KR100520443B1 - 칩스케일패키지및그제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 칩 스케일 패키지(CSP) 및 그 제조방법은, 중앙부에 복수개의 본딩 패드가 형성된 반도체 칩과, 상기 본딩 패드가 노출되도록 절연성 접착제를 사이에 두고 상기 반도체 칩 상면에 부착되며, 중앙부에는 관통 홀이 형성되고, 그 상면에는 금속 배선이 형성되어 있는 인쇄회로기판과, 상기 본딩 패드와 상기 금속 배선을 전기적으로 연결하는 금속 와이어와, 상기 금속 와이어가 노출된 부분의 반도체 칩 상면을 포함한 그 주변의 인쇄회로기판 상면 소정 부분과, 반도체 칩의 표면 노출부를 봉지한 성형수지 및, 상기 인쇄회로기판 상면의 금속 배선에 부착된 솔더 볼로 이루어져, 첫째, 제품 조립후 열팽창 계수 차이로 인해 야기되던 CSP의 휨 현상을 방지할 수 있게 되고 둘째, 전자기기 보드에 패키지 실장시 발생되는 솔더 볼의 접촉 불량을 방지할 수 있게 되며 셋째, 칩과 PCB 간의 안정적인 접착의 유지가 가능하므로, 외부의 압력에 의해 PCB로부터 반도체 칩이 쉽게 떨어져 나가는 현상과, PCB가 벤딩되는 현상을 방지할 수 있게 되고 넷째, 패키지의 열방출 능력을 향상시킬 수 있게 된다.

Description

칩 스케일 패키지 및 그 제조방법

본 발명은 칩 스케일 패키지(chip scale package:이하, CSP라 한다) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 박형화·소형화된 CSP의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 한 CSP 및 그 제조방법에 관한 것이다.

전자기기의 박형화·소형화 추세에 따라 반도체 소자를 탑재하는 패키징(packaging) 기술도 고속, 고기능, 고밀도 실장이 요구되고 있다. 도 1에는 이러한 요구에 부응하는 종래의 일반적인 CSP 제조방법을 도시한 공정수순도가 제시되어 있다. 상기 공정수순도를 참조하여 그 제조방법을 크게, 제 5 단계로 구분하여 살펴보면 다음과 같다. 여기서는, 일 예로서 본 발명과 집접적으로 관련된 센터 패드(center pad)를 가진 반도체 칩을 이용하여 CSP를 제조하는 경우에 대하여 살펴본다.

제 1 단계로서, 도 1a에 도시된 바와 같이 중앙부에는 관통 홀(through-hole) 홀(h)이 구비되고, 그 상면에는 랜드 패턴으로 사용되어질 금속 배선(12)이 형성된 구조의 PCB(printed circuit board)(10)를 준비한다.

제 2 단계로서, 도 1b에 도시된 바와 같이 상기 관통 홀(h) 내로 반도체 칩(16) 상면의 본딩 패드(18)가 노출되도록, PCB(10)의 하면(금속 배선이 형성되지 않은 표면)과 반도체 칩(16)의 상면을 절연성 접착제(non-conductive adhesive)(14)를 이용하여 접착한다.

제 3 단계로서, 도 1c에 도시된 바와 같이 금속 와이어(20)를 이용하여 상기 반도체 칩(16) 상면의 본딩 패드(18)와 상기 PCB(10) 상면(금속 배선이 형성된 표면)의 금속 배선(12)을 와이어 본딩하여, 이들을 서로 전기적으로 연결시켜 준다.

제 4 단계로서, 도 1d에 도시된 바와 같이 본딩 패드(18)와 금속 배선(12)이 와이어 본딩된 부분을 외부 환경으로부터 보호하기 위하여, 포팅(potting)법을 이용하여 와이어(20)가 노출된 부분의 반도체 칩(16) 상면과 그 주변의 PCB(10) 상면 소정 부분을 성형수지로 봉지(encapsulation)한다.

제 5 단계로서, 도 1e에 도시된 바와 같이 상기 PCB(10) 상면에 형성된 금속 배선(12)에 솔더 볼(24)을 부착하므로써, CSP 제조를 완료한다.

그러나, 이러한 일련의 제조 공정을 거쳐 CSP를 제조할 경우에는 패키징 공정 완료후 다음과 같은 여러 가지의 문제가 발생하게 된다. 첫째, PCB(10)와 반도체 칩(16) 간의 열팽창계수 차이로 인해 제품의 조립후 CSP의 휨(warpage) 현상이 심하게 발생하게 되고 둘째, 이로 인해 PCB(10) 상의 금속 배선(12)에 부착된 솔더 볼(24)의 높낮이에 차이가 발생하게 되므로, 보드(board)에 상기 패키지 실장시 접촉 불량을 일으키게 되며 셋째, 반도체 칩(16)과 PCB(10)가 단순히 절연성 접착제(14)에 의해 접착되므로, CSP가 PCB의 벤딩(bending)이나 쉬어 스트레스(shear stress)에 매우 취약한 구조를 갖게 된다는 단점이 발생하게 된다. 여기서, 쉬어 스트레스란 PCB(10)가 고정된 상태에서 반도체 칩(16)의 좌/우측면에 압력이 가해질 경우 칩이 받는 스트레스를 일컫는 것으로, 이로 인해 발생되는 대표적인 현상으로는 외부의 압력에 의해 PCB(10)로부터 반도체 칩(16)의 접착이 떨어지는 현상을 들 수 있다.

이에 본 발명의 과제는, 금속 와이어가 노출된 부분의 반도체 칩 상면을 포함한 그 주변의 PCB 상면 소정 부분과, 반도체 칩의 표면 노출부가 성형수지에 의해 봉지되는 구조를 가지도록 CSP를 제조하므로써, 패키지의 휨 현상 제거하고, 동시에 반도체 칩과 PCB간의 안정적인 접착을 유지할 수 있도록 한 CSP 및 그 제조방법을 제공함에 목적이 있다.

상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에서는, 중앙부에 복수개의 본딩 패드가 형성된 반도체 칩과, 상기 본딩 패드가 노출되도록 절연성 접착제를 사이에 두고 상기 반도체 칩 상면에 부착되며, 중앙부에는 관통 홀이 형성되고, 그 상면에는 금속 배선이 형성되어 있는 PCB와, 상기 본딩 패드와 상기 금속 배선을 전기적으로 연결하는 금속 와이어와, 상기 금속 와이어가 노출된 부분의 반도체 칩 상면을 포함한 그 주변의 PCB 상면 소정 부분과, 반도체 칩의 표면 노출부를 봉지한 성형수지 및, 상기 PCB 상면의 금속 배선에 부착된 솔더 볼로 이루어진 CSP가 제공된다.

상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 제 1 실시예에서는, 중앙부에는 관통 홀이 구비되고, 그 상면에는 금속 배선이 형성된 구조의 PCB를 준비하는 단계와, 절연성 접착제를 이용하여, 반도체 칩 상면의 본딩 패드가 노출되도록 상기 PCB 하면에 반도체 칩의 상면을 부착하는 단계와, 상기 본딩 패드와 금속 배선을 와이어 본딩하는 단계와, 본딩 패드와 금속 배선이 와이어 본딩된 부분의 반도체 칩 상면을 포함한 그 주변의 PCB 소정 부분과, 반도체 칩의 표면 노출부를 동시에 성형수지로 몰딩하는 단계 및, 상기 PCB 상면의 금속 배선에 솔더 볼을 부착하는 단계으로 이루어진 CSP 제조방법이 제공된다.

이때, 상기 CSP는 제 1 실시예의 변형예로서, 상기 본딩 패드와 금속 배선을 와이어 본딩하는 단계후, PCB 하측의 반도체 칩 표면 노출부를 먼저 성형수지를 이용하여 몰딩해 준 다음, 본딩 패드와 금속 배선이 와이어 본딩된 부분의 반도체 칩 상면을 포함한 그 주변의 PCB 상면 소정 부분을 성형수지로 몰딩해 주는 방식으로 공정을 진행할 수도 있다.

상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 제 2 실시예에서는, 중앙부에는 관통 홀이 구비되고, 그 상면에는 금속 배선이 형성된 구조의 PCB를 준비하는 단계와, 절연성 접착제를 이용하여, 반도체 칩 상면의 본딩 패드가 노출되도록 상기 인쇄회로기판의 하면에 반도체 칩의 상면을 부착하는 단계와, 상기 본딩 패드와 금속 배선을 와이어 본딩하는 단계와, 포팅 공정을 이용하여, 본딩 패드와 금속 배선이 와이어 본딩된 부분의 반도체 칩 상면을 포함한 그 주변의 인쇄회로기판 소정 부분을 성형수지로 봉지하는 단계와, 상기 반도체 칩의 표면 노출부를 성형수지로 몰딩하는 단계 및, 상기 인쇄회로기판 상면의 금속 배선에 솔더 볼을 부착하는 단계로 이루어진 CSP 제조방법이 제공된다.

상기 구조를 가지도록 CSP를 제조할 경우, 열팽창 계수가 큰 PCB의 반대편에 칩에 비해 열팽창 계수가 상대적으로 큰 성형수지가 놓여지게 되므로, 제품의 조립후에 발생되는 CSP의 휨 현상을 방지할 수 있게 된다. 또한, 패키지 제조시 반도체 칩의 표면 노출부를 성형수지를 이용하여 성형하므로, 칩과 PCB간의 안정적인 접착의 유지가 가능하게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

본 발명은, 금속 배선과 본딩 패드가 와이어 본딩된 부분의 반도체 칩 상면을 포함한 그 주변의 PCB 상면 소정 부분과, 반도체 칩의 표면 노출부가 성형수지에 의해 봉지되는 구조를 가지도록 CSP를 제조하므로써, CSP의 휨 발생을 방지하고 동시에 칩과 PCB 간의 안정적인 접착이 가능하도록 하는데 주안점을 둔 기술로서, 이를 도 2a 내지 도 2f와 도 3a 내지 도 3f에 제시된 도면을 참조하여 살펴보면 다음과 같다. 여기서, 도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 CSP 제조방법을 도시한 공정수순도를 나타내고, 도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 CSP 제조방법을 도시한 공정수순도를 나타낸다.

먼저, 도 2a 내지 도 2f에 제시된 공정수순도를 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 의한 CSP 제조방법을 제 5 단계로 구분하여 살펴보면 다음과 같다.

제 1 단계로서, 도 2a에 도시된 바와 같이 중앙부에는 관통 홀(h)이 형성되고, 그 상면에는 Cu등의 도전성 박막으로 이루어진 금속 배선(12)이 형성되어 있는 구조의 PCB(10)을 준비한다.

제 2 단계로서, 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 관통 홀(h) 내로 반도체 칩(16) 상면의 본딩 패드(18)가 노출되도록, PCB(10)의 하면(금속 배선이 형성되지 않은 표면)과 반도체 칩(16)의 상면을 절연성 접착제(14)를 이용하여 접착한다.

제 3 단계로서, 도 2c에 도시된 바와 같이 금속 와이어(20)를 이용하여 상기 반도체 칩(16) 상면의 본딩 패드(18)와 상기 PCB(10) 상면(금속 배선이 형성된 표면)의 금속 배선(12)을 와이어 본딩하여, 이들을 서로 전기적으로 연결해 준다.

제 4 단계로서, 도 2d에 도시된 바와 같이 반도체 칩(16)이 접착된 PCB(10)를 몰드 금형(26)에 로딩하고, 도 2e에 도시된 바와 같이 열경화성 타입(thermoset type)의 성형수지를 상기 금형(26) 내로 흘려 보내 주어, 금속 배선(12)과 본딩 패드(18)가 와이어 본딩된 부분의 반도체 칩(16) 상면을 포함한 그 주변의 PCB(10) 상면 소정 부분과, PCB(10) 하측부의 반도체 칩(16) 표면 노출부를 동시에 성형수지(22)로 몰딩하고, 상기 몰드 금형(26)을 제거한다.

제 5 단계로서, 도 2f에 도시된 바와 같이 상기 PCB(10) 상면의 금속 배선(12)에 솔더 볼(24)을 부착하므로써, CSP 제조를 완료한다.

그 결과, 반도체 칩(16) 상면의 본딩 패드(18)가 노출되도록, 칩(16)의 상면에는 금속 배선(12)과 관통 홀(h)이 형성된 PCB(10)가 접착되고, 상기 PCB(10) 상면의 금속 배선(12)과 반도체 칩(16) 상면의 본딩 패드(18)는 금속 와이어(20)에 의해 전기적으로 연결되며, 상기 금속 와이어(20)가 노출된 부분의 반도체 칩(16) 상면을 포함한 그 주변의 PCB(10) 상면 소정 부분 및 PCB(10) 하측부의 반도체 칩(16) 표면 노출부는 성형수지(22)에 의해 봉지되고, 상기 PCB(10) 상면의 금속 배선(12)에는 솔더 볼(24)이 부착되는 구조의 CSP가 완성된다.

이와 같이 패키지를 제조할 경우, 기 언급된 바와 같이 반도체 칩(16)의 표면 노출부가 열팽창 계수가 큰 성형수지(22)에 의해 몰딩되는 구조를 가지게 되므로, 제품 조립후 열팽창 계수 차이로 인해 야기되는 CSP의 휨 발생을 방지할 수 있게 된다. 또한, PCB(10)와 반도체 칩(16)이 접착되어지는 부분이 성형수지(22)에 의해 성형되므로, 칩(16)과 PCB(10) 간의 안정적인 접착의 유지가 가능하게 된다.

한편, 상기 실시예의 변형예로서, 본 발명에서 제시된 CSP 제조방법은 제 4 단계에서 제시된 성형수지의 몰딩 공정을 다음과 같이 두 단계의 공정으로 나누어 진행할 수도 있다.

즉, 금속 와이어(20)를 이용하여 본딩 패드(18)와 금속 배선(12)을 와이어 본딩한 이후, PCB(10) 하측의 반도체 칩(16) 표면 노출부를 먼저 성형수지(22)를 이용하여 몰딩해 준 다음, 외부 환경으로부터 금속 와이어(20)와 반도체 칩(16)을 보호해 주기 위하여 본딩 패드(18)와 금속 배선(12)이 와이어 본딩된 부분의 반도체 칩(16) 상면을 포함한 그 주변의 PCB(10) 상면 소정 부분을 성형수지(22)로 몰딩해 주는 방식으로 공정을 진행할 수도 있다.

이와 같이, 성형수지의 몰딩 공정을 두 단계로 나누어 진행할 경우에는 솔더 볼(24)을 접착하기 위해 노출시킨 금속 배선(12) 부위로 성형수지가 흘러 들어가 솔더 볼(24)의 접착을 어렵게 만드는 몰드 플래쉬(mold flash)의 발생을 방지할 수 있게 되므로, 제 1 실시예의 경우(성형수지의 몰딩 공정을 동시에 실시한 경우)에 비해 몰딩 공정의 신뢰성을 높일 수 있다는 장점을 갖는다.

다음으로, 도 3a 내지 도 3f에 제시된 공정수순도를 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 의한 CSP 제조방법을 제 6 단계로 구분하여 살펴보면 다음과 같다. 본 실시예의 경우, 제 1 내지 제 3 단계는 제 1 실시예와 동일하게 진행되므로 여기서는 간략하게만 언급한다.

제 1 내지 제 3 단계로서, 도 3a에 도시된 바와 같이 중앙부에는 관통 홀(h)이 형성되고, 그 상면에는 금속 배선(12)이 형성된 구조의 PCB(10)을 준비하고, 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 관통 홀(h) 내로 반도체 칩(16) 상면의 본딩 패드(18)가 노출되도록, PCB(10)의 하면과 반도체 칩(16)의 상면을 절연성 접착제(14)를 이용하여 접착한 다음, 도 3c에 도시된 바와 같이 금속 와이어(20)를 이용하여 상기 반도체 칩(16) 상면의 본딩 패드(18)와 상기 PCB(10) 상면의 금속 배선(12)을 와이어 본딩하여, 이들을 서로 전기적으로 연결해 준다.

제 4 단계로서, 도 3d에 도시된 바와 같이 포팅법을 이용하여 금속 배선(12)과 본딩 패드(18)가 와이어 본딩된 부분의 반도체 칩(16) 상면을 포함한 그 주변의 PCB(10) 상면 소정 부분을 성형수지(22)로 봉지하고, 반도체 칩(16)이 접착된 상기 PCB(10)를 몰드 금형(26)에 로딩한다.

제 5 단계로서, 도 3e에 도시된 바와 같이 열경화성 타입의 성형수지를 상기 금형(26) 내로 흘려 보내 주어, PCB(10) 하측의 반도체 칩(16) 표면 노출부를 성형수지(22)로 몰딩하고, 상기 몰드 금형(26)을 제거한다.

제 6 단계로서, 도 3f에 도시된 바와 같이 상기 PCB(10) 상면의 금속 배선(12)에 솔더 볼(24)을 부착하므로써, CSP 제조를 완료한다.

이와 같이 공정을 진행할 경우 역시, 제 1 실시예의 변형예와 동일하게 몰드 플래쉬의 발생을 방지할 수 있게 되므로, 제 1 실시예의 경우(성형수지의 몰딩 공정을 동시에 실시한 경우)에 비해 몰딩 공정의 신뢰성을 높일 수 있다는 장점을 가지게 된다. 또한, 상기 공정 결과 최종적으로 만들어지는 CSP가, 도 2f와 동일한 구조를 가지므로 제 1 실시예의 경우와 같이 패키지 조립후 열팽창 계수 차이로 인해 야기되는 CSP의 휨 발생을 방지할 수 있게 될 뿐 아니라 칩(16)과 PCB(10) 간의 안정적인 접착의 유지가 가능하게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, CSP 제조시 PCB(10) 하측부의 반도체 칩(16) 표면 노출부를 성형수지를 이용하여 성형해 주므로써 첫째, 제품 조립후 열팽창 계수 차이로 인해 야기되던 CSP의 휨 현상을 방지할 수 있게 되고 둘째, 전자기기 보드에 패키지 실장시 발생되는 솔더 볼(24)의 접촉 불량을 방지할 수 있게 되며 셋째, 칩(16)과 PCB(10) 간의 안정적인 접착의 유지가 가능하므로, 외부의 압력에 의해 PCB(10)로부터 반도체 칩(16)이 쉽게 떨어져 나가는 현상과, PCB(10)가 벤딩되는 현상을 방지할 수 있게 되고 넷째, 패키지의 열방출 능력을 향상시킬 수 있게 된다.

도 1a 내지 도 1e는 종래의 CSP 제조방법을 도시한 공정수순도,

도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 CSP 제조방법을 도시한 공정수순도,

도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 CSP 제조방법을 도시한 공정수순도.

Claims (4)

1. 중앙부에 복수개의 본딩 패드가 형성된 반도체 칩과,

   상기 본딩 패드가 노출되도록 중앙부에는 관통 홀이 형성되고, 하면이 절연성 접착제를 사이에 두고 상기 반도체 칩 상면에 부착되며, 그 상면에는 금속 배선이 형성되어 있는 인쇄회로기판과,

   상기 본딩 패드와 상기 금속 배선을 전기적으로 연결하는 금속 와이어와,

   상기 금속 와이어가 노출된 부분의 반도체 칩 상면을 포함한 그 주변의 인쇄회로기판 상면 소정 부분과, 반도체 칩의 표면 노출부를 포함한 그 주변의 인쇄회로기판 하면 소정 부분을 봉지한 성형수지 및,

   상기 인쇄회로기판 상면의 금속 배선에 부착된 솔더 볼로 이루어진 것을 특징으로 하는 칩 스케일 패키지.
2. 중앙부에는 관통 홀이 구비되고, 그 상면에는 금속 배선이 형성된 구조의 인쇄회로기판을 준비하는 단계와,

   절연성 접착제를 이용하여, 반도체 칩 상면의 본딩 패드가 상기 관통홀에 노출되도록 상기 인쇄회로기판의 하면에 반도체 칩의 상면을 부착하는 단계와,

   상기 본딩 패드와 금속 배선을 와이어 본딩하는 단계와,

   본딩 패드와 금속 배선이 와이어 본딩된 부분의 반도체 칩 상면을 포함한 그 주변의 인쇄회로기판 소정 부분과, 반도체 칩의 표면 노출부를 동시에 성형수지로 몰딩하는 단계 및,

   상기 인쇄회로기판 상면의 금속 배선에 솔더 볼을 부착하는 단계으로 이루어진 것을 특징으로 하는 칩 스케일 패키지 제조방법.
3. 중앙부에는 관통 홀이 구비되고, 그 상면에는 금속 배선이 형성된 구조의 인쇄회로기판을 준비하는 단계와,

   절연성 접착제를 이용하여, 반도체 칩 상면의 본딩 패드가 상기 관통 홀에 노출되도록 상기 인쇄회로기판의 하면에 반도체 칩의 상면을 부착하는 단계와,

   상기 본딩 패드와 금속 배선을 와이어 본딩하는 단계와,

   상기 PCB 하측의 상기 반도체의 칩 표면 노출부를 성형수지로 몰딩하는 단계와,

   상기 본딩 패드와 금속 배선이 와이어 본딩된 부분의 반도체 칩 상면을 포함한 그 주변의 인쇄회로기판 소정 부분을 성형수지로 몰딩하는 단계 및,

   상기 인쇄회로기판 상면의 금속 배선에 솔더 볼을 부착하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 칩 스케일 패키지 제조방법.
4. 중앙부에는 관통 홀이 구비되고, 그 상면에는 금속 배선이 형성된 구조의 인쇄회로기판을 준비하는 단계와,

   절연성 접착제를 이용하여, 반도체 칩 상면의 본딩 패드가 상기 관통 홀에 노출되도록 상기 인쇄회로기판의 하면에 반도체 칩의 상면을 부착하는 단계와,

   상기 본딩 패드와 금속 배선을 와이어 본딩하는 단계와,

   포팅법을 이용하여, 본딩 패드와 금속 배선이 와이어 본딩된 부분의 반도체 칩 상면을 포함한 그 주변의 인쇄회로기판 소정 부분을 성형수지로 봉지하는 단계와,

   상기 반도체 칩의 표면 노출부를 성형수지로 몰딩하는 단계 및,

   상기 인쇄회로기판 상면의 금속 배선에 솔더 볼을 부착하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 칩 스케일 패키지 제조방법.

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