KR20220062891A

KR20220062891A - 인쇄 회로 기판 및 그 인쇄 회로 기판의 제조 방법

Info

Publication number: KR20220062891A
Application number: KR1020200148617A
Authority: KR
Inventors: 홍경국; 김영석
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2020-11-09
Filing date: 2020-11-09
Publication date: 2022-05-17

Abstract

본 발명은 절연 회로 기판의 일 면에 돌출된 복수 개의 접합부를 형성시키는 단계, 복수 개의 상기 접합부가 금속 접합소재와 접하도록 상기 절연 회로 기판을 정렬하는 단계 및 상기 금속 접합소재에 열과 압력을 가함으로써 상기 금속 접합소재를 복수 개의 상기 접합부에 전사시키는 단계를 포함하는 인쇄 회로 기판의 제조 방법으로서, 본 발명에 의하면, 칩과 리드 프레임 접합부에 Ag 접합소재를 동시에 전사하여 한 번에 소결 공정이 수행될 수 있도록 한다.

Description

인쇄 회로 기판 및 그 인쇄 회로 기판의 제조 방법{PRINTED CIRCUIT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 인쇄 회로 기판과 그것을 제조하는 방법에 관한 것이다.

인쇄 회로 기판은 절연 소재의 기판에 반도체 칩과 와이어를 본딩하고, 몰딩 등의 패키징 공정에 활용된다.

xEV(x Electric Vehicle) 차량용 인버터 내 파워모듈은 절연회로기판 위에 전력반도체 칩이 접합되며, 외부 시스템과의 전기적 연결을 위해 파워 단자용 리드가 기판과 접합되어 제조된다.

칩 접합 및 리드 접합은 Sn계 솔더가 일반적으로 적용되었으나, 동작 내구성 향상 및 열저항 감소를 위해 Ag 소결 접합기술의 적용이 확대되고 있다.

Ag 소결 접합은 빠른 공정 진행이 가능한 가압 방식이 최근 개발되고 있으며, Ag 페이스트 도포 방식은 가압 시 소재의 밀림 문제로 인해 사전에 건조되어 있는 Ag 필름이 가압용으로 활용되는 추세이다.

Ag 필름을 활용한 가압 소결 공정 진행 시, 접합용 Ag 소재를 베이스 필름에서 분리하여 접합부로 옮기는 전사 공정이 필요하며, 전사 후 가압을 통해 소결 공정이 진행된다.

도 1a 내지 도 1d는 순차적으로 칩과 리드프레임을 전사하여 기판에 부착시키는 공정을 도시한 것이다.

가압 소결 공정 진행을 위해 Ag 필름의 접합소재를 칩으로 전사할 경우, 도 1a와 같이 준비된 Ag 필름 위에 칩(11)을 배치한 후 일정 온도와 가압을 인가하여 베이스 필름(22) 위에 존재하는 Ag 접합소재(21)를 칩(11) 하부로 옮겨지도록 하여 전사가 이루어진다.

열과 가압이 가해지는 부분 만큼만 Ag 접합소재(21)가 전사되어 칩(11) 하부로 옮겨질 수 있으며, 형태를 유지하는 베이스 필름(22)과 Ag 접합소재(21)가 잘 분리되는 것이 중요하다. (Ag 접합소재 자체로는 형태 유지 불가)

칩을 전사한 후 도 1b와 같이 칩 접합 소결 공정을 통해 기판()에 칩(11)을 접합시킨다.

그리고, 도 1c와 같이 리드프레임(12) 역시 동일한 방법으로 접합이 이루어질 리드 영역을 Ag 필름에 온도와 가압으로 베이스 필름(42) 상의 Ag 접합소재(41)를 전사시킨다. 다만, 리드프레임(12)의 크기 대비 접합부 면적이 매우 적은 일부분만 전사가 이뤄지고 리드프레임(12)의 복잡한 형상으로 인해, 전사 공정이 매우 까다롭다.

그런 다음, 도 1d와 같이 리드프레임 접합 소결 공정을 통해 기판()에 리드프레임(12)을 접합시킨다.

즉, 칩 전사를 먼저 진행한 후 칩 하부 가압소결 접합이 진행되며, 이후 리드를 접합시키기 위한 리드 접합부 전사와 소결 공정이 단계적으로 진행되게 된다.

이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

한국등록특허공보 제10-2044497호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 칩과 리드 프레임 접합부에 Ag 접합소재를 동시에 전사하여 한 번에 소결 공정이 수행될 수 있도록 하는 인쇄 회로 기판 및 그 인쇄 회로 기판의 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 관점에 의한 인쇄 회로 기판의 제조 방법은, 절연 회로 기판에 형성된 금속 전극부와 동일 소재로 돌출된 복수 개의 접합부를 형성시키는 단계, 복수 개의 상기 접합부가 금속 접합소재와 접하도록 상기 절연 회로 기판을 정렬하는 단계 및 상기 금속 접합소재에 열과 압력을 가함으로써 상기 금속 접합소재를 복수 개의 상기 접합부에 전사시키는 단계를 포함한다.

그리고, 상기 금속 접합소재가 전사된 복수 개의 상기 접합부 각각에 피접합물을 정렬하는 단계 및 상기 피접합물을 가압함으로써 상기 금속 접합소재를 소결시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

특히, 상기 금속 접합소재를 복수 개의 상기 접합부에 전사시키는 단계에 의해 상기 금속 접합소재는 복수 개의 상기 접합부에 동시에 전사되는 것을 특징으로 한다.

나아가, 복수 개의 상기 접합부의 돌출된 높이는 동일한 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 피접합물을 가압함으로써 상기 금속 접합소재를 소결시키는 단계는 각각의 상기 피접합물을 동시에 가압하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 피접합물은 반도체 칩과 리드프레임(Lead Frame)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 복수 개의 상기 접합부의 돌출된 높이는 상기 금속 접합소재의 두께 이상인 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 금속 접합소재를 복수 개의 상기 접합부에 전사시키는 단계는 복수 개의 상기 접합부에 대응되는 위치에 국부적으로 열과 압력을 가하여 전사시키는 것을 특징으로 한다.

그리고, 복수 개의 상기 접합부는 Cu 소재의 전극층이며, 상기 금속 접합소재는 Ag 소재의 접합소재인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수 개의 접합부를 형성시키는 단계는 상기 절연 회로 기판의 일 면을 에칭(etching)함으로써 형성시키는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 복수 개의 접합부를 형성시키는 단계는 복수 개의 상기 접합부를 형성시킬 영역에 금속 페이스트(paste)를 도포 후 열처리함으로써 형성시키는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 금속 접합소재가 전사된 복수 개의 상기 접합부 각각에 피접합물을 정렬하는 단계 및 상기 금속 접합소재에 열을 가압함으로써 상기 금속 접합소재를 소결시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

그리고, 복수 개의 상기 접합부의 돌출된 높이는 동일한 것을 특징으로 한다.

또한, 복수 개의 상기 접합부의 돌출된 높이는 상기 금속 접합소재의 두께이상인 것을 특징으로 한다.

다음으로, 본 발명의 일 관점에 의한 인쇄 회로 기판은, 일 면에 형성된 금속 전극부와 동일 소재의 복수 개의 접합부가 돌출 형성된 절연 회로 기판; 및 및 복수 개의 상기 접합부 각각에 접합된 피접합물을 포함하고, 상기 피접합물은 복수 개의 상기 접합부에 전사된 금속 접합소재가 소결됨으로써 접합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 기존에 칩과 리드프레임 전사를 따로 진행하게 되어 소결 공정 역시 따로 진행하던 많은 공정 단계와 소요 시간을 돌출된 기판을 활용한 한 번의 전사 진행을 통해 가압 소결공정 역시 한 번에 진행이 가능하여 단계 축소를 통한 비용 및 소요 시간을 절감할 수 있다.

병렬로 배치되는 칩 접합의 경우, 기존에는 복수의 칩 하나 씩 전사를 해야 하기 때문에 개별 칩 당 가압과 온도 인가가 필요한 공정이 필요했지만, 돌출형 기판을 활용한 전사 진행의 경우는 복수의 돌출부가 있는 기판 하나를 한 번의 공정 진행으로 Ag 접합소재가 전사될 수 있으므로, 다수의 칩 전사 시에도 소요 시간 등의 절감이 가능하다.

기존 칩을 활용한 직접 전사 시 Ag 접합 소재가 칩 끝단에 일부 Ag 소재가 과다하게 옮겨와, 가압 소결 과정에서 칩 측벽부에 잔존하여 전기적 불량을 발생시키는 경우가 있었으나, 본 제안 기술인 기판으로의 전사 진행 시 기판 돌출부를 칩 면적보다 일부 적게 반영하여 전사하면 일부 과다 전사 시에도 칩 하부 면적을 넘지 않은 범위에서 소결 진행이 이루어지게 되며, 이를 통해 불량 발생율을 낮출 수 있다.

예를 들어, 종래 기술에 의하면 전사 공정 1회 진행 시 공정 조건은 130℃, 60초로써, 칩이 8개인 경우 탈부착 시간을 제외하고도 칩 전사를 위해 480초가 소요되고, 리드프레임용으로 60초가 추가로 소요된다.

그런, 본 발며엥 의하면, 하나의 기판을 활용해 전사를 진행하므로 전사 공정은 1회인 60초로 끝나게 되어 공정 시간이 크게 단축된다.

도 1a 내지 도 1d는 종래의 칩과 리드프레임의 전사 및 소결 공정을 순차적으로 도시한 것이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 의한 칩과 리드프레임의 전사 공정을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 칩과 리드프레임의 전사 공정 후 가압 소결 공정을 도시한 것이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 공정에 대한 실시예를 도시한 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 의한 칩과 리드프레임의 전사 공정을 도시한 것이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 칩과 리드프레임의 전사 공정 후 가압 소결 공정을 도시한 것이다.

이하, 도 2a 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 인쇄 회로 기판 및 그것의 제조 방법을 설명하기로 한다.

본 발명은 기존 공정에서 칩 전사와 리드프레임 전사를 따로 진행하므로 인해 소결공정이 각각 진행되는 복잡성을 해소하고자, 칩과 리드프레임 접합부에 접합소재를 동시에 전사하여 한 번에 소결 공정이 수행될 수 있도록 하는 것이다.

먼저, 세라믹 소재의 절연 회로 기판(110)을 준비하되, 절연 회로 기판(110)의 일 면에 복수 개의 접합부(111)를 돌출 형성시킨다.

돌출시키는 접합부(111)는 칩(210, chip)과 리드프레임(220, Lead Frame)을 접합시킬 위치 상에 형성시키며, 칩(210)은 복수 개일 수 있다.

접합부(111)는 Cu 소재의 전극층일 수 있다.

즉, 접합부(111)는 절연 회로 기판에 형성된 금속 전극부와 동일 소재일 수 있다.

그리고, 후속 공정을 위해 복수 개의 접합부(111)의 돌출 높이는 동일한 것이 바람직하다. 서로 다른 높이로 돌출된 접합부를 가진 기판에 전사할 경우 설명 예에서 제시한 기판과 Ag 필름의 전사 방향을 서로 바꾸는 등의 과정이 필요할 수 있다.

한편, 기존 칩을 활용한 직접 전사 시에는 Ag 접합소재가 칩 하면 모서리에 일부 Ag 접합소재가 과다하게 옮겨와, 가압 소결 과정에서 칩 측벽부에 잔존하여 전기적 불량을 발생시키는 경우가 있었다.

본 발명은 이를 해소하고자 절연 회로 기판(110)의 접합부(111) 상면의 면적은 칩, 리드프레임 등의 피접합물 하면의 면적보다 작도록 하여 이를 해소할 수 있으며, 따라서, 일부 과다 전사 시에도 칩 하부 면적을 벗어나지 않는 범위에서 소결 진행이 이루어지게 됨으로써, 이를 통해 불량 발생율을 낮출 수 있다.

그리고, 돌출 높이는 전사 공정이 수행될 수 있도록 평면 기판이 아닌 수준으로의 돌출이 있으면 가능하나, 필름에서 접합용 소재의 원만한 전사(소재 이동)이 구현될 수 있도록 접합 소재 두께 이상인 것이 바람직하다.

예를 들어, 두께 65㎛의 Ag 필름을 적용할 경우, 돌출형 기판의 돌출 높이를 65㎛ 이상으로 적용할 수 있다.

본 발명은 절연 회로 기판(110)에 형성시킨 접합부(111)에 금속 필름을 직접 전사시키기 위한 것으로서, 이를 위해 도 2a와 같이 금속 필름(120) 상에 절연 회로 기판(110)의 접합부(111)가 마주 보도록 정렬시키고, 도 2b와 같이 접합부(111)를 금속 필름(120) 상에 안착시킨다.

금속 필름(120)은 베이스 필름(122) 상에 금속 접합소재가 적층된 것으로서, 금속 접합소재는 칩(210) 및 리드프레임(220)을 절연 회로 기판(110)에 접합시키기 위한 것이다.

금속 접합소재는 Ag 접합소재(121)인 것이 바람직하다.

그런 다음, 금속 필름(120)에 열을 인가하고 가압함으로써 도 2c와 같이 접합부(111)에 Ag 접합소재(121)가 전사될 수 있게 하며, 열과 가압은 접합부(111)에 대응되는 위치에 국소적으로 가할 수 있다.

한편, Ag 필름을 전사하는 방식 외에 직/간접으로 Ag 페이스트를 활용해 도포하는 방식도 가능하다.

다음, 도 3과 같이 이와 같이 Ag 접합소재(121)가 전사된 절연 회로 기판(110)의 접합부(111) 상에 칩(210)과 리드프레임(220)을 배치하여 정렬한 후 칩(210)과 리드프레임(220)을 동시에 가압 소결하여 접합시킨다.

즉, 1회에 동시에 가압 소결이 가능하나, 경우에 따라서는 2회 이상 분할 실시하거나, 무가압 열처리를 통해서도 소결 공정 진행이 가능하다.

본 발명은 이와 같이 돌출된 접합부에 의해 칩 전사와 리드프레임 전사를 동시에 구현하므로, 복수의 칩 뿐만 아니라 복잡한 형상인 리드프레임의 접합을 위한 전사 공정을 한 번에 진행할 수가 있다.

나아가, Ag 소재가 전사된 기판 위에 접합할 칩과 리드프레임을 정렬시킨 후 동시에 가압 소결공정을 수행하도록 하여, 기존에 칩과 리드프레임 접합을 구분하여 단계적으로 진행하던 방식을 한 번에 진행할 수가 있다.

도 4 및 도 5는 절연 회로 기판(110)의 일 면에 복수 개의 접합부(111)를 돌출 형성시키는 구체적인 예를 나타내었다.

먼저, 도 4는 기판 식각을 통해 접합부(111)를 돌출 형성시키는 것으로서, 절연 회로 기판(110) 제작 시, 접합부(110) 형성을 위한 영역을 에칭 마스크(310)에 의해 마스킹한 후 이를 제외한 나머지 전극 금속층(예, Cu)을 에칭하여 접합부(111)를 돌출 형성할 수 있다.

그리고, 도 5는 금속 페이스트 도포 후 열처리에 의한 것으로서, 평면 절연 회로 기판(110) 위에, 스크린 마스크(322) 후 전극부와 동일 소재의 금속 페이스트(321)를 도포한 후 이를 열처리하여 접합부(111)를 돌출 형성할 수 있다.

돌출부의 면적은 소결 접합을 위해 배치되는 칩이나 리드 접합부의 크기와 동일하게 반영하는 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

110 : 인쇄 회로 기판
111 : 접합부
120 : Ag 필름
121 : Ag 접합소재
122 : 베이스 필름
210 : 칩
220 : 리드프레임
310 : 에칭 마스크
321 : 전극 페이스트
322 : 스크린 마스크

Claims

절연 회로 기판에 형성된 금속 전극부와 동일 소재로 돌출된 복수 개의 접합부를 형성시키는 단계;
복수 개의 상기 접합부가 금속 접합소재와 접하도록 상기 절연 회로 기판을 정렬하는 단계; 및
상기 금속 접합소재에 열과 압력을 가함으로써 상기 금속 접합소재를 복수 개의 상기 접합부에 전사시키는 단계를 포함하는,
인쇄 회로 기판의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 금속 접합소재가 전사된 복수 개의 상기 접합부 각각에 피접합물을 정렬하는 단계; 및
상기 피접합물을 가압함으로써 상기 금속 접합소재를 소결시키는 단계를 더 포함하는,
인쇄 회로 기판의 제조 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 금속 접합소재를 복수 개의 상기 접합부에 전사시키는 단계에 의해 상기 금속 접합소재는 복수 개의 상기 접합부에 동시에 전사되는 것을 특징으로 하는,
인쇄 회로 기판의 제조 방법.
청구항 3에 있어서,
복수 개의 상기 접합부의 돌출된 높이는 동일한 것을 특징으로 하는,
인쇄 회로 기판의 제조 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 피접합물을 가압함으로써 상기 금속 접합소재를 소결시키는 단계는 각각의 상기 피접합물을 동시에 가압하는 것을 특징으로 하는,
인쇄 회로 기판의 제조 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 피접합물은 반도체 칩과 리드프레임(Lead Frame)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
인쇄 회로 기판의 제조 방법.
청구항 4에 있어서,
복수 개의 상기 접합부의 돌출된 높이는 상기 금속 접합소재의 두께 이상인 것을 특징으로 하는,
인쇄 회로 기판의 제조 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 금속 접합소재를 복수 개의 상기 접합부에 전사시키는 단계는 복수 개의 상기 접합부에 대응되는 위치에 국부적으로 열과 압력을 가하여 전사시키는 것을 특징으로 하는,
인쇄 회로 기판의 제조 방법.
청구항 6에 있어서,
복수 개의 상기 접합부는 Cu 소재의 전극층이며, 상기 금속 접합소재는 Ag 소재의 접합소재인 것을 특징으로 하는,
인쇄 회로 기판의 제조 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 복수 개의 접합부를 형성시키는 단계는 상기 절연 회로 기판의 일 면을 에칭(etching)함으로써 형성시키는 것을 특징으로 하는,
인쇄 회로 기판의 제조 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 복수 개의 접합부를 형성시키는 단계는 복수 개의 상기 접합부를 형성시킬 영역에 금속 페이스트(paste)를 도포 후 열처리함으로써 형성시키는 것을 특징으로 하는,
인쇄 회로 기판의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 금속 접합소재가 전사된 복수 개의 상기 접합부 각각에 피접합물을 정렬하는 단계; 및
상기 금속 접합소재에 열을 가압함으로써 상기 금속 접합소재를 소결시키는 단계를 더 포함하는,
인쇄 회로 기판의 제조 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 금속 접합소재를 복수 개의 상기 접합부에 전사시키는 단계에 의해 상기 금속 접합소재는 복수 개의 상기 접합부에 동시에 전사되는 것을 특징으로 하는,
인쇄 회로 기판의 제조 방법.
청구항 13에 있어서,
복수 개의 상기 접합부의 돌출된 높이는 동일한 것을 특징으로 하는,
인쇄 회로 기판의 제조 방법.
청구항 14에 있어서,
복수 개의 상기 접합부의 돌출된 높이는 상기 금속 접합소재의 두께 이상인 것을 특징으로 하는,
인쇄 회로 기판의 제조 방법.
일 면에 형성된 금속 전극부와 동일 소재의 복수 개의 접합부가 돌출 형성된 절연 회로 기판; 및
복수 개의 상기 접합부 각각에 접합된 피접합물을 포함하고,
상기 피접합물은 복수 개의 상기 접합부에 전사된 금속 접합소재가 소결됨으로써 접합되는 것을 특징으로 하는,
인쇄 회로 기판.
청구항 16에 있어서,
복수 개의 상기 접합부의 돌출된 높이는 동일한 것을 특징으로 하는,
인쇄 회로 기판.