KR101181144B1 - 고방열 인쇄회로기판용 원판 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고효율 LED와 같이 고열 고전압의 전기소자에 적용가능한 고방열 인쇄회로기판용 원판 제조방법에 대한 것이다.
본 발명의 고방열 인쇄회로기판용 원판 제조방법에 의하여 제작된 원판은 고열 고전압 전기소자가 사용되는 응용 분야에 사용되는 고방열 인쇄회로기판용 원판에 대한 것으로, 전기전도성을 가지는 금속기판으로 형성된 방열층; 상기 방열층의 상부에 절연성(insulation) 및 열전도성(thermal conduction)을 가지는 세라믹계 재료와 질화계 재료를 포함하는 중간층; 및 상기 중간층의 상부에 전기전도성을 가지는 금속성 재료를 포함하는 전기전도층; 을 포함하되, 상기 중간층은 상기 방열층의 상부면에 상기 세라믹계 재료와 질화계 재료의 미립자를 이용하여 용사공정(plazma spray coating)을 수행함으로써 상기 세라믹계 재료와 질화계 재료를 포함하는 세라믹층; 및 상기 세라믹층의 상부에 열경화성 합성수지 재료와 상기 세라믹계 재료, 질화계 재료의 혼합물을 적층 및 열융착함으로써 형성되는 보정절연층; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 방열 인쇄회로기판의 방열효과가 증가하고, 발포성분의 발파 현상이 방지되며, 용사 코팅시 발생되는 세라믹층의 균열을 없앨 수 있어 내전압이 증가한다.

Description

고방열 인쇄회로기판용 원판 제조방법{SUBSTRATE PRODUCTION METHOD FOR HI HEAT-RADIATING PCB}
본 발명은 고방열 인쇄회로기판용 원판 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방열층 상부에 세라믹층 형성시 발생하는 세라믹층과 방열층의 밀착력 저하로 인한 방열 특성 저하를 획기적으로 개선하고, 세라믹층 형성시 상부 표면의 미립자 간의 균열을 제거하며, 세라믹층 형성시 세라믹계 재료와 질화계 재료 미립자를 사용하여 방열 특성 및 전열특성을 개선한 고방열 인쇄회로기판용 원판 제조방법에 관한 것이다.
최근 전자기기는 집적화 및 소형화되는 추세이다. 전자기기의 집적화 및 소형화에 따른 문제 중 하나는 발생하는 열의 효과적인 발산이다. 왜냐하면, 전자기기의 집적화에 따라 발열이 증가하는데 반하여, 전자기기의 소형화에 따라 발열공간이 감소하기 때문이다. 이러한 문제점에 대한 대책으로 방열 특성이 좋은 방열 인쇄회로기판(heat-rediating Printed Circuit Board)이 널리 사용된다.
종래의 인쇄회로기판은 원판의 재료가 합성수지인 반면, 방열 인쇄회로기판은 원판의 지지판을 금속성 재료로 대처하고 일부 구조를 변경함으로써 인쇄회로기판의 방열 특성을 증가시킨 것이다. 인쇄회로기판의 방열 특성 증가는 회로소자의 활동 영역 증가로 인해 더 좋은 소자 특성을 나타내므로 고성능 애플리케이션 분야에 더욱 필요하다.
도 1은 종래의 방열 인쇄회로기판용 원판(100)의 구조를 나타내는 도면이다.
종래의 방열 인쇄회로기판용 원판(100)은 아래로부터 차례로 방열층(101), 절연층(102) 및 전기전도층(103)으로부터 발생하는 열을 방출하는 기능을 한다. 상기 절연층(102)은 일반적으로 절연하는 동시에 두 층을 서로 밀착시키는 역할을 하며, 일반적으로 열경화성 수지 재료로 이루어진다. 상기 방열층(101)은 방열 인쇄회로기판에 구현되는 소자와 연결되는 층이며 소자에 전기전도성을 제공한다. 전기전도층(103)은 전기전도성이 좋은 얇은 금속성 재료로 이루어지며 일반적으로 패턴화되어 구현된다.
그러나 도 1과 같은 종래의 방열 인쇄회로기판용 원판(100)은 다음과 같은 단점을 가진다.
첫째, 방열 특성이 낮다. 즉, 절연 특성을 만족시키기 위해 절연층(102)에 합성수지 재료를 선택한 결과 방열 특성을 증가시키기가 용이하지 않다. 왜냐하면, 절연층(102)은 전기전도층(103)과 방열층(101) 사이에서 절연 기능 및 열전달 기능(방열 기능)을 동시에 수행하여야 하는데, 합성수지 재료의 특성상 절연층(102)이 전기소자(104)로부터 열 H을 전달받아 방열층(101)으로 전달하기에는 재료의 열전도율이 너무 낮다.
둘째, 절연층(102)의 절연 특성은 절연층(102)의 두께에 비례하고 방열 특성은 절연층(102)의 두께에 반비례하기 때문에 양자 중 어느 하나를 증가시키기 위해선 다른 하나를 희생하여야 한다. 따라서 고효율 LED 등의 특정 적용분야에서는 높은 절연 특성과 동시에 높은 방열 특성을 요구하는데, 이러한 분야에는 도 1의 종래의 기판을 적용하기에 부적합하다. 일반적으로 LED 등의 산업에 요구되는 절연 특성을 만족하는 수지로 된 절연층(102)의 두께는 80~200㎛인데, 이 두께로 제공할 수 있는 열전달 특성은 상기 산업이 요구하는 기준을 만족시키기에 턱없이 부족하다.
셋째, 높은 내전압시에 절연층의 파손으로 인해 전기전도층(103)의 균열이 발생할 위험이 크다. 절연층(102)의 재료는 주로 일반 열경화성 수지이고 재료의 특성상 발포(foam) 형상을 포함한다. 특히 LED 분야 및 LCD 백라이트 분야 등 고발열 고전압의 응용 분야에 따라 회로소자에 의해 발생한 내전압이 높아지면 열경화성 수지층 특유의 발포 성분이 발파되어서, 그 결과 절연층(102)의 상부에 있는 전기전도층(103)에 크랙 또는 균열을 야기한다. 이러한 전기전도층(103)의 균열은 방열 인쇄회로기판 자체의 불량을 야기하기 때문에 매우 심각한 문제이다. 일반적으로 종래의 기판(100)이 발파현상을 발생시키지 않고 견딜 수 있는 내전압은 2~3kv인데, 이는 고효율 LED 등의 응용 분야에 적용하기에는 만족스럽지 못하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 방열 특성이 증가하고 발파현상이 방지됨으로써, 고효율 LED 등의 응용 분야에 사용 가능한 고방열 인쇄회로기판용 원판 제조방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 고열 고전압 전기소자가 사용되는 응용 분야에 사용되는 고방열 인쇄회로기판용 원판의 제조방법에 대한 것으로, (a) 금속기판을 재단하여 방열층을 형성하는 단계; (b) 상기 방열층의 상부에 절연성(insulation) 및 열전도성(thermal conduction)을 가지는 세라믹계 재료와 질화계 재료를 포함하는 중간층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 중간층의 상부에 전기전도성을 가지는 금속성 재료를 포함하는 전기전도층을 형성하는 단계; 를 포함하되, 상기 (b) 단계는 (b1) 상기 방열층의 상부면에 상기 세라믹계 재료와 질화계 재료의 미립자를 이용하여 용사공정(plazma spray coating)을 수행함으로써 상기 금속기판의 상부에 세라믹계 재료와 질화계 재료를 포함하는 세라믹층을 형성하는 단계; (b2) 상기 세라믹층이 형성된 상기 금속기판에 대해 정면공정(surface cutting)을 수행함으로써 상기 용사공정을 통해 발생되는 최상부의 크랙을 제거 및 평탄화하는 단계; (b3) 상기 세라믹층의 상부에 열경화성 합성수지 재료와 상기 세라믹계 재료, 질화계 재료의 혼합물을 적층 및 열융착함으로써, 상기 정면공정에 의해 발생한 상기 세라믹층 표면의 미립자에 의한 공간을 메우며, 상기 전기전도층과 상기 방열층을 전기적으로 절연하는 보정절연층을 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 고방열 인쇄회로기판용 원판의 제조방법을 제공한다.
삭제
본 발명에서 상기 세라믹계 재료는 산화알루미늄(Al2O3)이고, 상기 질화계 재료는 알루미늄나이트라이드(AIN)이며, 상기 열경화성 합성수지 재료는 열경화성 에폭시 수지인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (b3) 단계에서 상기 혼합물의 혼합비는 열경화성 합성수지 재료: 세라믹계 재료: 질화계 재료 = 5:3:2의 무게 비율로 구성할 수 있다.
본 발명에 의하면 절연성과 열전도성을 함께 가지는 세라믹계 재료와 질화계 재료를 포함하는 중간층을 적용함으로써, 고효율 LED 등의 고방열 전기소자 사업에 사용 가능한 방열 인쇄회로기판용 원판의 방열 효과를 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 세라믹층에 의해 방열 효과 및 전열 효과가 달성되므로 합성수지 재료가 포함된 층이 대폭 감소함으로써, 발포 성분의 발파 현상이 방지된다.
또한, 본 발명에 의하면 세라믹층은 보정절연층 및 정면공정에 의해 평탄화되므로, 크랙의 발생으로 인한 내전압 감소 등의 문제가 방지된다.
또한, 본 발명에 의하면 절연 효과를 감소시키지 않으면서 방열 효과를 증가시킬 수 있기 때문에. LED 등의 고방열 고전압의 전기소자가 적용되는 산업분야를 만족시키는 방열 인쇄회로기판의 제작이 가능하다.
도 1은 종래의 방열 인쇄회로기판용 원판(100)의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 고방열 인쇄회로기판용 원판(200)을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 고방열 인쇄회로기판용 원판(200)의 제조방법에 대한 단계별 순서를 나타내는 순서도이다.
도 4a 내지 도 4e는 도 3의 각 단계에서 형성된 원판(200)의 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 정면공정을 나타내는 공정이다.
도 6은 본 발명에 따른 고방열 인쇄회로기판용 원판(200)에 대한 열전도율과 종래의 원판(100)의 열전도율을 비교한 그래프이다.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 고방열 인쇄회로기판용 원판(200)을 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 고열 고전압 전기소자가 사용되는 응용 분야에 사용되는 고방열 인쇄회로기판용 원판(200)에 대한 것으로, 전기전도성을 가지는 금속기판으로 형성된 방열층(210); 상기 방열층(210)의 상부에 절연성(insulation) 및 열전도성(thermal conduction)을 가지는 세라믹계 재료와 질화계 재료를 포함하는 중간층(220); 및 상기 중간층(220)의 상부에 전기전도성을 가지는 금속성 재료를 포함하는 전기전도층(230); 을 포함하되, 상기 중간층(220)은 상기 방열층(210)의 상부에 상기 세라믹계 재료와 질화계 재료의 미립자를 이용하여 용사공정(plazma spray coating)을 수행함으로써 상기 세라믹계 재료와 질화계 재료를 포함하는 세라믹층(222); 및 상기 세라믹층(222)의 상부에 열경화성 합성수지 재료와 상기 세라믹계 재료, 질화계 재료의 혼합물을 적층 및 열융착함으로써 형성되는 보정절연층(224); 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 원판(substrate)은 방열 인쇄회로기판에서 사용되는 하부 지지판을 의미한다.
상기 방열층(210)은 전기전도층(230)의 전기소자로부터 발생된 열을 외부로 방출하여 기판의 열화를 방지하는 것으로, 알루미늄, 구리 등의 전기 및 열전도도가 우수한 금속기판을 이용한다.
상기 중간층(220)은 전기전도층(230)으로부터의 열을 방열층(210)으로 전달하는 동시에 전기전도층(230)과 방열층(210)을 전기적으로 절연시키는 기능을 한다. 따라서 중간층(220)은 절연성 및 열전도성이 우수한 세라믹계 재료와 질화계 재료를 포함하여 구성되며, 중간층(220)은 방열층(210) 상부로부터 세라믹층(222)과 보정절연층(224)이 차례대로 위치된다.
상기 세라믹층(222)은 산화알루미늄(Al2O3)과 알루미늄나이트라이드(AIN)로 이루어지며, 절연성과 열전도성을 동시에 가진다. 즉, 전기적으로 도통 불가하고 열은 도통 가능한 재료로 이루어진다.
또한, 상기 보정절연층(224)은 전기절연성이 높은 열경화성 합성수지 재료와 세라믹계 재료인 산화알루미늄(Al2O3), 질화계 재료인 알루미늄나이트라이드(AIN)의 혼합물로써 전기전도층(230)과 중간층(220) 사이의 밀착도를 증가시키는 동시에 전기전도층(230)과 중간층(220)을 전기적으로 절연 및 열을 전도하는 기능을 한다.
즉, 상기 보정절연층(224)은 부도체인 열경화성 합성수지 재료에 의하여 세라믹계 재료, 질화계 재료가 둘러싸여 뛰어난 전기절연성 및 열전도도를 갖는다.
상기 전기전도층(230)은 중간층(220)의 상부에 위치되는 것으로, 상부에 전기소자와 연결되며 전기소자 사이의 패턴에 따라 전기적 도통성을 제공한다. 따라서 전기전도층(230)은 전기전도율이 높은 물질로 이루어진다.
다음으로, 도 3은 본 발명에 따른 고방열 인쇄회로기판용 원판(200)의 제조방법에 대한 단계별 순서를 나타내는 순서도이고, 도 4a 내지 도 4e는 도 3의 각 단계에서 형성된 원판(200)의 상태를 나타내는 도면이다.
본 발명의 고방열 인쇄회로기판용 원판(200)의 제조방법은 도 3 및 도 4a 내지 도 4e에서 볼 수 있는 바와 같이, 고열 고전압 전기소자가 사용되는 응용 분야에 사용되는 고방열 인쇄회로기판용 원판(200)의 제조방법에 대한 것으로, (a) 금속기판을 재단하여 방열층(210)을 형성하는 단계; (b) 상기 방열층(210)의 상부에 절연성(insulation) 및 열전도성(thermal conduction)을 가지는 세라믹계 재료와 질화계 재료를 포함하는 중간층(220)을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 중간층(220)의 상부에 전기전도성을 가지는 금속성 재료를 포함하는 전기전도층(230)을 형성하는 단계; 를 포함하되, 상기 (b) 단계는 (b1) 상기 방열층(210)의 상부면에 상기 세라믹계 재료와 질화계 재료의 미립자를 이용하여 용사공정(plazma spray coating)을 수행함으로써 상기 금속기판의 상부에 세라믹계 재료와 질화계 재료를 포함하는 세라믹층(222)을 형성하는 단계; (b2) 상기 세라믹층(222)이 형성된 상기 금속기판에 대해 정면공정(surface cutting)을 수행함으로써 상기 용사공정을 통해 발생되는 최상부의 크랙을 제거 및 평탄화하는 단계; (b3) 상기 세라믹층(222)의 상부에 열경화성 합성수지 재료와 상기 세라믹계 재료, 질화계 재료의 혼합물을 적층 및 열융착함으로써, 상기 정면공정에 의해 발생한 상기 세라믹층(222) 표면의 미립자에 의한 공간을 메우며, 상기 전기전도층(230)과 상기 방열층(210)을 전기적으로 절연하는 보정절연층(224)을 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 대하여 상세히 설명하면, 본 발명에 따른 고방열 인쇄회로기판용 원판(200)은 우선, 도 4a 에 나타난 바와 같이, 금속기판을 재단함으로써 방열층(210)을 형성하는 단계로 시작된다((a) 단계).
상기 금속기판으로는 주로 열전도성이 높은 알루미늄 기판이 사용되며, 일반적인 재단 규격은 510×610 내지 510×640㎜이며, 두께는 0.4~2.0㎜이다.
다음으로, 도 4b 에 나타난 바와 같이 방열층(210), 즉, 금속기판의 상부면에 절연성 및 열전도성을 가지는 세라믹층(222)을 형성하기 위하여, 세라믹층(222)과 방열층(210)의 밀착력 및 휨을 제거할 목적으로 방열층(210) 상하면에 요철을 형성할 수 있다.
상기 방열층(210)의 상하면에 요철을 형성하는 단계가 완료된 후에는 방열층(210), 즉, 금속기판의 상부면에 절연성 및 열전도성을 가지는 세라믹계 재료와 질화계 재료를 포함하는 중간층(220)을 형성하는 (b) 단계가 실시되는데, (b) 단계는 (b1) 단계 내지 (b3) 단계로 나뉜다.
상기 (b1) 단계에서는 방열층(210)의 상부면에 세라믹계 재료와 질화계 재료의 미립자를 이용하여 용사공정(Thermal Spray, 溶射)을 수행함으로써 금속기판의 상부에 세라믹층(222)을 형성한다. 세라믹층(222)은 산화알루미늄(Al2O3)과 알루미늄나이트라이드(AIN) 미립자 성분(P)을 포함한다(도 4c 참고). 이 미립자 P는 세라믹층(222)을 형성하여 금속기판(310)의 상부에 부착된다. 일반적으로 세라믹층(222)의 두께는 30~50㎛ 정도로 형성하는 것이 바람직하다.
용사공정(Thermal Spray, 溶射)이란 분말 혹은 선형 재료를 고온 열원으로부터 용융액적으로 변화시켜 고속으로 기재에 충돌시킨 후 급랭응고함으로써 적층 피막을 형성하는 코팅 기술로서 당업계에 널리 알려져 있다. 이 방법은 재료의 가열, 용융을 위해 에너지 밀도가 높은 연소화염, 아크(Arc) 및 플라즈마 등의 열원을 필요로 한다. 용사는 성질이 다른 재료로 기재표면에 피막을 형성하는 기술로 기재가 보유하고 있는 특성을 살리고, 결함을 보완할 수 있으며, 재료 기능의 다양화 및 고도화를 가능하게 하는 표면처리법의 하나이다. 용사법에서는 금속, 세라믹, 유리 플라스틱 등의 재료를 표면 처리할 수 있으며, 특히, 재료의 종류 및 용사공정의 독자적 특징을 잘 이용하면 다른 방법을 이용해서 얻을 수 없는 표면층을 만들어 낼 수 있기 때문에 본 발명에서 세라믹층(222)을 형성하는데 적합하다.
본 발명에서는 열원으로서 플라즈마를 이용한 용사법(Plasma Spraying)을 이용할 수 있다. 플라즈마 용사는 대기 플라즈마 용사(Armospheric Plasma Spraying)로도 불린다. 이 용사법은 Ar, He, N2 등의 가스를 아크로 플라즈마화하고, 이것을 노즐로부터 배출시켜 초고온, 고속의 플라즈마 제트를 열원으로 하는 피막 형성 기술이다. 플라즈마 발생장치는 Cu로 된 원형의 양극과 W로 된 음극으로 구성되며, 발생장치에서 전기 아크 방전이 작동가스를 플라즈마화하여 제트를 형성한다. 화염온도는 10,000~15,000K, 화염속도는 150~300m/s, 엔탈피는 16,000~20,000J/1이다.
이 용사법은 고융점의 W, Mo 같은 금속과 세라믹 코팅에 매우 용이하며 오히려 필수적인 용사기법이다. 또한, 금속, 세라믹스 등 안정한 용융현상을 수반하는 물질이라면 용사가 가능하기 때문에, 피막재료의 선택 영역이 높아서 본 발명과 같이 세라믹계 재료와 질화계 재료로 금속기판에 적층막을 형성할 때 더욱 적합하다. 아울러 플라즈마 제트(Plasma jet)의 속도가 크므로 용사재료가 고속으로 피처리물에 충돌하고 이로 인하여 고밀착 강도, 고밀도의 피막 제조가 가능하다. 나아가 대출력화가 용이하므로 단위시간당 용사량이 커서 작업성이 좋고 경제성이 높을 뿐만 아니라, 무산소, 무탄소로 청정하고, 열화학적 활성인 열원이기 때문에 용사재료의 오염 및 변화가 적다.
상기 (b1) 단계의 실시 후에는 (b2) 단계에서 세라믹층(222)이 형성된 상기 금속기판에 대해 정면공정(surface cutting)을 수행함으로써, 상기 용사공정에 의한 미립자의 불균일성 및 최상부 입자의 크랙을 제거 및 균일하게 하여 접착면의 접착강도를 높인다.
정면공정에서는 도 5에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상하 롤로 구성된 브러시를 통과시켜 표면의 굴곡 및 이물질을 제거하게 되므로, 표면을 평탄하게 할 수 있다.
다음으로, (b3) 단계에서는 상기 세라믹층(222) 상부에 상기 열경화성 합성수지 재료와 상기 세라믹계 재료, 질화계 재료의 혼합물을 적층 및 열융착함으로써, 상기 정면처리 후 세라믹층(222) 표면에 발생하는 세라믹 미립자 간의 공간을 메우는 보정절연층(224)을 형성한다.
따라서 도 4d에 나타난 바와 같이, 본 발명에서 보정절연층(224)은 미립자 간의 공간이 발생한 세라믹층(222)의 상부 표면에 다시 적층됨으로써 미립자 간의 공간을 메운다. 보정절연층(224)의 재료는 열경화성 합성수지 재료(M1)와 세라믹계 재료(M2), 질화계 재료(M3)의 혼합물이기 때문에, 메워진 미립자 간의 공간은 전기절연성 및 열전도성이 제공되며, 세라믹층(222)에 높은 밀착성을 제공한다.
본 발명에서 보정절연층(224)을 구성하는 재료의 실시예로 열경화성 합성수지 재료는 열경화성 에폭시 수지, 세라믹계 재료와 질화계 재료는 상기 세라믹층(222)과 동일한 재료인 산화알루미늄(Al203)과 알루미늄나이트라이드(AIN)를 이용할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 열경화성 합성수지 재료: 세라믹계 재료: 질화계 재료 = 5:3:2의 무게 비율로 구성하는 것이 가장 바람직하다.
본 발명에서 보정절연층(224)의 두께는 크랙 부분을 제외하고 50㎛인 것이 바람직하다. 보정절연층(224)은 미립자 간의 공간을 보정하며, 전기전도층(230)과의 밀착력 및 절연 기능, 열전도 기능을 동시에 수반한다.
도 4e에 나타난 바와 같이, 세라믹층(222) 및 보정절연층(224)은 함께 중간층(220)을 형성한다. 중간층(220)은 세라믹계 재료와 질화계 재료를 포함함으로써 전기전도층(230)과 방열층(210) 사이에 위치하여 전기적절연성과 열전도성을 제공한다.
마지막으로 도 4e에 나타난 바와 같이, 상기 중간층(220), 즉, 보정절연층(224)의 상부에 전기전도성을 가지는 재료, 바람직하게는 금속재료, 더욱 바람직하게는 구리(Cu)의 박막을 형성함으로써 전기전도층(230)을 형성한다. 전기전도층(230)을 형성하는 방법은 종래의 어떠한 방법도 가능하나 바람직하게는 열융착(hot press)법이 널리 사용된다. 전기전도층(230)은 35㎛인 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면 열전도성이 높은 세라믹계 재료와 질화계 재료를 이용하여 방열층(210)과 전기전도층(230) 사이에 중간층(220)을 형성하였기 때문에, 종래의 합성수지만으로 이루어진 절연층보다 방열 특성이 향상된다. 또한, 세라믹층(222)은 절연 기능도 수행하므로 절연층의 높이가 감소할 수 있고, 그 결과 절연층으로 인해 절연도성이 감소하는 문제점을 방지할 수 있다. 또한, 세라믹층(222) 구현의 어려움은 보정절연층(224)을 통해 해결된다.
또한, 본 발명에서 절연성을 제공하는 층은 세라믹층(222)과 보정절연층(224)으로 이분되어 있고, 특히, 대부분의 절연 기능은 세라믹층(222)이 제공한다. 이로 인해 보정절연층(224)은 절연 기능보다는 밀착 기능과 열전달 기능을 동시에 수행하고 그 결과 절연층의 두께를 매우 작게 설계할 수 있기 때문에, 종래와 같이 합성수지 재료로 이루어진 절연층의 발포 성분의 발파현상이 방지될 수 있다. 더 나아가 이러한 발포 성분의 발파 현상이 방지되므로 전기전도층(230)의 파손 현상도 방지되어 제품의 수명이 증가하고 제조 단가가 감소할 수 있다.
특히, 본 발명에서는 세라믹층(222)의 형성시 필수 발생하는 최상부의 크랙(C)을 제거하고, 제거 후 미립자 간의 공간을 메우는 보정절연층(224)이 크랙으로 인한 내전압의 감소를 방지한다. 본 출원인이 실시한 실험에 의하면, 종래의 원판(100)의 경우 원판(100)이 견딜 수 있는 내전압이 2~3kv인 반면, 본 발명에 의하여 세라믹층(222)이 형성되고 크랙이 제거된 원판(200)의 경우 견딜 수 있는 내전압은 4~5kv로서 약 20 내지 50% 이상 내전압이 증가하였다.
도 6은 본 발명의 효과를 나타내는 도면으로서, 본 발명의 원판(200)에 의한 열전도율과 종래의 원판(100)의 열전도율을 비교한 그래프이다.
본 출원인은 다양한 종래 기술과 비교하여 본 발명의 열전도율을 측정하였으며 이를 도 6에 첨부하였다. 이 실험은 2011년 8월 5일 아주대학교에서 수행하였다.
도 6에서 x축은 온도(섭씨)를 나타내고, y축은 열전도율(watt/m*k)을 나타낸다. 도 6에서 각각의 선이 의미하는 바는 다음 표와 같다.
선 구분 층 구조 두께, 용량
다이아몬드 선 본 발명의 도 2의 구조(중간층) 80㎛, 1oz
사각형 종래의 도 1의 구조 A(전열층) 133㎛, 1oz
원형선 종래의 도 1의 구조 B(전열층) 110㎛, 1oz
삼각형선 종래의 도 1의 구조 C(전열층) 110㎛, 1oz
다이아몬드 선은 본 발명에 따른 층의 구조를 가지는 중간층 80㎛(세라믹층 30㎛ + 절연층 50㎛)가 형성되었을 때의 열전도율의 그래프이다. 도 6에 나타난 바와 같이, 본 발명의 구조에 의한 열전도율은 온도의 전 영역에 대해 종래기술 A, B, C 보다 30~50%의 열전도율의 향상을 나타냄을 알 수 있다. 특히, 종래기술 C와 비교해 보면, 방열층(210)의 성분 용량이 두 배인 경우와 거의 동일한 것으로서 방열 효과가 2배 정도나 차이가 나는 것을 알 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현됨을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 종래 원판
101: 방열층
102: 절연층
103: 전기전도층
104: 전기소자
200: 원판
210: 방열층
220: 중간층
222; 세라믹층
224: 보정절연층
230: 전기전도층

Claims (5)

  1. 고열 고전압 전기소자가 사용되는 응용 분야에 사용되는 고방열 인쇄회로기판용 원판(200)의 제조방법에 대한 것으로,
    (a) 금속기판을 재단하여 상하면에 요철이 형성된 방열층(210)을 형성하는 단계;
    (b) 상기 방열층(210)의 상부에 절연성(insulation) 및 열전도성(thermal conduction)을 가지는 산화알루미늄(Al2O3)과 알루미늄나이트라이드(AIN)를 포함하는 중간층(220)을 형성하는 단계; 및
    (c) 상기 중간층(220)의 상부에 전기전도성을 가지는 금속성 재료를 포함하는 전기전도층(230)을 형성하는 단계; 를 포함하되,
    상기 (b) 단계는
    (b1) 상기 방열층(210)의 상부면에 상기 산화알루미늄(Al2O3)과 알루미늄나이트라이드(AIN)의 미립자를 이용하여 용사공정(plazma spray coating)을 수행함으로써 상기 금속기판의 상부에 산화알루미늄(Al2O3)과 알루미늄나이트라이드(AIN)를 포함하는 세라믹층(222)을 형성하는 단계;
    (b2) 상기 세라믹층(222)이 형성된 상기 금속기판에 대해 정면공정(surface cutting)을 수행함으로써 상기 용사공정을 통해 발생되는 최상부의 크랙을 제거 및 평탄화하는 단계;
    (b3) 상기 세라믹층(222)의 상부에 열경화성 에폭시 수지와 상기 산화알루미늄(Al2O3), 알루미늄나이트라이드(AIN)의 혼합물을 적층 및 열융착함으로써, 상기 정면공정에 의해 발생한 상기 세라믹층(222) 표면의 미립자에 의한 공간을 메우며, 상기 전기전도층(230)과 상기 방열층(210)을 전기적으로 절연하는 보정절연층(224)을 형성하는 단계; 를 포함하고,
    상기 (b3) 단계에서,
    상기 혼합물의 혼합비는 열경화성 에폭시 수지: 산화알루미늄(Al2O3): 알루미늄나이트라이드(AIN) = 5:3:2의 무게 비율인 것을 특징으로 하는 고방열 인쇄회로기판용 원판(200)의 제조방법.
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