KR20190034977A - 카본 코어 pcb, 이의 제조방법 및 카본 코어 pcb에 사용되는 카본 코어 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, PCB 본체; 상기 PCB 본체의 적어도 일측면에 형성된 전도성 패턴층; 상기 PCB 본체를 관통하여 형성된 쓰루홀; 적어도 일면이 상기 쓰루홀에 인접하여 형성되며, 카본 재질로 형성된 열흡수 코어; 및 상기 쓰루홀의 내벽에 형성되어, 상기 전도성 패턴층과, 상기 쓰루홀을 연결하는 열전도층;을 포함하고, 상기 열흡수 코어는, 복수의 카본시트가 적층되어 형성되며, 상기 카본 시트 사이에는 결합제가 형성되며, 상기 결합제에는 열전도성 파티클이 흩어져 형성된 것을 특징으로 하는 카본 코어 PCB를 개시한다. 상기 구성에 의하여 보다 효과적으로 열 방출이 이루어질 수 있으며, 정션박스에 추가의 부품을 장착할 수 있으며 고용량 시스템에도 적용함과 동시에 무게를 줄임과 동시에 단가를 저감할 수 있게 된다.

Description

카본 코어 PCB, 이의 제조방법 및 카본 코어 PCB에 사용되는 카본 코어 제조방법{PCB including carbon core, Fabrication method for the same and Fabrication method for the carbon core used in the same}

본 발명은 카본 코어 PCB에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 효과적으로 열 방출이 가능하여 고용량 시스템에 적용 가능하며, 부품 성능이 유지되어 부품의 수명을 연장할 수 있는 카본 코어 PCB에 관한 것이다.

전기 및 전자관련 분야의 급속한 발전에 힘입어 자동차 산업에서도 자동차의 성능, 안전성, 편리성 등을 향상시키기 위하여 센서, 작동기, 자동화를 망라한 전장기술이 응용되고 있다.

상기와 같이 전기, 전가 시스템의 증가는 필연적으로 자동차의 소비 전력을 증가시키게 되므로 엔진실 공간에 위치한 정션박스의 전력량은 물론 크기가 증가되고 동시에 정션박스에서 발생하는 발열 문제가 최대의 문제점으로 지적되고 있다.

이러한 정션박스는 발열문제를 해결하기 위하여 PCB 타입의 정션박스를 제공한다. 상기 PCB 타입의 정션박스는 내부에 절연체를 마련하여 정션박스의 발열부에서 발생하는 열기를 흡수하도록 구성된다.

이때, PCB 타입의 정션박스는 크게 일반 PCB 타입의 정션박스와, 다량의 구리를 함유한 기판을 구비하는 헤비(heavy) 타입의 PCB 정션박스와, PCB 내부에 동이 마련된 메탈코어 방식의 PCB 타입의 정션박스로 나뉘어진다.

상기 일반 PCB 타입의 정션박스는 정션박스에서 방출되는 열에 매우 취약할 뿐 아니라 고용량 시스템에 적절하지 않다는 문제점이 있었다.

또한, 상기 헤비 타입의 PCB 정션박스의 경우 PCB 패턴을 위한 구리 기판의 두께가 두껍기 때문에 정션박스에서 발생하는 열을 외부로 배출하는데 어려움이 있었으며, 구리 기판의 두께로 인하여 정션박스의 공간이 축소되어 별도의 장치를 추가적으로 장착하는데 불편함이 있었다.

이를 해결하기 위하여 절연체 내에 열흡수부가 마련된 메탈코어 방식의 PCB 타입의 정션박스는 열흡수부로 마련되는 동의 가격이 높기 때문에 정션박스의 단가가 증가하며, 내부의 동으로 인한 정션박스의 무게가 증가한다는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해소하기 위해서, 메탈코어를 카본코어로 대체하는 노력이 있어왔다. 이러한 카본 코어는 카본시트를 함침하여 제작하나, 함침에 사용되는 수지로 인해서, 열이 효과적으로 전달되지 않는다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 효과적으로 열 방출이 이루어질 수 있으며, 무게를 줄일 수 있는 카본 코어 PCB를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 PCB 본체; 상기 PCB 본체의 적어도 일측면에 형성된 전도성 패턴층; 상기 PCB 본체를 관통하여 형성된 쓰루홀; 적어도 일면이 상기 쓰루홀에 인접하여 형성되며, 카본 재질로 형성된 열흡수 코어; 및 상기 쓰루홀의 내벽에 형성되어, 상기 전도성 패턴층과, 상기 쓰루홀을 연결하는 열전도층;을 포함하고, 상기 열흡수 코어는, 복수의 카본시트가 적층되어 형성되며, 상기 카본 시트 사이에는 결합제가 형성되며, 상기 결합제에는 열전도성 파티클이 흩어져 형성된 것을 특징으로 하는 카본 코어 PCB를 제공한다.

여기서, 상기 열전도성 파티클은 카본으로 형성된 것이 바람직하다.

더구나, 상기 열전도성 파티클의 표면에는 금속 코팅이 형성된 것이 더욱 효과적이다.

상기 결합제는 에폭시 수지인 것이 바람직하다.

상기 열전도층과 접하며, 상기 열흡수 코어의 일면에 열전도성 재질로 형성된 열전도커버;를 더 포함하는 것이 효과적이다.

상기 열전도커버는 상기 열전도층과 동일한 재질로 형성된다.

한편, 본 발명의 다른 카테고리로서, 액상 수지에 열전도성 파티클을 혼합시키는 결합제 형성단계; 직조된 탄소 섬유 직물을 상기 결합제 형성단계에서 형성된 결합제에 함침하는 단계; 및 상기 결합제가 함침된 상기 탄소섬유 직물에 열과 압력을 주어 경화시키는 경화단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 카본 재질의 열흡수 코어 제조 방법이 제공된다.

상기 경화단계 이전에 열전도성 열전도커버를 상기 탄소섬유 직물에 적층하는 단계;를 더 포함하고, 상기 경화단계는 상기 탄소섬유 직물과 상기 열전도 커버가 적층된 상태에서 경화시키는 것이 효과적이다.

상기 열전도 커버는 구리인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 다른 실시예로서, 카본재질의 열흡수 코어가 형성된 PCB 기판을 구비하는 단계; 상기 열흡수 코어와 내주면이 접하도록 상기 PCB 기판에 쓰루홀을 관통하는 단계; 상기 쓰루홀의 내주면의 표면을 매끄럽게 하는 조도 처리단계; 및 상기 내주면의 표면에 열전도성 재질을 도금하는 단계;

를 포함하고, 상기 조도 처리단계는, 드라이 플라즈마공법을 사용하는 것을 특징으로 하는 카본 코어 PCB 제조 방법이 제공된다.

전술한 과제해결 수단에 의해 본 발명은 정션박스용 PCB모듈 내에 마련된 절연부에 카본으로 형성된 열흡수부를 제공하여 정션박스에서 발생하는 열을 보다 효과적으로 방출시킬 수 있다는 효과가 있다.

특히, 카본 재질의 열흡수부의 열전달율을 보다 증대시켜, 열배출 효율이 더욱 높다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 카본 코어 PCB를 포함하는 정션박스용 PCB모듈을 도시한 사시도
도 2는 도 1의 PCB모듈을 분해한 분해 사시도
도 3은 도 2의 PCB모듈의 내부 단면을 도시한 단면도
도 4는 도 3의 열흡수 코어의 확대 단면도
도 5는 도 4의 V 부분의 확대도
도 6은 본 발명의 일실시예의 열흡수 코어의 제조방법을 도시한 순서도
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일실시예의 카본 코어 PCB 제조방법을 순차적으로 도시한 개념도

하기의 설명에서 본 발명의 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있는데, 이들 특정 상세들 없이 또한 이들의 변형에 의해서도 본 발명이 용이하게 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하여 상세히 설명하되, 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는데 필요한 부분을 중심으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 카본 코어 PCB를 포함하는 정션박스용 PCB모듈을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 PCB모듈을 분해한 분해 사시도이며, 도 3은 도 2의 PCB모듈의 내부 단면을 도시한 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 1 실시예의 카본 코어 PCB를 포함하는 정션박스용 PCB모듈(10)은 하부케이스(30)와, PCB 유닛(40)과, 상부케이스(20)를 구비한다.

상기 하부케이스(30)는 정션박스(미도시)와 연결되도록 구비될 수 있으며, 이를 위하여 연결터미널(32)이 마련될 수 있다. 상기 연결터미널(32)은 도전성이 좋은 금속재질로 이루어질 수 있으며, PCB유닛(40)이 삽입 및 장착될 수 있도록 다수의 장착홈이 형성될 수 있다.

상기 PCB유닛(40)은 상기 하부케이스(30)에 안착될 수 있으며, 전자 부품 소자와 같이 열기를 발생시키는 발열부(41)와, 발열부(41)가 실장된 카본코어 PCB(100)를 포함한다.

카본 코어 PCB(100)는, PCB 본체(110)와, 상기 PCB 본체(110)의 적어도 일측면에 형성된 전도성 패턴층(120)과, 상기 PCB 본체(110)를 관통하여 형성된 쓰루홀(130)과, 적어도 일면이 상기 쓰루홀(130)에 인접하여 형성되며, 카본 재질로 형성된 열흡수 코어(140)와, 상기 쓰루홀(130)의 내벽에 형성되어, 상기 전도성 패턴층(120)과, 상기 쓰루홀을 연결하는 열전도층(150)과, 상기 열전도층(150)과 접하며, 상기 열흡수 코어(140)의 일면에 열전도성 재질로 형성된 열전도커버(160)을 포함한다.

PCB 본체(110)는, 에폭시, 실리콘, 실리콘 고무 등의 절연성 재질로 형성될 수 있으며, 상기 PCB본체(110)의 표면 즉, 상하 표면에 전도성 패턴층(120)이 형성된다. 이때, 상기 전도성 패턴층(120)의 상부면 및 하부면을 관통하여 쓰루홀(130)이 형성된다. 상기 쓰루홀(130)은 발열부(41) 및 전도성 패턴층(120)에서 발생한 열을 열흡수 코어(140)로 전달하거나, 열흡수 코어(140)에 누적된 열을 외부로 배출하는 용도로 사용된다.

전도성 패턴층(120)과 열전도층(150)과 열전도 커버(160)는 열을 효과적으로 전도할 수 있는 금속성 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 일반적으로 가장 많이 사용되는 재질은 구리이며, 이외에도 필요에 따라 열전도성이 높은 금, 은, 알루미늄 등도 사용될 수 있다.

열전도 커버(160)는, 열흡수 코어의 적어도 일면(본 발명의 실시예에서는 상하면)에 금속층으로 형성되어, 열흡수 코어와 열전도층(150) 사이에서 열전도가 보다 원할하게 이루어 지도록 한다.

도 4는 도 3의 열흡수 코어의 확대 단면도, 도 5는 도 4의 V 부분의 확대도이다.

상기 열흡수 코어(140)는, 복수의 카본시트(141)가 적층되어 형성되며, 상기 카본 시트 사이에는 결합제(142)가 형성되며, 상기 결합제(142)에는 열전도성 파티클(143)이 흩어져 형성된다. 결합제(142)는 에폭시 수지 등이 사용될 수 있다. 즉, 열흡수 코어(140)는 카본 섬유가 직조된 카본시트(141)를 복수가 적층하여 일정한 두께를 형성하며, 이러한 적층한 카본시트(141)를 액상의 에폭시 수지 등에 함침한 후, 열과 압력을 가하여 열흡수 코어(140)를 형성한다.

이때, 카본시트(141)와 결합제(142)이 에폭시 수지만 사용하여 열흡수 코어(140)를 형성하면, 카본시트(141) 사이의 결합제(142)로 채워지는 공간으로인해서 열전도성 낮아진다는 문제점이 있다. 특히, 카본시트(141)의 카본섬유의 길이방향으로 열은 효과적으로 전달되나, 카본시트(141)를 가로지르는 방향, 도 3 내지 도 5에서 상하방향으로 열전도율이 현격히 떨어진다는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해소하기 위해서 결합제(142)에 열전도성 파티클(143)을 혼합하여, 카본시트(141)를 결합함으로서, 결합제(142)로 채워지는 공간에도 열전도가 효과적으로 일으날 수 있도록 한다. 열전도성 파티클(143) 또한 전도성이 높은 다양한 재질이 사용될 수 있다. 금속 분말 등이 사용될 수 있으나, 무게를 절감하기 위해서는 카본으로 형성되는 것이 더 바람직하다. 열전도성 파티클(143)은 분말 형태(143a)나, 길이가 긴 필라멘트 형상(143b)으로 형성될 수도 있다.

카본으로 형성된 열전도성 파티클(143)은 액상 상태의 결합제(142) 즉 엑폭시 수지와 혼합시, 골고루 퍼지지 않고 뭉쳐지는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해소하기 위해서, 카본으로 형성된 열전도성 파티클의 표면에 금속 코팅을 형성하였다. 이와 같이 금속 코팅이 형성된 열전도성 파티클(143)의 경우 모든 액체와의 친화성이 좋아, 에폭시와 잘 혼합되어 골고루 퍼지는 효과가 있었다. 코팅되는 금속은 구리, 금, 은, 알루미늄 등, 다양한 종류의 금속이 사용될 수 있다.

이와 같이, 금속이 코팅된 카본 분말로 형성된 열전도성 파티클(143)을 사용하는 경우, 일반 카본 분말 대비 10% 정도의 방열성이 향상되는 효과가 있었다. 상기와 같이, 본 발명의 실시예의 카본 코어 PCB는 코어를 카본을 사용하여 무게를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 열전도성 파티클을 사용하여, 방열성을 향상시키는 효과가 있다.

이하, 전술한 카본 재질의 열흡수 코어의 제조방법에 대해서 상술한다.

도 6은 열흡수 코어의 제조방법을 도시한 순서도이다.

카본 재질의 열흡수 코어의 제조방법은, 액상 수지에 열전도성 파티클(143)을 혼합시키는 결합제 형성단계(S100)와, 직조된 탄소 섬유 직물을 상기 결합제 형성단계(S100)에서 형성된 결합제에 함침하는 단계(S200)와, 함침 후, 탄소 섬유 직물을 건조하는 1차 건조 단계(S300)와, 상기 결합제가 함침된 상기 탄소섬유 직물에 열과 압력을 주어 경화시키는 경화단계(S500)을 포함한다.

여기서, 상기 경화단계(S500) 이전에 열전도성 열전도커버(160)를 상기 탄소섬유 직물에 적층하는 단계(S400)를 더 포함한다.

결합제 형성단계(S100)는 전술한 열전도성 파티클(143)을 액상 수지, 바람직하게는 에폭시 수지에 혼합하는 단계이다. 열전도성 파티클(143)은 전술한 바와 같이, 카본 파티클인 것이 바람직하며, 카본 파티클의 표면에 금속 코팅된 것이 더욱 바람직하다.

함침하는 단계(S200)는 원하는 카본 코어의 두께에 맞춰 탄소 섬유직물을 적층함과 동시에 탄소 섬유직물을 결합제 형성단계에서 형성된 결합제에 함침한다.

1차 건조 단계(S300)는 열풍 등을 사용하여 함침된 카본 코어에 열을 가함으로써, 건조하는 단계이다.

경화단계(400)는 도 4와 같이, 건조된 탄소섬유 직물의 상하면에 열전도 커버(160)를 적층한 후, 열과 압력을 가하여 완전히 경화하는 단계이다.

이하, 전술한 카본재질의 열흡수 코어를 포함하는 카본코어 PCB 제조방법에 대해서 기술한다.

도 7 내지 도 9는 본 발명의 일실시예의 카본 코어 PCB 제조방법을 순차적으로 도시한 개념도이다.

본 발명의 일실시예의 카본코어 PCB 제조방법은 카본재질의 열흡수 코어(140)가 형성된 PCB 기판(110)을 구비하는 단계(도 7)와, 상기 열흡수 코어(140)와 내주면이 접하도록 상기 PCB 기판(110)에 쓰루홀(130)을 관통하는 단계(도 8)와, 상기 쓰루홀(130)의 내주면의 표면을 매끄럽게 하는 조도 처리단계와, 상기 내주면의 표면에 열전도성 재질을 도금하는 단계(도 9)를 포함한다.

PCB기판을 구비하는 단계(도 7)에서는 열흡수 코어(140)의 상하면에 PCB 기판(110)을 형성하는 절연성 에폭시 수지를 적층한 후 열과 압력을 가하여 PCB 기판이 형성된다.

쓰루홀(130)을 관통하는 단계(도 8)는 열흡수 코어(140)와 PCB기판(110)을 관통하여 쓰루홀(130)을 드릴 등의 방법으로 형성하는 단계이다.

이와 같이 형성된 쓰루홀(130)의 내벽에는 표면이 매우 거칠어, 동도금 등의 처리를 하는 경우 밀착력이 매우 낮다는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해소하기 위해서 조도 처리단계를 거치게 된다. 조도 처리단계는 균일한 미세 조도를 가지는 표면을 형성하는 단계로서, 쓰루홀 내벽을 먼저 산처리를 하여 조도를 균일하게 하여 추후 도금단계에서의 도금과의 결합력을 증대시킬 수 있다.

특히, 카본재질의 열흡수 코어(140)가 노출된 부분의 동도금과 밀착력을 높여주기 위해서 드라이 플라즈마 공법을 사용하여, 열흡수 코어(140)의 표면에 활성기를 형성하는 것이 바람직하다. 드라이 플라즈마 공법은, 진공상태의 반응설비에 미량의 산소, 질소 및 아르곤 등의 기체를 공급하면서 반응설비내에 전기적으로 설치된 음극과 양극 사이에 높은 전압을 부가하여 상기 기체들의 일부를 이온화시키고 높은 에너지를 갖는 활성기 (high energy radicals)를 발생시켜, 이 활성기들이 노출된 카본섬유의 카본-카본 본드의 결합을 끊어 불안정한 상태로 활성화 (activation) 시킴으로써 무전해동도금의 구성물질과 잘 결합할 수 있도록 해주는 처리이다. 또한, 이온화 된 아르곤과 질소는 즉 아르곤 이온과 질소이온은 전기장에 의해 가속되어 카본표면과 충돌하여 나노스케일 (nano scale)의 표면 조도를 형성하여 카본과 무전해도금의 밀착력을 향상시킨다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

20: 상부케이스
30: 하부케이스
100: 카본코어 PCB
140: 열흡수 코어
160: 열전도 커버
150: 열전도층

Claims (13)

1. PCB 본체;
   상기 PCB 본체의 적어도 일측면에 형성된 전도성 패턴층;
   상기 PCB 본체를 관통하여 형성된 쓰루홀;
   적어도 일면이 상기 쓰루홀에 인접하여 형성되며, 카본 재질로 형성된 열흡수 코어; 및
   상기 쓰루홀의 내벽에 형성되어, 상기 전도성 패턴층과, 상기 쓰루홀을 연결하는 열전도층;
   을 포함하고,
   상기 열흡수 코어는,
   복수의 카본시트가 적층되어 형성되며,
   상기 카본 시트 사이에는 결합제가 형성되며,
   상기 결합제에는 열전도성 파티클이 흩어져 형성된 것을 특징으로 하는 카본 코어 PCB.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 열전도성 파티클은 카본으로 형성된 것을 특징으로 하는 카본 코어 PCB.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 열전도성 파티클의 표면에는 금속 코팅이 형성된 것을 특징으로 하는 카본 코어 PCB.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 결합제는 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 카본 코어 PCB.
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 열전도층과 접하며, 상기 열흡수 코어의 일면에 열전도성 재질로 형성된 열전도커버;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카본 코어 PCB.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 열전도커버는 상기 열전도층과 동일한 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 카본 코어 PCB.
   
7. 액상 수지에 열전도성 파티클을 혼합시키는 결합제 형성단계;
   직조된 탄소 섬유 직물을 상기 결합제 형성단계에서 형성된 결합제에 함침하는 단계; 및
   상기 결합제가 함침된 상기 탄소섬유 직물에 열과 압력을 주어 경화시키는 경화단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 카본 재질의 열흡수 코어 제조 방법.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 경화단계 이전에 열전도성 열전도커버를 상기 탄소섬유 직물에 적층하는 단계;
   를 더 포함하고,
   상기 경화단계는 상기 탄소섬유 직물과 상기 열전도 커버가 적층된 상태에서 경화시키는 것을 특징으로 하는 카본 재질의 열흡수 코어 제조 방법.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 열전도 커버는 구리인 것을 특징으로 하는 카본 재질의 열흡수 코어 제조 방법.
   
10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열전도성 파티클은 카본 파티클인 것을 특징으로 하는 카본 재질의 열흡수 코어 제조 방법.
    
11. 제 11 항에 있어서,
    상기 열전도성 파티클은 카본 파티클의 표면에 금속 코팅된 것을 특징으로 하는 카본 재질의 열흡수 코어 제조 방법.
    
12. 카본재질의 열흡수 코어가 형성된 PCB 기판을 구비하는 단계;
    상기 열흡수 코어와 내주면이 접하도록 상기 PCB 기판에 쓰루홀을 관통하는 단계;
    상기 쓰루홀의 내주면의 표면을 매끄럽게 하는 조도 처리단계; 및
    상기 내주면의 표면에 열전도성 재질을 도금하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 조도 처리단계는, 드라이 플라즈마공법을 사용하는 것을 특징으로 하는 카본 코어 PCB 제조 방법.
    
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 조도 처리단계는,
    상기 드라이 플라즈마 처리 이전에 산처리하는 것을 특징으로 하는 카본 코어 PCB 제조 방법.
    
    

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