KR20110032015A - 방열 특성이 개선된 인쇄회로기판 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 알루미늄 또는 구리 등의 방열 자재를 사용하는 대신에, 중량 동박과 같은 두꺼운 두께의 구리 자재를 기계적 드릴 비트 공정을 거쳐 구리 포스트를 형성하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 내층에 절연층과 중량 동박을 적층하여 기판을 형성하고, 기판의 표면에 적층된 중량 동박을 선택적으로 식각 제거하여 선정된 회로를 패턴 전사한 동박 회로를 형성한 후, 동박 회로가 형성된 중량 동박 부위를 드릴 비트 가공하여 동박의 두께를 얇게 하고, 나머지 중량 동박 부위를 남겨 둠으로써 구리 포스트를 형성한다. 본 발명에 따른 구리 포스트 제작 기술을 미세 회로 기판에 적용하기 위해, 회로 형성을 하기 전에 중량 동박을 부분적으로 식각하여 두께를 얇게 만들고 이후에 동박 회로를 형성할 수도 있다.

방열 PCB, 인쇄회로기판, 알루미늄 방열판.

Description

방열 특성이 개선된 인쇄회로기판 제조 방법{METHOD OF FABRICATING A PRINTED CIRCUIT BOARD WITH IMPROVED HEAT DISSIPATION}

본 발명은 방열 인쇄회로기판(PCB; printed circuit board) 제조에 관한 것으로, 특히 기존의 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu) 등의 방열판 대신에 중량 동박(heavy copper)과 같은 두꺼운 구리 자재를 이용하여 방열 특성을 개선한 인쇄회로기판 구조 및 제조 공법에 관한 것이다.

최근 들어, 인쇄회로기판에 실장되는 소자의 집적도가 증가함에 따라, 기판에서 방출되는 단위면적당 방열량이 폭증하고 있다. 기판에서 방출되는 열을 효율적으로 방산하지 못하는 경우, 기판의 온도가 상승하게 되고 그 결과 소자의 특성이 열화되고 종국에는 소자가 손상하게 된다.

도1a 내지 도1e는 종래기술에 따라 방열 인쇄회로기판을 제조하는 전형적인 실시예를 나타낸 도면이다. 도1a는 종래기술에 따라 제작된 다층 인쇄회로기판을 나타내고 있다. 인쇄회로기판의 양 표면에는 동박(10)이 도포되어 있으며, 일반 사진 공정을 진행하여 선택적으로 동박을 식각 함으로써 동박 회로를 형성할 수 있다. 도1b는 기판의 양면에 회로가 형성된 모습을 나타낸 도면이다. 이어서, 도1c 에 도시한 바와 같이, 감광성 솔더 레지스트(PSR)을 도포하고 피니시(finish) 공정을 진행한다. 그리고 나면, 도1d에 도시한 바와 같이 방열판(30)을 적층하여, 기판의 표면에 방열판(30)이 적층된 기판이 완성된다(도1e).

그런데, 종래 기술은 열전도 계수가 203 W/m.k. 인 알루미늄 등을 방열 자재로 한 공법이 주로 사용되고 있는데, 종래기술은 PCB 회로가 제작된 후에 별도의 방열판 적층 공정을 진행하여 성형하는 과정을 진행하여야 하는 단점이 있다. 더욱이, 알루미늄은 기판에 실장되는 소자와 열팽창계수가 다르므로 온도 상승 및 하강 과정을 반복하는 과정에서 크랙이 발생할 수 있으며, 동박 회로와 알루미늄이 단락되어 내선 전류가 발생하는 문제가 있다. 또한, 종래기술은 재질에 따라 메탈 금형 가공 비용이 상승하는 문제도 발생한다.

따라서, 본 발명의 제1 목적은 인쇄회로기판에서 방사되는 열을 효율적으로 방열할 수 있는 인쇄회로기판을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 제2 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 인쇄회로기판의 동박 회로 제조 과정 중에 별도의 추가 공정을 진행하지 않고도 방열판을 장착하는 인쇄회로기판을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 제3 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 종래기술에 비하여 방열 효과를 배가하고, 열응력으로 인한 크랙(crack) 발생 및 내선 전류의 발생을 최소화할 수 있는 인쇄회로기판을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 제4 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 방열판 장착으로 인하여 실장 밀도가 훼손되지 않아 기판 면적의 활용을 극대화할 수 있는 인쇄회로기판을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명은 기존의 알루미늄 또는 구리 등의 방열 자재를 사용하는 대신에, 중량 동박(heavy copper)와 같은 두꺼운 두께의 구리 자재를 기계적 드릴 비트(drill bit) 공정을 거쳐 구리 포스트(Cu Post)를 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 열전도계수가 203 W/m.k.인 알루미늄 대신에, 401 W/m.k.인 구리를 방열자재로 사용하기 때문에 방열 효과의 상승을 기대할 수 있다. 또한, 두꺼운 구리 자재를 기계적 드릴(mechanical drill) 공정을 진행함으로써, 구리 포스트를 제작하므로 제조 공정을 단순화시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 종래기술과 달리 기판의 표면에 방열판을 적층하는 것이 아니므로, 기판의 양면에 동박 회로를 형성할 수 있어서 실장 면적을 극대화할 수 있다. 또한, 본 발명에 따라 양면 구리 포스트(double side Cu post)를 제작하면, 양면에서 방열이 진행되므로 방열 효과를 배가할 수 있다.

이하에서는 도2 및 도3을 참조하여, 본 발명에 따라 구리 포스트를 방열판으로 사용하는 양호한 실시예를 상세히 설명한다. 도2는 본 발명의 제1 실시예를 나 타내고 있으며, 도3은 본 발명의 제2 실시예를 나타내고 있다.

도2a 내지 도2d는 본 발명의 제1 실시예를 설명하는 도면이다.

본 발명의 제1 실시예는 (a) 내층에 절연층과 중량 동박을 적층하여 기판을 형성하는 단계; (b) 기판의 표면에 적층된 중량 동박을 선택적으로 식각 제거하여 선정된 회로를 패턴 전사한 동박 회로를 형성하는 단계; 및 (c) 동박 회로가 형성된 중량 동박 부위를 드릴 비트 가공하여 동박의 두께를 얇게 하고, 나머지 중량 동박 부위를 남겨 둠으로써 구리 포스트를 형성하는 단계를 포함하는 방열 기능이 강화된 인쇄회로기판 제조 방법을 제공한다.

도2a를 참조하면, 본 발명은 적층된 다층 인쇄회로기판의 표면의 동박이 중량 동박(heavy copper; 100)인 것을 특징으로 한다. 통상적으로 당업계가 사용하는 동박의 두께는 18 ~ 36 ㎛ 정도가 보통인데, 중량 동박이란 두께가 50 ~ 100 ㎛ 정도가 되는 두꺼운 두께의 동박을 의미한다.

이어서, 기판의 표면에 도포된 중량 동박을 기존의 노광, 현상, 식각 공정으로 구성되는 사진 공정을 진행하여 동박 회로를 형성한다. 즉, 드라이필름을 도포하고 노광을 거쳐 마스크 패턴을 드라이필름에 전사한 후, 사진 현상과 식각 공정을 통해 동박 회로를 형성할 수 있다. 도2b는 중량 동박을 선택적으로 식각 제거하여 동박 회로를 형성한 도면이다.

이어서, 기존의 PCB 공정에서 흔히 진행하는 기계적 드릴 공정(mechanical drill bit)을 진행하여 중량 동박(100)을 선택적으로 부분 식각 함으로써, 동박 회로의 단차 두께를 얇게 만든다. 이때에, 드릴 공정에 의해 식각되지 않아 남게되 는 중량 동박 부위는 방열을 위한 구리 포스트(Cu Post)를 구성하게 된다.

도2c는 기계적 드릴 비트 공정에 따라 중량 동박을 부분적으로 식각하여 구리 포스트를 제작한 도면이다. 이어서, 기판 전면에 솔더 레지스트(20)를 도포하고 피니시 처리를 진행하면, 도2d의 기판 단면을 얻게 된다.

이하에서는, 본 발명의 제2 실시예로서, 미세 피치의 동박 회로에 구리 포스트 방열판을 제작하는 방법을 도3a 내지 도3d를 참조하며 설명하기로 한다.

본 발명의 제2 실시예는 (a) 내층에 절연층과 중량 동박을 적층하여 기판을 형성하는 단계; (b) 동박 회로를 형성할 중량 동박 부위를 드릴 비트 가공하여 동박의 두께를 얇게 하고, 나머지 중량 동박 부위를 남겨 둠으로써 구리 포스트를 형성하는 단계; 및 (c) 두께가 얇아진 동박을 선택적으로 식각 제거하여 선정된 회로를 패턴 전사한 동박 회로를 형성하는 단계를 포함하는 인쇄회로기판 제조 방법을 제공한다.

도3a를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예는 다층 인쇄회로기판의 표면의 동박이 중량 동박(heavy copper; 100)인 것을 특징으로 한다. 통상적으로 동박의 두께는 18 ~ 36 ㎛ 정도가 보통인데, 중량 동박이란 두께가 50 ~ 100 ㎛ 정도가 되는 두꺼운 두께의 동박을 의미한다.

본 발명의 제2 실시예는 기판 표면의 중량 동박(100)을 먼저 기계적 드릴 비트 가공을 진행하여 동박 회로를 형성할 부위의 두께를 얇게 만든다. 그리고, 나면, 도2b에 도시한 바와 같이, 드릴 비트 가공이 되지 않은 중량 동박 부위가 방열판 역할을 하는 구리 포스트가 된다.

이어서, 드릴 가공을 통해 얇은 두께가 된 동박에 대해 사진 공정을 진행하여 동박 회로를 형성한다. 사진 공정은 일반적으로 인쇄회로기판 제조시에 적용되는 드라이필름 도포, 마스크 노광, 현상, 식각을 진행하여 마스크 패턴을 동박에 전사하게 된다. 도3c는 본 발명의 제2 실시예에 따라 드릴 비트 가공을 한 후 동박에 회로를 형성한 모습을 나타낸 도면이다.

최종적으로, 동박 회로에 솔더 레지스트(20)를 도포하고 피니시 처리한다. 도3d는 본 발명의 제2 실시예에 따라 솔더 레지스트로 처리한 동박 회로의 모습을 나타낸 도면이다.

전술한 내용은 후술할 발명의 특허 청구 범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개선하였다. 본 발명의 특허 청구 범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술 될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.

또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용될 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술 분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허 청구 범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 진화, 치환 및 변경이 가능하다.

본 발명은 열전도계수가 203 W/m.k.인 알루미늄 대신에, 401 W/m.k.인 구리를 방열자재로 사용하기 때문에 방열 효과의 상승을 기대할 수 있어 집적화된 인쇄회로기판 또는 패키지 기판에 적용 가능하다. 또한, 두꺼운 구리 자재를 기계적 드릴(mechanical drill) 공정을 진행함으로써, 구리 포스트를 제작하므로 인쇄회로기판 제조 공정을 단순화시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 종래기술과 달리 기판의 표면에 방열판을 적층하는 것이 아니므로, 기판의 양면에 동박 회로를 형성할 수 있어서 실장 면적을 극대화할 수 있다. 또한, 본 발명에 따라 양면 구리 포스트(double side Cu post)를 제작하면, 양면에서 방열이 진행되므로 방열 효과를 배가할 수 있다.

도1a 내지 도1e는 종래기술에 따라 방열 인쇄회로기판을 제조하는 전형적인 실시예를 나타낸 도면.

도2a 내지 도2d는 본 발명의 제1 실시예를 설명하는 도면.

도3a 내지 도3d는 본 발명의 제2 실시예를 설명하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 동박

20 : 솔더 레지스트

30 : 방열판

100: 중량 동박

Claims (2)

1. 인쇄회로기판을 제조하는 방법에 있어서,

   (a) 내층에 절연층과 중량 동박을 적층하여 기판을 형성하는 단계;

   (b) 기판의 표면에 적층된 중량 동박을 선택적으로 식각 제거하여 선정된 회로를 패턴 전사한 동박 회로를 형성하는 단계; 및

   (c) 동박 회로가 형성된 중량 동박 부위를 드릴 비트 가공하여 동박의 두께를 얇게 하고, 나머지 중량 동박 부위를 남겨 둠으로써 구리 포스트를 형성하는 단계

   를 포함하는 인쇄회로기판 제조 방법.
2. 인쇄회로기판을 제조하는 방법에 있어서,

   (a) 내층에 절연층과 중량 동박을 적층하여 기판을 형성하는 단계;

   (b) 동박 회로를 형성할 중량 동박 부위를 드릴 비트 가공하여 동박의 두께를 얇게 하고, 나머지 중량 동박 부위를 남겨 둠으로써 구리 포스트를 형성하는 단계; 및

   (c) 두께가 얇아진 동박을 선택적으로 식각 제거하여 선정된 회로를 패턴 전사한 동박 회로를 형성하는 단계

   를 포함하는 인쇄회로기판 제조 방법.

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