KR102277004B1 - 산화 피막 알루미늄 분말을 이용한 인쇄회로기판의 제조방법 - Google Patents

산화 피막 알루미늄 분말을 이용한 인쇄회로기판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 산화 피막 알루미늄 분말을 이용한 인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소나노튜브(CNT)가 부착되고, 아노다이징에 의해 표면에 산화 피막이 형성된 알루미늄 분말을 이용하여 인쇄회로기판을 제조할 수 있도록 함으로써 방열성을 향상시키고, 휨 또는 열팽창으로 인한 치수의 변형을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 소재간 절연저항성을 향상시켜 다층 인쇄회로기판에도 적용될 수 있는 산화 피막 알루미늄 분말을 이용한 인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것이다.

Description

산화 피막 알루미늄 분말을 이용한 인쇄회로기판의 제조방법{Manufacturing method for a printed circuit board using anodized aluminium powder}
본 발명은 산화 피막 알루미늄 분말을 이용한 인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소나노튜브(CNT)가 부착되고, 아노다이징에 의해 표면에 산화 피막이 형성된 알루미늄 분말을 이용하여 인쇄회로기판을 제조할 수 있도록 함으로써 방열성을 향상시키고, 휨 또는 열팽창으로 인한 치수의 변형을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 소재간 절연저항성을 향상시켜 다층 인쇄회로기판에도 적용될 수 있는 산화 피막 알루미늄 분말을 이용한 인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것이다.
최근 들어, 전기/전자제품들은 하루가 다르게 경박단소(經薄短小)화 되고 있고, 이러한 전자제품들의 조명으로 LED를 사용하는 것이 일반화되면서 전기/전자제품에서 발생되는 열로 인해 제품의 수명이 짧아지는 문제점이 대두되고 있다.
또한, 데이터 처리용량의 증가로 인한 발열은 스마트기기와 같은 전기/전자제품의 기능 저하로 이어지고, OLED, QLED 등의 디스플레이 제품의 경우에도 발열문제가 이슈가 되고 있어 마이크로프로세서의 발열량을 줄이는 연구와 함께 인쇄회로기판의 내열성 및 방열성을 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
그 일례로, LED 조명에 주로 사용되는 메탈 인쇄회로기판이 있는데, 상기 메탈 인쇄회로기판의 경우 알루미늄판에 회로층을 접합시켜 제작하기 때문에 기존의 에폭시 인쇄회로기판에 비해 방열 성능이 우수하다는 장점은 있으나, 열팽창에 따른 치수 변형 문제가 있고, 두께 방향, 즉 수직 방향으로의 방열 특성을 확보할 수 없으며 다층 인쇄회로기판에는 적용이 어렵다는 단점이 있다.
또한, 열전도도가 높은 금속 소재 중 순동과 알루미늄을 금속 분말 가공 방식으로 가공하여 여러 형태의 인쇄회로기판을 제조하는 방법이 사용되고 있는데, 분말성형 기판의 경우 기판 내부에 다수의 기공을 함유하고 있어 충진율 저하로 인해 인쇄회로기판이 쉽게 파손될 수 있어 취급에 문제가 있을 뿐만 아니라 기공으로 인해 방열성이 저하되는 단점되 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 열전도도가 높은 금속에 탄소나노소재를 부착시킴으로써 방열성을 향상시킬 수 있도록 하는 기술이 개발되고 있다.
그 일례로 대한민국 등록특허공보 제10-1704793호에는 에폭시 수지 조성물을 이용한 회로기판과 그 제조방법이 게재되어 있는데, 그 주요 기술적 구성은 에폭시 수지와 알루미늄 분말에 탄소나노튜브(CNT; Carbon Nano Tube)를 분산한 파우더를 믹싱하여 제조한 에폭시 수지 조성물을 이용하여 인쇄회로기판(10)을 제조함으로써 두께 방향으로의 방열성을 향상시킬 수 있도록 구성된 것에 그 특징이 있다.
보다 상세히 설명하면, 상기 종래기술은 도 1에 나타낸 바와 같이, 에폭시 수지 혼합물, 경화제 및 무기 충전제를 포함하여 구성되는 에폭시 수지 조성물을 PET 필름 상에 코팅하여 제조한 제1 및 제2방열시트층(11,13)의 상부에 각각 제1 및 제2유리섬유층(12,14)을 적층한 후 그 상부에 동박층(15)을 접합하여 인쇄회로기판(10)을 제조한 것에 그 특징이 있으나, 동박층(15)으로부터 전달되는 열이 유리섬유층(12,14)에 의해 차단되므로 방열성이 떨어지게 되는 단점이 있다.
또한, 상기 종래기술은 제2유리섬유층(14) 사이로 제2방열시트층(13)에 포함된 알루미늄 분말이 통과되어 동박층(15)과 접촉될 경우 전기 쇼트(short)가 발생될 위험이 있을 뿐만 아니라, 순수 유리섬유를 사용할 경우 절연성이 떨어지므로 다층 인쇄회로기판의 제조에는 사용될 수 없다는 단점도 있다.
1. 대한민국 등록특허공보 제10-1704793호(2017. 02. 08. 공고)
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 탄소나노튜브(CNT)가 부착되고, 아노다이징에 의해 표면에 산화 피막이 형성된 알루미늄 분말을 이용하여 인쇄회로기판을 제조할 수 있도록 함으로써 수평방향은 물론 수직방향으로의 방열 성능을 향상시키고, 소재 간 절연성을 향상시킬 수 있도록 하는 산화 피막 알루미늄 분말을 이용한 인쇄회로기판의 제조방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 매트릭스 구조의 유리섬유에 에폭시와 산화 피막 알루미늄 분말을 함침시킨 프리프레그를 사용하여 방열성을 향상시킴은 물론 얇은 두께로도 고열에 의한 휨 또는 열팽창으로 인한 치수의 변형을 방지할 수 있도록 하는 산화 피막 알루미늄 분말을 이용한 인쇄회로기판의 제조방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 에폭시와 알루미나를 포함하는 접착층을 사용하여 절연성과 방열성을 향상시킬 수 있도록 하는 산화 피막 알루미늄 분말을 이용한 인쇄회로기판의 제조방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은,
인쇄회로기판의 제조방법에 있어서, 외측면에 산화 피막이 형성된 산화 피막 알루미늄 분말을 제조하는 산화 피막 알루미늄 분말 제조단계와, 산화 피막 알루미늄 분말을 열경화성 수지와 혼합 교반하여 조성한 액상 레진을 이형지 필름 위에 코팅하여 반경화 시트 형태로 형상 가공하는 방열층 가공단계와, 매트릭스 구조의 유리섬유를 이용하여 프리프레그를 제조하는 프리프레그 제조단계와, 에폭시와 알루미나를 혼합하여 반경화 시트 형태의 접착층을 제조하는 접착층 제조단계 및 제조된 프리프레그, 방열층 및 접착층과, 상기 접착층의 외측 표면에 형성될 동박회로층을 순서대로 적층한 후, 열압착 경화시켜 인쇄회로기판을 제조하는 인쇄회로기판 제조단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
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이때, 상기 산화 피막 알루미늄 분말 제조단계는, 판형, 구형, 침상형을 포함하는 다양한 형상의 알루미늄 분말을 제조하는 알루미늄 분말 제조단계와, 상기 알루미늄 분말의 표면에 탄소나노튜브를 부착시키는 탄소나노튜브 부착단계 및 탄소나노튜브가 부착된 알루미늄 분말을 아노다이징 처리하여 표면에 산화 피막을 형성시키는 산화 피막 형성단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 산화 피막 형성단계에서는, 탄소나노튜브가 부착된 알루미늄 분말을 전해질에 담겨진 음극 회전 스크류 드럼에 통과시키면서 음극 전도성 브러시를 이용하여 알루미늄 분말을 지속적으로 접촉시키는 방법에 의해 산화 피막을 형성시키는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 산화 피막 알루미늄 분말 제조단계는, 판형, 구형, 침상형을 포함하는 다양한 형상의 알루미늄 분말을 제조하여 산화 피막을 형성시키는 제1단계와, 산화 피막이 형성된 알루미늄 분말에 에폭시, 탄소나노튜브 및 자일렌을 첨가하여 믹싱하는 제2단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 프리프레그 제조단계에서는 매트릭스 구조의 유리섬유에 형성된 메쉬 사이로 에폭시와 산화 피막 알루미늄 분말을 함침시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 인쇄회로기판 제조단계에서는, 프리프레그의 상,하 양측으로 반경화 시트 형태의 제1 및 제2방열층을 적층하고, 상기 제1방열층의 상면 및 제2방열층의 하면에 반경화 시트 형태의 제1 및 제2접착층을 적층하며, 상기 제1접착층의 상면 및 제2방열층의 하면에 제1 및 제2동박회로층을 적층시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 인쇄회로기판 제조단계에서는, 상기 제1동박회로층의 상면에 제3접착층, 제2프리프레그층, 제3방열층, 제4접착층 및 제3동박회로층을 순차적으로 더 적층시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 탄소나노튜브(CNT)가 부착되고, 아노다이징에 의해 표면에 산화 피막이 형성된 알루미늄 분말을 이용하여 인쇄회로기판을 제조할 수 있도록 함으로써 수평방향은 물론 수직방향으로의 방열 성능을 향상시키고, 소재 간 절연성을 향상시킬 수 있도록 하는 뛰어난 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 따르면 매트릭스 구조의 유리섬유에 에폭시와 산화 피막 알루미늄 분말을 함침시킨 프리프레그를 방열층 사이에 단층 또는 다층으로 적층하여 얇은 두께로도 고열에 의한 휨 또는 열팽창으로 인한 치수의 변형을 방지할 수 있는 효과를 추가로 갖는다.
또한, 본 발명은 방열성 및 절연성이 향상된 얇은 두께의 프리프레그와 접착층을 사용하여 박판 인쇄회로기판 및 다층 인쇄회로기판의 제조에도 사용될 수 있는 효과를 추가로 갖는다.
도 1은 종래 인쇄회로기판의 구조를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명에 사용되는 다양한 형태의 산화 피막 알루미늄 분말을 개념적으로 나타낸 도면.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 산화 피막 알루미늄 분말을 이용한 인쇄회로기판의 다양한 실시예를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 산화 피막 알루미늄 분말을 이용한 인쇄회로기판의 제조 과정을 나타낸 흐름도.
도 7은 도 6에 나타낸 본 발명 중 탄소나노튜브가 부착된 알루미늄 분말을 아노다이징하는 방법을 개념적으로 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 따른 산화 피막 알루미늄 분말을 이용한 인쇄회로기판의 제조방법에 의해 제조된 인쇄회로기판의 일실시예를 나타낸 부분 확대 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 산화 피막 알루미늄 분말을 이용한 인쇄회로기판의 제조방법의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 사용되는 다양한 형태의 산화 피막 알루미늄 분말을 개념적으로 나타낸 도면이고, 도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 산화 피막 알루미늄 분말을 이용한 인쇄회로기판의 다양한 실시예를 나타낸 단면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 산화 피막 알루미늄 분말을 이용한 인쇄회로기판의 제조 과정을 나타낸 흐름도이고, 도 7은 도 6에 나타낸 본 발명 중 탄소나노튜브가 부착된 알루미늄 분말을 아노다이징하는 방법을 개념적으로 나타낸 도면이며, 도 8은 본 발명에 따른 산화 피막 알루미늄 분말을 이용한 인쇄회로기판의 제조방법에 의해 제조된 인쇄회로기판의 일실시예를 나타낸 부분 확대 단면도이다.
본 발명은 탄소나노튜브(CNT)가 부착되고, 아노다이징에 의해 표면에 산화 피막이 형성된 알루미늄 분말을 이용하여 인쇄회로기판을 제조할 수 있도록 함으로써 방열성을 향상시키고, 휨 또는 열팽창으로 인한 치수의 변형을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 소재간 절연저항성을 향상시켜 다층 인쇄회로기판에도 적용될 수 있는 산화 피막 알루미늄 분말을 이용한 인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것으로, 먼저 본 발명에 따른 산화 피막 알루미늄 분말을 이용한 인쇄회로기판(이하, '인쇄회로기판(100)'이라 한다)에 사용되는 산화 피막 알루미늄 분말(20)은 도 2에 나타낸 바와 같이, 기존 인쇄회로기판의 제조에 사용되던 탄소나노튜브(24)가 부착된 알루미늄 분말(22)의 표면에 산화 피막(26)을 형성시킨 것이다.
즉, 기존의 탄소나노튜브(24)가 부착된 알루미늄 분말(22)의 경우 열전도도가 우수하여 방열성을 향상시킬 수는 있으나, 절연성이 떨어지므로 다층 인쇄회로기판(100")에는 적용되기 어렵고, 알루미늄 분말(22)이 떨어져 동박회로층(140)과 접촉될 경우 쇼트 발생 위험이 있는 등의 단점이 있던 것임에 비해, 본 발명에서는 탄소나노튜브(24)가 부착된 알루미늄 분말(22)을 아노다이징 처리하여 분말 외측에 산화 피막(26)을 형성시킴으로써 방열성을 더욱 향상시킴은 물론 절연성까지 확보되도록 한 것에 그 특징이 있는 것이다.(이와 같은 산화 피막 알루미늄 분말(20)의 제조 방법에 대해서는 후술하기로 한다.)
보다 상세히 설명하면, 본 발명에 따른 인쇄회로기판(100)은 도 3에 나타낸 바와 같이, 프리프레그층(110), 방열층(120), 접착층(130) 및 동박회로층(140)을 포함하여 이루어지는데, 먼저 상기 프리프레그층(110)은 인쇄회로기판(100)에 강성을 부여하는 역할을 하는 것으로, 매트릭스 구조를 갖는 유리섬유로 이루어진다.
이때, 상기 유리섬유는 절연성은 우수하지만 방열성이 떨어지므로 프리프레그층(110)의 방열 성능 향상을 위해 에폭시와 산화 피막 알루미늄 분말(20)을 혼합 교반하여 조성한 액상 레진을 유리섬유에 함침시켜 매트릭스 구조의 유리섬유 격자 사이로 산화 피막 알루미늄 분말(20)이 포함되도록 하여 프리프레그층(110)의 방열성을 향상시킬 수 있도록 구성되어 있다.
다음, 상기 방열층(120)은 프리프레그층(110)의 외측, 상면 또는 하면에 부착되어 인쇄회로기판(100)에서 발생되는 열을 방열시킬 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 전술한 산화 피막 알루미늄 분말(20)을 이용하여 형성된다.
즉, 상기 산화 피막 알루미늄 분말(20)을 열경화성 수지 중 어느 하나와 혼합 교반하여 액상 레진의 형태로 조성하고, 이를 콤마코터를 이용하여 이형지 필름 위에 약 0.03 ~ 0.12 mm의 두께로 코팅시킴으로써 반경화 시트 형태로 형상 가공하여 방열층(120)을 제조한다.
이때, 상기 방열층(120)의 두께가 0.03mm 미만이 되면 방열층(120)의 두께가 너무 얇아 방열 성능이 떨어지게 되고, 방열층(120)의 두께가 0.12mm를 초과하게 되면 전체적인 인쇄회로기판(100)의 두께가 두꺼워지게 되므로 다층 인쇄회로기판(100")의 제조가 어렵게 되는 단점이 있다.
다음, 상기 접착층(130)은 방열층(120)의 외측면, 즉 상면에 접착되어 그 상부에 동박회로층(140)이 접착될 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 접착성이 우수한 에폭시와 방열성 및 절연성이 우수한 알루미나를 포함하여 이루어진다.
즉, 종래의 인쇄회로기판에 사용되는 접착층(130)은 금속분말간의 전기적 간섭으로 인해 충분한 절연저항을 확보할 수 없어 다층 인쇄회로기판(100")을 제조할 수 없는 문제점이 있던 것임에 비해, 본 발명에서는 기존 접착층으로 사용되던 에폭시에 방열성 및 절연성이 우수한 알루미나를 포함시켜 혼합 교반함으로써 반경화 시트 형태의 접착층(130)을 형성시킴으로써 접착층(130)의 방열성을 향상시킴은 물론 절연층의 기능을 동시에 수행할 수 있도록 구성된 것이다.
이때, 상기 접착층(130)은 약 0.03mm의 두께를 갖도록 하여 2W/m2K의 열전도율을 갖도록 형성되는데, 이와 같이 두께가 얇으면서도 열전도성과 절연성이 우수한 접착층(130)을 사용하는 경우 접착층을 다층으로 적층시킬 수 있게 되어 다층 인쇄회로기판(100")의 생산이 가능하다는 장점을 갖는다.
또한, 산화 피막 알루미늄 분말(20)이 함침된 유리섬유로 이루어진 얇은 두께의 프리프레그층(110)과, 마찬가지로 얇은 두께의 접착층(130)으로 인해 약 0.1mm의 두께를 갖는 박판 인쇄회로기판의 생산도 가능하게 된다.
다음, 상기 동박회로층(140)은 회로 역할을 하는 것으로, 동박을 접착층(130)의 상부에 접착시킴으로써 형성되는데, 프리프레그층(110)과, 방열층(120), 접착층(130) 및 동박회로층(140)을 순차적으로 적층시킨 상태에서 한꺼번에 열압착(hot press) 경화시킴으로써 동박회로층(140)을 접착층(130)의 상부에 형성시키기 위한 별도의 과정을 생략할 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 인쇄회로기판(100)은 양면 인쇄회로기판(100') 또는 다층 인쇄회로기판(100")으로도 사용될 수 있는데, 먼저 양면 인쇄회로기판(100')의 경우 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 프리프레그층(110)의 상,하면에 제1 및 제2방열층(122,124)이 각각 접합되고, 상기 제1방열층(122)의 상면 및 제2방열층(124)의 하면에 각각 제1 및 제2접착층(132,134)이 접합되며, 상기 제1접착층(132)의 상면 및 제2접착층(134)의 하면에 각각 제1 및 제2동박회로층(142,144)이 접합되는 구조로 이루어진다.
이때, 상기 제1 및 제2방열층(122,124), 제1 및 제2접착층(132,134), 제1 및 제2동박회로층(142,144)은 전술한 방열층(120), 접착층(130) 및 동박회로층(140)과 동일한 구성으로 배선면이 제1동박회로층(142)과 제2동박회로층(144)의 두 면에 형성된 것에 그 특징이 있는 것이다.
또한, 상기 다층 인쇄회로기판(100")은 도 5에 나타낸 바와 같이, 양면 인쇄회로기판(100')을 구성하는 제1동박회로층(142)의 상면에 제3접착층(136), 제2프리프레그층(112), 제3방열층(126), 제4접착층(138) 및 제3동박회로층(146)을 순차적으로 적층시킨 후 접합하여 이루어진 것으로 배선면이 제1 내지 제3동박회로층(142,144,146)의 세 면에 형성된 것이다.
마찬가지로, 제3접착층(136), 제2프리프레그층(112), 제3방열층(126), 제4접착층(138) 및 제3동박회로층(146)의 구성은 전술한 접착층(130), 프리프레그층(110), 방열층(120) 및 동박회로층(140)의 구성과 동일하며, 이와 같은 순서로 적층시키는 경우 4개 이상의 배선면을 갖는 다층 인쇄회로기판을 제조할 수도 있음은 물론이다.
즉, 전술한 바와 같이, 본 발명에서는 프리프레그층(110)과 방열층(120)에 산화 피막 알루미늄 분말(20)을 포함시키고, 접착층(130)에 알루미나를 포함시켜 각 층에서의 방열성을 확보함은 물론 각 층간의 절연저항성을 확보할 수 있으면서도 각 층의 두께를 최소화할 수 있게 되어 상기와 같은 다층 인쇄회로기판(100")의 제조가 가능하게 되는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 산화 피막 알루미늄 분말을 이용한 인쇄회로기판 제조방법은 전술한 바와 같은 구성으로 이루어진 인쇄회로기판(100)을 제조하기 위한 방법에 관한 것으로, 도 6에 나타낸 바와 같이 크게 산화 피막 알루미늄 분말 제조단계(S10), 방열층 가공단계(S20), 프리프레그 제조단계(S30), 접착층 제조단계(S40) 및 인쇄회로기판 제조단계(S50)를 포함하여 이루어진다.
먼저 상기 산화 피막 알루미늄 분말 제조단계(S10)는 표면에 탄소나노튜브(24)가 부착된 알루미늄 분말(22)의 외측면에 산화 피막(26)을 형성시키는 단계에 관한 것으로, 알루미늄 분말 제조단계(S12), 탄소나노튜브 부착단계(S14) 및 산화 피막 형성단계(S16)를 포함하여 이루어진다.
보다 상세히 설명하면, 상기 알루미늄 분말 제조단계(S12)는 알루미늄 재질을 분말 형태로 제조하는 단계에 관한 것으로, 도 2에 나타낸 바와 같이, 인쇄회로기판(100) 내부의 충진율 향상을 위해 판형, 구형, 침상형 등을 포함하는 다양한 형상으로 알루미늄 분말(22)을 제조한다.
다음, 상기 탄소나노튜브 부착단계(S14)는 다양한 형상으로 제조된 알루미늄 분말(22)의 표면에 탄소나노튜브(24)를 부착시키는 단계에 관한 것으로, 탄소나노튜브(24)는 열팽창을 흡수함과 동시에 열을 전도하여 열팽창으로 인한 치수 변형을 방지하는 역할을 하게 된다.
이때, 상기 탄소나노튜브(24)를 알루미늄 분말(22)의 표면에 부착시키는 방법으로는 알루미늄 분말(22)의 표면에 탄소나노튜브(24)를 분산하여 볼밀로 부착시키는 방법을 사용하는데, 이러한 방법은 기존에 사용되고 있는 방법과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
다음, 상기 산화 피막 형성단계(S16)는 탄소나노튜브(24)가 부착된 알루미늄 분말(22)을 아노다이징 처리하여 표면에 산화 피막(26)을 형성시키는 단계에 관한 것으로, 상기 산화 피막(26)은 전술한 바와 같이, 알루미늄 분말(22)이 절연성을 갖도록 하는 역할을 하는 것이다.
이러한 산화 피막(26)은 양극산화법에 의해 형성되는데, 본 발명에서는 도 7에 나타낸 바와 같이, 전해질에 담겨진 음극 회전 스크류(34)가 구비된 드럼(32)과, 상기 드럼의 내측에 설치되는 음극 전도성 브러시(미도시)를 포함하는 양극산화장치(30)를 이용하여 알루미늄 분말(22)의 표면에 산화 피막(26)이 형성된 산화 피막 알루미늄 분말(20)을 제조한다.
보다 상세히 설명하면, 양극산화법은 양극 산화에 의해 알루미늄의 양이온(Al+3)이 산화막을 통해 음극쪽으로 이동하고, 전해질에 포함된 음이온들을 알루미늄 방향으로 이동하여 양이온과 음이온 모두 새로운 막 형성에 참여하게 되고, 약산성의 전해질에 담겨져 있는 알루미늄은 국부적인 표면 용출에 의해 미세적으로 거친 표면을 형성하게 되어 인가된 전기장에 의해 거친 표면에 의해 만입된 부분에 집중적으로 산화막이 형성되는 원리를 이용한 것으로, 상기 양극산화장치(30)는 전해질에 담겨진 드럼(32)의 내부에서 회전하는 음극 회전 스크류(34)에 탄소나노튜브(24)가 부착된 알루미늄 분말(22)을 통과시키고, 상기 탄소나노튜브(24)가 부착된 알루미늄 분말(22)이 음극 회전 스크류(34)를 통과하는 동안 음극 전도성 브러시(미도시)를 이용하여 탄소나노튜브(24)가 부착된 알루미늄 분말(22)을 지속적으로 접촉시키는 방법에 의해 산화 피막(26)을 형성시킬 수 있도록 구성되어 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 상기 산화 피막 알루미늄 분말 제조단계(S10)를 보다 단순화시킴과 동시에 공정에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있는데, 이는 알루미늄 분말을 제조하여 산화 피막처리하는 제1단계와, 산화 피막이 형성된 알루미늄 분말에 탄소나노튜브(24)를 부착시키는 제2단계를 포함하여 이루어진다.
보다 상세히 설명하면, 상기 제1단계에서는 전술한 알루미늄 분말 제조단계(S12)와 마찬가지로 인쇄회로기판(100) 내부의 충진율 향상을 위해 판형, 구형, 침상형 등을 포함하는 다양한 형상으로 알루미늄 분말(22)을 제조한 후, 알루미늄 분말(22)의 표면에 산화 피막을 형성시킨다.
이때, 상기 알루미늄 분말(22)의 표면에 산화 피막을 형성시키는 방법은 공지된 것이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
다음, 상기 제2단계에서는 산화 피막이 형성된 알루미늄 분말에 에폭시와 탄소나노튜브(24) 및 자일렌(xylene)을 혼합시킨 후 약 2시간 동안 믹싱하여 탄소나노튜브(24)가 알루미늄 분말(22)에 포함될 수 있도록 한다.
이때, 상기 에폭시는 탄소나노튜브(24)가 알루미늄 분말(22)에 접착될 수 있도록 하는 역할을 하는 것이고, 상기 자일렌은 희석제로 사용되어 탄소나노튜브(24)를 분산시키는 역할을 하는 것이다.
상기 산화 피막이 형성된 알루미늄 분말과 에폭시 및 자일렌에 의해 분산된 탄소나노튜브(24)의 혼합비는 약 7 ~ 7.5 : 2 : 0.5 ~ 1.0 정도 이고, 이러한 혼합비로 혼합된 혼합물을 약 2시간 동안 믹싱하면 표면에 탄소나노튜브(24)가 부착된 산화 피막 알루미늄 분말(20)을 얻을 수 있게 된다.
따라서, 본 실시예에 의하면 알루미늄 분말(22)에 탄소나노튜브(24)를 부착시키기 위한 볼밀 공정 등이 불필요하게 되어 전체적인 공정수를 줄일 수 있음은 물론 그에 따라 산화 피막 알루미늄 분말의 제조에 소요되는 시간은 단축시킬 수 있게 된다.
다음, 상기 방열층 가공단계(S20)는 산화 피막 알루미늄 분말(20)을 이용하여 반경화 시트 형상의 방열층(120)을 제조하는 단계에 관한 것으로, 상기 산화 피막 알루미늄 분말(20)을 열경화성 수지 중 어느 하나와 혼합 교반하여 액상 레진의 형태로 조성하고, 이를 콤마코터를 이용하여 이형지 필름 위에 약 0.03 ~ 0.12 mm의 두께로 코팅시킴으로써 반경화 시트 형태의 방열층(120)을 제조한다.
다음, 상기 프리프레그 제조단계(S30)는 매트릭스 구조의 유리섬유를 이용하여 프리프레그를 제조하는 단계에 관한 것으로, 매트릭스 구조의 유리섬유를 준비한 후, 에폭시와 산화 피막 알루미늄 분말(20)을 혼합 교반하여 조성한 액상 레진을 유리섬유에 함침시켜 유리섬유의 격자 사이로 산화 피막 알루미늄 분말(20)이 포함되도록 함으로써 프리프레그층(110)의 방열성 및 절연성을 향상시킬 수 있도록 구성되어 있다.
다음, 상기 접착층 제조단계(S40)는 동박회로층(140)이 접합될 수 있도록 하는 접착층(130)을 제조하는 단계에 관한 것으로, 기존 접착층으로 사용되던 에폭시에 방열성 및 절연성이 우수한 알루미나를 포함시켜 혼합 교반함으로써 반경화 시트 형태의 접착층(130)을 형성시킨다.
그에 따라, 접착층(130)의 방열성을 향상시킴은 물론 절연층의 기능을 동시에 수행할 수 있게 되고, 약 0.03mm의 얇은 두께로 접착층(130)을 형성시킬 수 있어 다층 인쇄회로기판(100")의 제조가 가능하게 된다.
다음, 상기 인쇄회로기판 제조단계(S50)는 전술한 단계들에서 제조된 프리프레그, 방열층 및 접착층(130)과 접착층(130)의 외측 표면, 즉 상면에 형성될 동박회로층(140)을 순서대로 적층한 후, 접합하여 인쇄회로기판(100)을 제조하는 단계에 관한 것이다.
이때, 상기와 같이 적층된 각 층들의 접합에는 핫 프레스(hot press) 등의 열압착 경화방법이 사용될 수 있다.
한편, 전술한 양면 인쇄회로기판(100')을 제조하는 경우에는 상기 방열층 가공단계(S20), 접착층 제조단계(S40)에서 각각 동일한 구성 및 두께를 갖는 두 장의 반경화 시트 즉, 제1 및 제2방열층(122,124)과 제1 및 제2접착층(132,134)을 제조한 후, 인쇄회로기판 제조단계(S50)에서 프리프레그의 상,하 양측으로 반경화 시트 형태의 제1 및 제2방열층(122,124)을 적층하고, 상기 제1방열층(122)의 상면 및 제2방열층(124)의 하면에 반경화 시트 형태의 제1 및 제2접착층(132,134)을 적층하며, 상기 제1접착층(132)의 상면 및 제2접착층(134)의 하면에 제1 및 제2동박회로층(142,144)을 적층시킨 상태에서 열압착 경화시켜 양면 인쇄회로기판(100')을 제조하게 된다.
도 8은 상기와 같은 방법에 의해 제조된 양면 인쇄회로기판(100')의 단면을 확대하여 나타낸 것으로, 프리프레그층(110)에 산화 피막 알루미늄 분말(20)이 함침되어 있는 상태를 확인할 수 있다.
마찬가지로, 전술한 다층 인쇄회로기판(100") 중 세 개의 배선면을 갖는 다층 인쇄회로기판(100")을 제조하는 경우에는 방열층 가공단계(S20)에서 제1 내지 제3방열층(122,124,126)을 제조하고, 프리프레그 제조단계(S30)에서 2개의 프리프레그를 제조하며, 접착층 제조단계(S40)에서 제1 내지 제4접착층(132,134,136,138)을 제조한 후, 인쇄회로기판 제조단계(S50)에서 최하단으로부터 제2동박회로층(144), 제2접착층(134), 제2방열층(124), 프리프레그층(110), 제1방열층(122), 제1접착층(132), 제1동박회로층(142), 제3접착층(136), 제2프리프레그층(112), 제3방열층(126), 제4접착층(138) 및 제3동박회로층(146)을 순서대로 적층시킨 후 열압착 경화하여 다층 인쇄회로기판(100")을 제조할 수 있게 된다.
이때, 한 번의 열압착 경화에 의해 전체 층을 접합시키기 어려운 경우에는 동박회로층(140)을 접착층에 먼저 접합시킨 상태에서 열압착 경화를 진행하거나, 두 번 이상의 열압착 경화 과정을 통해 전체 층을 접합시킬 수도 있음은 물론이다.
따라서, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 산화 피막 알루미늄 분말을 이용한 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 의하면, 탄소나노튜브(CNT)(24)가 부착되고, 아노다이징에 의해 표면에 산화 피막(26)이 형성된 알루미늄 분말(20)을 이용하여 인쇄회로기판(100)을 제조할 수 있도록 함으로써 수평방향은 물론 수직방향으로의 방열 성능을 향상시키고, 소재 간 절연성을 향상시킬 수 있도록 하며, 매트릭스 구조의 유리섬유에 에폭시와 산화 피막 알루미늄 분말(20)을 함침시킨 프리프레그를 방열층(120) 사이에 단층 또는 다층으로 적층하여 얇은 두께로도 고열에 의한 휨 또는 열팽창으로 인한 치수의 변형을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 방열성 및 절연성이 향상된 얇은 두께의 프리프레그와 접착층(130)을 사용하여 박판 인쇄회로기판 및 다층 인쇄회로기판(100")의 제조에도 사용될 수 있는 등의 다양한 장점을 갖는 것이다.
전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
본 발명은 산화 피막 알루미늄 분말을 이용한 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소나노튜브(CNT)가 부착되고, 아노다이징에 의해 표면에 산화 피막이 형성된 알루미늄 분말을 이용하여 인쇄회로기판을 제조할 수 있도록 함으로써 방열성을 향상시키고, 휨 또는 열팽창으로 인한 치수의 변형을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 소재간 절연저항성을 향상시켜 다층 인쇄회로기판에도 적용될 수 있는 산화 피막 알루미늄 분말을 이용한 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
20 : 산화 피막 알루미늄 분말 22 : 알루미늄 분말
24 : 탄소나노튜브 26 : 산화 피막
30 : 양극산화장치 32 : 드럼
34 : 음극 회전 스크류 100 : 인쇄회로기판
100' : 양면 인쇄회로기판 100" : 다층 인쇄회로기판
110 : 프리프레그층 112 : 제2프리프레그층
120 : 방열층 122 : 제1방열층
124 : 제2방열층 126 : 제3방열층
130 : 접착층 132 : 제1접착층
134 : 제2접착층 136 : 제3접착층
138 : 제4접착층 140 : 동박회로층
142 : 제1동박회로층 144 : 제2동박회로층
146 : 제3동박회로층
S10 : 산화 피막 알루미늄 분말 제조단계 S12 : 알루미늄 분말 제조단계
S14 : 탄소나노튜브 부착단계 S16 : 산화 피막 형성단계
S20 : 방열층 가공단계 S30 : 프리프레그 제조단계
S40 : 접착층 제조단계 S50 : 인쇄회로기판 제조단계

Claims (13)

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  7. 인쇄회로기판의 제조방법에 있어서,
    외측면에 산화 피막이 형성된 산화 피막 알루미늄 분말을 제조하는 산화 피막 알루미늄 분말 제조단계와,
    산화 피막 알루미늄 분말을 열경화성 수지와 혼합 교반하여 조성한 액상 레진을 이형지 필름 위에 코팅하여 반경화 시트 형태로 형상 가공하는 방열층 가공단계와,
    매트릭스 구조의 유리섬유를 이용하여 프리프레그를 제조하는 프리프레그 제조단계와,
    에폭시와 알루미나를 혼합하여 반경화 시트 형태의 접착층을 제조하는 접착층 제조단계 및
    제조된 프리프레그, 방열층 및 접착층과, 상기 접착층의 외측 표면에 형성될 동박회로층을 순서대로 적층한 후, 열압착 경화시켜 인쇄회로기판을 제조하는 인쇄회로기판 제조단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 산화 피막 알루미늄 분말을 이용한 인쇄회로기판 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 산화 피막 알루미늄 분말 제조단계는,
    판형, 구형, 침상형을 포함하는 다양한 형상의 알루미늄 분말을 제조하는 알루미늄 분말 제조단계와,
    상기 알루미늄 분말의 표면에 탄소나노튜브를 부착시키는 탄소나노튜브 부착단계 및
    탄소나노튜브가 부착된 알루미늄 분말을 아노다이징 처리하여 표면에 산화 피막을 형성시키는 산화 피막 형성단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 산화 피막 알루미늄 분말을 이용한 인쇄회로기판 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 산화 피막 형성단계에서는, 탄소나노튜브가 부착된 알루미늄 분말을 전해질에 담겨진 음극 회전 스크류 드럼에 통과시키면서 음극 전도성 브러시를 이용하여 알루미늄 분말을 지속적으로 접촉시키는 방법에 의해 산화 피막을 형성시키는 것을 특징으로 하는 산화 피막 알루미늄 분말을 이용한 인쇄회로기판 제조방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 산화 피막 알루미늄 분말 제조단계는,
    판형, 구형, 침상형을 포함하는 다양한 형상의 알루미늄 분말을 제조하여 산화 피막을 형성시키는 제1단계와,
    산화 피막이 형성된 알루미늄 분말에 에폭시, 탄소나노튜브 및 자일렌을 첨가하여 믹싱하는 제2단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 산화 피막 알루미늄 분말을 이용한 인쇄회로기판 제조방법.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 프리프레그 제조단계에서는 매트릭스 구조의 유리섬유에 형성된 메쉬 사이로 에폭시와 산화 피막 알루미늄 분말을 함침시키는 것을 특징으로 하는 산화 피막 알루미늄 분말을 이용한 인쇄회로기판 제조방법.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판 제조단계에서는,
    프리프레그의 상,하 양측으로 반경화 시트 형태의 제1 및 제2방열층을 적층하고,
    상기 제1방열층의 상면 및 제2방열층의 하면에 반경화 시트 형태의 제1 및 제2접착층을 적층하며,
    상기 제1접착층의 상면 및 제2방열층의 하면에 제1 및 제2동박회로층을 적층시키는 것을 특징으로 하는 산화 피막 알루미늄 분말을 이용한 인쇄회로기판 제조방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판 제조단계에서는,
    상기 제1동박회로층의 상면에 제3접착층, 제2프리프레그층, 제3방열층, 제4접착층 및 제3동박회로층을 순차적으로 더 적층시키는 것을 특징으로 하는 산화 피막 알루미늄 분말을 이용한 인쇄회로기판 제조방법.


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