KR20220025439A - 개선된 내전력 성능을 갖는 fbar 칩 구조 및 패키지 - Google Patents

개선된 내전력 성능을 갖는 fbar 칩 구조 및 패키지 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 내전력 성능이 개선된 FBAR 칩 구조 및 패키지는, 하부전극, 압전층 및 상부전극을 포함하는 복수개의 박막형 체적 탄성 공진기와, 상기 하부전극 또는 상부전극에 연결되는 제1 접합패드가 형성된 제1 기판; 기판을 관통하는 복수개의 비아를 포함하고, 상기 각 비아 양단의 상기 제1 기판과 대향하는 면에는 제2 접합패드가 형성되고, 상기 제1 기판과 대향하지 않는 면에는 복수개의 외부 접속 패드가 형성된 제2 기판; 을 포함하고, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판은 상기 제1 접합패드와 상기 제2 접합패드의 접합에 의해 서로 접합되어 있으며, 상기 하부전극 중 일부는 전도성 물질로 충전된 압전층 비아를 통해 상기 제1 접합패드와 연결되어 있고, 상기 제2 기판의 상기 복수개의 비아는 상기 외부 접속 패드를 통해 신호 또는 접지 배선이 연결되는 제1비아와, 신호나 접지 배선이 연결되지 않는 제2비아를 포함한다. 또한, 상기 제1 접합패드와 연결되지 않은 2개 이상의 하부전극 사이에는 방열을 위한 물질로 충전된 히트 싱크 홈을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 종래에 비해 내전력 성능이 개선된 FBAR 칩 구조 및 패키지를 제공할 수 있으며, FBAR 칩 구조 및 패키지의 내전력 성능과 패키지 소형화의 요구를 동시에 만족시킬 수 있다.

Description

개선된 내전력 성능을 갖는 FBAR 칩 구조 및 패키지 {Film bulk acoustic resonator chip design and package with improved power tolerance}
본 발명은 개선된 내전력 성능을 갖는 FBAR 칩 구조 및 패키지에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 종래의 FBAR 칩 구조 및 패키지에 비해 더 우수한 내전력 성능을 갖는 새로운 칩 구조의 FBAR 패키지에 관한 것이다.
최근 스마트폰 등 소형 전자기기를 중심으로 소형, 고밀도 실장에 대한 요구가 커짐으로써 반도체 집적회로(IC)와 같은 전자소자들에 대한 표면 실장 기술이 눈부신 발전을 거듭해 왔다.
칩 단위 패키징 대신 웨이퍼 레벨 패키징이 도입되어 패키징 두께를 현저히 감소시켰고, 인쇄회로기판에서도 적층형 기판이 도입되었으며, 다양한 재료, 장비와 다양한 공정 기술 등이 개발되고 있다.
한편, 정보통신 기술의 발전과 네트워크의 진화로 사람들이 사용하거나 요구하는 정보의 양 또한 급속도로 증가하고 있고, 각 종 전자기기는 더 다양한 기능, 더 새로운 기능, 더 고급 기능을 구현하기 위해 기기 내부에는 전보다 훨씬 더 많은 부품들이 탑재되어야 하므로 기기는 점점 복잡해지고 전자소자들은 더 밀착하여 배치되고 있다.
즉, 현재와 미래의 전자기기들은 소형화와 고급 기능 구현이라는 서로 양립하기 어려운 요구를 끊임없이 충족시키면서 발전해가야 하는 상황 속에 있는 것이다.
이러한 요구는 스마트폰 등에 사용되는 대역 필터에 대해서도 예외는 아니어서, 점점 더 복잡해지는 5G와 같은 고주파 무선환경 속에서 BAW(bulk acoustic wave) 필터나 duplexer는 더더욱 강한 수준의 내전력 성능과 소형화를 요구받고 있다.
일반적으로 이러한 내전력 성능을 확보하기 위해서는, BAW 공진기를 길이 방향으로 숫자를 늘려 배치한 구조를 사용하게 된다. 그럴 경우 공진기의 크기가 대형화되므로 열 방출이 용이해지고, 공진기의 전체적인 열 저항이 감소하여 파워에 대한 내구성 및 신뢰성이 개선될 수 있다.
도 8은 BAW 소자의 한 종류인 종래의 박막형 체적 탄성 공진기(film bulk acoustic resonator, 이하 'FBAR'라 함) 패키지를 도시한 것이다.
도 8의 FBAR 칩 구조 및 패키지는, 실리콘 기판(10) 위에 FBAR(20)가 형성되어 있고, 제2 기판(30)과 WLP(wafer level package)에 의해 밀봉한 구조를 갖는다.
도 8에서, FBAR는 하부전극(bottom electrode), 압전층(piezoelectric material) 및 상부전극(top electrode)을 포함하고, 하부전극 아래에는 체적 탄성파의 발생을 용이하게 하기 위한 에어 캐버티가 형성될 수 있으며, 상부전극 위에는 보호층(passivation)이 형성될 수 있다. 도 8에서의 제2 기판은 실리콘 기판일 수 있다.
상기 FBAR의 각 상하부 전극에는 내부 전극 패드(40)이 연결되어 있고, 상기 내부 전극 패드들은 제2 기판을 관통하는 비아(50)를 통해 외부 접속 패드(60)와 연결되어 있다. 이 외부 접속 패드에는 후에 신호 배선이나 접지 배선이 연결된다. 상기 내부 전극 패드(40)은 제2 기판과의 WLP 접합을 위한 접합패드를 포함할 수 있다.
도 9는 도 8과 같은 FBAR 들이 복수개 직병렬로 연결되어 있는 필터 구조에서 내전력 성능을 개선하기 위한 종래의 방안을 도시한 것이다.
종래에는 FBAR 의 내전력 성능을 개선하기 위해 도 9와 같이 기존에 하나만 연결되던 FBAR를 몇 개의 자리에서 2개로 늘려 배치하였다.
그러나 도 9와 같이 FBAR의 숫자를 늘려서 열 방출 면적을 크게 하는 방안은, 요구되는 내전력 성능은 얻을 수 있지만 장치의 소형화에는 역행하는 결과를 초래한다.
이에 본 발명은 요구되는 내전력 성능을 충족시키면서도 장치의 소형화에도 부합하는 새로운 칩 구조의 FBAR 패키지를 제안하고자 한다.
한국공개특허공보 10-2004-0043055 호 (2004.05.22)
본 발명은 종래에 비해 내전력 성능이 개선된 FBAR 칩 구조 및 패키지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 또한, 내전력 성능과 패키지 소형화의 요구를 동시에 만족시킬 수 있는 FBAR 칩 구조 및 패키지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 또한, 새 구조의 패키지 제조 과정에서 기존의 박막형 체적 탄성 공진기 구조를 효율적으로 활용할 수 있는 FBAR 칩 구조 및 패키지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 또한, 새 구조의 패키지 제조 과정에서 기존의 박막형 체적 탄성 공진기 제조 공정과 장비를 그대로 활용할 수 있는 FBAR 칩 구조 및 패키지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 내전력 성능이 개선된 FBAR 칩 구조 및 패키지는, 하부전극, 압전층 및 상부전극을 포함하는 복수개의 박막형 체적 탄성 공진기와, 상기 하부전극 또는 상부전극에 연결되는 제1 접합패드가 형성된 제1 기판; 기판을 관통하는 복수개의 비아를 포함하고, 상기 각 비아 양단의 상기 제1 기판과 대향하는 면에는 제2 접합패드가 형성되고, 상기 제1 기판과 대향하지 않는 면에는 복수개의 외부 접속 패드가 형성된 제2 기판; 을 포함하고, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판은 상기 제1 접합패드와 상기 제2 접합패드의 접합에 의해 서로 접합되어 있으며, 상기 하부전극 중 일부는 전도성 물질로 충전된 압전층 비아를 통해 상기 제1 접합패드와 연결되어 있고, 상기 제2 기판의 상기 복수개의 비아는 상기 외부 접속 패드를 통해 신호 또는 접지 배선이 연결되는 제1비아와, 신호나 접지 배선이 연결되지 않는 제2비아를 포함한다.
상기 제1 비아는 전도성 물질로 충전되어 있고, 상기 제2 비아는 제1 비아보다 열전도성이 더 높은 물질로 충전될 수 있다.
상기 제1 비아와 상기 제2 비아는 동일한 물질 또는 서로 다른 물질로 충전될 수 있다.
상기 제1 비아는 상기 압전층 비아에 연결될 수 있다.
상기 제1 비아와 상기 제2 비아는 서로 직경이 다를 수 있고, 상기 제2 비아의 직경이 상기 제1 비아의 직경보다 더 클 수 있다.
상기 제1 비아와 상기 제2 비아는 단면의 형상이 서로 다를 수 있다.
상기 외부 접속 패드는 상기 제1 비아에만 형성될 수 있다.
상기 제2 비아에 외부 접속 패드가 형성된 경우, 상기 제2 비아의 외부접속 패드는 보호층으로 피복될 수 있다.
상기 복수개의 박막형 체적 탄성 공진기들 중 적어도 2개 이상의 상부전극은 전극연결부에 의해 서로 연결되어 일체로 형성되어 있고, 상기 제2 비아는 상면도 상에서 볼 때 상기 서로 연결되어 일체로 형성된 상부전극들 사이에 형성될 수 있다.
상기 제1 기판에서, 상기 제1 접합패드와 연결되지 않은 2개 이상의 하부전극 사이에는 방열 물질로 충전된 히트 싱크 홈이 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 내전력 성능이 개선된 FBAR 칩 구조 및 패키지는, 하부전극, 압전층 및 상부전극을 포함하는 복수개의 박막형 체적 탄성 공진기와, 상기 하부전극 또는 상부전극에 연결되는 제1 접합패드가 형성된 제1 기판; 기판을 관통하는 복수개의 비아를 포함하고, 상기 각 비아 양단의 상기 제1 기판과 대향하는 면에는 제2 접합패드가 형성되고, 상기 제1 기판과 대향하지 않는 면에는 복수개의 외부 접속 패드가 형성된 제2 기판; 을 포함하고, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판은 상기 제1 접합패드와 상기 제2 접합패드의 접합에 의해 서로 접합되어 있으며, 상기 하부전극 중 일부는 전도성 물질로 충전된 압전층 비아를 통해 상기 제1 접합패드와 연결되어 있고, 상기 제1 기판에서, 상기 제1 접합패드와 연결되지 않은 2개 이상의 하부전극 사이에는 방열 물질로 충전된 히트 싱크 홈이 형성될 수 있다.
상기 제1 기판에서, 상기 각 하부전극 아래에는 에어 캐버티가 형성되어 있고, 상기 히트 싱크 홈의 적어도 일부는 상기 에어 캐버티들 사이에 형성될 수 있다.
상기 2개 이상의 하부전극들은 전극 사이를 연결하는 전극연결부를 통해 서로 연결되어 일체로 형성되어 있고, 상기 히트 싱크 홈의 적어도 일부는 상기 전극연결부 아래에 형성될 수 있다.
상기 히트 싱크 홈의 적어도 일부는 상기 전극연결부를 벗어나 외곽으로 더 연장되어 형성될 수 있다.
상기 히트 싱크 홈은 상기 전극연결부와 중첩되는 면적보다 전극연결부를 벗어난 영역의 면적이 더 클 수 있다.
상기 히트 싱크 홈은 'T'형상일 수 있다.
상기 히트 싱크 홈은 'T'형상의 머리 부분이 더 넓은 폭으로 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 종래에 비해 내전력 성능이 개선된 FBAR 칩 구조 및 패키지를 제공할 수 있다.
본 발명은 또한, FBAR 칩 구조 및 패키지의 내전력 성능과 패키지 소형화의 요구를 동시에 만족시킬 수 있다.
본 발명은 또한, 새 구조의 패키지 제조 과정에서 기존의 박막형 체적 탄성 공진기 구조를 효율적으로 활용할 수 있다.
본 발명은 또한, 새 구조의 패키지 제조 과정에서 기존의 박막형 체적 탄성 공진기 제조 공정과 장비를 그대로 활용할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.
도 1은 FBAR 들이 복수개 직병렬로 연결되어 있는 필터 구조에서, 본 발명의 실시예들에 따른 내전력 성능 개선 방안을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 FBAR 칩 구조 및 패키지 내전력 성능 개선 방안으로서, 제2 기판에 비아형 히트 싱크를 형성한 것이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 FBAR 필터 패키지를 제2 기판 상면 쪽에서 바라본 것을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 FBAR 칩 구조 및 패키지 내전력 성능 개선 방안으로서, 제1 기판에 에어 캐버티형 히트 싱크를 형성한 것이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시에에 따른, 에어 캐버티형 히트 싱크를 포함하는 FBAR 필터 패키지를 제2 기판 상면 쪽에서 바라본 것을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 2개 실시예를 모두 포함하는 경우의 구조를 도시한 상면도와, 그 상면도에서의 AA' 라인을 따라 절단한 단면도를 도시한 것이다.
도 7은 도 6의 패키지 구조에 대응하는 회로도를 도시한 것이다.
도 8은 종래의 박막형 체적 탄성 공진기(film bulk acoustic resonator) 패키지를 도시한 것이다.
도 9는 종래의 내전력 성능을 개선하기 위한 방안을 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명의 특징과 이점, 그리고 그것들을 구현하는 수단들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예들을 통해 명확해질 것이다. 그러나 이하에서 기술하는 본 발명의 실시예들은 단지 예시적인 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 기술된 실시예들로만 제한하고자 하는 것은 아니다. 또한, 각 실시예들의 구성 요소들은 다른 언급이나 상호간에 모순이 없는 한 실시예 내에서 또는 실시예 상호 간에 다양한 조합이 가능할 수 있다.
그리고, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소들과는 상관없이 이 구성요소를 반드시 포함한다는 의미이지 다른 구성 요소들의 추가를 배제하고자 하는 것이 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재나 소자를 사이에 두고 "간접적으로" 또는 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
또한, 명세서 전체에서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
또한, '제1, 제2' 등과 같은 표현은, 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.
또한, 도면에 도시된 순서도들은 본 발명을 실시함에 있어서 가장 바람직한 결과를 얻기 위해 예시적으로 도시한 순서에 불과하며, 다른 단계들이 더 추가되거나 일부 단계들이 삭제될 수 있음은 당연한 것이다.
도 1은 FBAR 들이 복수개 직병렬로 연결되어 있는 필터 구조에서, 본 발명의 실시예들에 따른 내전력 성능 개선 방안을 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 FBAR 필터에서의 내전력 성능 개선 방안은, 공진기 수를 늘려서 필터 면적을 키우거나 하는 것 없이 종래의 FBAR 필터에서의 공진기 배열 구조를 그대로 두면서, 각 공진기들 사이에 내부의 열을 보다 쉽게 방출할 수 있도록 히트 싱크를 형성하는 것이다.
본 발명에 따른 히트 싱크는 2종류가 있으며, 이하 하나씩 차례대로 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 FBAR 칩 구조 및 패키지 내전력 성능 개선 방안으로서, 제2 기판에 비아형 히트 싱크를 형성한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 FBAR 칩 구조 및 패키지는 제1 기판(100)과 제2 기판(200)을 포함한다. 상기 제1 기판과 제2 기판은 실리콘 기판일 수 있다.
상기 제1 기판(100)에는 각각 하부전극(111)과, 압전층(112)과, 상부전극(113)을 포함하는 복수개의 FBAR가 형성되어 있고, 상기 제1 기판과 제2 기판을 WLP 접합하기 위한 제1 접합패드(120)가 형성되어 있다.
상기 복수개의 상부전극(113)들 중 적어도 일부는 상기 제1접합패드와 연결되어 있고, 상기 복수개의 하부전극(111)들 중 적어도 일부는 도전성 물질로 충전된 압전층 비아(130)를 통해 상기 제1 접합패드(120)와 연결되어 있다.
상기 각 FBAR는 하부전극(111) 아래에 형성된 에어 캐버티(114)를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 기판(200)은 기판을 관통하여 형성된 복수개의 비아(210)들을 포함한다. 상기 비아는 신호 또는 접지 배선과 연결되는 제1 비아(211)와, 신호 또는 접지 배선과 연결되지 않는 제2 비아(212)를 포함한다.
상기 제1 비아(211) 및 상기 제2 비아(212)는 TSV(through silicon via)일 수 있다.
상기 제2 기판을 관통하는 비아의 양단 중 상기 제1 기판에 대향하는 일단에는 제2 접합패드(220)가 형성되어 있다.
상기 제2 접합패드(220)는 상기 제1 기판의 제1 접합패드(120)와 접합된다.
상기 비아들을 포함하는 제1 기판(100)과 대향하지 않는 타단에는 신호 또는 접지 배선과 연결되기 위한 외부 접속 패드(230)가 형성되어 있다.
상기 외부 접속 패드(230)는 비아들 모두에 형성될 수도 있고, 제1 비아(211)에만 형성될 수도 있다. 제1 비아(211)에 형성된 외부 접속 패드(230)를 제외한 다른 부분은 보호층(240)으로 피복될 수 있으며, 상기 보호층(240)은 솔더 레지스트(SR)일 수 있다.
상기 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 사이에는 패키지 외곽에서 패키지를 밀봉하기 위한 패키지 실링 댐(140)이 형성될 수 있으며, 상기 패키지 실링 댐(140)도 상기 제1 접합패드(120)와 제2 접합패드(220)에 의해 접합될 수 있다.
위와 같은 구조에서, 상기 외부 접속 패드(230)에 연결되는 신호 배선을 통해 FBAR의 전극에 외부 RF 신호가 입력되어 소정의 공진주파수의 체적 탄성파를 발생시키고, 이 체적 탄성파는 복수개의 FBAR를 통해 전달되어 출력 측에 연결된 외부 접속 패드(230)를 통해 외부로 출력될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위와 같은 FBAR 필터 패키지 구조를 종래와 비교해 보면, 종래에는 없던 제2 비아(212)가 추가로 형성되어 있는 점에서 차이가 있음을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 FBAR 필터 패키지 구조에서 내전력 성능 개선 방안은, 제1 기판의 공진기들 사이에서 발생한 열이 이 제2 비아(212)를 통해 외부로 쉽게 방열되도록 함으로써 FBAR 칩 구조 및 패키지의 내전력 성능을 향상시키는 것이다.
상기 제2 비아(212)는 본 발명에서 추가로 형성되는 것이지만, 이 제2 비아의 형성을 위해 새로운 공정이 추가될 필요는 없다.
즉, 본 발명과 상관없이 종래에도 신호 입출력을 위한 제1 비아를 형성하여야 했으므로, 이 제1 비아를 형성하는 공정에서 패키지의 특별한 위치에 본 발명에 따른 제2 비아도 함께 형성하면 되는 것이다.
상기 제2 비아는 방열의 기능만 할 뿐 신호의 입출력에는 관여하지 않는다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 FBAR 필터 패키지를 제2 기판 상면 쪽에서 바라본 것을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 제2 비아(비아형 히트 싱크)는 복수개의 공진기 상부전극들이 전극연결부(115)에 의해 서로 연결되어 있는 중간에 위치하고 있다. 상기 전극연결부(115)는 복수개의 전극들을 서로 연결하기 위해 전극과 동일 재료로 전극 형성 과정에서 전극과 함께 일체형으로 형성될 수 있으며, 동일 층에 형성되는 상부전극들이나 하부전극들을 서로 연결한다.
상기 제2 비아의 형상은 공진기들의 배치 또는 필요에 따라 다양하게 형성할 수 있는데, 도 3에서는 단면이 직사각형과 원형으로 형성된 제2 비아들(212)이 도시되어 있다.
또한, 상기 제2 비아들(212)은 제1 비아(211)와 같거나 작은 크기로 형성할 수도 있지만, 제1 비아(211)보다 더 큰 직경으로 형성하면 방열의 효율이 더욱 개선될 수 있다.
본 발명에 따른 비아형 히트 싱크는 복수개의 FBAR 사이에 형성될 수 있고, 도 3과 같은 구조에서는 서로 이웃하는 3개의 공진기들 사이에 형성되어 3개의 전극에서 발생한 열이 중앙의 제2 비아(비아형 히트 싱크)를 통해 패키지 외부로 빠르게 배출될 수 있다.
도3에서는 본 발명의 비아형 히트 싱크가 전극연결부(115)에 의해 서로 연결되는 3개의 상부전극들 사이에 형성되는 것으로 도시되어 있지만, 전극연결부(115)에 의해 서로 연결되어 있는 하부전극들 사이(예를 들어 도3의 중앙부에 서로 연결되어 있는 3개의 하부전극들 사이)에도 형성될 수 있음은 당연한 것이다. 이 경우 비아형 히트 싱크는 제1 기판의 압전층 비아(130)를 통해 하부전극에 연결될 수 있다.
상기 제2 비아의 충전 물질로는 Cu(구리), Mo(몰리브덴), Al(알루미늄), Al_Cu(알루미늄-구리 합금), Au(금), W(텅스텐) 중 하나가 이용될 수 있고, 상기 제2 비아를 상기 제1 비아의 충전 물질보다 열전도성이 더 높은 물질로 충전할 수 있지만, 공정 상의 효율을 위해서는 상기 제1 비아의 충전 물질과 동일 물질을 사용할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 FBAR 칩 구조 및 패키지 내전력 성능 개선 방안으로서, 제1 기판에 에어 캐버티형 히트 싱크를 형성한 것이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 히트 싱크는 에어 캐버티형의 히트 싱크 홈(150)에 방열 물질(160)이 충전된 구성을 갖는다.
상기 히트 싱크 홈(150)은 원래의 FBAR 공정에서 하부전극 아래에 형성되는 에어 캐버티(114)를 형성할 때 복수개의 에어 캐버티(114)들 사이에 추가로 형성될 수 있다.
에어 캐버티(114) 공정에서 함께 형성되므로 별도의 공정을 추가할 필요가 없어 새로운 칩 구조의 FBAR 패키지 임에도 공정의 비효율이 발생하지 않는다.
상기 히트 싱크 홈(150)에는 열전도성인 높은 방열 물질로 충전하여 방열 성능을 개선할 수 있다.
상기 히트 싱크 홈(150)에 충전되는 방열 물질로는 Cu(구리), Mo(몰리브덴), Al(알루미늄), Al_Cu(알루미늄-구리 합금), Au(금), W(텅스텐) 중 하나가 이용될 수 있고, 상기 히트 싱크 홈(150)을 상기 하부전극보다 열전도성이 더 높은 물질로 충전할 수 있지만, 공정 상의 효율을 위해서는 상기 하부전극과 동일 물질로 충전할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시에에 따른, 에어 캐버티형 히트 싱크를 포함하는 FBAR 필터 패키지를 제2 기판 상면 쪽에서 바라본 것을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 제2 기판의 서로 이웃하는 3개의 하부전극들이 일체형으로 연결되는 전극연결부 아래에 방열 물질로 충전된 T자 형상의 히트 싱크 홈(150)이 형성되어 있다.
상기 히트 싱크 홈(150)은 T자 형상의 아래 부분으로서 일부 영역이 하부전극의 전극연결부와 중첩되는 제1 영역(151)과 T자 형상의 머리 부분인 제2 영역(152)을 포함한다.
상기 히트 싱크 홈(150)의 일부는 상기 전극연결부와 중첩되고, 히트 싱크 홈(150)의 다른 일부는 상기 전극연결부를 벗어나 외곽으로 더 연장되어 형성되며, 상기 전극연결부와 중첩된 영역보다 외곽으로 연장되어 중첩되지 않은 영역의 면적이 더 크게 형성될 수 있다.
상기 히트 싱크 홈(150)의 크기나 형상 또한 공진기의 배치나 패키지의 허용되는 크기에 따라 다양하게 형성할 수 있으나, 도 5에서와 같이 T자 형의 머리부분인 제2 영역(152)을 더 큰 폭으로 형성하면 방열의 효율을 보다 더 높일 수 있다.
또한, 도5에서는 히트 싱크 홈을 'T'자 형상으로 형성한 것을 도시하였으나, 상기 형태는 'T'자의 머리 부분의 한쪽을 제거한 'ㄱ'자 또는 'Г'자 형상(이하, 반쪽 'T'형상이라 함)로도 될 수 있다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 에어 캐버티형 히트 싱크는 앞서 설명한 제1 실시예에 따른 비아형 히트 싱크와 함께 형성되어 복합적인 히트 싱크로서 기능할 수도 있다.
도 6은 위와 같이 본 발명의 2개 실시예를 모두 포함하는 경우의 구조를 도시한 상면도와, 그 상면도에서의 AA' 라인을 따라 절단한 단면도를 도시한 것이다.
도 6의 아래에 도시된 단면도는, FBAR 패키지가 실제 메인 기판에 실장되는 경우와 같이 제1 기판과 제2 기판의 위치가 상하로 뒤집어져 있다.
도 7은 도 6의 패키지 구조에 대응하는 회로도를 도시한 것이다.
도 6 및 도 7에서와 같이, 본 발명에 따른 2 종류의 히트 싱크 실시예들을 모두 포함하는 패키지 구조는, 한 종류의 히트 싱크만을 포함하는 경우에 비해 더 뛰어난 방열 성능을 가질 것임은 당연한 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 히트 싱크를 갖는 FBAR 칩 구조 및 패키지에 의하면, 종래와 같이 FBAR의 수를 늘리지 않으면서도, 기존 공정을 그대로 활용한 다양한 히트 싱크를 형성함으로써 FBAR 칩 구조 및 패키지의 내전력 성능을 개선할 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 기술적 사상과 필수적 특징을 유지한 채로 다른 형태로도 실시될 수 있음을 인지할 수 있을 것이다.
본 발명의 권리범위는 기본적으로 특허청구범위에 의하여 정해질 것이지만, 특허청구범위 기재사항으로부터 직접적으로 도출되는 구성은 물론 그와 등가인 구성으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10, 100 : 제1 기판
30, 200 : 제2 기판
20, 110 : FBAR(film bulk acoustic resonator)
40 : 내부 전극 패드
50 : 비아
60, 230 : 외부 접속 패드
111 : 하부전극
112 : 압전층
113 : 상부전극
114 : 에어 캐버티
115 : 전극연결부
120 : 제1 접합패드
130 : 압전층 비아
140 : 패키지 실링 댐
150 : 히트 싱크 홈
151 : 제1 영역
152 : 제2 영역
160 : 방열 물질
210 : 비아
211 : 제1 비아
212 : 제2 비아(비아형 히트 싱크)
220 : 제2 접합패드
240 : 보호층

Claims (20)

  1. 하부전극, 압전층 및 상부전극을 포함하는 복수개의 박막형 체적 탄성 공진기와, 상기 하부전극 또는 상부전극에 연결되는 제1 접합패드가 형성된 제1 기판;
    기판을 관통하는 복수개의 비아를 포함하고, 상기 각 비아 양단의 상기 제1 기판과 대향하는 면에는 제2 접합패드가 형성되고, 상기 제1 기판과 대향하지 않는 면에는 복수개의 외부 접속 패드가 형성된 제2 기판;
    을 포함하고,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판은 상기 제1 접합패드와 상기 제2 접합패드의 접합에 의해 서로 접합되어 있으며,
    상기 하부전극 중 적어도 일부는 전도성 물질로 충전된 압전층 비아를 통해 상기 제1 접합패드와 연결되어 있고,
    상기 제2 기판의 상기 복수개의 비아는 상기 외부 접속 패드를 통해 신호 또는 접지 배선이 연결되는 제1비아와, 신호나 접지 배선이 연결되지 않는 제2비아를 포함하는, 내전력 특성이 개선된 FBAR 칩 구조 및 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 비아는 전도성 물질로 충전되어 있고, 상기 제2 비아는 제1 비아보다 열 전도성이 더 높은 물질로 충전되어 있는, 내전력 특성이 개선된 FBAR 칩 구조 및 패키지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 비아와 상기 제2 비아는 동일한 물질로 충전되어 있는, 내전력 특성이 개선된 FBAR 칩 구조 및 패키지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 비아와 상기 제2 비아는 서로 다른 물질로 충전되어 있는, 내전력 특성이 개선된 FBAR 칩 구조 및 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 비아는 상기 압전층 비아에 연결되는, 내전력 특성이 개선된 FBAR 칩 구조 및 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 비아와 상기 제2 비아는 서로 직경이 다른 것을 특징으로 하는, 내전력 특성이 개선된 FBAR 칩 구조 및 패키지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 비아의 직경이 상기 제1 비아의 직경보다 더 큰 것을 특징으로 하는, 내전력 특성이 개선된 FBAR 칩 구조 및 패키지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 비아와 상기 제2 비아는 단면의 형상이 서로 다른 것을 특징으로 하는, 내전력 특성이 개선된 FBAR 칩 구조 및 패키지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 비아 및 상기 제2 비아는 TSV(through silicon via)인, 내전력 특성이 개선된 FBAR 칩 구조 및 패키지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 외부 접속 패드는 상기 제1 비아에만 형성된 것을 특징으로 하는, 내전력 특성이 개선된 FBAR 칩 구조 및 패키지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 비아에 외부 접속 패드가 형성된 경우, 상기 제2 비아의 외부접속 패드는 보호층으로 피복된 것을 특징으로 하는, 내전력 특성이 개선된 FBAR 칩 구조 및 패키지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 박막형 체적 탄성 공진기들 중 적어도 2개 이상의 상부전극 또는 하부전극은 전극연결부에 의해 서로 연결되어 일체로 형성되어 있고, 상기 제2 비아는 상면도 상에서 볼 때 상기 서로 연결되어 일체로 형성된 상부전극들 또는 하부전극들 사이에 형성된 것을 특징으로 하는, 내전력 특성이 개선된 FBAR 칩 구조 및 패키지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판에서, 상기 제1 접합패드와 연결되지 않은 2개 이상의 하부전극 사이에는 방열을 위한 물질로 충전된 히트 싱크 홈이 형성된 것을 특징으로 하는, 내전력 특성이 개선된 FBAR 칩 구조 및 패키지.
  14. 하부전극, 압전층 및 상부전극을 포함하는 복수개의 박막형 체적 탄성 공진기와, 상기 하부전극 또는 상부전극에 연결되는 제1 접합패드가 형성된 제1 기판;
    기판을 관통하는 복수개의 비아를 포함하고, 상기 각 비아 양단의 상기 제1 기판과 대향하는 면에는 제2 접합패드가 형성되고, 상기 제1 기판과 대향하지 않는 면에는 복수개의 외부 접속 패드가 형성된 제2 기판;
    을 포함하고,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판은 상기 제1 접합패드와 상기 제2 접합패드의 접합에 의해 서로 접합되어 있으며,
    상기 하부전극 중 일부는 전도성 물질로 충전된 압전층 비아를 통해 상기 제1 접합패드와 연결되어 있고,
    상기 제1 기판에서, 상기 제1 접합패드와 연결되지 않은 2개 이상의 하부전극 사이에는 방열 물질로 충전된 히트 싱크 홈이 형성되어 있는, 내전력 특성이 개선된 FBAR 칩 구조 및 패키지.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 기판에서, 상기 각 하부전극 아래에는 에어 캐버티가 형성되어 있고, 상기 히트 싱크 홈의 적어도 일부는 상기 에어 캐버티들 사이에 형성된 것을 특징으로 하는, 내전력 특성이 개선된 FBAR 칩 구조 및 패키지.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 2개 이상의 하부전극들은 전극 사이를 연결하는 전극연결부를 통해 서로 연결되어 일체로 형성되어 있고, 상기 히트 싱크 홈의 적어도 일부는 상기 전극연결부 아래에 형성된 것을 특징으로 하는, 내전력 특성이 개선된 FBAR 칩 구조 및 패키지.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 히트 싱크 홈의 적어도 일부는 상기 전극연결부를 벗어나 외곽으로 더 연장되어 형성된 것을 특징으로 하는, 내전력 특성이 개선된 FBAR 칩 구조 및 패키지.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 히트 싱크 홈은 상기 전극연결부와 중첩되는 면적보다 전극연결부를 벗어난 영역의 면적이 더 큰 것을 특징으로 하는, 내전력 특성이 개선된 FBAR 칩 구조 및 패키지.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 히트 싱크 홈은 'T' 형상 또는 'T'의 머리 한쪽이 제거된 형상(반쪽 T 형상)인 것을 특징으로 하는, 내전력 특성이 개선된 FBAR 칩 구조 및 패키지.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 히트 싱크 홈은 'T'형상 또는 반쪽 'T'형상의 머리 부분이 더 넓은 폭으로 형성된 것을 특징으로 하는, 내전력 특성이 개선된 FBAR 칩 구조 및 패키지.
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