KR20040030604A - 인터포저를 구비한 고성능, 저비용 마이크로일렉트로닉회로 패키지 - Google Patents

인터포저를 구비한 고성능, 저비용 마이크로일렉트로닉회로 패키지 Download PDF

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Abstract

마이크로일렉트로닉 회로 칩에 대한 저비용 패키지 기술은 패키지 코어의 개구 내에 다이를 고정시킨다. 그 후, 적어도 하나의 금속 빌드업 층은 다이/코어 어셈블리 상에 형성되고, 그리드 어레이 인터포저 유닛은 빌드업 층에 적층된다. 그리드 어레이 인터포저 유닛은 그 후에 복수개의 실장 기술(예를 들어, 볼 그리드 어레이(BGA), 랜드 그리드 어레이(LGA), 핀 그리드 어레이(PGA), 표면 실장 기술(SMT), 및/또는 기타)중에서 임의의 것을 사용하여 외부 회로 내에 실장될 수 있다. 일 실시예에서, 단일 빌드업 층은 인터포저의 적층 전에 다이/코어 어셈블리 상에서 형성된다.

Description

인터포저를 구비한 고성능, 저비용 마이크로일렉트로닉 회로 패키지{HIGH PERFORMANCE, LOW COST MICROELECTRONIC CIRCUIT PACKAGE WITH INTERPOSER}
발명의 분야
본 발명은 일반적으로 마이크로일렉트로닉 회로에 관한 것으로서, 특히, 이러한 회로를 패키징하기 위한 구조물 및 기술에 관한 것이다.
발명의 배경
마이크로일렉트로닉 회로 칩(즉, 다이)가 제작된 후, 칩은 시장에 판매되기 전에 통상 패키지된다. 패키지는 칩에 대한 보호와 외부 시스템에 칩을 실장하기 위한 편리하고 종종 표준화된 방법을 모두 제공한다. 회로 패키지는 회로 칩의 여러 단말 및 외부 환경 간의 전기적 통신을 제공하기 위한 소정의 수단을 포함하여야 한다. 많은 다른 패키지 기술이 이러한 통신을 제공하기 위해 과거에 사용되어 왔다. 특정 칩에 대해 사용되는 패키지의 유형은 완성된 장치의 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 통상, 대량 생산 환경에서, 비용은 패키징 기술을 선택하는 데 주요 관심사일 수 있다. 성능 또한 매우 중요한 기준이다. 회로가 점점 소형 및 고속화됨에 따라, 혁신적이고 비용 효과적인 패키징 기술에 대한 지속적인 요구가 있다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로일렉트로닉 장치의 간략 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로일렉트로닉 장치의 간략 측단면도이다.
도 3은 빌드업 금속층이 증착되기 전에 도 1의 다이/코어 어셈블리의 단면 등축(isometric)도이다.
도 4는 유전층이 증착된 후에 도 3의 다이/코어 어셈블리의 단면 등측도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 도전성 콘택을 갖는 마이크로일렉트로닉 다이의 개략 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 빌드업 금속층에 대한 금속 패턴의 개략 평면도이다.
도 7은 전원 및 접지 패드의 배치를 설명하는, 도 6의 금속 패턴의 중심 부분의 확대 개략도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 패턴의 부분을 나타내는 개략 평면도이다.
도 9는 본 발명의 또다른 구현예에 따른 금속 패턴의 부분을 나타내는 개략 평면도이다.
상세한 설명
후술하는 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어져야 한다. 예를 들어, 여기서 기재되는 특정 형상, 구조, 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어져야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면은, 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일 또는 유사한 기능을 지칭한다.
본 발명은 마이크로일렉트로닉 칩을 패키징하기 위한 저비용 구조물 및 기술에 관한 것이다. 다이(die)는 패키지 코어의 개구 내에 고정되어 다이/코어 어셈블리를 형성한다. 그 후, 적어도 하나의 금속 빌드업 층이 다이/코어 어셈블리 상에 형성되며, 그리드 어레이 인터포저 유닛(grid array interposer unit)이 어셈블리에 적층된다. 그리드 어레이 인터포저 유닛은, 이를 대응 실장 기술(예를 들어, 볼 그리드 어레이(BGA), 랜드 그리드 어레이(LGA), 핀 그리드 어레이(PGA), 표면 실장 기술(SMT), 및/또는 기타)을 사용하여, 외부 회로 기판에 실장될 수 있게 하는 콘택 어레이를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 하나 이상의 커패시터는 다이/코어 어셈블리의 대향측 상의 그리드 어레이 인터포저 유닛의 표면에 실장되어, 다이의 회로에 대한 비교적 낮은 직렬 인덕턴스를 갖는 디커플링 커패시턴스(de-coupling capacitance)를 제공한다. 다른 실시예에서, 하나 이상의커패시터가 다이/코어 어셈블리 상의 금속층에 집적 실장되어 훨씬 낮은 직렬 인덕턴스를 갖는 디커플링 커패시턴스를 제공한다. 본 발명의 기술과 구조물은 고성능 회로 동작을 지원할 수 있으며, 따라서, 데스크탑 및 서버 세그먼트와 같은 고성능 제품을 패키지하는 데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 기술과 구조물은 다른 고성능 패키지 방식에 비해 비교적 저비용으로 이러한 고성능 동작을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로일렉트로닉 장치(10)의 간략 측단면도이다. 도시된 바와 같이, 장치(10)는 마이크로일렉트로닉 다이(12), 패키지 코어(14), 빌드업 금속층(16), 그리드 어레이 인터포저 유닛(18) 및 적어도 하나의 디커플링 커패시터(20)를 포함한다. 다이(12)는 캡슐화 재료(22)를 사용하여 패키지 코어(14) 내의 개구(24) 내에 고정된다. 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 금속층(16)은 다이/코어 어셈블리 상에 빌드업되어 다이(12) 상에 콘택 구조물을 위한 탈출 라우팅(escape routing)과 피치 연장부를 제공한다. 적어도 하나의 실시예에서는,(다층 실시예가 또한 존재하더라도) 단일 빌드업 금속층(16)만이 사용된다. 그리드 어레이 인터포저 유닛(18)은 상술한 다이/코어 어셈블리와 외부 회로 기판(예를 들어, 컴퓨터 마더보드) 사이에 전기적 통신을 제공한다. 그리드 어레이 인터포져 유닛(18)은 다양한 서로 다른 적층 기술 중의 임의의 것을 이용하여 다이/코어 어셈블리에 적층된다. 적층 공정 동안, 그리드 어레이 인터포저 유닛(18)은 다이/코어 어셈블리의 빌드업 금속층(16)에 도전성 결합되는 제1 표면(26) 상의 금속 패턴을 갖는다. 그리드 어레이 인터포저(18)는 또한 외부 회로 기판으로의 추후 접속을 위해 그의 제2 표면(28) 상에 도전성 콘택 어레이를 포함한다. 또한, 그리드 어레이 인터포저(18)는, 예를 들어, 추가 라우팅 기능을 이행하거나 장치(10) 내의 접지 및/또는 전원판(power plane)을 제공하도록 제1 및 제2 표면(26,28) 사이에 여러 중간 금속층을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 그리드 어레이 인터포저(18)는 상대적으로 값싸고 (예를 들어, 유닛 당 1달러 이하), 조잡한 피치 구조물이다. 또한, 그리드 어레이 인터포저(18)는 디커플링 커패시터에 대하여 감소된 쑤루 홀 피치(through hole pitch)와 최소 인덕턴스를 허용하도록 상대적으로 낮은 프로파일 구조(예를 들어, 0.5밀리미터(㎜) 미만)인 것이 바람직할 수 있다.
그리드 어레이 인터포져(18)의 제1 표면(26) 상의 금속 패턴은 다이/코어 어셈블리의 금속층(16) 상의 부분(예를 들어, 랜딩 패드)에 대응하는 도전성 부분을 포함한다. 적층 동안, 이 금속 패턴은 금속층(16)에 도전 결합되어 대응 도전성 소자가 함께 결합된다. 하나의 적층 기술에서, 땜납 마스크는 우선 인터포저(18)의 제1 표면(26) 상에 패터닝되어 유닛의 랜드(land)를 한정한다. 그 후, 땜납 또는 도전성 에폭시는 노출된 랜드 표면(land surface)에 공지의 기술(예를 들어, 스크린 프린팅)을 이용하여 도포된다. 인터포저(18)는 그 후에 공지의 방식으로(예를 들어, 땜납 리플로우, 초음파 본딩 등) 금속층(16)에 직접 적층된다. 다른 기술에서, 비등방성 도전막이 두 구조물을 부착하는 데 사용된다. 사용될 수 있는 몇몇 공지의 적층 공정은 표준 수압 적층(standard hydraulic lamination), 진공 지원 수압 적층(vaccum assisted hydraulic lamination),오토클레이브(autoclave), 및 대량 적층(mass lamination)을 포함한다. 당업자에게 명백한 바와 같이, 다른 적층 기술이 또한 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 비교적 간단한 두개의 층 인터포저 유닛(18)이 사용된다. 이 인터포저 구조물 내의 라우팅은 단지 유닛의 제1 표면(26)의 랜딩 패드로부터 대응하는 도금된 쑤루 홀(plated through holes)로, 그리고 도금된 쑤루 홀에서 제2 표면(28) 상의 대응 도전성 콘택으로이다. 이해되는 바와 같이, 보다 많은 라우팅 유연성은 인터포저(18) 내의 층의 개수를 증가시킴으로써 달성될 수 있다. 다른 실시예에서, 추가 인터포저 층은 전원과 접지판을 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 디커플링 커패시터(20)는 다이(12) 하부 영역에서 그리드 어레이 인터포저(18)의 제2 표면에 접속된다. 패키지의 낮은 프로파일로 인해, 커패시터 디커플링은 비교적 낮은 직렬 인덕턴스를 갖는 방식으로 제공될 수 있다. 훨씬 적은 직렬 인덕턴스를 달성하기 위해서, 도 2의 디커플링 배치가 구현될 수 있다. 이 실시예에서, 디커플링 커패시터(20)가 다이/코어 어셈블리 상의 금속층(16)에 직접 실장될 수 있게 하는 개구(34)가 인터포저(18) 내에 제공된다. 따라서, 커패시터(20)는 다이(12)에 매우 근접하여(예를 들어, 일 실시예에서 100마이크로미터 미만) 실장될 수 있으며, 직렬 인덕턴스가 그에 따라 낮아지게 된다 다. 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 적어도 하나의 실시예에서, 특별한 랜딩 패드 구성이 금속층(16) 내에 제공되어 다이(12) 하부의 금속층(16)으로 디커플링 커패시터(들)(20)의 접속을 용이하게 할 수 있다. 본 발명은 인터포저(18) 또는 금속층(16)으로의 디커플링 커패시터의 접속을 요구하지 않음이 이해되어져야 한다.예를 들어, 본 발명의 일 실시예에서, 디커플링 커패시터는 마이크로일렉트로닉 장치가 실장되는 회로 기판의 하부에 제공된다. 다른 디커플링 배치가 또한 사용될 수 있다.
다양한 기술 중의 임의의 것이 마이크로일렉트로닉 장치(10)을 외부 회로 기판에 실장시키는 데 사용될 수 있다. 이들 기술은, 예를 들어, 랜드 그리드 어레이(LGA), 볼 그리드 어레이(BGA), 핀 그리드 어레이(PGA) 기술을 포함할 수 있따. 설명된 구현예에서, 핀(30)의 어레이가 인터포저(18)의 제2 표면(28)에 제공되어 외부 회로 기판에 접속을 제공한다. 바람직한 접근법에서, 핀(30)은 인터포저(18)가 다이/코어 어셈블리에 적층되기 전에 인터포저(18)에 부착된다. 이 방식으로, 핀 부착 공정 동안의 수율 손실은 공지의 양호한 다이의 손실이 되지는 않는다.
도 3은 빌드업 금속층이 증착되기 전에 도 1의 다이/코어 어셈블리의 단면 등측도이다. 빌드업 공정의 이해를 돕기 위해서, 도 3의 다이/코어 어셈블리는 도 1의 구조물에 대하여 거꾸로 되어 있다. 도시된 바와 같이, 마이크로일렉트로닉 다이(12)는 캡슐화 재료(22)를 사용하여 패키지 코어(14)의 개구(24) 내에 고정된다. 마이크로일렉트로닉 다이(12)는 하나 이상의 내부 층(internal layer) 상에 구현되는 전자회로를 포함한다. 도 3에서는 도시되지 않았지만, 다수의 도전성 콘택이 다이(12)의 상부면 상에 분포되어, 다이(12)의 회로에 전기적 인터페이스를 제공한다. 패키지 코어(14)는 다양한 재료, 예를 들어, 비스말레이미드 트리아진(bismaleimide triazine;BT) 수지 기반 재료, 화염 지연(flame retarding) 유리/에폭시 재료(예를 들어, FR4), 폴리이미드 재료, 세라믹 재료, 금속 재료(예를 들어, 구리) 및 기타 중에서 임의의 것으로부터 형성될 수 있다. 금속 코어 재료는 다이(12)로부터 열 제거를 용이하게 하는 열 확산기로서 동작할 수 있는 장점을 갖는다. 설명된 실시예에서, 패키지 코어(14)는 적어도 하나의 표면을 커버하는 도전성 클래딩(20; 구리 호일)을 갖는 유전판 재료(예를 들어, BT 기판)로부터 형성된다. 일 실시예에서, 예를 들어, Mitsubishi Gas and Chemical사에 의해 제작되는 부품 번호 CCL-HL830를 갖는 0.725㎜ 두께의 기판 재료는 패키지 코어를 형성하는 데 사용된다. 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 도전성 클래딩(20)은 마이크로일렉트로닉 장치(10) 내의 접지판으로서 사용되어 그 내부의 전송 구조물을 위한 임피던스 제어를 제공할 수 있다.
패키지 코어(14) 내의 개구(24)는 코어(14)를 통해 연장할 수 있고, 또는 바닥부가 패키징 동안 다이(12)를 지지하도록 개구(24) 내에 제공될 수 있다. 캡슐화 재료(22)는 코어(14) 내에 다이(12)를 유지할 수 있는, 예를 들어, 다양한 플라스틱, 수지, 에폭시, 엘라스토머 등을 포함하는 다양한 재료 중의 임의의 것일 수 있다. 바람직하게는, 캡슐화 재료(22)는 비도전성일 수 있다. 도시된 실시예에서, 다이(12)의 상부면, 캡슐화 재료(22)의 상부면, 및 코어(14)의 상부면은 서로 실질적으로 동일 평면으로 제조된다. 다른 실시예에서, 다이(12)의 상부면은 코어(14)의 상부면보다 높고, 다이(12)의 상부면과 동일 평면인 캡슐화 재료(22)는 코어(14) 상부에 층을 형성한다. 패키지 코어(14) 내부에 다이(12)를 실장시키는 다른 배치가 또한 사용될 수 있다.
다이(12)가 코어(14) 내에 고정된 후에, 유전층 재료(32)가 도 4에 도시된바와 같이 다이/코어 어셈블리의 상부면 상에 증착된다. 예를 들어, 유리 입자 충진 에폭시 수지(예를 들어, Ajinomoto에서 입수가능한 Ajinomoto 빌드업 막(ABF)), 비스벤조사이클로부텐(BCB, Dow에서 입수가능), 폴리이미드, 실리콘 고무재료(예를 들어, Dow Corning에서의 DC6812), 여러 낮은-k 유전체(예를 들어, Dow Chemical의 실크), IN(Ibidem으로부터 입수가능) 및 기타 등등을 포함하는 다양한 서로 다른 재료 중에서 임의의 것이 유전층(32)으로 사용될 수 있다. 다수의 비아 홀(미도시)이 유전체 층(32)을 통해 형성되어 다이(12) 상의 콘택 부분을 노출시킨다. 상세히 설명되는 바와 같이, 그 후, 금속층은 유전층(32)의 상부면 상에 형성된다. 금속층은 하나 이상의 비아 홀을 통해 다이(32) 상의 대응 콘택에 각각 도전 접속하는 복수개의 금속 요소를 포함한다. 추가 층(즉, 유전체 및 금속)이 그 후에 유사한 방식으로 제1 금속층 상에 빌드업된다. 최상부 금속층은 인터포저(18)의 제1 표면(26) 상의 패턴에 대응하는 금속층을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 적어도 하나의 실시예에서, 단일 금속층 만이 다이/코어 어셈블리 상에 빌드업된다. 이 단일 금속층은 서로 대향하여(back to back) 실장되는 패널 상에 빌드업되므로, 빌드업 비용을 절반으로 줄일 수 있다. 이해되는 바와 같이, 단일 금속층의 사용은 제조비용을 상당히 저감시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로일렉트로닉 다이(12)의 평면도이다. 도시된 바와 같이, 다이(12)는 그 상부면 상에 분포된 복수개의 도전성 콘택을 포함한다. 즉, 다이(12)는 그 상부면의 주변 영역 내의 다수의 신호 패드(36)와 그의 중심 영역 내에 다수의 전원 및 접지 바(38,40)를 포함한다. 신호 패드(36)는 다이(12)의 회로에 대한 신호 입출력(I/O) 단말로서 동작한다(예를 들어, 데이터 또는 클록 신호를 전달). 한 접근법에서, 신호 패드(36)는 다이(12)의 신호 본딩 패드 개구를 커버하는(예를 들어, 얼터너티브 범프 야금(alternative bump metallurgy;ABM) 제어된 콜랩스 칩 접속(collapse chip connection;C4) 공정을 사용하여) 짧고 넓은 구리 범프를 포함한다. 다른 배치가 또한 사용될 수 있다(예를 들어, 다이 패시베이션 층을 통하는 신호 본딩 패드 개구는 커버되지 않는 채로 남을 수 있다). 설명된 실시예에서, 신호 패드(36) 단일 행이 다이(12)의 각 측면 상에 제공된다. 다수 행을 포함하는 구성을 포함한 다른 구성에서, 신호 패드가 4개의 측면보다 적게 한정되는 구성 및 랜덤(비정렬) 구성이 또한 사용될 수 있다.
전원 및 접지 바(38,40)는 다이(12)의 활성면 상에 교차하는 패턴으로 배치된다. 한 접근법에서, 전원 및 접지 바(38,40) 각각은 특정 행에서 다이(12)의 전원 또는 접지 본딩 패드를 연결하는 구리 바를 포함한다. 이러한 바는 예를 들어, C4 금속화의 일부로서 형성될 수 있다. 전원 바(38) 각각은 회로 동작 동안 소정의 공급 전위(예를 들어, VDD)의 애플리케이션을 요구하는 다이(12) 내의 회로 노드에 결합된다. 유사하게, 접지 바(40) 각각은 회로 동작동안 서로 다른 공급 전위(예를 들어, VSS)를 요구하는 다이(12) 내의 회로 노드에 결합된다. 다이(12) 상의 신호 패드(36), 전원 바(38), 접지 바(40)의 수는 통상 다이(12) 내의 회로 배치 및 복잡성에 의존한다. 많은 다른 콘택 패턴이 본 발명에 따른 다이(12)에 대하여사용될 수 있으며, 도 5에 도시된 특정 패턴은 한정하려는 것은 아니다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다이/코어 어셈블리(도 4 참조)의 유전층(32) 상에 증착된 금속 패턴(44)의 평면도이다. 이 금속 패턴은 인터포저(18)로 직접 접속(적층)할 수 있도록 다이/코어 어셈블리 상에 빌드업되는 단일 금속층을 형성한다. 도 6에서, 하부 다이(12)의 윤곽과 패키지 코어(14)의 개구(24)가 은선(hidden line)을 사용하여 도시된다. 도시된 바와 같이, 금속 패턴(44)은 주변 영역에(즉, 패키지 코어의 상부에) 인터포저(18)로/로부터 I/O 신호를 결합하는 데 사용하기 위한 복수개의 I/O 랜딩 패드(46)를 포함한다. 또한, 금속 패턴(44)은 그 중심 영역(즉, 다이(12) 상부에)에 인터포저(18)에 전원 및 접지 접속하는 데 사용하기 위한 전원 랜딩 패드(52,54)와 접지 랜딩 패드(56,58)를 포함한다. I/O 랜딩 패드(46)와 전원 및 접지 랜딩 패드(52,54,56,58)는 모두 인터포저(18)의 제1 표면(26) 상의 대응 구조물에 일치하는 피치를 갖는다. 설명된 실시예에서, 금속 패턴(44)은 두개의 전원 랜딩 패드와 두개의 접지 랜딩 패드를 포함한다. 통상, 인덕턴스와 저항을 최소화하기 위해 장치의 피치 제한과 일치하는 전원 및 접지 랜딩 패드를 사용하는 것이 바람직하다. 설명된 실시예에서, I/O 랜딩 패드(46)와 전원 및 접지 랜딩 패드(52,54,56,58)는 정사각형이다. 그러나, 예를 들어, 사각형 그리고 원형을 포함하는 광범위한 형상 중의 임의의 것이 사용될 수 있음이 이해되어져야 한다.
I/O 랜딩 패드(46) 각각은 전송 세그먼트(48)를 포함하는 경로를 통해 다이(12)의 활성면 상의 대응 신호 패드(36;도 5 참조)에 도전 결합된다. 따라서,전송 세그먼트(48)는 다이(12)의 신호 접속을 위한 "탈출 라우팅"을 제공한다. 각각의 전송 세그먼트(48)는, 하나 이상의 비아 접속(예를 들어, 마이크로비아)를 통해 다이(12) 상의 관련 신호 패드(36)에 도전 결합되는 금속 패턴(44) 내부의 단말 패드(50) 말단부에 접속된다. 특정 마이크로일렉트로닉 장치 내에 행해지는 I/O 신호 접속의 수는 통상 빌드업 금속층 상에 신뢰성 있게 구현될 수 있는 전송 세그먼트(48)의 밀도에 의존할 수 있다. 본 발명의 적어도 하나의 실시예에서, I/O 랜딩 패드(46)의 다수 행은 빌드업 금속층 내에 구현될 수 있다.
도 7은 전원 랜딩 패드(52,54)와 접지 랜딩 패드(56,58)의 근방에서 도 6의 금속 패턴(44)의 확대도이다. 도 7에서, 하부 다이(12) 상의 전원 및 접지 바(38,40)는 은선을 사용하여 도시된다. 도시된 바와 같이, 전원 랜딩 패드(52,54)는 유전층(32)을 통해 연장하는 복수개의 비아 접속(60)을 사용하여 하부 다이(12) 상에 여러 전원 바(38)에 각각 도전 결합된다. 유사하게, 접지 랜딩 패드(56,58)는 비아 접속(60)을 사용하여, 하부 다이(12) 상의 여러 접지 바(40)에 각각 도전 결합된다. 전원 랜딩 패드(52,54) 또는 접지 랜딩 패드(56,58)에 의해 둘러싸인 전원 및 접지 바(38,40)의 수는 통상 허용될 수 있는 직렬 인덕턴스의 양과 원하는 피치의 증가에 달려있다. 전원 또는 접지 바를 전원 또는 접지 랜딩 패드에 결합하도록 특정 실시예에서 사용되는 비아 접속(60)의 수는, 통상, 허용될 수 있는 직렬 저항의 레벨 및/또는 공급 경로 내의 최대 허용가능 전류에 달려있다.
도 6을 다시 참조하면, 금속 패턴(44)은 또한 유전층(32) 내의 하나 이상의비아 접속(또는 유사 구조)를 통해 하부 패키지 코어(14)의 도전성 클래딩(20)에 도전 결합되는 접지 패드(42)를 포함할 수 있다. 패키지 어셈블리 동안, 이러한 접지 패드(42)는 마이크로일렉트로닉 장치(10)가 외부 회로 내에 실장될 때, 접지로 고정되는 인터포저(18) 상의 대응 접지 구조에 도전 결합된다. 접지 패드(42)는 또한 비아 접속을 통해 다이(12) 상의 하나 이상의 접지 바(40)에 접속되는 금속 패턴(44) 내부에 트레이스부(trace portion;미도시)에 의해 다이(12)의 접지에 직접 결합될 수 있다. 이 방식으로, 도전성 클래딩은, 마이크로일렉트로닉 장치(10)의 다음 동작이 금속 패턴(44) 하부의 접지판으로 동작할 수 있는 동안에 접지될 수 있다. 이 접지판은, 제어되는 임피던스(예를 들어, 마이크로스트립 선)을 갖는 전송선이 빌드업 금속층 상에 제공될 수 있게(즉, 전송 세그먼트(48)를 형성할 수 있게) 한다. 적어도 하나의 실시예에서, 제2 접지판은 스트립라인 전송선이 빌드업 금속층 상에 형성될 수 있게 하는 인터포저 유닛(18)의 중간층에 제공된다. 다른 이점 중에서, 제어되는 임피던스선은, 비제어 임피던스를 갖는 선보다 상당히 고속의 동작속도를 가질 수 있다. 임의의 개수의 접지 패드(42)를 제공하는 공간은 빌드업 금속층의 일부로서 구현될 수 있다.
다른 접근법에서, 패키지 코어(14)의 도전성 클래딩(20)은 전원판으로 사용된다. 이 접근법으로, 패드(42)는 접지가 아닌 인터포저(18)를 통해 전원에 결합된다. 전원판은 빌드업 금속층의 전송선에 대하여 단일 리턴 구조로서 여전히 동작할 수 있다.
금속 패턴(44)이 증착된 후, 땜납 마스크는 인터포저(18)에 접속되지 않을영역을 마스크하도록 패턴(44) 상에 도포될 수 있다. 노출 영역은 그 후에 다이/코어 어셈블리를 인터포저(18)에 부착하는 데 사용될 수 있는 적층 방법에 따라 처리될 수 있다. 다른 접근법에서, 땜납 마스크는 활성면에 걸쳐 패터닝될 수 있으며 동시에 인터포처의 부착을 위한 접착제로서 동작할 수 있다. 상술한 바와 같이, 다수의 서로 다른 방법 중에서 임의의 것이 인터포저(18)로 다이/코어를 적층하는 데 사용될 수 있다. 바람직하게는, 다양한 재료 간의 열팽창계수의 차로 인해 발생할 수 있는 임의의 차원 변화를 조절하는 적층 기술이 사용될 수 있다.
도 8은 다이/코어 어셈블리의 금속층(16)으로 디커플링 커패시터의 직접 실장을 허용하는 금속 패턴(64)의 일부를 도시한다. 설명을 간단히 하고, 이해를 돕기 위해, 금속 패턴(64)의 외측 부분(즉, I/O 부분)은 도 8에 도시되지 않는다. 그러나, 외측 부분은 통상 도 6의 금속 패턴(44)의 외측 부분과 유사하다. 하부 다이(12)의 경계는 점선을 사용하여 도 8에 도시된다. 하부 다이(12) 상의 전원 및 접지 바(38,40)는 은선을 사용하여 또한 도시된다(다이(12)는 8개의 전원 바아(38)와 8개의 접지 바(40)를 포함한다). 인터포저 유닛(18;도 2 참조)에서의 개구(34)는 점선을 사용하여 도 8의 금속 패턴(64) 상에 투영된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 금속 패턴(64)은 복수개의 전원 랜딩 패드(70,72,74,76,78,80,82,84,86,88) 및 복수개의 접지 랜딩 패드(90, 92,94,96,98,100,102,104,106,108)를 포함한다. 상술한 바와 같이, 전원 랜딩 패드(70,72,74,76,78,80,82,84,86,88)는 비아 접속(110)을 사용하여 하부 다이(12) 상의 다수의 전원 바(38)에 각각 도전 결합하며, 접지 랜딩 패드(90,92,94,96,98,100,102,104,106,108)는 비아 접속(110)을 사용하여 하부 다이(12) 상의 다수의 접지 바(40)에 각각 도전 결합한다. 개구의 경계(즉, 전원 랜딩 패드(70,78,80,88)와 접지 랜딩 패드(94,96,104,106) 밖의 전원 및 접지 랜딩 패드는 상술한 바와 같이 인터포저(18)로 전원 및 접지 접속하는 데 사용된다. 개구의 경계 내부의(즉, 전원 랜딩 패드(72,,74,76,82,84,86)와 접지 랜딩 패드(90,92,98,100,102,108)) 전원 및 접지 랜딩 패드는 빌드업 금속층으로 디커플링 커패시터를 접속하는 데 사용된다. 디커플링 커패시터는 전원의 고속 전송(즉, 파이어볼)에 대한 최대 요구을 사용하여 다이의 일부 상에 실장되는 것이 바람직할 수 있다. 한 접근법에서, 하나 이상의 디커플링 커패시터는 개구(34) 내부의 전원 및 접지 랜딩 패드 각각의 인접 쌍들 사이에 접속된다. 다른 접근법에서는, 어레이 커패시터가 다수의 패드에 접속된다. 이해되는 바와 같이, 다른 커패시터 실장 구성이 또한 가능하다.
도 8의 실시예에서, 인터포저(18)의 개구(34)는 다이(12)의 상부면보다 작다. 보다 많은 디커플링 커패시터가 요구될 때 발생하는 것과 같이, 인터포저 유닛(18) 내의 개구(34)가 점점 커짐에 따라, 인터포저(18)로의 접속을 위해 상기 다이(12) 상부에 전원 및 접지 랜딩 패드에 대한 공간이 더 적어진다. 도 9는 인터포저(18) 내의 개구가 너무 커서 전원 및 접지 랜딩 패드가 인터포저(18)로의 접속을 위해 상기 구현될 수 없을 때에 사용되는 금속 패턴의 일부를 도시한다. 도시된 바와 같이, 금속 패턴(112)은 복수개의 전원 랜딩 패드(114,116,118,120,122,124,126,128)와 복수개의 접지 랜딩패드(130,132,134,136,138,140,142,144)를 다이(12)의 상부 영역 및 개구(34)의 경계와 에 포함한다. 상술한 바와 같이, 이들 전원 및 접지 랜딩 패드는 디커플링 커패시터의 접속을 위해 사용된다.
또한, 금속 패턴(112)은, 다이(12) 상의 전원 및 접지 바(146,148)를 다이(12)와 개구(34)의 외부 경계 밖에 있는 전원 및 접지 랜딩 패드(150,152,154,156)로 도전 결합시키는 데 사용되는 제1 및 제2 트레이스(146,148)을 포함한다. 통상, 이러한 복수개의 트레이스는 최대 전류밀도, 저항, 루프 인덕턴스와 같은 패키지의 전기적 요건을 충족하기 위해 구현될 수 있다. 제1 트레이스(146)는 비아 접속(160)을 사용하여 하부 다이(12) 상의 전원 바(38) 각각에 접속되며, 전원 랜딩 패드(150,152)에도 접속된다. 유사하게, 제2 트레이스는, 비아 접속(160)을 사용하여 하부 다이(12) 상의 접지 바(40) 각각에 접속되며 접지 랜딩 패드(154,156)에도 접속된다. 전원 랜딩 패드(150,152)와 접지 랜딩 패드(154,156)는 적층 공정 동안 인터포저(18) 상의 대응 구조에 도전 접속되어야 한다. 또한, 접지 패드(154,156)는 패키지 코어(14) 상의 도전성 클래딩에 접속될 수 있다.
본 발명에 따른 다이/코어 어셈블리의 빌드업 금속층(16)에 대하여 많은 다른 금속 패턴이 사용될 수 있으며, 도 6,7,8 및 9는 한정하려는 의도가 아님이 이해되어져야 한다. 또한, 상술한 바와 같이, 다이/코어 어셈블리 상의 다수의 빌드업 금속층을 사용하는 마이크로일렉트로닉 장치가 또한 구현될 수 있다. 예를 들어, 제2 빌드업 층은 디커플링 커패시터에 대한 중심 영역 내에서 이용가능한 영역을 증가시키는 데 사용될 수 있다. 다르게는, 제2 빌드업 층은 전송 세그먼트(48;예를 들어, 스트립라인 구성을 위한 상부 접지판)에 대한 추가 접지 구조물을 제공하는데 사용될 수 있다. 또한, I/O 및 전원/접지 트레이스를 라우팅할 때, 추가 유연성을 제공하는 데 제2 빌드업 층이 사용될 수 있다. 다른 다수의 층 구성이 또한 존재한다.
본 발명은 특정 실시예에 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 당업자가 이해하는 바와 같이 변경과 변형이 행해질 수 있음이 이해되어져야 한다. 이러한 변경 및 범위는 본 발명의 영역 및 범위와 첨부된 청구항 내에서 고려되어야 한다.

Claims (30)

  1. 패키지 코어(package core) 내에 고정된 다이(die);
    상기 다이와 상기 패키지 코어 상에 빌드업(build up)된 금속층(metallization layer); 및
    상기 금속층에 적층된 제1 표면을 구비하고, 외부 회로 기판으로의 접속을 위해 제2 표면에 전기적 콘택의 어레이를 구비하는 그리드 어레이 인터포저 유닛(grid array interposer unit)을 포함하는 마이크로일렉트로닉 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속층은 상기 다이 상에 배치된 제1 금속화 부분과 상기 패키지 코어 상부에 배치된 제2 금속화 부분을 포함하는 마이크로일렉트로닉 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다이 내부의 회로에 대한 디커플링(de-coupling)을 제공하기 위해 상기 그리드 어레이 인터포저 유닛의 상기 제2 표면에 접속되는 적어도 하나의 디커플링 커패시터를 포함하는 마이크로일렉트로닉 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 그리드 어레이 인터포저 유닛은 0.5 밀리미터 이하의 상기 제1 및 제2표면 간의 두께를 갖는 마이크로일렉트로닉 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 그리드 어레이 인터포저 유닛은 상기 금속층의 제1 부분을 노출시키는 개구를 포함하고, 상기 마이크로일렉트로닉 장치는 상기 다이 내부의 회로에 대한 디커플링을 제공하기 위해 상기 금속층의 상기 제1 부분에 접속되는 적어도 하나의 디커플링 커패시터를 더 포함하는 마이크로일렉트로닉 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 다이는 캡슐화 재료(encapsulation material)를 사용하여 상기 패키지 코어 내부에 고정되는 마이크로일렉트로닉 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 패키지 코어는 적어도 하나의 표면에 금속 클래딩을 구비하는 유전판 재료로 형성되는 마이크로일렉트로닉 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 금속 클래딩은, 상기 금속층 내부의 적어도 하나의 전송 구조에 접지판( ground plane)을 제공하기 위해, 상기 장치의 동작 동안 접지에 도전 결합되는(conductively coupled) 마이크로일렉트로닉 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 금속 클래딩은, 전원판(power plane)을 형성하기 위해, 장치 동작 동안 전원에 도전 결합되는 마이크로일렉트로닉 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 금속층은 하나 이상의 비아 접속을 통해 상기 패키지 코어 상의 상기 금속 클래딩에 도전 결합되는 적어도 하나의 접지 패드를 포함하는 마이크로일렉트로닉 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 다이는 그 표면에 분포된 복수개의 전원 바(power bar)와 복수개의 접지 바(ground bar)를 포함하며, 복수개의 전원 바 각각은 상기 다이의 다수의 전원 본딩 패드에 도전 결합되고, 상기 복수개의 접지 바 각각은 상기 다이의 다수의 접지 본딩 패드에 도전 결합되는 마이크로일렉트로닉 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수개의 전원 바 및 상기 복수개의 접지 바는 상기 다이의 상기 표면의 중심 영역 내에 인터리브(interleave)되는 마이크로일렉트로닉 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 다이는 상기 표면의 주변 영역 내에 분포되는 복수개의 신호 콘택 패드를 포함하는 마이크로일렉트로닉 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 금속층은 상기 다이 상부에 배치된 적어도 하나의 전원 랜딩 패드를 포함하고, 상기 적어도 하나의 전원 랜딩 패드는 대응하는 비아 접속을 통해 상기 다이 상의 다수의 전원 본딩 패드에 도전 결합되는 마이크로일렉트로닉 장치.
  15. 상기 금속층은 상기 다이 상부에 배치된 적어도 하나의 접지 랜딩 패드를 포함하고, 상기 적어도 하나의 접지 랜딩 패드는 대응하는 비아 접속을 통해 상기 다이 상의 다수의 접지 본딩 패드에 도전 결합되는 마이크로일렉트로닉 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 금속층은 상기 패키지 코어 상부에 배치되는 적어도 하나의 전원 랜딩 패드를 포함하고, 상기 적어도 하나의 전원 랜딩 패드는 상기 다이와 복수개의 비아 접속 상부에 연장하는 트레이스 부(trace portion)를 통하여 상기 다이 상의 다수의 전원 본딩 패드에 도전 결합되는 마이크로일렉트로닉 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 금속층은 상기 패키지 코어 상에 배치되는 적어도 하나의 신호 랜딩 패드를 포함하고, 상기 적어도 하나의 신호 랜딩 패드는 전송선 세그먼트를 포함하는 경로를 통해 상기 다이 상의 신호 본딩 패드에 도전 결합되는 마이크로일렉트로닉 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로일렉트로닉 장치는 상기 다이와 상기 그리드 어레이 인터포저 유닛 사이에 단일 금속층을 포함하는 마이크로일렉트로닉 장치.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 그리드 어레이 언터포저는 적어도 하나의 전원판을 포함하는 마이크로일렉트로닉 장치.
  20. 다이/코어 어셈블리을 생성하기 위해, 패키지 코어의 개구 내에 다이를 고정시키는 단계;
    상기 다이/코어 어셈블리의 표면에 유전층을 도포하는 단계;
    상기 유전층 상부에 금속층을 증착하는 단계 -상기 금속층은 상기 다이 상부의 제1 금속화 부분 및 상기 패키지 코어 상부의 제2 금속화 부분을 구비함-;
    제1 표면과 제2 표면을 구비한 그리드 어레이 인터포저 유닛을 제공하는 단계 -상기 제1 표면은 상기 다이/코어 어셈블리의 상기 금속층으로의 접속을 위한금속 패턴을 구비하고, 상기 제2 표면은 외부 회로 기판으로의 접속을 위한 전기적 콘택 어레이를 구비함-; 및
    상기 제1 표면 상의 금속층이 상기 다이/코어 어셈블리 상의 금속층에 도전 결합되도록, 상기 그리드 어레이 인터포저 유닛을 상기 다이/코어 어셈블리에 적층시키는 단계를 포함하는 마이크로일렉트로닉 장치를 제조하는 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 다이 내의 회로에 대한 디커플링을 제공하기 위해 상기 그리드 어레이 인터포저 유닛의 상기 제2 표면에 적어도 하나의 커패시터를 부착시키는 단계를 포함하는 방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 그리드 어레이 인터포저 유닛은, 상기 그리드 어레이 인터포저가 상기 다이/코어 어셈블리에 적층된 후에, 상기 금속층의 제1 부분을 노출시키는 개구를 포함하고, 상기 방법은 상기 다이 내의 회로에 대한 디커플링을 제공하기 위해 상기 금속층의 제1 부분에 커패시터를 부착시키는 단계를 포함하는 방법.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 전기적 콘택 어레이는 복수개의 핀(pin)을 포함하고, 상기 복수개의 핀은, 상기 그리드 어레이 인터포저 유닛이 상기 다이/코어 어셈블리에 적층되기 전에 상기 그리드 어레이 인터포저 유닛에 부착되는 방법.
  24. 제20항에 있어서,
    금속층을 증착하는 단계는, 상기 다이 상부에 적어도 하나의 전원 랜딩 패드와 적어도 하나의 접지 랜딩 패드를 증착하는 단계를 포함하고, 상기 적어도 하나의 전원 랜딩 패드는 상기 다이의 복수개의 전원 본딩 패드에 도전 결합되고, 상기 적어도 하나의 접지 랜딩 패드는 상기 다이 상의 복수개의 접지 본딩 패드에 도전 결합되는 방법.
  25. 패키지 코어 내부에 고정된 다이를 포함하고, 제1 표면을 구비하는 다이/코어 어셈블리; 상기 다이/코어 어셈블리의 상기 제1 표면 상부에 빌드업되고, 상기 다이 상부의 제1 금속화 부분 및 상기 패키지 코어 상부의 제2 금속화 부분을 구비하는 금속층; 및 상기 금속층에 적층되고, 그 표면 상부에 전기적 콘택의 제1 어레이를 구비하는 그리드 어레이 인터포저 유닛을 구비한 마이크로일렉트로닉 장치; 및
    전기적 콘택의 제2 어레이를 구비하는 회로 기판 -상기 그리드 어레이 인터포저 유닛은, 상기 전기적 콘택의 제1 어레이 내부의 콘택이 상기 전기적 콘택의 제2 어레이 내의 대응 콘택에 도전 결합되도록 상기 회로 기판에 결합됨- 을 포함하는 전기 시스템.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 전기적 콘택의 제1 어레이는 복수개의 핀을 포함하는 전기 시스템.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 전기적 콘택의 제1 어레이는 복수개의 땜납볼을 포함하는 전기 시스템.
  28. 패키지 코어 내부에 고정된 마이크로일렉트로닉 다이를 구비하고, 제1 표면을 포함하는 다이/코어 어셈블리;
    상기 다이/코어 어셈블리의 상기 제1 표면 상부에 빌드업되고, 상기 다이 상부의 제1 금속화 부분 및 상기 패키지 코어 상부의 제2 금속화 부분을 구비하는 금속층;
    상기 금속층에 적층되는 그리드 어레이 인터포저 유닛; 및
    상기 마이크로일렉트로닉 다이 내부의 회로에 대한 디커플링을 제공하기 위해 상기 금속층의 노출부에 도전 결합되는 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 마이크로일렉트로닉 장치.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 금속층은, 상기 다이 상의 다수의 전원 본딩 패드 및 상기 그리드 어레이 인터포저 유닛 상의 대응 전원 콘택에 도전 결합되는 상기 마이크로일렉트로닉 다이 상부에 배치된 적어도 하나의 전원 랜딩 패드를 포함하는 마이크로일렉트로닉장치.
  30. 제28항에 있어서,
    상기 금속층은, 상기 다이 상의 다수의 전원 본딩 패드 및 상기 그리드 어레이 인터포저 유닛 상의 대응 전원 콘택에 도전 결합되는 상기 패키지 코어 상부에 배치된 적어도 하나의 전원 랜딩 패드를 포함하는 마이크로일렉트로닉 장치.
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