KR101007909B1 - 절연 히트 싱크 기판의 구조 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 종래의 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 히트 싱크 상부에 곧바로 구리 패턴층을 형성하고, 그 상부에 파워 디바이스를 실장함으로써 구조와 제조 공정이 매우 단순화됨과 아울러 이에따른 열전 성능이 뛰어나며, 슬림화되고, 별도의 터미널 블록을 사용하지 않게 되어 전공정 자동화 작업을 행할 수 있는 절연 히트 싱크 기판의 구조 및 그 제조 방법을 제공한다.
따라서 본 발명은 히트 싱크의 상부에 절연물을 이용하여 써멀 어드히시브층을 형성하는 제 1 과정; 상기 써멀 어드히시브층의 상부에 구리 패턴층을 프린팅에 의하여 형성하는 제 2 과정; 상기 구리 패턴층의 상부에서 솔더링층에 의해 파워 디바이스들과 접속핀을 마운팅하는 제 3 과정; 파워 디바이스들과 구리 패턴층을 와이어 본딩에 의해 전기적으로 연결하는 제 4 과정;으로 제조된 절연 히트 싱크 기판을 제공하는 것이다.

Description

절연 히트 싱크 기판의 구조 및 그 제조 방법{Insulated Heat-sink Substrate and manufacturing method the same}
본 발명은 절연 히트 싱크 기판(IHS : Insulated Heat-sink Substrate)에 관한 것으로, 종래의 절연 금속 기판(IMS : Insulated Metal Substrate)과는 달리 히트 싱크(Heat-Sink)에 직접 파워 디바이스를 마운팅하도록 한 절연 히트 싱크 기판에 관한 것이다.
절연 금속 기판은 주로 수백 볼트 이상의 비교적 고전압을 필요로 하는 전기제품의 전원공급 모듈에 주로 사용되어 지는데, 예를 들면 PDP 텔레비젼, 유도가열 전기밥솥, 냉장고, 에어컨 등에 장착되어 전원을 공급하게 된다.
이러한 종래의 절연 금속 기판은 도 1에 도시한 바와 같이 히트 싱크(100)의 상부에 파워 디바이스(160)들이 위치하고, 그 주위를 따라서 터미널 블록(170)이 스크류(172)에 의하여 체결됨으로써 터미널 블록(170)에 구비된 접속핀(171)과 파워 디바이스(160)가 전기적으로 서로 연결된다.
도 2는 이러한 종래의 절연 금속 기판의 단면을 보인 도로서, 도 5의 제조 공정의 흐름도와 함께 설명한다.
알루미늄(120)의 상부에 열전달을 위한 써멀 어드히시브(Thermal Adhesive)층(130)이 형성된 절연 금속 기판의 상부에 파워 디바이스(160)들과 터미널 블록(170)의 접속핀(171)을 전기적으로 연결시키기 위한 구리 패턴층(140)이 프린팅에 의하여 형성된다.
이후, 구리 패턴층(140)의 상부에 파워 솔더링층(150)을 형성하여 파워 디바이스(160)들을 마운팅한 후 와이어 본딩을 행함으로써 파워 디바이스(160)들과 구리 패턴층(140)이 전기적으로 연결되는 것이다.
다음으로 터미널 블록(170)을 구리패턴층(140)의 상부에 위치시켜 솔더링을 행하게 되어 파워 디바이스(160)들과 터미널 블록(170)의 접속핀(171)을 전기적으로 연결시키며, 또한, 상기 파워 디바이스(160)들의 상부에는 외부의 환경이 부품들이 노출되는 것을 방지하고 절연을 위하여 실리콘을 도포시킨다.
그리고, 알루미늄(120)의 하부와 히트 싱크(100)의 상부 사이에 써멀 그리스(Thermal Grease)층(110)을 형성함으로써 히트 싱크(100)의 상부에 알루미늄(120) 즉, 절연 금속 기판을 접착하게 되며, 터미널 블록(170)을 히트 싱크(100)에 단단히 고정하기 위하여 스크류(172)를 체결하게 된다.
이러한 과정에 의하여 절연 금속 기판이 제조되지만 다음과 같은 문제점을 갖는다.
첫 번째, 히트 싱크(100)와 파워 디바이스(160) 사이의 열전달을 위하여 판 형태의 알루미늄(120)을 사용하게 되고, 알루미늄(120)과 히트 싱크(100) 사이에 써멀 그리스층(110)이 형성되는 구조로서, 구조가 복잡하고, 그에 따른 제조공정이 복잡하게 되어 제조 비용이 상승하게 된다.
두 번째, 터미널 블록(170)의 크기에 의하여 부피가 커져서, 갈수록 슬림화되어가는 전기제품에 적용하는데 한계점이 뒤따른다.
세 번째, 터미널 블록(170)을 히트 싱크(100)에 스크류(172)를 체결하는 공정이 수작업에 의하므로 전공정 자동화의 걸림돌이 된다.
네 번째, 파워 디바이스(160)의 열이 직접 히트 싱크(100)에 전달되지 못하고, 알루미늄(120)과 써멀 그리스층(110)에 의하여 어느 정도 차단되므로 열전 성능이 떨어지는 문제점이 뒤따른다.
본 발명은 종래의 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 히트 싱크 상부에 곧바로 구리 패턴층을 형성하고, 그 상부에 파워 디바이스를 실장함으로써 구조와 제조 공정이 매우 단순화됨과 아울러 이에따른 열전 성능이 뛰어나며, 슬림화되고, 별도의 터미널 블록을 사용하지 않게 되어 전공정 자동화 작업을 행할 수 있는 절연 히트 싱크 기판의 구조 및 그 제조 방법을 제공한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 절연 히트 싱크 기판의 구조는,
히트 싱크 상부에 써멀 어드히시브층이 형성되고, 상기 써멀 어드히시브의 상부에 구리 패턴층이 형성되며, 파워 디바이스들이 상기 구리 패턴층의 상부에서 솔더링층에 의하여 마운팅되도록 구성된다.
또한, 이를 제조하기 위한 방법으로는,
히트 싱크의 상부에 절연물을 이용하여 써멀 어드히시브층을 형성하는 제 1 과정;
상기 써멀 어드히시브층의 상부에 구리 패턴층을 프린팅에 의하여 형성하는 제 2 과정;
상기 구리 패턴층의 상부에서 솔더링층에 의해 파워 디바이스들과 접속핀을 마운팅하는 제 3 과정;
파워 디바이스들과 구리 패턴층을 와이어 본딩에 의해 전기적으로 연결하는 제 4 과정;으로 구성된다.
이와 같이 구성되는 본 발명은 히트 싱크에 곧바로 파워 디바이스들을 마운팅함으로써,
첫 번째,구조가 매우 간단하고, 이에 따른 제조 공정이 단순하여 비용이 절감되는 효과를 갖는다.
두 번째, 별도의 터미널 블록과 알루미늄을 사용하지 않음으로써 부피가 적어져 슬림화되고, 그에 따른 부품수가 줄어들어 이 또한 비용이 절감된다.
세 번째, 터미널 블록을 수작업에 의하여 스크류로 체결시키는 구조가 아니므로 전공정이 자동화되어 생산 수율을 높일 수 있다.
네 번째, 파워 디바이스들과 히트 싱크가 곧바로 접촉하므로 열전 효율이 높아져 제품의 신뢰성이 향상된다.
이러한 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 가장 큰 다른 점은 종래에는 알루미늄을 이용한 절연 금속 기판(IMS)을 사용하여 파워 디바이스들에서 발생하는 열을 히트 싱크에 열 전달하는 방식이고, 본 발명은 히트 싱크에 곧바로 파워 디바이스들을 마운팅하여 열전달하는 방식이다.
이를 위하여, 히트 싱크(200)의 상부에 폴리머등의 절연물을 도포하여 150㎛ 두께의 써멀 어드히시브층(210)을 형성하게 되고, 상기 써멀 어드히시브층(210)의 상부에 프린팅에 의하여 구리 패턴층(220)을 형성하게 된다.
이후 상기 구리 패턴층(220)의 상부에 파워 디바이스(240)들을 마운팅하게 되는데, 이때, 구리 패턴층(220)과 파워 디바이스(240)들의 사이에는 납이 제거된 솔더링층(230)을 형성하여 마운팅을 행하게 된다.
파워 디바이스(240)들이 마운팅 된 다음, 접속핀(241)이 구리 패턴층(220)에 진공 솔더링(Vaccum Soldering)에 의해 마운팅되며, 이후에는 파워 디바이스(240)들과 구리 패턴층(220) 사이에 와이어 본딩이 행해짐으로써 파워 디바이스(240)들과 구리 패턴층(220)이 전기적으로 연결된다.
물론, 구리 패턴층(220)에 접속핀(241)이 마운팅되어 있으므로 파워 디바이스(240)과 접속핀(241)이 상호간에 전기적으로 연결되어 있는 것이다.
이렇게 파워 디바이스(240)들과 접속핀(241)이 마운팅되어 와이어 본딩이 행해지고 나면, DC 레벨에서 테스트가 행해지고, 양호 판정시에 접속핀(241)을 제외한 구리 패턴층(220)과 파워 디바이스(240)의 상부 전체를 실리콘으로 도포함으로써 절연 및 습기나 먼지 등의 외부환경에 노출되는 것을 방지하게 된다.
이들 모든 공정은 클린룸내에서 전공정 자동화를 실현할 수 있게 된다.
즉, 써멀 어드히시브층(210)을 형성하고, 구리 패턴층(220)을 프린팅하고, 파워 디바이스(240)들을 구리 패턴층(220)에 마운팅하는 공정, 그리고 최종적으로 DC레벨 테스트와 실리콘을 도포하는 모든 공정이 자동화가 될 수 있는 것이다.
따라서, 이러한 제조 공정에 의하여 제조된 본 발명의 절연 히트 싱크 기판은 그 크기가 기존의 절연 금속 기판보다 훨씬 작으므로, 세탁기, 에어컨, 냉장고, 유도가열밥솥, PDP 텔레비젼 등의 가전제품은 물론 소형 인버터, UPS, 전기 자전거나 스쿠터 등의 산업용에도 적용될 수 있으며, 더 나아가서는 자동차의 LED 전조등, 레귤레이터, EPS 등의 분야에도 적용이 가능하다.
도 1은 종래의 절연 금속 기판의 외부 구조를 보인 도.
도 2는 절연 금속 기판의 단면을 보인 도.
도 3은 본 발명의 절연 히트 싱크 기판의 외부 구조를 보인 도.
도 4는 히트 싱크 기판의 단면을 보인 도.
도 5는 종래의 절연 금속 기판의 제조 공정을 보인 흐름도.
도 6은 본 발명의 절연 히트 싱크 기판의 제조 공정을 보인 흐름도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
200 : 히트 싱크 210 : 써멀 어드히시브층
220 : 구리 패턴층 230 : 솔더링층
240 : 파워 디바이스 241 : 접속핀

Claims (2)

  1. 히트 싱크;
    상기 히트 싱크 상부에 절연물 도포에 의해 형성되는 써멀 어드히시브층;
    상기 써멀 어드히시브의 상부에 프린팅에 의해 형성되는 구리 패턴층;
    상기 구리 패턴층의 상부면에 납이 제거된 솔더링층에 의해 마운팅되며, 구리 패턴층과 와이어 본딩되는 파워 디바이스들;
    상기 구리 패턴층의 상부면에 진공 솔더링에 의해 마운팅되는 접속핀;으로 구성된 것을 특징으로 하는 절연 히트 싱크 기판의 구조.
  2. 히트 싱크의 상부에 절연물을 이용하여 150㎛ 두께의 써멀 어드히시브층을 형성하는 제1과정;
    상기 써멀 어드히시브층의 상부에 구리 패턴층을 프린팅에 의하여 형성하는 제2과정;
    상기 구리 패턴층의 상부에서 납이 제거된 솔더링층에 의해 파워 디바이스들을 마운팅하는 제3과정;
    상기 구리 패턴층의 상부에서 진공 솔더링에 의해 접속핀을 마운팅하는 제4과정;
    파워 디바이스들과 구리 패턴층을 와이어 본딩에 의해 전기적으로 연결하는 제5과정;으로 구성된 것을 특징으로 하는 절연 히트 싱크 기판의 제조 방법.
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