KR101735439B1 - 히팅싱크패드가 삽입된 방열인쇄회로기판의 제조방법 - Google Patents

히팅싱크패드가 삽입된 방열인쇄회로기판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 효과적으로 인쇄회로기판의 방열을 실시할 수 있으면서도 경제적이고 양산이 가능하게 하는 히팅싱크패드가 삽입된 방열인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것으로, 인쇄회로기판에 방열홀을 형성하는 단계; 인쇄회로기판의 표면 및 이면, 방열홀 내부에 구리 재질의 1차도금층을 형성하는 단계; 내장용 히트싱크패드를 방열홀 내부에 삽입하는 단계; 인쇄회로기판의 표면 및 이면, 내장용 히트싱크패드가 삽입된 방열홀 내부 및 내장용 히트싱크패드에 구리 재질의 2차도금층을 형성하는 단계(S4); 인쇄회로기판의 표면과 이면에 PSR잉크층을 형성하는 단계(S5); 방열홀 내부에 솔더를 PSR잉크층까지 채워 넣은 후 경화시키는 단계(S6); 및 경화된 솔더의 표면 또는 이면에 외장용 히트싱크패드 부착함과 동시에 전자부품을 실장하는 단계(S7);를 포함하며, 단계(S3)에서의 내장용 히트싱크패드는, 원판형상을 가지는 몸체와, 몸체의 외주면 상에 일체로 형성되는 돌기들을 포함하되, 돌기들은 몸체의 외주면 상에 등간격을 이루도록 형성되며, 돌기들은 방열홀에 삽입 시 소성변형을 일으키면서 방열홀에 밀착될 수 있다.

Description

히팅싱크패드가 삽입된 방열인쇄회로기판의 제조방법{MANUFACTURING METHOD FOR RADIANT HEAT CIRCUIT BOARD}
본 발명은 히팅싱크패드가 삽입된 방열인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 인쇄회로기판(PCB; Printed Circuit Board)은 전기가 흐르는 회로패턴이 기판 위에 형성됨과 동시에 다수의 전자부품이 실장되어 있기 때문에, 작동 시 전자부품들에서 고온의 열이 방출되고 있는 실정이며, 이러한 고온의 열로 인해 인쇄회로기판의 온도가 상승되기 때문에 전자부품의 오작동을 유발시킴과 더불어 인쇄회로기판의 신뢰성을 저하시키는 원인이 되고 있다.
일반적으로 인쇄회로기판의 열 방출을 위한 종래의 방법으로는 도 1에 도시된 바와 같이, 인쇄회로기판(P)과 외부 공기와의 접촉 면적을 극대화하기 위해 인쇄회로기판(P)의 면상에 다수의 방열홀(H)을 형성하는 방법이 널리 사용되고 있으나, 방열홀(H)만을 이용한 열 방출 방법은 방열홀(H)이 방출하는 열량에 한계가 있어 그 효과가 미비한 실정이다.
이와 같은 문제점을 해결하고자 다양한 연구들이 이루어져 왔으며, 그 대표적인 예로는 '대한민국공개특허 제 10-2012-0072689 호' 및 '대한민국공개특허 제 10-2010-0109332 호'를 들 수 있다.
'대한민국공개특허 제 10-2012-0072689 호'에는 방열홀에 방열 핀을 삽입시킨 후 방열 핀을 방열 홀에 매립한 방열회로기판 및 그 제조방법이 개시되어 있다.
또한, '대한민국공개특허 제 10-2010-0109332 호'에는 발열소자의 리드프레임에 인접하게 인쇄회로기판의 도전패턴에 리플로우솔더링에 의해 솔더링되어 발열소자의 열을 방출하는 실장이 가능한 칩형 히트싱크가 개시되어 있다.
그러나 전술한 '대한민국공개특허 제 10-2012-0072689 호'에 개시된 방열회로기판은 방열 핀 또는 방열홀에 별도의 고정수단이 없기 때문에 방열홀에 방열 핀을 매립 시 방열 핀이 방열홀에서 이탈되고, 이로 인해 방열 핀 매립공정을 원활하게 수행할 수 없어 생산성 향상을 기대할 수 없는 문제점이 있었다.
또한 전술한 '대한민국공개특허 제 10-2010-0109332 호'에 개시된 칩형 히트싱크는 인쇄회로기판 상에 솔더링되기 때문에 집적화 및 소형화되고 있는 최근의 인쇄회로기판에 적용하기 용이하지 않을 뿐만 아니라 칩형 히트싱크 솔더링 작업으로 인해 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다.
또한 전술한 '대한민국공개특허 제 10-2010-0109332 호'에 개시된 칩형 히트싱크는 표면적을 넓혀 열 방출 효과를 높이기 위해 외주면 상에 그루우브를 형성하기 때문에 제조가 용이하지 못한 또 다른 문제점이 있었다.
본 발명은 효과적으로 인쇄회로기판의 방열을 실시할 수 있으면서도 경제적이고 양산이 가능하게 하는 히팅싱크패드가 삽입된 방열인쇄회로기판의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명은 방열인쇄회로기판의 제조방법에 있어서, 인쇄회로기판에 방열홀을 형성하는 단계; 인쇄회로기판의 표면 및 이면, 방열홀 내부에 구리 재질의 1차도금층을 형성하는 단계; 내장용 히트싱크패드를 방열홀 내부에 삽입하는 단계; 인쇄회로기판의 표면 및 이면, 내장용 히트싱크패드가 삽입된 방열홀 내부 및 내장용 히트싱크패드에 구리 재질의 2차도금층을 형성하는 단계(S4); 인쇄회로기판의 표면과 이면에 PSR잉크층을 형성하는 단계(S5); 방열홀 내부에 솔더를 PSR잉크층까지 채워 넣은 후 경화시키는 단계(S6); 및 경화된 솔더의 표면 또는 이면에 외장용 히트싱크패드 부착함과 동시에 전자부품을 실장하는 단계(S7);를 포함하며, 단계(S3)에서의 내장용 히트싱크패드는, 원판형상을 가지는 몸체와, 몸체의 외주면 상에 일체로 형성되는 돌기들을 포함하되, 돌기들은 몸체의 외주면 상에 등간격을 이루도록 형성되며, 돌기들은 방열홀에 삽입 시 소성변형을 일으키면서 방열홀에 밀착될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 효과적으로 인쇄회로기판의 열을 히트싱크대를 통하여 방열시킬 수 있게 하는 이점이 있다.
또한 본 발명은 히트싱크패드가 방열홀에 소성변형을 일으키면서 고정되기 때문에 후술되는 공정에서 히트싱크패드가 방열홀에서 이탈되는 것을 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 이로 인해 인쇄회로기판의 제작원가를 획기적으로 절감할 수 있으면서 양산이 가능하게 하는 이점이 있다.
도 1은 종래 인쇄회로기판의 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명에 관련된 히트싱크패드들의 다양한 실시예를 나타낸 도면이며,
도 3 내지 도 9는 본 발명에 따른 방열인쇄회로기판이 제조되는 과정을 나타낸 도면이고,
도 10은 본 발명에 따른 방열인쇄회로기판이 제조되는 과정을 나타낸 순서도, 이며, 그리고
도 11은 도 2에 도시된 히트싱크패드가 장착된 본 발명에 따른 방열인쇄회로기판을 촬영한 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명에 관련된 내장용 히트싱크패드(100)의 다양한 실시예를 나타낸 도면으로서, 내장용 히트싱크패드(100)는 구리(Cu) 또는 구리계 합금으로 제작될 수 있다.
내장용 히트싱크패드(100)는 인쇄회로기판(PCB; 도 3 참조)에 형성된 방열홀(210; 도 3 참조) 내에 배치되어 인쇄회로기판(PCB)의 열을 외부로 방열하는 기능을 수행하는데, 내장용 히트싱크패드(100)는 원판형상을 가지는 몸체(101a, 102a, 103a, 104a)와, 몸체(101a, 102a, 103a, 104a)의 외주면 상에 일체로 형성되는 돌기(101b, 102b, 103b, 104b)들을 포함한다.
돌기(101b, 102b, 103b, 104b)들은 도 2에 도시된 바와 같이 몸체(101a, 102a, 103a, 104a)의 외주면 상에 등간격을 이루도록 형성되는데, 돌기(101b, 102b, 103b, 104b)의 개수를 도 2에서와 같이 한정하는 것은 아니다. 즉 돌기는 몸체의 외주면 상에 등간격을 이루도록 형성된다면 7개 이상으로도 형성될 수 있다.
여기서, 돌기(101b, 102b, 103b, 104b)들을 몸체(101a, 102a, 103a, 104a)의 외주면 상에 등간격을 형성하는 이유는, 내장용 히트싱크패드(100)를 방열홀(210)에 삽입 시 내장용 히트싱크패드(100)가 특정방향으로 기울어지는 것을 방지하고 안정적으로 방열홀(210) 내에 삽입되게 하기 위함이다. 또한 돌기(101b, 102b, 103b, 104b)들은 인쇄회로기판(PCB)가 직접적으로 맞닿기 때문에 인쇄회로기판(PCB)의 열을 효과적으로 흡수 및 방열하기 위해서는 몸체(101a, 102a, 103a, 104a)의 외주면 상에 등간격을 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 내장용 히트싱크패드(100)를 방열홀(210)에 삽입 시 돌기(101b, 102b, 103b, 104b)들은 소성변형을 일으키면서 방열홀(210)에 밀착되는데, 이렇게 소성변형되는 돌기(101b, 102b, 103b, 104b)들에 의해 내장용 히트싱크패드(100)는 방열홀(210)에서 이탈되지 강력하게 끼워진다.
그리고 내장용 히트싱크패드(100)는 방열홀(210)에 삽입 시 방열홀(210)이 손상되는 것을 방지할 수 있도록 도 2에 도시된 "A" 또는 "B"와 같이 각진 가장자리를 부드럽게 라운드 처리 하거나, 또는 몸체(101a, 102a, 103a, 104a) 및 돌기(101b, 102b, 103b, 104b)의 외주면을 반원형의 단면 형상을 가지도록 형성 할 수 있다.
게다가, 내장용 히트싱크패드(100)는 열전도 및 열방출 효율을 높일 수 있도록 열전도도가 높은 순금속 또는 금속합금, 예를 들면 금(Au) 또는 주석(Sn) 등으로 표면처리 될 수 있다.
하기에는 전술한 바와 같이 형성된 내장용 히트싱크패드(100)가 삽입되는 방열인쇄회로기판(PCB)의 제조방법을 설명한다.
본 발명에 따른 방열인쇄회로기판(PCB-R)을 제조하기 위해서는, 우선 인쇄회로기판(PCB)에 방열홀(210)을 형성한 후(단계 S1; 도 3 참조), 도 4에 도시된 바와 같이 인쇄회로기판(PCB)의 표면 및 이면, 그리고 방열홀(210) 내부를 구리 재질로 1차 도금 처리하여 1차도금층(220)을 형성한다(단계 S2).
단계(S1)에서 인쇄회로기판(PCB)은 동박(201)과 절연층(202)이 교대로 층을 이룬 겹층 형태로, 동박(201)이 인쇄회로기판(PCB)의 표면 및 이면에 드러나도록 제작되며, 이는 시중에 시판되고 있는 인쇄회로기판을 사용할 수 있다.
그리고 단계(S1)에서의 방열홀(210)의 가공방법 및 단계(S2)에서의 1차도금층(220)을 형성하는 방법은 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.
전술한 바와 같이 인쇄회로기판(PCB)에 1차도금층(220)이 형성되면(단계 S2), 다음으로 내장용 히트싱크패드(100)를 방열홀(210) 내부에 삽입한다(단계 S3).
단계(S3)에서 내장용 히트싱크패드(100)의 돌기(101b, 102b, 103b, 104b)들은 전술한 바와 같이 소성변형을 일으키면서 방열홀(210)에 밀착되고(도 5의 B 참조), 내장용 히트싱크패드(100)의 몸체(101a, 102a, 103a, 104a)는 방열홀(210)과 일정간격(211), 바람직하게는 200㎛ 이상 800㎛ 이하의 간격(211)으로 이격되는데, 그 이유는 방열홀(210)에 내장용 히트싱크패드(100) 삽입 후 간격(211)이 200㎛ 이상 되었을 때 후술하는 공정인 2차도금층(230) 형성 단계(S4)에서 도금액이 간격(211) 내부로 원활하게 유동되어 돌기(101b, 102b, 103b, 104b)들과 1차도금층(220)을 고정시키기 원활해지며, 또한 800㎛ 이하로 되었을 시가 후술하는 공정인 솔더 도포 및 경화 단계(S6)에서 솔더(250; 도 8 참조)를 방열홀(210)에 채우기 용이해지기 때문이다.
그리고 단계(S3)에서 내장용 히트싱크패드(100)의 삽입은 물리적으로 수행되며, 이는 수작업 또는 기계적 장치를 이용할 수 있으며, 이에 의해 내장용 히트싱크패드(100)는 방열홀(210)에 1차 고정된다.
단계(S3)이 완료되면, 다음으로 도 6에 도시된 바와 같이 인쇄회로기판(PCB)의 표면 및 이면, 그리고 내장용 히트싱크패드(100)가 삽입된 방열홀(210) 내부 및 내장용 히트싱크패드(100)에 구리 재질로 2차 도금 처리하여 2차도금층(230)을 형성한다(단계 S4). 이렇게 2차 도금을 실시함으로써 도 6의 B에서와 같이 내장용 히트싱크패드(100)의 돌기(101b, 102b, 103b, 104b)들과 방열홀(210)의 내부가 2차도금층(230)을 통하여 연결되고, 이로 인해 내장용 히트싱크패드(100)는 방열홀(210) 내에서 유동되지 않도록 더욱 단단히 2차 고정된다.
단계(S4)에서는 도 6의 A에 도시된 바와 같이, 2차도금층(230)이 형성된 뒤에도 내장용 히트싱크패드(100)의 몸체(101a, 102a, 103a, 104a)는 방열홀(210)과 일정간격(212) 이격되는 것이 바람직한데, 이는 후술하는 공정인 솔더 도포 및 경화 단계(S6)에서 솔더(250; 도 8 참조)가 용이하게 방열홀(210)에 채워질 수 있도록 하기 위함이며, 또한 상기 간격(212)에 솔더(250)가 경화 후에 대칭적으로 방열홀(210)과 부착되어 부착된 힘이 한 쪽으로 쏠리지 않도록 하기 위함이다.
전술한 바와 같이 2차도금층(230)이 형성되면, 다음으로 전자회로 및 PSR(Photo Solder Resist)잉크를 1차도금층(220)이 형성된 인쇄회로기판(PCB)의 표면과 이면에 도포하여 PSR잉크층(240)을 형성한 후(단계 S5), 방열홀(210) 내부에 솔더(250)를 PSR잉크(240) 층까지 채워 넣은 후 경화시킨다(단계 S6).
여기서, 솔더(250)의 재질은 열 전도율이 높고 녹는점이 낮은 합금을 사용하게 되는데, 예를 들어 솔더(250)는 SnPb(유연솔더), 또는 SnAgCu(무연솔더) 등이 사용될 수 있다.
또한 솔더(250)는 SnPb(유연솔더), 또는 SnAgCu(무연솔더) 이외의 성분이 혼합된 솔더를 사용할 수 있으며, 상기와 같은 솔더(250)를 방열홀(210)의 상부를 통해 채워 넣은 후 솔더(250)에 열을 가하면 솔더(250)가 녹아서 간격(212)을 빈틈없이 채우게 되고, 채워진 솔더(250)를 상온에서 경화시킨다. 이렇게 경화되는 솔더(250)에 의해 내장용 히트싱크패드(100)는 방열홀(210) 내부에 3차 고정된다.
그리고, 상기 단계(S6) 이후, 도 9에 도시된 바와 같이 경화된 솔더(250)의 표면 또는 이면에 열 방출을 보다 용이하게 하기 위해 외장용 히트싱크패드(260) 부착 및 회로 구성이 필요한 전자부품(E)을 실장하는 단계(S7)를 실시하여 본 발명에 따른 방열인쇄회로기판(PCB-R)의 제조를 완료한다.
이와 같이 제조된 본 발명에 따른 방열인쇄회로기판(PCB-R) 완제품 내의 내장용 히트싱크패드(100)의 장착 상태를 도 11에서와 같다.
상기와 같은 히팅싱크패드가 삽입된 방열인쇄회로기판의 제조방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
100 : 내장용 히트싱크패드 210 : 방열홀
220 : 1차도금층 230 : 2차도금층
240 : PSR잉크층 250 : 솔더
260 : 외장용 히트싱크패드

Claims (1)

  1. 방열인쇄회로기판의 제조방법에 있어서,
    인쇄회로기판에 방열홀을 형성하는 단계(S1);
    상기 인쇄회로기판의 표면 및 이면, 상기 방열홀 내부에 구리 재질의 1차 도금층을 형성하는 단계(S2);
    내장용 히트싱크패드를 상기 방열홀 내부에 삽입시켜 상기 내장용 히트싱크패드를 상기 방열홀에 1차로 고정하는 단계(S3);
    상기 인쇄회로기판의 표면 및 이면, 상기 내장용 히트싱크패드가 삽입된 상기 방열홀 내부 및 상기 내장용 히트싱크패드에 구리 재질의 2차 도금층을 형성하되, 상기 2차 도금층에 의해 상기 내장용 히트싱크패드를 상기 방열홀에 2차로 고정하는 단계(S4);
    상기 인쇄회로기판의 표면과 이면에 PSR잉크층을 형성하는 단계(S5);
    상기 방열홀 내부에 솔더를 상기 PSR잉크층까지 채워 넣은 후 경화시키되, 상기 솔더에 의해 상기 내장용 히트싱크패드를 상기 방열홀에 3차로 고정하는 단계(S6); 및
    경화된 상기 솔더의 표면 또는 이면에 외장용 히트싱크패드를 부착함과 동시에 전자부품을 실장하는 단계(S7);를 포함하며,
    상기 단계(S3)에서의 상기 내장용 히트싱크패드는,
    원판형상을 가지는 몸체와, 상기 몸체의 외주면 상에 일체로 형성되는 돌기들을 포함하되,
    상기 돌기들은 상기 몸체의 외주면 상에 등간격을 이루도록 형성되며,
    상기 돌기들은 상기 방열홀에 삽입 시 소성변형을 일으키면서 상기 방열홀에 밀착되되, 상기 몸체와 상기 방열홀은 200㎛이상 800㎛이하의 간격으로 이격되는 히트싱크패드가 삽입된 방열인쇄회로기판의 제조방법.
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JP2004179309A (ja) * 2002-11-26 2004-06-24 New Japan Radio Co Ltd プリント回路基板の放熱構造とその製造方法
JP2010258260A (ja) * 2009-04-27 2010-11-11 Nec Corp 放熱プリント基板

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