KR20140088070A - 시스템-인-패키지 디바이스를 제조하는 방법 및 시스템-인-패키지 디바이스 - Google Patents

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KR20140088070A
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Abstract

시스템-인-패키지 디바이스의 제조 방법 및 시스템-인-패키지 디바이스가 개시되어 있다. 방법에서, 사전결정된 치수들을 가진 적어도 하나의 제 1 스피시즈 다이, 사전결정된 치수들을 가진 적어도 하나의 제 2 스피시즈 다이 및 시스템-인-디바이스의 적어도 하나의 추가의 구성 요소가 시스템-인-패키지 디바이스에 포함된다. 제 1 및 제 2 스피시즈 다이들 중 적어도 하나가 리디멘져닝을 위해 선택되고 재료가 선택된 다이의 적어도 하나의 측면에 추가되어 추가된 재료 및 선택된 다이가 리디멘져닝된 다이 구조를 형성한다. 접속 층은 리디멘져닝된 다이 구조 상에 형성된다. 리디멘져닝된 다이 구조는 선택되지 않은 다이 및 접속 층을 통해 리디멘져닝된 다이 구조와 접촉하는 적어도 하나의 추가의 구성 요소를 장착하도록 디멘져닝된다.

Description

시스템-인-패키지 디바이스를 제조하는 방법 및 시스템-인-패키지 디바이스{A METHOD OF MAKING A SYSTEM-IN-PACKAGE DEVICE, AND A SYSTEM-IN-PACKAGE DEVICE}
본 발명은 미세 전자학에 속하고 더 구체적으로는 시스템-인-패키지 디바이스(system-in-package device)를 제조하는 방법 및 사전결정된 치수들을 가진 적어도 하나의 제 1 스피시즈 다이(species die), 사전결정된 치수들을 가진 적어도 하나의 제 2 스피시즈 다이 및 시스템-인-디바이스의 적어도 하나의 추가의 구성 요소를 포함하는 시스템-인-패키지 디바이스에 관한 것이다.
제한된 공간 및 회로 집적의 끊임없이 증가하는 정도는 구성 요소 제조의 다양한 분야들에서 많은 방법들로 전자 장치의 제조의 수요를 설정해왔다. 표면 장착된 구성 요소들은 그 크기를 감소시켜왔고, 따라서 인쇄 배선 기판 상에 집적될 많은 양의 구성 요소들을 용이하게 한다. 유사한 물리적 크기 감소 트렌드는 마이크로 기전 시스템들(MEMS)의 분야에서 또한 계속되고 있다. 디자인의 발전은 매우 높은 레벨의 집적을 이끌어 왔고 결국 장착 공간의 수요가 구성 요소의 크기가 감소하는 것보다 훨씬 빠르게 증가할 때, 적층 구조들을 초래했다.
특허 문헌 EP1951609호는 MEMS-다이 및 집적 회로(IC) 다이가 서로 상부 상에서 적층되는 시스템-인-패키지 디바이스를 설명한다. 도 1은 외부 전기 접촉들이 2개의 다이들 중 더 큰 다이의 표면 상에 제공되는 이 공지된 구성을 적용하는 시스템-인-패키지 디바이스를 도시한다. 시스템-인-패키지 디바이스의 이 유형은 다이들 중 하나가 다른 다이보다 상당히 작을 때 적용 가능하고, 따라서 더 큰 다이의 표면 상의 접촉 영역들을 위한 공간을 떠난다. 실제로 적용 가능하기 위해서, 더 작은 다이는 또한 예를 들어, 0.2 mm 이하와 같이 꽤 얇아야한다.
종래 기술의 다른 예는 특허 문헌 US6405592B1호에 제공되어 있다. 또한 거기에는 2개의 다이들의 특정한 크기 비율들만이 허용된다.
상업적으로 실현 가능한 적용들에서, 시스템-인-패키지 디바이스들에 포함될 다이들은 다양한 소스들(source)로부터 나오고 그 치수들은 시스템-인-패키지 디바이스 생산에 대한 그 사용 시에 이미 사전결정된다. 시스템-인-패키지 디바이스 구성이 단순하고 적절하게 패키징될 다이들의 크기가 외부 전기 접촉부들과 같은, 어떤 필수적인 구성 요소들 또는 배선이 더 큰 다이에 제공되도록 매칭되기 때문에, EP1951609호의 해결책이 적용 가능하다. 그러나, 다이들이 크기가 꽤 비슷할 때, 종래의 방법은 시스템-인-패키지 디바이스의 필수적인 입력/출력 기능들을 제공하는 접촉 부재들과 같은, 다른 필수적인 요소들을 위한 공간이 없기 때문에 사용될 수 없다. 이 부정합 문제 때문에, 많은 기능상 유리하고 바람직한 시스템-인-패키지 구성들이 아직 상업적으로 이용 가능하지 않다.
따라서 본 발명의 목적은 시스템-인-패키지 디바이스들을 생산하는 개선된 방법 및 방법에 의해 생산된 시스템-인-패키지 디바이스들을 제공하는 것이다. 본 발명의 목적들은 각각의 독립적인 청구항에서 언급되는 것에 의해 특성화되는, 시스템-인-패키지 디바이스 및 방법에 의해 성취된다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 인용 청구항들에 개시되어 있다.
본 발명의 실시예들은 시스템-인-패키지 디바이스를 제조하는 방법을 포함하고, 방법은, 상기 시스템-인-패키지 디바이스 내에, 사전결정된 치수들을 가진 적어도 하나의 제 1 스피시즈 다이(species die), 사전결정된 치수들을 가진 적어도 하나의 제 2 스피시즈 다이 및 상기 시스템-인-디바이스의 적어도 하나의 추가의 구성 요소를 포함하는 단계와; 리디멘져닝(redimensioning)을 위해 상기 제 1 및 제 2 스피시즈 다이들 중 적어도 하나를 선택하는 단계와; 상기 선택된 다이의 적어도 하나의 측면에 재료를 추가하여 상기 추가된 재료 및 상기 선택된 다이가 리디멘져닝된 다이 구조를 형성하도록 하는 단계와; 상기 리디멘져닝된 다이 구조 상에 접속 층을 형성하는 단계와; 상기 접속 층을 통해 상기 리디멘져닝된 다이 구조와 접촉하는 상기 적어도 하나의 추가의 구성 요소 및 선택되지 않은 다이를 장착하기 위해 상기 리디멘져닝된 다이 구조를 디멘져닝(dimensioning)하는 단계를 포함한다.
하나의 양태에서, 방법은: 제 1 자연 웨이퍼 상의 제 1 할당(allotment)의 상기 제 1 스피시즈 다이들을 가진 제 1 복수의 제 1 스피시즈 다이들을 제 1 자연 웨이퍼 상에 제조하는 단계로서, 상기 하나의 제 1 스피시즈 다이의 사전결정된 치수들은 상기 제 1 할당에 의해 결정되는, 상기 제조 단계와; 제 2 자연 웨이퍼 상의 제 2 할당의 상기 제 2 스피시즈 다이들을 가진 제 2 복수의 제 2 스피시즈 다이들을 제 2 자연 웨이퍼 상에 제조하는 단계로서, 상기 하나의 제 2 스피시즈 다이의 사전결정된 치수들은 상기 제 2 할당에 의해 결정되는, 상기 제조 단계를 또한 포함한다.
하나의 양태에서, 상기 시스템-인-디바이스의 상기 적어도 하나의 추가의 구성 요소는 상기 시스템-인-패키지 디바이스의 입력 및 출력 작업들을 위한 접속 부재이다.
하나의 양태에서, 방법은 상기 리디멘져닝된 다이 구조 내에 2개 이상의 다이들을 포함하는 단계를 또한 포함한다.
하나의 양태에서, 방법은 상기 접속 층을 통해 상기 리디멘져닝된 다이 구조와 접촉하는 2개 이상의 다이들을 장착하는 단계를 또한 포함한다.
하나의 양태에서, 방법은 상기 시스템-인-패키지 디바이스의 상기 리디멘져닝된 다이 구조 내에 유체를 위한 통로를 포함하는 다이를 포함하는 단계를 또한 포함한다.
하나의 양태에서, 방법은 상기 시스템-인-패키지 디바이스의 상기 리디멘져닝된 다이 구조 내에 다음의 소자들: 광학 소자, 움직임 센서, 압력 센서, 타이밍 디바이스(timing device), 필터 디바이스, 가속도계, 자기계, 마이크로 펌프 및 마이크로폰 중 적어도 하나를 포함하는 다이를 포함하는 단계를 또한 포함한다.
하나의 양태에서, 방법은 상기 리디멘져닝된 다이 구조를 통해 연장하는 스루-인캡슐런트(through-encapsulant)에 의해 상기 접속 층에 접속 부재를 접속하는 단계를 또한 포함한다.
하나의 양태에서, 상기 제 1 스피시즈 다이 또는 상기 제 2 스피시즈 다이는 다음의 소자들: MEMS 디바이스, 집적 반도체 회로, ASIC 회로, 오실레이터, 광학 디바이스, 광-전기 디바이스, 자기 디바이스, 트랜스듀서, 센서, 필터, 스위칭 보드, 와이어링 보드, 자기 변형 소자, 전기 변형 소자, 압전 디바이스 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 실시예들은 또한 시스템-인-패키지 디바이스로서, 적어도 하나의 제 1 스피시즈 다이와; 적어도 하나의 제 2 스피시즈 다이와; 적어도 하나의 추가의 시스템-인-디바이스 구성 요소를 포함하고; 상기 제 1 및 제 2 스피시즈 다이들 중 적어도 하나는 상기 다이의 적어도 하나의 측면에 포함된(add) 고체 재료에 의해 형성된 리디멘져닝된 다이 구조 내에 포함되고; 접속 층이 상기 리디멘져닝된 다이 구조 상에 있고; 선택되지 않은 다이 및 적어도 하나의 추가의 구성 요소는 상기 접속 층을 통해 상기 리디멘져닝된 다이 구조와 접촉하여 장착되는, 시스템-인-패키지 디바이스를 포함한다.
하나의 양태에서, 상기 제 1 스피시즈 다이의 치수들은 제 1 자연 웨이퍼 내의 제 1 할당의 다이들에 의해 결정되고; 상기 제 2 스피시즈 다이의 치수들은 제 2 자연 웨이퍼 내의 제 2 할당의 다이들에 의해 결정된다.
하나의 양태에서, 상기 시스템-인-디바이스의 적어도 하나의 추가의 구성 요소는 상기 시스템-인-패키지 디바이스의 입력 및 출력 작업들을 위한 접속 부재이다.
하나의 양태에서, 상기 리디멘져닝된 다이 구조는 2개 이상의 다이들을 포함한다.
하나의 양태에서, 2개 이상의 다이들은 상기 접속 층을 통해 상기 리디멘져닝된 다이 구조와 접촉한다.
하나의 양태에서, 상기 리디멘져닝된 다이 구조는 유체를 위한 통로를 제공하는 다이를 포함한다.
하나의 양태에서, 상기 시스템-인-패키지 디바이스는 다음의 소자들: 광학 소자, 모션 센서, 압력 센서, 타이밍 디바이스, 필터 디바이스, 가속도계, 자기계, 마이크로 펌프 및 마이크로폰 중 적어도 하나를 포함하는 다이를 포함한다.
하나의 양태에서, 상기 접속 부재는 상기 리디멘져닝된 다이 구조를 통해 연장하는 스루-인캡슐런트에 의해 상기 접속 층에 접속된다.
하나의 양태에서, 상기 시스템-인-패키지 디바이스의 상기 제 1 스피시즈 다이 또는 상기 제 2 스피시즈 다이는 다음의 소자들: MEMS 디바이스, 집적 반도체 회로, ASIC 회로, 오실레이터, 광학 디바이스, 광-전기 디바이스, 자기 디바이스, 트랜스듀서, 센서, 필터, 스위칭 보드, 와이어링 보드, 자기 변형 소자, 전기 변형 소자, 압전 디바이스 중 적어도 하나를 포함한다.
다음에서, 실시예들은 수반된 도면들과 관련하여 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 종래 기술의 시스템-인-패키지 디바이스 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따라 시스템-인-패키지 디바이스를 도시한 도면.
도 3 내지 도 10은 시스템-인-패키지 디바이스를 제조하는 방법의 하나의 실시예의 단계들을 도시한 도면들.
도 11은 제안된 새로운 방법에 의해 성취 가능한 새로운 구성을 도시한 도면.
도 12는 제안된 새로운 방법에 의해 성취 가능한 다른 새로운 구성을 도시한 도면.
도 13은 연장된 다이 층이 2개의 다이들을 포함하는 다른 실시예를 도시한 도면.
도 14는 접속된 다이 층이 2개의 다이들을 포함하는 다른 실시예를 도시한 도면.
도 15는 다이가 유체를 위한 통로를 포함하는 다른 실시예를 도시한 도면.
도 16은 다이가 광학 소자를 포함하는 다른 실시예를 도시한 도면.
도 17은 시스템-인-패키지 디바이스의 가능한 구성을 도시한 도면.
도 18은 시스템-인-패키지 디바이스의 다른 구성을 도시한 도면.
도 19는 시스템-인-패키지 디바이스의 다른 구성을 도시한 도면.
도 20은 시스템-인-패키지 디바이스의 다른 구성을 도시한 도면.
다음의 실시예들은 예시적이다. 비록 설명서가 "하나의(an)", "하나의(one)' 또는 "몇몇" 실시예(들)를 지칭할지라도, 이것은 각각의 이러한 언급이 동일한 실시예(들)이거나 또는 특징이 단일의 실시예에만 적용되는 것을 반드시 의미하지는 않는다. 다른 실시예들의 단일의 특징들은 추가의 실시예들을 제공하도록 결합될 수 있다.
다음에서, 본 발명의 특징들은 본 발명의 다양한 실시예들이 구현될 수 있는 디바이스 구성들의 간단한 예들로 설명될 것이다. 실시예들을 설명하는 데 관련된 요소들만이 상세히 설명된다. 방법들 및 디바이스들의 다양한 구현들은 기술 분야의 숙련자에게 일반적으로 알려진 요소들을 포함할 수 있고 여기서 구체적으로 설명되지 않을 수 있다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따라 방법에 의해 생산된, 시스템-인-패키지 디바이스의 기본적인 구성을 도시한다. 도 2에서, MEMS-다이는 사전결정된 치수들을 가진 제 1 스피시즈 다이(200)를 나타내도록 사용되고, IC-다이는 사전결정된 치수들을 가진 제 2 스피시즈 다이(202)를 나타내도록 사용된다. 다이의 스피시즈는 여기서 다이가 디자인되고 시스템-인-패키지 디바이스 생산 프로세스로부터 분리된 특정한 기능들로 디멘져닝(dimension)된다는 것을 의미한다. 이것 때문에, 제 1 스피시즈 다이들 및 제 2 스피시즈 다이들은 시스템-인-패키지 디바이스 내에 패키징되기 위해 반드시 크기에 따라 매칭되지 않는다. 다이들의 크기들은 그 각각의 자연 웨이퍼들의 할당(allotment)에 의해 일반적으로 결정된다. 도 2로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 제 1 및 제 2 스피시즈 다이들(200, 202) 사이의 원래의 크기 차이는 너무 작을 수 있어서 적층 후에 시스템-인-패키지 디바이스의 기능들에 대해 필수적인 임의의 다른 구성 요소들을 위한 공간이 충분하지 않다. 재래식으로, 이것은 다이들의 결합이 비록 이와 같은 그것들의 기능들이 호환 가능할지라도, 시스템-인-패키지 디바이스에 포함되지 않을 수 있고, 생산 비용 시점으로부터의 그것들의 결합이 매우 바람직할 것임을 의미할 것이다.
본 발명의 실시예들에서, 이 문제를 극복하도록, 시스템-인-패키지 디바이스의 생산 프로세스는 제 1 스피시즈 다이 및 제 2 스피시즈 다이 사이의 크기 차이가 저가 재료(204)를 적어도 하나의 다이의 적어도 하나의 측면에 고정적으로 추가하여 조정되는 단계에 의해 보완되어 왔다. 일반적으로 저가 재료는 크기 조정을 위해 선택된 다이를 적어도 부분적으로 내장하는 몰딩된(molded) 플라스틱 재료이다. 선택된 다이와 함께, 저가 재료는 시스템-인-패키지 디바이스의 작업을 위해 요구되는 배선 및 임의의 필수적인 구성 요소들 및 다른 다이가 구성될 수 있는 리디멘져닝된(redimensioned) 다이 구조(206)를 형성한다. 도 2는 MEMS 다이(200)가 크기 조정을 위해 선택되는 예를 도시하고, 범주는 임의의 특정한 다이 스피시즈의 확장에 대해 당연히 제한되지 않는다.
도 3 내지 도 10은 시스템-인-패키지 디바이스를 제조하는 방법의 실시예의 단계들을 도시한다. 예시적인 실시예에서, 리디멘져닝된 다이 구조는 FO-WLP(fan-out wafer-level packaging technology)에서 채택된 프로세스 단계들에 의해 형성된다. FO-WLP는 각각의 IC-다이들의 팬-아웃(fan-out)을 증가시키도록 사용되고 개발되는 특별한 패키징 기술이다. 발명자들은 FO-WLP 프로세스 단계들의 일부분이 시스템-인-패키지 디바이스의 다이들 사이의 부정합 문제의 완전히 다른 유형을 경제적인 방식으로 극복하도록 시스템-인-패키지 디바이스 생산 프로세스에 채택될 수 있다는 것을 발견하였다. 그러나, 범주가 FO-WLP의 사용에 제한되지 않고, 저가 재료를 다이들의 적어도 하나의 적어도 하나의 측면에 고정시키는 다른 방법들이 보호 범주로부터 벗어나지 않고서 적용될 수 있다는 것을 유념해야한다.
처음에, 리디멘져닝된 다이 구조들이 생산된다. 이를 위해, 제 1 웨이퍼(300)는 사전결정된 치수를 가진 다이들의 특정한 할당(allotment)에 따라 다이싱(dice)될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제 1 스피시즈 다이들은 제 1 유형의 웨이퍼, 여기서는 IC-웨이퍼로부터 생긴다. 이 제 1 스피시즈 다이들(302)은 그 전기 접촉 영역들이 테이프에 대해 있도록 집어질 수 있고 테이프(304) 상에 놓일 수 있다(도 3 참조). 테이프 상의 제 1 스피시즈 다이들 사이의 거리는 리디멘져닝된 다이 구조의 새로운 치수들을 제공하도록 조정되고, 새로운 치수들은 시스템-인-패키지 디바이스 디자인에 따라 조정된다. 더 구체적으로, 새로운 치수들은 시스템-인-패키지 디바이스의 적어도 하나의 다른 다이 층의 요소들의 치수들에 따라 조정된다. 용어 다이 층은 여기서 적어도 하나의 다이를 포함하는 시스템-인-패키지 디바이스 구성에서의 층을 지칭한다. 테이프를 향하는 제 1 스피시즈 다이의 표면은 리디멘져닝된 다이의 표면의 부분일 것이고, 제 2 스피시즈 다이와의 접속을 위한 전기 접촉 영역들을 제공한다. 이것 이후에, 플라스틱 재료(306)는 다이들을 커버(cover)하도록 테이프(304) 상의 다이들(302) 상에서 몰딩될 수 있고 다이들 사이의 공간들을 충전할 수 있다(도 4 참조). 복수의 리디멘져닝된 다이 구조들을 포함하는 웨이퍼 또는 새로운 재구성된 기판이 형성된다. 테이프는 제거될 수 있어 IC-다이들의 전기 접촉 영역들은 노출된다(도 5 참조).
이것 이후에, 제 1 스피시즈 다이들의 전기 접촉 영역들을 다음의 시스템-인-패키지 층들에 전기적으로 접속하는 접속 수단이 공지된 방식으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 접속 수단은 테이프가 제거되었던 재구성된 웨이퍼의 표면 상에 증착되고 패터닝된(patterned) 도전성 재료의 층(310) 및 절연 재료의 층(308)을 포함하는 재분배(redistribution) 층으로서 구현될 수 있다. 재분배 층에서, 절연 재료로 만들어진 개구들(312)은 도전성 재료(310)와 IC-다이(302) 사이의 전기 접속을 제공하도록 사용될 수 있다(도 6 참조). 플라스틱 재료는 재구성된 웨이퍼의 대향하는 측면 상에 신(thin)될 수 있다. 시닝 작업(thinning operation)은 멀리 확장될 수 있어서 다이들의 후면들은 노출된다.
이 예에서, 제 2 스피시즈 다이를 포함하는 다이 층은 리디멘져닝된 다이 구조의 새로운 크기가 조정되는 것에 기초한 다이 층이다. 다이 층의 생성은 여기서 도전성 재료(310) 상의 솔더 범프들(solder bump; 314) 및 범프 금속화(bump metallization) 하에서, 시스템-인-디바이스 접촉 부재들의 증착에 의해 여기서 시작할 수 있다(도 8 참조). 이것 이후에, 동일한 시스템-인-패키지 디바이스에 포함될 제 2 스피시즈 다이들(316)이 장착될 수 있다. 제 2 스피시즈 다이들(316)이 독립적으로 디자인되는, 제 2 웨이퍼로부터 생기고 따라서 제 2 웨이퍼의 치수들 및 할당들이 특정한 시스템-인-패키지 디바이스를 형성할 목적을 위해 구체적으로 조정되지 않는다는 것을 가정해보자. 따라서 제 2 스피시즈 다이들의 치수들은 발생한 제 2 웨이퍼의 할당들 및 치수들에 의해 사전결정된다. 제 2 스피시즈 다이들은 IC-다이들 또는 MEMS-다이들일 수 있고, 그것들은 플립-칩 범프들(flip-chip bump)과 같은, 전기 커넥터들(318)을 포함할 수 있다. 제 2 스피시즈 다이들(316)은 리디멘져닝된 다이 구조들 및 제 2 스피시즈 다이들이 전기 커넥터들(318) 및 도전성 재료(310)를 통해 전기적으로 접속되도록 재구성된 웨이퍼를 향하게 어셈블링(assemble)될 수 있다. 조정된 새로운 치수들 때문에, 제 2 스피시즈 다이들 및 접촉 부재들은 리디멘져닝된 다이 구조들과 선택적으로 정합하고 기능 패키징된 디바이스들이 형성된다. 언더필-재료(underfill material; 320)(도 10 참조)는 제 2 스피시즈 다이(316) 및 재구성된 웨이퍼 사이의 공간에 도포될 수 있다. 최종적으로, 재구성된 웨이퍼는 도 2에 도시된 것과 유사한, 복수의 시스템-인-패키지 디바이스들을 형성하도록 다이싱될 수 있다.
제시된 방법에 의해, 2개 이상의 다이들을 가진 시스템-인-패키지 디바이스는 따로따로 사전결정된 치수들의 다이 스피시즈로부터 효율적으로 경제적으로 생산될 수 있다. 이것은 시스템-인-패키지 디바이스들의 디자인에서의 융통성을 상당히 증가시킨다: 다른 다이 층들의 다이들의 크기-부정합이 가능한 구성들의 구현을 제한하지 않는 동안 다이들의 더 넓은 범위(range)가 시스템-인-패키지 디바이스와 결합될 수 있다. 디자인에서의 융통성은 경제적으로 실행가능한 새로운 시스템 구성들의 넓은 범위를 가능하게 한다. 증가된 융통성은 간단한 방식으로 그리고 본질적으로 생산 비용들을 증가시키지 않고서 성취된다. 높은 다이 영역 비율들(예를 들어, IC/MEMS 구조들에 대해 0.5 내지 2)을 가진 시스템-인-패키지 디바이스들이 성취될 수 있는 것이 발견되어 왔다. 이 범위에서, 높은 부피의 다이 공급 체인들이 이용 가능하다.
도 11 및 도 12는 제시된 새로운 방법에 의해 성취된 유리한 시스템-인-패키지 구성들을 도시한다. 도 11 및 도 12의 도면 부호들은 도 3 내지 도 10의 동일한 요소들에 대응한다. 도 11의 구성에서 사전결정된 크기를 가진 하나의 스피시즈의 다이(316)는 다른 스피시즈의 약간 더 큰 다이(302)를 가진 시스템 내로 패키징되고, 도 12의 구성에서 동일한 다이(316)는 다른 스피시즈의 더 작은 다이(302)를 가진 시스템 내로 패키징된다. 리디멘져닝된 다이 구조에 대한 다이를 자유롭게 선택하고, 패키징될 다이들 사이의 크기 차이를 조정하는 가능성 때문에, 특정한 다이 층에 대한 다이의 기능적 경제적 적용 가능성만이 디자인에서 고려될 필요가 있고, 다이들 사이의 적절한 치수 정합은 상술된 방법에 의해 생산 시에 성취될 수 있다.
게다가, 제시된 해결책은 생산된 좋은-품질의 시스템-인-패키지 디바이스들의 생산을 향상시키는 방법을 제공한다. 방법은 제 1 스피시즈 다이들이 테이프 상에 놓이는 단계(도 3 참조)를 제공한다. 이 단계 전에, 제 1 스피시즈 다이들은 사전-테스트될 수 있다. 다음의 프로세스들에 대해 성공적으로 사전-테스트된 제 1 스피시즈 다이들만을 포함하여, 알려진 양호한 다이들만이 재구성된 웨이퍼에 포함되게 된다. 예를 들어, 도 4에서 테이프 상에 놓이는 MEMS 다이들(32)은 사전-테스트될 수 있고 알려진 양호한 MEMS-다이들만이 선택될 수 있다.
추가된 융통성은 시스템-인-패키지 디바이스의 연속적인 다이 층들에 대해 다른 크기들의 다이들을 자유롭게 선택하도록 허용하지 않는다. 제시된 방법은 또한 시스템-인-패키지 디바이스의 층 내에 평행인 2개 이상의 다이들을 포함하는 것을 가능하게 한다. 이것은 도 13 및 도 14에 도시되어 있다. 도 13 및 도 14는 재분배 층(404)을 통해 접속된, 제 1 다이 층(400) 및 제 2 다이 층(402)을 포함하는 시스템-인-패키지 디바이스를 도시한다. 도 13의 예에서, 제 1 다이 층은 2개의 다이들을 포함하고 제 2 다이 층은 하나의 다이를 포함한다. 제 1 다이 층(400)의 다이들과 제 2 다이 층의 다이 사이의 적절한 크기 조정을 위해, 제 1 다이 층(400)의 다이들은 리디멘져닝된 다이 구조를 형성하도록 플라스틱 몰딩으로 적어도 부분적으로 둘러싸여 있다. 구조의 새로운 치수들은 제 2 다이 층(402)의 다이와 시스템-인-패키지 디바이스의 임의의 필수적인 배선이 구성될 수 있도록 조정된다. 이를 위해, 제 1 다이 층(400)의 다이들은 재구성된 웨이퍼가 각각의 시스템-인-패키지 디바이스에 대해 2개의 다이들을 포함하도록 테이프 상에 놓일 수 있다. 기술 분야의 숙련자에게 재구성된 웨이퍼가 각각의 시스템-인-패키지 디바이스들에 평행으로 포함될 플라스틱 몰딩에 의해 조정된 2개 이상의 다이들을 또한 포함할 수 있음이 명백하다.
도 14에서, 제 1 다이 층은 2개의 다이들을 포함하고 제 2 다이 층은 하나의 다이를 포함한다. 이 구성은 재구성된 웨이퍼를 향하는 하나의 시스템-인-패키지 디바이스들에 대해 2개 이상의 제 2 스피시즈 다이들을 장착하여 성취될 수 있다.
종래의 방법들에서 이러한 복수의 다이 층 구성들에 대한 크기 부정합 문제는 매우 심각하고, 매우 제한된 수의 사전규정된 크기의 기능 구성 요소들은 시스템-인-패키지 디바이스들과 결합되었다는 것을 주의한다. 제시된 방법에 의해, 기능적 구성들의 넓은 범위는 이제 디자인될 수 있고 경제적으로 실행 가능한 방법으로 생산될 수 있다.
제시된 방법은 부정합 표면 크기들을 가진 다이들로부터 발생하는 문제들만을 제거하지 못한다. 리디멘젼(redimension) 다이 층들에 대한 가능성은 다이들의 결합이 결합될 다이들의 더 작은 다이의 너무 두꺼운 두께에 의해 방지되는 경우에 또한 가치가 있다. 이 작지만 두꺼운 다이는 제 1 다이 층(재구성된 웨이퍼)에 놓일 수 있고 더 크지만 얇은 다이는 도 12에 도시된 바와 같이 제 2 다이 층 상에 놓일 수 있다. 다이가 공간을 필요로 하고 이에 의해 다이의 두께를 증가시키는 집적 기능적 요소들을 포함하는 이러한 문제들은 시스템-인-패키지 디바이스들에서 흔하다.
도 15는 다이 치수들이 시스템-인-패키지 디바이스로의 휘발성 물질들(액체, 기체)을 위한 유체 통로를 포함하도록 구성되는 하나의 예시적인 실시예를 도시한다. 유체를 위한 이러한 통로는 예를 들어, 압력 센서들, 마이크로폰들, 마이크로 펌프들 및 다른 액체 및 기체 핸들링 및/또는 측정 디바이스들 내에서 필요로 한다. 부정합 문제는 많은 경제적으로 실행 가능한 센서 다이들의 치수들이 요구되는 IC 다이의 크기와 적절하게 정합하지 않기 때문에, 이 시스템-인-패키지 디바이스들에서 매우 심각하게 직면한다. 예를 들어, 경제적으로 실행 가능한 압력 센서 다이(406)는 일반적으로 대응하는 IC-다이보다 훨씬 얇지만, 또한 비교적 두껍고, 0.5 내지 1 mm 범위에 종종 있다. 다이들 사이의 표면 영역들에서의 차이 때문에, 기술 해결책의 상태가 적용될 수 있다. 그러나, 비교적 두꺼운 센서 다이가 더 두꺼운 IC-다이의 상부 상에 있어야하는 이러한 경우에, IO-범프 크기가 0.5 mm 이상이어야 하기 때문에, 이는 비실용적이다. 도 15는 시스템-인-패키지 디바이스 구성에서의 다이들의 순서가 포함된 다이들의 크기를 고려하지 않고서 디자인될 수 있을 때 이러한 문제가 어떻게 회피되는지를 도시한다.
도 15의 시스템-인-패키지 디바이스는 재분배 층(404)을 통해 접속된, 제 1 다이 층(400) 및 제 2 다이 층(402)을 포함한다. 액체 또는 기체 출입을 위한 통로(406)는 재구성된 웨이퍼 내의 다이(408)의 뒤쪽 측면 상의 이 예에서, 제 1 다이 층(400)에 대해 개방된다. 용어 뒤쪽은 여기서 전기 접촉부들이 있는 측면 맞은편의 측면을 지칭한다. 통로는 재구성된 웨이퍼를 제조하도록 테이프 상의 다이들의 어셈블리 전에 형성될 수 있다. 이러한 경우에 개구는 개구로의 몰딩 화합물(molding compound)의 출입을 방지하도록 몰딩 프로세스 동안 재료의 보호 층에 의해 보호되어야한다. 개구(406)는 또한 몰딩 프로세스 후에 다이(408)에 제조될 수 있다. 다이(406)는 또한 복수의 개구들을 포함할 수 있다. 도 15의 디바이스는 대안적으로 압력 센서, 마이크로 펌프, 마이크로폰 또는 액체 또는 기체의 성질을 핸들링하거나 또는 측정하기 위한 임의의 다른 디바이스를 포함할 수 있다. 새로운 방법은 시스템-인-패키지 디바이스에 유체 투입을 적용하는 시스템-인-패키지 디바이스들을 제조하도록 실용적이고 경제적으로 실현 가능한 방법을 개발한다.
도 16은 패키지의 시스템이 광원, 검출기, 필터, 렌즈, 프리즘, 편광기, 그레이팅(grating), 윈도우(window) 또는 다른 유사한 광학 또는 전기-광학 소자와 같은 광학 소자(500)를 포함하는 다른 실시예를 도시한다. 예시적인 실시예에서, 광학 소자는 리디멘져닝된 다이 구조에 포함된다. 또한 광학 소자는 분광계, 오토-포커스 렌즈(auto-focus lens) 또는 빔 스캐닝 디바이스, 이미지 스태빌라이저 또는 디스플레이 디바이스와 같은 광학-전기-기계 소자를 포함할 수 있다. 광학 소자는 상부 면 또는 하부 면 또는 둘 다에 광 경로를 가질 수 있다. 하나의 실시예에 따르면, 광학 소자는 광 경로를 변경하기 위해 사용될 수 있는 전기- 및/또는 자기변형 성질들을 가질 수 있다. 제시된 방법 때문에, 도 16에 도시된 최적화된 다이 조합은 경제적으로 실현 가능한 방법으로 구현될 수 있다. 도 16의 실시예들은 오토포커스 렌즈 시스템, 광 이미지 스태빌라이저 시스템, 분광계, 디스플레이 디바이스, 광원 또는 방사선 검출기 또는 적절한 그것들의 조합을 제공하도록 사용될 수 있다.
리디멘져닝된 다이 구조의 디멘져닝(dimensioning)은 뿐만 아니라 오버레이된(overlaying) 다이 및 다른 구성 요소들의 치수들을 함께 추가하는 것에 기초한다. 도 17 및 도 18은 시스템-인-패키지 디바이스들의 추가의 가능한 구성들을 도시한다. 이 실시예들에서 접속 부재들의 역할을 하는 IO 범프들(600)은 리디멘져닝된 다이 구조 상의 재분배 층 상에 직접 장착될 뿐만 아니라, 재분배 층 아래에 배치된다. IO 범프들은 스루-인캡슐런트(602) 및 리디멘져닝된 다이 구조의 다른 측면의 추가의 접속 층(604)에 의해 재분배 층에 접속된다. 스루-인캡슐런트 바이어스는 리디멘져닝된 다이 구조를 통해 확장할 수 있다.
본 실시예들에서 설명된 다이 층들은 기능들의 결합된 세트가 형성되도록 하나의 시스템-인-패키지 디바이스와 또한 결합될 수 있다. 다이 스피시즈의 선택 및 다이 층들을 위한 선택은 시스템-인-패키지 디바이스의 바람직한 적용에 의존하고, 적용 분야들의 숙련자에게 잘 알려져 있다. 기능의 세트는 예를 들어, 가속도, 각 거리(angular range), 지구의 자기장 및 대기 압력에 대한 결합된 센서를 제공할 수 있다. 디바이스들의 이 종류들은 네비게이션 시스템들에서 유용하다.
시스템-인-패키지 디바이스의 실시예는 대안적으로 가속도계, 각도 측정 센서 또는 기능들 둘 다를 가진 결합된 센서와 같은 관성 센서를 제공할 수 있다. 재구성된 웨이퍼 상의 다이는 이러한 센서 기능들을 위한 MEMS 다이일 수 있고 재구성된 웨이퍼를 향하여 부착된 다이는 관성 센서 기능들을 위한 IC-다이일 수 있다.
시스템-인-패키지 디바이스의 실시예는 대안적으로 주파수 신호 또는 시간 신호를 생성하는 타이밍 디바이스(timing device), 전기 신호를 종종 필터링하는 필터 디바이스 또는 조종 가능 커패시터 또는 시스템들을 측정하는 데 사용되는 스위치 또는 라디오 주파수 회로들을 제공할 수 있다.
시스템-인-패키지 디바이스의 실시예는 대안적으로 각각의 가속도계를 가진 관성 센서 다이, 각도 측정 센서 다이 및 인터페이스 회로 다이를 제공할 수 있다. 경사 보상을 위한 가속도계 다이를 가진 콤파스(compass), 자기계 다이 및 회로를 또한 제공할 수 있다. 디바이스는 또한 가속도계를 가진 자유 센서(freedom sensor), 각도 측정 센서, 자기계 및 2개 이상의 다이들 내의 회로 기능부들의 많은 범위들을 제공할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 따라 시스템-인-패키지 디바이스는 다이들의 다음의 유형들: MEMS 디바이스, 집적 반도체 회로, ASIC 회로, 오실레이터, 광학 디바이스, 광-전기 디바이스, 자기 디바이스, 트랜스듀서, 센서, 필터, 스위칭 보드, 와이어링 보드, 자기 변형 소자, 전기 변형 소자, 압전 디바이스를 포함할 수 있다.
시스템-인-패키지는 다음의 것들:
- 진동 움직임의 기능 소자의 형태의 주기적 변화,
- 제어 신호에 응답하여 형태의 제 1 상태로부터 제 2 상태로의 기능 소자의 형태의 정적 변화,
- 기능 소자의 주기적인 위치 변화,
- 제어 신호에 응답하여 제 1 정적 상태로부터 제 2 상태로의 기능 소자의 위치 변화,
- 전자기 복사의 파장 범위에서의 전자기 복사에 대한 기능 소자의 투명도 및/또는 불투명도,
- 전자기 복사의 복사 광원의 역할,
- 역학적 파동에 대한 트랜스듀서의 역할,
- 턴 온 및/또는 턴 오프될 수 있는 스위칭 층의 역할,
- 감쇠 층의 역할,
- 스위칭 보드의 역할,
- 와이어링 보드의 역할 중 적어도 하나를 포함하는 기능을 제공할 수 있다.
여기에 설명된 시스템-인-패키지 디바이스 구성에는 카메라, 셀룰러 폰, PDA, 컴퓨터, 휴대용 디바이스, 네비게이터, 안테나 회로, 오실레이터, 공명기, 필터 유닛, 메모리 소자, 라디오 디바이스, 레이저 디바이스, 광 컨트롤러, 포인터, 자이로스코프, 가속도 센서, 레이더 요소, 총, 미사일, 비행기, 차, 배, 오토바이, 기계 모터, 전기 모터, 제트 모터, 로켓 모터, 서보 센서, 공기압 센서, 압력 센서, 위치 센서, 열 센서, 통풍 센서, 습기 센서, 스케일들(scale), 장비, 펌프, 빌딩 및 로봇, 정전기 디바이스, 자기 디바이스, 시계, 타이머, 엘리베이터, 에스컬레이터, 크레인(crane), 속도계, 각속도계 또는 가속도 센서가 포함될 수 있다. 이 리스트는 완전한 것이 아니고 적층된 및/또는 리디멘져닝된 구조들의 융통성을 위해 기술 분야의 숙련자에게 시야를 제공하는 데 목적이 있다.
기술이 발전함에 따라, 본 발명의 개념이 다양한 방법들로 구현될 수 있음이 기술 분야의 숙련자에게 명백할 것이다. 본 발명 및 발명의 실시예들은 상술된 예들로 제한되지 않지만 청구항들의 범주 내에서 변할 수 있다.

Claims (18)

  1. 시스템-인-패키지 디바이스(system-in-package device)를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 시스템-인-패키지 디바이스 내에, 사전결정된 치수들을 가진 적어도 하나의 제 1 스피시즈 다이(species die), 사전결정된 치수들을 가진 적어도 하나의 제 2 스피시즈 다이 및 상기 시스템-인-디바이스의 적어도 하나의 추가의 구성 요소를 포함하는 단계와;
    리디멘져닝(redimensioning)을 위해 상기 제 1 및 제 2 스피시즈 다이들 중 적어도 하나를 선택하는 단계와;
    상기 선택된 다이의 적어도 하나의 측면에 재료를 추가하여 상기 추가된 재료 및 상기 선택된 다이가 리디멘져닝된 다이 구조를 형성하도록 하는 단계와;
    상기 리디멘져닝된 다이 구조 상에 접속 층을 형성하는 단계와;
    상기 접속 층을 통해 상기 리디멘져닝된 다이 구조와 접촉하는 상기 적어도 하나의 추가의 구성 요소 및 선택되지 않은 다이를 장착하기 위해 상기 리디멘져닝된 다이 구조를 디멘져닝(dimensioning)하는 단계를 포함하는, 시스템-인-패키지 디바이스 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    - 제 1 자연 웨이퍼 상의 제 1 할당(allotment)의 상기 제 1 스피시즈 다이들을 가진 제 1 복수의 제 1 스피시즈 다이들을 상기 제 1 자연 웨이퍼 상에 제조하는 단계로서, 상기 하나의 제 1 스피시즈 다이의 사전결정된 치수들은 상기 제 1 할당에 의해 결정되는, 상기 제조 단계와;
    - 제 2 자연 웨이퍼 상의 제 2 할당의 상기 제 2 스피시즈 다이들을 가진 제 2 복수의 제 2 스피시즈 다이들을 상기 제 2 자연 웨이퍼 상에 제조하는 단계로서, 상기 하나의 제 2 스피시즈 다이의 사전결정된 치수들은 상기 제 2 할당에 의해 결정되는, 상기 제조 단계를 또한 포함하는, 시스템-인-패키지 디바이스 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 시스템-인-디바이스의 상기 적어도 하나의 추가의 구성 요소는 상기 시스템-인-패키지 디바이스의 입력 및 출력 작업들을 위한 접속 부재인, 시스템-인-패키지 디바이스 제조 방법.
  4. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 리디멘져닝된 다이 구조 내에 2개 이상의 다이들을 포함하는 단계를 포함하는, 시스템-인-패키지 디바이스 제조 방법.
  5. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 접속 층을 통해 상기 리디멘져닝된 다이 구조와 접촉하는 2개 이상의 다이들을 장착하는 단계를 포함하는, 시스템-인-패키지 디바이스 제조 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템-인-패키지 디바이스의 상기 리디멘져닝된 다이 구조 내에 유체를 위한 통로를 포함하는 다이를 포함하는 단계를 포함하는, 시스템-인-패키지 디바이스 제조 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템-인-패키지 디바이스의 상기 리디멘져닝된 다이 구조 내에 다음의 소자들: 광학 소자, 모션 센서, 압력 센서, 타이밍 디바이스(timing device), 필터 디바이스, 가속도계, 자기계, 마이크로 펌프 및 마이크로폰 중 적어도 하나를 포함하는 다이를 포함하는 단계를 포함하는, 시스템-인-패키지 디바이스 제조 방법.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 리디멘져닝된 다이 구조를 통해 연장하는 스루-인캡슐런트(through-encapsulant)에 의해 상기 접속 층에 접속 부재를 접속하는 단계를 포함하는, 시스템-인-패키지 디바이스 제조 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 스피시즈 다이 또는 상기 제 2 스피시즈 다이는 다음의 소자들: MEMS 디바이스, 집적 반도체 회로, ASIC 회로, 오실레이터, 광학 디바이스, 광-전기 디바이스, 자기 디바이스, 트랜스듀서, 센서, 필터, 스위칭 보드, 와이어링 보드, 자기 변형 소자, 전기 변형 소자, 압전 디바이스 중 적어도 하나를 포함하는, 시스템-인-패키지 디바이스 제조 방법.
  10. 시스템-인-패키지 디바이스에 있어서,
    적어도 하나의 제 1 스피시즈 다이와,
    적어도 하나의 제 2 스피시즈 다이와,
    상기 시스템-인-패키지 디바이스의 적어도 하나의 추가의 구성 요소를 포함하고;
    상기 제 1 및 제 2 스피시즈 다이들 중 적어도 하나는 상기 다이의 적어도 하나의 측면에 포함된(add) 고체 재료에 의해 형성된 리디멘져닝된 다이 구조 내에 포함되고;
    접속 층이 상기 리디멘져닝된 다이 구조 상에 있고;
    선택되지 않은 다이 및 적어도 하나의 추가의 구성 요소는 상기 접속 층을 통해 상기 리디멘져닝된 다이 구조와 접촉하여 장착되는, 시스템-인-패키지 디바이스.
  11. 제 10 항에 있어서,
    - 상기 제 1 스피시즈 다이의 치수들은 제 1 자연 웨이퍼 내의 제 1 할당의 다이들에 의해 결정되고;
    - 상기 제 2 스피시즈 다이의 치수들은 제 2 자연 웨이퍼 내의 제 2 할당의 다이들에 의해 결정되는, 시스템-인-패키지 디바이스.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 시스템-인-디바이스의 적어도 하나의 추가의 구성 요소는 상기 시스템-인-패키지 디바이스의 입력 및 출력 작업들을 위한 접속 부재인, 시스템-인-패키지 디바이스.
  13. 제 10 항, 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 리디멘져닝된 다이 구조는 2개 이상의 다이들을 포함하는, 시스템-인-패키지 디바이스.
  14. 제 10 항, 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    2개 이상의 다이들은 상기 접속 층을 통해 상기 리디멘져닝된 다이 구조와 접촉하는, 시스템-인-패키지 디바이스.
  15. 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리디멘져닝된 다이 구조는 유체를 위한 통로를 제공하는 다이를 포함하는, 시스템-인-패키지 디바이스.
  16. 제 10 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템-인-패키지 디바이스는 다음의 소자들: 광학 소자, 모션 센서, 압력 센서, 타이밍 디바이스, 필터 디바이스, 가속도계, 자기계, 마이크로 펌프 및 마이크로폰 중 적어도 하나를 포함하는 다이를 포함하는, 시스템-인-패키지 디바이스.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 접속 부재는 상기 리디멘져닝된 다이 구조를 통해 연장하는 스루-인캡슐런트에 의해 상기 접속 층에 접속되는, 시스템-인-패키지 디바이스.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 스피시즈 다이 또는 상기 제 2 스피시즈 다이는 다음의 소자들: MEMS 디바이스, 집적 반도체 회로, ASIC 회로, 오실레이터, 광학 디바이스, 광-전기 디바이스, 자기 디바이스, 트랜스듀서, 센서, 필터, 스위칭 보드, 와이어링 보드, 자기 변형 소자, 전기 변형 소자, 압전 디바이스 중 적어도 하나를 포함하는, 시스템-인-패키지 디바이스.
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