KR20120130642A

KR20120130642A - 메탈 코어 인쇄회로기판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20120130642A
Application number: KR1020110048737A
Authority: KR
Inventors: 이영일
Original assignee: 주식회사 아모그린텍
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2011-05-23
Publication date: 2012-12-03

Abstract

본 발명의 메탈 코어 인쇄회로기판은 베이스 기판과, 상기 베이스 기판에 부착되는 절연층과, 전도성 잉크에 의해 상기 절연층의 표면에 패터닝되는 시드층과, 상기 시드층의 표면에 도금되는 도금층을 포함하여 절연층의 표면에 인쇄방식으로 형성되는 도전패턴으로 구성되어, 제조공정을 단순화할 수 있고, 환경오염을 줄일 수 있으며, 열 전도성능을 향상시킬 수 있다.

Description

메탈 코어 인쇄회로기판 및 그 제조방법 {MCPCB(Metal Core Printed Circuit Board) AND MANUFACTING METHODS THEREOF}

본 발명은 메탈 코어 인쇄회로기판(MCPCB: Metal Core Printed Circuit Board)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인쇄방식을 이용하여 도전패턴을 형성하는 메탈 코어 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 발광다이오드(LED)가 다양한 산업에 걸쳐 널리 사용되고 있는 가운데, 대형 디스플레이 백라이트 유닛에도 LED 사용이 가속화되고 있다. 디스플레이 백라이트 유닛은 PCB 상에 LED를 탑재하여 사용한다.

그런데 LED용 PCB는 LED가 발산하는 열에 견뎌야 하기 때문에 주로 금속 소재를 사용한다. 특히 대형 디스플레이용 백라이트 유닛을 위한 LED용 PCB에는 바 형태로 약 50여개의 LED가 탑재되므로, 이 경우 LED로부터 발생하는 열이 제대로 방출되지 못해 LED가 파괴되거나 수명이 단축되는 등의 문제를 일으키게 된다.

도 1 내지 도 3은 종래의 MCPCB를 제조하는 공정을 설명하는 단면도들이다.

종래의 MCPCB는 금속 기판(2)과, 금속 기판(2)에 적층되는 절연층(4)과, 절연층(4)에 적층되는 전극패턴(6)과, 전극패턴(6)을 보호하는 커버필름(8)을 포함한다.

절연층(2)은 열 전도성을 증가시키기 위하여 열 전도성 입자를 충진한 에폭시 수지가 사용된다.

전극패턴(6)은 리소그라피 기술을 이용하여 10 ㎛ 두께의 동박(9) 상에 포토레지스트 패턴을 형성하고 에칭하여 형성된다. 그러나 이러한 전극 패턴을 형성하기 위한 식각 공정은 제조 공정이 매우 복잡하고 공정 중 환경오염을 발생시키는 문제가 있다.

또한, 종래의 MCPCB는 전극 패턴(6) 부위를 제외한 부분은 모두 에칭에 의하여 제거되기 때문에 동박(9) 형성용 구리의 낭비가 심하고 전극 패턴(6)의 형성을 위한 포토레지스트 패턴 형성 및 에칭 공정은 제조 공정이 매우 복잡하고 처리 공정 시간이 길어지는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 인쇄 방식을 이용하여 도전패턴을 형성함에 의해 제조공정을 단순화할 수 있고, 에칭공정을 제거하여 환경오염을 줄일 수 있는 메탈 코어 인쇄회로기판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 절연층이 열 전도성이 우수한 재질로 형성되어 엘이디 소자에서 발생되는 열을 빠르게 방열시킬 수 있는 메탈 코어 인쇄회로기판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 잉크젯 패터닝을 수행하여 도전패턴을 형성하므로 금속 나노 입자의 사용량을 최소화할 수 있어 제조비용을 줄일 수 있는 메탈 코어 인쇄회로기판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈 코어 인쇄회로기판은 베이스 기판과, 상기 베이스 기판에 부착되는 절연층과, 전도성 잉크에 의해 상기 절연층의 표면에 패터닝되는 시드층과, 상기 시드층의 표면에 도금되는 도금층을 구비하고, 절연층의 표면에 인쇄방식으로 형성되는 도전패턴을 포함한다.

일 실시예에 따른 도전패턴에 부착되어 도전패턴을 보호하는 커버필름을 더 포함한다.

일 실시예에 따른 절연층은 접착성을 갖는 에폭시 수지에 열 전도성 세라믹 분말과 탄소 나도 튜브, 카본 블랙 또는 나노 카본 중 적어도 하나가 혼합되어 구성되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따른 에폭시 수지는 열 경화형 에폭시 수지가 사용되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따른 절연층은 4 ~ 6 W/mk의 열전도율을 갖는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따른 도금층은 Cu, Au, Ag, Al, Ni, Sn의 도전성 금속 중 어느 하나로 하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따른 메탈 코어 인쇄회로기판 제조방법은 베이스 기판에 접착성과 열 전도성을 갖는 절연층을 부착하는 단계와, 상기 절연층에 도전패턴을 인쇄하는 단계와, 상기 도전패턴에 커버필름을 부착하는 단계를 포함한다.

일 실시예에 따른 도전패턴을 인쇄하는 단계는 절연층의 표면에 전도성 잉크를 사용하여 패턴을 형성하고 상기 패턴을 열처리하여 시드층을 만드는 단계와, 상기 시드층의 표면에 도금층을 도금하는 단계를 포함한다.

일 실시예에 따른 도전패턴을 인쇄하는 단계는 절연층의 표면에 전도성 잉크를 사용하여 패턴을 형성하고 상기 패턴을 열처리하여 시드층을 만드는 단계와, 상기 시드층에 감광막을 패터닝하는 단계와, 상기 감광막을 제외한 시드층의 표면에 도금층을 도금하는 단계와, 상기 감광막을 제거하는 단계를 포함한다.

따라서, 본 발명의 메탈 코어 인쇄회로기판은 잉크젯 패터닝 방식으로 기판 상에 도전패턴을 형성하고, 이 도전패턴을 열 전도성 절연층에 인쇄 방식으로 형성함으로써, 기존의 에칭공정을 제거할 수 있어 제조공정을 단순화하고 제조비용을 줄이고, 공정시간을 단축할 수 있으며, 환경오염을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 절연층이 접착성을 갖는 에폭시 수지에 열 전도성 세라믹 분말과 탄소 나도 튜브, 카본 블랙 또는 나노 카본 중 적어도 하나가 혼합되어 구성되므로 열전도 성능을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 엘이디 소자에서 발생되는 열을 빠르게 방열시킬 수 있다.

또한, 잉크젯 패터닝을 수행하여 도전패턴을 형성하므로 금속 나노 입자의 사용량을 최소화할 수 있어 제조비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1 내지 도 3은 종래 기술에 따른 메탈 코어 인쇄회로기판의 제조 공정을 순서대로 나타낸 단면도들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈 코어 인쇄회로기판의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 패키지의 단면도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈 코어 인쇄회로기판의 제조공정을 순서대로 나타낸 단면도들이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 연성회로기판 및 그 제조방법을 상세히 기술하기로 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈 코어 인쇄회로기판의 단면도이다.

도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 메탈 코어 인쇄회로기판은 베이스 기판(10)과, 베이스 기판(10)의 일면에 적층되는 절연층(12)과, 절연층(12)에 인쇄방식에 의해 부착되는 도전패턴(20)과, 도전패턴(20)에 부착되어 도전패턴(20)을 보호하는 커버필름(30)을 포함한다.

상기 베이스 기판(10)은 열 전도성이 우수한 알루미늄 기판이 사용되는 것이 바람직하다. 알루미늄 기판 이외에 구리, 은, 티타늄, 니오븀, 알루미늄, 스테인리스, 아연, 베릴륨, 마그네슘 등이 사용될 수 있다.

절연층(12)은 베이스 기판(10)에 부착되도록 접착 기능을 가지고 있고, 엘이디에서 발생되는 열을 베이스 기판(10)으로 전달할 수 있도록 열 전도성을 가진다.

절연층(12)은 열 전도성 세라믹 분말과 탄소 나도 튜브, 카본 블랙, 또는 나노 카본 중 적어도 하나와, 접착성을 갖는 에폭시 수지가 일정 비율로 혼합된 혼합된 형태가 사용될 수 있다.

열 전도성 세라믹은 Al₂O₃, AIN, BN, Si₃N₄로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 열 전도성 세라믹은 비용이 저렴하고 열 전도성이 높은 절연층을 생성할 수 있다.

이와 같은 절연층(12)은 4 ~ 6 W/mk의 열전도율을 갖는 것으로, 기존에 비해 열전도율을 월등하게 향상시킬 수 있다.

도전패턴(20)은 잉크젯 패터닝 방법으로 전도성 잉크가 기판의 표면에 패터닝되는 시드층(22)과, 시드층(22)의 표면에 도금되는 도금층(24)을 포함한다.

여기에서, 시드층(22)은 도금층(24)을 형성하기 위한 시드(seed)역할을 충실히 하면 되므로, 시드층(22)의 두께는 1㎛ 이하의 얇은 두께로도 충분하다.

그리고, 도금층(24)은 구리 이외에 Au, Ag, Al, Ni, Sn 등의 도전성 금속 중 어느 하나를 사용할 수 있으며, 도금방식을 습식 도금으로 진행된다.

커버필름(30)은 절연층의 표면에 부착되어 도전패턴(20)을 보호하는 역할을 한다.

이와 같은 메탈 코어 인쇄회로기판은 인버터(Inverter), 컨버터(Converter), PDP, LED, 모니터, ECU, VRM(Voltage requlator Moudule), 정류기, 파워 서플라이 등에 적용이 가능하다.

일예로, 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈 코어 인쇄회로기판을 엘이디 패키지에 적용하면, 도 5에 도시된 바와 같이, 엘이디 패키지는 메탈 코어 인쇄회로기판(110)과, 메탈 코어 인쇄회로기판(110)에 장착되는 케이스(100)와, 케이스(100) 내부에 배치되는 LED 소자(102)와, LED 소자(102)에 연결되고 도전패턴(20)에 숄더링되는 리드 와이어(104)를 포함한다.

그리고, 메탈 코어 인쇄회로기판(110)의 베이스 기판(10)의 하면에는 히트싱크(120)가 부착되어 LED 소자(102)에서 발생되는 열을 방열시킨다.

메탈 코어 인쇄회로기판(110)은 위에서 설명한 메탈 코어 인쇄회로기판이 적용된다.

도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈 코어 인쇄회로기판의 제조 공정을 순서대로 나타낸 단면도들이다.

먼저, 도 6에 도시된 바와 같이, 베이스 기판(10)에 절연층(12)을 부착한다.

여기에서, 베이스 기판(10)은 열 전도성을 갖는 금속 재질이면 어떠한 재질도 사용이 가능하다. 일 예로, 알루미늄 기판이 사용될 수 있다.

그리고, 절연층(12)은 열 경화형 수지가 사용되며, 수지는 접착성을 갖는 에폭시 수지가 사용될 수 있고, 수지에는 열 전도성을 갖는 세라믹 분말, 탄소 나도 튜브, 카본 블랙, 또는 나노 카본 중 적어도 하나가 일정 비율로 혼합될 수 있다.

이와 같이, 절연층(12)은 열 전도성이 우수하고 베이스 기판(10)에 부착되며, 도전패턴을 충분히 형성할 수 있는 강도를 가지게 된다.

그리고, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 절연층(12)의 표면에 도전패턴(20)을 인쇄 방식으로 형성한다.

도전패턴(20)은 절연층(12)의 표면에 잉크젯 인쇄 방식으로 패터닝되는 시드층(22)과, 시드층(22)의 표면에 도금되는 도금층(24)을 포함한다.

먼저, 시드층(22)을 패터닝하는 과정을 살펴보면, 도 7에 도시된 바와 같이, 절연층(12) 위에 금속 나노 입자 일 예로, 은 나노 입자로 이루어진 전자 잉크가 인쇄 헤드에서 배출되어 절연층(12)상에 소정의 패턴으로 적층되어 잉크젯 패터닝이 이루어진다.

이때, 전자 잉크의 적층두께(즉, 추후에 시드 금속층으로 될 시드층(22)의 두께)는 노즐의 개구의 크기, 밸브의 개폐정도, 전자잉크의 점도, 인쇄 헤드의 진행속도 등에 의해 결정된다. 이러한 요소들을 적절하게 제어함으로써 원하는 두께 또는 크기의 시드층(22)을 형성한다. 여기서, 시드층(22)은 추후에 도금을 위한 시드(seed)역할을 충실히 하면 되므로, 시드층(22)의 두께는 1㎛ 이하의 얇은 두께이면 충분하다.

그리고, 시드층(22) 내의 솔벤트 성분 제거 및 나노 금속 분말의 소결을 위해 큐어링을 실시한다. 큐어링은 통상적으로 200℃ 미만에서 상기 패턴화된 시드층(22)을 가열하거나 광을 조사함으로써 이루어지는데, 이때 인가되는 열이나 광의 양은 시드층(22)내의 전자 잉크의 점도 또는 적층된 시드층(22)의 두께 등에 의해 결정된다. 큐어링에 의해 시드층(22)은 솔벤트 성분이 제거된 채로 기판(50) 상에 부착되고, 이때, 시드층(22)은 도금을 위한 시드 금속층이 된다.

도금층(24)은 도 8에 도시된 바와 같이, 시드층(22)의 표면에 감싸지게 도금된다. 즉, 시드층(22)은 기판(50)의 부착된 일면을 제외한 양측면 및 상면이 도금층으로 감싸지게 된다.

도금층(24)은 예를 들면 구리 도금층으로 형성된다. 여기에서, 도금층(24)은 구리 이외에도 Au, Ag, Al, Ni, Sn 등의 도전성 금속 중 어느 하나를 사용할 수 있으며, 도금방식은 습식 도금으로 진행된다.

또한, 시드층(22)을 형성한 후에 시드층(22)들 사이에 포토레지스트와 같은 감광막을 패터닝하여도 된다. 감광막은 보다 정밀한 패턴 구현을 위해 도금층(24)이 시드층(22) 상에서 옆으로 성장하는 것을 방지하기 위한 것이다. 따라서, 상기 감광막의 두께는 시드층(22)의 두께보다 두껍고 도금층(24)의 두께보다 두껍거나 같게 하는 것이 바람직하다.

그리고, 감광막 영역을 제외한 시드층(22)의 표면에 도금층(24)을 소정 두께 및 크기로 도금한 후에 감광막을 제거하면 된다.

그리고, 절연층(12)에 도전패턴(20)을 형성하는 공정이 완료되면, 도전패턴(20)에 커버필름(30)을 부착하여 도전패턴(20)을 보호한다.

이와 같은 제조공정으로 완료된 메탈 코어 인쇄회로기판은 절연층(12)의 표면에 도전패턴(20)을 인쇄 방식으로 이용하여 형성할 수 있어 제조공정을 단순화할 수 있고, 에칭공정을 제거하여 환경오염을 줄일 수 있다.

또한, 절연층(12)의 열 전도성을 향상시켜 엘이디 소자에서 발생되는 열을 보다 빠르게 방열시킬 수 있다.

또한, 잉크젯 패터닝을 수행하여 도전패턴(20)을 형성하므로 금속 나노 입자의 사용량을 최소화할 수 있어 제조비용을 줄일 수 있다.

10: 베이스 기판 12: 절연층
20: 도전패턴 22: 시드층
24: 도금층 30: 커버필름
100: 케이스 102: LED 소자
104: 리드 와이어 110: 메탈 코어 인쇄회로기판
120: 히트싱크

Claims

베이스 기판;
상기 베이스 기판에 부착되는 절연층;
전도성 잉크에 의해 상기 절연층의 표면에 패터닝되는 시드층과, 상기 시드층의 표면에 도금되는 도금층을 포함하여 절연층의 표면에 인쇄방식으로 형성되는 도전패턴을 포함하는 메탈 코어 인쇄회로기판.
제1항에 있어서,
상기 도전패턴에 부착되어 도전패턴을 보호하는 커버필름을 더 포함하는 메탈 코어 인쇄회로기판.
제1항에 있어서,
상기 절연층은 접착성을 갖는 에폭시 수지에 열 전도성 세라믹 분말과 탄소 나도 튜브, 카본 블랙 또는 나노 카본 중 적어도 하나가 혼합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 메탈 코어 인쇄회로기판.
제3항에 있어서,
상기 에폭시 수지는 열 경화형 에폭시 수지가 사용되는 것을 특징으로 하는 메탈 코어 인쇄회로기판.
제1항에 있어서,
상기 절연층은 4 ~ 6 W/mk의 열전도율을 갖는 것을 특징으로 하는 메탈 코어 인쇄회로기판.
제1항에 있어서,
상기 도금층은 Cu, Au, Ag, Al, Ni, Sn의 도전성 금속 중 어느 하나로 하는 것을 특징으로 하는 메탈 코어 인쇄회로기판.
베이스 기판에 접착성과 열 전도성을 갖는 절연층을 부착하는 단계;
상기 절연층에 도전패턴을 인쇄하는 단계;
상기 도전패턴에 커버필름을 부착하는 단계를 포함하는 메탈 코어 인쇄회로기판 제조방법.
제7항에 있어서,
상기 도전패턴을 인쇄하는 단계는 절연층의 표면에 전도성 잉크를 사용하여 패턴을 형성하고 상기 패턴을 열처리하여 시드층을 만드는 단계; 및
상기 시드층의 표면에 도금층을 도금하는 단계를 포함하는 메탈 코어 인쇄회로기판 제조방법.
제7항에 있어서,
상기 도전패턴을 인쇄하는 단계는 절연층의 표면에 전도성 잉크를 사용하여 패턴을 형성하고 상기 패턴을 열처리하여 시드층을 만드는 단계;
상기 시드층에 감광막을 패터닝하는 단계;
상기 감광막을 제외한 시드층의 표면에 도금층을 도금하는 단계; 및
상기 감광막을 제거하는 단계를 포함하는 메탈 코어 인쇄회로기판 제조방법.