JP5095074B2 - パッケージ積層構造 - Google Patents

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Description

本発明はパッケージ及びその製造方法に係り、より詳細には、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）パッケージとその製造方法、そしてそのＢＧＡパッケージを単位パッケージとして複数積層された形態のパッケージ積層構造に関する。
一般的に、半導体ウェーハに各種工程により複数の半導体チップが構成された場合、スクライブラインに沿って半導体ウェーハを切断して別個の半導体チップに分離させる。分離された半導体チップに対してはボード実装のためのパッケージング工程が実施される。パッケージング工程によって半導体パッケージが完成される。このような半導体パッケージは電子機器の集約的な発達及び小型化の傾向により薄型化されると共に、高集積化、高機能化が要求される。
より狭い面積により多数の半導体チップを実装するためにＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）を適用しようする研究が活発である。ＣＳＰは半導体チップが最終的にパッケージング完了した後、パッケージの面積と半導体チップの面積比が１.２以下であるので、他の種類のパッケージに比べて実装時に占める面積が狭い。ＣＳＰの種類には、μＢＧＡ、ＷＢＧＡ（Ｗｉｒｅ ｂｏｎｄｉｎｇ ＢＧＡ）、及びＦＢＧＡ（Ｆｉｎｅ ｐｉｔｃｈ ＢＧＡ）などがある。
図１に示したＣＳＰはＷＢＧＡであって、活性面のエッジにチップパッド１０が形成されたエッジパッド型チップ５が基板２０上面に接着材１５によって付着されている。ボンディングワイヤ２５がチップパッド１０と基板２０の金属パターン（図示せず）とを連結している。ソルダーマスク３５がチップ５の反対側の基板２０面に導入され、ソルダーマスク３５のサイトを通じてソルダーボール４０が付着されている。成形樹脂４５はチップ５の露出された面がないようにソルダーボール４０側を除外した残りの部分を全部覆うように形成されている。
このような構造のパッケージを製造するためには、モールディングなどで成形樹脂４５を形成した後、ソルダーボール４０を付着する。このために、成形樹脂４５で取り囲まれていない基板２０面の方にソルダーボール４０を付着する。反対側、すなわちチップ５の方にソルダーボールを付けようとすれば、別途のパターニング工程や追加基板が必要である。
一方、より狭い面積により多くの数の半導体チップを実装するために何枚かのパッケージを垂直に積層して使用する場合がある。そのような場合、パッケージは狭い面積を占めるだけでなく、積層するに容易な構造でなければならない。特許文献１には小型化されるか縮小されたチップパッケージ製造方法が開示されている。
韓国登録特許０３５３１７０号公報
本発明が解決しようとする技術的課題は、パッケージ積層が容易な構造のパッケージを提供することである。
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、占める面積の狭いパッケージ積層構造を提供することである。
本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、パターニング工程や追加基板を必要とせずに、チップの方にソルダーボールを付着したパッケージ製造方法を提供することである。
前記技術的課題を解決するための本発明によるパッケージは、基板、前記基板の上面に接着された半導体チップ、前記半導体チップの上面に具備された複数のソルダーボール、及び前記基板上の前記半導体チップを覆うように形成されるが、前記ソルダーボールは露出させるように形成された封止材を含むＢＧＡパッケージである。
実施例によれば、次のようなＢＧＡパッケージが提供される。ＢＧＡパッケージは、活性面のエッジに複数のチップパッドが形成され、前記チップパッドに連結されたリルーティング配線パターンにより活性面の中央部に複数のソルダーボールパッドが形成された半導体チップを含む。前記半導体チップはその非活性面に塗布された接着材を通じて基板の上面に接着されているが、前記基板は上面にボンドフィンガー（フィンガー）と下面に基板ランドとが形成されて対応する前記半導体チップのエッジ外側に延長されたエッジを有することである。前記チップパッドと前記ボンドフィンガー間は導電性ワイヤで電気的に連結されている。前記ソルダーボールパッドには複数のソルダーボールが付着されている。前記基板上の前記半導体チップと前記導電性ワイヤとを覆うように形成されるが、前記ソルダーボールは露出させるように封止材が形成されている。
このようなパッケージは前記本発明が解決しようとする他の技術的課題を解決するために、上部パッケージのソルダーボールと下部パッケージの基板ランドとが接続された構造で２つ以上のパッケージが積層でき、狭い面積を占めるパッケージ積層構造を提供する。
この時、最上部に積層された他のＢＧＡパッケージをさらに含み、前記上部パッケージの基板ランドと前記他のＢＧＡパッケージのソルダーボールが接続され、前記他のＢＧＡパッケージは、基板、前記基板の上面に接着された半導体チップ、前記半導体チップの上面に具備された複数のソルダーボール、及び前記基板上の前記半導体チップを覆うように形成されるが、前記ソルダーボールは露出させるように形成された封止材を含むことでありうる。
のみならず、このようなパッケージ１つの上に他のＢＧＡパッケージが積層されうるが、ここでも前記パッケージの基板ランドと前記他のＢＧＡパッケージのソルダーボールとが接続される。
前記のさらに他の技術的課題を解決するための本発明によるパッケージ製造方法では、基板上面に半導体チップを接着する。前記半導体チップの上面に複数のソルダーボールを付着した後、前記ソルダーボールより低く前記半導体チップの上面と側面とを保護する封止材を形成する。
前記のさらに他の技術的課題を解決するための本発明による他のパッケージ製造方法では、活性面のエッジに複数のチップパッドが形成され、前記チップパッドに連結されたリルーティング配線パターンにより活性面の中央部に複数のソルダーボールパッドが形成された半導体チップを、上面にボンドフィンガーと下面に基板ランドとが形成され、対応する前記半導体チップのエッジの外側に延長されたエッジを有する基板上に接着する。前記ソルダーボールパッドにソルダーボールを付着した後、前記チップパッドと前記ボンドフィンガー間を導電性ワイヤで連結させてワイヤボンディングする。次いで、前記ソルダーボールより低く前記半導体チップの上面と側面、ワイヤボンディングされた部分を保護する封止材を形成する。
本発明によるＢＧＡパッケージ製造方法では、カプセル化工程の進行前にソルダーボールを付着することによってカプセル化後、ソルダーボールを付着する従来の製造方法と工程順序を別にする。このような順序変更を通じて、半導体チップの上面方向にソルダーボールを付着するための別途のパターニング工程や別途の基板を利用せずにパッケージが製造できる。したがって、組立て手順を非常に簡素化して製造コスト及び処理コストが節減できる。のみならず、パッケージの厚さが薄くて有利である。
以下、図面を参照して本発明による実施例を説明する。しかし、本発明は以下で開示される実施例に限定されるものでなく、異なる多様な形態に具現されるものであり、ただ、本実施例は本発明の開示を完全にし、当業者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は特許請求の範囲により定義されるだけである。
［第１実施例］
図２ないし図６は、本発明の第１実施例によるＢＧＡパッケージ及びその製造方法を説明するための図面であって、図４ないし図６は、図２のＡ’−Ａ”断面に対応する。そして、図７は本発明の第１実施例の変形例によるＢＧＡパッケージの断面図である。
まず、図２と同じ半導体チップ１００を準備する。半導体チップ１００は上面にソルダーボールを置かれるように複数のソルダーボールパッド１１５を有したものである。ソルダーボールパッド１１５は銅やアルミニウムを蒸着した後でパターニングしたものであって、その上面には金及びニッケルをメッキして、ソルダーボールを堅固に融着させうる。
このような半導体チップ１００を図３と同じ基板１２０上面に接着する。接着された後の断面形状は図４と同じである。半導体チップ１００と基板１２０とは接着剤または両面接着テープのような接着材１５０を媒介として接着する。例えば、ペースト形態またはプレフォームされたフィルムの形態のエポキシまたは熱可塑性物質などのような接着材料が使用できる。半導体チップ１００の露出される面がないように、基板１２０のサイズは半導体チップ１００と同じか、さらに大きいことが良い。したがって、基板１２０のエッジは対応する半導体チップ１００のエッジ外側に延びていることが望ましい。
本実施例で、半導体チップ１００と基板１２０間に介在された接着材１５０が導電性を帯びる場合に半導体チップ１００と基板１２０とが電気的に接続されうる。導電性接着材の代りに、ソルダーボール、スタッドバップ、導電性ペースト、導電膜または他の任意の機械的であるか、冶金学的な相互接続を含む他のフリップチップ接続方法を使用することも考慮できる。しかし、本実施例で半導体チップ１００と基板１２０とが必ずしも電気的に接続される必要はない。電気的に接続されていない場合、基板１２０は単に半導体チップ１００のパッケージングのための支持部材として使われることになる。
次に、図５のように、半導体チップ１００の上面に複数のソルダーボール１６０を付着する。ソルダーボール１６０はソルダーボールパッド１１５に定着させた後、高温のファーネスに投入する。それにより、ソルダーボール１６０がリフローされながら熱融着される。ソルダーボール１６０の直径は約３００μm程度でありうる。
次に、図６を参照して、ソルダーボール１６０より低く半導体チップ１００上面と側面とを保護する封止材１８０を形成してＢＧＡパッケージＰ１製造を完了する。封止材１８０としては、液状封止材を使用して硬化でき、その種類は多様に変更可能である。これは半導体チップ１００を外部の埃、湿気及び機械的接触などから保護させる。
液状封止材は通常ディスペンサーを利用して作業する。常温で液状を維持し、空気中に露出された時に固くなる性質があるので、ディスペンサーを利用して液状封止材を基板１２０の上部に塗布すれば、液状封止材が半導体チップ１００の上面と側面とにまかれて徐々に硬化される。
この時、図７でのように封止材１８０’が半導体チップ１００の上面を覆うＢＧＡパッケージＰ２を製造することもできる。その場合、半導体チップ１００上面での厚さがソルダーボール１６０高さより低く形成されてソルダーボール１６０を露出させるように形成する。
半導体チップ１００と基板１２０を電気的に接続するためにソルダーバンプや他の導電性バンプを利用する場合に、封止材１８０、１８０’は半導体チップ１００と基板１２０間の空間を充填するためのアンダーフィルとも使われ、基板１２０の周囲にフィレットが形成できる。
以上で詳細に説明したように、本発明によるＢＧＡパッケージ製造方法の実施例では封止材１８０、１８０’を形成するカプセル化工程の進行前にソルダーボール１６０を付着することによって、従来のカプセル化工程の進行後、ソルダーボールを付着する場合に比べて、半導体チップ１００の上面にソルダーボールの付着のための別途のパターニング工程や別途の基板が不要である。したがって、本発明の製造方法によれば、パターニング工程や追加基板を必要とせずに半導体チップの方にソルダーボールを付着したパッケージを製造できる。
図６及び図７に示したように、本発明の実施例によるＢＧＡパッケージＰ１またはＰ２は、基板１２０、基板１２０上面に接着された半導体チップ１００、半導体チップ１００上面に具備された複数のソルダーボール１６０、及び基板１２０上の半導体チップ１００を覆うように形成されるが、ソルダーボール１６０は露出させるように形成された封止材１８０または１８０’を含む。
このようなＢＧＡパッケージＰ１またはＰ２は半導体チップ１００の方にソルダーボール１６０が付着された構造でありながらも別途の基板などを必要としないので、カプセル化時に必要な垂直的空間が最小化されたものである。したがって、パッケージが薄いことが長所である。
［第２実施例］
図８ないし図１４は、本発明の第２実施例によるＢＧＡパッケージ及びその製造方法を説明するための図面であって、図１０及び図１１は、図８のＢ’−Ｂ”断面に対応する。そして、図１３及び図１４は、図１２のＣ’−Ｃ”断面に対応する。
図８に示したものと半導体チップ２００とを準備する。この半導体チップ２００は活性面のエッジに複数のチップパッド２０５が形成され、チップパッド２０５に連結されたリルーティング配線パターン２１０により活性面の中央部に複数のソルダーボールパッド２１５が形成されている。
チップパッド２０５はアルミニウムまたは銅材質で半導体製造工程で形成されたものである。一般的に、チップパッド２０５だけを露出させ、半導体チップ２００上面は保護するパッシベーション膜（図示せず）が形成されたまま、半導体製造工程が完了する。そのような半導体チップ２００の上面にリルーティング配線パターン２１０とソルダーボールパッド２１５との形成からパッケージング工程が始まる。リルーティング配線パターン２１０とソルダーボールパッド２１５とは銅またはアルミニウムのような導電膜を蒸着した後、パターニングして形成し、ソルダーボールパッド２１５の上面には金及びニッケルをメッキしてソルダーボールを堅固に融着させうる。１つのパターニングされたリルーティング配線パターン２１０は半導体チップ２００のエッジ側に形成され、露出された１つのチップパッド２０５を外部接続端子として、今後各ソルダーボールパッド２１５上に１つずつ形成されるソルダーボールと接続させる。例えば、各パターニングされたリルーティング配線パターン２１０は、例えば幾つかのアドレス電極、接地電極、データ信号伝送用のデータ電極、幾つかの制御信号送受信用の制御電極（具体的に信号記録用、信号判読用、信号選択用、及び信号制御用）、及び電力供給用電極Ｖｃｃ（これらはチップパッド２０５として形成される）からそれぞれの該当するソルダーボールまで延びるように１つずつ形成される。
次に、このような半導体チップ２００を図９に示したような基板２２０上面に接着する。接着された後の断面形状は図１０と同じである。基板２２０は上面エッジの方にボンドフィンガー２２５を有する。ボンドフィンガー２２５は銅などをパターニングして形成したものであって、表面には、例えば銀をメッキした後導電性ワイヤが良好にボンディングされうる。基板２２０の下面には基板ランド２３０が形成されている。そして、基板２２０は対応する半導体チップ２００のエッジの外側に延長されたエッジを有してボンドフィンガー２２５が半導体チップ２００の外側に出なければならない。半導体チップ２００と基板２２０とは接着剤または両面接着テープのような接着材２５０を媒介として接着する。例えば、ペースト状またはプレフォ−ムされたフィルムの形態であるエポキシまたは熱可塑性物質などの接着材料が使用できる。
次に、図１１に示したように、ソルダーボールパッド２１５にソルダーボール２６０を付着する。ソルダーボール２６０はソルダーボールパッド２１５に定着させた後、熱融着させて付着する。
次に、チップパッド２０５とボンドフィンガー２２５間を導電性ワイヤ２７０で連結させてワイヤボンディングする。図１２は、ワイヤボンディングされた状態を示す上面図であり、図１３は、図１２のＣ’−Ｃ”断面である。導電性ワイヤ２７０は金やアルミニウムなどの導電性材質よりなるものである。
次いで、図１４に示したように、ソルダーボール２６０より低く半導体チップ２００上面と側面とを保護する封止材２８０を形成してＢＧＡパッケージＰ３を製造する。封止材２８０は導電性ワイヤ２７０でボンディングされた部分も覆うように形成する。封止材２８０は半導体チップ２００の上面を覆うように形成するが、半導体チップ２００の上面での厚さがソルダーボール２６０より低く形成してソルダーボール２６０を露出させる。封止材２８０としては液状封止材が使用でき、その種類は多様に変更可能である。これは導電性ワイヤ２７０と半導体チップ２００のチップパッド２０５とを外部の埃、湿気及び機械的接触などから保護されるようにする。液状封止材を基板２２０の上部に塗布すれば、液状封止材が導電性ワイヤ２７０及び半導体チップ２００のチップパッド２０５上にまかれて徐々に硬化される。
以上で詳細に説明したように、本発明によるＢＧＡパッケージ製造方法の実施例では封止材２８０を形成するカプセル化工程の進行前にソルダーボール２６０を付着することによって、従来のカプセル化工程の進行後、ソルダーボールを付着する場合に比べて、半導体チップ２００の上面にソルダーボール付着のための別途のパターニング工程や別途の基板が不要である。したがって、本発明の製造方法によれば、パターニング工程や追加基板を必要とせずに、半導体チップの方にソルダーボールを付着したパッケージを製造できる。
図１４は、このように製造したＢＧＡパッケージＰ３構造である。示されたように、ＢＧＡパッケージは、活性面のエッジに複数のチップパッド２０５が形成され、活性面の中央部に複数のソルダーボールパッド２１５が形成された半導体チップ２００を含む。半導体チップ２００はその非活性面に塗布された接着材２５０を通じて基板２２０の上面に接着されているが、基板２２０は上面にボンドフィンガー２２５と下面に基板ランド２３０とが形成されており、対応する半導体チップ２００のエッジの外側に延長されたエッジを有するものである。チップパッド２０５とボンドフィンガー２２５間は導電性ワイヤ２７０で電気的に連結されている。ソルダーボールパッド２１５には複数のソルダーボール２６０が付着されている。封止材２８０は基板２２０上の半導体チップ２００と導電性ワイヤ２７０とを覆うように形成されている。特に、ソルダーボール２６０は覆わずに、ソルダーボール２６０より低く封止材２８０が形成されている。
このようなＢＧＡパッケージＰ３はカプセル化時に必要な垂直的空間を最小化してパッケージの厚さが薄いだけでなく、基板２２０の一面（具体的に基板ランド２３０が形成された側）が別途の工程進行なしにベア（むき出しの）状態に残ってパッケージ積層が可能になる。
［第３実施例］
図１５ないし図１７は、本発明の実施例によるパッケージを積層した構造の例を示した断面図である。特に、前の第２実施例で説明したようなＢＧＡパッケージＰ３の基板ランド２３０を利用してパッケージを積層した構造である。
まず、図１５は２つ以上、例えば４つのＢＧＡパッケージＰ３が積層された構造を示した図である。示したように、上部パッケージのソルダーボール２６０と下部パッケージの基板ランド２３０とが直ちに接続された構造である。
ＢＧＡパッケージＰ３で基板ランド２３０が形成された方が別途工程の進行なしにベア状態に残るので、ＢＧＡパッケージＰ３を順に積めば、上部パッケージのソルダーボール２６０と下部パッケージの基板ランド２３０とが接続されてパッケージ積層が非常に容易である。また、ＢＧＡパッケージＰ３はＣＳＰでありながら、パッケージの厚さが薄い。したがって、積層構造のパッケージは狭い面積を占めるだけでなく、垂直的空間も狭く占める。
図１６は、２つ以上、例えば３つのＢＧＡパッケージＰ３が積層された上、第１実施例の変形例として説明したＢＧＡパッケージＰ２をさらに積層した構造を示した図である。ここでも、ＢＧＡパッケージＰ３同士は上部パッケージのソルダーボール２６０と下部パッケージの基板ランド２３０とが接続される。特に、基板ランドのないＢＧＡパッケージＰ２は最上部に位置し、ＢＧＡパッケージＰ２のソルダーボール１６０がその下のＢＧＡパッケージＰ３の基板ランド２３０に接続されて積層される。
図１７は、１つずつのＢＧＡパッケージＰ３とＢＧＡパッケージＰ２とが積層された構造を示した図である。基板ランドのないＢＧＡパッケージＰ２が最上部に位置し、ＢＧＡパッケージＰ２のソルダーボール１６０がその下のＢＧＡパッケージＰ３の基板ランド２３０に接続されて積層される。
以上、本発明を望ましい実施例を挙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内で当業者によって色々な多くの変形が可能であることは明らかである。
本発明による製造方法で製造するＢＧＡパッケージは、基板ランドが形成された基板の一面が別途の工程の進行なしにベア状態に残ってパッケージ積層が非常に容易になる。これを利用したパッケージ積層構造はＮＡＮＤフラッシュかＤＲＡＭに適用時に別途空間のサイズ増加なしにメモリを増加できて有用である。
従来のＷＢＧＡパッケージを図示する図である。 本発明の第１実施例によるＢＧＡパッケージ及びその製造方法を説明するための平面図である。 本発明の第１実施例によるＢＧＡパッケージ及びその製造方法を説明するための平面図である。 本発明の第１実施例によるＢＧＡパッケージ及びその製造方法を説明するための図であって、最初の工程を示す図２のＡ’−Ａ”断面に対応する図である。 図４の次の工程を示す図である。 図５の次の工程を示す図である。 本発明の第１実施例の変形例によるＢＧＡパッケージの断面図である。 本発明の第２実施例によるＢＧＡパッケージ及びその製造方法を説明するための平面図である。 本発明の第２実施例によるＢＧＡパッケージ及びその製造方法を説明するための平面図である。 本発明の第１実施例によるＢＧＡパッケージ及びその製造方法を説明するための図であって、最初の工程を示す図８のＢ’−Ｂ”断面に対応する図である。 図１０の次の工程を示す図である。 ワイヤボンディングされた状態を示す平面図である。 図１２のＣ’−Ｃ”断面に対応する図である。 図１２のＣ’−Ｃ”断面に対応する図である。 本発明の実施例によるパッケージを積層したパッケージ積層構造の例を示した断面図である。 本発明の実施例によるパッケージを積層したパッケージ積層構造の例を示した断面図である。 本発明の実施例によるパッケージを積層したパッケージ積層構造の例を示した断面図である。
符号の説明
Ｐ３ ＢＧＡパッケージ
２００ 半導体チップ
２０５ チップパッド
２１５ ソルダーボールパッド
２２０ 基板
２２５ ボンドフィンガー
２３０ 基板ランド
２５０ 接着材
２６０ ソルダーボール
２７０ 導電性ワイヤ
２８０ 封止材

Claims (5)

  1. ２つ以上積層された単位パッケージを含み、各単位パッケージは、
    活性面のエッジに複数のチップパッドが形成され、前記チップパッドに連結されたリルーティング配線パターンにより活性面の中央部に複数のソルダーボールパッドが形成された半導体チップと、
    前記半導体チップの非活性面に塗布された接着材を通じて前記半導体チップが接着され、上面にボンドフィンガーと下面に基板ランドとが形成された基板と、
    前記チップパッドと前記ボンドフィンガー間を電気的に連結する導電性ワイヤと、
    前記ソルダーボールパッドを通じて前記半導体チップに付着される複数のソルダーボールと、
    前記基板上の前記半導体チップと前記導電性ワイヤとを覆うように形成されるが、前記ソルダーボールは露出させるように形成された封止材と、を含み、
    上部パッケージの前記ソルダーボールと下部パッケージの前記基板ランドとが接続されたパッケージ積層構造。
  2. 前記基板は対応する前記半導体チップのエッジ外側に延長されたエッジを有することを特徴とする請求項１に記載のパッケージ積層構造。
  3. 最上部に積層された他のＢＧＡパッケージをさらに含み、前記他のＢＧＡパッケージのソルダーボールとその下部パッケージの基板ランドとが接続され、
    前記他のＢＧＡパッケージは、
    基板と、
    前記基板の上面に接着された半導体チップと、
    前記半導体チップの上面に具備された複数のソルダーボールと、
    前記基板上の前記半導体チップを覆うように形成されるが、前記ソルダーボールは露出させるように形成された封止材と、を含む請求項１に記載のパッケージのパッケージ積層構造。
  4. 積層された上部パッケージと下部パッケージとを含み、
    前記上部パッケージは、
    基板と、
    前記基板の上面に接着された半導体チップと、
    前記半導体チップの上面に具備された複数のソルダーボールと、
    前記基板上の前記半導体チップを覆うように形成されるが、前記ソルダーボールは露出させるように形成された封止材と、を含み、
    前記下部パッケージは、
    活性面のエッジに複数のチップパッドが形成され、前記チップパッドに連結されたリルーティング配線パターンにより活性面の中央部に複数のソルダーボールパッドが形成された半導体チップと、
    前記半導体チップの非活性面に塗布された接着材を通じて前記半導体チップが接着され、上面にボンドフィンガーと下面に基板ランドとが形成された基板と、
    前記チップパッドと前記ボンドフィンガー間を電気的に連結する導電性ワイヤと、
    前記ソルダーボールパッドを通じて前記半導体チップに付着される複数のソルダーボールと、
    前記基板上の前記半導体チップと前記導電性ワイヤとを覆うように形成されるが、前記ソルダーボールは露出させるように形成された封止材と、を含み、
    前記上部パッケージの前記ソルダーボールと前記下部パッケージの前記基板ランドとが接続されたパッケージ積層構造。
  5. 前記基板は対応する前記半導体チップのエッジ外側に延長されたエッジを有することを特徴とする請求項４に記載のパッケージ積層構造。
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