KR20080053153A - 방열회로기판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 방열회로기판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 기판의 구조를 열전도도가 좋은 이종합금층으로 하고, 발열소자가 실장되는 발열소자 실장패드가 상기 이종합금층에 접촉되게 함으로써, 방열 특성을 향상시킬 수 있고, 고가의 세라믹 재질을 사용하지 않고도 방열 효율을 증대시킬 수 있는 방열회로기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명인 방열회로기판을 이루는 구성수단은, 서로 다른 금속이 적층되어 형성되는 이종합금층과, 상기 이종합금층 상에 형성되되, 홀이 구비되는 절연층과, 상기 절연층 상에 적층되는 도전층이 패터닝되어 형성되는 회로 패턴층과, 상기 절연층에 구비되는 홀을 통하여 상기 이종합금층에 접촉되는 발열소자 실장패드를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
방열회로기판

Description

방열회로기판 및 그 제조방법{radiant heat circuit substrate and method for manufacturing thereof}
도 1은 종래의 방열회로기판의 단면 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열회로기판의 단면 구조도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방열회로기판의 단면 구조도이다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 실시예에 따른 방열회로기판 제조 공정도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이종합금층 제조 공정도이다.
도 6은 종래 및 본 발명의 방열회로기판에 대한 테스트 결과를 보여주는 그림이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 이종합금층 11 : 금속 플레이트
13, 15 : 금속 박막 20 : 절연층
21 : 홀 30 : 도전층
31 : 회로 패턴층 40 : 발열소자 실장패드
100 : 본 발명에 따른 방열회로기판
본 발명은 방열회로기판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 기판의 구조를 열전도도가 좋은 이종합금층으로 하고, 발열소자가 실장되는 발열소자 실장패드가 상기 이종합금층에 접촉되게 함으로써, 방열 특성을 향상시킬 수 있고, 고가의 세라믹 재질을 사용하지 않고도 방열 효율을 증대시킬 수 있는 방열회로기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 회로기판이란 전기 절연성 기판에 구리와 같은 전도성 재료로 회로 패턴을 형성시킨 것으로 전자부품 관련 발열소자를 탑재하기 직전의 기판을 말한다.
상기와 같은 회로기판은 반도체 소자 및 발광다이오드(LED:light emitting diode) 등과 같은 발열소자를 탑재하게 되는데, 특히, 발광다이오드 등과 같은 소자는 심각한 열을 방출한다.
따라서, 상기와 같이 발열소자가 실장된 회로기판에서 열이 처리되지 못하게 되면, 발열소자가 탑재된 회로기판의 온도를 상승시켜 발열소자의 동작 불능 및 오동작을 야기할 뿐만 아니라 제품의 신뢰성을 저하시키게 되는데, 상기와 같은 발열문제를 해결하기 위하여 종래에는 여러 가지 방열 구조가 채용되고 있다.
도 1은 종래의 방열회로기판을 나타낸 단면 구조도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 방열회로기판(1)은 금속 플레이트(2), 절연층(3) 및 도전층(6)이 패턴화되어 형성되는 회로패턴부(5) 및 발열소자 실장부(4)로 구성된다.
상기와 같은 종래의 방열회로기판(1)은 탑재된 발열소자로부터 방출되는 열이 상기 에폭시(Epoxy)계 재질로 형성되는 절연층(3)의 간섭으로 인하여 방열목적으로 사용된 금속 플레이트(2)에 전달되지 못하게 된다. 따라서, 효율적으로 열을 방출할 수 없어서 불량 회로기판이 제조될 뿐만 아니라 발열소자가 오동작 될 위험이 있다. 즉, 상기 회로패턴부(5)와 금속 플레이트(2) 사이를 절연하기 위한 상기 절연층(3)에 의하여 방열 효과가 저해되고 있다.
한편, 상기 절연층(3)의 간섭을 줄이기 위하여 열전도도가 양호한 절연층(3)을 사용하는 방편이 제시되고 있기도 한다. 상기 열전도도가 좋은 절연층의 물질로는 고분자/세라믹 복합물질로 열전도도(약 2W/mk)가 높은 세라믹 물질을 적용하여 절연층의 열확산이 효율적으로 이루어지도록 도와주게 된다. 즉, 에폭시계 고분자와 세라믹 물질을 혼합하여 상기 절연층(3)으로 사용함으로써, 열 전도도를 높이고 있다.
상기 세라믹 물질의 경우 열전도도가 높은 대표적인 물질로 Diamond, AlN(aluminum nitride), BN(boron nitride) 등의 물질이 있다. Diamond의 경우 아주 높은 열전도도를 가지지만, 가격적인 면을 만족시키지 못하는 단점이 있다.
그리고, 상기 AlN이나 BN의 경우 기타 세라믹 소재에 비하여 높은 열전도도를 가지며 Diamond의 가격보다는 쌀 수 있으나, 여전히 가격이 높다. 따라서 절연 체 자체의 가격은 높을 수밖에 없다. 더불어 세라믹은 고온 공정이 필요하므로 단독으로 적용하기 어렵기 때문에 열전도도가 낮은 고분자 소재와의 복합체로 이루어져야한다. 결과적으로, 고분자/세라믹 복합체로 구성된 절연층의 열전도도를 높이는데는 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 기판의 구조를 열전도도가 좋은 이종합금층으로 하고, 발열소자가 실장되는 발열소자 실장패드가 상기 이종합금층에 접촉되게 함으로써, 방열 특성을 향상시킬 수 있고, 고가의 세라믹 재질을 사용하지 않고도 방열 효율을 증대시킬 수 있는 방열회로기판 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 방열회로기판을 이루는 구성수단은, 서로 다른 금속이 적층되어 형성되는 이종합금층과, 상기 이종합금층 상에 형성되되, 홀이 구비되는 절연층과, 상기 절연층 상에 적층되는 도전층이 패터닝되어 형성되는 회로 패턴층과, 상기 절연층에 구비되는 홀을 통하여 상기 이종합금층에 접촉되는 발열소자 실장패드를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 그리고, 상기 도전층은 얇은 구리가 적층되어 형성되는 동박층인 것이 바람직하다.
또한, 상기 이종합금층은 금속 플레이트와, 상기 금속 플레이트 상부 또는 상하부에 형성되는 금속 박막으로 구성되는 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 금속 플레이트 상부에만 열전도도가 좋은 금속 박막이 형성되거나, 상기 금속 플레이트의 상부 및 하부 모두에 열전도도가 좋은 금속 박막이 형성될 수 있다. 아울러, 상기 금속 플레이트의 상부 또는 상하부에 형성되는 금속 박막은 다층일 수도 있다.
또한, 상기 금속 플레이트는 알루미늄 또는 알루미늄 합금이고, 상기 금속 박막은 구리 또는 구리 합금인 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 금속 플레이트와 상기 금속 박막은 이종의 금속이고, 열전도도가 뛰어난 재질로 형성된다.
한편, 또 다른 본 발명인 방열회로기판 제조방법을 이루는 구성수단은 금속 플레이트 상부 또는 상하부에 금속 박막을 형성하여 이종합금층을 형성하는 단계, 상기 이종합금층 상부에 절연층과 도전층을 순차적으로 형성한 후, 상기 도전층을 에칭으로 패터닝하여 상기 절연층 상에 회로 패턴층을 형성하는 단계, 상기 절연층에 홀을 형성하고, 상기 홀을 통해 상기 이종합금층 상부와 접촉되는 발열소자 실장패드를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이종합금층을 형성하는 단계는, 상기 금속 플레이트에 대하여 알칼리 세정→수세→산 에칭→수세→밀착개량 공정을 수행하는 전처리 공정과, 상기 전처리된 금속 플레이트의 상부 또는 상하부면에 아연치환을 수행하고, 니켈 도금을 수행하는 공정과, 상기 니켈 도금된 상기 금속 플레이트 상부 또는 상하부면에 상기 금속 플레이트와 이종인 금속 박막을 도금하는 공정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 이종합금층은 금속 플레이트 상부 또는 상하부면에 금 속 박막을 도금하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 이종합금층을 형성하는 단계는, 스퍼터링법, 증발법 및 화학기상증착법 중 어느 하나를 이용하여 상기 금속 플레이트 상부 또는 하부면에 상기 금속 박막을 증착시키는 단계인 특징으로 한다. 즉, 상기 이종합금층은 PVD(Physical Vapor Deposition)법 또는 CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 의하여 상기 금속 플레이트 상부 또는 상하부에 상기 금속 박막을 증착시켜 형성될 수 있다.
또한, 상기 절연층에 형성된 홀은 레이져 또는 드릴 가공에 의하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 발열소자 실장패드는 사전에 제작되되, 금형제조법 또는 조각기 가공으로 형성되는 것을 특징으로 한다. 즉, 사전에 상기 발열소자 실장패드를 제작한 후, 상기 절연층의 홀과 금속 플레이트의 홈에 접촉 결합할 수 있다.
또한, 상기 발열소자 실장패드는 상기 절연층의 홀과 금속 플레이트의 홈에 전도성 물질을 도금하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 발열소자 실장패드에 발열소자인 반도체가 실장될 수 있는데, 발열 소자인 LED를 실장하여 백라이트용 광원 또는 조명용 광원으로 이용될 수 있는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 구성수단으로 이루어져 있는 본 발명인 방열회로기판 및 그 제조방법에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 방열회로기판의 단면 구조도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 방열회로기판은 서로 다른 금속이 적층되어 형성되는 이종합금층(10)과, 상기 이종합금층(10) 상에 형성되는 절연층(20)과, 상기 절연층(20) 상에 형성되는 회로 패턴층(31)과, 상기 이종합금층(10)과 접촉되도록 형성되는 발열소자 실장패드(40)를 포함하여 이루어진다. 한편, 상기 회로 패턴층(31)을 보호하기 위하여 상기 발열소자 실장패드(40)를 제외한 상기 절연층(20) 및 회로 패턴층(31) 상에 에폭시가 코팅된 구조를 가질 수도 있다.
상기 이종합금층(10)은 열전도도가 우수한 금속들이 적층되어 형성된다. 즉, 상기 이종합금층(10)은 열전도도가 우수한 금속 플레이트(11)와, 상기 금속 플레이트(11) 상부에 형성되는 금속 박막(13)으로 구성된다. 상기 금속 박막(13)은 열전도도가 우수하여 전달되는 열을 수평 방향으로 전달하거나, 상기 금속 플레이트(11)로 전달한다.
한편, 상기 금속 박막(13)은 상기 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 금속 플레이트(11) 상부에만 형성될 수 있지만, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 금속 플레이트(11) 상부 및 하부 모두에 형성될 수 있다. 상기 금속 플레이트(11) 하부에 형성되는 금속 박막(15)도 열전도도가 우수한 재질로 형성된다.
상기 금속 플레이트(11) 상부 또는 하부에 형성되는 금속 박막(13, 15)은 서로 같은 재질일 수도 있고, 다른 재질일 수도 있다. 그리고, 다층으로 형성될 수도 있다. 상기 금속 플레이트(11)는 열전도도가 우수한 알루미늄 또는 알루미늄 합금 으로 형성되는 것이 바람직하고, 상기 금속 박막은 구리 또는 구리 합금으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 서로 다른 금속이 적층되어 형성되는 이종합금층(10) 상부면에는 절연층(20)이 형성되는데, 이 절연층(20)에는 상기 이종합금층(10) 상부가 개방될 수 있도록 홀(21)이 구비된다. 상기 절연층(20)에 형성되는 홀(21)은 상기 발열소자 실장패드(40)가 형성되도록 하는 공간을 제공한다.
상기 본 발명에 사용되는 절연층(20)은 그 자체로는 열전도도(약 0.2 ~ 0.4W/mk)가 낮은 에폭시계 재질의 절연물질을 사용한다. 즉, 열전도도의 역할보다는 상기 이종 합금층(10)과 회로 패턴층(31) 간의 절연을 위해 존재한다. 대신, 열전도 역할은 후술할 열전도도가 높은 발열소자 실장패드(40)를 통해 열전도도가 높은 상기 이종 합금층(10)으로 급속히 전달됨으로써 이루어진다.
상기 홀(21)이 형성된 상기 절연층(20) 상부에는 소정 패턴의 회로 패턴층(31)이 형성된다. 상기 회로 패턴층(31)은 상기 절연층(20)에 적층되는 도전층이 에칭으로 패터닝되어 형성된다. 상기 도전층은 전기전도도가 높고 저항이 작은 금속으로 형성하면 되는데, 얇은 구리가 적층되어 형성되는 동박층인 것이 바람직하다.
한편, 상기 발열소자 실장패드(40)는 상기 절연층(20)에 형성되는 홀(21)에 삽입되어 형성된다. 즉, 상기 절연층(20)에 형성되는 홀(21)을 통해 상기 이종합금층(10)에 접촉되도록 형성된다.
상기 발열소자 실장패드(40)는 열전도도가 높은 금속으로 형성된다. 즉, 구 리 또는 알루미늄 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 발열소자 실장패드(40)의 단면적은 실장되는 발열소자 칩의 사이즈에 따라 변경될 수 있다. 실제, 상기 발열소자 실장패드(40)의 열전도도는 340 ~ 400W/mk에 이른다.
이와 같이, 상기 발열소자 실장패드(40)가 상기 홀(21)을 통해 상기 이종합금층(10)과 접촉되기 때문에, 상기 발열소자 실장패드(40)에 실장되는 발열소자에서 발생하는 열은 상기 열전도도가 높은 발열소자 실장패드(40)를 통하여 상기 이종합금층(10)에 전달되어 효율적으로 방열될 수 있다.
다음은, 상기와 같은 구조를 가지는 본 발명에 따른 방열회로기판을 제조하는 공정에 대하여 설명한다. 도 4a 내지 도 4e는 상기 방열회로기판의 제조 공정도이다. 도 4a 내지 도 4e의 공정은 상기 도 2에 도시된 본 발명에 따른 방열회로기판을 제조하는 공정이나, 도 3에 도시된 방열회로기판의 제조 공정도 동일하게 적용된다. 다만, 금속 플레이트(11) 하부에 금속 박막(15)을 더 형성하는 점만 다르다.
먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이, 열전도도가 우수한 금속 플레이트(11) 상부 또는 상하부에 열전도도가 우수한 금속 박막(13, 15)을 형성하여 이종합금층(10)을 형성한다. 즉, 도 4a 단계에서는 금속 플레이트(11) 상부에만 금속 박막(13)이 형성되는 이종합금층(10)을 형성할 수도 있고, 상기 금속 플레이트(11) 상하부 모두에 금속 박막(13, 15)이 형성되는 이종합금층(10)을 형성할 수도 있다.
상기와 같은 이종합금층(10)은 상기 금속 플레이트(10) 상부 또는 상하부에 열전도도가 우수한 금속 박막을 도금하여 형성되는 방법 또는 상기 금속 플레이 트(10) 상부 또는 상하부에 열전도도가 우수한 금속 박막을 증착법에 의하여 형성되는 방법으로 형성될 수 있다.
상기 금속 플레이트(11) 상부 또는 상하부에 금속 박막을 도금하여 상기 이종합금층(10)을 형성하는 절차는 도 5에 도시된 바와 같다.
먼저 상기 금속 플레이트(11) 상에 존재하는 파티클을 제거하고 표면개질을 수행하기 위하여 알카리 세정(alkali cleaning), 수세, 산 에칭(acid etching), 수세 및 밀착개량 공정을 연속적으로 진행하는 전처리 공정을 수행한다.
상기 알카리 세정(alkali cleaning) 공정은 상기 금속 플레이트(11) 상부 또는 하부면에 상기 금속 플레이트(11)와 이종인 금속 박막을 도금하기 전에, 표면에 묻어있는 이물질을 제거하거나 표면처리를 하기 위하여 수행된다. 상기 알카리 세정(alkali cleaning)은 50℃ ~ 60℃에서 1분 ~ 2분간 NaOH 용액 욕조에서 진행된다.
그리고, 상기 산 에칭(acid etching) 공정도 상기 금속 플레이트(11) 상부 또는 하부면에 상기 금속 플레이트(11)와 이종인 금속 박막을 도금하기 전에, 표면에 묻어있는 이물질을 제거하거나 표면처리를 하기 위하여 수행된다. 상기 산 에칭(acid etching)은 15℃ ~ 25℃에서 50초 ~ 70초간 HNO3 원액 욕조에서 진행된다.
또한, 상기 밀착개량 공정은 유기산, 무기산으로 이루어진 활성화제를 사용하고 여러 가지 원인이 되는 도금의 밀착불량을 개선하는 약품인 MCE 원액 욕조에서 15℃ ~ 25℃에서 30초 ~ 90초간 진행된다.
상기 전처리 공정을 받은 상기 금속 플레이트(11)는 표면을 깨끗히 하기 위하여 수세 공정을 받은 후, 상기 전처리된 금속 플레이트(11) 상부 또는 상하부면에 대하여 아연치환을 수행하고, 수 ㎛의 두께로 니켈 도금을 수행한다. 상기 아연치환이 수행된 상기 금속 플레이트(11) 및 니켈 도금된 금속 플레이트(11)는 표면을 깨끗히 하기 위하여 수세 공정을 받는다.
상기 아연치환은 금속 플레이트(11) 상부 또는 하부면에 상기 금속 플레이트(11)와 이종인 금속 박막을 도금할 때, 밀착력을 향상시키기 위한 공정으로서, 욕조에 담겨진 AL-BOND 500 약품에 요동을 주면서 15℃ ~ 25℃에서 1분 ~ 4분간 진행된다.
그리고, 상기 니켈 도금은 금속 플레이트(11)와 그 상부 또는 하부면에 도금되는 상기 금속 플레이트(11)와 이종인 금속 박막과의 응력을 최소화하기 위한 버퍼층을 형성하기 위해 수행된다. 상기 니켈 도금은 ICP NICORON GIB 용액 욕조에서 이루어지고, 80℃ ~ 90℃에서 120초 ~ 300초간 진행된다.
그런 다음, 상기 니켈 도금된 상기 금속 플레이트(11) 상부 또는 하부면에 상기 금속 플레이트(11)와 이종인 금속 박막(13, 15)을 수 ㎛ ~ 수십 ㎛ 두께로 도금을 수행함으로써, 이종합금층(10)을 형성한다. 여기서 상기 금속 플레이트(11)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성하고, 상기 금속 박막은 상기 금속 플레이트(11)와 이종인 구리 또는 구리 합금으로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 니켈 도금된 상기 금속 플레이트(11) 상부 또는 하부면에 상기 금속 플레이트(11)와 이종인 금속 박막(13, 15)을 도금할 때는, MK-ELC 700 용액 욕조에서 교반 또는 버블링(Bubbling)을 하면서 40℃ ~ 50℃에서 120초 ~ 300초간 진행한다.
다음으로, 상기 금속 플레이트(11) 상부 또는 상하부에 금속 박막을 증착하여 상기 이종합금층(10)을 형성하는 절차에 대하여 설명한다. 상기 금속 플레이트(11) 상부 또는 상하부에 상기 금속 박막을 증착하기 위해서는 스퍼터링(sputtering)법, 증발(evaporation)법 및 화학기상증착(CVD)법 중 어느 하나를 이용할 수 있다.
상기 스퍼터링(sputtering)법은 진공증착법인 PVD(Physical Vapor Deposition)법의 일종으로, 스퍼터링(sputtering) 가스를 진공분위기로 이루어진 챔버(camber) 내로 주입하여 증착하고자 하는 타겟(target) 물질과 충돌시켜 플라즈마를 생성시킨 후, 이를 상기 챔버 내에 마련되는 상기 금속 플레이트(11)에 코팅(coating)시키는 방법이다.
예를 들면, 타겟(Target) 물질을 구리(Cu)로 하고 스퍼터링 가스를 아르곤(Ar)으로 하여 상기 금속 플레이트(11) 상부 또는 상하부에 수십 Å ~ 수천 Å의 구리 박막을 형성하여 이종합금층(10)을 형성할 수 있다.
상기와 같은 공정에 의하여, 이종합금층(10)이 형성되면, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 이종합금층(10) 상부에 절연층(20)을 형성하고, 상기 절연층(20) 상에 도전층(30)을 형성한다. 상기 절연층은 고가의 세라믹 재질을 사용하지 않고 일반적인 절연물질을 이용해도 무방하다.
상기와 같이 형성된 상태에서, 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 절연층(20) 상부에 형성된 도전층(30)에 대하여 패터닝 형성 공정을 수행한다. 상기 패터닝 형 성 공정은 포토리소그래피 공정을 통한 에칭공정으로 수행하거나 레이져로 직접 패턴을 형성시키는 레이져 공정으로 수행한다. 즉, 상기 도전층(30)을 포토리소그래피 공정을 통한 에칭 또는 레이져 공정으로 패터닝하여 회로 패턴층(31)을 형성한다. 상기 도전층은 전기전도도가 높고 저항이 낮은 물질로 형성되면 되는데, 구리로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 도전층(30)을 패터닝하여 상기 회로 패턴층(31)을 형성한 후에는, 도 4d에 도시된 바와 같이, 상기 절연층(20)에 홀(21)을 형성한다. 상기 절연층(20)의 홀(21)은 물리적 가공수단에 의하여 형성될 수 있는데, 레이져 가공 또는 드릴 가공에 의하여 형성되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 상기 절연층(20)에 홀(21)이 형성되면, 도 4e에 도시된 바와 같이, 상기 절연층(20)의 홀(21)을 통해 상기 이종합금층(10) 상부와 접촉되도록 상기 발열소자 실장패드(40)를 형성한다. 이와 같은 공정을 통하여 상기 발열소자 실장패드(40)는 상기 이종합금층(10)에 접촉된다.
상기 발열소자 실장패드(40)가 상기 이종합금층(10)에 접촉되도록 형성하는 공정은 두 가지로 나뉠 수 있다. 첫째는 상기 발열소자 실장패드(40)를 사전에 제작하여 상기 이종합금층(10)에 접촉되도록 한다.
상기 사전에 제작되는 발열소자 실장패드(40)는 기계가공 또는 주조 방식에 의하여 제작될 수 있다. 즉, 상기 발열소자 실장패드(40)는 사전에 제작된 금형을 이용하여 제작되거나(금형 제조법), 조각기로 가공하여 제작되거나(조각기 가공법), 재료를 원하는 형상의 틀에 녹여서 주조 방식으로 제작되거나, 판상의 재료를 레이져로 커팅하여 제작될 수 있다.
상기와 같은 방법으로 사전에 제작된 발열소자 실장패드(40)는 표면에 묻어있는 이물질 및 버(burr)를 제거하기 위하여, 과황산염계 에쳔트(echant)로 소프트 에칭된다. 그런 후, 상기 절연층(20)의 홀(21)에 삽입된 후, 200℃ 이하의 온도와 4*107 kg/m2 압력 조건에서 열압착되어 상기 이종 합금층(10)에 접촉되도록 한다.
둘째는 도금 처리로 상기 발열소자 실장패드(40)가 상기 이종합금층(10)에 접촉될 수 있도록 형성시킬 수 있다. 즉, 상기 절연층(20)의 홀(21)에 전도성 물질을 도금하거나, 전도성 페이스트를 채움으로써, 상기 이종합금층(10)과 접촉될 수 있는 상기 발열소자 실장패드(40)를 형성할 수 있다.
상기와 같이 제조된 방열회로기판은 백라이트용 광원 또는 조명용 광원으로 이용될 수 있다. 즉, 상기 발열소자 실장패드(40)에 LED를 실장하여 LCD 패널에 빛을 조사하는 백라이트용 광원 또는 각 종 조명기구에 빛을 조사하는 조명용 광원으로 사용될 수 있다.
따라서, 상기와 같은 절차에 의하여 제작된 방열회로기판의 발열소자 실장패드(40)에 열을 발생시키는 반도체 소자인 LED를 실장하는 단계를 더 추가함으로써, 백라이트용 광원 또는 조명용 광원으로 사용할 수 있다.
이상과 같은 공정에 의하여 제조된 방열회로기판은 발열소자가 실장되는 발열소자 실장패드가 상기 이종합금층에 직접 접촉되기 때문에, 상기 발열소자에서 발생하는 열은 상기 열전도도가 높은 발열소자 실장패드 및 이종합금층을 통하여 효율적으로 방열될 수 있게 된다.
상기와 같이 제조된 본 발명에 따른 방열회로기판의 방열 효율을 종래의 방열회로기판과 대비하여 설명하면 다음과 같다. 도 6은 종래의 방열회로기판과 본 발명에 따른 방열회로기판(도 2 및 도 3에 도시된 방열회로기판)에 대한 열 특성 시뮬레이션 결과를 보여주는 그림이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 열원에 해당하는 발열소자를 발열소자 실장패드에 실장하고, 동일한 전원을 인가한 후의 시뮬레이션 결과 그림을 보면, 종래의 방열회로기판보다 본 발명에 따른 방열회로기판에서 열 전달 및 확산이 잘 진행됨을 알 수 있다. 그리고, 상부 온도(top temp)와 하부 온도(bottom temp)의 차(△T)가 종래보다 본 발명에 따른 방열회로기판에서 작은 것을 알 수 있다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 도 1에 도시된 종래의 방열회로기판 구조에서는 6.5의 △T를 보이고, 도 2에 도시된 본 발명의 방열회로기판 구조 1에서는 4.6의 △T를 보였으며, 도 3에 도시된 본 발명의 방열회로기판 구조 2에서는 4.5의 △T를 보였다.
결과적으로, 본 발명에 따른 방열회로기판의 상부 온도는 종래의 방열회로기판의 상부 온도보다 더 낮고, 본 발명에 따른 방열회로기판의 하부 온도는 종래의 방열회로기판의 하부 온도보다 더 높다는 것을 알 수 있으며, 이는 본 발명에 따른 방열회로기판에서 열 전도 및 열 확산이 뚜렷하게 잘 이루어지고 있음을 증명한다.
상기와 같은 시뮬레이션은 열 유동 해석 프로그램인 CFX를 사용하였고, 종래의 방열회로기판의 절연층의 열전도도(k)를 2W/mk로 하였으며, 본 발명의 방열회로 기판의 절연층의 열전도(k)를 0.4W/mk로 하였다. 그리고 주변 온도는 297K(24℃)로 하고, 발열소자 칩의 발생열은 4.0*107W/m3 로 하였다.
상기와 같은 구성 및 바람직한 실시예를 가지는 본 발명인 방열회로기판 및 그 제조방법에 의하면, 기판의 구조를 열전도도가 좋은 이종합금층으로 하고, 발열소자가 실장되는 발열소자 실장패드가 상기 이종합금층에 접촉되기 때문에, 방열 특성을 향상시킬 수 있다. 또한 고가의 세라믹 재질을 사용하지 않고도 방열 효율을 증대시킬 수 있어 생산 수율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (12)

  1. 방열회로기판에 있어서,
    서로 다른 금속이 적층되어 형성되는 이종합금층과;
    상기 이종합금층 상에 형성되되, 홀이 구비되는 절연층과;
    상기 절연층 상에 적층되는 도전층이 패터닝되어 형성되는 회로 패턴층과;
    상기 절연층에 구비되는 홀을 통하여 상기 이종합금층에 접촉되는 발열소자 실장패드를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 방열회로기판.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 이종합금층은 금속 플레이트와, 상기 금속 플레이트 상부 또는 상하부에 형성되는 금속 박막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방열회로기판.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 금속 플레이트는 알루미늄 또는 알루미늄 합금이고, 상기 금속 박막은 구리 또는 구리 합금인 것을 특징으로 하는 방열회로기판.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 도전층은 얇은 구리가 적층되어 형성되는 동박층인 것을 특징으로 하는 방열회로기판.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 발열소자 실장패드에 LED가 실장되어, 백라이트용 광원 또는 조명용 광원으로 이용되는 것을 특징으로 하는 방열회로기판.
  6. 방열회로기판 제조방법에 있어서,
    금속 플레이트 상부 또는 상하부에 금속 박막을 형성하여 이종합금층을 형성하는 단계;
    상기 이종합금층 상부에 절연층과 도전층을 순차적으로 형성한 후, 상기 도전층을 에칭으로 패터닝하여 상기 절연층 상에 회로 패턴층을 형성하는 단계;
    상기 절연층에 홀을 형성하고, 상기 홀을 통해 상기 이종합금층 상부와 접촉되는 발열소자 실장패드를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 방열회로기판 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 이종합금층을 형성하는 단계는,
    상기 금속 플레이트에 대하여 알칼리 세정→수세→산 에칭→수세→밀착개량 공정을 수행하는 전처리 공정과, 상기 전처리된 금속 플레이트의 상부 또는 상하부면에 아연치환을 수행하고, 니켈 도금을 수행하는 공정과, 상기 니켈 도금된 상기 금속 플레이트 상부 또는 상하부면에 상기 금속 플레이트와 이종인 금속 박막을 도금하는 공정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 방열회로기판 제조방법.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 이종합금층을 형성하는 단계는,
    스퍼터링법, 증발법 및 화학기상증착법 중 어느 하나를 이용하여 상기 금속 플레이트 상부 또는 하부면에 상기 금속 박막을 증착시키는 단계인 것을 특징으로 하는 방열회로기판 제조방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 절연층에 형성된 홀은 레이져 또는 드릴 가공에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 방열회로기판 제조방법.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 발열소자 실장패드는 사전에 제작되되, 금형제조법 또는 조각기 가공으로 형성되는 것을 특징으로 하는 방열회로기판 제조방법.
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 발열소자 실장패드는 상기 절연층의 홀에 전도성 물질을 도금하거나, 전도성 페이스트를 채워서 형성되는 것을 특징으로 하는 방열회로기판 제조방법.
  12. 청구항 6에 있어서,
    상기 발열소자 실장패드에 LED가 실장되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열회로기판 제조방법.
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