KR19990073289A - 인쇄회로기판및그제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 일측 금속코어(30)의 상면에 형성된 열전달돌기(32)의 상부에 별도의 금속코어(30)를 위치시키고, 그 사이에 절연수지층(40)을 형성하는 것이다. 이때, 상기 절연수지층(40)은 압착공정을 통해 이루어지는 데, 상기 압착공정에서 상기 절연수지는 열전달돌기(32)의 측방향에서 열전달돌기(32) 사이에 충진되어 절연수지층(40)을 형성하게 된다. 그리고, 상기 금속코어(30) 상에는 도금층(C)이 형성되고, 회로패턴(50)의 형성시에 상기 금속코어(30)와 도금층(C)이 함께 회로패턴(50)으로 된다. 그리고 상기 열전달돌기(32)와 대응되는 상기 절연수지층(40) 상에는 칩안착부(25)가 형성된다.

Description

인쇄회로기판 및 그 제조방법{Manufacturing method of PCB and PCB thereby}

본 발명은 인쇄회로기판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인쇄회로기판의 내부에 소자에서 발생하는 열을 방출하기 위한 열전달부를 형성한 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

도 1에는 종래 기술에 의한 인쇄회로기판의 구성이 도시되어 있다. 이에 따르면, 인쇄회로기판(1)의 내부에는 골조역할을 하는 금속코어(2)가 구비된다. 상기 금속코어(2)는 인쇄회로기판(1)의 일면에 형성된 칩안착부(5)에 안착되는 칩(도시되지 않음)에서 발생하는 열을 인쇄회로기판(1)을 통해 방출하는 역할을 하게 된다.

상기 금속코어(2)의 대략 중앙부에는 상하면으로 각각 돌출부(3,3')가 형성되고, 상기 돌출부(3) 상에 칩안착부(5)가 형성된다. 상기 칩안착부(5)에는 이에 안착될 칩과 상기 금속코어(2) 사이의 전기적 연결을 위한 회로패턴이 형성된다.

이와 같은 칩안착부(5)의 회로패턴은 상기 칩으로의 전원공급을 위한 것이다. 따라서, 상기 금속코어(2)는 통전성이 좋은 구리재질로 만들어지는 것이 다. 즉, 상기 금속코어(2)를 통해 외부의 전원이 상기 회로패턴을 거쳐 칩으로 전달될 수 있도록 구성된다.

그리고, 상기 금속코어(2)의 상기 돌출부(3,3')를 제외한 부분은 절연층(6)으로 둘러싸여 있고, 상기 절연층(6) 상에는 회로패턴(7)이 형성되어 있다. 상기 인쇄회로기판(1)의 상하면에 각각 형성되는 회로패턴(7)은 스루홀(4)을 통해 서로 연결되어 있다.

상기 스루홀(4)의 내부에는 솔더리지스터(8)가 충진되고, 상기 솔더리지스터(8)에 의해 상기 인쇄회로기판(10)의 상면에는 와이어본딩패드(9,9')가 다른 부분과 분리되어 형성되고, 하면에는 솔더볼(도시되지 않음)이 부착되는 볼패드(10)가 형성된다.

이와 같은 구성을 가지는 인쇄회로기판(10)에 있어서 상기 칩안착부(5)에 안착된 칩에서 발생된 열은 상기 돌출부(3,3')를 통해 외부로 방출된다.

그러나 상기와 같은 종래 기술에 있어서는 상기 금속코어(2)의 주변에 절연층(6)을 형성하게 되는데, 절연층(6)의 형성시에 돌출부(3,3')의 상하면에 절연층(6)이 형성되는 경우가 발생되어 이후에 형성되는 도금된 칩안착부(5)가 남겨진 절연층(30) 상에 형성되므로, 이 경우에 칩안착부(5)와 돌출부(3,3')가 정확하게 전기적으로 도통된 상태가 유지되지 않아 칩에서 발생되는 열을 제대로 방출하지 못하게 되는 현상이 발생된다.

또한, 이러한 현상을 방지하고자 돌출부(3,3')의 상하면에 절연층을 제거하려면 별도의 공정을 통해 제거하여야 하기 때문에, 생산성이 저하되고, 제조원가가 상승하는 요인이 된다.

그리고, 상기한 바와 같은 종래 기술에서는 칩안착부(5)에 대응되는 면적을 전체적으로 돌출시키므로 인쇄회로기판(1)의 전체적인 무게가 증가되어 취급이 용이하지 않게 되는 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 열전달성능이 뛰어난 인쇄회로기판을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 전체적으로 무게가 가벼운 인쇄회로기판을 제공하는 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 인쇄회로기판의 구성을 보인 단면도.

도 2는 본 발명에 의한 인쇄회로기판의 바람직한 실시예의 구성을 보인 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 인쇄회로기판을 구성하는 절연수지층의 구성을 보인 평면도.

도 4는 본 발명에 의한 인쇄회로기판을 구비한 볼그리드어레이 패키지의 구성 및 방열동작을 보인 단면도.

도 5a에서 도 5k는 본 발명에 의한 인쇄회로기판을 제조하는 과정을 순차적으로 보인 작업공정도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

20: 인쇄회로기판 25: 칩안착부

30: 금속코어 32: 열전달돌기

34: 통홀 40: 절연수지층

50: 회로패턴 53: 솔더리지스터

55: 칩패드 57: 볼패드

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 통전성을 가지고 그 상하부에서 외부와 전기적 또는 열적으로 연결되는 다수개의 방열돌기와, 상기 방열돌기가 상하로 관통하게 설치되는 절연부와, 상기 방열돌기와 칩을 전기적 또는 열적으로 연결함과 동시에 상기 칩이 안착되게 하는 칩안착부와, 상기 절연부상에 직접 형성되고, 상기 칩과 외부와의 신호연결을 위한 회로부를 포함하여 구성된다.

상기 방열돌기는 상부가 절단된 원추형상으로서 상기 칩안착부에 대응되는 위치에 다수개가 상기 절연부를 관통하여 설치된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 전기적으로 절연되는 절연수지와, 상기 절연수지의 상하면에 형성되는 회로패턴을 가지는 상하금속층과, 상기 상하금속층을 상기 절연수지를 관통하여 연결하는 다수개의 돌기를 포함하여 구성된다.

상기 돌기는 상,하 어느 한쪽의 금속층과 일체로 형성되며, 타측 금속층 방향으로 갈수록 직경이 작아지는 원추형이다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명은 금속코어의 표면을 가공하여 방열부를 형성하는 단계와, 상기 방열부의 상하면을 제외한 부분을 외부와 전기적 또는 열적으로 절연하도록 절연층을 형성하는 단계와, 상기 절연층의 상하면에 회로패턴을 형성하고, 상기 노출된 방열부와 대응되는 부분에 소자안착부를 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.

상기 절연층을 형성하는 단계에서는 상기 방열부의 측면을 통해 절연수지가 유동된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명은 금속코어의 일정영역에 다수개의 원추형 돌기를 형성하는 단계와, 상기 금속코어에 상기 돌기가 노출되는 절연수지를 적층하고 그 위에 금속코어를 상기 돌기와 접촉하도록 적층하는 단계와, 상기 절연수지를 상기 돌기 사이에 충진시키는 단계와, 상기 금속코어에 회로패턴을 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면 인쇄회로기판의 무게를 상대적으로 가볍게 하면서, 열전달성능을 높일 수 있게 되는 이점이 있다.

이하 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 인쇄회로기판 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 2에는 본 발명에 의한 인쇄회로기판이 도시되어 있다. 이에 도시된 바에 따르면, 인쇄회로기판(20)의 내부 중간에는 절연수지층(40)이 구비된다.

상기와 같은 절연수지층(40)의 상하에는 회로패턴(50)이 형성되어 있다. 그리고 상기 절연수지층(40)을 상하로 관통하여 열전달돌기(32)가 형성되어 있다. 상기 열전달돌기(32)는 아래에서 설명될 칩안착부(25)에 안착된 칩(61)에서 발생되는 열을 외부로 전달하는 역할을 한다. 이와 같은 열전달돌기(32)의 형상은 상부가 절단된 원추형으로 하는 것이 바람직하다.

한편, 도 3에는 상기 열전달돌기(32)를 구비한 절연수지층(40)의 구성이 평면도로 도시되어 있는데, 상기 절연수지층(40)의 상면 중앙에 해당되는 부분에는 칩안착부(25)가 형성된다. 상기 칩안착부(25)에는 이에 안착될 칩(61)과의 사이에 전기적 연결을 위한 회로패턴(50)이 형성된다. 이와 같은 칩안착부(25)의 회로패턴(50)은 상기 칩(61)으로의 전원공급을 위한 것이다.

이와 같은 회로패턴(50)은 아래에서 설명되는 바와 같이 인쇄회로기판(20)을 형성하기 위해 공정에서 상기 절연수지층(40)의 상하에 위치되는 금속코어(30)와, 이후에 형성된 도금층(C)을 에칭 등의 공정을 통해 형성한 것이다. 한편, 상기 열전달돌기(32)는 상기 금속코어(30)의 표면을 에칭 등의 공정을 사용하여 형성하는 것으로, 상기 금속코어(30)는 통전성이 좋은 구리재질로 만들어지는 것이 바람직하다.

한편, 상기 회로패턴(50)은 상기 절연수지층(40) 상에 형성되어 있다. 상기 인쇄회로기판(20)의 상하면에 각각 형성되는 회로패턴(50)은 스루홀(34)을 통해 서로 연결되어 있다.

상기 스루홀(34)의 내부에는 솔더리지스터(53)가 충진되어 있고, 상기 솔더리지스터(53)에 의해 상기 인쇄회로기판(20)의 상면에는 와이어본딩패드(55)가 다른 부분과 분리되어 형성되고, 하면에는 솔더볼(67)이 부착되는 볼패드(57)가 형성된다.

이와 같은 구성을 가지는 인쇄회로기판(20)을 사용하는 볼그리드어레이 패키지(60)가 도 4에 도시되어 있다. 이에 따르면, 상기 칩안착부(25)에는 칩(61)이 안착되어 있고, 상기 칩(61)과 상기 회로패턴(50)은 골드와이어(63)를 통해 전기적으로 연결된다. 상기 골드와이어(63)의 일측은 상기 칩(61)에 타측은 상기 와이어본딩패드(45)에 연결된다. 이와 같은 골드와이어(63)는 상기 칩(61)과 회로패턴(50) 사이의 신호전달을 담당한다.

그리고, 상기 칩(61)과 골드와이어(63)는 몰딩컴파운드(65)에 의해 몰딩되어 있어 외부환경에 의한 영향을 받지 않게 된다. 상기 몰딩컴파운드(65)는 상기 칩(61)과 회로패턴(50)에도 외부의 영향이 미치지 않게 한다.

한편, 상기 패키지(60)와 외부 사이의 신호 및 전원연결을 위한 솔더볼(67)이 인쇄회로기판(20)의 하면에 형성된 볼패드(57)에 부착되어 있다.

여기서 도 5를 참고하여 본 발명에 의한 인쇄회로기판을 제조하는 것을 설명하기로 한다. 먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 점선으로 표시한 부분을 포함하는 두께를 가지는 판상형의 금속코어(30)를 가공하여 그 중앙부에 다수개의 열전달돌기(32)를 형성한다. 이때, 상기 열전달돌기(32)를 형성하는 과정은 상기 금속코어(30)의 표면을 고르게 하는 정면가공을 하고, 드라이필름(dry film)을 씌우고, 노광 및 현상을 거쳐 에칭과 드라이필름 박리 및 산화작업의 순서로 진행하여 점선부분의 금속코어(30)를 제거하여 상기 열전달돌기(32)는 상부의 직경이 하부의 직경보다 작게하는 원추형으로 하는 것이 바람직하다.

그리고, 도 5b에 도시된 바와 같이, 절연수지(40)의 중앙부에는 상기 열전달돌기(32)와의 간섭을 피하기 위해 절연수지를 제거한 윈도우(40a)를 형성한다. 상기 윈도우(40a)는 도 3에 도면 부호 25로 표시된 부분에 대응되는 것이다. 상기 절연수지(40)로는 시트형 프리프레그(prepreg)를 사용할 수 있고, 상기 윈도우(40a)의 가공은 펀칭가공으로 하는 것이 바람직하다.

다음으로는 도 5a의 금속코어(30)에 상기 절연수지(40)를 얹고 그 위에 또 하나의 금속코어(30')를 위치시킨다. 이때, 상기 절연수지(40)의 윈도우(40a)에는 상기 열전달돌기(32)가 위치된다. 이와 같은 상태가 도 5c에 도시되어 있다.

그리고는 상기 금속코어(30,30')와 절연수지(40)를 열간/냉간압착하게 된다. 이와 같이 압착작업을 하게 되면, 상기 절연수지(40)가 녹아 겔상태로 되면서 열전달돌기(32)들 사이로 충진되어 상하층의 금속코어(30,30')가 완전히 접착된 상태로 된다. 이때, 상기 상하층의 금속코어(30,30')사이를 통해 빠져나온 절연부재를 제거하고, 그 외곽부에 가이드홀(도시되지 않음)등을 형성한다. 이와 같은 상태는 도 5d에 도시되어 있다.

상기와 같은 상태에서 상기 상하층의 금속코어(30,30')의 표면에 가공을 행한다. 즉, 그 표면을 에칭하여 고르게 하고 적당한 두께로 가공하는 하프에칭공정을 수행하여 도 5e에 도시된 바와 같이 만든다. 이때, 상기 금속코어(30,30')의 두께는 상기 구리도금층(C)과 함께, 에칭공정을 통해 회로패턴(50)이 형성될 수 있을 정도로 만들게 된다.

다음으로는, 도 5f에 도시된 바와 같이 상기 상하층의 금속코어(30,30')를 관통하는 스루홀(34)을 천공하게 된다. 상기 스루홀(34)은 레이저가공, 드릴링작업등을 통해 형성할 수 있으나 반드시 그러한 것은 아니다.

그리고는 상기 스루홀(34)과 금속코어(30,30')의 표면에 구리도금을 시행하여 도금층(C)을 형성하게 된다. 이와 같은 도금층(C)에 의해 인쇄회로기판(20)의 상하면이 전기적으로 연결된다. 도 5g에는 이와 같이 도금층(C)이 형성된 것이 도시되어 있다.

다음으로는 상기 도금층(C)의 표면을 고르게 하는 정면가공한 후, 회로패턴(50)을 형성하는 작업을 하게 된다. 즉, 드라이필름을 부착하고 노광, 현상, 에칭 및 드라이필름 박리작업을 거쳐 원하는 회로패턴(50)을 형성하게 된다. 이와 같이 회로패턴(50)이 형성된 것이 도 5h에 도시되어 있다. 이때, 실제로 회로패턴(50)은 상기 금속코어(30,30')와 구리코어층(C)을 합쳐서 만들어지는 것으로 패턴부가 아닌 곳은 상기 절연수지(40)가 표면으로 드러나게 된다.

그리고, 상기 인쇄회로기판(20)의 상하면과 스루홀(34)에 솔더리지스터(53)를 충진/도포하여 건조시키고, 다시 노광, 현상등의 공정을 거쳐 상면에는 와이어본딩패드(55)를 하면에는 볼패드(57)를 형성한다. 그리고, 상기 와이어본딩패드(55)와 상기 칩안착부(25)를 산화시킨다. 이와 같은 과정이 마쳐진 상태의 인쇄회로기판(20)이 도 5i에 도시되어 있다.

그 다음으로는 상기 칩안착부(25)에 해당되는 부분에, 도 5j와 같이 필러블(Peelable)(P)이 위치시킨 상태로, 상기 패드부(55,57)에 금도금을 하게 된다. 즉, 상기 산화된 상태의 패드부(55,57)에 도금공정을 수행하면 전 공정에서 산화에 의해 발생된 얇은 막이 제거되면서 표면에 금도금이 이루어지게 된다. 이와 같이 필러블(P)을 사용하는 것은 금도금공정이 상기 칩안착부(25)에 행해지면 칩(61)과 칩안착부(25) 사이의 접착이 확실하게 되지 않는 문제점이 있기 때문이다.

마지막으로 상기 필러블(P)을 제거하게 되면, 도 5k에 도시된 바와 같은 인쇄회로기판(20)이 완성된다.

그리고, 본 발명의 인쇄회로기판(20)을 사용하여 도 4에 도시된 바와 같은 볼그리드어레이패키지(60)를 형성하는 것은 다음과 같다. 완성된 인쇄회로기판(20)에 칩(61)을 장착한 후 와이어(63)로 칩(61)과 인쇄회로기판(20)의 회로패턴(50)을 연결시킨 후 칩(61)을 보호하는 몰딩컴파운드(65)로 몰딩작업을 한다. 다음으로 하면의 볼패드(57)에 솔더볼(67)을 형성하면 볼그리드어레이패키지(60)가 완성된다.

상기한 바와 같은 본 발명 실시예의 인쇄회로기판과 그 제조방법의 작용을 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명에 의한 인쇄회로기판(20)을 사용한 볼그리드어레이패키지(60)에서 상기 칩(61)에서 발생한 열이 외부로 방출되는 것이 도 4를 참고하여 상세하게 설명한다. 도 4에 점선화살표로 표시된 바와 같이, 상기 칩(61)에서 발생된 열은 상기 칩안착부(25)를 통해 상기 열전달돌기(32)로 전달되고, 하면의 금속코어(30)와 도금층(C)등과 상기 절연부재(40)를 통해 인쇄회로기판(20)의 측면과 하면을 통해 외부로 전달된다.

그리고, 본원 발명에서는 상기 금속코어(30)가 인쇄회로기판(20)의 제조공정에서 제거되어 실제로 인쇄회로기판(20)이 완성된 상태에서는 회로패턴(50)으로 된 부분을 제외하고는 남아 있지 않게 된다. 따라서, 상대적으로 인쇄회로기판(20)의 무게가 감소되게 되는 이점이 있다.

또한 인쇄회로기판(20)의 제조공정에서 상기 열전달돌기(32)가 상기 절연부재층(40)을 관통하여 설치되도록 하는 압착공정에서 열전달돌기(32)가 상측 금속코어(20)와 완전히 접촉된 상태에서 상기 절연부재층(40)을 형성하는 프리프레그가 상기 열전달돌기(32) 사이사이를 흘러 충진되기 때문에 상기 열전달돌기(32)와 상측 금속코어(30) 부분이 전기적으로 완전하게 접촉할 수 있게 되어 인쇄회로기판(20)의 열방출성능이 제대로 발휘된다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 인쇄회로기판은 칩에서 발생되는 열을 다수개의 열전달돌기를 사용하여 외부로 배출할 수 있도록 하는 것으로, 그 제조공정에서 열전달돌기가 형성된 금속코어의 사이에 위치되는 절연수지층이 상기 열전달돌기의 측면을 통해 유동되어 채워져 형성되므로 금속코어사이를 전기적, 열적으로 연결하는 열전달돌기의 상하면에는 절연수지가 위치되지 않아 접촉이 잘되어 열전달돌기의 열전달성능이 제대로 발휘될 수 있게 되며, 제조공정에서 금속코어가 제거되므로 전체적으로 인쇄회로기판의 무게가 가볍게 되는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 통전성을 가지고 그 상하부에서 외부와 전기적 또는 열적으로 연결되는 다수개의 방열돌기와,

   상기 방열돌기가 상하로 관통하게 설치되는 절연부와,

   상기 방열돌기와 칩을 전기적 또는 열적으로 연결함과 동시에 상기 칩이 안착되게 하는 칩안착부와,

   상기 절연부상에 직접 형성되고, 상기 칩과 외부와의 신호연결을 위한 회로부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 인쇄회로기판.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 방열돌기는 상부가 절단된 원추형상으로서 상기 칩안착부에 대응되는 위치에 다수개가 상기 절연부를 관통하여 설치됨을 특징으로 하는 인쇄회로기판.
3. 전기적으로 절연되는 절연수지와,

   상기 절연수지의 상하면에 형성되는 회로패턴을 가지는 상하금속층과,

   상기 상하금속층을 상기 절연수지를 관통하여 연결하는 다수개의 돌기를 포함하여 구성되는 인쇄회로기판.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 돌기는 상,하 어느 한쪽의 금속층과 일체로 형성되며, 타측 금속층 방향으로 갈수록 직경이 작아지는 원추형인 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판.
5. 금속코어의 표면을 가공하여 방열부를 형성하는 단계와,

   상기 방열부의 상하면을 제외한 부분을 외부와 전기적 또는 열적으로 절연하도록 절연층을 형성하는 단계와,

   상기 절연층의 상하면에 회로패턴을 형성하고, 상기 노출된 방열부와 대응되는 부분에 소자안착부를 형성하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 절연층을 형성하는 단계에서는 상기 방열부의 측면을 통해 절연수지가 유동되도록 함을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 제조방법.
7. 금속코어의 일정영역에 다수개의 원추형 돌기를 형성하는 단계와,

   상기 금속코어에 상기 돌기가 노출되는 절연수지를 적층하고 그 위에 금속코어를 상기 돌기와 접촉하도록 적층하는 단계와,

   상기 절연수지를 상기 돌기 사이에 충진시키는 단계와,

   상기 금속코어에 회로패턴을 형성하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 제조방법.