KR101942657B1 - 방열기판 제조방법 - Google Patents

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KR101942657B1 KR1020170095851A KR20170095851A KR101942657B1 KR 101942657 B1 KR101942657 B1 KR 101942657B1 KR 1020170095851 A KR1020170095851 A KR 1020170095851A KR 20170095851 A KR20170095851 A KR 20170095851A KR 101942657 B1 KR101942657 B1 KR 101942657B1
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이배근
최이택
송민석
조상흠
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이배근
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Abstract

본 발명은 알루미늄 기판의 표면에 산화알루미늄층을 형성시키고, 소수성을 갖는 산화알루미늄층을 친수성으로 바꿔줌으로써 산화알루미늄층 상에 무전해니켈도금방식으로 니켈 도전층을 형성할 수 있도록 한 방열기판 제조방법에 관한 것으로서, 알루미늄 기판을 아세톤(C8H2O)에 침지시켜 알루미늄 기판의 표면에 유분이나 이물질을 제거하는 탈지 단계; 염산(HCl), 황산(H2SO4) 및 순수(H20)가 혼합된 혼합액에 침지시켜 전류를 가하는 전해에칭 단계; 순수(H20)에 침지시켜 알루미늄 기판의 표면에 산화알루미늄(Al2O3)을 형성시키는 수화처리 단계; 질산(HNO3)과 순수(H20)가 혼합된 혼합액에 침지시켜 알루미늄 기판의 표면에 형성된 스머트를 제거하는 디스머트 단계; 황산(H2SO4)와 순수(H20)가 혼합된 혼합액에 침지시켜 전류를 가하는 양극산화 단계; 착산코발트(Co(CH3CO2)2), 착산니켈(Ni(CH3CO2)2), 붕산(H3BO3) 및 순수(H20)가 혼합된 혼합액에 침지시켜 전류를 가하는 봉공처리 단계; 암모니아(NH3)와 순수(H20)가 혼합된 혼합액에 침지시켜 알루미늄 기판의 표면에 친수성을 부여하는 친수화처리 단계; 염화주석(SnCl2)과 염산(HCl) 및 순수(H20)가 혼합된 혼합액에 침지시켜 알루미늄 기판의 표면에 Sn2 +를 형성하는 민감화처리 단계; 염화팔라듐(PdCl2)와 염산(HCl) 및 순수(H20)가 혼합된 혼합액에 침지시켜 알루미늄 표면에 팔라듐(Pd) 핵을 형성하는 활성화처리 단계; 및 황산니켈(NiSO4), 차아인산소다(NaH2PO2), 구연산소다(C6H5Na3O7), 붕산(H3BO3) 및 순수(H20)가 혼합된 혼합액에 침지시켜 니켈(Ni) 도전층을 형성하는 무전해니켈도금 단계;를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

Description

방열기판 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF HEAT RADIATING SUBSTRATE}
본 발명은 방열기판 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 알루미늄 기판의 표면에 산화알루미늄층을 형성시키고, 소수성을 갖는 산화알루미늄층을 친수성으로 바꿔줌으로써 산화알루미늄층 상에 무전해니켈도금방식으로 니켈 도전층을 형성할 수 있도록 한 방열기판 제조방법에 관한 것이다.
전자부품이 소형화, 박판화, 고밀도화됨에 따라 인쇄회로기판(Printed Circuit Board) 또한 소형화, 미세패턴화 및 패키지화가 동시에 진행되고 있는데, 최근 인쇄회로기판은 부품의 실장 밀도가 증가하고, 이에 따라 인쇄회로기판은 구조가 더욱 복잡해지고 있다.
이와 같이 인쇄회로기판에 실장되는 부품의 개수 및 밀도가 증가함에 따라 부품에서 발생하는 열에 의한 방열 문제를 해결하기 위한 방안이 요구되고 있는 실정이다.
이러한 방열 문제를 해결하기 위해 다양한 형태의 패키지 기판이 제안되고 있으나, 패키지 기판에서 반도체칩, 언더필 그리고 기판의 열팽창율 차이 및 제조공정 중 발생하는 열이력에 따른 잔류응력에 의해 변형되는 문제가 있었다.
한국등록특허 제10-1037470호(2011. 5. 20. 등록)
본 발명은 알루미늄 기판의 표면에 산화알루미늄층을 형성시키고, 소수성을 갖는 산화알루미늄층을 친수성으로 바꿔줌으로써 산화알루미늄층 상에 무전해니켈도금방식으로 니켈 도전층을 형성할 수 있도록 한 방열기판 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 알루미늄 기판의 표면에 산화알루미늄층을 형성시키고, 소수성을 갖는 산화알루미늄층을 친수성으로 바꿔줌으로써 산화알루미늄층 상에 무전해니켈도금방식으로 니켈 도전층을 형성할 수 있도록 한 방열기판 제조방법에 관한 것으로서, 알루미늄 기판을 아세톤(C8H2O)에 침지시켜 알루미늄 기판의 표면에 유분이나 이물질을 제거하는 탈지 단계; 염산(HCl), 황산(H2SO4) 및 순수(H20)가 혼합된 혼합액에 침지시켜 전류를 가하는 전해에칭 단계; 순수(H20)에 침지시켜 알루미늄 기판의 표면에 산화알루미늄(Al2O3)을 형성시키는 수화처리 단계; 질산(HNO3)과 순수(H20)가 혼합된 혼합액에 침지시켜 알루미늄 기판의 표면에 형성된 스머트를 제거하는 디스머트 단계; 황산(H2SO4)와 순수(H20)가 혼합된 혼합액에 침지시켜 전류를 가하는 양극산화 단계; 착산코발트(Co(CH3CO2)2), 착산니켈(Ni(CH3CO2)2), 붕산(H3BO3) 및 순수(H20)가 혼합된 혼합액에 침지시켜 전류를 가하는 봉공처리 단계; 암모니아(NH3)와 순수(H20)가 혼합된 혼합액에 침지시켜 알루미늄 기판의 표면에 친수성을 부여하는 친수화처리 단계; 염화주석(SnCl2)과 염산(HCl) 및 순수(H20)가 혼합된 혼합액에 침지시켜 알루미늄 기판의 표면에 Sn2 +를 형성하는 민감화처리 단계; 염화팔라듐(PdCl2)와 염산(HCl) 및 순수(H20)가 혼합된 혼합액에 침지시켜 알루미늄 표면에 팔라듐(Pd) 핵을 형성하는 활성화처리 단계; 및 황산니켈(NiSO4), 차아인산소다(NaH2PO2), 구연산소다(C6H5Na3O7), 붕산(H3BO3) 및 순수(H20)가 혼합된 혼합액에 침지시켜 니켈(Ni) 도전층을 형성하는 무전해니켈도금 단계;를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 양극산화 단계에서는 10Vol%의 황산(H2SO4)과 90Vol%의 순수(H20)가 혼합된 O℃의 혼합액에 침지시킨 알루미늄 기판에 3A/d㎡의 전류밀도로 20분간 통전시켜 30㎛의 산화알루미늄(Al2O3)층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 친수화처리 단계에서는 30Vol%의 암모니아(NH3)와 70Vol%의 순수(H20)가 혼합된 암모니아수용액에 10분간 침지시켜 소수성을 갖는 알루미늄 기판에 친수성을 부여하는 것을 특징으로 한다.
상기 무전해니켈도금 단계에서는 2.4Wt%의 황산니켈(NiSO4), 1.9Wt%의 차아인산소다(NaH2PO2), 5.5Wt%의 구연산소다(C6H5Na3O7), 2.8Wt%의 붕산(H3BO3) 및 87.4Wt%의 순수(H20)가 혼합된 혼합액에 침지시켜 20㎛의 니켈(Ni) 도전층을 형성시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방열기판 제조방법에 의하면 친수화처리 단계를 통해 소수성을 갖는 알루미늄 기판의 표면을 친수성으로 바꿔줌에 따라 추후에 진행되는 습식도금인 무전해니켈도금 단계에서 니켈 도전층을 양호하게 형성할 수 있는 이점이 있다.
그리고 본 발명의 방열기판 제조방법에 의하면 니켈 도전층을 양호하게 형성할 수 있어 종래의 알루미나와 같은 세라믹 기판 제조되었던 방열기판을 알루미나와 같은 세라믹 기판에 비해 상대적으로 열전도도가 높은 알루미늄으로써 제조할 수 있어 방열특성이 우수한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 방열기판 제조방법 순서를 나타나내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 방열기판 제조방법의 각 단계에서의 단면구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 방열기판 제조방법을 통해 제조된 방열기판의 사진이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 방열기판 제조방법을 통해 제조된 방열기판의 SEM 사진이다.
이하, 본원의 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시형태를 들어 설명한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 방열기판 제조방법 순서를 나타나내는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 방열기판 제조방법의 각 단계에서의 단면구조를 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 방열기판 제조방법을 통해 제조된 방열기판의 사진이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 방열기판 제조방법을 통해 제조된 방열기판의 SEM 사진이다.
도 1 내지 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 알루미늄 기판에 표면처리기술을 구사하여, 전극과의 확산방지층을 형성하는 것은 물론, 방열성이 우수한 방열기판 제조방법에 관한 것으로서, 탈지 단계와, 전해에칭 단계와, 수화처리 단계와, 디스머트 단계와, 양극산화 단계와, 봉공처리 단계와, 친수화처리 단계와, 민감화처리 단계와, 활성화처리 단계 및 무전해도금 단계를 포함한다.
본 발명의 일실시예에서는 가로(4.5cm), 세로(2.5cm), 높이(0.7cm)의 알루미늄 기판을 사용하였다.
탈지 단계(S1)는 알루미늄 기판의 표면에 유분 및 이물질을 제거하는 단계로서, 본 발명의 일실시예에서는 상온(25~30℃)에서 알루미늄 기판을 다른 유기물질과 잘 섞이는 아세톤(C8H20)에 침지시킨 후, 초음파탈지기를 이용하여 30초간 탈지를 진행하여 알루미늄 기판의 표면 유분 및 이물질을 제거하였다.
특히, 탈지 단계(S1)가 실시되는 온도 25~30℃, 탈지시간 30초를 초과하더라도 더 이상의 탈지효과는 얻기 어렵기 때문에 30초간 실시하는 것이 바람직하다.
전해에칭 단계(S2)는 전기분해에 의해 알루미늄 기판을 양극 처리하여 표면에 요철을 형성시킴으로써 밀착성을 향상시키기 위한 단계로서, 본 발명의 일실시예에서는 8.5Vol%의 염산(HCl), 2.5Vol%의 황산(H2SO4) 및 89Vol%의 순수(H20)가 혼합된 90℃의 전해액에 탈지 단계(S1)가 끝난 알루미늄 기판을 침지시킨 상태에서 10A/d㎡의 전류밀도를 2분간 통전시켜 전해에칭 하는 것이 바람직하다.
전술한 조건 이상의 값으로 진행하였을 경우, 알루미늄 기판의 두께 및 거칠기(요철 형성)가 감소하는 현상이 발생하므로 전해에칭 단계(S2)에서는 전해액의 온도 90℃, 10A/d㎡의 전류밀도로 2분간 통전시키는 것이 바람직하다.
수화처리 단계(S3)는 알루미늄 기판의 표면에 산화알루미늄(Al2O3)층 형성을 돕기 위한 단계로서, 95℃의 순수(H20)에 전해에칭 단계(S2)가 끝난 알루미늄 기판을 4분 침지시켜 수화처리 하는 것이 바람직하다.
디스머트 단계(S4)는 알루미늄 기판의 표면에 형성된 흑색의 스머트(smut)를 제거하기 위한 단계로서, 10Vol%의 질산(HN03)과 90Vol%의 순수(H20)가 혼합된 혼합액에 1분간 침지시켜 전해에칭 단계(S2)에서 알루미늄 기판의 표면에 형성된 스머트를 제거하는 것이 바람직하다.
양극산화 단계(S5)는 알루미늄 기판의 표면에 절연성을 갖는 산화알루미늄(Al2O3)층을 형성하기 위한 단계로서, 알루미늄 기판을 10Vol%의 황산(H2S04)과 90 Vol%의 순수(H20)가 혼합된 전해액에 침지시킨 상태에서 음극은 백금(Pt)을 전극으로 하고, 양극은 알루미늄 기판을 전극으로 하여 3A/d㎡의 전류밀도로 20분간 통전하여 양극은 산화반응(dAl → Al3 + + 3e-), 음극은 환원반응(H20 → O2- + H2)을 일으킴으로써 Al3 +와 O2-가 반응하여 알루미늄 기판의 표면에 절연성을 갖는 30㎛의 산화알루미늄(Al2O3)층이 형성된다.
특히, 양극산화 단계(S5)는 경질 양극산화법으로서, 알루미늄 기판의 표면 경도를 높여주기 위한 목적으로 전해액의 온도는 O℃인 것이 바람직하다.
봉공처리 단계(S6)는 양극산화 단계(S5)에서 형성된 봉공에 절연성을 갖는 산화알루미늄층(Al2O3)을 형성하기 위한 단계로서, 알루미늄 기판을 0.2Wt%의 착산코발트(Co(CH3CO2)2, 0.5Wt%의 착산니켈(Ni(CH3CO2)2), 0.5Wt%의 붕산(B) 및 98.8Wt%의 순수(H20)가 혼합된 85℃의 혼합액에 4분간 침지시켜 봉공처리하는 것이 바람직하다.
친수화처리 단계(S7)는 봉공처리 단계(S6)후, 소수성을 갖는 알루미늄 기판의 표면에 친수성을 부여하기 위한 단계로서, 알루미늄 기판을 30Vol%의 암모니아(NH3)와 70Vol%의 순수(H20)가 혼합된 혼합액에 10분간 침지시키는 것이 바람직하다.
이때, 암모니아수에 포함되어 있는 NH기는 알루미늄 기판의 표면이 소수성인 특징을 친수성으로 바꿔 추후에 습식도금인 무전해니켈도금 단계(S10)에서의 반응성을 높이는 효과가 있는데, 특히, 본 발명의 일실시예에서 친수화처리 단계(S7)에서는 암모니아수(NH3) 수용액을 사용하였으나, 이에 한정되지 않고, 에틸렌디아민, 트리에틸렌테트라민, 디에틸렌트라아민, 테트라에틸렌펜타민 등과 같이 NH기를 갖는 수용액을 사용하여도 무방하다.
민감화처리 단계(S8)는 추후에 활성화처리 단계(S9)에서의 팔라듐(Pd) 핵 형성을 위해 알루미늄 기판의 표면에 Sn2 +가 형성되도록 하는 단계로서, 염화주석(SnCl2) 1.5 Wt%, 염산(HCl) 1.0 Wt% 및 순수(H20) 97.5 Wt% 가 혼합된 혼합액에 10분간 침지시켜 알루미늄 기판의 표면에 Sn2+를 형성하는 것이 바람직하다.
활성화처리 단계(S9)는 민감화처리 단계(S8)를 통해 알루미늄 기판의 표면에 형성된 Sn2 +과 Pd2 +를 반응시켜 알루미늄 기판의 표면에 팔라듐(Pb) 핵이 형성되도록 하는 단계로서, 염화팔라듐(PdCl2) 0.025 Wt%, 염산(HCl) 0.1 Wt% 및 순수(H20) 99.875 Wt%가 혼합된 혼합액에 10분간 침지시킴에 따라 'Sn2 + + Pd2 + → Sn4 + + Pd' 반응을 일으켜 알루미늄 기판의 표면에 팔라듐(Pd) 핵을 형성하는 것이 바람직하다.
무전해니켈도금 단계(S10)는 전류가 흐르는 니켈 도전층을 형성하는 단계로서, 친수화처리 단계(S7)를 통해 알루미늄 기판의 표면을 친수성으로 바꿔줌에 따라 무전해 니켈 도전층이 양호하게 형성될 수 있으며, 황산니켈(NiSO4) 2.4 Wt%, 차아인산소다(NaH2PO2) 2.4 Wt%, 구연산소다(C6H5Na3O7) 1.4 Wt%, 붕산(H3BO3) 2.8 Wt% 및 순수(H20) 91.0 Wt%가 혼합된 90℃의 도금액에 60분간 침지시켜 니켈 도금층을 형성하는 것이 바람직하다.
무전해니켈도금 단계(S10)에서 나타나는 주요 반응식은 하기와 같다.
1) 환원반응: Ni2 ++2e- → Ni
2) 산화반응: H2PO2 - + H2O → H2PO3 - + 2H+ + 2e-
3) 총 반응: Ni2 + + H2PO2 - + H2O → Ni + H2PO3 - + 2H+
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 방열기판 제조방법에 의해 제조된 방열기판을 살펴보면, 알루미늄 기판에 상에 산화알루미늄층이 형성되고, 상기 산화알루미늄층 상에 팔라듐(Pd) 핵 형성을 돕는 주석(Sn)이 형성되어 있으며, 상기 주석(Sn) 상에 팔라듐(Pd) 핵이 양호하게 형성되고, 상기 팔라듐(Pd) 핵 상에 니켈(Ni) 도전층이 양호하게 형성된 것을 확인할 수 있다.
특히, 친수화처리 단계(S7)에서 소수성을 갖는 알루미늄 기판의 표면을 친수성으로 바꿔 추후에 습식도금인 무전해니켈도금 단계(S10)에서의 니켈 도전층 형성을 돕는 효과가 있었으며, 이에 따라 종래에 열전도도가 상대적으로 낮은 세라믹 기판에 제조되었던 방열기판에 비해 높은 열전도도를 갖는 알루미늄 기판으로 제조할 수 있는 효과가 있다.
이상, 실시예를 들어 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 여러 가지 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함이 명백하다. 또한, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
S1: 탈지 단계
S2: 전해에칭 단계
S3: 수화처리 단계
S4: 디스머트 단계
S5: 양극산화 단계
S6: 봉공처리 단계
S7: 친수화처리 단계
S8: 민감화처리 단계
S9: 활성화처리 단계
S10: 무전해니켈도금 단계

Claims (4)

  1. 알루미늄 기판을 아세톤(C8H2O)에 침지시켜 알루미늄 기판의 표면에 유분이나 이물질을 제거하는 탈지 단계;
    염산(HCl), 황산(H2SO4) 및 순수(H20)가 혼합된 혼합액에 침지시켜 전류를 가하는 전해에칭 단계;
    순수(H20)에 침지시켜 알루미늄 기판의 표면에 산화알루미늄(Al2O3)을 형성시키는 수화처리 단계;
    질산(HNO3)과 순수(H20)가 혼합된 혼합액에 침지시켜 알루미늄 기판의 표면에 형성된 스머트를 제거하는 디스머트 단계;
    황산(H2SO4)와 순수(H20)가 혼합된 혼합액에 침지시켜 전류를 가하는 양극산화 단계;
    착산코발트(Co(CH3CO2)2), 착산니켈(Ni(CH3CO2)2), 붕산(H3BO3) 및 순수(H20)가 혼합된 혼합액에 침지시켜 전류를 가하는 봉공처리 단계;
    암모니아(NH3)와 순수(H20)가 혼합된 혼합액에 침지시켜 알루미늄 기판의 표면에 친수성을 부여하는 친수화처리 단계;
    염화주석(SnCl2)과 염산(HCl) 및 순수(H20)가 혼합된 혼합액에 침지시켜 알루미늄 기판의 표면에 Sn2+를 형성하는 민감화처리 단계;
    염화팔라듐(PdCl2)와 염산(HCl) 및 순수(H20)가 혼합된 혼합액에 침지시켜 알루미늄 표면에 팔라듐(Pd) 핵을 형성하는 활성화처리 단계; 및
    황산니켈(NiSO4), 차아인산소다(NaH2PO2), 구연산소다(C6H5Na3O7), 붕산(H3BO3) 및 순수(H20)가 혼합된 혼합액에 침지시켜 니켈(Ni) 도전층을 형성하는 무전해니켈도금 단계;를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 방열기판 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 양극산화 단계에서는 10Vol%의 황산(H2SO4)과 90Vol%의 순수(H20)가 혼합된 O℃의 혼합액에 침지시킨 알루미늄 기판에 3A/d㎡의 전류밀도로 20분간 통전시켜 30㎛의 산화알루미늄(Al2O3)층을 형성하는 것을 특징으로 하는 방열기판 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 친수화처리 단계에서는 30Vol%의 암모니아(NH3)와 70Vol%의 순수(H20)가 혼합된 암모니아수용액에 10분간 침지시켜 소수성을 갖는 알루미늄 기판에 친수성을 부여하는 것을 특징으로 하는 방열기판 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 무전해니켈도금 단계에서는 2.4Wt%의 황산니켈(NiSO4), 1.9Wt%의 차아인산소다(NaH2PO2), 5.5Wt%의 구연산소다(C6H5Na3O7), 2.8Wt%의 붕산(H3BO3) 및 87.4Wt%의 순수(H20)가 혼합된 혼합액에 침지시켜 20㎛의 니켈(Ni) 도전층을 형성시키는 것을 특징으로 하는 방열기판 제조방법.
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