KR102460754B1 - 소자 패키지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 기판, 상기 기판에 배치된 소자, 상기 소자를 수용하는 캡, 상기 기판과 상기 캡을 접합하는 접합부, 및 상기 접합부의 양 측에 배치된 차단부를 포함하는 소자 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

소자 패키지 및 그 제조방법{ELEMENT PACKAGE AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}
본 개시는 소자 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 이동통신기기의 급속한 발달에 따라, 초소형 필터, 오실레이터 등의 수요가 증대되고 있다. 이러한 초소형 필터, 오실레이터 등을 구현하는 수단으로는, 예컨대, 벌크 음향 공진기(Bulk Acoustic Wave: BAW resonator)가 알려져 있다. 벌크 음향 공진기는 저가의 대량 생산이 가능하며 초소형으로 구현할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 필터의 주요한 특성인 높은 품질 계수(Quality factor)를 얻을 수 있고, 마이크로주파수 대역에서도 사용이 가능한 장점도 있다.
일반적으로, 벌크 음향 공진기는 500℃ 이상의 접합온도에서 공진기(진동자)의 성능이 열화 되기 때문에, 500℃ 이하의 저온에서 기밀 봉지(Hermetic Seal)가 가능하여야 하며, 따라서 열확산접합(Thermal diffusion bonding)이나 용접접합(Eutectic Bonding) 등이 이용되고 있다. 용접접합에는 천이액상접합(Transient Liquid Phase Bonding) 등이 있다.
한편, 용접접합 또는 천이액상접합은 TTV(Total Thickness Value)가 차이가 나는 구조에 적용되는 경우 상하부 압력에 의하여 녹는점이 낮은 물질 또는 금속간 화합물(Inter Metallic Compound)이 액체와 같은 상태에서 스퀴즈(Squeeze)되어 흘러내릴 수 있는바, 접합면이 불균일해질 수 있다. 이러한 접합면의 불균일에 의하여 일부 영역에 크랙이 발생할 수 있으며, 이는 기밀 봉지이 요구되는 접합공정의 수율을 저하시키는 원인이 된다.
이를 해결하기 위하여, 일반적으로 충분한 녹는 물질(Melting Material)을 성막하여 두께 편차를 충분히 보상할 수 있게 눌러주는 방법을 많이 사용하나, 이는 접합 물질의 두께가 높아지는 원인이 되며, 원자재비가 상승하게 된다.
본 개시의 여러 목적 중 하나는 이러한 문제를 해결하는 것으로, 캡과 기판의 두께 산포와 무관하게 적은 양의 접합물질로도 충분히 접합이 가능한 새로운 접합 구조를 가지는 소자 패키지 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 개시를 통하여 제안하는 여러 해결 수단 중 하나는, 기판과 캡을 접합하는 접합부 주위에 접합물질의 흐름을 최소화할 수 있는 차단부를 형성하는 것이다.
예를 들면, 본 개시에 따른 소자 패키지는 기판, 상기 기판에 배치된 소자, 상기 소자를 수용하는 캡, 상기 기판과 상기 캡을 접합하는 접합부, 및 상기 접합부주위에 배치된 차단부를 포함하는 것일 수 있다.
또한, 본 개시에 따른 소자 패키지의 제조방법은 기판의 일면에 소자를 형성하는 단계 및 상기 기판에 상기 소자를 수용하는 캡을 접합하는 단계를 포함하며, 상기 접합하는 단계는 상기 기판과 상기 캡을 접합하는 접합부를 형성하는 방법으로 수행되며, 상기 접합하는 단계에서 상기 기판 또는 상기 캡에 형성된 차단부에 의하여 상기 접합부 형성물질의 흐름이 차단되는 것일 수 있다.
본 개시의 여러 효과 중 일 효과로서, 캡과 기판의 두께 산포와 무관하게 적은 양의 접합물질로도 충분히 접합이 가능한 새로운 접합 구조를 가지는 소자 패키지 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 전자기기 모듈의 일례를 개략적으로 도시한 평면도다.
도 2는 소자 패키지의 일례를 개략적으로 도시한 단면도다.
도 3은 도 2의 A 부위를 확대하여 개략적으로 도시한 단면도 일례이다.
도 4는 도 2의 A 부위를 확대하여 개략적으로 도시한 다른 단면도 일례이다.
도 5는 도 2의 A 부위를 확대하여 개략적으로 도시한 다른 단면도 일례이다.
도 6-7은 소자 패키지의 제조 일례를 개략적으로 도시한 단면도다.
도 8은 도 6-7의 A 부위의 제조 일례를 개략적으로 도시한 단면도다.
도 9는 도 6-7의 A 부위의 다른 제조 일례를 개략적으로 도시한 단면도다.
도 10은 도 6-7의 A 부위의 다른 제조 일례를 개략적으로 도시한 단면도다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 개시의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 개시의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 개시의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 개시를 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 더 하여 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
전자기기 모듈
도 1은 전자기기 모듈의 일례를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도면을 참조하면, 전자기기 모듈(1100)에는 다양한 종류의 전자 부품들이 사용되는 것을 알 수 있다. 예를 들면, 전자기기 모듈(1100)의 인쇄회로기판(PCB, 1110) 상에 집적회로(IC) 칩(1120)을 중심으로, 그 주위에 다양한 수동 부품(1140, 1150)과 소자 패키지(1130) 등이 실장 될 수 있다. 이들은 회로(1111)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있으며, 각종 신호 등이 이를 통하여 송/수신될 수 있다.
집적회로(IC) 칩(1120)은 휘발성 메모리(예컨대, DRAM), 비-휘발성 메모리(예컨대, ROM), 플래시 메모리 등의 메모리 칩; 센트랄 프로세서(예컨대, CPU), 그래픽 프로세서(예컨대, GPU), 디지털 신호 프로세서, 암호화 프로세서, 마이크로 프로세서, 마이크로 컨트롤러 등의 어플리케이션 프로세서 칩; 아날로그-디지털 컨버터, ASIC(application-specific IC) 등의 로직 칩 등일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니고, 이 외에도 기타 다른 형태의 칩 관련 부품이 포함될 수 있음은 물론이다. 또한, 이들이 조합될 수도 있음은 물론이다.
수동 부품(1140, 1150)은 노이즈 제거 등을 목적으로 사용되는 다양한 종류의 필터, 예를 들면, 파워 인덕터(Power Inductor), 고주파 인덕터(HF Inductor), 통상의 비드(General Bead), 고주파용 비드(GHz Bead), 공통 모드 필터(Common Mode Filter) 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 이 외에도 다양한 종류의 커패시터 등의 다른 기타 수동 부품일 수도 있음은 물론이다. 또한, 이들이 조합될 수도 있음은 물론이다.
소자 패키지(1130)는 다양한 종류의 MEMS(Micro Electro Mechanical System)디바이스일 수 있으며, 예를 들면, 벌크 음향(Bulk Acoustic Wave) 디바이스, 표면 탄성파(Surface Acoustic Wave) 디바이스 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이들은 RF 신호의 송수신을 위한 필터로 사용될 수 있다. 본 개시의 소자 패키지가 이러한 RF 필터일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이하에서 설명하는 접합구조가 적용될 수 있는 다른 공지의 소자 패키지일 수도 있다.
전자기기 모듈(1100)은 대표적으로 와이파이(WiFi) 모듈일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 그 외에도 스마트 폰(Smart Phone), 개인용 정보 단말기(personal digital assistant), 디지털 비디오 카메라(digital video camera), 디지털 스틸 카메라(digital still camera), 네트워크 시스템(network system), 컴퓨터(computer), 모니터(monitor), 텔레비전(television), 비디오 게임(video game), 스마트 워치(smart watch) 등의 전자기기에 사용되는 공지의 다른 모듈일 수 있다.
소자 패키지
이하에서는 본 개시의 소자 패키지에 대하여 설명하되, 편의상 벌크 음향 공진기의 구조를 예를 들어 설명하지만, 상술한 바와 같이 다른 다양한 용도의 소자 패키지에도 본 개시의 내용이 적용될 수 있음은 물론이다.
도 2는 소자 패키지의 일례를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도면을 참조하면, 일례에 따른 소자 패키지(100)는 기판(110), 소자(120), 및 캡(140)을 포함한다. 기판(110)과 소자(120) 사이에는 에어 갭(130)이 형성되어 있으며, 소자(120)는 멤브레인층(150) 상에 형성되어 에어 갭(130)을 통해 기판(110)과 이격 되도록 형성되어 있다.
기판(110)은 실리콘(Si) 타입의 기판, 고저항 실리콘(HRS) 타입의 기판, 갈륨-비소(Ge-As) 타입의 기판, 유리 기판, 세라믹 기판, 또는 SOI(Silicon On Insulator) 타입의 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
소자(120)는 제1 전극(121), 압전층(123) 및 제2 전극(125)을 포함한다. 소자(120)는 아래에서부터 제1 전극(121), 압전층(123) 및 제2 전극(125)이 순서대로 적층되어 형성될 수 있다. 따라서 제1 전극(121)과 제2 전극(125) 사이에 압전층(123)이 배치될 수 있다. 소자(120)는 멤브레인층(150) 상에 형성되므로, 결국 기판(110)의 상부에는 멤브레인층(150), 제1 전극(121), 압전층(123), 및 제2 전극(125)이 순서대로 형성된다.
소자(120)는 제1 전극(121)과 제2 전극(125)에 인가되는 신호에 따라 압전층(123)을 공진시켜 공진 주파수 및 반공진 주파수를 발생시킬 수 있다. 제1 전극(121) 및 제2 전극(125)은 금, 몰리브덴, 루테늄, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 크롬, 니켈 등과 같은 금속으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
소자(120)는 압전층(123)의 음향파를 이용한다. 예를 들어, 제1 전극(121)과 제2 전극(125)에 신호가 인가되면, 압전층(123)의 두께 방향으로 기계적 진동이 발생되어 음향파가 생성된다. 여기서, 압전층(123)에는 산화 아연(ZnO), 질화 알루미늄(AlN) 및 쿼츠(Quartz) 등이 포함될 수 있다.
압전층(123)의 공진 현상은 인가된 신호 파장의 1/2이 압전층(123)의 두께와 일치할 때 발생한다. 공진 현상이 발생할 때, 전기적 임피던스가 급격하게 변하므로 본 개시의 실시예에 따른 음향 공진기는 주파수를 선택할 수 있는 필터로 사용될 수 있다. 공진 주파수는 압전층(123)의 두께, 압전층(123)을 감싸고 있는 제1 전극(121)과 제2 전극(125), 및 압전층(123)의 고유 탄성파 속도 등에 의해 결정된다. 일 예로 압전층(123)의 두께가 얇으면 얇을수록 공진 주파수는 커지게 된다.
소자(120)는 보호층(127)을 더 포함할 수 있다. 보호층(127)은 제2 전극(125)의 상부에 형성되어 제2 전극(125)이 외부 환경에 노출되는 것을 방지한다. 제1 전극(121)과 제2 전극(125)은 압전층(123)의 외측에 형성되고, 각각 제1 접속 전극(180)와 제2 접속 전극(190)이 연결된다. 제1 접속 전극(180)와 제2 접속 전극(190)는 공진기와 필터 특성을 확인하고 필요한 주파수 트리밍을 수행하기 위해 구비될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
소자(120)는 품질 계수(Quality Factor)를 향상시키기 위하여 에어 갭(130)을 통해 기판(110)과 이격 배치될 수 있다. 예를 들어, 소자(120)와 기판(110) 사이에는 에어 갭(130)이 형성되어 압전층(123)에서 발생되는 음향파(Acoustic Wave)가 기판(110)의 영향을 받지 않도록 할 수 있다. 또한, 에어 갭(130)을 통하여 소자(120)에서 발생하는 음향파의 반사특성이 향상될 수 있다. 에어 갭(130)은 빈 공간으로서 임피던스가 무한대에 가까우므로, 음향파는 에어 갭(130)으로 손실되지 않고, 소자(120) 내에 잔존할 수 있다. 따라서, 에어 갭(130)을 통해 종 방향의 음향파의 손실을 감소시킴으로써 소자(120)의 품질 계수(High Quality Factor) 값을 개선시킬 수 있다.
기판(110)의 하부면에는 기판(110)을 관통하는 비아 홀(112)이 다수 개 형성된다. 그리고 각 비아 홀(112)의 내부에는 접속 도체(115a, 115b)가 형성된다. 접속 도체(115a, 115b)는 비아 홀(112)의 내부면 즉 내벽(112a, 112b) 전체에 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 접속 도체(115a, 115b)는 일단이 기판(110)의 하부면에 형성된 외부 전극(117)에 연결되고, 타단은 제1 전극(121) 또는 제2 전극(125)에 연결된다.
예를 들어, 일례에서는 제1 접속 도체(115a)는 제1 전극(121)과 외부 전극(117)을 전기적으로 연결하고, 제2 접속 도체(115b)는 제2 전극(125)과 외부 전극(117)을 전기적으로 연결한다. 따라서, 제1 접속 도체(115a)는 기판(110)과 멤브레인층(150)을 관통하여 제1 전극(121)에 전기적으로 연결되고, 제2 접속 도체(115b)는 기판(110)과 멤브레인층(150), 그리고 압전층(123)을 관통하여 제2 전극(125)에 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 일례에서는 2개의 비아 홀(112)과, 2개의 접속 도체(115a, 115b)만을 도시하여 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 필요에 따라 더 많은 수의 비아 홀(112)과 접속 도체(115a, 115b)를 구비할 수 있다.
캡(140)은 소자(120)를 외부 환경으로부터 보호하기 구비된다. 캡(140)은 소자(120)가 수용되는 내부 공간을 구비하는 커버 형태로 형성될 수 있다. 따라서, 캡은 측벽(141)이 소자(120)의 주변을 둘러싸는 형태로 기판에 접합된다. 또한, 측벽(141)의 하부면은 기판(110)과 접합되는 접합면(141a)으로 이용될 수 있다. 다만, 이들 사이에 별도의 다른 구성이 추가될 수도 있음은 물론이다. 캡(140)의 재료는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 열경화성 수지, 열가소성 수지 등과 같은 폴리머 물질 등을 포함할 수 있고, 또는 공지의 금속 물질이나 반도체 물질 등을 포함할 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 3은 도 2의 A 부위를 확대하여 개략적으로 도시한 단면도 일례이다.
도면을 참조하면, 일례에 따른 접합부위(A)는 기판(110)과 캡(140)을 접합하는 접합부(170) 및 접합부(170) 주위에 배치된 차단부(160)를 포함한다. 접합부(170)는 기판(110)에 형성된 제1 접합층(171) 및 제1 접합층(171)을 덮으며 차단부(160)와 접하는 제2 접합층(172)을 포함한다. 차단부(160)는 기판(110)과 캡(140)과 접하는 차단층(161)을 포함한다. 한편, 본 개시에서 사용된 차단이라는 용어는 접합물질의 흐름을 완전히 차단하는 것은 물론이며, 완전히 차단하지는 못하더라도 주위로 퍼지는 것을 최소화하는 것을 포함하는 개념이다.
제1 접합층(171)은 돌기 형상으로 기판(110)에 형성될 수 있으며, 성막 두께는 접합부(170) 보다 얇은바 캡(140)과는 이격될 수 있다. 제1 접합층(171)은 통상 공정접합 또는 천이액상접합에서 사용되는 모 재료(Parent Material), 예컨대 Cu, Au, Ag, Ni, Al, Pb 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 접합층(172)은 제1 접합층(171)을 덮으며 제1 접합층(171)과 차단층(161) 사이를 채운다. 제2 접합층(172)는 기판(110), 캡(140), 제1 접합층(171), 및 차단층(161) 모두와 접할 수 있다. 제2 접합층(172)은 통상 공정접합 또는 천이액상접합에서 사용되는 녹는 재료(Melting Material), 예컨대 Sn, In, Si, Zn, Ge 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 금속일 수도 있으나, 반드시 금속이어야 하는 것은 아니다.
차단층(161)은 제2 접합층(172)이 제1 접합층(171)에 의하여 눌러지는 경우 주위로 퍼지지 않게 막아주는 역할을 수행한다. 일반적으로, 벌크 음향 공진기를 비롯한 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 디바이스는 원자재 웨이퍼가 보유하고 있는 TTV, 공정상에서 일어나는 접합영역의 변형, 및 접합물질의 성막 두께 편차 등에 의하여 접합 공정시에 영역별 단차가 발생할 수 있다. 이 경우 눌러지는 힘의 차이가 발생하게 되며, 그 결과 접합이 잘 일어나는 부분과 잘 일어나지 않는 부분이 발생할 수 있다. 그러나, 차단층(161)의 존재로 제2 접합층(172) 및/또는 제1 및 제2 접합층(171, 172)에 의하여 형성된 금속간 화합물 등이 주위로 퍼지지 않고 접합면에 집중하게 되며, 따라서 적은 접합물질로도 충분한 접합이 가능하게 된다.
차단층(161)은 차단을 방지할 수만 있다면 어떠한 물질로도 형성될 수 있다. 예를 들면, 공지의 수지 물질이나 공지의 금속 물질 등이 이용될 수 있다. 보다 구체적으로는, 접합강도 향상이 가능한바 영구형(Permanent) 에폭시 수지를 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 도면에서는 편의상 제1 접합층(171)이 기판(110)에 형성되고, 제2 접합층(172)이 이를 덮는 형태로 도시하였으며, 이에 대하여 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 이러한 접합구조를 가질 수 있는 것이라면, 제1 접합층(171)이 캡(140)에 형성되고, 제2 접합층(172)이 이를 덮는 형태라도 무관하다. 이는 첨부한 도면을 통하여 통상의 기술자가 충분히 이해할 수 있는바, 자세한 도면은 생략한다. 이는 이하에서도 동일하다.
도 4은 도 2의 A 부위를 확대하여 개략적으로 도시한 단면도 다른 일례이다.
도면을 참조하면, 다른 일례에 따른 접합부위(A) 역시 기판(110)과 캡(140)을 접합하는 접합부(170) 및 접합부(170) 주위에 배치된 차단부(160)를 포함한다. 다만, 접합부(170)는 캡(140)에 형성된 제1 접합층(171) 및 제1 접합층(171)을 덮으며 차단부(160)와 접하는 제2 접합층(172)을 포함한다. 차단부(160)는 기판(110)에 형성된 홈(162)을 포함한다. 제2 접합층(172)는 제1 접합층(171)과 홈(162) 사이를 채운다.
홈(162) 역시 상술한 차단층(161)과 유사하게 제2 접합층(172)이 제1 접합층(171)에 의하여 눌러지는 경우 주위로 퍼지지 않게 막아주는 역할을 수행한다. 즉, 홈(162)의 존재로 제2 접합층(172) 및/또는 제1 및 제2 접합층(171, 172)에 의하여 형성된 금속간 화합물 등이 주위로 퍼지지 않고 접합면에 집중하게 되며, 따라서 적은 접합물질로도 충분한 접합이 가능하게 된다.
홈(162)의 폭(W1)은 제1 접합층(171)의 폭(W2) 보다 클 수 있다. 또한, 홈(162)의 두께는 제1 접합층(171)의 두께 보다 작을 수 있다. 이 경우, 제1 접합층(171)의 제2 접합층(172)을 눌러주는 단부가 홈(162) 내에 배치되게 되어, 성막 두께 편차 등과 무관하게 보다 견고한 접합이 가능해진다.
한편, 도면에서는 편의상 제1 접합층(171)이 캡(140)에 형성되고, 홈(162)이 기판(110)에 형성되며, 제2 접합층(172)이 제1 접합층(171)을 덮고 제1 접합층(171)과 홈(162) 사이를 채우는 형태로 도시하였으며, 이에 대하여 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 이러한 접합구조를 가질 수 있는 것이라면, 제1 접합층(171)이 기판(110)에 형성되고, 홈(162)이 캡(140)에 형성되며, 제2 접합층(172)이 제1 접합층(171)을 덮고 제1 접합층(171)과 홈(162) 사이를 채우는 형태라도 무관하다. 이는 첨부한 도면을 통하여 통상의 기술자가 충분히 이해할 수 있는바, 자세한 도면은 생략한다. 이는 이하에서도 동일하다.
도 5은 도 2의 A 부위를 확대하여 개략적으로 도시한 단면도 다른 일례이다.
도면을 참조하면, 다른 일례에 따른 접합부위(A) 역시 기판(110)과 캡(140)을 접합하는 접합부(170) 및 접합부(170) 주위에 배치된 차단부(160)를 포함한다. 다만, 접합부(170)는 캡(140)에 형성된 제1 접합층(171) 및 제1 접합층(171)을 덮으며 차단부(160)와 접하는 제2 접합층(172)을 포함한다. 차단부(160)는 기판(110)과 캡(140)과 접하는 차단층(161) 및 기판(110)에 형성된 홈(162)을 포함한다. 제2 접합층(172)는 제1 접합층(171)과 차단층(161) 사이, 그리고 제1 접합층(171)과 홈(162) 사이를 채운다.
차단층(161)과 홈(162)은 함께 적용될 수도 있으며, 따라서 상술한 일례들에서 설명한 내용이 이에도 모두 적용될 수 있다.
소자 패키지의 제조방법
이하 소자 패키지의 제조 일례에 대하여 설명하되, 상술한 내용과 중복되는 내용은 생략하고 그 차이점을 중심으로 설명한다.
도 6은 소자 패키지의 제조 일례 일부를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도면을 참조하면, 먼저 기판(110) 상에 소자(120)를 형성한다. 소자(120)는 기판(110) 상에 멤브레인층(150), 제1 전극(121), 압전층(123), 제2 전극(125), 및 보호층(127)을 순서대로 적층하여 형성할 수 있다. 맴브레인층(150)을 형성하기 전에 희생층(미도시)을 형성한 후, 추후에 제거하여 에어 갭(130)을 형성할 수 있다. 제1 전극(121)과 제2 전극(125)은 도전층을 형성한 다음, 도전층의 상부에 포토레지스트를 증착하며, 포토리소그래피 공정을 통해 패터닝을 수행한 후, 패터닝 된 포토레지스트를 마스크로 하여 필요한 패턴으로 형성할 수 있다.
제1 전극(121)은 몰리브덴(Mo) 재질로 형성되고, 제2 전극(125)은 루테늄(Ru)으로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 금, 루테늄, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 크롬, 니켈 등 필요에 따라 다양한 금속이 제1, 제2 전극(121, 125)으로 이용될 수 있음은 물론이다. 압전층(123)은 질화 알루미늄(AlN)으로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 산화 아연(ZnO)이나 쿼츠(Quartz) 등 다양한 압전 재질이 이용될 수 있다. 보호층(127)은 절연 물질로 형성될 수 있다. 여기서 절연 물질로는 실리콘 옥사이드 계열, 실리콘 나이트라이드 계열 및 알루미늄 나이트라이드 계열의 물질이 포함될 수 있다.
이어서, 제1 전극(121)과 제2 전극(125)에 주파수 트리밍을 위한 접속 전극(180, 190)을 형성한다. 접속 전극(180, 190)은 제1, 제2 전극(121, 125)의 상부에 형성되며, 보호층(127)이나 압전층(123)을 관통하여 전극에 접합된다. 제1 접속 전극(190)은 식각을 통해 보호층(127)과 압전층(123)을 부분적으로 제거하여 제1 전극(121)을 외부로 노출시킨 후, 금(Au) 또는 구리(Cu) 등을 제1 전극(121) 상에 증착하여 형성할 수 있다. 마찬가지로, 제2 접속 전극(190)은 식각을 통해 보호층(127)을 부분적으로 제거하여 제2 전극(125)을 외부로 노출시킨 후, 금(Au) 또는 구리(Cu) 등을 제2 전극(125) 상에 증착하여 형성할 수 있다.
이어서, 접속 전극들(180, 190)을 이용하여 소자(120)와 필터 특성을 확인하고 필요한 주파수 트리밍을 수행한 후, 에어 갭(130)을 형성한다. 에어 갭(130)은 희생층을 제거함에 따라 형성되며, 이에 소자(120), 즉 공진부가 완성된다.
다음으로, 소자(120)를 외부 환경으로부터 보호하기 위해 캡(140)을 형성한다. 캡(140)은 웨이퍼 레벨에서 웨이퍼 본딩을 통해 형성할 수 있다. 즉, 단위 기판(110)이 다수개 배치된 기판 웨이퍼와 캡(140)이 다수개 배치된 캡 웨이퍼를 상호 접합함으로써 일체로 형성할 수 있다. 이 경우, 상호 접합된 기판 웨이퍼와 캡 웨이퍼는 추후에 절단 공정을 통해 절단되어 다수의 개별 소자 패키지로 분리될 수 있다. 이어서, 기판(110) 상에 캡(140)을 안착시킨다. 그리고 가열 가압하여 캡(140)과 기판(110)을 접합한다. 접합 공정에 대해서는 보다 상세히 후술한다.
도 7은 소자 패키지의 제조 일례 일부를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도면을 참조하면, 다음으로, 기판(110)에 비아 홀(112)을 형성한 후, 비아 홀(112)의 내부에 접속 도체(115a, 115b)를 형성한다. 접속 도체(115a, 115b)는 비아 홀(112)의 내부면에 도전층을 형성함으로써 제조될 수 있다. 예를 들어, 접속 도체(115a, 115b)는 비아 홀(112)의 내벽(112a, 112b)을 따라 도전성 금속(예컨대 금이나 구리 등)을 증착하거나 도포, 또는 충전하여 형성할 수 있다.
이어서, 기판(110)의 하부면에서 외부 전극(117)을 형성하여 소자 패키지(100)를 완성한다. 외부 전극(117)은 기판(110)의 하부면으로 연장된 접속 도체(115a, 115b)에 형성된다. 외부 전극(117)으로는 Sn 재질의 솔더 볼이 이용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 8은 접속부위(A)의 제조 일례를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도면을 참조하면, 일례에 따른 캡(140)을 기판(110)에 접합하는 공정은, 기판(110)과 캡(140)을 접합하는 접합부(170)를 형성하는 방법으로 수행된다. 이때, 기판(110) 또는 캡(140)에 형성된 차단부(160)에 의하여 접합부(170)의 형성물질의 흐름이 차단된다. 구체적으로, 접합부(170)는 기판(110)에 형성된 제1 접합층(171) 및 캡(140)에 형성된 제2 접합층(172)을 접합하여 형성되며, 이때 차단층(161)에 의하여 제2 접합층(172)의 흐름이 차단된다. 이러한 제1 및 제2 접합층(171, 172)의 접합은 공정접합 또는 천이액상접합으로 수행될 수 있다.
공정접합은 이종간의 재질이 접촉하면 특정한 조성에서 두 재질의 녹는점보다 낮은 온도에서 녹는 현상이 발생하여 금속간 화합물이 형성되어 접합물질의 양면에서 접합이 이루어지는 것을 말한다. 이때, 녹는 점이 상당이 낮은 In, Sn 등을 적용한 CuSn, AuSn 등의 접합공정은 접합공정 중에서도 천이액상접합이라 한다. 공정접합 또는 천이액상접합은 녹는점이 낮은 재질 또는 금속간 화합물이 액체와 같은 상태에서 상하부 압력이 가해지면 스퀴즈 되어 흘러내리기 때문에, 상술한 바와 같이 TTV 차이가 나는 구자, 성막 두께 불균일 등의 경우 접합불량이 발생할 수 있다. 반면, 차단층(160)가 존재하면 이를 방지할 수 있는바, 적은 양의 제1 및 제2 접합층(171, 172) 물질을 사용해서도 충분한 접합이 가능해진다.
도 9는 접속부위(A)의 다른 제조 일례를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도면을 참조하면, 다른 일례에 따른 캡(140)을 기판(110)에 접합하는 공정은, 역시 기판(110)과 캡(140)을 접합하는 접합부(170)를 형성하는 방법으로 수행된다. 이때, 기판(110) 또는 캡(140)에 형성된 차단부(160)에 의하여 접합부(170)의 형성물질의 흐름이 차단된다. 다만, 접합부(170)는 캡(140)에 형성된 제1 접합층(171) 및 기판(110)에 형성된 제2 접합층(172)을 접합하여 형성되며, 이때 홈(162)에 의하여 제2 접합층(172)의 흐름이 차단된다. 이러한 제1 및 제2 접합층(171, 172)의 접합은 공정접합 또는 천이액상접합으로 수행될 수 있다.
도 10는 접속부위(A)의 다른 제조 일례를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도면을 참조하면, 다른 일례에 따른 캡(140)을 기판(110)에 접합하는 공정은, 역시 기판(110)과 캡(140)을 접합하는 접합부(170)를 형성하는 방법으로 수행된다. 이때, 기판(110) 또는 캡(140)에 형성된 차단부(160)에 의하여 접합부(170)의 형성물질의 흐름이 차단된다. 다만, 접합부(170)는 캡(140)에 형성된 제1 접합층(171) 및 기판(110)에 형성된 제2 접합층(172)을 접합하여 형성되며, 이때 기판(110) 또는 캡(140)에 형성된 차단층(161) 및 홈(162)에 의하여 제2 접합층(172)의 흐름이 차단된다. 이러한 제1 및 제2 접합층(171, 172)의 접합은 공정접합 또는 천이액상접합으로 수행될 수 있다.
이상에서 본 개시의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 개시의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 개시의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
예를 들어 전술한 일례에서는 캡을 기판에 부착한 후, 접속 도체를 형성하는 경우를 예로 들었다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 먼저 접속 도체를 형성한 후, 캡을 기판에 부착하는 등 다양한 변형이 가능하다.
또한, 전술한 일례에서는 차단층은 단면이 사각 형상으로 형성되는 경우를 예로 들었으나, 이에 한정되지 않으며 삼각 형상이나 사다리꼴 형상으로 단면을 형성하는 등 다양한 변형이 가능하다.
한편, 본 개시에서 제1, 제2 등의 표현은 한 구성요소와 다른 구성요소를 구분 짓기 위해 사용되는 것으로, 해당 구성요소들의 순서 및/또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 경우에 따라서는 권리범위를 벗어나지 않으면서, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수도 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수도 있다.
또한, 본 개시에서 사용된 일례 라는 표현은 서로 동일한 실시 예를 의미하지 않으며, 각각 서로 다른 고유한 특징을 강조하여 설명하기 위해서 제공된 것이다. 그 러나, 상기 제시된 일례들은 다른 일례의 특징과 결합되어 구현되는 것을 배제하지 않는다. 예를 들어, 특정한 일례에서 설명된 사항이 다른 일례에서 설명되어 있지 않더라도, 다른 일례에서 그 사항과 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 다른 일례에 관련된 설명으로 이해될 수 있다.
또한, 본 개시에서 사용된 용어는 단지 일례를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시를 한정하려는 의도가 아니다. 이때, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
100: 음향 공진기
110: 기판
112: 비아 홀 115a, 115b: 접속 도체
117: 외부 전극 120: 소자
121: 제1 전극 123: 압전층
125: 제2 전극 127: 보호층
130: 에어 갭 131: 희생층
140: 캡 150: 멤브레인층
170: 접합부
171: 제1 접합층 172: 제2 접합층
160: 차단부
161: 차단층 162: 홈
180: 제1 접속 전극 190: 제2 접속 전극

Claims (14)

  1. 기판;
    상기 기판에 배치된 소자;
    상기 소자를 수용하는 캡;
    상기 기판과 상기 캡을 접합하는 접합부; 및
    상기 접합부의 측면 주위에 배치된 차단부; 를 포함하는,
    소자 패키지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 접합부는 상기 기판 및 상기 캡 중 어느 하나에 형성된 제1 접합층, 및
    상기 제1 접합층을 덮고 상기 차단부와 접하는 제2 접합층을 포함하는,
    소자 패키지.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 차단부는 상기 기판 및 상기 캡과 접하는 차단층을 포함하는,
    소자 패키지.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 접합층은 상기 제1 접합층과 상기 차단층 사이를 채우는,
    소자 패키지.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 차단부는 상기 기판 및 상기 캡 중 다른 하나에 형성된 홈을 포함하는,
    소자 패키지.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 접합층은 상기 제1 접합층과 상기 홈 사이를 채우는,
    소자 패키지.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 홈의 폭은 상기 제1 접합층의 폭보다 넓은,
    소자 패키지.
  8. 제2 항에 있어서,
    상기 차단부는 상기 기판 및 상기 캡과 접하는 차단층, 및
    상기 기판 및 상기 캡 중 다른 하나에 형성된 홈을 포함하는,
    소자 패키지.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 접합층은 상기 제1 접합층과 상기 차단층 사이, 및
    상기 제1 접합층과 상기 홈 사이를 채우는,
    소자 패키지.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 홈의 폭은 상기 제1 접합층의 폭보다 넓은,
    소자 패키지.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 소자 패키지는 벌크 음향 공진기(BAW resonator)인,
    소자 패키지.
  12. 기판의 일면에 소자를 형성하는 단계; 및
    상기 기판에 상기 소자를 수용하는 캡을 접합하는 단계; 를 포함하며,
    상기 접합하는 단계는 상기 기판과 상기 캡을 접합하는 접합부를 형성하는 방법으로 수행되며,
    상기 접합하는 단계에서 상기 기판 또는 상기 캡에 형성된 차단부에 의하여 상기 접합부를 형성하는 물질의 적어도 일부의 흐름이 차단되며,
    상기 접합하는 단계 후에 상기 차단부는 상기 접합부의 측면 주위에 배치되는,
    소자 패키지의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 접합부는 상기 기판 및 상기 캡 중 하나에 형성된 제1 접합층 및 상기 기판 및 상기 캡 중 다른 하나에 형성된 제2 접합층을 접합하여 형성되며,
    상기 접합하는 단계에서 상기 차단부에 의하여 상기 제2 접합층의 흐름이 차단되는,
    소자 패키지의 제조방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 접합층의 접합은 공정접합(Eutectic Bonding) 또는 천이액상접합(Transient Liquid Phase Bonding)인,
    소자 패키지의 제조방법.
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