KR100338910B1 - 전기상호접속어셈블리및이의형성방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 집적 회로 다이를 기판에 전기적으로 상호 접속시키는 용이하게 재생가능하면서 해체가능한 수단을 제공한다. 전기 어셈블리는 제1면상에 접촉영역을 가지는 집적 회로 다이, 전기 접속부를 집적 회로 다이에 제공하기 위해 다이의 접촉 영역과 정렬된 접촉 영역을 가지는 기판 및 집적 회로 다이의 접촉부를 기판의 접촉부와 전기적으로 통하도록 하기 위한 압축 수단으로 구성된다. 전형적으로, 압축 수단은 집적 회로 다이의 만곡 방향을 기판의 만곡 방향과 동일하게 함으로써 우수한 전기 접촉부를 제공하는 2부 스프링 시스템을 포함한다.

Description

전기 상호 접속 어셈블리 및 이의 형성 방법
본 발명은 반도체 장치에 의한 패키징에 관한 것으로, 특히 용이하게 재처리할 수 있는 해체가능한 플립 칩 패키지의 전기 접속 어셈블리 및 이의 형성 방법에 관한 것이다.
단일 패키지내에 다수의 집적 회로 다이를 포함하는 멀티 칩(Multi-chip) 모듈의 역할은 전자 산업에서 날로 그 중요성이 증가하고 있다. 다 칩 모듈의 제조에 있어서 중요한것은 집적 회로의 다이(die)를 모듈과 전기적으로 접속시키는 방법이다. 열 소모가 높고 전기적 성능이 우수한 높은 리드 카운트 VLSI 다이를 팩키징하기 위한 2가지 범용 팩키징 방법으로는 테이프 자동 접합(Tape Automated Bonding : TAB) 방법 및 플립 칩 패키지 방법이 있다.
테이프 자동 접합 방법은 기판의 접촉 시트(site)에 대한 접착을 위해 접착용 집적 회로 다이에서 외부로 뻗은 도전성 핑거(finger)를 스파이더와 유사한 금속 패턴으로 형성하는 것을 포함한다. TAB 상호 접속부가 높은 핀 카운트 집적 회로에 상호 접속 가능 수단을 제공할지라도, 이것은 다수의 단점을 안고 있다. 첫째, TAB 상호 접속 수단은 다이와 기판 사이에 매개체로서 작용하기 위해 부수적인 요소(테이프)를 도입하여 신호 경로에 추가하는 것이 필요하다. 또한, TAB 상호 접속은 내부 및 외부 리드의 접합 단계를 포함하는 복잡한 어셈블리 절차를 필요로 한다. 마지막으로, 집적 회로 다이에 주변 접합 패드 구조물(영역 어레이 구조물과 반대 개념)을 필요로 하므로 TAB의 높은 핀 카운트 확장 능력에 한계가 있다.
플립 칩 패키지는 표준 TAB 패키지에 비해 이용 가능한 상호 접속 수를 증가시키는 에리어 어레이(area array) 구조물을 갖는다. 플립 칩 패키지에 있어서, 집적 회로 다이는 기판의 대향면에 고정되고, 땜납 범프(solder bump)는 다이의 입/출력 패드에 형성된다. 땜납 범프의 형성후에, 온도가 상승되고, 이에 따라 땜납 범프는 기판상의 접촉 시트에 다이의 입/출력 패드를 직접 접합하기 위해 리플로우된다. 플립 칩의 상호 접속 기법이 TAB 접합에 관련된 주변 접합 패드 구조의 제한 조건을 제거하였을 지라도, 플립 칩 상호 접속은 기판 레벨 어셈블리 전에는 집적 회로의 검사 및 번-인(burn-in)이 행해질 수 없다는 단점을 갖고 있다. 또한, 플립 칩 상호 접속은 땜납 범프 기술의 추가 출자 및 이에 관련된 비용을 필요로 하는상당히 복잡한 칩-기판의 어셈블리 절차를 포함한다.
종래의 TAB 및 플립 칩 상호 접속에 있어서, 입/출력 패드 또는 리드는 결함이 있는 다이의 수리 또는 보수가 곤란한 기판상의 다이를 접착시키도록 납땜된다. 종래의 TAB 기술은 테이프 외부 리드를 기판상의 정합 패턴(matching pattern)에 납땜하는 것에 기초를 두고 있다. 종래의 플립 칩 기술은 집적 회로의 입/출력 패드 상에 형성된 땜납 범프를 기판상의 정합 패드상에 납땜하는 기술을 필요로 한다. 납땜 작업은 제품 상태에 따라 입력 회로 다이의 재 처리를 상당히 곤란하게 한다. 집적 회로 다이를 제거 및 재납땜하기가 곤란하기 때문에, 전체의 멀티 칩 모듈은 단 하나의 결합이 있는 다이일 경우에도 폐기 처분될 수 있다, 이러한 문제점은 다 칩 모듈상의 다이의 수가 증가할 수록 악화된다.
재 처리 능력에 따른 이러한 문제점을 해결하기 위한 한가지 방법은 기판상의 정합 접속 포인트와 다이상의 패드가 전기적으로 접속하도록 압력 접속 기법을 제공하는 것이다. 제1도는 전기 어셈블리용 압력 접속 구조를 도시한 것이다. 전기 어셈블리(100)는 다이 압력판(102), 집적 회로 다이(104), 기판(104), 부하 분산 부재(108 ; 전형적으로 탄성 중합체), 덧댐판(backing plate : 110) 및 외부 부하(112)로 구성된다. 다수의 가능한 정렬(aligning) 기법(도시하지 않음)들 중 하나가 다이상의 접착 패드를 기판상에 정합 패드와 정렬시키는데 사용될 수 있다. 전기 접속을 설정하기 위해서, 다이(104)는 기판(106)에 정렬되고, 다이 압럭판(102)은 외부 부하(112)에 의해 덧댐판(110)을 향해 압력된다.
상술한 기법은 상당히 간단하지만, 해결해야 할 점(key challenge)은 패키지유사 독립(package-like stand-alone) 소자의 크기로 상술한 어셈블리를 구현하는 데 있다. 다시 말하면, 전체 힘 전달 시스템 및 정렬 기법은 패키지 기판 어셈블리 자체에 도입되어야 하지만, 패키지가 MCM 응용에 적합하도록 (크기와 중량면에서)충분히 작아야 한다. 더욱이, 패키지는 다이 주변을 보호하는 수단도 제공한다. 최종적으로, 어셈블리의 설계는 압력 접속부의 신뢰성을 장기간 보장할 수 있어야 한다.
어셈블리 소자가 다이 또는 기판을 손상시키지 않고서도 용이하게 해체 및 재처리될 수 있는 우수한 전기 접촉을 제공하는 신뢰성 있는 저가의 전기 어셈블리가 필요하다.
본 발명은 집적 회로 다이를 기판에서 용이하게 재생 및 해체할 수 있는 전기 어셈블리의 구조 및 이의 구성 방법을 제공한다. 전기 어셈블리는 제1면 상에 접촉 영역을 갖는 집적 회로 다이, 다이의 접촉 영역과 정렬된 접촉 영역의 정합 패턴을 갖고 있는 기판 및 기판의 접촉부와 전기적으로 통신하는 집적 회로 다이 접촉을 유지하는 압축 수단으로 구성된다. 일 실시예에 있어서, 압축 수단은 집적 회로 다이의 만곡(curvature)을 기판의 만곡 방향과 동일하게 함으로써 강압 접속부를 제공하는 2부분 스프링 시스템을 포함한다.
다이의 접촉 패드가 기판의 대응 또는 정합 패드와 정렬되도록 강성 다이 부착 구조물에 다이가 부착된다. 전형적으로, 전기 어셈블리는 2세트의 접촉 영역을 자기 정렬시키기 위한 수단을 포함한다. 전형적으로, 정확한 견부 볼트는 판을 기판에 정렬시키는데 이용된다. 견부 볼트의 나사부는 다이 부착 구조물내의 나사 구멍내에 결합되고 견부 볼트의 견부 부분은 기판내의 정밀 구멍에 결합된다. 기판의 배면에는 탄성 중합체 및 금속판의 스페이서 구조를 포함하는 전형적인 스프링 시스템이 있다.
견부 볼트를 배치 및 회전시킴으로써 압력 접속이 행해진다. 전형적으로 전기 어셈블리는 다이를 주변 환경으로부터 보호하기 위한 밀봉 수단을 포함한다. 양호한 실시예에 있어서, 밀봉 수단은 다이 주변에 배치되고, 다이 부착 구조물과 기판 사이에 샌드위치된 실리콘 링이다. 견부 볼트가 압력을 제공하도록 회전력을 발생하면, 가스켓과 유사한 주변 환경 밀봉부가 동반하여 제공된다.
본 발명의 양호한 실시예에 있어서, 압축 수단은 다이 부착 구조물, 스프링 시스템 및 상호 접속 기판내의 개구부를 통해 배치된 견부 볼트 및 기판의 제1측에 결합된 2부분 스프링 시스템을 포함한다. 2부분 스프링 시스템은 제1지지판 및 제2지지판으로 구성되는데, 제1지지판 및 제2지지판은 스페이서에 의해 분리된다. 전형적으로, 스페이서는 제1 및 제2지지판의 중앙 근처에 배치되고, 거의 평행 상태로 배치된 제1지지판과 제2지지판 사이의 거리를 유지하고, 제1지지판과 제2지지판 사이에 지지력을 전달한다.
견부 볼트가 견고하게 고정된 경우, 다이 부착판의 주변에 가해진 힘은 다이 부착판을 휘어지게 하여, 다이 부착판의 만곡 방향이 다이의 하부로 향하게 된다. 스프링 시스템의 제2지지판에 가해진 힘은 제2지지판을 휘어지게 하므로, 만곡 방향은 다이 부착판의 방향과 반대이다. 그러나, 스페이서가 제2지지판에서 제1지지판의 중앙으로 힘을 전달함으로서, 제1지지판이 다이의 만곡 방향과 동일한 방향으로 힘의 적용 포인트 주변이 휘어지게 된다. 기판이 제1지지판에 결합되어 있기 때문에, 기판도 우수한 전기 접촉부를 제공하는 다이의 만곡 방향과 동일한 방향으로 휘어진다. 그러므로, 스프링 시스템은 다이와 기판을 동일한 방향으로 만곡하게 하는 힘을 기판에 가한다.
해체가능한 플립 칩은 워크스테이션 및 미니컴퓨터와 같은 고가의 민감한 응용에 있어서 플립 칩 기술을 채용하기 위한 문제점의 원인이 되는 예비 검사 능력 및 재생 능력을 제거하면서 땜납 범프 플립 칩 방법의 모든 장점을 보유한 팩키징 해결책으로 고려될 수 있다. 양호한 실시예에 있어서, 집적 회로 다이는 플립 칩의 영역 어레이 구조물내의 접촉 패드를 경유하여 기판에 접속한다. 그러므로, 다이 상의 패드의 영역 어레이 구조물과 관련된 모든 장점은 해체가능한 플립 칩에 적용된다. 최소의 접지 및 전원핀을 사용함으로써 신호 경로의 기생(parasitic), 다이 크기를 축소시키기 위한 가능성, 및 I/O 카운트를 감소시키기 위한 가능성이 포함되어 있다. I/O 카운트의 확대에 따른 소요 비용은 최소화시킨다.
더욱이, 본 발명에 기재된 전기 어셈블리가 해체가능한 부품이기 때문에, 이 어셈블리는 용이한 재처리 능력을 제공한다. 종래의 플립 칩이 없는 특징을 갖는 기판 레벨 어셈블리 전에, 부품의 전반적인 검사 및 번 인이 행해질 수 있다. 그러므로, 해체가능한 플립 칩 패키지는 다 칩 패키지가 공지된 양호한 다이로 검사될 수 있기 때문에 실질적인 원형 및 검사 이점을 제공한다. 각각의 다이가 멀티 칩 모듈에서 제거될 수 있기 때문에, 플립 칩 패키지들은 실제의 동작 상황에서 검사될 수 있고 결함이 발생된 경우 대체될 수 있다. 이러한 본연의 검사는 멀티 칩 모듈의 완성시에 일련의 장애 조건으로 고려되는 고속 검사의 필요성을 제거한다.
본 발명에 기재된 해체가능한 플립 칩에 대한 부수적인 이점은 고열 성능이다. 양호한 실시예에 있어서, 다이 부착판은 방열판이다. 그러므로, 열에 대한 성능은 2중 열 방출 경로, 즉 다이의 배면에서 스프레이더(spreader)를 통과하는 하나의 열 방출 경로 및 다이의 전방면에서 기판을 통과하는 다른 하나의 열 방출 경로에 의해 개선된다. 더욱이, 해체가능한 플립 칩은 다이-대-기판 인터페이스의 별도 특성으로 인해 다이와 기판의 열 팽창 계수를 일치시킬 필요는 없다. 이것은 기판 선택의 폭을 크게 넓혀, 처리 공정의 융통성에 추가할 수 있다.
다른 특징에 있어서, 본 발명은 다수의 집적 회로 다이를 다이 부착 구조물에 장착하고, 집적 회로 다이의 활성면상의 접촉 패드를 기판상의 접촉 패드와 정렬시키고, 다수의 집적 회로 다이가 기판의 접촉 패드와 전기적으로 접촉하도록 하는 힘을 가함으로써 전기 어셈블리를 제공하는 방법을 제공한다. 가해진 힘은 다이 부착 구조물내의 개구부를 통해 연장하여 스프링 시스템을 향해 다이 부착 구조물로 힘을 작용하게 하는 견부 볼트에 의해 발휘된 힘 및 스프링 시스템에 의해 발휘된 힘을 포함한다. 해체가능한 플립 칩은 다이를 기판과 정렬하게 하는 다이 부착판 및 스프링 시스템내의 개구부를 통해 연장하는 견부 볼트에 의해 간단히 자동 정렬된 어셈블리를 갖는다.
본 발명에 의해 제공된 전기 어셈블리는 대단히 간단한 어셈블리 절차를 제공한다. 웨이퍼 범핑, 테이프 설계, 내부 리드 접합, 봉입, 외부 리드 접합 및 납땜과 같은 종래의 TAB 어셈블리에 관련된 여러 가지 비용이 많이 드는 절차가 제거된다. 이와 마찬가지로, 땜납 범핑, 리플로우, 플럭싱(fluxing ; 용재) 및 플럭스 세척에 관련된 여러 가지 비용이 많이 드는 처리 공정이 제거된다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 특성 및 장점에 대해 상세하게 기술하고자 한다.
본 발명은 용이하게 재생할 수 있는 기계 및 전기 어셈블리를 제공하고, 집적 회로 다이를 기판에 전기적으로 상호 접속시키는 수단을 제공한다. 전기 어셈블리(200)는 접촉 영역(204)을 가지는 집적 회로 다이(202), 전기 접속부를 집적 회로 다이(202)에 제공하기 위해 다이(202)의 접촉 영역(204)과 정렬된 접촉 영역(210)을 가지는 기판(208) 및 집적 회로 다이의 접촉 영역을 기판의 접촉 영역과 전기적으로 통하도록 하는 압축 수단으로 구성된다. 제2도에 도시된 실시예에서, 집적 회로 다이(202)가 기판(208) 상에 배치된 것으로 도시되어 있지만, 본 발명에 따른 상호 접속 구조는 집적 회로 다이 이외의 부품을 기판에 전기적으로 결합시키는 데에도 이용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 제2도는 전자 어셈블리(200)의 단면도이다. 제2A도는 전자 어셈블리(200)의 양호한 실시예의 분해도이다. 제2B도는 제2A도에 도시된 전자 어셈블리의 조립도이다. 제2C, 2D 및 2E도는 제2A도 및 제2B도에 도시된 실시예에 따른 선택적인 스프링 시스템을 가지고 있는 본 발명에 따른 전자 어셈블리의 조립도이다.
제2도에 있어서, 집적 회로 다이(202)는 강성 다이 부착판(212)에 장착된다. 다이 부착판(212)은 방열판으로서 양호하게 작용하고, 다이(202)에서 발생되는 열을 방출시키는 금속 또는 그 밖의 다른 물질로 구성된다. 집적 회로 다이(202)는 접착층(214)에 의해 다이 부착판에 장착 또는 부착될 수 있거나 선택적인 수단에 의해 부착될 수도 있다. 본 발명에 따른 한 실시예에 있어서, 접착층(214)은 양호한 열 접촉성을 제공하는 부론 니트리드 피복(filled) 실리콘과 같은 열 인터페이스 물질로 이루어진 박막 시트(214)이다.
본 발명의 양호한 실시예에 있어서, 다수의 집적 회로 다이는 기판 상에 배치된다. 제3도는 4개의 해체가능한 플립 칩을 지지하도록 설계된 기판(304)상에 하나의 해체가능한 플립 칩(308)의 배치 상태를 분해하여 도시한 분해도이다. 제2도에 도시된 전기 어셈블리와 마찬가지로, 제3도에 도시된 전기 어셈블리는 방열판(306), 집적 회로 다이(308), 기판(304), 탄성 중합체(310) 및 스페이서(316)에 의해 분리된 제1 및 2판(312 및 314)으로 구성된다. 판(312 및 314) 및 스페이서(316)로 구성된 스프링 시스템(320)과 결합하는 견부 볼트(318a, 318b, 318c 및 318d)는 다이(308)를 기판(304)을 향해 압축시키는데 이용된다. 제3도가 자체에 방열판 또는 다이 부착판을 가지는 플립 칩(302)을 도시하고 있을 지라도, 방열판은 한개 이상의 집적 회로 다이가 방열판을 공유할 수 있도록 연장될 수 있다.
제2도를 참조하면, 집적 회로 다이(202)는 제1 및 제2대향 측(220 및 222)을 각각 갖고 있다. 다이(202)의 제1측(220)은 비활성이다. 다이(202)의 제2측(222)은 집적 회로 다이(202)의 활성면이고, 제1접촉 영역(204)을 갖는다. 집적 회로 다이(202)는 활성 부품 및 전기 접속부를 포함하는 활성면(222)이 기판(208)을 향해 마주 보도록 배향된다. 집적 회로 다이의 비활성측(220)은 다이 부착 구조물(212)과 마주보도록 배향된다. 본 발명에 따른 양호한 실시예예 있어서, 집적 회로는 제1접촉 영역(204)에서 돌출된 도전성 범프를 갖고 있는 영역 어레이 구조를 갖고 있다. 집적 회로 다이 및 기판은 영역 어레이 설비내에 I/O 패드의 정합 어레이를 갖고 있다.
기판(208)은 다층 형태의 내부 도전성 금속 층을 가지는 종래의 기판일 수 있거나 선택적으로는 가요성 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판은 정밀 구멍이 구리로 에칭되는 구리 폴리이미드 구조물에 기초한 가요성 회로일 수 있다.
주변의 액화 상태는 회로를 고장나게 하는 집적 회로 어셈블리 내부의 전기 분해 도전으로 작용한다. 본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 밀봉 링(224)은 다이 부착판과 기판 사이의 집적 회로 다이의 주변을 따라 배치된다. 제4도는 접촉 인터페이스에서 집적 회로 다이(402) 위로 보고 전기 어셈블리를 분할한 것을 도시한 것이다. 제4도에 있어서, 다이 부착판(406)내의 구멍(404a, 404b, 404c 및 404d)을 통해 연장하는 견부 볼트는 명료하게 하기 위해 생략하였다. 제4A도에서 알 수 있는 바와 같이, 밀봉 링(408)은 다이 부착판(406)내의 구멍(404)을 덮지 않도록 배치되어야 한다. 제4B도는 라인 A-A를 따라 절취한 부분 어셈블리의 단면도이다.
상술한 바와 같이, 재처리력에 관련된 문제점들의 해결 방법중 한가지 방법은 집적 회로 다이의 접착부를 기판의 접착부와 전기적으로 상호 접속시키기 위한 압력 접착부를 제공하기 위한 것이다. 제5도는 이러한 해체가능한 전기 어셈블리에 힘을 전달하는 상태를 도시한 것이다. 전기 어셈블리(500)는 방열판 또는 다이 부착판(502), 집적 회로 다이(504), 기판(506), 부하 분산 부재(508 : 탄성 중합체) 몇 기부 지지판(510)으로 구성된다. 전기 접촉부를 형성하기 위해, 다이 부착판(502)은 다이(504)를 기판(506)의 접촉부와 접촉하게 하는 기부 지지판(506)을 향해 압축하게 된다.
전형적으로 다이 부착판(502)을 기판(506)을 향해 압축하면 기부판(510) 및 다이 부착판(502)을 통해 연장하는 한 쌍의 견부 볼트(도시하지 않음)가 힘이 가해지는 방향을 나타내는 화살표(512)로 도시된 힘의 인가 지점을 입축되게 한다. 제5B도는 다이 주변에 가해진 클램핑(고정 : clamping) 힘의 인가 후의 다이 부착판(502), 다이(504) 및 기판(510)을 도시한다. 불행하게도, 제5B도에 도시한 바와 같이, 다이(504)의 만곡 방향은 기판(506)의 만곡 방향과 반대이다. 접촉 인터페이스에 대한 반대의 만곡 특성으로 인해, 다이의 접착 패드는 기판의 접착 패드와 양호한 전기적 접촉 상태를 형성하지 못하므로, 부적절한 전기 접속을 전기 어셈블리에 제공한다. 제5B도에 도시된 바와 같이, 제5A도에 도시된 것과 같은 배열은 고정력(클램핑 힘)에 의해 야기된 접촉 인터페이스에 대한 반대의 만곡 특성으로 인해 처음부터 실패할 수 밖에 없었거나 신뢰할 수 없는 성능을 발휘할 수 밖에 없었다.
양호한 실시예에 따른 제2도를 참조하면, 압축 수단은 스프링 시스템(226) 및 견부 볼트(228)와 같은 파스너(fastener)를 포함한다. 전형적으로, 탄성 중합체(230)는 기판(208)과 스프링 시스템(226) 사이에 배치된다. 탄성 중합체(230)는 부하 분산 부재로서 작용하고 기판(208) 양단에 가해진 부하를 동일하게 하는데 이용된다.
본 발명의 양호한 실시예에 있어서, 스프링 시스템(226)은 기판(208)의 제1측(232)에 결합된 2부분 스프링 시스템이다. 기판의 제2측(234)은 집적 회로 다이의 활성측(222)에 결합된다. 본 발명에 따른 양호한 실시예에 있어서, 스프링 시스템(226)은 스페이서(240)에 의해 분리된 제1판(236) 및 제2판(238)으로 구성된 2부분 스프링 시스템이다. 전형적으로, 제1 및 제2지지판(236 및 238)은 서로가 거의 평행이 되도록 배치되는데, 2개의 평행판(236과 238) 사이의 분리부는 스페이서(240)의 높이와 똑 같다. 스페이서(240)는 제1 또는 제2판(236 또는 238)의 일부일 수 있거나 선택적으로 분리부일 수도 있다. 전형적으로, 분리의 경우, 스페이서(240)는 안정한 접촉 지점을 제공하기 위해 제1 및 제2판에 접착된다. 선택적으로, 노치형 개구부는 스페이서(240)가 기계적으로 안정한 접촉 지점을 제공하도록 내부에 배치될 수 있는 제1 또는 제2판(236 또는 240)내에 형성된다.
전형적으로, 스페이서(240)는 제1 및 제2판(236 및 238)의 일부 전장만이 다. 전형적으로, 스페이서(240)는 제1 및 제2판(236 및 238)의 전장의 중앙에 배치되어 실제 접촉 지점 또는 힘을 전달하는 지점으로서 작용한다. 스페이서(240)는 제2판(238)에서 제1판(236)으로 힘을 제1판의 중앙에서 전달하여 제1판(236)의 중앙 지점(242) 주변이 만곡되도록 한다.
제2도를 참조하면, 전기 어셈블리(200)는 다이 부착판(212), 기판(208) 및 스프링 시스템(226)내에 다수의 나사 구멍(244, 246 및 248)을 각각 갖고 있다. 구멍(244, 246 및 248)은 서로 격설되어 있고 구멍(244, 246 및 248)내에 결합하는 견부 볼트(228)에 의한 정열용으로 이용된다. 다이 패드(204)와 기판 패드(210) 사이의 전기 접촉부가 다이 부착판(212)을 기판(208)에 정확히 정렬하여 스프링 시스템(226)을 통해 견부 볼트(228)를 결합시킴으로써 설정된다.
다이 부착판(212) 상에 장착된 다이(202)의 위치는 다이 부착판(212)내의 4개의 나사 구멍(244)에 관련하여 정확히 위치 설정되어야만 한다. 이것은 나사 삽입물내로 끼워지는 다이 부착용의 템플릿(template)을 이용함으로써 간단히 달성될 수 있고, 중앙이 다이의 크기보다는 약간 크다. 템플릿은 다이 부착이 경화된 후에 제거된다. 템플릿은 다이 부착 상태의 4개 구멍의 위치는 기판 상의 패드 패턴에 관련하여 정확해야만 한다. 더욱이, 구멍의 크기는 정렬 삽입물의 견부가 삽입물을 통해 자연스럽게 미끄러져 들어가도록 할 수 있어야 한다. 본 발명에 따른 한 실시예에 있어서, 패키지 당 4개의 구멍은 필요하지 않을 수 있다. 예를 들어, 4개의 해체가능한 플립 칩이 동일한 다이 부착판을 공유하거나 4개의 다이가 열 스프레이더(spreader)를 공유한 경우, 구멍의 축소가 기판상의 회전 공간을 절약할 수 있다.
견부 볼트(228)가 다이 부착판(212)내에 나사가 형성되어 있어서, 스프링 시스템(226)은 힘을 기판(208)에 가하여 탄성 중합체(230)는 압축력을 받아 집적 회로 다이(202)의 접촉 패드(204)를 기판(208)의 접촉 패드(210)와 함께 접촉하게 하는 힘을 받게 된다. 스프링 시스템이 압축되어, 스프링 시스템의 제1판은 다이의 방향과 동일한 방향으로 약간 휘어져서 다이의 소정의 휘어진 상태를 보상한다.
제2F도 내지 제2H도는 제2A도에 도시된 실시예에 따른 힘의 인가에 따른 힘이 전달 상태를 도시한 것이다. 제2F도에는 다이(202)를 기판(208)을 향해 압력하는 다이 부착판(212)내의 견부 볼트(228)가 나사로 형성되어 있어서 처음 힘이 가해진 상태가 도시되어 있다. 견부 볼트(228)에서 발생된 힘은 전기 어셈블리 주변에 화살표(254)로 나타낸 힘이 인가될 수 있다. 명확하게 하기 위해, 견부 볼트(228) 및 밀봉 수단(224)은 제2F도 내지 제2H도에 도시하지 않았다. 화살표(254)로 도시한 힘의 초기인가 시에, 다이 부착판(212) 및 스프링 시스템의 판(236 및 238)은 기판(208)과 반듯이 평행하게 된다. 화살표(254a)로 나타낸 하부로 작용하는 힘(이하, "하향 힘"이라 약칭함)은 다이 부착판(212)에 가해져, 다이 부착판(212)이 기판(208)상의 입/출력 패드(210)를 향해 힘을 가해지게 한다. 화살표(254b)로 나타낸 제2의 힘은 다이(202)를 향해 기판(208)의 상부로 작용한다.
제2G도는 스프링 시스템의 제1판(236)만을 나타내는 부분적으로 힘이 전달된 상태를 도시한다. 제2G도에 도시한 바와 같이, 다이 부착 구조물(212)의 주변에 화살표(254a)로 도시한 하향 힘이 가해진다. 또한, 제2G도는 제1판(236)에 가해지는 힘을 설명하는 화살표(254c)로 나타낸 것과 같은 제2의 힘이 가해지는 상태를 도시한 것이다. 힘(254c)은 제2판(238)에서 스페이서(240)를 경유하여 제1판(236)으로 전달된다. 제1 및 제2판(236 및 238)의 중간 근처에 중심이 맞춰진 스페이서(240)는 제2판(238)에서 제1판(236)의 중앙으로 힘을 전달한다.
제2H도는 스프링 시스템의 제1판(236), 다이(202) 및 다이 부착 구조물(212)을 포함하는 부분적으로 힘이 전달되는 상태를 도시한다. 제2H도는 힘(254)의 인가로 인해 발생하는 다이 부착판(212), 다이(202) 및 기판(208)의 만곡 상태를 도시한다. 구멍(244, 248 및 250)이 다이(202)를 피하여 전기 어셈블리의 주변에 형성되어 있기 때문에, 가해진 힘으로 인해 발생하는 만곡 상태는 전기 어셈블리 주변에 일어난다. 제2F도 내지 제2H도를 참조하면, 견부 볼트의 힘(254a)은 다이 부착판(212)의 외부 연부를 휘어지게 하는 하향 힘을 발생시키므로 다이 부착판(212) 및 부착된 다이(202)는 구조물을 약간 오목한 형태로 형성하고 다이(202)주변을 내부로 휘어지게 한다. 이와 마찬가지로, 제2G도에 도시한 바와 같이 제1판(236)의 중앙에 가해진 힘(254c)은 다이 부착판(212)의 만곡 방향과 동일한 방향으로 힘을 가해서 힘의 인가 지점의 주변을 제1판(236)이 휘어지게 한다. 스프링 시스템의 제1판(236)이 기판(208)에 결합되어 있기 때문에, 기판(208)도 다이 부착판(212)의 만곡 방향과 동일한 방향으로 힘의 인가 지점의 주변을 휘어지게 한다. 그러므로, 2부 스프링 시스템에는 다이(202)의 만곡 방향과 기판(208)의 만곡 방향이 서로 동일한 방향으로 되게 하는 힘이 가해진다. 다이(202)의 만곡 방향과 기판(208)의 만곡 방향이 동일한 방향으로 되게 힘을 가하면 확실한 전기 접촉 상태가 보장된다. 더욱이, 다이(212) 및 기판(208)의 만곡 방향이 서로 동일할 뿐만 아니라 만곡부의 곡률 반경이 동일하게 되는 그러한 방식으로 판(236 및 238)의 크기, 두께 및 물질을 개조함으로써 정밀도가 달성될 수 있다.
제2C, 2D 및 2E도에는 제2A도 및 제2B도에 도시한 스프링 시스템의 선택적인 실시예가 도시되어 있다, 제2C도에 있어서, 제1판(236)은 제2판(238)의 전장보다 짧다. 제2D도에 도시한 스프링 시스템에 있어서, 제1판(236)은 다이의 주변에 배치된 파스너(228)를 지나도록 연장하지는 않으며, 제1판(236)은 다이(202)의 전장과 거의 같은 것이 일반적이다. 제2D도에 도시된 실시예에 있어서, 기판(208)에 결합된 제1판(236)은 좁은 기부 영역(252) 및 기판(208)에 결합된 넓은 캡(cap) 영역(254)를 가지는 T 형태이다. 기부 영역(252)은 견부 볼트(228)를 지나 연장하지는 않는다. 기부 영역(252)은 스페이서(240)에 의해 제2판(238)에서 분리된다. 제2C도와 제2D도에 도시된 양자의 실시예는 제1판(238)에서 스페이서(240)를 경유하여 제1판(236)의 중앙으로 힘을 전달한다. 이러한 힘이 전달되면 다이 부착판(212)과 동일한 만곡 방향을 가지는 제1판(236)이 휘어지게 된다. 제1판(236)이 휘어지면 전기 접촉 상태를 우수하게 하는 다이 부착판(212)의 방향으로 기판(208)이 휘어지게 된다.
제2E도에 도시된 실시예에 있어서, 스프링 시스템은 플래토(plateau)를 중앙에 가지는 스티프너-겸용-스프링(stiffener-cum-spring)이다. 스프링(260)은 기부 영역(262)이 기판(208)에 결합되도록 T형 판이 반대로 되어 있는 것을 제외하고는 T형의 제1판(236)의 형태와 유사하다. 또한, 제2도에 도시된 스프링 시스템에 비해, 제2E도에 도시된 스프링 시스템은 단일판(258)만으로 구성된다. 전형적으로, 기부 영역(262)의 전장이 다이(202)의 전장과 동일하다. 견부 볼트(228)는 스프링(258), 기판(208) 및 다이 부착판(212)내의 구멍을 통과한다. 제2A도 내지 제2D도에 도시된 실시예와 마찬가지로, 기판(208)의 중앙 부분에 힘이 가해진다. 스프링(260)의 기부(262)에 의해 가해지는 힘은 전기적 접속을 양호하게 하는 다이의 만곡 방향과 동일한 방향으로 기판(208)이 휘어지게 한다.
제2도에 도시된 해체가능한 플립 칩을 제조하는 공정은 다수의 접촉 영역을 갖고 있는 집적 회로 다이를 다이 부착 구조물에 장착하는 단계, 집적 회로 다이의접촉 영역이 기판의 정합 접촉 영역과 정렬되도록 집적 회로 다이를 기판과 정렬시키는 단계 및 제1의 힘이 집적 회로 다이를 제1방향으로 만곡되게 하고, 스프링 시스템에 의해 가해진 제2의 힘이 제1방향으로 기판을 만곡되게 하는 힘을 집적 회로 다이를 향해 기판을 압축시키도록 가하는 단계를 포함한다.
제6도에는 z축 탄성 중합체가 전기적인 상호 접속부를 기판에 제공하는데 이용되는 전기 어셈블리의 선택적인 실시예가 도시되어 있다. 제6도에 도시된 해체 가능한 칩 어셈블리(600)는 다이 부착판 또는 방열판(604)에 정확하게 부착된 다이(602), 다이 주변에 배치된 밀봉링(606), 기판(608), z축 탄성 중합체(610) 및 스프링 시스템(612)으로 이루어져 있다. 본 발명에 따른 양호한 실시예에 있어서, 다이 어셈블리(600)는 부하 분산 부재로서 작용하고 기판(608) 양단에 가해진 부하중량을 균등하게 하는데 이용되는 스프링 시스템(612)과 기판(508) 사이에 배치된 제2중합 탄성체(614)를 포함한다.
그러나, 제2도 및 제3도에 도시된 실시예와는 대조적으로, 제6도에 도시된 실시예에서 z축 탄성 중합체(610)는 다이(602)와 기판(608) 사이에 직접 배치된다. z축 탄성 중합체(610)는 전형적인 플립 칩에 근거를 두고 있는 범프 접촉 패턴 대용으로 이용된다. 집적 회로 다이상의 접촉 패드 패턴은 기판 상의 접촉 패드 패턴과 정합한다. 그러므로, 다이의 접촉 패드는 z축 탄성 중합체 내의 수직 배선을 경유하여 기판상의 접촉 패턴과 전기적으로 접속된다. 스프링 시스템(612)에 의해 가해진 힘의 조합으로 압력 접촉시키고 파스너(616)가 볼트로 고정되는 다이 부착판내의 나사 구멍에 대응하는 기판 내의 정확한 구멍을 통해 견부 볼트(616)로 조임으로써 다이-기판은 조절되어 맞춰진다. 견부 삽입물(616)은 기판(608)내의 구멍에 고정되도록 정렬 핀을 형성한다.
전형적으로, 다이 패드, z축 탄성 중합체내의 도통 배선 및 기판 패드 영역 어레이일 수 있다, 현재 시판 중인 z축 탄성 중합체는 0.02Cm(0.008인치)의 도통 배선의 피치(pitch)를 제공한다. 참고로, 1.27Cm(0.5인치) x 1.27Cm(0.5인치) 다이상의 500개의 패드가 다이 주변에 배치된 경우 0.0076Cm(0.003인치) ∼ 0.01Cm(0.04인치)에 대조적으로 영역 어레이내에 배치되면 약 0.051Cm(0.020인치)의 다소 조악한 패드 피치를 요한다는 것을 알 수 있다. 전형적으로, z축 탄성 중합체의 두께의 범위는 0.051Cm(0.020인치) ∼ 0.1Cm(0.040인치)이고, 실리콘 밀봉 링의 두께는 z축 탄성 중합체의 두께 플러스 다이의 두께와 거의 같다. 탄성 중합체는 각각의 접촉부에 미치는 최소한 50[g]에 가까운 힘 및 0.013Cm(0.005인치) ∼ 0.025Cm(0.010인치)의 순수한 압축력을 제공하는 양만큼 변형된다.
제6도에 도시된 탄성 중합체가 다이와 기판 사이를 전기적으로 통하게 하는 경로를 제공하기 위한 z축 탄성 중합체를 이용하기 때문에, 제6도에 도시된 해체가능한 전기 어셈블리를 형성하는 공정은 다이와 기판 사이에 z축 탄성 중합체의 위치 설정하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따른 선택적인 실시예에 있어서, 해체가능한 칩 에셈블리는 TAB 팩키징 구조를 변형시킴으로서 형성된다. 외부 다른 리드 영역에는 노출형 TAB 테이프가 통상적인 방법(예를 들어, 납땜 방법에 의해)으로 표면 실장된다. 그러나, 현재로는 칩 어셈블리가 미합중국 특허 제5,053,922호에 예로서 기술된 DTAB 접합시스템의 외부 리드 접합 방법과 상당히 유사한 내부 리드 접합 방법으로 해체가능한 압력 접속부를 형성하는데 이용된다. 이것은 내부 리드 영역이 영역 어레이상에 있을 수 있게 한다. 이러한 본 발명에 따른 실시예에 있에서, z축 탄성 중합체는 생략해도 좋고 통상적인 탄성 중합체가 압력 접촉하도록 하는 내부 리드 영역내의 테이프 배면에 부착될 수 있다.
상술한 것은 본 발명을 설명하고자 하는 것이지 제한하고자 하는 것은 아니다. 예를 들어, 제2C도 내지 제2E도에 도시된 선택적인 스프링 시스템이 제6도에 도시된 스프링 시스템의 자리에 이용될 수 있다. 중요한 특징이라면 스프링 시스템이 집적 회로 다이의 만곡 방향과 동일한 방향으로 휘어진 만곡부를 제공한다는 것이다. 더욱이, 각각의 집적 회로 다이가 자체에 대응하는 다이 부착판 및 스프링 시스템을 가지고 있을지라도, 다수의 집적 회로 다이는 다이 부착판 또는 스프링 시스템을 공유할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 범위는 상술한 것에 관련하여 결정되어야 할 뿐만 아니라, 특허 청구 범위에 청구된 것을 포함하는 제반적인 범위는 물론 첨부된 특허 청구 범위에 관련하여 결정되어야 한다.
제1도는 전기 접속 어셈블리용의 일반적인 압력 상호 접속 구조물을 도시한 도면,
제2A도는 2부(two-part) 스프링 시스템을 가지고 있는 해체가능한 플립 칩(flip chip)의 양호한 실시예의 분해도,
제2B도는 어셈블리 후에 제2A도에 도시된 2부 스프링 시스템을 가지고 있는 해체가능한 플립 칩의 양호한 실시예를 도시한 도면,
제2C, 2D 및 2E도는 제2B도에 도시된 실시예에 따른 선택적인 스프링 시스템의 조립도,
제2F도 내지 제2H도는 제2B도에 도시된 본 발명의 양호한 실시예에 따른 힘 전달 상태를 도시한 도면,
제3도는 4개의 해체가능한 플립 칩의 배치 상태에 따라 설계된 기판 상의 하나의 해체가능한 플립 칩의 배치 상태를 분해하여 도시한 분해도,
제4A도 및 제4B도는 제2도에 도시한 실시예에 따른 실리콘 링(ring) 배치 상태를 도시한 도면,
제5A도 및 제5B도는 2부 스프링 시스템이 없는 힘 전달 상호 접속 구조물을 도시한 도면,
제6도는 해체가능한 칩에 대한 선택적인 스프링 시스템의 실시예를 도시한 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
200, 500, 600 : 전기 어셈블리 202 : 집적 회로 다이
204, 210 : 접촉 영역 208, 304, 506, 508, 608 : 기판
212, 406, 502 : 강성 다이 부착판 224, 408, 606 : 밀봉 링
240, 316 : 스페이서 302, 308 : 해체가능한 플립 칩
318a, 318b, 318c, 318d, 616 : 견부 볼트
506 : 기부 지지판 508 : 부하 분산 부재
604 : 방열판 610 : z축 탄성 중합체

Claims (15)

  1. 전기 상호 접속 어셈블리에 있어서,
    제1주요면 및 제2주요면을 가지고 있는 상호 접속 기판;
    제1주요면 및 제2주요면을 가지는 집적 회로 다이로서, 상기 제2주요면은 상기 집적 회로 다이의 활성측이고, 상기 집적 회로 다이의 제2주요면을 다수의 접촉 영역을 가지는 상기 집적 회로 다이;
    제1주요면과 제2주요면을 가지는 상호 접속 기판과 이격된 다이 부착 구조물로서, 상기 집적 회로 다이의 제1주요면은 상기 다이 부착 구조물에 결합되고, 상기 집적 회로 다이의 제 2 주요면은 상기 상호 접속 기판의 제 1 주요면에 전기적으로 결합되는 상기 다이 부착 구조물;
    상기 상호 접속 기판의 제1주요면을 상기 집적 회로 다이의 제2주요면을 향해 압축시키고, 제 1 힘을 가해, 제 1 방향으로 집적 회로 다이의 만곡부를 형성하되, 스프링 시스템을 더 포함하고 상기 스프링 시스템으로 인해 제 1 방향으로 기판의 만곡부가 형성되는 압축 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 상호 접속 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스프링 시스템은 기저 영역 및 캡 영역을 가지는 스티프너-겸용-스프링을 포함하고, 상기 기저 영역은 상기 상호 접속 기판의 제2주요면에 결합되는 것을특징으로 하는 전기 상호 접속 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다이 부착 구조물의 제2주요면과 상기 상호 접속 기판 사이의 집적 회로 다이 주변을 둘러싸듯이 배치된 스케일링 링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는전기 상호 접속 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스프링 시스템은 스페이싱 수단에 의해 분리된 제1 및 제2판을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 상호 접속 어셈블리.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1판 및 제2판은 거의 평행 상태인 것을 특징으로 하는 전기 상호 접속 어셈블리.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 다이 부착 구조물, 상기 상호 접속 기판 및 상기 스프링 시스템의 제1판 및 제2판에 개구부가 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 상호 접속 어셈블리.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 다이 부착 구조물과, 상기 상호 접속 기판 및 상기 스프링 시스템 내의 개구부는 상기 다이 부착 구조물의 주변, 상기 상호 접속 기판 및 상기 제1 및 제2판을 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 상호 접속 어셈블리.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 다이 부착 구조물, 상기 상호 접속 기판 및 상기 스프링 시스템 내의 개구부를 통해 배치된 견부 볼트를 더 포함하고, 상기 견부 볼트의 배치로 인해 집적 회로 다이의 접촉 영역이 상호 접속 기판의 접촉 영역과 정렬하는 것을 특징으로 하는 전기 상호 접속 어셈블리.
  9. 제8항에 있어서,
    견부 볼트를 죄면(screwing) 상기 다이 부착 구조물을 집적 회로 다이 주변에서 하향으로 미치는 제1방향으로 휘어지게 하는 힘 및 상기 상호 접속 기판을 집적 회로 다이를 향해 상향으로 미치는 제2방향으로 휘어지게 하는 힘이 발생되는 것을 특징으로 하는 전기 상호 접속 어셈블리.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 상호 접속 기판을 제2방향으로 휘어지게 하는 힘이 제2판에 가해지고, 제2판에 가해진 힘에 응답하여, 힘이 상기 스페이싱 수단에서 제1판으로 전달되는 것을 특징으로 하는 전기 상호 접속 어셈블리.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1판에 전달된 힘에 응답하여, 상기 제1판이 제 1 하양 방향으로 휘어지고, 이에 따라 상기 제1판이 상기 집적 회로 다이의 만곡 방향과 동일한 방향이 되는 것을 특징으로 하는 전기 상호 접속 어셈블리.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄 회로 상호 접속 기판과 상기 집적 회로 다이 사이에 배치된 z축 탄성 중합체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 상호 접속 어셈블리.
  13. 전기 상호 접속 어셈블리를 형성하는 방법에 있어서,
    제1 및 제2주요면을 가지는 다이 부착 구조물에 제1 및 제2주요면을 가지는 집적 회로를 실장하되, 상기 집적 회로 다이의 제2주요면은 상기 집적 회로 다이의 활성측이고, 상기 집적 회로 다이의 제2주요면은 복수의 접촉 영역을 가지는 단계;
    상기 집적 회로 다이와, 상기 제1 및 제2주요면을 가지는 기판을 정렬하되, 상기 기판의 제1주요면은 상기 집적 회로 다이의 제2주요면상의 복수의 접속 영역에 대응하는 복수의 접촉 영역을 포함하고, 상기 집적 회로 다이상의 복수의 접촉 영역이 상기 기판상의 복수의 접촉 영역과 결합되도록 상기 집적 회로 다이와 상기 기판과 정렬되는 단계;
    상기 기판의 제1주요면이 상기 집적 회로 다이의 제 2 주요면으로 압축되도록 힘을 가하되, 제1방향으로 상기 집적 회로 다이의 만곡이 형성되게 하는 제1힘과, 제1방향으로 기판의 만곡이 형성되게 하는, 스프링 시스템에 가해진 제2힘을 포함하는 단계를
    포함하는 것을 특징으로 하는 전기 상호 접속 어셈블리 형성 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 집적 회로 다이를 상기 기판에 정렬시키는 단계는:
    상기 다이 부착 구조물, 기판 및 스프링 시스템에 개구부를 형성하되, 상기 개구부는 상기 다이의 접촉 영역을 상기 기판의 접촉 영역과 정렬시키도록 정확하게 천공되는 단계와;
    상기 다이 부착 구조물, 기판 및 스프링 시스템의 상기 개구부를 통해 파스닝(fastening) 수단을 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 상호 접속 어셈블리 형성 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    밀봉 수단이 다이 부착 구조물과 기판 사이에 배치되도록 상기 다이 주변에 상기 밀봉 수단을 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 상호 접속 어셈블리 형성 방법.
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