KR100321159B1 - 스택형 메모리 모듈 및 그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스택형 메모리 모듈 및 그의 제조 방법을 개시한다. 개시된 본 발명은, 2개의 반도체 칩이 그의 본드 패드 형성면이 대향하도록 소정 간격을 두고 배치된다. 각 본드 패드에는 도전성 범프가 형성된다. 금속 패턴을 갖는 패턴 필름이 각 반도체 칩 사이에 개재되어, 각 반도체 칩의 본드 패드 형성면에 접착되면서 그의 금속 패턴 일단이 도전성 범프에 전기적으로 연결된다. 한편, 패턴 필름은 반도체 칩의 외곽으로 노출될 정도의 크기를 가지며, 금속 패턴의 타단은 패턴 필름의 외곽까지 연장된다. 상기된 구조를 갖는 스택 패키지 복수개가 상하 소정 간격을 두고 배치된다. 각 스택 패키지 사이와, 최상부 스택 패키지 상부 및 최하부 스택 패키지 하부에 패턴 필름 크기와 동일한 복수개의 보드가 소정 간격을 두고 배치된다. 각 보드의 상하면에는 서로 다른 형태의 금속 패턴이 형성된다. 각 보드와 스택 패키지 사이 공간 전체가 봉지제로 봉지된다. 각 반도체 칩의 외곽에 배치된 보드와 패턴 필름 및 봉지제 부분에 복수개의 비아홀이 상하로 관통 형성된다. 각 비아홀 내벽에 금속막이 도금되어서, 비아홀을 통해 선택적으로 노출된 패턴 필름의 금속 패턴과 보드의 금속 패턴이 금속막에 의해 서로 전기적으로 연결된다.

Description

스택형 메모리 모듈 및 그의 제조 방법{STACK TYPE MEMORY MODULE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}

본 발명은 스택형 메모리 모듈 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 적어도 2개 이상의 반도체 칩이 스택된 구조의 스택 패키지가 보드에실장된 메모리 모듈 및 이 모듈을 제조하는 방법에 관한 것이다.

메모리 칩의 용량 증대는 빠른 속도로 진행되고 있다. 현재는 128M DRAM이 양산 단계에 있으며, 256M DRAM의 양산도 가까운 시일안에 도래할 것으로 보인다.

메모리 칩의 용량 증대, 다시말하면 고집적화를 이룰 수 있는 방법으로는 한정된 반도체 소자의 공간내에 보다 많은 수의 셀을 제조해 넣는 기술이 일반적으로 알려지고 있으나, 이와 같은 방법은 정밀한 미세 선폭을 요구하는 등 고난도의 기술과 많은 개발시간을 필요로 한다. 따라서 최근, 보다 쉬운 방법으로 고집적화를 이룰 수 있는 스택킹(Stacking) 기술이 개발되어 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

반도체 업계에서 말하는 스택킹이란 적어도 2개 이상의 반도체 소자를 수직하게 쌓아 올려 메모리 용량을 배가시키는 기술로써, 이러한 스택킹에 의하면, 예를 들어 2개의 64M DRAM급 소자를 적층하여 128M DRAM급으로 구성할 수 있고, 또 2개의 128M DRAM급 소자를 적층하여 256M DRAM급으로 구성할 수 있다.

상기와 같은 스택킹에 의한 패키지가 보드에 실장되어 구성된 종래의 2가지 메모리 모듈이 도 1 및 도 2에 도시되어 있다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 스택 패키지가 보드(5)의 양면에 실장되어 있다. 도 1에 도시된 스택 패키지는 상하부 패키지(1,2)가 스택되어 있고, 각 패키지(1,2)에서 양측으로 돌출된 리드 프레임의 아우터 리드(3,4)가 접합되어 있다. 하부 패키지(2)의 아우터 리드(4)가 보드(5)에 실장되어 있다.

스택 패키지의 내부 구조를 보다 구체적으로 설명하면, 본딩 패드가 상부면에 배치된 반도체 칩에 리드 프레임의 인너 리드가 접착제로 부착되고, 이 인너 리드는 본드 패드에 금속 와이어로 연결되어 있다. 리드 프레임의 아우터 리드(3,4)가 양측으로 노출되도록, 전체 결과물이 봉지제로 봉지되어 있다.

그러나, 상기와 같은 일반적인 스택 패키지는, 패키지의 전체 두께가 너무 두껍다는 단점이 있다. 또한, 상부 패키지의 신호 전달 경로가, 상부 패키지의 아우터 리드를 통해서 하부 패키지의 리드 프레임을 거쳐야 하기 때문에, 전기적인 신호 경로가 너무 길다는 단점도 있다. 특히, 상하부 패키지의 리드를 납땜으로 접합하는데, 이 납땜 불량으로 접속 불량이 자주 야기되었다.

이를 해소하기 위해서, 도 2에 도시된 스택 패키지가 제시되었다. 도 2에 도시된 바와 같이, 도 1과는 다른 형태의 스택 패키지가 보드(5)의 양면에 실장되어 있다. 도 2에 도시된 스택 패키지는 소정 간격을 두고 대향 배치된 상하부 반도체 칩(6,7)을 포함한다. 상하부 리드 프레임이 각 반도체 칩(6,7)의 본드 패드 형성면에 접착되어서, 그의 인너 리드들이 금속 와이어에 의해 본드 패드에 전기적으로 연결되어 있다. 한편, 상부 리드 프레임의 외측 단부가 하부 리드 프레임의 중간 부분에 본딩되어 있다. 하부 리드 프레임의 아우터 리드(9)만이 노출되도록, 전체 결과물이 봉지제(8)로 봉지되어 있다.

그러나, 도 2에 도시된 메모리 모듈은 신호 전달 경로는 줄어들었지만, 상하 반도체 칩의 외곽 전체를 봉지제로 봉지한 구조이기 때문에, 스택 패키지의 두께가 여전히 두껍다는 단점을 갖고 있다.

특히, 도 1 및 도 2에 도시된 메모리 모듈을 제조하기 위해서는, 우선 스택 패키지를 제조한 다음, 이 스택 패키지를 보드에 실장해야 한다. 즉, 패키징 공정과 보드 실장 공정이 별도로 이루어져야만 하는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 종래의 메모리 모듈이 안고 있는 단점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 신호 전달 경로가 길어지지 않게 하면서 스택 패키지의 두께를 줄일 수 있는 스택형 메모리 모듈을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 하나의 일련 공정을 통해서 패키징과 실장 공정이 이루어질 수 있는 스택형 메모리 모듈의 제조 방법을 제공하는데 있다.

도 1 및 도 2는 종래의 스택형 메모리 모듈의 2가지 예를 나타낸 단면도.

도 3 내지 도 13은 본 발명의 실시예 1에 따른 스택형 메모리 모듈을 제조 공정 순서대로 나타낸 단면도.

도 14는 본 발명의 실시예 2에 따른 스택형 메모리 모듈을 나타낸 단면도.

- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 -

10 ; 반도체 칩 11 ; 본드 패드

12,23 ; 도전성 범프 20 ; 패턴 필름

21 ; 절연 필름 22,33 ; 금속 패턴

30,31,32 ; 보드 40 ; 봉지제

41 ; 비아홀 50 ; 금속막

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 스택형 메모리 모듈은 다음과 같은 구성으로 이루어진다.

2개의 반도체 칩이 그의 본드 패드 형성면이 대향하도록 소정 간격을 두고 배치된다. 각 본드 패드에는 도전성 범프가 형성된다. 금속 패턴을 갖는 패턴 필름이 각 반도체 칩 사이에 개재되어, 각 반도체 칩의 본드 패드 형성면에 접착되면서 그의 금속 패턴 일단이 도전성 범프에 전기적으로 연결된다. 한편, 패턴 필름은 반도체 칩의 외곽으로 노출될 정도의 크기를 가지며, 금속 패턴의 타단은 패턴 필름의 외곽까지 연장된다.

상기된 구조를 갖는 스택 패키지 복수개가 상하 소정 간격을 두고 배치된다. 각 스택 패키지 사이와, 최상부 스택 패키지 상부 및 최하부 스택 패키지 하부에 패턴 필름 크기와 동일한 복수개의 보드가 소정 간격을 두고 배치된다. 각 보드의상하면에는 서로 다른 형태의 금속 패턴이 형성된다. 각 보드와 스택 패키지 사이 공간 전체가 봉지제로 봉지된다. 각 반도체 칩의 외곽에 배치된 보드와 패턴 필름 및 봉지제 부분에 복수개의 비아홀이 상하로 관통 형성된다. 각 비아홀 내벽에 금속막이 도금되어서, 비아홀을 통해 선택적으로 노출된 패턴 필름의 금속 패턴과 보드의 금속 패턴이 금속막에 의해 서로 전기적으로 연결된다.

상기와 같은 구조를 갖는 스택형 메모리 모듈을 제조하는 방법은 다음과 같다.

우선, 복수개의 반도체 칩의 본드 패드에 도전성 범프를 형성한다. 한편, 반도체 칩보다 크기가 큰 패턴 필름에 형성된 금속 패턴에도 도전성 범프를 형성한 후, 패턴 필름을 상하로 배치된 2개의 반도체 칩 사이에 개재시킨 상태에서, 패턴 필름을 각 반도체 칩의 본드 패드 형성면에 접착시킴과 아울러 각 도전성 범프를 전기적으로 연결한다.

이러한 공정을 통해 완성된 스택 패키지를 양면에 금속 패턴이 형성된 보드 상부에 배치한 상태에서, 스택 패키지 전체를 봉지제로 봉지한다. 봉지제 상부면에 다른 보드를 접착하고, 다른 스택 패키지를 이 보드 상부에 배치한 상태에서 동일한 공정을 통해 봉지제로 스택 패키지를 봉지한다. 이러한 공정을 통해서, 복수개의 스택 패키지가 복수개의 보드 사이에 배치된 상태에서 봉지된 구조를 구성한다. 반도체 칩의 외곽에 위치한 보드와 봉지제 및 패턴 필름에 복수개의 비아홀을 상하로 관통 형성한다. 그러면, 보드와 패턴 필름의 각 금속 패턴이 비아홀을 통해 선택적으로 노출된다. 비아홀의 내벽에 금속막을 도금하여, 비아홀을 통해 선택적으로 노출된 각 금속 패턴을 금속막을 매개로 전기적으로 연결시킨다.

상기된 본 발명의 구성에 의하면, 스택 패키지가 보드 사이에 배치된 상태에서 봉지제로 봉지되므로써, 메모리 모듈의 두께가 종래 구조보다 대폭 얇아지게 된다. 또한, 스택 패키지를 보드에 실장하는 공정을 별도로 실시하지 않고도 실장 공정이 스택 패키지를 봉지하는 공정과 동시에 이루어지게 되므로, 한 번의 일련 공정을 통해서 메모리 모듈을 제조할 수가 있게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 설명한다.

[실시예 1]

도 3 내지 도 13은 본 발명의 실시예 1에 따른 메모리 모듈을 제조 공정 순서대로 순차적으로 나타낸 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 롤러(25)에 권취된 패턴 필름(20)을 준비한다. 패턴 필름(20)은 도 4에 도시된 바와 같이, 폴리머 필름과 같은 절연 필름(21) 표면에 금속 패턴(22)이 형성된 구조를 갖는다. 이어서, 도 5와 같이, 절연 필름(21)의 안쪽으로 돌출된 금속 패턴(22)의 내측단 상하면 각각에 도전성 범프(23)를 형성하고, 또한 패턴 필름(20)의 상하면에 접착제(24)를 접착한다. 한편, 도 6과 같이, 반도체 칩(10)의 본드 패드(11)에 도전성 범프(12)를 형성한다. 여기서, 패턴 필름(20)은 반도체 칩(10)의 외곽으로 노출될 정도의 크기를 갖고, 금속 패턴(22)의 외측단은 이러한 크기를 갖는 패턴 필름(20)의 외곽까지 연장된다.

그런 다음, 도 7과 같이, 도 6에 도시된 반도체 칩(10) 2개를 상하 소정 간격을 두고 대향 배치한 상태에서, 도 5에 도시된 패턴 필름(20)을 각 반도체칩(10) 사이에 개재시키고, 접착제(24)를 매개로 패턴 필름(20)을 각 반도체 칩(10)의 본드 패드 형성면에 접착한다. 그러면, 각 도전성 범프(12,23)가 접촉하면서, 본드 패드(11)와 패턴 필름(20)의 금속 패턴(22)이 전기적으로 연결된다. 이와 같이, 하나의 패턴 필름(20) 양면에 반도체 칩(10) 2개가 접착된 구조를 갖는 스택 패키지 복수개를 제조한다. 여기서, 도 7에서와 같이, 현재의 스택 패키지는 봉지제로 봉지되기 전의 상태이다.

한편, 도 8에 도시된 3개의 보드(30,31,32)를 준비한다. 각 보드(30,31,32)는 패턴 필름(20) 크기와 동일하고, 또한 각 보드(30,31,32)의 양면에는 서로 다른 형태의 금속 패턴(33)이 형성되어 있다.

이러한 보드(30,31,32)들중에서, 중간 보드(31) 상부에 스택 패키지를 소정 간격을 두고 배치한 상태에서, 도 9와 같이 상부에 배치된 디스펜서로부터 봉지제(40)를 도포하여, 스택 패키지 전체를 봉지제(40)로 봉지한다. 계속해서, 도 8에 도시된 상부 보드(30)를 봉지제(40) 표면에 안치시킨 상태에서 열압착한 후, 봉지제(40)를 경화시킨다. 이어서, 다른 스택 패키지를 상부 보드(30) 상부에 배치한 상태에서, 도 9와 같은 공정을 통해 봉지제(40)로 상부에 배치된 스택 패키지를 봉지한다.

그런 다음, 도 11에 도시된 바와 같이, 하나 남은 하부 보드(32)를 상부에 형성된 봉지제(40) 표면에 올려놓고 열압착한 후 경화시킨다. 이어서, 반도체 칩(10)의 외곽에 위치한 보드(30,31,32)와 패턴 필름(20) 및 봉지제(40) 부분에 드릴을 이용해서 비아홀(41)를 상하로 관통 형성한다. 그러면, 서로 다른 형태로 이루어진 보드(30,31,32)의 금속 패턴(33)과 패턴 필름(20)의 금속 패턴(22)이 비아홀(41)을 통해 선택적으로 노출된다.

이어서, 도 12에 도시된 바와 같이, 각 비아홀(41) 내벽에 구리와 같은 금속막(50)을 도금하여, 각 비아홀(41)을 통해 선택적으로 노출된 각 금속 패턴(22,33)을 금속막(50)을 매개로 전기적으로 연결시킨다. 즉, 금속막(50) 도금 공정을 통해서, 별도의 실장 공정을 실시하지 않고도 각 스택 패키지와 보드(30,31,32)를 전기적으로 연결하게 된다.

마지막으로, 비아홀(41)을 통해 노출된 금속막(50)과 최상하부 보드(32,31)의 상하면에 형성된 금속 패턴(33) 절연을 위해, 도 13에 도시된 바와 같이 최상하부 보드(32,31)의 상면과 하면 각각에 절연성 솔더 레지스트(60)를 도포한다.

도 13에 도시된 스택형 메모리 모듈에서, 스택 패키지는 봉지제(40)로 봉지되는 공정에 의해 각 보드(30,31,32)에 일체화된 후, 금속막(50)을 통해 각 보드(30,31,32)에 전기적으로 연결된다. 따라서, 스택 패키지를 먼저 구성한 후, 이를 보드에 실장하는 별도의 공정을 거치지 않고 일련의 제조 공정을 통해서 메모리 모듈을 제조할 수가 있게 된다. 특히, 현재의 패키지에서는 종래 기술에서는 언급하지는 않았지만, 보드 실장용으로 주로 솔더 볼이 이용되는데, 이 솔더 볼의 접합 강도 취약으로 인한 단선 등의 제반 문제점이 있는데, 본 발명에서는 솔더 볼 대신에 도금에 의한 금속막이 이용되므로, 단선 등과 같은 문제점이 근원적으로 해결되는 부수적인 효과도 있다.

[실시예 2]

도 14는 본 발명의 실시예 2에 따른 스택형 메모리 모듈을 나타낸 단면도이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 스택 패키지 구조는 실시예 1과 동일하다. 다만, 중간에 배치된 보드(30) 중앙에 개구부(34)가 형성되어, 이 개구부(34) 내에 상하 스택 패키지가 진입되어 있다. 또한, 상부에 배치된 보드(32) 밑면과 하부에 배치된 보드(31) 표면에는 직사각형의 수용홈(35)이 형성되어서, 상하부 스택 패키지의 일부가 수용홈(35)으로 진입되어 있다.

이러한 구조의 스택형 메모리 모듈은 스택 패키지간의 간격을 더욱 좁힐 수가 있게 되므로, 메모리 모듈의 두께를 실시예 1에 따른 구조보다 더 얇게 형성할 수 있는 잇점이 있다. 한편, 제조 방법에는 실시예 1과는 약간 차이가 있다. 즉, 중간 보드(30)에 상하로 관통된 개구부(34)가 형성되어 있으므로, 상하부 스택 패키지를 개구부(34)내로 진입시킨 상태에서, 한 번의 봉지 공정을 통해 각 스택 패키지를 봉지하게 된다. 즉, 실시예 1에서는 각 스택 패키지를 별도의 봉지 공정을 통해 봉지하였으나, 본 실시예 2에서는 한 번의 공정을 통해 봉지하는 것에 차이가 있다.

한편, 본 실시예 1 및 2에서는 3개의 보드 사이에 2개의 스택 패키지가 배치되어 구성된 메모리 모듈을 예로 들었으나, 반드시 이에 국한되지 않고 3개 이상의 보드와 2개 이상의 스택 패키지가 본 발명에 따라 메모리 모듈로 구성될 수 있음은 물론이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 스택 패키지가 보드 사이에배치된 상태에서 봉지되므로써, 스택형 메모리 모듈의 두께를 대폭 줄일 수가 있게 된다.

특히, 별도의 실장 공정을 통하지 않고 일련의 공정을 통해서 메모리 모듈을 제조할 수 있는 잇점도 있다.

이상에서는 본 발명에 의한 스택형 메모리 모듈 및 그의 제조 방법을 실시하기 위한 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (8)

1. 상하 양면 각각에 금속 패턴이 형성된 구조로서, 상하 소정 간격을 두고 배치된 복수개의 보드;

   2개의 반도체 칩 사이에 금속 패턴을 갖는 패턴 필름이 개재되어 상기 패턴 필름의 금속 패턴이 상기 각 반도체 칩의 본드 패드에 전기적으로 연결된 구조로서, 상기 각 보드 사이에 배치된 복수개의 스택 패키지;

   상기 각 보드 사이 공간을 봉지하는 봉지제;

   상기 각 반도체 칩의 외곽에 위치한 보드와 패턴 필름 및 봉지제 부분에 상하로 관통 형성되어, 상기 보드와 패턴 필름의 각 금속 패턴을 선택적으로 노출시키는 비아홀; 및

   상기 비아홀 내벽에 도금되어, 상기 비아홀을 통해 노출된 금속 패턴들을 전기적으로 연결하는 금속막을 포함하는 것을 특징으로 하는 스택형 메모리 모듈.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 최상부 및 최하부에 배치된 보드를 제외한 나머지 보드의 중앙에는 상기 각 스택 패키지가 진입되는 개구부가 관통 형성된 것을 특징으로 하는 스택형 메모리 모듈.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 최상부에 배치된 보드 밑면과 최하부에 배치된 보드 표면에 스택 패키지가 진입되는 수용홈이 형성된 것을 특징으로 하는 스택형 메모리 모듈.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 최상부에 배치된 보드 밑면과 최하부에 배치된 보드 표면에 스택 패키지가 진입되는 수용홈이 형성된 것을 특징으로 하는 스택형 메모리 모듈.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 반도체 칩의 본드 패드와 패턴 필름의 금속 패턴 각각에는 도전성 범프가 형성되어, 상기 각 도전성 범프가 서로 접속된 것을 특징으로 하는 스택형 메모리 모듈.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 최상부 보드 표면과 최하부 보드 밑면에 절연성 솔더 레지스트가 형성된 것을 특징으로 하는 스택형 메모리 모듈.
7. 금속 패턴을 갖는 패턴 필름을 2개의 반도체 칩 사이에 개재시킨 상태에서, 상기 패턴 필름을 각 반도체 칩의 본드 패드 형성면에 접착하면서 그의 금속 패턴을 반도체 칩의 본드 패드에 전기적으로 연결하여 스택 패키지를 제조하는 단계;

   양면에 금속 패턴이 형성된 복수개의 보드 사이에 상기 스택 패키지 복수개를 배치한 후, 상기 각 보드 사이 공간을 봉지제로 봉지하는 단계;

   상기 반도체 칩의 외곽에 위치한 각 보드와 패턴 필름 및 봉지제 부분에 비아홀을 관통 형성하여, 상기 보드와 패턴 필름의 각 금속 패턴을 비아홀을 통해 노출시키는 단계; 및

   상기 비아홀 내벽에 금속막을 도금하여, 상기 비아홀을 통해 노출된 각 금속 패턴을 금속막을 매개로 전기적으로 연결시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스택형 메모리 모듈의 제조 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 금속막 도금 후, 상기 최상부 보드 표면과 최하부 보드 밑면에 절연성 솔더 레지스트를 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스택형 메모리 모듈의 제조 방법.