KR20110046713A - 방열 구조물 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 방열 구조물을 제공할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 방열 구조물은 발광소자에 대향되는 전면, 전면에 반대편인 배면, 그리고 전면과 배면을 연결하는 측면을 갖는 금속 기판, 금속 기판의 전면을 덮는 금속 산화막, 금속 산화막을 덮는 접착막, 그리고 접착막 상에 형성된 금속 패턴을 포함한다.
방열 기판, 발광소자, 발광 다이오드, 애노다이징, 알루미늄 산화막,

Description

방열 구조물 및 그 제조 방법{RADIATING STRUCTURE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 방열 구조물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방열 효율을 향상시킨 방열 구조물 및 상기 방열 구조물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 발광소자 패키지는 발광 다이오드(Light Emitting Diode:LED) 및 발광 레이저(Light Emitting Laser) 등과 같은 발광 소자를 가전제품, 리모콘, 전광판, 표시기, 자동화 기기, 그리고 조명기기 등에 구비시키기 위해, 상기 발광 소자를 패키지화한 것이다. 최근 발광소자가 다양한 분야에 적용됨에 따라, 발광소자의 동작시 발광소자에서 발생되는 열을 효과적으로 처리하기 위한 패키지 기술이 요구된다. 특히, 조명 기기에 적용되는 고출력의 발광 다이오드의 경우, 소비 전력이 증가하여 높은 온도의 열을 발생시키게 되므로, 상기 발광소자의 방열(放熱) 효율을 향상시키는 것이 요구된다. 현재 발광 다이오드의 방열 처리는 발광 다이오드의 실장을 위한 세라믹 기판을 사용하여, 발광 다이오드로부터 발생되는 열을 외부로 배출시켜 이루어진다. 그러나, 이 경우 세라믹 기판의 가격이 높아, 발광소자 패키지의 비용이 증가한다. 또한, 상기 세라믹 기판은 내열성 및 내마모성이 상대 적으로 낮다는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 방열 효율이 향상된 방열 구조물을 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 방열 효율이 향상된 방열 구조물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방열 구조물은 발광소자에 대향되는 전면, 상기 전면의 반대편인 배면, 그리고 상기 전면과 상기 배면을 연결하는 측면을 갖는 금속 기판, 상기 금속 기판의 전면을 덮는 산화막 패턴, 상기 산화막 패턴을 덮는 접착막, 그리고 상기 접착막 상에 형성된 금속 패턴을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 금속 기판은 알루미늄 재질로 이루어지고, 상기 산화막 패턴은 알루미늄 산화막을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 금속 패턴은 구리(Cu) 재질로 이루어지며, 상기 발광소자에 전기적으로 연결된 회로 배선을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 금속 산화막은 상기 금속 기판에 대해 애노다이징(anodizing) 처리를 하여 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 방열 구조물 제조 방법은 발광소자에 대향되는 전면, 상기 전면의 반대편인 배면, 그리고 상기 전면과 상기 배면을 연결하는 측면을 갖는 금 속 기판을 준비하는 단계, 상기 금속 기판의 상기 전면, 상기 배면 및 상기 측면을 덮는 금속 산화막을 형성하는 단계, 상기 전면 상에 형성된 상기 금속 산화막을 덮는 접착막을 형성하는 단계, 상기 접착막 상에 회로 패턴을 형성하는 단계, 그리고 상기 배면 및 상기 측면 상에 형성된 상기 금속 산화막을 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 금속 기판을 준비하는 단계는 알루미늄 플레이트를 준비하는 단계를 포함하고, 상기 금속 산화막을 형성하는 단계는 상기 알루미늄 플레이트에 대해 애노다이징 처리하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 배면 및 상기 측면 상에 형성된 상기 금속 산화막을 제거하는 단계는 상기 금속 산화막이 형성된 결과물에 대해 박리 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 회로 패턴을 형성하는 단계는 상기 접착막에 동박을 라미네이션(lamination) 처리하는 단계 및 상기 금속 산화막을 제거하는 단계 이전에, 상기 동박에 대해 식각 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 방열 구조물은 금속 기판, 금속 기판의 전면 상에 차례로 적층된 열 전도성이 높은 산화막 패턴, 접착막, 그리고 금속 패턴을 구비할 수 있다. 이와 같은 구조의 방열 구조물은 발광소자 구조물과 결합시, 발광소자 구조물로부터 발생되는 열을 효과적으로 방출시키므로, 방열 효율이 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 방열 구조물 제조 방법은 금속 기판, 금속 기판의 전면 상에 차례로 적층된 열 전도성이 높은 산화막 패턴, 접착막, 그리고 금속 패턴을 구비하는 방열 구조물을 제조할 수 있다. 상기와 같은 같은 구조의 방열 구조물은 발광소자 구조물과 결합시, 발광소자 구조물로부터 발생되는 열을 효과적으로 방출시킨다. 이에 따라, 본 발명에 따른 방열 구조물 제조 방법은 방열 효율을 향상시킨 방열 구조물을 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 방열 구조물 제조 방법은 상기 금속 기판을 금속 산화막으로 덮어 보호한 상태에서 상기 금속 기판에 금속 패턴을 형성하므로, 상기 금속 패턴을 형성하는 과저에서 상기 금속 기판이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공될 수 있다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다
본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 ' 포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지 제조 방법을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방열 구조물을 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 방열 구조물(110)은 금속 기판(112), 접착막(114), 그리고 금속 패턴(116a)을 포함할 수 있다. 상기 금속 기판(112)은 전면(front surface:112a), 상기 전면(112a)의 반대편인 배면(112b), 그리고 상기 전면(112a)과 상기 배면(112b)을 연결하는 측면(112c)을 가질 수 있다. 상기 전면(112a)은 상기 방열 구조물(110)이 발광소자 구조물(미도시됨)에 결합된 경우에, 상기 발광소자 구조물에 대향되는 면일 수 있다. 상기 금속 기판(112)은 높은 열 전도성을 갖는 금속 물질로 이루어진 플레이트일 수 있다. 일 예로서, 상기 금속 기판(112)은 알루미늄(Al) 기판일 수 있다. 또한, 상기 금속 기판(112)은 산화막 패턴(113a)을 포함할 수 있다. 상기 산화막 패턴(113a)은 상기 금속 기판(112)의 상기 전면(112a)에 한정되어 형성될 수 있다. 상기 산화막 패턴(113a)은 상기 금속 기판(112)에 대해 애노다이징 처리를 수행하여 형성된 것일 수 있다. 따라서, 상기 금속 기판(112)이 알루미늄 플레이트인 경우, 상기 산화막 패턴(113a)은 알루미늄산화물(Al2O3)로 이루어진 막일 수 있다.
상기 접착막(114)은 상기 금속 기판(112)과 상기 금속 패턴(116a) 사이에 개 재될 수 있다. 상기 접착막(114)은 소정의 절연성 접착물질로 이루어질 수 있으며, 높은 열 전도성을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 이와 같은 접착막(114)은 상기 금속 패턴(116a)을 상기 금속 기판(112) 상에 고정시킴과 더불어 상기 금속 패턴(116a)으로부터 상기 금속 기판(112)으로 열을 효과적으로 전달시킬 수 있다. 한편, 상기 접착막(114)에는 프리프레그막(pre-preg layer)이 더 구비될 수도 있다.
상기 금속 패턴(116a)은 상기 접착막(114)을 덮도록 형성될 수 있다. 상기 금속 패턴(116a)은 열 전도도가 높은 금속 물질로 이루어질 수 있다. 일 예로서, 상기 금속 패턴(116a)은 구리(Cu)로 형성될 수 있다. 이와 같은 금속 패턴(116a)은 상기 발광소자로부터 방출되는 열을 상기 금속 기판(112)으로 효과적으로 전달시키는 열전달체로 사용됨과 더불어, 상기 발광소자에 전기적으로 연결되는 회로 배선(circuit line)으로 사용될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 금속 기판(112)의 전면(112a)에 한정되어 산화막 패턴(113a)이 형성된 경우를 예로 들어 설명하였으나, 상기 산화막 패턴(113a)이 상기 금속 기판(112) 상에 형성되는 부분은 다양하게 변경 및 변형이 가능할 수 있다. 예컨대, 금속 기판(112)의 산화막 패턴(113a)은 전면(112a) 뿐 아니라, 상기 배면(112b) 및 상기 측면(112c) 중 적어도 어느 하나의 면을 덮도록 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방열 기판의 제조 방법을 보여주는 순서도이고, 도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 방열 기판의 제조 과정을 설명 하기 위한 도면들이다.
도 2 및 도 3a를 참조하면, 금속 기판(112)을 준비할 수 있다(S110). 예컨대, 상기 금속 기판(112)을 준비하는 단계는 전면(112a) 및 상기 전면(112a)의 반대편인 배면(112b), 그리고 상기 전면(112a)과 상기 배면(112b)을 연결하는 측면(112c)을 가지는 알루미늄 기판을 준비하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 금속 기판(112)의 모든 면들(112a, 112b, 112c)을 덮는 금속 산화막(113)을 형성할 수 있다(S120). 예컨대, 상기 금속 산화막(113)을 형성하는 단계는 상기 금속 기판(112)에 대해 애노다이징(anodizing) 처리를 수행하여 이루어질 수 있다. 상기 애노다이징 처리는 금속 기판(112)의 표면에 안정적인 산화막을 형성하는 전기화학적 금속 산화 방법 중 하나일 수 있다. 상기 금속 기판(112)이 알루미늄 기판인 경우, 상기 애노다이징 처리에 의해, 상기 금속 기판(112)의 상기 전면(112a), 상기 배면(112b) 및 상기 측면(112c)을 덮는 알루미늄 산화막의 금속 산화막(113)이 형성될 수 있다. 상기와 같은 금속 산화막(113)은 상기 금속 기판(112)이 녹스는 것을 방지함과 더불어, 상기 금속 기판(112)의 내마모성 및 내열성, 그리고 밀착성 등을 향상시킬 수 있다.
도 2 및 도 3b를 참조하면, 금속 기판(112) 상에 접착막(114) 및 금속막(116)을 차례로 형성할 수 있다(S140). 예컨대, 상기 금속 기판(112)의 전면(112a) 상에 열전도성이 높은 접착막(114)을 형성할 수 있다. 상기 접착막(114)으로는 테프론(teflon)과 같은 불소수지 계열의 접착제가 사용될 수 있다. 그리고, 상기 금속막(116)을 상기 접착막(114) 상에 형성할 수 있다. 예컨대, 상기 금속 막(116)을 형성하는 단계는 구리(Cu)를 포함하는 동박을 상기 접착막(114)에 라미네이션(lamination) 처리하여 이루어질 수 있다. 상기 금속막(116)을 상기 접착막(114)에 부착시키는 과정에서, 상기 금속막(116)이 상기 접착막(114)으로부터 분리되는 것을 방지하기 위해, 소정의 압력이 가해질 수 있다.
도 2 및 도 3c를 참조하면, 상기 금속 기판(112) 상에 금속 패턴(116a)을 형성할 수 있다(S130). 예컨대, 상기 금속 패턴(116a)을 형성하는 단계는 금속막(도3b의 116)에 대해 소정의 식각 공정을 수행하여 이루어질 수 있다. 일 예로서, 상기 식각 공정은 포토레지스트 식각 공정을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 상기 식각 공정은 상기 금속막(116)을 레이저 또는 드릴로 가공하는 공정을 포함할 수 있다. 상기와 같은 방법들을 통해 형성된 상기 금속 패턴(116a)은 발광소자(미도시)에 전기적인 신호를 전달하는 회로 배선으로 사용됨과 더불어, 상기 발광소자로부터 발생되는 열을 금속 기판(112)으로 전달시키기는 열전달체로 사용될 수 있다.
한편, 상기 금속 패턴(116a)을 형성하는 과정에서, 상기 금속 산화막(113)에 의해 금속 기판(112)의 손상이 방지될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 포토레지스트 식각 공정과 같은 방법으로 상기 금속 패턴(116a)을 형성하면, 상기 금속 기판(112)이 상기 식각 공정에 의해 영향을 받게 되므로, 상기 금속 기판(112)에는 부식 및 불필요한 식각 등과 같은 손상이 발생될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 상기 금속 산화막(113)은 상기 금속 기판(112)의 전면(112a)뿐 아니라, 배면(112b) 및 측면(112c)을 덮어 상기 금속 기판(112)을 상기 식각 공정 환경으로부터 보호함으로써, 상기 식각 공정에서 상기 금속 기판(112)의 손상을 방지할 수 있다.
도 2 및 도 3d를 참조하면, 금속 기판(112)의 전면(112a)을 제외한 면들(112b, 112c) 상의 금속 산화막(도3c의 113)을 제거할 수 있다(S140). 예컨대, 상기 금속 산화막(113)을 제거하는 공정은 회로 패턴(116a)이 형성된 결과물에 대해 소정의 박리 공정을 수행하여 이루어질 수 있다. 이때, 상기 금속 기판(112)의 상기 전면(112a) 상에 형성된 금속 산화막(113)은 접착막(114) 및 회로 패턴(116a)에 의해 박리되는 것이 방지될 수 있다. 이에 따라, 상기 박리 공정은 상기 금속 기판(112)의 배면(112b) 및 측면(112c) 상에 형성된 금속 산화막(113)을 선택적으로 박리시킬 수 있다. 결과적으로, 상기 박리 공정에 의해, 상기 금속 기판(112) 상에는 상기 전면(112a)을 한정하여 덮는 산화막 패턴(113a)이 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 금속 기판(112)의 배면(112b) 및 측면(112c)을 덮는 금속 산화막(113)을 제거하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 상기 금속 산화막(113)을 제거하는 부분은 다양하게 변경 및 변형될 수 있다. 또한, 상기 금속 산화막(113)을 제거하는 공정 없이, 도 1에 도시된 방열 구조물(110)의 제조를 완료할 수 있다. 이 경우, 최종적으로 제조된 방열 구조물(110)은 상기 금속 기판(112)의 상기 전면(112a), 상기 배면(112b) 및 상기 측면(112c)을 모두 덮는 금속 산화막(113)을 구비할 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예에 따른 방열 구조물(110)은 열전도성이 높은 금속 기판(112), 산화막 패턴(113a), 그리고 금속 패턴(116a)이 차례로 적층된 구조를 가질 수 있다. 이러한 구조의 방열 구조물(110)은 상기 금속 패턴(116a)으로부터 상기 금속 기판(112)으로의 열전달 효율이 증가하므로, 상기 방열 구조물(110)의 방열 효율이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 금속 기판(112)의 모든 면들(112a, 112b, 112c)을 금속 산화막(113)으로 덮은 상태에서 금속 기판(112)에 금속 패턴(116a)을 형성하는 식각 공정을 수행하므로, 상기 금속 패턴(116a)의 형성시 상기 금속 기판(112)을 식각 공정 환경으로부터 보호할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 방열 구조물의 제조 방법은 금속 패턴(116a)을 형성하는 과정에서 금속 기판의 손상을 방지할 수 있다.
이하, 상술한 본 발명의 실시예에 따른 방열 구조물(110)을 포함하는 발광소자 패키지(100)의 일 예를 설명한다. 여기서, 앞서 설명한 방열 구조물(110)에 대해 중복되는 내용들은 생략하거나 간소화할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방열 기판을 구비하는 발광소자 패키지를 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 앞서 도 1을 참조하여 설명한 방열 구조물(110)을 소정의 발광소자 구조물(120)에 결합시킴으로써, 발광소자 패키지(100)가 제조될 수 있다. 여기서, 상기 발광소자 구조물(120)은 상기 금속 기판(112)의 전면(112a)에 형성된 금속 패턴(116a) 상에 결합될 수 있다. 상기 발광소자 구조물(120)은 발광소자(122), 리드 프레임(124) 및 몰딩막(126)을 포함할 수 있다. 상기 발광소자(122)는 발광 다이오드 및 레이저 다이오드 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 일 예로서, 상기 발광소자(112)는 발광 다이오드일 수 있다. 상기 리드 프레임(124)은 상기 발광소자(122) 및 상기 금속 패턴(116a)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같은 리드 프레임(124)은 상기 발광소자(122) 및 상기 금속 패턴(116a) 간에 전기적인 신호를 전달할 수 있다. 그리고, 상기 몰딩막(126)은 상기 발광소자(122)를 덮어, 상기 발광소자(122)를 외부 환경으로부터 보호할 수 있다.
상기 발광소자 패키지(100)는 상기 발광소자(122)로부터 발생되는 열(H)이 상기 방열 구조물(110)의 금속 패턴(116a)에 의해 금속 기판(112)으로 전달된 후, 상기 금속 기판(112)으로부터 외부로 상기 열(H)이 방출되는 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 방열 구조물(110)을 구비하는 발광소자 패키지(100)는 방열 효율이 향상될 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 단계으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방열 기판을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방열 기판의 제조 방법을 보여주는 순서도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 방열 기판의 제조 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방열 기판을 구비하는 발광소자 패키지를 보여주는 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*
100 : 발광소자 패키지
110 : 방열 구조물
112 : 금속 기판
112a : 전면
112b : 배면
112c : 측면
113 : 금속산화막
113a : 산화막 패턴
114 : 접착막
116 : 금속막
116a : 금속 패턴

Claims (8)

  1. 발광소자로부터 발생되는 열을 방출시키는 방열 구조물에 있어서,
    상기 발광소자에 대향되는 전면, 상기 전면의 반대편인 배면, 그리고 상기 전면과 상기 배면을 연결하는 측면을 갖는 금속 기판;
    상기 금속 기판의 전면을 덮는 산화막 패턴;
    상기 산화막 패턴을 덮는 접착막; 및
    상기 접착막 상에 형성된 금속 패턴을 포함하는 방열 구조물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 기판은 알루미늄 재질로 이루어지고,
    상기 산화막 패턴은 알루미늄 산화막을 포함하는 방열 구조물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 패턴은 구리(Cu) 재질로 이루어지며, 상기 발광소자에 전기적으로 연결된 회로 배선을 포함하는 방열 구조물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 산화막은 상기 금속 기판에 대해 애노다이징(anodizing) 처리를 하여 형성된 방열 구조물.
  5. 발광소자로부터 발생되는 열을 방출시키는 방열 구조물을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 발광소자에 대향되는 전면, 상기 전면의 반대편인 배면, 그리고 상기 전면과 상기 배면을 연결하는 측면을 갖는 금속 기판을 준비하는 단계;
    상기 금속 기판의 상기 전면, 상기 배면 및 상기 측면을 덮는 금속 산화막을 형성하는 단계;
    상기 전면 상에 형성된 상기 금속 산화막을 덮는 접착막을 형성하는 단계;
    상기 접착막 상에 회로 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 배면 및 상기 측면 상에 형성된 상기 금속 산화막을 제거하는 단계를 포함하는 방열 구조물 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 금속 기판을 준비하는 단계는 알루미늄 플레이트를 준비하는 단계를 포함하고,
    상기 금속 산화막을 형성하는 단계는 상기 알루미늄 플레이트에 대해 애노다이징 처리하는 단계를 포함하는 방열 구조물 제조 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 배면 및 상기 측면 상에 형성된 상기 금속 산화막을 제거하는 단계는 상기 금속 산화막이 형성된 결과물에 대해 박리 공정을 수행하는 단계를 포함하는 방열 구조물 제조 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 회로 패턴을 형성하는 단계는:
    상기 접착막에 동박을 라미네이션(lamination) 처리하는 단계; 및
    상기 금속 산화막을 제거하는 단계 이전에, 상기 동박에 대해 식각 공정을 수행하는 단계를 포함하는 방열 구조물 제조 방법.
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