KR101037334B1 - Manufacturing Method of Printed Circuit Board by Plasma Electrolytic Oxidation and Printed Circuit Board and Electronic Component Module - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라즈마 전해 산화법을 이용한 인쇄 회로 기판의 제조방법과 인쇄회로 기판 및 전자부품 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 알루미늄 베이스 상에 플라즈마 전해 산화법을 이용하여 산화 알루미늄층을 형성한 다음 전방향족 폴리이미드로 봉공층을 형성한 전자부품용 금속 인쇄 회로 기판과 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 회로 기판은 금속 소재의 베이스; 상기 베이스의 일면 또는 양면 상에 플라즈마 전해 산화법에 의해 형성되는 금속산화물층; 상기 금속산화물층 위에 형성되며, 상기 금속 산화물층의 기공을 충진하는 전방향족 폴리이미드의 봉공층; 및 상기 봉공층 위에 형성되는 금속 배선층; 을 포함한다.The present invention relates to a method for manufacturing a printed circuit board using a plasma electrolytic oxidation method, a printed circuit board and an electronic component module, and more particularly, to form an aluminum oxide layer using a plasma electrolytic oxidation method on an aluminum base, The present invention relates to a metal printed circuit board for an electronic component in which a sealing layer is formed of mid, and a method of manufacturing the same. The circuit board of the present invention is a base of a metal material; A metal oxide layer formed on one or both surfaces of the base by plasma electrolytic oxidation; A sealing layer of the wholly aromatic polyimide formed on the metal oxide layer and filling the pores of the metal oxide layer; And a metal wiring layer formed on the sealing layer. .
Description
본 발명은 플라즈마 전해 산화법을 이용한 인쇄 회로 기판의 제조방법과 인쇄 회로 기판 및 전자부품 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 알루미늄 베이스 상에 플라즈마 전해 산화법을 이용하여 산화 알루미늄층을 형성한 다음 전방향족 폴리이미드로 봉공층을 형성한 전자부품용 금속 인쇄 회로 기판과 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a printed circuit board using a plasma electrolytic oxidation method, a printed circuit board and an electronic component module, and more particularly, to form an aluminum oxide layer using a plasma electrolytic oxidation method on an aluminum base, The present invention relates to a metal printed circuit board for an electronic component in which a sealing layer is formed of mid, and a method of manufacturing the same.
인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board; PCB)은 다수의 전자부품을 기계적으로 지원하고, 탑재된 전자부품 상호간을 전기적으로 연결하는 역할을 한다. 최근, 이동통신기기와 전자제품들의 경박 단소화가 급격히 진행됨에 따라 인쇄회로기판의 기술도 다층 고밀도 및 다기능을 가진 제품으로 급속도로 변화하고 있다. 특히, LED 조명, LED 백라이트 유닛(light emitting diode back light unit LED BLU), 오디오 파워 모듈, PDP용 파워모듈, 모터 컨트롤러, 열전재료, 고출력 반도체 소자 등은 작동 시 많은 열을 방출하고 이 열에 의해 LED 칩 등 전자 부품 소자의 신뢰성이 떨어지고 수명이 단축되므로, 이 분야에서는 발열문제가 가장 중요하게 대두되고 있으며, 효과적인 방열구조를 채택하지 않으면 제품의 신뢰성에 문제가 발생하게 된다. 따라서 기동 중에 발생하는 열을 쉽게 발산시킬 수 있는 재질에 소자를 실장(mount) 하여야 하며 현재는 주로 금속 인쇄회로기판을 사용하고 있다.
A printed circuit board (PCB) serves to mechanically support a plurality of electronic components and electrically connect the mounted electronic components to each other. In recent years, as the light and short size of mobile communication devices and electronic products is rapidly progressing, the technology of printed circuit boards is rapidly changing to products having multilayer high density and multifunction. In particular, LED lighting, light emitting diode back light unit LED BLU, audio power module, power module for PDP, motor controller, thermoelectric material, high power semiconductor device, etc., emit a lot of heat during operation and Since the reliability of electronic components such as chips is reduced and the lifespan is shortened, the heat generation problem is most important in this field, and if the effective heat dissipation structure is not adopted, the reliability of the product may occur. Therefore, the device must be mounted on a material that can easily dissipate heat generated during startup. Currently, metal printed circuit boards are mainly used.
종래 기술은 알루미늄 베이스에 아노다이징 법에 의해 산화 알루미늄층을 형성하는 것인데 금속 인쇄 회로 기판에서 요구되는 충분한 절연 특성을 얻기가 곤란하며 취성에 약하다는 문제가 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 취성에 강하고 두께를 두껍게 할 수 있는 플라즈마 전해 산화법을 이용한 산화알루미늄 층의 형성 방법이 제안되었다. 플라즈마 전해 산화법에 의한 산화알루미늄 층은 일반 금속 인쇄회로 기판에 사용되는 절연층에 비해 높은 유전율을 가짐으로서 얇은 두께에서도 절연파괴전압을 높일 수 있으므로 두께를 얇게 하여 열저항을 낮추어 방열 효과를 높일 수 있다. 그러나 플라즈마 전해 산화법을 이용한 산화알루미늄 층은 표면과 층 내에 많은 기공이 존재하므로 배선층을 형성하기 위해 씨드층(Seed Layer)을 스퍼터링하는 과정에서 씨드층 형성 물질이 기공내에 확산 증착되어 알루미늄 기판과 배선층 사이의 절연성이 매우 나빠지거나 심지어 전기적으로 통전되는 현상이 발생한다. 따라서 플라즈마 전해 산화법을 이용하여 산화알루미늄 층을 형성한 후 산화알루미늄 층의 기공을 메우기 위해 봉공(Sealing) 처리를 해야 한다.The prior art is to form an aluminum oxide layer on an aluminum base by an anodizing method, but it is difficult to obtain sufficient insulating properties required for a metal printed circuit board and has a problem in brittleness. In order to solve this problem, a method of forming an aluminum oxide layer using a plasma electrolytic oxidation method that is resistant to brittleness and can be thickened has been proposed. The aluminum oxide layer by the plasma electrolytic oxidation method has a higher dielectric constant than the insulating layer used for a general metal printed circuit board, so that the breakdown voltage can be increased even at a thin thickness, so that the thickness can be reduced to lower the thermal resistance to increase the heat dissipation effect. . However, since the aluminum oxide layer using the plasma electrolytic oxidation method has many pores in the surface and the layer, the seed layer forming material is diffused and deposited in the pores in the process of sputtering the seed layer to form the wiring layer. The insulation of the substrate becomes very poor or even electrically energized. Therefore, after the aluminum oxide layer is formed by using plasma electrolytic oxidation, sealing is required to fill pores of the aluminum oxide layer.
종래에 이러한 봉공을 위해 사용한 방법으로는 플라즈마 전해 산화법을 이용해 형성한 산화알루미늄 층에 산화알루미늄(Al2O3), 산화실리콘(SiO2), 산화지르코늄(ZrO2) 등의 금속 산화물을 물리 기상 증착법(PVD)이나 화학기상 증착법(CVD)을 이용하여 증착하는 방법, 용사(thermal spray) 또는 졸겔법을 이용하여 세라믹을 코팅하는 방법, 그리고 고분자화합물의 일종인 에폭시를 코팅하는 방법이 있었다.Conventionally, the method used for such sealing is a metal oxide such as aluminum oxide (Al 2 O 3), silicon oxide (SiO 2), zirconium oxide (ZrO 2), or the like in the aluminum oxide layer formed by plasma electrolytic oxidation. There are methods of depositing by chemical vapor deposition (CVD), coating of ceramics by thermal spray or sol-gel method, and coating of epoxy, which is a kind of polymer compound.
금속산화물을 이용한 봉공법은 봉공층에 의한 열전도율의 저하가 적다는 장점이 있으나 봉공처리를 하기 위해 사용하는 PVD 또는 CVD 장비가 매우 고가이고 봉공층을 형성하는 시간이 매우 길다는 단점이 있다. 일반적으로 금속산화물을 PVD 법에 의해 증착할 경우 증착 속도(Depositon Rate)는 초당 10 Å 내외로서 금속산화물 봉공층을 5 ㎛ 형성하는데 진공 배기 등의 준비 시간을 합쳐 대략 2 시간 가량이 소요된다. 따라서 금속산화물을 이용한 봉공법은 제조 비용의 현격한 상승을 야기한다.The sealing method using a metal oxide has the advantage that the thermal conductivity decreases due to the sealing layer, but the disadvantage is that the PVD or CVD equipment used for the sealing process is very expensive and the time to form the sealing layer is very long. In general, when the metal oxide is deposited by the PVD method, the deposition rate is about 10 s per second, and forming the metal oxide sealing layer 5 μm takes about 2 hours in addition to the preparation time such as vacuum exhaust. Therefore, the sealing method using a metal oxide causes a significant increase in manufacturing cost.
다음으로 용사 또는 졸겔법을 이용한 봉공법은 열전도율의 저하가 비교적 적고 제조 비용 또한 금속산화물을 이용한 봉공법에 비해 저렴하다는 장점이 있으나, 용사 또는 졸겔법에 의해 형성된 세라믹 층은 취성에 매우 취약하여 인쇄회로기판의 제조공정상 타발 또는 라우팅에 의한 후가공시 깨지거나 열피로에 의해 미세한 크랙(crack) 등이 발생하는 등의 문제가 발생한다.Next, the sealing method using the spray or sol-gel method has the advantage that the thermal conductivity is relatively low and the manufacturing cost is also lower than that of the sealing method using the metal oxide. However, the ceramic layer formed by the spray or sol-gel method is very vulnerable to brittleness and is printed. In the manufacturing process of the circuit board, there are problems such as cracking during post-processing due to punching or routing or minute cracks due to thermal fatigue.
마지막으로 에폭시 코팅에 의한 봉공법은 플라즈마 전해 산화법을 이용해 형성한 산화알루미늄 층에 에폭시를 코팅하여 산화알루미늄 층 내의 기공을 메운 뒤 경화하는 방법으로서 열전도율의 저하가 다른 두 방법에 비해 비교적 큼에도 불구하고 다른 두 종류의 봉공법에 비해 제조비용이 저렴하고 취성에 강하며 절연파괴전압이 높고 신뢰성이 높다는 장점이 있다.Finally, sealing by epoxy coating is a method of coating epoxy on aluminum oxide layer formed by plasma electrolytic oxidation method to fill pores in aluminum oxide layer and then harden it. Compared with the other two kinds of sealing methods, the manufacturing cost is low, brittle, high dielectric breakdown voltage and high reliability.
그러나 이러한 장점에도 불구하고 에폭시 코팅에 의한 봉공법은 배선층을 형성할 때 몇 가지 문제점이 발생한다. 플라즈마 전해 산화법에 의해 형성된 산화알루미늄 층을 봉공한 에폭시 층은 경화 후에 에폭시 자체에 접착력이 남아 있지 않기 때문에 배선층으로서 전해동박을 또 다른 에폭시 또는 열경화성 수지 등의 접착층을 이용하여 부착해야 한다. 이 경우 접착층으로 사용되는 열경화성 수지의 열전도율이 낮기 때문에 방열 회로 기판의 전체적인 열전도율 저하를 야기하게 된다. 이를 개선하기 위해 봉공층으로 사용한 에폭시 및 접착층으로 사용한 열경화성 수지에 세라믹 필러(filler)를 혼합하는 등 부가적인 공정과 재료의 사용으로 제조 비용이 상승하게 된다.However, in spite of these advantages, the sealing by epoxy coating causes some problems when forming the wiring layer. Since the epoxy layer sealing the aluminum oxide layer formed by the plasma electrolytic oxidation method does not remain in the epoxy itself after curing, the electrolytic copper foil should be attached using an adhesive layer such as another epoxy or thermosetting resin as the wiring layer. In this case, since the thermal conductivity of the thermosetting resin used as the adhesive layer is low, the overall thermal conductivity of the heat radiation circuit board is lowered. In order to improve this, manufacturing costs are increased by using additional processes and materials such as mixing a ceramic filler with an epoxy used as a sealing layer and a thermosetting resin used as an adhesive layer.
배선층을 형성하는 또 다른 방법으로서, 플라즈마 전해 산화법에 의해 형성된 산화알루미늄 층을 봉공한 에폭시 층 상에 PVD 법을 이용하여 씨드층(seed layer)을 증착하고 그 위에 전해도금을 이용해 배선층을 형성하는 방법이 있다. 그러나 경화된 에폭시 봉공층에 씨드층으로서 Cu를 증착한 후 전해도금할 경우 에폭시 봉공층과 배선층 간의 부착력은 ASTM D2861 측정 방법을 기준으로 0.05 kgf/cm 내지 0.2 kgf/cm 정도로 매우 낮다. 또한 에폭시 봉공층과 배선층 사이의 부착력을 향상하기 위해 두 층 사이에 Cr, NiCr, TiW 등의 합금을 5 nm 내지 50 nm 정도 증착하기도 한다. 그러나 이 경우에도 에폭시 봉공층과 배선층 사이의 부착력은 0.2 kgf/cm 내지 0.4 kgf/cm 정도로, 일반적인 금속 인쇄회로기판(PCB)에 요구되는 절연층과 배선층 간의 부착력이 1.3 kgf/cm임을 고려할 때 매우 낮다.As another method of forming a wiring layer, a method of depositing a seed layer using PVD on an epoxy layer encapsulated with an aluminum oxide layer formed by plasma electrolytic oxidation and forming a wiring layer using electroplating thereon There is this. However, in the case of electroplating after depositing Cu as a seed layer on the cured epoxy sealing layer, the adhesion between the epoxy sealing layer and the wiring layer is very low, ranging from 0.05 kgf / cm to 0.2 kgf / cm based on the ASTM D2861 measuring method. In addition, in order to improve adhesion between the epoxy sealing layer and the wiring layer, an alloy such as Cr, NiCr, TiW, etc. may be deposited between 5 nm and 50 nm between the two layers. However, even in this case, the adhesive force between the epoxy sealing layer and the wiring layer is 0.2 kgf / cm to 0.4 kgf / cm, and considering that the adhesive force between the insulating layer and the wiring layer required for a typical metal printed circuit board (PCB) is 1.3 kgf / cm. low.
본 발명은 상기한 종래 방열 회로 기판의 문제점들을 해결하여, 취성에 강하면서 절연성이 우수한 동시에 열저항이 낮아 방열 기능이 뛰어난 금속 인쇄 회로 기판을 제공하고자 한다.The present invention is to solve the above problems of the conventional heat dissipation circuit board, to provide a metal printed circuit board excellent in heat dissipation function is excellent in brittle and excellent insulation and low thermal resistance.
또한 본 발명은 봉공층 형성 시간이 오래 걸리지 않고도 방열 및 절연 성능이 우수하며, 배선층 형성이 용이한 인쇄 회로 기판을 제조하는 방법을 제공하여 방열회로 기판의 제조 단가를 낮출 수 있는 방법을 제공하고자 한다.In another aspect, the present invention is to provide a method for manufacturing a printed circuit board excellent in heat dissipation and insulation performance without the time required to form a sealing layer, easy to form a wiring layer to reduce the manufacturing cost of the heat radiation circuit board .
본 발명의 또 다른 목적은 우수한 절연 및 방열 특성을 지니면서도 취성에 강하고 금속 배선층과의 접착력이 우수한 금속산화물층의 봉공층을 제공하고자 하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a sealing layer of a metal oxide layer having excellent insulation and heat dissipation properties and strong brittleness and excellent adhesion to a metal wiring layer.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일실시예에 의한 인쇄회로기판은 금속 소재의 베이스; 상기 베이스의 일면 또는 양면 상에 플라즈마 전해 산화법에 의해 형성되는 금속산화물층; 상기 금속산화물층 위에 형성되며, 상기 금속 산화물층의 기공을 충진하는 전방향족 폴리이미드의 봉공층; 및 상기 봉공층 위에 형성되는 금속 배선층; 을 포함한다.The printed circuit board according to an embodiment of the present invention to achieve the above object is a base of a metal material; A metal oxide layer formed on one or both surfaces of the base by plasma electrolytic oxidation; A sealing layer of the wholly aromatic polyimide formed on the metal oxide layer and filling the pores of the metal oxide layer; And a metal wiring layer formed on the sealing layer. .
상기 베이스의 금속은 알루미늄, 마그네슘, 지르코늄, 티타늄 또는 이들의 합금 중 하나를 포함하며, 상기 봉공층은 진공 코팅법에 의해 형성되는 것이 바람직하다.The base metal includes one of aluminum, magnesium, zirconium, titanium, or an alloy thereof, and the sealing layer is preferably formed by a vacuum coating method.
본 발명의 일실시예에 의하면 상기 봉공층과 상기 금속배선층 사이에 크롬(Cr), NiCr, 또는 TiW 의 접착층을 포함하는 것이 바람직하다.According to an embodiment of the present invention, it is preferable to include an adhesive layer of chromium (Cr), NiCr, or TiW between the sealing layer and the metal wiring layer.
상기 금속 배선층은 상기 봉공층 위에 스퍼터링에 의해 구리 씨드층(seed layer)을 증착하고 상기 씨드층 위에 전해도금을 이용해 형성될 수 있다.The metal wiring layer may be formed by depositing a copper seed layer by sputtering on the sealing layer and using electroplating on the seed layer.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 봉공층은 폴리이미드나 에폭시에 입도 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛의 바륨티타네이트(BaTiO3), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3) 또는 실리카(SiO2) 의 세라믹 파우더를 배합하여 형성될 수 있다. 이러한 세라믹 파우더의 배합에 의한 효과는 수지계열의 낮은 열전도율을 향상하기 위한 것으로 전방향족 폴리이미드에 한정되는 것이 아니며 에폭시에도 적용 가능한 것이다.According to another embodiment of the present invention, the sealing layer is made of barium titanate (BaTiO 3), aluminum nitride (AlN), aluminum oxide (Al 2 O 3) or silica (SiO 2) having a particle size of 0.1 μm to 5 μm in polyimide or epoxy. It can be formed by blending the ceramic powder. The effect of the blending of the ceramic powder is to improve the low thermal conductivity of the resin series and is not limited to the wholly aromatic polyimide, but is also applicable to the epoxy.
본 발명의 일실시예에 의한 전자부품 모듈은 금속 소재의 베이스; 상기 베이스의 일면 또는 양면 상에 플라즈마 전해 산화법에 의해 형성되는 금속산화물층; 상기 금속산화물층 위에 형성되며, 상기 금속 산화물층의 기공을 충진하는 전방향족 폴리이미드의 봉공층; 및 상기 봉공층 위에 형성되는 금속 배선층;을 포함한 인쇄회로기판과, 상기 인쇄회로기판의 일면에 장착되는 적어도 하나의 전자 부품을 포함한다.Electronic component module according to an embodiment of the present invention is a metal base; A metal oxide layer formed on one or both surfaces of the base by plasma electrolytic oxidation; A sealing layer of the wholly aromatic polyimide formed on the metal oxide layer and filling the pores of the metal oxide layer; And a metal wiring layer formed on the sealing layer; and at least one electronic component mounted on one surface of the printed circuit board.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 봉공층과 상기 금속 배선층 사이에 크롬(Cr), NiCr, 또는 TiW 의 접착층을 포함하며, 상기 봉공층은 진공 코팅법에 의해 형성되며, 상기 금속 배선층은 상기 접착층 위에 스퍼터링에 의해 구리 씨드층(seed layer)을 증착하고 그 위에 전해도금을 이용해 형성된다According to a preferred embodiment of the present invention, the sealing layer comprises a chromium (Cr), NiCr, or TiW adhesive layer between the sealing layer and the metal wiring layer, the sealing layer is formed by a vacuum coating method, the metal wiring layer is A copper seed layer is deposited by sputtering on the adhesive layer and formed using electroplating thereon.
본 발명의 일실시예에 의한 방열 회로기판을 제조하는 방법은Method for manufacturing a heat dissipation circuit board according to an embodiment of the present invention
알루미늄 베이스를 준비하는 단계;Preparing an aluminum base;
플라즈마 전해산화법에 의해 상기 알루미늄 베이스의 일면 또는 양면에 산화알루미늄층을 형성하는 단계;Forming an aluminum oxide layer on one or both surfaces of the aluminum base by plasma electrooxidation;
상기 산화알루미늄층 위에 전방향족 폴리이미드로 상기 산화알루미늄층의 기공을 충진하여 봉공층을 형성하는 단계;
상기 봉공층 위에 크롬(Cr) 또는 NiCr의 접착층을 형성하는 단계; 및 Filling the pores of the aluminum oxide layer with a wholly aromatic polyimide on the aluminum oxide layer to form a sealing layer;
Forming an adhesive layer of chromium (Cr) or NiCr on the sealing layer; And
상기 접착층 위에 스퍼터링에 의해 구리 씨드층(seed layer)을 증착하고 상기 씨드층 위에 전해도금을 이용해 배선층을 형성하는 단계;를 포함한다.And depositing a copper seed layer on the adhesive layer by sputtering and forming a wiring layer on the seed layer by using electroplating.
상기 배선층을 형성한 다음, 사진 식각 공정(Photolithography)과 같은 일반적인 인쇄회로기판의 패턴 형성 방법에 따라 배선을 형성하는 단계를 포함한다.After forming the wiring layer, forming a wiring according to a pattern formation method of a general printed circuit board, such as photolithography.
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본 발명의 또 다른 일실시예에 의한 방열 회로기판을 제조하는 방법은 금속 베이스를 준비하는 단계; 플라즈마 전해산화법에 의해 상기 금속 베이스의 일면 또는 양면에 금속산화물층을 형성하는 단계; 상기 금속산화물층 위에 전방향족 폴리이미드로 상기 금속산화물층의 기공을 충진하여 봉공층을 형성하는 단계; 및 상기 봉공층 위에 스퍼터링에 의해 구리 씨드층(seed layer)을 증착하고 그 위에 전해도금을 이용해 배선층을 형성하는 단계;를 포함한다.Method for manufacturing a heat dissipation circuit board according to another embodiment of the present invention comprises the steps of preparing a metal base; Forming a metal oxide layer on one or both surfaces of the metal base by plasma electrooxidation; Filling the pores of the metal oxide layer with a wholly aromatic polyimide on the metal oxide layer to form a sealing layer; And depositing a copper seed layer on the sealing layer by sputtering, and forming a wiring layer using electroplating thereon.
상기 씨드층을 증착하기 전에, 상기 봉공층을 형성하는 단계 다음에 상기 봉공층 위에 크롬(Cr), NiCr, 또는 TiW 의 접착층을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.Prior to depositing the seed layer, the step of forming the sealing layer preferably comprises the step of forming an adhesive layer of chromium (Cr), NiCr, or TiW on the sealing layer.
상기한 바와 같은 본 발명의 회로기판에 의하면, 플라즈마 전해 산화법에 의한 금속산화물층을 기판의 절연층으로 사용하여 취성에 강하며, 열전도도가 우수하다. According to the circuit board of the present invention as described above, the metal oxide layer by the plasma electrolytic oxidation method is used as an insulating layer of the substrate to be brittle and excellent in thermal conductivity.
또한 본 발명의 회로기판은 절연 성능 향상을 위해 전방향족 폴리이미드를 봉공층으로 사용한 결과 절연성능이 우수하면서도 금속 배선층과의 접착력이 뛰어나다. 금속 배선층과의 접착력이 우수하므로 고가의 전해동박을 접착제로 접합하는 공정 없이 스퍼터링에 의해 구리 씨드층을 형성할 수 있어 배선층 형성시 비용면에서도 유리하다. In addition, the circuit board of the present invention, as a result of using the wholly aromatic polyimide as the sealing layer to improve the insulation performance, it has excellent insulation performance and excellent adhesion to the metal wiring layer. Since the adhesive strength with the metal wiring layer is excellent, the copper seed layer can be formed by sputtering without the process of bonding expensive electrolytic copper foil with an adhesive, which is advantageous in terms of cost in forming the wiring layer.
종래 기술들은 방열회로기판의 필요 요건인 방열, 절연성능, 취성에 강함 및 배선층 형성을 위한 접착력 확보의 측면에서 각기 일부의 성능을 결여하거나 이러한 성능 달성을 위해 추가적으로 복잡한 제조 공정이 필요하거나 장시간의 공정이 필요한 등 문제점들이 있었다, 본 발명은 이러한 종래기술들의 문제점을 해결하여 별도의 고가 장비나 장시간이 소요되는 추가 공정 없이도, 취성에 강하며, 방열, 절연성능이 우수하며, 동시에 배선층 형성을 위한 접착력도 우수한 것으로, 방열 인쇄 회로기판의 필요요건을 모두 갖추고 있다.Prior arts lack the performance of some of them in terms of heat dissipation, insulation performance, brittleness, and adhesion to form wiring layers, which are required for heat dissipation circuit boards, or require additional complicated manufacturing processes or long time processes to achieve such performance. The present invention solves the problems of the prior art, such as the need to solve the problems of the prior art, without the need for additional expensive equipment or a long time, strong brittleness, excellent heat dissipation, insulation performance, and at the same time the adhesive force for wiring layer formation In addition, it has all the requirements of a heat dissipation printed circuit board.
도 1은 플라즈마 전해산화법(PEO)으로 형성한 산화알루미늄(Al2O3) 층 내의 기공을 도시한 부분 단면도.
도 2는 플라즈마 전해산화법으로 형성한 산화알루미늄 층 위에 직접 씨드층을 형성한 모습을 도시한 부분 단면도.
도 3은 일반 코팅 방법을 사용하여 형성한 전방향족 폴리이미드 봉공층을 도시한 부분 단면도.
도 4는 진공 코팅법을 사용하여 형성한 전방향족 폴리이미드 봉공층을 도시한 부분 단면도.
도 5는 진공 코팅법으로 형성한 전방향족 폴리이미드 봉공층 및 그 위에 형성된 씨드층을 도시한 부분 단면도.
도 6은 진공 코팅을 하기 위한 장치 개념도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 방열 회로 기판에 LED bare chip을 실장한 상태를 도시한 부분 단면도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 방열 회로 기판에 LED package chip을 실장한 상태를 도시한 부분 단면도이다.1 is a partial cross-sectional view showing pores in an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) layer formed by plasma electrolytic oxidation (PEO).
2 is a partial cross-sectional view showing the formation of the seed layer directly on the aluminum oxide layer formed by the plasma electrolytic oxidation method.
3 is a partial cross-sectional view showing a wholly aromatic polyimide sealing layer formed using a general coating method.
4 is a partial cross-sectional view showing a wholly aromatic polyimide sealing layer formed using a vacuum coating method.
5 is a partial cross-sectional view showing a wholly aromatic polyimide sealing layer formed by a vacuum coating method and a seed layer formed thereon.
6 is a device conceptual diagram for applying a vacuum coating.
7 is a partial cross-sectional view showing a state in which the LED bare chip mounted on the heat radiation circuit board according to an embodiment of the present invention.
8 is a partial cross-sectional view illustrating a state in which an LED package chip is mounted on a heat dissipation circuit board according to an exemplary embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하기로 한다. 도면에서 각 층을 명확히 표현하기 위해 그 두께나 기공의 크기를 확대하여 표현하였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In order to clearly express each layer in the drawings, the thickness and the pore size were enlarged.
본 발명의 방열회로기판은 금속 소재의 베이스 위에 플라즈마 전해 산화법에 의해 형성된 금속산화물층과 그 위에 형성된 상기 금속 산화물층의 기공을 충진하는 전방향족 폴리이미드의 봉공층 및 상기 봉공층 위에 형성되는 금속 배선층을 포함한다. 상기 금속 소재로는 알루미늄, 마그네슘, 지르코늄, 티타늄 또는 이들의 합금이 이용될 수 있다. The heat dissipation circuit board of the present invention includes a sealing layer of a wholly aromatic polyimide filling the pores of the metal oxide layer formed by the plasma electrolytic oxidation method on the base of the metal material and the metal oxide layer formed thereon and a metal wiring layer formed on the sealing layer It includes. As the metal material, aluminum, magnesium, zirconium, titanium, or an alloy thereof may be used.
플라즈마 전해 산화법(plasma electrolytic oxidation)은 MAO(microarc oxidation)라고도 하며, 예를 들어 KOH와 같은 묽은 염기성 수용액의 전해액 중에서 알루미늄, 티타늄, 마그네슘 등의 금속을 양극에 연결하여 고전압의 직류나 직류 펄스를 인가하거나 또는 고전압의 교류를 인가해줌으로서 전기분해에서 발생하는 산소가 금속표면과 반응하여 금속산화물을 형성하는 방법이다. 플라즈마 전해산화법은 종래의 아노다이징법 보다 더 높은 전압을 인가하여 산화물이 부분적으로 비결정 알루미나에서 커런둠(corundum, α-Al2O3)과 같은 결정구조로 전환되므로 보다 단단하며, 취성에 강한 물성을 가진다. Plasma electrolytic oxidation, also known as MAO (microarc oxidation), is used to connect a metal such as aluminum, titanium, or magnesium to an anode in an electrolytic solution of a dilute basic aqueous solution such as KOH, for example, to apply a high voltage DC or DC pulse. Or by applying alternating current of high voltage, oxygen generated from electrolysis reacts with metal surface to form metal oxide. Plasma electrolytic oxidation is more rigid and brittle because the oxide is partially converted from amorphous alumina to a crystal structure such as corundum (α-Al 2 O 3 ) by applying a higher voltage than conventional anodizing. Have
상기 금속산화물층은 도전성 물질인 베이스 금속을 절연하기 위해 플라즈마 전해산화법을 이용하여 형성된 것으로, 제 1 산화물층과 제 1 산화물층 상에 형성된 제2 산화물층 및 제 2 산화물층 상에 형성된 제 3 산화물층을 포함한다. 여기서, 상기 제 2 산화물층이 금속산화물층 전체 두께의 90% 이상을 차지하며, 나머지 10%의 두께는 제 1 및 제 3 산화물층이 차지한다. 상기 제 1 산화물층은 상기 베이스 금속의 표면에 형성되며 천이확산층을 포함한다. 상기 천이확산층은 금속의 표면이 플라즈마 산화반응에 의해 산화물로 변화되어가는 중간상으로써, 베이스 금속과 플라즈마 전해산화 코팅의 피막층이 강력한 결합강도(예를 들어, 약70MPa 이상)로 결합되는 것이다. 이때, 천이확산층은 약 1㎛이하의 매우 얇은 층으로 형성될 수 있으나, 제 1 산화물층의 두께는 제조공정의 조건에 따라 달라질 수 있다.The metal oxide layer is formed by using plasma electrolytic oxidation to insulate the base metal, which is a conductive material, and is formed on the first oxide layer, the second oxide layer formed on the first oxide layer, and the third oxide formed on the second oxide layer. Layer. Here, the second oxide layer occupies 90% or more of the total thickness of the metal oxide layer, and the remaining 10% is occupied by the first and third oxide layers. The first oxide layer is formed on the surface of the base metal and includes a transition diffusion layer. The transition diffusion layer is an intermediate phase in which the surface of the metal is changed into an oxide by a plasma oxidation reaction, and the base metal and the coating layer of the plasma electrolytic oxidation coating are bonded with a strong bonding strength (for example, about 70 MPa or more). In this case, the transition diffusion layer may be formed as a very thin layer of about 1 ㎛ or less, the thickness of the first oxide layer may vary depending on the conditions of the manufacturing process.
상기 제 2 산화물층은 제 1 산화물층 상에 형성되며, 제 3 산물층이 일정 두께로 형성된 이후 생성되는 핵심기능층을 포함하며, 금속 베이스의 초경, 내마모, 내부식, 높은 절연파괴 전압 등의 특성이 나타나는 층이다. 이러한 제2 산화물층은은 예를 들어, 베이스 금속이 알루미늄 합금일 경우, α-Al2O3 및 γ-Al2O3상으로 구성되며, 제 1 산화물층에 근접할수록 α- Al2O3의 분율이 증가한다. 또한, α-Al2O3 및 γ-Al2O3상의 색상은 흰색이지만, 베이스 금속의 합금성분(Cu, Mg, Si 및 Zn등)에 따라 합금원소의 산화물 색상에 의해 핵심기능층은 검은색, 유백색 및 회색을 띄게 된다. The second oxide layer is formed on the first oxide layer, and includes a core functional layer formed after the third product layer is formed to a predetermined thickness, and the cemented carbide, wear resistance, corrosion resistance, high dielectric breakdown voltage, etc. of the metal base The characteristics of the layer appear. This second oxide layer is composed of, for example, α-Al 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 phase when the base metal is an aluminum alloy, the closer to the first oxide layer α- Al 2 O 3 The fraction of is increased. In addition, the color of the α-Al 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 phase is white, but the core functional layer is black due to the oxide color of the alloying elements depending on the alloying components (Cu, Mg, Si and Zn, etc.) of the base metal. It is colored, milky white and gray.
상기 제 3 산화물층은 제 2 산화물층 상에 형성되며 비정질 다공층을 포함한다. 상기 비정질 다공층은 플라즈마 전해 산화 피막처리 후에 얻어지는 최외곽층이다. 예를 들어, 베이스 금속이 알루미늄 합금일 경우, 비평형 γ-Al2O3상으로 형성된다.The third oxide layer is formed on the second oxide layer and includes an amorphous porous layer. The amorphous porous layer is the outermost layer obtained after the plasma electrolytic oxide film treatment. For example, when the base metal is an aluminum alloy, it is formed into a non-equilibrium γ-Al 2 O 3 phase.
상기한 3 개 층으로 구성되는 금속산화물층의 층상 구조는 플라즈마 전해 산화법에 의해 금속산화물층이 형성될 때 일반적인 것이며, 이하에서는 상기한 제1 내지 제3 산화물층을 포함하는 구성을 일괄하여 금속산화물층으로, 베이스가 알루미늄일 경우에는 산화알루미늄층으로 간단히 지칭한다.The layered structure of the metal oxide layer composed of the above three layers is common when the metal oxide layer is formed by the plasma electrolytic oxidation method. Hereinafter, the metal oxide is collectively comprised of the first to third oxide layers. Layer, referred to simply as aluminum oxide layer when the base is aluminum.
이하에서는 알루미늄 베이스를 사용한 경우를 설명한다. 도 1은 알루미늄을 베이스(11)로 하여 플라즈마 전해산화법을 이용해 베이스(11) 위에 산화알루미늄(Al2O3)층(50)을 형성한 상태를 도시한 것이다. 이 때 산화알루미늄층(50) 위에는 다수의 기공(508)이 형성되게 된다. 도 2는 플라즈마 전해산화법을 이용해 형성한 산화알루미늄층(50) 위에 배선층 형성을 위해 씨드층(seed layer)(221)을 형성한 모습을 도시한 부분 단면도이다. 도시된 바와 같이 기공(508)을 통해 씨드층이 확산 증착되어 배선층과 알루미늄 베이스 사이에 절연이 되지 않음을 알 수 있다. 이와 같이 플라즈마 전해산화법을 이용한 산화알루미늄층은 절연파괴 전압이 높은 물성을 가짐에도 불구하고 그 위에 형성된 다수 기공으로 인해 절연파괴 전압이 낮아지거나 심지어 기판베이스와 배선층이 통전되는 문제가 있다.Hereinafter, the case where an aluminum base is used is demonstrated. FIG. 1 illustrates a state in which an aluminum oxide (Al 2 O 3 )
종래에 이러한 문제점을 해결하기 위해 에폭시와 같은 열경화성 물질을 금속산화물층의 기공에 충진시킨 후 경화 열처리함으로써 절연파괴 전압을 높일 수 있었다. 그러나, 이러한 플라즈마 전해 산화법에 의해 형성된 산화알루미늄 층을 봉공한 에폭시 층은 경화 후에 에폭시 자체에 접착력이 남아 있지 않기 때문에 배선층으로서 전해동박을 부착하기가 어렵다. 따라서, 전해동박을 부착하기 위해 또 다른 에폭시 또는 열경화성 수지 등으로 된 접착층을 추가로 필요로 한다. 이 경우 접착층으로 사용되는 열경화성 수지의 열전도율이 낮기 때문에 방열 회로 기판의 전체적인 열전도율 저하를 야기하게 된다. 이를 개선하기 위해 봉공층으로 사용한 에폭시 및 접착층으로 사용한 열경화성 수지에 세라믹 필러(filler)를 혼합하는 등 부가적인 공정과 재료의 사용으로 제조 비용이 상승하게 된다.Conventionally, in order to solve this problem, the thermal breakdown material, such as epoxy, was filled in the pores of the metal oxide layer and then cured and thermally treated to increase the dielectric breakdown voltage. However, the epoxy layer sealing the aluminum oxide layer formed by the plasma electrolytic oxidation method hardly adheres the electrolytic copper foil as the wiring layer because no adhesive force remains on the epoxy itself after curing. Therefore, in order to adhere | attach an electrolytic copper foil, the adhesive layer which consists of another epoxy or a thermosetting resin etc. is further needed. In this case, since the thermal conductivity of the thermosetting resin used as the adhesive layer is low, the overall thermal conductivity of the heat radiation circuit board is lowered. In order to improve this, manufacturing costs are increased by using additional processes and materials such as mixing a ceramic filler with an epoxy used as a sealing layer and a thermosetting resin used as an adhesive layer.
배선층을 형성하는 또 다른 방법으로서, 플라즈마 전해 산화법에 의해 형성된 산화알루미늄 층을 봉공한 에폭시층 상에 PVD 법을 이용하여 씨드층(seed layer)을 증착하고 그 위에 전해도금을 이용해 배선층을 형성하는 방법이 있다. 그러나 경화된 에폭시 봉공층에 씨드층으로서 Cu를 증착한 후 전해도금할 경우 에폭시 봉공층과 배선층 간의 부착력은 ASTM D2861 측정 방법을 기준으로 0.05 kgf/cm 내지 0.2 kgf/cm 정도로 매우 낮다. 또한 에폭시 봉공층과 배선층 사이의 부착력을 향상하기 위해 두 층 사이에 Cr, NiCr, TiW 등의 합금을 5 nm 내지 50 nm 정도 증착하기도 한다. 그러나 이 경우에도 에폭시 봉공층과 배선층 사이의 부착력은 0.2 kgf/cm 내지 0.4 kgf/cm 정도로 매우 낮다. 일반적인 메탈 PCB에 요구되는 절연층과 배선층 간의 부착력은 1.3 kgf/cm인 것을 고려할 때 에폭시층이나 상기 접착층의 부착력은 지나치게 낮은 것으로 제품성이 없다고 볼 수 있다.As another method of forming the wiring layer, a method of depositing a seed layer using PVD on an epoxy layer encapsulated with an aluminum oxide layer formed by plasma electrolytic oxidation and forming a wiring layer using electroplating thereon There is this. However, in the case of electroplating after depositing Cu as a seed layer on the cured epoxy sealing layer, the adhesion between the epoxy sealing layer and the wiring layer is very low, ranging from 0.05 kgf / cm to 0.2 kgf / cm based on the ASTM D2861 measuring method. In addition, in order to improve adhesion between the epoxy sealing layer and the wiring layer, an alloy such as Cr, NiCr, TiW, etc. may be deposited between 5 nm and 50 nm between the two layers. However, even in this case, the adhesion between the epoxy sealing layer and the wiring layer is very low, about 0.2 kgf / cm to 0.4 kgf / cm. Considering that the adhesive force between the insulating layer and the wiring layer required for a general metal PCB is 1.3 kgf / cm, the adhesive force of the epoxy layer or the adhesive layer is too low, and thus, there is no productability.
본 발명은 상기 에폭시층의 부착력 문제를 해결하기 위해 플라즈마 전해산화법에 의해 형성된 금속산화물층 위에 전방향족 폴리이미드로 충진된 봉공층을 형성하고자 한다. The present invention intends to form a sealing layer filled with wholly aromatic polyimide on the metal oxide layer formed by plasma electrolytic oxidation to solve the adhesion problem of the epoxy layer.
폴리이미드는 반복 단위 내에 이미드 그룹(imide group)을 함유하고 있는 고분자로서, 그 분자 구조에 따라 전방향족 폴리이미드(Wholly Aromatic Polyimide), 부분 방향족 폴리이미드(Partially Aromatic Polyimide)(열가소성 폴리이미드 라고도 함), 열경화성 폴리이미드(Thermosetting Polyimide)로 분류된다.Polyimide is a polymer containing an imide group in a repeating unit. Depending on its molecular structure, polyimide is also referred to as Wholly Aromatic Polyimide or Partially Aromatic Polyimide (thermoplastic polyimide). ) And thermosetting polyimide.
이 중 전방향족 폴리이미드는 DuPont사의 Vespel sp, Kapton, Pyralin, Ube Industries사의 Upilex 필름, Kanegafuchi Chemical Industry의 Apocal 등이 전방향족 폴리이미드 제품으로 알려져 있으나 본 발명에 이용될 수 있는 것이 이에 한정되는 것은 아니다.Of these, the wholly aromatic polyimide is known as a wholly aromatic polyimide product such as DuPont's Vespel sp, Kapton, Pyralin, Ube Industries' Upilex film, Kanegafuchi Chemical Industry's Apocal, etc., but is not limited thereto. .
전방향족 폴리이미드는 폴리이미드의 내열성을 최대한 살린 직쇄형 폴리머이기 때문에 경화 이후에는 불용불융(용매에 녹지 않고 열에 의해 용융되지 않음)의 성질을 가지며, 또한 경화 후에 그 위에 씨드층을 스퍼터링할 경우에도 매우 우수한 접착력을 가진다.Since the wholly aromatic polyimide is a linear polymer that maximizes the heat resistance of the polyimide, it has the property of insolubility (not dissolved in a solvent and not melted by heat) after curing, and also when sputtering the seed layer thereon after curing. Very good adhesion
본 발명의 일실시예에 의하면, 플라즈마 전해 산화법에 의해 형성된 산화알루미늄 층의 기공을 전방향족 폴리이미드로 봉공하는 봉공층을 형성한 후 상기 봉공층에 열 증착법, 전자빔 증착법, 스퍼터링 법과 같은 물리기상증착법(PVD 법)이나 화학기상증착법(CVD법)을 이용해 씨드층을 형성한 후 전해도금하여 배선층을 형성한다. According to an embodiment of the present invention, after forming a sealing layer for sealing the pores of the aluminum oxide layer formed by plasma electrolytic oxidation method with a wholly aromatic polyimide, physical vapor deposition such as thermal vapor deposition, electron beam deposition, sputtering method in the sealing layer (PVD method) or chemical vapor deposition method (CVD method) to form a seed layer, and then electroplated to form a wiring layer.
상기 봉공층(210)과 상기 배선층 사이에 크롬(Cr), NiCr, TiW 의 접착층(도시 않음)을 형성하면, 전방향족 폴리이미드의 접착력이 현저하게 개선되고 배선층과의 접착력도 개선되는 효과가 있다. 더욱이 상기 접착층이 봉공층 위에 적층되면 전방향족 폴리이미드의 봉공층이 수분의 영향을 받지 않게 되고 따라서 치밀한 배선층이 형성되는 효과가 있다. 상기 크롬(Cr), NiCr, TiW 등의 접착층은 5 nm ~ 50 nm 정도 두께로 형성하는 것이 바람직하다. When the adhesive layer (not shown) of chromium (Cr), NiCr, and TiW is formed between the
씨드층(221)은 주로 구리(Cu)와 같은 금속을 0.1 ㎛ ~ 1.0 ㎛의 두께로 형성하며 전해도금 물질로는 구리(Cu), 니켈(Ni), 은(Ag)를 사용한다. 전해 도금으로 배선층이 형성된 후에는 사진 식각 공정(Photolithography)과 같은 일반적인 인쇄회로기판의 패턴 형성 방법에 따라 배선이 형성된다.The
상기의 방법으로 제작된 방열 회로 기판은 종래 에폭시나 부분 방향족 폴리이미드, 또는 열경화성 폴리이미드로 금속산화물층을 봉공한 경우에 비해 봉공층과 배선층 간에 매우 높은 부착력을 제공하는데, 접착층 없이 씨드층을 봉공층 위에 단독으로 적층할 경우 0.4 kgf/cm 내지 0.9 kgf/cm 정도의 부착력을 얻을 수 있다. 또, Cr, NiCr, TiW 등의 접착층을 상기 봉공층 위에 형성하는 경우 전방향족 폴리이미드 봉공층과 배선층 간의 부착력은 1.5 kgf/cm 내지 2.0 kgf/cm 정도로 매우 높다. The heat dissipation circuit board manufactured by the above method provides very high adhesion between the sealing layer and the wiring layer, compared to the case where the metal oxide layer is sealed with epoxy, partially aromatic polyimide, or thermosetting polyimide, and seals the seed layer without the adhesive layer. When laminated alone on the layer can be obtained adhesion of about 0.4 kgf / cm to 0.9 kgf / cm. In addition, when an adhesive layer such as Cr, NiCr, TiW or the like is formed on the sealing layer, the adhesion between the wholly aromatic polyimide sealing layer and the wiring layer is very high, about 1.5 kgf / cm to 2.0 kgf / cm.
아래 표 1은 에폭시를 봉공층 형성 물질로 사용한 경우와 전방향족 폴리 이미드를 봉공층 형성물질로 사용한 경우의 봉공층과 배선층 간의 부착력을 비교한 실험 데이터이다. 각각의 경우에 대해 접착층이 없는 경우와 크롬 또는 NiCr이 있는 경우로 나누어서, 봉공층과 배선층 간의 부착력을 비교하였다.Table 1 below is experimental data comparing the adhesion between the sealing layer and the wiring layer when epoxy is used as the sealing layer forming material and when the wholly aromatic polyimide is used as the sealing layer forming material. In each case, the adhesion between the sealing layer and the wiring layer was compared by the absence of the adhesive layer and the case of chromium or NiCr.
이 때 씨드층은 스퍼터링에 의해 형성되었으며, 봉공물질을 제외한 다른 조건은 동일하게 하였다.At this time, the seed layer was formed by sputtering, and the other conditions except for the sealing material were the same.
부착력에 관한 실험 결과를 나타낸 상기 표에서 알 수 있듯이, 전방향족 폴리이미드로 봉공층을 형성한 경우 봉공층과 배선층 간의 부착력이 우수하며, 크롬 접착층이 상기 봉공층과 배선층 사이에 있으면 부착력은 더욱 향상됨을 확인할 수 있다. 반면에 에폭시로 봉공한 경우는 접착층을 사용한 경우에도 매우 낮은 부착도를 보이고 있어 실질적으로 스퍼터링법에 의해 씨드층을 형성하는 것이 불가능하다. As can be seen from the above table showing the results of the adhesion, when the sealing layer is formed of the wholly aromatic polyimide, the adhesion between the sealing layer and the wiring layer is excellent, and the adhesion is further improved when the chrome adhesive layer is between the sealing layer and the wiring layer. can confirm. On the other hand, in the case of sealing with epoxy, even when the adhesive layer is used, the adhesion is very low, and thus it is impossible to form the seed layer by the sputtering method.
따라서 에폭시로 금속산화물층을 봉공처리한 경우에는 스퍼터링 방법으로는 씨드층을 형성할 수 없을 정도로 부착력이 낮으며, 비싼 전해동박을 부착하여 배선층을 형성할 수 밖에 없다. 전해 동박을 부착할 경우에도 추가적인 접착층이 필요하며, 적절한 열전도율을 확보하기 위해 상기 접착층에는 세라믹필러가 혼합될 필요가 있으므로 제품 생산 비용의 상승을 피할 수 없다.Therefore, when the metal oxide layer is sealed by epoxy, the adhesion is low enough that the seed layer cannot be formed by the sputtering method, and the wiring layer is formed by attaching expensive electrolytic copper foil. In the case of attaching the electrolytic copper foil, an additional adhesive layer is required, and in order to secure proper thermal conductivity, the ceramic filler needs to be mixed with the adhesive layer, thereby increasing the product production cost.
이러한 문제점은 전방향족 폴리이미드가 아닌 다른 계열의 폴리이미드로 봉공층을 형성한 경우에도 마찬가지이다. 즉, 부분 방향족 폴리이미드, 또는 열경화성 폴리이미드로 금속산화물층을 봉공한 경우에는 봉공층과 씨드층의 접착력이 낮으며, Cr이나 NiCr 또는 TiW 등의 접착층을 사용하더라도 일반적인 금속 인쇄회로기판에 요구되는 절연층과 배선층 간의 부착력인 1.3 kgf/cm에는 훨씬 미치지 못한다. 따라서 에폭시로 봉공한 경우와 같은 문제점이 발생한다. This problem also applies to the case where the sealing layer is formed of a polyimide of a series other than the wholly aromatic polyimide. In other words, when the metal oxide layer is sealed with partially aromatic polyimide or thermosetting polyimide, the adhesion between the sealing layer and the seed layer is low, and even if an adhesive layer such as Cr, NiCr or TiW is used, it is required for a general metal printed circuit board. It is far below the 1.3 kgf / cm adhesion force between the insulating and wiring layers. Therefore, the same problem occurs when sealing with epoxy.
반면에, 본 발명의 일실시예에 따라, 전방향족 폴리이미드로 금속산화물층의 기공을 충진하여 봉공층을 형성할 경우 우수한 절연성과 열전도성을 갖는 동시에 씨드층의 접착력도 높아 추가 공정 없이 방열성이 우수한 방열회로기판을 제작할 수 있으므로, 제조 비용 또한 절감된다. 또한 Cr, NiCr, TiW의 접착층이 추가되면 접착력이 더욱 향상되면서 방열효과도 저하되지 않게 된다.On the other hand, according to an embodiment of the present invention, when filling the pores of the metal oxide layer with the wholly aromatic polyimide to form a sealing layer has excellent insulation and thermal conductivity, and also has a high adhesive strength of the seed layer heat dissipation without additional processes Since an excellent heat dissipation circuit board can be manufactured, manufacturing cost is also reduced. In addition, when the adhesive layer of Cr, NiCr, TiW is added, the adhesive force is further improved and the heat dissipation effect is not lowered.
전방향족 폴리이미드를 이용하여 플라즈마 전해 산화법으로 형성한 산화알루미늄층의 기공을 봉공할 때 전방향족 폴리이미드가 산화알루미늄층의 기공을 효과적으로 메우지 못할 경우 절연파괴전압의 상승은 제한적이다. 따라서 산화알루미늄층(50)의 기공을 효과적으로 메우는 것이 매우 중요하다. 일반적인 스크린 프린팅, 바(Bar) 코팅, 디핑(dipping) 등의 방법으로 전방향족 폴리이미드를 코팅하여 봉공하는 경우 전방향족 폴리이미드의 자중과 모세관 현상에 의해 전방향족 폴리이미드가 산화알루미늄 층의 기공으로 스며들게 되는데, 도 3에 도시된 바와 같이 산화알루미늄층(50)의 기공 내에 남아 있는 공기층에 의해 전방향족 폴리이미드가 산화알루미늄층 내의 기공을 전부 메우지 못하게 된다.When the pores of the aluminum oxide layer formed by the plasma electrolytic oxidation method using the wholly aromatic polyimide are sealed, the increase in the dielectric breakdown voltage is limited if the wholly aromatic polyimide does not effectively fill the pores of the aluminum oxide layer. Therefore, it is very important to effectively fill the pores of the
상기의 문제점을 해결하고 전방향족 폴리이미드 봉공층의 봉공 효과를 최대화하기 위한 방법으로 진공 코팅법을 사용하는 것이 바람직하다. 진공에서는 산화알루미늄 층(50)의 기공 내에 공기가 거의 남아 있지 않기 때문에 진공 챔버 내에서 스크린 프린팅 또는 바 코팅 등의 방법으로 산화알루미늄 층(50)에 전방향족 폴리이미드를 코팅한 후 진공 파기(vent)하여 대기압에 노출되면 도 에 도시된 바와 같이 대기압과 산화알루미늄 층의 기공 사이의 압력 차이에 의해 전방향족 폴리이미드가 산화알루미늄 층의 기공 내로 밀려들어가게 되어 산화알루미늄 층(50)의 기공을 효과적으로 메우게 된다.It is preferable to use the vacuum coating method to solve the above problems and to maximize the sealing effect of the wholly aromatic polyimide sealing layer. In the vacuum, since almost no air remains in the pores of the
진공 코팅을 위한 장치는 도 6에 도시된 바와 같이 진공 챔버(601), 진공 펌프(610), 벤트(vent) 밸브(630), 진공 게이지(620) 및 진공 챔버(601) 내에 전방향족 폴리이미드 코팅을 하기 위한 바 코팅 장치 또는 스크린 프린팅 장치로 구성된다. 먼저 플라즈마 전해 산화법으로 산화알루미늄 층을 형성한 알루미늄 베이스를 진공 챔버(601) 내의 코팅 장치에 위치시킨 후 챔버를 닫고 진공 펌프를 이용하여 챔버 내를 진공 상태로 만든다. 챔버 내의 진공도는 10 내지 200 밀리바(mBar) 정도가 적합하다. The apparatus for vacuum coating is a wholly aromatic polyimide in the
그런 다음 코팅 장치(640)를 이용하여 전방향족 폴리이미드를 코팅한 후 벤트 밸브를 통해 진공을 파기한다.Thereafter, the
대기압에 노출된 전방향족 폴리이미드 봉공층의 표면은 일시적으로 폴리이미드 봉공층의 두께 차이로 인해 평탄하지 못하게 되지만 폴리이미드의 특성상 열경화 과정에서 자중에 의해 평탄화(self-leveling)되게 된다. 또한 자중에 의한 평탄화가 충분히 효과적이지 못할 경우에는 대기압에 노출된 폴리이미드를 바(Bar) 또는 블레이드(Blade)를 이용해 평탄화 시킨 후 열경화함으로써 해결할 수 있다.The surface of the wholly aromatic polyimide encapsulation layer exposed to atmospheric pressure is temporarily uneven due to the difference in thickness of the polyimide encapsulation layer, but due to the nature of the polyimide, the surface of the wholly aromatic polyimide encapsulation layer becomes self-leveling. In addition, when the planarization by self weight is not effective enough, the polyimide exposed to atmospheric pressure may be solved by planarizing using a bar or a blade and then thermally curing.
아래의 표 2는 플라즈마 전해 산화에 의한 산화알루미늄층의 두께가 30 ㎛ 일 때의 측정치로, 상기 진공 코팅법을 이용할 경우 절연파괴전압의 변화를 보여준다.Table 2 below is a measurement when the thickness of the aluminum oxide layer by the plasma electrolytic oxidation is 30 ㎛, shows the change in dielectric breakdown voltage when using the vacuum coating method.
[표 2] 폴리이미드 두께와 챔버 진공도의 변화에 따른 절연파괴전압 변화표[Table 2] Variation of insulation breakdown voltage according to polyimide thickness and chamber vacuum
다음은 본 발명의 방열회로 기판을 제조하는 방법의 바람직한 실시예들이다.The following are preferred embodiments of a method of manufacturing the heat dissipation circuit board of the present invention.
[실시예1] Example 1
먼저 알루미늄 베이스를 준비한다.First, prepare an aluminum base.
플라즈마 전해산화법에 의해 상기 알루미늄 베이스의 일면 또는 양면에 산화알루미늄층을 형성한다. 이 때 전해용액으로 증류수나 탈이온수에 KOH 나 NaOH이 첨가된 수용액을 사용하며 일반적인 플라즈마 전해 산화법에 의해 약 1 ㎛ 내지 150 ㎛의 산화알루미늄층을 형성한다. An aluminum oxide layer is formed on one or both surfaces of the aluminum base by plasma electrolytic oxidation. At this time, an aqueous solution in which KOH or NaOH is added to distilled or deionized water is used as an electrolytic solution, and an aluminum oxide layer having a thickness of about 1 μm to 150 μm is formed by a general plasma electrolytic oxidation method.
상기 산화알루미늄층 위에 진공 코팅방법에 의해 전방향족 폴리이미드로 상기 산화알루미늄층의 기공을 충진하여 봉공층을 형성한다. 진공도 100 mBar의 환경에서 진공코팅법에 의해 1㎛의 두께로 봉공층을 형성하면 3.3 kV의 절연파괴 전압을 얻을 수 있다.The pores of the aluminum oxide layer are filled with the wholly aromatic polyimide on the aluminum oxide layer by vacuum coating to form a sealing layer. If the sealing layer is formed to a thickness of 1㎛ by vacuum coating method in the environment of vacuum degree 100mBar can obtain a breakdown voltage of 3.3kV.
상기 봉공층 위에 스퍼터링에 의해 0.5 ㎛의 두께로 구리 씨드층(seed layer)을 증착하고 그 위에 구리의 전해도금을 이용해 배선층을 형성한다. 이때 스퍼터링 조건은 베이스 압력(Base Pressure) 1.3 × 10 -5 Torr, 캐소오드 출력 6.0 kW, 아르곤(Ar) Gas의 유입량(Flow Rate) 600 sccm, 기판 회전 속도 0.5 rpm이다.A copper seed layer is deposited to a thickness of 0.5 μm by sputtering on the sealing layer, and a wiring layer is formed on the sealing layer using copper electroplating thereon. At this time, the sputtering conditions are a base pressure of 1.3 × 10 -5 Torr, a cathode output of 6.0 kW, an argon (Ar) gas flow rate of 600 sccm, and a substrate rotation speed of 0.5 rpm.
[실시예2]Example 2
먼저 알루미늄 베이스를 준비한다.First, prepare an aluminum base.
플라즈마 전해산화법에 의해 상기 알루미늄 베이스의 일면 또는 양면에 산화알루미늄층을 형성한다.An aluminum oxide layer is formed on one or both surfaces of the aluminum base by plasma electrolytic oxidation.
상기 산화알루미늄층 위에 전방향족 폴리이미드로 상기 산화알루미늄층의 기공을 충진하여 봉공층을 형성한다. 진공도 100 mBar의 환경에서 진공코팅법에 의해 1㎛의 두께로 전방향족 폴리이미드 봉공층을 형성하면 3.3 kV의 절연파괴 전압을 얻을 수 있다.Filling the pores of the aluminum oxide layer with a wholly aromatic polyimide on the aluminum oxide layer to form a sealing layer. When the fully aromatic polyimide sealing layer is formed to a thickness of 1 μm by the vacuum coating method in an environment of a vacuum degree of 100 mBar, a breakdown voltage of 3.3 kV can be obtained.
상기 봉공층 위에 크롬(Cr), NiCr, 또는 TiW 의 접착층을 5 nm ~ 50 nm 두께로 형성한다.An adhesive layer of chromium (Cr), NiCr, or TiW is formed on the sealing layer to a thickness of 5 nm to 50 nm.
상기 접착층 위에 스퍼터링에 의해 0.5 ㎛의 두께로 구리 씨드층(seed layer)을 증착하고 그 위에 구리의 전해도금을 이용해 배선층을 형성한다. 이때 스퍼터링 조건은 베이스 압력(Base Pressure) 1.3 × 10 -5 Torr, 캐소오드 출력 6.0 kW, 아르곤(Ar) Gas의 유입량(Flow Rate) 600 sccm, 기판 회전 속도 0.5 rpm이다.A copper seed layer is deposited to a thickness of 0.5 μm on the adhesive layer by sputtering, and a wiring layer is formed on the adhesive layer using copper electroplating. At this time, the sputtering conditions are a base pressure of 1.3 × 10 -5 Torr, a cathode output of 6.0 kW, an argon (Ar) gas flow rate of 600 sccm, and a substrate rotation speed of 0.5 rpm.
상기 배선층을 형성한 다음, 사진 식각 공정(Photolithography)과 같은 일반적인 인쇄회로기판의 패턴 형성 방법에 따라 배선을 형성한다.After the interconnection layer is formed, the interconnection layer is formed according to a pattern formation method of a general printed circuit board such as photolithography.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 플라즈마 전해 산화법으로 형성한 산화알루미늄층을 폴리이미드나 에폭시로 봉공할 경우로, 보다 더 높은 열전도율을 필요로 할 때 폴리이미드나 에폭시에 바륨티타네이트(BaTiO3), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 실리카(SiO2) 등의 세라믹 파우더를 배합하여 사용하는 것이 바람직하다. 상기 세라믹 파우더는 입도는 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛ 정도가 바람직하다. 상기 세라믹 파우더를 배합하여 사용할 경우 절연층으로서 폴리이미드나 에폭시로 봉공처리된 산화알루미늄 층의 열전도율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 유전율(dielectric constant)을 높임으로써 내전압 특성도 향상시킬 수 있다.In another embodiment of the present invention, when the aluminum oxide layer formed by the plasma electrolytic oxidation method is sealed with polyimide or epoxy, when a higher thermal conductivity is required, barium titanate (BaTiO 3) is added to the polyimide or epoxy. ), aluminum nitride (AlN), aluminum oxide (Al 2 O 3), silica (SiO 2) it is preferred to use by blending the ceramic powder and the like. The ceramic powder may have a particle size of about 0.1 μm to 5 μm. When the ceramic powder is used in combination, the thermal conductivity of the aluminum oxide layer sealed with polyimide or epoxy as the insulating layer may be improved, and the withstand voltage characteristics may be improved by increasing the dielectric constant.
본 발명의 일실시예에 의한 방열회로기판은 알루미늄 소재의 베이스, 상기 알루미늄 베이스 위에 플라즈마 전해산화법에 의해 형성된 산화알루미늄층, 상기 산화알루미늄층 위에 형성되며, 상기 산화알루미늄층의 기공을 충진하는 전방향족 폴리이미드의 봉공층 및 상기 봉공층 위에 형성되는 금속 배선층을 포함한다. The heat dissipation circuit board according to an embodiment of the present invention is formed of an aluminum material base, an aluminum oxide layer formed by a plasma electrolytic oxidation method on the aluminum base, an aluminum oxide layer formed on the aluminum oxide layer, and a wholly aromatic material filling pores of the aluminum oxide layer. It includes a sealing layer of polyimide and a metal wiring layer formed on the sealing layer.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 금속배선층은 사진 식각 공정(Photolithography)같은 일반적인 인쇄회로기판의 패턴 형성 방법에 따라 배선을 형성한다. 상기와 같은 회로 기판의 일면에 적어도 하나의 전자 부품을 장착한 전자 부품 모듈은 방열 성능이 우수하면서도 취성에 강하여 안정적인 전자부품 모듈이다. 이러한 본 발명의 전자부품 모듈은 공정이 간단하며 절연성도 우수하여 저렴한 비용으로 제작가능하다.According to another embodiment of the present invention, the metallization layer forms wirings according to a pattern formation method of a general printed circuit board such as photolithography. An electronic component module having at least one electronic component mounted on one surface of the circuit board as described above is an electronic component module having excellent heat dissipation performance and strong brittleness. Such an electronic component module of the present invention can be manufactured at a low cost because the process is simple and excellent insulation.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양하고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the scope of application is various and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims.
11 알루미늄 기판
50 플라즈마 전해 산화법을 이용해 형성한 산화알루미늄Al2O3층
22 배선층
33 LED bare chip
34 본딩 와이어
35 봉지재
30 LED package chip
110 플라즈마 전해 산화법을 이용해 산화알루미늄(Al2O3) 층이 형성된 알루미늄 기판
221 금속 배선의 씨드층
210 폴리이미드 봉공층
508 플라즈마 전해 산화법을 이용해 형성한 산화알루미늄(Al2O3) 층 내의 기공
601 진공 챔버
602 진공 챔버의 개폐 도어
603 진공 챔버와 개폐 도어 사이의 밀폐 오링(O-ring)
604 진공 배기구
605 벤트(vent) 구
610 진공 배기 펌프
611 진공 배기 밸브
620 진공 게이지(gauge)
630 벤트(vent) 벨브
631 벤트(vent) 에어 필터
632 벤트 관
640 어플리케이터(applicator)로, Bar 또는 Knife가 장착된 코팅 장치
641 코팅액 분사 노즐
642 코팅액 캐니스터(canister)
650 기판 홀더(holder)
660 어플리케이터 및 분사 노즐 제어 및 구동부11 aluminum substrate
50 Al 2 O 3 layer formed by plasma electrolytic oxidation
22 wiring layer
33 LED bare chip
34 bonding wire
35 Encapsulant
30 LED package chip
110 Aluminum substrate with aluminum oxide (Al2O3) layer formed using plasma electrolytic oxidation
221 seed layer of metal wiring
210 polyimide sealing layer
508 Pore in Aluminum Oxide (Al 2 O 3 ) Layer Formed by Plasma Electrolytic Oxidation
601 vacuum chamber
602 vacuum chamber opening and closing door
603 O-ring sealed between vacuum chamber and opening door
604 vacuum vent
605 vent sphere
610 vacuum exhaust pump
611 vacuum exhaust valve
620 vacuum gauge
630 vent valve
631 Vent Air Filter
632 vent tube
Coating unit with 640 applicator, bar or knife
641 Coating Liquid Spray Nozzles
642 Coating Liquid Canister
650 substrate holder
660 Applicator and Spray Nozzle Control and Drive
Claims (12)
상기 베이스의 일면 또는 양면 상에 플라즈마 전해 산화법에 의해 형성되는 금속산화물층;
상기 금속산화물층 위에 형성되며, 상기 금속 산화물층의 기공을 충진하는 전방향족 폴리이미드의 봉공층;
상기 봉공층 위에 형성되는 금속 배선층; 및
상기 봉공층과 상기 금속 배선층 사이에 형성되는 크롬(Cr) 또는 NiCr 의 접착층;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판.A base of metal material;
A metal oxide layer formed on one or both surfaces of the base by plasma electrolytic oxidation;
A sealing layer of the wholly aromatic polyimide formed on the metal oxide layer and filling the pores of the metal oxide layer;
A metal wiring layer formed on the sealing layer; And
An adhesive layer of chromium (Cr) or NiCr formed between the sealing layer and the metal wiring layer;
Printed circuit board comprising a.
상기 베이스의 금속은 알루미늄, 마그네슘, 지르코늄, 티타늄 또는 이들의 합금 중 하나를 포함하며, 상기 봉공층은 진공 코팅법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판.The method of claim 1,
The base metal includes one of aluminum, magnesium, zirconium, titanium or alloys thereof, and the sealing layer is formed by a vacuum coating method.
상기 금속 배선층은 상기 봉공층 위에 스퍼터링에 의해 구리 씨드층(seed layer)을 증착하고 상기 씨드층 위에 전해도금을 이용해 형성된 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판.3. The method according to claim 1 or 2,
And the metal wiring layer is formed by depositing a copper seed layer on the sealing layer by sputtering and using electroplating on the seed layer.
상기 베이스의 일면 또는 양면 상에 플라즈마 전해 산화법에 의해 형성되는 금속산화물층;
상기 금속산화물층 위에 형성되며, 상기 금속 산화물층의 기공을 충진하는 전방향족 폴리이미드의 봉공층;
상기 봉공층 위에 형성되는 금속 배선층; 및
상기 봉공층과 상기 금속 배선층 사이에 형성되는 크롬(Cr) 또는 NiCr 의 접착층;을 포함하는 인쇄회로기판과,
상기 인쇄회로기판의 일면에 장착되는 적어도 하나의 전자 부품을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 부품 모듈.A base of metal material;
A metal oxide layer formed on one or both surfaces of the base by plasma electrolytic oxidation;
A sealing layer of the wholly aromatic polyimide formed on the metal oxide layer and filling the pores of the metal oxide layer;
A metal wiring layer formed on the sealing layer; And
A printed circuit board comprising: an adhesive layer of chromium (Cr) or NiCr formed between the sealing layer and the metal wiring layer;
And at least one electronic component mounted on one surface of the printed circuit board.
상기 봉공층은 진공 코팅법에 의해 형성되며, 상기 금속 배선층은 상기 접착층 위에 스퍼터링에 의해 구리 씨드층(seed layer)을 증착하고 그 위에 전해도금을 이용해 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 부품 모듈.The method of claim 6,
And the sealing layer is formed by a vacuum coating method, and the metal wiring layer is formed by depositing a copper seed layer by sputtering on the adhesive layer and using electroplating thereon.
알루미늄 베이스를 준비하는 단계;
플라즈마 전해산화법에 의해 상기 알루미늄 베이스의 일면 또는 양면에 산화알루미늄층을 형성하는 단계;
상기 산화알루미늄층 위에 전방향족 폴리이미드로 상기 산화알루미늄층의 기공을 충진하여 봉공층을 형성하는 단계;
상기 봉공층 위에 크롬(Cr) 또는 NiCr 의 접착층을 형성하는 단계;및
상기 접착층 위에 스퍼터링에 의해 구리 씨드층(seed layer)을 증착하고 상기 씨드층 위에 전해도금을 이용해 배선층을 형성하는 단계;를
포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 제조 방법.As a method of manufacturing a heat dissipation circuit board,
Preparing an aluminum base;
Forming an aluminum oxide layer on one or both surfaces of the aluminum base by plasma electrooxidation;
Filling the pores of the aluminum oxide layer with a wholly aromatic polyimide on the aluminum oxide layer to form a sealing layer;
Forming an adhesive layer of chromium (Cr) or NiCr on the sealing layer; and
Depositing a copper seed layer by sputtering on the adhesive layer and forming a wiring layer using electroplating on the seed layer;
Method of manufacturing a printed circuit board comprising a.
상기 배선층을 형성한 다음, 사진 식각 공정(Photolithography)과 같은 일반적인 인쇄회로기판의 패턴 형성 방법에 따라 배선을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 제조 방법.The method of claim 8,
And forming a wiring according to a pattern formation method of a general printed circuit board such as photolithography after forming the wiring layer.
플라즈마 전해산화법에 의해 상기 금속 베이스의 일면 또는 양면에 금속산화물층을 형성하는 단계;
상기 금속산화물층 위에 전방향족 폴리이미드로 상기 금속산화물층의 기공을 충진하여 봉공층을 형성하는 단계;
상기 봉공층 위에 크롬(Cr) 또는 NiCr 의 접착층을 형성하는 단계;및
상기 접착층 위에 스퍼터링에 의해 구리 씨드층(seed layer)을 증착하고 그 위에 전해도금을 이용해 배선층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 제조 방법.Preparing a metal base;
Forming a metal oxide layer on one or both surfaces of the metal base by plasma electrooxidation;
Filling the pores of the metal oxide layer with a wholly aromatic polyimide on the metal oxide layer to form a sealing layer;
Forming an adhesive layer of chromium (Cr) or NiCr on the sealing layer; and
And depositing a copper seed layer on the adhesive layer by sputtering, and forming a wiring layer using electroplating thereon. 2.
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