KR100390011B1 - 고성능 비지에이 기판 제조용 오토클래이브 및 이를이용한 고성능 비지에이 기판의 제조방법 - Google Patents

고성능 비지에이 기판 제조용 오토클래이브 및 이를이용한 고성능 비지에이 기판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고성능 비지에이 기판 제조용 오토클래이브 및 이를 이용한 고성능 비지에이 기판의 제조방법에 관한 것으로, 기판 적층체와 방열판의 위치를 정렬하고 압착두께를 조절할 수 있는 지그가 세워져 있는 강판, 상부에서 상기 기판 적층체와 방열판을 압착할 수 있는 상판 지그, 용기내에서 압력을 균일하게 전달하기 위한 진공백; 및 압력을 진공으로 하기 위한 진공관을 포함하는 용기로 이루어져 있는 고성능 비지에이 기판 제조용 오토클래이브 및 이를 이용하여 고성능 BGA 기판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

고성능 비지에이 기판 제조용 오토클래이브 및 이를 이용한 고성능 비지에이 기판의 제조방법 {Autoclave for preparing the high performance ball grid array substrate and method for preparing the HP-BGA using the same}
본 발명은 고성능 비지에이 기판 제조용 오토클래이브 및 이를 이용한 고성능 비지에이 기판의 제조방법에 관한 것으로, 기판 적층체와 방열판의 위치를 정렬하고 압착두께를 조절할 수 있는 지그가 세워져 있는 강판, 상부에서 상기 기판적층체와 방열판을 압착할 수 있는 상판 지그, 용기내에서 압력을 균일하게 전달하기 위한 진공백; 및 압력을 진공으로 하기 위한 진공관을 포함하는 용기로 이루어져 있는 고성능 비지에이(high-performance ball grid array, 이하 HP-BGA라 칭함) 기판 제조용 오토클래이브 및 이를 이용하여 HP-BGA 기판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
전자산업의 지속적인 발전으로 인하여 이에 귀속되어 있는 반도체칩을 포함한 전자부품 산업도 비약적으로 발전하게 되고, 이에 따라 전자부품이 상당히 조밀한 응집도를 갖게 됨으로써 고밀화된 기판이 요구되고 있다. 이와 같이, 전자부품의 소형화, 고성능화를 추구하는데 있어서 한 몫을 담당하는 것이 다층 인쇄회로기판이다.
상기 다층 인쇄회로기판은 이를 구성하는 복수장의 기판에 미리 도체회로를 형성해 두고, 상기 기판들을 서로 접합시킴으로써 고집적 전자부품의 실장에 대응할 수 있도록 한 것이다. 이와 같은 다층 인쇄회로기판은 다양한 형태를 가지며 또한 다양한 방법에 의해 제조되고 있다. 그러나 상기 다층 인쇄회로기판 중에서 단지 복수장의 기판을 적층하고 최하층에 요부를 형성하여 칩 등의 전자부품을 실장하는 일반적인 방법에 의해 제조된 기판은, 반도체 칩에서의 IO수가 다핀화됨에 따라 발생하는 많은 열과 발생된 열에 의한 전기신호의 속도저하를 효과적으로 막지 못하기 때문에 고속 및 고전력의 IC 칩의 성능을 제대로 발휘할 수 없는 문제가 있다.
이와 같이, 다핀화 및 고속화의 칩 성능을 요구하는 고성능 기판의 경우 방열 특성이 매우 중요하다. 따라서 종래의 BGA 기판과는 달리 방열 특성을 향상시키기 위해 방열판(heatsink)이 접착되는 형태로서, 반도체칩이 기판의 본딩패드(bond pad)에 계단식으로 결합되고 또한 칩 자체가 방열판 위에 접착되어 전술한 열 발생과 같은 문제를 해결할 수 있게 되었다. 이러한 기판의 제조방법에는, 예를 들어 일본국 특개평 10-116933호에 방열판을 땜납에 의해 적층체에 강하게 고정시킬 수 있고, 또한 IC에 수지접착제를 이용하여 방열판을 강하게 고정하도록 제조된 IC 탑재용 다층 인쇄배선판이 기재되어 있다. 또 다른 방법의 하나로서, 접착시트를 이용하여 별도로 제작된 기판 적층체와 방열판을 접착시키는 방법을 들 수 있다. 이와 같이, BGA 기판에 방열판을 접착할 경우, 사용하는 접착시트가 일반 절연수지와는 다르기 때문에 고압 프레스를 사용하여 접착할 수 없고 3차원적 등방압력을 가할 수 있는 오토클래이브(autoclave)를 사용하여 접착하였다.
이와 같은 종래기술에서 사용하는 오토클래이브를 개략적으로 도 1에 도시하였다. 도 1을 살펴보면, 기판 적층체(5)와 방열판(3)을 접착시트(4)를 이용하여 접합시키는 구조에 있어서 오토클래이브의 용기(1)내에 진공관(8)을 연결하고 기판 적층체를 둘러싸면서 브리더(breather)(6)가 위치되며 그 외부를 진공백(vacuumbag)(7)으로 감싼다. 접합공정을 살펴보면, 우선 기판 적층체(5)와 방열판(3)을 130℃ 가량의 온도에서 프레스를 이용하여 가접한 후 오토클래이브 용기내에서 3차원적 등압을 가하여 본접을 실시하게 된다. 본접공정에서 진공백(7) 내부의 공기가 진공관(8)을 통해 감압되어 진공을 형성하도록 되며 내부홀 부분과 같은 요부에 의한 진공백(7)을 보호하기 위해 브리더가 사용된다. 이러한 단계에 의해 접착시트(4)내의 보이드(void)를 제거하고 접착시트(4)의 Tg에서 일정시간 등온 및 가압하여 방열판(3)을 접합시키게 된다. 상기 브리더로서는 유리섬유, 세라믹섬유, 종이, 폴리이미드 섬유, 테프론섬유 등을 이용하고, 그 두께는 0.5∼5.0mm로 하여 사용한다.
그러나 상기 방법과 같이 오토클래이드를 이용할 경우 3차원적 등압 방식이기 때문에 접합 공정에서 적정 압력을 설정하기가 매우 어려울 뿐만 아니라, 브리더를 사용하기 때문에 오토클래이브의 설정압력을 완벽히 전달하기 어렵고, 브리더에 의한 제품의 오염을 일으킬 수 있다. 이와 같이, 압력이 3차원적으로 완벽하게 전달되지 않을 경우 모서리 부분과 내부홀 부분에서 접착시트의 두께가 낮아지게 되어 제품에 문제가 발생하게 되고, 이를 해결하기 위해 오토클래이드의 압력을 증가시킬 경우는 모서리 부분과 내부홀 부분의 공기의 유출이 지나치게 증가하여 불량이 발생한다. 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위하여 기판에 방열판을 접합하는 공정에서 접착시트의 두께와 공기의 유출량을 조절하고 보이드 불량이 발생하지 않는 새로운 접합공정의 기술개발이 요구되어 왔다.
따라서, 본 발명의 목적은 기판 적층체와 방열판을 접합시키는 공정에서 진공관을 사용하면서 브리더를 사용하는 대신 지그를 사용함으로써 공정의 단순화는 물론 제품의 오염을 방지할 수 있으며 오토클래이브의 압력 편차를 감소시켜 접착시트의 두께 및 공기 유출량에 대한 신뢰성을 확보할 수 있는 고성능 비지에이 기판 제조용 오토클래이브를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 고성능 비지에이 기판 제조용 오토클래이브를 이용하여 고성능 비지에이 기판을 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 고성능 비지에이 기판 제조용 오토클래이브는, 고성능 BGA 기판을 제조하는 공정에서 이용되는 기판적층체 및 방열판의 접착수단에 있어서, 복수장의 인쇄회로기판 적층체와 방열판의 위치를 정렬하고 압착두께를 조절할 수 있는 지그가 세워져 있는 강판; 상부에서 상기 기판적층체와 방열판을 압착할 수 있는 상판 지그; 용기내에서 압력을 균일하게 전달하기 위한 진공백; 및 압력을 진공으로 하기 위한 진공관을 포함하는 용기로 이루어져 있다.
다른 목적을 달성하기 위한 고성능 비지에이 기판의 제조방법은, 도체회로, 반도체칩과 전기적으로 접속되는 본딩패드 및 반도체칩 실장을 위한 내부홀이 형성된 복수장의 인쇄회로기판 적층체 및 발생되는 열을 방출시키는 방열판을 포함하는 비지에이(BGA) 기판의 제조방법에 있어서, 본 발명에 따른 오토클래이브내에 하부 또는 상부로부터 순차적으로 방열판, 접착시트, 및 기판적층체를 정렬하고 가열압착하고 진공관을 이용하여 배기하여 진공하에서 3차원적으로 등방압력을 가하여 기판적층체에 방열판을 접착시키는 단계를 포함하여 이루어진다.
도 1은 종래기술에 따른 오토클래이브 내에서 기판 적층체 및 방열판을 부착시키는 방법을 개략적으로 도시한 측단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 오토클래이브 내에서 기판 적층체 및 방열판을 부착시키는 방법을 개략적으로 도시한 측단면도이다.
도 3는 본 발명에 따른 오토클래이브 내에서 기판 적층체 및 방열판을 부착시키는 또 다른 방법을 개략적으로 도시한 측단면도이다.
< 도면부호의 간단한 설명 >
1, 10, 20: 용기(vessel), 2, 11, 21: 강판
3, 12, 22: 방열판, 4, 13, 23: 접착시트
5, 14, 24: 기판 적층체, 6: 브리더(breather)
7, 18, 28: 진공백(vacuum bag), 8, 19, 29: 진공관
15, 25: 지그, 16, 26: 상판 지그
17, 27: 박리형 필름
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고하면서 좀 더 구체적으로 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 오토클래이브 내에서 기판 적층체 및 방열판을 부착시키는 방법을 개략적으로 도시한 측단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 본 발명에 따른 오토클래이브의 용기(10, 20)를 살펴보면, 복수장의 인쇄회로기판 적층체와 방열판의 위치를 정렬하고 압착두께를 조절할 수 있는 지그(15, 25)가 세워져 있는 강판(11, 21); 상부에서 상기 기판적층체(14, 24)와 방열판(12, 22)을 압착할 수 있는 상판 지그(16, 26); 용기내에서 압력을 균일하게 전달하기 위한 진공백(18, 28); 및 압력을 진공으로 하기 위한 진공관(19, 29)을 포함한다.
전술한 바와 같이 오토클래이브를 이용한 방열판의 접합공정에서는 제품에 오토클래이브의 압력이 3차원적인 등압으로 전달되는 것이 가장 중요하다.
따라서, 본 발명에서는 도 1과 같이 용기(1)내의 압력하에서 균일한 압력전달을 위해 사용한 진공백(7)과 브리더(6) 대신에, 진공백(18, 28)과 지그(15, 16, 25, 26)를 이용하였다. 기존의 브리더의 경우, 접합 공정에서 제품을 오염시킬 뿐만 아니라 진공하에서 제품에 밀착되어 모서리 부분과 내부홀 부분에 압력을 가하여 제품의 접착시트 두께를 낮아지게 한다.
그러나, 본 발명에서와 같이 브리더 대신에 상판 지그를 사용함으로써, 용기내의 압력이 균일하게 제품에 전달되게 되며 브리더에 의해 발생하였던 제품의 오염도 제거할 수 있다. 뿐만 아니라 기판적층체의 두께 편차에 의해 발생하는 오토클래이브의 압력차는 제품의 가장자리에 일정 두께의 지그(15, 25)를 설치함으로써 줄일 수 있다.
본 발명에서 사용하는 지그는 열과 압력에 의한 변형이 적은 알루미늄 합금강, 탄소 합금강, 테프론, 및 에폭시 수지로 이루어진 군으로부터 선택된다.
상기 상판 지그(16, 26)의 크기는 그 하부에 위치하는 기판적층체(14, 24)의 전체 크기와 동일하게 제작된다. 상판 지그(16, 26)의 크기가 기판적층체(14, 24)보다 클 경우에는 진공백(18, 28)에 의한 압력편차에 의해 상판지그에 휨이 발생할 수도 있다. 또한, 상기 상판 지그의 두께는 오토크래이브의 압력을 충분히 견딜 수 있는 두께를 지녀야 하며, 지그의 재질에 따라 두께는 별도로 선정되어야 한다.
또한, 상기 기판적층체(14, 24)를 보호하기 위해 적층시 기판적층체(14, 24)와 접하는 부분인 상판 지그(16, 26)의 하부 또는 강판(11, 21)의 상부에 박리형 필름(17, 27)을 포함하고, 상기 박리형 필름(17, 27)은 가소제가 과량 첨가되어 있는 에폭시계, 폴리이미드계 및 불소계 필름으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나 선택되며 100∼200㎛의 두께를 갖는다.
본 발명에서 사용가능한 기판(14, 24)은 유리에폭시 수지, 유리비스 머레이미드 트리아진 수지, 유리 폴리이미드 수지, 폴리에킬렌테레프탈레이트, 폴리페닐술폰, 폴리이미드 등을 사용할 수 있으며, 특히 유리비스 머레이미드 트리아진 수지가 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 접착시트(13, 23)는 용융성, 접착성 및 내열성이 좋은, 프리프레그, 에폭시 수지에 NBR 등의 고무, 아크릴수지, 폴리비닐부티랄 수지, 페놀수지 등을 배합하여 필름상으로 제막하여 얻어진 필름상 접착시트를 사용할 수 있으며, 흐름성이 적은 폴리비닐부티랄 수지, 아크릴계 수지, 페놀 수지의 배합에 의한 필름상 접착제가 바람직하다. 또한, 접착시트는 바람직하게는 기판의 절연수지와 Tg가 유사한 것이 좋으며, 예를 들어 유리에폭시 수지판에는 유리 에폭시를 침적시킨 프리프레그가 바람직하다.
또한 방열판(12, 22)은 통상적으로 동판을 이용하여 제조된다. 여기서 동판을 이용하는 이유는 상술한 적층체를 구성하는 기판이 상기 기판 표면상의 도체회로의 박리를 방지하기 위해 상기 도체회로를 구성하는 구리의 열팽창율과 유사한 유리 에폭시 수지판을 이용하는 경우가 바람직하기 때문에, 상기 유리에폭시 수지판의 열팽창율(즉, 동의 열팽창율)에 동일한 동판을 이용하고 있는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 동판을 이용하고 있지만, 대신에 방열성이 높은 알루미늄판, 또는 내부식성이 높은 스테인레스 판 등을 이용할 수도 있다. 또한 방열판은 스트립 타입과 낱개 형태를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 고성능 비지에이 기판의 제조방법은, 전술한 본 발명에 따른 오토클래이브내에 하부 또는 상부로부터 순차적으로 방열판(12, 22), 접착시트(13, 23), 및 기판적층체(14, 24)를 정렬하고 등방압하로 가열압착하여 기판적층체에 방열판을 접착시키는 단계를 포함한다.
상기 가열압착의 조건은 접착시트가 완전히 용융될 수 이도록 접착시트 재료의 Tg까지 가열해야 하며 일반적으로 140∼150℃인 것이 바람직하며, Tg 이후의 온도에서는 접착시트가 경화되므로 일정시간 같은 온도를 유지하면서 가압하여야 한다. 또한 이 가열압착은 적층체를 진공상태로 하여 실시하는 것이 바람직하다. 이로써, 비교적 저온에서도 접착시트에서의 수지 유출 및 접착시트에서의 보이드 발생 등과 같은 문제를 제어할 수 있다. 상기 진공조건은 76mmHg이하의 진공도가 바람직하다. 상기 기판적층체의 진공상태는 예를 들어, 진공관으로 배기시키면서, 폴리카보네이트, 폴리메틸펜텐 등을 이용하고 0.03∼2.0mm의 두께를 갖는 진공백을 사용하여 얻을 수 있다.
또한 오토클래이브의 압력은 모서리 부분과 내부홀 부분의 공기 배출과 접착시트의 두께를 조절하며 조건을 설정해야 하며 압력이 낮을 경우 보이드의 불량이 발생하므로 적정 압력 설정이 중요하며, 일반적으로 1∼10kg/cm2가 바람직하다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 오토클래이브 및 이를 이용하는 고성능 BGA 기판의 제조방법은, 지그를 이용함으로써 접착시트 두께편차를 해결하여 불량에 대한 신뢰성을 확보하고 기판적층체와 방열판의 정렬을 정밀하게 일치시킴으로써 어긋남에 대한 신뢰성이 확보된다. 또한 박리형 필름 등을 사용함으로써 기판적층체를 오염으로부터 보호할 수 있다.

Claims (7)

  1. 고성능 BGA 기판을 제조하는 공정에서 이용되는 기판적층체 및 방열판의 접착수단에 있어서,
    복수장의 인쇄회로기판 적층체와 방열판의 위치를 정렬하고 압착두께를 조절할 수 있는 지그가 세워져 있는 강판;
    상부에서 상기 기판적층체와 방열판을 압착할 수 있는 상판 지그;
    용기내에서 압력을 균일하게 전달하기 위한 진공백; 및
    압력을 진공으로 하기 위한 진공관을 포함하는 용기로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 고성능 비지에이 기판 제조용 오토클래이브.
  2. 제1항에 있어서, 상기 지그는 알루미늄 합금강, 탄소 합금강, 테프론, 및 에폭시 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 오토클래이브.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기판적층체를 보호하기 위해 적층시 기판적층체와 접하는 부분인 상판 지그의 하부 또는 강판의 상부에 박리형 필름을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 오토클래이브.
  4. 제3항에 있어서, 상기 박리형 필름은 가소제가 과량 첨가되어 있는 에폭시계, 폴리이미드계 및 불소계 필름으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나 선택되며100∼200㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 오토클래이브.
  5. 제1항에 있어서, 상기 상판 지그의 크기는 그 하부에 위치하는 기판적층체의 전체 크기와 동일하게 제작된 것을 특징으로 하는 오토클래이브.
  6. 도체회로, 반도체칩과 전기적으로 접속되는 본딩패드 및 반도체칩 실장을 위한 내부홀이 형성된 복수장의 인쇄회로기판 적층체 및 발생되는 열을 방출시키는 방열판을 포함하는 비지에이(BGA) 기판의 제조방법에 있어서,
    전술한 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 오토클래이브내에 하부 또는 상부로부터 순차적으로 방열판, 접착시트, 및 기판적층체를 정렬하고 가열압착하고 진공관을 이용하여 배기하여 진공하에서 3차원적으로 등방압력을 가하여 기판적층체에 방열판을 접착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고성능 비지에이 기판의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 가열압착조건은 140∼150℃인 것을 특징으로 하는 고성능 비지에이 기판의 제조방법.
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