KR101106810B1 - 주변 장치 및 반도체 장치 제조 방법 - Google Patents
주변 장치 및 반도체 장치 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명에 따른 주변 장치는 하우징, 반도체 장치 및 안테나를 포함한다. 이 주변 장치는 무선 주파수(RF) 제어 신호를 생성하여 호스트 장치에 전송한다. 반도체 장치는 하우징 내에 포함되고 RF 제어 신호를 생성한다. 안테나는 반도체 장치 내에 완전히 포함되고 RF 제어 신호를 호스트 장치에 전송한다.
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 주변 장치의 상면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 실리콘 층 상에 형성된 모놀리식 안테나에 대한 상면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리드프레임 패키지 내에 형성된 안테나를 도시하는 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 무선 주변 장치 12 : 하우징
14 : 인쇄 회로 보드 16 : 반도체 칩
22 : 반도체 층 24 : 안테나
32 : 본체 33 : 리드
주변 장치를 개인용 컴퓨터, 워크스테이션 및 관련 호스트 장치에 접속하는 다양한 기법이 제공되어 왔다. 전통적으로, 일반적인 접근방법은 주변 장치로부터 호스트 장치에 제공된 표준 직렬 또는 병렬 포트로의 케이블 접속이었다. 또한, 몇몇 기법이 주변 장치와 호스트 장치 간에 무선 통신을 제공하는데 사용되어 왔다. 이러한 몇몇 무선 기법은 적외선 송신기 및 수신기를 포함한다. 다른 무선 기법은 무선 주파수(RF) 통신 링크를 포함한다.
RF 링크를 사용하는 이러한 무선 주변 장치는 전형적으로 주변 장치 내에 포함된 인쇄 회로 보드 상에 또는 심지어 그 보드 내에 형성된 루프를 포함한다. 예를 들어, 무선 마우스는 자신의 표면 상에 직접 형성된 루프 안테나를 갖는 마우스 인쇄 회로 보드를 포함할 수 있다. 이러한 장치가 예를 들어 27MHz에서 동작하는 경우, 인쇄 회로 보드 상에 형성된 루프 안테나는 30 밀리미터×60 밀리미터일 수 있다. 이러한 크기를 갖는 27MHz 안테나는 호스트 장치에 대해 근접하게 위치하여 있는, 예를 들어 1-2미터만큼 떨어져 있는 주변 장치로부터 양호한 신호를 제공한다.
그러나, 이러한 안테나는 저항 손실을 포함할 것이다. RF 송신기의 임피던스를 안테나의 임피던스에 매칭시킬 지라도, 안테나 접속부와 직렬로 연결되는 경우 항상 저항 손실이 발생할 것이다. 사실, 안테나 그 자체와의 직렬 연결에 손실이 있을 것이다. 이러한 저항 손실은 안테나를 형성하는 금속 트레이스의 저항을 포함하고, 높은 주파수에서 인쇄 회로 보드의 표면에 가까운 금속의 얇은 층 내에 전류가 흐르도록 강제되는 스킨 효과(skin effect)를 포함한다.
몇몇 무선 주변 장치는 또한 2.4 GHz와 같은 보다 높은 주파수에서 동작하였다. 그러나, 이들보다 높은 주파수 장치는 주변 장치로서의 상당한 실용적 성공을 거두지는 못했다. 부분적으로, 이것은 비교적 낮은 주파수 장치, 예를 들어 27 MHz 장치와 비교하여 이들보다 높은 주파수 장치의 증가된 전력 소비에 그 원인이 있다. 또한, 이러한 장치는 전형적으로 다소 복잡하고 따라서 고가이다. 기가헤르츠 범위를 갖는 이들보다 높은 주파수 장치는 회로 보드 상에서 하나의 지점에서 다른 지점으로 무선 주파수 신호를 실행시키기 때문에 상당한 임피던스 제어를 필요로 한다. 또한, 모든 리드(lead)는 전형적으로 차폐되고 가능한 단락 상태로 유지되어야 하고, 모든 신호 트레이스의 크기는 가능한 조밀하게 제어되어, 반사 또는 전력 손실을 막아야 한다. 이러한 요구는 전형적으로 다수의 애플리케이션의 저비용 및 낮은 전력 요구에 대해서는 이루어질 수 없다.
이러한 이유 및 다른 이유로 인해, 본 발명이 필요하다.
본 발명의 일 측면은 호스트 장치에 사용되는 주변 장치를 제공한다. 이 주변 장치는 하우징, 반도체 장치 및 안테나를 포함한다. 주변 장치는 무선 주파수(RF) 제어 신호를 생성하여 호스트 장치에 전송한다. 반도체 장치는 하우징 내에 포함되고 RF 제어 신호를 생성한다. 안테나는 반도체 장치 내에 완전히 포함되고 RF 제어 신호를 호스트 장치에 전송한다.
첨부한 도면은 본 발명의 이해를 더 돕기 위해 포함되고 본 명세서에 포함되고 일부분을 구성한다. 도면은 본 발명의 실시예를 예시하며 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명한다. 본 발명의 다른 실시예 및 본 발명의 다수의 장점은 후속하는 상세한 설명을 참조하여 쉽게 이해될 것이다. 도면의 요소는 서로에 대해 실제 크기대로 도시될 필요는 없다. 유사한 부분에 대해서는 유사한 참조 번호가 사용된다.
후속하는 상세한 설명에서는, 상세한 설명의 일부분을 형성하고 본 발명이 구현될 수 있는 특정 실시예에 대해 예로서 도시되어 있는 첨부한 도면을 참조한다. 이와 관련하여, 방향과 관련된 용어, 예를 들어, "상단", "하단", "전면", "후면", "선단", "후미" 등은 기술되는 도면의 방향에 대한 참조로서 사용된다. 본 발명의 실시예의 구성요소들은 다수의 상이한 배향으로 배치되기 때문에, 방향관련 용어는 예시를 위한 것일 뿐 제한적인 것은 아니다. 다른 실시예가 사용될 수 있고 구조적 또는 논리적 변경이 본 발명의 범주를 벗어나지 않고서 이루어질 수 있다. 후속하는 상세한 설명은 따라서 제한적 의미로서 여겨지지 않고 본 발명의 범주는 첨부한 청구항에 의해 정의된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 주변 장치(10)를 도시한다. 무선 주변 장치(10)는 하우징(12), 인쇄 회로 보드(14) 및 반도체 칩(16)을 포함한다. 일 실시예에서, 무선 주변 장치(10)는 개인용 컴퓨터에 접속되어 개인용 컴퓨터 상의 포인터를 제어하는 무선 마우스이다. 다른 실시예에서, 무선 주변 장치(10)는 다른 주변장치, 예를 들어, 트랙 볼, 키보드, 디지털화 테이블 등을 포함할 수 있다. 각각의 경우, 무선 주변 장치(10)는 컴퓨터, 워크스테이션 또는 관련 호스트 장치와 통신하여 제어 정보를 호스트 장치에 전송한다. 예를 들어, 무선 주변 장치(10)가 무선 마우스인 경우, 이 마우스는 호스트 컴퓨터 상의 스크린 포인터의 위치를 제어하는 제어 정보를 전송한다. 무선 주변 장치(10)는 무선 주파수("RF") 송신기 및 수신기 쌍을 이용하여 제어 정보를 전송하여, 이를 통해 주변 장치와 호스트 장치 간의 케이블 접속이 불필요하게 된다.
무선 주변 장치(10)가 무선 마우스인 일 실시예에서, 반도체 칩(16)은 광 마우스 아래에서 반사되는 광학 신호를 수신하는 네비게이션 센서이다. 다수의 이러한 네비게이션 센서 반도체 칩은 광 마우스 애플리케이션에 이용가능하다. 이러한 하나의 광학 네비게이션 센서 칩은 애질런트 테크놀로지스의 ADNS-2030이다. 이러한 네비게이션 센서는 컴퓨터 마우스에 대해 기계적인 트래킹 엔진을 사용하지 않는다. 네비게이션 센서는 순차적인 표면 이미지 또는 프레임을 광학적으로 획득하여 이동의 방향 및 크기를 수학적으로 계산함으로써 마우스의 위치 변화를 측정한다.
ANDS-2030 네비게이션 센서 칩과 같은 종래의 애플리케이션에서, 이동의 방향 및 크기를 나타내는 네비게이션 센서 내의 신호는 칩으로부터 마이크로제어기 및 부가적인 회로를 통해 인쇄 회로 보드(14) 상에 또는 그 내에 제공된 루프 또는 유사한 안테나로 전송된다. 이러한 방식으로, 반도체 칩(16)으로부터의 네비게이션 제어 정보는 회로 보드(14) 상의 안테나에 전송되고, 그런 다음 이 안테나를 통해 무선 주변 장치(10)와 통신하는 호스트 장치 내의 수신기에 전송된다. 인쇄 회로 보드 상에 형성된 루프 안테나는 2 인치 직경 정도의 루프 안테나일 수 있다. 예를 들어, 30 밀리미터×60 밀리미터 루프 안테나는 인쇄 회로 보드 상에서 트레이스로서 형성될 수 있다. 2.4GHz 애플리케이션의 경우, 이러한 안테나는 인쇄 회로 보드 상에서 공진하고 장치가 호스트 장치에 비교적 근접하여 있는 경우, 특히 이들이 2미터 미만의 간격으로 떨어져 있는 경우 RF 신호를 매우 양호하게 전송하는 기능을 하도록 형성될 수 있다.
그러나, 본 발명에 따른 반도체 칩(16)은 인쇄 회로 보드(14) 상에서 안테나가 필요 없도록 내장형 안테나를 포함한다. 이러한 방식에 있어서는, 반도체 칩(16) 내의 제어 신호는 칩(16) 밖으로 또한 호스트 장치에 전송하기 전에 인쇄 회로 보드(14)로 라우팅될 필요가 없다. 그 보다는, 제어 신호는 RF 신호를 통해 반도체 칩(16)내로부터 호스트 장치에 직접 전송된다.
따라서, 반도체 칩(16)이 네비게이션 센서인 무선 마우스 애플리케이션의 경우, RF 신호를 송신하는 안테나는 네비게이션 센서 칩 내에 내장된다. 이동의 방향 및 크기를 나타내는 네비게이션 센서 내의 제어 신호는 RF 신호를 통해 호스트 장치에 전송된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 완전히 통합된 안테나(24)를 갖는 도 1의 반도체 칩(16)의 일부분을 도시한다. 반도체 칩(16)은 다수의 반도체 층 및 금속화 층으로 구성된다. 반도체 칩(16)의 소정 부분은 도 2에서 제거되어 안테나(24)가 내장되는 반도체 층(22)을 도시한다. 안테나(24)는 반도체 층(22)에 인접한 칩(16)의 주변에 증착된다. 일 실시예에서, 안테나(24)는 반도체 층(22)에 인접한 반도체 칩(16)의 금속화 층에 형성된다. 이러한 방식에서는, 안테나(24)는 반도체 칩(16)에서 모놀리식 안테나이다.
제 1, 제 2 및 제 3 안테나 단말 패드(26,27 및 28)는 전기적으로 안테나(24)에 결합된다. 일 실시예에서, 제 3 안테나 패드(28)는 반도체 층(22) 내의 비아를 통해 접지 또는 기판 층에 접속된다. 따라서, 제 1 및 제 3 단말 패드(26 및 28)에 결합된 안테나(24)의 단부는 안테나(24)용 접지이다. 안테나(24)용 구동 신호는 제 2 단말 패드(27)에 제공된다. 이 실시예에서, 둘보다는 세 개의 단말이 구현되어 상업적으로 입수가능한 검사 장비를 통한 측정을 용이하게 한다. 단말 패드(26 및 28)는 하나의 노드 내로 결합될 수 있고 측정에 편리하지만 모놀리식 회로 및 안테나 조합으로부터 RF 에너지를 전송하기 위해 프로브 패드가 요구되지는 않는다라는 것을 이해해야 한다.
동작시, 무선 주변 장치(10)의 반도체 칩(16) 내에서 생성된 제어 신호는 안테나(24)의 제 2 단말 패드(27)로 구동된다. 이러한 방식으로, 제어 신호는 RF 신호를 통해 안테나(24) 상에서 반도체 칩(16)내로부터 모두 호스트 장치로 직접 전송된다.
인쇄 회로 보드(14)로부터 반도체 칩(16) 내로의 안테나 이동은 다수의 방식에서 반직관적이다(counterintuitive). 안테나를 통해 전송된 RF 신호의 신호 세기는 전송된 신호의 파장에 대한 안테나의 상대적 길이의 함수이다. 다수의 주변장치-대-호스트 무선 애플리케이션, 예를 들어 무선 마우스 애플리케이션에 있어서, 공진 안테나가 필요하다. 이러한 안테나는 안테나의 길이가 송신된 신호의 적 어도 4/1 파장이도록 구성된다. 다수의 현 무선 마우스 애플리케이션에서, 27MHz는 신호의 대응 파장이 11 미터 정도이도록 하는 공통 주파수이다. 따라서, 이러한 무선 마우스 애플리케이션용 안테나는 작은 길이 대 파장 비율을 갖는 안테나만을 위한 충분한 공간이 있는 인쇄 회로 보드 상에 배치된다. 몇몇 무선 마우스 애플리케이션에 사용되는 2.4GHz 주파수에서, 신호의 대응 파장은 5 인치 정도이고, 공진 안테나는 그들을 수용하도록 흔히 충분한 공간이 있는 인쇄 회로 보드 상에 배치되었다.
그러나, 본 발명의 안테나(24)는 반도체 칩(16) 내에 내장된다. 반도체 칩(16)의 일 실시예에서, 안테나(24)의 크기는 안테나(24)가 연장하는 반도체 층(22)의 주변둘레의 크기에 의해 제한된다. 일 실시예에서, 반도체 층(22)의 주변둘레는 대략 3밀리미터×5밀리미터 정도의 크기를 갖는다. 따라서, 이러한 안테나의 모서리 길이는 그 공간 내에서는 공진 안테나를 거의 생성할 수 없게 한다. 그러나, 본 발명에 따르면, 충분히 잘 동작하고 부가적인 장점을 제공하는 충분한 비-공진 안테나(24)가 생성될 수 있다. 특히 안테나(24)는 소형일지라도, 그것은 여전히 충분한 길이를 구비하여 매우 충분한 백분율의 전송 파장을 나타내어 충분히 그 기능을 수행한다.
예를 들어, 통상적으로 신호를 칩 밖의 안테나로 보내기 위해 필요한 접속은 더 이상 필요하지 않게 된다. 일 실시예에서, 다수의 반도체 층을 포함하는 것에 덧붙여, 반도체 칩(16)은 또한 다수의 금속화 층을 포함한다. 예를 들어 다수의 알루미늄 층일 수 있는 금속화 층은 반도체 칩(16) 내에서 신호들을 상호접속한다. 다수의 유선 본드는 칩 내에서 칩 밖으로 신호를 전달한다. 이러한 유선 본드에 의존하기 보다는, 본 발명의 일 실시예는 RF 송신기와 함께 안테나(24)를 구동할 수 있는 도전성 루프를 형성하도록 금속화 층으로 안테나(24)를 형성한다. 이러한 방식에서, 신호를 안테나(24)에 접속하기 위해 유선 본드 또는 접속은 필요로 하지 않을 수 있다. 이것은 신호 손실을 제한하고 반도체 칩(16)으로부터 인쇄 회로 보드(14) 상에 위치한 안테나로 신호를 라우팅함에 있어 연관된 임피던스 문제를 억제할 것이다.
안테나(24)를 길게 하여, 생성되는 RF 신호를 강하게 하기 위해, 안테나(24)는 몇몇 금속화 층 상에 형성될 수 있다. 몇몇 경우에는, 5개의 금속화 층 만큼이나 많은 층이 사용될 수 있다. 또한, 안테나(24)를 하나 이상의 층 상에 나선형 안테나를 형성함으로써, 부가적인 길이가 부가될 수 있다.
무선 주변 장치(10)가 무선 마우스인 실시예에서, 주변 장치(10)는 호스트 장치, 일 경우에 컴퓨터에 비교적 근접하게 존재할 것이다. 다수의 애플리케이션에서, 마우스와 같은 무선 주변 장치(10)는 호스트 장치 컴퓨터로부터 1 또는 2미터만큼 분리된다. 이러한 경우에는, 안테나(24)가 그 길이 및 27MHz 또는 2.4GHz 전송 주파수에 의거하여 비-공진인 경우에도, 예를 들어 안테나(24)의 길이는 여전히 충분하여 충분한 백분율의 전송 파장을 나타내어 그 기능을 충분히 수행한다.
도 3은 제조 동안 도 1의 반도체 칩(16)의 부분을 도시한다. 리드프레임(30)의 일부분이 도시되어 있고, 그 일부분 상에는 다수의 반도체 칩, 예를 들어 반도체 칩(16)이 부착될 수 있다. 리드프레임(30)의 본체(32)는 이로부터 연장하 는 다수의 리드(33)와 함께 도시되어 있다. 본체(32)로부터 연장하는 리드(33)는 인접 본체(도 3에는 도시되어 있지 않음)로부터의 리드와 산재되어 있는 것으로 도시되어 있다. 당업계에 잘 알려져 있는 바와 같이, 반도체 칩(16)이 리드프레임(30) 상에 부착된 후, 각각의 개별 리드프레임 패키지는 분리된다. 다수의 리드(33)는 인쇄 회로 보드 또는 유사한 메카니즘에 부착되기 위해 휘어질 수 있다.
그러나, 리드프레임(30) 상으로의 종래의 칩 부착과 달리, 본체(32)는 본 발명의 일 실시예에 따라 완전히 통합된 안테나(34)를 갖는다. 일 실시예에서, 안테나(34)는 반도체 장치가 리드프레임(30) 상에 부착되기 전에, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 리드프레임(30)의 본체(32)와 동시에 형성된다. 이러한 방식으로, 앞서 설명한 모놀리식 안테나(24)와 유사하게, 안테나(34)는 패키지형 반도체 칩(16)에 완전히 통합된다. 따라서, 반도체 칩(16)으로부터 인쇄 회로 보드(14) 상에 위치한 안테나로 신호를 라우팅하는 것과 연관된 신호 손실 및 임피던스 문제를 피할 수 있다.
리드프레임(30) 상에 안테나(34)를 내장시키면 위에서 설명한 모놀리식 안테나와 비교하여 부가적인 공간을 제공한다는 장점이 있다. 일 실시예에서, 반도체 패키지는 그 길이가 1인치이고 그 폭이 0.6인치이며, 따라서 리드프레임(30)의 본체(32)는 대략 0.5×0.5인치의 공간을 제공하여 그 내에 안테나(34)를 형성한다. 안테나(34)는 그 공간 내에서 둥근형, 정사각형 또는 다른 형상을 가질 수 있어 신호 파장의 충분한 분율에 도달하는 길이를 갖는 안테나를 제공한다. 이러한 방식으로, 안테나(34)가 전송 주파수(예를 들어, 27MHz 또는 2.4GHz)에 비교해 그의 길 이에 입각하여 비-공진일지라도, 안테나(24)의 길이는 여전히 충분하여 충분한 백분율의 전송 파장을 나타내어 그 기능을 충분히 수행한다.
내장 안테나(34)는 리드프레임(30) 상에 형성되기 때문에, 그것은 유선본드 또는 유사한 커넥터를 구비하여 전송될 신호를 안테나(34)에 라우팅할 것이다. 이러한 접속은 위에서 설명한 모놀리식 안테나(24)에서 경험한 것보다 더 신호 손실 및 임피던스 변화를 약간 더 부가할 것이다. 또한, 모놀리식 안테나(24)와 비교해 칩 간에 약간의 편차가 있을 수 있는데, 그 이유는 금속화 층에서 안테나(24)를 형성하는데 사용되는 리소그래피 또는 유사한 프로세스는 안테나(34)와 연계하여 사용되는 유선본드 또는 유사한 커넥터 프로세스보다 정확히 제어가능하기 때문이다. 어떠한 경우에도, 리드프레임(30) 상의 안테나(34) 내장은 반도체 칩(16)으로부터 인쇄 회로 보드(14) 상에 위치한 안테나로 라우팅하는 것과 관련된 신호 손실 및 임피던스 문제를 피할 수 있다.
본 발명의 특정 실시예가 예시되고 기술되었지만, 당업자라면, 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 도시되고 기술된 특정 실시예에 대해 다양한 대안적인 및/또는 등가 구현이 대체될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 출원은 본 명세서에서 개시되어 있는 특정 실시예에 대한 임의의 개정 또는 변형을 커버하려 한다. 따라서, 본 발명은 청구항 및 그들의 등가물에 의해서만 제한되려 한다.
본 발명 따른 주변 장치는 전력 손실을 막을 수 있고 또한 복잡하지 않고 저 가의 비용으로 구현할 수 있다.
Claims (20)
- 무선 주파수(RF) 제어 신호를 생성하여 호스트 장치로 전송하는 주변 장치에 있어서,하우징과,상기 하우징 내에 포함되고 상기 RF 제어 신호를 생성하는 반도체 장치 - 상기 반도체 장치는 리드프레임과 상기 리드프레임 상에 형성된 다수의 반도체층을 더 포함함 - 와,상기 반도체 장치 내에 완전히 포함되어 상기 RF 제어 신호를 상기 호스트 장치로 전송하는 안테나를 포함하고,상기 안테나는 상기 리드프레임 상에 직접 형성되고, 또한 상기 리드프레임의 층과 접촉하여 형성된 금속 트레이스를 포함하는주변 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 반도체 장치는 적어도 하나의 금속화 층을 더 포함하는주변 장치.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 안테나는 상기 반도체 장치의 5밀리미터×5밀리미터 공간 내에 형성되는주변 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 안테나는 30밀리미터 내지 300 밀리미터의 총 길이를 갖는주변 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 RF 제어 신호의 전송은 27MHz 내지 2.4GHz의 주파수에서 전송되는주변 장치.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 안테나는 상기 리드프레임의 12밀리미터×12밀리미터 공간 내에 형성되는주변 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 안테나는 총 길이가 100밀리미터 내지 500밀리미터인 루프 안테나인주변 장치.
- 제 10 항에 있어서,상기 RF 제어 신호의 전송은 27MHz 내지 2.4GHz의 주파수에서 전송되는주변 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 안테나는 다수의 루프를 갖는 루프 안테나인주변 장치.
- 주변 장치 하우징과,상기 주변 장치 하우징 내에 장착되어 무선 주파수(RF) 제어 신호를 생성하고 호스트 장치에 전송하는 반도체 장치를 포함하되,상기 반도체 장치는,리드프레임과,다수의 반도체층과,다수의 금속화층과,상기 리드프레임 상에 직접 형성되는 안테나 - 상기 안테나는 상기 리드프레임의 층과 접촉하여 형성된 금속 트레이스를 포함함 - 와,상기 리드프레임, 상기 다수의 반도체층, 상기 다수의 금속화층 및 상기 안테나를 포함하는 플라스틱 하우징을 더 포함하는주변 장치.
- 삭제
- 제 13 항에 있어서,상기 RF 제어 신호의 전송은 27MHz 내지 2.4GHz의 주파수에서 전송되는주변 장치.
- 삭제
- 삭제
- 무선 주파수(RF) 제어 신호를 생성하고 호스트 장치에 전송하는 주변 장치에 사용되는 반도체 장치를 제조하는 방법에 있어서,리드프레임을 제공하는 단계와,반도체 재료의 층을 갖는 반도체 칩을 상기 리드프레임 상에 부착하는 단계와,금속화 층을 제공하는 단계와,상기 리드프레임 상에 안테나를 제조하는 단계 - 상기 안테나는 상기 리드프레임의 층과 접촉하여 형성된 금속 트레이스를 포함함 - 와,상기 리드프레임, 상기 반도체 칩, 상기 금속화 층 및 상기 안테나를 플라스틱 하우징 내에 캡슐화하는 단계를 포함하는반도체 장치 제조 방법.
- 삭제
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