There is close relation between the heat generation and the performance of electronic device. The durability and efficiency of the device are degraded due to heat generation. It is necessary to release the generated heat from an electronic device. Based on demands of the printed circuit board (PCB) manufacturing, the robust and reliable plating technique of PCB is necessary. In this study, we review various methods for improving the heat sink property. These methods were considered to enhance the adhesion between ceramic substrate as heat sink and metal layer as electrode.
가로등 및 방폭등용 고출력 LED 조명 시스템의 광원으로서, 다수의 LED 칩이 실장된 50와트급 LED 어레이 모듈을 chip-on-board형 고방열 세라믹-메탈 하이브리드 기판을 사용하여 제작하였다. 고방열 세라믹-메탈 하이브리드 기판은 고열전도 알루미늄 금속 열확산 기판에 저온소결용 글라스-세라믹 절연 페이스트와 은 전극 페이스트를 후막 스크린 공정에 의해 도포한 다음, 건조 후 $515^{\circ}C$에서 동시소성하여 LED 칩을 실장할 세라믹 절연층과 은전극 회로층을 형성하여 제조하였다. 이 하이브리드 기판의 방열특성 평가를 위한 비교 샘플로서 기존의 에폭시 기반 FR-4 복합수지로 만든 써멀비아형 PCB 기판에도 동일한 디자인의 LED 어레이 모듈을 제작한 다음, 다중채널 온도측정장치와 열저항 측정기로 방열특성을 비교 분석하였다. 그 결과, $4{\times}9$ type LED 어레이 모듈에서 세라믹-메탈 하이브리드 기판의 열저항은 써멀비아형 FR-4 기판에 비하여 약 1/3로 나타났으며, 이것은 곧 방열성능이 적어도 3배 이상 높은 것으로 볼 수 있다.
High power light-emitting diodes (LEDs) are widely used in many device applications due to its ability to operate at high power and produce high luminance. However, releasing the heat accumulated in the device during operating time is a serious problem that needs to be resolved to ensure high optical efficiency. Ceramic or Aluminium base metal printed circuit boards are generally used as integral parts of communication and power devices due to its outstanding thermal dissipation capabilities as heat sink or heat spreader. We investigated the characterisation of electroless plating of Ni-B film according to plating bath temperature, ranging from $50^{\circ}C$ to $75^{\circ}C$ on Ag paste/anodised Al ($Al_2O_3$)/Al substrate to be used in metal PCB for high power LED packing systems. X-ray diffraction (XRD), Field-Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM) and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) were used in the film analysis. By XRD result, the structure of the as deposited Ni-B film was amorphous irrespective of bath temperature. The activation energy of electroless Ni-B plating was 59.78 kJ/mol at the temperature region of $50{\sim}75^{\circ}C$. In addition, the Ni-B film grew selectively on the patterned Ag paste surface.
수동소자를 PCB(Printed Circuit Board) 안으로 집적하기 위한 방법의 일환으로 polymer-metal, polymer-ceramic composite에 연구가 국내외 연구 국내외 연구기관에서 광범위하게 진행되고 있다. 본 연구에서는 polymer-metal-ceramic composite 에서 PZT-coated Ni의 volume fraction에 따른 유전율 변화에 대하여 조사하였다. 원료로는 PZT(52/48) solution. 니켈금속분말, PMMA(polymethyl methacrylate)를 사용하였다. 전기적 특성은 임피던스분석기를 이용하여 측정하였으며 mixing rule과 percolation theory를 이용하여 결과를 해석하였다.
High efficiency LED device is being concerned due to its high heat loss, and such heat loss will cause a shorter lifespan and lower efficiency. Since there is a demand for the materials that can release heat quickly into the external air, the organic insulating layer was required to be replaced with high thermal conductive materials such as metal or ceramics. Through anodizing the upper layer of Al, the Breakdown Voltage of 3kV was obtained by using an uniform thickness of $60{\mu}M$ aluminum oxide($Al_2O_3$) and was carried out to determine the optimum process conditions when thermal cracking does not occur. Two Ni layers were formed above the layer of $Al_2O_3$ by sputtering deposition and electroplating process, and saccharin was added for the purpose of minimizing the remain stress in electroplating process. The results presented that the 3-layer film including the Ni layer has an adhesive force of 10N and the thermal conductivity for heat dissipation is achieved by 150W/mK level, and leads to improvement about 7 times or above in thermal conductivity, as opposed to the organic insulation layer.
집적회로기판의 소형화 추세에 따라 커패시터, 인덕터, 저항과 같은 수동소자를 PCB 기판내부에 임베딩하는 연구가 국내외에서 활발하게 진행되고 있다. 본 논문에서는 polymer-metal-ceramic의 3상 복합체 구조를 가지는 임베디드 커패시터에서 Bimodal PZT분말에 따른 유전 특성에 대하여 고찰하였다. 매트릭스를 형성하는 고분자 재료로는 PMMA(polymethyl methacrylate)를 사용하였으며, 충분히 혼합된 분말을 고온에서 프레싱하여 시편을 제조하였다. 유전특성은 임피던스분석기 및 LCZ 미터를 이용하여 측정하였으며, 실험결과는 혼합법칙과 Percolation 이론을 이용하여 해석하였다.
There is a close relationship between the performance and the heat generation of the electronic device. Heat generation causes a significant degradation of the durability and/or efficiency of the device. It is necessary to have an effective method to release the generated heat. Based on demands of the printed circuit board (PCB) manufacturing, it is necessary to develop a robust and reliable plating technique for substrates with high thermal conductivity, such as alumina ($Al_2O_3$), aluminium nitride (AlN), and silicon nitride ($Si_3N_4$). In this study, the plating of metal layers on an insulating silicon nitride ($Si_3N_4$) ceramic substrate was developed. We formed a Pd-$TiO_2$ adhesion layer and used APTES(3-Aminopropyltriethoxysilane) to form OH groups on the surface and adhere the metal layer on the insulating $Si_3N_4$ substrate. We used an electroless Ni plating without sensitization/activation process, as Pd particles were nucleated on the $TiO_2$ layer. The electrical resistivity of Ni and Cu layers is $7.27{\times}10^{-5}$ and $1.32{\times}10^{-6}ohm-cm$ by 4 point prober, respectively. The adhesion strength is 2.506 N by scratch test.
Kim, Jung-hyo;Cha, Byung-Chul;Lee, Keun-Hak;Park, Won-Wook
한국표면공학회:학술대회논문집
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한국표면공학회 2012년도 추계총회 및 학술대회 논문집
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pp.179-180
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2012
Aluminum alloys are widely known as non-ferrous metal with light weight and high strength. Consequently, these materials take center stage in the aircraft and automobile industry. The Al7075 aluminum alloy is based on the Al-Zn-Mg-Cu and one of the strongest wrought aluminum alloys. Aluminum nitride has ten times higher thermal conductivity($319W/m{\cdot}K$) than Al2O3 and also has outstanding electric insulation($1{\times}1014{\Omega}{\cdot}cm$). Furthermore, it has high mechanical property (430 MPa) even though its co-efficient of thermal expansion is less than alumina For these reasons, it has great possibilities to be used for not only the field which needs high strength lightweight but also electronic material field because of its suitability to be applied to the insulator film of PCB or wafer of ceramic with high heat conduction. This paper investigates the mechanical properties and corrosion behavior of aluminum alloy Al7075 deposited with aluminum nitride thin films To improve the surface properties of Al7075 with respect to hardness, and resistance to corrosion, aluminum nitride thin films have been deposited by pulsed DC reactive magnetron sputtering. The pulsed DC power provides arc-free deposition of insulating films.
Even though the fabrication methods of metal oxide based thin film capacitor have been well established such as RF sputtering, Sol-gel, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), ion beam assisted deposition (IBAD) and pulsed laser deposition (PLD), an applicable capacitor of printed circuit board (PCB) has not realized yet by these methods. Barium Strontium Titanate (BST) and other high-k ceramic oxides are important materials used in integrated passive devices, multi-chip modules (MCM), high-density interconnect, and chip-scale packaging. Thin film multi-layer technology is strongly demanded for having high capacitance (120 nF/$mm^2$). In this study, we suggest novel multi-layer thin film capacitor design and fabrication technology utilized by plasma assisted deposition and photolithography processes. Ba0.6Sr0.4TiO3 (BST) was used for the dielectric material since it has high dielectric constant and low dielectric loss. 5-layered BST and Pt thin films with multi-layer sandwich structures were formed on Pt/Ti/$SiO_2$/Si substrate by RF-magnetron sputtering and DC-sputtering. Pt electrodes and BST layers were patterned to reveal internal electrodes by photolithography. SiO2 passivation layer was deposited by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PE-CVD). The passivation layer plays an important role to prevent short connection between the electrodes. It was patterned to create holes for the connection between internal electrodes and external electrodes by reactive-ion etching (RIE). External contact pads were formed by Pt electrodes. The microstructure and dielectric characteristics of the capacitors were investigated by scanning electron microscopy (SEM) and impedance analyzer, respectively. In conclusion, the 0402 sized thin film multi-layer capacitors have been demonstrated, which have capacitance of 10 nF. They are expected to be used for decoupling purpose and have been fabricated with high yield.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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