KR101094815B1 - 방열 인쇄회로기판 및 그 제조방법 - Google Patents

방열 인쇄회로기판 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101094815B1
KR101094815B1 KR1020110066607A KR20110066607A KR101094815B1 KR 101094815 B1 KR101094815 B1 KR 101094815B1 KR 1020110066607 A KR1020110066607 A KR 1020110066607A KR 20110066607 A KR20110066607 A KR 20110066607A KR 101094815 B1 KR101094815 B1 KR 101094815B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat dissipation
metal substrate
heat
circuit board
printed circuit
Prior art date
Application number
KR1020110066607A
Other languages
English (en)
Inventor
강민구
이경규
김정원
김지현
Original Assignee
주식회사 유앤비오피씨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 유앤비오피씨 filed Critical 주식회사 유앤비오피씨
Priority to KR1020110066607A priority Critical patent/KR101094815B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101094815B1 publication Critical patent/KR101094815B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0201—Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
    • H05K1/0203—Cooling of mounted components
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/64—Heat extraction or cooling elements
    • H01L33/642—Heat extraction or cooling elements characterized by the shape
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/0058—Laminating printed circuit boards onto other substrates, e.g. metallic substrates
    • H05K3/0061—Laminating printed circuit boards onto other substrates, e.g. metallic substrates onto a metallic substrate, e.g. a heat sink

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Insulated Metal Substrates For Printed Circuits (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 구조상 접착강도를 높이고, 열원소자에 근접한 위치에서 돌기를 통해 신속히 열이 전달되어 열 방출의 효율성을 극대화하는 것이 가능하도록, 전도성의 금속재질로 형성되고 방열 돌기를 구비하는 금속기판과; 상기 금속기판의 표면상에 굴곡을 따라 고르게 형성되는 금속산화물층과; 상기 금속기판의 상측 부분에 위치하고 상기 금속산화물층 상에 형성되는 절연층과; 상기 절연층의 상부에 구비되고 상측으로 열원소자에 접하도록 형성되는 동박층;을 포함하는 방열 인쇄회로기판을 제공하고, 전도성의 금속재질이며 판 형상의 금속기판을 준비하는 단계와; 상기 금속기판의 표면상에 소정 깊이까지 가압하여 방열 돌기를 형성하는 단계와; 상기 금속기판의 표면에 일정한 두께로 산화하여 금속산화물층을 형성하는 단계와; 상기 금속기판의 상측 부분에 위치하는 상기 금속산화물층에 절연물질을 채워 절연층을 형성하는 단계와; 상기 절연층에 소정의 회로패턴을 갖는 동박층을 접착하여 형성하는 단계;를 포함하는 방열 인쇄회로기판 제조방법을 제공한다.

Description

방열 인쇄회로기판 및 그 제조방법{Heat Radiating Printed Circuit Board and Process of The Same}
본 발명은 방열 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 금속기판의 표면에 아노다이징(anodizing) 처리된 돌기를 형성하여 구성하므로 구조상 접착강도를 높이고, 열원소자에 근접한 위치에서 돌기를 통해 신속히 열이 전달되어 열 방출의 효율성을 극대화하는 것이 가능한 방열 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자 및 발광다이오드(LED:Light Emitting Diode) 등과 같은 열원소자에 전기적 신호를 전달하기 위한 필수불가결한 주요부품으로서 인쇄회로기판(PCB:Printed Circuit Board)을 설치하여 사용한다.
이러한 인쇄회로기판은 전자부품에 관련하여 열원소자를 탑재하기 이전의 기판으로서 전기절연성 기판에 집적회로, 저항기, 스위치 등의 전기적 부품들이 구비된 회로패턴을 형성하여 적용되는데, 발광다이오드와 같이 고온 발열하여 심각한 열을 방출하는 열원소자가 탑재된 인쇄회로기판으로부터 열을 제대로 처리하지 못하는 경우 지속적인 온도의 상승으로 인한 오작동 및 고장을 야기할 뿐만 아니라 제품의 신뢰성을 저하시킴에 따라 인쇄회로기판에 사용되는 기재(base)기판이 열적, 전기적 및 기계적으로 안정화하도록 여러 가지 방열 구조를 적용하여 사용하고 있다.
그러나, 종래 인쇄회로기판(1)은 도 1의 (a)에서처럼 금속기판(2)에 절연층(3) 및 동박층(4)이 차례로 겹쳐져 구성되는 것으로서, 모든 구성이 평탄하게 적층된 구조만으로는 인쇄회로기판(1)에 탑재된 열원소자로부터 방출되는 열이 절연층(3)의 간섭으로 인해 금속기판(2)에 거의 전달되지 못함에 따라 정작 방열목적을 갖도록 구성된 금속기판(2)이 온전한 역할을 할 수 없으므로 효율적인 열 방출이 어렵고, 이는 인쇄회로기판(1)의 자체적인 온도 상승에 의해 열원소자의 오작동 및 고장을 유발하게 되는 문제점이 있었다.
따라서, 금속기판과 동박층 간에 절연층의 간섭을 줄이기 위하여 금속기판에 별도의 드라이 필름이나 마스킹 필름 등을 사용하여 마스킹 작업하므로 돌기가 생성된 인쇄회로기판을 제시하여 사용중에 있다.
상기와 같은 돌기가 구비된 인쇄회로기판으로는 도 1의 (b)에 나타낸 바와 같이, 금속기판에 마스킹 작업을 통해 부분적으로 돌기(6)를 형성하되 금속기판(2)을 식각하는 과정을 거쳐 돌기(6)를 형성토록 하였으나, 이는 금속기판(2)이 식각되면서 돌기(6)의 전체 높이 중 1/3부분만 금속기판(2)의 표면 위로 상승하고 나머지 2/3부분은 금속기판(2)의 식각된 부분을 향해 하강하여 위치하므로 열 방출효율이 떨어지고, 마스킹 작업 후 아노다이징 처리를 하여 생성할 수 있는 돌기에는 한계가 있으며 생산성이 급격히 저하되는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점의 해결을 위해 개시되어 있었던 종래기술로써, 대한민국 공개특허공보 제10-2008-0053048호에는 방열회로기판에 있어서, 발열소자가 실장되는 금속 돌기를 구비하는 금속 플레이트와, 상기 금속 돌기를 제외한 상기 금속 플레이트 상부에 형성되는 절연층과, 상기 절연층 상부에 형성되는 회로 패턴층을 포함하여 구성하므로 열이 절연층의 간섭없이 바로 금속 플레이트를 통해 방열시킬 수 있어 방열 효율을 높이는 방열회로기판이 공지되어 있다.
그러나, 상기한 종래의 방열회로기판은 금속 플레이트가 발열소자의 밑면까지 돌출된 구조로서 절연층을 도포하고 동박층을 전면에 걸쳐 한번에 작업할 수 없는 구조를 이루므로 생산성이 떨어지고, 금속 플레이트와 발열소자 간의 절연을 목적으로 형성되는 절연층의 기능이 온전히 이뤄지지 못함에 따라 절연이 되지않아 실질적으로 적용하기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 금속기판의 표면에서 열원소자에 근접한 위치를 향해 돌출하여 아노다이징 처리된 돌기를 형성하므로 열원소자에서 발생하는 열의 방출간섭을 줄여 돌기를 통한 열전달이 원활하게 이뤄짐에 따라 열 방출의 효율성을 높일 수 있는 방열 인쇄회로기판 및 그 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은 금속기판의 표면에 돌기가 일체화된 구조를 이뤄 구성하므로 돌기의 표면적에 의해 전반적인 구성의 구조적 접착강도를 증진시키고, 돌기가 열원소자에 최대한 근접하도록 연장된 위치에 놓임에 따라 열 방출의 효율성을 극대화할 수 있는 방열 인쇄회로기판 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 금속기판의 상측 표면은 물론 하측 표면에도 돌출된 돌기를 형성하여 표면적을 증대하므로 금속기판을 거친 후 외부환경으로의 열 방출에 대한 효율성을 더욱 증진시킬 수 있는 방열 인쇄회로기판 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 금속기판을 향해 압연가공하거나 압축가공하여 돌기를 일률적으로 생성토록 가공함에 따라 제품의 생산성을 높일 수 있는 방열 인쇄회로기판 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 금속기판과 열원소자의 사이를 절연층에 의해 확실히 구분토록 구성하므로 열 방출의 효율을 높이면서도 절연 기능이 원활하게 이뤄질 수 있는 방열 인쇄회로기판 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 제안하는 방열 인쇄회로기판은 전도성의 금속재질로 형성되고 방열 돌기를 구비하는 금속기판과; 상기 금속기판의 표면상에 굴곡을 따라 고르게 형성되는 금속산화물층과; 상기 금속기판의 상측 부분에 위치하고 상기 금속산화물층 상에 형성되는 절연층과; 상기 절연층의 상부에 구비되고 상측으로 열원소자에 접하도록 형성되는 동박층;을 포함하여 이루어진다.
상기 금속기판과 방열 돌기가 일체로 연결되어 형성된다.
상기 방열 돌기는 열원소자가 실장되는 상기 금속기판의 상부 면에 형성하는 것이 가능하다.
또한, 상기 방열 돌기는 상기 금속기판의 상하면에 각각 형성되도록 구성하는 것도 가능하다. 즉, 상기 방열 돌기는 열원소자가 실장되는 상기 금속기판의 상부 면에 형성되는 제1돌기와, 열원소자로부터 방열되어 열이 방출되는 상기 제1돌기의 반대편인 상기 금속기판의 하부 면에 형성되는 제2돌기를 포함하여 구성하는 것도 가능하다.
상기 금속산화물층은 상기 금속기판의 상면과 함께 상기 방열 돌기의 상면 및 둘레 면을 따라 전체적으로 형성된다.
상기 금속산화물층은 열원소자가 실장되는 상기 금속기판의 상측 표면에만 형성하는 것도 가능하고, 상기 금속산화물층은 열원소자가 실장되는 상기 금속기판의 상측 표면과 함께 방열이 이루어져 열이 방출되는 상기 금속기판의 하측 표면에도 형성하여 구성하는 것도 가능하다.
그리고 본 발명의 방열 인쇄회로기판 제조방법은 전도성의 금속재질이며 판 형상의 금속기판을 준비하는 단계와; 상기 금속기판의 표면상에 소정 깊이까지 가압하여 방열 돌기를 형성하는 단계와; 상기 금속기판의 표면에 일정한 두께로 산화하여 금속산화물층을 형성하는 단계와; 상기 금속기판의 상측 부분에 위치하는 상기 금속산화물층에 절연물질을 채워 절연층을 형성하는 단계와; 상기 절연층에 소정의 회로패턴을 갖는 동박층을 접착하여 형성하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
상기 방열 돌기를 형성하는 단계는 상기 방열 돌기를 형성토록 회전작동하는 상부롤러와 하부롤러 사이로 상기 금속기판을 통과시켜 압연가공하는 것도 가능하고, 상기 방열 돌기를 형성하는 단계는 상기 방열 돌기를 형성토록 상부프레스와 하부프레스의 금형 사이에 상기 금속기판을 위치하고, 상기 금속기판을 향해 힘을 가하여 압축가공하는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 방열 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 의하면, 열원소자에 근접하게 위치하도록 금속기판에 아노다이징 처리된 방열 돌기를 형성하므로, 열원소자로부터 발생하는 열을 방출함에 있어 간섭을 최소화하고 방열 돌기에 의한 열전달이 원활하게 이루어져 열 방출의 효율성을 높일 수 있는 효과를 얻는다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 방열 인쇄회로기판 및 그 제조방법은 금속기판에 압연 및 압축 가공하여 금속기판과 방열 돌기를 일체로 구성하므로 돌출된 방열 돌기의 표면적에 의해 전반적인 접착구조의 구성으로부터 접착강도를 증진시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 방열 인쇄회로기판 및 그 제조방법은 금속기판으로부터 방열 돌기가 열원소자에 최대한 근접하도록 연장하여 위치하므로 열이 전도될 수 있는 통로를 이루어 열 방출의 효율성을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 방열 인쇄회로기판 및 그 제조방법은 금속기판의 상면과 하면에 모두 방열 돌기가 돌출된 구조를 구성하므로 방열 돌기에 의한 표면적이 증대되어 금속기판을 거쳐 외부환경으로의 열 방출에 대한 효율성을 더욱 증진시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 금속기판을 향해 압연가공하거나 압축가공하여 방열 돌기가 일률적으로 생성토록 가공함에 따라 제품의 생산성을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 금속기판과 열원소자의 사이를 절연층에 의해 확실히 구분토록 구성하므로 열 방출의 효율을 높이면서도 절연 기능이 원활하게 이뤄져 전자부품의 수명을 최대화할 수 있는 효과가 있다.
도 1의 (a),(b)는 각각 종래의 인쇄회로기판을 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 방열 인쇄회로기판의 일실시예를 나타낸 저면사시도.
도 3은 본 발명에 따른 방열 인쇄회로기판의 일실시예를 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 방열 인쇄회로기판의 사용상태를 나타내는 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 방열 인쇄회로기판 제조방법의 일실시예를 나타내는 블록 순서도.
도 6은 본 발명에 따른 방열 인쇄회로기판 제조방법의 일실시예를 나타내는 공정 순서도.
도 7은 본 발명에 따른 방열 인쇄회로기판 제조방법의 제1실시예를 나타내는 부분단면도.
도 8은 본 발명에 따른 방열 인쇄회로기판 제조방법의 제1실시예를 나타내는 블록 순서도.
도 9는 본 발명에 따른 방열 인쇄회로기판 제조방법의 제2실시예를 나타내는 부분단면도.
도 10은 본 발명에 따른 방열 인쇄회로기판 제조방법의 제2실시예를 나타내는 블록 순서도.
도 11은 방열 인쇄회로기판에 있어서 아노다이징 처리 전후의 제품에 대한 방열효과를 비교분석한 그래프.
본 발명은 전도성의 금속재질로 형성되고 방열 돌기를 구비하는 금속기판과; 상기 금속기판의 표면상에 굴곡을 따라 고르게 형성되는 금속산화물층과; 상기 금속기판의 상측 부분에 위치하고 상기 금속산화물층 상에 형성되는 절연층과; 상기 절연층의 상부에 구비되고 상측으로 열원소자에 접하도록 형성되는 동박층;을 포함하는 방열 인쇄회로기판을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 상기 금속기판과 방열 돌기가 일체로 연결되어 형성되는 방열 인쇄회로기판을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 상기 방열 돌기는 열원소자가 실장되는 상기 금속기판의 상부 면에 형성되는 방열 인쇄회로기판을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 상기 방열 돌기는 상기 금속기판의 상하면에 각각 형성됨을 포함하고, 상기 방열 돌기는 열원소자가 실장되는 상기 금속기판의 상부 면에 형성되는 제1돌기와, 열원소자로부터 방열되어 열이 방출되는 상기 제1돌기의 반대편인 상기 금속기판의 하부 면에 형성되는 제2돌기를 포함하는 방열 인쇄회로기판을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 상기 금속산화물층은 상기 금속기판의 상면과 함께 상기 방열 돌기의 상면 및 둘레 면을 따라 전체적으로 형성되는 방열 인쇄회로기판을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 상기 금속산화물층은 상기 방열 돌기의 상면이 상기 금속기판의 상면 및 상기 방열 돌기의 둘레 면보다 상대적으로 두껍게 형성되는 방열 인쇄회로기판을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 전도성의 금속재질이며 판 형상의 금속기판을 준비하는 단계와; 상기 금속기판의 표면상에 소정 깊이까지 가압하여 방열 돌기를 형성하는 단계와; 상기 금속기판의 표면에 일정한 두께로 산화하여 금속산화물층을 형성하는 단계와; 상기 금속기판의 상측 부분에 위치하는 상기 금속산화물층에 절연물질을 채워 절연층을 형성하는 단계와; 상기 절연층에 소정의 회로패턴을 갖는 동박층을 접착하여 형성하는 단계;를 포함하는 방열 인쇄회로기판 제조방법을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 상기 방열 돌기를 형성하는 단계는 상기 방열 돌기를 형성토록 회전작동하는 상부롤러와 하부롤러 사이로 상기 금속기판을 통과시켜 압연가공하는 방열 인쇄회로기판 제조방법을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 상기 방열 돌기를 형성하는 단계는 상기 방열 돌기를 형성토록 상부프레스와 하부프레스의 금형 사이에 상기 금속기판을 위치하고, 상기 금속기판을 향해 힘을 가하여 압축가공하는 방열 인쇄회로기판 제조방법을 기술구성의 특징으로 한다.
다음으로 본 발명에 따른 방열 인쇄회로기판 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 발명의 실시예들은 해당 기술분야에서 보통의 지식을 가진 자가 본 발명을 이해할 수 있도록 설명하기 위해서 제공되는 것이고, 도면에서 나타내는 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 예시적으로 나타내는 것이다.
먼저, 본 발명에 따른 방열 인쇄회로기판의 일실시예는 도 2 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 금속기판(10)과, 금속산화물층(20)과, 절연층(30)과, 동박층(40)을 포함하여 이루어진다.
상기 금속기판(10)은 열에 대해 우수한 전도성을 갖는 금속재질로 형성된다. 예를 들면, 상기 금속기판(10)의 재질로 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 타이타늄(Ti) 등이 사용가능하다. 바람직하게는 전도성을 비롯한 경량성 및 가공성에서 두루 우수한 성질을 갖는 알루미늄으로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 금속기판(10)은 우수한 열 방출 성능을 유지하면서, 충분한 강도와 얇은 두께로 형성한다. 예를 들면, 상기 금속기판(10)은 0.1~5㎜ 정도의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 금속기판(10)에는 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 소정의 높이를 갖는 복수의 방열 돌기(15)를 구비하여 형성된다.
상기 방열 돌기(15)는 기둥 형상으로 이루어지고, 상기 금속기판(10)의 길이 및 폭 방향을 따라 등간격으로 배치되며, 열원소자(S)로부터 발생하는 열을 하측으로 전달시켜 흘려보내도록 보다 직접적인 열전달 통로로서의 역할을 수행한다.
상기 방열 돌기(15)는 원형 단면의 원기둥 형상으로 형성하는 것도 가능하고, 사각형 단면의 핀 기둥 형상으로 형성하는 것도 가능하다.
상기 방열 돌기(15)의 둘레 크기는 모두 동일하게 형성하는 것도 가능하고, 상이한 둘레 크기를 갖는 상기 방열 돌기(15)를 구비하도록 형성하는 것도 가능하다.
상기 방열 돌기(15)는 상기 금속기판(10)과 일체로 연결된 구조로 형성된다. 즉, 상기 방열 돌기(15)는 상기 금속기판(10)으로부터 하나의 금속체를 이루는 것으로서, 상기 방열 돌기(15)는 상기 금속기판(10)과 동일한 금속재질로 형성된다.
상기 방열 돌기(15)는 열원소자(S)가 실장되는 상기 금속기판(10)의 상부 면에만 형성하여 구성하는 것이 가능하다. 즉, 상기 금속기판(10)의 하부 면은 평탄한 면을 형성하되 열이 발생하는 열원소자(S)에 인접한 위치로 상기 방열 돌기(15)를 배치하여 원활한 열 전달이 이뤄지도록 한다.
또한, 상기 방열 돌기(15)는 상기 금속기판(10)의 상면과 함께 하면에도 각각 동일하게 상기 방열 돌기(15)를 형성하는 것도 가능하다.
상기 방열 돌기(15)는 열원소자(S)가 실장되는 상기 금속기판(10)의 상부 면에 형성되는 제1돌기(15a)와, 열원소자(S)로부터 방열되어 열이 방출되는 상기 제1돌기(15a)의 반대편인 상기 금속기판(10)의 하부 면에 형성되는 제2돌기(15b)를 포함하여 이루어진다.
바람직하게는 상기 방열 돌기(15)를 상기 금속기판(10)의 상하면에 형성하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 방열 돌기(15)를 상기 금속기판(10)의 상하면에 형성하게 되면, 더욱 많은 상기 방열 돌기(15)로부터 열이 전달되는 표면적이 증대하여 외부환경으로의 열 방출 효율을 높이는 것이 가능하다.
상기 금속산화물층(20)은 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 금속기판(10)의 표면상에 상기 방열 돌기(15)의 형상에 의한 굴곡을 따라 고르게 형성된다.
상기 금속산화물층(20)은 상기 금속기판(10)을 표면 처리하되 양극 산화처리 즉, 아노다이징(anodizing) 등의 방법을 적용하여 형성하는 것이 가능하다.
상기에서 금속기판(10)의 재질로 알루미늄을 사용하게 되면, 상기 금속산화물층(20)으로는 알루미늄산화물층이 양극 산화를 통하여 형성된다.
상기 금속산화물층(20)은 상기 금속기판(10)의 상면과 함께 상기 방열 돌기(15)의 상면 및 둘레 면을 따라 전체적으로 형성된다.
상기 금속산화물층(20)은 상기 방열 돌기(15)의 상면이 상기 금속기판(10)의 상면 및 상기 방열 돌기(15)의 둘레 면보다 상대적으로 두껍게 형성된다. 즉, 상기 금속산화물층(20)은 상기 금속기판(10) 및 방열 돌기(15) 상에 전체적으로 형성하되 열원소자(S)에 가장 근접하게 위치하는 상기 방열 돌기(15)의 상면을 가장 두껍게 형성하고, 다음으로 상기 금속기판(10)의 상면에 이어 상기 방열 돌기(15)의 둘레 면 순으로 두께를 차등하게 형성한다.
상기 금속산화물층(20)은 열원소자(S)가 실장되는 상기 금속기판(10)의 상측 표면에만 형성하는 것이 가능하다.
또한, 상기 금속산화물층(20)은 열원소자(S)가 실장되는 상기 금속기판(10)의 상측 표면과 함께 방열이 이루어져 열이 방출되는 상기 금속기판(10)의 하측 표면에도 형성하는 것이 가능하다.
바람직하게는 상기 금속기판(10)의 상측 및 하측 표면에 상기 금속산화물층(20)을 형성하여 열 방출 효율을 높이는 것이 바람직하다.
상기 절연층(30)은 도 3에 나타낸 바와 같이, 열원소자(S)가 위치하는 방향인 상기 금속기판(10)의 상측 부분에 위치하는 것으로, 상기 금속산화물층(20) 상에 형성된다.
상기 절연층(30)은 열원소자(S)로부터 절연하는 동시에 상기 금속기판(10)과 상기 동박층(40)을 접착시키는 역할을 한다.
상기 절연층(30)은 전기가 통하지 않는 부도체인 절연물질을 사용하여 형성한다.
상기 절연층(30)의 절연물질은 절연재질인 에폭시수지로 형성한다. 또한, 상기 절연층(30)은 실리콘이나 세라믹 등의 재질을 이용하여 형성하는 것도 가능하다.
상기 절연층(30)은 절연물질인 에폭시수지 내에 세라믹분말이 혼재하여 구성된다.
상기 절연층(30)의 세라믹 분말은 산화알루미늄(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 이산화규소(SiO2), 산화마그네슘(MgO), 산화아연(ZnO), 질화붕소(BN) 중 선택적으로 재료를 결합하여 형성한다.
상기 동박층(40)은 상기 절연층(30)의 상부에 구비되고 다양한 패터닝 공정을 통해 소정의 회로패턴이 형성된다.
상기 동박층(40)에는 상측으로 열원소자(S)가 접하여 실장가능하도록 형성된다.
상기 동박층(40)에 실장되는 열원소자(S) 즉, 전자부품으로는 광소자, 반도체 칩, 수동소자, PA, LNA, 위상천이기(phase shifter), 오실레이터 등이 설치가능하다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 방열 인쇄회로기판은 도 4에 나타낸 바와 같이, 열원소자(S)로부터 발생하는 열은 하측으로 흘러 금속기판(10)을 거쳐 통과하면서 외부로 방출한다. 즉, 열원소자(S)에서 발생하는 열은 동박층(40) 및 절연층(30), 금속산화물층(20)을 열전도성의 성질에 따라 순서대로 거친 후 금속기판(10)을 향해 전달되는데, 이때 금속기판(10)의 방열 돌기(15)가 열원소자(S)를 향해 최대 근접한 거리까지 돌출된 상태로 위치하여 열원소자(S)로부터 발생하는 열을 외부로 신속하게 방출토록 작용한다.
다음으로 본 발명에 따른 방열 인쇄회로기판 제조방법의 일실시예를 도 5 내지 도 10을 참조하여 설명한다.
먼저, 본 발명의 방열 인쇄회로기판은 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 금속기판(10)을 준비하는 단계(S10)와, 방열 돌기(15)를 형성하는 단계(S20)와, 금속산화물층(20)을 형성하는 단계(S30)와, 절연층(30)을 형성하는 단계(S40)와, 동박층(40)을 형성하는 단계(S50)를 포함하여 이루어진다.
상기 금속기판(10)을 준비하는 단계(S10)는 전도성의 금속재질로 형성되고 직육면체를 이루는 판 형상의 금속기판(10)을 준비한다.
상기에서 금속기판(10)의 재질로는 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 타이타늄(Ti) 등이 사용가능하다.
상기 방열 돌기(15)를 형성하는 단계(S20)에서는 상기에서 준비된 금속기판(10)의 표면상에는 소정 깊이까지 가압하여 복수의 방열 돌기(15)를 형성한다.
상기 방열 돌기(15)는 상기 금속기판(10)의 상부 표면만을 가공하여 상면에만 형성하는 것도 가능하고, 상기 금속기판(10)의 상부 표면과 함께 하부 표면을 가공하여 양면으로 형성하는 것도 가능하다.
상기 방열 돌기(15)는 상기 금속기판(10)의 표면상에 일정한 간격을 두고 균일하게 배치되도록 가공한다.
상기 방열 돌기를 형성하는 단계(S20)는 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 방열 돌기(15)를 형성토록 회전작동하는 상부롤러(61)와 하부롤러(63) 사이로 상기 금속기판(10)을 통과시켜 압연가공하는 것이 가능하다.
상기에서 방열 돌기(15)를 형성하는 압연가공(S20)은 상온에서 압연하는 것으로 냉간 압연(cold roll)을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다.
상기 상부롤러(61)와 하부롤러(63)는 일정한 간격 즉, 상기 방열 돌기(15)를 제외한 상기 금속기판(10)의 두께에 상응하는 간격을 두고 설치되고, 동일한 속도로 회전작동하며, 상기 금속기판(10)을 향해 서로 대응되는 방향으로 회전하므로 상기 금속기판(10)의 인발을 도모한다.
상기 상부롤러(61)와 하부롤러(63)에는 상기 금속기판(10)에 방열 돌기(15)의 높이와 대응하는 깊이를 갖는 홈이 형성된다.
상기에서 방열 돌기(15)를 생성토록 압연가공한 다음에는 도 8에서처럼 상기 금속기판(10)을 일정한 크기로 절단하는 단계(S21)를 포함하여 이루어진다. 즉, 상기 절단하는 단계(S21)에서는 상기 금속기판(10)이 상기 상부롤러(61)와 하부롤러(63)를 통해 상기 방열 돌기(15)를 형성하면서 계속해서 이동되는 상기 금속기판(10)을 일정한 길이로 자른다.
그리고, 상기 방열 돌기를 형성하는 단계(S20)는 도 9에 나타낸 바와 같이, 상기 방열 돌기(15)를 형성토록 상부프레스(71)와 하부프레스(73)의 금형 사이에 상기 금속기판(10)을 위치하고, 상기 금속기판(10)을 향해 상하로 힘을 가하여 압축가공하는 것도 가능하다.
상기에서 방열 돌기(15)를 형성하도록 압축가공(S20)함에는 정밀프레스를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다.
상기 상부프레스(71)와 하부프레스(73)에는 상기 금속기판(10)에 상기 방열 돌기(15)의 높이와 대응하는 깊이를 갖는 홈이 형성된다.
상기와 같이 압축가공하여 상기 방열 돌기(15)를 형성(S20)함에는 도 10에서처럼 상기 방열 돌기(15)를 생성토록 압축가공한 후 상기 금속기판(10) 및 상기 방열 돌기(15)의 가장자리 부분에 생기는 버르(burr)를 제거하고 상기 금속기판(10)을 고르게 세척한다(S22).
상기에서 버르를 제거함에는 전압을 사용하여 고전류 밀도의 전해액을 통과시키므로 가장자리에 전류가 집중되어 녹임에 따라 버르를 제거하는 전해 버르 제거 가공(electrolytic flash cutting)을 사용하는 것도 가능하고, 그 외에도 다양한 방법을 통해 버르를 제거하는 것이 가능하다.
상기 금속기판(10)의 버르를 제거하고 세척한 다음에는 가열 또는 냉각시켜 열처리한다(S23).
상기 방열 돌기(15)를 형성한 다음에는 도 8 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 가공과정에서 상기 금속기판(10)에 부착되어 있는 오염물질을 제거하도록 탈지 및 수세를 수행한다(S25).
상기 금속산화물층(20)을 형성하는 단계(S30)에서는 상기 방열 돌기(15)를 형성한 후 탈지 및 수세 과정(S25)을 거쳐 깨끗이 세척된 상기 금속기판(10)의 표면에 일정한 두께로 산화하여 금속산화물층(20)을 형성한다.
상기 금속산화물층(20)은 상기 금속기판(10)의 표면상에 상기 방열 돌기(15)를 포함하여 고르게 형성된다.
상기 금속산화물층(20)은 양극 산화처리인 아노다이징 등의 방법을 적용하여 형성하는 것이 가능하다.
상기에서 금속기판(10)의 재질로 알루미늄을 사용하게 되면, 상기 금속산화물층(20)으로는 알루미늄산화물층이 양극 산화를 통하여 형성된다.
상기 금속산화물층(20)을 형성함에는 상기 금속기판(10)의 상면과 함께 상기 방열 돌기(15)의 상면 및 둘레 면을 따라 전체적으로 고르게 형성한다. 이때, 상기 방열 돌기(15)의 상면을 중심적으로 양극 산화하여 상기 금속기판(10)의 상면 및 상기 방열 돌기(15)의 둘레 면보다 상대적으로 두껍게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 금속산화물층(20)은 열원소자(S)가 실장되는 상기 금속기판(10)의 상측 표면과 함께 방열이 이루어져 열이 방출되는 상기 금속기판(10)의 하측 표면에도 형성하는 것이 가능하다.
상기 금속산화물층(20)을 열원소자(S)가 실장되는 상기 금속기판(10)의 상측 표면에만 형성하는 것도 가능하다. 상기 금속기판(10)의 상면에만 상기 금속산화물층(20)을 형성하는 경우에는, 하면 쪽에서는 산화가 이루어지지 않도록 산화방지 마스킹 패턴을 형성하거나, 다른 기기나 기구를 이용하여 보호하는 것이 바람직하다.
상기 금속산화물층(20)을 형성한 다음에는 표면을 물로 깨끗이 수세하여 세척한다(S31).
상기 금속산화물층(20)을 수세하여 세척한 후에는 물기를 제거하여 건조한다(S32).
상기 절연층(30)을 형성하는 단계(S40)는 상기 금속기판(10)의 상측 부분에 위치하는 상기 금속산화물층(20)에 절연물질을 채워 형성한다.
상기 절연층(30)을 형성하도록 절연물질을 채우는 경우에는 충분한 절연이 이루어질 수 있는 두께로 설정하여 형성하는 것이 바람직하다.
상기에서 절연물질로는 전기가 통하지 않는 부도체인 에폭시수지나 실리콘, 산화물, 세라믹 등이 사용 가능하다.
상기 동박층(40)을 형성하는 단계(S50)는 상기 절연층(30)에 소정의 회로패턴을 갖는 동박층(40)을 형성한다.
상기 동박층(40)은 상기 절연층(30)의 접착성을 이용해 접착시킨다.
상기 동박층(40)의 상측에는 열원소자(S)를 전기적으로 연결하도록 실장한다.
이하에서는 금속기판에 아노다이징을 미처리한 코팅 전의 방열 인쇄회로기판의 제품과 아노다이징 처리한 코팅 후의 방열 인쇄회로기판의 제품에 따른 온도변화(방열특성)를 각각 측정하였다.
열원소자로부터 발생하는 상승 유지 온도를 100℃로 하고, 온도 유지 시간을 90분까지 설정하여 동일한 조건하에 측정하였으며, 이는 아노다이징 코팅 전의 금속기판만을 적용한 기존 인쇄회로기판의 경우와 아노다이징 코팅 후의 금속기판이 적용된 본 발명에 해당하는 인쇄회로기판을 비교분석한 후 측정된 데이터를 하기 표 1과 도 11에 각각 나타내었으며, 이를 참조로 살펴보면 다음과 같다.
측정 시간
(min)		 기판 및 코팅 재료 비교
(분위기온도)
AlMg Plate(코팅전) Anodizing(코팅후)
60 102.491℃ 90.475℃ 25.946℃
70 103.079℃ 90.309℃ 25.997℃
80 103.566℃ 90.174℃ 26.178℃
90 104.062℃ 90.137℃ 26.406℃
상기 표 1을 참조하면, 상기 금속기판을 아노다이징 처리하여 코팅한 인쇄회로기판이 코팅 전의 인쇄회로기판보다 11~13℃ 정도가 낮아 열을 방출하는 효율 즉, 방열특성이 열복사기능에 의해 10%정도 개선되어 방열효과가 증진되었음을 나타내었다.
따라서, 본 발명의 제조방법을 통하여 제작된 방열 인쇄회로기판의 경우에는 아노다이징 처리는 물론 방열 돌기를 생성하기 때문에 전반적인 표면적이 증가함으로써, 방열특성이 더욱 향상됨을 알 수 있다.
즉, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 방열 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 의하면, 열원소자에 근접하게 위치하도록 금속기판에 아노다이징 처리된 방열 돌기를 형성하므로, 열원소자로부터 발생하는 열을 방출함에 있어 간섭을 최소화하고 방열 돌기에 의한 열전달이 원활하게 이루어져 열 방출의 효율성을 높이는 것이 가능하다.
뿐만 아니라, 본 발명은 금속기판에 압연 및 압축 가공하여 금속기판과 방열 돌기를 일체로 구성하므로 돌출된 방열 돌기의 표면적에 의해 전반적인 접착구조의 구성으로부터 접착강도를 증진시키는 것이 가능하다.
또한, 본 발명은 금속기판으로부터 방열 돌기가 열원소자에 최대한 근접하도록 연장하여 위치하므로 열이 전도될 수 있는 통로를 이루어 열 방출의 효율성을 극대화하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명은 금속기판의 상면과 하면에 모두 방열 돌기가 돌출된 구조를 구성하므로 방열 돌기에 의한 표면적이 증대되어 금속기판을 거쳐 외부환경으로의 열 방출에 대한 효율성을 더욱 증진시키는 것이 가능하다.
또한, 본 발명은 금속기판을 향해 압연가공하거나 압축가공하여 방열 돌기가 일률적으로 생성토록 가공함에 따라 제품의 생산성을 높이는 것이 가능하다.
또한, 본 발명은 금속기판과 열원소자의 사이를 절연층에 의해 확실히 구분토록 구성하므로 열 방출의 효율을 높이면서도 절연 기능이 원활하게 이뤄져 전자부품의 수명을 최대화하는 것이 가능하다.
상기에서는 본 발명에 따른 방열 인쇄회로기판 및 그 제조방법의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
10 : 금속기판 15 : 방열 돌기
15a : 제1돌기 15b : 제2돌기
20 : 금속산화물층 30 : 절연층
40 : 동박층 61 : 상부롤러
63 : 하부롤러 71 : 상부프레스
73 : 하부프레스 S : 열원소자

Claims (16)

  1. 전도성의 금속재질로 형성되고 방열 돌기를 구비하는 금속기판과;
    상기 금속기판의 표면상에 형성되는 금속산화물층과;
    상기 금속기판의 상측 부분에 위치하고 상기 금속산화물층 상에 형성되는 절연층과;
    상기 절연층의 상부에 구비되고 상측으로 열원소자에 접하도록 형성되는 동박층;을 포함하여 이루어지되,
    상기 금속산화물층은 상기 금속기판의 표면과 함께 상기 방열 돌기의 상면 및 둘레 면을 따라 전체적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 방열 인쇄회로기판.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속기판과 방열 돌기가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 방열 인쇄회로기판.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 방열 돌기는, 열원소자가 실장되는 상기 금속기판의 상부 표면에 형성되는 제1돌기와, 열원소자로부터 방열되어 열이 방출되는 상기 제1돌기의 반대편인 상기 금속기판의 하부 표면에 형성되는 제2돌기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방열 인쇄회로기판.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속산화물층은, 상기 방열 돌기의 상면이 상기 금속기판의 표면 및 상기 방열 돌기의 둘레 면보다 상대적으로 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 방열 인쇄회로기판.
  7. 삭제
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 금속산화물층은, 열원소자가 실장되는 상기 금속기판의 상부 표면과 함께 방열이 이루어져 열이 방출되는 상기 금속기판의 하부 표면에도 형성되는 것을 특징으로 하는 방열 인쇄회로기판.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연층은, 에폭시수지 재질로 형성되며, 상기 에폭시수지 내에 세라믹 분말이 혼재하여 구성되는 것을 포함하고,
    상기 세라믹 분말은 산화알루미늄, 질화알루미늄, 이산화규소, 산화마그네슘, 산화아연, 질화붕소 중 선택적으로 재료를 결합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 방열 인쇄회로기판.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
KR1020110066607A 2011-07-05 2011-07-05 방열 인쇄회로기판 및 그 제조방법 KR101094815B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110066607A KR101094815B1 (ko) 2011-07-05 2011-07-05 방열 인쇄회로기판 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110066607A KR101094815B1 (ko) 2011-07-05 2011-07-05 방열 인쇄회로기판 및 그 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101094815B1 true KR101094815B1 (ko) 2011-12-16

Family

ID=45506407

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110066607A KR101094815B1 (ko) 2011-07-05 2011-07-05 방열 인쇄회로기판 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101094815B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101157446B1 (ko) 2012-01-04 2012-06-22 문복상 고방열용 메탈 인쇄회로 기판 및 그 제조방법
WO2015056913A1 (ko) * 2013-10-17 2015-04-23 (주)실리콘화일 방열 기능을 갖는 반도체 장치 및 이를 구비하는 전자 기기
KR20170133637A (ko) * 2016-05-26 2017-12-06 현대자동차주식회사 회로 기판

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101157446B1 (ko) 2012-01-04 2012-06-22 문복상 고방열용 메탈 인쇄회로 기판 및 그 제조방법
WO2015056913A1 (ko) * 2013-10-17 2015-04-23 (주)실리콘화일 방열 기능을 갖는 반도체 장치 및 이를 구비하는 전자 기기
KR20170133637A (ko) * 2016-05-26 2017-12-06 현대자동차주식회사 회로 기판
KR101878035B1 (ko) 2016-05-26 2018-08-09 현대자동차주식회사 회로 기판

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102055587B1 (ko) 고전력 반도체용 방열기판, 이를 포함하는 고전력 반도체 모듈, 및 그 제조 방법
CN107078110B (zh) Igbt模组及其制造方法
KR101077378B1 (ko) 방열기판 및 그 제조방법
KR101332032B1 (ko) 방열기판 및 방열기판의 제조방법
JP2011139008A (ja) 熱と電気の伝導経路を分離させたチップオンボード用金属基板構造
KR101400271B1 (ko) 광디바이스 제조 방법 및 이에 의해 제조된 광디바이스
WO2006132147A1 (ja) 発光素子実装用ホーロー基板とその製造方法、発光素子モジュール、照明装置、表示装置及び交通信号機
KR20120055307A (ko) 방열기판 및 그 제조방법
KR20140013612A (ko) 칩 온 메탈 타입 인쇄회로기판 제조방법
KR101094815B1 (ko) 방열 인쇄회로기판 및 그 제조방법
TWI436509B (zh) Ｌｅｄ模組
KR20180010091A (ko) 금속 인쇄 회로 기판 및 그 제조 방법
KR101109359B1 (ko) 방열기판 및 그 제조방법
KR101095100B1 (ko) 방열기판 및 그 제조방법
JP6031642B2 (ja) パワーモジュールとその製造方法
KR101118846B1 (ko) 방열 기판 및 이의 제조 방법
KR20140013611A (ko) 패키지 온 메탈 타입 방열 인쇄회로기판 제조방법
KR101125752B1 (ko) 인쇄 회로 기판 및 그 제조 방법
US20140197434A1 (en) Light emitting diode device and method for manufacturing heat dissipation substrate
CN102365734B (zh) 电子电路的压力支撑
KR20090070397A (ko) 방열회로기판 및 그 제조방법
KR101220118B1 (ko) 방열 인쇄회로 기판 및 그 제조방법
KR101464635B1 (ko) 회로 기판 및 이의 제조 방법
KR101537472B1 (ko) 광원 모듈 및 그 제조방법과 상기 광원 모듈을 포함하는 광원 장치
KR20160123682A (ko) 메탈 인쇄회로기판 및 그 제조 방법, 엘이디 패키지 구조물 및 그 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee