KR102411997B1 - 회로기판 및 회로기판 제조방법 - Google Patents
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Abstract
금속선 및 상기 금속선의 상부면과 하부면을 제외한 외주면에 구비되는 절연부를 포함하는 방열튜브 복수 개를 구비하는 열전달용 구조체가 절연재에 삽입된 회로기판이 개시된다.
Description
본 발명의 일 실시예는 회로기판 및 회로기판 제조방법에 관련된다.
전자기기의 경량화, 소형화, 고속화, 다기능화, 고성능화 추세에 대응하기 위하여 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB) 등의 회로기판에 복수의 배선층을 형성하는 이른바 다층기판 기술들이 개발되었으며, 더 나아가, 능동소자나 수동소자 등의 전자부품을 다층기판에 탑재하는 기술도 개발되었다.
한편, 다층기판에 연결되는 어플리케이션 프로세서(Application Processor; AP)등이 다기능화 및 고성능화됨에 따라, 발열량이 현저하게 증가하고 있는 실정이다.
본 발명의 일 측면은, 회로기판의 방열성능 향상, 경박단소화, 신뢰성 향상, 잡음(noise) 감소, 제조효율 향상 중 적어도 하나가 가능한 회로기판을 제공할 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따른 회로기판은 방열튜브(radiant tube)를 포함하는 열전달용 구조체를 포함하며, 열전달용 구조체는 금속선과 절연부로 이루어진 방열튜브를 복수 개 포함한다.
일 실시예에서, 금속선은 구리 등 열전도성이 높은 재질로 이루어질 수 있고, 금속선의 상면과 하면을 제외한 측면에 절연부가 구비되어 방열튜브를 이룰 수 있다.
이때, 방열튜브들을 병렬로 배치하여 열전달용 구조체를 구현함으로써, 방열튜브 중 금속선의 상면 및 하면이 열전달용 구조체의 상면 및 하면으로 각각 노출되도록 할 수 있다.
그리고, 방열튜브를 이루는 금속선들을 경유하여 열전달용 구조체의 상면에서 하면 방향 또는 하면에서 상면 방향으로 열이 전달될 수 있다.
또한, 한 무리의 방열튜브를 경유하는 신호 경로와 다른 무리의 방열튜브를 경유하는 신호 경로가 서로 절연되도록 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 회로기판의 경박단소화와 더불어 방열성능이 향상된다.
또한, 회로기판의 신뢰성을 확보하면서도 방열성능을 향상시킬 수 있으므로, 전자제품의 고성능화로 인한 발열 문제에 효과적으로 대응할 수 있다.
또한, 일 실시예에서 전원 잡음 등의 문제를 감소시키면서도 핫 스팟(hot spot) 등 국지적 영역의 발열로 인한 문제를 해결할 수 있다.
또한, 일 실시예에서 방열튜브들로 열전달용 구조체를 구현함에 따라 열전달용 구조체를 다양한 형상으로 손쉽게 구현할 수 있고, 더 나아가, 각각의 방열튜브들은 서로 절연관계에 있으므로 열전달용 구조체를 이용해서 상호 절연성 확보가 필요한 복수의 신호 경로를 구현할 수 있다. 따라서, 회로기판의 방열성능을 향상시키면서도 회로설계의 자유도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회로기판을 개략적으로 예시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회로기판의 열전달용 구조체를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회로기판의 평면형상을 개략적으로 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회로기판을 개략적으로 예시한 수평단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회로기판의 열전달용 구조체를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회로기판의 평면형상을 개략적으로 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회로기판을 개략적으로 예시한 수평단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용효과를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회로기판을 개략적으로 예시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회로기판의 열전달용 구조체를 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회로기판의 평면형상을 개략적으로 예시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회로기판을 개략적으로 예시한 수평단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회로기판(100)은 열전달용 구조체(110)를 포함하며, 열전달용 구조체(110)는 적어도 일부가 절연재(130)에 삽입된다. 일 실시예에서, 열전달용 구조체(110)는 금속선(121) 및 절연부(122)로 이루어진 방열튜브(120)를 포함한다. 여기서, 절연부(122)는 금속선(121)의 상면과 하면을 제외한 외주면에 구비되며, 인접한 다른 방열튜브(120)와의 절연성을 확보하는 기능을 수행한다. 한편, 금속선(121)은 구리 등 열전도성이 높은 재질로 이루어지며, 절연부(122)가 금속선(121)의 둘레부에 구비되어 방열튜브(120)를 이룰 수 있다.
일 실시예에서, 전술한 방열튜브(120)들이 병렬로 배열되어 열전달용 구조체가 구현될 수 있다. 즉, 인접한 방열튜브(120)들 각각의 절연부(122)들이 서로 접촉되도록 결합할 수 있다는 것이다. 또한, 열전달용 구조체(110)의 상면으로는 방열튜브(120)를 이루는 금속선(121)의 상면이 노출되고, 열전달용 구조체(110)의 하면으로는 방열튜브(120)를 이루는 금속선(121)의 하면이 노출될 수 있다.
이에 따라, 열전달용 구조체(110)에 포함된 방열튜브(120)들 각각의 금속선(121)들이 열을 전달하는 기능을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 각각의 금속선(121)들 사이에 절연성을 확보할 수 있으므로 열전달용 구조체(110)를 경유하면서도 서로 절연되는 복수의 신호 경로를 구현할 수 있게 된다. 또한, 방열튜브(120)들을 이용해서 다양한 형상의 열전달용 구조체를 효율적으로 제작할 수 있고, 그 결과 회로 배선의 설계 자유도가 향상될 수 있다.
일 실시예에서, 절연재(130)는 한 개의 절연층으로 이루어지거나, 복수의 절연층으로 이루어진다. 즉, 본 명세서에 기재된 절연재는, 도 1에 예시된 제1 절연층(10), 제2 절연층(21, 22), 제3 절연층(31, 32) 및 제4 절연층(41, 42)을 총칭하는 의미를 가질 수 있다는 것이다. 여기서, 도 1에는 절연재(130)가 제1 절연층(10), 제2 절연층(21, 22), 제3 절연층(31, 32) 및 제4 절연층(41, 42)으로 이루어지는 경우가 예시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 제1 절연층(10)은 회로기판(100)에서 코어(core)로써의 기능을 담당할 수 있으며, 그 기능을 강화하기 위해서 유리섬유 등의 심재(11)가 제1 절연층(10) 내에 구비될 수도 있다.
일 실시예에서, 열전달용 구조체(110)는 절연재(130)의 중간에 위치된다. 도시된 바와 같이 제1 절연층(10)이 구비된 경우, 제1 절연층(10)을 관통하는 캐비티(cavity, C1)가 형성되어 캐비티(C1) 내에 열전달용 구조체(110)가 삽입될 수 있다. 여기서, 도 3 등에는 캐비티(C1)가 사각형 형상을 이루는 것으로 예시되어 있지만, 전술한 바와 같이 열전달용 구조체(110)는 다양한 형상으로 이루어질 수 있으며, 열전달용 구조체(110)가 삽입될 수만 있다면, 열전달용 구조체(110)의 형상에 대응되는 형상 등 다양한 형상으로 캐비티(C1)가 구현될 수도 있다.
일 실시예에서, 절연재(130)에 형성되는 비아(via)가 열전달용 구조체(110)에 접촉될 수 있다. 이하에서는, 열전달용 구조체(110)의 상부에 위치되며 서로 절연되는 비아를 제1 비아(V1) 및 제2 비아(V2), 열전달용 구조체(110)의 하부에 위치되며 서로 절연되는 비아를 제3 비아(V3) 및 제4 비아(V4)라 칭한다. 한편, 제1 내지 제4 비아(V1~V4)가 열전달용 구조체(110)에 직접 접촉될 수도 있지만, 열전달용 구조체(110)의 표면에 회로패턴이 구비되고 그 회로패턴에 제1 내지 제4 비아(V1~V4)가 접촉될 수도 있다. 이하에서는, 열전달용 구조체(110)의 표면에 일면이 접촉되되 그 타면은 제1 내지 제4 비아(V1~V4)와 각각 접촉되는 회로패턴을 제1 내지 제4 회로패턴(P1~P4)이라 칭한다.
일 실시예에서, 제1 비아(V1) 및 제2 비아(V2)는 서로 다른 방열튜브에 접촉되고 제3 비아(V3) 및 제4 비아(V4)도 서로 다른 방열튜브(120)에 접촉된다. 이에 따라 제1 비아(V1)를 경유하는 신호 경로와 제2 비아(V2)를 경유하는 신호 경로가 서로 절연될 수 있으며, 이에 따라, 열전달용 구조체(110)를 경유하는 복수의 전기신호들이 서로 독립적으로 전달될 수 있게 된다. 예컨데, 제1 비아(V1)와 제3 비아(V3)가 제1 방열튜브(120-1)에 의하여 도통되고, 제2 비아(V2)와 제4 비아(V4)가 제2 방열튜브(120-2)에 의하여 도통되는 경우, 제1 비아(V1) - 제1 방열튜브(120-1) - 제3 비아(V3)를 경유하는 신호 경로와 제2 비아(V2) - 제2 방열튜브(120-2) - 제4 비아(V4)를 경유하는 신호 경로가 서로 절연되어 독립적인 신호 전달에 활용될 수 있다는 것이다.
한편, 제1 내지 제4 비아(V1~V4)들과 열전달용 구조체(110) 사이에 제1 내지 제4 회로패턴(P1, P2, P3, P4) 등이 구비되는 경우에도 전술한 바와 유사한 원리로 복수의 독립적인 신호 경로 구현이 가능함이 이해될 수 있을 것이다.
일 실시예에서, 열전달용 구조체(110)는 열을 머금는 기능을 수행할 수 있으며, 이러한 기능은 열전달용 구조체(110)의 부피가 클수록 증가한다. 따라서, 도시된 바와 같이, 열전달용 구조체(110)는 기둥 형상으로 이루어질 수 있다. 이렇게 기둥 형상으로 이루어짐에 따라, 하면의 면적이 동일하다면 열전달용 구조체(110)의 체적을 최대화할 수 있다. 이에 따라, 열원으로부터 열을 신속하게 흡수하여, 열전달용 구조체(110)와 연결된 다른 경로로 분산시킬 수 있다. 또한, 열전달용 구조체(110)의 두께를 증가시키면 열전달용 구조체(110)와 핫 스팟 사이의 거리가 감소되어 핫 스팟의 열이 열전달용 구조체(110)로 이동되는 시간이 더 단축될 수 있다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 회로기판(100)의 열전달용 구조체(110)는 복수의 방열튜브(120)들을 병렬로 결합해서 구현할 수 있으므로 상하면의 형상이 다양하게 구현될 수 있다. 즉, 회로 배선이나 휨(warpage)를 고려할 때 최적화된 상면 및 하면 형상을 갖도록 열전달용 구조체(110)를 효율적으로 제작할 수 있다는 것이다. 이에 따라, 요구되는 회로 배선을 더 좁은 공간에 구현하면서도 방열성능을 확보할 수 있게 된다.
일 실시예에서, 회로기판(100)의 일방에는 제1 전자부품(500)이 실장될 수 있다. 또한, 회로기판(100)은 메인보드 등 부가기판(800)의 일방에 실장될 수 있다. 여기서, 제1 전자부품(500)은 어플리케이션 프로세서 등의 부품일 수 있으며, 동작시 열이 발생할 수 있다.
한편, 제1 전자부품(500)이 동작함에 따라 열이 발생하는데, 발생한 열을 감지해보면 상대적으로 발열이 심해서 온도가 높게 측정되는 영역이 존재한다. 이러한 영역을 핫 스팟이라 칭하기도 한다. 이러한 핫 스팟은 회로기판(100) 중 소정의 영역에 형성될 수 있으며, 특히 제1 전자부품(500) 전체 또는 일부 부근에 핫 스팟이 형성된다. 또한, 이러한 핫 스팟은 제1 전자부품(500)의 전원단자 부근이나, 스위칭 소자가 상대적으로 밀집된 영역에 형성되기도 한다.
다른 한편으로, 제1 전자부품(500)은 상대적으로 고성능 사양(specification)을 갖는 영역과, 상대적으로 저성능 사양을 갖는 영역을 각각 포함할 수 있다. 예컨대, 클럭 속도(clock speed)가 1.8GHz인 코어들이 연결된 프로세서와 클럭 속도가 1.2GHz인 코어들이 연결된 프로세서가 제1 전자부품(500)에서 영역을 달리하여 구비될 수 있다는 것이다. 도 3을 참조하면, 일 실시예에서, 제1 전자부품(500)은 제1 단위영역(510) 및 제2 단위영역(520)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 단위영역(510)은 제2 단위영역(520)에 비하여 더 빠른 속도로 연산과정을 수행하며, 이에 따라, 제2 단위영역(520)보다 더 많은 전력을 소모하게 되고, 제2 단위영역(520)보다 더 많은 열을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회로기판(100)은 핫 스팟에 인접한 영역에 열전달용 구조체(110)가 배치된다. 이에 따라, 열전달용 구조체(110)가 핫 스팟에서 발생한 열을 신속하게 전달받고, 회로기판(100)의 다른 영역이나, 회로기판(100)이 결합되는 메인 보드(main board) 등의 다른 장치(device)로 열을 신속하게 분산시킬 수 있다.
일 실시예에서, 열전달용 구조체(110)의 적어도 일부는 제1 전자부품(500)의 수직 하방 영역에 위치한다. 이때, 제1 전자부품(500) 수직 하방 영역에 열전달용 구조체(110)의 대부분이 위치될 수 있다. 또한, 열전달용 구조체(110) 상면의 면적은 제1 전자부품(500) 상면의 면적보다 작을 수 있다. 더 나아가, 열전달용 구조체(110) 상면의 면적은 제1 전자부품(500)의 핫 스팟 영역의 너비에 대응되도록 결정될 수 있다.
이에 따라, 핫 스팟의 열이 열전달용 구조체(110)로 신속하게 이동될 수 있다. 또한, 회로기판(100)의 경량화 및 휨 감소에 유리하다. 그뿐만 아니라, 열전달용 구조체(110)를 회로기판(100)에 배치하는 공정의 효율성이 향상될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 전자부품(500)은 솔더(solder, S) 등에 의하여 회로기판(100)과 열적 및/또는 전기적으로 결합할 수 있다. 또한, 회로기판(100)은 솔더(S)를 매개로 메인 보드 등의 부가기판(800)에 연결될 수 있다. 이때, 열전달용 구조체(110)에 인접한 열 이동 경로에는, 일반적인 솔더(S)보다 열전달 성능이 높은 제2 열전달용 구조체(L1)가 구비될 수 있다. 즉, 열전달용 구조체(110)의 열을 부가기판(800)으로 신속하게 전달하기 위하여, 일반적인 솔더(S)보다 열전도성이 큰 물질로 덩어리 형상을 이루는 제2 열전달용 구조체(L1)를 이용하여 회로기판(100)과 부가기판(800)을 연결할 수 있다는 것이다. 또한, 제2 열전달용 구조체(L1)의 열을 신속하게 받아 분산 또는 발산할 수 있도록 부가기판(800)에 방열부(L2)를 구비할 수 있다. 이 방열부(L2)는 부가기판(800)의 상면 방향으로 노출되며, 필요에 따라 하면 방향으로도 노출되어 열 발산 효율을 향상시킬 수 있다.
이에 따라, 핫 스팟에서 발생한 열이 열전달용 구조체(110)를 경유하여 부가기판(800)으로 신속하게 전달될 수 있다.
한편, 도 1에 예시된 제4 절연층(41, 42)은 솔더 레지스트(solder resist)층일 수 있다. 즉, 제4 절연층(41, 42)은, 금속패턴의 일부를 노출하면서 금속패턴의 다른 부분들과 절연재(130) 등을 보호하는 기능을 수행할 수 있다는 것이다. 또한, 솔더레지스트 외부로 노출된 금속패턴들의 표면에는 니켈-금(Ni-Au) 도금층 등 다양한 표면 처리층이 구비될 수 있다.
100 : 회로기판
110 : 열전달용 구조체
120 : 방열튜브
121 : 금속선
122 : 절연부
130 : 절연재
10 : 제1 절연층
11 : 심재
21, 22 : 제2 절연층
31, 32 : 제3 절연층
41, 42 : 제4 절연층
P1 : 제1 회로패턴
P2 : 제2 회로패턴
P3 : 제3 회로패턴
P4 : 제4 회로패턴
S : 솔더
V1 : 제1 비아
V2 : 제2 비아
V3 : 제3 비아
V4 : 제4 비아
500 : 제1 전자부품
800 : 부가기판
810 : 접속패드
L1 : 제2 열전달용 구조체
L2 : 방열부
C1 : 캐비티
110 : 열전달용 구조체
120 : 방열튜브
121 : 금속선
122 : 절연부
130 : 절연재
10 : 제1 절연층
11 : 심재
21, 22 : 제2 절연층
31, 32 : 제3 절연층
41, 42 : 제4 절연층
P1 : 제1 회로패턴
P2 : 제2 회로패턴
P3 : 제3 회로패턴
P4 : 제4 회로패턴
S : 솔더
V1 : 제1 비아
V2 : 제2 비아
V3 : 제3 비아
V4 : 제4 비아
500 : 제1 전자부품
800 : 부가기판
810 : 접속패드
L1 : 제2 열전달용 구조체
L2 : 방열부
C1 : 캐비티
Claims (12)
- 절연재;
상기 절연재에 삽입되며, 금속선과 상기 금속선의 상부면과 하부면을 제외한 외주면에 구비되는 절연부를 포함하는 방열튜브 복수 개를 구비하는 열전달용 구조체;
상기 열전달용 구조체의 일면 및 일면과 마주하는 타면 각각과 접하는 회로 패턴;
각각 상기 열전달용 구조체의 일면의 회로패턴과 연결되고 서로 절연되는 제1 및 제2 비아; 및
각각 상기 열전달용 구조체의 타면의 회로패턴과 연결되고 서로 절연되는 제3 및 제4 비아;
를 포함하는, 회로기판. - 청구항 1에 있어서,
상기 방열튜브 복수 개 중 인접한 방열튜브들은 상기 절연부가 접촉되도록 결합되는 회로기판. - 청구항 1에 있어서,
상기 방열튜브 복수 개 중 적어도 한 방열튜브의 금속선은 그 상면 및 하면이 각각 상기 열전달용 구조체의 상면 및 하면으로 노출되는 회로기판. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 비아와 상기 제3 비아가 전기적으로 연결되고, 상기 제2 비아와 상기 제4 비아가 전기적으로 연결되는 회로기판. - 청구항 4에 있어서,
상기 제1 비아와 상기 제3 비아 사이 및 상기 제2 비아와 상기 제4 비아 사이는 서로 다른 방열튜브에 의하여 연결되는 회로기판. - 절연재;
상기 절연재에 매립되어, 제1 금속선의 외면에 제1 절연부가 구비되어 이루어지는 제1 방열튜브 및 제2 금속선의 외면에 제2 절연부가 구비되어 이루어지는 제2 방열튜브를 포함하는 열전달용 구조체;
상기 제1 및 제2 금속선의 일면 및 일면과 마주하는 타면 각각과 접하는 회로 패턴;
각각 상기 열전달용 구조체의 일면의 회로패턴과 연결되고 서로 절연되는 제1 및 제2 비아; 및
각각 상기 열전달용 구조체의 타면의 회로패턴과 연결되고 서로 절연되는 제3 및 제4 비아;
을 포함하는, 회로기판. - 삭제
- 청구항 6에 있어서,
상기 제1 금속선과 제1 비아 사이, 상기 제2 금속선과 제2 비아 사이, 상기 제1 금속선과 제3 비아 사이 및 상기 제2 금속선과 제4 비아 사이 중 적어도 한 곳은 회로패턴을 매개로 연결되는 회로기판. - 삭제
- 금속선의 외주면에 절연부가 구비된 방열튜브 복수 개를 결합하여 열전달용 구조체를 형성하는 단계;
제1 절연층에 구비된 캐비티 내부로 상기 열전달용 구조체를 삽입하는 단계;
상기 열전달용 구조체의 일면 및 일면과 마주하는 타면 각각과 접하는 회로 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 제1 절연층 및 상기 열전달용 구조체를 덮는 제2 절연층을 형성하는 단계;
를 포함하는 회로기판 제조방법. - 삭제
- 삭제
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2015
- 2015-04-08 KR KR1020150049579A patent/KR102411997B1/ko active IP Right Grant
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2016
- 2016-01-07 US US14/990,464 patent/US9788409B2/en active Active
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