KR20150001767A - 공동 패키지 디자인 - Google Patents

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Abstract

반도체 장치. 상기 장치는 전기적 트레이스들을 갖는 기판, 상기 기판에 장착된 적어도 하나의 MEMS 다이와 반도체 칩, 및 스페이서를 포함한다. 상기 스페이서는 상기 기판에 연결되는 제1 단부를 갖고 상기 전기적 트레이스들에 결합되는 전기적 상호 연결부들을 포함한다. 상기 적어도 하나의 MEMS 다이와 반도체 칩은 상기 스페이서 내에 내장된다. 상기 스페이서 및 기판은 상기 적어도 하나의 MEMS 다이와 반도체 칩을 내장하는 공동을 형성한다. 상기 공동은 상기 반도체 장치가 상기 스페이서의 제2 단부를 통해 회로 보드에 장착되는 때에 어쿠스틱 볼륨을 형성한다.

Description

공동 패키지 디자인 {CAVITY PACKAGE DESIGN}
본 특허 출원은 2012년 3월 29일에 출원된, 선출원되고 동시 계류중인 미국 가특허 출원 제61/617,519호의 이익을 주장하며, 그 전체 내용은 본원에 참조로 병합된다.
본 발명의 실시예들은 MEMS 마이크로폰들, 압력 센서 적용들, 및 유사한 적용들을 위한 반도체 패키지들에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명의 일 실시예는 MEMS 마이크로폰과 함께 사용하기에 적합한 극도로 낮은 높이의 반도체 장치 패키지(ultra-low height semiconductor device package)를 생성하기 위한 방법에 관한 것이다.
일 실시예에서, 본 발명은 반도체 장치를 제공한다. 상기 장치는 전기적 트레이스(trace)들을 갖는 기판, 상기 기판에 장착된 적어도 하나의 MEMS 다이(die)와 반도체 칩, 및 스페이서(spacer)를 포함한다. 상기 스페이서는 상기 기판에 연결되는 제1 단부를 갖고 상기 전기적 트레이스들에 결합되는 전기적 상호 연결부(electrical interconnect)들을 포함한다. 상기 적어도 하나의 MEMS 다이와 반도체 칩은 상기 스페이서 내부에 내장된다. 상기 스페이서 및 기판은 상기 적어도 하나의 MEMS 다이와 반도체 칩을 내장하는 공동을 형성한다. 상기 공동은 상기 반도체 장치가 상기 스페이서의 제2 단부를 통해 회로 보드에 장착되는 때에 어쿠스틱 볼륨(acoustic volume)을 형성한다.
또 다른 실시예에서 본 발명은 반도체 장치를 제조하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 복수의 전기적 트레이스들을 갖는 기판을 생성하는 단계, 적어도 하나의 MEMS 다이와 반도체 칩을 기판 상에 장착하는 단계, 스페이서의 제1 단부를 상기 기판에 장착하는 단계를 포함하며, 상기 적어도 하나의 MEMS 다이와 반도체 칩은 상기 복수의 전기적 트레이스들에 전기적으로 결합되며, 상기 스페이서는 복수의 전기적 상호 연결부들을 포함하며, 상기 복수의 전기적 상호 연결부들은 상기 복수의 전기적 트레이스들에 전기적으로 결합된다. 상기 기판 및 상기 스페이서는 공동을 형성하고, 상기 적어도 하나의 MEMS 다이와 반도체 칩은 상기 공동 내에 배치된다.
본 발명의 양태들은 상세한 설명 및 첨부 도면들을 고려함으로써 명백해질 것이다.
도 1(a)는 극도로 낮은 높이의 반도체 장치 패키지의 제1 실시예의 상면도이다.
도 1(b)는 극도로 낮은 높이의 반도체 장치 패키지의 제1 실시예의 측면도이다.
도 1(c)는 극도로 낮은 높이의 반도체 장치 패키지의 제1 실시예의 저면도이다.
도 2는 극도로 낮은 높이의 반도체 장치 패키지의 제1 실시예의 절취도이다.
도 3은 극도로 낮은 높이의 반도체 장치 패키지의 제1 실시예의 평면도이다.
도 4(a)는 극도로 낮은 높이의 반도체 장치 패키지의 제2 실시예의 상면도이다.
도 4(b)는 극도로 낮은 높이의 반도체 장치 패키지의 제2 실시예의 측면도이다.
도 4(c)는 극도로 낮은 높이의 반도체 장치 패키지의 제2 실시예의 저면도이다.
도 5는 극도로 낮은 높이의 반도체 장치 패키지의 제2 실시예의 절취도이다.
도 6은 극도로 낮은 높이의 반도체 장치 패키지의 제2 실시예의 평면도이다.
본 발명의 임의의 실시예들이 상세히 설명되기에 전에, 본 발명은 이하의 상세한 설명에 기재되거나 또는 이하의 도면들에 도시되는 구조의 세부 사항들 및 구성 요소들의 배열에 그 적용이 제한되지 않는다는 점이 이해되어야 한다. 본 발명은 다른 실시예들일 수 있고 다양한 방법들로 실시되거나 실행될 수 있다.
도 1(a), 도 1(b), 도 1(c), 도 2 및 도 3은 하나 이상의 반도체 칩들(102) 및/또는 MEMS 다이(105)를 위한 포켓(pocket) 및 (예를 들어, 와이어 본드(wire bond)들 또는 플립 칩(flip-chip)에 의해) 관련된 전기적 상호 연결부들(110)을 생성하는 개방 공동 구조를 갖는 반도체 장치(100)의 패키지 디자인을 도시한다. 어셈블리의 상부 기판(115)은 전기적 신호들을 위한 라우팅 표면(routing surface)뿐만 아니라 반도체 칩들(102) 및 MEMS 다이들(105)을 위한 장착 평면(mounting plane)으로서 작용한다. 일 실시예에서 상기 상부 기판(115)은 인쇄 회로 보드(PCB)이다. 스페이서 링(120)은 상기 패키지(100)의 상기 상부 기판(115)에 접합되어 상기 반도체 다이(100) 및, 적용될 수 있다면, 관련된 와이어 본드들을 상기 다이의 상부 표면 상에 와이어 본드들 및/또는 회로 소자를 위한 간극을 제공하는 최종 PCB 어셈블리의 표면 위로 높이는 벽들을 형성한다. 패키지 벽들을 형성하는 것에 더하여, 상기 스페이서(120)는 상기 패키지의 하부 및 상기 다이와 상기 최종 어셈블리 운송 수단(예를 들어, 주문형 PCB) 사이의 스트레인 릴리프(strain relief)에 전기적 신호들을 라우팅하기 위한 매체(즉, 상기 전기적 상호 연결부들(110))를 제공한다. 일 실시예에서, 상기 스페이서(120)는 PCB 재료로 제조된다. 상기 스페이서 링(120)의 하부 표면은 상기 패키지와 최종 어셈블리 사이에 전기적 상호 연결부를 제공하는 도전성 표면들을 갖는다.
일부 실시예들에서, 상기 스페이서(120)는 상기 전기적 상호 연결부들(110) 주위에 형성된다. 상기 상부 기판(115) 상의 전기적 경로들(예를 들어, 트레이스들)은 상기 스페이서(120) 내의 상기 전기적 상호 연결부들(110)에 전기적으로 결합된다. 상기 반도체 장치(100)가 제조자의 회로 보드에 장착될 때, 상기 제조자의 회로 보드 상의 전기적 연결부들은 상기 전기적 상호 연결부들(110)을 통해 상기 반도체 칩들(102) 및 MEMS 다이들(105)에 전기적으로 결합된다. 다른 실시예들에서, 상기 전기적 상호 연결부들(110)은 상기 스페이서(120)의 표면 상에서 라우팅된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 반도체 장치(100)는 스페이서/상호 연결부(130)를 포함한다. 공동(135)은 상기 스페이서(120)에 의해 상기 장치(100) 내에 형성된다. 상기 반도체 장치(100)의 일부 실시예들에서, 포트(140)(예를 들어, MEMS 마이크로폰의 어쿠스틱 포트(acoustic port))는 상기 상부 기판(115)을 통해 형성된다.
상기 반도체 장치(100)는 제조자의 회로 보드에 직접 장착되고, (상기 공동(135) 위에 놓이는) 제2 기판에 대한 필요성을 제거한다. 상기 반도체 장치(100)가 상기 제조자의 회로 보드에 장착될 때 상기 반도체 장치(100)는 MEMS 마이크로폰을 위한 필요한 어쿠스틱 볼륨들을 형성하고, 이전에 가능했던 것보다 더 얇은 패키지를 제공한다.
밀봉된 공동을 필요로 하는 적용들에서, 밀봉제(예를 들어, 플립 칩 언더필(underfill) 재료, 다이 부착 에폭시 등)가 주위 환경들과 상기 패키지의 내부 공동 사이에 기밀 밀봉(air tight seal)을 생성하기 위해 상기 패키지의 주연 둘레 또는 상기 패키지 벽들 아래에 분배될 수 있다. 또한, 상기 밀봉의 다른 실시예들은 땜납 부착 공정들과 호환되는 주연 둘레에 패턴화된 금속 링을 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 상기 링은 또한 차폐 목적을 위한 패러데이 케이지(faraday cage)를 구성하는데 사용될 수 있다. 이러한 케이지는 상기 패키지의 상부측 구리 및 하부에 있는 밀봉 링 사이에 적절한 연결부들을 갖는 상기 패키지의 상부 표면 상에 구리판 또는 패턴화된 금속의 추가를 필요로 할 것이다. 압력 센서들과 같이, 주변 압력들에 상기 공동의 노출이 필요한 경우, 공기 통로들을 상기 패키지와 (상기 패키지가 장착되는) 상기 PCB 사이에 형성할 수 있도록 상기 밀봉 링을 부분적으로 제거할 수 있다. 더 큰 공기 통로들은 상기 패키지 벽들의 절결부들 또는 상기 패키지의 상부 표면의 구멍들의 사용을 통해 생성될 수 있다.
도 4(a), 도 4(b), 도 4(c), 도 5 및 도 6에 도시된, 상기 패키지의 다른 실시예는 기밀 밀봉을 형성하기 위해 상기 공동(135) 위에 접합되는 커버(145)를 포함한다. 상기 커버(145)는 상기 스페이서 링에 매립된 전기적 랜드 패드(electrical land pad)(110)들을 노출시키기 위한 개구들로 패턴화된 박막(예를 들어, 캡톤 테이프(capton tape), 폴리이미드(polyimide))으로 형성된다. 상기 실시예는 형성된 백 볼륨(back volume) 또는 밀봉된 공동(135)을 필요로 하는 장치들의 테스트 가능성을 개선하여, MEMS 마이크로폰을 갖는 상기 반도체 장치(100)가 회로 보드에 장착되지 않고 테스트되도록 한다. 여전히, 도시된 상기 실시예는 앞서 논의된 얇은 프로파일을 유지한다.
따라서, 본 발명은, 다른 것들 중에서, 초박형 프로파일을 갖는 하나 이상의 칩들 및/또는 MEMS 다이들을 유지하는 반도체 장치를 제공한다.

Claims (15)

  1. 전기적 트레이스들을 갖는 기판과,
    상기 기판 상에 장착되는 적어도 하나의 MEMS 다이와 반도체 칩과,
    상기 기판에 연결되는 제1 단부를 갖고 상기 전기적 트레이스들에 결합되는 전기적 상호 연결부들을 포함하는 스페이서를 포함하는 반도체 장치이며,
    상기 적어도 하나의 MEMS 다이와 반도체 칩은 상기 스페이서 내에 내장되고,
    상기 스페이서 및 기판은 상기 적어도 하나의 MEMS 다이와 반도체 칩을 내장하는 공동을 형성하며, 상기 반도체 장치가 상기 스페이서의 제2 단부를 통해 회로 보드에 장착될 때 상기 공동이 어쿠스틱 볼륨을 형성하며, 상기 제2 단부는 상기 제1 단부에 대향하는,
    반도체 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기적 상호 연결부들은 상기 스페이서 내에 매립되는,
    반도체 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서의 상기 제2 단부 상에 장착되는 커버를 더 포함하는,
    반도체 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기판, 상기 스페이서, 및 상기 커버는 어쿠스틱 볼륨을 형성하는,
    반도체 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    MEMS 마이크로폰이 상기 공동 내에 장착될 때, 상기 반도체 장치는 회로 보드에 상기 반도체 장치를 장착하지 않고 테스트될 수 있는,
    반도체 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서의 높이는 오직 상기 적어도 하나의 MEMS 다이와 반도체 칩을 커버하는데 필요한 만큼만 큰,
    반도체 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서의 높이는 오직 적절한 어쿠스틱 볼륨을 형성하는데 필요한 만큼만 큰,
    반도체 장치.
  8. 복수의 전기적 트레이스들을 갖는 기판을 생성하는 단계와,
    상기 기판 상에 적어도 하나의 MEMS 다이와 반도체 칩을 장착하는 단계와,
    상기 기판에 스페이서의 제1 단부를 장착하는 단계를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 MEMS 다이와 반도체 칩은 상기 복수의 전기적 트레이스들에 전기적으로 결합되며,
    상기 스페이서는 복수의 전기적 상호 연결부들을 포함하며, 상기 복수의 전기적 상호 연결부들은 상기 복수의 전기적 트레이스들에 전기적으로 결합되며,
    상기 기판 및 상기 스페이서는 공동을 형성하며, 상기 적어도 하나의 MEMS 다이와 반도체 칩은 상기 공동 내에 배치되는,
    반도체 장치 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전기적 상호 연결부들은 상기 스페이서 내에 매립되는,
    반도체 장치 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 스페이서의, 상기 제1 단부에 대향하는 제2 단부 상에 커버를 장착하는 단계를 더 포함하는,
    반도체 장치 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 기판, 상기 스페이서, 및 상기 커버는 어쿠스틱 볼륨을 형성하는,
    반도체 장치 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    MEMS 마이크로폰이 상기 공동에 장착될 때, 상기 반도체 장치는 회로 보드에 상기 반도체 장치를 장착하지 않고 테스트될 수 있는,
    반도체 장치 제조 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 스페이서의 높이는 오직 상기 적어도 하나의 MEMS 다이와 반도체 칩을 커버하는데 필요한 만큼만 큰,
    반도체 장치 제조 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 스페이서의 높이는 오직 적절한 어쿠스틱 볼륨을 형성하는데 필요한 만큼만 큰,
    반도체 장치 제조 방법.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 반도체 장치가 상기 스페이서의 상기 제1 단부에 대향하는, 제2 단부를 통해 회로 보드에 장착될 때, 상기 적어도 하나의 MEMS 다이와 반도체 칩은 상기 복수의 전기적 상호 연결부들에 의해 상기 회로 보드에 전기적으로 연결되는,
    반도체 장치 제조 방법.
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