KR101367089B1 - 집적 회로들을 위한 구성요소들의 수동 부착을 위한 방법들및 장치 - Google Patents

집적 회로들을 위한 구성요소들의 수동 부착을 위한 방법들및 장치 Download PDF

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니르말 샤르마
버질 아라라오
레오나르도 티. 막판타이
레이몬드 더블유. 엥겔
윌리엄 피. 테일러
컬스튼 두그
제이 가뇽
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알레그로 마이크로시스템스, 엘엘씨
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Abstract

방법들과 장치는 리드 프레임에 연결된 집적 구성요소를 갖는 센서를 제공한다. 센서는 상기 집적 구성요소로부터 다이의 반대측 상에 있는 외부 리드들을 포함한다. 리프 프레임은 와전류들을 감소시키기 위한 슬롯을 포함한다.

Description

집적 회로들을 위한 구성요소들의 수동 부착을 위한 방법들 및 장치{METHODS AND APPARATUS FOR PASSIVE ATTACHMENT OF COMPONENTS FOR INTEGRATED CIRCUITS}
본 발명은 집적 회로들을 위한 구성요소들의 수동 부착을 위한 방법들 및 장치에 관한 것이다.
반도체 패키지를 위한 다양한 기술들은 당해 기술 분야에서 잘 알려져 있다. 일반적으로, 웨이퍼로부터 다이를 절단하고 가공하여 리드 프레임에 부착한다. 집적회로(IC) 패키지의 조립 이후에, 상기 IC 패키지는 커패시터들, 저항들 및 인덕터들과 같은 수동 소자들을 포함하는 다른 구성요소들과 함께 회로 보드 상에 배치될 수 있다. 이러한 수동 소자들은, 이와 유사한 것을 필터링할 수 있으며, 센서와 인접한 회로 보드의 추가, 또는 존재할 수 있는 회로 보드 상에서의 고정이 필요할 수 있다.
당해 기술 분야에서 잘 알려진 바와 같이, 집적회로들(ICs)은 일반적으로 플라스틱 또는 다른 물질로 성형되어 패키지를 형성한다. 예로서 센서들과 같은 이러한 집적회로들은 적절한 작동을 위하여 상기 IC에 연결되는 커패시터들과 같은 외부 구성요소들을 필요로 할 수 있다. 예를 들면, 자기 센서들은, 노이즈를 감소시키고 전자기 호환성(electromagnetic compatibility, EMC)을 향상시키기 위하여 커 패시터들과의 분리를 요구할 수 있다. 그러나, 외부 구성요소들은 인쇄회로기판(PCB) 상에서의 고정 및 추가적인 가공 단계들을 요구한다.
츄(Chew) 등에게 허여된 미국 등록 특허 제5,973,388호는 리드 프레임이 다이를 상기 리드 프레임에 연결시키는 와이어 본드들과 함께 플래그부(flag portion) 및 리드부(lead portion)를 포함하는 기술을 개시하고 있다.
야수나가(Yasunaga) 등에게 허여된 미국 등록 특허 제6,563,199호는 반도체 칩과의 전기적 연결을 위하여 레진에 포함될 수 있는 와이어를 수납하는 리세스를 갖는 리드들을 포함하는 리드 프레임을 개시하고 있다.
미나미오(Minamio) 등에게 허여된 미국 등록 특허 제6,642,609호는 랜드 전극들을 갖는 리드들을 포함하는 리드 프레임을 개시하고 있다. 랜드 리드는 반-절단부(half-cut portion) 및 랜드부를 포함하며, 레진 몰딩 공정에서 레진이 상기 랜드 전극에 접촉하는 것을 방지하기 위하여 상기 랜드 전극들이 밀봉 시트에 접착하도록 경사져 있다.
류(Liu) 등에게 허여된 미국 등록 특허 제6,713,836호는 리드들을 갖는 리드 프레임 및 칩이 본딩될 수 있는 다이 패드를 포함하는 패키징 구조를 개시하고 있다. 수동 소자는 상기 접촉 패드들 사이에 실장된다. 본딩 와이어들은 상기 칩, 수동 소자 및 리드들을 연결시키고, 이들 모두는 밀봉된다.
수(Hsu) 등에 의해 출원된 미국 공개 특허 제2005/0035448호는 캐리어, 다이, 수동 구성요소 및 도전 와이어들을 포함하는 칩 패키지를 개시하고 있다. 상기 수동 구성요소의 전극들은 각각의 도전 와이어들을 통해 파워 및 그라운드에 연결 된다.
본 발명의 특징들 및 기타 이점들은 상세한 설명 및 첨부된 도면들을 참조하여 다양한 실시예들을 상세하게 기술함으로써 더욱 명확하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 집적 커패시터를 갖는 센서를 나타내는 도면이다.
도 2a는 커패시터 및 리드 프레임의 평면도이다.
도 2b는 도 2a의 커패시터 및 리드 프레임의 측면도이다.
도 3a은 도전성 에폭시에 의해 리드 프레임에 고정된 커패시터의 평면도이다.
도 3b는 도 3a의 어셈블리의 측면도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 집적 커패시터들을 갖는 센서의 평면도이다.
도 4b는 도 4a의 센서의 측면도이다.
도 4c는 도 4a의 커패시터들의 평면도이다.
도 4d는 도 4c의 커패시터들의 측면도이다.
도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 집적 커패시터들을 갖는 센서의 평면도이다.
도 4f는 도 4e의 센서의 측면도이다.
도 5는 도 4a의 센서를 제조하기 위한 예시적인 일련의 단계들을 나타내는 흐름도이다.
도 5a는 본 발명의 실시예들에 따른 센서를 제조하기 위한 다른 일련의 단계들을 나타내는 흐름도이다.
도 5b는 본 발명의 실시예들에 따른 센서를 제조하기 위한 또 다른 일련의 단계들을 나타내는 흐름도이다.
도 6a는 본 발명의 실시예들에 따른 리드 프레임에 연결된 커패시터의 평면도이다.
도 6b는 도 6a의 어셈블리의 단면도이다.
도 6c는 도 6a의 어셈블리를 제조하기 위한 예시적인 일련의 단계들을 나타내는 흐름도이다.
도 7a는 리드 프레임에 연결된 커패시터의 평면도이다.
도 7b는 도 7a의 어셈블리의 단면도이다.
도 8a는 리드 프레임에 연결된 커패시터의 평면도이다.
도 8b는 도 8의 어셈블리를 A-A 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 8c는 도 8의 어셈블리를 B-B 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 9a는 리드 프레임에 연결된 커패시터의 평면도이다.
도 9b는 도 9a의 어셈블리를 A-A 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 9c는 도 9a의 어셈블리를 B-B 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 9d는 리드 프레임에 연결된 커패시터의 평면도이다.
도 9e는 도 9d의 어셈블리를 A-A 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 9f는 도 9d의 어셈블리를 B-B 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 9g는 도 9d의 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 10a는 리드 프레임에 연결된 커패시터의 평면도이다.
도 10b는 도 10a의 어셈블리를 A-A 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 10c는 도 10a의 어셈블리를 B-B 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 10d는 도 10a의 어셈블리를 C-C 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 11a는 집적 커패시터들을 갖는 센서의 정면도이다.
도 11b는 도 11a의 센서의 측면도이다.
도 12a는 종래 센서의 정면도이다.
도 12b는 도 12a의 종래 센서의 측면도이다.
도 12c는 도 12a의 종래 센서를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 집적 회로들을 위한 구성요소들의 수동 부착을 위한 방법들 및 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기 실시예들에 설명되는 모든 조합들(combinations)이 본 발명에 있어서 필수 불가결한 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집적 커패시터들(102a, 102b)을 갖는 집적 회로(IC) 패키지(100)를 나타낸다. 도시된 실시예에 있어서, IC 패키지(100)는 관심있는 대상체의 운동에 따라 변화할 수 있는 자기장을 검출하거나 자기장에 변화하는 자기 센서를 갖는 다이(104)를 포함한다. 다이(104) 및 커패시터들(102)은 일련의 리드 핑거들(108)을 갖는 리드 프레임(106) 상에 위치할 수 있다.
이하에서 더욱 자세히 설명되는 실시예들에 따라 하나 또는 그 이상의 커패시터들(102)을 집적시킴으로써, 상기 패키지의 수직 방향, 또는 상기 자기장은, 알려진 센서 패키지들에 비하여, 최소한으로 조밀하거나 조밀하지 않는, 예를 들면, 증가된다. 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이해할 수 있는 바와 같이, 센서 ICs는 상기 센서 패키지와 상기 관심있는 대상체 사이의 거리를 최소화하는 것이 바람직하다.
도 2a 및 도 2b는 리드 프레임(206)에 의해 정의되는 영역(204)에서, 캡톤(KAPTON) 타입과 같은 테이프(202) 상에 배치되는 커패시터(200)를 나타낸다. 더욱 상세하게는, 상기 리드 프레임은 절단 또는 이와 다르게 적절히 처리되어 커패시터(200)를 위한 영역(204)을 형성한다. 커패시터(200)는 상기 리드 프레임 상의 상기 커패시터와 비교할 때 상기 패키지의 수직 치수가 감소되도록 리드 프레임(204)의 표면(208) 아래에 위치한다.
커패시터(200)는 와이어-본딩, 솔더, 도전성 에폭시 등과 같은 적당한 기술을 사용하여 리드 프레임(206)에 전기적으로 연결된다. 실시예들에 있어서, 솔더는 온도 사이클들을 거쳐 열팽창 계수(coefficient of thermal expansion, CTE)의 차이에 의해 발생하는 열팽창에 기인하여 상기 커패시터 또는 리드 프레임과의 계면에서 크랙을 일으킬 수 있으므로, 와이어-본딩 및/또는 도전성 에폭시가 선호될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 리드 프레임(304)의 표면(302)보다 낮게 위치하는 커패시터(300)를 갖는 센서의 다른 실시예를 나타낸다. 도시된 실시예에 있어서, 상기 커패시터의 바닥부(306)는 리드 프레임(304)의 저면(308)보다 낮게 위치한다. 도전성 에폭시(310)는 커패시터(300)를 리드 프레임(304)에 전기적으로 연결시키고 고정시키기 위해 사용된다. 이러한 배열과 함께, 상기 센서를 위한 상기 패키지의 바디가 패키지 두께를 위하여 상기 수직 방향으로 추가적으로 사용될 수 있다. 이러한 방향은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이미 이해하는 바와 같이 자석 센서들의 작동에 중요한 요인이 된다.
예시적인 실시예에 있어서, 커패시터(300)는 리드 프레임(304)보다 낮게 위치하고 상기 리드 프레임에 전기적으로 연결되고 도전성 에폭시(310)에 의해 위치가 고정된다. 일 실시예에 있어서, 커패시터(300)는 리드 프레임(304)의 연장 중심선(312)에 대하여 중심에 위치한다. 즉, 상기 커패시터의 동일한 부분이 상부면(314) 위에 그리고 하부면(316) 아래에 있다. 그러나, 다른 실시예들에 있어서, 커패시터(300)는 리드 프레임(304)에 대하여 중심에 위치하지 않고 다르게 위치할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 커패시터(300)를 리드 프레임(302)에 대하여 위치시키는 어셈블리 고정부(fixture, 350)(도 3b 참조)는 상기 어셈블리 공정 동안 커패시터(300)의 위치를 확보하기 위한 함몰부를 제공하는 트레이(352)를 포함한다. 예로서 실리콘과 같은 다이는 상기 리드 프레임의 또 다른 부분 상에 배치될 수 있으나, 명확성을 위해 도시되지는 않았다. 트레이(352)는 도전성 에폭시(310)가 공급되고 경화되는 동안 상기 커패시터를 리드 프레임(302)에 대하여 원하는 위치로 배치되도록 위치할 수 있다. 상기 에폭시, 또는 다른 연결 수단이 경화되거나 설정된 후, 상기 트레이는 제거될 수 있고 예를 들면, 몰드 컴파운드가 상기 어셈블리에 대하여 몰딩되어 IC 패키지를 형성할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 솔더가 상기 커패시터를 상기 리드 프레임에 전기적으로 연결시키고 고정시키기 위해 사용될 수 있다. 플라스틱 패키지 주입 몰딩 공 정 동안에 존재하는 기계적 힘들을 견딜 수 있는 다른 적당한 물질들이 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 4a 및 도 4b는 제1 및 제2 집적 커패시터들(402a, 402b)을 갖는 IC 패키지(400)의 또 다른 실시예 및 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 치수들을 나타낸다. 다이(404)는 커패시터들(402)이 리드 프레임(406)의 표면(410) 아래에 위치될 수 있는 컷아웃 영역(408)을 갖는 리드 프레임(406)에 연결된다. 플라스틱 또는 다른 물질이 사용되어 상기 어셈블리를 밀봉시키는 몰딩(412)으로 사용될 수 있다.
도 4c 및 도 4d에 도시된 바와 같이, 도시된 실시예에 있어서, 커패시터들(402)은 폴리이미드 테이프(캡톤은 폴리이미드 테이프에 대한 상품명임)와 같은 테이프(414) 상에 도전성 호일과 함께 실장된다. 연속적인 릴을 갖는 테이프 자동 본딩 공정(tape automated bonding process, TAB)은 커패시터들(402)을 위해 사용될 수 있다. 이러한 배열을 가지므로, 상기 어셈블리는 상기 몰딩 공정 동안에 손상되지 않을 것이다. 커패시터들(402)은 리드 프레임 표면(410)보다 낮게 위치하므로, 상기 패키지의 원하는 두께는 상기 리드 프레임 상에 실장된 커패시터를 갖는 패키지와 비교하였을 때 감소된다.
도 4a 및 도 4b의 예시적인 패키지에 있어서, 집적 커패시터들(402a, 402b)을 갖는 IC 패키지(400)는 홀 효과(Hall effect) 센서이다. 당해 기술 분야에서 알려진 바와 같이, 센서(400)는 자기장의 변화들을 모니터함으로써 대상 물체의 이동을 검출하는 데 유용하다.
예시적인 센서 패키지(400)는 약 0.24inch의 길이, 약 0.184inch의 폭 및 0.76inch의 높이, 즉, 두께의 치수들을 갖는다. 리드 프레임(406)은 0.01inch의 두께이고 상기 컷아웃 영역은 약 0.04inch로 상기 리드 프레임 표면 아래에 커패시터들(402)의 배치가 가능하게 된다.
상기 커패시터들에 의해 제공되는 용량성 임피던스는 변화할 수 있다. 일반적으로, 상기 커패시턴스는 약 500pF 내지 약 200nF의 범위 내에 있을 수 있다.
도 4e 내지 도 4f는 본 발명의 실시예들에 따른 와전류들을 감소시키기 위한 제1 슬롯(454)이 구비된 리드 프레임(452)을 갖는 집적 커패시터들(402a, 402b)을 포함하는 또 다른 센서 패키지 실시예(450)를 나타낸다. 다른 실시예들에 있어서, 추가적인 슬롯들(456, 458)이 상기 리드 프레임에 구비될 수 있다. 센서(450)는 도 4a의 센서(400)와 동일한 구성요소들을 포함하며, 동일한 참조부호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
당해 기술 분야에서 알려진 바와 같이, AC 자기장(예를 들면, 전류 운반 도전체를 둘러싸는 자기장)이 존재할 때, AC 와전류들은 도전성 리드 프레임(452)에 유도될 수 있다. 와전류들은 폐루프들을 형성하게 되어 더욱 작은 자기장을 유발함으로써 홀 효과 구성요소는 상기 폐루프가 형성되지 않을 경우에 비하여 더 작은 자기장을 경험하게 되어, 민감도의 저하를 초래한다. 더욱이, 상기 와전류와 관련된 상기 자기장이 상기 홀 효과 구성요소들에 대하여 균일하거나 대칭적이지 않으면 상기 홀 효과 구성요소는 또한 원하지 않는 오프셋 전압을 발생시킬 수 있다.
슬롯(들)(454)은 상기 와전류들이 리드 프레임(452)에서 흐르는 상기 폐루프들의 크기(예를 들면, 직경 또는 경로 길이)를 감소시킨다. 상기 와전류들이 흐르 는 상기 폐루프들의 감소된 크기는 상기 와전류를 유도했던 상기 AC 자기장 상에 더 작은 국부적 영향을 위하여 더 작은 와전류들을 유발시킴을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 홀 효과 구성요소(460)를 갖는 전류 센서의 민감도는 슬롯(들)(454)에 기인하여 와전류들에 의한 영향을 덜 받게 된다.
홀 효과(460)에 대하여 회전하는 와전류 대신에, 슬롯(454)은 상기 홀 구성요소의 각 측면에 와전류들을 유발한다. 상기 와전류들로부터 발생한 상기 자기장들은 추가적이므로, 슬롯이 없을 경우의 단일의 와전류와 비교하여 보면, 전체적인 자기장 크기는, 상기 와전류들의 증가된 근접성에 기인하여 더 낮게 된다.
많은 수의 슬롯들은 특정한 애플리케이션의 요구들을 충족시키기 위하여 다양한 구성들로 형성될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 도 4e의 도시된 실시예에 있어서, 제1, 제2 및 제3 슬롯들(454, 456, 458)이 상기 다이의 중심에 위치하는 홀 효과 구성요소(460)와 관련하여 리드 프레임(452)에 형성된다. 상기 슬롯들은 상기 와전류 흐름들을 감소시키고 상기 센서의 전체 성능을 개선시킨다.
상기 슬롯이라는 용어는 상기 리드 프레임의 도전성을 방해하는 수단들을 일반적으로 커버하는 것으로 넓게 해석되는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들면, 슬롯들은 비교적 높은 밀도로 형성된 더 작은 홀들 뿐만 아니라 몇 개의 비교적 큰 홀들을 포함할 수 있다. 추가적으로, 상기 슬롯이라는 용어는 어떠한 특정 형상을 나타내는 것으로 의도된 것은 아니다. 예를 들면, 슬롯은 예를 들면, 테이퍼 형상, 타원형 형상 등과 같이 규칙적이고 불규칙적인 다양한 형상들을 포함한다. 더욱이, 상기 슬롯(들)의 방향은 변화하는 것으로 이해된다. 또한, 센서의 형태에 따라 상 기 슬롯(들)을 위치시키는 것이 바람직할 수 있다는 것은 명백하다 할 것이다.
슬롯이 형성된 리드 프레임(452)은 예를 들면, 알루미늄, 구리, 금, 티타늄, 텅스텐, 크롬, 및/또는 니켈을 포함하는 적당한 도전성 물질들의 금속 층으로 형성될 수 있다.
도 5는 하나 또는 그 이상의 집적 커패시터들을 갖는 센서를 제공하는 예시적인 일련의 단계들을 갖는 프로세스(500)를 나타낸다. 단계 502에서, 도전성 에폭시는 원하는 위치로 공급되고 단계 504에서 다이는 리드 프레임에 부착된다. 단계 506에서, 커패시터는 상기 도전성 에폭시에 의해 상기 리드 프레임에 부착된다. 상기 어셈블리는 단계 508에서 경화되고 이어서 단계 510에서 리드 핑거들을 상기 다이에 와이어 본딩하게 된다. 이어서, 단계 512에서 상기 어셈블리는 예를 들면 플라스틱 물질로 몰딩되고, 다음으로 마무리 단계 514, 516에서 디플래쉬/플레이팅(deflash/plating) 및 트리밍/싱귤레이션(trimming/singulation)하게 된다.
이와 다르게, 솔더 볼들 및/또는 범프들이 상기 다이에 제공된 후 상기 리드 프레임에 접합되는 플립/칩 접합(flip-chip attachment)이 사용될 수 있다. 커패시터는 상기 리드 프레임에 접합된 후 솔더 리플로우 이후에 상기 어셈블리를 몰딩하게 된다.
도 5a는 도전성 에폭시 대신에 솔더가 사용되는 도 5의 프로세스(500)의 다른 실시예(550)를 나타내며, 동일한 구성요소들은 동일한 참조부호들로 나타낸다. 단계 552에서, 솔더는 단계 554에서의 커패시터들의 접합을 위한 원하는 위치들로 프린트되거나 이와 달리 분사된다. 단게 556에서, 상기 다이는 상기 리드 프레임에 부착되고 이어서 도 5의 경화 단계와 유사하게 경화된다. 도 5b는 와어어 본딩 동안 크랙의 발생을 감소시킬 수 있는 또 다른 실시예(560)를 나타낸다. 단계 562에서, 에폭시가 분사되고 단계 564에서 상기 다이는 부착된다. 상기 에폭시는 이어서 단계 566에서 경화되고 다음으로 단계 568에서 와어어 본딩된다. 이어서, 상기 커패시터는 단계 572에서 부착되고 상기 어셈블리는 단계 574에서 경화되며, 이어서 각각의 단계들 512, 514, 516에서 몰딩, 디플래쉬/플레이팅 및 트리밍/싱귤레이션하게 된다.
도시된 프로세스 실시예들은 예시적임이 이해된다. 추가적으로, 모든 단계들이 도시되지 않았으며, 예를 들면, 일반적으로 상기 패키지를 몰딩한 후에 상기 리드들이 도금되고, 트림(trim)된 후에 형성된다. 또한 상기 커패시터는 한 종류의 솔더로 접합시킬 수 있고 이어서 상기 다이는 다른 종류의 솔더로 플립 칩 접합시킬 수 있다. 더욱이, 상기 프로세스 단계들은 솔더가 더 높은 리플로우 온도를 갖는 경우에 따라 바뀔 수 있다. 상기 더 높은 온도 솔더가 먼저 사용되어야 한다. 상기 다이를 플립 칩 접합한 후 상기 커패시터들을 에폭시로 접합하는 것 역시 가능할 수 있다.
다양한 접합 메커니즘들이 상기 커패시터 및 리드 프레임을 고정하고 전기적으로 연결시키기 위하여 사용될 수 있음이 이해된다. 예시적인 메커니즘들은 테이프와 도전성 에폭시, 솔더, 테이프와 와이어 본드들, TAB(tape automated bonding), 및 비전도성 에폭시와 와이어 본딩을 포함한다.
도 6a 및 도 6b는 다이(604)와 구성요소들(606a, 606b, 606c)이 부착되는 리 드 프레임(602)을 포함하는 반도체 패키지 구조물(600)을 나타낸다. 일반적으로, 커패시터들과 수동 소자들과 같은 구성요소들은 상기 리드 프레임 및 핑거들에 연결될 수 있다. 이러한 배열은 수동 소자들과 같은 구성요소들의 수명 사이클을 개선하고, 노이즈 감소 능력을 개선시키고, 인쇄 회로 기판들 상에 더 큰 공간을 제공한다.
도시된 실시예에 있어서, 일련의 부착되지 않은 리드 핑거들(608a, 608b, 608c)은 리드 프레임(602)과 이격되도록 위치하여 각각의 구성요소들(606a, 606b, 606c)을 통해 핑거-리드 프레임 연결을 가능하게 한다. 다이(604)는 리드 프레임(602)의 상부면(602a) 상에 위치하고 하나 또는 그 이상의 구성요소들(606)은 상기 리드 프레임의 하부면(602b)에 부착된다. 또한 구성요소들(606)은 리드 핑거에 연결되어 리드 핑거(608)를 리드 프레임(602)에 전기적으로 연결시킨다. 예를 들면, 와이어 본드들(610)은 다이(604)와 상기 리드 프레임 사이의 전기적 연결들을 위해 사용될 수 있다.
이러한 배열과 함께, 수동 구성요소 결합은 스크린 프린팅, 디스펜싱, 표면 실장 장치 접합 등과 같은 하나 또는 그 이상의 표면 실장 기술(surface mount technology, SMT) 공정을 사용하여 리드 프레임 패드 상에서 이루어질 수 있다.
리드 프레임(602) 및/또는 리드 핑거들(608)은 에칭, 스탬핑(stamping), 그라인딩 및/또는 이와 유사한 공정에 의해 제조될 수 있다. 수동 구성요소(606) 접합은 싱귤레이션 및 패키지 몸체 몰딩 전에 수행되어 상기 싱귤레이션 공정이 상기 내부 구성요소들의 품질에 악영향을 미치지 않도록 할 수 있다. 당해 기술 분야에 알려지고, 예를 들어 드루셀(Drussel) 등에 허여된 미국 등록 특허 제6,886,247호에 개시된 바와 같이, 싱귤레이션은 기판 물질의 패널에서 상호 접속된 PCB들로부터 인쇄 회로 보드들의 분리를 나타낸다.
도 6c는 도 6a 및 도 6b의 어셈블리를 제조하기 위한 예시적인 일련의 단계들(650)을 나타낸다. 단계 652에서, 상기 다이는 상기 리드 프레임에 부착되고 이어서 단계 654에서 경화된다. 경화 이후에, 와이어 본드들은 단계 656에서 부착되고 이어서 단계 658에서 상기 어셈블리는 몰딩되고 단계 660에서 디플래싱/플레이팅된다. 단계 662에서, 솔더는 프린트되거나 이와 다르게 분사되고 이어서 단계 664에서 상기 커패시터(들)가 부착되고, 솔더 리플로우 및 세척된다. 단계 666에서, 트리밍 및 싱귤레이션이 수행된다. 도시된 실시예에 있어서, 리드 프레임의 구리는 몰딩이 수행된 후에 상기 커패시터를 상기 패키지에 부착시키기 위해 노출된다.
도 7a 및 도 7b는 결합 기술을 이용하여 제공된 일체화된 커패시터(702)를 갖는 어셈블리(700)를 나타낸다. 다이(704)는 리드 프레임(706)의 상부면(706a) 상에서 상기 리드 프레임에 대하여 위치하는 리드 핑거들(708a, 708b, 708c)과 함께 위치한다. 커패시터(702) 또는 다른 구성요소는, 상기 리드 프레임 상의 제1 본딩 패드(710) 상에 배치되는 제1 단부(702a) 및 제1 리드 핑거(708a) 상의 제2 본딩 패드(712) 상에 배치되는 제2 단부(702b)를 갖는다. 상기 리드 프레임은 커패시터(702)를 수납하기 위하여 상기 리드 프레임의 상부면(706a) 아래에 있는 표면을 갖는 다운셋 영역(downset area, 714)을 갖는다. 유사하게, 제1 리드 핑거(708a)는 커패시터의 제2 단부(702b)를 수납하기 위하여 리드 핑거의 상부면(718) 아래에 있는 다운셋 영역(716)을 갖는다.
이러한 배열과 함께, 상기 커패시터의 상부면(720)은 상기 리드 프레임 및 상기 제1 리드 핑거의 다운셋 영역들(714, 716)에 의해 상기 리드 프레임의 상부면(706a)에 대하여 더 낮아지게 된다.
상기 커패시터들에 대한 예시적인 임피던스 범위는 약 500pF 내지 약 100nF이다. 다양한 커패시터 형태들과 부착 기술들이 사용되어 집적 커패시터들을 갖는 센서들을 제공할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 일 실시예에 있어서, 1.6mm의 길이, 0.85mm의 폭 및 0.86mm의 두께의 예시적인 치수들을 갖는 표면 실장 커패시터들이 사용된다.
도 8a 내지 도 8c는 도 2a 및 도 2b의 어셈블리와 동일한 구성요소들을 갖는 다른 실시예(700')를 나타낸다. 다운셋 영역들(714', 716')이 각각의 리드 프레임(706') 및 제1 리드 핑거(708')에서 장방형의 그루브들로 형성된다.
집적 커패시터를 갖는 집적회로는 자신의 입력 또는 출력에서 노이즈 필터링을 요구하는 애플리케이션들을 위해 유용하다. 예를 들면, 홀 효과 장치들과 같은 위치 센서들은 종종 자동차에서 바이패스 커패시터들을 사용한다.
도 9a 내지 도 9c는 제1 및 제2 집적 구성요소들(802, 804)을 갖는 어셈블리의 다른 실시예(800)를 나타낸다. 다이(805)는 리드 프레임(806) 상에 위치하며, 리드 프레임(806)은 상기 리드 프레임으로부터 연장하는 제1 및 제2 리드 핑거들(808a, 808b)을 갖는다. 또한 리드 핑거들(810a-e)은 리드 프레임(806)으로부터 분리되고, 상기 리드 프레임에 대하여 이격된다. 제1 비접촉 리드 핑거(808a)는 상기 리드 핑거의 외측 영역들 상에 제1 및 제2 다운셋 영역들(812a, 812b)을 갖고 제1 및 제2 구성요소들(802, 804)의 단부들을 수납한다. 제1 및 제2 이격 리드 핑거들(810a, 810b)은 각각 다운셋 영역들(814, 816)을 갖고 제1 및 제2 구성요소들의 타단부들을 수납한다. 구성요소들(802, 804)은 도시된 바와 같이 원하는 전기적 연결을 제공한다. 와이어 본드들(818)은 상기 리드 핑거들 및 다이(805) 사이의 전기적 연결들을 제공한다.
도시된 실시예에 있어서, 리드 핑거들(808a, 810a, 810b)은 압인 가공되어 다운셋 영역들(812, 814, 816)을 제공한다. 예를 들면, 커패시터들, 인덕터들, 저항들 등과 같은 상기 구성요소들을 상기 압인 가공된 다운셋 영역들에 배치시킴으로써, 전체 패키지의 두께가 감소된다.
상기 패키지 두께가 감소되므로, 이러한 배열은 자기장 센서를 위한 장점들을 제공한다. 즉, 집적 구성요소를 갖는 본 발명의 센서는 집적 구성요소가 없는 종래의 센서와 동일한 두께를 가질 수 있다. 당해 기술 분야에서 당업자는 상기 자기적 차이(gap)는 자기 센서들을 위한 관심의 대상이 되는 파라미터이며 패키지 두께를 감소시키는 능력은 개선된 자기 센서 설계들을 제공할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 9d 내지 도 9g는 자기 센서와 같은 패키지에 집적된 제1 및 제2 구성요소들(802, 804)을 갖는 어셈블리의 또 다른 실시예(800')를 나타낸다. 실시예(800')는 도 9a 내지 도 9c의 실시예(800)와 유사하며, 동일한 구성요소들은 동일한 참조 부호들로 나타낸다. 구성요소들(802, 804)은 다운셋 영역들이 없는 리드 프레임(806')에 고정된다. 구성요소들(802, 804)은, 다양한 다이 위치들을 상기 리드 핑거들에 연결시키기 위해 사용된 와이어 본드들(818)에 대해 다이(805)의 반대측 상에 위치한다. 구성요소들(802, 804)은, 상기 패키지로부터 연장된 리드들(820)에 대하여 상기 다이의 반대측 상에 있다. 도시된 실시예에 있어서, 구성요소들(802, 804)에 인접한 연결 바들은 상기 최종 패키지로부터 절단되거나 트림(trim)된다. 외부 리드들(820)에 대하여 다이(805)의 반대측 상에 구성요소들(802, 804)을 배치시킴으로써, 더욱 컴팩트한 패키지가 제공된다.
도 10a 내지 도 10d는 도 9d 내지 도 9f의 어셈블리와 유사한 또 다른 실시예(900)를 나타낸다. 상기 구성요소들은 다이(805')에 대하여 상기 리드 프레임의 반대측 상에 배치된다. 이러한 배열은, 센서의 크기를 최적화하기 위하여 자석이 상기 소자의 후면측에 배치되고 상기 리드들이 90도 각도로 기울어져 있는 자기 센서의 사용을 위한 소자를 최적화한다.
도 11a 및 도 11b는, 도 12a 내지 도 12c에 도시된 집적 커패시터를 갖지 않는 종래의 센서에 비하여 감소된 몸체 직경을 갖는 집적 커패시터를 갖는 예시적인 센서 패키지(950)를 나타낸다. 리드들(952)은 패키지 몸체(954) 내에서 상기 리드 프레임으로부터 90도 각도로 기울어져 있다. 일 실시예에 있어서, 외부 리드들(952)은 도 9d에 도시된 바와 같이, 상기 집적 커패시터에 대하여 상기 다이의 반대측 상에 배치된다. 본 발명의 집적 커패시터와 함께, 상기 센서는 감소된 크기의 견고한 노이즈가 필터링되는 솔루션을 제공한다. 예를 들면, 도 11a 및 도 11b 의 센서 패키지(950)는 약 7.6mm의 직경을 갖는 반면, 도 12a 내지 도 12c에 도시된 종래 센서는 9.8mm의 직경을 갖는다.
도 11a 및 도 11b의 패키지(950)를 제조하기 위하여, 상기 리드들은 90도 각도로 구부려져 형성된다. 상기 부품은 몰딩 전의 하우징에 삽입되어 상기 패키지 몸체 및 상기 리드들을 정렬시킨다. 예를 들면, 홀 센서의 경우, 자석과 집속기(concentrator)(도시되지 않음)가 추가될 수 있다. 이어서, 상기 어셈블리가 몰딩된다.
예시적인 실시예들은 자동차와 같은 다양한 애플리케이션에서의 SiP(System-in-Package) 기술을 위해 유용하다. 본 발명의 패키징은 수동 구성요소들의 수명 사이클을 최적화시키고, 노이즈 감소 능력을 개선시키고, 회로 보드들 상에 더욱더 큰 공간을 형성하는 데 기여한다. 추가로, 본 발명은 구성요소들의 위치를 최적화시켜 공간 요구들을 감소시키고 센싱 능력을 개선시킨다.
다른 실시예에 있어서, 센서는 리드 프레임 상에서 센서 구성요소를 갖는 제1 다이와 회로를 갖는 제2 다이 및 적어도 하나의 집적 커패시터를 포함한다. 여기서 개시된 예시적인 실시예들은 홀 효과 센서의 사용에 대하여 언급하고 있지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 다양한 형태의 자기 센서들이 홀 구성요소를 대신하거나 이와 조합으로 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들면, 상기 장치는 이방성 자기저항(anisotropic magnetoresistance, AMR) 센서 및/또는 거대 자기저항(Giant Magnetoresistance, GMR) 센서를 사용할 수 있다. GMR 센서들의 경우에 있어서, 상기 GMR 구성요소는 예를 들면, 선형 스핀 밸브들, 터널링 자기저항(tunneling magnetoresistance, TMT), 또는 초거대 자기저항(colossal magnetoresistance, CMR) 센서와 같은, 다중 물질 적층체들로 이루어진 센서들의 범위를 커버한다. 또 다른 실시예들에 있어서, 상기 센서는 백 바이어스 자석(back bias magnet)을 포함한다. 상기 다이들은 실리콘, 갈륨비소(GaAs), 인듐갈륨비소(InGaAs), 인듐갈륨비소인(InGaAsP), 실리콘게르마늄(SiGe) 또는 다른 적당한 물질로 각각 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들은 압력 센서들, 및 일반적으로 커패시터들과 같은 집적 구성요소들을 갖는 것이 바람직한 비접촉 센서 패키지들을 포함한다.
여기서 개시된 모든 공개 문헌들과 참조 문헌들은 전체로서 본원 발명의 내용에 병합된다.
상기에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (17)

  1. 다이;
    대향하는 제1 및 제2 표면들을 갖고, 상기 제1 표면 상에서 상기 다이를 지지하는 리드 프레임;
    상기 리드 프레임 및 상기 다이에 전기적 연결들을 제공하고, 상기 리드 프레임으로부터 연장하는 적어도 하나의 제1 리드 핑거 및 상기 리드 프레임으로부터 분리 이격된 적어도 하나의 제2 리드 핑거를 갖는 리드 핑거들; 및
    상기 리드 핑거들 중 상기 제1 리드 핑거 및 상기 제2 리드 핑거에 연결되어 IC 패키지의 집적 부품이 되는 구성요소를 포함하는 센서이고,
    상기 센서는 외부 리드들을 포함하고, 상기 외부 리드들은 상기 제1 및 제2 리드 핑거들에 의해 상기 리드 프레임에 연결되는 상기 구성요소에 대하여 상기 다이의 반대측 상에 있고, 상기 외부 리드들은 상기 센서의 일측면으로부터 연장하고,
    상기 구성요소에 연결된 상기 제2 리드 핑거는 패키지 몸체 내부에서 연장하여 적어도 하나의 상기 외부 리드에 연결되는 것을 특징으로 하는 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 리드 프레임은 상기 구성요소가 위치하는 컷아웃 영역(cutout region)을 갖는 것을 특징으로 하는 센서.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 구성요소의 바닥면은 상기 리드 프레임의 제2 표면 아래에 있는 것을 특징으로 하는 센서.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 구성요소는, 상기 구성요소의 동일한 부분들이 각각 상기 제1 표면 상부와 제2 표면 아래에 있도록 상기 리드 프레임의 연장축에 대하여 중심에 위치하는 것을 특징으로 하는 센서.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 센서는 자기 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 구성요소는 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 리드 프레임은 와전류들을 감소시키기 위한 적어도 하나의 슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 자기 센서는 홀 구성요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 자기 센서는 홀 구성요소, AMR 구성요소 및 GMR 구성요소 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 구성요소는 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 외부 리드들에 대하여 상기 다이의 반대측 상에 제2 구성요소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 리드 프레임은 와전류들을 감소시키는 적어도 하나의 슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 센서는 홀 구성요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 리드 프레임은 와전류들을 감소시키는 적어도 하나의 슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 센서는 상기 적어도 하나의 슬롯과 정렬된 홀 구성요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 슬롯은 제1, 제2 및 제3 슬롯들을 포함하고, 상기 제1 슬롯은 상기 홀 구성요소와 정렬되고 상기 제2 및 제3 슬롯들은 상기 홀 구성요소에 대하여 대칭인 것을 특징으로 하는 센서.
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