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KR101186696B1 - 마이크로전자 패키징 및 요소 - Google Patents

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KR101186696B1
KR101186696B1 KR1020057008996A KR20057008996A KR101186696B1 KR 101186696 B1 KR101186696 B1 KR 101186696B1 KR 1020057008996 A KR1020057008996 A KR 1020057008996A KR 20057008996 A KR20057008996 A KR 20057008996A KR 101186696 B1 KR101186696 B1 KR 101186696B1
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interposer
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scm
edge wall
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유리 미르스키
시몬 넵틴
레브 퓨러
니나 세진
레오니드 두코브니
Original Assignee
마이크로 컴포넌츠 리미티드
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Abstract

본 발명은 전자패키지용 인터포저에 사용되는 기판에 관한 것이다. 일 실시예에서 SCM 인터포저에 사용되는 기판은 전기절연된 스프링 커넥터들을 갖고, 각각의 커넥터는 고정단부와 자유단부를 가지며, 자유단부는 고정단부에 탄성결합되어 SCM 인터포저의 표면에 수직방향으로 움직일 수 있다. 다른 실시예의 기판은 소정 폴드라인을 따라 접혀 3D 인터포저를 형성한다. 접히는 부분은 전체가 밸브금속으로 이루어지ㄹ 수 있는 날개부분으로서, 이 부분에는 기판의 한면이나 양면에 마운트된 IC용의 접속부에 전기적으로 연결되는 전기절연 밸브금속 트레이스들이 있다.

Description

마이크로전자 패키징 및 요소{MICROELECTRONIC PACKAGING AND COMPONENTS}
본 발명은 마이크로전자 패키징 및 요소에 관한 것이다.
PGA(pin grid array), BGA(ball grid array), CSP(chip-scale package)와 같은 인터포저(interposer)는 인쇄회로기판이나 전원에 칩을 결합하는데 이용된다. 이런 인터포저는 기계적거동과 열적거동에 있어서는 물론 I/O 접속피치에 있어서도 서로 다른 2개의 별도의 매체 사이를 전기적, 기계적 및 열적으로 결합하는데 필요하다.
본 출원인의 PCT/IL98/00230은 WO98/53499로 공개되고 발명의 명칭이 "Substrate for electronic Packaging, Pin Jig Fixture"로서, 전자패키지용 기판과 이 패키지 제작을 위한 핀 지그 고정에 대해 기술하고 있다. 기판은 다각형으로서 초기에는 도전 밸브금속으로 이루어진 별도의 중실체로서, 밸브금속 비아들이 떨어져 형성되어 다공성 산화물 부위로 둘러싸여 전기절연되어 있다.
본 출원인의 PCT/IL99/00633은 WO98/53499로 공개되고 발명의 명칭이 "Device for Electronic Packaging, Pin Jig Fixture"로서, 전자패키지용 디바이스와 이 디바이스 제작을 위한 핀 지그 고정에 대해 기술하고 있다. 이 디바이스에는 전술한 WO98/53499와 비슷한 비아 및/또는 다른 트레이스 디자인이 있다. 또, 본 출원인의 WO00/31797에는 다층 디바이스와, BGA 인터포저를 포함한 전자패키징에 대해 기술하고 있다.
발명의 요약
본 발명은 첫째 전기패키징에 적당한 SCM(Spring Connector Matrix) 인터포저에 사용할 기판에 관한 것이다. SCM 인터포저는 전기절연된 스프링 커넥터 배열을 포함하고, 각각의 커넥터는 고정단부와 이 고정단부에 탄성결합된 자유단부를 가지며, 자유단부들 각각은 SCM 인터포저의 표면에 직각인 평면에서 독립적으로 움직일 수 있다. 고정단부와 자유단부에는, SCM 인터포저의 용도에 따라 볼, 범프 등을 포함한 각각 다른 종류의 도전요소들이 배치될 수 있다. SCM 인터포저의 적용분야는 초음파변환기, 프로브카드(probe card) 등을 포함한다. 본 출원인의 전술한 WO00/31797에 소개된대로, SCM 인터포저에 각종 능동 및/또는 수동 회로소자들을 설치할 수도 있다.
둘째, 본 발명은 소정의 폴드라인을 따라 접어서 전자패키지용 3차원(3D) 인터포저를 형성할 수 있는 기판에 관한 것이다. 이 기판에는 하나 이상의 접속부와 비접속부가 있는데, 접속부는 한쪽이나 양쪽 표면에 IC(integrated chip)들을 마운트하기 위한 것이고, 비접속부는 소정의 폴드선을 따라 접혀 서로 각도를 이루는 제1 및 제2 비접속부를 형성하기 위한 날개부분이다. 비접속부를 일회 이상 접을 수 있을 경우에는 전체를 밸브금속으로 구성할 수 있다. 한편, 비접속부에는 전기절연된 기다란 밸브금속 트레이스들이 있는데, 이들 트레이스의 종축선은 폴드라인에 직각이다. 이들 트레이스는 밸브금속 산화물에 의해 전기절연되는데, 이 산화물은 비교적 취성 재료이기 때문에 접을 때 균열될 수는 있지만 3D 인터포저를 구성하는데는 아무 영향을 주지 않는데, 이는 이들 트레이스가 접을 때 원형을 유지하기 때문이다. 본 발명의 3D 인터포저는 비교적 간단한 구조로서, 비교적 대형 기판의 면적을 크게 줄이기 위한 복잡한 다층구조 또는 싱글 접속부에 대해 하나의 비접속부를 접은 구조이다. 3D 인터포저는 면적이 감소됨은 물론 발열성과 EMI 차단성이 개선된다. 3D 인터포저는 또한 효과적인 전자패키지 제조공정을 가능케하고, 3D 인터포저에 마운트되는 IC가 단면이냐 양면이냐에 따라 IC의 단면이나 양면을 균일한 높이로 가공한다.
이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명하되, 동일 부분에는 같은 번호를 붙인다.
도 1은 솔더마스킹 이전의 도전패드가 없는 상태의 SCM의 첫번째 실시예의 평면도;
도 2는 솔더마스킹 이후의 도 1의 A-A선 단면도;
도 3a-l은 도 1의 SCM 인터포저의 제조과정을 설명하는 도면들;
도 4는 솔더마스킹 이전의 SCM 인터포저의 두번째 실시예의 평면도;
도 5는 솔더마스킹 이후의 도 4의 C-C선 단면도;
도 6은 도 1의 SCM 인터포저를 포함한 초음파변환기의 단면도;
도 7은 도 1의 SCM 인터포저를 포함한 프로브카드의 단면도;
도 8은 BGA 전자패키지의 측면도;
도 9는 도 8의 BGA 전자패키지로 접기위한 기판의 평면도;
도 10은 도 9의 D-D선 단면도;
도 11a-e는 도 8의 전자패키지 제조과정을 설명하는 도면들;
도 12는 2층 3D 인터포저의 사시도;
도 13은 도 3개의 폴드선을 따라 접어 12의 3D 인터포저로 형성하기 위한 L형 기판의 평면도;
도 14는 도 13의 기판의 E-E선 단면도;
도 15는 도 12의 3D 인터포저를 포함한 BGA 전자패키지를 F에서 바라본 측면도.
도 1, 2에는 초음파변환기(도 6 참조), 프로브카드(도 7 참조) 등을 포함한 전자소자들을 패키지하기에 적합한 SCM(Spring Connector Matrix) 인터포저(100)가 도시되어 있다. SCM 인터포저(100)의 표면(104,106)을 이루는 솔더마스크층(102)과 신호층(103) 사이에 밸브 금속기판(101)이 불규칙 다각형 형태로 배치되어 있다. 이 기판(101)에는 열쇠구멍 모양의 테두리 벽(107)이 배열되어 있고, 각각의 벽에는 기다란 절연 밸브금속 인서트(108)가 끼워진다. 벽(107)의 두께는 표면(104,106)에서 50㎛ 이상이다.
SCM 인터포저(100)의 양쪽 표면(104,106)을 연결하는 관통공(109)들이 수직으로 배열되어 있다. 이들 관통공(109)은 각각 테두리벽(107) 안쪽에 위치하고, 관통공으로 둘러싸인 인서트(108)가 스프링 커넥터(111)를 이루는데, 이런 스프링 커넥터의 고정단부(112)는 테두리벽(107)에 단단히 연결되고 자유단부(113)는 고정단부(112)에 탄성적으로 결합되어 외팔보 형태를 이룬다. 따라서, SCM 인터포저의 자유단부(113)는 표면에 수직으로 화살표(B) 방향으로 고정단부(112)에 대해 독립적으로 움직일 수 있다. 각각의 고정단부(112)에는 도전패드(114)가, 각각의 자유단부(113)에는 도전패드(116)가 배치되어, SCM 인터포저(10)와 외부 전자소자의 전기접속을 이룬다. 전술한 본 출원인의 WO00/31797에 소개된대로, SCM 인터포저(100)는 각종 능동 및/또는 수동 회로소자들을 구비할 수 있다.
이제, 도 3A-L을 참조하여 SCM 인터포저(100)의 제조과정에 대해 설명하되, 대략 평행한 양쪽 표면(118,119)을 갖는 다각형 밸브금속 블랭크(117)에 대해 먼저 설명한다. 밸브금속 블랭크의 표면(118,119)에 맞춰 한쌍의 감광 마스크(121)를 붙인다(도 3A 참조). 마스크된 밸브금속 블랭크(117)의 양면 다공부는 저전압으로 양극산화되어, 표면(118,119)에 수직으로 연장하여 기다란 밸브금속 인서트(108)를 형성하기 위한 열쇠구멍 모양의 벽(107)을 갖는 대형 밸브금속 기판(101)을 형성한다(도 3B 참조). 감광 마스크(121)를 제거한 다음(도 3C 참조), 밸브금속 기판(101)의 표면에 구리를 증착하여 표면(123,124)을 갖는 중간생성물(122)을 형성한다(도 3D 참조). 중간생성물의 양쪽 표면(123,124)에 다른 한쌍의 감광 마스크(126,127)을 붙인 다음(도 3E 참조), 차폐된 중간생성물(122)의 구리를 에칭하여 중간생성물(128)을 형성하면, 양쪽 표면(129,131)에 각각 도전패드(114,116)가 형성된다(도 3F 참조). 감광마스크(126,127)를 제거하고(도 3G 참조), 중간생성물의 표면(129,131)에 다른 한쌍의 감광마스크(132)를 붙인다(도 3H 참조). 차폐된 중간생성물(128)의 알루미늄을 에칭하여 관통공(109)을 형성하면 스프링 커넥터(111)가 이루어진다(도 3I 참조). 감광마스크(132)를 제거한 다음(도 3J 참조), 중간생성물의 표면(129,131)에 솔더마스크(133,134)를 붙이면 SCM 인터포저의 솔더마스크층과 신호층(102,103)이 형성된다(도 3K 참조). SCM 인터포저(100)의 도전패드(114,116) 각각에 볼(136)을 붙이거나, 또는 경우에 따라서는 경량 범프(137)를 붙일 수도 있다(도 3L 참조).
도 4, 5의 SCM 인터포저(140)는 고정단부(142)와 자유단부(143)를 갖는 스프링 커넥터(141) 배열을 갖는 점에서 전술한 인터포저(100)와 비슷하다. 양자의 차이는 인터포저(140)의 자유단부(143)가 등간격의 3개의 탄성 고리(146)로 자유지지되고, 이들 고리(146)는 스프링 커넥터(141)의 나머지에 내부 원(144)을 연결하는 3개의 등간격 탄성고리(148)로 이루어진 외측 원(147)에 자유지지된다는 점이다. 이런 구조에서는 외팔보 방식에 비해 자유단부(143)가 SCM 인터포저(140)의 평면 방향인 수평방향으로는 잘 움직이지만 수직방향으로는 덜 움직이게 된다. 이 SCM 인터포저(140)는 SCM 인터포저(100)와 같은 방식으로 제조되지만, 단 도 3H의 알루미늄 에칭단계에서 외팔보의 자유단부(113)가 아닌 자유단부(143)에 한쌍의 다른 감광마스크를 이용한다.
도 6에 도시된 초음파변환기(150)의 SCM 인터포저(100)는 도전패드(114)에 부착된 볼(151) 배열, 도전패드(116)에 부착된 범프(152) 배열, 경질의 제어보드(153) 및 어코스틱 매트릭스(154)를 포함하고, 어코스틱 매트릭스는 독립적으로 동 작하는 (전자소자를 구성하는) 어코스틱 요소(157)의 배열을 구비한다. 제어보드(153)는 볼(151) 배열에 납땜되지만, 각각의 어코스틱 요소(157)는 각각의 범프(152)에 개별적으로 납땜되어 각각의 전기 시뮬레이션에 응답하여 SCM 인터포저(100)의 평면에 수직인 방향으로 독립적인 기계적 진동을 할 수 있다.
도 7에 도시된 프로브카드(160)의 SCM 인터포저(10)는 도전패드(114)에 부착된 볼(161), 도전패드(116)에 부착된 볼(162), 경질의 제어보드(163) 및 프로브카드(164)를 포함하고, 프로브카드(164)에는 개별적으로 동작하는 (전자소자를 구성하는) 테스트패드(166)가 배열되어 있다. 제어보드(163)는 볼(161) 배열에 납땜되지만, 테스트패드(166)는 범프(162)에 각각 납땜되어 SCM 인터포저(100) 평면에 수직으로 제각기 움직일 수 있다.
도 8-10에 도시된 BGA 전자패키지(170)에는, 한쌍의 평행한 표면(173,174)을 갖는 기판(172)을 소정의 폴드라인(176,177)을 따라 접은 3D BGA 인터포저(171)가 있다. 기판(172)에 있는 다각형의 밸브금속 중실체(178)는 기판 표면(173,174))에서 보아 가상의 사각형 경계(181)를 갖는 접속부(179)로 형성된다. 폴드라인(176,177)은 경계(181)의 양쪽에서 서로 평행하고 경계에서 수 밀리미터 정도의 비교적 짧은 거리 떨어져 있다. 접속부(179)는 전술한 WO00/31797에 소개된 능등 및/또는 수동 전자소자를 구성하는 전기절연 밸브금속 트레이스들을 구비하고, 그 한쪽 표면에는 한쌍의 IC(182)가 마운트된다.
기판(172)의 접속부(179) 일단부 부근에는 밸브금속의 비접속부(183)가 있고 접속부(179) 타단부 부근에는 밸브금속의 비접속부(184)가 있다. 비접속부(183)에 는 폴드라인(176)에 직각의 종축선(187)을 갖는 전기절연 밸브금속 트레이스(186)가 있는데, 이 트레이스는 전원(188)에 접속부(179)를 연결하는 기능을 한다. 밸브금속 트레이스(186)는 양쪽 표면(173,174) 사이를 수직으로 연장하는 한쌍의 기다란 밸브금속 산화물벽(189)에 의해 완벽히 전기절연된다. 밸브금속 산화물벽(189)은 접속부(179)의 형성과 동시에 양면 다공성 양극산화단계에 의해 형성된다.
이제 도 11A-E를 참조하여 전자패키지(170)의 제작 과정에 대해 설명하되, 기판(172)부터 설명한다. 서로 높이가 H1, H2(H1>H2)로 다른 IC(182)를 접속부(179) 위에 배치한다(도 11B 참조). 이들 IC(182)는 한쪽면을 가공하여 균일한 높이 H3를 갖는다(도 11C 참조). 기판 표면(174)에는 볼(191)이 설치된다(도 11D 참조). 폴드라인(176,177)을 따라 기판(172)을 접어 3D BGA 인터포저(171)를 형성한다(도 11E 참조).
도 12-15에 도시된 BGA 전자패키지(200)의 2층 3D BGA 인터포저(201)는 평행한 양쪽 표면(203,204)을 갖는 L형 기판(202)을 3개의 폴드라인(206-208)을 따라 접은 것이다. 기판(202)은 3개의 접속부(211-213)로 형성되는 다각형 밸브금속 중실체(209), 밸브금속 비접속부(214) 및 한쌍의 밸브금속 비접속부(216,217)를 포함한다. 접속부(211)에서 기판의 윗면(203)에는 IC(218)가, 기판의 밑면(204)에는 볼(219)이 배치된다. 접속부(212)에서 기판의 윗면(203)에는 IC(221)가, 기판의 밑면(204)에는 IC(222)가 마운트된다. 접속부(213)에서 기판의 윗면(203)에는 IC(223)가, 기판의 밑면에는 IC(224)가 마운트된다. 비접속부(216,217)는 비접속부(183)와 비슷하되, 하나의 밸브금속 트레이스가 아닌 다수의 전기절연 밸브금속 트레이스 (227)로 된 버스를 갖는점에서 다르다.

Claims (21)

  1. SCM 인터포저에 사용하기 위한 기판에 있어서:
    평행한 양쪽 표면을 이루는 솔더마스크와 신호층 사이에 배치된 다공성 밸브금속으로 일체로 이루어진 기판;
    상기 양쪽 표면 사이에서 이들 표면에 대해 직각으로 형성되고, 전체가 밸브금속의 산화물로 이루어져 전기절연 기능을 하는 테두리벽;
    상기 산화물 테두리벽의 안쪽 일부분을 따라 상기 양쪽 표면 사이를 관통하여 형성되는 관통공;
    상기 관통공으로 둘러싸인 인서트;를 포함하고,
    상기 인서트의 일부분은 상기 기판에 일체로 연결되어 스프링 커넥터를 이루며;
    상기 스프링 커넥터는 상기 테두리벽에 고정된 고정단부와, 고정단부에서 이어지고 테두리벽에 고정되지 않은 자유단부를 가지며, 상기 자유단부는 상기 고정단부에 대해 상하로 움직일 수 있는 것을 특징으로 하는 기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판이 양극산화되어 상기 테두리벽을 형성하고, 상기 밸브금속 인서트는 이런 양극산화가 이루어지기 전에는 상기 기판의 일부분인 것을 특징으로 하는 기판.
  3. 제1항에 있어서, 상기 테두리벽의 두께가 상기 표면에서 50㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 기판.
  4. 제1항에 있어서, 상기 스프링 커넥터가 평면에서 보아 "
    Figure 112012001956323-pct00022
    "형상인 것을 특징으로 하는 기판.
  5. 제1항에 있어서, 상기 고정단부와 자유단부의 양쪽 표면에 도전패드가 설치되어, 스프링 커넥터를 통한 전기접속이 이루어지는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 기판.
  6. 기판을 포함하는 SCM 인터포저에 있어서:
    상기 기판이,
    평행한 양쪽 표면을 이루는 솔더마스크와 신호층 사이에 배치된 다공성 밸브금속으로 일체로 이루어진 기판;
    상기 양쪽 표면 사이에서 이들 표면에 대해 직각으로 형성되고, 밸브금속의 산화물로 이루어져 전기절연 기능을 하는 테두리벽;
    상기 산화물 테두리벽의 안쪽 일부분을 따라 상기 양쪽 표면 사이를 관통하여 형성되는 관통공;
    상기 관통공으로 둘러싸인 인서트;를 포함하고,
    상기 인서트의 일부분은 상기 기판에 일체로 연결되어 스프링 커넥터를 이루며;
    상기 스프링 커넥터는 상기 테두리벽에 고정된 고정단부와, 고정단부에서 이어지고 테두리벽에 고정되지 않은 자유단부를 가지며, 상기 자유단부는 상기 고정단부에 대해 상하로 움직일 수 있는 것을 것을 특징으로 하는 SCM 인터포저.
  7. 제6항에 있어서, 상기 기판이 양극산화되어 상기 테두리벽을 형성하고, 상기 밸브금속 인서트는 이런 양극산화가 이루어지기 전에는 상기 기판의 일부분인 것을 특징으로 하는 SCM 인터포저.
  8. 제6항에 있어서, 상기 테두리벽의 두께가 상기 표면에서 50㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 SCM 인터포저.
  9. 제6항에 있어서, 상기 스프링 커넥터가 평면에서 보아 "
    Figure 112012001956323-pct00023
    "형상인 것을 특징으로 하는 SCM 인터포저.
  10. 제6항에 있어서, 상기 고정단부와 자유단부의 양쪽 표면에 도전패드가 설치되어, 스프링 커넥터를 통한 전기접속이 이루어지는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 SCM 인터포저.
  11. SCM 인터포저에 사용할 기판을 갖춘 전자장치에 있어서:
    상기 기판이,
    평행한 양쪽 표면을 이루는 솔더마스크와 신호층 사이에 배치된 다공성 밸브금속으로 일체로 이루어진 기판;
    상기 양쪽 표면 사이에서 이들 표면에 대해 직각으로 형성되고, 밸브금속의 산화물로 이루어져 전기절연 기능을 하는 테두리벽;
    상기 산화물 테두리벽의 안쪽 일부분을 따라 상기 양쪽 표면 사이를 관통하여 형성되는 관통공;
    상기 관통공으로 둘러싸인 인서트;를 포함하고,
    상기 인서트의 일부분은 상기 기판에 일체로 연결되어 스프링 커넥터를 이루며;
    상기 스프링 커넥터는 상기 테두리벽에 고정된 고정단부와, 고정단부에서 이어지고 테두리벽에 고정되지 않은 자유단부를 가지며, 상기 자유단부는 상기 고정단부에 대해 상하로 움직일 수 있는 것을 특징으로 하는 전자장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 기판이 양극산화되어 상기 테두리벽을 형성하고, 상기 밸브금속 인서트는 이런 양극산화가 이루어지기 전에는 상기 기판의 일부분인 것을 특징으로 하는 전자장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 테두리벽의 두께가 상기 표면에서 50㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 전자장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 스프링 커넥터가 평면에서 보아 "
    Figure 112012001956323-pct00024
    "형상인 것을 특징으로 하는 전자장치
  15. 제11항에 있어서, 상기 고정단부와 자유단부의 양쪽 표면에 도전패드가 설치되어, 스프링 커넥터를 통한 전기접속이 이루어지는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 전자장치.
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