KR20170037337A - 인쇄회로기판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 인쇄회로기판은, 금속코어 및 상기 금속코어 상에 형성되는 절연층을 포함하고, 상기 금속코어의 단부는 상기 절연층 측면에 대해 돌출되고, 상기 금속코어의 돌출된 영역 상에 방열부재가 형성된다.

Description

인쇄회로기판 및 그 제조방법{PRINTED CIRCUIT BOARD AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
기술의 발전에 따라 전자 기기는 소형화 및 경량화를 추구하고 있으며, 이에 따라 정해진 인쇄회로기판 면적에 탑재되는 전자 부품들의 수는 증가하고 있으며 배선의 폭, 배선간 거리 또한 줄어들고 있다.
전자 부품들의 수가 증가함에 따라 발열 문제가 발생하므로, 방열 특성이 향상된 인쇄회로기판의 개발이 계속되고 있다.
한국공개특허 제1999-0073289호 (인쇄회로기판 및 그 제조방법)
본 발명의 목적은 방열특성이 향상된 인쇄회로기판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 인쇄회로기판은, 금속코어 및 상기 금속코어 상에 형성되는 절연층을 포함하고, 상기 금속코어의 단부는 상기 절연층 측면에 대해 돌출되고, 상기 금속코어의 돌출된 영역 상에 방열부재가 형성된다.
본 발명의 실시예에 따른 인쇄회로기판 제조방법은, 금속코어 상에 절연층을 형성하는 단계, 상기 금속코어의 단부가 돌출되도록 상기 절연층의 가장자리를 제거하는 단계 및 상기 금속코어의 돌출된 영역 상에 방열부재를 형성하는 단계를 포함한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 인쇄회로기판을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 인쇄회로기판을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 인쇄회로기판을 나타낸 도면.
도 5 내지 도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 인쇄회로기판 제조방법을 나타낸 도면.
도 13 내지 도 16은 본 발명의 제2 실시예에 따른 인쇄회로기판 제조방법을 나타낸 도면.
본 발명에 따른 인쇄회로기판 및 그 제조방법의 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, 이하 사용되는 제1, 제2 등과 같은 용어는 동일 또는 상응하는 구성 요소들을 구별하기 위한 식별 기호에 불과하며, 동일 또는 상응하는 구성 요소들이 제1, 제2 등의 용어에 의하여 한정되는 것은 아니다.
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.
인쇄회로기판
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 인쇄회로기판을 나타낸 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 인쇄회로기판은 금속코어(110), 절연층(120), 방열부재(130)를 포함하고, 절연층(120)은 금속코어(110) 상에 형성되고, 금속코어(110) 단부는 절연층(120)의 측면에 대해 돌출된다. 방열부재(130)는 돌출된 금속코어(110) 상에 형성된다.
금속코어(110)는 인쇄회로기판의 방열 특성을 향상시키고, 강성을 증대시킬 수 있다. 금속코어(110)의 금속은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 하프늄(Hf), 아연(Zn), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 등을 포함할 수 있다. 또한, 금속코어(110)의 금속은 인바(Invar), 코바(Kovar)와 같은 합금일 수 있다.
금속코어(110)는 열전도성이 큰 구리와 강성이 큰 인바로 이루어진 두 개의 층으로 구성될 수 있다. 즉, 금속코어(110)는 인바층의 양면에 구리층이 적층된 것(CIC 구조)일 수 있다.
절연층(120)은 금속코어(110)의 일면 또는 양면에 형성된다. 절연층(120)은 수지재일 수 있다. 절연층(120)은 에폭시 수지와 같은 열경화성 수지, 폴리이미드(PI)와 같은 열가소성 수지를 포함할 수 있다.
절연층(120)은 상기와 같은 수지에 보강재가 포함될 것일 수 있다. 상기 보강재는 예를 들어, 패브릭(fabric) 보강재, 무기 필러 등 일 수 있다. 상기 패브릭(fabric) 보강재는 유리 섬유일 수 있으며, 유리 섬유가 에폭시 수지에 함침되어 프리프레그(PPG)로 형성될 수 있다.
절연층(120)은 다층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 절연층(120)은 제1 층, 제2 층, 제3 층으로 구성될 수 있다. 제1 층은 금속코어(110) 상에 직접 형성되는 층이고, 제2 층은 제1 층 위에 형성되고, 제3 층은 제2 층 위에 형성될 수 있다.
한편, 인쇄회로기판에는 금속코어(110)와 제1 층을 관통하는 관통비아(V)가 형성될 수 있다. 다만, 관통비아(V)가 전도성 물질인 경우, 금속코어(110)와의 절연이 요구되기 때문에, 관통비아(V)와 금속코어(110) 사이에는 절연재(140)가 형성된다.
관통비아(V)는 금속코어(110)와 제1 층을 모두 관통하는 비아홀(141)이 형성된 후에, 비아홀(141)이 전도성 물질로 충진됨으로써 형성될 수 있다. 비아홀(141)은 도금법으로 충진되거나 전도성 페이스트로 충진될 수 있다. 비아홀(141)이 도금법으로 형성된다면, 먼저 비아홀(141) 내벽에 무전해 도금으로 시드층이 형성된 이후에, 전해 도금으로 시드층 상으로부터 도금층이 성장하여 비아홀(141) 전체를 메울 수 있다.
제1 층, 제2 층 상에는 회로(C)가 각각 형성될 수 있고, 회로(C)는 관통비아(V)와 전기적으로 연결될 수 있다. 회로(C)는 애디티브(Additive), 서브트랙티브(Subtractive), 세미 애디티브(Semi-Additive) 등의 방법으로 형성될 수 있으나, 이러한 방법으로 제한되는 것은 아니다. 회로(C)는 구리 등의 금속으로 형성될 수 있다.
한편, 제3 층은 제2 층 상에 형성된 회로(C)를 보호하기 위한 솔더 레지스트일 수 있다. 다만, 회로(C)의 일부는 노출되어 패드(P)가 되며, 패드(P) 상에는 솔더볼이 형성되어, 솔더볼을 매개로 인쇄회로기판이 외부장치(칩, 소자 등)와 접속될 수 있다.
금속코어(110)의 단부는 절연층(120)의 측면에 대해 돌출된다. 즉, 금속코어(110)의 길이는 절연층(120)의 길이보다 길다.
방열부재(130)는 금속코어(110)의 노출된 영역 상에 형성되어, 금속코어(110)와 함께 인쇄회로기판의 방열 특성을 향상시킨다. 구체적으로, 인쇄회로기판과 접속된 칩, 소자 등에서 발생하는 열은 회로와 비아를 통하여 금속코어(110)까지 전달되고, 금속코어(110)를 따라 방열부재(130)까지 전달된다. 방열부재(130)는 외부로 노출되며, 방열부재(130)는 열을 외부로 발산시킨다. 따라서, 방열부재(130)를 구비한 인쇄회로기판의 방열 특성은 향상된다.
방열부재(130)는 금속코어(110) 상면 및/또는 하면에 형성될 수 있다. 또한, 도 1을 참조하면, 금속코어(110) 일면에 형성된 방열부재(130)의 높이는 절연층(120)의 높이와 동일하여, 방열부재(130)의 상면은 절연층(120)의 상면과 일치할 수 있다. 필요에 따라서, 방열부재(130)가 절연층(120)의 상면 일부를 커버할 수 있다. 한편, 방열부재(130)는 절연층(120)의 측면과 접촉된다.
또한, 도 2를 참조하면, 방열부재(130)는 절연층(120)의 측면을 따라 연속적으로 형성되어 방열부재(130) 면적이 커질 수 있다. 이 경우, 인쇄회로기판의 평면도에서, 절연층(120)의 가장자리에 방열부재(130)가 배치될 수 있다.
방열부재(130)는 금속재질로 형성될 수 있다. 방열부재(130)를 이루는 금속은 금속코어(110)를 이루는 금속과 동일한 금속, 예를 들어, 구리(Cu), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 하프늄(Hf), 아연(Zn), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 등을 포함할 수 있다. 또한, 금속코어(110)의 금속은 인바(Invar), 코바(Kovar)와 같은 합금일 수 있다.
방열부재(130)는 열 전도율이 큰 구리일 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 인쇄회로기판을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 인쇄회로기판은, 금속코어(110), 절연층(120), 방열부재(130)를 포함하고, 절연층(120)은 금속코어(110) 상에 형성되고, 금속코어(110) 단부는 절연층(120)의 측면에 대해 돌출된다. 방열부재(130)는 돌출된 금속코어(110) 상에 형성된다. 또한 방열부재(130)에는 개구부(131)가 형성된다.
개구부(131)는 방열부재(130)를 두께방향으로 관통한다. 개구부(131)는 방열부재(130)가 에칭되어 형성될 수 있다.
개구부(131)는 방열부재(130)의 상면부터 하면까지 모두 관통할 수 있다. 이 경우, 개구부(131)는 노출된 금속코어(110)를 관통한다. 즉, 개구부(131)는 금속코어(110) 상면에 형성된 방열부재(130), 금속코어(110), 금속코어(110) 하면에 형성된 방열부재(130)를 모두 관통한다.
개구부(131)에 의하여 절연층(120)의 측면은 노출될 수 있다. 개구부(131)는 복수로 형성되며 서로 이격되게 배치될 수 있다.
개구부(131) 내에는 절연재(140)가 형성될 수 있다. 절연재(140)는 절연층(120)의 측면과 접촉되게 형성될 수 있다.
여기서, 절연재(140)의 열팽창계수는 방열부재(130)의 열팽창계수보다 작다.
절연재(140)는 수지와 무기필러를 포함할 수 있다. 절연재(140)의 수지는 에폭시 수지와 같은 열경화성 수지 또는 폴리이미드(PI)와 같은 열가소성 수지를 포함할 수 있다.
에폭시 수지는, 예를 들어, 나프탈렌계 에폭시 수지, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 노볼락계 에폭시 수지, 크레졸 노볼락계 에폭시 수지, 고무 변성형 에폭시 수지, 고리형 알리파틱계 에폭시 수지, 실리콘계 에폭시 수지, 질소계 에폭시 수지, 인계 에폭시 수지 등일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
무기필러는 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 탄화규소(SiC), 황산바륨(BaSO4), 탈크, 진흙, 운모가루, 수산화알루미늄(AlOH3), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 탄산칼슘(CaCO3), 탄산마그네슘(MgCO3), 산화마그네슘(MgO), 질화붕소(BN), 붕산알루미늄(AlBO3), 티탄산바륨(BaTiO3) 및 지르콘산칼슘(CaZrO3)으로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 사용할 수 있다.
한편, 무기필러의 열팽창계수는 수지보다 열팽창계수가 작아, 무기필러는 절연재(140)의 열팽창계수를 감소시키는 것일 수 있으며, 예를 들어, 수지가 에폭시 수지인 경우, 무기필러는 실리카일 수 있다.
개구부(131) 내에 절연재(140)가 형성되면, 절연층(120)의 측면에는 방열부재(130)와 절연재(140)가 교대로 형성된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 절연재(140)의 횡단면은 X자 형상일 수 있다. X자의 네 개의 단부는 방열부재(130)와 접촉된다.
인쇄회로기판 상에 칩 또는 소자 등의 부품이 실장되는 경우, 인쇄회로기판의 열팽창률은 부품의 열팽창률보다 크다. 그렇기 때문에, 열이 이용되는 인쇄회로기판 제조공정 상에서, 인쇄회로기판은 부품의 반대 쪽으로 볼록하게 U자 형으로 휘어 워피지 문제가 발생한다.
한편, 방열부재(130)의 열팽창계수는 절연재(140)의 열팽창계수보다 크고, 열이 가해졌을 때, 방열부재(130)는 인쇄회로기판의 외측으로 많이 팽창하고, 절연재(140)는 상대적으로 적게 팽창한다. 이 때문에, 복수의 방열부재(130)는 서로 가까워지려는 경향이 발생하고, 이에 따라 인쇄회로기판에는 부품 쪽으로 휘는 힘이 발생하여, 인쇄회로기판의 워피지 문제가 해결될 수 있다.
금속코어(110)의 상면에 형성되는 방열부재(130)의 개구부(131)에 형성되는 절연재(140)와, 금속코어(110)의 하면에 형성되는 방열부재(130)의 개구부(131)에 형성되는 절연재(140)는, 열팽창계수가 서로 다를 수 있다.
예를 들어, 금속코어(110)의 하면에 형성되는 방열부재(130)의 개구부(131)에 형성되는 절연재(140)의 열팽창계수가 상대적으로 더 작을 수 있다. 이 경우, 복수의 방열부재(130)가 서로 가까워지려는 경향은, 금속코어(110)의 상면보다 하면에서 더 크다. 따라서, 인쇄회로기판에는 위로 볼록하는 휘는 힘이 작용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 인쇄회로기판을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 금속코어(110), 절연층(120), 방열부재(130)를 포함하고, 절연층(120)은 금속코어(110) 상에 형성되고, 금속코어(110) 단부는 절연층(120)의 측면에 대해 돌출된다. 방열부재(130)는 돌출된 금속코어(110) 상에 형성된다. 금속코어(110)의 일면에 형성된 방열부재(130)에는 개구부(131)가 형성되고, 개구부(131) 내에는 절연재(140)가 형성된다. 금속코어(110) 타면에 형성된 방열부재(130)에는 개구부(131)가 형성되지 않는다.
도 4에 도시된 것을 기준으로, 금속코어(110)의 하면에 형성된 방열부재(130)에는 개구부(131)와 절연재(140)가 형성되고, 금속코어(110)의 상면에 형성된 방열부재(130)에는 개구부(131)가 형성되지 않는다. 즉, 금속코어(110)를 기준으로 하면에는 도 3의 구조가 형성되고, 상면에는 도 2의 구조가 형성된다.
이 경우, 열이 가해졌을 때, 인쇄회로기판의 하부의 가장자리의 방열부재(130) 구조는 수축하고, 인쇄회로기판의 상부의 가장자리의 방열부재(130)는 수축하지 않는다. 이에 따라, 인쇄회로기판은 위로 볼록하게 휠 수 있다.
기본적으로, 부품이 실장된 인쇄회로기판은 아래로 볼록하게 휘는 성질이 있고, 인쇄회로기판의 비대칭 구조에 의하여 인쇄회로기판에는 위로 볼록하게 휘는 힘이 가해지므로, 인쇄회로기판의 워피지가 제어될 수 있다.
인쇄회로기판 제조방법
도 5 내지 도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 인쇄회로기판 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 금속코어(110) 상에 절연층(120) 및 회로층(C')이 형성된다. 회로층(C')은 절연층(120) 상에 형성되며, 패터닝되어 회로(C)가 된다.
도 6 내지 도 9를 참조하면, 금속코어(110)와 절연층(120)의 제1 층을 관통하는 관통비아(V)가 형성되고, 절연층(120)의 각 층에 회로(C)가 형성된다.
도 10을 참조하면, 금속코어(110)의 단부가 노출되도록 절연층(120)의 가장자리가 제거된다. 절연층(120)은 기계적 드릴, 레이저 드릴 등에 의하여 제거될 수 있다. 그 결과, 금속코어(110)의 단부는 절연층(120)에 대해 돌출된다.
도 11을 참조하면, 금속코어(110)의 돌출된 영역 상에 방열부재(130)가 형성된다. 방열부재(130)는 금속일 수 있으며, 금속코어(110) 상에서 전해도금으로 형성될 수 있다. 방열부재(130)는 절연층(120)의 높이와 동일해지도록 형성될 수 있고, 절연층(120)의 측면과 접촉될 수 있다.
방열부재(130)는 금속코어(110)의 상면 및 하면에 모두 형성될 수 있다. 이 경우, 방열부재(130)는 금속코어(110)의 상면 및 하면에 모두 도금되어 형성될 수 있다.
방열부재(130)는 절연층(120)의 측면을 따라 연속적으로 형성될 수 있다.
도 12를 참조하면, 절연층(120)의 최외곽층에 회로(C)의 일부를 노출시키는 개구영역이 형성된다. 개구영역을 통하여 노출되는 회로(C)는 패드(P)가 된다.
도 13 내지 도 16는 본 발명의 제2 실시예에 따른 인쇄회로기판 제조방법을 나타낸 도면이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 인쇄회로기판 제조방법은 도 5 내지 도 11을 포함하는 방법이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 방열부재(130)를 절연층(120)의 측면을 따라 연속적으로 형성한 이후에, 도 13에 도시된 바와 같이, 방열부재(130)에는 개구부(131)가 형성된다. 개구부(131)는 방열부재(130)가 에칭으로 제거됨으로써 형성된다. 방열부재(130)에는 복수의 개구부(131)가 형성됨으로써, 방열부재(130)와 개구부(131)가 교대로 배치될 수 있다.
도 14를 참조하면, 개구부(131) 내에는 절연재(140)가 형성된다. 절연재(140)는 개구부(131)를 완전히 충진한다. 절연재(140)는 방열부재(130)에 비하여 열팽창계수가 작다.
도 15를 참조하면, 절연재(140)에 홀(141)이 형성되어, 절연재(140)의 횡단면은 X자 형상이 된다. 홀(141)은 기계적 드릴, 레이저 드릴에 의하여 형성될 수 있다. 각각의 절연재(140)에 삼각기둥 형태의 홀(141)을 4개씩 형성하면, 절연재(140) 횡단면이 X자 형상이 된다.
도 16을 참조하면, 절연층(120)의 최외곽층 일부에 개구영역을 형성하여, 패드(P)가 노출되도록 한다.
한편, 도면에는 도시되지 않았으나, 본 발명의 제3 실시예에 따른 인쇄회로기판 제조방법에서는, 금속코어(110) 상하면에 모두 방열부재(130)를 형성한 뒤에, 금속코어(110) 하면에 형성된 방열부재(130)에 한하여 개구부(131)를 형성하고, 개구부(131) 내에 절연재(140)를 형성한 후, 절연재(140)에 홀(141)을 형성한다.
이상, 본 발명의 일 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.
110: 금속코어
120: 절연층
130: 방열부재
131: 개구부
140: 절연재
141: 홀

Claims (16)

  1. 금속코어; 및
    상기 금속코어 상에 형성되는 절연층을 포함하고,
    상기 금속코어의 단부는 상기 절연층 측면에 대해 돌출되고,
    상기 금속코어의 돌출된 영역 상에 방열부재가 형성되는 인쇄회로기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방열부재는 상기 금속코어와 동일한 금속 재질로 형성되는 인쇄회로기판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방열부재는 상기 절연층의 측면과 접촉되는 인쇄회로기판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 방열부재에는 상기 방열부재를 두께방향으로 관통하는 개구부가 형성되는 인쇄회로기판.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 개구부는 상기 금속코어를 관통하도록 연장되는 인쇄회로기판.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 개구부에 의하여 상기 절연층의 측면이 노출되는 인쇄회로기판.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 개구부 내에는 절연재가 형성되고,
    상기 절연재의 열팽창계수는 상기 방열부재의 열팽창계수보다 작은 인쇄회로기판.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 절연재의 횡단면은 X자 형상인 인쇄회로기판.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 절연재는 수지와 무기필러를 포함하고,
    상기 무기필러의 열팽창계수는 상기 수지의 열팽창계수보다 작은 인쇄회로기판.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 방열부재는 상기 금속코어의 상하면에 각각 형성되고,
    상기 개구부는 상기 금속코어의 하면에 형성되는 방열부재에 형성되는 인쇄회로기판.
  11. 금속코어 상에 절연층을 형성하는 단계;
    상기 금속코어의 단부가 돌출되도록 상기 절연층의 가장자리를 제거하는 단계; 및
    상기 금속코어의 돌출된 영역 상에 방열부재를 형성하는 단계를 포함하는 인쇄회로기판 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 방열부재는 금속 재질이고,
    상기 방열부재는 상기 금속코어 상에 전해도금되는 인쇄회로기판 제조방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 방열부재에 개구부를 형성하는 단계를 더 포함하는 인쇄회로기판 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 개구부 내에 절연재를 충진하는 단계를 더 포함하고,
    상기 절연재의 열팽창계수는 상기 방열부재의 열팽창계수보다 작은 인쇄회로기판 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 절연재의 횡단면이 X자 형상이 되도록 상기 절연재에 홀을 형성하는 단계를 더 포함하는 인쇄회로기판 제조방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 개구부는 상기 금속코어를 관통하도록 연장되는 인쇄회로기판 제조방법.
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