KR100675729B1 - Stack package using flexible substrate - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플랙서블 기판을 이용한 적층 패키지에 관한 것으로, 하나의 플랙서블 기판에 플립 칩 본딩된 반도체 칩과 탭 본딩된 반도체 칩을 적층하여 구현된 적층 패키지를 제공한다. 즉, 제 1 탭 본딩 영역과, 상기 제 1 탭 본딩 영역과 연결되며 소정의 간격을 두고 서로 마주보게 접혀진 제 2 탭 본딩 영역과, 상기 제 1 탭 본딩 영역과 제 2 탭 본딩 영역이 연결된 방향과 수직한 방향의 상기 제 1 탭 본딩 영역에 연결되며 제 2 탭 본딩 영역과 마주보게 접혀진 플립 칩 본딩 영역을 갖는 플랙서블 기판과; 접혀진 상기 제 1 탭 본딩 영역과 제 2 본딩 영역 사이의 상기 제 1 탭 본딩 영역에 탭 본딩된 제 1 칩과; 상기 제 2 탭 본딩 영역에 탭 본딩된 제 2 칩으로, 배면이 상기 제 1 칩의 배면에 부착되는 제 2 칩과; 상기 플랙서블 기판의 플립 칩 영역에 플립 칩 본딩된 제 3 칩으로, 배면이 제 2 칩이 플립 칩 본딩된 제 2 탭 본딩 영역의 반대면에 부착되는 제 3 칩; 및 상기 제 3 칩이 본딩된 플립 칩 본딩 영역의 반대면에 형성된 복수개의 외부접속단자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플랙서블 기판을 이용한 적층 패키지를 제공한다.The present invention relates to a stack package using a flexible substrate, and provides a stack package implemented by stacking flip chip bonded semiconductor chips and tab bonded semiconductor chips on a single flexible substrate. That is, a first tab bonding region, a second tab bonding region connected to the first tab bonding region and folded to face each other at a predetermined interval, and a direction in which the first tab bonding region and the second tab bonding region are connected to each other. A flexible substrate having a flip chip bonding region connected to the first tab bonding region in a vertical direction and folded to face the second tab bonding region; A first chip tab bonded to the first tab bonding region between the folded first tab bonding region and the second bonding region; A second chip tab-bonded to the second tab bonding region, the second chip having a rear surface attached to the rear surface of the first chip; A third chip flip-chip bonded to a flip chip region of the flexible substrate, the third chip having a rear surface attached to an opposite surface of the second tab bonding region to which the second chip is flip chip bonded; And a plurality of external connection terminals formed on opposite surfaces of the flip chip bonding region in which the third chip is bonded.
플랙서블 기판, 테이프 배선기판, 적층, 멀티 칩, 패키지Flexible Board, Tape Wiring Board, Stacked, Multi Chip, Package
Description
도 1은 본 발명에 따른 플랙서블 기판을 이용한 적층 패키지를 펼쳐놓은 사시도,1 is a perspective view showing the laminated package using a flexible substrate according to the present invention,
도 2는 도 1의 2-2선 단면도,2 is a cross-sectional view taken along line 2-2 of FIG. 1;
도 3은 플랙서블 기판 스트립에 반도체 칩들이 실장된 상태를 보여주는 평면도이다.3 is a plan view illustrating a semiconductor chip mounted on a flexible substrate strip.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *Description of the main parts of the drawing
10 : 플랙서블 기판 12 : 제 1 탭 본딩 영역10: flexible substrate 12: first tab bonding region
14 : 제 2 탭 본딩 영역 16 : 플립 칩 본딩 영역14 second
20 : 제 1 칩 30 : 제 2 칩20: first chip 30: second chip
40 : 제 3 칩 52, 54, 56 : 성형수지40:
60 : 솔더 범프 72 : 제 1 접착제60: solder bump 72: first adhesive
74 : 제 2 접착제 100 : 적층 패키지74: second adhesive 100: laminated package
본 발명은 반도체 패키지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 플랙서블 기판에 플립 칩 본딩된 반도체 칩과 탭 본딩된 반도체 칩을 적층하여 구현된 플랙서블 기판을 이용한 적층 패키지에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor package, and more particularly, to a stack package using a flexible substrate implemented by stacking a flip chip bonded semiconductor chip and a tab bonded semiconductor chip on a single flexible substrate.
일반적인 반도체 웨이퍼(semiconductor wafer)는 평면이기 때문에, 한 평면내에 반도체 소자의 집적도를 향상시키는 데 한계가 있다. 또한 집적도를 향상시키는 데도 많은 설비투자가 필요한 실정이다. 따라서, 현재 반도체 패키지의 고집적화를 위하여 많은 회사들 및 학계에서 고밀도 3차원 칩, 3차원 패키지의 적층 방법을 연구하고 있다. 즉, 반도체 웨이퍼를 개별 반도체 소자로 절삭한 이후에 집적도를 높이는 방법을 연구하고 있다.Since a typical semiconductor wafer is a plane, there is a limit to improving the integration degree of a semiconductor device in one plane. In addition, a lot of facility investment is required to improve the density. Therefore, many companies and academia are investigating stacking method of high density 3D chip and 3D package for high integration of semiconductor package. That is, a method of increasing the degree of integration after cutting a semiconductor wafer into individual semiconductor devices is being studied.
복수개의 단위 패키지를 3차원으로 적층하여 제조된 3차원 적층 패키지는 고집적화를 이룰 수 있는 반면에, 두께가 두꺼워 반도체 제품의 경박단소화에 대한 대응성이 떨어지는 문제점을 안고 있다.The three-dimensional stacked package manufactured by stacking a plurality of unit packages in three dimensions may achieve high integration, but has a problem in that the thickness thereof is inferior to light and thin shortening of a semiconductor product.
복수개의 반도체 소자를 3차원으로 적층하여 제조된 3차원 적층 칩 패키지는 고집적화를 이룰 수 있는 동시에 반도체 제품의 경박단소화에 대한 대응성도 뛰어나다. 일반적으로 반도체 칩 위에 반도체 칩을 적층하는 칩 온 칩 구조로 구현되는데, 전기적 연결을 위해 사용되는 본딩 와이어 사이의 상호 간섭과 아래에 배치되는 반도체 칩의 활성면의 손상 가능성이 상존하고 있다. 적층 칩 상호간의 칩 크기에 제약이 문제가 되고 있다. 예를 들면, 동일한 크기의 반도체 칩을 적층하는 경우, 와이어 본딩이 곤란한 수준으로 반도체 칩의 크기가 차이나는 경우 및 각 반도체 칩의 전극 패드 배열이 센터 패드와 에지 패드로 상이한 경우 등 다양한 반 도체 칩을 적용하는데 있어 문제가 되고 있다.The three-dimensional stacked chip package manufactured by stacking a plurality of semiconductor devices in three dimensions can achieve high integration and excellent response to light and thin reduction of semiconductor products. In general, a chip-on-chip structure in which semiconductor chips are stacked on a semiconductor chip is implemented, and mutual interference between bonding wires used for electrical connection and potential damage of an active surface of a semiconductor chip disposed below exist. Constraints in chip size between stacked chips have become a problem. For example, in the case of stacking semiconductor chips of the same size, a variety of semiconductor chips, such as the difference in the size of the semiconductor chip due to the difficulty of wire bonding and the electrode pad arrangement of each semiconductor chip is different from the center pad and the edge pad There is a problem in applying it.
그리고, 반도체 소자를 기판에 플립 칩 본딩 했을 때, 반도체 제품의 두께를 최소화할 수 있다. 그러나, 플립 칩 본딩 방법으로 반도체 소자를 3차원으로 적층하는 데는 한계가 있다. 즉, 하나의(첫 번째) 반도체 소자를 기판에 플립 칩 본딩한 이후에 두 번째 반도체 소자를 첫 번째 반도체 소자에 3차원으로 적층할 수 있는 있지만, 첫 번째 반도체 소자와 두 번째 반도체 소자를 전기적으로 연결하는 것이 용이하지 않다.When the semiconductor device is flip chip bonded to the substrate, the thickness of the semiconductor product may be minimized. However, there is a limit to stacking semiconductor elements in three dimensions by a flip chip bonding method. That is, after flip chip bonding of one (first) semiconductor device to a substrate, the second semiconductor device can be stacked three-dimensionally on the first semiconductor device, but the first and second semiconductor devices are electrically It is not easy to connect.
따라서, 본 발명의 목적은 반도체 칩 크기에 무관하게 적층 패키지를 구현하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to implement a stacked package regardless of the semiconductor chip size.
본 발명의 다른 목적은 플립 칩 본딩된 반도체 칩과 탭 본딩된 반도체 칩을 적층하여 적층 패키지를 구현하는 데 있다.Another object of the present invention is to implement a stack package by stacking a flip chip bonded semiconductor chip and a tab bonded semiconductor chip.
상기 목적을 달성하기 위하여, 플랙서블 기판을 이용한 적층 패키지로서, 제 1 탭 본딩 영역과, 상기 제 1 탭 본딩 영역과 연결되며 소정의 간격을 두고 서로 마주보게 접혀진 제 2 탭 본딩 영역과, 상기 제 1 탭 본딩 영역과 제 2 탭 본딩 영역이 연결된 방향과 수직한 방향의 상기 제 1 탭 본딩 영역에 연결되며 제 2 탭 본딩 영역과 마주보게 접혀진 플립 칩 본딩 영역을 갖는 플랙서블 기판과; 접혀진 상기 제 1 탭 본딩 영역과 제 2 본딩 영역 사이의 상기 제 1 탭 본딩 영역에 탭 본딩된 제 1 칩과; 상기 제 2 탭 본딩 영역에 탭 본딩된 제 2 칩으로, 배면이 상기 제 1 칩의 배면에 부착되는 제 2 칩과; 상기 플랙서블 기판의 플립 칩 영역에 플립 칩 본딩된 제 3 칩으로, 배면이 제 2 칩이 플립 칩 본딩된 제 2 탭 본딩 영역의 반대면에 부착되는 제 3 칩; 및 상기 제 3 칩이 본딩된 플립 칩 본딩 영역의 반대면에 형성된 복수개의 외부접속단자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플랙서블 기판을 이용한 적층 패키지를 제공한다.In order to achieve the above object, a laminated package using a flexible substrate, a first tab bonding region, a second tab bonding region connected to the first tab bonding region and folded to face each other at a predetermined interval, A flexible substrate having a flip chip bonding region connected to the first tab bonding region in a direction perpendicular to the direction in which the first tab bonding region and the second tab bonding region are connected, and folded to face the second tab bonding region; A first chip tab bonded to the first tab bonding region between the folded first tab bonding region and the second bonding region; A second chip tab-bonded to the second tab bonding region, the second chip having a rear surface attached to the rear surface of the first chip; A third chip flip-chip bonded to a flip chip region of the flexible substrate, the third chip having a rear surface attached to an opposite surface of the second tab bonding region to which the second chip is flip chip bonded; And a plurality of external connection terminals formed on opposite surfaces of the flip chip bonding region in which the third chip is bonded.
본 발명에 따른 적층 패키지에 있어서, 제 1 및 제 2 칩의 탭 본딩된 영역과 제 3 칩의 플립 칩 본딩된 영역은 각기 액상의 수지로 덮여져 외부환경으로부터 보호된다.In the laminated package according to the present invention, the tab bonded regions of the first and second chips and the flip chip bonded regions of the third chip are each covered with a liquid resin to be protected from the external environment.
그리고, 플랙서블 기판의 접혀지는 부분에 유연성을 증가시키기 위하여 슬롯을 형성할 수도 있다.In addition, a slot may be formed in the folded portion of the flexible substrate to increase flexibility.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 플랙서블 기판(10; flexible substrate)을 이용한 적층 패키지(100)를 펼쳐놓은 사시도이다. 도 2는 도 1의 2-2선 단면도이다. 그리고, 도 3은 플랙서블 기판 스트립(10a)에 반도체 칩들(20, 30, 40)이 실장된 상태를 보여주는 평면도이다.FIG. 1 is a perspective view showing an
도 1 내지 도 3을 참조하면, 적층 패키지(100)는 플랙서블 기판(10)과, 플랙서블 기판(10)에 3층으로 적층된 반도체 칩들(20, 30, 40) 및 솔더 범프들(60)로 구성된다.1 to 3, the
플랙서블 기판(10)은 제 1 탭 본딩 영역(12)과, 제 1 탭 본딩 영역(12)과 연 결되며 소정의 간격을 두고 서로 마주보게 접혀진 제 2 탭 본딩 영역(14)과, 제 1 탭 본딩 영역(12)과 제 2 탭 본딩 영역(14)이 연결된 방향과 수직한 방향의 제 1 탭 본딩 영역(12)에 연결되며 제 2 탭 본딩 영역(14)과 마주보게 접혀진 플립 칩 본딩 영역(16)을 갖는다. 즉, 플랙서블 기판(10)은 제 1 탭 본딩 영역(12)을 중심으로 일측에는 제 2 탭 본딩 영역(14)이 연결되고, 제 2 탭 본딩 영역(14)과 수직한 방향으로 제 1 탭 본딩 영역(12)에 플립 칩 본딩 영역(16)이 연결되기 때문에, 펼쳐 놓으면 도 1에 도시된 바와 같이 기역자 형상을 갖는다.The
제 1 칩(20)은 접혀진 제 1 탭 본딩 영역(12)과 제 2 탭 본딩 영역(14) 사이의 제 1 탭 본딩 영역(12)의 탭 리드(15a)에 탭 본딩되며, 제 2 칩(30)은 제 2 탭 본딩 영역의 탭 리드(15b)에 탭 본딩되며, 배면이 제 1 칩(20)의 배면에 제 1 접착제(72)를 개재하여 부착된다. 제 1 및 제 2 칩(20, 30)의 탭 본딩된 부분은 액상의 성형수지(52, 54)로 각기 덮여져 외부환경으로부터 보호된다.The
제 3 칩(40)은 플립 칩 본딩 영역(16)의 범프 패드(15c)에 플립 칩 본딩되며, 배면이 제 2 칩(30)이 탭 본딩된 제 2 탭 본딩 영역(14)의 반대면에 제 2 접착제(74)를 개재하여 부착된다. 제 3 칩(40)의 플립 칩 본딩된 부분은 액상의 성형수지(56)로 덮여져 외부환경으로부터 보호되며, 액상의 성형수지는 언더필(underfill) 방법으로 충진된다.The
그리고, 외부접속단자용 솔더 범프들(60)은 제 3 칩(40)이 본딩된 플립 칩 영역(16)의 반면에 형성된 구조를 가지며, 플랙서블 기판의 배선 패턴(15)을 통하여 제 1 내지 제 3 칩(20, 30, 40)과 전기적 접속을 이룬다.
In addition, the
본 발명의 실시예에 따른 적층 패키지(100)를 좀더 상세하게 설명하면, 플랙서블 기판(10)은 폴리이미드 테이프(13; polyimide tape)와, 폴리이미드 테이프(13)의 일면에 사진석판술(photolithography)에 의해 형성된 배선 패턴(15)으로 구성된다. 즉, 폴리이미드 테이프(13)의 일면에 구리박막(Cu foil)을 부착한 상태에서 구리박막을 사진석판술을 이용하여 패터닝하여 탭 본딩을 위한 탭 리드(15a, 15b)와, 플립 칩 본딩을 위한 범프 패드(15c)를 포함한 배선 패턴(15)을 형성한다. 플랙서블 기판(10)은 기역자 형상으로 형성되며, 서로 이웃하는 제 1 및 제 2 탭 본딩 영역(12, 14)의 중심 부분에 탭 리드(15a, 15b)가 노출될 수 있도록 윈도우(19)가 형성되어 있다. 배선 패턴(15)의 일부분 즉 솔더 범프(60)가 형성될 원판 형상의 솔더 범프 패드(15d)가 노출될 수 있도록 폴리이미드 테이프(13)를 관통하여 접속 구멍(17)이 형성되어 있으며, 접속 구멍(17)은 플립 칩 본딩 영역(16)에 형성된다. 그리고, 제 1 및 제 2 탭 본딩 영역(12, 14) 사이와 제 1 탭 본딩 영역(12)과 플립 칩 본딩 영역(16) 사이의 배선 패턴(15e; 이하, '공유 배선 패턴'이라 한다)은 공유할 수 있도록 형성되며, 플래서블 기판(10)의 절곡되는 부분의 유연성을 증가시키기 위해서 복수개의 슬롯(18)을 형성할 수도 있다.Referring to the laminated
한편, 플랙서블 기판(10)은 도 3에 도시된 바와 같이, 복수개의 적층 패키지(100)를 함께 제조할 수 있도록 스트립(10a) 형태로 제공되며, 2행×n렬로(n:자연수) 제 1 내지 제 3 칩들(20, 30, 40)을 실장할 수 있도록 배선 패턴(15)을 포함한 윈도우(19)가 형성된다. 이때, 플랙서블 기판 스트립(10a)은, 1렬과 3렬에는 제 1 및 제 2 칩들(20, 30)이 탭 본딩되고 2렬에는 제 3 칩들(40)이 플립 칩 본딩된 플랙서블 기판 부분을 단위로 스트립 형태로 형성된다. 그리고, 플랙서블 기판 스트립(10a)에서 1렬과 1행2렬의 제 1 내지 제 3 칩들(20, 30, 40)이 본딩된 영역을 절개하여 하나의 적층 패키지로 제조하고, 3렬과 2행2렬의 제 1 내지 제 3 칩들이 본딩된 영역을 절개하여 또 하나의 적층 패키지로 제조하게 된다. 반대로 1렬과 2행2렬, 3렬과 1행2렬의 제 1 내지 제 3 칩들이 본딩된 영역을 절개하여 적층 패키지로 제조할 수도 있다. 한편, 도 3에서 점선으로 표시된 부분이 하나의 적층 패키지로 제조된 단위 플랙서블 기판(10)을 가리킨다.Meanwhile, as illustrated in FIG. 3, the
이와 같은 구조를 갖는 적층 패키지(100)의 제조 단계를 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.The manufacturing steps of the
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이 플랙서블 기판 스트립(10a)을 준비하는 단계로부터 출발한다. 즉, 2행×n렬의 플랙서블 기판 스트립(10a)에 있어서, (3m-1)렬(m: 자연수)에는 제 3 칩(40)이 플립 칩 본딩되고, 나머지 렬에는 제 1 및 제 2 칩(20, 30)이 탭 본딩된 플랙서블 기판 스트립(10a)을 준비한다. 한편, 탭 본딩 방법 및 플립 칩 본딩 방법은 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 기술이기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.First, starting from preparing a
다음으로, 플랙서블 기판 스트립(10a)을 적층 패키지(100)로 제조할 수 있도록 단위 플랙서블 기판(10)으로 분리하는 단계가 진행된다. 즉, 2행×3렬을 단위로 하여 두 개의 단위 플랙서블 기판(10)을 분리한다. 도 3에서 점선으로 도시된 부분이 하나의 단위 플랙서블 기판(10)을 가리킨다.Next, a step of separating the
다음으로, 제 1 칩(20)의 상부면 즉, 배면에 제 1 접착제(72)를 개재한 상태 에서 제 2 칩(30)을 접어서 제 1 칩(20)의 배면에 부착한다. 계속해서 제 3 칩(40)의 상부면 즉, 배면에 제 2 접착제(74)를 개재한 상태에서 접혀진 제 2 칩(30)의 제 2 탭 본딩 영역(14)을 제 3 칩(40)의 배면에 부착한다. 여기서, 제 1 및 제 2 접착제(72, 74)로는 비전도성 접착제를 사용하는 것이 바람직하다.Next, the
마지막으로, 제 3 칩(40) 아래의 플립 칩 본딩 영역의 접속 구멍(17)에 솔더 범프(60)와 같은 금속 범프를 형성함으로써, 적층 패키지(100)의 제조 공정은 완료된다. 즉, 접속 구멍(17)을 통하여 노출되는 솔더 범프 패드(15d)에 플럭스(flux)를 도포한 후 구형의 솔더 볼을 올리고 리플로우시킴으로써 솔더 범프 패드(15d)에 접속된 솔더 범프(60)를 형성한다. 솔더 범프(60) 대신에 니켈(Ni) 또는 금(Au) 도금 범프와 같은 금속 범프를 형성할 수도 있다.Finally, by forming a metal bump such as
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.On the other hand, the embodiments of the present invention disclosed in the specification and drawings are merely presented specific examples to aid understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. In addition to the embodiments disclosed herein, it is apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention may be implemented.
따라서, 본 발명의 구조를 따르면 서로 다른 접속 방식 예컨대 탭 본딩 방식과 플립 칩 본딩 방식으로 접속된 반도체 칩을 적층하여 적층 패키지로 구현할 수 있다. 특히, 플랙서블 기판에 탭 본딩 및 플립 칩 본딩된 반도체 칩 부분을 접어서 적층 패키지를 구현하기 때문에, 반도체 칩 크기에 무관하게 적층 패키지를 구현할 수 있다.Accordingly, according to the structure of the present invention, semiconductor chips connected by different connection methods such as tap bonding and flip chip bonding may be stacked to implement a stacked package. In particular, since the stack package is implemented by folding the tab bonded and flip chip bonded semiconductor chip portions onto the flexible substrate, the stack package may be implemented regardless of the size of the semiconductor chip.
그리고, 적층 패키지 제조를 위한 플랙서블 기판이 스트립 형태로 제공되기 때문에, 연속작업으로 적층 패키지의 제조가 가능하여 제조 공정 시간을 단축할 수 있고, 적층 패키지 제조 공정의 자동화가 가능하다.In addition, since the flexible substrate for manufacturing the laminated package is provided in the form of a strip, the manufacturing of the laminated package can be performed in a continuous operation, thereby reducing the manufacturing process time and allowing the automation of the laminated package manufacturing process.
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