KR101976912B1 - 휴대용 전자 디바이스의 시스템-인-패키지 어셈블리에 대한 열적 솔루션 - Google Patents

휴대용 전자 디바이스의 시스템-인-패키지 어셈블리에 대한 열적 솔루션 Download PDF

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Abstract

시스템-인-패키지(System-in-Package) 어셈블리로 패키징된 콤팩트한 휴대용 전자 디바이스 및 그 디바이스에 대한 열적 솔루션들이 개시된다. 콤팩트한 휴대용 전자 디바이스는 크기를 줄이고 폼 팩터를 향상시키기 위해 단일 패키지로 조립될 수 있다. 다수의 다이들, 수동 컴포넌트들, 기계적 또는 광학적 컴포넌트들을 포함하는 수십 또는 수백 개의 컴포넌트들이 인쇄 회로 보드 상에 단일 시스템으로 패키징될 수 있다. 컴포넌트들 중 하나 이상은 많은 전력을 소산시켜 과잉 열의 발생을 초래할 수 있다. 과잉 열을 제거하기 위하여, 디바이스는 내부 열적 플러그들, 열 확산기들, 내부 내장형 히트 싱크들, 및/또는 외부 히트 싱크들과 같은 하나 이상의 열적 솔루션들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 열적 솔루션들은 기판의 하부로의 전도를 통해 또는 시스템의 상부로의 대류를 통해 또는 양측 모두의 조합으로 열을 소산시킬 수 있다.

Description

휴대용 전자 디바이스의 시스템-인-패키지 어셈블리에 대한 열적 솔루션{THERMAL SOLUTIONS FOR SYSTEM-IN-PACKAGE ASSEMBLIES IN PORTABLE ELECTRONIC DEVICES}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은, 각각이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2014년 6월 26일자로 출원된 미국 가출원 제62/017,630호, 및 2014년 9월 30일자로 출원된 미국 특허 출원 제14/503,067호에 대한 우선권을 주장한다.
기술분야
본 발명은 대체로 열을 소산시키는 것에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 콤팩트한 휴대용 전자 디바이스들의 시스템-인-패키지(System-In-Package) 어셈블리들 내의 컴포넌트들에 대한 효과적인 열적 솔루션들에 관한 것이다.
콤팩트한 휴대용 전자 디바이스는 점점 더 인기를 끌고 있다. 콤팩트한 휴대용 전자 디바이스의 예는 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨팅 디바이스, 셀룰러 전화, 미디어 플레이어, 게임 디바이스, 핸드헬드 디바이스, 펜던트 및 손목시계 디바이스와 같은 초소형 디바이스, 및 다른 디바이스를 포함한다. 일반적으로 콤팩트한 휴대용 전자 디바이스의 크기를 줄이고 폼 팩터를 향상시키는 것이 바람직하다. 크기를 줄이고 폼 팩터를 향상시키기 위한 하나의 방법은 회로부(circuitry)를 시스템-인-패키지 어셈블리 내에 통합하는 것이다. 시스템-인-패키지 어셈블리에서, 다수의 다이들, 수동 컴포넌트들, 기계적 또는 광학적 컴포넌트들을 포함하는 수백 개의 전기적 컴포넌트들은 인쇄 회로 보드(printed circuit board) 상에 단일 시스템으로 패키징될 수 있다.
시스템-인-패키지 어셈블리 내의 컴포넌트들 중 하나 이상은 많은 전력을 소산시킬 수 있다. 이러한 전력 소산은 열의 발생을 초래할 수 있다. 컴퓨팅 속도 및 복잡성의 진보에 따라, 문제가 더욱 악화될 수 있다. 효과적인 열적 솔루션이 없으면, 과잉 열은 컴포넌트들의 성능 저하 및 장기간 신뢰성 감소로 이어질 수 있다.
본 발명은 콤팩트한 휴대용 전자 디바이스, 및 시스템-인-패키지 어셈블리 내에 패키징된 디바이스에 대한 열적 솔루션들에 관한 것이다. 콤팩트한 휴대용 전자 디바이스는 크기를 줄이고 폼 팩터를 향상시키기 위해 단일 패키지로 조립될 수 있다. 다수의 다이들, 수동 컴포넌트들, 기계적 또는 광학적 컴포넌트들을 포함하는 수십 또는 수백 개의 컴포넌트들은 인쇄 회로 보드 상에 단일 시스템으로 패키징될 수 있다. 컴포넌트들 중 하나 이상은 많은 전력을 소산시켜 과잉 열의 발생을 초래할 수 있다. 과잉 열을 제거하기 위하여, 디바이스는 내부 열적 플러그(thermal plug)들, 열 확산기들, 내부 내장형 히트 싱크들, 및/또는 외부 히트 싱크들과 같은 하나 이상의 열적 솔루션들을 포함할 수 있다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 예들이 구현될 수 있는 시스템들을 도시한다.
도 2a는 예시적인 휴대용 전자 디바이스의 사시도를 도시한다.
도 2b는 예시적인 휴대용 전자 디바이스의 블록도를 도시한다.
도 2c는 하나 이상의 인쇄 회로 보드들 상에 실장된 컴포넌트들을 포함하는 예시적인 휴대용 전자 디바이스의 사시도를 도시한다.
도 3a는 본 발명의 예들에 따른, SiP 어셈블리로 조립된 예시적인 휴대용 전자 디바이스의 예시적인 블록도를 도시한다.
도 3b는 본 발명의 예들에 따른, SiP 어셈블리 내에 통합된 컴포넌트들 및 회로부를 갖는 예시적인 휴대용 전자 디바이스의 사시도를 도시한다.
도 4a는 SiP 어셈블리로 조립된 예시적인 휴대용 전자 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 4b는 SiP 어셈블리로 조립된 예시적인 휴대용 디바이스를 형성하기 위한 프로세스를 도시한다.
도 5는 열을 소산시키기 위해 핀들 또는 볼들을 사용하여 SiP 어셈블리로 조립된 예시적인 휴대용 전자 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 예들에 따른, 열을 소산시키기 위해 하나 이상의 열적 플러그들을 사용하여 SiP 어셈블리로 조립된 예시적인 휴대용 전자 디바이스의 단면도들을 도시한다.
도 6d는 본 발명의 예들에 따른, 열을 소산시키기 위해 하나 이상의 열적 플러그들을 사용하여 SiP 어셈블리로 조립된 예시적인 휴대용 전자 디바이스를 형성하기 위한 프로세스를 도시한다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 예들에 따른, 열을 소산시키기 위해 하나 이상의 열적 플러그들 및 열 확산기를 사용하여 SiP 어셈블리로 조립된 예시적인 휴대용 전자 디바이스의 단면도들을 도시한다.
도 7e는 본 발명의 예들에 따른, 열을 소산시키기 위해 하나 이상의 열적 플러그들 및 열 확산기를 사용하여 SiP 어셈블리로 조립된 예시적인 휴대용 전자 디바이스를 형성하기 위한 프로세스를 도시한다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 예들에 따른, 열을 소산시키기 위해 하나 이상의 히트 싱크들 및 열 확산기를 사용하여 SiP 어셈블리로 조립된 예시적인 휴대용 전자 디바이스의 단면도들을 도시한다.
도 8e는 본 발명의 예들에 따른, 열을 소산시키기 위해 하나 이상의 히트 싱크들 및 열 확산기를 사용하여 SiP 어셈블리로 조립된 예시적인 휴대용 전자 디바이스를 형성하기 위한 프로세스를 도시한다.
도 9a 내지 도 9e는 본 발명의 예들에 따른, 열을 소산시키기 위해 외부 히트 싱크를 사용하여 SiP 어셈블리로 조립된 예시적인 휴대용 전자 디바이스의 단면도들을 도시한다.
도 9f는 본 발명의 예들에 따른, 열을 소산시키기 위해 외부 히트 싱크를 사용하여 SiP 어셈블리로 조립된 예시적인 휴대용 전자 디바이스를 형성하기 위한 프로세스를 도시한다.
예들의 다음 설명에서, 첨부된 도면들이 참조되며, 실행될 수 있는 특정 예들이 도면들 내에서 예시로써 도시된다. 다양한 예들의 범주를 벗어나지 않으면서 다른 예들이 이용될 수 있고 구조적 변경이 행해질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
본 발명은 시스템-인-패키지(SiP) 기술을 이용하여 조립된 휴대용 전자 디바이스의 전기적, 기계적, 및 광학적 컴포넌트들 및 서브시스템들을 위한 열적 솔루션들에 관한 것이다. 열적 솔루션들은 열적 플러그들, 열 확산기들, 내부 내장형 히트 싱크들, 및 외부 히트 싱크들을 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 열적 솔루션들은 "뜨거운(hot)" 컴포넌트들에 의해 내부적으로 발생된 열이 전도되거나 소산되어 없어지게 할 수 있다. 뜨거운 컴포넌트들은 송수신기들, 메모리 회로들, 및 트랜지스터들, 증폭기들, 인덕터들, 커패시터들, 저항기들, 스위치들 등과 같은 하나 이상의 개별 컴포넌트들로부터 형성된 다른 회로부를 포함할 수 있다. 열적 솔루션들은 기판의 하부로의 전도를 통해 또는 시스템의 상부로의 대류를 통해 또는 양측 모두의 조합으로 열을 소산시킬 수 있다.
최근 몇 년간, 랩톱, 태블릿 컴퓨팅 디바이스, 셀룰러 전화, 미디어 플레이어, 게임 디바이스, 핸드헬드 디바이스, 초소형 디바이스 등과 같은 휴대용 전자 디바이스는 작고 가볍고 강력해지고 있다. 이러한 크기의 감소에 기여하는 하나의 인자는, 일부 경우에서, 이러한 컴포넌트의 전력 및/또는 동작 속도를 증가시키면서 점점 더 작은 크기로 이러한 디바이스 내의 다양한 컴포넌트를 제조하는 제조자의 능력에 기인할 수 있다. 크기의 감소에 기여하는 다른 인자는, 시각적 관점에서, 사용자들이 더욱 심미적으로 매력적인 휴대용 전자 디바이스들의 콤팩트하고 세련된 디자인들을 종종 발견함으로써 콤팩트하고 세련된 디자인들을 요구하는 것이다. 보다 작고, 보다 가볍고, 보다 콤팩트하고 강력한 디바이스들에 대한 경향은 휴대용 전자 디바이스들 및 그의 연관된 컴포넌트들의 디자인에서의 계속되는 도전들을 나타낸다.
작고 콤팩트한 디바이스들을 가능하게 할 수 있는 하나의 영역은 내부 패키징이다. 특정 디바이스는 원하는 폼 팩터 및 기능을 가질 수 있다. 원하는 폼 팩터는 원하는 기능을 제공하는 컴포넌트들이 패키징되는 하우징의 크기를 결정할 수 있다. 내부 패키징 디자인은, 폼 팩터에 의해 지시된 할당 공간에 필요한 컴포넌트들을 여전히 정합시키면서 디바이스의 기능에 어떤 방식으로든 기여하지 않는 임의의 사용되지 않는 무효 공간을 최소화하는 것을 수반할 수 있다.
전기적, 기계적, 및 광학적 컴포넌트들은 하나 이상의 서브시스템들 내에 포함될 수 있고, 시스템-인-패키지(SiP) 기술을 사용하여 패키징될 수 있다. SiP는 단일 패키지로 조립된 기능 시스템(functional system)이다. 다수의 다이들, 수동 컴포넌트들, 기계적 또는 광학적 컴포넌트들을 포함하는 수십 또는 수백 개의 컴포넌트들은 인쇄 회로 보드(PCB) 상에 단일 시스템으로 패키징될 수 있다. PCB는 섬유유리-충전 에폭시(예컨대, FR4), 가요성 인쇄 회로들(예컨대, 폴리이미드와 같은 폴리머의 가요성 시트로 형성된 인쇄 회로), 및 강성 플렉스 회로(예컨대, 강성 부분 및 가요성 테일(tail) 둘 다를 포함하는 인쇄 회로)와 같은 강성 PCB 재료로 형성될 수 있다. 집적 회로 컴포넌트 및 개별 컴포넌트와 같은 컴포넌트들이 그 위에 실장된 PCB는 때때로 메인 로직 보드(main logic board; MLB)로 지칭될 수 있다. 컴포넌트들은 납땜 또는 다른 적절한 실장 배열들을 사용하여 PCB 상에 실장될 수 있다. 예를 들어, 컴포넌트들은 PCB 상에 직접 실장되는 표면-실장 기술(SMT) 컴포넌트들일 수 있다. SiP는 더 높은 체적 효율, 뛰어난 신뢰성, 더 높은 성능, 및 더 작은 폼 팩터로 이어질 수 있다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 예들이 구현될 수 있는 시스템들을 도시한다. 도 1a는 하우징(150) 내에 패키징된 디스플레이 스크린(124)을 포함하는 예시적인 모바일 전화(136)를 도시한다. 도 1b는 하우징(160) 내에 패키징된 디스플레이 스크린(126)을 포함하는 예시적인 디지털 미디어 플레이어(140)를 도시한다. 도 1c는 하우징(170) 내에 패키징된 디스플레이 스크린(128)을 포함하는 예시적인 개인용 컴퓨터(144)를 도시한다. 도 1d는 하우징(180) 내에 패키징된 디스플레이 스크린(130)을 포함하는 예시적인 태블릿 컴퓨팅 디바이스(148)를 도시한다. 본 발명에 따른 하나 이상의 열적 솔루션들은 예시된 시스템들 중 하나 이상에서 구현될 수 있다.
도 2a는 예시적인 휴대용 전자 디바이스의 사시도를 도시한다. 디바이스(200)는 개구(208)를 갖는 하우징(210)을 포함할 수 있다. 프레임에 의해 둘러싸인 디스플레이(204)는 개구(208) 내에 위치설정될 수 있다. 디스플레이(204)를 위한 디스플레이 회로부는 디스플레이(204) 바로 아래와 같은, 하우징(210) 내에 위치할 수 있다. 디스플레이 회로부의 위치설정은 하우징(210) 내에서 이용가능한 내부 공간에 영향을 미칠 수 있다.
터치 스크린은 디스플레이(204)와 연관될 수 있다. 터치 스크린 제어기와 같은, 터치 스크린과 연관된 회로부가 하우징(210) 내에 위치할 수 있다. 하우징(210)은 금속, 플라스틱, 섬유-복합체 재료, 탄소 섬유 재료, 유리, 세라믹, 또는 이러한 재료들의 조합과 같은 임의의 재료로 형성될 수 있다. 하우징(210)은 (예컨대, 유니바디형(unibody-type) 구조물을 사용하여) 기계가공된 금속의 단일 피스로 형성될 수 있거나, 또는 내부 하우징 프레임, 베젤 또는 밴드 구조체, 하우징 측벽들, 평면 하우징 벽 부재들 등과 같이 서로 부착되는 다중 구조체들로 형성될 수 있다. 디바이스(204)는 커버 유리 또는 커버 재료(206)를 통해 밀봉될 수 있다. 입력 버튼(214)과 같은 하나 이상의 입력 버튼은 커버 유리(206)의 개구 내에 위치설정될 수 있다. 입력 버튼(214)과 연관된 검출 회로부는 하우징(210) 내에 위치할 수 있다. 일부 예들에서, 입력 버튼(214)은 홈 상태와 같은 특정 상태로 디바이스(200)를 되돌리는 데 사용될 수 있다.
다수의 입/출력 메커니즘들은 하우징(210)의 에지들 주위에 위치할 수 있다. 예를 들어, 데이터/전원 커넥터(218) 및 오디오 잭(216)은 하우징(210)의 하부 에지 상에 위치할 수 있고, 전원 스위치(220)는 하우징(210)의 상부 에지 상에 위치할 수 있다. 하우징(210)은 또한 스피커 및/또는 마이크로폰을 위한 개구를 포함할 수 있다. 이러한 컴포넌트들을 지원하는 회로부는 하우징(210) 내에 내부적으로 패키징될 수 있다. 회로부는 하우징(210) 내에 배치되는, 예컨대 SiP 어셈블리 내의, 다양한 회로 보드 상에 또는 단일 회로 보드 상에 구현될 수 있다.
디바이스(200)의 예시적인 블록도가 도 2b에 도시된다. 전술된 컴포넌트들은 MLB(255) 상의 프로세서에 의해 제어될 수 있다. 데이터가 MLB(255)와 다양한 컴포넌트들 사이에서 이동하게 하는 다양한 내부 접속부들이 제공될 수 있다. 내부 데이터 접속부들의 라우팅(routing)은, MLB(255)가 하우징(210) 내에서 어디에 위치설정되는지 및 다양한 내부 디바이스 컴포넌트들의 위치설정 이후에 생성되는 이용가능한 내부 경로들을 포함하는, 다양한 컴포넌트들이 어떻게 패키징되는지에 종속될 수 있다.
데이터 접속부들에 관하여, MLB(255)는 디스플레이(204)(도 2a에 도시됨)에 연결될 수 있는 디스플레이 제어기(260)에 연결될 수 있다. 또한, MLB(255)는 오디오 컴포넌트들, 예컨대 스피커, 오디오 잭(216), 및 마이크로폰 또는 오디오 코덱을 포함하는 연관된 오디오 회로부(264)에 연결될 수 있다. 또한, MLB(255)는 다양한 입력 디바이스들, 예컨대 터치스크린 제어기(262)에 연결된 터치스크린(222), 입력 버튼 회로부, 및 전원 스위치 회로부에 연결될 수 있다. 추가로, MLB(255)는, 외부 데이터를 수신 및 전송할 수 있게 하는 다양한 데이터 인터페이스들, 예컨대 무선 제어기(256), 안테나(266), 및 데이터/전원 커넥터(218)에 연결될 수 있다.
데이터 접속부들 이외에도, 많은 내부 디바이스 컴포넌트들은 배터리(230)와 같은 내부 전원으로부터 전력을 수신할 수 있다. 예를 들어, 배터리(230)는 MLB(255), 디스플레이(204), 디스플레이 제어기(260), 터치스크린(222), 터치스크린 제어기(262), 및 데이터/전원 커넥터(218)에 연결될 수 있다. 데이터 접속부들과 마찬가지로, 전원 접속부들의 라우팅은 하우징(210) 내의 이용가능한 내부 경로들 및 배터리(230)와 같은 다양한 내부 디바이스 컴포넌트들의 위치설정에 종속될 수 있다.
도 2c는 하나 이상의 PCB들 상에 실장된 컴포넌트들을 포함하는 예시적인 휴대용 전자 디바이스의 사시도를 도시한다. 디바이스(200)는 하우징(210), 및 하우징(210) 내의 PCB(224)와 같은 하나 이상의 회로 보드들 상에 실장된 다수의 컴포넌트들, 예컨대 무선 제어기(256), 안테나(266), 오디오 회로부(264), 디스플레이 제어기(260), 및 터치 제어기(262)를 포함할 수 있다. 컴포넌트들은 집적 회로들, 예컨대 범용 프로세싱 유닛들, 주문형 집적 회로(application-specific integrated circuit)들, 무선 송수신기들과 같은 무선 주파수 컴포넌트들, 클록 생성 및 분배 회로들, 또는 개별 컴포넌트들과 같은 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다. PCB(224)는 MLB 또는 다른 유형의 로직 보드일 수 있다.
컴포넌트들은 그들의 기능에 기초하여 서브시스템으로 그룹화되고 배열될 수 있다. 예시적인 서브시스템들은 무선 서브시스템(240), 오디오 서브시스템(242), 터치 서브시스템(244), 및 디스플레이 서브시스템(246)을 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 서브시스템들 중 하나 이상은 전자기 간섭(EMI)을 생성하고/하거나 이에 영향을 받기 쉬울 수 있다. 차폐 구조체들은 하나 이상의 컴포넌트들에 도달하는 EMI를 감소시키는 것을 돕기 위해 하나 이상의 서브시스템들 사이에 그리고/또는 하나 이상의 서브시스템들 주위에서 사용될 수 있다.
패키징 크기 및 이러한 콤팩트한 휴대용 전자 디바이스들의 크기를 감소시키기 위하여, 컴포넌트들 및 회로부는 SiP 어셈블리 내로 통합될 수 있다. 도 3a는 본 발명의 예들에 따른, SiP 어셈블리로 조립된 예시적인 휴대용 전자 디바이스의 블록도를 도시한다. 디바이스(300)는 단일 패키지 또는 SiP 어셈블리로 패키징될 수 있는 다양한 회로부를 포함할 수 있다. 다수의 다이들, 수동 컴포넌트들, 기계적 또는 광학적 컴포넌트들을 포함하는 수십 또는 수백 개의 전자 컴포넌트들은 PCB 상에 단일 시스템으로 패키징될 수 있다. 안테나(366), 오디오 잭(316), 볼륨 스위치(312), 데이터/전원 커넥터(318), 무선 제어기(356), 오디오 회로부(364), 입력 버튼(314), 디스플레이 제어기(360), 터치스크린 제어기(362), 및 전원 스위치(320)가 MLB(355) 상에 포함될 수 있다. MLB(355)는 디스플레이(304), 터치스크린(322), 및 배터리(330)에 연결될 수 있다.
도 3b는 본 발명의 예들에 따른, SiP 어셈블리 내에 통합된 컴포넌트들 및 회로부를 갖는 예시적인 휴대용 전자 디바이스의 사시도를 도시한다. 디바이스(300)는 하우징(310)을 포함할 수 있다. 컴포넌트들 및 회로부는 PCB(324) 상에 실장 및 통합될 수 있다. 컴포넌트들은 무선 서브시스템(340) 내의 무선 제어기(356) 및 안테나(366), I/O 서브시스템(350) 내의 입력 버튼(314), 오디오 서브시스템(342) 내의 오디오 잭(316), 오디오 회로부(364), 및 볼륨 스위치(312), 디스플레이 서브시스템(346) 내의 디스플레이 제어기(360), 터치 서브시스템(344) 내의 터치스크린 제어기(362), 전원 서브시스템(348) 내의 전원 스위치(320), 및 서브시스템(352) 내의 컴포넌트들(382 내지 392)을 포함할 수 있다. 컴포넌트들 및 회로부를 SiP 어셈블리 내로 통합함으로써, 디바이스의 크기가 줄어들 수 있고/있거나 컴포넌트들의 수가 증가될 수 있다.
일부 예들에서, 컴포넌트들 중 하나 이상은 많은 전력을 소산시킬 수 있다. 이러한 전력 소산은, 컴포넌트들의 장기간 신뢰성 및 보다 양호한 디바이스 성능을 위해 전도되어 없어져야 하는 열의 발생을 초래할 수 있다. 도 4a는 SiP 어셈블리로 조립된 예시적인 휴대용 전자 디바이스의 단면도를 도시한다. 컴포넌트들(482, 484, 486)은 임의의 실장 기법을 이용하여 PCB(424) 상에 실장 또는 배치될 수 있다. 내부 및/또는 외부 간섭을 방지하기 위하여, 하나 이상의 컴포넌트들 사이에 차폐 구조체들이 배치될 수 있다. 차폐 구조체들은 절연 층(476) 및 차폐 층(478)을 포함할 수 있다.
절연 층(476)은 차폐 층(478)과 PCB(424) 상의 임의의 전도성 재료들(예컨대, 컴포넌트들(482, 484, 486)의 전도성 부분들) 사이의 전기적 단락을 방지하는 데 사용될 수 있다. 절연 층(476)은 에폭시, 오버-몰드 재료, 언더-필 재료(under-fill material), 열 수축 재킷(heat shrink jacket), 아크릴 재료, 유전체 재료, 열경화성 재료, 열가소성 물질, 고무, 플라스틱, 또는 전기적 절연을 제공하는 다른 바람직한 재료들로 형성될 수 있다.
차폐 층(478)은 아래에 놓인 컴포넌트들을 EMI로부터 차폐하기 위해 절연 층(476) 상에 및/또는 트렌치들(430) 내에 형성될 수 있다. 차폐 층(478)은 실버 페인트, 백금 페인트, 땜납, 구리 또는 알루미늄과 같은 금속, 니켈-철 합금과 같은 금속 합금, 전도성 접착제, 또는 전자기 차폐에 적합한 다른 재료들과 같은 전도성 재료들을 포함할 수 있다. 차폐 층(478)은 벽, 담, 시트 또는 층, 이러한 구성들의 조합들, 또는 다른 원하는 구성들을 포함하는 다양한 구성들로 형성될 수 있다.
PCB(424)는 금속 트레이스들(442) 및 접지면(446)을 포함할 수 있다. 차폐 층(478)은 각 서브시스템을 둘러싸는 차폐 구조체들을 형성하기 위하여 금속 트레이스들(442) 및 접지면(446)에 연결될 수 있고, 컴포넌트들(482, 484, 486)을 EMI(예컨대, 외부 소스들로부터의 간섭 또는 상이한 서브시스템들의 컴포넌트들 사이에서의 내부적 간섭)로부터 보호하는 것을 도울 수 있다. 일부 예들에서, 금속 트레이스들(442)은 절단 기구들로부터 PCB(424)를 보호하는 것을 돕는 전도성 재료들로 형성될 수 있다. 예를 들면, 금속 트레이스들(442)은 트렌치들(430)을 형성하기 위해 사용되는 레이저 절단 기구들에 의해 방출된 레이저들을 반사시킬 수 있다.
도 4b는 SiP 어셈블리로 조립된 예시적인 휴대용 디바이스를 형성하기 위한 프로세스를 도시한다. 프로세스 흐름(450)은 기판 또는 PCB(424)를 제공하는 단계(단계(452))를 포함할 수 있다. 컴포넌트들(482, 484, 486)은 PCB(424)의 표면 상에 실장될 수 있다(단계(454)). 절연 층(476)은 주입 공정 또는 침착 공정을 이용하여 형성될 수 있다(단계(456)). 주입 공정의 경우, 성형 기구들은 절연 층(476)을 형성하기 위해 절연 재료들을 성형하는 데 사용될 수 있고, 성형된 절연 층(476)은 PCB(424)로 전달될 수 있다. 성형 기구는 사출 성형 기구, 소결 기구, 매트릭스 성형 기구, 압축 성형 기구, 이송 성형 기구, 압출 성형 기구, 및 절연 재료를 원하는 구성으로 성형하는 데 적합한 다른 기구들을 포함할 수 있다. 성형 기구는 서브시스템의 형상과 위치를 한정하는 구조체를 형성하는 데 사용될 수 있다. 침착 공정의 경우, 침착 기구는 PCB(424) 상의 원하는 위치에 절연 층(476)을 침착하는 데 사용될 수 있다. 침착 기구는 차폐 구조체들을 형성하기 위해 사출 성형 기구 내에 절연 재료(예컨대, 에폭시)를 주입하기 위한 기구를 포함할 수 있다. 침착 기구는 또한 박막 침착 기구(예컨대, 화학 또는 물리 증착 기구) 또는 차폐 구조체들을 형성하기 위한 바람직한 다른 기구를 포함할 수 있다.
단계(458)에서, 서브시스템이 형성되고 한정될 수 있다. 각 서브시스템은 그 각각의 컴포넌트들을 둘러쌀 수 있고, 전술된 바와 같은 주입 공정 동안, 또는 절단 소스를 사용하여 트렌치들(430)을 스크라이빙 또는 에칭함으로써 형성될 수 있다. 주입 공정을 이용하는 경우, 성형 구조체들(도시하지 않음)은 절연 재료가 성형 구조체들 내부의 공간 내로 주입될 수 있게 하는 홀들을 가질 수 있다. 주입 공정 후에(예를 들어, 절연 재료가 주입되고 충분히 냉각된 후에), 성형 구조체들이 제거될 수 있다. 절연 재료는 가열 기구를 사용하여 주입 이전 및/또는 주입 동안 가열될 수 있다. 가열 기구는 오일-기반 가열 기구, 가스-기반 가열 기구, 전기-기반 가열 기구, 또는 절연 재료를 가열하기에 적합한 임의의 다른 가열 기구를 포함할 수 있다. 필요한 경우, 가열 기구는, 형성 동안 절연 층(476)에 압력을 인가하는 데 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 절연 층(476)은 미리형성되고 이어서 컴포넌트들(482, 484, 486) 위의 PCB(424) 상에 배치될 수 있다. 각 서브시스템을 한정하기 위해 절단 소스를 사용하는 경우, 트렌치들(430)은 서브시스템들을 분리하기 위해 절단 기구를 사용하여 절연 층(476)을 통해 절단함으로써 형성될 수 있다. 절단 기구는 쏘잉 기구(sawing tools), 레이저 절단 기구, 연삭 기구, 드릴링 기구, 방전 기계가공 기구, 또는 절연 층(476)을 통해 절단하는 데 적합한 다른 기계가공 또는 절단 기구를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 트렌치들(430)의 폭이 최소화될 수 있다. 최소 트렌치 폭은, 이웃 컴포넌트들이 서로 전기적으로 격리되는 데 필요하면서 실질적으로 보드 공간을 매립하거나 차지하는 간격과 동일하여, 요구되는 보드 공간 또는 풋프린트를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 트렌치들(430)의 폭은 약 10 내지 100 μm일 수 있다. 작은 트렌치 폭들은 감소된 양의 필요 보드 공간을 초래할 수 있을뿐만 아니라 향상된 심미적 매력 및 개선된 광학적 균일도를 초래할 수 있다.
단계(460)에서, 차폐 층(478)이 침착될 수 있다. 차폐 층(478)은 화학 증착, 물리 증착, 도금, 인쇄, 또는 스프레이 공정들과 같은 임의의 수의 기법들을 이용하여 침착되는 도금 필름 또는 박막 금속일 수 있다.
도 5는 열을 소산시키기 위해 핀들 또는 볼들을 사용하여 SiP 어셈블리로 조립된 예시적인 휴대용 전자 디바이스의 단면도를 도시한다. 디바이스(500)는 PCB(524) 상에 실장된 컴포넌트들(582, 584, 586)을 포함할 수 있다. 절연 층(576)은 위에서 논의된 침착 기법들 중 임의의 것을 이용하여 컴포넌트들(582, 584, 586) 상에 그리고/또는 그 주위에 형성될 수 있다. 하나 이상의 트렌치들(530)은 서브시스템들 사이에 형성될 수 있고, 트렌치들(530)은 차폐 층(578)으로 코팅되거나 충전될 수 있다. 컴포넌트들(582, 584)은, 많은 전력을 생성하고 그 결과 과잉 열을 발생하는 "뜨거운" 컴포넌트들일 수 있다. 컴포넌트들(582, 584)은 핀들(또는 볼들)의 어레이(540) 상에 안착될 수 있다. 핀들의 어레이(540)는, 예를 들어 볼 그리드 어레이(ball grid array, BGA)일 수 있다. BGA들은 개별 납들을 포함하는 표면 실장 패키징의 일 유형일 수 있다. 개별 납들은 PCB(524)와 접촉할 수 있고, 컴포넌트들(582, 584)에 의해 발생된 임의의 열을 PCB(524)로 전달하기 위한 열 경로를 제공할 수 있다.
핀들의 어레이(540)가 컴포넌트들(582, 584)의 밖으로 내부 열을 소산시키는 수단을 제공할 수 있지만, 열은 PCB(524)로 전달될 수 있다. 컴포넌트들(582, 584, 586)이 단일 패키지로 조립됨(예컨대, 동일한 기판 또는 PCB(524) 상에 실장됨)으로 인해, 하나의 컴포넌트로부터 발생된 열은 소산될 수 있고, 공유된 PCB(524)를 통해 이웃 컴포넌트들에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 컴포넌트(584)로부터 발생된 열은 핀들의 어레이(540)를 통해 PCB(524)로 전달될 수 있다. 그러나, PCB(524)는 컴포넌트(586)와 접촉 상태에 있을 수 있다. 그 결과, 컴포넌트(584)로부터 발생된 열은 컴포넌트(586)로 전달되어, 컴포넌트(586)가 뜨거워지게 할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 예들에 따른, 열을 소산시키기 위해 하나 이상의 열적 플러그들을 사용하여 SiP 어셈블리로 조립된 예시적인 휴대용 전자 디바이스의 단면도들을 도시한다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 디바이스(600)는 기판 또는 PCB(624)를 포함할 수 있다. 컴포넌트들(682, 684, 686)은 임의의 실장 기법을 이용하여 그리고 땜납과 같은 임의의 적합한 실장 재료를 사용하여 PCB(624) 상에 실장 또는 배치될 수 있다. 일부 예들에서, BGA(640)와 같은 히트 싱크 상에 컴포넌트(684)와 같은 하나 이상의 컴포넌트들이 실장될 수 있다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 컴포넌트들(682, 684)과 같은 하나 이상의 컴포넌트들 상에 열적 플러그들(632, 634)과 같은 하나 이상의 열적 플러그들이 형성될 수 있다. 열적 플러그들(632, 634)은 금속, 예컨대 구리 또는 강철로 이루어진 블록들일 수 있는데, 이는 대응 컴포넌트와 동일한 크기이도록 미리 제조될 수 있다. 일부 예들에서, 열적 플러그들(632, 634)은 대응 컴포넌트와는 상이한 크기일 수 있다. 열적 플러그들(632, 634)은, 원형 또는 직사각형 형상들을 포함하지만 이로 제한되지 않는 임의의 형상 또는 크기일 수 있다. 열적 플러그들(632, 634)은 인듐과 같은 임의의 적합한 열적 접착제 재료를 사용하여 컴포넌트들(682, 684)에 실장 또는 부착될 수 있다.
도 6c에 도시된 바와 같이, 컴포넌트들(682, 684, 686) 및 열적 플러그들(632, 634) 상에 그리고/또는 그 주위에 절연 층(676)이 형성될 수 있다. 절연 층(676)은 에폭시, 오버-몰드 재료, 언더-필 재료, 열 수축 재킷, 아크릴 재료, 유전체 재료, 열경화성 재료, 열가소성 물질, 고무, 플라스틱, 또는 전기적 절연을 제공하는 다른 바람직한 재료일 수 있다. 일부 예들에서, 절연 층(676)은 전기적 절연 및 열적 전도성 양측 모두인 절연 재료들을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 절연 재료는 열적 전도성 플라스틱, 에폭시, 또는 다른 열적 전도성 재료를 포함할 수 있다. 열적 전도성인 절연 재료는 컴포넌트들(682, 684, 686)에서 열을 인출하는 데 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 절연 층(676)은 열적 전도성일 수 있고, 전기적 절연 충전제 입자들을 포함할 수 있다.
도 6d는 본 발명의 예들에 따른, 열을 소산시키기 위해 하나 이상의 열적 플러그들을 사용하여 SiP 어셈블리로 조립된 예시적인 휴대용 전자 디바이스를 형성하기 위한 프로세스를 도시한다. 프로세스(650)는 PCB(624)를 제공하는 단계(단계(652))를 포함할 수 있다. 단계(654)에서, PCB(624) 상에 컴포넌트들(682, 684, 686)이 실장될 수 있다. 단계(654)는 BGA(640)를 컴포넌트(684)에 부착하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, BGA(640)는, 컴포넌트(684)를 PCB(624)에 실장하기 전에 컴포넌트(684)에 부착될 수 있다. 일부 예들에서, BGA(640)를 PCB(624)에 부착하고 이어서 컴포넌트(684)를 BGA(640)에 부착할 수 있다. 단계(656)에서, 열적 플러그들(632, 634)과 같은 하나 이상의 열적 플러그들이 컴포넌트들(682, 684)과 같은 하나 이상의 컴포넌트들 상에 실장되거나 또는 그들에 부착될 수 있다. 일부 예들에서, 열적 플러그들(632, 634)은, 컴포넌트들(682, 684)이 PCB(624) 상에 실장되기 전에 컴포넌트들(682, 684)에 부착될 수 있다.
단계(658)에서, 절연 층(676)이 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 절연 층(676)은 침착 기구를 사용하여 침착될 수 있다. 일부 예들에서, 절연 재료는 성형 구조체 내부의 공간 내에 주입될 수 있다. 일부 예들에서, 절연 층(676)은 테이프-보조 이송 성형 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 테이프-보조 이송 성형 공정은 절연 재료가 주입될 때 소정 영역들이 마스킹되는 공정일 수 있다. 일단 주입이 완료되면, 마스킹된 영역들의 상부 표면은 절연 층(676)의 상부 표면과 동일 높이일 수 있다. 예를 들어, 도 6b에 도시된 바와 같이, 열적 플러그(634)의 상부 표면이 테이프-보조 이송 성형 공정 동안 마스킹될 수 있다. (도 6c에 도시된 바와 같이) 열적 플러그(632) 및 컴포넌트(686) 상에 절연 재료가 주입되어 형성될 수 있다. 그러나, 열적 플러그(634)가 마스킹되었기 때문에, 절연 층(676)이 열적 플러그(634)의 상부 표면 상에 형성되지 않아서, 열적 플러그(634)의 상부 표면이 절연 층(676)의 상부 표면과 동일 높이가 되도록 할 수 있다.
도 7a 내지 도 7d는 단면도들을 도시하고, 도 7e는 본 발명의 예들에 따른, 열을 소산시키기 위해 하나 이상의 열적 플러그들 및 열 확산기를 사용하여 SiP 어셈블리로 조립된 예시적인 휴대용 전자 디바이스를 형성하기 위한 프로세스를 도시한다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 프로세스(750)는 디바이스(700)에 기판 또는 PCB(724)를 제공하는 단계(단계(752))를 포함할 수 있다. 컴포넌트들(782, 784, 786)은 임의의 실장 기법을 이용하여 그리고 땜납과 같은 임의의 적합한 실장 재료를 사용하여 PCB(724) 상에 실장 또는 배치될 수 있다(단계(754)). 일부 예들에서, BGA(740)와 같은 핀들의 어레이 상에 컴포넌트(784)와 같은 하나 이상의 컴포넌트들이 실장될 수 있다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 컴포넌트들(782, 784)과 같은 하나 이상의 컴포넌트들에 열적 플러그들(732, 734)과 같은 하나 이상의 열적 플러그들이 부착될 수 있다(단계(756)). 열적 플러그들(732, 734)은 구리 또는 강철과 같은 금속의 하나 이상의 미리 제조된 블록들일 수 있다. 열적 플러그들(732, 734)은, 원형 또는 직사각형 형상들을 포함하지만 이로 제한되지 않는 임의의 형상 또는 크기일 수 있다. 일부 예들에서, 열적 플러그들(732, 734)은 컴포넌트들(782, 784)과 동일한 크기일 수 있다. 일부 예들에서, 열적 플러그들(732, 734)은 컴포넌트(782, 784)와는 상이한 크기일 수 있다. 열적 플러그들(732, 734)은 인듐과 같은 임의의 적합한 열적 접착제 재료를 사용하여 컴포넌트들(782, 784)에 실장 또는 부착될 수 있다.
도 7c에 도시된 바와 같이, 컴포넌트들(782, 784, 786) 및 열적 플러그들(732, 734) 상에 그리고/또는 그 주위에 절연 층(776)이 형성될 수 있다(단계(758)). 절연 층(776)은 에폭시, 오버-몰드 재료, 언더-필 재료, 열 수축 재킷, 아크릴 재료, 유전체 재료, 열경화성 재료, 열가소성 물질, 고무, 플라스틱, 또는 전기적 절연을 제공하는 다른 바람직한 재료일 수 있다. 일부 예들에서, 절연 층(776)은 전기적 절연 및 열적 전도성인 절연 재료들, 예컨대 열적 전도성 플라스틱, 에폭시, 또는 다른 열적 전도성 재료들을 사용하여 형성될 수 있다. 절연 층(776)은 테이프-보조 이송 성형 공정을 이용하여 형성될 수 있다.
도 7d에 도시된 바와 같이, SiP 어셈블리 프로세스는 컴포넌트들 또는 서브시스템들 사이의 절연 층(776) 내에 트렌치들(730)을 절단 또는 형성하는 단계(단계(760))를 추가로 포함할 수 있다. 트렌치들(730)이 서브시스템들을 분리 및 한정하기 위해 형성될 수 있고 충전될 수 있거나, 또는 벽들이 차폐 층(778)을 사용하여 코팅될 수 있다(단계(762)). 차폐 층(778)은 도금 필름 또는 금속 페이스트와 같은 임의의 차폐 재료로 이루어질 수 있다. 차폐 층(778)에 대한 예시적인 재료들은 구리, 니켈, 및 알루미늄을 포함할 수 있지만, 이로 제한되지 않는다. 차폐 층(778)은 화학 증착, 물리 증착, 무전해 도금, 또는 전기화학 도금 기법들을 이용하여 형성될 수 있다.
차폐 층(778)은 다기능적일 수 있고, 또한 열 확산기로서 기능할 수 있다. 일부 예들에서, 차폐 층(778)은 EMI를 차폐하도록 구성된 적어도 하나의 층 및 열을 확산시키도록 구성된 적어도 하나의 층을 갖는 다층 적층물일 수 있다. 차폐 층(778)은 금속 트레이스들(744)을 통하여 접지면(746)과 같은 접지에 연결될 수 있다. 차폐 층(778)은 열적 플러그들(732, 734)에 의해 PCB(724)로 전달되는 열을 소산시키고 확산시킬 수 있다. 예를 들어, 컴포넌트(784)에 의해 발생된 열은 컴포넌트(784)에 부착된 열적 플러그(734)를 통하여 소산될 수 있다. 열적 플러그(734)는 차폐 층(778)에 연결될 수 있다. 차폐 층(778)은 열 확산기로서 작용할 수 있고, 열이 차폐 층(778)을 통하여 추가로 소산될 수 있다. 차폐 층(778)은 금속 트레이스들(744)을 통하여 접지면(746)에 연결될 수 있다. 차폐 층(778)으로부터의 열은 접지면(746)으로 전달될 수 있고, 접지면(746)은 PCB(724) 전체에 걸쳐 열을 확산 또는 분산시킬 수 있다. 일부 예들에서, 접지면(746)은 하우징(예컨대, 도 2a의 하우징(210))에 연결될 수 있다.
일부 예들에서, 차폐 층(778)은 열 확산 기능의 유효성을 향상시키기 위해 하나 이상의 열적 플러그들과 전기적 접촉 상태에 있거나 닿아 있을 수 있다. 절연 층(776)의 상부 표면은 열적 플러그(734)와 같은 하나 이상의 열적 플러그들과 동일 높이일 수 있다. 동일 높이의 상부 표면을 달성하기 위하여, 절연 층(776)은 임의의 과잉 재료를 제거하도록 래핑, 연마, 또는 건식 에칭을 겪을 수 있다. 일부 예들에서, 동일 높이의 상부 표면은 테이프-보조 이송 성형 공정을 이용하여 달성될 수 있다. 일부 예들에서, 차폐 층(778)은 하나 이상의 열적 플러그들로부터 전기적으로 절연될 수 있다. 예를 들어, 차폐 층(778) 및 열적 플러그(732)는 공기 갭에 의해 또는 절연 층(776)에 의해 분리될 수 있다.
도 8a 내지 도 8d는 단면도들을 도시하고, 도 8e는 본 발명의 예들에 따른, 열을 소산시키기 위해 하나 이상의 히트 싱크들 및 열 확산기를 사용하여 SiP 어셈블리로 조립된 예시적인 휴대용 전자 디바이스를 형성하기 위한 프로세스를 도시한다. 디바이스(800)는 프로세스(850)의 단계(852)에서 제공된 PCB(824)를 포함할 수 있다. PCB(824)는 접지면(846) 및 금속 트레이스들(844)을 포함할 수 있다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 컴포넌트들(882, 884, 886)은 땜납과 같은 임의의 적합한 실장 재료를 사용하여 PCB(824) 상에 실장될 수 있다(단계(854)).
도 8b에 도시된 바와 같이, 컴포넌트(882)와 같은 하나 이상의 컴포넌트들에 열적 플러그(832)와 같은 하나 이상의 열적 플러그들이 부착될 수 있다(단계(856)). 단계(858)에서, 컴포넌트(884)와 같은 하나 이상의 컴포넌트들에 히트 싱크(848)와 같은 하나 이상의 히트 싱크들이 부착될 수 있다. 히트 싱크(848)는 내부 내장형 히트 싱크일 수 있고, 적합한 열적 인터페이스 재료를 사용하여 컴포넌트(884)에 부착되거나 닿아 있을 수 있다. 일부 예들에서, 히트 싱크(848)는 PCB(824)에 부착되어 기판 또는 PCB(824)에 대한 추가 열 전도 경로를 생성할 수 있다. 히트 싱크(848)는 금속 트레이스들(844)에 전기적으로 연결되거나 닿아 있을 수 있다. 일부 예들에서, 히트 싱크(848)는 PCB(824)에 접합될 수 있다. 일부 예들에서, 단계(856) 및 단계(858)는 단일 단계일 수 있고, 열적 플러그(832) 및 히트 싱크(848)는 동시에 부착될 수 있다.
도 8c에 도시된 바와 같이, 절연 층(878)은 후속적으로 형성된 차폐 층(876)과 PCB(824) 상의 임의의 전도성 재료들(예컨대, 컴포넌트들(882, 884, 886)의 전도성 부분들) 사이의 전기적 단락을 방지하기 위해 컴포넌트들(882, 884, 886), 열적 플러그(832), 및 히트 싱크(848) 상에 그리고/또는 그 주위에 배치될 수 있다(단계 860). 충분한 절연 특성들을 갖는 임의의 재료가 절연 층(876)을 위해 사용될 수 있으며, 임의의 수의 침착 또는 성형 공정들이 절연 층(876)을 형성하는 데 이용될 수 있다. 일부 예들에서, 절연 층(876)의 상부 표면과 열적 플러그(832) 및/또는 히트 싱크(848)의 상부 표면은 동일 높이에 있을 수 있다.
단계(862)에서, 하나 이상의 트렌치들(830)이 예를 들어, (도 8d에 도시된 바와 같이) 레이저 절단 소스를 사용하여 형성될 수 있다. 트렌치들(830)은 컴포넌트들을 분리하고 서브시스템들을 한정할 수 있다. 트렌치들(830)의 벽들을 충전 또는 코팅하고 절연 층(876)을 순응적으로 덮도록 차폐 층(878) 및/또는 열 확산기가 침착될 수 있다(단계(864)). 차폐 층(876)은 고밀도, 높은 전도성, 및/또는 양호한 내식성을 갖는 임의의 재료일 수 있다. 차폐 층(876)은 물리 증착, 화학 증착, 인쇄, 또는 도금과 같은 임의의 침착 기구들을 이용하여 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 차폐 층(876)은 하나 이상의 열적 플러그들 및/또는 하나 이상의 히트 싱크들에 전기적으로 접촉하거나 닿아 있을 수 있다.
일부 예들에서, 히트 싱크(848)는 키가 큰(tall) 컴포넌트들(예컨대, 미리 결정된 값 초과인 높이를 갖는 컴포넌트들)에 부착될 수 있고, 열적 플러그(832)는 키가 작은(short) 컴포넌트들(예컨대, 미리 결정된 값 미만인 높이를 갖는 컴포넌트들)에 부착될 수 있다. 예를 들어, 컴포넌트(884)는 키가 큰 컴포넌트이거나 컴포넌트(882)보다 더 키가 클 수 있고, 히트 싱크(848)는 컴포넌트(884)에 부착될 수 있는 한편 열적 플러그(832)는 컴포넌트(882)에 부착될 수 있다. 일부 예들에서, 히트 싱크(848)는 키가 작은 컴포넌트들에 부착될 수 있고, 열적 플러그(832)는 키가 큰 컴포넌트들에 부착될 수 있다. 일부 예들에서, 히트 싱크(848)는 소정 특성들을 갖는 컴포넌트들에 부착될 수 있고, 열적 플러그(832)는 다른 특성들을 발현하는 컴포넌트들에 부착될 수 있다. 예를 들어, 핫 스폿들 또는 불균일한 열 분산을 방지하기 위하여, 히트 싱크들(848)은 전체에 걸쳐 분산될 수 있고, 열적 플러그들(832)은 히트 싱크들 사이에 분산될 수 있다(예컨대, 히트 싱크들 및 열적 플러그들은 교대하는 패턴으로 배열될 수 있다).
도 9a 내지 도 9e는 단면도들을 도시하고, 도 9f는 본 발명의 예들에 따른, 열을 소산시키기 위해 외부 히트 싱크를 사용하여 SiP 어셈블리로 조립된 예시적인 휴대용 전자 디바이스를 형성하기 위한 프로세스를 도시한다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 디바이스(900)는 PCB(924)를 포함할 수 있다(프로세스(950)에서의 단계(952)). PCB(924)는 접지면(946) 및 금속 트레이스들(944)을 포함할 수 있다. 컴포넌트들(982, 984, 986)은 임의의 실장 기법을 이용하여 그리고 땜납과 같은 임의의 적합한 실장 재료를 사용하여 PCB(924) 상에 실장 또는 배치될 수 있다(단계(954)). 컴포넌트(984)와 같은 하나 이상의 컴포넌트들은 BGA(940)에 부착될 수 있다. 도 9b에 도시된 바와 같이, 컴포넌트(984)와 같은 하나 이상의 컴포넌트들에 하나 이상의 열적 플러그들 및/또는 히트 싱크들, 예컨대 히트 싱크(948)가 부착될 수 있다(단계(956)).
단계(958)에서, (도 9c에 도시된 바와 같이) 컴포넌트들(982, 984, 986) 및 히트 싱크(948) 상에 그리고/또는 그 주위에 절연 층(976)이 배치될 수 있다. 일부 예들에서, 컴포넌트(982)와 같은 하나 이상의 컴포넌트들은 절연 층(976)의 상부 표면과 동일 높이에 있는 상부 표면을 가질 수 있다. 단계(960)에서, 절연 층(976) 내에 트렌치들(930)이 형성될 수 있다.
도 9d에 도시된 바와 같이, 차폐 층(978)이 절연 층(976) 상에 배치될 수 있고, 트렌치들(930)의 벽들을 충전하고/하거나 덮을 수 있다(단계(962)). 단계(964)에서, 컴포넌트(982)와 같은 하나 이상의 컴포넌트들의 상부 표면을 노출시키기 위해 차폐 층(978)의 하나 이상의 영역들이 에칭될 수 있다. 일부 예들에서, 컴포넌트(982)의 상부 표면은 차폐 층(978)의 침착 동안 그 영역을 마스킹함으로써 노출될 수 있다. 단계(966)에서, (도 9e에 도시된 바와 같이) 컴포넌트(982)의 노출된 상부 표면에 외부 히트 싱크(990)가 부착될 수 있다. 일부 예들에서, 외부 히트 싱크(990)는 차폐 층(978)에 전기적으로 연결될 수 있다. 컴포넌트(982)로부터의 열은 외부 히트 싱크(990)를 통하여 (예컨대, 상부를 통한 대류) 또는 차폐 층(978)을 거쳐 PCB(924)를 통하여 (예컨대, 하부를 통한 전도) 또는 양측 모두를 통하여 소산될 수 있다.
일부 예들에서, 전자 디바이스가 개시된다. 전자 디바이스는 기판 및 시스템 인 패키지 어셈블리를 포함할 수 있고, 시스템 인 패키지 어셈블리는, 기판에 실장되는 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 복수의 컴포넌트들, 및 적어도 하나의 컴포넌트의 제2 표면에 실장되는 하나 이상의 열 전도체들을 포함하고, 적어도 하나의 열 전도체는 열적 플러그이다. 상기 개시된 하나 이상의 예들에 추가적으로 또는 대안적으로, 다른 예들에서, 디바이스는 내부 히트 싱크 및 외부 히트 싱크 중 적어도 하나인 다른 열 전도체를 추가로 포함한다. 상기 개시된 하나 이상의 예들에 추가적으로 또는 대안적으로, 다른 예들에서, 열적 플러그는 구리 및 강철 중 적어도 하나로 이루어진다. 상기 개시된 하나 이상의 예들에 추가적으로 또는 대안적으로, 다른 예들에서, 열 전도체들 중 적어도 하나는 접지 또는 접지면에 전기적으로 연결된다. 상기 개시된 하나 이상의 예들에 추가적으로 또는 대안적으로, 다른 예들에서, 디바이스는 복수의 컴포넌트들 중 적어도 하나의 컴포넌트의 제1 표면과 기판 사이에 실장되는 히트 싱크를 추가로 포함한다. 상기 개시된 하나 이상의 예들에 추가적으로 또는 대안적으로, 다른 예들에서, 디바이스는 절연체 및 차폐부를 포함하는 차폐 구조체를 추가로 포함한다. 상기 개시된 하나 이상의 예들에 추가적으로 또는 대안적으로, 다른 예들에서, 차폐부는 다기능적이며 열 확산기로서 구성된다. 상기 개시된 하나 이상의 예들에 추가적으로 또는 대안적으로, 다른 예들에서, 차폐부와 적어도 하나의 열 전도체는 전기적으로 연결된다. 상기 개시된 하나 이상의 예들에 추가적으로 또는 대안적으로, 다른 예들에서, 차폐부는 접지 또는 접지면에 전기적으로 연결된다. 상기 개시된 하나 이상의 예들에 추가적으로 또는 대안적으로, 다른 예들에서, 디바이스는 절연체 내에 형성된 복수의 트렌치들을 추가로 포함하고, 복수의 트렌치들의 폭은 10 내지 100 마이크로미터이다. 상기 개시된 하나 이상의 예들에 추가적으로 또는 대안적으로, 다른 예들에서, 복수의 컴포넌트들 중 하나 이상의 컴포넌트로부터 발생된 열이 전도 및 대류를 통하여 소산된다. 상기 개시된 하나 이상의 예들에 추가적으로 또는 대안적으로, 다른 예들에서, 하나 이상의 열 전도체들은 복수의 열적 플러그들 및 복수의 히트 싱크들을 포함한다. 상기 개시된 하나 이상의 예들에 추가적으로 또는 대안적으로, 다른 예들에서, 복수의 열적 플러그들 및 복수의 히트 싱크들은 교대하는 패턴으로 배열된다.
일부 예들에서, 전자 디바이스를 형성하기 위한 방법이 개시된다. 방법은 기판을 형성하는 단계 및 시스템 인 패키지 어셈블리를 형성하는 단계를 포함할 수 있고, 시스템 인 패키지 어셈블리를 형성하는 단계는, 기판에 복수의 컴포넌트들의 제1 표면을 실장하는 단계, 및 복수의 컴포넌트들 중 적어도 하나의 컴포넌트의 제2 표면에 하나 이상의 열 전도체들을 실장하는 단계를 포함하고, 하나 이상의 열 전도체들 중 적어도 하나는 열적 플러그이다. 상기 개시된 하나 이상의 예들에 추가적으로 또는 대안적으로, 다른 예들에서, 하나 이상의 열 전도체들은 내부 히트 싱크 및 외부 히트 싱크 중 적어도 하나인 다른 열 전도체를 포함한다. 상기 개시된 하나 이상의 예들에 추가적으로 또는 대안적으로, 다른 예들에서, 방법은 복수의 컴포넌트들 중 적어도 하나의 컴포넌트의 제1 표면과 기판 사이에 히트 싱크를 실장하는 단계를 추가로 포함한다. 상기 개시된 하나 이상의 예들에 추가적으로 또는 대안적으로, 다른 예들에서, 방법은 차폐 구조체를 형성하는 단계를 추가로 포함하고, 차폐 구조체를 형성하는 단계는 절연체를 형성하는 단계 및 차폐부를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 개시된 하나 이상의 예들에 추가적으로 또는 대안적으로, 다른 예들에서, 절연체는 테이프-보조 이송 성형 공정, 래핑, 연마, 및 에칭 중 적어도 하나를 이용하여 형성된다. 상기 개시된 하나 이상의 예들에 추가적으로 또는 대안적으로, 다른 예들에서, 하나 이상의 열 전도체들은 복수의 열적 플러그들 및 복수의 히트 싱크들을 포함한다. 상기 개시된 하나 이상의 예들에 추가적으로 또는 대안적으로, 다른 예들에서, 하나 이상의 열 전도체들은 제1 세트의 열 전도체들 및 제2 세트의 열 전도체들을 포함하고, 하나 이상의 열 전도체들을 실장하는 단계는, 복수의 열적 플러그들을 제1 세트의 열 전도체들에 실장하는 단계 - 제1 세트의 열 전도체들은 미리 결정된 값 미만의 높이를 갖는 하나 이상의 열 전도체들을 포함함 -; 및 복수의 히트 싱크들을 제2 세트의 열 전도체들에 실장하는 단계 - 제2 세트의 열 전도체들은 미리 결정된 값 초과의 높이를 갖는 하나 이상의 열 전도체들을 포함함 - 를 포함한다.
다양한 예들이 전술되었지만, 이들은 단지 예로써 제시되었을 뿐, 제한하는 것은 아니라는 점을 이해해야 한다. 예들은 첨부 도면들을 참조하여 완전히 설명되었지만, 다양한 도면들이 본 발명을 위한 예시적인 구조 또는 다른 구성을 도시할 수 있고, 이는 본 발명에 포함될 수 있는 특징들 및 기능의 이해를 돕기 위해 행해진다. 본 발명은 도시된 예시적인 구조들 또는 구성들에 한정되지 않고, 다양한 대안적인 구조들 및 구성들을 이용하여 구현될 수 있다. 또한, 본 발명은 다양한 예들 및 구현예들의 관점에서 전술되어 있지만, 예들 중 하나 이상의 예에 설명된 다양한 특징들 및 기능들은 그들이 그와 함께 설명되는 특정 예에 대한 그 적용가능성에 제한되지 않음을 이해해야 한다. 이들은 대신, 그러한 예들이 설명되든 아니든, 설명된 예의 일부로서 그러한 특징들이 제시되든 아니든, 본 발명의 다른 예들 중 하나 이상의 예에 단독으로 또는 일부 조합으로 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위 및 범주는 전술된 예들 중 임의의 것에 의해 제한되지 않아야 한다.

Claims (20)

  1. 전자 디바이스로서,
    기판; 및
    시스템 인 패키지(system in package) 어셈블리
    를 포함하고,
    상기 시스템 인 패키지 어셈블리는,
    상기 기판에 실장되는 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 제1 컴포넌트를 포함하는 복수의 컴포넌트들, 및
    상기 제1 컴포넌트의 상기 제2 표면에 실장되는 제1 열적 플러그를 포함하는 하나 이상의 열적 플러그
    를 포함하고,
    상기 제1 열적 플러그의 제1 표면은 상기 제1 컴포넌트의 상기 제2 표면에 직접 접촉하고, 상기 제1 열적 플러그의 제2 표면은 차폐 층에 직접 접촉하며,
    상기 차폐 층은 상기 제1 열적 플러그에 의해 상기 기판으로 열을 소산하고 확산시키고, 상기 차폐 층은 접지에 전기적으로 연결되는, 전자 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    열 전도체
    를 더 포함하고,
    상기 열 전도체는 내부 히트 싱크 및 외부 히트 싱크 중 적어도 하나인, 전자 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 열적 플러그는 구리 및 강철 중 적어도 하나로 이루어진, 전자 디바이스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 열적 플러그 중 적어도 하나는 접지 또는 접지면에 전기적으로 연결되는, 전자 디바이스.
  5. 제1항에 있어서,
    제2 컴포넌트의 제2 표면 및 상기 기판을 직접 접촉시키는 히트 싱크
    를 더 포함하는 전자 디바이스.
  6. 제1항에 있어서,
    차폐 구조체
    를 더 포함하고,
    상기 차폐 구조체는 절연체 및 상기 차폐 층을 포함하는, 전자 디바이스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 차폐 층은 다기능적이며 열 확산기로서 구성되는, 전자 디바이스.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제6항에 있어서,
    상기 절연체 내에 형성된 복수의 트렌치들
    을 더 포함하고,
    상기 복수의 트렌치들 각각의 폭은 10 내지 100 마이크로미터인, 전자 디바이스.
  11. 제1항에 있어서, 상기 복수의 컴포넌트들 중 하나 이상의 컴포넌트로부터 발생된 열이 전도 및 대류를 통하여 소산되는, 전자 디바이스.
  12. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 히트 싱크
    를 더 포함하는 전자 디바이스.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 하나 이상의 열적 플러그 및 상기 하나 이상의 히트 싱크는 교대하는 패턴으로 배열되는, 전자 디바이스.
  14. 전자 디바이스를 형성하는 방법으로서,
    기판을 형성하는 단계; 및
    시스템 인 패키지 어셈블리를 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 시스템 인 패키지 어셈블리를 형성하는 단계는,
    상기 기판에 복수의 컴포넌트들의 제1 표면을 실장하는 단계 - 상기 복수의 컴포넌트들은 제1 컴포넌트를 포함함 -,
    하나 이상 열적 플러그를 실장하는 단계 - 상기 하나 이상의 열적 플러그를 실장하는 단계는 제1 열적 플러그를 상기 제1 컴포넌트의 제2 표면에 실장하는 단계를 포함하고, 상기 제1 열적 플러그의 제1 표면은 상기 제1 컴포넌트의 제2 표면에 직접 접촉하고, 상기 제1 열적 플러그의 제2 표면은 차폐 층에 직접 접촉함 -,
    상기 차폐 층을 형성하는 단계 - 상기 차폐 층은 상기 제1 열적 플러그로부터 상기 기판으로 열을 소산하고 확산시키도록 구성됨 -, 및
    상기 차폐 층을 접지에 전기적으로 연결시키는 단계
    를 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    열 전도체를 실장하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 열 전도체는 내부 히트 싱크 및 외부 히트 싱크 중 적어도 하나인, 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 컴포넌트들은 제2 컴포넌트를 포함하고,
    상기 방법은,
    히트 싱크를 실장하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 히트 싱크는 상기 제2 컴포넌트의 제2 표면에 직접 접촉하는, 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    차폐 구조체를 형성하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 차폐 구조체를 형성하는 단계는, 절연체를 형성하는 단계 및 상기 차폐 층을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 절연체는 테이프-보조 이송 성형 공정, 래핑, 연마, 및 에칭 중 적어도 하나를 이용하여 형성되는, 방법.
  19. 제14항에 있어서,
    하나 이상의 히트 싱크를 실장하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 복수의 컴포넌트들은 제1 세트의 컴포넌트들 및 제2 세트의 컴포넌트들을 포함하고,
    상기 하나 이상의 열적 플러그의 상기 실장은,
    상기 하나 이상의 열적 플러그를 상기 제1 세트의 컴포넌트들에 실장하는 것 - 상기 제1 세트의 컴포넌트들은 미리 결정된 값 미만의 높이를 갖는 상기 하나 이상의 컴포넌트들을 포함함 -, 및
    상기 하나 이상의 히트 싱크를 상기 제2 세트의 컴포넌트들에 실장하는 것 - 상기 제2 세트의 컴포넌트들은 상기 미리 결정된 값 초과의 높이를 갖는 상기 하나 이상의 컴포넌트들을 포함함 -
    을 포함하는, 방법.
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