KR20080078285A - 다층구조 기판 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 의한 다층구조 기판은 전자부품이 실장되는 탑(top)측 기판층; 및

상기 전자부품의 실장영역을 수직하게 투영하였을 경우 대응되는 영역에 형성된 카퍼컷 패턴 및 상기 영역 안쪽으로 형성된 열전도용 비아홀을 포함하는 내측 기판층을 포함한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 이동통신부품이 모듈화, 집적화, 소형화되는 기술 추세에 있어서 비아홀을 통한 열전도 구조를 개선시킴으로써 회로소자, 특히 전력증폭모듈로부터 발생되는 열로 인한 열간섭 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 추가 비용없이 단순한 공정을 통하여 개선된 열방출 구조를 구현할 수 있고, 모든 회로 소장에 개별적으로 적용할 수 있는 열방출 구조를 제공할 수 있다.

Description

다층구조 기판{Circuit board of multi-layer structure}

도 1은 일반적인 다층구조 기판의 탑층에 전자부품이 실장된 형태를 예시한 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다층구조 기판의 제2기판층을 도시한 상면도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다층구조 기판의 제3기판층을 도시한 상면도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다층구조 기판의 측단면도.

도 5는 종래의 다층구조 기판에서 열이 전달되는 형태를 측정한 도면.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다층구조 기판에서 열이 전달되는 형태를 측정한 도면.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

100: 다층구조 기판 105: 제1기판층

110: 제2기판층 120: 제3기판층

130: 제4기판층 112, 122: 카퍼컷 패턴

114, 124: 연전도용 비아홀 116, 126: 선로 패턴

118, 128: 비아홀 119, 129: 그라운드 패턴

본 발명은 다층구조 기판에 관한 것이다.

현재, 다수개의 주파수 대역을 처리하는 송수신단을 작은 면적의 기판 위에 집적화하여 단일 패키지로 구성한 통신모듈이 많이 이용되며 따라서 이동통신단말기 제품도 점차 소형화되고 있다.

이러한 다중 대역 통신모듈은 가령, UMTS(Universal Mobile Telecommunications System; W-CDMA) 주파수 대역, PCS(Personal Communication Service) 주파수 대역, DCN(Data Core Network; CDMA-800) 주파수 대역과 같은 다중 대역 신호를 처리할 수 있으며, 각 대역의 송수신신호를 처리하는 많은 수의 소자가 좁은 공간에 밀집될 수 밖에 없다.

따라서, 전파간섭의 영향을 배제하기 위한 격리성(Isolation), 열전도 현상 등을 고려하여 소자들을 배치 설계해야 하므로 집적화의 많은 어려움이 있다.

도 1은 일반적인 다층구조 기판의 탑층(10)에 전자부품이 실장된 형태를 예시한 도면이다.

단일 패키지화된 통신모듈은 일반적으로 다층구조 기판 상에 구현되는데, 도 1은 상기 다층구조 기판의 탑층(10)을 도시한 것이다.

가령, 기판(10)의 좌측편에는 듀플렉서(11)와 같은 소자가 실장되고(대역 신호에 따라 다수개로 구비될 수 있음), 그 옆으로 전력증폭모듈(PAM; Power Amplifier Module)(12)이 실장되며, 우측편 상단에는 베이스밴드 소자(13), 우측편 하단에는 트랜시버 소자(14) 등이 실장된다.

상기 각 소자 사이에는 전파간섭 현상, 열전도 현상 등이 발생되는데, RF 풀(Full)모듈의 경우 Tx파트와 Rx파트가 인접되며, 특히 전력증폭모듈(12)은 발열량이 많은 소자로서, 전력증폭모듈(12)로부터 발생된 열은 인접 소자들에 악영향을 초래할 수 있다.

이렇게 인접소자로 전달된 열은 열잡음(Thermal Noise) 성분으로 작용됨으로써 S/N(신호대 잡음비)을 떨어뜨리거나 수신 감도(Sensitivity), 잡음지수(Noise Figure) 등에 영향을 주어 오작동(Malfuntion)의 원인이 된다.

보통, 통신모듈을 개발하는 경우 전파간섭을 위한 격리도를 향상시키기 위한 구조 및 배치설계는 중요한 요인으로 간주되나 열간섭 문제는 간과되기 쉽다.

종래에, 전자부품의 실장 영역 아래에 비아홀을 형성하고 비아홀을 통하여 기판 바닥으로 열을 유도하는 방식이 제안된 바 있으나, 전력증폭모듈 제품의 사이즈가 최소화되는 추세이므로 비아홀이 형성되는 영역 역시 좁아지게 되며, 비아홀 제조 공정 기술의 한계로 인하여 열방출 유도에 제한이 생긴다.

따라서, 전자부품으로부터 발생된 열 중 기판을 따라 수평하게 전도되는 양이 많아지고 열간섭 문제가 발생하게 된다.

본 발명의 실시예는 전자부품에서 발생되는 열이 인접소자로 전도되지 않고 외부로 방출되도록 하여 열간섭 현상을 최소화할 수 있는 다층 구조 기판을 제공한 다.

본 발명의 실시예에 의한 다층구조 기판은 전자부품이 실장되는 탑(top)측 기판층; 및

상기 전자부품의 실장영역을 수직하게 투영하였을 경우 대응되는 영역에 형성된 카퍼컷 패턴 및 상기 영역 안쪽으로 형성된 열전도용 비아홀을 포함하는 내측 기판층을 포함한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 다층구조 기판에 대하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다층구조 기판(100)의 제2기판층(110)을 도시한 상면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다층구조 기판(100)의 제3기판층(120)을 도시한 상면도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다층구조 기판(100)의 측단면도이다.

이하, 도 2, 도 3 및 도 4를 함께 인용하여 본 발명에 의한 다층구조 기판(100)에 대하여 설명하는데, 도 4에 도시된 다층구조 기판(100)은 층간 구조를 설명하기 위하여 필요한 부분만을 도시한 것이다.

본 발명에 의한 다층구조 기판(100)은 다수개의 전자부품을 실장하고 몰딩됨으로써 단일 패키지화된 통신모듈을 이룬다.

본 발명의 실시예에서, 상기 다층구조 기판(100)은 총 4개의 기판층(105, 110, 120, 130)을 포함하여 이루어지는 것으로 하며, 상기 다층구조 기판(100)의 열방출 구조를 설명함에 있어서, 제1기판층(탑(Top)측 기판층)에 실장되는 전자부품 중 열이 가장 많이 발생되는 전력증폭모듈(101)을 예로 들어 설명한다.

상기 제1기판층(105)은 전자부품(전력증폭모듈; 101)이 실장되고, 선로패턴, 비아홀, 본딩패턴, 다이패턴(102), 전극 패턴, 그라운드 패턴(103) 등이 형성되어 회로를 구성한다(도 4참조; 제1기판층(105)은 본 발명의 내용과 깊은 관계가 없으므로 필요한 부분만 도시됨).

상기 전자부품으로는 듀플렉서, 전력증폭모듈(101), 베이스밴드 소자, 트랜시버 소자, 필터 소자, 저잡음증폭기 등으로 실장될 수 있다.

상기 전력증폭모듈(101)은 다이 패턴(102) 위에 실장되고, 다이 패턴(102)은 주변의 그라운드 패턴(103)과 전기적으로 분리되기 위하여 이격된다.

그리고, 상기 다이 패턴(102)의 내부에는 비아홀, 즉 열전도용 비아홀이 다수개로 형성되는데, 제2기판층(110), 제3기판층(120)에 형성된 열전도용 비아홀(114, 124)들과 층사이를 통하여 수직하게 연결되고, 연결로는 제4기판층(130)까지 다다른다.

따라서, 전력증폭모듈(101)로부터 발생된 열은 열전도성 비아홀(114, 124)을 통하여 제4기판층(130)까지 수직 구조로 전달되고, 통신모듈을 이룬 다층구조 기판(100)이 외부 기판(200), 가령 이동통신단말기의 메인 보드와 같은 기판에 실장되는 경우, 상기 제4기판층(130)까지 다다른 열이 외부 기판(200)으로 방출될 수 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 제2기판층(110)과 제3기판층(120)은 유전체층에 동박층이 적층되고, 동박층의 일부가 식각되어 열전도용 비아홀(114, 124), 카퍼컷 패턴(112, 122), 선로 패턴(116, 126), 비아홀(118, 128), 그라운드 패턴(115, 119, 125, 129) 등이 형성된다.

상기 선로 패턴(116, 126)은 제1기판층(105)에 실장된 소자들을 전기적으로 연결시키는데, 이때 비아홀(118, 128)은 제2기판층(110)의 선로 패턴(116)과 제3기판층(120)의 선로 패턴(126)을 층간 연결시키거나 제2기판층(110)의 그라운드 패턴(119), 제3기판층(120)의 그라운드 패턴(129)을 소자들의 접지단과 연결시킨다.

상기 그라운드 패턴(119, 129)는 층간 전자계 신호가 전달되는 것을 차단하고, 접지 기능을 제공한다.

상기 카퍼컷 패턴(112, 122)은 금속구조체(이하, "동박층"이라 함)의 일부가 제거되어 형성되는데, 이때 전력증폭모듈(101)의 실장영역을 제2기판층(110) 및 제3기판층(120) 측으로 수직하게 투영하였을 경우에 대응되는 영역이 제거된다.

상기 전력증폭모듈(101)의 실장영역은 제1기판층(105)의 다이패턴(102) 영역에 해당될 수 있다.

상기 카퍼컷 패턴(112, 122)은 상기 대응되는 영역 전체의 동박층이 제거되거나, 그 둘레를 따라 라인 형태로 제거될 수 있는데, 본 발명의 실시예에서는 라인 형태로 제거된 것으로 한다.

즉, 상기 대응되는 영역 전체의 동박층이 제거되는 경우의 카퍼컷 패턴은 전력증폭모듈(101)로부터 발생된 전자계 신호가 아래측으로 누설될 틈으로 작용할 수 있으므로 본 발명의 실시예와 같이 라인 형태를 이루는 것이 좋다.

일반적으로 열은 금속구조체(동박층)을 통하여 빠르게 전달되며, 열전달 경로를 차단하기 위하여 제2기판층(110)과 제3기판층(120)에 전술한 것과 같은 형태의 카퍼컷 패턴(112, 122)이 형성된다.

따라서, 상기 카퍼컷 패턴(112, 122)에 의하여, 전력증폭모듈(101)로부터 발생된 열은 수평하게 층별로(동박층을 따라) 전달되지 못하고, 대부분 열전도용 비아홀(114, 124)을 통하여 아래측, 즉 외부 기판(200) 측으로 전달될 수 있다.

상기 열전도용 비아홀(114, 124)은 카퍼컷 패턴(112, 122)에 의하여 구분된 내측 그라운드 패턴(115, 125) 상에 형성되고 층간 연결된다.

도 2 및 도 3에서, 제2기판층(110)과 제3기판층(120)에 형성된 카퍼컷 패턴(112, 122)과 열전도용 비아홀(114, 124)은 그라운드 패턴(119, 129) 상에 형성된 것을 볼 수 있다.

상기 제2기판층(110)에 형성된 카퍼컷 패턴(112)과 제3기판층(120)에 형성된 카퍼컷 패턴(122)은 상기 전력증폭모듈(101)의 실장 영역을 수직하게 투영하였을 경우 각 층에서 동일한 영역에 형성되는 것이 열유도 측면에서 유리하다.

도 5는 종래의 다층구조 기판(100)에서 열이 전달되는 형태를 측정한 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다층구조 기판(100)에서 열이 전달되는 형태를 측정한 도면이다.

상기 도 5와 도 6은 열해석툴(Tool)로 측정을 시행하는 경우, 신속한 해석 및 비교를 위하여 전력증폭모듈(101)만을 기판에 실장하여 가장 단순한 구조로 모델링한 것이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 전력증폭모듈(101)로부터 열이 발생되고, 그 주변으로 점차 열이 전달되는 형태가 도시되어 있는데, 전력증폭모듈(101)로부터 멀어질수록 낮은 색온도를 가진다.

즉, 도 5의 경우, "a" 색온도 영역으로부터 "g" 색온도 영역으로 갈수록 낮게 측정되는데, "e", "f", "g" 영역의 경우는 열간섭 현상이 거의 발생되지 않는 영역으로 볼 수 있다. 따라서, 색온도가 높은 "a", "b", "c", "d" 영역을 감소시키는 것이 중요하다.

도 6의 경우, "a" 색온도 영역이 도 5에 비하여 작게 형성되고, 도 5의 "b" 영역이 아예 측정되지 않았으며, "c" 영역이 현저히 줄었들었음을 볼 수 있다. 또한, "d" 영역 역시 종래보다 감소되었으며, 그 측정 위치가 전력증폭모듈(101) 측으로 이동되었다.

따라서, 본 발명에 의한 다층구조 기판(100)에 의하면, 전자부품 주위의 열전도율을 크게 감소시키고, 따라서 열간섭 현상을 방지할 수 있게 된다.

또한, 열간섭 현상이 해소됨으로써 전자부품의 이격 거리를 감소시킬 수 있으며, 따라서 통신모듈을 구성하는 기판 사이즈를 감소시킬 수 있게 된다.

이상에서 본 발명에 대하여 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명의 실시예에 의한 다층구조 기판에 의하면, 이동통신부품이 모듈화, 집적화, 소형화되는 기술 추세에 있어서 비아홀을 통한 열전도 구조를 개선시킴으로써 회로소자, 특히 전력증폭모듈로부터 발생되는 열로 인한 열간섭 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 추가 비용없이 단순한 공정을 통하여 개선된 열방출 구조를 구현할 수 있고, 모든 회로 소장에 개별적으로 적용할 수 있는 열방출 구조를 제공할 수 있으며, 통신모듈의 크기를 감소시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 전자부품이 실장되는 탑(top)측 기판층; 및

   상기 전자부품의 실장영역을 수직하게 투영하였을 경우 대응되는 영역에 형성된 카퍼컷 패턴 및 상기 영역 안쪽으로 형성된 열전도용 비아홀을 포함하는 내측 기판층을 포함하는 다층구조 기판.
2. 제1항에 있어서,

   상기 내측 기판층은 다수개로 구비되어 적층되고,

   상기 카퍼컷 패턴은 상기 전자부품의 실장영역을 수직하게 투영하였을 경우 각 층에서 동일한 영역에 형성되며,

   상기 비아홀은 층간 연결되는 다층구조 기판.
3. 제1항에 있어서, 상기 전자부품은

   전력증폭모듈인 다층구조 기판.
4. 제1항에 있어서, 상기 카퍼컷 패턴은

   상기 전자부품과 대응되는 영역의 금속구조체 전체가 제거되거나, 상기 전자부품과 대응되는 영역의 둘레를 따라 라인 형태로 제거되는 다층구조 기판.
5. 제1항에 있어서, 상기 금속구조체는

   그라운드 패턴을 포함하는 다층구조 기판.

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