KR20180082911A - 전력용 트랜스포머를 포함하는 인쇄회로기판 및 그 제조방법 - Google Patents

전력용 트랜스포머를 포함하는 인쇄회로기판 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20180082911A
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김희준
임재우
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Abstract

전력용 트램스포머를 포함하는 인쇄회로기판은, 인쇄회로기판의 중심축을 형성하는 중심 세라믹 기판; 홀을 포함하며, 중심 세라믹 기판의 상면에 접착 형성되는 상부 세라믹 기판; 홀을 포함하며, 중심 세라믹 기판의 하면에 접착 형성되는 하부 세라믹 기판; 및 상부 세라믹 기판 및 하부 세라믹 기판의 접착으로 중심 세라믹 기판에 형성된 홈에, 분말액 코어의 주입으로 형성되는 전력용 트랜스포머; 를 포함할 수 있다.
이와 같은 전력용 트랜스포머를 포함하는 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 의하면, 분말 주입된 코어로 트랜스포머를 구성함으로써, 임베디드 PCB에 전력용 트랜스포머의 내장이 가능해지며, 전력용 트랜스포머 등의 수동소자를 포함하더라도 제품의 크기를 최소화할 수 있다. 또한, 코어 사이에 세라믹 기판을 구성하여 자화 인덕턴스 값 및 공진 인덕턴스 값 등을 위한 트랜스포머의 결합률과 변환효율을 높일 수 있다. 또한, 세라믹 기판의 특성을 통해 인쇄회로기판의 전기적 절연특성을 개선할 수 있으며, 출력에 비례하는 코어와 권선의 발열이 증가하는 담점을 개선할 수 있다. 또한, 전기적 절연특성, 발열특성 등 전자기기의 신뢰도를 극대화할 수 있다.

Description

전력용 트랜스포머를 포함하는 인쇄회로기판 및 그 제조방법{PRINTED CIRCUIT BOARD INCLUDING ELECTRIC POWER TRANSFORMER AND METHOD FOR MANUFACTURING TRHEREOF}
본 발명은 전력용 트랜스포머를 포함하는 인쇄회로기판 및 인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것이다.
인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)은 페놀이나 에폭시 등의 절연판에 구리 등 도체 패턴을 형성하여 전자부품 및 반도체를 전기적으로 연결시켜주고 지지해주는 회로연결용 부품이다. 즉, 가전기기, 컴퓨터, 자동차, 항공기 등 모든 전자?정보 통신 기기에 기본적으로 장착되는 필수 부품이다. 일반적으로 알고있는 전자부품이라 불리는 IC, FET, Capacitor, Inductor, Resistor 등은 이 PCB 기판위에 있어야 회로가 연결이되고, 동작이 된다. 2000년도 초반, PCB 산업은 고다층화, 고집적화, 환경친화적 PCB의 활발히 연구되어 개발을 이루게 되고, 심지어 SMT부품까지 내장하는 임베디드 PCB 개발단계에 이르게 되었다. 임베디드 PCB는 저항이나 커패시터 등 수동부품과 IC 등을 심는 대신 그 기능을 PCB에 내장해 면적과 신호 간섭을 줄인 회로 연결용 전자부품이다.
현재 전 세계적으로 임베디드 PCB에 내장하기 위한 부품의 사용은 제한이 되고 있다. 따라서, 표면실장 되던 수동소자를 사용하지 않는 새로운 기술의 필요성이 요구되고 있으며, 수동소자를 모두 인쇄회로기판에 매립하여 제품 크기를 최소화하고, 전기적 특성과 신뢰도를 극대화할 수 있는 임베디드 PCB에 대한 연구가 급격히 증가하고 있는 것으로 나타나고 있다.
특히, 전력용 트랜스포머는 현재 기술로서 임베디드 PCB에 실장 하는데 제한을 받고 있는 부품이다. 전력용 트랜스포머를 임베디드 PCB에 내장할 경우 트랜스포머의 자화 인덕턴스 값 및 공진 인덕턴스 값 등을 위한 변압기의 결합률과 변환 효율을 높이기가 어렵고, 변압기의 과도한 공극으로 인한 자화인덕턴스를 맞추는 것 또한 매우 어렵기 때문이다. 또한, 출력에 비례하는 코어와 권선의 발열도 증가하기 때문에, 임베디드 PCB에 전력용 트랜스포머를 내장하는 것은 현재 매우 어려운 실정이다.
따라서, 전력용 트랜스포머가 내장된 임베디드 PCB나 해당 임베디드 PCB의 제조방법에 대한 기술개발의 니즈가 증가하고 있다.
관련 선행기술로는 한국 공개특허공보 제10-2014-0143274호(발명의 명칭: 인덕터를 포함하는 인쇄 회로 기판, 공개일자: 2014.12.16)가 있다.
본 발명은 전력용 트랜스포머를 포함하는 인쇄회로기판 및 그에 이용되는 인쇄회로기판의 제조방법을 제공하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 다음과 같은 전력용 트랜스포머를 포함하는 인쇄회로기판 및 그 제조방법이 제공된다.
전력용 트랜스포머를 포함하는 인쇄회로기판은, 인쇄회로기판의 중심축을 형성하는 중심 세라믹 기판; 홀을 포함하며, 중심 세라믹 기판의 상면에 접착 형성되는 상부 세라믹 기판; 홀을 포함하며, 중심 세라믹 기판의 하면에 접착 형성되는 하부 세라믹 기판; 및 상부 세라믹 기판 및 하부 세라믹 기판의 접착으로 중심 세라믹 기판에 형성된 홈에, 분말액 코어의 주입으로 형성되는 전력용 트랜스포머; 를 포함할 수 있다.
전력용 트랜스포머를 포함하는 인쇄회로기판의 제조방법은, 인쇄회로기판의 중심축을 형성하는 중심 세라믹 기판의 상면 및 하면에 홀을 포함하는 상부 세라믹 기판 및 하부 세라믹 기판을 각각 접착하고; 상부 세라믹 기판 및 하부 세라믹 기판의 접착으로 중심 세라믹 기판에 형성된 홈에, 분말액 코어의 주입으로 전력용 트랜스포머를 형성하는; 를 포함할 수 있다.
이와 같은 전력용 트랜스포머를 포함하는 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 의하면, 분말 주입된 코어로 트랜스포머를 구성함으로써, 임베디드 PCB에 전력용 트랜스포머의 내장이 가능해지며, 전력용 트랜스포머 등의 수동소자를 포함하더라도 제품의 크기를 최소화할 수 있다.
또한, 코어 사이에 세라믹 기판을 구성하여 자화 인덕턴스 값 및 공진 인덕턴스 값 등을 위한 트랜스포머의 결합률과 변환효율을 높일 수 있다. 또한, 세라믹 기판의 특성을 통해 인쇄회로기판의 전기적 절연특성을 개선할 수 있으며, 출력에 비례하는 코어와 권선의 발열이 증가하는 담점을 개선할 수 있다. 또한, 전기적 절연특성, 발열특성 등 전자기기의 신뢰도를 극대화할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 전력용 트랜스포머를 포함하는 인쇄회로기판을 예시한 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 전력용 트랜스포머를 포함하는 인쇄회로기판을 예시한 단면도이다.
도 3은 메탈 PCB와 세라믹 PCB의 열전도율의 차이를 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 전력용 트랜스포머를 포함하는 인쇄회로기판의 제조방법의 흐름도이다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 전력용 트랜스포머를 포함하는 인쇄회로기판 및 그 제조방법을 후술된 실시예들에 따라 구체적으로 설명하도록 한다. 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 1은 일 실시예에 따른 전력용 트랜스포머를 포함하는 인쇄회로기판을 예시한 사시도이며, 도 2는 일 실시예에 따른 전력용 트랜스포머를 포함하는 인쇄회로기판을 예시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 인쇄회로기판은 상부 임베디드 PCB 및 하부 임베디드 PCB 사이에 트랜스포머층을 포함할 수 있다.
트랜스포머층은 세라믹 기판 및 전력용 트랜스포머를 포함할 수 있다. 세라믹 기판은 중심 세라믹 기판을 사이에 두고 상부 세라믹 기판 및 하부 세라믹 기판을 포함할 수 있다.
중심 세라믹 기판은 인쇄회로기판의 중심축을 형성할 수 있다. 상부 세라믹 기판은 홀을 포함하며, 중심 세라믹 기판의 상면에 접착 형성될 수 있다. 하부 세라믹 기판은 홀을 포함하며, 중심 세라믹 기판의 하면에 접착 형성될 수 있다. 상부 세라믹 기판 및 하부 세라믹 기판의 접착으로, 각각의 홀이 중심 세라믹 기판에 홈을 형성할 수 있다. 구체적으로, 상부 세라믹 기판이 중심 세라믹 기판에 접착됨에 따라, 상부 세라믹 기판에 형성된 홀은 중심 세라믹 기판의 상면에 홈을 형성할 수 있다. 마찬가지로, 하부 세라믹 기판이 중심 세라믹 기판에 접착됨에 따라, 하부 세라믹 기판에 형성된 홀은 중심 세라믹 기판의 하면에 홈을 형성할 수 있다.
세라믹 기판은 세라믹 소재로 형성될 수 있다. 세라믹 소재는 전기적으로는 절연성이고, 열적으로는 전도성이며, 소자?시스템의 구조적 신뢰성을 보장할 수 있는 충분한 강도를 갖는다. 따라서, 세라믹 기판은 세라믹 재질로 형성됨에 따라 절연특성 및 방열특성을 갖을 수 있으며, 이와 같은, 세라믹 기판을 통해 후술될 전력용 트랜스포머 사이가 절연 및 방열될 수 있다.
구체적으로, 전력용 트랜스포머가 세라믹 기판을 중심으로 상하로 분리되어 있기 때문에, 전기적 절연특성을 갖을 수 있으며, 세라믹 기판은 트랜스포머의 코어와 권선이 접촉됨에 따라 내부 발생열을 외부로 전달하는 히트파이프 역할을 수행할 수 있다. 또한, 트랜스포머 코어의 내부 발생열을 낮출 수 있어 코어의 소형화가 가능해지며, 공진형 토폴로지에 적합한 임피던스 매칭 설계를 위한 작은 자화 인덕턴스를 공진 회로 설계에 반영할 수 있다.
도 3은 메탈 PCB와 세라믹 PCB의 열전도율의 차이를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 예를 들어, AlN과 Sappahire의 열전도율(Thermal Conductivity)을 비교하면 AlN의 값이 최대 10.5배 높은 것으로, 세라믹 PCB의 방열성능이 메탈 PCB의 방열성능보다 높은 것을 확인할 수 있다.
전력용 트랜스포머는 분말액 코어를 주입하여 형성될 수 있다. 즉, 전력용 트랜스포머는 분말액 주입으로 형성되는 코어를 포함할 수 있다. 여기서, 분말액은 불말자성 몰딩액을 이용할 수 있다. 전력용 트랜스포머는 상부 세라믹 기판 및 하부 세라믹 기판의 접착으로 중심 세라믹 기판에 형성된 홈에 분말자성 몰딩액의 주입으로 형성된 코어를 포함할 수 있는 것이다.
즉, 세라믹 기판을 통해 분말액을 주입할 수 있는 케이스를 형성하고, 분말액을 주입함으로써 트랜스포머의 코어를 형성할 수 있다.
이상으로 전력용 트랜스포머를 포함하는 인쇄회로기판의 구성을 설명하였으며, 이하에서는 주어진 흐름도를 참조하여 전력용 트랜스포머를 포함하는 인쇄회로기판의 제조방법을 살펴보기로 한다.
도 4는 일 실시예에 따른 전력용 트랜스포머를 포함하는 인쇄회로기판의 제조방법의 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 먼저, 세라믹 기판을 접착시킨다(510). 구체적으로, 중심축을 형성하는 중심 세라믹 기판의 상면 및 하면에 상부 세라믹 기판 및 하부 세라믹 기판을 각각 접착한다. 이 때, 상부 세라믹 기판 및 하부 세라믹 기판은 각각 홀을 포함할 수 있다. 상부 세라믹 기판 및 하부 세라믹의 접착으로, 각각의 홀은 중심 세라믹 기판에 홈을 형성할 수 있다.
다음으로, 세라믹 기판의 접착으로 형성된 홈에 분말액 코어를 주입하여 전력용 트랜스포머를 형성한다(520). 전술한 바와 같이, 상부 세라믹 기판 및 하부 세라믹 기판의 접착으로 중심 세라믹 기판에 홈이 형성되는데, 이와 같이 형성된 홈에 분말액을 주입함으로써 트랜스포머의 코어를 형성할 수 있다.
상술한 전력용 트랜스포머를 포함하는 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 의하면, 분말 주입된 코어로 트랜스포머를 구성함으로써, 임베디드 PCB에 전력용 트랜스포머의 내장이 가능해지며, 전력용 트랜스포머 등의 수동소자를 포함하더라도 제품의 크기를 최소화할 수 있다.
또한, 코어 사이에 세라믹 기판을 구성하여 자화 인덕턴스 값 및 공진 인덕턴스 값 등을 위한 트랜스포머의 결합률과 변환효율을 높일 수 있다. 또한, 세라믹 기판의 특성을 통해 인쇄회로기판의 전기적 절연특성을 개선할 수 있으며, 출력에 비례하는 코어와 권선의 발열이 증가하는 담점을 개선할 수 있다. 또한, 전기적 절연특성, 발열특성 등 전자기기의 신뢰도를 극대화할 수 있다.
이상으로 예시된 도면을 참조로 하여, 전력용 트랜스포머를 포함하는 인쇄회로기판 및 그 제조방법의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시 될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (2)

  1. 전력용 트램스포머를 포함하는 인쇄회로기판에 있어서,
    상기 인쇄회로기판의 중심축을 형성하는 중심 세라믹 기판;
    홀을 포함하며, 상기 중심 세라믹 기판의 상면에 접착 형성되는 상부 세라믹 기판;
    홀을 포함하며, 상기 중심 세라믹 기판의 하면에 접착 형성되는 하부 세라믹 기판; 및
    상기 상부 세라믹 기판 및 하부 세라믹 기판의 접착으로 상기 중심 세라믹 기판에 형성된 홈에, 분말액 코어의 주입으로 형성되는 전력용 트랜스포머;
    를 포함하는 인쇄회로기판.
  2. 전력용 트램스포머를 포함하는 인쇄회로기판의 제조방법에 있어서,
    상기 인쇄회로기판의 중심축을 형성하는 중심 세라믹 기판의 상면 및 하면에 홀을 포함하는 상부 세라믹 기판 및 하부 세라믹 기판을 각각 접착하고; 및
    상기 상부 세라믹 기판 및 하부 세라믹 기판의 접착으로 상기 중심 세라믹 기판에 형성된 홈에, 분말액 코어의 주입으로 전력용 트랜스포머를 형성하는;
    를 포함하는 인쇄회로기판.
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