KR20210052524A - 실장 구조체 - Google Patents

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Abstract

본 개시의 실장 구조체는 상면에 전자 부품이 탑재된 패키지와, 전압 레귤레이터 모듈과, 상면에 패키지가 탑재되는 마더 보드와, 드라이버와, 마더 보드의 도체층과 패키지의 도체층을 전기적으로 접속하기 위한 복수의 커넥터와, 히트싱크를 포함한다.

Description

실장 구조체
본 개시는 실장 구조체에 관한 것이다.
특허문헌 1에 기재된 바와 같이 반도체 소자가 패키지 기판에 실장된 실장 구조체에 있어서 연산 소자(CPU, GPU 등) 등과 같은 반도체 소자는 작동 전압의 저전압화나 소비 전력의 증가가 진행되고 있다. 예를 들면, 이러한 저전압으로 대전력의 연산 소자를 안정적으로 작동시키기 위해서는 보드 및 패키지를 통해 전압 변동이 작은 저전압을 대전류로 연산 소자에 공급할 필요가 있다.
일본 특허 제4644717호 공보
본 개시의 실장 구조체는 상면에 전자 부품이 탑재된 패키지와, 패키지의 하면에 전자 부품과 대향하는 위치에 탑재된 전압 레귤레이터 모듈과, 상면에 패키지가 탑재되는 마더 보드와, 마더 보드의 하면에 패키지와 대향하는 위치에 탑재된 드라이버와, 마더 보드의 도체층과 패키지의 도체층을 전기적으로 접속하기 위한 복수의 커넥터를 포함한다. 마더 보드는 전압 레귤레이터 모듈을 수용하기 위한 관통공과, 일부의 커넥터를 마더 보드의 상면으로부터 하면까지 통과시키기 위한 관통공을 갖는다. 관통공을 통과하는 커넥터의 일방의 단부가 드라이버 근방에서 접속되고, 타방의 단부가 전압 레귤레이터 모듈 근방에서 접속되어 있다. 전압 레귤레이터 모듈에는 전압 레귤레이터 모듈을 수용하기 위한 관통공을 통해 히트싱크가 접속되어 있다.
도 1은 본 개시의 일실시형태에 의한 실장 구조체를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 본 개시의 다른 실시형태에 의한 실장 구조체를 나타내는 개략 단면도이다.
전압 변동이 작은 저전압을 대전류로 연산 소자 등의 전자 부품에 공급하기 위해서 전압 레귤레이터 모듈(VRM)이 사용되는 경우가 있다. VRM을 사용할 경우 전압의 저하나 전력의 손실을 억제하기 위해서는 전자 부품과 VRM 사이의 전류 경로를 짧게 하는 편이 좋다. 마찬가지로 드라이버와 VRM 사이의 전류 경로도 짧은 편이 좋다. 그러나 VRM은 전자 부품에 큰 전력을 공급하기 때문에 작동시에 발열하여 고온이 되기 쉽다. 따라서, 발생한 열을 효율 좋게 실장 구조체의 외부에 방산하고, 전자 부품이나 드라이버 등에 열에 의한 악영향을 미치지 않도록 할 필요가 있다.
본 개시의 실장 구조체에서는 패키지에 탑재된 전자 부품과 VRM 사이 및 VRM과 드라이버 사이가 비교적 짧은 전류 경로로 접속되어 있다. 그 결과, 본 개시의 실장 구조체는 전자 부품을 안정적으로 작동시킬 수 있다. 또한, 본 개시의 실장 구조체에서는 VRM에 히트싱크가 접속되어 있다. 그 결과, VRM의 작동시에 발생하는 열을 효율 좋게 실장 구조체의 외부에 방산할 수 있고, 전자 부품이나 드라이버 등이 열에 의한 악영향을 받기 어려워진다.
도 1에 나타내는 바와 같이 본 개시의 일실시형태에 의한 실장 구조체(1)는 패키지(11)가 마더 보드(14)에 탑재되어 있다. 패키지(11)는 코어층과, 코어층의 양면에 적층된 절연층을 포함한다. 코어층은 절연성을 갖는 소재로 형성되어 있으면 특별히 한정되지 않는다. 절연성을 갖는 소재로서는, 예를 들면 에폭시 수지, 비스말레이미드-트리아진 수지, 폴리이미드 수지, 폴리페닐렌에테르 수지 등의 수지를 들 수 있다. 이들 수지는 2종 이상을 혼합해서 사용해도 좋다. 또한, 코어층에는 유리 섬유, 유리 부직포, 아라미드 부직포, 아라미드 섬유, 폴리에스테르 섬유 등의 절연성 포재(布材)가 보강재로서 포함되어 있어도 좋고, 실리카, 황산 바륨, 탤크, 클레이, 유리, 탄산 칼슘, 산화티탄 등의 무기 절연성 필러가 분산되어 있어도 좋다.
코어층에는 코어층의 상하면을 전기적으로 접속하기 위해서 스루 홀 도체가 형성되어 있다. 스루 홀 도체는 코어층의 상하면을 관통하고 있는 스루 홀에 형성되어 있다. 스루 홀 도체는, 예를 들면 구리 도금 등의 금속 도금으로 이루어지는 도체로 형성되어 있다.
코어층의 양면에는 절연층이 적층되어 있다. 도 1에 나타내는 패키지(11)에서는 절연층은 코어층의 양면 각각에 2층 적층되어 있다. 절연층은 코어층과 마찬가지로 절연성을 갖는 소재로 형성되어 있으면 특별히 한정되지 않는다. 각 절연층은 동일한 수지로 형성되어 있어도 좋고, 상이한 수지로 형성되어 있어도 좋다. 절연층과 코어층은 동일한 수지로 형성되어 있어도 좋고, 상이한 수지로 형성되어 있어도 좋다.
절연층에는 통상 층간을 전기적으로 접속하기 위한 비아 홀 도체가 충전되는 비아 홀이 형성되어 있다. 비아 홀은, 예를 들면 CO2 레이저, UV-YAG 레이저 등과 같은 레이저 가공에 의해 형성된다.
절연층의 표면에는 도체층이 형성되어 있다. 도체층에는 전원용, 그라운드용, 신호용 등의 배선 도체나 패드 등이 포함된다. 이러한 도체층은, 예를 들면 세미 애디티브법에 의해 무전해 구리 도금층 및 전해 구리 도금층을 절연층의 표면에 석출시킴으로써 형성된다. 또는, 표면에 도체(예를 들면, 구리박 등)가 형성된 절연판을 사용하여 노광, 현상, 및 에칭을 행하여 절연층의 표면에 도체층을 형성해도 좋다.
패키지(11)의 상면에는 전자 부품(12)이 탑재되어 있다. 전자 부품(12)으로서는, 예를 들면 연산 소자(CPU, GPU 등), 반도체 소자, 콘덴서 등을 들 수 있다. 일실시형태에 의한 실장 구조체(1)에서는, 예를 들면 작동 전압이 저전압에서 소비 전력이 큰 전자 부품(12)이 탑재되어 있어도 좋다. 이러한 전자 부품(12)의 작동 전압은 0.65~0.8V 정도이어도 좋고, 소비 전력은 500~1000W 정도이어도 좋다. 특히, 전자 부품(12)으로서 작동 전압이 0.65~0.8V 정도이며, 소비 전력이 500~1000W 정도의 연산 소자를 사용해도 좋다.
패키지(11)의 하면, 즉 전자 부품(12)의 탑재면과 반대측의 면에는 전자 부품(12)과 대향하는 위치에 전압 레귤레이터 모듈(VRM)(13)이 탑재되어 있다. 여기에서 「대향하는 위치」란 전자 부품(12)과 VRM(13)이 대향해서 적어도 일부에서 겹치는 위치이면 좋고, 전자 부품(12) 및 VRM(13)이 대향해서 완전히 겹치는 위치가 아니어도 좋다. VRM(13)은 마더 보드(14)로부터 공급되는 고전압(예를 들면, 24~48V 정도)을 전자 부품(12)의 작동 전압으로 내리고, 전압 변동이 적은 상태로 전자 부품(12)에 전압을 공급하기 위해서 사용된다.
전자 부품(12)과 VRM(13)이 탑재된 패키지(11)는 마더 보드(14)의 상면에 접착제(15)에 의해 고정되어 있다. 마더 보드(14)의 하면, 즉 패키지(11)의 탑재면과 반대측의 면에는 드라이버(16)가 탑재되어 있다. 드라이버(16)는 VRM(13)의 온도나 전류 등을 감시하고, 전자 부품(12)에 전류를 적절하게 공급하기 위해서 사용된다. 드라이버(16)와 VRM(13)은 비교적 짧은 전류 경로로 접속되는 것이 좋다. 그 때문에 드라이버(16)는 패키지(11)와 대향하는 위치에 탑재된다. 여기에서 「대향하는 위치」란 패키지(11)와 드라이버(16)가 대향해서 적어도 일부에서 겹치는 위치이면 좋고, 패키지(11) 및 드라이버(16)가 대향해서 완전히 겹치는 위치가 아니어도 좋다.
패키지(11)에 형성된 도체층과 마더 보드(14)에 형성된 도체층은 커넥터(17)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 일부의 커넥터(17)는 마더 보드(14)의 상면에 탑재된 패키지(11)의 도체층과 마더 보드(14)의 하면에 형성된 도체층을 전기적으로 접속하고 있다. 그 때문에 마더 보드(14)에는 일부의 커넥터(17)를 마더 보드의 상면으로부터 하면까지 통과시키기 위한 관통공이 형성되어 있다. 이 관통공을 통과하는 커넥터(17)는 일방의 단부가 드라이버(16) 근방에서 접속되고, 타방의 단부가 VRM(13) 근방에서 접속되어 있다. 이렇게 관통공을 통해 접속되어 있으면 드라이버(16)와 VRM(13)은 비교적 짧은 전류 경로로 접속된다. 또한, 관통공을 통과함으로써 VRM(13)의 작동시에 발생하는 열의 영향을 저감할 수 있다.
패키지(11)의 하면에 탑재된 VRM(13)은 마더 보드(14)에 형성된 VRM(13)을 수용하기 위한 관통공에 수용되어 있다. VRM(13)은 관통공에 완전히 수용되어 있을 필요는 없고, 도 1에 나타내는 바와 같이 적어도 VRM(13)의 일부가 관통공에 들어가 있으면 좋다. 이에 따라 VRM(13)의 하측과 후술하는 히트싱크(18)의 접속성을 확보하면서 패키지(11)와 마더 보드(14) 사이에 일정한 간격을 형성할 수 있고, 커넥터(17)의 배치 영역의 확보가 용이해진다.
VRM(13)의 작동시에 발생하는 열을 외부에 방산시키기 위해서 일실시형태에 의한 실장 구조체(1)에는 히트싱크(18)가 포함된다. 히트싱크(18)는 마더 보드(14)에 형성된 VRM(13)을 수용하기 위한 관통공을 통해 VRM(13)과 접속되어 있다. 구체적으로는 도 1에 나타내는 바와 같이 히트싱크(18)의 일부가 마더 보드(14)에 형성된 관통공에 수용되고, 이 관통공 내에서 VRM(13)과 히트싱크(18)가 접속되어 있다. 이렇게 마더 보드(14)가 VRM(13)을 수용하기 위한 관통공을 가짐으로써 VRM(13)과 히트싱크(18)를 접속하기 쉽고, VRM(13)의 작동시에 발생하는 열을 효율 좋게 외부에 방산시킬 수 있다.
본 개시의 실장 구조체는 상술한 일실시형태에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상술한 배선 기판(1)에서는 패키지(11)를 마더 보드(14)의 상면에 탑재하기 위해서 접착제(15)가 사용되어 있다. 그러나 패키지를 마더 보드의 상면에 탑재하는 방법은 한정되지 않는다.
예를 들면, 도 2에 나타내는 다른 실시형태에 의한 실장 구조체(2)에서는 전자 부품(22)과 VRM(23)이 탑재된 패키지(21)는 마더 보드(24)의 상면에 IC 소켓(25)을 사용해서 고정되어 있다. 구체적으로는, 우선 전자 부품(22)과 VRM(23)이 탑재된 패키지(21)를 IC 소켓(25)에 수용한다. 패키지(21)가 수용된 IC 소켓(25)과 마더 보드(24)를 전기적으로 접속하면 좋다. 실장 구조체(2)에 포함되는 IC 소켓(25) 이외의 부재, 즉 패키지(21), 전자 부품(22), VRM(23), 마더 보드(24), 드라이버(26), 커넥터(27), 및 히트싱크(28)에 대해서는 상술한 바와 같으며, 상세한 설명에 대해서는 생략한다.
1, 2: 실장 구조체 11, 21: 패키지
12, 22: 전자 부품 13, 23: 전압 레귤레이터 모듈(VRM)
14, 24: 마더 보드 15: 접착제
25: IC 소켓 16, 26: 드라이버
17, 27: 커넥터 18, 28: 히트싱크

Claims (5)

  1. 상면에 전자 부품이 탑재된 패키지와,
    패키지의 하면에 전자 부품과 대향하는 위치에 탑재된 전압 레귤레이터 모듈과,
    상면에 패키지가 탑재되는 마더 보드와,
    마더 보드의 하면에 패키지와 대향하는 위치에 탑재된 드라이버와,
    마더 보드의 도체층과 패키지의 도체층을 전기적으로 접속하기 위한 복수의 커넥터를 포함하고,
    마더 보드는 전압 레귤레이터 모듈을 수용하기 위한 관통공과, 일부의 커넥터를 마더 보드의 상면으로부터 하면까지 통과시키기 위한 관통공을 갖고,
    관통공을 통과하는 커넥터의 일방의 단부가 드라이버 근방에서 접속되고, 타방의 단부가 전압 레귤레이터 모듈 근방에서 접속되어 있으며,
    전압 레귤레이터 모듈에는 전압 레귤레이터 모듈을 수용하기 위한 관통공을 통해 히트싱크가 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 실장 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 레귤레이터 모듈을 수용하기 위한 관통공에 상기 전압 레귤레이터 모듈의 일부만이 위치하고 있는 실장 구조체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 패키지가 IC 소켓을 사용하여 상기 마더 보드에 고정되어 있는 실장 구조체.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 부품이 연산 소자인 실장 구조체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 연산 소자의 작동 전압이 0.65~0.8V이며, 소비 전력이 500~1000W인 실장 구조체.
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