KR100689518B1

KR100689518B1 - 속이 빈 입체 구조의 인쇄회로기판을 갖는 집적 모듈 및그 제작 방법

Info

Publication number: KR100689518B1
Application number: KR1020040091247A
Authority: KR
Inventors: 곽규섭; 김홍권; 최연호
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-11-10
Filing date: 2004-11-10
Publication date: 2007-03-02
Also published as: KR20060042552A

Abstract

본 발명에 따른 집적 모듈의 제작 방법은, (a) 각각 면에 해당하며 일체를 이루는 다수의 부분들로 이루어진 입체 구조물을 전개한 형상을 갖는 인쇄회로기판을 제공하는 과정과; (b) 상기 연성 인쇄회로기판 상에 복수의 소자들을 부착하는 과정과; (c) 상기 연성 인쇄회로기판을 상기 입체 구조물의 형상을 갖도록 접는 과정과; (d) 접착제를 이용하여 상기 연성 인쇄회로기판을 고정하는 과정을 포함한다.

인쇄회로기판, 집적 모듈, 능동 소자, 수동 소자, 접착제

Description

속이 빈 입체 구조의 인쇄회로기판을 갖는 집적 모듈 및 그 제작 방법{INTEGRATED MODULE HAVING PRINTED CIRCUIT BOARD WITH HOLLOW THREE-DIMENSIONAL STRUCTURE AND FABRICATION METHOD THEREOF}

도 1은 전형적인 MCP/SiP 기술을 설명하기 위한 도면,

도 2는 전형적인 POP 기술을 설명하기 위한 도면,

도 3 내지 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 집적 모듈의 제작 방법을 설명하기 위한 도면들.

본 발명은 인쇄회로기판(printed circuit board: PCB) 상에 복수의 소자들(component)을 집적한 집적 모듈(integrated module)에 관한 것으로서, 특히 속이 빈 입체 구조(hollow three-dimensional structure)의 인쇄회로기판을 갖는 집적 모듈 및 그 제작 방법에 관한 것이다.

최근 휴대 전화를 포함한 휴대용 기기의 발전이 급속히 이루어 지면서, 휴대 용 기기의 다기능화 추세가 빠르게 이루어 지고 있다. 특히, 휴대 전화에 카메라(camera) 기능, MP3(MPEG audio layer-3) 기능, DMB(digital multimedia broadcasting) 기능 등 다양한 기능들이 복합되고 있다. 그러나, 휴대용 기기의 장점은 작고, 가벼워 휴대가 편해야 한다는 명제는 이러한 다기능화와 배치되는 점이 있다. 다기능화가 진행될수록 휴대용 기기의 크기는 커질 수 밖에 없는데, 이를 해결하기 위한 방법은 모듈의 고집적화이다. 이를 위한 여러 방안들이 연구되고 있는데, MCP(Multi Chip Package)/SiP(System in Package) 기술과 더불어, 전류 인가에 따라 작동되는 능동 소자(active component)와 전류 인가를 필요치 않는 수동 소자(passive component)를 모두 하나의 칩(chip)처럼 사용하는 모듈화가 가장 유력한 방안들이라고 할 수 있다.

고집적 모듈의 개발은 MCP/SiP와 같은 칩 레벨의 모듈 집적화와 MSP(Mini Square Package), POP 또는 PiP(package in package)와 같은 서브모듈 레벨의 모듈 집적화가 주류를 이루고 있다.

도 1은 전형적인 MCP/SiP 기술을 설명하기 위한 도면이다. MCP/SiP 기술은 차례로 적층된 베어 다이(bare die) 형태의 복수의 칩들(120,130,140,150)을 인쇄회로기판(110) 상에 탑재하고, 상기 각 칩(120,130,140,150) 및 인쇄회로기판(110)을 한 쌍의 와이어들(122,124;132,134;142,144;152,154)을 이용한 와이어 본딩(wire bonding)을 통해 전기적으로 연결한 후, 상기 인쇄회로기판(110) 상의 구조물 전체를 수지(resin, 160)를 이용하여 트랜스퍼 몰딩(transfer molding)하는 방식이다. 도시된 집적 모듈(100)은 상기 인쇄회로기판(110)의 밑에 제공되는 솔더 볼(solder ball)과 같은 외부 접속 단자들(170)을 이용하여 메인 보드(main board)와 전기적으로 연결된다.

도 2는 전형적인 POP 기술을 설명하기 위한 도면이다. POP 기술은 제1 서브모듈(submodule, 210) 상에 제2 서브모듈(220)을 적층하는 방식이다. 상기 제1 서브모듈(210)은 인쇄회로기판(212)과, 상기 인쇄회로기판(212)에 솔더 범프(solder bump)와 같은 외부 접속 단자들을 이용하여 플립칩 본딩(flip chip bonding)된 칩(214)을 포함한다. 상기 제2 서브모듈(220)은 인쇄회로기판(230)과, 상기 인쇄회로기판(230) 상에 탑재되는 차례로 적층된 베어 다이(bare die) 형태의 복수의 칩들(240,250,260)을 포함하며, 상기 각 칩(240,250,260) 및 인쇄회로기판(230)은 한 쌍의 와이어들(242,244;252,254;262,264)을 이용한 와이어 본딩(wire bonding)을 통해 전기적으로 연결되고, 상기 인쇄회로기판(230) 상의 구조물 전체는 수지(270)를 이용하여 트랜스퍼 몰딩(transfer molding)되어 있다. 상기 제2 서브모듈(220)은 그 밑에 제공되는 솔더 볼과 같은 외부 접속 단자들(280)을 이용하여 상기 제1 서브모듈(submodule, 210)과 전기적으로 연결된다. 도시된 집적 모듈(200)은 상기 제1 서브모듈(210)의 밑에 제공되는 솔더 볼과 같은 외부 접속 단자들(290)을 이용하여 메인 보드와 전기적으로 연결된다.

그러나, 상술한 바와 같은 모듈 집적화 기술들은 하기하는 바와 같은 문제점을 갖고 있다.

첫 째, MCP/SiP 기술은 베어 다이(bare die) 형태의 복수의 칩들(120,130,140,150)을 집적하는 방식이므로 그 집적도가 높으나, 개발 기간이 오래 걸리고, 복잡하고 정밀한 반도체 패키징 공정이 요구되며, 모듈 제작을 완료한 후 테스트를 수행해야 하고, 상기 집적 모듈(100)의 수율(yield)이 상기 칩들(120,130,140,150)의 수율들의 곱에 해당되어 상기 집적 모듈(100)의 수율이 떨어지지며 높은 가격을 갖는다는 문제점이 있다.

둘 째, POP 기술은 개발된 패키지 레벨의 서브모듈들(210,220)을 적층함으로써, 테스트 문제를 해결할 수 있고, 그 개발 기간이 짧다. 또한, POP 기술은 서브모듈(210,220)의 종류를 변경함으로써 다양한 요구에 대응이 가능하다. MSP, POP 및 PiP의 개발에서 가장 중요한 부분은 서브모듈의 적층 형태로서, 다양한 연구가 이루어지고 있다. 그러나, POP 기술은 전체 집적 모듈(200)의 두께가 두꺼워지고 수동 소자를 실장하기 어려워 시스템 모듈의 제작이 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 높은 집적도를 가지며, 수동 소자와 능동 소자를 집적할 수 있는 집적 모듈을 제공함에 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 집적 모듈은, 입체 구조물의 형상을 갖도록 각각 상기 입체 구조물의 면에 해당하며 일체를 이루는 다수의 부분들로 이루어진 인쇄회로기판과; 상기 인쇄회로기판의 적어도 하나의 부분 상에 부착된 복수의 소자들을 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 집적 모듈의 제작 방법은, (a) 각각 면에 해당하며 일 체를 이루는 다수의 부분들로 이루어진 입체 구조물을 전개한 형상을 갖는 인쇄회로기판을 제공하는 과정과; (b) 상기 연성 인쇄회로기판 상에 복수의 소자들을 부착하는 과정과; (c) 상기 연성 인쇄회로기판을 상기 입체 구조물의 형상을 갖도록 접는 과정과; (d) 접착제를 이용하여 상기 연성 인쇄회로기판을 고정하는 과정을 포함한다.

이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능이나 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 3 내지 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 집적 모듈의 제작 방법을 설명하기 위한 도면들이다. 상기 제작 방법은 상기 제작 방법은 크게 하기하는 (a)~(d) 과정들을 포함한다.

(a) 과정은 기설정된 속이 빈 입체 구조물을 전개(unfolding)한 형상을 갖는 연성 인쇄회로기판(flexible PCB: FPCB)을 제공하는 과정이다.

도 3을 참고하면, 상기 연성 인쇄회로기판(300)은 여섯 개의 부분들(part, 310,320,330,340,350,360)로 이루어진 속이 빈 직육면체를 전개한 형상을 가지며, 상기 여섯 개의 부분들(310~360)은 일체를 이루고, 상기 직육면체의 면에 해당하는 각 부분(310~360)은 직사각형의 형상을 가지며 4 개의 끝단들을 갖는다. 이해의 편이를 위해, 상기 각 부분(310~360)에 대하여 보는 방향으로 상측에 위치한 끝단은 제1 끝단이라고 하고, 하측에 위치한 끝단은 제2 끝단이라고 하며, 좌측에 위치한 끝단은 제3 끝단이라고 하고, 우측에 위치한 끝단은 제4 끝단이라고 한다. 상기 연성 인쇄회로기판(300)은 바닥부(bottom part, 310)과, 상기 바닥부(310)의 맞은편 제1 및 제2 끝단들(제1 및 제2 절곡선들(folding line, 372,374)에 해당)로부터 연장된 제1 및 제2 측부들(side part, 320,330)과, 상기 바닥부(310)의 제4 끝단(제3 절곡선(376)에 해당)으로부터 연장된 제3 측부(340)와, 상기 제3 측부(340)의 제4 끝단(제4 절곡선(378)에 해당)으로부터 연장된 상부(upper part, 350)와, 상기 상부(350)의 제4 끝단(제5 절곡선(380)에 해당)으로부터 연장된 제4 측부(360)를 포함한다.

도 4를 참고하면, 상기 제1 내지 제5 절곡선들(372~380) 각각을 기준으로 이웃한 두 부분들(310,320;310,330;310,340;340,350;350,360)이 90°를 이루도록 접으면, 도시된 접힌 연성 인쇄회로기판(folded FPCB, 300)은 직육면체의 형상을 갖는다. 상기 접힌 연성 인쇄회로기판(300)은 기설정된 길이, 폭 및 높이를 갖는다. 이해의 편이를 위하여, 상기 접힌 연성 인쇄회로기판(300)을 기준으로, 각 부분에 대하여 외부에 드러난 표면(surface)은 외측 표면(outer surface)으로 하고, 내부에 감춰진 표면은 내측 표면(inner surface)으로 한다.

(b) 과정은 상기 연성 인쇄회로기판(300) 상에 복수의 소자들을 부착하는 과정이다.

도 5를 참고하면, 상기 연성 인쇄회로기판(300)의 바닥부(310)의 내측 표면 상에 능동 소자들(410,420) 및 수동 소자들(430)을 부착한다. 상기 능동 소자 (410,420)는 상기 바닥부(310)의 내측 표면 상에 탑재된 후 와이어 본딩, 외부 접속 단자들을 이용한 플립칩 본딩 등의 부착 방식을 통해 상기 연성 인쇄회로기판(300)과 전기적으로 연결된다. 상기 수동 소자들(430)은 납땜 등의 부착 방식을 통해 상기 연성 인쇄회로기판(300)과 전기적으로 연결된다. 상기 능동 소자(410,420)는 트랜지스터(transistor), 다이오드(diode) 등의 통상의 반도체 칩을 포함하고, 상기 수동 소자(430)는 저항(register), 축전기(capacitor) 등을 포함한다.

도 6을 참고하면, 상기 연성 인쇄회로기판(300)의 상부(350)의 외측 표면 상에 능동 소자들(510,520) 및 수동 소자들(530)을 부착한다.

(c) 과정은 상기 연성 인쇄회로기판(300)을 기설정된 입체 구조물의 형상을 갖도록 접는 과정이다.

도 7을 참고하면, 상기 연성 인쇄회로기판(300)의 제1 내지 제5 절곡선들(372~380) 각각을 기준으로 이웃한 두 부분들(310,320;310,330;310,340;340,350;350,360)이 90°를 이루도록 접으면, 상기 접힌 연성 인쇄회로기판은 직육면체의 형상을 갖게 된다.

(d) 접착제를 이용하여 상기 접힌 연성 인쇄회로기판(300)을 고정하는 과정이다.

도 8을 참고하면, 상기 접힌 연성 인쇄회로기판(300)의 모서리를 통해 그 내부에 접착제인 EMC(epoxy molding compound, 610)를 주입기(620)를 이용하여 충진한다. 상기 접힌 연성 인쇄회로기판(300)의 내부가 상기 EMC(610)로 채워지면, 상기 접힌 연성 인쇄회로기판의 기계적 특성이 향상되고, 그 내부 소자들 (410,420,430)의 신뢰성을 확보할 수 있다.

도 9는 상술한 (a)~(d) 과정들을 거쳐서 제작된 집적 모듈(700)을 나타내는 도면이다. 상기 집적 모듈(700)은 그 밑에 제공되는 솔더 볼과 같은 외부 접속 단자들(630)을 이용하여 메인 보드와 전기적으로 연결된다. 이러한 경우에, 상기 메인 보드와 상기 집적 모듈(700)의 바닥부(310)의 외측 표면과의 사이에 공간이 확보되므로, 상기 바닥부(310)의 외측 표면 상에 수동 소자들을 부착할 수도 있다. 또한, 상기 집적 모듈(700)의 상부(350)의 내측 표면 상에 수동 소자들을 부착할 수도 있다. 선택적으로, 상기 집적 모듈은 그 밑에 제공되는 랜드(land)를 이용하여 LGA(land grid array) 방식으로 메인 보드에 탑재될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 집적 모듈 및 그 제작 방법은 속이 빈 입체 구조물의 형상을 갖도록 접힌 인쇄회로기판의 각 부분 상에 소자들을 부착할 수 있으므로 높은 집적도를 가지며, 수동 소자와 능동 소자를 각 부분 상에 모두 집적할 수 있다는 이점이 있다.

Claims

집적 모듈에 있어서,

직육면체의 형상을 갖도록 각각 상기 직육면체의 면에 해당하며 일체를 이루는 다수의 부분들로 이루어진 인쇄회로기판과;

적어도 상기 인쇄회로기판의 상부의 외측 표면과 상기 인쇄회로기판의 하부의 내측 표면 상에 부착된 복수의 소자들을 포함하고,

상기 인쇄회로기판의 내부는 접착제로 충진됨을 특징으로 하는 집적 모듈.
삭제
삭제
제1항에 있어서,

상기 소자들은 능동 소자들 및 능동 소자들을 포함함을 특징으로 하는 집적 모듈.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,

상기 집적 모듈은 메인 보드에 탑재되며, 그 밑에 제공되는 외부 접속 단자들을 이용하여 상기 메인 보드와 전기적으로 연결됨을 특징으로 하는 집적 모듈.