KR101101297B1

KR101101297B1 - 고방열 금속 인쇄회로기판

Info

Publication number: KR101101297B1
Application number: KR1020110019148A
Authority: KR
Inventors: 조현춘
Original assignee: (주)참빛
Priority date: 2011-03-03
Filing date: 2011-03-03
Publication date: 2012-01-05

Abstract

본 발명은 고방열 금속 인쇄회로기판에 관한 것으로, 열을 방열하는 모재판 위에 형성되는 금속층와, 상기 금속층의 일면에 절연재로 이루어져 접합되는 절연층와, 및 상기 절연층의 일면에 형성되는 회로층을 포함한다.

Description

고방열 금속 인쇄회로기판{METAL PRINTED CIRCUIT BOARD FOR HIGH HEAT RADIATION}

본 발명은 LED칩 또는 LED 패키지가 실장되며, LED칩 또는 LED 패키지의 열이 절연층을 통과하지 않고 직접 금속층을 통해 방출될 수 있도록 하는, 고방열 금속 인쇄회로기판에 관한 것이다.

일반적으로 발광다이오드(LED)는 입력 에너지의 80% 이상이 열로 바뀌며 이렇게 발생한 열이 LED 소자의 발광성능 및 수명에 직접적인 영향을 미친다. 이에 따라 LED 칩에서 발생한 열의 방출을 촉진시키기 위한 많은 기술들이 제안되고 있다.

그 일례로 LED 칩을 패키징하는 기판(Packaging substrate) 몸체 내부에 열전도성이 뛰어난 금속소재의 방열슬러거(Heat Sink-slug)를 삽입 설치하고 그 위에 칩을 얹어 놓아 칩에서 발생한 열이 플라스틱 몸체를 통하지 않고 직접 금속을 통해 방열이 촉진되도록 하고 있다.

LED 칩이나 혹은 패키징한 LED 패키지를 시스템에 적용하기 위해서는 인쇄회로기판(PCB)이 필요하다. 방열 기능이 중요한 LED용 인쇄회로기판으로는, 몸체가 금속인 금속인쇄회로기판(Metal PCB)이 주로 사용되고 있다

기존의 금속인쇄회로기판(이하, 기판이라고 함)은 LED소자로부터 방열판(Heat Sink)으로 가는 열방출 경로 상에 열전달율이 상대적으로 매우 낮은 절연층 수지(폴리머)가 존재하기 때문에 열방출때 방열 장애(bottleneck)가 발생된다. 이를 개선하기 위해 절연층에 열전달율이 높은 물질(필러: filler)을 넣어서 개선 하지만 폴리머의 근본적인 한계로 인하여 열전도성이 4~5 W/m-K 이하로 낮게 이루어진다. 이는 기판으로 사용되는 구리(Cu), 알루미늄(Al)의 1/100 정도에 불과하다

이러한 경우 상기 LED칩에서 방열판으로 가는 열방출 경로에 절연층을 제거함으로써 금속을 통해서만 열이 전달되게 하여 방열특성이 개선 되도록 한다.

이의 제조방법은 2가지이다. 알루미늄 모재판을 사용하여 기판을 만든 후 방열경로에 해당하는 절연층을 기계적인 방법으로 정밀하게 제거하거나 혹은 알루미늄 모재판의 한쪽 면을 경면 연마한 후 절연층이 제거된 CCL(copper clad laminate)을 접합한다.

이 두 경우의 공통된 문제점은 절연층을 제거하므로써 노출된 면이 알루미늄이기 때문에 LED chip을 직접 실장하는 COB(chip On Board)형 적용은 가능하나, LED 칩을 패키징한 소자를 실장하는 것은 불가능하다.

COB 때는 칩을 수지형 접착제로 직접 붙이기 때문에 모든 재료에 가능하지만 패키징한 소자를 실장할 때는 솔더링(soldering)을 해야 하는데 알루미늄은 솔더와 접합성이 없기 때문이다. 첫 번째 방법으로 기판을 만드는 경우 필요한 모든 부위를 정밀하게 기계적으로 가공해 제거해야 하므로 원가가 너무 높고 또한 가공된 면을 연마하는 것이 불가능하므로 광반사율이 너무 낮아 광효율이 심각하게 저하된다.

두 번째 방법으로 만드는 경우 광반사율 향상을 위해 알루미늄을 경면으로 가공하기 때문에, CCL(copper clad laminate)과의 접착력이 약해 장기적인 신뢰성에 심각한 문제가 있다.

본 발명의 목적은, 모재판의 표면에 도금 또는 증착을 통해 미리 표면처리를 해 솔더링 및 다른 재질층의 형성이 가능하도록 하며, 열전도성이 금속에 비해 매우 낮은 절연층 수지를 부분적으로 제거하여 소자에서 발생되는 열의 방열 효율을 증가시킬 수 있는, 고방열 금속 인쇄회로기판을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 고방열 금속 인쇄회로기판은, 열을 방열하는 모재판 위에 형성되는 금속층; 상기 금속층의 일면에 절연재로 이루어져 접합되는 절연층; 및 상기 절연층의 일면에 형성되는 회로층;을 특징으로 한다.

상기 절연층이 형성되지 않은 상기 금속층의 일면에는 코팅층이 더 형성된다.

상기 코팅층 위에 형성되며, 빛을 반사하는 제1 반사층; 및 상기 회로층의 일면에 형성되는 제2 반사층;을 더 포함한다.

상기 절연층이 형성되지 않은 상기 금속층의 일면에 형성되며, 빛을 반사하는 제1 반사층; 및 상기 회로층의 일면에 형성되는 제2 반사층;을 더 포함한다.

상기 금속층과 상기 모재판 간에는 Ti, Cr, Al 중 어느 하나 또는 Ti합금, Cr합금, Al합금 중 어느 하나로 이루어지는 접합강화층이 더 형성된다.

상기 금속층과 회로층의 일면에는 LED 패키지가 솔더(solder)를 통해 접합 된다.

한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 고방열 금속 인쇄회로기판은, 모재판의 위에 접합되며, 절연재로 이루어져 방열을 위해 일부가 제거되는 개구부가 형성되는 절연층; 상기 모재판 일면의 상기 개구부에 형성되는 금속층; 상기 절연층의 위에 형성되는 회로층;을 특징으로 한다.

상기 금속층 위에는 코팅층이 더 형성된다.

또한, 본 발명의 제3 실시예에 따른 고방열 LED 모듈은, 열을 방열하는 모재판 위에 형성되는 금속층; 상기 금속층의 일면에 절연재로 이루어져 접합되는 절연층; 상기 절연층의 일면에 형성되는 회로층; 상기 회로층의 외측 일면에 형성되는 솔더 마스크층; 및 상기 금속층과 회로층의 일면에는 솔더를 통해 접합되는 LED 패키지;를 특징으로 한다.

그리고, 본 발명의 제4 실시예에 따른 고방열 LED 모듈은, 열을 방열하는 모재판 위에 형성되는 금속층; 상기 금속층의 일면에 절연재로 이루어져 접합되는 절연층; 상기 절연층의 일면에 형성되는 회로층; 상기 회로층의 외측 일면에 형성되는 솔더 마스크층; 상기 금속층과 상기 회로층의 일면에 형성되는 반사층; 및 상기 반사층의 일면에 실장되는 LED칩;을 특징으로 한다.

상기와 같이 본 발명에 의하면, 모재판에서 열방출이 필요한 부위의 절연층이 제거되어 LED칩에서 발생하는 열이 금속을 통해서만 전달되므로 열을 효과적으로 방출할 수 있는 이점이 있다.

이를 통해 LED칩의 수명을 연장할 수 있으며 필요한 경우 단위 LED칩당 인가전류를 기존 보다 증가시켜 사용하는 것이 가능하기 때문에 시스템의 밝기를 증가시키거나 사용하는 LED칩의 숫자를 줄여 전체 소자의 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.

또한, 고가의 정밀기계가공 및 표면연마 공정 없이 기존의 공정을 응용하여 원하는 형태로 절연재를 제거할 수 있어 모재판의 제조원가를 절감하는 이점이 있다.

또한, LED 패키지의 방열슬러거(Heat sink-slug)가 모재판의 금속층에 솔더링을 통해 연결되므로, LED 패키지의 열이 금속층을 통해 모재판으로 쉽게 방출될 수 있는 이점이 있다.

또한, 광반사판 역할을 하는 부위에 광반사율이 높은 은과 같은 금속을 도금하여 반사층을 형성함으로 광반사효율이 높아지며 이로 인해 에너지효율이 증가되는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고방열 금속 인쇄회로기판의 제작 순서도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고방열 금속 인쇄회로기판에 LED칩이 실장된 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고방열 금속 인쇄회로기판에 LED 패키지가 접합된 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고방열 금속 인쇄회로기판과 LED 패키지가 접합되는 코팅층이 두껍게 형성된 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고방열 금속 인쇄회로기판의 절연층 제거부위 벽면에 반사층이 연장 형성된 모습을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고방열 금속 인쇄회로기판의 절연층 제거부위 벽면에 솔더 마스크층 또는 광반사 수지층이 형성된 모습을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고방열 금속 인쇄회로기판의 제작 순서도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고방열 금속 인쇄회로기판에 LED칩이 실장된 모습을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고방열 금속 인쇄회로기판에 LED 패키지가 접합된 모습을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고방열 금속 인쇄회로기판과 LED 패키지가 접합되는 코팅층이 두껍게 형성된 모습을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고방열 금속 인쇄회로기판의 절연층 개구부 벽면에 반사층이 연장 형성된 모습을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고방열 금속 인쇄회로기판의 절연층 개구부 벽면에 솔더 마스크층 또는 광반사 수지층이 형성된 모습을 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고방열 금속 인쇄회로기판은 모재판(1) 위에 형성되는 금속층(10)과, 금속층(10)의 일면에 접합되는 절연층(20)과, 절연층(20)이 일부 제거되어 노출된 금속층(10)에 형성되는 코팅층(35)과, 절연층(20)의 일면에 형성되는 회로층(30)과, 회로층(30)의 외측 일면에 형성되는 솔더 마스크층(40)과, 금속층(10) 또는 코팅층(35)과 회로층(30)의 일면에 형성되는 반사층(50)과, 상기 반사층 일면에 실장되는 LED칩을 포함하여 이루어진다.

상기 모재판(1)은 일면에서 전도되는 열이 방열되도록 Al, Al합금, Fe합금, Mg 또는 Mg합금 재질로 이루어진다.

이러한 상기 모재판(1) 위에는 금속층(10)이 형성되는데, 상기 금속층(10)은 Ni 또는 Cu 또는 Mo재질 등과 같이 솔더링이 가능한 금속재질 중 하나 이상으로 이루어져 모재판(1)에 진공증착 또는 무전해도금을 통해 형성된다.

여기서 상기 진공증착 방법은 통상적으로 사용되는 CVD 또는 PVD방법을 이용한다.

그리고, 상기 무전해도금은 일반적으로 Zincate라고 알려진 공정을 거쳐 외부로부터 전기에너지를 공급받지 않고 피처리물의 표면 위에 금속을 형성시키는 방법이다.

상기 모재판(1)과 금속층(10) 간에는 접합강화층이 더 형성될 수 있다.

이러한 상기 접합강화층은 Ti, Cr, Al 중 어느 하나 또는 Ti합금, Cr합금, Al합금 중 어느 하나로 이루어져 모재판(1)상에 진공증착 또는 무전해도금 방법으로 형성될 수 있다.

상기 절연층(20)은 절연재로 이루어져 일부가 제거된 상태로 금속층(10)의 일면에 접합 된다.

이러한 상기 절연층(20)이 금속층(10)에 접합될 때에는 접착제를 통해 접합될 수 있다.

상기 코팅층(35)은 절연층(20)이 일부 제거되어 노출되는 금속층(10)의 일면에 형성되며, Cu 또는 Ni 또는 Mo로 이루어질 수 있다.

이러한 상기 코팅층(35)은 형성되지 않을 수도 있다.

상기 회로층(30)은 절연층(20)의 일면에 회로 패턴을 가지고 형성되며, 상기 절연층(20)과 함께 원하는 부위가 제거된 상태로 절연층(20)과 함께 금속층(10)에 접합된다.

이로 인해 상기 회로층(30)이 절연층(20)과 동시에 금속층(10) 상에 형성될 수 있다.

상기 금속층(10)과 절연층(20) 및 회로층(30)을 접합할 때에는, 고온 접합조건에서 절연층(20) 혹은 접착제(혹은 접착쉬트)가 흘러 나와 절연층(20)이 제거된 부위에 노출된 금속층(10)이 레진으로 오염되지 않도록 접착제는 충분한 점도를 유지하는 재질을 사용하게 된다.

이러한 상기 접합재질은 일반적으로 사용되는 열가소성 수지를 이용할 수 있다.

상기 금속층(10)과 절연층(20) 및 회로층(30)을 접합할 때 절연층(20)이 접착력이 없는 경우는 추가로 접착제(혹은 접착쉬트)을 사용하고, 상기 절연층(20)이 접착력을 갖는 경우는 그대로 접합한다. 추가로 접착쉬트을 사용하는 경우 절연층(20)과 회로층(30)을 같이 가접(temporary bonding)한 후 절단가공하여 접합한다.

상기 솔더 마스크층(40)은 회로층(30)의 일면 중 외부와 접하는 일부분에만 형성되어 회로층(30)의 일부를 절연하거나 덮게 된다.

이러한 상기 솔더 마스크층(40)은 PSR(Photo Solder Resist), LPI(Liquid Photo Imaging), IR(Infra red), Marking 및 Carbon을 통해 형성될 수 있다.

여기서 상기 PSR은 점도가 150 ~ 300 PSI 인 잉크를 회로기판 전면에 도포하고, 노광공정을 진행한 뒤 현상하여 회로패턴에 인쇄된 잉크를 제거하는 공정이다.

상기 LPI는 방법은 PSR과 동일하나 잉크의 점도가 100 이하인 것을 이용하여 진행하는 공정을 말한다.

상기 IR, Marking 및 Carbon은 모두 노광공정이 없고 제판망을 이용해 회로기판상의 필요 부분에만 도포하여 잉크를 인쇄하는 공정을 말한다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 금속층(10)과 회로층(30)의 일면에는 LED 패키지(5)가 솔더(6)(solder)를 통해 접합될 수 있다.

이러한, 상기 솔더(6)(solder)를 통해 LED 칩이 얹혀 있는 LED 패키지(5)의 방열슬러거(Heat sink slug)가 모재판(1) 상의 금속층(10)에 연결됨으로써 절연층(20)을 통하지 않고 금속층(10)을 통해서 열이 방출된다.

상기 모재판(1)의 일면에 형성되는 금속층(10)은 솔더링이 가능한 재질이므로 LED 패키지(5)가 실장될 수 있다.

그리고, 상기 절연층(20)의 일부 제거된 부위의 벽면에는 LED칩(2)의 측면에서 나오는 빛이 절단된 절연층(20) 또는 회로층(30)에 의해 흡수되는 것을 줄이기 위해 솔더 마스크층(40) 또는 광반사율이 높은 수지로 이루어지는 광반사 수지층 중 어느 하나가 더 형성될 수 있다.

이러한 상기 금속층(10)과 상기 솔더(6) 간에는 코팅층(35)이 형성되어 질 수 있다.

이때, 상기 코팅층(35)은 절연층(20)의 높이 또는 회로층(30)의 높이까지 형성되고, 이러한 상기 코팅층(35)에 솔더(6)를 통해 LED 패키지(5)가 접합될 수 있다.

이러한 이유는 상기 LED 패키지(5)를 실장할 때 LED패키지(5)가 뒤틀리지 않고 고정되기 쉽도록 하기 위해서다.

상기 반사층(50)은 금속층(10)의 일면에 형성되는 제1 반사층(50a)과, 상기 회로층(30)의 일면에 형성되는 제2 반사층(50b)으로 이루어진다.

상기 금속층(10)의 일면에 형성되는 코팅층(35)의 일면에 제1 반사층(50a)이 형성될 수 있다.

상기 제1 반사층(50a)은 금속층(10) 또는 코팅층(35)의 일면에 실장되는 LED칩(2)의 빛을 LED칩(2)의 일면측으로 반사시킨다.

이때, 상기 회로층(30)의 일면에 형성되는 제2 반사층(50b)은 LED칩(2)과 와이어본딩 된다.

이러한 상기 반사층(50)은 상기 반사층은 Ag, Au, Al 중 어느 하나 또는 Ag합금, Au합금, Al합금 중 어느 하나로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 반사층(50)은 상기에 나열된 재질 중 어느 하나로 이루어지되, 금속층(10) 또는 코팅층(35) 일면에 형성되는 제1 반사층(50a)과, 회로층(30)의 일면에 형성되는 제2 반사층(50b)은 서로 다른 재질로 이루어질 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 절연층(20)의 일부 제거된 부위의 벽면에는 제1 반사층(50)이 연장 형성될 수 있다.

상기 절연층(20)의 절연재에 반사율이 높은 재질을 첨가하여 절연재를 형성할 경우 절연층(20)이 일부 제거된 부위의 벽면에는 제1 반사층(50)이 연장 형성되지 않을 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 절연층(20)의 일부 제거된 부위의 벽면에는 솔더 마스크층(40) 또는 광반사 수지로 이루어지는 광반사 수지층 중 어느 하나가 더 형성될 수 있다. 상기 절연층(20)의 절연재에 반사율이 높은 재질을 첨가하여 절연재를 형성할 경우 절연층(20)이 일부 제거된 부위의 벽면에는 솔더마스크층(40) 또는 광반사 수지층이 형성되지 않을 수 있다.

상기 반사층(50) 일면에 LED칩(2)이 실장되면 LED 칩과 회로층(30) 및 솔더 마스크층(40)이 보호되며, 상기 LED칩(2)에서 발광되는 빛을 집광하도록 렌즈 역할을 하는 보호층(3)이 형성될 수 있다.

이러한 상기 보호층(3)은 투명재질의 광학수지 또는 형광체가 포함된 투명재질의 광학수지로 이루어질 수 있다.

상기 보호층(3)의 형성시에 보호층(3)을 이루는 재질이 솔더 마스크층(40)의 외부로 벗어나 흘러내리지 않도록 댐(4)이 솔더 마스크층(40)의 외측 일면에 형성될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 고방열 금속 인쇄회로기판을 형성하는 방법은 다음과 같다.

알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 모재판(1) 위에 진공증착 또는 무전해도금을 통해 금속층(10)을 형성한다.

상기 모재판(1)은 그대로 사용할 수 있고, 표면을 기계적으로 긁어 스크래치를 내거나 화학적인 에칭을 통해 표면을 거칠게 하는 등의 절연층(20)과의 접합력을 높이기 위한 가공처리 할 수 있다.

이러한 상기 모재판(1)과 금속층(10) 간에는 접합강화층이 추가로 형성될 수 있으며, 필요한 경우 진공증착 후 추가도금을 하여 금속층(10)의 두께를 더 두껍게 할 수도 있다.

그리고, 상기 절연층(20)과 회로층(30)은 필요한 일부분을 절단 제거한 뒤 금속층(10)의 일면에 접합된다.

이때 상기 회로층(30)은 회로패턴을 형성하지 않고 절연층(20)에 접합 뒤 회로패턴을 형성할 수 있다. 또는, 상기 회로층(30)은 회로패턴만 형성하고 절연층(20)에 접합할 수도 있다. 또는, 상기 회로층(30)은 회로패턴 형성뿐만 아니라 반사층(50)과 솔더 마스크층(40)까지 형성한 뒤 절연층(20)에 접합할 수도 있다.

물론 이러한 경우에는 접합한 뒤 중복되는 공정을 생략할 수 있다.

그리고, 필요한 경우 금속층(10)의 일면에는 Cu, Ni 또는 Mo 재질의 코팅층(35)을 형성할 수도 있고, 필요하지 않은 경우 형성하지 않을 수도 있다.

상기 코팅층(35)이 형성된 뒤 또는 코팅층(35)이 형성되지 않은 상태라도 회로층(30)의 외측 일면에 솔더 마스크층(40)이 형성될 수 있다.

상기 금속층(10) 또는 코팅층(35)과, 회로층(30)의 일면에는 빛을 일면측으로 반사하는 반사층(50)이 형성된다.

이때, 상기 반사층(50)은 금속측(10) 또는 코팅층(35)의 일면에 형성되는 제1 반사층(50a)과, 회로층(30)의 일면에 형성되는 제2 반사층(50b)으로 이루어진다.

이러한 상기 금속층(10) 또는 코팅층(35)의 일면에 형성된 제1 반사층(50a)은 빛을 일면측으로 반사시키고, 상기 회로층(30)의 일면에 형성된 제2 반사층(50b)은 LED칩(2)이 제1 반사층(50a)에 실장될 경우 LED칩(2)과 와이어본딩 된다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 회로층(30)과 금속층(10) 또는 코팅층(35)의 일면에는 반사층(50)이 형성되지 않을 수 있다.

이로 인해, 상기 금속층(10) 또는 코팅층(35)과, 회로층(30)의 일면에는 LED 패키지(5)가 솔더(6)를 통해 바로 접합될 수 있다.

이러한 상기 솔더(solder)(6)를 통해, LED 칩(2)이 탑재된 LED 패키지(5)의 방열슬러거(Heat sink slug)가 모재판(1)상의 금속층(10) 또는 코팅층(35)과 접합됨으로써 절연층(20)을 통하지 않고 금속층(10) 또는 적층되는 코팅층(35)과 금속층(10)을 통해서 열이 방출되도록 한다.

상기 LED칩(2)의 측면에서 나오는 빛의 반사효율을 높이기 위해 도 4와 같이 상기 제1 반사층(50a)을 연장 형성하거나, 도 5와 같이 상기 개구부의 벽면에 솔더 마스크층 또는 광반사 수지층을 형성하여 절연층(20)과 회로층(30)의 광흡수율을 감소시킬 수 있다.

이때, 상기 절연층(20)의 절연재에 반사율이 높은 재질을 첨가하여 절연재를 형성할 경우 제1 반사층(50a)을 개구부의 벽면까지 연장할 필요도 없고, 또한 상기 개구부의 벽면의 측면에 솔더 마스크층 또는 광반사 수지층을 형성하지 않을 수도 있다.

이러한 상기 금속층(10) 또는 코팅층(35)의 일면에 형성된 제1 반사층(50a)의 일면에는 LED칩(2)이 실장된다.

상기 반사층(50)과 솔더 마스크층(40)의 적어도 일면의 일부를 덮으며 LED칩(2)의 빛이 집광 될 수 있도록 렌즈역할을 하는 투명재질의 보호층(3)이 형성된다.

이러한 상기 보호층(3)이 형성될 때 솔더 마스크층(40)의 외부측으로 흘러내리지 않도록 솔더 마스크층(40)의 외측 일면에 댐(4)이 형성된다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 고방열 금속 인쇄회로기판은 모재판(1)의 일면에 개구부가 형성되어 접합되는 절연층(20)과, 모재판(1) 일면의 개구부에 형성되는 금속층(10)과, 금속층(10) 위에 형성되는 코팅층(35)과, 절연층(20) 위에 형성되는 회로층(30)과, 회로층(30)의 외측 일면에 형성되는 솔더 마스크층(40)과, 금속층(10) 또는 코팅층(35)과 회로층(30)의 일면에 형성되는 반사층(50)을 포함하여 이루어진다.

상기 절연층(20)은 절연재로 이루어져 일부가 제거되어 개구부가 형성된 상태로 모재판(1)의 일면에 접합 된다.

이러한 상기 절연층(20)이 모재판(1)에 접합될 때에는 접착제를 통해 접합될 수 있다.

상기 회로층(30)은 절연층(20)의 일면에 회로 패턴을 가지고 형성되며, 상기 절연층(20)과 함께 원하는 부위가 제거된 상태로 절연층(20)과 함께 모재판(1)에 접합 된다.

이로 인해 상기 절연층(20)의 일면에 회로층(30)이 절연층(20)과 동시에 형성될 수 있다.

상기 모재판(1)과 절연층(20) 및 회로층(30)을 접합할 때에는, 고온 접합조건에서 절연층(20) 혹은 접착제(혹은 접착쉬트)가 흘러나와 절연층(20)이 제거된 부위에 노출된 금속층(10)이 레진으로 오염되지 않도록 접착제는 충분한 점도를 유지하는 재질을 사용하게 된다.

상기 모재판(1)과 절연층(20) 및 회로층(30)을 접합할 때 절연층(20)이 접착력이 없는 경우는 추가로 접착제(혹은 접착쉬트)을 사용하고, 상기 절연층(20)이 접착력을 갖는 경우는 그대로 접합한다. 추가로 접착쉬트을 사용하는 경우 절연층(20)과 회로층(30)을 같이 가접(temporary bonding)한 후 절단가공하여 접합한다.

상기 금속층(10)은 모재판(1) 일면의 개구부에 형성되며, Ni, Cu 및 Mo등과 같이 솔더링이 가능한 재질 중 하나 이상으로 이루어져 모재판(1)에 진공증착을 통해 형성된다.

이러한 상기 접합강화층은 Ti, Cr, Al 중 어느 하나 또는 Ti합금, Cr합금, Al합금 중 어느 하나로 이루어져 모재판(1)상에 진공증착 방법으로 형성될 수 있다.

상기 코팅층(35)은 절연층(20)이 일부 제거되어 노출되는 금속층(10)에 형성되며, Cu 또는 Ni 또는 Mo 재질로 이루어질 수 있다.

이러한 상기 코팅층(35)은 형성되지 않을 수도 있다.

상기 솔더 마스크층(40)은 회로층(30)의 일면 중 외부와 접하는 일부분에만 형성되어 회로층(30)의 일부를 절연하거나 덮개 된다.

여기서 상기 PSR은 점도가 150 ~ 300 PSI 인 잉크를 회로기판 전면에 도포하고, 노광공정 진행한뒤 현상하여 회로패턴에 인쇄된 잉크를 제거하는 공정이다.

상기 IR, Marking 및 Carbon은 모두 노광공정이 없고 제판망을 이용해 회로기판상의 필요부분에만 도포하여 잉크를 인쇄하는 공정을 말한다.

도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 상기 코팅층(35)과 상기 회로층(30)의 일면에는 LED 패키지(5)가 솔더(6)(solder)를 통해 접합될 수 있다.

이때, 상기 코팅층(35)이 형성되지 않은 금속층(10)의 일면에 상기 LED패키지(5)가 직접 솔더를 통해 접합될 수 있다.

이러한, 상기 솔더(6)(solder)를 통해 LED 칩이 얹혀 있는 LED 패키지(5)의 방열슬러거(Heat sink slug)가 모재판(1) 상의 코팅층(35)에 연결됨으로써 절연층(20)을 통하지 않고 금속층(10) 또는 코팅층(35)과 금속층(10)을 통해서 열이 방출된다.

상기 모재판(1)의 일면에 형성되는 금속층(10) 또는 금속층(10)의 일면에 형성된 코팅층(35)은 솔더링이 가능한 재질이므로 LED 패키지(5)가 실장될 수 있다.

그리고, 상기 절연층(20)의 일부 제거된 부위의 벽면에는 LED칩(2)의 측면에서 나오는 빛이 절단된 절연층(20) 또는 회로층(Cu)(30)에 의해 흡수되는 것을 줄이기 위해 솔더 마스크층(40) 또는 광반사율이 높은 수지로 이루어지는 광반사 수지층 중 어느 하나가 더 형성될 수 있다.

이때, 상기 반사층(50)은 금속층(10) 또는 코팅층(35)의 일면에 형성되는 제1 반사층(50a)과, 회로층(30)의 일면에 형성되는 제2 반사층(50b)으로 이루어진다.

상기 반사층(50)은 금속층(10) 또는 코팅층(35)의 일면에 실장되는 LED칩(2)의 빛을 LED칩(2)의 일면측으로 반사시킨다.

이때, 상기 회로층(30)의 일면에 형성되는 반사층(50)은 LED칩(2)과 와이어 본딩 된다.

이러한 상기 반사층(50)은 Ag, Au, Al 중 어느 하나 또는 Ag합금, Au합금, Al합금 중 어느 하나로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 반사층(50)은 상기에 나열된 재질 중 어느 하나로 이루어지되, 코팅층(35) 일면에 형성되는 제1 반사층(50a)과, 회로층(30)의 일면에 형성되는 제2 반사층(50b)은 서로 다른 재질로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 금속층(10)의 일면에 코팅층(35)이 형성되지 않은 상태로 금속층(10)의 일면에 반사층(50)이 형성될 수 있다.

도 11에 도시된 바와 같이, 상기 절연층(20)의 개구부 벽면에는 반사층(50)이 연장 형성될 수 있다.

상기 절연층(20)의 절연재에 반사율이 높은 재질을 첨가하여 절연재를 형성할 경우 절연층(20)이 일부 제거된 부위의 벽면에는 반사층(50)이 연장 형성되지 않을 수 있다.

도 12에 도시된 바와 같이, 상기 절연층(20)의 개구부 벽면에는 솔더 마스크층(40) 또는 광반사 수지로 이루어지는 광반사 수지층 중 어느 하나가 더 형성될 수 있다.

상기 반사층(50) 일면에 LED칩(2)이 실장되면 LED칩(2)과 회로층(30) 및 솔더 마스크층(40)이 보호되며, 상기 LED칩(2)에서 발광되는 빛을 집광하도록 렌즈 역할을 하는 보호층(3)이 형성될 수 있다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예인 고방열 금속 인쇄회로기판을 형성하는 방법은 다음과 같다.

모재판(1)은 그대로 사용하거나 혹은 표면을 기계적으로 긁어 스크래치를 내거나 화학적인 에칭을 통해 표면을 거칠게 하여 절연층(20)과의 접합력을 높이기 위한 가공처리 할 수 있다

이때, 상기 절연층(20)과 회로층(30)은 원하는 부위가 제거된 개구부가 형성되어 모재판(1)에 접합된다.

상기 모재판(1) 일면의 개구부에는 진공증착 또는 무전해도금을 통해 금속층(10)을 형성한다.

이러한 상기 모재판(1)과 금속층(10) 간에는 접합강화층이 추가로 형성될 수 있으며, 필요한 경우 진공증착 또는 무전해도금 후 추가도금을 하여 금속층(10)의 두께를 더 두껍게 할 수도 있다.

상기 금속층(10)의 일면에는 Cu 또는 Ni 또는 Mo 재질의 코팅층(35)을 형성할 수도 있고, 필요하지 않은 경우 하지 않을 수도 있다.

상기 코팅층(35)이 형성된 뒤 또는 코팅층(35)이 형성되지 않은 상태라도 회로층(30)의 외측 일면에 솔더 마스크층(40)이 형성된다.

이때, 상기 금속층(10) 또는 코팅층(35)과, 회로층(30)의 일면에는 LED 패키지(5)가 솔더(6)를 통해 접합될 수 있다.

이러한 솔더(6)(solder)를 통해, LED 칩(2)이 탑재된 LED 패키지(5)의 방열슬러거(Heat sink slug)가 모재판(1)상의 코팅층(35)과 접합됨으로써 절연층(20)을 통하지 않고 코팅층(35)과 금속층(10)을 통해서 열이 방출되도록 한다.

이때, 상기 코팅층(35)이 형성되지 않는 경우 직접 금속층(10)을 통해 모재판(1)으로 열이 방출될 수 있다.

이러한 상기 금속층(10) 또는 코팅층(35)의 일면에 형성된 제1 반사층(50a)은 빛을 일면측으로 반사시키고, 상기 회로층(30)의 일면에 형성된 제2 반사층(50b)은 LED칩(2)이 제1 반사층(50a)에 실장될 경우 LED칩(2)과 본딩된다.

도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 회로층(30)과, 금속층(10) 또는 코팅층(35)의 일면에는 반사층(50)이 형성되지 않을 수 있다.

이로 인해, 상기 금속층(10) 또는 코팅층(35)과, 회로층(30)의 일면에는 LED 패키지(5)가 솔더(6)를 통해 접합될 수 있다.

이러한 솔더(solder)(6)를 통해, LED 칩(2)이 얹혀 있는 LED 패키지(5)의 방열슬러거(Heat sink slug)가 모재판(1)상의 금속층(10) 또는 코팅층(35)과 접합됨으로써 절연층(20)을 통하지 않고 금속층(10) 또는 적층되는 코팅층(35)과 금속층(10)을 통해서 열이 방출되도록 한다.

이때, 상기 코팅층(35)은 절연층(20)의 높이 또는 회로층(30)의 높이까지 형성되고, 이러한 상기 코팅층(35)에 솔더(6)를 통해 LED 패키지(5)가 접합된다.

이러한 이유는 상기 LED 패키지(5)를 실장할때 뒤틀리지 않고 LED 패키지(5)가 고정되기 쉽도록 하기 위해서다.

상기 제1 반사층(50)은 LED칩(2)에서 발광되는 빛이 개구부의 벽면에서 반사되는 반사효율을 높이기 위해 도 11과 같이 제1 반사층(50a)을 연장 형성하거나, 도 12와 같이 상기 개구부의 벽면에 솔더 마스크층(40) 또는 광반사 수지층을 형성하여 절연층(20)과 회로층(30)의 광흡수를 감소시킬 수 있다.

이때, 상기 절연층(20)의 절연재에 반사율이 높은 재질을 첨가하여 절연재를 형성할 경우 반사층(50)을 개구부의 벽면까지 연장할 필요도 없고, 또한 개구부의 벽면에 솔더 마스크층 또는 광반사 수지층을 형성하지 않을 수도 있다.

이러한, 상기 제1 반사층(50)의 일면에는 LED칩(2)이 실장된다.

상기 제1 반사층(50)과 솔더 마스크층(40)의 적어도 일면의 일부를 덮으며 LED칩(2)의 빛이 집광 될 수 있도록 렌즈역할을 하는 보호층(3)이 형성된다.

이러한 상기 보호층(3)이 형성될 때 솔더 마스크층(40)의 외측으로 흘러내리지 않도록 솔더 마스크층(40)의 외측 일면에 댐(4)이 형성된다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 고방열 LED 모듈은 다음과 같다.

열을 외부로 방출하는 모재판(1) 위에 형성되는 금속층(10)과, 금속층(10)의 금속층(10)의 일면에 절연재로 이루어져 접합되는 절연층(20)과, 절연층(20)의 일면에 형성되는 회로층(30)과, 회로층(30)의 외측 일면에 형성되는 솔더 마스크층(40)과, 금속층(10)과 솔더(6) 간에 형성되는 코팅층(35)과, 금속층(10)과 회로층(30)의 일면에는 솔더(6)를 통해 접합되는 LED 패키지(5)를 포함하여 구성된다.

상기 모재판(1)의 일면에 진공증착 또는 무전해도금 방법으로 금속층(10)이 형성된다.

이러한 금속층(10)은 상기 모재판(1)의 일면 전체 또는 일부에만 형성될 수 있다.

상기 금속층(10)의 일면에는 절연층(20)과 회로층(30)이 접합되어 일체화된 상태로 상기 금속층(10)에 접합된다.

상기 회로층(30)의 외측 일면에는 솔더 마스크층(40)이 형성된다.

상기 금속층(10)의 일면에는 Cu 또는 Ni 또는 Mo 재질의 코팅층(35)이 형성된다.

이러한 상기 코팅층(35)은 절연층(20)의 높이 또는 회로층(30)의 높이까지 형성되고, 이러한 상기 코팅층(35)에 솔더(6)를 통해 LED 패키지(5)가 접합된다.

상기 코팅층(35)과 회로층(30)의 일면에 솔더(6)를 통해 LED 패키지(5)의 방열 슬러거가 접합된다.

이때 상기 금속층(10)과 상기 솔더(6) 간에는 코팅층(35)이 형성되지 않고 직접 솔더(6)가 금속층(10)에 접합될 수 있다.

본 발명의 제4 실시예에 따른 고방열 LED 모듈은 다음과 같다.

열을 방열하는 모재판(1)의 일면에 형성되는 금속층(10)과, 금속층(10)의 일면에 절연재로 이루어져 접합되는 절연층(20)과, 절연층(20)의 일면에 형성되는 회로층(30)과, 회로층(30)의 외측 일면에 형성되는 솔더 마스크층(40)과, 금속층(10)과 회로층(30)의 일면에 형성되는 반사층(50)과, 반사층(50)의 일면에 실장되는 LED칩(2)을 포함하여 구성된다.

상기 금속층(10)의 일면에는 절연층(20)과 회로층(30)이 접합되어 일체화되어 상기 금속층(10)에 접합된다.

상기 코팅층과 회로층의 일면에는 반사층(50)이 형성된다.

여기서 상기 반사층(50)은 상기 코팅층(35)의 일면에 형성되는 제1 반사층(50a)과, 상기 회로층(30)의 일면에 형성되는 제2 반사층(50b)으로 구성된다.

이러한 상기 제1 반사층(50a)은 상기 코팅층(35)이 형성되지 않은 상기 금속층(10)의 일면에 직접 형성될 수 있다.

상기 제1 반사층(50a)의 일면에는 LED칩(2)이 실장되고, 상기 솔더 마스크층(40)과 제1 반사층(50a)의 일면에는 LED칩(2)의 적어도 일부를 덮는 보호층(3)이 형성된다.

이러한 상기 보호층(3)은 광학수지 또는 형광체를 포함하는 광학수지로 형성된다.

이와 같이 구성된 본 발명은, 모재판에서 열방출이 필요한 부위의 절연층이 제거되어 LED칩에서 발생하는 열이 금속을 통해서만 전달되므로 열을 효과적으로 방출할 수 있는 이점이 있다.

또한, 광반사판 역할을 하는 부위에 광반사율이 높은 은과 같은 금속을 도금하여 반사층을 형성함으로 광반사효율이 높아지며, 이로 인해 에너지효율이 증가되는 이점이 있다.

상기의 본 발명은 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 비슷한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 모재판 2 : LED칩
3 : 보호층 4 : 댐
5 : LED 패키지 6 : 솔더
10 : 금속층 20 : 절연층
30 : 회로층 35 : 코팅층
40 : 솔더 마스크층 50 : 반사층
50a : 제1 반사층 50b : 제2 반사층

Claims

열을 방열하는 모재판 위에 형성되는 금속층;
상기 금속층의 일면에 절연재로 이루어져 접합되는 절연층; 및
상기 절연층의 일면에 형성되는 회로층;을 포함하며,
상기 금속층의 상기 절연층이 형성되지 않은 일면에 형성되며, 빛을 반사하는 제1 반사층; 및
상기 회로층의 일면에 형성되는 제2 반사층;을 포함하는 고방열 금속 인쇄회로기판.
제 1항에 있어서,
상기 금속층의 상기 절연층이 형성되지 않은 일면과, 상기 제1 반사층 간에는 코팅층이 더 형성되는, 고방열 금속 인쇄회로기판.
제 1항에 있어서,
상기 제1,2 반사층은 Ag, Au, Al 중 어느 하나 또는 Ag합금, Au합금, Al합금 중 어느 하나로 이루어지는, 고방열 금속 인쇄회로기판.
제 1항에 있어서,
상기 절연층의 벽면에는 상기 제1 반사층이 연장 형성되는, 고방열 금속 인쇄회로기판.
제 1항에 있어서,
상기 모재판은 Al, Al합금, Mg 및 Mg합금 중 어느 하나로 이루어지는. 고방열 금속 인쇄회로기판.
제 1항에 있어서,
상기 모재판은 표면에 접합력이 강화되도록 기계적인 스크래치 또는 화학적인 에칭 방법으로 접합면부가 형성되는, 고방열 금속 인쇄회로기판.
제 1항에 있어서,
상기 금속층은 상기 모재판에 진공 증착 또는 무전해도금 처리를 통해 형성되는, 고방열 금속 인쇄회로기판.
제 1항에 있어서,
상기 금속층과 상기 모재판 간에는 Ti, Cr, Al 중 어느 하나 또는 Ti합금, Cr합금, Al합금 중 어느 하나로 이루어지는 접합강화층이 더 형성된, 고방열 금속 인쇄회로기판.
제 1항에 있어서,
상기 절연층의 벽면에는 솔더 마스크층 또는 광반사 수지층 중 어느 하나가 더 형성되는, 고방열 금속 인쇄회로기판.
제 1항에 있어서,
상기 회로층의 외측 일면에는 솔더 마스크층이 더 형성되는, 고방열 금속 인쇄회로기판.
열을 방열하는 모재판 위에 형성되는 금속층;
상기 금속층의 일면에 절연재로 이루어져 접합되는 절연층;
상기 절연층의 일면에 형성되는 회로층; 및
상기 금속층과 회로층의 일면에는 LED 패키지가 솔더(solder)를 통해 접합되는, 고방열 금속 인쇄회로기판.
제 11항에 있어서,
상기 금속층의 상기 절연층이 형성되지 않은 일면에는 코팅층이 더 형성되는, 고방열 금속 인쇄회로기판.
제 11항에 있어서,
상기 모재판은 표면에 접합력이 강화되도록 기계적인 스크래치 또는 화학적인 에칭 방법으로 접합면부가 형성되는, 고방열 금속 인쇄회로 기판.
제 11항에 있어서,
상기 모재판은 Al, Al합금, Mg 및 Mg합금 중 어느 하나로 이루어지는. 고방열 금속 인쇄회로기판.
모재판 위에 접합되며, 절연재로 이루어져 방열을 위해 일부가 제거되는 개구부가 형성되는 절연층;
상기 모재판 일면의 상기 개구부에 형성되는 금속층;
상기 절연층 위에 형성되는 회로층;을 포함하며,
상기 금속층 위에 형성되며, 빛을 반사하는 제1 반사층; 및
상기 회로층의 일면에 형성되는 제2 반사층;을 포함하는, 고방열 금속 인쇄회로기판.
제 15항에 있어서,
상기 금속층과 상기 제1 반사층 간에는 코팅층이 더 형성되는, 고방열 금속 인쇄회로기판.
제 16항에 있어서,
상기 개구부의 벽면에는 상기 코팅층 및 제1 반사층이 순서에 따라 연장 형성되는, 고방열 금속 인쇄회로기판.
제 15항에 있어서,
상기 제1,2 반사층은 Ag, Au, Al 중 어느 하나 또는 Ag합금, Au합금, Al합금 중 어느 하나로 이루어지는, 고방열 금속 인쇄회로기판.
제 15항에 있어서,
상기 모재판은 Al, Al합금, Mg 및 Mg합금 중 어느 하나로 이루어지는. 고방열 금속 인쇄회로기판.
제 15항에 있어서,
상기 모재판은 표면에 접합력이 강화되도록 기계적인 스크래치 또는 화학적인 에칭 방법으로 접합면부가 형성되는, 고방열 금속 인쇄회로기판.
제 15항에 있어서,
상기 금속층은 상기 모재판 일면에 진공 증착 또는 무전해도금 처리를 통해 형성되는, 고방열 금속 인쇄회로기판.
제 15항에 있어서,
상기 개구부의 벽면에는 솔더 마스크층 또는 광반사 수지층 중 어느 하나가 더 형성되는, 고방열 금속 인쇄회로기판.
제 15항에 있어서,
상기 금속층과 상기 모재판 간에는 Ti, Cr, Al 중 어느 하나 또는 Ti합금, Cr합금, Al합금 중 어느 하나로 이루어지는 접합강화층이 더 형성되는, 고방열 금속 인쇄회로기판.
제 15항에 있어서,
상기 회로층의 외측 일면에는 솔더 마스크층이 더 형성되는, 고방열 금속 인쇄회로기판.
모재판 위에 접합되며, 절연재로 이루어져 방열을 위해 일부가 제거되는 개구부가 형성되는 절연층;
상기 모재판 일면의 상기 개구부에 형성되는 금속층;
상기 절연층 위에 형성되는 회로층; 및
상기 금속층과 회로층의 일면에는 솔더를 통해 접합되는 LED 패키지;를 포함하는 고방열 금속 인쇄회로기판.
제 25항에 있어서,
상기 금속층의 상기 절연층이 형성되지 않은 일면에는 코팅층이 더 형성되는, 고방열 금속 인쇄회로기판.
제 25항에 있어서,
상기 모재판은 표면에 접합력이 강화되도록 기계적인 스크래치 또는 화학적인 에칭 방법으로 접합면부가 형성되는, 고방열 금속 인쇄회로 기판.
제 25항에 있어서,
상기 모재판은 Al, Al합금, Mg 및 Mg합금 중 어느 하나로 이루어지는. 고방열 금속 인쇄회로기판.
열을 방열하는 모재판 위에 형성되는 금속층;
상기 금속층의 일면에 절연재로 이루어져 접합되는 절연층;
상기 절연층의 일면에 형성되는 회로층;
상기 회로층의 외측 일면에 형성되는 솔더 마스크층;
상기 금속층과 상기 회로층의 일면에 형성되는 반사층;
상기 반사층의 일면에 실장되는 LED칩; 및
상기 솔더 마스크층, 상기 반사층과 상기 LED칩 중 적어도 일부를 덮는 보호층;을 포함하는, 고방열 LED 모듈.
제 29항에 있어서,
상기 보호층은 광학수지 또는 형광체를 포함하는 광학수지로 형성되는, 고방열 LED 모듈.
제 30항에 있어서,
상기 금속층과 상기 반사층 간에는 코팅층이 더 형성되는, 고방열 LED 모듈.