KR20100099475A - 인쇄 회로 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열전달 성능 및 절연파괴 전압을 향상시킨 전자부품 모듈용 인쇄 회로 기판 및 그 제조 방법에 관한 것으로,
본 발명에 따른 인쇄 회로 기판은, 모재와, 상기 모재 상에 형성된 절연층과, 상기 절연층 상에 형성된 배선층을 포함하는 인쇄 회로 기판에 있어서, 상기 절연층의 상면과 하면 중 적어도 일 면에 형성된 계면 절연막을 포함한다.
인쇄 회로 기판, 모재, 계면 절연막, 에폭시, 전해동박

Description

인쇄 회로 기판 및 그 제조 방법{Printed circuit board and method of manufacturing the same}
본 발명은 인쇄 회로 기판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전달 성능 및 절연파괴 전압을 향상시킨 전자부품 모듈용 인쇄 회로 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board; PCB)은 페놀수지 절연판 또는 에폭시 수지 절연판 등의 한쪽 면에 구리 등의 박판을 부착시킨 후, 미세회로 패턴을 구성하고, 부품들을 부착 탑재하기 위한 홀(hole)을 형성하여 제작된다. 이러한 인쇄 회로 기판은 다수의 전자부품을 유지하고, 탑재된 전자부품 상호간의 전기적 접속과, 인접하는 회로간을 절연하는 역할을 담당한다. 최근, 이동통신기기와 전자제품들의 경박단소화가 급격히 확산됨에 따라 인쇄회로기판의 기술도 다층 고밀도 및 다기능을 가진 제품으로 급속도로 변화하고 있다. 특히, 오디오 파워 모듈, PDP용 파워모듈, 모터 컨트롤러, LED 조명, LED 백라이트 유닛(light emitting diode back light unit LED BLU), 열전재료, 고출력 반도체 소자 분야에서는 발열문제가 가장 중요하게 대두되고 있으며, 효과적인 방열구조를 채택하지 않으면 제품의 신뢰성에 문제가 발생된다.
도 1은 종래 기술에 따른 인쇄 회로 기판인 FR-4(Flame retardant) 인쇄 회로 기판을 도시한 단면도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 FR-4 인쇄 회로 기판은, 모재(110)와 구리 배선층(120) 사이에 절연층(130)의 구조로 되어 있다. 보다 상세하게 절연층(130)은 옷감을 짜듯이 씨줄과 날줄로 교차하여 만든 유리섬유(132)에 에폭시(131)를 함침하여 만든다. 이러한 절연층(130)은 쉬트 형태로 만들어져 PCB를 제조할 때 양면에 전해동박을 진공 열 압착하여 CCL(Copper Clad Laminate)을 만들고, 포토 공정을 이용하여 인쇄회로 패턴이 형성된 배선층(120)을 형성한다. 포토 공정은 통상적으로 감광막 도포, 노광, 에칭, 감광막 스트립 등의 공정으로 구성되며, PCB 업계에서는 공지의 기술이므로 이후부터는 포토 공정이라 한다. 일반적인 FR-4 PCB 에서는 절연층(130)의 두께는 대략 75㎛ 이상을 사용하고 있으며, 유리섬유(132)와 에폭시(131)의 열전도율이 보통 0.25 W/mK로 매우 낮기 때문에 LED 및 고출력 반도체 소자용 PCB로 사용하기에는 부적절하다. 이러한 절연층(130)의 두께를 줄이면, 같은 열전도율을 가지더라도 열저항을 감소시킬 수 있으나 PCB에서 요구하는 절연파괴 전압이 떨어지기 때문에 절연층(130)의 두께를 줄이는데 한계가 있다. 또한 에폭시 수지의 유전율이 낮기 때문에 충분한 절연성을 얻기 위해서는 두꺼운 절연층을 사용하여야 한다. 절연층의 두께가 두꺼워지면 열저항이 급격하게 증가하는 단점과 함께, 에폭시 수지가 모재과의 접착력이 부족하고 수분을 잘 흡수하기 때문에 제품의 신뢰성에 큰 문제가 있다.
도 2는 종래 기술에 따른 금속 인쇄 회로 기판(metal PCB)을 도시한 단면도이다. 도 2를 참조하면, 도 1의 FR-4 PCB에서는 에폭시(131)가 함침된 유리섬유(132)를 절연층(130)으로 사용하는 것과 달리, 금속 인쇄 회로 기판의 절연층(140)은 에폭시 수지(141)에 세라믹 필러(142)를 첨가하여 사용하고 있다. 일반적으로 금속 인쇄 회로 기판은 열전도율이 우수한 금속 또는 합금을 모재(110)로 이용하고, 전해동박과 모재(110) 사이에 절연층(140)을 넣고 프레스를 이용하여 진공 열 압착하여 제조한다. 그러나 금속 인쇄 회로 기판이 충분한 절연성을 확보하기 위해서는 최소 60㎛ 이상의 절연층(140)을 형성하여야 하는데, 절연층(140)의 두께가 두꺼워지면 열저항이 급격히 증가하는 단점이 있다. 한편, 일반적인 에폭시 수지(141)의 경우 매우 낮은 열전도율을 가지므로, 이를 개선하기 위하여 에폭시 수지(141)에 비해 상대적으로 열전도율이 우수한 세라믹 필러(142)를 약 30% 내지 50% 정도 절연층(140)에 넣고 있다. 그러나, 이는 절연층(140)의 제조 가격을 높이는데 비해 약 2W/mK 내외의 충분한 열전도율을 얻지 못하고 있다. 또한, 세라믹 필러(142)의 함량이 많아지면 절연층(140)의 탄력성이 없어지고 깨지기 쉬운 경질층이 되기 때문에 배선층(120)이 박리되거나 절연층(140)이 들뜨는 등의 문제점이 속출되고, 금속 인쇄 회로 기판 제조를 위한 후속 드릴링이나 라우팅, 금형 타발 공정을 진행하는데 문제가 있다.
참고로, 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. 따라서 절연층의 열전달 성능을 높이기 위해서는 열전도율이 높은 재료를 사용하거나, 절연층의 두께를 얇게 하여 열저항을 낮추어야 한다.
종래의 금속 인쇄 회로 기판을 제조하는 또 다른 방법으로 알루미늄 금속 모재에 아노다이징을 이용하여 알루미나 절연층을 만들고 있으나, 아노다이징에 의해 형성된 알루미나 절연층은 많은 기공을 포함하고 있고 일정한 두께로 성장시키기 위해 많은 공정시간이 필요하고, 충분한 절연성을 확보하기가 매우 어려운 단점이 있다.
종래의 금속 인쇄 회로 기판을 제조하는 또 다른 방법으로 알루미늄 판재에 그릿 블래스팅으로 요철층을 형성해 주고, 용사 코팅으로 알루미나 절연층을 제조하는 방법이 있다. 그러나 용사 코팅으로 제조한 알루미나 절연층은 많은 기공과 결함을 포함하고 있기 때문에, 모재와의 결합력이 낮고, 절연파괴전압이 낮고, 충분한 열전도율을 얻기가 어려운 문제가 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해, 절연층의 열전달 성능을 향상시킬 수 있으면서도, 충분한 절연성을 확보할 수 있는 인쇄 회로 기판 및 그 제조 방법을 제공한다.
상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 인쇄 회로 기판은,
모재와, 상기 모재 상에 형성된 절연층과, 상기 절연층 상에 형성된 배선층을 포함하는 인쇄 회로 기판에 있어서, 상기 절연층의 상면과 하면 중 적어도 일 면에 형성된 계면 절연막을 포함한다.
상기 계면 절연막은 유기질 또는 무기질 물질로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 계면 절연막은 산화막 또는 질화막인 것이 바람직하다.
상기 계면 절연막은 알루미나(Al2O3), 산화 마그네슘(MgO), 질화 붕소(BN), 질화 알루미늄(AlN), 산화 규소(SiO2) 중 적어도 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 계면 절연막은 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 그리고 지르코늄 중 적어도 어느 하나를 함유하는 혼합 세라믹층을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 계면 절연막의 두께는 0.05 내지 20㎛인 것이 바람직하다.
상기 모재는 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 지르코늄 또는 이들의 합금으로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 모재는 히트싱크 또는 히트 파이프일 수 있다.
상기 모재의 타면에 순차적으로 형성되는 접합층 및 다공성 금속층을 포함할 수 있다. 이때, 상기 다공성 금속층은 구리, 알루미늄, 철, 니켈 중 적어도 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 절연층은 에폭시를 함침한 유리 섬유 또는 세라믹 필러를 첨가한 에폭시 수지 또는 에폭시를 스크린 프린팅하여 이루어진 것이 바람직하다.
상기 절연층의 두께는 5 내지 60㎛인 것이 바람직하다.
상기 계면 절연막과 상기 절연층을 관통하는 비아홀을 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 인쇄 회로 기판 제조 방법은,
모재를 준비하는 단계, 상기 모재 일면에 제1 계면 절연막을 형성하는 단계, 배선층 호일 일면에 제2 계면 절연막을 형성하는 단계, 상기 제1 계면 절연막 상에 절연층을 형성하는 단계, 상기 절연층과 상기 제2 계면 절연막이 대향되도록 배치시킨 후 접착하는 단계, 상기 배선층 호일을 패터닝하여 배선층을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제1, 제2 계면 절연막을 형성하는 단계는,
아노다이징법, 플라즈마 전해 산화법, 스퍼터링법, 진공 증착법, 화학 기상 증착법CVD, 상압 플라즈마 증착법, 졸겔법, 용사법, 스크린 프린팅법, 잉크젯 프린 팅법, 디핑법(dipping), 분사법 중 적어도 어느 하나의 방법을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다.
상기 접착하는 단계는 진공 가압 접착 공정을 수행하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 진공 가압 접착 공정은 180℃ 이상의 온도에서 20 내지 80 Kgf/cm2의 범위의 압력으로 30분 내지 2시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의하면, 모재와 배선층 사이에 계면 절연막을 도입하여 절연층의 두께를 줄일 수 있게 됨으로써, 절연성 및 열전달 성능을 향상시킬 수 있으며 접착성도 개선시킬 수 있다. 따라서, LED 및 고출력 반도체 소자용 인쇄 회로 기판으로 폭넓게 응용하여 사용할 수 있으며, 저비용으로 대량 생산이 가능하여 비용을 절감시킬 수 있고, 생산성을 향상시킬 수 있다.
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 제공되는 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 또는 위에 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.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 회로 기판을 도시한 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 회로 기판은 모재(110), 상기 모재 위에 형성된 제1 계면 절연막(151), 상기 제1 계면 절연막 위에 형성된 절연층(160), 상기 절연층 위에 형성된 제2 계면 절연막(152), 그리고 상기 제2 계면 절연막 위에 형성된 배선층(120)을 포함한다. 즉, 모재(110)와 배선층(120) 사이에 계면 절연막(151, 152)이 형성되어 있으며, 상기 계면 절연막(151, 152) 사이에 절연층(160)이 형성되어 있는 구조로 되어 있다.
상기 계면 절연막(151, 152)은 동일한 제조 방법이나 물질을 적용하거나 다른 제조 방법이나 물질을 적용해도 된다. 또한, 계면 절연막(151, 152) 사이에 형성된 절연층(160)은 상술한 에폭시를 함침한 유리 섬유이거나, 또는 세라믹 필러를 첨가한 에폭시 수지, 또는 에폭시가 스크린 프린팅되어 형성된 층 등 절연성을 가진 물질을 사용한다.
상기 계면 절연막(151, 152)은 종래의 인쇄 회로 기판에 형성된 절연층보다 얇게 절연층(160)을 형성하더라도 충분한 절연파괴 전압 및 접착성을 가질 수 있게 한다. 즉, 본 발명의 인쇄 회로 기판에서는 절연층을 얇게 형성함으로써 열저항은 줄이고 열전달은 향상시킬 수 있지만, 얇은 절연층으로 인해 감소된 절연 파괴전압 및 접착성을 상기 계면 절연막(151, 152)으로 보완한 것이다.
상기 계면 절연막(151, 152)은 절연층(160)에 비해 상대적으로 열저항이 작고 접착성이 뛰어나며 절연 강도가 높은 물질을 사용하는 것이 바람직한데, 이를 위해 상기 계면 절연막(151, 152)은 유기질의 절연 물질 또는 무기질의 절연 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 구체적으로 상기 계면 절연막(151, 152)은 산소 또는 질소를 포함하는 산화물 또는 질화물 계통의 박막인 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는 상기 계면 절연막(151, 152)은 알루미나(Al2O3), 산화 마그네슘(MgO), 질화 붕소(BN), 질화 알루미늄(AlN), 산화 규소(SiO2) 중 적어도 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 계면 절연막(151, 152)의 두께는 0.05㎛ 내지 20㎛로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 계면 절연막(151, 152)이 0.05㎛미만의 두께로 형성되는 경우 절연성이 부족하며, 20㎛를 초과하는 두께로 형성하는 것은 일반적으로 수시간의 공정 시간을 필요로 하여 생산성이 저하되며, 두꺼운 두께로 인해 계면 절연막(151, 152) 내부에 크랙이나 결함이 내재할 가능성이 높아지기 때문이다. 상기 두께로 형성되면 인쇄 회로 기판(PCB)의 절연성은 높일 수 있고, 절연층(160)의 두께를 효과적으로 감소시킬 수 있게 되어 열전달 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
상기 계면 절연막(151, 152)은 아노다이징법 또는 플라즈마 전해 산화법(PEO), 스퍼터링법, 진공 증착법, 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition: CVD), 상압 플라즈마 증착법, 졸겔법, 용사법, 스크린 프린팅법, 잉크젯 프린팅법, 디핑법(dipping), 분사법 등을 이용하여 무기질 또는 유기질의 계면 절연막(151, 152)을 형성할 수 있다.
상기 절연층(160)은 전술한 바와 같이 에폭시를 함침한 유리 섬유, 또는 세라믹 필러를 첨가한 에폭시 수지, 또는 에폭시가 스크린 프린팅되어 형성된 층 등 절연성을 가진 물질을 사용할 수 있는데, 이때 상기 절연층(160)은 5 내지 60㎛ 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 절연층(160)의 두께를 5㎛ 미만으로 형성하는 공정은 복잡하고 두께 제어가 용이하지 않아서 생산성이 저하된다. 또한, 상기 절연층(160)의 두께가 60㎛을 초과하면 두꺼운 두께로 인해 열저항이 증가하고 이에 따라 열전달 성능이 저하된다.
상기와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 회로 기판은 모재(110)와 배선층(120) 사이에 계면 절연막(151, 152)을 형성하고, 계면 절연막(151, 152) 사이에 상기 계면 절연막의 두께만큼 절연층(160)을 얇게 형성하여 열저항은 줄이고 열전달은 향상시킬 수 있게 되며, 얇은 절연층으로 인해 감소된 절연 파괴전압 및 접착성은 계면 절연막(151, 152)으로 보완할 수 있게 된다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 여러 실시예에 따른 인쇄 회로 기판을 도시한 단면도이다.
도 4a를 참조하면, 모재의 방열 특성을 향상시키기 위해, 다수개의 방열핀(112)이 형성된 히트싱크(111)를 모재로 사용할 수 있다. 상기 히트싱크(111) 위 에 형성된 제1 계면 절연막(151), 상기 제1 계면 절연막 위에 형성된 절연층(160), 상기 절연층 위에 형성된 제2 계면 절연막(152), 그리고 상기 제2 계면 절연막 위에 형성된 배선층(120)을 포함한다.
도 4b를 참조하면, 모재의 방열 성능을 향상시키기 위해 상기 모재(110)의 타면에 순차적으로 형성된 접합층(113)과 기공(115) 포함된 다공성 금속층(114)을 더 포함할 수 있다. 상기 접합층(113)은 모재(110)와 다공성 금속층(114)을 접합하기 위한 것으로, 모재(110)와 다공성 금속층(114)을 접합시키기 위해서는 솔더 접합, 용접, 초음파 접합, 체결부를 이용한 접합 등 다양한 공지의 기술이 있으므로 이에 대한 설명은 생략한다. 상기 다공성 금속층(114)은 예를 들어 구리, 알루미늄, 철, 니켈 등의 다공성 금속으로 이루어질 수 있으며, 상기 다공성 금속층(114)을 통해 본 발명의 인쇄 회로 기판에 실장될 전자부품에서 발생한 열을 효과적으로 방출할 수 있게 된다.
도 4c를 참조하면, 모재의 방열 특성을 향상시키기 위해, 히트 파이프(116)를 모재로 사용할 수 있다. 일반적으로 히트 파이프(116)는 열전도율이 높은 구리 또는 알루미늄 내부에 공극(118)을 형성하고, 상기 공극 내부에는 대기압 이하의 진공를 유지시키고, 물 또는 아세톤, 알콜과 같은 작동유체가 윅(117)(wick)이라는 다공성 채널을 통해 고속으로 이동하면서 열흡수 및 열방출을 하는 원리를 이용하고 있다. 따라서 상기 히트 파이프(116)를 인쇄 회로 기판의 모재(110)로 사용하면, 히트 파이프(116)의 고속 열전달 특성에 의해 보다 열방출 특성을 향상시킬 수 있다. 도 4c에서는 설명의 편의상 평판형 히트 파이프(116)의 단면을 예시하였으 나, 컴퓨터 본체의 CPU(중앙처리장치) 소자의 방열을 위해서 통상적으로 많이 사용하는 히트 파이프 및 방열핀의 결합된 히트 파이프도 본 발명의 기술적 사상에 포함됨을 밝히며, 상세한 설명은 생략한다.
다음으로, 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 회로 기판의 제조 방법을 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 회로 기판의 제조 방법은 모재를 준비하는 단계(S10), 상기 모재 상부에 제1 계면 절연막을 형성하는 단계(S20), 배선층 호일 하부에 제2 계면 절연막을 형성하는 단계(S30), 상기 제1 계면 절연막 상부에 절연층을 형성하는 단계(S40), 상기 절연층과 상기 제2 계면 절연막이 대향되도록 배치시킨 후, 진공 가압 접착 공정을 수행하는 단계(S50), 상기 배선층 호일에 포토 공정을 수행하여 배선층을 형성하는 단계(S60)를 포함한다.
먼저, 금속 모재(110)를 준비한다.(S10) 이때, 상기 금속 모재는 특별히 그 종류에 있어서 제한을 받지 않지만, 후술하는 제1, 제2 계면 절연막(151, 152)을 형성하는 공정에서 아노다이징법이나 플라즈마 전해 산화법을 수행하는 경우, 상기 금속 모재는 양극산화가 가능한 금속이어야 한다. 이 경우, 상기 금속 모재(110)는 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 지르코늄 또는 이들의 합금으로 이루어진 금속인 것이 바람직하다.
그 다음, 금속 모재의 상부에 제1 계면 절연막(151)을, 배선층 호일의 하부 에 제2 계면 절연막(152)을 각각 형성한다.(S20, S30) 이때, 상기 배선층 호일로써 전해동박을 사용하는 것이 바람직하다. 아노다이징법 또는 플라즈마 전해 산화법(PEO), 스퍼터링법, 진공 증착법, 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition: CVD), 상압 플라즈마 증착법, 졸겔법, 용사법, 스크린 프린팅법, 잉크젯 프린팅법, 디핑법(dipping), 분사법 등을 이용하여 무기질 또는 유기질의 계면 절연막(151, 152)을 형성할 수 있다.
이들 방법 중 아노다이징법 또는 플라즈마 전해 산화법을 이용하기 위해서 전술한 양극산화가 가능한 알루미늄 등의 금속 모재(110)를 준비한다. 아노다이징법은 알루미늄 모재를 보통 산성 전해질 속에 침적한 상태에서 전기분해 반응을 통해 양극에서 발생하는 산소가 알루미늄 모재의 표면과 반응하여 알루미나 산화막이 형성되게 한다. 그러나, 아노다이징법으로 형성한 알루미나 산화막은 벌집 모양으로 만들어지면서 수많은 기공들이 만들어지기 때문에 일반적으로 기공을 막아주는 봉공(sealing) 처리를 한다. 비등수 또는 아세트산니켈과 같은 금속염을 사용한 봉공 처리를 통해 5㎛ 내외의 얇은 아노다이징 산화막이라고 하더라도 약 500V 이상의 절연성을 확보할 수 있게 된다. 아노다이징법은 이 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있으므로 추가적인 상세한 설명은 생략한다. 플라즈마 전해 산화법은 전해질 내에서 양극산화가 가능한 모재(110)를 양극에 연결하고 고전압의 교류 또는 펄스 직류를 인가하여 전기 분해에 의해 산소가 발생되게 하고, 이 산소가 모재(110)의 표면과 반응함으로써 모재 위에 계면 절연막이 형성되게 하는 방법이다. 이때, 전해질은 예를 들어 증류수 또는 탈이온 수(Deionized water)에 KOH 또는 NaOH 등의 알칼리 금속의 수산화물을 첨가하여 이용할 수 있다. 또한, 전해질에 물유리(SiO2Na2O)를 추가적으로 첨가하여 모재 위에 접착력과 절연성, 열전도율이 우수한 계면 절연막을 형성할 수도 있다. 상기 전해질 속에 첨가하는 성분과 성분의 농도 등에 따라 계면 절연막의 기공, 표면 거칠기, 경도, 밀착성 등을 변화시킬 수 있다. 또한, 플라즈마 전해산화법을 이용하여 계면 절연막을 형성하면 금속 모재의 금속 성분이 함유된 혼합 세라믹층이 형성된다. 금속 모재가 알루미늄인 경우, 알루미나 혼합 세라믹층이 형성되며, 마그네슘인 경우, 산화마그네슘(MgO)을 주성분으로 하는 산화마그네슘 혼합세라믹층(예를 들어, 마그네슘 합금인 AZ91D의 경우 MgAl2O4)이 형성되며, 티타늄인 경우 산화티타늄(TiO2) 혼합세라믹층이 형성된다. 아노다이징법과 플라즈마 전해 산화법의 차이점은 전해액의 차이, 전압 및 전류밀도의 차이, 생성되는 산화막의 특성 차이 등으로 구분되며, 특히 플라즈마 전해 산화법의 경우 전해액 속에서 마이크로 아크 플라즈마가 발생하여 아노다이징법에 비해 훨씬 치밀한 양극 산화막을 형성시킬 수 있다는 점이다.
스퍼터링법과 진공 증착법은 진공 장비를 이용하는 물리적 박막 증착 방법이다. 스퍼터링법은 진공 분위기에서 플라즈마를 발생시켜 타겟의 물질을 스퍼터링시켜 모재에 증착하는 방법이고, 진공 증착법은 고 진공 분위기에서 코팅 물질을 증발시켜 증착시키는 방법이다. 화학 기상 증착법 및 상압 플라즈마 증착법은 화학 반응으로 소스 가스의 분해를 유도하여 모재에 원하는 물질을 증착하는 방법으로, 화학 기상 증착법은 진공 분위기를 이용하고 상압 플라즈마 증착법은 대기압 상태에서 수행한다는 점이 다르다. 졸겔법은 증착하려는 물질을 용매에 희석시켜 졸(sol) 상태로 만들어 스핀 코팅 또는 디핑 등의 방법으로 코팅한 후, 열처리를 통해 겔(gel) 상태의 박막을 증착하는 방법이다. 용사법(thermal spray coating)은 코팅하려는 물질을 고속으로 분사하면서 순간적으로 용융시켜 모재 위에 코팅하는 방법이다. 스크린 프린팅법 또는 잉크젯 프린팅법, 디핑법, 분사법은 액상의 물질을 모재에 코팅하고 열처리하여 코팅하는 방법이다. 상기 스퍼터링법, 진공 증착법, 화학 기상 증착법, 상압 플라즈마 증착법, 졸겔법, 용사법, 스크린 프린팅법, 잉크젯 프린팅법, 디핑법, 분사법 등으로 무기질 또는 유기질의 계면 절연막(151, 152)을 형성할 수 있으며, 이와 같은 방법들은 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 실시할 수 있으므로 추가적인 상세한 설명은 생략한다.
그 다음, 상기 제1 계면 절연막(151) 상부에 절연층(160)을 형성한다.(S40) 상기 절연층은 예를 들면 에폭시가 함침된 유리섬유로 이루어진 절연층 또는 세라믹 필러를 첨가한 에폭시 수지로 이루어진 절연층, 접착성이 있는 열경화성 폴리머 수지 등을 스크린 프린팅으로 도포하여 형성할 수 있다. 이때, 상기 절연층(160)은 5 내지 60㎛의 두께로 형성하는 것이 바람직하며, 그 이유는 전술한 바와 같으므로 생략한다.
그 다음, 상기 절연층(160)과 상기 제2 계면 절연막(152)이 대향되도록 배치시킨 후, 진공 가압 접착 공정을 수행한다.(S50) 여기서, 상기 진공 가압 접착 공 정은 예를 들어 진공도를 20torr 이하로 하고 180℃ 이상의 온도에서 20 내지 80 Kgf/cm2의 범위의 압력으로 30분 내지 2시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. 이외에도 시트 형상의 절연층을 제조하고 이를 제1 절연막(151)과 제2 절연막(152) 사이에 배치시킨 후, 진공 가압 접착 공정을 수행할 수도 있다.
그 다음, 상기 배선층 호일에 포토 공정을 수행하여 배선층(120)을 형성한다.(S60) 상기 포토 공정은 PCB 업계 및 반도체 업계에서 일반적으로 사용하는 어떤 재료나 공정을 이용할 수 있다.
상술한 방법으로 모재(110)와 배선층(120) 사이에 계면 절연막(151, 152)이 형성되고, 계면 절연막(151, 152) 사이에 절연층(160)이 형성된 본 발명의 인쇄 회로 기판을 제조할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 회로 기판에 LED 칩을 실장한 LED 모듈을 도시한 단면도이다.
일반적인 LED의 경우 LED 칩(170)에서 발생하는 열을 효과적으로 방출시키기 위해 LED 칩 하부에 에폭시를 이용하여 다이 접합(die attach)하고, 와이어 본딩(W)을 이용하여 외부 배선층(120)과 전기적 연결을 시켜준다. 이와 같은 방법은 COB(Chip on Board)라는 방법으로 LED 칩을 인쇄 회로 기판 위에 바로 실장하기에 적당하도록 댐 또는 반사갓 형상으로 형성하여 형광체를 도포하고 빛을 집속시키는 렌즈를 형성시켜 주면 LED 모듈을 제조할 수 있다. 도 6을 참조하면, 모재(110) 상 부의 제1 계면 절연막(151)과 배선층(120) 하부의 제2 계면 절연막(152) 사이에 두 계면 절연막(151, 152)의 두께만큼 두께를 감소시킨 절연층(160)을 형성할 수 있게 됨으로써 LED 모듈로 사용하기에 충분한 절연파괴 전압과 열전달 성능을 구비하게 된다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인쇄 회로 기판에 LED 칩을 실장한 LED 모듈을 도시한 단면도이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 인쇄 회로 기판은 상기 일 실시예에 따른 인쇄 회로 기판에서, 계면 절연막(151, 152)과 절연층(160)을 관통하는 비아홀(180)을 구비한다는 점에서 차이가 있다.
본 발명의 일 실시예 따른 인쇄 회로 기판에 CNC(Computer N㎛erical Control)장비 또는 드릴링 장비 또는 레이저 드릴링 장비를 이용하여 소정의 위치에 비아홀(180)을 형성한다. 그 후, 비아홀(180)을 통해 전기전도 및 열전도가 가능하도록 하기 위해서 인쇄 회로 기판 업계에 잘 알려진 PTH(Plated Through Hole) 또는 플러깅(plugging) 기술을 이용하여 상기 비아홀(180)에 도전성 물질을 충진한다. PTH 기술을 적용하기 위해서는, 먼저 인쇄 회로 기판 양면에 스퍼터링을 통해 접착층과 시드층을 얇게 형성한 후, 포토 공정을 이용하여 비아홀(180)이 형성된 부분 주변에만 선택적으로 표면 처리하여, 무전해 도금 또는 전기 도금하는 것이 바람직하다. PTH 기술은 당 업계에 잘 알려진 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략한다. 플러깅 기술은 상기 비아홀(180)에 전기전도성이 있는 금속 페이스트를 스크린 프린팅하여 채워넣고 열처리하여 비아홀(180)을 통해 전기전도 및 열전도가 가능하도록 만드는 것이며, 이 또한 당 업계에 잘 알려진 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략한다. PTH 또는 플러깅 기술을 이용하여 비아홀(180)에 도전성 물질을 충진하고, 추가적인 포토 공정을 이용하여 배선층(120)을 형성한다. 추가적으로 배선층의 산화를 막기 위해 플럭스 처리 또는 금도금을 추가적으로 행할 수 있다.
본 발명에 따른 인쇄 회로 기판은 모재(110)와 배선층(120) 사이에 계면 절연막(151, 152)을 도입하여 절연층(160)의 두께를 줄일 수 있게 됨으로써, 절연성 및 열전달 성능을 향상시킬 수 있으며 접착성도 개선시킬 수 있다. 따라서, LED 및 고출력 반도체 소자용 인쇄 회로 기판으로 폭넓게 응용하여 사용할 수 있으며, 저비용으로 대량 생산이 가능한 장점이 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 인쇄 회로 기판 및 그 제조방법을 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
도 1은 종래 기술에 따른 인쇄 회로 기판으로써, FR-4 인쇄 회로 기판을 도시한 단면도,
도 2는 종래 기술에 따른 인쇄 회로 기판으로써, 금속 인쇄 회로 기판을 도시한 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 회로 기판을 도시한 단면도,
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 여러 실시예에 따른 인쇄 회로 기판을 도시한 단면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 회로 기판의 제조 방법을 도시한 순서도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 회로 기판에 LED 칩을 실장한 LED 모듈을 도시한 단면도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인쇄 회로 기판에 LED 칩을 실장한 LED 모듈을 도시한 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 모재 120 : 배선층
130, 140, 160 : 절연층
151, 152 : 제1, 제2 계면 절연막
180 : 비아홀

Claims (17)

  1. 모재와, 상기 모재 상에 형성된 절연층과, 상기 절연층 상에 형성된 배선층을 포함하는 인쇄 회로 기판에 있어서,
    상기 절연층의 상면과 하면 중 적어도 일 면에 형성된 계면 절연막을 포함하는 인쇄 회로 기판.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 계면 절연막은 유기질 또는 무기질 물질로 이루어진 인쇄 회로 기판.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 계면 절연막은 산화막 또는 질화막인 인쇄 회로 기판.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 계면 절연막은 알루미나(Al2O3), 산화 마그네슘(MgO), 질화 붕소(BN), 질화 알루미늄(AlN), 산화 규소(SiO2) 중 적어도 어느 하나로 이루어지는 인쇄 회로 기판.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 계면 절연막은 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 그리고 지르코늄 중 적어도 어느 하나를 함유하는 혼합 세라믹층을 포함하는 인쇄 회로 기판.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 계면 절연막의 두께는 0.05 내지 20㎛인 인쇄 회로 기판.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 모재는 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 지르코늄 또는 이들의 합금으로 이루어진 인쇄 회로 기판.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 모재는 히트싱크 또는 히트 파이프인 인쇄 회로 기판.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 모재의 타면에 순차적으로 형성되는 접합층 및 다공성 금속층을 포함하는 인쇄 회로 기판.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 다공성 금속층은 구리, 알루미늄, 철, 니켈 중 적어도 어느 하나로 이루어지는 인쇄 회로 기판.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연층은 에폭시를 함침한 유리 섬유 또는 세라믹 필러를 첨가한 에폭시 수지 또는 에폭시를 스크린 프린팅하여 이루어진 인쇄 회로 기판.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연층의 두께는 5 내지 60㎛인 인쇄 회로 기판.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 계면 절연막과 상기 절연층을 관통하는 비아홀을 구비한 인쇄 회로 기판.
  14. 모재를 준비하는 단계,
    상기 모재 일면에 제1 계면 절연막을 형성하는 단계,
    배선층 호일 일면에 제2 계면 절연막을 형성하는 단계,
    상기 제1 계면 절연막 상에 절연층을 형성하는 단계,
    상기 절연층과 상기 제2 계면 절연막이 대향되도록 배치시킨 후, 접착하는 단계,
    상기 배선층 호일을 패터닝하여 배선층을 형성하는 단계
    를 포함하는 인쇄 회로 기판 제조 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1, 제2 계면 절연막을 형성하는 단계는,
    아노다이징법, 플라즈마 전해 산화법, 스퍼터링법, 진공 증착법, 화학 기상 증착법CVD, 상압 플라즈마 증착법, 졸겔법, 용사법, 스크린 프린팅법, 잉크젯 프린팅법, 디핑법(dipping), 분사법 중 적어도 어느 하나의 방법을 사용하여 형성하는 인쇄 회로 기판 제조 방법.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 접착하는 단계는 진공 가압 접착 공정을 수행하는 인쇄 회로 기판 제조 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 진공 가압 접착 공정은 180℃ 이상의 온도에서 20 내지 80 Kgf/cm2의 범위의 압력으로 30분 내지 2시간 동안 수행하는 인쇄 회로 기판 제조 방법.
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Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101309342B1 (ko) * 2013-04-10 2013-09-17 하비스 주식회사 우수한 절연성 및 방열성을 갖는 연성 동박 적층판 및 이를 구비하는 인쇄회로기판
KR101331669B1 (ko) * 2012-03-08 2013-11-20 삼성전기주식회사 전력 모듈용 기판

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101991760B1 (ko) * 2016-11-23 2019-10-01 (주)드림텍 3차원 전자 회로 패턴 구현 방법 및 3차원 전자 회로 패턴 구현 시스템

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6958535B2 (en) * 2000-09-22 2005-10-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Thermal conductive substrate and semiconductor module using the same
JP3840921B2 (ja) * 2001-06-13 2006-11-01 株式会社デンソー プリント基板のおよびその製造方法
JP2003318316A (ja) * 2002-04-25 2003-11-07 Hitachi Metals Ltd セラミックス回路基板
JP3847770B1 (ja) * 2005-06-13 2006-11-22 慎介 望月 セラミックス被覆金属材およびその製造方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101331669B1 (ko) * 2012-03-08 2013-11-20 삼성전기주식회사 전력 모듈용 기판
KR101309342B1 (ko) * 2013-04-10 2013-09-17 하비스 주식회사 우수한 절연성 및 방열성을 갖는 연성 동박 적층판 및 이를 구비하는 인쇄회로기판
WO2014168305A1 (ko) * 2013-04-10 2014-10-16 하비스 주식회사 우수한 절연성 및 방열성을 갖는 연성 동박 적층판 및 이를 구비하는 인쇄회로기판

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