KR100424188B1 - 칩 사이즈 스택 패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 칩 사이즈 스택 패키지를 개시한다. 개시된 본 발명은, 회로가 형성될 대형 반도체 칩(1)의 상부면에 종단면 형상이 U자인 함몰부(11)가 형성되고, 함몰부(11)의 저면(11a) 중앙에 본딩 패드가 형성된다. 본딩 패드에 범프(2)가 부착되고, 각 범프(2)에 패턴 테이프(3)의 일단이 연결되며, 패턴 테이프(3)의 타단은 함몰부(11)의 양측 내벽(11b)에 맞대어져서 그의 최상단이 함몰부(11)의 양측벽 상단(11c)에 부착된다. 함몰부(11)내로 수용될 정도의 크기를 갖는 소형 반도체 칩(4)의 본딩 패드에 범프(41)가 부착되고, 이 소형 반도체 칩(4)이 뒤집어진 상태로 함몰부(11)내로 진입되어, 패턴 테이프(3)에 연결된다. 함몰부(11)내가 봉지제(5)로 몰딩되고, 소형 반도체 칩(4)의 표면을 기준으로 연마되어, 봉지제(5)와 패턴 테이프(3) 및 함몰부(11)의 양측벽 상단(11c)이 동일 높이를 갖게 된다. 노출된 패턴 테이프(3)에 범프(6)가 부착되고, 범프(6)에 솔더 볼(7)이 부착된다.

Description

칩 사이즈 스택 패키지

본 발명은 칩 사이즈 스택 패키지(chip size stack package)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 칩 사이즈대로 2개의 반도체 칩을 스택킹한 패키지에 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 패키지의 전형적인 예를 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

패드가 상부면에 배치된 반도체 칩에 리드 프레임의 인너 리드가 접착제로 부착되고, 이 인너 리드는 패드에 금속 와이어로 연결되어 있다. 전체가 봉지제로 몰딩되면, 리드 프레임의 아우터 리드가 봉지제의 양측으로 돌출되어 있다.

이러한 하나의 패키지상에 동일 구조의 패키지가 적층된다. 즉, 상부에 적층되는 패키지의 아우터 리드가 하부 패키지의 리드 프레임 중간에 접합되어서, 전기적 연결되어 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, 종래에 제안된 스택 패키지를 간단히 설명하면 다음과 같다.

상하부 반도체 칩의 각 뒷면이 접착제에 의해 접착되어 있다. 상부 반도체 칩의 상부면에 상부 리드 프레임의 인너 리드가 부착되어, 금속 와이어에 의해 인너 리드와 패드가 전기적으로 연결되어 있다. 또한, 하부 반도체 칩의 하부면에 하부 리드 프레임의 인너 리드가 부착되어, 금속 와이어에 의해 인너 리드와 패드가 전기적으로 연결되어 있다. 하부 리드 프레임의 아우터 리드는 상부 리드 프레임의 중간부에 본딩되어 있고, 상부 리드 프레임의 아우터 리드가 양측으로 돌출되도록 전체가 봉지제로 몰딩되어서, 2개의 반도체 칩이 스택킹된 패키지가 완성된다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 스택 패키지 두께는 반도체 칩에 탭 테이프와 봉지제의 두께가 합산되기 때문에, 경박화되는 패키지 발전 추세에 비추어보면 개선의 요지가 되어 왔다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 본 발명은, 반도체 칩의 두께가 패키지의 두께가 되도록 하여, 패키지의 경박화를 실현할 수 있는 획기적인 구조 칩 사이즈 스택 패키지를 제공하는데 목적이 있다.

도 1 내지 도 9는 본 발명의 실시예 1에 따른 스택 패키지 제조 공정을 순차적으로 나타낸 단면도

도 10 내지 도 16은 본 발명의 실시예 2에 따른 스택 패키지 제조 공정을 순차적으로 나타낸 단면도

도 17 내지 도 24는 본 발명의 실시예 3에 따른 스택 패키지 제조 공정을 순차적으로 나타낸 단면도

도 25 내지 도 29는 본 발명의 실시예 4에 따른 스택 패키지 제조 공정을 순차적으로 나타낸 단면도

- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 -

1 - 대형 반도체 칩 2,6 - 범프

3 - 패턴 테이프 4 - 소형 반도체 칩

5 - 봉지제 7 - 솔더 볼

8a,8b - 더미 패드 9 - 금속 와이어

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스택 패키지는 다음과 같은 구성으로 이루어진다.

회로가 형성될 대형 반도체 칩의 상부면에 종단면 형상이 U자인 함몰부가 형성되고, 함몰부의 저면 중앙에 본딩 패드가 형성된다. 본딩 패드에 범프가 부착되고, 각 범프에 패턴 테이프의 일단이 연결되며, 패턴 테이프의 타단은 함몰부의 양측 내벽에 맞대어져서 그의 최상단이 함몰부의 양측벽 상단에 부착된다. 함몰부내로 수용될 정도의 크기를 갖는 소형 반도체 칩의 본딩 패드에 범프가 부착되고, 이 소형 반도체 칩이 뒤집어진 상태로 함몰부내로 진입되어, 패턴 테이프에 연결된다. 함몰부내가 봉지제로 몰딩되고, 소형 반도체 칩의 높이를 기준으로 연마되어, 봉지제와 패턴 테이프 및 함몰부의 양측벽이 동일 높이를 갖게 된다. 노출된 패턴 테이프에 범프가 부착되고, 범프에 솔더 볼이 부착된다.

여기서, 패턴 테이프의 상단을 기준으로 봉지제가 도포되고, 노출된 패턴 테이프에 솔더 볼을 부착하여도 된다.

다른 방안으로서, 함몰부의 깊이에서 범프의 두께와 패턴 테이프의 두께 2배를 감한 높이를 갖는 소형 반도체 칩을 본딩 패드가 상부면에 위치하도록 대형 반도체 칩의 함몰부 내부에 진입된다. 소형 반도체 칩에서 돌출된 패턴 테이프의 상단이 꺾어져서 소형 반도체 칩의 본딩 패드에 접착된다. 각 반도체 칩들간의 사이 부분이 봉지제로 몰딩되고, 동일 높이를 갖는 함몰부의 양측벽 상단과 패턴 테이프를 기준으로 연마되어서, 패턴 테이프 상단이 노출된다. 솔더 볼이 노출된 패턴 테이프에 부착된다.

또 다른 방안으로서, 대형 반도체 칩의 함몰부 저면 중앙에 본딩 패드가 형성되고, 저면 양측과 함몰부의 양측벽 상단에 각기 더미 패드가 형성되어서, 각 패드가 금속 와이어로 연결된다. 본딩 패드에 범프가 부착된 소형 반도체 칩이 뒤집어져서 함몰부내로 진입되어, 그의 범프가 대형 반도체 칩의 본딩 패드에 연결된다. 함몰부내가 봉지제로 몰딩되고, 함몰부의 양측벽 상단을 기준으로 연마되어, 금속 와이어가 노출된다.

상기된 본 발명의 구성에 의하면, 대형 반도체 칩의 두께가 바로 패키지의 두께가 되므로써, 패키지의 경박화가 실현된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 설명한다.

<실시예 1>

도 1 내지 도 9는 본 발명의 실시예 1에 따른 스택 패키지 제조 공정을 순차적으로 나타낸 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 개개의 반도체 칩(1)으로 소잉(sawing)되기 전의 웨이퍼에 종단면 형상이 U자인 함몰부(11)가 형성한다. 함몰부(11)는 반도체 칩(1)의 회로가 형성되는 위치이다. 각 함몰부(11) 사이 부분이 개개의 반도체 칩(1)으로 절단하기 위한 스크라이빙 라인이 된다.

이어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 함몰부(11)의 저면(11a) 중앙에 배치된 본딩 패드(미도시)에 금 재질의 범프(2)를 형성한다. 그런 다음, 도 3과 같이, 패턴 테이프(3)의 인너 리드(31)를 범프(2)에 부착하고, 아우터 리드(32)를 함몰부(11)의 양측벽 상단(11c)에 포갠 상태로 부착한다. 패턴 테이프(3)의 중간 부분은 함몰부(11)의 저면(11a)과 일정 틈새를 두고 횡으로 연장된 후, 함몰부(11)의 양측벽(11b)에 맞대어지게 된다. 범프(2)의 두께로 인해서, 패턴 테이프(3)의 중간 부분이 함몰부(11)의 저면(11a)과 일정 간격이 유지된다.

도 4와 같이, 함몰부(11)내에 수용될 정도의 크기를 갖는 소형 반도체 칩(4)을 준비한다. 소형 반도체 칩(4)의 상부면 중앙에는 본딩 패드(미도시)가 형성되고, 각 본딩 패드에 범프(41)가 형성된다. 이러한 구조의 소형 반도체 칩(4)을 뒤집어서 함몰부(11)내에 끼운다. 그러면, 도 5와 같이, 소형 반도체 칩(4)의 각 범프(41)는 패턴 테이프(3)의 인너 리드(31)에 연결되게 되고, 양측벽은 패턴 테이프(3)의 중간부에 맞대어지게 된다. 이때, 소형 반도체 칩(4)의 상부면이 함몰부(11)에서 돌출되거나 반대로 돌출되지 않아도 된다.

이어서, 도 6와 같이, 각 반도체 칩(1,4) 사이 부분과 소형 반도체 칩(4)의 상부에 봉지제(5)를 도포하여 몰딩한다. 즉, 봉지제(5)는 각 반도체 칩(1,4) 사이에 도포되고, 또한 소형 반도체 칩(4)의 상부면에 도포되는데, 함몰부(11)의 양측벽(11c)보다 더 높게 도포된다. 그런 다음, 도 7과 같이, 소형 반도체 칩(4)의 상부면을 기준으로 연마하여, 함몰부(11)의 양측벽(11c) 일부분과 패턴 테이프(3)의 아우터 리드(32) 일부분을 제거한다. 그러면, 패턴 테이프(3)의 아우터 리드(32)가 상부로 노출된다.

그런 다음, 도 8와 같이, 노출된 패턴 테이프(3)의 아우터 리드(32)에 범프(6)를 형성하고, 이어서 도 9와 같이, 기판에 실장하기 위한 솔더 볼(7)을 범프(6)에 부착하면, 본 실시예 1에 따른 칩 사이즈 스택 패키지가 완성된다.

<실시예 2>

도 10 내지 도 16은 본 발명의 실시예 2에 따른 스택 패키지 제조 공정을 순차적으로 나타낸 단면도이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 대형 반도체 칩(1)에 함몰부(11)를 형성하고, 본딩 패드가 위치한 저면(11a)에 범프(2)를 형성한다. 이어서, 도 11과 같이, 함몰부(11)의 양측벽(11b)에 맞대어지는 패턴 테이프(3)의 인너 리드(31)를 범프(2)에 부착하고, 아우터 리드(32)를 꺾어서 함몰부(11)의 측벽 상단(11c)에 포갠다.

이어서, 도 12와 같이 본딩 패드(42)가 상부에 위치하도록 소형 반도체 칩(4)을 함몰부(11)에 끼운 다음, 도 13와 같이 패턴 테이프(3)의 아우터 리드(32)를 안쪽으로 꺾어서 본딩 패드(42)에 연결한다. 여기서, 패턴 테이프(3)의 아우터 리드(32) 표면은 함몰부(11)의 측벽 상단(11c)과 동일면이거나 또는 돌출되지 않아야 된다.

그런 다음, 도 14와 같이 봉지제(5)를 각 반도체 칩(1,4) 사이 부분과 소형 반도체 칩(4)의 상부에 도포하여 몰딩한다. 이어서, 도 15와 같이, 패턴 테이프(3)의 아우터 리드(32) 표면을 기준으로 연마하면, 봉지제(5)는 양측 아우터 리드(32)의 사이에 위치하게 되고, 각 아우터 리드(32)는 상부로 노출된다. 즉, 아우터 리드(32)와 봉지제(5) 및 함몰부(11)의 측벽 상단(11c)이 동일 평면을 이루게 된다.

최종적으로, 도 16와 같이 노출된 아우터 리드(32)에 솔더 볼(7)을 부착하면, 본 실시예 2에 따른 스택 패키지가 완성된다.

<실시예 3>

도 17 내지 도 24는 본 실시예 3에 따른 스택 패키지 제조 공정을 순차적으로 나타낸 단면도이다.

도 17에 도시된 바와 같이, 본딩 패드(12)가 저면(11a) 중앙에 형성된 함몰부(11)의 저면(11a) 양측에 더미 패드(8a)를 형성하고, 또한 함몰부(11)의 측벽 상단(11c)에도 더미 패드(8b)를 형성한다. 그런 다음, 도 18와 같이, 금속 와이어(9)의 인너 리드(91)를 본딩 패드(12)에 본딩하고, 중간은 저면(11a)에 형성된 더미 패드(8a)에, 아우터 리드(92)는 상단(11c)에 형성된 더미 패드(8b)에 본딩한다. 이와 같이 되면, 더미 패드(8b)에 연결된 금속 와이어(9)의 아우터 리드(92)는 상단(11c)보다 당연히 위로 노출되게 된다.

이어서, 도 19와 같이, 본딩 패드(미도시)에 범프(41)가 형성된 소형 반도체 칩(4)을 뒤집어서 함몰부(11)에 끼우면, 도 20와 같이 소형 반도체 칩(4)의 범프(41)가 금속 와이어(9)의 인너 리드(91)에 연결된다. 이때, 소형 반도체 칩(4)의 상부면과 함몰부(11)의 상단(11c)은 동일 높이를 이룬다.

그런 다음, 각 반도체 칩(1,4) 사이 부분과 전체 상부에 봉지제(5)를 도포하여 몰딩한다. 따라서, 더미 패드(8b)와 금속 와이어(9)의 아우터 리드(92)도 봉지제(5)로 덮어지게 된다. 이어서, 함몰부(11)의 상단(11c)을 기준으로 도 22와 같이 연마하면, 금속 와이어(9)의 아우터 리드(92)가 상부로 노출된다.

이렇게 노출된 아우터 리드(92)에 도 23와 같이, 범프(6)를 형성하고, 최종적으로 도 24와 같이 솔더 볼(7)을 범프(6)에 부착하면 본 실시예 3에 따른 스택 패키지가 완성된다.

<실시예 4>

도 25 내지 도 29는 본 발명의 실시예 4에 따른 스택 패키지 제조 공정을 순차적으로 나타낸 단면도이다.

도 25에 도시된 바와 같이, 함몰부(11)의 저면(11a) 중앙에 범프(2)를 형성하고, 도 26와 같이, 패턴 테이프(3)의 인너 리드(31)를 범프(2)에 연결하며, 아우터 리드(32)는 외측으로 꺾어서 함몰부(11)의 상단(11c)에 포갠다.

이어서, 도 27과 같이, 범프(41)가 형성된 소형 반도체 칩(4)을 뒤집어서 함몰부(11)에 끼우면 도 28와 같이 된다. 이때는, 패턴 테이프(3)의 아우터 리드(32)와 소형 반도체 칩(4)의 표면이 동일 평면을 이루게 된다.

봉지제(5)를 각 반도체 칩(1,4) 사이 부분에 도포하여 몰딩하면, 도 29와 같은 본 실시예 4에 따른 스택 패키지가 완성된다. 이때는, 패턴 테이프(3)의 아우터 리드(32)가 함몰부(11)의 측벽 상단(11c)보다 높은 위치로 돌출된 상태이므로, 이 아우터 리드(32)를 바로 기판에 실장하는 것이 가능하다. 따라서, 아우터 리드(32)에 범프와 솔더 볼을 부착할 필요가 없어지게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 대형 반도체 칩에 함몰부가 형성되고, 이 함몰부에 소형 반도체 칩이 끼워져서 스택킹이 되므로, 2개의 반도체 칩을 스택킹한 두께가 대형 반도체 칩의 두께가 되므로, 스택 패키지의 경박화가 실현된다.

이상에서는 본 발명에 의한 스택 패키지를 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 (5)

1. 회로가 구성되는 상부면에 함몰부가 형성되고, 상기 함몰부의 저면 중앙에 본딩 패드가 배치된 대형 반도체 칩;

   상기 대형 반도체 칩의 본딩 패드에 형성된 범프;

   인너 리드가 상기 범프에 연결되고, 아우터 리드는 함몰부의 측벽 상단에 포개어진 패턴 테이프;

   본딩 패드에 형성된 범프가 하부면에 위치하도록 상기 함몰부에 끼워져서, 상기 범프가 패턴 테이프의 인너 리드에 연결된 소형 반도체 칩; 및

   상기 각 반도체 칩의 사이 부분에 도포되는 봉지제를 포함하는 것을 특징으로 하는 칩 사이즈 스택 패키지.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 패턴 테이프의 아우터 리드는 소형 반도체 칩과 함몰부의 측벽 사이를 통해 노출되고, 상기 아우터 리드에 범프가 형성되며, 상기 범프에 기판에 실장되는 솔더 볼이 부착된 것을 특징으로 하는 칩 사이즈 스택 패키지.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 패턴 테이프의 아우터 리드는 소형 반도체 칩의 표면과 동일 평면을 이루어서, 기판에 직접 실장되는 것을 특징으로 하는 칩 사이즈 스택 패키지.
4. 회로가 구성되는 상부면에 함몰부가 형성되고, 상기 함몰부의 저면 중앙에 본딩 패드가 배치된 대형 반도체 칩;

   상기 함몰부의 저면 양측과 함몰부의 측벽 상단 각각에 형성된 더미 패드;

   인너 리드가 상기 대형 반도체 칩의 본딩 패드에 연결되고, 중간은 함몰부 저면의 더미 패드에 연결되며, 아우터 리드는 함몰부의 측벽 상단에서 돌출된 금속 와이어;

   본딩 패드에 형성된 범프가 하부면에 위치하도록 상기 함몰부에 끼워져서, 상기 범프가 금속 와이어의 인너 리드에 연결된 소형 반도체 칩;

   상기 각 반도체 칩의 사이 부분에 도포되는 봉지제;

   상기 소형 반도체 칩과 함몰부의 측벽 사이를 통해 노출된 금속 와이어의 아우터 리드에 형성된 범프; 및

   상기 범프에 부착되어, 기판에 실장되는 솔더 볼을 포함하는 것을 특징으로 하는 칩 사이즈 스택 패키지.
5. 회로가 구성되는 상부면에 함몰부가 형성되고, 상기 함몰부의 저면에 본딩 패드가 배치된 대형 반도체 칩;

   상기 반도체 칩의 본딩 패드에 형성된 범프;

   인너 리드가 상기 범프에 연결된 패턴 테이프;

   본딩 패드가 상부면에 위치하도록 상기 함몰부에 끼워져서, 상기 본딩 패드에 패턴 테이프의 아우터 리드가 연결된 소형 반도체 칩;

   상기 각 반도체 칩 사이 부분과, 상기 패턴 테이프의 아우터 리드 표면이 노출되도록 각 아우터 리드 사이에 도포된 봉지제; 및

   상기 노출된 아우터 리드에 부착된 솔더 볼을 포함하는 것을 특징으로 하는 칩 사이즈 스택 패키지.