KR20160081590A - 방열형 인쇄회로기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

방열형 인쇄회로기판 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

방열형 인쇄회로기판 및 그 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 방열형 인쇄회로기판은 회로패턴 및 절연층이 순차적으로 반복 적층되는 기판부, 일면에 통기홈이 형성되고 일부분에 관통된 캐비티가 형성되어, 타면에 기판부가 적층되는 방열판 및 회로패턴과 전기적으로 연결되도록 캐비티에 실장되고, 캐비티의 내측면과 접촉되는 발열체를 포함한다.

Description

방열형 인쇄회로기판 및 그 제조 방법{HEAT RADIATING TYPE PRINTED CIRCUIT BOARD AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 방열형 인쇄회로기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
기존의 전자제조산업에서는 능동/수동 소자들을 SMT(Surface Mount Technology)를 활용하여 기판 위에 장착하는 것이 대부분이다. 하지만 전자제품의 소형화 추세에 따라 기판 내에 능동/수동 소자들을 내장하는 새로운 패키징 기술들이 많이 개발되고 있다.
능동/수동소자 내장기판 제품의 경우 유기 기판 내에 여러가지 능동/수동 소자를 집적화함으로써 경제적인 제조공정이 가능하고, 이러한 패키지 기술을 접목한 모듈 제품으로 제품의 소형화에 기여할 수 있다.
한편, 기판에 장착되어 대표적으로 데이터 연산처리를 수행하는 AP(Application Processor), 통신 시 해당 주파수에 맞게 증폭을 해주는 PAM(Power Amplifier Module), 이미지를 처리하는 ISP(Image Signal Processor) 등의 경우 상대적으로 큰 발열이 발생한다. 그리고, 이와 같은 소자에서 발생하는 발열을 효과적으로 처리하지 못하는 경우 저온화상, 해당 장치의 속도 저하 등의 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 기판에 장착된 주요 소자에서 발생하는 열을 보다 효과적으로 처리할 수 있는 기술에 대한 연구가 필요한 실정이다.
한국공개특허 제10-2010-0059010호 (2010. 06. 04. 공개)
본 발명의 실시예는 통기홈이 형성된 방열판을 기판부에 적층하고, 발열체를 방열판에 형성된 캐비티에 실장함으로써, 발열체에서 발생하는 열을 방열판을 통해 직접 방출할 수 있는 방열형 인쇄회로기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
여기서, 발열체와 캐비티의 내측면 사이에는 열 전달 및 지지를 위한 접촉부재가 개재될 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 방열형 인쇄회로기판 별도의 코어를 활용하여 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열형 인쇄회로기판을 개략적으로 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열형 인쇄회로기판을 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열형 인쇄회로기판의 제조 방법을 나타내는 순서도.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열형 인쇄회로기판의 제조 방법에서 주요 단계를 나타내는 도면.
본 발명에 따른 방열형 인쇄회로기판 및 그 제조 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열형 인쇄회로기판을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열형 인쇄회로기판을 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 방열형 인쇄회로기판(1000)은 기판부(100), 방열판(200) 및 발열체(300)를 포함하고, 접촉부재(400) 및 비아홀(500)을 더 포함할 수 있다.
기판부(100)는 회로패턴(110) 및 절연층(120)이 순차적으로 반복 적층되는 부분으로, 절연층(130)에 적층된 금속층을 노광 및 에칭 등의 방법으로 가공하여 회로패턴(110)을 형성할 수 있다.
예를 들어, 회로패턴(110)은 제조공정에 따라 서브트랙티브 방식(Subtractive Process) 또는 에디티브 방식(Additive Process), 수정된 세미-어디티브 방식(Modified Semi Additive Process; MSAP) 등으로 형성될 수 있다.
또한, 기판부(100)는 회로패턴(110)이 형성된 동박적층판과 절연층(120)을 순차적으로 반복 적층하여 형성될 수도 있다. 이 경우, 동박적층판은 폴리이미드(Polyimide; PI) 기반의 절연층 양면에 동박이 적층된 적층판이다.
한편, 기판부(100) 중 방열판(200)과 접하지 않는 외부면은 회로패턴(110)을 보호하기 위해서 솔더레지스트층(140)이 형성될 수 있고, 캐비티(220)가 형성되는 부분에는 발열체(300)와의 전기적 연결을 위한 패드(130)가 형성될 수 있다.
방열판(200)은 일면에 통기홈(210)이 형성되고 일부분에 관통된 캐비티(220)가 형성되어, 타면에 기판부(100)가 적층되는 부분으로, 본 실시예에 따른 방열형 인쇄회로기판(1000)에서 발생하는 열을 방출하기 위한 구조이다.
이 경우, 통기홈(210)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 방열판(200)의 표면상에 요철 구조로 형성된 복수의 홈으로서, 통기홈(210)이 형성된 방열판(200)은 공기와의 접촉 면적을 극대화할 수 있다. 특히, 통기홈(210)을 따라 공기의 이동이 유도되어 보다 원활하게 방열이 이루어질 수 있다.
또한, 방열판(200)이 통기홈(210)을 통해 요철 구조로 형성됨으로써, 상대적으로 높은 강성을 확보하여 기판부(100)의 변형을 효과적으로 방지할 수도 있다.
캐비티(220)는 방열판(200)에 형성되어 후술할 발열체(300)가 실장되는 부분으로, 상대적으로 고열이 발생하는 발열체(300)를 기판부(100)가 아닌 방열판(200) 자체에 배치하여 보다 효과적으로 방열이 이루어지도록 할 수 있다.
한편, 방열판(200)의 통기홈(210) 및 캐비티(220)는 금형을 이용한 펀칭 공법 등을 통해 별도 가공될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, CNC 드릴이나 레이저 드릴(CO2 또는 YAG)을 이용한 방법으로 형성될 수도 있는 등 다양하게 형성될 수 있다.
그리고, 방열판(200)은 방열 효율을 극대화하기 위해 인바(invar) 또는 알루미늄(Al) 등과 같이 상대적으로 열전도성이 높은 금속 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
발열체(300)는 회로패턴(110)과 전기적으로 연결되도록 캐비티(220)에 실장되고, 캐비티(220)의 내측면과 접촉되는 부분으로, 데이터 연산처리를 수행하는 AP(Application Processor), 통신 시 해당 주파수에 맞게 증폭을 해주는 PAM(Power Amplifier Module), 이미지를 처리하는 ISP(Image Signal Processor) 등과 같이 상대적으로 고열이 발생하는 소자일 수 있다.
특히, 발열체(300)는 방열판(200)에 형성된 캐비티(220)의 내측면과 접촉되므로, 발열체(300)에서 발생하는 열이 직접 방열판(200)으로 전달되어 방출될 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 방열형 인쇄회로기판(1000)은 통기홈(210)이 형성된 방열판(200)을 기판부(100)에 적층하고, 발열체(300)를 방열판(200)에 형성된 캐비티(220)에 실장함으로써, 발열체(300)에서 발생하는 열을 방열판(200)을 통해 직접 방출할 수 있다.
따라서, 보다 원활하고 효과적으로 열을 방출할 수 있을 뿐만 아니라, 소정의 강성을 갖는 방열판(200)이 기판부(100)에 부착됨으로써 워피지(warpage)에 유리할 수 있다.
접촉부재(400)는 발열체(300)에서 발생하는 열을 방열판(200)으로 전달하고 방열판(200)에 대하여 발열체(300)를 지지하도록 발열체(300)와 캐비티(220)의 내측면 사이에 개재되는 부분으로, 캐비티(220)와 발열체(300)간의 간극을 채울 수 있다.
발열체(300)는 기능 및 용도에 따라 규격이 다양하게 구성될 수 있고, 형상 또한 단순한 원형이나 사각형이 아니라 복잡한 형상으로 형성될 수 있다. 한편, 캐비티(220)를 각각의 발열체(300)에 대응되게 형성하는 것은 공정상 매우 비효율적일 수 있으며, 특히 여러 개의 캐비티(220)를 각각 다르게 형성하는 것은 사실상 불가능하다고 할 수 있다.
따라서, 소정의 형상으로 일률적으로 캐비티(220)를 형성하고, 그 내부에 발열체(300)를 실장하는 경우, 캐비티(220)와 발열체(300)간에는 간극이 필연적으로 발생할 수 있다.
이 경우, 발열체(300)가 캐비티(220)의 내측면과 접촉이 되지 않는다면, 상술한 바와 같은 방열 효과를 기대할 수 없기 때문에 간극을 채워 열전달이 가능하게 할 필요가 있다.
따라서, 접촉부재(400)를 발열체(300)와 캐비티(220)의 내측면 사이에 개재하여 발열체(300)에서 발생하는 열을 방열판(200)으로 전달하고 방열판(200)에 대하여 발열체(300)를 지지하도록 할 수 있다.
이 경우, 접촉부재(400)는 열전도성 접착제로 이루어져 발열체(300)와 캐비티(220)의 내측면간의 열전도 및 접착이 동시에 구현되도록 하는 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 방열형 인쇄회로기판(1000)에서, 방열판(200)은 평면 형상 중 상대적으로 가장 길게 형성된 장변 방향을 따라 통기홈(210)이 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 방열판(200)이 직사각형의 평면 형상으로 형성된 경우, 통기홈(210)은 장변 방향으로 형성될 수 있다.
이로 인해, 휨에 대하여 상대적으로 가장 취약한 장변에 대한 휨강성을 보완할 수 있을 뿐만 아니라, 통기홈(210)의 길이를 최대화하여 방열 효율을 극대화할 수 있다.
비아홀(500)은 기판부(100)를 관통하여 일단이 방열판(200)과 결합되는 부분으로, 기판부(100) 내부에서의 각 층의 회로패턴(110)간의 도통 뿐만 아니라, 기판부(100) 내부의 열을 방열판(200)으로 전달하는 통로가 될 수 있다.
이 경우, 비아홀(500)은 홀 내벽면을 동도금하고 홀 내부에 절연수지를 충진한 후 노출된 절연수지에 커버도금을 실시하여 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 기판부(100)에서 상부와 하부를 도통시킬 수 있도록 다양한 구조로 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열형 인쇄회로기판의 제조 방법을 나타내는 순서도이다. 도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열형 인쇄회로기판의 제조 방법에서 주요 단계를 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 방열형 인쇄회로기판의 제조 방법은, 일면에 통기홈(210)이 형성되고 일부분에 관통된 캐비티(220)가 형성된 방열판(200)을 제공하는 단계(S100, 도 4)로부터 시작된다.
이 경우, 방열판(200)의 통기홈(210) 및 캐비티(220)는 금형을 이용한 펀칭 공법 등을 통해 별도 가공될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, CNC 드릴이나 레이저 드릴(CO2 또는 YAG)을 이용한 방법으로 형성될 수도 있는 등 다양하게 형성될 수 있다.
한편, 통기홈(210)은 방열판(200)의 표면상에 요철 구조로 형성된 복수의 홈으로서, 통기홈(210)이 형성된 방열판(200)은 공기와의 접촉 면적을 극대화할 수 있다. 특히, 통기홈(210)을 따라 공기의 이동이 유도되어 보다 원활하게 방열이 이루어질 수 있다.
또한, 방열판(200)이 통기홈(210)을 통해 요철 구조로 형성됨으로써, 상대적으로 높은 강성을 확보하여 기판부(100)의 변형을 효과적으로 방지할 수도 있다.
캐비티(220)는 방열판(200)에 형성되어 후술할 발열체(300)가 실장되는 부분으로, 상대적으로 고열이 발생하는 발열체(300)를 기판부(100)가 아닌 방열판(200) 자체에 배치하여 보다 효과적으로 방열이 이루어지도록 할 수 있다.
다음으로, 방열판(200)의 일면이 코어(10)를 향하도록 방열판(200)을 코어(10)에 부착한다(S200, 도 5). 즉, 별도의 코어(10)를 임시적인 캐리어로 사용하여 방열판(200)의 타면에 기판부(100)를 적층할 수 있다.
이 경우, 코어(10)의 양면에 각각 방열판(200)을 부착하여 방열형 인쇄회로기판(1000)을 코어(10)의 양면에서 동시에 제조할 수 있다.
다음으로, 방열판(200)의 타면에 회로패턴(110) 및 절연층(120)이 순차적으로 반복 적층되는 기판부(100)를 적층한다(S300, 도 6). 이 경우, 절연층(130)에 적층된 금속층을 노광 및 에칭 등의 방법으로 가공하여 회로패턴(110)을 형성할 수 있다.
또한, 기판부(100)는 회로패턴(110)이 형성된 동박적층판과 절연층(120)을 순차적으로 반복 적층하여 형성될 수도 있다.
다음으로, 방열판(200)으로부터 코어(10)를 제거한다(S400, 도 7). 이 경우, 코어(10)는 라우팅(routing) 공정 등을 통해 방열판(200)으로부터 제거될 수 있다. 이로 인해 통기홈(210)이 형성된 방열판(200)의 일면이 노출될 수 있다.
다음으로, 회로패턴(110)과 전기적으로 연결되고 캐비티(220)의 내측면과 접촉되도록 발열체(300)를 캐비티(220)에 실장한다(S500, 도 8). 이 경우, 발열체(300)는 데이터 연산처리를 수행하는 AP(Application Processor), 통신 시 해당 주파수에 맞게 증폭을 해주는 PAM(Power Amplifier Module), 이미지를 처리하는 ISP(Image Signal Processor) 등과 같이 상대적으로 고열이 발생하는 소자일 수 있다.
특히, 발열체(300)는 방열판(200)에 형성된 캐비티(220)의 내측면과 접촉되므로, 발열체(300)에서 발생하는 열이 직접 방열판(200)으로 전달되어 방출될 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 방열형 인쇄회로기판의 제조방법은 별도의 코어를 활용하여 방열판(200)에 기판부(100)를 적층할 수 있으므로, 보다 용이하고 효율적으로 공정을 수행할 수 있다.
본 실시예에 따른 방열형 인쇄회로기판의 제조방법에서, S500 단계는, 캐비티(220)의 내측면에 접촉부재(400)를 부착하는 단계(S510) 및 접촉부재(400)에 의해 발열체(300)가 지지되도록 접촉부재(400)에 발열체(300)를 결합시키는 단계(S520)를 포함할 수 있다.
이 경우, 접촉부재(400)는 발열체(300)에서 발생하는 열을 방열판(200)으로 전달하고 방열판(200)에 대하여 발열체(300)를 지지하도록 발열체(300)와 캐비티(220)의 내측면 사이에 개재되는 부분으로, 캐비티(220)와 발열체(300)간의 간극을 채울 수 있다.
따라서, 소정의 형상으로 일률적으로 캐비티(220)를 형성하고, 그 내부에 발열체(300)를 실장하는 경우, 필연적으로 발생하는 간극을 채워 발열체(300)에서 발생하는 열을 방열판(200)으로 전달하고 방열판(200)에 대하여 발열체(300)를 지지하도록 할 수 있다.
본 실시예에 따른 방열형 인쇄회로기판의 제조방법에서, S100 단계는, 방열판(200)의 평면 형상 중 상대적으로 가장 길게 형성된 장변 방향을 따라 통기홈(210)을 형성하여 수행될 수 있다.
이로 인해, 휨에 대하여 상대적으로 가장 취약한 장변에 대한 휨강성을 보완할 수 있을 뿐만 아니라, 통기홈(210)의 길이를 최대화하여 방열 효율을 극대화할 수 있다.
본 실시예에 따른 방열형 인쇄회로기판의 제조방법에서, S300 단계는, 기판부(100)를 관통하여 일단이 방열판(200)과 결합되는 비아홀(500)을 형성하는 단계(S310)를 포함할 수 있다.
이러한 비아홀(500)은 기판부(100) 내부에서의 각 층의 회로패턴(110)간의 도통 뿐만 아니라, 기판부(100) 내부의 열을 방열판(200)으로 전달하는 통로가 될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10: 코어
100: 기판부
110: 회로패턴
120: 절연층
130: 패드
140: 솔더레지스트층
200: 방열판
210: 통기홈
220: 캐비티
300: 발열체
400: 접촉부재
500: 비아홀
1000: 방열형 인쇄회로기판

Claims (8)

  1. 회로패턴 및 절연층이 순차적으로 반복 적층되는 기판부;
    일면에 통기홈이 형성되고 일부분에 관통된 캐비티가 형성되어, 타면에 상기 기판부가 적층되는 방열판; 및
    상기 회로패턴과 전기적으로 연결되도록 상기 캐비티에 실장되고, 상기 캐비티의 내측면과 접촉되는 발열체;
    를 포함하는 방열형 인쇄회로기판
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발열체에서 발생하는 열을 상기 방열판으로 전달하고 상기 방열판에 대하여 상기 발열체를 지지하도록 상기 발열체와 상기 캐비티의 내측면 사이에 개재되는 접촉부재;
    를 더 포함하는 방열형 인쇄회로기판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방열판은 평면 형상 중 상대적으로 가장 길게 형성된 장변 방향을 따라 상기 통기홈이 형성되는, 방열형 인쇄회로기판.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판부를 관통하여 일단이 상기 방열판과 결합되는 비아홀;
    을 더 포함하는 방열형 인쇄회로기판.
  5. 일면에 통기홈이 형성되고 일부분에 관통된 캐비티가 형성된 방열판을 제공하는 단계;
    상기 방열판의 일면이 코어를 향하도록 상기 방열판을 상기 코어에 부착하는 단계;
    상기 방열판의 타면에 회로패턴 및 절연층이 순차적으로 반복 적층되는 기판부를 적층하는 단계;
    상기 방열판으로부터 상기 코어를 제거하는 단계; 및
    상기 회로패턴과 전기적으로 연결되고 상기 캐비티의 내측면과 접촉되도록 발열체를 상기 캐비티에 실장하는 단계;
    를 포함하는 방열형 인쇄회로기판의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 발열체를 상기 캐비티에 실장하는 단계는,
    상기 캐비티의 내측면에 접촉부재를 부착하는 단계 및
    상기 접촉부재에 의해 상기 발열체가 지지되도록 상기 접촉부재에 상기 발열체를 결합시키는 단계를 포함하는, 방열형 인쇄회로기판의 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 방열판을 제공하는 단계는,
    상기 방열판의 평면 형상 중 상대적으로 가장 길게 형성된 장변 방향을 따라 상기 통기홈을 형성하여 수행되는, 방열형 인쇄회로기판의 제조 방법.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판부를 적층하는 단계는,
    상기 기판부를 관통하여 일단이 상기 방열판과 결합되는 비아홀을 형성하는 단계를 포함하는, 방열형 인쇄회로기판의 제조 방법.
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