KR100638882B1 - 전력소자를 구비한 시스템 모듈 - Google Patents

전력소자를 구비한 시스템 모듈 Download PDF

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KR100638882B1
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Abstract

열방출 특성이 우수한 시스템 모듈을 제공한다. 본 발명에 따른 시스템 모듈은, 메인보드 기판과; 상기 메인보드 기판 상에 탑재된 전력소자 패키지를 포함하고, 상기 메인보드에는, 상기 전력소자 패키지가 탑재된 영역에서, 상기 메인보드 기판 상면으로부터 하면으로 연장된 적어도 하나의 방열 비아가 형성되어 있고, 상기 방열 비아가 형성된 영역에서, 상기 메인보드 기판 하면에는 요철이 형성되어 있다.
시스템 모듈, 전력소자, 열방출, 요철

Description

전력소자를 구비한 시스템 모듈{SYSTEM MODULE HAVING POWER DEVICE}
도 1은 전력소자를 구비한 종래의 시스템 모듈의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 시스템 모듈의 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 시스템 모듈 101: 메인보드 기판
102: 요철 104: 접지면
112: 전력소자 패키지 121: 패키지 기판
122: 전력소자 131, 132: 수동 소자
본 발명은 전력소자를 구비한 시스템 모듈에 관한 것으로, 특히 전력증폭기(power amplifier)와 같이 발열량이 많은 전력소자에서 발생되는 열을 효과적으로 외부로 방출시킬 수 있는 구조의 시스템 모듈에 관한 것이다.
최근, 개인용 휴대 단말기기 등의 경박 단소화 추세에 따라, 집적회로 기술 과 패키징 기술이 발전하면서, 메인보드 기판 상에 다수의 능동 및 수동소자들을 매우 높은 집적도로 탑재하여 시스템 모듈을 구현하고 있다. 이러한 시스템 모듈을 제조하는데 있어서, 전력증폭기와 같은 전력소자에서 발생하는 열을 효과적으로 방출하는 기술이 요구되고 있다. 전력소자에서 다량으로 발생하는 열이 효과적으로 외부로 방출되지 않을 경우, 시스템 모듈 내의 타 부품에 영향을 미쳐 특성을 열화시키거나 그 수명을 단축시킬 수 있으며, 전력소자 자체의 성능도 열화될 수 있다.
도 1은 전력소자를 구비한 종래의 시스템 모듈을 도시한 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전력소자(22)는 패키지 기판(21)상에 탑재되고 커버(23)에 의해 보호되어 하나의 전력소자 패키지(12)의 형태로 존재한다. 이 전력소자 패키지(12)는 모기판, 즉 메인보드 기판(11) 상에 탑재된다. 전력소자 이외 다른 수동소자(32a), RF IC(32b), SAW 필터(32c) 등은, 상기 전력소자 패키지(12)와 별도로, 패키지 기판(31) 상에 탑재되고 커버(33)에 의해 보호되어 또 하나의 패키지(13) 형태로 존재할 수 있다. 이 패키지(13)는 전력소자 패키지(12)와 함께 메인보드 기판(11) 상에 탑재된다.
이러한 종래의 시스템 모듈에서는, 상기 전력소자(22)에서 방출되는 열을 패키지 외부로 방출하기 위해, 전력소자(22)를 탑재하는 패키지 기판(21)에 그 상하면을 관통하는 열전도성 비아홀(V1)을 형성한다. 이 열전도성 비아홀(V1)을 통해 전력소자(22)에서 방출되는 열을 외부로 방출하였다. 즉, 상기 전력소자(22)에서 발생되는 열은 패키지 기판(21)에 형성된 열전도성 비아홀(V1)을 통해 전달되고, 상기 열전도성 비아홀(V1)을 통해 전달된 열은 패키지 기판(21) 하면(또는 메인보드 기판(11) 상면)에 형성된 도금부를 통해 외부로 방출된다. 이에 더하여, 상기 메인보드 기판(11)에도 열전도성 비아홀(V2)을 형성하여 보다 열방출 효과를 개선하고자 하였다.
그러나, 전술한 종래의 시스템 모듈에서의 열방출 방식은 열전도성 비아홀과 도금부 등을 통해 열을 전달하므로, 열전달 단계가 증가함으로써 각 열전달 단계에서 재질간의 열전달 계수가 상이함으로 인해 방열효과가 낮다는 문제점이 있다. 또한, 종래의 시스템 모듈에서는 열방출 효과가 낮아 전력소자와 다른 부품을 하나의 패키지로 집적될 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 그 목적은, 전력소자를 구비한 시스테 모듈에 있어서, 전력소자로부터 발생되는 열을 효과적으로 방출하여 각 소자 및 전체 모듈의 특성 열화를 방지할 수 있는 개선된 시스템 모듈을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은,
메인보드 기판과;
상기 메인보드 기판 상에 탑재된 전력소자 패키지를 포함하고,
상기 메인보드에는, 상기 전력소자 패키지가 탑재된 영역에서, 상기 메인보드 기판 상면으로부터 하면으로 연장된 적어도 하나의 방열 비아가 형성되어 있고,
상기 방열 비아가 형성된 영역에서, 상기 메인보드 기판 하면에는 요철이 형성되어 있다.
발명의 실시형태에 따르면, 상기 전력소자 패키지는, 패키지 기판과; 상기 패키지 기판 상에 탑재된 전력소자를 포함하며, 상기 패키지 기판에는 상기 패키지 기판 상면으로부터 하면으로 연장된 적어도 하나의 방열 비아가 형성되어 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 요철은 상기 메인보드 기판 하면에 마련된 접지면에 형성되어 있다. 이 경우, 상기 요철이 형성된 상기 접지면은 상기 메인보드 기판에 형성된 상기 방열 비아와 연결될 수 있다. 바람직하게는 상기 요철이 형성된 상기 접지면은 금속 또는 알루미나로 형성된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 메인보드 기판은 PCB기판일 수 있다. 다른 실시형태로서, 상기 메인보드 기판은 LTCC(저온동시소성) 기판 또는 HTCC(고온동시소성) 기판일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 2는 본 발명에 따른 시스템 모듈의 단면도이다. 도 2를 참조하면, 시스템 모듈(100)은, 요철이 형성된 하면을 갖는 메인보드 기판(101)과 그 위에 탑재된 전력소자 패키지(112)를 포함한다. 메인보드 기판(101) 상에는, 전력소자 패키지(112)외에도 커패시터 또는 저항 등의 수동소자(132, 133)이 배치될 수 있다.
전력소자 패키지(112)는 패키지 기판(121)과 그 위에 탑재된 전력소자(122)를 포함한다. 전력소자(122)는 적절한 커버에 의해 외부와 차단되고 보호된다. 패키지 기판(121)에는 그 상하면을 관통하는 방열 비아홀(V1)이 마련되어 있다. 방열 비아홀(V1)은, 전력소자(122)에서 발생하는 열이 외부로 방출하기 위한 일종의 통로 역할을 한다. 전력소자(122)는, 예를 들어 전력 증폭기 또는 전력 트랜지스터 등을 포함하며, 전류 인가에 의한 동작시 비교적 높은 열을 발생시킨다.
메인보드 기판(101)에는 여러 개의 방열 비아(V2)가 형성되어 있으며, 이 방 열 비아(V2)는 전력소자 패키지(122)가 탑재된 영역에서 메인보드 기판(101)의 상하면을 관통하고 있다. 또한, 방열 비아(V2)가 형성된 영역에서는, 메인보드 기판(101)의 하면에 요철(102)이 형성되어 있다. 이 메인보드 기판의 하면은 접지면(104)을 이룬다. 따라서, 방열 비아(V2)는 그 하부에서 접지면(104)과 연결된다. 바람직하게는, 상기 접지면(104)은 열전도성이 좋은 구리 등의 금속이나 알루미나로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 요철(102)이 형성된 하면에 구리 도금막을 형성할 수 있다. 이러한 구리 도금이외에도 금속(또는 다른 열전도성 물질)의 인쇄, 도포 또는 압착등의 방법으로 접지면(104)을 형성할 수도 있다.
이와 같이 메인보드 기판(101)에 방열 비아(V2)를 형성하고 그 하면에 요철(102)을 형성함으로써, 전력소자(122)에서 방출된 열을 효과적으로 외부로 방출시킬 수 있게 된다. 즉, 상기한 바와 같이 기판(101) 하면에 요철(102)을 형성함으로써, 기판(101) 하면이 외부 공기와 접촉하는 면적이 증가하게 된다. 따라서, 방열 비아(V2)를 통해 전달된 열(특히, 전력소자(122)로부터 발생되어 비아(V1, V2) 등을 통해 전달되어 온 열)을 이 요철(102)을 통해 외부 공기로 효과적으로 방출시킬 수 있게 된다.
이와 같이 메인보드 기판(101)의 내부 및 그 하면에 각각 방열비아(V2)와 요철(102)을 형성함으로써, 종래보다 더 개선된 열방출 효과를 얻을 수 있게 된다. 따라서, 전력소자의 방열로 인한 인접 소자들의 열화현상이나 전력소자 자체의 성 능열화를 방지하고 시스템 모듈 자체의 신뢰도 및 수명을 향상시킬 수 있게 된다.
상기 메인보드 기판(101)은 PCB 기판일 수 있다. 특히, PCB 기판을 사용하여 메인보드 기판(101)을 제조할 경우, 기존의 PCB 단일 공정에 의해 요철을 손쉽게 얻을 수 있다. PCB 기판이외에도, LTCC(저온동시소성) 기판 또는 HTCC(고온동시소성) 기판을 사용하여 메인보드 기판(101)을 얻을 수 있다. 상기 LTCC 기판은 통상 850℃에서 소성처리되고 HTCC 기판은 통상 900℃에서 소성처리될 수 있다.
상기 실시형태에서는 하나의 패키지(112) 내에 전력소자(122)만을 실장하였으나, 상기 패키지(112) 내에는 전력소자(122)를 포함하여 다른 소자, 예컨대 수동소자 또는 RF IC 소자등을 함께 실장할 수도 있다. 특히, 본 발명에 따르면, 전력소자(122)의 발생열에 대한 방열 효과가 크기 때문에, 동일한 패키지(112) 내에 다른 소자들을 실장하더라도 전력소자(122)의 발생열로 인한 손상을 최소화할 수 있다.
본 발명에 따른 시스템 모듈은 전력소자를 필요로 하는 어떠한 시스템 모듈에도 적용이 가능하다. 특히, RF IC, SAW 필터, 전력 증폭기, 정합 회로 등을 구비한 이동통신 단말기의 메인보드에 유용하게 적용될 수 있어, 긴 수명과 고신뢰도의 이동통신 단말기 구현에 적합하다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 전력소자로부터 발생된 열이 메인보드 기판 내의 방열 비아와 메인보드 기판 하면의 요철을 통해 효과적으로 방출된다. 이에 따라, 전력소자 및 다른 소자의 열화 현상을 방지하여 높은 신뢰성과 긴 수명을 갖는 시스템 모듈을 구현할 수 있게 된다.

Claims (8)

  1. 메인보드 기판과;
    상기 메인보드 기판 상에 탑재된 전력소자 패키지를 포함하고,
    상기 메인보드에는, 상기 전력소자 패키지가 탑재된 영역에서, 상기 메인보드 기판 상면으로부터 하면으로 연장된 적어도 하나의 방열 비아가 형성되고,
    상기 방열 비아가 형성된 영역에서, 상기 메인보드 기판 하면에는 요철이 형성된 것을 특징으로 하는 시스템 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력소자 패키지는, 패키지 기판과, 상기 패키지 기판 상에 탑재된 전력소자를 포함하며,
    상기 패키지 기판에는 상기 패키지 기판 상면으로부터 하면으로 연장된 적어도 하나의 방열 비아가 형성된 것을 특징으로 하는 시스템 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 요철은 상기 메인보드 기판 하면에 마련된 접지면에 형성된 것을 특징으로 하는 시스템 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 요철이 형성된 상기 접지면은 상기 메인보드 기판에 형성된 상기 방열 비아와 연결된 것을 특징으로 하는 시스템 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 요철이 형성된 상기 접지면은 금속 또는 알루미나로 형성된 것을 특징으로 하는 시스템 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 메인보드 기판은 PCB 기판인 것을 특징으로 하는 시스템 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 메인보드 기판은 LTCC 기판인 것을 특징으로 하는 시스템 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 메인보드 기판은 HTCC 기판인 것을 특징으로 하는 시스템 모듈.
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