KR20030041653A

KR20030041653A - 플립칩비지에이에서 접착성이 향상된 일체형 방열판을이용하여 그라운드를 확보하는 방법

Info

Publication number: KR20030041653A
Application number: KR1020010072577A
Authority: KR
Inventors: 주동욱
Original assignee: 주동욱
Priority date: 2001-11-21
Filing date: 2001-11-21
Publication date: 2003-05-27

Abstract

본 발명은 플립칩비지에이(Flip-chip BGA)에 있어 접착성이 향상된 일체형으로 형성된 방열판을 이용하여 방열기능과 그라운딩 기능을 동시에 수행하도록 하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 중앙에 볼록부가 형성된 전도성의 베이스메탈 상면에 전도성 금속을 도금한 도금층이 형성되고 베이스메탈의 하면에는 비전도성의 산화피막층이 형성되며 상기 베이스메탈과 전기적으로 연결하기 위한 그라운드영역이 하측면에 다수 형성된 일체형 방열판의 그라운드영역을 칩이 세팅된 PCB기판의 상면에 형성된 다른 그라운드영역과 대응시킨 후 전도성점착제로 접착시켜 이들을 전기적으로 연결하되, 상기 볼록부 내측의 기밀성이 유지되도록 비전도성점착제를 PCB기판 둘레에 둘러 접착하여 고정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 효율적으로 패키지의 열적, 전기적 안정성을 확보할 수 있고, 제작 공정이 단순해져 생산비가 절감되며, 적은면적으로 그라운드를 확보함으로써 PCB기판을 용이하게 설계할 수 있는 효과가 있다.

Description

플립칩비지에이에서 접착성이 향상된 일체형 방열판을 이용하여 그라운드를 확보하는 방법{Method of ensuring grounding using one piece type heating slug improved adhesive power in a Flip-Chip BGA}

현재 반도체 패키지는 정보통신의 발달 및 장비의 복잡성으로 인해서 점점 소형화되고 집적화되어 가고 있다.

이러한 반도체 패키지의 소형화 및 집적화 추세에 따라 반도체 패키지 기술도 같은 면적에 더 많은 게이트(GATE)를 확보하기 위하여 발전되고 있으나, 열적 문제와 그라운딩(GROUDING) 문제가 항상 해결해야할 문제로 대두되고 있다.

이에 대해서 종래에 사용되고 있는 플라스틱 볼 그리드 어레이(PBGA) 패키지는 상기한 열문제와 그라운딩 문제를 효과적으로 해결하기 어려울 것으로 전망된다.

그래서 최근에는 플립칩비지에이(Flip-Chip BGA, 이하 FCBGA)가 개발되고 있다. 이러한 FCBGA는 종래의 PBGA에 비하여 동일한 단위면적내에 더 큰 칩을 설계할 수 있는 장점이 있어 개발이 한층 가속화되고 있다. 즉, PBGA는 칩과 PCB기판을 와이어로 연결한 후 플라스틱수지로 몰딩하였기 때문에 와이어본딩을 위한 면적이 필요했으나, FCBGA는 도 1에서 도시하는 바와 같이 칩(3) 하측에 형성된 범퍼(5)를 통해 PCB기판(1)과 전기적으로 접속되므로 그만큼 면적이 줄어들게 되는 것이다. 여기서 미설명 부호 (2)는 솔더볼이고, (4)는 점착제이다.

그러나 이러한 장점을 가지고 있는 FCBGA는 몰딩을 하지 않기 때문에 패키지의 견고성 및 열적 방출에는 상대적으로 약한 면이 있다. 그러므로 일반적으로 도 1에서 도시하는 바와 같이 칩(3)이 세팅된 중앙부분에 중공부가 형성된 제1방열판(6)과 평평한 형상의 제2방열판(7)을 점착제(8)로 접착시켜 고정함으로써 칩(3)을 보호하고 열을 방출하도록 설계된다. 그러나 이러한 구조는 방열판이 일체형이 아니므로 그 구성이 복잡하고 작업공정이 많은 문제가 있으며, 생산단가 또한 동반하여 상승하는 문제가 있다.

본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위해 창출된 것으로 접착성이 향상된 일체형 방열판을 이용하여 방열문제와 그라운딩 문제를 동시에 해결하기 위한 플립칩비지에이(Flip-Chip BGA)에서 접착성이 향상된 일체형 방열판을 이용하여 그라운드를 확보하는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중앙에 볼록부가 형성된 전도성의 베이스메탈 상면에 전도성 금속을 도금한 도금층이 형성되고 베이스메탈의 하면에는 비전도성의 산화피막층이 형성되며 상기 베이스메탈과 전기적으로 연결하기 위한 그라운드영역이 하측면에 다수 형성된 일체형 방열판의 그라운드영역을 칩이 세팅된 PCB기판의 상면에 형성된 다른 그라운드영역과 대응시킨 후 전도성점착제로 접착시켜 이들을 전기적으로 연결하되, 상기 볼록부 내측의 기밀성이 유지되도록 비전도성점착제를 PCB기판 둘레에 둘러 접착하여 고정하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 플립칩비지에이(Flip-Chip BGA) 방열판 구조를 보이는 단면도

도 2는 본 발명에 의한 플립칩비지에이 패키지의 일실시예 단면도

도 3은 본 발명에 의한 일체형 방열판의 일실시예 사시도(저면)

도 4는 본 발명에 의한 일체형 방열판의 다른 실시예 단면도

도 5는 본 발명에 의한 PCB기판을 보이는 사시도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : PCB기판12, 34 : 그라운드영역

20 : 칩30 : 일체형 방열판

31 : 베이스메탈32 : 도금층

33 : 산화피막층35 : 볼록부

36 : 레그40 : 전도성점착제

41 : 비전도성점착제

이하 첨부된 도면을 참조한 상세한 설명으로 본 발명의 구체적인 특징 및 이점은 더욱 명확해 질 것이다.

본 발명에서는 접착면이 산화처리되어 접착성이 향상된 일체형 방열판(30)을 이용하여 방열문제와 그라운드 문제를 동시해 해결해 주는 방법을 제시하는바, 그 자세한 내용은 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 사용되는 일체형 방열판(30)은 전도성이 뛰어난 금속재질, 바람직하게는 구리(Cu)가 베이스메탈(31)의 재질로 사용되며, 상기 베이스메탈(31)의 상면에는 시각효과를 높이고 마킹성(Marking)을 향상시키기 위해서 전도성 금속을 도금한 도금층(32)이 형성된다. 여기서 전도성 금속으로는 니켈(Ni)과 크롬(Cr)을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고 도 2 및 도 3에서 도시하는 바와 같이 그 중앙 부분에는 프레스 가공을 통해 볼록부(35)가 상측으로 볼록하게 형성된다.

또한, 상기 베이스메탈(31)의 접착면, 즉 하면에는 산화처리(Oxidation treatment)를 통해 만들어진 비전도성의 산화피막층(33)이 형성된다. 여기서 상기 산화피막층(33)은 비전도성 및 접착성(adhesive power)을 향상시키기 위해 형성되는 것이며, 구리로 이루어진 베이스메탈(31)을 강산성 또는 강알칼리성 약품으로 산화시켜 형성한다.

상기와 같이 형성된 본 발명에 의한 일체형 방열판(30)의 하면에는 또한 도 3에서 도시하는 바와 같이 상기 베이스메탈(31)과 전기적으로 연결하기 위한 그라운드영역(34)이 다수 형성되는데, 상기 그라운드영역(34)은 다음의 두 가지 방법을 통해 형성할 수 있다.

그 첫번째는 상기 일체형 방열판(30)의 하측면에 형성된 산화피막층(33)에레이저(LASER)를 조사하는 방법 즉, 레이저가공을 통해 산화피막층(33)을 벗겨내어 베이스메탈(31)과의 전도성을 확보하는 방법이며, 그 두번째는 상기 일체형 방열판(30)의 하측면에 산화피막층(33)을 형성하기전 전도성 금속을 해당영역에 부분도금하여 베이스메탈(31)과의 전도성을 확보하는 방법이다.

또한 본 발명에서는 도 4에서 도시하는 바와 같이 상기 일체형 방열판(30)의 그라운드영역(34) 부분을 하측으로 돌출시킨 레그(36)를 부가로 형성할 수도 있는데, 이 경우 상기 레그(36)는 상기 볼록부(35)를 프레스 가공할때 함께 가공하는 것이 바람직하다. 이와 같이 레그(36)를 형성하게 되면, 적은 면적으로 그라운드확보가 가능해지므로 PCB기판(10)의 회로설계가 한층 더 용이하게 된다.

한편, 상기와 같이 구성된 일체형 방열판(30)은 다음과 같이 여러가지 방법으로 제작할 수 있다.

먼저, 상기 그라운딩영역(34)을 레이저가공하여 형성할 경우, 두 가지 방법으로 제작할 수 있는데, 이를 설명하면 다음과 같다.

첫번째 방법으로, 구리로 이루어진 베이스메탈을 프레스 가공하여 그 중앙에 볼록부를 형성하고, 다음으로 산화처리를 통해 전표면에 산화피막층을 형성한다. 그리고 하면에 마스킹(Masking)처리를 하고, 산계열의 약품으로 베이스메탈 상면의 산화피막층을 박리시킨다. 이때 마스킹처리된 하면의 산화피막층은 보호되며, 상면의 박리가 완료되면 하면의 마스킹을 박리한다. 다음으로 산화피막층이 박리된 베이스메탈의 상면에 전도성 금속을 도금하여 도금층을 형성한다. 그리고 베이스메탈 하면의 해당영역에 레이저를 조사하여 산화피막층을 부분적으로 박리하여 그라운딩영역을 확보한다.

두번째 방법으로, 구리로 이루어진 베이스메탈의 상면을 전도성 금속으로 릴(Reel) 도금하여 도금층을 형성하고(이때 뒷면에는 테이핑(Taping)을 하며, 도금완료 후 이를 제거한다.), 프레스 가공하여 그 중앙에 볼록부를 형성한 후 산화처리하여 하면에 산화피막층을 형성한다(여기서 산화처리시 상면에는 니켈이나 크롬이 도금되어 있으므로 산화피막층이 형성되지 않는다.). 그리고 해당영역에 레이저를 조사하여 산화피막층을 부분적으로 박리하여 그라운딩영역을 확보한다.

다음으로 상기 그라운딩영역(34)을 부분도금하는 방법으로 형성할 경우에는 다음과 같이 제작한다.

먼저, 베이스메탈을 프레스 가공하여 볼록부와 레그(필요할 경우)를 형성한다. 그리고 전도성 금속으로 전 표면을 도금하여 도금층을 형성한다. 다음으로 베이스메탈의 상면과 그라운딩영역을 확보할 부분에 마스킹처리를 한다. 마스킹처리가 완료된 원자재를 화학약품을 이용하여 도금층을 박리한다. 도금층이 박리되면 상면과 그라운딩영역에 도금층이 형성된 상태가 된다. 마지막으로 마스킹을 박리한 후 이를 산화처리하게 되면, 도금층이 형성된 부분을 제외한 부분에 산화피막층이 형성되어 일체형 방열판의 제작이 완료된다.

한편, 상기와 같이 제작된 본 발명에 의한 일체형 방열판(30)을 칩(20)이 세팅된 PCB기판(10)에 부착고정하게 되는데, 이때에는 상기 일체형 방열판(30)의 그라운드영역(34)과 PCB기판(10)의 그라운드영역(12)을 상호 대응시킨 후 이를 전도성점착제(40)로 고정하여 전기적으로 연결시키게 된다. 이때 도 5에서 도시하는 바와 같이 상기 볼록부(35) 내측의 기밀성이 유지되도록 비전도성점착제(41)를 PCB기판(10) 둘레에 둘러 접착하여 고정하는 것이 바람직하다. 상기한 도면의 미설명 부호 (11, 21)은 솔더볼과 범퍼이고, (22)는 칩(20)을 고정하기 위한 점착제이다.

상기와 같이 특수하게 제작된 일체형 방열판(30)을 상기한 방법으로 PCB기판(10)에 부착고정하게 되면, PCB기판(10)에서의 그라운드영역(12)이 일체형 방열판(30)의 그라운드영역(34)과 전기적으로 연결된 상태이므로 반도체 패키지의 그라운드 문제를 쉽게 해결할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서 상기 PCB기판(10)과 일체형 방열판(30)을 전기적으로 연결하는 전도성점착제(40)는 일부 영역에만 사용되고, 대부분의 영역에는 비전도성점착제(41)가 사용되므로 본 발명에 의한 PCB기판(10)은 도 5에서 도시하는 바와 같이 한층 더 용이하게 설계할 수 있게 된다.

한편, 일체형 방열판(30)의 그라운드영역(34) 부분에 레그(36)가 형성될 경우에는 비전도성점착제(41)를 두텁게 형성하여야 볼록부(35) 내측을 완전 밀봉할 수 있게 된다. 그리고 상기한 전도성점착제(40)와 비전도성점착제(41)는 테이프(TAPE)형태의 점착물질로 대체하여도 무방하다.

이상의 명백한 설명과 같이 본 발명은 접착면에 산화피막층(33)이 형성되어 접착성이 한층 향상된 일체형 방열판(30)이 방열기능과 그라운딩기능을 동시에 수행하게 되므로 효율적으로 패키지의 열적, 전기적 안정성을 확보할 수 있으며, 제작공정이 단순해져 생산비가 절감되는 효과가 있다.

또한 본 발명은, 그라운드영역(12, 34) 상호를 접착하기 위한 작은 영역에만 전도성점착제(40)를 사용하기 때문에 이에 크게 구애받지 않고 PCB기판(10)을 용이하게 설계할 수 있는 효과가 있다.

Claims

중앙에 볼록부(35)가 형성된 전도성의 베이스메탈(31) 상면에 전도성 금속을 도금한 도금층(32)이 형성되고 베이스메탈(31)의 하면에는 비전도성의 산화피막층(33)이 형성되며 상기 베이스메탈(31)과 전기적으로 연결하기 위한 그라운드영역(34)이 하측면에 다수 형성된 일체형 방열판(30)의 그라운드영역(34)을 칩(20)이 세팅된 PCB기판(10)의 상면에 형성된 다른 그라운드영역(12)과 대응시킨 후 전도성점착제(40)로 접착시켜 이들을 전기적으로 연결하되, 상기 볼록부(35) 내측의 기밀성이 유지되도록 비전도성점착제(41)를 PCB기판(10) 둘레에 둘러 접착하여 고정하는 것을 특징으로 하는 플립칩비지에이(Flip-Chip BGA)에서 접착성이 향상된 일체형 방열판을 이용하여 그라운드를 확보하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 일체형 방열판(30)의 그라운드영역(34) 부분을 하측으로 돌출시킨 레그(36)를 더 형성하는 것을 특징으로 하는 플립칩비지에이(Flip-Chip BGA)에서 접착성이 향상된 일체형 방열판을 이용하여 그라운드를 확보하는 방법.
제1항 또는 제2항에 에 있어서,

상기 일체형 방열판(30)의 그라운드영역(34)은 레이저가공을 통해 산화피막층(33)을 벗겨내어 형성하는 것을 특징으로 하는 플립칩비지에이(Flip-Chip BGA)에서 접착성이 향상된 일체형 방열판을 이용하여 그라운드를 확보하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 일체형 방열판(30)의 그라운드영역(34)은 해당영역에 전도성 금속을 부분도금하여 형성하는 것을 특징으로 하는 플립칩비지에이(Flip-Chip BGA)에서 접착성이 향상된 일체형 방열판을 이용하여 그라운드를 확보하는 방법.