KR20080015335A - 통신 부품의 방열 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

통신 부품의 방열 장치 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 통신 부품의 방열 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명 실시 예에 따른 통신 부품의 방열 장치는, 기판 상층에 통신 부품이 실장되는 동박; 상기 동박에서 기판 바닥면까지 형성된 복수개의 방열 비아; 상기 기판 바닥면에 형성된 복수개의 방열 비아를 서로 연결해 주는 방열 패턴을 포함한다.
통신 부품, 방열, 방열 비아

Description

통신 부품의 방열 장치 및 그 제조방법{Heatsink apparatus of communication device and production method}
도 1은 고주파 패키지 모듈이 기판에 실장된 예를 나타낸 도면.
도 2는 종래 파워 증폭기 영역의 기판 단면도.
도 3은 본 발명 실시 예에 따른 통신 부품의 방열 장치를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명 실시 예에 따른 통신 부품의 방열 장치의 제 1예를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명 실시 예에 따른 통신 부품의 방열 장치의 제 2예를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명 실시 예에 따른 통신 부품의 방열 장치의 제 3예를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명 실시 예에 따른 통신 부품의 방열 장치 제조방법을 나타낸 플로우 챠트.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
111 : 기판 119,121: 통신 부품
147 : 방열 비아 150,160,170,180 : 방열 수단
151,161,181,182 : 방열 패턴 171 : 방열판
본 발명은 통신 부품의 방열 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
무선통신 기술의 비약적인 발전에 따라 무선 통신용 부품은 저전력화, 다기능화, 소형화, 모듈화, 그리고 저 가격화가 빠르게 진행되어지고 있다.
현재, 핸드폰, 스마트폰, PDA(Personal Digital Assistant) 등 다양한 이동통신단말기 제품이 출시되고 있는데, 이러한 이동통신단말기들은 기본적으로 RF통신모듈을 탑재하여 무선통신 기능을 제공한다.
이동통신단말기에 탑재되는 RF(Radio Frequency) 통신모듈로서 멀티 밴드(multi-band) 주파수를 처리하는 제품들이 출시되고 있다. 예컨대, 듀얼 밴드 통신모듈은 1900MHz 대역(PCS)과 800MHz 대역(DCN: Digital Cellular Network)의 주파수를 하나의 듀얼 밴드 안테나(Dual Band antenna)를 통하여 수신할 수 있는 다이플렉서(diplexer)를 포함하고 있다.
그리고, 듀얼 밴드 통신모듈에 GPS(Global Position System) 기능을 추가하여, 세 개의 주파수 대역(PCS : 1850 ~1990MHz, GPS : 1570 ~ 1580MHz, DCN : 824 ~ 894MHz)을 처리할 수 있는 트리플 밴드(Triple-band) 방식이 이용되고 있다.
그리고 이동통신 단말기에는 멀티 밴드 방식의 구현을 위해 프론트 앤드 모듈(FEM: Front End Module)을 구비하게 된다. 이러한 프론트 앤드 모듈은 SAW 필 터(SAW Filter), RF 스위치 등 여러 부품을 하나로 만들어 50% 이상 사용 공간을 줄일 수 있으며, 송신 및 수신 신호를 분리하고 특정 주파수만을 통과시키는 필터 등의 역할을 수행하고 있다.　
도 1은 기판에 실장되는 고주파 패키지 모듈을 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 고주파 패키지 모듈(10)은 기판(11) 상에 트랜시버(13), 제 1 및 제 2송신 필터(15,17), 제 1 및 제 2파워 증폭기(PA1,PA2)(19,21), 제 1 및 제 2결합기(Coupler)(23,25), 제 1 및 제 2듀플렉서(DPX1,DPX2)(27,29), 저잡음 증폭기(LNA)(31), 제 1 및 제 2수신 필터(33,35), 아날로그 프론트 앤드(AFE)(37)가 실장된 구조이다.
상기 트랜시버(13)는 듀얼 밴드 이상의 신호를 송/수신하며, 제 1 및 제 2송신필터(15,17)는 잡음 성분을 제거하고 특정 대역을 통과하는 것으로, SAW 필터로 구현될 수 있다.
제 1 및 제 2파워 증폭기(19,21)는 각 밴드별 신호를 송신할 수 있는 크기로 증폭하며, 제 1 및 제 2결합기(23,25)는 상기 제 1 및 제 2파워 증폭기(19,21)에 의해 증폭된 신호를 결합함으로써 신호 크기를 측정할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2듀플렉서(27,29)는 상기 밴드별 송신 신호를 RF 스위치로 출력하거나, RF 스위치로부터 입력되는 신호를 저잡음 증폭기(LNA)(31)로 출력하게 된다.
제 1 및 제 2수신필터(33,35)는 수신 신호에서 잡음 성분을 제거하고 각 밴드별 대역의 신호만을 통과시켜 주며 SAW 필터로 구현될 수 있다. 상기 저잡음 증 폭기(31)는 수신되는 신호 중에서 미약한 신호는 배제하고 순수한 신호만을 증폭하여 전송해 준다.
이와 같이, 기판 상에 고주파 모듈의 구성 부품들이 패키지 형태로 실장되어, 프론트 앤드 모듈로 집적될 수 있다.
도 2는 종래 파워 증폭기의 실장 예를 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 제 1파워 증폭기(21)는 기판(11)의 동박(42) 표면에 다이 어태치(Die attach) 방식으로 실장되고, 본딩 와이어(41)에 의해 전극(45)과 전기적으로 연결된다. 이러한 통신 부품이 실장된 기판 상층에는 몰딩 부재(43)가 몰딩되어 부품들을 보호하게 된다.
상기 기판(11)에는 다수개의 방열 비아(47)가 형성된다. 상기 방열 비아(47)는 제 1파워 증폭기(21)가 장착되는 동박(42)에서 기판 바닥면까지 형성되어, 제 1파워 증폭기(21)에서 발생되는 열이 동박(42) 및 방열 비아(47)를 통해 기판 바닥면까지 전달된다. 이때 방열 비아는 방열 및 접지 기능을 수행하게 된다.
여기서, 기판(11)의 최하단면에는 BGA 방식으로 전도성 볼이 형성되어, 이를 통해 방열이 이루어진다.
그러나, 파워 증폭기, 트랜시버와 같은 부품은 다른 부품에 비해 많은 열을 발생하게 되며, 이들 부품에서 발생되는 열을 충분하게 방열하지 못할 경우, 전기적으로 연결된 수신 필터, 듀플렉서와 같은 부품 등에 영향을 주어, 부품 특성을 저하시키게 된다.
또한 방열 문제를 해결하기 위해 비아 홀의 개수 및 단면적을 증가시켜 주어 야 하지만, 이동통신 부품의 소형화, 집적화, 소형화에 의한 기술 추세에 따라 파워 증폭기의 실장 사이즈 감소, 비아 제조 공정의 한계로 열 방출이 제한될 수 있으며, 하나의 고주파 풀 모듈(RF Full module)로 집적화될 경우 방열 문제는 더 커지게 된다.
본 발명은 통신 부품의 방열 장치 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명은 방열 비아를 서로 연결해 주는 방열 패턴을 이용하여 방열 단면적을 증가시켜 줄 수 있도록 한 통신 부품의 방열 장치 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명은 방열 비아를 서로 연결해 주는 방열 패턴을 기판 표면 이외의 층 중에서 적어도 한 층 이상에 형성해 주어, 방열 비아로부터 전달되는 열을 보다 효과적으로 방열할 수 있도록 한 통신 부품의 방열 장치 및 그 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 기판의 최하단면에 BGA 타입으로 반구형 단자를 형성시켜 주어, 방열 비아의 단면적을 증가시켜 줄 수 있도록 한 통신 부품의 방열 장치 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의한 통신 부품의 방열 장치는, 기판 상층에 통신 부품이 실장되는 동박; 상기 동박에서 기판 바닥면까지 형성된 복수개의 방열 비아; 상기 기판 바닥면에 형성된 복수개의 방열 비아를 서로 연결해 주는 방열 패턴을 포함한다.
본 발명 실시 예에 따른 통신 부품의 방열 장치 제조방법은, 통신 부품이 실 장되는 기판의 동박에서 최하층 바닥면까지 연결되는 방열 비아 를 형성하는 단계; 상기 기판의 각 층의 바닥면에서 인접한 방열 비아를 서로 연결하는 방열 패턴을 형성하는 단계; 상기 기판의 최하층 바닥면에 형성된 방열 비아에 BGA 타입으로 반구형 단자를 형성하는 단계를 포함한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 통신 부품의 방열 장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 부품의 방열 장치를 나타낸 단면도이다.
도 3을 참조하면, 통신 부품(121)은 기판(111) 상에 형성된 동박(142) 표면에 실장되고, 본딩 와이어(141)에 의해 전극(145)과 전기적으로 연결된다. 여기서, 상기 통신 부품(121)은 기판(111) 상에 실장되는 여러 부품 중에서 상대적으로 고 발열 부품 즉, 도 1에 도시된 파워 증폭기 또는 트랜시버 등이 될 수 있다. 이러한 통신 부품(121)은 칩 형태로 동박 표면에 다이 어태치 방식으로 장착되거나 SMT(Surface Mounted technology) 타입으로 실장될 수 있다.
상기 기판(111)은 하나 이상의 층으로 이루어진 FR4기판일 수 있으며, 기판(111) 상에는 몰딩 부재(143)가 몰딩되어, 부품들을 보호하게 된다.
그리고, 통신 부품(121)에 대응되는 위치의 기판 최하층 바닥면(112)에는 방열 수단(150)이 형성될 수 있다. 상기 방열 수단(150)은 기판 상의 통신 부품으로부터 발생되는 열을 층별 바닥면 및 기판 최하단면을 통해 가장 효과적으로 방열할 수 있는 패턴 또는 방열판을 포함할 수 있다.
이를 위해 상기 방열 수단(150)은 방열 다이(147), 반구형 단자(149), 방열 패턴(151)을 포함한다. 상기 방열 다이(147)는 통신 부품(121)의 동박(142)과 최하층 바닥면(112) 사이에 형성되어, 통신 부품(121)에서 발생되는 열을 동박(142)을 통해 전도된 후 최하층 바닥면(112)까지 전도해 준다. 이러한 방열 다이(147)는 다수개가 일정한 간격으로 형성되며 각각의 하나의 방열 경로로서 작용하게 된다.
그리고 기판(111)의 최하층 바닥면(112)에 형성된 방열 패턴(151)은 상기 방열 다이(147)의 끝단 및 BGA 타입으로 형성된 반구형 단자(149)에 서로 연결되어 형성된다. 이러한 방열 패턴(151)은 알루미늄 또는 구리 등 방열 특성이 좋고, 열 전도도가 높은 재질로 이루어지며, 각 패턴 라인의 폭 및 두께는 열 방출 효과를 위해 넓고 두껍게 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 방열 패턴(151)의 연결 라인은 반구형 단자(149) 또는 방열 다이의 직경 보다 크게 형성될 수도 있다.
이러한 방열 패턴(151)은 수평 방향, 수직 방향, 대각선 방향에 위치한 하나 이상의 방열 다이의 끝단에 라인으로 연결될 수 있다.
또한 상기 방열 패턴(151)이 형성되는 영역은 기판(111) 상에 실장된 통신 부품(121) 또는 동박(142) 영역의 크기 보다 크게 형성될 수 있다. 즉, 동박(142)에서 최하층 바닥면(112) 사이에 연결되는 방열 다이 및 그 주변의 방열 다이를 연결하여, 방열 패턴을 형성할 수 있다.
이러한 방열 다이(147)의 끝단에는 반구형 단자(149)가 각각 형성된다. 이러한 반구형 단자(149)는 BGA(ball grid array) 타입으로 형성되는 것으로, 방열과 접지 역할을 함께 수행한다.
여기서, 본 발명의 방열 다이(147)를 연결하는 방열 패턴(151)은 다층 기판의 내부 층마다 형성될 수 있으며, 이를 통해 방열 단면적을 증가시켜 줄 수 있다. 이때에는 기판 최하층 바닥면에는 방열 패턴을 형성시키지 않고 반구형 단자만을 형성해 줄 수도 있다.
도 4는 본 발명 실시 예에 따른 방열 수단의 일 예를 나타낸 도면으로서, 기판 내부의 바닥면(113)에 방열 수단(160)이 형성된 구성이다.
도 4를 참조하면, 방열 수단(160)은 방열 비아(147), 격자 형태의 방열 패턴(161)을 포함하며, 상기 방열 비아(147)는 기판(111) 표면에서 최하층 바닥면까지 형성되며, 상기 방열 패턴(161)은 통신 부품(119,121)이 실장된 영역에서 특정 층의 바닥면(113)을 관통하는 방열 비아(147)들에 연결되어 격자 형태로 형성된다.
또한 상기 방열 패턴(161)은 통신 부품 영역 및 그 주변의 방열 비아들에 서로 연결되어, 방열 대상이 되는 부품의 실장 영역 보다 크게 형성될 수 있다. 이때의 방열 대상 부품은 하나 이상의 통신 부품이 될 수 있다.
그리고, 상기 방열 패턴(161)의 라인 형상은 방열 단면적을 증가시켜 줄 수 있도록 직선 또는/및 곡선 형태(예: S, U) 등 다양한 형상의 형성할 수도 있다. 또한 방열 패턴(161)은 기판의 상층을 제외한 각 층의 바닥면에 각각 형성될 수도 있으며, 기판 최하층 바닥면에 BGA 타입의 반구형 단자를 형성하여 연결할 수도 있다.
도 5는 본 발명 실시 예에 따른 방열 수단(170)의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 방열 수단(170)은 방열 다이(147) 및 방열 판(171)으로 구성되며, 상기 방열판(171)은 특정 층의 바닥면(113)에 방열 대상이 되는 통신 부품(119,121)이 실장되는 영역 보다 큰 영역에 부착된다.
이러한 방열판(171)의 표면은 기판에 형성하는 방열 다이에 납땜으로 연결되어 방열 단면적을 증가시켜 줄 수 있으며, 또 방열판(171)에 다수개의 방열 다이가 통과하는 홀이 형성될 수도 있다.
이러한 방열판(171)은 기판의 상층을 제외한 각 층마다 형성될 수 있으며, 기판의 최하층 바닥면에도 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명 실시 예에 따른 방열 수단(180)의 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 방열 수단(180)은 방열 다이(149), 방사형 방열패턴(181) 및 외측 방사 패턴(182)을 포함한다.
상기 방열 다이(149)는 통신 부품(119,121)이 실장되는 동박에서 바닥면(113)까지 형성되며, 상기 방열 다이(149)에 서로 연결되는 방열 패턴(181,182)이 형성된다.
상기 방열 패턴(181,182)의 통신 부품이 실장되는 영역의 중심부(P1,P2)에서 방사 형태로 형성되는 방사형 방열 패턴(181)과, 방사형 방열 패턴(181)의 끝단을 서로 연결해 주는 외측 방사 패턴(182)으로 구성된다. 즉, 방사형 방열 패턴(181)은 통신 부품이 실장되는 영역의 중심부(P1,P2)에서 인접한 방열 다이와 방사 형태로 형성됨으로써, 통신 부품의 중심부에서 발생되는 열을 방사 형태로 전도할 수 있다. 그리고 외측 방열 패턴(182)은 방열 영역의 외측 방열 다이를 사각형 형태로 연결된다.
이러한 방열 패턴(181,182)은 상/하 축(X,Y) 방향 및 대각선 형태를 혼합한 형상으로 구성함으로써, 통신 부품의 중심에서 발생되는 열을 외측으로 보다 효과적으로 전도하여 방열할 수 있다.
이러한 방열 패턴(181,182)은 기판의 상층을 제외한 내부층 또는/및 최하층 바닥면에도 형성될 수도 있다. 이때의 기판의 최하층 바닥면에는 BGA 타입의 반구형 단자가 형성될 수도 있다.
도 7은 본 발명 실시 예에 따른 통신 부품의 방열 장치 제조방법을 나타낸 플로우 챠트이다.
도 7을 참조하면, 통신 부품이 놓이는 영역의 기판 표면에서 최하층 바닥면까지 방열 비아를 다수개 형성하고(S101), 상기 방열 비아가 형성되는 기판의 각 층마다 상기 방열 비아들을 서로 연결하는 방열 패턴을 형성하게 된다(S103). 이때의 방열 패턴은 인접하는 방열 비아들과 서로 연결되는 것으로, 기판 상층을 제외한 기판의 내부 층 및/또는 최하층의 바닥면에 형성될 수 있다.
그리고 기판의 최하층 바닥면에 형성된 방열 비아의 끝단에는 BGA 타입으로 반구형 단자가 형성된다(S105). 이에 따라 기판의 상층에 형성된 동박 표면에 실장 된 통신 부품에서 발생되는 열은 동박 및 방열 비아에 전도되어, 각 층의 바닥면에 형성된 방열 패턴에 의해 방열되고, 또 최하층 바닥면에 형성된 BGA 타입의 반구형 단자에 의해 방열된다.
이러한 본 발명은 방열 비아를 하나의 그룹 패턴으로 연결해 줌으로써, 방열 단면적을 증가시켜 주어, 방열 효과를 극대화하여, 통신 부품에서 다른 구성 요소에 미치는 열 문제를 최소화할 수 있다.
또한 본 발명은 기판의 각 층별 바닥면 및/또는 최하층 바닥면에 접지 대상이 되는 방열 비아에 상기와 같은 방열 패턴으로 서로 연결하여 방열 단면적을 증가시켜 줄 수 있어, 패키지 타입의 고주파 풀 모듈에 적합한 기판을 제공할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시 예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 따른 통신 부품의 방열 장치 및 그 제조방법에 의하면, 통신 부품 이 실장되는 영역 하부의 방열 비아들을 방열 패턴으로 서로 연결해 줌으로써, 방열 비아의 단면적이 증가될 수 있어, 방열을 보다 효과적으로 할 수 있다.
또한 통신 부품의 방열을 위해 방열 비아의 개수를 늘리거나 비아 단면적을 증가시키지 않고, 효과적으로 방열할 수 있다.
또한 방열 단면적의 증가로 인해 집적화된 모듈에서 다른 구성 요소에 미치는 열 문제를 최소화할 수 있고, 패키지 타입의 모듈 기판을 제공할 수 있다.

Claims (7)

  1. 기판 상층에 통신 부품이 실장되는 동박;
    상기 동박에서 기판 바닥면까지 형성된 복수개의 방열 비아;
    상기 기판 바닥면에 형성된 복수개의 방열 비아를 서로 연결해 주는 방열 패턴을 포함하는 통신 부품의 방열 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 방열 패턴의 영역은 상기 통신 부품이 실장된 동박 영역 보다 크게 형성되는 통신 부품의 방열 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 방열 패턴은 방열판 형태로 구성되는 통신 부품의 방열 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 방열 패턴은 수평 방향, 수직 방향, 대각선 방향에 위치한 하나 이상의 방열 비아와 라인 형태로 연결되는 통신 부품의 방열 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 방열 패턴은 기판의 상층을 제외한 여러 층 중에서 한 층 이상의 바닥 면에 형성되는 통신 부품의 방열 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 기판의 최하층 바닥면에 형성된 방열 비아의 끝단에BGA 타입의 반구형 단자가 형성되는 통신 부품의 방열 장치.
  7. 통신 부품이 실장되는 기판의 동박에서 최하층 바닥면까지 연결되는 방열 비아를 형성하는 단계;
    상기 기판의 각 층의 바닥면에서 인접한 방열 비아를 서로 연결하는 방열 패턴을 형성하는 단계;
    상기 기판의 최하층 바닥면에 형성된 방열 비아에 BGA 타입으로 반구형 단자를 형성하는 단계를 포함하는 통신 부품의 방열 장치 제조방법.
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KR102440147B1 (ko) * 2021-03-24 2022-09-02 이기봉 방열성을 높인 led 방열 회로기판 및 이의 제조 방법

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