KR101134794B1 - 방열회로기판 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실시예는 발열 소자를 실장하는 방열회로기판에 있어서, 상기 발열 소자를 부착하는 솔더가 형성되는 금속 돌기를 포함하는 금속 플레이트, 상기 금속 돌기를 노출하며 상기 금속 플레이트 위에 형성되어 있으며, 고형 성분에 절연 수지가 함침되어 있는 절연층, 그리고 상기 절연층 위에 형성되어 있는 회로 패턴을 포함하며, 상기 절연층은 상기 금속 돌기를 둘러싸며 상기 수지만으로 형성되어 있는 제1 영역을 포함한다. 따라서, 방열 돌기의 표면이 하부의 절연층으로 덮이지 않도록 하부의 절연층 크기를 제어함으로써 상기 방열 돌기가 발열 소자의 실장 패드로서 기능할 수 있으며, 솔더와의 접착 면적을 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 효율이 향상된 방열회로기판 및 그의 제조 방법을 제공한다.
실시예는 발열 소자를 실장하는 방열회로기판에 있어서, 상기 발열 소자를 부착하는 솔더가 형성되는 금속 돌기를 포함하는 금속 플레이트, 상기 금속 돌기를 노출하며 상기 금속 플레이트 위에 형성되어 있으며, 고형 성분에 절연 수지가 함침되어 있는 절연층, 그리고 상기 절연층 위에 형성되어 있는 회로 패턴을 포함하며, 상기 절연층은 상기 금속 돌기를 둘러싸며 상기 수지만으로 형성되어 있는 제1 영역을 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 고형 성분에 수지가 함침된 프리프레그를 형성하는 단계, 그리고 상기 프리프레그를 열압착하여 상기 금속 돌기를 둘러싸는 수지만으로 형성되는 제1 영역을 포함하는 절연층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 실장 패드 하부에 방열 돌기를 포함하는 금속 플레이트를 사용함으로써 발열 소자로부터 방출되는 열을 금속 플레이트에 직접 전달하여 열방출 효율이 높아진다. 또한, 방열 돌기의 표면이 하부의 절연층으로 덮이지 않도록 하부의 절연층 크기를 제어함으로써 상기 방열 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 8은 도 2의 방열회로기판을 제조하기 위한 제1 방법을 나타내는 단면도이다.
도 9 내지 도 14는 도 2의 방열회로기판을 제조하기 위한 제2 방법을 나타내는 단면도이다.
도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 방열회로기판의 단면도이다.
도 16a는 본 발명에 대한 대조군의 구성도이고, 도 16b는 대조군의 사진이며, 도16c는 도 2의 본 발명의 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 절연성 수지 기판을 이용한 회로 기판에 있어서 방열 구조를 포함하는 회로 기판을 제공한다.
이하에서는 도 2 내지 도 8을 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 제1 절연층(20) 및 제2 절연층(30)이 상기 금속 돌기(11)를 개방하며 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)에 상기 수지를 함침시켜 형성하는 프리프레그를 경화하여 형성할 수 있다.
이때, 제1 절연층(20)은 상기 금속 돌기(11)로부터 근접한 영역(Δd)에 상기 금속 돌기(11)를 둘러싸며 상기 고형 성분(21)을 포함하지 않고, 상기 수지만으로 형성되어 있는 수지 영역(22)이 형성되어 있다.
도 2와 같이, 상기 제1 절연층(20)은 상기 금속 돌기(11)를 둘러싸며 제1폭(d1)보다 큰 제2폭(d2)을 갖도록 상기 수지만으로 형성된 수지 영역(22)을 포함하며, 상기 수지 영역(22) 이외의 영역에는 고형 성분(21)과 수지가 함께 형성되어 있다.
상기 제1 절연층(20) 위에 형성되어 있는 제2 절연층(30)은 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 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, 제1 절연층(20) 중 상기 금속 돌기(11)를 둘러싸는 영역에 상기 고형 성분(21)이 형성되지 않는 수지 영역(22)을 형성함으로써 상기 제1 절연층(20) 위에 상기 제2 절연층(30) 및 동박층의 열접착 시 상기 제1 절연층(20)의 수지가 상기 금속 돌기(11)의 측면을 타고 흘러 상기 금속 돌기(11)의 노출되는 상면을 덮는 현상을 방지될 수 있다.
이하에서는 도 3 내지 도 14를 참고하여 도 2의 방열회로기판을 제조하는 방법을 설명한다.
도 3 내지 도 8은 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 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 등에 에폭시계 수지 등의 수지가 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.
이때, 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 경화되어 수지로만 형성되는 도 2의 수지 영역(22)을 이룬다.
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 금속 돌기(11)의 폭과 동일한 제1폭(d1)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 개구부가 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 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 열압착은 상기 프리프레그가 경화되어 상기 제1 절연층(20)을 형성함으로써 이루어진다. 열압착 시 압력에 의해 프리프레그로부터 수지가 상기 금속 돌기(11)를 향하여 흐름으로써 상기 이격 거리(Δd)가 상기 수지만으로 채워진다.
상기 이격 거리(Δd)가 상기 수지만으로 채워진 상태로 경화됨으로써 제1 절연층(20)에 상기 금속 돌기(11)를 둘러싸는 수지 영역(22)이 형성되며, 수지 영역 (22) 이외의 제1 절연층(20)은 수지와 고형 성분(21)이 혼합되어 경화되어 있다.
다음으로 도 8과 같이 동박층(45)을 식각하여 소정의 회로 패턴(40)을 형성하며, 상기 회로 패턴(40)은 은 또는 알루미늄 등으로 도금될 수 있다.
도 8과 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 접착층인 제1 절연층(20)을 상기 금속 돌기(11)보다 큰 개구부(20a)를 갖도록 형성한 뒤 CCL과 열압착시킴으로써 제1 절연층(20)의 프리프레그가 압착에 의해 상기 금속 돌기(11)의 상면을 덮지 않도록 형성할 수 있다.
따라서, 금속 돌기(11)의 상면이 절연 수지로 덮이지 않고 소정의 면적을 유지하며 절연층(20, 30)에 의해 노출되어 발열 소자(60) 실장 패드로서 기능할 수 있으며, 열을 수용하는 면적이 확보됨으로써 방열 효율이 높아진다.
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 높일 수 있다.
한편, 도 2의 방열회로기판은 도 3 내지 도 8과 다른 방법으로도 형성할 수 잇다.
이하에서는 도 9 내지 도 14를 참고하여 도 2의 방열회로기판을 제조하는 다른 방법을 설명한다.
먼저, 도 9와 같이 금속 원판(10a)을 준비하고, 상기 원판(10a)에 도 10과 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 11과 같이 상기 금속 플레이트(10) 위에 제1 절연층(20)을 형성한다.
상기 제1 절연층(20)은 강화유리, 글라스유리 또는 필러 등에 에폭시계 수지 등의 수지가 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.
이때, 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 경화되어 수지로만 형성되는 도 2의 수지 영역(22)을 이룬다.
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 12와 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 12의 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 12의 회로 패턴(40) 및 제2 절연층(30)의 적층 구조는 소정의 개구부(30a)를 갖도록 형성된다.
즉, 제2 절연층(30)은 상기 금속 돌기(11)의 폭과 동일한 제1폭(d1)을 갖도록 형성된 절연 개구부(30a)를 포함하며, 상기 동박층은 상기 절연 개구부(30a)와 정렬하는 영역의 동박층이 제거된다.
상기 개구부(30a)의 형성은 물리적인 가공에 의해 수행될 수 있으며, 드릴 가공 또는 레이저 가공에 의해 형성될 수 있다.
다음으로, 도 13과 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 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 열압착은 상기 프리프레그가 경화되어 상기 제1 절연층(20)을 형성함으로써 이루어진다. 열압착 시 압력에 의해 프리프레그로부터 수지가 상기 금속 돌기(11)를 향하여 흐름으로써 상기 이격 거리(Δd)가 상기 수지만으로 채워진다.
상기 이격 거리(Δd)가 상기 수지만으로 채워진 상태로 경화됨으로써 제1 절연층(20)에 상기 금속 돌기(11)를 둘러싸는 수지 영역(22)이 형성되며, 수지 영역 (22) 이외의 제1 절연층(20)은 수지와 고형 성분(21)이 혼합되어 경화되어 있다.
다음으로 도 14와 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 14와 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 15를 참고하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 방열회로 기판을 설명한다.
도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 방열회로기판의 단면도이다.
도 15를 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 형성되어 있다.
상기 절연층(20, 30)은 제1 절연층(20) 및 제2 절연층(30)이 상기 금속 돌기(11)를 개방하며 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)에 상기 수지를 함침시켜 형성하는 프리프레그를 경화하여 형성할 수 있다.
이때, 제1 절연층(20)은 상기 금속 돌기(11)로부터 근접한 영역에 상기 금속 돌기(11)를 둘러싸며 상기 고형 성분(21)을 포함하지 않고, 상기 수지만으로 형성되어 있는 수지 영역(Δd)이 형성되어 있다.
도 2와 같이, 상기 제1 절연층(20)은 상기 금속 돌기(11)를 둘러싸며 제1폭(d1)보다 큰 제2폭(d2)을 갖도록 상기 수지만으로 형성된 수지 영역(22)을 포함하며, 상기 수지 영역(22) 이외의 영역에는 고형 성분(21)과 수지가 함께 형성되어 있다.
상기 제1 절연층(20) 위에 형성되어 있는 제2 절연층(30)은 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 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, 제1 절연층(20) 중 상기 금속 돌기(11)를 둘러싸는 영역에 상기 고형 성분(21)이 형성되지 않는 수지 영역(22)을 형성함으로써 상기 제1 절연층(20) 위에 상기 제2 절연층(30) 및 동박층의 열접착 시 상기 제1 절연층(20)의 수지가 상기 금속 돌기(11)의 측면을 타고 흘러 상기 금속 돌기(11)의 노출되는 상면을 덮는 현상을 방지될 수 있다. 또한, 금속 돌기(11) 위에 도금층을 형성하여 솔더(50)와의 접착성을 확보할 수 있다.
도 15에서 도시하는 방열회로기판(200) 또한 도 3 내지 도 14에서 설명하는 방법에 의해 제조될 수 있음은 자명하다.
이하에서는 본 발명에 따른 방열회로기판의 효과에 대하여 도 16a 내지 도 16c를 참고하여 설명한다.
도 16a은 본 발명의 대조군의 구성도이고, 도 16b은 대조군의 상태를 나타내는 사진이고, 도 16c는 본 발명에 따른 도 2의 방열회로기판의 실험군의 상태를 나타내는 사진이다.
도 16a의 대조군의 방열회로기판(300)은 도 2와 같이 금속 돌기(11)가 형성되어 있는 알루미늄 플레이트(210), 제1 및 제2 절연층(220, 230), 상기 제2 절연층(230) 위에 회로 패턴(240)을 포함하며, 상기 금속 돌기(211) 위에 솔더(도시하지 않음)를 형성할 수 있도록 상면이 개방되어 있다.
도 16b는 도 16a의 방열회로기판(300)의 상면을 촬영한 사진으로서, 제1 절연층(220)과 제2 절연층(230)을 열압착하면, 금속 돌기(11) 위로 상기 제1 절연층(220)의 수지가 상기 금속 돌기(211)를 타고 흘러 상기 금속 돌기(211)의 상면을 덮음으로써 금속 돌기(211)의 노출 면적을 줄인다.
반면, 본 발명의 도 2의 방열회로기판(100)과 같이 제1 절연층(20)을 도포 하는 경우, 상기 금속 돌기(11)의 폭보다 넓은 개구부(20a)를 갖도록 형성하는 경우, 제1 절연층(20)과 제2 절연층(30)의 열 압착 후에도 상기 금속 돌기(11)의 상면으로 흐르는 수지가 발견되지 않아 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
방열 돌기 11
발열 소자 60
절연층 20, 30

Claims (8)

  1. 발열 소자를 실장하는 방열회로기판에 있어서,
    상기 발열 소자를 부착하는 솔더가 형성되는 금속 돌기를 포함하는 금속 플레이트,
    상기 금속 돌기를 노출하며 상기 금속 플레이트 위에 형성되어 있으며, 고형 성분에 절연 수지가 함침되어 있는 절연층, 그리고
    상기 절연층 위에 형성되어 있는 회로 패턴을 포함하며,
    상기 절연층은 상기 금속 돌기를 둘러싸며 상기 수지만으로 형성되어 있는 수지 영역을 포함하는 방열회로기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연층은
    상기 금속 플레이트 위에 형성되어 있는 제1 절연층, 그리고
    상기 제1 절연층 위에 형성되어 있는 제2 절연층을 포함하는 방열회로기판.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수지 영역은 상기 제1 절연층에 형성되어 있는 방열회로기판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고형 성분은 강화 섬유, 글라스 섬유 또는 필러를 포함하는 방열회로기판.
  5. 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 성분에 수지가 함침된 프리프레그를 형성하는 단계, 그리고
    상기 프리프레그를 열압착하여 상기 금속 돌기를 둘러싸는 수지만으로 형성되는 수지 영역을 포함하는 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 방열회로기판의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 절연층을 형성하는 단계는,
    제1 절연막 위에 동박층이 형성되어 있는 적층 구조를 준비하는 단계,
    상기 제1 절연막에 상기 금속 돌기와 동일한 폭을 가지는 제2 개구부를 형성하는 단계, 그리고
    상기 제1 절연막을 상기 프리프레그 위에 정렬하고 열압착하여 상기 수지 영역을 가지며 상기 프리프레그가 경화된 제2 절연막을 형성하는 단계를 포함하는 방열회로기판의 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 방열회로기판의 제조 방법은,
    상기 절연층 위에 형성되어 있는 동박층을 패터닝하여 회로 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는 방열회로기판의 제조 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 고형 성분은 강화 섬유, 글라스 섬유 또는 필러를 포함하는 방열회로기판의 제조 방법.
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