KR101399979B1 - 인쇄전자 기술을 이용한 led용 방열 플렉시블 모듈 및 이의 제조 방법 - Google Patents

인쇄전자 기술을 이용한 led용 방열 플렉시블 모듈 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인쇄전자 기술을 이용한 LED용 방열 플렉시블 모듈 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도전성 페이스트(Conductive Paste)의 회로 패턴이 절연층상에 인쇄된 고방열 기판 및 이를 이용한 LED용 방열 플렉시블 모듈 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 절연층상에 도전성 페이스트(Conductive Paste)의 회로 패턴이 인쇄방식에 의해 형성된, 향상된 방열특성과 경량화 및 연성의 특성을 가지는 고방열 기판 및 이의 제조방법을 제공할 수 있고 이를 LED용 방열 플렉시블 모듈로 응용가능하다.

Description

인쇄전자 기술을 이용한 LED용 방열 플렉시블 모듈 및 이의 제조 방법{HEAT-DISSIPATING FLEXIBLE MODULE FOR LED USING PRINTED ELECTRONICS TECHNOLOGY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 인쇄전자 기술을 이용한 LED용 방열 플렉시블 모듈 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도전성 페이스트(Conductive Paste)의 회로 패턴이 절연층상에 인쇄된 고방열 기판 및 이를 이용한 LED용 방열 플렉시블 모듈 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 절연층상에 도전성 페이스트(Conductive Paste)의 회로 패턴이 인쇄방식에 의해 형성된, 향상된 방열특성과 경량화 및 연성의 특성을 가지는 고방열 기판 및 이의 제조방법을 제공할 수 있고 이를 LED용 방열 플렉시블 모듈로 응용가능하다.
일반적으로 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: PCB)은 집적회로, 저항기 또는 스위치 등의 전기적 부품들이 납땜되는 얇은 판으로서, 대부분의 컴퓨터, 각종 표시장치등에 사용되는 회로는 이 인쇄회로기판에 설치된다.
상기 인쇄회로기판(PCB)을 제작하는 일반적인 방법으로 에칭법 및 전도성 페이스트를 이용한 방법 등이 있다. 상기 에칭법은 고분자 수지의 절연성 소재에, 도체인 동박을 캐스팅, 라미네이팅, 스퍼터링 방법을 통하여 적층판을 제조하고, 여기에 포토리소그래피 공법을 적용하여 동박중에 불필요한 부분을 약품으로 용해 제거하여 필요한 도체 패턴만을 남김으로써 인쇄회로기판을 제조하는 방법이다. 이와 같은 에칭법은 양산성이 우수하여 널리 사용되고 있으나, 에칭법은 여러 개의 공정으로 이루어져 있기 때문에 시설설비가 많이 요구되며, 공정수도 많아 생산원가가 높아진다는 문제점이 있다. 또한, 이와 같은 에칭법은 인체에 해로운 에칭용액을 사용하기 때문에 이들 에칭용액을 수거하여 처리해야함으로써, 환경 친화적이지 못한 단점이 있고, 또한 에칭공정에 사용되는 포토레지스트의 가격이 높고, 구리층을 식각하여 제거함으로써 재료의 로스가 많은 문제점이 있다.
상기 에칭법의 문제점을 해결하기 위해 회로 패턴(Circuit Pattern) 소재인 동박(Copper Clad)을 도전성 잉크/페이스트(Conductive Ink/Paste)로 대체하여 저렴한 인쇄회로기판(PCB)을 제작하는 기술이 에칭법을 대체하고 있다.
상기 도전성 잉크는 통상적으로 수~수십 나노미터 직경의 금속 입자를 용매에 분산시킨 소재로, 도전성 잉크를 기판에 인쇄하고, 소정의 온도에서 열을 가하면, 분산제 등의 유기 첨가물이 휘발되고, 금속 입자 사이의 공극이 수축 및 소결(Sintering)되어 전기 및 기계적으로 서로 연결된 도체가 형성된다. 또한 상기 도전성 페이스트는 통상적으로 수백~수천 나노미터 직경의 금속 입자를 접착성이 있는 수지(Resin)에 분산시킨 소재로, 도전성 페이스트를 기판에 인쇄하고, 소정의 온도에서 열을 가하면, 수지가 경화(Curing)되고, 금속 입자 사이의 전기 및 기계적 접촉이 고정되어 서로 연결된 도체가 형성될 수 있다.
이러한 인쇄회로기판 상에 전자부품을 사용하여 전자회로를 구성할 때 가장 문제가 되는 분야중의 하나가 열이 발생되는 부품의 열에 대한 대책이다. 즉, 전자부품에 정해진 전압이 가해지면 전류가 흐르게 되고, 이것은 필연적으로 저항손실에 의한 열이 발생하게 된다. 이때 열의 발생이 미약해 자연공냉으로 동작에 지장이 없는 전자부품도 있지만, 열이 많이 발생되어 자연 공냉만으로는 한계가 있어 계속적으로 전자부품의 온도가 올라가는 발열부품들의 경우에는 온도상승으로 인한 전자부품의 오동작 및 파손이 문제되는 경우가 있고, 이러한 발열은 전체 전자제품의 신뢰성에 문제를 야기한다.
예를 들어, LCD TV 백라이트뿐만 아니라 점차적으로 조명에도 그 용도가 확대되고 있는 LED는 구동시 일반 램프와 달리 빛과 열을 발산하게 되는데 빛은 약 20~30%, 열은 70~80%를 차지하게 된다. 특히 구동시 발생되는 열을 빠르게 방열시켜야 광효율도 좋아지게 되는데 이러한 발열을 효과적으로 전달시키기 위해서는 일반적으로 금속 회로기판을 사용한다.
또한, 일반적으로 회로에 의해 발생된 열을 방열 및 냉각시키기 위해 기판하부에 방열판을 구비할 수 있으며, 기존의 기판소재로서 알루미늄, 마그네슘 등의 금속을 주로 이용되고 있다. 그러나 상기 금속의 경우 기판의 무게를 줄일 수 없다는 단점을 가지고 있으며, 손쉬운 가공이 어렵다는 한계를 가지고 있다.
이러한 문제점을 해결함과 동시에 발생된 열을 방열 및 냉각시키기 위한 다양한 구조가 제안되고 있다. 예를 들어, 공개특허공보 제10-2012-0082947호(2012.07.24)에서는 알루미늄 기재층, 상기 알루미늄 기재층상에 접착층, 수지층, 접착층 및 구리층 또는 알루미늄층이 적층된 방열적층체에 관한 기술이 기재되어 있고, 공개특허공보 제10-2012-0072801호(2012.07.04.)에서는 아노다이징에 의한 제1 절연층을 형성하고, 전착도장하여 제2 절연층을 형성하여 회로를 형성한 전착도장을 이용한 고방열기판 및 이의 제조방법에 관해 기재되어 있다.
그러나 상기 종래기술을 포함하는, 인쇄회로기판의 소재나 재질을 변경함으로써 방열효율을 높이기 위한 다양한 노력에도 불구하고 방열효율이 우수하며 전자제품의 슬림화에도 부응할 수 있는 새로운 개념의 방열기판에 관한 연구개발의 필요성은 지속적으로 요구되고 있는 실정이다.
공개특허공보 제10-2012-0082947호(2012.07.24)
공개특허공보 제10-2012-0072801호(2012.07.04.)
따라서 상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 방열효율이 우수하며 경량화의 특성을 가지는 신규의 고방열 기판 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 경량화된 방열 기판을 포함하며, 도전성 페이스트의 직접 인쇄방식에 의한 패턴형성시 배선층의 두께를 균일하고 얇게 하면서도 전도성을 향상시킨 고방열 기판을 제공하는 것을 또 다른 발명의 목적으로 한다.
본 발명은 방열재료를 포함하는 베이스 기판; 상기 베이스 기판 상에 부분적으로 형성되며, 하기 패턴화된 배선층을 지지할 수 있도록 상기 패턴화된 배선층의 배선 형상을 따라서 형성된 절연층; 상기 절연층 상에 형성되고 도전성 페이스트 조성물의 프린팅 방법에 의해 패턴화된 배선층; 및 상기 패턴화된 배선층상에 형성된 금속 도금층;을 포함하는 고방열 기판에 있어서, 상기 절연층은 액상의 열전도성 절연재료의 인쇄방식에 의해 형성되며, 상기 절연층의 폭은 상기 배선층의 배선폭의 1.5배 내지 10배인 것을 특징으로 하는 고방열 기판을 제공한다.
또한 본 발명은 방열층을 포함하는 베이스 기판을 제공하는 단계; 상기 베이스 기판상에 하기 패턴화된 배선층을 지지할 수 있도록 상기 패턴화된 배선층의 배선 형상을 따라서, 폴리뷰틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리술폰, 폴리에테르, 폴리에테르이미드, 내열성 에폭시(Epoxy), 폴리아릴레이트 및 폴리이미드에서 선택되는 절연층을 액상의 열전도성 절연재료의 인쇄방식에 의해 형성하되, 상기 절연층의 폭은 하기 패턴화된 배선층의 배선폭의 1.5배 내지 10배가 되도록 절연층의 폭을 설정하여 절연층을 부분적으로 형성시키는 단계; 상기 베이스기판상에 부분적으로 형성된 절연층상에 전도성 Ag 페이스트, 전도성 Cu 페이스트, 전도성 폴리머, 그라비아용 페이스트 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 페이스트 조성물을 미리 정한 패턴으로 인쇄하여 패턴화된 배선층을 형성하는 단계; 및 상기 패턴화된 배선층 상부에 도금에 의해 금속 도금층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고방열기판의 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 고방열 기판을 포함하는 LED용 방열 플렉서블 모듈을 제공할 수 있다
본 발명의 고방열 기판은 상기 베이스 기판상에 부분적으로 형성된 절연층을 구비함으로써, 상기 전도성 페이스트에 의해 구현되는 회로배선 부근에서는 내전압특성이 높아질 수 있고 상기 회로배선으로부터 멀어지는 부분에서는 외부공간으로의 방열효과가 높아질 수 있는 효과를 가질 수 있어, 방열효율이 우수하며 경량화의 특성을 가짐으로써 전자제품의 슬림화에도 부응할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명은 상기 경량화된 방열 기판을 포함하며, 도전성 페이스트의 직접 인쇄방식에 의한 배선 패턴 형성시에 도전성 페이스트에 의한 배선층상에 무전해도금 방식에 의해 금속도금을 진행함으로써, 배선층의 두께를 균일하고 얇게 하면서도 전도성이 향상된 인쇄회로 기판을 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 고방열 기판은 보다 향상된 방열특성과 경량화 및 연성의 특성을 가질 수 있어 LED용 방열 플렉서블 모듈로 적용가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고방열 기판의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 고방열 기판의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연층의 제조시 두께에 따른 전도도와 내전압과의 상관관계를 도시한 그림이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고방열 기판의 제조방법을 도시한 그림이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고방열 기판과 종래 기술에 따른 방열기판과의 방열 평가를 도시한 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 고방열 기판 및 이의 제조방법을 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 본 발명의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
본 발명에서 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고방열 인쇄회로기판의 단면도를 나타낸 그림이다. 상기 도 1에서 볼 수 있듯이, 본 발명에 따른 고방열 인쇄회로기판은 방열재료(24)를 포함하는 베이스 기판(23,24); 상기 베이스 기판 상에 부분적으로 형성되며, 하기 패턴화된 배선층을 지지할 수 있도록 상기 패턴화된 배선층의 배선 형상을 따라서 형성된 절연층(22); 상기 절연층(22) 상에 형성되고 도전성 페이스트 조성물의 프린팅 방법에 의해 패턴화된 배선층(25); 및 상기 패턴화된 배선층상에 형성된 금속 도금층(21);을 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 고방열 인쇄회로기판의 베이스 기판은 방열재료로 이루어지는 방열층을 포함한다.
일 실시예로서, 본 발명에서 상기 베이스 기판은 금속성분을 포함하는 방열재료로 이루어진 방열층(24) 및 고분자재료로 이루어진 수지층(23)을 포함할 수 있다.
이 경우에 상기 수지층은 방열층과 상기 절연층사이에 제2의 절연층으로서의 기능을 할 수 있도록 형성되어 상기 베이스 기판에 포함될 수 있다.
상기 방열재료로 이루어지는 방열층은 열전도율이 높은 금속재료, 세라믹 재료, 또는 고분자재료로 형성되는 것이 바람직하고, 판(시트) 형태 또는 상기 재료의 분말의 성형된 시트로 이루어질 수 있다. 상기 방열재료를 적층하는 경우에 굴곡성이 양호한 성질을 나타내는 것이 요구될 수 있다.
상기 방열재료로서는 알루미늄, 구리, 니켈, 철, 마그네슘, 세라믹, 고분자 중에서 선택되는 어느 하나의 열전도가 우수한 재료의 시트형태를 포함하여 이루어지거나, 또는 상기 알루미늄, 구리, 니켈, 철, 마그네슘, 세라믹, 고분자 중에서 선택되는 어느 하나의 분말 또는 이들의 혼합 분말이 성형된 시트 형태가 사용될 수 있다. 여기서 상기 방열 재료로서 상기 분말 또는 이들 혼합 분말이 사용되는 경우에 상기 분말의 평균입경은 0.1 um 내지 ~ 10 um의 범위일 수 있다.
상기 방열층의 두께는 전자기기의 경량성, 박형화에 기여하고 가공성 또는 안정성에 영향을 미치게 되므로, 최종 제품의 요구물성에 따라 적절히 조절될 수 있으나, 통상 20 um 이상 2 mm이하의 두께범위를 가질 수 있고, 바람직하게는 30 um 이상 800 um 이하의 범위를 가질 수 있다.
또한 상기 베이스기판의 수지층을 이루는 고분자재료는 폴리뷰틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리술폰, 폴리에테르, 폴리에테르이미드, 내열성 에폭시(Epoxy), 아크릴 수지, 폴리아릴레이트 및 폴리이미드로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.
또한 본 발명에서 상기 베이스 기판은 연성회로기판(FCCL)이 사용될 수 있다. 도 2에서는 본 발명에서의 상기 베이스 기판으로서 연성회로기판(FCCL)을 사용한 단면도를 도시하고 있다. 이를 구체적으로 살펴보면, 상기 방열층으로서 상기 절연층의 하부에 형성되는 구리층이 형성되어 있고, 상기 수지층으로서 구리층의 하부에 형성되는 폴리이미드층이 형성된 것을 볼 수 있다. 이밖의 상기 절연층(22)과 패턴화된 배선층(25) 및 금속도금층(21)은 앞서 상술한 바와 동일한 구조 및 구성을 가질 수 있다.
또한 본 발명에서 상기 베이스 기판은 양극산화처리(아노다이징)된 금속판으로서 바람직하게는 알루미늄, 또는 마그네슘의 양극산화처리(아노다이징)에 의해 형성된 것일 수 있다.
이 경우에 상기 알루미늄, 또는 마그네슘이 양극산화처리되면 내부는 금속의 특성을 그대로 가지고 있으면서 금속의 표면만 산화 되어 특성이 바뀌게 된다. 따라서 상기 양극산화처리에 의해 그 표면이 금속산화물로 변환되어 절연막을 형성할 수 있고 내화학성, 전기 절연성, 방열성을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 금속판을 양극산화처리(아노다이징)를 하는 경우, 방열성은 유지 하면서 표면 내전압은 500V~1000V 내외로 특성이 나타날 수 있어, 이렇게 처리된 기판은 방열 기판의 전기적 특성을 내지 못할 수 있기 때문에 상기 베이스 기판상에 별도의 절연층(22)을 포함할 수 있고, 이는 본 발명에서의 상기 절연층(22)에 의해 해결될 수 있는 것이다.
이를 도 1에 게재된 단면도와 비교하여 설명하면, 상기 금속판(24)의 표면이 양극산화처리됨으로써 금속산화물로 이루어진 절연막(23)이 형성되고, 이에 상기 절연층(22), 배선층(25) 및 금속도금층(21)이 형성되는 것이다.
여기서 상기 양극산화처리(아노다이징)된 금속판은 방열판인 양극산화처리된 금속판 전체를 별도의 공정을 통해 코팅 하는 것이 아니라 전기 회로가 지나가는 부분의 하단에만 선택적으로 도포하게 된다.
여기서 본 발명에 의한 상기 고방열 기판에서 발생되는 열은 하단의 방열판쪽으로 전달되는 열도 있지만 상단의 복사열로 발산되는 것도 있다. 본 발명은 상기 복사열을 가능한 높이기 위해 방열판의 상단을 가급적이면 공기와 맞닿을 수 있도록 하기 위한 방법이다.
따라서 본 발명에서의 상기 절연층을 구비하게 되면 상기 전도성 페이스트에 의해 구현되는 회로배선 부근에서는 내전압특성이 높아질 수 있고 상기 회로배선으로부터 멀어지는 부분에서는 외부공간으로의 방열효과가 높아질 수 있는 효과를 가질 수 있다.
또한, 본 발명에서의 상기 절연층과 양극산화처리(아노다이징)된 금속 표면상에는 별도의 추가 절연층이 필요에 따라 구비될 수 있다.
한편, 본 발명에서의 베이스 기판은 금속판을 상기 코팅 방법인 아노다이징 처리를 하지 않고 별도의 절연층을 인쇄 또는 코팅함으로써 형성 할 수 있다. 즉, 에폭시 계열 또는 아크릴 계열의 절연층을 도포 하였을 때 열전도성은 낮아지지만 동일한 절연 효과를 볼 수 있다.
본 발명에서 상기 베이스기판상에 부분적으로 형성되는 절연층은 인쇄방법에 의해 형성될 수 있다. 절연층은 패턴을 형성 해야 하기 때문에 일반적인 코팅 방법이 아닌 인쇄 방식을 이용 하게 된다. 인쇄의 방식으로는 용액공정에 의해 액상의 열전도성 절연재료를 스크린, 그라비아, 그라비아 옵셋, 잉크젯, 임프린팅, 스템프 방식 등의 인쇄방식에 의해 형성될 수 있다. 절연층은 열전도성을 가지며 내전압 특성이 높은 것을 선택해야 하며, 두께는 적어도 5 um 이상, 바람직하게는 10 um 이상 일 때 내전압 특성을 만족할 수 있다.
본 발명에서 상기 부분적으로 형성되는 절연층은 폴리뷰틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리술폰, 폴리에테르, 폴리에테르이미드, 내열성 에폭시(Epoxy), 폴리아릴레이트 및 폴리이미드로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 절연층으로 사용될 재료는 높은 내전압과 내열도를 가지는 것이 바람직하며, 내열도는 200 ℃이상, 바람직하게는 250 ℃이상의 값을 가지는 것이 좋다.
또한 상기 절연층의 폭은 배선층의 배선폭의 1.5배 내지 10배일 수 있다. 상기 절연층의 폭이 넓어지면 기판의 절연효과는 향상될 수 있지만 복사에 의한 방열효과가 떨어질 수 있고, 절연층의 폭이 좁아지면 기판의 절연효과가 떨어질 수 있다.
또한 상기 절연층의 두께는 방열 특성을 향상 시키기 위해서는 절연층의 두께는 얇아야 하나, 상기 절연층이 얇아지게 되면 내전압 특성(절연 기구물이 파괴되지 않고 견딜 수 있는 최고 전압으로서, 일반적으로 사용되는 MPCB의 경우 5,000V/1분을 견뎌야 함.)은 떨어지게 되어 양 특성의 균형점을 찾아 적절히 조절되어야 한다.
도 3은 본 발명에서의 절연층의 제조시 두께에 따른 열전도도와 내전압과의 상관관계를 도시한 그림이다. 이를 보다 상세히 살펴보면, 기판의 상단에서 열이 발생하는 경우 절연층의 두께가 줄어들수록 세로축에서 열전도도는 높아지게 되나, 내전압특성(세로축)이 좋지 않으며, 가로축의 절연층 두께가 증가함에 따라 세로축의 내전압특성은 증가함에 반해 또 다른 특성인 방열특성을 나타내는 열전도도(세로축)는 낮아지게 되는 것을 볼 수 있다.
따라서 본 발명에서 사용되는 절연층의 두께는 5 um 내지 100um, 바람직하게는 12 um 내지 25 um 의 범위를 갖는 것이 바람직할 수 있다.
또한 상기 절연층상에 형성되는 도전성 페이스트 배선층은 인쇄방식에 의해 도전성 페이스트 조성물을 프린트함으로써 형성될 수 있다.
또한 본 발명에서 사용되는 도전성 페이스트는 전기 전도성이 있는 물질의 입자를 포함하며, 이는 도전성이 있는 금속, 비금속 또는 이들의 산화물, 탄화물, 붕화물, 질화물, 탄질화물의 분말과 카본블랙과 흑연 등 탄소계 분말을 포함한다. 상기 도전성 페이스트 입자는 예를 들어 금, 알루미늄, 구리, 인듐, 안티몬, 마그네슘, 크롬, 주석, 니켈, 은, 철, 티탄 및 이들의 합금과 이들의 산화물, 탄화물, 붕화물, 질화물, 탄질화물의 입자를 포함할 수 있다. 상기 입자의 형태는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 판형, 파이버 형과 나노 크기의 나노입자 나노튜브 등이 사용될 수 있다. 이러한 도전성 입자는 단독 또는 조합하여 사용될 수 있다.
또한 상기 도전성 페이스트는 잉크젯 프린팅 등에서 사용되는 전도성 잉크와는 달리, 기판과의 접착성을 향상시키기 위해 바인더를 추가적으로 포함할 수 있으며, 일반적으로 에폭시 수지, 페놀수지(페놀+포롬알데하이드) 폴리우레탄수지, 폴리아미드수지, 아크릴수지, 우레아/멜라민수지, 실리콘 수지 등의 유기계 바인더를 사용할 수 있으나, 상기 도전성 페이스트의 배선층 형성후에 화학 도금을 형성하는 경우 도금액이 침투 하여 회로 층이 박리 되는 현상이 발생할 수 있고, 화학도금에 들어 있는 강염기성은 아크릴계 바인더를 녹여 많은 문제점을 야기 할 수 있어, 에폭시계 바인더를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 바인더의 함량은 일반적으로 총 페이스트 조성물의 함량대비 10 내지 50 wt%의 범위를 가질 수 있고, 바람직하게는 15 내지 40 wt%의 범위를 가질 수 있으나, 이에 국한되지는 않는다. 상기 바인더는 앞서 살펴본 바와 같이 도전성 페이스트를 포함하는 배선층의 전기전도성을 감소시키는 원인으로 작용하고 있다.
또한 본 발명에서 사용되는 도전성 페이스트 조성물의 점도는 23℃, 50 rpm HAKKE RHeoscope 측정기준 10,000 cps ~ 100,000 cps 범위의 것을 사용할 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다.
또한 추가적으로 그 밖의 첨가제로서 Ag파우더(안료), 천연 및 합성수지(바인더), 솔벤트, 분산제, 커플링제, 점도조절제 등을 포함할 수 있다.
본 발명에서의 상기 도전성 페이스트 조성물은 바람직하게는 전도성 Ag 페이스트, 전도성 Cu 페이스트, 전도성 폴리머, 그라비아용 페이스트 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 그라비아용 페이스트는 전도성 실버(Ag) 페이스트의 일종으로서 입자크기는 0.1~3 um이며, 일 예로서 Ag 파우더 75%, 수지 10%, 솔벤트 13% 첨가제 2%의 구성으로 이루어 질 수 있다.
또한, 상기전도성 페이스트 조성물의 입자크기는 10 nm 내지 10 um의 범위일 수 있으며, 30 내지 1,000 nm 나노입자크기를 갖는 전도성 페이스트 또는 1 내지 7 um의 마이크로 입자 크기를 갖는 전도성 페이스트가 바람직하다.
일반적으로 상기 페이스트의 입자가 커질수록 형성되는 배선층의 전기전도도가 낮아지게 되어, 페이스트 입자가 마이크로 사이즈의 범위를 갖는 경우에 본 발명의 도금층을 통한 배선층의 형성에 의한 전도도 향상의 효과가 더 커질 수 있다.
본 발명에서 상기 도전성 페이스트는 기판상에 직접 인쇄방식에 의해 사용자가 원하는 형상의 패턴으로 패턴화된 배선층을 형성할 수 있다. 상기 직접 인쇄방식은 기판에 스크린인쇄, 프렉소인쇄, 로터리인쇄, 그라비어인쇄, 옵셋 인쇄, 또는 디스펜서 등의 인쇄 방법을 포함할 수 있다. 각각의 인쇄법에 있어서는 종래 공지의 수단을 사용할 수 있다. 상기 인쇄 방법 중, 스크린 인쇄, 그라비어 인쇄 또는 옵셋 인쇄가 바람직하다.
한편, 일반적으로 기판상에 도전성 페이스트를 인쇄 방식으로 구현된 회로배선은 저항이 높아 전도도가 양호하지 않아 회로 배선으로 사용하기에는 어려움이 있고, 또한 일반적인 솔더페이스트를 사용하였을 때 접착이 되지 않는 문제점이 있다. 이런 문제를 해결하기 위해 상기 도전성 페이스트 배선상에 금속도금층을 형성할 수 있다.
본 발명에서 상기 도전성 페이스트 배선층상에 형성되는 금속 도금층은 전해 도금 또는 무전해 도금에 의해 형성될 수 있다.
상기 패턴화된 배선층상에 형성된 금속 도금층의 두께는 1 um 내지 10 um 이며, 바람직하게는 2 내지 5 um를 형성할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에서의 상기 금속 도금층은 무전해 도금에 의해 형성될 수 있다. 이 경우, 금속 도금층이 전해도금에 의해 형성되는 것보다 배선의 균일성이 양호해질 수 있다. 일반적으로 전해도금의 경우에는 전극에서 가까운 쪽의 전해도금된 도금층의 두께가 두꺼운 경향을 보이는 반면에 전극에서 멀어질수록 도금층의 두께는 얇아질 수 있어 배선의 길이에 따른 전해도금층의 두께가 불균일하게될 수 있다.
그러나 상기 도전성 페이스트의 패턴화된 배선층상에 무전해 도금을 하는 경우에는 상기 전해도금에 의해 발생될 수 있는 문제점인 배선의 길이에 따른 전해도금층의 두께가 불균일한 것을 해소할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 무전해도금에 의해 도금층을 형성하는 경우에는 전해 도금을 하는 경우에 있어 배선의 전도도를 향상시키기 위해 도금층을 두껍게 함으로써 발생되는 문제점인 회로기판의 두께가 두꺼워지는 단점을 개선할 수 있고, 전해도금에 의해 금속도금층을 형성하는 것보다 배선라인간의 폭(피치폭)을 좁게 형성할 수 있다. 왜냐하면 전해도금시 배선의 길이에 따른 전해도금층의 두께가 불균일하게 되는 단점을 극복하기 위해서는 도금층의 두께를 두껍게 하여야 하며 이를 위해 전해도금시 도금량을 증가시켜야 하나, 이러한 경우에, 배선층의 상단부분만이 도금되지 않고 배선층의 측면부에도 도금이 될 수 있게 된다.
따라서 전해도금에 의해 도전성 페이스트층 상에 금속도금층을 형성하는 경우 전도성이 양호한 배선을 형성하기 위해서는 도금층의 두께를 두껍게 함으로써 배선층의 측면부에도 도금층이 형성되어, 배선 라인간의 폭(피치폭)을 좁게 형성할 수 없는 단점이 있게 되나, 무전해 도금에 의해 금속도금층을 도전성 페이스트층에 형성하는 경우에는 앞서 살펴본 바와 같이 배선의 길이에 따른 전해도금층의 두께가 불균일하게 되는 문제점이 해결됨으로써, 전해도금에 의한 도금층을 형성하는 경우보다 배선 라인간의 폭(피치폭)을 좁게 형성할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 금속 도금층이 무전해 도금에 의해 형성되며, 상기 무전해 도금에 의해 형성되는 도금층 상에 선택적으로, 전해도금에 의한 금속도금층이 추가적으로 형성될 수 있다.
또한 본 발명에서의 상기 무전해 금속 도금에 사용되는 금속은 Cu, Sn, Ag, Au, Ni 또는 이들의 합금에서 선택되는 어느 하나 일 수 있으나 이에 한정되지는 않으나. 바람직하게는 Cu, Ag 또는 Ni을 사용할 수 있다.
이 경우에 상기 무전해 도금에 의해 형성되는 배선층은 종래의 전해도금에 의한 배선층보다 더 얇게 층을 형성할 수 있고, 이를 통해 배선의 전기전도성을 향상시킬 수 있는 장점을 가지고 있다.
한편, 본 발명에서 상기 패턴화된 전도성 페이스트 배선층 상부와 무전해 금속도금층의 사이에는 무전해 금속도금층을 형성하기 위한 시드 금속층이 추가로 형성 될 수 있다.
상기 시드 금속층은 상기 페이스트층상에 시드금속이 흡착되고 이에 상기 무전해 화학도금층을 형성하는 금속이온이 환원되게 함으로써 무전해 도금의 반응속도와 선택성을 개선시킬 수 있다.
상기 시드 금속층을 형성하기 위한 금속은 Au, Ag, Pt, Cu, Ni, Fe, Pd, Co 또는 이들의 합금에서 선택될 수 있고, 시드금속 성분의 할라이드, 설페이트, 아세테이트, 착염 등의 시드금속성분의 전이금속염이면 어느 성분이나 가능하다.
또한 본 발명은 상기 시드 금속층을 형성함에 있어서, 상기 시드 금속층에 시드 금속 성분이외의 다른 추가적인 전이금속 성분을 함유할 수 있다.
상기 시드금속이외의 추가의 전이금속 성분은 금속 할라이드, 금속 설페이트, 금속 아세테이트 등의 전이금속 염을 이용하여 함유시킬 수 있으며, 이를 위해 도전성 페이스트층상에 형성되는 상기 무전해 도금층의 성분과 동일한 금속성분의 염을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 시드금속층을 사용하는 경우에, 무전해 도금층이 보다 신속히 형성될 수 있고, 또한 상기 무전해 도금층이 도전성 페이스트상의 배선층에만 무전해 도금층이 형성될 수 있도록 도와주는 역할을 한다.
한편, 본 발명은 상기 무전해 금속 도금층상에 추가로 전해 금속 도금층을 포함하는 경우, 추가로 형성되는 전해 금속 도금층은 Ni, Cu, Sn, Au, Ag 또는 이들의 합금 중에서 선택되는 어느 하나이거나 또는 Ni-P 합금일 수 있고, 무전해 도금층상에 형성됨으로써, 상기 도전성 페이스트보다 전기전도도가 높은 금속배선층상에 전해도금되어 배선층(도전성 페이스트층, 무전해도금층 및 전해도금층을 포함하는 층)의 전도도가 더욱 향상될 수 있다.
또한 본 발명은 최종적으로 얻어진 인쇄회로 기판의 상단 및/또는 하단에 추가적으로 방열 코팅층이 형성될 수 있다. 이 경우 상기 방열코팅층은 표면적을 넓게 함으로써 방열코팅층이 형성되지 않은 것보다 3 내지 5%의 개선된 방열효과를 추가로 가능하게 한다.
본 발명에 의해 제조되는 고방열 기판은 보다 향상된 방열특성과 경량화 및 연성의 특성을 가질 수 있어 LED용 방열 플렉서블 모듈로 적용가능한 장점이 있다. 보다 상세하게는 상기 배선층(도전성 페이스트층 및 도금층으로 이루어지는 층)을 전류 공급 라인으로 하여 배선층에 의해 이루어지는 배선라인상에 LED가 위치할 수 있도록 접점을 형성하고, LED에 의한 발열을 해결하기 위해 상기 방열재료를 포함하는 베이스기판을 이용하며, 선택적으로 LED지지부를 구비하여 LED를 지지할 수 있도록 함으로써 LED용 방열 플렉서블 모듈로 적용가능한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 고방열 기판의 제조방법을 제공할 수 있는데, 이를 도 4를 통해 살펴본다.
도 4는 방열층을 포함하는 베이스 기판상에 이를 절연층을 인쇄방식에 의해 형성한 후에 상기 절연층상에 배선층을 형성하는 방법에 따른 고방열 기판의 제조방법을 도시한 그림이다.
이는 보다 구체적으로, 방열층을 포함하는 베이스 기판을 제공하는 단계; 상기 베이스 기판상에 하기 패턴화된 배선층을 지지할 수 있도록 상기 패턴화된 배선층의 배선 형상을 따라서, 폴리뷰틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리술폰, 폴리에테르, 폴리에테르이미드, 내열성 에폭시(Epoxy), 폴리아릴레이트 및 폴리이미드에서 선택되는 절연층을 부분적으로 형성시키는 단계; 상기 베이스기판상에 부분적으로 형성된 절연층상에 전도성 Ag 페이스트, 전도성 Cu 페이스트, 전도성 폴리머, 그라비아용 페이스트 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 페이스트 조성물을 미리 정한 패턴으로 인쇄하여 패턴화된 배선층을 형성하는 단계; 및 상기 패턴화된 배선층 상부에 도금에 의해 금속 도금층을 형성하는 단계;로 나누어 질 수 있다.
이를 각 단계별 공정에 따라 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
우선 첫 번째 단계로서, 방열층을 포함하는 베이스 기판을 제공하는 단계로서 이와 관련된 방열층의 종류와 특성 및 이를 포함하는 베이스 기판의 특성에 관해서는 이미 앞서 기재한 바와 같다.
보다 구체적으로, 상기 베이스 기판은 금속성분을 포함하는 방열재료로 이루어진 방열층(24) 및 고분자재료로 이루어진 수지층(23)을 포함할 수 있으며, 이 경우에 상기 수지층은 방열층과 상기 절연층사이에 제2의 절연층으로서의 기능을 할 수 있도록 형성되어 상기 베이스 기판에 포함될 수 있다.
또한 상기 베이스기판의 수지층을 이루는 고분자재료는 폴리뷰틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리술폰, 폴리에테르, 폴리에테르이미드, 내열성 에폭시(Epoxy), 아크릴 수지, 폴리아릴레이트 및 폴리이미드로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.
또한 열전도성이 우수한 실리콘, 에폭시 수지 등을 사용하여 롤투롤 그라비아 코팅, 스프레이 방식, 닥터 블레이드를 이용하여 금속판 표면을 전면 도포 하여 베이스 기판을 형성할 수도 있다.
또한 본 발명에서 상기 베이스 기판은 연성회로기판(FCCL)이 사용될 수 있고, 이때 상기 방열층은 상기 절연층의 하부에 형성되는 구리층이며, 상기 수지층은 상기 구리층의 하부에 형성되는 폴리이미드층일 수 있다.
또한 본 발명에서 상기 베이스 기판은 양극산화처리(아노다이징)된 금속판으로서 바람직하게는 알루미늄, 또는 마그네슘의 양극산화처리에 의해 형성된 것일 수 있다.
본 발명의 고방열 기판을 제조하기 위한 두 번째 단계는 상기 베이스 기판상에 하기 패턴화된 배선층을 지지할 수 있도록 상기 패턴화된 배선층의 배선 형상을 따라서, 폴리뷰틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리술폰, 폴리에테르, 폴리에테르이미드, 내열성 에폭시(Epoxy), 폴리아릴레이트 및 폴리이미드에서 선택되는 절연층을 부분적으로 형성시키는 단계이다.
상기 절연층은 앞서 기재된 바와 같이 액상의 열전도성 절연재료를 스크린, 그라비아, 그라비아 옵셋, 잉크젯 방식 등의 인쇄방식에 의해 형성될 수 있으며, 상기 절연층의 폭은 배선층의 배선폭의 1.5배 내지 10배가 되도록 절연층의 폭을 설정될 수 있다.
이는 상기 베이스 기판의 전면을 도포하는 방식이 아닌 절연층을 부분적으로 패턴을 형성 하는 방식으로 제조하기 때문에 인쇄 방식으로 구현이 가능하며, 용액 공정을 기본으로 한다. 이를 위해 페이스트 또는 잉크를 사용하여 진행하며, 바인더는 에폭시, 실리콘, 세라믹, 불소, 멜라민, 폴리카보네이트, 폴리에테르이미드, PVC 졸, 아크릴로니트릴 스티렌 아크릴레이트 등을 사용 할 수 있으며, 바인더와 혼재 하여 사용 할 수 있는 첨가재는 에어로겔, 베크라이트(에폭시계), 나노글라스 파우더, 카본, 산화아연, 알루미나, 티타니아 등이 사용가능하다.
상기 절연층은 전기 회로 패턴이 형성 되는 하단부에만 인쇄를 하는 것이기 때문에 그라비아, 그라비아 옵셋, 잉크젯, 임프린팅, 스탬프 등의 인쇄 방식을 통한 패턴을 형성함으로써 절연층이 형성 가능하다. 예컨대, 10 um 이상의 두께를 가진 패턴을 형성 하는데 적합한 스크린 프린팅 방식을 이용할 수 있다.
세 번째 단계는 상기 베이스기판상에 부분적으로 형성된 절연층상에 전도성 Ag 페이스트, 전도성 Cu 페이스트, 전도성 폴리머, 그라비아용 페이스트 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 페이스트 조성물을 미리 정한 패턴으로 인쇄하여 패턴화된 배선층을 형성하는 단계이다.
이는 앞서 살펴본 바와 같이 패드인쇄, 실크 스크린인쇄, 그라비아인쇄 등을 통하여 패턴화된 배선층을 형성할 수 있고, 상기 전도성 페이스트 조성물의 입자크기는 앞서 살핀바와 같이, 10 nm 내지 10 um의 범위일 수 있으며, 바람직하게는 30 내지 1,000 nm 나노입자크기를 갖는 전도성 페이스트 또는 1 내지 7 um의 마이크로 입자 크기를 갖는 전도성 페이스트가 바람직하다.
이후에, 공정조건에 따라 상기 페이스트의 건조단계를 추가로 구비할 수 있다. 이 경우에 상기 건조방법은 사용되는 공정조건에 따라 당업자가 적절히 선택하여 적용할 정도에 해당하여 그 종류에 구애받지 않으나, 80도 내지 200도, 바람직하게는 100도 내지 160도에서 10 분내지 3시간 동안 열풍건조를 이용할 수 있다.
또한 상기 페이스트는 사용조건에 따라 경화단계를 거칠 수 있다.
마지막 단계로서, 상기 패턴화된 배선층 상부에 도금에 의해 금속 도금층을 형성하는 단계는 전해도금 또는 무전해 도금에 의한 도금층을 형성하는 단계이다.
바람직하게는 본 발명은 상기 패턴화된 배선층 상부에 무전해 도금에 의해 금속도금층을 형성할 수 있으며, 상기 무전해 도금의 경우 전이금속염, 환원제, 착제 등을 이용하여 상기 페이스트상에 무전해 도금층을 형성할 수 있다.
상기 무전해 도금은 금속이온이 포함된 화합물과 환원제가 혼합된 도금액을 사용하여 기판 등에 금속을 환원 석출시키는 것으로 금속이온을 환원제에 의해 환원시킴으로써 진행될 수 있다.
주반응으로서 하기에 기재된 반응식에 의해 금속이온이 환원될 수 있다.
Metal ion + 2HCHO + 4OH- => Metal(0) + 2HCOO- + H2 + 2H2O
이 때, 무전해 도금에 사용되는 상기 금속의 비제한적인 예는 Ag, Cu, Au, Cr, Al, W, Zn, Ni, Fe, Pt, Pb, Sn, Au 등이 될 수 있고, 이들 원소는 단독으로 사용되거나 또는 2종 이상이 혼합되어 사용될 수 있다.
상기 무전해 도금에 사용되는 도금액은 도금하고자 하는 금속의 염 및 환원제 등을 포함하는 것일 수 있으며, 이 때 환원제의 비제한적인 예는 포름알데히드, 히드라진 또는 그 염, 황산코발트(Ⅱ), 포르말린, 글루코오즈, 글리옥실산, 히드록시알킬술폰산 또는 그 염, 하이포 포스포러스산 또는 그 염, 수소화붕소화합물, 디알킬아민보란 등이 있으며, 이 이외에도 금속의 종류에 따라 다양한 환원제가 사용될 수 있다.
나아가, 상기의 무전해 도금액은 금속이온을 생성하는 금속 염, 금속이온과 리간드를 형성함으로써 금속이 액상에서 환원되어 용액이 불안정하게 되는 것을 방지하기 위한 착화제 및 상기 환원제가 산화되도록 무전해 도금액을 적당한 pH로 유지시키는 pH 조절제를 포함할 수 있다.
상기 무전해 금속 도금층의 두께는 1 um 내지 10 um 이며, 무전해 금속 도금에 사용되는 금속은 Ag, Cu, Au, Cr, Al, W, Zn, Ni, Fe, Pt, Pb, Sn, Au 또는 이들의 합금에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
예를 들어, 동(구리) 도금층을 형성하고자 하는 경우에는, 황산구리, 포르마린, 수산화나트륨, EDTA(Ethylene Diamin Tera Acetic Acid) 및 촉진제로서 2.2-비피래딜을 첨가한 수용액을 이용하여 1 ∼ 10 ㎛의 두께로 무전해 도금층을 형성할 수 있다.
상기 무전해 동도금 단계는 바렐도금장치를 이용할 수 있다.
일 실시예로서, 본 발명의 무전해 도금은 D/I Water 85%, 보충제 10~15%, 25%-NaOH 2~5%, 안정제 0.1~1%, 37% 포르말린 0.5~2%의 성분으로 10~15분간 Air교반한 후 온도 40~500 ℃, pH 13 이상에서 25~30분간 도금공정을 진행할 수 있다.
상기 무전해 동도금을 통해 도금된 상단부는 공기와의 접촉을 막아 회로가 산화되는 것을 막음으로써 보호될 수 있으며, 일반적으로 사용 되는 솔더 레지스터 잉크를 사용하여 인쇄를 통해 도포될 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 전도성 페이스트의 배선층을 형성하는 단계와 상기 패턴화된 배선층 상부에 전이금속을 무전해 도금하여 도금층을 형성하는 단계 사이에, 상기 배선층의 상부에 무전해 금속 도금층을 형성하기 위한 시드 금속층을 형성시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 시드 금속층에는 Au, Ag, Pt, Cu, Ni, Fe, Pd, Co 또는 이들의 합금에서 선택될 수 있으며, 상기 시드 금속 성분이외의 다른 전이금속성분을 추가로 함유할 수 있고, 바람직하게는 팔라듐 염을 사용할 수 있다.
또한 상기 패턴화된 배선층 상부에 전해 도금에 의해 금속 도금층을 형성하는 단계는 동도금의 예를 들면, 황산구리(CuSO4), 황산(H2SO4) 및 광택제를 혼합한 수용액에 상기 패턴화된 배선층이 형성된 기판을 침지하여 원하는 두께로 전해동 도금층을 형성하고 표면을 수세함으로써, 전해 도금층이 형성될 수 있다. 예컨대, 황산 10 wt% 수용액에 황산구리 90g/L, 전기동 안정제 2ml/L, 전기동 광택제 5ml/L, HCI 0.16ml/L 를 온도 40~60℃ 조건의 단계에 의한 전해 동도금을 진행할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 페이스트 인쇄 공정과 무전해 동도금 공정이후에 무전해 은도금 공정을 수행할 수 있다. 이 경우의 공정조건 또한 사용되는 금속염이 구리염이 아닌 은염(AgNO3)을 사용하는 점만이 차이가 있을 뿐 일반적인 은 도금 공정을 따른다.
일 실시예로서, Ag 도금전에 도금조의 오염방지를 위해서 predip 공정으로 질산을 포함하는 용액에서 세정한 후, Ag도금공정에서 DI 85.5%, silver B 10%(이미다졸 10% 수용액), 진한질산 2% (70% 시약등급), silver A 2.5%(질산 은 4.5%, 질산 3.5%의 수용액)에 50℃의 온도에 8분간 담그어(dipping)하여 은 도금을 진행을 함으로써 0.1 ~ 0.2 um 두께의 은 도금층을 형성할 수 있다.
일반적으로는 상기 도금층은 0.3 ~ 0.4 um의 두께를 올릴 수 있으며, 시간의 조절에 따라 0.1~1um까지 두께를 올릴 수 있다.
또한 본 발명은 이후에 앞서 살핀 바와 같은 무전해 도금 또는 전해도금을 이용하여 추가적으로 도금층의 형성을 진행할 수 있다.
예를 들어, 상기 구리도금층상에 새로이 니켈층을 도금하고자 하는 경우에, 상기 전해 동도금 단계에서 도금한 구리 표면에 황산니켈, 염화니켈, 붕산을 혼합한 수용액을 이용하여 전해니켈을 도금한 후 수세하고, 이온 처리한 물로 초음파 세척를 한 후, 탈수과정을 거쳐 건조하여 요구하는 특성에 맞는 제품을 제조하게 된다.
본 발명에서는 상기 전해 도금층의 저항값이 낮으면 전기전도성이 높아지며, 더 낮은 저항을 필요로 한다면 전해 동도금의 시간을 늘려 도금되는 금속의 함량을 높여 주면 낮은 저항을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 고방열 기판은 종래 기술에 의해 제조되는 기존 MPCB에 비해 방열효과가 약 10~15% 향상될 수 있으며, 또한 기판의 경량화에도 유리한 점이 있다. 이를 도 5를 통해 살펴본다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고방열 기판과 종래 기술에 따른 방열기판과의 방열 평가를 도시한 그래프이다.
도 5에서의 기존 Type은 종래기술에 따라 베이스 기판으로서 알루미늄 판을 방열층으로 사용하고, 절연층으로서 에폭시계 수지를 사용하며, 에칭방법에 의해 형성된 배선 패턴을 포함하는 MPCB를 제조하고 이에 LED를 형성하여, LED 코어부분의 온도를 시간에 따라 측정한 그래프이고, 도 5에서의 인쇄 Type은 베이스 기판으로서 양극산화처리(아노다이징)된 알루미늄 판을 사용하되, 본 발명에 따른 부분적으로 형성된 절연층을 에폭시계 수지를 사용하여 형성하고 인쇄방법에 따라 도전성 페이스트로서 실버 페이스트를 사용한 후 무전해도금으로 동도금을 진행한 후 이에 LED를 형성하여, LED 코어부분의 온도를 시간에 따라 측정한 그래프이다.
상기 도 5에서 약 30분이 경과 하였을 때 본 발명의 고방열 기판은 종래 기술에 비해 약 15% 정도의 온도차이를 보였으며, 본 발명에 의한 방열 기판이 기존 기판에 비해 방열 효과가 높은 것으로 측정 되었다.
한편, 본 발명은 최종적으로 얻어진 인쇄회로 기판의 상단 및/또는 하단에 추가적으로 방열 코팅이 진행될 수 있다. 이경우에 추가적으로 3 ~ 5%의 방열효과를 얻을 수 있는 장점이 있다.
이상 본 발명의 구성을 세부적으로 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
21 : 금속도금층 22 : 절연층
23 : 수지층 24 : 방열층
25 : 도전성 페이스트 배선층

Claims (17)

  1. 방열재료를 포함하는 베이스 기판;
    상기 베이스 기판 상에 부분적으로 형성되며, 하기 패턴화된 배선층을 지지할 수 있도록 상기 패턴화된 배선층의 배선 형상을 따라서 형성된 절연층;
    상기 절연층 상에 형성되고 도전성 페이스트 조성물의 프린팅 방법에 의해 패턴화된 배선층; 및
    상기 패턴화된 배선층상에 형성된 금속 도금층;을 포함하는 고방열 기판에 있어서,
    상기 절연층은 액상의 열전도성 절연재료의 인쇄방식에 의해 형성되며,
    상기 절연층의 폭은 상기 배선층의 배선폭의 1.5배 내지 10배인 것을 특징으로 하는 고방열 기판.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절연층은 폴리뷰틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리술폰, 폴리에테르, 폴리에테르이미드, 내열성 에폭시(Epoxy), 폴리아릴레이트 및 폴리이미드로부터 선택되는 어느 하나이고, 절연층의 두께는 5 um 내지 100 um 인 것을 특징으로 하는 고방열 기판
  4. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 기판은 금속, 세라믹 또는 고분자 성분을 포함하는 방열재료로 이루어진 방열층 및 고분자재료로 이루어진 수지층을 포함하는 것을 특징으로 하는 고방열 기판
  5. 제4항에 있어서,
    상기 방열층은 알루미늄, 구리, 니켈, 철, 마그네슘, 세라믹, 고분자 중에서 선택되는 어느 하나의 열전도가 우수한 시트를 포함하여 이루어지거나, 또는 상기 알루미늄, 구리, 니켈, 철, 마그네슘, 세라믹, 고분자 중에서 선택되는 어느 하나의 분말 또는 이들의 혼합 분말이 포함되는 것을 특징으로 하는 고방열 기판
  6. 제4항에 있어서,
    상기 수지층은 상기 방열층과 상기 절연층사이에 제2의 절연층으로 형성되어 상기 베이스 기판에 포함되는 것을 특징으로 하는 고방열 기판
  7. 제4항에 있어서,
    상기 베이스 기판은 연성회로기판(FCCL)으로서, 상기 방열층은 상기 절연층의 하부에 형성되는 구리층이며, 상기 수지층은 상기 구리층의 하부에 형성되는 폴리이미드층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고방열 기판
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 기판은 알루미늄, 또는 마그네슘의 양극산화처리(아노다이징)에 의해 형성되어 상기 알루미늄, 또는 마그네슘의 양극산화처리된 표면이 절연층을 이루는 것을 특징으로 하는 고방열 기판
  10. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 페이스트 조성물은 전도성 Ag 페이스트, 전도성 Cu 페이스트, 전도성 폴리머, 그라비아용 페이스트 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 고방열 기판
  11. 제1항에 있어서,
    상기 금속 도금층은 무전해 도금에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 고방열 기판
  12. 제11항에 있어서,
    상기 패턴화된 도전성 페이스트 배선층 상부와 무전해 금속도금층의 사이에는 무전해 금속도금층을 형성하기 위한 시드 금속층이 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 고방열 기판
  13. 방열층을 포함하는 베이스 기판을 제공하는 단계;
    상기 베이스 기판상에 하기 패턴화된 배선층을 지지할 수 있도록 상기 패턴화된 배선층의 배선 형상을 따라서, 폴리뷰틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리술폰, 폴리에테르, 폴리에테르이미드, 내열성 에폭시(Epoxy), 폴리아릴레이트 및 폴리이미드에서 선택되는 절연층을 액상의 열전도성 절연재료의 인쇄방식에 의해 형성하되, 상기 절연층의 폭은 하기 패턴화된 배선층의 배선폭의 1.5배 내지 10배가 되도록 절연층의 폭을 설정하여 절연층을 부분적으로 형성시키는 단계;
    상기 베이스기판상에 부분적으로 형성된 절연층상에 전도성 Ag 페이스트, 전도성 Cu 페이스트, 전도성 폴리머, 그라비아용 페이스트 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 페이스트 조성물을 미리 정한 패턴으로 인쇄하여 패턴화된 배선층을 형성하는 단계; 및
    상기 패턴화된 배선층 상부에 도금에 의해 금속 도금층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고방열 기판의 제조 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제13항에 있어서,
    최종적으로 얻어진 고방열 기판의 상단 및/또는 하단에 추가적으로 방열 코팅을 진행하는 것을 특징으로 하는 고방열 기판의 제조 방법.
  17. 제1항, 제3항 내지 제7항, 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 고방열 기판을 포함하는 LED용 방열 플렉서블 모듈.
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