KR20120021102A - 방열회로기판 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발열 소자를 실장하는 방열회로기판에 있어서, 금속 플레이트, 상기 금속 플레이트 위에 형성되어 있으며, 자성체인 고형 성분이 절연 수지에 함침되어 있는 절연층, 그리고 상기 절연층 위에 형성되어 있는 회로 패턴을 포함한다. 따라서, 무기물 필러를 산화물 자성체로 형성하고 자기력에 의해 일정 방향으로 배향하여 절연층 내에서 히트 패스(heat path)를 형성함으로써 열전도도를 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 방열회로기판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
회로 기판은 전기 절연성 기판에 회로 패턴을 포함하는 것으로서, 전자 부품 등을 탑재하기 위한 기판이다.
이러한 전자 부품은 발열 소자, 예를 들어 발광 다이오드(LED:light emitting diode) 등일 수 있는데 상기 발열 소자는 심각한 열을 방출한다. 발열 소자로부터의 방출 열은 회로 기판의 온도를 상승시켜 발열 소자의 오동작 및 신뢰성에 문제를 야기한다.
방출 열로 인한 문제를 해결하기 위하여 도 1과 같이 방열회로기판이 제안되었다.
도 1은 종래의 회로 기판의 단면도이다.
도 1을 참고하면, 종래의 방열회로기판(10)은 금속 플레이트(1), 절연층(2), 그리고 동박층(3)로 구성된다.
상기 절연층(2)은 코어 형태의 무기물 필러(2a)가 내부에 분산되어 있는 수지로 형성되어 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 방열회로기판(10)은 탑재된 발열 소자로부터 방출되는 열이 상기 절연층(3)의 수지에 의한 간섭으로 인하여 방열 목적으로 사용된 금속 플레이트(2)에 전달되지 못한다.
실시예는 새로운 구조를 가지는 방열회로기판 및 그의 제조 방법을 제공한다.
실시예는 열 효율이 향상된 방열회로기판 및 그의 제조 방법을 제공한다.
실시예는 발열 소자를 실장하는 방열회로기판에 있어서, 금속 플레이트, 상기 금속 플레이트 위에 형성되어 있으며, 자성체인 고형 성분이 절연 수지에 함침되어 있는 절연층, 그리고 상기 절연층 위에 형성되어 있는 회로 패턴을 포함한다.
한편, 실시예에 따른 방열회로기판의 제조 방법은 상기 금속 플레이트 위에 자성체인 고형 성분이 수지에 함침된 절연층을 형성하는 단계, 상기 절연층에 자기력을 인가하여 상기 고형 성분을 배향하는 단계, 상기 절연층 위에 동박층을 형성하는 단계, 그리고 상기 동박층을 식각하여 회로 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 산화물 필러를 이용한 수지 절연층을 사용하여 공정 비용을 절감할 수 있으며, 저온에서 공정을 수행할 수 있다.
또한, 무기물 필러를 산화물 자성체로 형성하고 자기력에 의해 일정 방향으로 배향하여 절연층 내에서 히트 패스(heat path)를 형성함으로써 열전도도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 방열회로기판의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 방열회로기판의 단면도이다.
도 3은 도 2의 A 영역을 확대한 도면이다.
도 4 내지 도 7은 도 2의 방열회로기판을 제조하기 위한 방법을 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 방열회로기판의 단면도이다.
도 9 내지 도 14는 도 2의 방열회로기판을 제조하기 위한 방법을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 방열회로기판의 단면도이다.
도 3은 도 2의 A 영역을 확대한 도면이다.
도 4 내지 도 7은 도 2의 방열회로기판을 제조하기 위한 방법을 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 방열회로기판의 단면도이다.
도 9 내지 도 14는 도 2의 방열회로기판을 제조하기 위한 방법을 나타내는 단면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
본 발명은 방열회로기판에서 절연층을 산화물 자성체 필러가 분산되어 있는 수지로 형성하며, 산화물 자성체 필러를 배향하여 절연층 내에 히트 패스를 형성하는 방열회로기판을 제공한다.
이하에서는 도 2 및 도 7을 참고하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 방열회로기판을 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 방열회로기판의 단면도이고, 도 3은 도 2의 A 영역을 확대한 도면이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 방열회로기판은 금속 플레이트(110), 상기 금속 플레이트(110) 위에 형성되는 절연층(120) 및 상기 절연층(120) 위에 형성되는 회로 패턴(140)을 포함한다.
상기 금속 플레이트(110)는 열 전도도가 좋은 구리, 알루미늄, 니켈, 금 또는 백금 등을 포함하는 합금 중 하나일 수 있다.
상기 금속 플레이트(110) 위에 형성되어 있는 절연층(120)은 하부의 금속 플레이트(110)와 상부의 회로 패턴(140)을 접착하고, 전기적으로 절연하는 접착층으로서 기능하며, 열전도도(약 0.2 ~ 0.4W/mk)가 낮은 에폭시계 절연 수지를 포함하며, 이와 달리 열전도도가 상대적으로 높은 폴리 이미드계 수지를 포함할 수도 있다.
상기 절연층(120)은 상기 수지에 고형 성분이 함침되어 있으며, 상기 고형 성분은 도 3과 같이 무기물 필러(130)를 포함한다.
상기 무기물 필러(130)는 자성을 가지는 자성체로서, 구체적으로 산화물 자성체일 수 있다.
예를 들어, 무기물 필러(130)는 철산화물을 포함하며, 코발트, 망간, 마그네슘, 아연, 구리, 니켈, 카드뮴 등의 금속이 상기 철산화물과 혼합되어 산화물을 형성할 수 있다.
각각의 무기물 필러(130)는 한 방향(y축 방향)의 제1 길이(d1)가 상기 한 방향(y축 방향)과 수직인 방향(x축 방향)의 제2 길이(d2)보다 긴 이방성(anisotropy)의 막대 형태(rod type)을 가질 수 있고, 이와 달리 제1 길이(d1)과 제2 길이(d2)가 동일한 코어 형태(core type)을 가질 수 있다.
이러한 무기물 필러(130)는 절연층(120) 내에서 자기력의 방향에 따라 일정하게 배향하여 히트 패스(heat path)를 형성한다.
구체적으로, 도 2 및 도 3과 같이 각각의 무기물 필러(130)는 자기력의 방향에 따라 배향할 수 있으며, 절연층(120)의 상하면에 서로 다른 극성을 가하는 경우, 산화물 자성체인 무기물 필러(130)는 상기 절연층(120)의 평면에 대하여 수직하게 배향된다.
따라서, 절연체(120) 내에서 절연체(120) 상부로부터 하부를 가로지르는 히트 패스가 형성된다.
한편, 상기 절연층(120) 위에 복수의 회로 패턴(140)이 형성되어 있다.
상기 회로 패턴(140)은 상기 절연층(120) 위에 적층되어 있는 도전층을 패터닝하여 형성된다.
상기 회로 패턴(140)은 전기전도도가 높고, 저항이 낮은 물질로 형성되는데, 얇은 구리층인 동박을 도전층으로 패터닝하여 형성될 수 있다.
상기 회로 패턴(140)은 얇은 구리층을 씨드층으로 은 또는 알루미늄 도금될 수 있다.
이와 같이, 무기물 필러(130)를 산화물 자성체로 사용하면서, 자기력을 인가하여 배향함으로써 절연층(120) 내에 히트 패스를 형성하여 기판의 상부로부터의 열을 하부의 금속 플레이트(110)에 전달할 수 있다.
이하에서는 도 4 내지 도 7을 참고하여, 도 2의 방열회로기판의 제조 방법을 설명한다.
먼저, 도 4와 같이 금속 원판을 금속 플레이트(110)로 준비한다.
이때, 금속 플레이트는(110)은 열 전도도가 좋은 구리, 알루미늄, 니켈, 금, 백금 등을 포함하는 합금 중 하나일 수 있다.
다음으로 도 5와 같이 상기 금속 플레이트(110) 위에 절연층(120)을 형성한다.
상기 절연층(120)은 고형 성분이 에폭시계 수지 등에 분산되어 있는 프리프레그를 상기 금속 플레이트(110) 위에 도포함으로써 형성할 수 있다.
이때, 고형 성분은 자성체인 무기물 필러(130)를 포함한다.
상기 무기물 필러(130)는 이방성의 막대 형태를 가질 수 있으며, 이와 달리 코어 형태를 가질 수도 있다.
상기 무기물 필러(130)는 일반적으로 저렴하고 저온공정이 가능한 산화물 자성체로서, 철산화물을 포함하며, 코발트, 망간, 마그네슘, 아연, 구리, 니켈, 카드뮴 등의 금속이 혼합되어 산화물을 형성할 수 있다.
이때, 수지 내에 분산되어 있는 산화물 자성체는 일정하게 배향되어 있지 않고, 불규칙적인 방향성을 가진다.
이 상태에서, 도 6과 같이 절연층(120) 상면에 (+)극성, 절연층(120) 하면에 (-)극성을 갖도록 자기력을 인가한다. 이러한 자기력의 인가는 절연층(120) 상면 및 하면에 서로 다른 극성을 가지는 영구 자석(도시하지 않음)을 접근시킴으로써 형성할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
이와 같이 절연층(120) 상면으로부터 하면으로 자기력선이 생성되어 자기장을 이루면, 절연층(120) 내의 산화물 자성체는 자기력선을 따라 배향된다.
즉, 산화물 자성체는 절연층(120)의 상면으로부터 하면을 연결하는 일정한 패스(path)를 형성한다. 이때, 산화물 자성체가 이방성을 가지는 경우, 양 모서리가 각각의 극성을 가짐으로써 길이 방향이 자기력선과 평행하도록 수직 배향될 수 있다.
한편, 무기물 필러(130)의 배향이 원활이 일어날 수 있도록 금속 플레이트(110)에 진동 또는 회전을 가할 수도 있다.
이와 같이, 산화물 자성체가 배향되어 있는 상태로 도 7과 같이 절연체(120) 위에 동박층(145)을 형성하고, 열압착하여 절연층(120)을 이루는 수지를 경화시킨다.
다음으로 동박층(145)을 패턴에 따라 식각하여 회로 패턴(140)을 형성함으로써 도 2의 방열회로기판이 완성된다.
이하에서는 도 8 내지 도 14를 참고하여 제2 실시예에 따른 방열회로기판을 설명한다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 방열회로기판의 단면도이다.
도 8을 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 방열회로기판(200)은 금속 플레이트(210), 상기 금속 플레이트(210) 위에 형성되는 절연층(220) 및 절연층(220) 위에 형성되는 회로 패턴(240)을 포함한다.
상기 금속 플레이트(210)는 열 전도도가 좋은 구리, 알루미늄, 니켈, 금 또는 백금 등을 포함하는 합금 중 하나일 수 있다.
상기 금속 플레이트(210)는 발열 소자(260)를 실장하는 금속 돌기(211)를 포함한다.
상기 금속 돌기(211)는 금속 플레이트(210)로부터 연장되어 수직으로 돌출되어 있으며, 상면에 발열 소자(260)를 실장하기 위한 솔더(250)가 위치할 수 있는 소정의 면적을 갖도록 제1폭(d3)을 가지며 형성된다.
상기 금속 플레이트(210) 위에 절연층(220)이 형성되어 있다.
상기 절연층(220)은 복수의 층상 구조를 가질 수 있으며, 단일층으로 형성될 수도 있다.
절연층(220)은 하부의 금속 플레이트(210)와 상부의 회로 패턴(240)을 접착하고, 전기적으로 절연하는 접착층으로서 기능하며, 열전도도(약 0.2 ~ 0.4W/mk)가 낮은 에폭시계 절연 수지를 포함하며, 이와 달리 열전도도가 상대적으로 높은 폴리 이미드계 수지를 포함할 수도 있다.
상기 절연층(220)은 상기 수지에 고형 성분이 함침되어 있으며, 상기 고형 성분은 도 8과 같이 무기물 필러(230)를 포함한다.
상기 무기물 필러(230)는 자성을 가지는 자성체로서, 구체적으로 산화물 자성체일 수 있다.
예를 들어, 무기물 필러(230)는 철산화물을 포함하며, 코발트, 망간, 마그네슘, 아연, 구리, 니켈, 카드뮴 등의 금속이 혼합되어 산화물을 형성할 수 있다.
상기 무기물 필러(230)는 이방성의 막대 형태를 가질 수 있고, 이와 달리 코어 형태을 가질 수 있다. 이러한 무기물 필러(230)는 자기장의 방향에 따라 일정하게 배향하여 히트 패스를 형성한다.
구체적으로 각각의 무기물 필러(230)는 자기력에 따라 배향할 수 있으며, 금속 플레이트(210)의 상하면에 서로 다른 극성을 가하여 절연체(220)의 평면과 수직하게 배향된다.
따라서, 절연체(220) 내에서 절연체(220) 상부로부터 하부를 가로지르는 히트 패스가 형성된다.
상기 절연층(220)은 금속 돌기(211)의 높이와 동일한 두께로 형성될 수 있으며, 도 8과 같이, 상기 금속 돌기(211)의 높이보다 작은 두께로 형성될 수도 있다.
상기 절연층(220) 위에 복수의 회로 패턴(240)이 형성되어 있다.
상기 회로 패턴(240)은 상기 절연층(220) 위에 적층되어 있는 도전층을 패터닝하여 형성되며, 상기 금속 돌기(211)보다 낮게 형성될 수 있다.
상기 회로 패턴(240)은 전기전도도가 높고, 저항이 낮은 물질로 형성되는데, 얇은 구리층인 동박을 도전층으로 패터닝하여 형성될 수 있다.
상기 회로 패턴(240)은 얇은 구리층을 씨드층으로 은 또는 알루미늄 도금될 수 있다.
한편, 상기 금속 플레이트(210)의 상기 금속 돌기(211)는 발열소자 실장패드로서, 상기 금속 돌기(211) 위에 실장을 위한 솔더(250)가 형성되어 있으며, 상기 솔더(250) 위에 발열 소자(260)가 형성되어 있다.
이러한 솔더(250)는 유연 또는 무연 솔더(250) 크림을 상기 금속 돌기(211) 위에 도포하고, 상기 발열 소자(260)를 실장한 후 열처리하여 형성할 수 있다.
금속 돌기(211) 위에 상기 발열 소자(260), 예를 들어, 발광 다이오드 패키지와 같은 발광 소자는 와이어(265) 본딩에 의해 회로 패턴(240)과 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 발열 소자(260)가 이와 달리 플립칩 본딩에 의해 실장될 수도 있다.
이와 같이, 금속 돌기(211)의 상면이 상기 절연층(220)에 의해 외부로 노출되어 상기 발열 소자(260)의 실장 패드로서 사용함으로써, 별도의 실장 패드를 형성하지 않고, 아래의 금속 플레이트(210)와의 직접 연결이 가능하므로 방열성이 높아진다.
또한, 절연층(220)의 수지 내에 산화물 자성체를 필러(230)로 분산하고, 배향함으로써 열전도성을 확보할 수 있다.
이하에서는 도 9 내지 도 14를 참고하여 도 8의 방열회로기판을 제조하는 방법을 설명한다.
먼저, 도 9와 같이 금속 원판(210a)을 준비하고, 상기 원판(210a)에 도 10과 같이 금속 돌기(211) 및 금속 플레이트(210)를 형성한다.
이때, 금속 원판(210a)은 열 전도도가 좋은 구리, 알루미늄, 니켈, 금, 백금 등을 포함하는 합금 중 하나일 수 있다.
금속 돌기(211)는 제1폭(d3)을 가지며, 금속 원판(210a)을 압연 공정을 통하여 소정의 몰딩에 의해 형성하거나, 상기 금속 원판(210a)을 에칭하여 형성할 수 있다.
이때, 금속 돌기(211)의 높이는 뒤에서 형성될 절연층(220)의 두께를 고려하여 상기 절연층(220)의 두께와 같거나 크도록 형성한다.
다음으로 도 11과 같이 상기 금속 플레이트(210) 위에 절연층(220)을 형성한다.
상기 절연층(220)은 고형 성분이 에폭시계 수지 등에 분산되어 있는 프리프레그를 상기 금속 플레이트(210) 위에 도포함으로써 형성할 수 있다.
이때, 고형 성분은 산화물 자성체인 무기물 필러(230)를 포함하며, 수지 내에 분산되어 있는 산화물 자성체 무기물 필러(230)는 일정하게 배향되어 있지 않고, 불규칙적인 방향성을 가진다.
이러한 상태에서 도 12와 같이 절연층(220) 상면에 (+)극성, 절연층(220) 하면에 (-)극성을 갖도록 자기력을 인가한다. 이러한 자기력의 인가는 절연층(220) 상면 및 하면에 서로 다른 극성을 가지는 영구 자석을 접근시킴으로써 형성할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
이와 같이 절연층(220) 상면으로부터 하면으로 자기력선이 생성되어 자기장을 형성하면, 절연층(220) 내의 산화물 자성체인 무기물 필러(230)는 자기력선을 따라 배향된다.
즉, 산화물 자성체는 절연층(220)의 상면으로부터 하면을 연결하는 일정한 패스를 형성한다. 이때, 산화물 자성체의 배향이 원활이 일어날 수 있도록 금속 플레이트(210)에 진동 또는 회전을 가할 수도 있다.
상기 산화물 자성체가 배향되어 있는 상태로 도 13과 같이 절연체(220) 위에 동박층(245)을 형성하고, 열압착하여 절연층(220)을 이루는 수지를 경화시킨다.
상기 동박층(245)은 상기 금속 돌기를 노출하는 개구부(245a)를 포함한다.
다음으로 동박층(245)을 패턴에 따라 식각하여 회로 패턴(240)을 형성함으로써 도 14의 방열회로기판이 완성된다.
이러한 구조에서 상기 방열회로기판(200)의 제조 시 자성체인 산화물 필러(230)를 포함하는 절연층(220)을 사용하고, 자성체인 산화물 필러(230)를 자기력을 이용하여 배향함으로써 절연층(220) 내에서 히트 패스를 형성할 수 있다.
이와 같은 방열회로기판(200)은 백라이트용 광원 또는 조명용 광원으로 이용되며, 특히 열 방출이 많은 발광 다이오드 패키지를 실장하여 백라이트용 광원 또는 조명용 광원에 사용하는 경우, 상기 발광 다이오드 패키지로부터의 방출 열을 상기 금속 돌기(211)를 통해 외부로 방출하는 금속 돌기(211)의 상면 면적을 확보하여 방열성 및 접착성을 높이며, 자성체 산화물 필러(230)를 포함하는 절연층(220)에 의해 절연성 및 열전도성이 확보되어 신뢰성이 높아진다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
방열회로기판 100, 200
금속 플레이트 110, 210
회로 패턴 140, 240
금속 돌기 211
발열 소자 260
절연층 120, 220
금속 플레이트 110, 210
회로 패턴 140, 240
금속 돌기 211
발열 소자 260
절연층 120, 220
Claims (12)
- 발열 소자를 실장하는 방열회로기판에 있어서,
금속 플레이트,
상기 금속 플레이트 위에 형성되어 있으며, 자성체인 고형 성분이 절연 수지에 함침되어 있는 절연층, 그리고
상기 절연층 위에 형성되어 있는 회로 패턴을 포함하는 방열회로기판. - 제1항에 있어서,
상기 고형 성분은 산화물 자성체인 방열회로기판. - 제1항에 있어서,
상기 자성체의 고형 성분은 상기 절연층의 평면에 대하여 수직으로 배향되어 있는 방열회로기판. - 제1항에 있어서,
상기 고형 성분은 철산화물을 포함하며, 코발트, 망간, 마그네슘, 아연, 구리, 니켈 또는 카드뮴 중 적어도 하나의 금속이 혼합되어 있는 산화물 필러인 방열회로기판. - 제1항에 있어서,
상기 절연 수지는 에폭시계 수지인 방열회로기판. - 제1항에 있어서,
상기 고형 성분은 막대형의 무기물 필러인 방열회로기판. - 제1항에 있어서,
상기 금속 플레이트는 상기 발열 소자를 실장하는 금속 돌기를 포함하며, 상기 절연층은 상기 금속 돌기를 노출하며 형성되어 있는 방열회로기판. - 상기 금속 플레이트 위에 자성체인 고형 성분이 수지에 함침된 절연층을 형성하는 단계,
상기 절연층에 자기력을 인가하여 상기 고형 성분을 배향하는 단계,
상기 절연층 위에 동박층을 형성하는 단계, 그리고
상기 동박층을 식각하여 회로 패턴을 형성하는 단계
를 포함하는 방열회로기판의 제조 방법. - 제8항에 있어서,
상기 절연층을 형성하는 단계는,
절연 수지 내에 산화물 자성체 필러를 분산하여 형성하는 방열회로기판의 제조 방법. - 제8항에 있어서,
상기 고형 성분을 배향하는 단계는,
상기 고형 성분을 상기 절연층의 평면에 대하여 수직으로 배향하는 방열회로기판의 제조 방법. - 제8항에 있어서,
상기 고형 성분은 철산화물을 포함하며, 코발트, 망간, 마그네슘, 아연, 구리, 니켈 또는 카드뮴 중 적어도 하나의 금속이 혼합되어 있는 산화물 필러인 방열회로기판의 제조 방법. - 제8항에 있어서,
상기 금속 플레이트의 상면에 발열 소자를 실장하기 위한 금속 돌기를 형성하는 단계를 더 포함하는 방열회로기판의 제조 방법.
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