KR20220029627A - 전자 부품 및 시스템 인 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 형태에 따른 전자 부품은 전기 절연성의 바디와, 상기 바디의 외부에 배치된 외부 전극 및 상기 바디의 표면에 배치되며, 금속 산화물층 및 그래핀 산화물층을 포함하는 보강부를 포함한다.

Description

전자 부품 및 시스템 인 패키지 {Electronic Component and System in Package}
본 발명은 전자 부품 및 시스템 인 패키지에 관한 것이다.
최근 전자 제품 세트들의 복합, 다기능화에 따라 전자부품에 대한 요구 수준이 소형화, 대전류화, 고용량화 되고 있다. 예컨대 파워 인덕터의 소형화를 위하여 코일의 사이즈를 줄이면, 코일 내부의 코어 중심부가 형성되는 바디 영역의 부피도 줄어든다. 그런데, 코어 중심부의 부피가 줄어들면 인덕터는 외부 응력이나 열충격에 취약해지는 문제가 발생한다.
또한, 전자 제품 세트 내에서 모듈 면적을 최소화하기 위한 고용량/소형화 제품의 구현 및 고부가가치화를 위해 여러 개의 칩을 한번에 패키징하는 시스템 인 패키지(System in Package, SiP)가 사용되고 있다. 시스템 인 패키지는 소자 간 접속 경로가 짧아져서 고성능과 우수한 전기적 특성을 확보할 수 있는 형태이다. 또한, 시스템 인 패키지의 사용에 의하여 실장 기판의 설계를 단순화 될 수 있으며, 전자 제품의 크기를 줄일 수 있는 장점을 제공한다.
본 발명의 목적 중 하나는 전자 부품의 강성 특성을 개선하여 딜라미네이션(delamination)이나 크랙 불량 등을 저감하는 것이다. 나아가, 본 발명의 다른 목적은 이러한 전자 부품을 사용하여 높은 신뢰성을 갖는 시스템 인 패키지를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 방법으로, 본 발명은 일 형태를 통하여 전자 부품의 신규한 구조를 제안하고자 하며, 구체적으로, 전기 절연성의 바디와, 상기 바디의 외부에 배치된 외부 전극 및 상기 바디의 표면에 배치되며, 금속 산화물층 및 그래핀 산화물층을 포함하는 보강부를 포함하는 전자 부품을 제공한다.
일 실시 예에서, 상기 금속 산화물층은 상기 바디와 접촉하며, 상기 금속 산화물층과 상기 바디를 이루는 물질은 화학 결합을 형성할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 바디는 폴리머를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 바디는 상기 폴리머에 분산된 다수의 자성체 입자를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 금속 산화물층과 상기 그래핀 산화물층은 화학 결합을 형성할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 보강부는 상기 금속 산화물층과 상기 그래핀 산화물층이 두께 방향으로 적층된 구조를 이룰 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 보강부에서 상기 금속 산화물층과 상기 그래핀 산화물층은 서로 교대하여 2회 이상 반복 적층된 형태일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 보강부의 최외측에는 상기 그래핀 산화물층이 배치될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 외부 전극은 한 쌍 구비되어 서로 이격되며, 상기 보강부는 상기 한 쌍의 외부 전극의 사이에 배치될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 바디의 표면을 기준으로 상기 보강부와 상기 외부 전극은 동일한 두께를 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 금속 산화물층에서 상기 금속 성분은 Ti, Al, Ge, Co, Ca, Hf, Fe, Ni, Nb, Mo, La, Re, Sc, Si, Ta, W, Y, Zr 및 V로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 바디 내에 배치된 코일부를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면은,
기판과, 상기 기판 상에 배치되며, 전기 절연성의 바디와, 상기 바디의 외부에 배치된 외부 전극 및 상기 바디의 표면에 배치되며, 금속 산화물층 및 그래핀 산화물층을 포함하는 보강부를 포함하는 전자 부품 및 상기 전자 부품을 봉합하는 봉합재를 포함하는 시스템 인 패키지를 제공한다.
일 실시 예에서, 상기 금속 산화물층 및 상기 그래핀 산화물층 중 적어도 하나는 상기 봉합재와 화학 결합을 형성할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 봉합재는 폴리머를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 금속 산화물층은 상기 바디와 접촉하며, 상기 금속 산화물층과 상기 바디를 이루는 물질은 화학 결합을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에서 제안하는 전자 부품을 사용할 경우, 딜라미네이션(delamination)이나 크랙 불량 등이 저감될 수 있으며, 나아가, 이러한 전자 부품을 사용하여 높은 신뢰성을 갖는 시스템 인 패키지를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전자 부품을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 실시 형태에 따른 전자 부품의 단면도이다.
도 3은 도 1의 전자 부품에서 채용될 수 있는 보강부를 나타낸 단면도이다.
도 4는 그래핀 산화물층의 표면 구조를 나타낸 모식도이다.
도 5 및 도 6은 도 1의 전자 부품에서 채용될 수 있는 다른 예의 보강부를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 시스템 인 패키지(SiP)를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 8은 도 7의 시스템 인 패키지에서 채용될 수 있는 보강부와 봉합재를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 얻어진 전자 부품의 응력 저감율 특성을 비교 예와 함께 나타낸 그래프이다.
이하, 구체적인 실시형태 및 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었으며, 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다. 나아가, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전자 부품을 개략적으로 나타낸 사시도이다. 도 2는 도 1의 실시 형태에 따른 전자 부품의 단면도이다. 도 3은 도 1의 전자 부품에서 채용될 수 있는 보강부를 나타낸 단면도이다.
우선, 도 1 및 도 2를 참조하면, 전자 부품(100)은 바디(101), 외부 전극(104, 105) 및 보강부(106)를 포함한다. 본 실시 형태에서는 전자 부품(100)은 코일 패턴을 포함하는 인덕터인 예를 나타내고 있으며, 구체적으로, 전자 부품(100)은 바디(101) 내에 소자 기판(102)과 그 위에 형성되어 외부 전극(104, 105)과 접속된 코일부(103)를 포함할 수 있다. 다만, 전자 부품(100)은 인덕터 외에도 다양한 소자, 예컨대, 커패시터, 저항체, 복합 전자 부품 등의 구조를 가질 수도 있다.
바디(101)는 코일부(103) 등을 매설하며, 전기적으로 절연성을 갖는다. 바디(101)를 이루는 물질로서, 예컨대 바디(101)는 폴리머를 포함할 수 있다. 또한, 바디(101)에는 자성 특성을 향상하기 위하여 폴리머에 분산된 다수의 자성체 입자가 포함될 수 있다. 이 경우, 바디(101)에 포함된 폴리머는 경화성 수지인 에폭시 수지를 사용할 수 있으며, 그 외 열경화성 수지의 일 예로서 폴리이미드(polyimide) 수지 등을 사용할 수 있다. 후술할 바와 같이, 바디(101)는 보강부(106)를 구성하는 물질과 계면에서 화학 결합을 형성하며 이에 따라 바디(101)와 보강부(106) 사이의 결합력, 바디(101)의 강성 등이 향상될 수 있다.
외부 전극(104, 105)은 한 쌍 구비될 수 있으며 바디(101)의 외부에 배치된다. 외부 전극(104, 105)은 코일부(103)와 접속되며 전기 전도성이 높은 금속으로 이루어질 수 있다. 필요에 따라 외부 전극(104, 105)은 다층 구조로 형성될 수도 있을 것이다.
보강부(106)는 바디(101)의 표면에 배치되며, 본 실시 형태와 같이 바디(101)의 서로 대향하는 면들에 각각 배치될 수 있다. 도 3에 도시된 형태와 같이, 보강부(106)는 다층 구조로 이루어질 수 있으며, 구체적으로 금속 산화물층(116) 및 그래핀 산화물층(126)을 포함하는 형태이다. 이 경우, 보강부(106)는 금속 산화물층(116)과 그래핀 산화물층(126)이 두께 방향으로 적층된 구조를 가질 수 있다.
금속 산화물층(116)은 바디(101)의 표면에 형성되어 바디(101)를 보호함과 함께 전자 부품(100)의 강성을 향상시킬 수 있다. 이를 위하여 금속 산화물층(116)은 바디(101)와 접촉하며, 금속 산화물층(116)과 바디(101)를 이루는 물질은 화학 결합을 형성할 수 있다. 이와 같이 물리적으로 분리된 구조가 아닌 화학 결합을 이룸에 따라 금속 산화물층(116)과 바디(101)의 결합력이 향상되어 전자 부품(100)의 기계적 안정성이 개선될 수 있다.
바디(101)와 화학 결합을 이루기 위하여 금속 산화물층(116)은 금속 알콕사이드 성분을 포함할 수 있다. 예컨대, 이러한 금속 알콕사이드 성분은 바디(101)의 폴리머나 그래핀 산화물층(126)과 공유 결합이 가능한 아미노(amino) 기능기를 함유한 알콕사이드 실란 화합물일 수 있다. 금속 산화물층(116)에서 상기 금속 성분은 Ti, Al, Ge, Co, Ca, Hf, Fe, Ni, Nb, Mo, La, Re, Sc, Si, Ta, W, Y, Zr 및 V로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 이러한 금속 성분 중 대표적으로 Si를 예로 들 수 있으며, 이 경우, 상기 아미노 기능기를 갖는 금속 알콕사이드 화합물로는 C8H22N2O3Si, C7H19NO3Si, C9H23NO2Si, C9H20O5Si, C11H22O4Si등이 있다. 상술한 금속 알콕사이드 성분을 갖는 금속 산화물층(116)은 경화 과정에서 바디(106)와 화학 결합을 형성할 수 있으며, 다만, 당 기술 분야에서 사용 가능한 다른 공정에 의하여 화학 결합이 형성될 수도 있을 것이다.
그래핀 산화물층(126)은 높은 강성을 가짐으로써 전자 부품(100)의 기계적 특성을 더욱 향상시킬 수 있으며, 금속 산화물층(116)보다 더 높은 강성을 가질 수 있다. 이 경우, 그래핀 산화물층(126)은 금속 산화물층(116)과 화학 결합을 형성함으로써 서로 간의 결합력이 더욱 향상될 수 있다. 금속 산화물층(116)과 화학 결합을 형성하기 위하여 도 4에 도시된 형태와 같이 그래핀 산화물층(126)은 에폭시(epoxy) 기를 가질 수 있다. 도 4는 그래핀 산화물층의 표면 구조를 나타낸 모식도이다. 금속 산화물층(116)과 마찬가지로 그래핀 산화물층(126)은 경화 과정에서 금속 산화물층(116)과 화학 결합을 형성할 수 있다. 이 경우, 바디(101), 금속 산화물층(116), 그래핀 산화물층(126)은 동시에 경화될 수 있을 것이다.
필수적인 사항은 아니라 할 것이지만, 금속 산화물층(116)과 그래핀 산화물층(126) 중 보강층(106)의 최외측에는 그래핀 산화물층(126)이 배치될 수 있다. 상대적으로 더 높은 강성을 갖는 그래핀 산화물층(126)을 외부 응력의 영향을 많이 받는 외측에 배치하여 더욱 강화된 강성 효과를 구현할 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2에 도시된 형태와 같이, 보강부(106)는 한 쌍의 외부 전극(104, 105)의 사이에 배치될 수 있다. 이 경우, 구조적 안정성을 제공하기 위하여 바디(101)의 표면을 기준으로 보강부(106)와 외부 전극(104, 105)은 동일한 두께를 가질 수 있다.
도 5 및 도 6은 도 1의 전자 부품에서 채용될 수 있는 다른 예의 보강부를 나타낸 단면도이다. 도 5에 도시된 형태와 같이 보강부(106`)에서 금속 산화물층(116)과 그래핀 산화물층(126)은 서로 교대하여 2회 반복 적층될 수 있으며, 요구되는 강성 등의 조건에 따라 적층 회수를 더 늘릴 수 있을 것이다. 또한, 도 6에 도시된 형태와 같이, 금속 산화물층(116)과 그래핀 산화물층(126)의 적층 순서를 바꿀 수도 있다. 다시 말해, 변형된 예에 따른 보강부(106``)의 경우, 바디(101)의 표면에 그래핀 산화물층(126)이 먼저 형성되고 그래핀 산화물층(126) 상에 이와 화학 결합을 형성하도록 금속 산화물층(116)이 형성될 수 있다. 금속 산화물층(116)과 마찬가지로 그래핀 산화물층(126)은 바디(101)를 이루는 물질과 화학 결합을 이룰 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 시스템 인 패키지(SiP)를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 8은 도 7의 시스템 인 패키지에서 채용될 수 있는 보강부와 봉합재를 나타낸 것이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 시스템 인 패키지(200)는 기판(201)과 그 위에 배치된 전자 부품(100) 및 봉합재(203)를 포함하며, 전자 부품(100)은 앞서 설명한 도 2의 구조를 갖는다. 따라서, 전자 부품(100)의 구체적인 형태에 대한 설명은 상기 기술된 부분으로 대체될 수 있을 것이다.
기판(201)은 시스템 인 패키지(200)에 채용될 수 있는 부품 실장용 기판으로서 인쇄회로기판(PCB) 등을 사용할 수 있다. 전자 부품(100)은 접착성 전기 연결 부재(202), 예컨대 솔더에 의하여 기판(201) 상에 실장될 수 있다. 이 경우, 도 7에서는 하나의 전자 부품(100)만을 나타내었지만 시스템 인 패키지(200)에는 전자 부품(100) 외에 다른 부품, 예컨대, 커패시터, 인덕터 등이 더 포함될 수 있다.
봉합재(203)는 전자 부품(100)을 봉합하여 이를 보호하며 이 외에도 다른 부품을 함께 봉합하여 시스템 인 패키지(100)를 구현하는 요소이다. 봉합재(203)는 폴리머를 포함할 수 있으며, 여기에 추가로 기능성 필러를 더 포함할 수 있다. 기능성 필러는 기계적, 전기적, 자기적 특성 등의 개선을 위하여 추가될 수 있으며, 일 예로서 실리카(SiO2)를 들 수 있다. 도 7에 도시된 형태와 같이 보강부와 봉합재(203)는 서로 접촉하며 금속 산화물층(116) 및 그래핀 산화물층(126) 중 적어도 하나는 봉합재(203)와 화학 결합을 형성할 수 있다. 도 8에 도시된 형태와 같이, 본 실시 형태에서는 그래핀 산화물층(126)이 봉합재(203)와 화학 결합을 형성하는 예를 나타내었다.
이와 같이, 봉합재(203)와 그래핀 산화물층(126), 그래핀 산화물층(126)과 금속 산화물층(116), 금속 산화물층(116)과 바디(101) 사이의 영역 각각에 화학 결합이 형성됨으로써 시스템 인 패키지(200)를 이루는 각 요소의 결합력이 증가되어 기계적 안정성이 향상될 수 있다. 이렇게 기계적 안정성이 향상된 시스템 인 패키지(200)는 변형 발생(특히, 도 2를 기준으로 좌우 방향의 변형)에 따른 외부 응력의 작용 시 딜라미네이션(delamination)이나 크랙 불량이 발생할 가능성이 적다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 얻어진 전자 부품의 응력 저감율 특성을 비교 예와 함께 나타낸 그래프이다. 실시 예의 경우, 금속 산화물층과 그래핀 산화물층을 각각 2층씩 번갈아 적층한 구조(총 4층)를 보강부로 사용하였으며, 금속 산화물층으로는 SiO2를 사용하였다. 비교 예의 경우, 실시 예와 동일한 두께로 하되 SiO2만으로 보강부를 형성하였다. 도 9의 그래프에서 볼 수 있듯이, 보강부의 두께가 증가할수록 전자 부품에 미치는 응력의 영향이 저감되며, 특히, 금속 산화물층과 그래핀 산화물층을 번갈아 적층한 실시 예에서 비교 예보다 응력 저감 효과가 큰 것을 확인할 수 있다. 보강부를 채용하지 않은 경우보다 90% 이하의 응력이 작용하는 경우(코팅 두께가 0.02mm 이상인 경우)에는 크랙의 발생이 현저히 저감되었으며, 이를 고려할 때 보강부의 두께는 0.02mm 이상으로 채용할 수 있을 것이다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
100: 전자 부품
101: 바디
102: 소자 기판
103: 코일부
104, 105: 외부 전극
106, 106`, 106``: 보강부
116: 금속 산화물층
126: 그래핀 산화물층
200: 시스템 인 패키지
201: 기판
202: 접착성 전기 연결 부재
203: 봉합재

Claims (12)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치되며, 전기 절연성의 바디와, 상기 바디의 외부에 배치된 외부 전극 및 상기 바디의 표면에 배치되며, 금속 산화물층 및 그래핀 산화물층을 포함하는 보강부를 포함하는 전자 부품; 및
    상기 전자 부품을 봉합하는 봉합재;를 포함하며,
    상기 봉합재는 폴리머를 포함하며,
    상기 금속 산화물층 및 상기 그래핀 산화물층 중 적어도 하나는 상기 봉합재의 폴리머는 화학 결합을 형성하는 시스템 인 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 산화물층은 상기 바디와 접촉하며, 상기 금속 산화물층과 상기 바디를 이루는 물질은 화학 결합을 형성하는 시스템 인 패키지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 바디는 폴리머를 포함하는 시스템 인 패키지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 바디는 상기 폴리머에 분산된 다수의 자성체 입자를 더 포함하는 시스템 인 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속 산화물층과 상기 그래핀 산화물층은 화학 결합을 형성하는 시스템 인 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 보강부는 상기 금속 산화물층과 상기 그래핀 산화물층이 두께 방향으로 적층된 구조를 이루는 시스템 인 패키지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 보강부에서 상기 금속 산화물층과 상기 그래핀 산화물층은 서로 교대하여 2회 이상 반복 적층된 형태인 시스템 인 패키지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 보강부의 최외측에는 상기 그래핀 산화물층이 배치된 시스템 인 패키지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 외부 전극은 한 쌍 구비되어 서로 이격되며, 상기 보강부는 상기 한 쌍의 외부 전극의 사이에 배치된 시스템 인 패키지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 바디의 표면을 기준으로 상기 보강부와 상기 외부 전극은 동일한 두께를 갖는 시스템 인 패키지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 금속 산화물층에서 상기 금속 성분은 Ti, Al, Ge, Co, Ca, Hf, Fe, Ni, Nb, Mo, La, Re, Sc, Si, Ta, W, Y, Zr 및 V로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인 시스템 인 패키지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 바디 내에 배치된 코일부를 더 포함하는 시스템 인 패키지.
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