KR20170094143A - 용이하게 제조가능한 전기 컴포넌트 및 전기 컴포넌트를 제조하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 민감한 컴포넌트 구조물들을 갖는 칩들에 대한 용이하게 제조가능한 전기 컴포넌트에 관한 것이다. 상기 컴포넌트는 적어도 하나의 폴리머 층을 갖는 지지 기판 및 칩의 하부면 상의 접속 구조물 및 스위칭 구조물을 포함한다.

Description

용이하게 제조가능한 전기 컴포넌트 및 전기 컴포넌트를 제조하기 위한 방법{SIMPLE TO PRODUCE ELECTRIC COMPONENT AND METHOD FOR PRODUCING AN ELECTRIC COMPONENT}
본 발명은 용이하게 제조가능한 전기 컴포넌트들 및 그러한 컴포넌트들을 제조하기 위한 간단한 방법들에 관한 것이다.
전기 또는 전자 모듈들이나 소위 컴포넌트 패키지들 또는 모듈 패키지들과 같은 전기 컴포넌트들은, 일반적으로, 하나 이상의 칩들뿐 아니라 하나 이상의 기계적으로 충분히 안정적인 지지 기판들, 및 칩들 사이의 또는 칩과 지지 기판 사이의 전기적 상호접속부들을 위한 도체 경로들을 포함한다. 이러한 경우에 있어서, 일부 전기 컴포넌트들은 기계적 또는 전기기계적 기능들을 이행할 칩들을 포함한다. 반도체 기술 기반의 집적 회로들을 독점적으로 포함하는 칩들은 여전히 외부 영향들에 대해 상대적으로 둔감하지만, 기계적으로 활성 상태인 칩의 집적은 민감한 컴포넌트 구조물들로 인해 문제가 된다.
US 8,227,904 B2호, US 2009/0101998 A1호, 또는 DE 102010006132 A1호 공보들로부터, 칩들이 서로 상호접속되는 전기 컴포넌트들이 공지되어 있다. 그러한 컴포넌트들의 제조는 복잡한데, 이는 높은 제조 비용들 및 최적이 아닌 내구성으로 반영된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 복수의 칩들 - 특히 기계적으로 활성 상태인 칩들 - 및 그들 사이의 전기적 상호접속부들을 포함할 수 있고, 용이하게 제조가능하고 긴 서비스 수명을 제공할 수 있는 적합하고 보호적인 환경을 칩들에 제공하기 위한 전기 컴포넌트들을 특정하는 것이다. 이에 따라, 그러한 컴포넌트들을 제조하기 위한 간단한 방법이 또한 특정될 것이다.
이들 목적들은 독립 청구항들에 따른 컴포넌트 및/또는 방법에 의해 해결된다. 종속 청구항들은 컴포넌트 또는 방법의 유리한 실시예들을 특정한다.
전기 컴포넌트는 적어도 하나의 폴리머 층을 갖는 지지 기판을 포함한다. 컴포넌트는, 추가로, 접속 구조물 및 금속성 스위칭 구조물을 갖는 제1 칩을 포함한다. 접속 구조물 및 금속성 스위칭 구조물 양측 모두는 칩의 하부면 상에 배열된다. 제1 칩은 지지 기판 상에 배열된다. 접속 구조물은 폴리머 층 상에 안착하거나, 또는 폴리머 층을 완전히 관통하지 않는 상태로 그 폴리머 층 내에 돌출된다. 스위칭 구조물은 폴리머 층을 관통한다.
따라서, 칩의 하부면 상에 상이한 구조물들을 포함하는 전기 컴포넌트가 특정된다. 접속 구조물은, 일반적으로, 칩의 하부면으로부터 측정되는, 스위칭 구조물보다 더 낮은 높이를 포함한다. 따라서, 스위칭 구조물은 칩 아래의 지지 기판의 폴리머 층을 관통할 수 있고 전기적 상호접속부들을 위해 사용될 수 있지만, 접속 구조물은 칩과 지지 기판 사이의 기계적 접속부를 확립한다.
지지 기판의 일부로서의 폴리머 층이 제조 동안 상대적으로 연질이거나 심지어 액체일 수 있으므로, 지지 기판의 이러한 층을 통과하는 전기적 관통 접속부(through-connection)들은 하부면 상에 구조물들이 있는 칩을 상부 층으로서의 연질의 폴리머 층을 갖는 지지 기판 상으로 단지 충분히 강하게 가압함으로써 그리고 후속으로 폴리머 층을 경화시킴으로써 얻어질 수 있다. 폴리머 층 아래에 위치되는 지지 기판의 추가 층이 후속으로 제거되는 경우에나, 지지 기판의 하부면에는 칩에의 전기 접속부들이 이미 존재하게 될 것이다.
접속 구조물의 토폴로지에 따라, 예컨대, 접속 구조물이 주위 전체가 폐쇄된 프레임 구조물을 형성하는 경우, 제1 칩과 지지 기판 사이의 갭 내에 폐쇄된 캐비티(cavity)가 또한 용이하게 얻어질 수 있다.
이러한 경우에 있어서, 제1 칩은 MEMS(micro-electro-mechanical system) 칩, NEMS(nano-electro-mechanical system) 칩, IC 칩, 광전자 칩, 액추에이터 칩, 또는 수동 스위칭 요소들만을 포함하는 칩인 것이 가능하다. 추가로, 제1 칩은, 또한, 스위칭 구조물들, 또는 전술된 상이한 칩 카테고리들로 구성된 컴포넌트들을 포함하는 조합된 칩일 수 있다.
기판 층들을 통과해서 연장되는 콘택트를 갖는 컴포넌트들의 단순성으로 인해, 제조 동안의 에러 가능성들이 감소되는데, 이는 컴포넌트들의 서비스 수명이 증가되는 이유이다.
컴포넌트는, 이러한 경우에 있어서, 하나 또는 수 개의 칩들만을 포함하는 것으로 제한되지 않는다. 오히려, 컴포넌트는, 예를 들어 보호를 필요로 하는 전술된 카테고리들의 민감한 칩들일 수 있는 제2 칩 또는 복수의 추가 칩들을 포함할 수 있다.
또한, 지지 기판은 전술된 폴리머 층 외에도 폴리머 층 아래에 배열되는 층을 포함하는 것이 가능하다. 이러한 경우에 있어서, 그 층은 하나 이상의 층들로 이루어질 수 있고, SESUB(semi-conductor-embedding substrate), 인쇄 회로 보드, LTCC(low-Temperature co-fired ceramics) 기판, HTCC(high-temperature co-fired ceramics) 기판, 유기 기판 포일, 무기 기판 포일, 금속 포일, 단결정 기판, 반도체 기판, 세라믹 기판, 또는 유리 기판일 수 있다. 원칙적으로 기판 재료로서 적합한 이들 재료들의 층 조합은, 또한, 적어도 컴포넌트의 제조 동안, 폴리머 층 아래에 배열될 수 있다.
컴포넌트는 제1 칩과 지지 기판 사이에 갭을 포함하는 것이 또한 가능하다. MEMS 컴포넌트 구조물들과 같은 민감한 구조물들이 지지 기판을 터치하지 않는 상태로 제1 칩의 하부면 상에 배열된다. 이러한 경우에 있어서, 접속 구조물의 설치 높이는, 접속 구조물이 폴리머 층 상에 (바람직하게는 평면으로) 안착하는 경우, 실질적으로, 제1 칩의 하부면과 폴리머 층의 상부면 사이의 거리를 정의한다. 접속 구조물이, 특히, 칩과 지지 기판 사이에 캐비티를 형성하는 데 사용될 수 있으므로, 그리고 기밀하게 밀봉된 캐비티가 많은 응용물들에서 바람직하므로, 접속 구조물은 폴리머 층의 소정 굴곡(waviness)에서도 타이트한 폐쇄를 보장하기 위해 폴리머 층 내로 다소 돌출될 수 있다. 따라서, 폴리머 층의 굴곡은 칩과 지지 기판 사이의 최소의 가능성있는 균등한 거리를 결정한다. 이러한 거리는, 예를 들어, 5 μm일 수 있다. 폴리머 층은, 이러한 경우에 있어서, 10 μm 내지 50 μm 두께가 될 수 있다. 따라서, 접속 구조물은 설치 높이가 5 μm 또는 5 μm의 몇 % 이상이 된다. 스위칭 구조물은 설치 높이가 (실질적으로) 칩과 지지 기판 사이의 거리와 폴리머 층의 두께의 합이 된다.
제1 칩의 하부면 상의 (민감한) 컴포넌트 구조물들은, 예를 들어, 마이크로폰 칩들의 SAW(surface acoustic wave) 구조물들, BAW(bulk acoustic wave) 구조물들, 또는 전기음향 트랜스듀서 구조물들일 수 있다. 그러한 구조물들은, 일반적으로, 자유롭게 진동할 수 있도록 하기 위해 이웃 표면들에 대해 소정의 거리를 필요로 한다.
따라서, 제1 칩과 지지 기판 사이의 갭은 칩의 하부면 상에 프레임으로서 형성되는 접속 구조물에 의해 측방향으로 한정되는 것이 또한 가능하다. 따라서, 이러한 프레임, 칩, 및 지지 기판은 캐비티를 에워싼다. 프레임은 직사각형 형상을 가질 수 있다. 프레임의 직선형 접속 요소들을 통해 접속되는 3개, 5개, 6개, 7개, 8개, 또는 그 이상의 코너들을 갖는 다각형들, 또는 만곡된 세그먼트들을 갖는 프레임들과 같은 다른 형상들이 또한 가능하다.
프레임 외에도, 접속 구조물은, 또한, 프레임 내부에 또는 외부에, 예를 들어 스페이서들로서 배열되는 추가 요소들을 포함할 수 있으며, 힘이 칩 상에 가해진다 하더라도 칩과 지지 기판 사이의 균등한 거리를 보장할 수 있다. 그러한 스페이서들은, 특히, 소위 기둥부(pillar)들일 수 있다.
제1 칩의 하부면 상의 접속 구조물은 주 컴포넌트로서 폴리머, Cu(구리), Al(알루미늄), Ag(은), 또는 Au(금), 또는 추가 금속들을 포함하는 것이 가능하다. 스위칭 구조물은, 또한, 예를 들어, 금속성의 주 컴포넌트로서 Cu, Al, Ag, 또는 Au를, 또는 이들 금속들로 구성된 전기 전도성의 금속성 나노입자들을 갖는 폴리머를 포함할 수 있다.
주 컴포넌트로서의 금속들 중에서, 특히 Cu는 접속 구조물 및 스위칭 구조물 양측 모두에 대해 바람직한데, 이는 Cu가 표준 CMOS 공정들에서 호환가능하고, 양호한 전기 전도성을 갖고, 양호한 기계적 경도 값들을 갖고, 충분히 긴 시간 동안의 제조 공정들 동안 산화 분위기를 견디기 때문이다.
비금속성의 주 컴포넌트들 중에서, 폴리머는 그것이 양호한 측면 분해능을 갖는 폴리머 프린터로 분사(jet)하는 것에 의해 정밀하게 위치지정될 수 있고 충분한 두께로 제조될 수 있다는 이점을 갖는다. 분사될 폴리머 재료가, 예컨대 금속성 나노입자들의 형태의 금속을 포함하는 경우, 3차원 프로파일을 갖는 전기 전도성 구조물들이 심지어 인쇄될 수 있다.
스위칭 구조물은 칩과 지지 기판 또는 칩 및/또는 지지 기판을 통과하는 관통 접속부 사이에 하나 이상의 범프(bump) 접속부들 또는 금속성 기둥부들을 포함하는 것이 가능하다.
접속 구조물은 둥근 또는 직사각형의 단면을 갖는 지지부들(기둥부들) 또는 지지 프레임들을 포함하는 것이 또한 가능하다.
구체적으로, 지지 기판 상의 칩이 제조 공정 동안 몰드 질량체(mold mass)에 의해 둘러싸이는 경우, 높은 압력들이 칩 상에 작용할 수 있다. 지지 요소들을 칩과 지지 기판 사이의 접속 구조물의 요소들로서 제공함으로써, 칩, 및 특히, 가능하게는 더 민감한 전기 스위칭 구조물들의 위치가 안정화될 수 있다.
칩과 지지 기판 사이에서 접속 구조물들을 지지하는 것은, 또한, 재료들의 상이한 팽창 계수들로 인해, 칩과 지지 기판 사이의 부정적인 효과들을 감소시킬 수 있거나 또는 심지어 보상할 수 있다.
컴포넌트는 제2 칩을 포함하는 것이 가능하다. 제2 칩은 제1 칩 위에 또는 바로 위에 배열될 수 있다. 제2 칩은 지지 기판 상의 제1 칩 옆에 배열되는 것이 또한 가능하다.
따라서, 그러한 컴포넌트는 2개의 칩들을 포함한다. 2개의 칩들 중 하나의 칩은 기계적으로 활성 상태인 컴포넌트 구조물들을 포함할 수 있지만, 각자의 다른 칩은, 예를 들어, ASIC(application-specific integrated circuit)이 구현되는 집적 회로들을 포함한다. 이러한 방식으로, 기계적 컴포넌트 구조물들을 운반하는 칩은, 예를 들어, 자유롭게 진동하는 전기 전도성의 멤브레인 및 전기 전도성의 백플레이트를 갖는 마이크로폰 칩일 수 있는 반면, 다른 칩은 수신된 음향 신호의 전기적으로 코딩된 출력 신호들을 출력할 수 있도록 하기 위해 아날로그 또는 디지털 평가 로직을 포함한다.
컴포넌트는 적층체, 몰드 질량체, 인쇄 공정에 의해 적용되는 질량체, 또는 제1 칩 위의 포일 및/또는 지지 기판의 영역 바로 위에 배열되는 필러 재료를 갖는 봉합재(encapsulation)를 더 포함하는 것이 가능하다. (소위 언더필러(underfiller)와 같은) 필러 재료는, 이러한 경우에 있어서, 제1 또는 추가 칩의 것과 같은 칩 재료와 지지 기판 사이의 갭을 충전하여, 칩과 지지 기판 사이에 안정적인 접속부를 확립하도록 또는 칩 아래의 캐비티를 밀봉하도록 할 수 있다.
컴포넌트는 제1 칩의 상부 또는 추가 칩들의 상부 상에 금속으로 구성된 커버 층을 포함하는 것이 또한 가능하다. 금속으로 구성된 커버 층은, 이러한 경우에 있어서, 칩과 직접 접촉할 수 있다. 커버 층의 금속이 컴포넌트의 상부 층들 중 하나이고 그 아래에 위치되는 모든 층들을 전자기적으로 차폐시키는 것이 또한 가능하다.
서로 옆에 배열되는 칩들이, 예를 들어 200 μm 초과일 수 있는 거리에 이격되어 있는 경우, 커버 포일을 기판의 표면까지 끌어 당기는 것이 가능하다.
서로 옆에 배열되는 칩들이, 예를 들어 50 μm 미만인 거리에 이격되어 있는 경우, 포일은, 그것이 기판까지 끌어 당겨지지 않는 경우, 캐비티의 봉입 환경의 일부를 구성할 수 있다.
커버 층이 높은 음향 대조(contrast)를 갖는 하나 이상의 층들을 포함하는 경우, 선택적 제거에 의해 컴포넌트의 라벨링이 얻어질 수 있다.
제1 칩 또는 추가 칩이 센서 칩인 것이 가능하다. 칩은 커버 아래에 배열될 수 있다. 예를 들어, 센서 칩이 컴포넌트의 환경과 연통할 수 있도록 그리고 압력 비(pressure ratio)들 또는 상이한 기체 조성들을 분석할 수 있도록 하기 위해, 그것은 커버 내의 홀을 통해 환경에 접속된다.
컴포넌트는 마이크로폰인 것이 가능하다. 이어서, 센서 칩은 멤브레인 및 백플레이트와 같은 전기음향 트랜스듀서 구조물들을 포함한다. 커버 아래에는 후방 부피(rear volume)가 형성된다.
마이크로폰이 제공할 수 있는 신호 품질은, 특히, 소위 후방 부피에 의존한다. 후방 부피는 음향 방향으로 멤브레인 뒤에 위치되는 공간의 부피이다. 후방 부피가 더 작을수록 반대 압력이 더 높은데, 이는 소리 전파 방향에서의 멤브레인의 편향에 대해 작용한다. 이러한 이유로, 큰 후방 부피들이 바람직하다. 그러나, 진행 중인 소형화 트렌드가 큰 후방 부피들과는 대치되므로, 후방 부피들이 크지만 전체적인 치수들이 작은 마이크로폰들을 특정하는 것이 항상 바람직하다. 전기 컴포넌트가 제1 칩 외에도 추가 스위칭 요소들을 포함하는 경우, 이들 스위칭 요소들은 공통 커버 아래에 배열될 수 있고, 커버 아래의 칩들 사이의 공간은 확장된 후방 부피로서 이용될 수 있다.
지지 기판 내의 리세스들의 제공은, 또한, 후방 부피를 확장하는 역할을 할 수 있다.
컴포넌트는, 또한, 제1 칩 외에도 적어도 하나의 추가 칩을 포함하는 것이 가능하다. 추가 칩은, 또한, 지지 기판의 상부면 상에 배열된다. 지지 기판의 상부면 상에서 연장되면, 칩들 사이의 접속 경로는, 지지 기판이 칩들 사이에서 연장되는 벤딩 라인(bending line)에서 구부러질 수 있고 칩들이 서로 터치하거나 달리 서로 손상시키지 않을 정도로 길다. 여러 개의 그러한 벤딩 라인들이 제공되는 경우, 주로 넓은 표면을 갖는 컴포넌트가 함께 절첩되어 소형 컴포넌트를 형성하도록 할 수 있다. 절첩된 컴포넌트는 이후에 주조 화합물로 주조될 수 있어서, 상이한 스위칭 요소들 사이의 정밀하게 정의된 거리들을 갖는 기계적으로 안정적인 주조 컴포넌트가 얻어지게 된다.
지지 기판의 상부면 상의 컴포넌트는 플러그 접속부를 통해 외부 회로 환경에 접속되도록 그리고 그와 상호접속되도록 제공되는 노출된 도체 경로들 및/또는 콘택트 표면들을 포함하는 것이 또한 가능하다. 도체 경로들은, 바람직하게는, 지지 기판의 에지들에서 종단된다. 거기에서, 바람직하게는, 도체 경로들이 넓어져서 콘택트 패드들을 형성한다. 따라서, 컴포넌트는 플러그를 형성하는데, 이는 각자 적응되는 소켓 내로 용이하게 플러그인될 수 있다. 그러한 플러그 접속부는 그것이 전기적 상호접속부 및 기계적 접속부를 동시에 구성하고 분리하기가 용이하다는 이점을 갖는다. 따라서, 결함 컴포넌트가 용이하게 교환될 수 있다.
전기 컴포넌트를 제조하기 위한 방법은 제1 칩의 제공을 포함한다. 제1 칩의 하부면 상에는 금속성 접속 구조물 및 금속성 스위칭 구조물이 형성된다. 접속 구조물 및 스위칭 구조물 양측 모두는 상이한 높이들을 갖는다.
또한, 충분히 연질인 폴리머 층을 갖는 지지 기판이 제공된다.
제1 칩과 지지 기판은 접속된다. 그렇게 함에 있어서, 스위칭 구조물은 폴리머 층을 관통하는데, 폴리머 층은 이러한 목적을 위해 충분히 연질이다. 스위칭 구조물은 폴리머 층을 터치하거나, 또는 폴리머 층을 완전히 관통하지 않는 상태로 그것을 약간 통과한다.
제1 칩이 지지 기판의 필수 부분을 구성하는 폴리머 층 상에 배치된 후 폴리머 층을 경화시키는 것이 가능하고, 폴리머 층의 점도에 따라, 그를 경화시킬 필요가 있다. 폴리머 층은, 이러한 경우에 있어서, 노광 또는 가열에 의해 경화될 수 있다.
폴리머 층이 가열에 의해 경화되는 경우, 제1 칩 아래의 접속 구조물의 존재는 유리한 효과를 갖는데, 이는 상이한 열 팽창 계수들이 존재할 수 있기 때문이다.
폴리머 층 아래에서, 지지 기판은 적합한 광 파장 범위에서 투명한 층을 포함하는 것이 가능하다. 이어서, 폴리머 층의 경화는, 바람직하게는, 이러한 파장 범위의 광에 폴리머 층을 노출시킴으로써 발생한다. 그렇게 함에 있어서, 폴리머 층의 경화를 매우 가능성있게 하는 광 파장 범위가 적합하다. 폴리머 층의 경화는, 특히 UV 방사에 의해 용이하게 발생할 수 있다.
제1 칩 상에 또는 그 옆에, 추가 칩 또는 복수의 추가 칩들이 배열될 수 있다.
언더필러와 같은 필러 재료가 칩 재료와 지지 기판 사이의 영역들에 배열되는 것이 가능하다.
접속 구조물들이 캐비티 주위에 프레임을 형성할 수 있기 때문에, 필러 재료는 캐비티를 플러딩(flooding)할 위험 없이 지지 기판의 상부면 상에 광범위하게 적용될 수 있다.
몰드 질량체 및/또는 포일이 제1 칩 위에 적용되는 것이 가능하다.
금속성 커버 층이 제1 칩 상에 또는 제1 칩 위에 적용되는 것이 또한 가능하다.
지지 기판이 폴리머 층 아래에 추가 층을 포함하는 것, 추가 층이 폴리머 층의 경화 후 스위칭 구조물의 영역들에서 완전히 또는 선택적으로 제거되는 것, 및 스위칭 구조물이 공정에서 노출되는 것이 가능하다.
스위칭 구조물의 노출은, 이러한 경우에 있어서, 레이저를 사용하여 수행될 수 있다.
스위칭 구조물은 콘택트들을 포함할 수 있다. 노출 후, 스위칭 구조물의 콘택트들은 지지 기판의 하부면 상에 도체 구조물들을 형성함으로써 접촉된다.
도체 구조물들을 형성하기 위해, 보통의 리소그래피 공정들이 이용될 수 있다.
복수의 컴포넌트들이 다수의 응용물들에서 동시에 제조되는 것이 가능하다. 모든 컴포넌트들에 대해 모든 요소들이 조합된 후, 개별 컴포넌트들은 분리될 수 있다.
높은 광학 대조를 갖는 층 조합들이 컴포넌트의 상부면 상에 침착되는 것이 가능하다. 그러한 층 조합들은, 예를 들어, 구리, 니켈, 및 흑니켈(black nickel)을 갖는 층들을 포함할 수 있다. 컴포넌트는, 후속으로, 니켈 함유 재료의 선택적 제거에 의해 라벨링된다.
금속 또는 합금을 침착시킴으로써 또는 나노입자들과 같은 금속 함유 입자들을 분사함으로써 전기 전도성 구조물들이 칩의 표면 상에 그리고/또는 지지 기판의 표면 상에 형성되는 것이 가능하다. 따라서, 전기 전도성 구조물들은 갈바니 공정(galvanic process) 또는 비전기적 공정들에 의해 또는 적합한 프린터를 사용한 인쇄에 의해 제조될 수 있다.
칩들은 서로의 상부 상에 적층될 수 있고, 관통 접속부들에 의해 서로 또는 기판과 상호접속될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 재배선 층들이 또한 칩 표면 상에 배열될 수 있는데, 재배선 층들을 통해 콘택트들이 상이한 측방향 위치들에서 상호접속된다.
예컨대 칩들과 기판 사이 또는 칩들 자체 사이의 솔더링된 전기 접속부들이, 예를 들어, 고온 바 솔더링(hot bar soldering)을 이용하여 확립될 수 있다.
컴포넌트 또는 방법의 본질적인 특징들이, 후속으로, 개략적인 비제한적 도면들을 참조하여 더 상세히 설명된다.
도 1은 폴리머 층에 대한 기부(base)로서의 역할을 하는 저부 지지 기판 층(TSU)을 도시한다.
도 2는 상부 지지 기판 층(TSO)을 갖는 지지 기판을 도시한다.
도 3은 하부면 상에 컴포넌트 구조물(BES)이 있는 제1 칩(CH1)을 도시한다.
도 4는 제1 칩으로서, 그 하부면 상에 스위칭 구조물(VSS)이 중간에 형성된 것을 도시한다.
도 5는 칩의 일 버전으로서, 그 하부면 상에 접속 구조물(VBS)이 추가로 배열된 것을 도시한다.
도 6은 지지 기판(TS) 상의 제1 칩(CH1)의 배열을 도시한다.
도 7은 지지 기판(TS) 상의 제2 칩(CH2)의 배열을 도시한다.
도 8은 지지 기판의 일부로서, 그 상부에 제1 칩(CH1) 및 제2 칩(CH2)이 서로의 옆에 배열된 것을 도시한다.
도 9는 제2 칩(CH2)과 지지 기판 사이의 갭 내의 필러 재료(UF)를 도시한다.
도 10은 지지 기판으로서, 그 저부 층(TSU)에 홀(L)들이 구조화된 것을 도시한다.
도 11은 지지 기판의 하부면 상의 금속화물들(M)로서, 금속화물들이 콘택트 패드(KP)들, 및 칩들의 상이한 전기 콘택트들 사이의 신호 경로들을 구현한 것을 도시한다.
도 12는 지지 기판의 일 실시예로서, 폴리머 층의 경화 후, 폴리머 층을 제외한 어떠한 추가 층들도 더 이상 포함하지 않는 것을 도시한다.
도 13은 추가 필러 재료가 없는 폴리머 층 상의 제2 칩(CH2)의 직접 배열을 도시한다.
도 14는 제2 칩 아래에서 필러 재료에 의해 보강되지 않는 지지 기판을 도시한다.
도 15는 지지 기판의 상부면 상에서 칩들 위에 배열되는 포일(F)을 도시한다.
도 16은 필러 재료에 대한 배리어(barrier)로서 프레임 형상화된 접속 구조물의 효과를 예시하는 컴포넌트의 평면도를 도시한다.
도 17은 플러그 접속부를 형성하기 위한 지지 기판의 상부면 상의 신호 라인들 및 콘택트 패드들을 갖는 컴포넌트를 도시한다.
도 18은 주조 화합물(VM)을 갖는 컴포넌트를 도시한다.
도 19는 커버 아래의 후방 부피를 갖는 마이크로폰으로서 설계된 컴포넌트를 도시한다.
도 20은 제1 칩 아래의 리세스에 후방 부피를 갖는 마이크로폰으로서 설계된 컴포넌트를 도시한다.
도 21은 마이크로폰으로서의 컴포넌트의 일 실시예로서, 후방 부피의 대부분이 전기음향 트랜스듀서 칩 옆의 리세스에 배열된 것을 도시한다.
도 6은 지지 기판의 폴리머 함유 상부 층(TSO)의 두께에 대한 접속 구조물(VBS) 및 스위칭 구조물(VSS)의 본질적인 기하학적 치수들 또는 구조물 높이들을 도시한다. 접속 구조물(VBS) 및 스위칭 구조물(VSS)은 제1 칩(CH1)의 하부면 상에 배열된다. 스위칭 구조물(VSS)의 높이는 접속 구조물(VBS)의 높이를 초과한다. 접속 구조물(VBS)은, 실질적으로, 제1 칩(CH1)의 하부면과 지지 기판(TS)의 상부면 사이의 거리를 유지하는 역할을 한다. 그렇게 함에 있어서, 접속 구조물(VBS)은 지지 기판(TS)의 상부 층(TSO)을 터치하는데, 여기서 상부 층은 실질적으로 폴리머 재료로 구성된다. 접속 구조물(VBS)은 실질적으로 상부 층(TSO)의 상부면 상에 안착하거나 또는 가능하게는 상부 층(TSO) 내로 약간 가압되는 것이 가능하다.
스위칭 구조물(VSS)은, 그의 더 큰 높이로 인해, 지지 기판(TS)의 폴리머 함유 상부 층(TSO)을 관통한다. 스위칭 구조물(VSS)의 요소들과의 전기 접촉이 이후에 발생하는 경우, 지지 기판의 저부 층(TSU)만이 관통되어야 한다. 이러한 경우에 있어서, 상부 층(TSO)은 실질적으로 유지될 수 있고, 기계적 안정성을 보장할 수 있다.
도 1 내지 도 5는 그러한 컴포넌트를 제조하기 위한 본질적인 단계들을 도시하는데:
도 1은 지지 기판의 기저 층, 즉 지지 기판의 저부 층(TSU)을 도시한다.
폴리머 함유 상부 층(TSO)이 그 위에 적용된다(도 2). 상부 층은, 이러한 경우에 있어서, 스위칭 구조물(VSS)이 이후에 그를 용이하게 관통할 수 있을 정도로 연질이다. 상부 층(TSO)은 액체인 것이 특히 가능하다.
도 3은 하부면 상에서 SAW 구조물들, BAW 구조물들, 또는 멤브레인들, 또는 백플레이트들과 같은 민감한 컴포넌트 구조물(BES)들을 운반하는 제1 칩(CH1)을 도시한다. 컴포넌트 구조물들은, 적절한 기능을 보장하기 위해, 그들이 자유롭게 진동하도록 제1 칩(CH1)의 하부면 상에 배열되는 것을 특징으로 한다.
도 4는 스위칭 구조물(VSS)이, 예를 들어, 컴포넌트 구조물들을 외부 회로 환경과 또는 컴포넌트의 추가 스위칭 요소들과 상호접속시키기 위해 제1 칩(CH1)의 하부면 상에 어떻게 배열될 수 있는지를 도시한다.
도 5는, 추가로, 제1 칩의 하부면 상의 접속 구조물(VBS)을 도시한다. 컴포넌트 구조물(BES)들과 이들에게 제공된 지지 기판(TS) 사이에 충분한 거리를 유지할 수 있도록 하기 위해, 접속 구조물(VBS)은, 바람직하게는, 컴포넌트 구조물(BES)들보다 더 큰 설치 높이를 갖는다.
이러한 방식으로, 제1 칩(CH1)을 그의 하부면 상에서 그의 구조물들에 그리고 지지 기판(TS)에 접속시킨 후, 도 6에 도시된 컴포넌트가 얻어지는데, 여기서 컴포넌트 구조물들은 지지 기판(TS)까지 충분한 거리를 갖는다. 접속 구조물(VBS)이 자가 함유된 경우, 특히, 내부에 컴포넌트 구조물들이 배열되는 폐쇄된 캐비티가 얻어진다.
또한, 도 7은 지지 기판(TS)의 일부로서, 그 상부에 제2 칩(CH2)이 배열된 것을 도시한다. 제2 칩은 그의 표면 상에 어떠한 민감한 컴포넌트 구조물들도 포함할 필요가 없다. 따라서, 지지 기판(TS)과의 그의 하부면의 직접 접촉은 무해하다. 제2 칩(CH2)과 지지 기판(TS) 사이의 접속 구조물들이 가능하지만, 필수적인 것은 아니다.
도 8은, 이제, 하부면 상에 기계적으로 민감한 컴포넌트 구조물들을 갖는 제1 칩(CH1)이 덜 민감한 제2 칩(CH2)과 함께 지지 기판 상에 배열된 컴포넌트(B)를 도시한다. 칩들 양측 모두는 그들의 하부면들 상에 전기적 콘택트 구조물들을 포함하는데, 여기서 콘택트 구조물들은 지지 기판(TS)의 폴리머 함유 상부 층을 통과해서 연장된다.
도 9는 제2 칩(CH2)이 지지 기판과 직접 접촉하지 않는 일 실시예를 도시한다. 제2 칩(CH2)과 지지 기판(TS) 사이의 자유 공간이 바람직하지 않은 경우, 제2 칩(CH2) 아래의 부피는 언더필러(UF)와 같은 필러 재료로 충전될 수 있다.
제1 칩(CH1)의 접속 구조물(VBS)이 환형으로 폐쇄된 프레임(R)으로서 설계될 수 있으므로, 제1 칩(CH1)의 하부면 상의 민감한 컴포넌트 구조물들은, 또한, 언더필러(UF)의 적용에 의해 손상되지 않는다. 오히려, 필러 재료(UF)는 제1 칩(CH1) 아래의 캐비티의 기밀 밀봉을 개선할 수 있다.
도 10은 스위칭 구조물(VSS)들이 전기적으로 접촉되어야 하는 경우에 대해 종래의 컴포넌트들과 비교되는 본 설계의 실질적인 이점을 도시한다. 지지 기판의 상부 층은, 바람직하게는, 중간에 경화되었고 충분한 기계적 안정성을 제공할 수 있다. 이어서, 아래에 위치되는 층(TSU)들을 관통하는 것, 및 그에 의해 신호 라인들을 형성함으로써 스위칭 구조물들의 상호접속을 수행하도록 하기 위해 스위칭 구조물(VSS)들을 노출시키는 것만이 필요하다. 이러한 방식으로, 홀(L)들은, 예를 들어 레이저를 사용하여 지지 기판(TS)의 층(TSU) 내로 드릴링될 수 있는데, 상기 층은 폴리머 층 아래에 배열되어 있다.
도 11은 지지 기판의 하부면 상에서 보통의 리소그래피 공정들을 통해 배열되고 칩들의 전기적 콘택트들을 서로 상호접속시키거나 칩들의 콘택트들과 외부 콘택트 패드(KP)들을 상호접속시키는 금속화물(M)들을 도시한다.
도 12는 개별 홀(L)들이 스위칭 구조물(VSS)의 위치들 상에서 선택적으로 드릴링되는 것이 아니라, 금속화물(M)이 하부면 상에 적용되어 신호 경로들을 형성하기 전에 지지 기판(TS)의 저부 층(TSU)이 완전히 제거된 일 실시예를 도시한다.
도 13 및 도 14는 지지 기판의 하부면 상의 각자의 전기 접속부들을 도시하는데, 여기서는 어떠한 필러 재료도 지지 기판과 제2 칩(CH2) 사이에 배열되지 않는다. 폴리머 층의 두께 및 안정성에 따라, 폴리머 층은 충분한 기계적 안정성을 이미 제공한다(도 14).
도 15는 포일(F)에 의해 컴포넌트의 상부면을 커버하는 다른 가능성을 도시한다. 칩들이 지지 기판의 상부면 상에서 서로로부터 얼마나 멀리 이격되어 있는지에 따라, 포일(F)을 지지 기판의 상부면에 접속시키거나 또는 포일 아래에서 칩들 사이의 캐비티를 에워싸는 것이 가능하다. 포일이 지지 기판의 상부면을 터치하는 경우, 포일은, 예컨대 지지 기판을 통과한 관통 접속부들을 통해, 전기 전위와 상호접속될 수 있다. 다수의 응용물들에서 그에 따라 제조된 지지 기판을 분리하여 복수의 상이한 컴포넌트들을 얻는 것이 또한 가능한데, 여기서 포일의 밀봉이 분리에 의해 약화되지는 않는다. 지지 기판 및 칩들의 측방향 표면들과 함께 포일이 캐비티들을 형성하는 경우, 그들은 마이크로폰들을 위한 후방 부피들로서 형성될 수 있다.
도 16은 프레임으로서 형성된 접속 구조물(VBS)의 보호 효과를 도시하는데, 여기서 접속 구조물은 필러 재료(UF)에 의해 제1 칩(CH1) 아래에서 캐비티(H)의 플러딩을 효과적으로 방지한다. 따라서, 컴포넌트 구조물(BES)들은 캐비티(H)에 안전하게 수용된다.
제1 칩(CH1) 외에도, 추가 칩(CH2) 및 제3 칩(CH3)이 지지 기판의 상부면 상에 배열된다.
도 17은 지지 기판의 표면 상의 금속화물들에 의해 신호 라인(SL)들을 형성할 가능성을 도시한다. 신호 라인들은, 이러한 경우에 있어서, 칩들 중 하나의 칩의 콘택트들로부터 컴포넌트의 에지까지 연장될 수 있고, 콘택트 패드(KP)에서 종단될 수 있다. 따라서, 외부 스위칭 환경에 대한 플러그 접속부가 용이하게 제조될 것이다.
벤딩 라인(KN)들은, 지지 기판이 벤딩 에지(KN)에서 구부러진 후, 칩들 또는 다른 스위칭 요소들이 여전히 지지 기판의 상부면 상에 충분한 공간을 갖도록 선택될 수 있다. 벤딩 후, 지지 기판은 폴리머 또는 합성 수지와 같은 주조 재료에 의해 표면 상에서 그의 컴포넌트들로 주조될 수 있다.
그러한 주조 화합물이 도 18에 도시되어 있다. 그렇게 함에 있어서, 주조 화합물은 컴포넌트의 전체 상부면을 커버한다.
도 19는 마이크로폰으로서의 컴포넌트의 일 실시예를 도시한다. 제1 칩(CH1)은 컴포넌트 구조물들로서 멤브레인(MB) 및 백플레이트(RP)를 운반한다. 지지 기판의 상부면은 커버(D)에 의해 커버된다. 커버(D)에서, 홀들이 소리 유입 개구들로서 구조화된다. 커버(D)는, 추가로, 제1 칩(CH1) 옆에 후방 부피(RV)를 포함한다. 음향 단락 회로를 방지하기 위해, 음향 밀봉부(AD)가 소리 유입부와 후방 부피(RV) 사이에 형성된다. 접속 구조물은, 이러한 경우에 있어서, 제1 칩(CH1)의 멤브레인(MB) 뒤의 부피와 후방 부피(RV) 사이의 기체 교환이 가능하도록 완전히 폐쇄되지는 않는다.
도 20은 지지 기판의 리세스 또는 그의 상부 층(TSO)에 의해 멤브레인 뒤에 후방 부피를 제공할 가능성을 도시한다.
지지부의 상부 층(TSO)이 더 두꺼울수록, 후방 부피(RV)가 더 크다. 스위칭 구조물은, 이러한 경우에 있어서, 상부 층(TSO)을 완전히 관통할 정도로 충분히 길다.
도 21은 마이크로폰으로서의 컴포넌트의 다른 실시예를 도시하는데, 여기서 후방 부피의 일부분이 제1 칩 옆의 지지 기판 내의 리세스(AU)에 의해 형성된다. 지지 기판을 통과하는 추가 홀(L)들이 소리 유입 개구를 구성한다. 이러한 예시적인 실시예에서, 접속 구조물들은 음향 단락 회로를 방지하기 위해 환형으로 폐쇄된다.
컴포넌트도 컴포넌트를 제조하기 위한 방법도 도시되거나 기술된 실시예들로 제한되지 않는다.
Figure pct00001

Claims (28)

  1. 전기 컴포넌트(B)로서,
    - 적어도 하나의 폴리머 층(TSO)을 포함하는 지지 기판(TS), 및
    - 하부면 상에 접속 구조물(VBS)을 포함하고 하부면 상에 금속성 스위칭 구조물(VSS)을 포함하는 제1 칩(CH1)을 포함하며,
    - 상기 제1 칩(CH1)은 상기 지지 기판(TS) 상에 배열되고,
    - 상기 접속 구조물(VBS)은 상기 폴리머 층(TSO) 상에 안착하거나 또는 상기 폴리머 층(TSO)을 관통하지 않는 상태로 그 내부로 돌출되고,
    - 상기 스위칭 구조물(VSS)은 상기 폴리머 층(TSO)을 관통하는, 컴포넌트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 칩(CH1)은, MEMS 칩, NEMS 칩, IC 칩, 광전자 칩, 액추에이터 칩, 수동 스위칭 요소들만을 포함하는 칩으로부터 선택되는, 컴포넌트.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 지지 기판(TS)은 SESUB, 인쇄 회로 보드, LTCC 기판, HTCC 기판, 유기 지지 포일, 무기 지지 포일, 금속 포일, 단결정 기판, 다결정 기판, 반도체 기판, 세라믹 기판, 유리 기판으로부터 선택되는 층(TSU)을 추가로 포함하는, 컴포넌트.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 제1 칩(CH1)과 상기 지지 기판(TS) 사이에 갭을 추가로 포함하고,
    - 민감한 구조물(BES)들이 상기 지지 기판(TS)을 터치하지 않는 상태로 상기 제1 칩(CH1)의 하부면 상에 배열되는, 컴포넌트.
  5. 제4항에 있어서, 상기 갭은 상기 칩의 하부면 상에서 프레임(R)으로서 형성된 접속 구조물(VBS)에 의해 측방향으로 한정되고, 상기 칩(CH1), 상기 프레임(R), 및 상기 지지 기판(TS)은 캐비티(cavity)(H)를 에워싸는, 컴포넌트.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 접속 구조물(VBS)은 주 컴포넌트로서 폴리머, Cu, Al, Ag, 또는 Au를 포함하고,
    - 상기 스위칭 구조물(VSS)은 주 컴포넌트로서 Cu, Al, Ag, 또는 Au를 포함하는, 컴포넌트.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스위칭 구조물(VSS)은,
    - 범프(bump) 접속부 또는 금속성 기둥부들, 또는
    - 상기 칩(CH1) 및/또는 상기 지지 기판(TS)을 통과하는 관통 접속부(through-connection)를 포함하는, 컴포넌트.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접속 구조물(VBS)은 둥근 또는 직사각형의 단면을 갖는 지지부들 또는 지지 프레임(R)들을 포함하는, 컴포넌트.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 제1 칩(CH1) 상에 또는 그 위에, 또는
    - 상기 지지 기판(TS) 상의 상기 제1 칩(CH1) 옆에
    배열되는 제2 칩(CH2)을 추가로 포함하는, 컴포넌트.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 적층체, 몰드 질량체(mold mass)(VM), 인쇄 방법에 의해 적용되는 질량체, 또는 상기 제1 칩(CH1) 위의 포일(F)을 갖는 봉합재(encapsulation), 및/또는
    - 상기 지지 기판(TS)의 영역 바로 위에 배열되고 칩 재료와 상기 지지 기판(TS) 사이의 갭을 충전하는 필러 재료(UF)를 추가로 포함하는, 컴포넌트.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 칩(CH1) 위에 금속으로 구성된 커버 층을 추가로 포함하는, 컴포넌트.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 제1 칩(CH1) 또는 추가 칩(CH2, CH3)은 센서 칩이고 커버(D) 아래에 배열되고,
    - 상기 센서 칩은 상기 커버(D)에서의 홀(L)을 통해 상기 컴포넌트(B)의 환경에 접속되는, 컴포넌트.
  13. 제12항에 있어서,
    - 상기 컴포넌트는 마이크로폰이고,
    - 상기 센서 칩은 전기음향 트랜스듀서 구조물들을 포함하고,
    - 후방 부피 (RV)가 상기 커버(D) 아래에 형성되는, 컴포넌트.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 추가 칩(CH2, CH3)을 포함하고, 상기 추가 칩(CH2, CH3)은 상기 지지 기판(TS)의 상부면 상에 배열되고, 상기 제1 칩(CH1)과 상기 추가 칩(CH2, CH3) 사이의 상기 지지 기판(TS) 상의 접속 경로는 상기 지지 기판(TS)이 상기 칩들(CH1, CH2, CH3) 사이에서 구부러질 수 있을 정도로 긴, 컴포넌트.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 기판(TS)의 상부면 상에, 플러그 접속부를 통해 외부 회로 환경에 접속되도록 그리고 그와 상호접속되도록 제공되는 노출된 도체 경로(SL)들을 추가로 포함하는, 컴포넌트.
  16. 전기 컴포넌트(B)를 제조하기 위한 방법으로서,
    - 제1 칩(CH1)을 제공하는 단계,
    - 상기 제1 칩(CH)의 하부면 상에 금속성 접속 구조물(VBS) 및 금속성 스위칭 구조물(VSS)을 형성하는 단계 - 상기 2개의 구조물들(VBS, VSS)은 상이한 높이들을 가짐 -,
    - 연질의 폴리머 층(TSO)을 포함하는 지지 기판(TS)을 제공하는 단계, 및
    - 상기 제1 칩(CH1)을 상기 지지 기판(TS)에 접속시키는 단계를 포함하고,
    상기 스위칭 구조물(VSS)은 상기 폴리머 층(TSO)을 관통하고, 상기 접속 구조물(VBS)은 상기 폴리머 층(TSO)을 관통하지 않는 상태로 그를 터치하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 폴리머 층(TSO)은 상기 제1 칩(CH1)을 배치한 후 노광 또는 가열에 의해 경화되는, 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    - 상기 지지 기판(TS)은, 상기 폴리머 층(TSO) 아래에, 적합한 광 파장 범위에서 투명한 층을 포함하고, 상기 폴리머 층(TSO)의 경화는 이러한 파장 범위에서 그를 광에 노출시킴으로써 발생하는, 방법.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 추가 칩(CH2) 또는 복수의 추가 칩들(CH2, CH3)이 상기 제1 칩(CH1) 상에 또는 그 옆에 추가로 배열되는, 방법.
  20. 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 필러 재료(UF)가 칩 재료(CH1, CH2, CH3)와 상기 지지 기판(TS) 사이의 영역들에 배열되는, 방법.
  21. 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 몰드 질량체(VM) 및/또는 포일(F)이 상기 제1 칩(CH1) 위에 적용되는, 방법.
  22. 제16항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 금속성 커버 층이 상기 제1 칩(CH1) 위에 적용되는, 방법.
  23. 제16항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 기판(TS)은 상기 폴리머 층(TSO) 아래에 추가 층(TSU)을 포함하고, 상기 추가 층(TSU)은 상기 폴리머 층(TSO)의 경화 후에 상기 스위칭 구조물(VSS)의 영역들에서 완전히 또는 선택적으로 제거되고, 상기 스위칭 구조물(VSS)은 노출되는, 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 스위칭 구조물(VSS)의 노출은 레이저를 사용하여 발생하는, 방법.
  25. 제23항 또는 제24항에 있어서,
    - 상기 스위칭 구조물(VSS)은 콘택트(KP)들을 포함하고,
    - 상기 콘택트(KP)들은 노출 후에 상기 지지 기판(TS)의 하부면 상에 도체 구조물(SL)들을 형성함으로써 접촉되는, 방법.
  26. 제16항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컴포넌트는 다수의 응용물들에서 복수의 다른 컴포넌트들과 함께 제조되고, 다른 컴포넌트들로부터 분리되는, 방법.
  27. 제16항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 컴포넌트의 상부면 상에, Cu, Ni, 및 흑니켈(black nickel)을 함유하는 층들을 포함하는 층 조합이 적용되고, 후속으로,
    - Ni 함유 재료를 선택적으로 제거함으로써 라벨링되는, 방법.
  28. 제16항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 또는 합금을 침착시킴으로써 또는 금속 함유 나노입자들을 분사함으로써 전기 전도성 구조물(SL)들이 상기 칩(CH1)의 표면 상에 그리고/또는 상기 지지 기판(TS)의 표면 상에 형성되는, 방법.
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