KR20200014008A - 인쇄회로기판 제조 방법 및 이에 의해 생성된 인쇄회로기판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열을 많이 발생하는 각종 전기/전자 기기의 인쇄회로기판의 두께면 중간에 금속판을 삽입하여 방열에 도움을 줄 뿐 아니라 접지를 보강할 수 있도록 한 인쇄회로기판 제조 방법 및 이에 의해 제조된 인쇄회로기판에 관한 것이다.
본 발명은 상면에 금속 박막이 형성된 PCB 상판 및 하면에 금속 박막이 형성된 PCB 하판 및 금속판을 준비하는 (a) 단계; 상기 금속판을 상기 PCB 상판 및 상기 PCB 하판에 접합하는 (b) 단계; 상기 절연 공보다 작되 상기 PCB 상판 및 상기 PCB 하판을 관통하는 관통공을 형성하고 상기 관통공을 통해 상기 PCB 상판 및 상기 PCB 하판을 전기적으로 연결시키는 (c) 단계 및 상기 PCB 상판 및 상기 PCB 하판에 회로 패턴을 형성하는 (c) 단계를 포함하여 이루어진다.
전술한 구성에서, 상기 PCB 상판의 접지 단자와 상기 금속판을 전기적으로 연결시키는 것을 특징으로 한다.

Description

인쇄회로기판 제조 방법 및 이에 의해 생성된 인쇄회로기판{method for manufacturing printed circuit board and the PCB thereby}

본 발명은 인쇄회로기판 제조 방법 및 이에 의해 제조된 인쇄회로기판에 관한 것으로, 특히 열을 많이 발생하는 각종 전기/전자 기기의 인쇄회로기판의 두께면 중간에 금속판을 삽입하여 방열에 도움을 줄 뿐 아니라 접지를 보강할 수 있도록 한 인쇄회로기판 제조 방법 및 이에 의해 제조된 인쇄회로기판에 관한 것이다.

근래 들어, 스마트폰이나 스마트 패드 등의 각종 휴대 단말기가 폭넓게 사용되고 있는데, 이러한 휴대 단말기의 전원으로는 일반적으로 충전 가능한 2차 전지(이하 간단히 '배터리'라 한다)가 사용되고 있다. 리튬-이온 배터리는 휴대 단말기에 가장 널리 사용되는 배터리이지만 과충전이나 과전류에 쉽게 발열되고, 발열 지속으로 인해 온도가 상승하면 그 성능이 열화될 뿐 아니라 폭발의 위험성까지 갖는다.

이외 같이 휴대폰, 전자 및 IT 기기, LED 조명/표시기 및 전기 자동차를 비롯한 거의 모든 전기/전자 기기들이 고기능화됨으로 인하여 방열과 접지 보강이 중요한 현안으로 대두되고 있다.

즉, 전술한 전기/전자 기기는 전력을 많이 소모하는 각종 전력 소자나 부품에서 발생한 열에 의해 성능이 열화될 수 있기 때문에 방열 문제가 중요한 현안으로 대두되고 있다. 방열을 위한 일반적인 방법으로는 방열판(Heat Sink)이나 방열 파이프(Heat Pipe)를 인쇄회로기판에 부착하거나 열을 더 신속하게 배출할 목적으로 쿨링팬까지도 추가로 설치하고 있다.

한편, 전기/전자 기기에 사용되는 인쇄회로기판에서는 공통 전위를 유지하기 위한 접지 단자가 1개 이상 구비되는데, 제품이 경박단소화됨에 따라 복수의 접지 단자를 배치할 공간을 마련하기가 용이하지 않다는 문제점이 있었다.

본 출원인은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 금속판을 PCB 사이에 삽입한 배터리 보호 장치 제조 방법을 특허출원하여 등록특허 제10-1411584호(이하 '선행기술1'이라 한다)로 특허받았는바, 도 1은 선행기술1의 배터리 보호 장치 제조 방법의 주요 단계에서의 공정 단면도이다.

선행기술 1의 배터리 보호 장치 제조 방법에 따르면, 먼저 도 1a에 도시한 바와 같이 PCB 상판(100), PCB 하판(300) 및 금속판(200)을 준비하는데, PCB 상판(100)은 상면에 금속 박막, 바람직하게는 구리 박막(120)이 형성된 합성수지 판재(110), 예를 들어 FR4, BT 또는 폴리이미드(Polyimide) 재질의 하드 PCB 또는 플렉서블(Flexible) PCB이고, PCB 하판(300) 역시 하면에 금속 박막(320), 바람직하게는 구리 박막이 형성된 합성수지 판재(310), 예를 들어 FR4, BT 또는 폴리이미드(Polyimide) 재질의 하드 PCB 또는 플렉서블 PCB이다.

한편, PCB 상판(100)과 PCB 하판(300) 사이의 각종 패턴을 각각의 관통공(후술함)을 통해 전기적으로 연결함에 있어서 금속판(200)이 전기적으로 함께 연결되는 것을 방지하기 위해 금속판(200)에 상기 관통공보다 직경이 큰 구멍(이하 '절연공'이라 한다)(210)을 미리 형성, 예를 들어 드릴링, 레이저 또는 프레스 가공(펀칭)에 의해 형성하게 된다

금속판(200)은, 예를 들어 구리, 인청동, 베릴륨동, 알미늄 또는 니켈 금속판 또는 니켈 도금판 등으로 이루어질 수 있다.

다음으로, 도 1b에 도시한 바와 같이 금속판(200)을 개재시킨 채로 PCB 상판(100)과 PCB 하판(300)을 접합, 예를 들어 금속판(200)과의 사이에 PPG(Pre=Preg)라는 절연 재질, 예를 들어 FR4, BT, PI, 에폭시 수지 계열 등의 접착제(혹은 접착 시트, 이하 총칭하여 '접착제'라 한다)(400)를 개재시킨 채로 열 압착하여 접합하는데, 이에 따라 절연공(210)의 내부에는 절연 재질의 접착제(400)가 충진되게 된다.

다음으로 PCB 상판(100)과 PCB 하판(300)에 통상의 방법을 사용하여 회로 패턴을 형성하고, 다시 도 1c에 도시한 바와 같이 금속판(200)에 형성된 절연 공(210)보다 직경이 작고 PCB 상판(100)과 PCB 하판(300)을 모두 관통하는 관통공을 형성, 예를 들어 드릴링, 레이저 또는 프레스 가공에 의해 형성한다. 이 과정에서는 또한 금속판(200)이 노출되도록 PCB 상판(100)에 노출공을 형성할 수도 있는데, 상기 노출공은 이후 PCB 상판(100)에 형성된 접지 단자와 금속판(200)을 전기적으로 연결하는데 이용될 수 있다.

이어서 도 1d에 도시한 바와 같이, 공지의 도금 공정 등에 의해 상기 관통공과 상기 노출공을 도금체(500)로 채움으로써 PCB 상판(100)의 패턴과 PCB 하판(300)의 패턴이나 단자를 전기적으로 연결하는데, 이러한 도금체(500)에 의해 금속판(200)과는 전기적으로 절연된 채로 PCB 상판(100)과 PCB 하판(300)의 관련 부분이 전기적으로 연결된다. 이에 더하여 상기 노출공에도 도금체(510)를 채움으로써 PCB 상판(100)의 단자, 예를 들어 접지 단자를 금속판(200)에 전기적으로 연결시킨다.

다음으로, 도 1e에 도시한 바와 같이 프레스 가공 등에 의해 금속판(200)의 양단 돌출부를 2단으로 절곡하여 수직 연장부(222)와 수평 연장부(224)를 형성할 수 있다. 이와 같이 하여 PCB 공정이 완료되면 SMT 공정에 의해 PCB 하면(300)에 각종 회로 부품을 탑재함으로써 배터리 보호 장치의 제조가 완료된다.

이후에 이렇게 제조된 배터리 보호 장치를 합성수지제 기구물이 미리 설치된 배터리 셀의 상면에 탑재한 후 각종 단자를 배터리 셀에 전기적으로 연결하고, 배터리 셀의 상면 단부에 수평 연장부(224)를 스폿 용접하여 접합하게 된다.

이외에도 본 출원인은 회로기판의 두께면 중간에 금속판이 삽입되는 각 배터리 보호 장치를 복수의 금속판이 나란히 배열되어 있는 금속판 어레이 상에서 일괄 제조하는 도중에 각종 기능 테스트를 수행함으로써 각 배터리 보호 장치를 분리 상태에서 테스트하는 경우보다 소요 시간을 대폭적으로 단축시킬 수 있도록 한 배터리 보호 장치 제조 방법을 등록번호 제10-1819033호(선행기술2)로 특허받은 바 있다.

그러나 상기한 선행기술들의 실질적인 기술 사상이 각종 전기/전자 기기의 일반 복층 인쇄회로기판에도 그대로 적용될 수 있는 것들이나 형식적으로는 배터리 보호 장치라는 명칭을 사용하고 있다는 제약이 있었다.

선행기술1 : 10-1411584호 등록특허공보(발명의 명칭 : 배터리 보호 장치 제조 방법 및 배터리 보호 장치) 선행기술2 : 10-1819033호 등록특허공보(발명의 명칭 : 배터리 보호 장치 제조 방법)

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 열을 많이 발생하는 각종 전기/전자 기기의 인쇄회로기판의 두께면 중간에 금속판을 삽입하여 방열에 도움을 줄 뿐 아니라 접지를 보강할 수 있도록 한 인쇄회로기판 제조 방법 및 이에 의해 제조된 인쇄회로기판을 제공함을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상면에 금속 박막이 형성된 PCB 상판 및 하면에 금속 박막이 형성된 PCB 하판 및 금속판을 준비하는 (a) 단계; 상기 금속판을 상기 PCB 상판 및 상기 PCB 하판에 접합하는 (b) 단계; 상기 절연 공보다 작되 상기 PCB 상판 및 상기 PCB 하판을 관통하는 관통공을 형성하고 상기 관통공을 통해 상기 PCB 상판 및 상기 PCB 하판을 전기적으로 연결시키는 (c) 단계 및 상기 PCB 상판 및 상기 PCB 하판에 회로 패턴을 형성하는 (c) 단계를 포함하여 이루어진다.

전술한 구성에서, 상기 PCB 상판의 접지 단자와 상기 금속판을 전기적으로 연결시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 인쇄회로기판 제조 방법 및 이에 의해 제조된 인쇄회로기판에 따르면, 각종 전기/전자기기에 사용되는 인쇄회로기판의 두께면에 금속판을 개재시킴으로써 방열 성능을 향상시킬 수가 있고, 이러한 금속판을 외부에 노출시키거나 이렇게 노출된 금속판을 외부의 섀시나 케이스에 연결함으로써 방열 성능을 더욱 향상시킬 수가 있다. 이로 인해 전기/전자 기기의 두께를 얇게 하거나 별도의 히트 싱크를 사용하지 않을 수도 있다.

나아가, 금속판을 접지면으로 사용함으로써 PCB의 접지 패턴의 사이즈를 감소시키고 노이즈도 역시 감소시킬 수가 있다.

본 발명의 인쇄회로기판은 휴대폰, 셋탑 박스, WI-Fi모듈, 각종 통신 제품, 카메라, PC(GPU), RF 모듈, 각종 전장품, 전기 자동차, 드론, 네비게이션 기기, 2차전지용 PCM, BGA, LGA 또는 QFN 방식을 사용하는 반도체IC 패키지 기판, 고휘도/고방열 LED용 PCB 등에 폭넓게 적용될 수 있다.

도 1은 선행기술1의 배터리 보호 장치 제조 방법의 주요 단계에서의 공정 단면도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 인쇄회로기판의 기술 사상을 설명하기 위한 단면도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 인쇄회로기판을 스마트폰에 적용한 예시 단면도.
도 4a 내지 도 4c는 종래 및 본 발명의 인쇄회로기판을 고방열 반도체에 적용한 예시 단면도.
도 5a 내지 도 5c는 종래 및 본 발명의 인쇄회로기판을 다른 형태의 고방열 반도체에 적용한 예시 단면도.

이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 인쇄회로기판 제조 방법 및 이에 의해 제조된 인쇄회로기판의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.

먼저 본 발명의 인쇄회로기판 제조 방법은 상면에 금속 박막이 형성된 PCB 상판 및 하면에 금속 박막이 형성된 PCB 하판 및 금속판을 준비하는 (a) 단계; 상기 금속판을 상기 PCB 상판 및 상기 PCB 하판에 접합하는 (b) 단계; 상기 절연공보다 작되 상기 PCB 상판 및 상기 PCB 하판을 관통하는 관통공을 형성하고 상기 관통공을 통해 상기 PCB 상판 및 상기 PCB 하판을 전기적으로 연결시키는 (c) 단계 및상기 PCB 상판 및 상기 PCB 하판에 회로 패턴을 형성하는 (d) 단계를 포함하여 이루어진다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 인쇄회로기판의 기술 사상을 설명하기 위한 단면도이다. 도 2a에 도시한 인쇄회로기판은 도 1에 도시한 바와 같이 상면 PCB와 하면 PCB 사이에 관통공이 형성된 금속판이 개재되어 있고, 이러한 관통공을 통해 도금체에 의해 금속판이 상면 PCB 또는 하면 PCB에 연결되거나 상면 PCB와 하면 PCB가 도금체에 의해 전기적으로 연결되어 있는 구성을 예시하고 있다.

전술한 구성에서, 금속판은 상면 PCB 또는 하면 PCB보다 사이즈가 작게 형성되어서 상면 PCB와 하면 PCB 외부로 노출되어 있지 않는데, 이 실시예에 따르면 금속판에 의해 방열이 수행되기 때문에 방열 효과가 향상될 수 있다. 또한 금속판이 접지로 기능할 수 있기 때문에 노이즈를 감소시키며 접지 패턴의 면적을 상대적으로 작게 형성할 수 있다.

도 2b의 실시예는 도 2a의 실시예와 달리 금속판이 외부로 노출되어 있는바, 이러한 외부 노출로 인해 방열이 보다 신속하게 이루어질 수 있고, 이러한 노출 금속판을 외부의 섀시나 케이스에 연결됨으로써 도 2a의 실시예보다 방열이 더더욱 신속하게 이루어질 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 인쇄회로기판을 스마트폰에 적용한 예시 단면도인바, 도 3a에서 금속판은 상면 PCB 또는 하면 PCB보다 사이즈가 작게 형성되어서 상면 PCB와 하면 PCB 외부로 노출되어 있지 않는데, 이 실시예에 따르면 금속판에 의해 방열이 수행되기 때문에 방열 효과가 향상될 수 있다. 또한 금속판이 접지로 기능할 수 있기 때문에 신속한 방전이 이루어질 수 있을 뿐 아니라 노이즈를 감소시키며 접지 패턴의 면적을 상대적으로 작게 형성할 수 있다.

도 3b의 실시예는 도 3a의 실시예와 달리 금속판이 외부로 노출되어 있는바, 이러한 외부 노출로 인해 방열이 보다 신속하게 이루어질 수 있고, 이러한 노출 금속판을 외부의 섀시나 케이스에 연결됨으로써 도 3a의 실시예보다 방열이 더더욱 신속하게 이루어질 수 있다.

도 4a 내지 도 4c는 종래 및 본 발명의 인쇄회로기판을 고방열 반도체에 적용한 예시 단면도로서, 예를 들어 DDR 메모리나 플래시 메모리, 파워 IC나 파워 앰프와 같은 비메모리 컨트롤러 패키지, SSD나 CPU 또는 GPU 등에 적용한 예시 단면도이다.

먼저 도 4a에 도시한 바와 같이, 종래 고방열 반도체에 따르면 IC 칩이 탑재된 복층 인쇄회로기판에 다수의 방열공을 형성하여 열을 방출하고 있으나 이로 인해 PCB가 휘는 문제점이 발생하거나 방열 효율이 불량하여 별도의 외부 방열판을 부착하는 등의 문제가 있었다.

그러나 본 발명에 따르면, 도 4b에서와 같이 방열공을 형성하는 대신에 금속판이 상면 PCB 또는 하면 PCB보다 사이즈를 작게 형성하여서 상면 PCB와 하면 PCB 외부로 노출되어 있지 않는 형태로 구현하여 방열 성능을 향상시키거나 이로도 방열 성능이 부족하면 도 4c에 도시한 바와 같이 금속판을 외부로 노출시키거나 이에 더하여 노출 금속판을 외부의 섀시나 케이스에 연결됨으로써 방열 성능을 월등하게 향상시킬 수가 있다.

도 5a 내지 도 5c는 종래 및 본 발명의 인쇄회로기판을 다른 형태의 고방열 반도체, 예를 들어 금속 리드를 구비한 반도체에 적용한 예시 단면도이다.

먼저 도 5a에 도시한 바와 같이, 종래 고방열 반도체에 따르면 IC 칩이 탑재된 복층 인쇄회로기판에 다수의 방열공을 형성하여 열을 방출함과 함께 IC 칩을 열전도체를 개재시켜 외부의 금속 리드에 접촉함으로써 방열 성능을 향상시키고 있다. 그러나 전술한 바와 같이 다수의 방열공으로 인해 PCB가 휘는 문제점이 발생하거나 금속 리드를 별도로 채택함으로써 부피가 커지고 공정이 복잡해지는 문제점이 있었다.

반면에 본 발명에 따르면, 도 5b에서와 같이 방열공을 형성하는 대신에 금속판이 상면 PCB 또는 하면 PCB보다 사이즈가 작게 형성되어서 상면 PCB와 하면 PCB 외부로 노출되어 있지 않는 형태로 구현하여 방열 성능을 향상시키거나 이로도 방열 성능이 부족하면 도 5c에 도시한 바와 같이 금속판을 외부로 노출시키거나 이에 더하여 노출 금속판을 외부의 섀시나 케이스에 연결됨으로써 방열 성능을 월등하게 향상시킬 수가 있다.

이상, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 인쇄회로기판 제조 방법 및 이에 의해 제조된 인쇄회로기판의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나 이는 예시에 불과한 것이며, 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 변형과 변경이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 상측 PCB,
110: 합성수지 판재, 120: 금속 박막,
200: 금속판, 210: 절연공,
220: 절곡부, 222: 수직 연장부,
224: 수평 연장부, 300: 하측 PCB,
310: 합성수지 판재, 320: 금속 박막,
400: 접착제, 500: 도금체,

Claims (3)

1. 상면에 금속 박막이 형성된 PCB 상판 및 하면에 금속 박막이 형성된 PCB 하판 및 금속판을 준비하는 (a) 단계;
   상기 금속판을 상기 PCB 상판 및 상기 PCB 하판에 접합하는 (b) 단계;
   상기 절연 공보다 작되 상기 PCB 상판 및 상기 PCB 하판을 관통하는 관통공을 형성하고 상기 관통공을 통해 상기 PCB 상판 및 상기 PCB 하판을 전기적으로 연결시키는 (c) 단계 및
   상기 PCB 상판 및 상기 PCB 하판에 회로 패턴을 형성하는 (c) 단계를 포함하여 이루어진 인쇄회로기판 제조 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 PCB 상판의 접지 단자와 상기 금속판을 전기적으로 연결시키는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판 제조 방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 의해 제조된 인쇄회로기판.

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