KR100733208B1 - 플립칩 실장 기술을 이용한 반도체 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 플립칩 실장 기술을 이용한 반도체 패키지는 복수의 제1 돌출 패드를 가지고 있는 반도체 소자; 상기 반도체 소자의 제1 돌출 패드가 형성된 위치에 대응되도록 복수의 제2 돌출 패드를 가지고 있는 기판; 및 상기 복수의 제1 돌출 패드와 제2 돌출 패드 사이에 위치하여 제1 돌출 패드와 제2 돌출 패드의 전기적인 접속을 제공하고, 상기 반도체 소자의 둘레에 위치하여 상기 반도체 소자와 기판 사이의 원하는 지역에 연속적인 공간을 제공하는 이방 전도성 물질층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
반도체 패키지, 광변조기, MEMS, 이방 전도성 물질, ACF

Description

플립칩 실장 기술을 이용한 반도체 패키지{Semiconductor package using filp-chip mounting technology}
도 1a는 종래의 이방 전도성 필름을 설명하기 위한 단면도이고, 도 1b는 도 1a의 이방 전도성 필름을 이용한 플립칩 본딩을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 플립칩 실장 기술을 이용한 반도체 패키지의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따라 제작된 광변조기 모듈 패키지의 단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 반도체 패키지
110 : 반도체 기판
120, 221, 222, 223 : 상부 패드
130, 230 : 투명 기판
140, 241, 242, 243 : 하부 패드
150 : 범프
160, 261, 262, 263 : 이방 전도성 물질층
161 : 도전입자
162 : 접착제
200 : 광변조기 모듈 패키지
211 : 광변조기 소자
211a : 광변조기
212, 213 : 구동 집적회로
본 발명은 플립칩 실장 기술을 이용한 반도체 패키지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플립칩 실장 기술 및 이방 전도성 물질(anisotropic conductive material)을 이용하여 반도체 소자를 실장하는 반도체 패키지에 관한 것이다.
현재 반도체소자 제조공정을 이용하여 마이크로 미러, 마이크로 렌즈, 스위치 등의 마이크로 광학부품, 마이크로 광학센서, 마이크로 바이오칩, 마이크로 무선통신소자 등을 제작하는 마이크로 머시닝 기술이 연구되고 있다.
이러한 마이크로 머시닝 기술을 이용하여 제작된 반도체 소자를 실제 응용에 사용하기 위해서는 반도체 패키지를 제작할 필요가 있다.
반도체 패키지 기술은 반도체 소자에서부터 최종 완성제품까지의 모든 단계를 포함하는 광범위하고 다양한 시스템 제조 기술이다. 최근 급속히 발전하는 반도체 기술은 이미 백만개 이상의 셀(cell)이 집적화되고 있으며, 비메모리 소자의 경우는 많은 I/O핀 개수, 큰 다이(die) 크기, 많은 열 방출, 고전기적 성능 등의 경향으로 발전하고 있다. 그러나, 상대적으로 이러한 소자를 패키지 하기 위한 반도 체 패키징 기술은 급속한 반도체 산업에 보조를 못 맞추고 있다.
반도체 패키징 기술은 최종 전자 제품의 성능, 크기, 가격, 신뢰성 등을 결정하는 매우 중요한 기술로서, 특히 고전기적성능, 극소형/고밀도, 저 전력, 다기능, 초고속 신호처리, 영구적 신뢰성 등을 추구하는 최근의 전자제품에 있어서는 그 위상이 더욱 커지고 있다.
이러한 추세에 부응하여, 칩(chip)을 기판에 전기적으로 연결시키는 기술 중의 하나인 플립 칩(flip chip) 본딩 기술이 최근 많이 각광을 받고 있다. 그러나, 종래의 플립 칩 본딩 기술은 솔더(solder)를 이용한 복잡한 본딩공정, 즉 기판에의 솔더 플럭스(flux) 도포, 솔더 범프(solder bump)가 형성된 칩과 표면전극이 형성된 기판의 정렬, 솔더 범프의 리플로우(reflow), 잔여 플럭스의 제거, 및 언더필(under fill)의 충진 및 경화 등의 공정을 거치기 때문에 공정이 복잡하고 완성 제품이 비싸진다는 단점을 갖고 있었다.
이에 따라, 최근에는 이러한 복잡한 공정을 줄이기 위해 웨이퍼 상태에서 플럭스와 언더필의 기능을 갖는 폴리머 재료를 도포하여 가공하는 웨이퍼 차원의 반도체 패키지 기술에 대한 관심이 대두되고 있다. 이외에도 일반적인 솔더 플립 칩에 비해 저가이고, 극미세 전극 피치가 가능하며, 플럭스나 납(lead) 성분을 사용하지 않아 환경 친화적이고, 저온에서 공정을 진행한다는 등의 장점을 가지는 전도성 접착제를 이용한 플립 칩 본딩 기술에 대한 연구도 많이 진행되고 있다.
전도성 물질층은 크게 이방 전도성 물질층(anisotropic conductive material layer)와 등방성 전도 물질층(isotropic conductive material layer)로 구분되며, 기본적으로 Ni, Au/고분자, 또는 Ag 등의 도전성 입자들과, 열경화성이나 열가소성 또는 이 둘의 특성을 혼합한 혼합형 절연수지(blend type insulating resin)로 구성된다.
도 1a는 종래의 이방 전도성 필름을 설명하기 위한 단면도이다. 도 1a를 참조하면, 이방 전도성 필름(10)은 폴리머 수지를 기반(based)으로 하여 이루어지며 전도성을 갖도록 전도성 입자(20)가 미세하게 분산된 구조를 갖는다. 이방 전도성 필름(10)의 양면에는 이형제 필름(30)이 부착되어 있다.
도 1b는 도 1a의 이방 전도성 필름을 이용한 플립 칩 본딩을 설명하기 위한 단면도이다. 먼저, 한 쪽 면에 있는 이형제 필름(30)을 제거하고 노출된 이방 전도성 필름(10)을 기판(50) 위에 열압착시킨다. 다음에, 나머지 한 쪽 면에 있는 이형제 필름(30)을 제거하고, 범프(45)가 형성되어 있는 IC 칩(40)을 기판(50) 상의 전극(55)에 정렬시킨다. 그리고, 이들을 열압착시키면 이방 전도성 필름의 전도성 입자가 소성변형되면서 범프(45)와 전극(55)이 기계적 및 전기적으로 연결되게 된다.
한편, 이러한 이방전도성 필름을 이용한 플립칩 본딩 기술을 마이크로 머시닝 기술을 이용하여 제작된 반도체 소자에 이용하기 위해서는 여러가지로 기술적인 문제들이 해결될 필요가 있다.
상기 필요를 해결하기 위한 본 발명의 기술적 과제는 반도체 기판과 투명 기판간의 전기적 연결의 신뢰성을 보장하는 플립칩 실장 기술을 이용한 반도체 패키 지를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 반도체 기판와 투명 기판 접합시에 작은 하중과 낮은 온도에서도 접착력이 보장되고 투명 기판의 균열이 발생하지 않는 플립칩 실장 기술을 이용한 반도체 패키지를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 플립칩 실장 기술을 이용한 반도체 패키지는 복수의 제1 돌출 패드를 가지고 있는 반도체 소자; 상기 반도체 소자의 제1 돌출 패드가 형성된 위치에 대응되도록 복수의 제2 돌출 패드를 가지고 있는 기판; 및 상기 복수의 제1 돌출 패드와 제2 돌출 패드 사이에 위치하여 제1 돌출 패드와 제2 돌출 패드의 전기적인 접속을 제공하고, 상기 반도체 소자의 둘레에 위치하여 상기 반도체 소자와 기판 사이의 원하는 지역에 연속적인 공간을 제공하는 이방 전도성 물질층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 플립칩 실장 기술을 이용한 반도체 패키지의 상기 반도체 기판의 하면에 형성된 제1 돌출 패드의 하면에 형성되는 범프를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 플립칩 실장 기술을 이용한 반도체 패키지의 상기 투명 기판은 외부로부터 입사되는 광선의 투과 효율을 높이도록 적어도 일면에 무반사 코팅층이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 플립칩 실장 기술을 이용한 반도체 패키지를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 플립칩 실장 기술을 이용한 반도체 패키지의 단면도이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 플립칩 실장 기술을 이용한 반도체 패키지(100)는 하면에 다수의 상부 패드(120)가 형성된 반도체 기판(110), 상면에 다수의 하부 패드(140)가 형성된 투명 기판(130) 및 상기 상부 패드(120)와 하부 패드(140)사이에 삽입되는 이방 전도성 물질층(anisotropic conductive material layer; 160)을 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 플립칩 실장 기술을 이용한 반도체 패키지(100)는 상기 반도체 기판(110)의 상부 패드(120)에 형성되는 범프(150)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 따른 플립칩 실장 기술을 이용한 반도체 패키지(100)는 투명 기판(130)의 하부 패드(140)에 형성되는 범프(미도시)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
반도체 기판(110)은 마이크로 광학부품, 마이크로 광학센서, 마이크로 바이오칩, 마이크로 무선통신소자 등의 마이크로 머신이 집적되어 있다. 예를 들어, 반도체 기판(110)의 하면에 광변조기가 집적되어 있을 수 있다.
또한, 반도체 기판(110)은 하면에 다수의 상부 패드(120)가 형성되어 있어, 외부로부터 입력되는 제어신호 또는 전력신호를 상부 패드(120)를 통하여 수신할 수 있다.
투명 기판(130)은 외부로부터 입사되는 광선을 투과시킬 수 있도록 광학적으로 투명한 물질로 형성되며, 투과 효율을 높이기 위하여 일면 또는 양면에 무반사 코팅층이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 투명 기판(130)은 상면에 다수의 하부 패드(140)가 형성되어 있어, 반도체 기판(110)의 마이크로 머신을 제어하기 위한 제어신호 또는 전력신호를 하부 패드(140)를 통하여 전달할 수 있다.
범프(150)는 반도체 기판(110)의 상부 패드(120)에 형성되며, 반도체 기판(110)과 유리 기판간의 전기신호를 연결하는 역할을 한다.
다른 실시예에서, 반도체 기판(110)의 하면에 마이크로 머신으로 MEMS(Micro Electro-Mechanical System)가 집적되어 있기 때문에, MEMS가 동작할 수 있는 동작 공간을 필요로 할 경우, 범프(150)는 MEMS의 동작 공간을 확보하는 스페이서(spacer)의 역할도 할 수 있다.
이방 전도성 물질층(160)은 에폭시와 같은 접착제(162)내에 금속코팅된 플라스틱 입자 또는 금속입자 등의 도전입자(161)가 분산되어 있는 형태로 구성된다.
본 발명의 실시예에서, 이방 전도성 물질층(160)은 반도체 기판(110)의 상부 패드(120)와 투명 기판(130)의 하부 패드(140)사이에 삽입된 후 비교적 작은 하중과 비교적 낮은 온도가 가해지면, 내부에 분산된 도전입자(161)가 상부 패드(120) 및 하부 패드(140)에 밀착되어, 각각의 상부 패드(120) 및 이에 대응하는 각각의 하부 패드(140)를 전기적으로 연결시키게 된다. 이때, 상부 패드(120) 및 하부 패드(140)로 압착되지 않은 부분의 이방 전도성 물질층(160)은 도전입자(161)들이 서로 떨어져 있으므로, 전기적으로 연결되지 않는다.
따라서, 본 발명에 따른 플립칩 실장 기술을 이용한 반도체 패키지(100)는 작은 하중과 낮은 온도에서도 반도체 기판(110)의 상부 패드(120)와 투명 기판 (130)의 하부 패드(140)간의 전기적 연결이 가능하므로, 작은 하중으로 열압착 공정을 수행하여 투명 기판(130)에 균열이 발생하지 않는다.
바람직한 실시예에서, 이방 전도성 물질층(160)은 상부 패드(120) 및 하부 패드(140, 241, 242, 243)에 밀착되는 부분만 남기도록 사전에 가공된 이방 전도성 필름을 사용할 수 있다.
다른 바람직한 실시예에서, 이방 전도성 물질층(160)은 에폭시와 같은 접착제(162)에 금속코팅된 플라스틱 입자 또는 금속입자 등의 도전입자(161)를 혼합시킨 액체 상태의 이방 전도성 용액을 사용할 수 있다. 이 경우, 반도체 기판(110)의 상부 패드(120)(또는, 상부 패드(120)에 범프(150)가 형성된 경우는 범프(150)) 부분을 액체 상태의 이방 전도성 용액에 살짝 담그는 딤핑(dipping)방식을 사용하여 이방 전도성 물질층(160)을 형성할 수 있다. 다른 방법으로, 이방 전도성 물질층(160)은 반도체 기판(110)의 상부 패드(120)(또는, 상부 패드(120)에 범프(150)가 형성된 경우는 범프(150)) 부분을 액체 상태의 이방 전도성 용액을 함유한 천에 살짝 찍는 스탬핑(stamping) 방식을 사용하여 형성될 수도 있다.
도 3은 본 발명에 따라 제작된 광변조기 모듈 패키지의 단면도이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 광변조기 모듈 패키지(200)는 투명 기판(230), 광변조기 소자(211) 및 다수의 구동 집적회로(212, 213)를 포함한다.
투명 기판(230)은 외부로부터 입사되는 광선을 투과시킬 수 있도록 광학적으로 투명한 물질로 이루어지며, 상면에 광변조기 소자(211) 및 다수의 구동 집적회 로(212, 213)와 전기신호를 송수신하기 위한 다수의 하부 패드(241, 242, 243)가 형성되어 있다.
광변조기 소자(211)는 하면에 회절형, 반사형 및 투과형 등의 광변조기(211a)가 집적된 반도체 소자이며, 투명 기판(230)을 통하여 입사되는 광선을 변조한 후, 변조된 광선을 방출하는 역할을 한다. 이 광변조기 소자(211)는 하면에 다수의 상부 패드(221)가 형성되어 있으며, 이 상부 패드(221)는 대응하는 투명 기판(230)의 하부 패드(241)와 이방 전도성 물질층(261)을 통하여 전기적으로 연결된다.
구동 집적회로(212, 213)는 광변조기 소자(211) 주변에 다수 형성되며, 광변조기 소자(211)를 구동시키기 위한 구동전압을 제공하는 역할을 한다. 광변조기 소자(211)와 마찬가지로, 구동 집적회로(212, 213)도 하면에 다수의 상부 패드(222, 223)가 형성되어 있으며, 이 상부 패드(222, 223)는 대응하는 투명 기판(230)의 하부 패드(242, 243)와 이방 전도성 물질층(262, 263)을 통하여 전기적으로 연결된다.
이상에서 본 발명에 대하여 설명하였으나, 이는 일실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 얼마든지 다양한 변화 및 변형이 가능함은 본 기술분야에서 통상적으로 숙련된 당업자에게 분명할 것이다. 하지만, 이러한 변화 및 변형이 본 발명의 범위 내에 속한다는 것은 이하 특허청구범위를 통하여 확인될 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 플립칩 실장 기술을 이용한 반도체 패키지는 작은 하중과 낮은 온도의 열압착 공정을 수행하여도 반도체 기판의 상부 패드와 투명 기판의 하부 패드간의 전기적 연결을 보장하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 플립칩 실장 기술을 이용한 반도체 패키지는 작은 하중으로 열압착 공정을 수행하므로, 투명 기판에 균열이 발생하지 않는 효과도 있다.
또한, 본 발명에 따른 플립칩 실장 기술을 이용한 반도체 패키지는 반도체 기판의 상부 패드와 투명 기판의 하부 패드간의 전기적 연결이 용이하여 제조공정이 간편해지므로, 반도체 소자의 초미세화, 고기능화 및 소형화 등에 대응할 수 있는 효과도 있다.

Claims (8)

  1. 복수의 제1 돌출 패드를 가지고 있으며 입사광을 변조하여 출사하는 광변조기 소자;
    상기 광변조기 소자의 제1 돌출 패드가 형성된 위치에 대응되도록 복수의 제2 돌출 패드를 가지고 있으며, 입사광을 상기 광변조기 소자를 향하여 통과시키고, 상기 광변조기 소자에서 출사되는 변조광을 상기 광변조기 소자에서 멀어지도록 통과시키는 투명 기판; 및
    상기 복수의 제1 돌출 패드와 제2 돌출 패드 사이에 위치하여 제1 돌출 패드와 제2 돌출 패드의 전기적인 접속을 제공하고, 일정 영역이 개방되어 있어서 상기 광변조기 소자와 투명 기판 사이에 공간을 제공하는 이방 전도성 물질층;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 플립칩 실장 기술을 이용한 반도체 패키지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광변조기 소자로부터 출사되는 광 또는 상기 광변조기 소자로 입사되는 광은 상기 이방전도성 물질층이 개방되어 형성된 상기 광변조기 소자와 투명 기판 사이의 공간을 통과하는 것을 특징으로 하는 플립칩 실장 기술을 이용한 반도체 패키지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명 기판은 외부로부터 입사되는 광선의 투과 효율을 높이도록 적어도 일면에 무반사 코팅층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플립칩 실장 기술을 이용한 반도체 패키지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 이방전도성 물질층은 제1 돌출 패드와 제2 돌출 패드 사이로 제한되는 것을 특징으로 하는 플립칩 실장 기술을 이용한 반도체 패키지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 돌출 패드위에 형성되어 있으며, 상기 제2 돌출 패드에 대응되는 위치에 형성된 복수의 범프를 더 포함하는 플립칩 실장 기술을 이용한 반도체 패키지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 돌출패드위에 형성되어 있으며, 상기 제1 돌출 패드에 대응되는 위치에 형성되어 있는 복수의 범프를 더 포함하는 플립칩 실장 기술을 이용한 반도체 패키지.
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