KR19990003304A - 감결합 커패시터가 완전히 기판의 다이 수용 공동 내에 포함된 전자 부품 패키지 - Google Patents

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피터 제프리 브로프만
프란시스 에프. 카포 쥬니어
제이슨 리 프란켈
수레쉬 다모다다스 카다키아
사라 호프스미스 니커보커
스코트 안토니 시코스키
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제프리 엘. 포맨
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Abstract

하나 이상의 다이 수용 공동(die-receiving cavity)이 내부에 형성된 기판을 포함하는 전자 부품 패키지로서, 상기 공동은 다이 수용 표면과 층계형 윤곽(terraced contour)을 가진 내부 측병에 의해 정의되고, 상기 기판은 상기 공동의 둘레에 인접하는 외부 표면을 포함하며, 상기 다이 수용 표면과 상기 기판의 외부 표면 사이에 상기 내부 측병이 연장되어 있으며, 하나 이상의 커패시터가 완전히 상기 공동 내에 배치되어 상기 내측 측벽의 층계 중의 하나의 층에 장착되는 전자 부품 패키지가 개시되어 있다.

Description

감결합 커패시터가 완전히 기판의 다이 수용 공동(die receiving cavity) 내에 포함된 전자 부품 패키지
본 발명은 일반적으로 기판 위에 감결합 커패시터(decoupling capacitors)를 배치하는 것에 관한 것이다.
전자 부품 패키지에는 전형적으로 집적 회로 칩이 장착되는 기판이 이용된다. 어떠한 집적 회로 칩은 상대적으로 큰 용량의 감결합 커패시턴스를 필요로 한다. 마이크로프로세서와 같은 집적 회로 칩은 약 100nf(nanofarads) 정도의 감결합 커패시턴스를 필요로 한다. 전형적으로, 이러한 칩은 기판에 장착되는데, 칩은 기판내에 형성된 공동(cavity) 내에 배치된다. 이러한 기판을 공동 기판(cavity substrate)이라 한다. 공동 기판에 감결합 커패시턴스를 제공하기 위한 종래의 기술로는 기판에 매립되는 커패시터 층을 이용하는 방법이 있다. 이러한 층을 관련기술 분야에서는 얇은 테입(thin tape) 층이라 한다. 이러한 층이 녹색 상태(green state)일 때, 즉 형성은 되었지만 열처리는 되지 않았을 때(formed but not fired), 층들은 전형적으로 약 1.0에서 3.0 mils 사이의 두께가 된다. 이러한 층은 각각의 측면에 강한 금속화(heavy metalization)을 필요로 한다. 따라서, 얇은 테입층이 전극으로서의 역할을 하기 위해서는 층이 매우 얇고 각각의 측면에 많은 양의 금속이 요구되기 때문에, 제조가 어렵고 비용이 많이 든다. 또다른 종래의 기술은 표면 장착 커패시터(surface mounted capacitor)를 이용하는 것이다. 표면 장착 커패시터는 얇은 테잎 층보다는 매우 비용이 적게 든다. 하지만, 전형적으로, 표면장착 커패시터는 기판의 윤곽에 관한 제약에 맞지 않다. 예를 들어, 어떠한 구성에서는 표면 장착 커패시터가 표면 위로 튀어 나와 기판과 칩의 지오메트리 사이에 매우 큰 기하학적인 차이(significant geometrical differences between the substra
te and the geometry of the chip)를 만들게 된다. 이때문에 좀더 긴 핀이나 특별한 소켓 고정용 평면을 이용하여 칩을 꼭 맞추어야 한다.
종래의 한 전자 부품 패키지가 미국 특허 제 5,210,683(683 특허)에 개시되어 있다. '683 특허는 기판 내의 각각의 공동에 커패시터를 배치하는 것에 관하여 설명하고 있다. 각각의 공동은 단지 하나의 커패시터만을 수용하도록 기판 내에 특별히 형성된다. 그러나, '683 특허에서 설명하고 있는 것과 같이 복수의 공동을 가지고 있는 기판을 제조하는데는 비용이 많이 든다. 미국 특허 제 5,081,563호는 기판의 공동 내부에 칩을 배치하는 것에 관하여 설명하고 있다. 그리고나서 박박 구조(thin film structure)는 상부 위에 배치되어 칩을 그밖의 다른 부품들에 접속되도록 한다. 그러나, 이러한 기법도 또한 박막 구조를 요구하기 때문에 구현하기에는 비용이 많이 든다.
감결합 커패시턴스를 공동 기판에 결합시키기 위해서는 고려해야 할 그 밖의 중요한 요소들이 있다. 이러한 요소 중의 하나는 칩에 대한 커패시터의 위치이다. 예를 들어, 커패시터는 칩과 가능한 한 인접하여 있을 때 최적의 성능을 얻을 수 있다. 또하나의 요소는 기판에 장착되어질 실제 칩의 지오메트리와 최종의 기판 설계와의 호환성이다. 또하나의 요소는 커패시터를 배치하기 위한 기판 상의 이용 가능한 공간이다. 전형적으로, 기판에 대형의 집적 회로 칩이 장착되는 경우에 이러한 여유 공간이 제한된다.
따라서, 선행 기술의 이러한 문제점 및 결함을 감안하여, 본 발명의 목적은 감결합 커패시터가 내부에 결합되는 새롭고 개선된 전자 부품 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 하나의 목적은 감결합 커패시터를 포함하는 기판을 이용하고 종래의 전자 부품 패키지보다 제조가 상대적으로 덜 복잡한 새롭고 개선된 전자 부품 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 하나의 목적은 감결합 커패시터를 포함하는 기판을 이용하고 집적 회로를 수용하기 위한 최대의 공간을 제공하는 새롭고 개선된 전자 부품 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 하나의 목적은 감결합 커패시터를 포함하는 기판을 이용하고 종래의 전자 부품 패키지보다 제조하는데 상대적으로 비용이 적게 드는 새롭고 개선된 전자 부품 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명의 그밖의 목적 및 장점들은 본 명세서로부터 일부는 명백해질 것이고 일부는 분명해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 기판의 평면도.
도 2는 도 1의 선 2-2를 따른 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 전자 부품 패키지, 12 : 기판, 14 : 공동(cavity), 16 : 다이 수용 표면(die-receiving surface), 18 : 내부 측벽, 20 : 다이(die), 22 : 외부 표면, 30 : 벽, 62 : 덮개 또는 뚜껑, 64 : 감결합 커패시터(decoupling capacitors)
상술한 목적 및 그 밖의 목적들을 달성하기 위해 관련 기술 분야의 당업자에게는 명백하게 이해되겠지만, 본 발명의 일면에 의하면, 전기 부품 패키지에 있어서, 하나 이상의 다이 수용 공동(die-receiving cavity)이 내부에 형성되어 있는 기판- 상기 공동은 다이 수용 표면 및 층계형 윤곽(terraced contour)을 가지는 내부 측벽(inner sidewa
ll)에 의해 정의되며, 상기 기판은 상기 공동의 둘레에 인접하는 외부 표면을 포함하고, 상기 내부 측벽은 상기 다이 수용 표면과 상기 기판의 외부 표면 사이에 연장된다. 및
완전히 상기 공동 내에 배치되고 상기 기판에 장착되는 하나 이상의 커패시터를 포함하는 전자 부품 패키지가 개시되어 있다.
본 발명의 또다른 면에 의하면, 전자 부품 패키지에 있어서,
하나 이상의 다이 수용 공동이 내부에 형성되어 있는 기판-상기 공동은 다이 수용 표면 및 층계형 윤곽을 가지는 내부 측벽에 의해 정의되며, 상기 기판은 사기 공동의 둘레에 인접하는 외부 표면을 포함하고, 상기 내부 측벽은 상기 다이 수용 표면과 상기 기판의 외부 표면 사이에 연장된다.
완전히 상기 공동 내에 배치되고 상기 내부 측벽의 상기 층계 중의 하나의 층에 장착되는 하나 이상의 커패시터, 및 상기 내부 측벽의 상기 층계 중의 다른 하나의 층에 부착되고 완전히 상기 공동 내에 배치되는 덮개- 상기 덮개는 상기 커패시터와 상기 다이 수용 표면 사이에 배치되며 상기 다이 수용 표면 위에서 확장된다- 를 포함하는 전자 부품 패키지가 개시되어 있다.
본 발명의 또다른 면에 의하면, 전자 부품 패키지에 있어서,
하나 이상의 다이 수용 공동이 내부에 형성되어 있는 기판- 상기 공동은 다이 수용 표면 및 층계형 윤곽을 가지는 내부 측벽에 의해 정의되며, 상기 기판은 상기 공동의 둘레에 인접하는 외부 표면을 포함하고, 상기 내부 측벽은 상기 다이 수용 표면과 사기 기판의 외부 표면 사이에 연장된다-,
완전히 상기 공동 내에 배치되고 상기 다이 수용 표면에 장착되는 하나 이상의 커패시터, 및 상기 기판에 부착되며 완전히 상기 공동 내에 배치되는 덮개 - 상기 덮개는 상기 다이 수용 표면과 커패시터 위에서 확장된다 -를 포함하는 전자 부품 패키지가 개시되어 있다.
본 발명의 또다른 면에 의하면, 전자 부품 패키지에 있어서,
하나 이상의 다이 수용 공동이 내부에 형성되어 있는 기판 - 상기 공동은 다이 수용 표면 및 층계형 윤곽을 가지는 내부 측벽에 의해 정의되며, 상기 기판은 상기 공동의 둘레에 인접하는 외부 표면을 포함하고, 상기 내부 측벽은 상기 다이 수용 표면과 상기 기판의 외부 표면 사이에 연장된다 -,
완전히 상기 공동 내에 배치되고 상기 내부 측벽의 상기 층계 중의 하나의 층에 장착되는 하나 이상의 커패시터, 및 완전히 상기 공동 내에 배치되고 상기 층계 중의 다른 하나의 층에 부착되는 덮개 - 상기 커패시터는 상기 덮개와 다이 수용 표면 사이에 있고, 상기 덮개는 상기 다이 수용 표면과 커패시터 위에서 확장된다 -를 포함하는 전자 부품 패키지가 개시되어 있다.
본 발명의 또다른 면에 의하면, 전자 부품 패키지에 있어서,
하나 이상의 다이 수용 공동이 내부에 형성되어 있는 기판 - 상기 공동은 다이 수용 표면 및 층계형 윤곽을 가지는 내부 측벽에 의해 정의되며, 상기 기판은 상기 공동의 둘레에 인접하는 외부 표면을 포함하고, 상기 내부 측벽은 상기 다이 수용 표면과 상기 기판의 외부 표면 사이에 연장된다 -,
완전히 상기 공동 내에 배치되고 상기 내부 측벽의 상기 층계 중의 하나의 층에 장착되는 하나 이상의 커패시터, 및 완전히 상기 공동 내에 배치되고 상기 층계 중의 다른 하나의 층에 부착되는 덮개 - 상기 커패시터는 상기 덮개와 다이 수용 표면 사이에 있고, 상기 덮개는 상기 다이 수용 표면과 커패시터 위에서 확장된다 -를 포함하는 전자 부품 패키지가 개시되어 있다.
본 발명의 특징들은 신규한 것으로 여겨지며, 특히 본 발명의 특징적인 요소들이 첨부된 청구항에 기재되어 있다. 도면은 예시를 위한 것일 뿐이며, 비율에 따라 도시된 것이 아니다. 그러나, 발명 그 자체는 그 구석와 동작 방법 모두에 있어서 첨부된 도면과 함께 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예를 설명하는데 있어서, 본 발명의 유사한 특징들을 참조하는 데에는 유사한 번호를 이용하여 도면의 도 1 및 도 2를 참조하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 전자 부품 패키지(10)는 다층 기판(multi-layered substrate, 12)를 포함하며, 그 내부에 공동(14)를 형성한다. 공동(14)는 다이 수용 표면(die-recieving surface, 16)과 내부 측벽(18)에 의해 정의된다. 표면(16)은 다이(20)을 수용하고, 거의 수직인 벽(19)에 바로 인접된다. 본 명세서에서 사용하는 용어 다이(die)는 완성된 웨이퍼로부터 절단되거나 다이싱된(diced) 집적회로 칩을 의미하는 것이다. 기판(12)는 또한 공동(14)의 둘레(23)을 둘러 싸거나 또는 둘레(23)에 인접하는 외부 표면(22)를 포함한다.
내부 측벽(18)은 층계형 또는 계단형 윤곽(terraced or staircase contour)으로 이루어지며, 다이 수용 표면(16)과 기판 외부 표면(22)의 사이에서 연장되는 복수개의 평층, 단 또는 층(a plurality of shelves, steps, or terraces, 24, 26, 28)을 정의한다. 각각의 층(24,26,28)실질적으로 평탄하며, 수직 벽부(30,32,34)에 각각 인접한다. 각각의 층은 기판(12)의 층들 중의 하나의 층의 일부를 포함한다. 이는 이하에서 상세히 설명할 것이다.
금속 배선 핀(metal wiring pins, 36)은 외부 표면(22)로부터 수직적으로 연장되어 회로 보드(미도시)의 대응하는 구멍(openings)으로 삽입된다. 배선 핀(36)이 이용되었지만, 이외에도 볼(balls), 컬럼(columns), 솔더(solders) 등과 같은 다른 형태의 입출력 부착물(I/O attachment)이 이용될 수 있다. 배선 본딩 패드(wire bonding pads, 38a, 38c, 38e, 38g와 38b, 38d, 38f, 38h)는 층(24 및 26)에 각각 부착된다. 배선(40)은 다이(20)을 금속 본딩 패드(38a 내지 38h)에 접속시킨다. 패드(38a 내지 38h)는 핀(36), 접지 평면, 또는 전압 평면에 접속될 수 있다. 다이(20)은 또한 배선 본딩 패드가 필요없는 플립 칩일 수도 있다.
도 2를 참조하면, 기판(12)는 복수 개의 수평으로 쌓아 올린, 절연층, 신호층, 기준 전압 층들을 포함한다. 그러나, 층의 기능은 이들외에 다른 것일 수도 있다. 신호 층은 배선 금속화(wiring metalization)을 포함한다. 인접한 신호 층은 하나 이상의 절연 층에 의해 분리된다. 층(40, 42, 50)은 금속화된 재분포 층(metaliaed redistribution layers)이다. 층(44 및 52)는 전기적 접지 층이다. 층(48 및 54)는 전원 전압 층이다. 층(56)은 선정된 재분포 층들을 전기적으로 접촉시키는 수직적의 도전성 관통 비아 컬럼(through-via columns, 미도시)을 포함한다. 금속 층(60)은 층(40) 위에 놓여 열 확산자(heat spreader)로서의 역할을 한다. 전자 부품 패키지(10)는 11개의 층을 포함하는 것으로 도시되어 있지만 (10개의 기판 층과 층(60)), 전자 부품 패키지(10)는 적게는 2개의 층부터 많게는 200개의 층까지 포함할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 2를 다시 참조하면, 공동(14)는 기판(12)를 형성하는 층들의 일부에 의해 정의된다. 다이 수용 표면(16)은 전기적 접지 층(44)의 일부를 포함한다. 공동(14)는 층 또는 평층(24, 26, 28)이 층 (48, 52, 54)의 일부에 의해 각각 형성되는 방식으로 형성된다. 이는 층(46, 48, 50, 52, 54, 56 및 58)을 선정된 길이로 절단한 후에 기판(12)와 공동(14)를 형성하기 위해 그것들을 함께 부착함으로써 이루어진다.
바람직한 실시예에서, 뚜껑 또는 덮개(62, 도 2 참조)는 층 또는 평층(28)에 밀착되어 부착되고 다이(20) 위에 놓여 밀폐되거나 밀폐되지 않은 봉인(seal)을 생성한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 뚜껑(62)는 분리된 감결합 커패시터(64)와 다이(20)의사이에 있다. 바람직하게는, 뚜껑(62)는 플레이트된 코바(plated KovarTM) 또는 알루미나 세라믹으로부터 제조된다. 감결함 커패시터(64)는 또한 뚜껑(62)의 내부의 배선 본드 패드들의 사이에 배치될 수도 있다. 커패시터(64)는 또한 다이(20)에 인접한 표면(60)에 장착될 수 있다. 본 발명에 따라, 개별 감결합 커패시터(discrete decoupling capacitors, 64)는 공동의 내부 측벽(18)의 층 또는 평층(28)에 부착된다. 이러한 구성으로 인해 감결합 커패시터(64)가 다이(20)에 아주 가까이 배치될 수 있게 된다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 구성으로 인해 커패시터(64)가 기판(12)의 외부 표면(22)을 넘어서 튀어 나오는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 커패시터(64)는 회로 보드 또는 카드 상에 전자 부품 패키지(10)을 배치하는 것을 방해할 가능성이 있다. 또한, 세라믹 기판 층을 통하여 커패시터(64)를 다이(20)에 접속하기 때문에 박막 구조의 필요성이 제거된다.
따라서, 본 발명에 따른 전자 부품 패키지(10)는 다음과 같은 이유로 전술한 목적들을 달성한다.
a) 패키지(10)은 다이와 감결합 커패시터를 수용하기 위해 단지 하나의 기판 공동을 필요로 하기 때문에 종래의 전자 부품 패키지보다 제조가 상대적으로 덜 복잡하다.
b) 패키지(10)의 설계가 단순하기 때문에 패키지(10)은 종래의 전자 부품 패키지보다 높은 수율로 생산될 수 있다.
c) 패키지(10)은 상기에서 언급한 이유로 제조하기에 비용이 상대적으로 적게 든다.
d) 패키지(10)은 직접 회로 칩을 수용하기 위해 상대적으로 큰 이용 가능한 공간을 제공한다.
e) 패키지(10)은 모든 감결합 커패시터가 기판 외부 표면(22)의 밑에 있기 때문에 회로 보드 또는 카드와 출돌할 가능성이 거의 없어진다.
비록 본 발명이 바람직한 실시예와 관련하여 특정하게 서술되어 있지만, 전술한 설명에 따라, 본 기술 분야의 숙련자에게는 많은 대안, 수정 및 변화들이 있을 수도 있다는 것을 명백히 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 이하에 첨부된 청구 범위는 본 발명의 진정한 범위와 정신 내에서 이러한 대안, 수정 및 변화들을 포함한다는 것이 잘 이해될 것이다.

Claims (16)

  1. 전자 부품 패키지에 있어서,
    하나 이상의 다이 수용 공동(die-receiving cavity)이 내부에 형성되어 있는 기판 - 상기 공동은 다이 수용 표면 및 층계형 윤곽(terraced contour)을 가지는 내부 측벽(inner sidewall)에 의해 정의되며, 상기 기판은 상기 공동의 둘레에 인접하는 외부 표면을 포함하고, 상기 내부 측벽은 상기 다이 수용 표면과 상기 기판의 외부 표면 사이에 연장된다 - 및 완전히 상기 공동 내에 배치되고 상기 기판에 장착되는 하나 이상의 커패시터를 포함하는 전자 부품 패키지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 커패시터는 상기 내부 측벽의 층계 중의 하나의 층에 장착되는 전자 부품 패키지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 커패시터는 상기 다이 수용 표면에 장착되는 전자 부품 패키지.
  4. 제1항에 있어서, 완전히 상기 공동 내에 배치되고 상기 기판에 부착되는 덮개를 더 포함하며, 상기 덮개는 상기 다이 수용 표면 위에서 확장되는 전자 부품 패키지.
  5. 제4항에 있어서, 상기 커패시터는 상기 층계 중의 하나의 층에 장착되고, 상기 덮개는 상기 커패시터와 사이 다이 수용 표면의 사이에 있는 전자 부품 패키지.
  6. 제5항에 있어서, 상기 덮개는 상기 커패시터가 장착되는 층에 부착되는 전자 부품 패키지.
  7. 제1항에 있어서, 상기 기판은 복수 층의 세라믹 기판인 전자 부품 패키지.
  8. 제7항에 있어서, 상기 복수 층의 세라믹 기판은 실질적으로 평행하게 쌓은 복수 개의 신호 층 및 절연 층을 포함하며, 각 신호 층은 전기적 전도성이 있는 패턴을 포함하는 전자 부품 패키지.
  9. 제8항에 있어서, 각 층은 알루미나로 이루어지는 전자 부품 패키지.
  10. 제8항에 있어서, 각 층은 질산 알루미늄으로 이루어지는 전자 부품 패키지.
  11. 제8하에 있어서, 각 층은 유리 세라믹(grass-ceramic)으로 이루어지는 전자 부품 패키지.
  12. 제1항에 있어서, 상기 기판 외부 표면에 부착되는 복수 개의 전기적 전도성이 있는 핀(electrically conductive pins)을 더 포함하는 전자 부품 패키지.
  13. 제1항에 있어서, 상기 층계에 장착되는 복수 개의 전기적 전도성이 있는 배선 본딩 패드를 더 포함하는 전자 부품 패키지.
  14. 전자 부품 패키지에 있어서,
    하나 이상의 다이 수용 공동이 내부에 형성되어 있는 기판 - 상기 공동은 다이 수용 표면 및 층계형 윤곽을 가지는 내부 측벽에 의해 정의되며, 상기 기판은 상기 공동의 둘레에 인접하는 외부 표면을 포함하고, 상기 내부 측벽은 상기 다이 수용 표면과 상기 기판의 외부 표면 사이에 연장된다 -,
    완전히 상기 공동 내에 배치되고 상기 내부 측벽의 사기 층계 중의 하나의 층에 장착되는 하나 이상의 커패시터, 및 상기 내부 측벽의 상기 층계 중의 다른 하나의 층에 부착되고 완전히 상기 공동 내에 배치되는 덮개 - 상기 덮개는 상기 커패시터와 상기 다이 수용 표면 사이에 배치되며 상기 다이 수용 표면 위에서 확장된다 -를 포함하는 전자 부품 패키지.
  15. 전자 부품 패키지에 있어서,
    하나 이상의 다이 수용 공동이 내부에 형성되어 있는 기판 - 상기 공동은 다이 수용 표면 및 층계형 윤곽을 가지는 내부 측벽에 의해 정의되며, 상기 기판은 상기 공동의 둘레에 인접하는 외부 표면을 포함하고, 상기 내부 측벽은 상기 다이 수용 표면과 상기 기판의 외부 표면 사이에 연장된다 -,
    완전히 상기 공동 내에 배치되고 상기 다이 수용 표면에 장착되는 하나 이상의 커패시터, 및 상기 기판에 부착되며 완전히 상기 공동 내에 배치되는 덮개 - 상기 덮개는 상기 다이 수용 표면과 커패시터 위에서 확장된다 -를 포함하는 전자 부품 패키지.
  16. 전자 부품 패키지에 있어서,
    하나 이상의 다이 수용 공동이 내부에 형성되어 있는 기판 - 상기 공동은 다이 수용 표면 및 층계형 윤곽을 가지는 내부 측벽에 의해 정의되며, 상기 기판은 상기 공동의 둘레에 인접하는 외부 표면을 포함하고, 상기 내부 측벽은 상기 다이 수용 표면과 상기 기판의 외부 표면 사이에 연장된다 -,
    완전히 상기 공동 내에 배치되고 상기 내부 측벽의 상기 층계 중의 하나의 층에 장착되는 하나 이상의 커패시터, 및 완전히 상기 공동 내에 배치되고 상기 층계 중의 다른 하나의 층에 부착되는 덮개 - 상기 커패시터는 상기 덮개와 상기 다이 수용 표면 사이에 있고, 상기 덮개는 상기 다이 수용 표면과 커패시터 위에서 확장된다 - 를 포함하는 전자 부품 패키지.
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