KR20150089618A - 절연성이 향상된 방열기판 - Google Patents

절연성이 향상된 방열기판 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방열기판에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 방열기판은 상면에 홈부가 형성된 금속기판, 상기 금속기판 상에 형성된 절연층 및 상기 절연층 상에 형성된 회로층을 포함하고, 상기 홈부는 회로층의 테두리 영역을 따라 형성되며, 상기 홈부에 절연재가 충진되도록 형성된다. 이를 통해 상기 절연층의 절연파괴 방지 및 기판과 절연층 간의 접합력을 향상시킬 수 있는 방열기판을 제공하는 데 있다.

Description

절연성이 향상된 방열기판 {HEAT-RADIATING SUBSTRATE WITH IMPROVED INSULATING PROPERTIES}
본 발명은 절연성이 향상된 방열기판에 관한 것이다.
전 세계적인 에너지 사용의 증가로, 효율적인 에너지 사용에 관심이 지속적으로 높아지고 있다. 에너지 효율에 민감한 파워모듈에 대한 고집적화, 고용량화 및 소형화의 요구가 증대되고 있으나, 발열부품에 따른 방열문제가 파워모듈 전체의 성능을 떨어뜨리는 결과를 초래하고 있다.
따라서, 파워모듈의 효율증가와 고신뢰성 확보를 위해서는 위와 같은 발열문제를 해결할 수 있는 고방열 패키지 구조가 필요하다. 이러한 고방열 패키지 구조에 있어서 핵심 요소는 고방열 기판 제작이다.
일반적으로 파워모듈은 대전력 응용과 저전력 응용으로 구분된다. 대전력 응용을 위해서는 보통 기판에 복수개의 반도체 소자를 탑재한다. 현재 대부분의 대전력 반도체 모듈에는 세라믹 기판상에 단면 또는 양면의 금속 전도트랙을 가지는 DBS (Direct Bonded Copper) 또는 DBA (Direct Bonded Aluminum) 기판이 사용되고 있다.
최근에 사용되는 방열기판 상에는 전기적인 연결을 제어하는 절연층이 존재하는데, 고전압을 흘려주었을 때 회로부의 최외각의 정연층 구간에서 크랙 (Crack)이 발생되어 절연층이 파괴되는 현상이 발생하고 있다. 이는 기판을 구성하고 있는 방열판의 절단시 발생하는 기계적인 충격에 의한 것이 주된 원인으로 알려지고 있다.
한편, 특허문헌 1에서는 열전도 기판 및 이를 이용한 반도체 모듈에 관한 것으로, 절연층의 크랙을 방지하는 기술을 제시하고 있으나, 방열판의 내부의 금속기판에 홈부를 형성하여 절연내압을 강화시키고, 금속기판과 절연층 간의 접합력을 향상시키는 데는 한계가 있었다.
특허문헌 1: 한국 등록특허 제0404562호
본 발명의 일 측면은 상면에 홈부가 형성되고, 상기 홈부의 내부에 절연재가 충진된 금속기판을 포함하는 방열기판을 통해, 절연층의 절연파괴 방지 및 금속기판과 절연층 간의 접합력을 향상시킬 수 있는 방열기판을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 절연성이 향상된 방열기판은:
상면에 홈부가 형성된 금속기판;
상기 금속기판 상에 형성된 절연층; 및
상기 절연층 상에 형성된 회로층;을 포함하고,
상기 홈부는 상기 회로층의 테두리 영역을 따라 형성되며, 상기 홈부에 절연재가 충진된다.
상기 방열기판에서, 상기 회로층의 테두리 영역은 상기 홈부의 폭의 중앙을 따라 위치할 수 있다.
상기 방열기판에서, 상기 홈부는 폭이 600 내지 2000㎛, 깊이가 300 내지 1000㎛일 수 있다.
상기 방열기판에서, 상기 금속기판은 알루미늄 (Al), 구리 (Cu), 철 (Fe), 또는 티타늄 (Ti)으로 이루어질 수 있다.
상기 방열기판에서, 상기 절연층 및 홈부에 충진된 절연재는 열경화성 수지, 열가소성 수지 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 방열기판에서, 상기 절연재는 무기충전제를 더 포함할 수 있다.
상기 방열기판에서, 상기 무기충전제는 산화규소 (SiO2), 탄화 규소 (SiC), 질화붕소 (BN), 질화 규소 (SiN) 및 질화 알루미늄 (AlN)으로부터 하나 이상 선택될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 방열기판은, 고전압에 의해 절연층에서 발생된 크랙으로 인한 절연파괴를 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 방열기판은, 기판 내부에 다수의 홈이 존재할 경우, 절연층과 기판의 기계적인 접합력을 높여주어 흡습 및 열 충격에 의한 박리 현상을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방열기판의 단면도; 및
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방열기판의 평면도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 적절한 실시 예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "일면", "타면" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 적절한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.
방열기판
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방열기판의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 방열기판 (100)은 상면에 홈부 (20)가 형성된 금속기판 (10), 상기 금속기판 (10) 상에 형성된 절연층 (30) 및 상기 절연층 (30) 상에 형성된 회로층 (40)을 포함하고, 상기 홈부 (20)는 회로층 (40)의 테두리 영역을 따라 형성되며, 상기 홈부 (20)에 절연재가 충진되도록 형성된다.
상기 금속기판 (10)은 방열특성을 갖는 알루미늄 (Al), 구리 (Cu), 철 (Fe), 또는 티타늄 (Ti) 중 어느 하나로 선택될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 방열특성을 갖는 금속이라면 어느 것이든 적용할 수 있다.
상기 금속기판 (10)은 상면에 홈부 (20)를 형성할 수 있는데, 상기 홈부 (20)의 내부에는 절연재를 충진시켜 형성될 수 있다.
상기 홈부 (20)에 충진될 수 있는 절연재는 열경화성 수지, 열가소성 수지 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있으며, 방열특성을 향상시키기 위해 무기충전제를 포함할 수 있다.
상기 절연재는 예를 들어, 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 액정고분자 수지 (LCP), 페놀 수지, 비스말레이미드 트리아진 수지 등의 수지를 단독 또는 하나 이상 혼합하여 형성할 수 있으며, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 홈부 (20)에 충진될 수 있는 절연재에 포함될 수 있는 무기충전제는 예를 들어, 산화규소 (SiO2), 탄화 규소 (SiC), 질화붕소 (BN), 질화 규소 (SiN) 및 질화 알루미늄 (AlN)으로부터 하나 이상 선택될 수 있고, 특별히 이에 한정되지 않으며, 일반적으로 당업계에 알려진 방열특성을 향상시킬 수 있는 무기충전제를 적용할 수 있음은 물론이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 방열기판 (100)에서, 상기 홈부 (20)는 폭이 600 내지 2000㎛, 깊이가 300 내지 1000㎛일 수 있다.
상기 홈부 (20)의 폭이 600㎛ 미만이면 절연층 (30)의 크랙이 발생할 수 있거나 금속기판 (10) 및 절연층 (30) 간의 접합력이 저하될 수 있는 경향이 있고, 2000㎛를 초과하면 기판의 방열특성이 저하될 수 있는 경향이 있을 수 있다.
또한, 상기 홈부 (20)의 깊이가 300㎛ 미만이면 절연층 (30)의 크랙이 발생할 수 있거나 금속기판 (10) 및 절연층 (30) 간의 접합력이 저하될 수 있는 경향이 있고, 1000㎛를 초과하면 기판의 방열특성이 저하될 수 있는 경향이 있을 수 있다.
또한, 상기 금속기판 (10)에서 홈부 (20)는 하나 이상의 다수가 존재할 수 있는데, 이를 통해 절연층 (30)의 크랙으로 인한 절연파괴를 방지할 수 있고, 금속기판 (10) 및 절연층 (30) 간의 접합력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 방열기판 (100)은, 홈부 (20)가 형성된 금속기판 (10)상에 절연층 (30)이 형성될 수 있다.
상기 절연층 (30)은 상기 홈부 (20)에 충진된 절연재의 물질과 동일하거나 다를 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 액정고분자 수지 (LCP), 페놀 수지, 비스말레이미드 트리아진 수지 등의 수지를 단독 또는 하나 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 절연층 (30)은 방열 효과를 향상시키기 위해 유리섬유와 같은 보강재를 포함하는 프리프레그 (Prepreg)로 형성될 수도 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 방열기판 (100)은, 절연층 (30) 상에 회로층 (40)을 형성할 수가 있다. 상기 회로층 (40)은 절연층 (30) 상에 패터닝된 금속박 또는 패터닝된 리드 프레임을 적층하여 형성될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 금속박 또는 리드 프레임은 예를 들어, 구리 (Cu), 철 (Fe), 또는 철-니켈 (Fe-Ni)의 합금 중 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방열기판의 평면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 방열기판 (100)에서, 상기 회로층 (40)의 테두리 영역은 상기 홈부 (20) 폭의 중앙을 따라 위치할 수 있다.
파워모듈 패키지에 있어서 고전압을 가하면 회로층 (40)의 테두리 영역 하부에 위치한 절연층 (30)에서 크랙이 자주 발생하게 되는데, 본 발명의 일 실시 예에 따른 방열기판 (100)은 회로층 (40)의 테두리 영역이 상기 홈부 (20) 폭의 중앙을 따라 위치하도록 형성하여 절연층 (30)의 크랙을 방지함과 동시에 금속기판 (10) 및 절연층 (30) 간의 접합력을 향상시킬 수 있다.
상기 방열기판 (100)에서, 홈부 (20)의 두께는 회로층 (40)의 두께보다 두껍고, 금속기판 (10)의 두께보다 얇을 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량할 수 있음이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
금속기판: 10 홈부: 20
절연층: 30 회로층: 40
방열기판: 100

Claims (7)

  1. 상면에 홈부가 형성된 금속기판;
    상기 금속기판 상에 형성된 절연층; 및
    상기 절연층 상에 형성된 회로층;을 포함하고,
    상기 홈부는 상기 회로층의 테두리 영역을 따라 형성되며, 상기 홈부에 절연재가 충진된 절연성이 향상된 방열기판.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 회로층의 테두리 영역은 상기 홈부의 폭의 중앙을 따라 위치된 절연성이 향상된 방열기판.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 홈부는 폭이 600 내지 2000㎛, 깊이가 300 내지 1000㎛인 절연성이 향상된 방열기판.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속기판은 알루미늄 (Al), 구리 (Cu), 철 (Fe), 또는 티타늄 (Ti)으로 이루어진 절연성이 향상된 방열기판.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연층 및 홈부에 충진된 절연재는 열경화성 수지, 열가소성 수지 또는 이들의 혼합물을 포함하는 절연성이 향상된 방열기판.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 절연재는 무기충전제를 더 포함하는 절연성이 향상된 방열기판.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 무기충전제는 산화규소 (SiO2), 탄화 규소 (SiC), 질화붕소 (BN), 질화 규소 (SiN) 및 질화 알루미늄 (AlN)으로부터 하나 이상 선택된 절연성이 향상된 방열기판.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20140128

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PC1203 Withdrawal of no request for examination
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid