KR102134080B1 - Heat Dissipating Printed Circuit Board and The Manufacturing Method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열전도도와 방사율이 우수한 탄소계 소재로 이루어진 펠릿을 사출 또는 압출 성형하여 방열구조체를 형성함과 아울러 별도의 기판을 사용하지 않고 방열구조체의 평면 부분을 기판으로 활용함으로써 인쇄회로기판의 발열문제를 해결함과 아울러 전체적인 부피를 줄이고 제품을 경량화할 수 있도록 한 방열구조체 일체형 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 관한 것으로,
방열구조체 일체형 인쇄회로기판은, 총 중량을 기준으로 40~60중량%의 탄소계 혼합재료와 40~60중량%의 고분자 수지를 포함하는 탄소계 소재로 형성되는 방열구조체와; 도체판으로 형성되는 전기전도층과; 방열구조체에 전기전도층이 부착되도록 방열구조체의 상면에 형성되는 절연본딩층;을 포함하고, 탄소계 혼합재료는 탄소나노튜브, 그래핀 및 카본블랙으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 탄소재료와, 용매를 포함하는 탄소재료 분산물과 인상흑연과 팽창흑연, 판상흑연, 구상흑연으로 이루어진 군으로부터 선택되는 2종 이상으로 이루어진 흑연재료로 이루어진 것을 특징으로 한다.The present invention forms a heat dissipation structure by injection or extrusion molding a pellet made of a carbon-based material having excellent heat conductivity and emissivity, and also uses a flat portion of the heat dissipation structure as a substrate without using a separate substrate to generate heat. It relates to a printed circuit board integrated with a heat dissipation structure and a method of manufacturing the same to solve the problem and reduce the overall volume and make the product lighter.
The heat dissipation structure integrated printed circuit board includes a heat dissipation structure formed of a carbon-based material comprising 40 to 60% by weight of a carbon-based mixed material and 40 to 60% by weight of a polymer resin based on the total weight; An electric conductive layer formed of a conductor plate; Including an insulating bonding layer formed on the upper surface of the heat dissipation structure so that the electrical conductive layer is attached to the heat dissipation structure, the carbon-based mixed material includes one or more carbon materials selected from the group consisting of carbon nanotubes, graphene, and carbon black. , Characterized in that it is made of a graphite material composed of two or more types selected from the group consisting of carbonaceous material dispersions containing solvents, impression graphite, expanded graphite, plate graphite, and spherical graphite.
Description
본 발명은 탄소계 방열구조체 일체형 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열전도도와 방사율이 우수한 탄소계 소재로 이루어진 펠릿을 사출 또는 압출 성형하여 방열구조체를 형성함과 아울러 별도의 기판을 사용하지 않고 방열구조체의 평면 부분을 기판으로 활용함으로써 인쇄회로기판의 발열문제를 해결함과 아울러 전체적인 부피를 줄이고 제품을 경량화할 수 있도록 한 방열구조체 일체형 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon-based heat dissipation structure integrated printed circuit board and a method for manufacturing the same, and more specifically, to form a heat dissipation structure by injection or extrusion molding a pellet made of a carbon-based material having excellent heat conductivity and emissivity, as well as a separate substrate. It solves the heat generation problem of the printed circuit board by utilizing the flat portion of the heat dissipation structure without using it as a substrate, and relates to a heat dissipation structure integrated printed circuit board and a method of manufacturing the same to reduce the overall volume and reduce the weight of the product.
일반적으로 가정용이나 산업용 전자기기에는 다양한 종류의 방열구조체(Heat Sink)가 사용되고 있다. 컴퓨터의 경우 CPU(Central Processing Unit)에서 고속의 연산이 이루어지는 동안 고열이 발생하기 때문에 이를 냉각시키기 위한 냉각판이나 방열판 등의 방열구조체가 반드시 장착되고 있으며, 각종 전자장치의 회로를 형성하기 위한 인쇄회로기판에도 방열구조체가 장착되고 있다. 특히, 최근 조명용으로 널리 사용되고 있는 LED(Light Emitting Diode) 조명장치의 경우에도 조명회로의 동작에 따라 열이 발생하게 되므로 인쇄회로기판(Printed Circuit Board)에 방열구조체가 장착되고 있다. In general, various types of heat sinks are used in household or industrial electronic devices. In the case of a computer, high heat is generated while a high-speed operation is performed in a CPU (Central Processing Unit), so a heat dissipation structure such as a cooling plate or a heat sink for cooling it is necessarily installed, and a printed circuit for forming circuits of various electronic devices The substrate is also equipped with a heat dissipation structure. In particular, even in the case of an LED (Light Emitting Diode) lighting device widely used for lighting in recent years, since heat is generated according to the operation of the lighting circuit, a heat dissipation structure is mounted on the printed circuit board.
인쇄회로기판(Printed Circuit Board)은 절연재로 형성되는 기판의 표면에 각종 전자부품이 실장됨과 아울러 이들 전자부품들을 연결하는 회로가 인쇄된 것으로, 보통 'PCB'라 한다. 이러한 인쇄회로기판은 전자산업의 발전에 따라 회로의 고속화와 고밀도화가 요구되고 있으며, 이로 인해 인쇄회로기판은 미세회로화와 고기능화 및 고신뢰성과 우수한 전기적 특성 등의 문제 해결이 필요하다.Printed Circuit Board (Printed Circuit Board) is a circuit that connects these electronic components as well as various electronic components are mounted on the surface of the substrate formed of an insulating material, commonly referred to as'PCB'. As the development of the electronics industry, such printed circuit boards are required to increase the speed and density of the circuits, and therefore, the printed circuit boards need to solve problems such as fine circuitization, high functionality, high reliability, and excellent electrical properties.
또한, 인쇄회로기판에는 IC(집적회로)나 TR(트랜지스터) 등의 반도체 소자와 발광다이오드(Light Emitting Diode) 등의 발열소자가 실장되는데, 이들의 작동 과정에서 많은 열이 발생한다. 특히, 발광다이오드와 같은 광소자의 경우에는 매우 많은 열을 발생하게 된다. 따라서, 발열소자가 실장된 회로기판에서 원활한 방열이 이루어지지 않으면 인쇄회로기판 자체의 온도가 상승하고, 이로 인해 발열소자의 오작동 및 동작불능이 야기되며, 제품의 신뢰성을 저하시키는 요인으로 작용하고 있다. In addition, a semiconductor element such as an IC (integrated circuit) or TR (transistor) and a heating element such as a light emitting diode are mounted on the printed circuit board, and a lot of heat is generated in the process of operation. Particularly, in the case of an optical element such as a light emitting diode, very much heat is generated. Therefore, if the heat dissipation is not smoothly performed on the circuit board on which the heating element is mounted, the temperature of the printed circuit board itself rises, thereby causing malfunction and inoperability of the heating element, and acting as a factor that deteriorates product reliability. .
따라서, 인쇄회로기판에는 플라스틱 등의 절연재 또는 알루미늄과 같은 금속으로 이루어진 인쇄회로기판에 별도의 방열구조체를 부착하는 방식으로 방열 문제를 해결하고 있으며, 경우에 따라 인쇄회로기판을 구성하는 알루미늄 판재나 엔지니어링 플라스틱에 방열 기능성 도료를 직접 코팅함으로써 방열이 이루어지도록 하거나, 압출 방식으로 기판을 형성할 때 알루미늄 판재 또는 압출제에 방열 기능성 도료를 코팅함으로써 방열이 이루어지도록 하고 있다.Therefore, the heat dissipation problem is solved by attaching a separate heat dissipation structure to a printed circuit board made of an insulating material such as plastic or a metal such as aluminum, and, in some cases, an aluminum plate material or engineering constituting the printed circuit board. The heat dissipation is made by coating the heat dissipation functional paint directly on the plastic, or when the substrate is formed by the extrusion method, the heat dissipation function coating is applied to the aluminum plate or the extruder.
그러나, 인쇄회로기판에 설치되는 금속제 방열구조체는 중량이 무겁기 때문에, 인쇄회로기판의 경량화에 방해가 되고 있고 있으며, 인쇄회로기판과 방열구조체가 별개의 구조로 형성됨에 따라 인쇄회로기판에 방열구조체를 설치하는 작업이 요구되는 문제점이 있다. However, since the heat dissipation structure made of metal installed on the printed circuit board is heavy, it is hindering the weight reduction of the printed circuit board, and as the printed circuit board and the heat dissipation structure are formed as separate structures, the heat dissipation structure is attached to the printed circuit board. There is a problem in that installation is required.
한편, 본 발명과 관련한 선행기술을 조사한 결과 다수의 특허문헌이 검색되었으며, 그 중 일부를 소개하면 다음과 같다.Meanwhile, as a result of investigating prior art related to the present invention, a number of patent documents have been searched, and some of them are as follows.
특허문헌 1은, 탄소나노튜브와 금속기 원소를 전처리 과정을 통하여 탄소나노튜브와 금속기 원소를 공유 결합시키고 이를 모합금으로 하여 해당되는 금속에 추가적으로 용해시키는 방법으로 복합소재를 제조한 후 이를 이용하여 히트싱크를 구성함으로써, 역학적 강도가 강철과 같이 크고 이에 반하여 중량을 20% 이상 줄일 수 있어서 탑재되는 제품의 중량을 경감시킬 수 있는, 공유 결합 탄소나노튜브를 갖는 복합소재로 구성된 히트싱크를 개시하고 있다.Patent Document 1, a carbon nanotube and a metal-based element through a pre-treatment process to covalently bond the carbon nanotube and the metal-based element, and prepare it as a parent alloy to further dissolve it in the corresponding metal, and then use the composite material to heat it By constructing a sink, a heat sink composed of a composite material having a covalently bonded carbon nanotube that has a large mechanical strength such as steel and, on the other hand, can reduce the weight of a mounted product by 20% or more can be reduced. .
특허문헌 2는, 표면 개질된 탄소소재를 포함하는 분산액과 내열성 첨가제 및 점착성 향상 에멀젼을 포함하며, 방열 성능이 우수하고 온도조절을 필요로 하는 다양한 산업분야에 적용이 가능한, 탄소소재를 이용한 고효율 방열도료 조성물을 개시하고 있다. Patent Literature 2 includes a dispersion liquid containing a surface-modified carbon material, a heat-resistant additive, and an adhesive-enhancing emulsion, and has excellent heat dissipation performance and can be applied to various industrial fields requiring temperature control. Disclosed is a coating composition.
특허문헌 3은, 탄소나노튜브의 길이방향에 대하여 직교하는 방향으로 그래핀이 결합된 구조를 형성함으로써, 기존 길이방향의 열전도를 길이 및 폭 방향으로도 열전도성 및 전기전도성을 향상시킬 수 있는 탄소 나노 소재-그래핀 복합소재로 구성된 히트싱크를 개시하고 있다.Patent Document 3, by forming a structure in which graphene is bonded in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the carbon nanotubes, carbon that can improve the thermal conductivity and electrical conductivity of the existing longitudinal direction in the length and width direction as well. Disclosed is a heat sink composed of a nano-graphene composite material.
특허문헌 4는, 1차 볼밀링 단계 및 2차 볼밀링 단계를 통해 열전도율이 높은 탄소복합소재와 알루미늄 분말을 미세 입자로 파쇄 및 혼합시킴과 동시에 분산단계를 통해 탄소복합소재의 분산성을 확보함으로써 종래의 알루미늄 방열판에 비교하여 열전도율이 우수함과 동시에 부피 및 체적을 절감하여 경량화 제작을 유도할 수 있으며, 생산 원가를 절감시킬 수 있는 탄소복합소재를 이용한 방열소재 및 이의 제조 방법을 개시하고 있다.Patent Document 4, by crushing and mixing the high-conductivity carbon composite material and aluminum powder into fine particles through the primary ball milling step and the secondary ball milling step, and at the same time securing the dispersibility of the carbon composite material through the dispersing step Disclosed is a heat dissipation material using a carbon composite material capable of inducing a lighter production by reducing volume and volume while simultaneously having excellent thermal conductivity compared to a conventional aluminum heat sink, and a method for manufacturing the same.
특허문헌 5는, 방열몸체 및 방열 어셈블리들의 재질을 종래의 알루미늄이 아닌 탄소나노튜브 방열소재로 대체함으로써 열전도율, 열방출속도 및 열방출율을 현저히 높일 수 있고, 방열 어셈블리들이 방열몸체의 외측면에 슬라이딩 방식으로 부착되도록 구성됨으로써 장비점검 및 교체가 용이하게 이루어질 수 있으며, LED 기판에 대접되는 방열 어셈블리의 대접판들이 만곡부에 의해 서로 이격되게 형성됨으로써 열 교환이 더욱 활발하게 이루어지도록 하여 방열효율을 더욱 높일 수 있으며, 탄소나노튜브 방열소재 제조 시 1차 볼밀링 단계 및 2차 볼밀링 단계를 통해 열전도율이 높은 탄소복합소재 및 금속분말을 미세 입자로 파쇄 및 혼합시킴과 동시에 분산단계를 통해 탄소복합소재의 분산성을 확보하도록 함으로써 종래의 알루미늄에 비교하여 열전도율이 우수함과 동시에 부피 및 체적을 절감하여 경량화 제작을 유도할 수 있으며, 생산 원가를 절감시킬 수 있는, 탄소나노튜브 방열소재 제조 방법과 이를 구비한 조명장치용 방열프레임을 개시하고 있다. Patent Document 5, by replacing the material of the heat dissipation body and heat dissipation assembly with a conventional carbon nanotube heat dissipation material rather than aluminum, it is possible to significantly increase the thermal conductivity, heat dissipation rate and heat dissipation rate, and the heat dissipation assemblies slide on the outer surface of the heat dissipation body It can be easily inspected and replaced by being configured to be attached in a manner, and the heat exchanger assembly of the heat dissipation assembly, which is brought into contact with the LED substrate, is formed to be spaced apart from each other, thereby making heat exchange more active, thereby increasing heat dissipation efficiency. When the carbon nanotube heat dissipation material is manufactured, the carbon composite material with high thermal conductivity and the metal powder are crushed and mixed into fine particles through the primary ball milling step and the secondary ball milling step, and at the same time, the carbon composite material is dispersed. By ensuring dispersibility, it is superior in thermal conductivity compared to conventional aluminum, and at the same time, it is possible to induce lighter weight production by reducing volume and volume, and it is possible to reduce production cost and to produce carbon nanotube heat dissipation material. Disclosed is a heat radiation frame for a lighting device.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 열전도도와 방사율이 우수한 탄소계 소재로 이루어진 펠릿을 사출 또는 압출 성형하여 방열구조체를 형성함과 아울러 별도의 기판을 사용하지 않고 방열구조체의 평면 부분을 기판으로 활용함으로써 인쇄회로기판의 발열문제를 해결함과 아울러 전체적인 부피를 줄이고 제품을 경량화할 수 있도록 한 방열구조체 일체형 인쇄회로기판 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, by injection or extrusion molding a pellet made of a carbon-based material having excellent thermal conductivity and emissivity to form a heat dissipation structure and a flat surface of the heat dissipation structure without using a separate substrate. The purpose of the present invention is to provide a heat-radiating structure-integrated printed circuit board and a method of manufacturing the same to solve the heat generation problem of the printed circuit board by utilizing the portion as a substrate, and to reduce the overall volume and lighten the product.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방열구조체 일체형 인쇄회로기판은, 총 중량을 기준으로 40~60중량%의 탄소계 혼합재료와 40~60중량%의 고분자 수지를 포함하는 탄소계 소재로 형성되는 방열구조체와; 회로가 형성될 수 있도록 도체판으로 형성되는 전기전도층과; 상기 방열구조체에 전기전도층이 부착되도록 상기 방열구조체의 상면에 형성되는 절연본딩층;을 포함하고, 상기 탄소계 혼합재료는 탄소재료 분산물과 흑연재료를 포함하며, 상기 탄소재료 분산물을 탄소나노튜브, 그래핀 및 카본블랙으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 탄소재료와 용매를 포함하고, 상기 흑연재료는 인상흑연과 팽창흑연, 판상흑연, 구상흑연으로 이루어진 군으로부터 선택되는 2종 이상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.The heat-radiating structure-integrated printed circuit board of the present invention for achieving the above object is formed of a carbon-based material comprising 40 to 60% by weight of a carbon-based mixed material and 40 to 60% by weight of a polymer resin based on the total weight. A heat dissipation structure; An electrical conductive layer formed of a conductor plate so that a circuit can be formed; It includes; an insulating bonding layer formed on the upper surface of the heat dissipation structure so that an electric conductive layer is attached to the heat dissipation structure, and the carbon-based mixed material includes a carbon material dispersion and a graphite material, and the carbon material dispersion is carbon. Nanotubes, graphene and carbon black, and at least one carbon material and solvent selected from the group consisting of graphite, and the graphite material is at least two selected from the group consisting of impression graphite, expanded graphite, plate graphite, and spherical graphite. It is characterized by being made.
또, 본 발명의 방열구조체 일체형 인쇄회로기판에 따르면, 상기 방열구조체를 형성하기 위한 탄소계 소재는, 고분자의 자외선에 의한 분해방지를 위한 분해방지제와 산화방지제를 각각 1~5중량% 더 포함하고, 상기 분해방지제는 히드록시벤조페논계(Hydroxy Benzophenone), 히드록시페닐 벤조트리아졸계(Hydroxypheny Benzotriazole), 아릴에스테르계(Arylester), 옥사닐라이드계(Oxanilides), 포름아미딘계(Formamidine)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 이루어지고, 상기 산화방지제는 페놀계 산화방지제, 인계 산화방지제, 황계 산화방지제, 아민계 산화방지제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, according to the printed circuit board integrated with the heat dissipation structure of the present invention, the carbon-based material for forming the heat dissipation structure further includes 1 to 5% by weight of an anti-degradation agent and an antioxidant for preventing decomposition of the polymer by ultraviolet rays. , The decomposition inhibitor is a group consisting of hydroxybenzophenone (Hydroxy Benzophenone), hydroxyphenyl benzotriazole (Hydroxypheny Benzotriazole), aryl ester (Arylester), oxanilides (Oxanilides), formamidine (Formamidine) It is made of at least one selected from, and the antioxidant is characterized in that it consists of at least one selected from the group consisting of phenol-based antioxidants, phosphorus-based antioxidants, sulfur-based antioxidants, amine-based antioxidants.
또한, 본 발명의 방열구조체 일체형 인쇄회로기판에 따르면, 상기 방열구조체는 절연본딩층이 형성되는 평면 형태의 표면부와, 방열면적을 증가시킬 수 있도록 요철 형태로 형성되는 이면부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, according to the integrated circuit board of the heat dissipation structure of the present invention, the heat dissipation structure is characterized in that it consists of a flat surface portion on which an insulating bonding layer is formed and a rear surface portion formed in an uneven shape to increase the heat dissipation area. .
그리고, 본 발명의 방열구조체 일체형 인쇄회로기판의 제조방법은, 총 중량을 기준으로 40~60중량%의 탄소계 혼합재료와 40~60중량%의 고분자 수지를 포함하는 탄소계 소재로 이루어진 펠릿을 사출 또는 압출하여 방열구조체를 형성하는 방열구조체 형성단계와; 상기 방열구조체의 표면부에 절연본딩시트와 전기전도층을 차례로 적층한 후 25~35㎏f/㎠의 압력과 150~230℃의 온도로 2~3시간동안 핫 프레스한 후 1시간 동안 냉각시키켜 전기전도층을 방열구조체에 부착시키는 본딩 단계와; 전기전도층의 표면을 정면처리한 후 회로를 인쇄하고 160~230℃의 온도조건으로 30~40분간 건조시키는 회로인쇄 단계와; 포토레지스트와 마스크를 이용하여 감광처리함으로써 회로를 제외한 나머지 부분이 모두 제거되도록 전기전도층을 에칭하는 에칭단계와; 회로만 남은 전기전도층에 절연반사층(PSR)을 인쇄하고 170~180℃의 온도조건으로 30~40분간 건조시키는 PSR 인쇄단계와; 정면처리 후 마킹인쇄를 수행하고 150~170℃의 온도조건으로 30~40분간 건조시키는 마킹인쇄 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. And, the manufacturing method of the integrated circuit board of the heat dissipation structure of the present invention, based on the total weight of 40 to 60% by weight of a carbon-based mixed material and 40 to 60% by weight of a polymer-based pellet comprising a polymer resin A heat radiation structure forming step of forming a heat radiation structure by injection or extrusion; An insulating bonding sheet and an electrically conductive layer are sequentially stacked on the surface of the heat dissipation structure, followed by hot pressing for 2 to 3 hours at a pressure of 25 to 35 kgf/cm 2 and a temperature of 150 to 230° C., and then cooling for 1 hour. A bonding step of turning on the electrically conductive layer to attach to the heat dissipation structure; A circuit printing step of frontally treating the surface of the electrically conductive layer to print the circuit and dry it for 30-40 minutes at a temperature condition of 160-230°C; An etching step of etching the electroconductive layer so that all parts except the circuit are removed by photosensitive treatment using a photoresist and a mask; A PSR printing step of printing an insulating reflective layer (PSR) on the electrically conductive layer remaining on the circuit and drying it for 30-40 minutes at a temperature condition of 170-180°C; It is characterized in that it comprises a; after the frontal treatment, marking printing is performed and drying is performed for 30-40 minutes under a temperature condition of 150-170°C.
또한, 본 발명의 방열구조체 일체형 인쇄회로기판의 제조방법에 따르면, 상기 본딩 단계는 평면 형태의 표면부와 요철 형태의 이면부를 구비한 한 쌍의 방열구조체를 이면부의 요철이 서로 맞물리는 형태로 배치한 후 각 방열구조체의 평면부로부터 절연본딩시트와 전기전도층 및 보호필름을 차례로 적층하고, 그 상부와 하부에 각각 알루미늄 또는 스테인리스 재질의 보호판을 배치하여 보호 및 이간하는 방식으로 2~4단을 적층하여 레이업한 후, 진공 히트프레스에서 5~10㎏f/㎠의 압력으로 5~15분간 150℃가 될 때까지 초기 압력을 가하고, 2차로 25~35㎏f/㎠의 압력으로 150~230℃의 온도조건에서 110~150분간 진공 핫프레스에서 온도 및 압력을 가하는 적층 본딩을 수행한 후, 20~40℃의 온도에서 5~10㎏f/㎠의 압력을 가하면서 60~90분간 식히는 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Further, according to the manufacturing method of the integrated circuit board of the heat dissipation structure of the present invention, the bonding step arranges a pair of heat dissipation structures having a flat surface portion and a concave-convex back surface in a form in which the concavo-convex portions of the rear surface interlock with each other. After that, the insulating bonding sheet, the electric conductive layer, and the protective film are sequentially stacked from the flat part of each heat dissipation structure, and the aluminum or stainless steel protective plates are placed on the upper and lower parts to protect and separate them. After lamination and lay-up, the initial pressure was applied in a vacuum heat press at a pressure of 5 to 10 kgf/cm 2 until 150° C. for 5 to 15 minutes, and secondly 150 to a pressure of 25 to 35 kgf/cm 2 After performing lamination bonding to apply temperature and pressure in a vacuum hot press for 110 to 150 minutes at a temperature condition of 230°C, cool it for 60 to 90 minutes while applying a pressure of 5 to 10 kgf/㎠ at a temperature of 20 to 40°C. It is characterized by being made in a manner.
본 발명의 방열구조체 일체형 인쇄회로기판 및 그 제조방법은, 열전도도와 방사율이 우수한 탄소계 소재로 이루어진 펠릿을 사출 또는 압출 성형하여 방열구조체를 형성하여 별도의 기판을 사용하지 않고 방열구조체의 평면 부분을 기판으로 활용함으로써 인쇄회로기판의 발열문제를 해결함과 아울러 전체적인 부피를 줄이고 제품을 경량화할 수 있게 되는 효과가 있다.The heat-radiating structure-integrated printed circuit board of the present invention and a method for manufacturing the same are formed by extruding or extruding a pellet made of a carbon-based material having excellent thermal conductivity and emissivity to form a heat-radiating structure without using a separate substrate. By utilizing as a substrate, there is an effect of solving the heat generation problem of the printed circuit board and reducing the overall volume and reducing the weight of the product.
또, 본 발명의 방열구조체 일체형 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 따르면, 기판으로 사용되는 방열구조체를 형성하기 위하 탄소계 소재를 형성할 때 흑연재료와 탄소재료를 균질한 입도분포를 갖도록 파쇄 및 균질화하여 폴리아미드 수지 등의 바인더에 함침하여 탄소계 소재를 형성하게 되므로, 탄소재료가 흑연재료 사이에서 공유결합을 유지하게 되어 우수한 방열 성능을 나타냄과 아울러 성형성이 향상되는 효과가 있다.In addition, according to the heat dissipation structure-integrated printed circuit board of the present invention and its manufacturing method, when forming a carbon-based material for forming a heat dissipation structure used as a substrate, crushing and homogenizing the graphite material and the carbon material to have a homogeneous particle size distribution By impregnating a binder such as a polyamide resin to form a carbon-based material, the carbon material maintains a covalent bond between the graphite materials, thereby exhibiting excellent heat dissipation performance and improving moldability.
또한, 본 발명의 방열구조체 일체형 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 따르면, 탄소재료와 폴리아미드 수지 등의 바인더로 이루어진 탄소계 소재를 이용하여 방열구조체를 형성하고 이를 기판으로 사용함에 따라 금속으로 형성되는 방열구조체 및 기판에 비해 현저하게 가벼운 중량을 가지게 되고, 우수한 성형성을 이용하여 슬림화 및 경량화가 가능하며 열전도성과 방열성능이 대폭 향상되는 효과가 있다.Further, according to the heat dissipation structure-integrated printed circuit board of the present invention and its manufacturing method, a heat dissipation structure is formed using a carbon-based material made of a binder such as a carbon material and a polyamide resin, and is formed of metal by using it as a substrate. It has a remarkably light weight compared to the heat dissipation structure and the substrate, and it is possible to slim and lighten by using excellent moldability, and has the effect of significantly improving the thermal conductivity and heat dissipation performance.
도 1은 본 발명에 따른 방열구조체 일체형 인쇄회로기판이 도시된 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 방열구조체 일체형 인쇄회로기판의 적층을 위한 레이업시의 모습을 나타낸 참고도.
도 3은 본 발명에 따른 방열구조체 일체형 인쇄회로기판의 제조방법을 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명에 따른 방열구조체 일체형 인쇄회로기판의 제조과정을 나타낸 공정도.
도 5는 본 발명에 따른 방열구조체 일체형 인쇄회로기판의 레이업 및 출하 과정을 나타낸 순서도이다.1 is a block diagram showing a printed circuit board integrated with a heat dissipation structure according to the present invention.
Figure 2 is a reference diagram showing a state at the time of lay-up for lamination of an integrated heat-radiating structure printed circuit board according to the present invention.
Figure 3 is a flow chart showing a method of manufacturing a heat dissipation structure integrated printed circuit board according to the present invention.
Figure 4 is a process diagram showing the manufacturing process of the integrated heat-radiating structure printed circuit board according to the present invention.
Figure 5 is a flow chart showing the lay-up and shipping process of the integrated circuit board of the heat dissipation structure according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 방열구조체 일체형 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a description will be given of the heat-dissipating structure integrated printed circuit board of the present invention and its manufacturing method.
도 1은 본 발명에 따른 방열구조체 일체형 인쇄회로기판이 도시된 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 방열구조체 일체형 인쇄회로기판의 적층을 위한 레이업시의 모습을 나타낸 참고도이다. 그리고, 도 3은 본 발명에 따른 방열구조체 일체형 인쇄회로기판의 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 4는 본 발명에 따른 방열구조체 일체형 인쇄회로기판의 제조과정을 나타낸 공정도이며, 도 5는 본 발명에 따른 방열구조체 일체형 인쇄회로기판의 레이업 및 출하 과정을 나타낸 순서도이다.1 is a block diagram showing a printed circuit board integrated with a heat dissipation structure according to the present invention, and FIG. 2 is a reference view showing a state of layup for lamination of a printed circuit board integrated with a heat dissipation structure according to the present invention. And, Figure 3 is a flow chart showing a method of manufacturing a heat-dissipating structure-integrated printed circuit board according to the present invention, Figure 4 is a process diagram showing the manufacturing process of a heat-dissipating structure-integrated printed circuit board according to the present invention, Figure 5 is the present invention It is a flow chart showing the layup and shipping process of the heat dissipation structure integrated printed circuit board.
본 발명에 따른 방열구조체 일체형 인쇄회로기판은, 도 1과 2에 도시된 바와 같이, 방열구조체(100)와 절연본딩층(200), 전기전도층(300) 및 보호필름(400)으로 이루어진다.A printed circuit board integrated with a heat dissipation structure according to the present invention includes a
상기 방열구조체(100)는 탄소계 소재로 형성되며, 절연본딩층(200)이 안착되는 평면 형태의 표면부(110)와, 방열면적을 증가시킬 수 있도록 요철 형태로 형성되는 이면부(120)로 이루어진다. 상기 이면부(120)는 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 방열구조체(100)를 적층할 때 이면부의 요철부끼리 서로 맞물리도록 함으로써 적층 높이를 줄이고, 다수의 인쇄회로기판을 적층한 후 핫프레스 작업을 통해 본딩작업을 동시에 수행할 수 있도록 하는 레이업을 쉽게 하기 위한 것이다.The
이때, 상기 방열구조체(100)를 형성하기 위한 탄소계 소재는, 총 중량을 기준으로 40~60중량%의 탄소계 혼합재료와 40~60중량%의 고분자 수지를 포함하여 이루어진다.At this time, the carbon-based material for forming the
상기 탄소계 혼합재료는 탄소재료 분산물과 흑연재료를 포함하는 것으로, 상기 탄소재료 분산물을 탄소나노튜브, 그래핀 및 카본블랙으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 탄소재료와 용매를 포함한다. 그리고, 상기 흑연재료는 인상흑연과 팽창흑연, 판상흑연, 구상흑연으로 이루어진 군으로부터 선택되는 2종 이상으로 이루어진다. 또, 상기 고분자 수지는 바인더로서 폴리아미드 수지 또는 폴리페닐렌 설파이드로 이루어진다.The carbon-based mixed material includes a carbon material dispersion and a graphite material, and the carbon material dispersion includes at least one carbon material and a solvent selected from the group consisting of carbon nanotubes, graphene, and carbon black. In addition, the graphite material is composed of two or more types selected from the group consisting of impression graphite, expanded graphite, plate-like graphite, and spherical graphite. Further, the polymer resin is made of polyamide resin or polyphenylene sulfide as a binder.
상기 탄소재료 분산물은 탄소나노튜브, 그래핀 및 카본블랙으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 탄소재료를 파쇄 및 균질화한 후, 용매에 분산시켜 형성한다. The carbon material dispersion is formed by crushing and homogenizing one or more carbon materials selected from the group consisting of carbon nanotubes, graphene, and carbon black, and then dispersing them in a solvent.
탄소재료의 파쇄 및 균질화는 불균질한 입도 분포를 갖는 원료 상태의 탄소재료를 파쇄하여 균질한 입도 분포를 갖도록 하는 것으로, 물리적인 방법을 사용하거나 액체질소를 이용하여 파쇄 및 균질화한다. 그리고, 탄소나노튜브를 파쇄 및 균질화하는 단계 역시 원하는 입도와 균일한 입도 분포를 갖는 흑연재료를 얻을 수 있을 때까지 반복수행되는 것이 바람직하다.The crushing and homogenization of the carbon material is such that the carbon material in a raw material state having a heterogeneous particle size distribution is crushed to have a homogeneous particle size distribution, and is crushed and homogenized using a physical method or liquid nitrogen. In addition, the step of crushing and homogenizing the carbon nanotubes is also preferably repeated until a graphite material having a desired particle size and a uniform particle size distribution can be obtained.
이때, 탄소재료의 입자크기는 최종 생성물인 방열구조체의 구체적인 특성이나 공정 조건 및 작업환경을 고려하여 적절하게 선택되며, 탄소재료의 입자크기가 20~500㎚로 될 때까지 파쇄 및 균질화를 반복 수행하는 것이 바람직하다. 탄소재료의 입자크기가 20㎚ 미만인 경우에는 응집이 일어나기 어렵고, 500㎚를 초과하는 경우에는 이미 응집이 일어난 상태로서 후속 공정에서 탄소재료를 균일하게 분산시키기 어렵기 때문에 적절하지 못하다.At this time, the particle size of the carbon material is appropriately selected in consideration of the specific characteristics or process conditions and working environment of the final heat dissipation structure, and crushing and homogenization are repeatedly performed until the particle size of the carbon material becomes 20 to 500 nm. It is desirable to do. When the particle size of the carbon material is less than 20 nm, agglomeration is difficult to occur, and when it exceeds 500 nm, it is not suitable because it is difficult to uniformly disperse the carbon material in a subsequent process as agglomeration has already occurred.
상기 탄소재료 중 탄소나노튜브는 6개의 탄소 원자가 육각형 모양을 이룬 후 튜브 모양으로 이어진 그물 구조의 나선형 물질로서, 3차원 구조로 이루어진다. 이러한 탄소나노튜브는 그래파이트(Graphite)가 변형된 형태로서, 한 겹의 그래파이트가 튜브 형태로 밀려 있는 단일벽 탄소나노튜브(Single-wall Carbon Nanotube)와 여러 겹으로 구성된 다중벽 탄소나노튜브(Multi-wall Carbon Nanotube)로 구분되고 있다. 이러한 탄소나노튜브는 뛰어난 역학절 특징을 가지며, 매우 높은 형상비(길이/직경)를 가지고 있어 인장응력이 우수하고 열전도성이 탁월한 특징이 있어 매우 많은 범위에 적용되고 있다. 또한, 감긴 형태에 따라 도체 또는 반도체의 성질을 가지며, 직경에 따라 에너지 갭이 달리지고, 3차원 구조이면서도 준 일차원적 구조를 가지고 있어 특이한 양자효과를 나타낸다. 또한, 탄소나노튜브의 가장 중요한 열적 성질은 열전도가 6,600W/mK으로 아주 높다는 것이며, 포논(phonon)의 평균 자유경로가 아주 큰 것에 기인하는 것으로 알려져 있다.Among the carbon materials, the carbon nanotube is a helical material having a hexagonal structure in which six carbon atoms form a hexagonal shape, followed by a tube shape, and has a three-dimensional structure. The carbon nanotube is a modified form of graphite, and a single-walled carbon nanotube in which one layer of graphite is pushed in a tube shape and a multi-walled carbon nanotube composed of multiple layers (multi- wall Carbon Nanotube). These carbon nanotubes have excellent mechanical properties, and have a very high aspect ratio (length/diameter), so they have excellent tensile stress and excellent thermal conductivity. In addition, it has the properties of a conductor or a semiconductor according to a wound form, an energy gap varies depending on a diameter, and has a three-dimensional structure and a quasi-one-dimensional structure, thus exhibiting a unique quantum effect. In addition, the most important thermal property of the carbon nanotube is that the thermal conductivity is very high at 6,600 W/mK, and it is known that the average free path of the phonon is due to a very large one.
그리고, 상기한 탄소재료를 후속 공정에서 흑연재료와 혼합하게 되면, 흑연재료 사이에 탄소재료가 공유결합에 의해 연결됨으로써 열전도도를 향상시키고 우수한 방열성능을 발휘할 수 있게 된다.In addition, when the above-described carbon material is mixed with the graphite material in a subsequent process, the carbon material is connected by covalent bonding between the graphite materials, thereby improving thermal conductivity and exerting excellent heat dissipation performance.
이어, 파쇄 및 균질화된 탄소재료를 용매에 분산시켜 탄소재료 분산물을 형성한다. 즉, 분산액 전체 중량을 기준으로 2~20중량%의 함량이 되도록 파쇄된 탄소재료를 용매에 분산시키는 것이다. 이때, 용매는 증류수, 알코올, 디메틸포름아마이드(DMF), 메틸에틸케톤(MEK) 및 폴리올로 이루어진 군 중에서 선택되는 일종 이상으로 이루어질 수 있으며, 침전성과 장기성, 소재 단가, 제조 환경 등 다양한 공정 조건을 고려하여 적합하게 선택한다.Subsequently, the crushed and homogenized carbon material is dispersed in a solvent to form a carbon material dispersion. That is, the crushed carbon material is dispersed in a solvent so as to have a content of 2 to 20% by weight based on the total weight of the dispersion. At this time, the solvent may be made of at least one selected from the group consisting of distilled water, alcohol, dimethylformamide (DMF), methyl ethyl ketone (MEK) and polyol, and various process conditions such as sedimentation and long-term properties, material cost, manufacturing environment, etc. Choose appropriately considering.
탄소재료 분산물 형성에 있어서, 탄소재료는 분산액 전체 중량을 기준으로 2~20중량%의 양으로 함유되는데, 이는 탄소재료의 함량이 2중량% 미만인 경우 분산성의 문제는 발생하지 않지만 후속 공정에서 흑연재료와 혼합하였을 때 열전도도 및 방열 효과의 특성을 발휘할 수 없고, 탄소재료의 함량이 20 중량%를 초과하는 경우 분산성의 문제가 발생할 우려가 있을 뿐 아니라 함량 증가에 따른 더 이상의 효과 증대를 기대할 수 없기 때문이다.In forming the carbon material dispersion, the carbon material is contained in an amount of 2 to 20% by weight based on the total weight of the dispersion, which does not cause a problem of dispersibility when the content of the carbon material is less than 2% by weight, but graphite in a subsequent process When mixed with materials, the properties of thermal conductivity and heat dissipation cannot be exhibited, and if the content of carbon materials exceeds 20% by weight, there is a fear of dispersibility and further increase in effect can be expected as the content increases. Because there is no.
탄소재료 분산물의 제조는 초음파, 롤 밀링, 볼 밀링, 제트 밀링, 스크루 혼합, 어트리션 밀링, 비즈 밀링, 바스켓 밀링, 공자전 혼합 및 수퍼밀로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 방식을 사용할 수 있다. 즉, 탄소재료 분산물 제조시 이용되는 각각의 방식에서 구체적인 작동 조건 등은 균일한 분산물이 형성될 수 있도록 적절하게 선택하는 것이다.The preparation of the carbonaceous dispersion can use one or more methods selected from the group consisting of ultrasonic, roll milling, ball milling, jet milling, screw mixing, attrition milling, bead milling, basket milling, idle rotation mixing and supermilling. That is, specific operating conditions and the like in each method used in manufacturing the carbon material dispersion are appropriately selected to form a uniform dispersion.
또한, 탄소재료 분산물 제조시에는 탄소재료의 분산성 향상, 공정 편의성 등을 위하여 필요에 따라 분산제, 중화제 및 소포제로 이루어진 군으로부터 선택되는 일종 이상을 첨가할 수 있다. 그리고, 탄소재료 분산물 형성 단계 후에 탄소재료 분산물을 50~70℃의 온도에서 12~36시간 동안 건조시킬 수도 있다.In addition, when manufacturing a carbon material dispersion, for improving the dispersibility of the carbon material, process convenience, and the like, if necessary, a kind of a dispersant, a neutralizing agent, and an antifoaming agent may be added. And, after the carbon material dispersion forming step, the carbon material dispersion may be dried at a temperature of 50 to 70° C. for 12 to 36 hours.
상기한 흑연재료는 열전도도가 높고, 기계적 물성 및 내부식성이 우수하며, 가벼운 특성을 지니고 있으므로, 방열구조체 및 인쇄회로기판용 재료로 사용될 때 우수한 성능을 발휘할 수 있도록 한다. 그리고 흑연재료를 파쇄 및 균질화함으로써, 불균질한 입도 분포를 갖는 원료 상태의 흑연재료가 균질한 입도 분포를 갖도록 한다. 이와 같이, 흑연재료의 입도분포가 균질하게 조절됨에 따라, 흑연재료에 의한 열전도 및 방열성능이 대폭 향상된다. The graphite material has high thermal conductivity, excellent mechanical properties and corrosion resistance, and has light properties, so that it can exhibit excellent performance when used as a material for a heat dissipation structure and a printed circuit board. Then, the graphite material is crushed and homogenized, so that the graphite material in a raw material state having a heterogeneous particle size distribution has a homogeneous particle size distribution. As such, as the particle size distribution of the graphite material is homogeneously controlled, the thermal conductivity and heat dissipation performance by the graphite material are greatly improved.
흑연재료를 파쇄 및 균질화할 때에는 통상적인 물리적인 방법을 사용하여 수행할 수도 있지만, 액체질소를 이용하여 수행할 수도 있다. 즉, 흑연재료가 들어 있는 용기 내에 액체질소를 흘려넣은 후 대략 30분 내지 2시간 정도 방치함으로써, 흑연재료가 파쇄 및 균질화되도록 할 수 있다. 이는 흑연재료에 액체질소가 스며든 후 기화되는 과정에서 흑연재료가 미세하게 파쇄되는 것을 이용한 것이다. 그리고, 흑연재료를 파쇄 및 균질화할 때에는 원하는 입도와 균일한 입도 분포를 갖는 흑연재료를 얻을 수 있을 때까지 파쇄 및 균질화를 반복수행되는 것이 바람직하며, 파쇄 및 균질화된 흑연재료는 60~80℃의 온도에서 12~36시간 건조되는 것이 바람직하다.When the graphite material is crushed and homogenized, it may be performed using a conventional physical method, but it may also be performed using liquid nitrogen. That is, the graphite material can be crushed and homogenized by allowing liquid nitrogen to flow into the container containing the graphite material and then leaving it for about 30 minutes to 2 hours. This is the use of the finely crushed graphite material in the process of evaporation after the liquid nitrogen is impregnated in the graphite material. In addition, when crushing and homogenizing the graphite material, it is preferable to repeatedly perform crushing and homogenization until a graphite material having a desired particle size and uniform particle size distribution can be obtained, and the crushed and homogenized graphite material is 60 to 80°C. It is desirable to dry at a temperature of 12 to 36 hours.
이때, 흑연재료의 입자크기는 최종 생성물인 방열구조체의 구체적인 특성이나 공정 조건 및 작업환경을 고려하여 적절하게 선택되며, 흑연재료의 입자크기가 1~50㎛로 될 때까지 반복 수행하는 것이 바람직하다. 흑연재료의 입자크기가 1㎛ 미만인 경우에는 파쇄하기가 어렵고, 크기 감소에 따른 방형 성능의 변화가 미미하며, 50㎛를 초과하는 경우에는 성형품의 표면층에 수지의 비율이 높아짐으로써 열전도와 방열성능이 저하되는 요인으로 작용하게 되므로, 적절하지 못하다.At this time, the particle size of the graphite material is appropriately selected in consideration of the specific characteristics or process conditions and working environment of the heat dissipation structure, which is the final product, and it is preferable to repeatedly perform until the particle size of the graphite material becomes 1-50 μm. . When the particle size of the graphite material is less than 1 µm, it is difficult to crush, and the change in the square shape performance is small due to the reduction in size. When the particle size exceeds 50 µm, the ratio of the resin to the surface layer of the molded article increases, so that thermal conductivity and heat dissipation performance are improved. Since it acts as a deteriorating factor, it is not appropriate.
그리고, 상기 탄소재료 분산물 2~20중량%와 흑연재료 80~98중량%를 혼합하여 탄소계 혼합재료를 형성하고, 상기 탄소계 혼합재료에 고분자 수지를 첨가하여 탄소계 소재를 형성한다. 즉, 중량%로, 40~60중량%의 탄소계 혼합재료와 40~60중량%의 고분자 수지를 혼합 및 교반하여 탄소계 소재를 형성하는 것이다. 교반시에는, 100~120rpm의 교반속도로 60~150분 동안 교반하는 것이 바람직하다.Then, 2 to 20% by weight of the carbon material dispersion and 80 to 98% by weight of the graphite material are mixed to form a carbon-based mixed material, and a polymer resin is added to the carbon-based mixed material to form a carbon-based material. In other words, 40% to 60% by weight of the carbon-based mixed material and 40 to 60% by weight of the polymer resin are mixed and stirred to form a carbon-based material. When stirring, it is preferable to stir at a stirring speed of 100 to 120 rpm for 60 to 150 minutes.
상기 고분자 수지는 탄소계 혼합재료를 연결하는 바인더 역할을 수행하는 것으로, 폴리아미드 수지 또는 폴리페닐렌 설파이드로 이루어진다. 상기 고분자 수지가 첨가됨에 따라 방열구조체로의 성형을 위한 용이한 가공성 및 경제성을 가지게 되며, 열전도도가 우수한 흑연재료와 탄소재료 분산물로 이루어진 탄소계 혼합재료와 혼합되어 방열 특성을 갖는 성형 구조체를 형성할 수 있도록 한다.The polymer resin serves as a binder for connecting the carbon-based mixed material, and is made of polyamide resin or polyphenylene sulfide. As the polymer resin is added, it has easy processability and economical efficiency for molding into a heat dissipation structure, and is mixed with a carbon-based mixed material composed of a graphite material and a carbon material dispersion having excellent thermal conductivity to form a molded structure having heat dissipation properties. To form.
이때, 상기 탄소계 혼합재료의 함량이 60중량%를 초과하는 경우에는 방열구조체의 성형이 곤란해질 수 있을 뿐 아니라 성형된 구조체의 기계적 성질이 저하될 수 있고, 40중량% 미만인 경우에는 방열 성능이 미미하여, 방열구조체용 재료로 사용하기에 부적합하다.At this time, when the content of the carbon-based mixed material exceeds 60% by weight, not only may the molding of the heat dissipation structure be difficult, but also the mechanical properties of the molded structure may be deteriorated. Insignificant, unsuitable for use as a material for heat dissipation structures.
이외에도 규소함유 화합물을 미량 첨가하여 상기 탄소계 혼합재료의 표면 코팅과 상기 고분자수지의 내부식성을 개선할 수 있다. 이 경우 상기 규소함유 화합물은 규산칼륨, 규산나트륨, 산화규소, 질화규소 및 탄화규소로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 이루어진다.In addition, a trace amount of a silicon-containing compound may be added to improve the surface coating of the carbon-based mixed material and the corrosion resistance of the polymer resin. In this case, the silicon-containing compound consists of at least one member selected from the group consisting of potassium silicate, sodium silicate, silicon oxide, silicon nitride and silicon carbide.
한편, 상기 탄소계 소재를 그대로 사용할 수 없으므로 펠릿으로 형성하여 보관할 수도 있다. 이 경우 고분자의 자외선에 의한 분해방지를 위한 분해방지제와 산화방지제를 각각 1~5중량% 더 첨가하는 것이 바람직하다.On the other hand, since the carbon-based material cannot be used as it is, it may be formed into pellets and stored. In this case, it is preferable to further add 1 to 5% by weight of a decomposition preventing agent and an antioxidant for preventing decomposition of the polymer by ultraviolet rays.
상기 분해방지제는 히드록시벤조페논계(Hydroxy Benzophenone), 히드록시페닐 벤조트리아졸계(Hydroxypheny Benzotriazole), 아릴에스테르계(Arylester), 옥사닐라이드계(Oxanilides), 포름아미딘계(Formamidine)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 산화방지제는 페놀계 산화방지제, 인계 산화방지제, 황계 산화방지제, 아민계 산화방지제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 이루어질 수 있다.The decomposition inhibitor is from the group consisting of hydroxybenzophenone, hydroxyphenyl benzotriazole, arylester, oxanilides, and formamidine. It may be made of one or more selected. In addition, the antioxidant may be made of at least one selected from the group consisting of phenol-based antioxidants, phosphorus-based antioxidants, sulfur-based antioxidants, and amine-based antioxidants.
그리고, 상기 절연본딩층(200)은 전기전도층(300)을 방열구조체(100)에 부착함과 아울러 전기전도층(300)을 흐르는 전류가 방열구조체(100)로 전달되지 않도록 절연시키기 위한 부분으로, 상기 방열구조체(100)의 표면부(110)에 위치된다. 또, 상기 전기전도층(300)은 다수의 전자부품이 실장되는 회로를 형성하기 위한 것으로, 동박(copper foil)으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 전기전도층(300)은 에칭 등의 공정을 통해 다수의 전자부품을 연결하는 회로를 형성하게 된다.In addition, the insulating
상기와 같이 구성된 본 발명의 방열구조체 일체형 인쇄회로기판은 별도의 기판을 사용하지 않고, 탄소계 소재로 형성되는 방열구조체를 기판으로 활용하고 전기전도층을 이용하여 회로를 형성하게 된다.The heat dissipation structure-integrated printed circuit board of the present invention configured as described above does not use a separate substrate, utilizes a heat dissipation structure formed of a carbon-based material as a substrate, and forms a circuit using an electric conductive layer.
이에 따라, 별도의 플라스틱제 또는 금속제 기판이 사용되지 않아 전체적인 중량이 감소하게 되고, 전기전도층에 실장된 다수의 전자부품에서 발생하는 열이 방열구조체를 통해 그대로 배출되어 방열효과가 향상된다. 그리고, 상기 방열구조체가 전도도와 방사율이 우수한 탄소계 소재로 형성됨에 따라 방열 효과가 대폭 향상된다.Accordingly, since a separate plastic or metal substrate is not used, the overall weight is reduced, and heat generated from a plurality of electronic components mounted on the electrically conductive layer is discharged through the heat dissipation structure to improve heat dissipation effect. And, as the heat dissipation structure is formed of a carbon-based material having excellent conductivity and emissivity, the heat dissipation effect is greatly improved.
한편, 본 발명에 따른 방열구조체 일체형 인쇄회로기판을 구성하는 방열구조체의 방열 효과를 검증하기 위하여 탄소계 소재를 이용하여 플레이트를 제작한 후, 수평방향의 열전도도와 수직 방향의 열전도도 및 방사율을 각각 비교한 결과, 표 1과 같이 나타났다.On the other hand, after manufacturing a plate using a carbon-based material in order to verify the heat dissipation effect of the heat dissipation structure constituting the integrated circuit board of the heat dissipation structure according to the present invention, the thermal conductivity in the horizontal direction and the thermal conductivity and emissivity in the vertical direction, respectively As a result of comparison, it was shown in Table 1.
<비교예><Comparative Example>
흑연재료인 판상 그래파이트 50중량%와 폴리아미드 수지 50중량%로 이루어진 탄소계 소재로 판을 제작한 후, 수평방향의 열전도도와 수직방향의 열전도도 및 방사율을 각각 측정하여 기준으로 설정하였다.After the plate was made of a carbon-based material composed of 50% by weight of graphite graphite and 50% by weight of polyamide resin, the thermal conductivity in the horizontal direction and the thermal conductivity and emissivity in the vertical direction were measured and set as standards.
<실시예 1><Example 1>
흑연재료인 판상 그래파이트 35중량% 및 구상 그래파이트 20중량%와, 탄소나노튜브 3중량%, 폴리아미드 수지 42중량%로 이루어진 탄소계 소재로 판을 제작한 후, 수평 방향의 열전도도와 수직방향의 열전도도 및 방사율을 각각 측정하였다.After the plate was made of a carbon-based material composed of 35% by weight of graphite graphite, 20% by weight of spherical graphite, 3% by weight of carbon nanotubes, and 42% by weight of polyamide resin, thermal conductivity in the horizontal direction and thermal conductivity in the vertical direction Degrees and emissivity were measured respectively.
<실시예 2><Example 2>
흑연재료인 판상 그래파이트 25중량% 및 구상 그래파이트 30중량%와, 탄소나노튜브 5중량%, 폴리아미드 수지 40중량%로 이루어진 탄소계 소재로 판을 제작한 후, 수평 방향의 열전도도와 수직방향의 열전도도 및 방사율을 각각 측정하였다.After the plate was made of a carbon-based material consisting of 25% by weight of graphite graphite, 30% by weight of spherical graphite, 30% by weight of spherical graphite, 5% by weight of carbon nanotubes, and 40% by weight of polyamide resin, thermal conductivity in the horizontal direction and thermal conductivity in the vertical direction Degrees and emissivity were measured respectively.
<실시예 3><Example 3>
흑연재료인 판상 그래파이트 30중량% 및 구상 그래파이트 20중량%와, 탄소나노튜브 8중량%, 폴리아미드 수지 42중량%로 이루어진 탄소계 소재로 판을 제작한 후, 수평 방향의 열전도도와 수직방향의 열전도도 및 방사율을 각각 측정하였다.After the plate was made of a carbon-based material composed of 30% by weight of plate-like graphite, 20% by weight of spherical graphite, 8% by weight of carbon nanotubes, and 42% by weight of polyamide resin, thermal conductivity in the horizontal direction and thermal conductivity in the vertical direction Degrees and emissivity were measured respectively.
상기한 표 1을 참조하면, 방열구조체를 형성하기 위한 탄소계 소재의 재료로 구상 그래파이트와 탄소나노튜브가 더 포함됨에 따라 수평방향 및 수직방향의 열전도도가 각각 증가하였고, 방사율 또한 증가함이 확인되었다. 특히, 구상 그래파이트에 비해 탄소나노튜브의 함량이 증가할수록 열전도도와 방사율이 더 증가함이 확인되었다.Referring to Table 1 above, as the materials of the carbon-based material for forming the heat dissipation structure further include spheroidal graphite and carbon nanotubes, it was confirmed that the thermal conductivity in the horizontal and vertical directions increased, respectively, and the emissivity also increased. Became. In particular, it was confirmed that the thermal conductivity and emissivity increased as the content of carbon nanotubes increased compared to that of spheroidal graphite.
그리고, 본 발명의 방열구조체 일체형 인쇄회로기판의 제조방법은 도 3과 4에 도시된 바와 같이, 총 중량을 기준으로 40~60중량%의 탄소계 혼합재료와 40~60중량%의 고분자 수지를 포함하는 탄소계 소재로 이루어진 펠릿을 사출 또는 압출하여 방열구조체(100)를 형성하는 방열구조체 형성단계(S10)와; 상기 방열구조체(100)의 표면부(110)에 절연본딩시트(200)와 전기전도층(300)을 차례로 적층한 후 25~35㎏f/㎠의 압력과 150~230℃의 온도로 2~3시간동안 핫 프레스한 후 1시간 동안 냉각시키켜 전기전도층(300)을 방열구조체(100)에 부착시키는 본딩 단계(S20)와; 전기전도층(300)의 표면을 정면처리한 후 회로를 인쇄하고 160~230℃의 온도조건으로 30~40분간 건조시키는 회로인쇄 단계(S30)와; 포토레지스트와 마스크를 이용하여 감광처리함으로써 회로를 제외한 나머지 부분이 모두 제거되도록 전기전도층(300)을 에칭하는 에칭단계(S40)와; 회로만 남은 전기전도층(300)에 절연반사층(PSR)을 인쇄하고 170~180℃의 온도조건으로 30~40분간 건조시키는 PSR 인쇄단계(S50)와; 정면처리 후 마킹인쇄를 수행하고 150~170℃의 온도조건으로 30~40분간 건조시키는 마킹인쇄 단계(S60)와; 전자부품을 실장하기 전에 회로 및 기판에 이상이 있는지를 확인하는 BBT(Bare Board Test) 단계(S70)와; OSP(Organic Solderability Preservative) 처리와 같이 회로 표면에 방청막을 코팅하는 표면처리단계(S80)와; 라우터기를 이용하여 PCB를 절단하고 외형을 가공하는 라우터단계(S90)과; 제품의 품질을 검사 및 출하검사하는 검사단계(S100) 및 검사를 마친 제품을 출하하는 출하단계(S100);를 포함하고 있다.And, the method of manufacturing the heat-dissipating structure integrated printed circuit board of the present invention, as shown in Figures 3 and 4, based on the total weight of 40 to 60% by weight of the carbon-based mixed material and 40 to 60% by weight of polymer resin A heat radiation structure forming step (S10) of extruding or extruding a pellet made of a carbon-based material to form a
여기서, 상기 회로인쇄 단계(S30)의 정면처리는 전기전도층(300)의 표면의 이물질을 제거하는 것이고, 상기 마킹인쇄 단계(S60)에서의 정면처리는 샌드블래스트 공정 또는 샌드브러쉬를 이용하여 방열구조체의 표면적을 넓히는 것이다. Here, the frontal treatment of the circuit printing step (S30) is to remove foreign substances on the surface of the electrically
그리고, 상기 BBT 단계(S70)와 표면처리단계(S80), 라우터단계(S90), 검사단계(S100) 및 출하단계(S110)는 기존 PCB 제조공정과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.In addition, since the BBT step (S70), the surface treatment step (S80), the router step (S90), the inspection step (S100), and the shipping step (S110) are the same as the existing PCB manufacturing process, a description thereof will be omitted.
한편, 상기 본딩 단계(S20)는 도 5에 도시된 바와 같이, 평면 형태의 표면부(110)와 요철 형태의 이면부(120)를 구비한 한 쌍의 방열구조체(100)를 이면부(120)의 요철이 서로 맞물리는 형태로 배치한 후 각 방열구조체(100)의 평면부(110)로부터 절연본딩시트(200)와 전기전도층(300) 및 보호필름(400)을 차례로 적층하고, 그 상부와 하부에 각각 알루미늄 또는 스테인리스 재질의 보호판(500)을 배치하여 보호 및 이간하는 방식으로 2~4단을 적층하여 레이업(S21)한 후, 진공 히트프레스에서 5~10㎏f/㎠의 압력으로 5~15분간 150℃가 될 때까지 초기 압력을 가하고, 2차로 25~35㎏f/㎠의 압력으로 150~230℃의 온도조건에서 110~150분간 진공 핫프레스에서 온도 및 압력을 가하는 적층 본딩(S22)을 수행한 후, 20~40℃의 온도에서 5~10㎏f/㎠의 압력을 가하면서 60~90분간 식히는 방식으로 이루어질 수도 있다.On the other hand, the bonding step (S20), as shown in Figure 5, the
그리고, 상기한 본딩 단계(S20)를 통해 전기전도층이 부착된 방열구조체는 회로를 형성하지 않은 반제품의 상태로 출하될 수도 있다. 즉, 레이업 상태로 적층 본딩된 반제품을 각각 해체(S25)한 후, 출하검사(S26)를 거쳐, 반제품으로 포장 출하(S27)하는 것이다. 이에 따라, 반제품 상태의 인쇄회로기판을 구매하여 원하는 회로를 인쇄하고, 에칭, 절연반사층 인쇄, 마킹인쇄 등 나머지 공정을 수행하여 원하는 인쇄회로기판을 제작할 수 있게 된다.In addition, through the bonding step (S20), the heat dissipation structure to which the electric conductive layer is attached may be shipped in the form of a semi-finished product without forming a circuit. That is, the semi-finished products laminated in the lay-up state are disassembled (S25), respectively, and then subjected to shipment inspection (S26) to be packaged and shipped as semi-finished products (S27). Accordingly, a printed circuit board in a semi-finished state can be purchased to print a desired circuit, and the remaining processes such as etching, insulating reflective layer printing, and marking printing can be performed to produce a desired printed circuit board.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 몇 가지 실시 예들과 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 발명의 설명에 기재된 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 통상의 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.Although described and illustrated in connection with some embodiments for illustrating the technical idea of the present invention, the present invention is not limited to the configuration and operation as described above, and the scope of the technical idea described in the description of the invention It will be understood by those skilled in the art that many changes and modifications to the present invention are possible without departing. Accordingly, all such suitable changes and modifications and equivalents should be considered to be within the scope of the present invention.
100...방열구조체
110...표면부
120...이면부
200...절연본딩시트
300...전기전도층
400...보호필름
500...보호판100...heat-resistant structure
110...surface
120...
200...insulation bonding sheet
300...electric conductive layer
400...protective film
500...protection
Claims (5)
회로가 형성될 수 있도록 도체판으로 형성되는 전기전도층(300)과;
상기 방열구조체(100)에 전기전도층(300)이 부착되도록 상기 방열구조체(100)의 상면에 형성되는 절연본딩층(200);을 포함하고,
절연본딩층(200)이 안착되는 평면 형태의 표면부(110)와, 방열면적을 증가시킬 수 있도록 요철 형태로 형성되는 이면부(120)로 이루어지며,
상기 탄소계 혼합재료는 탄소재료 분산물과 흑연재료를 포함하고,
상기 탄소재료 분산물을 탄소나노튜브, 그래핀 및 카본블랙으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 탄소재료와 용매를 포함하며,
상기 흑연재료는 인상흑연과 팽창흑연, 판상흑연, 구상흑연으로 이루어진 군으로부터 선택되는 2종 이상으로 이루어지고,
상기 방열구조체(100)를 형성하기 위한 탄소계 소재는, 고분자의 자외선에 의한 분해방지를 위한 분해방지제와 산화방지제를 각각 1~5중량% 더 포함하고,
상기 분해방지제는 히드록시벤조페논계(Hydroxy Benzophenone), 히드록시페닐 벤조트리아졸계(Hydroxypheny Benzotriazole), 아릴에스테르계(Arylester), 옥사닐라이드계(Oxanilides), 포름아미딘계(Formamidine)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 이루어지고,
상기 산화방지제는 페놀계 산화방지제, 인계 산화방지제, 황계 산화방지제, 아민계 산화방지제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방열구조체 일체형 인쇄회로기판.A heat dissipation structure 100 formed of a carbon-based material containing 40 to 60% by weight of a carbon-based mixed material and 40 to 60% by weight of a polymer resin based on the total weight;
An electrical conductive layer 300 formed of a conductor plate so that a circuit can be formed;
Including; an insulating bonding layer 200 formed on the upper surface of the heat dissipation structure 100 so that the electrical conductive layer 300 is attached to the heat dissipation structure 100;
The insulating bonding layer 200 is made of a flat surface portion 110 on which it is seated, and a rear surface portion 120 formed in an uneven shape so as to increase the heat dissipation area,
The carbon-based mixed material includes a carbon material dispersion and a graphite material,
The carbon material dispersion includes at least one carbon material and a solvent selected from the group consisting of carbon nanotubes, graphene and carbon black,
The graphite material is composed of two or more types selected from the group consisting of impression graphite, expanded graphite, plate graphite, and spherical graphite,
The carbon-based material for forming the heat dissipation structure 100 further includes 1 to 5% by weight of a decomposition preventing agent and an antioxidant for preventing decomposition of the polymer by ultraviolet rays,
The decomposition inhibitor is from a group consisting of hydroxybenzophenone, hydroxyphenyl benzotriazole, arylester, oxanilides, and formamidine. It consists of one or more selected,
The antioxidant is a phenol-based antioxidant, phosphorus-based antioxidant, sulfur-based antioxidant, amine-based antioxidant integrated heat dissipation structure printed circuit board, characterized in that at least one member selected from the group consisting of.
상기 방열구조체(100)의 표면부(110)에 절연본딩시트(200)와 전기전도층(300)을 차례로 적층한 후 25~35㎏f/㎠의 압력과 150~230℃의 온도로 2~3시간동안 핫 프레스한 후 1시간 동안 냉각시키켜 전기전도층(300)을 방열구조체(100)에 부착시키는 본딩 단계(S20)와;
전기전도층(300)의 표면을 정면처리한 후 회로를 인쇄하고 160~230℃의 온도조건으로 30~40분간 건조시키는 회로인쇄 단계(S30)와;
포토레지스트와 마스크를 이용하여 감광처리함으로써 회로를 제외한 나머지 부분이 모두 제거되도록 전기전도층(300)을 에칭하는 에칭단계(S40)와;
회로만 남은 전기전도층(300)에 절연반사층(PSR)을 인쇄하고 170~180℃의 온도조건으로 30~40분간 건조시키는 PSR 인쇄단계(S50)와;
정면처리 후 마킹인쇄를 수행하고 150~170℃의 온도조건으로 30~40분간 건조시키는 마킹인쇄 단계(S60);를 포함하고,
상기 본딩 단계(S20)는 평면 형태의 표면부와 요철 형태의 이면부를 구비한 한 쌍의 방열구조체를 이면부의 요철이 서로 맞물리는 형태로 배치한 후 각 방열구조체의 평면부로부터 절연본딩시트와 전기전도층 및 보호필름을 차례로 적층하고, 그 상부와 하부에 각각 알루미늄 또는 스테인리스 재질의 보호판을 배치하여 보호 및 이간하는 방식으로 2~4단을 적층하여 레이업한 후, 진공 히트프레스에서 5~10㎏f/㎠의 압력으로 5~15분간 150℃가 될 때까지 초기 압력을 가하고, 2차로 25~35㎏f/㎠의 압력으로 150~230℃의 온도조건에서 110~150분간 진공 핫프레스에서 온도 및 압력을 가하는 적층 본딩을 수행한 후, 20~40℃의 온도에서 5~10㎏f/㎠의 압력을 가하면서 60~90분간 식히는 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방열구조체 일체형 인쇄회로기판의 제조방법. A heat radiation structure forming step (S10) of injection or extrusion of the pellets made of the carbon-based material according to claim 1 to form a heat radiation structure 100 consisting of a flat surface portion 110 and an uneven surface rear portion 120. Wow;
After the insulating bonding sheet 200 and the electrically conductive layer 300 are sequentially stacked on the surface portion 110 of the heat dissipation structure 100, a pressure of 25 to 35 kgf/cm 2 and a temperature of 150 to 230° C. are 2~. A bonding step (S20) of attaching the electric conductive layer 300 to the heat dissipation structure 100 by cooling for 1 hour after hot pressing for 3 hours;
A circuit printing step (S30) in which the surface of the electrical conductive layer 300 is front-treated and the circuit is printed and dried for 30 to 40 minutes at a temperature condition of 160 to 230°C;
An etching step (S40) of etching the electric conductive layer 300 so that all parts except the circuit are removed by photosensitive treatment using a photoresist and a mask;
A PSR printing step (S50) of printing an insulating reflective layer (PSR) on the electrically conductive layer 300 having only the circuit remaining and drying it for 30 to 40 minutes at a temperature condition of 170 to 180°C;
It includes a marking printing step (S60) to perform marking printing after the frontal treatment and to dry for 30-40 minutes at a temperature condition of 150-170°C.
In the bonding step (S20), a pair of heat dissipation structures having a planar surface portion and a concave-convex back portion are arranged in a form in which the concavo-convex portions of the rear surface are engaged with each other, and then the insulating bonding sheet and the electricity from the flat portion of each heat dissipation structure. The conductive layer and the protective film are sequentially stacked, and aluminum or stainless steel protective plates are placed on the upper and lower portions to protect and separate them, so that 2 to 4 layers are stacked and laid up, and then 5 to 10 in a vacuum heat press. Initial pressure is applied until the pressure reaches 150°C for 5 to 15 minutes at a pressure of ㎏f/㎠, and secondly at a pressure of 25 to 35㎏f/㎠ for 150 to 230°C at a temperature of 110 to 150 minutes in a vacuum hot press. After performing lamination bonding to which temperature and pressure are applied, the heat-radiating structure-integrated printed circuit board is formed by cooling for 60 to 90 minutes while applying a pressure of 5 to 10 kgf/cm 2 at a temperature of 20 to 40°C. Manufacturing method.
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KR101832769B1 (en) * | 2017-08-18 | 2018-02-28 | 인텍전기전자 주식회사 | Heat-disspating printed circuit board using carbon-based material and method for fabricating the same |
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