KR20100093491A - 적어도 하나의 부품을 장착하기 위한 기판 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적어도 하나의 부품 특히 전력용 반도체를 장착하기 위한 기판에 관한 것으로, 절연재료로 제조한 기판 몸체는 그 정면 및/또는 후면의 적어도 일면상에 도전층을 구비하고 있다. 열전도도(λ)가 높은 기판을 간단하게 제조하기 위해, 기판 몸체는 프리세라믹 고분자로 형성한 열경화형 매트릭스를 포함하는 것이 제안된다.
Description
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 기판에 관한 것이다. 또한, 기판의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전기전자부품을 장착하기 위한 기판은 종래 기술에 따라 공지되어 있다. 상기 기판은, 절연재료로 제조되고 정면 및/또는 후면중 적어도 일면상에 도전층이 구비된 플레이트로 이루어진다. 상기 플레이트는 예를 들면 절연 플라스틱 또는 세라믹으로 제조될 수 있다. 특히 종래기술에 따라 전력용 반도체를 구비한 모듈제조에 DCB 기판이 사용된다. 이 경우 산화알루미늄 또는 아질산알루미늄으로 제조한 플레이트가 절연체로서 사용된다. 도전체 트랙이 고온 용융 및 확산공정에 의해 그 위에 도포되며 이는 구리로만 이루어진다. 상기 DCB 기판은 방열성과 열안정성이 높은 특징이 있다.
그러나, DCB 기판의 제조는 복잡하고 그 제조비용이 높다. 제조과정중 고온으로 인해 불가피하게 기판의 휨이 발생한다. 이에 따라서 계속되는 공정 과정에서 DCB 기판은 파열된다. 또한, 종래의 DCB 기판은 플레이트 형태로만 제조되며 어느 3차원 형태로도 형성될 수 없다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술에 따른 문제점들을 해소하는 것이다. 특히 간단하고 저렴하게 제조될 수 있으며 열전도도(λ)가 높은 기판을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 또 다른 목적은 다양한 3차원 형태로 제조될 수 있는 기판을 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 또 다른 목적은 상기 기판의 제조방법을 제공하는 것이다.
이들 상기한 목적들은 청구항 1과 9의 특징부에 의해 달성된다. 본 발명의 적절한 구성들은 청구항 2 내지 8과 청구항 10 내지 21의 특징부에서 나온다.
본 발명에서 기판 몸체는 프리세라믹 고분자로 형성한 열경화성 매트릭스를 포함한다. 기판 몸체는 절연성이다. 그 열전도도(λ)는 우수하다. 또한, 기판 몸체의 또 다른 이점은 열안정성이 높다는 것이다. 즉 최대 300℃의 작동온도를 견딘다. 또한 기판 몸체는 간단하고 저렴하게 제조될 수 있다. 기판 몸체는 다양한 3차원 형태로 제조되는 것이 가능하다.
용어 '프리세라믹 고분자'는 온도가 증가함에 따라 겔같은 상태에서 열경화상태로 변화하는 고분자를 의미하는 것으로 이해된다. 열경화 상태에서, 프리세라믹 고분자는 최대 300℃의 열안정성을 갖는다. 온도가 더욱 증가하는 경우, 세라믹 재료는 프리세라믹 고분자로 제조될 수 있다. 프리세라믹 고분자 예로는 폴리실란, 폴리카보실란 및 폴리오르가노실록산이 있다.
본 발명에 따른 유리한 일구성에 있어서 프리세라믹 고분자는 충전제에 의해 최대 95 부피%의 충전도로 충전된다. 특히 프리세라믹 고분자를 이용하여 제조된 기판 몸체의 열전도도(λ)는 증가될 수 있다.
충전제는, 세라믹 재료로 형성되고 평균 입도가 0.5 내지 200 ㎛인 분말일 수 있다. 세라믹 재료는 절연성이며 실질적으로 비활성이다. 이 재료를 첨가해도 프리세라믹 재료와의 원하지 않는 화학반응은 일어나지 않는다. 평균 입도가 상기 범위이면, 충전된 프리세라믹 고분자는 종래 장치를 사용하여 캐스팅되거나 주입될 수 있다.
상온에서 세라믹 재료의 열전도도(λ)는 10 W/mk, 바람직하게는 20 W/mk보다 큰 범위일 수 있다. 충전도에 따라, 세라믹 재료로 충전된 프리세라믹 고분자의 열전도도(λ)를 2 W/mk 보다 큰 값으로 증가시키는 것이 가능하다. 따라서 기판 몸체는 특히 작동 동안 비교적 많은 양의 열을 방출하는 전력용 반도체용 기판 제조에 적당할 수 있다.
세라믹 재료는 BN, SiC, Si3N4, AlN, 스테타이트 (steatite), 및 코디어라이트 (cordierite)로 이루어지는 군에서 선택될 수 있다. 세라믹 재료는 열전도도(λ)가 높은 특징이 있으며, 또한 절연성이다.
또한, 프리세라믹 고분자는 폴리실록산, 폴리실라잔 및 폴리카보실란으로 이루어지는 군에서 선택되는 것이 적절하다고 판명되었다.
도전층은 금속 바람직하게는 알루미늄이나 구리, 또는 반도체로 제조될 수 있다. 이 경우, 도전층은 먼저 기판 몸체의 정면 및/또는 후면을 실질적으로 전면적에 걸쳐 피복할 수 있다. 이어서, 원하는 도전체 트랙구조를 종래 기술, 예를 들면 마스킹 및 후속 에칭에 의해 제조할 수 있다. 그러나, 도전층은 소정의 도전체 트랙구조 형태로 제공되고 그 다음에 기판 몸체상에 적층될 수도 있다.
물론, 상기 기판은 도금된 관통홀을 포함할 수 있다. 도금된 관통홀은 간단하고 저렴한 방식으로 기판 몸체에 캐스팅될 수 있다. 그러나, 관통홀은 후속적으로 열경화성 기판 몸체에 포함될 수도 있다.
또한 본 발명은 적어도 하나의 부품 특히 전력용 반도체를 장착하기 위한 기판의 제조방법을 제공하며 여기서 프리세라믹 고분자를 이용하여 제조한 기판 몸체를 도전재료로 형성한 층에 연결시킨다. 상기 방법은 비교적 간단하며 저렴하게 실시할 수 있다. 특히 복잡한 소결공정을 실시할 필요가 없고, 고온용융 및 확산공정으로 제조한 기판 몸체에 도전체 트랙을 적용할 필요도 없다. 본 발명 방법으로 제조된 기판은 열전도도(λ)가 높은 특징이 있다. 또한 기판은 정밀하고 다양한 형태로 제조될 수 있다.
용어 '층'은 기판 몸체의 정면 및/또는 후면의 전면적이나 단지 일부의 코팅층을 의미하는 것으로 이해된다. 일부의 코팅층인 경우, 상기 층은 소정의 도전체 트랙구조의 형태로 구체화될 수 있다.
본 발명 방법의 제1변형예에 따르면, 기판 몸체를 제조하기 위해, 프리세라믹 고분자를 상기 층의 적어도 일면상에 도포하고 그 다음에 열경화형태로 변화시켜 상기 층에 단단히 연결된 기판을 형성한다. 이 경우, 상기 층은 기판 몸체의 정면 및/또는 후면의 전면적에 걸쳐 연장형성될 수 있다.
본 발명 방법의 제2변형예에 따르면, 열경화형태에 있는 기판 몸체를 추가의 프리세라믹 고분자를 이용하여 도전재료로 형성한 상기 층에 연결시킨다. 그 다음에 상기 추가의 프리세라믹 고분자를 열경화형태로 변화시켜 상기 층에 단단히 연결된 기판을 형성한다. 따라서, 제2변형예에서, 상기 층은, 이미 열경화형태에 있는 기판 몸체에 프리세라믹 고분자를 이용하여 접합시킨다. 이 경우, 유리한 또 다른 구성에 따르면 도전층은 기판에 연결시키기 전에 소정의 도전체 트랙구조의 형태로 제공될 수 있다. 상기 도전체 트랙 구조는 스탬핑법에 의해 제조할 수 있다. 그러나, 도전체 트랙구조의 형상화는 다른 방법, 예를 들면 레이저빔 절단 공정등에 의해 실시할 수 있다. 기판 몸체의 정면 및/또는 후면의 전면적을 실질적으로 피복하는 층을 먼저 도포하면, 도전체 트랙구조는, 예를 들면 층을 마스킹한 다음에 에칭함으로써 상기 층으로부터 제조될 수 있다.
본 발명의 유리한 일구성에 따르면 상기 프리세라믹 고분자 또는 상기 추가의 프리세라믹 고분자는, 열경화형태로 변화시키기 위해, 15분 내지 300분 바람직하게는 30분 내지 60분의 유지시간동안 100℃ 내지 300℃, 바람직하게는 150℃ 내지 250℃로 가열한다. 물론, 상기 프리세라믹 고분자 또는 상기 추가의 프리세라믹 고분자를 다른 방법으로 가교하는 것도 가능하고 이 고분자를 열경화상태로 변화시키는 것도 가능하다. 예로서 가교공정은 자외선을 조사하거나 화학첨가제를 사용하여 수행할 수 있다.
본 방법의 유리한 다른 구성들에 있어서, 기판에 대해 기술한 특징들을 참조하며 이들 특징들은 또한 방법에 대한 구성들에도 적용될 수 있다.
도 1은 기판의 개략 단면도이다
본 발명은 첨부 도면에 나타낸 실시예에 따라 상세히 설명한다. 도 1은 기판을 개략적으로 도시한 단면도이다. 참조부호 2로 표시되는 도전체 트랙은 기판 몸체(1)의 정면에 도포된다. 참조부호 3은 솔더링 연결에 의해 기판에 연결되는 부품, 예를 들면 전력용 다이오드, 전력용 트랜지스터와 같은 전력용 반도체를 나타낸다. 기판 몸체(1)의 후면은, 바람직하게는 금속으로 제조한 방열판(4)에 연결될 수 있다. 이를 위해 기판 몸체(1)는 예를 들면 프리세라믹 고분자에 의해 방열판(4)에 접합될 수 있다.
기판 몸체(1)는, 충전제에 의해 60 내지 80 부피% 정도로 충전된 프리세라믹 고분자, 예를 들면 폴리실록산으로 형성된다. 충전제는 평균입도가 3 내지 10 ㎛인 SiC 분말일 수 있다. 기판 몸체(1)는 10 W/mk 보다 큰 우수한 열전도도(λ)를 갖는다.
기판 몸체(1)는 종래의 캐스팅 또는 사출성형기술에 의해 제조될 수 있다. 이 경우 프리세라믹 고분자는 초기에는 액체 형태로 있다. 형상화한 후에, 프리세라믹 고분자를 열처리, 자외선 조사 등에 의해 열경화 상태로 변화시켜야 한다. 예로서, 프리세라믹 고분자는 사출성형기술에 의해 예열된 몰드로 주입하는 것이 가능하다. 상기 프리세라믹 고분자가 열경화상태로 변화되면 몰드에서 빼낸다.
도전체 트랙(2)은 미리 제조한 기판 몸체(1)상에 적층될 수 있다. 이 경우 프리세라믹 고분자는 접착제로서 한번 더 사용할 수 있다. 바람직하게는 이 때 충전제를 첨가하지 않는다. 도전체 트랙(2)을 기판 몸체(1)에 연결시키기 위해, 도전체 트랙(2)을 몰드에 넣고 그 다음에 기판 몸체(1)를 구성하는 프리세라믹 고분자를 몰드로 캐스팅하거나 주입하는 것도 가능하다.
1: 기판 몸체
2: 도전체 트랙
3: 전력용 반도체
4: 방열판
2: 도전체 트랙
3: 전력용 반도체
4: 방열판
Claims (21)
- 적어도 하나의 부품(3) 특히 전력용 반도체를 장착하기 위한 기판에 있어서, 절연재료로 제조한 기판 몸체(1)는 그 정면 및/또는 후면의 적어도 일면상에 도전층(2)을 구비하고 있으며, 상기 기판 몸체(1)는 프리세라믹 고분자로 형성한 열경화형 매트릭스를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판.
- 제 1 항에 있어서, 상기 프리세라믹 고분자는 충전제에 의해 최대 95 부피%의 충전도로 충전되는 것을 특징으로 하는 기판.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 충전제는, 세라믹 재료로 형성되고 평균 입도가 0.5 내지 500 ㎛인 분말인 것을 특징으로 하는 기판.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상온에서 세라믹 재료의 열전도도는 10 W/mk, 바람직하게는 20 W/mk보다 큰 것을 특징으로 하는 기판.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹 재료는 BN, SiC, Si3N4, AlN, 스테타이트, 및 코디어라이트로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 기판.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 프리세라믹 고분자는 폴리실록산, 폴리실라잔, 및 폴리카보실란으로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 기판.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 도전층(2)은 금속 바람직하게는 알루미늄이나 구리, 또는 반도체로 제조되는 것을 특징으로 하는 기판.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 도전층(2)은 소정의 도전체 트랙구조 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 기판.
- 적어도 하나의 부품(3) 특히 전력용 반도체를 장착하기 위한 기판의 제조방법에 있어서, 프리세라믹 고분자를 이용하여 제조한 기판 몸체(1)를 도전재료로 형성한 층(2)에 연결시키는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 기판 몸체(1)를 제조하기 위해, 상기 프리세라믹 고분자를 상기 층(2)의 적어도 일면에 도포하고 그 다음에 열경화형태로 변화시켜, 상기 층(2)에 단단히 연결된 기판을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 9 항에 있어서, 열경화형태에 있는 기판 몸체(1)를 추가의 프리세라믹 고분자를 이용하여 도전재료로 형성한 상기 층(2)에 연결시키고, 상기 추가의 프리세라믹 고분자를 열경화형태로 변화시켜, 상기 층(2)에 단단히 연결된 기판을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 도전층(2)은 기판 몸체(1)에 연결시키기 전에 소정의 도전체 트랙구조 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 도전체 트랙 구조는 스탬핑법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 9 항 내지 제 12 항 중의 어느 한 항에 있어서, 소정의 도전체 트랙구조는, 상기 층(2)을 마스킹하고 그 다음에 에칭함으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 9 항 내지 제 14 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 프리세라믹 고분자 또는 상기 추가의 프리세라믹 고분자는, 열경화형태로 변화시키기 위해, 15분 내지 300분, 바람직하게는 30분 내지 60분의 유지시간 동안 100℃ 내지 300℃, 바람직하게는 150℃ 내지 250℃로 가열하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 10 항 내지 제 15 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 프리세라믹 고분자는 충전제에 의해 최대 95 부피%의 충전도로 충전시키는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 10 항 내지 제 16 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 충전제는, 세라믹 재료로 형성되고 평균입도가 0.5 내지 500 ㎛인 분말인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 9 항 내지 제 17 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상온에서 세라믹 재료의 열전도도는 10 W/mk, 바람직하게는 20 W/mk보다 큰 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 9 항 내지 제 18 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹 재료는 BN, SiC, Si3N4, AlN, 스테타이트, 및 코디어라이트로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 9 항 내지 제 19 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 프리세라믹 고분자 및/또는 상기 추가의 프리세라믹 고분자는 폴리실록산, 폴리실라잔, 및 폴리카보실란으로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 9 항 내지 제 20 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 도전층(2)은 금속 바람직하게는 알루미늄이나 구리, 또는 반도체로 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
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