KR20000058536A - 고집적 회로용 혼성 세라믹 인쇄회로기판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 FR4나 에폭시 및 필름 등의 재질의 PCB와 세라믹 PCB의 결합으로 고집적 PCB를 제조함으로서 제조단가 및 제품의 부피를 줄일 수 있도록 하는 고집적 회로용 세라믹 인쇄회로기판에 관한 것이다. 본 발명은 FR4 또는 에폭시(epoxy) PCB인 일반 PCB나 혹은 필름 PCB로 구성되어 고밀도의 회로소자 및/또는 회로패턴을 탑재하기 위한 1층(Layer) 이상의 다층구조로 되어있는 상판(top) 및 세라믹 PCB로 구성되어 온도특성 등을 달성하기 위한 하판(bottom)과, 상기 상판과 상기 하판이 솔더링(soldering) 및/또는 고온의 스퍼터링(sputtering) 방식으로 결합되어 연결되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 일반 PCB로만 구성된 제품(TCXO, VC-TCXO 등)의 온도특성을 크게 개선할 수 있고, 세라믹 PCB로는 불가능한 고집적도의 제품구성이 가능하게 되어 제조가격을 절감하고 회로집적도(제품의 크기 및 무게)를 향상시킬 수 있으며, 세라믹 PCB가 갖는 낮은 전도특성도 개선할 수 있는 것이다.

Description

고집적 회로용 혼성 세라믹 인쇄회로기판{Hybrid Ceramic PCB Substrate for Highly Integrated Circuits}
본 발명은 각종 전기적 부품과 이를 연결할 수 있는 회로 패턴(Circuit Pattern)을 탑재한 PCB(Printed Circuit Board)를 이용하여 모듈(Module) 또는 부품을 구현하기 위해 사용하였던 FR4 또는 에폭시(Epoxy) 등의 재질로 구성된 PCB와 온도특성 개선을 위한 사용하고 있는 세라믹 PCB(Ceramic Substrate)의 단점을 상호 보완하고 저렴한 비용으로 우수한 특성의 부품을 구현할 수 있는 고집적 회로용 혼성 세라믹 인쇄회로기판에 관한 것이다.
통상적으로 이동통신 부품으로 널리 이용되는 VCO(전압제어발진기, Voltage Controlled Oscillator), TCXO(온도보상형 수정발진기, Temperature-Compensated Crystal Oscillator) 또는 VC-TCXO (전압제어 온도보상형 수정발진기, Voltage Controlled TCXO) 등의 부품은 크기 및 부피가 급속히 줄어들고 있어 회로구현을 위한 집적도의 향상이 필요하다.
상기 부품은 전기적 회로소자를 탑재하고 이를 연결하는 연결수단인 회로 패턴이 포함되어있는 PCB를 사용하여 구성되며, 상기 PCB는 고밀도의 집적화를 위하여 일반적으로 2층(Layer) 이상의 다층구조 PCB로 설계된다. 상기 PCB 제작용 재질로는 제조공정의 용이성 때문에 일반적인 PCB로 널리 사용되는 FR4 또는 에폭시 기판과 온도특성이 우수한 세라믹 재질의 기판으로 구분된다.
도 1은 기존의 세라믹 기판의 구조를 나타낸 것으로서, 세라믹 PCB(101) 사이에 회로패턴(104)을 구현하여 이루어지며, 온도특성이 뛰어나다는 장점이 있으나 고밀도의 회로구현이 어렵고 제작 단가가 매우 높다는 결점이 있다.
도 2는 일반적인 회로 기판으로 널리 사용되는 FR4 또는 에폭시 재질로 이루어진 PCB(201)로 2층 이상의 다층 기판의 구현이 가능하여 회로의 집적화가 쉽고 가격이 저렴하다는 이점을 가지나, 온도특성이 매우 나쁘다는 단점이 있다.
상기의 두 재질로 이루어진 기판은 기판재질에 의해 얻어지는 커다란 장점들을 지니고 있지만 두 기판들 사이의 상반되는 단점들도 아울러 가지고 있다.
세라믹 PCB(101)가 갖는 장점으로는 패키징(Packaging)시의 밀폐성이 우수하고 작은 크기로 회로구성이 가능하다는 것이다. 또한 세라믹의 확장 온도계수(6.57×10-6/˚C)가 수정 결정체(quartz crystal)의 확장 온도계수(7.8/14.3×10-6/˚C)와 비슷하여 우수한 온도특성의 발진기 관련소자를 구현할 수 있으며 기구적 강도가 매우 높아 파손 등의 문제를 줄일 수 있다.
반면에 세라믹 PCB(101)가 갖는 단점으로는 확장 온도계수가 FR4나 에폭시 등의 PCB 재질에 비해 훨씬 떨어지며, 기판 및 패키징에 필요한 비용이 매우 높아 새로운 제품 설계에 필요한 가격부담도 크다는 단점이 있다. 또한 기존 PCB 회로패턴에 비해 전기적 전도도가 떨어지며, 휨, 뒤틀림 등의 토오크에 약하다는 단점을 가지며, 집적화를 위한 다층기판의 설계, PCB의 제작, 수정 및 보완 작업이 매우 어렵다는 단점을 지닌다.
그리고, FR4나 에폭시 등의 재질로 구성된 일반적인 PCB는 PCB 설계제작이 용이하고, 수정 보완이 쉬우며, 적은 비용으로 PCB를 구성할 수 있다는 이점은 있으나, 특성 변화 즉 온도특성이 세라믹 PCB에 비해 떨어진다는 단점이 있다.
세라믹 PCB와 일반 PCB의 특성이 위와 같음에도 불구하고 PCB를 이용하여 만들어지는 종래의 시스템 및 부품 제작 방식에서는 상기의 두 가지 방법 중 한가지 방법만을 사용하고 있어 각 방식이 지니는 장점을 얻을 수는 있지만 더불어 단점들도 동시에 가질 수밖에 없다는 한계를 갖는다.
본 발명의 목적은, 세라믹 PCB를 이용한 방식과 일반 PCB를 이용한 방식들을 결합하여 두 방식의 장점을 최대로 살림으로써 저렴한 비용과 설계 제작의 용이함과 아울러 회로의 고집적화를 달성하고자 할뿐 아니라 온도특성이 우수한 기판 설계방식을 제공하고, 더 나아가서는 우수한 특성의 무선부품 구현할 수 있도록 하는 고집적 회로용 혼성 세라믹 인쇄회로기판을 제공하는 데 있다.
도 1은 기존 방식의 세라믹 PCB로 구성된 PCB를 나타낸 분리 사시도이다.
도 2는 기존 방식의 FR4 혹은 에폭시 등의 재질로 구성된 PCB를 나타낸 분리 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 PCB와 세라믹 PCB를 결합시킨 상태를 나타낸 절개 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 필름 PCB와 세라믹 PCB를 결합시킨 상태를 나타낸 절개 사시도이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
11 : FR4 PCB 12,22 : 세라믹 PCB
13,14,23,24 : 회로패턴 15,25 : 관통홀
16,26 : 비아 17,27 : 패드
21 : 필름 PCB
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고집적 회로용 혼성 세라믹 인쇄회로기판의 하나의 실시예는, FR4 또는 에폭시(epoxy) PCB인 일반 PCB로 구성되며 고밀도의 회로소자 및/또는 회로패턴을 탑재하기 위한 1층(Layer) 이상의 다층구조로 되어있는 상판(top) 및 세라믹 PCB로 구성되며 온도특성 등을 달성하기 위한 하판(bottom)과, 상기 상판과 상기 하판이 솔더링(soldering) 및/또는 고온의 스퍼터링(sputtering) 방식으로 결합되어 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 FR4 또는 에폭시 PCB의 상판에는 회로소자들이 장착되어 회로적으로 동작될 수 있도록 라우팅(routing) 또는 솔더 마스크(solder mask)가 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 FR4 또는 에폭시 PCB의 상판에 탑재된 회로소자들의 동작을 위한 전원선, 제어선, 출력선 등에 대응하는 회로패턴이 세라믹 PCB 위에 형성되고, 상기 회로패턴은 상판 상면의 회로패턴과 관통홀(through hole)에 의해 전기적으로 접속되는 한편 솔더링을 위한 하판 저면의 패드(pad)와 비아(Via)에 의해 전기적으로 접속되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 고집적 회로용 혼성 세라믹 인쇄회로기판의 다른 하나의 실시예는, 필름 PCB로 구성되며 고밀도의 회로소자 및 회로패턴 탑재하기 위한 1층(Layer) 이상의 다층구조로 되어 있는 상판 및 세라믹 PCB로 구성되며 온도특성 등을 달성하기 위한 하판과, 상기 상판과 상기 하판이 솔더링 및/또는 고온의 스퍼터링 방식으로 결합되어 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 필름 PCB의 상판에는 회로소자들이 장착되어 회로적으로 동작될 수 있도록 라우팅이나 솔더 마스크가 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 필름 PCB의 상판에 탑재된 소자들의 동작을 위한 전원선, 제어선, 출력선 등에 대응하는 회로패턴이 세라믹 PCB 위에 형성되고, 상기 회로패턴은 상판 상면의 회로패턴과 관통홀에 의해 전기적으로 접속되는 한편 솔더링을 위한 하판 저면의 패드와 비아에 의해 전기적으로 접속되는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시도면과 함께 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 도 3에 도시한 것처럼, 고밀도의 회로소자 및/또는 회로패턴을 탑재하기 위한 1층(Layer) 이상의 다층구조로 되어있는 상판, 즉 FR4 혹은 에폭시 재질로 이루어진 PCB(11)와 온도특성 등을 달성하기 위한 하판, 즉 세라믹 재질로 이루어진 PCB(12)로 구성되는 데, FR4 PCB(11)와 세라믹 PCB(12)는 솔더링(soldering) 및/또는 고온의 스퍼터링(sputtering) 방식으로 결합 연결되어 있다.
여기서, FR4 PCB(11)는 온도에 대한 영향을 많이 받는 재질이지만, 다층구조의 PCB 제작이 용이하고 가격이 저렴하다는 특징으로 갖는다. 이러한 FR4 PCB(11)를 사용한 것은 저 비용으로 부품을 고밀도로 집적화하기 위함이다.
도 3에 도시된 것처럼, FR4 PCB(11)의 회로패턴(13)에는 부품이 솔더링 될 수 있도록 패드가 위치하게 되고, FR4 PCB(11)의 회로패턴(13)과 세라믹 PCB(12)의 회로패턴(14)에는 라우팅선이 연결되어 전체적으로 회로를 구성하고 있다.
또한, FR4 PCB(11)의 회로패턴(13)과 세라믹 PCB(12)의 회로패턴(14)을 연결하기 위해 각 위치에서 관통홀(15)이 형성되어 있고, 세라믹 PCB(12)의 회로패턴(14)과 세라믹 PCB(12) 저면의 솔더 패드(17)를 연결하기 위해서 비아(16)가 구비되어 있어, 2층의 PCB 형태를 취한다.
특히, 본 발명은 세라믹 PCB(12)의 회로패턴(14) 중 입력출력부를 비아(16)를 이용하여 세라믹 PCB(12) 저면의 솔더 패드(17)에 접속할 수 있을 뿐만 아니라 FR4 PCB(11)에 라우팅된 회로패턴을 세라믹 PCB(12)에 구성할 수 있어, 각각의 부품 특성에 맞추어 적절하게 적용할 수 있다는 이점을 갖는다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 고밀도의 회로소자 및/또는 회로패턴을 탑재하기 위한 1층(Layer) 이상의 다층구조로 되어있는 상판, 즉 필름 재질로 이루어진 PCB(21)와 온도특성 등을 달성하기 위한 하판, 즉 세라믹 재질로 이루어진 PCB(22)로 구성되는 데, 필름 PCB(21)와 세라믹 PCB(22)는 솔더링(soldering) 및/또는 고온의 스퍼터링(sputtering) 방식으로 결합 연결되어 있다. 위의 필름 재질의 얇은 박막 형태의 PCB(21)는 매우 얇은 형태를 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에서도 FR4 혹은 에폭시 재질의 PCB를 사용하는 실시예와 마찬가지로 필름 PCB(21)의 회로패턴(23)과 세라믹 PCB(22)의 회로패턴(24)을 연결하기 위해 각 위치에서 관통홀(25)이 형성되어 있고, 세라믹 PCB(22)의 회로패턴(24)과 세라믹 PCB(22) 저면의 솔더 패드(27)를 연결하기 위해서 비아(26)가 구비되어 있어, 2층의 PCB 형태를 취한다.
특히, 관통홀(25)와 비아(26) 이외에도 두 PCB(21)(22)의 회로패턴(23)(24)을 상호 연결하는 연결수단으로는 솔더 패드를 이용한 납땜, 스퍼터링, 압축 밀착방식, 커넥터 방식 등을 들 수 있다.
본 발명에 의하면, FR4 혹은 에폭시 재질의 PCB로 상판층들이 구성되기 때문에 실제 회로구현이 용이하고 차후 수정 보완을 매우 용이하게 할 수 있으며, 고집적도의 회로, 부품 또는 시스템을 매우 저렴한 가격으로 구현할 수 있다는 이점이 있다.
또한, FR4나 에폭시 재질의 PCB가 가지고 있는 단점인 온도에 대한 영향을 세라믹 PCB을 사용함으로써 저감시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있어 세라믹 PCB와 같은 수준의 온도 특성을 갖는 고집적도의 제품 구현이 가능하다는 이점이 있다.
다만, 온도에 대한 영향은 공기 중으로부터 받는 부분도 있을 수 있으나, 실질적으로 메인보드(Main board)로부터 대부분의 열을 받기 때문에 메인보드와 연결되는 부분을 세라믹 PCB을 사용하여 연결함으로써 메인보드로부터 받는 열을 최소화 할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명에 의하면 세라믹 PCB로만 제작된 제품에 비해 상당한 비용 절감을 가져올 수 있으며, 세라믹 PCB로만 제작된 제품의 경우 진동 및 기계적 용력에 약하여 충격에 의한 파손으로 회로 자체를 사용하지 못하고 부품을 교체해야 하지만 본 발명의 경우 세라믹 PCB가 파손된 경우 PCB 기판을 분리해 다른 세라믹 PCB에 부착시킴으로써 부품을 복원할 수 있어 제 2의 비용절감을 가져올 수 있다는 이점이 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 한하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (7)

  1. 일반 PCB로 구성되며 고밀도의 회로소자 및/또는 회로패턴을 탑재하기 위한 1층 (Layer) 이상의 다층구조로 되어있는 상판(top); 및
    세라믹 PCB로 구성되며 온도특성 등을 달성하기 위한 하판(bottom);
    상기 상판과 상기 하판이 솔더링(soldering) 및/또는 고온의 스퍼터링(sputtering) 방식으로 결합되어 연결되는 것을 특징으로 하는 고집적 회로용 혼성 세라믹 인쇄회로기판.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 일반 PCB는, FR4 또는 에폭시(epoxy) PCB인 것을 특징으로 하는 상기 고집적 회로용 혼성 세라믹 인쇄회로기판.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 FR4 또는 에폭시 PCB의 상판에는 회로소자들이 장착되어 회로적으로 동작될 수 있도록 라우팅(routing) 또는 솔더 마스크(solder mask)가 형성되는 것을 특징으로 하는 상기 고집적 회로용 혼성 세라믹 인쇄회로기판.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 FR4 또는 에폭시 PCB의 상판에 탑재된 회로소자들의 동작을 위한 전원선, 제어선, 출력선 등에 대응하는 회로패턴이 세라믹 PCB 위에 형성되고, 상기 회로패턴은 상판 상면의 회로패턴과 관통홀(through hole)에 의해 전기적으로 접속되는 한편 솔더링을 위한 하판 저면의 패드(pad)와 비아(Via)에 의해 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 상기 고집적 회로용 혼성 세라믹 인쇄회로기판.
  5. 필름 PCB로 구성되며 고밀도의 회로소자 및 회로패턴 탑재하기 위한 1층(Layer) 이상의 다층구조로 되어 있는 상판; 및
    세라믹 PCB로 구성되며 온도특성 등을 달성하기 위한 하판;
    상기 상판과 상기 하판이 솔더링 및/또는 고온의 스퍼터링 방식으로 결합되어 연결되는 것을 특징으로 하는 고집적 회로용 혼성 세라믹 인쇄회로기판.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 필름 PCB의 상판에는 회로소자들이 장착되어 회로적으로 동작될 수 있도록 라우팅이나 솔더 마스크가 형성되는 것을 특징으로 하는 상기 고집적 회로용 혼성 세라믹 인쇄회로기판.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 필름 PCB의 상판에 탑재된 소자들의 동작을 위한 전원선, 제어선, 출력선 등에 대응하는 회로패턴이 세라믹 PCB 위에 형성되고, 상기 회로패턴은 상판 상면의 회로패턴과 관통홀에 의해 전기적으로 접속되는 한편 솔더링을 위한 하판 저면의 패드와 비아에 의해 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 상기 고집적 회로용 혼성 세라믹 인쇄회로기판.
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