KR100586697B1

KR100586697B1 - 솔더 조인트 특성이 개선된 반도체 패키지

Info

Publication number: KR100586697B1
Application number: KR1020030090681A
Authority: KR
Inventors: 장태섭
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-12-12
Filing date: 2003-12-12
Publication date: 2006-06-08
Also published as: US20050127487A1; JP2005175467A; KR20050058721A

Abstract

본 발명은 솔더 조인트 특성 향상을 위하여 솔더볼랜드 및 솔더레지스트 개방영역의 구조가 개선된 반도체 패키지에 관한 것으로, 솔더볼랜드의 가장자리 중에서 솔더볼 실장면의 중심을 향하는 중심지향 가장자리는 솔더레지스트에 의하여 도포되고, 그 솔더볼랜드는 그 중심지향 가장자리를 제외한 나머지 부분이 그 솔더레지스트 개방영역에 의해 노출되는 볼랜드노출영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 솔더볼이 솔더볼랜드로부터 이탈되거나 솔더볼랜드가 필링(peeling)되는 현상이 방지되어 솔더 조인트 특성이 향상되므로, 반도체 패키지의 제품 신뢰성이 향상되는 이점이 있다.

솔더, 조인트, 솔더볼, 솔더레지스트, 솔더볼랜드

Description

솔더 조인트 특성이 개선된 반도체 패키지{Semiconductor package improved in solder joint reliability}

도 1은 종래의 반도체 패키지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 2는 도 1에서 반도체 패키지의 저면에서 바라본 솔더볼랜드를 나타낸 평면도이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 패키지를 나타낸 단면도이다.

도 4는 도 3에서 반도체 패키지의 저면에서 바라본 솔더볼랜드를 나타낸 평면도이다.

도 5는 도 4에서의 제1직선을 자세히 나타낸 선도이다.

도 6은 도 3의 D1부분에 대한 상세도이다.

도 7은 도 3에서 반도체 패키지의 저면중 일부를 나타낸 평면도이다.

도 8은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 반도체 패키지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 9는 도 8에서 기판의 상면에서 바라본 범프랜드를 나타낸 평면도이다.

도 10은 본 발명의 또다른 일실시예에 따른 반도체 패키지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110, 210, 310: 반도체칩 121: 절연층

123, 323: 솔더볼랜드 223: 범프랜드

124, 224, 324: 솔더레지스트 131, 231, 331: 솔더볼

215: 솔더범프 1: 외부 보드

220, 320: 기판 P1, P2: 솔더레지스트 개방영역

본 발명은 반도체 패키지에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 솔더 조인트 특성 향상을 위하여 솔더볼랜드 및 솔더레지스트 개방영역의 구조가 개선된 반도체 패키지에 관한 것이다.

도 1에서 도시된 바와 같이, 종래의 반도체 패키지(2)는 반도체칩(10), 절연층(21), 메탈배선(22), 솔더볼랜드(23), 솔더레지스트(24) 및 솔더볼(31)을 구비한다.

반도체칩(10)은 패시베이션층(passivation layer)(13) 및 패시베이션층(13)에 의해 노출된 칩패드(12)를 포함한다. 절연층(21)은 칩패드(12)를 노출시킨다. 메탈배선(22)은 칩패드(12)와 전기적으로 연결된다. 솔더볼랜드(23)는 메탈배선(22)과 전기적으로 연결된다. 솔더레지스트(24)는 절연층(21) 및 메탈배선(22) 상에 도포되고, 솔더볼랜드(23)를 노출시킨다. 솔더볼(31)은 솔더볼 랜드(23) 상에 융착되며, 외부의 보드(board)(1)와 전기적으로 연결된다. 즉, 종래의 반도체 패키지(2)는 솔더볼(31)에 의해 마더보드와 같은 외부 보드(1) 상에서 지지된다.

도 2에서 도시된 바와 같이, 솔더볼랜드(23)가 솔더레지스트(24)에 의하여 노출되는데, 솔더볼랜드(23)의 가장자리(23a)는 솔더레지스트(24)에 의해 도포되어 있다. 즉, SMD형(solder mask defined type: 솔더마스크 한정형)의 구조와 유사하다.

그러나, 종래의 반도체 패키지는 다음과 같은 문제점이 있다.

반도체 패키지의 반도체칩 자체의 열팽창계수(CTE: Coefficient of Thermal Expansion)는 Si계인 경우 약 3.6ppm/℃ 인 반면에 통상적인 외부 보드의 열팽창계수는 약 18ppm/℃ 로서 이 둘은 서로 큰 차이가 난다. 따라서, 솔더볼에 대한 리플로우 공정 후의 냉각과정에서 외부 보드의 수축량이 반도체칩의 수축량보다 커서, 반도체 패키지에 대해서 도 1의 T1 및 T2와 같은 방향으로 솔더볼(31)에 열응력이 작용하여 솔더볼(31)과 솔더볼랜드(23)가 접합된 부분 중에서 S1 및 S2지점에서 솔더볼(31)이 솔더볼랜드(23)에서 이탈하는 문제점이 있다.

더욱이, 도 1의 S1 및 S2지점에서 솔더볼(31)이 솔더볼랜드(23)에서 이탈하는 문제를 해결하기 위하여 솔더볼랜드의 구조를 솔더볼랜드 전체가 솔더레지스트에 의하여 노출되는 NSMD(non-solder mask defined type:솔더 마스크 비한정형)과 유사한 구조를 가지도록 하는 경우도 있으나, 이 경우에는 솔더레지스트가 솔더볼랜드를 잡아주지 못하므로 진동 환경 등에서 솔더볼이 접합된 상태로 솔더볼랜드가 반도체 패키지로부터 이탈하는 소위 필링(peeling) 문제가 발생하는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 반도체 패키지의 솔더 조인트 특성이 개선된 반도체 패키지를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명에 따른 반도체 패키지는, 칩패드가 마련된 반도체칩과, 그 칩패드와 전기적으로 연결된 메탈배선과, 그 메탈배선과 전기적으로 연결되면서 외부 보드와의 전기적 연결을 위한 솔더볼이 융착되는 솔더볼랜드와, 그 솔더볼이 실장되는 볼실장면 상에 도포되면서 솔더레지스트 개방영역에 의해 그 볼랜드를 노출시키는 솔더레지스트를 포함하는 반도체 패키지에 있어서, 그 솔더볼랜드의 가장자리 중에서 그 볼실장면의 중심인 볼실장면 중심을 향하는 중심지향 가장자리는 그 솔더레지스트에 의하여 도포되고, 그 솔더볼랜드는 그 중심지향 가장자리를 제외한 나머지 부분이 그 솔더레지스트 개방영역에 의해 노출되는 볼랜드노출영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따르면, 그 볼실장면 중심과 그 솔더레지스트 개방영역의 중심을 지나는 제1직선과 그 솔더레지스트 개방영역의 제1외곽테두리와의 두 교차점들중 그 볼실장면 중심에서 더 가까운 제1개방영역 교차점과 그 볼실장면 중심과의 최단 거리는, 그 제1직선이 그 솔더볼랜드의 제2외곽테두리와 교차하는 교차점들중 그 볼실장면 중심에서 더 가까운 제1볼랜드 교차점과 그 볼실장면 중심과의 최단 거리보다 더 긴 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따르면, 그 볼실장면 중심과 그 솔더레지스트 개방영역의 중심을 지나는 제1직선과 그 솔더레지스트 개방영역의 제1외곽테두리와의 두 교차점들중 그 볼실장면 중심에서 더 먼 제2개방영역 교차점과 그 볼실장면 중심과의 최단 거리는, 그 제1직선이 그 솔더볼랜드의 제2외곽테두리와 교차하는 교차점들중 그 볼실장면 중심에서 더 먼 제2볼랜드 교차점과 그 볼실장면 중심과의 최단 거리보다 더 긴 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따르면, 그 솔더레지스트 개방영역의 제1외곽테두리는 제1원중심과 제1반지름을 가지는 원 모양이고, 그 솔더볼랜드의 제2외곽테두리는 제2원중심과 제2반지름을 가지는 원 모양인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따르면, 그 볼실장면 중심과 그 제1원중심을 잇는 제1선분의 길이는, 그 볼실장면 중심과 그 제2원중심을 잇는 제2선분의 길이 보다 더 긴 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따르면, 그 외부 보드가 그 솔더볼과 융착되는 볼융착영역의 중심이 그 볼실장면에 투영되는 볼융착중심 투영점과 그 볼실장면 중심을 잇는 제3선분의 길이는, 그 제1선분의 길이보다는 짧고, 그 제2선분의 길이보다는 긴 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따르면, 그 볼융착중심 투영점은 그 제1 및 제2원중심을 잇는 제4선분 내에 위치하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따르면, 그 제1반지름은 그 제2반지름의 0.9배에서 1.3배 사이의 크기인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따르면, 그 제2원중심은, 그 볼실장면 중심과 그 제1원중심을 지나는 제1직선과 직교하면서 그 제1원중심을 지나는 제2직선에 의해 그 솔더레지스트 개방영역이 분할되는 두 영역중 그 볼실장면 중심을 향하는 중심지향 반원영역 내에 위치하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따르면, 그 제1 및 제2원중심 사이의 거리는 20~70㎛ 사이인 것을 특징으로 한다.

본 발면에 따른 다른 반도체 패키지는, 솔더범프가 실장되는 제1범프실장면을 구비한 반도체칩과, 그 솔더범프가 융착되는 범프랜드 및 그 솔더범프가 실장되는 제2범프실장면 상에 도포되면서 솔더레지스트 개방영역에 의해 그 범프랜드를 노출시키는 솔더레지스트가 마련된 기판과, 그 기판에서 그 제2범프실장면의 반대면에 형성된 솔더볼을 포함하는 반도체 패키지에 있어서, 그 범프랜드의 가장자리 중에서 그 제1범프실장면의 중심이 그 제2범프실장면에 투영되는 범프실장면중심 투영점을 향하는 방향의 반대방향으로 향하는 외곽지향 가장자리는 그 솔더레지스트에 의해 도포되고, 그 범프랜드는 그 외곽지향 가장자리를 제외한 나머지 부분이 그 솔더레지스트 개방영역에 의해서 노출되는 범프랜드노출영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따르면, 그 범프실장면중심 투영점과 그 솔더레지스트 개방영역의 중심을 지나는 제3직선과 그 솔더레지스트 개방영역의 제3외곽테두리와의 두 교차점들중 그 범프실장면중심 투영점에서 더 가까운 제3개방영역 교차점과 그 범프실장면중심 투영점과의 최단 거리는, 그 제3직선이 그 범프랜드의 제4외곽테두리와 교차하는 교차점들중 그 범프실장면중심 투영점에서 더 가까운 제3범프랜드 교차점과 그 범프실장면중심 투영점과의 최단 거리보다 더 짧은 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따르면, 그 범프실장면중심 투영점과 그 솔더레지스트 개방영역의 중심을 지나는 제3직선과 그 솔더레지스트 개방영역의 제3외곽테두리와의 두 교차점들중 그 범프실장면중심 투영점에서 더 먼 제4개방영역 교차점과 그 범프실장면중심 투영점과의 최단 거리는, 그 제3직선이 그 범프랜드의 제4외곽테두리와 교차하는 교차점들중 그 범프실장면중심 투영점에서 더 먼 제4범프랜드 교차점과 그 범프실장면중심 투영점과의 최단 거리보다 더 짧은 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따르면, 그 솔더레지스트 개방영역의 제3외곽테두리는 제3원중심과 제3반지름을 가지는 원 모양이고, 그 범프랜드의 제4외곽테두리는 제4원중심과 제4반지름을 가지는 원 모양인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따르면, 그 범프실장면중심 투영점과 그 제3원중심을 잇는 제5선분의 길이는, 그 범프실장면중심 투영점과 그 제4원중심을 잇는 제6선분의 길이보다 더 짧은 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따르면, 그 제3반지름은 그 제4반지름의 0.9배에서 1.3배 사이의 크기인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따르면, 그 제4원중심은, 그 범프실장면중심 투영점과 그 솔더레지스트 개방영역의 중심을 지나는 제3직선과 직교하면서 그 제3원중심을 지나는 제4직선에 의해 그 솔더레지스트 개방영역이 분할되는 두 영역중 그 범프실장면중심 투영점을 향하는 방향의 반대방향으로 향하는 외곽지향 반원영역 내에 위치하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따르면, 그 제3 및 제4원중심 사이의 거리는 10~60㎛ 사이인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 또다른 반도체 패키지는, 반도체칩과, 상측에 그 반도체칩을 적층하고 하측에 솔더볼랜드가 형성되며 그 솔더볼이 실장되는 볼실장면 상에 도포되면서 솔더레지스트 개방영역에 의해 그 솔더볼랜드를 노출시키는 솔더레지스트를 구비한 기판과, 외부 보드와의 전기적 연결을 위해 그 솔더볼랜드에 융착되는 솔더볼을 포함하는 반도체 패키지에 있어서, 그 솔더볼랜드의 가장자리 중에서 그 기판의 저면 중심인 볼실장면 중심을 향하는 중심지향 가장자리는 그 솔더레지스트에 의하여 도포되고, 그 솔더볼랜드는 그 중심지향 가장자리를 제외한 나머지 부분이 그 솔더레지스트 개방영역에 의해 노출되는 볼랜드노출영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따르면, 그 볼실장면 중심과 그 제1원중심을 잇는 제1선분의 길이는, 그 볼실장면 중심과 그 제2원중심을 잇는 제2선분의 길이보다 더 긴 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 반도체 패키지를 자세하게 설명한다.

도 3에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 패키지(100)는 반도체칩(110), 재배선부(120) 및 솔더볼(131)을 구비한다. 이러한 반도체 패키지(100)는 전체적으로 일반적인 웨이퍼 레벨 패키지(wafer level package)와 유사하다.

반도체칩(110)은 패시베이션층(passivation layer)(112) 및 패시베이션층(112)에 의해 노출된 칩패드(111)를 포함한다.

재배선부(120)는 절연층(121), 메탈배선(122), 솔더볼랜드(123) 및 솔더레지스트(solder resist)(124)를 포함한다. 절연층(121)은 패시베이션층(112) 상에 도 포되고, 칩패드(112)를 노출시킨다. 메탈배선(122)은 칩패드(112)와 전기적으로 연결된다. 솔더볼랜드(123)는 메탈배선(122)과 전기적으로 연결되는데, 솔더볼랜드(123)는 메탈배선(122)과 일체로 형성될 수도 있다. 여기서 솔더볼랜드(123)의 전체면적은 솔더볼(131)이 융착되는 융착영역보다 그 범위가 같거나 크므로 양자는 서로 다를 수도 있다는 것이 주지되어야 한다. 솔더레지스트(124)는 절연층(121) 및 메탈배선(122) 상에 도포되고, 솔더볼랜드(123)를 노출시킨다.

솔더볼(131)은 솔더볼랜드(123) 상에 융착되며, 마더보드와 같은 외부 보드(1)의 볼융착영역(A1)에 융착되어 전기적으로 연결된다.

여기서, 도면부호 E1은 반도체 패키지(100)에서 솔더볼(131)이 실장되는 면인 "볼실장면"을 나타내고, 도면부호 M1은 볼실장면(E1)의 중심에 해당하는 "볼실장면 중심"을 나타내며, 도면부호 A1은 외부 보드(1)에서 솔더볼(131)과 융착되는 "볼융착영역"을 나타낸다.

도 4에서 도시된 바와 같이, 솔더볼랜드(123)의 일부분은 솔더레지스트(124)에 의하여 노출되고, 다른 부분은 솔더레지스트(124)에 의해 도포되어 있다. 즉, 솔더볼랜드(123)의 가장자리 중에서 볼실장면 중심(M1)을 향하는 중심지향 가장자리(123a)는 솔더레지스트(124)에 의하여 도포되고, 솔더볼랜드(123) 중에서 중심지향 가장자리(123a)를 제외한 나머지 부분인 볼랜드노출영역(123b)은 솔더레지스트 개방영역(P1)에 의해 노출된다. 중심지향 가장자리(123a)는 초생달 모양을 하고 있고, 볼랜드노출영역(123b)은 세워진 럭비공 모양을 하고 있다.

이를 자세히 설명하면, 볼실장면 중심(M1)과 솔더레지스트 개방영역(P1)의 중심(C1)을 지나는 제1직선(L1)과 솔더레지스트 개방영역(P1)의 제1외곽테두리(W1)와의 두 교차점들(B1)(B2)중 볼실장면 중심(M1)에서 더 가까운 제1개방영역 교차점(B1)과 볼실장면 중심(M1)과의 최단 거리는, 제1직선(L1)이 솔더볼랜드(123)의 제2외곽테두리(W2)와 교차하는 교차점들(G1)(G2)중 볼실장면 중심(M1)에서 더 가까운 제1볼랜드 교차점(G1)과 볼실장면 중심(M1)과의 최단 거리보다 더 길게 된다.

또한, 볼실장면 중심(M1)과 솔더레지스트 개방영역(P1)의 중심(C1)을 지나는 제1직선(L1)과 솔더레지스트 개방영역(P1)의 제1외곽테두리(W1)와의 두 교차점들(B1)(B2)중 볼실장면 중심(M1)에서 더 먼 제2개방영역 교차점(B2)과 볼실장면 중심(M1)과의 최단 거리는, 제1직선(L1)이 솔더볼랜드(123)의 제2외곽테두리(W2)와 교차하는 교차점들(G1)(G2)중 볼실장면 중심(M1)에서 더 먼 제2볼랜드 교차점(G2)과 볼실장면 중심(M1)과의 최단 거리보다 더 길게 된다.

바람직하게는, 도 4에서와 같이, 솔더레지스트 개방영역(P1)의 제1외곽테두리(W1)는 제1원중심(C1)과 제1반지름(R1)을 가지는 원(圓) 모양이 되도록 하며, 솔더볼랜드(123)의 제2외곽테두리(W2)는 제2원중심(C2)과 제2반지름(R2)을 가지는 원 모양이 되도록 한다.

도 5는 도 4에서의 제1직선을 자세히 나타낸 선도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 볼실장면 중심(M1)과 제1원중심(C1)을 잇는 제1선분(u1)의 길이는, 볼실장면 중심(M1)과 제2원중심(C2)을 잇는 제2선분(u2)의 길이 보다 더 크게 하는 것이 바람직하다.

도 6은 도 3의 D1부분에 대한 상세도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 외부 보드(1)가 솔더볼(131)과 융착되는 볼융착영역(A1)의 중심(Q1)이 볼실장면(E1)에 투영되는 볼융착중심 투영점(Z1)이 나타나 있다. 도 6에서는 설명의 편의를 위해 솔더볼(131)이 볼융착영역(A1)에 융착되지 않았으나, 실제로는 솔더볼(131)이 볼융착영역(A1)에 융착되어 있음을 주지하여야 한다. 이러한 볼융착중심 투영점(Z1)은 도 4 및 도 5에서 도면부호 Z1으로 나타나 있다. 여기서, 볼실장면(E1)과 솔더볼랜드(123)에서의 볼융착면과는 약간의 높이 치이가 있어, 엄밀히 말하자면 솔더볼랜드(123)의 볼융착면이 볼실장면(E1)상에 투영되어야 하는 것을 적용해야 하지만, 설명의 편의상 동일평면으로 취급되어지는 것으로 가정한다. 이하의 다른 실시예에서도 마찬가지이다.

도 5를 참조하여, 볼융착중심 투영점(Z1)과 볼실장면 중심(M1)을 잇는 제3선분(u3)의 길이는, 제1선분(u1)의 길이보다는 작고, 제2선분(u2)의 길이보다는 큰 것이 바람직하다. 또한, 볼융착중심 투영점(Z1)은 제1 및 제2원중심(C1)(C2)을 잇는 제4선분(u4) 내에 위치하는 것이 바람직하다.

도 4를 참조하여, 제1반지름(R1)은 제2반지름(R2)의 0.9배에서 1.3배 사이의 크기인 것이 바람직하다. 또한, 제2원중심(C2)은, 볼실장면 중심(M1)과 제1원중심(C1)을 지나는 제1직선(L1)과 직교하면서 제1원중심(C1)을 지나는 제2직 선(L2)에 의해 솔더레지스트 개방영역(P1)이 분할되는 두 영역중 볼실장면 중심(M1)을 향하는 중심지향 반원영역(H1) 내에 위치하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 제1 및 제2원중심(C1)(C2) 사이의 거리는 20~70㎛ 사이가 되도록 한다.

도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 솔더볼랜드(123)와 메탈배선(122)이 만나는 랜드도입부(122a)는 볼실장면 중심(M1)을 향하도록 하는 것이 바람직하다. 마찬가지로 랜드도입부(122a)로부터 연장되는 배탈배선(122)의 연장 방향은 소정 거리 동안 볼실장면 중심(M1)을 향하도록 하는 것이 바람직하다.

도 3을 참조하여, 종래에는 외부 보드(1)의 수축으로 인하여 S3 및 S4지점에서 균열이 발생하였으나, 본 실시예에 따른 반도체 패키지(100)의 경우는, S3 및 S4지점에서 솔더볼랜드(123)의 구조를 NSMD형과 유사하게 하여 솔더볼랜드(123)에 대한 솔더볼(131)의 접합력을 증대시킴으로써, 솔더볼(123)이 솔더볼랜드(123)로부터 이탈되는 것이 방지된다. 물론, S3 및 S4지점 각각의 반대쪽에는 솔더볼랜드의 구조를 SMD형과 유사하게 하여, 솔더볼(131)이 부착된 솔더볼랜드(123)가 절연층(121)으로부터 이탈되는 것이 방지된다. 따라서, 본 실시예에서는 솔더볼의 솔더 조인트 특성이 개선됨을 알 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 반도체 패키지를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 9는 도 8에서 기판의 상면에서 바라본 범프랜드를 나타낸 평면도이다.

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 반도체 패키지(200)는 반도체칩(210), 솔더범프(215), 기판(220) 및 솔더볼(231)을 포함한다. 이러한 반도체 패키지(200)는 전체적으로 플립칩 패키지(flip-chip package)와 유사한 형태이다.

반도체칩(210)은 솔더범프(215)가 실장되는 제1범프실장면(E2)을 구비한다. 기판(220)은 솔더범프(215)가 융착되는 범프랜드(223)를 포함하고, 솔더범프(215)가 실장되는 제2범프실장면(E3) 상에 도포되면서 솔더레지스트 개방영역(도 9의 P2)에 의해 범프랜드(223)를 노출시키는 솔더레지스트(224)를 포함한다. 솔더볼(231)은 기판(220)에서 제2범프실장면(E3)의 반대면(E4)에 형성된다.

여기서, 도 9를 참조하여, 범프랜드(223)의 가장자리 중에서 제1범프실장면(도 8의 E2)의 중심(도 8의 M2)이 제2범프실장면(E3)에 투영되는 범프실장면중심 투영점(Q2)을 향하는 방향의 반대방향으로 향하는 외곽지향 가장자리(223a)는 솔더레지스트(224)에 의해 도포되고, 범프랜드(223) 중에서 외곽지향 가장자리(223a)를 제외한 나머지 부분인 범프랜드노출영역(223b)은 솔더레지스트 개방영역(P2)에 의해서 노출된다. 외곽지향 가장자리(223a)는 초생달 모양을 하고 있고, 범프랜드노출영역(223b)은 세워진 럭비공 모양을 하고 있다.

이를 자세히 설명하면, 도 9를 참조하여, 범프실장면중심 투영점(Q2)과 솔더레지스트 개방영역(P2)의 중심을 지나는 제3직선(L3)과 솔더레지스트 개방영역(P2)의 제3외곽테두리(W3)와의 두 교차점들(B3)(B4)중 범프실장면중심 투영점(Q2)에서 더 가까운 제3개방영역 교차점(B3)과 범프실장면중심 투영점(Q2)과의 최단 거리는, 제3직선(L3)이 범프랜드(223)의 제4외곽테두리(W4)와 교차하는 교차점들(G3)(G4)중 범프실장면중심 투영점(Q2)에서 더 가까운 제3범프랜드 교차점(G3)과 범프실장면중심 투영점(Q2)과의 최단 거리보다 더 짧게 된다. 또한, 범프실장면중심 투영점(Q2)과 솔더레지스트 개방영역(P2)의 중심(C3)을 지나는 제3직선(L3)과 솔더레지스트 개방영역(P2)의 제3외곽테두리(W3)와의 두 교차점들(B3)(B4)중 범프실장면중심 투영점(Q2)에서 더 먼 제4개방영역 교차점(B4)과 범프실장면중심 투영점(Q2)과의 최단 거리는, 제3직선(L3)이 범프랜드(223)의 제4외곽테두리(W4)와 교차하는 교차점들(G3)(G4)중 범프실장면중심 투영점(Q2)에서 더 먼 제4범프랜드 교차점(G4)과 범프실장면중심 투영점(Q2)과의 최단 거리보다 더 짧게 된다.

바람직하게는, 도 9에서와 같이, 솔더레지스트 개방영역(P2)의 제3외곽테두리(W3)는 제3원중심(C3)과 제3반지름(R3)을 가지는 원 모양이 되게 하고, 범프랜드(223)의 제4외곽테두리(W4)는 제4원중심(C4)과 제4반지름(R4)을 가지는 원 모양이 되도록 하며, 범프실장면중심 투영점(Q2)과 제3원중심(C3)을 잇는 제5선분(미도시)의 길이가 범프실장면중심 투영점(Q2)과 제4원중심(C4)을 잇는 제6선분(미도시)의 길이보다 더 작게 한다.

제3반지름(R3)은 제4반지름(R4)의 0.9배에서 1.3배 사이의 크기인 것이 바람직하다. 그리고 제4원중심(C4)은, 범프실장면중심 투영점(Q2)과 솔더레지스트 개방영역(P2)의 중심(C3)을 지나는 제3직선(L3)과 직교하면서 제3원중심(C3)을 지나는 제4직선(L4)에 의해 솔더레지스트 개방영역(P2)이 분할되는 두 영역중 범프실장면중심 투영점(Q2)을 향하는 방향의 반대방향으로 향하는 외곽지향 반원영역(H2) 내에 위치하는 것이 바람직하다.

더욱 바람직하게는, 제3 및 제4원중심(C3)(C4) 사이의 거리가 10~60㎛ 가 되도록 한다.

도 8을 참조하여, 종래에는 기판(220)의 수축으로 인하여 S5 및 S6지점에서 균열이 발생하였으나, 본 실시예에 따른 반도체 패키지(200)의 경우에서는 S5 및 S6지점에서 범프랜드의 구조를 NSMD형과 유사하게 하여 범프랜드(223)에 대한 솔더범프(215)의 접합력을 증대시킴으로써 솔더범프(215)가 범프랜드(223)로부터 이탈되는 것이 방지된다. 물론, S5 및 S6지점 각각의 반대쪽에는 범프랜드의 구조를 SMD형과 유사하게 하여, 솔더범프(215)가 부착된 범프랜드(223)가 기판(220)으로부터 이탈되는 것이 방지된다. 따라서, 본 실시예에서의 경우라면 솔더범프의 솔더 조인트 특성이 개선되어 종래와 같이 플립칩 패키지에서 반도체칩과 기판 사이에 충진재 등을 투입하지 않아도 반도체칩의 기판에 대한 접합 신뢰성이 향상될 것이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 반도체 패키지(300)는 반도체칩(310), 기판(320), 본딩와이어(315), 봉지재(316) 및 솔더볼(331)을 포함한다. 이러한 반도체 패키지(300)는 전체적으로 BGA(ball grid array) 패키지와 유사한 형태이다.

반도체칩(310)은 기판(320) 상에 다이어태치(die attach)되고, 본딩와이어(315)는 반도체칩(310)과 기판(320)을 전기적으로 연결한다. 봉지재(316)는 반도체칩(310), 본딩와이어(315) 및 기판(320)의 상면을 실링한다. 솔더볼(331)은 외부 보드(1)와의 전기적 연결을 위하여 기판(320)의 볼실장면(E4)에 형성된다. 솔더볼(331)은 기판(320)에 포함된 솔더볼랜드(323) 상에 형성되고, 솔더볼랜드(323)는 솔더레지스트(324)에 의해 도포되거나 노출된다. 여기서, 도면부호 M3는 볼실장면(E4)의 중심에 해당하는 "볼실장면 중심"을 나타낸다.

도 10에서의 솔더볼랜드(323), 솔더레지스트(324), 솔더볼(331) 및 외부기판(1) 각각은 도 3에서의 솔더볼랜드(123), 솔더레지스트(124), 솔더볼(131) 및 외부기판(1)과 그 구조가 매우 흡사하므로, 도 10의 반도체 패키지(300)에 대하여 도 4 내지 도 7에서 이미 설명된 내용과 유사한 내용을 중복 설명하지 않을 것이다. 다만, 본 발명에 속하는 분야에서의 당업자라면 도 3의 반도체 패키지(100)에 대하여 도 4 내지 도 7에서 설명된 내용이 도 10의 반도체 패키지(300)의 경우에도 용이하게 도출될 수 있을 것이다.

도 10의 반도체 패키지(300)의 경우에는, 기판(320)이 반도체칩(310)과 다이어태치되어 있고 봉지재(310)로 둘러싸여 있으므로, 반도체 패키지(300)의 전체적인 열팽창계수는 반도체칩(310)과 유사하게 나타난다. 따라서, 이 경우에도 반도체 패키지(300)와 외부 보드(1)와 열팽창계수 차이에 따른 열응력이 반도체 패키지(300)에 잔존해 있을 것이므로, 솔더볼(331)의 솔더 조인트 특성이 향상됨을 을 알 수 있을 것이다.

전술한 도 10에서와 같은 경우는 충진재가 반도체칩과 기판 사이에 개재된 플립칩 패키지에서도 적용할 수 있다. 즉, 플립칩 패키지 전체의 열팽창계수가 외부 보드의 열팽창계수와 차이가 나는 경우에도, 외부 보드에 융착되는 솔더볼이 형 성된 기판의 솔더볼랜드와 솔더레지스트의 구조가 도 10 ,도 3 및 도 4에서 설명된 내용에 적용될 수 있다.

이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경과 수정 및 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

본 발명에 따른 반도체 패키지는 SMD형 및 NSMD형이 혼합된 형태의 솔더볼랜드 및 솔더레지스트 개방영역의 구조를 가짐으로써, 솔더볼이 솔더볼랜드로부터 이탈되거나 솔더볼랜드가 필링(peeling)되는 현상이 방지되어 솔더 조인트 특성이 향상되므로, 반도체 패키지의 제품 신뢰성이 향상되는 이점이 있다.

Claims

칩패드가 마련된 반도체칩과, 상기 칩패드와 전기적으로 연결된 메탈배선과, 상기 메탈배선과 전기적으로 연결되면서 외부 보드와의 전기적 연결을 위한 솔더볼이 융착되는 솔더볼랜드와, 상기 솔더볼이 실장되는 볼실장면 상에 도포되면서 솔더레지스트 개방영역에 의해 상기 볼랜드를 노출시키는 솔더레지스트를 포함하는 반도체 패키지에 있어서,

상기 솔더볼랜드의 가장자리 중에서 상기 볼실장면의 중심인 볼실장면 중심을 향하는 중심지향 가장자리는 상기 솔더레지스트에 의하여 도포되고,

상기 솔더볼랜드는 상기 중심지향 가장자리를 제외한 나머지 부분이 상기 솔더레지스트 개방영역에 의해 노출되는 볼랜드노출영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
제 1 항에 있어서,

상기 볼실장면 중심과 상기 솔더레지스트 개방영역의 중심을 지나는 제1직선과 상기 솔더레지스트 개방영역의 제1외곽테두리와의 두 교차점들중 상기 볼실장면 중심에서 더 가까운 제1개방영역 교차점과

상기 볼실장면 중심과의 최단 거리는,

상기 제1직선이 상기 솔더볼랜드의 제2외곽테두리와 교차하는 교차점들중 상기 볼실장면 중심에서 더 가까운 제1볼랜드 교차점과

상기 볼실장면 중심과의 최단 거리보다 더 긴 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 볼실장면 중심과 상기 솔더레지스트 개방영역의 중심을 지나는 제1직선과 상기 솔더레지스트 개방영역의 제1외곽테두리와의 두 교차점들중 상기 볼실장면 중심에서 더 먼 제2개방영역 교차점과

상기 볼실장면 중심과의 최단 거리는,

상기 제1직선이 상기 솔더볼랜드의 제2외곽테두리와 교차하는 교차점들중 상기 볼실장면 중심에서 더 먼 제2볼랜드 교차점과

상기 볼실장면 중심과의 최단 거리보다 더 긴 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
제 1 항에 있어서,

상기 솔더레지스트 개방영역의 제1외곽테두리는 제1원중심과 제1반지름을 가지는 원 모양이고,

상기 솔더볼랜드의 제2외곽테두리는 제2원중심과 제2반지름을 가지는 원 모양인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
제 4 항에 있어서,

상기 볼실장면 중심과 상기 제1원중심을 잇는 제1선분의 길이는,

상기 볼실장면 중심과 상기 제2원중심을 잇는 제2선분의 길이 보다 더 긴 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
제 5 항에 있어서,

상기 외부 보드가 상기 솔더볼과 융착되는 볼융착영역의 중심이 상기 볼실장면에 투영되는 볼융착중심 투영점과 상기 볼실장면 중심을 잇는 제3선분의 길이는,

상기 제1선분의 길이보다는 짧고,

상기 제2선분의 길이보다는 긴 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
제 6 항에 있어서,

상기 볼융착중심 투영점은 상기 제1 및 제2원중심을 잇는 제4선분 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
제 4 항에 있어서,

상기 제1반지름은 상기 제2반지름의 0.9배에서 1.3배 사이의 크기인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
제 4 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 제2원중심은,

상기 볼실장면 중심과 상기 제1원중심을 지나는 제1직선과 직교하면서 상기 제1원중심을 지나는 제2직선에 의해 상기 솔더레지스트 개방영역이 분할되는 두 영역중 상기 볼실장면 중심을 향하는 중심지향 반원영역 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
제 9 항에 있어서,

상기 제1 및 제2원중심 사이의 거리는 20~70㎛ 사이인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
솔더범프가 실장되는 제1범프실장면을 구비한 반도체칩과, 상기 솔더범프가 융착되는 범프랜드 및 상기 솔더범프가 실장되는 제2범프실장면 상에 도포되면서 솔더레지스트 개방영역에 의해 상기 범프랜드를 노출시키는 솔더레지스트가 마련된 기판과, 상기 기판에서 상기 제2범프실장면의 반대면에 형성된 솔더볼을 포함하는 반도체 패키지에 있어서,

상기 범프랜드의 가장자리 중에서 상기 제1범프실장면의 중심이 상기 제2범프실장면에 투영되는 범프실장면중심 투영점을 향하는 방향의 반대방향으로 향하는 외곽지향 가장자리는 상기 솔더레지스트에 의해 도포되고,

상기 범프랜드는 상기 외곽지향 가장자리를 제외한 나머지 부분이 상기 솔더레지스트 개방영역에 의해서 노출되는 범프랜드노출영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
제 11 항에 있어서,

상기 범프실장면중심 투영점과 상기 솔더레지스트 개방영역의 중심을 지나는 제3직선과 상기 솔더레지스트 개방영역의 제3외곽테두리와의 두 교차점들중 상기 범프실장면중심 투영점에서 더 가까운 제3개방영역 교차점과

상기 범프실장면중심 투영점과의 최단 거리는,

상기 제3직선이 상기 범프랜드의 제4외곽테두리와 교차하는 교차점들중 상기 범프실장면중심 투영점에서 더 가까운 제3범프랜드 교차점과

상기 범프실장면중심 투영점과의 최단 거리보다 더 짧은 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,

상기 범프실장면중심 투영점과 상기 솔더레지스트 개방영역의 중심을 지나는 제3직선과 상기 솔더레지스트 개방영역의 제3외곽테두리와의 두 교차점들중 상기 범프실장면중심 투영점에서 더 먼 제4개방영역 교차점과

상기 범프실장면중심 투영점과의 최단 거리는,

상기 제3직선이 상기 범프랜드의 제4외곽테두리와 교차하는 교차점들중 상기 범프실장면중심 투영점에서 더 먼 제4범프랜드 교차점과

상기 범프실장면중심 투영점과의 최단 거리보다 더 짧은 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
제 11 항에 있어서,

상기 솔더레지스트 개방영역의 제3외곽테두리는 제3원중심과 제3반지름을 가지는 원 모양이고,

상기 범프랜드의 제4외곽테두리는 제4원중심과 제4반지름을 가지는 원 모양인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
제 14 항에 있어서,

상기 범프실장면중심 투영점과 상기 제3원중심을 잇는 제5선분의 길이는,

상기 범프실장면중심 투영점과 상기 제4원중심을 잇는 제6선분의 길이보다 더 짧은 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
제 14 항에 있어서,

상기 제3반지름은 상기 제4반지름의 0.9배에서 1.3배 사이의 크기인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
제 14 항 내지 제 16 항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 제4원중심은,

상기 범프실장면중심 투영점과 상기 솔더레지스트 개방영역의 중심을 지나는 제3직선과 직교하면서 상기 제3원중심을 지나는 제4직선에 의해 상기 솔더레지스트 개방영역이 분할되는 두 영역중 상기 범프실장면중심 투영점을 향하는 방향의 반대방향으로 향하는 외곽지향 반원영역 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
제 17 항에 있어서,

상기 제3 및 제4원중심 사이의 거리는 10~60㎛ 사이인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
반도체칩과, 상측에 상기 반도체칩을 적층하고 하측에 솔더볼랜드가 형성되며 상기 솔더볼이 실장되는 볼실장면 상에 도포되면서 솔더레지스트 개방영역에 의해 상기 솔더볼랜드를 노출시키는 솔더레지스트를 구비한 기판과, 외부 보드와의 전기적 연결을 위해 상기 솔더볼랜드에 융착되는 솔더볼을 포함하는 반도체 패키지에 있어서,

상기 솔더볼랜드의 가장자리 중에서 상기 기판의 저면 중심인 볼실장면 중심을 향하는 중심지향 가장자리는 상기 솔더레지스트에 의하여 도포되고,

상기 솔더볼랜드는 상기 중심지향 가장자리를 제외한 나머지 부분이 상기 솔더레지스트 개방영역에 의해 노출되는 볼랜드노출영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
제 19 항에 있어서,

상기 볼실장면 중심과 상기 솔더레지스트 개방영역의 중심을 지나는 제1직선과 상기 솔더레지스트 개방영역의 제1외곽테두리와의 두 교차점들중 상기 볼실장면 중심에서 더 가까운 제1개방영역 교차점과

상기 볼실장면 중심과의 최단 거리는,

상기 제1직선이 상기 솔더볼랜드의 제2외곽테두리와 교차하는 교차점들중 상기 볼실장면 중심에서 더 가까운 제1볼랜드 교차점과

상기 볼실장면 중심과의 최단 거리보다 더 긴 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,

상기 볼실장면 중심과 상기 솔더레지스트 개방영역의 중심을 지나는 제1직선과 상기 솔더레지스트 개방영역의 제1외곽테두리와의 두 교차점들중 상기 볼실장면 중심에서 더 먼 제2개방영역 교차점과

상기 볼실장면 중심과의 최단 거리는,

상기 제1직선이 상기 솔더볼랜드의 제2외곽테두리와 교차하는 교차점들중 상기 볼실장면 중심에서 더 먼 제2볼랜드 교차점과

상기 볼실장면 중심과의 최단 거리보다 더 긴 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
제 19 항에 있어서,

상기 솔더레지스트 개방영역의 제1외곽테두리는 제1원중심과 제1반지름을 가지는 원 모양이고,

상기 솔더볼랜드의 제2외곽테두리는 제2원중심과 제2반지름을 가지는 원 모양인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
제 22 항에 있어서,

상기 볼실장면 중심과 상기 제1원중심을 잇는 제1선분의 길이는,

상기 볼실장면 중심과 상기 제2원중심을 잇는 제2선분의 길이보다 더 긴 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
제 23 항에 있어서,

상기 외부 보드가 상기 솔더볼과 융착되는 볼융착영역의 중심이 상기 볼실장면에 투영되는 볼융착중심 투영점과 상기 볼실장면 중심을 잇는 제3선분의 길이는,

상기 제1선분의 길이보다는 짧고,

상기 제2선분의 길이보다는 긴 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
제 24 항에 있어서,

상기 볼융착중심 투영점은 상기 제1 및 제2원중심을 잇는 제4선분 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
제 22 항에 있어서,

상기 제1반지름은 상기 제2반지름의 0.9배에서 1.3배 사이의 크기인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
제 22 항 내지 제 26 항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 제2원중심은,

상기 볼실장면 중심과 상기 제1원중심을 지나는 제1직선과 직교하면서 상기 제1원중심을 지나는 제2직선에 의해 상기 솔더레지스트 개방영역이 분할되는 두 영역중 상기 볼실장면 중심을 향하는 중심지향 반원영역 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
제 27 항에 있어서,

상기 제1 및 제2원중심 사이의 거리는 20~70㎛ 사이인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.