KR101118846B1

KR101118846B1 - 방열 기판 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR101118846B1
Application number: KR1020100099370A
Authority: KR
Inventors: 박지현; 김태훈; 신상현; 서기호; 허철호; 이영기
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2010-10-12
Filing date: 2010-10-12
Publication date: 2012-03-14
Also published as: US20120085574A1

Abstract

본 발명은 방열 기판 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 비아홀을 갖는 기판; 비아홀을 갖는 기판 전체면에 형성된 양극 산화막층; 양극 산화막층이 도포된 기판상에 형성된 제1 회로 패턴; 비아홀과 연결되어 비아홀 하부에 형성된 제2 회로 패턴;을 포함하여, 방열 기판 제작 시, 기존의 접착층 및 시드 메탈 등을 사용하지 않아도 메탈 애노딕 본딩(Anodic Bonding) 공정을 적용함에 따라, 회로 형성 공정의 단순화 및 방열 기판의 제작을 용이하게 할 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.

Description

방열 기판 및 이의 제조 방법{Heat Radiating Substrate and Method of Manufacturing the same}

본 발명은 방열 기판 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 알루미늄 양극 산화막을 기판 제조 시 적용하여 방열 특성이 향상될 수 있도록 한 방열 기판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

자동차용, 산업용 등의 용도로 사용되는 전자 부품의 비중이 증대되고 있는 추세이다. 더욱이, 다기능 소형화가 경향으로 많은 부품을 작은 면적의 기판에 집적하게 되었다. 이에 따라, 전자 부품의 구동에 따른 발열이 전자 부품의 성능에 영향을 주게 되었다.

상술한 문제로 인해, 기판 제조 분야에서 방열 시스템을 구비하여 전자 부품의 성능 저하를 방지하고자 하는 것이 중요 관심사로 떠올랐다.

도 1에서 도시하는 바와 같이, 기존 알루미늄 다층 기판은 알루미늄 기판(11), 절연층(13), 접착층(15) 및 동박층(17)으로 구성되어 있다. 먼저, 알루미늄 기판에 양극 산화법을 이용하여 절연층을 형성한 뒤 에폭시(Epoxy)나 레진(Resin) 등의 접착제를 이용하여 동박을 접착하는 것이다. 이때, 필요에 따라 양면 통전을 위해 도금이나 코팅 처리를 진행할 수 있다. 기존의 FR 4나 GETEK 기판은 절연성은 뛰어나지만 낮은 열전도성으로 방열 목적으로 사용할 수 없다는 문제점이 제기되었다.

한편, 기판 제작에 있어, 알루미늄 기판 또는 메탈 기판과 회로부의 접착 시, 접착제(Adhesive)를 사용할 경우 방열특성이 저하되는 문제점이 발생하며, 메탈 시드(Metal Seed)를 이용할 경우 제거하는 데 어려움이 따르는 문제점이 발생하였다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 알루미늄 양극 산화막을 적용하여 방열 특성이 향상된 방열 기판 및 이의 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 의한 방열 기판 제조 방법은, a) 기판에 비아홀을 가공하는 단계; b) 상기 비아홀이 형성된 기판의 전체면에 양극 산화막을 형성하는 단계; c) 상기 양극 산화막이 형성된 기판상에 상부 회로 형성을 위한 알루미늄 플레이트(Al Plate)를 양극 접합(Anodic Bonding)에 의해 접합하는 단계; d) 상기 알루미늄 플레이트에 패터닝을 수행하여 제1 회로 패턴을 형성하는 단계; 및 e) 상기 비아홀의 비아 필링(Via filling) 및 상기 비아홀이 형성된 하부에 제2 회로 패턴을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 기판은, 알루미늄 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 a) 단계에서, 상기 비아홀은 드릴(Drill) 가공, 펀칭(Punching) 가공을 비롯한 기계적인 가공방법이나, 습식(Wet Etching) 가공을 비롯한 화학적 가공 방법을 적용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 a) 단계에서, 상기 비아홀은 적어도 두 개 이상인 것이 바람직하다.

또한, 상기 b) 단계에서, 상기 양극 산화막은 아노다이징(Anodizing) 공법을 통해 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 양극 산화막은, Al₂O₃로 이루어진 것이 바람직하다.

또한, 상기 c) 단계에서, 상기 양극 접합은, 압력은 500mbar 내지 4000mbar이고, 전압은 500V 내지 1500V이며, 온도는 550도 이하의 조건으로 수행하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 e) 단계에서, 상기 비아 필링 및 제2 회로 패턴은 메탈 페이스트(Metal Paste) 또는 전도성 페이스트로 이루어진 것이 바람직하다.

다른 본 발명의 방열 기판은, 비아홀을 갖는 기판; 상기 비아홀을 갖는 기판 전체면에 아노다이징(Anodizing) 공법을 통해 형성된 양극 산화막층; 상기 양극 산화막층이 형성된 기판상에 형성된 제1 회로 패턴; 상기 비아홀과 연결되어 비아홀 하부에 형성된 제2 회로 패턴;을 포함하고, 상기 제1 회로 패턴은 양극 접합(Anodic Bonding)을 통해 상기 양극 산화막층이 형성된 기판과 접합될 수 있다.

또한, 비아홀은, 적어도 두 개 이상인 것이 바람직하다.

또한, 상기 비아홀은, 메탈 페이스트 또는 전도성 페이스트로 채워진 것이 바람직하다.

본 발명의 방열 기판 및 이의 제조 방법은, 방열 기판 제작 시, 기존의 접착층 및 시드 메탈 등을 사용하지 않아도 메탈 애노딕 본딩(Anodic Bonding) 공정을 적용함에 따라, 회로 형성 공정의 단순화 및 방열 기판의 제작을 용이하게 할 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 종래의 알루미늄 단층 기판의 단면도,
도 2는 본 발명에 의한 방열 기판의 구성을 나타내는 단면도,
도 3 내지 도 7은 본 발명에 의한 방열 기판 제조 방법을 공정 순서에 따라 도시한 단면도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.

도 2는 본 발명에 의한 방열 기판의 구성을 나타내는 단면도이다.

도시하는 바와 같이, 도 2에서 도시하는 바와 같이, 방열 기판(100)은 기판(110), 양극 산화막층(150), 제1 회로 패턴(170) 및 제2 회로 패턴(190)을 포함할 수 있다.

보다 상세히 설명하면, 기판(110)은 비아홀(130)을 갖도록 형성될 수 있다.

여기에서, 비아홀(130)은 드릴(Drill) 가공, 펀칭(Punching) 가공을 비롯한 기계적인 가공방법이나, 습식(Wet Etching) 가공을 비롯한 화학적 가공 방법을 모두 적용할 수 있다.

또한, 비아홀(130)은 적어도 두 개 이상일 수 있다.

또한, 비아홀(130)은 도 2와 같이, 메탈 페이스트 또는 전도성 페이스트로 채워질 수 있다.

양극 산화막층(150)은 비아홀(130)을 갖는 기판(110) 전체면에 형성될 수 있다.

도 2에서 도시하는 바와 같이, 양극 산화막층(150)은 기판(110)의 상하부 및 측면 뿐만 아니라 비아홀(130)이 형성된 영역까지 형성될 수 있다.

제1 회로 패턴(170)은 양극 산화막층(150)이 형성된 기판상에 아노다이징(Anodizing) 공법을 통해 형성될 수 있다.

또한, 제1 회로 패턴(170)은 양극 접합(Anodic Bonding)을 통해 양극 산화막층이 형성된 기판과 접합될 수 있다.

이때, 기판(110)에 아노다이징 공법을 통해 양극 산화막층(150)을 형성한 절연층(양극 산화막층이 형성된 기판)과 알루미늄 또는 메탈 기판 사이에 양극 접합을 수행함에 따라, 종래의 기판과 회로층을 접착하기 위해 적용된 접착제(Adhesive) 또는 메탈 시드(Metal Seed)로 인한 방열 특성 저하 문제를 해결할 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.

제2 회로 패턴(190)은 비아홀(130)과 연결되어 비아홀(130) 하부에 형성될 수 있다.

도 2에서 도시하는 바와 같이, 제2 회로 패턴(190)은 비아홀(130)에 채워진 메탈 페이스트 또는 전도성 페이스트와 연결되어 비아홀(130) 하부에 배치되는 형태로 형성될 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 방열 기판 제조 방법을 공정 순서에 따라 도시한 단면도 도 3 내지 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.

먼저, 도 3 및 도 4에서 도시하는 바와 같이, 기판(110)에 비아홀(130)을 가공할 수 있다.

여기에서, 기판(110)은 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다.

또한, 비아홀(130)은 드릴(Drill) 가공, 펀칭(Punching) 가공을 비롯한 기계적인 가공방법이나, 습식(Wet Etching) 가공을 비롯한 화학적 가공 방법을 적용할 수 있다.

또한, 비아홀은 적어도 두 개 이상일 수 있다.

도 5에서 도시하는 바와 같이, 비아홀(130)이 형성된 기판(110)의 전체면에 양극 산화막(150)을 형성할 수 있다.

여기에서, 양극 산화막(150)은 아노다이징(Anodizing) 공법을 통해 형성할 수 있다. 또한, 양극 산화막의 재질은 Al₂O₃로 이루어질 수 있다.

한편, 양극 산화막 형성 이전에 양극 산화처리를 위한 표면처리를 수행할 수 있다. 상기 표면처리는 산계열 및 알칼리 계열 모두 가능하다.

또한, 도 6에서 도시하는 바와 같이, 양극 산화막(150)이 형성된 기판상에 상부 회로 형성을 위한 알루미늄 플레이트(Al Plate)(170)를 양극 접합(Anodic Bonding)에 의해 접합할 수 있다.

여기에서, 양극 접합은 압력이 500mbar 내지 4000mbar이고, 전압이 500V 내지 1500V이며, 온도가 550도 이하의 조건으로 수행할 수 있다. 또한, 운용자의 필요에 따라 프리본딩(Pre-bonding) 공정 진행 이후에 메인본딩(Main bonding) 공정을 진행할 수 있다.

한편, 기판(110)에 아노다이징 공법을 통해 양극 산화막(150)을 형성한 절연층과 알루미늄 또는 메탈 기판 사이의 양극 접합을 수행함에 따라, 방열 특성이 저하되지 않는다는 효과를 기대할 수 있다.

도 7에서 도시하는 바와 같이, 알루미늄 플레이트(170)에 패터닝을 수행하여 제1 회로 패턴(171)을 형성할 수 있다.

한편, 운용자의 필요에 따라 도 6 공정과 도 7 공정의 순서가 변경되어, 제1 회로 패턴을 우선적으로 형성하고, 양극 접합 공정을 수행할 수도 있다.

비아홀(130)의 비아 필링(Via filling) 및 비아홀(130)이 형성된 하부에 제2 회로 패턴(190)을 형성할 수 있다.

여기에서, 비아 필링 및 하부 패턴은 메탈 페이스트(Metal Paste) 또는 전도성 페이스트로 이루어질 수 있다.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.

그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : 방열 기판 110 : 기판
130 : 비아홀 150 : 양극 산화막층
170 : 제1 회로 패턴 190 : 제2 회로 패턴

Claims

a) 기판에 비아홀을 가공하는 단계;
b) 상기 비아홀이 형성된 기판의 전체면에 양극 산화막을 형성하는 단계;
c) 상기 양극 산화막이 형성된 기판상에 상부 회로 형성을 위한 알루미늄 플레이트(Al Plate)를 양극 접합(Anodic Bonding)에 의해 접합하는 단계;
d) 상기 알루미늄 플레이트에 패터닝을 수행하여 제1 회로 패턴을 형성하는 단계; 및
e) 상기 비아홀의 비아 필링(Via filling) 및 상기 비아홀이 형성된 하부에 제2 회로 패턴을 형성하는 단계;
를 포함하는 방열 기판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 기판은, 알루미늄 재질로 이루어진 방열 기판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 a) 단계에서,
상기 비아홀은 드릴(Drill) 가공, 펀칭(Punching) 가공을 비롯한 기계적인 가공방법이나, 습식(Wet Etching) 가공을 비롯한 화학적 가공 방법을 적용하는 방열 기판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 a) 단계에서,
상기 비아홀은 적어도 두 개 이상인 방열 기판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 b) 단계에서,
상기 양극 산화막은 아노다이징(Anodizing) 공법을 통해 형성하는 방열 기판 제조 방법.
제5항에 있어서,
상기 양극 산화막은, Al₂O₃로 이루어진 방열기판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 c) 단계에서,
상기 양극 접합은,
압력은 500mbar 내지 4000mbar이고, 전압은 500V 내지 1500V이며, 온도는 550도 이하의 조건으로 수행하는 방열 기판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 e) 단계에서,
상기 비아 필링 및 제2 회로 패턴은 메탈 페이스트(Metal Paste) 또는 전도성 페이스트로 이루어진 방열 기판 제조 방법.
비아홀을 갖는 기판;
상기 비아홀을 갖는 기판 전체면에 아노다이징(Anodizing) 공법을 통해 형성된 양극 산화막층;
상기 양극 산화막층이 형성된 기판상에 형성된 제1 회로 패턴;
상기 비아홀과 연결되어 비아홀 하부에 형성된 제2 회로 패턴;을 포함하고,
상기 제1 회로 패턴은 양극 접합(Anodic Bonding)을 통해 상기 양극 산화막층이 형성된 기판과 접합되는 방열 기판.
제9항에 있어서,
상기 비아홀은, 적어도 두 개 이상인 방열 기판.
제9항에 있어서,
상기 비아홀은, 메탈 페이스트 또는 전도성 페이스트로 채워진 방열 기판.