KR101197102B1 - 방열 회로기판 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양면기판의 동을 선택적으로 식각해서 범프를 구성함으로써 방열부를 형성하고, 범프 위에 절연층과 동박을 적층하고 프레스 하여 라미네이트 함으로써, 범프 주위에 절연층과 동박으로 구성된 회로형성부를 형성한다. 본 발명은 에폭시 막을 벗겨내어 구조물을 상하 두 개로 분리하고, 회로형성부에 홀을 형성하고, 동도금을 실시해서 홀을 내벽에 도금된 동을 통해서 상부와 하부의 동박을 서로 접속한다. 이어서, 회로형성부의 상부 및 하부 동박을 선택적으로 식각해서 회로와 패드를 형성하고, 범프 표면에 칩을 실장하고 칩의 입출력단자를 회로형성부의 회로 또는 패드와 접속한다.

Description

방열 회로기판 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING A CIRCUIT BOARD WITH IMPROVED HEAT DISSIPATION}

본 발명은 방열 회로기판 제조방법에 관한 것으로, 특히 실장된 부품에서 발생하는 열을 식히기 위한 메탈 방열통로를 구비한 회로기판을 제조하는 공법에 관한 것이다.

전력용 반도체 또는 발광다이오드는 동작과정 중에 상당량의 열이 발산되므로, 부품에서 발생하는 열을 방사할 수 있도록 열전달계수가 양호한 금속 방열통로를 구비하는 것이 필요하다.

이를 위하여, 당업계에서는 알루미늄과 같은 메탈코어(metal core)를 사용해서 방열 회로기판을 제작하는 기술이 통용되고 있다.

도1a 내지 도1h는 종래기술에 따라 메탈코어를 이용해서 방열 회로기판을 제작한 공정순서를 나타낸 도면이다. 도1a, 도1b 및 도1c를 참조하면, 메탈코어(10)에 대해 기계적 드릴 공정을 수행해 홀(100c)을 형성함으로써, 메탈코어를 방열부(10a)와 회로형성부(10b)로 분리한다. 그리고 나면, 도1d에 도시한 대로 절연층(11)과 동박(12)을 적층하고 가열 가압 라미네이트를 진행한다. 도1e는 라미네이션 공정 후의 메탈코어 단면을 나타낸 도면이다.

이어서, 도1f를 참조하면, 전극분리를 위해서 기계적 드릴공정을 수행해서 절연물질로 채워진 홀(10c) 속에 다시 홀(10d)을 형성한다. 동도금을 수행해서 표면에 동도금을 입히고 나면(도1g), 반도체 칩(20)을 방열부(10a) 위에 실장하고 전기적 접속을 수행한다(도1h).

그런데, 종래기술은 알루미늄과 같은 메탈을 코어로 해서 기판을 제작하므로, 도1b에 도시한 대로 방열부와 회로형성부를 구분하기 위해서 기계적 드릴 공정, 브러시 공정 등을 수행하여야 한다. 그 결과, 메탈코어를 사용하는 종래기술을 양산에 적용할 경우, 제조공정상 기술적 복잡성과 난이도가 증가하고 제조비용이 상승한다.

또한, 종래기술은 방열부(10a) 외에 회로형성부(10b)에도 메탈코어가 남아 있게 되므로, 전극 분리를 위하여 홀 드릴 가공 등 추가의 공정이 필요하다. 즉, 전도성 도체인 메탈코어에 회로를 형성하기 위해서는 절연층을 올려야 하는데 이를 위해서 메탈코어를 부분적으로 식각하여야 하고, 재단하여야 하는 등 공정의 복잡성이 증대된다. 따라서, 신뢰성과 공정단순성을 위해서는 메탈코어를 사용하는 것보다 일반 PCB 자재를 이용해서 기판을 제작하는 것이 바람직하며, 일반 PCB 자재를 사용하면서도 방열통로를 구비할 수 있는 공법을 개발하는 것이 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 기판에 실장된 전자부품에서 발생하는 열을 효율적으로 방출시킬 수 있으면서도, 기계적 가공을 가능한 줄일 수 있는 인쇄회로기판 제조공법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 동박적층판(CCL) 표면에 에폭시 막과 동(Cu)을 적층하고 있는 양면기판을 준비하는 단계; (b) 상기 양면기판의 동을 선택적으로 식각해서 범프를 구성함으로써 방열부를 형성하는 단계; (c) 상기 범프 위에 절연층과 동박을 적층하고 프레스 하여 라미네이트 함으로써, 상기 범프 주위에 절연층과 동박으로 구성된 회로형성부를 형성하는 단계; (d) 상기 에폭시 막을 벗겨내어 상기 단계 (c)의 결과 구조물을 상하 두 개로 분리하는 단계; (e) 상기 단계 (d)에서 분리된 결과 구조물의 회로형성부에 홀을 형성하고, 동도금을 실시해서 상기 홀을 내벽에 도금된 동을 통해서 상부와 하부의 동박을 서로 접속하는 단계; 및 (f) 회로형성부의 상부 및 하부 동박을 선택적으로 식각해서 회로와 패드를 형성하고, 범프 표면에 칩을 실장하고 칩의 입출력단자를 회로형성부의 회로 또는 패드와 접속하는 단계를 포함하는 인쇄회로기판 제조방법을 제공한다.

본 발명은 열을 방출하는 고전력 반도체 칩을 메탈 범프 위에 실장함으로써 아래로 향한 열전달 통로를 제공함과 동시에, 주변 회로형성부에는 메탈이 전혀 존재하지 않으므로, NC 비트 드릴, 브러시 등 기계적 가공 단계 없이, 레이저 비아, 동도금, 사진현상 등과 같은 일반 PCB 공정을 적용해서 회로 및 층간 접속이 가능하게 된다. 그 결과, 본 발명에 따른 방열 기판은 제조공정이 간단하고 제조비용도 절감할 수 있게 한다.

도1a 내지 도1h는 종래기술에 따라 메탈코어를 사용해서 방열 인쇄회로기판을 제작하는 공정순서를 나타낸 도면.
도2는 본 발명에 따른 시작재료의 일 실시예로서 양면기판을 나타낸 도면.
도3a 내지 도3h는 본 발명에 따라 일반 PCB 자재를 이용해서 방열 인쇄회로기판을 제작하는 공정순서를 나타낸 도면.
도4a와 도4b는 각각 종래기술과 본 발명에 따른 방열 인쇄회로기판 구조를 대비해서 나타낸 도면.

이하에서는 첨부도면 도2 및 도3를 참조해서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도2는 본 발명에 따른 인쇄회로기판 제작을 위한 시작재료의 일 실시예를 나타내고 있다. 본 발명의 양호한 실시예로서, 양면 기판(double substrate)을 시작 재료로 사용할 수 있다.

여기서, 양면기판이란 동박적층판(CCL; copper cladded laminate; 100) 양 표면 위에 400 ~ 600 ㎛ 두께의 동(Cu; 300)이 형성된 기판으로서, CCL(100)의 동박(100b, 100c)과 동(Cu; 300) 사이는 얇은 에폭시 막(200)으로 서로 접합 되어 있다. 또한, CCL의 동박(100b, 100c)은 두께가 3 ~ 10 ㎛ 정도이고, CCL 동박(100b, 100c)은 통상 FR-4라 불리는 유리 섬유질이 보강된 에폭시수지 절연재(100a) 양면에 피복된다. 또한, 동(300)을 CCL(100)에 접착시키고 있는 에폭시 막(200)에 약간의 힘을 가하면 CCL(100)로부터 동(300)을 쉽게 벗겨낼 수 있다.

도3a는 본 발명에 따른 양면기판을 시작재료로 나타내고 있다. 도3b를 참조하면, 방열부에 해당하는 동(Cu)만이 남을 수 있도록 동(Cu)을 식각 제거한다. 본 발명의 양호한 실시예로서, 식각 마스크(도시 생략)를 사용해서 화학적 방법으로 선택적으로 식각 제거할 수 있다.

도3b에 도면부호 300'으로 나타낸 동(Cu)이 방열부 역할을 하게 되는 것이고, 이를 범프라 부르기로 한다. 그리고 나면, 프리프레그(PREPREG)와 같은 절연층(400)과 동박(500)을 적층 프레스하여 라미네이트를 진행한다.

본 발명의 양호한 실시예로서, 적층하는 절연층(400)에 대해 범프(300') 위에는 절연층(400)이 적층되지 아니하도록 재단을 한 후 적층할 수 있다. 도3d는 적층 프레스 과정을 거친 후의 모습을 나타낸 도면이다.

그리고 나면, 에폭시 막(200)을 벗겨 내어 양면기판을 상하 두 개로 분리한다. 도3e는 에폭시 막을 벗겨내어 상하 두 개의 구조물로 분리한 후의 모습을 나타낸 도면이다. 즉, 양면기판은 일련의 가공을 한 후 에폭시 막을 벗겨내어 구조물을 두 개로 얻을 수 있는 장점이 있다.

도3f를 참조하면, 도3e의 결과 구조물 중 하나에 대해 홀(450)을 제작한다. 그리고 나면, 도3g에 도시한 대로, 동도금을 실시해서 홀(450) 내벽에 동도금층을 만들어 상부와 하부 동박과 연결한다. 이어서, 도3h를 참조하면, 선정된 회로패턴에 따라 식각을 선택적으로 실시해서 회로와 패드를 형성하고, 방열부에 해당하는 범프(300') 위에 부품(600)을 실장한다.

도3h를 참조하면, 본 발명의 경우 부품에서 발생하는 열을 방출하기 위한 열전달 통로가 부품(600) 아래에 메탈 자재의 범프(300')로 형성되어 있는 반면에, 회로와 패드가 형성된 부위에는 매탈 자재가 전혀 없으므로 일반 PCB 공정을 적용하는 것이 가능하게 되는 것이다.

도4a와 도4b는 각각 종래기술과 본 발명에 따른 방열 인쇄회로기판 구조를 나타낸 것으로서, 구조상의 차이점을 부각하기 위해 도1h와 도3h를 다시 도시한 도면이다. 도4a를 참조하면, 종래기술에 따른 방열기판의 경우 방열부 외에 회로형성부에도 메탈코어가 존재하는 것을 볼 수 있는 반면에, 본 발명의 경우에는 회로형성부에는 메탈이 전혀 존재하지 않는 특징이 있다. 그 결과, 본 발명은 기계적 드릴, 브러시 등 기계적 가공이 필요하지 않아, 일반 PCB 공정 적용을 가능하게 한다.

전술한 내용은 후술할 발명의 특허 청구 범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개선하였다. 본 발명의 특허 청구 범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술 될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.

또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용될 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술 분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허 청구 범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 진화, 치환 및 변경이 가능하다.

이상과 같이, 본 발명은 열을 방출하는 고전력 반도체 칩을 메탈 범프 위에 실장함으로써 아래로 향한 열전달 통로를 제공함과 동시에, 주변 회로형성부에는 메탈이 전혀 존재하지 않으므로, NC 비트 드릴, 브러시 등 기계적 가공 단계 없이, 레이저 비아, 동도금, 사진현상 등과 같은 일반 PCB 공정을 적용해서 회로 및 층간 접속이 가능하게 된다.

그 결과, 본 발명에 따른 방열 기판은 제조공정이 간단하고 제조비용도 절감할 수 있어서, LED 제품 또는 고전력 전자회로 제품 양산적용시, 신뢰성이 있는 전력전자 기판생산을 가능하게 한다.

100 : 동박적층판
100a : 절연재
100b, 100c, 500 : 동박
200 : 에폭시 막
300 : 동
300' : 범프
400 : 절연층
450 : 홀
600 : 부품

Claims (1)

1. (a) 동박적층판(CCL) 표면에 에폭시 막과 동(Cu)을 적층하고 있는 양면기판을 준비하는 단계;
   (b) 상기 양면기판의 동을 선택적으로 식각해서 범프를 구성함으로써 방열부를 형성하는 단계;
   (c) 상기 범프 위에 절연층과 동박을 적층하고 프레스 하여 라미네이트 함으로써, 상기 범프 주위에 절연층과 동박으로 구성된 회로형성부를 형성하는 단계;
   (d) 상기 에폭시 막을 벗겨내어 상기 단계 (c)의 결과 구조물을 상하 두 개로 분리하는 단계;
   (e) 상기 단계 (d)에서 분리된 결과 구조물의 회로형성부에 홀을 형성하고, 동도금을 실시해서 상기 홀을 내벽에 도금된 동을 통해서 상부와 하부의 동박을 서로 접속하는 단계; 및
   (f) 회로형성부의 상부 및 하부 동박을 선택적으로 식각해서 회로와 패드를 형성하고, 범프 표면에 칩을 실장하고 칩의 입출력단자를 회로형성부의 회로 또는 패드와 접속하는 단계
   를 포함하는 인쇄회로기판 제조방법.

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