JP7140312B2 - 電子部品及びシステムインパッケージ - Google Patents

Description

本発明は、電子部品及びシステムインパッケージに関する。

最近、電子製品セットの複合、多機能化に伴い、電子部品に対する要求レベルが小型化、大電流化、高容量化されている。例えば、パワーインダクタの小型化のためにコイルのサイズを減らせば、コイル内部のコア中心部が形成される本体領域の体積も減る。しかし、コア中心部の体積が減少すれば、インダクタは、外部応力や熱衝撃に弱くなるという問題が発生する。

また、電子製品セット内でモジュール面積を最小化するための高容量・小型化製品の実現及び高付加価値化のために、数個のチップを一度にパッケージングするシステムインパッケージ（Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｐａｃｋａｇｅ、ＳｉＰ）が使用されている。システムインパッケージは、素子間接続経路が短くなり、高性能と優れた電気的特性を確保することができる形態である。また、システムインパッケージの使用により実装基板の設計を単純化することができ、電子製品のサイズを減らすことができるという長所を提供する。

本発明の目的の一つは、電子部品の剛性特性を改善して、デラミネーション（ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）やクラック不良などを低減することにある。さらに、本発明の他の目的の一つは、このような電子部品を使用して、高い信頼性を有するシステムインパッケージを提供することにある。

上述した課題を解決するための方法として、本発明は、一形態を通じて電子部品の新規な構造を提案しようとするものである。具体的に、電気絶縁性の本体と、上記本体の外部に配置される外部電極と、上記本体の表面に配置され、金属酸化物層及びグラフェン酸化物層を含む補強部とを含む電子部品を提供する。

一実施形態において、上記金属酸化物層は、上記本体と接触し、上記金属酸化物層と上記本体とをなす物質は、化学結合を形成することができる。

一実施形態において、上記本体は、ポリマーを含むことができる。

一実施形態において、上記本体は、上記ポリマーに分散された多数の磁性体粒子をさらに含むことができる。

一実施形態において、上記金属酸化物層と上記グラフェン酸化物層とは、化学結合を形成することができる。

一実施形態において、上記補強部は、上記金属酸化物層と上記グラフェン酸化物層とが厚さ方向に積層された構造をなすことができる。

一実施形態において、上記補強部において、上記金属酸化物層と上記グラフェン酸化物層とは、互いに交互に２回以上繰り返し積層された形態であることができる。

一実施形態において、上記補強部の最外側には、上記グラフェン酸化物層が配置されることができる。

一実施形態において、上記外部電極は、一対が具備されて互いに離隔し、上記補強部は、上記一対の外部電極の間に配置されることができる。

一実施形態において、上記本体の表面を基準として、上記補強部と上記外部電極とは同一の厚さを有することができる。

一実施形態において、上記金属酸化物層において、上記金属成分は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｃｏ、Ｃａ、Ｈｆ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｌａ、Ｒｅ、Ｓｃ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｙ、Ｚｒ及びＶからなるグループから選択される少なくともいずれか一つであることができる。

一実施形態において、上記本体内に配置されるコイル部をさらに含むことができる。

なお、本発明の他の側面は、基板と、上記基板上に配置され、電気絶縁性の本体、上記本体の外部に配置される外部電極、及び上記本体の表面に配置され、金属酸化物層及びグラフェン酸化物層を含む補強部を含む電子部品と、上記電子部品を封止する封止材とを含むシステムインパッケージを提供する。

一実施形態において、上記金属酸化物層及び上記グラフェン酸化物層の少なくともいずれか一つは、上記封止材と化学結合を形成することができる。

一実施形態において、上記封止材は、ポリマーを含むことができる。

一実施形態において、上記金属酸化物層は、上記本体と接触し、上記金属酸化物層と上記本体とをなす物質は、化学結合を形成することができる。

本発明の一実施形態で提案する電子部品を使用する場合、デラミネーション（ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）やクラック不良などが低減されることができ、さらに、このような電子部品を使用して高い信頼性を有するシステムインパッケージを実現することができる。

本発明の一実施形態による電子部品を概略的に示す斜視図である。 図１の実施形態による電子部品の断面図である。 図１の電子部品で採用可能な補強部を示す断面図である。 グラフェン酸化物層の表面構造を示す模式図である。 図１の電子部品で採用可能な他の例の補強部を示す断面図である。 図１の電子部品で採用可能な他の例の補強部を示す断面図である。 本発明の一実施形態によるシステムインパッケージ（ＳｉＰ）を概略的に示す断面図である。 図７のシステムインパッケージで採用可能な補強部と封止材を示すものである。 本発明の実施例によって得られた電子部品の応力低減率の特性を比較例と共に示すグラフである。

以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために拡大縮小表示（または強調表示や簡略化表示）されることがある。

なお、本発明を明確に説明すべく、図面において説明と関係ない部分は省略し、様々な層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示し、同一思想の範囲内において機能が同一である構成要素に対しては同一の参照符号を用いて説明する。さらに、明細書全体において、ある構成要素を「含む」というのは、特に異なる趣旨の説明がされていない限り、他の構成要素を除外する趣旨ではなく、他の構成要素をさらに含むことができるということを意味する。

図１は、本発明の一実施形態による電子部品を概略的に示す斜視図である。図２は、図１の実施形態による電子部品の断面図である。図３は、図１の電子部品で採用可能な補強部を示す断面図である。

先ず、図１及び図２を参照すると、電子部品１００は、本体１０１、外部電極１０４、１０５及び補強部１０６を含む。本実施形態では、電子部品１００は、コイルパターンを含むインダクタである例を示し、具体的に、電子部品１００は、本体１０１内に素子基板１０２と、その上に形成され、外部電極１０４、１０５と接続したコイル部１０３とを含むことができる。但し、電子部品１００は、インダクタの他にも多様な素子、例えば、キャパシタ、抵抗体、複合電子部品などの構造を有してもよい。

本体１０１は、コイル部１０３などを埋設し、電気的に絶縁性を有する。本体１０１をなす物質として、例えば、本体１０１はポリマーを含むことができる。また、本体１０１には、磁性特性を向上するために、ポリマーに分散された多数の磁性体粒子が含まれることができる。この場合、本体１０１に含まれたポリマーは、硬化性樹脂のエポキシ樹脂を使用することができ、その他に熱硬化性樹脂の一例としてポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）樹脂などを使用することができる。後述するように、本体１０１は、補強部１０６を構成する物質と界面で化学結合を形成し、これにより、本体１０１と補強部１０６との間の結合力、本体１０１の剛性などが向上されることができる。

外部電極１０４、１０５は、一対が具備されることができ、本体１０１の外部に配置される。外部電極１０４、１０５は、コイル部１０３と接続し、電気伝導性の高い金属からなることができる。必要に応じて、外部電極１０４、１０５は、多層構造で形成されてもよい。

補強部１０６は、本体１０１の表面に配置され、本実施形態のように、本体１０１の互いに対向する面にそれぞれ配置されることができる。図３に示すように、補強部１０６は、多層構造からなることができ、具体的に、金属酸化物層１１６及びグラフェン酸化物層１２６を含む形態である。この場合、補強部１０６は、金属酸化物層１１６とグラフェン酸化物層１２６が厚さ方向に積層された構造を有することができる。

金属酸化物層１１６は、本体１０１の表面に形成され、本体１０１を保護すると共に電子部品１００の剛性を向上させることができる。そのため、金属酸化物層１１６は、本体１０１と接触し、金属酸化物層１１６と本体１０１とをなす物質は、化学結合を形成することができる。このように物理的に分離された構造ではなく化学結合をなすことにより、金属酸化物層１１６と本体１０１との結合力が向上されて、電子部品１００の機械的安定性が改善されることができる。

本体１０１と化学結合をなすために、金属酸化物層１１６は、金属アルコキシド成分を含むことができる。例えば、このような金属アルコキシド成分は、本体１０１のポリマーやグラフェン酸化物層１２６と共有結合が可能なアミノ（ａｍｉｎｏ）機能基を含有したアルコキシドシラン化合物であることができる。金属酸化物層１１６において、上記金属成分は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｃｏ、Ｃａ、Ｈｆ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｌａ、Ｒｅ、Ｓｃ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｙ、Ｚｒ及びＶからなるグループから選択される少なくともいずれか一つであることができる。このような金属成分のうち、代表的にＳｉを例として挙げることができ、この場合、上記アミノ機能基を有する金属アルコキシド化合物としては、Ｃ_８Ｈ_２２Ｎ_２Ｏ_３Ｓｉ、Ｃ_７Ｈ_１９ＮＯ_３Ｓｉ、Ｃ_９Ｈ_２３ＮＯ_２Ｓｉ、Ｃ_９Ｈ_２０Ｏ_５Ｓｉ、Ｃ_１１Ｈ_２２Ｏ_４Ｓｉなどがある。上述した金属アルコキシド成分を有する金属酸化物層１１６は、硬化過程で本体１０１と化学結合を形成することができる。但し、当技術分野で使用可能な他の工程によって化学結合が形成されてもよい。

グラフェン酸化物層１２６は、高い剛性を有することで、電子部品１００の機械的特性をさらに向上させることができ、金属酸化物層１１６より高い剛性を有することができる。この場合、グラフェン酸化物層１２６は、金属酸化物層１１６と化学結合を形成することにより、互いの結合力がさらに向上されることができる。金属酸化物層１１６と化学結合を形成するために、図４に示すように、グラフェン酸化物層１２６は、エポキシ（ｅｐｏｘｙ）基を有することができる。図４は、グラフェン酸化物層の表面構造を示す模式図である。金属酸化物層１１６と同様に、グラフェン酸化物層１２６は、硬化過程で金属酸化物層１１６と化学結合を形成することができる。この場合、本体１０１、金属酸化物層１１６、グラフェン酸化物層１２６は、同時に硬化されることができる。

必須の事項ではないが、金属酸化物層１１６とグラフェン酸化物層１２６のうち、補強層１０６の最外側にはグラフェン酸化物層１２６が配置されることができる。相対的により高い剛性を有するグラフェン酸化物層１２６を外部応力の影響を受けることの多い外側に配置して、さらに強化された硬性効果を実現することができる。

一方、図１及び図２に示すように、補強部１０６は、一対の外部電極１０４、１０５の間に配置されることができる。この場合、構造的安定性を提供するために、本体１０１の表面を基準として、補強部１０６と外部電極１０４、１０５とは、同一の厚さを有することができる。

図５及び図６は、図１の電子部品で採用可能な他の例の補強部を示す断面図である。図５に示すように、補強部１０６'において、金属酸化物層１１６とグラフェン酸化物層１２６とは交互に２回繰り返して積層されることができ、求められる剛性などの条件によって積層回数をさらに増やすことができる。また、図６に示すように、金属酸化物層１１６とグラフェン酸化物層１２６との積層順序を変えることもできる。つまり、変形された例による補強部１０６''の場合、本体１０１の表面にグラフェン酸化物層１２６が先に形成され、グラフェン酸化物層１２６上にこれと化学結合を形成するように金属酸化物層１１６が形成されることができる。金属酸化物層１１６と同様に、グラフェン酸化物層１２６は、本体１０１をなす物質と化学結合をなすことができる。

図７は、本発明の一実施形態によるシステムインパッケージ（ＳｉＰ）を概略的に示す断面図である。図８は、図７のシステムインパッケージで採用可能な補強部と封止材を示すものである。

図７及び図８を参照すると、システムインパッケージ２００は、基板２０１とその上に配置される電子部品１００及び封止材２０３を含み、電子部品１００は、上述した図２の構造を有する。従って、電子部品１００の具体的な形態に対する説明は、上述した部分に代替されることができる。

基板２０１は、システムインパッケージ２００に採用可能な部品実装用基板として、印刷回路基板（ＰＣＢ）などを使用することができる。電子部品１００は、接着性電気連結部材２０２、例えば、はんだにより基板２０１上に実装されることができる。この場合、図７では、一つの電子部品１００のみを示したが、システムインパッケージ２００には、電子部品１００以外に他の部品、例えば、キャパシタ、インダクタなどがさらに含まれることができる。

封止材２０３は、電子部品１００を封止してこれを保護し、それ以外にも他の部品を共に封止してシステムインパッケージ２００を実現する要素である。封止材２０３は、ポリマーを含むことができ、さらに機能性フィラーを含むことができる。機能性フィラーは、機械的、電気的、磁気的特性などを改善するために追加されることができ、一例として、シリカ（ＳｉＯ_２）が挙げられる。図７に示すように、補強部と封止材２０３は、互いに接触し、金属酸化物層１１６及びグラフェン酸化物層１２６の少なくともいずれか一つは、封止材２０３と化学結合を形成することができる。図８に示すように、本実施形態では、グラフェン酸化物層１２６が封止材２０３と化学結合を形成する例を示す。

このように、封止材２０３とグラフェン酸化物層１２６、グラフェン酸化物層１２６と金属酸化物層１１６、金属酸化物層１１６と本体１０１との間の領域のそれぞれに化学結合が形成されることで、システムインパッケージ２００をなす各要素の結合力が増加して、機械的安定性が向上されることができる。このように機械的安定性が向上されたシステムインパッケージ２００は、変形発生（特に、図２を基準として左右方向の変形）による外部応力の作用時にデラミネーション（ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）やクラック不良が発生する可能性が少ない。

図９は、本発明の実施例によって得られた電子部品の応力低減率特性を比較例と共に示すグラフである。実施例の場合、金属酸化物層とグラフェン酸化物層とをそれぞれ２層ずつ交互に積層した構造（全４層）を補強部として使用し、金属酸化物層としてはＳｉＯ_２を使用した。比較例の場合、実施例と同一の厚さにし、ＳｉＯ_２だけで補強部を形成した。図９のグラフに示すように、補強部の厚さが増加するほど電子部品に及ぼす応力の影響が低減され、特に、金属酸化物層とグラフェン酸化物層とを交互に積層した実施例で比較例より応力低減効果が大きいことを確認することができる。補強部を採用しない場合より９０％以下の応力が作用する場合（コーティング厚さが０．０２ｍｍ以上の場合）は、クラックの発生が顕著に低減され、これを考慮すると、補強部の厚さは０．０２ｍｍ以上に採用されることができる。

本発明は、上述した実施形態及び添付の図面によって限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲によって限定する。従って、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で、当技術分野の通常の知識を有する者によって多様な形態の置換、変形及び変更が可能であり、これも本発明の範囲に属するといえる。

１００ 電子部品
１０１ 本体
１０２ 素子基板
１０３ コイル部
１０４、１０５ 外部電極
１０６、１０６'、１０６'' 補強部
１１６ 金属酸化物層
１２６ グラフェン酸化物層
２００ システムインパッケージ
２０１ 基板
２０２ 接着性電気連結部材
２０３ 封止材

Claims (14)

1. 電気絶縁性の本体と、
   前記本体の外部に配置される外部電極と、
   前記本体の表面に配置され、厚さ方向に積層された金属酸化物層及びグラフェン酸化物層を含む補強部と、
   を含み、
   前記本体は、ポリマーを含み、
   前記金属酸化物層は、前記本体と接触し、アミノ機能基を有する金属アルコキシド化合物を含む、
   電子部品。
2. 前記本体は、前記ポリマーに分散された多数の磁性体粒子をさらに含む請求項１に記載の電子部品。
3. 前記金属酸化物層と前記グラフェン酸化物層とは、化学結合を形成する請求項１または２に記載の電子部品。
4. 前記金属酸化物層と前記本体とをなす物質は、化学結合を形成する、請求項１から３のいずれか一項に記載の電子部品。
5. 前記補強部において、前記金属酸化物層と前記グラフェン酸化物層とは、互いに交互に２回以上繰り返し積層された形態である請求項１から４のいずれか一項に記載の電子部品。
6. 前記補強部の最外側には、前記グラフェン酸化物層が配置される請求項１から５のいずれか一項に記載の電子部品。
7. 前記外部電極は、一対が具備されて互いに離隔し、前記補強部は、前記一対の外部電極の間に配置される請求項１から６のいずれか一項に記載の電子部品。
8. 前記本体の表面を基準として、前記補強部と前記外部電極とは同一の厚さを有する請求項７に記載の電子部品。
9. 前記金属酸化物層において、金属成分は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｃｏ、Ｃａ、Ｈｆ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｌａ、Ｒｅ、Ｓｃ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｙ、Ｚｒ及びＶからなるグループから選択される少なくともいずれか一つである請求項１から８のいずれか一項に記載の電子部品。
10. 前記本体内に配置されるコイル部をさらに含む請求項１から９のいずれか一項に記載の電子部品。
11. 基板と、
    前記基板上に配置され、電気絶縁性の本体、前記本体の外部に配置される外部電極、及び前記本体の表面に配置され、厚さ方向に積層された金属酸化物層及びグラフェン酸化物層を含む補強部を含む電子部品と、
    前記電子部品を封止する封止材と、を含み、
    前記本体は、ポリマーを含み、
    前記金属酸化物層は、前記本体と接触し、アミノ機能基を有する金属アルコキシド化合物を含む、
    システムインパッケージ。
12. 前記金属酸化物層及び前記グラフェン酸化物層の少なくともいずれか一つは、前記封止材と化学結合を形成する請求項１１に記載のシステムインパッケージ。
13. 前記封止材は、ポリマーを含む請求項１２に記載のシステムインパッケージ。
14. 前記金属酸化物層の金属酸化物成分及び前記本体のポリマーは、化学結合を形成する、請求項１１から１３のいずれか一項に記載のシステムインパッケージ。

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