JP7200460B2 - パッケージ構造物 - Google Patents

Description

本発明は、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及び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、インターポーザで上下に結合された第１基板及び第２基板と、上記第１基板の上記第２基板と向かい合う一面に実装された第１素子と、上記第１基板の上記一面に上記第１素子から離隔して付着される補強材と、上記補強材の向かい側に位置するように、上記第２基板の一面に実装される第２素子と、を含むパッケージ構造物が提供される。

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。 図１の一部を拡大した図である。 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。 補強材のない場合のパッケージ構造物の反りを示す図である。

本発明に係る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に装着されるパッケージ構造物は、印刷回路基板と電子部品とを含む。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。

電子機器は、ハウジング、パッケージ構造物及びバッテリー（ｂａｔｔｅｒｙ）等を含む。パッケージ構造物とバッテリーはハウジング内の空間に配置されるが、電子機器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、電子機器の仕様が高くなることにより、それによる電力消費量が増加するため、バッテリーの容量や大きさも大きくならなければならない。バッテリー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、パッケージ構造物が占める面積を小さくできれば、バッテリー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機器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を大きくすることができる。

図１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り、図２は、図１の一部を拡大した図である。

図１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、第１基板１００と、第２基板２００と、インターポーザＩＰと、第１素子１１０と、補強材３００と、第２素子２１０と、を含むことができる。

第１基板１００及び第２基板２００は、電子素子が実装されて印刷回路基板としての実質的な役割を担い、インターポーザＩＰは、第１基板１００と第２基板２００とを上下に接続させ、第１基板１００と第２基板２００とはインターポーザＩＰで物理的に、電気的に接続される。

インターポーザＩＰは、絶縁層と貫通ビアを含むことができる。

絶縁層は、単数または複数で形成されることができ、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ＢＴ樹脂等の絶縁物質で形成されることができる。具体的に、絶縁層は、ＰＰＧ（ｐｒｅｐｒｅｇ）またはｂｕｉｌｄ ｕｐ ｆｉｌｍ（ｅｘ． Ａｊｉｎｏｍｏｔｏ Ｂｕｉｌｄ ｕｐ Ｆｉｌｍ）であり得る。この絶縁層は、繊維補強材、フィラー等を含むことができる。

貫通ビアは、絶縁層を貫通し、インターポーザＩＰの上下面を接続する。インターポーザＩＰの上下面には、貫通ビアに接続される接続パッドが形成されることができる。この接続パッドは、第１基板１００及び第２基板２００に結合することができる。ここで、インターポーザＩＰは、ソルダー部材により第１基板１００及び第２基板２００に結合することができる。

貫通ビアは、複数形成されることができ、複数の貫通ビアは、互いに離隔することができる。インターポーザＩＰは、内部に中空部を有するように環状に形成されることができる。この場合、複数の貫通ビアも環状のインターポーザＩＰに沿って、離隔して配置されることができる。

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を介して電気的に接続されることができる。

第１基板１００の一面には、第１素子１１０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１１０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１１０は複数設けられることができ、複数の第１素子１１０は、能動素子、受動素子、集積回路のうちから多様に選択することができる。具体的に、第１素子１１０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１１０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。

図２を参照すると、第１基板１００の一面側の最外層の絶縁材層はソルダーレジストＳＲであり得る。すなわち、第１基板１００の最外層には、ソルダーレジストＳＲが備えられることができる。この場合、ソルダーレジストＳＲは、第１基板１００の回路層の一部を露出させながら回路層をカバーすることができる。特に、ソルダーレジストＳＲは、最外層の回路層をカバーする。最外層の回路層の一部は、有効な信号を伝達する信号伝逹回路Ｃであり、また他の一部は、グラウンドＧであり得る。最外層の回路層のうちの信号伝逹回路Ｃの一部は、ソルダーレジストＳＲにより露出され、回路の露出された部分は、パッドとなり得る。ここで、ソルダーレジストＳＲには開口が形成され、最外層の回路層のうちの信号伝逹回路Ｃの一部は、ソルダーレジストＳＲの開口を介して露出される。

第１素子１１０は、ソルダー部材（図示せず）により上記パッドに実装されることができる。また、インターポーザＩＰも上記パッドに接合することができる。一方、グラウンドＧもソルダーレジストＳＲによりカバーされ、グラウンドＧの一部は、ソルダーレジストＳＲにより露出することができる。

インターポーザＩＰが内側に中空部を含む場合、第１素子１１０は、インターポーザＩＰの中空部内に位置することができる。ここで、インターポーザＩＰは、第１素子１１０を保護する機能をすることができる。

一方、第１基板１００の他面には、第３素子１２０が実装されることができ、第３素子１２０は、複数設けられ、能動素子、受動素子、集積回路のうちから多様に選択することができる。第３素子１２０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１１０と第３素子１２０とは、第１基板１００に形成された回路層及びビア導体を介して電気的に接続されることができる。

再び、図１を参照すると、補強材３００は、第１基板１００の一面に付着され、第１基板１００の反りを防止することができる。補強材３００は、第１素子１１０から離隔する。

補強材３００は、第１基板１００の一面において第１素子１１０が実装された後の残った空間に形成されることができる。第１素子１１０が複数形成される場合、補強材３００は、複数の第１素子１１０の間に形成され、すべての第１素子１１０から離隔することができる。補強材３００は、第１素子１１０を取り囲むように形成されることができる。

補強材３００は、第１基板１００の回路層に結合することができる。特に、補強材３００は、第１基板１００の一面側の最外層の回路層のうちのグラウンドＧに結合することができる。すなわち、第１基板１００の一面側の最外層の回路層のうちのグラウンドＧの一部は、ソルダーレジストＳＲの開口により露出することができ、露出されたグラウンドＧに補強材３００が結合することができる。

補強材３００は、第１基板１００の反りを防止できるように、剛性が大きいか、歪み等の変形に耐える材質で形成することができる。補強材３００は、インバー（ｉｎｖａｒ）、ＳＵＳ、タングステン、鉄、銅、アルミニウム等の金属で形成できるが、金属の種類が限定されることではない。一方、補強材３００は、回路層よりも剛性の大きい金属を含む材質で形成されることができる。例えば、回路層は、銅で形成され、補強材３００は、ＳＵＳで形成されることができる。

また、補強材３００は、ダイ（ｄｉｅ）を含むことができる。ダイは、シリコンを含む材料で形成することができる。ここで、補強材３００としてのダイは、ダミー（ｄｕｍｍｙ）ダイであって、電子素子として機能するものではなくてもよい。すなわち、補強材３００としてのダイは、第１基板１００の一面側の最外層の回路層のうちの信号伝逹回路Ｃに電気的に接続されなくてもよい。一方、補強材３００としてのダミーダイの厚さは、第１素子１１０の厚さよりも小さいことができる。

補強材３００は、接着部材ＡＤで第１基板１００の一面に付着されることができる。接着部材ＡＤは、接着剤またはソルダーを含むことができる。すなわち、補強材３００は、第１基板１００の一面側のグラウンドＧに接着剤またはソルダーで付着することができる。補強材３００が金属である場合、接着剤が使用され、補強材３００がダミーダイである場合、ソルダーが使用されることができるが、これに制限されない。

具体的に、補強材３００が金属である場合、第１基板１００の一面に付着される補強材３００の面は、平坦であることができ、補強材３００と第１基板１００の一面との間に接着剤が介在されることができる。接着剤は、液状タイプ、またはＤＡＦ（ｄｉｅ ａｔｔａｃｈ ｆｉｌｍ）、テープ等のフィルムタイプであり得る。接着剤の成分は、ポリウレタン、アクリル、ＥＶＡ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｃｏ－ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）、ＰＶＡｃ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）等を含むことができるが、これらに制限されない。

補強材３００がダミーダイである場合、ダイは、複数の金属端子を含むことができ、金属端子には、ソルダーが結合され、ソルダーは、第１基板１００の一面に結合することができる。特に、ソルダーは、第１基板１００の一面側のソルダーレジストＳＲに直接付着されるよりも最外層の回路層のグラウンドＧにさらに優れた密着力で付着されることができる。ただし、上述したように、補強材３００がダミーダイである場合、必ずしもソルダーにより結合される必要はなく、接着剤により接着されることもできる。

インターポーザＩＰが内側に中空部を含む場合、補強材３００は、インターポーザＩＰの中空部内に位置することができる。

第２基板２００の一面には、第２素子２１０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。特に、第２素子２１０は、補強材３００の向かい側に配置される。これにより、第２素子２１０と補強材３００とは、それぞれをいずれか１つの平面に投映したとき、重畳する領域が存在する。補強材３００と第２素子２１０とは、印刷回路基板の厚さ方向（図面の上下方向）において互いに離隔することができる。

第２基板２００の他面には、第４素子２２０が実装されることができる。この場合、第１基板１００の２つの面と第２基板２００の２つの面がすべて電子素子実装面として使用できるので、印刷回路基板としての使用面積が最大化することができる。

インターポーザＩＰが内側に中空部を含む場合、第２素子２１０は、インターポーザＩＰの中空部内に位置することができる。ここで、インターポーザＩＰは、第２素子２１０を保護する機能をすることができる。

本発明の一実施例に係るパッケージ構造物は、充填部材４００をさらに含むことができる。

充填部材４００は、補強材３００と第２素子２１０との間に介在され、補強材３００及び第２素子２１０とそれぞれ接触する。上述したように、補強材３００と第２素子２１０とは、上下方向において互いに離隔しており、離隔することにより形成された空間に充填部材４００が形成できる。

充填部材４００により、補強材３００及び第２素子２１０が固定されることができ、これにより、第１基板１００及び第２基板２００の反りが効果的に低減することができる。

充填部材４００は、接着物質を含むことができ、ポリエステル、ポリウレタン、アクリル、ＥＶＡ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｃｏ－ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）、ＰＶＡｃ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）等を含むことができる。

充填部材４００は、第２素子２１０から発生する熱を放出、移動させることができるように、熱伝導素材（ＴＩＭ、ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）を含むことができる。熱伝導素材は、空気よりも熱伝導率が５０倍以上高いこともある。熱伝導素材（ＴＩＭ、ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）は、サーマルコンパウンド（ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）またはサーマルグリース（ｔｈｅｒｍａｌ ｇｒｅａｓｅ）等のペーストからなることができる。サーマルコンパウンドまたはサーマルグリースは、シリコンを含むか、酸化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｏｘｉｄｅ）（Ａｌ_２Ｏ_３）、ｂｏｒｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ（ＢＮ）、酸化亜鉛（ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）（ＺｎＯ）等のセラミック材を含むか、または金属（銅、銀等）粒子を含有するゲルを含むことができる。

熱伝導素材は、サーマルテープ（ｔｈｅｒｍａｌ ｔａｐｅ）またはサーマルパッド（ｔｈｅｒｍａｌ ｐａｄ）のように付着タイプであってもよく、これは補強材３００と第２素子２１０との間に位置し、補強材３００と第２素子２１０のそれぞれに付着されることができる。

充填部材４００は補強材３００と接触し、補強材３００はグラウンドＧと接触するので、第２素子２１０から発生する熱は、充填部材４００、補強材３００、グラウンドＧを介して放出されることができる。

図３に示すように、インターポーザＩＰが内側に中空部を含む場合、充填部材４００は、インターポーザＩＰの中空部全体を充填することができる。すなわち、充填部材４００は、補強材３００と第２素子２１０との間のみではなく、それ以外の領域も充填することができる。この場合、充填部材４００の広い領域により、第１基板１００及び第２基板２００の反りが効果的に低減でき、充填部材４００が熱伝導素材である場合は、充填部材４００がサーマルコンパウンドまたはサーマルグリース等のペーストからなることができ、このように、充填部材４００がインターポーザＩＰの中空部を充填すると、放熱效果も増大できる。ここで、充填部材４００は、セラミック材を含む熱伝導素材であってもよい。

一方、補強材は、第２基板２００の一面にも形成されることができ、第２基板２００の一面に形成された補強材３００を第２の補強材３００'と称し、上述した補強材３００と区別する。第２の補強材３００'は、第２基板２００の反りを低減することができる。

第２の補強材３００'は、第２素子２１０から離隔する。すなわち、第２の補強材３００'は、第２基板２００の一面に第２素子２１０が実装された後の残った空間に形成されることができ、第２素子２１０が複数である場合は、複数の第２素子２１０のすべてから離隔するように第２の補強材３００'を形成することができる。第２の補強材３００'は、第２素子２１０を取り囲むように形成されることができる。

第２の補強材３００'は、第２基板２００の回路層に結合することができる。特に、第２の補強材３００'は、第２基板２００の一面側の最外層の回路層のうちのグラウンドに結合することができる。すなわち、第２基板２００の一面側の最外層の回路層のうちのグラウンドの一部は、ソルダーレジストの開口により露出することができ、露出されたグラウンドに第２の補強材３００'が結合することができる。

第２の補強材３００'は、接着部材ＡＤにより第２基板２００の一面に付着されることができる。接着部材ＡＤは、接着剤またはソルダーを含むことができる。すなわち、第２の補強材３００'は、第２基板２００の一面側のグラウンドＧに接着剤またはソルダーで付着されることができる。第２の補強材３００'が金属である場合、液状タイプまたはフィルムタイプの接着剤が使用され、第２の補強材３００'がダミーダイである場合、ソルダーを使用できるが、これに制限されない。

第２の補強材３００'は、第２基板２００の反りを防止できるように剛性が大きいか、歪み等の変形に耐える材質で形成することができる。第２の補強材３００'は、インバー（ｉｎｖａｒ）、ＳＵＳ、タングステン、鉄、銅、アルミニウムなどの金属で形成することができるが、金属の種類に制限はない。

一方、第２の補強材３００'は、回路層よりも剛性の大きい金属を含む材質で形成されることができる。例えば、回路層は、銅で形成され、第２の補強材３００'は、ＳＵＳで形成されることができる。

また、第２の補強材３００'は、ダイ（ｄｉｅ）を含むことができる。ダイは、シリコンを含む材料で形成されることができる。ここで、第２の補強材３００'としてのダイは、ダミー（ｄｕｍｍｙ）ダイであって、電子素子として機能するものではなくてもよい。すなわち、第２の補強材３００'としてのダイは、第２基板２００の一面側の最外層の回路層のうちの信号伝逹回路Ｃに電気的に接続されなくてもよい。一方、補強材３００としてのダミーダイの厚さは、第１素子１１０の厚さよりも小さいことができる。

インターポーザＩＰが内側に中空部を含む場合、第２の補強材３００'は、インターポーザＩＰの中空部内に位置することができる。

第１基板１００の一面に形成された第１素子１１０は、上記第２の補強材３００'の向かい側に位置して互いに向かい合うことができ、第２の補強材３００'と第１素子１１０ との間には、充填部材４００が介在されることができる。すなわち、第２の補強材３００'と第１素子１１０は、上下に離隔しており、充填部材４００が第２の補強材３００'と第１素子１１０との間に介在され、第２の補強材３００及び第１素子１１０のそれぞれと接触することができる。充填部材４００は、サーマルコンパウンドであってもよい。

その他に、上述した補強材３００に関する説明を第２の補強材３００'に同様に適用することができる。

図４を参照すると、補強材３００がない場合は、第１基板１００及び第２基板２００に反りが発生し、第１基板１００及び第２基板２００の反りにより、第２素子２１０が第１基板１００にぶつかり、第１素子１１０が第２基板２００にぶつかることがある。しかし、本発明によれば、補強材３００が第１基板１００及び第２基板２００の反りを低減することができるので、充填部材４００が素子と基板との衝突を防止することができる。

以上、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、削除または追加等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
２００ 第２基板
ＩＰ インターポーザ
３００、３００' 補強材
４００ 充填部材

Claims (13)

1. インターポーザで上下結合した第１基板及び第２基板と、
   前記第１基板の前記第２基板に向かい合う一面に実装された第１素子と、
   前記第１基板の前記一面に、前記第１素子から離隔して付着される補強材と、
   前記補強材の向かい側に位置するように、前記第２基板の一面に実装される第２素子と、を含むパッケージ構造物。
2. 前記補強材と前記第２素子との間に介在され、前記補強材及び前記第２素子のそれぞれと接触する充填部材をさらに含む請求項１に記載のパッケージ構造物。
3. 前記充填部材は、熱伝導素材を含む請求項２に記載のパッケージ構造物。
4. 前記インターポーザは、中空部を含み、
   前記第１素子、前記補強材及び前記第２素子は、前記中空部内に収容され、
   前記充填部材が前記中空部を充填する請求項２又は３に記載のパッケージ構造物。
5. 前記インターポーザは、中空部を含み、
   前記第１素子、前記補強材及び前記第２素子は、前記中空部内に収容される請求項１～４の何れか一項に記載のパッケージ構造物。
6. 前記第１基板の最外層には、ソルダーレジストが備えられ、
   前記ソルダーレジストは、前記第１基板の回路層を露出させ、
   前記補強材が、露出された前記回路層に付着される請求項１～５の何れか一項に記載のパッケージ構造物。
7. 前記補強材は、前記回路層よりも剛性の大きい金属を含む材質で形成される請求項６に記載のパッケージ構造物。
8. 前記補強材は、ダミーダイ（ｄｕｍｍｙ ｄｉｅ）を含む請求項１～７の何れか一項に記載のパッケージ構造物。
9. 前記ダミーダイの厚さは、前記第１素子の厚さよりも小さい請求項８に記載のパッケージ構造物。
10. 前記第１素子は、複数で構成され、
    前記補強材は、前記複数の第１素子の間に配置される請求項１～９の何れか一項に記載のパッケージ構造物。
11. 前記補強材は、接着剤またはソルダーで付着される請求項１～１０の何れか一項に記載のパッケージ構造物。
12. 前記第２基板の前記一面に、前記第２素子から離隔して付着される第２の補強材をさらに含む請求項１～１１の何れか一項に記載のパッケージ構造物。
13. 前記第１素子と前記第２の補強材とは互いに向かい側に位置し、
    前記第１素子と前記第２の補強材との間に介在され、前記第１素子及び前記第２の補強材のそれぞれと接触する充填部材をさらに含む請求項１２に記載のパッケージ構造物。

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