KR20140080441A - 디바이스 상에 조립된 이산 안테나들을 포함하는 패키지 구조물 - Google Patents

디바이스 상에 조립된 이산 안테나들을 포함하는 패키지 구조물 Download PDF

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KR20140080441A
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Abstract

마이크로전자 패키지 구조물을 형성하는 방법, 및 그에 의해 형성된 관련 구조물들이 설명된다. 그러한 방법 및 구조물은 디바이스의 뒷면에 배치된 이산 안테나 - 이산 안테나는 안테나 기판을 포함함 - , 및 안테나 기판을 관통하여 수직으로 배치되는 안테나 기판 관통 비아를 포함하는 패키지 구조물을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 디바이스 내에 수직으로 배치된 디바이스 기판 관통 비아는 안테나 기판 관통 비아와 연결되고, 패키지 기판은 디바이스의 능동측과 연결된다.

Description

디바이스 상에 조립된 이산 안테나들을 포함하는 패키지 구조물{PACKAGE STRUCTURES INCLUDING DISCRETE ANTENNAS ASSEMBLED ON A DEVICE}
본 발명은 마이크로전자 패키지 구조물을 형성하는 방법, 및 그에 의해 형성된 관련 구조물들에 관한 것이다.
플랫폼 상에서 30GHz 이상에서 동작하는 밀리미터파 무선 통신 장치들(millimeter wave radios)을 집적하면, 디바이스들 또는 칩들 간의 데이터의 무선 전송이 가능하게 된다. 디바이스들/칩들 간의 성공적인 데이터 전송은 인터페이스의 역할을 하는 하나 이상의 패키지 레벨 집적 안테나(package-level integrated antennas)를 필요로 한다. 무선 디버그 포트를 이용하는 SoC(system on a chip)/CPU(central processing unit) 디바이스들의 사후 실리콘 검증(post silicon validation), 및 초단거리 칩-대-칩 통신과 같은 응용은 패키지 기판/안테나 어레이 설계에 있어서의 전통/종래 기술에 연관된 라우팅 손실 및 패키지 물적 자산(package real estate)의 손실로 인해 어려움을 겪을 수 있다.
본 명세서가 소정 실시예들을 구체적으로 지적하고 명백하게 청구하는 청구항들로 마무리되긴 하지만, 이러한 실시예들의 이점은 이하의 본 발명의 설명을 첨부 도면들과 함께 읽으면 더욱 쉽게 확인될 수 있다:
도 1a-1d는 다양한 실시예들에 따른 구조물들을 나타낸다.
도 2는 실시예들에 따른 흐름도를 나타낸다.
도 3은 실시예들에 따른 구조물들을 나타낸다.
도 4는 실시예들에 따른 시스템을 나타낸다.
이하의 상세한 설명에서는, 방법 및 구조물이 구현될 수 있는 구체적인 실시예들을 예시로서 보여주는 첨부 도면들이 참조된다. 이 실시예들은 본 기술분야의 숙련된 자들이 실시예들을 실시할 수 있도록 충분히 상세하게 설명된다. 다양한 실시예들이 서로 다르기는 하지만, 반드시 상호배타적인 것은 아니라는 점을 이해해야 한다. 예를 들어, 여기에서 일 실시예에 관련하여 설명되는 구체적인 특징, 구조 또는 특성은 실시예들의 취지 및 범위를 벗어나지 않고서 다른 실시예들에서 구현될 수 있다. 추가로, 개시된 각각의 실시예에서의 개별 요소들의 위치 또는 배열은 실시예들의 취지 및 범위를 벗어나지 않고서 수정될 수 있음을 이해해야 한다. 그러므로, 이하의 상세한 설명은 제한적인 의미로 받아들여져서는 안 되며, 실시예들의 범위는, 청구항들에 부여되는 전체 균등물 범위와 함께 적절하게 해석되는 첨부된 청구항들에 의해서만 정의된다. 도면에서, 유사 참조번호들은 수 개의 도면들 전체에서 동일하거나 유사한 기능성을 지칭할 수 있다.
마이크로전자 디바이스(microelectronic device)의 최상부 표면에 배치된 이산 안테나(discrete antenna)를 포함하는 패키지 구조물을 형성하는 것과 같이, 마이크로전자 패키지 구조물을 형성하고 이용하는 방법이 설명된다. 그러한 방법 및 구조물은 디바이스의 뒷면(back side)에 배치된 이산 안테나 - 이산 안테나는 안테나 기판을 포함함 - , 및 안테나 기판을 관통하여 수직으로 배치된 안테나 기판 관통 비아를 포함하는 패키지 구조물을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 디바이스 내에 수직으로 배치되는 기판 관통 비아(through substrate via)는 안테나 기판 관통 비아와 연결될 수 있고, 패키지 기판은 디바이스의 능동측(active side)과 연결될 수 있다. 여기에 개시되는 다양한 실시예들의 패키지 구조물들은 더 단거리의 전송 응용들을 위해 이산 개별 안테나들을 이용하는 것을 가능하게 한다.
도 1a-1d는 디바이스 상에 배치된 적어도 하나의 이산 안테나를 포함하는 패키지 구조물들의 실시예들을 도시한다. 실시예에서, 패키지 구조물(100)은 적어도 하나의 이산 안테나(102)(도 1a)를 포함한다. 이산 안테나(102)는 일부 실시예들에서는 유리 재료를 포함할 수 있는 안테나 기판(104)을 포함한다. 다른 실시예들에서, 안테나 기판(104)은 구체적인 응용에 따라, 액정 폴리머, 유기 재료, 저온 동시소성 세라믹(low temperature co-fired ceramic), 알루미나, 도핑되지 않은 실리콘, 및 임의의 고성능 밀리미터파 기판 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시예에서, 안테나 기판(104)은 약 30 GHz 이상의 주파수를 포함한다. 실시예에서, 안테나 기판(104)은 전도체 재료의 층 및 유전체 재료의 층을 교대로 포함할 수 있다. 실시예에서, 이산 안테나(102)는 일부 경우들에서 이산 안테나(102)의 치수를 감소시키는 역할을 할 수 있는 고-k 유전체 재료(high k dielectric material)를 포함할 수 있다. 실시예에서, 이산 안테나(102)는 방사 요소(radiating element)(106) 및 안테나 기판 관통 비아(108)를 포함할 수 있다. 실시예에서, 방사 요소(106)는 이산 안테나(102)의 주파수 대역폭을 증대시키기 위해, 서로 용량 결합될(capacitavely coupled) 수 있는 복수 레벨의 금속을 포함할 수 있다(예를 들어, 방사 요소는 유전체 재료에 의해 분리된 복수의 금속 층을 포함할 수 있음).
실시예에서, 방사 요소(106)는 안테나 기판(104)의 최상부에 수평으로 배치될 수 있고, 안테나 기판 관통 비아(108)와 직각으로 연결될 수 있다. 실시예에서, 이산 안테나(102)는 폭이 약 2mm 미만, 길이가 약 2mm 미만, 높이가 약 0.4mm 미만일 수 있는 치수들을 포함할 수 있다. 이산 안테나(102)의 치수들은 구체적인 응용에 따라 달라질 수 있다. 실시예에서, 안테나 기판(104)의 물리적 치수는 디바이스/응용이 동작할 수 있는 주파수 범위의 파장보다 훨씬 더 작을 수 있다. 실시예에서, 안테나 기판 관통 비아(108)는 방사 요소(106)에 물리적으로 연결되어 있지 않을 수 있으며, 여기에서 밀리파 신호는 방사 요소(106)와 기판 관통 비아(116) 사이에서 전자기적으로 연결될 수 있다.
안테나 기판 관통 비아(108)는 안테나 기판(104) 내에 수직으로 배치될 수 있다. 안테나 컨택트(110)는 안테나 기판 관통 비아(108)와 연결될 수 있고, 안테나 기판(104)의 바닥부 상에 배치될 수 있다. 안테나 전도성 구조물(112)은 안테나 컨택트(110)와 연결될 수 있다. 재분배층(RDL: redistribution layer)(114)을 포함할 수 있는 디바이스 컨택트(114)는 안테나 전도성 구조물(112)과 연결될 수 있다. 디바이스 컨택트(114)는 디바이스(118)의 뒷면에 배치될 수 있다. 디바이스(118)는, 일 실시예에서는 밀리미터파 무선 통신 장치와 같은 무선 통신 장치(119)를 포함하는 시스템-온-칩(SoC) 디바이스를 포함할 수 있고, 다른 실시예들에서는 구체적인 응용에 적합한 임의의 유형의 디바이스를 포함할 수 있다.
기판 관통 비아(TSV)(116)를 포함할 수 있는 디바이스 기판 관통 비아는 디바이스 컨택트(114)와 연결될 수 있고, 디바이스/디바이스 기판(118) 내에 수직으로 배치될 수 있다. 실시예에서, 기판 관통 비아(116)는 예를 들어 실리콘 산화물과 같은 절연체 재료(121)로 라이닝될 수 있다(TSV(116)를 포함하는 디바이스(118)의 부분을 도시하고 있는 도 1d). 절연체(121)로 라이닝된 기판 관통 비아(116)는, 일부 경우들에서는 실리콘 기판 재료(135)를 포함할 수 있는 디바이스 재료(135)를 관통하여 배치될 수 있고, 디바이스(118)는 실시예들에서 1dB 미만의 손실을 나타낼 수 있다. 디바이스 재료(135)는 예를 들어 산화물 재료와 같은 절연 재료(137)에 의해, 디바이스 컨택트(114) 및 디바이스(118)의 능동 층/측(120)으로부터 절연될 수 있다.
도 1a를 다시 참조하면, 기판 관통 비아(116)는 (그 사이를 연결하는 안테나 컨택트(110), 전도성 구조물(112) 및 디바이스 컨택트(114)를 이용하여) 안테나 기판 관통 비아(108)와 전기적 및 물리적으로 연결될 수 있고, 기판 관통 비아(116)와 연결된 안테나 기판 관통 비아(108)는 이산 안테나(102)로부터 디바이스(118)로 신호를 전도할 수 있다. 다른 실시예에서, 안테나 기판 관통 비아(108)는 전도성 구조물 및 금속-대-금속 본딩 중 하나에 의해 기판 관통 비아(116)에 연결될 수 있다. 실시예에서, 이산 안테나(102)는 유리와 같은 고성능 밀리미터파 안테나 기판(104)을 포함할 수 있다. 안테나 기판(104) 내의/안테나 기판 상의 방사 요소(106)로부터 방출/전파될 수 있는 밀리미터파 신호는 안테나 기판 관통 비아(108)와 기판 관통 비아(116) 간의 연결에 의해 이산 안테나(102)와 디바이스(118) 사이에서 전송/전파될 수 있다.
접지 안테나 컨택트(111)는 안테나 기판(104)의 바닥부 상에서 안테나 컨택트(110)에 인접하게 배치될 수 있다. 접지 안테나 전도성 구조물(113)은 접지 안테나 컨택트(111)와 연결될 수 있다. 접지 디바이스 컨택트(115)는 접지 안테나 전도성 구조물(113)과 연결될 수 있다. 접지 디바이스 컨택트(115)는 디바이스(118)의 뒷면에 배치될 수 있다. 접지 기판 관통 비아(117)를 포함할 수 있는 접지 디바이스 기판 관통 비아(117)는 접지 디바이스 컨택트(115)와 연결될 수 있고, 디바이스(118) 내에 수직으로 배치될 수 있다. 접지 디바이스 기판 관통 비아(117)는 신호 기판 관통 비아(116)에 인접할 수 있으며, 이산 안테나(102)에 대한 접지 기준을 제공할 수 있다.
실시예에서, 제2 이산 안테나(102')는 디바이스(118) 상에 배치될 수 있고, 이산 안테나(102)에 인접할 수 있다. 제2 이산 안테나(102')는 안테나 기판(104')을 포함하고, 안테나 기판(104)과 유사한 재료를 포함할 수 있다. 제2 이산 안테나(102')는 안테나 기판 관통 비아(108')에 연결된 방사 요소(106'), 안테나 기판 관통 비아(108')와 연결된 안테나 컨택트(110'), 및 안테나 컨택트(110')와 연결된 안테나 전도성 구조물(112')을 포함할 수 있다.
디바이스 컨택트(114')는 안테나 전도성 구조물(112')과 연결될 수 있다. 디바이스 컨택트(114')는 디바이스(118)의 뒷면에 배치될 수 있다. 디바이스 기판 관통 비아(116')는 디바이스 컨택트(114')와 연결될 수 있고, 디바이스(118) 내에 수직으로 배치될 수 있다. 디바이스 기판 관통 비아(116')는 안테나 기판 관통 비아(108')와 전기적 및 물리적으로 연결될 수 있다.
접지 안테나 컨택트(111')는 안테나 기판(104')의 바닥부 상에서 안테나 컨택트(110')에 인접하게 배치될 수 있다. 접지 안테나 전도성 구조물(113')은 접지 안테나 컨택트(111')와 연결될 수 있다. 접지 디바이스 컨택트(115')는 접지 안테나 전도성 구조물(113')과 연결될 수 있다. 접지 디바이스 컨택트(115')는 디바이스(118)의 뒷면에 배치될 수 있다. 접지 디바이스 기판 관통 비아(117')를 포함할 수 있는 접지 기판 관통 비아(117')는 접지 디바이스 컨택트(115')와 연결될 수 있고, 디바이스(118) 내에 수직으로 배치될 수 있다. 접지 기판 관통 비아(117')는 신호 기판 관통 비아(116')에 인접할 수 있으며, 제2 이산 안테나(102')에 대한 접지 기준일 수 있다.
이산 안테나(102, 102')는 디바이스(118)의 뒷면과 조립/연결될 수 있다. 실시예에서, 디바이스와 이산 안테나(102, 102') 사이에서 방사 요소(106, 106')에 의해 유도될 수 있는 밀리미터파 신호는 신호 기판 관통 비아(116, 116')와 안테나 기판 관통 비아(108, 108') 간의 직렬 접속에 의해 반송될 수 있다. 추가로, (기판 관통 비아(116, 116')와 안테나 기판 관통 비아(108, 108') 간의 직렬 접속을 포함할 수 있는) 신호 비아들 각각은 구체적인 응용에 따라, 하나 또는 복수의 접지 기판 관통 비아(117, 117')에 의해 둘러싸일 수 있다. 접지 기판 관통 비아(117, 117')는 이산 안테나(102, 102')로부터의 밀리미터파 신호를 위한 리턴 경로의 역할을 한다.
이산 안테나(102, 102')는 패키지 기판 내에 구현되는 안테나들에 비교하여, 크게 개선된 전기적 속성을 나타낸다. 그에 더하여, 수직 안테나 기판 관통 비아와 연결된 TSV들의 수직 구현은 예를 들어 전통적인 CPU 신호 라우팅에 필요한 패키지 공간을 해소하고, 그에 의해 패키지 구조물(100)의 전체적인 조밀성(compactness)을 개선한다.
실시예에서, 디바이스(118)의 능동측/층(120)은 솔더 볼/상호접속부(122)에 의해 기판(126)과 연결될 수 있다. 다른 실시예에서, 디바이스(118)의 능동측(120)은 직접적인 금속-대-금속 본딩에 의해 기판(126)과 연결될 수 있다. 실시예에서, 패키지 구조물(100)은 3D 패키지 구조물(100)을 포함할 수 있다. 실시예에서, 패키지 구조물(100)은 코어리스(coreless) BBUL(bumpless build up layer) 패키지 구조물(100)의 일부를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 패키지 구조물(100)의 일부는 디바이스(102, 102', 102")와 같은 마이크로전자 디바이스(들)와, 패키지 구조물(100)이 연결될 수 있는 다음 레벨 컴포넌트(예를 들어, 회로 보드) 간의 전기적 통신을 제공할 수 있는 임의의 적절한 유형의 패키지 구조물(100)을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 여기에서의 패키지 구조물(100)은 다이와, 하부 집적 회로(IC) 패키지와 연결된 상부 IC 패키지 간의 전기적 통신을 제공할 수 있는 임의의 적절한 유형의 패키지 구조물들을 포함할 수 있다.
여기에서의 실시예들의 기판(126)은 코어층(유전체 코어 또는 금속 코어 중 어느 하나) 주위를 둘러싸는 유전체 재료의 층 및 금속 층을 교대로 포함하는 다층 기판(126)을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 기판(126)은 코어리스 다층 기판(126)을 포함할 수 있다. 다른 유형의 기판 및 기판 재료들도 개시된 실시예들에서 사용될 수 있다(예를 들어, 세라믹, 사파이어, 유리 등).
실시예에서, 디바이스 패키지 구조물(100)은 다층 패키지 기판(126) 상에 조립된 플립 칩일 수 있는 밀리미터파 무선 통신 장치(119)를 포함하는 디바이스(118)를 포함한다. 다른 실시예에서, 복수의 이산 칩 안테나(102)는 디바이스(118) 상에 형성/연결될 수 있고, 여기에서 디바이스(118)와 연결되는 이산 안테나(102)의 수는 구체적인 설계 요구조건에 의존할 수 있다. 여기에서의 실시예들의 이산 안테나들(102)은 패키지 기판(126) 상에서 더 적은 면적을 차지하며, 신호 손실에 있어서 현저한 감소를 보인다. 추가로, 실시예들은 덜 엄격한 신호 분리 솔루션을 요구하며, 그에 의해 패키지 풋프린트의 감소를 유발한다.
도 1b는 (도 1a에 도시된 디바이스(118) 및 관련 패키지(100) 컴포넌트와 유사한) 디바이스(118)가 예를 들어 BBUL 기판(127)과 같은 코어리스 기판(127)에 부분적으로 내장될 수 있는 실시예를 도시한다. 상호접속부(122)는 기판(127) 내에 배치될 수 있고, 코어리스 상호접속 구조물(124)과 연결될 수 있다. 실시예에서, 패키지 구조물(131)은 적어도 2개의 이산 안테나(102, 102')를 포함할 수 있다. 부분적으로 내장된 기판(127) 내에 디바이스(118) 및 이산 안테나(102, 102')를 형성/연결하는 것의 이점은 패키지 구조물(131)의 전체적인 Z-높이 감소이다. 다른 실시예에서, 디바이스(118) 및 안테나(102, 102')는 기판(127) 내에 완전하게 내장될 수 있다.
도 1c는 패키지 구조물(132)이 서로 적층된 (도 1a의 디바이스(118) 및 관련 패키지(100) 컴포넌트와 유사한) 2개의 디바이스(118, 118')를 포함하는 실시예를 도시한다. 제1 디바이스/다이(118)는 임의의 유형의 적절한 패키지 기판(126)을 포함할 수 있는 패키지 기판(126)과 연결될 수 있고/패키지 기판 상에 배치될 수 있고, 제2 디바이스/다이(118')는 제1 디바이스(118) 상에 배치/적층될 수 있다. 제1 디바이스(118)는 접지 비아(117') 및 신호 비아(116')에 의해, 그리고 접지 상호접속 구조물(123) 및 신호 상호접속 구조물(125)에 의해 제2 디바이스(118')와 연결될 수 있다. 실시예에서, (도 1a의 이산 안테나와 유사한) 이산 안테나(102)는 폭 1mm, 길이 1mm 정도로 작은 치수를 포함할 수 있고, 제1 디바이스(118) 상에서 제2 디바이스(118')에 인접하게 적층될 수 있다. 일반적으로, 실시예들의 이산 안테나의 치수들은 구체적인 응용/설계의 주파수 범위 내에서의 최소 파장의 몇 분의 1을 포함한다.
실시예에서, 패키지 구조물(132)은 적어도 하나의 3D 적층형 밀리미터파 칩 안테나를 포함하는 시스템-온-칩을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 이산 안테나는 제1 디바이스(118)의 뒷면에 배치/연결될 수 있다. 실시예에서, 선택적인 무선 주파수 간섭(RFI:radio frequency interference) 쉴드(130)가 적층된 디바이스들(118, 118') 주위에 배치될 수 있고/그것을 둘러쌀 수 있다. 일부 실시예들에서, RFI 쉴드는 이산 안테나(들)를 나머지 패키지 구조물 컴포넌트들로부터 더 고립시키기 위해 이용될 수 있다.
여기에서의 실시예들은 이산 안테나를 패키지 구조물들과 3D 집적하는 것을 가능하게 하는 것을 포함하며, 여기에서 하나 또는 복수의 이산 밀리미터파 칩 안테나는 주된 시스템-온-칩/CPU 다이/디바이스의 최상부에 조립되며, 디바이스는 집적된 mm파 무선 통신 장치를 포함한다. 안테나들은 예를 들어 유리와 같은 고성능 밀리미터파 기판 상에 구현될 수 있으며, 여기에서 밀리미터파 신호는 기판 관통 비아들을 이용하여 이산 안테나와 디바이스 간에 연결될 수 있다. 여기에서의 실시예들은 예를 들어 무선 디버그 포트를 이용하는 SoC/CPU 칩의 사후 실리콘 검증 및 초단거리 칩-대-칩 통신과 같은 응용들에 3D 이산 안테나들을 통합하는 것을 지원한다. 무선 신호-대-로직 분석기, 및 모바일 디바이스들 간에서 및/또는 DVD 및 디스플레이 디바이스들과 같은 디바이스들 간에서와 같은 디바이스들 간에서의 무선 다중 안테나 전송과 같은 응용이 여기에서 가능하게 된다.
다른 실시예에서, 패키지 구조물을 형성하는 방법이 도 2에 도시되어 있다. 단계(202)에서, 적어도 하나의 이산 안테나가 디바이스의 뒷면에 형성되고, 이산 안테나는 안테나 기판을 포함한다. 단계(204)에서, 안테나 기판을 관통하여 안테나 기판 관통 비아가 형성되고, 안테나 기판 관통 비아는 안테나 기판을 관통하여 수직으로 배치된다. 단계(206)에서, 안테나 기판 관통 비아는 디바이스 내에 수직으로 배치되는 기판 관통 비아와 연결되고, 단계(208)에서, 디바이스는 패키지 기판과 연결된다.
이제 도 3을 보면, 컴퓨팅 시스템(300)의 실시예가 도시되어 있다. 시스템(300)은 메인보드(310) 또는 다른 회로 보드 상에 배치된 다수의 컴포넌트를 포함한다. 메인보드(310)는 제1 측(312) 및 그에 반대되는 제2 측(314)을 포함하고, 다양한 컴포넌트들이 제1 및 제2 측(312, 314) 중 어느 하나 또는 둘 다에 배치될 수 있다. 도시된 실시예에서, 컴퓨팅 시스템(300)은 메인보드의 제1 측(312)에 배치된 패키지 구조물(340)(예를 들어, 도 1a의 패키지 구조물(100)과 유사할 수 있음)을 포함하며, 패키지 구조물(340)은 여기에 설명되는 마이크로채널 구조물 실시예 중 임의의 것을 포함할 수 있다.
시스템(300)은 예를 들어 핸드핼드형 또는 모바일 컴퓨팅 디바이스와 같은 임의의 유형의 컴퓨팅 시스템을 포함할 수 있다(예를 들어, 셀폰, 스마트폰, 모바일 인터넷 디바이스, 뮤직 플레이어, 태블릿 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 넷탑 컴퓨터 등). 그러나, 개시된 실시예들은 핸드핼드형 및 다른 모바일 컴퓨팅 디바이스들에 한정되지 않으며, 이 실시예들은 데스크탑 컴퓨터 및 서버와 같은 다른 유형의 컴퓨팅 시스템에도 적용될 수 있다.
메인보드(310)는 보드 상에 배치된 다양한 컴포넌트들 중 하나 이상의 컴포넌트 간의 전기 통신을 제공할 수 있는 임의의 적절한 유형의 회로 보드 또는 다른 기판을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들어, 메인보드(310)는 유전체 재료의 층에 의해 서로 분리되고 전기 전도성 비아에 의해 상호접속되는 복수의 금속층을 포함하는 인쇄 회로 보드(PCB)를 포함한다. 금속층들 중 임의의 하나 이상의 금속층은 (아마도 다른 금속층들과 함께) 보드(310)와 연결된 컴포넌트들 간에서 전기 신호를 라우팅하기 위해, 원하는 회로 패턴으로 형성될 수 있다. 그러나, 개시된 실시예들은 상술한 PCB로 한정되지 않으며, 메인보드(310)는 임의의 다른 적절한 기판을 포함할 수 있음을 이해해야 한다.
패키지 구조물(340)에 더하여, 하나 이상의 추가 컴포넌트가 메인보드(310)의 어느 한 면 또는 양면(312, 314)에 배치될 수 있다. 예시로서, 도면들에 도시된 바와 같이, 컴포넌트들(301a)은 메인보드(310)의 제1 면(312)에 배치될 수 있고, 컴포넌트들(301b)은 메인보드의 반대면(314)에 배치될 수 있다. 메인보드(310) 상에 배치될 수 있는 추가 컴포넌트들은 다른 IC 디바이스들(예를 들어, 프로세싱 디바이스, 메모리 디바이스, 신호 처리 디바이스, 무선 통신 디바이스, 그래픽 제어기 및/또는 드라이버, 오디오 프로세서 및/또는 제어기 등), 전력 전달 컴포넌트(예를 들어, 전압 조정기 및/또는 다른 전력 관리 디바이스, 배터리와 같은 전력 공급원, 및/또는 커패시터와 같은 수동 디바이스), 및 하나 이상의 사용자 인터페이스 디바이스(예를 들어, 오디오 입력 디바이스, 오디오 출력 디바이스, 키패드 또는 터치 스크린 디스플레이와 같은 기타 데이터 입력 디바이스, 및/또는 그래픽 디스플레이 등)와, 이들 및/또는 다른 디바이스들의 임의의 조합을 포함한다.
일 실시예에서, 컴퓨팅 시스템(300)은 방사 쉴드(radiation shield)를 포함한다. 다른 실시예에서, 컴퓨팅 시스템(300)은 냉각 솔루션을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 컴퓨팅 시스템(300)은 안테나를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 어셈블리(300)는 하우징 또는 케이스 내에 배치될 수 있다. 메인보드(310)가 하우징 내에 배치되는 경우, 컴퓨터 시스템(300)의 컴포넌트들 중 일부 - 예를 들어, 디스플레이 또는 키패드와 같은 사용자 인터페이스 디바이스, 및/또는 배터리와 같은 전력 공급원 - 는 메인보드(310)(및/또는 이 보드 상에 배치된 컴포넌트)와 전기적으로 연결될 수 있지만, 하우징과는 기계적으로 연결될 수 있다.
도 4는 실시예에 따른 컴퓨터 시스템(400)의 개략도이다. 도시된 컴퓨터 시스템(400)(전자 시스템(400)이라고도 지칭됨)은 본 명세서에 제시된 수 개의 개시된 실시예들 및 그들의 균등물들 중 임의의 것을 포함하는 패키지 구조물을 구현/포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템(400)은 넷북 컴퓨터와 같은 모바일 디바이스일 수 있다. 컴퓨터 시스템(400)은 무선 스마트폰과 같은 모바일 디바이스일 수 있다. 컴퓨터 시스템(400)은 데스크탑 컴퓨터일 수 있다. 컴퓨터 시스템(400)은 핸드핼드형 리더일 수 있다. 컴퓨터 시스템(400)은 자동차에 통합되어 있을 수 있다. 컴퓨터 시스템(400)은 텔레비젼에 통합되어 있을 수 있다.
실시예에서, 전자 시스템(400)은 전자 시스템(400)의 다양한 컴포넌트들을 전기적으로 연결하기 위한 시스템 버스(420)를 포함하는 컴퓨터 시스템이다. 시스템 버스(420)는 다양한 실시예들에 따라 단일 버스, 또는 버스들의 임의의 조합이다. 전자 시스템(400)은 집적 회로(410)에 전력을 제공하는 전압원(430)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 전압원(430)은 시스템 버스(420)를 통해 집적 회로(410)에 전류를 공급한다.
집적 회로(410)는 시스템 버스(420)에 전기 및 통신 연결되고, 여기에 포함된 다양한 실시예들의 패키지/디바이스를 포함하여, 실시예에 따른 임의의 회로 또는 회로들의 조합을 포함한다. 실시예에서, 집적 회로(410)는 여기에서의 실시예들에 따른 임의의 유형의 패키지화 구조물을 포함할 수 있는 프로세서(412)를 포함한다. 여기에서 이용될 때, 프로세서(412)는 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 그래픽 프로세서, 디지털 신호 프로세서, 또는 다른 프로세서를 포함하지만 그에 한정되지 않는 임의의 유형의 회로를 의미할 수 있다. 실시예에서, 프로세서(412)는 여기에 개시된 패키지 구조물들의 실시예들 중 임의의 것을 포함한다. 실시예에서, SRAM 실시예들은 프로세서의 메모리 캐시 내에서 발견된다.
집적 회로(410)에 포함될 수 있는 다른 유형의 회로들은 셀룰러 전화기, 스마트폰, 페이저, 휴대용 컴퓨터, 양방향 무선 통신 장치, 및 유사한 전자 시스템들과 같은 무선 디바이스들에서 사용하기 위한 통신 회로(414)와 같은 커스텀 회로 또는 ASIC(application-specific integrated circuit)이다. 실시예에서, 프로세서(412)는 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM)와 같은 온-다이 메모리(on-die memory)(416)를 포함한다. 실시예에서, 프로세서(412)는 내장형 동적 랜덤 액세스 메모리(eDRAM)와 같은 내장형 온-다이 메모리(416)를 포함한다.
실시예에서, 집적 회로(410)는 후속 집적 회로(411)로 보강될 수 있다. 실시예에서, 듀얼 집적 회로(411)는 eDRAM과 같은 내장형 온-다이 메모리(417)를 포함한다. 듀얼 집적 회로(411)는 RFIC 듀얼 프로세서(413), 듀얼 통신 회로(415), 및 SRAM과 같은 듀얼 온-다이 메모리(417)를 포함한다. 듀얼 통신 회로(415)는 RF 처리를 위해 구성될 수 있다.
적어도 하나의 수동 디바이스(480)가 후속 집적 회로(411)에 연결된다. 실시예에서, 전자 시스템(400)은 또한 외부 메모리(440)를 포함하고, 그것은 RAM 형태의 메인 메모리(442), 하나 이상의 하드 드라이브(444), 및/또는 디스켓, 컴팩트 디스크(CD), 디지털 다기능 디스크(DVD), 플래시 메모리 드라이브, 및 종래 기술에 알려진 다른 제거가능한 매체와 같은 제거가능한 매체(446)를 다루는 하나 이상의 드라이브와 같이, 구체적인 응용에 적합한 하나 이상의 메모리 요소를 포함할 수 있다. 외부 메모리(440)는 내장형 메모리(448)를 또한 포함할 수 있다. 실시예에서, 전자 시스템(400)은 또한 디스플레이 디바이스(450), 및 오디오 출력(460)을 포함한다. 실시예에서, 전자 시스템(400)은 키보드, 마우스, 터치 패드, 키패드, 트랙볼, 게임 컨트롤러, 마이크로폰, 음성 인식 디바이스, 또는 전자 시스템(400)에 정보를 입력하는 임의의 다른 입력 디바이스일 수 있는, 제어기(470)와 같은 입력 디바이스를 포함한다. 실시예에서, 입력 디바이스(470)는 카메라를 포함한다. 실시예에서, 입력 디바이스(470)는 디지털 음향 기록기를 포함한다. 실시예에서, 입력 디바이스(470)는 카메라 및 디지털 음향 기록기를 포함한다.
상기의 설명은 실시예의 방법에서 이용될 수 있는 소정의 단계 및 재료를 명시하였지만, 본 기술분야의 숙련된 자들은 다수의 수정 및 대체가 이루어질 수 있음을 알 것이다. 따라서, 그러한 수정, 변경, 대체 및 추가 모두가 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 실시예들의 사상 및 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다. 그에 더하여, 여기에 제공되는 도면들은 예시적인 마이크로전자 디바이스들 및 관련 패키지 구조물들 중 실시예들의 구현에 관련된 부분만을 도시하고 있다. 따라서, 실시예들은 여기에 설명된 구조들로 한정되지 않는다.
100 : 패키지 구조물
102 : 이산 안테나
104 : 안테나 기판
106 : 방사 요소
108 : 안테나 기판 관통 비아
116 : 기판 관통 비아

Claims (46)

  1. 패키지 구조물을 형성하는 방법으로서,
    디바이스의 뒷면(back side)에 이산 안테나(discrete antenna)를 형성하는 단계 - 상기 이산 안테나는 안테나 기판을 포함함 - ;
    상기 안테나 기판을 관통하여 안테나 기판 관통 비아(through antenna substrate via)를 형성하는 단계 - 상기 안테나 기판 관통 비아는 상기 안테나 기판을 관통하여 수직으로 배치됨 - ;
    상기 안테나 기판 관통 비아를 상기 디바이스 내에 수직으로 배치된 기판 관통 비아와 연결하는 단계; 및
    상기 디바이스를 패키지 기판과 연결하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 안테나 기판 관통 비아와 직각으로 연결되고 상기 이산 안테나의 최상부에 배치된 방사 요소(radiating element)를 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 안테나 기판은 전도체 재료의 층 및 유전체 재료의 층을 교대로 포함하는 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 방사 요소는 전도체 재료의 층 및 유전체 재료의 층을 교대로 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 안테나 기판은 유리, 도핑되지 않은 실리콘, 및 액정 폴리머 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 안테나 기판 관통 비아는 전도성 구조물 및 금속-대-금속 본딩 중 하나에 의해 상기 기판 관통 비아에 연결되는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 안테나 기판은 적어도 약 30 GHz의 주파수를 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 기판 관통 비아에 연결된 상기 안테나 기판 관통 비아는 밀리미터파 신호를 전파할 수 있는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 이산 안테나의 바닥부 상에 접지 안테나 컨택트를 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 접지 안테나 컨택트는 상기 디바이스 내에 수직으로 배치된 접지 기판 관통 비아(grounded through substrate via)에 연결되는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 디바이스는 밀리미터파 무선 통신 장치(millimeter wave radio)를 포함하는 시스템-온-칩(system on chip)을 포함하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 디바이스의 능동측(active side)은 직접 금속-대-금속 본딩 및 솔더 범프 중 하나에 의해 패키지 기판과 연결되는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 패키지 기판은 다층 패키지 기판을 포함하는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 패키지 기판은 BBUL 패키지 기판을 포함하고, 상기 디바이스는 상기 BBUL 패키지 기판 내에 부분적으로 내장되는(embedded) 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 이산 안테나는 상기 디바이스가 동작할 수 있는 주파수 범위보다 작은 물리적 치수를 포함하는 방법.
  16. 제8항에 있어서, 접지 기판 관통 비아는 상기 기판 관통 비아에 인접해 있는 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 디바이스 상에 복수의 이산 안테나를 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  18. 제1항에 있어서, 제2 디바이스가 상기 디바이스 상에 적층되고 상기 이산 안테나에 인접해 있는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 디바이스 및 상기 제2 디바이스를 둘러싸도록 방사 쉴드(radiation shield)를 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 제2 디바이스는 메모리 디바이스를 포함하는 방법.
  21. 패키지 구조물로서,
    제1 디바이스의 뒷면에 배치된 이산 안테나 - 상기 이산 안테나는 안테나 기판을 포함함 - ;
    안테나 기판 관통 비아 - 상기 안테나 기판 관통 비아는 상기 안테나 기판을 관통하여 수직으로 배치됨 - ;
    상기 제1 디바이스 내에 수직으로 배치되고 상기 안테나 기판 관통 비아와 연결되는 기판 관통 비아; 및
    상기 제1 디바이스의 능동측과 연결되는 패키지 기판
    을 포함하는 패키지 구조물.
  22. 제21항에 있어서, 상기 안테나 기판 관통 비아와 직각으로 연결되고 상기 이산 안테나의 최상부에 배치된 방사 요소를 더 포함하는 패키지 구조물.
  23. 제21항에 있어서, 상기 안테나 기판은 유리, 도핑되지 않은 실리콘, 및 액정 폴리머 중 적어도 하나를 포함하는 패키지 구조물.
  24. 제21항에 있어서, 상기 안테나 기판은 전도체 재료의 층 및 유전체 재료의 층을 교대로 포함하는 패키지 구조물.
  25. 제22항에 있어서, 상기 방사 요소는 전도체 재료의 층 및 유전체 재료의 층을 교대로 포함하는 패키지 구조물.
  26. 제21항에 있어서, 상기 안테나 기판 관통 비아는 전도성 구조물 및 금속-대-금속 본딩 중 하나에 의해 상기 기판 관통 비아에 연결되는 패키지 구조물.
  27. 제21항에 있어서, 상기 안테나 기판은 적어도 약 30 GHz의 주파수를 포함하는 패키지 구조물.
  28. 제26항에 있어서, 상기 기판 관통 비아에 연결된 상기 안테나 기판 관통 비아는 밀리미터파 신호를 전송할 수 있는 패키지 구조물.
  29. 제21항에 있어서, 상기 이산 안테나의 바닥부 상에 배치된 접지 안테나 컨택트를 더 포함하는 패키지 구조물.
  30. 제29항에 있어서, 상기 접지 안테나 컨택트는 상기 제1 디바이스 내에 수직으로 배치된 접지 기판 관통 비아에 연결되는 패키지 구조물.
  31. 제21항에 있어서, 상기 제1 디바이스는 밀리미터파 무선 통신 장치를 포함하는 실리콘-온-칩(silicon on chip)을 포함하는 패키지 구조물.
  32. 제21항에 있어서, 상기 제1 디바이스의 능동측은 직접 금속-대-금속 본딩 및 솔더 범프 중 하나에 의해 상기 패키지 기판과 연결되는 패키지 구조물.
  33. 제21항에 있어서, 상기 패키지 기판은 다층 패키지 기판을 포함하는 패키지 구조물.
  34. 제21항에 있어서, 상기 패키지 기판은 BBUL 패키지 기판을 포함하고, 상기 제1 디바이스는 상기 BBUL 패키지 기판 내에 부분적으로 내장되는 패키지 구조물.
  35. 제21항에 있어서, 상기 이산 안테나는 상기 디바이스가 동작할 수 있는 주파수 범위보다 작은 물리적 치수를 포함하는 패키지 구조물.
  36. 제30항에 있어서, 상기 접지 기판 관통 비아는 상기 기판 관통 비아에 인접해 있는 패키지 구조물.
  37. 제21항에 있어서, 상기 제1 디바이스 상에 배치된 복수의 이산 안테나를 더 포함하는 패키지 구조물.
  38. 제21항에 있어서, 제2 디바이스가 상기 제1 디바이스 상에 적층되는 패키지 구조물.
  39. 제38항에 있어서, 상기 제1 디바이스 및 상기 제2 디바이스를 둘러싸는 방사 쉴드를 더 포함하는 패키지 구조물.
  40. 제38항에 있어서, 상기 제2 디바이스는 메모리 디바이스를 포함하는 패키지 구조물.
  41. 패키지 구조물로서,
    다이의 뒷면에 배치된 이산 안테나 - 상기 이산 안테나는 안테나 기판을 포함하고, 상기 다이는 무선 통신 장치(radio)를 포함함 - ;
    상기 이산 안테나의 최상부 상에 수평으로 배치된 방사 요소;
    안테나 기판 관통 비아 - 상기 안테나 기판 관통 비아는 상기 안테나 기판을 관통하여 수직으로 배치되고, 상기 방사 요소와 연결됨 - ;
    상기 다이 내에 수직으로 배치되고 상기 안테나 기판 관통 비아와 연결되는 기판 관통 비아; 및
    상기 다이의 능동측과 연결되는 패키지 기판
    을 포함하는 패키지 구조물.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 패키지 구조물에 통신 연결되는 버스; 및
    상기 버스에 통신 연결되는 eDRAM
    을 포함하는 시스템을 더 포함하는 패키지 구조물.
  43. 제41항에 있어서, 상기 다이는 시스템-온-칩을 포함하는 패키지 구조물.
  44. 제41항에 있어서, 상기 무선 통신 장치는 밀리미터파 무선 통신 장치를 포함하는 패키지 구조물.
  45. 제41항에 있어서, 상기 안테나 기판은 적어도 약 30 GHz의 주파수를 포함하는 패키지 구조물.
  46. 제41항에 있어서, 상기 기판 관통 비아에 연결된 상기 안테나 기판 관통 비아는 밀리미터파 신호를 전송할 수 있는 패키지 구조물.
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