KR20170078406A - 방열특성 내열 인쇄회로기판 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 방열 인쇄회로기판은 다층 인쇄회로기판에 있어서, 탄소섬유재료를 포함하는 코어방열부재와, 상기 방열부재의 표면을 둘러싸도록 형성되어 상기 방열부재를 외부와 절연하는 절연층과, 상기 절연층 상에 형성된 회로 패턴층 및 상기 회로 패턴층으로부터 상기 방열부재를 관통하여 형성되어 상기 회로 패턴층과 외부사이의 열전도를 수행하는 써멀 비아를 포함하여 구성된다.

Description

방열특성 내열 인쇄회로기판 및 제조방법{RADIATING DURABLE PRINTED CIRCUIT BOARD AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 방열특성을 갖춘 내열 인쇄회로기판 및 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인쇄회로기판의 중간층에 방열부재를 구비하되, 기존보다 열팽창 지수가 낮고 열저항이 높으며, 강성하고 경량화된 방열부재를 탑재함으로써, 인쇄회로기판에 장착된 소자로부터 발생되는 열을 최적으로 방출하고 이로써 내열특성도 만족시키는 인쇄회로기판에 관한 것이다.

PCB (Printed Circuit Board: 인쇄회로기판)는 페놀이나 에폭시 등의 절연판 위에 구리 등 도체 패턴(Pattern)을 형성하여 전자부품 및 반도체를 전기적으로 연결시켜주고 지지해주는 회로연결용 부품으로서 가전기기, 컴퓨터, 자동차, 항공기 등 모든 전자·정보통신 기기에 기본적으로 장착되는 필수 부품이다.

PCB는 용도, 회로의 층집적도, 가공형태 등에 따라 다양하게 분류되며, 일반적으로 배선회로면의 층수에 따라 단면/양면/다층기판 등으로 분류되고 층수가 많을수록 부품의 실장력이 우수하며 고정밀 제품에 채용되고 있다.

현재 사용되고 있는 PCB의 경우 전자제품의 반도체, 메모리 칩 등이 PCB 회로 기판에 올려져 전류가 흐르는 방식으로 사용되고 있기 때문에 반도체, LED 등 각종 전자부품에서 발생되는 열은 최종적으로 PCB를 통하여 방출되어진다. 이에 따라 고용량, 고광원이 요구되는 전자부품의 경우 방열 기술에 대한 연구가 성능과 수명을 결정하는 핵심 사항 이며, 이 분야에 대한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다.

특히 반도체, 태양광 및 LED 산업의 고속성장에 따라, 반도체 chip 사이즈는 점점 더 작아지고, 용량과 속도는 개선되고 있어서 고밀도 집적사이즈를 요구하는 제품의 수요가 증가하고 있으며, 이와 동시에 발생되는 열에 의한 제품 불량을 방지하기 위한 방열 소재 및 내열형 구조 설계, 신소재 적용 등 기능성 내열용 PCB제품의 수요가 큰 폭으로 증가하고 있다.

고용량, 고광원으로 인한 내열 성능이 요구 되는 내열 PCB를 고찰 해 보면, 기존 PCB 절연층인 FR-4 (유리섬유와 에폭시의 복합소재)의 경우 기판 원소재가 가진 낮은 열전도도(약 0.3W/m K)로 발열 원인의 수명 저하 현상이 발생한다.

따라서 열전도도가 우수한 금속 소재(Al, Cu 등)를 사용한 Metal PCB의 수요가 증가추세에 있지만, 현재 개발되어 판매 중인 내열용 Metal PCB의 경우, Al 또는 Cu 등의 금속 소재를 사용하고 있어서 적층소재 간 열팽창계수 차이에 따른 크랙 발생, 무게 증가 등 안전성에 대한 문제점이 발생되고 있다.

최근 PCB 산업의 개발 동향을 보면, 전자제품의 고기능화, 경량화, 소형화 추세가 지속되고 있어서 이에 따른 고도의 제조 기술력이 (박판, 고밀도, 기능성 기판) 요구되고 있으며 시장 선도를 통한 경쟁력 확보가 중요시 되고 있다.

특히 전자제품의 고성능화와 함께 LED, 반도체 chip 등에서 발생되는 온도로 인한 반도체 및 전자 부품의 고장 비율은 전체 고장 건수의 55%에 달함에 따라 고열 발생에 의한 제품 수명 저하 방지를 위한 PCB 및 Module 차원의 열안정성에 대한 요구 수준이 증가하고 있다.

현재 국내에서 채용되고 있는 Al 또는 Cu 소재 Metal base PCB의 경우, CTE/경량화 등 시장요구 대비 많은 문제점을 안은 채 사용되고 있는 실정이다. 즉, 부품 주위 열 집중화에 의한 핫 스팟 현상이나, 적층 자재 간의 열팽창율 차이에 의한 De-lamination 발생, 온도 변화에 따른 기판 수축/팽창에 의한 크랙 발생, 금속성 기판의 발열, 냉각 등 온도 변화에 따른 솔더링 산화 현상, 특히 금속 소재의 비중에 따른 무게 증가의 문제 등을 해결할 수 있는 새로운 방안이 필요하다.

따라서 본 발명의 목적은 전술된 바와 같이 관련된 제반 항목에서 그 특성이 우수한 탄소섬유를 수지에 함침시켜 코아 자재로 사용하게 되는 바, 단, 이때 나타날 수 있는 탄소섬유 가닥에 의한 내전압(耐電壓)특성(층간 절연)의 파괴 문제와 순수 절연성 수지만을 사용 할 경우 발생하는 z축 방향(z-axis) 열 전도율의 현격한 저하 문제를 해결하여 다양한 전자제품 분야에 효과적으로 사용할 수 있게 하는 데에 목적이 있다. 이를 위해 새로 구현된 코아 자재를 원가 측면에서 기존의 솔루션보다 경쟁력을 갖추는 데에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 방열성 내열특성 인쇄회로기판은 특별한 공정과정을 거쳐야 하는데 탄소섬유(carbon fabric)에 일반수지를 함침시켜 탄소섬유 프리프레그(PPG)를 만들고 (반경화 상태) 이를 다시 경화시키는 예비 공정을 거쳐야 한다 (완전경화 상태로 변환) 이렇게 처리함으로써 카본섬유 가닥 또는 파티클(particle)이 완성된 완전경화 상태의 탄소섬유 PPG에서는 내전압파괴 문제를 발생시킬 수 없게 된다. 다음 공정으로는 회로를 형성하는 구리 호일 표면의 회로패턴과 Lamination 하는 부분인데, 이 때 회로패턴과 도전체인 탄소섬유PPG 사이에는 3kV이상의 절연이 형성되면서 동시에 1.5W/mK 이상의 열전도율을 구현해야 기존의 Al 또는 Cu base 메탈PCB가 추구하는 특성치를 만족 시킬 수 있다. 이를 위해서는 열전도성 PPG 또는 열전도성 수지가 도포된 RCC (resin coated Cu)를 중간에 삽입하게 된다. RCC를 사용하게 되면 공정이 단축되어 원가절감의 효과가 있다. 본 발명에서는 전체 cost 절감 차원에서 열전도성 수지가 도포된 RCC (resin coated Cu)를 사용한다.

본 발명의 실시 예에 따른 방열특성 내열 인쇄회로기판은 다층 인쇄회로기판에 있어서, 탄소섬유재료를 포함하는 코어방열부재와, 상기 코어방열부재의 표면을 둘러싸도록 형성되어 상기 방열부재를 외부와 절연하는 절연층과, 상기 절연층 상부에 형성된 회로 패턴층 및 상기 회로 패턴층으로부터 상기 방열부재를 관통하여 형성되어 상기 회로 패턴층과 외부사이의 열전도를 수행하는 써멀 비아를 포함하여 구성된다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 방열특성 내열 인쇄회로기판의 제조방법은 탄소섬유에 일반수지를 함침시켜 반경화 상태의 탄소섬유 프리프레그를 형성하는 단계와, 상기 반경화 상태의 탄소섬유 프리프레그를 건조시키고, 이를 열가압하여 경화된 상태의 탄소섬유 프리프레그를 형성하는 단계와, 상기 경화된 탄소섬유 프리프레그에 절연층과 구리호일을

경화시켜 코어방열부재를 형성하는 단계와, 상기 코어방열부재를 관통하여 열을 전도하는 써멀 비아 및 전기를 전도하는 그라운드 비아를 형성하는 단계와, 상기 써멀 비아 및 상기 코어방열부재의 상면에 절연층을 충진하는 단계 및 상기 절연층 상에 회로패턴을 형성하는 단계를 포함한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 방열특성 내열 인쇄회로기판은 기존 Al, Cu 소재 Metal PCB보다 동등한 열전도도를 가지며 열팽창지수(CTE value)가 낮으며, 강성한 부재를 이용함으로써 인쇄회로기판에 장착된 소자로부터 발생되는 열을 원활하게 방출할 수 있다.

이와 더불어 본 발명에 따른 방열특성 내열 인쇄회로기판은 메탈PCB 대비 경량화된 특성을 가지며, 원가경쟁력이 우수하기 때문에 내열용 PCB 개발에 있어서 제품의 열안정성, 무게 경량화 확보로 LED 제품 및 반도체 칩 제품의 수명 향상 및 에너지 효율화 향상을 구현할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 방열 인쇄회로기판의 제조방법은 난가공 소재인 Carbon 소재를 활용한 PCB 제조기술을 확보하게 하여, 이를 LED 모듈, 자동차 산업, TV/Monitor 등 영상기기 산업, 태양광 모듈 사업 등 다양한 산업에 적용 할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 의한 방열특성 내열 인쇄회로기판의 단면도이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 의한 방열특성 내열 인쇄회로기판의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 방열특성 내열 인쇄회로기판의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 카본 PPG 물성 테스트 결과를 나타내는 표를 도시한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 또한, 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성 요소들에 대해서는 상세한 설명을 생략하도록 한다.

마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 따라서 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.

이하, 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 인쇄회로기판 및 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라서 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 방열특성 내열 인쇄회로기판의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 인쇄회로기판(100)의 내부에는 골조 역할을 하는 코어 부재(200)가 구비된다. 코어 부재(200)는 인쇄회로기판(100)의 상면에 형성된 회로 패턴층(500)에 장착되는 소자에서 발생하는 열을 인쇄회로기판(100)을 통해 방출하는 역할을 하게 된다.

인쇄회로기판(100)의 상층에는 회로 패턴층(500)이 형성된다. 이와 같은 회로 패턴층(500)에는 이에 장착될 소자에 전원공급을 위한 회로 패턴이 형성된다.

코어 부재(200)는 써멀 비아(600)가 관통하는 부분을 제외하고는 절연층(300)으로 둘러싸여 있다.

코어부재(200)에는 회로 패턴층(500)으로부터 코어 부재(200)를 관통하여 써멀 비아(600)가 천공되고, 써멀 비아(600)의 내부에는 열전도성 페이스트가 충진되어 있다. 이와 같이 써멀 비아(600)에 충진되어 있는 열전도성 페이스트는 회로의 열을 보다 효과적으로 외부로 전달하는 역할을 한다. 한편 본 실시 예의 도면에서는 써멀 비아(600)가 2개만 도시되어 있으나 그 개수가 이에 한정되는 것은 아니며, 사용되는 회로 소자의 종류 등 여러 가지 요인에 따라 변경될 수 있다.

상기 절연층(300)은 코어부재(200)와 접촉되는 내면은 수지층(320)이고, 외면은 구리호일(340)로 구성된다. 상기 수지층은 폴리프로필렌글라이콜(방열 PPG) 수용성 도료로 구성된다.

코어 부재(200) 및 절연층(300)은 상기 회로 패턴층(500) 하부에 교차 적층된 구조로 다층 인쇄회로기판을 구성할 수 있다. 본 실시 예의 도면에서는 코어 부재(200)가 2번 적층된 구조로 도시되어 있으나 그 개수가 이에 한정되는 것은 아니며, 회로 설계에 따라 변경될 수 있다.

최상층 구리 호일(500)의 표면에는 회로패턴이 형성되어 있다. 인쇄회로기판(100)의 상면에 형성되는 회로패턴들은 하면에 형성된 그라운드 비아(Ground Via)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 위해 인쇄회로기판의 상하면 각각에 형성되는 회로패턴은 그라운드 비아를 통해 서로 연결되어 있고, 그라운드 비아는 전기전도성을 갖는 페이스트로 충진되어 있을 수 있다.

특히, 본 발명의 코어 부재(200)는 절연성(insulation) 및 열전도성(thermal conduction)을 가지는 탄소섬유재료로 구성됨을 특징으로 한다. 탄소섬유재료를 코어 부재(200)로 이용함으로 인해 기존의 메탈 PCB, 유리섬유 PCB의 취약점을 해결할 수 있다. 구체적으로, 열저항 288℃ 이상의 내열용 PCB 설계가 가능하고, 열 수축 팽창 8ppm/℃ 확보함으로써 기존 국내 19ppm/℃ (Cu base) 대비 200%이상 성능이 개선되며, 이를 통한 열적 안전성 확보가 가능하고, 기존 국내 Cu 베이스의 PCB 대비 80%, Al 베이스 PCB 대비 39% 이상의 경량화(Density)를 달성할 수 있다. 또한, 본 발명의 탄소섬유재료 기반의 방열 부재는 태양광모듈용 기판, 반도체 패키지 기판으로도 확대 적용이 가능하다.

또한, 종래에는 탄소섬유 보강재를 이용하여 주위에 동박을 씌우고 형태를 유지시키는 반면, 본 발명은 탄소섬유 프리프레그를 완전히 경화된 상태로 제조하여 다층 기판을 제조하는 기법으로 서로 다른 제조방법을 개시한다.

이하에서는 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 방열특성 내열 인쇄회로기판과 그 제조방법의 작용을 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명에 의한 인쇄회로기판(100)에 장착된 소자에서 발생한 열이 방출되는 것을 도 1을 참고하여 설명한다. 도 1에 점선화살표로 표시된 바와 같이, 소자(히트 소스)에서 발생하는 열은 회로 패턴층(500)을 통해 코어 부재(200)로 전달되고, 또한 코어 부재(200)를 관통하여 형성되어 있는 써멀 비아(600)의 전도성 페이스트를 통해 전도되어 인쇄회로기판(100)의 하부로 전달된다. 또한 코어부재(200)를 통해 인쇄회로기판(100)의 측면으로 전달되어 방열되기도 한다.

도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 의한 방열특성 내열 인쇄회로기판의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이고, 도 3은 본 발명에 방열특성 내열 인쇄회로기판의 제조 순서를 설명하기 위한 순서도이다. 이하, 도 2a 내지 도 2e 및 도 3을 참조하여 본 발명의 인쇄회로기판을 제조하는 방법을 설명하기로 한다.

먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이 탄소섬유(carbon fabric)에 일반수지를 함침시켜 반경화 상태의 탄소섬유 프리프레그를 형성한다.(S410) 상기 반경화 상태의 탄소섬유 프리프레그를 건조시킨 후 열가압을 가하여 경화된 상태의 탄소섬유 프리프레그를 제조하여 코어부재(200)을 완성시킨다.(S420)

즉 도 2a에서 보는 보는 바와 같이 여러장의 카본 탄소섬유 프리프레그 여러장을 상하배열시킨후 일반수지를 함침시켜고 열가압함으로써 코어부재를 완성시킨다.

그리고 구리 호일에는 방열특성 수지를 도포하여 이를 건조시킴으로써, 수지가 도포된 구리호일을 제조한다.(S430)

이후 수지가 도포된 구리호일을 경화된 탄소섬유 프리프레그에 프레스로 열가압한다.(S440)

또는 S440 단계와 다른 방법으로서, 경화된 탄소섬유 프리프레그 즉 코어부재(200)의 표면에 열경화 수지를 증착하고 구리호일을 증착시킨 후, 이를 열가압 할 수 있다.

상기 열가압의 조건은 다음과 같다. 프레스의 상판 및 하판의 시작 온도는 25℃ 내지 50℃로 하고, 온도는 점진적으로 올리게 되는데 5분마다 5℃ 내지 20℃씩 온도를 올리는 것이 적당하며, 설정된 최고온도 180℃ 내지 250℃ 사이에서 50분 내지 60분 정도 유지시킨다. 또한 최고온도에서 점진적으로 온도를 내리는 공정도 포함된다. 이때 온도를 내리는 공정은 분당 2℃ 내지 5℃ 사이가 적당하며 압력은 10 내지 30kgf/㎠ 가 적당하다. 또한 열가압하는 전체 프레스 시간은 60 내지 120분 정도가 바람직하다.

여기서 방열특성 수지는 RCC(Resin coated copper)를 이용할 수 있다. 이렇게 처리함으로써 향후 라미네이션(Lamination) 공정에서 완전경화 상태의 탄소섬유 프리프레그(PPG)에 카본섬유 가닥이나 파티클 등으로 인한 침투(penetration)가능성을 원천적으로 차단시킬 수 있으며, 내전압 파괴 문제를 방지할 수 있다. 이와 같이 탄소섬유 PPG에 절연층과 구리호일을 순차적으로 경화시키는 제조방식은 일반적으로 수행되는 일괄 경화 제조방식과는 차별되는 새로운 제조방법으로서, 회로 패턴의 내전압 특성을 만족시킬 수 있다.

다음 공정은 회로를 형성하는 구리 호일 표면의 회로패턴과 탄소섬유 PPG를 라미네이션(Lamination)하는 공정이다. 라미네이션 공정에서는 회로패턴과 도전체인 탄소섬유 PPG 사이에는 3kV이상의 절연이 형성되면서 동시에 1.5W/mK 이상의 열전도율을 구현해야 기존의 Al 또는 Cu 베이스 메탈 PCB가 추구하는 특성치를 만족 시킬 수 있다. 이를 위해서는 열전도성 PPG 또는 열전도성 수지가 도포된 RCC (resin coated Cu)를 회로패턴과 탄소섬유 PPG 중간에 삽입하게 된다. RCC를 사용하게 되면 공정이 단축되어 원가절감의 효과가 있다. 본 발명에서는 전체 비용 절감 차원에서 열전도성 수지가 도포된 RCC (resin coated Cu)를 사용 한다.

즉, 코어부재(200)의 상하면에 열전도성 수지로 형성된 RCC(절연층)와 구리 호일로된 구리층이 일체로된, 다시 말해 RCC가 코팅된 구리호일을 접착시킨다. 이때, 상기 절연층이 코어부재(200)의 표면에 밀착되게 하고, 상기 구리층이 표면으로 나타나게 한다.

여기서, 코어부재(200)는 최적의 방열을 위해 전도율이 우수하고, 강성하며 열팽창율이 낮은 탄소섬유부재를 사용한 것이다.

PCB 코어의 재료별 특성값을 나타내는 하기의 표 1을 참고하면, 탄소섬유가 구리, CIC, 유리섬유(CCL), 알루미늄에 비하여 열전도율(thermal conductivity)이 우수한 편이고, 열팽창 지수(IN-PLANE CTE)가 낮으며, 강성(Rigidity)하고, 경량화(weight)된 방열부재임을 확인할 수 있다.

MATERIAL	Thermal Conductivity (W/mK)	IN-PLANE CTE (ppm/℃)	Tensile Modulus(N/mm)(Rigidity)	Density(Weight)(g/cc)
Carbon Composite	75 to 250	1 to 5	11 to 40	1.65 to 1.75
Heavy Copper	385 to 400	17 to 9	12 to 16	8.90
Copper-Invar-Copper(CIC)	20 to 30	5 to 6	18 to 19	9.90
CCL(유리섬유)	0.3	16 to 20	3.5 to 4.5	1.6 to 1.8
Aluminum 5052	150	25	3.76	2.70

다음 공정은 상기와 같은 방법으로 형성된 코어부재(200)를 적절한 크기로 절단하고, 도 2b에 도시된 바와 같이, 필요한 써멀 비아(600) 및 그라운드 비아(700)를 천공한다.

이와 같은 써멀 비아(600) 및 그라운드 비아(700)의 천공은 드릴링 작업을 통하거나, 노광, 현상, 에칭 등의 공정을 통해 천공할 수도 있다. 즉, 코어부재(200)의 상하면을 고르게 하는 정면가공을 한 후, 드라이필름을 상기 코어부재(200)의 상하면에 도포하고, 비아 형성을 위해 통상적인 노광, 현상 및 에칭공정을 통해 비아를 형성한다. 이후에는 중앙부분에 남아있는 드라이필름을 제거한 후 산화공정을 거쳐 기판의 표면을 거칠게 한다.

이와 같은 상태에서 회로 패턴층(500)이 형성될 코어부재(200)의 부분을 관통하여 써멀 비아(600)를 천공한다. 써멀 비아(600)는 회로 패턴층(500)에 장착되는 소자로부터 발생하는 열을 인쇄회로기판(100)의 하부로 전도시켜 외부로 방출하기 위한 것이다.

그리고, 도 2c에 도시된 바와 같이 써멀 비아(600)에 전도성 페이스트를 충진시키게 된다. 여기서 전도성 페이스트는 페이스트 프린팅(printing)과 경화(cure) 및 디스미어(desmear)공정을 통해 써멀 비아(600) 내에 위치된다.

이와 같이 써멀 비아(600) 내에 전도성 페이스트를 채운 후에는 그라운드 비아(700)를 다시 천공한다. 즉, 그라운드 비아(700) 내에 채워져 있던 절연층을 제거하는 것이다.

상기와 같이 그라운드 비아(700)를 다시 천공한 후에는 회로패턴을 형성하게 된다. 먼저, 도 2d에 도시된 바와 같이, 인쇄회로기판(100)의 상하면과 그라운드 비아(700)에 구리도금(c)을 실시한다. 이와 같은 구리도금(c)에 의해 인쇄회로기판(100)의 상하면 및 그라운드 비아(700)의 내부에는 구리도금(c)이 되고, 인쇄회로기판(100) 상하면은 상기 그라운드 비아(700)을 통해 서로 전기적으로 연결된다.

그리고 나서는 상기 도금된 면을 고르게 하는 정면가공을 하고, 드라이필름을 도금된 면에 위치시키고 노광, 현상 및 에칭공정을 통해 회로 패턴을 형성하게 된다. 그러면 도 2e에 도시된 바와 같이 상기 구리 도금중 에칭된 부분은 구리도금(c)이 제거되어 상기 절연층이 노출된 상태가 된다.

그리고, 인쇄회로기판(100)의 상하면 일부와 그라운드 비아(700)에 솔더 레지스터를 충진/도포하여 건조시키고, 다시 노광, 현상 등의 공정을 거쳐 상면에는 와이어 본딩패드를 형성하고 하면에는 볼패드(800)를 형성한다. 그리고, 상기 패드부를 산화시킨다. 그 다음으로는 상기 패드부에 금도금을 하게 된다. 즉, 상기 산화된 상태의 패드부에 도금공정을 수행하면 전 공정에서 산화에 의해 발생된 얇은 막이 제거되면서 표면에 금도금이 이루어지게 된다. 이때, 회로 패턴층(500)(25)에는 마스킹재료의 일종인 필러블(peelable)이 위치된다. 이와 같이 필러블을 사용하는 것은 금도금공정이 회로 패턴층(500)에 행해지면 소자와 회로 패턴 사이의 접착이 확실하게 되지 않는 문제점이 있기 때문이다.

마지막으로 상기 필러블(P)을 제거하게 되면 도 2a에 도시된 바와 같이 인쇄회로기판(100)이 완성된다.

한편, 도 4는 도 2a에 도시된 경화된 탄소섬유 프리프레그의 물성치에 대한 테스트 결과를 도시하는 표이며, 도 2f는 완성품의 단면형상을 도시한 것이다. 예를들어, 본 발명의 완성품 PCB는 절단했을때 중앙에 수지가 함침되어 경화된 탄소섬유(200)가 보이고, 그 양쪽에 단열특성을 절연층(300) 을 갖는다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 방열특성 내열 인쇄회로기판은 기존 Al, Cu 소재 Metal PCB와 동등한 열전도도를 가지며 열팽창 지수(CTE value)가 낮고, 강성한 부재를 이용함으로써 인쇄회로기판에 장착된 소자로부터 발생되는 열을 원활하게 방출할 수 있다.

특히, 본 발명은 특성이 우수한 탄소섬유를 수지에 함침시켜 코아 자재로 사용하게 되는 바, 이때 나타날 수 있는 탄소섬유 가닥에 의한 내전압(耐電壓)특성 (층간 절연)의 파괴 문제와 순수 절연성 수지만을 사용 할 경우 발생하는 z축 방향(z-axis) 열 전도율의 현격한 저하 문제를 해결하여 다양한 전자제품 분야에 효과적으로 사용할 수 있다.

이와 더불어 본 발명에 따른 방열특성 내열 인쇄회로기판은 경량화된 특성을 가지며, 원가경쟁력이 우수하기 때문에 내열용 PCB 개발에 있어서 제품의 열안정성, 무게 경량화 확보로 LED 제품 및 반도체 칩 제품의 수명 향상 및 에너지 효율화 향상을 구현할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 방열 인쇄회로기판의 제조방법은 난가공 소재인 Carbon 소재를 활용한 PCB 제조기술을 확보하며, 이를 LED 모듈, 자동차 산업, TV/Monitor 등 영상기기 산업 등 다양한 산업에 적용 가능하다.

한편, 본 명세서와 도면을 통해 본 발명의 바람직한 실시 예들에 대하여 설명하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 발명된 실시 예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

100: 인쇄회로기판 200: 코어부재
300: 절연층 400: 구리 호일
500: 회로 패턴층 600: 써멀 비아
700: 그라운드 비아 800: 볼패드

Claims (10)

1. 인쇄회로기판에 있어서,
   탄소섬유재료를 포함하는 코어방열부재;
   상기 코어방열부재의 표면에 형성되어 상기 방열부재를 외부와 절연하는 절연층;
   상기 절연층 상부에 형성된 회로 패턴층; 및
   상기 회로 패턴층으로부터 상기 방열부재를 관통하여 형성되어 상기 회로 패턴층과 외부사이의 열전도를 수행하는 써멀 비아;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 방열특성 내열 인쇄회로기판.
2. 제1항에 있어서,
   상기 절연층은 상기 코어와 접촉되는 내면은 열전도성 PPG 또는 열전도성 수지가 도포된 RCC (resin coated Cu)로 구성되고, 외면은 구리호일로 구성되는 것을 특징으로 하는 방열특성 내열 인쇄회로기판.
3. 제2항에 있어서,
   상기 코어방열부재는 카본섬유를 수지함침시켜 건조하고 이를 열가압함으로써 경화된 상태의 탄소섬유 프리프레그인 것을 특징으로 하는 방열특성 내열 인쇄회로기판.
4. 제1항에 있어서,
   상기 코어방열부재 및 절연층은 상기 회로 패턴층 하부에 교차 적층된 구조로 다층 인쇄회로기판을 구성하는 것을 특징으로 하는 방열 특성 내열 인쇄회로기판.
5. 제1항에 있어서,
   소자에서 발생하는 열이 상기 회로 패턴층을 통해 상기 코어방열부재로 전달되고, 상기 코어방열부재를 관통하여 상기 써멀 비아의 전도성 페이스트를 통해 전도되어 상기 인쇄회로기판의 하부로 전달되고, 더불어 상기 코어방열부재를 통해 상기 인쇄회로기판의 측면으로 전달되어 방열시키는 구조인 것을 특징으로 하는, 방열특성 내열 인쇄회로기판.
6. 탄소섬유에 일반수지를 함침시켜 반경화 상태의 탄소섬유 프리프레그를 형성하는 단계;
   상기 반경화 상태의 탄소섬유 프리프레그를 건조시키고, 이를 열가압하여 경화된 상태의 탄소섬유 프리프레그를 형성시켜 코어방열부재를 형성하는 단계;
   상기 코어방열부재를 관통하여 열을 전도하는 써멀 비아 및 전기를 전도하는 그라운드 비아를 형성하는 단계;
   상기 써멀 비아 및 상기 코어방열부재의 상면에 절연층을 충진하는 단계; 및
   상기 절연층 상에 회로패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방열특성 내열 인쇄회로기판의 제조방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 회로패턴을 형성하는 단계는,
   상기 절연층은 상기 코어와 접촉되는 내면은 열전도성 PPG 또는 열전도성 수지가 도포된 RCC (resin coated Cu)를 구비시키고, 상기 열전도성 수지의 외면은 구리호일을 덮어 열가압시키는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 방열특성 내열 인쇄회로기판의 제조방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 회로패턴을 형성하는 단계는,
   상기 구리호일에 방열특성 수지를 도포시키고, 상기 수지가 도포된 구리호일을 상기 경화된 상태의 탄소섬유 프리프레그의 표면에 프레스로 열가압시키는 단계;를 더 포함하는 특징으로 하는, 방열특성 내열 인쇄회로기판의 제조방법.
9. 제6항에 있어서, 상기 회로패턴을 형성하는 단계는,
   상기 경화된 상태의 탄소섬유 프리프레그의 표면에 열경화 수지 박막을 증착하고, 상기 열경화 수지 박막 상에 구리호일을 증착시킨 후, 이를 열가압시키는 단계;를 더 포함하는 특징으로 하는, 방열특성 내열 인쇄회로기판의 제조방법.
10. 제6항에 있어서,
    소자에서 발생하는 열이 상기 회로패턴을 통해 상기 코어방열부재로 전달되고, 상기 코어방열부재를 관통하여 상기 써멀 비아의 전도성 페이스트를 통해 전도되어 상기 인쇄회로기판의 하부로 전달되고, 더불어 상기 코어방열부재를 통해 상기 인쇄회로기판의 측면으로 전달되어 방열시키는 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는, 방열특성 내열 인쇄회로기판의 제조방법.
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    

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