KR101149036B1 - 임베디드 인쇄회로기판용 전자부품 결합 부재 및 이를 이용한 임베디드 인쇄회로기판 및 임베디드 인쇄회로기판 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 하부 금속기판상에 서로 이격되도록 형성된 복수의 도전성 범프; 상기 도전성 범프상에 솔더 또는 도금부를 사이에 두고 전기적으로 연결된 전자부품; 및 상기 전자부품과 상기 하부 금속기판 사이의 공간을 매립하는 접합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 임베디드 인쇄회로기판용 전자부품 결합 부재 및 이를 이용한 임베디드 인쇄회로기판 및 임베디드 인쇄회로기판 제조 방법에 관한 것이다. 이에 의해, 파인피치를 구현하고, 후처리 방식에 구애됨이 없이 플립칩 접속방식을 고려하여 제작된 전자부품을 실장시킬 수 있다.

Description

임베디드 인쇄회로기판용 전자부품 결합 부재 및 이를 이용한 임베디드 인쇄회로기판 및 임베디드 인쇄회로기판 제조 방법{IMBEDED PRINTED CIRCUIT BOARD MEMBER EQIPPED WITH ELECTRONIC PARTS AND IMBEDED PRINTED CIRCUIT BOARD USING THE SAME AND MANUFACTURING METHOD OF IMBEDED PRINTED CIRCUIT BOARD}

본 발명은, 임베디드 인쇄회로기판용 전자부품 결합 부재 및 이를 이용한 임베디드 인쇄회로기판 및 임베디드 인쇄회로기판 제조 방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 파인피치를 구현할 수 있고, 능동 다이를 원활한 수급할 수 있고 신뢰성의 리스크를 줄인 임베디드 인쇄회로기판용 전자부품 결합 부재 및 이를 이용한 임베디드 인쇄회로기판 및 임베디드 인쇄회로기판 제조 방법에 관한 것이다.

인쇄회로 기판 (PCB; Printed Circuit Board)은 전기 절연성 기판에 구리와 같은 전도성 재료로 회로 라인 인쇄회로 기판 (line pattern)을 인쇄 형성시킨 것으로, 전자 부품을 탑재하기 직전의 기판을 말한다. 즉 여러 종류의 많은 전자 부품을 평판 위에 밀집 탑재시키기 위해, 각 부품의 장착 위치를 확정하고, 부품을 연결하는 회로 라인을 평판 표면에 인쇄하여 고정시킨 회로 기판을 뜻한다.

한편, 임베디드 PCB(Embedded PCB)는 저항(Resistor), 커패시터(Capacitor), 인덕터(Inductor)와 같은 수동부품(Passive Component)을 기판에 내장 (Embed)한 PCB이다. 그러나 최근에는 IC칩과 같은 능동부품을 내장하는 기술도 개발되고 있으며, 이러한 의미에서 종류에 관계없이 전자부품을 내장한 PCB를 일컫는 용어로 사용되고 있다. 인쇄회로기판 기술에서 이러한 전자부품을 내장시키기 위해서는, 일반적으로 부품을 실장하는 방법, 캐비티 (Cavity) 가공법, 칩의 전극과 PCB 회로 연결 방법 등이 매우 중요하다.

한편, 종래기술에서는 전자부품을 PCB에 실장하는 다양한 방법이 존재한다. 예를 들어, 전자 부품의 전극에 부착된 솔더볼을 PCB기판의 회로패턴층에 접속시키거나, 전자 부품의 전극 반대면을 PCB 기판에 삽입 및 매립하고, 전자 부품의 전극면 쪽에 비아홀을 형성하고 도금하여 회로패턴층과 연결한다.

그러나, 이러한 종래의 방법들은 궁극적으로 고정밀 입출력을 위한 파인 피치의 칩 실장을 구현하지 못한다. 전술한 실장 방식으로는 200㎛ 정도의 피치 또는 최대 130㎛ 피치까지가 한계였다.

또한, PCB 기판 제작업체의 실장 방식에 따라 전자 부품의 후처리 방식을 변경해야 하는 바, 실장 방식에 대한 표준이 정립되기 전까지 시장 창출 및 진입이 어렵다. 이는 결국, 부품 수급에서의 리스크를 발생시켜 신뢰성 문제를 야기시켰다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 최대 90㎛까지의 파인피치를 구현하고, 후처리 방식에 구애되지 않고, 플립칩 접속방식을 고려하여 제작된 전자부품을 실장시킬 수 있는 임베디드 인쇄회로기판용 전자부품 결합 부재 및 이를 이용한 임베디드 인쇄회로기판 및 임베디드 인쇄회로기판 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 임베디드 인쇄회로기판용 전자부품 결합 부재의 구조는, 하부 금속기판상에 서로 이격되도록 형성된 복수의 도전성 범프; 상기 도전성 범프상에 솔더 또는 도금부를 사이에 두고 전기적으로 연결된 전자부품; 및 상기 전자부품과 상기 하부 금속기판 사이의 공간을 매립하는 접합부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 도전성 범프는 상부의 폭이 하부의 폭보다 좁은 것이 바람직하며, 특히, 상기 솔더 또는 도금부는 상기 도전성 범프의 측면의 일부 및 상면을 감싸는 것이 더욱 바람직하다.

아울러, 상기 회로패턴층 및 상기 도전성 범프의 재료는 구리일 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 임베디드 인쇄회로기판의 구조는, 하부 회로패턴층상에 서로 이격되도록 형성된 복수의 도전성 범프; 상기 도전성 범프상에 솔더 또는 도금부를 사이에 두고 전기적으로 연결된 전자부품; 상기 전자부품과 상기 하부 회로패턴층 사이의 공간을 매립하는 접합부; 상기 전자부품을 매립하도록 하부 회로패턴층 상에 형성된 프리프레그; 상기 프리프레그 내부에 삽입된 내층 PCB; 및 상기 프리프레그 상부에 형성된 상부 회로패턴층을 포함하되, 상기 상, 하부 회로패턴층은 상기 프리프레그를 관통하는 금속부에 의해 내층 PCB와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 도전성 범프는 상부의 폭이 하부의 폭보다 좁은 것이 바람직하며, 특히, 상기 솔더 또는 도금부는 상기 도전성 범프의 측면의 일부 및 상면을 감싸는 것이 더욱 바람직하다.

아울러, 상기 상, 하부 회로패턴층 및 상기 도전성 범프의 재료는 구리일 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른, 임베디드 인쇄회로기판 제조 방법은, (a) 캐리어 기판위의 하부 금속기판상에 복수의 도전성 범프를 서로 이격되도록 형성하는 단계; (b) 상기 도전성 범프상에 솔더 또는 도금부를 사이에 두고 전자부품을 전기적으로 연결시키는 단계; (c) 상기 전자부품과 상기 하부 금속기판 사이의 공간에 접착 페이스트를 도포하여 매립하는 단계; (d) 상기 전자부품을 내층 PCB 및 프리프레그로 매립하고 상부 금속기판을 적층하는 단계; (e) 상기 캐리어 기판을 제거하고 상기 내층 PCB를 노출하도록 비아홀을 형성하는 단계; (f) 상기 비아홀을 도금하고, 상기 상, 하부 금속기판을 패턴 에칭하여 회로패턴층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 (a) 단계는, (a1) 상기 하부 금속기판상에 상부폭이 하부폭보다 좁은 서로 이격된 복수의 개구부를 갖는 필름 마스크를 부착하는 단계; (a2) 상기 필름 마스크의 개구부를 도금하는 단계; (a3) 상기 필름 마스크를 제거하는 단계로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 (c) 단계는, (c1) 상기 도전성 범프의 측면의 일부 및 상면을 감싸도록 솔더 또는 도금부를 형성하는 단계; (c2) 상기 솔더 또는 도금부상에 전자부품을 접착시켜 전기적으로 연결시키는 단계로 이루어질 수 있다.

본 발명에 의해, 전자 부품, 특히 능동 소자 (active die)를 PCB에 실장시에 일관된 방식을 제공한다. 즉 전자 부품이 실장될 부분에 범프를 형성함으로써, 파인 피치를 구현하고, 기존의 플립칩 접속방식을 그대로 적용할 수 있다. 그 결과, 전자 부품 제조시에, 실장방식에 따라 달라지는 후처리에 구애받지 않고, 기존의 플립 칩 능동 다이 로드맵과 동조하여, 원활한 전자부품을 공급할 수 있다.

또한, 범프의 구조를 사다리꼴 모양으로 형성함으로써, 기판과 다이 사이의 높은 스탠드 오프를 확보하여, 어셈블리 공정에서의 언더필 (Underfill)을 용이하게 한다. 더욱이, 범프 상부를 감싸도록 솔더를 도포하여 전자부품을 더욱 견고히 접착할 수 있다.

도 1은 도 1은 본 발명에 따른 임베디드 인쇄회로기판용 전자부품 결합 부재의 제조 공정을 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 임베디드 인쇄회로기판용 전자부품 결합 부재를 이용한 임베디드 인쇄회로기판 제조 공정을 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 다층 임베디드 인쇄회로기판용 전자부품 결합 부재를 이용한 임베디드 인쇄회로기판 제조 공정을 나타내는 단면도.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 일 실시형태에 따른 임베디드 인쇄회로기판용 전자부품 결합 부재 및 이를 이용한 임베디드 인쇄회로기판 및 임베디드 인쇄회로기판 제조 방법에 대해서 상세히 설명한다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 임베디드 인쇄회로기판용 전자부품 결합 부재의 제조 공정을 나타내는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 우선 베이스 보드를 준비한다 (S1). 베이스 보드는 캐리어 기판 (110)을 중심으로 상부에 동막들 (120a 및 120b)이 접착층 (130)을 매개로 순차로 적층되어 있다. 또한, 캐리어 기판 (110) 하부에는 동막 (120c)이 형성될 수도 있다. 그리고, 범프 형성을 위해 동막 (120b)상에 드라이 필름 마스크 (140)를 라미네이팅하고, 노광 및 현상한다 (S2). 여기서, 현상된 드라이 필름 마스크의 개구부의 형상은 상부폭이 하부폭보다 좁은 것이 바람직하다. 이와 같은 형상의 개구부에 도금을 하고, 필름 마스크 (140)를 제거하면, S3에 도시된 바와 같이, 사다리꼴 형상의 도전성 범프 (150) (이하 범프로 지칭함)가 형성된다. 여기서 범프 (150)의 형상은 직사각형으로 제조할 수 있음은 물론이다.

이러한 범프 (150)에 솔더 (160)를 매개로 전자 부품 (170)을 접착한다. 여기서 솔더 (160)는 볼 형상으로 범프 (150)의 상부를 감싸도록 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 솔더 (160) 대신에 도금부 (미도시)를 형성하여, 이를 매개로 전자 부품 (170)을 접착할 수도 있다. 이하 솔더 또는 도금부의 사용은 솔더를 사용하는 것을 예로 들어 설명한다.

솔더는 범프 (150)의 상면 및 측면의 일부를 감싸도록 형성되어 솔더볼 (160)이 벗어나지 않아, 주변과 전기적으로 도통되지 않으며, 전자 부품 (170)을 더욱 견고하게 접착시킨다. 특히, 사다리꼴 형상의 범프 (150)는 그 높이를 높게 유지할 수 있으므로 기판과 다이 사이의 높은 스탠드 오프를 확보하여, 어셈블리 공정에서의 언더필 (Underfill)을 용이하게 한다. 또한, 전자 부품 (170)과의 미세한 입출력을 연결할 수 있도록 최대 90㎛ 까지 파인피치를 구현할 수 있다.

그 후, 이와 같이 형성된 솔더볼 (160)을 리플로우하고, 전자 부품 (170)과 동막 (120b) 사이에 접착 페이스트 (180)를 도포하는 언더필을 수행한다 (S5). 본 단계까지가 본 발명에 따른 임베디드 인쇄회로기판용 전자부품 결합 부재의 제조 공정이다.

도 2는 본 발명에 따른 임베디드 인쇄회로기판용 전자부품 결합 부재를 이용한 임베디드 인쇄회로기판 제조 공정을 나타내는 단면도이다. 도 2를 참조하면, 빌드 시트 (190 및 200)를 적층하여 전자부품을 매립한다 (S6). 구체적으로는, 전자 부품 (170)을 매립하기 위해, 도시된 바와 같이, 내층 PCB (190)를 캐비티 부분에 적층하고 본딩 시트(Bonding Sheet) 로서, 프리프레그 (200)를 쌓은 후, 최상부에 동막 (120d)을 적층한다. 그리고 프레스 성형을 하고 캐리어 보드 (110)를 제거한다 (S7). 이 경우, 캐리어 보드 (110)를 제거함과 동시에 접착층 (130) 및 동막 (120a)이 함께 박리된다.

그 다음, 층간 PCB의 전기적 연결을 위해, 내층 PCB (190)까지 비아홀 (20)을 형성한다 (S8). 여기서, 비아홀 (20)은 정밀함을 위해 레이저를 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 비아홀 (20)은 도금을 통해 채워진 도전성 물질에 의해 외부 회로패턴층 (210a 및 210b)과 전기적으로 연결된다 (S9).

본 단계까지만으로도 부품이 실장된 임베디드 인쇄회로 기판이 완성되나, 도 3에 도시된 S10 내지 S13의 공정을 추가로 수행함으로써, 다층 PCB를 구현할 수 있다. 즉, 외부에 프리프레그 (200)를 적층하고, 프레스 성형 후 (S10), 비아홀 (20) 형성 (S11), 도금, 회로형성 공정 (S12), 솔더 레지스트 도포 공정 (S13), 및 회로노출공정 (S14) 통해 다층 PCB를 제조할 수 있다. 또한, S10 내지 S14의 공정을 반복할수록 PCB의 층수를 늘려갈 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

110: 캐리어 기판 120a, 120b, 120c: 동막
130: 접착층 140: 필름 레지스트
150: 도전성 범프 160: 솔더
170: 전자 부품 180: 접합부(접합 페이스트)
190: 내층 PCB 200: 프리프레그
20: 비아홀 210a, 210b, 220a, 220b: 회로패턴층
230: 솔더 레지스트

Claims (11)

1. 필름마스크를 이용하여 하부 금속기판상에 서로 이격되도록 형성되고, 상부의 폭이 하부의 폭보다 좁은 사다리꼴 형태로 이루어지고, 구리 재질로 이루어지며, 90마이크로미터 이하의 피치를 갖는 복수의 도전성 범프;
   상기 도전성 범프상에 솔더를 사이에 두고 전기적으로 연결된 전자부품; 및
   상기 전자부품과 상기 하부 금속기판 사이의 공간을 매립하는 접합부를 포함하고,
   상기 솔더는 상기 도전성 범프의 측면의 일부 및 상면을 감싸는 것을 특징으로 하는 임베디드 인쇄회로기판용 전자부품 결합 부재.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 필름마스크를 이용하여 하부 회로패턴층상에 서로 이격되도록 형성되고, 상부의 폭이 하부의 폭보다 좁은 사다리꼴 형태로 이루어지고, 구리 재질로 이루어지며, 90마이크로미터 이하의 피치를 갖는 복수의 도전성 범프;
   상기 도전성 범프상에 솔더를 사이에 두고 전기적으로 연결된 전자부품;
   상기 전자부품과 상기 하부 회로패턴층 사이의 공간을 매립하는 접합부;
   상기 전자부품을 매립하도록 하부 회로패턴층 상에 형성된 프리프레그;
   상기 프리프레그 내부에 삽입된 내층 PCB; 및
   상기 프리프레그 상부에 형성된 상부 회로패턴층을 포함하되,
   상기 상부 회로패턴층 및 상기 하부 회로패턴층은 구리 재질로 이루어지고,
   상기 솔더는 상기 도전성 범프의 측면의 일부 및 상면을 감싸는 형태로 이루어지며,
   상기 상, 하부 회로패턴층은 상기 프리프레그를 관통하는 금속부에 의해 내층 PCB와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 임베디드 인쇄회로기판.
   
6. 삭제
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9. (a) 캐리어 기판위의 하부 금속기판상에 구리재질로 이루어진 복수의 도전성 범프를 서로 이격되도록 형성하는 단계;
   (b) 상기 도전성 범프상에 솔더를 사이에 두고 전자부품을 전기적으로 연결시키는 단계;
   (c) 상기 전자부품과 상기 하부 금속기판 사이의 공간에 접착 페이스트를 도포하여 매립하는 단계;
   (d) 상기 전자부품을 내층 PCB 및 프리프레그로 매립하고 상부 금속기판을 적층하는 단계;
   (e) 상기 캐리어 기판을 제거하고 상기 내층 PCB를 노출하도록 비아홀을 형성하는 단계;
   (f) 상기 비아홀을 도금하고, 상기 상, 하부 금속기판을 패턴 에칭하여 회로패턴층을 형성하는 단계를 포함하되,
   상기 (a) 단계는,
   (a1) 상기 하부 금속기판상에, 상부폭이 하부폭보다 좁은 형상으로 이루어지고 90마이크로미터 이하의 피치를 갖는 서로 이격된 복수의 개구부를 구비한, 필름 마스크를 부착하는 단계;
   (a2) 상기 필름 마스크의 개구부를 도금하는 단계;
   (a3) 상기 필름 마스크를 제거하는 단계로 이루어지고,
   상기 (c) 단계는,
   (c1) 상기 도전성 범프의 측면의 일부 및 상면을 감싸도록 솔더 또는 도금부를 형성하는 단계;
   (c2) 상기 솔더 또는 도금부상에 전자부품을 접착시켜 전기적으로 연결시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 임베디드 인쇄회로기판 제조 방법.
   
   
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