KR20090012858A - 인쇄회로기판 보강구조물 및 이를 이용한 집적회로 패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 표면실장장치를 구비하는 인쇄회로기판의 강성을 보완하기 위한 보강구조물 및 이를 이용한 집적회로 패키지에 관한 것이다.

본 발명은 복수의 표면실장장치를 구비하는 인쇄회로기판의 강성을 보완하기 위한 보강구조물에 있어서, 상기 복수의 표면실장장치 중 소정 크기 이상의 두께를 갖는 적어도 하나의 표면실장장치를 수용할 수 있도록 해당 표면실장장치와 대응되는 부위에 형성된 적어도 하나의 개구를 구비하는 경질층과; 상기 복수의 표면실장장치의 융기를 완충할 수 있도록 상기 경질층의 일면에 접속된 연질층을 포함함을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 실용적 한계를 벗어나는 얇은 두께의 인쇄회로기판에 보강구조물을 적용하여 인쇄회로기판의 강성(기계적 강도)을 보완함으로써 패키지의 사이즈를 크게 줄이면서도 인쇄회로기판의 변형, 파손 등의 불량을 방지할 수 있다.

집적회로 패키지, 인쇄회로기판, 보강, 강성

Description

인쇄회로기판 보강구조물 및 이를 이용한 집적회로 패키지{REINFORCE FOR PRINTED CIRCUIT BOARD AND INTEGRATED CIRCUIT PACKAGE USING THE SAME}

본 발명은 집적회로 패키지에 관한 것으로, 특히 두께가 얇은(예를 들면 0.4mm이하) 인쇄회로기판(printed circuit board; PCB)의 변형과 손상을 방지하기 위한 인쇄회로기판 보강구조물 및 이를 이용한 집적회로 패키지에 관한 것이다.

최근, 전자기기의 소형화, 박형화 및 경량화에 따라 고집적화된 집적회로 패키지가 요구되고 있으며, 이에 따라 인쇄회로기판 역시 초박형으로 설계되어야만 한다.

한편, 인쇄회로기판은 그 위에 탑재되는 전자부품을 전기적으로 연결해주는 기능 이외에 부품들을 기계적으로 고정하는 역할도 하므로, 기판의 제조과정 또는 패키지과정 중에 변형 내지 손상되지 않을 정도 이상의 기계적 강도를 유지할 수 있어야 한다.

그러나 일반적으로 인쇄회로기판의 두께가 얇아질수록 인쇄회로기판의 강성 (기계적 강도) 또한 낮아져서 휨, 뒤틀림 등의 변형이 발생하고 신뢰성이 저하되는 문제점이 있기 때문에 현재까지 인쇄회로기판 두께의 실용적 하한선은 약 1.0mm로 제한되고 있다.

이와 같은 인쇄회로기판 두께의 제한을 극복하기 위한 종래방법으로, 인쇄회로기판 재질에 유리섬유 등 충진제를 보강하여 강성을 높이는 방법이 있다. 그러나 상기 종래방법은 성형 작업성의 저하와 같은 품질의 문제 및 인체와 환경에 유해한 소재의 사용으로 인해 재활용이 어려운 문제점이 있다.

종래 다른 방법으로는, 표면실장장치(surface mounting device; SMD) 가공이 완료된 인쇄회로기판과 금형 사이에 수지를 주입한 후, 경화시켜 인쇄회로기판의 강도를 높이는 방법이 있다. 그러나 상기 방법은 금형의 밀착 및 수지(resin) 주입과정이 복잡하고 들뜬 틈으로 수지 잔사(residue)가 남아 표면을 매끄럽게 하는 후공정이 필요하므로 대량 생산에는 적합하지 않은 문제점이 있다. 특히 수지가 경화과정에서 수축하여 얇은 인쇄회로기판이 휘어지는 단점이 있다.

종래 또 다른 방법으로는 SMD 가공이 완료된 인쇄회로기판 위에 수지를 뿌린 후 경화시켜 인쇄회로기판의 강도를 높이는 방법이 있다. 그러나 수지는 뿌리는 공정시간이 길고 수지가 주입되지 말아야 할 부분은 별도로 차단을 해야하기 때문에 역시 대량생산에 적합하지 않은 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 인쇄회로기판의 재료와 설계를 크게 변경하지 않으면서, 구조강성(기계적강도)을 유지하면서도 두께의 증가가 없도록 하는 인쇄회로기판 보강구조물 및 이를 이용한 집적회로 패키지를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 1.0mm 이하의 두께를 갖는 인쇄회로기판을 채용하여 집적회로 패키지의 두께는 얇게 하면서도 인쇄회로기판의 강도는 증가시킬 수 있도록 하는 집적회로 패키지를 제공하고자 한다.

본 발명은 복수의 표면실장장치를 구비하는 인쇄회로기판의 구조강성을 보완하기 위한 보강구조물에 있어서, 상기 복수의 표면실장장치 중 소정 크기 이상의 두께를 갖는 적어도 하나의 표면실장장치를 수용할 수 있도록 해당 표면실장장치와 대응되는 부위에 형성된 적어도 하나의 개구를 구비하는 경질층과; 상기 복수의 표면실장장치의 융기를 완충할 수 있도록 상기 경질층의 일면에 접속된 연질층을 포함함을 특징으로 한다.

상기 경질층은 EMC(Epoxy Mold Compound); PES(Poly Ethylene Sulpone), PPO(Poly Penylene Oxide), PC(Poly Carbonate)를 포함한 Engineering Plastic; FRP(Glass Fiber Reinforced Plastic), GRP(Graphite Reinforced Plastic), Basault 또는 Ceramic을 포함한 복합재료; Steel, Stainless Steel, Aluminum, Magnesium, Alloy를 포함한 금속 중 적어도 하나를 포함한 조합으로 구성되며, 구부림 강도는 -40도 내지 85도의 온도범위에서 100MPa 이상임을 특징으로 한다.

상기 경질층은 복수의 관통홀을 더 포함함을 특징으로 한다.

상기 연질층은 점탄성 특성을 가진 고무; PAS(Pressure Sensitive Adhesive), EVA(Ethylene Vinyl Alcohol); 60도 내지 160도 온도범위에서 연화되는 특성을 갖는 핫멜트(Hotmelt) 수지; 점도가 1000eps 이상인 수지(resin) 또는 젤(gel) 중 적어도 하나를 포함한 조합으로 구성됨을 특징으로 한다.

상기 연질층의 두께는 적어도 상기 복수의 표면실장장치 중 높이가 가장 낮은 표면실자장치의 두께 이상이 되도록 하며, 양쪽 면이 상이한 접착력을 갖는다.

상기 연질층은 상면과 하면이 상이한 접착력을 가지며, 상기 연질층 상면의 접착력은 하면의 접착력 이상이며, 상기 연질층 하면의 접착력은 -40도 내지 85도의 온도범위에서 1 내지 10N/cm 임을 특징으로 한다.

상기 경질층과 연질층 사이에 형성된 접착층을 더 포함하며, 상기 접착층은 Epoxy(BPA); EVA(Ethylene Vinyl Alcohol)을 비롯한 열가소성 수지; PAS(Pressure Sensitive Adhesive) 중 적어도 하나를 포함한 조합으로 구성됨을 특징으로 한다.

상기 연질층의 측면 외곽을 따라 형성된 소수성(hydrophobic)의 실링층을 더 포함함을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 집적회로 패키지는 복수의 표면실장장치를 구비하는 인쇄회로기판과; 상기 복수의 표면실장장치 중 소정 크기 이상의 두께를 갖는 적어도 하나의 표면실장장치를 수용할 수 있도록 해당 표면실장장치와 대응되는 부위에 형성된 적어도 하나의 개구를 구비하는 경질층과; 상기 복수의 표면실장장치의 융기를 완충할 수 있도록 상기 경질층의 일면에 접속된 연질층을 포함함을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 실용적 한계(예를 들면, 0.4mm 정도)를 벗어나는 얇은 두께의 인쇄회로기판에 보강구조물을 적용하여 인쇄회로기판의 강성(기계적 강도)을 보완함으로써 패키지의 사이즈를 크게 줄이면서도 인쇄회로기판의 변형, 파손 등의 불량을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 인쇄회로기판에 주형이나 격막을 밀착시키는 복잡한 과정이 없이 본 조립공정이 매우 간단하다.

이하에서는 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판 보강구조물(100)의 구조를 설명하기 위한 도면으로, 설명의 편의상 복수의 표면실장장치(11~18)를 탑재하고 있는 인쇄회로기판(10)을 함께 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 인쇄회로기판 보강구조물(100)은 각각의 일면(110A, 120B)이 상호 접속된 경질층(hard layer,110)과 연질층(soft layer, 120)을 포함한다.

상기 경질층(110)은 높은 강도로 구조강성을 유지하여 인쇄회로기판을 지지할 수 있도록 예를 들면, 경질층(110)의 구부림 강도(bending modulus)는 -40 내지 85℃의 온도범위에서 100MPa가 바람직하며, 열팽창 계수는 -40 내지 85℃의 온도범위에서 100E-6 이하가 바람직하다. 또한, 경질층(110)의 소재는 내열(160℃ 이상), 내습(흡수율 1% 이하), 내후성을 충족시켜야 한다.

상기 조건을 충족시키는 물질로는 예를 들면, EMC(Epoxy Mold Compound), PES(Poly Ethylene Sulpone), PPO(Poly Penylene Oxide), PC(Poly Carbonate)를 포함한 Engineering Plastic 또는 Steel, Stainless Steel, Aluminum, Magnesium, Alloy를 포함한 금속 등이 있다.

상기 경질층(110)은 복수의 표면실장장치(11~18) 중 두께가 두꺼운(바람직하게는, 연질층의 두께를 초과하는 두께) 표면실장장치(11,12,13)가 관통할 수 있도록(수용할 수 있도록) 해당 표면실장장치(11,12,13)와 대응되는 부위에 개구(111,112,113)를 구비한다. 이때, 각 개구(111,112,113)는 해당 표면실장장치(11,12,13)와 동일한 단면 형상이며, 적어도 해당 표면실장장치의 크기 이상이 되는 것이 바람직하다.

또한, 경질층(110)에 복수의 홀(예를 들면, 핀홀)(119)을 이격 배치하여 경질층(110)과 표면실장장치의 상부면이 지나치게 근접하는 경우 연질층에 가해지는 압력을 해소할 수 있다.

상기 연질층(120)은 일면(120B)이 경질층(110)의 일면(110A)에 접속되며, 인쇄회로기판(10) 위에 탑재된 서로 다른 높이의 복수의 표면실장장치(11~18)의 융기 를 완충하는 역할을 한다. 이를 위해 연질층(120)은 예를 들면, 점탄성(Visco-elastic) 특성을 가진 고무(rubber)나 PSA(Pressure Sensitive Adhesive) 또는 점도가 높은 수지(resin), 겔(gell) 등이 가능하다. 100℃ 내지 160℃의 온도범위에서 연화되는 특성을 가진 핫멜트(Hotmelt) 수지도 가능하다.

연질층(120)의 소재는, 경질층(110)의 소재와 마찬가지로 내열(160℃ 이상), 내습(흡수율 1% 이하), 내후성을 충족시키는 것이 바람직하다. 연질층(120)의 구부림 강도(bending modulus)는 -40 내지 85℃의 온도범위에서 100MPa가 바람직하며, 열팽창 계수는 -40 내지 85℃의 온도범위에서 100E-6 이하가 바람직하다.

연질층의 일면(하부면,120A)에는 표면실장장치(11~18)가 탑재된 인쇄회로기판(10)과 결합하기 위해 접착제가 도포 또는 필름 라미네이팅(laminating) 되며, -40 내지 85℃의 온도범위에서 1~10N/cm 범위의 접착력을 유지하도록 한다.

연질층의 타면(상부면, 120B)은 경질층의 일면(하부면, 110A)과 접속된다. 이때 연질층과 경질층 사이의 결합력이 연질층과 인쇄회로기판 사이의 결합력보다 크거나 동등한 수준이 되도록 하며, 이는 보강구조물(100)을 인쇄회로기판으로부터 분리하는 경우에 연질층의 잔사(residue)가 인쇄회로기판 위에 남지 않도록 하기 위함이다. 접착제는 예를 들면, Epoxy(BPA), EVA(Ethylene Vinyl Alcohol)을 비롯한 열가소성 수지(resin), PSA(Pressure Sensitive Adhesive)등이 가능하다.

또한, 연질층의 측면 외곽을 소수성(hydrophobic)을 갖는 소재로 실링(sealing) 함으로써 연질층과 인쇄회로기판의 계면으로 습기가 침투하는 것을 억제할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판 보강구조물의 적용예를 설명하기 위한 도면으로, 다양한 높이의 장치(부품)가 그 상면에 표면실장 되어 있는 초박형의 인쇄회로기판(20)에 보강구조물(200)을 결합하기 전(도 2의 (a))과 후(도 2의 (b))의 상태를 나타낸 도면이다. 본 실시예는 초박형 인쇄회로기판(20)의 두께가 0.4mm이고, 인쇄회로기판(20)의 상면에 표면실장 되어 있는 장치(부품)의 두께(높이)가 각각 1.4mm(21), 1.2mm(22), 0.4mm(23), 0.6mm(24)인 경우의 적용예를 나타낸 것으로, 이를 통해 인쇄회로기판 보강구조물의 제조 및 적용과정을 설명하면 다음과 같다.

도 2(a)를 참조하면, 먼저, 경질층(210)을 압출(extrusion), 인발(roll press) 또는 사출성형(injection molding) 기법으로 0.4mm 정도 두께로 제작한다. 이때, 인쇄회로기판(20)에 실장된 부품의 높이가 예정된 연질층(220)의 두께(0.8mm)보다 클 경우 해당 영역에 개구(221,222)를 형성한다. 만일, 경질층(210)을 압출 또는 인발 기법으로 제작한 경우 개구(221,222)는 판금(press, punch trim)의 기법으로 재단하며, 경질층(210)을 사출성형 기법으로 제작한 경우 금형설계를 통해 개구 영역을 제외하고 성형하여 형성할 수 있다.

이어서, 경질층(210)의 일면(하부면, 210A)에 도포 또는 필름 라미네이팅 기법으로 접착제를 부착한 다음, 접착제가 부착된 경질층의 하부면(210A)에 0.8mm 두께의 연질층(220)을 형성한다. 연질층(220)은 소프트(soft)하면서도 일정 형태를 유지할 수 있는 물질로써, 도포 또는 필름 라미네이팅 공정에 의해 형성한다. 연질층(220)의 두께는 이론적으로는 인쇄회로부품에 탑재된 부품 중 높이가 가장 낮은 부품의 두께 이상이 되도록 해야하며, 실용적으로는 대체로 0.3mm이상이 되도록 하는 것이 바람직하다. 만일, 연질층(220)과 경질층(210)의 물질 특성상 상호간의 접착력이 우수한 경우에는 접착제 부착과정은 생략할 수 있다. 또한, 인쇄회로기판(20)과의 접속시에 계면으로 습기가 침수하는 것을 억제하기 위해 연질층(220)의 측벽 외곽을 소수성(hydrophobic)을 갖는 소재로 실링 할 수 있다.

계속해서, 연질층의 하부면(220A)에 접착제를 도포 또는 필름 라미네이팅 기법으로 부착하여 인쇄회로기판 보강구조물(200)을 완성한다.

도 2(b)를 참조하면, 완성된 인쇄회로기판 보강구조물(200)을 표면실장장치(21~24)가 탑재된 인쇄회로기판(20) 위에 정렬한 후 적절한 압력(예를 들면, 150MPa 이하)을 가해 인쇄회로기판 보강구조물(200)과 인쇄회로기판(20)이 밀착 결합하도록 한다. 이때, 장치와 장치 사이의 들뜬 공간을 연질층(220)이 파고들어 빈공간을 채우게 된다. 연질층의 점도는 감소시키고 점착성은 증가시키기 위해 온도를 높일 수 있으며, 장치의 손상을 방지하기 위해 온도는 160℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위를 초과하지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 예를 들면, 경질층 및 연질층의 소재, 두께, 개구의 크기 등을 필요에 따라 적절히 설계할 수 있다.

그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의 해 정해져야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 인쇄회로기판 보강구조물의 구조를 설명하기 위한 도면,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판 보강구조물의 적용예를 설명하기 위한 도면.

Claims (17)

1. 복수의 표면실장장치를 구비하는 인쇄회로기판의 강성을 보완하기 위한 보강구조물에 있어서,

   상기 복수의 표면실장장치 중 소정 크기 이상의 두께를 갖는 적어도 하나의 표면실장장치를 수용할 수 있도록 해당 표면실장장치와 대응되는 부위에 형성된 적어도 하나의 개구를 구비하는 경질층과;

   상기 복수의 표면실장장치의 융기를 완충할 수 있도록 상기 경질층의 일면에 접속된 연질층을 포함함을 특징으로 하는 인쇄회로기판 보강구조물.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 경질층은

   가. EMC(Epoxy Mold Compound)

   나. PES(Poly Ethylene Sulpone), PPO(Poly Penylene Oxide), PC(Poly Carbonate)를 포함한 Engineering Plastic

   다. FRP(Glass Fiber Reinforced Plastic), GRP(Graphite Reinforced Plastic), Basault 또는 Ceramic을 포함한 복합재료

   라. Steel, Stainless Steel, Aluminum, Magnesium, Alloy를 포함한 금속

   중 적어도 하나를 포함한 조합으로 구성됨을 특징으로 하는 인쇄회로기판 보강구조물.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 경질층의 구부림 강도는 -40도(℃) 내지 85도의 온도범위에서 100MPa 이상임을 특징으로 하는 인쇄회로기판 보강구조물.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 경질층은

   상기 경질층을 관통하여 형성된 복수의 홀을 더 포함함을 특징으로 하는 인쇄회로기판 보강구조물.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 연질층은

   가. 점탄성 특성을 가진 고무

   나. PAS(Pressure Sensitive Adhesive), EVA(Ethylene Vinyl Alcohol)

   다. 60도 내지 160도 온도범위에서 연화되는 특성을 갖는 핫멜트(Hotmelt) 수지

   라. 점도가 1000eps 이상인 수지(resin) 또는 젤(gel)

   중 적어도 하나를 포함한 조합으로 구성됨을 특징으로 하는 인쇄회로기판 보강구조물.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 연질층의 두께는

   적어도 상기 복수의 표면실장장치 중 높이가 가장 낮은 표면실장장치의 두께 이상임을 특징으로 하는 인쇄회로기판 보강구조물.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 연질층은 상면과 하면이 상이한 접착력을 가지며, 상기 연질층 상면의 접착력은 하면의 접착력 이상임을 특징으로 하는 인쇄회로기판 보강구조물.
8. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 연질층 하면의 접착력은

   -40도 내지 85도의 온도범위에서 1 내지 10N/cm 임을 특징으로 하는 인쇄회로기판 보강구조물.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 경질층과 연질층 사이에 형성된 접착층을 더 포함함을 특징으로 하는 인쇄회로기판 보강구조물.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 접착층은

    가. Epoxy(BPA)

    나. EVA(Ethylene Vinyl Alcohol)을 비롯한 열가소성 수지

    다. PAS(Pressure Sensitive Adhesive)

    중 적어도 하나를 포함한 조합으로 구성됨을 특징으로 하는 인쇄회로기판 보강구조물.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 연질층의 측면 외곽을 따라 형성된

    소수성(hydrophobic)의 실링층을 더 포함함을 특징으로 하는 인쇄회로기판 보강구조물.
12. 복수의 표면실장장치를 구비하는 인쇄회로기판과;

    상기 복수의 표면실장장치 중 소정 크기 이상의 두께를 갖는 적어도 하나의 표면실장장치를 수용할 수 있도록 해당 표면실장장치와 대응되는 부위에 형성된 적어도 하나의 개구를 구비하는 경질층과;

    상기 복수의 표면실장장치의 융기를 완충할 수 있도록 상기 경질층의 일면에 접속된 연질층을 포함함을 특징으로 하는 집적회로 패키지.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 경질층을 관통하여 형성된 복수의 홀을 더 포함함을 특징으로 하는 집적회로 패키지.
14. 제 12 항에 있어서, 상기 연질층의 두께는

    적어도 상기 복수의 표면실장장치 중 높이가 가장 낮은 표면실자장치의 두께 이상임을 특징으로 하는 집적회로 패키지.
15. 제 12 항에 있어서, 상기 연질층과 상기 경질층 사이의 접착력이 상기 연질층과 상기 인쇄회로기판 사이의 접착력보다 큰 것을 특징으로 하는 집적회로 패키지.
16. 제 12 항에 있어서, 상기 경질층과 연질층 사이에 형성된 접착층을 더 포함함을 특징으로 하는 집적회로 패키지.
17. 제 12 항에 있어서, 상기 인쇄회로기판과 접속하고 있는 면의 상기 연질층 측면 외곽에 형성된 소수성 소재의 실링층을 더 포함함을 특징으로 하는 집적회로 패키지.

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