KR101208604B1

KR101208604B1 - 방열 기판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101208604B1
Application number: KR1020110049420A
Authority: KR
Inventors: 안복만
Original assignee: 안복만
Priority date: 2011-05-25
Filing date: 2011-05-25
Publication date: 2012-12-06
Also published as: KR20120131336A

Abstract

본 발명은 방열 기판에서 발열소자가 장착되는 부분에 열 전도성이 높은 구리, 알루미늄 등의 금속재질로 이루어진 금속부재를 삽입함으로써 발열소자에서 발생된 열이 금속부재를 통해 외부로 직접 방출되기 때문에 보다 많은 양의 열을 신속히 방출할 수 있어 방열 기판의 부품실장 집적도를 높일 수 있고, 방열 기판의 두께를 슬림화할 수 있는 방열 기판 및 그 제조방법을 개시한다.

Description

방열 기판 및 그 제조방법{HEAT DISSIPATING CIRCUIT BOARD AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 방열 기판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내부에 발열소자에서 생긴 열을 방출하기 위한 방열 구조를 가진 방열 기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

방열 기판은 발광다이오드 등 열이 발생하는 발열소자가 설계된 회로패턴에 따라 장착되는 기판이다. 방열 기판은 발열소자에서 발생하는 열을 효과적으로 방출할 수 있다.

전자제품의 기능이 발전함에 따라 방열 기판도 다층 고밀도 및 다기능을 갖춘 성능이 뛰어난 제품이 요구되고 있는 실정이다.

따라서 다층 고밀도의 회로가 동시에 구동됨은 물론, TV, 자동차, 컴퓨터, 멀티조명등, 모듈 개발 제품이 폭발적으로 늘어나고 있다.

이런 특수성 때문에 특수 부품 수요가 급속하게 늘어나고 있으며, 특히 방열 기판의 발열 문제는 날로 심화되고 있어 효과적인 방열 대책이 시급한 과제로 인식되고 있으며, 이러한 문제점 극복은 제품의 신뢰성을 좌우하는 척도가 되고 있다.

방열 기판에 장착된 발열소자들은 그 성능은 향상되면서도 점점 소형화되고 있다. 이것은 지속적으로 축소되어가고 있는 표면 영역 상에 더 많은 열이 방출됨을 의미한다.

기존에는 여러 가지 방열수단을 이용하여 발열소자의 열을 외부로 방출시키고 있다. 이러한 방열수단들은 기본적으로, 발열소자에 방열판을 부착하여 자연 냉각하는 방법 혹은 방열판과 함께 냉각팬을 설치하여 강제 냉각시키는 방법을 이용한 것이다.

하지만, 최근 들어 모든 전자 장치들이 소형화되는 추세에 있으나, 발열소자의 방열을 위해서는 방열판을 장착해야 하기 때문에 그 방열판의 크기로 인하여 전체 크기를 최소화하지 못할 뿐만 아니라, 발열소자의 열을 충분히 방열하지 못하기 때문에 방열성능 및 방열속도가 떨어진다.

본 발명의 일 측면은 발열소자에서 생긴 열을 충분하고 신속하게 방출시키면서도 크기를 소형화할 수 있는 방열 기판 및 그 제조방법을 제공한다.

이를 위해 본 발명의 일 측면에 따른 방열 기판은 제 1 관통홀이 형성된 제1 기판; 상기 제1 기판 일측에 배치되며 상기 제 1 관통홀과 대응하는 위치에 제 2 관통홀이 형성된 제 2 기판; 상기 제 1기판의 타측에 배치되며 상기 제 1 관통홀과 대응하는 위치에 제 3 관통홀이 마련된 제3 기판; 제 1 관통홀을 관통하여 설치되며 그 일단부가 상기 제 2 관통홀에 삽입되고 그 타단부가 상기 제 3 관통홀에 삽입되는 금속부재;를 포함하고, 상기 금속부재는 상기 제2 기판의 제2 관통홀 및 제3 기판의 제3 관통홀에 삽입되는 열 전달부와, 상기 제1 기판의 제1 관통홀에 삽입되며, 상기 제2 기판 및 상기 제3 기판을 지지하여 상기 금속부재를 상기 제1 기판에 고정지지하는 지지부를 포함한다.

삭제

또한, 상기 지지부의 넓이는 상기 열 전달부의 넓이보다 넓은 것을 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 방열 기판의 제조방법은 열 전달부와 상기 열 전달부를 기판에 고정 지지하기 위한 지지부를 가진 금속부재를 마련하고, 상기 금속부재의 지지부를, 상기 지지부에 대응하는 위치에 상기 지지부가 삽입되도록 형성된 제1 관통홀을 가진 제1 기판에 삽입하고, 상기 열 전달부의 일단부를, 상기 일단부에 대응하는 위치에 상기 일단부가 삽입되도록 형성된 제2 관통홀을 가진 제2 기판에 삽입하고, 상기 열 전달부의 타단부를, 상기 타단부에 대응하는 위치에 상기 타단부가 삽입되도록 형성된 제3 관통홀을 가진 제3 기판에 삽입하고, 상기 제1 기판, 제2 기판 및 제3 기판을 가열 압착하는 것을 포함한다.

또한, 상기 금속부재를 마련하는 것은, 상기 지지부와 상기 열 전달부의 중심을 동일한 중심에 위치시키고, 상기 지지부의 넓이를 상기 열 전달부의 넓이보다 넓게 마련하는 것을 포함한다.

이상에서 설명한 본 발명의 일 측면에 따르면, 방열 기판에서 발열소자가 장착되는 부분에 구리, 알루미늄 등의 금속재질로 이루어진 금속부재를 삽입함으로써 발열소자에서 발새오딘 열이 열 전도성이 높은 금속판을 통해 외부로 직접적으로 방출되기 때문에 보다 많은 양의 열을 신속히 방출할 수 있다. 이로 인해, 방열 기판의 부품실장 집적도를 높일 수 있고, 방열 기판의 두께를 슬림화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 방열 기판의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 방열 기판에서 A-A'를 절개한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 방열 기판의 제조방법에 대한 제어흐름도이다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 일실시예에 따른 방열 기판의 제조과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방열 기판의 조립사시도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방열 기판의 조립사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 방열 기판의 개략적인 사시도를 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 방열 기판에 장착된 발열소자에서 발생된 열을 방출하는 것을 설명하기 위한 단면을 나타낸 도면으로써, 도 1의 사시도에서 A-A'를 절개한 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 방열 기판(1)은 금속부재(20), 제1 기판(30), 제2 기판(40) 및 제3 기판(40)을 포함한다.

금속부재(20)는 제1 기판(30)에 일측 및 타측으로 일부가 돌출된 상태로 삽입 고정되고, 일부 돌출된 각 부분에는 제2 기판(40)과 제3 기판(40)이 각각 삽입되어 적층된다. 즉, 금속부재가 삽입된 제1 기판(30)의 상부에 제2 기판(40)이, 하부에 제3 기판(50)이 금속부재의 일부가 위아래로 노출된 상태로 적층된다.

금속부재(20)는 발열소자(10)가 장착되고 이 발열소자(10)에서 발생된 열을 외부로 방출하는 역할을 한다.

금속부재(20)는 열 전달부(21)와 지지부(22)를 포함한다.

금속부재(20)의 열 전달부(21)는 발열소자가 장착되는 부분으로 예를 들면 발열소자와 직간접으로 접촉하여 발열소자(10)에서 발생된 열을 전달받아 반대 측으로 전달하는 역할을 한다. 발열소자(10)는 열 전달부(21)의 일측 혹은 타측에 어느 한 곳에 장착된다.

또한, 금속부재(20)의 열 전달부(21)는 제1 기판(30), 제2 기판(40) 및 제3 기판(50)이 적층시 일측 및 타측이 노출된 상태로 장착된다. 이를 위해 열 전달부(21)의 두께는 제1 기판(30), 제2 기판(40) 및 제3 기판(50)의 두께는 모두 합친 두께와 동일하거나 약간 두꺼울 수 있다.

또한, 금속부재(20)의 열 전달부(21)는 발열소자(10)를 장착하기 위한 발열소자 장착부로서, 예를 들면 사각형상이다. 열 전달부(21)는 사각 형상 외에도 삼각 형상, 기타 다른 형태의 형상일 수 있다.

금속부재(20)의 지지부(22)는 제1 기판(30)의 제1 관통홀(32)(도 4c 참조)에 삽입되어 제1 기판(30)에 적층되는 제2 기판(40) 및 제3 기판(50)을 지지하는 방식으로 금속부재(20)가 제1 기판(30)에서 흔들리거나 분리되는 것을 방지하는 역할을 한다. 이를 위해 지지부(22)는 열 전달부(21)의 측면으로부터 돌출된 형태로 마련된다. 예를 들면, 지지부(22)는 열 전달부(21)의 측면을 감싸는 형태로 마련된다. 이때, 열 전달부(21)과 지지부(22)는 동일한 중심점을 가질 수 있다.

또한, 지지부(22)는 제1 기판(30)의 제1 관통홀(32)(도 4c 참조)에 대응하는 넓이를 가지며, 제1 관통홀(32)에 삽입되어 고정된다. 지지부(22)는 넓이는 제1 관통홀(32)의 넓이보다 동일하거나 강제로 끼워지도록 약간 더 클 수 있다.

한편, 예를 들면, 금속부재(20)의 열 전달부(21)의 두께는 1.6mm 이고, 지지부(22)의 두께는 1.2mm이다.

상기한 구성과 같이, 금속부재(20)가 방열 기판(1)에 관통하여 설치됨으로써 금속부재(20)에서 노출된 열 전달부(21)에 장착된 발열소자(10)에서 열이 발생하면, 발생된 열이 화살표 방향과 같이 금속부재(20)의 열 전달부(21)를 통해 외부로 직접 방출된다. 금속부재(20)는 열 전도성이 매우 높은 금속재질로 이루어지기 때문에 많은 양의 열을 신속히 방출할 수 있어 방열 기판의 부품실장 집적도를 높일 수 있고, 방열 기판의 두께를 슬림화할 수 있게 된다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 방열 기판의 제조방법에 대한 제어흐름을 나타낸 도면이다.

도 3을 살펴보면, 방열 기판의 제조공정은 동판을 마련하는 공정(100), 동판의 상하부에 돌기를 형성하는 공정(110), 돌기가 형성된 동판에서 원하는 크기의 열 전달부와 지지부를 가진 금속부재를 커팅하는 공정(120), 금속부재의 지지부에 대응하는 위치에 그에 해당하는 제1 관통홀을 가진 제1 기판을 마련하는 공정(130), 제1 기판의 제1 관통홀에 금속부재의 지지부를 삽입시켜 제1 기판에 금속부재를 삽입하는 공정(140), 금속부재의 열 전달부의 일단부에 대응하는 위치에 그에 대응하는 제2 관통홀을 가진 제2 기판을 마련하는 공정(150), 금속부재의 열 전달부의 타단부에 대응하는 위치에 그에 해당하는 제3 관통홀을 가진 제3 기판을 마련하는 공정(160), 제2 기판의 제2 관통홀을 제1 기판에 삽입된 금속부재의 열 전달부의 일단부에 삽입시켜 제1 기판에 제2 기판을 삽입하는 공정(170), 제3 기판의 제3 관통홀을 제1 기판에 삽입된 금속부재의 열 전달부의 타단부에 삽입시켜 제1 기판에 제3 기판을 삽입하는 공정(180), 그리고, 이 세 개의 기판이 적층되도록 제1 기판, 제2 기판 및 제3 기판을 가열 압착하는 공정(190)을 포함한다.

도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 일실시예에 따른 방열 기판의 제조공정순서를 나타낸 도면이다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 일정한 두께의 동판(C)을 마련한다.

도 4b에 도시된 바와 같이, 동판(C)에서 원하는 형태의 금속부재(20)를 만들기 위해 에칭을 이용하여 동판(C)의 상하부에 각각 돌기(P)를 형성한다. 이 돌기(P)는 금속부재(20)의 열 전달부(21)에서 제2 기판(40) 혹은 제3 기판(50)에 삽입되는 부분이다. 이 돌기(P)의 상부면에는 발열소자(10)가 장착되게 된다.

또한, 동판(C)에 돌기(P)를 형성한 후 점선으로 표시된 커팅영역을 커팅하여 원하는 크기의 금속부재(20)를 만든다.

도 4c 및 도 4d에 도시된 바와 같이, 금속부재(20)를 만든 후 금속부재(20)의 지지부(22)에 대응하는 위치에 그 지지부(22)가 삽입되는 제1 관통홀(32)을 가진 제1 기판(30)을 마련한다. 이때, 기계적 연마 혹은 레이저 커팅 등을 이용하여 제1 기판(30)의 제1 절연층(31)에 제1 관통홀(32)을 형성한다.

그리고, 금속부재(20)의 지지부(22)를, 제1 기판(30)의 제1 절연층(31)에 형성된 제1 관통홀(32)에 삽입함으로써 금속부재(20)를 제1 기판(30)에 삽입 고정시킨다. 이때, 금속부재(20)의 지지부(22)의 넓이는 제1 기판(30)의 제1 관통홀(32)의 넓이와 동일하거나 강제로 껴진 채로 고정되도록 약간 더 클 수 있다.

도 4e 및 도 4f에 도시된 바와 같이, 금속부재(20)의 열 전달부(21)의 일단부에 대응하는 위치에서 그 일단부가 삽입되는 제2 관통홀(43)을 가진 제2 기판(40)을 마련한다. 이때, 기계적 연마 혹은 레이저 커팅 등을 이용하여 제2 기판(40)의 제2 절연층(41)에 제2 관통홀(43)을 형성한다.

그리고, 금속부재(20)의 열 전달부(21)의 일단부에, 제2 기판(40)의 제2 절연층(41)에 형성된 제2 관통홀(43)을 넣어 제1 기판(30)에 제2 기판(40)을 끼운다. 이때, 제2 관통홀(43)에 삽입된 열 전달부(21)의 일단부는 제2 관통홀(43)을 관통하여 노출되도록 삽입된다. 이때, 제2 기판(40)은 제1 기판(30)의 제1 절연층(31) 및 금속부재(20)의 지지부(22)의 일단부를 덮기 때문에 금속부재(20)가 제1 기판(30)에서 움직이거나 분리되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 열 전달부(21)의 일단부의 넓이는 제2 관통홀(43)의 넓이와 동일하거나 강제로 끼워지도록 약간 더 클 수 있다.

이와 함께 금속부재(20)의 열 전달부(21)의 타단부에 대응하는 위치에서 그 타단부가 삽입되는 제3 관통홀(53)을 가진 제3 기판(50)을 마련한다. 이때, 기계적 연마 혹은 레이저 커팅 등을 이용하여 제3 기판(50)의 제3 절연층(51)에 제3 관통홀(53)을 형성한다.

그리고, 금속부재(20)의 열 전달부(21)의 타단부에, 제3 기판(50)의 제3 절연층(51)에 형성된 제3 관통홀(53)을 넣어 제1 기판(30)에 제3 기판(50)을 끼운다. 이때, 제3 관통홀(53)에 삽입된 열 전달부(21)의 타단부는 제3 관통홀(53)을 관통하여 노출되도록 삽입된다. 이때, 제3 기판(50)은 제1 기판(30)의 제1 절연층(31) 및 금속부재(20)의 지지부(22)의 타단부를 덮기 때문에 제2 기판(30)과 마찬가지로 금속부재(20)가 제1 기판(30)에서 움직이거나 분리되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 열 전달부(21)의 타단부의 넓이는 제3 관통홀(53)의 넓이와 동일하거나 강제로 끼워지도록 약간 더 클 수 있다.

그런 후 금속부재(20)가 관통 삽입된 제1 기판(30), 제2 기판(40) 및 제3 기판(50)을 가열 압착시킴으로써 금속부재(20)가 삽입된 제1 기판(30)의 상부에 제2 기판(40)이, 하부에 제3 기판(50)이 금속부재(20)의 열 전달부(21)의 일단부와 타단부가 각각 위아래로 노출된 상태로 적층된다.

이 후 제2 기판(40) 및 제3 기판(50)의 제2 동박층(42) 및 제3 동박층(52)을 에칭하여 발열소자(10)가 전기적으로 연결되는 회로 패턴을 형성함으로써 방열 기판(1)의 제조를 완료한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방열 기판의 조립사시도를 나타낸 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 방열 기판에서 금속부재(20')는 원뿔 형태의 열 전달부(21')와, 이 열 전달부(21')의 두께보다 적은 두께로 이루어지고 열 전달부(21')를 둘러싸는 형태의 지지부(22')를 포함할 수 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방열 기판의 조립사시도를 나타낸 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 방열 기판에서 금속부재(20'')는 사각 뿔 형상의 열 전달부(21'')와, 이 열 전달부(21'')의 두께보다 적은 두께를 가지고, 열 전달부(21'')의 양측면에 위치하는 사각 뿔 형상의 지지부(22'')를 포함할 수 있다.

1 : 방열 기판 10 : 발열소자
20 : 금속부재 21 : 열 전달부
22 : 지지부 30 : 제1 기판
31 : 제1 절연층 32 : 제1 관통홀
40 : 제2 기판 41 : 제2 절연층
42 : 제2 동박층 43 : 제2 관통홀
50 : 제3 기판 51 : 제3 절연층
52 : 제3 동박층 53 : 제3 관통홀

Claims

제 1 관통홀이 형성된 제1 기판;
상기 제1 기판 일측에 배치되며 상기 제 1 관통홀과 대응하는 위치에 제 2 관통홀이 형성된 제 2 기판;
상기 제 1기판의 타측에 배치되며 상기 제 1 관통홀과 대응하는 위치에 제 3 관통홀이 마련된 제3 기판;
제 1 관통홀을 관통하여 설치되며 그 일단부가 상기 제 2 관통홀에 삽입되고 그 타단부가 상기 제 3 관통홀에 삽입되는 금속부재;를 포함하고,
상기 금속부재는 상기 제2 기판의 제2 관통홀 및 제3 기판의 제3 관통홀에 삽입되는 열 전달부와, 상기 제1 기판의 제1 관통홀에 삽입되며, 상기 제2 기판 및 상기 제3 기판을 지지하여 상기 금속부재를 상기 제1 기판에 고정지지하는 지지부를 포함하는 방열 기판.
삭제
제1항에 있어서,
상기 지지부의 넓이는 상기 열 전달부의 넓이보다 넓은 것을 포함하는 방열기판.
열 전달부와 상기 열 전달부를 기판에 고정 지지하기 위한 지지부를 가진 금속부재를 마련하고;
상기 금속부재의 지지부를, 상기 지지부에 대응하는 위치에 상기 지지부가 삽입되도록 형성된 제1 관통홀을 가진 제1 기판에 삽입하고;
상기 열 전달부의 일단부를, 상기 일단부에 대응하는 위치에 상기 일단부가 삽입되도록 형성된 제2 관통홀을 가진 제2 기판에 삽입하고;
상기 열 전달부의 타단부를, 상기 타단부에 대응하는 위치에 상기 타단부가 삽입되도록 형성된 제3 관통홀을 가진 제3 기판에 삽입하고;
상기 제1 기판, 제2 기판 및 제3 기판을 가열 압착하는; 것을 포함하는 방열 기판의 제조방법.
제4항에 있어서,
상기 금속부재를 마련하는 것은, 상기 지지부와 상기 열 전달부의 중심을 동일한 중심에 위치시키고, 상기 지지부의 넓이를 상기 열 전달부의 넓이보다 넓게 마련하는 것을 포함하는 방열기판의 제조방법.