KR101081261B1 - 방열회로기판 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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KR101081261B1
KR101081261B1 KR1020100074438A KR20100074438A KR101081261B1 KR 101081261 B1 KR101081261 B1 KR 101081261B1 KR 1020100074438 A KR1020100074438 A KR 1020100074438A KR 20100074438 A KR20100074438 A KR 20100074438A KR 101081261 B1 KR101081261 B1 KR 101081261B1
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이혁수
박재만
박현규
김은진
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명은 발열 소자를 실장하는 방열회로기판에 있어서, 금속 돌기를 포함하는 금속 플레이트, 상기 금속 돌기를 노출하며 상기 금속 플레이트 위에 형성되어 있으며, 고형 성분이 절연 수지에 함침되어 있는 제1 절연층, 상기 제1 절연층으로부터 연장되며, 상기 금속 돌기의 측면을 둘러싸며 형성되는 측면 절연층, 상기 제1 절연층 위에 상기 측면 절연층을 노출하며 형성되는 제2 절연층, 그리고 상기 제2 절연층 위에 형성되어 있는 회로 패턴을 포함한다. 따라서, 금속 돌기의 측면을 둘러싸며 측면 절연층이 형성되어 금속 돌기와 이웃한 회로 패턴 사이의 전기 절연성을 확보할 수 있다.

Description

방열회로기판 및 그의 제조 방법{The radiant heat circuit board and the method for manufacturing the same}
본 발명은 방열회로기판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
회로 기판은 전기 절연성 기판에 회로 패턴을 포함하는 것으로서, 전자 부품 등을 탑재하기 위한 기판이다.
이러한 전자 부품은 발열 소자, 예를 들어 발광 다이오드(LED:light emitting diode) 등일 수 있는데 상기 발열 소자는 심각한 열을 방출한다. 발열 소자로부터의 방출 열은 회로 기판의 온도를 상승시켜 발열 소자의 오동작 및 신뢰성에 문제를 야기한다.
방출 열로 인한 문제를 해결하기 위하여 도 1과 같이 방열회로기판이 제안되었다.
도 1은 종래의 회로 기판의 단면도이다.
도 1을 참고하면, 종래의 방열회로기판(1)은 금속 플레이트(2), 절연층(3), 회로패턴(4) 및 발열소자 실장부(5)로 구성된다.
상기와 같은 종래의 방열회로기판(1)은 탑재된 발열 소자로부터 방출되는 열이 상기 절연층(3)의 간섭으로 인하여 방열목적으로 사용된 금속 플레이트(2)에 전달되지 못하게 된다.
실시예는 새로운 구조를 가지는 방열회로기판 및 그의 제조 방법을 제공한다.
실시예는 열 효율 및 전기 절연성이 향상된 방열회로기판 및 그의 제조 방법을 제공한다.
실시예는 발열 소자를 실장하는 방열회로기판에 있어서, 금속 돌기를 포함하는 금속 플레이트, 상기 금속 돌기를 노출하며 상기 금속 플레이트 위에 형성되어 있으며, 절연 수지에 고형 성분이 함침되어 있는 제1 절연층, 상기 제1 절연층으로부터 연장되며, 상기 금속 돌기의 측면을 둘러싸며 형성되는 측면 절연층, 상기 제1 절연층 위에 상기 측면 절연층을 노출하며 형성되는 제2 절연층, 그리고 상기 제2 절연층 위에 형성되어 있는 회로 패턴을 포함한다.
한편, 실시예에 따른 방열회로기판의 제조 방법은 금속 원판에 대하여 금속 돌기를 포함하는 금속 플레이트를 형성하는 단계, 상기 금속 플레이트 위에 상기 금속 돌기를 노출하며 상기 금속 돌기의 폭보다 넓은 폭을 가지는 제1 개구부를 갖도록 수지에 고형 성분이 함침된 프리프레그를 형성하는 단계, 상기 프리프레그 위에 상기 제1 개구부와 동일한 폭을 가지는 제2 개구부를 가지는 절연층을 정렬하는 단계, 그리고 상기 프리프레그와 상기 절연층을 열압착하여 상기 제1 및 제2 개구부를 매립하여 상기 금속 돌기를 둘러싸는 측면 절연층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 실장 패드 하부에 금속 돌기를 포함하는 금속 플레이트를 사용함으로써 발열 소자로부터 방출되는 열을 금속 플레이트에 직접 전달하여 열방출 효율이 높아진다. 또한, 금속 돌기의 측면을 둘러싸며 측면 절연층이 형성되어 금속 돌기와 이웃한 회로 패턴 사이의 전기 절연성을 확보할 수 있다.
그리고, 절연층을 적어도 2개의 층으로 형성하여 절연층의 접착성, 강도 및 두께를 확보할 수 있다.
또한, 금속 돌기의 상면이 하부의 절연층으로 덮이지 않아 상기 금속 돌기가 발열 소자의 실장 패드로서 기능할 수 있으며, 솔더와의 접착 면적을 확보할 수 있다.
도 1은 종래의 방열회로기판의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 방열회로기판의 단면도이다.
도 3 내지 도 9는 도 2의 방열회로기판을 제조하기 위한 제1 방법을 나타내는 단면도이다.
도 10 내지 도 16은 도 2의 방열회로기판을 제조하기 위한 제2 방법을 나타내는 단면도이다.
도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 방열회로기판의 단면도이다.
도 18a는 본 발명에 대한 대조군의 사진이고, 도 18b는 도 2의 방열회로기판의 상면 사진이며, 도18c는 도 2의 방열회로기판의 단면 사진이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
본 발명은 금속 돌기를 포함하는 방열회로기판에서 절연층을 복수의 층으로 형성하면서 하부 절연층의 수지 흐름을 이용하여 금속 돌기의 측면 절연층을 형성하는 회로 기판을 제공한다.
이하에서는 도 2 내지 도 9를 참고하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 방열회로 기판을 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 방열회로기판의 단면도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 방열회로기판(100)은 금속 플레이트(10), 상기 금속 플레이트(10) 위에 형성되는 절연층(20, 30) 및 절연층(20, 30) 위에 형성되는 회로 패턴(40)을 포함한다.
상기 금속 플레이트(10)는 열 전도도가 좋은 구리, 알루미늄, 니켈, 금 또는 백금 등을 포함하는 합금 중 하나일 수 있다.
상기 금속 플레이트(10)는 발열 소자(60)를 실장하는 금속 돌기(11)를 포함한다.
상기 금속 돌기(11)는 금속 플레이트(10)로부터 연장되어 수직으로 돌출되어 있으며, 상면에 발열 소자(60)를 실장하기 위한 솔더(50)가 위치할 수 있는 소정의 면적을 갖도록 제1폭(d1)을 가지며 형성된다.
상기 금속 플레이트(10) 위에 복수의 절연층(20, 30)이 형성되어 있다.
상기 절연층(20, 30)은 적어도 2개의 층을 포함하며, 이하에서는 2개의 층으로 형성된 것으로 설명한다.
상기 절연층(20, 30)은 제1 절연층(20) 및 제2 절연층(30)을 포함하며, 상기 제1 절연층(20) 위에 상기 제2 절연층(30)이 적층되어 있다.
상기 제1 절연층(20)은 하부의 금속 플레이트(10)와 상부의 제2 절연층(30)을 접착하는 접착층으로서 기능하며, 열전도도(약 0.2 ~ 0.4W/mk)가 낮은 에폭시계 절연 수지를 포함하며, 이와 달리 열전도도가 상대적으로 높은 폴리 이미드계 수지를 포함할 수도 있다.
상기 제1 절연층(20)은 강화 섬유, 글라스 섬유 또는 필러 등의 고형 성분(21)을 상기 수지에 함침시켜 형성하는 프리프레그를 경화하여 형성할 수 있다.
상기 금속 돌기(11)로부터 근접한 영역에 소정 두께(Δd)로 상기 금속 돌기(11)의 측면을 둘러싸는 측면 절연층(22)이 형성되어 있다.
상기 측면 절연층(22)은 제1 절연층(20)으로부터 연장되며 상기 금속 돌기(11)의 높이와 동일한 높이로 형성되어 있으며, 상기 제1 절연층(20)의 고형 성분(21)을 포함하지 않고, 상기 수지만으로 형성되어 있다.
도 2와 같이, 상기 측면 절연층(22)은 수지만으로 구성되어 상기 금속 돌기(11)를 둘러싸며 제1폭(d1)보다 큰 제2폭(d2)을 갖도록 소정 두께(Δd)로 형성되며, 상기 제1 절연층(20)은 상기 측면 절연층(22)과 연장되어 상기 금속 플레이트(10)의 평면 위에 고형 성분(21)과 수지를 모두 포함하며 형성되어 있다.
이때, 상기 제1 절연층(20)의 고형 성분(21)으로부터 상기 측면 절연층(22)까지의 거리는 약 100μm 이하를 충족한다.
상기 제1 절연층(20) 위에 형성되어 있는 제2 절연층(30)은 상기 측면 절연층(22) 및 상기 금속 돌기(11)를 개방하는 개방부(30a)를 가진다.
상기 제2 절연층(30)은 제1 절연층(20)과 동일한 에폭시계 수지를 포함할 수 있다.
상기 절연층(20, 30)은 금속 돌기(11)의 높이와 동일한 두께로 형성될 수 있으며, 도 2와 같이, 상기 금속 돌기(11)의 높이보다 작은 두께로 형성되어 측면 절연층(22)보다 낮게 형성될 수 있다.
상기 제2 절연층(30) 위에 복수의 회로 패턴(40)이 형성되어 있다.
상기 회로 패턴(40)은 상기 제2 절연층(30) 위에 적층되어 있는 도전층을 패터닝하여 형성되며, 상기 금속 돌기(11)보다 낮게 형성될 수 있다.
상기 회로 패턴(40)은 전기전도도가 높고, 저항이 낮은 물질로 형성되는데, 얇은 구리층인 동박을 도전층으로 패터닝하여 형성될 수 있다.
상기 회로 패턴(40)은 얇은 구리층을 씨드층으로 은 또는 알루미늄 도금될 수 있다.
한편, 상기 금속 플레이트(10)의 상기 금속 돌기(11)는 발열소자 실장패드로서, 상기 금속 돌기(11) 위에 실장을 위한 솔더(50)가 형성되어 있으며, 상기 솔더(50) 위에 발열 소자(60)가 형성되어 있다.
이러한 솔더(50)는 유연 또는 무연 솔더(50) 크림을 상기 금속 돌기(11) 위에 도포하고, 상기 발열 소자(60)를 실장한 후 열처리하여 형성할 수 있다.
금속 돌기(11) 위에 상기 발열 소자(60), 예를 들어, 발광 다이오드 패키지와 같은 발광 소자는 와이어(65) 본딩에 의해 회로 패턴(40)과 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 발열 소자(60)가 이와 달리 플립칩 본딩에 의해 실장될 수도 있다.
이와 같이, 금속 돌기(11)의 상면이 상기 절연층에 의해 외부로 노출되어 상기 발열 소자(60)의 실장 패드로서 사용함으로써, 별도의 실장 패드를 형성하지 않고, 아래의 금속 플레이트(10)와의 직접 연결이 가능하므로 방열성이 높아진다.
또한, 절연층(20, 30) 중 하부의 제1 절연층(20)으로부터 상기 금속 돌기(11)의 측면을 둘러싸는 측면 절연층(22)을 형성함으로써 상기 금속 돌기(11)와 이웃한 회로 패턴(40) 사이에 전기 절연성을 확보할 수 있다.
이하에서는 도 3 내지 도 16을 참고하여 도 2의 방열회로기판을 제조하는 방법을 설명한다.
도 3 내지 도 9는 도 2의 방열회로기판을 제조하기 위한 제1 방법을 나타내는 단면도이다.
먼저, 도 3과 같이 금속 원판(10a)을 준비하고, 상기 원판(10a)에 도 4와 같이 금속 돌기(11) 및 금속 플레이트(10)를 형성한다.
이때, 금속 원판(10a)은 열 전도도가 좋은 구리, 알루미늄, 니켈, 금, 백금 등을 포함하는 합금 중 하나일 수 있다.
금속 돌기(11)는 제1폭(d1)을 가지며, 금속 원판(10a)을 압연 공정을 통하여 소정의 몰딩에 의해 형성하거나, 상기 금속 원판(10a)을 에칭하여 형성할 수 있다.
이때, 금속 돌기(11)의 높이는 뒤에서 형성될 절연층(20, 30)의 두께를 고려하여 상기 절연층(20, 30)의 두께와 같거나 크도록 형성한다.
다음으로 도 5와 같이 상기 금속 플레이트(10) 위에 제1 절연층(20)을 형성한다.
상기 제1 절연층(20)은 강화유리, 글라스유리 또는 필러 등의 고형 성분(21)이 에폭시계 수지 등의 수지에 함침되어 있는 프리프레그를 상기 금속 플레이트(10) 상에 도포함으로써 형성할 수 있다.
이때, 프리프레그는 상기 금속 돌기(11)를 노출하는 개구부(20a)를 갖도록 형성한다.
상기 개구부(20a)는 상기 금속 돌기(11)의 제1폭(d1)보다 큰 제2폭(d2)을 갖도록 형성되며, 상기 개구부(20a)의 측면으로부터 상기 금속 돌기(11)까지의 이격 거리(Δd)는 다음의 수학식을 충족한다.
[수학식]
Δd=(d2-d1)/2
상기 이격 거리(Δd)는 상기 프리프레그 위에 상기 제2 절연층(30) 및 상기 동박층(45)을 포함하는 적층 구조를 열압착할 때, 상기 프리프레그의 수지가 열압착에 의해 상기 금속 돌기(11)를 향하여 흐르면서 상기 금속 돌기(11)의 측면을 둘러싸며 형성되는 측면 절연층(22)의 두께와 같다.
한편, 상기 개구부(20a)의 제2폭(d2)은 상기 프리프레그의 두께에 대하여 적어도 30배 이상의 크기를 가질 수 있으며, 열압착의 온도 및 압력에 따라 가변될 수 있다.
다음으로 도 6과 같이 동박층(45)을 포함하는 제2 절연층(30)을 준비한다.
상기 제2 절연층(30)은 상기 제1 절연층(20)과의 두께의 합이 상기 금속 돌기(11)의 높이와 같거나 작도록 형성될 수 있으며, 상기 제1 절연층(20)과 동일한 에폭시계 수지를 포함할 수 있다.
도 6의 동박층(45)을 포함하는 제2 절연층(30)의 구조는 통상적인 CCL(Cupper clad laminate)일 수 있으며, 이와 달리 동박층(45) 위에 제2 절연층(30)을 페이스트 상태로 도포한 뒤 경화하여 형성할 수도 있다.
도 6의 동박층(45) 및 제2 절연층(30)의 적층 구조는 소정의 개구부(30a, 45a)를 갖도록 형성된다.
즉, 제2 절연층(30)은 상기 제1 절연층(20)의 개구부(20a)의 폭과 동일한 제2폭(d2)을 갖도록 형성된 절연 개구부(30a)를 포함하며, 상기 동박층(45)은 상기 절연 개구부(30a)와 정렬하는 동박 개구부(45a)를 포함한다.
상기 개구부(30a, 45a)의 형성은 물리적인 가공에 의해 수행될 수 있으며, 드릴 가공 또는 레이저 가공에 의해 형성될 수 있다.
다음으로, 도 7과 같이 상기 절연 개구부(30a)가 제1 절연층(20) 위로 돌출되어 있는 상기 금속 돌기(11)를 노출하도록 정렬하면서 상기 제2 절연층(30)이 상기 제1 절연층(20) 위에 위치하도록 열압착하여 일체화시킨다.
따라서, 제1 절연층(20)과 제2 절연층(30)이 도 2의 적층되어 있는 절연층(20, 30)을 형성하며, 절연층(20, 30)의 두께가 상기 금속 돌기(11)의 높이와 같거나 낮도록 형성된다.
이때, 제2 절연층(30)과 상기 금속 플레이트(10)의 열압착으로 상기 제1 절연층(20)을 이루는 프리프레그가 경화되며 열압착 시 압력에 의해 프리프레그로부터 수지가 상기 금속 돌기(11)를 향하여 흐름으로써 수지가 상기 제1 절연층(20)의 개구부(20a) 및 상기 절연 개구부(30a), 동박 개구부(45a)를 채운다.
프리프레그의 수지가 상기 절연층(20, 30)의 개구부(20a, 30a) 및 동박층(45)의 개구부(45a)를 채운 상태로 경화됨으로써 제1 절연층(20)으로부터 연장되며 상기 금속 돌기(11)를 둘러싸는 측면 절연층(22)이 형성되며, 상기 측면 절연층(22) 이외의 제1 절연층(20)은 수지와 고형 성분(21)이 혼합되어 경화되어 있다.
이때, 도 7과 같이 수지의 일부가 금속 돌기(11)의 상면 및 상기 동박층(45) 상면을 덮는 경우, 도 8과 같이 상기 금속 돌기(11)의 상면 및 상기 동박층(45) 상면을 노출하도록 상기 수지를 제거한다. 상기 금속 돌기(11) 및 상기 동박층(45)의 상면을 노출하는 공정은 절연층(20, 30)의 스미어를 제거하기 위한 디스미어 공정을 통하여 수행할 수 있다.
다음으로 도 9와 같이 동박층(45)을 식각하여 소정의 회로 패턴(40)을 형성하며, 상기 회로 패턴(40)은 은 또는 알루미늄 등으로 도금될 수 있다.
도 9와 같이 형성되어 있는 방열회로기판(100)은 절연층(20, 30)을 노출하며 하부의 금속 플레이트(10)와 직접 연결되어 있는 금속 돌기(11)가 발열 소자(60)의 실장 패드로서 기능함으로써 발열 소자(60)로부터의 방출 열을 직접 금속 플레이트(10)에 전달하여 열 효율이 높아진다.
이러한 구조에서 상기 방열회로기판(100)의 제조 시 복수의 절연층(20, 30)을 상기 금속 돌기(11)보다 큰 개구부(20a, 30a)를 갖도록 형성한 뒤 CCL과 열압착시킴으로써 제1 절연층(20)의 프리프레그가 압착에 의해 측면 절연층(22)을 형성할 수 있다.
따라서, 측면 절연층(22)에 의해 금속 돌기(11)와 이웃한 회로 패턴(40) 사이의 전기 절연성이 확보된다.
이와 같은 방열회로기판(100)은 백라이트용 광원 또는 조명용 광원으로 이용되며, 특히 열 방출이 많은 발광 다이오드 패키지를 실장하여 백라이트용 광원 또는 조명용 광원에 사용하는 경우, 상기 발광 다이오드 패키지로부터의 방출 열을 상기 금속 돌기(11)를 통해 외부로 방출하는 금속 돌기(11)의 상면 면적을 확보하여 방열성 및 접착성을 높이며, 측면 절연층(22)에 의해 절연성이 확보되어 신뢰성이 높아진다.
한편, 도 2의 방열회로기판(100)은 도 3 내지 도 9와 다른 방법으로도 형성할 수 잇다.
이하에서는 도 10 내지 도 16을 참고하여 도 2의 방열회로기판을 제조하는 다른 방법을 설명한다.
먼저, 도 10과 같이 금속 원판(10a)을 준비하고, 상기 원판(10a)에 도 11과 같이 금속 돌기(11) 및 금속 플레이트(10)를 형성한다.
이때, 금속 원판(10a)은 열 전도도가 좋은 구리, 알루미늄, 니켈, 금, 백금 등을 포함하는 합금 중 하나일 수 있다.
금속 돌기(11)는 금속 원판(10a)을 압연 공정을 통하여 소정의 몰딩에 의해 형성하거나, 상기 금속 원판(10a)을 에칭하여 형성할 수 있다.
이때, 금속 돌기(11)의 높이는 뒤에서 형성될 절연층(20, 30)의 두께를 고려하여 상기 절연층(20, 30)의 두께와 같거나 크도록 형성한다.
다음으로 도 12와 같이 상기 금속 플레이트(10) 위에 제1 절연층(20)을 형성한다.
상기 제1 절연층(20)은 강화 유리, 글라스 유리 또는 필러 등이 에폭시계 수지 등의 수지에 함침되어 있는 프리프레그를 상기 금속 플레이트(10) 상에 도포함으로써 형성할 수 있다.
이때, 프리프레그는 상기 금속 돌기(11)를 노출하는 개구부(20a)를 갖도록 형성한다.
상기 개구부(20a)는 상기 금속 돌기(11)의 제1폭(d1)보다 큰 제2폭(d2)을 갖도록 형성되며, 상기 개구부(20a)의 측면으로부터 상기 금속 돌기(11)까지의 이격 거리(Δd)는 다음의 수학식을 충족한다.
[수학식]
Δd=(d2-d1)/2
상기 이격 거리(Δd)는 상기 프리프레그 위에 상기 제2 절연층(30) 및 상기 동박층(45)을 포함하는 적층 구조를 열압착할 때, 상기 프리프레그의 수지가 열압착에 의해 상기 금속 돌기(11)를 향하여 흐르면서 상기 금속 돌기(11)의 측면을 둘러싸며 형성되는 측면 절연층(22)의 폭과 같다.
한편, 상기 개구부(20a)의 제2폭(d2)은 상기 프리프레그의 두께에 대하여 적어도 30배 이상의 크기를 가질 수 있으며, 열압착의 온도 및 압력에 따라 가변될 수 있다.
다음으로 도 13과 같이 동박층(도시하지 않음)을 포함하는 제2 절연층(30)을 준비한다.
상기 제2 절연층(30)은 상기 제1 절연층(20)과의 두께의 합이 상기 금속 돌기(11)의 높이와 같거나 작도록 형성될 수 있으며, 상기 제1 절연층(20)과 동일한 에폭시계 수지를 포함할 수 있다.
도 13의 동박층을 포함하는 제2 절연층(30)의 구조는 통상적인 CCL(Cupper clad laminate)일 수 있으며, 이와 달리 동박층 위에 제2 절연층(30)을 페이스트 상태로 도포한 뒤 경화하여 형성할 수도 있다.
이때, 제2 절연층(30) 위의 동박층을 소정의 패턴으로 식각하여 회로 패턴(40)을 형성한다.
도 13의 회로 패턴(40) 및 제2 절연층(30)의 적층 구조는 소정의 개구부(30a)를 갖도록 형성된다.
즉, 제2 절연층(30)은 상기 제1 절연층(20)의 개구부(20a)와 동일한 제2폭(d2)을 갖도록 형성된 절연 개구부(30a)를 포함하며, 상기 절연 개구부(30a)와 정렬하는 영역의 동박층은 회로 패턴(40)을 형성할 때 함께 제거되어 있다.
상기 개구부(30a)의 형성은 물리적인 가공에 의해 수행될 수 있으며, 드릴 가공 또는 레이저 가공에 의해 형성될 수 있다.
다음으로, 도 14와 같이 상기 절연 개구부(30a)와 상기 제1 절연층(20)의 개구부(20a)를 정렬하면서 상기 제2 절연층(30)이 상기 제1 절연층(20) 위에 위치하도록 열압착하여 일체화시킨다.
따라서 제1 절연층(20)과 제2 절연층(30)이 도 2의 적층되어 있는 절연층(20, 30)을 형성하며, 절연층(20, 30)의 두께가 상기 금속 돌기(11)의 높이와 같거나 낮도록 형성된다.
이때, 제2 절연층(30)과 상기 금속 플레이트(10)의 열압착으로 상기 프리프레그가 경화되어 상기 제1 절연층(20)을 형성한다. 또한, 열압착 시 압력에 의해 프리프레그로부터 수지가 상기 금속 돌기(11)를 향하여 흐름으로써 상기 프리프레그의 수지가 상기 제1 절연층(20)의 개구부(20a) 및 상기 절연 개구부(30a)를 채운다.
상기 수지가 상기 절연층(20, 30)의 개구부(20a, 30a)를 채운 상태로 경화됨으로써 제1 절연층(20)으로부터 연장되며 상기 금속 돌기(11)를 둘러싸는 측면 절연층(22)이 형성되며, 상기 측면 절연층(22) 이외의 제1 절연층(20)은 수지와 고형 성분(21)이 혼합되어 경화된다.
이때, 도 14와 같이 측면 절연층(22)의 수지가 금속 돌기(11)의 상면을 충분히 덮도록 두껍게 형성한 뒤, 도 15와 같이 상기 금속 돌기(11)의 상면을 노출하도록 상기 수지를 제거함으로써 측면 절연층(22)의 높이와 금속 돌기(11)의 높이를 동일하게 형성한다.
상기 금속 돌기(11)의 상면을 노출하는 공정은 절연층(20, 30)의 스미어를 제거하기 위한 디스미어 공정을 통하여 수행할 수 있다.
다음으로, 도 16과 같이 노출되어 있는 금속 돌기(11)의 상면에 솔더(50) 크림을 도포하고, 도 2와 같이 발열 소자(60)를 실장한 뒤 열처리할 수 있다.
도 16과 같이 형성되어 있는 방열회로기판(100)은 절연층(20, 30)을 노출하며 하부의 금속 플레이트(10)와 직접 연결되어 있는 금속 돌기(11)가 발열 소자(60)의 실장 패드로서 기능함으로써 발열 소자(60)로부터의 방출 열을 직접 금속 플레이트(10)에 전달하여 열 효율이 높아진다.
이하에서는 도 17을 참고하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 방열회로 기판을 설명한다.
도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 방열회로기판의 단면도이다.
도 17을 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 방열회로기판(200)은 금속 플레이트(10), 상기 금속 플레이트(10) 위에 형성되는 접착층(15), 접착층(15) 위에 형성되는 절연층(20, 30) 위에 형성되는 회로 패턴(40)을 포함한다.
상기 금속 플레이트(10)는 열 전도도가 좋은 구리, 알루미늄, 니켈, 금 또는 백금 등을 포함하는 합금 중 하나일 수 있다.
상기 금속 플레이트(10)는 발열 소자(60)를 실장하는 금속 돌기(11)를 포함한다.
상기 금속 돌기(11)는 금속 플레이트(10)로부터 연장되어 수직으로 돌출되어 있으며, 상면에 발열 소자(60)를 실장하기 위한 솔더(50)가 위치할 수 있는 소정의 면적을 갖도록 제1폭(d1)을 가지며 형성된다.
상기 금속 플레이트(10) 위에 접착층(15)이 형성되어 있다.
상기 접착층(15)은 금속 플레이트(10)로부터 돌출되어 있는 금속 돌기(11)와 솔더(50) 사이의 접착력을 높이기 위한 것으로서, 솔더(50)와 접착력이 좋은 물질인 구리를 포함하는 합금, 바람직하게는 구리 또는 니켈을 포함하는 합금으로 상기 금속 플레이트(10)를 도금처리한 도금층일 수 있다.
상기 금속 플레이트(10)의 접착층(15) 위에 복수의 절연층(20, 30)이 적층되어 있다.
제1 절연층(20)은 하부의 금속 플레이트(10)와 상부의 제2 절연층(30)을 접착하는 접착층으로서 기능하며, 열전도도(약 0.2 ~ 0.4W/mk)가 낮은 에폭시계 절연 수지를 포함하며, 이와 달리 열전도도가 상대적으로 높은 폴리 이미드계 수지를 포함할 수도 있다.
상기 제1 절연층(20)은 강화 섬유, 글라스 섬유 또는 필러 등의 고형 성분(21)을 상기 수지에 함침시켜 형성하는 프리프레그를 경화하여 형성할 수 있다.
이때, 상기 금속 돌기(11)로부터 근접한 영역에 상기 제1 절연층(20)으로부터 연장되어 상기 금속 돌기(11)를 둘러싸며 상기 고형 성분(21)을 포함하지 않고, 상기 수지만을 포함하는 측면 절연층(22)이 형성되어 있다.
상기 측면 절연층(22)은 상기 금속 돌기(11)의 높이와 동일한 높이로 형성되어 있다.
상기 제1 절연층(20) 위에 형성되어 있는 제2 절연층(30)은 상기 측면 절연층(22)을 개방하는 절연 개방부(30a)를 포함하며, 제1 절연층(20)과 동일한 에폭시계 수지를 포함할 수 있다.
상기 절연층(20, 30)은 도 2와 같이 금속 돌기(11)의 높이와 동일한 두께로 형성될 수 있으며, 이와 달리 상기 금속 돌기(11)의 높이보다 작은 두께로 형성될 수 있다.
상기 제2 절연층(30) 위에 복수의 회로 패턴(40)이 형성되어 있다.
상기 회로 패턴(40)은 상기 제2 절연층(30) 위에 적층되어 있는 도전층을 패터닝하여 형성된다.
상기 회로 패턴(40)은 전기전도도가 높고, 저항이 낮은 물질로 형성되는데, 얇은 구리층인 동박을 도전층으로 패터닝하여 형성될 수 있다.
상기 회로 패턴(40)은 얇은 구리층을 씨드층으로 은 또는 알루미늄 도금될 수 있다.
한편, 상기 금속 플레이트(10)의 상기 금속 돌기(11) 는 발열소자 실장패드로서, 상기 금속 돌기(11) 위에 실장을 위한 솔더(50)가 형성되어 있으며, 상기 솔더(50) 위에 발열 소자(60)가 형성되어 있다.
이러한 솔더(50)는 유연 또는 무연 솔더(50) 크림을 상기 금속 돌기(11) 위에 도포하고, 상기 발열 소자(60)를 실장한 후 열처리하여 형성할 수 있다.
금속 돌기(11) 위에 상기 발열 소자(60), 예를 들어, 발광 다이오드 패키지와 같은 발광 소자는 와이어(65) 본딩에 의해 회로 패턴(40)과 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 발열 소자(60)가 이와 달리 플립칩 본딩에 의해 실장될 수도 있다.
이와 같이, 금속 돌기(11)의 상면이 외부로 노출되어 상기 발열 소자(60)의 실장 패드로서 사용함으로써, 별도의 실장 패드를 형성하지 않고, 아래의 금속 플레이트(10)와의 직접 연결이 가능하므로 방열성이 높아진다.
또한, 제1 절연층(20)으로부터 연장되어 상기 금속 돌기(11)를 둘러싸는 영역에 상기 고형 성분(21)이 형성되지 않는 측면 절연층(22)을 형성함으로써 상기 금속 돌기(11)와 이웃한 회로 패턴 사이의 절연을 확보할 수 있다.
또한, 금속 돌기(11) 위에 도금으로 접착층(15)을 형성하여 솔더(50)와의 접착성을 확보할 수 있다.
도 17에서 도시하는 방열회로기판(200) 또한 도 3 내지 도 16에서 설명하는 방법에 의해 제조될 수 있음은 자명하다.
이하에서는 본 발명에 따른 방열회로기판의 효과에 대하여 도 18a 내지 도 18c를 참고하여 설명한다.
도 18a는 본 발명에 대한 대조군의 사진이고, 도 18b는 도 2의 방열회로기판의 상면 사진이며, 도18c는 도 2의 방열회로기판의 단면 사진이다.
도 18a는 본 발명의 방열회로기판과 달리, 금속 돌기가 형성되어 있는 금속 플레이트에 절연 프리프레그를 도포하면서, 상기 금속 돌기를 노출하는 개구부가 상기 금속 돌기의 폭과 동일한 폭을 갖도록 형성한 경우의 상면을 나타낸다.
도 18a의 방열회로기판과 같이 상기 개구부와 상기 금속 돌기 사이에 여유 공간이 없는 경우, 프리프레그의 열압착 시 프리프레그의 수지가 상기 금속 돌기를 타고 올라가 금속 돌기의 노출 면적을 줄인다.
반면, 본 발명의 도 2의 방열회로기판(100)과 같이 상기 금속 돌기(11)의 폭보다 넓은 개구부(20a, 30a)를 갖도록 제1 절연층(20) 및 제2 절연층(30)을 형성하는 경우, 제1 절연층(20)과 제2 절연층(30)의 열압착 후에 도 18c와 같이 상기 금속 돌기(11)의 측면에 측면 절연층(22)을 형성하면서, 후 공정에 의해 금속 돌기(11)의 상면을 노출함으로써 도 18b와 같이 상기 금속 돌기(11)의 면적이 확보되는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 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.
방열회로기판 100, 200
금속 플레이트 10
회로 패턴 40
금속 돌기 11
발열 소자 60
절연층 20, 30

Claims (13)

  1. 발열 소자를 실장하는 방열회로기판에 있어서,
    금속 돌기를 포함하는 금속 플레이트,
    상기 금속 돌기를 노출하며 상기 금속 플레이트 위에 형성되어 있으며, 고형 성분이 절연 수지에 함침되어 있는 제1 절연층,
    상기 제1 절연층으로부터 연장되며, 상기 금속 돌기의 측면을 둘러싸며 형성되는 측면 절연층,
    상기 제1 절연층 위에 상기 측면 절연층을 노출하며 형성되는 제2 절연층, 그리고
    상기 제2 절연층 위에 형성되어 있는 회로 패턴을 포함하는 방열회로기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 측면 절연층은 상기 제1 절연층으로부터 연장되어 상기 금속 돌기를 둘러싸며 상기 수지만으로 형성되어 있는 방열회로기판.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 측면 절연층은 상기 금속 돌기의 높이와 동일한 높이를 가지는 방열회로기판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고형 성분은 강화 섬유, 글라스 섬유 또는 필러를 포함하는 방열회로기판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 회로 패턴은 상기 금속 돌기보다 낮게 형성되어 있는 방열회로기판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 금속 돌기 위에 상기 발열 소자를 실장하기 위한 솔더가 형성되어 있는 방열회로기판.
  7. 금속 원판에 대하여 금속 돌기를 포함하는 금속 플레이트를 형성하는 단계,
    상기 금속 플레이트 위에 상기 금속 돌기를 노출하며 상기 금속 돌기의 폭보다 넓은 폭을 가지는 제1 개구부를 갖도록 고형 성분이 수지에 함침된 프리프레그를 형성하는 단계,
    상기 프리프레그 위에 상기 제1 개구부와 동일한 폭을 가지는 제2 개구부를 가지는 절연층을 정렬하는 단계, 그리고
    상기 프리프레그와 상기 절연층을 열압착하여 상기 제1 및 제2 개구부를 매립하여 상기 금속 돌기를 둘러싸는 측면 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 방열회로기판의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 절연층을 정렬하는 단계는,
    상기 절연층 위에 동박층이 형성되어 있는 적층 구조를 준비하는 단계, 그리고
    상기 절연층에 상기 제2 개구부를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 절연층은 경화되어 있는 상태인 방열회로기판의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 방열회로기판의 제조 방법은,
    상기 절연층 위에 형성되어 있는 동박층을 패터닝하여 회로 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는 방열회로기판의 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 고형 성분은 강화 섬유, 글라스 섬유 또는 필러를 포함하는 방열회로기판의 제조 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 측면 절연층은 상기 열압착에 의하여 상기 프리프레그로부터 흐르는 수지가 상기 제1 및 제2 개구부를 채움으로써 형성되는 방열회로기판의 제조 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 측면 절연층을 형성하는 단계는,
    상기 프리프레그를 열압착한 뒤, 상기 금속 돌기의 상면을 노출하도록 상기 금속 돌기의 상면을 덮는 수지를 제거하는 단계를 포함하는 방열회로기판의 제조 방법.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 금속 돌기의 상면에 발열 소자를 실장하기 위한 솔더를 형성하는 단계를 더 포함하는 방열회로기판의 제조 방법.
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