KR20070083021A

KR20070083021A - 휨 방지용 인쇄회로기판

Info

Publication number: KR20070083021A
Application number: KR1020060016206A
Authority: KR
Inventors: 문성천
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-02-20
Filing date: 2006-02-20
Publication date: 2007-08-23

Abstract

본 발명은 휨 방지용 인쇄회로기판에 관한 것으로, 종래의 경우, 인쇄회로기판의 구성 요소들이 각기 다른 열 팽창 계수를 가지며, 각기 다른 형태, 두께 및 면적을 가지고 형성되기 때문에, 반도체 패키지 조립 공정 중에 고온의 열이 인가됨에 따라서, 인쇄회로기판에 휨이 발생된다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 기판 몸체의 일면과 타면 중 열 수축률이 큰 부분에 구리 배선층 및 솔더 레지스트층과 비교하여 열 수축률이 작은 복수개의 휨 방지 바가 형성된 휨 방지용 인쇄회로기판을 제공한다. 본 발명에 따르면, 반도체 패키지 조립 공정 중에 고온의 열이 인가되더라도, 인쇄회로기판에 휨이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

휨, 열 수축률, 휨 방지 바, 인쇄회로기판, 반도체 패키지

Description

휨 방지용 인쇄회로기판{PRINTED CIRCUIT BOARD FOR PREVENTING WARPAGE}

도 1은 종래기술에 따른 인쇄회로기판을 나타내는 단면도이다.

도 2는 종래기술에 따른 인쇄회로기판을 이용하여 제조된 반도체 패키지를 나타내는 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인쇄회로기판을 나타내는 단면도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인쇄회로기판의 하부면을 나타내는 평면도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 인쇄회로기판을 이용하여 제조된 반도체 패키지를 나타내는 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 기판 몸체(board body)

12 : 합성 수지층(synthetic resin layer)

14 : 직물 시트(fabric sheet)

15 : 상부 유리 섬유층(top glass fiber layer)

16 : 하부 유리 섬유층(bottom glass fiber layer)

20 : 구리 배선층(copper wiring layer)

22 : 상부 배선층(top wiring layer)

23 : 기판 패드(board pad)

24 : 하부 배선층(bottom wiring layer)

25 : 볼 패드(ball pad)

30 : 솔더 레지스트층(solder resist layer)

32 : 상부 레지스트층(top resist layer)

34 : 하부 레지스트층(bottom resist layer)

40 : 휨 방지 바(warpage preventing bar)

50 : 인쇄회로기판(printed circuit board)

60 : 반도체 칩(semiconductor chip)

62 : 칩 패드(chip pad)

71 : 접착층(adhesive layer)

73 : 본딩 와이어(bonding wire)

75 : 수지 봉합부(resin molding portion)

80 : 솔더 볼(solder ball)

100 : 반도체 패키지(semiconductor package)

본 발명은 패키지 기판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 패키지를 제조하는 데 사용될 수 있는 휨 방지용 인쇄회로기판에 관한 것이다.

최근에, 전자 휴대기기의 메모리 용량이 대용량화됨에 따라서, 전자 휴대기기 내에 장착되는 반도체 패키지 내의 반도체 칩은 점차 고집적화되고 있다. 이로 인하여, 반도체 칩의 크기는 점차 대형화되고 있다. 반면에, 전자 휴대기기의 크기가 소형화됨에 따라서, 패키지 기판에 반도체 칩을 실장하여 제조되는 반도체 패키지는 점차 소형화, 박형화 및 경량화되고 있는 추세이다.

이에 따라, 반도체 패키지 내에서 반도체 칩이 실장되는 패키지 기판으로 인쇄회로기판이 이용되고 있다. 인쇄회로기판은 우수한 전기적 특성을 가지면서 얇고 가벼운 형태를 취하고 있기 때문에, 인쇄회로기판을 이용하여 제조되는 반도체 패키지가 소형화, 박형화 및 경량화될 수 있는 장점을 갖는다.

종래기술에 따른 인쇄회로기판(150)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 유리 섬유(glass fiber)로 이루어진 직물 시트(114) 내에 합성 수지층(112)이 형성된 기판 몸체(110)와, 기판 몸체(110)의 양면에 형성된 구리 배선층(120)과 솔더 레지스트층(130)으로 구성된다.

그런데, 이러한 인쇄회로기판(150)을 이용하여 반도체 패키지(200)를 제조하는 경우, 반도체 패키지 조립 공정(semiconductor package assembly process) 중에, 고온의 열(熱)이 인가됨에 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 인쇄회로기판(150)에 휨이 발생된다. 이러한 휨은 인쇄회로기판(150)의 구성 요소들이 각기 다른 열 팽창 계수(Coefficient of Thermal Expansion; CTE)를 가지며, 각기 다른 형태, 두께 및 면적을 가지고 형성되기 때문에, 인쇄회로기판(150)에 발생된다.

나아가, 인쇄회로기판(150)에 휨이 발생됨에 따라서, 후속으로 이어지는 반 도체 패키지(200)의 테스트 공정(test process) 또는 모듈 실장 공정(module mounting process)이 원활하게 진행되지 않아, 양산성이 저하되는 공정 진행 불량이 야기된다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 휨이 발생된 인쇄회로기판에 물리적인 힘을 가하여 휨을 강제적으로 보정하는 방법이 제안되고 있다. 그러나, 물리적인 힘은 인쇄회로기판 또는 인쇄회로기판을 제외한 반도체 패키지 내의 구성 요소들에 스트레스(stress)로 작용할 수 있기 때문에, 이러한 방법은 바람직하지 못하다.

따라서, 본 발명의 목적은, 반도체 패키지 조립 공정 중에 휨이 발생되는 것이 방지될 수 있는 휨 방지용 인쇄회로기판을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 일정 두께를 갖는 기판 몸체와, 기판 몸체의 양면에 형성된 구리 배선층과, 구리 배선층이 보호되도록 기판 몸체의 양면에 형성된 솔더 레지스트층과, 기판 몸체 일면의 솔더 레지스트층으로부터 합성 수지층까지 수직으로 형성된 복수개의 휨 방지 바를 포함하는 것을 특징으로 하는 휨 방지용 인쇄회로기판을 제공한다.

본 발명에 따른 인쇄회로기판에 있어서, 휨 방지 바는 기판 몸체 일면의 구리 배선층 및 솔더 레지스트층과 비교하여 열 수축률(rate of thermal contraction)이 작다.

본 발명에 따른 인쇄회로기판에 있어서, 기판 몸체 일면의 구리 배선층 및 솔더 레지스트층은 기판 몸체 타면의 구리 배선층 및 솔더 레지스트층과 비교하여 열 수축률이 크다.

본 발명에 따른 인쇄회로기판에 있어서, 휨 방지 바는 비전도성 물질로 이루어진다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인쇄회로기판을 나타내는 단면도이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인쇄회로기판의 하부면을 나타내는 단면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 인쇄회로기판(50)은 기판 몸체(10), 구리 배선층(20), 솔더 레지스트층(30) 및 휨 방지 바(40)를 포함하며, 복수개의 휨 방지 바(40)가 다른 영역과 비교하여 열 수축률이 큰 영역에 형성된 구조를 갖는다. 이 때, 휨 방지 바(40)는 휨 방지 바(40)의 형성 위치의 주변 영역과 비교하여 열 수축률이 작다.

이러한 본 발명의 실시예에 따른 인쇄회로기판(50)에 대해서 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

기판 몸체(10)는 일정 두께를 갖는 절연판으로서, 유리 섬유가 씨실(weft)과 날실(warp)로 사용되어 직조(織造)된 직물 시트(14)와 유리 섬유로 이루어진 씨실과 날실 사이에 형성된 합성 수지층(12)으로 구성된다. 이러한 기판 몸체(10)는 유리 섬유들을 서로 직각으로 교차시켜 평면으로 직조하여 직물 시트(14)를 제조한 다음, 직물 시트(14)의 일면에 합성 수지를 도포하여 유리 섬유들 사이로 스며들게 한 후 경화시켜 합성 수지층(12)을 형성하는 과정에 따라서 제조된다. 이에 따라, 기판 몸체(10)는 합성 수지층(12)의 양면에 상부 유리 섬유층(15)과 하부 유리 섬유층(16)이 형성된 구조를 갖는다.

한편, 본 발명의 실시예에 개시된 기판 몸체(10)는 하나의 반도체 패키지를 형성할 부분만 개시되었으나, 다수개의 반도체 패키지를 함께 형성할 수 있는 매트릭스(matrix) 형태로 제공될 수 있다.

구리 배선층(20)은 기판 몸체(10)의 양면에 동박(copper foil)을 열압착(thermo-compression)한 다음, 동박을 패터닝(patterning)함에 따라서 기판 몸체(10)의 양면에 형성되며, 상부 배선층(22)과 하부 배선층(24)으로 구성된다. 상부 배선층(22)은 상부 유리 섬유층(15)에 형성되며, 기판 몸체(10) 상부면의 중심 부분에 형성될 칩 실장 영역(chip mounting area)에 근접하게 형성되어 반도체 칩과 전기적으로 연결되는 기판 패드(23)를 포함한다. 하부 배선층(24)은 하부 유리 섬유층(16)에 형성되며, 솔더 볼이 형성되어 외부 시스템과 전기적으로 연결되는 볼 패드(25)를 포함한다.

이 때, 도시되지는 않았으나, 서로 대응되는 기판 패드(23)와 볼 패드(25)는 기판 몸체(10)를 관통하여 형성되는 비아(via)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.

솔더 레지스트층(30)은 구리 배선층(20)의 보호층으로서, 상부 배선층(22)을 보호하도록 상부 유리 섬유층(15)에 형성된 상부 레지스트층(32)과 하부 배선층(24)을 보호하도록 하부 유리 섬유층(16)에 형성된 하부 레지스트층(34)으로 구성된다. 이 때, 상부 레지스트층(32)은 기판 패드(23)들을 외부로 노출시키고, 하부 레지스트층(34)은 볼 패드(25)들을 외부로 노출시키는 구조를 갖는다. 이러한 솔더 레지스트층(30)은 구리 배선층(20)을 포함하여 기판 몸체(10)의 양면에 일정 두께로 포토 솔더 레지스트(Photo Solder Resist;PSR)를 도포하고 경화시켜 코팅(coating)한 다음, 기판 패드(23) 및 볼 패드(25)가 노출되도록 패터닝함에 따라서 형성된다.

이 때, 상부 배선층(22) 및 상부 레지스트층(32)과 하부 배선층(24) 및 하부 레지스트층(34) 사이에는 형태, 두께 및 면적의 차이가 발생된다. 이로 인하여, 합성 수지층(12)을 경계로 기판 몸체(10)의 상부와 하부의 열 수축률이 다를 수 있다.

휨 방지 바(40)들은 기판 몸체(10)의 상부와 하부 중 열 수축률이 큰 부분에 형성된다. 이러한 휨 방지 바(40)들은 기판 몸체(10)의 상부와 하부의 열 수축률을 유사하게 하는 역할을 한다. 즉, 기판 몸체(10)의 상부와 하부 중 비교적 열 수축률이 큰 부분의 솔더 레지스트층(30)으로부터 합성 수지층(12)까지 수직으로 복수개의 휨 방지 바(40)들이 형성됨으로써, 휨 방지 바(40)들이 형성된 부분과 형성되지 않은 부분의 열 수축률이 유사하게 된다.

이 때, 휨 방지 바(40)들은 구리 배선층(20) 및 솔더 레지스트층(30)과 비교하여 열 수축률이 작은 물질로 이루어진다. 또한, 휨 방지 바(40)들은 구리 배선층(20)과 접촉하여 전기적 간섭을 발생시키지 않도록, 비전도성 물질로 이루어진다.

이와 같은 구조를 갖는 본 발명의 실시예에 따른 인쇄회로기판(50)을 이용하여 제조된 반도체 패키지(100)가 도 5에 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 반도체 패키지(100)는 인쇄회로기판(50)의 상부면에 반도체 칩(60)이 실장되고, 인쇄회로기판(50)의 하부면에 솔더 볼(80)이 형성된 볼 그리드 어레이(Ball Grid Array; BGA) 패키지의 일종으로, 인쇄회로기판(50) 상부면의 칩 실장 영역에 접착층(71)을 형성하여 반도체 칩(60)을 접착시킨다. 반도체 칩(60)의 칩 패드(62)와 인쇄회로기판(50) 상부면의 기판 패드(23)는 본딩 와이어(73)에 의해 전기적으로 연결된다. 인쇄회로기판(50) 상부면에 형성된 반도체 칩(60)과 본딩 와이어(73)는 액상의 성형 수지로 봉합하여 형성된 수지 봉합부(75)에 의해 보호된다. 그리고 인쇄회로기판(50) 하부면의 볼 패드(25)에 각각 솔더 볼(80)이 형성된다.

이 때, 기판 몸체(10)의 상부와 비교하여 열 수축률이 큰 기판 몸체(10)의 하부에 복수개의 휨 방지 바(40)가 형성된 인쇄회로기판(50)을 이용함으로써, 반도체 패키지(100) 조립 공정 중에 고온의 열이 인가되더라도, 인쇄회로기판(50)에 휨이 발생되지 않는다.

한편, 전술한 실시예에서는 휨 방지 바가 기판 몸체의 하부에 형성된 인쇄회로기판에 대해서만 개시하였으나, 기판 몸체의 상부가 하부와 비교하여 열 수축률이 큰 경우, 기판 몸체의 상부에 휨 방지 바를 형성하여 본 발명에 따른 인쇄회로기판을 구현할 수 있다. 즉, 기판 몸체의 상부와 하부 중 열 수축률이 큰 부분에 휨 방지 바를 형성함으로써, 반도체 패키지 조립 공정 중에 인쇄회로기판에 휨이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

따라서, 본 발명의 구조를 따르면, 구리 배선층 및 솔더 레지스트층과 비교 하여 열 수축률이 작은 휨 방지 바를 기판 몸체의 상부와 하부 중 열 수축률이 큰 부분에 형성함으로써, 반도체 패키지 조립 공정 중에 고온의 열이 인가되더라도, 인쇄회로기판에 휨이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

나아가, 반도체 패키지 조립 공정의 후속으로 이어지는 반도체 패키지의 테스트 공정 또는 모듈 실장 공정이 원활하게 진행됨으로써, 반도체 패키지의 양산성이 향상될 수 있다.

Claims

일정 두께를 갖는 기판 몸체;

상기 기판 몸체의 양면에 형성된 구리 배선층;

상기 구리 배선층이 보호되도록 상기 기판 몸체의 양면에 형성된 솔더 레지스트층; 및

상기 기판 몸체 일면의 상기 솔더 레지스트층으로부터 상기 합성 수지층까지 수직으로 형성된 복수개의 휨 방지 바;를 포함하는 것을 특징으로 하는 휨 방지용 인쇄회로기판.
제 1항에 있어서, 상기 휨 방지 바는 상기 기판 몸체 일면의 상기 구리 배선층 및 상기 솔더 레지스트층과 비교하여 열 수축률이 작은 것을 특징으로 하는 휨 방지용 인쇄회로기판.
제 1항에 있어서, 상기 기판 몸체 일면의 상기 구리 배선층 및 상기 솔더 레지스트층은 상기 기판 몸체 타면의 상기 구리 배선층 및 상기 솔더 레지스트층과 비교하여 열 수축률이 큰 것을 특징으로 하는 휨 방지용 인쇄회로기판.
제 1항에 있어서, 상기 휨 방지 바는 비전도성 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 휨 방지용 인쇄회로기판.