KR100266637B1 - 적층형볼그리드어레이반도체패키지및그의제조방법 - Google Patents

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Abstract

적층형 볼 그리드 어레이(Ball Grid Array : 이하 BGA) 반도체 패키지 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 중앙부에 캐비티(cavity)(21)를 형성하고 있는 기판 몸체(20)와; 상기 기판 몸체(20)의 상면과 하면 사이에 전기적인 통로를 형성하기 위한 도전성 배선(46)들을 가지고, 그 기판 몸체의 상면에서 하면까지 부착되어 있는 배선패턴층(40)과; 상기 캐비티(21)의 저면에 부착되어 있는 반도체 칩(60)과; 상기 반도체 칩(60)과 상기 배선(46)들 사이를 전기적으로 연결하고 있는 복수개의 도전성 와이어(70)들과; 상기 반도체 칩(60)과 와이어(70)들을 밀봉하도록 상기 캐비티(21)에 채워져 있는 몰딩부(80)와; 그리고, 상기 기판 몸체(20)의 하면에 형성된 상기 배선패턴층(40)의 각 배선(46)상에 대응하도록 부착되어 있는 복수개의 솔더볼(90)들로 구성된다.

Description

적층형 볼그리드 어레이 반도체 패키지 및 그의 제조 방법{STACKABLE BALL GRID ARRAY SEMICONDUCTOR PACKAGE AND A METHOD THEREOF}
본 발명은 반도체 패키지에 관한 것으로, 특히 적층형 볼 그리드 어레이(Ball Grid Array : 이하 BGA) 반도체 패키지 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 다핀 패키지의 하나로써 각광 받는 쿼드 플래트 패키지(QUAD FLAT PACKAGE : 이하 QFP라 칭함)는, 다핀화 추세로 인하여 아웃리드의 폭이 점점 얇아짐과 아울러 리드간의 피치가 미세화되기 때문에 리드의 휨이 쉽게 발생되며, 또한 인쇄회로기판(PRINTED CIRCUIT BOARD : PCB)에 표면실장할때 그 인쇄회로기판과 패키지 간의 정렬 및 솔더의 양 조절이 어려운 단점을 가지고 있었다. 따라서, 다핀화 추세에 부응하면서 상기와 같은 QFP의 단점을 해결하는 BGA 반도체 패키지가 개발되어 사용되고 있는 바, 그 BGA 반도체 패키지는 아웃리드가 없고 그대신 솔더볼이 아웃리드의 역할을 하기 때문에 상기 QFP의 단점을 해소할 수 있게 되었다.
도 1은 종래 BGA 반도체 패키지의 구성을 보인 종단면도로서, 이에 도시된 바와 같이, 패턴화된 도전성 배선들(미도시)이 내설되어 있는 기판(1)이 있고, 상기 기판(1)의 상부에 반도체 칩(2)이 접착제(3)를 매개로 하여 부착되어 있으며, 상기 반도체 칩(2)과 (상기 기판(1)에 내설된) 각 배선의 일단이 다수의 도전성 와이어(4)에 의해 전기적으로 연결되어 있다. 또한, 상기 기판(1)의 상부에 상기 반도체 칩(2)과 와이어(4)들을 밀봉하고 있는 몰딩부(5)가 형성되어 있고, 상기 기판(1)의 하면에는 그 기판(1)에 내설된 각 배선의 타단에 연결되도록 다수개의 솔더볼(6)이 부착되어 있다. (여기서, 상기 배선들은 기판의 상,하부를 전기적으로 연결하여 주는 전기적 경로가 된다.)
그러나, 도 1에 도시된 종래의 BGA 패키지는 그의 하면으로만 전기적 신호의 입출력단자가 되는 솔더볼들이 형성되어 있기 때문에, 다층의 패키지 모듈을 만들지 못하는 단점이 있다. 따라서, 제한된 면적내에서 반도체 패키지들의 적층에 의한 기능적 용량의 확대가 어려운 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 BGA 반도체 패키지의 단점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적은 적층가능한 BGA 반도체 패키지 및 그의 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.
도 1은 종래 BGA 반도체 패키지의 종단면도.
도 2는 본 발명에 따른 BGA 반도체 패키지의 종단면도.
도 3은 도 2의 배선패턴층을 기판 몸체로부터 분리하여 펼친 상태의 평면도.
도 4(a) - 도 4(d)는 본 발명에 따른 BGA반도체 패키지의 제조 방법을 설명하기 위한 순차적인 종단면도.
도 5는 본 발명에 따른 BGA반도체 패키지 모듈의 종단면도.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
20 : 기판 몸체 21 캐비티(Cavity)
30 : 제 1 접착부재 40 : 배선패턴층
41 : 제 1 배선패턴부 42 : 제 2 배선패턴부
43 : 제 3 배선패턴층 44a : 제 1 외부단자패드
44b : 제 2 외부단자패드 45 : 내부단자패드
46 : 전도성 배선 50 : 제 2 접착부재
60 : 반도체 칩 70 : 와이어
80 : 몰딩부 90 : 솔더볼
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 적층형 BGA 반도체 패키지는, 중앙부에 캐비티(cavity)(21)를 형성하고 있는 기판 몸체(20)와; 상기 기판 몸체(20)의 밑면, 측면 및 상면에 차례대로 부착되는 제 1 배선패턴부(41), 제 2 배선패턴부(42) 및 제 3 배선패턴부(43)로 이루어지고, 상기 제 1 배선패턴부(41)상에는 제 1 외부단자패드(44a)들이 형성되어 상기 솔더볼(90)들이 부착되고, 상기 제 3 배선패턴부(43)에는 상기 제 1 외부단자패드(44a)들에 대응하도록 제 2 외부단자패드(44b)들이 형성되어 있으며, 그 제 3 배선패턴부(43)의 단부에는 내부단자패드(45)들이 형성되어 상기와이어(70)의 일단과 연결되어 있고, 그리고 상기 제 1 외부단자패드(44a)들과 제 2 외부단자패드(44b)들 및 내부단자패드(45)들은 상기 배선(46)들에 의해 상호 전기적으로 연결된 배선패턴층(40)과; 상기 캐비티(21)의 저면에 부착되어 있는 반도체 칩(60)과; 상기 반도체 칩(60)과 상기 배선(46)들 사이를 전기적으로 연결하고 있는 복수개의 도전성 와이어(70)들과; 상기 반도체 칩(60)과 와이어(70)들을 밀봉하도록 상기 캐비티(21)에 채워져 있는 몰딩부(80)와; 그리고 상기 기판 몸체(20)의 하면에 형성된 상기 배선패턴층(40)의 각 배선(46)상에 대응하도록 부착되어 있는 복수개의 솔더볼(90)들을 포함하여 구성된다.
이와 같은 본 발명의 BGA 반도체 패키지에 의하면, 상기 배선패턴층의 배선들에 의해 기판의 상면과 하면에 서로 대응하는 전기적인 공통단자가 형성되기 때문에 적층된 BGA 반도체 패키지 모듈을 제작할 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 제 1 외부단자패드들과 제 2 외부단자패드들 및 내부단자패드들은 상기 배선들에 의해 상호 전기적으로 연결되어 있다. 상기 제 1 및 제 2 외부단자패드들 및 내부단자패드들은 반구형의 리세스(recess)로 형성되어 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 상기 기판몸체의 하면과 상면에 각각 상호 대응하도록 형성된 제 1 외부단자패드들과 제 2 외부단자패드들이 전기적으로 연결되어 공통단자를 형성하기 때문에, 상기 반도체 기판의 상면과 하면 사이에 전기적인 통로가 형성된다. 또한, 상기 반구형의 제 1 외부단자내에 솔더볼이 부착되기 때문에, BGA 반도체 패키지의 제작시 솔더볼의 접착을 용이하게 하고, 완성된 BGA 반도체 패키지들의 적층시 솔더볼이 제 2 외부단자내에 안착되어 부착되므로 적층을 보다 쉽게 하는 잇점이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 BGA 반도체 패키지의 제조 방법은, 상.하면을 가진 기판 몸체를 제공하는 공정과; 상기 기판 몸체의 상면 중앙부에 캐비티(cavity)를 형성하는 공정과; 상기 기판 몸체의 밑면, 측면 및 상면에 차례대로 부착되는 제 1 배선패턴부, 제 2 배선패턴부 및 제 3 배선패턴부로 이루어지고, 상기 제 1 배선패턴부상에 상기 솔더볼들을 부착하기 위한 제 1 외부단자패드들이 형성되고, 상기 제 3 배선패턴부상에 상기 제 1 외부단자패드들에 대응하도록 제 2 외부단자패드들이 형성되고, 상기 제 3 배선패턴부의 단부에 상기 와이어들에 의해 상기반도체 칩과 전기적으로 연결되는 내부단자패드들이 형성되며, 상기 제 1 외부단자패드들과 제 2 외부단자패드들 및 내부단자패드들은 상기 배선들에 의해 전기적으로 연결되는 배선패턴층을 상기 기판 몸체의 상면에서 하면까지 감싸도록 부착하는 배선패턴층 형성공정과; 상기 캐비티의 저면에 반도체 칩을 부착하는 칩 부착 공정과; 복수개의 도전성 와이어들을 이용하여 상기 반도체 칩과 상기 배선들 사이를 서로 대응하도록 전기적으로 연결하는 와이어 본딩 공정과; 상기 반도체 칩과 와이어들을 밀봉하여 몰딩부를 형성하는 몰딩공정과; 그리고 상기 기판 몸체의 하면에 형성된 상기 배선들상에 솔더볼들을 부착하는 솔더볼 형성공정을 포함하여 구성된다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 BGA 반도체 패키지 및 그의 제조 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 BGA 반도체 패키지의 종단면도로서, 절연성 물질로된 (장방형의) 기판 몸체(20)가 있고, 상기 기판 몸체(20)의 중앙부에는 캐비티(21)가 형성되어 있다. 상기 캐비티(21)를 제외한 기판 몸체(20)의 상면부터 하면에는 아교(Glue)와 같은 제 1접착부제(30)를 매개로 하여 배선패턴층(40)이 부착되어 있다. 여기서 도 3을 참조하여 상기 배선패턴층(40)의 구조를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 상기 배선패턴층(40)을 상기 기판 몸체(20)로부터 분리하여 펼친 상태의 평면도로서, 그 배선패턴층(40)은 상기 기판 몸체(20)의 밑면과 측면 및 상면에 차례대로 부착되는 제 1 배선패턴부(41)와 제 2 배선패턴부(42) 및 제 3 배선패턴부(43)로 이루어져 있다. 상기 배선패턴층(40)의 제 1 배선패턴부(41)에는 제 1 외부단자패드(44a)들이 형성되어 있고, 제 2 배선패턴부(42)에는 상기 제 1 외부단자패드(44a)와 대응하는 제 2 외부단자패드(44b)들이 형성되어 있다. 즉, 상기 제 1 외부단자패드(44a)들과 제 2 외부단자패드(44b)들은 상기 기판 몸체(20)의 상.하부에 서로 대칭되도록 형성되어 있다. 상기 배선패턴층(40)의 제 3 배선패턴부(43)의 단부에는 복수개의 내부단자패드(45)들이 상기 제 1 외부단자패드(44a)들(또는 제 2 외부단자패드(44b)들)에 대응하게 형성되어 있다. 그리고, 상기 내부단자패드(45)들과 제 1 및 제 2 외부단자패드(44a)(44b)들을 상호 전기적으로 연결하도록 패터닝된 도전성 배선(46)들이 형성되어 있다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 외부단자패드(44a)(44b)들은 반구형의 리세스(recess)로 형성되어 있다.
다시 도 2를 보면, 상기 캐비티(21)의 저면에 에폭시와 같은 제 2 접착부재(50)를 매개로 하여 반도체 칩(60)이 부착되어 있고, 상기 반도체 칩(60)과 상기 배선패턴층(40)에 형성된 내부단자패드(45)들 사이는 도전성 와이어(70)들을 매개로 하여 상호 전기적으로 연결되어 있다. 그리고, 상기 캐비티(21)내에는 에폭시 몰딩화합물이 채워져 상기 반도체 칩(60)과 상기 와이어(70)들을 밀봉하고 있는 몰딩부(80)가 형성되어 있으며, 상기 배선패턴층(40)의 제 1 배선패턴부(41)에 형성된 제 1 외부단자패드(44a)들상에는 솔더볼(90)들이 부착되어 있다.
도 4를 참조하여 본 발명에 따른 BGA반도체 패키지의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저 도 4(a)와 같이, 상.하면을 가진 절연성 기판 몸체(20)를 준비하고, 상기 기판 몸체(20)의 상면 중앙부에 캐비티(21)를 형성한 후, 상기 기판 몸체(20)의 상면 및 하면에 제 1 접착부재(30)를 바른다. 상기 제 1접착부재(30)로는 아교를 사용하도록 한다.
도 4(b)에 도시된 바와 같이, 상기 기판 몸체(20)의 하면과 측면 및 상면을 감싸도록 도 3에 도시된 배선패턴층(40)을 부착한 후, 상부 및 하부 몰드(100)(110)를 이용하여 열압착시켜서 상기 배선패턴층(40)이 상기 기판 몸체(20)에 견고하게 부착되도록 한다. 이때, 적어도 상기 캐비티(21)의 저면은 그 배선 패턴층(40)으로부터 외부로 노출되도록 한다.
도 4(c)에 도시된 바와 같이, 상기 캐비티(21)의 저면에 제 2 접착부재(50)를 매개로 하여 반도체 칩(60)을 부착한 후, 상기 반도체 칩(60)과 상기 배선패턴층(40)의 내부단자패드(45)들 사이를 복수개의 와이어(70)들을 이용하여 상호 전기적으로 연결한다.
도 4(d)에 도시된 바와 같이, 상기 캐비티(21) 내에 에폭시 몰딩화합물을 채워서 상기 반도체 칩(60)과 와이어(70)들을 밀봉하는 몰딩부(80)를 형성하고, 마지막으로, 상기 배선패턴층(40)의 제 1 배선패턴부(41)에 형성된 제 1 외부단자패드(44a)들 상에 솔더볼(90)들을 부착하여 본 발명의 BGA 반도체 패키지의 제조 공정을 마치도록 한다. 도 4d의 패키지는 도 2의 패키지와 동일한 패키지이다.
도 5는 도 4d의 패키지들을 적층하여 만든 BGA반도체 패키지 모듈을 도시한 것으로, 하층 BGA 반도체 패키지(200)의 제 2 외부단자패드(44b)들에 상층 BGA 반도체 패키지(300)의 솔더볼(90)들이 위치하도록 정렬하여 적층한 후, 리플로우(Reflow)공정을 실시하여 상기 솔더볼(90)들을 용융하고 굳힘으로써 상측 BGA 반도체 패키지(300)의 솔더봉(90)이 하측 BGA 반도체 패키지(200)의 제 2 외부단자패드(44b)에 전기적으로 연결된 상태로 적층 완료된다.
이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 적층형 BGA 반도체 패키지 및 그의 제조 방법에 의하면, 단품 BGA 반도체 패키지를 생산한 후 별도의 추기 공정 없이 리플로우 공정만으로 다층으로 된 BGA 반도체 패키지 모듈을 제작할 수 있기 때문에, 제한된 면적내에서 반도체 패키지의 기능적 용량을 확대할 수 있다.

Claims (5)

  1. 중앙부에 캐비티(cavity)(21)를 형성하고 있는 기판 몸체(20)와;
    상기 기판 몸체(20)의 밑면, 측면 및 상면에 차례대로 부착되는 제 1 배선패턴부(41), 제 2 배선패턴부(42) 및 제 3 배선패턴부(43)로 이루어지고, 상기 제 1 배선패턴부(41)상에는 제 1 외부단자패드(44a)들이 형성되어 상기 솔더볼(90)들이 부착되고, 상기 제 3 배선패턴부(43)에는 상기 제 1 외부단자패드(44a)들에 대응하도록 제 2 외부단자패드(44b)들이 형성되어 있으며, 그 제 3 배선패턴부(43)의 단부에는 내부단자패드(45)들이 형성되어 상기와이어(70)의 일단과 연결되어 있고, 그리고 상기 제 1 외부단자패드(44a)들과 제 2 외부단자패드(44b)들 및 내부단자패드(45)들은 상기 배선(46)들에 의해 상호 전기적으로 연결된 배선패턴층(40)과;
    상기 캐비티(21)의 저면에 부착되어 있는 반도체 칩(60)과;
    상기 반도체 칩(60)과 상기 배선(46)들 사이를 전기적으로 연결하고 있는 복수개의 도전성 와이어(70)들과;
    상기 반도체 칩(60)과 와이어(70)들을 밀봉하도록 상기 캐비티(21)에 채워져 있는 몰딩부(80)와; 그리고
    상기 기판 몸체(20)의 하면에 형성된 상기 배선패턴층(40)의 각 배선(46)상에 대응하도록 부착되어 있는 복수개의 솔더볼(90)들을 포함하여 구성된 적층형 볼 그리드 어레이 반도체 패키지.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 외부단자패드(43a)(43b)들은 반구형의 리세스(recess)로 형성된 것을 특징으로 하는 볼 그리드 어레이 반도체 패키지.
  3. 상.하면을 가진 기판 몸체(20)를 제공하는 공정과;
    상기 기판 몸체(20)의 상면 중앙부에 캐비티(cavity)(21)를 형성하는 공정과;
    상기 기판 몸체(20)의 밑면, 측면 및 상면에 차례대로 부착되는 제 1 배선패턴부(41), 제 2 배선패턴부(42) 및 제 3 배선패턴부(43)로 이루어지고, 상기 제 1 배선패턴부(41)상에 상기 솔더볼(90)들을 부착하기 위한 제 1 외부단자패드(44a)들이 형성되고, 상기 제 3 배선패턴부(43)상에 상기 제 1 외부단자패드(44a)들에 대응하도록 제 2 외부단자패드(44b)들이 형성되고, 상기 제 3 배선패턴부(43)의 단부에 상기 와이어(70)들에 의해 상기반도체 칩과 전기적으로 연결되는 내부단자패드(45)들이 형성되며, 상기 제 1 외부단자패드(44a)들과 제 2 외부단자패드(44b)들 및 내부단자패드(45)들은 상기 배선(46)들에 의해 전기적으로 연결되는 배선패턴층(40)을 상기 기판 몸체(20)의 상면에서 하면까지 감싸도록 부착하는 배선패턴층 형성공정과;
    상기 캐비티(21)의 저면에 반도체 칩(60)을 부착하는 칩 부착 공정과;
    복수개의 도전성 와이어(70)들을 이용하여 상기 반도체 칩(60)과 상기 배선(46)들 사이를 서로 대응하도록 전기적으로 연결하는 와이어 본딩 공정과;
    상기 반도체 칩(60)과 와이어(70)들을 밀봉하여 몰딩부(80)를 형성하는 몰딩공정과; 그리고
    상기 기판 몸체(20)의 하면에 형성된 상기 배선(46)들상에 솔더볼(90)들을 부착하는 솔더볼 형성공정을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 볼 그리드 어레이 반도체 패키지의 제조 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 외부단자패드(43a)(43b)들은 반구형의 리세스(recess)로 형성하는 것을 특징으로 하는 볼 그리드 어레이(Ball Grid Array : BGA) 반도체 패키지의 제조 방법.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 배선패턴층(40)을 상기 기판 몸체(20)의 표면에 부착한 후, 열압착공정을 추가로 수행하는 것을 특징으로 하는 볼 그리드 어레이 반도체 패키지의 제조 방법.
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