KR20100131628A - 직접 인쇄방식에 의하여 전극회로가 형성된 엘이디 기판 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직접 인쇄방식에 의하여 전극회로가 형성된 엘이디 기판 및 이의 제조방법에 관한 것으로 금속 베이스 층, 상기 금속 베이스 층 상에 형성된 열경화성 수지 기반 또는 세라믹 기반 유전층과 상기 유전층 상에 도전성 페이스트로 직접인쇄방식에 의하여 형성된 전극회로로 이루어진 LED 어레이 기판 및 이의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 직접인쇄방식의 가법(加法; additive)을 적용하여, 전극회로를 형성함으로써 제조공정을 단순화하고 공정비용 및 제조시간을 절감할 수 있으며, 폐수발생을 최소화할 수 있다. 또한 본 발명은 동박이 없는 2층 또는 1층기판을 사용하여 원재료 기판의 구입비를 줄일 수 있는 경제적인 이점도 있다.

LED, 어레이, 기판, 직접 인쇄방식, 페이스트, 은, 도금

Description

직접 인쇄방식에 의하여 전극회로가 형성된 엘이디 기판 및 이의 제조방법{LED printed circuit board having electrodes formed via direct printing}

본 발명은 직접 인쇄방식에 의하여 전극회로가 형성된 엘이디 기판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

엘이디, 즉, 발광 다이오드(이하 LED, Light Emitting Diode)는 점광원 형태로 다양한 색상으로 단순한 표시소자로 사용되는 것으로 출발하였지만 광효율성, 오랜 수명 등의 장점으로 점차 랩탑/데스크탑 컴퓨터의 모니터 및 대형정보 표시장치 등 다양한 분야에 사용되고 있다. 특히 최근에는 조명과 LCD TV 백라이트 분야에 그 사용범위를 점차 확대하려고 하는 시점에 있다.

LCD TV 백라이트의 경우와 LED 조명의 경우에는 단위면적당 높은 휘도와 평면발광의 이유 등으로 다수개의 발광소자로 기판에 어레이를 구성하여 사용한다. 이러한 어레이 구성에 의하여 LED에서 발생하는 열을 기판으로 효과적으로 방출하는 것이 LED 수명과 품질 유지에 중요한 요소이다.

LED 어레이 기판은 원활한 방열을 위하여 종래의 PCB에 사용되는 동박적층판(CCL) 대신에 MCPCB(metal core printed circuit board)를 사용한다. 보통 이러 한 MCPCB는 금속 베이스 층+유전층+동박의 3층 구조를 이루고 있다. 상기 유전층은 열전도성을 증가시키기 위하여 열전도성 입자를 충진한 에폭시 수지를 사용하기도 한다. 전극회로의 형성은 종래 PCB와 마찬가지로 리소그라피 기술 등을 이용하여 레지스트 패턴을 형성하고 식각하여 제조한다. 그러나, 이러한 전극회로 형성을 위한 에칭 공정은 제조 공정이 매우 복잡하고, 공정 중 다량의 에칭 폐수가 다량 발생하는 문제가 있다.

본 발명은 동박 적층이 필요 없고 에칭공정이 필요 없는 LED 어레이 기판을 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 의하여 금속 베이스 층, 상기 금속 베이스 층 상에 형성된 열경화성 수지 또는 세라믹 기반 유전층과 상기 유전층 상에 도전성 페이스트로 직접인쇄방식에 의하여 형성된 전극회로로 이루어진 LED 어레이 기판이 제공된다.

상기 금속 베이스 층은 열전도가 양호한 금속, 예를 들면, 은, 동, 아연, 주석, 알루미늄 또는 이들의 합금이다. 특히 동과 알루미늄이 품질 대비 가격적 측면에서 선호된다. 상기 금속 베이스 층은 다른 한 쪽을 공기와의 접촉 면적을 높게 하는 구조로 가공되어 히트싱크로 일체화 될 수 있다.

상기 유전층은 열경화성 수지 또는 세라믹 기반 유전층으로 수지로서 특히 에폭시 수지가 가격 측면에서 유리하다. 열경화성 수지 기반의 유전층에는 열전도성을 증가시키기 위하여 전기전도성이 낮고 열전도성이 좋은 입자가 충전제로 사용될 수 있다. 예를 들면, 금속 또는 준금속 산화물, 수산화물, 규화물, 탄화물, 질화물, 탄질화물 또는 이들의 복합물이다. 일반적으로 사용되는 것은 금속 또는 준금속 산화물 수산화물 또는 질화물이다. 세라믹 기반 유전층은 열전도성이나 내열 측면에서 열경화성 수지보다 유리하다. 세라믹 기반 유전층은 상기 열전도성 입자와 유무기 바인더의 페이스트를 사용하여 도포하고 소결하여 형성한다. 제조원가가 비싸나 열전도성이나 내열성 측면에서 유리하다.

또한, 본 발명에 의하여 세라믹 기판과 상기 세라믹 기판 상에 도전성 페이스트로 직접인쇄방식에 의하여 형성된 전극회로로 이루어진 LED 어레이 기판이 제공된다. 이러한 세라믹 기판은 전기전도성이 낮으나 열전도성이 큰 세라믹 물질로 만들어진다. 금속 또는 준금속 산화물, 수산화물, 규화물, 탄화물, 질화물, 탄질화물 또는 이들의 복합물을 유무기 바인더와 혼합하여 소결하여 제조된다.

또한, 본 발명에 의하여 1) 금속 베이스 층과 에폭시 층으로 이루어지는 2층 기판에 도전성 입자, 열경화성 바인더 또는 폴리아믹산 및 용매를 포함하는 페이스트 조성물로 전극회로 패턴을 인쇄하는 단계; 2) 상기 기판을 가열하여 건조하고 상기 바인더를 경화하거나 상기 폴리아믹산을 이미드화하는 단계; 및 3) 상기 기판을 전해도금하는 단계로 이루어지는 직접인쇄방식에 의한 LED 어레이 기판을 제조하는 방법이 제공된다.

상기 도전성 패턴 형성용 페이스트 조성물은, 바람직하게는, 도전성 입자 0.01 내지 96 중량부, 바인더 0.5 내지 96 중량부 및 용매 잔량으로 이루어진다. 필요한 경우에 상기 페이스트 조성물은 금속전구체를 더 포함할 수 있다. 본 발명에서 사용하는 바인더는 열경화성 바인더로서, 예를 들면, 아크릴계, 우레탄계, 에폭시계, 폴리이미드계 등이 있으며 바람직하게는 폴리이미드의 전구체인 폴리아믹산이 사용된다.

본 발명에서, 도전성 입자라고 함은 전기 전도성이 있는 물질의 입자로서 특별히 제한되지 않으며 도전성이 있는 금속, 비금속 또는 이들의 산화물, 탄화물, 붕화물, 질화물, 탄질화물의 분말과 카본블랙과 흑연 등 탄소계 분말을 포함한다. 도전성 입자는 예를 들어 금, 알루미늄, 구리, 인듐, 안티몬, 마그네슘, 크롬, 주석, 니켈, 은, 철, 티탄 및 이들의 합금과 이들의 산화물, 탄화물, 붕화물, 질화물, 탄질화물의 입자이다. 탄소계 도전성 입자로는 예를 들면, 천연 흑연 분말, 팽창된 흑연, 그라펜, 카본블랙, 나노카본, 카본나노튜브 등이다. 입자의 형태는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 판형, 파이버 형과 나노 크기의 나노입자 나노튜브 등이 사용될 수 있다. 이러한 도전성 입자는 단독 또는 조합하여 사용될 수 있다.

본 발명에서 금속 전구체 라고 하면 금속이 헤테로 원자 P, S, O와 N를 통하여 착체를 형성하여 금속 용융 온도보다 낮은 온도에서 금속화되는 것을 말한다. 이러한 유기 금속은, 예를 들면, 금속과 케톤기, 머캅토기, 카르복실기, 아닐린기, 에테르기 또는 아황산기 등으로 결합되어 있다.

직접인쇄방식은 기판에 스크린인쇄, 프렉소인쇄, 로터리인쇄, 그라비어인쇄, 옵셋 인쇄, 잉크젯 또는 디스펜서 등의 인쇄 방법 등을 포함한다.

상기 열처리는 기판에 도전성 패턴으로 인쇄된 페이스트를 상온 이상의 온도에서 건조한 다음 200 ℃ 내지 350 ℃의 범위에서 경화시키거나 폴리아믹산의 경우는 이미드화한다. 금속전구체를 사용하는 경우에는 금속화 온도를 감안하여 별도로 금속화 열처리를 하거나 200 ℃ 내지 350 ℃의 범위에서 금속화와 폴리아믹산의 이미드화를 동시에 진행할 수 있다. 이러한 열처리에 의하여 금속전구체는 금속화하고 바인더는 가교하여 경화하고 폴리아믹산 바인더는 폐환하여 기판에 고착된다. 이미드화된 바인더는 400 ℃ 이상의 내열성을 나타낸다.

본 발명은 직접인쇄방식의 가법(加法; additive)을 적용하여, 전극회로를 형성함으로써 제조공정을 단순화하고 공정비용 및 제조시간을 절감할 수 있으며, 폐수발생을 최소화 할 수 있다. 또한 본 발명은 동박이 없는 2층 또는 1층기판을 사용하여 원재료 기판의 구입비를 줄일 수 있는 경제적인 이점도 있다.

이하 도면에 의하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.

도1a는 금속 베이스 층(1) + 에폭시 유전층(2) + 동박 층(3)으로 이루어진 종래의 3층구조 MCPCB의 개략적인 단면도이다. 최상층의 동박은 에칭방법에 의하여 전극회로를 형성하게 된다.

도2a는 본 발명에서 사용하는 세라믹 기판(5)의 개략적인 단면도이다.

도2b는 본 발명에서 사용하는 금속 베이스 층(1) + 유전층(2)의 2층구조 기판의 개략적인 단면도이다. 도2c는 본 발명에서 2층기판 위에 전극 회로 패턴을 직접인쇄방식에 의하여 형성하고 LED 소자 전극의 리드프레임(11)을 전극회로(4)에 솔더링(6)하여 LED를 장착하고 금속 베이스 층(1)에 히트싱크(21)를 서멀패드(22)를 게재하여 연결한 개략적인 단면도를 보여준다.

이하 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다. 이러한 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 보호범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

실시예

에폭시시트와 알루미늄 시트를 에폭시 바인더로 접착하여 기판(30cm×20cm)의 도2a에 예시된 2층 기판 샘플을 제조하였다.

와코사의 특급시약 4,4'-디아미노디페닐에테르(ODA) 19.2중량부를 칭량하여 준세이사의 특급시약 N-메틸 피롤리돈(NMP) 80 중량부에 용해하여 준비한다. 와코사의 특급시약 피로멜리틱디무수산 (PMDA) 20.9중량부를 N-메틸 피롤리돈 80 중량부에 분산시킨다. 분산된 PMDA에 ODA용액을 2시간동안 적가한다. 반응물을 상온에서 24시간 반응하여 폴리아믹산 바인더를 제조한다. 평균입자크기가 2㎛인 판형(직경이 두께의 50배) 은 파우더 180중량부와 폴릭아믹산(PAA) 바인더 120중량부를 넣어 완전히 혼합하여 은페이스트를 제조한다. 상기 은 페이스트를 이용하여 알루미늄과 에폭시 2층 기판에 스크린인쇄기를 이용하여 전극회로 패턴으로 인쇄한다. 인쇄물은 기재와 함께 200 ℃에서 10분 간 건조하여 페이스트 내부의 유기물을 제거한다. 형성된 패턴의 전기저항은 5.195×10^-2 Ω/□, 접착력은 5B, 경도는 5H이고 열안정성은 양호하였다. 접착력은 테이프 테스트를, 경도는 연필경도측정법을, 열안정성은 400 ℃에서 납땜했을 때 녹거나 변형되는 정도를 나타내었다.

인쇄한 회로에 전해구리도금을 실시하여 도금층을 형성한다. 도금층에 400 ℃의 인두를 이용하여 LED 소자를 부착하여 부착강도를 측정한 결과를 0.9 kg_f의 접착강도 보였다.

도1a는 종래의 3층구조 MCPCB의 개략적인 단면도이고

도2a는 본 발명에서 사용하는 세라믹 기판의 개략적인 단면도이고

도2b는 본 발명에서 사용하는 2층구조 기판의 개략적인 단면도이고

도2c는 본 발명의 LED 어레이 기판을 사용한 예의 개략적인 단면도이다.

* 주요도면 부호의 설명 *

1; 금속 베이스 층 2; 유전층 3; 동박층

4; 전극회로 6; 솔더링 11; LED 리드프레임

12; LED 패키지 보디 14; 렌즈 15; LED 칩

21; 히트싱크 22; 서멀패드

Claims (7)

1. 금속 베이스 층, 상기 금속 베이스 층 상에 형성된 열경화성 수지 기반 또는 세라믹 기반 유전층과 상기 유전층 상에 도전성 페이스트로 직접인쇄방식에 의하여 형성된 전극회로로 이루어진 LED 어레이 기판
2. 세라믹 기판과 상기 세라믹 기판 상에 도전성 페이스트로 직접인쇄방식에 의하여 형성된 전극회로로 이루어진 LED 어레이 기판
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전극회로는 전기전도성 페이스트 조성물로 전극회로 패턴을 인쇄하여 형성하는 LED 어레이 기판
4. 제3항에 있어서, 상기 전극회로는 전기전도성 페이스트 조성물로 전극회로 패턴을 인쇄한 뒤 전해도금하여 완성하는 LED 어레이 기판
5. 제1항에 있어서, 상기 금속 베이스 층은 히트싱크 일체형인 LED 어레이 기판
6. 제1항에 있어서, 상기 유전층은 세라믹 기반 유전층인 LED 어레이 기판
7. 1) 금속 베이스 층과 에폭시 유전층 또는 세라믹 유전층으로 이루어지는 2층 기판에 도전성 입자, 열경화성 바인더 또는 폴리아믹산 및 용매를 포함하는 페이스트 조성물로 전극회로 패턴을 인쇄하는 단계; 2) 상기 기판을 가열하여 건조하고 상기 바인더를 경화하거나 상기 폴리아믹산을 이미드화하는 단계; 및 3) 상기 기판을 전해도금하는 단계로 이루어지는 직접인쇄방식에 의한 LED 어레이 기판을 제조하는 방법

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