JP2005057271A - 同一平面上に横配置された機能部及び実装部を具備する半導体チップパッケージ及びその積層モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】同一平面上に横配置された機能部及び実装部を具備する半導体チップパッケージ及びその積層モジュールを提供する。
【解決手段】半導体チップパッケージ100の回路基板102上で半導体チップ110が実装されている機能部102Aと、半導体チップを外部端子に電気的に接続させるための実装部材130が形成されている実装部102Bと、はそれぞれ回路基板上の相異なる領域に横配置される。回路基板では機能部及び実装部が同一平面上で水平方向に相互離隔されており、半導体チップ及び実装部材が回路基板上の同一平面上に形成される。半導体チップパッケージ積層モジュールでは半導体チップパッケージそれぞれの機能部及び実装部がそれぞれ垂直方向に一列に整列されている。
【選択図】図3
【解決手段】半導体チップパッケージ100の回路基板102上で半導体チップ110が実装されている機能部102Aと、半導体チップを外部端子に電気的に接続させるための実装部材130が形成されている実装部102Bと、はそれぞれ回路基板上の相異なる領域に横配置される。回路基板では機能部及び実装部が同一平面上で水平方向に相互離隔されており、半導体チップ及び実装部材が回路基板上の同一平面上に形成される。半導体チップパッケージ積層モジュールでは半導体チップパッケージそれぞれの機能部及び実装部がそれぞれ垂直方向に一列に整列されている。
【選択図】図3
Description
本発明は半導体チップパッケージ及びその積層モジュールに係り、特に、半導体チップが実装される機能部と前記半導体チップを外部端子に連結させるためのバンプが付着される実装部とを具備する半導体チップパッケージ及びその積層モジュールに関する。
半導体産業で集積回路に対するパッケージング技術は小型化についての要求及び実装信頼性を満足させるために発展し続けている。電子機器が小型化及び高集積化されることによってそれに使われる半導体チップパッケージも軽薄短小化されている。なお、単一半導体パッケージによる処理速度及び容量の限界に至り、単一半導体パッケージを多数積層した半導体チップパッケージ積層モジュールが開発されている。
半導体チップパッケージは実装形態及びリ―ド形態によって様々な類型に区分される。半導体チップパッケージ形態の代表的な例を挙げれば、DIP(Dual In−line Package)、QFP(Quad Flat Package)、TSOP(Thin Small Outline Package)、BGAパッケージ(Ball Grid Array package)、BLP(Bottom Leaded Package)などがある。そのうち、BGAパッケージは半導体チップが付着された基板の裏面に球型のソルダボールを所定の状態に配列してアウターリ―ドの代わりに使用する(特許文献1及び特許文献2参照)。
図1は、通常の技術によるBGAパッケージの構造を示した縦断面図である。
図1を参照すれば、従来のBGAパッケージは多層回路基板で構成される第1回路基板2の上面に絶縁接着剤4によって半導体チップ10が付着されている。前記半導体チップ10の上面に形成されているチップパッド10aは金属ワイヤー12を通じて前記第1回路基板2上の金属配線層(図示せず)に電気的に連結されている。前記半導体チップ10及びボンディングワイヤー12はEMC(Epoxy Molding Compound)のような封止材料で構成されるモールディング部14によって外部衝撃から保護される。前記第1回路基板2の底面にはソルダボールよりなる金属バンプ18が付着されている。前記金属バンプ18はビアコンタクト16を通じて前記半導体チップ10と電気的に連結されており、前記半導体チップ10を外部端子、例えばマザーボード上に具備された電源供給端子、または積層パッケージモジュールを構成するための他の半導体チップパッケージに電気的に連結させるために前記金属バンプ18は前記外部端子の第2回路基板22に形成されたコンタクトパッド24と接触されている。したがって、前記金属バンプ18を通じて前記半導体チップ10が外部端子に電気的に連結される。
前記のように、通常の技術によるBGAパッケージでは、その実装面積を縮めるために前記半導体チップ10が付着される機能部と前記金属バンプ18が形成される実装部とが一領域内で垂直に配置される。前記のような通常の構造を有するBGAパッケージはパッケージ本体面積をQFPタイプのパッケージに比べて小さくでき、QFPとは異なりリ―ドの変形がないなどの長所がある。
しかし、前記したような通常のBGAパッケージは機能部と実装部とが垂直に配置されているので、その厚みが厚くなって半導体チップパッケージ積層モジュールに適用する場合には薄型化された製品に実装するには困難な問題点がある。かかるパッケージで高さ制限を克服するために、今までは金属バンプを構成するソルダボールのサイズを小さく形成するしかなかった。その結果、パッケージの耐衝撃特性が劣化される問題点があった。
一方、ほとんどの半導体集積回路チップは半導体基板がシリコンで構成されている。シリコンチップと金属バンプとは相異なる熱膨張係数を有している。かかるシリコンチップと金属バンプとの線形熱膨張係数の差によって温度が変化する時に、半導体チップパッケージには熱的ストレスが現れる。その結果、半導体チップが動作する間、温度の上昇によって半導体チップと金属バンプとの間には熱的ストレスが現れる。
特に、図1に示したように、半導体チップが付着される機能部と金属バンプが形成される実装部とが一領域内で垂直に配置された通常のパッケージ構造では、半導体チップと金属バンプとの間で発生する熱的ストレスが緩和できず、半導体集積回路チップの変形、またはバンプと電極との間の結合状態の劣化がもたらされる。
米国特許第6,476,466号明細書
米国特許第6,534,852号明細書
本発明の目的は、前記したような従来技術での問題点を解消しようとすることであって、半導体チップと金属バンプとの間に発生しうる熱的ストレスを緩和させられ、パッケージの耐衝撃特性が強化でき、高さ制限が伴う電子機器に適用し易い極めて薄型化された構造を有する半導体チップパッケージを提供することである。
本発明の他の目的は、前記のような特性が提供できる複数の半導体チップパッケージで構成される半導体チップパッケージ積層モジュールを提供することである。
前記目的を達成するために、半導体チップパッケージは同一平面上で長手方向に沿って区画されている第1領域及び第2領域を有し、前記第1領域及び第2領域にわたって延びている第1表面及びその反対側の第2表面を有する第1回路基板を具備する。前記第1回路基板の第1表面上の第1領域上には半導体チップが実装されている。前記第1回路基板の第1表面上の第2領域上には前記半導体チップを外部端子に電気的に連結させるために実装部材が形成されている。
前記第1回路基板は、例えば断面PCB(Printed Circuit Board)、両面PCB、多層PCB、または柔軟性基板よりなりうる。
前記半導体チップと実装部材とは前記第1表面上に延びている金属配線層を通じて相互電気的に連結されている。
望ましくは、前記実装部材は金属バンプで構成される。
前記半導体チップはボンディングワイヤーを通じて前記第1回路基板に電気的に接続されうる。または、前記第1回路基板の第1領域上にフリップチップ方式で実装されうる。
本発明による半導体チップパッケージは前記半導体チップを介在して前記第1回路基板の第1表面と対面する実装面を具備し、前記実装面上に形成されたコンタクトパッドを通じて前記実装部材と電気的に連結可能な第2回路基板をさらに含みうる。また、前記第2回路基板の実装面のうち前記第1回路基板の第1領域と対面する位置に実装されている複数の第1受動素子をさらに含みうる。前記複数の第1受動素子は絶縁層を介在して前記半導体チップと相互対向している。前記絶縁層は、例えば前記半導体チップを封止するためのEMCで構成されうる。他の構成では、前記絶縁層は前記半導体チップと前記第1受動素子との間の短絡を防止するために、前記半導体チップと接しているポリイミドテープで構成されうる。
また、本発明による半導体チップパッケージは前記第1回路基板の第1領域で前記第2表面上に実装されている複数の第2受動素子をさらに含みうる。
前記他の目的を達成するために、本発明による半導体チップパッケージ積層モジュールは複数の半導体チップパッケージが順に積層されて構成される。前記半導体チップパッケージはそれぞれ第1回路基板上で半導体チップが実装されている機能部と、前記半導体チップを外部端子に電気的に接続させるための実装部材が形成されている実装部と、を含み、前記機能部及び実装部が同一平面上で水平方向に相互離隔されており、前記半導体チップ及び実装部材が前記第1回路基板上の同一平面上に形成されている。また、前記複数の半導体チップパッケージはそれぞれの機能部及び実装部がそれぞれ垂直方向に一列に整列されるように積層されている。
本発明によれば、半導体チップパッケージの全体高さが低くなって超薄型パッケージが形成でき、パッケージ内で相異なる熱膨張係数を有する構成要素が相異なる領域に形成されているので、熱的ストレスが緩和されて実装信頼度が高められる。また、実装部に位置する金属バンプを構成するソルダボールのサイズを従来技術に比べて比較的大きく形成できるので、実装後、パッケージの耐衝撃特性が強化できる。
本発明による半導体チップパッケージでは回路基板で機能部及び実装部が同一平面上で水平方向に相互離隔されており、前記半導体チップ及び実装部材が前記回路基板上の同一平面上に形成される。半導体チップパッケージ積層モジュールでは半導体チップパッケージそれぞれの機能部及び実装部がそれぞれ垂直方向に一列に整列されている。したがって、本発明による半導体チップパッケージは全体高さが低くなって超薄型パッケージを形成するのに有利であり、パッケージ内で相異なる熱膨張係数を有する構成要素がそれぞれ相異なる領域に形成されているので、各構成要素間で発生しうる熱的ストレスが緩和されて実装信頼度を高められうる。また、パッケージの高さ制限が伴う場合にも実装部に位置する金属バンプを構成するソルダボールのサイズを従来技術に比べて比較的大きく形成できるので、実装後、パッケージの耐衝撃特性が強化できる。
図2は、本発明の第1実施例による半導体チップパッケージ100の平面図である。
図2を参照すれば、本発明による半導体チップパッケージ100は半導体チップ110が実装されている機能部と前記半導体チップ110を外部端子に電気的に接続させるための実装部材、すなわちソルダボールで構成された金属バンプ130が形成されている実装部とがそれぞれ第1回路基板102上の同一平面上で横方向に配置されている。前記半導体チップ110と前記金属バンプ130とは金属配線層120を通じて相互電気的に連結されている。すなわち、前記半導体チップ110と前記金属バンプ130とは前記第1回路基板102上の同一表面上に形成されており、前記第1回路基板102はその長手方向に沿って機能部として使われる第1領域102Aと実装部として使われる第2領域102Bとが区画されている。前記半導体チップ110は前記第1領域102A上に実装されており、前記金属バンプ130は前記第2領域102B上に形成されている。
図3は、図2に示した第1実施例による半導体チップパッケージ100が外部端子の第2回路基板140上に積層されている状態を示す断面図であって、図2のIII−III′線縦断面図に対応する図面である。
図3を参照すれば、前記半導体チップパッケージ100の第1回路基板102はその延長方向によって前記第1領域102A及び第2領域102Bに分けられており、前記半導体チップ110及び金属バンプ130がその上に形成される第1表面104と、その反対側の第2表面106と、を有する。
前記第1回路基板102は、例えば断面PCB、両面PCB、または多層PCBよりなりうる。
前記第1回路基板102の機能部である第1領域102Aで絶縁接着剤112によって前記第1表面104上に接着されている前記半導体チップ110はボンディングワイヤー114を通じて前記第1回路基板102上の金属配線層(図示せず)に電気的に接続されている。前記半導体チップ110及びボンディングワイヤー114はEMCのような封止材料で構成されるモールディング部116により包まれている。
前記第2回路基板140は前記半導体チップ110を介在して前記第1回路基板102の第1表面104と対面する実装面144を具備する。
前記第1回路基板102の実装部である第2領域102Bで前記第1表面104上に形成されている前記コンタクトパッド118は前記実装面144上に形成されているコンタクトパッド142を通じて前記第2回路基板140に電気的に接続されている。前記第2回路基板140の実装面144は前記半導体チップ110が位置する機能部である第1表面102Aと対面する領域と前記金属バンプ130が位置する実装部である第2表面102Bと対面する領域とを含むようになる。
図4は、本発明の第2実施例による半導体チップパッケージ200の要部構成を示した縦断面図である。図4において、第1実施例のような構成要素については図3と同じ参照符号で表示した。
第2実施例による半導体チップパッケージ200は前記第2回路基板140の実装面144のうち前記第1回路基板102の第1領域102Aと対面する位置に複数の第1受動素子152が形成されたことを除き、第1実施例と同じ構成を有する。
前記半導体チップパッケージ200では前記半導体チップ110が実装されている機能部がシステムに実装されている第1受動素子152と同じ領域で垂直に配置されている。より具体的に説明すれば、前記第2回路基板140の実装面144のうち前記第1回路基板102の第1表面102A、すなわち機能部に対面する領域に複数の第1受動素子152が形成されている。前記機能部を構成する第1表面102A上で前記半導体チップ110と前記第1受動素子152との間には前記半導体チップ110を封止するための前記モールディング部116が介在されている。そして、前記第2回路基板140の実装面144のうち前記第1回路基板102の第2表面102B、すなわち実装部に対面する領域では前記コンタクトパッド142を通じて前記金属バンプ118が接続される。
前記第1受動素子152は個別型受動素子の形態で実装されている。例えば、前記受動素子はキャパシタ、インダクタ、または抵抗などで構成されうる。
図5は、本発明の第3実施例による半導体チップパッケージ300の要部構成を示した縦断面図である。図5において、第2実施例と同じ構成要素については図4と同じ参照符号で表示した。
第3実施例による半導体チップパッケージ300は前記半導体チップ110が前記第1回路基板102の第1領域102A上にフリップチップ方式で実装されていることを除き、第2実施例と同じ構成を有する。すなわち、前記半導体チップ110はバンプ162によって前記第1回路基板102上の電極(図示せず)に連結されており、前記第1回路基板102と前記半導体チップ110との間のギャップには、例えばエポキシ樹脂のような封合樹脂層164が挿入されている。前記封合樹脂層164によって前記第1回路基板102と前記半導体チップ110とが相互結合状態を維持している。ここで、前記半導体チップ110はフリップチップ方式で実装されて、その表面が外部に露出されている。したがって、前記半導体チップ110と前記第1受動素子152との短絡を防止するために、前記複数の第1受動素子152と前記半導体チップ110との間には絶縁層160が介在されている。前記絶縁層160は前記半導体チップ110と接しており、例えばポリイミドテープで構成されうる。
図6は、本発明の第4実施例による半導体チップパッケージ400の要部構成を示した縦断面図である。図6において、第2実施例と同じ構成要素については図4及び図5と同じ参照符号で表示した。
第4実施例による半導体チップパッケージ400は前記第1回路基板102が柔軟性基板170、例えばポリイミドテープまたはPCBで構成されたことを除き、第2実施例と同じ構成を有する。前記第1回路基板102が柔軟性基板170で構成されることによって複数の半導体チップパッケージ400が順に積層されて半導体チップパッケージ積層モジュールを構成する時にそれぞれの半導体チップパッケージ400が段差によって柔軟に積層されることによって、高密度の集積回路パッケージ積層モジュールを効果的に形成できる。
図7は、本発明の第5実施例による半導体チップパッケージ500の要部構成を示した縦断面図である。図7において、図4ないし図6の実施例と同じ構成要素については同じ参照符号で表示した。
第5実施例による半導体チップパッケージ500は前記第1回路基板102の第1領域102Aで前記第2表面106上に複数の第2受動素子154が実装されていることを除き、第2実施例と同じ構成を有する。
前記半導体チップパッケージ500では前記第1回路基板102の機能部のうち前記半導体チップ110が実装されている第1表面104の反対側表面である前記第2表面106上に前記第2受動素子154が形成されることによって前記半導体チップ110が前記第1回路基板102の機能部領域で前記第2受動素子154と垂直に配置される。前記第2受動素子154は個別型受動素子の形態に実装されており、例えばキャパシタ、インダクタ、または抵抗などで構成されうる。
図8は、本発明の望ましい実施例による半導体チップパッケージ積層モジュール600を示した縦断面図である。図8において、図4ないし図7と同じ構成要素については同じ参照符号で表示し、これについての詳細なる説明は省略する。
図8を参照すれば、本発明の望ましい実施例による半導体チップパッケージ積層モジュール600は複数の半導体チップパッケージ200、400が順に積層されて構成される。前記複数の半導体チップパッケージ200、400はそれぞれ半導体チップ110−1、110−2が実装されている機能部102A−1、102A−2と、前記半導体チップ110−1、110−2を外部端子に電気的に接続させるための実装部材、すなわち金属バンプ130が形成されている実装部102B−1、102B−2とを含む。第1回路基板102−1、102−2の機能部102A−1、102A−2は前記半導体チップパッケージ積層モジュール600の機能部領域600Aで垂直に一列に整列されており、それぞれの第1回路基板102−1、102−2の実装部102B−1、102B−2は前記半導体チップパッケージ積層モジュール600の実装部領域600Bで垂直に一列に整列されている。前記半導体チップパッケージ積層モジュール600の機能部領域600A及び実装部領域600Bは同一平面上で水平方向に相互離隔されて横配置されている。
ここで、前記半導体チップパッケージ積層モジュール600を構成するそれぞれの半導体チップパッケージは図8に示したところに限定されず、図2ないし図7を参照して説明したような半導体チップパッケージ100、200、300、400、500のうち任意に選択されたもの、またはこれらの組合せで構成された複数の半導体チップパッケージが積層されて構成できる。
以上、本発明を望ましい実施例を上げて詳細に説明したが、本発明は前記実施例に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で当業者によっていろいろな変形及び変更が可能である。
本発明による半導体チップパッケージは全体高さが低くなって超薄型パッケージを形成するのに有利であり、前記半導体チップパッケージを複数積層して構成される本発明による半導体チップパッケージ積層モジュールは高さ制限が従う薄型化された電子機器製品に有利に適用できる。
100 半導体チップパッケージ
102 第1回路基板
102A 第1領域
102B 第2領域
104 第1表面
106 第2表面
110 半導体チップ
112 絶縁接着剤
114 ボンディングワイヤー
116 モールディング部
118 コンタクトパッド
130 金属バンプ
140 第2回路基板
142 コンタクトパッド
144 実装面
102 第1回路基板
102A 第1領域
102B 第2領域
104 第1表面
106 第2表面
110 半導体チップ
112 絶縁接着剤
114 ボンディングワイヤー
116 モールディング部
118 コンタクトパッド
130 金属バンプ
140 第2回路基板
142 コンタクトパッド
144 実装面
Claims (22)
- 同一平面上で長手方向に沿って区画されている第1領域及び第2領域を具備し、前記第1領域はただ機能部材のみの領域であり、前記第2領域はただ実装部材のみの領域である少なくとも1つの回路基板を含むことを特徴とする半導体チップパッケージ。
- 前記少なくとも1つの回路基板の第1領域に実装されている少なくとも1つの半導体チップと、前記少なくとも1つの回路基板の第2領域に位置している少なくとも1つの実装部材と、をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体チップパッケージ。
- 前記少なくとも1つの回路基板の第1領域に実装されている少なくとも1つの受動素子をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体チップパッケージ。
- 前記少なくとも1つの回路基板の第1領域に実装されている少なくとも1つの半導体チップと、前記少なくとも1つの半導体チップと垂直に整列されている少なくとも1つの回路基板の第1領域に実装されている少なくとも1つの受動素子と、をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体チップパッケージ。
- 前記少なくとも1つの半導体チップを外部端子に電気的に接続させるために前記少なくとも1つの半導体チップと少なくとも1つの実装材料とが導電材料によって電気的に接続されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体チップパッケージ。
- 前記少なくとも1つの実装材料は少なくとも1つの金属バンプを含むことを特徴とする請求項2に記載の半導体チップパッケージ。
- 前記少なくとも1つの半導体チップはボンディングワイヤーを通じて前記少なくとも1つの回路基板に電気的に接続されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体チップパッケージ。
- 前記少なくとも1つの半導体チップは前記少なくとも1つの回路基板の第1領域上にフリップチップ方式で実装されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体チップパッケージ。
- 前記少なくとも1つの回路基板は断面プリント基板(PCB)、両面PCB、多層PCB、及び柔軟性基板のうちから選択される少なくとも1つよりなることを特徴とする請求項1に記載の半導体チップパッケージ。
- 同一平面上で長手方向に沿って区画されている第1領域及び第2領域を具備し、前記第1領域はただ機能部材のみの領域であり、前記第2領域はただ実装部材のみの領域である少なくとも他の1つの回路基板をさらに含み、前記少なくとも1つの半導体チップは前記少なくとも1つの回路基板及び少なくとも他の1つの回路基板の第1領域内で前記少なくとも1つの回路基板と前記少なくとも他の1つの回路基板との間に実装されることを特徴とする請求項2に記載の半導体チップパッケージ。
- 前記少なくとも1つの回路基板及び少なくとも他の1つの回路基板の第1領域内で前記少なくとも他の1つの回路基板上に実装されている少なくとも2個の受動素子をさらに含むことを特徴とする請求項10に記載の半導体チップパッケージ。
- 前記少なくとも2個の受動素子は個別型受動素子の形態に実装されていることを特徴とする請求項11に記載の半導体チップパッケージ。
- 前記少なくとも2個の受動素子は前記少なくとも1つの半導体チップと前記少なくとも2個の受動素子との間に配置された絶縁層を介在して前記少なくとも1つの半導体チップと離隔されていることを特徴とする請求項12に記載の半導体チップパッケージ。
- 前記絶縁層は前記少なくとも1つの半導体チップを封止するためのエポキシ樹脂成型材料(EMC)で構成されることを特徴とする請求項13に記載の半導体チップパッケージ。
- 前記絶縁層は前記少なくとも1つの半導体チップと前記少なくとも2個の受動素子との間の短絡を防止するために前記少なくとも1つの半導体チップと直接に接しているポリイミドテープで構成されることを特徴とする請求項13に記載の半導体チップパッケージ。
- 前記少なくとも1つの回路基板の第1領域で前記少なくとも1つの回路基板上に実装されている少なくとも2個の受動素子をさらに含むことを特徴とする請求項11に記載の半導体チップパッケージ。
- 前記少なくとも1つの回路基板及び前記少なくとも他の1つの回路基板の第1領域内で前記少なくとも他の1つの回路基板上に実装されている少なくとも他の1つの半導体チップと、
相互垂直に配置されている前記少なくとも1つの回路基板及び前記少なくとも他の1つの回路基板の第1領域内で、前記少なくとも1つの回路基板と前記少なくとも他の1つの回路基板との間に配置されている少なくとも1つの実装材料と、をさらに含むことを特徴とする請求項10に記載の半導体チップパッケージ。 - 前記少なくとも1つの回路基板及び前記少なくとも他の1つの回路基板は断面PCB、両面PCB、多層PCB、及び柔軟性基板のうちの1つよりなることを特徴とする請求項17に記載の半導体チップパッケージ積層モジュール。
- 前記少なくとも1つの回路基板及び前記少なくとも他の1つの回路基板の第1領域内で前記少なくとも1つの回路基板及び前記少なくとも他の1つの回路基板のうち少なくとも1つの上に形成された少なくとも2個の能動素子をさらに含むことを特徴とする請求項17に記載の半導体チップパッケージ。
- 前記少なくとも1つの回路基板及び前記少なくとも他の1つの回路基板のうち少なくとも1つは柔軟性基板よりなることを特徴とする請求項17に記載の半導体チップパッケージ。
- 同一平面上で長手方向に沿って区画されている第1領域及び第2領域を具備し、前記第1領域はただ機能部材のみの領域であり、前記第2領域はただ実装部材のみの領域である第1回路基板の第1領域に少なくとも1つの半導体チップを実装する段階と、
前記第1回路基板の第1領域にある前記少なくとも1つの半導体チップを外部端子に電気的に接続させるために、前記第1回路基板の第2領域に少なくとも1つの実装材料を形成する段階と、
を含むことを特徴とする半導体チップパッケージ製造方法。 - 前記第1回路基板を少なくとも他の1つの回路基板上に積層する段階をさらに含み、前記積層された回路基板はそれぞれ前記第1領域に実装される少なくとも1つの半導体チップを有し、前記積層された回路基板はそれぞれ垂直に整列されており、
前記積層された回路基板は前記積層された回路基板それぞれの半導体チップを外部端子に電気的に接続させるために、前記第2領域に実装材料を具備することを特徴とする請求項21に記載の半導体チップパッケージ製造方法。
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