KR20130008907A - 반도체 패키지 - Google Patents

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권경수
고채동
정하웅
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Abstract

반도체 패키지가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 서로 이격된 제1 관통홀 및 제2 관통홀이 형성된 패키지 기판, 패키지 기판에 형성되는 회로 패턴, 패키지 기판의 일면에 제1 관통홀을 커버하도록 실장되어 회로 패턴과 전기적으로 연결되며, 제1 관통홀을 통해 광을 방출하는 발광 소자, 및 패키지 기판의 일면에 제2 관통홀을 커버하도록 실장되어 회로 패턴과 전기적으로 연결되며, 제2 관통홀을 통해 광을 전달받는 수광 소자를 포함하는 반도체 패키지가 제공된다.

Description

반도체 패키지{SEMICONDUCTOR PACKAGE}
본 발명은 반도체 패키지에 관한 것이다.
최근 전자기기의 발전에 따라, 반도체 칩이 실장되어 다양한 기능을 구현할 수 있는 반도체 패키지의 활용도가 높아지고 있다. 스마트폰(smart phone) 등에는 통화를 위해 사용자가 스마트폰을 접근시키는 경우 스마트폰의 터치 패드(touch pad)를 오프(off)시키기 위한 근접 센서가 장착되며, 이러한 근접 센서는 발광 소자와 수광 소자를 구비한 반도체 패키지를 이용하여 구현될 수 있다.
종래 기술에 따른 반도체 패키지는, 리드 프레임(lead frame), 이에 격벽 구조로 형성되는 하우징, 이러한 하우징에 의해 구획되는 공간 내에 실장되는 발광 소자와 수광 소자, 및 하우징을 커버하는 커버부 등으로 구성되었다. 그리고 발광 소자에서 발생된 광이 수광 소자로 바로 입사되는 것을 차단하는 별도의 격벽이 존재하였다.
그러나, 이와 같은 종래 기술에 따르면, 리드 프레임, 하우징, 커버부, 격벽 등과 같은 다수의 부품을 이용하여 반도체 칩을 패키징함으로써, 제조 공정이 복잡해지고, 이에 따라 제조 비용 및 시간이 증가되는 문제가 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0105594호(2009.10.07)에 개시되어 있다.
본 발명은, 리드 프레임 등의 부품을 생략함으로써 구조를 단순화하고 이에 따라 제조 공정이 단순화될 수 있는 반도체 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 서로 이격된 제1 관통홀 및 제2 관통홀이 형성된 패키지 기판, 패키지 기판에 형성되는 회로 패턴, 패키지 기판의 일면에 제1 관통홀을 커버하도록 실장되어 회로 패턴과 전기적으로 연결되며, 제1 관통홀을 통해 광을 방출하는 발광 소자, 및 패키지 기판의 일면에 제2 관통홀을 커버하도록 실장되어 회로 패턴과 전기적으로 연결되며, 제2 관통홀을 통해 광을 전달받는 수광 소자를 포함하는 반도체 패키지가 제공된다.
반도체 패키지는 제1 관통홀 및 제2 관통홀의 내벽에 형성되는 반사 코팅층을 더 포함할 수 있다.
패키지 기판은 세라믹 기판 또는 글래스 기판일 수 있다.
패키지 기판의 일면에는 발광 소자 및 수광 소자가 수용되는 캐비티(cavity)가 형성될 수 있다.
반도체 패키지는 캐비티 내에 충전되는 몰딩재를 더 포함할 수 있다.
발광 소자 및 수광 소자는 회로 패턴과 플립칩 본딩(flip-chip bonding) 또는 와이어 본딩(wire bonding)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
반도체 패키지는, 제1 관통홀 및 제2 관통홀에 충전되는 투명 수지를 더 포함할 수 있다.
제1 관통홀 및 제2 관통홀은 서로를 향해 기울어지도록 형성될 수 있다.
반도체 패키지는, 패키지 기판에 제1 관통홀 및 제2 관통홀을 커버하도록 적층되는 렌즈를 더 포함할 수 있다.
렌즈의 하면에는 패키지 기판과의 체결을 위한 체결 돌기가 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 리드 프레임 등의 부품을 생략함으로써 구조를 단순화하고 이에 따라 제조 공정이 단순화될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 패키지를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 패키지를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 패키지를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 패키지를 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 패키지를 나타낸 단면도.
도 6 및 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 패키지를 나타낸 단면도 및 평면도.
본 발명에 따른 반도체 패키지의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 패키지를 나타낸 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 패키지(100)를 나타낸 단면도이다.
본 실시예에 따르면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 회로 패턴(120)이 형성된 패키지 기판(110), 패키지 기판(110)에 실장되는 발광 소자(130)와 수광 소자(140), 패키지 기판(110) 하부에 형성되는 패드(170), 패키지 기판(110)의 제1 관통홀(112) 및 제2 관통홀(114)에 형성된 반사 코팅층(150), 패키지 기판(110)의 캐비티(116)에 충전되는 몰딩재(160) 등으로 이루어지는 반도체 패키지(100)가 제시된다.
이와 같은 본 실시예의 경우, 리드 프레임, 하우징, 격벽, 커버부 등의 부품이 생략됨으로써 반도체 패키지(100)의 구조가 보다 단순화될 수 있으며, 이에 따라 제조 공정이 단순화되어, 제조 비용 및 시간 등을 효과적으로 절감할 수 있다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 실시예에 따른 반도체 패키지(100)의 각 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
패키지 기판(110)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 발광 소자(130)와 수광 소자(140)의 실장 및 보호를 위한 구성으로서, 이러한 패키지 기판(110)으로는 세라믹 기판 또는 글래스 기판이 이용될 수 있다.
패키지 기판(110)의 하면에는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 발광 소자(130) 및 수광 소자(140)의 실장을 위해 하측으로 개방된 캐비티(116)가 형성될 수 있다. 그리고 패키지 기판(110)에는 패키지 기판(110)을 관통하는 제1 관통홀(112) 및 제2 관통홀(114)이 형성될 수 있으며, 발과 소자와 수광 소자(140)는 패키지 기판(110) 하면 중 제1 관통홀(112)과 제2 관통홀(114)의 위치와 각각 대응되는 위치에 실장될 수 있다.
패키지 기판(110)의 캐비티(116) 내에 발광 소자(130)와 수광 소자(140)가 실장된 이후, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 캐비티(116) 내에 몰딩재(160)가 충전될 수 있으므로, 외부 환경으로부터 이들 발광 소자(130)와 수광 소자(140)를 효과적으로 보호할 수 있게 된다.
이러한 패키지 기판(110)에는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 회로 패턴(120)이 형성될 수 있다. 이러한 회로 패턴(120)은 발광 소자(130)와 수광 소자(140)의 각 전극과 전기적으로 연결되어 이들로부터 발생되는 전기적 신호를 패드(170)를 통해 외부 장치로 전달할 수 있다.
발광 소자(130)는 상술한 바와 같이 캐비티(116) 내에 수용되어 제1 관통홀(112)의 위치와 대응되도록 배치되며, 패키지 기판(110)의 하면에 제1 관통홀(112)을 커버하도록 실장될 수 있다. 이러한 발광 소자(130)는 플립칩 본딩 방식에 의해 회로 패턴(120)과 전기적으로 연결될 수 있다.
발광 소자(130)는 광을 방출하는 LED 소자 등으로 이루어질 수 있으며, 발광 소자(130)의 발광면이 제1 관통홀(112)을 향하도록 배치되어 제1 관통홀(112)을 통해 외부로 노출될 수 있다. 이에 따라 발광 소자(130)는 패키지 기판(110)의 제1 관통홀(112)을 광을 방출시킬 수 있다.
수광 소자(140)는 상술한 바와 같이 캐비티(116) 내에 수용되어 제2 관통홀(114)의 위치와 대응되도록 배치되며, 패키지 기판(110)의 하면에 제2 관통홀(114)을 커버하도록 실장될 수 있다. 이러한 수광 소자(140)는 와이어 본딩 방식에 의해 회로 패턴(120)과 전기적으로 연결될 수 있다.
수광 소자(140)는 광을 수광하는 포토 다이오드(photo diode) 등으로 이루어질 수 있으며, 수광 소자(140)의 수광면이 제2 관통홀(114)을 향하도록 배치되어 제2 관통홀(114)을 통해 외부로 노출될 수 있다. 이에 따라 수광 소자(140)는 발광 소자(130)에서 방출되어 외부 물체에 반사된 후 제2 관통홀(114)을 통해 입사되는 광을 감지하여 그에 해당되는 전기적 신호를 생성할 수 있다.
이 경우 신호처리부는 수광 소자(140)로부터 생성된 전기적 신호를 전달 받아 이를 처리할 수 있으며, 수광 소자(140)의 전기적 신호로부터 그에 해당되는 데이터를 산출하여 외부 물체의 접근 여부를 감지할 수 있으므로, 본 실시예의 반도체 패키지(100)는 예를 들어 스마트폰 등에 활용 가능한 근접 센서로 이용될 수 있다. 여기서 신호처리부는 수광 소자(140)와 단일 칩의 형태로 제작될 수 있으며, 그 밖에 별도로 형성되어 패키지 기판(110) 내에 실장될 수도 있다.
본 실시예의 경우, 이와 같이 패키지 기판(110)에 제1 관통홀(112)과 제2 관통홀(114)을 형성함으로써, 패키지 기판(110) 중 제1 관통홀(112)과 제2 관통홀(114) 사이의 영역이 발광 소자(130)의 광이 수광 소자(140)로 직접 입사되는 것을 방지하기 위한 차단벽의 기능을 수행할 수 있어, 종래와 같이 별도의 격벽을 형성할 필요가 없으므로, 반도체 패키지(100)의 구조 단순화 및 이에 따른 제조 공정의 단순화가 가능하게 된다.
반사 코팅층(150)(reflective coating layer)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 제1 관통홀(112) 및 제2 관통홀(114)의 내벽에 형성될 수 있다. 반사 코팅층(150)은 발광 및 수광 효율을 보다 향상시킬 수 있다.즉, 발광 소자(130) 및 수광 소자(140)의 광 경로에 반사 코팅층(150)을 형성함으로써, 발광 소자(130)에서 방출되는 광 및 수광 소자(140)로 입사되는 광을 제1 관통홀(112) 및 제2 관통홀(114)의 내벽 상에서 보다 효과적으로 반사시킬 수 있으므로, 발광 및 수광 효율을 보다 향상시킬 수 있는 것이다.
다음으로, 도 3을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 패키지(100)에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 패키지(100)를 나타낸 단면도이다.
본 실시예의 경우, 수광 소자(140)의 접속 방식 및 관통 수지(180)의 충전 여부에서 전술한 실시예와 상이하므로, 이하 이러한 차이점을 중심으로 본 실시예에 대해 설명하도록 한다.
도 3에 도시된 바와 같이 발광 소자(130)와 수광 소자(140)는 모두 플립칩 본딩 방식에 의해 실장될 수 있다. 이러한 경우 발광 소자(130)와 패키지 기판(110) 사이 및 수광 소자(140)와 패키지 기판(110) 사이에는 언더필(under-fill) 수지가 주입될 수도 있으며, 이에 따라 발광 소자(130) 및 수광 소자(140)의 접속 신뢰성을 확보함과 동시에, 외부 물질이 패키지 기판(110) 내부로 유입되는 것을 차단할 수 있다.
그리고 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 관통홀(112)과 제2 관통홀(114)에는 투명 수지(180)가 충전될 수 있다. 이러한 투명 수지(180)는 최소한의 손실로 광을 투과시킬 수 있는 물질로 이루어질 수 있으므로, 반도체 패키지(100)의 발광 및 수광 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
다음으로, 도 4를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 패키지(100)에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 패키지(100)를 나타낸 단면도이다.
본 실시예의 경우, 패키지 기판(110)의 두께 및 이에 따른 제1 관통홀(112)과 제2 관통홀(114)의 깊이 측면에서 전술한 실시예와 상이하므로, 이하 이러한 차이점을 중심으로 본 실시예에 대해 설명하도록 한다.
본 실시예의 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 전술한 실시예들에 비해 패키지 기판(110)을 예를 들어 2배 이상 두껍게 설정할 수 있다. 예를 들어 패키지 기판(110)의 두께는 발광 소자(130) 또는 수광 소자(140)의 두께 보다 2배 이상의 두께를 가질 수 있으며, 이에 따라 패키지 기판(110)을 관통하는 제1 관통홀(112) 및 제2 관통홀(114)의 깊이 역시 그에 상응하게 증가하게 된다.
이와 같이 제1 관통홀(112)과 제2 관통홀(114)의 깊이가 증가됨에 따라 발광 소자(130)에서 방출되는 광 및 외부 물체 반사 후 수광 소자(140)로 입사되는 광의 이동을 보다 안정적으로 가이드할 수 있으므로, 전기적 신호의 노이즈를 보다 효과적으로 감소시킬 수 있다.
다음으로, 도 5를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 패키지(100)에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 패키지(100)를 나타낸 단면도이다.
본 실시예의 경우, 제1 관통홀(112) 및 제2 관통홀(114)의 구조가 전술한 실시예와 상이하므로, 이하 이러한 차이점을 중심으로 본 실시예에 대해 설명하도록 한다.
본 실시예의 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 제1 관통홀(112) 및 제2 관통홀(114)이 서로를 향해 기울어지도록 형성될 수 있다. 즉, 제 1 관통홀(112)과 제2 관통홀(114)은 패키지 기판(110)의 내측을 향해 서로 반대 방향으로 경사지게 형성될 수 있다.
이와 같이 제1 관통홀(112)과 제2 관통홀(114)이 경사지게 형성됨으로써, 도 5에 도시된 바와 같이 임의의 거리에 있는 반사체(10)에 대해 발광 및 수광의 효율을 보다 높일 수 있게 된다.
다음으로, 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 패키지(100)에 대해 설명한다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 패키지(100)를 나타낸 단면도 및 평면도이다.
본 실시예의 경우, 렌즈(190)의 적층 여부에서 전술한 실시예와 상이하므로, 이하 이러한 차이점을 중심으로 본 실시예에 대해 설명하도록 한다.
본 실시예의 경우, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 패키지 기판(110)에 제1 관통홀(112) 및 제2 관통홀(114)을 커버하도록 적층되는 렌즈(190)를 추가로 구비할 수 있다.
이러한 렌즈(190)의 하면에는 체결 돌기(192)가 형성될 수 있으므로, 체결 돌기(192)를 패키지 기판(110)의 체결홈에 삽입함으로써 별도의 접착제 없이도 렌즈(190)를 패키지 기판(110) 상에 체결할 수 있다.
본 실시예의 경우 체결 돌기(192)를 이용하여 렌즈(190)를 패키지 기판(110) 상에 체결하는 경우를 일 예로 제시하였으나, 이러한 체결 돌기(192)를 이용하지 않더라도 접착제 등으로 렌즈(190)를 패키지 기판(110)에 결합할 수 있음은 물론이다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10: 반사체
100: 반도체 패키지
110: 패키지 기판
112: 제1 관통홀
114: 제2 관통홀
116: 캐비티
120: 회로 패턴
130: 발광 소자
140: 수광 소자
150: 반사 코팅층
160: 몰딩재
170: 패드
180: 투명 수지
190: 렌즈
192: 체결 돌기

Claims (10)

  1. 서로 이격된 제1 관통홀 및 제2 관통홀이 형성된 패키지 기판;
    상기 패키지 기판에 형성되는 회로 패턴;
    상기 패키지 기판의 일면에 상기 제1 관통홀을 커버하도록 실장되어 상기 회로 패턴과 전기적으로 연결되며, 상기 제1 관통홀을 통해 광을 방출하는 발광 소자; 및
    상기 패키지 기판의 일면에 상기 제2 관통홀을 커버하도록 실장되어 상기 회로 패턴과 전기적으로 연결되며, 상기 제2 관통홀을 통해 광을 전달받는 수광 소자를 포함하는 반도체 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 관통홀 및 상기 제2 관통홀의 내벽에 형성되는 반사 코팅층을 더 포함하는 반도체 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 패키지 기판은 세라믹 기판 또는 글래스 기판인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 패키지 기판의 일면에는 상기 발광 소자 및 상기 수광 소자가 수용되는 캐비티(cavity)가 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 캐비티 내에 충전되는 몰딩재를 더 포함하는 반도체 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 발광 소자 및 상기 수광 소자는 상기 회로 패턴과 플립칩 본딩(flip-chip bonding) 또는 와이어 본딩(wire bonding)에 의해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 관통홀 및 상기 제2 관통홀에 충전되는 투명 수지를 더 포함하는 반도체 패키지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 관통홀 및 상기 제2 관통홀은 서로를 향해 기울어지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 패키지 기판에 상기 제1 관통홀 및 상기 제2 관통홀을 커버하도록 적층되는 렌즈를 더 포함하는 반도체 패키지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 렌즈의 하면에는 상기 패키지 기판과의 체결을 위한 체결 돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
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