KR101451568B1 - 방열구조를 갖는 인쇄회로기판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 방열구조를 갖는 인쇄회로기판을 개시한다.　 즉, 전자부품이 실장되는 기판의 일면에 상기 전자부품의 리드와의 전기적 도통을 위해 형성된 도체패턴과, 상기 전자부품의 리드와 접촉되는 상기 도체패턴의 패드영역만을 노출시킨 상태에서 상기 도체패턴을 포함하는 상기 기판의 일면 전체를 덮도록 형성된 솔더레지스트 그리고, 상기 도체패턴 및 상기 솔더레지스트를 통해 상기 기판의 반대면으로 전도되는 상기 전자부품으로부터의 열을 외부로 복사하여 방출하도록 상기 기판의 반대면의 전체 영역 중 적어도 일부에 부착된 방열테이프를 포함하는 인쇄회로기판의 방열구조를 제안함으로써, 인쇄회로기판의 방열특성을 개선 및 최대화시킬 수 있다.

Description

방열구조를 갖는 인쇄회로기판{PRINTED CIRCUIT BOARD HAVING HEAT SINK STRUCTURE}
본 발명은 인쇄회로기판의 자체의 방열특성을 개선하여 실장된 전자부품의 최적화된 성능을 유지시키기 위한 방열구조를 갖는 인쇄회로기판에 관한 것이다.
일반적으로 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)은 실장되는 전자부품과 전기적으로 도통하기 위한 도체패턴과 도체패턴 간의 쇼트방지를 방지함과 아울러, 전자부품에서의 발생 열을 인접 도체패턴으로 전달하기 위한 수단인 솔더레지스트(Solder Resist)를 포함하는 구성을 갖는다.
이러한 인쇄회로기판은 우리가 흔히 볼 수 있는 가전제품인 세탁기, TV, 냉장고뿐만 아니라 시스템 보드인 라우터, 서버 및 인공위성, 자동차 등에도 적용되어 그 활용분야가 대단히 광범위해지고 있으며, 최근에는 각종 멀티미디어기기, 통신기기 등 정보 단말기기나 정보통신용의 네트워크장비 및 디스플레이장치 관련 산업 분야가 확대되고 발전되면서 그에 적합한 인쇄회로기판의 수요가 급증하고 있다.
이와 같이 각종 전자제품의 기능이 점점 복잡하고 다양해지는 반면, 그 크기는 점차 소형화 및 슬림(Slim)화되는 추세이기 때문에 단일의 절연기판에 여러층의 도체패턴을 구성하여 두께를 상대적으로 얇게 하면서 고밀도/다기능을 구현할 수 있도록 하고, 도체패턴을 구성하는 동박과 절연기판과의 밀착력이 강화되도록 하여 높은 신뢰성을 나타낼 수 있도록 하는 양면 인쇄회로기판 또는 다층 인쇄로회로기판이 요구되고 있다.
한편, 각종 전자제품이 구동되는 경우 해당 전자제품에 장착된 인쇄회로기판상의 각각의 전자부품으로부터 열이 발생되는데, 상기 인쇄회로기판상의 여러 전자부품으로부터 발생된 열을 적절하게 외부로 방출시키지 못하는 경우 상기 전자부품들이 열에 의하여 그 기능이 저하되기 때문에 제품의 수명이 단축된다는 문제가 있다.
이에 따라 인쇄회로기판에 실장된 전자부품에 대한 최적화된 성능을 유지시키기 위해서는 인쇄회로기판 자체의 방열특성 개선 및 최대화가 무엇보다 중요하다 할 것이다.
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 본 발명에서 도달하고자 하는 목적은, 전자부품이 실장되는 기판의 일면에 상기 전자부품의 리드와의 전기적 도통을 위해 형성된 도체패턴과, 상기 전자부품의 리드와 접촉되는 상기 도체패턴의 패드영역만을 노출시킨 상태에서 상기 도체패턴을 포함하는 상기 기판의 일면 전체를 덮도록 형성된 솔더레지스트 그리고, 상기 도체패턴 및 상기 솔더레지스트를 통해 상기 기판의 반대면으로 전도되는 상기 전자부품으로부터의 열을 외부로 복사하여 방출하도록 상기 기판의 반대면의 전체 영역 중 적어도 일부에 부착된 방열테이프를 포함하는 인쇄회로기판의 방열구조를 제안함으로써, 인쇄회로기판의 방열특성을 개선 및 최대화시키는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 관점에 따른 방열구조를 갖는 인쇄회로기판은 전자부품이 실장되는 기판의 일면에 상기 전자부품의 리드와의 전기적 도통을 위해 형성된 도체패턴; 상기 전자부품의 리드와 접촉되는 상기 도체패턴의 패드영역만을 노출시킨 상태에서 상기 도체패턴을 포함하는 상기 기판의 일면 전체를 덮도록 형성된 솔더레지스트; 및 상기 도체패턴 및 상기 솔더레지스트를 통해 상기 기판의 반대면으로 전도되는 상기 전자부품으로부터의 열을 외부로 복사하여 방출하도록 상기 기판의 반대면의 전체 영역 중 적어도 일부에 부착된 방열테이프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
보다 구체적으로, 상기 솔더레지스트는, 방열 SR 잉크를 기초로 형성되며, 상기 방열 SR 잉크는, 0.5~1.5㎛ 크기를 갖는 제 1 질화물, 5~15㎛ 크기를 갖는 제 2 질화물, 및 15~25㎛ 크기를 갖는 제 3 질화물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
보다 구체적으로, 상기 방열 SR 잉크는, 세라믹 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
보다 구체적으로, 상기 방열테이프는, 상기 기판의 반대면으로 전도된 상기 전자부품으로부터의 열을 외부로 복사하여 방출하기 위한 방열층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
보다 구체적으로, 상기 방열층은, 질화물 및 세라믹물질 중 적어도 어느 하나를 포함하는 열전도 분말로 구성되며, 상기 질화물은, 질화알루미늄, 질화갈륨, 질화인듐, 질화붕소, 질화 실리콘 중 적어도 어느 하나를 포함하며, 상기 세라믹물질은, 알루미늄 하이드록사이드, 수산화 알미늄, 산화알루미늄, 산화니켈, 산화마그네슘, 백금, 이산화규소, 탄화규소, 이산화망간, 옥, 카본, 텅스텐, 산화아연, 탄산칼슘, 탄산칼륨, 산화베릴륨, 탄소 나노튜브, 그라빈, 그라 파이트, 칼슘카보네이트, 포타슘카보네이트, 및 텔루라이드 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
보다 구체적으로, 상기 방열테이프는, 상기 방열테이프의 기본적인 외형을 유지시키며, 상기 기판의 반대면으로 전도된 상기 전자부품으로부터의 열을 상기 방열층으로 전달하기 위한 방열기재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
보다 구체적으로, 상기 방열기재는, 구리, 알루미늄, 니켈, 인코넬, 글라스 섬유, 및 모직 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 한다.
보다 구체적으로, 상기 기판은, FR(Frame Retadent)1, FR2, FR4, FR5, CEM(Composite Epoxy Material)-1, CEM-3 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 방열구조를 갖는 인쇄회로기판에 의하면, 고열전도율 및 고방열 효과를 갖는 PSR 잉크를 적용하여 솔더레지스트를 형성함으로써, 실장된 전자부품으로부터 발생되는 열을 솔더레지스트를 통해 효과적으로 전도하거나, 방출할 수 있다.
또한, 열전도성 및 고방사 물질이 일체화된 방열테이프를 기판의 표면에 추가 부착하는 구성을 채택함으로써, 도체패턴 및 솔더레지스트를 통해 전도되는 전자부품으로부터의 열을 외부로 복사하여 효과적으로 방출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열구조를 갖는 인쇄회로기판의 개략적인 구성도.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열테이프의 개략적인 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판(100)을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판(100)은, 기판(10)에 실장되는 전자부품(10)과 전기적으로 도통되는 도체패턴(30)을 형성하고, 형성된 도체패턴(30) 간에는 쇼트방지를 위한 수단으로서 PSR(Photo Solder Resist) 잉크를 인쇄하여 솔더레지스트(50)를 형성하게 된다.
여기서, 도체패턴(30)은 전자부품(1)의 리드와의 전기적 도통을 위한 다수의 패턴을 지칭하는 것으로서, 예컨대, 기판(10) 상에서 전자부품(1)의 특성 및 사용 목적에 따른 설계를 토대로 'Cu'를 에칭함으로써 형성되게 된다.
그리고, 솔더레지스트(50)는 전자부품(1)의 리드와 접촉되는 상기 도체패턴(30)의 패드영역만을 노출시킨 상태에서 상기 도체패턴(30)을 포함하는 기판(10)의 일면 전체를 덮도록 형성되게 된다.
이와 같은 솔더레지스트(50)는 인쇄회로기판(100)의 도체패턴(30)에 전자부품(1)의 리드(lead)를 결합하기 위한 솔더링(soldering: 납땜) 과정에서 도체패턴(30)과 도체패턴(30) 사이에 납이 도포되는 것을 방지하기 위한 쇼트방지의 목적으로서 형성된다.
아울러, 솔더레지스트(50)는 전술한 쇼트방지의 목적과 아울러, 전자부품(10)에서의 발생 열을 인접한 도체패턴(30)으로 전달하여 인쇄회로기판(100) 전체로 확산시키기 위한 방열 수단으로서의 역할 또한 수행하게 된다.
헌데, 인쇄회로기판(100)상에서 솔더레지스트(50)의 방열 수단으로서의 기능이 저하되는 경우에는, 실장된 전자부품의 최적화된 성능 유지가 어려워지게 된다.
대안으로서, 전자부품(1)의 성능을 최적화시키기 위한 방안으로써, 알루미늄 하우징으로 구성된 방열부재(예: 방열판)를 인쇄회로기판에 추가 부착하는 방안이 제안되었으나, 이 경우 인쇄회로기판 자체의 부피를 필요 이상으로 증가시키는 또 다른 문제를 유발시키게 된다.
이에, 본 발명의 일 실시예에서는 실장된 전자부품의 최적화된 성능을 유지시키 위해 인쇄회로기판의 방열특성을 개선 및 최대화시키기 위한 방안을 제안하고자 하며, 이하에서는 이를 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 인쇄회로기판(100)에 실장된 전자부품(10)의 최적화된 성능을 유지시키기 위한 하나의 방안으로서, 고열전도율 및 고방열 효과를 갖도록 방열특성을 개선된 방열 SR 잉크를 적용함으로써, 솔더레지스트를 형성하게 된다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 SR 잉크는, 3가지 크기의 질화물(제 1 내지 제 3 질화물)을 포함하여 구성되며, 여기서, 제 1 질화물의 크기는 0.5~1.5㎛이고, 제 2 질화물의 크기는 5~15㎛이며, 제 3질화물의 크기는 15~25㎛인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 질화물은 이에 한정하지 않지만 질화알루미늄, 질화갈륨, 질화인듐, 질화붕소 및 질화 실리콘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하고, 상기 제 1질화물: 제 2질화물: 제 3질화물의 배합비는 1:1:2인 것을 특징으로 하며, 상기 질화물의 함량은 총 솔더 레지스트 조성물 함량에 대하여 10 내지 80중량%인 것을 특징으로 하며, 상기 조성물의 열전도율은 2W/mk 이상의 값을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 SR 잉크는 전기 절연성을 가지는 열전도 분말 및 첨가제로 구성되고, 열전도 분말은 열전도도가 높은 질화물로 구성되며, 바인더로는 일반적인 에폭시계, 아크릴계, 우레탄계 및 실리콘계로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상으로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 에폭시계 수지로는 비스페놀 S형 에폭시 수지, 디글리시딜프탈레이트 수지, 트리글리시딜이소시아누레이트(닛산 가가꾸 고교(주) 제조의 테픽(TEPIC)-H(S-트리아진환 골격면에 대하여 3개의 에폭시기가 동일 방향으로 결합한 구조를 갖는 β체)나, 테픽(β체와, S-트리아진환 골격면에 대하여 1개의 에폭시기가 다른 2개의 에폭시기와 상이한 방향으로 결합한 구조를 갖는 α체와의 혼합물) 등) 등의 복소환식 에폭시 수지, 비크실레놀형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 테트라글리시딜크실레노일에탄 수지 등의 희석제에 난용성인 에폭시 수지나, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 수소 첨가 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 수지, 브롬화 비스페놀 A형 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 또는 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 지환식 에폭시 수지, 비스페놀 A의 노볼락형 에폭시 수지, 킬레이트형 에폭시 수지, 글리옥살형 에폭시 수지, 아미노기 함유 에폭시 수지, 고무 변성 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔페놀릭형 에폭시 수지, 실리콘 변성 에폭시 수지, ε-카프로락톤 변성 에폭시 수지 등의 희석제에 가용성인 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 이들 에폭시 수지는 단독으로 또는 복수를 조합하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 아크릴계 수지로는 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리아크릴산 에스터, 폴리메타크릴산 에스터, 폴리아크릴로니트릴 및 이들 각각의 단량체들 간의 공중합체로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 폴리아크릴산 에스터 또는 상기 폴리메타크릴산 에스터는 탄소수 1 내지 8 개, 바람직하게는 1 내지 6개, 더욱 바람직하게는 1 내지 4의 치환 또는 비치환된 알킬기를 갖는 폴리알킬 아크릴레이트 또는 폴리알킬 메타크릴레이트일 수 있다.
상기 폴리아크릴산 에스터의 구체적인 예는 폴리메틸 아크릴레이트(PMA), 폴리에틸 아크릴레이트(PEA), 폴리프로필 아크릴레이트(PPA), 폴리부틸 아크릴레이트(PBA), 폴리헥실 아크릴레이트(PHA), 폴리 2-에틸헥실 아크릴레이트(PEHA) 등일 수 있다. 상기 폴리메타크릴산 에스터의 구체적인 예는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸 메타크릴레이트(PEMA), 폴리프로필 메타크릴레이트(PPMA), 폴리부틸 메타크릴레이트(PBMA), 폴리헥실 메타크릴레이트(PHMA), 폴리 2-에틸헥실 메타크릴레이트(PEHMA) 등일 수 있다. 공중합체 형태의 아크릴계 수지는 랜덤 또는 블록 공중합체일 수 있고 구체적인 예는 메틸 아크릴레이트-에틸 아크릴레이트 공중합체(MA-EA copolymer), 메타크릴산-에틸 아크릴레이트 공중합체(Methacylic acid-EA copolymer), 폴리메틸 메타크릴레이트-폴리부틸 아크릴레이트-폴리메틸 메타크릴레이트 공중합체 (PMMA-PBA-PMMA copolymer) 또는 PMMA-카복실기 함유 PBA-PMMA 공중합체(PMMA-carboxylic acid containing PBA-PMMA copolymer) 등일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예를 통해 언급되는 "치환 또는 비치환된"이라는 표현에서 "치환"은 탄화수소 내의 수소 원자 하나 이상이 다음의 치환기로 치환되는 경우를 말한다. 이러한 치환기는, -F; -Cl; -Br; -CN; -NO2; -OH; -F, -Cl, -Br, -CN, -NO2 또는 -OH로 치환되거나 비치환된 C1-C20 알킬기; -F, -Cl, -Br, -CN, -NO2 또는 -OH로 치환되거나 비치환된 C1-C20 알콕시기; C1-C20 알킬기, C1-C20 알콕시기, -F, -Cl, -Br, -CN, -NO2 또는 -OH로 치환되거나 비치환된 C6-C30 아릴기; C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, -F, -Cl, -Br, -CN, -NO2 또는 -OH로 치환되거나 비치환된 C6-C30 헤테로아릴기; C1-C20 알킬기, C1-C20 알콕시기, -F, -Cl, -Br, -CN, -NO2 또는 -OH로 치환되거나 비치환된 C5-C20 사이클로알킬기; C1-C20 알킬기, C1-C20 알콕시기, -F, -Cl, -Br, -CN, -NO2 또는 -OH로 치환되거나 비치환된 C5-C30 헤테로사이클로알킬기; 및 -N(G1)(G2)으로 표시되는 기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 이때, 상기 G1 및 G2는 서로 독립적으로 각각 수소; C1-C10 알킬기; 또는 C1-C10 알킬기로 치환되거나 비치환된 C6-C30 아릴기일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서 상기 우레탄계 수지로 사용 가능한 물질로는 이소시아네이트와 폴리올 등이 있으며, 이때, 상기 이소시아네이트는 TDI(Toluene diisosyanate), MDI(Diphenylmethane diisocyanate), HDI(1,6-Hexamethylene diisocyanate), PPDI(P-Phenylene diisocyanate), HMDI(4,4-Dicyclohexyl methane diisocyanate), 변성 이소시아네이트 등이 있다. 폴리올(polyol)의 경우 분자중에 수산기(-OH)를 2개이상 가진 화합물인 폴이에스터 폴리올, PHD 폴리올, 아민 변성 폴리올, 실리콘 변성 폴리올, 우레탄 변성 폴리올 등이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서 상기 실리콘계 수지로는 실리콘레진 또는 실리콘와니스라고 하는 분류에 속하는 축합가교형 수지를 사용할 수 있고, 이러한 수지는, 테트라에톡시실란, 메틸트리메톡시실란 등의 축합가교형 수지를, 단독 또는 수종의 배합물을 축합하여 얻을 수 있는 것이 포함된다. 이들은, 3차원 구조의 수지를 형성하고, 실리콘수지 중에서도, 가장 내열성이나 내약품성이 우수한 것이다. 또한, 테트라이소프로폭시실란이나 테트라에톡시실란을 알콜/물 혼합용제 중에서 강산에 의한 가수분해에 의해 얻어진 산화규소의 졸을 건조하면, 유리질의 피막이 생기는 특징이 있다. 이와 같은 졸/겔법으로 얻어진 구조물은 무기질에 가까운 것으로, 본 발명에는 보다 바람직한 구조물이다.
한편, 전술한 열전도 분말 및 바인더 폴리머 외에 통상의 솔더레지스트에 사용되는 첨가재들이 포함되는바, 이하에서 상세히 설명하기로 한다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 SR 잉크는, 폴리디메틸실록산, 폴리에테르변성 폴리디메틸실록산, 폴리메틸알킬실록산, 열안정성 변성 폴리 실록산 비실리콘계 폴리머 소포제, 수계 소포제등으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상이 조성물 총 함량의 0.1 내지 5 중량 %로 포함될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 SR 잉크는, 비이온성 파라핀 왁스 에멀젼, 비이온성 산화 고밀도 폴리에틸렌 왁스 에멀젼, 음이온성 산화 고밀도 폴리에틸렌 왁스 에멀젼, 양이온성 산화 고밀도 폴리에틸렌 왁스 에멀젼, 밀랍에서 추출된 유화제를 함유하지 않은 왁스 유화물, 변성 탄화수소 왁스 분산물, 에틸렌아크릴산 공중합체 왁스 분산물, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 왁스 분산물, 폴리 프로필렌 분말 왁스 등으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상이 조성물 총 함량의 1 내지 20 중량 %로 포함될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 SR 잉크는 추가로 안료 친화그룹을 가진 고분자의 블록 공중합체 용액, 산성그룹을 가진 블록 공중합체의 알킬올암모늄염, 염기성 안료친화그룹을 가진 블록 공중합체 용액, 염기성 안료친화그룹을 가진 아크릴레이트 공중합체 용액, 안료 친화그룹을 가지는 아크릴레이트 공중합체, 산성폴리머의 알킬암모늄 용액, 안료 친화그룹을 가진 고분자량 공중합체의 인산 에스테르염으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상이 총 함량의 1 내지 10 중량 %로 포함될 수 있다.
이하에서는, 실험데이터를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 SR 잉크의 방열 효과를 구체적으로 설명하기로 한다.
제 1 과정. 열전도율이 향상된 방열 SR 잉크의 제조
하기 표 1에 나타낸 제조예의 배합 성분에 의하여 열전도율이 향상된 솔더 레지스트 조성물을 제조하였다. 분말의 충진율을 높이기 위해서 질화붕소는 입자의 크기가 다른 3종의 중량비를 조절하여 제조하였다.
구성 물질 제조예1 )
(중량%)		 비교예 12)
(중량%)		 비교예 23)
(중량%)		 비교예 34)
(중량%)
질화붕소 1㎛ 10 - - -
10㎛ 10 25 - -
20㎛ 20 - - -
세라믹 물질(산화아연) - 25 60 -
안료 - - - 30
바인더 비스페놀 A형 수지
또는 비스페놀 F형 수지		 40 40 30 60
첨가제 폴리프로필렌 분말 왁스 5 5 5 5
폴리실록산 용액 5 5 5 5
1) 사이즈 3종류의 질화붕소 1~80중량%를 포함하는 수지 조성물
2) 사이즈 1종류의 질화붕소,산화아연,탄화규소 1~80중량%를 포함하는 수지 조성물
3) 산화아연 60중량% 이상을 포함하는 수지 조성물
4) 질화붕소(열전도 분말)을 포함하지 않는 기존의 수지 조성물
제 2 과정. 수지 조성물의 특성 확인
상기 제 1 과정에서 제조한 제조예, 비교예 1 내지 3의 열전도율, 절연저항값 및 방열효과를 측정하였다.
1. 열전도율 및 열확산율
제조예 1 및 비교예 1, 2, 3의 조성물을 시험 기판 위에 스크린 인쇄로 경화 도막이 약 100 ㎛가 되도록 전면 도포하고, 150 ℃에서 30분간 경화시켰다. 얻어진 경화 도막의 약 25 ℃에서의 열전도율 및 열확산율을 레이저 플래시법(NETZCH, LFA 447 NanoFlash)에 의해 측정하였다(하기 표 2 참조).
2. 절연저항값
내전압 및 절연저항 장비(KIKUS,TOS-7200)를 이용하여 구리 패턴위로 인쇄된 방열 솔더 레지스트 잉크 위에 전압을 걸었다. 절연 저항값을 인가 전압 100V로 1분간 측정하였다(하기 표 2 참조).
제조예1 ) 비교예 12) 비교예 23) 비교예 34)
열전도율 9.335 W/mK 3.322 W/mK 1.739 W/mK
0.6 W/mK
절연저항값 17.1 GΩ 9.45 GΩ 8.27 12.52 GΩ
상기 표 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 조성물에 따르면 열전도율이 9 W/mK 이상으로 다른 비교예 들에 비해서 현저히 높은 값을 나타내었고, 절연저항값 역시 현저하게 높은 값을 나타내었다.
3. 방열 효과
구리로 제작된 저항장치를 이용하여 폴리카보네이트(PC) 0.8T, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 0.188T에 인쇄된 방열 솔더 레지스트 잉크의 표면과 인쇄되지 않은 기판의 온도를 측정하였다. 저항장치의 입력 온도는 일정하게 하고 전원인가후 1시간 이상 경과하여 온도가 포화상태가 되었을때 저항장치(히터)의 온도를 측정하였다. 측정 시 온도계는 GRphtec Corporation의 TYPE GL820을 사용하였다. 측정값은 측정시간에 따른 온도차이로 나타내었다(하기 표 3 참조).
전압 인가 1 시간 후 온도
0.8T PC 0.188T PET
Non Coating 100 ℃ 100 ℃
제조예1 ) 85.9 ℃ 71.5 ℃
비교예 34) 99.3 ℃ 98.2 ℃
상기 표 3에서도 알 수 있듯이, 본원 발명의 잉크를 인쇄함으로서 인쇄하지 않은 대조군과 질화붕소가 포함되지 않은 잉크를 인쇄한 비교예에 비하여 온도 상승값이 현저하게 낮아 방열효과가 뛰어난 것을 확인할 수 있었다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 인쇄회로기판(100)에 실장된 전자부품(10)의 최적화된 성능을 유지시키기 위한 또 하나의 방안으로서, 기판(10)의 반대면의 전체 영역 중 적어도 일부에 방열테이프(70)를 부착하는 구조를 가짐으로써, 도체패턴(30) 및 솔더레지스트(50)를 통해 기판(10)의 반대면으로 전도되는 전자부품(1)로부터의 열을 외부로 복사하여 방출하게 된다.
여기서, 방열테이프(70)가 부착되는 기판의 경우 예컨대, FR(Frame Retadent)1, FR2, FR4, FR5, CEM(Composite Epoxy Material) -1, 및 CEM-3 중 어느 하나이거나 이와 유사한 구조를 가질 수 있다.
그리고, 방열테이프(70)는 열 손실을 최소화하기 위해 예컨대, 40㎛ ~ 150㎛의 두께로 구성됨으로써, 전도율 50W/m.K이상 그리고 방열층 복사율 90%이상의 방열 특성을 가질 수 있다.
이하에서는 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 방열테이프(70)의 구조를 설명하기로 한다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 방열테이프(70)는 접착층(71), 방열기재(72), 및 방열층(73)을 포함하는 구성을 가짐으로써, 접착층(71)을 통해 기판(10)의 반대면에 부착된 상태에서 기판(10)를 통해 전달되는 전자부품(10)으로부터의 열을 방열기재(72)를 통해 확산시키게 되며, 아울러, 방열층(73)을 통해 방열기재(320)에 전달된 열을 광속도의 복사열 형태로 공기 중으로 방출하게 된다.
접착층(71)은 기판(10)의 반대면에 부착되기 위한 접착력과 고열전도성을 동시에 갖기 위해 열전도성 접착재가 도포되어 형성된다.
방열기재(72)는 방열테이프의 기본적인 외형을 유지시키며, 접착층(71)을 통해 전달되는 전자부품(10)으로부터의 열을 방열층(73)에 전달하기 위한 구성으로서, 예컨대, 구리, 알루미늄, 니켈, 인코넬, 글라스 섬유, 및 모직 중 하나로서 구성되게 된다.
방열층(73)은 방열기재(72)로부터 전달되는 열을 외부로 복사하여 방출하기 위한 구성으로서, 전술한 방열 SR 잉크와 동일한 열전도 분말과 바인더로 구성되며, 열전도 분말은 열전도도가 높은 질화물 및 세라믹계열의 무기물로 구성되며, 바인더로는 일반적인 에폭시계, 아크릴계, 우레탄계 및 실리콘계로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상으로 구성될 수 있다.
즉, 방열층(73)을 구성하기 위한 열전도 분말에 포함된 질화물로서는 질화붕소가 반듯이 선택되어야 하며, 그 밖에 질화알루미늄, 질화갈륨, 질화인듐, 및 질화 실리콘으로 이루어진 군으로부터 더 선택될 수 있다.
또한, 방열층(73)을 구성하기 위한 세라믹계열의 무기물로서는 수산화알루미늄, 칼슘카보네이트가 반듯이 선택되어야 하며, 그 밖에 알루미늄 하이드록사이드, 산화알루미늄, 산화니켈, 산화마그네슘, 백금, 이산화규소, 탄화규소, 이산화망간, 옥, 카본, 텅스텐, 산화아연, 탄산칼슘, 탄산칼륨, 산화베릴륨, 탄소 나노튜브, 그라빈, 그라 파이트, 포타슘카보네이트 및 텔루라이드로 이루어진 군으로부터 더 선택될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 방열테이프(70)는, 도 3에 도시한 바와 같은, 접착층(71), 방열기재(72), 및 방열층(73)을 포함하는 기본적인 구성 이외에 방열층(73) 상부에 방열층(73)의 보호를 위한 보호필름(74)을 더 포함하는 구조를 가짐으로써, 방열층(330)에 대한 외부 충격으로부터의 보호를 함께 수행하도록 하거나, 내지는 도 4에 도시한 바와 같이 방열기재(72)를 포함하지 않으며, 접착층(71)과 방열층(73)을 하나의 구성으로 일체화된 상태에서 상부에 보호필름(340)이 위치하는 구조 또한 가질 수 있다.
참고로, 본 발명의 일 실시예에 따른 방열테이프(300)와 관련하여 PCB면적당 동박면적 점유율에 따른 방열 효과를 살펴보면 다음과 같다(하기 표 4 내지 표 7 참조).
- 동박률 10% 미만
PCB
동박률		 부품
번호		 PSR 방열테이프 △T
60㎛ 90㎛ 110㎛ 130㎛ 60㎛ 90㎛ 110㎛ 130㎛
10%
미만		 1 86.7 71.1 69.9 66.6 64.3 -15.6 -16.8 -20.1 -22.4
2 89.7 76.3 74.8 72.1 70.5 -13.4 -14.9 -17.6 -19.2
3 77.3 70.6 68.4 66.7 64.3 -6.7 -8.9 -10.6 -13
4 86.8 74.3 72.9 70.2 68.7 -12.5 -13.9 -16.6 -18.1
평균값 85.1 73.1 71.5 68.9 67.0 -12.1 -13.6 -16.2 -18.2
- 동박률 20~30%
PCB
동박률		 부품
번호		 PSR 방열테이프 △T
60㎛ 90㎛ 110㎛ 130㎛ 60㎛ 90㎛ 110㎛ 130㎛
20
~
30%		 1 84.3 70.8 69.3 66.4 63.5 -13.5 -15 -17.9 -20.8
2 86.7 74.1 74.4 71.3 69.6 -12.6 -12.3 -15.4 -17.1
3 75.1 68.9 68.1 66.1 63.9 -6.2 -7 -9 -11.2
4 84.4 70.2 72.5 69.4 67.8 -14.2 -11.9 -15 -16.6
평균값 82.6 71.0 71.1 68.3 66.2 -11.6 -11.6 -14.3 -16.4
- 동박률 50~60%
PCB
동박률		 부품
번호		 PSR 방열 Tape △T
60㎛ 90㎛ 110㎛ 130㎛ 60㎛ 90㎛ 110㎛ 130㎛
50
~
60%		 1 81.6 70.5 69.0 66.0 62.9 -11.1 -12.6 -15.6 -18.7
2 84.1 72.1 74.1 71.0 68.2 -12 -10 -13.1 -15.9
3 73.8 66.4 67.8 65.6 63.5 -7.4 -6 -8.2 -10.3
4 81.2 66.3 72.3 68.9 66.4 -14.9 -8.9 -12.3 -14.8
평균값 80.2 68.8 70.8 67.9 65.3 -11.4 -9.4 -12.3 -14.9
- 동박률 90% 이상
PCB
동박률		 부품
번호		 PSR 방열 Tape △T
60㎛ 90㎛ 110㎛ 130㎛ 60㎛ 90㎛ 110㎛ 130㎛
90% 이상 1 79.7 70.2 68.7 65.8 62.5 -9.5 -11 -13.9 -17.2
2 81 71.6 73.7 70.7 67.8 -9.4 -7.3 -10.3 -13.2
3 72.6 65.4 67.5 65.2 63.1 -7.2 -5.1 -7.4 -9.5
4 78.7 63.1 72.1 68.4 65.7 -15.6 -6.6 -10.3 -13
평균값 78.0 67.6 70.5 67.5 64.8 -10.4 -7.5 -10.5 -13.2
이상에서 살펴본 바와 같이 방열구조를 갖는 인쇄회로기판(100)에 따르면, 고열전도율 및 고방열 효과를 갖도록 방열특성이 개선된 방열 SR 잉크를 적용하여 솔더레지스트를 형성함으로써, 실장된 전자부품으로부터 발생되는 열을 솔더레지스트를 통해 효율적으로 방출할 수 있다.
또한, 열전도성 및 고방사 물질이 일체화된 방열테이프를 기판의 표면에 추가 부착하는 구성을 채택함으로써, 도체패턴 및 솔더레지스트를 통해 전도되는 전자부품으로부터의 열을 외부로 복사하여 효과적으로 방출할 수 있다.
또한, 인쇄회로기판(100) 자체의 방열특성 개선 및 최대화됨에 따라 알루미늄 하우징으로 구성된 방열부재(예: 방열판)를 인쇄회로기판에 추가 부착이 요구되지 않으므로, 인쇄회로기판(100)의 부피를 최소화시킴과 아울러, 제작 단가 또한 낮출 수 있다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 상기한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 또는 수정이 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 미친다 할 것이다.
본 발명에 따른 방열구조를 갖는 인쇄회로기판에 따르면, 고열전도율 및 고방열 효과를 갖는 방열 SR 잉크를 적용하여 솔더레지스트를 형성하고, 열전도성 및 고방사 물질이 일체화된 방열테이프를 기판에 추가 부착하는 구조를 채택함으로써, 인쇄회로기판의 방열특성을 최대화시킨다는 점에서, 기존 기술의 한계를 뛰어 넘음에 따라 관련 기술에 대한 이용만이 아닌 적용되는 장치의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.
100: 인쇄회로기판
1: 전자부품 10: 기판
30: 도체패턴 50: 솔더레지스트
70: 방열테이프
71: 접착층 72: 방열기재
73: 방열층 74: 보호층

Claims (8)

  1. 전자부품이 실장되는 기판의 일면에 상기 전자부품의 리드와의 전기적 도통을 위해 형성된 도체패턴;
    상기 전자부품의 리드와 접촉되는 상기 도체패턴의 패드영역만을 노출시킨 상태에서 상기 도체패턴을 포함하는 상기 기판의 일면 전체를 덮도록 형성된 솔더레지스트; 및
    상기 기판의 반대면의 전체 영역 중 적어도 일부에 부착된 형태로 상기 기판과 일체화되어 별도의 방열 기재 없이도 상기 도체패턴 및 상기 솔더레지스트를 통해 상기 기판의 반대면으로 전도되는 상기 전자부품으로부터의 열을 외부로 복사하여 방출하는 방열테이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 인쇄회로기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 솔더레지스트는,
    방열 SR 잉크를 기초로 형성되며,
    상기 방열 SR 잉크는,
    0.5~1.5㎛ 크기를 갖는 제 1 질화물, 5~15㎛ 크기를 갖는 제 2 질화물, 및 15~25㎛ 크기를 갖는 제 3 질화물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 인쇄회로기판.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 방열 SR 잉크는,
    세라믹 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 인쇄회로기판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열테이프는,
    상기 기판의 반대면으로 전도된 상기 전자부품으로부터의 열을 외부로 복사하여 방출하기 위한 방열층을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 인쇄회로기판.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 방열층은,
    질화물 및 세라믹물질 중 적어도 어느 하나를 포함하는 열전도 분말로 구성되며,
    상기 질화물은,
    질화알루미늄, 질화갈륨, 질화인듐, 질화붕소, 질화 실리콘 중 적어도 어느 하나를 포함하며,
    상기 세라믹물질은,
    알루미늄 하이드록사이드, 수산화 알미늄, 산화알루미늄, 산화니켈, 산화마그네슘, 백금, 이산화규소, 탄화규소, 이산화망간, 옥, 카본, 텅스텐, 산화아연, 탄산칼슘, 탄산칼륨, 산화베릴륨, 탄소 나노튜브, 그라빈, 그라 파이트, 칼슘카보네이트, 포타슘카보네이트, 및 텔루라이드 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 인쇄회로기판.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 방열테이프는,
    상기 방열테이프의 기본적인 외형을 유지시키며, 상기 기판의 반대면으로 전도된 상기 전자부품으로부터의 열을 상기 방열층으로 전달하기 위한 방열기재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 인쇄회로기판.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 방열기재는,
    구리, 알루미늄, 니켈, 인코넬, 글라스 섬유, 및 모직 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 인쇄회로기판.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은,
    FR(Frame Retadent)1, FR2, FR4, FR5, CEM(Composite Epoxy Material)-1, CEM-3 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 인쇄회로기판.
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