KR20030059957A - 볼 그리드 어레이 패키지의 솔더 볼 및 이를 실장하기위한 피씨비 패드 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 BGA 패키지 타입의 솔더 볼 및 이와 실장되는 PCB 패드 제조방법에 관한 것으로써, PCB 실장시 PCB에 칩을 고정시키는 역할을 하며 가열시 표면장력에 의해 흐르는 솔더 볼을 PCB까지 가이드 하며 BGA 기판의 패드와 연결되어 모든 솔더 볼의 외부로 돌출되도록 형성되는 접합보조핀과, 가열시 상기 접합보조핀을 타고 흘러내려 PCB 패드와 접합될 저융점, 저점도의 솔더 볼과, 상기 접합보조핀과 각각 대응되며 상기 접합보조핀이 삽입될 수 있는 깊이로 형성되는 소정의 구멍과, 상기 솔더 볼과 접합할 패드 역할을 하며, 상기 구멍의 내부와 상부의 일부를 둘러싸도록 설치되는 금속의 PCB 패드를 구비하므로써, 솔더 볼이 상기 접합보조핀의 가이드를 받기 때문에 좀더 원활히 접합이 수행될 수 있다.

Description

볼 그리드 어레이 패키지의 솔더 볼 및 이를 실장하기 위한 피씨비 패드 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF BALL GRID ARRAY PACKAGE SOLDER BALL AND PRINTED CIRCUIT BOARD PAD}

본 발명은 피씨비(PCB; Printed Circuit Board) 패드(pad)와 이에 실장되는 반도체 패키지의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 볼 그리드 어레이(BGA; Ball Grid Array) 솔더 볼(solder ball)과 피씨비 패드를 접합함에 있어서 접합불량율을 최소화하고, 용이하게 볼 그리드 어레이 솔더 볼과 피씨비 패드를 접합시킬 수 있도록 구성되는 볼 그리드 어레이 패키지의 솔더 볼 및 이를 실장하기 위한 피씨비 패드 제조방법에 관한 것이다.

이하, 피씨비 패드를 PCB 패드, 볼 그리드 어레이를 BGA라 칭하기로 한다.

전자, 통신산업의 발달로 말미암아, 휴대용 무선단말기가 널리 보급되고 있으며, 사용자의 욕구에 부응하기 위하여 상기 단말기의 기능은 다양화되어가고 있으며, 반면에 점차 소형화, 경박화 및 부품의 고집적화가 이루어지고 있는 추세이다.

상기와 같은 소형화 및 고집적화를 위하여는 많은 부품과 칩이 장착되는 PCB의 소형화, 고집적화가 이루어져야 하고, 이에 따라 점점 BGA(Ball Grid Array) 타입의 칩 사용이 늘어가고 있는 실정이다.

상기 BGA타입의 칩은 다이(die)외의 불필요한 패키지를 최대한 줄여서 부피를 줄일 수 있으며, 특히 PCB의 한쪽면만을 사용하면 되므로 고집적화를 가능하게 하였다.

그러나 BGA 타입의 칩은 패드와 접합될 부분인 솔더 볼(solder ball)이 칩의아랫면에 있어 실장시, 보이지 않기 때문에 다른 타입의 칩보다 PCB 패드와의 접합이 어렵다는 단점이 있다. 접합을 위한 가열시 약간의 흔들림만으로도 위치가 어긋나게 되므로 접합에 이상이 생기는 경우가 많으며, 특히 솔더 볼들간의 쇼트(short) 혹은 솔더 볼과 PCB 패드간의 오픈(open)이 잦아 접합 불량이 발생하는 경우가 많은 단점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 기술들로는 기출원된 국내 공개번호 특허 제1999-0051221호(1997.12.19)인 "볼 그리드 어레이 패키지의 솔더 볼 형성방법"과 국내 공개번호 실용 제1998-028045호(1996.11.20)인 "BGA 부품의 실장을 위한 인쇄회로기판"이 제시되어 있다.

전자의 경우에는 BGA 패키지의 솔더 볼을 형성하는 방법에 관한 것으로서, BGA 회로기판의 구리패드 위에 일정 높이의 보조패드를 만들고 이 보조패드 주변에 Sn/Pb 솔더를 형성하여 볼의 형상이 일정하게 유지되고 솔더 볼의 붕괴를 막은 것을 요지로 하고 있다.

그러나 상기와 같은 방법은 보조 패드가 솔더 볼 내부에 들어 있어 솔더 볼간의 쇼트를 막는데는 효과가 있으나 접합 전 실장 PCB 패드와의 고정에는 크게 기여하지 못하는 단점이 도출되고 있다.

후자의 경우에는 BGA 부품의 솔더 볼이 접합되는 각 위치에 수직으로 관통하는 홀을 형성하고, 홀의 내부면과 주변에 동(Cu)을 이용한 막을 형성시킨 인쇄회로기판(PCB)을 만드는 방법에 관한 것으로, 접합품질 향상 및 솔더 페이스트 용융시 BGA 부품의 위치 틀어짐 현상을 방지할 수 있으며, 인접 볼간의 단락을 방지하는것을 특징으로 하고 있다.

그러나, 상기와 같은 방법은 PCB를 관통하는 홀 때문에 맞은 편의 기판은 사용할 수 없게 되어 회로의 고집적화에는 크게 기여하지 못하는 문제점이 도출되고 있는 실정이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 BGA 솔더 볼과 PCB 패드간의 접합불량율을 최소화할 수 있도록 구현되는 BGA 패키지의 솔더 볼 및 이를 실장하기 위한 PCB 패드 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 PCB의 고집적화를 구현할 수 있도록 구성되는 BGA 패키지의 솔더 볼 및 이를 실장하기 위한 PCB 패드 제조방법을 제공하는데 있다.

따라서, 본 발명은 BGA 패키지 타입의 솔더 볼 및 이와 실장되는 PCB 패드 제조방법에 있어서, PCB 실장시 PCB에 칩을 고정시키는 역할을 하며 가열시 표면장력에 의해 흐르는 솔더 볼을 PCB까지 인도하며 BGA 기판의 패드와 연결되어 모든 솔더 볼의 외부로 돌출되도록 형성되는 접합보조핀과, 가열시 상기 접합보조핀을 타고 흘러내려 PCB 패드와 접합될 저융점, 저점도의 솔더 볼과, 상기 접합보조핀과 각각 대응되며 상기 접합보조핀이 삽입될 수 있는 깊이로 형성되는 소정의 구멍과, 상기 솔더 볼과 접합할 패드 역할을 하며, 상기 구멍의 내부와 상부의 일부를 둘러싸도록 설치되는 금속의 PCB 패드를 구비함을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 2중 솔더 패드를 이용한 접합보조핀의 구현방법

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 BGA 패키지와 PCB 패드의 접합과정을 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 BGA 패키지와 PCB 패드가 완전히 접합된 상태를 도시한 도면.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

1: BGA 패키지2: 보조 패드

3: 접합보조핀4: 솔더 볼

5: PCB6: 구멍(half hole)

7: PCB 패드

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 2중 솔더 패드를 이용한 접합보조핀의 구현방법으로써, BGA의 일반 솔더 패드(1)이외에 도시된 바와 같은 보조패드(2)를 제작한다. 이것을 평면도(가운데 그림)와 같이 길게 절단하여 가운데 부분을 수직으로 구부리면 보조패드(2)와 일체로 되어 있는 접합보조핀(3)을 만들 수 있다. 또한, 별도의 일반 핀을 패드에 붙여서 사용할 수도 있다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 BGA 패키지와 PCB 패드의 접합과정을 도시한 도면으로써, 먼저 PCB(5)에 BGA 칩(1)을 실장시, 접합보조핀(3)을 PCB 패드(7)상에 형성된 구멍(6)에 끼워 넣음으로써 간단히 안착시킬 수 있다. 이는 종래에 패드와 솔더 볼을 정확히 맞추기 위해 기구를 사용하거나 다른 노력을 기울이던 방식에 비해 훨씬 간단하면서도, 핀(3)이 구멍(6)(7의 안쪽부분)에 삽입되는 형태이기 때문에 상기 BGA 칩이 PCB상에 안정적으로 놓일 수 있다.

이때, 한가지 알아두어야 할 사항은 패드상 구멍(6)의 깊이가 접합보조핀(3)의 돌출길이보다 깊어야 한다는 점이다(돌출보조핀의 돌출길이는 솔더 볼두께의 0.5배, 패드구멍의 깊이는 솔더 볼 두께의 1~2배가 바람직하다.) 이렇게 하면 솔더 볼이 PCB의 금속 패드(7)에 직접 닿게 되지만, 그렇지 않을 경우 솔더 볼이 부분적으로 뜨는 곳이 생겨 패드와 볼 사이가 오픈이 될 수 있으므로 주의해야 한다. 또한 접합보조핀(3)이 삽입되는 패드구멍(6)이 PCB의 중간까지만 뚫려 있기 때문에 PCB의 뒷면에도 회로를 삽입하여 PCB를 충분히 고집적화에 적용할 수 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 BGA 패키지와 PCB 패드가 완전히 접합된 상태를 도시한 도면으로써, BGA칩의 접합을 위한 가열시 저융점, 저점도의 솔더 볼(4)이 녹게 되고, 녹은 솔더 볼(4)은 접합보조핀(3)의 표면장력 때문에 옆으로 번지지 않고 상기 접합보조핀(3)을 따라 흘러내려 PCB 패드(7)와 접합하게 된다. 이는 BGA칩 접합시 발생하기 쉬운 솔더 볼 간 쇼트를 방지할 수 있다. 여기서 일반 BGA패키지에 사용되는 솔더 볼보다 더 낮은 융점, 더 낮은 점도의 솔더 볼을 사용하게 되면 상기 솔더 볼(4)이 더 잘 흘러내릴 수 있고 PCB 패드(7)와의 접합은 더 쉬워진다. 또한 솔더 볼(4)이 빨리 녹기 때문에 과열로 인한 패키지 손상(뒤틀림, 휨 등)을 방지할 수 있다.

본 발명은 솔더 볼의 외부로 돌출된 접합보조핀과 PCB패드상의 구멍에 의해 안정적으로 안착시킬 수 있기 때문에, BGA 솔더 볼과 PCB 패드와의 위치 틀어짐을 방지할 수 있고, 접합보조핀을 따라 솔더 볼이 흘러내려 주변으로 퍼지지 않기 때문에 BGA 솔더 볼들 간 쇼트를 방지할 수 있으며, 돌출된 접합보조핀의 길이보다 더 깊은 PCB 패드상의 구멍으로 인해 모든 솔더 볼이 PCB 패드와 접합할 수 있고, 솔더 볼이 아래로 흘러내리기 때문에 BGA 솔더 볼과 PCB 패드간 부분적인 오픈을 막을 수 있어서 확실한 접합을 보장하며, PCB 패드 상의 구멍이 PCB를 관통하지 않기 때문에 PCB 뒷면에도 회로를 추가할 수 있어서 PCB의 고집적화에 기여할 수 있으며, 저융점의 솔더 볼을 사용해 BGA 접합시간의 단축과 열에 의한 패키지 및 회로 변형을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. BGA 패키지 타입의 솔더 볼 및 이와 실장되는 PCB 패드 제조방법에 있어서,

   PCB 실장시 PCB에 칩을 고정시키는 역할을 하며, 가열시 표면장력에 의해 흐르는 솔더 볼을 PCB까지 가이드 하며, BGA 기판의 패드와 연결되어 모든 솔더 볼의 외부로 돌출되도록 형성되는 접합보조핀과;

   가열시, 상기 접합보조핀을 타고 흘러내려 PCB 패드와 접합될 저융점, 저점도의 솔더 볼과;

   상기 접합보조핀과 각각 대응되며, 상기 접합보조핀이 삽입될 수 있는 깊이로 형성되는 소정의 구멍과;

   상기 솔더 볼과 접합할 패드 역할을 하며, 상기 구멍의 내부와 상부의 일부를 둘러싸도록 설치되는 금속의 PCB 패드를 구비함을 특징으로 하는 볼 그리드 어레이 패키지의 솔더 볼 및 이를 실장하기 위한 피씨비 패드 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 접합보조핀은 솔더 패드외의 상기 솔더 패드와 접합되는 소정의 보조 패드상에서 일부를 상측으로 절곡시켜 핀과 같은 형상으로 형성함을 특징으로 하는 볼 그리드 어레이 패키지의 솔더 볼 및 이를 실장하기 위한 피씨비 패드 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 PCB상에 형성되는 구멍은 후면까지 관통하지 않도록 일정 깊이로 형성되어, 상기 PCB 기판의 후면상에도 별도의 회로를 추가할 수 있도록 함을 특징으로 하는 볼 그리드 어레이 패키지의 솔더 볼 및 이를 실장하기 위한 피씨비 패드 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 구멍은 적어도 상기 접합보조핀의 길이보다 깊도록 형성함을 특징으로 하는 볼 그리드 어레이 패키지의 솔더 볼 및 이를 실장하기 위한 피씨비 패드 제조방법.