KR20090128557A - 광학적 커플러 패키지 - Google Patents

Abstract

방법이 개시된다. 상기 방법은 리드프레임 및 몰딩 컴파운드를 수반한 기판을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 몰딩 컴파운드는 상기 리드프레임 내의 내부 공간들을 충진하고 댐 구조체를 형성한다. 광학적 방사부 및 광학적 수용부는 상기 기판 상에 장착된다. 광학적 투과성 매체가 상기 광학적 방사부 및 광학적 수용부 사이에 형성된다.

광학적 커플러 패키지, 광학적 방사부, 광학적 수용부, 광학적 투과성 매체, 몰딩 컴파운드

Description

광학적 커플러 패키지{Optical coupler package}

본 발명은 광학적 커플러 패키지들 및 이들을 형성하는 방법들에 관한 것이다.

광학적 커플러 패키지들은 광학적 투과성 매체를 통하여 광학적 수용부 소자에 광학적으로 연결되는 적어도 하나의 광학적 방사부 소자를 포함한다. 이러한 배열은 광학적 방사부 소자를 포함하는 하나의 전기 회로에서 광학적 수용부 소자를 포함하는 다른 전기 회로까지의 정보의 통과를 허용한다. 높은 수준의 전기적 절연이 상기 두 회로들 사이에 유지된다. 정보는 절연 갭을 가로질러 광학적으로 통과되므로, 상기 전달은 일방향(one-way)이다. 예를 들어, 광학적 수용부 소자는 광학적 방사부 소자를 포함하는 회로의 동작을 변경할 수 없다. 이러한 특성은 예를 들어, 출력 광학적 수용부 소자가 높은 전압 직류 또는 교류 부하 회로의 일부일 수 있는 경우에, 상기 방사부는 마이크로프로세서 또는 로직 게이트들을 사용하는 낮은 전압 회로에 의해 구동될 수 있기 때문에 중요하다. 광학적 절연은 상대적으로 부적당한 출력 회로에 의해 유발되는 출력 회로에의 손상을 또한 방지한다.

통상적인 광학적 커플러 패키지 포맷은 듀얼-인-라인 패키지 또는 DIP이다. 이러한 패키지는 집적 회로들을 하우징하기 위하여 널리 사용되며 그리고 통상적인 광학적인 커플러들을 위하여 사용된다. 4, 6, 8, 또는 16핀들을 가지는 다양한 종류의 광학적 커플러 DIP 패키지들은 통상적으로 제조된다.

개선된 광학적 커플러 패키지가 도 1a에서 도시된다. 도 1a는 광학적 커플러 "글로브 상부" (glob top, 906)을 포함한다. 글로브 상부(906)는 외부 환경으로부터 광학적 방사부 소자 및 광학적 수용부 소자를 보호하기 위하여 앞에서 설명된 광학적 방사부 소자 및 광학적 수용부 소자를 덮는다. 솔더 볼들(904)은 기판(902) 상에 위치하며 글로브 상부(906)를 둘러싼다. 실제적으로, 광학적 커플러 패키지(900)는 뒤집혀지고 회로 보드 등에 장착된다.

도 1a에 도시된 패키지(900)가 유용하더라도, 도 1a에서의 중간 패키지 구조체(901)에 의해 도시된 것처럼, 제조하는 과정에서 발생할 수 있는 하나의 문제점은 글로브 상부(906)가 솔더 볼들(904)(도 1b에서의)이 그 상에 위치하는 패드들(905)을 향하여 오버플로우(overflow)될 수 있다는 점이다. 글로브 상부(906)는 기판(902) 상에 액상 또는 반-고상의 형태로 일반적으로 증착되며 큐어링된다. 큐어링되지 않은 글로브 상부(906)는 그것이 큐어링되기 이전에 플로우될 수 있으며 패드들(905)을 향하여 오버플로우될 수 있다. 이러한 현상이 발생한다면, 그 다음에 솔더 볼들(904)이 패드들(905) 상에 배치하는 것이 불가능할 수 있으며, 중간 패키지 구조체(901)의 재작업이 필요할 수 있다.

글로브 상부(906)를 한정하는 기판(902) 상의 댐 구조체를 그것이 형성되는 때에 개별적으로 증착하는 것이 가능하다. 그러나, 이것은 추가적인 공정 단계들이 필요하며 최종적으로 형성되는 패키지의 전체적인 비용에 부가된다. 또한, 상기 댐 은 글로브 상부(906)의 오버플로우를 그것이 형성되는 때에 방지할 수 있을 뿐이다. 그것은 그 외의 다른 어떠한 기능도 담당하지 않는다.

본 발명의 실시예들은 이러한 문제점들 및 다른 문제점들을, 각각 및 총체적으로 다룬다.

본 발명의 실시예들은 광학적 커플러 패키지들 및 이들을 형성하는 방법들에 관한 것이다.

본 발명의 하나의 실시예는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 리드프레임 및 몰딩 컴파운드를 수반한 기판을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 몰딩 컴파운드는 상기 리드프레임 내의 내부 공간들을 충진하고 댐 구조체를 형성한다. 광학적 방사부 및 광학적 수용부는 상기 기판 상에 장착된다. 광학적 투과성 매체가 상기 광학적 방사부 및 광학적 수용부 사이에 형성된다.

본 발명의 다른 실시예는 리드프레임 및 몰딩 컴파운드를 포함하는 기판을 포함하는 광학적 커플러 패키지에 관한 것이다. 상기 몰딩 컴파운드는 상기 리드프레임 내의 갭들을 충진하고 댐 구조체를 형성한다. 상기 댐 구조체는 상기 리드 프레임 내의 상기 갭들을 충진하는 몰딩 컴파운드의 적어도 일부와 일체로서 구성된다. 광학적 방사부 소자 및 광학적 수용부 소자는 상기 기판 상에 위치한다. 광학적 투과성 매체는 광학적 방사부 및 광학적 수용부 사이에 배치된다.

본 발명의 다른 실시예는 리드프레임 및 몰딩 컴파운드를 포함하는 기판을 포함하는 광학적 커플러 패키지에 관한 것이며, 여기에서 상기 몰딩 컴파운드는 소자 장착 영역을 정의하는 댐 구조체 및 리드프레임 내의 갭들을 충진한다. 광학적 방사부 소자 및 광학적 수용부 소자는 상기 기판 상에 배치된다. 광학적 투과성 매체가 광학적 방사부 및 광학적 수용부 사이에 위치하며, 복수개의 도전성 구조물들이 상기 기판 상에 위치한다. 상기 도전성 구조물들은 댐 구조체와 접촉한다.

본 발명의 이러한 실시예들 및 다른 실시예들이 이하에서 더욱 상세하게 설명된다.

도 1a는 광학적 커플러 패키지의 상부 사시도를 도시한다.

도 1b는 오버플로잉 글로브 상부를 수반한 중간 광학적 커플러 패키지의 상면도를 도시한다.

도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 광학적 커플러 패키지의 사시도를 도시하며, 여기에서 상기 패키지의 소자들이 도시된다.

도 2b는 도 2a에서 도시된 광학적 커플러 패키지의 상부 사시도를 도시한다. 상기 패키지 내의 소자들을 도시하지 않았다.

도 2c는 도 2b에 도시된 패키지를 뒤집어 도시한다.

도 3a는 리드프레임 및 몰딩 컴파운드를 도시한다.

도 3b는 프리몰드된 기판의 상부면을 도시한다.

도 3c는 프리몰드된 기판의 하부면을 도시한다.

도 4a 내지 4e는 광학적 커플러 패키지가 형성되는 때에 상기 광학적 커플러 패키지의 사시도들을 도시한다.

도 4f는 도 4e에서 도시된 광학적 커플러 패키지의 측단면도를 도시한다.

도 5a는 리드프레임의 상면도를 도시한다.

도 5b는 프리몰드된 기판의 상면도를 도시한다.

도 5c는 도 5b에서 도시된 프리몰드된 기판의 측단면도를 도시한다.

도 5d는 소자들이 장착되고 와이어본드들이 형성된 이후에 광학적 커플러 패키지의 상면도를 도시한다.

도 5e는 솔더 구조물들이 프리몰드된 기판 상에 위치한 이후에 광학적 커플러 패키지의 상면도를 도시한다.

도 5f는 본 발명의 실시예에 따른 광학적 커플러 패키지의 측단면도를 도시한다. 광학적 커플러 패키지의 리드프레임은 부분적으로 식각될 필요가 없다.

도 6a 내지 6e는 다른 광학적 커플러 패키지 실시예들의 측단면도들을 도시한다.

도 7a은 프리몰드된 기판의 하부 사시도를 도시한다.

도 7b은 인쇄 회로 보드 상에 장착되며, 도 7a에 도시된 프리몰드된 기판을 수반한 광학적 커플러 패키지의 하부 사시도를 도시한다.

도 8은 다른 광학적 커플러 패키지의 측단면도를 도시한다.

도 9a 내지 9c는 두 세트의 몰딩 다이들을 포함하는 몰딩 툴을 사용하여 몰딩 공정을 개요적으로 도해하는 도면을 도시한다.

도면들에서, 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 지정하고 어떠한 요 소들의 설명은 중복되지 않을 수 있다.

본 발명의 실시예들은 광학적 커플러 패키지들에 관한 것이다. 각각의 광학적 커플러 패키지는 광학적 방사부 소자(optical emitter device)(예를 들어, 발광 다이오드) 및 광학적 수용부 소자(optical receiver device)(예를 들어 광다이오드)를 포함할 수 있다. 광학적 방사부 소자 및 광학적 수용부 소자는 리드프레임 및 몰딩 물질을 포함하는 프리몰드된(premolded) 기판 상에 장착될 수 있으며, 상기 소자들 및 상기 기판 사이에 와이어 본드들이 형성되며, 그리고 그 다음에 광학적 방사부 및 수용부 소자들이 광학적으로 투과성인 커플링 젤(coupling gel) 및 불투명하고 높은 반사성의 에폭시 계열의 폴리머로 덮여진다.

컨트롤 칩과 같은 로직 소자들이 리드프레임 계열 기판 상에 위치할 수 있으며, 광학적 커플러 패키지 내에 또한 위치할 수 있다. 또한, 트렌치 게이트들을 수반하거나 또는 수반하지 않은 전력 MOSFET들과 같은 MOSFET (금속 산화물 반도체 필드 효과 트랜지스터)들을 포함하는 칩들이 기판 상에 위치할 수 있으며 패키지 내에 위치할 수 있다. 이러한 칩들 또는 소자들은 기판 상에 위치할 수 있으며 그리고 광학적 방사부 및 광학적 수용부 소자들과 같은 구성요소에 전기적으로 연결될 수 있다.

도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 광학적 커플러 패키지(100)를 도시한다. 참조의 편의상, 도 2a의 패키지(100)의 도면은 상부 투시 도면(top perspective view)으로서 특성이 기술될 수 있다. 패키지(100)는 결국 뒤집혀서 회로 보드(미도시)에 장착될 수 있는데, 따라서 패키지(100)가 상기 회로 보드에 장착될 때 패 키지(100)의 도해된 부분이 사실상 하면도(bottom view)일 수 있다.

패키지(100)는 프리몰드된 기판(10)을 포함한다. 그것은 리드프레임(1) 및 리드프레임(1) 상에 코팅된 몰딩 컴파운드(2)를 포함할 수 있다. 리드프레임(1)은 광학적 수용부 및 광학적 방사부를 포함하는 둘 이상의 소자들이 배치되는 다이 어태치 영역을 포함할 수 있다. 둘 이상의 리드들은 다이 어태치 영역으로부터 신장할 수 있으며 리드프레임의 단자들을 형성할 수 있다. "리드프레임"이라는 용어는 가공(예를 들어, 식각에 의한)되거나 또는 가공되지 않은 리드프레임들을 포함할 수 있다.

리드프레임(1)은 임의의 적절한 금속을 포함할 수 있으며 임의의 적절한 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 높은 기계적 강도의 구리 합금이 바람직하다. 리드프레임(1)은 상기 식각되거나 식각되지 않은 영역들 내에 약 0.2mm (8 mils)의 두께를 가질 수 있다. 식각 공정들은 종래 기술의 당업자들에게 알려져 있다. 리드프레임(1)은 Ni, Pd, Au 또는Ag와 같은 도금층들을 또한 포함할 수 있다. 이러한 예들에서, 리드프레임(1)은 부분적으로 식각된다.

기판(10)의 몰딩 컴파운드(2)는 기판(10)의 몸체를 형성한다. 그것은 리드프레임(1)의 부분적으로 또는 반으로 식각된 영역들 및 다양한 갭들 내를 채운다. 몰딩 컴파운드(2)는 포스트 몰드 큐어링(post mold curing)을 필요로 하거나 또는 포스트 몰드 큐어링을 필요로 하지 않는 합성 물질 및/또는 폴리머를 포함할 수 있다. 몰딩 컴파운드는 에폭시 레진들, 경화제들, 엘라스토머들, 인이 포함되지 않은 내연제들(flame retardants), 윤활유들, 실리카 필러들 등을 포함할 수 있다. 몰딩 컴파운드는 리드프레임(1)의 반으로 식각된 영역들을 완전히 충진하는 것을 확실하게 하기 위하여 몰딩 컴파운드 내에 안정된(balanced) 입자 크기들을 가질 수 있다. 몰딩 컴파운드는 더 나은 레이저 마킹 대조를 위한 탄소 블랙 안료의 충분한 양을 또한 포함할 수 있다. 몰딩 컴파운드(2) 성분 물질들의 균형(balance)을 구성하는 물질들은 기판 휨 현상을 방지하기 위하여 사용될 수 있다.

도 2a 내지 도 2c 내에 도시된 것처럼, 리드프레임(1)의 상면 및 하면이 몰딩 컴파운드(2)로 덮혀지기 때문에, 프리몰드된 기판(10)은 "양면이 오버몰드된(two-sided overmolded)" 구조체일 수 있다.

광학적 방사부(3) (예를 들어, AlGaAs으로 구성된 LED 다이)가 기판(10) 상에 장착된다. 순방향 전류가 광학상의 커플러(optocoupler)에 인가될 때 광학적 방사부(3)는 광자들을 생성하며, 다이(3) 내에 P-N 접합으로부터 광이 방사되는 결과를 초래한다. 약 9 mils 또는 그 이하의 두께를 가지는 LED 다이가 사용될 수 있다.

어떠한 경우들에서 광학적 수용부 소자(4) (예를 들어, 실리콘 광트랜지스터)는 또한 기판(10) 상에 장착될 수 있다. 광학적 수용부 소자(4)는 광학적 방사부 소자(3)에 의해 방사되는 광을 검출하며 그것을 전자들로 변환하는데, 이것은 광학적 커플러 패키지(100)의 출력부에서 전류 흐름을 초래한다. 광학적 수용부 소자(4)는 어떠한 실시예들에서 약 8 mils 또는 그 이하의 높이를 가질 수 있다.

다이 어태치 물질(미도시)는 광학적 방사부 및 광학적 수용부 소자들(3, 4)의 후부(back)들을 그들의 각각의 지정된 기판(10) 상의 다이 어태치 패드(die attach pad)들에 본딩할 수 있다. 다이 어태치 물질은 임의의 도전성 본딩 물질일 수 있다. 예들은 은으로 채워진 에폭시들(Ag-filled epoxies), 소프트 솔더들(soft solders) 등을 포함할 수 있다.

본딩 와이어들(5)은 광학적 방사부 및 광학적 수용부 소자들(3,4)의 단자들을 기판(10) 내의 리드프레임(1) 상의 대응하는 본드 패드들에 연결한다. 본딩 와이어들(5)은 임의의 적절한 연성의 금속(금, 구리, 알루미늄 또는 이들 금속들의 도핑된 변형물들, 이들 금속들의 합금들 등)을 포함할 수 있다.

와이어 본딩된 광학적 방사부 및 광학적 수용부 소자 어셈블리들은 광 투과성 클리어 젤 물질(6, 예를 들어 실리콘(silicone) 또는 투명한 에폭시)을 사용하여 함께 결합된다. 상기 커플링 젤(6)의 광학적 투명도는 광학적 방사부(3)에서 광학적 검출부(4)로 방사되는 광의 효율적인 전달(transfer)을 허용한다. 커플링 젤(6)은 전체적인 와이어 본딩된 다이 어셈블리들을 덮고 그리고 방사된 광의 최대 전송을 위해 거의 반구형 돔을 형성한다.

와이어 본딩된 광학적 방사부 소자(3) 및 광학적 방사부 소자(4) 상의 광 투과성 반구형 돔(6)은 백색 반사 코팅체(7, 예를 들어 백색 에폭시 글로브(glob) 상부 코팅체)으로 덮여질 수 있다. 광 반사 코팅체(7)는 방사된 광을 상기 돔의 영역 이내에 유지한다. 코팅체(7)는 돔 형상으로 되며 상기 클리어 커플링 젤(6) (또는 광 투과성 물질)을 완전히 덮을 수 있다. 그것은 접착에 의하여 상기 돔을 실링한다. 코팅체(7)는 본 발명의 어떠한 실시예들에서 약 0.2 mm 의 최소 두께를 가질 수 있다.

도 2a에서 도시된 것처럼, 도해된 예에서, 광학적 커플러 패키지(100)는 기판(10)의 코너들에 위치하는 네 개의 솔더 볼들(8)을 가진다. 상기 솔더 볼들은 납-주석 합금, 또는 SnAgCu 또는InSb 과 같은 무연 솔더를 포함하는 임의의 적절한 물질을 포함할 수 있다. 솔더 볼들이 상세하게 설명되지만, 구리 기둥들(예를 들어 미리 형성되거나 또는 전기도금된)과 같은 다른 도전성 구조물들이 대신에 사용될 수 있다. 플립 칩 장착이 일어날 수 있도록 도전성 구조물들은 패키지(100) 내의 광학적 방사부(3) 및 광학적 수용부 (4)의 높이들보다 더 높은 높이들을 가진다.

그것이 회로 보드(102)에 장착되기 때문에 도 2c는 "살아있는 벌레(live bug)" 위치에서 패키지를 도시하는 반면에, 도 2a 및 2b는 "죽은 벌레(dead bug)" 위치에서 패키지(100)를 도시한다.

도 2b는 도전성 패드(미도시)를 노출하고 도전성 패드와 실질적으로 동일 평면인 외부 표면(2(b))를 포함하는 몰딩 컴파운드(2)를 도시한다. 이러한 예에서, 패키지(100)의 코너들에서 네 개의 이러한 표면들(2(b))이 존재하며, 그들은 댐 구조체(dam structure, 2(a))을 적어도 부분적으로 정의한다. 댐 구조체(2(a))는 광학적 방사부 소자 (3) 및 광학적 수용부 소자(4)를 위한 장착 패드들을 둘러싸며 그리고 상기 커플링 젤(6)을 한정하여 솔더 볼들(8)이 그 상에 위치하는 패드들로 흐르지 않는다. 댐 구조체(2(a))의 에지들은 솔더 볼들(8)을 지지하여 그들은 솔더 볼들(8)을 기판(10)에 고정시킨다. 댐 구조체(2(a))를 형성하는 몰딩 컴파운드(2)는 리드프레임(1) 내의 갭들 사이에 위치하는 몰딩 컴파운드(2)의 다른 부분들을 포함한다.

도 3a는 식각된 리드프레임(1) 및 몰딩 되기 이전의 몰딩 컴파운드(15)의 사시도를 도시한다. 식각된 리드프레임(1)은 솔더 볼들을 위한 도전성 패드들(1(a))을 정의하는 식각된 영역(1(b))을 포함한다. 소자들 및 와이어 본드들을 위한 부가적인 도전성 패드들(1(c))은 리드프레임(1)의 내부 영역 이내에 위치한다. 갭들( 1(d))은 리드프레임(1)의 개별적인 부분들 사이에 존재한다. 일 실시예에서, 리드프레임(1)은 0.25 mm 두께일 수 있으며 NiPdAu 으로 도금된 식각된 구리 합금 리드프레임일 수 있다.

도 3b는 기판(10)의 상부 사시도를 도시한다. 도시된 것처럼, 몰딩 컴파운드(2)의 표면(2(b))은 도전성 패드(1(a))의 표면과 실질적으로 동일 평면상 일수 있다. 이러한 실시예에서, 네 개의 패드들(1(a))이 존재하며, 각각의 패드는 각각의 코너에 존재한다. 댐 구조체(2(a))는 앞에서 설명된 광학적 방사부 소자(3) 및 광학적 수용부 소자(4)와 같은 소자들이 장착될 수 있는 소자 장착 영역(16)을 둘러쌀 수 있다. 기판(10)의 두께가 약 0.45 mm 두께의 크기를 가지는 경우에, 댐 구조체(2(a))는 외부 표면(2(b))에 대하여 약 0.10 mm 두께를 가질 수 있다. 이러한 실시예에서, 댐 구조체(2(a))는 원형인 연속적인 내부 에지를 가진다. 다른 실시예들에서, 상기 댐 구조체는 불연속적일 수 있다.

도 3c는 기판(10)의 하부면을 도시한다. 다른 실시예들에서 기판(10)의 하부면 상의 오버몰드 두께(즉, 하부면에서의 리드프레임(1) 상의 몰딩 컴파운드의 두께)는 약 0.10 mm 또는 그 이하일 수 있다.

기판(10)은 임의의 적합한 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 바람직한 실시 예들에서, 두 개의 몰딩 다이들을 포함하는 몰딩 툴이 사용된다. 도 9a-9c들은 두 세트의 몰딩 다이들을 포함하는 몰딩 툴(molding tool)을 사용하는 몰딩 공정을 개요적으로 도해한다. 이러한 형태의 몰딩 툴은 여기에서 설명되는 프리몰드된 임의의 기판들을 형성하기 위하여 사용될 수 있다.

도 9a는 리드프레임(1)의 일부분들 상에 클램핑(clamping down)을 하는 몰딩 다이들 세트(55(a), 55(b))를 도해한다. 몰딩 컴파운드 전구체(2')는 리드프레임(1) 주변에 형성될 수 있으며, 부분적으로 응고될 수 있다. 도 9b에서 도시된 것처럼, 일정한 시간 이후에, 하나의 몰딩 다이(55(b))는 후퇴(retract)될 수 있으며 그것이 이전에 리드프레임(1)을 클램핑한 영역은 몰딩 컴파운드(2)로 채워질 수 있다. 도 9c에서 도시된 것처럼, 몰딩 컴파운드(2)가 완전히 큐어링된 이후에, 다른 몰딩 다이(55(a))가 후퇴될 수 있으며 그 결과 기판(10)이 형성된다.

도 4a-4e 는 기판(10)이 형성된 이후에 광학적 커플러 패키지를 형성하는 공정을 도해한다.

도 4a를 참조하면, 기판(10)을 형성한 이후에, 광학적 방사부 소자(3) 및 광학적 수용부 소자(4)가 기판(10) 상의 도전성 패드들에 장착될 수 있다. 임의의 적합한 접착제(예를 들어, 도전성 또는 비도전성 에폭시 또는 솔더)가 광학적 방사부 소자(3) 및 광학적 수용부 소자(4)를 장착하기 위하여 사용될 수 있다. 에폭시가 사용된다면, 그것은 큐어링될 수 있다.

도 4b를 참조하면, 광학적 방사부 소자(3) 및 광학적 수용부 소자(4)가 기판(10) 상에 장착된 이후에, 광학적 방사부 소자(3) 및 인접한 도전성 패드 사이에 와이어 본드들(5)이 형성될 수 있으며, 광학적 수용부 소자(4) 및 인접한 도전성 패드 사이에 와이어 본드들(5)이 형성될 수 있다. 열음파(thermosonic) 또는 초음파(ultrasonic) 와이어 본딩 공정, 또는 임의의 다른 적합한 와이어 본딩 공정이 사용될 수 있다. 또한, 와이어본드들에 대한 대안으로서, 도전성 클립 또는 그런 종류의 다른 것이 사용될 수 있다.

도 4c를 참조하면, 커플링 젤(6)이 기판(10) 상에 증착된다. 그것이 기판(10) 상에 증착될 때, 커플링 젤(6)이 흐를 수 있으나, 댐(2(a))에 의해 기판(10)의 소정의 위치에 한정된다. 커플링 젤(6)이 증착된 이후에, 그것은 큐어링될 수 있다.

도 4d를 참조하면, 글로브 상부 코팅체(7)가 그 다음에 커플링 젤(6) 상에 형성된다. 글로브 상부 코팅체(7)는 임의의 적합한 코팅체 및 큐어링 공정을 사용하여 형성될 수 있다.

도 4e를 참조하면, 글로브 상부 코팅체(7)를 형성한 이후에, 플럭싱(fluxing), 솔더 볼 어태치, 및 리플로우 공정이 수행될 수 있다. 결국, 솔더 볼들(8)이 기판에 어태치되며 댐 구조체(2(a))와 접촉한다. 패키지(100)가 그 이후에 형성된다. 패키지(100)가 어레이 형태의 패키지들인 경우, 그 다음에 수행될 수 있는 추가적인 공정들은 쏘 싱귤레이션(saw singulation), 테스트, 마크 및 TNR을 포함한다.

도 4f는 도 4e에서 도시된 패키지(100)의 측단면도를 도시한다. 도해의 단순성을 위하여, 와이어 본드들(5)은 도 4f에서 도시되지 않는다.

도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리드프레임(1)의 상면도를 도시한다. 도 3a에서 도시된 리드프레임(1)과 같이, 제1, 제2, 제3 및 제4 리드프레임 부분들(1(g)-1 내지 1(g)-4) 사이에 갭들(gaps, 1(d))이 존재한다. 도 5a에서 리드프레임(1)과 달리, 이러한 실시예에서, 리드프레임(1)은 부분적으로(partially) 식각(예를 들어 반-식각(half-etch)되지 않거나 또는 솔더 및/또는 소자들이 그 상에 배치되는 적어도 도전성 패드들이 부분적인 식각에 의해 형성되지 않는다. 도시된 것처럼, 리드프레임(1)은 식각을 수반하거나 또는 식각을 수반하지 않으면서, 스탬핑에 의해 단순하게 형성될 수 있다.

몇몇의 타이 바들(tie bars, 1(i))이 또한 도 5a에서 도시된다. 타이 바들(1(i))은 리드프레임(1)을 다른 리드프레임들에 어레이 형태의 리드프레임들로 결합하기 위하여 사용될 수 있으며, 그 결과 많은 패키지들이 동시에 제조될 수 있다.

도 5b는 몰딩 이후에 프리몰드된 기판(10)의 상면도를 도시한다. 도시된 것처럼, 몰딩 컴파운드(2)는 리드프레임(1)를 코팅한다. 제1 윈도우(2(f)) 및 몇몇의 제2 윈도우(2(e))가 몰딩 컴파운드(2) 내에 형성되고 그리고 제1 및 제2 패드들(1(g)-1', 1(g)-2', 1(g)-3', 1(g)-4', 1(h))을 정의하는 도전성 표면들을 노출한다. 제1 도전성 패드들(1(g)-1', 1(g)-2', 1(g)-3', 1(g)-4')은 소자 장착 패드들 또는 와이어 본딩 패드들로서 사용될 수 있다. 제2 도전성 패드들(1(h))은 솔더 볼들과 같은 도전성 구조물들에 연결하기 위하여 패드들로서 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 제1 윈도우(2(f)) 및 제2 윈도우들(2(e))을 형성하는 몰딩 컴파운 드(2)의 부분은 본 발명의 일실시예에 따른 댐 구조체(2(a))를 형성할 수 있다.

도 5c는 도 5b에서 도시된 라인 5(b)-5(b)를 따라 도 5b에 도시된 기판의 측단면도를 도시한다. 도 5c에 도시된 것처럼, 리드프레임(1)의 에지(edge)들은 몰딩 컴파운드 에지 부분들(2(h))로 덮혀질 수 있다. 에지 부분들(2(h))은 몰딩 컴파운드(2)를 리드프레임(1)에 체결(lock)하는 이점을 제공하며, 따라서 몰딩 컴파운드(2) 및 리드프레임(1) 사이의 분리의 위험을 감소시킨다.

도 5d에서 도시된 것처럼, 광학적 방사부 소자(3) 및 광학적 수용부 소자(4)를 도전성 패드들(1(g)-1' 및 1(g)-3')로 어태치하기 위하여 다이 어태치 공정(앞에서 기술된 것처럼)이 사용될 수 있다. 와이어 본딩 공정(앞에서 기술된 것처럼)이 또한 광학적 방사부 소자(3) 및 도전성 패드(1(g)-4') 및 광학적 수용부 소자(4) 및 도전성 패드(1(g)-2') 사이의 와이어본드들을 형성하기 위하여 사용될 수 있다.

도 5e-5(f)에서 도시된 것처럼, 솔더 볼들(8)이 댐 구조체(2(a))에 의해 정의되는 패드들(1(h)) 상에 증착될 수 있다. 도 5f에서 도시된 것처럼, 솔더 볼들은 제2 윈도우(2(e))를 형성하는 댐 구조체(2(a))의 내부 에지들과 접촉할 수 있다. (앞에서 도시된 것과 같은) 커플링 젤 및 글로브 상부 코팅체 구조물(66)이 그 이후에 제1 윈도우(2(f)) 이내에 형성될 수 있다. 댐 구조체(2(a))의 구성은 상기 구조물(66) 내의 커플링 젤 및 글로브 상부 코팅체가 솔더 볼들(8) 또는 솔더 볼들(8)이 그 상에 위치하는 도전성 패드들(1(h))에 이르는 것을 방지할 수 있다.

도 5f를 참조하면, 리드프레임(1)은 약 8 mils의 예시적인 두께 t3을 가질 수 있다. 댐 구조체(2(a))를 형성하는 전면 코팅 두께 t1은 약 50 microns 일 수 있으며, 후면 코팅 두께 t2는 약 50 microns 일 수 있다.

도 6a는 도 5f에서의 실시예와 유사한 실시예를 도시하며, 동일한 참조번호들은 동일한 요소들을 지정한다. 그러나, 도 6a에서, 리드프레임(1)은 리드프레임(1)의 외부 에지들에서 부분적으로 식각된 부분(1(b))을 포함한다. 이것은 솔더 볼들(8)을 위한 외부 댐 구조체 지지에 대한 필요성을 방지할 수 있다. 도시된 것처럼, 댐 구조체(2(a))는 솔더 볼들(8)의 내부 부분들만이 댐 구조체(2(a))와 접촉하고 솔더 볼들이 접촉하는 외부 댐 구조체 부분이 없도록 형성될 수 있다.

도 6b는 광학적 방사부 소자(3) 및 광학적 수용부 소자(4)와 대향하는 기판(10)의 표면 상의 패드들(1(i))을 노출하기 위하여, 기판(10)의 바닥에 다른 윈도우(14)가 형성된다는 것 이외에는, 도 6b의 실시예와 유사한 본 발명의 다른 실시예들을 도시한다. 노출된 패드들(1(i))은 리드프레임(1)에 전기적 연결부를 제공하는 역할을 담당할 수 있거나, 또는 상기 윈도우는 포팅 물질로 채워질 수 있다.

도 6c는 윈도우(14) 및 노출된 패드들(1(i))을 또한 포함하는 것 이외에는, 도 5f에서 실시예와 유사한 본 발명의 다른 실시예를 도시한다.

도 6d는 포팅 물질(15)이 앞에서 기술된 상기 윈도우(14) 내에 존재한다는 것 이외에는, 도 6b에서 도시된 실시예와 유사한 실시예를 도시한다. 포팅 물질(15)은 몰딩 컴파운드(2)와 유사한 물질을 포함할 수 있다. 다른 측면에서, 포팅 물질(15)은 몰딩 물질(2)보다 더 높은 열전도도를 가지거나 몰딩 물질(2)과 동등한 유전 강도를 가지는 물질을 포함할 수 있다.

도 6e는 포팅 물질(15)이 앞에서 기술된 상기 윈도우(14) 내에 존재한다는 것 이외에는, 도 6c에서 도시된 실시예와 유사한 실시예를 도시한다. 포팅 물질(15)은 몰딩 컴파운드(2)와 유사한 물질을 포함할 수 있다. 다른 측면에서, 포팅 물질(15)은 몰딩 물질(2)보다 더 높은 열전도도를 가지거나 몰딩 물질(2)과 동등한 유전 강도를 가지는 물질을 포함할 수 있다.

도 7a는 윈도우(14) 및 노출된 패드들(1(i))을 수반한 기판의 후면 사시도를 도시한다. 몰딩 컴파운드의 가장자리(2(k))는 윈도우(14)를 한정한다. 도 7b는 포팅 물질(15)로 채워진 윈도우(14)를 도시한다. 도해된 패키지(100)는 회로 보드(90) 상에 장착되며(회로 배선들은 회로 보드(90) 내에 도시되지 않음), 그리고 전기적 어셈블리(92)를 형성할 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예의 측단면도를 도시한다. 이러한 실시예에서, 코팅 물질(22)은 프리몰드 기판(10)의 후면을 덮는다. 앞에서 설명된 포팅 물질(15)처럼, 코팅 물질은 앞서 설명된 몰딩 컴파운드(2)보다 더 우수한 열 전달 특성을 제공할 수 있다. 이전 실시예들에서처럼, 댐 구조체(2(a))는 리드프레임(1) 상에 제공된다. 그러나, 어떠한 실시예들에서, 댐 구조체(2(a))는 반드시 필요한 것은 아니며 패키지(100)에서 생략될 수 있다.

앞에서 기술된 패키지들은 전기적 어셈블리를 형성하기 위하여 회로 보드와 같은 기판 상에 장착될 수 있다. 이러한 전기적 어셈블리들은 전력 제공 시스템들, 서버들 등과 같은 시스템들 내에서 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 많은 장점을 가진다. 우선, 앞에서 언급된 것처럼, 어 떠한 실시예들은 상부 및 하부면의 양면 상에 오버몰드된 프리몰드된 기판들을 포함한다. 기판들은 몰딩 다이들을 사용하여 제조될 수 있으며 따라서 리드프레임을 덮기 위하여 커버 테이프가 필요로 하지 않는다. 상기 테이프로부터의 접착제가 상기 리드프레임과 접촉하지 않기 때문에, 박리(delamination)의 위험이 감소된다. 둘째로, 본 발명의 실시예들은 글로브 상부 물질이 솔더 볼 어태치 패드들로 흐르는 것을 방지하는 댐 구조체를 사용한다. 세째로, 댐 구조체가 솔더 볼들을 위한 고정부로서의 역할을 담당하기 때문에 솔더 볼 접착이 개선된다. 네째로, 리드프레임의 양면들은 몰딩 물질 및/또는 포팅 물질로 코팅될 수 있으므로, 열 응력은 프리몰드된 기판들 내에 안정된다. 또한, 리드프레임의 양면들을 코팅하는 것은 리플로우 공정 동안 열적 불합치에 기인하는 휨 변화를 감소시킬 수 있다. 다섯째로, 본 발명의 실시예들은 노출된 금속 후면을 허용하며, 이것은 원한다면 포팅 물질로 덮여질 수 있다. 여섯째로, 스탬핑되고 식각된 리드프레임들 모두가 사용될 수 있다. 일곱째로, 본 발명의 실시예들은 패키지 소잉 방법들 또는 펀치 타입 싱귤레이션 방법들을 사용할 수 있다.

본 발명은 앞에서 설명된 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다는 것이 명백하며, 당업자들에 의하여 변형 및 변경이 본 발명의 기술적 사상 및 범위 이내에서 수행될 수 있다는 것이 분명하다. 더욱이, 본 발명의 임의의 하나 또는 그 이상의 실시예들은 본 발명의 기술적 사상 및 범위에서 벗어나지 않으면서 본원의 하나 또는 그 이상의 실시예들과 결합될 수 있다. 예를 들어, 앞에서 설명된 패키지들이 하나의 광학적 방사부 소자, 하나의 광학적 수용부 소자 및 5 개 이하의 도전성 구 조물들(예를 들어, 솔더 구조물들)을 가지더라도, 본 발명의 실시예들은 이러한 구성보다 더 많거나 더 적은 구성을 가질 수 있다.

상부, 하부 등에 대한 임의의 참조들은 도면들에서 도시된 다양한 구성성분들의 위치들을 언급하기 위하여 설명된 것이며, 실제로 사용되는 이러한 구성의 절대적인 위치들을 언급할 수 있거나 또는 언급하지 않을 수 있다.

임의의 단수의 표현은 특별히 이에 반하여 지정하지 않는다면 "하나 또는 그 이상의" 이라는 의미로 이해될 수 있다.

본 발명에 의하면 유용한 광학적 커플러 패키지 및 그 제조방법을 구현할 수 있다.

Claims (24)

1. 리드프레임 및 몰딩 컴파운드를 포함하는 기판을 형성하는 단계;

   상기 기판 상에 광학적 방사부를 장착하는 단계;

   상기 기판 상에 광학적 수용부를 장착하는 단계; 및

   상기 광학적 방사부 및 광학적 수용부 사이에 광학적 투과성 매체를 형성하는 단계를 포함하고,

   상기 몰딩 컴파운드는 상기 리드프레임 내의 내부 공간들을 충진하고 댐(dam) 구조체를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 기판을 형성하는 단계는:

   몰딩 다이들을 가지는 몰딩 툴 내에 리드프레임을 배치하는 단계;

   상기 몰딩 다이들 사이에 몰딩 컴파운드 전구체를 제공하는 단계; 및

   상기 몰딩 컴파운드를 응고시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 댐 구조체는 연속적인 내부 에지를 가지는 것을 특징으로 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 광학적 방사부 및 상기 광학적 수용부를 상기 기판 내의 상기 리드프레임에 와이어 본딩하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 리드프레임은 상기 몰딩 컴파운드 내의 윈도우들에 의해 정의되는 패드들을 포함하며, 그리고

   상기 방법은 상기 패드들 상에 도전성 구조물들을 증착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 댐 구조체는 상기 패드들 상의 상기 도전성 구조물들의 적어도 하나를 지지하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제5항에 있어서,

   상기 리드프레임은 구리를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제5항에 있어서,

   상기 도전성 구조물들은 솔더 볼들이며, 그리고

   상기 솔더 볼들은 상기 광학적 방사부 소자 및 상기 광학적 수용부 소자의 높이보다 더 큰 높이들을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항에 있어서,

   상기 기판 내에서, 상기 몰딩 컴파운드에 의해 윈도우가 형성되며 그리고

   상기 기판을 형성하는 단계는:

   상기 윈도우를 포팅(potting) 물질로 충진하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제1항에 있어서,

    상기 광학적 방사부 및 광학적 수용부를 지지하는 상기 기판 상의 반대편 상에 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제1항에 있어서,

    광학적 커플러 패키지를 형성하기 위하여 상기 기판 상에 솔더 구조물들을 증착하는 단계;

    상기 광학적 커플러 패키지를 뒤집는(flip over) 단계; 및

    상기 광학적 커플러 패키지를 회로 보드 상에 장착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 리드프레임 및 몰딩 컴파운드를 포함하는 기판;

    상기 기판 상의 광학적 방사부;

    상기 기판 상의 광학적 수용부; 및

    상기 광학적 방사부 및 광학적 수용부 사이에 배치되는 광학적 투과성 매체;를 포함하며,

    상기 몰딩 컴파운드는 상기 리드프레임 내의 갭들을 충진하고 댐 구조체를 형성하며, 상기 댐 구조체는 상기 리드프레임 내의 상기 갭들을 충진하는 상기 몰딩 컴파운드의 적어도 일부와 일체로서 구성되며(being integral with),

    상기 광학적 방사부 및 상기 광학적 수용부는 상기 리드프레임에 전기적으로 연결되는(coupled) 것을 특징으로 하는 광학적 커플러 패키지.
13. 제12항에 있어서,

    상기 기판 상의 복수개의 도전성 구조물들을 더 포함하고,

    상기 기판 상의 상기 도전성 구조물들은 상기 광학적 방사부 및 광학적 수용부의 높이들보다 더 큰 높이들을 가지는 것을 특징으로 하는 광학적 커플러 패키지.
14. 제13항에 있어서,

    상기 도전성 구조물들은 솔더 볼들인 것을 특징으로 하는 광학적 커플러 패키지.
15. 제12항에 있어서,

    상기 몰딩 컴파운드는 윈도우를 형성하며 그리고 상기 기판은 상기 윈도우를 충진하는 포팅(potting) 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 커플러 패키지.
16. 제12항에 있어서,

    상기 광학적 방사부 및 상기 광학적 수용부를 상기 기판 내의 상기 리드프레임에 연결하는 와이어본드들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 커플러 패키지.
17. 제12항에 있어서,

    상기 광학적 투과성 매체 상에 반사 코팅체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 커플러 패키지.
18. 회로 보드; 및

    상기 회로 보드에 장착된 제13항에 따른 상기 광학적 커플러 패키지를 포함하는 전기적 어셈블리.
19. 제18항에 따른 상기 전기적 어셈블리를 포함하는 시스템.
20. 리드프레임 및 몰딩 컴파운드 및 소자 장착 영역을 정의하는 댐 구조체를 포함하는 기판;

    상기 기판 상의 광학적 방사부;

    상기 가판 상의 광학적 수용부;

    상기 광학적 방사부 및 광학적 수용부 사이에 배치되는 광학적 투과성 매체; 및

    복수개의 도전성 구조물들;을 포함하며,

    상기 몰딩 컴파운드는 상기 리드프레임 내의 갭들을 충진하며,

    상기 광학적 방사부 및 상기 광학적 수용부는 상기 리드프레임에 전기적으로 연결되며,

    상기 도전성 구조물들은 상기 댐 구조체와 접촉하는 것을 특징으로 하는 광학적 커플러 패키지.
21. 제20항에 있어서,

    상기 도전성 구조물들은 솔더 볼들인 것을 특징으로 하는 광학적 커플러 패키지.
22. 제20항에 있어서,

    상기 광학적 방사부 소자 및 상기 광학적 수용부 소자를 상기 리드프레임에 연결하는 와이어 본드들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 커플러 패키지.
23. 회로 보드; 및

    상기 회로 보드에 장착된 제20항에 따른 상기 광학적 커플러 패키지;를 포함하는 전기적 어셈블리.
24. 제23항에 따른 상기 전기적 어셈블리를 포함하는 시스템.

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