KR20000055589A - 방열부재를 구비한 인쇄회로기판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 인쇄회로기판(10)은 그 내부에 골조역할을 하는 금속코어(20)가 구비되는데, 상기 금속코어(20)가 방열 및 전원공급의 역할을 하게 된다. 즉, 상기 인쇄회로기판(10)의 상면에 형성된 칩안착부(25)에 안착되는 칩(55)으로부터 발생한 열을 상기 금속코어(20)를 통해 패키지(50)의 하부 및 측부를 통해 외부로 방출하도록 한 것이다. 그리고, 상기 금속코어(20)의 칩안착부(25)에 회로패턴을 형성하여, 상기 금속코어(20)를 통해 외부의 전원이 상기 칩안착부(25)에 안착되어 있는 칩(51)에 전달되도록 하는 것이다. 이와 같은 구성의 본 발명에 의하면 볼그리드어레이 패키지(50)를 경박단소화할 수 있으며, 칩(51)에서 발생하는 열을 패키지(50)의 하부와 측면부를 통해 보다 원활하게 방출할 수 있게 되고, 칩(51)으로의 전원공급을 위한 구성이 간단하게 되는 이점이 있다.

Description

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

본 발명은 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인쇄회로기판 자체에 방열부재를 구비하여 인쇄회로기판에 장착된 소자로부터 발생되는 열을 보다 원활하게 방출하도록 한 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

도 1에는 종래의 볼그리드어레이 패키지가 도시되어 있다. 이에 따르면, 볼그리드어레이 패키지(1)에는 인쇄회로기판(2) 상에 칩(3)이 설치되어 있고, 상기 칩(3)은 몰딩컴파운드(4)로 몰딩되어 외부환경으로부터 보호된다. 그리고, 상기 기판(2)의 하면에는 패키지(1) 외부와의 신호 및 전원전달을 위한 솔더볼(5)이 설치되어 있다. 상기 인쇄회로기판(2)과 칩(3)은 골드와이어(6)에 의해 연결되어 전기적 신호가 상호간에 전달된다.

한편, 상기 칩(3)의 상면에는 상기 칩(3)에서 발생하는 열을 방출하기 위한 히트싱크(7)가 설치되어 있다. 상기 히트싱크(7)는 일반적으로 알루미늄 등의 금속재질로 이루어지고, 그 하면이 상기 칩(3)의 상면과 접촉되고, 그 상면은 상기 몰딩컴파운드(4)의 외부로 노출되어 있다. 그리고, 열의 방출을 보다 원활하게 하기 위해 상기 히트싱크(7)의 상면에는 방열돌부(8)가 형성되어 있다.

이와 같이 히트싱크(7)를 사용하는 것은 상기 칩(3)이 작은 크기의 부품에 엄청난 수의 기능소자가 집적되어 있어, 작동시 상당히 많은 열이 발생하기 때문이다. 따라서 이와 같은 열을 적절히 방열시키지 못하면 전자가 고열에 의해 여기상태가 되므로 칩(3)이 제 기능을 발휘하지 못하게 되므로, 상기와 같이 히트싱크(7)를 설치하여 칩(3)에서 발생하는 열을 방출시키게 된다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 방열구조에는 다음과 같은 문제가 있다.

즉, 패키지(1)에서 칩(3) 및 이와 관련된 부품을 설치함에 있어, 주로 상기 인쇄회로기판(2)의 상부에 부품을 배열하게 된다. 따라서, 패키지(1)의 구성상 상기 칩(3)에서 발생되는 열을 방출하기 위한 히트싱크(7)는 상기 칩(3)의 상부에 설치할 수 밖에 없게 된다. 이와 같이 히트싱크(7)를 칩(3)의 상부에 설치하게 되면, 칩(3)에서 발생된 열이 패키지(1)의 상부로 전달되어 외부로 방출되는 구조가 된다. 이때, 상기 히트싱크(7)를 상기 칩(3)의 상부에 설치하여야 하므로 그만큼 패키지(1)의 크기가 커지게 되고, 주위 부품에 전자기적 영향을 미치는 문제를 유발한다.

또한, 상기와 같이 회로기판의 상면 측으로 방열하도록 구성되어 있는 구조에서는 자체적인 방열이 효율적으로 이루어진다고 하더라도 인접한 다른 부품에 영영향을 미치게 되는 문제점이 있다. 즉, 상기 칩(3)을 구동하기 위해 3 - 5 W 정도의 전력을 공급하기 위한 다수의 골드와이어(6)가 필요한데, 이러한 골드와이어(6)가 열에 의해 절단되는 문제점이 발생한다.

또한, 상기 히트싱크(7)를 설치하여야 하기 때문에 상대적으로 상기 칩(3)과 인쇄회로기판(2) 사이에서 신호와 전력을 전달하기 위한 골드와이어(6)를 설치하기 위한 공간이 부족해지는 문제점도 발생하게 된다.

그리고 이와 같이 방열부재인 히트싱크(7)를 별도로 패키지(1)에 설치하는 경우에는 이를 설치하기 위한 공정이 필요하고 별도의 부품이 추가되는 것이므로 패키지(1)의 원가가 상승되는 문제점이 발생한다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 패키지의 칩에서 발생되는 열을 보다 원활하게 방출하도록 구성된 인쇄회로기판을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 패키지의 구동을 위한 전력공급과 방열을 위한 부품을 일체로 인쇄회로기판에 내장시켜 패키지를 경박단소화하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 패키지의 칩과 외부와의 신호연결을 위한 구성의 설계를 보다 용이하게 만드는 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 볼그리드어레이 패키지의 구성을 보인 단면도.

도 2는 본 발명에 의한 인쇄회로기판의 구성을 보인 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 인쇄회로기판을 구비한 볼그리드어레이 패키지의 구성 및 방열동작을 보인 단면도.

도 4a에서 도 4i는 본 발명에 의한 인쇄회로기판을 제조하는 과정을 순차적으로 보인 작업공정도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10: 인쇄회로기판20: 금속코어

21,21': 돌출부24: 스루홀

25: 칩안착부30: 절연층

40: 회로패턴43: 솔더리지스터

45,45': 와이어본딩패드47: 볼패드

50: 패키지51: 칩

53: 골드와이어55: 몰딩컴파운드

57: 솔더볼

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 통전성을 가지고 그 상하면에서 외부와 전기적, 열적으로 연결되는 방열부재와, 상기 방열부재를 외부와 절연하는 절연부와, 상기 방열부재와 칩을 전기적, 열적으로 연결함과 동시에 상기 칩이 안착되게 하는 칩안착부와, 상기 칩과 외부와의 신호연결을 위한 회로부를 포함하여 구성된다.

상기 방열부재는 인쇄회로기판의 내부에 설치되어 골조역할을 하고 상기 칩안착부에서만 외부와 전기적, 열적으로 연결된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명은 통전성재료를 가공하여 방열작용을 하는 금속코어를 형성하는 단계와, 상기 금속코어의 일부가 노출되도록 하여 외부와 전기적, 열적 연결이 가능하게 절연재로 둘러싸인 기판을 제조하는 단계와, 상기 절연재로 둘러싸인 기판에 회로패턴을 형성하고 상기 노출된 금속코어부분에 소자안착부를 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.

이와 같은 본 발명에 의하면 인쇄회로기판 자체에 방열부재가 내장되어 패키지의 칩에서 발생되는 열을 상기 방열부재를 통해 효과적으로 방출할 수 있게 되어 별도의 방열부재를 칩의 상부에 설치하지 않아도 되어 패키지를 경박단소화할 수 있고 패키지 제조공정이 간단하게 되는 이점이 있다. 또한, 상기 방열부재를 통해 칩의 구동에 필요한 전원을 공급할 수 있어 인쇄회로기판의 회로부와 칩 사이의 전원연결을 위한 구성이 필요없게 되어 회로부와 칩 사이의 연결을 위한 설계가 용이하게 되는 이점도 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(10)의 내부에는 골조역할을 하는 금속코어(20)가 구비된다. 상기 금속코어(20)는 인쇄회로기판(10)의 일면에 형성된 칩안착부(25)에 안착되는 칩(51)에서 발생하는 열을 인쇄회로기판(10)을 통해 방출하는 역할을 하게 된다.

상기 금속코어(20)의 대략 중앙부에는 상하면으로 각각 돌출부(21,21')가 형성되고, 상기 돌출부(21) 상에 칩안착부(25)가 형성된다. 상기 칩안착부(25)에는 이에 안착될 칩(51)과 상기 금속코어(20) 사이의 전기적 연결을 위한 회로패턴이 형성된다.

이와 같은 칩안착부(25)의 회로패턴은 상기 칩(51)으로의 전원공급을 위한 것이다. 따라서, 상기 금속코어(20)는 통전성이 좋은 구리재질로 만들어지는 것이 다. 즉, 상기 금속코어(20)를 통해 외부의 전원이 상기 회로패턴을 거쳐 칩(51)으로 전달될 수 있도록 구성된다.

그리고, 상기 금속코어(20)의 상기 돌출부(21,21')를 제외한 부분은 절연층(30)으로 둘러싸여 있고, 상기 절연층(30) 상에는 회로패턴(40)이 형성되어 있다. 상기 인쇄회로기판(10)의 상하면에 각각 형성되는 회로패턴(40)은 스루홀(24)을 통해 서로 연결되어 있다.

상기 스루홀(24)의 내부에는 솔더리지스터(43)가 충진되고, 상기 솔더리지스터(43)에 의해 상기 인쇄회로기판(10)의 상면에는 와이어본딩패드(45,45')가 다른 부분과 분리되어 형성되고, 하면에는 솔더볼(57)이 부착되는 볼패드(47)가 형성된다.

이와 같은 구성을 가지는 인쇄회로기판(10)을 사용하는 볼그리드어레이 패키지(50)가 도 3에 도시되어 있다. 이에 따르면, 상기 칩안착부(25)에는 칩(51)이 안착되어 있고, 상기 칩(51)과 상기 회로패턴(40)은 골드와이어(53)를 통해 전기적으로 연결된다. 상기 골드와이어(53)의 일측은 상기 칩(51)에 타측은 상기 와이어본딩패드(45,45')에 연결된다. 이와 같은 골드와이어(53)는 상기 칩(51)과 회로패턴(40) 사이의 신호전달을 담당한다.

그리고, 상기 칩(51)과 골드와이어(53)는 몰딩컴파운드(55)에 의해 몰딩되어 있다. 따라서, 상기 칩(51)과 골드와이어(53) 및 회로패턴(40)에 외부 환경에 의한 영향이 미치지 않게 된다.

한편, 상기 패키지(50)와 외부 사이의 신호 및 전원연결을 위한 솔더볼(57)이 인쇄회로기판(10)의 하면에 형성된 볼패드(47)에 부착되어 있다.

여기서, 도 4를 참고하여 본 발명의 인쇄회로기판(10)을 제조하는 것을 설명하기로 한다. 먼저, 평평한 구리판인 금속코어(20)를 적절한 크기로 절단하고, 도 4a에 도시된 바와 같이, 필요한 스루홀(24)을 드릴링작업으로 천공한다. 상기 금속코어(20)는 방열을 위해 열전도율이 양호하고, 칩(51)에의 전원공급을 위해 전기적 통전성능이 좋은 구리를 사용한 것이다. 하지만 전열성능과 통전성능이 좋은 다른 재질이 있다면 어떤 것을 사용하여도 상관없다.

이와 같이 스루홀(24)을 천공한 후에는 금속코어(20)의 상하면을 고르게 하는 정면가공을 한 후 드라이필름(dry film)(도시되지 않음)을 상기 금속코어(20)의 상하면에 도포(laminate)한다. 그리고는 통상적인 노광과 현상공정을 거쳐 에칭을 실시한다.

이때, 상기 금속코어(20)의 대략 중앙부분, 즉 칩안착부(25)가 형성될 부분과 이와 반대되는 부분에는 드라이필름이 도포된 상태로 에칭작업을 하여 초기의 두께가 유지되도록 하여 돌출부(21,21')를 형성한다. 다시 말해, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 칩안착부(25)가 형성될 금속코어(20)의 돌출부(21,21')를 다른 부분보다 상대적으로 두껍게 하고 나머지 부분은 상대적으로 얇게 한 것이다. 이와 같이 돌출부(21,21')의 형성을 마친 후에는 돌출부(21,21')에 남아 있는 드라이필름을 제거하게 된다.

그리고는, 도 4c에 도시된 바와 같이, 절연층(30)을 형성하게 된다. 즉, 상기 금속코어(20)의 표면을 거칠게 하는 산화(black oxide)공정을 거쳐 상기 기판을 충분히 덮을 만큼 절연성질을 가진 수지(resin)를 도포한 후 진공압착하여 경화시키면 상기 수지가 상기 금속코어(20)에 밀착되어 부착된 상태가 된다. 그리고, 상기 절연층(30)의 두께를 일정하게 하고 표면의 정도를 높이도록 상하면을 고르게 하는 레벨링(levelling)공정을 실시한다. 이때, 상기 금속코어(20)의 돌출부(21,21')는 상기 절연층(30)의 표면에 노출되게 한다.

다음으로는 상기 스루홀(24)에 충진되어 있는 상기 수지를 제거하여 도 4d에 도시된 바와 같이 만들어 준다. 그리고 나서는 인쇄회로기판(10)의 회로패턴(40)을 형성하기 위한 공정을 진행하게 된다.

먼저, 도 4d의 상태에서 상기 절연층(30)의 표면과 금속코어(20)의 돌출부(21,21')의 부분에 구리도금을 하여 구리도금층(C)을 형성한다. 이때, 상기 구리도금층(C)은 도 4e에 도시된 바와 같이 스루홀(24)의 내부까지 형성된다. 그리고, 상기 금속코어(20)와 구리도금층(C)은 상기 돌출부(21,21')를 통해 전기적으로 도통상태가 된다.

이와 같은 상태에서 상기 구리도금층(C)의 표면을 고르게 한 후 노광, 현상 및 에칭공정을 통해 회로패턴(40)을 형성하게 된다. 이때, 상기 구리도금층(C)중 에칭된 부분은 구리도금층(C)이 제거되어 상기 절연층(30)이 노출된 상태가 된다. 이는 도 4f에 도시되어 있다. 여기서 상기 금속코어(20)의 상면 돌출부(21)에는 칩(51)이 안착되는 칩안착부(25)가 형성된다. 이와 같이 형성된 회로패턴(40)의 상하면은 상기 스루홀(24)을 통해 연결된다.

그리고, 상기 인쇄회로기판(10)의 상하면과 스루홀(24)에 솔더리지스터(43)를 충진/도포하여 건조시키고, 다시 노광, 현상 등의 공정을 거쳐 상면에는 와이어본딩패드(45,45')를 하면에는 볼패드(47)를 형성한다. 그리고, 상기 패드부(45,45',47)를 산화시킨다. 이와 같은 과정이 마쳐진 상태의 인쇄회로기판(10)이 도 4g에 도시되어 있다.

그 다음으로는 상기 패드부(45,45',47)에 금도금을 하게 된다. 즉, 상기 산화된 상태의 패드부(45,45',47)에 도금공정을 수행하면 전 공정에서 산화에 의해 발생된 얇은 막이 제거되면서 표면에 금도금이 이루어지게 된다. 이때, 상기 칩안착부(25)에는, 도 4h와 같이, 마스킹재료의 일종인 필러블(peelable)(P)이 위치된다. 이와 같이 필러블(P)을 사용하는 것은 금도금공정이 상기 칩안착부에 행해지면 칩(51)과 칩안착부(25) 사이의 접착이 확실하게 되지 않는 문제점이 있기 때문이다.

마지막으로 상기 필러블(P)을 제거하게 되면 도 4i에 도시된 바와 같은 인쇄회로기판(10)이 완성된다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의한 인쇄회로기판과 그 제조방법의 작용을 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명에 의한 인쇄회로기판(10)을 사용한 볼그리드어레이 패키지(50)에서 상기 칩(51)에서 발생한 열이 방출되는 것을 도 3을 참고하여 설명한다. 도 3에 점선화살표로 표시된 바와 같이, 상기 칩(51)에서 발생하는 열은 상기 칩안착부(25)를 통해 상기 금속코어(20)의 돌출부(21)로 전달되고, 상기 금속코어(20)에서 상기 인쇄회로기판(10)의 하면을 통해 외부로 전달되거나, 금속코어(20)를 통해 측면으로 전달되어 방열된다.

그리고, 상기 인쇄회로기판(10)의 내부에 구비된 금속코어(20)는 상기 칩안착부(25)의 회로패턴을 통해 상기 칩(51)으로 전원을 공급하는 역할을 한다. 즉, 상기 인쇄회로기판(10)의 하면에 부착되어 있는 일부 솔더볼(57)을 통해 공급되는 전원이 상기 금속코어(20)와 칩안착부(25)의 회로패턴을 통해 상기 칩(51)으로 전달되는 것이다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면 인쇄회로기판 자체에 방열부재가 구비되어 있어 상기 인쇄회로기판상에 안착된 칩의 열을 상기 방열부재가 일차로 흡수하고, 흡수된 열을 칩이 탑재되는 인쇄회로기판의 반대면 측과 측면을 통해 외부로 전달하게 된다. 따라서, 이와 같은 인쇄회로기판이 사용되는 패키지에서 발생하는 열을 효과적으로 방출하면서도 패키지의 크기를 경박단소화할 수 있는 효과를 가진다.

그리고, 상기 방열부재를 구리재질로 형성하여 외부로부터 칩으로 전원을 공급할 수 있도록 하였다. 따라서, 인쇄회로기판의 회로패턴을 통해 칩으로 전원을 공급하기 위한 별도의 와이어를 설치하지 않아도 되므로 패키지의 회로패턴 배치설계가 보다 용이하게 되고 칩과 회로패턴 사이의 연결을 위한 구성이 간단하게 되는 효과도 있다.

또한, 패키지의 제작중 별도로 방열부재를 설치하기 위한 공정을 수행하지 않아도 되므로 작업공정이 단순화되어 제조원가를 낮출 수 있고, 패키지의 내부에서 발생된 열이 패키지의 상부가 아닌 하부, 즉 인쇄회로기판을 통해 외부로 배출되므로 열에 의한 패키지 내부부품의 손상을 방지할 수 있는 효과도 있다.

Claims (4)

1. 통전성을 가지고 그 상하면에서 외부와 전기적, 열적으로 연결되는 방열부재와,

   상기 방열부재를 외부와 절연하는 절연부와,

   상기 방열부재와 칩을 전기적, 열적으로 연결함과 동시에 상기 칩이 안착되게 하는 칩안착부와,

   상기 칩과 외부와의 신호연결을 위한 회로부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 인쇄회로기판.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 방열부재는 인쇄회로기판의 내부에 설치되어 골조역할을 하고 상기 칩안착부 상하면에서만 외부와 전기적, 열적으로 연결됨을 특징으로 하는 인쇄회로기판.
3. 통전성재료를 가공하여 방열작용을 하는 금속코어를 형성하는 단계와,

   상기 금속코어의 일부가 노출되도록 하여 외부와 전기적, 열적 연결이 가능하게 절연재로 둘러싸인 기판을 제조하는 단계와,

   상기 절연재로 둘러싸인 기판에 회로패턴을 형성하고 상기 노출된 금속코어부분에 소자안착부를 형성하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 인쇄회로기판 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 소자안착부가 형성되는 금속코어의 상면과 그에 대응되는 하면은 금속코어의 다른 면보다 상대적으로 돌출되게 형성됨을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 제조방법.