KR20110009017A - 패키지 기판용 리드핀 - Google Patents

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KR20110009017A
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이기택
오흥재
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최진원
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 패키지 기판용 리드핀에 관한 것이다.
본 발명의 패키지 기판용 리드핀은, 원통형의 접속핀; 및 상기 접속핀의 일단부에 형성되며, 원반형의 플랜지부와 반구형의 라운드부로 이루어진 헤드부;를 포함하며, 패키지 기판의 탑재시 헤드부를 감싸며 용융되는 솔더 레지스트의 오름 현상이 플랜지부에 의해 방지되어 접속핀의 오염을 방지하고 소켓 결합시 쇼트 등의 접촉 불량을 개선할 수 있는 장점이 있다.

Description

패키지 기판용 리드핀{Lead pin for package substrate}
본 발명은 패키지 기판용 리드핀에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 반구형 라운드부와 플랜지부로 구성된 헤드부와 이로부터 수직 돌출된 접속핀으로 구성된 패키지 기판용 리드핀에 관한 것이다.
전자산업의 발달에 의해 다양한 형식의 반도체 패키지가 제작되고 있으며, 최근에는 반도체 패키지의 고배선 고밀도화됨에 따라 집적회로(IC)가 실장된 패키지 기판을 주기판(Main Board)에 연결하는 기판으로 다수의 T형 리드핀이 장착된 PGA(Pin Grid Array) 방식의 반도체 패키지 기판이 널리 사용되고 있다.
통상적인 패키지 기판은 통공을 통해 핀이 삽입되는 삽입형 핀의 형태와 납땜에 의해 패키지 기판에 부착되는 T형 리드핀이 주로 사용되고 있으며, 삽입형 핀에 비해 패키지 기판의 회로 구성에 제약이 작다는 장점으로 인하여 점차적으로 T형 리드핀의 사용이 보편화되고 있다.
그러나, T형 리드핀의 경우에는 패키지 기판의 장착시 리드핀의 기울어짐과 균일한 접합 강도의 유지가 어려운 단점이 있으며, 특히 땜납에 의한 환경적인 영향을 고려하여 납의 사용이 제한됨에 따라 납을 사용하지 않은 땜납(Sn-Ag-Cu, Sn-Sb)을 사용함으로써, 땜납의 용융 온도가 높게 형성된다.
땜납의 용융 온도가 높아짐에 의해서 패키지 기판에 IC 칩을 탑재하기 위한 리플로우 공정시 리플로우 열에 의해 리드핀을 지지하고 있는 리디핀 접속용 땜납이 용해되어 리드핀의 기울어짐이 발생하게 된다.
예를 들어 CPU용 패키지 기판의 경우에는 수백개의 반도체 탑재용 리드핀이 사용되고 있으며, 이 중에서 하나의 리드핀이라도 기울어짐이 발생되면 CPU 자체가 소켓에 장착될 수 없어 패키지 기판 자체가 불량품으로 처리되고 있다.
또한, 리드핀의 기울어짐에 의한 불량 외에도 종래의 T형 리드핀의 납땜시 리드핀의 헤드부와 땜납 사이에 기포가 형성되는 문제점이 발생될 수 있는 바, 이에 대하여 아래 도시된 도면을 통해 종래의 문제점을 살펴보면 다음과 같다.
도 1과 도 2는 종래의 리드핀 접합 상태가 도시된 구성도로서, 도시된 바와 같이 패키지 기판(10)의 패드부(11)에 솔더 페이스트(12)를 도포한 후, 패키지 기판(10)의 패드부(11)에 리드핀(20)의 헤드부(21)가 접촉되도록 실장한다.
이 후에 패키지 기판(10)의 패드부(11)에 다수의 리드핀(20)이 실장된 상태에서 패키지 기판(10)에 IC 칩을 장착하기 위한 리플로우 공정을 수행하게 되며, 리플로우 공정에 의해 IC 칩의 탑재 및 다수의 리드핀(20)이 패키지 기판(10) 상에 결합된다.
그러나, 리드핀(20)을 접합시키기 위한 솔더 페이스트(12) 도포시 솔더 페이스트(12) 내에 기포(13)가 발생되어 리드핀(20)의 접합 강도가 저하되는 문제점이 발생될 수 있고, 기포(13)의 형성 크기에 따라서 리드핀(20)이 일측으로 기울어지게 되는 단점이 있다.
또한, IC 칩을 결합하기 위한 솔더 페이스트(Sn96-Ag3.5-X계 솔더, 용융점 221℃)는 리드핀(20)의 결합하기 위한 솔더 페이스트(Sn95-Sb5, 용융점 232~240℃)가 높은 용융점을 가지고 있기는 하나, 리플로우 공정시 패키지 기판(10)이 받는 열충격을 최소화하기 위하여 용융점 이상의 온도로 짧게 유지시킴에 의해서 땜납 내부의 기포(13)가 빠져나갈 수 있는 충분한 시간이 주어지지 않게 됨으로써, 솔더 페이스트(12) 자체의 용융면이 불균일하거나 기포(13) 팽창에 의해 리드핀(20)과의 장력이 발생되어 리드핀(20)이 일측으로 기울어지는 접합 불량이 발생하게 된다.
그리고, 아래의 도면에 도시되지는 않았으나 패키지 기판(10)의 패드부(11)에 도포된 솔더 페이스트(12)가 리플로우 공정시 고온 용융에 의해 리드핀(20)의 헤드부(21) 상부로 타고 올라가게 됨으로써, 소켓 장착시 솔더 페이스트(12)가 소켓의 패드에 직접 접촉하게 되어 쇼트 불량이 발생될 수 있는 문제점이 지적되고 있다.
따라서, 본 발명은 종래 리드핀에서 제기되고 있는 상기 제반 단점과 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 반구형 라운드부와 플랜지부로 이루어진 헤드부에서 돌출된 원통형의 접속핀으로 구성됨에 따라 솔더 페이스트의 접속핀 유입이 플랜지부에 의해 차단되어 접속핀의 오염을 방지함과 아울러 헤드부와 솔더 페이스트의 접촉 면적을 증가시켜 접합 효율이 향상되도록 한 패키지 기판용 리드핀이 제공됨에 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은, 원통형의 접속핀; 상기 접속핀의 일단부에 형성되며, 원반형의 플랜지부와 반구형의 라운드부로 이루어진 헤드부;를 포함하는 패키지 기판용 리드핀이 제공됨에 의해서 달성된다.
상기 플랜지부는 소정 높이의 원반형으로 구성되고, 일면 중앙부에 원통형의 접속핀이 수직으로 돌출 형성되고, 상기 플랜지부의 타면에는 상기 접속핀의 직경보다 큰 직경을 가지는 반구형의 라운드부가 돌출 형성된다.
이때, 상기 플랜지부의 직경에 대하여 상기 라운드부의 직경은 1 : 0.5 내지 1 : 0.98의 직경비로 구성됨이 바람직하다.
또한, 상기 라운드부는 외주면이 서로 다른 두 개의 곡률반경(R1)(R2)을 가지는 곡면으로 형성되며, 상기 접속핀의 두께와 대비하여 1 : 0.1 내지 1 : 5의 곡률반경으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 라운드부에 형성된 두 개의 곡률반경은 동일한 곡률반경으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 헤드부는 원반형의 플랜지부와 그 타면에 돌출된 반구형 라운드부의 높이가 서로 다르게 형성되며, 상기 플랜지부의 높이보다 상기 라운드부의 중앙부 높이를 더 크게 형성함이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 목적은, 접속핀과 그 일단부에 플랜지부와 반구형 라운드부가 이루어진 헤드부를 포함하는 패키지 기판용 리드핀에 있어서,
원통형의 접속핀 직경에 대하여 1 : 1.1 내지 1 : 4의 직경비를 갖는 원반형의 플랜지부가 상기 접속핀의 일단부에 형성되고, 상기 접속핀의 직경에 대하여 1 : 0.22 내지 1 : 3.92의 직경비를 갖는 반구형 라운드부가 상기 플랜지부의 상기 접속핀 돌출면의 반대면에 형성된 패키지 기판용 리드핀이 제공됨에 의해서 달성된다.
상기 라운드부는 중앙부의 높이가 상기 플랜지부의 높이보다 더 높게 형성됨이 바람직하며, 상기 라운드부는 패키지 기판의 패드부 상에서 용융되는 솔더 페이스트와 최대의 접촉 면적을 가지면서 상기 솔더 페이스트 내에 생성된 기포의 측방 인출이 용이하게 서로 다른 두 개의 곡률반경을 가지는 곡면으로 형성되는 바, 상기 접속핀의 직경에 대비하여 1 : 0.1 내지 1 : 5의 곡률반경이 형성되도록 함이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 패키지 기판용 리드핀은 패키지 기판의 탑재시 헤드부를 감싸며 용융되는 솔더 레지스트의 오름 현상이 플랜지부에 의해 방지되어 접속핀의 오염을 방지하고 소켓 결합시 쇼트 등의 접촉 불량을 개선할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 헤드부와 패키지 기판 사이에 용융되는 솔더 레지스트 내에 발생되는 기포가 라운드부의 곡률에 의해 용이하게 측방 인출되도록 함과 아울러 라운드부의 곡면을 따라 솔더 레지스트가 접촉됨에 따라 접촉 면적을 확장시켜 헤드부의 접합 강도를 향상시킬 수 있는 작용효과가 발휘될 수 있다.
도 1과 도 2는 종래의 리드핀 접합 상태가 도시된 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 패키지 기판용 리드핀의 저면 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 패키지 기판용 리드핀의 측면도.
도 5와 도 6은 본 발명에 따른 패키지 기판용 리드핀의 평면도 및 저면도.
도 7은 본 발명에 따른 리드핀의 패키지 기판 실장시의 측단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110. 헤드부 111. 플랜지부
112. 라운드부 120. 접속핀
200. 패키지 기판 220. 솔더 레지스트
본 발명에 따른 패키지 기판용 리드핀의 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.
먼저, 도 3은 본 발명에 따른 패키지 기판용 리드핀의 저면 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 패키지 기판용 리드핀의 측면도이며, 도 5와 도 6은 본 발명에 따른 패키지 기판용 리드핀의 평면도 및 저면도이다.
또한, 도 7은 본 발명에 따른 리드핀의 패키지 기판 실장시의 측단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예의 패키지 기판용 리드핀(100)은 패키지 기판(200)의 패드부(210) 상에 실장되는 헤드부(110)와, 헤드부(110)를 통해 수직 설치되는 접속핀(120)으로 구성된다.
상기 접속핀(120)은 리드핀(100)이 패키지 기판(200)에 실장시 소켓 등에 삽입되는 부분으로 패키지 기판(200)의 종류에 따라 소정의 길이를 가지는 원통형으로 구성되며, 리드핀(120)의 실장시 패키지 기판(200)의 상부로 돌출되게 결합된다.
또한, 상기 헤드부(110)는 접속핀(120)의 일단부에 원반형의 플랜지부(111)와 반구형의 라운드부(112)가 연속적으로 형성되며, 반구형의 라운드부(112)가 패키지 기판(200)의 패드부(210) 상에 접촉되게 실장된다.
이때, 상기 접속핀(120)의 일단부에 형성된 플랜지부(111)의 직경은 그 하면에 반구형으로 돌출된 라운드부(120)의 직경보다 큰 직경으로 형성되며, 패드부(210)에 인쇄된 솔더 페이스트(220)와의 접합시 솔더 페이스트(220)가 플랜지부(111)의 하면과 라운드부(112)의 외주면 사이 공간으로 유입되며, 라운드부(112)를 감싸는 솔더 페이스트(220)가 플랜지부(111) 상면으로 유출되어 접속핀(120)의 표면을 따라 올라오는 오름 현상이 차단될 수 있도록 한다. 즉, 플랜지부(111)는 솔더 페이스트(220) 오름 현상에 대한 스토퍼 역할을 하게 된다.
한편, 상기 라운드부(110)의 직경(d)은 그 상부의 플랜지부(111)의 직경(D)에 대하여 1 : 0.5 내지 1 : 0.98의 직경비를 가지도록 함이 바람직하며, 여기서 상기 라운드부(112)와 플랜지부(111)의 직경비가 1 : 0.5 이하일 경우에는 헤드부(110)를 감싸는 솔더 페이스트(220)와 라운드부(112)의 접촉 면적이 작아져 기울어짐 발생과 접합 강도가 약화될 우려가 있으며, 상기 라운드부(112)와 플랜지부(111)의 직경비가 1 : 0.98 이상일 경우에는 플랜지부(112)의 양측 돌출 폭이 좁아져 솔더 페이스트(220)에 대한 스토퍼 역할을 제대로 수행하지 못하게 될 수 있다.
또한, 상기 헤드부(110)를 구성하는 플랜지부(111)와 라운드부(112)는 서로 다른 높이(T)(t)로 형성됨이 바람직하며, 상기 플랜지부(111)의 높이(T)에 비해 소정 곡률로 형성된 라운드부(112)의 중앙부 높이(t)를 더 크게 형성함이 더 바람직하다.
상기 라운드부(112)의 중앙부 높이(t)를 더 크게 형성하는 이유는 헤드부(110)의 패키지 기판(200) 실장시 앞서 언급한 바와같이 헤드부(110)의 설계 범위 내에서 헤드부(110)를 감싸는 솔더 페이스트(220)가 라운드부(112)의 곡면에 접촉하는 면적을 크게 하기 위함이고, 이를 통해 접속핀(120)이 패키지 기판(200) 상에 기울어짐 없이 수직 설치가 가능함과 아울러 접촉 면적의 확대에 의해서 접합 성능을 향상시키기 위함이다.
또한, 상기 라운드부(112) 상에 형성된 플랜지부(111)는 라운드부(112)의 곡면에 접촉되는 솔더 페이스트(220)가 헤드부(110)의 상부로 유출되는 것이 방지되도록 스포퍼 역할을 하는 것으로, 솔더 페이스트(220)의 유출 경로만을 차단할 수 있을 정도의 얇은 두께도 가능할 수 있다.
한편, 상기 라운드부(112)는 상기 플랜지부(111)의 편평한 하면에 소정 높이로 돌출되는 바, 라운드부(112)는 솔더 페이스트(220)와의 접촉 면적을 최대로 유지시켜 접합 성능을 향상시키기 위하여 1 : 0.1 내지 1 : 5의 범위내에서 서로 다른 두 개의 곡률반경을 갖는 곡면으로 형성됨이 바람직하다.
이때, 상기 곡률반경은 동일한 곡률반경으로 형성되어 라운드부(112)의 외주면이 전체적으로 동일한 반경의 곡면으로 형성되도록 할 수도 있다.
상기 라운드부(112)는 그 하면이 패키지 기판(200)의 패드부(210)에 솔더 페이스트(220)를 매개체로 하여 직접 접촉되는 부분으로, 직경이 크고 곡률반경이 클수록 패키지 기판(200) 상에 기울어짐 없이 안정적인 실장이 가능할 수 있으나, 직경과 곡률반경이 클수록 솔더 페이스트(220) 내의 기포 도피 효과가 작아지기 때문에 접속핀(120)의 돌출 높이와 직경 등을 고려하여 가변적인 직경과 곡률반경으로 구성될 수 있도록 한다.
즉, 라운드부(112)의 직경과 곡률반경이 클수록 안정적인 실장이 가능할 수 있는데 반하여 직경과 곡률반경이 작을수록 플랜지부(111)의 측면 돌출 폭이 커지기 때문에 솔더 페이스트(220)의 플랜지부(111) 상부 유출 방지 효과는 커질 수 있다.
따라서, 라운드부(112)의 직경은 전자부품의 규격화 추세에 따라 직경이 정해져 있는 접속핀(120)의 직경(S)에 대하여 가변될 수 있는 바, 상기 접속핀(120)의 직경(S)에 대하여 라운드부(112)의 직경(d)은 1: 0.22 내지 1 : 3.92 의 직경비로 구성될 수 있다.
즉, 리드핀(100)의 설계시 패키지 기판(200)의 패드부(210)에 실장될 때 기울어짐이 발생되지 않으며 최대 접촉 면적을 확보할 수 있는 최적의 라운드부(112) 직경비를 갖도록 설계되며, 최근의 접속핀(120) 규격화 추세에 따라 접속핀(120)의 직경(S)이 0.3㎜로 결정된다면, 접속핀(120)과 라운드부(112)의 직경비는 1 : 2.5의 직경비로 구성됨이 가장 바람직하다.
또한, 라운드부(112)의 곡률반경은 작을수록 솔더 페이스트(220) 내의 기포 인출이 용이한데 반해 라운드부(112)의 솔더 페이스트(220) 접촉 면적이 작아져 접합 성능이 저하되므로, 기포의 인출 가능한 곡률반경을 유지하면서 솔더 페이스트(220)와의 접촉 면적이 최대로 유지시켜 접합 성능을 향상시킬 수 있는 0.5 내지 1 ㎜의 곡률반경으로 형성된다.
이와 같이 구성된 본 실시예의 리드핀(100)은 배선 패턴이 형성된 패키지 기판(200)의 패드부(210) 상에 등간격을 이루어 다수 실장되는 바, 패드부(210)에 인쇄된 솔더 페이스트(220) 상에 마운팅한다.
이때, 리드핀(100)은 헤드부(110)가 하부로, 접속핀(120)이 상부로 돌출되도록 패드부(210)에 배치하고, 헤드부(110)와 패드부(210) 사이에 솔더 페이스트(220)가 위치하도록 한다.
솔더 페이스트(220)는 납과 아연 및 은의 합금으로 구성된 것으로 열을 가함에 의해 점성이 있는 액상 형태로 용융되고, 상온 냉각에 의해서 용융된 상태의 형상으로 경화되며, 경화 상태에서 접합 대상의 상호 접합이 이루어지도록 하는 것이다.
리드핀(100)이 실장된 패키지 기판(200)은 솔더 페이스트(220)의 용융을 위한 열처리 과정, 즉 리플로우 공정을 거쳐 헤드부(110)와 패드부(210) 사이에 도포된 솔더 페이스트(220)가 용융되어 패키지 기판(200) 상에 리드핀(100)이 접합될 수 있도록 한다.
이와 같은 리플로우 과정에서 솔더 페이스트(220)의 용융시 급격한 용융에 의해 페이스트 내에 기포가 발생될 수 있는 데, 이는 헤드부(110)를 구성하는 라운드부(112)의 곡률반경 조절에 의한 곡면을 통해 헤드부(110)의 측방으로 누출됨으로써, 패키지 기판(200) 상에 리드핀(100)의 기울어짐 없이 수직 결합이 가능할 수 있도록 한다.
또한, 리플로우 과정에서 헤드부(110)를 감싸는 솔더 페이스트(220)가 용융될 때, 용융된 페이스트는 접합 대상물을 따라 상부로 타고 오르는 성질을 가지게 되는 데 라운드부(112)의 곡면에 접촉된 솔더 페이스트(220)는 라운드부(112)보다 큰 직경으로 형성된 플랜지부(111)에 의해 오름 현상이 방지된다.
즉, 플랜지부(111)는 라운드부(112)와 패키지 기판(200)의 패드부(210) 사이에 용융된 솔더 페이스트(220)의 유동 경로를 차단하는 스토퍼 역할을 하게 된다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
110. 헤드부 111. 플랜지부
112. 라운드부 120. 접속핀
200. 패키지 기판 220. 솔더 레지스트

Claims (4)

  1. 원통형의 접속핀; 및
    상기 접속핀의 일단부에 형성되며, 원반형의 플랜지부와 외주면이 서로 다른 두 개의 곡률반경을 가진 곡면으로 형성되며, 상기 곡률반경은 상기 접속핀의 직경과 대비하여 1 : 0.1 내지 1: 5의 범위내에서 선택된 서로 다른 골률반경으로 형성된 반구형의 라운드부로 이루어진 헤드부;를 포함하는 패키지 기판용 리드핀.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플랜지부는, 소정 높이의 원반형으로 구성되고, 일면 중앙부에 원통형의 상기 접속핀이 수직으로 돌출 형성되고, 상기 플랜지부의 타면에는 상기 접속핀의 직경보다 큰 직경을 가지는 반구형의 라운드부가 돌출 형성된 패키지 기판용 리드핀.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 라운드부의 직경은, 상기 플랜지부의 직경에 대하여 1 : 0.5 내지 1 : 0.98의 직경비로 구성된 패키지 기판용 리드핀.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 헤드부는 원반형의 플랜지부와 그 타면에 돌출된 반구형 라운드부의 높이가 서로 다르게 형성되며, 상기 플랜지부의 높이보다 상기 라운드부의 중앙부 높이를 더 크게 형성된 패키지 기판용 리드핀.
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CN117156668B (zh) * 2023-10-29 2024-04-02 天津光电惠高电子有限公司 一种芯片封装结构及降低散热焊盘焊接空洞的实现方法

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