KR101043478B1 - 세라믹 적층체 조립 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LTCC 기판의 하면에 고정부재를 형성하고, 히트싱크(Heat Sink) 상에 결합되는 LTCC 기판의 고정부재가 맞닿는 부분에 삽입 홀(hole)을 형성하여, LTCC 기판과 히트싱크가 결합될 때 고정부재가 삽입 홀에 삽입되어, 고정부재에 의해 위치 정렬 및 고정을 견고히 할 수 있도록 된, 세라믹 적층체 조립 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 세라믹 적층체 조립 시스템은, 하면에 전자부품이 실장되고 일측에 고정부재가 형성된 세라믹 적층체 기판; 및 상기 전자부품이 안착되는 센서 안착부와 상기 고정부재에 대응되는 부분에 삽입홈이 구비된 히트싱크를 포함한다.
본 발명에 의하면, 세라믹 적층체와 히트 싱크를 고정부재에 의해 결합시킴으로써, 세라믹 적층체와 히트 싱크 간의 결합 정밀도가 향상되어 결합작업의 효율성이 증대되는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 세라믹 적층체와 히트 싱크를 고정하는 고정부재를 구비함으로써, 세라믹 적층체와 히트 싱크를 결합시킨 뒤 수행되는 경화 공정 후에도 세라믹 적층체의 휨 또는 뒤틀림을 방지할 수 있는 효과가 있다.
EPS, 세라믹 그린 시트, 세라믹 적층체, 앵글 센서, 히트 싱크, 고정부재, 삽입홈

Description

세라믹 적층체 조립 시스템 및 방법{Low temperature co-fired ceramics assembling system, and method thereof}
본 발명은 저온동시소성 세라믹스(LTCC:Low Temperature Co-fired Ceramics, 이하 세라믹 적층체) 기판을 기반으로 하는 전장 모듈의 제조 과정에서 Electric Power Steering(EPS) 드라이빙 모듈에 실장하여 LTCC 기판의 위치 정밀도를 높이는 하우징 구조를 갖는 세라믹 적층체 조립 시스템 및 방법에 관한 것이다.
세라믹 적층체(LTCC)는 저온동시소성 세라믹스의 약어로서, 저온 동시 소성 세라믹스 소자란 세라믹스 소성시 통상적으로 적용되는 소성 온도보다 200 ℃ 이상 낮은 1,000℃ 이하의 온도에서 금속전극과 세라믹 기판이 동시에 소성되어 제조되는 소자를 총칭하며, 이와 같이 제조된 소자는 고주파 통신용 수동소자 및 전장용 제어모듈로 사용되고 있다.
전장용 제어 부품에 사용되는 세라믹 적층체 모듈은 다수개의 세라믹 그린 시트로 구성된 세라믹 적층체, 이 세라믹 적층체 하면에 실장되는 앵글 센서, 이 앵글 센서가 실장된 세라믹 적층체 하부에 구비되며 소정 위치에 앵글 센서가 삽입되는 홈을 구비한 히트싱크로 구성될 수 있다. 이때, 앵글 센서는 운전자의 조작으로 핸들이 회전하는 각도를 감지하여 출력하는 센서이다.
모듈의 발전은 부품의 고성능화, 소형화, 저가격화 및 모듈화로 나타나고 있으며, 최근 자동차 부품에 사용되고 있는 전장모듈의 경우 초소형화 및 복합 기능화로 전개되고 있으며 관련 부품은 이에 대응하기 위해 복수개의 기판으로 이루어진 멀티레이어(Multi-Layer, 이하 다층구조)를 사용하여 초소형화 및 복합 기능화를 구현하고 있다. 또한 일반적으로 사용되어지는 PCB에 비해 실장 밀도 및 IC에서 발생되는 열의 방출이 효과적이다. 이러한 큰 장점으로 EPS(Electric Power Steering) 시스템에 적용 되어지고 있다.
EPS 시스템은 차량의 주행속도에 따라 핸들의 조타력을 전자제어로 MOTOR를 구동시켜 PARKING 또는 저속시에는 조타력을 가볍게 해주고, 고속 시에는 조타력을 무겁게하여 고속 주행 안정성을 운전자에게 제공하는 시스템으로 차량의 연비 향상과 전기 자동차에 적극적으로 대응하기 위한 시스템이다.
EPS 시스템의 장점으로는 차량 무게 감소와 동력 손실 방지로 연비가 대략 3~5% 향상되고, 유지비가 적게 들며, 환경 친화적이다. 또한 부품수 감소로 경량화 실현과 조립성 향상을 실현하였다. 차량 속도별 정확한 조타력 제어가 가능하고 고속 주행 안전성이 향상되어 조향성능이 향상되었다.
도 1은 종래 LTCC 기판의 조립 공정을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 LTCC의 경우, 앵글센서(Angle sensor)를 실 장 한 LTCC 기판(Substrate)을 히트싱크(Heat sink)에 장착한다. 종래의 기판 조립용 하우징은 단순히 평탄 구조 위에 LTCC 기판이 조립 되어지므로 기판 매뉴얼 조립시 작업성의 어려움이 있고, 또한 매번 조립 후 위치 및 각도가 변경되며, 조립 후의 LTCC의 절대위치가 바뀌므로 마그넷(Magnet)과 앵글센서(Angle Sensor)의 동심도(同心度) 오차가 크게 발생하는 문제점이 있다.
하우징에 LTCC 기판을 고정하기 위해 도포하는 에폭시는 경화 시간이 길어서 짧은 시간에 경화(硬化)가 불가하고, 경화(硬化) 중에도 LTCC 기판이 움직여져서 LTCC의 절대위치 값이 계속 바뀌게 된다. 또한 하우징 내에 조립되어지는 마그넷(Magnet)과 앵글센서(Angle Sensor)의 동심도 오차가 발생하면 모터의 앵글센서(Angle Sensor)의 검출에 오류(error)가 발생하는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, LTCC 기판의 하면에 고정부재를 형성하고, 히트싱크(Heat Sink) 상에 결합되는 LTCC 기판의 고정부재가 맞닿는 부분에 삽입 홀(hole)을 형성하여, LTCC 기판과 히트싱크가 결합될 때 고정부재가 삽입 홀에 삽입되어, 고정부재에 의해 위치 정렬 및 고정을 견고히 할 수 있도록 된, 세라믹 적층체 기판과, 세라믹 적층체 조립 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 세라믹 적층체 기판은, 하면에 전자부품이 실장되고 일측에 고정부재가 형성된다. 이때, 상기 고정부재는 하나 이상으로 상기 하면에 형성된다. 또한, 상기 세라믹 적층체 기판의 상면에는 다수 개의 소자가 실장된다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 세라믹 적층체 조립 시스템은, 하면에 전자부품이 실장되고 일측에 고정부재가 형성된 세라믹 적층체 기판; 및 상기 전자부품이 안착되는 센서 안착부와 상기 고정부재에 대응되는 부분에 삽입홈이 구비된 히트싱크를 포함한다.
다른한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 세라믹 적층체 조립 방법은, (a) 하면에 전자부품이 실장되고 일측에 고정부재가 형성된 세라믹 적층체 기판을 준비하는 단계; (b) 상기 전자부품을 안착하기 위한 부품 안착부가 구비되고 상기 고정부재에 대응되는 부분에 삽입홈이 구비된 히트싱크를 준비하는 단계; 및 (c) 상기 세라믹 적층체 기판의 하면에 상기 히트싱크를 장착하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 (a) 단계는 하나 이상의 가이드 핀이 형성된 세라믹 적층체 기판을 준비하고, 상기 (b) 단계는 하나 이상의 삽입홈이 구비된 히트싱크를 준비하며, 상기 (c) 단계는 상기 하나 이상의 삽입홈에 상기 고정부재가 삽입되면서 상기 히트싱크를 상기 세라믹 적층체 기판의 하면에 장착한다.
그리고, 상기 (a) 단계는 상면에 다수 개의 소자가 실장된 상기 세라믹 적층체 기판을 준비한다.
본 발명에 의하면, 세라믹 적층체와 히트 싱크를 고정부재에 의해 결합시킴으로써, 세라믹 적층체와 히트 싱크 간의 결합 정밀도가 향상되어 결합작업의 효율성이 증대되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 세라믹 적층체와 히트 싱크를 고정하는 고정부재를 구비함으로써, 세라믹 적층체와 히트 싱크를 결합시킨 뒤 수행되는 경화 공정 후에도 세라믹 적층체의 휨 또는 뒤틀림을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 세라믹 적층체와 히트 싱크가 항상 일정한 위치에 정렬 및 고정됨으로써, LTTC 하면에 실장된 전자부품의 동심도 오차를 최소화시켜 제품의 신뢰성 및 상품성을 높이는 효과가 있다.
따라서, 본 발명은 세라믹 적층체와 히트 싱크 간의 결합시 발생되는 불량률을 낮춰 생산성을 향상하며, 제조비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 하우징에 LTCC 기판을 고정하기 위해 도포하는 에폭시의 경화 중에도 고정부재가 LTCC 기판의 움직임을 제거하므로 LTCC 기판의 절대위치가 변하지 않게 된다.
또한, 모듈용 하우징 기판을 조립함에 있어 기판 실장 작업의 효율성을 향상시킬 수 있으며, 작업시간 단축 및 제품 성능을 향상시킬 수 있다.
그리고, 모듈용 하우징 형상을 개선하여 하우징에 전장 모듈 조립 공정시 발생하는 불량 항목을 차단하여 완제품에서의 폐기 비용을 줄일 수 있다.
본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 적층체 조립 시스템의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 세라믹 적층체(LTCC) 조립 시스템(200)은, LTCC 기판(110)과 히트싱크(Heat Sink)(120)를 포함한다.
LTCC 기판(110)은 그 하면에 전자부품(112)이 실장되고, 일측에 고정부재(114)가 형성된다.
여기서, 전자부품(112)은 표면 실장 기술(SMT)에 의해 솔더링될 수 있다. 전자부품(112)은 예컨대, 운전자의 조작으로 핸들이 회전하는 각도를 감지하여 출력하는 앵글센서(Angle Sensor) 등이 될 수 있다. 이때, 고정부재(114)는 예컨대, 가이드 핀(Guide Pin)이 될 수 있으며, 하나 이상으로 LTCC 기판(110)의 하면에 좌측과 우측에 각각 형성될 수 있다.
LTCC 기판(110)의 상면에는 다수 개의 소자가 실장된다.
전자부품(112)이 실장된 LTCC 기판(110)은 전자부품(112)에 의해 발열되게 되는데 이러한 열이 외부로 적절하게 방출되지 않고 LTCC 기판(110) 내에 축적되어 전자부품(112)의 특성을 열화시킨다.
따라서, LTCC 기판(110)의 하부에는 히트 싱크(120)가 구비될 수 있다. 히트 싱트(120)는 LTCC 기판(110) 및 전자부품(112)으로부터 전달받은 열 등을 외부로 방출하는 기능을 갖고 있다. 따라서, 히트 싱크(130)가 열을 효과적으로 제거할 수 있도록 열전달계수가 큰 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 예들 들면, 알루미늄, 구리, 은, 금 등을 포함할 수 있다.
히트싱크(120)는 LTCC 기판(110)이 결합할 때 LTCC 기판(110)의 전자부품(112)이 안착되는 부품 안착부(122)와, LTCC 기판(110)의 고정부재(114)와 대응 되는 부분에 삽입홈(124)을 구비한다. 이때, 삽입홈(124)의 형상은 원형 또는 사각으로 이루어질 수 있다.
LTCC 기판(110)은 히트 싱크(120)의 상부에 안착되고 전자부품(112)은 부품 안착부(122)에 삽입되어 상호 결합되게 된다. 이때, LTCC 기판(110)과 히트싱크(120)의 접합 계면에는 접착부재(130)가 구비할 수 있다. 접착부재(130)는 에폭시 또는 그리스로 이루어질 수 있다.
고정부재(114)는 삽입홈(124)에 체결되어 LTCC 기판(110)과 히트싱크(120)를 고정할 수 있다. 고정부재(114)의 형태는 가이드핀 형태로 구비될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 적층체 기판의 단면도를 나타낸 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 LTCC 기판(110)은 세라믹과 유기물이 혼합된 다수개의 그린 시트부(111,113)를 구비한다.
이때, 그린 시트부(111,113)의 재질은 세라믹 재료이면 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 저온 소결 세라믹 재료가 바람직하다. 저온 소결 세라믹 재료란 1050℃이하의 온도에서 소결가능하며, 비저항이 작은 은이나 동 등과 동시소성이 가능한 세라믹 재료이다. 그리고 상기 그린 시트부(111,113)는 약 0.1㎜ 또는 그 이하의 두께를 가질 수 있으며 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
그 다음, 그린 시트부(111,113)를 원하는 크기 및 형상으로 가공한다. 이때, 그린 시트부(111,113)를 상부 그린 시트부(111)와 고정부재(114)가 형성된 하부 그린 시트부(113)로 분리시킬 수 있다.
다음으로, 상,하부 그린 시트부(111,113)의 표면 또는 그 내부에 배선 회로 또는 수동 소자 등을 포함하는 패턴을 형성한다. 이때, 배선 회로는 그린 시트부(111,113)의 표면 및 그 내부 또한 그린 시트부(111,113)를 관통하여 형성될 수 있으며, 배선 회로에 의하여 그린 시트부(111,113)들은 전기적으로 연결된다.
그 다음, 상,하부 그린 시트부(111,113)를 정렬하여 적층한 후 60℃ 내지 80℃의 온도에서 약 10MPa 내지 50MPa의 압력으로 압착시킨다. 그러나 이러한 온도와 압착압력은 예시적이며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 압착되어 일체화된 상,하부 그린 시트부(111,113)를 소성하면 고정부재(114)를 구비한 세라믹 적층체(110)를 완성한다.
이때, 소성 온도로서는 저온 소결 세라믹 재료가 소결되는 온도, 예를 들면 800 내지 1050℃의 범위가 바람직하다. 소성 온도가 800℃ 미만에서는 상,하부 그린 시트부(111,113)의 세라믹 성분이 충분하게 소결되지 않을 우려가 있고, 소성 온도가 1050℃를 넘으면 소성시에 배선 회로 또는 수동 소자 등을 포함하는 패턴의 금속 입자가 용융해서 상,하부 그린 시트부(111,113) 내로 확산될 우려가 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LTCC 조립 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4를 참조하면, LTCC 조립 시스템(100)은 먼저 도 5에 도시된 바와 같이 그 하면에 전자부품(112)이 실장되고 일측에 고정부재(114)가 형성된 LTCC 기판(110)을 준비한다(S310).
이때, LTCC 기판(110)의 상면에는 다수 개의 소자가 실장되고, 하면에는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 하나 이상의 고정부재(114)가 형성되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 완성된 LTCC 기판(110)의 하면에 전자부품(112)을 실장한다. 이때, 전자부품(112)은 앵글센서로 표면 실장 기술(SMT)에 의해 실장된다.
여기서, 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 히트싱크와 LTCC 기판을 결합하기 전의 단면도를 나타낸 도면이다.
이어, 도 5에 도시된 바와 같이 전자부품(112)을 안착하기 위한 부품 안착부(122)가 구비되고 고정부재(114)에 대응되는 부분에 삽입홈(124)이 구비된 히트싱크(120)를 준비한다(S320).
도 5를 참조하면, LTCC 기판(110)의 하부에 히트 싱크(120)를 제공한다. 히트 싱크(120)는 고정부재(114)에 대응되는 위치에 삽입홈(124)이 구비되고, 전자부품(112)이 대응되는 위치에 부품 안착부(122)가 구비되어 있다. 이때, 히트싱크(120)에는 고정부재(114)의 갯수에 따라 하나 이상의 삽입홈(124)이 구비되어 있다. 따라서, 도 6의 (가)에 도시된 바와 같이 LTCC 기판(110)과 히트싱크(120)가 결합하기 전에 결합을 위해 대응되게 위치해 있다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따라 세라믹 적층체와 히트싱크의 결합 과정 모습을 나타낸 사시도이다.
그리고, LTCC 기판(110)의 하면을 히트싱크(120)에 장착한다(S330).
도 6의 (나)에 도시된 바와 같이, 히트싱크(120)의 하나 이상의 삽입홈(124) 에 LTCC 기판(110)의 고정부재(114)가 각각 삽입되면서, 히트싱크(120)에 LTCC 기판(110)의 하면을 장착한다.
즉, 히트 싱크(120)와 전자부품(112)이 실장된 LTCC 기판(110)의 접합 계면에 접착부재(130)를 도포한 뒤, 도 6의 (다)에 도시된 바와 같이 LTCC 기판(110)와 히트 싱크(120)를 상호 결합시킨다.
이렇게 LTCC 기판(110)과 히트 싱크(120)가 고정부재(114)에 의해서 고정되면, LTCC 기판(110)와 히트 싱크(120)의 접합 계면에 도포된 접착부재(130)를 고온 분위기에서 경화시킨다. 이때, 고정부재(130)의 재질은 열에 대한 변형이 용이하지 않은 재질로 이루어질 수 있다.
이처럼, LTCC 기판(110)과 히트 싱크(120)를 고정하는 고정부재(114)가 구비됨으로써, LTCC 기판(110)과 히트 싱크(120) 간의 결합 정밀도가 향상되며, 전자부품(112)의 동심도 오차를 최소화시켜 제품의 신뢰성 및 상품성을 높이는 효과가 있다. 또한, 경화 후에도 LTCC 기판(110)의 휨 또는 뒤틀림을 방지할 수 있는 효과가 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, LTCC 기판의 하면에 고정부재를 형성하고, 히트싱크(Heat Sink) 상에 결합되는 LTCC 기판의 고정부재가 맞닿는 부분에 삽입 홀(hole)을 형성하여, LTCC 기판과 히트싱크가 결합될 때 고정부재가 삽입 홀에 삽입되어, 고정부재에 의해 위치 정렬 및 고정을 견고히 할 수 있도록 된, 세라믹 적층체 기판과, 세라믹 적층체 조립 시스템 및 방법을 실현할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수 적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 종래 LTCC 기판의 조립 공정을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 적층체 조립 시스템의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 적층체 기판의 단면도를 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LTCC 조립 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 히트싱크와 LTCC 기판을 결합하기 전의 단면도를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 세라믹 적층체와 히트싱크의 결합 과정 모습을 나타낸 사시도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
200 : 세라믹 적층체(LTCC) 조립 시스템 110 : LTCC 기판
112 : 전자부품 114 : 고정부재
120 : 히트싱크 122 : 부품 안착부
124 : 삽입홀 130 : 접착부재

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 하면에 전자부품이 실장되고, 일측에 고정부재가 형성된 세라믹 적층체 기판; 및
    상기 전자부품이 안착되는 부품 안착부와 상기 고정부재와 대응되는 부분에 하나 이상의 삽입홈이 구비되어 상기 세라믹 적층체 기판의 고정부재가 상기 하나 이상의 삽입홈에 삽입되면서 상기 세라믹 적층체 기판의 하면 전체와 결합되는 히트싱크;
    를 포함하는 세라믹 적층체 조립 시스템.
  5. (a) 하면에 전자부품이 실장되고 일측에 고정부재가 형성된 세라믹 적층체 기판을 준비하는 단계;
    (b) 상기 전자부품을 안착하기 위한 부품 안착부가 구비되고 상기 고정부재에 대응되는 부분에 하나 이상의 삽입홈이 구비된 히트싱크를 준비하는 단계; 및
    (c) 상기 고정부재가 상기 하나 이상의 삽입홈에 삽입되면서 상기 세라믹 적층체 기판의 하면에 상기 히트싱크를 장착하여 상기 세라믹 적층체 기판의 하면 전체와 상기 히트싱크를 결합시키는 단계;
    를 포함하는 세라믹 적층체 기판 조립 방법.
  6. 삭제
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 상면에 다수 개의 소자가 실장된 상기 세라믹 적층체 기판 을 준비하는 세라믹 적층체 기판 조립 방법.
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