KR20110003763A - 메탈코어 인쇄회로기판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 메탈코어 인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기절연성, 열전도성, 도금층의 부착력 등이 월등하게 향상된 메탈코어 인쇄회로기판을 제조할 수 있는 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 의한 메탈코어 인쇄회로기판의 제조방법은, 기판의 표면에 아노다이징처리를 통해 산화피막층을 형성하는 산화피막층 형성단계; 상기 산화피막층에 봉공처리를 통해 산화피막층 내의 기공을 봉공하는 봉공처리단계; 상기 봉공처리된 산화피막층 위에 에어로졸 데포지션공법을 통해 하지도금층을 형성하는 하지도금층 형성단계; 및 상기 하지도금층 위에 전해도금을 통해 도금층을 형성하는 도금층 형성단계;를 포함한다.

메탈코어, 인쇄회로기판, 전기절연성, 열전도성, 부착, 에어로졸 데포지션

Description

메탈코어 인쇄회로기판의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING METAL CORE PCB}

본 발명은 메탈코어 인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기절연성, 열전도성, 도금층의 부착력(adhesion) 등이 월등하게 향상된 메탈코어 인쇄회로기판을 제조할 수 있는 제조방법에 관한 것이다.

인쇄회로기판(Printed Circuit Board)은 기판의 표면에 배선이 집적되어 다양한 소자들이 실장되거나 소자 사이에 전기적 접속이 구성된 전자부품의 일종으로, 기술의 발전에 따라 다양한 형태와 다양한 기능을 갖게 되는 인쇄 회로기판이 제조되고 있다.

최근에는 전자 제품들이 소형화, 고밀도화, 박판화, 패키지화 됨에 따라 인쇄회로기판 자체의 박판화 및 미세패턴화가 진행되고 있으며, 이러한 추세를 반영하기 위한 금속재질의 기판을 이용한 메탈코어 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 대한 연구개발이 진행되고 있다.

메탈코어 인쇄회로기판은 금속재질의 기판을 적용함에 따라 LED용 회로기판 또는 반도체용 회로기판 등에 용이하게 적용될 수 있으며, 또한 공정단축 및 원가 절감을 용이하게 구현할 수 있는 장점이 있다.

이러한 메탈코어 인쇄회로기판의 제조방법에는 1) 무전해도금 및 전해도금방식, 2) 교류전원에 의한 전해도금방식, 3) 수지를 라미네이팅하는 방식 등과 같은 다양한 방식이 있었다.

1) 무전해도금 및 전해도금방식을 상세히 살펴보면, 금속재질로 이루어진 기판의 표면에 아노다이징에 의해 산화피막층(절연층)을 형성하고, 이러한 아노다이징에 의해 형성된 산화피막층(절연층)은 그 내부에 다수의 기공을 내포한 구조로 형성된다. 그런 후에, 컨디셔닝-Acid dip-Pre dip-Pd촉매(catalyzing)-중화(reduction) 등의 공정을 진행하고, 그 위에 무전해도금(Electroless plating)을 수행함으로써 산화피막층 위에 하지도금층을 형성하며, 이 무전해도금층 위에 전해도금(Electro plating)을 수행함으로써 도금층을 형성한다.

하지만, 무전해도금 및 전해도금방식에 의해 제조된 메탈코어 인쇄회로기판은 무전해도금에 의한 하지도금층이 산화피막층의 기공들을 봉공하지 않음에 따라 그 전기절연성이 매우 낮은 단점이 있었다.

또한, 무전해도금 및 전해도금방식에 의해 제조된 메탈코어 인쇄회로기판은 복잡한 공정을 거쳐 도금층을 형성하기 때문에 그 제조원가가 높으며, 또한 생산성이 저하되는 단점이 있었다. 그리고, 하지도금층과 산화피막층 사이의 부착력(adhesion) 이 저하되어 하지도금층 및 도금층이 쉽게 박리되는 단점이 있었다.

2) 교류전원에 의한 전해도금방식의 경우, 금속재질로 이루어진 기판의 표면에 아노다이징에 의해 산화피막층(절연층)을 형성하고, 이러한 아노다이징에 의해 형성된 산화피막층은 그 내부에 다수의 기공을 내포한 구조로 형성된다. 그런 후에, 산화피막층 위에 교류전원을 인가하면 산화피막층의 분극현상에 의해 산화피막층 내의 기공으로 구리가 석출된 후에 산화피막층 위에 도금층이 형성된다.

이에, 교류전원에 의한 전해도금방식은 그 제조공정이 단축되어 원가절감의 효과를 얻을 수 있고, 산화피막층과 도금층의 부착력 을 높일 수 있는 장점이 있다.

하지만, 교류전원에 의한 전해도금방식은 절연층인 산화피막층의 기공 내에 도금층이 개재된 구조로 형성됨에 따라 그 전기절연성이 매우 낮아지는 단점이 있었다.

3) 수지를 라미네이팅하는 방식의 경우, 금속재질의 기판 표면에 실리카를 함유한 에폭시 수지를 라미네이팅함으로써 수지재질의 절연층을 형성하고, 이러한 수지 재질의 절연층 표면에 전해도금을 수행함으로써 도금층을 형성한다.

이에, 수지를 라미네이팅하는 방식은 금속기판과 도금층 사이에 수지재질의 절연층이 형성됨에 따라 그 전기절연성이 매우 양호하고, 금속기판과 절연층 사이의 부착력 이 높은 장점이 있었다. 하지만, 수지를 라미네이팅하는 방식은 절연층이 수지 재질로 구성됨에 따라 그 열전도성이 매우 취약한 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같이 종래기술들의 여러단점들을 극복하기 위해 안출된 것으로, 전기절연성, 열전도성, 부착력(adhesion) 등이 월등히 향상된 고품질의 메탈코어 인쇄회로기판을 제조할 수 있는 메탈코어 인쇄회로기판의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 메탈코어 인쇄회로기판의 제조방법은,

기판의 표면에 아노다이징처리를 통해 산화피막층을 형성하는 산화피막층 형성단계;

상기 산화피막층에 봉공처리를 통해 산화피막층 내의 기공을 봉공하는 봉공처리단계;

상기 봉공처리된 산화피막층 위에 에어로졸 데포지션공법을 통해 하지도금층을 형성하는 하지도금층 형성단계; 및

상기 하지도금층 위에 전해도금을 통해 도금층을 형성하는 도금층 형성단계;를 포함한다.

상기 하지도금층 형성단계는, 상온 조건에서 전도성 분말을 에어로졸 데포지션공법을 통해 상기 산화피막층의 표면에 하지도금층을 형성하는 것을 특징으로 한 다. 이와 같이, 본 발명은 에어로졸 데포지션 공정을 통해 전도성 분말의 입자들이 충돌 및 미세한 분쇄 등이 연속적으로 이루어짐으로써 입자들 사이에 미세기공이 없는 치밀한 조직의 하지도금층을 형성할 수 있는 장점이 있다.

상기 전도성 분말은, 전도성이 양호한 금속분말, 전도성이 양호한 세라믹분말 중에서 어느 하나 또는 2 이상의 혼합물인 것을 특징으로 한다.

상기 하지도금층은 형성단계 및 도금층 형성단계 사이에는, 상기 하지도금층을 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 봉공처리단계는, 니켈아세트산 침전법을 적용하는 것을 특징으로 한다. 이에, 본 발명은 아노다이징에 의해 생성된 산화피막층의 기공을 봉공물질로 막음으로써 산화피막층의 전기절연성을 매우 양호하게 할 수 있는 장점이 있다.

상기 산화피막층 형성단계 전에, 상기 기판의 표면에 부착된 유지성분을 제거하는 탈지처리 및 상기 기판의 표면을 세척하는 산세처리를 수행하는 것을 특징으로 한다. 이러한 탈지 및 산세처리를 통해 기판의 표면을 매우 깨끗하게 세척함으로써 아노다이징을 통한 산화피막층의 형성을 더욱 용이하게 진행할 수 있다.

상기 봉공처리단계 및 하지도금층 형성단계 사이에는 상기 산화피막층의 표면을 세정 및 건조하는 단계를 더 추가하는 것을 특징으로 한다. 이러한 세정 및 건조 단계를 통해 산화피막층의 표면을 세척함으로써 에어로졸 데포지션을 보다 원활하게 수행할 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 봉공처리를 통해 산화피막층의 기공들을 봉공함으로써 그 전기절연성이 매우 양호지고, 전도성이 양호한 하지도금층이 에어로졸 데포지션을 통해 치밀하게 형성됨에 따라 전체적으로 높은 열전도성을 구현할 수 있으며, 또한 에어로졸 데포지션을 통해 하지도금층이 산화피막층의 표면에 견고하게 부착 됨으로써 도금층 및 하지도금층의 박리가 방지되는 장점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈코어 인쇄회로기판의 제조방법을 도시한다.

도 1에는 본 발명에 의한 인쇄회로기판의 제조방법이 도시되어 있다.

먼저, 알루미늄, 마그네슘, 티타늄 등과 같은 금속 재질로 이루어진 금속기판(11)의 표면을 세척하는 세척공정을 진행할 수 있다. 이러한 세척공정은 산화피막층(12)을 보다 용이하게 하도록 진행되는 전처리공정의 일종으로, 일반적으로 기판(11)의 표면에 부착되어 있는 유지성분을 제거하기 위한 탈지(Degrease)처리를 수행(S1)한 후에, 탈지처리된 기판(11)의 표면을 세척하는 산세(Desmut)처리를 진행한다(S2).

그런 다음, 세척된 기판(11)의 표면에 아노다이징처리를 수행함으로써 기판(11)의 표면에 산화피막층(12)을 형성한다(S3). 이러한 아노다이징은 건축자재, 전기통신기기, 광학기기, 장식품, 자동차부품 등에 광범위하게 활용되는 표면처리방법으로, 금속의 표면에 얇은 산화막을 형성하여 금속의 내부를 보호할 수 있다. 이러한 아노다이징은 주로 알루미늄, 마그네슘, 티타늄 등과 같이 산소와 반응정도가 양호하여 스스로 표면에 산화막을 형성할 수 있는 금속에 대해 사용된다.

이러한 아노다이징처리는 금속이 양극으로 작용하도록 함으로써 금속 표면의 산화작용을 촉진시켜 균일한 두께의 산화피막층을 형성하기 위한 방법으로, 황산, 크롬산, 옥살산 등의 용액 내에서 기판(11)을 양극으로 한 상태에서 통전시켜 양극에서 발생하는 산소에 의해 기판(11) 표면이 산화되어 일정한 두께의 산화피막층(12)을 생성한다. 그리고, 아노다이징처리에는 옥살산법, 크롬산법, 황산법 등과 같이 다양한 처리방법이 있으며, 각각의 방법에 따라 그 처리온도, 시간, 피막 두께 등이 다르게 형성될 수 있다.

이와 같이 아노다이징처리를 통해 생성된 산화피막층(12)은 전기절연성이 높은 절연층이 되고, 산화피막층(12)은 그 내부에 복수의 기공(12a)이 형성된다.

그런 다음, 산화피막층(12)의 표면에 봉공(Sealing)처리를 수행함으로써 산화피막층(12)의 기공(12a)이 봉공물질(13)에 의해 막힌다(S4). 이러한 봉공처리법에는 비등수 또는 가압증기를 이용한 수화봉공법, 금속염을 이용한 금속염 봉공법, 오일 또는 유기물을 도포하거나 이에 침적하는 유기물 봉공법, 도장에 의한 도장봉공법 등과 같이 다양한 방법이 있었다. 특히, 본 발명의 봉공처리는 금속염 봉공법 중에서 니켈아세트산 침전법을 적용할 수 있다.

한편, 아노다이징에 의해 생성된 산화피막층(12)은 그 활성이 높은 상태이므 로, 방치해두면 복수의 기공(12a) 내로 공기 중의 가스 등이 흡착되어 불활성상태가 될 수 있으므로, 산화피막층(12)의 기공(12a)들은 봉공물질(13)에 의해 막힌다. 이와 같이, 본 발명은 산화피막층(12)의 기공(12a)이 봉공물질(13)에 의해 봉공됨으로써 산화피막층(12)은 전기절연성이 더욱 향상되는 장점이 있다.

이렇게 봉공된 산화피막층(12) 위에 에어로졸 데포지션(Aerosol Deposition)처리를 수행함으로써 산화피막층(12) 위에 하지도금층(14)을 형성한다(S6).

한편, 에어로졸 데포지션을 보다 원활하게 수행하기 위하여 산화피막층(12)의 표면을 세정 및 건조시키는 공정(S5)을 더 추가할 수도 있다.

하지도금층 형성단계(S6)는 산화피막층(12)의 표면에 수 마이크로미터 이내의 전도성 분말(14a)을 도 6 및 도 7에 도시된 에어로졸 데포지션공정을 통해 하지도금층(14)을 코팅한다.

전도성 분말(14a)에는 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni), 은(Ag), 주석(Sn) 등과 같이 전도성이 양호한 금속분말 또는 LNO Composite 등과 같은 세라믹 분말 등이 이용될 수 있다.

도 6은 에어로졸 데포지션 장치의 원리를 도시한 예시적인 개념도로서, 도시된 바와 같이, 가스용기(1)에는 운반가스가 충전되어 있고, 이 운반가스는 일정 유량으로 제어되면서 에어로졸 챔버(2) 내로 투입된다. 에어로졸 챔버(2) 내에는 수 마이크로미터 이내의 전도성 분말(14a)이 담겨져 있다. 에어로졸 챔버(2)의 기계적 운동에 의해 전도성 분말(14a)은 에어로졸 챔버(2) 내에서 분산 상태가 되고, 에어로졸 챔버(2)로 투입된 운반가스에 의해 분산된 전도성 분말(14a)은 진공튜 브(7)를 통과하여 이동한 후에, 진공상태의 데포지션 챔버(5, deposition chamber) 내에서 분사노즐(4)을 통해 기판(11)의 산화피막층(12) 위로 분사된다. 그리고, 진공펌프(8)는 데포지션 챔버(5) 내의 진공도를 조절하고, 이송장치(9)는 기판(11)의 위치를 제어하도록 구성된다.

특히, 에어로졸 데포지션 공정은 도 7(a)에 도시된 바와 같이 분사노즐(4)에 의해 분사되는 전도성 분말(14a)의 입자가 산화피막층(12)의 표면과 충돌하고, 그 후에 도 7(b)와 같이 충돌한 전도성 분말(14a)의 입자가 파괴되면서 산화피막층(12)의 표면에 박히거나 강력한 결합을 함과 동시에 다른 입자가 그 위에 충돌한다. 그리고, 도 7(c)와 같이 충돌된 입자가 분쇄되어 강한 결합을 이루는 층을 형성하고, 그 위에 다시 다른 입자가 충돌한다. 이와 같이, 에어로졸 데포지션 공정을 통해 전도성 분말(14a)의 입자들이 충돌 및 미세한 분쇄 등이 연속적으로 이루어짐으로써 입자들 사이에 미세기공이 없는 치밀한 조직의 하지도금층(14)을 형성한다. 이러한 에어로졸 데포지션 공정은 상온 조건에서 진행된다.

또한, 본 발명은 200~900℃의 온도조건에서 열처리를 수행(S7)함으로써 하지도금층(14)의 입자는 보다 성장할 뿐만 아니라 입자들 사이의 미세기공이 거의 제거될 수 있고, 이에 하지도금층(14)의 조직이 더욱 치밀하게 산화피막층(12)의 표면에 부착되는 장점이 있다.

그리고, 하지도금층(14)의 표면에는 전해도금을 통해 구리(Cu) 등과 같은 도금층(15)을 형성하고(S8), 이렇게 형성된 도금층(15)은 패터닝, 에칭 등을 통해 소정의 내층회로가 형성될 수 있으며, 필요에 따라 내층회로 위에 외층회로가 더 형 성될 수도 있다.

이상과 같은 본 발명은, 봉공처리를 통해 산화피막층(12)의 기공(12a)들을 봉공함으로써 그 전기절연성을 향상시킬 수 있고, 전도성이 양호한 분말을 에어로졸 데포지션을 통해 산화피막층(12)의 표면에 하지도금층(14)을 치밀하게 형성함으로써 전체적으로 높은 열전도성을 구현할 수 있으며, 또한 에어로졸 데포지션을 통해 하지도금층(14)이 산화피막층(12)의 표면에 견고하게 부착됨으로써 도금층(15) 및 하지도금층(14)의 박리가 보다 효과적으로 방지되는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈코어 인쇄회로기판의 제조방법을 도시한 공정도이다.

도 2는 본 발명에 의한 제조방법의 산화피막층 형성단계를 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명에 의한 제조방법의 봉공처리단계를 도시한 단면도이다.

도 4는 본 발명에 의한 제조방법의 하지도금층 형성단계를 도시한 단면도이다.

도 5는 본 발명에 의한 제조방법의 도금층 형성단계를 도시한 단면도이다.

도 6은 일반적인 에어로졸 데포지션장치를 도시한 예시도이다.

도 7은 에어로졸 데포지션의 원리를 도시한 개념도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 *

11: 기판 12: 산화피막층

13: 봉공물질 14: 하지도금층

15: 도금층

Claims (7)

1. 기판의 표면에 아노다이징처리를 통해 산화피막층을 형성하는 산화피막층 형성단계;

   상기 산화피막층에 봉공처리를 통해 산화피막층 내의 기공을 봉공하는 봉공처리단계;

   상기 봉공처리된 산화피막층 위에 에어로졸 데포지션공법을 통해 하지도금층을 형성하는 하지도금층 형성단계; 및

   상기 하지도금층 위에 전해도금을 통해 도금층을 형성하는 도금층 형성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 메탈코어 인쇄회로기판의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 하지도금층 형성단계는, 상온 조건에서 전도성 분말을 에어로졸 데포지션공법을 통해 상기 산화피막층의 표면에 하지도금층을 형성하는 것을 특징으로 하는 메탈코어 인쇄회로기판의 제조방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 전도성 분말은, 전도성이 양호한 금속분말, 전도성이 양호한 세라믹분말 중에서 어느 하나 또는 2 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 메탈코어 인쇄회로기판의 제조방법.
4. 제2항에 있어서,

   상기 하지도금층 형성단계 및 도금층 형성단계 사이에는, 상기 하지도금층을 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메탈코어 인쇄회로기판의 제조방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 봉공처리단계는, 니켈아세트산 침전법을 적용하는 것을 특징으로 하는 메탈코어 인쇄회로기판의 제조방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 산화피막층 형성단계 전에, 상기 기판의 표면에 부착된 유지성분을 제거하는 탈지처리 및 상기 기판의 표면을 세척하는 산세처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 메탈코어 인쇄회로기판의 제조방법.
7. 제1항에 있어서,

   상기 봉공처리단계 및 하지도금층 형성단계 사이에는 상기 산화피막층의 표면을 세정 및 건조하는 단계를 더 추가하는 것을 특징으로 하는 메탈코어 인쇄회로기판의 제조방법.

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