KR100480784B1 - 동축 케이블을 구비한 ＳＭＤ(Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ) 형태의 패키지 제조 방법 - Google Patents

동축 케이블을 구비한 ＳＭＤ(Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ) 형태의 패키지 제조 방법 Download PDF

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Abstract

동축 케이블을 구비한 SMD(Surface Mounted Device) 형태의 패키지에 관한 것이다. 패키지의 내부에 형성되며 고주파 신호를 송수신하는 고주파 전자 소자가 장착되는 소자 안착부; 상기 고주파 전자 소자 안착부와 전기적으로 연결되는 트랜스 미션 라인; 및 상기 패키지의 내부 및 외부를 관통하며, 상기 트랜스 미션 라인과 결합된 내부 도선을 포함하는 동축 케이블;을 포함하는 SMD 형태의 패키지를 제공하여, 패키지 내부에서 고주파 신호를 전송하는 경우 신호 전송 손실이 거의 없이 고주파 신호의 전송이 용이한 고주파 전자 모듈을 구현 할 수 있다

Description

동축 케이블을 구비한 ＳＭＤ(Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ) 형태의 패키지 제조 방법{Manufacturing Method of SMD type Package using Coaxial Cable}
본 발명은 동축 케이블을 구비한 SMD(Surface Mounted Device) 형태의 패키지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고주파 신호 전송이 용이하고 인쇄 회로 기판에 손쉽게 부착할 수 있는 하나 이상의 동축 케이블 라인을 구비한 SMD 형태의 패키지에 관한 것이다.
일반적으로 광모듈은 광소자 및 상기 광소자에 전기적으로 연결되며, 상기 광소자를 보호하기 위해 사용되는 패키지부를 포함하고 있다. 이러한 광모듈은 광통신 분야의 필수적인 부품으로서, 전기적신호를 광신호(E/O converter)로, 광신호를 전기적 신호(O/E converter)로 변환시키는 장치이다. 보다 구체적으로는, 광중계시스템의 Master 장비에 입력된 기지국의 전기적 신호를 광신호로 변환시켜 광케이블을 통해 서비스하고자 하는 지역에 설치된 Slave 장비에 전송하는 기능을 한다. 최근, 데이타 전송량의 증가 및 고속 전송에 적합한 광모듈에 대한 수요가 늘어나고 있으나, 광모듈에서 광소자를 보호하고 고주파 신호를 전송하는 패키지의 구조적인 문제로 인해 전송 가능한 데이타량과 속도에 한계가 있다.
이와 같은 고주파 신호가 응용되는 모듈의 패키지는 다음과 같은 조건을 필요로 한다.
첫째, 구조가 간단하여 수동 정렬이 가능해야 한다.
둘째, 인쇄 회로 기판과의 본딩이 용이하며, 신호 전송에 효율적이어야 한다.
세째, 모듈의 내부 및 외부의 열에 의해 전자 소자의 열쇼크가 최소화 되도록 열용량이 확보 되어야 한다.
네째, 자동화가 가능혀며 모듈의 대부분의 가격을 차지하는 패키징 비용이 저렴해야 한다.
종래 기술의 광통신 부품에 사용되는 패키지는 일반적으로 Butterfly 형태의 패키지가 주종을 이루었다. 그러나, 이러한 Butterfly 형태의 패키지는 고주파 신호 전송에 한계가 있어, 이를 보완하기 위해 여러 형태의 패키지가 제안되고 있다. 그중의 일례를 도 1에 나타내었다. 여기서는 패키지부에 via를 형성시켜 신호 전송 라인에 대채하여 사용한다. 즉, 광부품을 장착시킬 수 있는 실리콘 옵티컬 벤치, 광부품을 컨츄롤하기 위한 레이저 다이오드 드라이버 등을 포함하는 광소자에 신호전송을 위한 via 및 이를 인쇄 회로 기판에 본딩시키기 위한 볼 그리드 어레이로 구성된 패키지부를 장착시킨 것이다. 여기서는 via 통해서 신호를 전송하고 그 하부에 BGA(ball grid array) 본딩이 가능하도록 한다.
이와 같은 형태의 패키지는 여러가지 장점을 가지고 있다. 즉, 소형의 패키지를 구현할 수 있으며, 접점이 매우 작기 때문에 전기적인 parastic 성분이 작다. 그리고, 종래의 butterfly 형태의 패키지는 접점이 많은 경우 본딩에 어려운 점이 있었으나, via를 이용한 경우에는 접점의 수에 상관없이 본딩이 용이하다.
그러나, 도 1과 같이 via를 사용한 패키지는 고주파 신호를 전송하는 경우 전송 손실(loss)이 발생하게 되며, 이를 보완하기 위해 via를 좁게 형성시켜야 한다. 일반적인 패키지는 기본적으로 온도에 민감한 광소자를 보호하기 위해 어느 정도의 열용량을 확보하고 있어야 한다.
즉, 열용량을 확보하지 못하면 모듈의 내부 또는 외부에서 발생한 열에 의해 패키지 내부의 소자가 열충격(Thermal Shock)를 받게 된다. 즉, 이와 같이 via를 좁게 형성시키는 경우 열용량이 작게 되어 광소자가 안정성에 문제가 생길 가능성이 커진다. 그리고, via를 사용하는 경우에는 DC 신호 전송에는 문제가 발생하지 않으나, 현재 요구되는 40GHz 이상의 고주파 신호 전송에는 부적합한 단점이 있다.
본 발명에서는 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 열용량이 확보되어 외부 열에 덜 민감하고, 신호의 전송 손실이 거의 없이 고주파 신호 전송이 가능하며, 광모듈 뿐만 아니라 여러 고주파 전자 소자 패키지에서도 사용될 수 있는 구조의 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서는 상기 목적을 해결하기 위하여, 동축 케이블을 구비한 SMD 형태의 패키지의 제조 방법에 있어서, 그린 시트를 형성시키는 단계; 상기 그린 시트에서 동축 캐이블이 실장되는 위치를 지정하여, 상기 부위에 홀을 형성시키는 단계; 상기 그린 시트에 형성된 각각의 홀에 대해 유전 물질과 도체 물질을 삽입하는 단계; 및 상기 그린시트들을 적층하여 섭씨 800도 내지 1000도에서 가열하는 단계;를 포함하는 동축 케이블을 구비한 SMD 형태의 패키지의 제조 방법을 제공한다.
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이하, 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명에서는 광소자 및 패키지를 포함하는 광모듈에 있어서, 상기 패키지의 신호 전송 라인에 동축 캐이블을 채용한 것을 특징으로 한다.
도 2a는 본 발명에 의한 SMD 형태의 패키지의 정면도이다. 도면에 나타낸 바와 같이 본 발명에 의한 SMD 형태의 패키지는, 평면 회로 기판의 광소자가 위치하는 소자 장착부, 상기 광소자와 전기적으로 연결되는 트랜스미션 라인(transmission line) 및 상기 트랜스 미션 라인이 외부로 연결되는 동축 캐이블을 포함하고 있다.
본 발명에 의한 SMD 형태의 패키지는 광신호를 송수신하는 광소자를 보호하기 위해 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 고주파 신호를 이용하는 모든 소자에 채용될 수 있는 것으로, 상기 소자 장착부에는 다양한 형태의 고주파 전송 소자가 장착될 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 SMD 형태의 패키지는 실리콘 광 벤치(SIOB : Silicon Optical Bench), 탄성 음향파 소자(Saw Filter : Surface Acoustic Wave Filter), 마이크로웨이브 모놀리식 집적 회로(MMIC : Microwave Mmonolithic Integrated Circuit) 또는 헤테로 접합 쌍극 트랜지스터(HBT : hetero junction bipolar transistor)등의 소자 보호 및 신호 전송을 위한 패키지로 사용될 수 있다.
상기 동축 캐이블은 도 2b와 같이 내부 도선, 내부 절연체로 사용되는 유전물질, 외부 도선 및 피복제로 이루어져 있다. 상기 동축 케이블의 내부 도체는 트랜스미션 라인의 접촉시키게 되며, 외부 도체는 인쇄 회로 기판의 한 면에 설치한 접지 도체에 접속시켜 그라운딩(grounding) 시킨다. 이러한 동축 캐이블은 아날로그 및 디지털 신호 전송이 모두 가능하다. 또한 내부 절연체로 사용되는 유전 물질에 의해, 동축캐이블 상호간의 간섭으로 인한 전송 손실이 매우 작아 고주파 신호 전송에 유리한 특성을 가지고 있다.
도 3a 및 도 3b는 상기 도 2a에 나타낸 본 발명에 의한 SMD 형태의 패키지의 배면도를 나타낸 것으로, 도 3a는 BGA(Ball Grid Array)형태의 일실시예이며, 도 3b는 플랫 리드(Flat Lead) 형태의 일실시예이다. 일반적으로 사용되는 버터 플라이(Butterfly) 형태의 패키지가 측면에서 신호 전송 라인을 외부로 돌출시키는데 비해, 플랫 리드(Flat Lead) 형태에서는 하방으로 신호 전송 라인을 돌출시키는 것이다. 본 발명에 의한 SMD 형태의 패키지에서는 그 제작 방법에 따라, 어느 방향에서 트랜스 미션 라인과 연결된 동축 캐이블을 빼내어 사용할 수 있다.
이와 같은 형태의 SMD 형태의 패키지는 솔더링(soldering)에 의하지 않고, 도 3a의 BGA(Ball Gray Array) 형태는 BGA 본딩이나, 도 3b의 Flat Lead 형태에서는 플립 칩(Flip Chip) 본딩을 통하여 정밀하게 인쇄 회로 기판에 장착시킬 수 있다.
본 발명에 의한 동축 캐이블을 구비한 SMD 형태의 패키지의 제조 방법은 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의한 동축 캐이블을 구비한 SMD 형태의 패키지는 LTCC(Low Temperature Cofied Ceramic) 공정을 이용하여 제작한다. LTCC 공정이란 섭씨 800도 내지 1000도 정도의 저온에서 세라믹과 금속을 동시에 소성하여 기판을 형성하는 방법이다.
이를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
녹는점이 낮은 글래스와 세라믹을 혼합하여 적당한 유전율을 가지는 그린 시트(Green Sheet)를 형성시키고, 그 위에 은 또는 동을 주원료로 한 도전성 페이스트를 인쇄하여 적층시킨 뒤 기판을 형성시킨다. 그리고 나서, 캐패시터, 레지스터 및 인덕터 등의 수동 소자들을 기판 내부에 실장시킨다. 이와 같은 공정에 의해 고집적화, 경박 단소화 및 고신뢰성을 지니는 소자를 제조할 수 있는 있다.
이를 본 발명에 적용시키면 다음과 같다.
먼저 그린 시트(Green Sheet)를 형성시킨다. 다음으로 상기 그린 시트(Green Sheet)에서 동축 캐이블이 실장되는 위치를 지정하여, 상기 부위에 홀을 형성시킨다. 이러한 홀이 형성된 그린 시트(Green Sheet)를 적층시키고 가열한다. 여기에 일반적인 동축 캐이블을 삽입하여 동축 캐이블이 구비된 패키지를 완성시킨다.
상기 공정에서는 적층된 그린 시트(Green Sheet)에 홀을 형성시키고, 상기 홀에 대해 이미 완성된 동축 캐이블을 삽입하여 제작하는 것을 나타내었다. 이와 같은 방법외에도, 각각의 홀이 형성된 그린 시트(Green Sheet)에 유전 물질과 도체 성분을 채워 넣에 제조할 수도 있다.
이를 설명하면 다음과 같다.
먼저 그린 시트(Green Sheet)를 형성시킨다. 다음으로 상기 그린 시트(Green Sheet)에서 동축 캐이블이 실장되는 위치를 지정하여, 상기 부위에 홀을 형성시킨다. 이러한 그린 시트(Green Sheet)에 형성된 각각의 홀에 대해 유전 물질과 도체 물질(일반적으로 금속재료)를 삽입한다. 그리고 나서, 상기 그린시트를 가열하게 되면 상기 그린 시트(Green Sheet)의 홀 부위에 동축 캐이블 형태의 구조체가 형성된 상태가 된다. 이때의 가열온도는 일반적인 LTCC 공정에 적용되는 온도이며, 상기 LTCC 공정보다 높은 온도에서 공정이 이루어지게 되면, 동축 캐이블 내의 전도 물질을 형성시키는데 어려움이 있다.
본 발명에 의하면 패키지 내부에서 고주파 신호를 전송하는 경우 신호 전송 손실이 거의 없이 고주파 신호의 전송이 용이한 SMD 형태의 패키지를 제공할 수 있다. 또한, 패키지 내부에 동축 캐이블을 포함시켜 신호 전송 라인으로 사용함으로써 충분한 열용량을 확보할 수 있어, 외부의 급격한 온도 변화에 상대적으로 덜 민감한 패키지를 제공할 수 있다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 광소자를 위한 패키지 뿐만 아니라 탄성 음향파 소자(Saw Filter : Surface Acoustic Wave Filter), 마이크로웨이브 모놀리식 집적 회로(MMIC : Microwave Mmonolithic Integrated Circuit) 또는 헤테로 접합 쌍극 트랜지스터(HBT : hetero junction bipolar transistor)등의 고주파가 응용되는 다양한 전자 소자의 패키지에 채용되어 그 응용 범위가 매우 다양하다.
도 1은 종래 기술에 의한 via 홀을 구비한 패키지를 나타낸 도면이다.
도 2a는 본 발명에 의한 SMD 형태의 패키지의 평면도를 나타낸 도면이다.
도 2b는 본 발명에 의한 SMD 형태의 패키지에 삽입되는 동축 케이블을 나타낸 사시도이다.
도 3a는 BGA(Ball Grid Array)형태의 일실시예이며, 도 3b는 플랫 리드(Flat Lead) 형태의 일실시예를 나타낸 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
11... 실리콘 옵티컬 벤치 12, 21, 31... 패키지
13... via 홀 14... 볼 그리드
22... 광부품 안착부 23... 트랜스미션 라인
24, 33... 동축케이블 25... 내부 도선
26... 유전물질 27... 외부 도선
28... 피복 32... 내부 도선

Claims (7)

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  7. 동축 케이블을 구비한 SMD 형태의 패키지의 제조 방법에 있어서,
    그린 시트를 형성시키는 단계;
    상기 그린 시트에서 동축 케이블이 실장되는 위치를 지정하여, 상기 부위에 홀을 형성시키는 단계;
    상기 그린 시트에 형성된 각각의 홀에 대해 동축 케이블의 구조에 대응되는 형태의 유전 물질과 금속을 포함하는 도체 물질을 삽입하는 단계; 및
    상기 그린시트들을 적층하여 섭씨 800도 내지 1000도로 가열하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 동축 케이블을 구비한 SMD 형태의 패키지의 제조 방법.
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