KR101295979B1 - Ｍｅｍｓ 패키지 및 ｍｅｍｓ 패키지 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

MEMS 패키지 및 그 형성 방법이 설명된다. MEMS 패키지는 가요성 기판(10) 상에 배치된 적어도 하나의 MEMS 디바이스(40)를 갖는다. 금속 구조체(54, 56)가 적어도 하나의 MEMS 디바이스(40)를 둘러싸고, 금속 구조체(54, 56)의 하부면은 가요성 기판(10)에 부착되고, 가요성 기판(10)의 부분은 금속 구조체(54, 56)의 상부면 상에 절첩되어 금속 구조체의 상부면에 부착되어 이에 의해 MEMS 패키지를 형성한다.

Description

ＭＥＭＳ 패키지 및 ＭＥＭＳ 패키지 제조 방법{A MEMS PACKAGE USING FLEXIBLE SUBSTRATES, AND METHOD THEREOF}
본 발명은 MEMS 디바이스 패키징 방법 및 이 방법을 사용하여 제조된 MEMS 패키지에 관한 것이고, 더 구체적으로는 가요성 절첩형 기판을 사용하는 MEMS 디바이스 패키징 방법에 관한 것이다.
압력, 가속도, 소리 또는 광과 같은 물리적 현상을 전기적 신호로 변환하는 마이크로-전자 기계적 시스템(MEMS) 디바이스가 공지되어 있다. 각각의 유형의 MEMS 디바이스는 상이한 방식으로 세계와 상호 작용하고, 주문형 또는 적어도 반-주문형 패키징 해결책을 요구한다. 소위 시스템-인-패키지(system-in-package) 기술이 단일 패키지 내에 전체 마이크로시스템 - 마이크로프로세서, 통신 부품, 액추에이터 및 센서를 포함할 수 있음 - 을 형성하려고 시도하고 있다. 그러나, MEMS 디바이스의 패키징은 집적 회로의 패키징과는 완전히 상이하다. MEMS 디바이스는 몇몇 기본적인 프로세싱 기술을 공유함에도 불구하고 IC와는 명확히 상이하다. 패키징은 대부분의 MEMS 디바이스를 상용화하기 위한 최대 과제이다. 용어 "MEMS 패키지"는 본 명세서에서 적어도 하나의 MEMS 디바이스를 포함하는 패키지를 의미하는 데 사용된다.
MEMS 디바이스는 이 디바이스가 생성되는 제어된 환경에서 완벽히 양호하게 기능할 수 있다. 그러나, 디바이스는 단지 패키지 내에서 입증된 성능을 갖고 패키징된 후에만 실제로 존립 가능한 제품일 수 있다. 예를 들면, 패키징 응력이 MEMS 디바이스의 감도 및 성능을 왜곡할 수 있다. MEMS 디바이스는 제조 및 조립 프로세스를 통해 용이하게 손상되는 민감한 가동 구조체를 포함한다. 이와 같이, MEMS 패키지의 조립 수율이 종종 부합되어야 할 도전 목표이다.
MEMS 디바이스의 패키징 요건은, 디바이스가 물리적 현상과 상호 작용할 필요가 있고 또한 디바이스가 환경으로부터 보호될 필요가 있기 때문에 복잡하다. 이와 같이, 특정 조립 기술 및 고유한 패키징 재료를 갖는 색다른 패키지 구조체가 MEMS 디바이스에 이용된다. 패키징은 일반적으로 MEMS 디바이스의 비용의 적어도 60%, 때때로 85% 정도를 차지한다. 따라서, 강인한 조립체를 갖는 저비용 패키징 해결책이 MEMS 디바이스의 사용을 촉진하도록 요구되는 것이 인식되어 왔다.
다양한 패키지가 다양한 MEMS 제품을 패키징하기 위해 공지되어 있다. 씨.티. 시예(C.T. Hsieh) 등에 의한 "MEMS 패키징 기술의 개론(The introduction of MEMS packaging technology)", 전자 재료 및 패키징의 4차 국제 심포지엄의 회보( Proceedings of the 4 th International Symposium on Electronic Materials and Packaging), 2002년 12월 4일-6일, 페이지 300-306은 TO8(또는 라운드) 헤더와 같은 다양한 금속 패키지 및 버터플라이 및 플랫폼 패키지를 설명하고 있다(예를 들 면, 이 회보의 도 3 참조). 금속 패키지는 양호한 열 소실(heat dissipation) 능력 및 전기 복사선의 차폐를 제공한다. TO8 헤더는 통상적으로 패키징 재료와 실리콘 에칭된 디바이스 사이의 열적 부정합을 감소시키도록 코바(Kovar) 합금으로 제조된다.
케우세얀(Keusseyan) 등에 의한 "광전자/MEMS 패키징의 새로운 접근법(A new approach for opto-electronic/MEMS packaging)", 52차 전자 부품 및 기술 회의의 회보( Proceedings of the 52 nd Electronic Components and Technology Conference), 2002년 5월 28일-31일, 페이지 259-262는 세라믹 또는 LTCC 패키지를 설명하고 있다(예를 들면, 이 회보의 도 3 참조). 저비용의 고신뢰성 기밀 및 다층 패키징 아키텍처가 존재한다. 세라믹 패키지의 예는 진공 밀봉 환경에서 높은 프로세싱 온도에서 제조되는 IR 볼로미터(bolometer)이다.
씨.비. 오닐(C.B. O'Neal) 등의 "MEMS의 패키징에서의 과제(Challenges in the packaging of MEMS)", 진보형 패키징 재료의 국제 심포지엄의 회보: 프로세스, 특정 및 인터페이스( Proceedings of the International Symposium on Advanced Packaging Materials : Processes , Properties and Interfaces ), 1999년 3월 14일-17일, 페이지 41 내지 47은 IC 패키지와 MEMS 압력 센서 패키지를 비교하고 있다(예를 들면, 이 회보의 도 1 참조). 플라스틱/리드 프레임 패키지는 통상적으로 IC 패키징에서 이용되고 통상적으로 성형전(pre-molded) 및 성형후(post-molded) 패키지로서 분류된다. 성형전 및 성형후 패키지 사이의 차이점은, 성형전 패키지는 IC가 그 내부로 배치되어 밀봉 캡에 의해 덮여지는 중공 캐비티를 구비하는 패 키지 본체를 포함하고, 반면 성형후 패키지에서는 패키지 본체는 IC가 부착된 후에 조립체 상에 성형된다는 것이다. 이들 대안 모두는 또한 MEMS 디바이스에 적용된다. 예를 들면, 성형후 패키지는 IC 또는 웨이퍼 캡핑된 가속도계에 사용될 수 있고, 성형전 패키지는 압력 센서 또는 마이크로폰 패키징에 사용될 수 있다. 플라스틱 패키지는 종종 저비용의 패키징 옵션을 제공한다. 그러나, 요구된 성형 툴링(tooling)은 종종 고가이고 시간 소모적이어서 최종 사용자의 적용으로부터의 신속한 변화 요구에 부합하는데 융통성이 없게 한다. 다른 주요 논점은 플라스틱이 매우 열악한 실리콘과의 열 팽창의 정합을 갖고 또한 수분 침입에 민감하다는 것이다.
웨이퍼 레벨 패키징(WLP)이 MEMS 패키징을 위한 적합한 방법이다. 이는 마이크로 가공된 웨이퍼가 그 내부에 에칭된 적절한 캐비티를 갖는 제 2 웨이퍼에 본딩되는 부가의 제조 프로세스를 수반한다. 일단 본딩되면, 제 2 웨이퍼는 마이크로-기계 구조체 상에 보호성 실리콘 캡을 형성한다. 이 방법은 마이크로 구조체가 진공 또는 불활성 가스 환경 내로 자유롭게 이동하도록 방치한다. 본드는 밀봉적이고 따라서 마이크로 구조체의 수분 오염 및 따라서 고장을 방지한다. WLP는 비예 왕(Biye Wang)의 "MEMS 패키징의 고찰(Considerations for MEMS packaging)", 고밀도 마이크로 시스템 디자인 및 패키징 및 부품 고장 분석의 6차 IEEE CPMT 회의의 회보( Proceedings of the Sixth IEEE CPMT Conference on High Density Microsystem Design and Packaging and Component Failure Analysis, 2004년 6월 30일-7월 3일, 페이지 160-163과, 에이치. 라이클(H. Reichl) 등의 "MEMS 패키징의 분야에서의 개요 및 개발 경향(Overview and development trends in the field of MEMS packaging)", 마이크로 전기 기계적 시스템의 14차 IEEE 국제 회의( The 14 th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems, 2001년 1월 21-25일, 페이지 1-5에 논의되어 있다.
미네르비니(Minervini)의 미국 특허 제 6,781,281호 및 미네르비니의 미국 특허 출원 제 2002/0102004 A1호는 MEMS 트랜스듀서 요소, IC 다이 및 다른 캐패시터 부품이 제 1 다층 FR4 인쇄 회로 기판(PCB) 상에 배치되어 있는 MEMS 마이크로폰 패키지를 개시하고 있다. 제 2 다층 FR4 PCB가 커버로서 사용된다. 두 개의 FR4 기판은 제 1 PCB 상의 부품을 둘러싸고 배치된 윈도우를 포함하도록 절단된 제 3 RF4 기판에 의해 이격되어 있다. 따라서, 3개의 PCB는 트랜스듀서 요소, IC 다이 및 다른 캐패시터 부품을 수용하고 차폐하도록 협동한다. 플라스틱/리드 프레임 패키지와 비교할 때, 이러한 패키지는 더 큰 뱃치식 동작(batch operation)을 가능하게 하고, 최소의 하드 툴링(hard tooling)을 요구하고, 최종 사용자의 PCB와의 열 팽창의 더 양호한 정합을 갖는다. 그럼에도, 동일한 FR4 PCB 기판 상의 트랜스듀서 요소, IC 다이 및 다른 전자 부품의 혼합은 높은 수율의 조립 프로세스에서 동작하는데 있어서의 어려움을 여전히 제시한다. 더욱이, 다층 FR4 PCB는 저가의 패키징 재료가 아니다.
2005년 2월 8일 출원된 PCT 특허 출원 PCT/SG2005/000034호는 적어도 하나의 MEMS 디바이스가 제 1 가요성 기판 상에 실장되고 하나 이상의 전자 부품이 제 2 기판 상에 실장되는 방법 및 패키지를 제공한다. 두 개의 기판은 이어서 이들 사 이에 스페이서 요소를 갖고 병렬로 기계적으로 접합되고 전기 접속 요소에 의해 전기적으로 접속된다. 기판은 스페이서 요소, 전기 접속 요소, MEMS 디바이스 및 하나 이상의 전자 부품을 이들 사이에 개재한다. 이 방법의 장점은 MEMS 디바이스의 실장 프로세스가 다른 IC 및 전자 부품을 실장하기 위한 프로세스와는 별도로 취급되어 수행될 수 있어, 따라서 조립을 더 용이하게 하고 높은 수율을 제공할 수 있다는 것이다. 그러나, 두 개의 기판의 상호 접속은 도전적인 작업이다.
본 발명의 주목적은 MEMS 디바이스 및 하나 이상의 다른 전자 회로를 통합하는 MEMS 패키지의 효율적이고 매우 생산적인 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 MEMS 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 가요성 및 절첩형 기판을 사용하는 MEMS 패키지 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 가요성 및 절첩형 기판을 구비하는 MEMS 패키지를 제공하는 것이다.
또 다른 목적은 가요성 및 절첩형 기판과 강성 기판의 조합을 구비하는 MEMS 패키지 제조 방법을 제공하는 것이다.
또 다른 목적은 조합형 가요성 및 절첩형 기판 및 강성 기판을 구비하는 MEMS 패키지를 하는 것이다.
또 다른 목적은 다중 절첩 가요성 기판을 구비하는 MEMS 패키지 제조 방법을 제공하는 것이다.
또 다른 목적은 다중 절첩 가요성 기판을 구비하는 MEMS 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적에 따르면, MEMS 패키지가 획득된다. MEMS 패키지는 가요성 기판 상에 배치된 적어도 하나의 MEMS 디바이스를 갖는다. 금속 구조체가 적어도 하나의 MEMS를 둘러싸고, 금속 구조체의 하부면이 가요성 기판에 부착되고 가요성 기판은 금속 구조체의 상부면 상에 절첩되어 금속 구조체의 상부면에 부착되어 이에 의해 MEMS 패키지를 형성한다. 금속 구조체는 금속 캡 또는 금속 링의 형태일 수 있다.
또한, 본 발명의 목적에 따라 MEMS 패키지 제조 방법이 성취된다. 적어도 하나의 MEMS 디바이스가 가요성 기판 상에 실장된다. 금속 구조체의 하부면이 적어도 하나의 MEMS 디바이스를 둘러싸는 가요성 기판에 부착된다. 가요성 기판은 금속 구조체의 상부면 상에 절첩되고 금속 구조체의 상부면에 부착되어 이에 의해 MEMS 패키지를 형성한다.
선택적으로, 강성-가요성 기판의 강성부가 패키지의 상부 및 하부에서 가요성 기판의 상부 또는 하부에 배치될 수 있다. 선택적으로, 가요성 기판은 하나 이상의 측면으로부터 절첩될 수 있다.
본 명세서의 실질부를 형성하는 첨부 도면에서,
도 1 및 도 2는 본 발명의 제 1 바람직한 실시예의 단계를 개략적으로 도시하고 있는 단면도.
도 3(a) 및 도 3(b)는 본 발명의 제 1 바람직한 실시예의 두 개의 대안을 개략적으로 도시하고 있는 단면도.
도 4는 본 발명의 제 1 바람직한 실시예의 다른 단계를 개략적으로 도시하고 있는 단면도.
도 5는 본 발명의 제 1 바람직한 실시예에 따른 패키징된 MEMS 디바이스의 표면 실장을 개략적으로 도시하고 있는 단면도.
도 6(a), 도 6(a) 및 도 8은 본 발명의 가요성 기판의 표면측을 개략적으로 도시하고 있는 평면도이고, 도 6(b) 및 도 8에는 도 1 내지 도 5에 도시되어 있는 바에 기초하는 단면 절단 라인 F-F'가 또한 지시되어 있는 도면.
도 6(b) 및 도 7(b)는 본 발명의 가요성 기판의 이면측을 개략적으로 도시하고 있는 평면도.
도 9 및 도 10은 본 발명의 제 2 바람직한 실시예를 개략적으로 도시하고 있는 단면도.
도 11은 본 발명의 제 2 바람직한 실시예에 따른 패키징된 MEMS 디바이스의 표면 실장을 개략적으로 도시하고 있는 단면도.
도 12 및 도 13은 본 발명의 제 3 바람직한 실시예를 개략적으로 도시하고 있는 단면도.
도 14는 본 발명의 제 4 바람직한 실시예를 개략적으로 도시하고 있는 단면 도.
도 15 및 도 16은 본 발명의 제 4 바람직한 실시예의 평면도이고, 도 15 및 도 16에는 도 14 및 도 17에 도시되어 있는 바에 기초하는 단면 절단 라인 F-F'가 또한 지시되어 있는 도면.
도 17은 본 발명의 제 4 바람직한 실시예를 개략적으로 도시하고 있는 단면도.
본 발명은 MEMS 디바이스 뿐만 아니라 하나 이상의 전자 부품[일반적으로, 응용 특정 IC(ASIC) 및 하나 이상의 수동 부품]을 패키징하기 위한 방법을 제안한다. MEMS 디바이스 및 IC 디바이스는 먼저 연장부를 갖는 가요성 기판 상에 조립된다. MEMS 디바이스는 기생 효과(parasitic effect)를 최소화하도록 IC 디바이스에 직접 와이어본딩된다. 금속 캡이 디바이스를 캡슐화하도록 적용되고, 또는 대안에서는 금속 링이 디바이스를 둘러싼다. 가요성 기판의 연장부는 금속 캡 또는 링 상에 절첩되고 금속 캡 또는 링의 상부에 부착되어 패키지를 완성한다. 가요성 기판 상의 금속 캡 또는 링과 금속 층은 전자 이동(electromigration)(EMI) 및 무선 주파수(RF) 차폐를 위한 패러데이 케이지(Faraday cage)를 형성하도록 전기적으로 접속된다.
본 발명의 제 1 바람직한 실시예가 도 1 내지 도 8에 도시되어 있다. 본 발명의 제 2 바람직한 실시예는 도 9 내지 도 11에 도시되어 있다. 본 발명의 제 3 바람직한 실시예는 도 12 내지 도 13에 도시되어 있다. 본 발명의 제 4 바람직한 실시예는 도 14 내지 도 17에 도시되어 있다. 본 발명은 도면에 도시되어 있는 MEMS 마이크로폰 디바이스에 한정되는 것은 아니고, 압력 센서, 가속도계, 자이로스코프 등과 같은 다른 유형의 MEMS 디바이스 또는 미래에 제안될 수 있는 다른 MEMS 디바이스를 패키징하기 위한 다수의 다른 적용에 적용될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제 1 실시예가 이제 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명될 것이다. 이제 특히 도 1을 참조하면, 본 발명의 이중 금속층(2ML) 가요성 기판이 도시되어 있다. 가요성 기판(10)은 양 면에서 코어 필름층(24)과 구리 금속층(22, 26)으로 형성된다. 코어 필름층은 폴리이미드, 폴리에틸렌 폴리이미드(PEI), 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE) 또는 액정 폴리머(LCP)일 수 있다. 와이어 본딩 및 전기 본딩 영역 상에 노출로 패터닝되는 커버레이(coverlay) 또는 감광성 에폭시와 같은 땜납 레지스트층은 도 1에는 도시되어 있지 않다. 이 층은 도 7(a) 및 도 7(b)의 평면도에 도시되어 있다. 폴리이미드층(24)은 약 12.5 내지 100 ㎛의 두께이다. 이러한 가요성 기판(10)의 코어 필름은 FR-4 인쇄 회로 기판(PCB)(일반적으로 25, GPa)보다 훨씬 낮은 탄성률(일반적으로, 5 GPa)을 갖고, 따라서 응력 완화를 제공하고 그 상부에 실장된 MEMS 디바이스와의 패키징 응력 또는 환경 유도 응력의 상호 작용을 최소화한다. 가요성 기판(10)은 환경적인 홀(environmental hole)이라 공지된 개구(11)를 구비한다. 이는 외부 유체, 음향 에너지 또는 압력이 그 상부에 실장될 MEMS 기판과 상호 작용하는 것을 허용하는 원형 또는 정사각형 형상 개 구일 수 있다. 개구(11)는 또한 양 면에서 금속을 접속하는 비아 홀(via hole)로서 기능한다. 가요성 기판(10)은 연장부(12)를 구비한다.
금속층(22, 26)은 접착제 또는 무접착 적층 기술을 사용하여 가요성 코어 필름층(24)의 상부 및 하부에 본딩된다. 금속층(22, 26)은 바람직하게는 소프트 골드(soft gold)와 같은 와이어본딩을 위한 금속 표면을 갖는 구리이다. 구리층은 일반적으로 25 ㎛ 두께이지만, 적용에 따라 그 이상 또는 이하일 수 있다. 표면 마감재 금속은 Ni/Au일 수 있고, 여기서 니켈층은 약 3 ㎛ 두께이고 상위의 골드층은 약 0.35 ㎛의 최소 두께를 갖는다.
도 6(a)는 가요성 기판(10)의 표면측의 평면도를 도시하고 있다. 상부 금속층(22)은 도시되어 있는 바와 같이 폴리이미드 재료(24) 상에 형성되어 패터닝되어 있다. 상부 금속층(22)은 그 상부에 도금된 Ni/Au를 갖는 구리를 포함한다. 도 6(b)는 또한 도금된 Ni/Au를 갖는 구리를 포함하는 하부 금속층(26)을 도시하고 있는 가요성 기판(10)의 이면측의 평면도를 도시하고 있다. 단면도는 도 6(b) 및 도 8에 도시된 라인 F-F'를 따른다.
땜납 마스크 또는 땜납 레지스트(28)가 이제 금속 표면(22, 26) 상에 형성된다. 패터닝된 땜납 레지스트는 이 영역의 납땜을 방지할 수 있다. 땜납 레지스트는 커버레이 또는 감광성 에폭시일 수 있고 약 10 내지 40 ㎛의 두께를 갖는다. 패터닝된 땜납 레지스트는 도 7(a)의 표면측 및 도 7(b)의 이면측에 도시되어 있다. 패터닝된 땜납 레지스트는 단면도에는 도시되어 있지 않지만, 도 7(a) 및 도 7(b)에 도시되어 있는 바와 같이 그 위치에 존재하는 것이 이해된다.
도 1을 재차 참조하면, 가요성 기판의 연장부(12) 상에는 비아(30)가 형성되어 있고 도 6(b)에 도시되어 있는 바와 같이 층간 접속부로서 도금되어 플러깅된다(plugged). 비아는 후술되는 바와 같이 예를 들면 외부 인쇄 회로 기판에 이후에 접속되는 표면 실장 패드에 접속될 수 있다. 금속층 내의 개구(32)는 도 1 및 도 6(b)에 또한 도시되어 있다. 표면 실장 패드가 환경적인 홀(11)로부터 패키지의 대향측에 위치될 수 있는 것이 본 발명에 있어 중요하다. 홀(11)은 또한 층(22) 및 층(26)을 상호 접속하기 위한 비아로서 기능한다는 것을 주목하라.
이제, 도 2를 참조하면, 수동 부품, MEMS 디바이스 및 IC 디바이스는 가요성 기판(10) 상에 실장된다. 하나의 MEMS 디바이스(40), 하나의 집적 회로 디바이스(42) 및 하나의 수동 디바이스(48)가 도시되어 있다. 본 발명의 MEMS 패키지는 적어도 하나의 MEMS 디바이스를 포함하지만, 하나 이상의 MEMS 디바이스가 포함될 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 일반적으로 IC(42)와 같은 하나 이상의 전자 부품과, 응용 특정 IC(ASIC)와, 캐패시터, 저항기, 인덕터 또는 다른 수동 디바이스와 같은 하나 이상의 수동 부품이 패키지 내에 포함될 수 있다. 도 8은 조립된 부품을 갖는 가요성 기판의 평면도를 도시하고 있다.
MEMS 디바이스(40)는 접착제(36)로 가요성 기판(10)에 부착된다. 실리콘계 접착제와 같은 저탄성률 접착제가 응력 완화를 위해 바람직할 수 있다. 임의의 IC 디바이스(42)가 다이-부착 프로세스에서 접착제를 사용하여 가요성 기판(10)에 부착된다. 임의의 수동 디바이스(48)가 표면 실장 기술(SMT)에 의해 가요성 기판에 부착된다. 다음에, IC 디바이스(42)는 와이어(44, 46)에 의해 MEMS 디바이스(40) 상의 본드 패드(45) 및 패드(47)에 각각 와이어-본딩된다. 예를 들면, 패드(47)는 VDD 또는 OUT으로의 IC의 접속을 위한 것일 수 있다.
이제, 도 3(a)에 도시되어 있는 바와 같이, 접착층(52)이 가요성 기판의 연장부(12) 상에 배치된다. 접착제(52)는 필름, 테이프 또는 액체 페이스트일 수 있다. 금속 캡(52)이 도전성 접착제 또는 땜납(50)에 의해 가요성 기판에 부착된다. 이와 달리, 도 3(b)에 도시되어 있는 바와 같이, 금속 캡(54)은 도전성 접착제 또는 땜납(50)에 의해 가요성 기판에 부착된다. 접착층(52)은 금속 캡(54)의 상부에 배치된다. 금속 캡은 구리, 구리 합금, 알루미늄 합금, 납땜 가능한 금속 마감재를 갖는 철 합금, 무전해 도금 또는 페인팅에 의해 형성된 금속 마감재를 갖는 플라스틱 또는 사출 성형 또는 이송 성형(transfer molding)에 의해 형성된 도전성 복합물을 포함할 수 있다. 금속 캡(54)은 도전성 접착제, 땜납[공정(eutectic) PbSn 또는 임의의 무연(lead-free) SnAg, SnAgCu], 또는 도전성 접착제 또는 비도전성 접착제를 갖는 땜납의 조합에 의해 가요성 기판에 부착될 수 있다. 납땜 부착은 땜납 리플로우(reflow) 또는 고온 바아법(hot bar method)을 사용함으로써 수행될 수 있다. 금속 캡은 가요성 기판 상에 모든 디바이스를 캡슐화한다. 가요성 기판 상의 금속 캡(54) 및 금속층(26)은 EMI/RF 차폐를 위한 패러데이 케이지를 형성하도록 전기적으로 접속된다.
이제, 도 4를 참조하면, 가요성 기판(10)의 연장부(12)는 금속 캡(54) 상에 절첩되어 접착제(52)에 의해 금속 캡에 부착된다. OUT 패드(60), VDD 패드(62) 및 GND 패드(64)가 환경적인 홀(11)로부터 패키지의 대향측에 배치되어 있는 것을 알 수 있다. 이는 패키징된 MEMS 디바이스가 예를 들면 응용 PCB에 표면 실장되는 다음 단계에서 중요하다.
도 5는 패키징된 MEMS 디바이스(70)를 도시하고 있다. MEMS 패키지(70)와의 접속을 위한 패드(82)를 갖는 응용 PCB가 도시되어 있다. MEMS 패키지(70)는 예를 들면 땜납 범프(72)에 의해 PCB(80) 상에 표면 실장된다. 땜납 리플로우 프로세스에 의해 발생된 플럭스는 MEMS 디바이스에 유해할 수 있다. 환경적인 홀이 패드(60, 62, 64)로부터 패키지(70)의 대향측에 배치되기 때문에, 플럭스는 환경적인 홀에 진입하여 MEMS 디바이스를 손상시킬 가능성이 훨씬 적을 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예가 도 9 내지 도 10을 참조하여 설명될 것이다. 제 2 실시예는 도 1 및 도 2에 도시되어 있는 바와 동일한 방식으로 시작한다. MEMS 디바이스 및 다른 전자 디바이스가 가요성 기판(10) 상에 실장된다.
이제, 도 3의 금속 캡 대신에, 금속 링(56)이 디바이스(40, 42, 48)를 둘러싸도록 가요성 기판(10) 상에 배치된다. 금속 링(56)은 도전성 접착제, 땜납(공정 PbSn 또는 임의의 무연 SnAg, SnAgCu), 또는 도전성 접착제 또는 비도전성 접착제를 갖는 땜납의 조합에 의해 가요성 기판에 부착된다. 납땜 부착은 땜납 리플로우 또는 고온 바아법을 사용함으로써 수행될 수 있다.
이제, 도 10을 참조하면, 가요성 기판(10)의 연장부(12)는 금속 링(56) 상에 절첩되어 접착제(55)에 의해 금속 링에 부착된다. 이제, 모든 비아가 측벽에 형성되어 이면측 금속층(26) 상의 VDD 및 OUT 패드에 대해 표면측 금속(22) 상의 전기적 리드아웃(leadout)을 상호 접속한다. 간단한 도시를 위해, 단지 금속층(34, 35) 상의 비아(36) 및 개구만이 도시되어 있다.
OUT 패드(60), GND 패드(62) 및 VDD 패드(64)는 환경적인 홀(11)로부터 패키지의 대향측에 배치된다는 것을 알 수 있다. 이는 예를 들면 패키징된 MEMS 디바이스가 응용 PCB에 표면 실장되는 다음 단계에서 중요하다. 금속 링(56)은 가요성 기판의 상부 및 하부 상의 금속층(22, 26)과 함께 EMI/RF 차폐를 위한 패러데이 케이지를 형성하도록 전기적으로 접속된다.
도 11은 패키징된 MEMS 디바이스(71)를 도시하고 있다. MEMS 패키지(71)와의 접속을 위한 패드(82)를 갖는 응용 PCB(80)가 도시되어 있다. MEMS 패키지(71)는 예를 들면 땜납 범프(72)에 의해 PCT(80) 상에 표면 실장된다. 땜납 리플로우 프로세스에 의해 발생된 플럭스는 MEMS 디바이스에 유해할 수 있다. 환경적인 홀이 패드(60, 62, 64)로부터 패키지(71)의 대향측에 배치되기 때문에, 플럭스는 환경적인 홀에 진입하여 MEMS 디바이스를 손상시킬 가능성이 훨씬 적을 수 있다.
본 발명의 패키지 구조체(70 또는 71)는 또한 부가의 소형화 가능성을 제공한다. 이는 z-축(즉, 도 4 및 도 10에서 상하 방향)에서의 그 두께가 일반적으로 약 0.1 mm 이하의 기판 두께를 갖는 가요성 기판(10)의 사용에 의해 감소되기 때문이다.
본 발명의 제 3 실시예가 도 12 내지 도 13을 참조하여 설명될 것이다. 이 실시예에서, 강성 기판이 본 발명의 가요성 기판과 조합된다. 예를 들면, 강성 RF-4 기판이 사용된다. "FR"은 화재 방지(Flame Retardant)를 의미하고 유형 "4"는 직조 글래스 보강 에폭시 수지를 지시한다. 도 12는 부품의 하위에 있는 가요 성 기판(10)의 부분에서 그리고 절첩 후에 부품을 덮을 수 있는 기판의 부분에서 적층된 FR-4 층(100)을 도시하고 있다. 도 13은 절첩 후의 패키지를 도시하고 있다. 금속 링(56)이 도시되어 있다. 금속 캡이 이와 달리 이 실시예에서 사용될 수 있다.
본 발명의 제 4 실시예는 도 14 및 도 17에 단면도로, 도 15 및 도 16에 평면도로 도시되어 있다. 도 15는 기판의 표면측의 평면도를 도시하고 있고, 도 16은 기판의 이면측의 평면도를 도시하고 있다. 이 실시예에서, 가요성 기판은 두 개의 면에서 절첩된다. 금속 캡 또는 금속 링이 이 실시예에서 사용된다. 도 17은 절첩 후의 패키지를 도시하고 있다.
본 발명은 가요성 기판을 사용하는 MEMS 패키지 및 이들 패키지의 제조 방법을 제공한다.
본 발명이 그 바람직한 실시예를 참조하여 구체적으로 도시되어 설명되었지만, 형태 및 상세의 다양한 변경이 본 발명의 사상 및 범주로부터 일탈하지 않고 이루어질 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 수 있을 것이다.

Claims (31)

  1. MEMS 패키지에 있어서,
    가요성 기판 상에 배치된 적어도 하나의 MEMS 디바이스와,
    상기 적어도 하나의 MEMS 디바이스를 둘러싸는 금속 구조체 - 상기 금속 구조체의 하부면은 상기 가요성 기판에 부착되고, 상기 가요성 기판은 상기 금속 구조체의 상부면 상에 절첩되어(folded) 상기 금속 구조체의 상기 상부면에 부착됨으로써 상기 MEMS 패키지를 형성함 - 를 포함하는
    MEMS 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 구조체는 구리, 구리 합금, 알루미늄 합금, 납땜 가능한 금속 마감재를 갖는 철 합금, 무전해 도금 또는 페인팅에 의해 형성된 금속 마감재를 갖는 플라스틱, 또는 사출 성형 또는 이송 성형에 의해 형성된 도전성 복합 재료를 포함하는
    MEMS 패키지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가요성 기판은 양면에 구리층 및 땜납 레지스트층을 갖는 코어 필름(core film)을 포함하고, 상기 코어 필름은 폴리이미드, 폴리에틸렌 폴리이미드, 폴리테트라 플루오로에틸렌 또는 액정 폴리머를 포함하고, 상기 땜납 레지스트층은 커버레이(coverlay) 또는 감광성 에폭시를 포함하는
    MEMS 패키지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 구조체는 상기 적어도 하나의 MEMS 디바이스를 둘러싸는 금속 링을 포함하고, 상기 금속 링은 구리, 구리 합금, 알루미늄 합금, 납땜 가능한 금속 마감재를 갖는 철 합금, 무전해 도금 또는 페인팅에 의해 형성된 금속 마감재를 갖는 플라스틱, 또는 사출 성형 또는 이송 성형에 의해 형성된 도전성 복합 재료를 포함할 수 있는
    MEMS 패키지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 가요성 기판은 그 상부에 금속층을 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 MEMS 디바이스의 상부 및 하부의 상기 금속층 및 상기 금속 링은 함께 상기 적어도 하나의 MEMS 디바이스에 대한 EMI 차폐를 제공하는
    MEMS 패키지.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 금속 링은 도전성 접착제 또는 공정(eutectic) PbSn 또는 임의의 무연 SnAg 또는 SnAgCu를 포함하는 납땜 재료에 의해, 또는 도전성 접착제 또는 비도전성 접착제를 갖는 땜납의 조합에 의해 상기 가요성 기판에 부착되는
    MEMS 패키지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 구조체는 상기 적어도 하나의 MEMS 디바이스를 캡슐화하는 금속 캡을 포함하고, 상기 금속 캡은 구리, 구리 합금, 알루미늄 합금, 납땜 가능한 금속 마감재를 갖는 철 합금, 무전해 도금 또는 페인팅에 의해 형성된 금속 마감재를 갖는 플라스틱, 또는 사출 성형 또는 이송 성형에 의해 형성된 도전성 복합 재료를 포함하는
    MEMS 패키지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 가요성 기판은 그 상부에 금속층을 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 MEMS 디바이스의 하부의 상기 금속층 및 상기 금속 캡은 함께 상기 적어도 하나의 MEMS 디바이스에 대한 EMI 차폐를 제공하는
    MEMS 패키지.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 금속 캡은 도전성 접착제 또는 납땜, 또는 도전성 접착제 또는 납땜과 비도전성 접착제의 조합에 의해, 또는 도전성 접착제 또는 비도전성 접착제를 갖는 땜납의 조합에 의해 상기 금속 캡의 상기 하부면에서 상기 가요성 기판의 일 부분에 부착되는
    MEMS 패키지.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 금속 캡은 접착제에 의해 상기 금속 캡의 상기 상부면에서 상기 가요성 기판에 부착되는
    MEMS 패키지.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 가요성 기판 상에 그리고 상기 금속 구조체 내에 배치된 하나 이상의 전자 부품을 더 포함하는
    MEMS 패키지.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전자 부품과 상기 적어도 하나의 MEMS 디바이스 사이의 와이어 본딩 접속부를 더 포함하는
    MEMS 패키지.
  13. 제 5 항에 있어서,
    상기 가요성 기판은 상기 MEMS 디바이스와 상기 MEMS 패키지 외부의 환경 사이의 상호 작용을 허용하는 개구 홀을 포함하고, 상기 개구 홀은 또한 상기 가요성 기판 상의 상기 금속층의 비아 접속부로서 기능하는
    MEMS 패키지.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 가요성 기판의 외부면 상의 표면 실장 패드를 더 포함하고, 상기 표면 실장 패드는 상기 개구 홀로부터 상기 가요성 기판의 대향측에 배치되는
    MEMS 패키지.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 가요성 기판은 가요성 층에 적층된 강성층(rigid layer)을 더 포함하고, 상기 가요성 기판의 절첩부는 가요성이고 다른 부분은 강성인
    MEMS 패키지.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 강성층은 FR-4 층을 포함하는
    MEMS 패키지.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 가요성 기판은 상기 금속 구조체에 부착될 적어도 일 측면으로부터 절첩될 수 있는
    MEMS 패키지.
  18. MEMS 패키지 제조 방법에 있어서,
    가요성 기판 상에 적어도 하나의 MEMS 디바이스를 실장하는 단계와,
    상기 적어도 하나의 MEMS 디바이스를 둘러싸는 금속 구조체의 하부면을 상기 가요성 기판에 부착하는 단계와,
    상기 금속 구조체의 상부면 상에 상기 가요성 기판을 절첩하고 상기 금속 구조체의 상기 상부면에 상기 가요성 기판을 부착함으로써 상기 MEMS 패키지를 형성하는 단계를 포함하는
    MEMS 패키지 제조 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 금속 구조체는 상기 적어도 하나의 MEMS 디바이스를 둘러싸는 금속 링을 포함하고, 상기 금속 링은 구리, 구리 합금, 알루미늄 합금, 납땜 가능한 금속 마감재를 갖는 철 합금, 무전해 도금 또는 페인팅에 의해 형성된 금속 마감재를 갖는 플라스틱, 또는 사출 성형 또는 이송 성형에 의해 형성된 도전성 복합 재료를 포함하는
    MEMS 패키지 제조 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 가요성 기판은 코어 필름 및 금속층을 포함하고, 상기 적어도 하나의 MEMS 디바이스의 상부 및 하부의 상기 금속층 및 상기 금속 링은 함께 상기 적어도 하나의 MEMS 디바이스에 대한 EMI 차폐를 제공하는
    MEMS 패키지 제조 방법.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 금속 구조체는 상기 적어도 하나의 MEMS 디바이스를 캡슐화하는 금속 캡을 포함하고, 상기 금속 캡은 구리, 구리 합금, 알루미늄 합금, 납땜 가능한 금속 마감재를 갖는 철 합금, 무전해 도금 또는 페인팅에 의해 형성된 금속 마감재를 갖는 플라스틱, 또는 사출 성형 또는 이송 성형에 의해 형성된 도전성 복합 재료를 포함하는
    MEMS 패키지 제조 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 가요성 기판은 코어 필름 및 금속층을 포함하고, 상기 적어도 하나의 MEMS 디바이스의 하부의 상기 금속층 및 상기 금속 캡은 함께 상기 적어도 하나의 MEMS 디바이스에 대한 EMI 차폐를 제공하는
    MEMS 패키지 제조 방법.
  23. 제 18 항에 있어서,
    상기 가요성 기판은 가요성 재료의 상부면 상의 상부 금속층 및 상기 가요성 재료의 하부면 상의 하부 금속층을 포함하는
    MEMS 패키지 제조 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 가요성 재료는 폴리이미드, 폴리에틸렌 폴리이미드, 액정 폴리머 또는 폴리테트라 플루오로에틸렌을 포함하는
    MEMS 패키지 제조 방법.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 상부 금속층 및 상기 하부 금속층은 니켈 및 골드로 도금된 구리를 포함하는
    MEMS 패키지 제조 방법.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 상부 금속층 및 상기 하부 금속층의 각각의 표면 상에 땜납 레지스트층을 형성하고 상기 땜납 레지스트층을 패터닝하는 단계를 더 포함하고, 땜납 레지스트 재료는 커버레이 또는 감광성 에폭시를 포함하는
    MEMS 패키지 제조 방법.
  27. 제 18 항에 있어서,
    상기 가요성 기판 상에 그리고 상기 금속 구조체 내에 하나 이상의 전자 부품을 실장하는 단계를 더 포함하는
    MEMS 패키지 제조 방법.
  28. 제 18 항에 있어서,
    상기 가요성 기판을 절첩하는 단계 후에,
    상기 적어도 하나의 MEMS 디바이스로부터 대향하는 상기 가요성 기판의 외부면 상에 표면 실장 패드를 제공하는 단계와,
    상기 표면 실장 패드에서 상기 MEMS 패키지에 응용 인쇄 회로 기판을 부착하는 단계를 더 포함하는
    MEMS 패키지 제조 방법.
  29. 제 18 항에 있어서,
    상기 가요성 기판의 가요성층에 강성층을 적층하는 단계를 더 포함하고, 절첩부가 가요성이고 다른 부분은 강성인
    MEMS 패키지 제조 방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 강성층은 FR-4 재료를 포함하는
    MEMS 패키지 제조 방법.
  31. 제 18 항에 있어서,
    상기 가요성 기판의 절첩은 상기 금속 구조체의 적어도 일 측으로부터 상부측까지 이루어지는
    MEMS 패키지 제조 방법.
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