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KR100602847B1 - 방열판이 장착된 인쇄회로기판과 이 회로기판을 이용한발광다이오드 패캐지 및 그 제조방법 - Google Patents

방열판이 장착된 인쇄회로기판과 이 회로기판을 이용한발광다이오드 패캐지 및 그 제조방법 Download PDF

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KR100602847B1
KR100602847B1 KR1020040013448A KR20040013448A KR100602847B1 KR 100602847 B1 KR100602847 B1 KR 100602847B1 KR 1020040013448 A KR1020040013448 A KR 1020040013448A KR 20040013448 A KR20040013448 A KR 20040013448A KR 100602847 B1 KR100602847 B1 KR 100602847B1
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KR
South Korea
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circuit board
heat sink
printed circuit
insertion hole
hole
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KR1020040013448A
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KR20050087563A (ko
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박찬익
김재원
오대근
이명근
Original Assignee
럭스피아 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

방열판이 구비된 프라스틱 인쇄회로기판과 이 회로기판을 이용한 반도체 패키지 및 그 제조방법이 개시된다. 그러한 인쇄회로기판은 소정의 삽입 홀을 두고 상기 삽입 홀에 삽입 고정되는 금속의 방열판과, 상기 방열판을 포함하여 도금된 회로부를 포함한다. 상기 방열판은 별도의 접착 물질을 개재하지 않고 강제 끼움식으로 삽입홀에 꼭 맞게 고정되고 회로부와 함께 도금되어 전기적 연결과 삽입부의 기밀을 이룬다 . 따라서 본 발명의 인쇄회로기판은 신뢰성이 확보된 용이한 방열판 부착방법으로 기능성 인쇄회로기판으로서 생산성이 확보되고, 고방열 기능을 요구하는 반도체 패캐지 소재로의 활용성을 넓힌다.
인쇄회로기판, 방열, 발광 다이오드 패캐지

Description

방열판이 장착된 인쇄회로기판과 이 회로기판을 이용한 발광다이오드 패캐지 및 그 제조방법{ＰＣＢ mounted a radiator and ＬＥＤ package using the ＰＣＢ and method manufacturing them}
도1 은 종래 기술에 따른 방열구조가 적용된 인쇄회로기판을 도시하는 단면도이다.
도2 는 종래 기술에 따른 방열판을 부착한 인쇄회로기판을 도시하는 단면도이다
도3 는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 방열판이 장착된 인쇄회로기판의 단면도이다.
도4 는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 인쇄회로기판의 제조 단계별 단면도이다.
도5 는 본발명의 바람직한 실시 예에 따른 발광 다이오드 패캐지의 단면도 이다.
본 발명은 프라스틱 인쇄회로기판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방열판을 삽입하고 회로부와 접하여 함께 도금한 인쇄회로기판으로서 방열판이 전기적 회로로서도 연결되고 방열판 삽입부 경계 영역의 기밀도를 높여 신뢰성과 생산성이 확보되는 고방열 기능성의 인쇄회로기판과 이 회로기판을 이용한 반도체 패캐지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 인쇄회로기판은 내열성이 강화된 재료의 적용과 정밀한 회로 형성기술이 적용되면서 반도체 패캐지를 실장하는 기판으로서의 본래 용도를 넘어 종래의 리드프레임과 세라믹 패캐지를 대체한 반도체 패캐지 자체의 기판 소재로까지 사용이 확대되고 있다. 상대적으로 반도체 패캐지에 대한 종래의 고신뢰성 요구도 사용 목적에 따라 대폭 완화된 데에도 기인한다. 인쇄회로기판을 반도체 패캐지의 기판 소재로 사용시 소형화 및 정밀 복합회로 내장이 용이하고 공정 단축 및 생산성을 향상시키는 원가 절감의 효과도 크다. 하지만 프라스틱 재질의 인쇄회로 기판은 반도체 칩을 직접 실장하는 기판으로서 금속의 리드프레임이나 세라믹 기판에 비해 방열 효율이 좋지 않기 때문에 고방열을 요구하는 반도체의 패캐지 재료에서 제외되고 있다. 이를 극복하기 위해 방열 수단을 구비한 인쇄회로기판의 개발이 다각도로 시도되고 있지만 종래 기술에서는 확고한 방열 수단을 제공하지 못하거나, 구조적인 면, 생산성 또는 경제성에서 반도체 패캐지로 적용하는 장점을 상쇄하는 경우이다.
도1은 일반적인 종래 기술로서 반도체 칩(1)을 안착할 인쇄회로기판(2)의 자리에 미세한 관통 홀(3)을 다수 형성하고 관통 홀의 내벽에 무전해 동도금으로 기판 배면으로 연결되는 방열 경로(4)을 형성하고 여기에 에폭시 수지 내지 열전도 물질을 혼입한 에폭시 수지(5)등으로 관통 홀(3)을 메꾸고 다시 무전해 동 도금(6)으로 관통홀 상하부를 덮는 방식으로 인쇄회로기판 내 방열 수단 설치를 마감한다. 이러한 방식은 작업성의 난해함은 물론 미세한 관통 홀을 통해서는 방열 효과의 탁월한 향상을 기대하기는 어렵다.
도2는 종래 기술에서 보다 효과적인 방열 수단으로 알루미늄 같은 방열 판넬(7)에 박막의 인쇄회로기판(8)을 부착한 방식이다. 이는 모든 전기적 회로가 방열판 상부의 인쇄회로기판에 형성되고 금속의 방열판과는 절연되어야 하기에 방열판의 상하면은 서로 전기적으로 단절되고 상부면에서 저면으로 회로의 연장부를 둘 수 없어 반도체 패캐지로서 외부 단자를 설치하는데 여러 가지 구조적 제한이 따르고 난해한 공정이 수반된다.
그 외 종래 기술로서 특별한 방열 수단이 없이 완성된 일반적인 인쇄회로기판에 제 3의 매개 재료나 수단을 사용하여 별개의 금속 방열판을 부착하는 방법, 즉 나사 조임, 솔더, 또는 접착제로 부착하는 방법 등이 알려져 있다.
본 발명은 인쇄회로기판 내에 방열 수단을 구비함에 있어 도1의 종래 기술과 같이 인쇄회로기판의 제작과정 중에 표면적으로는 인쇄회로기판에 일체로서 구비되어 반도체 패캐지 재료로서의 인쇄회로기판의 장점을 그대로 살리고, 도2와 같은 금속판으로 보다 효과적인 방열판을 설치한 것과 같이 각각의 종래 기술의 단편적인 장점을 포괄적으로 포함하며, 또한 종래 기술에서의 각각의 단점을 해소하여 기능성, 실용성, 제작 용이성 및 경제성을 가진다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 방열판을 별도로 가공하여 천공된 기판에 간단히 삽입하는 것으로 인쇄회로기판에 부착 고정하며 도금으로 덮는 방식으로 삽입부의 기밀 및 전기적 물리적으로 연결을 이루면서 금속 방열판을 구비한 방열 기능성 인쇄회로기판과 이 회로기판을 이용한 반도체 패캐지 및 이를 용이하게 제조할 수 있는 제조방법을 제공하는데 있다.
또한, 고방열이 요구되는 반도체 패캐지 소재로서 상기 기판을 이용 내지 응용한 효과적인 반도체 패캐지, 특히 고휘도 성능의 달성을 위해 방열, 집광 및 광반사 기능을 갖춘 발광 다이오드 패캐지를 제공하는데 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 삽입홀 및 회로가 형성되는 기판과; 상기 삽입홀에 삽입되고 도금 과정에 의해 표면상으로 상기 기판에 일체로 매립되는 금속 방열판을 최소한 포함한다.
그리고, 본 발명은 양면에 적층된 동박이 회로로 가공되지 않은 인쇄회기판의 원판에 방열판 삽입공을 천공하는 단계와; 별도의 공정으로 상기 삽입공과 일치하는 형태로 가공된 금속 방열판을 상기 삽입공에 삽입하는 단계와; 노출된 방열판의 양면을 포함하여 아직 회로를 형성하지 않은 상기 인쇄회로기판의 전체를 동 도금하여 방열판을 인쇄회로기판의 일체로서 완전히 매립하는 단계와; 매립된 방열판과 이에 접하는 소정 폭의 가장자리를 부분을 포함하여 필요 회로부가 남겨지도록 식각하는 단계와; 상기 식각과정을 거쳐 구성된 회로부에 반도체 칩을 실장하여 반 도체 패캐지로 적용하기에 유리한 금속으로 다시 도금하는 과정을 최소한 거친 방열판을 구비한 기능성 인쇄회로기판의 제조과정을 포함한다.
여기서 본 발명은 상기 기능성 인쇄회로기판을 응용한 반도체 패캐지로서, 상부면에 오목한 반사공이 형성된 방열판을 구비한 인쇄회로기판과; 상기 반사공 저면에 접착재를 개재하여 장착한 발광 다이오드 칩과; 상기 발광 다이오드 칩과 인쇄회로 기판 상의 회로간에 전기적 결선을 이룬 본딩 와이어와; 상기 칩과 와이어를 보호토록 상기 인쇄회로기판 상부면에 몰딩된 에폭시 수지를 포함하는 방열 및 집광 기능을 구비한 고휘도 발광 다이오드 패캐지 또한 포함한다.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 방열 기능성 인쇄회로기판 및 이를 이용한 고휘도 발광 다이오드 패키지의 구조를 상세하게 설명한다.
도3 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방열판이 구비된 인쇄회로기판을 도시하는 단면도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명이 제안하는 인쇄회로기판(10)은 방열판을 삽입하기 위해 천공된 삽입공(11)과; 상하부면의 회로간의 전기적 연결을 위해 천공되고 상하면에 회로가 접하는 관통홀(12)과; 상기 삽입홀에 강제끼움 방식으로 삽입된 방열판(13)과; 상기 방열판의 상하부 외주면과 접하는 소정 폭 이상의 삽입홀 가장자리를 포함한 모든 회로부의 저층이 되는 동박층(14)과; 상기 방열판(13)과 회로부의 동박층(14)을 덮고 상기 관통홀 내주면을 덮는 도금층(15,16)과; 상기 관통홀(12)을 통한 상하면의 물리적 통로를 차단하기 위해 상부에서 관통홀을 소정 폭으로 덮는 관통홀 차단 수지 막(17)으로 이루어 져 있다. 여기서 상기 도금층들은 인쇄회로기판의 동박을 식각하여 회로부를 형성하기 전에 방열판의 상하면을 포함한 인쇄회로기판 전면을 덮는 동 도금층(15)과 식각에 의해 회로가 형성된 후에 선택적으로 회로부에 도금되는 와이어 본딩 가용 도금층(16)으로 구성된다.
도 4의 (a) 내지 (g)는 본 발명에 따른 인쇄회로기판의 제조 단계별 인쇄회로기판의 단면을 도시한다.
도 4의 (a)가 도시하는 바와 같이 본 발명의 인쇄회로기판을 제조하는 과정으로서는 먼저 양면에 동박(14)이 적층되어 인쇄회기판으로 제작될 수 있는 원소재판(기판)(10)을 마련한다. 도 4의 (b)와 같이 원소재판에 방열판을 삽입할 수 있는 삽입홀(11)과 기판(10) 상하면의 전기적 연결 경로로서 관통홀(12)을 천공한다. 별도의 과정으로서 가공한 방열판(13)을 도4의 (c)와 같이 상기 삽입홀(11)에 삽입하여 기판에 고정되게 한다. 이때 삽입홀의 내주면 전체에 방열판 외주면이 밀착되고 강하게 고정되도록 방열판(13)은 삽입홀(11)보다 약간 큰 외경으로 가공되어 강제끼움식으로 삽입되는 것이 바람직하며 특별한 의도가 없는 한 방열판(13)의 두께는 기판(10)의 두께와 일치하도록 한다. 도 4의 (d)와 같이 방열판(13)을 삽입한 상태에서 방열판(13)의 상하면과 상기 관통홀(12)의 내주면을 포함하여 기판(10)의 전면을 모두 무전해 동도금(15)으로 덮는다. 이 과정에서 방열판(13)과 기판(10)의 경계면의 틈이나 흔적이 도금층으로 메워지고 부분적으로 평탄화 되며 방열판(13) 상하면에 접하는 동박(14)과의 물리적 전기적 연결을 이룬다. 외관적으로는 상기 경계면에 대해 기밀을 이루며 흔적을 완화하고 방열판(13)을 매립한 것같이 방열판 이 기판(10)에 일체 된 것처럼 된다. 이 상태에서 포토 레지스트를 이용한 습식 식각 공정을 거쳐 도4의 (e)와 같이 기판의 회로부(E)를 형성 한다. 상기 회로부(E)는 방열판과 그에 접하는 소정의 폭 이상의 가장자리, 관통홀 및 그에 접하는 소정의 폭 이상의 가장자리, 그리고 관통홀 상부 가장자리에서부터 연장되는 와이어 본딩을 위한 회로선을 최소한 포함한다. 상기 형성된 회로부(E)는 도4의 (f)와 같이 다시 한번 와이에 본딩에 가용적인 금속도금(16)으로 덮는다. 여기서 도금 재료는 금이 적합하고 발광 다이오드 칩에 대한 패캐지로서 사용한다면 광반사율이 뛰어난 은이 바람직하다. 또한 상기 도금전에 회로부의 저층을 구성하는 구리 층에 대한 장벽(Barrier)도금으로서 니켈도금을 선행함이 바람직하다. 마지막으로 도4의 (g)에 도시한바와 같이 기판 상하면을 관통하는 관통홀의 물리적 경로를 차단하기위해 관통홀(12)을 덮는 소정 폭의 관통홀 차단 수지막(17)을 형성하여 본 발명의 일 실시 예로서 인쇄회로기판 제작을 완료한다. 상기 관통홀 차단 수지막(17) 역시 포토레지스트 성향의 수지 막을 현상하고 경화하는 방법으로 쉽게 형성할 수 있다.
여기서 본 발명이 구현하는 방열판을 구비한 방열 기능성의 인쇄회로기판을 반도체 패캐지 소재로 이용하는 본 발명의 일 실시 예로 고휘도 성능을 달성하기 위해 방열 및 집광 수단이 필요한 발광 다이오드 패캐지의 단면을 도 5에 도시하였다. 도 5에 도시한 바와 같이 상부에 오목한 반사공(18)이 가공된 방열판(13)을 구비한 인쇄회로기판(10)과; 상기 반사공 저면에 열전도성 접착제를 개재하여 부착한 발광 다이오드 칩(19)과; 발광 다이오드 칩(19)으로부터 인쇄회로기판의 회로부에 본딩되는 본딩 와이어(20)와; 상기 칩과 와이어를 외부충역이나 습기로부터 보호하기 위해 인쇄회로기판 상부에 몰딩되는 투명 에폭시 수지(21)와; 인쇄회로기판의 상하 회로부를 연결하는 관통홀 중앙을 포함하는 소정의 절단선을 따라 사방 절단면(22)을 포함한다. 여기서 방열판을 구비한 인쇄회로기판은 전술한 방법과 같이 준비되지만 방열판(13)은 오목한 반사공(18)이 일체가 된 형태의 것을 적용한다. 따라서 상기 반사공을 겸한 방열판을 통해 집광과 방열을 동시에 이룸으로서 고휘도 발광 다이오드 패캐지를 실현할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예로써, 본 발명을 응용하여 방열판(13)은 반사공의 유무, 기판(10)의 두께와 일치 여부, 모양, 그리고 기판(10)의 한 단위체 내의 삽입 수와 관계없이 기판(10)상에 형성된 삽입구에 강제 끼움식으로 삽입되어 다양한 칩 안착부의 방열 경로를 형성할 수 있다.
또한, 상기 방법으로 방열판(13)을 구비한 기판(10)을 이용하여 발광 다이오드 칩(19)뿐만 아니라 다양한 기능의 반도체를 포함한 전기전자 소자의 고방열 패키지로 이용할 수 있다.
더욱이 패키지 베이스로서의 기판(10)에 국한하지 않고 패키지를 표면 실장하는 기판(10) 자체로서도 방열판(13)을 구비한 고 방열 기능의 제품으로 응용될 수 있다.
이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 인쇄회로기판은 용이한 방법과 기밀성이 보장된 형태로 금속 방열판을 기판내 일체로 구비함으로서 고 방열을 요구하는 반도체 패캐지 소재로서 실용성을 높일 수 있다.
특히, 방열판을 광 반사공이 일체로 형성된 형태로 구비함으로써 집광과 방열을 동시에 효과적으로 이루는 고휘도 발광 다이오드 패키지로 구현될 수 있기 때문에 이 분야의 제품 성능을 향상하고 소형화 대비 생산성과 기능성이 확보된 경제적인 패캐지 방안을 제공한다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (10)

  1. 삽입홀 및 회로가 형성되는 기판과;
    상기 삽입홀에 삽입되어 고정된 금속 방열판과;
    상기 삽입홀 가장자리를 포함하여 금속 방열판은 도금층으로 덮여져 상기 기판과 일체로 매립된 인쇄회로기판.
  2. 삭제
  3. 상기 제 1항에 있어서, 상기 인쇄회로기판을 패캐지 베이스 소재로 이용한 반도체 패캐지.
  4. 상기 제1항에 있어서, 상기 방열판은 집광 및 광반사 수단으로 오목한 형태의 반사공을 형성하고 있는 인쇄회로기판.
  5. 삽입홀을 구비하고 있으며 적어도 일면에 회로부와 연결되는 발광다이오 칩을 실장하고 있는 프라스틱 인쇄회로기판;
    상기 삽입홀에 삽입 고정되어 칩으로부터 나오는 빛을 집광 및 광반사하기 위한 수단을 구비한 방열판;
    상기 회로부와 발광 다이오드 칩을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어;
    상기 칩과 와이어를 보호하기 위하여 기판 상부에 몰딩되는 에폭시 수지를 포함하는 발광 다이오드 패캐지.
  6. 상기 제5항에 있어서, 상기 방열판은 집광 및 광반사 수단으로 오목한 형태의 반사공을 형성하고 있는 발광 다이오드 패캐지.
  7. 상기 제5항에 있어서, 인쇄회로기판은 윗면과 아랫면을 전기적으로 연결하는 관통홀이 형성되는 발광 다이오드 패캐지.
  8. 회로로 가공되지 않은 동박이 양면에 적층된 기판에 금속 방열판을 삽입할 삽입공을 천공하는 단계와;
    별도의 공정으로 가공된 금속 방열판을 상기 삽입공에 삽입하는 단계와;
    삽입후 노출된 방열판의 양면을 포함하여 방열판을 매립하도록 상기 기판의 외부면을 도금하는 단계와;
    매립된 방열판과 이에 접하는 가장자리를 부분을 포함하여 필요 회로부가 남겨지도록 식각하는 단계와;
    상기 식각과정을 거쳐 구성된 회로부에 솔더링 이나 와이어 본딩을 위하여 다시 도금하는 과정을 포함하는 인쇄회로기판의 제조방법.
  9. 상기 제8항에 있어서, 상기 첫 번째 단계인 방열판을 삽입할 삽입공을 천공 하는 단계는 상기 인쇄회로기판의 상하면을 전기적으로 연결하기 위한 관통홀을 천공하는 단계를 더 포함하는 인쇄회로기판의 제조방법.
  10. 상기 제9항에 있어서, 인쇄회로기판 제조방법은 상기 관통홀의 물리적 경로를 차단하기 위해 관통홀을 덮는 관통홀 차단 수지막을 제공하는 단계를 더 포함하는 인쇄회로기판의 제조방법.
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