 격리도전홀(260)의 내부로 도전 페이스트를 삽입하면된다. 격리도전홀(260)은 인쇄회로기판(200)의 최상부면 및 최하부면의 도전패턴층에 연결되어 있기 때문에 결국 도전 페이스트에 의해 양 도전패턴층은 서로 전기적으로 연결된다. 따라서 회로구현시에 양면에 전기적으로 연결가능한 패턴이 모두 구현가능하다.

도 5에 나타난 바와 같이, 실제 LED 패키지를 구성하는 양면 베이스 기판(510,520,530)은 응용회로기판(540)의 양면에 마운팅된다. 본 발명에서 양면 베 이스 기판은 도 2에 나타난 구조와 같다.

제1 양면 베이스 기판(510)은 도전 페이스트 C1을 통해 응용회로기판(540)에 전기적으로 연결된다. 보다 상세하게, 전기소자 E1에 연결된 제1양면 베이스 기판(510)의 상부면의 패턴 P11 은 도전 페이스트 C1을 통해 응용회로기판의 패턴 P21로 전기적으로 연결된다. 응용회로기판의 상부면의 패턴 구조에 의해, 응용회로기판의 패턴 P21 은 응용회로기판의 패턴 P22 와 전기적으로 연결되어 있다고 가정하자. 그렇다면, 제2양면 베이스 기판(520)의 소자 E2 는 도전 페이스트 C2를 통해 패턴 P22에 연결되어 있으므로, 결국 제2양면 베이스 기판의 소자 E2 는 제1양면 베이스 기판의 소자 E1 과 전기적으로 연결되어 있다.

동일한 방식으로, 제3양면 베이스 기판의 패턴 P31 은 도전 페이스트 C4를 통해 응용회로기판 패턴 P31과 연결되고, 도전 페이스트 C3을 통해 패턴 P23과 연결된다. 응용회로기판의 패턴 P23이 패턴 구조에 의해 패턴 P21과 연결된다고 가정한다면, 결국 제3 양면 베이스기판의 전기소자 E3 는 제1양면 베이스 기판의 전기소자 E1 와 전기적으로 연결된다.

이러한 방식으로, 양면 베이스 기판은 응용회로기판 혹은 다른 양면 베이스 기판과의 전기적 연결 구조의 다양성을 제공한다. 이러한 다양성의 제공은 회로설계에서 필수적이며, 또한 동일한 회로 설계에 필요한 기판의 수를 감소시킬 수 있다.

또한 본 발명은 이러한 양면 설계를 달성하면서도 방열효과를 훼손시키지 않는다. 중첩된 회로기판의 구조는 방열문제를 일으킬 수 있다. 열이 발산가능한 공 간을 감소시키기 때문이다. 그러나 본 발명에서는 재료의 변경으로 이를 해결하였으며, 이 때 발생가능한 모든 문제는 베이스 기판을 구성하는 모든 층의 구조를 변경함으로써 해결하였다. 구체적으로, 본 발명에서는 금속성기판의 채용으로 방열효과를 증가시켰으며, 금속성기판의 도입에 따라 발생가능한 전기절연성의 문제는 세라믹층 즉 방열격리층으로 해결하였다. 또한 도전격리홀을 도입함으로써 양면 베이스 기판의 구조를 달성하는 동시에 격벽(2270)을 이용하여 전기절연성의 문제를 해결하였다. 또한 격벽(270)은 격리기둥(230)의 제조를 통해 일괄적으로 해결함으로써 제조편의성을 증가시키고 제조단가를 감소시켰다.

한편, 본 발명에 따른 LED 패키지용 양면 베이스 금속성 인쇄회로기판의 제조방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성 가능하다. 상기 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 정보저장매체(computer readable media)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써 인쇄회로기판의 제조방법을 구현한다. 상기 정보저장매체는 자기 기록매체, 광 기록매체, 및 캐리어 웨이브 매체를 포함한다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, LED 소자의 양면 패키지용 베이스기판에 적합하도록 회로내의 절연성을 유지하면서도 방열효과를 발휘할 수 있는 구조의 LED 소자 패키지용 양면 베이스 기판이 제공된다.

또한 본 발명에 의하면, 금속기판의 최저면에 도포된 방열격리층에 의해 양면 베이스 기판을 금속화함으로써 발생가능한 모든 전기적 열적 특성의 열화를 방지한다.

또한 본 발명에 의하면, 도전격리홀에 의해 양면 구조의 회로설계의 다양성이 제공된다.

또한 본 발명에 의하면, 열전수지층 및 방열격리층에 의해 전기절연성이 제공되면서도 방열효과가 극대화된다.

또한 본 발명에 의하면, 패터닝된 도전층의 구조, 도전격리홀의 구조, 금속기판의 사용, 열전수지층 및 방열격리층의 구조에 의해 베이스기판으로서 구현하기 어려운 방열특성과 전기적 특성을 모두 보장받을 수 있다.

Claims

고효율 LED 패키지용 양면 베이스 금속 인쇄회로기판에 있어서,

열전도성을 가지는 금속성 재료의 판상부재의 금속기판(210);

전기절연성 및 열전도성을 가지는 세라믹재료로 형성되고, 상기 금속기판의 상부면 및 하부면에 전체적으로 도포되어 형성된 상부 및 하부 방열격리층(222,224);

전기절연성 및 열전도성을 가지는 열경화성수지로 형성되고, 상기 상부 및 하부 방열격리층(222,224)의 표면에 전체적으로 도포되어 형성된 상부 및 하부 열전수지층(242,244);

전기전도성을 가지는 금속성재료로 형성되고, 상기 상부 및 하부 열전수지층(242,244)의 표면에 상기 고효율 LED 패키지에 의존하여 미리결정된 형상으로 패턴화되어 도포되어 형성된 상부 및 하부 도전패턴층(252,254); 및

상기 상부 도전패턴층(252)으로부터 하부 도전패턴층(254)까지 관통하여 연장하는 홀 형상의 부재인 격리도전홀(260)을 포함하고,

상기 격리도전홀(260)은, 상기 금속기판(210) 및 상기 방열격리층(222,224)과 인접하는 부분에 원기둥 형상의 전기절연성재료로 형성된 격벽(270)에 의해 상기 금속기판(210) 및 상기 방열격리층(222,224)과 전기적 및 거리적으로 이격된 것을 특징으로 하는 고효율 LED 패키지용 양면 베이스 금속 인쇄회로기판.
제 1 항에 있어서, 상기 금속기판은 알루미늄기판이고, 방열격리층의 상기 세라믹재료는 산화알루미늄(Al2O3)이고, 상기 열전수지층은 열경화성에폭시로 형성되는 것을 특징으로 하는 고효율 LED 패키지용 양면 베이스 금속 인쇄회로기판.
고효율 LED 패키지용 양면 베이스 금속 인쇄회로기판의 제조방법에 있어서,

a) 열전도성을 가지는 금속기판(210)을 재단하고, 상기 금속기판(210)의 상하부면에 열전도성 및 전기절연성을 가지는 세라믹재료를 도포함으로써 상부 및 하부 방열격리층(222,224)을 형성하는 단계;

b) 상기 방열격리층(222,224)이 형성된 금속기판에 상기 고효율 LED 패키지의 회로설계에 의해 결정된 위치에 상기 방열격리층 및 금속기판을 관통하는 관통공(212)을 형성하는 단계;

c) 상기 관통공(212)의 내부에 방열격리층(222,224)와 동일한 높이를 가지는 전기절연성 재료로 형성된 격리기둥(230)을 형성하는 단계;

d) 상기 상부 및 하부 방열격리층(222,224)의 표면에 전체적으로 전기절연성 및 열전도성을 가지는 열경화성수지재료를 도포함으로써 상부 및 하부 열전수지층(241,243)을 형성하고, 상기 상부 및 하부 열전수지층(241,243)의 표면에 전체적으로 전기전도성을 가지는 금속성재료를 도포함으로써 상부 및 하부 도전층(251,253)을 형성하는 단계;

e) 상기 격리기둥(230)의 중심과 동일한 위치에 상기 격리기둥보다 작은 외부직경을 가지는 마이크로 드릴을 이용하여 드릴공정을 수행함으로써, 상기 금속기판(210), 방열격리층(222,224), 열전수지층(241,243) 및 도전층(251,253)을 모두 관통하면서, 상기 금속기판(210) 및 상기 방열격리층(222,224)과 인접하는 부분에 원기둥 형상의 전기절연성재료로 형성된 격벽(270)에 의해 상기 금속기판과 전기적으로 및 거리적으로 이격되는 격리도전홀(260)을 형성하는 단계; 및

f) 상기 상부 및 하부 도전층(251,253)에 상기 고효율 LED 패키지에 의존하여 미리결정된 형상으로 패터닝공정을 적용함으로써 상부 및 하부 도전패턴층(252,254)을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 LED 패키지용 양면 베이스 금속 인쇄회로기판의 제조방법.
제 3 항에 있어서, 상기 c) 단계는,

c1) 평면도상 상기 관통공(212)이 위치하는 부분의 상부에 위치하는 마스크 홀 MH 을 가지는 마스크 M 를 상기 방열격리층(222,224)의 표면에 올려놓고, 전기절연성재료의 페이스트(paste)를 상기 관통공에 붓는 단계;

c2) 상기 전기절연성 페이스트 P 가 경화된후 상기 마스크 M을 탈거하는 단계; 및

c3) 상기 마스크 홀 MH 에 의해 생성된 돌출부위인 캡 c를 상기 방열격리층(222,224)의 표면높이와 동일하게 커팅하여 평활화함으로써 상기 관통공의 내부에 전기절연성의 재료의 기둥인 격리기둥(230)을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 LED 패키지용 양면 베이스 금속 인쇄회로기판의 제조방법.
제 3 항에 있어서, 상기 d)단계와 상기 e)단계의 사이에,

g)상기 열전수지층과 도전층의 표면을 고온의 표면압력을 가하는 핫프레스(Hot-Press)공정을 수행함으로써 상기 열전수지층과 상기 도전층사이의 밀착도를 증가시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 LED 패키지용 양면 베이스 금속 인쇄회로기판의 제조방법.
제 3 항에 있어서, 상기 a)단계와 상기 b)단계의 사이에,

h) 상기 방열격리층에 평활화공정(平滑化, leveling) 및 정면공정(正面, fining)을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 LED 패키지용 양면 베이스 금속 인쇄회로기판의 제조방법.
제 3 항에 있어서, 상기 금속기판은 알루미늄기판이고, 방열격리층의 상기 세라믹재료는 산화알루미늄(Al2O3)이고, 상기 열전수지층은 열경화성에폭시로 형성되는 것을 특징으로 하는 고효율 LED 패키지용 양면 베이스 금속 인쇄회로기판의 제조방법.