KR101045349B1 - 전력트랜지스터 접합용 지그 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력트랜지스터 접합용 지그에 관한 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따르면 메탈마스크를 이용한 전력트랜지스터의 히트슬러그에 저온납을 도포하는 장치에 있어서, 전력트랜지스터가 배열된 기판과 메탈마스크의 위치를 정렬시키기 위한 가이드핀을 구비하며, 평탄한 상부면을 가지는 베이스;와 가이드핀이 관통되는 핀구멍을 구비하여, 베이스의 상부면에 소정 간격으로 이격되어 설치되는 각각 한 쌍의 하부플레이트; 및 상부플레이트;를 포함하여 이루어지며, 한 쌍의 하부플레이트와 상부플레이트는 각각 기판과 메탈마스크의 폭만큼 이격설치되어 기판과 메탈마스크를 삽입고정시키는 것을 특징으로 하는 전력트랜지스터 접합용 지그가 제공된다.

Description

전력트랜지스터 접합용 지그{JIG FOR POWER TRANSISTORS BONDING}

본 발명은 전력트랜지스터 접합용 지그에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전력트랜지스터의 접합을 위해 메탈마스크를 이용하여 히트슬러그에 저온납을 도포함에 있어서, 트랜지스터가 배열된 기판을 고정시킬 수 있는 전력트랜지스터 접합용 지그에 관한 것이다.

전자 산업이 발전함에 따라 부품은 점차 소형화되어 휴대용 전자 제품은 얇아지고 있으나, 무선 통신 정보의 송수신에 사용되는 증폭기에 대해서는 고주파화, 고출력화가 요구되고 있다. 하지만 이러한 고출력 트랜지스터의 발열량이 크기 때문에 방열성이 매우 중요한데, 일반적으로 칩의 내부에는 많은 열이 발생될 때에 열을 방출시킬 수 있는 방열 장치가 구비되어 있다. 현재는 주로 구리나 알루미늄 같은 물질을 사용하고 있고 작은 팬이나 유체의 흐름을 통하여 냉각 속도를 향상시키고 있지만, 부피를 줄이는 것에는 한계가 있다. 특히, 고출력 증폭기의 경우에는 고출력 트랜지스터에서 발생된 대량의 열을 방출시키기 위해서 종래의 금속 범프로는 방열성이 충분치 못한 것으로 지적되어 왔다. 따라서 상기의 트랜지스터에 열전도율이 우수한 히트싱크를 밀착 고정시켜 트랜지스터의 열이 히트싱크를 통해 공기 중으로 발산되도록 하거나, 전계효과 트랜지스터(FETs,Field Effect Transistors)는 트랜지스터 자체에 히트 슬러그(heat slug)를 장착하여 인쇄회로기판(PCB,Printed Circuit Board)에 접합되도록 하고 있다.

일반적으로 반도체 소자를 인쇄회로기판에 전기적으로 접속하는 방법에는 와이어 본딩(Wire Bonding)방식, 탭(TAB; Tape Automated Bonding) 방식 및 플립 칩(Flip Chip) 방식이 있다. 이 중에서 와이어 본딩 방식이나 탭 방식은 금속 재질의 리드 프레임 또는 금속 리드가 패터닝된 수지 필름을 매개로 하여 칩과 기판을 접속하는데 반하여, 플립 칩 방식은 금속 범프를 매개로 하여 전기적 접속을 구현한다. 이 때 범프는 웨이퍼 상태에서 칩의 본딩 패드 상에 직접 형성되기도 하고, 인쇄회로기판의 패드 상에 형성되기도 한다. 한편 와이어 본딩 방식의 리드 프레임 대신 또 하나의 인쇄회로기판을 이용하는 볼 그리드 어레이(Ball Grid Array; 이하 'BGA'라 한다) 패키지가 실용화되고 있기도 하다. 이러한 볼 그리드 어레이(BGA) 패키지에서 리드 프레임의 외부 리드 역할을 하는 것이 범프의 일종인 솔더 볼(Solder Ball)이다.

이러한 범프의 형성 방법에는 금속 와이어 볼을 이용하는 방법이나 금속 볼을 부착하는 방법 외에도 증착(Evaporation), 전해도금(Electroplating), 스크린 프린트(Screen Print)에 의한 방법 등이 있다. 이와 같은 범프 형성 방법들 중에서 금속 와이어 볼을 이용하는 방법은 와이어 절단을 위한 전용 설비가 필요하고 생산성이 떨어지며, 금속 볼을 접착하는 방법은 금속 볼을 제조하는 공정이 복잡하고 가격이 비싸다는 단점이 있다. 그리고 일반적으로 사용되는 방법인 도금 방법이나 도금 후 리플로우(Reflow)에 의한 방법은 공정이 복잡하고 제조 단가가 높다는 단점이 있다. 그래서 이상과 같은 단점들을 보완하기 위하여 단순한 공정으로 저가의 금속 범프를 형성하는 방법인 스크린 프린트 방법이 제안되고 있다.

스크린 프린트 방법은 우선 인쇄회로기판(PCB)의 범프 패드(Bump Pad)들과 마스크(Mask)의 마스크패턴(Mask Pattern)이 정렬되고, 범프의 재료인 솔더크림(Solder Cream)이 상기 마스크 상부면에 도포된다. 상기 솔더 크림은 스퀴지(Squeegee)에 의하여 마스크 패턴을 통하여 압출되면서, 그 마스크 패턴과 대응되는 범프 패드에 전사된다. 그리고 상기 마스크를 분리한 후 리플로우 시키면 상기 범프 패드 상에 범프가 형성된다.

그러나, 종래에는 고주파 전력트랜지스터의 접합을 위해 작업자가 직접 손으로 저온납이나 컴파운드를 도포하는 경우가 많았고, 이로 인해 각기 다른 두께의 저온납이 도포되어 접합이 균일하지 못하거나 일부는 접합되지 않는 불량품이 발생하여 작업자의 숙련도에 크게 의존해야 하는 문제가 있었다. 즉 스크린 프린트가 이루어지는 동안이나 또는 스크린 프린트 후 마스크를 분리하는 동안에, 인쇄회로기판을 고정해 주는 별도의 수단이 없는 경우에는 인쇄회로기판의 진동이나 흔들림 또는 기울어짐 등이 발생하여 인쇄회로기판의 정확한 인식을 불가능하게 하므로, 마스크 정렬이 어렵고 솔더 크림의 균일한 전사가 곤란한 문제점이 발생한다. 그 뿐만 아니라 마스크에 의하여 인쇄회로기판이 손상되거나, 인쇄회로기판의 범프 패드 상에 전사된 솔더 크림이 무너져 내려 솔더 브릿지(Solder Bridge)에 의한 단락 현상이 발생하는 원인이 되기도 한다.

따라서 인쇄회로기판의 패드 상에 스크린 프린트에 의하여 범프를 형성할 때나, 회로기판에 장착될 소자에 솔더크림을 도포시에, 기판의 흔들림이나 기울어짐을 방지함으로써 회로기판의 정확한 인식 및 정렬을 가능하게 하는 동시에, 솔더 크림의 전사가 균일하게 이루어지도록 하며, 마스크에 의한 인쇄회로기판의 손상을 방지할 뿐만 아니라, 솔더 브릿지와 같은 불량을 방지함으로써 신뢰성을 향상시키기 위한 인쇄회로기판 고정용 지그가 필요하다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 일 실시예는 메탈마스크를 이용하여 전력트랜지스터의 히트슬러그에 저온납을 균일하게 도포시킬 수 있을 뿐만 아니라 상,하부플레이트를 이용하여 기판과 메탈마스크를 동시에 고정시킬 수 있는 간단한 구조의 전력트랜지스터 접합용 지그를 제공하는 것과 관련된다.

본 발명의 바람직한 일 실시예는 메탈마스크를 이용한 전력트랜지스터의 히트슬러그에 저온납을 도포하는 장치에 있어서, 전력트랜지스터가 배열된 기판과 메탈마스크의 위치를 정렬시키기 위한 가이드핀을 구비하며, 평탄한 상부면을 가지는 베이스;와 가이드핀이 관통되는 핀구멍을 구비하여, 베이스의 상부면에 소정 간격으로 이격되어 설치되는 각각 한 쌍의 하부플레이트; 및 상부플레이트;를 포함하여 이루어지며, 한 쌍의 하부플레이트와 상부플레이트는 각각 기판과 메탈마스크의 폭만큼 이격설치되어 기판과 메탈마스크를 삽입고정시키는 것을 특징으로 하는 전력트랜지스터 접합용 지그를 제공한다.

상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면 첫째, 고주파 전력트랜지스터의 접합을 위해 메탈마스크를 이용하여 저온납을 균일하게 도포할 수 있도록 하여 접지능력을 향상시킬 수 있다.

둘째, 가이드핀을 이용하여 한 쌍의 하부플레이트로 기판을 고정시키는 동시에, 한 쌍의 상부플레이트 사이에서는 메탈마스크를 고정위치시켜, 저온납 도포시에 유격이 발생되는 것을 막을 수 있다.

셋째, 가이드 핀외에 별도의 플레이트 고정수단을 구비하여 상,하부플레이트를 베이스에 보다 견고하게 고정시킬 수 있다.

넷째, 상,하부플레이트의 측단에는 수납부를 구비하여 메탈마스크를 통해 히트슬러그로 도포되지 않고 흘러나온 저온납을 수납할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력트랜지스터 접합용 지그의 분해사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력트랜지스터 접합용 지그의 사용상태도이다.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력트랜지스터 접합용 지그(1)의 분해사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 접합용 지그의 사용상태도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전력트랜지스터 접합용 지그(1)는 메탈마스크를 이용한 전력트랜지스터의 히트슬러그에 저온납을 도포하는 장치에 있어서, 상기 전력트랜지스터(11)가 배열된 기판(10)과 메탈마스크(30)의 위치를 정렬시키기 위한 가이드핀(24)을 구비하며, 평탄한 상부면을 가지는 베이스(20);와 상기 가이드핀(24)이 관통되는 핀구멍(25)을 구비하여, 상기 베이스(20)의 상부면에 소정 간격으로 이격되어 설치되는 각각 한 쌍의 하부플레이트(21); 및 상부플레이트(22);를 포함하여 이루어지며, 상기 한 쌍의 하부플레이트(21)와 상부플레이트(22)는 각각 상기 기판(10)과 상기 메탈마스크(30)의 폭만큼 이격설치되어 상기 기판(10)과 상기 메탈마스크(30)를 삽입고정시키도록 형성된다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 트랜지스터 접합용 지그(1)는 베이스(20), 하부플레이트(21), 상부플레이트(22)로 이루어진다. 상기 상,하부플레이트(21,22)는 각기 한 쌍을 이루며, 상기 베이스(20)에 구비된 가이드핀(24)에 의해 소정의 위치에서 이격되어 정렬된다.

상기 베이스(20)는 상부면이 평탄한 평판의 형상을 이루며, 후술하는 바와 같이 상,하부플레이트(21,22))를 정렬시키기 위한 가이드핀(24)을 구비한다. 상기 가이드핀(24)은 상기 베이스(20)상에 고정되어 있을 수도 있고 분리될 수도 있으며, 후자인 경우에는 상기 가이드핀(24)이 삽입고정될 수 있도록 홈(미도시)을 베이스(20) 상에 구비한다. 상기 홈은 지그에 고정되는 기판(10)과 메탈마스크(30)의 크기에 따라 다양하게 사용가능하도록 소정 간격으로 배열된 다수개로 형성될 수도 있다. 상기 베이스(20) 상부면에는 저온납이 도포될 트랜지스터(11)가 배열된 기판(10)이나, 트랜지스터가 설치될 인쇄회로기판이 안착된다.

상기 가이드핀(24)은 원통의 형상을 이루고, 상기 베이스(20)에서 상부로 돌출되도록 형성된다. 이는 상기 베이스(20)상에 고정될 수도 있고 분리가능하게 구성될 수도 있으며, 후자인 경우에는 상기 베이스(20)상에 홈을 마련하여 삽입고정될 수 있도록 한다. 후술되는 상,하부플레이트(21,22)에는 핀 구멍(25)이 형성되어 상기 가이드핀(24)을 핀 구멍(25)에 관통시키는 방법으로 상부 및 하부플레이트(21,22)가 소정에 위치에 배치될 수 있도록 한다. 상기 가이드핀(24)의 길이는 상기 베이스(20)상의 홈에 삽입되었을 때 가이드핀(24)의 높이가, 관통되는 상부플레이트(22)의 높이이상으로 형성되게 할 수도 있고, 이보다 다소 낮게 할 수도 있다. 후자의 경우에는 메탈마스크를 이용한 도포작업시 가이드핀(24)과 마스크간의 간섭이 발생되지 않아서 마스크의 손상을 막을 수 있다. 또한 상기 가이드핀(24)의 갯수는 도시된 바와 같이 4개로 하는 것이 바람직하나, 그 이상으로 하는 것도 가능하다.

상기 핀 구멍(25)은 상부 및 하부플레이트(21,22)를 각각 관통하도록 형성되며, 직경은 관통되는 상기 가이드핀(24)의 직경과 거의 동일하게 하는 것이 바람직하다. 가이드핀(24)의 직경보다 너무 큰 경우에는 유격이 발생하게 되므로 바람직하지 않다.

상기 하부플레이트(21)는 상기 베이스(20)의 상부면에 설치되고, 동일한 모양으로 된 한 쌍으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 하부플레이트(21)간의 간격은 상기 베이스(20)에 설치되는 상기 가이드핀(24)간의 간격이나 하부플레이트(21)의 폭의 길이에 따라 조절되는데, 이는 상기 베이스(20)에 안착되는 기판(10)의 폭과 동일하게 하여 기판(10)이 하부플레이트(21) 사이에서 삽입고정될 수 있도록 한다. 또한 상기 하부플레이트(21)의 높이는 고정되는 기판(10)의 높이와 동일하게 하는 것이 바람직하다.

상기 상부플레이트(22)는 상기 하부플레이트(21)의 상부면에 설치되며, 상기 가이드핀(24)이 관통될 수 있도록 핀 구멍(25)을 구비한다. 상기 하부플레이트(21)와 마찬가지로 동일한 모양으로 된 한 쌍으로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 가이드핀(24)의 간격이나 상부플레이트(22)의 폭의 길이에 따라 상부플레이트(22)간의 간격이 조절된다. 상기 간격은 하부플레이트(21)와는 달리, 메탈마스크(30)의 폭과 동일하게 하여 메탈마스크(30)가 상부플레이트(22) 사이에서 삽입고정될 수 있도록 한다. 이때 대향하는 상부플레이트(22)의 상부 모서리는 모따기를 하여, 도포작업시에 상부플레이트(22)에 의한 메탈마스크(30)의 손상을 방지할 수 있다.

상기 메탈마스크(30)는 표면실장형 부품을 인쇄회로기판 표면에 장착하고 솔더링하는 기술인 SMT(Surface Mount Technology)중, 크림솔더(Cream Solder)를 사용하여 솔더링을 실시하여야 하는 부분에 대해, 필요한 위치에 정확히 그리고 적정량의 크림솔더가 공급될 수 있도록 하는 금속재질의 장치이다. 이는 프레임(frame)과 패턴부(pattern) 및 메쉬(mesh)로 이루어지며, 스퀴지를 이용하여 필요한 위치에 개구부가 있어 정확히 적정량의 크림솔더(Cream Solder)를 도포할 수 있다. 재질은 SUS304, 니켈, 또는 콤비네이션 합금으로 구성되고, 프레임은 알루미늄 주물 또는 알루미늄 파이프로 만들어지며, 메쉬는 스테인레스, 폴리에스텔로 제작된다. 상기 메탈마스크(30)의 두께는 0.05, 0.08, 0.1, 0.15, 0.18, 0.2, 0.25mm 등으로 다양하게 사용할 수 있으나, 0.18mm 두께의 메탈마스크를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전력트랜지스터 접합용 지그(1)는 상기 상부플레이트(22)와 하부플레이트(21)를 상기 베이스(20)에 대해 고정시키는 플레이트 고정수단을 더 구비하도록 형성된다. 이때 상기 플레이트 고정수단은 상기 베이스(20)에 형성되는 암나사(27)와, 상기 상,하부플레이트(21,22)에 마련된 체결공(23)을 관통하여 상기 베이스(20)와 체결되는 수나사(26)로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이, 상기 가이드핀(24)을 이용한 상,하부플레이트(21,22)의 정렬을 통해 기판과 메탈마스크를 고정시킬 수도 있지만, 보다 견고한 지지를 위해서는 플레이트 고정수단을 더 구비하는 것이 바람직하다. 상기 플레이트 고정수단은 상기 베이스(20)의 상부면 소정의 위치에 암나사(27)를 형성하고, 상기 상,하부플레이트(21,22)상에 구비된 별도의 체결공(23)을 관통하여 상기 베이스(20)상의 암나사(27)와 체결되는 수나사(26)로 이루어지며, 상기 체결공(23)에도 암나사를 형성시킬 수 있다. 또한 풀림방지를 위해 수나사(26)에는 와셔 등을 부가하여 사용할 수도 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력트랜지스터 접합용 지그는 상기 베이스(20)의 측단에, 상기 메탈마스크(30)를 통해 상기 히트슬러그(12)로 도포되지 않고 흘러나온 저온납(33)이 보관될 수 있도록 수납부(28)가 더 구비되도록 형성된다.

상기 수납부(28)는 상부가 개방된 직육면체의 형상으로 이루어지며, 상기 수납부(28)의 일측은 상기 베이스(20)의 측단에 결합된다. 또한 상기 수납부(28)의 길이는 고정되는 기판(10)의 폭보다 크게 형성하고, 높이는 상기 베이스(20)의 높이와 같거나 작게하는 것이 바람직하다.

도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 접합용 지그의 사용방법에 대해 설명한다.

상기 베이스(20)상의 소정 간격으로 배열된 홈에 가이드핀(24)을 삽입한 후, 베이스(20)의 상부면에 전력트랜지스터(11)가 배열된 기판(10)을 안착시킨다. 그리고 한 쌍의 하부플레이트(21)의 핀 구멍(25)에 상기 가이드핀(24)을 삽입시킴으로써 하부플레이트(21)사이에 상기 기판(10)이 고정될 수 있도록 한다. 그 후 상부플레이트(22)의 핀구멍(25)에 상기 가이드핀(24)을 삽입시키고, 보다 견고한 지지를 위해서 체결용 수나사(26)를 별도로 구비하여 상,하부플레이트(21,22)에 별도로 마련된 체결공(23)을 관통하면서 베이스(20)상에 마련된 암나사(27)와 체결되도록 한다. 마지막으로 상부플레이트(22)사이에 메탈마스크(30)를 삽입위치시켜 고정한 다음, 스퀴지(32)를 이용하여 마스크패턴(31)을 통해 전력트랜지스터(11)의 히트슬러그(12)로 저온납(33)을 도포한다. 이 때 도포되지 않고 흘러나온 저온납(33)은 상기 베이스(20)의 측단에 마련된 수납부(28)에 보관된다.

지그 : 1 기판 : 10
전력트랜지스터 : 11 히트슬러그 : 12
베이스 : 20 하부플레이트 : 21
상부플레이트 : 22 체결공 : 23
가이드핀 : 24 핀구멍 : 25
수나사 : 26 암나사 : 27
수납부 : 28 메탈마스크 : 30
마스크패턴 : 31 스퀴지 : 32
저온납 : 33

Claims (4)

1. 메탈마스크를 이용한 전력트랜지스터의 히트슬러그에 저온납을 도포하는 장치에 있어서,
   상기 전력트랜지스터가 배열된 기판과 메탈마스크의 위치를 정렬시키기 위한 가이드핀을 구비하며, 평탄한 상부면을 가지는 베이스;와
   상기 가이드핀이 관통되는 핀구멍을 구비하여, 상기 베이스의 상부면에 소정 간격으로 이격되어 설치되는 각각 한 쌍의 하부플레이트; 및 상부플레이트;를 포함하여 이루어지며,
   상기 한 쌍의 하부플레이트와 상부플레이트는 각각 상기 기판과 상기 메탈마스크의 폭만큼 이격설치되어 상기 기판과 상기 메탈마스크를 삽입고정시키는 것을 특징으로 하는 전력트랜지스터 접합용 지그.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 상부플레이트와 하부플레이트를 상기 베이스에 대해 고정시키는 플레이트 고정수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전력트랜지스터 접합용 지그.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 플레이트 고정수단은,
   상기 베이스에 형성된 암나사와, 상기 상,하부플레이트에 마련된 체결공을 관통하여 상기 베이스와 체결되는 수나사로 이루어진 것을 특징으로 하는 전력트랜지스터 접합용 지그.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 베이스의 측단에는, 상기 메탈마스크를 통해 상기 히트슬러그로 도포되지 않고 흘러나온 저온납이 보관될 수 있도록 수납부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 전력트랜지스터 접합용 지그.
   

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