KR100333383B1 - 반도체 패키지의 솔더 볼 접합 강도 강화 방법 - Google Patents
반도체 패키지의 솔더 볼 접합 강도 강화 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 반도체 패키지의 솔더 볼 접합 강도 강화 방법을 개시한다. 개시된 본 발명은, 복수개의 솔더 볼이 배열된 패키지의 한 면에 에폭시 성분에 열전도율이 우수한 강화재가 첨가된 절연 물질을 솔더 볼 높이의 1/4 이하의 높이로 도포한다. 강화재의 재질은 실리카, 질화 알루미나, 탄화 실리콘 및 알루미늄 산화막으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상으로서, 절연물질의 중량 대비 50% 이상을 첨가한다. 강화재가 첨가된 절연 물질을 도포하는 방법으로는, 패키지를 회전시키면서 패키지의 솔더 볼 배열면에 절연 물질을 스핀 코팅하는 방법과, 각 솔더 볼 사이마다 개구부를 갖는 마스크를 패키지의 솔더 볼 배열면에 배치하고, 노즐로부터 절연 물질을 마스크 표면에 도포하여 각 개구부 사이로 절연 물질을 진입시키는 방법 및, 상기 마스크 표면에 먼저 절연 물질을 도포한 후, 나이프로 절연 물질을 긁으므로써, 각 개구부를 통해 절연 물질이 진입되도록 하는 스크린 프린트 방법을 포함한다.
Description
본 발명은 반도체 패키지의 솔더 볼 접합 강도 강화 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 패키지의 밑면에 격자 형상으로 배열되어 기판에 실장되는 솔더볼의 접합 강도를 강화하는 방법에 관한 것이다.
패키지의 한 예로서, 가장 범용으로 사용되고 있는 에스오제이(SOJ:Small Outline J-lead) 타입이 있고, 특수한 경우에 사용하는 지프(ZIP: Zigzag Inline Package) 타입이 있으며, 또 규격화되고 있는 메모리 카드(memory card)에 적합하도록 구성된 티에스오피(TSOP: Thin Small Outline Package) 타입 등이 있다.
이러한 종래 기술에 따른 패키지 제조 방법을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.도 1은 종래의 솔더 볼 접합 강도 강화 방법의 한 예를 설명하기 위한 도면이다.먼저, 웨이퍼를 스크라이빙 라인을 따라 절단하는 소잉(sawing) 공정을 진행하여 개개의 반도체 칩으로 분리한 다음, 리드 프레임의 인너 리드를 각 반도체 칩에 부착하는 다이 어태치 공정을 진행한다.
이후 일정 온도에서 일정시간 동안 큐어링(curing)을 실시한 후, 반도체 칩의 패드와 리드 프레임의 인너 리드를 금속 와이어로 상호 연결시켜 전기적으로 연결시키는 와이어 본딩 공정을 수행한다.
와이어 본딩이 끝나면, 봉지제를 사용하여 반도체 칩을 몰딩하는 몰딩 공정을 수행한다. 이와 같이 반도체 칩을 몰딩해야만, 외부의 열적, 기계적 충격으로 부터 반도체 칩을 보호할 수가 있는 것이다.
상기와 같은 몰딩 공정이 완료된 후에는 아우터 리드을 도금하는 플래팅 공정, 아우터 리드를 지지하고 있는 댐바를 절단하는 트림 공정, 및 기판에 실장이 용이하도록 아우터 리드를 소정 형태로 절곡 형성하는 포밍 공정을 진행하여, 패키지를 제조한다.
이러한 공정으로 제작되는 일반적인 패키지에 대해, 패키지의 경박화를 위해제시된 볼 그리드 어레이 패키지는 기판에 실장하기 위해서 수 개의 솔더 볼이 그의 밑면에 어레이식으로 배열된다.
상기와 같은 공정을 통해 형성되는 볼 그리드 어레이 패키지의 구조를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
반도체 칩의 패드에 범프가 형성되어 있고, 구리 재질의 금속 패턴이 형성된 패턴 테이프가 범프에 열압착에 의해 부착되어 전기적으로 연결된다. 전체가 봉지제로 몰딩되고, 패턴 테이프의 밑면에 형성된 볼 랜드에 솔더 볼이 부착된 구조로 이루어져 있다.
이와 같이, 볼 그리드 어레이 패키지는 외부 접속 단자로서 솔더 볼이 사용되고 있다. 그런데, 패키지 크기가 점차 경박단소화되어 감에 따라 솔더 볼의 직경이 0.76㎜에서 0.5㎜ 이하로 줄어들고 있는 추세이다.이러한 작은 크기의 솔더 볼이 이용되는 볼 그리드 어레이 패키지가 안고 있는 가장 큰 문제점은 기판의 종류에 따라 정도 차이는 있지만, 대체로 솔더 볼의 접합 강도가 매우 취약하다는 것이다. 이를 보완하기 위해, 종래에는 다음과 같은 3가지 방법이 사용되었다.
첫 번째로 응력 완충재를 사용하는 방법이다. 열팽창계수 차이가 큰 패키지와 기판간에 위치하는 솔더 볼은 열적 응력 차이에 의해 접속 부위가 파단되는 경우가 많다. 열적 응력을 완화시키기 위해서, 세라믹과 같이 응력 완충 기능을 갖는 응력 완충재를 솔더 볼과 기판 사이에 개재시켰다.그러나, 응력 완충재를 사용하는 방법은, 응력 완충재를 형성하기 위한 공정이 추가되므로 패키지 제조 비용이 상승되는 문제가 있다.
두 번째로 희생 솔더 볼을 사용하는 방법이다. 한 패키지에는 대략 100개 정도의 솔더 볼이 사용되는데, 외곽에 배치된 솔더 볼에 열팽창계수 차이로 인해 전단 응력이 더욱 심하게 인가된다. 즉, 각 솔더 볼에 발생되는 크랙은 최외곽으로부터 중앙을 향해 진행된다. 이를 방지하기 위해, 최외곽에 희생 솔더 볼을 형성하였다.그러나, 희생 솔더 볼은 시그널용 솔더 볼보다 크기가 크기 때문에, 솔더 볼 형성 공정이 2회로 늘어난다는 단점이 있고, 희생 솔더 볼 마운트를 위한 볼 랜드를 패키지 밑면에 시그널용 볼 랜드와는 다른 형상으로 형성해야만 하는 문제도 있다.
세 번째는 언더필링(underfilling) 방법으로, 도 1에 도시된 바와같이, 언더필링 방법으로 솔더 볼이 기판에 실장된 상태가 도시되어 있다.도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 칩(1)의 밑면에 배열된 솔더 볼(2)을 기판(3)에 실장한 후, 기판(3)과 반도체 칩(1) 사이 전체를 에폭시 성분의 절연물질로 언더필링하도록 되어 있다.그러나, 이러한 종래의 방법은 반도체 칩이나 기판에 불량이 발생될 경우, 기판으로부터 반도체 칩을 분리하는 것이 불가능하기 때문에, 모듈 전체를 폐기처분해야만 하는 문제점이 있다.또한, 종래의 절연 물질에는 열전도 물질이 포함되어 있지 않기 때문에, 솔더 볼에서 발생되는 고열이 외부로 발산되는 효율이 저하되어, 반도체 칩의 특성을 저하시키게 된다. 특히, 절연 물질을 언더필링한 후, 절연 물질이 경화되기까지 수 시간이 소요되어 생산성이 저하된다는 또 다른 문제점이 있다.
한편, 상기된 3가지 방법들은 모두 일반적인 패키지에 적용할 수 있는 방법이고, 최근 패키지 개발 방향인 웨이퍼 레벨 패키지에는 전혀 적용할 수가 없어서,새로운 대처 방안의 제시가 절실히 요구되었다.
이에 본 발명은 상기 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 솔더 볼의 접합 강도를 강화함과 아울러 웨이퍼 레벨 패키지에도 적용가능한 반도체 패키지의 솔더볼 접합강도 강화방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 솔더 볼 접합 강도 강화 방법의 한 예를 설명하기 위한 도면.
도 2 내지 도 4는 본 발명에서 제시되는 강화재가 첨가된 절연 물질을 도포하는 3가지 방법을 설명하기 위한 도면.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 방법이 적용되어 기판에 실장된 패키지를 내열성 테스트후 촬영한 사진.
- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 -
10 ; 패키지 11 ; 솔더 볼
20 ; 기판 30 ; 강화재가 첨가된 절연 물질
40 ; 노즐 50 ; 나이프
60 ; 마스크 61 ; 개구부
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 솔더 볼의 접합 강도 방법은, 패키지에 형성되어 기판에 실장되는 솔더 볼의 접합 강도를 강화하는 방법에 있어서, 상기 패키지의 솔더볼 배열면에 실리카, 질화 알루미나, 탄화 실리콘 및 알루미늄 산화막으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상을 포함하는 열전도성 강화재가 첨가된 절연 물질을 솔더 볼 높이의 1/4 이하 높이로 도포하는 것을 특징으로한다.또한, 상기 강화재는 절연물질의 중량 대비 20% 이상을 첨가하는 것을 특징으로 한다.그리고, 상기 절연물질을 도포하는 방법으로는, 절연 물질을 패키지를 회전시키면서 스핀 코팅하거나, 패키지의 솔더볼 배열면상에, 각 솔더볼사이에 개구부가 형성된 마스크를 배치하고, 상기 마스크로 노즐을 통해서 절연 물질을 도포하여, 상기 각 개구부사이로 절연 물질을 진입시켜 각 솔더볼사이에 도포하거나, 또는 패키지의 솔더볼 배열면상에, 각 솔더볼사이에 개구부가 형성된 마스크를 배치하고, 상기 절연 물질을 마스크 표면에 먼저 도포한 후, 나이프로 상기 절연물질을 긁어서 각 개구부사이로 진입시켜 각 솔더 볼사이에 도포하는 것을 특징으로한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체패키지의 솔더볼 접합강도 강화방법을 첨부도면에 의거하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 솔더 볼의 접합 강도 강화 방법은 에폭시 성분의 절연 물질을 패키지의 본딩패드 배열면에 도포한다는 점에서는 전술된 종래 기술인 언더필링과 유사하지만, 절연 물질의 성분에서 큰 차이가 있다.
본 발명에서 제시되는 절연 물질은 에폭시 성분에 강화재가 첨가된다. 에폭시 성분에는 반도체 칩 표면과의 접착력을 강화함과 아울러 각 솔더 볼 측면에 필렛을 용이하게 형성하는 여러 첨가제가 포함된다. 여기서, 강화재는 반도체 칩에서 발생되는 고열을 외부로 발산하기 위한 열전도율이 우수한 재질로서, 실리카, 질화 알루미나, 탄화 실리콘 및 알루미늄 산화막으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상으로 이루어진다. 특히, 강화재를 절연물질의 중량 대비 20% 이상을 첨가한다.
이러한 성분으로 이루어진 절연 물질을 패키지의 솔더 볼 배열면에 도포하는 방법 3가지를 도 2 내지 도 4를 참고하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 도 2에 도시된 방법은 스핀 코팅이다. 즉, 패키지(10)를 회전 테이블상에 올려놓고, 패키지(10)를 회전시키면서 강화재가 첨가된 절연 물질(30)을 패키지(10)의 솔더 볼 배열면에 스핀 코팅한다. 이때, 그 높이는 솔더 볼(11) 높이의 1/4 이하가 되도록 한다. 그 이유는, 도 2에서와 같이, 솔더볼(11)을 기판(20)에 실장할 때, 기판(20)에 실장되는 솔더 볼(11) 부분에 절연 물질(30)이 묻지 않도록 하기 위함이다.
또한, 도 3에 도시된 방법은 노즐을 이용한 도포이다. 즉, 노즐(40)로부터 강화재가 첨가된 절연 물질(30)을 솔더 볼(11) 높이의 1/4 이하 높이로 도포한다. 이때, 전술된 바와 같이, 솔더 볼(11)의 표면에는 절연 물질(30)이 묻지 않아야 한다. 또한, 이 경우에, 도면에는 도시하지 않았지만, 도 4에 도시된 마스크(60)를 이용하는 것이 바람직하다. 마스크(60)에는 각 솔더볼(11)사이에 위치하는 개구부(61)가 형성되어 있어, 마스크(60)상에 노즐(40)로부터 절연 물질(30)을 도포하면, 각 개구부(61) 사이를 통해서 절연 물질(30)이 진입하게 되므로써 절연 물질(30)은 각 솔더볼(11)사이에만 도포된다.
마지막으로, 도 4에 도시된 방법은 스크린 프린트이다. 이 방법에도 도 3에서 사용되었던 마스크(60)가 사용된다. 즉, 마스크(60)상에 미리 절연 물질(30)을 도포하고, 나이프(50)로 절연 물질(30)을 긁게 되면, 각 개구부(61) 사이로 절연 물질(30)이 진입하게 된다.
상기된 방법들중 어떠한 방법을 채택하던 간에, 본 발명에 따른 도포 방법이 적용되면, 절연 물질이 패키지와 기판 사이 전체에 걸쳐 도포되지 않으므로, 기판으로부터 패키지를 손쉽게 분리할 수가 있게 된다. 따라서, 전체 모듈을 폐기처분하지 않아도 된다.
한편, 본 실시예에서는 패키지 상태에서 강화재가 첨가된 절연 물질을 도포하는 것으로 예시하였으나, 웨이퍼 상태에서 상기된 각 공정을 실시할 수 있음은 물론이다. 즉, 복수개의 반도체 칩이 구성되고, 각 반도체 칩에 솔더 볼이 형성된 웨이퍼 표면에 상기된 3가지 방법들중 어느 한 가지 방법을 채택하여, 강화재가 첨가된 절연 물질을 각 솔더 볼 사이에만 손쉽게 도포할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 솔더 볼을 기판에 실장하기 전에, 절연 물질을 솔더 볼 사이에 도포하는 것으로 예시하였다. 그러나, 솔더 볼을 기판에 실장한 후, 전술된 언더필링 방식과 동일하게 본 발명에 따른 강화재가 첨가된 절연 물질을 도포할 수도 있다. 다만, 이러한 방법을 사용하게 되면, 패키지나 기판에 불량이 발생되면, 모듈 전체를 폐기처분해야만 하는 단점은 여전히 있지만, 종래의 언더필링 방법에 비해서 열발산 특성은 매우 우수해진다.
이러한 우수한 효과는 도 5 내지 도 7로 첨부된 사진들에 의해 명확히 증명된다. 도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 강화재가 첨가된 절연 물질을 각 솔더 볼 사이에 도포한 후, 이 솔더 볼을 기판에 실장한 상태에서 -65∼150℃ 사이에서 내열성 테스트를 500회 이상 실시한 후, 촬영한 사진이다.
도 5 및 도 7에서, 3개의 솔더볼(11)사이에 강화재가 첨가된 절연 물질(30)이 도포된 상태가 도시되어 있다. 도 6에서는 상기 조건으로 내열성 테스트를 실시한 후에도 솔더볼(11)에 크랙이 발생되지 않았다는 사실을 명확히 보여주고 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 강화재가 첨가된 절연 물질을 각 솔더볼사이에 도포하므로써, 기판에 실장된 솔더 볼에 균열이 발생되는 현상이 억제된다. 특히, 강화재는 열전도율이 우수한 재질이므로, 솔더 볼에 인가되는 열을 외부로 방출하는 효과가 향상된다.
한편, 본 발명에 따른 방법은 웨이퍼 레벨 패키지에 적용하기가 용이하므로, 본 발명의 방법은 웨이퍼 레벨 패키지가 안고 있는 최대 현안인 솔더 볼의 접합 강도 취약을 해결하는 획기적인 발명이다.
이상에서는 본 발명에 의한 솔더 볼의 접합 강도 강화 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 가진자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.
Claims (6)
- 패키지에 형성되어 기판에 실장되는 솔더 볼의 접합 강도를 강화하는 방법에 있어서,상기 패키지의 솔더볼 배열면에 에폭시 성분에 실리카, 질화 알루미나, 탄화 실리콘 및 알루미늄 산화막으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상을 포함하는 열전도성 강화재가 첨가된 절연물질을 솔더 볼 높이의 1/4 이하 높이로 도포하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 솔더 볼 접합 강도 강화 방법.
- 청구항2는 삭제 되었습니다.
- 제 2 항에 있어서, 상기 강화재를 절연물질의 중량 대비 20% 이상을 첨가하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 솔더 볼 접합 강도 강화 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 절연 물질을 패키지를 회전시키면서 스핀 코팅하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 솔더 볼 접합 강도 강화 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 패키지의 솔더볼 배열면상에, 각 솔더볼사이에 개구부가 형성된 마스크를 배치하고, 상기 마스크로 노즐을 통해서 절연 물질을 도포하여, 상기 각 개구부 사이로 절연 물질을 진입시켜 각 솔더 볼 사이에 도포하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 솔더 볼 접합 강도 강화 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 패키지의 솔더볼 배열면상에, 각 솔더볼사이에 개구부가 형성된 마스크를 배치하고, 상기 절연 물질을 마스크 표면에 먼저 도포한 후, 나이프로 상기 절연물질을 긁어서 각 개구부사이로 진입시켜 각 솔더 볼사이에 도포하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 솔더 볼 접합 강도 강화 방법.
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019990024616A KR100333383B1 (ko) | 1999-06-28 | 1999-06-28 | 반도체 패키지의 솔더 볼 접합 강도 강화 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100333383B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101054294B1 (ko) | 2008-04-14 | 2011-08-08 | 홍익대학교 산학협력단 | 접착제로 국부적으로 둘러싸인 범프/패드 접속부를 갖는플립칩 패키지와 그 제조방법 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11121647A (ja) * | 1997-10-16 | 1999-04-30 | Matsushita Electron Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
-
1999
- 1999-06-28 KR KR1019990024616A patent/KR100333383B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11121647A (ja) * | 1997-10-16 | 1999-04-30 | Matsushita Electron Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101054294B1 (ko) | 2008-04-14 | 2011-08-08 | 홍익대학교 산학협력단 | 접착제로 국부적으로 둘러싸인 범프/패드 접속부를 갖는플립칩 패키지와 그 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20010004031A (ko) | 2001-01-15 |
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