KR20120053427A - 인쇄회로기판과 히트싱크 접합 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명인 회로기판과 히트싱크 접합 방법은 a) 인쇄회로기판 하부에 솔더(solder)층을 구비하는 단계; b) 히트싱크 상부에 솔더(solder)층을 구비하는 단계; c) 상기 인쇄회로기판의 솔더층과 히트싱크의 솔더층 사이에 발열포일을 배치한 상태로 인쇄회로기판과 히트싱크를 압입하여 접합하는 단계로 이루어진다.

Description

인쇄회로기판과 히트싱크 접합 방법{ADHESIVE BONDING OF HEATSINKS TO CIRCUIT BOARDS}

본 발명은 고휘도 회로기판의 방열성을 증대시키기 위한 인쇄회로기판과 히트싱크 접합 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량 헤드램프용 램프방열 기술은 금속계 기판, 히트싱크 그리고 방열 팬을 적용하여 열을 방출하는 구조를 적용하고 있다.

이때 기판과 히트싱크 접합면에는 눈에 잘 보이지 않지만 계면에 공기층이 존재하게 되는데, 이 공기층의 열전도도는 0.025 W/mK으로써 알루미늄의 230 W/mK, 구리의 401 W/mK등에 비해 열전도도가 상당히 낮은 수준이다.

따라서 이 공기층을 제거하고 열전달을 높이기 위하여 히트패드 또는 그리스와 같은 고분자 복합 계면 접합물질을 사용하고 있다.

즉, 종래의 인쇄회로기판과 히트싱크 접합방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 인쇄회로기판(10)과 히트싱크(20) 사이에 히트패드(30)를 포함하여 회로기판(10)과 히트싱크(20)를 접합한다.

그러나 상기한 종래의 인쇄회로기판과 히트싱크 접합방법은 열전달 경로 상에서 다른 금속 매질에 비해 상당히 낮은 열전도도로 인하여 전체 열전달을 방해하며,그에 따라 방열성이 크게 떨어지고, 이를 보완하기 위하여 도 1에 도시된 히트파이프(히트스프레드)(40)를 추가로 포함하고 있지만, 히트파이프가 고가이기 때문에 제조비용이 크게 증가하는 문제점이 있다.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 회로기판과 히트싱크를 면상 접합 방법을 통해 일체화 함으로써 열전도율을 높여 방열성과 내구성을 증대시키고, 더불어 제조비용을 절감할 수 있는 회로기판과 히트싱크 접합 방법을 제공하기 위한 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 인쇄회로기판과 히트싱크 접합 방법은 a) 인쇄회로기판 하부에 솔더(solder)층을 구비하는 단계; b) 히트싱크 상부에 솔더(solder)층을 구비하는 단계; c) 상기 인쇄회로기판의 솔더층과 히트싱크의 솔더층 사이에 발열포일을 배치한 상태로 인쇄회로기판과 히트싱크를 압입하여 접합하는 단계로 이루어진다.

상기 a) 단계 또는 b) 단계에서 솔더층을 얇게 생성하기 위해서 코팅 또는 도금처리를 실시한다.

상기 솔더층의 두께는 5~10㎛로 이루어지고, 상기 솔더층의 용융점은 100~400℃ 로 이루어진다.

상기 솔더층은 인듐 0~50%, 은0~30%, 구리 0~10%, 비스무스 0~100%을 포함한다.

상기 a) 단계에서 도금처리를 실시할 경우에는 인쇄회로기판의 LED 칩이 도금액에 의해 손상되지 않도록 LED 칩 부분을 마스킹 한 후 도금을 실시한다.

상기 b) 단계에서 히트싱크의 상면에 솔더층이 구비되는 부분을 제외한 전체 부분에 마스킹 처리한다.

상기 c) 단계에서 인쇄회로기판과 히트싱크를 압입하는 압력은 0.1~10㎏f 범위에서 실시한다.

본 발명에 따르면, 인쇄회로기판의 하부에 솔더층을 구비하고, 히트싱크의 상부에 솔더층을 구비한 후 인쇄회로기판과 히트싱크 사이에 발열포일을 삽입한 상태로 압입하여 인쇄회로기판과 히트싱크를 접합함으로써 접합성 및 방열성을 증대시킬 수 있고, 원가절감 및 경량화할 수 있어 제품의 경쟁력을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 인쇄회로기판과 히트싱크 접합방법을 도시한 도면.
도 2는 본 발명인 인쇄회로기판과 히트싱크 접합 구조를 도시한 도면.
도 3은 본 발명인 인쇄회로기판과 히트싱크 접합방법을 나타낸 블록도.
도 4는 본 발명인 인쇄회로기판과 히트싱크 접합방법과 종래기술인 인쇄회로기판과 히트싱크 접합방법의 실험 결과를 나타낸 그래프.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본 발명인 인쇄회로기판과 히트싱크 접합 방법은 인쇄회로기판(100)과 히트싱크(200)의 상호 대응면에 각각 솔더층(300)을 구비하고, 인쇄회로기판(100)과 히트싱크(200) 사이에 발열포일(400)을 삽입한 상태로 압입하여 인쇄회로기판(100)과 히트싱크(200)를 접합하는 기술이다.

이와 같은 본 발명인 인쇄회로기판과 히트싱크 접합 구조는 도 2에 도시된 바와 같이, 인쇄회로기판(100), 히트싱크(200), 상기 인쇄회로기판(100)과 히트싱크(200)의 상호 대응면에 각각 구비되는 솔더층(300), 상기 인쇄회로기판(100)과 히트싱크(200)에 구비된 솔더층(300) 사이에 구비되는 발열포일(400)을 포함한다.

상기 인쇄회로기판(100)은 LED 칩(110)과, 회로기판(120)을 포함한다.

상기 히트싱크(200)는 알루미늄으로 제작되며, 접합부(210)와 방열부(220)를 포함한다.

상기 솔더층(300)은 인쇄회로기판(100)과 히트싱크(200)의 열전도율을 증대시키기 위한 것으로, 인쇄회로기판(100)과 히트싱크(200)의 상호 대응면에 각각 구비된다.

그리고 상기 솔더(solder)층(300)은 인듐 0~50%, 은0~30%, 구리 0~10%, 비스무스 0~100%을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 솔더층(300)은 얇게 생성하기 위해서 코팅 또는 도금처리를 실시하며, 두께는 5~10㎛로 이루어지도록 하고, 발열에 의해 손상되지 않도록 용융점은 100~400℃ 로 이루어지도록 한다.

상기 발열포일(400)은 인쇄회로기판(100)과 히트싱크(200)에 각각 구비된 솔더층(300)을 접합하기 위한 것으로, 인쇄회로기판(100)과 히트싱크(200)의 사이에 구비되고, 인쇄회로기판(100)과 히트싱크(200)의 압입시 발열포일(400)이 이그니션되면서 인쇄회로기판(100)과 히트싱크(200)을 접합시킨다. 이때 압입되는 압력은 0.1~10㎏f 범위에서 실시하며, 이 범위는 인쇄회로기판(100)과 히트싱크(200)을 안정적으로 접합함과 동시에 인쇄회로기판(100)과 히트싱크(200)의 파손을 방지할 수 있다.

한편, 상기 발열포일(400)은 전원인가시 온도가 신속하게 높아 질수 있도록 전기 전도성(傳導性)이 뛰어난 알루미늄으로 구비된다.

이하, 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명인 인쇄회로기판과 히트싱크 접합구조의 접합방법을 설명한다.

본 발명인 인쇄회로기판과 히트싱크 접합방법은 도 3에 도시된 바와 같이, a) 인쇄회로기판(100) 하부에 솔더(solder)층(300)을 구비하는 단계와, b) 히트싱크(200) 상부에 솔더(solder)층(300)을 구비하는 단계와, c) 상기 인쇄회로기판(100)의 솔더층(300)과 히트싱크(200)의 솔더층(300) 사이에 발열포일(400)을 배치한 상태로 인쇄회로기판(100)과 히트싱크(200)를 압입하여 접합하는 단계로 이루어진다.

상기와 같은 인쇄회로기판과 히트싱크 접합방법을 상세히 설명한다.

먼저, a) 단계는 인쇄회로기판(100) 하부에 솔더(solder)층(300)을 구비하는 단계로, 인쇄회로기판(100)의 하부에 솔더층(300)을 코팅 또는 도금처리하여 구비한다(S100).

즉, 인쇄회로기판(100)의 하부에 솔더층(300)을 도금처리를 할 경우에는 LED 칩(110)이 도금액에 의해 손상되는 것을 방지하기 위하여 LED 칩(110)을 마스킹 한 후 도금을 실시하며, 코팅처리할 경우에는 LED 칩(110)이 고온에 노출되어 손상되지 않도록 적당한 온도 범위에서 코팅을 실시한다.

한편, 솔더층(300)의 두께는 5~10㎛로 이루어지도록 하며, 상기 두께 보다 얇으면 금속 접합이 제대로 이루어지지 않고, 상기 두께 보다 두꺼우면 열전도도가 떨어지는 문제가 있다.

그리고 솔더층(300)의 용융점은 100~400℃ 로 이루어지도록 하여 LED 칩 발열시 녹지 않도록 하며, 더불어 발열포일(400)에 의해서는 쉽게 녹을 수 있는 물질이어야 한다.

즉, 솔더층(300)은 인듐 0~50%, 은0~30%, 구리 0~10%, 비스무스 0~100%의 합금 조합으로 이루어진다.

한편, 상기 a) 단계와 동시에 b) 단계를 수행한다.

즉 b) 단계는 히트싱크(200)의 상면에 솔더층(300)을 구비하는 것으로, 히트싱크(200)의 상부에 솔더층(300)을 코팅 또는 도금처리하여 구비한다(S200).

여기서 상기 코팅 및 도금처리 방법은 전술한 인쇄회로기판(100)과 동일하며 그에 따라 자세한 설명은 생략한다.

한편, 상기 코팅 및 도금처리는 히트싱크(200)의 상면에 솔더층(300)이 구비되는 부분을 제외한 전체 부분에 마스킹 처리한 후 실시한다.

한편, 히트싱크(200)에 구비되는 솔더층(300)은 인쇄회로기판(100)에 구비되는 솔더층(300)과 구성, 기능 및 작용이 동일하기에, 중복되는 설명은 생략한다.

상기와 같이 a) 및 b) 단계가 완료되면, 인쇄회로기판(100)과 히트싱크(200)를 접합하는 c) 단계를 수행하며, c) 단계는 인쇄회로기판(100)의 솔더층(300)과 히트싱크(200)의 솔더층(300) 사이에 발열포일(400)을 배치한 상태로 인쇄회로기판(100)과 히트싱크(200)를 압입하면, 발열포일(400)이 이그니션(ignition) 되면서 인쇄회로기판(100)의 솔더층(300)과 히트싱크(200)의 솔더층(300)을 접합한다. 이때 압입하는 압력은 0.1~10㎏f 범위에서 실시한다(S300).

상기와 같이 c) 단계를 완료하면 인쇄회로기판(100)과 히트싱크(200)의 접합이 완료되며, 완료된 본 발명인 인쇄회로기판과 히트싱크 접합구조와, 종래기술인 인쇄회로기판과 히트싱크 접합구조의 발열 온도를 측정한 결과 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명이 낮게 나타남을 알 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 인쇄회로기판 200: 히트싱크
300: 솔더층 400: 발열포일

Claims (8)

1. a) 인쇄회로기판 하부에 솔더(solder)층을 구비하는 단계;
   b) 히트싱크 상부에 솔더(solder)층을 구비하는 단계;
   c) 상기 인쇄회로기판의 솔더층과 히트싱크의 솔더층 사이에 발열포일을 배치한 상태로 인쇄회로기판과 히트싱크를 압입하여 접합하는 단계로 이루어지는 회로기판과 히트싱크 접합 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 a) 단계 또는 b) 단계에서 솔더층을 얇게 생성하기 위해서 코팅 또는 도금처리를 실시하는 인쇄회로기판과 히트싱크 접합 방법.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 솔더층의 두께는 5~10㎛로 이루어지는 인쇄회로기판과 히트싱크 접합 방법.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 솔더층의 용융점은 100~400℃ 로 이루어지는 인쇄회로기판과 히트싱크 접합 방법.
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 솔더층은 인듐 0~50%, 은0~30%, 구리 0~10%, 비스무스 0~100%을 포함하는 인쇄회로기판과 히트싱크 접합 방법.
6. 청구항 2에 있어서,
   상기 a) 단계에서 도금처리를 실시할 경우에는 인쇄회로기판의 LED 칩이 도금액에 의해 손상되지 않도록 LED 칩 부분을 마스킹 한 후 도금을 실시하는 인쇄회로기판과 히트싱크 접합 방법.
   
7. 청구항 2에 있어서,
   상기 b) 단계에서 히트싱크의 상면에 솔더층이 구비되는 부분을 제외한 전체 부분에 마스킹 처리하는 인쇄회로기판과 히트싱크 접합 방법.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 c) 단계에서 인쇄회로기판과 히트싱크를 압입하는 압력은 0.1~10㎏f 범위에서 실시하는 인쇄회로기판과 히트싱크 접합 방법.

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