KR20030012238A - 수동소자 내장형 패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기능성 소자를 반도체 칩과 입체적 구조로 장착함으로써 신호 특성의 열화를 방지함과 동시에 보드의 회로 밀도를 증진시킨다는 것으로, 이를 위하여 본 발명은, 반도체 칩과 동일 평면상에 기능성 소자를 장착하는 종래 패키지와는 달리, 기판 베이스의 상부에는 반도체 칩을 탑재하고 그 하부에는 각 패드 사이의 공간상에 신호 특성의 열화 방지에 필요로 하는 하나 또는 다수의 기능성 소자들을 장착하며, 각 패드에 대응하는 다수의 접속핀이 하부로부터 내부를 관통하여 그 상부 표면보다 소정 높이만큼 균일하게 돌출 형성되어 하우징에 의해 지지되는 각 접속핀의 일 측이 PCB 보드 상의 대응하는 입출력 노드에 연결되도록 솔더를 이용하여 접착하고, 기판 베이스를 포획하는 형태의 압착부재를 이용하여 각 패드와 대응하는 각 접속핀을 전기적으로 접촉 및 접촉 유지시킴으로써, 반도체 칩을 탑재하는 기판 베이스의 면적 증가를 억제함과 동시에 보드에서의 회로 밀도를 현저하게 높일 수 있는 것이다.

Description

수동소자 내장형 패키지{PACKAGE HAVING PASSIVE ELEMENT}

본 발명은 반도체 패키지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적어도 수동소자가 탑재되는 고 밀도형의 SiP(System in Package)를 구현하는데 적합한 수동소자내장형 패키지에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 통상의 반도체 패키지는 하나의 반도체 칩이 탑재(Single Chip Package)되거나 혹은 적어도 두 개의 반도체 칩을 탑재(Multi Chip Package)한 형태를 갖는다.

한편, 반도체 패키지를 이용하여 특정의 전자 회로 세트를 구현하는데 있어서는 반도체 패키지 뿐만 아니라 특성 열화가 없는 신호의 전달에 필수적인 여러 가지 기능성 소자들(커패시터, 인덕터, 저항, 필터 등)을 필요로 하는데, 통상 이러한 기능성 소자들은 반도체 패키지가 장착되는 PCB 보드 상에 장착된다.

그러나, 이러한 방식의 경우 신호 특성의 열화 방지 등에 필수적인 기능성 소자들을 PCB 보드 상에 장착하기 때문에 PCB 보드의 면적이 불필요하게 커지게 되는 문제(보드 밀도의 저하 문제)가 있으며, 이러한 문제가 제품의 경박 단소화를 저해시키는 요인으로 작용하게 된다.

또한, 종래 방식은 PCB 보드 상에 기능성 소자를 직접 장착하기 때문에 신호선의 길이가 길어져 신호 전달의 지연이 발생하거나 혹은 신호 전달 과정에서 노이즈가 삽입되는 문제가 있으며, 이러한 문제들로 인해 신호 특성의 근본적인 열화를 방지하는데는 한계를 가질 수밖에 없었다.

따라서, 이러한 문제점들을 극복하기 위한 방편으로서, 기능성 소자가 반도체 칩에 일체로 형성되는 SoC(System on Chip)와 기능성 소자가 패키지 형태로 내장되는 SiP(System in Package)가 있다.

상기에서, SoC는 반도체 칩에 많은 기능을 추가함에 따라 반도체 칩의 개발기간이 길어지고 제조 공정이 복잡하고 어렵다는 문제가 있기 때문에 최근 들어서는 개발 기간이 짧고 제조가 용이하며 저 가격으로 구현할 수 있는 SiP의 활용이 확대되고 있다. 여기에서, 본 발명은 SiP의 구조 개선에 관련된다.

잘 알려진 바와 같이, SiP는 솔더 볼을 이용하는 볼 그리드 어레이(BGA : Ball Grid Array)가 일반적인데, BGA 패키지의 일 예로서는 도 4에 도시된 바와 같은 것이 있다.

도 4는 종래의 수동소자 내장형 패키지를 PCB 보드 상에 장착한 단면도로서, 기판 베이스(420), 반도체 칩(422), 기능성 소자(424) 및 보호막(426)을 포함하며, 이러한 구조의 종래 패키지는 솔더 볼(412)을 통해 PCB 보드(410)상에 전기적으로 접착된다.

즉, 종래 패키지는 폴리머 또는 세라믹 등으로 된 기판 베이스(420) 상에 도시 생략된 다수의 외부 리드를 갖는 반도체 칩(422)을 다이 본딩(와이어 본딩)하고, 신호 처리에 필요로 하는 하나 또는 다수의 기능성 소자(424)를 기판 베이스(420) 상에 각각 접착한 후, 기판 베이스(420)의 전면을 에폭시 수지 등으로 봉지(encapsulation)함으로서 그 제조를 완성한다.

이와 같은 일련의 과정을 통해 제조된 반도체 패키지는 솔더 볼(412)을 이용하여 PCB 보드(410) 상의 목표로 하는 위치에 장착(전기적인 접착)된다. 즉, 솔더 볼을 통해 패키지의 각 입출력 노드와 PCB 보드 내 대응하는 각 입출력 노드간이 전기적으로 접착된다.

그러나, 상술한 바와 같은 종래 패키지는 기판 베이스 상에 신호 처리를 위해 필요로 하는 기능성 소자를 탑재하기 때문에, PCB 보드 상에 기능성 소자를 직접 탑재하는 방식에 비해서는 신호 특성의 열화를 어느 정도 억제할 수 있지만, 기판 베이스의 면적이 불필요하게 커진다는 문제가 여전히 존재하며, 기능성 소자 탑재를 위한 패드 사이즈가 와이어 본딩 패드 사이즈보다 훨씬 크기 때문에 기판 베이스의 회로 밀도가 낮아질 수밖에 없다는 단점을 갖는다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기능성 소자를 반도체 칩과 입체적 구조로 장착함으로써 신호 특성의 열화를 방지함과 동시에 보드의 회로 밀도를 증진시킬 수 있는 수동 소자 내장형 패키지를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 일 형태에 따른 본 발명은, 적어도 하나의 반도체 칩과 다수의 기능성 소자를 갖는 수동소자 내장형 패키지에 있어서, 상부에 적어도 하나의 반도체 칩이 탑재된 기판 베이스; 상기 기판 베이스의 하부에 형성된 각 패드 사이의 공간에 장착되어 상기 반도체 칩에 전기적으로 연결되는 다수의 기능성 소자; 상기 각 패드에 대응하는 다수의 접속핀이 하부로부터 내부를 관통하여 그 상부 표면보다 소정 높이만큼 균일하게 돌출 형성되고, 상기 각 접속핀의 하부가 솔더를 통해 PCB 보드내의 대응하는 각 입출력 노드에 접착되며, 상기 각 접속핀의 돌출 상부가 대응하는 각 패드에 전기적으로 접촉되는 하우징; 및 일단이 상기 기판 베이스의 상부 외곽 부분을 소정 길이만큼 에워싸는 형태로 접촉되고 타단이 상기 PCB 보드 상에 접촉 고정됨으로써, 각각 대응하는 패드, 접속핀 및 입출력노드간을 전기적으로 접촉시키는 압착 수단으로 이루어진 수동소자 내장형 패키지를 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위한 다른 형태에 따른 본 발명은, 적어도 하나의 반도체 칩과 다수의 기능성 소자를 갖는 수동소자 내장형 패키지에 있어서, 상부에 적어도 하나의 반도체 칩이 탑재된 기판 베이스; 상기 반도체 칩의 상부에 탑재된 방열 소자; 상기 기판 베이스의 하부에 형성된 각 패드 사이의 공간에 장착되어 상기 반도체 칩에 전기적으로 연결되는 다수의 기능성 소자; 상기 각 패드에 대응하는 다수의 접속핀이 하부로부터 내부를 관통하여 그 상부 표면보다 소정 높이만큼 균일하게 돌출 형성되고, 상기 각 접속핀의 하부가 솔더를 통해 PCB 보드내의 대응하는 각 입출력 노드에 접착되며, 상기 각 접속핀의 돌출 상부가 대응하는 각 패드에 전기적으로 접촉되는 하우징; 및 일단이 상기 방열 소자의 상부 외곽 부분을 소정 길이만큼 에워싸는 형태로 접촉되고 타단이 상기 PCB 보드 상에 접촉 고정됨으로써, 각각 대응하는 패드, 접속핀 및 입출력 노드간을 전기적으로 접촉시키는 압착 수단으로 이루어진 수동소자 내장형 패키지를 제공한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 수동소자 내장형 패키지를 PCB 보드 상에 장착한 단면도,

도 2는 도 1에 도시된 참조부호 A부분의 확대 단면도,

도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 수동소자 내장형 패키지를 PCB 보드 상에 장착한 단면도,

도 4는 종래의 수동소자 내장형 패키지를 PCB 보드 상에 장착한 단면도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

110 : 기판 베이스 112 : 반도체 칩

114 : 패드 116 : 기능성 소자

120 : 하우징 122 : 접속핀

124 : 솔더 130 : PCB 보드

본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 핵심 기술요지는, 기판 베이스의 상부에 반도체 칩과 다수의 기능성 소자를 탑재하고 솔더볼을 이용하여 기판 베이스를 PCB 보드 상에 접착하는 종래 패키지와는 달리, 기판 베이스의 상부에는 반도체 칩을 탑재하고 그 하부에는 각 패드 사이의 공간상에 신호 특성의 열화 방지에 필요로 하는 하나 또는 다수의 기능성 소자(예를 들면, 커패시터, 인덕터, 저항, 필터 등)를 장착하며(즉, 반도체 칩과 기능성 소자의 입체적 탑재), 각 패드에 대응하는 다수의 접속핀이 균일한 높이로 돌출 형성된 하우징을 각 접속핀의 일 측(즉, 하부 측)이 PCB 보드 상의 대응하는 입출력 노드에 연결되도록 솔더를 이용하여 접착하고, 압착부재를 이용하여 각 패드와 대응하는 각 접속핀이 전기적으로 접촉 및 접촉 유지되도록 한다는 것으로, 이러한 기술적 수단을 통해 본 발명에서 목적으로 하는 바를 쉽게 달성할 수 있다.

[실시 예1]

도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 수동소자 내장형 패키지를 PCB 보드 상에 장착한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 수동소자 내장형 패키지는, 기판 베이스 상에 반도체 칩과 다수의 기능성 소자가 탑재되는 전술한 종래 기술과는 달리, 기판 베이스(110)의 상부(예를 들면, 상부 중앙 부분)에는 반도체 칩(112)만 탑재되고 신호 특성의 열화 방지에 필요로 하는 다수의 기능성 소자들(116)(예를 들면, 커패시터, 인덕터, 저항, 필터 등)은 기판 베이스(110)의 하부에 일정 간격으로 형성된 각 패드, 즉 도 1에 도시된 참조부호 A부분의 확대 단면을 보여주는 도 2에 도시된바와 같이, 각 패드(114) 사이의 공간상에 장착된다.

이때, 본 실시 예를 예시적으로 도시한 도 1에서는 기판 베이스(110) 상에 플립칩 본딩을 통해 반도체 칩(112)을 탑재하는 구조를 일 예로서 도시하고 있으나, 본 실시 예가 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 와이어 본딩과 보호층을 이용하여 반도체 칩을 탑재한 구조나 혹은 기타 다른 방법으로 탑재한 구조를 채용하더라도 무방하다.

또한, 하우징(120)은 기판 베이스(110)와 PCB 보드(130) 간을 전기적으로 연결하는 부재인 것으로, 기판 베이스(110)의 하부에 형성된 각 패드(114)에 대응하는 다수의 접속핀(122)이 하우징(120)의 하부로부터 내부를 관통하여 하우징(120)의 상부보다 소정 높이 만큼 돌출되는 형태로 형성되는데, 이때 각 접속핀(122)의 높이는 균일하게 유지할 필요가 있으며, 접속핀(122)으로는, 예를 들면 구리 접속핀 등을 사용할 수 있다.

한편, 하우징(120)의 내부를 관통하는 형태로 형성된 각 접속핀(122)의 하부 측은 솔더(124)를 통해 PCB 보드(130)내의 도시 생략된 각 입출력 노드에 전기적으로 접착된다. 따라서, 일 측이 솔더(124)를 통해 PCB 보드(130)의 대응하는 입출력 노드에 접속되며 하우징(120)의 내부를 관통하여 상부 외측으로 돌출 형성되는 각 접속핀(122)들은 하우징(120)을 통해 지지되는 형태를 갖는다.

다음에, 각 패드들(114) 사이에 기능성 소자들(116)이 장착된 기판 베이스(110) 하부의 각 패드들(114)은 하우징(120)을 통해 지지되는 대응하는 각 접속핀들(122)에 정렬되는 형태로 올려지고, 일단이 기판 베이스(110)의 상부 외곽부분을 소정 길이만큼 에워싸는 형태로 접촉되고 타단이 PCB 보드(130) 상에 소정 넓이만큼 접촉되는 압착 부재(150)가 올려지며, 이때 PCB 보드(130) 상에 접촉되는 압착 부재(150)의 타단 측에는 압착 부재(150)와 PCB 보드(130)간을 관통하여 고정할 수 있는 고정 부재(152)가 형성되어 있다. 여기에서, 고정 부재(152)로서는, 예를 들면 고정핀, 스크류 등이 사용될 수 있다.

따라서, 상술한 바와 같이, 다수의 접속핀들(122)이 형성된 하우징(120)이 솔더(124)를 통해 PCB 보드(130) 상에 접착되고, 반도체 칩(112)과 다수의 기능성 소자들(114)이 장착된 기판 베이스(110)가 하우징(120)을 통해 지지되는 각 접속핀들(122)의 상부에 정렬되어 올려지며, 압착 부재(150)의 일단이 기판 베이스(110)의 상부 일부를 덮는 형태로 올려진 상태에서 압착 부재(150)의 타단에 있는 고정 부재(152)를 조립하면, 기판 베이스(110)의 하부에 형성된 패드들(114)과 대응하는 각 접속핀들(122) 및 PCB 보드(130) 내의 대응하는 각 입출력 노드들간이 전기적으로 연결되는 구조로 된다.

따라서, 본 실시 예에 따른 수동소자 내장형 패키지는, 종래 패키지에서와 같이 기판 베이스 상에 다수의 기능성 소자를 직접 장착하지 않고, 기판 베이스의 하부 측(즉, 각 패드 사이의 공간 부분)에 장착하기 때문에 기능성 소자의 연결을 위해 필요로 하는 신호선의 길이가 증가하는 것을 억제하면서도 보드에서의 회로 밀도를 현저하게 높일 수 있다.

그러므로, 본 실시 예에 따른 패키지는 기능성 소자의 입체적 구조 장착을 통해 회로 밀도를 현저하게 높임으로써, 각종 전자 제품의 경박 단소화를 실현하는데 크게 이바지할 수 있다.

[실시 예2]

도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 수동소자 내장형 패키지를 PCB 보드 상에 장착한 단면도이다.

도 3을 참조하면, 본 실시 예에 따른 수동소자 내장형 패키지는, 기판 베이스(110)의 상부에 탑재된 반도체 칩(112)에서 발생하는 열을 방출하기 위한 방열 소자(140)를 더 구비한다는 점이 다를 뿐 나머지 구성부재들은 실질적으로 전술한 실시 예의 그것들과 동일하다. 따라서, 여기에서는 불필요한 중복 기재를 피하기 위하여 실질적으로 동일한 구성부재들의 설명에 대해서 그 설명을 생략한다.

즉, 반도체 칩(112)의 상부에 방열 소자(140)가 탑재되고, 압착 부재(150)의 일단이 방열 소자(140)의 상부 외곽 부분을 소정 길이만큼 에워싸는 형태로 접촉되고 타단이 PCB 보드(130) 상에 소정 넓이만큼 접촉되는 형태로 올려져 고정 부재(152)에 의해 조립된다.

따라서, 본 실시 예에 따른 수동소자 내장형 패키지는, 전술한 실시 예1에서와 동일한 결과를 얻을 수 있다.

또한, 본 실시 예를 예시적으로 도시한 도 3에서는 기판 베이스(110) 상에 플립칩 본딩을 통해 반도체 칩(112)을 탑재하는 구조를 일 예로서 도시하고 있으나, 본 실시 예가 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 와이어 본딩과 보호층을 이용하여 반도체 칩을 탑재한 구조나 혹은 기타 다른 방법으로 탑재한 구조를 채용하더라도 무방하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 반도체 칩과 동일 평면상에 기능성 소자를 장착하는 종래 패키지와는 달리, 기판 베이스의 상부에는 반도체 칩을 탑재하고 그 하부에는 각 패드 사이의 공간상에 신호 특성의 열화 방지에 필요로 하는 하나 또는 다수의 기능성 소자들을 장착하며, 각 패드에 대응하는 다수의 접속핀이 하부로부터 내부를 관통하여 그 상부 표면보다 소정 높이만큼 균일하게 돌출 형성되어 하우징에 의해 지지되는 각 접속핀의 일 측(즉, 하부 측)이 PCB 보드 상의 대응하는 입출력 노드에 연결되도록 솔더를 이용하여 접착하고, 기판 베이스를 포획하는 형태의 압착부재를 이용하여 각 패드와 대응하는 각 접속핀을 전기적으로 접촉 및 접촉 유지시킴으로써, 기능성 소자의 연결에 필요로 하는 신호선의 길이 증가를 억제함과 동시에 보드에서의 회로 밀도를 현저하게 높일 수가 있다.

Claims (4)

1. 적어도 하나의 반도체 칩과 다수의 기능성 소자를 갖는 수동소자 내장형 패키지에 있어서,

   상부에 적어도 하나의 반도체 칩이 탑재된 기판 베이스;

   상기 기판 베이스의 하부에 형성된 각 패드 사이의 공간에 장착되어 상기 반도체 칩에 전기적으로 연결되는 다수의 기능성 소자;

   상기 각 패드에 대응하는 다수의 접속핀이 하부로부터 내부를 관통하여 그 상부 표면보다 소정 높이만큼 균일하게 돌출 형성되고, 상기 각 접속핀의 하부가 솔더를 통해 PCB 보드내의 대응하는 각 입출력 노드에 접착되며, 상기 각 접속핀의 돌출 상부가 대응하는 각 패드에 전기적으로 접촉되는 하우징; 및

   일단이 상기 기판 베이스의 상부 외곽 부분을 소정 길이만큼 에워싸는 형태로 접촉되고 타단이 상기 PCB 보드 상에 접촉 고정됨으로써, 각각 대응하는 패드, 접속핀 및 입출력 노드간을 전기적으로 접촉시키는 압착 수단으로 이루어진 수동소자 내장형 패키지.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 압착 수단은 고정핀 또는 스크류를 통해 상기 PCB 보드 상에 접촉 고정되는 것을 특징으로 하는 수동소자 내장형 패키지.
3. 적어도 하나의 반도체 칩과 다수의 기능성 소자를 갖는 수동소자 내장형 패키지에 있어서,

   상부에 적어도 하나의 반도체 칩이 탑재된 기판 베이스;

   상기 반도체 칩의 상부에 탑재된 방열 소자;

   상기 기판 베이스의 하부에 형성된 각 패드 사이의 공간에 장착되어 상기 반도체 칩에 전기적으로 연결되는 다수의 기능성 소자;

   상기 각 패드에 대응하는 다수의 접속핀이 하부로부터 내부를 관통하여 그 상부 표면보다 소정 높이만큼 균일하게 돌출 형성되고, 상기 각 접속핀의 하부가 솔더를 통해 PCB 보드내의 대응하는 각 입출력 노드에 접착되며, 상기 각 접속핀의 돌출 상부가 대응하는 각 패드에 전기적으로 접촉되는 하우징; 및

   일단이 상기 방열 소자의 상부 외곽 부분을 소정 길이만큼 에워싸는 형태로 접촉되고 타단이 상기 PCB 보드 상에 접촉 고정됨으로써, 각각 대응하는 패드, 접속핀 및 입출력 노드간을 전기적으로 접촉시키는 압착 수단으로 이루어진 수동소자 내장형 패키지.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 압착 수단은 고정핀 또는 스크류를 통해 상기 PCB 보드 상에 접촉 고정되는 것을 특징으로 하는 수동소자 내장형 패키지.