KR20100049841A - 방열 기판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방열 기판 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 돌기부를 갖는 알루미늄계 금속판과, 상기 돌기부 측면에 형성되어 절연 기능을 하는 알루미늄 산화층과, 상기 돌기부 상에 형성된 발열 소자 실장패드 및 상기 알루미늄 산화층 상에 형성된 회로 패턴을 포함하는 도체 패턴층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

방열 기판, 알루미늄, 양극산화, 산화층, 발열 소자

Description

방열 기판 및 그 제조방법 {Radiant heat substrate and method of manufacturing the same}

본 발명은 방열 기판 및 그 제조방법에 관한 것이다. 좀 더 상세하게는, 본 발명은 발열 소자가 탑재되는 부위를 제외한 회로 형성 부위에 양극산화를 이용하여 알루미늄계 금속판의 일부분을 산화층으로 전환시켜 세라믹 절연층을 형성한 방열 기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

반도체 소자 및 발광다이오드(LED) 산업이 급성장하고 있는데, 특히 조명 LED 시장 및 평판디스플레이 백라이트유니트용 LED 시장의 확대와 함께 기술적 요구도 높아지고 있다. 고휘도 고출력의 LED가 본래의 성능을 발휘하기 위해서는 많은 양의 발생열을 효과적으로 제거해줄 방법이 필요하게 된다. 발생열을 효과적으로 제거해 주지 못해서 발열소자가 탑재된 회로기판의 온도를 상승시켜 발열소자의 동작 불능 및 오동작을 야기할 뿐만 아니라 제품의 신뢰성을 저하시키게 된다. 또한 발광소자에서 방출되는 광파장이 블루-시프트(blue-shift) 되어 색상품질이 저 하되고, 자체 수명도 저하되는 문제점을 갖게 된다.

도 1 내지 도 5는 종래기술에 따른 방열 기판의 제조방법을 설명하기 위하여 개략적으로 나타낸 공정 단면도이다.

도 1을 참조하면, 먼저 알루미늄계 금속판(1)에 에폭시 계열의 유기 절연 자재를 도포하여 절연층(2)을 형성하고, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 절연층(2) 상에 동박(3)을 적층한다.

다음, 도 3에 나타낸 바와 같이, 에칭 레지스트 패턴(4)을 형성하고, 도 4에 나타낸 바와 같이, 회로가 형성되지 않는 부분의 동박(3)은 에칭에 의해서 제거하여 발열 소자 실장패드(3a2) 및 회로 패턴(3a1)을 포함하는 도체 패턴층(3a)을 형성한다.

마지막으로, 에칭 레지스트 패턴(4)을 제거하면 도 5에 나타낸 바와 같은 LED용 방열 기판이 형성된다.

이처럼, 종래기술에 따른 방열 기판은 방열 성능이 높은 금속판 위에 절연층을 전면 형성한 후 회로를 형성하기 때문에 탑재된 발열 소자로부터 방출되는 열이 상기 절연층의 간섭으로 인하여 방열 목적으로 사용된 금속판에 전달되지 못하게 된다. 이에 따라, 효율적으로 열을 방출할 수 없어서 불량 회로 기판이 제조될 뿐만 아니라 발열 소자가 오동작 될 위험이 있다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 알루미늄계 금속판에 발열소자가 탑재될 부분에 레지스트를 형성하고, 양극산화를 실시하여 발열소자 탑재 부분 이외의 부위에 알루미늄의 산화층을 형성하여 절연층으로 기능할 수 있도록 한다.

이어서, 상기 알루미늄 산화층 상부와 또는 산화되지 않은 발열소자 탑재 부분 상부에 회로 패턴과 실장패드를 형성함으로써, 알루미늄 산화층이 절연층으로 기능함과 동시에 기존에 절연층으로 사용된 고분자 물질과 비교하여 고가의 세라믹 물질을 사용하지 않고도 방열 성능이 크게 향상되며, 동시에 금속판 압연 및 절연층 형성 공정을 단축시킬 수 있음을 발견하였고, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.

따라서, 본 발명의 일 측면은 고가의 세라믹 물질을 사용하지 않고도 방열 성능을 크게 향상시킬 수 있는 방열 기판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 측면은 방열 소자 탑재부에서 절연층을 매개하지 않고 금속판과 직접 접촉함으로써 방열 성능을 향상시킬 수 있는 방열 기판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따른 방열 기판은:

발열 소자 실장패드가 형성될 부위에 돌기부를 구비한 알루미늄계 금속판;

상기 돌기부 측면에 형성되어 절연 기능을 하는 알루미늄 산화층;

상기 돌기부 상에 형성된 발열 소자 실장패드 및 상기 알루미늄 산화층 상에 형성된 회로 패턴을 포함하는 도체 패턴층;

을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 기판에서, 상기 도체 패턴층은 바람직하게는 구리 또는 구리 합금으로 이루어질 수 있다.

바람직하게는, 상기 도체 패턴층은 시드층 및 상기 시드층 상에 형성된 전해 도금층으로 구성될 수 있다.

상기 방열 기판은 또한 상기 발열 소자 실장패드에 발광다이오드(LED)가 탑재되어 백라이트용 광원 또는 조명용 광원으로 이용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따른 방열 기판의 제조방법은:

알루미늄계 금속판을 제공하는 단계;

상기 알루미늄계 금속판 중 절연부가 될 위치에 양극산화를 수행하여 알루미늄 산화층을 형성하고 상기 알루미늄 산화층에 의해 양 측면이 둘러싸인 돌기부를 형성하는 단계; 및

상기 돌기부 및 알루미늄 산화층 상에 발열 소자 실장패드 및 회로 패턴을 포함하는 도체 패턴층을 형성하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 방법에서,

상기 알루미늄 산화층 및 돌기부를 형성하는 단계는, 바람직하게는,

상기 알루미늄계 금속판 상에 산화 레지스트를 도포하는 단계;

상기 산화 레지스트를 패터닝하여 돌기부가 형성될 위치에 산화 레지스트 패턴을 형성하는 단계;

상기 산화 레지스트 패턴을 레지스트로 하여 상기 알루미늄계 금속판에 양극산화를 수행하여 절연부가 될 위치에 알루미늄 산화층을 형성하는 단계; 및

상기 산화 레지스트 패턴을 제거하여 상기 알루미늄 산화층에 의해 양 측면이 둘러싸인 돌기부를 얻는 단계;

를 포함할 수 있다.

상기 도체 패턴층을 형성하는 단계는, 바람직하게는,

상기 돌기부 및 알루미늄 산화층 상에 시드층을 형성하는 단계;

상기 시드층 상에 전해 패턴 도금층을 형성하는 단계; 및

노출된 시드층을 제거하여 상기 돌기부 및 상기 알루미늄 산화층 상에 발열 소자 실장패드 및 회로 패턴을 각각 형성하는 단계;

를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 시드층을 형성하는 단계는 무전해 도금 또는 스퍼터링에 의해 수행될 수 있다.

또한, 상기 전해 패턴 도금층을 형성하는 단계는, 바람직하게는,

상기 시드층 상에 도금 레지스트를 도포하는 단계;

상기 도금 레지스트를 패터닝하여 전해 도금층이 형성될 부위가 개방된 도금 레지스트 패턴을 형성하는 단계;

상기 도금 레지스트 패턴을 레지스트로 하여 전해 도금을 수행하는 단계; 및

상기 도금 레지스트 패턴을 제거하여 전해 패턴 도금층을 얻는 단계;

를 포함할 수 있다.

상기 방법은 또한 상기 발열 소자 실장패드에 LED를 탑재하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 양극산화에 의해서 회로 형성 부위에만 세라믹 절연층을 형성함으로써, 기존 대비 공정이 단축되어 비용을 절감할 수 있다.

또한, 고가의 세라믹을 별도로 사용하여 절연층을 형성하지 않아서 비용 절감 효과가 우수할 뿐 아니라, 기존의 고분자 절연층 대비 높은 방열 성능을 갖는 절연층을 형성할 수 있다.

나아가, 발열 소자가 방열 소자 탑재부에서 절연층을 매개하지 않고 금속판과 직접 접촉함으로써 우수한 방열 성능을 얻을 수 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부된 도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

첨부된 도면의 전체에 걸쳐, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일하거나 유사한 도면부호로 지칭되며, 중복되는 설명은 생략한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 발명의 특징부를 명확히 하는 동시에 설명의 편의를 위하여 기타 공지 기술에 대한 구체적인 설명은 생략될 수 있다. 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 방열 기판의 구조를 설명하기 위하여 개략적으로 나타낸 구조 단면도이며, 도 7 내지 도 13은 상기 방열 기판을 제작하는 과정을 설명하기 위하여 개략적으로 나타낸 공정 단면도이다.

이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 방열 기판의 구조를 설명한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 방열 기판은 돌기부를 갖는 알루미늄계 금속판(101)과, 상기 돌기부 측면에 형성되어 절연 기능을 하는 알루미늄 산화층(101a)과, 상기 돌기부 상에 형성된 발열 소자 실장패드(106b) 및 상기 알루미늄 산화층(101a) 상에 형성된 회로 패턴(106a)을 포함하는 도체 패턴층(106)을 포함한다.

상기 도체 패턴층(106)을 구성하는 금속의 종류는 전도성을 갖는 것이라면 특별히 한정되지 않으나, 통상 구리 또는 구리 합금을 사용하는 것이 비용적 측면에서 유리하다.

한편, 상기 도체 패턴층(106)은 바람직하게는 시드층 및 상기 시드층 상에 형성된 전해 도금층으로 구성될 수 있다.

상기 방열 기판은 백라이트용 광원 또는 조명용 광원으로 이용될 수 있다. 즉, 발열 소자 실장패드(106b)에 LED를 탑재하여 LCD 패널에 빛을 조사하는 백라이트용 광원 또는 각종 조명기구에 빛을 조사하는 조명용 광원으로 사용될 수 있다.

이하, 도 7 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 방열 기판의 제조방법을 설명한다.

우선, 알루미늄계 금속판(101)을 준비하고, 절연부가 될 위치에 양극산화를 수행하여 알루미늄 산화층(101a)을 형성하고 상기 알루미늄 산화층(101a)에 의해 양 측면이 둘러싸인 돌기부를 형성한다(도 7∼8 참조).

좀 더 구체적으로는, 상기 알루미늄계 금속판(101) 상에, 예를 들어, 드라이필름과 같은 산화 레지스트를 도포하고 노광/현상 공정 등에 의하여 패터닝하여 돌기부가 형성될 위치에 산화 레지스트 패턴(102)을 형성한다(도 7 참조).

다음, 상기 산화 레지스트 패턴(102)을 레지스트로 하여 상기 알루미늄계 금속판(101)에 양극산화를 수행하여 절연부가 될 위치에 알루미늄 산화층(101a)을 형성한다(도 8 참조). 좀 더 상세하게는, 알루미늄계 금속판(101)를 붕산, 인산, 황산, 크롬산 등의 전해액에 담은 후 금속판(101)에 양극을 인가하고 전해액에 음극 을 인가함으로써, 상기 금속판(101)의 산화 레지스트 패턴(102)이 도포되지 않은 부위에 금속판(101)에 대해 소정 깊이 침투하여 알루미늄 산화층(101a)이 형성된다. 상기 알루미늄 산화층(101a)은 도체 사이의 전기적 절연을 수행하며, 소정 두께로 금속판(101)에 침투하여 형성됨으로써 층간 들뜸(delamination) 현상의 발생을 방지할 수 있을 뿐 아니라, 방열 기능을 수행한다.

이후, 상기 돌기부를 피복하고 있는 산화 레지스트 패턴(102)을 제거함으로써 상기 알루미늄 산화층(101a)에 의해 양 측면이 둘러싸인 돌기부가 얻어진다.

다음, 상기 돌기부 및 알루미늄 산화층(101a) 상에 발열 소자 실장패드(106b) 및 회로 패턴(106a)을 포함하는 도체 패턴층(106)을 형성한다(도 9∼13 참조).

상기 도체 패턴층(106)의 형성은 바람직하게는 다음과 같은 공정에 따라 수행될 수 있다.

우선, 상기 돌기부 및 알루미늄 산화층(101a) 상에 예를 들어 무전해 도금 또는 스퍼터링과 같은 통상의 방법을 통해서 시드층(103)을 형성한다(도 9 참조).

이어서, 상기 시드층(103) 상에 드라이필름과 같은 도금 레지스트를 도포하고 노광/현상 등의 공정을 통해서 회로 패턴과 발열 소자 실장패드가 형성될 부위를 제외한 부분에 도금 레지스트 패턴(104)을 형성한다(도 10 참조).

상기 도금 레지스트 패턴(104)을 레지스트로 하여 노출된 개방부에 전해 도금을 수행한 후(도 11 참조), 도금 레지스트 패턴(104)을 박리, 제거하여 전해 패 턴 도금층(105)을 얻는다.

마지막으로, 전해 패턴 도금층(105)이 형성되지 않은 부위의 시드층(103)을 제거하여 상기 알루미늄 산화층(101a)과 돌기부 상에 회로 패턴(106a) 및 발열 소자 실장패드(106b)를 각각 형성한다(도 13 참조). 상기 발열 소자 실장패드(106b)의 단면적은 실제 탑재되는 발열 소자 칩의 사이즈에 따라 적절히 변경될 수 있다.

상기와 같이 제조된 방열 기판의 발열 소자 실장패드(106b)에는 LED와 같은 열을 발생시키는 반도체 소자를 탑재하는 단계를 더 추가함으로써 백라이트용 광원 또는 조명용 광원으로 사용할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 상기 발열 소자 실장패드(106b)가 절연층을 매개하지 않고 알루미늄계 금속판(101)의 돌기부와 직접 접촉되기 때문에, 상기 발열 소자 실장패드(106b)에 탑재되는 발열 소자에서 발생하는 열은 실장패드(106b)를 경유하여 돌기부를 통해서 금속판(101)에 전달되어 효율적으로 방열될 수 있다.

뿐만 아니라, 절연층으로서 고가의 세라믹 절연물질을 별도로 사용하지 않고도 기판으로 사용되는 알루미늄 금속판에서 발열 소자가 탑재되는 부위를 제외한 회로 형성 부위에 양극산화를 이용하여 알루미늄계 금속판의 일부를 산화층으로 전환시켜 절연 기능과 함께 방열 기능 역시 부가함으로써 기존 대비 단축된 공정을 통해서 경제적으로 방열 특성이 뛰어난 회로 기판을 제공할 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 방열 기판 및 그 제조방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

도 1 내지 도 5는 종래기술에 따른 방열 기판의 제조방법을 설명하기 위하여 개략적으로 나타낸 공정 단면도이다.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 방열 기판의 구조를 설명하기 위하여 개략적으로 나타낸 구조 단면도이다.

도 7 내지 도 13은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 방열 기판의 제조방법을 설명하기 위하여 개략적으로 나타낸 공정 단면도이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

101 : 알루미늄계 금속판

101a : 알루미늄 산화층

102 : 산화 레지스트 패턴

103 : 시드층

104 : 도금 레지스트 패턴

105 : 전해 도금층

106 : 도체 패턴층

106a : 회로 패턴 106b : 발열 소자 실장패드

Claims (11)

1. 돌기부를 갖는 알루미늄계 금속판;

   상기 돌기부 측면에 형성되어 절연 기능을 하는 알루미늄 산화층;

   상기 돌기부 상에 형성된 발열 소자 실장패드 및 상기 알루미늄 산화층 상에 형성된 회로 패턴을 포함하는 도체 패턴층;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 기판.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 도체 패턴층은 구리 또는 구리 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 방열 기판.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 도체 패턴층은 시드층 및 상기 시드층 상에 형성된 전해 도금층으로 구성된 것을 특징으로 하는 방열 기판.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 발열 소자 실장패드에 발광다이오드(LED)가 탑재되어 백라이트용 광원 또는 조명용 광원으로 이용되는 것을 특징으로 하는 방열 기판.
5. 알루미늄계 금속판을 제공하는 단계;

   상기 알루미늄계 금속판 중 절연부가 될 위치에 양극산화를 수행하여 알루미늄 산화층을 형성하고 상기 알루미늄 산화층에 의해 양 측면이 둘러싸인 돌기부를 형성하는 단계; 및

   상기 돌기부 및 알루미늄 산화층 상에 발열 소자 실장패드 및 회로 패턴을 포함하는 도체 패턴층을 형성하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 기판의 제조방법.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 알루미늄 산화층 및 돌기부를 형성하는 단계는,

   상기 알루미늄계 금속판 상에 산화 레지스트를 도포하는 단계;

   상기 산화 레지스트를 패터닝하여 돌기부가 형성될 위치에 산화 레지스트 패턴을 형성하는 단계;

   상기 산화 레지스트 패턴을 레지스트로 하여 상기 알루미늄계 금속판에 양극산화를 수행하여 절연부가 될 위치에 알루미늄 산화층을 형성하는 단계; 및

   상기 산화 레지스트 패턴을 제거하여 상기 알루미늄 산화층에 의해 양 측면이 둘러싸인 돌기부를 얻는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 기판의 제조방법.
7. 청구항 5에 있어서,

   상기 도체 패턴층을 형성하는 단계는,

   상기 돌기부 및 알루미늄 산화층 상에 시드층을 형성하는 단계;

   상기 시드층 상에 전해 패턴 도금층을 형성하는 단계; 및

   노출된 시드층을 제거하여 상기 돌기부 및 상기 알루미늄 산화층 상에 발열 소자 실장패드 및 회로 패턴을 각각 형성하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 기판의 제조방법.
8. 청구항 7에 있어서,

   상기 시드층을 형성하는 단계는 무전해 도금 또는 스퍼터링에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방열 기판의 제조방법.
9. 청구항 7에 있어서,

   상기 전해 패턴 도금층을 형성하는 단계는,

   상기 시드층 상에 도금 레지스트를 도포하는 단계;

   상기 도금 레지스트를 패터닝하여 전해 도금층이 형성될 부위가 개방된 도금 레지스트 패턴을 형성하는 단계;

   상기 도금 레지스트 패턴을 레지스트로 하여 전해 도금을 수행하는 단계; 및

   상기 도금 레지스트 패턴을 제거하여 전해 패턴 도금층을 얻는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 기판의 제조방법.
10. 청구항 5에 있어서,

    상기 도체 패턴층은 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방열 기판의 제조방법.
11. 청구항 5에 있어서,

    상기 발열 소자 실장패드에 LED를 탑재하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 기판의 제조방법.

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