JP2008124422A - ウエハレベルパッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】ＦＢＧＡパッケージとの大きさ差を補完することにより諸般技術をそのままに利用できるようにしたＦＢＧＡパッケージを提供する。
【解決手段】ウエハレベルパッケージ１００は、前面に複数のボンディングパッド１１２を備えた半導体チップ１１０と、半導体チップ１１０の上にボンディングパッド１１２を露出させるように形成された下部絶縁層１２０と、下部絶縁層１２０の上に一端がボンディングパッド１１２と連結されるように形成された再配線１２６と、再配線１２６を含んだ下部絶縁層１２０の上に再配線１２６の一部分を露出させるように形成された上部絶縁層１２８と、露出した再配線１２６部分に取り付けられたソルダボール１３０と、半導体チップ１２６の後面を覆いかぶせるキャップ１４０とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウエハレベルパッケージに関し、より詳しくは、ＦＢＧＡ（Fine-pitch Ball Grid Array）パッケージとの大きさの差を補完したウエハレベルパッケージに関する。

既存のパッケージは、ウエハを切断して個々の半導体チップに分離させた後、個々の半導体チップ毎にパッケージング工程を実施することにより製造された。しかしながら、パッケージング工程はそれ自体、多くの単位工程、すなわち、ダイアタッチ、ワイヤーボンディング、モールディング、トリム／フォーミングなどの工程を含んでいるので、半導体チップ毎に各々のパッケージング工程が遂行されなければならない既存のパッケージ製造方法は、１つのウエハで得られる半導体チップの数を考える際、全ての半導体チップに対するパッケージングにかかる時間が非常に多過ぎるという問題があった。

ここに、近来にはウエハ状態でパッケージング工程を優先的に行った後、ウエハを切断して個々のパッケージに分離させて複数のパッケージを製造する方法が提案された。このような方法により製造されたパッケージをウエハレベルパッケージ（Wafer Level Package）と称する。

このようなウエハレベルパッケージは、再配線（re-distribution line）工程を通じたパッド再配列が必須的に行わなければならないし、したがって、ストレスを緩和させるためのバッファ層の挿入が必ずなされなければならない。

ところが、ウエハレベルパッケージは、工程上の利点を有するにも拘わらず、次のような短所が有するので、その製造に困難性がある。

まず、具体的に図示及び説明してはいないが、ウエハレベルパッケージは、既存のＦＢＧＡパッケージと同様に、外部回路への実装手段としてソルダボールを備える。したがって、ウエハレベルパッケージはボールレイアウトを有するので、後続のモジュール工程及びテスト工程の際、既存のＦＢＧＡパッケージのインフラ、すなわち、モジュール工程及びテスト工程で使われる装備及び技術をそのままに利用できなければならないのにも拘わらず、ＦＢＧＡパッケージと大きさが相異するのでＦＢＧＡパッケージの諸般技術をそのままに利用することができない。したがって、ウエハレベルパッケージの実装及びテストに相当な時間がかかることは勿論、困難性がある。

また、ウエハレベルパッケージは、半導体チップの前面は絶縁層で覆われる一方、半導体チップの後面は外部に露出する構造を有する。したがって、ウエハレベルパッケージは、半導体チップの後面が外部に露出する構造的限界により外部の衝撃から脆弱な特性を有する。

その上、電気・電子製品の大きさが小型化及び薄型化することによって、パッケージの大きさが縮小される趨勢において、ウエハレベルパッケージはその大きさが小さくなることにより、熱放出能力が落ちることになり、したがって、脆弱な熱的特性を有することになる。

本発明は、ＦＢＧＡパッケージとの大きさの差を補完することで、ＦＢＧＡパッケージの諸般技術をそのままに利用できるようにしたウエハレベルパッケージを提供することを目的とする。

また、本発明は、外部の衝撃から半導体チップが保護できるようにしたウエハレベルパッケージを提供することを目的とする。

その上、本発明は、大きさが減少するにも拘わらず、熱的特性が確保できるようにしたウエハレベルパッケージを提供することを目的とする。

一実施形態において、ウエハレベルパッケージは、前面に複数のボンディングパッドを備えた半導体チップと、半導体チップの上にボンディングパッドを露出させるように形成された下部絶縁層と、下部絶縁層の上に一端がボンディングパッドと連結されるように形成された再配線と、再配線を含んだ下部絶縁層の上に再配線の一部分を露出させるように形成された上部絶縁層と、露出された再配線部分に取り付けられたソルダボールと、半導体チップの後面を覆いかぶせるキャップとを含む。

キャップは、半導体チップと接触する面に前記半導体チップが挿入固定される溝が備えられ、キャップの溝は、半導体チップと類似な大きさを有する。

キャップは、熱伝導性物質、例えば、金属からなる。
キャップと半導体チップは、熱伝導性物質からなる接着剤により相互結合される。

キャップと半導体チップは、スライディング方式のような機械的結合方式により相互結合される。その場合、キャップは、一面に半導体チップの大きさに対応する大きさを有しながら一側面が開放された溝を具備し、半導体チップは、キャップの開放された一側面からスライディングされてキャップの溝内に固定配置される。

本発明は、既存のウエハレベルパッケージとＦＢＧＡパッケージとの間の大きさの差を補完できるため、ウエハレベルパッケージに対するモジュール及びテスト工程の際、ＦＢＧＡパッケージのインフラをそのままに利用することができ、したがって、時間及び費用を低減することができる。

また、本発明のウエハレベルパッケージは、キャップが半導体チップの後面を覆いかぶせる構造であるので、半導体チップを外部の衝撃から保護することができ、したがって、本発明は良好な機械的特性を有するウエハレベルパッケージを具現することができる。

その上、本発明は、キャップの材質として金属のような熱伝導性の優れる物質を採択するによって、半導体チップから発生する熱の放出特性を改善させることができ、したがって、パッケージの大きさが減少する趨勢でも安定した熱放出特性を有するウエハレベルパッケージを具現することができる。

本発明は、既存のウエハレベルパッケージでの半導体チップの後面をＦＢＧＡパッケージの大きさと同一な大きさを有するキャップで覆いかぶせて、これによって、ウエハレベルパッケージとＦＢＧＡパッケージとの間の差を補完する。これによって、本発明に係るキャップを含んだウエハレベルパッケージはその全大きさがＦＢＧＡパッケージと同一な大きさを有することになる。したがって、本発明は、ウエハレベルパッケージに対するモジュール工程及びテスト工程時に既にセット−アップされているＦＢＧＡパッケージに対する諸般技術をそのままに利用できるため、モジュール工程及びテスト工程を非常に容易に行うことができ、その時間もかなり縮小させることができる。

また、本発明のキャップを含んだウエハレベルパッケージは、半導体チップの後面がキャップにより封止されるので、外部の衝撃から半導体チップが保護され、したがって、外部の衝撃に対して強い特性を有する。併せて、本発明のキャップを含んだウエハレベルパッケージは、キャップの材質として熱伝導性の優れる物質、例えば、金属を採択するによって、キャップを通じて半導体チップから発生する熱を速かに外部に放出させることができ、したがって、その大きさが小さくなっても良好な熱的特性を維持することができる。

以下、添付した図面を参照しつつ本発明に係るウエハレベルパッケージを詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るウエハレベルパッケージを示す断面図である。図示したように、ウエハレベルパッケージ１００は、前面に複数のボンディングパッド１１２を備えた半導体チップ１１０と、半導体チップ１１０の前面上に一端がボンディングパッド１１２と連結されるように形成された再配線１２６と、再配線１２６の一部分上に取り付けられたソルダボール１３０と、半導体チップ１１０の後面を覆いかぶせるキャップ１４０とを含む。

半導体チップ１１０の前面上には、ボンディングパッド１１２を除外した残りの部分が保護膜１１４で覆われる。保護膜１１４を含んだ半導体チップ１１０と再配線１２６との間にはボンディングパッド１１２を露出させる形態で下部絶縁層１２０が介され、そして、再配線１２６を含んだ下部絶縁層１２０の上には再配線１２６の一部分を露出させる形態で上部絶縁層１２８が形成される。再配線１２６はシード金属膜１２２と配線用金属膜１２４の積層膜からなる。半導体チップ１１０とキャップ１４０との間には接着剤１５０が介され、このような接着剤１５０により半導体チップ１１０とキャップ１４０が物理的に相互結合される。接着剤１５０は、好ましくは、熱伝導性の優れる接着物質からなる。

キャップ１４０は、その全大きさがＦＢＧＡパッケージの大きさと同一な大きさを有するように設けられて、半導体チップ１１０の後面と接する一面には、図２に示すように、溝Ｈを具備する。この際、溝Ｈは半導体チップと同一または類似な大きさを有するように備えられる。このようなキャップ１４０はＦＢＧＡパッケージと同一な大きさを有することにより、既存のＦＢＧＡパッケージのモジュール工程及びテスト工程時に用いられる諸般技術をそのままに利用できるように役割する。

また、キャップ１４０は、半導体チップ１１０の後面を封止するため、半導体チップ１１０が外部に露出することを遮断し、したがって、外部の衝撃から半導体チップ１１０が損傷する欠陥を防止するように役割する。したがって、本発明のウエハレベルパッケージは外部の衝撃から強い特性を有する。

併せて、キャップ１４０は熱伝導性の優れる物質、例えば、金属からなる。したがって、キャップ１４０は熱伝導性の優れる接着剤１５０を媒介にして半導体チップ１１０の後面と接触しているので、半導体チップ１１０から発生する熱を外部に速かに放出させるヒートシンクとしての役割をすることになる。したがって、本発明のウエハレベルパッケージ１００は優れる熱放出特性を有する。

図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の実施形態に係るウエハレベルパッケージの製作過程を説明するための断面図である。

図３Ａを参照すれば、前面に複数のボンディングパッド１１２が備えられ、ボンディングパッド１１２を除外した残りの部分が保護膜１１４で覆われた半導体チップ１００を用意する。保護膜１１４が形成された半導体チップ１１０の前面上にボンディングパッド１１２を露出させるように下部絶縁層１２０を形成する。パッド再配列工程を進行して下部絶縁層１２０の上に露出したボンディングパッド１１２と一端が連結されて、シード金属膜１２２と配線用金属膜１２４の積層膜からなる複数の再配線１２６を形成する。再配線１２６を含んだ下部絶縁層１２０の上に再配線１２６の一部分を露出させる上部絶縁層１２８を形成する。露出した再配線層１２８の部分に外部回路への実装手段としてソルダボール１３０を取り付ける。

図３Ｂを参照すれば、半導体チップ１１０の後面を封止するように熱伝導性の接着剤１５０を媒介にしてキャップ１４０を設置し、この結果として、本発明のウエハレベルパッケージ１００の製作を完成する。ここで、キャップ１４０は全体的にはＦＢＧＡパッケージと同一な大きさを有するように設けられる。また、キャップ１４０は半導体チップ１１０と接触する一面に半導体チップ１１０と同一な大きさの溝を備え、したがって、本発明のウエハレベルパッケージ１００は半導体チップ１１０がキャップ１４０の溝内に安着した構造を有する。

以後、図示してはいないが、上記のような本発明のウエハレベルパッケージ１００に対してテストを遂行したり、または、マザーボードの上に実装させてモジュールを構成する。この際、本発明のウエハレベルパッケージ１００は、既存のＦＢＧＡパッケージと全大きさが同一であるので、テスト及びモジュール工程の際、既にセット−アップされているＦＢＧＡパッケージのモジュール及びテスト工程時の装備及び工程技術をそのままに利用して遂行する。

一方、半導体チップとキャップとの間を相互結合させることにおいて、前述した本発明の実施形態では接着剤を用いた方式について図示及び説明したが、機械的結合方式、例えば、スライド方式により相互結合がなされるようにすることができる。

即ち、図４はスライド方式を用いたキャップと半導体チップとの間の結合を説明するための図であって、図示したように、パッド再配列工程及びソルダボール１３０の付着工程が完了した半導体チップ１１０はスライディングされてキャップ４４０の溝Ｈ内に固定配置される。

このような結合方式を採用するにあって、キャップ４４０は一面に半導体チップ１１０の大きさに対応する大きさを有し、かつ一側面が開放された溝Ｈを備え、半導体チップ１１０はキャップ４４０の開放された一側面からスライディングされてキャップ４４０の溝Ｈ内に固定配置される。この際、溝Ｈでの開放された一側面と直交しながら互いに対向する両側面の各々は、半導体チップ１１０のスライディング時にガイドの役割をし、必要によって、両側面の各々にガイド段またはガイド溝を更に設置することができる。

一方、前述した本発明の実施形態では、キャップが設置されたウエハレベルパッケージをマザーボードの上に実装させてモジュールを構成したが、本発明の他の実施例としてマザーボード上にキャップを設置しないウエハレベルパッケージを実装させた後、キャップを半導体チップの後面を覆いかぶせるように設置することも可能である。

また、本発明の実施形態では、ＦＢＧＡパッケージの大きさと同一な大きさのキャップを設置したウエハレベルパッケージについて図示及び説明したが、キャップはフリップ−チップパッケージのように実装手段としてソルダボールを利用する他のパッケージにも設置して、ＦＢＧＡパッケージの諸般技術を利用したモジュール及びテスト工程の進行が可能であるようにすることができる。

その上、キャップは通常的に広く使われる全てのパッケージに適用可能であるように、各々のパッケージの大きさに対応する大きさで製作することにより、他のパッケージのモジュール及びテスト工程のインフラを用いて該パッケージのモジュール工程及びテスト工程の進行が可能であるようにすることができる。

以上、本発明を特定の実施形態に関連して図示及び説明したが、本発明はそれに限定されるのではなく、以下の特許請求範囲は本発明の精神と分野を逸脱しない限度内で本発明が多様に改造及び変形できるということを当業界で通常の知識を有する者であれば容易に分かる。

本発明の実施形態に係るウエハレベルパッケージを示す断面図である。 本発明の実施形態に係るキャップを示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るウエハレベルパッケージの製作過程を説明するための断面図である。 本発明の実施形態に係るウエハレベルパッケージの、図３Ａに続く製作過程を説明するための断面図である。 スライド方式を利用したキャップと半導体チップとの間の結合を説明するための図である。

符号の説明

１００ ウエハレベルパッケージ
１１０ 半導体チップ
１１２ ボンディングパッド
１１４ 保護膜
１２０ 下部絶縁層
１２２ シード金属膜
１２４ 配線用金属膜
１２６ 再配線
１２８ 上部絶縁層
１３０ ソルダボール
１４０、４４０ キャップ
１５０ 接着剤
Ｈ 溝

Claims (10)

1. 前面に複数のボンディングパッドを備えた半導体チップと、
   前記半導体チップの上にボンディングパッドを露出させるように形成された下部絶縁層と、
   前記下部絶縁層の上に一端がボンディングパッドと連結されるように形成された再配線と、
   前記再配線を含んだ下部絶縁層の上に前記再配線の一部分を露出させるように形成された上部絶縁層と、
   前記露出した再配線部分に取り付けられたソルダボールと、
   前記半導体チップの後面を覆いかぶせるキャップと
   を含むことを特徴とするウエハレベルパッケージ。
2. 前記キャップは、半導体チップと接触する面に前記半導体チップが挿入固定される溝が備えられることを特徴とする請求項１記載のウエハレベルパッケージ。
3. 前記キャップの溝は、半導体チップと類似な大きさを有することを特徴とする請求項１記載のウエハレベルパッケージ。
4. 前記キャップは、熱伝導性物質からなることを特徴とする請求項１記載のウエハレベルパッケージ。
5. 前記キャップは、金属からなることを特徴とする請求項４記載のウエハレベルパッケージ。
6. 前記キャップと半導体チップは、接着剤により相互結合されることを特徴とする請求項１記載のウエハレベルパッケージ。
7. 前記接着剤は、熱伝導性物質からなることを特徴とする請求項５記載のウエハレベルパッケージ。
8. 前記キャップと半導体チップは、機械的結合方式により相互結合されることを特徴とする請求項１記載のウエハレベルパッケージ。
9. 前記キャップと半導体チップは、スライド方式により相互結合されることを特徴とする請求項８記載のウエハレベルパッケージ。
10. 前記キャップは、一面に半導体チップの大きさに対応する大きさを有し、かつ一側面が開放された溝を具備し、前記半導体チップは、前記キャップの開放された一側面からスライディングされて前記キャップの溝内に固定配置されることを特徴とする請求項９記載のウエハレベルパッケージ。

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