KR20130012500A - 칩 패키지 구조물 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20130012500A
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chip
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이백우
신형재
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    • H01L2224/45117—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
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    • H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
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    • H01L2224/73201—Location after the connecting process on the same surface
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    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
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    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/8319—Arrangement of the layer connectors prior to mounting
    • H01L2224/83192—Arrangement of the layer connectors prior to mounting wherein the layer connectors are disposed only on another item or body to be connected to the semiconductor or solid-state body
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    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/8338—Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
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    • H01L2224/92122—Sequential connecting processes the first connecting process involving a bump connector
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    • H01L2224/92242—Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector
    • H01L2224/92247—Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector the second connecting process involving a wire connector
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    • H01L2224/97—Batch processes at chip-level, i.e. with connecting carried out on a plurality of singulated devices, i.e. on diced chips the devices being connected to a common substrate, e.g. interposer, said common substrate being separable into individual assemblies after connecting
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    • H01L24/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
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    • H01L24/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L24/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
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    • H01L24/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L24/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
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    • H01L24/97—Batch processes at chip-level, i.e. with connecting carried out on a plurality of singulated devices, i.e. on diced chips the devices being connected to a common substrate, e.g. interposer, said common substrate being separable into individual assemblies after connecting
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    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/065—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
    • H01L25/0657—Stacked arrangements of devices
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Abstract

개시된 칩 패키지 구조물은 복수 개의 그루브들(grooves)이 형성된 기판, 기판 상에 마련된 접착층 및 접착층 상에 부착된 복수 개의 칩들(chips)을 포함할 수 있다.
그리고, 개시된 칩 패키지 구조물의 제조 방법은 기판에 복수 개의 그루브들을 형성하는 단계, 복수 개의 그루브들 사이의 복수 개의 칩 부착 영역들에 칩 부착 재료를 디스펜스(dispense)하는 단계 및 복수 개의 칩 부착 영역들에 복수 개의 칩들을 각각 부착하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

칩 패키지 구조물 및 그 제조 방법{Chip package structure and method of manufacturing the same}
개시된 발명은 칩 패키지 구조물 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 더 상세하게는 칩 사이의 간격을 좁힐 수 있도록 기판에 그루브가 형성된 칩 패키지 구조물 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
이미지 센서 칩은 입력받은 광학 이미지를 전기적 신호로 전환할 수 있는 칩이며, 초음파 트랜스듀서 칩은 초음파 신호를 전기적 신호로 전환할 수 있는 칩이다. 최근, 이러한 칩들을 사용하여 대면적의 풀 필드 이미지(full field image)를 얻기 위한 연구가 진행되고 있다. 대면적의 풀 필드 이미지를 얻기 위해서는 대면적을 관측할 수 있는 큰 사이즈의 칩이 필요하다. 하지만, 칩의 크기가 커질수록 칩의 공정 수율은 크게 저하된다. 그러므로, 사이즈가 큰 하나의 칩으로 풀 필드 이미지를 얻는 것은 실용적이지 못하다. 따라서, 작은 사이즈의 칩들을 2차원으로 배열하여 풀 필드 이미지를 얻기 위한 연구가 최근 진행되고 있다.
개시된 발명은 칩 패키지 구조물 및 그 제조 방법을 제공한다.
개시된 칩 패키지 구조물은
복수 개의 그루브들(grooves)이 형성된 기판;
상기 기판 상에 마련된 접착층; 및
상기 접착층 상에 부착된 복수 개의 칩들(chips);을 포함하고,
상기 복수 개의 그루브들은 상기 복수 개의 칩들 각각의 주위에 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 그루브들 중에서 적어도 하나의 그루브는 나머지 다른 그루브들과 교차하도록 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 그루브들은 서로 연결될 수 있다.
상기 복수 개의 그루브들의 너비는 서로 인접한 칩들 사이의 거리보다 크거나 같을 수 있다.
상기 복수 개의 칩들은 상기 기판에 와이어 본딩 또는 플립칩 본딩에 의해서 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 접착층은 칩 부착 재료를 포함할 수 있다.
상기 칩 부착 재료는 에폭시계(epoxy group) 수지, 아크릴계(acryl group) 수지, 폴리이미드계(polyimide group) 수지, 실리콘계(silicon group) 수지 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 칩 부착 재료는 솔더 재료(solder materials) 등을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 칩들은 각각 상기 기판 상에 m × n의 2D 어레이 형태(m, n은 1 이상의 자연수)로 배열될 수 있다.
상기 복수 개의 칩들 각각은 적층된 2 개 이상의 칩들을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 칩들은 반도체 칩, 센서 칩 또는 MEMS 칩을 포함할 수 있다.
상기 기판은 유기물 기판, 실리콘 기판 또는 세라믹 기판을 포함할 수 있다.
개시된 칩 패키지 구조물의 제조 방법은
기판에 복수 개의 그루브들을 형성하는 단계;
상기 복수 개의 그루브들 사이의 복수 개의 칩 부착 영역들에 칩 부착 재료를 디스펜스(dispense)하는 단계; 및
상기 복수 개의 칩 부착 영역들에 복수 개의 칩들을 각각 부착하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 그루브들은 포토리소그래피 공정, 레이저 공정 또는 식각 공정에 의해서 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 그루브들을 형성하는 단계는
상기 기판은 제1기판과 제2기판을 포함하고, 상기 제2기판에 복수 개의 관통공을 형성하고, 상기 제2기판을 상기 제1기판 상에 적층할 수 있다.
상기 복수 개의 그루브들은 상기 복수 개의 칩들 각각의 주위에 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 그루브들 중에서 적어도 하나의 그루브는 나머지 다른 그루브들과 교차하도록 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 그루브들은 서로 연결되도록 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 그루브들의 너비는 서로 인접한 칩들 사이의 거리보다 크거나 같을 수 있다.
상기 칩 부착 재료에 열과 압력을 가하여, 상기 칩 부착 재료를 경화시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
개시된 다른 칩 패키지 구조물의 제조 방법은
기판에 복수 개의 그루브들을 형성하는 단계;
복수 개의 칩들의 일면에 적어도 하나의 솔더볼을 형성하는 단계;
상기 복수 개의 칩들을 상기 기판에 부착하는 단계;
상기 기판과 상기 복수 개의 칩들 사이에 언더필 재료를 주입하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 그루브들은 상기 복수 개의 칩들 각각의 주위에 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 그루브들 중에서 적어도 하나의 그루브는 나머지 다른 그루브들과 교차하도록 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 그루브들은 서로 연결되도록 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 그루브들의 너비는 서로 인접한 칩들 사이의 거리보다 크거나 같을 수 있다.
개시된 칩 패키지 구조물 및 제조 방법은 칩을 기판에 접착하는데 사용되고 남은 칩 부착 재료가 기판에 형성된 그루브에 수용되게 하여, 칩 주위에 필렛(fillet)이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 개시된 칩 패키지 구조물 및 제조 방법은 기판 상에 마련된 복수 개의 칩 사이의 거리 내지 간격을 좁힐 수 있으며, 복수 개의 칩을 더 작은 영역에 집적시킬 수 있다.
도 1은 개시된 칩 패키지 구조물의 개략적인 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 개시된 칩 패키지 구조물의 기판에 형성된 그루브들의 다른 예들을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 3은 비교예에 따른 칩 패키지 구조물의 개략적인 단면도이다.
도 4는 개시된 다른 칩 패키지 구조물의 개략적인 단면도이다.
도 5는 개시된 또 다른 칩 패키지 구조물의 개략적인 단면도이다.
도 6a 내지 도 6e는 개시된 칩 패키지 구조물의 제조 방법을 개략적으로 도시한 단면도들이다.
도 7a 내지 도 7d는 개시된 다른 칩 패키지 구조물의 제조 방법을 개략적으로 도시한 단면도들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 개시된 칩 패키지 구조물 및 그 제조 방법에 대해서 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서, 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성 요소의 크기는 설명의 명료성과 편의성을 위해서 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 개시된 칩 패키지 구조물(100)의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 개시된 칩 패키지 구조물(100)은 복수 개의 그루브들(grooves)(120)이 형성된 기판(110), 기판(110) 상에 마련된 접착층(130) 및 접착층(130) 상에 마련된 복수 개의 칩들(chips)(140)을 포함할 수 있다.
기판(110)은 유기물 기판, 실리콘 기판 또는 세라믹 기판을 포함할 수 있다. 또한, 기판(110)은 DBC(direct bonded copper) 기판, 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)을 포함할 수 있다. 복수 개의 그루브들(grooves)(120)이 기판(110)에 형성될 수 있다. 상기 복수 개의 그루브들(120) 중에서 적어도 하나의 그루브는 나머지 다른 그루브들과 서로 교차하도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 복수 개의 그루브들(120)은 서로 연결되어, 하나의 그루브를 형성할 수도 있다.
복수 개의 칩들(140)이 기판(110) 상에 m × n의 2D 어레이 형태(m, n은 1 이상의 자연수)로 배열될 수 있다. 칩들(140)은 반도체 칩, 센서 칩 또는 MEMS(microelectromechanical systems) 칩을 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 여기에서, 반도체 칩은 실리콘 등으로 이루어진 반도체 웨이퍼를 기반으로 하는 전자 칩(electronic chip)일 수 있으며, 센서 칩은 광 센서 칩, 이미지 센서 칩 또는 터치 센서 칩 등을 포함할 수 있다. 또한, MEMS 칩은 마이크로 미세 공정에 의해서 형성된 기계 장치를 포함하는 칩일 수 있다. MEMS 칩은 예를 들어, 초음파 트랜스듀서를 포함할 수 있으며, 더 구체적으로 정전용량형 초음파 트랜스듀서(capacitive micromachined ultrasonic transducer, CMUT) 또는 압전형 초음파 트랜스듀서(piezoelectric micromachined ultrasonic transducer, PMUT)를 포함할 수 있다.
접착층(130)이 기판(110) 상에 형성되고, 복수 개의 칩들(140)이 접착층(130) 상에 마련될 수 있다. 즉, 복수 개의 칩들(140)은 접착층(130)에 의해서 기판(110)에 부착될 수 있다. 접착층(130)은 칩 부착 재료(die attach material)로 이루어질 수 있으며, 칩 부착 재료는 칩(또는 다이)을 기판에 접착시킬 수 있는 접착제(adhesive)일 수 있다. 상기 칩 부착 재료는 예를 들어, 에폭시계(epoxy group) 수지, 아크릴계(acryl group) 수지, 폴리이미드계(polyimide group) 수지, 실리콘계(silicon group) 수지 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 칩 부착 재료는 예를 들어, 땜납(solder)를 포함할 수 있다.
복수 개의 그루브들(120)이 기판(110)에 형성될 수 있다. 상기 그루브들(120)은 복수 개의 칩들(140)의 각각 주위에 형성될 수 있다. 더 구체적으로, 그루브들(120)는 칩들(140)을 둘러싸도록 칩들(140)의 네 측면 아래에 모두 형성될 수 있다. 즉, 그루브들(120)은 서로 인접한 칩들(140) 사이에 형성될 수 있다. 그리고, 그루브들(120)은 칩(140)과 기판(110)의 본딩 패드(115) 사이에도 형성될 수 있다.
그루브들(120)의 단면 형상은 도 1에 도시된 바와 같이, 직사각형일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 그루브들(120)의 단면 형상은 정사각형, 사각형, 역삼각형, 반원 형태일 수도 있다. 그루브들(120)의 너비(w)는 서로 인접한 칩(140) 사이의 간격(Gap A)보다 크거나 같을 수 있다. 그루브들(120)은 칩 부착 재료가 칩(140) 사이로 넘쳐 흐르거나, 전극 패드(115)를 오염시키지 않도록 이를 수용할 수 있을 정도의 깊이(h)을 갖도록 형성될 수 있다.
접착층(130)을 형성하는 칩 부착 재료 중에서 칩들(140)을 기판(110)에 접착하는데 사용되고 남은 칩 부착 재료는 그루브들(120)에 수용될 수 있다. 즉, 그루브들(120)은 남은 칩 부착 재료가 칩(140) 아래로 흘러나와 칩들(140) 주위에 필렛(fillet)을 형성하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 개시된 칩 패키지 구조물(100)은 기판(110) 상에 마련된 복수 개의 칩들(140) 사이의 간격(Gap A)을 좁힐 수 있으며, 복수 개의 칩들(140)을 더 작은 영역에 집적시킬 수 있다. 한편, 개시된 칩 패키지 구조물(100)이 칩들(140)로서 초음파 트랜스듀서 칩을 구비하는 경우, 이차원(2D)으로 배열된 초음파 트랜스듀서 칩들 사이의 간격을 좁힐 수 있다. 그러므로, 개시된 칩 패키지 구조물(100)은 연속된 이미지를 얻을 수 있으며, 이미지의 왜곡을 방지할 수 있다. 또한, 개시된 칩 패키지 구조물(100)은 이차원으로 배열된 초음파 트랜스듀서 칩들을 통해서 풀 필드 이미지(full field image)를 얻을 수 있다.
복수 개의 칩들(140) 상에는 각각 적어도 하나의 본딩 패드(145)가 더 마련될 수 있으며, 기판(110) 상에도 적어도 하나의 본딩 패드(115)가 더 마련될 수 있다. 그리고, 본딩 패드들(145, 115)은 와이어(150)에 의해서 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 와이어(150)는 금속으로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 금, 구리, 알루미늄 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
그루브들(120)은 칩들(140)과 기판(110)의 본딩 패드(115) 사이에도 형성될 수 있다. 칩들(140)을 기판(110)에 접착하는데 사용되고 남은 칩 부착 재료가 흘러나와 그루브들(120)에 수용될 수 있다. 따라서, 개시된 칩 패키지 구조물(100)은 칩 부착 재료가 기판(110)의 본딩 패드(115)를 오염시키는 것을 방지할 수 있다. 또한, 칩들(140)의 본딩 패드(145)와 기판(110)의 본딩 패드(115) 사이의 거리(d1)를 좁힐 수 있어서, 와이어(150)가 짧게 형성될 수 있다. 와이어(150)가 짧게 형성되는 경우, 와이어 본딩에 의한 전기적 연결의 신뢰성이 향상될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 개시된 칩 패키지 구조물의 기판에 형성된 그루브의 일 다른 예들을 개략적으로 도시한 평면도이다. 복수 개의 칩들(140)은 예시적으로 2 × 4의 2D 어레이 형태로 배열되었으나, 이에 한정되는 것은 아니며 설명의 편의를 위해서 점선으로 도시되었다.
도 2a를 참조하면, 복수 개의 그루브들(120)이 복수 개의 칩들(140) 사이의 기판(110) 상에 형성될 수 있다. 즉, 상기 그루브들(120)은 인접한 칩들(140) 사이에 형성될 수 있다. 그루브들(120)의 너비(w)는 칩들(140) 사이의 간격(Gap A)보다 크거나 같을 수 있다. 그루브들(120)은 x 방향으로 형성된 제1그루브(121)와 y 방향으로 형성된 복수 개의 제2그루브들(123)을 포함할 수 있다. 복수 개의 제2그루브들(123)은 서로 나란하게 배열될 수 있다. 그리고, 제1그루브(121)와 복수 개의 제2그루브들(123)은 서로 교차하도록 형성될 수 있으며, 서로 직교할 수도 있다. 또한, 제1그루브(121)와 제2그루브들(123)은 기판(110)에 칩들(140)이 부착될 수 있는 복수 개의 칩 부착 영역들(111)을 형성할 수 있다. 상기 칩 부착 영역들(111)의 넓이는 칩들(140)의 넓이보다 작거나 같을 수 있다.
도 2b를 참조하면, 복수 개의 그루브들(125)이 복수 개의 칩들(140)을 각각 둘러싸도록 기판(110) 상에 형성될 수 있다. 즉, 상기 그루브들(125)이 복수 개의 칩들(140) 각각의 네 측면의 아래에 모두 형성될 수 있다. 그루브들(125)의 너비(w)는 칩들(140) 사이의 간격(Gap A)보다 크거나 같을 수 있다. 그루브들(125)은 x 방향으로 형성된 복수 개의 제1그루브들(127)과 y 방향으로 형성된 복수 개의 제2그루브들(129)을 포함할 수 있다. 복수 개의 제1그루브들(127)은 서로 나란하게 배열될 수 있고, 복수 개의 제2그루브들(129)도 서로 나란하게 배열될 수 있다. 제1그루브들(127)과 제2그루브들(129)은 서로 교차하도록 형성될 수 있으며, 서로 직교할 수도 있다. 또한, 제1그루브들(127)과 제2그루브들(129)은 기판(110)에 칩들(140)이 부착될 수 있는 복수 개의 칩 부착 영역들(113)을 형성할 수 있다. 상기 칩 부착 영역들(113)의 넓이는 칩들(140)의 넓이보다 작거나 같을 수 있다.
도 3은 비교예에 따른 칩 패키지 구조물(10)의 개략적인 단면도이다.
도 3을 참조하면, 비교예의 칩 패키지 구조물(10)은 기판(1)과 기판(1) 상에 마련된 접착층(3), 접착층(3) 상에 부착된 복수 개의 칩(5)을 포함한다. 기판(1) 상에 칩 부착 재료를 디스펜스하고, 상기 칩 부착 재료 상에 칩(5)을 부착한다. 칩(5)과 칩 부착 재료에 열과 압력을 가하면, 칩 부착 재료가 칩(5) 아래로 흘러나와 필렛(fillet)을 형성한다. 즉, 비교예의 칩 패키지 구조물(10)의 접착층(3)은 칩(5) 주위에 형성된 필렛을 포함할 수밖에 없다. 이 필렛은 복수 개의 칩(5) 사이의 간격(Gap B)을 좁히는 것을 방해한다. 따라서, 비교예의 칩 패키지 구조물(10)은 복수 개의 칩(5)을 집적화하기 어렵다.
칩(5) 주위에 형성된 필렛을 무시하고 칩(5)들 사이의 간격(Gap B)을 좁히는 경우, 필렛에 의해서 칩(5)의 옆면이 기판(1)에 대해서 수직하지 않고, 경사지게 부착될 수 있다. 또한, 칩(5)과 기판(1)의 부착에 사용되고 남은 칩 부착 재료가 칩(5)들 사이로 넘쳐 흘러서(overflow), 칩(5)의 성능을 저하시킬 수 있다. 또한, 상기 필렛은 칩(5)의 본딩 패드(7)와 기판(1)의 본딩 패드(9) 사이의 거리(d2)를 좁히는 것을 방해한다. 그러므로, 비교예의 칩 패키지 구조물(10)은 와이어 본딩에 사용되는 와이어(8)가 길어져서, 칩(5)과 기판(1)의 와이어 본딩에 의한 전기적 연결의 신뢰성이 떨어질 수 있다.
반면에, 도 1에 개시된 칩 패키지 구조물(100)은 기판(110)에 형성된 그루브(120)에 남은 칩 부착 재료가 수용되어, 칩(140) 주위에 필렛이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 개시된 칩 패키지 구조물(100)은 기판(110) 상에 마련된 복수 개의 칩(140)들 사이의 간격(Gap A)을 좁힐 수 있으며, 복수 개의 칩(140)들을 더 작은 영역에 집적시킬 수 있다.
도 4는 개시된 다른 칩 패키지 구조물(200)의 개략적인 단면도이다.
도 4를 참조하면, 개시된 칩 패키지 구조물(200)은 복수 개의 그루브들(220)이 형성된 기판(210), 기판(210) 상에 마련된 접착층(230) 및 접착층(230) 상에 마련된 복수 개의 칩들(chips)(240)을 포함할 수 있다. 또한, 복수 개의 칩들(240)은 기판(210)에 플립 칩 본딩(flip chip bonding)될 수 있다.
기판(210)은 유기물 기판, 실리콘 기판 또는 세라믹 기판을 포함할 수 있다. 또한, 기판(210)은 DBC(direct bonded copper) 기판, 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)을 포함할 수 있다. 또한, 기판(210)은 제1기판(211)과 제1기판(211) 상에 마련된 제2기판(213)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2기판(211, 213)은 서로 라미네이트(laminated)될 수 있다. 복수 개의 그루브들(220)은 제2기판(213)에 복수 개의 관통공을 형성하고, 제2기판(213)을 제1기판(211) 상에 접합하여 형성될 수 있다. 상기 복수 개의 그루브들(220) 중에서 적어도 하나의 그루브는 나머지 그루브들과 서로 교차하도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 복수 개의 그루브들(220)은 서로 연결되도록 형성될 수 있다.
복수 개의 칩들(240)은 기판(210) 상에 m × n의 2D(이차원) 어레이 형태(m, n은 1 이상의 자연수)로 배열될 수 있다. 복수 개의 칩들(140)은 반도체 칩, 센서 칩 또는 MEMS(microelectromechanical systems) 칩을 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 여기에서, 반도체 칩은 실리콘 등으로 이루어진 반도체 웨이퍼를 기반으로 하는 전자 칩(electronic chip)일 수 있으며, 센서 칩은 광 센서 칩, 이미지 센서 칩 또는 터치 센서 칩 등을 포함할 수 있다. 또한, MEMS 칩은 미세 가공 공정에 의해서 형성된 기계 장치를 포함하는 칩이다. MEMS 칩은 예를 들어, 초음파 트랜스듀서를 포함할 수 있으며, 더 구체적으로 정전용량형 초음파 트랜스듀서(capacitive micromachined ultrasonic transducer, CMUT) 또는 압전형 초음파 트랜스듀서(piezoelectric micromachined ultrasonic transducer, PMUT)를 포함할 수 있다.
복수 개의 칩들(240)은 기판(210)에 플립 칩 본딩(flip chip bonding)될 수 있다. 적어도 하나의 본딩 패드(215)가 기판(210) 상에 마련될 수 있으며, 본딩 패드(245)는 칩(240)의 하면에도 마련될 수 있다. 그리고, 적어도 하나의 범프(250)가 본딩 패드(215, 245) 사이에 마련될 수 있다. 범프(250)는 주석, 납, 은, 비스무트, 안티몬, 구리 또는 이들의 합금 등으로 이루어질 수 있다.
접착층(230)은 기판(210)과 칩(240) 사이에 마련될 수 있다. 또한, 접착층(230)은 범프(250)를 둘러싸고, 기판(210)과 칩(240) 사이를 채울 수 있다. 즉, 기판(210)과 칩(240)이 플립 칩 본딩되는 경우, 접착층(230)은 언더필 재료(underfill material)로 이루어질 수 있다. 언더필 재료는 예를 들어, 에폭시계(epoxy group) 수지, 아크릴계(acryl group) 수지, 폴리이미드계(polyimide group) 수지, 실리콘계(silicon group) 수지 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 여기에서, 접착층(230)은 기판(210)과 칩(240) 사이의 틈을 보강해주며, 둘 사이의 열 팽창률의 차이에 의해서 범프(250)에 가해지는 충격(stress)을 완화해 줄 수 있다. 또한, 접착층(230)은 외부로부터의 충격을 흡수하고, 범프(250)에 가해지는 장력을 감소시키며, 칩 패키지 구조물(200)의 수명을 늘릴 수 있다.
복수 개의 그루브들(220)은 복수 개의 칩들(240) 각각의 주위에 형성될 수 있다. 더 구체적으로, 상기 그루브들(220)은 서로 인접한 칩들(240) 사이에 형성될 수 있다. 즉, 그루브들(220)은 서로 인접한 칩들(240)의 서로 마주보는 가장 자리 부분들의 아래에 형성될 수 있다. 또한, 상기 그루브들(220)은 칩들(240) 각각을 둘러싸도록 칩들(240)의 네 측면 아래에 모두 형성될 수도 있다.
상기 그루브들(220)의 단면 형상은 도 4에 도시된 바와 같이, 직사각형일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 그루브들(220)의 단면 형상은 정사각형, 사각형, 역삼각형, 반원 형태일 수도 있다. 그루브들(220)의 너비(w)는 서로 인접한 칩(240) 사이의 간격(Gap A)보다 크거나 같을 수 있다. 그루브들(220)은 언더필 재료가 칩(240) 사이로 넘쳐 흐르지 않고, 범프(250)들 사이를 잘 채울 수 있을 정도의 깊이(h)로 형성될 수 있다.
접착층(230)을 형성하는 언더필 재료는 그루브들(220)을 통해서 주입되어, 복수 개의 범프(250) 사이를 더 잘 채울 수 있다. 즉, 접착층(230)은 기판(210)과 칩들(240) 사이에 공기가 갇히는 것(air trap)을 방지할 수 있다. 또한, 남은 언더필 재료가 그루브들(220)에 수용되어, 칩들(240) 아래로 흘러나와 칩들(240) 주위에 필렛을 형성하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 개시된 칩 패키지 구조물(200)은 기판(210) 상에 마련된 복수 개의 칩들(240) 사이의 간격(Gap A)을 좁힐 수 있으며, 복수 개의 칩들(240)을 더 작은 영역에 집적시킬 수 있다.
도 5는 개시된 또 다른 칩 패키지 구조물(300)의 개략적인 단면도이다. 앞서 설명된 칩 패키지 구조물(100, 200)과의 차이점을 위주로 상세하게 설명하기로 한다.
도 5를 참조하면, 개시된 칩 패키지 구조물(300)은 복수 개의 그루브들(320)이 형성된 기판(310), 기판(310) 상에 마련된 접착층(330) 및 접착층(330) 상에 마련된 복수 개의 칩들(340)을 포함할 수 있다.
복수 개의 칩들(340) 각각은 적층된 2개 이상의 칩들을 포함할 수 있다. 즉, 접착층(330) 상에 제1칩(341)이 부착되고, 제1칩(341) 상에 제2칩(343)이 부착될 수 있다. 예를 들어, 제1칩(341)은 주문형 집적 회로(application-specific integrated circuit, ASIC)일 수 있으며, 제2칩(243)은 초음파 트랜스듀서 칩 즉, CMUT일 수 있다. 또한, 제1칩(341), 제2칩(343) 및 기판(310)은 와이어 본딩 또는 플립칩 본딩 등으로 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
개시된 칩 패키지 구조물(300)은 실리콘 중간층(interposer)을 사용하는 경우보다 비용을 절감할 수 있으며, 실리콘 중간층과 기판 사이의 전기적 결합에 대해서 걱정할 필요가 없다 또한, CMUT과 ASIC이 칩-투-칩(chip-to-chip) 본딩되어, 기생 성분을 감소시킬 수 있다. 또한, 개시된 칩 패키지 구조물(300)은 칩들(340)과 기판(310)을 접착하는데 사용되고 남은 칩 부착 재료가 그루브들(320)에 수용되게 할 수 있다. 즉, 남은 칩 부착 재료가 칩들(340) 아래로 흘러나와 칩들(340) 주위에 필렛을 형성하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 개시된 칩 패키지 구조물(300)은 기판(310) 상에 마련된 복수 개의 칩들(340) 사이의 간격(Gap A)을 좁힐 수 있으며, 복수 개의 칩들(340)을 더 작은 영역에 집적시킬 수 있다.
도 6a 내지 도 6e는 개시된 칩 패키지 구조물(100)의 제조 방법을 개략적으로 도시한 단면도들이다.
도 6a를 참조하면, 먼저 기판(110)을 준비하고, 기판(110)에 복수 개의 그루브들(120)을 형성할 수 있다. 기판(110)은 유기물 기판, 실리콘 기판 또는 세라믹 기판을 포함할 수 있다. 또한, 기판(110)은 DBC(direct bonded copper) 기판, 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)을 포함할 수 있다. 상기 그루브들(120)은 포토리소그래피 공정, 식각 공정 또는 레이저 공정 등에 의해서 기판(110)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 그루브들(120)은 레이저 라우팅(laser routing) 또는 플라즈마 식각 공정 등에 의해서 형성될 수 있다. 상기 복수 개의 그루브들(120) 중에서 적어도 하나의 그루브는 나머지 다른 그루브들과 서로 교차하도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 복수 개의 그루브들(120)은 서로 연결되어, 하나의 그루브를 형성할 수도 있다.
도 6b를 참조하면, 복수 개의 그루브들(120) 사이에 칩 부착 재료(135)를 디스펜스(dispense)할 수 있다. 즉, 그루브들(120) 사이에 마련된 복수 개의 칩 부착 영역들(113) 상에 칩 부착 재료(135)를 도포할 수 있다. 칩 부착 영역들(113)은 m × n의 2D 어레이 형태(m, n은 1 이상의 자연수)로 배열될 수 있다. 상기 칩 부착 재료(135)는 칩(또는 다이)을 기판에 접착시킬 수 있는 접착제(adhesive)일 수 있다. 상기 칩 부착 재료(135)는 예를 들어, 에폭시계(epoxy group) 수지, 아크릴계(acryl group) 수지, 폴리이미드계(polyimide group) 수지, 실리콘계(silicon group) 수지 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 또한, 칩 부착 재료(135)는 예를 들어, 땜납(solder)를 포함할 수 있다.
도 6c를 참조하면, 기판(110) 상에 도포된 상기 칩 부착 재료(135) 상에 복수 개의 칩들(140)을 각각 부착할 수 있다. 즉, 복수 개의 칩들(140)은 기판(110)의 칩 부착 영역들(113) 상에 m × n의 2D 어레이 형태(m, n은 1 이상의 자연수)로 배열될 수 있다. 여기에서, 그루브들(120)은 기판(110)에 부착될 복수 개의 칩들(140) 각각의 주위에 형성될 수 있다.
도 6d를 참조하면, 칩들(140)과 칩 부착 재료(135)에 열과 압력을 가하여 접착층(130)을 형성할 수 있다. 즉, 접착층(130)은 칩 부착 재료(135)가 경화되어 형성될 수 있다.
도 6e를 참조하면, 기판(110)과 칩들(140)을 전기적으로 연결할 수 있다. 칩들(140) 상에 적어도 하나의 본딩 패드(145)를 형성하고, 기판(110) 상에도 적어도 하나의 본딩 패드(115)를 형성할 수 있다. 그리고, 본딩 패드들(145, 115)을 서로 와이어(150)로 연결할 수 있다. 와이어(150)는 금속으로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 금, 구리, 알루미늄 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 그루브들(120)는 칩들(140)을 둘러싸도록 칩들(140)의 네 측면 아래에 모두 형성될 수 있다. 즉, 그루브들(120)은 서로 인접한 칩들(140) 사이에 형성될 수 있다. 그리고, 그루브들(120)은 칩들(140)과 기판(110)의 본딩 패드(115) 사이에도 형성될 수 있다. 개시된 칩 패키지 구조물(100)의 제조 방법에 따르면, 칩들(140) 사이의 간격(Gap A)을 좁혀서, 복수 개의 칩들(140)을 작은 영역에 집적시킬 수 있다. 한편, 그루브들(120)의 너비(w)는 서로 인접한 칩들(140) 사이의 간격(Gap A)보다 크거나 같게 형성될 수 있다. 그루브들(120)은 남은 칩 부착 재료가 칩(140) 사이로 넘쳐 흐르거나, 전극 패드(115)를 오염시키지 않도록 이를 수용할 수 있을 정도의 깊이(h)로 형성될 수 있다.
도 7a 내지 도 7d는 개시된 다른 칩 패키지 구조물(200)의 제조 방법을 개략적으로 도시한 단면도들이다.
도 7a를 참조하면, 제1기판(211)과 제2기판(213)을 준비할 수 있다. 그리고, 제2기판(213)에 복수 개의 관통공들을 형성하고, 제2기판(213)을 제1기판(211) 상에 적층시킬 수 있다. 따라서, 복수 개의 그루브들(220)이 기판(210)에 형성될 수 있다. 상기 복수 개의 그루브들(220) 중에서 적어도 하나의 그루브는 나머지 다른 그루브들과 서로 교차하도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 복수 개의 그루브들(220)은 서로 연결되어, 하나의 그루브를 형성할 수도 있다.
상기 복수 개의 그루브들(220)는 기판(210)에 복수 개의 칩 부착 영역들(217)을 형성할 수 있으며, 칩 부착 영역들(217)은 m × n의 2D 어레이 형태(m, n은 1 이상의 자연수)로 배열될 수 있다. 제1 및 제2기판(211, 213)은 유기물 기판, 실리콘 기판 또는 세라믹 기판을 포함할 수 있다. 또한, 제1 및 제2기판(211, 213)은 DBC(direct bonded copper) 기판, 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)을 포함할 수 있다. 제2기판(213)에 형성된 관통공은 포토리소그래피 공정, 식각 공정 또는 레이저 공정 등으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 관통공은 레이저 라우팅 또는 플라즈마 식각 공정 등으로 형성될 수 있다. 그리고, 제2기판(213) 상의 칩 부착 영역(217) 상에 적어도 하나의 전극 패드(215)를 형성할 수 있다.
도 7b를 참조하면, 복수 개의 칩(240)의 하면에 적어도 하나의 전극 패드(245)를 형성하고, 전극 패드(245) 상에 각각 적어도 하나의 범프(250)를 형성할 수 있다.
도 7c를 참조하면, 칩들(240)을 기판(210)에 부착시킬 수 있다. 예를 들어, 칩들(240)은 기판(210)에 플립 칩 본딩될 수 있다. 즉, 칩들(240)의 하면에 마련된 범프(250)가 기판(210)에 마련된 본딩 패드(215)와 본딩되게 할 수 있다. 복수 개의 칩들(240)은 기판(210)의 칩 부착 영역들(217) 상에 m × n의 2D 어레이 형태(m, n은 1 이상의 자연수)로 배열될 수 있다. 그루브들(220)은 기판(210)에 부착될 복수 개의 칩(240) 주위에 형성될 수 있다. 더 구체적으로, 그루브들(220)은 서로 인접한 칩들(240) 사이에 형성될 수 있다. 즉, 그루브들(220)은 서로 인접한 칩들(240)의 서로 마주보는 가장 자리 부분들의 아래에 형성될 수 있다. 또한, 그루브들(220)은 칩들(240)을 둘러싸도록, 그 네 측면 아래에 모두 형성될 수도 있다. 한편, 칩들(240)과 범프(250)에 열과 압력을 가하여, 범프(250)가 용융되면서 칩들(240)과 기판(210)이 본딩되게 할 수 있다.
도 7d를 참조하면, 언더필 재료를 기판(210)과 칩들(240) 사이에 주입할 수 있다. 그리고, 기판(210)과 칩들(240) 사이에 주입된 언더필 재료에 열을 가하여, 접착층(230)을 형성할 수 있다. 상기 언더필 재료는 예를 들어, 에폭시계(epoxy group) 수지, 아크릴계(acryl group) 수지, 폴리이미드계(polyimide group) 수지, 실리콘계(silicon group) 수지 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 접착층(230)은 기판(210)과 칩(240) 사이의 틈을 보강해주며, 둘 사이의 열 팽창률의 차이에 의해서 범프(250)에 가해지는 충격(stress)을 완화해 줄 수 있다. 또한, 접착층(230)은 외부로부터의 충격을 흡수하고, 범프(250)에 가해지는 장력을 감소시키며, 칩 패키지 구조물(200)의 수명을 늘릴 수 있다.
또한, 그루브들(220)의 너비(w)는 서로 인접한 칩(240) 사이의 간격(Gap A)보다 크거나 같게 형성될 수 있다. 그루브들(220)은 언더필 재료가 칩(240) 사이로 넘쳐 흐르지 않고, 기판(210)과 칩(240) 사이를 잘 채울 수 있을 정도의 깊이(h)로 형성될 수 있다. 따라서, 개시된 칩 패키지 구조물(200)의 제조 방법에 따르면, 칩들(240) 사이의 간격(Gap A)을 좁혀서, 복수 개의 칩들(240)을 작은 영역에 집적시킬 수 있다.
이러한 본 발명인 칩 패키지 구조물 및 그 제조 방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
100, 200, 300: 칩 패키지 구조물
110, 210, 310: 기판 120, 220, 320: 그루브
130, 230, 330: 접착층 140, 240, 340: 칩

Claims (24)

  1. 복수 개의 그루브들(grooves)이 형성된 기판;
    상기 기판 상에 마련된 접착층; 및
    상기 접착층 상에 부착된 복수 개의 칩들(chips);을 포함하고,
    상기 복수 개의 그루브들은 상기 복수 개의 칩들 각각의 주위에 형성된 칩 패키지 구조물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 그루브들 중에서 적어도 하나의 그루브는 나머지 다른 그루브들과 교차하도록 형성된 칩 패키지 구조물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 그루브들은 서로 연결된 칩 패키지 구조물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 그루브들의 너비는 서로 인접한 칩들 사이의 거리보다 크거나 같은 칩 패키지 구조물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 칩들은 상기 기판에 와이어 본딩 또는 플립칩 본딩에 의해서 전기적으로 연결되는 칩 패키지 구조물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착층은 칩 부착 재료를 포함하는 칩 패키지 구조물.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 칩 부착 재료는 에폭시계(epoxy group) 수지, 아크릴계(acryl group) 수지, 폴리이미드계(polyimide group) 수지, 실리콘계(silicon group) 수지, 이들의 혼합물 또는 솔더 재료(solder materials)를 포함하는 칩 패키지 구조물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 칩들은 각각 상기 기판 상에 m × n의 2D 어레이 형태(m, n은 1 이상의 자연수)로 배열된 칩 패키지 구조물.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 칩들 각각은 적층된 2 개 이상의 칩을 포함하는 칩 패키지 구조물.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 칩들은 반도체 칩, 센서 칩 또는 MEMS 칩을 포함하는 칩 패키지 구조물.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 유기물 기판, 실리콘 기판 또는 세라믹 기판을 포함하는 칩 패키지 구조물.
  12. 기판에 복수 개의 그루브들을 형성하는 단계;
    상기 복수 개의 그루브들 사이의 복수 개의 칩 부착 영역들에 칩 부착 재료를 디스펜스(dispense)하는 단계; 및
    상기 복수 개의 칩 부착 영역들에 복수 개의 칩들을 각각 부착하는 단계;를 포함하는 칩 패키지 구조물의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수 개의 그루브들은 포토리소그래피 공정, 레이저 공정 또는 식각 공정에 의해서 형성되는 칩 패키지 구조물의 제조 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수 개의 그루브들을 형성하는 단계는
    상기 기판은 제1기판과 제2기판을 포함하고, 상기 제2기판에 복수 개의 관통공을 형성하고, 상기 제2기판을 상기 제1기판 상에 적층하는 칩 패키지 구조물의 제조 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수 개의 그루브들은 상기 복수 개의 칩들 각각의 주위에 형성되는 칩 패키지 구조물의 제조 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수 개의 그루브들 중에서 적어도 하나의 그루브는 나머지 다른 그루브들과 교차하도록 형성된 칩 패키지 구조물의 제조 방법.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수 개의 그루브들은 서로 연결되도록 형성된 칩 패키지 구조물의 제조 방법.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수 개의 그루브들의 너비는 서로 인접한 칩들 사이의 거리보다 크거나 같은 칩 패키지 구조물의 제조 방법.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 칩 부착 재료에 열과 압력을 가하여, 상기 칩 부착 재료를 경화시키는 단계를 더 포함하는 칩 패키지 구조물의 제조 방법.
  20. 기판에 복수 개의 그루브들을 형성하는 단계;
    복수 개의 칩들의 일면에 적어도 하나의 범프를 형성하는 단계;
    상기 복수 개의 칩들을 상기 기판에 부착하는 단계;
    상기 기판과 상기 복수 개의 칩들 사이에 언더필 재료를 주입하는 단계;를 포함하는 칩 패키지 구조물의 제조 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 복수 개의 그루브들은 상기 복수 개의 칩들 각각의 주위에 형성되는 칩 패키지 구조물의 제조 방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 복수 개의 그루브들 중에서 적어도 하나의 그루브는 나머지 다른 그루브들과 교차하도록 형성된 칩 패키지 구조물의 제조 방법.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 복수 개의 그루브들은 서로 연결되도록 형성된 칩 패키지 구조물의 제조 방법.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 복수 개의 그루브들의 너비는 서로 인접한 칩들 사이의 거리보다 크거나 같은 칩 패키지 구조물의 제조 방법.
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