KR100674411B1 - Semiconductor package using core ball and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 내지 도 1b는 종래 기술에 따른 POP 구조도 및 최근 POP 추세에 대한 도면. Figures 1a to 1b is a diagram of the POP structure according to the prior art and the recent POP trend.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 POP(Package On Package)형 반도체 패키지의 단면도를 나타낸 도면. 2 is a cross-sectional view of a package on package (POP) type semiconductor package according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 접속볼 간의 접합을 도시한 도면.Figure 3a is a view showing the junction between the connection ball according to an embodiment of the present invention.
도 3b는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 접속볼 간의 접합을 도시한 도면. Figure 3b is a view showing the junction between the connection ball according to another embodiment of the present invention.
도 4는 도 3a 내지 도 3b에 도시된 접속볼 간의 접합을 위에서 내려다본 평면도. Figure 4 is a plan view from above looking at the junction between the connection ball shown in Figures 3a to 3b.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 코어볼을 이용하는 반도체 패키지의 제조방법을 나타내는 도면. 5A to 5E illustrate a method of manufacturing a semiconductor package using a core ball according to an exemplary embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
200 : 상부 패키지(Top Package)200: Top Package
250 : 하부 패키지(Bottom Package)250: Bottom Package
300, 350 : 접속볼300, 350: Connection ball
310, 360 : 접속 패드310, 360: connection pad
400 : 솔더볼(solder ball)400: solder ball
450 : 코어볼(core ball)450: core ball
본 발명은 반도체 패키지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바닥 기판(bottom substrate)에 두 개 이상의 반도체 칩을 실장함에 따른 높이를 확보하기 위한 반도체 패키지에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor package, and more particularly, to a semiconductor package for securing the height of mounting two or more semiconductor chips on a bottom substrate.
반도체 패키징(packaging)이라 함은 회로가 설계된 반도체 칩에 전기적인 연결을 해 주고, 외부의 충격에 견디게끔 밀봉 포장해주어 비로소 실생활에서 사용할 수 있게 물리적인 기능과 형상을 갖게 해주는 것이다. 반도체 패키지는 반도체 칩을 최종 제품화하는 반도체 패키징 공정의 결과물이다. 웨이퍼 한 장에는 동일한 전기회로가 인쇄된 칩이 수십 내지 수백 개까지 놓일 수 있으나, 반도체 칩 자체만으로는 외부로부터 전기를 공급받아 전기 신호를 전달해 주거나 전달받을 수 없다. 또한, 반도체 칩은 미세한 회로를 담고 있기 때문에 외부의 충격에 쉽게 손상될 수 있다. 결국 반도체 칩 자체로는 완전한 제품일 수 없고, 인쇄회로기판에 실장되어야 완전한 제품으로서의 역할을 하게 된다. Semiconductor packaging means that the circuits are electrically connected to the designed semiconductor chip, and sealed and packaged to withstand external shocks so that they have physical functions and shapes for real life. The semiconductor package is the result of the semiconductor packaging process for finalizing the semiconductor chip. A single wafer can have tens or hundreds of chips printed with the same electrical circuit, but the semiconductor chip itself cannot receive or transmit electrical signals by receiving electricity from the outside. In addition, since the semiconductor chip contains a fine circuit, it can be easily damaged by external shocks. After all, the semiconductor chip itself is not a complete product, but must be mounted on a printed circuit board to serve as a complete product.
반도체 칩의 크기 축소, 열방출 능력 및 전기적 수행능력 향상, 신뢰성 향상, 그리고 가격 저하 등이 패키징 기술에 좌우된다. 따라서, 반도체 디바이스의 고집적화와 고성능화를 뒷받침해 줄 수 있는 패키징 능력 향상을 요구하게 되었다. 반도체 패키지는 반도체 장치의 요구사항을 만족시키는 것은 물론, 그와 더불어 부품을 인쇄회로기판에 실장하는 다음 영역에서 일어나는 조건에도 적합한 패키지 성능을 갖추어야만 한다. Packaging technology depends on shrinking semiconductor chips, improving heat dissipation and electrical performance, increasing reliability, and lowering cost. Therefore, there is a demand for an improvement in packaging capability that can support high integration and high performance of semiconductor devices. The semiconductor package must not only meet the requirements of the semiconductor device, but also have adequate package performance for the conditions occurring in the next area where components are mounted on a printed circuit board.
최근 휴대용 전자제품이 소형화하면서 반도체가 실장될 공간은 더욱 줄어들고, 제품은 더욱 다기능화하고 고성능화되기 때문에 이를 뒷받침해 줄 반도체의 개수는 늘어나는 추세이다. 멀티미디어의 발전과 컴퓨터 통신산업의 급속한 발전과 더불어 반도체 칩에 대한 소형화, 대용량화 및 고속화가 이루어짐에 따라 반도체 패키지도 박형화, 다핀화하는 고집적화 추세로 기술개발이 되어 가고 있다. 따라서 단위 체적당 실장효율을 높이기 위해서 패키지는 경박단소(輕薄短小)화의 추세를 따라야 한다. 이에 따라 칩 크기와 거의 같은 크기의 패키지인 CSP(Chip Size Package)가 나타났다. 최근의 패키지 개발 추세는 칩의 크기에 맞게 줄이는 것을 넘어서, 스택 패키지(SCSP : Stacked CSP)처럼 칩 위에 또 칩을 올려 쌓아 올리거나 기능이 다른 여러 개의 반도체칩을 하나의 패키지 안에 배열하는 MCM(Multi Chip Module) 패키지 등도 개발되었다. As portable electronic products become more compact in recent years, the space for semiconductor mounting is further reduced, and the number of semiconductors to support this is increasing because products are becoming more versatile and higher performance. With the development of multimedia and the rapid development of computer communication industry, with the miniaturization, high capacity and high speed of semiconductor chips, the development of technology is becoming increasingly integrated with the trend of thinner and multi-pin semiconductor packages. Therefore, in order to increase the mounting efficiency per unit volume, packages must follow the trend of light and small. As a result, a chip size package (CSP), which is a package almost the same size as a chip size, has appeared. Recent trends in package development go beyond shrinking to chip size, such as stacked packages (SCSPs), which stack multiple chips on top of the chip, or arrange multiple semiconductor chips with different functions in a single package. Chip Module package is also developed.
스택 패키지 중에서 패키지 위에 패키지를 쌓는 POP(Package On Package)가 고밀도 패키지를 위한 대안으로 떠오르게 되었다. POP의 구현에 있어서 전체 패키지의 두께가 가장 큰 제약사항이며, POP의 성능을 더욱더 고성능으로 제작하기 위하여 바닥 기판(Bottom substrate)에 1개의 반도체 칩을 실장하던 것을 2개 이상의 반도체 칩을 실장하고자 하는 요구가 발생하였다. Among the stacked packages, Package On Package (POP), which stacks packages on top of packages, has emerged as an alternative for high density packages. In the implementation of POP, the thickness of the entire package is the biggest constraint, and in order to manufacture POP performance more and more, one semiconductor chip is mounted on a bottom substrate to mount two or more semiconductor chips. There was a demand.
종래 기술에 따른 POP 구조도 및 최근 POP 추세에 대한 도면이 도 1a 내지 도 1b에 도시되어 있다. The prior art POP structure diagram and a diagram of the recent POP trend are shown in FIGS. 1A-1B.
도 1a를 참조하면, 종래에는 상부 패키지(Top package)(11)는 반도체 칩이 1 내지 4개가 스택(stack)되어 패키지를 이루고 있으며, 하부 패키지(Bottom package)(10)는 바닥 기판(bottom subtrate) 상에 1개의 반도체 칩(100)이 와이어 본딩(wire bonding)되어 실장되고 있다. 상부 패키지(11)와 하부 패키지(10)가 하나의 POP 구조를 이루고 있었다. 전체 패키지의 두께는 H1이었다. Referring to FIG. 1A, conventionally, a
최근 고밀도화가 진행되면서, 상부 패키지(11)는 4 스택 이상, 하부 패키지(10)는 1 스택에서 2 스택 이상으로 멀티 스택(multi-stack)이 요구되고 있다. 도 1b를 참조하면, 하부 패키지(10)의 바닥 기판 상에 2개의 반도체 칩(100, 110)을 실장하고자 하며, 이 경우 전체 패키지의 두께는 H2가 된다. H2는 도 1a에 도시된 H1보다 큰 값을 가지게 되고, 이는 경박단소화 추세에 어긋나는 문제점이 있다. As the recent densification proceeds, multi-stack is required from the
경박단소화 추세에 따라 전페 패키지의 두께를 낮추기 위하여 반도체 칩을 얇게 만드는 기술(Die-Thinning)을 통해 두께 문제를 해결하고자 하지만, 반도체 칩을 얇게 만드는 경우에 반도체 칩을 장시간 동작시키면 동작 오류(function error)가 발생하는 문제점이 있다.In order to reduce the thickness of all-outer packages according to the trend of light and short, the thickness problem is solved through die-thinning.However, in the case of making the semiconductor chip thin, the operation error occurs when the semiconductor chip is operated for a long time. error) occurs.
또한, 실장되는 반도체 칩(100, 110) 수의 증가는 입력/출력(I/O)의 증가를 가져오고 이로 인해 상부 패키지(11)와 하부 패키지(10) 간의 전기적 접속을 위한 범프 역시 미세 피치(fine pitch) 범프로의 요구가 증가되고 있다. 하지만, 도 1b에 도시된 바와 같이 상부 패키지(11)와 하부 패키지(10) 간의 간격이 H2로 커짐에 따라 전기적 접속을 위한 범프도 커져야 한다. 즉, 범프로 사용되는 솔더볼(solder ball)이 도 1a에 도시된 제1 솔더볼(150)보다 크기가 큰 제2 솔더볼(160)이 도 1b에 도시된 POP에 사용되어야 한다. 따라서, 크기가 큰 제2 솔더볼(160)이 사용됨에 따라 미세 피치 범프를 구현하는 것이 어려워지는 문제점이 있다.In addition, an increase in the number of
따라서, 상술한 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 POP에 있어서 상부 패키지와 하부 패키지 간의 간격을 솔더볼 및 코어볼을 이용하여 크게 할 수 있는 코어볼을 이용한 반도체 패키지 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. Accordingly, an object of the present invention for solving the above problems is to provide a semiconductor package using a core ball and a method of manufacturing the same that can increase the distance between the upper package and the lower package using a solder ball and a core ball in the POP. .
본 발명의 다른 목적은 다수의 반도체 칩을 실장함에 따라 입력/출력(I/O)가 증가하게 되고 이로 인한 미세 피치를 구현할 수 있는 코어볼을 이용한 반도체 패키지 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a semiconductor package using a core ball and a method of manufacturing the same, which can increase the input / output (I / O) and thereby realize a fine pitch as a plurality of semiconductor chips are mounted.
본 발명의 또 다른 목적은 다수의 코어볼에 의한 상부 패키지와 하부 패키지의 실장시 위치 정합성이 높은 코어볼을 이용한 반도체 패키지 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a semiconductor package using a core ball having high position matching when mounting an upper package and a lower package by a plurality of core balls, and a method of manufacturing the same.
본 발명의 또 다른 목적은 다수의 코어볼에 의한 접합으로 인해 접합 신뢰 성이 높은 코어볼을 이용한 반도체 패키지 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a semiconductor package and a method of manufacturing the same using a core ball having high bonding reliability due to bonding by a plurality of core balls.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다. Other objects of the present invention will be readily understood through the following description.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상부 패키지와 하부 패키지가 적층되는 POP(Package On Package)형 반도체 패키지에 있어서, 상면에 제1 반도체 칩이 실장되고 하면에 복수개의 제1 접속볼이 실장되는 상부 패키지; 및 상면에 제2 반도체 칩이 실장되고 상기 상면에 복수개의 상기 제1 접속볼과 대응하는 위치에 제2 접속볼이 실장되는 하부 패키지를 포함하되, 상기 제1 접속볼과 상기 제2 접속볼은 서로 접촉하여 전기적 접속을 유지하는 반도체 패키지가 제공될 수 있다.In order to achieve the above objects, according to an aspect of the present invention, in a package on package (POP) type semiconductor package in which an upper package and a lower package are stacked, a first semiconductor chip is mounted on an upper surface and a plurality of first surfaces on a lower surface thereof. An upper package in which connection balls are mounted; And a lower package in which a second semiconductor chip is mounted on an upper surface and a second connecting ball is mounted on a position corresponding to the plurality of first connecting balls on the upper surface, wherein the first connecting ball and the second connecting ball are Semiconductor packages may be provided that are in contact with each other to maintain electrical connections.
바람직하게는, 상기 제1 접속볼은 상기 상부 패키지의 하면에 형성된 제1 접속 패드 상에 부착되고, 상기 제2 접속볼은 상기 하부 패키지의 상면에 형성된 제2 접속 패드 상에 부착되며, 상기 제2 접속 패드는 상기 제1 접속 패드와 대응하는 위치에 형성될 수 있다. Preferably, the first connection ball is attached on the first connection pad formed on the lower surface of the upper package, the second connection ball is attached on the second connection pad formed on the upper surface of the lower package, The second connection pad may be formed at a position corresponding to the first connection pad.
또한, 서로 대응하는 상기 제1 접속볼 및 상기 제2 접속볼 중 어느 하나는 코어볼(core ball)이고 다른 하나는 솔더볼(solder ball)일 수 있다. 여기서, 하나의 상기 솔더볼에 대응하는 상기 코어볼은 하나 또는 복수개일 수 있다. In addition, one of the first connection ball and the second connection ball corresponding to each other may be a core ball (core ball) and the other may be a solder ball (solder ball). Here, the core ball corresponding to one solder ball may be one or plural.
또한, 서로 대응하는 상기 제1 접속볼 및 상기 제2 접속볼이 모두 코어볼일 수 있다. In addition, both the first connection ball and the second connection ball corresponding to each other may be core balls.
바람직하게는, 상기 코어볼은 중심에 형성된 코어 외부에 솔더층이 덮여져 있는 구형 형태를 가질 수 있다.Preferably, the core ball may have a spherical shape in which a solder layer is covered outside the core formed at the center.
또한 바람직하게는, 상기 상부 패키지의 하면에 위치한 제1 접속 패드와 상기 제1 접속볼을 리플로우(reflow) 공정을 이용하여 접합시켜 전기적 접속을 유지할 수 있다. 그리고 상기 하부 패키지의 상면에 위치한 제2 접속 패드와 상기 제2 접속볼을 리플로우 공정을 이용하여 접합시켜 전기적 접속을 유지할 수 있다. Also preferably, the first connection pad located on the bottom surface of the upper package and the first connection ball may be joined by using a reflow process to maintain electrical connection. In addition, the second connection pad positioned on the upper surface of the lower package and the second connection ball may be bonded by using a reflow process to maintain electrical connection.
또한, 상기 하부 패키지의 상면에 복수개의 상기 제2 반도체 칩이 실장될 수 있다. In addition, a plurality of the second semiconductor chips may be mounted on an upper surface of the lower package.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 반도체 패키지의 제조방법에 있어서, 상부 패키지를 제조하는 단계; 상기 상부 패키지의 하면에 제1 접속볼을 실장하는 단계; 하부 패키지를 제조하는 단계; 상기 하부 패키지의 상면 중 상기 제1 접속볼에 대응하는 위치에 상기 제2 접속볼을 실장하는 단계; 및 상기 제1 접속볼과 상기 제2 접속볼을 접합시키는 단계를 포함하는 반도체 패키지 제조방법이 제공될 수 있다.In order to achieve the above object, according to another aspect of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor package, comprising: manufacturing an upper package; Mounting a first connection ball on a lower surface of the upper package; Manufacturing a bottom package; Mounting the second connection ball at a position corresponding to the first connection ball among upper surfaces of the lower package; And a step of bonding the first connection ball and the second connection ball to each other.
바람직하게는, 상기 상부 패키지를 제조하는 단계는 인쇄회로기판을 생성하는 단계; 상기 인쇄회로기판 상에 반도체 칩을 실장하는 단계; 상기 반도체 칩과 상기 인쇄회로기판을 와이어 본딩하는 단계; 및 상기 반도체 칩 및 상기 와이어를 몰딩하는 단계를 포함할 수 있다. Advantageously, manufacturing the upper package comprises: generating a printed circuit board; Mounting a semiconductor chip on the printed circuit board; Wire bonding the semiconductor chip and the printed circuit board; And molding the semiconductor chip and the wire.
또한, 상기 하부 패키지를 제조하는 단계는 인쇄회로기판을 생성하는 단계; 상기 인쇄회로기판 상에 반도체 칩을 실장하는 단계; 상기 반도체 칩과 상기 인쇄회로기판을 와이어 본딩하는 단계; 및 상기 반도체 칩 및 상기 와이어를 몰딩하는 단계를 포함할 수 있다. In addition, the manufacturing of the lower package may include generating a printed circuit board; Mounting a semiconductor chip on the printed circuit board; Wire bonding the semiconductor chip and the printed circuit board; And molding the semiconductor chip and the wire.
바람직하게는, 상기 인쇄회로기판에 실장되는 상기 반도체 칩은 복수개일 수 있고, 상기 제1 접속볼은 상기 상부 패키지의 하면에 형성된 제1 접속 패드 상에 부착되고, 상기 제2 접속볼은 상기 하부 패키지의 상면에 형성된 제2 접속 패드 상에 부착되며, 상기 제2 접속 패드는 상기 제1 접속 패드와 대응하는 위치에 형성될 수 있다.Preferably, the semiconductor chip may be mounted on the printed circuit board, and the first connection ball may be attached to a first connection pad formed on a lower surface of the upper package, and the second connection ball may be attached to the lower portion of the lower surface of the upper package. The second connection pad may be attached to a second connection pad formed on an upper surface of the package, and the second connection pad may be formed at a position corresponding to the first connection pad.
또한, 서로 대응하는 상기 제1 접속볼 및 상기 제2 접속볼 중 어느 하나는 코어볼이고 다른 하나는 솔더볼일 수 있으며, 하나의 상기 솔더볼에 대응하는 상기 코어볼은 하나 또는 복수개일 수 있다. In addition, any one of the first connection ball and the second connection ball corresponding to each other may be a core ball and the other may be a solder ball, the core ball corresponding to one of the solder ball may be one or a plurality.
또는 서로 대응하는 상기 제1 접속볼 및 상기 제2 접속볼이 모두 코어볼일 수 있고, 상기 코어볼은 중심에 형성된 코어 외부에 솔더층이 덮여져 있는 구형 형태를 가질 수 있다. Alternatively, both of the first connection ball and the second connection ball corresponding to each other may be core balls, and the core balls may have a spherical shape in which a solder layer is covered outside the core formed at the center.
이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만, 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 방법 및 이를 사용하는 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시예들 뿐만 아니라 특정 실시예를 열거하는 모든 상세한 설명은 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. The following merely illustrates the principles of the invention. Therefore, those skilled in the art, although not explicitly described or shown herein, can embody the principles of the present invention and invent various methods and apparatus using the same that are included in the concept and scope of the present invention. In addition, it is to be understood that all detailed descriptions, including the principles, aspects, and embodiments of the present invention, as well as listing specific embodiments, are intended to include structural and functional equivalents.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 동일 또는 유사한 개체를 순차적으로 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.Other objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and the preferred embodiments associated with the accompanying drawings. In describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related known technology may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Numbers (eg, first, second, etc.) used in the description of the present specification are merely identification symbols for sequentially distinguishing identical or similar entities.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 POP(Package On Package)형 반도체 패키지의 단면도를 나타낸 도면이다. 2 is a cross-sectional view of a POP (Package On Package) semiconductor package according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 상부 패키지(Top Package)(200)와 하부 패키지(Bottom Package)(250)가 적층되어 POP형 반도체 패키지를 구성하고 있다. Referring to FIG. 2, a
상부 패키지(200)는 상면에 하나 또는 복수의 반도체 칩(202)이 실장되어 있다. 반도체 칩(202)은 상부 패키지(200)의 기판(201)과 전기적 접속을 위해 와이어(wire)(204)를 통한 와이어 본딩(wire bonding)으로 연결되어 있다. 반도체 칩(202) 및 와이어 본딩(204) 주위를 몰딩 물질(molding material)(206)로 몰딩하여 보호한다. 또한, 최하단에 있는 반도체 칩(202)의 경우에는 상부 패키지(200)의 기 판(201)과 와이어 본딩 이외에도 플립칩 접속을 통하여 전기적 접속을 유지할 수도 있다. One or
여기서, 기판(201)은 일반적인 인쇄회로기판(PCB : Printed Circuit Board)으로서, 내부 또는 표면 상에 회로가 형성되어 있을 수 있다. Here, the
상부 패키지(200)의 하면에는 하부 패키지(250)와의 전기적 접속을 위한 제1 접속 패드(310)가 형성되어 있다. 제1 접속 패드(310)는 구리(Cu), 금(Au) 등 전기적으로 도통될 수 있는 물질로 형성된다. A
상부 패키지(200)의 하면에 형성된 제1 접속 패드(310)에 접속볼(300)이 접합되어 하부 패키지(250)와의 전기적 접속을 위한 수단으로서의 역할을 한다. 여기서, 접속볼(300)이라 함은 솔더볼(solder ball) 또는 코어볼(core ball)일 수 있다. 이에 대해서는 추후 도 3a 내지 도 3b를 참조하여 상세히 후술한다. The
하부 패키지(250)는 상면에 하나 또는 복수의 반도체 칩(252)이 실장되어 있다. 반도체 칩(252)은 하부 패키지(250)의 기판(251)과 전기적 접속을 위해 와이어(254)를 통한 와이어 본딩으로 연결되어 있다. 반도체 칩(252) 및 와이어 본딩(254) 주위를 몰딩 물질(256)로 몰딩하여 보호한다. 또한, 최하단에 있는 반도체 칩(252)의 경우에는 하부 패키지(250)의 기판(251)과 와이어 본딩 이외에도 플립칩 접속을 통하여 전기적 접속을 유지할 수도 있다. One or
여기서, 기판(251)은 일반적인 인쇄회로기판(PCB)으로서, 내부 또는 표면 상에 회로가 형성되어 있을 수 있다.Here, the
하부 패키지(250)의 하면에는 상기 상부 패키지(200) 및 하부 패키지(250) 가 적층된 POP형 반도체 패키지를 외부의 다른 회로 또는 장치에 연결하기 위한 솔더볼(260)과의 접속을 위한 외부 접속 패드(265)가 형성되어 있다. 외부 접속 패드(265) 상에 솔더볼(260)을 접합함으로써, POP형 반도체 패키지와 외부 회로와의 전기적 접속이 유지될 수 있다. 이는 볼 그리드 어레이(BGA : Ball Grid Array) 형태의 반도체 패키지에서 자주 볼 수 있는 형태로 당업자에게 자명한 바 상세한 설명은 생략한다.On the lower surface of the
하부 패키지(250)의 상면에는 상부 패키지(200)와의 전기적 접속을 위한 제2 접속 패드(360)가 형성되어 있다. 제2 접속 패드(360)는 구리(Cu), 금(Au) 등 전기적으로 도통될 수 있는 물질로 형성된다. 제2 접속 패드(360)는 상부 패키지(200)의 하면에 형성되어 있는 제1 접속 패드(310)와 대응하는 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 제1 접속 패드(310)에 접합되는 접속볼(300)과 제2 접속 패드(360)에 접합되는 접속볼(350)이 각각 접촉하여 접합되어야 하므로, 평면상에서 내려다 봤을 때 제1 접속 패드(310) 및 제2 접속 패드(360)의 위치는 각각 대응하여 일치하는 것이 바람직하다. A
하부 패키지(250)의 상면에 형성된 제2 접속 패드(360)에 접속볼(350)이 접합되어 상부 패키지(200)와의 전기적 접속을 위한 수단으로서의 역할을 한다. 여기서, 접속볼(350)이라 함은 솔더볼 또는 코어볼일 수 있다. 이에 대해서는 추후 도 3a 내지 도 3b를 참조하여 상세히 후술한다. The
제1 접속 패드(310)에 접합된 접속볼(300) 및 제2 접속 패드(360)에 접합된 접속볼(350)은 접합하여 전기적으로 접속된다. 이때 제1 접속 패드(310)에 접합된 접속볼(300) 및 제2 접속 패드(360)에 접합된 접속볼(350)이 접합되어 형성되는 상부 패키지(200)와 하부 패키지(250) 간의 간격은 하부 패키지(250)에 실장된 반도체 칩(252)을 보호하기 위해 몰딩한 몰딩 물질(256)의 두께보다 커야 한다. The
제1 접속 패드(310)에 접합된 접속볼(300) 및 제2 접속 패드(360)에 접합된 접속볼(350)은 접속볼(300, 350) 상에 형성된 플럭스(flux) 또는 솔더 페이스트(solder paste) 등을 이용하여 접합된다. The
도 3a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 접속볼 간의 접합을 도시한 도면이고, 도 3b는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 접속볼 간의 접합을 도시한 도면이다. 도 4는 도 3a 내지 도 3b에 도시된 접속볼 간의 접합을 위에서 내려다본 평면도이다. Figure 3a is a view showing the connection between the connection ball according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 3b is a view showing the connection between the connection ball according to another preferred embodiment of the present invention. 4 is a plan view from above of the junction between the connection balls shown in FIGS. 3a to 3b.
도 3a를 참조하면, 접속볼(300, 350)은 솔더볼(solder ball) 또는 코어볼(core ball)일 수 있다. Referring to FIG. 3A, the
솔더볼(solder ball)(400)은 솔더(solder)로 형성되며, 구형 모양을 가진다. The
코어볼(core ball)(450)은 중심에 형성된 코어(454), 코어(454)를 덮는 솔더층(452)으로 형성되어 있다. 여기서, 코어(454)와 솔더층(452) 사이에 니켈층, 구리층을 더 형성할 수 있다. 코어(454)는 열가소성 수지, 열경화성 수지 등의 플라스틱 또는 폴리머(polymer)로 형성되거나 솔더와 구별되는 금속(metal)으로 형성될 수 있다. The
중심에 형성된 코어(454)가 코어볼(450)에 가해지는 응력을 완하시키는 역할을 하고, 외부에 덮여진 솔더층(452)이 전기 신호 전달을 담당한다. 코어(454)가 있음으로 인해 접합 강도가 솔더볼(400)에 비해 향상되는 이점이 있다. The
그리고 중심에 형성된 코어(454)로 인해 항상 균일한 크기로 유지시킬 수 있다. 솔더볼(400)만으로는 일정한 높이 및 안정된 형상을 유지하기가 용이하지 않다. 이로 인해 본 발명에서 상부 패키지(200)와 하부 패키지(250) 간의 간격을 유지하기 위해서는 접속볼(300, 350) 중 적어도 하나는 코어볼(450)로 형성되는 것이 바람직하다.And the core 454 formed in the center can always be maintained in a uniform size.
도 2의 A 부분에 도시된 바와 같이 상부 패키지(200)와 하부 패키지(250) 간의 전기적 접속을 위한 접속볼(300, 350) 간의 접합부분이 도 3a 또는 도 3b에 도시되어 있다. As shown in part A of FIG. 2, a junction between the
도 3a를 참조하면, 상부 패키지(200)에 접합된 접속볼(300)과 하부 패키지(250)에 접합된 접속볼(350)은 일대일로 매칭되어 있다. 상부 패키지(200)에 접합된 접속볼(300)은 솔더볼(400)이고, 하부 패키지(250)에 접합된 접속볼(350)은 코어볼(450)이다. 코어볼(450)은 솔더볼(400)과 거의 같은 크기를 가질 수 있다. Referring to FIG. 3A, the
또는 상부 패키지(200)에 접합된 접속볼(300)이 코어볼(450)이고, 하부 패키지(250)에 접합된 접속볼(350)이 솔더볼(400)일 수 있다. 또는 모두 코어볼(450)일 수 있다. 최소한 하나 이상은 코어볼(450)로 형성되는 것이 접속볼의 형태를 유지하여 그 높이를 유지하게 되고, 상부 패키지(200)와 하부 패키지(250)의 간격을 유지할 수 있도록 한다. Alternatively, the
도 3b 내지 도 4를 참조하면, 코어볼(450)은 솔더볼(400)에 비하여 크기가 작은 복수개로 구성될 수 있다. 하나의 솔더볼(400)에 대하여 대응하는 위치에 삼각형, 사각형 또는 오각형 등의 다각형 형상을 가지도록 배치되고 솔더볼(400)을 지지하는 형태로 접합할 수 있다. 3B to 4, the
각각 하나의 솔더볼(400)과 코어볼(450)이 일대일로 접합되는 것보다, 하나의 솔더볼(400)과 복수개의 코어볼(450)이 접합하는 것이 상부 패키지(200)와 하부 패키지(250) 간의 패키지 적층시 위치 정합성이 높은 장점이 있다. 또한, 복수개의 코어볼(450)로 인해 접합점이 복수개로 늘어나므로, 접합 신뢰성 또한 높게 된다. 또한, 복수개의 코어볼(450)의 크기를 조절함으로써 상부 패키지(200)와 하부 패키지(250) 간의 간격을 원하는 대로 조절할 수 있다. 또한, 크기가 작은 코어볼(450)을 이용하게 됨에 따라 미세 피치 범프(fine pitch bump)에 대응도 가능하게 된다. Rather than joining one
상기 복수개의 코어볼(450)은 상부 패키지(200)에 형성될 수도 있고 하부 패키지(250)에 형성될 수도 있다. The plurality of
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 코어볼을 이용하는 반도체 패키지의 제조방법을 나타내는 도면이다. 5A to 5E are views illustrating a method of manufacturing a semiconductor package using a core ball according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 5a를 참조하면, 상부 패키지(200)는 기판(201) 상에 하나 또는 복수개의 반도체 칩(202)을 스택(stack)하여 실장한다. 그리고 와이어(204)를 이용하여 기판(201)과 반도체 칩(202)을 전기적으로 접속시킨다. 이는 와이어 본딩에 의해 가능하다. Referring to FIG. 5A, the
그리고 몰딩 물질(206)을 이용하여 기판(201) 상의 반도체 칩(202) 및 와이어 본딩(204) 부위를 몰딩하여 외부 환경으로부터 보호한다. The
도 5b를 참조하면, 기판(201)의 하면에 형성된 제1 접속 패드(310)에 접속볼(300)을 실장한다. 접속볼(300)은 솔더볼(400) 또는 코어볼(450)일 수 있다. Referring to FIG. 5B, the
접속볼(300)의 실장을 위해서 리플로우(reflow) 공정을 이용하여 제1 접속 패드(310)와 접속볼(300)을 접합시키고 접합부위에 금속간화합물이 생기도록 한다. 리플로우 공정은 적정한 열을 가하여 접속볼(300)을 약간 용융시킨 다음에 제1 접속 패드(310)에 접착시키고 다시 냉각시켜서 완전히 접합할 수 있도록 하는 공정이다. In order to mount the
여기서, 제1 접속 패드(310)는 구리(Cu) 또는 금(Au) 등의 전기 전도성이 좋은 금속이 사용된다.Here, the
도 5c를 참조하면, 하부 패키지(250)는 기판(251) 상에 하나 또는 복수개의 반도체 칩(252)을 스택하여 실장한다. 그리고 와이어(254)를 이용하여 기판(251)과 반도체 칩(252)을 전기적으로 접속시킨다. 이는 와이어 본딩에 의해 가능하다. Referring to FIG. 5C, the
그리고 몰딩 물질(256)을 이용하여 기판(251) 상의 반도체 칩(252) 및 와이어 본딩(254) 부위를 몰딩하여 외부 환경으로부터 보호한다.The
도 5d를 참조하면, 기판(251)의 상면에 형성된 제2 접속 패드(360)에 접속볼(350)을 실장한다. 접속볼(350)은 솔더볼(400) 또는 코어볼(450)일 수 있다. Referring to FIG. 5D, the
접속볼(350)의 실장을 위해서 리플로우 공정을 이용하여 제2 접속 패드(360)와 접속볼(350)을 접합시키고 접합부위에 금속간화합물이 생기도록 한다. 리 플로우 공정은 적정한 열을 가하여 접속볼(350)을 약간 용융시킨 다음에 제2 접속 패드(360)에 접착시키고 다시 냉각시켜서 완전히 접합할 수 있도록 하는 공정이다.In order to mount the
이때 접속볼(350) 또는 제2 접속 패드(360)는 상부 패키지(200)에 부착된 접속볼(300) 또는 제1 접속 패드(310)의 위치에 각각 상응하는 위치에 형성되고 부착된다. 추후 도 5e에서 각각의 접속볼(300, 350)이 서로 접합하여 전기적 접속을 유지하기 위함이다. At this time, the
도 5e를 참조하면, 하면에 접속볼(300)이 형성된 상부 패키지(200)와 상면에 접속볼(350)이 형성된 하부 패키지(250)를 플럭스(flux) 또는 솔더 페이스트(solder paste)를 이용하여 각 접속볼(300, 350)을 접합시켜 실장한다. Referring to FIG. 5E, the
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 코어볼을 이용한 반도체 패키지 및 그 제조방법은 POP에 있어서 상부 패키지와 하부 패키지 간의 간격을 솔더볼 및 코어볼을 이용하여 크게 할 수 있다. As described above, the semiconductor package using the core ball and the method of manufacturing the same according to the present invention can increase the distance between the upper package and the lower package using the solder ball and the core ball in the POP.
또한, 다수의 반도체 칩을 실장함에 따라 입력/출력(I/O)가 증가하게 되고 이로 인한 미세 피치를 구현할 수 있다.In addition, as a plurality of semiconductor chips are mounted, input / output (I / O) increases, and thus fine pitch may be realized.
또한, 다수의 코어볼에 의한 상부 패키지와 하부 패키지의 실장시 위치 정합성이 높다. In addition, the position matching at the time of mounting the upper package and the lower package by a plurality of core balls.
또한, 다수의 코어볼에 의한 접합으로 인해 접합 신뢰성이 높다. In addition, the joining reliability is high due to joining by a plurality of core balls.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기 술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. It will be understood that modifications and changes can be made.
Claims (18)
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