KR20170054842A - 방열부재 및 이를 구비한 인쇄회로기판 - Google Patents

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KR20170054842A
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Abstract

본 개시의 일 실시 예에 따른 방열부재가 내장된 인쇄회로기판은 금속 바디 및 바디의 표면에 형성된 에폭시 수지층을 포함하는 방열부재 및 방열부재를 둘러싸도록 형성된 절연재을 포함한다. 방열부재는 바디의 표면에 형성된 에폭시 수지층을 포함하여, 방열부재와 절연재 사이의 밀착력을 향상시킬 수 있으며, 이로 인하여 회로기판의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

방열부재 및 이를 구비한 인쇄회로기판{HEAT RADIATION MEMBER AND PRINTED CIRCUIT BOARD HAVING THE SAME}
본 개시는 방열부재 및 이를 구비한 인쇄회로기판에 관한 것이다.
최근 전자기기의 소형화 및 경량화로 인하여 반도체 소자 등의 전자부품을 내장한 인쇄회로기판의 개발이 이루어지고 있다.
전자부품을 인쇄회로기판 내부에 실장하고 빌드업(Build-up)층을 형성시켜 전기적 접속을 함으로써 소형화 및 고밀도화를 확보할 수 있다.
전자부품이 내장된 인쇄회로 기판은 전자부품으로부터 발생하는 열이 층간 시그널 통로 역할을 수행하는 비아를 통하여 방출하게 되는데, 회로 패턴(24)으로부터 발생하는 열 및 전자부품의 구동에 의해 발생하는 열이 비아만을 통하여 방출되는 것은 한계가 있다. 이와 같은 열로 인하여 전자부품의 수명 단축 및 성능 저하와 같은 문제점이 발생할 수 있다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 인쇄회로기판의 내부에 전자부품과 같이 방열부재를 내장하여, 열 방출이 용이하도록 할 수 있다.
방열부재는 열전도율이 높은 전도성 재료일 수 있으며, 전자부품과 같이 동일하게 기판에 내장될 수 있다. 방열부재를 기판에 내장하는 과정에서 방열부재 주변에 절연재가 채워진다.
방열부재와 절연재 사이의 이종 물질의 접합이 제대로 되지 않으면, 방열부재와 절연재의 계면 사이가 딜라미네이션(delamination)이 될 수 있다. 방열부재와 절연재 사이의 딜라미네이션으로 인하여, 방열부재를 내장한 인쇄회로기판의 신뢰성이 저하될 수 있다.
따라서, 방열 특성이 우수하면서 절연재와의 접합력을 향상시킬 수 있는 방열부재가 필요하다.
하기 특허문헌들은 방열부재가 내장된 인쇄회로기판에 관한 발명이다.
일본공개특허공보 제2006-124597호 일본공개특허공보 제2008-049607호
한편, 방열부재를 포함하는 인쇄회로기판의 경우 방열부재와 절연재 사이에 딜라미네이션이 발생할 수 있다.
본 개시의 여러 목적 중 하나는 방열부재와 절연재 사이에 접착력을 향상시켜 방열부재가 내장된 인쇄회로기판의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 방열부재가 내장된 인쇄회로기판을 제공하는 것이다.
본 개시를 통하여 제안하는 여러 해결 수단 중 하나는 구리로 이루어진 바디의 표면에 에폭시 수지층을 형성하여, 방열부재와 절연재 사이의 밀착력을 향상시킬 수 있으며 기판 신뢰성을 향상시킬 수 있는 방열부재 및 이를 구비한 인쇄회로기판을 제공하는 것이다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 방열부재는 절연재와 밀착력을 향상시킬 수 있으며, 이로 인하여 회로기판의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 방열부재의 사시도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 방열부재의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 방열부재를 내장한 인쇄회로기판의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시에 대해 보다 상세히 설명한다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하, 본 개시에 의한 방열부재에 대하여 설명한다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 방열부재의 사시도를 개략적으로 도시한 것이며, 도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 방열부재의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 방열부재(100)는 금속으로 이루어진 바디(10) 및 상기 바디(10)의 표면에 형성되며, 절연성을 갖는 에폭시 수지층(20)을 포함한다.
상기 바디(10)의 두께는 인쇄회로기판의 종류에 따라 다를 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니나 250μm 이하일 수 있다. 상기 바디(10)의 폭은 전자부품 및 회로 패턴에 따라 다를 수 있다.
상기 바디(10)은 서로 대향하는 제1 및 제2 주면(1, 2)과 이들을 연결하며 내부를 향하여 오목하게 형성된 측면(3, 4)을 포함할 수 있다.
상기 측면(3, 4)은 제1 측면(3) 및 제2 측면(4)이며, 상기 측면이 오목하게 형성되는 것은 상기 바디 제조시에 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 측면(3, 4)이 포함된 바디(10)은 일정 두께의 금속판 원자재에 노광, 현상, 박리 및 식각의 공정을 거쳐 형성될 수 있다.
상기 식각 공정은 화학적 에칭(chemical etching)으로 이루어지게 되며, 상기 측면은 식각 공정시 일정 크기로 절단하는 과정에서 상기 바디의 내측으로 오목하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 측면(3, 4)은 서로 대향하는 방향으로 굴곡지게 들어간 형상을 가질 수 있다.
상기 바디(10)는 상기 제1 및 제2 주면의 끝단과 상기 측면에서 최대 오목한 위치 사이의 폭이 5 내지 50μm일 수 있다.
상기 폭이 5μm 미만이면 기판 내장시 절연재와 밀착되는 구조를 구현할 수 없으며, 상기 폭이 50μm을 초과하면 수지가 바디의 내부까지 이동하는 거리가 길어지므로 방열부재와 절연재 사이의 밀착력이 감소할 수 있다.
상기 바디(10)은 표면처리를 통해 상기 제1 및 제2 주면의 표면에 조도를 가질 수 있다. 즉, 상기 바디는 표면 거칠기가 증가될 수 있다.
상기 바디는 표면에 조도를 가짐으로써, 바디의 표면에 형성된 에폭시 수지층과의 밀착력이 증가할 수 있다. 상기 표면 처리는 물리적 또는 화학적인 방법으로 수행할 수 있다.
본 개시에 따른 방열부재(100)는 상기 바디(10)를 둘러싸도록 형성된 에폭시 수지층(20)을 포함하여, 방열부재와 절연재 사이의 계면 접합력을 증가시킴과 동시에 딜라미네이션 불량을 방지할 수 있다.
상기 에폭시 수지층(20)은 금속에 대한 접착성이 우수하며, 절연성을 갖는 에폭시 수지로 이루어진다. 상기 에폭시 수지층(20)은 상기 바디(10)의 표면 전체를 덮도록 형성될 수 있으며, 상기 바디 표면의 산화 방지 및 표면 오염을 방지할 수 있다
상기 에폭시 수지층은 딥핑(dipping) 방법을 이용하여 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 에폭시 수지층(20)의 표면은 조도를 가질 수 있다. 즉, 상기 방열부재는 상기 에폭시 수지층이 형성됨으로 인하여, 표면 거칠기를 제어할 수 있다. 상기 에폭시 수지층(20)의 표면 조도는 플라즈마 또는 코로나 방전 처리의 방법으로 형성될 수 있다.
상기 에폭시 수지층의 표면 조도가 형성되면, 기판 내의 절연재와의 계면 밀착력이 향상될 수 있으며, 기판 내에서의 딜라미네이션 불량을 방지할 수 있다.
상기 에폭시 수지층(20)의 두께(TR)는 표면 조도가 형성된 바디의 표면 전체를 덮을 수 있는 두께일 수 있다.
상기 에폭시 수지층의 두께가 증가할수록 기판의 절연재와의 계면 접합력이 증가될 수 있으나, 너무 두꺼워지면 동일 기판에 내장할 시 방열부재의 높이가 커지므로 기판 실장에 어려움이 발생할 수 있다.
이하, 본 개시의 방열부재를 구비한 인쇄회로기판에 대하여 설명한다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 방열부재를 내장한 인쇄회로기판의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 인쇄회로기판은 기판에 내장되며 금속으로 이루어진 바디(10) 및 상기 바디(10)의 표면에 형성되며 절연성을 갖는 에폭시 수지층(20)을 포함하는 방열부재(100); 및 상기 방열부재(100)를 둘러싸도록 형성된 절연재(26);를 포함한다.
상기 방열부재(100)는 인쇄회로기판에 내장되어 표면 실장된 전자부품에서 발생하는 열을 인쇄회로기판을 통해 방출하는 역할을 할 수 있다.
상기 방열부재(100)는 코어부(22)에 형성된 캐비티의 내부에 실장될 수 있다.
상기 코어부(20)의 상면 및 하면에는 회로 패턴(24)이 형성될 수 있으며, 상기 회로 패턴(24) 절연부(24)에 의하여 절연될 수 있다.
상기 바디(10)의 두께는 인쇄회로기판의 종류에 따라 다를 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니나 250μm 이하일 수 있다. 상기 바디(10)의 폭은 전자부품 및 회로 패턴에 따라 다를 수 있다.
상기 바디는 도전성 금속으로 이루어지며, 예를 들면 구리(Cu)일 수 있다.
상기 바디(10)은 서로 대향하는 제1 및 제2 주면(1, 2)과 이들을 연결하며 내부를 향하여 오목하게 형성된 측면(3, 4)을 포함할 수 있다.
상기 측면(3, 4)은 제1 측면(3) 및 제2 측면(4)이며, 상기 측면이 오목하게 형성되는 것은 상기 바디 제조시에 형성될 수 있다.
상기 바디(10)는 상기 제1 및 제2 주면의 끝단과 상기 측면에서 최대 오목한 위치 사이의 폭이 5 내지 50μm일 수 있다.
상기 폭이 5μm 미만이면 기판 내장시 절연재와 밀착되는 구조를 구현할 수 없으며, 상기 폭이 50μm을 초과하면 수지가 바디의 내부까지 이동하는 거리가 길어지므로 방열부재와 절연재 사이의 밀착력이 감소할 수 있다.
상기 바디(10)의 제1 및 제2 주면의 표면은 표면처리를 통해 표면에 조도를 가질 수 있다. 즉, 상기 바디의 제1 및 제2 주면은 표면 거칠기가 증가될 수 있다.
상기 바디의 제1 및 제2 주면의 표면은 조도를 가짐으로써, 바디의 표면에 형성된 에폭시 수지층과의 밀착력이 증가할 수 있다. 상기 표면 처리는 물리적 또는 화학적인 방법으로 수행할 수 있다.
상기 절연재(26)는 수지 및 무기필러(inorganic filler)를 포함할 수 있다.
상기 수지는 페놀 수지(phenol resin), 요소 수지(urea resin), 멜라민 수지(melamine resin), 알키드 수지(alkyd resin), 프란 수지(furan resin), 실리콘 수지(silicone resin) 및 에폭시 수지(epoxy resin) 중 선택된 하나일 수 있다.
상기 무기필러는 유리, 실리카 및 세라믹 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 절연재(26)는 기판의 조건에 따라 다를 수 있으나, 30~80 wt%의 무기필러를 포함할 수 있다.
상기 절연재는 기판에 내장된 전자부품 또는 방열부재를 고정시키는 역할을 함과 동시에 전자부품 또는 방열부재를 외부와 절연시키는 역할을 할 수 있다.
상기 절연재의 수지는 기판 제조 공정에서 온도 및 압력이 가해지면 유동성을 가지게 되며, 추후 경화시 바디가 금속으로 이루어진 방열부재의 표면에 접착된다. 그러나, 기판 환경에서 열발생 및 냉각이 반복하여 일어나게 되면 상기 수지의 수축과 팽창 거동으로 인하여 절연재의 변형이 발생할 수 있으며, 이로 인해 절연재와 방열부재 간의 계면 접착력이 낮아져 딜라미네이션이 발생할 수 있다.
상기 문제를 해결하기 위하여 바디에 표면 거칠기를 증가시켜 방열부재와 절연재 사이에 밀착력을 향상시키고자 하였으나, 표면 거칠기의 부분적인 편차가 발생할 수 있어 딜라미네이션이 발생할 수 있는 단점이 있다.
상기 절연재의 무기필러는 해당 온도 및 압력에서 수축과 팽창의 거동을 하지 않는다. 즉, 상기 무기필러는 상기 수지가 유동성이 가질 때 수지 내에서 이동하다가 상기 수지가 경화될 때 상기 수지 내부에 고정될 수 있다.
그러나, 상기 무기필러를 포함하는 절연재에서 상기 무기필러는 상기 방열부재의 표면과 접착 및 결합이 되지 않으므로, 절연재와 방열부재 사이의 계면 접착력을 감소시킬 수 있다. 따라서, 절연재의 무기필러의 함량이 증가할수록 기판 내의 딜라미네이션 발생이 증가할 수 있다.
본 개시에 따른 방열부재(100)는 상기 바디(10)의 표면에 형성되며 절연성을 갖는 에폭시 수지층(20)을 포함하여, 방열부재와 절연재 사이의 계면 접합력을 증가시킴과 동시에 딜라미네이션 불량을 방지할 수 있다.
상기 에폭시 수지층은 딥핑(dipping) 방법을 이용하여 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 에폭시 수지층(20)은 금속에 대한 접착성이 우수한 에폭시 수지로 이루어진다. 상기 에폭시 수지층(20)은 상기 바디(10)의 표면 전체를 덮도록 형성될 수 있으며, 상기 바디 표면의 산화 방지 및 표면 오염을 방지할 수 있다
상기 에폭시 수지층(20)은 상기 바디와 상기 절연재 사이에 형성될 수 있다.
상기 에폭시 수지층(20)은 기판의 절연재와 동종 재료로 이루어지므로, 절연재와의 계면 접착력을 향상시킬 수 있다.
즉, 절연재와 동종 재료인 에폭시 수지층이 바디 표면에 형성된 방열부재를 기판에 내장함으로써, 방열부재와 기판의 절연재 사이의 계면 접착력이 향상될 수 있으며, 딜라미네이션 발생을 방지할 수 있다.
상기 에폭시 수지층(20)의 표면은 조도를 가질 수 있다. 즉, 상기 방열부재는 상기 에폭시 수지층이 형성됨으로 인하여, 표면 거칠기를 제어할 수 있다.
상기 에폭시 수지층(20)의 표면 조도는 플라즈마 또는 코로나 방전 처리의 방법으로 형성될 수 있다.
상기 에폭시 수지층의 표면 조도가 형성되면, 기판 내의 절연재와의 계면 밀착력이 향상될 수 있으며, 기판 내에서의 딜라미네이션 불량을 방지할 수 있다.
상기 에폭시 수지층(20)의 두께(TR)는 표면 조도가 형성된 바디의 표면 전체를 덮을 수 있는 두께일 수 있다.
상기 에폭시 수지층의 두께가 증가할수록 기판의 절연재와의 계면 접합력이 증가될 수 있으나, 너무 두꺼워지면 동일 기판에 내장할 시 방열부재의 높이가 커지므로 기판 실장에 어려움이 발생할 수 있다.
상기 절연재(26) 상에는 회로 패턴(24)이 형성되어 있다. 상기 인쇄회로 기판의 상하면에 각각 형성되는 회로 패턴(24)은 비아(28)를 통해 서로 연결되어 있다.
상기 비아(28)는 비아홀(미도시) 내부에 솔더 레지스트를 충전하여 형성될 수 있다.
상기 비아(28)는 상기 절연재를 관통하여 기판 상의 회로 패턴(24)과 상기 방열부재를 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 비아(28)는 상기 방열부재의 에폭시 수지층을 관통하여 상기 바디와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 비아와 상기 바디가 직접적으로 접촉됨으로써, 인쇄회로기판의 열을 방출하는 방열 효과를 확보할 수 있다.
상기 방열부재(100)와 연결된 비아(28)는 기판 내에 발생하는 열이 이동하는 통로일 수 있다.
본 개시는 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 제한되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 제한하고자 한다.
따라서, 청구범위에 기재된 본 개시의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 개시의 범위에 속한다고 할 것이다.
10: 방열부재
20: 에폭시 수지층
22: 코어부
24: 회로 패턴(24)
26: 절연재
28: 비아

Claims (16)

  1. 금속으로 이루어진 바디; 및
    상기 바디 표면에 형성되며, 절연성을 갖는 에폭시 수지층;을 포함하는 방열부재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 바디는 구리(Cu)로 이루어진 방열부재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 바디는 서로 대향하는 제1 및 제2 주면과 이들을 연결하며 내부를 향하여 오목하게 형성된 측면을 포함하는 방열부재.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 바디는 상기 제1 및 제2 주면의 끝단과 상기 측면에서 최대 오목한 위치 사이의 폭이 5 내지 50μm인 방열부재.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 바디의 제1 주면 및 제2 주면의 표면은 조도를 갖는 방열부재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 수지층의 표면은 조도를 갖는 방열부재.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 수지층은 상기 바디의 표면 전체에 형성된 방열부재.
  8. 기판에 내장되며 금속으로 이루어진 바디 및 상기 바디의 표면에 형성되며 절연성을 갖는 에폭시 수지층을 포함하는 방열부재;
    상기 방열부재를 둘러싸도록 형성된 절연재;를 포함하는 인쇄회로기판.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 바디는 서로 대향하는 제1 및 제2 주면과 이들을 연결하며 내부를 향하여 오목하게 형성된 측면을 포함하는 인쇄회로기판.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 바디는 상기 제1 및 제2 주면의 끝단과 상기 측면에서 최대 오목한 위치 사이의 폭이 5 내지 50μm인 방열부재가 내장된 인쇄회로기판.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 바디의 제1 및 제2 주면의 표면은 조도를 갖는 인쇄회로기판.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 에폭시 수지층은 상기 바디의 표면 전체에 형성된 인쇄회로기판.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 에폭시 수지층의 표면은 조도를 갖는 인쇄회로기판.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 절연재는 수지 및 무기 필러를 포함하는 인쇄회로기판.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 절연재를 관통하여 기판 상의 회로 패턴과 상기 방열부재를 전기적으로 연결하는 비아;를 포함하는 인쇄회로기판.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 비아는 상기 에폭시 수지층을 관통하여 상기 바디와 연결되는 인쇄회로기판.
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