KR100346786B1 - 웨이퍼 레벨 패키지의 제작방법 및 그 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼 레벨 패키지의 제작방법 및 그 구조에 관한 것으로서, 특히, 도금방법에 의해 구리(Cu) 혹은 니켈(Ni) 등과 같은 중심 금속(core metal)을 솔더 볼(solder ball) 내부에 삽입하여 균열 진전에 대한 저항을 높이고 솔더 접합 신뢰성을 향상시키도록 하였으며, 전기 배선이 재분배된 Si 웨이퍼 위에 응력 완화층을 두껍게 도포한 후 솔더볼을 형성함으로써, 대면적의 WL-패키지의 신뢰성을 대폭 향상시키도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

웨이퍼 레벨 패키지의 제작방법 및 그 구조{Structure of wafer level package and its Manufactured method}

본 발명은 웨이퍼 레벨(WL:Wafer Level) 패키지의 제작방법 및 그 구조에 관한 것으로서, 특히, 솔더볼의 재분배 기술을 이용한 웨이퍼 레벨 패키지의 제작방법 및 그 구조에 관한 것이다.

최근 경박 단소한 패키지에 대한 수요가 증가하면서, 거의 칩 크기의 패키지(CSP:Chip Scale Package)가 개발되고 있는데, 여러가지 형태의 CSP 중에서도 특히, 플립 칩(flip chip)처럼 칩 전면이 솔더 볼 배열(solder ball array) 형태를 갖는 마이크로 BGA가 주목받고 있다.

그러나 이러한 CSP의 경우 제조공정이 복잡하고 단가가 높기 때문에 궁극적으로는 웨이퍼 레벨에서 패키징을 완료하여 바로 실장하려는 경향이 증가하고 있으며, 이를 위해서 기존의 와이어 본딩(wire bonding) 용으로 제작된 웨이퍼에 대하여 재분배 공정을 수행하여야 한다.

그런데, 기존의 와이어 본딩용으로 제작된 웨이퍼의 경우 칩과 PCB 보드와의 열팽창계수가 커서 열적 순환(thermal cycling)에 대한 저항성이 낮아 아주 작은 칩이나 혹은 언더필(underfill)을 해서 써야하는 단점이 있다.

이와 같이 재분배를 이용한 종래의 WL-패키지에 대한 구성이 도 1에 나타나 있으며, 도 1을 참조하여 재분배를 이용한 종래의 WL-패키지를 설명하면 종래의 WL-패키지는 회로가 형성된 반도체 웨이퍼(semiconductor wafer) 기판(11)과, 상기 기판(11) 상에 전기적 배선을 위해 알루미늄(Al)으로 구성된 금속 패드(13)와 그 기판(11)을 보호하기 위해 형성된 패시베이션층(Passivation layer)(12)이 차례로 형성되어 통상적인 웨이퍼를 구성하며, 그 상부에 폴리층(14, 15)과 재분배를 위한 금속선(16)과, 솔더볼을 장착하기 위한 솔더볼 패드(17)와, 솔더볼(18)이 차례로 형성된다.

이 때, 상기 금속 패드(13)는 패키징을 위해 칩의 가장자리(Peripheral pad)에 존재하거나 칩의 중앙(center pad)에 배열되며, 상기 솔더볼 패드(17)는 통상 폴리머와 솔더볼의 접착력을 높이기 위해 금속화한 계층이다. 물론, 메모리 칩에서는 알루미늄(Al) 패드가 주로 중앙에 1줄 혹은 2줄로 형성되어 있다.

이러한 칩을 영역 배열(area array)의 플립 칩으로 제작하기 위해서는 재분배(redistribution 혹은 rerouting)공정을 추가로 하게 된다.

이와 같은 종래의 웨이퍼 레벨 패키지(WL-Package)는 열적 순환(Thermal Cycling) 환경에서 솔더 볼(solder ball)의 균열이 발생하여 사용할 수 있는 칩(chip) 의 크기가 제한된다는 단점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 솔더 접합 신뢰성을 향상시키며 대면적의 웨이퍼 레벨 패키지(WL-Package)의 신뢰성을 대폭 향상시키도록 하는 WL-패키지의 구조 및 그 제작방법을 제공하고자 한다.

즉, 본 발명에서는 도금방법에 의해 구리(Cu) 혹은 니켈(Ni) 등과 같은 중심 금속(core metal)을 솔더 볼(solder ball) 내부에 삽입하여 균열 진전에 대한 저항을 높이고 솔더 접합 신뢰성을 향상시키도록 하였으며, 재분배된 Si 웨이퍼 위에 응력 완화층을 두껍게 도포한 후 솔더볼을 형성함으로써, 대면적의 WL-패키지의 신뢰성을 대폭 향상시키도록 하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 재분배를 이용한 종래의 WL-패키지에 대한 구성도,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 WL-패키지에 대한 구성도,

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 WL-패키지에 대한 구성도,

도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 WL-패키지에 대한 구성도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 좀 더 상세히 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 WL-패키지에 대한 구성도로서, 이는 솔더 볼 내부에 중심 금속(core metal)이 박혀있는 구조이다.

이러한 구조는 솔더 크랙의 전파(solder crack propagation)가 굴절(deflection)되어야 하므로 크랙 저항(crack resistance)을 증가시킨 구조로서, 반도체 웨이퍼(semiconductor wafer) 기판(21)과, 상기 기판(21) 상에 그 기판(21)을 보호하기 위해 형성된 패시베이션층(Passivation layer)(22)과, 알루미늄(Al)으로 구성된 금속 패드(23)판이 차례로 형성되어 통상적인 웨이퍼를 구성하며, 그 상부에 폴리층(24, 25)과 재분배를 위한 금속선(26)과, 솔더볼을 장착하기 위한 솔더볼 패드(27)와, 솔더볼(29)이 차례로 형성된다.

이 때, 상기 금속 패드(23)는 패키징을 위해 칩의 가장자리에 존재하며, 상기 솔더볼 패드(27)는 통상 폴리머와 솔더볼의 접착력을 높이기 위해 금속화한 계층이다. 물론, 메모리 칩에서는 알루미늄(Al) 패드가 중앙에 1줄 혹은 2줄로 형성되어 있다. 이러한 칩을 영역 배열(area array)의 플립 칩으로 제작하기 위해서는 재분배(redistribution 혹은 rerouting)공정을 추가로 하게 된다.

상기 도 2에 나타난 WL-패키지에 대한 실시예에서는 종래의 경우와는 달리 솔더 볼(solder ball) 내부에 중심 금속(core metal)(28)을 삽입하였으므고, 통상 구리구리(Cu)나 니켈(Ni) 등을 전해도금 방법으로 제작한 후에 솔더 볼을 제작한다. 상기 솔더 볼은 전해도금 방법이나, 스텐실 프린팅(stencil printing)방법, 솔더 볼 어태치(solder ball attach) 방법 등에 의해 구성될 수 있다.

이와 같은 구성의 경우 솔더 크랙 전파가 굴절되어야하므로 크랙 저항이 증가된다는 효과가 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 WL-패키지에 대한 구성도로서, 대부분의 구성이 종래의 WL-패키지와 동일하며, 상기 폴리층(34) 상부에 종래에는 없는 응력 완화층(36)을 포함하는 것이 다르다.

상기 응력 완화층(36)은 상기 폴리층(34)까지의 공정이 완료된 후에 저 탄성계수의 탄력계(elastomer)를 도포한 후 솔더볼(solder ball)이 위치하는 부분에 통로(via)를 뚫어 솔더 볼(solder ball)을 부착하는 기능을 한다.

이 때, 상기 통로 제작은 엑시머 레이저(excimer laser)를 이용하여 제작하거나 포토 리소그라피 방법을 사용하며, 솔더 볼(solder ball)을 나타낸 것으로 전해도금 방법이나, 스텐실 프린팅 및 솔더 볼 접근방법등이 사용될 수 있다.

도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 WL-패키지에 대한 구성도로서, 상기 솔더 볼 내부에 응력 버퍼(stress buffer)층과 중심 메탈(stress buffer)층이 포함된 구조이다.

이러한 구조는 종래의 구조와 나머지 부분은 그 구성이 동일하고, 도 2 또는 도 3에 나타난 바와 같은 본 발명의 특징을 합하여 구성한 결과이다.

이러한 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째로, 저가의 WL-패키지를 개발하여 제조공정이 복잡하고 고가인 CSP를 대체할 수 있는 효과가 있어서 메모리 장치에서 사용되는 CSP 시장을 장악할 수 있다.

둘째로, 웨이퍼 가공에서 모든 패키징 공정이 끝나므로 별도의 조립공정이필요없다.

세째로, 기존의 WL-패키지에서 열적 순환(thermal cycling)에 대한 저항성을 획기적으로 개선함으로써 대면적의 플립 칩 개발이 가능해진다.

Claims (6)

1. 반도체 웨이퍼 기판과, 패시베이션층과, 금속 패드판이 차례로 형성되어 통상적인 웨이퍼를 구성하며, 그 상부에 상기 폴리층과, 금속선과, 솔더볼 패드가 형성되고 그 솔더볼 패드에 솔더볼이 장착된 형태의 재분배에 의한 웨이퍼 레벨 패키지의 구조에 있어서,

   상기 솔더볼의 접합 신뢰성을 향상시키기 위해 상기 솔더볼 내부에 중심 금속을 주입하여 구성한 것을 특징으로 하는 재분배에 의한 웨이퍼 레벨 패키지의 구조.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼 레벨 패키지의 구조는

   상기 폴리층 상부에 저탄성 계수의 탄력계(elastomer)를 도포하여 형성한 응력 완화층을 구성하고,

   상기 응력 완화층에 솔더볼을 장착하기 위한 통로 구멍(via hole)을 형성한 후,

   상기 통로 구멍(via hole)에 솔더볼을 장착하여 구성된 것을 특징으로 하는 재분배에 의한 웨이퍼 레벨 패키지의 구조.
3. 반도체 웨이퍼 기판과, 패시베이션층과, 금속 패드판이 차례로 형성되어 통상적인 웨이퍼를 구성하며, 그 상부에 상기 폴리층과, 금속선과, 솔더볼 패드가 형성되고 그 솔더볼 패드에 솔더볼이 장착된 형태의 재분배에 의한 웨이퍼 레벨 패키지의 구조에 있어서,

   상기 폴리층 상부에 저탄성 계수의 탄력계(elastomer)를 도포하여 형성한 응력 완화층을 구성하고,

   상기 응력 완화층에 솔더볼을 장착하기 위한 통로 구멍(via hole)을 엑시머 레이저(Excimer Laser)를 사용하여 형성한 후,

   상기 통로 구멍(via hole)에 솔더볼을 장착하여 구성된 것을 특징으로 하는 재분배에 의한 웨이퍼 레벨 패키지의 구조.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 웨이퍼 레벨 패키지의 구조는

   상기 솔더볼의 접합 신뢰성을 향상시키기 위해 상기 솔더볼 내부에 중심 금속을 주입하여 구성한 것을 특징으로 하는 재분배에 의한 웨이퍼 레벨 패키지의 구조.
5. 재분배에 의한 웨이펴 레벨 패키지의 제작방법에 있어서,

   반도체 웨이퍼 기판과, 패시베이션층과, 금속 패드판을 차례로 형성하여 통상적인 웨이퍼를 형성하는 제 1 공정;

   상기 제 1 공정에서 구성된 웨이퍼 상부에 폴리층과, 금속선과, 솔더볼 패드를 형성하는 제 2 공정; 및

   상기 솔더볼과 솔더볼 패드와의 접합특성을 향상시키기 위해 상기 솔더볼에 금속을 주입하여 그 중심 금속과 솔더볼 패드가 접합하도록 하는 제 3 공정으로 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 패키지의 제작방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제 2 공정은

   상기 폴리층 상부에 저탄성 계수의 탄력계(elastomer)를 도포하여 응력 버퍼층을 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 패키지의 제작방법.