KR100970209B1

KR100970209B1 - 방열 인쇄회로기판용 금속 베이스 동박적층판의 제조 방법

Info

Publication number: KR100970209B1
Application number: KR1020090092674A
Authority: KR
Inventors: 이이근
Original assignee: 이상갑
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2010-07-16

Abstract

본 발명은 금속 베이스 동박적층판의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 금속 베이스 동박적층판의 제조 방법은, 알루미늄 판의 일면에 유기필름을 부착하는 단계, 상기 알루미늄 판을 황산-염산 혼합 용액으로 피트 에칭 처리하여, 상기 유기필름이 부착된 면의 반대 면에 피트를 형성하는 단계, 상기 알루미늄 판의 피트가 형성된 면에 에폭시 계의 절연수지 도포 동박(RCC)을 적층하는 단계, 그리고 상기 알루미늄 판과 상기 절연수지 도포 동박을 압축시켜 접착하는 단계를 포함하며, 상기 황산-염산 혼합 용액은, 황산 10 내지 30 중량%, 염산 20 내지 50 중량%, 물 30 내지 60 중량%를 포함하여, 30 내지 70℃에서 10초 내지 5분 동안 교반하면서 생성되고, 상기 알루미늄 판을 황산-염산 혼합 용액으로 피트 에칭 처리하여, 상기 유기필름이 부착된 면의 반대 면에 피트를 형성하는 단계는, 상기 황산-염산 혼합 용액에 직류 전류를 통전시키는 단계를 포함한다.

RCC, 알루미늄, MCCL, 금속동박적층판, 피트 에칭, 적층, LED, 방열기판

Description

방열 인쇄회로기판용 금속 베이스 동박적층판의 제조 방법{ＭＥＴＨＯＤＯＦＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧＭＥＴＡＬＡＮＤＣＯＰＰＥＲＣＬＡＤＬＡＭＩＮＡＴＥＦＯＲＴＨＥＲＭＡＬＬＹＣＯＮＤＵＣＴＩＶＥＰＲＩＮＴＥＤＣＩＲＣＵＩＴＢＯＡＲＤ}

본 발명은 방열 인쇄회로기판용 금속 베이스 동박적층판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발광 다이오드 회로, 방열특성 제어가 중요한 파워모듈 회로, 발광 다이오드 램프 등의 조명기기용 회로에 적용될 수 있는 금속 베이스 동박적층판에 관한 것이다.

동박적층판(Copper Clad Laminate, CCL)은 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)의 원자재로서, 주로 페놀 수지, 에폭시 수지 등을 유리섬유, 그래프트지(graft paper)등의 절연체에 함침시키고, 이러한 절연제를 한 겹이상 적층하여 가열가압 처리하여 얻는다. 동박적층판은 절연층의 보강기재 및 소재에 따라, 종이 베이스 페놀수지 동박적층판, 유리 베이스 에폭시 수지 동박적층판, 종이 베이스 폴리에스테르 수지 동박적층판, 복합 동박적층판, 플렉시블 동박적층판, 금속 베이스 동박적층판, 다층 프린트 배선판용 동박적층판, 고주파용 동박적층판 등으 로 다양하게 제조된다.

도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 금속 베이스 동박적층판의 단면도이다.

도 1a에서 도시한 종래 기술에 따른 금속 베이스 동박적층판은 알루미늄 판(40)과 동박(10) 사이에 절연 접착층으로서 기존의 동박적층판(CCL)에서 사용하는 FR-4의 프리프레그(prepreg)(20)를 사용한다. 여기서, 알루미늄 판(40)은 절연체와의 접착력을 높이기 위해 가성소다를 이용하여 표면처리를 하거나 버프 또는 브러쉬를 이용한 기계적인 표면처리를 한다. 도 1a의 경우에는 절연수지 내에 유리 fiber가 있기 때문에 열전달 특성에서 매우 불리하며, 일정 두께 이하로 얇게 제조하기 어려운 문제가 있다.

도 1b에서 도시한 종래 기술에 따른 금속 베이스 동박적층판은 알루미늄 판(40)과 동박(10) 사이에 절연 접착층으로서 에폭시계 수지에 알루미나 분말을 혼합한 접착제(21)를 사용하여, 절연성과 열전도성을 높이도록 한다. 도 1b에서 보여주는 구조는 에폭시계 절연접착제 내에 열전도 특성을 보완하기 위해서 알루미나 분말을 분산혼합하여 접착한 구조를 보여준다. 이 경우에는 열전달 특성은 향상이 되지만, 이 또한 일정 두께 이하로 얇게 제조하는 데 어려움이 있으며, 제조가격이 상대적으로 높게 되는 문제가 있다.

이와 같이, 동박적층판의 절연층에 사용되는 수지는 전기적 성질이 뛰어나지만 기계적 강도가 불충분하여 온도에 대한 치수변화가 크므로, 프레스 공정 후 동박적층판의 좌우 높이가 균일하지 못한 문제가 있어, 치수안정성(dimensional stability)을 높이는 기술 개발이 요구되고 있다. 또한, 회로에 고전압이 인가되 는 경우에도 성능이 저하되지 않으며, 박리강도(peel strength) 및 열전도성에 있어서 개선된 성능을 갖는 동박적층판의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 두께가 얇고, 열전달 효과가 뛰어나며, 내전압성, 접착 열저항, 박리강도 및 치수안정성이 우수한 금속 베이스 동박적층판을 제공하는 것이다.

이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 금속 베이스 동박적층판의 제조 방법은, 알루미늄 판의 일면에 유기필름을 부착하는 단계, 상기 알루미늄 판을 황산-염산 혼합 용액으로 피트 에칭 처리하여, 상기 유기필름이 부착된 면의 반대 면에 피트를 형성하는 단계, 상기 알루미늄 판의 피트가 형성된 면에 에폭시 계의 절연수지 도포 동박(RCC)을 적층하는 단계, 그리고 상기 알루미늄 판과 상기 절연수지 도포 동박을 압축시켜 접착하는 단계를 포함하며, 상기 황산-염산 혼합 용액은, 황산 10 내지 30 중량%, 염산 20 내지 50 중량%, 물 30 내지 60 중량%를 포함하여, 30 내지 70℃에서 10초 내지 5분 동안 교반하면서 생성되고, 상기 알루미늄 판을 황산-염산 혼합 용액으로 피트 에칭 처리하여, 상기 유기필름이 부착된 면의 반대 면에 피트를 형성하는 단계는, 상기 황산-염산 혼합 용액에 직류 전류를 통전시키는 단계를 포함한다.

삭제

상기 절연수지 도포 동박(RCC)은 동박과 에폭시계 절연접착층이 부착된 형태로 형성되며, 상기 에폭시계 절연접착층은, 비스페놀 A형 에폭시, 다관능성 에폭시, 디시아디아미드 경화제, 이미다졸계 경화촉진제 등의 에폭시계 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 것일 수 있다.

삭제

이와 같이 본 발명에 따르면 알루미늄 판에 균일한 피트 에칭 전처리를 수행함으로써, 절연접착층과의 기계적 접착력이 강화되어 고온에서도 뛰어난 접착력을 유지하여 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 절연수지 도포 동박(RCC)를 사용함으로써 열전도도를 유지한 상태에서 절연접착제의 두께를 줄일 수 있다. 또한 알루미나 분말을 혼합하지 않으므로 제조 공정이 매우 단순화되므로, 생산성 향상으로 제조단가를 낮출 수 있다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

이하에서는 도 2 내지 도 4를 통하여 본 발명의 실시예에 따른 금속 베이스 동박적층판(MCCL)의 제조 방법에 대하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 금속 베이스 동박적층판(Metal and Copper Clad Laminate, MCCL)의 제조 방법을 나타내는 순서도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 금속 베이스 동박적층판(MCCL)의 단면도이다.

먼저 도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이, 알루미늄 판(41)의 일면 또는 양면을 황산과 염산 혼합용액에서 피트 에칭(pit etching)을 수행하는 표면 전처리 과정을 수행한다(S210).

황산-염산 혼합 용액은 액조성 황산 10 내지 30 중량%, 염산 20 내지 50 중량%, 물 30 내지 60 중량%를 포함하며, 혼합 용액은 30 내지 70℃에서 10초 내지 5분 동안 교반시켜 생성한다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 판(41)의 일면은 피트 에칭(pit etching) 작업을 수행하기 전에 고온내약품성의 유기필름을 부착하여 피트 에칭(pit etching) 공정 동안 표면을 보호할 수 있다. 일면이 보호된 알루미늄 판(41)을 황산 및 염산을 적정비율로 혼합한 에칭액에 일정시간 침적한 후, 필요한 경우에는 일정시간 직류 전류를 통전하여 충분히 피트(pit)를 형성한 표면을 중화 및 물 세척을 실시하고 표면을 충분히 건조하여 알루미늄 판(41)을 준비한다.

그리고, 알루미늄 판(41)의 피트 에칭(pit etching)된 면의 상단에 에폭시 계의 절연수지 도포 동박(RCC, resin coated copper foil)을 적층한다(S220).

여기서, 절연수지 도포 동박(RCC)은 도 3에 나타낸 동박(10)과 에폭시계 절연접착층(22)이 부착된 형태로 형성된다. 에폭시계 절연접착층(22)을 구성하는 재료는 절연성이 우수한 에폭시계 접착제를 광범위하게 사용할 수 있으며, 비한정적 인 예로는, 비스페놀 A형 에폭시, 다관능성 에폭시, 디시아디아미드 경화제, 이미다졸계 경화촉진제 등의 에폭시계 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 것일 수 있다.

그리고, 일면을 피트 에칭(pit etching) 처리한 알루미늄 판(41)과 적층된 절연수지 도포 동박(RCC)를 고온프레스(hot press)에서 기계적으로 압축시켜 접착시키도록 한다(S230). 여기서 압축 조건은 1 torr 정도의 진공 상태에서 195℃의 온도로 약 110분 동안 30kg/㎠ 의 압력이 바람직하다.

이와 같은 과정 S210 내지 S230을 통해 제조된 금속 베이스 동박적층판(MCCL)은 도 3과 같은 단면을 나타낸다. 즉, 본 발명에 따른 금속 베이스 동박적층판은 알루미늄 판(41)과 동박(10) 사이에 에폭시계 절연접착층(22)이 개재되어 이루어진 구조를 가진다. 여기서, 알루미늄 판(41)의 두께는 0.3 내지 5.0mm이고, 에폭시계 절연접착층(22)의 두께는 10 내지 300㎛이고, 동박(10)의 두께는 5 내지 500㎛이다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 에폭시계의 절연수지 도포 동박(RCC)을 적용하여 절연접착제의 두께를 얇아지게 하여 열 전달 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, LED와 같이 열이 많은 경우에는 절연접착제와 알루미늄 사이에 접착력이 열화되어 쉽게 떨어지는 문제가 발생될 수 있는바, 황산과 염산을 적정비율로 혼합한 일정온도의 용액에서 필요 시에는 직류 전류를 통전함으로써, 알루미늄 표면에 균일한 pit를 형성하여 상온은 물론 고온에서도 접착강도를 높임으로써, LED탑재 후 품질의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 금속 베이스 동박적층판을 이용한 인쇄회로기판에 LED를 탑재한 형태를 나타내는 예시도이다. 도 4에서 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예에 따른 금속 베이스 동박적층판은 도 2 및 도 3의 방법으로 가공되어 인쇄회로기판을 형성할 수 있다. 즉, 동박(10)을 식각하여 동박 회로(11)를 형성하고, 동박 회로(11) 상단에 발광 다이오드(LED)(60)를 적층할 수 있다.

도 4에 나타낸 열의 이동 경로(50)로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예에 따르면 금속 베이스 동박적층판의 두께가 얇아지게 되므로 알루미늄 판(41)의 피트를 통하여 방열 기능이 향상된다. 따라서 발광 다이오드(LED)(60)뿐만 아니라 방열특성 제어가 중요한 파워모듈 회로, 발광 다이오드 램프가 사용되는 조명기기용 회로 등에 본 발명은 효과적으로 사용될 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.

실험예

다음의 표 1은 본 발명의 실시예에 따른 금속 베이스 동박적층판의 절연접착층 두께가 65㎛인 실시예 1, 절연접착층 두께가 85㎛인 실시예 2, 그리고 도 1b의 구조를 갖는 일본의 R사 제품의 금속 베이스 동박적층판인 비교예 1에 대하여 물리적 특성을 비교한 실험 결과이다. 표 1에서는 금속 베이스 동박적층판의 열전도도, 접착강도를 확인할 수 있는 접착 열저항, 내전압 특성과 같은 물리적 특성을 보여주고 있다. 비교예 1에 해당되는 절연접착층은 알루미나 분말이 첨가되었으므로, 실시예 1에 나타낸 절연접착층과 비교할 때 절연접착층의 두께가 두껍다.

표 1에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예 1에 따른 금속 베이스 동박적층판의 경우 도 1b의 구조를 가지는 비교예에 해당하는 금속 베이스 동박적층판과 유사한 열 전도도를 나타내며, 충분히 대체가 가능함을 알 수 있다.

즉, 표 1에서 실시예 1은 절연수지 도포 동박(RCC)를 사용함으로써 비교예 1에 비하여 절연접착제의 두께를 낮출 수 있으며, 비교예 1과 비교하더라도 열전도도를 비슷한 수준까지 구현할 수 있다. 또한 도1b와 달리 알루미나 분말을 혼합하지 않으므로 제조 공정이 매우 단순화되므로, 생산성 향상으로 제조단가를 낮추는 효과가 크다. 또한 실시예 1과 실시예 2은 절연층 두께만 차이가 있으며, 제조 방법은 본 발명의 실시예와 동일하다. 실시예 1의 경우가 실시예 2에 비하여 절연층 두께가 얇기 때문에 열전도도가 우수한 것을 알 수 있다.

실시예 1 및 비교예 2 내지 5

본 발명의 실시예에서 설명한 성분을 표 2과 같은 배합 비율로 혼합하여 알루미늄 판에 처리하는 혼합 에칭 용액을 생성하고, 배합 비율을 달리하여 제2 비교예 내지 제5 비교예와 같은 혼합 에칭 용액을 생성한다.

표 2(단위: 중량%)에 나타낸 것과 같이 실시예 1에 나타낸 황산-염산 혼합 용액은 본 발명의 바람직한 실시예로서, 황산 10 내지 30 중량%, 염산 20 내지 50 중량%, 물 30 내지 60 중량%의 범위를 만족시킨다. 비교예 2는 본 발명의 실시예와 비교할 때 황산의 함량이 부족하며, 비교예 3은 본 발명의 실시예와 비교할 때 황산의 함량이 과다하다. 또한 비교예 4는 본 발명의 실시예와 비교할 때 염산의 함량이 부족하며, 비교예 5는 본 발명의 실시예와 비교할 때 염산의 함량이 과다하다.

실험예

표 2에 나타낸 실시예 1, 비교예 2 내지 5에 대하여 각각 절연층 두께를 동일하게 설정한 상태에서 열전도도, 열저항, 접착 열저항, 내전압을 포함하는 물리적 특성을 측정하여 표 3과 같은 결과를 얻었다. 실시예 1, 비교예 2 내지 5는 황산-염산 혼합 용액의 혼합 비율만 차이가 있을 뿐, 나머지 금속 베이스 동박적층판의 제조 방법은 동일하다. 또한 표 3의 시험 조건은 표 1과 동일하다.

표 3에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 및 비교예 2 내지 5의 절연층 두께가 같으므로 열전도도는 크게 차이가 나지 않았다.

그러나, 비교예 3과 비교예 4의 경우 실시예 1에 비하여 접착 열저항이 현저하게 감소된다는 것을 알 수 있다. 특히, 비교예 3과 비교예 4의 경우 납땜 시 10초 이내에 모두 blister가 발생되어, 발열량이 많은 LED를 탑재하는 경우에는 신뢰성에 매우 나쁜 결과를 나타낸다.

또한 비교예 2와 비교예 5의 경우 실시예 1에 비하여 내전압이 감소된다는 것을 알 수 있으며, 발열량이 많은 LED를 탑재하는 경우에는 단락의 위험성과 안전성에 문제점을 가지게 된다.

표 2 및 표 3에서 보는 바와 같이 황산-염산 혼합 용액의 혼합 비율에 따라 절연접착층과 알루미늄 판 사이의 접착 열저항 및 내전압에 영향을 받으며, 본 발명의 실시예에 따른 혼합 비율을 이용하는 경우 가장 접착성이 우수하다는 것을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따르면 알루미늄 판에 균일한 피트 에칭 전처리를 수행함으로써, 절연접착층과의 기계적 접착력이 강화되어 고온에서도 뛰어난 접착력을 유지하여 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

그리고, 절연수지 도포 동박(RCC)를 사용함으로써 열전도도를 유지한 상태에서 절연접착제의 두께를 줄일 수 있다. 또한 도 1b와 달리 알루미나 분말을 혼합하지 않으므로 제조 공정이 매우 단순화되므로, 생산성 향상으로 제조단가를 낮출 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 금속 베이스 동박적층판의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 금속 베이스 동박적층판의 단면도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 금속 베이스 동박적층판을 이용한 인쇄회로기판에 LED를 탑재한 형태를 나타내는 예시도이다.

Claims

알루미늄 판의 일면에 유기필름을 부착하는 단계,

상기 알루미늄 판을 황산-염산 혼합 용액으로 피트 에칭 처리하여, 상기 유기필름이 부착된 면의 반대 면에 피트를 형성하는 단계,

상기 알루미늄 판의 피트가 형성된 면에 에폭시 계의 절연수지 도포 동박(RCC)을 적층하는 단계, 그리고

상기 알루미늄 판과 상기 절연수지 도포 동박을 압축시켜 접착하는 단계를 포함하며,

상기 황산-염산 혼합 용액은,

황산 10 내지 30 중량%, 염산 20 내지 50 중량%, 물 30 내지 60 중량%를 포함하여, 30 내지 70℃에서 10초 내지 5분 동안 교반하면서 생성되고,

상기 알루미늄 판을 황산-염산 혼합 용액으로 피트 에칭 처리하여, 상기 유기필름이 부착된 면의 반대 면에 피트를 형성하는 단계는,

상기 황산-염산 혼합 용액에 직류 전류를 통전시키는 단계를 포함하는, 금속 베이스 동박적층판의 제조 방법.
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제1항에 있어서,

상기 절연수지 도포 동박(RCC)은 동박과 에폭시계 절연접착층이 부착된 형태로 형성되며,

상기 에폭시계 절연접착층은, 비스페놀 A형 에폭시, 다관능성 에폭시, 디시아디아미드 경화제, 이미다졸계 경화촉진제 등의 에폭시계 화합물로 이루어진 군에 서 선택된 1종 이상의 것인 금속 베이스 동박적층판의 제조 방법.
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