KR20180081322A - 방열기판 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 한 실시예에 따른 기판은 제1 금속층, 그리고 상기 제1 금속층 상에 배치되며, 질화붕소 응집체를 포함하는 절연층을 포함하며, 상기 제1 금속층의 양면 중 상기 절연층이 배치되는 면에는 복수의 홈이 형성되며, 상기 복수의 홈의 적어도 일부 내에는 상기 질화붕소 응집체의 적어도 일부가 배치된다.
Description
본 발명은 방열기판에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED) 등의 발광 소자를 포함하는 발광 장치가 각종 광원으로 이용되고 있다. 반도체 기술이 발전함에 따라 발광 소자의 고출력화가 가속화되고 있다. 이러한 발광 소자가 방출하는 다량의 광 및 열에 안정적으로 대응하기 위하여, 발광 소자의 방열 성능이 요구되고 있다.
또한, 전자 부품의 고집적화 및 고용량화에 따라, 전자 부품이 탑재되는 인쇄회로기판의 방열 문제에 대한 관심이 커지고 있다.
일반적으로, 발광 소자 또는 인쇄회로기판의 방열을 위하여 수지 및 무기충전재를 포함하는 수지 조성물이 사용될 수 있다.
이때, 무기충전재는 질화붕소를 포함할 수 있다. 질화붕소는 열전도성과 방열성이 우수하며, 전기 저항 값이 높으므로 전기 절연 성능이 우수하다. 다만, 질화붕소는 이방성의 열전도 특성을 가지는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 판상의 질화붕소를 뭉친 질화붕소 응집체(agglomerate)를 사용할 수 있다.
도 1은 질화붕소 응집체를 포함하는 수지 조성물을 이용하여 인쇄회로기판을 제조하는 예이고, 도 2는 인쇄회로기판의 단면도의 한 예이고, 도 3은 인쇄회로기판의 단면도의 다른 예이다.
도 1 내지 2를 참조하면, 제1 금속층(10) 상에 페이스트 상태의 절연층(20)을 적층하고, 절연층(20) 상에 제2 금속층(30)을 적층한 후, 가열 및 가압한다. 절연층(20)은 질화붕소 응집체(22)를 포함하는 수지 조성물을 포함할 수 있다.
제1 금속층(10) 및 제2 금속층(30)과 절연층(20)을 접합하기 위하여 소정 압력 이상을 가하면, 절연층(20)에 포함된 질화붕소 응집체(22) 중 일부는 부서지게 되며, 이에 따라 인쇄회로기판의 방열 성능이 떨어지게 된다.
뿐만 아니라, 질화붕소 응집체(22)의 입자 크기로 인하여, 질화붕소 응집체(22) 중 적어도 일부는 절연층(20)의 표면으로 돌출될 수 있다. 이에 따라, 제1 금속층(10) 및 제2 금속층(20)은 찢어지기 쉬우며, 제1 금속층(10) 및 제2 금속층(20)과 절연층(20) 간의 접합 강도가 약하고, 절연층(20)의 표면 단차로 인하여 부품을 실장하기 어려운 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 도 3에서 도시한 바와 같이, 절연층(20)의 양 표면에 평탄화층(40)을 더 적층한 후 제1 금속층(10) 및 제2 금속층(20)을 적층하고자 하는 시도가 있다. 이에 따르면, 제1 금속층(10) 및 제2 금속층(20)이 편평한 면 상에 접합될 수는 있으나, 평탄화층(40)으로 인하여 인쇄회로기판의 열전도율이 현저하게 떨어지는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 방열 성능 및 접합 강도가 우수한 기판을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 기판은 제1 금속층, 그리고 상기 제1 금속층 상에 배치되며, 질화붕소 응집체를 포함하는 절연층을 포함하며, 상기 제1 금속층의 양면 중 상기 절연층이 배치되는 면에는 복수의 홈이 형성되며, 상기 복수의 홈의 적어도 일부 내에는 상기 질화붕소 응집체의 적어도 일부가 배치된다.
상기 복수의 홈은 각각 10 내지 100㎛의 깊이 및 20 내지 200㎛의 폭을 가질 수 있다.
상기 복수의 홈은 소정의 패턴으로 형성될 수 있다.
상기 금속층은 구리(Cu)를 포함할 수 있다.
상기 금속층은 회로 패턴일 수 있다.
상기 절연층 상에 배치되는 제2 금속층을 더 포함하며, 상기 제2 금속층의 양면 중 상기 절연층이 배치되는 면에는 복수의 홈이 형성되며, 상기 복수의 홈의 적어도 일부 내에는 상기 질화붕소 응집체의 적어도 일부가 배치될 수 있다.
상기 제1 금속층에 형성되는 복수의 홈은 제1 패턴으로 형성되고, 상기 제2 금속층에 형성되는 복수의 홈은 제2 패턴으로 형성되며, 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴은 동일한 패턴일 수 있다.
상기 제1 금속층에 형성되는 복수의 홈은 제1 패턴으로 형성되고, 상기 제2 금속층에 형성되는 복수의 홈은 제2 패턴으로 형성되며, 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴은 서로 상이한 패턴일 수 있다.
상기 제1 금속층에 형성되는 복수의 홈의 개수는 상기 제2 금속층에 형성되는 복수의 홈의 개수보다 많을 수 있다.
상기 절연층은 상기 제1 금속층에 직접 접촉할 수 있다.
상기 질화붕소 응집체는 복수의 판상의 질화붕소가 뭉쳐진 응집체, 그리고 상기 응집체 상에 형성되는 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 하기 단위체를 가지는 고분자를 포함할 수 있다.
여기서, R1, R2, R3 및 R4 중 하나는 H이고, 나머지는 C1~C3 알킬, C2~C3 알켄 및 C2~C3 알킨으로 구성된 그룹에서 선택되고, R5는 선형, 분지형 또는 고리형의 탄소수 1 내지 12인 2가의 유기 링커일 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 기판은 제1 금속층, 그리고 상기 제1 금속층 상에 배치되는 절연층을 포함하며, 상기 절연층의 양면 중 상기 제1 금속층이 배치되는 면에는 복수의 돌출부가 형성되며, 상기 제1 금속층의 양면 중 상기 절연층이 배치되는 면에는 복수의 함몰부가 형성되며, 상기 복수의 돌출부 중 적어도 일부는 상기 복수의 함몰부 중 적어도 일부 내에 배치된다.
상기 절연층은 수지 및 무기충전재를 포함하는 수지 조성물을 포함하고, 상기 복수의 돌출부 중 적어도 일부는 상기 무기충전재일 수 있다.
상기 무기충전재는 복수의 판상의 질화붕소가 뭉쳐진 응집체를 포함할 수 있다.
상기 절연층 상에 배치되는 제2 금속층을 더 포함하며, 상기 절연층의 양면 중 상기 제2 금속층이 배치되는 면에는 복수의 돌출부가 형성되고, 상기 제2 금속층의 양면 중 상기 절연층이 배치되는 면에는 복수의 함몰부가 형성되며, 상기 복수의 돌출부 중 적어도 일부는 상기 복수의 함몰부 중 적어도 일부 내에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 우수한 방열 성능을 가지는 기판을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 기판은 절연층과 구리층 간의 접합 강도가 높으며, 부품 실장이 용이하다.
도 1은 질화붕소 응집체를 포함하는 수지 조성물을 이용하여 인쇄회로기판을 제조하는 예이다.
도 2는 인쇄회로기판의 단면도의 한 예이다.
도 3은 인쇄회로기판의 단면도의 다른 예이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 기판의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 기판을 제조하는 방법을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 제1 금속층 및 제2 금속층의 함몰부의 다양한 예를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 금속층 및 제2 금속층의 함몰부 예를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 질화붕소 응집체를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 발광소자 모듈의 단면도이다.
도 2는 인쇄회로기판의 단면도의 한 예이다.
도 3은 인쇄회로기판의 단면도의 다른 예이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 기판의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 기판을 제조하는 방법을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 제1 금속층 및 제2 금속층의 함몰부의 다양한 예를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 금속층 및 제2 금속층의 함몰부 예를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 질화붕소 응집체를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 발광소자 모듈의 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 기판의 단면도이며, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 기판을 제조하는 방법을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 방열 기판(100)은 제1 금속층(110), 제1 금속층(110) 상에 배치되는 절연층(120), 그리고 절연층(120) 상에 배치되는 제2 금속층(130)을 포함한다. 여기서, 제1 금속층(110) 및 제2 금속층(130)은 구리(Cu) 또는 니켈(Ni)를 포함할 수 있으며, 회로 패턴일 수 있다.
절연층(120)의 양면에는 복수의 돌출부(122)가 형성되고, 제1 금속층(110)의 양면 중 절연층(120)이 배치되는 면에는 복수의 함몰부(112)가 형성되며, 제2 금속층(130)의 양면 중 절연층(120)이 배치되는 면에는 복수의 함몰부(132)가 형성된다. 본 명세서에서, 함몰부는 홈과 혼용될 수 있다.
그리고, 절연층(120)에 형성되는 복수의 돌출부(122) 중 적어도 일부는 제1 금속층(110)에 형성되는 복수의 함몰부(112) 중 적어도 일부 내 및 제2 금속층(130)에 형성되는 복수의 함몰부(132) 중 적어도 일부 내에 배치될 수 있다.
여기서, 절연층(120)은 수지 및 무기충전재를 포함하는 수지 조성물을 포함할 수 있다. 이때, 무기충전재는 질화붕소 응집체를 포함할 수 있으며, 질화붕소 응집체는 복수의 판상의 질화붕소가 뭉쳐진 응집체일 수 있다.
무기충전재, 예를 들어 질화붕소 응집체(BN agglomerate)는 지름이 20 내지 200㎛인 구 형상일 수 있다. 이러한 질화붕소 응집체의 적어도 일부는 경화된 절연층(120)의 표면 상에 돌출되어 돌출부를 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 금속층(110)의 한 면 및 제2 금속층(130)의 한 면에 함몰부(112, 132)를 미리 형성하여 절연층(120)의 돌출부를 수용하고자 한다. 이를 위하여, 제1 금속층(110)의 한 면 및 제2 금속층(130)의 한 면에 형성되는 함몰부(112, 132)의 형상 및 크기는 돌출부(122)의 형상에 대응할 수 있다. 예를 들어, 제1 금속층(110)의 한 면 및 제2 금속층(130)의 한 면에 형성되는 함몰부(112, 132)의 형상은 반구 형상일 수 있으며, 각 함몰부(112, 132)는 10 내지 100㎛의 깊이(D) 및 20 내지 200㎛의 폭(W), 바람직하게는 20 내지 80㎛의 깊이 및 40 내지 160㎛의 폭, 더욱 바람직하게는 30 내지 60㎛의 깊이 및 60 내지 120㎛의 폭을 가질 수 있다. 그러나, 함몰부(112, 132)의 형상 및 크기가 이에 한정되는 것은 아니며, 절연층(120)에 포함되는 무기충전재의 종류, 형상 및 크기 등에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
이와 같이, 절연층(120)의 돌출부(122)가 제1 금속층(110) 및 제2 금속층(130)에 미리 형성된 함몰부(112, 132)에 수용되면, 제1 금속층(110) 및 제2 금속층(132)은 절연층(120)에 직접 접촉하므로, 높은 열전도도를 가질 수 있다. 또한, 제1 금속층(110) 및 제2 금속층(130)에 절연층(120)의 돌출부(122)를 수용하기 위한 홈이 미리 형성되어 있으므로, 제1 금속층(110), 절연층(120) 및 제2 금속층(130)을 접합하기 위하여 가압하는 과정에서 제1 금속층(110) 및 제2 금속층(130)이 찢어지는 문제를 방지할 수 있으며, 질화붕소 응집체가 부서지는 문제를 방지할 수 있고, 절연층(120)의 돌출부로 인하여 제1 금속층(110) 및 제2 금속층(130)의 표면에 단차가 생기는 문제를 최소화할 수 있다.
이러한 기판을 제조하기 위하여, 도 5를 참조하면, 한 면에 복수의 함몰부(112)가 형성된 제1 금속층(110)을 마련하고, 제1 금속층(110) 상에 페이스트 상태의 절연층(120)을 배치한다. 페이스트 상태의 절연층(120)은 수지 및 무기충전재, 예를 들어 질화붕소 응집체를 포함하는 수지 조성물일 수 있다. 그리고, 복수의 함몰부(132)가 형성된 제2 금속층(130)을 절연층(120) 상에 적층한 후, 가열 및 가압하여 경화시킨다. 절연층(120)은 페이스트 상태이므로, 절연층(120)에 포함된 질화붕소 응집체는 경화 단계에서 제1 금속층(110)의 함몰부(112) 및 제2 금속층(130)의 함몰부(132) 내로 수용된 후 경화될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 금속층(110)에 형성되는 복수의 함몰부(112) 및 제2 금속층(130)에 형성되는 복수의 함몰부(132)는 소정의 패턴을 가질 수 있다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 제1 금속층 및 제2 금속층의 함몰부의 다양한 예를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 제1 금속층(110)의 함몰부(112) 및 제2 금속층(130)의 함몰부(132)는 동일한 패턴을 가질 수 있다.
예를 들어, 도 6(a)를 참조하면, 제1 금속층(110) 및 제2 금속층(130)의 함몰부(112, 132)는 동일한 크기를 가지며, 일정한 간격의 규칙적인 패턴으로 형성될 수 있다. 이와 같이, 함몰부(112, 132)를 규칙적인 패턴으로 형성하면, 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130) 및 제2 절연층(120)의 경계 부근에서도 무기충전재가 고르게 분포할 수 있으며, 이에 따라 균일한 열전도도 분포를 얻는 것이 가능하다.
또는, 도 6(b) 및 도 6(c)를 참조하면, 제1 금속층(110) 및 제2 금속층(130)의 함몰부(112, 132)는 동일한 크기를 가지나, 위치에 따라 밀도가 상이하게 배치될 수도 있다. 즉, 도 6(b)와 같이 가장자리에 배치되는 함몰부(112, 132)의 밀도가 가운데 자리에 배치되는 함몰부(112, 132)의 밀도보다 낮거나, 도 6(c)와 같이 가장자리에 배치되는 함몰부(112, 132)의 밀도가 가운데 자리에 배치되는 함몰부(112, 132)의 밀도보다 높게 배치될 수 있다. 이와 같이, 함몰부(112, 132)의 밀도를 위치에 따라 다르게 배치하면, 절연층(120) 내 무기충전재의 밀도를 위치에 따라 조절할 수 있으므로, 다양한 니즈에 맞는 열전도도 분포를 얻는 것이 가능하다.
또는, 도 6(d)를 참조하면, 제1 금속층(110) 및 제2 금속층(130)의 함몰부(112, 132)는 크기가 상이한 함몰부가 혼재된 패턴으로 형성될 수도 있다. 이에 따르면, 절연층(120)이 크기가 상이한 여러 종류의 무기충전재를 포함하는 경우에도 적용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 금속층 및 제2 금속층의 함몰부 예를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 제1 금속층(110)의 함몰부(112) 및 제2 금속층(130)의 함몰부(132)가 서로 다른 패턴을 가질 수 있다. 예를 들어, 중력에 의하여 수지 조성물 내 무기충전재의 밀도가 아래로 갈수록 더 높아질 수 있다. 이러한 무기충전재를 수용하기 위하여, 제1 금속층(110)의 함몰부(112)의 밀도를 제2 금속층(130)의 함몰부(132)의 밀도보다 높게 형성할 수도 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 절연층(120)에 포함되는 수지 조성물은 수지 및 무기충전재를 포함한다. 여기서, 수지는 에폭시 화합물 및 경화제를 포함할 수 있다. 이때, 에폭시 화합물 10 부피비에 대하여 경화제 1 내지 10 부피비로 포함될 수 있다. 본 명세서에서, 에폭시 화합물은 에폭시계 수지와 혼용될 수 있다.
여기서, 에폭시 화합물은 결정성 에폭시 화합물, 비결정성 에폭시 화합물 및 실리콘 에폭시 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
결정성 에폭시 화합물은 메조겐(mesogen) 구조를 포함할 수 있다. 메조겐(mesogen)은 액정(liquid crystal)의 기본 단위이며, 강성(rigid) 구조를 포함한다.
그리고, 비결정성 에폭시 화합물은 분자 중 에폭시기를 2개 이상 가지는 통상의 비결정성 에폭시 화합물일 수 있으며, 예를 들면 비스페놀 A 또는 비스페놀 F로부터 유도되는 글리시딜에테르화물일 수 있다.
여기서, 경화제는 아민계 경화제, 페놀계 경화제, 산무수물계 경화제, 폴리메르캅탄계 경화제, 폴리아미노아미드계 경화제, 이소시아네이트계 경화제 및 블록 이소시아네이트계 경화제 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 2 종류 이상의 경화제를 혼합하여 사용할 수도 있다.
그리고, 무기충전재는 복수의 판상의 질화붕소가 뭉쳐진 질화붕소 응집체를 포함할 수 있다. 도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 질화붕소 응집체를 나타낸다. 도 8을 참조하면, 복수의 판상의 질화붕소가 뭉쳐진 응집체(80)의 표면 상에 코팅층(82)이 형성될 수 있다. 코팅층(82)은 하기 단위체 1을 가지는 고분자를 포함할 수 있다. 그리고, 하기 단위체 1을 가지는 고분자는 질화붕소 응집체 내 공극의 적어도 일부를 충전할 수도 있다.
즉, 단위체 1은 다음과 같다.
[단위체 1]
여기서, R1, R2, R3 및 R4 중 하나는 H이고, 나머지는 C1~C3 알킬, C2~C3 알켄 및 C2~C3 알킨으로 구성된 그룹에서 선택되고, R5는 선형, 분지형 또는 고리형의 탄소수 1 내지 12인 2가의 유기 링커일 수 있다.
한 실시예로, R1, R2, R3 및 R4 중 H를 제외한 나머지 중 하나는 C2~C3 알켄에서 선택되며, 나머지 중 다른 하나 및 또 다른 하나는 C1~C3 알킬에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 고분자는 하기 단위체 2를 포함할 수 있다.
[단위체 2]
또는, 상기 R1, R2, R3 및 R4 중 H를 제외한 나머지는 C1~C3 알킬, C2~C3 알켄 및 C2~C3 알킨으로 구성된 그룹에서 서로 상이하도록 선택될 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 고분자가 판상의 질화붕소가 뭉쳐진 응집체 상에 코팅되고, 응집체 내 공극의 적어도 일부를 충전하면, 응집체 내의 공기층이 최소화되어 응집체의 열전도 성능을 높일 수 있으며, 판상의 질화붕소 간의 결합력을 높여 응집체의 깨짐을 방지할 수 있다. 그리고, 판상의 질화붕소가 뭉쳐진 응집체 상에 코팅층을 형성하면, 작용기를 형성하기 용이해지며, 응집체의 코팅층 상에 작용기가 형성되면, 수지와의 친화도가 높아질 수 있다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 고분자는 화학식 1의 폴리실라잔(polysilazane, PSZ) 으로부터 형성될 수 있다.
[화학식 1]
여기서, R1, R2, R3 및 R4 중 하나는 H이고, 나머지는 C1~C3 알킬, C2~C3 알켄 및 C2~C3 알킨으로 구성된 그룹에서 선택되며, n은 양의 정수이다.
이때, R1, R2, R3 및 R4 중 H를 제외한 나머지는 C1~C3 알킬, C2~C3 알켄 및 C2~C3 알킨으로 구성된 그룹에서 선택될 수 있다.
한 실시예로, R1, R2, R3 및 R4 중 H를 제외한 나머지 중 하나는 C2~C3 알켄에서 선택되며, 나머지 중 다른 하나 및 또 다른 하나는 C1~C3 알킬에서 선택될 수 있다. 예를 들어, R1, R2, R3 및 R4 중 H를 제외한 나머지 중 하나는 -CH=CH2이고, 나머지 중 다른 하나 및 또 다른 하나는 -CH3일 수 있다.
폴리실라잔 및 아미노실란으로부터 코팅층을 형성하는 과정은 아래 반응식 1 내지 2와 같다.
반응식 1
즉, 폴리실라잔은 가수분해(hydrolysis reaction)를 거쳐 Si와 N 간의 결합이 끊어지게 된다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 코팅층 상에 아미노기를 형성하기 위하여, 폴리실라잔에 첨가제, 예를 들면 아미노실란을 추가할 수 있다. 폴리실라잔과 아미노실란 간의 반응 메커니즘은 반응식 2와 같다.
반응식 2
여기서, R5는 선형, 분지형 또는 고리형의 탄소수 1 내지 12인 2가의 유기 링커일 수 있다.
반응식 2와 같이, 아미노 실란은 가수분해된 폴리실라잔과 축합 반응을 하여, 아미노기를 포함하는 고분자를 형성할 수 있다.
폴리실라잔은 단분자인 실라잔에 비하여 분자량이 크다. 이에 따라, 폴리실라잔으로부터 형성된 Si를 포함하는 고분자는 질화붕소 응집체 상에 고르게 코팅될 수 있으며, 질화붕소 응집체 내의 공극에 용이하게 스며들 수 있다. 또한, 단분자인 실라잔으로 질화붕소 응집체를 코팅하는 경우, 코팅층의 -NH기 또는 -NH2기는 Si분자에 직접 결합되고, 분자의 말단에 결합되어 코팅층 표면에 -NH기 또는 -NH2 작용기를 형성하지 못한다. 이에 반해, 본 발명의 실시예와 같이 폴리실라잔을 이용하여 질화붕소 응집체를 코팅하는 경우, -NH2기는 Si분자에 직접 결합되지 않고 Si와 결합된 R5기에 결합되며, 코팅층 표면에 -NH2 작용기를 형성할 수 있어, 수지와 질화붕소 응집체의 결합력을 높여 준다.
이때, 아미노 실란은 화학식 2 내지 5로부터 유도될 수 있다.
[화학식 2]
[화학식 3]
[화학식 4]
[화학식 5]
여기서, R5는 선형, 분지형 또는 고리형의 탄소수 1 내지 12인 2가의 유기 링커일 수 있다. 이때, R5는 아미노기, 알콕시기 및 페닐기로 구성된 그룹에서 선택된 작용기를 포함할 수 있다. 또는, R5는 -R6-X-R7-이며, 상기 X는 단일결합, 산소 또는 질소이고, 상기 R6 및 R7은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6인 알킬렌, 알케닐렌 및 알키닐렌으로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다.
예를 들어, R5는 아래의 구조로부터 선택될 수 있다.
이때, 질화붕소 응집체(80) 상에 형성되는 코팅층(82)의 두께는 1㎛ 내지 2㎛일 수 있다. 코팅층의 두께가 1㎛ 미만이면 코팅층 상에 아미노기가 충분하게 형성될 수 없으므로, 박리 강도가 낮아질 수 있다. 그리고, 코팅층의 두께가 2㎛를 초과하면, 질화붕소 응집체들이 서로 뭉쳐지므로, 열전도도가 낮아질 수 있다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 질화붕소 응집체를 포함하는 수지 조성물은 수지 15 내지 35vol% 및 무기충전재 65 내지 85vol%를 포함할 수 있다. 수지 및 무기충전재가 이러한 수치 범위로 포함되면, 양호한 열전도도, 상온 안전성 및 분산성을 가지는 수지 조성물을 얻을 수 있다. 특히, 본 발명의 한 실시예에 따른 질화붕소 응집체를 포함하는 무기충전재가 85vol%를 초과하여 포함되면, 상대적으로 수지의 함량이 줄어들게 되어, 무기충전재 및 수지 간에 미세 공극이 형성되므로 열전도도가 오히려 낮아지게 될 수 있고, 박리 강도 및 굴곡 강도가 낮아질 수 있다. 또한 본 발명의 한 실시예에 따른 질화붕소 응집체를 포함하는 무기충전재가 65vol% 미만으로 포함되면, 열전도도가 낮아지게 될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 기판은 인쇄회로기판뿐만 아니라 발광소자에 적용될 수도 있다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 발광소자 모듈의 단면도이다.
도 9를 참조하면, 발광소자 모듈(400)은 하부 배선(410), 하부 배선(410) 상에 배치되는 절연층(420), 절연층(420) 상에 배치되는 상부배선(430), 상부 배선(430) 상에 배치되는 발광소자(440), 발광소자(440) 상에 배치되는 형광체층(450), 하부 배선(410)과 상부 배선(430)을 연결하는 비아(via, 460), 및 렌즈(470)를 포함한다. 여기서, 하부 배선(410), 절연층(420) 및 상부 배선(430)은 본 발명의 실시예에 따른 제1 금속층(110), 절연층(120) 및 제2 금속층(130)에 대응할 수 있으며, 이는 방열 기판을 이룰 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 이용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
<실시예 1-1 내지 1-4>
복수의 함몰부가 형성된 0.3mm 두께의 제1 구리층 상에 페이스트 상의 수지 조성물을 적층하고, 복수의 함몰부가 형성된 0.3mm 두께의 제2 구리층을 적층한 후, 가열 및 가압하였다. 이때, 수지 조성물은 비스페놀 A형 에폭시 화합물 및 디아미노디페닐설폰을 1:0.8 당량비로 포함하는 에폭시 수지 35vol% 및 도 8에 따른 질화붕소 응집체 65vol%를 포함하였다.
실시예 1-1에서는 수지 조성물을 350㎛ 두께로 적층하였고, 실시예 1-2에서는 수지 조성물을 500㎛ 두께로 적층하였으며, 실시예 1-3에서는 수지 조성물을 650㎛ 두께로 적층하였고, 실시예 1-4에서는 수지 조성물을 800㎛ 두께로 적층하였다.
<비교예 1-1 내지 비교예 1-4>
함몰부가 형성되지 않은 0.3mm 두께의 제1 구리층 상에 페이스트 상의 수지 조성물을 적층하고, 함몰부가 형성되지 않은 0.3mm 두께의 제2 구리층을 적층한 후, 가열 및 가압하였다. 이때, 수지 조성물은 비스페놀 A형 에폭시 화합물 및 디아미노디페닐설폰을 1:0.8 당량비로 포함하는 에폭시 수지 35vol% 및 도 8에 따른 질화붕소 응집체 65vol%를 포함하였다.
비교예 1-1에서는 수지 조성물을 350㎛ 두께로 적층하였고, 비교예 1-2에서는 수지 조성물을 500㎛ 두께로 적층하였으며, 비교예 1-3에서는 수지 조성물을 650㎛ 두께로 적층하였고, 비교예 1-4에서는 수지 조성물을 800㎛ 두께로 적층하였다.
표 1은 실시예 1-1 내지 1-4 및 비교예 1-1 내지 1-4에 의하여 제조된 기판을 이용하여 열전도도를 측정한 결과이다. 이를 위하여, 제작된 원형 샘플을 NETZSCH사 제품 LFA447형 열전도율계에 넣고, 비정상 열선법에 의하여 열전도율을 측정하였다.
| 실험번호 | 열전도도(W/mK) | 실험번호 | 열전도도(W/mK) |
| 실시예 1-1 | 109 | 비교예 1-1 | 72 |
| 실시예 1-2 | 78 | 비교예 1-2 | 49 |
| 실시예 1-3 | 60 | 비교예 1-3 | 43 |
| 실시예 1-4 | 55 | 비교예 1-4 | 33 |
표 1을 참조하면, 금속층에 미리 함몰부를 형성한 실시예 1-1 내지 1-4는 비교예 1-1 내지 1-4에 비하여 높은 열전도도를 얻음을 알 수 있다.
<실시예 2-1 내지 2-4>
복수의 함몰부가 형성된 0.3mm 두께의 제1 구리층 상에 페이스트 상의 수지 조성물을 350㎛ 두께로 적층하고, 복수의 함몰부가 형성된 0.3mm 두께의 제2 구리층을 적층한 후, 가열 및 가압하였다. 이때, 수지 조성물은 비스페놀 A형 에폭시 화합물 및 디아미노디페닐설폰을 1:0.8 당량비로 포함하는 에폭시 수지 및 도 8에 따른 질화붕소 응집체를 포함하였다.
실시예 2-1에서는 에폭시 수지 35vol% 및 질화붕소 응집체 65vol%를 포함하는 수지 조성물을 사용하였고, 실시예 2-2에서는 에폭시 수지 30vol% 및 질화붕소 응집체 70vol%를 포함하는 수지 조성물을 사용하였으며, 실시예 2-3에서는 에폭시 수지 25vol% 및 질화붕소 응집체 75vol%를 포함하는 수지 조성물을 사용하였고, 실시예 2-4에서는 에폭시 수지 20vol% 및 질화붕소 응집체 80vol%를 포함하는 수지 조성물을 사용하였다.
<비교예 2-1 내지 2-4>
함몰부가 형성되지 않은 0.3mm 두께의 제1 구리층 상에 페이스트 상의 수지 조성물을 350㎛ 두께로 적층하고, 함몰부가 형성되지 않은 0.3mm 두께의 제2 구리층을 적층한 후, 가열 및 가압하였다. 이때, 수지 조성물은 비스페놀 A형 에폭시 화합물 및 디아미노디페닐설폰을 1:0.8 당량비로 포함하는 에폭시 수지 및 도 8에 따른 질화붕소 응집체를 포함하였다.
비교예 2-1에서는 에폭시 수지 35vol% 및 질화붕소 응집체 65vol%를 포함하는 수지 조성물을 사용하였고, 비교예 2-2에서는 에폭시 수지 30vol% 및 질화붕소 응집체 70vol%를 포함하는 수지 조성물을 사용하였으며, 비교예 2-3에서는 에폭시 수지 25vol% 및 질화붕소 응집체 75vol%를 포함하는 수지 조성물을 사용하였고, 비교예 2-4에서는 에폭시 수지 20vol% 및 질화붕소 응집체 80vol%를 포함하는 수지 조성물을 사용하였다.
표 2는 실시예 및 비교예에 의하여 제조된 기판을 이용하여 박리강도를 측정한 결과이다. 50mm/min의 속도로 수직 방향(90°의 각도)으로 들어올리는 조건으로 와이엠테크사의 장비를 사용하여 박리 강도(peel strength)를 측정하였다.
| 실험번호 | 박리강도(kgf/cm) | 실험번호 | 열전도도(kgf/cm) |
| 실시예 2-1 | 0.77 | 비교예 2-1 | 0.57 |
| 실시예 2-2 | 0.70 | 비교예 2-2 | 0.52 |
| 실시예 2-3 | 0.46 | 비교예 2-3 | 0.46 |
| 실시예 2-4 | 0.36 | 비교예 2-4 | 0.20 |
표 2를 참조하면, 금속층에 미리 함몰부를 형성한 실시예 2-1 내지 2-4는 비교예 2-1 내지 2-4에 비하여 높은 박리강도를 얻음을 알 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 기판
110: 제1 금속층
120: 절연층
130: 제2 금속층
112, 132: 함몰부
110: 제1 금속층
120: 절연층
130: 제2 금속층
112, 132: 함몰부
Claims (15)
- 제1 금속층, 그리고
상기 제1 금속층 상에 배치되며, 질화붕소 응집체를 포함하는 절연층을 포함하며,
상기 제1 금속층의 양면 중 상기 절연층이 배치되는 면에는 복수의 홈이 형성되며, 상기 복수의 홈의 적어도 일부 내에는 상기 질화붕소 응집체의 적어도 일부가 배치되는 기판. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 홈은 각각 10 내지 100㎛의 깊이 및 20 내지 200㎛의 폭을 가지는 기판. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 홈은 소정의 패턴으로 형성되는 기판. - 제1항에 있어서,
상기 금속층은 구리(Cu)를 포함하는 기판. - 제1항에 있어서,
상기 금속층은 회로 패턴인 기판. - 제1항에 있어서,
상기 절연층 상에 배치되는 제2 금속층을 더 포함하며,
상기 제2 금속층의 양면 중 상기 절연층이 배치되는 면에는 복수의 홈이 형성되며, 상기 복수의 홈의 적어도 일부 내에는 상기 질화붕소 응집체의 적어도 일부가 배치되는 기판. - 제6항에 있어서,
상기 제1 금속층에 형성되는 복수의 홈은 제1 패턴으로 형성되고,
상기 제2 금속층에 형성되는 복수의 홈은 제2 패턴으로 형성되며,
상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴은 동일한 패턴인 기판. - 제6항에 있어서,
상기 제1 금속층에 형성되는 복수의 홈은 제1 패턴으로 형성되고,
상기 제2 금속층에 형성되는 복수의 홈은 제2 패턴으로 형성되며,
상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴은 서로 상이한 패턴인 기판. - 제8항에 있어서,
상기 제1 금속층에 형성되는 복수의 홈의 개수는 상기 제2 금속층에 형성되는 복수의 홈의 개수보다 많은 기판. - 제1항에 있어서,
상기 절연층은 상기 제1 금속층에 직접 접촉하는 기판. - 제1항에 있어서,
상기 질화붕소 응집체는 복수의 판상의 질화붕소가 뭉쳐진 응집체, 그리고 상기 응집체 상에 형성되는 코팅층을 포함하고,
상기 코팅층은 하기 단위체를 가지는 고분자를 포함하는 기판:
여기서, R1, R2, R3 및 R4 중 하나는 H이고, 나머지는 C1~C3 알킬, C2~C3 알켄 및 C2~C3 알킨으로 구성된 그룹에서 선택되고,
R5는 선형, 분지형 또는 고리형의 탄소수 1 내지 12인 2가의 유기 링커이다. - 제1 금속층, 그리고
상기 제1 금속층 상에 배치되는 절연층을 포함하며,
상기 절연층의 양면 중 상기 제1 금속층이 배치되는 면에는 복수의 돌출부가 형성되며,
상기 제1 금속층의 양면 중 상기 절연층이 배치되는 면에는 복수의 함몰부가 형성되며,
상기 복수의 돌출부 중 적어도 일부는 상기 복수의 함몰부 중 적어도 일부 내에 배치되는 기판. - 제12항에 있어서,
상기 절연층은 수지 및 무기충전재를 포함하는 수지 조성물을 포함하고,
상기 복수의 돌출부 중 적어도 일부는 상기 무기충전재인 기판. - 제13항에 있어서,
상기 무기충전재는 복수의 판상의 질화붕소가 뭉쳐진 응집체를 포함하는 기판. - 제12항에 있어서,
상기 절연층 상에 배치되는 제2 금속층을 더 포함하며,
상기 절연층의 양면 중 상기 제2 금속층이 배치되는 면에는 복수의 돌출부가 형성되고,
상기 제2 금속층의 양면 중 상기 절연층이 배치되는 면에는 복수의 함몰부가 형성되며,
상기 복수의 돌출부 중 적어도 일부는 상기 복수의 함몰부 중 적어도 일부 내에 배치되는 기판.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170002425A KR20180081322A (ko) | 2017-01-06 | 2017-01-06 | 방열기판 |
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ID=63048278
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020170002425A KR20180081322A (ko) | 2017-01-06 | 2017-01-06 | 방열기판 |
Country Status (1)
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-
2017
- 2017-01-06 KR KR1020170002425A patent/KR20180081322A/ko not_active Application Discontinuation
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