KR101927426B1 - 연성회로기판과 금속케이스의 밀봉 패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광통신용 광소자 패키지에 관한 것으로, 특히 패키지 내외부의 전기적인 신호 전달을 하는 연성회로기판을 사용하는 광통신 소자에서 간단한 구성을 통해 패키지케이스와 연성회로기판의 기밀성을 유지하는 연성회로기판과 금속케이스의 밀봉 패키지에 관한 것이다.

Description

연성회로기판과 금속케이스의 밀봉 패키지{Sealed package of Flexible Printed Circuit Board and Metal Case}

본 발명은 광통신용 광소자 패키지에 관한 것으로, 특히 패키지 내외부의 전기적인 신호 전달을 하는 연성회로기판을 사용하는 광통신 소자에서 간단한 구성을 통해 패키지케이스와 연성회로기판의 기밀성을 유지하는 연성회로기판과 금속케이스의 밀봉 패키지에 관한 것이다.

광모듈 송신기, 수신기 등 다양한 광통신부품에 적용되고 있는 광모듈 패키지는 소형 패키지 케이스를 사용하며 광신호와 전기적 신호 변환 시키는 하나의 방법으로 연성회로기판으로 사용하게 된다.

이때, 케이스와 기판의 밀봉 결합을 위한 일반적인 공정 방법 중 에폭시실링은 공정에서 나타나는 누출 불량으로 인하여 다량의 패키지케이스가 폐기 처분되어 제품의 원가 상승의 원인이 되고, 장기적으로 광소자 신뢰성에 악영향을 미친다.

최근, 광학기술과 패키징 기술이 점차적으로 소형화, 하이브리드 집적화하는 추세로 인하여 그 중에서 신호 전송라인 구현을 위하여 얇고 자유로운 굴곡성 가지는 연성회로기판이 사용 되는데, 연성을 가지는 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리에스테르 등의 유기고분자 형태의 절연필름에 금속패턴을 에칭하여 제조되거나, 도전성 잉크 또는 페이스트를 인쇄 및 도금 하여 제조된다.

일반적으로 광통신소자 패키지 케이스 내부에는 레이저다이오드, 수광다이오드, 실리콘 기판 상에 집적화 된 칩, 광학계 등 기발한 설계와 함께 사용 목적 및 환경에 따라 다양한 광통신소자들이 출시되고 있다.

광통신소자 패키지의 일예로 통상의 파장가변 레이저는, 광 도파로를 직접 butt-coupling한 외광원용 레이저다이오드칩과, 파장가변을 위한 브래그 격자를 포함한 폴리머 광도파로 소자와, 도파로에서 출력되는 광의 광출력을 모니터링 하기 위한 모니터용 광검출기와, 이를 광섬유에 접속시키기 위한 렌즈와, 이들 소자의 작동온도를 외부 환경과 무관하게 설정 키위한 열전냉각기(thermoelectric cooler) 및 열전냉각기에 일정 온도를 설정 키위해 필요한 온도검출용 써미스터 등이 주요 구성품이다. 이러한 파장가변 레이저 신뢰성을 보장하기 위해서는 구성품들을 습기 등 외부 환경으로 보호 하는 신뢰성 있는 밀봉 패키징이 필수적이며, 파장가변 레이저의 가격을 결정하는 주요 요인이다.

이러한 광통신소자 패키지는 외부환경으로부터 신뢰성을 유지하기 위해 흔히 패키지 과정 중 리크 발생의 우려가 있는 결합부에 에폭시를 사용하여 자외선 및 열 경화가 가능 제품을 이용할 수가 있으나, 위에 언급한 대로 밀봉력이 약해 다수의 누출 불량이 발생되고 있다.

이에 반해 방열 구조가 우수하여 열전냉각기 등 소비전력과 온도 안정성 및 밀폐성이 우수한 ceramic feedthrough 를 적용하는 TO-CAN 기반의 cooled EML TOSA 가 출시되어 있으나 고가의 가격 때문에 제작 단가가 높아지는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 고온에서 접합하고자 하는 이종의 금속에 제3의 금속원소를 추가하여 열로써 접합하는 블레이징 기술은 패키지 외관 및 기밀성이 우수하여 다양한 분야에서 적용이 가능한 점에 착안하여 연성회로기판에 금속보강판을 형성하고, 이를 금속 패키지케이스와 솔더링하는 방법으로 기판과 케이스를 밀봉하여 외부 스트레스에 강한 저가형 연성회로기판과 금속케이스의 밀봉 패키지에 관한 것이다.

본 발명에 따른 연성회로기판과 금속케이스의 밀봉 패키지는, 양단에 패드가 형성되는 연성회로기판; 상기 연성회로기판의 어느 한 단부가 끼움 결합되어 상기 패드가 내부에 노출되도록 측면에 관통부가 형성된 금속케이스; 상기 연성 회로 기판의 어느 한 단부에 결합되어 연성 회로 기판이 금속케이스에 끼움 결합 시 상기 관통부에 끼워지는 금속보강판; 및 상기 연성 회로 기판과 상기 금속케이스의 결합부에 도포되는 솔더크림; 을 포함하며, 열처리 과정을 통해 상기 기판, 금속케이스 및 금속보강판이 결합되어 밀봉된다.

이때, 상기 금속보강판은, 상기 연성 회로 기판의 단부의 상면 또는 하면에 결합되되, 상기 패드가 노출되도록 상기 기판의 끝단에서 일정거리 내측으로 이격 결합되며, 상기 연성 회로 기판의 상면 또는 하면에 대응되는 크기로 형성된다.

또한, 상기 금속보강판은, 연성 회로 기판의 단부의 상면 또는 하면에 수지재의 보강판, 구리필름 및 금속판을 순차적으로 적층 후 열과 압력으로 압착하여 형성되며, 측면은 금속재질로 코팅된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 금속보강판은, 두께 방향으로 관통되는 적어도 하나 이상의 미세홀; 을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 미세홀의 내면은, 금속재질로 코팅된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 금속케이스의 내부에는, 상기 관통부의 상측 및 하측에 형성되되, 관통방향 내측으로 연장 형성되는 지지부; 를 포함한다.

아울러, 상기 솔더크림은, 무연 또는 유연 성분이 함량된 것을 특징으로 한다.

위와 같은 구성에 따른 연성회로기판과 금속케이스의 밀봉 결합 구조는, 핫플레이트, 솔더크림을 이용함으로써 블레이징 공정과 같은 특수 장비 및 재료를 요구 하지 않음으로 획기적으로 공정비용을 절감할 수 있다.

또한, 까다로운 공정이 사라지고 작업이 용이하여 패키지 비숙련자도 쉽게 접근이 가능하므로 생산성 향상에 기여를 하며, 안정된 작업성으로 재현성 및 신뢰성 있는 밀봉 결합 기능을 수행하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 연성회로기판 사시도
도 2는 본 발명의 금속케이스 사시도
도 3은 본 발명의 금속케이스 측면투시도
도 4는 본 발명의 연성회로기판과 금속케이스의 밀봉 패키지 사시도
도 5는 본 발명의 연성회로기판과 금속케이스의 밀봉 패키지의 평면도
도 6은 본 발명의 연성회로기판과 금속케이스의 밀봉 패키지의 제조공정 사시도

이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1에는 본 발명의 일실시 예에 따른 연성회로기판(100)의 사시도가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이 연성회로기판(100)은 기판(110)과, 기판(110)의 양단부에 형성된 제1 와이어본드 패드 영역(120) 및 제2 와이어본드 패드 영역(130)과, 제1 와이어본드 패드 영역(120)의 끝단에 형성된 제1 패드(121)와, 제2 와이어본드 패드 영역(130)의 끝단에 형성된 제2 패드(131)로 구성될 수 있다. 제1 와이어본드 패드 영역(120)과 제2 와이어본드 패드 영역(130)의 폭은 기판(110)의 폭보다 넓게 형성될 수 있다. 제1 와이어본드 패드 영역(120)과 제2 와이어본드 패드 영역(130) 중 어느 하나는 후술되는 금속케이스(200)와 결합되며, 편의상 본 발명에서는 제1 와이어본드 패드 영역(120)이 금속케이스(200)에 결합되는 것으로 정의하여 설명하기로 한다.

본 발명의 연성회로기판(100)은 절연 필름 및 구리형 도체를 패터닝하여 제작되는데, 다른 매체와 안정적인 결합을 위하여 연결부위에 보강판이 필수적으로 요구되며, 일반적으로 폴리이미드 절연체를 사용한다.

제1 와이어본드 패드 영역(120) 상에는 금속케이스(200)와의 결합을 더욱 견고히 즉 밀봉하기 위한 금속보강판(300)이 구비될 수 있다. 금속보강판(300)은 제1 와이어본드 패드 영역(120)의 상면 또는 하면에 결합될 수 있다. 금속보강판(300)은 제1 와이어본드 패드 영역(120)에 대응되는 크기로 형성될 수 있으나, 제1 패드(121)가 노출될 수 있도록 제1 와이어본드 패드 영역(120)의 끝단에서 일정거리 내측으로 이격 결합될 수 있다.

금속보강판(300)은 제1 와이어본드 패드 영역(120)의 상면 또는 하면에 수지재의 보강판, 구리필름 및 금속판을 고열과 고압력으로 압착하여 형성할 수 있다. 이때 금속보강판(300)의 측면은 금속 재질 일예로 금(310)을 도금하여 구성될 수 있고, 이에 따라 금속보강판(300)의 상하전후좌우 모든 면을 금속화하도록 하였다.

이때, 연성회로기판(100)에 형성되는 금속보강판(300)의 두께는, 금속케이스(200)의 관통부(210) 두께를 고려하여 형성될 수 있으며, 연성회로기판(100)과 금속케이스(200)의 결합 시 연성회로기판(100)의 제1 와이어본드 패드 영역(120)이 손상되지 않을 정도로 되어야 하며, 외부 면적은 충분하게 하되 연성회로기판(100)의 연성을 방해하지 않을 정도여야 한다.

또한, 금속보강판(300) 상에는 두께 방향으로 관통되는 적어도 하나 이상의 미세홀(320)을 적절히 배치하고 미세홀(320)의 안쪽면 역시 금도금이 가능하게 하여 연성회로기판(100)과 금속케이스(200) 간의 결합력 및 밀봉성을 증가 시킬 수 있다.

도 2에는 본 발명의 일실시 예에 따른 금속케이스(200)의 사시도가 도시되어 있고, 도 3에는 금속케이스(200)의 측면투시도가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이 금속케이스(200)는 내부에 공간이 형성된 함체 상으로 이루어질 수 있다. 이때 금속케이스(200)의 측면에는 연성회로기판(100)의 제1 와이어본드 패드 영역(120)과 관통 결합되도록 관통부(210)가 형성된다.

관통부(210)는 연성회로기판(100)의 제1 와이어본드 패드 영역(120)이 결합되는 방향으로 단면이 타원형 또는 직사각형 형태의 관통 통로를 형성한다. 관통통로의 단면적은 연성회로기판(100)이 부드럽게 삽입이 되도록 연성회로기판의 폭과 두께를 고려하여 여유 있게 형성될 수 있다.

또한 금속케이스(200) 내부에는 제1 와이어본드 패드 영역(120)이 삽입된 후, 제1 와이어본드 패드 영역(120)이 지지 가능하도록 받침이 가능 지지부(220)를 포함한다. 지지부(220)는 관통부(210)의 내측 방향 상측에 형성된 제1 지지부(221)와 내측 방향 하측에 형성된 제2 지지부(222)를 포함하여 구성된다.

도 4에는 본 발명의 일실시 예에 따른 연성회로기판과 금속케이스의 밀봉 패키지(1000)의 사시도가 도시되어 있고, 도 5에는 본 발명의 일실시 예에 따른 연성회로기판과 금속케이스의 밀봉 패키지(1000)의 평면도가 도시되어 있고, 도 6에는 본 발명의 일실시 예에 따른 연성회로기판과 금속케이스의 밀봉 패키지(1000)의 제조공정 사시도가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이 금속케이스(200)에 연성회로기판(100)이 삽입된 상태에서 케이스 외벽(201) 및 연성회로기판(100)과 만나는 지점에 솔더크림(500)이 적당량 도포 된다.

솔더크림은 성분이 납(Pb), 주석(Sn),은(Ag), 비스무트(Bi) 등의 합금상태의 물질과 특수 플럭스(flux)가 균일한 비율로 이루어진 크림상태의 혼합물이며, 합금의 사이즈, 주성분률에 따라 용융점, 함습성이 달라지게 된다.

본 발명에 사용되는 솔더크림은 전기전자제품 유해물질 사용제한 지침(ROHS; Restriction of Hazardous Substances , Restriction of the use of Hazardous Substances in EEE)에 따라 무연솔더크림을 사용한다.

금속케이스(200), 연성회로기판(100), 솔더크림(500)이 결합된 상태에서 금속케이스(200)의 일면에 핫플레이트(H)를 맞닿게 하여 솔더크림(500)이 용융되는 온도를 유지하게 된다.

이 때, 금속케이스(200)의 외벽(201)과 연성회로기판(100)이 만나는 지점에 있던 솔더크림(500)은 고온의 열에 의하여 크림타입에서 액체형태로 변형이 되어 모세관현상에 따라 금속케이스(200)의 관통부(210)와 연성회로기판(100)의 금속보강판(300)을 따라 함습되어 솔더링이 된다.

고온의 열을 제거 후, 충분히 열을 식히면 금속케이스(200)와 연성회로기판(100)이 솔더크림(500)에 의하여 완전히 결합이 된다.

솔더크림(500)에 의하여 결합된 금속케이스(200)의 내부벽면, 외부벽면 형태는 연성회로기판(100)의 금속보강판(300)이 형성되어 있는 면적까지만 솔더가 맺힘으로써 폴리이미드 영역에는 영향을 주지 않지만, 솔더크림(500)의 용융과정에서 플럭스가 발생됨을 확인 할 수 있으며, 이는 솔벤트계열의 액상시료와 함께 초음파분산기를 사용하여 제거할 수 있다.

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

1000 : 밀봉 패키지
100 : 연성회로기판 110 : 기판
120 : 제1 와이어본드 패드 영역 121 : 제1 패드
130 : 제2 와이어본드 패드 영역 131 : 제2 패드
200 : 금속케이스 210 : 관통부
220 : 지지부
300 : 금속보강판 310 : 금
320 : 미세홀
500 : 솔더크림

Claims (7)

1. 양단에 패드가 형성되는 연성 회로 기판;
   상기 연성 회로 기판의 어느 한 단부가 끼움 결합되어 상기 패드가 내부에 노출되도록 측면에 관통부가 형성된 금속케이스;
   상기 연성 회로 기판의 어느 한 단부에 결합되어 연성 회로 기판이 금속케이스에 끼움 결합 시 상기 관통부에 끼워지는 금속보강판; 및
   상기 연성 회로 기판과 상기 금속케이스의 결합부에 도포되는 솔더크림; 을 포함하며,
   열처리 과정을 통해 상기 기판, 금속케이스 및 금속보강판이 결합되어 밀봉되되,
   상기 금속보강판은,
   상기 연성 회로 기판의 단부의 상면 또는 하면에 결합되되, 상기 패드가 노출되도록 상기 기판의 끝단에서 일정거리 내측으로 이격 결합되며,
   두께 방향으로 관통되는 적어도 하나 이상의 미세홀; 을 포함하여 이루어지는, 연성회로기판과 금속케이스의 밀봉 패키지.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 금속보강판은,
   연성 회로 기판의 단부의 상면 또는 하면에 수지재의 보강판, 구리필름 및 금속판을 순차적으로 적층 후 열과 압력으로 압착하여 형성되며,
   측면은 금속재질로 코팅된 것을 특징으로 하는, 연성회로기판과 금속케이스의 밀봉 패키지.
   
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 미세홀의 내면은, 금속재질로 코팅된 것을 특징으로 하는, 연성회로기판과 금속케이스의 밀봉 패키지.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 금속케이스의 내부에는,
   상기 관통부의 상측 및 하측에 형성되되, 관통방향 내측으로 연장 형성되는 지지부;
   를 포함하는, 연성회로기판과 금속케이스의 밀봉 패키지.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 솔더크림은,
   무연 또는 유연 성분이 함량된 것을 특징으로 하는, 연성회로기판과 금속케이스의 밀봉 패키지.

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