KR-20260060898-A - Metal Core Printed Circuit Board

Abstract

본 발명은 금속 인쇄회로기판에 관한 것으로, 발명에 따른 금속 인쇄회로기판은 본 발명은 LED 패키지가 표면에 실장되는 금속 인쇄회로기판에 있어서, 제1 재질의 금속을 포함하는 베이스층과, 상기 베이스층의 일면에 형성되는 절연층과, 상기 절연층 상에 형성되는 회로패턴부와, 상기 LED 패키지를 상기 금속 인쇄회로기판에 실장하기 위해 솔더링되는 솔더층과, 상기 베이스층의 상기 절연층을 향하는 면에 형성되고, 상기 제1 재질의 금속과 열팽창 계수가 다른 제2 재질의 금속으로 표면처리되어 형성된 표면처리층을 더 포함한다.

Inventors

• 배종원

Assignees

• 현대모비스 주식회사

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20241025

Claims (5)

1. LED 패키지가 표면에 실장되는 금속 인쇄회로기판에 있어서, 제1 재질의 금속을 포함하는 베이스층; 상기 베이스층의 일면에 형성되는 절연층; 상기 절연층 상에 형성되는 회로패턴부; 상기 LED 패키지를 상기 금속 인쇄회로기판에 실장하기 위해 솔더링되는 솔더층; 및 상기 베이스층의 상기 절연층을 향하는 면에 형성되고, 상기 제1 재질의 금속과 열팽창 계수가 다른 제2 재질의 금속으로 표면처리되어 형성된 표면처리층을 더 포함하는 금속 인쇄회로기판.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2 재질의 금속은 상기 제1 재질의 금속에 비해 작은 열팽창 계수를 갖는 금속 인쇄회로기판.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 재질의 금속은 알루미늄이고, 상기 제2 재질의 금속은 구리인 금속 인쇄회로기판.
4. 제1항에 있어서, 상기 회로패턴부의 상면에 도포되고, 감광성 염료물질을 포함하는 도포층을 더 포함하고, 상기 도포층은, 상기 LED 패키지가 상기 금속 인쇄회로기판에 실장되는 영역 이외의 영역에 형성되는 금속 인쇄회로기판.
5. 제1항에 있어서, 상기 표면처리층은, 도금 공정으로 처리된 금속으로 형성되는 금속 인쇄회로기판.

Description

금속 인쇄회로기판{Metal Core Printed Circuit Board} 본 발명은 금속 인쇄회로기판에 관한 것이다. LED(Light-emitting Diode, 발광다이오드)는 광 변환 효율이 높고 소비전력이 상대적으로 낮으며 안정성이 우수하여 차량용 램프의 광원으로 사용되고 있다. LED는 고온의 열을 방출하므로, 특히 주광원램프, ADB 매트릭스 램프, 다광원 시그널 램프 등 고출력 LED 램프나, 다수의 LED를 광원으로 이용하는 램프는, 높은 발열량을 해소하기 위해 메탈 코어 PCB(Metal Core Printed Circuit Board)가 사용된다. 메탈 코어 PCB는 일반적으로 방열 금속 기판이라 불리는 것으로, Base Material이 금속으로 제작된 PCB를 의미한다. 메탈 코어 PCB는, 구리 또는 알루미늄 계통의 베이스 원판과, 절연층, 회로 패턴을 포함하는 구조로 이루어진다. 이와 같이 제작된 메탈 코어 PCB의 실장 패드 부위에 솔더링 공정을 통해 LED 패키지를 실장하여 MCPCB 어셈블리가 완성된다. 메탈 코어 PCB는 베이스 원판이 금속이므로 히트싱크 방열기 부분으로 열 전도성이 좋으나, 일반적인 FR-4 재질의 PCB 대비 열팽창 계수(Coefficient of Thermal Expansion, CTE)가 높은 편이다. MCPCB 어셈블리는 수많은 소자와 회로패턴으로 이루어져 있기 때문에 재질 간 물성 차이, 특히 열팽창 계수 차이로 인해 고온과 저온을 오가는 환경에서 열출격에 의해 크랙 등 손상이 발생할 가능성이 높다. 특히 솔더부위는, 열팽창 계수가 높은 금속 베이스 원판과, 열팽창 계수가 낮은 LED 패키지의 주 재질 간에 열팽창되는 정도의 차이로 인해 크랙이 빈번하게 발생되어 문제된다. 이러한 문제를 해소하기 위해 LED 패키지의 부품의 재질을 변경하거나, 솔더 재질을 변경하는 방안에 대하여 개발중이나, 전자 부품의 고출력화, 소형화, 고밀도 집적화 등의 추세 및 비용 측면을 모두 만족시키에는 부족한 실정이다. 따라서 차량용 LED 램프 전장 MCPCB 어셈블리의 Base Metal 원판의 큰 열팽창 계수로 인한 타 부품과의 물성 차이로 인해 열충격 환경 노출 이후 솔더 크랙 등의 문제 문제를 해결하기 위한 구조의 개선이 필요하다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금속 인쇄회로기판를 도시한 단면도이다. 도 2는 본 발명의 비교예에 의한 금속 인쇄회로기판를 도시한 단면도이다. 이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 먼저, 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명인 금속 인쇄회로기판의 기술적인 특징을 이해시키기에 적합한 실시예들이다. 다만, 본 발명이 이하에서 설명되는 실시예에 한정하여 적용되거나 설명되는 실시예들에 의하여 본 발명의 기술적 특징이 제한되는 것이 아니며, 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금속 인쇄회로기판를 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 비교예에 의한 금속 인쇄회로기판를 도시한 단면도이다. 도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예는 LED 패키지(70)가 표면에 실장되는 금속 인쇄회로기판(10)에 관한 것이다. LED 패키지(70)는 빛을 발산하는 반도체 소자인 LED 칩(74)과, LED 칩(74)이 장착되는 서포트 기판(73)과, 전기적인 연결을 위한 žA은 금속판인 리드프레임(미도시)을 포함하고, 주요구성인 서포트 기판(73)은 열팽창 계수가 낮은 세라믹 재질 등으로 이루어질 수 있다. 미설명 부호인 72는 LED 패드이다. 본 발명에 따른 금속 인쇄회로기판(10)의 표면에는 상기와 같이 구성된 LED 패키지(70)가 표면 실장 방식으로 부착될 수 있다. 본 발명의 실시예에 의한 금속 인쇄회로기판(10)은 베이스층(20)과, 절연층(30)과, 회로패턴부(40)과, 솔더층(60) 및 표면처리층(25)을 포함한다. 베이스층(20)은 금속 재질일 수 있다. 예를 들어 베이스층(20)은 알루미늄, 구리 등의 금속일 수 있다. 베이스층(20)은 LED 칩(74)에서 발생한 열을 외부로 방출하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어 베이스층(20)은 별도의 부품인 히트싱크(미도시)에 연결될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 금속 인쇄회로기판(10)은 베이스층(20)이, 일반적인 FR-4 재질이 아닌, 금속 재질로 이루어진 금속 기판 또는 메탈 코어 PCB(Metal Core Printed Circuit Board)일 수 있다. 절연층(30)은 베이스층(20)의 일면에 형성된다. 예를 들어 절연층(30)은 베이스층(20)의 상면(도면 기준)에 형성될 수 있고, 소정의 두께(일 예로 약 35 ~ 100 um 정도)로 형성될 수 있다. 절연층(30)은 회로패턴부(40)와 베이스층(20)을 절연시키도록 구비될 수 있고, 회로패턴부(40)를 보호하는 역할을 할 수 있다. 회로패턴부(40)는 절연층(30) 상에 형성된다. 회로패턴부(40)는 LED 패키지(70)에 전원을 인가하기 위한 구리 동박 회로패턴일 수 있다. 회로패턴부(40)는 절연층(30) 상에 입혀질 수 있고, 금속에 소정의 패턴을 형성하여 제작할 수 있다. 회로패턴부(40)의 상면에는 회로패턴부(40)를 보호하기 위한 도포층(50)이 형성될 수 있다. 솔더층(60)은 LED 패키지(70)가 금속 인쇄회로기판(10)에 실장되는 영역인 실장영역에 솔더링된다. 구체적으로 솔더층(60)은 금속 인쇄회로기판(10)에 LED 패키지(70)를 실장하기 위해, 솔더링(Soldering) 공정에 의해 형성된 부분으로, 솔더 크림이 도포된 부분이다. 여기서 솔더링이란, 전자기기 제조에 사용되는 접합방식 중 하나로, 땜납, 플럿 및 열을 사용하여 서로 다른 금속재료를 녹여서 접합하는 접합 방식을 의미한다. 표면처리층(25)은 베이스층(20)의 절연층(30)을 향하는 면에 형성되고, 제1 재질의 금속과 열팽창 계수가 다른 제2 재질의 금속으로 표면처리되어 형성된다. 구체적으로 본 발명에 따른 금속 인쇄회로기판(10)은, 금속 인쇄회로기판(10)과 이에 접하는 다른 부품 간의 열팽창 계수 차이에 의한 열충격을 감소기키기 위해, 베이스층(20)의 절연층(30)을 향하는 면에 표면처리층(25)을 포함할 수 있고, 표면처리층(25)은 금속 재질로 표면처리하되, 베이스층(20)과 서로 다른 재질의 금속을 사용할 수 있다. 다시 말해, 베이스층(20)은 제1 재질의 금속으로 이루어질 수 있고, 표면처리층(25)은 제2 재질로 이루어질 수 있고, 제1 재질의 금속과 제2 재질의 금속은 열팽창 계수가 서로 다를 수 있다. 제1 재질 금속과 제2 재질 금속의 종류에는 제한이 없고, 서로 다른 열팽창 게수를 가진 금속이라면 제한 없이 적용될 수 있다. 여기서 베이스층(20)의 일면에 표면처리층(25)을 형성하는 방식에는 제한이 없고, 베이스층(20)에 다른 재질의 금속으로 표면처리를 할 수 있다면 다양한 표면처리 방식이 적용될 수 있다. 이와 같이 본 발명의 실시예는 베이스층(20)의 일면 즉, 베이스층(20)과 절연층(30) 사이에, 열팽창계수가 상이한 금속으로 베이스층(20)의 표면을 표면처리하여 형성한 표면처리층(25)이 형성됨으로써, 베이스층(20)과 LED 패키지(70) 사이의 열팽창 계수 차이를 감소시킬 수 있다. 이에 의해 급격하게 고온으로 변하는 과정 또는, 고발열/고출력 등의 상황에서, 금속 인쇄회로기판(10)과 LED 패키지(70)의 접합 부분에서 열팽창되는 정도의 차이가 작아질 수 있고, 접합 부분에 구비된 솔더층(60)에 크랙 등의 흠결이 발생하는 것을 최소화할 수 있다. 한편 예를 들어 제2 재질의 금속은 제1 재질의 금속에 비해 작은 열팽창 계수를 가질 수 있다. 예를 들어 제1 재질의 금속은 알루미늄으로 이루어지고, 제2 재질의 금속은 구리로 이루어질 수 있다. 다만 베이스층(20)과 표면처리층(25)을 이루는 금속의 종류는 전술한 바에 한정하는 것은 아니다. 이에 의해 상대적으로 열팽창 계수가 낮은 금속이 절연층(30)과 접촉하게 될 수 있다. 베이스층(20)이 하나의 금속으로 이루어진 경우에 비해, 열팽창 계수가 다른 금속으로 이루어지되, 열팽창 계수가 작은 금속을 상측에 위치한 경우, 고온의 환경 또는 고출력/고열량 방출 환경에서, 상대적으로 베이스층(20)의 상측 면의 변형을 감소시킬 수 있다. 베이스층(20)의 상부에 적층되는 절연층(30)과 회로패턴부(40), 그리고 LED 패키지(70)를 이루는 부품들은, 재질과 두께 등의 면에서 베이스층(20)에 비해 열팽창 계수가 낮을 수 있다. 본 발명의 실시예는 베이스층(20)이 열팽창 계수가 낮은 금속을 상측에 배치한 바이메탈로 이루어짐으로써, 베이스층(20)의 상측에 위치한 부품과 베이스층(20) 간의 열팽창 계수 차이를 완화시킬 수 있다. 이에 의해 금속 인쇄회로기판(10)과 이에 접합되는 LED 패키지(70) 간의 열팽창 계수 차이도 완화시킬 수 있다. 금속 인쇄회로기판(10)과 LED 패키지(70) 간의 열팽창 계수가 완화되면, 고온으로 변화되는 환경 또는 고출력 환경에서 금속 인쇄회로기판(10)과 LED 패키지(70)가 접합되는 부분에서의 열충격이 완화될 수 있다. 따라서 본 발명을 이용하면, 금속 인쇄회로기판(10)과 LED 패키지(70)를 접합하는 솔더층(60)의 크랙을 최소화할 수 있다. 여기서 열충격(Thermal shock 또는 Heat shock)이라 함은, 물체에 갑자기 가열 또는 냉각 등 충격적인 온도 변화가 가해지면 비정상적인 온도 분포가 생기고, 이에 의해 큰 열응력이나 열변형이 생기는 것을 의미한다. 열충격으로 인해 열팽창 계수가 다른 두재료의 결합부위에서 열응력이나 열변형이 발생하여 크랙이 발생할 수 있다. LED 패키지(70)의 주요 구성인 서포트 기판(73)은 열팽창 계수가 작은 세라믹 재질의 계통으로 이루어질 수 있고, 금속 인쇄회로기판(10)의 주요 구성인 베이스층(20)은 상대적으로 열팽창 계수가 높은 금속으로 이루어질 수 있다. 도 2에는 본 발명의 비교예로, 베이스층(110)과 절연층(120) 사이에 베이스층(110)과 상이한 재질의 금속으로 표면처리한 표면처리층(25)이 형성되지 않은