WO2019135516A1 - 방열 기판 - Google Patents

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WO2019135516A1
WO2019135516A1 PCT/KR2018/016239 KR2018016239W WO2019135516A1 WO 2019135516 A1 WO2019135516 A1 WO 2019135516A1 KR 2018016239 W KR2018016239 W KR 2018016239W WO 2019135516 A1 WO2019135516 A1 WO 2019135516A1
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inorganic filler
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aluminum oxide
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라세웅
박재만
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엘지이노텍 주식회사
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    • H05K2201/10106—Light emitting diode [LED]

Definitions

  • the present invention relates to a heat dissipation substrate.
  • Light emitting devices including light emitting devices such as light emitting diodes (LEDs) are used as various light sources. With the development of semiconductor technology, high output of light emitting devices is accelerating. In order to stably cope with a large amount of light and heat emitted from such a light emitting element, heat radiation performance of the light emitting element is required.
  • LEDs light emitting diodes
  • a resin composition including a resin and an inorganic filler may be used for heat dissipation of a light emitting element, a printed circuit board, a semiconductor element, and a ceramic substrate.
  • Fig. 1 shows an example of a heat dissipation substrate
  • Fig. 2 shows a method of manufacturing the heat dissipation substrate of Fig.
  • a heat dissipation substrate 1 includes a first metal layer 10, an insulating layer 20 disposed on the first metal layer 10, and a second metal layer 30 ).
  • the insulating layer 20 includes a resin composition containing a resin and an inorganic filler, and the inorganic filler may include aluminum oxide and boron nitride in order to obtain high heat radiation performance.
  • the resin composition is coated on the first metal layer 10 and dried (FIG. 2 (a)) to form the second metal layer 30 on the resin composition And then pressurized (FIG. 2 (b)).
  • the inorganic filler may sink down during coating and drying of the resin composition.
  • the resin composition contains different kinds of inorganic fillers having different densities, the high-density inorganic fillers may tend to sink further downward than the low-density inorganic fillers.
  • FIG. 3 is a top view showing a top surface (a) and a first metal layer (10) contacting with a second metal layer (30) after coating and drying a resin composition containing aluminum oxide and boron nitride with an inorganic filler on the first metal layer (B) which is in contact with the lower surface (b).
  • the distribution of the inorganic filler on the upper surface (a) and the lower surface (b) is different. That is, the density of aluminum oxide is about 3.8 g / cm 3 , the density of boron nitride aggregates is about 2.2 g / cm 3 , and the density of aluminum oxide is higher than the density of boron nitride aggregates.
  • the upper surface of the insulating layer 20 contacting the second metal layer 30 is formed on the lower surface of the insulating layer 20 contacting the first metal layer 10 on the heat dissipating substrate 1 manufactured according to the method of FIG.
  • Boron nitride agglomerates are distributed more on the upper surface of the insulating layer 20 in contact with the second metal layer 30 than on the lower surface of the insulating layer 20 in contact with the first metal layer 10 can do.
  • the content of aluminum oxide increases, the bonding force between the metal layer and the insulating layer is improved.
  • the content of the boron nitride aggregate increases, the bonding force between the metal layer and the insulating layer deteriorates.
  • the strength and the bonding strength between the insulating layer 20 and the second metal layer 30 may be different.
  • the difference between the bonding strength between the insulating layer 20 and the first metal layer 10 and the bonding strength between the insulating layer 20 and the second metal layer 30 may adversely affect the performance of the heat radiation substrate.
  • the present invention provides a substrate having excellent heat dissipation performance and bonding strength.
  • a heat dissipation substrate includes a first metal layer, an insulating layer disposed on the first metal layer, the insulating layer including an inorganic filler comprising an epoxy resin and a boron nitride aggregate and aluminum oxide, Wherein the insulating layer comprises a second region comprising a first region comprising a first face in contact with the first metal layer and a second face in contact with the second metal layer,
  • the weight ratio of the aluminum oxide to the total weight of the inorganic filler on the first surface may be 0.95 to 1.05 times the weight ratio of the aluminum oxide to the total weight of the inorganic filler on the second surface.
  • the insulating layer further includes a third region disposed between the first region and the second region, the height of the first region, the second region, and the third region being the same, wherein the weight ratio of the aluminum oxide to the total weight of the inorganic filler is higher than the weight ratio of the aluminum oxide to the total weight of the inorganic filler in the third region, The weight ratio of the aluminum oxide may be higher than the weight ratio of the aluminum oxide to the total weight of the inorganic filler in the third region.
  • weight ratio of the aluminum oxide to the total weight of the inorganic filler on the first face is greater than 1.05 times the weight ratio of the aluminum oxide to the total weight of the inorganic filler in the third region
  • the weight ratio of the aluminum oxide to the total weight of the inorganic filler in the third region may exceed 1.05 times the weight ratio of the aluminum oxide to the total weight of the inorganic filler in the third region.
  • the bond strength between the first metal layer and the first surface may be 0.8 to 1.2 times the bond strength between the second metal layer and the second surface.
  • the bonding strength between the first metal layer and the first surface and the bonding strength between the second metal layer and the second surface may be 0.7 kgf / cm or more.
  • the aluminum oxide may be contained in an amount of 50 to 80 wt% with respect to the total weight of the inorganic filler on the first surface.
  • the inorganic filler may further include aluminum nitride.
  • a heat dissipation substrate comprising a first metal layer, an insulating layer disposed on the first metal layer, the insulating layer including an inorganic filler comprising an epoxy resin and a boron nitride aggregate and aluminum oxide, wherein the insulating layer comprises a first region comprising a first surface in contact with the first metal layer and a second region comprising a second surface in contact with the second metal layer,
  • the particle size (D50) of the inorganic filler on the first surface may be 0.95 to 1.05 times the particle size (D50) of the inorganic filler on the second surface.
  • the substrate according to the embodiment of the present invention has a high bonding strength between the insulating layer and the metal layer, and facilitates component mounting. Particularly, according to the embodiment of the present invention, similar levels of bonding strength can be obtained on both sides of the insulating layer.
  • Fig. 1 shows an example of a heat dissipation substrate
  • Fig. 2 shows a method of manufacturing the heat dissipation substrate of Fig.
  • Fig. 3 is a cross-sectional view showing a state in which a resin composition containing aluminum oxide and boron nitride is coated and dried on the first metal layer with an inorganic filler, and then the upper surface (a) in contact with the second metal layer and the lower surface It is an optical microscope photograph.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a heat dissipation substrate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 shows a manufacturing method of a heat radiation substrate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an example of a metal layer applied to a heat radiating substrate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a light emitting device module according to an embodiment of the present invention.
  • the terms including ordinal, such as second, first, etc. may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • the second component may be referred to as a first component, and similarly, the first component may also be referred to as a second component.
  • / or < / RTI &gt includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
  • a portion of a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "on” another portion, it includes not only the case where it is “directly on” another portion, but also the case where there is another portion in between. Conversely, when a part is “directly over” another part, it means that there is no other part in the middle.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a heat dissipation substrate according to an embodiment of the present invention.
  • a heat dissipation substrate 100 includes a first metal layer 110, an insulating layer 120 disposed on the first metal layer 110, And a second metal layer 130 disposed thereon.
  • the first metal layer 110 and the second metal layer 130 may include copper (Cu) or nickel (Ni), and may be a circuit pattern.
  • the insulating layer 120 may include a resin composition including a resin and an inorganic filler.
  • the resin may include an epoxy compound and a curing agent.
  • the curing agent may be contained in a ratio of 1 to 10 parts by volume of the epoxy compound 10 parts by volume.
  • the epoxy compound may be mixed with an epoxy resin.
  • the epoxy compound may include at least one of a crystalline epoxy compound, amorphous epoxy compound, and silicone epoxy compound.
  • the crystalline epoxy compound may include a mesogen structure. Mesogen is a basic unit of liquid crystal and includes a rigid structure.
  • the amorphous epoxy compound may be a conventional amorphous epoxy compound having two or more epoxy groups in the molecule, for example, a glycidyl ether compound derived from bisphenol A or bisphenol F.
  • the curing agent may include at least one of an amine curing agent, a phenol curing agent, an acid anhydride curing agent, a polymercaptan curing agent, a polyaminoamide curing agent, an isocyanate curing agent and a block isocyanate curing agent, May be mixed and used.
  • the inorganic filler may include aluminum oxide and boron nitride.
  • the boron nitride may include a plurality of plate-like boron nitride aggregates in which the boron nitride is aggregated.
  • the inorganic filler may further comprise aluminum nitride.
  • the aluminum oxide may have a particle size of 0.2 to 120 ⁇ , preferably 1 to 100 ⁇ , more preferably 2 to 90 ⁇ , and the boron nitride aggregate has a particle size of 40 to 500 ⁇ , preferably 100 to 400 ⁇ , And more preferably 200 to 300 mu m.
  • the surface of the aggregate of boron nitride may be coated with a polymer having the following unit 1, or at least a part of the voids in the aggregate of boron nitride may be filled with a polymer having the following unit 1.
  • Unit 1 is as follows.
  • R 1 , R 2 , R 3 and R 4 is H and the remainder is selected from the group consisting of C 1 -C 3 alkyl, C 2 -C 3 alkene and C 2 -C 3 alkyne
  • R 5 May be a linear, branched, or cyclic divalent organic linker having 1 to 12 carbon atoms.
  • one of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 , except H, is selected from C 2 -C 3 alkenes, the other and the other is selected from C 1 -C 3 alkyl Can be selected.
  • the polymer according to an embodiment of the present invention may include the following monomer unit 2:
  • the remainder of the R 1 , R 2 , R 3 and R 4 may be selected to be different from each other in the group consisting of C 1 -C 3 alkyl, C 2 -C 3 alkene and C 2 -C 3 alkyne have.
  • the air layer in the aggregate of the boron nitride is minimized, The heat conduction performance can be enhanced and cracking of the boron nitride aggregate can be prevented by increasing the bonding force between the plate-like boron nitride.
  • the functional group is easily formed, and when the functional group is formed on the coating layer of the boron nitride aggregate, the affinity with the resin can be increased.
  • the insulating layer 120 includes a first region 121 including a first surface 128 in contact with the first metal layer 110, a second region 121 contacting the second metal layer 130, A second region 123 including a second side 129 and a third region 125 disposed between the first region 121 and the second region 123.
  • the heights of the first region 121, the second region 123, and the third region 125 may all be the same.
  • the third region 125 may include a fourth region 127 disposed on the first region 121 side and a fifth region 129 disposed on the second region 123 side, The height of the area 127 and the height of the fifth area 129 may be the same.
  • the first area 121, the second area 123, the third area 125, the fourth area 127 and the fifth area 129 are arbitrarily divided areas for explaining the embodiment of the present invention , It is not an area that is visually distinguished by hierarchy.
  • the inorganic filler distribution of the first side 128 may be similar to the inorganic filler distribution of the second side 129.
  • the ratio (W B1 / W T1 ) of the weight (W B1 ) of aluminum oxide to the total weight (W T1 ) of the inorganic filler on the first surface 128 is greater than the weight (W B2 / W T2 ) of the weight (W B2 ) of aluminum oxide to the weight (W T2 ) of aluminum oxide.
  • the ratio (W B1 / W T1 ) of the weight (W B1 ) of aluminum oxide to the total weight (W T1 ) of the inorganic filler on the first side (128) May be 0.95 to 1.05 times, preferably 0.97 to 1.03 times, more preferably 0.99 to 1.01 times the ratio (W B2 / W T2 ) of the weight (W B2 ) of aluminum oxide to the total weight (W T2 ).
  • aluminum oxide may be included in an amount of 50 to 80 wt% with respect to the total weight W T1 of the inorganic filler on the first surface 128, and the total weight W T2 of the inorganic filler may be included on the second surface 129, Aluminum oxide may be contained in an amount of 50 to 80 wt%.
  • the inorganic filler distribution in the first region 121 may be similar to the inorganic filler distribution in the second region 123.
  • the ratio (W B11 / W T11 ) of the weight (W B11 ) of the aluminum oxide to the total weight (W T11 ) of the inorganic filler in the first region (121) May be similar to the ratio (W B22 / W T22 ) of the weight (W B22 ) of aluminum oxide to the total weight (W T22 ).
  • the ratio (W B11 / W T11 ) of the weight (W B11 ) of aluminum oxide to the total weight (W T11 ) of the inorganic filler in the first region (121) It is 0.95 to 1.05 times, preferably 0.97 to 1.03 times, more preferably 0.99 to 1.01 times the ratio (W B22 / W T22 ) of the weight (W B22 ) of the aluminum oxide to the total weight (W T22 ) have.
  • the particle size D50 of the inorganic filler in the first region 121 may be similar to the particle size D50 of the inorganic filler in the second region 123.
  • D50 means a particle diameter corresponding to a weight percentage of 50% in the particle size distribution curve, that is, a particle diameter at which the percentage of passing mass is 50%, and may be referred to as an average particle diameter.
  • the particle size D50 of the inorganic filler in the first region 121 is preferably 0.95 to 1.05 times, more preferably 0.97 to 1.03 times the particle size D50 of the inorganic filler in the second region 123, May be 0.99 to 1.01 times.
  • the surface characteristics may be different, so that the wettability with the resin in which the inorganic filler is dispersed may be different, and the bonding force between the insulating layer including the inorganic filler and the metal layer may be different.
  • aluminum oxide has a less smooth surface than a boron nitride agglomerate, has good wettability with an epoxy resin, and can thus increase bonding strength with a metal layer.
  • the bonding strength between the first metal layer 110 and the insulating layer 120 and the bonding strength between the first metal layer 110 and the second metal layer 130 And the insulating layer 120 can be made similar. That is, the bonding strength between the first metal layer 110 and the first surface 128 and the bonding strength between the second metal layer 130 and the second surface 129 may be similar.
  • the ratio (W B11 / W T11 ) of the weight (W B11 ) of aluminum oxide to the total weight (W T11 ) of the inorganic filler in the first region (121) Preferably not more than 1.5 times, more preferably not more than 1.2 times the ratio (W B3 / W T3 ) of the weight (W B3 ) of aluminum oxide to the total weight (W T3 ) 123) ratio (W B22 / W T22) is the total weight (W T3) of the inorganic filler in the third area 125 of the aluminum oxide to the total weight of the inorganic filler (W T22) weight (W B22) in the Preferably not more than 1.5 times, more preferably not more than 1.2 times the ratio (W B3 / W T3 ) of the weight (W B3 ) of aluminum oxide to aluminum oxide (W B3 / W T3 ).
  • the ratio (W B11 + B4 / B4 ) of the weight (W B11 + B4 ) of the aluminum oxide to the total weight (W T11 + T4 ) of the inorganic filler in the first region 121 and the fourth region 127, W T11 + T4) is a second area 123 and the fifth region 129, the weight of the aluminum oxide to the total weight (W T22 + T5) of the inorganic filler in (the ratio of the W B22 + B5), (W B22 + B5 / W T22 + T5 ), preferably 0.97 to 1.03 times, more preferably 0.99 to 1.01 times.
  • the particle size D50 of the inorganic filler in the first region 121 and the fourth region 127 may be similar to the particle size D50 of the inorganic filler in the second region 123 and the fifth region 129 have.
  • the particle size D50 of the inorganic filler in the first region 121 and the fourth region 127 may be in the range of 0.95 to 0.95 of the particle size D50 of the inorganic filler in the second region 123 and the fifth region 129, 1.05 times, preferably 0.97 to 1.03 times, and more preferably 0.99 to 1.01 times.
  • the inorganic filler content of the first region 121 and the fourth region 127 is similar to that of the second region 123 and the fifth region 129,
  • the bonding strength between the second metal layer 130 and the insulating layer 120 can be made similar to each other, and uniform heat radiation performance can be obtained throughout the insulating layer 120.
  • a heat radiating board according to an embodiment of the present invention can be manufactured according to the method shown in FIG.
  • a resin composition including an epoxy resin, a boron nitride aggregate, and aluminum oxide is coated on the first metal layer 110 to a predetermined thickness.
  • the resin composition is coated on the second metal layer 130 to a predetermined thickness in the same manner as the resin composition is coated on the first metal layer 110.
  • the resin composition coated on the first metal layer 110 is opposed to the resin composition coated on the second metal layer 130, and then the resin composition is pressed as shown in FIG. 5 (d).
  • the density of aluminum oxide is higher than that of the aggregated boron nitride, aluminum oxide (Al 2 O 3) on the entire inorganic filler distributed in the region adjacent to the first metal layer 110 and the region adjacent to the second metal layer 130
  • the volume ratio or mass ratio of the first metal layer 110 to the second metal layer 130 may be greater than the volume ratio or mass ratio of the aluminum oxide to the inorganic filler distributed in the intermediate region between the first metal layer 110 and the second metal layer 130,
  • the volume ratio or mass ratio of aluminum oxide to the inorganic filler distributed in the region adjacent to the second metal layer 130 may be similar to the volume ratio or mass ratio of aluminum oxide to the inorganic filler distributed in the region adjacent to the second metal layer 130 have.
  • the first metal layer 110 and the insulating layer 120 and the second metal layer 130 and the insulating layer 120 are formed in a similar level to each other with a high degree of bonding, It can have strength.
  • Table 1 and FIG. 6 are data for showing a change in bonding strength depending on the type and content of the inorganic filler.
  • BN, AlN and Al 2 O 3 were adjusted as shown in Table 1, and then DOE (Design of Experiment) was performed. As a result, the results shown in FIG. 6 were obtained.
  • Table 1 the experiment was designed with a relative volume of BN, AlN and Al 2 O 3 as 1 volume.
  • the horizontal axis represents the content of BN, AlN and Al 2 O 3, respectively, and the vertical axis represents the bonding strength with the metal layer.
  • the vertical axis represents the bonding strength with the metal layer. Referring to FIG. 6 (a), it can be seen that the higher the content of BN, the lower the bond strength. Referring to FIG. 6 (c), the higher the Al 2 O 3 content is, the higher the bonding strength is.
  • a resin composition comprising an epoxy resin, a boron nitride aggregate, and aluminum oxide is coated on the first copper layer, and a resin composition containing an epoxy resin, a boron nitride aggregate, After the resin composition was coated, the first copper layer-based resin composition and the second copper layer-based resin composition were opposed to each other and pressed to fabricate a heat radiation substrate.
  • a resin composition comprising an epoxy resin, an aggregate of boron nitride, and aluminum oxide is coated on the first copper layer, and then a second copper layer is disposed on the resin composition to press the heat radiation substrate Respectively.
  • the sum of the thicknesses of the resin compositions coated on the first copper layer and the second copper layer in the examples was made equal to the thickness of the resin composition coated on the first copper layer in the comparative example.
  • a resin composition containing boron nitride aggregate and 78 vol% of aluminum oxide and 22 vol% of a resin containing an epoxy compound was coated on a 35 mu m-thick first copper layer, and boron nitride aggregates and aluminum oxide And a resin composition containing 22 vol% of a resin containing an epoxy compound were coated and then pressed so that the final thickness of the insulating layer became 500 ⁇ .
  • a boron nitride aggregate and a resin composition containing 78 vol% of aluminum oxide and 22 vol% of a resin containing the same epoxy compound as the epoxy compound of Example 1 were coated, After placing the second copper layer, the final thickness of the insulating layer was pressed to 500 mu m.
  • Table 2 shows the bonding strength between the first copper layer and the insulating layer and the bonding strength between the second copper layer and the insulating layer in the heat dissipating substrate according to Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 and 2.
  • the bonding strength between the first copper layer and the insulating layer in Examples 1 and 2 is 0.8 to 1.2 times as high as the bonding strength between the second copper layer and the insulating layer.
  • the bonding strength between the first copper layer and the insulating layer and the bonding strength between the second copper layer and the insulating layer are both 0.7 kgf / cm or more.
  • the heat radiating board according to the embodiment of the present invention may be manufactured by using a metal layer in which a plurality of depressed portions are formed in advance.
  • FIG. 7 is an example of a metal layer applied to a heat radiating substrate according to an embodiment of the present invention.
  • the insulating layer 120 of the heat radiation substrate 100 is obtained from a resin composition comprising a resin, a boron nitride aggregate, and aluminum oxide.
  • the particle size of the boron nitride agglomerate may be 40 to 500 mu m and the particle size of the aluminum oxide may be 0.2 to 120 mu m so that the resin composition is coated and dried on the metal layer 110 and then nitrided
  • the boron aggregate and the aluminum oxide may protrude to the surface of the resin composition.
  • the metal layer 110 tends to be torn and the bonding strength between the metal layer 110 and the insulating layer 120 may be weakened.
  • the heat radiating board according to the embodiment of the present invention can be applied not only to a printed circuit board but also to a light emitting element.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a light emitting device module according to an embodiment of the present invention.
  • the light emitting device module 400 includes a lower wiring 410, an insulating layer 420 disposed on the lower wiring 410, an upper wiring 430 disposed on the insulating layer 420, A light emitting element 440 disposed on the wiring 430, a phosphor layer 450 disposed on the light emitting element 440, vias 460 connecting the lower wiring 410 and the upper wiring 430, And a lens 470.
  • the lower wiring 410, the insulating layer 420 and the upper wiring 430 may correspond to the first metal layer 110, the insulating layer 120 and the second metal layer 130 according to the embodiment of the present invention , Which can be a heat dissipation substrate.

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 방열 기판은 제1 금속층, 상기 제1 금속층 상에 배치되며, 에폭시 수지 및 무기충전재를 포함하는 절연층, 그리고 상기 절연층 상에 배치되는 제2 금속층을 포함하고, 상기 절연층은 상기 제1 금속층과 접촉하는 제1 면을 포함하는 제1 영역 및 상기 제2 금속층과 접촉하는 제2 면을 포함하는 제2 영역을 포함하며, 상기 무기충전재는 질화붕소 응집체와 산화알루미늄을 포함하고, 상기 제1 면에서 상기 무기충전재의 전체 중량에 대한 상기 산화알루미늄의 중량비는 상기 제2 면에서 상기 무기충전재의 전체 중량에 대한 상기 산화알루미늄의 중량비의 0.95 내지 1.05배이다.

Description

방열 기판
본 발명은 방열 기판에 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. 뿐만 아니라, 반도체 소자, 세라믹 기판 등의 방열 문제에 대한 관심도 커지고 있다.
일반적으로, 발광 소자, 인쇄회로기판, 반도체 소자, 세라믹 기판의 방열을 위하여 수지 및 무기충전재를 포함하는 수지 조성물이 사용될 수 있다.
도 1은 방열 기판의 한 예이고, 도 2는 도 1의 방열 기판을 제작하는 방법을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 방열 기판(1)은 제1 금속층(10), 제1 금속층(10) 상에 배치되는 절연층(20), 그리고 절연층(20) 상에 배치되는 제2 금속층(30)을 포함할 수 있다. 이때, 절연층(20)는 수지 및 무기충전재를 포함하는 수지 조성물을 포함하며, 높은 방열 성능을 얻기 위하여 무기충전재는 산화알루미늄 및 질화붕소를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 방열 기판(1)을 제작하기 위하여, 제1 금속층(10) 상에 수지 조성물을 코팅하고 건조하며(도 2(a)), 수지 조성물 상에 제2 금속층(30)을 배치한 후 가압할 수 있다(도 2(b)). 이때, 수지 조성물의 코팅 및 건조 과정 동안 무기충전재는 아래로 가라앉을 수 있다. 특히, 수지 조성물이 밀도가 상이한 이종의 무기충전재를 포함하는 경우, 밀도가 높은 무기충전재는 밀도가 낮은 무기충전재에 비하여 더 아래로 가라앉는 경향이 더 클 수 있다. 도 3은 무기충전재로 산화알루미늄 및 질화붕소를 포함하는 수지 조성물을 제1 금속층(10) 상에 코팅 및 건조시킨 후, 제2 금속층(30)과 접촉하는 윗면(a) 및 제1 금속층(10)과 접촉하는 아랫면(b)의 광학현미경 사진이다. 도 3을 참조하면, 윗면(a)과 아랫면(b)의 무기충전재 분포가 상이함을 알 수 있다. 즉, 산화알루미늄의 밀도는 약 3.8g/cm3이고, 질화붕소 응집체의 밀도는 약 2.2g/cm3로, 산화알루미늄의 밀도가 질화붕소 응집체의 밀도보다 높다. 이에 따라, 도 2의 방법에 따라 제작된 방열 기판(1)에서 제1 금속층(10)과 접촉하는 절연층(20)의 아랫면에는 제2 금속층(30)과 접촉하는 절연층(20)의 윗면보다 산화알루미늄이 더 많이 분포하고, 제2 금속층(30)과 접촉하는 절연층(20)의 윗면에는 제1 금속층(10)과 접촉하는 절연층(20)의 아랫면보다 질화붕소 응집체가 더 많이 분포할 수 있다. 산화알루미늄의 함량이 높아질수록 금속층과 절연층 간의 접합력이 양호해지나, 질화붕소 응집체의 함량이 높아질수록 금속층과 절연층 간의 접합력이 나빠지므로, 절연층(20)과 제1 금속층(10) 간 접합 강도 및 절연층(20)과 제2 금속층(30) 간 접합 강도는 상이할 수 있다. 절연층(20)과 제1 금속층(10) 간 접합 강도 및 절연층(20)과 제2 금속층(30) 간 접합 강도의 차는 방열 기판의 성능에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 방열 성능 및 접합 강도가 우수한 기판을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 방열 기판은 제1 금속층, 상기 제1 금속층 상에 배치되며, 에폭시 수지 및 질화붕소 응집체와 산화알루미늄을 포함하는 무기충전재를 포함하는 절연층, 그리고 상기 절연층 상에 배치되는 제2 금속층을 포함하고, 상기 절연층은 상기 제1 금속층과 접촉하는 제 1 면을 포함하는 제1 영역 및 상기 제2 금속층과 접촉하는 제2 면을 포함하는 제2 영역을 포함하며, 상기 제1 면에서 상기 무기충전재의 전체 중량에 대한 상기 산화알루미늄의 중량비는 상기 제2 면에서 상기 무기충전재의 전체 중량에 대한 상기 산화알루미늄의 중량비의 0.95 내지 1.05배일 수 있다.
상기 절연층은 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 사이에 배치된 제3 영역을 더 포함하고, 상기 제1 영역, 상기 제2 영역 및 상기 제3 영역의 높이는 동일하며, 상기 제 1면에서 상기 무기충전재의 전체 중량에 대한 상기 산화알루미늄의 중량 비는 상기 제3 영역 내에서 상기 무기충전재의 전체 중량에 대한 상기 산화알루미늄의 중량 비보다 높고, 상기 제 2면에서 상기 무기충전재의 전체 중량에 대한 상기 산화알루미늄의 중량비는 상기 제3 영역 내에서 상기 무기충전재의 전체 중량에 대한 상기 산화알루미늄의 중량비보다 높을 수 있다.
상기 제 1면에서 상기 무기충전재의 전체 중량에 대한 상기 산화알루미늄의 중량 비는 상기 제3 영역 내에서 상기 무기충전재의 전체 중량에 대한 상기 산화알루미늄의 중량 비의 1.05배를 초과하고, 상기 제 2면에서 상기 무기충전재의 전체 중량에 대한 상기 산화알루미늄의 중량비는 상기 제3 영역 내에서 상기 무기충전재의 전체 중량에 대한 상기 산화알루미늄의 중량비의 1.05배를 초과할 수 있다.
상기 제1 금속층과 상기 제 1면 간 접합 강도는 상기 제2 금속층과 상기 제2 면 간 접합 강도의 0.8 내지 1.2배일 수 있다.
상기 제1 금속층과 상기 제1 면 간 접합 강도 및 상기 제2 금속층과 상기 제2 면 간 접합 강도는 모두 0.7kgf/cm 이상일 수 있다.
상기 제1 면에서 상기 무기충전재의 전체 중량에 대하여 상기 산화알루미늄은 50~80wt%로 포함될 수 있다.
상기 무기충전재는 질화알루미늄을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 방열 기판은 제1 금속층, 상기 제1 금속층 상에 배치되며, 에폭시 수지 및 질화붕소 응집체와 산화알루미늄을 포함하는 무기충전재를 포함하는 절연층, 그리고 상기 절연층 상에 배치되는 제2 금속층을 포함하며, 상기 절연층은 상기 제1 금속층과 접촉하는 제1 면을 포함하는 제1 영역 및 상기 제2 금속층과 접촉하는 제2 면을 포함하는 제2 영역을 포함하며, 상기 제1 면에서 상기 무기충전재의 입도(D50)는 상기 제2 면에서 상기 무기충전재의 입도(D50)의 0.95 내지 1.05배일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 우수한 방열 성능을 가지는 기판을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 기판은 절연층과 금속층 간의 접합 강도가 높으며, 부품 실장이 용이하다. 특히, 본 발명의 실시예에 따르면, 절연층의 양면에서 유사한 수준의 접합 강도를 얻을 수 있다.
도 1은 방열 기판의 한 예이고, 도 2는 도 1의 방열 기판을 제작하는 방법을 나타낸다.
도 3은 무기충전재로 산화알루미늄 및 질화붕소를 포함하는 수지 조성물을 제1 금속층 상에 코팅 및 건조시킨 후, 제2 금속층과 접촉하는 윗면(a) 및 제1 금속층과 접촉하는 아랫면(b)의 광학현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 방열 기판의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 방열 기판의 제작 방법을 나타낸다.
도 6은 무기충전재의 종류 및 함량에 따른 접합 강도 변화를 나타내기 위한 데이터이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 방열 기판에 적용되는 금속층의 예이다.
도 8은 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 방열 기판의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 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)은 수지 및 무기충전재를 포함하는 수지 조성물을 포함할 수 있다.
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.
무기충전재는 산화알루미늄 및 질화붕소를 포함할 수 있다. 여기서 질화붕소는 복수의 판상의 질화붕소가 뭉쳐진 질화붕소 응집체를 포함할 수도 있다. 무기충전재는 질화알루미늄을 더 포함할 수도 있다.
여기서, 산화알루미늄은 0.2 내지 120㎛, 바람직하게는 1 내지 100㎛, 더욱 바람직하게는 2 내지 90㎛의 입경을 가질 수 있고, 질화붕소 응집체는 40 내지 500㎛, 바람직하게는 100 내지 400㎛, 더욱 바람직하게는 200 내지 300㎛의 입경을 가질 수 있다. 여기서, 질화붕소 응집체의 표면은 하기 단위체 1을 가지는 고분자로 코팅되거나, 질화붕소 응집체 내 공극의 적어도 일부는 하기 단위체 1을 가지는 고분자에 의하여 충전될 수 있다.
단위체 1은 다음과 같다.
[단위체 1]
Figure PCTKR2018016239-appb-I000001
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]
Figure PCTKR2018016239-appb-I000002
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, 단위체 1 또는 단위체 2에 따른 고분자가 판상의 질화붕소가 뭉쳐진 질화붕소 응집체 상에 코팅되고, 질화붕소 응집체 내 공극의 적어도 일부를 충전하면, 질화붕소 응집체 내의 공기층이 최소화되어 질화붕소 응집체의 열전도 성능을 높일 수 있으며, 판상의 질화붕소 간의 결합력을 높여 질화붕소 응집체의 깨짐을 방지할 수 있다. 그리고, 판상의 질화붕소가 뭉쳐진 질화붕소 응집체 상에 코팅층을 형성하면, 작용기를 형성하기 용이해지며, 질화붕소 응집체의 코팅층 상에 작용기가 형성되면, 수지와의 친화도가 높아질 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 절연층(120)은 제1 금속층(110)과 접촉하는 제1 면(128)을 포함하는 제1 영역(121), 제2 금속층(130)과 접촉하는 제2 면(129)을 포함하는 제2 영역(123), 그리고 제1 영역(121) 및 제2 영역(123) 사이에 배치되는 제3 영역(125)을 포함할 수 있다. 제1 영역(121), 제2 영역(123) 및 제3 영역(125)의 높이는 모두 동일할 수 있다. 그리고, 제3 영역(125)은 제1 영역(121) 측에 배치된 제4 영역(127) 및 제2 영역(123) 측에 배치된 제5 영역(129)을 포함할 수 있고, 제4 영역(127)과 제5 영역(129)의 높이는 동일할 수 있다. 제1 영역(121), 제2 영역(123), 제3 영역(125), 제4 영역(127) 및 제5 영역(129)은 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 임의로 구분한 영역일 뿐, 계층에 의하여 육안상으로 구분되는 영역은 아니다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 면(128)의 무기충전재 분포는 제2 면(129)의 무기충전재 분포와 유사할 수 있다.
즉, 제1 면(128)에서 무기충전재의 전체 중량(WT1)에 대한 산화알루미늄의 중량(WB1)의 비(WB1/ WT1)는 제2 면(129)에서 무기충전재의 전체 중량(WT2)에 대한 산화알루미늄의 중량(WB2)의 비(WB2/ WT2)와 유사할 수 있다. 예를 들어, 제1 면(128)에서 무기충전재의 전체 중량(WT1)에 대한 산화알루미늄의 중량(WB1)의 비(WB1/ WT1)는 제2 면(129)에서 무기충전재의 전체 중량(WT2)에 대한 산화알루미늄의 중량(WB2)의 비(WB2/ WT2)의 0.95 내지 1.05배, 바람직하게는 0.97 내지 1.03배, 더욱 바람직하게는 0.99 내지 1.01배일 수 있다. 예를 들어, 제1 면(128)에서 무기충전재의 전체 중량(WT1)에 대하여 산화알루미늄은 50 내지 80wt%로 포함될 수 있고, 제2 면(129)에서 무기충전재의 전체 중량(WT2)에 대하여 산화알루미늄은 50 내지 80wt%로 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 영역(121)의 무기충전재 분포는 제2 영역(123)의 무기충전재 분포와 유사할 수 있다.
즉, 제1 영역(121) 내에서 무기충전재의 전체 중량(WT11)에 대한 산화알루미늄의 중량(WB11)의 비(WB11/ WT11)는 제2 영역(123) 내에서 무기충전재의 전체 중량(WT22)에 대한 산화알루미늄의 중량(WB22)의 비(WB22/ WT22)와 유사할 수 있다. 예를 들어, 제1 영역(121) 내에서 무기충전재의 전체 중량(WT11)에 대한 산화알루미늄의 중량(WB11)의 비(WB11/ WT11)는 제2 영역(123) 내에서 무기충전재의 전체 중량(WT22)에 대한 산화알루미늄의 중량(WB22)의 비(WB22/ WT22)의 0.95 내지 1.05배, 바람직하게는 0.97 내지 1.03배, 더욱 바람직하게는 0.99 내지 1.01배일 수 있다.
이에 따라, 제1 영역(121) 내 무기충전재의 입도(D50)는 제2 영역(123) 내 무기충전재의 입도(D50)과 유사할 수 있다. D50은 입도분포곡선에서 중량 백분율 50%에 해당하는 입경, 즉 통과질량 백분율이 50%가 되는 입경을 의미하며, 평균 입경이라 지칭할 수도 있다. 예를 들어, 제1 영역(121) 내 무기충전재의 입도(D50)는 제2 영역(123) 내 무기충전재의 입도(D50)의 0.95 내지 1.05배, 바람직하게는 0.97 내지 1.03배, 더욱 바람직하게는 0.99 내지 1.01배일 수 있다.
무기충전재의 종류에 따라 표면 특성이 상이할 수 있으며, 이에 따라 무기충전재가 분산되어 있는 수지와의 젖음성이 다를 수 있고, 무기충전재를 포함하는 절연층과 금속층 간의 접합력이 상이할 수 있다. 예를 들어, 산화알루미늄은 질화붕소 응집체에 비하여 표면이 덜 매끄럽고, 에폭시 수지와의 젖음성이 좋으며, 이에 따라 금속층과의 접합력을 높일 수 있다.
본 발명의 실시예와 같이, 제1 영역(121)과 제2 영역(123)의 무기충전재 분포가 유사하면, 제1 금속층(110)과 절연층(120) 간 접합강도 및 제2 금속층(130)과 절연층(120) 간 접합강도가 유사해질 수 있다. 즉, 제1 금속층(110)과 제1 면(128) 간 접합강도 및 제2 금속층(130)과 제2 면(129) 간 접합강도는 유사해질 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 영역(121) 내에서 무기충전재의 전체 중량(WT11)에 대한 산화알루미늄의 중량(WB11)의 비(WB11/ WT11)는 제3 영역(125) 내에서 무기충전재의 전체 중량(WT3)에 대한 산화알루미늄의 중량(WB3)의 비(WB3/ W\T3)보다 높고, 제2 영역(123) 내에서 무기충전재의 전체 중량(WT22)에 대한 산화알루미늄의 중량(WB22)의 비(WB22/ WT22)는 제3 영역(125) 내에서 무기충전재의 전체 중량(WT3)에 대한 산화알루미늄의 중량(WB3)의 비(WB3/ WT3)보다 높을 수 있다. 예를 들어, 제1 영역(121) 내에서 무기충전재의 전체 중량(WT11)에 대한 산화알루미늄의 중량(WB11)의 비(WB11/ WT11)는 제3 영역(125) 내에서 무기충전재의 전체 중량(WT3)에 대한 산화알루미늄의 중량(WB3)의 비(WB3/ WT3)의 1.05배를 초과하고, 제2 영역(123) 내에서 무기충전재의 전체 중량(WT22)에 대한 산화알루미늄의 중량(WB22)의 비(WB22/ WT22)는 제3 영역(125) 내에서 무기충전재의 전체 중량(WT3)에 대한 산화알루미늄의 중량(WB3)의 비(WB3/ WT3)의 1.05배를 초과할 수 있다. 다만, 제1 영역(121) 내에서 무기충전재의 전체 중량(WT11)에 대한 산화알루미늄의 중량(WB11)의 비(WB11/ WT11)는 제3 영역(125) 내에서 무기충전재의 전체 중량(WT3)에 대한 산화알루미늄의 중량(WB3)의 비(WB3/ WT3)의 2배, 바람직하게는 1.5배, 더욱 바람직하게는 1.2배를 초과하지 않고, 제2 영역(123) 내에서 무기충전재의 전체 중량(WT22)에 대한 산화알루미늄의 중량(WB22)의 비(WB22/WT22)는 제3 영역(125) 내에서 무기충전재의 전체 중량(WT3)에 대한 산화알루미늄의 중량(WB3)의 비(WB3/ WT3)의 2배, 바람직하게는 1.5배, 더욱 바람직하게는 1.2배를 초과하지 않을 수 있다. 제1 영역(121) 내에서 무기충전재의 전체 중량(WT11)에 대한 산화알루미늄의 중량(WB11)의 비(WB11/ WT11)가 제3 영역(125) 내에서 무기충전재의 전체 중량(WT3)에 대한 산화알루미늄의 중량(WB3)의 비(WB3/ WT3)의 2배를 초과하거나, 제2 영역(123) 내에서 무기충전재의 전체 중량(WT22)에 대한 산화알루미늄의 중량(WB22)의 비(WB2/WT22)가 제3 영역(125) 내에서 무기충전재의 전체 중량(WT3)에 대한 산화알루미늄의 중량(WB3)의 비(WB3/ WT3)의 2배를 초과할 경우, 절연층(120) 내 방열 성능이 고르지 않게 분포될 수 있다.
다만, 제1 영역(121)과 제3 영역(125) 간 무기충전재의 함량 또는 제2 영역(123)과 제3 영역(125) 간 무기충전재의 함량이 상이함에도 불구하고, 제1 영역(121)과 제4 영역(127) 내에서 무기충전재의 전체 중량(WT11+T4)에 대한 산화알루미늄의 중량(WB11+B4)의 비(WB11+B4/ WT11+T4)는 제2 영역(123)과 제5 영역(129) 내에서 무기충전재의 전체 중량(WT22+T5)에 대한 산화알루미늄의 중량(WB22+B5)의 비(WB22+B5/ WT22+T5)와 유사할 수 있다. 예를 들어, 제1 영역(121)과 제4 영역(127) 내에서 무기충전재의 전체 중량(WT11+T4)에 대한 산화알루미늄의 중량(WB11+B4)의 비(WB11+B4/ WT11+T4)는 제2 영역(123)과 제5 영역(129) 내에서 무기충전재의 전체 중량(WT22+T5)에 대한 산화알루미늄의 중량(WB22+B5)의 비(WB22+B5/ WT22+T5)의 0.95 내지 1.05배, 바람직하게는 0.97 내지 1.03배, 더욱 바람직하게는 0.99 내지 1.01배일 수 있다.
이에 따라, 제1 영역(121) 및 제4 영역(127) 내 무기충전재의 입도(D50)는 제2 영역(123) 및 제5 영역(129) 내 무기충전재의 입도(D50)와 유사할 수 있다. 예를 들어, 제1 영역(121) 및 제4 영역(127) 내 무기충전재의 입도(D50)는 제2 영역(123) 및 제5 영역(129) 내 무기충전재의 입도(D50)의 0.95 내지 1.05배, 바람직하게는 0.97 내지 1.03배, 더욱 바람직하게는 0.99 내지 1.01배일 수 있다.
이와 같이, 제1 영역(121) 및 제4 영역(127)과 제2 영역(123) 및 제5 영역(129)의 무기충전재 함량이 유사하면, 제1 금속층(110)과 절연층(120) 간 접합강도 및 제2 금속층(130)과 절연층(120) 간 접합강도가 유사해질 수 있을 뿐만 아니라, 절연층(120) 전체적으로 균일한 방열 성능을 가질 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 방열 기판은 도 5에서 도시된 방법에 따라 제작될 수 있다.
도 5(a)를 참조하면, 제1 금속층(110) 상에 에폭시 수지, 질화붕소 응집체 및 산화알루미늄을 포함하는 수지 조성물을 소정의 두께로 코팅한다.
도 5(b)를 참조하면, 제1 금속층(110) 상에 수지 조성물을 코팅한 것과 동일한 방법으로, 제2 금속층(130) 상에 수지 조성물을 소정의 두께로 코팅한다.
이후, 도 5(c)와 같이 제1 금속층(110) 상에 코팅된 수지 조성물과 제2 금속층(130) 상에 코팅된 수지 조성물을 마주보게 한 다음, 도 5(d)와 같이 가압한다.
이러한 제작 방법에 따르면, 산화알루미늄이 질화붕소 응집체에 비하여 밀도가 높으므로, 제1 금속층(110)에 인접하는 영역 및 제2 금속층(130)에 인접하는 영역에 분포되는 무기충전재 전체에 대한 산화알루미늄의 부피 비 또는 질량 비는 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130) 사이의 중간 영역에 분포되는 무기충전재에 대한 산화알루미늄의 부피 비 또는 질량 비보다 클 수 있으며, 제1 금속층(110)에 인접하는 영역에 분포되는 무기충전재에 대한 산화알루미늄의 부피 비 또는 질량 비는 및 제2 금속층(130)에 인접하는 영역에 분포되는 무기충전재에 대한 산화알루미늄의 부피 비 또는 질량 비와 유사할 수 있다.
산화알루미늄의 함량이 높을수록 절연층과 금속층 간의 접합 강도가 높아지므로, 제1 금속층(110)과 절연층(120) 사이 및 제2 금속층(130)과 절연층(120)은 유사한 수준으로 높은 접합 강도를 가질 수 있다.
이하, 비교예 및 실시예를 이용하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하고자 한다.
먼저, 표 1 및 도 6은 무기충전재의 종류 및 함량에 따른 접합 강도 변화를 나타내기 위한 데이터이다.
NO. BN AlN Al2O3
1 1 0 0
2 0 1 0
3 0 0 1
4 0.5 0.5 0
5 0.5 0 0.5
6 0 0.5 0.5
7 0.4 0.3 0.3
8 0.6 0.2 0.2
9 0.2 0.6 0.2
10 0.2 0.2 0.6
BN, AlN 및 Al2O3를 표 1의 함량 비와 같이 조절한 후 DOE(Design of Experiment)를 수행한 결과, 도 6의 결과를 얻을 수 있었다. 표 1에서 BN, AlN 및 Al2O3의 전체 부피를 1로 두고 상대적인 부피로 실험을 설계하였다.
도 6(a), 도 6(b) 및 도 6(c)에서 그래프의 가로축은 BN, AlN 및 Al2O3 각각의 함량을 나타내고, 세로축은 금속층과의 접합강도를 나타낸다. 도 6(a)를 참조하면, BN의 함량이 높아질수록 접합강도는 낮아짐을 알 수 있다. 그리고, 도 6(c)를 참조하면, Al2O3의 함량이 높아질수록 접합강도는 높아짐을 알 수 있다.
다음으로, 실시예에 따르면, 제1 구리층 상에 에폭시 수지, 질화붕소 응집체 및 산화알루미늄을 포함하는 수지 조성물을 코팅하고, 제2 구리층 상에 에폭시 수지, 질화붕소 응집체 및 산화알루미늄을 포함하는 수지 조성물을 코팅한 후, 제1 구리층 상 수지 조성물과 제2 구리층 상 수지 조성물을 서로 마주보게 하여 가압하는 방식으로 방열 기판을 제작하였다. 그리고, 비교예에 따르면, 제1 구리층 상에 에폭시 수지, 질화붕소 응집체 및 산화알루미늄을 포함하는 수지 조성물을 코팅한 후, 수지 조성물 상에 제2 구리층을 배치하여 가압하는 방식으로 방열 기판을 제작하였다. 이때, 실시예에서 제1 구리층 및 제2 구리층에 각각 코팅된 수지 조성물의 두께의 합은 비교예에서 제1 구리층에 코팅된 수지 조성물의 두께와 동일하도록 제작하였다.
<실시예 1>
35㎛의 제1 구리층 상에 질화붕소 응집체 및 산화알루미늄 78vol%와 에폭시 화합물을 포함하는 수지 22vol%를 포함하는 수지 조성물을 코팅하고, 35㎛의 제2 구리층 상에 질화붕소 응집체 및 산화알루미늄 78vol%와 에폭시 화합물을 포함하는 수지 22vol%를 포함하는 수지 조성물을 코팅한 후, 절연층의 최종 두께가 500㎛가 되도록 가압하였다.
<실시예 2>
70㎛의 제1 구리층 상에 질화붕소 응집체 및 산화알루미늄 78vol% 및 실시예 1의 에폭시 화합물과 동일한 에폭시 화합물을 포함하는 수지 22vol%를 포함하는 수지 조성물을 코팅하고, 70㎛의 제2 구리층 상에 질화붕소 응집체 및 산화알루미늄 78vol%와 에폭시 화합물을 포함하는 수지 22vol%를 포함하는 수지 조성물을 코팅한 후, 절연층의 최종 두께가 500㎛가 되도록 가압하였다.
<비교예 1>
35㎛의 제1 구리층 상에 질화붕소 응집체 및 산화알루미늄 78vol% 및 실시예 1의 에폭시 화합물과 동일한 에폭시 화합물을 포함하는 수지 22vol%를 포함하는 수지 조성물을 코팅하고, 수지 조성물 상에 35㎛의 제2 구리층을 배치한 후, 절연층의 최종 두께가 500㎛가 되도록 가압하였다.
<비교예 2>
70㎛의 제1 구리층 상에 질화붕소 응집체 및 산화알루미늄 78vol% 및 실시예 1의 에폭시 화합물과 동일한 에폭시 화합물을 포함하는 수지 22vol%를 포함하는 수지 조성물을 코팅하고, 수지 조성물 상에 70㎛의 제2 구리층을 배치한 후, 절연층의 최종 두께가 500㎛가 되도록 가압하였다.
표 2는 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2에 따른 방열 기판에서 제1 구리층과 절연층 간 접합 강도 및 제2 구리층과 절연층 간 접합 강도를 측정한 결과이다.
실험번호 제1 구리층과 절연층 간 접합 강도(kgf/cm) 제2 구리층과 절연층 간 접합 강도(kgf/cm)
실시예 1 0.72 0.82
실시예 2 0.84 0.83
비교예 1 0.89 0.50
비교예 2 0.77 0.37
표 2를 참조하면, 실시예 1 내지 2에서 제1 구리층과 절연층 간 접합 강도는 제2 구리층과 절연층 간 접합 강도의 0.8 내지 1.2배로 유사하게 나타남을 알 수 있다. 또한, 실시예 1 내지 2에서 제1 구리층과 절연층 간 접합 강도와 제2 구리층과 절연층 간 접합 강도는 모두 0.7kgf/cm 이상임을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 방열 기판은 복수의 함몰부가 미리 형성된 금속층을 이용하여 제작될 수도 있다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 방열 기판에 적용되는 금속층의 예이다.
도 7을 참조하면, 금속층(110)의 한 면에는 복수의 제1 함몰부(112) 및 복수의 제2 함몰부(114)가 미리 형성될 수 있다. 미리 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 방열 기판(100)의 절연층(120)은 수지, 질화붕소 응집체 및 산화알루미늄을 포함하는 수지 조성물로부터 얻어진다. 여기서, 질화붕소 응집체의 입경은 40 내지 500㎛일 수 있고, 산화알루미늄의 입경은 0.2 내지 120㎛일 수 있으며, 이에 따라 금속층(110) 상에 수지 조성물을 코팅 및 건조한 후 가압 시 수지 조성물 내 질화붕소 응집체 및 산화알루미늄은 수지 조성물의 표면으로 돌출될 수 있다. 질화붕소 응집체 및 산화알루미늄이 수지 조성물의 표면으로 돌출되면, 금속층(110)은 찢어지기 쉬우며, 금속층(110)과 절연층(120) 간 접합 강도가 약해질 수 있다.
본 발명의 실시예와 같이, 금속층(110)의 한 면에 복수의 제1 함몰부(112) 및 복수의 제2 함몰부(114)가 미리 형성될 경우 수지 조성물의 표면으로 돌출된 질화붕소 응집체 및 산화알루미늄이 복수의 제1 함몰부(112) 및 복수의 제2 함몰부(114) 내에 수용될 수 있다. 이에 따르면, 금속층(110)이 찢어지는 문제를 최소화할 수 있으며, 금속층(110)과 절연층(120) 간의 접촉 면적 증가로 인하여, 높은 열전도도를 얻을 수도 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 방열 기판은 인쇄회로기판뿐만 아니라 발광소자에 적용될 수도 있다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 발광소자 모듈의 단면도이다.
도 8을 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.
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.
[부호의 설명]
100: 기판
110: 제1 금속층
120: 절연층
130: 제2 금속층

Claims (10)

  1. 제1 금속층,
    상기 제1 금속층 상에 배치되며, 에폭시 수지 및 무기충전재를 포함하는 절연층, 그리고
    상기 절연층 상에 배치되는 제2 금속층을 포함하고,
    상기 절연층은 상기 제1 금속층과 접촉하는 제 1 면을 포함하는 제1 영역 및 상기 제2 금속층과 접촉하는 제2 면을 포함하는 제2 영역을 포함하며,
    상기 무기충전재는 질화붕소 응집체와 산화알루미늄을 포함하고,
    상기 제1 면에서 상기 무기충전재의 전체 중량에 대한 상기 산화알루미늄의 중량비는 상기 제2 면에서 상기 무기충전재의 전체 중량에 대한 상기 산화알루미늄의 중량비의 0.95 내지 1.05배인 방열 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 사이에 배치된 제3 영역을 더 포함하고,
    상기 제1 영역, 상기 제2 영역 및 상기 제3 영역의 높이는 동일하며,
    상기 제 1면에서 상기 무기충전재의 전체 중량에 대한 상기 산화알루미늄의 중량 비는 상기 제3 영역 내에서 상기 무기충전재의 전체 중량에 대한 상기 산화알루미늄의 중량 비보다 높고,
    상기 제 2면에서 상기 무기충전재의 전체 중량에 대한 상기 산화알루미늄의 중량비는 상기 제3 영역 내에서 상기 무기충전재의 전체 중량에 대한 상기 산화알루미늄의 중량비보다 높은 방열 기판.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제 1면에서 상기 무기충전재의 전체 중량에 대한 상기 산화알루미늄의 중량 비는 상기 제3 영역 내에서 상기 무기충전재의 전체 중량에 대한 상기 산화알루미늄의 중량 비의 1.05배를 초과하고,
    상기 제 2면에서 상기 무기충전재의 전체 중량에 대한 상기 산화알루미늄의 중량비는 상기 제3 영역 내에서 상기 무기충전재의 전체 중량에 대한 상기 산화알루미늄의 중량비의 1.05배를 초과하는 방열 기판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 금속층과 상기 제 1면 간 접합 강도는 상기 제2 금속층과 상기 제2 면 간 접합 강도의 0.8 내지 1.2배인 방열 기판.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 금속층과 상기 제1 면 간 접합 강도 및 상기 제2 금속층과 상기 제2 면 간 접합 강도는 모두 0.7kgf/cm 이상인 방열 기판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 면에서 상기 무기충전재의 전체 중량에 대하여 상기 산화알루미늄은 50wt% 내지 80wt%로 포함되는 방열 기판.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 무기충전재는 질화알루미늄을 더 포함하는 방열 기판.
  8. 제1 금속층,
    상기 제1 금속층 상에 배치되며, 에폭시 수지 및 무기충전재를 포함하는 절연층, 그리고
    상기 절연층 상에 배치되는 제2 금속층을 포함하며,
    상기 무기충전재는 질화붕소 응집체와 산화알루미늄을 포함하고,
    상기 절연층은 상기 제1 금속층과 접촉하는 제1 면을 포함하는 제1 영역 및 상기 제2 금속층과 접촉하는 제2 면을 포함하는 제2 영역을 포함하며, 상기 제1 면에서 상기 무기충전재의 입도(D50)는 상기 제2 면에서 상기 무기충전재의 입도(D50)의 0.95 내지 1.05배인 방열 기판.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 배치된 제3 영역을 더 포함하며,
    상기 제1 영역, 상기 제2 영역 및 상기 제3 영역의 높이는 동일하며,
    상기 제1 면에서 상기 무기충전재의 전체 중량에 대한 상기 산화알루미늄의 중량 비는 상기 제3 영역 내에서 상기 무기충전재의 전체 중량에 대한 상기 산화알루미늄의 중량 비보다 높고,
    상기 제2 면에서 상기 무기충전재의 전체 중량에 대한 상기 산화알루미늄의 중량비는 상기 제3 영역 내에서 상기 무기충전재의 전체 중량에 대한 상기 산화알루미늄의 중량비보다 높은 방열 기판.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 금속층과 상기 제1 면 간 접합 강도는 상기 제2 금속층과 상기 제2 면 간 접합 강도의 0.8 내지 1.2배인 방열 기판.
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