KR101723043B1 - 정션박스용 pcb모듈 및 정션박스용 pcb기판 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 정션박스와 연결되도록 구비되는 하부케이스와, 상기 하부케이스에 안착되고, 열기를 발생시키는 발열부와, 패턴이 형성된 패턴부와, 상기 발열부에서 발생한 열기를 흡수하는 열흡수부와, 상기 패턴부와 상기 열흡수부 사이에 마련되며, 상기 패턴부의 상부와 하부에 형성된 패턴을 분리하기 위한 절연부를 구비하는 PCB기판 및 상기 하부케이스 상부에 결합되어 상기 PCB기판을 보호하는 상부케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 정션박스용 PCB모듈이 개시된다. 상기 구성에 의하여 보다 효과적으로 열 방출이 이루어질 수 있으며, 정션박스에 추가의 부품을 장착할 수 있으며 고용량 시스템에도 적용함과 동시에 무게를 줄임과 동시에 단가를 저감할 수 있게 된다.

Description

정션박스용 PCB모듈 및 정션박스용 PCB기판 제조방법{PCB MODULE FOR JUNCTION BOX AND METHOD FOR FABRICATION PCB}

본 발명은 정션박스용 PCB모듈에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 효과적으로 열 방출이 가능하여 고용량 시스템에 적용 가능하며, 부품 성능이 유지되어 부품의 수명을 연장할 수 있는 정션박스용 PCB모듈에 관한 것이다.

전기 및 전자관련 분야의 급속한 발전에 힘입어 자동차 산업에서도 자동차의 성능, 안전성, 편리성 등을 향상시키기 위하여 센서, 작동기, 자동화를 망라한 전장기술이 응용되고 있다.

상기와 같이 전기, 전가 시스템의 증가는 필연적으로 자동차의 소비 전력을 증가시키게 되므로 엔진실 공간에 위치한 정션박스의 전력량은 물론 크기가 증가되고 동시에 정션박스에서 발생하는 발열 문제가 최대의 문제점으로 지적되고 있다.

이러한 정션박스는 발열문제를 해결하기 위하여 PCB 타입의 정션박스를 제공한다. 상기 PCB 타입의 정션박스는 내부에 절연체를 마련하여 정션박스의 발열부에서 발생하는 열기를 흡수하도록 구성된다.

이때, PCB 타입의 정션박스는 크게 일반 PCB 타입의 정션박스와, 다량의 구리를 함유한 기판을 구비하는 헤비(heavy) 타입의 PCB 정션박스와, PCB 내부에 동이 마련된 메탈코어 방식의 PCB 타입의 정션박스로 나뉘어진다.

상기 일반 PCB 타입의 정션박스는 정션박스에서 방출되는 열에 매우 취약할 뿐 아니라 고용량 시스템에 적절하지 않다는 문제점이 있었다.

또한, 상기 헤비 타입의 PCB 정션박스의 경우 PCB 패턴을 위한 구리 기판의 두께가 두껍기 때문에 정션박스에서 발생하는 열을 외부로 배출하는데 어려움이 있었으며, 구리 기판의 두께로 인하여 정션박스의 공간이 축소되어 별도의 장치를 추가적으로 장착하는데 불편함이 있었다.

이를 해결하기 위하여 절연체 내에 열흡수부가 마련된 메탈코어 방식의 PCB 타입의 정션박스는 열흡수부로 마련되는 동의 가격이 높기 때문에 정션박스의 단가가 증가하며, 내부의 동으로 인한 정션박스의 무게가 증가한다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 효과적으로 열 방출이 이루어질 수 있는 정션박스용 PCB모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 추가의 부품을 장착할 수 있으며 고용량 시스템에도 적용할 수 있는 정션박스용 PCB모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 무게를 줄임과 동시에 단가를 절감할 수 있는 정션박스용 PCB모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 정션박스용 PCB모듈은, 정션박스와 연결되도록 구비되는 하부케이스; 상기 하부케이스에 안착되고, 패턴이 형성된 패턴부를 포함하는 PCB기판; 및 상기 하부케이스 상부에 결합되어 상기 PCB기판을 보호하는 상부케이스;를 포함하며, 상기 PCB 기판은, 열기를 발생시키며, 상기 패턴부와 접촉하도록 설치된 발열부; 상기 패턴부 중 적어도 일부와 연결되며, 상기 발열부에서 발생한 열기를 흡수하는 열흡수부; 및 상기 패턴부와 상기 열흡수부 사이에 배치된 절연부;를 포함하고, 상기 열흡수부는, 열전도율이 구리의 열전도율 이상이며, 중량은 구리보다 경량인 재료로 형성된 것을 특징으로 하는 정션박스용 PCB 모듈을 제공한다.

한편, 본 발명의 다른 카테고리로서, 알루미늄 재질의 열흡수부, 절연부 및 알루미늄 패턴층을 적층하여 결합하며, 상기 열흡수부, 상기 절연부 및 상기 알루미늄 패턴층을 관통하는 관통홀을 형성하는 기판 형성단계; 상기 관통홀과 상기 알루미늄 패턴층 표면에 구리 도금층을 형성하는 단계; 및,상기 알루미늄 패턴층과 상기 구리도금층의 일부를 식각하여 패턴부를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정션박스용 PCB 기판 제조방법이 제공된다.

전술한 과제해결 수단에 의해 본 발명은 정션박스용 PCB모듈 내에 마련된 절연부에 경량 열전도성 재질로 형성된 열흡수부를 제공하여 정션박스에서 발생하는 열을 보다 효과적으로 방출시킬 수 있을 뿐만 아니라, 정션박스의 PCB모듈의 무게가 경감될 수 있으며, 고용량 시스템이 요구되는 자동차에 장착될 수 있다는 효과가 있다.

삭제

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 정션박스용 PCB모듈을 도시한 사시도.
도 2는 도 1의 PCB모듈을 분해한 분해 사시도.
도 3은 도 2의 PCB기판의 내부 단면을 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예의 정션박스용 PCB기판을 도시한 단면도.
도 5 내지 도 9는 제 2 실시예의 정션박스용 PCB 기판을 제조하는 방법을 순차적으로 도시한 단면도.
도 10은 본 발명의 제 3 실시예의 정션박스용 PCB기판을 도시한 단면도.

하기의 설명에서 본 발명의 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있는데, 이들 특정 상세들 없이 또한 이들의 변형에 의해서도 본 발명이 용이하게 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하여 상세히 설명하되, 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는데 필요한 부분을 중심으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정션박스용 PCB모듈을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 PCB모듈을 분해한 분해 사시도이며, 도 3은 도 2의 PCB모듈의 내부 단면을 도시한 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 1 실시예에 따른 정션박스용 PCB모듈은 정션박스와 연결되도록 구비되는 하부케이스(30)와, PCB기판(100)과 상기 하부케이스(30) 상부에 결합되어 상기 PCB기판(100)을 보호하는 상부케이스(20)를 구비한다.

상기 하부케이스(30)는 정션박스(미도시)와 연결되도록 구비될 수 있으며, 이를 위하여 연결터미널(32)이 마련될 수 있다. 상기 연결터미널(32)은 도전성이 좋은 금속재질로 이루어질 수 있으며, PCB기판(100)이 삽입 및 장착될 수 있도록 다수의 장착홈이 형성될 수 있다.

상기 PCB기판(100)은 상기 하부케이스(30)에 안착될 수 있으며, 열기를 발생시키는 발열부(120)와, 패턴이 형성된 패턴부(140)와, 상기 발열부(120)에서 발생한 열기를 흡수하도록 패턴부(140) 중 적어도 일부와 연결된 열흡수부(160)와, 상기 패턴부(140)와 상기 열흡수부(160) 사이에 배치된 절연부(180)를 구비한다.

상기 발열부(120)는 PCB기판(100)에 탑재되는 고용량 부품의 발열소자가 될 수 있으며, 예를 들어 퓨즈, 릴레이 등 중 어느 하나가 될 수 있다. 또한, 발열부(120)는 상기 패턴부의 일부와 접촉하도록 설치된다.

상기 패턴부(140)는 발열부(120) 하부에 위치할 수 있으며, 정션박스에 마련되는 다수의 부품 및 회로 등과 연결되는 구리 기판이 될 수 있다. 이때, 패턴부(140)를 형성하는 구리 기판은 1.5온스(oz) 내지 2.5온스(oz)의 구리로 형성될 수 있으며, 이와 같이 패턴부(140)를 형성하는 구리 기판은 정션박스에 연결되도록 패턴이 형성될 수 있다. 한편, 패턴부(140)를 형성하는 구리 기판은 1.5온스(oz) 내지 2.5온스(oz)의 구리로 형성된 예를 들어 설명하지만, 발명에서 요구되는 조건에 따라 구리의 함량은 변경될 수 있다.

이와 같이 패턴부(140)를 형성하는 구리의 중량을 최소화함으로써, 정션박스에서 요구되는 발열부(120)가 장착될 수 있는 공간을 충분히 확보할 수 있게 된다. 따라서 정션박스용 PCB모듈(100)의 사이즈를 최적화하여 소형 차량에도 정션박스를 장착할 수 있게 된다.

또한, 패턴부(140)는 정션박스용 PCB기판(100)의 상부면 및 하부면 각각에 모두 형성될 수 있다. 이때 상부면 및 하부면 각각에 형성된 패턴부(140)는 동일 함량의 구리 기판으로 형성될 수 있지만 경우에 따라서 서로 다른 함량의 패턴부가 형성될 수도 있다.

상기 절연부(180)는 에폭시, 실리콘, 실리콘 고무 등으로 형성될 수 있으며, 상기 절연부(180)의 표면(즉, 상기 정션박스용 PCB모듈(100)의 상부와 하부면)에 각각 패턴부(140)가 형성된다.

이때, 절연부(180)는 상기 패턴부(140)의 상부면 및 하부면을 관통하여 연결되는 패턴이 형성되는 관통홀(145)이 형성될 수 있다. 상기 관통홀(145)은 발열부(120) 및 패턴부(140)에서 발생한 열을 열흡수부(160)로 전달하기 위해 내벽에 열전달 소재(예를 들면 구리)로 도금이 된다.

상기 열흡수부(160)는 발열부(120)에서 발생한 열기를 흡수할 수 있으며, 상기 절연부(180) 내에 마련될 수 있다. 이때, 열흡수부(160)는 카본으로 형성된 고체가 될 수 있다. 상기 열흡수부(160)를 카본으로 형성함에 따라 발열부(120)와 패턴부(140)에서 발생하는 열기를 흡수하게 된다. 그 결과 정션박스용 PCB기판(100)에서 발생하는 열 방출이 가능해지기 때문에 열에 의한 부품 파손을 방지하여 부품의 수명을 연장할 수 있게 된다. 또한, 상기 카본은 그 중량이 낮기 때문에 제품의 경량화가 가능할 뿐 아니라 생산단가를 낮추어 제품의 신뢰성이 향상될 수 있다. 본 발명의 제 1 실시예에서는, 열흡수부(160)의 재료로 카본을 예시하고 있으나, 이외에도 경량 열전도성 재질이 모두 사용 가능하다. 경량 열전도성 재질이라함은, 구리와 동등하거나 그 이상의 열전도율을 가지며, 중량은 구리보다 경량인 재료로서, 카본, 알루미늄 등을 지칭하는 것이다.

여기서, 열흡수부(160)의 상하면에는 절연부(180)가 형성된다. 즉, 발열부(120)와 열흡수부(160)가 직접 접촉하는 것을 방지하여, 열흡수부(160)의 파손을 방지할 수 있다.

상기와 같이 정션박스용 PCB기판(100)에서 발생하는 열을 흡수하기 위하여 절연부(180) 내에 카본으로 형성된 열흡수부(160)를 마련함으로써, 발열에 의한 부품의 파손을 방지할 수 있게 된다. 또한, 열흡수부(160)를 카본으로 형성하기 때문에 정션박스용 PCB모듈(100)의 중량을 감소시킬 수 있다.

더욱이, 정션박스용 PCB기판(100)의 패턴을 형성하는 패턴부(140)의 구리 중량을 최소화함으로써, 정션박스용 PCB모듈(100)의 크기를 최소화하여 소형 차량에도 정션박스를 장착할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예의 정션박스용 PCB기판을 도시한 단면도이다.

제 2 실시예의 정션박스용 PCB모듈은 열흡수부(160)를 알루미늄으로 형성하였을 뿐만 아니라, 패턴부(240) 또한, 알루미늄 패턴층(242) 위에 구리 도금층(241)을 적층하여 형성하였다. 또한, 관통홀(145)의 내벽에는 구리 도금층(241)이 도금되어 있다. 알루미늄의 경우 쉽게 식각에 대한 부식이 발생하는 단점이 있어, 이를 보완하기 위해, 구리 도금층(241)을 형성하였다.

알루미늄은 기존 구리 대비 동등 이상의 열전도율 혹은 열분산 성능을 발휘할 뿐만 아니라, 구리 대비 중량이 약 40%에 불가하여, 원가를 약 15% 정도 절감할 수 있다. 특히, 제 2 실시예에서는 열흡수부(160) 뿐만 아니라, 패턴부(240)의 일부도 알루미늄으로 형성하여, 중량 절감 및 원가 절감 효과를 제 1 실시예에 비해 더욱 증대시켰다.

다만, 알루미늄의 경우, 표면이 쉽게 부식되며, 절연체와 접착시 접착 불량이 발생할 우려가 있을 뿐만 아니라, 알루미늄의 표면과 구리 도금 간에 분리 현상이 발생하는 등의 제조 상 어려움이 있다. 이러한 문제점을 해소하기 위해서, 종래와 상이한 정션박스용 PCB모듈 제조방법을 도 5 내지 도 9를 참조하여 제시한다.

도 5 내지 도 9는 제 2 실시예의 정션박스용 PCB 모듈을 제조하는 방법을 순차적으로 도시한 단면도이다.

제 2 실시예의 정션박스용 PCB 모듈을 제조하는 방법은 절연부(180)와 알루미늄 재질의 열흡수부(160) 및 알루미늄 패턴층(242)을 결합하는 기판 형성 단계(도 5 및 도 6)와, 관통홀(145)과 절연부의 표면에 구리 도금층(241)을 형성하는 단계(도 7 및 도 8)와, 에칭액을 사용하여 패턴부(240)를 형성하는 단계(도 9)를 포함한다.

기판 형성 단계(도 5 및 도6)는 열흡수부(160) 및 알루미늄 패턴층(242)의 절연부(180)와 접하는 면에 접착용 요철(161, 242a)을 형성하는 표면 처리단계(도 5)와, 표면 처리된 열흡수부(160) 및 알루미늄 패턴층(242)을 절연부(180)와 적층한 후, 열과 압력을 가하여 결합하는 접착 단계(도 6)를 포함한다.

알루미늄과 절연부(180)를 접합하는 경우, 절연부와 알루미늄 간의 접착력이 저하되어, 분리되는 현상이 발생하였다. 이와 같은 문제점을 해소하기 위해, 거친 조도의 접착용 요철(161, 242a)을 열흡수부(160) 및 알루미늄 패턴층(242)의 절연부(180)와 접하는 면에 형성하여, 접착력을 증대시킬 수 있다.

이외에도 접착 단계(도 6)에서 열과 압력을 가할 때, 열흡수부(160) 및 알루미늄 패턴층(242)과 절연부(180) 사이에 알루미늄 접착성능이 우수한 알루미늄 본딩제를 주입함으로써, 접착력을 더욱 증대시킬 수 있다.

구리도금층을 형성하는 단계(도 7 및 도 8)는, 알루미늄 표면을 전처리하는 표면 전처리 단계(미도시)와, 표면 전처리 후, 화학적 방법으로 구리를 도금하는 화학 구리 도금층(241a)을 형성하는 단계(도 7), 화학 구리 도금층(241a)을 형성한 후, 구리를 전기 도금하는 전기 도금층(241b)을 형성하는 단계(도 8)를 포함한다.

표면 전처리 단계는, 알루미늄의 표면에 도금되는 화학 구리 도금층(241a)의 도금 접착력을 증대시키기 위한 단계이다. 즉, 알루미늄 표면에 직접 구리 도금을 하는 경우, 알루미늄 표면과 구리 도금층의 분리 현상이 발생한다. 이를 해소하기 위해서, 알루미늄 표면 원소를 구리 도금 친화적인 아연으로 대체하도록, 아연과 철을 함유하는 에칭액을 사용하여, 알루미늄의 표면 처리한다.

화학 구리 도금층을 형성하는 단계(도 7)는 액상의 구리도금액에 관통홀(145) 내벽과, 알루미늄 패턴층(242)의 외면을 노출시켜, 화학 구리 도금층(241a)을 형성한다. 이와 같이 전기 도금층(241b) 이전에 화학 구리 도금층(241a)을 형성하는 것은 절연체(180) 표면에 전기적 방법으로 전기 도금을 하기위해 먼저 전도성 구리를 화학적 방법으로 도금을 한다.

전기 도금층(241b)을 형성하는 단계(도 8)는 화학 구리 도금층(241a)에 전기를 인가하여, 전기적 방법으로 구리 도금층을 형성한다. 전기 도금을 함으로써, 보다 내구성이 우수한 전기 도금층(241b)을 형성할 수 있다. 다만, 화학 구리 도금층을 형성한 후 도금층 표면에 존재하는 오염물질을 제거하기 위해서 전기 도금층을 형성하기 이전에 산세정을 하는 것이 바람직하다.

패턴부(240)를 형성하는 단계(도 9)는 에칭액을 사용하여, 패턴부(240)를 제외한 나머지 부분을 식각하는 공정이다. 다만, 알루미늄의 경우 구리에 비해서 부식속도가 6배나 빨라서, 일반적인 구리 회로 패턴을 형성하는 데 사용되는 에칭액을 사용하는 경우, 과도하게 식각된다는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해소하기 위해서 다양한 에칭액을 사용해 본 결과, NaOH3와 HCl을 혼합한 에칭액 혹은 염화철을 함유하는 에칭액을 사용한 경우 적절한 속도로 알루미늄을 식각할 수 있어, 식각의 정도를 용이하게 조절할 수 있었다.

상기와 같이, 본 발명의 제 2 실시예의 정션박스용 PCB 모듈은 알루미늄 소재의 열흡수부(160)와 알루미늄 패턴층(242)을 구비함으로써, 종래의 정션박스용 PCB 모듈에 비해서 획기적으로 중량 및 비용을 절감할 수 있다.

또한, 제 2 실시예의 정션박스용 PCB 모듈 제조방법을 이용하여, 알루미늄 소재를 사용함으로 인해서 발생할 수 있는 제조상의 문제점을 효과적으로 해소할 수 있다.

도 10은 본 발명의 제 3 실시예의 정션박스용 PCB 모듈을 도시한 단면도이다.

제 3 실시예는 열흡수부(160)가 PCB 기판(100) 두께 방향으로 제 1 열흡수부(160a) 및 제 2 열흡수부(160b)로 복수개 형성된 점에 있어서, 제 2 실시예와 상이하며, 나머지는 동일하므로 자세한 설명은 생략한다. 이와 같이, 열흡수부(160)를 복수개로 분할하여 형성함으로써, 열을 골고루 분산할 수 있을 뿐만 아니라, 열흡수부의 중량도 절감할 수 있다는 장점이 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

20: 상부케이스 30: 하부케이스
32: 연결터미널 100: PCB기판
120: 발열부 140: 패턴부
145: 관통홀 160: 열흡수부
180: 절연부

Claims (12)

1. 정션박스와 연결되도록 구비되는 하부케이스;
   상기 하부케이스에 안착되고, 패턴이 형성된 패턴부를 포함하는 PCB기판; 및
   상기 하부케이스 상부에 결합되어 상기 PCB기판을 보호하는 상부케이스;
   를 포함하며,
   상기 PCB 기판은,
   열기를 발생시키는 발열부;
   최내측에 마련되어 상기 열기를 흡수하는 열흡수부;
   상기 열흡수부의 상하면에 배치되어 상기 발열부가 직접 접촉되는 것을 차단하는 절연부;
   상기 열흡수부 및 절연부의 적층 방향으로 관통 형성되는 적어도 하나 이상의 관통홀; 및
   상기 열기를 상기 열흡수부로 전달하기 위해 일단이 상기 발열부 및 절연부 사이에 개재되고, 더 연장 형성되어 상기 관통홀의 내측벽을 덮는 구리 재질의 패턴부;를 포함하며,
   상기 열흡수부는 카본으로 형성된 것을 특징으로 하며,
   상기 패턴부는 상기 절연부 상에 형성된 알루미늄 패턴층; 및
   상기 알루미늄 패턴층 상에 적층되어 형성된 구리도금층;
   을 포함하고
   열흡수부는, 상기 PCB기판의 두께 방향으로 복수개 분할되어 형성된 것을 특징으로 하는 정션박스용 PCB 모듈.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 패턴부는, 상기 PCB 기판의 상부면 및 하부면 양면에 형성된 것을 특징으로 하는 정션박스용 PCB모듈.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 알루미늄 재질의 열흡수부, 절연부 및 알루미늄 패턴층을 적층하여 결합하며, 상기 열흡수부, 상기 절연부 및 상기 알루미늄 패턴층을 관통하는 관통홀을 형성하는 기판 형성단계;
   상기 알루미늄 패턴층의 표면을 전처리하는 단계;
   상기 관통홀과 상기 알루미늄 패턴층 표면에 구리 도금층을 형성하는 단계; 및
   상기 알루미늄 패턴층과 상기 구리도금층의 일부를 식각하여 패턴부를 형성하는 단계;를 포함하며,
   상기 구리도금층을 형성하는 단계는,
   화학적 방법으로 구리를 도금하는 화학 구리 도금층을 형성하는 단계;
   상기 화학 구리 도금층 표면에 존재하는 오염 물질을 제거하기 위해 산 세정을 하는 단계; 및
   상기 산 세정을 하는 단계 이후에, 구리를 전기 도금하는 전기 도금층을 형성하는 단계;를 포함하고,
   상기 기판 형성단계는,
   상기 열흡수부 및 상기 알루미늄 패턴층의 상기 절연부와 접하는 부위에 요철을 형성하는 표면 처리단계; 및
   상기 표면 처리된 상기 열흡수부 및 상기 알루미늄 패턴층을 상기 절연부와 적층한 후 열과 압력을 가하여 결합하는 접착단계;를 포함하며
   상기 표면 처리단계 이후, 상기 열흡수부 및 상기 알루미늄 패턴층의 상기 절연부와 접하는 부위에 알루미늄 본딩제를 도포하는 것을 특징으로 하며,
   상기 표면을 전처리하는 단계는 아연과 철을 함유하는 에칭액을 사용하는 것을 특징으로 하는 정션박스용 PCB 기판 제조방법.
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제

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