KR20050086017A

KR20050086017A - 정전기 방전 보호 패턴을 포함하는 인쇄회로기판, 그를이용한 반도체 패키지 및 메모리 카드

Info

Publication number: KR20050086017A
Application number: KR1020040012332A
Authority: KR
Inventors: 한상국; 한찬민
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-02-24
Filing date: 2004-02-24
Publication date: 2005-08-30
Also published as: US7606046B2; KR100582497B1; US20050184313A1; JP2005244214A; JP4837924B2

Abstract

본 발명은 정전기 방전 보호 패턴을 포함하는 인쇄회로기판과 그를 이용한 반도체 패키지 및 메모리 카드에 관한 것이다. 본 발명에 따른 인쇄회로기판은 가장자리에 인접하여 형성된 정전기 방전 보호 패턴을 포함한다. 정전기 방전 보호 패턴은 전도성 패턴으로부터 일정 거리만큼 떨어져 전도성 패턴을 둘러싸도록 형성되고 접지 단자에 연결된다. 따라서, 고압의 정전기 방전 충격으로부터도 내부 소자를 효과적으로 보호할 수 있으며, 공정 추가나 수율 저하, 소자 실장 면적 감소 등의 문제를 초래하지 않는다. 정전기 방전 보호 패턴은 직선 형태보다 굴곡 형태가 바람직하며, 폭도 최대한 가늘게 하는 것이 바람직하다. 정전기 방전 보호 패턴에 저항 소자와 같은 수동 소자를 추가할 수도 있다.

Description

정전기 방전 보호 패턴을 포함하는 인쇄회로기판, 그를 이용한 반도체 패키지 및 메모리 카드 {printed circuit board having electrostatic discharge protection pattern, semiconductor package and memory card using the same}

본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 정전기 방전에 따른 불량을 방지하기 위한 구조의 인쇄회로기판과 그를 이용한 반도체 패키지 및 메모리 카드에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자가 고전계에 노출되었을 경우, 일정 조건이 되면 고전계를 형성하는 원천으로부터 전하가 흘러 반도체 소자에 유입된다. 이때의 순간적인 고전압으로 인하여 반도체 소자가 타버리거나 동작을 멈추게 되는 불량이 발생한다. 이러한 현상은 정전기 방전(electrostatic discharge; ESD)으로 잘 알려져 있으며, 정전기 방전과 관련된 문제를 해결하기 위한 시도가 오래 전부터 지속되어 왔다. 특히, 정전기 방전과 관련된 문제는 최근 들어 반도체 소자의 설계 규칙이 더욱더 미세해지고 반도체 소자의 크기가 갈수록 작아지면서 더욱 심각한 문제로 대두되고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 반도체 패키지(10)와 그에 사용되는 인쇄회로기판(20)을 개략적으로 예시하고 있다. 도 1을 참조하면, 인쇄회로기판(20)의 한 면에는 반도체 칩(12)이 실장되어 있고 외부 접속 단자(22)가 형성되어 있다. 외부 접속 단자(22)를 제외한 인쇄회로기판(20)의 나머지 영역에는 소정의 전도성 패턴(24)이 형성되어 있다. 전도성 패턴(24)은 회로 패턴, 전원면, 접지면 등이 될 수 있다.

이러한 구조의 인쇄회로기판(20)에서는 전도성 패턴(24)이 인쇄회로기판(20)의 가장자리에 인접하여 외부와 가깝게 위치하기 때문에 외부에서 정전기 방전이 발생할 때 전도성 패턴(24)이 정전기 방전 전하의 유입 경로(30)로 이용된다. 따라서, 정전기 방전 전하는 아무런 방해도 받지 않고 반도체 칩(12)에 직접 영향을 미치게 되어 불량을 일으키게 된다. 이를 방지하기 위해서는 전도성 패턴(24)을 인쇄회로기판(20)의 가장자리로부터 멀리 떨어지도록 형성하면 되지만, 이러한 방법은 실장 면적을 축소시킬 뿐만 아니라, 인쇄회로기판의 휨(warpage), 방열성 저하 등의 또 다른 문제를 초래하기 때문에 좋은 해결 방안이 아니다.

정전기 방전에 의한 문제를 해결하기 위하여 일반적으로 사용되는 방법에는 반도체 칩 설계 시에 회로상에 직접 정전기 방전 보호 회로를 추가하는 방법이 있다. 그러나, 회로상의 정전기 방전 보호 회로만으로는 고압의 정전기 유입을 방어하는데 한계가 있다. 실제로 대부분의 반도체 소자들이 정전기 방전 보호 회로를 채택하고 있으나, 정전기 방전에 따른 불량은 계속 발생하고 있는 실정이다.

정전기 방전에 의한 문제를 해결하기 위한 또 다른 방법은 패키지나 회로기판에 고임피던스의 수동 소자를 탑재하는 방법이다. 그러나, 이 방법은 제조 비용의 상승, 제조 공정의 추가, 공정 추가로 인한 수율 저하, 소자 실장 면적 감소 및 이에 따른 고밀도 제품 구현 불가 등등의 단점이 존재하기 때문에 좋은 방법이라고 볼 수 없다.

따라서, 본 발명의 목적은 제조 비용의 상승, 수율 저하, 실장 면적 감소 등의 문제를 초래하지 않고 정전기 방전에 따른 불량을 효율적으로 방지할 수 있는 구조의 인쇄회로기판과 그를 이용한 반도체 패키지를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 정전기 방전에 따른 불량을 방지할 수 있는 구조의 인쇄회로기판과 그를 이용한 메모리 카드를 제공하기 위한 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 정전기 방전 보호 패턴을 포함하는 인쇄회로기판과 그를 이용한 반도체 패키지 및 메모리 카드를 제공한다.

본 발명에 따른 인쇄회로기판은, 적어도 한 면에 전도성 패턴과, 접지 단자를 포함하는 외부 접속 단자가 형성되며, 상기 전도성 패턴으로부터 일정 거리만큼 떨어져 상기 전도성 패턴을 둘러싸도록 상기 면의 가장자리에 인접하여 형성되고 상기 접지 단자에 연결된 정전기 방전 보호 패턴을 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 반도체 패키지는, 적어도 한 면에 전도성 패턴과, 접지 단자를 포함하는 외부 접속 단자가 형성된 인쇄회로기판, 및 상기 인쇄회로기판에 실장된 반도체 칩을 포함하며, 상기 전도성 패턴으로부터 일정 거리만큼 떨어져 상기 전도성 패턴과 상기 반도체 칩을 둘러싸도록 상기 면의 가장자리에 인접하여 형성되고 상기 접지 단자에 연결된 정전기 방전 보호 패턴을 포함한다.

본 발명에 따른 인쇄회로기판 및 반도체 패키지에 있어서, 상기 정전기 방전 보호 패턴은 굴곡을 이루거나 수동 소자를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 메모리 카드는, 신호층과 전원층과 접지층을 포함하는 인쇄회로기판과, 상기 인쇄회로기판의 제1 면의 일정 영역에 실장되는 메모리 소자와, 접지 단자를 포함하여 상기 인쇄회로기판의 제2 면에 형성되는 외부 접속 단자를 포함하며, 상기 신호층은 소정의 신호 패턴과, 상기 신호 패턴으로부터 일정 거리만큼 떨어져 상기 메모리 소자의 실장 영역을 둘러싸도록 상기 신호층의 가장자리에 인접하여 형성되고 상기 접지 단자에 전기적으로 연결된 제1 정전기 방전 보호 패턴을 포함하며, 상기 접지층은 소정의 접지면과, 상기 접지면으로부터 일정 거리만큼 떨어져 상기 접지면을 둘러싸도록 상기 접지층의 가장자리에 인접하여 형성되고 상기 접지 단자에 전기적으로 연결된 제2 정전기 방전 보호 패턴을 포함한다.

본 발명에 따른 메모리 카드에 있어서, 상기 전원층은 상기 제1 정전기 방전 보호 패턴에 대응하는 영역을 제외한 나머지 영역에 형성된 전원면을 포함하는 것이 바람직하며, 상기 제1 정전기 방전 보호 패턴과 상기 제2 정전기 방전 보호 패턴은 각각 굴곡을 이루거나 수동 소자를 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다. 실시예를 설명함에 있어서, 본 발명과 직접 관련이 없고 본 발명이 속하는 기술 분야에 이미 잘 알려져 있는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 기술 내용을 보다 명확히 드러내기 위함이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 발명의 일부 구성요소는 다소 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소들의 실제 형태와 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에 있어서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하였다.

실시예

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 패키지(40)와 인쇄회로기판(50)의 평면 구조 및 정전기 방전 전하의 이동 경로(60)를 나타내는 개략도이다.

도 2를 참조하면, 반도체 패키지(40)는 인쇄회로기판(50)과 그 한쪽 면에 실장된 반도체 칩(42)으로 구성된다. 반도체 칩(42)이 실장되는 인쇄회로기판(50)의 면에는 외부 접속 단자(52)와 전도성 패턴(54)이 형성된다. 외부 접속 단자(52)는 인쇄회로기판(50)의 반대쪽 면에 형성될 수도 있으며, 전도성 패턴(54)은 필요에 따라 인쇄회로기판(50)의 양쪽 면뿐만 아니라 내부의 층에도 형성될 수 있다. 반도체 칩(42)은 와이어 본딩(wire bonding)과 같은 공지의 방법에 의하여 전도성 패턴(54)에 전기적으로 연결되며, 전도성 패턴(54)은 신호를 전달하기 위한 회로 패턴과 전원면, 접지면 등을 포함한다. 또한, 외부 접속 단자(52)도 신호 단자와 전원 단자, 접지 단자(52a) 등을 포함한다.

특히, 인쇄회로기판(50)은 정전기 방전 보호 패턴(56)을 포함하는 것이 특징이다. 정전기 방전 보호 패턴(56)은 인쇄회로기판(50)의 가장자리에 인접하여 형성되며 전도성 패턴(54)으로부터 일정 거리만큼 떨어져서 전도성 패턴(54)을 둘러싸고 있다. 또한, 정전기 방전 보호 패턴(56)은 접지 단자(52a)에 전기적으로 연결된다.

따라서, 외부에서 정전기 방전 전하가 유입될 때, 정전기 방전 전하는 정전기 방전 보호 패턴(56)을 따라 전도성 패턴(54)을 우회하여 접지 단자(52a)로 빠져나가게 된다(참조 번호 60번은 전하의 이동 경로를 개략적으로 나타낸다). 이와 같이, 정전기 방전 보호 패턴(56)은 정전기 방전에 의한 충격으로부터 전도성 패턴(54)과 반도체 소자(42)를 보호하는 역할을 할 수 있다.

이러한 보호 효과를 극대화하기 위해서는 정전기 방전 보호 패턴(56)을 직선으로 형성하는 것보다 굴곡을 이루도록 형성하는 것이 보호 패턴(56)의 임피던스를 증가시킬 수 있으므로 보다 효과적이다. 또한, 정전기 방전 보호 패턴(56)의 폭도 최대한 가늘게 하는 것이 바람직하다. 아울러, 정전기 방전 보호 패턴(56) 사이에 저항 소자와 같은 수동 소자(58)를 추가하는 것이 바람직하다.

정전기 방전 보호 패턴(56)은 전도성 패턴(54)과 동일 공정, 동일 재질로 형성할 수 있다. 즉, 전도성 패턴(54)을 형성하는 기존의 공정에서 정전기 방전 보호 패턴(56)을 형성할 수 있으므로, 정전기 방전 보호 패턴(56)을 형성하기 위하여 새로운 공정을 추가할 필요가 없다.

본 발명에 따른 정전기 방전 보호 패턴을 포함하는 인쇄회로기판은 메모리 카드에도 효과적으로 이용될 수 있다. 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 메모리 카드(100)의 평면 구조를 나타내는 개략도이며, 도 4는 도 3의 IV-IV선을 따라 절단한 메모리 카드(100)의 단면도이다.

메모리 카드(100)는 제1 면과 제2 면을 가지는 인쇄회로기판(120), 인쇄회로기판(120)의 제1 면에 실장된 메모리 소자(110)와 제어 소자(112), 인쇄회로기판(120)의 제2 면에 형성된 외부 접속 단자(125), 인쇄회로기판(120)의 제1 면을 전체적으로 덮어 보호하는 밀봉 수단(130)으로 구성된다.

인쇄회로기판(120)은 신호층, 전원층, 접지층을 포함하며, 예를 들어 도 5a 내지 도 5에 도시된 바와 같이 4개의 층으로 이루어진다. 인쇄회로기판(120)의 각 층별 레이아웃(layout)은 도 5a 내지 도 5d를 참조하여 후술한다.

메모리 소자(110)는 예를 들어 NAND형 플래시 메모리(flash memory) 소자이고, 베어 칩(bare chip)의 형태로 또는 패키지의 형태로 인쇄회로기판(120) 제1 면의 일정 영역에 실장된다. 제어 소자(112)는 메모리 카드(100)의 동작과 메모리 소자(110)의 동작을 제어하는 논리 소자이며, 역시 베어 칩 또는 패키지의 형태로 실장된다. 메모리 소자(110)와 제어 소자(112)가 베어 칩의 형태로 제공될 경우에는 공지의 와이어 본딩 방식에 의하여 인쇄회로기판(120)과 전기적으로 연결되며, 패키지의 형태로 제공될 경우에는 공지의 표면 실장 방식에 의하여 전기적으로 연결된다.

외부 접속 단자(125)는 메모리 카드(100)와 외부 장치(도시되지 않음) 사이의 전기적 통로로서, 신호 단자와 전원 단자와 접지 단자를 포함한다. 신호 단자는 예를 들어 데이터 입출력 단자, 명령 신호 단자, 클럭 신호 단자 등을 포함한다.

밀봉 수단(130)은 몰딩 방법에 의하여 형성된 몰딩 수지(molding resin)가 될 수도 있고, 접착 방법으로 부착된 덮개가 될 수도 있다.

전술한 바와 같이, 인쇄회로기판(120)은 예컨대 4개의 층으로 이루어진다. 도 5a 내지 도 5d는 각각 인쇄회로기판(120)의 제1 신호층(120a), 제2 신호층(120b), 전원층(120c), 접지층(120d)을 예시하고 있다.

도 5a와 도 5b를 참조하면, 신호층(120a, 120b)에는 소정의 신호 패턴(121)이 형성되고 나머지 영역에는 예컨대 접지면(122)이 형성된다. 제1 신호층(120a)이 인쇄회로기판(도 3의 120)의 제1 면을 형성할 경우, 제1 신호층(120a)의 신호 패턴(121)은 메모리 소자(도 3의 110) 및 제어 소자(도 3의 112)와 전기적으로 연결되는 접속 패드들을 포함한다. 각 신호층(120a, 120b)의 신호 패턴(121)들은 비아 구멍(124)을 통하여 전기적으로 연결된다.

특히, 각 신호층(120a, 120b)에는 가장자리에 인접하여 제1 정전기 방전 보호 패턴(126)이 형성된다. 정전기 방전 보호 패턴(126)은 신호 패턴(121) 및 접지면(122)으로부터 일정 거리만큼 떨어지며 메모리 소자(도 3의 110)의 실장 영역을 둘러싸도록 형성된다. 정전기 방전 보호 패턴(126)은 비아 구멍(124)을 통하여 접지 단자(도 5d의 125a)에 전기적으로 연결된다.

도 5c를 참조하면, 전원층(120c)에는 전원면(123)이 형성되며, 특히 신호층(120a, 120b)의 제1 정전기 방전 보호 패턴(126)에 대응하는 전원층(120c)의 가장자리 영역(128)에는 전원면을 비롯한 전도성 패턴이 전혀 형성되지 않는다.

도 5d를 참조하면, 접지층(120d)에는 접지면(122)이 형성되며, 특히 접지층(120d)의 가장자리에 인접하여 제2 정전기 방전 보호 패턴(127)이 형성된다. 제2 정전기 방전 보호 패턴(127)은 접지면(122)으로부터 일정 거리만큼 떨어져 접지면(122)을 둘러싸도록 형성된다. 접지층(120d)이 인쇄회로기판(도 3의 120)의 제2 면을 형성할 경우, 접지층(120d)에는 외부 접속 단자(125)가 형성된다. 제2 정전기 방전 보호 패턴(127)은 접지면(122)을 통하여 또는 직접 접지 단자(125a)에 전기적으로 연결된다.

신호층(120a, 102b)의 제1 정전기 방전 보호 패턴(126)과 접지층(120d)의 제2 정전기 방전 보호 패턴(127)은 외부에서 정전기 방전 전하가 유입될 때 정전기 방전 전하의 우회 이동 경로를 제공함으로써 정전기 방전에 의한 충격으로부터 메모리 소자(110) 등을 보호한다. 이러한 보호 효과를 극대화하기 위해서는 정전기 방전 보호 패턴(126, 127)을 직선으로 형성하는 것보다 굴곡을 이루도록 형성하고, 폭을 최대한 가늘게 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 정전기 방전 보호 패턴(126, 127)에 저항 소자와 같은 수동 소자(도시되지 않음)를 추가할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 인쇄회로기판은 그 가장자리에 전도성 패턴을 둘러싸는 정전기 방전 보호 패턴이 형성되므로 외부의 정전기 방전 충격으로부터 내부 소자를 보호할 수 있다. 정전기 방전 보호 패턴은 고압의 정전기 방전 전하가 유입될 때도 효과적으로 방어할 수 있으며, 새로운 제조 공정을 필요로 하지 않으므로 제조 비용의 상승이나 공정 추가로 인한 수율 저하 등의 문제를 초래하지 않는다. 또한, 정전기 방전 보호 패턴은 인쇄회로기판의 가장자리 쪽에 인접하여 형성되므로 소자 실장 면적에 거의 영향을 주지 않는다.

본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 반도체 패키지와 인쇄회로기판의 평면 구조 및 정전기 방전 전하의 유입 경로를 나타내는 개략도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 패키지와 인쇄회로기판의 평면 구조 및 정전기 방전 전하의 이동 경로를 나타내는 개략도이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 메모리 카드의 평면 구조를 나타내는 개략도이다.

도 4는 도 3의 IV-IV선을 따라 절단한 메모리 카드의 단면도이다.

도 5a 내지 도 5d는 도 3에 도시된 메모리 카드에 사용되는 인쇄회로기판의 층별 레이아웃을 나타내는 개략도이다.

<도면에 사용된 참조 번호의 설명>

10, 40, 60: 반도체 패키지 12, 42: 반도체 칩

20, 50, 70: 인쇄회로기판 22, 52: 외부 접속 단자

52a: 접지 단자 24, 54: 전도성 패턴

56: 정전기 방전 보호 패턴 58: 수동 소자

30, 60: 정전기 방전 전하 이동 경로 100: 메모리 카드

110: 메모리 소자 112: 제어 소자

120: 인쇄회로기판 120a, 120b: 신호층

120c: 전원층 120d: 접지층

121: 신호 패턴 122: 접지면

123: 전원면 124: 비아 구멍

125: 외부 접속 단자 125a: 접지 단자

126, 127: 정전기 방전 보호 패턴 130: 밀봉 수단

Claims

적어도 한 면에 전도성 패턴과, 접지 단자를 포함하는 외부 접속 단자가 형성된 인쇄회로기판에 있어서,

상기 전도성 패턴으로부터 일정 거리만큼 떨어져 상기 전도성 패턴을 둘러싸도록 상기 면의 가장자리에 인접하여 형성되고 상기 접지 단자에 연결된 정전기 방전 보호 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판.
제1 항에 있어서,

상기 정전기 방전 보호 패턴은 굴곡을 이루는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,

상기 정전기 방전 보호 패턴은 수동 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판.
적어도 한 면에 전도성 패턴과, 접지 단자를 포함하는 외부 접속 단자가 형성된 인쇄회로기판, 및 상기 인쇄회로기판에 실장된 반도체 칩을 포함하는 반도체 패키지에 있어서,

상기 전도성 패턴으로부터 일정 거리만큼 떨어져 상기 전도성 패턴과 상기 반도체 칩을 둘러싸도록 상기 면의 가장자리에 인접하여 형성되고 상기 접지 단자에 연결된 정전기 방전 보호 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
제4 항에 있어서,

상기 정전기 방전 보호 패턴은 굴곡을 이루는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
제4 항 또는 제5 항에 있어서,

상기 정전기 방전 보호 패턴은 수동 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
신호층과 전원층과 접지층을 포함하는 인쇄회로기판과, 상기 인쇄회로기판의 제1 면의 일정 영역에 실장되는 메모리 소자와, 접지 단자를 포함하여 상기 인쇄회로기판의 제2 면에 형성되는 외부 접속 단자를 포함하는 메모리 카드에 있어서,

상기 신호층은 소정의 신호 패턴과, 상기 신호 패턴으로부터 일정 거리만큼 떨어져 상기 메모리 소자의 실장 영역을 둘러싸도록 상기 신호층의 가장자리에 인접하여 형성되고 상기 접지 단자에 전기적으로 연결된 제1 정전기 방전 보호 패턴을 포함하며,

상기 접지층은 소정의 접지면과, 상기 접지면으로부터 일정 거리만큼 떨어져 상기 접지면을 둘러싸도록 상기 접지층의 가장자리에 인접하여 형성되고 상기 접지 단자에 전기적으로 연결된 제2 정전기 방전 보호 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 카드.
제7 항에 있어서,

상기 전원층은 상기 제1 정전기 방전 보호 패턴에 대응하는 영역을 제외한 나머지 영역에 형성된 전원면을 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 카드.
제7 항에 있어서,

상기 제1 정전기 방전 보호 패턴과 상기 제2 정전기 방전 보호 패턴은 각각 굴곡을 이루는 것을 특징으로 하는 메모리 카드.
제7 항 또는 제9 항에 있어서,

상기 제1 정전기 방전 보호 패턴과 상기 제2 정전기 방전 보호 패턴은 각각 수동 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 카드.
제7 항에 있어서,

상기 인쇄회로기판의 제1 면에 실장되는 제어 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 카드.
제7 항에 있어서,

상기 인쇄회로기판의 제1 면을 전체적으로 덮어 보호하는 밀봉 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 카드.