JP2020088375A - インターポーザ及びこれを含むパッケージ構造物 - Google Patents

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Abstract

【課題】電子機器の限定された空間内にPCBを効率的に配置、装着するインターポーザ及びこれを含むパッケージを提供する。【解決手段】パッケージ構造物において、インターポーザ300は、セラミックを含む材質のボディー310と、ボディーを貫通し、ボディーの上下側にそれぞれ突出する金属ピン320と、を含む。金属ピン320の突出した部分は、第1基板100及び第2基板200に電気的に接続される。【選択図】図2

Description

本発明は、インターポーザ(Interposer)及びこれを含むパッケージ構造物(Package Structure )に関する。
各種電子機器の使用が爆発的に増加するとともにデジタル技術や半導体技術等の発達により、精密かつ複雑な電子機器の応用分野が広範囲になっている。電子機器の内部部品の密集度が高くなることにより、個々の部品(active、passive)を接続させるために必要なPCBの面積が大きくなっている。一方、バッテリーの大きさは大きくなる傾向にあり、このため、電子機器の限定された空間内にPCBを効率的に配置、装着する必要がある。
韓国登録特許第10−1324595号公報
本発明の一側面によれば、セラミックを含む材質のボディーと、上記ボディーを貫通し、上記ボディーの上下側にそれぞれ突出する金属ピンと、を含むインターポーザが提供される。
本発明の他の側面によれば、インターポーザと、上記インターポーザの上面に結合した第1基板と、上記インターポーザの下面に結合した第2基板と、を含み、上記インターポーザは、セラミックを含む材質のボディーと、上記ボディーを貫通し、上記ボディーの上下側にそれぞれ突出する金属ピンと、を含み、上記金属ピンは、上記第1基板及び上記第2基板のそれぞれに電気的に接続されるパッケージ構造物が提供される。
印刷回路基板が装着されている電子機器を示す図である。 本発明の一実施例に係るパッケージ構造物を示す図である。 本発明の一実施例に係るパッケージ構造物を示す図である。 本発明の一実施例に係るインターポーザを示す図である。 図4のインターポーザを用いてパッケージ構造物を形成する方法を示す図である。 本発明の他の実施例に係るパッケージ構造物を示す図である。 本発明の他の実施例に係るパッケージ構造物を示す図である。 本発明の他の実施例に係るインターポーザを示す図である。 図8のインターポーザを用いてパッケージ構造物を形成する方法を示す図である。 本発明のまた他の実施例に係るインターポーザを示す図である。 図10のインターポーザを用いてパッケージ構造物を形成する方法を示す図である。
本発明に係るインターポーザ及びこれを含むパッケージ構造物の実施例を添付図面を参照して詳細に説明し、添付図面を参照して説明するに当たって、同一または対応する構成要素には同一の図面符号を付し、これに対する重複説明を省略する。
また、以下で使用する「第1」、「第2」等の用語は、同一または対応する構成要素を区別するための識別記号に過ぎず、同一または対応する構成要素が第1、第2等の用語により限定されることはない。
また、「結合」とは、各構成要素間の接触関係において、各構成要素間に物理的に直接接触する場合のみを意味するものではなく、他の構成が各構成要素の間に介在され、その他の構成に構成要素がそれぞれ接触している場合まで包括する概念として使用される。
スマートフォンを始めとした様々な電子機器1に装着されるパッケージ構造物10は、印刷回路基板と電子部品を含む。印刷回路基板には、電子機器に必要な多くの電子部品が実装され、印刷回路基板には回路が印刷されており、電子部品は印刷回路基板の回路を介して電気的に接続されることができる。
図1を参照すると、電子機器1は、ハウジング、パッケージ構造物10及びバッテリー(battery)20等を含む。パッケージ構造物10及びバッテリー20は、ハウジング内の空間に配置されるが、電子機器1のディスプレイの大きさが大きくなっており、カメラが高解像度の機能を有する等、電子機器1の仕様が高くなると、それによる電力消費量が増加するので、バッテリー20の用量や大きさも大きくならなければならない。バッテリー20の大きさが大きくなると、ハウジング内でのパッケージ構造物10が占める面積が相対的に減少することになる。これは、逆に、パッケージ構造物10が占める面積を小さくできれば、バッテリー20に割り当てられる面積を大きくすることができるので、バッテリー20の大型化が可能となることを意味する。
本発明の実施例に係るパッケージ構造物は、2つ以上の基板で形成された印刷回路基板を含み、印刷回路基板は、複層構造、スタック(stack)構造またはサンドイッチ(sandwich)構造を有する。印刷回路基板が2つ以上の基板を含む場合、印刷回路基板として使用できる面積は増加するものの、パッケージ構造物が電子器機のハウジング内で占める空間は最小化するので、さらにバッテリーが占める面積は大きくなることができる。
図2及び図3は、本発明の一実施例に係るパッケージ構造物を示す図である。
図2及び図3を参照すると、本発明の一実施例に係るパッケージ構造物は、インターポーザ300、第1基板100及び第2基板200を含むことができる。
先ず、インターポーザ300について詳細に説明する。
図4は、本発明の一実施例に係るインターポーザ300を示す図である。
インターポーザ300は、ボディー(body)310と金属ピン320を含むことができる。
ボディー310は、無機材料で形成されるが、特にセラミックを含む材質で形成されることができる。すなわち、ボディー310は、酸化アルミニウム(Al)、アルミニウム窒化物(AlN)等の物質を含んで製造されることができる。
図4(a)に示すように、ボディー310は、内部に中空部330を備えることができ、中空部330は、ボディー310の上下面を貫通する。これにより、ボディー310は、環状に形成されることができ、多角形の環状、円形の環状等様々な形状を有することができる。また、ボディー310は、複数のピース(piece)からなることができ、複数のピースが一つの環状を形成するように配置されることができる。
ボディー310は、所定の高さ(厚さ)を有し、ボディー310の高さは、第1基板100と第2基板200との離隔距離により決定されることができる。また、ボディー310の上下面は、それぞれ平坦な面で形成されることができる。
金属ピン320は、金属で形成される柱状構造物であって、ボディー310を貫通し、ボディー310の上下側にそれぞれ突出することができる。金属ピン320は、ボディー310の厚さよりも長く形成され、ボディー310の上下側にそれぞれ突出する。金属ピン320の突出した部分は、第1基板100及び第2基板200に電気的に接続され、金属ピン320は、パッケージ構造物の上下方向に延長され、第1基板100と第2基板200との間に信号を伝達することができる。
金属ピン320において、ボディー310の内部に位置する部分とボディー310よりも突出した部分とが一体に形成されることから、本発明における金属ピン320は、一般的に(有機)絶縁層で形成されたインターポーザ300内に形成されるビアと区別される。また、金属ピン320は、全体的に均一な太さを有することができる。
金属ピン320は、複数形成可能であり、複数の金属ピン320は、互いに離隔してボディー310内で互いに絶縁されることができる。ボディー310が中空部330を有し、環状に形成される場合、複数の金属ピン320は、ボディー310の環状に沿って所定の間隔で配置されることができる。複数の金属ピン320のうちの一部は、第1基板100と第2基板200との間にパワー(power)を伝達することができ、他の一部は、電子素子を駆動するための有効な電気信号を伝達することができ、また他の一部は、グラウンドとして使用されることができる。
金属ピン320を形成する金属は、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)等様々であり、その種類に制限はない。金属ピン320は、金属材料を溶かして均一な太さに成形しながら、所定の長さに切断して製造することができる。また、複数の金属ピン320は、金属材料を溶かして均一な太さに成形しながら、所定の長さに繰り返し切断して製造することができ、複数の金属ピン320のそれぞれの太さは同一であり、長さが同一であってもよい。
一方、インターポーザ300の製造の際に、型(モールド)内に金属ピン320を位置させた後に、セラミック材料を型内に充填して焼結する方式を用いることができる。
金属ピン320は、ボディー310の内部に位置する第1領域321と、ボディー310よりも上下にそれぞれ突出している第2領域322とに区分できる。但し、第1領域321と第2領域322とは、一体に形成される。一方、本実施例において第2領域322は、図4(b)に詳細に示されている。第2領域322の長さに制限はないが、本実施例では、第2領域322が、第1基板100及び第2基板200に充分に挿入できる程度の長さを有する。
インターポーザ300の上側には第1基板100が配置され、インターポーザ300の下側には第2基板200が配置される。ここで、上側及び下側の概念は、相対的な概念であることを理解できる。第1基板100と第2基板200のそれぞれは、板状からなり、複数の絶縁材層と複数の回路層とで構成された多層基板であることができ、回路層を基準にして8層または10層の多層基板であることができる。
第1基板100及び第2基板200の絶縁材層は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、BT樹脂、LCP(Liquid Crystal Polymer)等の絶縁物質で形成された層である。回路層は、銅(Cu)のような金属等の伝導性物質で形成され、特定のパターンを有するように設計される。回路層C1、C2は、絶縁材層の片面または両面に形成され、互いに異なる層の回路層は、絶縁材層を貫通するビア導体V1、V2を介して電気的に接続されることができる。
第1基板100及び第2基板200において最外層の回路層は、ソルダーレジストSRでカバーできる。ソルダーレジストSRは、第1基板100及び第2基板200の最外層の回路層を保護することができる。ソルダーレジストSRには開口が形成され、開口を介して上記最外層の回路層の一部が露出することができる。
第1基板100の一面には、電子素子(以下、第1素子E1)が実装される。ここで、第1基板100の一面は、第2基板200に向かい合う面である。第1素子E1は、能動素子、受動素子、集積回路のうちの少なくとも1種であり、第1素子E1は、複数形成されることができ、複数の第1素子E1は、能動素子、受動素子、集積回路から多様に選択することができる。具体的に第1素子E1は、AP、Memory、BGA(Ball Grid Array)、CSP(Chip Scale Package)、LGA(Land Grid Array)等の多数の集積回路と、キャパシタ(capacitor)等の多数の受動素子とを含むことができる。第1素子E1は、ソルダー部材(図示せず)により第1基板100の表面に実装されることができる。具体的に、第1素子E1は、第1基板100の回路層C1に実装されることができる。特に、第1素子E1は、第1基板100の一面側の最外層の回路層のうち、ソルダーレジストSRの開口を介して露出する部分に実装されることができる。
インターポーザ300が内側に中空部330を含む場合、第1素子E1は、インターポーザ300の中空部330内に位置することができる。ここで、インターポーザ300は、第1素子E1を保護する機能をすることができる。第1素子E1が複数形成される場合、少なくとも一部の第1素子E1がインターポーザ300の中空部330内に位置することができる。
第2基板200の一面には、電子素子(以下、第2素子E2)が実装される。ここで、第2基板200の一面は、第1基板100に向かい合う面である。第2素子E2は、能動素子、受動素子、集積回路のうちの少なくとも1種であり、第2素子E2は、複数形成されることができ、複数の第2素子E2は、能動素子、受動素子、集積回路から多様に選択されることができる。具体的に、第2素子E2は、AP、Memory、BGA(Ball Grid Array)、CSP(Chip Scale Package)、LGA(Land Grid Array)等の多数の集積回路と、キャパシタ(capacitor)等の多数の受動素子とを含むことができる。第2素子E2は、ソルダー部材(図示せず)により第2基板200の表面に実装されることができる。具体的に、第2素子E2は、第2基板200の回路層C2に実装されることができる。特に、第2素子E2は、第2基板200の一面側の最外層の回路層のうちのソルダーレジストSRの開口を介して露出する部分に実装されることができる。
インターポーザ300が内側に中空部330を含む場合、第2素子E2は、インターポーザ300の中空部330内に位置することができる。ここで、インターポーザ300は、第2素子E2を保護する機能をすることができる。第2素子E2が複数形成される場合、少なくとも一部の第2素子E2がインターポーザ300の中空部330内に位置することができる。
第1基板100と第2基板200との面積は、互いに異なってもよい。例えば、図2に示すように、第2基板200の面積が第1基板100の面積よりも大きいことが可能である。この場合、インターポーザ300は、第1基板100と第2基板200とが重畳する領域に配置され、複数の第2素子E2の一部は、インターポーザ300の中空部330内に位置し、複数の第2素子E2の他の一部は、インターポーザ300の外側に位置することができる。一方、図2とは異なって、第1基板100の面積が第2基板200の面積よりも大きいことが可能であり、複数の第1素子E1の一部は、インターポーザ300の中空部330内に位置し、複数の第1素子E1の他の一部は、インターポーザ300の外側に位置することができる。第1基板100と第2基板200のうち、面積の大きい基板がメインボードとなり、面積の小さい基板がサブ基板となることができる。
一方、第1基板100の他面には、電子素子(以下、第3素子E3)を実装でき、第3素子E3は、複数形成され、能動素子、受動素子、集積回路から多様に選択されることができる。第3素子E3は、第1基板100の他面側の最外層の回路層に実装されることができる。第1素子E1及び第3素子E3は、第1基板100に形成された回路層C1とビア導体V1を介して電気的に接続することができる。
また、第2基板200の他面には、電子素子(以下、第4素子E4)を実装することができ、第4素子E4は、複数形成されるが、能動素子、受動素子、集積回路から多様に選択されることができる。第4素子E4は、第2基板200の他面側の最外層の回路層に実装されることができる。第2素子E2及び第4素子E4は、第2基板200に形成された回路層C2とビア導体V2を介して電気的に接続することができる。
図5は、図4のインターポーザ300を用いてパッケージ構造物を形成する方法を示す図である。以下、図1から図5を参照して、より詳細に説明する。
第1基板100と第2基板200のそれぞれには貫通ホールが備えられる。第1基板100の貫通ホールを第1貫通ホールH1、第2基板200の貫通ホールを第2貫通ホールH2と称する。
第1貫通ホールH1は、第1基板100の厚さ全体を貫通することができる。この場合、第1貫通ホールH1は、第1基板100の絶縁材層の全体を貫通することができる。第1貫通ホールH1の内壁には、金属層M1が形成されることができ、金属層M1は、メッキで形成されることができる。第1貫通ホールH1の金属層M1は、第1基板100の回路層C1に電気的に接続されることができる。第1貫通ホールH1の金属層M1は、第1基板100の上下面まで延長され、ランド(land)を形成することができる。一方、第1貫通ホールH1の幅は、金属ピン320の幅よりも大きいことができる。
第2貫通ホールH2は、第2基板200の厚さ全体を貫通することができる。この場合、第2貫通ホールH2は、第2基板200の絶縁材層の全体を貫通することができる。第2貫通ホールH2の内壁には、金属層M2が形成されることができ、金属層M2は、メッキで形成されることができる。第2貫通ホールH2の金属層M2は、第2基板200の回路層C2に電気的に接続されることができる。第2貫通ホールH2の金属層M2は、第2基板200の上下面まで延長され、ランド(land)を形成することができる。一方、第2貫通ホールH2の幅は、金属ピン320の幅よりも大きいことができる。
図5(a)を参照すると、図4を参照して説明したインターポーザ300が設けられる。インターポーザ300は、第1基板100と第2基板200との間に位置し、インターポーザ300の金属ピン320、特に第2領域322は、第1基板100及び第2基板200の内部に挿入されることができるが、金属ピン320の第2領域322は、第1基板100の第1貫通ホールH1及び第2基板200の第2貫通ホールH2の内部に挿入される。ここで、インターポーザ300の上面は、第1基板100の一面(下面)と接触し、インターポーザ300の下面は、第2基板200の一面(上面)と接触する。具体的に、インターポーザ300の上面は、第1基板100の一面に形成されたソルダーレジストSRと接触し、インターポーザ300の下面は、第2基板200の一面に形成されたソルダーレジストSRと接触する。
貫通ホールH1、H2の幅が金属ピン320の幅よりも大きい場合、金属ピン320は貫通ホールH1、H2に嵌込み結合されず、貫通ホールH1、H2の内部で固定されないことがある。
図5(b)を参照すると、金属ピン320の第2領域322は、貫通ホールH1、H2に固定される。具体的に、貫通ホールH1、H2の内部が低融点金属LMで充填される。貫通ホールH1、H2の幅が金属ピン320の幅よりも大きい場合、貫通ホールH1、H2の内部において金属ピン320が占める空間を除いた部分が低融点金属LMで充填される。低融点金属LMは、鉛、錫のうちの少なくとも1種の金属を含むことができる。低融点金属LMは、金属ペーストが貫通ホールH1、H2を充填した後にリフロー(reflow)工程を経て硬化したものであってもよい。
低融点金属LMが、第1貫通ホールH1及び第2貫通ホールH2を充填するので、金属ピン320の第2領域322は、第1貫通ホールH1の金属層M1及び第2貫通ホールH2の金属層M2に電気的に接続されることができる。これにより、インターポーザ300は、第1基板100と第2基板200とを電気的に接続させることができる。
一方、金属ピン320の第2領域322の長さは、貫通ホールH1、H2の長さより長くてもよく、この場合、インターポーザ300が第1基板100及び第2基板200に結合したとき、金属ピン320の端部が第1基板100及び/または第2基板200よりも突出することができる。低融点金属LMは、突出された金属ピン320の端部の側面をカバーすることができる。図1及び図5においては、金属ピン320が貫通ホールH1、H2を完全に貫通し、金属ピン320の端部が第1基板100及び第2基板200よりも突出している。また、低融点金属LMは、突出した端部の側面をカバーする。一方、低融点金属LMは、第1基板100及び第2基板200の上下面に形成されたランドをすべてカバーすることができる。
また、金属ピン320の第2領域322の長さは、第1貫通ホールH1及び/または第2貫通ホールH2の長さより小さくてもよく、これにより、金属ピン320の端部は、第1基板100及び/または第2基板200内に位置することができる。この場合にも、低融点金属LMは、第1基板100及び第2基板200の上下面に形成されたランドをすべてカバーするように、第1貫通ホールH1及び第2貫通ホールH2を過充填することができる。これにより、最外側に位置する低融点金属LMの幅は、貫通ホールH1、H2の幅よりも大きいことができる。この低融点金属LMは、図3に示されている。
インターポーザ300のボディー310がセラミックを含む場合、セラミックの堅固な性質のために、有機物を含むインターポーザ300よりも大きい剛性を有することができるので、パッケージ構造物の反りを低減することができる。
また、インターポーザ300のボディー310がセラミックを含む場合、インターポーザ300のボディー310は、焼結工程を経て堅くなり、低融点金属LM及び電子素子E1からE4を実装するためのソルダー部材のリフローがインターポーザ300のボディー310の焼結温度よりも低い温度で行われ得るので、リフロー工程は、インターポーザ300の形状に影響を与えない。これにより、パッケージ構造物の反りを低減することができる。
また、インターポーザ300の上下接続が金属ピン320で行われる場合、金属ピン320は、様々な長さに容易に製造できるため、インターポーザ300のボディー310の厚さにこだわらないので、絶縁層の厚さにより形状が制限される一般のビアよりも自由度が高く、アラインメント(alignment)もスタックビア(stack via)に比べて容易となる。
図6及び図7は、本発明の他の実施例に係るパッケージ構造物を示す図であり、図8は、本発明の他の実施例に係るインターポーザ300を示す図であり、図9は、図8のインターポーザ300を用いてパッケージ構造物を形成する方法を示す図である。
図6及び図7を参照すると、本発明の他の実施例に係るパッケージ構造物は、インターポーザ300、第1基板100及び第2基板200を含むことができる。
先ず、図8を参照してインターポーザ300について詳細に説明する。
インターポーザ300は、ボディー310と金属ピン320とを含むことができる。
ボディー310は、無機材料で形成されるが、特にセラミックを含む材質で形成されることができる。すなわち、ボディー310は、酸化アルミニウム(Al)、アルミニウム窒化物(AlN)等の物質を含んで製造されることができる。
図8(a)に示すように、ボディー310は、内部に中空部330を備えることができ、中空部330は、ボディー310の上下面を貫通する。これにより、ボディー310は、環状に形成されることができ、多角形の環状、円形の環状など様々な形状に形成されることができる。また、ボディー310は、複数のピースからなることができ、複数のピースが1つの環状を形成するように配置されることができる。
ボディー310は、所定の高さ(厚さ)を有し、ボディー310の高さは、第1基板100と第2基板200との離隔距離により決定されることができる。また、ボディー310の上下面は、それぞれ平坦な面で形成されることができる。
金属ピン320は、金属で形成される柱状構造物であって、ボディー310を貫通し、ボディー310の上下側にそれぞれ突出することができる。金属ピン320は、ボディー310の厚さよりも長く形成され、ボディー310の上下側にそれぞれ突出する。金属ピン320の突出した部分は、第1基板100及び第2基板200に電気的に接続され、金属ピン320は、パッケージ構造物の上下方向に延長され、第1基板100と第2基板200との間に信号を伝達することができる。
金属ピン320において、ボディー310の内部に位置する部分と、ボディー310よりも突出した部分とが一体に形成されることから、本発明における金属ピン320は、一般的に絶縁層内に形成されるビアとは区別される。また、金属ピン320は、全体的に均一な太さを有することができる。
金属ピン320は、複数形成されることができ、複数の金属ピン320は、互いに離隔しており、ボディー310内で互いに絶縁されることができる。ボディー310が中空部330を有し、環状に形成される場合、複数の金属ピン320は、ボディー310の環状に沿って所定の間隔で配置されることができる。複数の金属ピン320のうちの一部は、第1基板100と第2基板200との間にパワー(power)を伝達することができ、他の一部は、電子素子を駆動するための有効な電気信号を伝達することができ、また他の一部は、グラウンドとして使用されることができる。
金属ピン320を形成する金属は、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)など様々であり、その種類に制限はない。
金属ピン320は、金属材料を溶かして均一な太さに成形しながら所定の長さに切断して製造することができる。また、複数の金属ピン320は、金属材料を溶かして均一な太さに成形しながら所定の長さに繰り返し切断して製造することができ、複数の金属ピン320のそれぞれの太さは互いに同一であり、長さが同一であることができる。
一方、インターポーザ300の製造の際には、型(モールド)内に金属ピン320を位置させた後にセラミック材料を型内に充填して焼結する方式を用いることができる。
金属ピン320は、ボディー310の内部に位置する第1領域321と、ボディー310よりも上下にそれぞれ突出した第2領域322とに区分できる。ただし、第1領域321と第2領域322とは一体に形成される。
本実施例において第2領域322は、図1から図5を参照して説明した上述の実施例によるインターポーザ300の第2領域322よりも短く、第1基板100及び第2基板200に形成された回路層C1、C2の厚さよりも小さくてもよい。本実施例においての第2領域322は、図9(a)に示されている。
本実施例においてインターポーザ300は、パッドP1、P2をさらに含む。パッドP1、P2は、インターポーザ300の上下面にそれぞれ形成され、金属ピン320に電気的に接続される。すなわち、パッドP1、P2は、金属ピン320と接触するようにインターポーザ300の上下面にそれぞれ形成される。金属ピン320が複数形成される場合、パッドP1、P2は、複数の金属ピン320に対応して複数形成される。複数のパッドP1、P2は、互いに離隔して配置されることができる。
パッドP1、P2は、金属ピン320のボディー310よりも突出した部分の外周面(または側面)を取り囲むように形成されることができる。すなわち、パッドP1、P2は、金属ピン320の第2領域322の外周面(または側面)を取り囲むように形成されることができる。ここで、パッドP1、P2は、金属ピン320のボディー310よりも突出した部分の全体、すなわち金属ピン320の第2領域322の表面全体をカバーすることができる。この場合、金属ピン320の第2領域322は、外部に露出されない。また、この場合、パッドP1、P2の表面は、外側に凸状の面を含むことができる。図8(b)には、中央に凸状の面を備えたパッドP1、P2が示されている。このように、金属ピン320の第2領域322がボディー310よりも突出し、パッドP1、P2が第2領域322を取り囲むように形成されると、金属ピン320とパッドP1、P2との間の接触面積が充分に確保されることができる。一方、パッドP1、P2は、銅などの金属からなることができ、メッキで形成されることができる。
本実施例においてインターポーザ300は、ソルダーレジストSRをさらに含むことができる。
ソルダーレジストSRは、インターポーザ300のボディー310の上下面にそれぞれ積層されてパッドP1、P2をカバーし、パッドP1、P2の少なくとも一部を露出させる。特に、インターポーザ300の上部パッドP1の上面と下部パッドP2の下面のそれぞれにおいて、少なくとも一部がソルダーレジストSRに対して露出することができる。ソルダーレジストSRは、パッドP1、P2を保護し、パッドP1、P2が複数形成される場合、複数のパッドP1、P2間の不必要なショートを防止することができる。
図1から図5を参照して説明した上述の実施例に係るインターポーザ300では、金属ピン320の第2領域322が上方にまっすぐに伸びており、金属ピン320の第2領域322が第1基板100及び第2基板200に挿入されるので、複数の金属ピン320を互いに絶縁させるソルダーレジストSRが不要となり得る。
しかし、本実施例においてのパッドP1、P2は、インターポーザ300のボディー310の上下面にそれぞれ形成され、パッドP1、P2が金属ピン320の第2領域322の外周面を取り囲むためには、パッドP1、P2の外径が金属ピン320の直径よりも大きい必要があり、これにより、複数のパッドP1、P2間に不要なショートが発生する可能性が高い。このため、ソルダーレジストSRがインターポーザ300のボディー310の上下面に積層されると、複数のパッドP1、P2間の不要なショートを防止することができる。
本実施例においてインターポーザ300は、導電性部材CMをさらに含むことができる。
導電性部材CMは、インターポーザ300のパッドP1、P2上に接合されるが、具体的には、ソルダーレジストSRを介して露出するパッドP1、P2に接合される。金属ピン320の第2領域322がボディー310よりも突出し、パッドP1、P2が凸状の面を有する場合、導電性部材CMとパッドP1、P2との接合面積が増加し得る。導電性部材CMは、錫、鉛などの金属で形成でき、ソルダーボールであり得る。
インターポーザ300の上側には第1基板100が配置され、インターポーザ300の下側には第2基板200が配置される。ここで、上下の概念は相対的な概念であることを理解できる。第1基板100と第2基板200のそれぞれは、板状からなり、複数の絶縁材層と複数の回路層とで構成された多層基板であることができ、回路層を基準にして8層または10層である多層基板であり得る。
第1基板100及び第2基板200の絶縁材層は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、BT樹脂、LCP(Liquid Crystal Polymer)等の絶縁物質で形成された層である。回路層は、銅(Cu)のような金属等の伝導性物質で形成され、特定パターンを有するように設計される。回路層C1、C2は、絶縁材層の片面または両面に形成され、互いに異なる層の回路層は、絶縁材層を貫通するビア導体V1、V2を介して電気的に接続されることができる。
第1基板100及び第2基板200において、最外層の回路層は、ソルダーレジストSRによりカバーされることができる。ソルダーレジストSRは、第1基板100及び第2基板200の最外層の回路層を保護することができる。ソルダーレジストSRには開口が形成され、開口を介して上記最外層の回路層の一部が露出することができる。ここで、ソルダーレジストSRの開口を介して露出する最外層の回路層の一部は、インターポーザ300に結合するための端子(第1端子T1及び第2端子T2)となり得る。
第1基板100の一面には、電子素子(以下、第1素子E1)が実装される。ここで、第1基板100の一面は、第2基板200に向かい合う面である。第1素子E1は、能動素子、受動素子、集積回路のうちの少なくとも1種であり、第1素子E1は、複数形成されることができ、複数の第1素子E1は、能動素子、受動素子、集積回路から多様に選択されることができる。具体的に第1素子E1は、AP、Memory、BGA(Ball Grid Array)、CSP(Chip Scale Package)、LGA(Land Grid Array)等の多数の集積回路とキャパシタ(capacitor)等の多数の受動素子を含むことができる。
第1素子E1は、ソルダー部材(図示せず)により第1基板100の表面に実装されることができる。具体的には、第1素子E1は、第1基板100の回路層C1に実装されることができる。特に、第1素子E1は、第1基板100の一面側の最外層の回路層において、ソルダーレジストSRの開口を介して露出する部分に実装されることができる。
インターポーザ300が内側に中空部330を含む場合、第1素子E1は、インターポーザ300の中空部330内に位置することができる。ここで、インターポーザ300は、第1素子E1を保護する機能をすることができる。第1素子E1が複数形成される場合、少なくとも一部の第1素子E1は、インターポーザ300の中空部330内に位置することができる。
第2基板200の一面には、電子素子(以下、第2素子E2)が実装される。ここで、第2基板200の一面は、第1基板100に向かい合う面である。第2素子E2は、能動素子、受動素子、集積回路のうちの少なくとも1種であることができ、第2素子E2は、複数形成可能であり、複数の第2素子E2は、能動素子、受動素子、集積回路から多様に選択されることができる。具体的に、第2素子E2は、AP、Memory、BGA(Ball Grid Array)、CSP(Chip Scale Package)、LGA(Land Grid Array)等の多数の集積回路とキャパシタ(capacitor)等の多数の受動素子を含むことができる。第2素子E2は、ソルダー部材(図示せず)により第2基板200の表面に実装されることができる。具体的に、第2素子E2は、第2基板200の回路層C2に実装されることができる。特に、第2素子E2は、第2基板200の一面側の最外層の回路層において、ソルダーレジストSRの開口を介して露出する部分に実装されることができる。
インターポーザ300が内側に中空部330を含む場合、第2素子E2は、インターポーザ300の中空部330内に位置することができる。ここで、インターポーザ300は、第2素子E2を保護する機能をすることができる。第2素子E2が複数形成される場合、少なくとも一部の第2素子E2がインターポーザ300の中空部330内に位置することができる。
第1基板100と第2基板200との面積は、互いに異なってもよい。例えば、図6及び図7に示すように、第2基板200の面積が第1基板100の面積よりも大きくてもよい。この場合、インターポーザ300は、第1基板100と第2基板200とが重なる領域に配置され、複数の第2素子E2の一部は、インターポーザ300の中空部330内に位置し、複数の第2素子E2の他の一部は、インターポーザ300の外側に位置することができる。
一方、図6及び図7とは異なって、第1基板100の面積が第2基板200の面積よりも大きくてもよく、複数の第1素子E1の一部は、インターポーザ300の中空部330内に位置し、複数の第1素子E1の他の一部は、インターポーザ300の外側に位置することができる。第1基板100及び第2基板200のうちの面積の大きい基板は、メインボードとなり、面積の小さい基板は、サブ基板となることができる。
一方、第1基板100の他面には、電子素子(以下、第3素子E3)が実装されることができ、第3素子E3は、複数形成されるが、能動素子、受動素子、集積回路から多様に選択されることができる。第3素子E3は、第1基板100の他面側の最外層の回路層に実装されることができる。第1素子E1及び第3素子E3は、第1基板100に形成された回路層C1とビア導体V1を介して電気的に接続されることができる。
また、第2基板200の他面には、電子素子(以下、第4素子E4)が実装されることができ、第4素子E4は、複数形成されるが、能動素子、受動素子、集積回路から多様に選択されることができる。第4素子E4は、第2基板200の他面側の最外層の回路層に実装されることができる。第2素子E2及び第4素子E4は、第2基板200に形成された回路層C2とビア導体V2を介して電気的に接続されることができる。
図9(a)を参照すると、図8を参照して説明したインターポーザ300が示されている。
図9(b)を参照すると、インターポーザ300は、第1基板100と第2基板200との間に位置し、インターポーザ300の金属ピン320(第2領域322)は、第1基板100及び第2基板200の端子(第1端子T1及び第2端子T2)に対応する。特に、金属ピン320と接触するように形成されたパッドP1、P2は、第1基板100及び第2基板200の端子(第1端子T1及び第2端子T2)に対応する。インターポーザ300のパッドP1、P2と、第1基板100及び第2基板200の端子(第1端子T1及び第2端子T2)とは、導電性部材CMにより互いに結合することができる。すなわち、インターポーザ300の上面パッドP1は、第1基板100の端子(第1端子T1)と互いに結合し、インターポーザ300の下面パッドP2は、第2基板200の端子(第2端子T2)と互いに結合する。
導電性部材CMは、リフロー工程を経て完全に硬化することができ、パッドP1、P2と端子T1、T2とは、強く結合することができる。導電性部材CM及び、電子素子(E1〜E4)の実装のためのソルダー部材のリフローは、インターポーザ300のボディー310の焼結温度よりも低い温度で行われ得るので、リフロー工程は、インターポーザ300の形状に影響を与えない。これにより、パッケージ構造物の反りが低減することができる。
図10は、本発明のまた他の実施例に係るインターポーザ300を示す図であり、図11は、図10のインターポーザ300を用いてパッケージ構造物を形成する方法を示す図である。
本発明のまた他の実施例に係るパッケージ構造物は、インターポーザ300、第1基板100及び第2基板200を含むことができる。
先ず、インターポーザ300について詳細に説明する。
インターポーザ300は、ボディー310と金属ピン320とを含むことができる。
ボディー310は、無機材料で形成され、特に、セラミックを含む材質で形成されることができる。すなわち、ボディー310は、酸化アルミニウム(Al)、アルミニウム窒化物(AlN)などの物質を含んで製造されることができる。
ボディー310は、内部に中空部330を備えることができ、中空部330は、ボディー310の上下面を貫通する。これにより、ボディー310は、環状に形成されることができ、多角形の環状、円形の環状等の様々な形状を有することができる。また、ボディー310は、複数のピースからなることができ、複数のピースが1つの環状を形成するように配置されることができる。
ボディー310は、所定の高さ(厚さ)を有し、ボディー310の高さは、第1基板100と第2基板200との離隔距離により決定されることができる。また、ボディー310の上下面は、それぞれ平坦な面で形成されることができる。
金属ピン320は、金属で形成される柱状構造物であって、ボディー310を貫通し、ボディー310の上下側にそれぞれ突出することができる。金属ピン320は、ボディー310の厚さよりも長く形成され、ボディー310の上下側にそれぞれ突出する。金属ピン320の突出した部分は、第1基板100及び第2基板200に電気的に接続され、金属ピン320は、パッケージ構造物の上下方向に延長され、第1基板100と第2基板200との間に信号を伝達することができる。
金属ピン320において、ボディー310の内部に位置する部分と、ボディー310よりも突出した部分とが一体に形成されることから、本発明においての金属ピン320は、一般的に絶縁層内に形成されるビアとは区別される。また、金属ピン320は、全体的に均一な太さを有することができる。
金属ピン320は、複数形成可能であり、複数の金属ピン320は、互いに離隔してボディー310内で互いに絶縁されることができる。ボディー310が中空部330を有し、環状に形成される場合、複数の金属ピン320は、ボディー310の環状に沿って所定の間隔で配置されることができる。複数の金属ピン320のうちの一部は、第1基板100と第2基板200との間にパワー(power)を伝達することができ、他の一部は、電子素子を駆動するための有効な電気信号を伝達することができ、また他の一部は、グラウンドとして使用されることができる。
金属ピン320を形成する金属は、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)等様々であり、これに制限されない。
金属ピン320は、金属材料を溶かして均一な太さに成形しながら、所定の長さに切断して製造することができる。また、複数の金属ピン320は、金属材料を溶かして均一な太さに成形しながら、所定の長さに繰り返し切断して製造することができ、複数の金属ピン320のそれぞれの太さは互いに同一であり、長さが同一であることができる。
一方、インターポーザ300の製造の際に、型(モールド)内に金属ピン320を位置させた後にセラミック材料を型内に充填して焼結する方式を用いることができる。
金属ピン320は、ボディー310の内部に位置する第1領域321とボディー310よりも上下にそれぞれ突出する第2領域322とに区分できる。ただし、第1領域321と第2領域322は、一体に形成される。
第2領域322の幅は、第1領域321の幅よりも大きい。また、第2領域322は、ボディー310と接触することができる。すなわち、第2領域322は、ボディー310の上下面のそれぞれと接触することができる。また、第2領域322の表面は、内側に陥没した面を含むことができる。第2領域322の陥没した面は、図10(b)に示されている。この第2領域322は、図6から図9を参照して説明した上述の実施例に係るインターポーザ300のパッドP1、P2と類似の役割をすることができる。
本実施例において、インターポーザ300は、ソルダーレジストSRをさらに含むことができる。
ソルダーレジストSRは、インターポーザ300のボディー310の上下面にそれぞれ積層され、第2領域322をカバーし、第2領域322の少なくとも一部を露出させる。ソルダーレジストSRは、第2領域322を保護し、金属ピン320が複数形成される場合、複数の第2領域322間の不要なショートを防止することができる。
本実施例においてインターポーザ300は、導電性部材CMをさらに含むことができる。
導電性部材CMは、金属ピン320の第2領域322上に接合される。金属ピン320の第2領域322が陥没した面を有する場合、導電性部材CMと第2領域322との接合面積が増加することができる。導電性部材CMは、錫、鉛などの金属で形成されることができ、ソルダーボールであり得る。
インターポーザ300の上側には第1基板100が配置され、インターポーザ300の下側には第2基板200が配置される。ここで、上下の概念は相対的な概念であることを理解できる。
一方、本実施例の第1基板100及び第2基板200については、図6から図9を参照して説明した内容と同一であるので、説明を省略する。
図11(a)を参照すると、図10を参照して説明したインターポーザ300が示されている。
図11(b)を参照すると、インターポーザ300は、第1基板100と第2基板200との間に位置し、インターポーザ300の金属ピン320(第2領域322)は、第1基板100及び第2基板200の端子(第1端子T1及び第2端子T2)に対応する。金属ピン320の第2領域322と、第1基板100及び第2基板200の端子(第1端子T1及び第2端子T2)とは、導電性部材CMにより互いに結合することができる。すなわち、インターポーザ300の上面に位置した第2領域322は、第1基板100の端子(第1端子T1)に結合し、インターポーザ300の下面に位置した第2領域322は、第2基板200の端子(第2端子T2)に結合する。
導電性部材CMは、リフロー工程を経て完全に硬化することができ、第2領域322と端子T1、T2とは、強く結合することができる。導電性部材CM、及び電子素子E1〜E4の実装のためのソルダー部材のリフローは、インターポーザ300のボディー310の焼結温度よりも低い温度で行われ得るので、リフロー工程は、インターポーザ300の形状に影響を与えない。これにより、パッケージ構造物の反りを低減することができる。
以上では、本発明の一実施例について説明したが、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の思想から逸脱しない範囲内で、構成要素の付加、変更、削除または追加などにより本発明を多様に修正及び変更することができ、これも本発明の権利範囲内に含まれるものといえよう。
100 第1基板
H1 第1貫通ホール
T1 第1端子
E1 第1素子
200 第2基板
H2 第2貫通ホール
T2 第2端子
E2 第2素子
300 インターポーザ
310 ボディー
320 金属ピン
330 中空部
LM 低融点金属
CM 導電性部材

Claims (26)

  1. セラミックを含む材質のボディーと、
    前記ボディーを貫通し、前記ボディーの上下側にそれぞれ突出する金属ピンと、
    を含むインターポーザ。
  2. 前記ボディーの内側には、前記ボディーの上下面を貫通する中空部が形成された請求項1に記載のインターポーザ。
  3. 前記金属ピンは、複数形成され、
    前記複数の金属ピンは、互いに離隔して配置される請求項1または2に記載のインターポーザ。
  4. 前記金属ピンと接触するように、前記ボディーの上下面にそれぞれ形成されるパッドをさらに含む請求項1〜3のいずれか一項に記載のインターポーザ。
  5. 前記パッドは、前記金属ピンの前記ボディーよりも突出した部分の外周面を取り囲む請求項4に記載のインターポーザ。
  6. 前記パッドは、前記金属ピンの前記ボディーよりも突出した部分の全体をカバーする請求項4に記載のインターポーザ。
  7. 前記パッドの表面は、外側に凸状の面を含む請求項6に記載のインターポーザ。
  8. 前記パッドが露出するように前記ボディーの上下面にそれぞれ積層されるソルダーレジストをさらに含む請求項4〜7のいずれか一項に記載のインターポーザ。
  9. 前記金属ピンは、
    前記ボディーの内部に位置する第1領域と、
    前記ボディーよりも上下にそれぞれ突出した第2領域と、を含み、
    前記第2領域の幅が前記第1領域の幅よりも大きい請求項1〜8のいずれか一項に記載のインターポーザ。
  10. 前記第2領域は、前記ボディーと接触する請求項9に記載のインターポーザ。
  11. 前記第2領域の表面は、内側に陥没した面を含む請求項9または10に記載のインターポーザ。
  12. インターポーザと、
    前記インターポーザの上面に結合した第1基板と、
    前記インターポーザの下面に結合した第2基板と、を含み、
    前記インターポーザは、
    セラミックを含む材質のボディーと、
    前記ボディーを貫通し、前記ボディーの上下側にそれぞれ突出する金属ピンと、を含み、
    前記金属ピンは、前記第1基板及び前記第2基板のそれぞれに電気的に接続されるパッケージ構造物。
  13. 前記第1基板と前記第2基板のうちの少なくとも1つには電子素子が実装され、
    前記ボディーの内側には、前記ボディーの上下面を貫通し、前記電子素子を収容する中空部が形成された請求項12に記載のパッケージ構造物。
  14. 前記金属ピンは、複数形成され、
    前記複数の金属ピンは、互いに離隔して配置される請求項12または13に記載のパッケージ構造物。
  15. 前記第1基板及び前記第2基板のうちの少なくとも1つには貫通ホールが形成され、
    前記金属ピンの前記ボディーよりも突出した部分が、前記貫通ホールに挿入される請求項12〜14のいずれか一項に記載のパッケージ構造物。
  16. 前記貫通ホールの幅は、前記金属ピンの幅よりも大きく、
    前記金属ピンが挿入された前記貫通ホールの内部は、低融点金属で充填される請求項15に記載のパッケージ構造物。
  17. 前記インターポーザは、前記金属ピンと接触するように、前記ボディーの上下面にそれぞれ形成されるパッドをさらに含む請求項12〜16のいずれか一項に記載のパッケージ構造物。
  18. 前記第1基板と前記第2基板には、それぞれ端子が形成され、
    前記端子は、導電性部材により前記パッドに接合する請求項17に記載のパッケージ構造物。
  19. 前記パッドは、前記金属ピンの前記ボディーよりも突出した部分の外周面を取り囲む請求項17または18に記載のパッケージ構造物。
  20. 前記パッドは、前記金属ピンの前記ボディーよりも突出した部分の全体をカバーする請求項17または18に記載のパッケージ構造物。
  21. 前記パッドの表面は、外側に凸状の面を含む請求項20に記載のパッケージ構造物。
  22. 前記インターポーザは、前記パッドを露出するように前記ボディーの上下面にそれぞれ積層されるソルダーレジストをさらに含む請求項17〜21のいずれか一項に記載のパッケージ構造物。
  23. 前記金属ピンは、
    前記ボディーの内部に位置する第1領域と、
    前記ボディーよりも上下にそれぞれ突出した第2領域と、を含み、
    前記第2領域の幅は、前記第1領域の幅よりも大きい請求項12〜22のいずれか一項に記載のパッケージ構造物。
  24. 前記第2領域は、前記ボディーと接触する請求項23に記載のパッケージ構造物。
  25. 前記第2領域の表面は、内側に陥没した面を含む請求項23または24に記載のパッケージ構造物。
  26. 前記第1基板及び前記第2基板には、それぞれ端子が形成され、
    前記端子は、導電性部材により前記第2領域に接合する請求項23〜25のいずれか一項に記載のパッケージ構造物。
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