KR101096626B1 - 방열회로기판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방열회로기판에 관한 것으로서, 본 발명의 목적은 상부에 도전성 회로패턴층이 형성된 절연층과 상기 절연층을 관통하는 발열소자 실장패드 삽입부 및 실장패드를 포함하는 금속플레이트로 이루어지며, 상기 금속플레이트에 전기신호 단락부를 형성한다. 특히 상기 전기신호 단락부는 비어있는 형태이거나 절연체 또는 유전체를 채워넣는 형태로 형성될 수 있으며, 이로 인해 금속 플레이트 간 전기적인 통전(通電)으로 인한 작동오류를 해결할 수 있도록 하는 방열회로기판을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 방열회로기판의 금속플레이트에 전기신호 단락부를 형성하여, 하부에 전극을 가진 회로 패키지의 장착시에 통전(通電)으로 인한 오작동 문제를 제거하여 방열성능을 향상하고 우수한 방열회로기판을 제공하는 효과가 있다.

방열회로기판, 전기신호 단락부

Description

방열회로기판 및 그 제조방법{Radiant heat circuit board and Method for manufacturing of radiant heat circuit board}

본 발명은 방열성능향상을 하기 위해 패키지 중심부가 전기적으로 노출된 방열회로기판에 있어, 상기 패키지 중심부, 즉 발열소자 실장패드가 삽입되는 부분 실장패드와 금속기판 사이의 통전(通電)으로 인한 구동불량 현상을 해소하기 위하여 상기 금속기판에 전기신호 단락부를 형성하여 통전(通電)으로 인한 오작동을 방지하고, 방열성능을 현저하게 향상할 수 있는 방열기판회로를 제공하는 것에 관한 것이다.

일반적으로, 회로기판이란 전기 절연성 기판에 구리와 같은 전도성 재료로 회로 패턴을 형성시킨 것으로 전자부품 관련 발열소자를 탑재하기 직전의 기판을 말한다. 상기와 같은 회로기판은 반도체 소자 및 발광다이오드(LED:light emitting diode) 등과 같은 발열소자를 탑재하게 되는데, 특히, 발광다이오드 등과 같은 소자는 심각한 열을 방출한다. 따라서, 상기와 같이 발열소자가 실장된 회로기판에서 열이 처리되지 못하게 되면, 발열소자가 탑재된 회로기판의 온도를 상승시켜 발열소자의 동작 불능 및 오동작을 야기할 뿐만 아니라 제품의 신뢰성을 저하시키게 되 는데, 상기와 같은 발열문제를 해결하기 위하여 종래에는 여러 가지 방열 구조가 채용되고 있다.

도 1a는 종래의 방열회로기판을 나타낸 단면 구조도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 방열회로기판(1)은 금속 플레이트(2), 절연층(3) 및 도전층(6)이 패턴화되어 형성되는 회로패턴부(5) 및 발열소자 실장부(4)로 구성된다.

상기와 같은 종래의 방열회로기판은 탑재된 발열소자로부터 방출되는 열이 상기 에폭시(Epoxy)계 재질로 형성되는 절연층(3)의 간섭으로 인하여 방열목적으로 사용된 금속 플레이트(2)에 전달되지 못하게 된다. 따라서, 효율적으로 열을 방출할 수 없어서 불량 회로기판이 제조될 뿐만 아니라 발열소자가 오동작 될 위험이 있다. 즉, 상기 회로패턴부(5)와 금속 플레이트(2) 사이를 절연하기 위한 상기 절연층(3)에 의하여 방열 효과가 저해되고 있다. 한편, 상기 절연층(3)의 간섭을 줄이기 위하여 열전도도가 양호한 절연층(3)을 사용하는 방편이 제시되고 있기도 한다. 상기 열전도도가 좋은 절연층의 물질로는 고분자/세라믹 복합물질로 열전도도(약 2W/mk)가 높은 세라믹 물질을 적용하여 절연층의 열확산이 효율적으로 이루어지도록 도와주게 된다. 즉, 에폭시계 고분자와 세라믹 물질을 혼합하여 상기 절연층(3)으로 사용함으로써, 열 전도도를 높이고 있다. 상기 세라믹 물질의 경우 열전도도가 높은 대표적인 물질로 Diamond, AlN(aluminum nitride), BN(boron nitride) 등의 물질이 있다. Diamond의 경우 아주 높은 열전도도를 가지지만, 가격적인 면을 만족시키지 못하는 단점이 있다. 그리고, 상기 AlN이나 BN의 경우 기타 세라믹 소 재에 비하여 높은 열전도도를 가지며 Diamond의 가격보다는 쌀 수 있으나, 여전히 가격이 높다. 따라서 절연체 자체의 가격은 높을 수밖에 없다. 더불어 세라믹은 고온 공정이 필요하므로 단독으로 적용하기 어렵기 때문에 열전도도가 낮은 고분자 소재와의 복합체로 이루어져야 한다. 결과적으로, 고분자/세라믹 복합체로 구성된 절연층의 열전도도를 높이는 데는 한계가 있었다.

이와 같은 한계를 극복하기 위하여, 도 1b에 도시된 바와 같이 금속플레이트(2)에 발열소자가 실장되는 금속패드(4')를 구비하게 함으로써, 상기 발열소자에서 발생하는 열이 절연층의 간섭없이 바로 금속플레이트를 통해 방열시킬 수 있는 방열회로구조를 제시하였다. 즉 발열소자가 실장되는 금속패드를 외부로 개방될수 있는 구조로 형성함과 동시에 금속플레이트와 바로 접촉할 수 있도록 하여 종래의 문제를 극복하였다.

그러나 이와 같은 방열 특성이 우수한 기판구조에서 금속물질(금속패드)를 발열부위하부에 위치함으로써, 금속플레이트로부터 열을 방열시키는 기존의 기술은 발열부위와 금속플레이트 간에 전기적인 통전(通電)이 발생하는 문제가 발생하게 되었다.

특히, 도 1c에 도시된 바와 같이 하부에 전극을 가진 멀티기판(패키지가 여러개 실장되는 기판)에서는 하부에 전극을 가지는 패키지에 적용할 경우 금속플레이트(2)와 실장패드 간에 전기적인 통전이 이루어지는 경우에는, 종래 다양하게 적용되던 멀티기판 등이 적용되는 전압차를 이용한 전자제품에서 특정전극에서 금속기판으로 전류가 흐를 때 전압차가 형성되지 않아 패키지 전체가 구동되지 않는 문 제가 발생하게 되었다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 방열회로기판의 금속플레이트에 전기신호 단락부를 형성하여, 하부에 전극을 가진 회로 패키지의 장착시에 통전(通電)으로 인한 오작동 문제를 제거하여 방열성능을 향상하고 우수한 방열회로기판을 제공하는 데 있다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위해, 상부에 도전성 회로패턴층이 형성된 절연층과 상기 절연층을 관통하는 발열소자 실장패드 삽입부 및 실장패드를 포함하는 금속플레이트로 이루어지며, 상기 금속플레이트에 전기신호 단락부를 형성한다. 특히 상기 전기신호 단락부는 비어있는 형태이거나 절연체 또는 유전체를 채워넣는 형태로 형성될 수 있으며, 이로 인해 금속 플레이트 간 전기적인 통전(通電)으로 인한 작동오류를 해결할 수 있게 한다.

본 발명에 따르면, 방열회로기판의 금속플레이트에 전기신호 단락부를 형성하여, 하부에 전극을 가진 회로 패키지의 장착시에 통전(通電)으로 인한 오작동 문제를 제거하여 방열성능을 향상하고 우수한 방열회로기판을 제공하는 효과가 있다

본 발명은 상부에 도전성 회로패턴층이 형성된 절연층 또는 유전층과 상기 절연층 또는 유전층을 관통하는 발열소자 실장패드 삽입부 및 실장패드를 포함하는 금속플레이트로 이루지며, 상기 금속플레이트에 전기신호 단락부를 포함하여 이루어지는 방열회로기판을 제공하여, 멀티키판(패키지가 여러 개 실장되는 기판)에서 전압차를 이용한 전자제품의 경우 특정전극에 전류가 금속기판으로 흐를 경우 전압차가 형성되지 않아 패키지(PKG)가 구동되지 않는 문제를 해결할 수 있게 한다. 특히상기 실장패드를 포함하는 금속플레이트는 실장패드와 전기적으로 연결된 금속층으로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 발열소자 실장패드 삽입부는 발열소자 실장패드 또는 금속성 물질이 채워지는 것을 특징으로 하는 방열회로기판을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 발열소자 실장패드 삽입부의 내표면에는 도금처리가 이루어지는 것을 특징으로 하는 방열회로기판을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 전기신호 단락부는 비어있는 홀형상인 것을 특징으로 하는 방열회로기판을 제공하여 금속기판으로 통전되는 현상을 막을 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 상기 전기 신호 단락부는 절연체 혹은 유전체로 채워지는 것을 특징으로 하는 방열회로기판을 제공하여, 통전현상을 제거하고 동시에 보다 견고하고 안정적인 구조의 방열회로기판을 제공할 수 있게 한다.

또한, 본 발명은 상기 금속플레이트는 Cu, Al, Ti, Ni, Fe, W, Mg 중 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기 발열소자 실장패드는 Cu, Al, Ti, Ni, Fe, W, Mg 중 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 (1) 두 금속층의 중간층에 절연층 또는 유전체층을 형성한 양면기판을 제작하는 단계; (2) 절연층 상부의 제1금속층에 회로를 패터닝하고 하는 단계; (3) 절연층 하부의 제2금속층에 전기신호단락부를 형성하는 단계; (4) 상기 양면기판의 중심부에 발열소자 실장패드 삽입부를 가공하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방열회로기판의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 (4)단계 이후에, 상기 발열소자 실장패드 삽입부에 금속물질을 채우거나 금속패드를 삽입하는 (5)단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방열기판의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 (4)단계 이후에, 상기 발열소자 실장패드 삽입부의 내표면에는 도금처리하는 (41)단계와 상기 발열소자 실장패드 삽입부에 금속물질을 채우거나 금속패드를 삽입하는 (42)단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방열기판의 제조방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 (3) 절연층 하부의 제2금속층에 전기신호단락부를 형성하는 단계는 상기 전기신호 단락부를 비어있는 형태로 제작하거나, 유전체 또는 절연체로 비어있는 홀을 채워넣어 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 방열기판의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 (2)단계와 (3)단계는 동시에 형성되는 것을 특징으로 하는 방열회로기판의 제조방법을 제공할 수 있도록 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구성과 작용을 구체적으로 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 방열회로기판은 금속플레이트(10)와 절연층(20), 상기 절연층(20) 상부에 형성되는 회로 패턴층(30)으로 형성되며, 상기 절연층을 관통하여 절연층의 상부로 돌출되는 발열소자 실장패드가 형성된다. 상기 발열소자 실장패드의 아래쪽으로는 상기 금속플레이트(10)가 연결되는 구조로 형성되어 있다. 물론 일반적으로 상기 금속플레이트와 발열소자 실장패드를 하나의 물질로 일체로 형성할 수 있지만, 발열소자 실장패드가 삽입될 공간(발열소자 실장패드 삽입부)을 형성한 후 그 공간에 금속물질을 채워 넣거나 또는 금속 패드를 삽입하는 형식으로 구성할 수 있다. 이 경우 실장되는 패드와 상기 금속플레이트는 전기적으로 연결되며, 상기 금속플레이트를 금속층으로 형성할 수도 있다.

또한, 회로패턴층(30)은 상기 발열소자 실장패드에 실장되는 패키지(PKG)와 접속되는 구조로 배치되며, 이 경우 상기 패키지의 하단의 전극 등으로 전기적으로 노출된 부위(G)가 발열소자 실장부와 접촉되어 있다. 이러한 경우에 전기적 통전이 금속플레이트와 발생하게 되는바, 본 발명에서는 금속플레이트에 전기신호전달을 차단할 수 있는 전기신호 단락부(40)을 형성한다. 상기 전기신호 단락부는 적어도 1 이상 형성될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 패키지가 실장되는 발열소자 실장부의 위치의 상하, 좌우에 형성되는 구조로 각각의 패키지 소자의 전기적 통전을 방지하도록 형성될 수 있다.

도 3를 참조하여 상기 방열회로기판의 제조방법을 설명한다.

우선 양면절연기판을 형성한다(S1). 양면절연기판은 상부에 회로패턴을 형성시킬 제1금속층(30)과 하부에 회로기판이 될 금속플레이트로서 제2금속층(10)을 형성하고, 그 사이에 절연층(20)이 형성된 것을 말한다. 상기 절연층은 절연체 또는 유전체로 채워질 수 있다. 상기 제2 금속층은 상기 금속플레이트로서 Cu, Al, Ti, Ni, Fe, W, Mg 중 선택되는 어느 하나가 활용 가능하다.

다음으로, 제1금속층(30)에 회로를 패터닝하고, 제2금속층(10)에 전기신호 단락부(40)를 형성한다(S2). 이러한 상기 전기신호 단락부를 형성하는 과정은 구체적으로 제1금속층과 제2금속층을 동시에 노광, 현상, 에칭을 통해 한번에 제1금속층의 패턴과 제2금속층의 전기신호 단락부를 형성할 수 있다. 또한, 이와는 다른 하나의 방법으로는 제1금속층을 먼저 노광, 현상, 에칭한 후에 제2금속층을 노광, 현상, 에칭을 통해 전기신호 단락부를 형성하는 방법이 고려될 수 있다.

또한, 다음 단계(S3)로 발열소자 실장패드가 형성될 부분인 상기 금속플레이트와 절연층의 중앙부를 가공하여 홀(50)을 형성한다. 그 후 금속 패드를 상기 홀에 마운팅하거나 금속물질을 상기 홀에 채워 넣음으로써 방열회로기판을 완성한다. 이와 같은 발열소자 실장패드가 형성될 금속패드는 Cu, Al, Ti, Ni, Fe, W, Mg 중 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 Cu 패드로 마운팅하는 방법으로 형성할 수 있다.

도 4를 참조하여 상기 방열회로 기판의 다른 제조방법을 설명한다.

본 제조공정은 도 3에서 기술한 제조공정과 유사한 공정이다. 즉 양면 절연기판을 제작하고(T1), 절연층 상부에 회로패턴을 형성하고, 전기신호 단락부를 형성마며(T2), 이후에 발열소자 실장패드가 형성될 부분에 홀을 기계 가공하여 형성하는 단계(T3) 까지는 동일하다. 그러나 이 후 과정으로 상기 홀의 내표면에 도금을 실시한다(T4). 그리고 상기 홀 부분에 그 후 금속 패드를 상기 홀에 마운팅하거나 금속물질을 상기 홀에 채워 넣음으로써 방열회로기판을 완성한다. 상기 T4 과정에서 도금과정은 기본적으로 금속으로 이루어진 실장패드를 삽입하거나, 상술한 바와 같이 금속물질을 채워넣는 경우에, 절연층 또는 유전층과 금속의 실장패드 사이에 공간(또는 air)이 발생할 수 있게 되며, 이러한 경우에는 방전효과가 현저히 떨어지게 되는바, 이를 막기 위해서 시행되는 것이다.

구체적으로 상기 도금의 공정방법으로는 상기 제1,2 금속층과 절연층이 형성된 상태에서 상기 제1 및 제2금속층의 패턴을 형성한후, 홀을 가공하고, 이 홀의 내표면을 도금처리하는 방식으로 수행된다.

이와는 다른 방법으로는 우선, 상기 제1금속층과 2금속층 및 절연층이 형성된 상태에서 홀을 형성하고, 도금을 통해 상기 홀의 내표면에 도금을 실시하며, 이후에 제1금속 및 제2금속의 패터닝을 하는 순서로 형성시킬 수도 있다.

상술한 본발명은 발열소자 실장패드와 하부 회로기판 사이의 통전으로 인한 패키지의 구동 되지 않는 문제를 전기신호 단락부를 상기 하부 회로기판에 형성하여 해결함하고, 방열효과 또한 우수한 방열회로기판을 제공할 수 있는 장점이 있다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 방열회로기판의 구조를 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 전기신호 단락부를 구비한 방열회로기판을 도시한 단면도이다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 방열회로기판의 제조공정을 개략적으로 도시한 공정도이다.

Claims (12)

1. 절연체 또는 유전체로 형성된 절연층;

   상기 절연층 상부에 형성된 도전성 회로패턴층;

   상기 절연층 하부에 형성된 금속플레이트;

   상기 절연층을 관통하는 홀 및 상기 금속플레이트 상면 중 상기 홀에 대응하는 위치에 형성된 홈으로 이루어진 발열소자 실장패드 삽입부;

   상기 발열소자 실장패드 삽입부에 삽입된 금속패드 또는 상기 발열소자 실장패드 삽입부에 충진된 금속물질로 형성되는 발열소자 실장패드;

   상기 금속플레이트를 노광, 현상 및 에칭하여 형성한 적어도 하나 이상의 홀에 절연체 또는 유전체를 충진하여 형성되는 전기신호 단락부;

   를 포함하는 방열회로기판.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 발열소자 실장패드 삽입부의 내표면에는 도금처리가 이루어지는 것을 특징으로 하는 방열회로기판.
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 1 또는 3에 있어서,

   상기 금속플레이트는 Cu, Al, Ti, Ni, Fe, W, Mg 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방열회로기판.
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 발열소자 실장패드는 Cu, Al, Ti, Ni, Fe, W, Mg 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방열회로기판.
8. (1) 제1금속층과 제2금속층의 사이에 절연체 또는 유전체로 이루어진 절연층을 형성한 양면기판을 제작하는 단계;

   (2) 상기 절연층 상부의 제1금속층을 패터닝하여 회로패턴을 형성하는 단계;

   (3) 상기 절연층 하부의 제2금속층을 노광, 현상 및 에칭하여 적어도 하나 이상의 홀을 형성하고, 상기 홀에 유전체 또는 절연체를 충진하여 전기신호단락부를 형성하는 단계;

   (4) 상기 양면기판의 중심부에 발열소자 실장패드 삽입부를 형성하는 단계;

   (5) 상기 발열소자 실장패드 삽입부에 금속물질을 채우거나 금속패드를 삽입하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방열회로기판의 제조방법.
9. 삭제
10. 청구항 8에 있어서,

    상기 (4)단계와 상기 (5)단계 사이에, 상기 발열소자 실장패드 삽입부의 내표면을 도금처리하는 (41)단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방열기판의 제조방법.
11. 삭제
12. 청구항 8에 있어서,

    상기 (2)단계와 (3)단계는 동시에 형성되는 것을 특징으로 하는 방열회로기판의 제조방법.

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