KR100671554B1 - 듀플렉서칩 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

하나의 칩 구조 안에 필터들과 위상변조부를 형성할 수 있는 듀플렉서칩 및 그 제조방법이 개시된다. 본 듀플렉서칩 제조방법은 베이스 웨이퍼 상부에 필터들을 형성하는 단계, 필터들을 패키징하는 제1 캐비티를 갖는 캡웨이퍼를 형성하는 단계, 필터들 상부에 제1 캐비티가 위치하도록 베이스 웨이퍼와 캡웨이퍼를 결합하는 단계, 필터들이 위치하는 영역을 포함한 베이스 웨이퍼 하부의 소정영역에 적어도 하나의 에어갭(air)을 형성하고, 소정 에어갭 영역을 포함한 영역에 필터들과 전기적으로 연결시키는 제1 연결층을 형성하는 단계, 제2 캐비티 영역 상부에 위상변조부가 형성되며, 제1 연결층과 위상변조부를 전기적으로 연결하는 제2 연결층이 형성되는 더미 웨이퍼를 형성하는 단계, 및 제1 연결층과 제2 연결층이 연결되도록 하며, 필터들과 위상변조부가 전기적으로 연결되도록 베이스 웨이퍼와 더미 웨이퍼를 결합하는 단계를 포함한다. 따라서, 독립적인 웨이퍼 공정진행으로 제조공정의 효율성의 증가 및 공정의 용이성으로 인해 듀플렉서칩 성능이 향상되며 수율이 증가되며, 듀플렉서칩 내부에 위상변조부가 형성하여 칩사이즈를 줄일 수 있다.

듀플렉서, 에어갭, 위상변조기, 더미 웨이퍼

Description

듀플렉서칩 및 그 제조방법{Duplexer and method for fabricating thereof}

도 1a 및 도 1b는 종래의 듀플렉스칩을 나타낸 도면,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 듀플렉서칩의 단면도,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 듀플렉서칩 제조방법을 설명하기 위한 흐름도, 그리고

도 4a 내지 도 4f는 도 3의 듀플렉서칩 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100: 베이스 웨이퍼 101: 필터들

200: 캡웨이퍼 201: 관통전극

207: 솔더 300: 더미 웨이퍼

301: 위상변조부 109: 제1 연결층

305: 제2 연결층

본 발명은 듀플렉서칩 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각각 상이한 웨이퍼상에 위치하는 에어갭을 갖는 필터와 위상변조부를 에어갭에 형성되는 연결층을 이용하여 전기적으로 연결함으로써 위상변조부를 듀플렉서칩 내부에 형성할 수 있는 듀플렉서칩 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 칩단위로 제조되는 IC(Integrate Chip), 통신용 하이브리드 칩(hybrid chip), RF(Radio Frequency), MEMS(Micro Electro-Mechanical System) 등의 미세 구조물 및 액추에이터(actuator) 등과 같은 특정 기능을 수행하는 소자들은 이물질이나 외부 충격에 의해 파손되기 쉽다. 따라서, 이물질이나 외부 충격에 의한 회로소자의 파손을 방지하고, 회로소자가 전자부품에 전기적으로 연결되도록 실장되어 물리적인 기능과 형상을 갖도록 해주는 패키징이 요구된다. 이와 같은 패키징은 별도의 기판을 이용하여 패키징 기판을 제작한 후, 회로소자가 실장된 베이스 기판과 패키징 기판을 와이어로 본딩함으로써 이루어진다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 듀플렉스칩을 나타낸 도면이다.

도 1a는 종래의 와이어본딩을 이용하여 듀플렉서칩의 단면도이며, 도 1b는 도 1a의 평면도이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 듀플렉서칩은 PCB기판(10), 두개의 필터(20), 두개의 필터(20)를 격리(isolation) 시키는 위상변조기(Phase Shifter)(30), 필터(20)를 PCB기판(10)에 전기적으로 연결시키는 와이어(40), 및 필터(20) 및 위상변조기(30) 상부에 형성되는 몰딩층(molding layer)(50)을 포함한다.

이와 같은 종래의 와이어 본딩을 이용하는 듀플렉서칩은 PCB기판(10) 상에 필터(20)와 위상변조기(30)가 형성된다. 따라서, 위상변조기(30) 형성시 필터(20) 에 영향을 줄 수 있다. 또한, PCB기판(10)을 사용하여 듀플렉서칩을 형성함으로써, PCB기판(10) 사용에 따른 듀플렉서칩의 크기가 상대적으로 커지는 문제점이 있다.

따라서, 필터들에 영향을 주지않고 위상변조부가 형성될 수 있는 듀플렉스칩 제조방법이 요구된다.

따라서, 본 발명의 목적은 독립적인 웨이퍼상에 필터들과 위상변조부를 각각 형성한 후 필터들이 형성된 웨이퍼와 위상변조부가 형성된 웨이퍼를 결합함으로써, 하나의 칩 구조 안에 필터들과 위상변조부를 형성할 수 있는 듀플렉서칩 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 듀플렉서칩은 적어도 하나의 에어갭(air gap)을 갖으며, 에어갭이 형성된 영역 상부에 위치하는 필터들을 구비하는 베이스 웨이퍼, 제1 캐비티(cavity)를 갖으며, 필터들 상부에 제1 캐비티가 위치하도록 베이스 웨이퍼와 결합하는 캡웨이퍼, 및 제2 캐비티를 갖으며, 제2 캐비티 상부에 위상변조부를 구비하며, 베이스 웨이퍼와 결합하는 더미 웨이퍼, 소정 에어갭에 위치하며, 위상변조부와 필터들을 전기적으로 연결하는 제1 연결층, 및 더미 웨이퍼 상부에 위치하며, 제1 연결층과 위상변조부를 연결하는 제2 연결층를 포함한다.

바람직하게는 캡웨이퍼는, 필터들와 전원을 연결하기 위한 관통전극이 형성된다. 그리고, 캡웨이퍼는 상부에 필터들와 외부전원과 전기적으로 연결되도록 하 는 솔더를 포함한다.

한편, 본 발명의 듀플렉서칩 제조방법은 베이스 웨이퍼 상부에 필터들을 형성하는 단계, 필터들을 패키징하는 제1 캐비티를 갖는 캡웨이퍼를 형성하는 단계, 필터들 상부에 제1 캐비티가 위치하도록 베이스 웨이퍼와 캡웨이퍼를 결합하는 단계, 필터들이 위치하는 영역을 포함한 베이스 웨이퍼 하부의 소정영역에 적어도 하나의 에어갭(air)을 형성하고, 소정 에어갭 영역을 포함한 영역에 필터들과 전기적으로 연결시키는 제1 연결층을 형성하는 단계, 제2 캐비티 영역 상부에 위상변조부가 형성되며, 제1 연결층과 위상변조부를 전기적으로 연결하는 제2 연결층이 형성되는 더미 웨이퍼를 형성하는 단계, 및 제1 연결층과 제2 연결층이 연결되도록 하며, 필터들과 위상변조부가 전기적으로 연결되도록 베이스 웨이퍼와 더미 웨이퍼를 결합하는 단계를 포함한다.

바람직하게는 캡웨이퍼를 형성하는 단계는, 소정영역에 필터들과 외부전원을 연결하는 관통전극이 형성된다. 그리고, 캡웨이퍼를 형성하는 단계는, 캡웨이퍼 상부에 필터들과 외부전원이 전기적으로 연결되도록 하는 솔더를 형성한다.

또한, 바람직하게는 제2 연결층은, 베이스 웨이퍼와 더미 웨이퍼 결합시 제1 연결층과 연결되는 위치에 형성되며, 위상변조부와 연결되도록 형성된다.

바람직하게는 제1 연결층은, 소정 에어갭 영역을 포함하여 제2 연결층과 제1 연결층이 연결될 수 있는 영역까지 형성된다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 듀플렉서칩의 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 패키징한 듀플렉서칩은 상부에 필터들(101)을 구비하며 에이갭(air gap)을 갖는 베이스 웨이퍼(100), 제1 캐비티(cavity)를 구비하며 베이스 웨이퍼(100)와 결합하는 캡웨이퍼(200), 상부에 위상변조부(PSN: Phasor Shifter)(301)를 구비하는 더미 웨이퍼(dummy wafer)(300)를 포함한다.

먼저, 베이스 웨이퍼(100)는 상부에 위치하는 필터들(101), 필터들(101)과 소정간격을 갖도록 베이스 웨이퍼(100) 상부에 위치하는 제1 본딩패드(103), 제1 본딩패드(103)와 소정간격을 갖도록 베이스 웨이퍼(100) 상부에 위치하는 제2 본딩패드(105), 그리고 베이스 웨이퍼(100) 하부에 위치하는 제3 본딩패드(107)를 구비한다.

이때, 필터들(101)은 에어갭이 형성된 영역을 포함한 베이스 웨이퍼(100) 상부에 위치하며, 입력되는 신호들 중 송신단 신호와 수신단 신호를 분리하는 동작을 수행한다. 여기서, 소정 에어갭에는 필터들(101)이 다른 회로소자와 전기적으로 연결될 수 있도록 하는 제1 연결층(109)이 위치한다. 그리고, 제1 본딩패드(103)는 캡웨이퍼(200)와 결합하여 필터들(101)이 실링되도록 하며, 제3 본딩패드(107)는 더미 웨이퍼(300)와 결합하여 위상변조부(301)가 실링되도록 한다. 또한, 제1 본딩패드(103)는 필터들(101)이 외부전원과 전기적으로 연결될 수 있도록 한다.

캡웨이퍼(200)는 소정영역에 제1 캐비티를 갖으며, 제1 캐비티가 형성되지 않은 영역에 위치하는 관통전극(201), 필터들(101)이 외부전원과 전기적으로 연결되도록 하는 접촉층(203), 필터들(101)이 실링되도록 하는 실링층(205), 및 외부전 원과 전기적으로 연결되도록 하는 솔더(solder)(207)를 구비한다. 여기서, 캡웨이퍼(200)의 제1 캐비티가 베이스 웨이퍼(100)의 필터들(101) 상부에 위치하도록 결합된다.

이때, 관통전극(201)은 캡웨이퍼(200)가 관통되도록 형성되며, 접촉층(203)과 솔더(207) 사이에 위치하게 되며, 외부전원과 필터들(101)이 전기적으로 연결될 수 있도록 한다. 그리고, 접촉층(203)은 베이스 웨이퍼(100)의 제1 본딩패드(103)와 결합되며, 실링층(205)은 베이스 웨이퍼(100)의 제2 본딩패드(105)와 결합됨으로써 캡웨이퍼(200)와 베이스 웨이퍼(100)는 결합된다. 따라서, 제1 본딩패드(103), 접촉층(203), 관통전극(201), 및 솔더(207)를 통해 외부전원과 필터들(101)은 전기적으로 연결 가능하다.

더미 웨이퍼(300)는 상부에 제2 캐비티를 구비하며, 제2 캐비티가 형성된 영역에 위치하는 위상변조부(301)를 구비한다. 또한, 더미 웨이퍼(300)는 상부의 제2 캐비티가 형성되지 않은 영역에 제4 본딩패드(303)를 구비하며, 위상변조부(301)와 베이스 웨이퍼(100)의 필터들(101)을 전기적으로 연결하는 제2 연결층(305)을 구비한다.

이때, 위상변조부(301)는 필터들(101)이 상호 격리될 수 있도록 입력신호의 위상을 변조시킨다. 그리고, 제4 본딩패드(303)는 베이스 웨이퍼(100)의 제3 본딩패드(107)와 결합하여 위상변조부(301)가 패키징되도록 한다. 그리고, 제2 연결층(305)은 위상변조부(301)와 베이스 웨이퍼(100)의 에어갭에 형성된 제1 연결층(109)과 연결된다. 따라서, 에어갭 영역에 위치하는 필터들(101)은 제1 연결층(109) 및 제2 연결층(305)을 통해 위상변조부(301)와 전기적으로 연결될 수 있게 된다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 듀플렉서칩 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 그리고, 도 4a 내지 도 4f는 도 3의 듀플렉서칩 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 3을 참조하면, 베이스 웨이퍼(100) 상부에 필터들(101)을 형성한다(S901). 그리고, 필터들(101)과 소정간격을 갖도록 베이스 웨이퍼(100) 상부에 제1 본딩패드(103)와, 제1 본딩패드(103)와 소정간격을 갖도록 베이스 웨이퍼(100) 상부에 제2 본딩패드(105)를 형성한다.

이어, 관통전극(201)과 제1 캐비티가 형성된 캡웨이퍼(200)를 형성한다(S903). 캡웨이퍼(200)의 소정영역을 식각하여 제1 캐비티를 형성한다. 제1 캐비티가 형성된 면에 씨드층(seed layer)로 이용될 금속물질을 형성한다. 그리고, 제1 캐비티가 형성되지 않은 영역 중 소정영역을 씨드층이 노출되록 식각한 후, 금속물질을 필링하여 관통전극(201)을 형성한다. 이때, 소정영역은 베이스 웨이퍼(100)와 캡웨이퍼(200)가 결합할 때 베이스 웨이퍼(100)의 필터들(101) 상부에 위치하게 되는 캡웨이퍼(200) 영역을 말한다. 여기서, RIE(Reacive Ion Etching) 방법으로 관통전극(201)이 형성될 영역을 식각하며, 식각된 영역에 필링되는 금속물질은 도금시 사용되는 Au, Ni, Cu 등이 될 수 있다.

그리고, 씨드층을 패터닝하여 접촉층(203)과 실링층(205)을 형성한다. 접촉층(203)은 관통전극(201)이 위치하는 영역에 형성되며, 실링층(205)은 캡웨이퍼(200)가 베이스 웨이퍼(100)와 결합시 베이스 웨이퍼(100)의 제2 본딩패드(105)와 결합하게 되는 위치에 형성된다.

도 3과 도 4a 참조하면, 베이스 웨이퍼(100)와 캡웨이퍼(200)를 결합한다(S905). 베이스 웨이퍼(100)의 제1 본딩패드(103)와 캡웨이퍼(200)의 접촉층(203)이 연결되도록 결합하며, 베이스 웨이퍼(100)의 제2 본딩패드(105)와 캡웨이퍼(200)의 실링층(205)이 연결되도록 베이스 웨이퍼(100)와 캡웨이퍼(200)를 결합한다.

베이스 웨이퍼(100)와 캡웨이퍼(200)를 결합한 후, 제1 캐비티가 형성되지 않은 면의 캡웨이퍼(200)에 금속물질을 형성한 후, 관통전극(201)이 위치하는 영역에 금속물질이 위치하도록 나머지 영역을 패터닝하여 솔더(207)를 형성한다.

이어, 도 3 및 도 4b 내지 도 4e를 참조하면, 베이스 웨이퍼(100) 하부에 에어갭을 형성한다(S907). 베이스 웨이퍼(100) 하부의 소정영역을 식각하여 에어갭을 형성한다. 이때, 에어갭은 필터들(101)이 위치하는 영역을 포함한 베이스 웨이퍼(100) 하부를 식각함으로써 형성된다. 그리고, 베이스 웨이퍼(100) 상부에 형성된 필터들(101)이 다른 회로소자와 전기적으로 연결될 수 있도록 에어갭에 제1 연결층(109)을 형성한다.

도 4b를 참조하면, 베이스 웨이퍼(100) 하부에 다른 웨이퍼를 결합하기 위해 베이스 웨이퍼(100)를 평탄화(CMP:Chemical Mechanical Polishing)한다. 도 4c를 참조하면, 베이스 웨이퍼(100) 하부에서 필터들(101)이 노출되도록 베이스 웨이퍼(100)를 식각하여 에어갭을 형성한다.도 4d에 도시한 바와 같이, 식각된 베이스 웨이퍼(100) 하부에 금속물질을 형성한 후, 에어갭이 형성된 영역 및 더미 웨이퍼(300)가 결합할 영역에 위치하는 금속물질을 제외한 영역의 금속물질을 패터닝한다. 이때, 소정 에어갭이 형성된 영역에 형성된 금속물질은 제1 연결층(109)이 되며, 더미 웨이퍼(300)가 결합할 영역에 형성된 금속물질은 제3 본딩패드(107)가 된다.

도 4e를 참조하면, 금속물질을 패터닝하여 노출된 베이스 웨이퍼(100)의 소정영역을 식각하여 다른 에어갭을 형성한다.

도 3 및 도 4f를 참조하면, 위상변조부(301)가 형성된 더미 웨이퍼(300)를 형성한 후, 베이스 웨이퍼(100)와 더미 웨이퍼(300)를 결합한다(S909). 더미 웨이퍼(300)의 소정영역을 식각하여 제2 캐비티를 형성한 후, 제2 캐비티 상부에 위상변조부(301)를 형성한다. 그리고, 데미 웨이퍼(300) 상부에 금속물질을 형성한 후, 금속물질이 제1 연결층(109)이 형성된 베이스 웨이퍼(100) 하부 영역에 위치하며 위상변조부(301)와 연결되도록 패터닝된다. 이때, 위상변조부(301) 및 제1 연결층(109)과 연결되도록 패터닝된 소정길이의 금속은 제2 연결층(305)이 되며, 베이스 웨이퍼(100)와 결합하는 영역에 형성된 금속물질은 제4 본딩패드(303)가 된다.

그리고, 베이스 웨이퍼(100)의 제3 본딩패드(107)와 더미 웨이퍼(300)의 제4 본딩패드(303)가 연결되도록 베이스 웨이퍼(100)와 더미 웨이퍼(300)을 결합한다. 또한, 베이스 웨이퍼(100)와 더미 웨이퍼(300)가 결합할 때, 위상변조부(301)와 연결된 제2 연결층(305)은 필터들(101)과 연결된 제1 연결층(109)과 연결된다. 따라서, 제1 연결층(109)과 제2 연결층(305)에 의해 베이스 웨이퍼(100)의 필터들(101)과 더미 웨이퍼(300)의 위상변조부(301)는 전기적으로 연결된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 필터들과 위상변조부는 각각 상이한 웨이퍼상에서 독립적으로 제조된 후 각각의 웨이퍼가 결함됨으로써, 필터들에 영상을 주지않고 위상변조부를 형성할 수 있는 듀플렉스칩을 형성할 수 있다.

또한, 독립적인 웨이퍼 공정진행으로 제조공정의 효율성의 증가 및 공정의 용이성으로 인해 듀플렉서칩 성능이 향상되며 수율이 증가된다.

그리고, 위상변조부를 더미 웨이퍼 상부에 형성하여 듀플렉서를 플립칩 패키징함으로써 듀플렉서칩의 사이즈를 줄일 수 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (8)

1. 적어도 하나의 에어갭(air gap)을 갖으며, 상기 에어갭이 형성된 영역 상부에 위치하는 필터들을 구비하는 베이스 웨이퍼;

   제1 캐비티(cavity)를 갖으며, 상기 필터들 상부에 상기 제1 캐비티가 위치하도록 상기 베이스 웨이퍼와 결합하는 캡웨이퍼; 및

   제2 캐비티를 갖으며, 상기 제2 캐비티 상부에 위상변조부를 구비하며, 상기 베이스 웨이퍼와 결합하는 더미 웨이퍼;

   소정 상기 에어갭에 위치하며, 상기 위상변조부와 상기 필터들을 전기적으로 연결하는 제1 연결층; 및

   상기 더미 웨이퍼 상부에 위치하며, 상기 제1 연결층과 상기 위상변조부를 연결하는 제2 연결층;를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀플렉서칩.
2. 제1항에 있어서,

   상기 캡웨이퍼는, 상기 필터들와 전원을 연결하기 위한 관통전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 듀플렉서칩.
3. 제1항에 있어서,

   상기 캡웨이퍼는 상부에 상기 필터들와 외부전원과 전기적으로 연결되도록 하는 솔더를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀플렉서칩.
4. 베이스 웨이퍼 상부에 필터들을 형성하는 단계;

   상기 필터들을 패키징하는 제1 캐비티를 갖는 캡웨이퍼를 형성하는 단계;

   상기 필터들 상부에 상기 제1 캐비티가 위치하도록 상기 베이스 웨이퍼와 상기 캡웨이퍼를 결합하는 단계;

   상기 필터들이 위치하는 영역을 포함한 상기 베이스 웨이퍼 하부의 소정영역에 적어도 하나의 에어갭(air)을 형성하고, 소정 상기 에어갭 영역을 포함한 영역 에 상기 필터들과 전기적으로 연결시키는 제1 연결층을 형성하는 단계;

   제2 캐비티 영역 상부에 위상변조부가 형성되며, 상기 제1 연결층과 상기 위상변조부를 전기적으로 연결하는 제2 연결층이 형성되는 더미 웨이퍼를 형성하는 단계; 및

   상기 제1 연결층과 상기 제2 연결층이 연결되도록 하며, 상기 필터들과 상기 위상변조부가 전기적으로 연결되도록 상기 베이스 웨이퍼와 상기 더미 웨이퍼를 결합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀플렉서칩 제조방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 캡웨이퍼를 형성하는 단계는, 소정영역에 상기 필터들와 외부전원을 연결하는 관통전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 듀플렉서칩 제조방법.
6. 제4항에 있어서,

   상기 캡웨이퍼를 형성하는 단계는, 상기 캡웨이퍼 상부에 상기 필터들과 외부전원이 전기적으로 연결되도록 하는 솔더를 형성하는 것을 특징으로 하는 듀플렉서칩 제조방법.
7. 제4항에 있어서,

   상기 제2 연결층은, 상기 베이스 웨이퍼와 상기 더미 웨이퍼 결합시 상기 제1 연결층과 연결되는 위치에 형성되며, 상기 위상변조부와 연결되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 듀플렉서 제조방법.
8. 제4항에 있어서,

   상기 제1 연결층은, 소정 상기 에어갭 영역을 포함하여 상기 제2 연결층과 제1 연결층이 연결될 수 있는 영역까지 형성되는 것을 특징으로 하는 듀플렉서 제조방법.

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