KR100558443B1

KR100558443B1 - 저온 소성 세라믹 기판의 외부 단자 구조 및 그 형성방법

Info

Publication number: KR100558443B1
Application number: KR1020030075839A
Authority: KR
Inventors: 이득우
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2003-10-29
Filing date: 2003-10-29
Publication date: 2006-03-10
Also published as: KR20050040986A

Abstract

본 발명은 통신용 부품의 소형화 경향에 따라, 부품의 특성 구현을 위한 설계면적을 최대한 확보하도록 외부 단자의 면적은 최소화 하면서, 외부 단자의 면적 감소에 따른 솔더링 문제를 완화시킬 수 있는 LTCC 기판의 외부 단자 구조 및 그 형성 방법에 관한 것이다.

본 발명은 소정의 회로를 구현하기 위한 내부 패턴층과 신호의 입출력을 가능하게 하는 외부 단자로 구성되는 LTCC 기판에 있어서, 상기 LTCC 기판의 테두리에 일정한 간격으로 구비되고, 상기 LTCC 기판 테두리의 길이방향의 규격이 그 수직방향의 규격보다 더 긴 장폭형으로 형성되는 다수개의 홀; 및 상기 다수개의 장폭형 홀에 도포되는 금속 전극재; 를 포함하는 LTCC 기판의 외부 단자 구조 및 그 형성 방법을 구비한다.

본 발명에 의하면, 부품의 소형화에 따라 내부 패턴에서 요구되는 설계 면적을 최대한 확보하면서, 외부 단자가 차지하는 면적을 최대한 감소시킬 수 있고, 솔더링 품질 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

외부 단자, 내부 패턴층, LTCC 기판, 금속 전극

Description

저온 소성 세라믹 기판의 외부 단자 구조 및 그 형성방법 {Outer Terminal Structure of Low Temperature Co-fired Ceramic Substrate and the Manufacturing Process}

도 1은 종래의 LTCC 기판의 외부 단자 구조의 개략도.

도 2는 도 1의 외부 단자 구조의 A 부분 상세도.

도 3은 도 2의 측면 사시도.

도 4a 내지 4d 는 종래의 LTCC 기판의 외부 단자 형성 방법의 공정도.

도 5는 본 발명에 의한 LTCC 기판의 외부 단자 구조의 개략도.

도 6은 도 5의 외부 단자 구조의 A' 부분 상세도.

도 7은 도 6의 측면 사시도.

도 8은 본 발명에 의한 LTCC 기판의 외부 단자 형성 방법의 공정도.

도 9는 본 발명에 의한 LTCC 기판의 외부 단자 구조의 다른 실시예의 개략도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10... LTCC 기판 11... 내부 패턴층

12... 절연 시트 20... 홀

20'.... 장폭형 홀 21... 금속전극재

30... 원형 외부단자 30'... 장폭형 외부단자

본 발명은 저온 소성 세라믹(Low Temperature Co-fired Ceramic, 이하 'LTCC' 라 함.)기판의 외부 단자 구조 및 그 형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 통신용 부품의 소형화 경향에 따라, 부품의 특성 구현을 위한 설계면적을 최대한 확보하도록 외부 단자의 면적은 최소화 하면서, 외부 단자의 면적 감소에 따른 솔더링 문제를 완화시킬 수 있는 LTCC 기판의 외부 단자 구조 및 그 형성 방법에 관한 것이다.

일반적으로 LTCC 기판 제조 기술은 주로 글라스 세라믹(Glass-Ceramic) 재료를 기반으로 이루어진 다수의 기판(green sheet)층에 소정의 회로를 구현하기 위한 수동 소자(R, L, C)를 전기 전도도가 우수한 Ag, Cu 등을 사용하는 스크린 프린팅 공정으로 구현하고, 각 층을 적층한 후 세라믹과 금속 도체를 동시 소성하여 (대개 1000˚C 이하) MCM (Multi-Chip Module) 및 다중칩 패키지(Multi-Chip Package)를 제조하는 것을 말한다.

LTCC 기술은 세라믹과 금속의 동시 소성이 가능한 공정 특징에 따라서 모듈내부에 수동소자(R, L, C)를 구현할 수 있는 장점을 갖고 있으므로 부품들간의 복합화와 경박단소화를 가능케 한다.

또한 LTCC 기판은 내부에 회로를 구현하고 이를 다수개 적층하여 하나의 기판을 형성하는 것이므로, 외부 및 다른 칩 부품과 접속할 수 있는 단자들이 패키지의 외부 또는 내부에 형성되며, 이러한 단자가 내부의 회로 패턴과 전기적으로 연결되어 신호의 입출력을 가능하게 하는 것이다.

종래의 LTCC 기판의 외부 단자 구조 및 그 형성 방법으로는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 원형의 외부 단자 구조가 제안된 바 있다.

도 1은 종래의 LTCC 기판의 원형 외부 단자 구조를 개략적으로 도시하고, 도 2는 도 1의 A 부분을 상세히 도시하며, 도 3은 그 측면을 도시하고 있다. 이에 대해 설명하면 다음과 같다.

LTCC 기판(10)의 테두리에 일정 간격으로 다수개의 원형 홀(20)이 형성되어 있다. 도 2에서 도시된 바와 같이, 상기 LTCC 기판(10)의 전부 또는 일부에 소정의 수동 소자 회로를 구현하도록 하는 내부 패턴층(11)이 형성되고, 상기 LTCC 기판의 테두리에 일정한 간격으로 구비된 다수개의 홀(20)은 반지름이 r 인 원형으로 형성된다. 상기 다수개의 원형 홀은 금속 전극재(21)로 도포된다.

도 3에서 도시된 바와 같이, 상기 LTCC 기판(10)의 내부 패턴층(11)은 그 표면이 금속 전극재로 도포된 외부 단자(30)에 의해 전기적으로 연결된다. 여기서 한 개의 원형 홀은 두 개의 LTCC 기판에 걸치도록 배치되기 때문에, 실제로 각 개별 LTCC 기판의 외부 단자 구조는 반원형으로 나타나게 된다.

도 4a 내지 4d 는 종래의 LTCC 기판의 원형 외부 단자 형성 방법의 공정을 도시하고 있으며, 이에 대해 설명하면 다음과 같다.

(a) LTCC 기판의 각 층별로 구현하고자 하는 내부 패턴층(11)을 인쇄한 후, 상기 내부 패턴층(11)을 갖는 기판(10)을 수직으로 쌓아 올린다. 이 때 전기적 간섭을 방지하기 위해 절연시트(12)를 상기 기판(10)과 번갈아 가며 쌓을 수 있다. (b) 적층된 상태에서 기계적으로 홀(20) 가공을 실시하여, 원기둥 형태의 외부단자를 형성한다. (c) 가공 후 외부단자 측면에 금속 전극재(21)를 도포한다. 이 경우, 실제로 원기둥으로 가공하여 금속 전극재를 충전한 후, (d) 원의 중심을 지나가는 절단선을 기준으로 기판을 개별 분리한다. 따라서, 실제로 각 개별 LTCC 기판은 반원형 외부 단자 구조(30)를 갖게 되는 것이다.

그러나 이러한 원형의 외부 단자 구조는 최근 통신용 부품의 소형화에 따라 외부 단자의 크기를 감소함에 있어서, 몇가지 문제를 갖는다.

다시 말해, 최근 통신용 부품 개발에 있어서, LTCC 제조 기술과 RF(Radio Frequency) 설계 기술의 효율적인 접목을 통해 이동 통신용 부품은 점차 소형화, 경량화, 기능 집적화되고 있다. 부품의 기능은 보다 다중화되어 부품에 부여해야 하는 외부 단자의 개수는 증가되고, 부품의 크기는 감소됨에 따라 외부 단자의 크 기는 줄어들게 된 것이다.

즉, 종래의 원형 외부 단자 구조에 있어서, 부품 면적 내에 일정 크기의 반원을 가공해야 하므로 그 반지름 만큼의 너비가 설계 면적에서 제외된다. 따라서 소형화를 목적으로 하는 제품 개발에서 원형 외부 단자의 반지름 크기는 요구되는 설계 면적 확보에 있어서 제한 요인으로 작용하게 되는 것이다.

그러나, 부품의 소형화에 따라 외부 단자의 크기를 너무 많이 감소시키면, 내부 패턴과 외부 단자와의 접속의 신뢰성 보장이 어렵고, 접속된 상태에서 충격이 가해지면 쉽게 접속이 단락되는 문제가 발생한다.

또한, 외부 단자의 반지름을 감소시켜서 내부 패턴층의 설계면적을 확보할 경우에는 프린트 회로 기판(Printing Circuit Board, 이하 'PCB'라 함)상의 솔더링 품질이 저하되는 문제가 있다. 왜냐하면 솔더가 외부 단자 면을 충분히 타고 올라갈 수 있는 면적이 요구되는데, 반원형 외부 단자의 소형화는 솔더링이 실시되는 유효 면적도 함께 작아지게 되어 다른 유형의 제품보다 솔더링의 품질이 떨어지기 때문이다. 여기서, 솔더링은 제품을 PCB 위에 장착하여 그 특성을 실현시키기 위해서 외부 단자와 기판을 솔더(금속의 납땜용으로 사용하는 녹는점이 낮은 합금의 총칭)를 이용해 융착 시키는 것을 말한다.

따라서, 부품이 소형화 되더라도 특성 구현을 위하여 내부 패턴층에서 요구되는 설계 면적을 최대한 확보하면서, 동시에 솔더링 품질의 저하를 방지할 수 있는 외부 단자의 구조가 당해 기술분야에서 요구되어 왔다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 부품의 소형화에 따라 내부 패턴층에서 요구되는 설계 면적을 최대한 확보하면서, 동시에 솔더링 품질의 저하를 방지하고, 또한 외부 단자와의 접속의 신뢰성을 보장하며, 접속이 쉽게 단락되지 않도록 하는 LTCC 기판의 외부 단자 구조 및 그 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 해결하기 위하여 본 발명은 소정의 회로를 구현하기 위한 내부 패턴층과 신호의 입출력을 가능하게 하는 외부 단자로 구성되는 LTCC 기판에 있어서, 상기 LTCC 기판의 테두리에 일정한 간격으로 구비되고, 상기 LTCC 기판 테두리의 길이방향의 규격이 그 수직방향의 규격보다 더 긴 장폭형으로 형성되는 다수개의 홀; 및 상기 다수개의 장폭형 홀에 도포되는 금속 전극재; 를 포함하는 LTCC 기판의 외부 단자 구조를 제공한다.

상기 장폭형으로 형성된 다수개의 홀은 타원형, 직사각형, 직육각형 또는 두 변이 평행하고 그 양단이 호로 이루어진 형상인 것이 바람직하다.

또한 본 발명은 LTCC 기판에 있어서, 상기 LTCC 기판의 전부 또는 일부에 형성되어 소정의 회로를 구현하도록 하는 내부 패턴층; 상기 LTCC 기판의 테두리에 일정한 간격으로 구비되고, 타원형 또는 두 변이 평행하고 그 양단이 호로 이루어 진 형상으로 형성되는 다수개의 홀; 및 상기 타원형 또는 두 변이 평행하고 그 양단이 호로 이루어진 형상으로 형성되는 홀에 도포되는 금속 전극재; 를 포함하는 LTCC 기판을 제공한다.

또한 본 발명은 LTCC 기판을 형성하는 방법에 있어서, 적어도 하나 이상의 LTCC 기판의 전부 또는 일부에 소정의 회로를 구현하도록 내부 패턴을 인쇄하는 제 1 단계; 상기 내부 패턴이 전부 또는 일부에 인쇄된 적어도 하나 이상의 기판을 수직으로 적층하는 제 2단계; 상기 수직으로 적층된 상태에서 상기 LTCC 기판의 테두리에 일정한 간격으로 상기 LTCC 기판 테두리의 길이방향의 규격이 그 수직방향의 규격보다 더 긴 장폭형으로 형성된 다수개의 홀을 가공하는 제 3 단계; 상기 장폭형으로 가공된 다수개의 홀에 금속 전극재를 도포하는 제 4단계; 및 상기 금속 전극재가 도포된 다수개의 장폭형 홀의 중심을 지나는 선을 기준으로 절단하여, 장폭형 외부 단자를 구비하는 개별 기판으로 분리하는 제 5 단계; 를 포함하는 LTCC 기판의 외부 단자 구조의 형성방법을 제공한다.

여기서 상기 다수개의 장폭형 홀은 상기 LTCC 기판의 테두리에 일정한 간격으로 상기 LTCC 기판 테두리의 길이방향의 규격이 그 수직방향의 규격보다 더 긴 타원형, 직사각형, 직육각형, 또는 두 변이 평행하고 그 양단이 호로 이루어진 형상으로 가공되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 의한 LTCC 기판의 외부 단자 구조를 개략적으로 도시하며, 도 6은 도 5의 A' 부분을 상세하게 도시하고, 도 7은 그 측면을 도시하고 있다. 이에 대해 설명하면 다음과 같다.

LTCC 기판은 내부에 회로를 구현하고 이를 다수개 적층하여 하나의 기판을 형성하는 것으로, 외부 부품과 접속할 수 있는 단자들이 패키지의 외부에 형성되며, 이러한 외부 단자가 내부의 회로 패턴과 전기적으로 연결되어 신호의 입출력을 가능한다.

이처럼 신호의 입출력을 가능하게 하는 외부 단자를 구성하기 위해, 도 5에서 도시된 바와 같이 LTCC 기판(10)의 테두리에 일정한 간격으로 다수개의 홀(20')이 형성된다. 상기 다수개의 홀(20')은 장폭형, 즉 도 6에서 도시된 바와 같이 타원형으로 형성되는 것이 바람직하다. 여기서 장폭형은 상기 LTCC 기판의 테두리측 길이방향의 규격(ℓ)이 그 수직방향의 규격(n) 보다 더 길게 형성되는 것을 말한다. 상기 장폭형으로는 예를 들어 타원형, 직사각형, 직육각형 등이 있을 수 있다. 이는, 부품의 너비를 감소시키게 되는 외부 단자의 수직방향의 규격(n)을 최대한 감소시켜 내부 패턴층의 설계면적은 최대한 확보하고, 외부 단자의 길이방향의 규격(ℓ)은 유지하여 외부 단자가 PCB상에 솔더링되는 융착 면적을 최대한 확보할 수 있도록 하기 위해서이다.

상기 장폭형 홀은 금속 전극재(21)로 도포된다. 상기 금속 전극재(21)로는 전기 전도도가 우수한 Ag, Cu 등을 사용하는 것이 바람직하다.

도 7에서 도시된 바와 같이, 상기 LTCC 기판(10)의 내부 패턴층(11)은 그 표면이 금속 전극재로 도포된 외부단자(30')에 의해 전기적으로 연결되게 된다. 여기서 한 개의 타원형 홀은 두 개의 LTCC 기판에 걸치도록 배치되기 때문에, 실제로 각 개별 LTCC 기판의 외부 단자 구조는 반타원형으로 나타나는 것이다.

도 8a 내지 8d는 본 발명에 의한 LTCC 기판의 외부 단자 형성 방법의 공정을 단계별로 도시하고 있으며, 이에 대해 설명하면 다음과 같다.

(a) LTCC 기판을 형성하는 방법에 있어서, 적어도 하나 이상의 기판에 구현하고자 하는 내부 패턴(11)을 인쇄한 후, 상기 내부 패턴이 인쇄된 적어도 하나 이상의 기판(10)을 수직으로 적층한다. 이 때 전기적 간섭을 방지하기 위해 절연시트(12)를 상기 기판(10)과 번갈아 가며 쌓을 수 있다. (b) 상기 적층된 상태에서 상기 LTCC 기판의 테두리에 일정한 간격으로 상기 LTCC 기판의 테두리측 길이방향의 규격이 그 수직방향의 규격 보다 더 긴 장폭형으로 형성된 다수개의 홀(20')을 가공한다. 예를 들어 장폭형 홀은 타원형, 직사각형, 직육각형 등으로 가공할 수 있다. (c) 상기 LTCC 기판의 장폭형으로 상기 가공된 다수개의 홀에 금속 전극재(21)를 도포한다. 이 때 금속 전극재로는 전기 전도도가 우수한 Ag, Cu 등을 사용하는 것이 바람직하다. 여기서 금속 전극재를 도포하는 방법으로는 금속 전극재를 먼저 홀 중앙에 바르고, 메탈 마스크(metal mask)로 인쇄시킨 다음, 공기를 흡입시켜 홀 측면에 금속 전극재를 충전시키는 방법을 이용할 수 있다. (d) 상 기 다수개의 금속 전극재가 도포된 장폭형 홀의 중심을 지나는 선을 기준으로 절단하여, 금속 전극재가 도포된 장폭형 외부 단자(30')를 구비하는 개별 기판으로 분리한다.

즉, 상기 LTCC 기판의 테두리측 길이방향의 규격이 그 수직방향의 규격 보다 더 긴 장폭형으로, 예를 들어 타원형으로 홀을 가공한 경우, 실제로 각 개별 LTCC 기판의 외부 단자 구조는 반타원형으로 나타나게 되는 것이다.

이처럼 본 발명에 의한 LTCC 기판의 외부 단자 구조의 형성 방법에 따르면 내부 패턴의 설계면적은 최대한 확보하면서, 동시에 외부 단자의 솔더링 면적을 확보할 수 있어 제품의 소형화에 부응할 뿐만 아니라 솔더링 품질 저하도 방지할 수 있다.

도 9는 LTCC 기판의 외부 단자 구조의 다른 실시예를 도시하고 있으며, 이에 대해 설명하면 다음과 같다.

LTCC 기판(10)의 외부 단자(30') 구조는 상기 LTCC 기판의 테두리측 길이방향의 규격(ℓ)이 그 수직방향의 규격(n) 보다 더 긴 장폭형으로 형성된다.

이는 도 2에 도시된 바와 같이, 외부 단자의 구조가 반지름이 r 인 원형인 경우, 외부 단자의 면적 감소를 위해 반지름을 줄이면 솔더링 유효면적이 확보되지 않는 반면, 도 6에서 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 장폭형 외부 단자의 경우는, 외부 단자의 면적 감소를 위해 수직방향의 규격(n)을 줄이더라도 길이방향의 규격(ℓ)을 유지할 수 있어 솔더링 유효면적을 확보할 수 있는 효과가 있기 때문이 다.

이러한 장폭형 외부 단자 구조로는 도 5에서 설명한 타원형외에도, 예를 들어 직사각형(도 9(a)), 직육각형(도 9(b)), 또는 두 변이 평행하고 양단이 호로 이루어진 형상(도 9(c))등이 바람직하다.

이상은 본 발명에 대하여 실시예를 통하여 상세히 설명한 것으로, 이는 예시이며 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니다.

본 발명에 의한 LTCC 기판의 외부 단자 구조 및 그 형성 방법은, 부품의 소형화에 따라 내부 패턴에서 요구되는 설계 면적을 최대한 확보하면서, 외부 단자가 차지하는 면적을 최대한 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

더욱이, 본 발명에 의하면 외부 단자의 크기를 줄일 경우 발생하는 솔더링 품질 저하를 방지할 수 있는 우수한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 내부 패턴과 외부 단자 간의 접속의 신뢰성을 보장하고, 충격이 가해지는 경우라도 접속이 쉽게 단락되지 않도록 하는 효과가 있다.

Claims

소정의 회로를 구현하기 위한 내부 패턴층과 신호의 입출력을 가능하게 하는 외부 단자로 구성되는 LTCC 기판에 있어서,

상기 LTCC 기판의 테두리에 일정한 간격으로 구비되고, 상기 LTCC 기판 테두리의 길이방향의 규격이 그 수직방향의 규격보다 더 긴 장폭형으로 형성되는 다수개의 홀; 및

상기 다수개의 장폭형 홀에 도포되는 금속 전극재;

를 포함하고,

상기 장폭형으로 형성된 다수개의 홀은 타원형인 것을 특징으로 하는 LTCC 기판의 외부 단자 구조.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 장폭형으로 형성된 다수개의 홀은 직사각형인 것을 특징으로 하는 LTCC 기판의 외부 단자 구조.
제 1항에 있어서,

상기 장폭형으로 형성된 다수개의 홀은 직육각형인 것을 특징으로 하는 LTCC 기판의 외부 단자 구조.
제 1항에 있어서,

상기 장폭형으로 형성된 다수개의 홀은 두 변이 평행하고 그 양단이 호로 이루어진 형상인 것을 특징으로 하는 LTCC 기판의 외부 단자 구조.
LTCC 기판에 있어서,

상기 LTCC 기판의 전부 또는 일부에 형성되어 소정의 회로를 구현하도록 하는 내부 패턴층;

상기 LTCC 기판의 테두리에 일정한 간격으로 구비되고, 타원형 또는 두 변이 평행하고 그 양단이 호로 이루어진 형상으로 형성되는 다수개의 홀; 및

상기 타원형 또는 두 변이 평행하고 그 양단이 호로 이루어진 형상으로 형성되는 홀에 도포되는 금속 전극재;

를 포함하는 LTCC 기판.
LTCC 기판을 형성하는 방법에 있어서,

적어도 하나 이상의 LTCC 기판의 전부 또는 일부에 소정의 회로를 구현하도록 내부 패턴을 인쇄하는 제 1 단계;

상기 내부 패턴이 전부 또는 일부에 인쇄된 적어도 하나 이상의 기판을 수직으로 적층하는 제 2단계;

상기 수직으로 적층된 상태에서 상기 LTCC 기판의 테두리에 일정한 간격으로 상기 LTCC 기판 테두리의 길이방향의 규격이 그 수직방향의 규격보다 더 긴 장폭형으로 형성된 다수개의 홀을 가공하는 제 3 단계;

상기 장폭형으로 가공된 다수개의 홀에 금속 전극재가 도포하는 제 4단계; 및

상기 금속 전극재가 도포된 장폭형 홀의 중심을 지나는 선을 기준으로 절단하여, 장폭형 외부 단자를 구비하는 개별 기판으로 분리하는 제 5 단계;

를 포함하는 LTCC 기판의 외부 단자 구조의 형성방법.
제 7항에 있어서,

상기 제 3단계는 상기 LTCC 기판의 테두리에 일정한 간격으로 상기 LTCC 기판 테두리의 길이방향의 규격이 그 수직방향의 규격보다 더 긴 타원형으로 형성된 다수개의 홀을 가공하는 것을 특징으로 하는 LTCC 기판의 외부 단자 구조의 형성방 법.
제 7항에 있어서,

상기 제 3단계는 상기 LTCC 기판의 테두리에 일정한 간격으로 상기 LTCC 기판 테두리의 길이방향의 규격이 그 수직방향의 규격보다 더 긴 직사각형으로 형성된 다수개의 홀을 가공하는 것을 특징으로 하는 LTCC 기판의 외부 단자 구조의 형성방법.
제 7항에 있어서,

상기 제 3단계는 상기 LTCC 기판의 테두리에 일정한 간격으로 상기 LTCC 기판 테두리 길이방향의 규격이 그 수직방향의 규격보다 더 긴 직육각형으로 형성된 다수개의 홀을 가공하는 것을 특징으로 하는 LTCC 기판의 외부 단자 구조의 형성방법.
제 7항에 있어서,

상기 제 3단계는 상기 LTCC 기판의 테두리에 일정한 간격으로 상기 LTCC 기판 테두리의 길이방향의 규격이 그 수직방향의 규격보다 더 긴, 두 변이 평행하고 그 양단이 호로 이루어진 형상으로 형성된 다수개의 홀을 가공하는 것을 특징으로 하는 LTCC 기판의 외부 단자 구조의 형성방법.