KR20100025457A - Insulated metal components and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An insulation metal element and a manufacturing method thereof are provided to improve thermal conductivity and insulating property by forming an insulating layer which has high use temperature using spray coating. CONSTITUTION: A manufacturing method of an insulation metal element comprises following steps. A concavo-convex part is formed on a base material(110). A thermal sprayed coating layer(130) is formed on the concavo-convex part. A charging layer(131) is formed on the thermal sprayed coating layer. A wiring layer(190) is formed on the charging layer.

Description

절연 금속 부품 및 그 제조 방법{Insulated metal components and method of manufacturing the same}Insulated metal components and method of manufacturing the same

본 발명은 용사 코팅을 이용한 금속 모재의 적어도 일면에 절연층을 형성한 절연 금속 부품 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 금속 모재 위에 요철부를 형성하는 표면처리 후 용사 코팅으로 제조한 절연층 및 금속 배선층을 형성하여 LED 및 고출력 반도체 소자용 금속 인쇄 회로 기판, 열전 소자 모듈용 금속 절연 기판, 반도체 장비용 정전척 등으로 응용할 수 있는 절연 금속 부품 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an insulated metal component having an insulating layer formed on at least one surface of a metal base material using a thermal spray coating, and a method of manufacturing the same. In particular, an insulating layer and a metal wiring layer made of a thermal spray coating after surface treatment of forming an uneven portion on the metal base material. The present invention relates to a metal printed circuit board for LEDs and high power semiconductor devices, a metal insulating board for thermoelectric module, an electrostatic chuck for semiconductor equipment, and the like, and a method of manufacturing the same.

백열전등 및 형광등 등의 전통적인 조명을 대체할 수 있고, 고효율과 친환경을 동시에 만족하는 차세대 광원 제품으로 가장 주목받는 것이 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)이다. LED는 다양한 분야에 이용되고 있는데, 특히 고휘도(High Brightnesss, Power) LED의 경우 휴대폰 및 이동 통신기기의 백라이트 유닛(Back Light Unit) 및 플래쉬 등에 이미 응용되고 있고, 응용 분야를 급속하게 확대해 나가고 있다.Light Emitting Diodes (LEDs) are the next-generation light source products that can replace traditional lighting such as incandescent lamps and fluorescent lamps and satisfy high efficiency and eco-friendliness at the same time. LEDs are used in various fields. In particular, high brightness LEDs are already being applied to backlight units and flashlights of mobile phones and mobile communication devices, and are expanding rapidly. .

그러나, LED는 아직까지 입력 전력 대비 발광 효율이 낮기 때문에 많은 열이 발생한다. LED에서 발생하는 열은 패키지와 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board; 이하에서는 PCB라 한다)을 통하여 신속하게 방열되어야 하는데, 일반 범용 PCB에서 사용하는 FR-4 절연층의 열전도율은 유리 섬유와 에폭시의 특성에 의해 약 0.25W/mK로 매우 낮다. 따라서, 일반 범용 PCB를 0.5W급 이상의 LED 패키지 및 모듈에서의 기판 재료로 사용하는데 한계가 있다.However, LEDs generate a lot of heat because the luminous efficiency is still low compared to the input power. The heat generated by LEDs must be quickly dissipated through the package and the printed circuit board (hereinafter referred to as PCB) .The thermal conductivity of FR-4 insulation layer used in general purpose PCB is characterized by the properties of glass fiber and epoxy. By about 0.25 W / mK, which is very low. Therefore, there is a limitation in using a general-purpose general purpose PCB as a substrate material in LED packages and modules of 0.5W or more.

이러한 방열 문제를 효과적으로 해결하기 위해 사용되는 대표적인 것이 금속 인쇄 회로 기판(metal printed circuit board; 이하에서는 metal PCB이라 한다)이다. metal PCB은 전자 제품의 고속도화 및 고밀도화에 따른 방열 효과를 극대화하기 위한 특수 기판이다. metal PCB은 열전도율이 우수한 알루미늄(Al)이나 구리(Cu), 철, 티타늄, 마그네슘, 니켈 또는 그 합금을 기지 금속으로 이용하고, 구리 박판(foil)을 회로층으로 이용하며, 기지 금속과 회로층 사이에 에폭시 수지를 넣고 프레스를 이용하여 가압 열처리하여 제작하고 있다. 그러나, 충분한 절연성을 확보하기 위해서는 최소 60㎛ 이상의 절연층을 형성하여야 하는데, 절연층의 두께가 두꺼워지면 열저항이 급격히 증가하는 단점이 있다. 한편, 일반적인 에폭시 수지 또는 페놀 수지의 경우 매우 낮은 열전도율을 가지므로, 이를 개선하기 위하여 에폭시 수지에 비해 상대적으로 열전도율이 우수한 알루미나(Alumina; Al2O3) 또는 질화붕소(Boron nitride) 같은 세라믹 필러(filler)를 약 30% 내지 50% 정도 절연 층에 넣고 있다. 그러나, 이는 절연층의 제조 가격을 높이는데 비해 약 2W/mK 내외의 충분한 열전도율을 얻지 못하고 있다. 또한, 세라믹 필러의 함량이 많아지면 절연층의 탄력성이 없어지고 깨지기 쉬운 경질층이 되기 때문에 배선층이 박리되거나 절연층이 들뜨는 등의 문제점이 속출되고, metal PCB 제작을 위한 후속 드릴링이나 라우팅, 금형 타발 공정을 진행하는데 문제가 있다. 그리고, 에폭시 수지의 특성상 유리 천이 온도(glass transition temperature) 이상에서 높은 열팽창 계수를 가지므로, metal PCB의 사용 온도가 100∼150℃ 내외로 낮은 문제가 있다.A representative example used to effectively solve the heat dissipation problem is a metal printed circuit board (hereinafter referred to as a metal PCB). Metal PCB is a special board to maximize heat dissipation effect due to high speed and high density of electronic products. The metal PCB uses aluminum (Al), copper (Cu), iron, titanium, magnesium, nickel, or an alloy thereof having excellent thermal conductivity as a base metal, and a copper foil as a circuit layer, and a base metal and a circuit layer. The epoxy resin is put in between, and it press-processes using a press and produces it. However, in order to ensure sufficient insulation, an insulating layer of at least 60 μm or more must be formed, and when the thickness of the insulating layer becomes thick, there is a disadvantage in that the thermal resistance increases rapidly. On the other hand, since a general epoxy resin or a phenol resin has a very low thermal conductivity, in order to improve this, a ceramic filler such as alumina (Al 2 O 3 ) or boron nitride (Alumina; filler) is in the insulating layer of about 30% to 50%. However, this does not obtain sufficient thermal conductivity of about 2 W / mK, while increasing the manufacturing cost of the insulating layer. In addition, as the content of the ceramic filler increases, the elasticity of the insulating layer is lost and the hard layer is easily broken, which causes problems such as peeling of the wiring layer or lifting of the insulating layer, and subsequent drilling, routing, and mold punching for metal PCB manufacturing. There is a problem with the process. In addition, since the epoxy resin has a high coefficient of thermal expansion above the glass transition temperature (glass transition temperature), there is a problem that the use temperature of the metal PCB is low around 100 ~ 150 ℃.

참고적으로 열전도율(W/mK)은 재료의 고유 특성이며, 열저항(K/W)은 재료의 두께 변수가 고려된 값이다. 즉, 열전도율이 아무리 좋은 절연층을 사용한다고 하더라도 절연층의 두께가 증가하면 상대적으로 열저항은 커지게 되고, 열전도율이 낮은 재료라고 하더라도 절연층의 두께를 얇게 하면 열저항은 낮아지게 된다. For reference, the thermal conductivity (W / mK) is an intrinsic property of the material, and the thermal resistance (K / W) is a value in which the thickness parameter of the material is considered. In other words, even if an insulating layer having a good thermal conductivity is used, as the thickness of the insulating layer is increased, the thermal resistance becomes relatively large, and even if the material having a low thermal conductivity is made thin, the thermal resistance is lowered.

또한, 종래의 metal PCB를 제조하는 또 다른 방법으로 알루미늄 금속 모재에 아노다이징을 이용하여 알루미나 절연층을 만들고 있으나, 아노다이징에 의해 형성된 알루미나 절연층은 많은 기공을 포함하고 있고 최소 30㎛ 이상의 균일한 두께를 성장시키기 위해 많은 공정시간이 필요하고, 충분한 절연성을 확보하기가 매우 어려운 단점이 있다.In addition, another method of manufacturing a conventional metal PCB is to make an alumina insulating layer using anodizing on an aluminum metal substrate, but the alumina insulating layer formed by anodizing contains many pores and has a uniform thickness of at least 30 μm. It takes a lot of process time to grow, it is very difficult to ensure sufficient insulation.

또한, 종래의 metal PCB를 제조하는 또 다른 방법으로 알루미늄 판재에 그릿 블래스팅으로 요철층을 형성해 주고, 용사 코팅으로 알루미나 절연층을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 용사 코팅으로 제조한 알루미나 절연층은 많은 기공과 결함을 포함하고 있기 때문에, 모재와의 결합력이 낮고, 절연파괴전압이 낮고, 충분한 열전도율을 얻기가 어렵다. 추가적으로 그릿 블래스팅으로 모재에 요철층을 형성할 때 2㎜ 이하의 얇은 모재의 경우 심한 변형이 생기는 문제가 있다.In addition, as another method of manufacturing a conventional metal PCB, a method of forming an uneven layer by grit blasting on an aluminum plate, and manufacturing an alumina insulating layer by thermal spray coating is disclosed. However, because the alumina insulating layer prepared by the thermal spray coating contains many pores and defects, the bonding strength with the base material is low, the dielectric breakdown voltage is low, and it is difficult to obtain sufficient thermal conductivity. In addition, when the uneven layer is formed on the base material by grit blasting, there is a problem that severe deformation occurs in the case of the thin base material of 2 mm or less.

또한, 종래의 metal PCB의 경우 인쇄 회로 패턴을 형성하기 위해 사진 공정을 이용하기 때문에 500×600㎜ 이상으로 대형화하는데 어려움이 있고, 이로 인해 대형 LCD용 백라이트 유닛이나 조명용 LED 기판 재료로 사용하는데 문제가 있다. 또한, 종래의 metal PCB은 열전도율을 향상시키기 위해 하부에 알루미늄 또는 구리 재질의 히트싱크(heat sink)를 결합하여 사용하는데, 별도로 결합된 metal PCB와 히트싱크의 계면에 열접촉 저항을 감소시키기 위해 실리콘 재질의 TIM(Thermal Interface Material)을 적용함에도 불구하고 열전도율의 저하 및 원가 상승 요인이 되어 왔다.In addition, in the case of a conventional metal PCB, it is difficult to increase the size to 500 × 600 mm or more because a photo process is used to form a printed circuit pattern, which causes a problem in using it as a large LCD backlight unit or an LED substrate material for lighting. have. In addition, the conventional metal PCB is used by combining a heat sink made of aluminum or copper at the bottom to improve the thermal conductivity, silicon to reduce the thermal contact resistance at the interface between the separately bonded metal PCB and the heat sink. Despite the application of TIM (Thermal Interface Material), the thermal conductivity has been a cause of deterioration and cost increase.

한편, 열전도율이 높은 세라믹 코팅층을 제작하는 일반적인 방법으로 소결법과 기상 증착법으로 크게 나눌 수 있다. 먼저, 두꺼운 세라믹 기판을 만들 수 있는 소결법은 고순도 세라믹 분말을 이용하여 프레스 성형하고 충분히 높은 소결 온도에서 세라믹 입자의 치밀화를 이룰 수 있으나, 기판의 대형화가 어렵고 가격이 매우 높기 때문에 특수 용도 이외에는 사용하지 않는다. 기상 증착법으로는 펄스 레이저 증착(PLD)법, 스퍼터링(sputtering)법, 진공 증착(vacuum evaporation)법, 화학 기상 증착(CVD, Chemical Vapor Deposition)법, 이온 플레이팅(ion plating)법 등이 있으나 5㎛ 두께 이상의 후막을 얻기는 매우 어렵다. On the other hand, as a general method for producing a ceramic coating layer having a high thermal conductivity can be largely divided into sintering method and vapor deposition method. First, the sintering method for making a thick ceramic substrate can be press-molded using high-purity ceramic powder and achieve densification of the ceramic particles at a sufficiently high sintering temperature, but it is not used for special purposes because it is difficult to enlarge the substrate and the price is very high. . Vapor deposition methods include pulsed laser deposition (PLD), sputtering, vacuum evaporation, chemical vapor deposition (CVD), and ion plating. It is very difficult to obtain a thick film having a thickness of more than a μm.

또한, LED 외에 엘리베이터의 제어 부품 및 모터의 A/D 컨버터, RF 소자, 고출력 반도체 소자 등에서도 반도체 부품의 열방출이 큰 문제로 대두되고 있다. 이 와 같은 고출력 반도체 소자용 metal PCB로 사용하기 위해서는 LED용 metal PCB가 보통 1000V 이상의 절연파괴전압을 가져야 하는 것에 비해, 최소한 5KV 이상의 절연파괴전압 및 높은 열전도율을 가진 절연층을 사용하여 열저항을 낮추는 것이 필요하다. 따라서 이러한 고출력 반도체 소자용 PCB는 고가의 세라믹 기판에 인쇄회로를 형성해야 하는 문제점이 있었다. In addition to the LEDs, heat dissipation of semiconductor components is also a major problem in elevator control components, motor A / D converters, RF devices, and high output semiconductor devices. In order to use this as a metal PCB for high power semiconductor device, LED metal PCB has to have insulation breakdown voltage of 1000V or higher, but lower insulation resistance by using insulation layer having insulation breakdown voltage and high thermal conductivity of at least 5KV. It is necessary. Therefore, the PCB for such a high power semiconductor device has a problem that a printed circuit must be formed on an expensive ceramic substrate.

또한, 열을 전기로 또는 전기를 열로 변환하는 열전소자(Peltier device) 모듈의 기판 소재로 보통 알루미나 기판을 많이 사용하는데 알루미나 기판의 경우 가격이 비싸고, 깨지기 쉬우며, 세라믹으로서는 열전도율이 상대적으로 높으나 금속에 비해 열전도율이 매우 낮은 단점을 가지고 있었다. 열전소자모듈용 기판으로 사용하기 위해서는 적어도 한면에 절연층을 형성하고 열전소자를 솔더 접합할 수 있는 구리와 같은 금속전극을 형성할 수 있어야 하는데, 이를 위해 사용하는 것이 금속 절연 기판(Insulated metal substrate, 이하 IMS라 한다)이다. 이러한 IMS는 기존의 알루미나 기판에 비해 필요한 부분만 절연층이 형성되어 있으므로 IMS의 전체 열저항은 기존의 알루미나 기판에 비해 매우 낮게 된다. 이러한 IMS의 경우에도 필요한 절연성을 가질 수 있도록 절연층의 두께를 최소화하면 할수록 낮은 열저항을 가지는 특성을 가지게 된다. In addition, alumina substrates are commonly used as substrate materials of Peltier device modules that convert heat into electricity or electricity into heat. Alumina substrates are expensive, fragile, and have relatively high thermal conductivity as ceramics. Compared with the low thermal conductivity. In order to use as a substrate for a thermoelectric element module, an insulating layer must be formed on at least one surface and a metal electrode such as copper to solder the thermoelectric element can be formed. For this purpose, an insulated metal substrate, Hereinafter referred to as IMS). Since the insulating layer is formed only on the required portion of the IMS as compared to the conventional alumina substrate, the overall thermal resistance of the IMS is much lower than that of the conventional alumina substrate. In the case of such an IMS, as the thickness of the insulating layer is minimized to have the required insulation property, the IMS has a low thermal resistance.

또한, 최근 진공을 이용하는 반도체 장비에서 실리콘 웨이퍼 및 LCD(Liquid Crystal Display)판넬을 흡착하기 위해 많이 사용하는 정전척(Electrostatic Chuck)의 경우 충분한 절연성 및 낮은 열저항, 고온 안정성 등을 가져야 한다. 이러한 정전척을 제조하는 방법 중의 하나가 용사 코팅(thermal spray coating)로 절 연층 및 전극층을 형성하고 있지만, 용사 코팅으로 제조한 절연층이 충분한 절연성 및 접착력, 낮은 열저항을 확보하는데 매우 어려움을 겪고 있다.In addition, in the case of an electrostatic chuck, which is widely used to adsorb silicon wafers and liquid crystal display (LCD) panels in semiconductor devices that use vacuum recently, they should have sufficient insulation, low thermal resistance, and high temperature stability. One of the methods of manufacturing such electrostatic chucks is to form an insulating layer and an electrode layer by thermal spray coating, but the insulating layer made of the thermal spray coating is very difficult to secure sufficient insulation and adhesion and low thermal resistance. have.

본 발명은 용사 코팅을 LED 및 고출력 반도체 소자용 metal PCB에 적용하여 열전도율 및 절연성, 접착성, 생산성 등을 획기적으로 향상시킬 수 있으며, 대형화할 수 있는 절연 금속 부품 및 그 제조 방법을 제공한다.The present invention can significantly improve thermal conductivity and insulation, adhesion, productivity, etc. by applying a thermal spray coating to a metal PCB for LEDs and high power semiconductor devices, and provides an insulated metal component and a method of manufacturing the same.

본 발명은 기존의 유리 섬유 및 에폭시 수지 등의 절연층을 이용하지 않고, 용사 코팅을 이용하여 높은 사용 온도를 가지는 절연층을 형성하여 높은 열전도율 및 충분한 절연성을 확보할 수 있는 metal PCB 및 그 제조 방법을 제공한다. The present invention provides a metal PCB and a method of manufacturing the same, which can ensure a high thermal conductivity and sufficient insulation by forming an insulating layer having a high use temperature using a thermal spray coating without using an insulating layer such as glass fiber and epoxy resin. To provide.

본 발명은 용사 코팅을 이용하면서 사진 공정을 이용하지 않고 마스킹 방법, 잉크젯 인쇄 또는 스크린 프린팅을 이용한 직묘(direct writing) 방법을 이용하여 인쇄 회로 패턴을 형성하는 부품 및 그 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a component for forming a printed circuit pattern using a masking method, an inkjet printing, or a direct writing method using screen printing, without using a photographic process while using a thermal spray coating, and a method of manufacturing the same.

본 발명은 용사 코팅을 이용해 제조한 절연층의 내부에 있는 기공 및 결함을 충진함으로써 절연성을 높일 수 있는 방법을 제공한다. The present invention provides a method of increasing the insulation by filling the pores and defects in the interior of the insulating layer prepared by the spray coating.

본 발명은 용사 코팅을 이용해 제조한 절연층의 열전도율을 높일 수 있는 방법을 제공한다. The present invention provides a method for increasing the thermal conductivity of an insulating layer prepared using a thermal spray coating.

본 발명은 금속 모재 위에 표면처리에 의해한 요철층에 부가적인 계면 절연층을 형성하고, 그 위에 용사 코팅을 함으로써 매우 높은 절연성 및 결합력을 가지는 매우 얇은 용사 코팅층을 형성할 수 있는 방법을 제공한다.The present invention provides a method of forming a very thin thermal spray coating layer having a very high insulation and bonding strength by forming an additional interfacial insulating layer on the concavo-convex layer formed by surface treatment on a metal base material, and spray coating thereon.

본 발명에서는 상기한 목적을 달성하기 위해 LED 및 고출력 반도체 소자용 metal PCB에 용사(thermal spray) 코팅을 이용한다. 용사 코팅은 높은 열에너지와 속도 에너지를 가지고 비산되는 용융된 코팅 재료가 모재의 표면에 충돌하여 모재와 강한 접착력과 입자간의 치밀한 응집력으로 코팅되는 일종의 표면 처리 코팅 기술이다. 용사 코팅은 모재의 종류와 크기에 제한이 없고, 모재의 변형이 거의 없으며, 금속, 세라믹, 합금 등을 짧은 시간에 매우 두껍게 코팅할 수 있고, 코팅 재료에 따라 내마모성 및 내식성, 내열성 등의 특성을 부여할 수 있다. 특히 본 특허에서는 용사법으로 절연층을 빠른 속도로 대면적에 형성함으로써 상기 금속 절연 부품에서 필요로하는 열전도율 및 절연성을 확보할 수 있다. In the present invention, a thermal spray coating is used on a metal PCB for LEDs and high power semiconductor devices in order to achieve the above object. Thermal spray coating is a kind of surface treatment coating technique in which molten coating material scattered with high thermal energy and velocity energy impinges on the surface of the base material and is coated with a strong adhesion force between the base material and the fine cohesion between particles. Thermal spray coating is not limited to the type and size of the base material, there is almost no deformation of the base material, can be coated very thick metal, ceramics, alloys, etc. in a short time, and depending on the coating material, such characteristics as abrasion resistance, corrosion resistance, heat resistance You can give it. In particular, in the present patent, by thermally forming an insulating layer in a large area at a high speed, thermal conductivity and insulation properties required by the metal insulating part can be secured.

그러나, 용사 코팅은 용사 코팅층 내부에 용사조건에 따라 달라지지만 약 5 내지 20% 내외의 많은 기공이 존재하고, 모재와 용사 코팅층 사이에 화학적 결합이 이루어지지 않고 단순히 기계적 결합에 의해서만 유지되기 때문에 용접이나 열처리 등이 다른 접합 기술에 비해 상대적으로 계면 접착력이 약하다는 단점이 있다. 따라서, 본 발명에서는 알루미늄이나 마그네슘, 티타늄, 구리, 철, 니켈 또는 그 합금의 모재와 용사 코팅층의 계면 접착력을 향상시키기 위해 모재 표면에 그릿 블래스팅(grit blasting) 또는 샌드 블래스팅(sand blasting), 래핑(lapping), 화학적 에칭(etching) 등의 표면처리(이하 "표면처리"라 한다) 등을 이용하여 통상적으로 약 1um 내지 15㎛의 요철층을 형성한 후, 그 위에 용사 코팅을 이용하여 절연층을 형성한다. 모재 표면의 요철층이 1㎛ 이하가 되면 용사 효율이 떨어지게 되고, 15㎛ 이상이 되면 표면의 전체적인 요철이 너무 심해서 평탄도가 중요한 응용제품의 용사층을 얇게 가져 가는데 문제가 있게 된다. 또한 그릿 블래스팅이나 샌드 블래스팅의 경우 고압으로 그릿이나 샌드를 블래스팅해 주기 때문에 알루미늄이나 마그네슘, 구리와 같이 기계적 강도가 낮은 판재에 변형이 발생하므로, 두께가 얇은 판재의 경우 적절한 표면 요철층을 형성할 수 있도록 래핑이나 화학적 에칭을 적용하여 접착력을 향상시킬 수 있다.However, the thermal spray coating varies depending on the thermal spraying conditions within the thermal spray coating layer, but there are many pores of about 5 to 20%, and because the chemical bond is not formed between the base material and the thermal spray coating layer, it is maintained only by mechanical bonding. Heat treatment and the like have a disadvantage in that the interfacial adhesion is relatively weak compared to other bonding techniques. Therefore, in the present invention, in order to improve the interfacial adhesion between the base material and the thermal spray coating layer of aluminum, magnesium, titanium, copper, iron, nickel or alloy thereof, grit blasting or sand blasting, Surface treatment such as lapping, chemical etching, etc. (hereinafter referred to as "surface treatment") is usually used to form an uneven layer having a thickness of about 1 μm to 15 μm, and then therein, using a thermal spray coating thereon. Form a layer. When the uneven layer of the surface of the base material is less than 1㎛ the spray efficiency is lowered, if more than 15㎛ the overall uneven surface of the surface is too severe, there is a problem in bringing a thin sprayed layer of the application of the flatness is important. In addition, grit blasting or sand blasting causes grit or sand to be blasted at a high pressure. Therefore, deformation occurs in low mechanical strength plates such as aluminum, magnesium, and copper. Lapping or chemical etching can be applied to improve adhesion.

상기 금속 모재와 용사 코팅으로 형성한 절연층의 접착력을 향상시키기 위하여 표면처리를 시행한 후 얇은 두께로 아노다이징 또는 플라즈마 전해 산화 방법(Plasma Electrolytic Oxidaion, 이하 "PEO"라 한다)으로 금속 모재의 표면에 얇게 산화막을 형성시키면 접착력을 크게 향상시킬 수 있다. 이러한 아노다이징 또는 PEO를 적용할 수 있는 금속 모재는 양극 산화가 가능한 알루미늄 또는 마그네슘, 티타늄, 지르코늄 등에 한정되어 적용할 수 있으며, 접착력 뿐만 아니라 절연성도 함께 향상시킬 수 있다. The surface treatment is performed to improve the adhesion between the metal base material and the insulating layer formed by the thermal spray coating, and then the surface of the metal base material is subjected to an anodizing or plasma electrolytic oxidation method (hereinafter referred to as "PEO") in a thin thickness. Forming a thin oxide film can greatly improve the adhesion. The metal base material to which such anodizing or PEO can be applied is limited to aluminum or magnesium, titanium, zirconium, etc., which can be anodized, and can improve not only adhesion but also insulation.

또한, 용사 코팅층의 내부에 존재하는 기공 등의 결함 때문에 metal PCB에서 요구하는 열전도율 및 절연성을 확보하는데 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 에폭시 또는 폴리이미드와 같은 열경화성 폴리머 수지, 세라믹 계열의 충진재를 이용하여 용사 코팅층에 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 디핑하여 코팅한 후 열처리 경화 공정을 이용하여 용사층의 기공 및 결함을 채워줌으로써 열전도율 및 절연성을 향상시킬 수 있다. 추가적으로, 이와 같이 충진재를 용사층에 적용할 때 진공 분위기에서 가압 열처리를 하면 용사 코팅층의 열전도율 및 절연성을 향상시킬 수 있다.In addition, due to defects such as pores present in the thermal spray coating layer, there is a problem in securing the thermal conductivity and insulation required by the metal PCB. In order to solve this problem, screen printing, inkjet printing, and dipping of the thermal spray coating layer using a thermosetting polymer resin such as epoxy or polyimide and a ceramic-based filler are applied, followed by heat treatment and curing to remove pores and defects of the thermal spray layer. Filling can improve thermal conductivity and insulation. In addition, when the filler is applied to the sprayed layer in this manner, the pressure heat treatment in a vacuum atmosphere may improve the thermal conductivity and insulation of the sprayed coating layer.

또한, 용사 코팅으로 형성하는 세라믹 절연층의 열전도율을 높이기 위해 용사 코팅을 수행할 때 금속 모재를 가열함으로써 열전도율을 향상시킬 수 있다. In addition, in order to increase the thermal conductivity of the ceramic insulating layer formed of the thermal spray coating, the thermal conductivity may be improved by heating the metal base material.

이러한 용사 코팅은 종래에 항공기, 선박, 발전소, 제철소, 섬유산업 등의 대형 기계구조부품에 내마모성 및 내식성, 내열성 등의 특성을 부여하기 위한 단일 금속층 또는 세라믹층을 코팅하는 목적으로 많이 사용되어 왔으나, 최근까지 반도체 및 전자 부품에 용사 코팅을 성공적으로 적용한 예는 거의 없었다. Such thermal spray coating has been widely used for the purpose of coating a single metal layer or a ceramic layer for imparting abrasion resistance, corrosion resistance, heat resistance, etc. to large mechanical structural parts such as aircraft, ships, power plants, steel mills, and textile industries. Until recently, few examples of successful thermal spray coatings on semiconductors and electronic components.

본 발명의 일 양태에 따른 절연 금속 부품은 LED 및 반도체용 금속 절연 부품으로서, 모재; 상기 모재 상에 형성된 요철부; 상기 요철부 상에 용사 코팅에 의해 형성된 용사 코팅층; 상기 용사 코팅층 상에 형성된 충진층; 및 상기 충진층 상에 형성된 배선층을 포함한다.An insulated metal component according to an aspect of the present invention is a metal insulated component for LED and semiconductor, the base material; Uneven parts formed on the base material; A thermal spray coating layer formed by thermal spray coating on the uneven portion; A filling layer formed on the spray coating layer; And a wiring layer formed on the filling layer.

상기 모재는 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 구리, 철, 니켈 또는 그 합금 중 적어도 어느 하나를 포함하며, 상기 모재는 방열핀을 구비하는 히드싱크를 포함한다.The base material includes at least one of aluminum, magnesium, titanium, copper, iron, nickel or an alloy thereof, and the base material includes a heat sink having a heat dissipation fin.

상기 요철부는 표면 처리에 의해 형성된 요철층 및 PEO 산화막중 적어도 어느 하나를 포함한다.The uneven portion includes at least one of an uneven layer and a PEO oxide film formed by surface treatment.

상기 표면 처리는 그릿 블래스팅, 샌드 블래스팅, 래핑 및 화학적 에칭을 포함한다.The surface treatments include grit blasting, sand blasting, lapping and chemical etching.

상기 요철부는 상기 요철층 및 PEO 산화막의 적어도 어느 하나 상에 형성된 계면 절연층을 더 포함한다.The uneven portion further includes an interface insulating layer formed on at least one of the uneven layer and the PEO oxide film.

상기 용사 코팅층은 알루미나, 질화알루미늄, 산화베릴륨, 질화붕소, 질화실리콘 중 적어도 어느 하나를 포함한다.The thermal spray coating layer includes at least one of alumina, aluminum nitride, beryllium oxide, boron nitride, and silicon nitride.

본 발명의 다른 양태에 따른 절연 금속 부품 제조 방법은 LED 및 반도체용 절연 금속 부품의 제조 방법으로서, 모재 모재 상에 요철부를 형성하는 단계; 상기 요철부 상에 용사 코팅에 의해 용사 코팅층을 형성하는 단계; 상기 용사 코팅층 상에 충진층을 형성하는 단계; 및 상기 충진층 상에 배선층을 형성하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an insulated metal part, comprising: forming an uneven part on a base material base material; Forming a thermal spray coating layer by thermal spray coating on the uneven portion; Forming a filling layer on the thermal spray coating layer; And forming a wiring layer on the filling layer.

상기 요철부는 표면 처리에 의해 형성된 요철층 및 PEO 산화에 의해 형성된 PEO 산화막중 적어도 어느 하나를 포함한다.The uneven portion includes at least one of an uneven layer formed by surface treatment and a PEO oxide film formed by PEO oxidation.

상기 요철층 및 PEO 산화막의 적어도 어느 하나 상에 계면 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 계면 절연층은 아노다이징, PEO법, 스퍼터링, 진공 증착, CVD, 상압 플라즈마 증착, 졸겔법 및 분사법의 적어도 어느 하나를 이용하여 형성한다.Forming an interfacial insulating layer on at least one of the concave-convex layer and the PEO oxide film, the interfacial insulating layer is anodizing, PEO method, sputtering, vacuum deposition, CVD, atmospheric pressure plasma deposition, sol-gel method and spraying method It is formed using at least one of.

상기 충진층은 에폭시, 열경화성 수지 또는 무기질 계열의 물질을 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅 또는 디핑을 이용하여 형성하고, 상기 배선층은 전해동박 포일, 스퍼터링 및 도금, 스크린 프린팅 또는 잉크젯 프린팅을 이용하여 형성한다.The filling layer is formed by screen printing, inkjet printing, or dipping of epoxy, thermosetting resin, or inorganic material, and the wiring layer is formed by using electrolytic copper foil, sputtering and plating, screen printing, or inkjet printing.

상기 배선층은 상기 충진층과 상기 배선층을 동시에 진공 가압 열처리한 후 사진 공정으로 형성한다.The wiring layer is formed by a photographic process after the vacuum pressure heat treatment of the filling layer and the wiring layer at the same time.

상기 배선층은 상기 충진층을 형성한 후 경화 열처리하고, 접착층 및 시드층 을 형성한 후 스퍼터링 또는 도금 공정 후 사진 공정으로 형성한다.The wiring layer is cured and heat-treated after the filling layer is formed, and the adhesive layer and the seed layer are formed, and then formed by a photolithography process after the sputtering or plating process.

본 발명은 알루미늄이나 마그네슘, 티타늄, 구리, 철, 니켈 또는 그 합금의 모재 상에 표면처리에 의해 형성한 적당한 거칠기의 요철부, 요철부 상에 용사 코팅층을 형성하여 금속 절연 부품을 제조한다. 이렇게 기존의 반도체 또는 전자 업계에서는 거의 이용하지 않았던 용사 코팅을 LED 및 고출력 반도체 소자용 metal PCB, 열전소자용 금속 절연 기판, 반도체 장비용 정전척 등의 금속 절연 부품에 적용함으로써 열전도율 및 절연성, 접착성, 생산성을 획기적으로 향상시킬 수 있고, 금속 절연 부품의 대형화, 대량 생산 및 저가격을 이룰 수 있다.This invention manufactures a metal insulation part by forming the sprayed coating layer on the uneven | corrugated part and the uneven | corrugated part of moderate roughness formed by surface treatment on the base material of aluminum, magnesium, titanium, copper, iron, nickel, or its alloy. The thermal conductivity, insulation and adhesiveness of the thermal spray coating, which are rarely used in the semiconductor or electronics industry, are applied to metal insulation parts such as metal PCBs for LEDs and high-power semiconductor devices, metal insulation substrates for thermoelectric elements, and electrostatic chucks for semiconductor equipment. The productivity can be dramatically improved, and the metal insulation parts can be enlarged, mass produced, and at low cost.

그리고, 본 발명에 따른 모재 상에 용사 코팅층이 형성된 부품은 전자 및 반도체 산업용 부품 뿐만 아니라 내마모성 및 내식성, 내열성, 내피로성 등의 특성을 필요로 하는 항공기, 선박, 자동차, 기계류의 부품, 섬유 산업용 부품류에 응용할 수 있어 기존 용사 코팅의 응용 범위를 크게 넓힐 수 있다.In addition, the parts with the thermal spray coating layer formed on the base material according to the present invention are not only parts for electronic and semiconductor industries, but also parts for aircraft, ships, automobiles, machinery, textile industries that require characteristics such as wear resistance and corrosion resistance, heat resistance, fatigue resistance, and the like. It can be applied to, greatly expanding the application range of the conventional spray coating.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제 공되는 것이다. 도면에서 여러 층 및 각 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 표현하였으며 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭하도록 하였다. 또한, 층, 막, 영역 등의 부분이 다른 부분 상부에 또는 상에 있다고 표현되는 경우는 각 부분이 다른 부분의 바로 상부 또는 바로 위에 있는 경우 뿐만 아니라 각 부분과 다른 부분의 사이에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention; However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and only the embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art. It is provided for complete information. In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., may be exaggerated for clarity, and like reference numerals designate like elements. In addition, when a part such as a layer, a film, an area, etc. is expressed as being on or on another part, not only when each part is directly on or directly above the other part but also another part between each part and another part This includes any case.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 용사 코팅을 이용한 절연 금속 부품의 개략 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of an insulated metal part using a thermal spray coating according to a first embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 용사 코팅을 이용한 부품은 알루미늄이나 마그네슘, 티타늄, 구리, 철, 니켈 또는 그 합금으로 이루어진 금속의 모재(110), 모재(110) 상에 표면처리에 의해 형성된 요철층(121), 요철층(121) 상에 용사 코팅에 의해 형성된 세라믹 종류의 용사 코팅층(130), 용사 코팅층(130)의 기공 또는 결함을 충진하기 위한 충진층(131), 충진층(131) 위에 형성된 회로 배선층(190)을 포함한다.Referring to FIG. 1, a part using a thermal spray coating according to a first embodiment of the present invention is formed on a base metal 110 and a base metal 110 made of aluminum, magnesium, titanium, copper, iron, nickel, or an alloy thereof. The uneven layer 121 formed by the surface treatment, the thermal spray coating layer 130 of the ceramic type formed by the thermal spray coating on the uneven layer 121, the filling layer 131 for filling the pores or defects of the thermal spray coating layer 130 And a circuit wiring layer 190 formed on the filling layer 131.

모재(110)는 용도에 따라 다양한 형상을 가질 수도 있는데, 표면이 평탄한 형상, 방열핀 등 적어도 일면에 요철 구조가 형성된 형상 등 다양한 형상이 가능하다. 뿐만 아니라, 모재(110)는 원형 또는 다각형의 단면을 갖는 통, 반통 형상 등 다양한 형상이 가능하다.The base material 110 may have various shapes according to the use, and various shapes, such as a shape having a flat surface and a concavo-convex structure formed on at least one surface such as a heat radiating fin, are possible. In addition, the base material 110 may have various shapes such as a cylindrical or semi-cylindrical shape having a circular or polygonal cross section.

표면처리에 의해 형성된 요철층(121)은 모재(110) 상에 형성되며, 모재(110)의 일면 상에 형성될 수도 있고, 모재(110)의 타면 및 측면을 포함한 전체 상에 형성될 수도 있다. 이러한 모재(110) 위에 표면처리에 의해 형성된 요철층(121)은 그 릿 블래스팅 또는 샌드 블래스팅, 래핑, 화학적 에칭에 의해 모재(110) 상에 형성될 수 있다. 그릿 블래스팅은 예를 들어 각형 알루미나 또는 탄화규소 분말을 이용하여 실시하고, 그릿 블래스팅을 실시한 후 아세톤 또는 알코올을 이용하여 초음파 세척한다. 이러한 표면처리에 의한 모재(110) 위에 형성된 요철층(121)은 통상적으로 약 1㎛ 내지 15㎛의 요철층(121)을 형성한 후, 그 위에 용사 코팅을 이용하여 세라믹 절연층(130)을 형성한다. 모재 표면의 요철층이 1㎛ 이하가 되면 용사 효율이 떨어지게 되고, 15㎛ 이상이 되면 표면의 전체적인 요철이 너무 심해서 평탄도가 중요한 응용제품의 용사층을 얇게 하는데 문제가 있다. 또한 그릿 블래스팅이나 샌드 블래스팅의 경우 고압으로 그릿이나 샌드를 블래스팅해 주기 때문에 2㎜ 이하 두께의 알루미늄이나 마그네슘, 구리와 같이 기계적 강도가 낮은 판재가 휘는 현상이 발생하므로, 두께가 얇은 판재의 경우 적절한 표면 요철층(121)을 형성할 수 있도록 래핑이나 화학적 에칭을 적용하여 접착력을 향상시킬 수 있다. The uneven layer 121 formed by the surface treatment may be formed on the base material 110, may be formed on one surface of the base material 110, or may be formed on the entire surface including the other surface and the side surface of the base material 110. . The uneven layer 121 formed by the surface treatment on the base material 110 may be formed on the base material 110 by grit blasting or sand blasting, lapping, and chemical etching. Grit blasting is carried out, for example, using square alumina or silicon carbide powder, followed by grit blasting followed by ultrasonic washing with acetone or alcohol. The concave-convex layer 121 formed on the base material 110 by such a surface treatment typically forms the concave-convex layer 121 of about 1 μm to 15 μm, and then uses the thermal spray coating on the ceramic insulating layer 130. Form. When the uneven layer on the surface of the base material is less than 1 μm, the thermal spraying efficiency is lowered. When the uneven surface of the base material is 15 μm or more, the overall unevenness of the surface is so severe that there is a problem in thinning the sprayed layer of the application where flatness is important. In addition, grit blasting or sand blasting causes the grit or sand to be blasted at a high pressure. Therefore, a sheet having a low mechanical strength such as aluminum, magnesium, or copper having a thickness of 2 mm or less may be bent. In this case, adhesion may be improved by applying lapping or chemical etching to form an appropriate surface uneven layer 121.

용사 코팅층(130)은 표면처리에 의해 형성된 요철층(121)이 형성된 모재(110) 상에 형성된다. 용사 코팅층(130)은 용사 원료를 다양한 용사 방법을 이용하여 짧은 시간에 고온으로 가열하여 용사 원료를 순간적으로 용융시키고 빠른 속도로 모재(110)에 충돌시켜 모재(110) 상에 형성한다. 여기서, 용융된 용사 원료는 초당 수백 미터의 음속 이하 또는 음속의 2~3배의 속도로 모재(110)에 충돌된다. 또한, 용사 원료로는 금속, 금속 합금, 세라믹, 반도체 물질, 절연 물질 등의 용사용 분말이나 선재 등을 이용할 수 있고, 용사 방법으로는 전기 아크, 플라즈마, 가스, 액체 열원 등을 이용할 수 있다. 이러한 용사 코팅은 공정의 효율을 극대화하 기 위해 화염의 온도, 용융 입자의 비산 속도, 용사 분위기, 파워, 가스 배합율, 이송 속도 등의 용사 조건을 조절할 수 있다. 한편, 용사의 종류에는 화염 용사(flame thermal spray), HVOF(high velocity oxygen fuel), 폭발건(detonation gun), 아크 플라즈마(arc plasma), 플라즈마 용사(plasma spray), 육성 용접법 등 다양한 방법이 있다. The thermal spray coating layer 130 is formed on the base material 110 on which the uneven layer 121 formed by the surface treatment is formed. The thermal spray coating layer 130 is heated on a high temperature in a short time by using a variety of thermal spraying method to melt the thermal spraying material instantaneously and collide with the base material 110 at a high speed to form on the base material (110). Here, the molten thermal spray raw material is impinged on the base material 110 at a speed of less than several hundred meters per second or at a speed of 2 to 3 times the speed of sound. As the thermal spraying raw material, thermal spraying powders or wire rods such as metals, metal alloys, ceramics, semiconductor materials, insulating materials, and the like can be used, and an electric arc, plasma, gas, liquid heat source, or the like can be used as the thermal spraying method. The thermal spray coating can control the thermal spray conditions such as flame temperature, molten particles flying rate, spray atmosphere, power, gas blending rate, transfer rate in order to maximize the efficiency of the process. There are various kinds of sprays such as flame thermal spray, high velocity oxygen fuel (HVOF), detonation gun, arc plasma, plasma spray, and welding. .

하기에서는 세라믹 코팅에 가장 유리한 플라즈마 용사에 대해서만 상술할 것이며 다른 용사법도 원리상 큰 차이가 없다. 플라즈마 용사 코팅(plasma spray coating)은 고온의 플라즈마 열원을 이용하여 분말 형태의 용재를 용융시킨 후 기판에 고속으로 분사시켜 용사 코팅층을 형성하는 방법이다. 플라즈마 용사 코팅은 다른 용사법에 비해 금속, 세라믹, 금속간 화합물, 복합 재료 등의 다양한 재료 선택에 제한이 없고, 높은 분사 속도와 증착 효율을 가지며, 연료 가스의 소비와 비용이 낮고, 용사시 최소한의 예열과 냉각만이 요구되며, 플라즈마 시스템이 기술적, 산업적으로 검증되어 신뢰성이 높고, 다양한 응용에 따라 용사 방법이 쉽게 제어되고, 생산 현장에서의 적용이 용이한 장점이 있다. 특히, 세라믹 분말을 이용한 플라즈마 세라믹 용사 코팅은 구조용 재료와 각종 기계 부품의 내마모성, 내부식성, 내침식성 등을 향상시키기 위해 많이 사용되고 있다. 플라즈마 용사는 역극성 아크(Non-Transfer Arc)에 의해 불활성 가스로부터 생성되는 플라즈마 흐름(속도: 마하 2, 중심온도: 16,500℃)에 피막 재료를 투입하고, 순간적으로 용융시켜 완전 용융된 분말 용사재를 고속으로 분사 밀착시켜 피막을 형성시키는 코팅 방법이다. 용사재로서는 금속, 비금속, 세라믹(주로 금속 산화물, 탄화물), Cermet로 광범위 하고, 탁월한 내마모성, 내열성, 내식성, 전기전도, 전기 차폐성, 등의 우수한 피막을 얻을 수 있으며, 또한 육성 보수도 가능하며, 용사시의 가공물의 표면 온도가 150 내외로 제어되기 때문에 모든 모재에도 코팅이 가능하다.In the following, only the plasma spraying which is most advantageous for the ceramic coating will be described in detail, and other spraying methods have no major difference in principle. Plasma spray coating is a method of forming a thermal spray coating layer by melting a powder of a powder form using a high temperature plasma heat source and spraying it on a substrate at high speed. Plasma spray coating has no restrictions on the selection of various materials such as metals, ceramics, intermetallic compounds, composite materials, etc., compared to other spray methods, has a high injection speed and deposition efficiency, low fuel gas consumption and cost, and minimal spraying. Only preheating and cooling are required, the plasma system is technically and industrially proven to be highly reliable, the spraying method can be easily controlled according to various applications, and it is easy to apply on the production site. In particular, plasma ceramic spray coatings using ceramic powders are widely used to improve abrasion resistance, corrosion resistance, and erosion resistance of structural materials and various mechanical parts. Plasma spray is injected into the plasma flow (speed: Mach 2, center temperature: 16,500 ° C) generated from an inert gas by a non-transfer arc, and then instantly melted to melt completely. It is a coating method of forming a film by spray-contacting at high speed. As a thermal spraying material, metal, nonmetal, ceramic (mainly metal oxide, carbide), cermet, and a wide range of excellent abrasion resistance, heat resistance, corrosion resistance, electrical conductivity, electrical shielding, etc., excellent coatings can be obtained, and also can be raised and repaired, Since the surface temperature of the workpiece during spraying is controlled to around 150, all the base materials can be coated.

일반적으로 용사 코팅에서 사용하는 분말의 크기는 약 10~100 범위를 많이 사용하지만, 나노 분말을 사용하는 경우 코팅층의 접착강도는 2배 이상, 내마모성은 4배 이상 증가되는 등 우수한 기계적 성질을 나타내고 있다고 알려져 있다. 플라즈마 출력이 클수록, 아르곤(Ar) 가스 유량이 작을수록 용사 분말이 플라즈마 화염 내에 존재하는 시간, 즉 용사 분말의 체재 시간이 증가하여 분말이 용융하기에 충분한 시간을 제공한다. 플라즈마 용사는 전세계적으로 Sulzer Metco사의 장비가 가장 많이 사용되고 있으며, 연료 가스로는 아르곤과 수소, 질소 등을 사용한다. 또한, 용사 과정 중 시편의 과열을 방지하기 위해 시편은 압축 공기로 냉각시키고, 용사건의 이송 속도(traverse speed)를 일정하게 유지하면서 코팅하는 경우가 많다. In general, the size of the powder used in the spray coating is used in the range of about 10 to 100, but when the nano-powder is used, the coating layer exhibits excellent mechanical properties such as an increase in the adhesive strength of the coating layer by more than two times and the wear resistance by four times or more. Known. The larger the plasma output, the smaller the argon (Ar) gas flow rate, the longer the thermal spray powder stays in the plasma flame, i.e., the residence time of the thermal spray powder increases, providing sufficient time for the powder to melt. Plasma sprayers use Sulzer Metco's equipment the most in the world, and argon, hydrogen and nitrogen are used as fuel gases. In addition, in order to prevent the specimen from overheating during the thermal spraying process, the specimen is often cooled with compressed air and coated while maintaining a constant traverse speed of the thermal spraying gun.

그러나, 통상적으로 용사 코팅층(130)은 내부에 용사 조건에 따라 달라지지만 약 5% 내지 20% 내외의 많은 기공이 존재하고, 모재(110)와 용사 코팅층(130) 사이에 화학적 결합이 이루어지지 않고 단순히 기계적 결합에 의해서만 유지되기 때문에 용접이나 열처리 등 다른 접합 기술에 비해 상대적으로 계면 접착력이 약하다는 단점이 있다. 이러한 기공은 에폭시 또는 열경화성 수지, 무기질 계열의 충진층(131)을 형성하여 제거할 수 있다. 예를 들어 알루미나를 용사 코팅하여 용사층(130)을 형성한 후 알루미나 분말과 기타 첨가제 및 플럭스로 구성된 페이스 트(paste)를 스크린 프린팅이나 잉크젯 프린팅, 디핑(dipping) 처리하여 용사 코팅층(130) 상에 형성한 후 적절한 온도에서 열처리함으로써 용사 코팅층(130)의 기공을 제거할 수 있다. 이러한 충진층(131)의 형성 방법 및 효과에 대한 자세한 설명은 후술할 것이다. However, in general, the spray coating layer 130 may vary depending on the thermal spraying conditions, but there are many pores of about 5% to 20%, and chemical bonding is not performed between the base material 110 and the spray coating layer 130. Since it is maintained only by mechanical bonding, there is a disadvantage that the interfacial adhesion is relatively weak compared to other joining techniques such as welding or heat treatment. These pores may be removed by forming an epoxy or thermosetting resin and an inorganic filler layer 131. For example, after spray coating alumina to form a spray layer 130, a paste composed of alumina powder, other additives and fluxes is screen printed, inkjet printed, or dipping to form a spray coating layer 130 on the spray coating layer 130. After forming in the heat treatment at an appropriate temperature can be removed pores of the thermal spray coating layer (130). A detailed description of the formation method and effect of the filling layer 131 will be described later.

또한 이러한 충진층(131) 상부의 배선층(190)은 구리 또는 알루미늄, 은 등의 금속 물질을 이용하여 형성한다. 이러한 배선층(190)은 용사 코팅층(130) 상에 상기 금속 물질을 함유한 페이스트를 이용하여 스크린 프린팅이나 잉크젯 프린팅으로 형성한 후 열처리하여 형성할 수 있다. 또한 일반적으로 PCB 업계에서 공지의 기술인 에폭시 접착제를 이용하여 전해도금으로 형성한 전해동박 포일을 열간 압착하여 패턴이 없는 배선층을 먼저 형성한 후, 사진공정을 이용하여 패턴이 형성된 배선층(190)을 형성할 수도 있다. 또 다른 방법으로는, 반도체 업계에서 공지의 기술인 스퍼터링으로 접착층(adhesive layer) 및 시드층(sead layer)을 약 0.05㎛ 내지 0.2㎛의 두께로 증착한 후 도금, 사진공정을 이용하여 배선층(190)을 형성할 수도 있다. 여기서 사진공정은 감광막(photoresist)의 도포 및 노광, 식각, 스트립, 시드층 및 접착층의 에칭을 모두 포함하는 개념이며, PCB 및 반도체 업계에서 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략한다. In addition, the wiring layer 190 on the filling layer 131 is formed using a metal material such as copper, aluminum, silver, or the like. The wiring layer 190 may be formed by screen printing or inkjet printing using a paste containing the metal material on the thermal spray coating layer 130 and then heat-treating the same. Also, in general, an electrolytic copper foil foil formed by electroplating using an epoxy adhesive known in the PCB industry is hot-pressed to form a wiring layer without a pattern first, and then a wiring layer 190 having a pattern is formed using a photo process. It may be. In another method, an adhesive layer and a seed layer are deposited to a thickness of about 0.05 μm to 0.2 μm by sputtering, a technique well known in the semiconductor industry, and then the wiring layer 190 is formed by using a plating and a photographing process. May be formed. Here, the photo process is a concept including all of the application and exposure of a photoresist, etching, stripping, seed layer, and etching of the adhesive layer, and since it is well known in the PCB and semiconductor industry, detailed description thereof will be omitted.

또 다른 방법으로는, 세라믹 재질의 용사 코팅층(130)의 표면에 요철 구조가 형성되므로, 배선층(190)은 금속 물질로 연속적으로 용사 코팅하여 형성할 수 있다. 또한, 배선층(190)은 소정의 패턴으로 형성될 수 있다. 배선층(190)을 소정 패턴으로 형성하기 위해서는 사진공정을 이용할 수 있다. 또 다른 방법으로는, 배선 층(190)을 소정 패턴으로 형성하기 위해 용사 코팅층(130) 상에 마스크층(미도시)를 형성하고, 금속물질을 용사 코팅한 후 마스크층을 제거할 수도 있다. 마스크층은 금속 또는 세라믹 재질의 스텐실(stencil)을 이용할 수도 있다. 한편, 용사 코팅으로 형성된 배선층(190) 내에 기공이 발생할 수 있는데, 배선층(190)과 동일한 물질 또는 동일한 물질에 기타 물질이 첨가된 층을 형성하여 기공을 제거할 수 있다. 예를 들어 구리를 용사 코팅하여 배선층(190)을 형성하는 경우 구리 분말 또는 구리 분말에 다른 합금 첨가 분말을 함유한 페이스트를 스크린 프린팅이나 잉크젯 프린팅하여 배선층(190) 상에 형성한 후 열처리하여 기공을 제거할 수 있다. 즉, 페이스트 성분의 금속이 모세관 현상에 의해 기공에 충진되기 때문에 기공을 제거할 수 있다. 또한, 배선층(190)을 보호하기 위해 추가적으로 솔더 레지스트(solder resist, 미도시)층을 스크린 프린팅 또는 잉크젯 프린팅, 디핑(deeping)으로 형성으로 형성할 수 있다. As another method, since the uneven structure is formed on the surface of the thermal spray coating layer 130 of the ceramic material, the wiring layer 190 may be formed by continuously spray coating with a metal material. In addition, the wiring layer 190 may be formed in a predetermined pattern. In order to form the wiring layer 190 in a predetermined pattern, a photo process may be used. Alternatively, a mask layer (not shown) may be formed on the thermal spray coating layer 130 to form the wiring layer 190 in a predetermined pattern, and the mask layer may be removed after thermal spray coating of a metal material. The mask layer may use a stencil made of metal or ceramic. Meanwhile, pores may occur in the wiring layer 190 formed of the thermal spray coating, and the pores may be removed by forming the same material as the wiring layer 190 or a layer in which other materials are added to the same material. For example, in the case of forming the wiring layer 190 by thermally coating copper, a paste containing copper powder or a powder containing another alloy added to the copper powder is formed on the wiring layer 190 by screen printing or inkjet printing, and then heat-treated to form pores. Can be removed That is, since the metal of the paste component is filled in the pores by the capillary phenomenon, the pores can be removed. In addition, in order to protect the wiring layer 190, an additional solder resist layer may be formed by screen printing, inkjet printing, or dipping.

상기한 충진층(131)과 배선층(190)의 형성은 각각 별도로 형성하는 것보다 용사 코팅층(130)에 스크린 프린팅 방법으로 에폭시 계열의 충진층(131)을 형성하고, PCB 업계에서 배선층 재료로 많이 사용하는 전해동박 포일을 라미네이션하고 진공 분위기에서 가압 열처리하는 것이 공정 단순화와 제조 비용 측면에서 바람직하다. 또 다른 방법으로는 에폭시 계열의 충진층(131)을 스크린 프린팅 방법으로 형성하고 열처리하여 경화하고 난 후, 스퍼터링으로 접착층(adhesive layer) 및 시드층(sead layer)을 약 0.05㎛ 내지 0.2㎛의 두께로 증착한 후 도금, 사진공정을 이용하여 배선층(190)을 형성할 수도 있다. 이와 같이 배선층(190)은 시드층 위에 전체적으로 도금을 한 후, 후속 사진공정을 통해 패턴을 형성한 배선층(190)으로 형성할 수도 있고, 또 다른 방법으로는 시드층 위에 사진공정을 먼저 이용하면 도금과 동시에 패턴된 배선층(190)을 형성할 수 있다.The filling layer 131 and the wiring layer 190 are formed by forming the epoxy-based filling layer 131 on the thermal spray coating layer 130 by screen printing rather than separately forming the wiring layer material in the PCB industry. Lamination of the electrolytic copper foil used and pressure heat treatment in a vacuum atmosphere are preferred in view of process simplification and manufacturing cost. In another method, the epoxy-based filling layer 131 is formed by a screen printing method, heat-treated, and cured, and then the thickness of the adhesive layer and the seed layer is about 0.05 μm to 0.2 μm by sputtering. After the deposition, the wiring layer 190 may be formed by using a plating or a photographic process. As such, the wiring layer 190 may be plated on the seed layer as a whole, and then may be formed as a wiring layer 190 having a pattern formed through a subsequent photo process. Alternatively, the wiring layer 190 may be plated by using a photo process on the seed layer first. At the same time, the patterned wiring layer 190 may be formed.

상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 절연 부품은 모재(110) 상에 표면처리에 의해 형성된 요철층(121)이 형성되며, 요철층(121)이 앵커 형태로 형성되기 때문에 모재(110)와 용사 코팅층(130)의 계면 접착력을 향상시킬 수 있다. 따라서, 기계적 충격이나 열충격, 열피로 등에 의해서도 모재(110)와 용사 코팅층(130)이 떨어지지 않게 된다. As described above, in the metal insulation part according to the exemplary embodiment, the uneven layer 121 formed by the surface treatment is formed on the base material 110, and the uneven layer 121 is formed in the anchor shape, so that the base material ( The interface adhesion between the 110 and the thermal spray coating layer 130 may be improved. Therefore, the base material 110 and the thermal spray coating layer 130 do not fall even by mechanical shock, thermal shock, thermal fatigue, or the like.

도 2는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 용사 코팅을 이용한 절연 금속 부품의 개략 단면도이다. 중복된 설명은 생략하도록 한다. 2 is a schematic cross-sectional view of an insulated metal component using a spray coating according to a second exemplary embodiment of the present invention. Duplicate explanations will be omitted.

도 1의 제 1 실시 예와 다른 점은 표면처리에 의해 형성한 요철층(121) 위에 세라믹으로 된 용사 코팅층(130)을 형성하기 전에 얇은 계면 절연층(122)을 형성시키는 것이다. 모재(110)와 용사 코팅층(130) 사이의 접착력과 절연성, 열전도율을 향상시키기 위한 계면 절연층(122)을 형성하는 방법은 아노다이징 또는 PEO법, 스퍼터링, 진공증착, CVD(Chemical Vapor Deposition, 화학기상증착법, 이하 CVD라 한다), 상압플라즈마 증착법, 졸-겔법, 분사법 등을 이용할 수 있다. The difference from the first embodiment of FIG. 1 is that the thin interfacial insulating layer 122 is formed before the thermal spray coating layer 130 made of ceramic is formed on the uneven layer 121 formed by the surface treatment. The method of forming the interfacial insulating layer 122 to improve the adhesion, insulation, and thermal conductivity between the base material 110 and the thermal spray coating layer 130 may be anodizing or PEO, sputtering, vacuum deposition, chemical vapor deposition, chemical vapor deposition, and the like. Vapor deposition method, hereinafter referred to as CVD), atmospheric plasma deposition method, sol-gel method, spray method and the like can be used.

상기 계면 절연층(122)를 형성하는 방법 중 아노다이징 또는 PEO를 적용할 수 있는 금속 모재(110)는 양극 산화가 가능한 알루미늄 또는 마그네슘, 티타늄, 지르코늄 등에 한정되어 적용할 수 있다. 아노다이징은 알루미늄 모재를 전해질 속 에 침적한 상태에서 전기분해 반응을 통해 양극에서 발생하는 산소가 알루미늄 모재의 표면과 반응하여 알루미나 산화막이 형성된다. 그러나 아노다이징으로 형성한 알루미나 산화막은 벌집 모양으로 만들어지면서 수많은 기공들이 만들어지기 때문에 일반적으로 기공을 막아주는 봉공(sealing) 처리를 해 주게 된다. 비등수 또는 금속염 봉공 처리를 통해 5㎛ 내외의 얇은 아노다이징 산화막이라고 하더라도 약 500V 이상의 절연성을 확보할 수 있으므로, 본 특허에서의 용사를 위해 표면처리를 이용해 형성한 요철층(121) 위에 접착력과 절연성, 열전도율이 높은 계면 절연층(122)을 형성할 수 있다. 아노다이징은 업계에서 잘 알려진 공지의 기술이므로 추가적인 상세한 설명은 생략한다.Among the methods for forming the interfacial insulating layer 122, the metal base material 110 to which anodizing or PEO can be applied may be applied to aluminum, magnesium, titanium, zirconium, etc., which can be anodized. In anodizing, the oxygen generated from the anode reacts with the surface of the aluminum base material by electrolysis while the aluminum base material is deposited in the electrolyte to form an alumina oxide film. However, the alumina oxide film formed by anodizing is made in a honeycomb shape, and thus many pores are made, and thus, a sealing process for blocking pores is generally performed. Even though the thin anodizing oxide film having a thickness of about 5 μm can be secured by boiling water or a metal salt sealing process, the adhesion and the insulating property on the uneven layer 121 formed by using the surface treatment for the thermal spraying in the present patent. The interface insulating layer 122 having high thermal conductivity may be formed. Anodizing is well known in the art and thus further detailed description is omitted.

알루미늄 표면에 얇은 산화막을 형성할 수 있는 또 다른 방법은, PEO법을 이용하는 것이다. PEO법은 전해질 내에서 양극산화가 가능한 모재(110)를 양극에 연결하고 고전압의 교류 또는 펄스 직류를 인가하여 전기 분해에 의해 산소가 발생되도록 하고, 산소가 모재(110)의 표면과 반응함으로써 요철층(121) 위에 계면 절연층(122)이 형성된다. 전해질은 예를 들어 증류수 또는 탈이온수(Deionized water)에 KOH 또는 NaOH 등의 알칼리 금속의 수산화물을 첨가하여 이용할 수 있다. 또한, 전해질에 물유리(SiO2Na2O)를 추가적으로 첨가하여 요철층(121) 위에 접착력과 절연성, 열전도율이 우수한 계면 절연층(122)을 형성할 수도 있다. 이러한 전해질 속에 첨가하는 성분과 성분의 농도 등에 따라 계면 절연층(122)의 기공, 표면 거칠기, 경도, 밀착성 등을 변화시킬 수 있다. 또한, 알루미늄을 모재로 사용하여 PEO법에 의해 형성된 계면 절연층(122)은 주성분이 알루미나이고, 소량의 실리카(SiO2)가 혼합된 세라믹층으로 형성될 수 있다. PEO법에 의해 형성된 계면 절연층(122)은 천이 확산층, 핵심 기능층 및 다공층이 적층된 구조로 형성된다. 천이 확산층은 모재(110) 상에 형성되어 모재(110)와 화학적으로 강하게 결합된다. 핵심 기능층은 PEO법에서 수반되는 플라즈마에 의한 높은 열에 의해 천이 확산층 상에 형성되며, 결정질 알루미나와 비정질 알루미나로 이루어진다. 그리고, 다공층은 핵심 기능층 상에 형성되며 비정질 알루미나로 이루어진다. 한편, PEO법에 의해 형성된 계면 절연층(122)은 앵커 형태로 형성되는데, 용사 코팅의 경우 기계적으로 결합하기 때문에 용사 코팅층(130)이 모재(110)와 강하게 결합하기 위해서는 단순한 요철보다는 앵커 형태의 요철이 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, PEO법에 의해 요철층(121) 위에 형성된 계면 절연층(122)을 형성시킨 후의 용사 코팅층(130)과 모재(110)는 매우 강하게 결합된다. 또한 용사 코팅층(130)이 약 5% 내지 20% 내외의 기공 및 결함을 가지고 있는 것에 비해, PEO법으로 형성된 산화막(121)은 훨씬 작은 크기의 기공이 형성되어 있으므로 절연성 및 열전도율 측면에서도 유리하다. PEO법으로 형성된 계면 절연층(122)은 두께를 얇게 가져가야 표면처리에 의해 형성된 요철층(121)의 표면조도를 유지할 수 있으며, 이러한 표면조도는 플라즈마 용사에 의해 형성되는 용사 코팅층(130)의 용사 효율과도 관련된다. 그 위에 순차적으로 형성된 충진층(131)과 배선층(190)에 대한 추가적인 설명은 생략한다.Another method for forming a thin oxide film on the surface of aluminum is to use the PEO method. The PEO method connects the base material 110 capable of anodizing in the electrolyte to the positive electrode and applies high voltage alternating current or pulsed direct current so that oxygen is generated by electrolysis, and oxygen reacts with the surface of the base material 110. An interfacial insulating layer 122 is formed on the layer 121. The electrolyte can be used, for example, by adding a hydroxide of an alkali metal such as KOH or NaOH to distilled or deionized water. In addition, water glass (SiO 2 Na 2 O) may be additionally added to the electrolyte to form an interfacial insulating layer 122 having excellent adhesion, insulation, and thermal conductivity on the uneven layer 121. The pore, surface roughness, hardness, adhesion, and the like of the interfacial insulating layer 122 can be changed according to the component added to the electrolyte, the concentration of the component, and the like. In addition, the interface insulating layer 122 formed by PEO method using aluminum as a base material may be formed of a ceramic layer in which a main component is alumina and a small amount of silica (SiO 2 ) is mixed. The interfacial insulating layer 122 formed by the PEO method is formed in a structure in which a transition diffusion layer, a core functional layer, and a porous layer are stacked. The transition diffusion layer is formed on the base material 110 and is chemically strongly bonded to the base material 110. The core functional layer is formed on the transition diffusion layer by the high heat of plasma accompanying the PEO method, and consists of crystalline alumina and amorphous alumina. The porous layer is formed on the core functional layer and is made of amorphous alumina. On the other hand, the interfacial insulating layer 122 formed by PEO method is formed in an anchor shape, because the thermal spray coating is mechanically bonded in order to bond the thermal spray coating layer 130 with the base material 110 in an anchor rather than simple irregularities It is preferable that unevenness | corrugation is formed. Therefore, the thermal spray coating layer 130 and the base material 110 after the formation of the interfacial insulating layer 122 formed on the uneven layer 121 by the PEO method are very strongly bonded. In addition, the thermal spray coating layer 130 has pores and defects of about 5% to 20%, the oxide film 121 formed by PEO method is advantageous in terms of insulation and thermal conductivity because pores of much smaller size are formed. The interfacial insulation layer 122 formed by the PEO method must maintain a thin thickness to maintain the surface roughness of the uneven layer 121 formed by the surface treatment, and the surface roughness of the thermal spray coating layer 130 formed by plasma spraying. Also related to thermal efficiency. Further descriptions of the filling layer 131 and the wiring layer 190 sequentially formed thereon will be omitted.

상기 아노다이징 및 PEO법을 적용하여 요철층(121) 위에 계면 절연층(122)를 제조할 수 있는 금속 모재는 양극산화가 가능한 알루미늄 또는 마그네슘, 티타늄, 지르코늄 등에 한정되지만, 상기 스퍼터링, 진공증착, CVD, 상압플라즈마 증착법, 졸-겔법, 분사법 금속 모재(110)의 종류에 제한을 받지 않는다. 스퍼터링과 진공증착은 진공장비를 이용하는 대표적인 물리적 박막 증착 방법이다. 스퍼터링은 진공 분위기에서 플라즈마를 발생시켜 타겟의 물질을 스퍼터시켜 모재에 증착하는 방법이고, 진공증착은 고진공분위기에서 코팅 물질을 증발시켜 증착시키는 방법이다. CVD 및 상압플라즈마 증착법은 소스 가스의 분해를 화학반응을 유도하여 모재에 원하는 물질을 증착하는 방법으로, 일반 CVD 법은 진공분위기를 이용하고 상압플라즈마는 대기압 상태에서 한다는 점이 다르다. 졸-겔법은 증착하려는 물질을 용매에 희석시켜 졸(sol) 상태로 만들어 스핀코팅 또는 디핑 등의 방법으로 코팅한 후 열처리를 통해 겔(gel) 상태의 박막을 증착하는 방법이다. 분사법은 액상의 물질을 스프레이 코팅하는 방법이다. 상기 스퍼터링 및 진공증착, CVD, 상압플라즈마 증착법, 졸-겔법, 분사법 등은 반도체 및 코팅 업계에서 공지의 기술이므로 추가적인 상세한 설명은 생략한다.The metal base material capable of manufacturing the interfacial insulating layer 122 on the uneven layer 121 by applying the anodizing and PEO methods is limited to aluminum or magnesium, titanium, zirconium, etc. capable of anodizing, but the sputtering, vacuum deposition, CVD The atmospheric plasma deposition method, the sol-gel method, and the spraying method are not limited to the type of metal base material 110. Sputtering and vacuum deposition are typical physical thin film deposition methods using vacuum equipment. Sputtering is a method in which a plasma is generated in a vacuum atmosphere to sputter a material of a target to be deposited on a base material, and vacuum deposition is a method of evaporating and depositing a coating material in a high vacuum atmosphere. CVD and atmospheric plasma deposition method is a method of depositing a desired material on the base material by inducing chemical reaction to decompose the source gas, except that the general CVD method uses a vacuum atmosphere and the atmospheric pressure plasma is at atmospheric pressure. The sol-gel method is a method of diluting a material to be deposited into a solvent to make a sol state, coating the film by spin coating or dipping, and then depositing a gel thin film through heat treatment. Spraying is a method of spray coating a liquid substance. The sputtering and vacuum deposition, CVD, atmospheric pressure plasma deposition method, sol-gel method, spraying method, etc. are well known in the semiconductor and coating industry, so further detailed description thereof will be omitted.

상기 아노다이징 또는 PEO법, 스퍼터링, 진공증착, CVD, 상압플라즈마, 졸-겔법, 분사법을 이용하여 요철층(121) 위에 형성하는 계면 절연층(122)은 절연성 및 접착력, 열전도율이 우수한 산화물 또는 질화물 계통의 박막이 바람직하다. 계면 절연층의 두께는 0.05㎛ 내지 20㎛가 바람직하다. 0.05㎛ 이하의 두께는 절연성이 부족할 수 있으며, 20㎛ 이상의 두께는 공정시간이 많이 걸리고 요철층(121)의 효과를 없앨 수 있고, 또한 계면 절연층(122)의 크랙이나 결함이 내재할 가능성이 높기 때문이다.The interfacial insulating layer 122 formed on the uneven layer 121 by using the anodizing or PEO method, sputtering, vacuum deposition, CVD, atmospheric pressure plasma, sol-gel method, and spraying method has an oxide or nitride having excellent insulation, adhesion, and thermal conductivity. Thin films of the system are preferred. The thickness of the interface insulating layer is preferably 0.05 µm to 20 µm. A thickness of 0.05 μm or less may be insufficient in insulation, and a thickness of 20 μm or more may take a long process time, eliminate the effect of the uneven layer 121, and may cause cracks or defects in the interface insulating layer 122. Because it is high.

도 3은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 용사 코팅을 이용한 절연 금속 부품의 개략 단면도이다. 상기 제 3 실시 예에서는 도 1 및 도 2에서와 같이 표면처리에 의한 요철층(121)을 형성하지 않고 모재(110)에 직접 PEO법에 이용하여 제조한 PEO 산화막(123)의 표면 요철을 상기 표면처리에 의한 요철층(121) 대신에 사용하는 것이다. 이와 같은 모재(110) 위의 PEO 산화막(123)의 장점은 상기 그릿 블래스팅 및 샌드 블래스팅에 의한 모재(110)가 변형되는 것을 방지할 수 있으며, 모재와 접착력 및 절연성, 열전도율이 우수한 적당한 요철이 형성된 PEO 산화막(122)을 형성하는 것이다. 이와 같은 PEO 산화막(123)은 0.1㎜ 이상 두께의 알루미늄 또는 마그네슘, 티타늄, 지르코늄 등에 적용할 수 있으며, 최소 10㎛ 내지 100㎛ 이내의 두께가 바람직하다. PEO 산화막(123)의 두께가 10㎛ 이하가 되면 충분한 절연성 및 PEO 산화막(123) 표면의 요철이 부족하기 때문에 용사 효율이 낮아지며, 100㎛ 이상의 두께가 되면 공정시간 및 비용이 많이 들기 때문이다. 이와 같은 PEO 산화막(123) 위에 용사 코팅층(130) 및 충진층(131), 배선층(190)을 형성하는 것은 상기에서 자세히 상술하였으므로 이하 생략한다.3 is a schematic cross-sectional view of an insulated metal part using a thermal spray coating according to a third exemplary embodiment of the present invention. In the third embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the surface unevenness of the PEO oxide film 123 manufactured by the PEO method is directly formed on the base material 110 without forming the uneven layer 121 by the surface treatment. It is used instead of the uneven | corrugated layer 121 by surface treatment. The advantage of the PEO oxide film 123 on the base material 110 can prevent the base material 110 from being deformed by the grit blasting and sand blasting, and the appropriate unevenness excellent in adhesion and insulation and thermal conductivity with the base material The formed PEO oxide film 122 is formed. The PEO oxide layer 123 may be applied to aluminum, magnesium, titanium, zirconium, or the like having a thickness of 0.1 mm or more, and a thickness of at least 10 μm to 100 μm is preferable. If the thickness of the PEO oxide film 123 is less than 10㎛ the thermal spraying efficiency is low because the lack of sufficient insulation and irregularities on the surface of the PEO oxide film 123, and if the thickness of more than 100㎛ thick process time and cost is high. Forming the thermal spray coating layer 130, the filling layer 131, and the wiring layer 190 on the PEO oxide film 123 as described above in detail above will be omitted.

도 4는 본 발명의 제 1 내지 제 3 실시 예에 따른 용사 코팅을 이용한 절연 금속 부품의 제조 방법을 설명하기 위한 개략 단면도로서, 하기에서는 상기한 부분과 중복된 설명은 편의상 생략한다. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating a method of manufacturing an insulated metal component using a thermal spray coating according to the first to third embodiments of the present invention, and a description overlapping with the above-described parts will be omitted for convenience.

상기의 제 1 실시 예 내지 제 3 실시 예에서는 모재(110) 상에 표면처리에 의해 요철층(121)을 형성하는 방법과, 계면 절연층(122)을 형성하는 방법, PEO 산화막(123)의 표면의 거칠기를 이용하는 방법에 대해 설명하였다. 이와 같이 본 발명의 3가지 종류의 실시 예에서는 용사 효율을 높이기 위해 필요한 요철부(121, 122, 123를 모두 포함하여, 이하 120으로 표기한다)를 형성한 후, 용사 코팅층(130)을 형성함으로써 모재(110)와 용사 코팅층(130)의 결합력 및 절연성, 열전도율을 크게 향상시킬 수 있다. In the first to third embodiments described above, the method of forming the uneven layer 121 on the base material 110 by surface treatment, the method of forming the interfacial insulating layer 122, and the PEO oxide film 123 The method using the surface roughness was demonstrated. As described above, in the three kinds of embodiments of the present invention, after forming the uneven parts 121, 122, and 123 which are required to increase the thermal spraying efficiency (hereinafter, referred to as 120), the thermal spray coating layer 130 is formed. The bonding force, insulation, and thermal conductivity of the base material 110 and the thermal spray coating layer 130 can be greatly improved.

도 4(a)를 참조하면, 모재(110) 상에 요철부(120)을 형성한다. 모재(110)는 용도에 따라 다양한 형상을 갖는 다양한 재질이 가능하다. 요철부(120)는 표면처리로 요철층(121)을 형성하거나, 계면 절연층(122)을 형성하거나, 요철층(121)없이 PEO 산화막(123)을 이용할 수 있다. Referring to FIG. 4A, the uneven part 120 is formed on the base material 110. The base material 110 may be a variety of materials having a variety of shapes depending on the application. The uneven portion 120 may form the uneven layer 121 by the surface treatment, form the interfacial insulating layer 122, or use the PEO oxide layer 123 without the uneven layer 121.

이어서, 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 요철부(120)가 형성된 모재(110) 상에 용사 코팅층(130)을 형성한다. Subsequently, as shown in FIG. 4B, a spray coating layer 130 is formed on the base material 110 on which the uneven parts 120 are formed.

이어서, 도 4(c)에서는 상술한 바와 같이 에폭시 또는 열경화성 수지, 무기물 계열의 충진층을 스크린 프린팅 또는 잉크젯 프린팅, 디핑 등에 의해서 충진층(131)을 형성한다. 이러한 충진층(121)은 경화 열처리 공정을 먼저 수행할 수도 있고, 바람직하게는 전해동박 포일을 라미네이션한 후 진공 분위기에서 가압열처리하여 충진층과 전해동박 포일을 동시에 형성할 수도 있다. 또 다른 다른 방법으로는 상술한 바와 같이 먼저 충진층(121)을 형성하고 경화 열처리 후, 스퍼터링으로 접착층(adhesive layer) 및 시드층(sead layer)을 약 0.05㎛ 내지 0.2㎛의 두께로 증착한 후 전기 도금을 이용하여 패턴이 없는 배선층을 형성하거나, 스퍼터링 공정 후 사진공정을 수행하여 특정 영역에만 선택적으로 도금할 수 도 있다. 추가적으로 상기 충진층(131) 대신에 계면 접착력과 절연성을 높이기 위해서 스퍼터링 또는 진공증착법, CVD, 상압플라즈 증착법, 졸-겔법, 분사법을 이용하여 산화물 또는 질화물의 추가적인 계면 절연층(미도시)를 형성할 수도 있다. 또 다른 방법으로는 상기 충진층(131)을 형성하기 전 또는 후에 추가적인 계면 절연층(미도시)를 형성할 수도 있다. 여기서 아노다이징 및 PEO법은 용사 코팅층(130) 위에 적용할 수 없는 것은 자명한 사실이다. 이러한 추가적인 계면 절연층은 전해동박 포일에 적용할 수도 있으며, 스퍼터링으로 접착층 및 시드층을 형성하기 전에 적용할 수도 있다. Subsequently, as shown in FIG. 4 (c), the filling layer 131 is formed by screen printing, inkjet printing, dipping, or the like of the epoxy or thermosetting resin and the inorganic filling layer. The filling layer 121 may be subjected to a hardening heat treatment process first, and may preferably be formed simultaneously by laminating the electrolytic copper foil and pressurizing heat treatment in a vacuum atmosphere to simultaneously form the filling layer and the electrolytic copper foil. As another method, as described above, first, the filling layer 121 is formed and a hardening heat treatment is performed, and then an adhesive layer and a seed layer are deposited by sputtering to a thickness of about 0.05 μm to 0.2 μm. The plating layer without a pattern may be formed using electroplating, or may be selectively plated only on a specific region by performing a photo process after a sputtering process. In addition, instead of the filling layer 131, an additional interface insulating layer (not shown) of oxide or nitride is formed by sputtering or vacuum deposition, CVD, atmospheric pressure plasma deposition, sol-gel, or spraying to improve interfacial adhesion and insulation. You may. Alternatively, an additional interface insulating layer (not shown) may be formed before or after the filling layer 131 is formed. It is apparent that the anodizing and PEO methods cannot be applied on the thermal spray coating layer 130. This additional interfacial insulation layer may be applied to the electrolytic copper foil, or may be applied prior to forming the adhesive layer and the seed layer by sputtering.

이어서, 도 4(d)에 도시된 바와 같이, 상기 전해동박 포일 또는 스퍼터링 및 전기도금에 의해 형성된 배선층을 사진 공정을 이용하면 최종적으로 회로 패턴이 형성된 배선층(190)이 형성된다. 또 다른 방법으로, 스크린 프린팅 또는 잉크젯 프린팅으로 금속 재질의 배선층(190)을 형성한 후 열처리할 수 있다. 또 다른 방법으로, 용사법으로 금속 코팅층을 형성하고 사진 공정으로 배선층(190)을 형성하거나, 금속 재질을 용사할 때 마스크를 이용하여 사진 공정없이 배선층(190)을 형성할 수도 있다. Subsequently, as shown in FIG. 4 (d), a wiring layer 190 having a circuit pattern is finally formed by using a photolithography process for the wiring layer formed by the electrolytic copper foil or sputtering and electroplating. As another method, the wire layer 190 may be heat-treated after forming the metal layer 190 by screen printing or inkjet printing. In another method, the metal coating layer may be formed by a thermal spraying method, and the wiring layer 190 may be formed by a photolithography process, or the wiring layer 190 may be formed without a photolithography process using a mask when thermally spraying a metal material.

도 5은 용사 원료로 이용되는 각종 반도체 재료의 열전도율 및 열팽창 계수를 도시한 그래프이다.5 is a graph showing thermal conductivity and thermal expansion coefficient of various semiconductor materials used as a thermal spraying raw material.

도 5에 도시된 바와 같이, 반도체용 리드프레임 등으로 많이 사용되는 구리 는 열전도율이 398W/mK로 가장 높고, 알루미늄이 237, 철이 80, 실리콘(Si)이 116, 질화알루미늄(AlN)이 200, 산화베릴륨(BeO)이 260, 질화붕소(BN)가 180, 알루미나(Al2O3)가 25 정도의 열전도율을 가진다. 도 5에는 미도시되었지만 산화알루미늄(MgO)의 열전도율이 60W/mK 정도의 열전도율을 가진다. 예를 들어 알루미나는 다른 세라믹 재료에 비해 우수한 절연성(유전강도 9.0)과 적은 밀도(3.6g/cc), 그리고 큰 열전도율(25W/mK)을 가지고 있다. 보통 순수한 금속 재료에 비해 질화알루미늄, 산화베릴륨, 질화붕소, 알루미나, 산화알루미늄 등은 제조 방법, 순도, 열처리 등에 따라 넓은 범위의 열전도율을 가지게 된다. 기존 일반 PCB의 경우 FR-4 절연층이 약 0.25W/mK 내외의 열전도율을 가지고, 기존 metal PCB에 사용되는 에폭시 수지에 세라믹 필러가 들어간 절연층의 경우에 보통 2W/mK 정도의 열전도율 및 보통 3-5 정도의 유전율을 가진다. 따라서, 본 특허에서 사용하는 용사 절연층(130)은 에폭시 절연층보다 유전율이 높은 세라믹을 사용하므로, 동일한 절연성을 확보하기 위해 기존 metal PCB 보다 용사 코팅층(130)의 두께를 얇게 할 수 있으므로 열저항을 낮출 수 있다. 또한 우수한 절연 특성을 가지는 질화알루미늄, 산화베릴륨, 질화붕소, 질화실리콘의 열전도율이 기존 metal PCB의 절연층보다 수 십배 내지 수 백배 이상 높다는 것을 알 수 있다. 물론 용사 코팅으로 세라믹 절연층을 제조하면 전통적인 소결 방법으로 제조한 기공이 거의 없는 세라믹 소결체에 비해 열전도율이 상대적으로 떨어지지만 그래도 기존의 일반 PCB 또는 metal PCB에서 사용하는 절연층에 비해 최소 수 배에서 수 십배 이상의 높은 열전도율을 가진다.As shown in FIG. 5, copper, which is frequently used as a lead frame for semiconductors, has the highest thermal conductivity of 398 W / mK, aluminum 237, iron 80, silicon (Si) 116, aluminum nitride (AlN) 200, The beryllium oxide (BeO) is 260, the boron nitride (BN) is 180 and the alumina (Al 2 O 3 ) has a thermal conductivity of about 25. Although not shown in FIG. 5, the thermal conductivity of aluminum oxide (MgO) has a thermal conductivity of about 60 W / mK. Alumina, for example, has better insulation (dielectric strength 9.0), lower density (3.6 g / cc), and higher thermal conductivity (25 W / mK) than other ceramic materials. Compared with ordinary pure metal materials, aluminum nitride, beryllium oxide, boron nitride, alumina, aluminum oxide, etc. have a wide range of thermal conductivity depending on the manufacturing method, purity, heat treatment, and the like. In case of conventional general PCB, FR-4 insulation layer has thermal conductivity around 0.25W / mK, and in case of insulation layer containing ceramic filler in epoxy resin used in existing metal PCB, it is usually 2W / mK and 3 It has a dielectric constant of about -5. Therefore, since the thermal spray insulation layer 130 used in the present patent uses a ceramic having a higher dielectric constant than the epoxy insulation layer, the thermal spray resistance may be thinner than that of the conventional metal PCB in order to secure the same insulation property. Can be lowered. In addition, it can be seen that the thermal conductivity of aluminum nitride, beryllium oxide, boron nitride, and silicon nitride having excellent insulating properties is several ten to several hundred times higher than that of an insulating layer of a conventional metal PCB. Of course, if the ceramic insulation layer is manufactured by thermal spray coating, the thermal conductivity is relatively lower than that of the ceramic sintered body with little pores manufactured by the conventional sintering method, but it is still several times smaller than the insulation layer used in the conventional PCB or metal PCB. It has ten times higher thermal conductivity.

또한, 열팽창 계수는 알루미늄이 25.5 ppm/deg, 구리가 16.5, 철이 12.3, 니켈이 13.3의 값을 가지며, 질화알루미늄, 알루미나, 실리콘 등의 재료들은 약 4~8 내외의 열팽창 계수를 가지고 있다. In addition, the coefficient of thermal expansion of aluminum 25.5 ppm / deg, copper 16.5, iron 12.3, nickel has a value of 13.3, and materials such as aluminum nitride, alumina, silicon has a coefficient of thermal expansion of about 4-8.

따라서, 이러한 반도체 및 세라믹 재료는 모두 용사 원료로 이용할 수 있으며, 특히 열피로를 많이 받는 환경에서는 모재와 용사 코팅층의 열팽창 계수의 차이가 최대한 작은 물질을 이용하는 것이 바람직하다. 한편, 용사 코팅으로 기지 금속을 형성할 때 알루미늄이나 구리 등의 열팽창 계수가 세라믹에 비해 큰 물질 대신에 알루미늄에 입자 강화 복합 재료, 예를 들어 SiC 또는 탄소나노튜브(CNT) 등을 첨가한 알루미늄 복합 재료를 이용할 수 있다. 알루미늄 복합 재료를 이용한 기지 금속은 알루미늄 합금에 비해 높은 강도와 강성, 그리고 우수한 내마모 및 내열 특성을 가지게 된다. 또한, 높은 열전도율 및 세라믹과 거의 비슷한 열팽창 계수를 가지게 된다. 전자기기의 열방출 소재는 낮은 열팽창 계수, 높은 열전도율, 저밀도, 저생산비의 특성을 가져야 하는데, 이러한 알루미늄 복합 재료는 강화 입자의 종류 및 분율에 따라서 열전도율 및 열팽창 계수 등의 물성을 원하는 대로 설계할 수 있어 전자기기의 열방출 소재로 적용 가능성이 높다. 또한, SiC는 낮은 원소재 가격에도 불구하고 우수한 물리적, 기계적 성질을 가지고 있기 때문에 복합 재료의 강화재로 많이 이용되고 있으며, 가압 또는 무가압 합침법을 이용한 망상 구조 형상의 알루미늄과 SiC의 복합 재료 제조 방법이 개발되어 상용화되고 있다. 일반적인 알루미늄과 SiC의 복합 재료는 제조 방법과 SiC의 분율에 따라 120~180W/mK 정도의 상대적으로 높은 열전도율을 갖는다. 또한 최근 개발된 CNT가 첨가된 알루미 늄의 경우 알루미늄을 용융시킬 때 알루미늄과 잘 용융될 수 있도록 표면처리한 CNT를 첨가하여 알루미늄 복합재료의 무게를 줄이고 강도를 높였다. 여기서, 복합 재료의 열전도율은 SiC 입자와 CNT의 분율과 분포, 기지와 강화재 간의 계면 상태, 구성 원소의 열전도율 등의 여러 가지 요인에 의하여 변화하게 된다. 따라서, 알루미늄과 SiC 또는 CNT의 복합 재료를 모재(110)로 사용하여 metal PCB를 제작하게 되면 용사 코팅층(130)과의 열팽창 계수 차이를 최소화함으로써 신뢰성이 우수한 제품을 만들 수 있다. 따라서, 용사 코팅 물질로는 알루미나, 질화알루미늄, 산화베릴륨, 질화붕소, 산화알루미늄, 질화실리콘 및 이들의 포함된 혼합물이 이용될 수 있다.Therefore, both of these semiconductor and ceramic materials can be used as a thermal spraying material, and particularly in an environment receiving high thermal fatigue, it is preferable to use a material having a small difference in thermal expansion coefficient between the base material and the thermal spray coating layer. On the other hand, when forming a base metal with a thermal spray coating, an aluminum composite in which a particle-reinforced composite material such as SiC or carbon nanotubes (CNT) is added to aluminum instead of a material having a larger thermal expansion coefficient such as aluminum or copper than ceramics Materials can be used. Base metals using aluminum composite materials have higher strength and stiffness, and better wear and heat resistance than aluminum alloys. In addition, it has a high thermal conductivity and a coefficient of thermal expansion almost similar to that of ceramics. The heat dissipation material of the electronic device should have characteristics of low thermal expansion coefficient, high thermal conductivity, low density and low production cost. The aluminum composite material can be designed as desired according to the type and fraction of reinforcing particles. It is highly applicable to heat dissipation material of electronic equipment. In addition, since SiC has excellent physical and mechanical properties despite low raw material prices, it is widely used as a reinforcing material for composite materials, and a method of manufacturing a composite material of aluminum and SiC having a network structure using a pressurized or pressureless agglomeration method. Has been developed and commercialized. In general, a composite material of aluminum and SiC has a relatively high thermal conductivity of about 120 to 180 W / mK depending on the manufacturing method and the fraction of SiC. In addition, recently developed CNT-added aluminum has been added to reduce the weight and strength of aluminum composites by adding CNTs that have been surface-treated so that they can be melted well with aluminum when melting aluminum. Here, the thermal conductivity of the composite material is changed by various factors such as the fraction and distribution of SiC particles and CNTs, the interface state between the matrix and the reinforcing material, and the thermal conductivity of the constituent elements. Therefore, when manufacturing a metal PCB using a composite material of aluminum and SiC or CNT as the base material 110, it is possible to make a product having excellent reliability by minimizing the difference in thermal expansion coefficient with the thermal spray coating layer (130). Thus, as the thermal spray coating material, alumina, aluminum nitride, beryllium oxide, boron nitride, aluminum oxide, silicon nitride, and mixtures thereof may be used.

도 6은 본 발명에 따른 용사 코팅을 이용한 절연 금속 부품으로서의 히트싱크를 구비하는 발광 모듈의 개략도이다.6 is a schematic view of a light emitting module having a heat sink as an insulated metal part using a thermal spray coating according to the present invention.

도 6(a) 및 도 6(b)를 참조하면, 본 발명에 따른 발광 모듈은 방열핀(505)을 구비하여 히트싱크가 일체화된 기판(510)과, 기판(510) 상에 형성된 절연층(520)과, 절연층(520) 상의 소정 영역에 형성된 배선층(530)과, 배선층(530)상에 실장된 발광 소자(540)와, 절연층(520) 및 배선층(530)의 일부 상에 형성된 솔더 레지스트층(550)을 포함한다.6 (a) and 6 (b), the light emitting module according to the present invention includes a substrate 510 having a heat dissipation fin 505 and a heat sink integrated therein, and an insulating layer formed on the substrate 510. 520, a wiring layer 530 formed in a predetermined region on the insulating layer 520, a light emitting element 540 mounted on the wiring layer 530, and a portion of the insulating layer 520 and the wiring layer 530. The solder resist layer 550 is included.

기판(510)은 예를 들어 알루미늄 합금으로 제작되며, 일면에 방열핀(505)이 형성된다. 기판(510)의 타면에는 절연층(520)이 형성되는데, 절연층(520)은 상기 요철부(120) 및 용사 코팅층(130), 충진층(131)으로 구성된다. 절연층(520) 위에는 배선층(530)을 형성한다. 이와 관련한 중복되는 설명은 생략한다. The substrate 510 is made of, for example, an aluminum alloy, and a heat dissipation fin 505 is formed on one surface thereof. An insulating layer 520 is formed on the other surface of the substrate 510, and the insulating layer 520 includes the uneven portion 120, the thermal spray coating layer 130, and the filling layer 131. The wiring layer 530 is formed on the insulating layer 520. Overlapping descriptions in this regard are omitted.

솔더 레지스트층(550) 또한 용사 코팅에 의해 형성할 수 있으며, 또 다른 방법으로는 스크린 프린팅이나 잉크젯 프린팅, 디핑하고 난 후 후속으로 사진 공정으로 형성할 수 있다.The solder resist layer 550 may also be formed by thermal spray coating. Alternatively, the solder resist layer 550 may be formed by screen printing, inkjet printing, or dipping and subsequently by a photo process.

발광 소자(540), 예를 들어 리드프레임이 형성된 발광 소자 패키지는 배선층(530) 상에 표면 실장된다. 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 용사 코팅을 이용한 부품을 적용하여 열전도율이 매우 우수한 발광 모듈이나 조명용 발광 모듈을 제작할 수 있다. 기존의 metal PCB을 이용해서는 대형 액정 표시 장치용 백라이트 유닛을 제작하는데 한계가 있으나, 본 발명에 따른 용사 코팅을 이용한 부품을 적용하면 크기나 재질의 제한이 없고 열저항을 최소화시킨 발광 모듈을 제작할 수 있다.The light emitting device 540, for example, a light emitting device package having a lead frame, is surface mounted on the wiring layer 530. By applying the component using the thermal spray coating according to the present invention as described above it can be produced a light emitting module or a light emitting module for excellent thermal conductivity. There is a limitation in manufacturing a backlight unit for a large liquid crystal display device using a conventional metal PCB, but if the component using the thermal spray coating according to the present invention is applied, there is no limitation in size or material and a light emitting module having a minimum thermal resistance can be manufactured. have.

도 7은 본 발명에 따른 용사 코팅을 이용한 절연 금속 부품으로서의 정전척의 개략 단면도이다. 정전척은 반도체 장비에서 정전력을 발생시키는 전극(630)을 형성하여 실리콘 웨이퍼 및 유리 판넬을 고정하는 역할을 하는 것이다.7 is a schematic cross-sectional view of an electrostatic chuck as an insulated metal part using a sprayed coating according to the present invention. The electrostatic chuck serves to fix the silicon wafer and the glass panel by forming an electrode 630 for generating electrostatic force in semiconductor equipment.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 정전척은 단차를 갖는 몸체(610)와, 몸체(610) 상에 형성된 제 1 절연층(620)과, 제 1 절연층(620) 상의 소정 영역에 형성된 전극(630)과, 제 1 절연층(620) 및 전극(630) 상에 형성된 제 2 절연층(640)을 포함한다. 몸체(610)는 금속 물질, 예를 들어 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제작될 수 있으며, 중앙부가 다른 영역에 비해 높은 단차를 갖도록 제작된다. 몸 체(610)의 중앙부 상에는 제 1 절연층(620)이 형성되는데, 제 1 절연층(620)은 상술한 바와 같이 요철부(120) 및 용사 코팅층(130), 충진층(131)으로 구성되며, 상세한 설명은 생략한다. 한편, 공지의 기술로 용사 코팅을 이용하여 정전척을 제작하는 방법이 제시되어 있으나, 본 발명에서는 몸체(610)와 강한 결합력 및 절연성, 열전도율이 높은 요철부(120)을 형성한 것과 용사 코팅층(130) 위에 충진층(131)을 형성하는 것이 종래와 다르다. Referring to FIG. 7, the electrostatic chuck according to the present invention includes a body 610 having a step, a first insulating layer 620 formed on the body 610, and a predetermined region formed on the first insulating layer 620. The electrode 630 includes a first insulating layer 620 and a second insulating layer 640 formed on the electrode 630. The body 610 may be made of a metal material, for example, aluminum or an aluminum alloy, and the center portion 610 may be made to have a higher step than other areas. The first insulating layer 620 is formed on the central portion of the body 610, the first insulating layer 620 is composed of the uneven portion 120, the thermal spray coating layer 130, the filling layer 131 as described above. The detailed description is omitted. On the other hand, a method for manufacturing an electrostatic chuck using a thermal spray coating has been proposed by a known technique, but in the present invention, the uneven portion 120 having a strong bonding force and insulation and high thermal conductivity and a thermal spray coating layer ( Forming the filling layer 131 on the 130 is different from the conventional.

전극(630)은 제 1 절연층(610) 상의 소정 영역에 형성되며, 도전성 물질을 용사 코팅하여 형성할 수 있다. 따라서, 전극(630)이 형성될 영역을 제외한 영역에 마스크층을 형성한 후 도전성 물질을 용사 코팅하고, 마스크층을 제거하여 전극(630)을 형성할 수 있다. 또한, 전극(630)은 스크린 프린팅 또는 잉크젯 프린팅으로 전극 물질을 도포하고 열처리하여 형성할 수도 있다. 또 다른 방법으로는 스퍼터링 또는 진공증착을 이용하여 전극(630)을 형성할 수도 있다. The electrode 630 may be formed in a predetermined region on the first insulating layer 610, and may be formed by spray coating a conductive material. Therefore, after forming a mask layer in a region other than the region where the electrode 630 is to be formed, the conductive material may be thermally coated and the mask layer may be removed to form the electrode 630. In addition, the electrode 630 may be formed by applying and heat-treating the electrode material by screen printing or inkjet printing. Alternatively, the electrode 630 may be formed by sputtering or vacuum deposition.

제 2 절연층(640)은 제 1 절연층(620) 및 전극(630) 상부에 형성되며, 용사 코팅에 의해 형성될 수 있다. 제 2 절연층(640) 또한 제 1 절연층(620)과 동일하게 용사 코팅 방법을 적용할 수 있다. 제 2 절연층(640)을 형성한 후 전극(630)에 의해 단차가 형성된다면, 후속 공정으로 래핑 또는 폴리싱 방법으로 단차를 제거하는 것이 바람직하다. The second insulating layer 640 may be formed on the first insulating layer 620 and the electrode 630, and may be formed by spray coating. The second insulating layer 640 may also apply a spray coating method in the same manner as the first insulating layer 620. If a step is formed by the electrode 630 after the second insulating layer 640 is formed, it is preferable to remove the step by a lapping or polishing method in a subsequent process.

도 8은 본 발명에 따른 용사 코팅을 이용한 절연 금속 부품으로서의 열전 소자 모듈 기판의 개략 단면도이다.8 is a schematic cross-sectional view of a thermoelectric element module substrate as an insulated metal part using a thermal spray coating according to the present invention.

도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 열전 소자 모듈용 기판은 상부 기판(760) 및 하부기판(710)에 적용할 수 있다. 먼저 열전소자 모듈용 하부 기판은 방열핀(705)을 구비하여 히트싱크가 일체화된 하부 기판(710)과, 하부 기판(710) 상에 형성된 절연층(720), 절연층(720) 상의 소정 영역에 형성된 하부 전극층(730)으로 구성된다. 또한 상부 기판(760)은 세라믹 또는 금속으로 제작할 수 있는데, 금속으로 제작할 수 있으며 중복되는 설명은 생략한다. 여기서 열전 소자 모듈용 상부 기판(760) 및 하부 기판(710) 상의 절연층(720)은 상술한 바와 같이 요철부(120) 및 용사 코팅층(130), 충진층(131)으로 구성되며, 상세한 설명은 생략한다. 상부 전극층(770) 및 하부 전극층(730)의 형성 방법도 상술한 배선층(190)과 동일한 방법으로 형성할 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다. 이후 상부 전극층(770) 및 하부 전극층(730)에 P형 열전 반도체층(740) 및 N형 열전 반도체층(750)과 연결되도록 솔더링 또는 브레이징 접합하여 열전 소자 모듈을 제작한다. 이에 대한 상세한 설명은 당 업계에서는 공지의 기술이므로 생략한다. Referring to FIG. 8, the thermoelectric element module substrate according to the present invention may be applied to the upper substrate 760 and the lower substrate 710. First, the lower substrate for the thermoelectric element module includes a heat dissipation fin 705 and a lower substrate 710 in which a heat sink is integrated, and an insulating layer 720 and an insulating layer 720 formed on the lower substrate 710. The lower electrode layer 730 is formed. In addition, the upper substrate 760 may be made of ceramic or metal, and may be made of metal, and overlapping description thereof will be omitted. Herein, the insulating layer 720 on the upper substrate 760 and the lower substrate 710 for the thermoelectric element module includes the uneven portion 120, the thermal spray coating layer 130, and the filling layer 131. Is omitted. Since the upper electrode layer 770 and the lower electrode layer 730 may be formed by the same method as the above-described wiring layer 190, a detailed description thereof will be omitted. Then, a thermoelectric element module is manufactured by soldering or brazing the upper electrode layer 770 and the lower electrode layer 730 so as to be connected to the P-type thermoelectric semiconductor layer 740 and the N-type thermoelectric semiconductor layer 750. Detailed description thereof is omitted since it is well known in the art.

종래의 열전 소자 모듈용 알루미나 세라믹 기판은 매우 높은 가격과 복잡한 제조 공정, 대량생산이 불가능한 단위 공정에 따른 높은 제조 비용, 낮은 열전도율을 가지는 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명에 따른 용사 코팅을 열전 소자 모듈용 상부 및 하부 기판 소재에 적용하면 열전도율 및 절연성, 접착성 등이 매우 우수한 금속 절연 기판을 쉽게 대량 생산할 수 있고, 종래에 비해 제조 공정 및 제조 비용을 줄일 수 있다. The conventional alumina ceramic substrate for a thermoelectric element module has a problem of having a very high price, a complicated manufacturing process, a high manufacturing cost according to a unit process impossible for mass production, and low thermal conductivity. Therefore, when the thermal spray coating according to the present invention is applied to the upper and lower substrate materials for the thermoelectric element module, it is possible to easily mass-produce a metal insulation substrate having excellent thermal conductivity, insulation property, adhesiveness, and the like. Can be reduced.

도 9는 알루미늄 모재에 그릿 블래스팅을 한 표면 형상 사진이다. 두께 2mm의 알루미늄 5052 평판을 그릿 블래스팅으로 처리한 표면 형상을 광학 현미경으로 60배 확대한 사진이며, 평균 표면 거칠기는 2.5이다. 그릿 블래스팅은 일반 샌드 블래스팅과 달리 블래스팅 재료의 형상이 매우 불규칙한 탄화규소(SiC) 또는 알루미나(Al2O3)를 고속으로 모재에 분사한다. 따라서, 모재의 표면에는 약 1~10 크기의 요철층이 형성된다. 일반적으로 그릿 블래스팅을 이용한 표면 처리는 모재의 종류에 의존하지만, 두께 2 이하의 얇은 판에는 모재가 응력을 받아 변형이 발생하게 된다. 그러나, 수작업에 의한 그릿 블래스팅이 아니라, 그릿의 분사 속도와 모재 이동 속도 등을 자동으로 제어하면 모재의 변형을 최소화할 수 있다.9 is a photograph of the surface shape of the aluminum base material grit blasting. It is the photograph which magnified the surface shape which processed the aluminum 5052 plate of thickness 2mm by grit blasting by the optical microscope 60 times, and the average surface roughness is 2.5. Grit blasting, unlike ordinary sand blasting, injects silicon carbide (SiC) or alumina (Al 2 O 3 ) into the substrate at a high speed with a very irregular blasting material. Therefore, the uneven | corrugated layer of about 1-10 size is formed in the surface of a base material. In general, surface treatment using grit blasting depends on the type of the base material, but the base metal is stressed in the thin plate having a thickness of 2 or less, and deformation occurs. However, it is possible to minimize the deformation of the base metal by automatically controlling the injection speed of the grit and the base material movement speed, rather than the grit blasting by hand.

도 10(a) 및 도 10(b)는 알루미늄 모재에 PEO 산화막을 형성한 표면 및 단면 사진이다. 도 10(a)은 광학 현미경으로 100배의 배율로 관찰한 요철층의 표면 형상 사진이고, 도 10(b)는 전자 현미경으로 400배의 배율로 관찰한 다공성 요철층이 형성된 알루미늄 모재의 단면 사진이다. 이때 알루미늄 박판의 두께는 0.2mm 이었다. 10 (a) and 10 (b) are surface and cross-sectional photographs in which a PEO oxide film is formed on an aluminum base material. Fig. 10 (a) is a surface shape photograph of an uneven layer observed at 100 times magnification with an optical microscope, and Fig. 10 (b) is a cross-sectional photograph of an aluminum base material having a porous uneven layer formed at 400 times magnification with an electron microscope. to be. At this time, the thickness of the aluminum thin plate was 0.2mm.

도 10(a) 및 도 10(b)에 도시된 바와 같이, 알루미늄 박판에 PEO 산화막을 형성하면 알루미늄 박판 상에는 치밀한 내부층 및 표면에 매우 많은 기공을 갖는 다공성 알루미나의 요철층이 형성된다. 특히, 용사 코팅은 기계적 결합을 하기 때문에 용사 코팅층이 모재와 강하게 결합하기 위해서는 단순한 요철보다는 앵커 형태의 요철 구조가 더 바람직한데, PEO 코팅에 의해 형성된 요철층의 단면은 앵커 형태로 형성된다. 또한, 0.2 두께의 알루미늄 박판은 PEO 코팅에 의해 요철층이 형성되면 알루미늄층은 95의 두께로 되고, 상부와 하부의 요철층은 각각 약 75um로 형성된다. 알루미늄 박판에 PEO 코팅을 하게 되면 알루미늄과 반응하여 요철층이 형성되기 때문에 알루미늄층의 두께는 원래 두께보다 줄어들지만, 요철층이 소정 두께로 형성된다. 따라서, 요철층이 형성된 후의 전체 두께가 요철층이 형성되기 이전보다 약 45 정도 두꺼워진다. 이와 같은 0.2 두께의 알루미늄 박판에 모재를 변형시키지 않고 그릿 블래스팅하는 것은 불가능하지만, PEO 코팅을 이용하면 모재를 변형시키지 않고 모재의 표면에 용사 코팅을 실시하기에 매우 적당한 앵커 형상의 요철부를 형성할 수 있다.As shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b), when the PEO oxide film is formed on the aluminum sheet, a dense inner layer and an uneven layer of porous alumina having very many pores on the surface are formed on the aluminum sheet. In particular, since the thermal spray coating is mechanically bonded, the anchored concave-convex structure is more preferable than the simple concave-convex structure in order to strongly bond the sprayed coating layer with the base material, and the cross-section of the concave-convex layer formed by PEO coating is formed in the form of an anchor. In addition, when the aluminum thin plate having a thickness of 0.2 is formed by the PEO coating, the aluminum layer has a thickness of 95, and the upper and lower uneven layers are formed at about 75 um, respectively. When the PEO coating is applied to the aluminum thin plate, the uneven layer is formed by reacting with the aluminum, but the thickness of the aluminum layer is smaller than the original thickness, but the uneven layer is formed to a predetermined thickness. Therefore, the overall thickness after the uneven layer is formed is about 45 thicker than before the uneven layer is formed. Although it is not possible to grit blast the 0.2 thickness aluminum sheet without deforming the base material, PEO coating can form an anchor-shaped uneven portion which is very suitable for spray coating on the surface of the base material without deforming the base material. Can be.

표 1은 모재 온도에 따른 알루미나 용사 코팅층의 열전도율의 변화를 보여준다. 용사 조건은 다음과 같다. 플라즈마 용사장비는 Sulzer-Metco 사의 9MB 모델을 사용하였으며, 알루미늄 모재는 Al 1050 (610*550*1.5mm)을 이용하여 #80의 금강사를 이용하여 그릿 블래스팅을 수행하였으며, 건 속도(Gun speed)는 425mm/sec, 건-모재 거리는 80mm, Ar 가스 유량은 33L/min, 수소 가스 유량은 4.5L/min, 알루미나 용사 분말은 Sulzer-Metco사의 105NS를 사용하여 약 40um 두께로 용사 코팅하였다.Table 1 shows the change in thermal conductivity of the thermal spray coating layer of alumina depending on the base material temperature. Thermal spraying conditions are as follows. Plasma spraying equipment used Sulzer-Metco's 9MB model, aluminum base was Al 1050 (610 * 550 * 1.5mm) and grit blasting was carried out using gold steel of # 80. Gun speed Was 425 mm / sec, gun-base material distance was 80 mm, Ar gas flow rate 33 L / min, hydrogen gas flow rate 4.5 L / min, alumina spray powder was spray-coated to a thickness of about 40um using Sulzer-Metco 105NS.

모재의 온도Temperature of substrate 상온Room temperature 100℃100 200℃200 300℃300 400℃400 ℃ 500℃500 ℃ 열전도율Thermal conductivity 4.04.0 4.084.08 6.406.40 8.158.15 10.2710.27 9.739.73

플라즈마 용사를 이용하여 알루미나 용사 코팅층을 형성할 때, 용사 건에서 분사되는 플라즈마에 의해 모재가 국부적으로 가열된다. 그러나 상온에서 용사 코팅을 진행하는 것 보다 모재의 온도를 올려주면 알루미나 용사 코팅층의 열전도도가 100℃에서 400℃까지는 열전도율이 올라가는 경향을 보여 준다. 이러한 알루미나 용사 코팅층의 열전도도는 순수 알루미나의 경우 대략 20 내지 35W/mK의 열전도율을 가지는 것에 비해 매우 낮은 값을 보여주지만, 용사 코팅을 진행할 때 모재의 온도를 올려 주면 열전도율이 상당히 많이 개선되는 것을 확인할 수 있었다. 모재 온도를 올릴 경우 모재의 변형이 발생하는데, 모재의 가열 속도와 냉각 속도, 초기 모재의 응력 등의 변수를 적절하게 조절하면 모재의 변형을 최소화할 수 있다.When forming an alumina spray coating layer using plasma spraying, a base material is locally heated by the plasma sprayed from a spraying gun. However, if the temperature of the base material is raised rather than the thermal spray coating at room temperature, the thermal conductivity of the thermal spray coating layer of the alumina shows a tendency to increase the thermal conductivity from 100 ℃ to 400 ℃. The thermal conductivity of the alumina thermal spray coating layer shows a very low value compared to having a thermal conductivity of approximately 20 to 35 W / mK in the case of pure alumina, but it is confirmed that the thermal conductivity is significantly improved by raising the temperature of the base material during the thermal spray coating. Could. When the base material temperature is raised, deformation of the base material occurs. By properly adjusting variables such as heating rate and cooling rate of the base material and stress of the initial base material, the deformation of the base material can be minimized.

표 2는 플라즈마 용사층의 두께 및 에폭시 충진에 따른 절연 파괴 전압의 변화를 보여준다. 플라즈마 용사 조건은 상기 표 1과 같았으며, 모재의 온도는 별도의 가열을 하지 않았다. 용사 코팅층의 두께는 마이크로미터와 무게변화를 이용하여 환산하였다. Table 2 shows the variation of dielectric breakdown voltage with the thickness of plasma sprayed layer and epoxy filling. Plasma spraying conditions were as shown in Table 1, the temperature of the base material was not heated separately. The thickness of the thermal spray coating layer was converted using a micrometer and weight change.

용사층 두께(㎛)Sprayed layer thickness (㎛) 88 1414 2121 4949 6464 8383 절연파괴전압A(kV)Breakdown voltage A (kV) -- 0.340.34 0.460.46 0.780.78 1.351.35 1.781.78 절연파괴전압B(kV)Breakdown voltage B (kV) 0.380.38 0.670.67 1.011.01 2.832.83 >5.0> 5.0 >5.0> 5.0 절연파괴전압C(kV)Breakdown voltage C (kV) 1.451.45 2.552.55 3.243.24 >5.0> 5.0 >5.0> 5.0 >5.0> 5.0

절연파괴전압의 측정은 KS규격 D8514에 따라 Delta United Instrument 사의 DU-1336 테스터로 각 10 번씩 측정하여 평균하였다. 절연파괴전압A는 용사 코팅층의 절연파괴전압으로 8㎛의 경우 절연이 되지 않았으며, 두께가 증가함에 따라 절연파괴전압A는 증가하였다. 절연파괴전압B는 알루미나 필러가 30% 혼합된 에폭시를 사용하여 스크린 프린팅한 후 200℃에서 100분간 경화 열처리를 한 후 절연파괴전압이다. 절연파괴전압C는 상기 에폭시를 스크린 프린팅한 후 전해동박을 라미네이션하여 진공 가압열처리를 한 후의 절연파괴전압을 측정한 것이다. 진공 가압 열처리는 독일 Burkle 사 LAMV 150 장비를 사용하여 진공은 20torr 이하, 압력은 50kgf/cm2, 200도 셋팅 온도에서 100분 열처리 후 냉각하였다. 진공 가압 열처리를 이용하여 에폭시 충진층(131)을 형성하면 용사 코팅층(130)의 절연파괴전압보다 약 6 내지 8배로 증가함을 확인할 수 있었으며, 절연파괴전압 테스터 장비의 특성상 5kV 이상의 측정은 불가능하였다. 이 때 에폭시 충진층의 두께는 약 10㎛ 내외이었다. 따라서 본 발명의 실시예 1 내지 3에서 설명한 에폭시 충진층(131)을 스크린 프린팅하고 난 후의 경화 열처리 또는 진공 가압 열처리에 따라 절연파괴전압의 증가 효과를 확인할 수 있었다. 금속 절연 부품으로 이용하기 위한 용사 코팅층은 8㎛ 내지 200㎛ 이내의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 8㎛ 이내의 두께에서는 충진층을 이용하더라도 충분한 절연파괴전압을 확보하기 어렵고, 200㎛ 이상의 두께는 공정시간 및 코팅비용의 증가, 열저항의 증가 등으로 바람직하지 않다. The breakdown voltage was measured and averaged 10 times with DU-1336 tester of Delta United Instrument according to KS standard D8514. Insulation breakdown voltage A is the insulation breakdown voltage of the thermal spray coating layer was not insulated in the case of 8㎛, the breakdown voltage A increased with increasing thickness. The dielectric breakdown voltage B is the dielectric breakdown voltage after screen printing using 30% of alumina filler mixed with epoxy, followed by curing heat treatment at 200 ° C. for 100 minutes. The dielectric breakdown voltage C measures the dielectric breakdown voltage after vacuum pressurizing heat treatment by laminating the electrolytic copper foil after screen printing the epoxy. Vacuum pressurization heat treatment was performed using a Burmek LAMV 150 equipment in Germany, the vacuum was 20torr or less, the pressure was 50kgf / cm2, and cooled after 100 minutes heat treatment at a 200 ° setting temperature. When the epoxy filling layer 131 was formed using vacuum pressurization heat treatment, it was confirmed that the insulation breakdown voltage of the thermal sprayed coating layer 130 was increased by about 6 to 8 times, and the measurement of 5 kV or more was impossible due to the characteristics of the insulation breakdown voltage tester. . At this time, the thickness of the epoxy filling layer was about 10 μm. Therefore, it was possible to confirm the effect of increasing the dielectric breakdown voltage according to the curing heat treatment or vacuum pressurization heat treatment after screen printing the epoxy filling layer 131 described in Examples 1 to 3 of the present invention. It is preferable that the thermal spray coating layer for use as a metal insulation component has a thickness within 8 micrometers-200 micrometers. If the thickness is within 8 μm, it is difficult to secure sufficient breakdown voltage even when the filling layer is used. A thickness of 200 μm or more is not preferable due to an increase in process time, coating cost, and increase in thermal resistance.

PEO 산화막 두께(um)PEO oxide thickness (um) 33 55 1010 절연파괴전압D (kV)Breakdown voltage D (kV) -- 0.110.11 0.320.32 절연파괴전압E (kV)Breakdown voltage E (kV) 0.370.37 0.420.42 0.460.46 절연파괴전압F (kV)Breakdown voltage F (kV) 0.950.95 1.111.11 1.241.24

표 3은 계면 절연층 및 용사 코팅층에 따른 절연 파괴 전압의 변화를 보여준다. 표 1의 동일한 조건의 그릿 블래스팅을 수행한 알루미늄 모재를 사용하여, PEO 조건은 KOH의 농도는 15g/L, 물유리는 24g/L, 전압은 교류 400V, 전류밀도는 5A/dm2 로 계면 절연층(122)으로 PEO 산화막을 형성하였다. 이러한 조건의 계면 절연층(122)의 절연파괴전압D를 측정하였다. 계면 절연층(122) 위에 연속적으로 표 2의 8um 두께의 알루미나 용사 코팅층(130)을 형성하였고, 각각의 절연파괴전압E를 측정하였다. 최종적으로는 에폭시를 스크린 프린팅하여 200도에서 100분간 경화 열처리를 수행하여 각각의 절연파괴전압F를 측정하였다. 표 2의 8㎛ 두께의 용사 코팅층의 경우 절연파괴전압이 측정되지 않았던 것과 비교하여, 계면 절연층(122)의 두께를 3㎛, 5㎛, 10㎛로 증가시킴에 따라 각각 0.37, 0.42, 0.46kV로 절연파괴전압E가 증가하였고, 에폭시 경화 열처리에 따라 각각 0.95, 1.11, 1.24kV로 절연파괴전압F가 증가함을 알 수 있었다. 따라서 본 발명의 실시예 2에서 제시한 계면 절연층(122)을 PEO를 이용하여 그릿 블래스팅한 모재에 형성시켜 줌으로써 용사 코팅층 및 스크린 프린팅한 에폭시의 경화 열처리 후의 절연파괴전압의 증가 효과를 확인할 수 있었다.Table 3 shows the change of dielectric breakdown voltage according to the interfacial insulation layer and the thermal spray coating layer. Using Grit blasting aluminum base material of Table 1, PEO conditions were 15g / L for KOH, 24g / L for water glass, 400V for AC and 5A / dm2 for current density. A PEO oxide film was formed at 122. The dielectric breakdown voltage D of the interface insulating layer 122 under these conditions was measured. The alumina thermal spray coating layer 130 having a thickness of 8 μm in Table 2 was continuously formed on the interface insulating layer 122, and each dielectric breakdown voltage E was measured. Finally, the epoxy was screen printed and the heat treatment was performed at 200 ° C. for 100 minutes to measure the dielectric breakdown voltages F. In the case of the spray coating layer having a thickness of 8 μm in Table 2, the thickness of the interface insulating layer 122 was increased to 3 μm, 5 μm, and 10 μm, respectively, as compared with the case where the dielectric breakdown voltage was not measured. The dielectric breakdown voltage E increased to kV, and the dielectric breakdown voltage F increased to 0.95, 1.11, and 1.24 kV, respectively, according to the epoxy curing heat treatment. Therefore, by forming the interfacial insulating layer 122 shown in Example 2 of the present invention on the base material grit blasted using PEO, it is possible to confirm the effect of increasing the dielectric breakdown voltage after curing heat treatment of the thermal spray coating layer and the screen-printed epoxy. there was.

도 11은 계면 절연층 및 용사 코팅층, 에폭시층의 단면 사진이다. 단면 사진은 디지털 현미경으로 1200배로 확대해서 관찰하였다. 상기 표 3의 계면 절연층의 두께 10㎛, 용사 코팅층의 두께 8㎛, 스크린 프린팅한 후 경화 열처리한 에폭시의 두께 10㎛ 내외가 형성되어 있음을 알 수 있다. 특히 알루미늄 모재에 그릿 블래스팅에 의해 형성된 요철층(121) 위에 계면 절연층(122) 및 용사 코팅층(130), 에폭시 충진층(131)이 치밀하게 연속적으로 형성되어 있음을 알 수 있다.11 is a cross-sectional photograph of an interface insulating layer, a thermal spray coating layer, and an epoxy layer. The cross-sectional photograph was observed magnified 1200 times with a digital microscope. It can be seen that the thickness of the interfacial insulation layer of Table 3, the thickness of the thermal spray coating layer of 8㎛, the thickness of 10㎛ the thickness of the epoxy heat-treated after screen printing is formed. In particular, it can be seen that the interfacial insulating layer 122, the thermal spray coating layer 130, and the epoxy filling layer 131 are densely and continuously formed on the uneven layer 121 formed by grit blasting on the aluminum base material.

도 12는 본 발명에 따른 플라즈마 용사 코팅으로 제조한 금속 기판을 이용한 LED 모듈의 열저항 측정 결과이다. 본 발명의 금속 기판은 용사 코팅층(130)의 두께는 40㎛ 내외, 에폭시 충진층(131)의 두께는 20㎛ 내외, 전해동박의 두께는 35㎛ 내외를 사용하여 진공 가압 열처리를 이용하여 원판을 만든 후 PCB 공정을 이용하여 단면 금속 인쇄회로기판을 제작하였다. LED 패키지는 서울반도체의 P7 (10W)를 사용하여 본 발명의 금속 인쇄회로기판에 실장한 후, LED 모듈의 열저항을 측정하였다. 열저항 측정장비는 Micred사의 T3ster 장비를 사용하였으며, 본 발명에 따른 금속 기판의 열저항은 2K/W로 기존 metal PCB 제품에 비해 열저항이 크게 줄어들었음을 알 수 있다. 보다 열 저항을 줄이기 위해서는 에폭시 충진충(131)의 두께를 줄이거나, 에폭시 충진 및 경화 열처리 후 표면을 연마하고 상술한 바와 같이 스퍼터링 및 도금 방법으로 금속 기판을 제작하면 된다. 또 다른 방법으로는 계면 절연층(122)를 형성하고 용사 코팅층(130) 및 충진층(131)의 두께를 최소화시키면 목표로 하는 절연성 및 열전도율을 최적화시킬 수 있을 것이다. 12 is a heat resistance measurement result of the LED module using a metal substrate prepared by the plasma-spray coating according to the present invention. In the metal substrate of the present invention, the thermal spray coating layer 130 has a thickness of about 40 μm, the epoxy filling layer 131 has a thickness of about 20 μm, and the thickness of the electrolytic copper foil is about 35 μm to form a disc using vacuum pressure heat treatment. After that, a single-sided metal printed circuit board was manufactured using a PCB process. The LED package was mounted on the metal printed circuit board of the present invention using P7 (10W) of Seoul Semiconductor, and then the thermal resistance of the LED module was measured. The thermal resistance measuring equipment used T3ster equipment of Micred Inc., the thermal resistance of the metal substrate according to the present invention can be seen that the thermal resistance is significantly reduced compared to the existing metal PCB products. In order to further reduce the thermal resistance, the thickness of the epoxy filling 131 may be reduced, or the surface may be polished after the epoxy filling and curing heat treatment, and the metal substrate may be manufactured by the sputtering and plating method as described above. Alternatively, by forming the interfacial insulating layer 122 and minimizing the thicknesses of the thermal spray coating layer 130 and the filling layer 131, the target insulation and thermal conductivity may be optimized.

도 13은 본 발명의 금속 인쇄회로기판의 단면 사진이다. 알루미늄 모재의 표면에 그릿 블래스팅에 의한 요철층(121) 및 용사코팅층(130), 에폭시 충진층(131), 구리 배선층(190), 최종적으로 노출된 구리 배선층을 보호하기 위한 솔더 레지스트층(흰색)을 잘 보여준다. 13 is a cross-sectional photograph of a metal printed circuit board of the present invention. A solder resist layer (white) for protecting the uneven layer 121 and the thermal spray coating layer 130, the epoxy filling layer 131, the copper wiring layer 190, and the finally exposed copper wiring layer on the surface of the aluminum base material by grit blasting. Shows well).

본 발명에 따른 용사 코팅을 이용한 부품은 상기 실시 예 이외에도 다양한 부분에 적용할 수 있다. 예를 들어 본 발명에 따른 용사 코팅을 이용한 금속 절연 부품으로서 인쇄기용 롤러, 제철 또는 제강용 롤러 등을 제작할 수 있다. 즉, 원 기둥 형상의 롤러 모재에 상술한 요철부(120)을 형성한 후 용사 코팅하여 용사 코팅층(130), 충진층(131)을 형성할 수 있다. 응용 분야에 따라서는 충진층(131)을 제외할 수도 있다. 이러한 용사 코팅층(130)은 표면이 매끄러운 롤러 뿐만 아니라 나사산이나 굴곡이 형성되어 있는 롤러, 항공기용 제트팬, 선박용 스크류 등에 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명에서 제시한 기술적 사상을 이용하면 모재(110)와 용사 코팅층(130)간의 접착력 및 절연성, 열전도율을 향상시킬 수 있어 높은 내열 피로 특성 및 내마모 특성을 얻을 수 있다.Parts using the spray coating according to the present invention can be applied to various parts in addition to the above embodiment. For example, as a metal insulation component using the thermal spray coating according to the present invention, a roller for a printing machine, a steelmaking or steelmaking roller, or the like can be produced. That is, after forming the above-mentioned concave-convex portion 120 on the roller-shaped base material of the columnar shape, the thermal spray coating may be performed to form the thermal spray coating layer 130 and the filling layer 131. Depending on the application, the filling layer 131 may be excluded. The thermal spray coating layer 130 may be used for rollers having smooth surfaces, as well as rollers having threads or bends, aircraft jet fans, ship screws, and the like. Therefore, by using the technical spirit proposed in the present invention, it is possible to improve the adhesion between the base material 110 and the thermal spray coating layer 130, insulation, and thermal conductivity, thereby obtaining high heat resistance fatigue characteristics and wear resistance characteristics.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 용사 코팅을 이용한 절연 금속 부품의 개략 단면도.1 is a schematic cross-sectional view of an insulated metal component using a thermal spray coating according to a first embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 용사 코팅을 이용한 절연 금속 부품의 개략 단면도.2 is a schematic cross-sectional view of an insulated metal component using a thermal spray coating according to a second embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 용사 코팅을 이용한 절연 금속 부품의 개략 단면도.3 is a schematic cross-sectional view of an insulated metal component using a thermal spray coating according to a third embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 제 1 내지 제 3 실시 예에 따른 용사 코팅을 이용한 절연 금속 부품의 제조 방법을 설명하기 위한 개략 단면도.4 is a schematic cross-sectional view for explaining a method of manufacturing an insulated metal component using a thermal spray coating according to the first to third embodiments of the present invention.

도 5는 용사 원료로 이용되는 각종 반도체 재료의 열전도율 및 열팽창 계수를 도시한 그래프.5 is a graph showing thermal conductivity and thermal expansion coefficient of various semiconductor materials used as a thermal spraying raw material.

도 6은 본 발명에 따른 용사 코팅을 이용한 절연 금속 부품으로서의 히트싱크를 구비하는 발광 모듈의 개략도.6 is a schematic view of a light emitting module having a heat sink as an insulated metal part using a thermal spray coating according to the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 용사 코팅을 이용한 절연 금속 부품으로서의 정전척의 개략 단면도.7 is a schematic cross-sectional view of an electrostatic chuck as an insulated metal part using a sprayed coating according to the present invention.

도 8은 본 발명에 따른 용사 코팅을 이용한 절연 금속 부품으로서의 열전 소자 모듈 기판의 개략 단면도.8 is a schematic cross-sectional view of a thermoelectric element module substrate as an insulated metal part using a thermal spray coating according to the present invention.

도 9는 알루미늄 모재에 그릿 블래스팅을 한 표면 형상 사진.9 is a photograph of the surface of the aluminum base material grit blasting.

도 10(a) 및 도 10(b)는 알루미늄 모재에 PEO 산화막을 형성한 표면 및 단면 사진10 (a) and 10 (b) are surface and cross-sectional photographs of a PEO oxide film formed on an aluminum base material.

도 11은 계면 절연층 및 용사 코팅층, 에폭시층의 단면 사진.11 is a cross-sectional photograph of an interface insulating layer, a thermal spray coating layer, and an epoxy layer.

도 12는 본 발명에 따른 플라즈마 용사 코팅으로 제조한 금속 기판을 이용한 LED 모듈의 열저항 측정 결과.12 is a heat resistance measurement results of the LED module using a metal substrate prepared by the plasma spray coating according to the present invention.

도 13은 본 발명의 금속 인쇄회로기판의 단면 사진.13 is a cross-sectional photograph of a metal printed circuit board of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명> <Description of the symbols for the main parts of the drawings>

110 : 모재 120 : 요철부110: base material 120: uneven portion

130 : 용사 코팅층 131 : 충진층130: thermal spray coating layer 131: filling layer

190 : 배선층190: wiring layer

Claims (15)

LED 및 반도체용 금속 절연 부품으로서,As metal insulation parts for LEDs and semiconductors, 모재;Base material; 상기 모재 상에 형성된 요철부;Uneven parts formed on the base material; 상기 요철부 상에 용사 코팅에 의해 형성된 용사 코팅층;A thermal spray coating layer formed by thermal spray coating on the uneven portion; 상기 용사 코팅층 상에 형성된 충진층; 및A filling layer formed on the spray coating layer; And 상기 충진층 상에 형성된 배선층을 포함하는 절연 금속 부품.Insulating metal parts comprising a wiring layer formed on the filling layer. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 모재는 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 구리, 철, 니켈 또는 그 합금 중 적어도 어느 하나를 포함하는 절연 금속 부품.The base metal is at least one of aluminum, magnesium, titanium, copper, iron, nickel or alloys thereof. 제 2 항에 있어서, 상기 모재는 방열핀을 구비하는 히드싱크를 포함하는 절연 금속 부품.The insulated metal part of claim 2, wherein the base material comprises a heat sink having heat dissipation fins. 제 1 항에 있어서, 상기 요철부는 표면 처리에 의해 형성된 요철층 및 PEO 산화막중 적어도 어느 하나를 포함하는 절연 금속 부품.The insulated metal part according to claim 1, wherein the uneven portion includes at least one of an uneven layer and a PEO oxide film formed by surface treatment. 제 4 항에 있어서, 상기 표면 처리는 그릿 블래스팅, 샌드 블래스팅, 래핑 및 화학적 에칭을 포함하는 절연 금속 부품.The insulated metal part of claim 4, wherein the surface treatment comprises grit blasting, sand blasting, lapping, and chemical etching. 제 4 항에 있어서, 상기 요철부는 상기 요철층 및 PEO 산화막의 적어도 어느 하나 상에 형성된 계면 절연층을 더 포함하는 절연 금속 부품.The insulated metal part according to claim 4, wherein the uneven portion further includes an interface insulating layer formed on at least one of the uneven layer and the PEO oxide film. 제 1 항에 있어서, 상기 용사 코팅층은 알루미나, 질화알루미늄, 산화베릴륨, 질화붕소, 질화실리콘 중 적어도 어느 하나를 포함하는 절연 금속 부품.The insulated metal part of claim 1, wherein the thermal spray coating layer comprises at least one of alumina, aluminum nitride, beryllium oxide, boron nitride, and silicon nitride. LED 및 반도체용 금속 절연 부품의 제조 방법으로서,As a manufacturing method of metal insulation parts for LEDs and semiconductors, 모재 모재 상에 요철부를 형성하는 단계;Forming an uneven part on the base material; 상기 요철부 상에 용사 코팅에 의해 용사 코팅층을 형성하는 단계;Forming a thermal spray coating layer by thermal spray coating on the uneven portion; 상기 용사 코팅층 상에 충진층을 형성하는 단계; 및Forming a filling layer on the thermal spray coating layer; And 상기 충진층 상에 배선층을 형성하는 단계를 포함하는 절연 금속 부품 제조 방법.Forming a wiring layer on the filling layer. 제 8 항에 있어서, 상기 요철부는 표면 처리에 의해 형성된 요철층 및 PEO 산화에 의해 형성된 PEO 산화막중 적어도 어느 하나를 포함하는 절연 금속 부품 제조 방법.The method of claim 8, wherein the uneven portion comprises at least one of an uneven layer formed by surface treatment and a PEO oxide film formed by PEO oxidation. 제 9 항에 있어서, 상기 요철층 및 PEO 산화막의 적어도 어느 하나 상에 계면 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하는 절연 금속 부품 제조 방법.The method of claim 9, further comprising forming an interfacial insulating layer on at least one of the uneven layer and the PEO oxide layer. 제 10 항에 있어서, 상기 계면 절연층은 아노다이징, PEO법, 스퍼터링, 진공 증착, CVD, 상압 플라즈마 증착, 졸겔법 및 분사법의 적어도 어느 하나를 이용하여 형성하는 절연 금속 부품 제조 방법.The method of claim 10, wherein the interfacial insulating layer is formed using at least one of anodizing, PEO, sputtering, vacuum deposition, CVD, atmospheric plasma deposition, sol-gel, and spraying. 제 8 항에 있어서, 상기 충진층은 에폭시, 열경화성 수지 또는 무기질 계열의 물질을 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅 또는 디핑을 이용하여 형성하는 절연 금속 부품 제조 방법.The method of claim 8, wherein the filling layer is formed of an epoxy, a thermosetting resin, or an inorganic material by screen printing, inkjet printing, or dipping. 제 8 항에 있어서, 상기 배선층은 전해동박 포일, 스퍼터링 및 도금, 스크린 프린팅 또는 잉크젯 프린팅을 이용하여 형성하는 절연 금속 부품 제조 방법.The method of claim 8, wherein the wiring layer is formed using an electrolytic copper foil, sputtering and plating, screen printing, or inkjet printing. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 배선층은 상기 충진층과 상기 배선층을 동시에 진공 가압 열처리한 후 사진 공정으로 형성하는 절연 금속 부품 제조 방법.The method for manufacturing an insulated metal part according to claim 12 or 13, wherein the wiring layer is formed by performing a vacuum pressure heat treatment on the filling layer and the wiring layer simultaneously. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 배선층은 상기 충진층을 형성한 후 경화 열처리하고, 접착층 및 시드층을 형성한 후 스퍼터링 또는 도금 공정 후 사진 공정으로 형성하는 절연 금속 부품 제조 방법.The method of claim 12, wherein the wiring layer is cured and heat-treated after the filling layer is formed, and the adhesive layer and the seed layer are formed, and then formed by a photographic process after a sputtering or plating process.
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