KR101164414B1 - 절연층 적층을 이용하여 열방출 효과가 우수한 방열 인쇄회로기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

절연층 적층을 이용하여 열방출 효과가 우수한 방열 인쇄회로기판 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열방출 효과가 우수한 방열 인쇄회로기판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 금속기판에 드릴링 공정을 수행하여 비아홀을 형성하는 단계와, 상기 비아홀의 측벽에 양극산화피막처리(Anodizing)를 수행하여 산화절연층을 형성하는 단계와, 상기 금속기판들을 2장이상 적층하여 다층 구조의 인쇄회로기판을 형성하고, 상기 인쇄회로기판의 상부에 LED 모듈을 실장하는 단계를 포함하여, 열방출 인쇄회로 기판의 제조 공정을 단순화 하면서도 방열 효율을 극대화 시킬 수 있도록 하는 발명에 관한 것이다.

Description

절연층 적층을 이용하여 열방출 효과가 우수한 방열 인쇄회로기판 및 그 제조 방법{HEAT SPREADING PRINTED CIRCUIT BOARD WITH INSULATOR AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은 인쇄회로기판 제조 기술에 관한 것으로, 원소재인 금속기판 상에 먼저 비아홀을 임의로 형성한 후 양극산화피막 처리를 수행하고, 각 금속 기판들을 적층함으로써, 제조비용 및 시간을 효율적으로 절감시키면서도 방열 효과를 극대화시킬 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.
최근 LED의 사용이 증가되면서 인쇄회로기판(이하 PCB)의 방열 특성을 극대화하기 위한 노력이 진행중이다.
여기서, 일반적인 LED PCB제품 구조에는 인쇄회로기판 자체를 통하여 열방출이 이루어지도록 하고 있다.
도 1 내지 도 5는 종래 기술의 일 실시예에 따른 방열 인쇄회로기판을 제조하는 방법을 나타낸 단면도들이다.
도 1을 참조하면, FR4(Flame Retardant Composition 4)로 이루어진 기판(10)의 양면에 각각 상부 동박층(20) 및 하부 동박층(30)이 형성된 동박적층기판(40)을 마련한다.
다음으로 도 2를 참조하면, 상부 동박층(20)의 상부에 감광막 패턴(50)을 형성한다.
그 다음으로 도 3을 참조하면, 감광막 패턴(50)을 마스크로 상부 동박층(20)식각 공정을 수행하여 LED 모듈 실장용 패드(60)를 형성하고, 감광막 패턴(50)을 제거 한다.
그 다음으로 도 4를 참조하면, LED 모듈 실장용 패드(60) 상부에 메탈 본더(Metal Bonder, 70)를 형성한다.
이때, 메탈 본더(70)는 일반적으로 고분자 접착 화합물이 사용되고 있는데, 이와 같은 화합물들은 열전달에 취약하므로, 방열 효율이 떨어지는 등의 문제가 발생할 수 있다.
그 다음으로 도 5를 참조하면, LED 칩(90)이 실장된 LED 모듈(80)을 메탈 본더(70) 상부에 접합시킨다.
여기서, LED 칩(90)에서 발생한 열은 LED 모듈(80) 및 메탈본더(70)를 통하여 LED 모듈 실장용 패드(60) 및 FR4 기판(10)으로 전달되어 방출된다. 그러나, 메탈본더(70) 또는 FR4 기판(10)의 열전도 효율이 낮기 때문에, 제조비용 대비 방열 효율 떨어지는 문제가 있다. 따라서, FR4 기판(10) 전체를 금속층으로 사용하는 방법이 대두되었으며, 그 예는 다음과 같다.
도 6 내지 도 10은 종래 기술의 다른 예에 따른 방열 인쇄회로기판을 제조하는 방법을 나타낸 단면도들이다.
도 6을 참조하면, 알루미늄 기판(Al, 15) 상부에 동박층(Cu, 25)을 접합시킨 동박적층기판(45)을 마련한다.
이때, 동박층(25)은 고분자 접착제를 이용하여 접합시키는데, 일반 라미네이트 필름의 경우 보다 제조가 용이하지 못하고, 후속의 인쇄회로기판 제조 공정도 까다로운 문제가 있다.
그러나, LED의 경우 발열이 심하기 때문에 방열을 위해서는 어쩔 수 없이 알루미늄 기판(15)을 사용하여야 하는 문제가 있다.
다음으로 도 7을 참조하면, 동박층(25) 상부에 감광막 패턴(55)을 형성한다.
그 다음으로 도 8을 참조하면, 감광막 패턴(55)을 마스크로 동박층(25)을 식각 하여 LED 모듈 실장용 패드(65)를 형성하고, 감광막 패턴(55)을 제거한다.
그 다음으로 도 9를 참조하면, LED 모듈 실장용 패드(65) 및 알루미늄 기판(15) 상부에 메탈 본더(75)를 형성한다.
그 다음으로 도 10을 참조하면, 메탈 본더(75) 상부에 LED 칩(95)이 실장된 LED 모듈(85)을 형성한다.
따라서, LED 모듈(85)에서 발생하는 열이 LED 모듈 실장용 패드(65)를 통해서 알루미늄 기판(15)으로 전달되고, 알루미늄 기판(15)에서 방열이 이루어지도록 한다.
이 경우 방열 효율을 향상되지만 상기한 바와 같이 동박적층기판(45) 제조를 위한 준비 과정이 까다롭고, 또한 LED 모듈 실장용 패드(65) 식각시, 하부의 알루미늄 기판(15)이 손상되지 않도록 하여야 하므로 인쇄회로기판 제조 공정 또한 용이하지 못한 문제가 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 종래 기술에 따른 LED PCB의 제조 공정은 비용이나 시간이 많이 소모되는데 비하여, 방열 효율이 좋지 못한 문제가 있다.
본 발명은 원소재인 금속기판 상에 먼저 비아를 형성하고, 비아홀의 측벽에 양극산화피막 처리를 수행하여, 금속기판이 산화된 산화절연층은 인쇄회로기판의 코어로 작용하도록 하고, 나머지 부분은 열전달 경로(Thermal Conduction Path)로 작용하는 부분인쇄회로기판을 제조한 후, 부분인쇄회로기판들을 적층하여 인쇄회로기판을 완성함으로써, 방열 인쇄회로기판을 제조하는 비용 및 시간을 효율적으로 절감시키면서도 방열 효과를 극대화시킬 수 있도록 하는 방열 인쇄회로기판을 제조하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
아울러, 본 발명은 상술한 방법을 이용함으로써, LED 칩 및 LED 모듈에서 발생하는 열을 효율적으로 방출할 수 있도록 하는 금속 열전달 경로를 포함하는 방열 인쇄회로기판을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방열 인쇄회로기판의 제조 방법은 (a) 금속기판에 드릴링 공정을 수행하여 비아홀을 형성한 후, 상기 비아홀의 측벽에 양극산화피막처리(Anodizing)를 수행하여 산화절연층을 형성하는 단계와, (b) 상기 금속기판을 2장 이상 적층하는 단계 및 (c) 상기 적층된 금속기판 중 최상부 기판에 LED 모듈을 실장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 금속기판은 금속-동박적층기판(Metal-Copper Clad Laminate)을 사용할 수 있으며, 이 경우 상기 금속기판은 상기 (a) 단계에서 회로패턴, LED 모듈 실장용 패드 및 방열패턴 중 하나 이상을 더 형성할 수 있다. 이때, 상기 비아홀은 상기 회로패턴, LED 모듈 실장용 패드 및 방열패턴 중 하나 이상의 외곽에 형성한다.
또한, 상기 비아홀은 상기 금속기판의 전체 면적에 걸쳐서 매트릭스 어레이(Matrix Array)형성하거나, 랜덤 어레이(Random Array)로 형성하는 것을 특징으로 한다.
다음으로, 상기 (b) 단계에서 금속기판의 적층은 전도성 접합층 또는 금속 접합층을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하고, 상기 (c) 단계 이후에, (c-1) 상기 LED 모듈이 형성된 면과 반대 면에 접착제를 도포하는 단계 및 (c-2) 상기 접착제 상부에 방열판을 부착시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그 다음으로, 상기 방열판은 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)으로 이루어진 것을 특징으로 하고, 방열핀을 더 포함할 수 있다.
그 다음으로, 상기 LED 모듈은 전도성 접합층 또는 금속 접합층을 이용하여 상기 금속기판에 실장하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명에 따른 방열 인쇄회로기판은 복수개의 비아홀을 형성되어 있되, 상기 비아홀의 측벽에는 양극산화피막처리(Anodizing)에 의한 산화절연층이 형성되어 있는 금속기판과, 상기 산화절연층을 포함하는 금속기판이 2장이상 적층되어 형성되는 인쇄회로기판 및 상기 인쇄회로기판 상에 실장되는 LED 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 원소재가 되는 금속기판에 비아홀을 형성하고, 비아홀의 측벽에 산화절연층을 형성한 기판을 적층하여 사용함으로써, 인쇄회로기판의 절연층을 최소화 하고 대부분의 금속층을 열전달 경로로 사용하여 인쇄회로기판의 방열특성을 극대화시킬 수 있는 효과를 제공한다.
특히, 본 발명에 의하면 비아홀의 측벽에 형성되는 산화절연층에 의하여, 인쇄회로기판 제조를 위한 공정이 단순화될 수 있고, 제조비용을 절감시킬 수 있고, 불량 발생율을 감소시킬 수 있으므로 제조 효율도 극대화 시킬 수 있다.
아울러, 본 발명은 금속기판과 같은 원소재에 방열 특성을 극대화시킴으로써, LED 칩 및 LED 모듈에서 발생하는 열을 효율적으로 방출시킬 수 있을 뿐만 아니라, 기타 방열을 요구하는 모든 제품에 적극적으로 활용이 가능하도록 하여 넓은 활용성을 제공할 수 있다.
도 1 내지 도 5는 종래 기술의 일 실시예에 따른 방열 인쇄회로기판을 제조하는 방법을 나타낸 단면도들이다.
도 6 내지 도 10은 종래 기술의 다른 실시예에 따른 방열 인쇄회로기판을 제조하는 방법을 나타낸 단면도들이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 인쇄회로기판을 나타낸 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 인쇄회로기판을 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 13 내지 도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 인쇄회로기판을 제조하는 방법을 나타낸 단면도들이다.
도 21은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방열 인쇄회로기판을 나타낸 단면도이다.
본 발명은 방열 인쇄회로기판의 효율을 향상시킬 수 있는 방법으로써, 금속기판을 이용한 인쇄회로기판을 사용한다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 열방출 효과가 우수한 방열 인쇄회로기판 및 그 제조 방법에 대하여 상세히 설명하는 것으로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들 및 도면을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 인쇄회로기판을 나타낸 단면도이다.
도 11을 참조하면, 금속층으로 이루어진 인쇄회로기판(150)이 구비되고, 인쇄회로기판(150)의 중간 부분에 산화절연층(140)이 형성되어 인쇄회로기판으로서 작동하게 된다.
이때, 인쇄회로기판(150)은 각각의 산화절연층(140)을 포함하는 부분인쇄회로기판(145) 3장이 적층되어 형성된 것으로, 산화절연층(140)을 제외한 금속부분이 열전달 경로로서 작용하게 되므로 본 발명에 따른 인쇄회로기판(150)은 뛰어난 방열 효율을 갖게 된다.
다음으로, 인쇄회로기판(150) 상부에 전도성 접합층 또는 금속 접합층(160)을 이용하여 LED 칩(180)을 포함하는 LED 모듈(170)이 실장된다. 이 경우, LED 모듈(170)이 열전달 경로인 금속부분과 직접 접합되므로 방열 효율을 극대화 시킬 수 있다.
이하에서는 상기와 같은 본 발명의 방열 인쇄회로기판(150)을 제조하는 방법에 대하여 상세히 설명하는 것으로 한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 인쇄회로기판을 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 12를 참조하면, 먼저 금속기판에 비아홀을 형성하는 단계(S100)를 수행한다.
다음에는, 양극산화피막 처리(Anodizing)을 수행하여 비아홀의 측벽에 산화절연층을 형성하는 단계(S110)를 수행한다.
이와 같이, 본 발명에서는 금속기판 내에 산화절연층을 형성함으로써, 인쇄회로기판의 코어로서 작용하는 절연층의 역할을 하도록 할 수 있다. 따라서, 절연층과 열전도성 경로를 따로 형성하여야 하는 종래의 경우 보다 공정 절차를 더 간소화 시킬 수 있다.
또한, 최대의 금속 열전달 경로와 최소한의 절연층을 포함하는 고효율의 방열 인쇄회로 기판을 제조할 수 있다.
그 다음에는, 상기 과정까지 완성된 금속기판을 적층하는 단계(S120)를 수행한다. 이와 같이 금속기판을 적층함으로써, 복잡한 적층 구조의 인쇄회로기판을 용이하게 형성할 수 있다.
그 다음에는, LED 모듈 실장용 패드, 회로 패턴 및 방열 패턴 중 하나 이상의 패턴을 금속 기판 상부에 형성하는 단계(S130)를 수행한다. 이때, 상기 구성들은 본 발명에서 필수적인 구성은 아니며 선택적으로 형성할 수 있는 부분이다.
여기서, 방열 패턴의 경우 일종의 더미 패턴 형태로서 본 발명에서 특히 유용하게 사용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 인쇄회로기판은 회로 패턴이나 LED 모듈 실장용 패드와 같이 주요 구성 영역 이외의 영역에도 열방출 경로로서 금속기판을 사용하고 있으므로, 이러한 열방출용 금속기판 부분과 연결되는 더미 패턴 형태의 방열 패턴을 더 형성한다면, 인쇄회로기판 전체에 대한 방열 효율을 극대화 시킬 수 있다.
또한, 상기 패턴을 형성하는 단계(S130)는 실제로 상기 비아홀 형성 단계(S100) 이전에 수행되어도 전혀 무방하다.
상기 패턴들이 비아홀 형성 단계 이전에 형성되는 경우, 방열 패턴이나 LED 모듈 실장용 패드 예정 영역을 제외한 부분들에 선택적으로 형성하는 것이 바람직하며, 패턴들이 먼저 형성된 후에 비아홀을 형성하는 경우에는 패턴들 외각 영역에 임의대로 형성할 수 있다.
또한, 상기와 같은 LED 모듈 실장용 패드, 회로 패턴 및 방열 패턴들이 구비되지 않는 경우에는 비아홀이 금속기판 전체 면적에 걸쳐서 매트릭스 어레이(Matrix Array)형성하거나, 랜덤 어레이(Random Array)로 형성할 수 있다.
그 다음에는, LED 칩이 실장된 LED 모듈을 상기 금속 기판에 실장하는 단계(S150)를 수행한다. 이때, 인쇄회로기판이 주로 금속기판이 되므로 열전달을 위한 전도성 접합층이나 금속 접합층을 형성하는 단계(S140)를 수행한 후에 실장이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
그 다음으로, 선택적인 공정으로서 인쇄회로기판의 하부에 방열판을 더 형성하는 단계(S160)를 수행할 수 있다.
여기서, 방열판의 경우 양면 금속-동박적층기판의 경우에는 하부의 동박층이 방열판이 될 수 있으므로, 추가적인 방열판 형성 공정이 생략될 수 있으며, 또한 방열효율을 극대화시키기 위하여 방열판의 표면에 복수의 방열핀을 더 형성할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 방열 인쇄회로기판은 비아홀을 형성하고 양극산화피막 처리를 통하여 절연층을 형성함으로써, 부가적인 열방출 수단을 형성하지 않고도, 금속 인쇄회로기판 자체적인 방열 효율을 극대화 시킬 수 있다. 따라서, 상기와 같은 본 발명에 따른 방열 인쇄회로기판을 제조하기 위한 일례를 설명하면 다음과 같다.
도 13 내지 도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 인쇄회로기판을 제조하는 방법을 나타낸 단면도들이다.
도 13을 참조하면, 금속기판(200)을 마련한다. 이때, 금속기판은 금속-동박적층기판(Metal Copper Clad Laminate; MCCL)이 사용될 수도 있다. 그리고, 금속-동박적층기판이 사용되는 경우 금속기판의 양면에 동박층이 형성된 제품과, 일면에만 동박층이 형성된 제품 모두 사용이 가능하다.
다음으로 도 14를 참조하면, 드릴링(Drilling) 공정을 수행하여 금속기판(200)에 복수개의 비아홀(210)을 형성한다.
이때, 단면도 상에서는 금속기판(200)이 분할된 것으로 보이나 실제로는 기판의 형태를 그대로 유지한 것으로, 평면도 상에서 볼 때에는 사각형 내부에 복수개의 비아홀(210)들이 배열된 형태가 된다.
여기서, 비아홀(210)에 의해서 정의되는 금속층(205)은 후속 공정에서 열전달 경로로서 사용되며, 여기까지 완성된 형태의 금속층(205)을 부분인쇄회로기판이라 할 수 있다.
또한, 도시되지는 않았으나 부분인쇄회로기판의 표면에 회로 패턴이 형성될 수도 있으며, LED 실장용 패턴이나 기타 열방출을 위한 방열 패턴을 더 형성할 수 있다.
특히, 상기 도 13의 단계에서 금속-동박적층기판을 사용하는 경우에는 상기와 같은 LED 실장용 패턴, 회로패턴 및 방열 패턴과 같은 패턴을 형성한 후에 비아홀 형성 공정을 진행하는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 도 12의 설명에서 기재한 바와 같이 이에 항상 제한되는 것은 아니며, 필요에 따라서는 금속기판(200) 전면에매트릭스 어레이(Matrix Array)나, 랜덤 어레이(Random Array)로 비아홀(210)을 형성할 수 있다.
그 다음으로 도 15를 참조하면, 비아홀(210)의 측벽에 약극산화막처리를 위한 감광막 패턴(220)을 형성한다. 이때, 감광막 패턴(220)에 의해서 노출되는 부분은 모두 산화처리에 의한 절연층이 될 영역이므로, 인쇄회로기판의 방열 특성을 고려하여 자유롭게 조절할 수 있다.
따라서, 감광막 패턴(220)은 비아홀(210)에 정확하게 일치되도록 형성하는 것이 아니라 일부 인쇄회로기판 부분도 노출되도록 형성하는 것이 바람직하다.
그 다음으로 도 16을 참조하면, 감광막 패턴(220)을 마스크로 인쇄회로기판에 양극산화막처리를 수행하여 산화절연층(230)을 형성한다.
이때, 양극산화막처리는 비아홀(210) 형성 공정 후, 수행될 수 있다. 이와 같이 형성된 산화절연층(230)/금속층(205) 구조는 부분인쇄회로기판의 코어층으로서 작용한다.
따라서, 산화절연층(230)의 크기를 최소크기로 조절함으로써, 원소재인 금속 부분을 열전도층으로서 최대한 활용할 수 있다.
그 다음으로 도 17을 참조하면, 감광막 패턴(220)을 제거한다. 이때, 산화절연층(230)은 확산 작용에 의하여, 부분인쇄회로기판의 표면 부분에서는 산화층의 두께가 두꺼워지고, 부분인쇄회로기판의 중심부분에는 산화층의 두께가 얇아지는 현상이 발생할 수 있다.
따라서, 열전도 효율이 불균일해 질 수 있으므로, 상기와 같은 부분인쇄회로기판들을 적층하여 인쇄회로기판의 특성을 더 향상시킬 수 있다.
또한, 서로 다른 위치에 상기 비아홀 및 산화절연층이 형성된 2종이상의 부분인쇄회로기판들을 서로 적층함으로써, 복잡한 형태의 적층구로를 갖는 다층 인쇄회로기판을 기존 보다 더 용이하게 제조할 수 있다.
여기서, 보다 용이한 적층을 위해서 상기와 같이 완성된 부분인쇄회로기판의 표면에 도전성 접합층 또는 금속 접합층을 더 형성할 수 있다.
또한, 상기 표면처리의 일환으로 표면에 그라인딩 처리 또는 CMP 처리를 수행하여, 원하는 두께의 절연층/금속층 구조를 선별적으로 사용할 수 있다. 이때, 절연층/금속층 구조의 선별적인 사용을 위한 방법 중 하나로서, 상기 부분인쇄회로기판의 두께 방향에 대하여 슬라이싱하는 방법도 이용될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 금속기판에 산화절연층이 형성된 형태의 부분인쇄회로기판들이 완성이되면, 그 다음 단계로서 도 18과 같이 제1부분인쇄회로기판(200a), 제2부분인쇄회로기판(200b) 및 제3인쇄회로기판(200c)을 정렬시킨 후 접합시킨다.
이때, 도시된 바에 의하면 각각의 제1 산화절연층(230a), 제2 산화절연층(230b) 및 제3 산화절연층(230c)이 서로 동일한 위치에 형성되어서, 각각의 제1금속층(205a), 제2금속층(205b) 및 제3금속층(205c) 들이 직접 연결되는 구조로 형성되어 있으나, 항상 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들면, 상기 제2금속층(205b)이 상기 제1 산화절연층(230a)의 하부에 정렬되도록 하여 접합시킬 수 있으며, 이 경우에는 각 부분인쇄회로기판의 표면에 형성되는 별도의 회로패턴들에 의하여 열전달 경로가 연결될 수 있도록 할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 상기와 같은 간단한 변형을 가하여 다양한 종류의 인쇄회로기판을 제조할 수 있다.
여기서, 각 부분인쇄회로기판들의 접합은 도전성 접합층 또는 금속 접합층(235)을 이용하여 수행한다.
그 다음으로 도 19를 참조하면, LED 모듈 실장 영역에 전도성 접착제 또는 금속 접합층(260)을 형성한 후에, LED 칩(280)이 실장된 LED 모듈(270)을 실장한다.
이때, 도시된 바에 의하면 인쇄회로기판(250) 중 산화절연층(240) 영역을 제외한 금속층(245) 부분에만 전도성 접착제 또는 금속 접합층(260)을 형성하였으나, 항상 이에 제한되는 것은 아니다.
특히, 인쇄회로기판과 접합층 사이에 LED 모듈 실장용 패드가 더 형성되는 경우에는 단차가 심해져서 LED 모듈 중심부분의 지지가 이루어지지 않을 수 있으므로, LED 모듈 실장용 패드 사이의 영역에도 전도성 접착제 또는 금속 접합층이 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같은 과정을 통하여 본 발명에 따른 LED용 방열 인쇄회로기판(205)이 완성될 수 있다. 이때, 절연을 필요로하는 최소한의 부분을 제외한 나머지 부분들이 모두 금속기판으로 이루어지므로, 최대한의 방열 효과를 얻을 수 있다.
이때, 방열 효율을 더 극대화시키기 위하여, 도 20에서와 같이 인쇄회로기판(250)의 하부에 접착제(290)를 도포한 후에 접착제(290) 상부에 방열판(295)을 더 형성할 수 있다. 이때, 접착제(290)는 소정 두께를 갖는 것으로 도시되었으나, 실제로 그 두께는 매우 얇게 도포된 형태를 갖는다. 따라서, 열전달에 전혀 영향을 미치지 않으며, 그 원소 성분은 금속접합을 위한 어떠한 소재든 가능하다.
또한, 방열판(295)은 예를 들면 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)과 같은 소재들로 형성될 수 있으며, 도시된 평판 형태에 방열핀을 더 포함하거나 기타 다른 입체형 방열 패턴들을 더 포함하는 다양한 형태가 가능하다.
그 다음으로, 도 21은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방열 인쇄회로기판을 나타낸 단면도이다.
도 21을 참조하면, 금속 원소재로 이루어지며, 비아홀의 측벽에 산화절연층(340)이 형성되어 산화절연층(340)/금속층(345) 구조를 갖는 부분인쇄회로기판들이 구비된다.
그리고, 상기 부분인쇄회로기판들이 적층되어 형성되는 방열 인쇄회로기판(350)이 구비된다.
그 다음으로, 방열 인쇄회로기판(350) 상부에 LED 모듈 실장용 패드(360)가 형성되고, 그 상부에 전도성 접합층 또는 금속 접합층(365)에 의해서 LED 칩(380)을 포함하는 LED 모듈(370)이 실장된다.
이때, 전도성 접합층 또는 금속 접합층(365)은 열전도성 고분자 화합물 등이 이용될 수 있으며, 여기에 금속 필러 또는 서플렉스(CERFLECS) 등이 더 첨가된 소재들을 이용하여 방열 효과를 더 극대화 시킬 수 있다.
또한, 인쇄회로기판(350)에 접착제(390)에 의해서 부착되는 방열판(395)을 통하여 본 발명에 따른 방열 인쇄회로기판(350)의 열방출 효율을 더 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 방열 인쇄회로기판은 금속기판을 사용함으로써, 기본적인 열방출 경로가 확보되도록 하되, 코어 절연층을 위하여 비아홀 형성 후 양극산화 처리를 수행한다. 이로 인하여 형성된 산화절연층이 형성되고, 방열 인쇄회로기판이 기본적인 구성이 완성될 수 있다. 따라서, 제조 공정을 간소화시키면서도 인쇄회로기판의 방열특성을 극대화시킬 수 있다.
또한, 양극산화 산화절연층 형성 공정을 통하여 절연층과 열전도 경로의 비율을 자유롭게 조절할 수 있으므로 다양한 형태의 인쇄회로패턴 구현이 가능하며, 그 설계 영역을 확장시킬 수 있다.
특히, 본 발명에서는 상기와 같이 형성된 각각의 부분인쇄회로기판들을 적층시킴으로써, 더 다양한 형태의 인쇄회로기판을 제조할 수 있으므로, 그 활용성을 극대화시킬 수 있다.
따라서, LED 분야에서 뿐만 아니라, 기타 방열을 요구하는 모든 제품에 적극적으로 활용이 가능하다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10 : FR4 기판 15 : 알루미늄 기판
20 : 상부 동박층 25 : 동박층
30 : 하부 동박층 40, 45 : 동박적층기판
50, 55, 220 : 감광막 패턴
60, 65, 360 : LED 모듈 실장용 패드
70, 75 : 메탈 본더
80, 85, 170, 270, 370 : LED 모듈
90, 95, 180, 280, 380 : LED 칩
140, 230, 240, 340 : 산화절연층
150, 250, 350 : 인쇄회로기판
160, 235, 260, 365 : 전도성 접합층 또는 금속 접합층
200 : 금속기판
205 : 금속층
270, 370 : 접착제
280, 380 : 방열판

Claims (20)

  1. (a) 금속기판에 드릴링 공정을 수행하여 비아홀을 형성한 후, 상기 비아홀의 측벽에 양극산화피막처리(Anodizing)를 수행하여 산화절연층을 형성하는 단계;
    (b) 전도성 접합층 또는 금속 접합층을 이용하여, 상기 금속기판을 2장 이상 적층하는 단계; 및
    (c) 상기 적층된 금속기판 중 최상부 기판에 LED 모듈을 실장하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 인쇄회로기판의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속기판은
    금속-동박적층기판(Metal-Copper Clad Laminate)인 것을 특징으로 하는 방열 인쇄회로기판의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 (a) 단계의 비아홀 형성 이전에,
    상기 금속기판에, 회로패턴, LED 모듈 실장용 패드 및 방열패턴 중 하나 이상을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 방열 인쇄회로기판의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 비아홀은
    상기 회로패턴, LED 모듈 실장용 패드 및 방열패턴 중 하나 이상의 외곽에 형성하는 것을 특징으로 하는 방열 인쇄회로기판의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 비아홀은
    상기 금속기판의 전체 면적에 걸쳐서 매트릭스 어레이(Matrix Array)형성하거나, 랜덤 어레이(Random Array)로 형성하는 것을 특징으로 하는 방열 인쇄회로기판의 제조 방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계 이후에,
    (c-1) 상기 LED 모듈이 형성된 면과 반대 면에 접착제를 도포하는 단계; 및
    (c-2) 상기 접착제 상부에 방열판을 부착시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 인쇄회로기판의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 방열판은
    구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 방열 인쇄회로기판의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 방열판은
    방열핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 인쇄회로기판의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 LED 모듈은
    전도성 접합층 또는 금속 접합층을 이용하여 상기 금속기판에 실장하는 것을 특징으로 하는 방열 인쇄회로기판의 제조 방법.
  11. 복수개의 비아홀을 형성되어 있되, 상기 비아홀의 측벽에는 양극산화피막처리(Anodizing)에 의한 산화절연층이 형성되어 있는 금속기판;
    상기 산화절연층을 포함하는 금속기판이 전도성 접합층 또는 금속 접합층을 통하여 2장이상 적층되어 형성되는 인쇄회로기판; 및
    상기 인쇄회로기판 상에 실장되는 LED 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 인쇄회로기판.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 금속기판은
    금속-동박적층기판인 것을 특징으로 하는 방열 인쇄회로기판.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 금속기판은
    회로패턴, LED 모듈 실장용 패드 및 방열패턴 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 인쇄회로기판.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 비아홀은
    상기 회로패턴, LED 모듈 실장용 패드 및 방열패턴 중 하나 이상의 외곽에 형성되는 것을 특징으로 하는 방열 인쇄회로기판.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 비아홀은
    상기 금속기판의 전체 면적에 걸쳐서 매트릭스 어레이(Matrix Array)형성하거나, 랜덤 어레이(Random Array)로 형성되는 것을 특징으로 하는 방열 인쇄회로기판.
  16. 삭제
  17. 제11항에 있어서,
    상기 금속기판의 상기 LED 모듈이 실장된 면과 반대 면에 형성되는 방열판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 인쇄회로기판.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 방열판은
    구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 방열 인쇄회로기판.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 방열판은
    방열핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 인쇄회로기판.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 LED 모듈은
    전도성 접합층 또는 금속 접합층을 통하여 상기 금속기판에 실장되는 것을 특징으로 하는 방열 인쇄회로기판.
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