KR101696644B1 - 3차원 수직 배선을 이용한 ｒｆ 적층 모듈 및 이의 배치 방법 - Google Patents

3차원 수직 배선을 이용한 ｒｆ 적층 모듈 및 이의 배치 방법 Download PDF

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Abstract

3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈의 구조 및 배치방법을 제공한다. , 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈에서 제1 웨이퍼는 적어도 하나의 제1 관통홀 및 제1 RF 소자를 포함한다. 제2 웨이퍼는 제2 RF 소자 및 상기 제1 관통홀과 대응되는 위치에 구비된 적어도 하나의 제2 관통홀을 포함한다. 수직 배선은 상기 제1 관통홀과 상기 제2 관통홀을 연결한다. 관통전극은 상기 제1 관통홀의 하면 또는 상기 제2 관통홀의 상면으로 외부 소자와 연결된다.

Description

3차원 수직 배선을 이용한 ＲＦ 적층 모듈 및 이의 배치 방법{RF STACKED MODULE USING THREE DIMENSION VERTICAL INTERCONNECTION AND ARRANGEMENT METHOD THEREOF}
기술분야는 RF 모듈의 구조 및 이의 배치방법에 관한 것이다.
통신에 사용되는 주파수 대역은 다양하다. 단말기에서 각 주파수 대역을 사용하기 위해서는 각 주파수를 감지할 수 있는 필터가 필요하다. 기존의 단말기는 하나의 주파수 대역을 감지할 수 있으면 되었지만, 통신 기술이 발달됨에 따라 최근의 단말기는 다양한 주파수 대역을 필요로 하게 되었다. 따라서, 다양한 주파수 대역을 감지할 수 있는 필터가 단말기 안에 탑재되어야 한다.
단말기의 필터는 RF 모듈을 이용하여 구성되는데 기존 RF 모듈은 2차원 평면 구조로 형성된다. 그러나 2차원 구조는 고집적화 및 소형화를 추구하는 현재의 요구에는 적절한 대응 방법이라고 할 수 없다. 따라서 공간 사용의 효율을 극대화하고, 디바이스 및 배선에서 발생하는 기생 손실을 최소화할 수 있는 기술이 요구된다.
일 측면에 있어서, 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈은 적어도 하나의 제1 관통홀 및 제1 RF 소자를 포함하는 제1 웨이퍼, 제2 RF 소자 및 상기 제1 관통홀과 대응되는 위치에 구비된 적어도 하나의 제2 관통홀을 포함하는 제2 웨이퍼, 상기 제1 관통홀과 상기 제2 관통홀을 연결하는 수직배선 및 상기 제1 관통홀의 하면 또는 상기 제2 관통홀의 상면으로 외부 소자와 연결되는 관통전극을 포함한다.
다른 일 측면에 있어서, 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈은 상기 제1 관통홀과 상기 제1 RF 소자를 연결하는 제1 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 웨이퍼의 상면은 평평한 구조이며, 상기 제1 RF 소자는 상기 제1 웨이퍼의 평평한 상면에 구비될 수 있다.
상기 제1 웨이퍼의 상면은 소정 영역의 공동(cavity)이 형성된 구조이며, 상기 제1 RF 소자는 상기 공동이 형성된 위치에 구비될 수 있다.
상기 제1 웨이퍼의 상면과 하면은 소정 영역의 공동이 형성된 구조이며, 상기 제1 RF 소자는 상기 제1 웨이퍼의 상면에 형성된 공동에 구비될 수 있다.
상기 제1 웨이퍼의 상면과 하면은 소정 영역의 공동이 형성된 구조이며, 상기 제1 웨이퍼의 상면에 형성된 공동에는 상기 제1 RF 소자가 구비되고, 상기 제1 웨이퍼의 하면에 형성된 공동에는 제3 RF 소자가 구비될 수 있다.
상기 제1 웨이퍼는 서로 다른 RF 기능을 수행하는 복수개의 RF 소자를 포함하여 하나의 웨이퍼 상에서 멀티 어레이를 형성할 수 있다.
또 다른 일 측면에 있어서, 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈은 상기 제1 RF 소자와 상기 제1 웨이퍼의 상부에 위치한 상기 제1 전극을 연결하는 볼 그리드를 더 포함할 수 있다.
또 다른 일 측면에 있어서, 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈은 상기 제1 RF 소자와 상기 제1 웨이퍼의 상부에 위치한 상기 제1 전극을 연결하는 와이어를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 웨이퍼 및 상기 제2 웨이퍼는 유테틱 접합(Eutectic bonding), 비지에이 접합(Ball Grid Array bonding), 퓨전 접합(fusion bonding), 폴리머 접합(polymer bonding) 중 어느 하나를 이용하여 연결될 수 있다.
일 측면에 있어서, 3차원 수직 배선을 이용한 멀티 어레이(multi-array) RF 적층 모듈은 제1 RF 소자 또는 제2 RF 소자의 기능을 수행하는 제1 RF 적층 모듈, 제3 RF 소자 또는 제4 RF 소자의 기능을 수행하는 제2 RF 적층 모듈 및 상기 제1 RF 적층 모듈 및 상기 제2 RF 적층 모듈 하부와 연결되며, 인덕터 또는 캐패시터가 구비된 멀티 어레이 기판을 포함하고,
상기 제1 RF 적층 모듈은 a) 적어도 하나의 제1 관통홀 및 상기 제1 RF 소자를 포함하는 제1 웨이퍼, b) 상기 제2 RF 소자 및 상기 제1 관통홀과 대응되는 위치에 구비된 적어도 하나의 제2 관통홀을 포함하는 제2 웨이퍼, c) 상기 제1 관통홀과 상기 제2 관통홀을 연결하는 수직배선 및 d) 상기 제1 관통홀의 하면 또는 상기 제2 관통홀의 상면으로 연결되는 관통전극을 포함하고,
상기 제2 RF 적층 모듈은 e) 적어도 하나의 제3 관통홀 및 상기 제3 RF 소자를 포함하는 제3 웨이퍼, f) 상기 제4 RF 소자 및 상기 제3 관통홀과 대응되는 위치에 구비된 적어도 하나의 제4 관통홀을 포함하는 제4 웨이퍼, g) 상기 제3 관통홀과 상기 제4 관통홀을 연결하는 수직배선 및 h) 상기 제3 관통홀의 하면 또는 상기 제4 관통홀의 상면으로 연결되는 관통전극을 포함한다.
상기 제1 웨이퍼는 서로 다른 RF 기능을 수행하는 복수개의 RF 소자를 포함하여 하나의 웨이퍼 상에서 멀티 어레이를 형성할 수 있다.
다른 일 측면에 있어서, 3차원 수직 배선을 이용한 멀티 어레이(multi-array) RF 적층 모듈은 3차원 수직 배선을 이용한 복수개의 RF 적층 모듈, 상기 복수개의 RF 적층 모듈이 구비된 멀티 어레이 기판, 상기 복수개의 RF 적층 모듈과 상기 멀티 어레이 기판을 연결하는 제1 연결부 및 상기 멀티 어레이 기판과 인덕터 또는 캐패시터를 포함하는 회로 기판을 연결하는 제2 연결부를 포함한다.
일 측면에 있어서, 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈 배치 방법은 적어도 하나의 제1 관통홀이 형성된 제1 웨이퍼 상부에 제1 RF 소자를 적층하는 단계, 상기 제1 웨이퍼 상부에 제2 웨이퍼를 적층하고, 상기 제1 관통홀과 대응되는 위치에 적어도 하나의 제2 관통홀이 형성된 상기 제2 웨이퍼 상부에 제2 RF 소자를 적층하는 단계, 상기 제1 관통홀과 상기 제2 관통홀을 연결하는 단계 및 상기 제1 관통홀의 하면 또는 상기 제2 관통홀의 상면으로 외부 소자와 연결되는 관통전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제1 RF 소자를 적층하는 단계는 평평한 상기 제1 웨이퍼의 상면에 상기 제1 RF 소자를 적층하고, 상기 제2 RF 소자를 적층하는 단계는 평평한 상기 제2 웨이퍼의 상면에 상기 제2 RF 소자를 적층할 수 있다.
다른 일 측면에 있어서, 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈 배치 방법은 상기 제1 웨이퍼의 상면을 식각하여 제1 공동을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 RF 소자를 적층하는 단계는 상기 제1 공동에 상기 제1 RF 소자를 적층하고, 상기 제2 웨이퍼의 상면을 식각하여 제2 공동을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 제2 RF 소자를 적층하는 단계는 상기 제2 공동에 상기 제2 RF 소자를 적층할 수 있다.
일 측면에 있어서, 3차원 수직 배선을 이용한 멀티 어레이(multi-array) RF 적층 모듈 배치 방법은 인덕터 또는 캐패시터가 구비된 멀티 어레이 기판 상부에 a) 제1 웨이퍼를 적층하는 단계, b) 상기 제1 웨이퍼 상부에 제1 RF 소자를 적층하고, 상기 제1 RF 소자의 주변에 적어도 하나의 제1 관통홀을 형성하는 단계, c) 상기 제1 웨이퍼 상부에 제2 웨이퍼를 적층하고, 상기 제2 웨이퍼 상부에 제2 RF 소자를 적층하며, 상기 제1 관통홀과 대응되는 위치에 적어도 하나의 제2 관통홀을 형성하는 단계, d) 상기 제1 관통홀과 상기 제2 관통홀을 연결하는 단계 및 e) 상기 제1 관통홀의 하면 또는 상기 제2 관통홀의 상면으로 외부 소자와 연결되는 관통전극을 형성하는 단계를 통하여 형성된 상기 제1 RF 소자 또는 상기 제2 RF 소자의 기능을 수행하는 제1 RF 적층 모듈을 적층하고,
f) 상기 멀티 어레이 기판 상부에 제3 웨이퍼를 적층하는 단계, g) 상기 제3 웨이퍼 상부에 제3 RF 소자를 적층하고, 상기 제3 RF 소자의 주변에 적어도 하나의 제3 관통홀을 형성하는 단계, h) 상기 제3 웨이퍼 상부에 제4 웨이퍼를 적층하고, 상기 제4 웨이퍼 상부에 제4 RF 소자를 적층하며, 상기 제3 관통홀과 대응되는 위치에 적어도 하나의 제4 관통홀을 형성하는 단계, i) 상기 제3 관통홀과 상기 제4 관통홀을 연결하는 단계 및 j) 상기 제3 관통홀의 하면 또는 상기 제4 관통홀의 상면으로 외부 소자와 연결되는 관통전극을 형성하는 단계를 통하여 형성된 제3 RF 소자 또는 제4 RF 소자의 기능을 수행하는 제2 RF 적층 모듈을 적층하여 멀티 어레이를 형성할 수 있다.
3차원 수직 배선을 통한 RF 적층 모듈을 이용함으로써 기존 2차원 평면 구조에 비하여 효율적인 공간의 활용이 가능하다.
또한, 3차원 수직 배선을 통한 RF 적층 모듈을 이용함으로써 디바이스 및 배선간에 발생하는 간섭을 최소화할 수 있다.
또한, 3차원 수직 배선을 통한 RF 적층 모듈을 이용함으로써 다양한 주파수를 감지할 수 있는 RF 모듈을 작은 사이즈의 단말에 구비할 수 있다.
또한, 3차원 수직 배선을 이용함으로써 소자 구성을 위한 배선 구조를 단순화할 수 있고, 공정의 단순화를 통하여 재현성 있는 공정 구현이 가능하며, 따라서 공정 재료비를 감소시킬 수 있다.
또한, 멀티 어레이를 이용하여 다양한 RF 모듈의 적층이 가능함으로 다양한 주파수 대역의 플랫폼 제작이 용이하다.
도 1은 일실시예에 따른 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈 구조이다.
도 2는 일실시예에 따른 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈에 구비된 웨이퍼의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 공동이 형성된 웨이퍼에서 RF 소자의 배치 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 3차원 수직 배선을 이용한 멀티 어레이(multi-array) RF 적층 모듈을 나타낸 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈에서 웨이퍼와 RF 소자의 연결 방식을 나타낸 도면이다.
도 6은 다른 일실시예에 따른 3차원 수직 배선을 이용한 멀티 어레이(multi-array) RF 적층 모듈을 나타낸 도면이다.
도 7은 일실시예에 따른 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈과 멀티 어레이 기판 및 회로 기판과의 배선 연결 방식을 나타낸 도면이다.
이하, 일측에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 일실시예에 따른 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈 구조이다.
도 1을 참조하면, 일실시예에 따른 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈(100)은 제1 웨이퍼(110), 제2 웨이퍼(120), 제3 웨이퍼(130), 제N 웨이퍼(140)를 포함한다. 즉, 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈은 N개의 웨이퍼가 적층되어 형성된다.
제1 웨이퍼(110)는 적어도 하나의 제1 관통홀(111,113,115) 및 제1 RF 소자(117)를 포함한다. 제1 관통홀(111,113,115)은 적층된 웨이퍼간에 전극을 연결하기 위해 형성되며 TSV(Through Si Via) 방식을 통해 형성될 수 있다. 제1 관통홀(111,113,115)은 웨이퍼 전체를 완전히 관통하여 형성될 수도 있고, 웨이퍼의 일부 두께만을 관통한 후 웨이퍼의 나머지 두께는 깎아내어 형성될 수도 있다. 이때, 웨이퍼는 DRIE(Deep Reactive Ion Etching) 방식을 통해 관통될 수 있다. 제1 관통홀(111,113,115)은 제2 웨이퍼(120)가 적층되기 전에 형성될 수도 있고, 제2 웨이퍼(120)가 적층된 후에 형성될 수도 있다.
제2 웨이퍼는(120)는 제1 관통홀(111,113,115)과 대응되는 위치에 구비된 적어도 하나의 제2 관통홀 및 제2 RF 소자를 포함한다. 제2 웨이퍼(120)는 적어도 하나의 제2 관통홀을 포함할 수 있다. 이때, 제2 관통홀은 제1 웨이퍼(110)의 관통홀과 수직으로 연결될 수 있는 위치에 형성되어 있다. 제2 관통홀은 적층 구조에서 수직배선(150)이 형성될 수 있도록 제1 관통홀(111,113,115)과 연결되어 있다. 수직배선(150)으로 연결된 제1 관통홀(111,113,115) 및 상기 제2 관통홀은 표면 코팅(surface coating) 또는 필링(filling)을 통하여 전도성 물질이 도금될 수 있다. 제1 RF 소자(117)는 제1 관통홀(111,113,115)과 전극(119)으로 연결될 수 있다. 제3 웨이퍼(130)도 제3 RF 소자 및 제2 관통홀과 대응되는 위치에 구비된 제3 관통홀을 포함한다. 제N 웨이퍼(140)도 제N RF 소자 및 제N-1 관통홀과 대응되는 위치에 구비된 제N 관통홀을 포함한다. 관통홀은 웨이퍼에서 RF 소자 주변에 형성될 수 있다. 이때, 관통홀의 위치는 RF 소자와 관통홀을 통하여 형성되는 수직배선(150)간의 간섭을 고려하여 설정될 수 있다.
또한, 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈(100)은 관통전극(161, 163, 165, 181, 183, 185)을 포함한다. 관통전극(161, 163, 165)은 제1 웨이퍼(110)에 포함된 제1 관통홀(111,113,115)의 하면 에 위치하여, 각 웨이퍼에 위치한 RF 소자들과 외부 소자들간에 신호를 송수신하는 통로 역할을 할 수 있다. 또한, 관통전극(181, 183, 185)은 제N 웨이퍼(140)에 포함된 제N 관통홀(141,143,145)의 상면에 위치하여, 각 웨이퍼에 위치한 RF 소자들과 외부 소자들간에 신호를 송수신하는 통로 역할을 할 수 있다. 즉, 관통전극은 각 웨이퍼에 포함된 관통홀의 하면 또는 상면에 위치할 수 있다.
일실시예에 따른 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈(100)은 적어도 N개의 RF 소자를 포함하는 N개의 웨이퍼가 적층되어 형성된다. 적층된 웨이퍼에는 관통홀이 형성되고, 각 웨이퍼에 위치한 RF 소자는 관통홀을 통하여 형성된 수직배선(150)을 이용하여 외부 소자와 신호를 주고 받을 수 있다. RF 소자는 다양한 주파수 대역의 신호를 필터링 할 수 있는 필터, 송수신 단말기에서 송신 신호와 수신 신호를 분리하는 듀플렉서, 신호의 위상을 제어하는 위상 천이 네트워크(Phase Shift Network), 스위치를 포함할 수 있다.
3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈 배치 방법은 적어도 하나의 제1 관통홀(111,113,115)이 형성된 제1 웨이퍼(110) 상부에 제1 RF 소자(117)를 적층한다. 제1 웨이퍼(110) 상부에 제1 관통홀(111,113,115)과 대응되는 위치에 적어도 하나의 제2 관통홀이 형성된 제2 웨이퍼(120)를 적층하고, 제2 웨이퍼(120) 상부에 제2 RF 소자를 적층한다. 제1 관통홀(111,113,115)과 상기 제2 관통홀을 연결하고, 제1 관통홀(111,113,115)의 하면으로 외부 소자와 연결되는 관통전극(161, 163, 165) 또는 상기 제2 관통홀의 상면으로 외부 소자와 연결되는 관통전극(181, 183, 185)을 형성한다.
도 2는 일실시예에 따른 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈에 구비된 웨이퍼의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈에 구비된 웨이퍼의 구조는 RF 소자가 웨이퍼에 적층된 위치에 따라 메사(MESA) 구조 및 공동(cavity) 구조로 구분될 수 있다. 메사(MESA) 구조는 평평한 웨이퍼(210)의 상면에 RF 소자(220)가 구비되는 구조이다. RF 소자(220)는 웨이퍼 상에 형성된 관통홀과 전극으로 연결되어 RF 소자(220)의 기능을 수행할 수 있다. 공동(cavity) 구조는 먼저 웨이퍼(210)의 일정 영역이 소정 깊이만큼 식각되어 공동(cavity)(230) 또는 그루브(groove)(230)가 형성되고, RF 소자(240)는 형성된 공동(cavity)(230) 또는 그루브(groove)(230)에 구비된다. 공동(cavity) 구조는 복수개의 웨이퍼를 적층하는 경우, RF 소자의 두께만큼 웨이퍼의 식각 깊이를 결정하여 웨이퍼와 웨이퍼 사이의 간격을 최소화함으로써 웨이퍼 간의 적층을 용이하게 해준다.
도 3은 일실시예에 따른 공동이 형성된 웨이퍼에서 RF 소자의 배치 구조를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 웨이퍼에 형성된 공동(cavity)은 웨이퍼의 상, 하면 양면이 소정 깊이만큼 식각되어 양면에 형성될 수 있다. 또한, 웨이퍼에 형성된 공동은 웨이퍼의 상면 또는 하면 중 단면만 소정 깊이만큼 식각되어 단면에 형성될 수 있다.
공동(cavity)이 형성된 웨이퍼에서 RF 소자의 배치 구조는 양면 공동 단면 소자 구조, 양면 공동 양면 소자 구조 및 단면 공동 단면 소자 구조로 구분될 수 있다. 양면 공동 단면 소자 구조는 웨이퍼의 양면에 공동이 형성된 경우, RF 소자(310)를 웨이퍼의 상면에 형성된 공동에 위치시키는 구조이다. RF 소자는 웨이퍼의 하면에 형성된 공동에 위치할 수도 있지만, 형성 방법이 쉽지 않다. 양면 공동 양면 소자 구조는 웨이퍼의 양면에 공동이 형성된 경우, RF 소자(320)를 웨이퍼의 양면에 형성된 공동에 위치시키는 구조이다. 하나의 웨이퍼에 두 개의 RF 소자를 위치 시킬 수 있어서, 웨이퍼의 적층 높이를 낮추고 RF 소자의 집적 효율을 높이고자 할 때 사용할 수 있다. 단면 공동 단면 소자 구조는 웨이퍼의 단면에 공동이 형성된 경우, RF 소자(330)를 단면에 형성된 공동에 위치시키는 구조이다. 소정 영역의 공동은 공동에 위치하게 될 RF 소자의 두께를 고려하여 RF 소자의 두께보다 깊도록 형성될 수 있다. 또한, RF 소자의 단면 또는 양면으로의 위치설정은 RF 영역에서의 소자간 간섭을 고려하여 설정될 수 있다.
웨이퍼와 웨이퍼 사이의 접합(340)은 유테틱 접합(Eutectic bonding), 비지에이 접합(Ball Grid Array bonding), 퓨전 접합(fusion bonding), 폴리머 접합(polymer bonding) 등을 통하여 이루어질 수 있다.
도 4는 일실시예에 따른 3차원 수직 배선을 이용한 멀티 어레이(multi-array) RF 적층 모듈을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈을 구성하는 웨이퍼는 서로 다른 RF 기능을 수행하는 복수개의 소자를 포함하여 하나의 웨이퍼 상에서 멀티 어레이를 형성할 수 있다. 적어도 하나의 RF 소자는 평평한 웨이퍼 또는 공동이 형성된 웨이퍼에 위치할 수 있다. 서로 다른 기능을 수행하는 RF 소자(410,420,430)는 하나의 웨이퍼 상에 위치하여 멀티 어레이(multi-array)를 형성할 수 있다. 멀티 어레이는 다른 기능을 수행하는 RF 소자가 병렬 적으로 배치된 구조를 의미한다. 예를 들면, 하나의 웨이퍼 상에 제1 송수신 단말기의 기능을 수행하기 위해 필요한 안테나, 송신 필터, 수신 필터 및 듀플렉서 기능을 수행하는 RF 소자들이 위치할 수 있다. 또한, 적층된 다른 웨이퍼 상에 다른 주파수 대역 또는 다른 통신 방식의 제2 송수신 단말기의 기능을 수행하기 위한 안테나, 송신 필터, 수신 필터 및 듀플렉서 기능을 수행하는 RF 소자들이 위치할 수 있다. RF 소자가 기능을 수행하는데 필요한 신호는 관통홀을 통하여 연결된 수직배선을 이용하여 전송될 수 있다. 하나의 웨이퍼 상에 위치하는 RF 소자가 많아지면, 웨이퍼 상에 형성되는 관통홀도 비례하여 증가한다.
도 5는 일실시예에 따른 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈에서 웨이퍼와 RF 소자의 연결 방식을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 웨이퍼 상에 위치한 RF 소자는 관통홀과 전극을 통하여 연결된다. 관통홀은 웨이퍼 간에 수직배선을 통하여 연결되어 있다. 관통홀과 연결된 전극(530)은 웨이퍼(540) 상부에 위치할 수 있다. RF 소자(510)는 전극(530)과 볼 그리드(520)를 통하여 연결될 수 있다. 즉, 비지에이 접합(Ball Grid Array Bonding)으로 연결될 수 있다. 또한, RF 소자(510)는 전극(530)과 와이어(550)를 통하여 연결될 수 있다. 즉, 와이어 접합(wire bonding)으로 연결될 수 있다.
도 6은 다른 일실시예에 따른 3차원 수직 배선을 이용한 멀티 어레이(multi-array) RF 적층 모듈을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 3차원 수직 배선을 이용한 멀티 어레이(multi-array) RF 적층 모듈은 복수개의 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈(610,620,630), 인덕터 또는 캐패시터(640) 및 멀티 어레이용 기판(650)을 포함한다.
3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈(610,620,630)은 복수개의 적층된 웨이퍼, 상기 웨이퍼에 위치한 RF 소자, 상기 복수개의 웨이퍼를 수직 배선으로 연결하는 관통홀 및 상기 관통홀과 멀티 어레이용 기판을 연결하는 관통전극을 포함할 수 있다. 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈은 복수개의 RF 소자를 포함하므로, 포함된 RF 소자의 다양한 기능을 수행할 수 있다. 예를 들면, RF 적층 모듈에 포함된 제1 RF 소자가 특정 통신 방식 신호를 수신하는 필터이고, 제2 RF 소자가 다른 통신 방식 신호를 수신하는 필터일 수 있다. 이때, RF 적층 모듈이 탑재된 단말기, 노트북 또는 무선 이동통신을 이용하는 전기기기에서 통신 방식이 변경되면, 동일한 장치에서 변경된 통신 방식으로 전송되는 신호를 수신할 수 있다.
또한, 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈은 웨이퍼에 관통홀이 형성되어 웨이퍼와 웨이퍼간에 수직으로 연결된다. 수직 배선은 RF 적층 모듈의 최하면 또는 최상면에 위치한 관통전극을 통하여 멀티 어레이용 기판과 연결될 수 있다.
인덕터 또는 캐피시터(640)는 노이즈 제거, 임피던스 매칭 및 RF 적층 모듈간의 간섭을 조절하는데 사용될 수 있다.
멀티 어레이용 기판(650)은 복수개의 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈이 적층된 기판으로, 서로 다른 기능을 수행하는 RF 소자가 높은 집적도로 적층될 수 있다.
또한, 3차원 수직 배선을 이용한 멀티 어레이(multi-array) RF 적층 모듈을 구성하는 웨이퍼 상에 복수개의 RF 소자를 위치시킬 수 있다. 웨이퍼 상에 복수개의 RF 소자를 위치시켜 멀티 어레이를 형성할 수 있다. 멀티 어레이를 형성함으로써 서로 다른 기능을 수행하는 RF 소자의 집적도를 높힐 수 있다.
멀티 어레이(multi-array) RF 적층 모듈 배치 방법은 인덕터 또는 캐패시터가 구비된 멀티 어레이 기판 상부에 제1 웨이퍼를 적층하고, 상기 제1 웨이퍼 상부에 제1 RF 소자를 적층하고, 상기 제1 RF 소자의 주변에 적어도 하나의 제1 관통홀을 형성한다. 상기 제1 웨이퍼 상부에 제2 웨이퍼를 적층하고, 상기 제2 웨이퍼 상부에 제2 RF 소자를 적층하며, 상기 제1 관통홀과 대응되는 위치에 적어도 하나의 제2 관통홀을 형성한다. 상기 제1 관통홀이 형성된 후에 상기 제2 관통홀이 형성될 수도 있고, 상기 제1 관통홀은 상기 제2 관통홀이 형성될 때 상기 제2 관통홀의 위치에 대응하여 같이 형성될 수도 있다. 상기 제1 관통홀과 상기 제2 관통홀을 연결하고, 상기 제1 관통홀의 하면 또는 상기 제2 관통홀의 상면으로 외부 소자와 연결되는 관통전극을 형성하여 상기 제1 RF 소자 또는 상기 제2 RF 소자의 기능을 수행하는 제1 RF 적층 모듈을 상기 멀티 어레이 기판 상부에 적층한다. 또한, 상기 멀티 어레이 기판 상부에 제3 웨이퍼를 적층하고, 상기 제3 웨이퍼 상부에 제3 RF 소자를 적층하고, 상기 제3 RF 소자의 주변에 적어도 하나의 제3 관통홀을 형성한다. 상기 제3 웨이퍼 상부에 제4 웨이퍼를 적층하고, 상기 제4 웨이퍼 상부에 제4 RF 소자를 적층하며, 상기 제3 관통홀과 대응되는 위치에 적어도 하나의 제4 관통홀을 형성한다. 상기 제3 관통홀이 형성된 후에 상기 제4 관통홀이 형성될 수도 있고, 상기 제3 관통홀은 상기 제4 관통홀이 형성될 때 상기 제4 관통홀의 위치에 대응하여 같이 형성될 수도 있다. 상기 제3 관통홀과 상기 제4 관통홀을 연결하고, 상기 제3 관통홀의 하면 또는 상기 제4 관통홀의 상면으로 외부 소자와 연결되는 관통전극을 형성하여 제3 RF 소자 또는 제4 RF 소자의 기능을 수행하는 제2 RF 적층 모듈을 적층한다.
도 7은 일실시예에 따른 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈 과 멀티 어레이 기판 및 회로 기판과의 배선 연결 방식을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 3차원 수직 배선을 이용한 복수개의 RF 적층 모듈(710)은 멀티 어레이 기판에 연결된다. 이때, 복수개의 RF 적층 모듈과 상기 멀티 어레이 기판을 연결하는 제1 연결부(730)는 플립 칩(Flip Chip) 또는 비지에이(Ball Grid Array, BGA) 방식으로 연결될 수 있다. 3차원 수직 배선을 이용한 복수개의 RF 적층 모듈(710)을 구성하는 각 웨이퍼에 형성된 관통홀(720,722,724,726,728) 및 관통홀과 연결되어 최하단 웨이퍼의 하면에 위치한 관통전극은 제1 연결부(730)를 통하여 멀티 어레이 기판(750)과 연결될 수 있다. 또한, 각 웨이퍼에 형성된 관통홀(720,722,724,726,728) 및 관통홀과 연결되어 최상단 웨이퍼의 상면에 위치한 관통전극은 제1 연결부(730)를 통하여 멀티 어레이 기판(750)과 연결될 수 있다. 멀티 어레이 기판(750)은 3차원 수직 배선을 이용한 복수개의 RF 적층 모듈(710)의 구조 상 웨이퍼의 상단에 위치할 수 있다. 따라서, RF 소자는 관통홀을 통한 수직배선으로 상부의 멀티 어레이 기판(750)과 연결되어 기능 수행에 필요한 신호를 전송 받을 수 있다.
멀티 어레이 기판(750)과 인덕터 또는 캐패시터를 포함하는 회로 기판은 제2 연결부(760)로 연결된다. 제2 연결부(760)는 멀티 어레이 기판(750)과 회로 기판을 플립 칩(Flip Chip) 또는 비지에이(Ball Grid Array, BGA) 방식으로 연결할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (17)

  1. 복수의 관통홀들 및 제1 RF 소자를 포함하는 제1 웨이퍼;
    제2 RF 소자 및 상기 제1 웨이퍼의 복수의 관통홀들과 대응되는 위치에 구비된 복수의 관통홀들을 포함하는 제2 웨이퍼;
    상기 제1 웨이퍼의 복수의 관통홀들의 하면 또는 상기 제2 웨이퍼의 복수의 관통홀들의 상면으로 외부 소자와 연결되는 복수의 관통전극들; 및
    상기 제1 웨이퍼와 상기 제2 웨이퍼 각각의 제1 관통홀을 통해 상기 제2 RF 소자가 아닌 상기 제1 RF 소자만을 제1 관통전극과 접속하는 제1 수직배선 및 상기 제1 웨이퍼와 상기 제2 웨이퍼 각각의 제2 관통홀을 통해 상기 제1 RF 소자가 아닌 상기 제2 RF 소자만을 접속하는 제2 수직배선을 포함하는 복수의 수직배선들
    을 포함하는 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 관통홀과 상기 제1 RF 소자를 연결하는 제1 전극
    을 더 포함하는 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 웨이퍼의 상면은 평평한 구조이며,
    상기 제1 RF 소자는 상기 제1 웨이퍼의 평평한 상면에 구비되는 것을 특징으로 하는 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 웨이퍼의 상면은 소정 영역의 공동(cavity)이 형성된 구조이며,
    상기 제1 RF 소자는 상기 공동이 형성된 위치에 구비되는 것을 특징으로 하는 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 웨이퍼의 상면과 하면은 소정 영역의 공동이 형성된 구조이며, 상기 제1 RF 소자는 상기 제1 웨이퍼의 상면에 형성된 공동에 구비되는 것을 특징으로 하는 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 웨이퍼의 상면과 하면은 소정 영역의 공동이 형성된 구조이며, 상기 제1 웨이퍼의 상면에 형성된 공동에는 상기 제1 RF 소자가 구비되고, 상기 제1 웨이퍼의 하면에 형성된 공동에는 제3 RF 소자가 구비된 것을 특징으로 하는 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 웨이퍼는
    서로 다른 RF 기능을 수행하는 복수개의 RF 소자를 포함하여 하나의 웨이퍼 상에서 멀티 어레이를 형성하는 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 웨이퍼 및 상기 제2 웨이퍼는
    유테틱 접합(Eutectic bonding), 비지에이 접합(Ball Grid Array bonding), 퓨전 접합(fusion bonding), 폴리머 접합(polymer bonding) 중 어느 하나를 이용하여 연결되는 것을 특징으로 하는 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전극은 상기 제1 웨이퍼의 상부에 구비되며,
    상기 제1 RF 소자와 상기 제1 전극을 연결하는 볼 그리드
    를 더 포함하는 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전극은 상기 제1 웨이퍼의 상부에 구비되며,
    상기 제1 RF 소자와 상기 제1 전극을 연결하는 와이어
    를 더 포함하는 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈.
  11. 제1 RF 소자 또는 제2 RF 소자의 기능을 수행하는 제1 RF 적층 모듈;
    제3 RF 소자 또는 제4 RF 소자의 기능을 수행하는 제2 RF 적층 모듈; 및
    상기 제1 RF 적층 모듈 및 상기 제2 RF 적층 모듈 하부와 연결되며, 인덕터 또는 캐패시터가 구비된 멀티 어레이 기판을 포함하고,
    상기 제1 RF 적층 모듈은,
    a) 적어도 하나의 제1 관통홀 및 상기 제1 RF 소자를 포함하는 제1 웨이퍼;
    b) 상기 제2 RF 소자 및 상기 제1 관통홀과 대응되는 위치에 구비된 적어도 하나의 제2 관통홀을 포함하는 제2 웨이퍼;
    c) 상기 제1 관통홀과 상기 제2 관통홀을 연결하는 수직배선; 및
    d) 상기 제1 관통홀의 하면 또는 상기 제2 관통홀의 상면으로 연결되는 관통전극을 포함하고,
    상기 제2 RF 적층 모듈은,
    e) 적어도 하나의 제3 관통홀 및 상기 제3 RF 소자를 포함하는 제3 웨이퍼;
    f) 상기 제4 RF 소자 및 상기 제3 관통홀과 대응되는 위치에 구비된 적어도 하나의 제4 관통홀을 포함하는 제4 웨이퍼;
    g) 상기 제3 관통홀과 상기 제4 관통홀을 연결하는 수직배선; 및
    h) 상기 제3 관통홀의 하면 또는 상기 제4 관통홀의 상면으로 연결되는 관통전극을 포함하는,
    3차원 수직 배선을 이용한 멀티 어레이(multi-array) RF 적층 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 웨이퍼는
    서로 다른 RF 기능을 수행하는 복수개의 RF 소자를 포함하여 하나의 웨이퍼 상에서 멀티 어레이를 형성하는 3차원 수직 배선을 이용한 멀티 어레이(multi-array) RF 적층 모듈.
  13. 3차원 수직 배선을 이용한 복수개의 RF 적층 모듈;
    상기 복수개의 RF 적층 모듈이 구비된 멀티 어레이 기판;
    상기 복수개의 RF 적층 모듈과 상기 멀티 어레이 기판을 연결하는 제1 연결부; 및
    상기 멀티 어레이 기판과 인덕터 또는 캐패시터를 포함하는 회로 기판을 연결하는 제2 연결부
    를 포함하는 3차원 수직 배선을 이용한 멀티 어레이(multi-array) RF 적층 모듈.
  14. 적어도 하나의 제1 관통홀이 형성된 제1 웨이퍼 상부에 제1 RF 소자를 적층하는 단계;
    상기 제1 웨이퍼 상부에 상기 제1 관통홀과 대응되는 위치에 적어도 하나의 제2 관통홀이 형성된 제2 웨이퍼를 적층하고, 상기 제2 웨이퍼 상부에 제2 RF 소자를 적층하는 단계;
    상기 제1 관통홀과 상기 제2 관통홀을 연결하는 단계; 및
    상기 제1 관통홀의 하면 또는 상기 제2 관통홀의 상면으로 외부 소자와 연결되는 관통전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈 배치 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 RF 소자를 적층하는 단계는 평평한 상기 제1 웨이퍼의 상면에 상기 제1 RF 소자를 적층하고,
    상기 제2 RF 소자를 적층하는 단계는 평평한 상기 제2 웨이퍼의 상면에 상기 제2 RF 소자를 적층하는 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈 배치 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1 웨이퍼의 상면을 식각하여 제1 공동을 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제1 RF 소자를 적층하는 단계는 상기 제1 공동에 상기 제1 RF 소자를 적층하고,
    상기 제2 웨이퍼의 상면을 식각하여 제2 공동을 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제2 RF 소자를 적층하는 단계는 상기 제2 공동에 상기 제2 RF 소자를 적층하는 3차원 수직 배선을 이용한 RF 적층 모듈 배치 방법.
  17. 인덕터 또는 캐패시터가 구비된 멀티 어레이 기판 상부에
    a) 제1 웨이퍼를 적층하는 단계;
    b) 상기 제1 웨이퍼 상부에 제1 RF 소자를 적층하고, 상기 제1 RF 소자의 주변에 적어도 하나의 제1 관통홀을 형성하는 단계;
    c) 상기 제1 웨이퍼 상부에 제2 웨이퍼를 적층하고, 상기 제2 웨이퍼 상부에 제2 RF 소자를 적층하며, 상기 제1 관통홀과 대응되는 위치에 적어도 하나의 제2 관통홀을 형성하는 단계;
    d) 상기 제1 관통홀과 상기 제2 관통홀을 연결하는 단계; 및
    e) 상기 제1 관통홀의 하면 또는 상기 제2 관통홀의 상면으로 외부 소자와 연결되는 관통전극을 형성하는 단계
    를 통하여 형성된 상기 제1 RF 소자 또는 상기 제2 RF 소자의 기능을 수행하는 제1 RF 적층 모듈을 적층하고,
    f) 상기 멀티 어레이 기판 상부에 제3 웨이퍼를 적층하는 단계;
    g) 상기 제3 웨이퍼 상부에 제3 RF 소자를 적층하고, 상기 제3 RF 소자의 주변에 적어도 하나의 제3 관통홀을 형성하는 단계;
    h) 상기 제3 웨이퍼 상부에 제4 웨이퍼를 적층하고, 상기 제4 웨이퍼 상부에 제4 RF 소자를 적층하며, 상기 제3 관통홀과 대응되는 위치에 적어도 하나의 제4 관통홀을 형성하는 단계;
    i) 상기 제3 관통홀과 상기 제4 관통홀을 연결하는 단계; 및
    j) 상기 제3 관통홀의 하면 또는 상기 제4 관통홀의 상면으로 외부 소자와 연결되는 관통전극을 형성하는 단계
    를 통하여 형성된 제3 RF 소자 또는 제4 RF 소자의 기능을 수행하는 제2 RF 적층 모듈을 적층하여 멀티 어레이를 형성하는 3차원 수직 배선을 이용한 멀티 어레이(multi-array) RF 적층 모듈 배치 방법.
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