JP2009124151A - 接合信頼性の向上した積層型半導体パッケージ - Google Patents

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Tae Young Lee
太隨 李
Dong Ha Lee
東河 李
Cheol-Woo Lee
▲吉▼雨 李
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Abstract

【課題】接合信頼性の向上した積層型半導体パッケージを提供する。
【解決手段】下部基板110と、下部基板110の一面上に装着される下部半導体チップ150とを備える下部パッケージ100aと、下部パッケージ100a上に装着され、上部基板200と上部基板200の一面上に装着される少なくとも一つ以上の上部半導体チップ240,250とを備える上部パッケージ100bと、下部パッケージ100aと上部パッケージ100bとの間に配列され、下部パッケージ100aと上部パッケージ100bとを電気的に連結するジョイント部材310と、実際的にジョイント部材310を取り囲んで下部半導体チップ150を保護するように、上部パッケージ100bの上部基板200と下部パッケージ100aの下部基板110との間に配列される下部封止材320と、を備える。
【選択図】 図1

Description

本発明は、半導体パッケージに関し、具体的には、接合信頼性を向上する積層型半導体パッケージ(Package On Package:POP)に関する。
電子機器の小型化につれて、一つの半導体パッケージ内に複数の半導体チップを積層するか、または個別半導体パッケージを積層して高集積度を具現した。最近、モバイル機器に適用されるパッケージとしては、ロジックパッケージとメモリパッケージとが一つのパッケージに具現されるPOPが提案された。
従来の積層型半導体パッケージは、高集積度を具現して実装面積を縮少させるために2個のパッケージを積層し、ソルダーボールを通じて電気的に連結した。しかし、従来の積層型半導体パッケージは、個別半導体チップを製造した後、ソルダーボールを通じて積層したため、下部半導体パッケージのモールディング厚によってソルダーボールの厚さを調節し、これにより、総パッケージ厚さが増大してパッケージサイズも増大する。
また、下部パッケージ上に上部パッケージを積層する時、高温での上部パッケージまたは下部パッケージの反り現象により、上部パッケージと下部パッケージとの接合部での接着不良が発生し、積層後にソルダーボールのクラックが発生した。したがって、パッケージの収率及び信頼性が低下する。
本発明が解決しようとする技術的課題は、接合部での接着不良及びクラック発生を防止できる積層型半導体パッケージを提供することである。
上述した技術的課題を達成するため、本発明は、接合信頼性の向上した積層型半導体パッケージを提供する。積層型半導体パッケージは、下部基板と、下部基板の一面上に装着される下部半導体チップとを備える下部パッケージと、下部パッケージ上に装着され、上部基板と上部基板の一面上に装着される少なくとも一つ以上の上部半導体チップとを備える上部パッケージと、下部パッケージと上部パッケージとの間に配列されて、下部パッケージと上部パッケージとを電気的に連結させるためのジョイント部材と、実際的にジョイント部材を取り囲んで下部半導体チップを保護するように、上部パッケージの上部基板と下部パッケージの下部基板との間に配列される下部封止材と、を備える。
ジョイント部材は、ソルダーボールを備え、下部封止材は、エポキシモールディングコンパウンドを含んで形成される。下部半導体チップは、ロジックチップとして構成され、少なくとも一つの半導体チップは、メモリチップとして構成されてもよい。
下部基板は、下部基板の一面上に配列される第1連結パッドと、下部基板の他面上に第2連結パッドと、を備える。下部半導体チップは、第1連結パッドとボンディングワイヤーまたはソルダーボールを通じて電気的に連結される。上部基板は、一面上に配列される第1連結パッドと、一面と対向する他面上に配列される第2連結パッドと、を備える。少なくとも一つの上部半導体チップは、上部基板の第1連結パッドと電気的に連結される。上部基板の第2連結パッドと下部基板の第2連結パッドとは、ジョイント部材を通じて電気的に連結される。
本発明の積層型半導体パッケージは、下部パッケージ上にソルダーボールを通じて上部パッケージを積層させた後、モールディング工程を行って半導体チップとソルダーボールとを同時にモールディングさせることによって、上部パッケージまたは下部パッケージの反り現象により上部パッケージと下部パッケージとの接合部で生じるクラック及び接着不良を防止でき、これにより、収率及び信頼性を向上させることができる。また、ソルダーボールを形成した後、モールディング工程を行って下部パッケージを形成することによって、ソルダーボールのサイズが下部パッケージのモールディング厚と関係ないので、パッケージの総厚を縮少させることができ、これにより、全体パッケージのサイズを縮少させて高集積化が可能である。
以下、添付した図面に基づいて本発明の望ましい実施形態を説明する。しかし、本発明の実施形態は色々な他の形態に変形でき、本発明の範囲が後述する実施形態によって限定されると解釈されてはならない。本発明の実施形態は、当業者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面での要素の形状などは、明確な説明を強調するために誇張されたものである。図面上で同じ符号で表示された要素は同じ要素を意味する。
図1は、本発明の第1実施形態による積層型半導体パッケージの断面図である。図1では、積層型半導体パッケージ100は、下部パッケージ100a及び下部パッケージ100a上に積層された上部パッケージ100bを備える。下部パッケージ100aは、下部基板110と下部基板110上に装着された下部半導体チップ150とを備える。下部基板110の一面上には第1連結パッド111及び第2連結パッド115が配列され、他面上には第3連結パッド120が配列される。下部基板110はPCB(Printed Circuit Board)をとして構成されてもよい。下部半導体チップ150は、接着剤140を通じて下部基板110の一面上に装着される。下部半導体チップ150は、ボンディングワイヤー160を通じて第1連結パッド111と電気的に連結される。下部半導体チップ150はロジックチップとして構成されてもよい。
下部基板110は、第3連結パッド120上に配列される外部連結端子130をさらに備えることもできる。外部連結端子130は、ソルダーボールから形成される。下部基板110は下部基板110の内部に配列されて、第1連結パッド111及び第2連結パッド115と第3連結パッド120とを電気的に連結させるための回路配線(図示せず)をさらに備えることができる。
上部パッケージ100bは、上部基板200及び上部基板200上に装着された少なくとも一つの上部半導体チップ240、250を備える。上部基板200は、その一面に配列された第1連結パッド210と他面に配列された第2連結パッド220とを備える。一面は他面に対向する。上部基板200は、上部基板200の内部に配列されて、第1連結パッド210と第2連結パッド220とを電気的に連結させるための回路配線(図示せず)をさらに備えることができる。上部基板200はPCBとして構成されてもよい。
第1上部半導体チップ240は、接着剤230を通じて上部基板200の一面上に装着され、第2上部半導体チップ250は、接着剤235を通じて第1上部半導体チップ240上に装着される。第1上部半導体チップ240と第2上部半導体チップ250とは、ボンディングワイヤー260、265を通じて上部基板200の第1連結パッド210に電気的に連結される。しかし、通例的に周知のインターコネクション方法は、第1上部半導体チップ240と第2上部半導体チップ250とを下部基板200の第1連結パッド210に連結するのに使われる。第1上部半導体チップ240及び第2上部半導体250は、一つまたはそれ以上のメモリチップとして構成されてもよい。上部基板200上に上部封止材270が形成されて、上部半導体チップ240、250及びワイヤー260、265を覆う。上部封止材270は、エポキシモールディングコンパウンドを含んで形成されてもよい。
積層型半導体パッケージ100は、下部パッケージ100aと上部パッケージ100bとを接合させるためのジョイント部材310をさらに備える。ジョイント部材310は、下部パッケージ100aの第2連結パッド115と上部パッケージ100bの第2連結パッド220とを電気的に連結させる。ジョイント部材310は、ソルダーボールにより形成されてもよい。下部基板110と上部基板200との間の空間に下部封止材320が配列されて、ジョイント部材310、半導体チップ150及びボンディングワイヤー160を覆う。下部封止材320は、エポキシモールディングコンパウンドを含んで形成される。下部封止材320は、下部基板110の上面と上部基板200の下面との間の空間に満たされて、ジョイント部材310を支持するだけではなく、半導体チップ150及びボンディングワイヤー160を保護する。
すなわち、下部封止材320は、ジョイント部材310を実際的に取り囲んで半導体チップを保護するように、上部パッケージ100bの上部基板200と下部パッケージ100aの下部基板110との間に配列される。本実施形態では、下部封止材320は、上部パッケージ100bの上部基板200と下部パッケージ100aの下部基板110との間の空間に完全に満たされて埋め込まれる。
図2は、本発明の第2実施形態による積層型半導体パッケージの断面図である。図2の積層型半導体パッケージ100は、図1の積層型パッケージ100とは下部パッケージ100aの構造のみが異なる。下部基板110上に半導体チップ150が装着されて、半導体チップ150がソルダーボール170を通じて下部基板110の第1連結パッド111と電気的に連結される。図1及び図2の積層型半導体パッケージ100の上部パッケージ100bで、上部半導体チップ240、250がボンディングワイヤー260、265の代りに、下部パッケージ100aのようにソルダーボールを通じて、上部基板200の第1連結パッド210に電気的に連結されてもよい。
図3Aないし図3Gは、本発明の第1実施形態による積層型半導体パッケージの製造方法を説明するための断面図である。図3Aでは、下部半導体パッケージ100a(図1)用の下部マザー基板110aが提供される。下部マザー基板110aは、PCBとして構成されてもよい。下部マザー基板110aは、複数の単位下部基板領域101を備える。各下部単位基板領域101は、後続の下部マザー基板110aの切断工程後、図1の下部基板110になる。各下部単位基板領域101の一面上には、第1連結パッド111と第2連結パッド115とが配列される。第1連結パッド111は、後続工程で装着される半導体チップ150(図1)との連結のためのものであり、第2連結パッド115は、後続工程で積層される上部半導体パッケージ100b(図1)との連結のためのものである。下部単位基板領域101の他面上には第3連結パッド120が配列される。
図3Bでは、下部マザー基板110aの各下部単位基板領域101上に、接着剤130を利用して下部半導体チップ150が積層している。下部半導体チップ150は、ロジックチップとして構成されてもよい。ワイヤーボンディング工程を行って、下部半導体チップ150と第1連結パッド111とを、ボンディングワイヤー160を通じて電気的に連結させる。一方、図2のように、下部半導体チップ150を、ソルダーボール170を通じて下部マザー基板100aの各単位下部基板領域101の第1連結パッド111とボンディングさせてもよい。
図3Cでは、単位下部基板領域101の第3連結パッド120上に外部連結端子130を付着させ、第2連結パッド115上にジョイント部材310を付着させている。外部連結端子130はソルダーボールにより形成されてもよい。ジョイント部材310はソルダーボールにより形成されてもよい。
図3Dでは、個別の上部パッケージ100bが提供される。上部パッケージ110bは上部基板200を備える。上部基板200の一面上には第1連結パッド210が配列され、他面上には第2連結パッド220が配列される。上部基板200の一面上には、接着剤230、235により上部半導体チップ240、250が積層される。ワイヤーボンディング工程を通じて、上部半導体チップ240、250と上部基板200の第1連結パッド210とを、ボンディングワイヤー260、265を通じて電気的に連結させる。上部基板200上に上部封止材270が形成されて、上部半導体チップ240、250及びボンディングワイヤー260、265を保護する。
図3Eでは、下部マザー基板110aの各下部単位基板領域101上に、上部パッケージ100bがそれぞれ積層する。ジョイント部材310上に上部パッケージ100bが装着されて、上部基板200の第2連結パッド220と下部マザー基板110aの各下部単位基板領域101の第2連結パッド215とが、ジョイント部材310を通じて電気的に連結される。
図3Fでは、モールディング工程を行って、上部基板200と下部マザー基板110aとの間の空間、及び上部パッケージ100b間の空間が満たされるように、下部マザー封止材320aが形成される。下部マザー封止材320aは、ジョイント部材310を固定させるだけではなく、下部半導体チップ150とボンディングワイヤー160とを保護する。下部マザー封止材320aは、後続の切断工程後、図1の積層型半導体パッケージ100の下部封止材320になる。図3Gでは、ソーイング工程を行ってブレード350またはレーザーなどを利用して、マザー下部基板110a及び下部マザー封止材320aを切断して図1の積層型半導体パッケージ100が製造される。
図4Aないし図4Hは、本発明の第2実施形態による積層型半導体パッケージの製造方法を説明するための断面図である。図4Aでは、図3Aないし図3Cのように、下部マザー基板110a上に下部パッケージが形成される。下部マザー基板110aはPCBとして構成されてもよい。まず、下部マザー基板110aは、各下部単位基板領域101の一面上に接着剤140を利用して下部半導体チップ150を接着させ、下部半導体チップ150と各下部単位基板領域101の一面上に配列された第1連結パッド111とを、ワイヤーボンディング工程を行ってボンディングワイヤー160で連結させる。一方、図2のように、下部半導体チップ150を、ソルダーボール170を通じて下部マザー基板100aの各下部単位基板領域101の第1連結パッド111とボンディングさせてもよい。各下部単位基板領域101の一面上に配列された第2連結パッド115上にジョイント部材310を付着し、各下部単位基板領域101の他面上に配列された第3連結パッド120上に外部連結端子130を付着する。
図4Bでは、上部マザー基板200aが提供される。上部マザー基板200aは、複数の上部単位基板領域201を備える。各上部単位基板領域201は、後続の上部マザー基板200aの切断工程後に図1の上部基板200になる。各上部単位基板領域201の一面上には第1連結パッド210が配列され、他面上には第2連結パッド220が配列される。上部マザー基板200aはPCBとして構成されてもよい。
図4Cでは、上部マザー基板200aの各上部単位基板領域201上に、接着剤230、235を利用して上部半導体チップ240、250をそれぞれ積層する。半導体チップ240、250は、メモリチップとして構成されてもよい。図4Dでは、ワイヤーボンディング工程を行って、上部単位基板領域201の第1連結パッド210と上部半導体チップ240、250とを、ボンディングワイヤー260、265により電気的に連結させる。
図4Eでは、上部マザー基板200a上に上部マザー封止材270aを形成して、各上部単位基板領域210上に配列された上部半導体チップ240、250及びボンディングワイヤー260、265を覆う。上部マザー封止材270aは、後続切断工程後に図1の上部封止材270になる。図4Fでは、下部マザー基板110aの各下部単位基板領域101と上部マザー基板200aの各上部単位基板領域201とが対応するように、下部マザー基板110a上に上部マザー基板200aを積層する。上部マザー基板200aの各上部単位基板領域201の第2連結パッド220と、下部マザー基板110aの各下部単位基板領域101の第2連結パッド215とが、ジョイント部材310を通じて電気的に連結される。
図4Gでは、モールディング工程を行って、上部マザー基板200aと下部マザー基板110aと間の空間に下部マザー封止材320aを形成される。下部マザー封止材320aは、ジョイント部材310を固定させるだけではなく、下部半導体チップ150とワイヤー160とを保護する。下部マザー封止材320aは、後続切断工程後に図1の下部封止材320になる。図4Hでは、ソーイング工程を行ってブレード350またはレーザーなどを利用して、マザー下部基板110a、下部マザー封止材320a、上部マザー基板200a及び上部マザー封止材270aを切断して、図1の積層型半導体パッケージ100が製造される。
図5Aないし図5Cは、本発明の第3実施形態による積層型半導体パッケージの製造方法を説明するための断面図である。図5Aでは、図3Aないし図3Cのように下部マザー基板110a上に下部パッケージが形成される。下部マザー基板110aはPCBとして構成されてもよい。まず、下部マザー基板110aは、各下部単位基板領域101の一面上に接着剤140を利用して下部半導体チップ150を装着し、下部半導体チップ150と各下部単位基板領域101の一面上に配列された第1連結パッド111とを、ワイヤーボンディング工程を行ってボンディングワイヤー160で連結させる。一方、図2のように下部半導体チップ150を、ソルダーボール170を通じて、下部マザー基板100aの各下部単位基板領域101の第1連結パッド111とボンディングさせてもよい。各下部単位基板領域101の一面上に配列された第2連結パッド115上にジョイント部材310を付着し、各下部単位基板領域101の他面上に配列された第3連結パッド120上に外部連結端子130を付着させる。
次いで、図4Bないし図4Dのように、上部マザー基板200aの各上部単位基板領域201上に、接着剤230、235を利用して上部半導体チップ240、250をそれぞれ積層し、ワイヤーボンディング工程を行って、上部単位基板領域201の第1連結パッド210と上部半導体チップ240、250とを、ボンディングワイヤー260、265により電気的に連結させる。
下部マザー基板110aの各下部単位基板領域101と上部マザー基板200aの各上部単位基板領域201とが対応するように、下部マザー基板110a上に上部マザー基板200aを積層する。上部マザー基板200aの各上部単位基板領域201の第2連結パッド220と、下部マザー基板110aの各下部単位基板領域101の第2連結パッド115とが、ジョイント部材310を通じて電気的に連結される。
図5Bでは、一回のモールディング工程を行って、上部マザー基板200aと下部マザー基板110aとの間の空間に下部マザー封止材320aが形成され、上部マザー基板200a上に上部マザー封止材270aが形成される。下部マザー封止材320aは、ジョイント部材310を固定させるだけではなく、下部半導体チップ150とボンディングワイヤー160とを保護する。上部マザー封止材270aは、上部半導体チップ240、250とワイヤー260、265とを保護する。下部マザー封止材320aは、後続切断工程後に図1の下部封止材320になり、上部マザー封止材270aは、後続切断工程後に図1の上部封止材270になる。
図5Cでは、ソーイング工程を行ってブレード350またはレーザーなどを利用して、下部マザー基板110a、下部マザー封止材320a、上部マザー基板200a及び上部マザー封止材270aを切断して、図1の積層型半導体パッケージ100を製造する。
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、本発明は上述した複数の実施形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で当業者によりいろいろな変形が可能である。
本発明は、電子機器関連の技術分野に好適に用いられる。
本発明の第1実施形態による積層型半導体パッケージの断面図である。 本発明の第2実施形態による積層型半導体パッケージの断面図である。 本発明の第1実施形態による積層型半導体パッケージの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第1実施形態による積層型半導体パッケージの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第1実施形態による積層型半導体パッケージの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第1実施形態による積層型半導体パッケージの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第1実施形態による積層型半導体パッケージの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第1実施形態による積層型半導体パッケージの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第1実施形態による積層型半導体パッケージの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第2実施形態による積層型半導体パッケージの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第2実施形態による積層型半導体パッケージの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第2実施形態による積層型半導体パッケージの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第2実施形態による積層型半導体パッケージの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第2実施形態による積層型半導体パッケージの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第2実施形態による積層型半導体パッケージの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第2実施形態による積層型半導体パッケージの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第2実施形態による積層型半導体パッケージの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第3実施形態による積層型半導体パッケージの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第3実施形態による積層型半導体パッケージの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第3実施形態による積層型半導体パッケージの製造方法を説明するための断面図である。
符号の説明
100:積層型半導体パッケージ、100a:下部パッケージ、100b:上部パッケージ、110:下部基板、111、210:第1連結パッド、115、220:第2連結パッド、120:第3連結パッド、130:外部連結端子、140、230、235:接着剤150:下部半導体チップ、160、260、265:ボンディングワイヤー、200:上部基板、240、250:上部半導体チップ、270:上部封止材、310:ジョイント部材、320:下部封止材

Claims (16)

  1. 下部基板と前記下部基板の一面上に装着される下部半導体チップとを備える下部パッケージと、
    前記下部パッケージ上に装着され、上部基板と前記上部基板の一面上に装着される少なくとも一つ以上の上部半導体チップとを備える上部パッケージと、
    前記下部パッケージと前記上部パッケージとの間に配列され、前記下部パッケージと前記上部パッケージとを電気的に連結するジョイント部材と、
    前記ジョイント部材を取り囲み、前記下部半導体チップを保護するように、前記上部パッケージの前記上部基板と前記下部パッケージの前記下部基板との間に配列される下部封止材と、を備える積層型半導体パッケージ。
  2. 前記ジョイント部材は、ソルダーボールにより形成されることを特徴とする請求項1に記載の積層型半導体パッケージ。
  3. 前記下部封止材は、エポキシモールディングコンパウンドを含んで形成されることを特徴とする請求項1に記載の積層型半導体パッケージ。
  4. 前記下部基板は、
    前記下部基板の前記一面上に配列される第1連結パッドと、
    前記下部基板の他面上に第2連結パッドと、を備え、
    前記下部半導体チップは、前記第1連結パッドと電気的に連結されることを特徴とする請求項1に記載の積層型半導体パッケージ。
  5. 前記下部半導体チップは、ボンディングワイヤーを通じて前記第1連結パッドと電気的に連結されることを特徴とする請求項4に記載の積層型半導体パッケージ。
  6. 前記下部半導体チップは、ソルダーボールを通じて前記第1連結パッドと電気的に連結されることを特徴とする請求項4に記載の積層型半導体パッケージ。
  7. 前記上部基板は、
    前記一面上に配列される第1連結パッドと、
    前記一面と対向する他面上に配列される第2連結パッドと、を備え、
    前記少なくとも一つの上部半導体チップは、前記上部基板の前記第1連結パッドと電気的に連結されることを特徴とする請求項4に記載の積層型半導体パッケージ。
  8. 前記少なくとも一つの上部半導体チップは、ボンディングワイヤーを通じて前記上部基板の前記第1連結パッドと連結されることを特徴とする請求項7に記載の積層型半導体パッケージ。
  9. 前記上部パッケージは、前記少なくとも一つの上部半導体チップと前記ボンディングワイヤーとを覆うように前記上部基板上に形成される上部封止材をさらに備えることを特徴とする請求項8に記載の積層型半導体パッケージ。
  10. 前記上部封止材は、前記下部封止材と同じ物質を含むことを特徴とする請求項9に記載の積層型半導体パッケージ。
  11. 前記上部基板の前記第2連結パッドと前記下部基板の前記第2連結パッドとは、前記ジョイント部材を通じて電気的に連結されることを特徴とする請求項7に記載の積層型半導体パッケージ。
  12. 前記下部基板は、PCB基板として構成されることを特徴とする請求項1に記載の積層型半導体パッケージ。
  13. 前記上部基板は、PCB基板として構成されることを特徴とする請求項1に記載の積層型半導体パッケージ。
  14. 前記下部半導体チップは、ロジックチップとして構成されることを特徴とする請求項1に記載の積層型半導体パッケージ。
  15. 前記少なくとも一つの半導体チップは、メモリチップとして構成されることを特徴とする請求項1に記載の積層型半導体パッケージ。
  16. 前記下部封止材は、前記上部パッケージの前記上部基板と前記下部パッケージの前記下部基板との間の空間に実際的に完全に充填されることを特徴とする請求項1に記載の積層型半導体パッケージ。
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