JP2008124435A - マルチスタックパッケージ及びその製造方法 - Google Patents

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鶴均 邊
Taisai Cho
泰濟 趙
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鍾輔 沈
Sang Uk Han
相旭 韓
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Abstract

【課題】第1パッケージの底部の開口内に、下部の第2パッケージの一部が挿入される構造を持つマルチスタックパッケージ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】第1基板120に電気的に連結された状態で第1基板120の第1表面120a上に固定されている第1半導体チップ162と、を備える第1パッケージ102と、第1基板120に電気的に連結されており、第3表面140a及び第4表面140bを持つ第2基板140と、第2基板140に電気的に連結された状態で第2基板140の第3表面140a上に固定されており、第1開口120h内に挿入されている第2半導体チップ120と、を備える第2パッケージ104と、第1パッケージ102と第2パッケージ104とを電気的に連結させるために、第1開口120hの周囲で第1基板120の第2表面120bと第2基板140の第3表面140aとの間に形成されているジョイント170と、を備える。
【選択図】図4

Description

本発明は、半導体チップパッケージ及びその製造方法に係り、特に、複数の半導体チップを積層して一つのパッケージに形成できるマルチスタックパッケージ(Multi Stack Package:MSP)及びその製造方法に関する。
半導体産業が発展されるにつれて電子機器の小型化、軽量化及び多機能化が加速化されつつある。これにより、同一または異種の半導体チップを一つの単位パッケージに具現するMSP技術が開発された。MSP技術によれば、それぞれの半導体チップを個別的なパッケージに具現する場合に比べて、パッケージのサイズ、重さ及び実装面積の観点において有利である。特に、携帯用コンピュータのサイズが順次縮小されるにつれて、高集積化及び高性能化された集積回路を具現するために、さらに多くの半導体チップを搭載して一つのパッケージを製造するか、SFF(Small Form Factor)を具現するために異種の半導体チップを組み合わせて単一パッケージを製造する必要性が増大した。
図1は、従来技術によるMSP構造を示す断面図である。
図1を参照すれば、従来技術によるMSP 10は、第1基板20上に第1半導体チップ22が第1密封剤28によりモールディングされている下部パッケージ12と、第2基板30上に第2半導体チップ32及び第3半導体チップ34が垂直に積層されているスタックモジュールが第2密封剤38によりモールディングされている上部パッケージ14とが垂直にアラインされているスタック構造を持つ。第1基板20及び第2基板30には、これらをそれぞれ外部回路と電気的に連結させるための第1ランド26及び第2ランド36が形成されている。前記下部パッケージ12及び上部パッケージ14は、前記第1ランド26と第2ランド36との間でジョイントの役割を行うソルダーボール40により相互電気的に連結される。
図1に例示されたMSP 10構造では、下部パッケージ12及び上部パッケージ14それぞれの高さh、hがMSP 10の全体高さhを決定する。したがって、MSP 10の全体高さhを低めるためには、下部パッケージ12及び上部パッケージ14それぞれの高さh、hを低めなければならない。すなわち、図1に例示されたMSP 10構造でMSP 10の全体高さhを低めるためには、第1パッケージ12及び第2パッケージ14の内部にある第1、2及び第3半導体チップ22、32、34それぞれの高さを低める方法、第1半導体チップ22の上面から第1密封剤28の上面までの高さ、または前記第3半導体チップ34の上面から第2密封剤38の上面までの高さを低める方法、第1及び第2基板20、30それぞれの高さを低める方法を考慮できる。しかし、これらの方法は、パッケージ形成工程を進めるのに当って技術的な限界があって適用し難い。
また、第1パッケージ12の第1半導体チップ22及びこれを覆っている密封剤28の高さhによって、前記下部パッケージ12と上部パッケージ14との間に所定のギャップを確保せねばならないので、前記下部パッケージ12と上部パッケージ14との間に連結されるソルダーボール40のサイズを一定レベル以下に縮めることが不可能であって、ソルダーボールのピッチ縮小に限界がある。したがって、限定された空間内に形成される入出力ラインの密度を高めるのに限界がある。
本発明の目的は、前記の従来技術での問題点に鑑みてなされたものであり、複数の半導体チップを積層して一つのパッケージに形成したMSPで、上下部にそれぞれ位置するパッケージ間の電気的連結のためのジョイントのサイズを縮めつつMSPの全体高さを低めることができる構造を持つMSPを提供することである。
本発明の他の目的は、パッケージ形成工程で技術的な限界により制限されずに低くなった全体高さを持つMSPを製造できるMSPの製造方法を提供することである。
前記目的を達成するために、本発明によるマルチスタックパッケージは、所定位置に第1開口が形成されており、第1表面及び第2表面を持つ第1基板と、前記第1基板に電気的に連結された状態で前記第1基板の第1表面上に固定されている第1半導体チップと、を備える第1パッケージと、前記第1基板に電気的に連結されており、第3表面及び第4表面を持つ第2基板と、前記第2基板に電気的に連結された状態で前記第2基板の第3表面上に固定されており、前記第1開口内に挿入されている第2半導体チップと、を備える第2パッケージと、前記第1パッケージと前記第2パッケージとを電気的に連結させるために、前記第1開口の周囲で前記第1基板の第2表面と前記第2基板の第3表面との間に形成されているジョイントと、を備える。
本発明によるマルチスタックパッケージで、前記第2半導体チップは、密封材により密封されている構造を持つ。この場合、前記第2半導体チップは、前記密封材により密封された状態で前記第1開口内に挿入される。
前記第1半導体チップは、第1接着層により前記第1基板の第1表面上に固定されうる。この場合、前記第1接着層は、前記第1開口を通じて前記第2半導体チップと相互対向する。または、前記第1接着層には、前記第1開口に対応する位置に第2開口が形成されうる。この場合、前記第1半導体チップは、前記第1開口及び第2開口を通じて前記第2半導体チップと相互対向する。
前記第1開口内で、前記第1パッケージと前記第2パッケージとの間には、これらを相互接着させるためのパッケージ間ギャップ充填層が介在される。前記パッケージ間ギャップ充填層は、前記第1開口の側壁と前記第1開口を通じて露出される前記第1パッケージの底面とに沿って延びている。
前記第1半導体チップは、前記第1接着層により前記第1基板の第1表面上に固定されている場合、前記パッケージ間ギャップ充填層は、前記第1接着層の底面に接着さている。または、前記パッケージ間ギャップ充填層は、前記第1半導体チップの底面に接着されている。
前記パッケージ間ギャップ充填層は、接着性物質、非接着性物質、導電性物質、非導電性物質、または熱伝導性物質からなる。
本発明によるマルチスタックパッケージで、前記第1パッケージは、前記第1基板の第2表面に形成された複数の導電性第1ランドをさらに備え、前記第2パッケージは、前記第2基板の第3表面に形成された複数の導電性第2ランドをさらに備えることがある。この場合、前記ジョイントは、前記第1ランドと前記第2ランドとの間に接合されている金属バンプからなる。
前記他の目的を達成するために、本発明の第1態様によるマルチスタックパッケージの製造方法では、第1表面及び第2表面を持つ第1基板の前記第1表面上に第1半導体チップが実装されている第1パッケージを形成する工程と、第3表面及び第4表面を持つ第2基板の前記第3表面上に第2半導体チップが実装されている第2パッケージを形成する工程と、前記第1パッケージの第1基板の所定領域を前記第2表面から所定深さほど除去して、前記第1半導体チップの下部にトレンチを形成する工程と、前記トレンチ内に前記第2パッケージの第2半導体チップを挿入する工程と、前記第1基板と前記第2基板とを電気的に連結させる工程と、を含む。
本発明の第1態様によるマルチスタックパッケージの製造方法において、前記トレンチを形成する工程は、前記第1基板の一部を除去して前記第1基板を貫通する第1開口を形成する工程を含む。
前記第1パッケージを形成する工程は、前記第1半導体チップを第1接着層を通じて前記第1基板上に接着させる工程を含み、前記トレンチを形成する工程は、前記第1基板の一部及び第1接着層の一部を除去して、前記第1基板を貫通する第1開口及び前記第1接着層を貫通する第2開口を形成する工程を含む。
本発明の第1態様によるマルチスタックパッケージの製造方法において、前記トレンチ形成後、前記トレンチ内に前記第2半導体チップを挿入する前に、前記トレンチの内壁にパッケージ間ギャップ充填層を形成する工程をさらに含み、前記第2半導体チップを挿入する工程で、前記第2パッケージが前記パッケージ間ギャップ充填層に接するように前記トレンチ内に挿入される。
前記パッケージ間ギャップ充填層を形成するために、前記トレンチの内壁に接着性物質からなるフィルムを付着できる。または、前記パッケージ間ギャップ充填層を形成するために、前記トレンチの内壁に非接着性物質をドライコーティングできる。
また、前記他の目的を達成するために、本発明の第2態様によるマルチスタックパッケージの製造方法では、第1表面及び第2表面を持つ第1基板の所定領域に第1開口を形成する工程と、前記第1開口の少なくとも一部を覆うように、前記第1基板の第1表面上に第1半導体チップを実装して第1パッケージを形成する工程と、第3表面及び第4表面を持つ第2基板の前記第3表面上に第2半導体チップが実装されている第2パッケージを形成する工程と、前記第1開口内に前記第2パッケージの第2半導体チップを挿入する工程と、前記第1基板と前記第2基板とを電気的に連結させる工程と、を含む。
本発明の第2態様によるマルチスタックパッケージの製造方法において、前記第1パッケージを形成する工程は、上面に突出部が形成されたマウンティングテーブル上に前記第1基板を、前記突出部が前記第1基板の第1開口内に挿入されるように載置する工程と、前記突出部が前記第1開口内に挿入された状態で、前記第1半導体チップを前記第1表面上に実装する工程と、を含む。
前記第1パッケージを形成する工程は、前記第1半導体チップを第1接着層を通じて前記第1基板上に接着させる工程を含み、前記第1開口内に前記第2パッケージの第2半導体チップを挿入する前に、前記第1開口を通じて露出される前記第1接着層を除去して、前記第1開口を通じて前記第1半導体チップを露出させる工程をさらに含む。
また、本発明の第2態様によるマルチスタックパッケージの製造方法において、前記第1パッケージを形成した後、前記第1開口内に前記第2半導体チップを挿入する前に、前記第1開口の側壁と前記第1開口を通じて露出される前記第1パッケージの底面とにパッケージ間ギャップ充填層を形成する工程をさらに含み、前記第2半導体チップを挿入する工程で、前記第2パッケージが前記パッケージ間ギャップ充填層に接するように前記第1開口内に挿入される。
本発明によるマルチスタックパッケージは、上部に位置する第1パッケージの底部に形成されたトレンチまたは開口内に、下部に位置する第2パッケージの一部が挿入される。本発明によるマルチスタックパッケージは、相互結合される第1パッケージ及び第2パッケージそれぞれの厚さを薄くせずともマルチスタックパッケージの総厚さを薄くすることができる。したがって、第1パッケージ及び第2パッケージそれぞれの製造工程時、薄くなった基板を支持するための別途のキャリアフレームを使用する必要がなく、製造コストを低減することができ、かつ工程の難易度を低めることができる。また、第1パッケージ及び第2パッケージを相互整列させて結合させる時、第1パッケージに形成されたトレンチまたは開口がこれらパッケージ間結合のためのガイドの役割を行って、パッケージ間整列誤差が発生することを防止できる。そして、前記第1基板と第2基板との距離が狭くなって、これらを相互電気的に連結させるのに必要なジョイントのサイズを縮めることができる。その結果、ジョイントを小さなピッチで形成でき、したがって、基板の限定された面積内で配線パターン形成密度を高めることができて、高集積化及び高性能化された集積回路を具現するのに有利に適用できる。
以下、本発明の望ましい実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図2は、本発明の第1実施形態によるマルチスタックパッケージ100の要部構成を示す断面図である。
図2を参照すれば、本発明の第1実施形態によるマルチスタックパッケージ100は、相互垂直に積層されている第1パッケージ102及び第2パッケージ104を備える。
前記第1パッケージ102は、相互反対方向の第1表面120a及び第2表面120bを持つ第1基板120と、前記第1基板120の第1表面120a上に垂直に順に実装されている複数の半導体チップ132、134と、を備える。前記第1基板120は、通常のPCB(Printed Circuit Board)または柔軟性PCBから形成されうる。
前記第1基板120には、前記半導体チップ132、134と対向する位置に第1開口120hが形成されている。図2に例示されたマルチスタックパッケージ100で、前記第1開口120hは、前記第1基板120を貫通する貫通ホールの形態を持つ。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、前記第1開口120hは、前記第1基板120を貫通せずに前記第1基板120の総厚さのうち一部の厚さに対応する深さを持つ形態を持ってもよい。図2に例示されたマルチスタックパッケージ100の第1パッケージ102で、前記第1開口120hを通じて前記第1接着層122が露出され、したがって、前記第1開口120h内で前記第1接着層122は、前記密封材168により密封された半導体チップ162と相互対向する。
前記第1基板120で、前記第1開口120hの周囲には導電パターン形成領域120pが含まれている。前記半導体チップ132は、第1接着層122を通じて前記第1基板120の第1表面120a上に固定されており、前記半導体チップ134は、第2接着層124を通じて前記第1半導体チップ132の上面に固定されている。前記半導体チップ132、134は、それぞれボンディングワイヤー126により前記第1基板120の第1表面120aに露出されている導電性ランド128に接合されることで、前記第1基板120に電気的に連結される。前記半導体チップ132、134及びボンディングワイヤー126は、EMC(Epoxy Molding Compound)のような密封材138で密封されている。図2に例示された本発明の第1実施形態によるマルチスタックパッケージ100では、前記第1パッケージ102が2個の半導体チップ132、134が順に積層されている半導体チップ積層モジュールを備えるように図示されている。しかし、本発明はこれに限定されない。すなわち、前記第1パッケージ102が3個またはそれ以上の数の半導体チップが順に積層されている半導体チップ積層モジュールを備えてもよい。
前記第2パッケージ104は、相互反対方向の第3表面140a及び第4表面140bを持つ第2基板140と、前記第2基板140の第3表面140a上に実装されている半導体チップ162と、を備える。前記第2基板140は、通常のPCBまたは柔軟性PCBから形成されうる。
前記第2基板140には、前記第2基板140のうち、前記半導体チップ162の下部及びその周囲に導電パターン形成領域140pが備えられている。前記半導体チップ162は、第3接着層152を通じて前記第2基板140の第3表面140a上に固定されている。前記半導体チップ162は、ボンディングワイヤー156により前記第2基板140の第3表面140aに露出されている導電性ランド148に接合されることで、前記第2基板140に電気的に連結される。前記半導体チップ162及びボンディングワイヤー156は、EMCのような密封材168で密封されている。前記密封材168は、前記第2基板140上で前記半導体チップ162及びボンディングワイヤー156が形成された領域のみを密封するように、トップゲートモールド工程のような部分モールディング工程を通じて形成される。したがって、前記半導体チップ162及びボンディングワイヤー156の周囲で前記基板140上の第3表面140aのうち、前記密封材168で覆われていない領域が露出されている。また、前記第2基板140の第4表面140bにおいて露出されているランド148には、前記第2基板140を外部回路基板と電気的に連結させるための複数のジョイント180が接合されている。
前記第2基板140上に実装された半導体チップ162は、前記密封材168により覆われた状態で前記第1基板120に形成された第1開口120h内に挿入される。前記第2基板140上で半導体チップ162を密封している前記密封材168の幅Wは、前記第1基板120に形成された第1開口120hの幅Wと同じか、さらに小さい。
前記第1パッケージ120及び第2パッケージ140は、前記第1開口120hの周囲で前記第1基板120の第2表面120bに形成されたランド128と前記第2基板140の第3表面140aに形成されたランド148との間に連結された、ジョイント170により相互電気的に連結されている。図2に例示されたマルチスタックパッケージ100で、前記ジョイント170は、ソルダーボールのような金属バンプで構成されているように図示されている。
前記説明したような構成を持つ本発明の第1実施形態によるマルチスタックパッケージ100では、第1パッケージ102及び第2パッケージ104それぞれの厚さを低めなくても、前記第1開口120h内に挿入される前記密封材168の厚さほどに前記マルチスタックパッケージ100の総厚さTを低めることができる。したがって、第1パッケージ102及び第2パッケージ104それぞれの製造工程時、薄くなった基板を支持するための別途のキャリアフレームを必要としないので製造コストを低めることができ、薄くなった厚さを持つ基板を処理するための難しい工程を適用する必要がないので、工程の難易度を低めることができる。また、前記第1パッケージ102及び第2パッケージ104の形成工程時、基板の反り(warpage)現象の発生、コプラナリティ(co−planarity)不良などが発生する可能性を低めることができる。また、前記第2パッケージ104の半導体チップ162が前記密封材168により密封された状態で前記第1開口120h内に挿入されることによって、前記第1基板120と第2基板140との距離Dが狭くなる。その結果、前記第1基板120と第2基板140との間に接合されるジョイント170のサイズを縮めることができる。前記ジョイント170のサイズが小さくなれば、前記第1基板120と第2基板140との間で各ジョイント170をさらに減少したピッチで配置することが可能になって、限定された面積内で配線パターン形成密度が高くなるという利点がある。また、前記第1パッケージ102及び第2パッケージ104を相互整列させて結合させる時、前記第1パッケージ102に形成された第1開口120hが結合のためのガイドの役割を行って、前記第1パッケージ102及び第2パッケージ104を積層する時に整列誤差が発生することを防止できる。
図3は、本発明の第2実施形態によるマルチスタックパッケージ200の要部構成を示す断面図である。
図3に例示されたマルチスタックパッケージ200の構成は、次の説明を除いて図2に例示された本発明の第1実施形態によるマルチスタックパッケージ100の構成とほぼ類似している。図3で、図2と同じ参照符号は同一部材を表す。したがって、本例では、図2の部材と同じ部材については、それについての詳細な説明を省略する。
本発明の第2実施形態によるマルチスタックパッケージ200では、第1パッケージ202で、半導体チップ132が第1接着層222を通じて前記第1基板120の第1表面120a上に固定されており、前記第1接着層222には、前記第1基板120に形成された第1開口220hと連通される第2開口222hが形成されている。図3に例示されたマルチスタックパッケージ200の第1パッケージ202で、前記第1開口220h及び第2開口222hを通じて前記半導体チップ132が露出され、したがって、前記第1開口220h及び第2開口222h内で前記半導体チップ132は、前記密封材168により密封された半導体チップ162と相互対向する。
前記第2パッケージ204の半導体チップ162が前記密封材168により密封された状態で前記第1開口220h及び第2開口222h内に挿入されることによって、第1パッケージ202と第2パッケージ204とが相互結合される時、前記第2パッケージ204で密封材168により密封された半導体チップ162は、前記第2パッケージ202の半導体チップ132にさらに近接して位置決定されうる。したがって、前記第1基板120と第2基板140との距離Dがさらに狭くなりうる。
本発明の第2実施形態によるマルチスタックパッケージ200では、前記第1基板120と第2基板140との距離Dが、図2に例示された第1実施形態によるマルチスタックパッケージ100の場合よりさらに狭くなりうる。その結果、前記第1パッケージ202及び第2パッケージ204が相互結合されて得られるマルチスタックパッケージ200の総厚さTを、前記マルチスタックパッケージ100の総厚さTよりさらに薄くすることができる。また、前記第1基板120と第2基板140との間に接合されるジョイント270のサイズを、図2のジョイント170のサイズよりさらに小さく縮めることができる。したがって、各ジョイント270をさらに減少したピッチで配置することができて、限定された面積内で配線パターン形成密度をさらに高めることができる。
前記第1パッケージ202及び第2パッケージ204の構成は、前記説明したものを除いて図2の前記第1パッケージ102及び第2パッケージ104の構成と同一である。
図4は、本発明の第3実施形態によるマルチスタックパッケージ300の要部構成を示す断面図である。
図4に例示されたマルチスタックパッケージ300の構成は、次に説明するところを除いて、図2に例示された第1実施形態によるマルチスタックパッケージ100の構成とほぼ類似している。図4で、図2と同じ参照符号は同一部材を表す。したがって、本例では図2の部材と同じ部材については、それについての詳細な説明を省略する。
本発明の第3実施形態によるマルチスタックパッケージ300では、第1パッケージ102の第1開口120h内で、前記第1パッケージ102と第2パッケージ104との間にパッケージ間ギャップ充填層390が介在されている。
前記パッケージ間ギャップ充填層390は、前記第1開口120hの側壁と前記第1開口120hを通じて露出される前記第1パッケージ102の底面とに沿って延びている。図4に例示された本発明の第3実施形態によるマルチスタックパッケージ300では、前記パッケージ間ギャップ充填層390が前記第1接着層122の底面に接着されている。
前記パッケージ間ギャップ充填層390は、例えば、エポキシ樹脂からなるペーストまたはフィルム形態の接着性物質からなりうる。または、前記パッケージ間ギャップ充填層390は、非接着性物質、例えば、熱伝導性物質からなりうる。熱伝導性物質からなる前記パッケージ間ギャップ充填層390は、例えば半導体、金属、金属酸化物、及び有機物からなる群から選択される少なくとも一つの物質を含むことができる。特に、熱伝導性物質からなる前記パッケージ間ギャップ充填層390は、例えば、Si、Au、Ag、C、酸化亜鉛、及び酸化銀からなる群から選択される少なくとも一つの物質を含むことができる。または、前記パッケージ間ギャップ充填層390は、導電性物質からなりうる。導電性物質からなる前記パッケージ間ギャップ充填層390は、例えば、Ag、Ni、AuコーティングされたNi及びPbからなる群から選択される少なくとも一つの物質からなる導電性フィラーを含むエポキシ樹脂からなりうる。または、前記パッケージ間ギャップ充填層390は、非導電性物質からなりうる。非導電性物質からなる前記パッケージ間ギャップ充填層390は、SiO、ゴムコーティングされたSiO及びゴムからなる群から選択される少なくとも一つの物質からなる非導電性フィラーを含むエポキシ樹脂からなりうる。
本発明の第3実施形態によるマルチスタックパッケージ300では、前記第1パッケージ102と第2パッケージ104との間にパッケージ間ギャップ充填層390が介在されているので、前記パッケージ間ギャップ充填層390により前記第1パッケージ102の前記第1開口120hを通じて露出される部分が保護されうる。また、前記パッケージ間ギャップ充填層390を介して相互結合される前記第1パッケージ102と第2パッケージ104との間の結合力が強化されて、前記マルチスタックパッケージ300での結合信頼度を向上させることができる。そして、前記パッケージ間ギャップ充填層390の構成物質として熱伝導性物質を使用する場合、前記マルチスタックパッケージ300で発生する熱が前記パッケージ間ギャップ充填層390を通じて外部に放出されて、前記マルチスタックパッケージ300での熱放出特性が向上して前記マルチスタックパッケージ300の信頼性を向上させることができる。
図5は、本発明の第4実施形態によるマルチスタックパッケージ400の要部構成を示す断面図である。
図5に例示されたマルチスタックパッケージ400の構成は、次に説明するところを除いて、図3に例示された第2実施形態によるマルチスタックパッケージ200の構成とほぼ類似している。図5で、図3と同じ参照符号は同一部材を表す。したがって、本例では図3の部材と同じ部材については、それについての詳細な説明を省略する。
本発明の第4実施形態によるマルチスタックパッケージ400では、第1パッケージ202の第1開口220h内で、前記第1パッケージ202と第2パッケージ204との間にパッケージ間ギャップ充填層490が介在されている。前記パッケージ間ギャップ充填層490に関する詳細な構成は、図4を参照して説明したパッケージ間ギャップ充填層390について説明した通りである。したがって、本例では、前記パッケージ間ギャップ充填層490に関する詳細な説明は省略する。但し、図4に図示した本発明の第4実施形態によるマルチスタックパッケージ300では、前記パッケージ間ギャップ充填層490が、前記第1開口220h及び第2開口222hの各側壁と前記第1開口220h及び第2開口222hを通じて露出される前記第1パッケージ102の底面とに沿って延びている。図5に例示された本発明の第4実施形態によるマルチスタックパッケージ400では、前記パッケージ間ギャップ充填層490が前記半導体チップ132の底面に接している。
図6は、本発明の第1実施形態によるマルチスタックパッケージの製造方法を説明するためのフローチャートである。
図2ないし図6を参照して、本発明の第1実施形態によるマルチスタックパッケージ100、200、300または400の製造方法を説明する。
プロセス610で、第1表面120a及び第2表面120bを持つ第1基板120の前記第1表面120a上に、第1半導体チップが実装されている第1パッケージ102または202を形成する。前記第1半導体チップは、図2ないし図5に例示されたように、2個の半導体チップ132、134、または3個以上の複数の半導体チップが順に積層された半導体チップ積層モジュールを構成できる。そして、第3表面140a及び第4表面140bを持つ第2基板140の前記第3表面140a上に、第2半導体チップが実装されている第2パッケージ104または204を形成する。前記第2半導体チップは、図2ないし図5に例示された半導体チップ162で構成されうる。
プロセス620で、前記第1パッケージ102または202の第1基板120の所定領域を前記第2表面120bから所定深さほど除去して、前記第1半導体チップの下部にトレンチを形成する。図2及び図4に図示された例では、前記トレンチが前記第1開口120hで構成されうる。この場合、前記トレンチを形成するために、所定領域で前記第1基板120のみを一部除去して前記第1基板120を貫通する第1開口120hを形成してもよく、前記第1基板120を除去した後、前記第1開口120hを通じて露出される前記第1接着層122を所定厚さほどさらに除去してもよい。図3及び図5に図示された例では、前記トレンチが前記第1開口220h及び第2開口222hの組み合わせで構成されうる。この場合、前記トレンチを形成するために、所定領域で前記第1基板120及び前記第1接着層222のみを一部除去して、前記第1基板120を貫通する第1開口220h及び前記第1接着層222を貫通する第2開口222hを形成してもよく、前記第1基板120及び第1接着層222を一部除去した後、前記第1開口220h及び第2開口222hを通じて露出される前記半導体チップ132を底面から所定厚さほどさらに除去してもよい。例えば、前記半導体チップ132を底面から所定厚さほど除去するために、前記半導体チップ132を構成するバルクシリコン基板の一部を所定厚さほど除去できる。
プロセス630で、前記トレンチ内にパッケージ間ギャップ充填層390または490を形成する。前記パッケージ間ギャップ充填層390または490を形成するために、前記トレンチの内壁に接着性物質からなるフィルムを付着できる。または、前記トレンチの内壁に非接着性物質をドライコーティングする方法を利用してもよい。場合によって、プロセス630は省略できる。
プロセス640で、前記トレンチ内に前記第2パッケージ102または202の第2半導体チップを挿入する。
前記説明したプロセス630を行った後にプロセス640が行われる場合には、プロセス640で前記第2パッケージ102または202の第2半導体チップの一部、例えば、前記半導体チップ162を密封する密封材168が前記パッケージ間ギャップ充填層390または490に接するように前記トレンチ内に挿入される。
前記説明したプロセス630が省略された場合において、プロセス640でトレンチ内に第2半導体チップを挿入した後、前記トレンチ内にパッケージ間ギャップ充填層390または490を形成するために、前記第2半導体チップを挿入した後、形成される前記トレンチ内のギャップ内にパッケージ間ギャップ充填層390または490形成のための物質を注入してもよい。前記パッケージ間ギャップ充填層390または490形成のために使われうる材料については、図4を参照して前記パッケージ間ギャップ充填層390に関して説明したものを参照する。
プロセス650で、前記第1基板120と前記第2基板140とを電気的に連結させる。このために、前記第1基板120の第2表面120bにあるランド128に連結されている金属バンプのようなジョイント170または270を、前記第2基板140の第3表面140aにあるランド148にそれぞれ接合させることができる。例えば、前記ジョイント170または270は、Pbからなるソルダーボールで構成されうる。前記第1パッケージ102または202に接合された前記ジョイント170または270を前記第2パッケージ104または204のランド148に接合させるための接合工程は、約240℃の温度に維持されるファーネス内で行える。
図7は、本発明の第2実施形態によるマルチスタックパッケージの製造方法を説明するためのフローチャートである。
図2ないし図5及び図7を参照して本発明の第2実施形態によるマルチスタックパッケージ100、200、300または400の製造方法を説明する。
プロセス710で、第1表面120a及び第2表面120bを持つ第1基板120の所定領域に第1開口120hまたは220hを形成する。
プロセス720で、前記第1基板120の前記第1表面120a上に、第1半導体チップが実装されている第1パッケージ102または202を形成する。この時、前記第1パッケージ102または202は、前記第1開口120hまたは220hの少なくとも一部を覆うように形成する。前記第1半導体チップに関する詳細な説明は、図6のプロセス610を参照して説明した通りである。前記半導体チップを形成するために、前記第1接着層122及び第2接着層124を利用できる。また、前記第1基板120上に前記第1半導体チップを実装する工程は、前記第1開口120hまたは220hが形成された第1基板120をマウンティングテーブル上に載置した状態で行われうる。
図8は、前記第1基板120上に第1半導体チップを実装するために前記第1開口220hが形成された第1基板120をマウンティングテーブル800上に載置した状態を示す断面図である。図8には、図3に図示された第1基板120の場合を例示した。
図8を参照すれば、前記マウンティングテーブル800は、その上面に突出部802が形成されている。前記突出部802は、前記第1基板120に形成された第1開口220hの幅Wと同じか、またはさらに小さな幅Wを持つことができる。そして、前記突出部802は、前記第1基板120の高さHと同じか、またはさらに小さな高さHを持つことができる。図8に図示したように、前記マウンティングテーブル800の突出部802が前記第1開口120h内に挿入された状態で、前記第1基板120上に第1半導体チップを実装できる。
図9は、前記マウンティングテーブル800の突出部802が前記第1開口220h内に挿入された状態で、図3に例示されたような第1パッケージ202を形成するために、前記第1基板120上に第1接着層222及び第2接着層124を利用して、半導体チップ132、134をそれぞれ実装した状態を図示した断面図である。
図8及び図9に例示したように、前記第1基板120上に半導体チップ132、134を実装するまでの工程を行う間、前記第1開口220hが形成された前記第1基板120を前記突出部802が形成されたマウンティングテーブル800上に載置した状態で行うことによって、第1パッケージ202製造工程中に前記第1基板120の反り現象を防止でき、工程を進めるところにおいて前記基板120の取り扱いが容易である。また、前記第1基板120としてさらに低くなった基板を採用して第1パッケージ202を形成することができる。
再び図7を参照すれば、プロセス730で、図10の断面図に例示されたように、前記第1基板120から前記マウンティングテーブル800を分離させた後、前記第1基板120の第1開口220hを通じて露出される前記第1接着層222を除去して、前記第2接着層222を貫通する第2開口222hを形成する。図10に例示されたように、前記第1開口220h及び第2開口222hを通じて前記半導体チップ132の底面が露出される。ここで、必要に応じて前記半導体チップ132の露出された底面を所定厚さほどさらに除去してもよい。
その後、前記第1基板120の第2表面120bにあるランド128にジョイント270を結合させる。
他の方法として、前記第1基板120の第2表面120bにあるランド128にジョイント270を結合させた後、前記第1基板120の第1開口220hを通じて露出される前記第1接着層222を除去して前記第2開口222hを形成してもよい。
図7のプロセス740で、図6のプロセス610で説明したのと同じ方法で、第3表面140a及び第4表面140bを持つ第2基板140の前記第3表面140a上に、第2半導体チップが実装されている第2パッケージ104または204を形成する。前記第2半導体チップは、図2ないし図5に例示された半導体チップ162で構成されうる。
プロセス750で、前記第1パッケージ202の第1開口220h及び第2開口222h内にパッケージ間ギャップ充填層390または490を形成する。前記パッケージ間ギャップ充填層390または490を形成のためのさらに詳細な事項は、図6のプロセス630についての説明を参照する。場合によってプロセス750は省略できる。
プロセス760で、第1開口220h及び第2開口222h内に前記第2パッケージ102または202の第2半導体チップを挿入する。
前記説明したプロセス750を行った後にプロセス760が行われる場合には、プロセス760で前記第2パッケージ102または202の第2半導体チップの一部、例えば前記半導体チップ162を密封する密封材が、前記パッケージ間ギャップ充填層390または490に接するように前記第1開口220h及び第2開口222h内に挿入される。
前記説明したプロセス750が省略された場合において、プロセス760で前記第1開口220h及び第2開口222h内に第2半導体チップを挿入した後、前記第1開口220h及び第2開口222h内にパッケージ間ギャップ充填層390または490を形成するために、前記第2半導体チップを挿入した後、前記第1開口220h及び第2開口222h内に形成されるギャップ内にパッケージ間ギャップ充填層390または490の形成のための物質を注入してもよい。前記パッケージ間ギャップ充填層390または490の形成のために使われうる材料については、図4を参照して前記パッケージ間ギャップ充填層390に関して説明したところを参照する。
プロセス770で、図6のプロセス650について説明したのと同じ方法で前記第1基板120と前記第2基板140とを電気的に連結させる。
以上、本発明を、望ましい実施形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されず、本発明の技術的思想及び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。
本発明は、マルチスタックパッケージ関連の技術分野に好適に用いられる。
従来技術によるMSPの構造を示す断面図である。 本発明の第1実施形態によるマルチスタックパッケージの要部構成を示す断面図である。 本発明の第2実施形態によるマルチスタックパッケージの要部構成を示す断面図である。 本発明の第3実施形態によるマルチスタックパッケージの要部構成を示す断面図である。 本発明の第4実施形態によるマルチスタックパッケージの要部構成を示す断面図である。 本発明の第1実施形態によるマルチスタックパッケージの製造方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の第2実施形態によるマルチスタックパッケージの製造方法を説明するためのフローチャートである。 図7に例示された本発明の第2実施形態によるマルチスタックパッケージの製造方法を説明するために、一部工程をその工程順序によって示す断面図である。 図7に例示された本発明の第2実施形態によるマルチスタックパッケージの製造方法を説明するために、一部工程をその工程順序によって示す断面図である。 図7に例示された本発明の第2実施形態によるマルチスタックパッケージの製造方法を説明するために、一部工程をその工程順序によって示す断面図である。
符号の説明
100 マルチスタックパッケージ
102 第1パッケージ
104 第2パッケージ
120 第1基板
120a 第1表面
120b 第2表面
120h 第1開口
120p 導電パターン形成領域
122 第1接着層
124 第2接着層
126 ボンディングワイヤー
128 ランド
132 半導体チップ
134 半導体チップ
138 密封材
140 第2基板
140a 第3表面
140b 第4表面
140p 導電パターン形成領域
148 ランド
152 第3接着層
156 ボンディングワイヤー
162 半導体チップ
168 密封材
170 ジョイント
180 ジョイント
200 マルチスタックパッケージ
202 第1パッケージ
204 第2パッケージ
220h 第1開口
222 第1接着層
222h 第2開口
270 ジョイント
300 マルチスタックパッケージ
390 パッケージ間ギャップ充填層
400 マルチスタックパッケージ
490 パッケージ間ギャップ充填層
800 マウンティングテーブル
802 突出部

Claims (34)

  1. 所定位置に第1開口が形成されており、第1表面及び第2表面を持つ第1基板と、前記第1基板に電気的に連結された状態で前記第1基板の第1表面上に固定されている第1半導体チップと、を備える第1パッケージと、
    前記第1基板に電気的に連結されており、第3表面及び第4表面を持つ第2基板と、前記第2基板に電気的に連結された状態で前記第2基板の第3表面上に固定されており、前記第1開口内に挿入されている第2半導体チップと、を備える第2パッケージと、
    前記第1パッケージと前記第2パッケージとを電気的に連結させるために、前記第1開口の周囲で前記第1基板の第2表面と前記第2基板の第3表面との間に形成されているジョイントと、を備えることを特徴とするマルチスタックパッケージ。
  2. 前記第2半導体チップは、密封材により密封されており、
    前記第2半導体チップは、前記密封材により密封された状態で前記第1開口内に挿入されていることを特徴とする請求項1に記載のマルチスタックパッケージ。
  3. 前記第1半導体チップは、第1接着層により前記第1基板の第1表面上に固定されており、
    前記第1接着層は、前記第1開口を通じて前記第2半導体チップと相互対向していることを特徴とする請求項1に記載のマルチスタックパッケージ。
  4. 前記第1半導体チップは、前記第1接着層により前記第1基板の第1表面上に固定されており、
    前記第1接着層には、前記第1開口に対応する位置に第2開口が形成されており、
    前記第1半導体チップは、前記第1開口及び第2開口を通じて前記第2半導体チップと相互対向していることを特徴とする請求項1に記載のマルチスタックパッケージ。
  5. 前記第1開口内で、前記第1パッケージと前記第2パッケージとの間には、これらを相互接着させるためのパッケージ間ギャップ充填層が介在されていることを特徴とする請求項1に記載のマルチスタックパッケージ。
  6. 前記パッケージ間ギャップ充填層は、前記第1開口の側壁と前記第1開口を通じて露出される前記第1パッケージの底面とに沿って延びていることを特徴とする請求項5に記載のマルチスタックパッケージ。
  7. 前記第1半導体チップは、前記第1接着層により前記第1基板の第1表面上に固定されており、
    前記パッケージ間ギャップ充填層は、前記第1接着層の底面に接着されていることを特徴とする請求項6に記載のマルチスタックパッケージ。
  8. 前記第1半導体層は、前記第1接着層により前記第1基板の第1表面上に固定されており、
    前記パッケージ間ギャップ充填層は、前記第1半導体チップの底面に接着されていることを特徴とする請求項6に記載のマルチスタックパッケージ。
  9. 前記パッケージ間ギャップ充填層は、接着性物質からなることを特徴とする請求項5に記載のマルチスタックパッケージ。
  10. 前記パッケージ間ギャップ充填層は、非接着性物質からなることを特徴とする請求項5に記載のマルチスタックパッケージ。
  11. 前記パッケージ間ギャップ充填層は、導電性物質からなることを特徴とする請求項5に記載のマルチスタックパッケージ。
  12. 前記パッケージ間ギャップ充填層は、非導電性物質からなることを特徴とする請求項5に記載のマルチスタックパッケージ。
  13. 前記パッケージ間ギャップ充填層は、熱伝導性物質からなることを特徴とする請求項5に記載のマルチスタックパッケージ。
  14. 前記パッケージ間ギャップ充填層は、エポキシ樹脂からなることを特徴とする請求項5に記載のマルチスタックパッケージ。
  15. 前記パッケージ間ギャップ充填層は、Ag、Ni、AuコーティングされたNi及びPbからなる群から選択される少なくとも一つの物質からなる導電性フィラーを含むエポキシ樹脂からなることを特徴とする請求項14に記載のマルチスタックパッケージ。
  16. 前記パッケージ間ギャップ充填層は、SiO、ゴムコーティングされたSiO及びゴムからなる群から選択される少なくとも一つの物質からなる非導電性フィラーを含むエポキシ樹脂からなることを特徴とする請求項14に記載のマルチスタックパッケージ。
  17. 前記パッケージ間ギャップ充填層は、半導体、金属、金属酸化物、及び有機物からなる群から選択される少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項5に記載のマルチスタックパッケージ。
  18. 前記パッケージ間ギャップ充填層は、Si、Au、Ag、C、酸化亜鉛、及び酸化銀からなる群から選択される少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項5に記載のマルチスタックパッケージ。
  19. 前記第1パッケージは、前記第1基板の第2表面に形成された複数の導電性第1ランドをさらに備え、
    前記第2パッケージは、前記第2基板の第3表面に形成された複数の導電性第2ランドをさらに備え、
    前記ジョイントは、前記第1ランドと前記第2ランドとの間に接合されている金属バンプからなることを特徴とする請求項1に記載のマルチスタックパッケージ。
  20. 前記第1パッケージは、前記第1半導体チップを備える複数の半導体チップ積層モジュールを備えることを特徴とする請求項1に記載のマルチスタックパッケージ。
  21. 第1表面及び第2表面を持つ第1基板の前記第1表面上に第1半導体チップが実装されている第1パッケージを形成する工程と、
    第3表面及び第4表面を持つ第2基板の前記第3表面上に第2半導体チップが実装されている第2パッケージを形成する工程と、
    前記第1パッケージの第1基板の所定領域を前記第2表面から所定深さほど除去して、前記第1半導体チップの下部にトレンチを形成する工程と、
    前記トレンチ内に前記第2パッケージの第2半導体チップを挿入する工程と、
    前記第1基板と前記第2基板とを電気的に連結させる工程と、を含むことを特徴とするマルチスタックパッケージの製造方法。
  22. 前記トレンチを形成する工程は、前記第1基板の一部を除去して前記第1基板を貫通する第1開口を形成する工程を含むことを特徴とする請求項21に記載のマルチスタックパッケージの製造方法。
  23. 前記第1パッケージを形成する工程は、前記第1半導体チップを第1接着層を通じて前記第1基板上に接着させる工程を含み、
    前記トレンチを形成する工程は、前記第1基板の一部及び第1接着層の一部を除去して、前記第1基板を貫通する第1開口及び前記第1接着層を貫通する第2開口を形成する工程を含むことを特徴とする請求項21に記載のマルチスタックパッケージの製造方法。
  24. 前記トレンチ形成後、前記トレンチ内に前記第2半導体チップを挿入する前に、前記トレンチの内壁にパッケージ間ギャップ充填層を形成する工程をさらに含み、
    前記第2半導体チップを挿入する工程で、前記第2パッケージが前記パッケージ間ギャップ充填層に接するように前記トレンチ内に挿入されることを特徴とする請求項21に記載のマルチスタックパッケージの製造方法。
  25. 前記パッケージ間ギャップ充填層を形成するために、前記トレンチの内壁に接着性物質からなるフィルムを付着することを特徴とする請求項24に記載のマルチスタックパッケージの製造方法。
  26. 前記パッケージ間ギャップ充填層を形成するために、前記トレンチの内壁に非接着性物質をドライコーティングすることを特徴とする請求項24に記載のマルチスタックパッケージの製造方法。
  27. 前記第1基板と前記第2基板とを電気的に連結させるために、前記第1基板の第2表面と前記第2基板の第3表面との間に金属バンプを接合させることを特徴とする請求項21に記載のマルチスタックパッケージの製造方法。
  28. 第1表面及び第2表面を持つ第1基板の所定領域に第1開口を形成する工程と、
    前記第1開口の少なくとも一部を覆うように、前記第1基板の第1表面上に第1半導体チップを実装して第1パッケージを形成する工程と、
    第3表面及び第4表面を持つ第2基板の前記第3表面上に第2半導体チップが実装されている第2パッケージを形成する工程と、
    前記第1開口内に前記第2パッケージの第2半導体チップを挿入する工程と、
    前記第1基板と前記第2基板とを電気的に連結させる工程と、を含むことを特徴とするマルチスタックパッケージの製造方法。
  29. 前記第1パッケージを形成する工程は、
    上面に突出部が形成されたマウンティングテーブル上に前記第1基板を、前記突出部が前記第1基板の第1開口内に挿入されるように載置する工程と、
    前記突出部が前記第1開口内に挿入された状態で、前記第1半導体チップを前記第1表面上に実装する工程と、を含むことを特徴とする請求項28に記載のマルチスタックパッケージの製造方法。
  30. 前記第1パッケージを形成する工程は、前記第1半導体チップを第1接着層を通じて前記第1基板上に接着させる工程を含み、
    前記第1開口内に前記第2パッケージの第2半導体チップを挿入する前に、前記第1開口を通じて露出される前記第1接着層を除去して、前記第1開口を通じて前記第1半導体チップを露出させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項28に記載のマルチスタックパッケージの製造方法。
  31. 前記第1パッケージを形成した後、前記第1開口内に前記第2半導体チップを挿入する前に、前記第1開口の側壁と前記第1開口を通じて露出される前記第1パッケージの底面とにパッケージ間ギャップ充填層を形成する工程をさらに含み、
    前記第2半導体チップを挿入する工程で、前記第2パッケージが前記パッケージ間ギャップ充填層に接するように前記第1開口内に挿入されることを特徴とする請求項28に記載のマルチスタックパッケージの製造方法。
  32. 前記パッケージ間ギャップ充填層を形成するために、前記第1開口の側壁と前記第1開口を通じて露出される第1パッケージの底面とに、接着性物質からなるフィルムを付着することを特徴とする請求項31に記載のマルチスタックパッケージの製造方法。
  33. 前記パッケージ間ギャップ充填層を形成するために、前記第1開口の側壁と前記第1開口を通じて露出される第1パッケージの底面とに非接着性物質をドライコーティングすることを特徴とする請求項31に記載のマルチスタックパッケージの製造方法。
  34. 前記第1基板と前記第2基板とを電気的に連結させるために、前記第1基板の第2表面と前記第2基板の第3表面との間に金属バンプを接合させることを特徴とする請求項28に記載のマルチスタックパッケージの製造方法。
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