KR20200028157A - 인쇄 회로 기판 및 이의 제조 방법 - Google Patents

인쇄 회로 기판 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR20200028157A
KR20200028157A KR1020180106482A KR20180106482A KR20200028157A KR 20200028157 A KR20200028157 A KR 20200028157A KR 1020180106482 A KR1020180106482 A KR 1020180106482A KR 20180106482 A KR20180106482 A KR 20180106482A KR 20200028157 A KR20200028157 A KR 20200028157A
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이경수
이남동
최종덕
손효주
김경수
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주식회사 이수페타시스
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Abstract

본 발명의 예시적인 실시예들은 인쇄 회로 기판을 관통하는 홀을 형성하는 단계, 홀의 상부를 부분적으로 채우도록 충진재를 주입하는 단계, 홀 내부로 충진재를 관통하도록 방열 기둥을 삽입하는 단계 및 충진재가 홀의 나머지 부분을 채우도록 안정화하는 단계를 포함하는 인쇄 회로 기판의 제조 방법을 제공한다. 인쇄 회로 기판의 방열성 및 내크랙성을 향상시킬 수 있다.

Description

인쇄 회로 기판 및 이의 제조 방법{PRINTED CIRCUIT BOARD AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
인쇄 회로 기판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 복수의 도전 패턴과 절연층을 포함하는 인쇄 회로 기판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board; PCB)은 일반적으로 구리를 도전층으로 하고, 각종 열경화성 합성수지로 이루어진 보드의 일면 또는 양면에 동선으로 배선한 후 보드 상에 IC 또는 전자부품들을 배치 고정하고 이들 간의 전기적 배선을 구현하여 절연체로 코팅한 것이다. 최근, 전자산업의 발달에 전자 부품의 고기능화에 대한 요구가 급증하고 있고, 이러한 전자부품을 탑재하는 인쇄 회로 기판 또한 고밀도 박판화가 요구되고 있다.
전자기판의 고밀도 소형화에 따라 면적당 발생하는 열 발생량이 늘어나고, 열은 전자 장비의 성능을 저하시키는 직접적인 원인이 됨에 따라 과거에는 외부적인 방열장치를 설치했으나 현재는 기판의 소형화로 인하여 내부적으로 방열기능을 갖는 인쇄 회로 기판에 대한 수요가 증가하고 있다.
종래, 인쇄 회로 기판의 자체적인 방열 특성을 개선하기 위하여 인쇄 회로 기판에 방열홀을 형성하고 방열 핀을 삽입하는 방법이 통용되어 왔다. 하지만 상기 방법의 경우 기판의 내부 회로에 절연층을 코팅하고 방열 핀을 수동으로 삽입한 후 도전층을 형성하는 공정으로 수행되는 바, 공정이 복잡하고 효율이 낮은 문제가 있었다. 또한, 인쇄 회로 기판과 방열 핀의 열팽창계수 등의 물성이 달라 온도 변화 시 기판에 크랙이 발생하였다.
예를 들면, 대한민국공개특허 제10-2012-0072689호에는 방열홀에 방열 핀을 삽입시킨 후 방열 핀을 방열 홀에 매립한 방열회로기판 및 그 제조방법이 개시되어 있으며, 상기 문제들을 내포하고 있다.
한국공개특허공보 제10-2012-0072689호
본 발명의 일 과제는 방열 특성이 향상된 인쇄 회로 기판을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 방열 특성이 향상된 인쇄 회로 기판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
1. 인쇄 회로 기판을 관통하는 홀을 형성하는 단계; 상기 홀의 상부를 부분적으로 채우도록 충진재를 주입하는 단계; 상기 홀 내부로 상기 충진재를 관통하도록 방열 기둥을 삽입하는 단계; 및 상기 충진재가 상기 홀의 나머지 부분을 채우도록 안정화하는 단계를 포함하는, 인쇄 회로 기판의 제조 방법.
2. 위 1에 있어서, 상기 주입은 상기 충진재를 상기 홀의 깊이에 대하여 20 내지 60% 깊이로 주입하는, 인쇄 회로 기판의 제조 방법.
3. 위 1에 있어서, 상기 충진재는 전도성 페이스트를 포함하는, 인쇄 회로 기판의 제조 방법.
4. 위 1에 있어서, 상기 주입은 상기 인쇄 회로 기판의 상기 홀을 제외한 부분에 주입 마스크를 배치하는 단계; 상기 인쇄 회로 기판에 충진재를 도포하는 단계; 및 상기 주입 마스크를 제거하는 단계를 포함하여 수행되는, 인쇄 회로 기판의 제조 방법.
5. 위 1에 있어서, 상기 방열 기둥은 높이 방향을 따라 반복 배열된 복수의 돌기를 포함하는, 인쇄 회로 기판의 제조 방법.
6. 인쇄 회로 기판을 관통하는 홀을 형성하는 단계; 상기 홀 내부로 높이 방향을 따라 반복 배열된 복수의 돌기들을 포함하는 방열 기둥을 삽입하는 단계; 및 상기 홀의 나머지 부분을 채우도록 충진재를 주입하는 단계를 포함하는, 인쇄 회로 기판의 제조 방법.
7. 위 6에 있어서, 상기 충진재를 주입하는 단계는 상기 홀의 상기 나머지 부분을 도금하는 단계를 포함하는, 인쇄 회로 기판의 제조 방법.
8. 위 7에 있어서, 상기 도금하는 단계를 통해 상기 인쇄 회로 기판의 상면 및 하면 상에 도금층이 형성되는, 인쇄 회로 기판의 제조 방법.
9. 위 7에 있어서, 상기 도금하는 단계 이전에 상기 방열 기둥이 삽입되면서 형성된 표면 잔사를 제거하는 단계를 더 포함하는, 인쇄 회로 기판의 제조 방법.
10. 위 6에 있어서, 상기 돌기들은 상기 방열 기둥의 몸체에 형성되며, 상기 몸체의 직경은 상기 홀의 직경보다 작고, 상기 돌기를 포함하는 상기 방열 기둥의 전체 직경은 상기 홀의 직경보다 큰, 인쇄 회로 기판의 제조 방법.
11. 도전 패턴층 및 절연층이 반복하여 적층되며, 두께 방향으로 관통된 홀을 포함하는 인쇄 회로 기판; 상기 홀 내부에 수용되며, 높이 방향을 따라 반복 배열된 복수의 돌기들을 포함하는 방열 기둥; 및 상기 홀의 내벽과 상기 방열 기둥 사이의 공간을 채운 충진재를 포함하는, 인쇄 회로 기판.
12. 위 11에 있어서, 상기 인쇄 회로 기판의 상면 및 하면에 배치된 도금층을 더 포함하는, 인쇄 회로 기판.
13. 위 12에 있어서, 상기 충진재는 상기 도금층과 동일한 소재를 포함하는, 인쇄 회로 기판.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 방열성 인쇄 회로 기판의 제조 방법은 인쇄 회로 기판에 두께 방향으로 홀을 형성하고 방열 기둥을 홀에 삽입할 수 있다. 따라서, 적층된 인쇄 회로 기판을 단일 공정으로 구멍을 뚫고 방열 기둥을 삽입할 수 있어 공정 효율이 증가할 수 있다.
또한, 상기 홀에 충진재를 충전한 후 방열 기둥을 삽입함으로써, 충진재가 홀 내벽과 방열 기둥 사이의 간격을 채울 수 있다. 따라서, 방열 기둥의 홀 내 고정력이 향상될 수 있으며, 인쇄 회로 기판의 방열 성능이 향상될 수 있다. 또한, 인쇄 회로 기판의 열팽창 정도와 상기 홀 내부의 충진재 및 방열 기둥의 열팽창 정도를 유사한 수준으로 조절하여, 온도 변화에 의한 인쇄 회로 기판의 크랙 발생을 억제할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 충진재로 전도성 페이스트를 사용함으로써, 인쇄 회로 기판의 방열 특성을 보다 향상시킬 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 돌기형 방열 기둥을 사용함으로써, 방열 기둥의 홀 내 고정력 및 방열 특성이 향상될 수 있다.
그리고, 상기 홀에 복수의 돌기를 포함하는 방열 기둥을 삽입하고 도금함으로써, 상기 홀과 방열 기둥 사이의 간격을 금속으로 채우고 인쇄 회로 기판 상하면에 도금층을 형성할 수 있다. 따라서, 인쇄 회로 기판의 방열성 및 인장강도를 향상시킬 수 있으며, 크랙 발생을 억제할 수 있다.
도 1 내지 7은 예시적인 실시예들에 따른 인쇄 회로 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 8 내지 13는 예시적인 실시예들에 따른 인쇄 회로 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 14는 예시적인 실시예들에 따른 인쇄 회로 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 인쇄 회로 기판을 관통하는 홀을 형성하는 단계, 충진재를 주입하는 단계, 방열 기둥을 삽입하는 단계 및 충진재가 홀의 나머지 부분을 채우도록 안정화하는 단계를 포함하는 인쇄 회로 기판의 제조 방법을 제공한다. 인쇄 회로 기판의 방열성 및 내크랙성을 향상시킬 수 있다.
이하 도면을 참고하여, 본 발명의 실시예들을 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 다만, 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1 내지 7은 예시적인 실시예들에 따른 인쇄 회로 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 1 및 2를 참조하면, 인쇄 회로 기판(100)을 준비하고, 인쇄 회로 기판(100)을 관통하여 홀(110)을 형성할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 인쇄 회로 기판(100)은 반복하여 적층된 도전 패턴층(102) 및 절연층(104)을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 인쇄 회로 기판(100)은 개략적인 구조만을 나타낼 뿐이며, 적층 순서 및 형태가 도 1에 도시된 바로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 인쇄 회로 기판(100)은 내부 회로층의 양 면에 각각 절연층 및 도전막층이 순서대로 적층된 적층체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 인쇄 회로 기판(100)은 상기 도전막층이 표면에 노출되도록 적층될 수 있다. 예를 들면, 상기 도전막은 구리 또는 구리의 합금을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 내부 회로층은 구리 또는 그 합금 등으로 형성된 회로 패턴을 포함할 수 있다. 상기 회로 패턴의 형성 방법은 구리 또는 그 합금으로 형성된 금속막에 포토레지스트를 도포하고 회로의 패턴을 형성하는 부분에 자외선을 조사하여 포토레지스트를 경화시킨다. 경화되지 않은 부분을 현상액으로 제거하여 포토레지스트 패턴을 형성하고 노출된 금속막을 에칭한 후 상기 포토레지스트 패턴을 제거한다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 절연층은 프리프레그(prepreg)와 같은 복합 고분자 수지 또는 FR-4, BT 등 에폭시계 수지를 포함할 수 있다.
상기 적층체는, 내부 회로층의 양 면 각각에 절연층 및 도전막층을 적층한 후 고온 및 고압 조건에서 압착함으로써 형성될 수 있다.
홀(110)의 형성은 예를 들면, 인쇄 회로 기판(100)을 드릴 또는 코인 라우터(coin router)를 이용하여 최상단 면에서 최하단 면까지 관통함으로써 수행될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 홀(110)의 직경은 1mm 내지 40mm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 일부 실시예들에 있어서, 홀(110)은 원형, 타원형, 사각형, 삼각형 등으로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 홀(110)의 깊이는 1 내지 20mm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 직경 범위일 경우, 방열 기둥(200)이 홀(110) 내부에 용이하게 삽입될 수 있으며, 인쇄 회로 기판(100)의 회로 패턴에 영향을 주지 않으면서도 높은 방열 특성을 구현할 수 있다.
도 3 및 4를 참조하면, 홀(110) 내부로 충진재(210)를 주입할 수 있다. 충진재(210)는 홀(110)의 상부를 부분적으로 채우도록 주입될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 충진재(210)는 홀(110)의 내부를 충전하여 방열 기둥(200)과 홀(110) 내벽 사이에 공극 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 홀(110) 내벽으로 노출되는 금속 및 방열 기둥(200)의 산화를 방지할 수 있으며 인쇄 회로 기판(100)으로부터 방열 기둥(200)으로의 열전달 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 충진재(210)는 경화되거나 그 자체의 점성을 이용해 방열 기둥(200)을 홀(110) 내부에 고정시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 충진재(210)는 플러깅 잉크, 전도성 페이스트 또는 솔더 잉크를 포함할 수 있다.
상기 플러깅 잉크는 예를 들면, 절연성 물질을 포함할 수 있다. 상기 솔더 잉크는 열 전도율이 높고 녹는점이 낮은 합금을 사용할 수 있다. 예를 들어, 솔더 잉크는 SnPb(유연솔더), 또는 SnAgCu(무연솔더) 등이 사용될 수 있다.
상기 솔더 잉크는 가열 시 부분적으로 용융될 수 있으며, 용융된 솔더가 홀(110)의 내부로 주입될 수 있다. 상기 솔더 잉크는 홀(110)의 내벽과 방열 기둥(200) 사이를 채울 수 있다. 따라서, 홀(110)의 내벽과 방열 기둥(200) 사이에 공극 발생을 방지할 수 있으며, 방열 기둥(200)의 위치를 고정시킬 수 있다. 또한, 인쇄 회로 기판(100)에서 발생된 열이 상기 솔더를 통해 방열 기둥(200)으로 보다 용이하고 신속하게 전달될 수 있어, 방열성 인쇄 회로 기판의 방열 성능이 향상될 수 있다.
상기 전도성 페이스트는 은(Ag), 구리(Cu) 등의 금속이나 상기 금속의 합금을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 전도성 페이스트는 은(Ag), 구리(Cu) 등의 금속이나 상기 금속의 합금의 단일 성분으로 형성될 수 있다.
등이 사용될 수 있다. 상기 전도성 페이스트는 방열 기둥(200)과 홀(110) 내벽을 메우고 인쇄 회로 기판(100)으로부터 방열 기둥(200)으로 열전달이 보다 효과적으로 일어나도록 할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 주입은 충진재(210)가 홀(110)의 깊이의 20 내지 60%만큼 충전되도록 수행될 수 있다. 상기 깊이는 홀(110)의 전체 깊이 중, 인쇄 회로 기판(100)의 상면 또는 홀(110)의 상단을 기준으로 한 깊이를 의미할 수 있다. 예를 들면, 홀(110)에 주입되는 충진재(210)의 양을 조절하여 충진재(210)가 상기 깊이 범위만큼 주입되도록 할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 삽입되는 방열 기둥(200)으로 인해 충진재(210)가 홀(110)의 깊이 방향으로 밀려날 수 있다. 따라서, 충진재(210)를 홀(110) 내부에 전체적으로 충전하지 않더라도, 충진재(210)가 홀(110) 내벽과 방열 기둥(200) 사이의 공간을 실질적으로 공극 없이 채울 수 있다. 충진재(210)의 충전량이 홀(110) 깊이의 20% 미만일 경우, 압입된 방열 기둥(200)과 홀(110) 내벽 사이의 공간에 공극 또는 빈 틈이 생길 수 있다. 충진재(210)의 충전량이 홀(110) 깊이의 60% 초과일 경우, 방열 기둥(200)과 홀(110) 내벽 사이의 공간을 모두 채우고 남은 충진재들이 홀(110) 외부로 밀려나올 수 있다. 따라서, 밀려나온 충진재를 제거하는 공정이 추가적으로 필요할 수 있으며, 충진재의 낭비가 발생할 수 있다. 보다 바람직하게는, 충진재(210)는 홀(110) 깊이의 30 내지 50% 만큼 충전될 수 있다.
도 3를 참조하면, 일부 실시예들에 있어서, 인쇄 회로 기판(100) 상에 주입 마스크(150)를 배치할 수 있다. 주입 마스크(150)는 홀(110)을 노출시키고 홀(110)이 형성되지 않은 나머지 부분을 커버할 수 있다. 예를 들면, 홀(110)과 대응되는 위치에 주입 홀이 형성된 주입 마스크(150)를 준비하고, 상기 주입 홀을 통해 홀(110)이 노출되도록 주입 마스크(150)를 배치할 수 있다. 그리고, 상기 주입 홀 상에 충진재(210)를 도포한 후 충진재(210)에 압력을 가하여 충진재(210)를 홀(110) 내부로 주입할 수 있다. 주입 마스크(150)는 상기 주입 완료 후 제거될 수 있다.
예를 들면, 상기 주입 마스크(150)는 드라이 필름을 포함할 수 있다. 상기 주입은 스퀴저를 통해 스퀴징하여 수행될 수 있다.
주입 마스크(150)를 사용함으로써, 충진재(210) 충전 시 홀(110)을 제외한 인쇄 회로 기판(100)의 상면에 충진재(210)가 도포되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 인쇄 회로 기판(100) 상면에 잔류하는 충진재를 제거하는 공정을 생략할 수 있다. 또한, 충진재의 낭비를 감소시킬 수 있다.
도 5 및 6를 참조하면, 홀(110) 내부로 충진재(210)를 관통하도록 방열 기둥(200)을 삽입할 수 있다. 예를 들면, 충진재(210)가 충전된 홀(110)에 방열 기둥(200)을 압입할 수 있다. 방열 기둥(200)이 삽입되면서, 충진재(210)가 홀(110)의 깊이 방향으로 밀려날 수 있다.
상기 삽입은 홀(110) 상에 방열 기둥(200)을 배치한 후 면압 프레스 또는 해머를 통해 방열 기둥(200)에 압력을 가하여 수행될 수 있다. 방열 기둥(200)은 인쇄 회로 기판(100)으로부터 발생된 열을 흡수하고 외부로 전달하여 방출시킬 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 삽입은 인쇄 회로 기판(100)의 하부에 하부 지지층(140)을 배치한 후 수행될 수 있다. 하부 지지층(140)은 상기 삽입 시 밀려나는 충진재(210)가 홀(110)의 외부로 빠져나가지 못하도록 막을 수 있다. 또한, 삽입 시 인쇄 회로 기판(100)에 힘이 가해져 인쇄 회로 기판(100)이 움직이거나 변형되지 않도록 고정할 수 있다. 예를 들면, 하부 지지층(140)은 인쇄 회로 기판(100)의 하면에 직접 접촉하여 배치될 수 있다. 따라서, 하부 지지층(140)이 홀(110)의 하부 구멍을 막을 수 있다. 하부 지지층(140)은 상기 삽입이 끝난 후 제거될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 방열 기둥(200)은 구리(Cu), 텅스텐(W) 또는 그 합금으로 형성될 수 있다. 구리 또는 구리 합금의 경우, 열전도성이 뛰어나 우수한 방열 성능을 재공할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 인쇄 회로 기판(100)의 도전 패턴층과 방열 기둥(200)이 동일한 소재로 형성될 경우, 상기 도전 패턴층의 열팽창계수와 방열 기둥(200)의 열팽창계수가 동일하여 인쇄 회로 기판(100)과 방열 기둥(200)이 온도 변화에 따라 유사한 수준의 변형을 겪을 수 있으며, 온도가 변화하더라도 방열 기둥(200)이 홀(110) 내부에서 이탈되지 않을 수 있다. 예를 들면, 상기 도전 패턴층과 방열 기둥(200)은 구리 또는 구리 합금으로 형성될 수 있다.
방열 기둥(200)은 예를 들면, 필라(pillar) 또는 코인(coin) 형상을 포함할 수 있다. 상기 필라 및 코인은 밑면이 원형, 사각형 등으로 형성될 수 있다. 상기 필라 및 코인의 높이는 인쇄 회로 기판(100)의 두께와 실질적으로 동일하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 필라 및 코인의 높이는 인쇄 회로 기판(100)의 두께 대비 ±10% 범위로 형성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 충진재(210)가 홀(110)의 나머지 부분을 채우도록 안정화할 수 있다. 상기 나머지 부분은 홀(110)의 내벽과 방열 기둥(200) 사이의 공간을 의미할 수 있다. 예를 들면, 방열 기둥(200)을 삽입하고 일정 시간을 방치하여 충진재(210)가 흘러 내리면서 방열 기둥(200)과 홀(110)의 내벽 사이 공간을 채우도록 안정화할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 안정화는 방열 기둥(200)이 삽입되면서 밀려난 충진재(210)가 홀(110) 내벽과 방열 기둥(200) 사이의 공간을 실질적으로 완전히 채우면서, 상기 삽입과 동시에 수행될 수 있다. 안정화 과정에서 충진재(210)의 표면 장력에 의해 충진재가 홀(110) 내부에 잔류할 수 있다.
상기 삽입 또는 안정화 시, 충진재(210)의 잉여분이 홀(110) 외부로 빠져나올 수 있다. 예를 들면, 상기 잉여분이 인쇄 회로 기판(100)의 상면 또는 하면을 넘어 돌출될 수 있다. 이 경우, 상기 잉여분을 제거하여 상면 및 하면이 평탄한 인쇄 회로 기판을 제조할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 잉여분의 제거는 세라믹 브러쉬 또는 버퍼 브러쉬로 잉여분으로 인한 돌출부의 단차를 연마함으로써 수행될 수 있다. 상기 잉여분의 제거는, 충진재(210)를 경화시킨 후에 수행될 수도 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 안정화는 경화 공정을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 경화성 물질은 에폭시 수지를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 충진재(210)가 경화성 물질을 포함할 경우, 상기 경화 공정에 의해 경화되어 기계적 강도 및 방열 기둥(200)의 고정력을 확보할 수 있다. 따라서, 인쇄 회로 기판이 충격을 받거나 변형될 때, 방열 기둥(200)의 이탈이 방지될 수 있다. 상기 경화 공정은 상기 경화성 물질의 종류에 따라 광경화 또는 열경화에 의해 수행될 수 있다. 바람직하게는, 열경화에 의해 수행될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 충진재(210)로 솔더 잉크를 사용할 경우, 용융된 솔더 잉크를 냉각시켜 경화를 수행할 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따라 제조된 인쇄 회로 기판은 인쇄 회로 기판(100), 홀(110), 방열 기둥(200) 및 충진재(210)를 포함할 수 있다. 충진재(210)는 홀(110)의 내벽 및 방열 기둥(200) 사이의 공간을 실질적으로 완전히 채울 수 있으며 인쇄 회로 기판의 상하면은 평탄하게 제공될 수 있다.
도 8 내지 13는 예시적인 실시예들에 따른 인쇄 회로 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 8 및 9를 참조하면, 도 2를 참조로 설명한 홀(110)이 형성된 인쇄 회로 기판(100)에 돌기형 방열 기둥(205)을 삽입할 수 있다. 따라서, 홀(110) 내부에 돌기형 방열 기둥(205)이 배치될 수 있다. 돌기형 방열 기둥(205)의 삽입 전에 홀(110)에 충진재(210)를 채우는 공정이 생략될 수 있다.
돌기형 방열 기둥(205)의 삽입은 방열 기둥(200)의 삽입과 실질적으로 동일한 방법으로 수행될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 인쇄 회로 기판(100)의 하면에 제2 하부 지지층(145)를 배치하고 돌기형 방열 기둥(205)을 삽입할 수 있다. 제2 하부 지지층(145)은 상기 삽입 시 인쇄 회로 기판(100)에 가해지는 충격으로부터 인쇄 회로 기판(100)의 변형을 방지하고, 삽입 과정에서 인쇄 회로 기판(100)이 움직이는 것을 방지할 수 있다. 제2 하부 지지층(145)은 상기 삽입 후 제거될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 홀(110)에 충진재(215)를 채운 뒤 제2 하부 지지층(145)을 제거할 수 있다. 제2 하부 지지층(145)이 홀(110)의 하부를 폐쇄하여, 충진재(215)가 홀(110) 하부로 빠져나가는 것을 방지할 수 있으며, 인쇄 회로 기판(100)의 하면이 평탄하도록 충진재(215)를 충전할 수 있다.
도 8를 참조하면, 예시적인 실시예들에 따른 방열 기둥(200)은 몸체(207) 및 돌기(209)를 포함할 수 있다. 돌기(209)는 몸체(207)의 외주면으로부터 돌출되어 형성될 수 있으며, 복수 개 형성될 수 있다. 상기 방열 기둥은 돌기형 방열 기둥(205)을 정의할 수 있다.
돌기(209)들은 방열 기둥(200)의 높이 방향을 따라 배열될 수 있다. 예를 들면, 돌기(209)들은 원뿔, 타원뿔, 각뿔 등의 형상을 가질 수 있으며, 스파이크 형상을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 돌기(209)들은 방열 기둥(205)의 높이 방향에 대하여 평행하게 배열될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 돌기(209)들은 방열 기둥(200)의 둘레를 따라 예를 들면, 90°, 180°, 60° 등의 각도로 배치될 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 각각의 돌기(209)는 몸체(209)의 둘레를 따라 연속적으로 연결되고, 외곽부가 뾰족하게 돌출된 링 형상을 가질 수 있다.
돌기(209)들에 의해 방열 기둥(200)이 경화된 충진재(210)와 함께 홀(110) 내부에 강하게 고정될 수 있다. 또한, 인쇄 회로 기판에 외부 충격 등의 물리력이 가해지더라도 방열 기둥(200)이 홀(110)으로부터 이탈되지 않을 수 있다. 예를 들면, 돌기(209)들이 홀(110)의 내벽(인쇄 회로 기판(100))에 직접 접촉하여, 인쇄 회로 기판(100)의 열이 방열 기둥(205)으로 용이하게 전달될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 돌기(209)들은 방열 기둥(205)의 높이 방향을 따라 등간격으로 배열될 수 있다. 따라서, 돌기(209)들 각각에 외부 충격 등으로부터 기인한 힘이 고르게 가해질 수 있으며, 방열 기둥(205)이 보다 강하게 고정될 수 있다. 그리고, 인쇄 회로 기판(100)으로부터 방열 기둥(205)으로의 열전달 효율이 증가할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 몸체(207)는 홀(110)의 직경보다 작고, 돌기(209)들은 홀(110)의 직경보다 더 돌출될 수 있다. 예를 들면, 돌기(209)를 포함하는 돌기형 방열 기둥(205)의 전체 직경은 홀(110)의 직경보다 클 수 있다. 따라서, 몸체(207)는 홀(110)에 방열 기둥(205)이 압입될 때, 걸리지 않고 삽입될 수 있으며, 돌기(209)들은 상기 압입 시 홀(110)의 입구에 걸릴 수 있다. 하지만, 방열 기둥(205)은 예를 들면, 구리 또는 구리 합금으로 형성되어 쉽게 변형되는 바, 압력이 가해지면서 돌기(209)들이 변형되면서 홀(110) 내부로 삽입될 수 있다. 삽입됩 돌기(209)들은 홀(110)의 내벽에 직접 접촉할 수 있으며, 따라서, 인쇄 회로 기판(100)으로부터 발생된 열이 돌기(209)들을 통해 방열 기둥(205)에 쉽게 전달될 수 있다. 또한, 홀(110)의 내벽에 밀착된 돌기(209)들에 의해 방열 기둥(205)이 홀(110) 내부에 보다 강하게 고정될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 방열 기둥(205)이 삽입되면서 돌기(209)들에 의해 홀(110)의 직경이 증가할 수 있다.
예를 들면, 몸체(207)의 직경은 0.5mm 내지 45mm일 수 있다. 또한, 돌기(209)들은 몸체(207)로부터 5㎛ 내지 20㎛만큼 더 돌출되어 형성될 수 있다.
바람직하게는, 몸체(207)의 직경은 홀(110)의 직경에 대하여 60 내지 90%일 수 있다. 상기 범위에서, 방열 기둥(205)의 방열 성능을 목적하는 수준으로 확보할 수 있으며, 충진재(210)가 채워진 홀(110)에 방열 기둥(205)이 용이하게 삽입될 수 있다. 또한, 후술할 도금 과정(에서 도금액이 방열 기둥(205)과 홀(110) 내벽 사이로 용이하게 침투할 수 있다. 보다 바람직하게는, 몸체(207)의 직경은 홀(110)의 직경에 대하여 70 내지 80%일 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 돌기(209)는 홀(110)의 직경에 대하여 상기 직경 방향으로 5 내지 30% 돌출되어 형성될 수 있다. 돌출량이 상기 범위를 초과할 경우, 압입 과정에서 홀(110) 및 인쇄 회로 기판(100)이 손상 또는 변형될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 돌기(209)는 말단부가 라운딩 처리되거나, 반원형의 형상을 가질 수 있다. 따라서, 홀(110)에 방열 기둥(205)이 삽입될 때, 홀(110) 또는 인쇄 회로 기판(100)이 손상되거나 변형되는 것을 방지할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 돌기(209)는 금 또는 주석으로 표면처리될 수 있다. 따라서, 삽입 시 쉽게 변형되어 홀(110) 내부로 삽입되면서도, 삽입 후 우수한 열전도성으로 인해 방열 기둥(205)의 방열 성능을 향상시킬 수 있다.
도 10을 참조하면, 돌기형 방열 기둥(205)의 삽입 과정에서 표면 잔사(130)가 형성될 수 있다. 표면 잔사(130)는 예를 들면, 인쇄 회로 기판의 잔해 또는 돌기형 방열 기둥(205)의 부스러기를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 표면 잔사(130)를 제거하여, 인쇄 회로 기판(100)의 상하면을 평탄화할 수 있다. 따라서, 후술할 도금 공정에서 도금층이 균일하고 평탄하게 형성되도록 할 수 있으며, 홀(110)에 도금액이 용이하게 침투되도록 할 수 있다. 또한, 인쇄 회로 기판의 방열 성능을 보다 향상시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 표면 잔사(130)의 제거는 세라믹 브러쉬 또는 버퍼 브러쉬로 잔사로 인한 돌출부의 단차를 연마함으로써 수행될 수 있다. 상기 잔사의 제거는 충진재(215)를 경화시킨 후에 수행될 수도 있다.
도 11을 참조하면, 돌기형 방열 기둥(205)이 홀(110) 내부에 삽입된 인쇄 회로 기판(100)의 홀(110) 내부에 충진재(215)를 주입할 수 있다. 충진재(215)는 돌기형 방열 기둥(205)과 홀(110) 내벽 사이의 공간을 채울 수 있다.
상기 주입은 충진재(210)의 주입과 실질적으로 동일한 방법으로 수행될 수 있다. 또한, 충진재(215)는 충진재(210)의 예로서 설명한 재료가 사용될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 충진재(215)는 도금된 금속을 포함할 수 있으며, 상기 도금된 금속은 홀(110)의 상기 나머지 부분을 도금함으로써 주입될 수 있다.
도 12를 참조하면, 홀(110)에 충진재(215)가 주입된 인쇄 회로 기판(100)의 상면 및 하면을 도금하여 도금층(220)을 형성할 수 있다.
상기 도금을 통해 돌기형 방열 기둥(205)을 인쇄 회로 기판(100)에 보다 강하게 고정할 수 있으며, 인쇄 회로 기판의 방열 특성을 보다 향상시킬 수 있다. 또한, 인쇄 회로 기판의 열팽창 변형이나 외부 충격에 의한 돌기형 방열 기둥(205)의 이탈 또는 인쇄 회로 기판의 크랙 발생을 억제할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 도금은 전기도금 공정에 의해 수행될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 도금은 은, 구리 등의 금속 또는 상기 금속의 합금으로 수행될 수 있다.
상기 전기도금 공정에 의할 경우, 상술한 효과를 달성하기 위해 도금층(220)의 두께를 5㎛ 이상으로 형성할 수 있다. 바람직하게는 도금층(220)의 두께는 15㎛ 이상일 수 있다.
도 13을 참조하면, 도금층(220)의 일부를 제거하여 도금 패턴(225)을 형성할 수 있다. 예를 들면, 도금층(220) 중 홀(110)에 대응되지 않는 부분을 적어도 부분적으로 제거할 수 있다. 상기 제거 시 홀(110)의 직경을 커버하면서 일정 여유분을 갖도록 도금층(220)을 남길 수 있다. 다소상기 제거는 금속막의 제거 방법이 비제한적으로 사용될 수 있으며, 예를 들면 습식 또는 건식 에칭이 사용될 수 있다.
도금 패턴(225)은 홀(110)의 상하부를 폐쇄함으로써 돌기형 방열 기둥(205)의 이탈을 방지할 수 있다. 또한, 비아 콘택 또는 그라운드 패턴으로 제공될 수 있다.
도 14는 예시적인 실시예들에 따른 인쇄 회로 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 14를 참조하면, 충진재(215)는 도금층(220)과 동일한 소재로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 도금 전 홀(110)의 나머지 부분에 충진재(215)를 주입하지 않고, 상기 도금을 실시할 수 있다. 따라서, 돌기형 방열 기둥(205)과 홀(110) 내벽 사이의 공간에 도금층(220)이 형성될 수 있으며, 도금층(220) 중 홀(110) 내부에 있는 부분이 충진재(215)를 정의하거나, 충진재(215)와 도금층(220)이 일체화될 수 있다. 홀(110) 내부에 도금층(220)이 형성될 경우, 돌기형 방열 기둥(205)의 고정력이 보다 향상될 수 있다.
돌기형 방열 기둥(205)이 삽입된 인쇄 회로 기판(100)의 상면, 하면 및 홀(110) 내부가 도금될 수 있다. 따라서, 홀(110) 내부의 상기 나머지 공간 및 인쇄 회로 기판(100)의 상하면에 도금층(220)이 형성될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상술한 바와 같이 돌기형 방열 기둥(205)의 몸체(207)와 홀(110)의 직경을 조절할 경우, 상기 돌기형 방열 기둥(205)이 삽입된 홀(110) 내부 공간이 용이하게 도금되도록 할 수 있다.
도 13 및 14를 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 인쇄 회로 기판은 홀(110)이 형성된 인쇄 회로 기판(100), 방열 기둥(205) 및 충진재(215)를 포함할 수 있다.
인쇄 회로 기판(100)은 도전 패턴 및 절연층이 반복하여 적층된 것일 수 있다.
방열 기둥(205)은 높이 방향을 따라 반복 배열된 복수의 돌기들을 포함할 수 있으며, 돌기형 방열 기둥으로 정의될 수 있다. 인쇄 회로 기판(100)의 홀(110)의 내벽에 직접 접촉하는 돌기(209)들에 의해 인쇄 회로 기판(100)의 열이 쉽게 전달되어 방출될 수 있으며, 방열 기둥(205)이 인쇄 회로 기판(100) 내부에 강하게 고정될 수 있다.
충진재(215)는 홀(110)의 내벽과 방열 기둥(205) 사이의 공간을 채울 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 인쇄 회로 기판의 상면 및 하금에는 도금층(220)이 형성될 수 있으며, 충진재(215)는 도금층(220)과 일체화될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 인쇄 회로 기판의 상면 또는 하면에 전기 소자가 배치될 수 있다. 상기 전기 소자와 인쇄 회로 기판 상하면에 형성된 도금층(220) 또는 도금 패턴(225)은 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들면, 상기 전기 소자의 그라운드층과 도금층(220) 또는 도금 패턴(225)이 전기적으로 연결될 수 있다. 또는 도금층(220) 또는 도금 패턴(225)이 상기 전기 소자의 그라운드층으로 제공될 수 있다. 따라서, 전기 소자 내부로부터 방출된 전자기장 또는 인쇄 회로 기판의 회로로부터 방출된 전자기장을 적어도 부분적으로 차단할 수 있다.
100: 인쇄 회로 기판 110: 홀
200: 방열 기둥 205: 돌기형 방열 기둥
210: 충진재 220: 도금층

Claims (13)

  1. 인쇄 회로 기판을 관통하는 홀을 형성하는 단계;
    상기 홀의 상부를 부분적으로 채우도록 충진재를 주입하는 단계;
    상기 홀 내부로 상기 충진재를 관통하도록 방열 기둥을 삽입하는 단계; 및
    상기 충진재가 상기 홀의 나머지 부분을 채우도록 안정화하는 단계를 포함하는, 인쇄 회로 기판의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 주입은 상기 충진재를 상기 홀의 깊이에 대하여 20 내지 60% 깊이로 주입하는, 인쇄 회로 기판의 제조 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 충진재는 전도성 페이스트를 포함하는, 인쇄 회로 기판의 제조 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 주입은 상기 인쇄 회로 기판의 상기 홀을 제외한 부분에 주입 마스크를 배치하는 단계;
    상기 인쇄 회로 기판에 충진재를 도포하는 단계; 및
    상기 주입 마스크를 제거하는 단계를 포함하여 수행되는, 인쇄 회로 기판의 제조 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 방열 기둥은 높이 방향을 따라 반복 배열된 복수의 돌기를 포함하는, 인쇄 회로 기판의 제조 방법.
  6. 인쇄 회로 기판을 관통하는 홀을 형성하는 단계;
    상기 홀 내부로 높이 방향을 따라 반복 배열된 복수의 돌기들을 포함하는 방열 기둥을 삽입하는 단계; 및
    상기 홀의 나머지 부분을 채우도록 충진재를 주입하는 단계를 포함하는, 인쇄 회로 기판의 제조 방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 충진재를 주입하는 단계는 상기 홀의 상기 나머지 부분을 도금하는 단계를 포함하는, 인쇄 회로 기판의 제조 방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 도금하는 단계를 통해 상기 인쇄 회로 기판의 상면 및 하면 상에 도금층이 형성되는, 인쇄 회로 기판의 제조 방법.
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 도금하는 단계 이전에 상기 방열 기둥이 삽입되면서 형성된 표면 잔사를 제거하는 단계를 더 포함하는, 인쇄 회로 기판의 제조 방법.
  10. 청구항 6에 있어서, 상기 돌기들은 상기 방열 기둥의 몸체에 형성되며,
    상기 몸체의 직경은 상기 홀의 직경보다 작고, 상기 돌기를 포함하는 상기 방열 기둥의 전체 직경은 상기 홀의 직경보다 큰, 인쇄 회로 기판의 제조 방법.
  11. 도전 패턴층 및 절연층이 반복하여 적층되며, 두께 방향으로 관통된 홀을 포함하는 인쇄 회로 기판;
    상기 홀 내부에 수용되며, 높이 방향을 따라 반복 배열된 복수의 돌기들을 포함하는 방열 기둥; 및
    상기 홀의 내벽과 상기 방열 기둥 사이의 공간을 채운 충진재를 포함하는, 인쇄 회로 기판.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 인쇄 회로 기판의 상면 및 하면에 배치된 도금층을 더 포함하는, 인쇄 회로 기판.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 충진재는 상기 도금층과 동일한 소재를 포함하는, 인쇄 회로 기판.
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