KR100767193B1 - Line flip chip package and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 라인 플립 칩 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 해결하고자 하는 기술적 과제는 범핑 공정없이 와이어 단자를 이용하여 저비용으로 플립 칩을 구현하고, 반도체 다이와 서브스트레이트 사이에 접속 신뢰성을 향상시키며, 울트라 파인 피치로 대량의 본드 패드를 갖는 반도체 다이 및 서브스트레이트에 쉽게 적용 가능한 라인 플립 칩 패키지 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.The present invention relates to a line flip chip package and a method of manufacturing the same. The technical problem to be solved is to implement a flip chip at low cost by using a wire terminal without a bumping process, to improve the connection reliability between the semiconductor die and the substrate, A line flip chip package and a method of manufacturing the same are easily applicable to a semiconductor die and a substrate having a large amount of bond pads in fine pitch.
이를 위해 본 발명에 의한 해결 방법의 요지는 다수의 본드 패드가 형성된 반도체 다이와, 반도체 다이의 본드 패드에 마주 보도록 위치되고, 표면에는 다수의 배선 패턴이 형성된 서브스트레이트와, 반도체 다이의 본드 패드와 서브스트레이트의 배선 패턴을 상호 접속하며 대략 "S"자로 형성된 다수의 와이어 단자와, 반도체 다이와 서브스트레이트 사이에 형성되어 와이어 단자를 보호하는 스페이서로 이루어진 라인 플립 칩 패키지 및 그 제조 방법이 개시된다.To this end, the gist of the solution according to the present invention is a semiconductor die having a plurality of bond pads formed thereon, and a substrate having a plurality of wiring patterns formed on the surface thereof, the substrate having a plurality of wiring patterns formed thereon, and bond pads and subs of the semiconductor die formed thereon. Disclosed are a line flip chip package consisting of a plurality of wire terminals interconnecting a straight wiring pattern and formed of substantially "S", and a spacer formed between the semiconductor die and the substrate to protect the wire terminals, and a method of manufacturing the same.
플립 칩, 와이어 단자, 울트라 파인 피치, 스페이서, 서브스트레이트 Flip Chip, Wire Terminals, Ultra Fine Pitch, Spacer, Substrate
Description
도 1a는 본 발명의 일실시예에 의한 라인 플립 칩 패키지를 도시한 단면도이고, 도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 라인 플립 칩 패키지를 도시한 단면도이며, 도 1c는 본 발명에 의한 라인 플립 칩 패키지중 반도체 다이에 형성된 와이어 단자를 도시한 부분 평면도이다.1A is a cross-sectional view showing a line flip chip package according to an embodiment of the present invention, FIG. 1B is a cross-sectional view showing a line flip chip package according to another embodiment of the present invention, and FIG. 1C is a line according to the present invention. A partial plan view showing a wire terminal formed on a semiconductor die in a flip chip package.
도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 의한 라인 플립 칩 패키지를 도시한 단면도이고, 도 2b는 반도체 다이에 형성된 와이어 단자를 도시한 부분 평면도이다.2A is a cross-sectional view illustrating a line flip chip package according to another exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a partial plan view illustrating a wire terminal formed on a semiconductor die.
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 의한 라인 플립 칩 패키지를 도시한 단면도이고, 도 3b는 반도체 다이에 형성된 와이어 단자를 도시한 부분 평면도이다.3A is a cross-sectional view illustrating a line flip chip package according to another exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a partial plan view illustrating a wire terminal formed on a semiconductor die.
도 4는 본 발명에 의한 라인 플립 칩 패키지의 제조 방법을 도시한 플로우 챠트이다.4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a line flip chip package according to the present invention.
도 5a 내지 도 5i는 본 발명에 의한 라인 플립 칩 패키지의 제조 방법을 순차적으로 도시한 도면으로서,5A to 5I are views sequentially illustrating a method of manufacturing a line flip chip package according to the present invention.
도 5a는 웨이퍼에 스페이서를 형성하는 단계를 도시한 사시도,5A is a perspective view illustrating a step of forming a spacer on a wafer;
도 5b는 웨이퍼로부터 낱개의 반도체 다이가 소잉된 상태를 도시한 사시도,5B is a perspective view showing a state in which individual semiconductor dies are sawed from a wafer;
도 5c는 지그에 반도체 다이를 안착하는 상태를 도시한 사시도,5C is a perspective view illustrating a state in which a semiconductor die is mounted on a jig;
도 5d는 와이어 본딩 장비를 이용하여 반도체 다이에 와이어 단자를 형성하는 상태를 도시한 사시도,5D is a perspective view illustrating a state in which a wire terminal is formed on a semiconductor die by using wire bonding equipment;
도 5e는 스페이서에 접착제를 형성하는 상태를 도시한 단면도,5E is a cross-sectional view showing a state of forming an adhesive on a spacer;
도 5f 및 도 5g는 반도체 다이를 픽엔플레이스하여 서브스트레이트에 안착하는 상태를 도시한 단면도,5F and 5G are cross-sectional views illustrating a state where the semiconductor die is picked and placed on the substrate;
도 5h는 리플로우 상태를 도시한 단면도,5H is a sectional view showing a reflow state;
도 5i는 봉지 상태 및 패키지 절단 작업후 완성된 형태를 도시한 단면도이다.Figure 5i is a cross-sectional view showing the completed state after the sealing operation and the package cutting operation.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
100a,100b,200,300; 본 발명에 의한 라인 플립 칩 패키지100a, 100b, 200, 300; Line flip chip package according to the present invention
110;반도체 다이(semiconductor die) 110a; 제1면110; semiconductor die 110a; Front page
110b; 제2면 110c; 측면110b;
112; 본드 패드(bond pad) 120; 서브스트레이트(substate)112;
121; 절연층 121a; 제1면121;
121b; 제2면 121c; 측면121b;
122; 단자용 배선 패턴 123; 실장용 배선 패턴122;
124; 도전성 비아홀(via hole) 125,126; 솔더 마스크(solder mask)124; Conductive via holes 125,126; Solder mask
130; 와이어 단자 131; 제1단자부130;
132; 제2단자부 133; 제3단자부132;
135; 솔더 페이스트(solder pasted) 140; 스페이서(spacer)135; Solder pasted 140; Spacer
142; 접착제 150; 봉지재142; Adhesive 150; Encapsulant
150a; 상면 150b; 측면150a;
160; 언더 필(under fill)160; Under fill
본 발명은 라인 플립 칩 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세히는 범핑 공정없이 와이어 단자를 이용하여 저비용으로 플립 칩을 구현하고, 반도체 다이와 서브스트레이트 사이에 접속 신뢰성을 향상시키며, 울트라 파인 피치를 가지며 대량의 본드 패드가 형성된 반도체 다이에 쉽게 적용할 수 있는 라인 플립 칩 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a line flip chip package and a method of manufacturing the same, and more particularly, to implement flip chip at low cost by using a wire terminal without a bumping process, to improve connection reliability between a semiconductor die and a substrate, and to improve ultra fine pitch. And a line flip chip package which can be easily applied to a semiconductor die in which a large amount of bond pads are formed, and a method of manufacturing the same.
일반적으로 플립 칩 패키지는 반도체 다이의 본드 패드에 예를 들면 솔더 범프(solder bump) 또는 골드 스터드 범프(Au stud bump)와 같은 도전성 범프를 형성하고, 이를 뒤집어서 서브스트레이트에 전기적으로 접속한 형태를 지칭한다. 물론, 이를 위해 통상 반도체 다이의 본드 패드에는 골드(Au), 솔더(Sn/Pb) 또는 니켈/구리(Ni/Cu) 등을 이용하여 다수의 범프를 형성하는 범핑 공정을 수행한다.In general, a flip chip package refers to a form in which conductive bumps, such as solder bumps or Au stud bumps, are formed on the bond pads of a semiconductor die, and then inverted and electrically connected to the substrate. do. Of course, a bumping process of forming a plurality of bumps using gold (Au), solder (Sn / Pb), nickel / copper (Ni / Cu), or the like is typically performed on the bond pad of the semiconductor die.
이러한 범핑 공정은 매우 다양한 방법에 의해 수행되는데, 대표적으로 전해 도금방식과 무전해 도금방식이 있다. 또한 범핑에 사용되는 물질이 골드일 경우 골드 전해 도금 방식과 골드 스터드 범핑 방식이 있으며, 솔더일 경우에는 진공 증착 방식, 전해 도금방식, 프린팅 방식, 로보틱 볼 플레이스먼트(robotic ball placement) 방식 등이 있다.This bumping process is performed by a wide variety of methods, typically electrolytic plating and electroless plating. In addition, if the material used for bumping is gold, there are gold electroplating and gold stud bumping methods. In the case of solder, vacuum deposition, electrolytic plating, printing, and robotic ball placement methods are used. have.
그런데, 이러한 종래의 플립 칩 패키지는 범핑 방식을 이용하기 때문에, 막대한 자금을 들여 별도의 범핑 장비를 구입하여야 하고, 또한 범핑을 위한 다수의 부자재들이 이용됨으로써 패키지의 단가 상승은 물론, 패키지의 제조 공정중 불량률이 높아지는 문제가 있다.However, since the conventional flip chip package uses a bumping method, a large amount of money must be purchased to purchase a separate bumping device, and a plurality of subsidiary materials are used for bumping, thereby increasing the cost of the package and manufacturing a package. There is a problem that the failure rate is high.
또한, 반도체 다이에 형성되는 범프들은 그 두께에 소정 편차가 존재함으로써, 특정 범프들은 서브스트레이트에 전기적으로 접속되지 않거나 또는 약하게 접속되는 경우가 있다. 즉, 반도체 다이와 서브스트레이트 사이의 전기적 접속 신뢰성이 낮은 문제가 있다.In addition, bumps formed in the semiconductor die have a predetermined deviation in their thickness, so that certain bumps are not electrically connected or weakly connected to the substrate. That is, there is a problem that the electrical connection reliability between the semiconductor die and the substrate is low.
또한, 반도체 다이에 형성되는 범프들은 도전성 와이어에 비해 굵기 및 두께가 두꺼움으로써, 범프들간의 피치를 비교적 멀게 하여야 하고, 따라서 반도체 다이에 형성할 수 있는 본드 패드의 개수에 한계가 있고, 또한 최근의 울트라 파인 피치를 갖는 패키지에 적용하기 어려운 문제가 있다.In addition, the bumps formed on the semiconductor die are thicker and thicker than the conductive wires, so that the pitch between the bumps should be relatively far, and thus there is a limit on the number of bond pads that can be formed on the semiconductor die, and also in recent years. There is a problem that is difficult to apply to a package having an ultra fine pitch.
더불어, 종래의 플립 칩 패키지는 제조 공정 또는 외부 장치에 실장되어 고온의 환경에 노출되었을 경우 반도체 다이와 서브스트레이트 사이의 열팽창 계수 차이에 의한 소성 응력에 의해, 상기 범프가 크랙(crack)되거나 또는 손상되는 문제가 있다. 물론, 이와 같이 범프가 크랙되거나 손상되면 반도체 다이가 오동작하거나 또는 올바른 전기적 기능을 수행할 수 없는 2차적인 문제를 야기하게 된다.In addition, a conventional flip chip package is cracked or damaged by a plastic stress caused by a difference in thermal expansion coefficient between a semiconductor die and a substrate when mounted in a manufacturing process or an external device and exposed to a high temperature environment. there is a problem. Of course, this bump cracking or damage can cause secondary problems in which the semiconductor die malfunctions or fails to perform proper electrical function.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적 은 범핑 공정없이 와이어 단자를 이용하여 저비용으로 플립 칩을 구현할 수 있는 라인 플립 칩 패키지 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to overcome the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a line flip chip package and a method of manufacturing the same, which can implement a flip chip at low cost using a wire terminal without a bumping process.
본 발명의 다른 목적은 반도체 다이와 서브스트레이트 사이의 접속을 소성 탄성이 있는 와이어 단자로 구현함으로써, 반도체 다이와 서브스트레이트 상호간의 접속 신뢰성을 향상시킬 수 있는 라인 플립 칩 패키지 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a line flip chip package and a method for manufacturing the same, which can improve the connection reliability between the semiconductor die and the substrate by implementing the connection between the semiconductor die and the substrate with a plastic elastic wire terminal.
본 발명의 또다른 목적은 반도체 다이와 서브스트레이트 사이의 접속을 직경이 작은 와이어 단자로 구현함으로써, 최근의 울트라 파인 피치를 가지며 대량의 본드 패드가 형성된 반도체 다이에 용이하게 적용할 수 있는 라인 플립 칩 패키지 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to implement a connection between the semiconductor die and the substrate with a small diameter wire terminal, a line flip chip package that can be easily applied to a semiconductor die having a recent ultra fine pitch and formed with a large amount of bond pads. And a method for producing the same.
본 발명의 또다른 목적은 반도체 다이의 표면에 범프보다 두께가 작은 스페이서를 형성함으로써, 패키지 두께를 더욱 감소시킬 수 있는 라인 플립 칩 패키지 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to provide a line flip chip package and a method of manufacturing the same, by forming a spacer having a thickness smaller than that of a bump on the surface of a semiconductor die.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 라인 플립 칩 패키지는 다수의 본드 패드가 형성된 반도체 다이와, 상기 반도체 다이의 본드 패드에 마주 보도록 위치되고, 표면에는 다수의 배선 패턴이 형성된 서브스트레이트와, 상기 반도체 다이의 본드 패드와 상기 서브스트레이트의 각 배선 패턴을 상호 접속하는 다수의 와이어 단자를 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, a line flip chip package according to the present invention includes a semiconductor die having a plurality of bond pads formed thereon, and a substrate having a plurality of wiring patterns formed on a surface thereof, the substrate having a plurality of wiring patterns formed thereon; A plurality of wire terminals may be included to interconnect the bond pads of the semiconductor die and the respective wiring patterns of the substrate.
여기서, 상기 와이어 단자는 솔더 페이스트에 의해 상기 서브스트레이트의 배선 패턴에 접속될 수 있다.Here, the wire terminal may be connected to the wiring pattern of the substrate by solder paste.
또한, 상기 반도체 다이와 상기 서브스트레이트 사이에는 다수의 절연 스페이서가 더 개재될 수 있다.In addition, a plurality of insulating spacers may be further interposed between the semiconductor die and the substrate.
또한, 상기 절연 스페이서는 일측이 상기 반도체 다이의 표면에 직접 접착되고, 타측이 접착제를 통하여 상기 서브스트레이트에 접착될 수 있다.In addition, one side of the insulating spacer may be directly bonded to the surface of the semiconductor die, and the other side may be attached to the substrate through an adhesive.
또한, 상기 절연 스페이서는 두께가 100㎛ 이상, 바람직하게는 100~150㎛일 수 있다.In addition, the insulating spacer may have a thickness of 100 μm or more, preferably 100 to 150 μm.
또한, 상기 와이어 단자는 최소 피치가 100~300㎛일 수 있다.In addition, the wire terminal may have a minimum pitch of 100 ~ 300㎛.
또한, 상기 와이어 단자는 "S"자 형태로 절곡될 수 있다.In addition, the wire terminal may be bent in the "S" shape.
또한, 상기 와이어 단자는 상기 반도체 다이의 본드 패드에 접속된 제1단자부와, 상기 제1단자부로부터 소정 각도 절곡되어 소정 길이 연장된 제2단자부와, 상기 제2단자부로부터 소정 각도 절곡된 동시에, 상기 서브스트레이트의 배선 패턴에 접속된 제3단자부를 포함할 수 있다.The wire terminal may include a first terminal portion connected to a bond pad of the semiconductor die, a second terminal portion bent by a predetermined angle from the first terminal portion, a predetermined length extending, and a predetermined angle bending from the second terminal portion. It may include a third terminal portion connected to the wiring pattern of the substrate.
또한, 상기 와이어 단자는 상기 제1단자부와 제2단자부 사이의 절곡 각도가 5~85°일 수 있다.The wire terminal may have a bending angle of 5 ° to 85 ° between the first terminal part and the second terminal part.
또한, 상기 와이어 단자중 제2단자부는 적어도 두종류의 길이를 가지며 형성될 수 있다.In addition, the second terminal portion of the wire terminal may be formed having at least two kinds of length.
또한, 상기 와이어 단자는 상기 반도체 다이의 안쪽 방향을 향하여 절곡된 팬인 타입(fan-in type)일 수 있다.In addition, the wire terminal may be a fan-in type that is bent toward the inner side of the semiconductor die.
또한, 상기 와이어 단자는 상기 반도체 다이의 바깥쪽 방향을 향하여 절곡된 팬아웃 타입(fan-out type)일 수 있다.In addition, the wire terminal may be a fan-out type bent toward the outside of the semiconductor die.
또한, 상기 와이어 단자는 상기 반도체 다이의 안쪽 방향을 향하여 절곡된 팬인 타입(fan-in type)과, 반도체 다이의 바깥 방향을 향하여 절곡된 팬아웃 타입(fan-out type)이 혼재되어 형성될 수 있다.In addition, the wire terminal may be formed by mixing a fan-in type bent toward the inside of the semiconductor die and a fan-out type bent toward the outside of the semiconductor die. have.
또한, 상기 도전성 와이어는 골드 와이어, 알루미늄 와이어 또는 구리 와이어중 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다.In addition, the conductive wire may be formed of any one selected from gold wire, aluminum wire or copper wire.
또한, 상기 반도체 다이 및 다수의 와이어 단자는 봉지재로 봉지될 수 있다.In addition, the semiconductor die and the plurality of wire terminals may be encapsulated with an encapsulant.
또한, 상기 반도체 다이중 본드 패드가 형성된 면의 반대면은 상기 봉지재의 외측으로 노출될 수 있다.In addition, an opposite surface of the semiconductor die on which the bond pad is formed may be exposed to the outside of the encapsulant.
또한, 상기 반도체 다이와 상기 서브스트레이트 사이에는 상기 다수의 와이어 단자가 외부 환경으로부터 보호되도록 언더 필이 더 주입될 수 있다.In addition, an underfill may be further injected between the semiconductor die and the substrate to protect the plurality of wire terminals from an external environment.
또한, 상기 서브스트레이트는 판형태의 절연층과, 상기 절연층의 일면에 형성되어 상기 와이어 단자가 접속되는 단자 접속용 배선 패턴과, 상기 절연층의 타면에 형성되어 외부 장치에 실장되는 실장용 배선 패턴과, 상기 단자 접속용 배선 패턴과 실장용 배선 패턴을 상호 연결하는 도전성 비아를 포함할 수 있다.In addition, the substrate includes a plate-shaped insulating layer, a terminal connection wiring pattern formed on one surface of the insulating layer and connected to the wire terminal, and a mounting wiring formed on the other surface of the insulating layer and mounted on an external device. The pattern may include a conductive via that interconnects the terminal connection wiring pattern and the mounting wiring pattern.
또한, 상기 서브스트레이트는 일면과 타면에 각각 솔더 마스크가 코팅되어 있되, 상기 단자 접속용 배선 패턴과 실장용 배선 패턴은 상기 솔더 마스크를 통하여 외부로 노출될 수 있다.In addition, the substrate has a solder mask coated on one surface and the other surface, respectively, and the terminal connection wiring pattern and the mounting wiring pattern may be exposed to the outside through the solder mask.
더불어, 본 발명에 의한 라인 플립 칩 패키지의 제조 방법은 웨이퍼의 각 반도체 다이에 소정 두께를 갖는 다수의 스페이서를 형성하는 스페이서 형성 단계와, 상기 웨이퍼로부터 낱개의 반도체 다이를 소잉하고, 상기 소잉된 반도체 다이를 지그에 고정시키는 다이 고정 단계와, 상기 고정된 반도체 다이의 본드 패드에 일정 길이의 와이어 단자를 형성하는 와이어 단자 형성 단계와, 상기 반도체 다이의 스페이서에 접착제를 형성하는 접착제 형성 단계와, 상기 반도체 다이를 픽엔플레이스하여, 상기 와이어 단자가 서브스트레이트의 배선패턴에 안착되도록 하는 다이 픽엔플레이스 단계와, 상기 반도체 다이의 와이어 단자가 상기 서브스트레이트의 배선 패턴에 완전히 접속되도록 고온을 제공하는 리플로우 단계와, 상기 반도체 다이, 다수의 스페이서, 다수의 와이어 단자를 봉지재로 봉지하는 봉지 단계를 포함할 수 있다.In addition, the method for manufacturing a line flip chip package according to the present invention includes a spacer forming step of forming a plurality of spacers having a predetermined thickness in each semiconductor die of a wafer, sawing each semiconductor die from the wafer, and A die fixing step of fixing the die to a jig, a wire terminal forming step of forming a wire terminal having a predetermined length on a bond pad of the fixed semiconductor die, an adhesive forming step of forming an adhesive on a spacer of the semiconductor die, and Pick and place a semiconductor die to pick and place the wire terminal on the wiring pattern of the substrate, and a reflow step of providing a high temperature so that the wire terminal of the semiconductor die is completely connected to the wiring pattern of the substrate. And the semiconductor die, a plurality of spaces In an exemplary embodiment, the encapsulating step may include encapsulating a plurality of wire terminals with an encapsulant.
또한, 상기 스페이서 형성 단계는 절연 용액을 스크린 프린팅 방식 또는 젯 디스펜싱 방식중 선택된 어느 하나의 방식으로 형성할 수 있다.In addition, the spacer forming step may form the insulating solution by any one of a screen printing method or a jet dispensing method.
또한, 상기 와이어 단자 형성 단계는 와이어 본딩 장비를 이용하여 "S"자 형태로 형성할 수 있다.In addition, the wire terminal forming step may be formed in the "S" shape using a wire bonding equipment.
또한, 상기 다이 픽엔플레이스 단계는 상기 서브스트레이트의 배선패턴에 미리 솔더 페이스트를 형성해 놓은 후 수행할 수 있다.In addition, the die pick and place step may be performed after the solder paste is formed in advance on the wiring pattern of the substrate.
또한, 상기 솔더 페이스트는 스크린 프린팅 방식 또는 핀 돗팅 방식중 선택된 어느 하나의 방식으로 서브스트레이트의 배선 패턴에 형성될 수 있다.In addition, the solder paste may be formed on the wiring pattern of the substrate by any one of a screen printing method and a pin dotting method.
또한, 상기 봉지 단계전에는 상기 반도체 다이와 서브스트레이트 사이의 와이어 단자 보호를 위해 언더 필이 주입될 수 있다.In addition, an underfill may be injected before the encapsulation step to protect the wire terminal between the semiconductor die and the substrate.
상기와 같이 하여 본 발명에 의한 라인 플립 칩 패키지 및 그 제조 방법은 고가의 범핑 공정없이 통상의 와이어 본딩 장비를 이용하여 범프대신 와이어 단자를 형성하고, 이를 서브스트레이트에 플립 칩 방식으로 접속함으로써, 저비용으로 라인 플립 칩 패키지를 구현하게 된다.As described above, the line flip chip package and the method of manufacturing the same according to the present invention form a wire terminal instead of a bump using a conventional wire bonding equipment without an expensive bumping process, and connect it to the substrate in a flip chip method, thereby providing a low cost. This results in a line flip chip package.
또한, 본 발명에 의한 라인 플립 칩 패키지 및 그 제조 방법은 와이어 단자 및 솔더 페이스트를 이용하여 반도체 다이와 서브스트레이트를 상호간 전기적으로 접속시킴으로써, 반도체 다이와 서브스트레이트의 전기적 접속 신뢰성 및 안정성이 더욱 향상된다. 즉, 종래에는 범프에 두께 편차가 존재함으로써, 특정 범프가 서브스트레이트에 전기적으로 접속되지 않을 수 있고, 또한 열팽창 계수 차이에 의해 범프가 서브스트레이트로부터 크랙 또는 분리될 수 있었으나, 본 발명에서는 소성 탄성이 있는 와이어 단자를 이용하고, 또한 이러한 와이어 단자가 솔더 페이스트를 통하여 서브스트레이트에 전기적으로 완벽하게 접속됨으로써, 접속 신뢰성 및 안정성이 더욱 향상된다.In addition, the line flip chip package and the method of manufacturing the same according to the present invention electrically connect the semiconductor die and the substrate to each other using wire terminals and solder paste, thereby further improving the electrical connection reliability and stability of the semiconductor die and the substrate. That is, conventionally, due to the thickness variation in the bumps, the specific bumps may not be electrically connected to the substrate, and the bumps may be cracked or separated from the substrates due to the difference in thermal expansion coefficient. By using a wire terminal which is present, and also by connecting the wire terminal electrically to the substrate through solder paste, connection reliability and stability are further improved.
또한, 본 발명에 의한 라인 플립 칩 패키지 및 그 제조 방법은 직경이 작은 와이어 단자로 반도체 다이와 서브스트레이트를 전기적으로 접속함으로써, 최근의 울트라 파인 피치를 가지며 대량의 본드 패드가 형성된 반도체 다이를 용이하게 수용할 수 있게 된다.In addition, the line flip chip package and the manufacturing method thereof according to the present invention can easily accommodate a semiconductor die having a recent ultra fine pitch and formed with a large amount of bond pads by electrically connecting the semiconductor die and the substrate with a small diameter wire terminal. You can do it.
또한, 본 발명에 의한 라인 플립 칩 패키지 및 그 제조 방법은 종래의 범프보다 두께가 작은 스페이서를 반도체 다이와 서브스트레이트 사이에 개재함으로써, 전체적으로 패키지의 두께를 더 줄일 수 있게 된다.In addition, the line flip chip package and the method of manufacturing the same according to the present invention can further reduce the thickness of the package as a whole by interposing a spacer having a smaller thickness than the conventional bump between the semiconductor die and the substrate.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings such that those skilled in the art may easily implement the present invention.
도 1a는 본 발명의 일실시예에 의한 라인 플립 칩 패키지를 도시한 단면도이고, 도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 라인 플립 칩 패키지를 도시한 단면도이며, 도 1c는 본 발명에 의한 라인 플립 칩 패키지중 반도체 다이에 형성된 와이어 단자를 도시한 부분 평면도이다.1A is a cross-sectional view showing a line flip chip package according to an embodiment of the present invention, FIG. 1B is a cross-sectional view showing a line flip chip package according to another embodiment of the present invention, and FIG. 1C is a line according to the present invention. A partial plan view showing a wire terminal formed on a semiconductor die in a flip chip package.
도 1a에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 라인 플립 칩 패키지(100a)는 반도체 다이(110)와, 상기 반도체 다이(110)의 하부에 위치되는 서브스트레이트(120)와, 상기 반도체 다이(110)를 플립 칩(flip chip) 형태로 서브스트레이트(120)에 전기적으로 접속하는 다수의 와이어 단자(130)와, 상기 반도체 다이(110)를 안정적으로 서브스트레이트(120) 위에 고정시키는 다수의 스페이서(140)와, 상기 반도체 다이(110), 다수의 와이어 단자(130) 및 다수의 스페이서(140)를 봉지하여 그것들을 외부 환경으로부터 보호하는 봉지재(150)를 포함한다.As shown in FIG. 1A, the line
먼저 상기 반도체 다이(110)는 대략 평평면 제1면(110a)과, 이것의 반대면으로서 대략 평평한 제2면(110b)을 갖는다. 물론, 상기 반도체 다이(110)의 제1면(110a)과 제2면(110b)의 가장자리에는 이것과 대략 직각 방향인 측면(110c)이 형성되어 있다. 또한, 상기 반도체 다이(110)는 제1면(110a)의 내주연에 다수의 본드 패드(112)(예를 들면, 알루미늄 패드)가 형성되어 있으며, 이러한 본드 패드(112) 는 하기할 서브스트레이트(120)를 향한다. 더불어, 도시되지는 않았지만, 상기 반도체 다이(110)의 제1면(110a)에는 소정 전기적 기능을 수행하는 반도체 집적회로가 형성되어 있다.First, the semiconductor die 110 has a substantially flat
상기 서브스트레이트(120)는 상기 반도체 다이(110)의 제1면(110a)쪽에 위치되어 있다. 즉, 상기 서브스트레이트(120)는 상기 반도체 다이(110)의 본드 패드(112)쪽에 형성되어 있다. 다르게 말하면, 상기 반도체 다이(110)는 대략 플립 칩 형태로 상기 서브스트레이트(120) 위에 안착되어 있다. 상기 서브스트레이트(120)는 대략 평평한 제1면(121a)과, 이것의 반대면인 대략 평평한 제2면(121b)을 갖는 절연층(121)을 포함한다. 물론, 상기 절연층(121)은 상기 제1면(121a)과 제2면(121b)의 가장자리에 이것과 대략 직각 방향으로 측면(121c)이 형성되어 있다. 더욱이, 상기 절연층(121)의 측면(121c)은 상기 반도체 다이(110)의 측면(110c)보다 더 바깥 영역에 형성되어 있다. 다르게 말하면, 상기 서브스트레이트(120)의 폭이 상기 반도체 다이(110)의 폭보다 약간 더 크게 형성되어 있다. 이러한 절연층(121)은 프리프레그(pre-preg), 열경화성수지 또는 그 등가물중 선택된 어느 하나로 형성될 수 있으나, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. 계속해서, 상기 절연층(121)의 제1면(121a)에는 차후 외부 장치에 전기적으로 실장되는 실장용 배선 패턴(123)이 형성되고, 상기 절연층(121)의 제2면(121b)에는 하기할 와이어 단자(130)가 연결되는 단자용 배선 패턴(122)이 형성되어 있다. 물론, 상기 실장용 배선 패턴(123)과 단자용 배선 패턴(122)은 도전성 비아홀(124)에 의해 상호 전기적으로 연결되어 있다. 더불어, 상기와 같은 실장용 배선 패턴(123)과 단자용 배선 패턴 (122)은 구리(Cu) 또는 그 등가물로 형성될 수 있으나, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. 더욱이, 상기 절연층(121)의 제1면(121a)에는 솔더 마스크(126)가 코팅되어 있되, 그 솔더 마스크(126)를 통하여 실장용 배선 패턴(123)이 외부로 노출되어 있다. 또한, 상기 절연층(121)의 제2면(121b)에도 솔더 마스크(125)가 코팅되어 있되, 그 솔더 마스크(125)를 통하여 단자용 배선 패턴(122)이 외부로 노출되어 있다. 여기서, 상기 솔더 마스크(125,126)는 폴리이미드(polyimide) 또는 그 등가물중 선택된 어느 하나로 형성될 수 있으나, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.The
상기 다수의 와이어 단자(130)는 반도체 다이(110)의 본드 패드(112)와 서브스트레이트(120)의 단자용 배선 패턴(122)을 상호 전기적으로 접속하는 역할을 한다. 여기서, 상기 와이어 단자(130)는 탄력적으로 상기 본드 패드(112)와 단자용 배선 패턴(122)을 전기적으로 접속할 수 있도록 대략 "S"자 형태로 형성될 수 있으나, 이러한 형태로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 좀더 구체적으로, 상기 와이어 단자(130)는 상기 반도체 다이(110)의 본드 패드(112)에 대략 수직 방향으로 접속된 제1단자부(131)와, 상기 제1단자부(131)로부터 소정 각도 절곡되어 소정 길이 연장된 제2단자부(132)와, 상기 제2단자부(132)로부터 소정 각도 절곡된 동시에, 상기 서브스트레이트(120)의 단자용 배선 패턴(122)에 대략 수직 방향으로 접속된 제3단자부(133)로 이루어질 수 있으나, 반드시 이러한 형태로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 여기서, 상기 제1단자부(131)와 제2단자부(132) 사이의 절곡 각도(또는 숄더 앵글(shoulder angle))는 패키지 제조 공정 또는 반도체 다이(110)의 동작 중 발생하는 고온의 환경에서도 반도체 다이(110)와 서브스트레이트(120) 상호간의 접속 신뢰성이 저하되지 않도록 대략 5~85°로 형성될 수 있다. 즉, 상기 절곡 각도가 5°이하인 경우에는 와이어 단자(130)의 탄성력이 작아지는 단점이 있고, 또한 상기 절곡 각도가 85°이상인 경우에는 제1단자부(131)와 제2단자부(132) 사이에 기계적 응력이 너무 크게 작용하는 단점이 있다. 또한, 상기 와이어 단자(130)는 제2단자부(132) 및 제3단자부(133)가 반도체 다이(110)의 안쪽 방향을 향하여 형성된 팬인 타입(fan-in type) 또는 반도체 다이(110)의 바깥 방향을 향하여 형성된 팬아웃 타입(fan-out type)일 수 있으나, 여기서 그 타입을 한정하는 것은 아니다. 즉, 이러한 팬인 타입 또는 팬아웃 타입은 반도체 다이(110)에 형성된 본드 패드(112)의 개수 및 서브스트레이트(120)에 형성되는 단자용 배선 패턴(122)의 배열 상태에 따라 적절하게 선택되어 형성될 수 있다. 더불어, 이러한 와이어 단자(130)는 골드 와이어(Au wire), 알루미늄 와이어(Al wire), 구리 와이어(Cu wire) 또는 그 등가물로 형성될 수 있으나, 여기서 상기 와이어 단자(130)의 재질을 한정하는 것은 아니다.The plurality of
한편, 상기 와이어 단자(130)중 제3단자부(133)는 솔더 페이스트(135)를 통하여 상기 서브스트레이트(120)에 형성된 단자용 배선 패턴(122)에 전기적 및 기계적으로 접속될 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 와이어 단자(130)는 와이어 본딩(wire bonding) 장비중 캐필러리(capillary)에 의해 제1단자부(131)가 반도체 다이(110)의 본드 패드(112)에 볼 본딩(ball bonding)될 수 있지만, 제3단자부(133)는 서브스트레이트(120)의 단자용 배선 패턴(122)에 스티치 본딩(stitch bonding) 또는 볼 본딩되기 곤란한 구조이다. 따라서, 제조 공정중 솔더 페이스트(135)를 미리 서브스트레이트(120)의 단자용 배선 패턴(122)에 일정량 형성해 놓고, 상기 와이어 단자(130)중 제3단자부(133)를 위치 맞춤한 상태에서, 리플로우(reflow) 공정을 수행함으로써, 결국 상기 와이어 단자(130)중 제3단자부(133)가 상기 서브스트레이트(120)의 단자용 배선 패턴(122)에 전기적 및 기계적으로 접속되도록 한다. 이러한 제조 방법에 대해서는 아래에서 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 물론, 상기 솔더 페이스트(135)는 최근 환경 오염 규제에 대응하여 무연 솔더일 수 있으며, 이밖에도 다양한 도전 플럭스를 이용할 수 있다.Meanwhile, the third
더불어, 상기 와이어 단자(130)는 최소 피치가 대략 100~300㎛인 것이 바람직하다. 즉, 상기 와이어 단자(130)중 제3단자(133) 사이의 최소 피치는 100~300㎛인 것이 바람직하다. 상기 와이어 단자(130)중 제3단자(133)의 최소 피치가 대략 100㎛ 이하일 경우에는 그것이 접속되는 서브스트레이트에서 100㎛ 이하의 배선 패턴(소위 "랜드(land)"라고 함) 피치를 구현하기 어려울 뿐만 아니라 비용이 상승하는 단점이 있고, 상기 와이어 단자(130)의 최소 피치가 대략 300㎛ 이상일 경우에는 서브스트레이트에서 배선 패턴 사이의 피치가 너무 커지는 단점이 있다.In addition, the
상기 스페이서(140)는 상기 반도체 다이(110)의 제1면(110a)에 접착되어 상기 서브스트레이트(120)를 향하여 소정 두께로 형성되어 있다. 즉, 상기 스페이서(140)는 상기 서브스트레이트(120)중 절연층(121)의 제2면(121b)에 형성된 솔더 마스크(125)에 접착제(142)를 통하여 접착되어 있다. 이러한 스페이서(140)에 의해 제조 공정중 상기 와이어 단자(130)는 반도체 다이(110)의 무게에 의해 손상되지 않게 된다. 또한, 이러한 스페이서(140)는 전기적 쇼트 방지를 위해 절연체인 것이 바람직하며, 또한 패키지의 열팽창 또는 열수축시 반도체 다이(110)와 서브스트레이트(120) 상호간의 분리 현상이 방지되도록 고탄성 재질인 동시에, 수분 흡수는 최소화되도록 저흡습률을 갖는 에폭시(epoxy), 실리콘(silicone), 일래스트머(elastomer), 폴리이미드(polyimide) 또는 그 등가물로 형성될 수 있다. 그러나, 여기서 본 발명이 상기 스페이서(140)의 재질을 한정하는 것은 아니며, 이밖에도 다양한 재질이 이용될 수 있음은 당연하다. 더불어, 상기 스페이서(140)는 도면에서 3개가 소정 거리 이격되어 각각 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이것은 일체의 형태로 상기 반도체 다이(110)와 서브스트레이트(120) 사이에 형성될 수도 있다.The
더욱이, 상기 스페이서(140)의 두께는 상기 와이어 단자(130)가 갖는 높이보다 약간 작게 형성되도록 함으로써, 상기 와이어 단자(130)가 확실하게 단자용 배선 패턴(122)에 접촉되도록 한다. 일례로, 상기 스페이서(140)의 두께는 100㎛ 이상 바람직하게는 100㎛~150㎛ 정도가 되도록 함이 바람직하다. 상기 스페이서(140)의 두께가 100㎛ 이하인 경우에는 "S"자 형태의 루프(loop)를 갖는 와이어도 100㎛ 이하가 되어야 하는데, 이는 현재 기술적으로 어렵고, 또한 반도체 다이와 서브스트레이트 사이의 간격, 즉 스페이서의 두께가 작을수록 열팽창 계수 차이에 의한 스트레이스가 증가하므로 100㎛ 이하의 스페이서 두께로는 종래의 신뢰성 개선 효과가, 100㎛ 이상의 두께에 비해 저하되는 문제가 있다. 좀더 구체적으로, 플립 칩의 경우 범프 두께가 80㎛보다 작을 경우 범프 두께와 열팽창 계수차와 반복적인 열적 스트레이스에 의한 응력 비율은 반비례 관계이므로 플립 칩 범프의 금속 계면 간 크랙이 발생하여 신뢰성이 저하된다. 그러나, 본 발명의 경우 반도체 다이와 서브스트레이트 사이에 개재되는 스페이서의 두께를 대략 100㎛~150㎛ 정도의 높이를 유지하고, 도전성 와이어 자체 및 "S"자 형태의 루프가 상기 열적 스트레스를 낮춰주므로 신뢰성이 더욱 향상된다. 한편, 상기 스페이서(140)의 두께가 150㎛ 이상인 경우에는 당연한 애기지만 패키지의 전체 두께가 두꺼워지는 단점이 있다.Furthermore, the thickness of the
상기 봉지재(150)는 상기 서브스트레이트(120) 위의 반도체 다이(110), 다수의 와이어 단자(130), 다수의 스페이서(140), 다수의 솔더 페이스트(135)를 덮음으로써, 그것들이 외부의 기계적 및 화학적 충격으로부터 완벽하게 보호되도록 함은 물론, 기계적으로 소정 구조를 유지할 수 있도록 하고 있다. 여기서, 상기 반도체 다이(110)는 제2면(110b)이 상기 봉지재(150)의 상면(150a)과 동일 평면을 이룰 수 있다. 즉, 상기 반도체 다이(110)는 제2면(110b)이 상기 봉지재(150)의 상면(150a)을 통하여 외부로 노출됨으로써, 상기 반도체 다이(110)의 동작중 발생하는 열이 외부로 신속하게 방출되도록 할 수 있다. 물론, 상기 반도체 다이(110)는 제2면(110b)이 상기 봉지재(150)에 의해 완전히 덮일 수도 있음은 당연하다. 더불어, 상기 봉지재(150)는 측면(150b)이 상기 서브스트레이트(120) 즉, 절연층(121)의 측면(121c)과 동일 평면을 이룸으로써, 봉지 공정후 소잉 공정을 통하여 낱개의 패키지로 분리되는 방식으로 제조될 수도 있다. 이러한 봉지재(150)는 인캡슐란트(encapsulant), 에폭시 몰딩 컴파운드(epoxy molding compound) 또는 그 등가물중 선택된 어느 하나가 이용될 수 있으며, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.The
상기와 같은 본 발명에 의한 라인 플립 칩 패키지(100a)는 서브스트레이트(120)에 형성된 실장용 배선 패턴(123)이 외부 장치의 도전 패드(도시되지 않음)에 실장된다. 즉, 상기 실장용 배선 패턴(123)과 도전 패드 사이에 솔더 페이스트 등이 개재된 후 리플로우 됨으로써, 본 발명에 의한 라인 플립 칩 패키지(100a)가 외부 장치에 단단하게 기계적 및 전기적으로 실장되는 것이다.In the line
한편, 도 1b에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 의한 라인 플립 칩 패키지(100b)는 반도체 다이(110)와 서브스트레이트(120) 사이에 언더 필(160)이 더 주입될 수 있다. 즉, 반도체 다이(110)의 제1면(110a)과 측면(110c)의 일부 영역에 언더 필(160)이 주입됨으로써, 상기 언더 필(160)은 다수의 와이어 단자(130), 스페이서(140) 및 솔더 페이스트(135)를 덮게 된다. 따라서, 상기와 같은 언더 필(160)에 의해 반도체 다이(110)와 서브스트레이트(120) 상호간의 열팽창 계수 차이로 인한 소성 응력을 더욱 저하시킬 수 있게 되고, 따라서 열팽창 계수 차이에 의한 반도체 다이(110)와 서브스트레이트(120) 사이의 전기적 접속 신뢰성이 더욱 향상된다. 이러한 언더 필(160)은 주지된 바와 같이 에폭시 또는 그 등가물일 수 있으며, 여기서 상기 언더 필(160)의 재질을 한정하는 것은 아니다.1B, an underfill 160 may be further injected between the semiconductor die 110 and the
물론, 본 발명은 대략 "S"자 형태의 와이어 단자(130)를 이용하여 반도체 다이(110)와 서브스트레이트(120)를 상호 연결시키기 때문에, 종래 범프를 이용한 기술에 비해 소성 응력이 이미 상당히 작아진 상태이다. 따라서, 상기 언더 필(160)이 본 발명의 필수 구성 요소는 아니며, 이는 패키지의 특성에 따라 생략될 수 있다. 그러나, 이러한 언더 필(160)은 하기할 모든 다른 실시예에도 추가적으로 형성 될 수 있음은 당연하다.Of course, since the present invention interconnects the semiconductor die 110 and the
이어서, 도 1c에 도시된 바와 같이 반도체 다이(110)의 제1면(110a)에 형성된 다수의 본드 패드(112)에는 각각 와이어 단자(130)가 볼 본딩되어 형성될 수 있다. 이때, 상기 와이어 단자(130)는 상술한 바와 같이 반도체 다이(110)의 대략 안쪽 방향으로 형성된 팬인 타입과, 반도체 다이(110)의 대략 바깥 방향으로 형성된 팬아웃 타입이 혼재되어 형성될 수 있다. 이러한 팬인 타입 와이어 단자(130) 또는 팬아웃 타입 와이어 단자(130)는 상술한 바와 같이 반도체 다이(110)에 형성된 본드 패드(112)의 개수, 서브스트레이트(120)에 형성된 단자용 배선 패턴(122)의 배열 상태 등에 따라 다양하게 형성될 수 있기 때문에, 본 발명에서 상기 와이어 단자(130)의 팬인 타입 또는 팬아웃 타입을 한정하는 것은 아니다.Subsequently, as illustrated in FIG. 1C,
도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 의한 라인 플립 칩 패키지를 도시한 단면도이고, 도 2b는 반도체 다이에 형성된 와이어 단자를 도시한 부분 평면도이다.2A is a cross-sectional view illustrating a line flip chip package according to another exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a partial plan view illustrating a wire terminal formed on a semiconductor die.
도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 의한 라인 플립 칩 패키지(200)는 상술한 라인 플립 칩 패키지(100a)와 거의 같다. 따라서, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면부호를 이용하기로 하며, 또한 구조적 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.As shown, the line
도 2a에 도시된 바와 같이 와이어 단자(130)는 모두 팬인 타입으로 형성될 수 있다. 즉, 와이어 단자(130)를 이루는 제1단자부(131), 제2단자부(132) 및 제3단자부(133)중 제2단자부(132)와 제3단자부(133)가 모두 반도체 다이(110)의 안쪽 방향을 향하도록 형성될 수 있다. 이때, 와이어 단자(130)의 파인 피치를 실현하기 위해, 상기 팬인 타입의 제2단자부(132)는 길이가 다양하게 형성될 수 있다. 즉, 도 2b에 도시된 바와 같이 와이어 단자(130)중 제2단자부(132)의 길이는 번갈아 가면서 서로 다르게 형성될 수 있다. 다르게 말하면 특정 와이어 단자(130)는 상대적으로 짧게 형성되고, 이와 인접한 다른 와이어 단자(130)는 상대적으로 길게 형성되어 있으며, 이러한 형태는 반복된다.As shown in FIG. 2A, the
따라서, 본 발명은 모든 와이어 단자(130)가 팬인 타입으로 형성된다고 해도 대량의 본드 패드(112)가 형성된 반도체 다이(110) 및 울트라 파인 피치(ultra fine pitch)의 패키지에 용이하게 적용할 수 있게 된다. Therefore, the present invention can be easily applied to the package of the semiconductor die 110 and the ultra fine pitch in which a large amount of the
더욱이, 이와 같이 와이어 단자(130)가 모두 팬인 타입으로 형성된 경우에는, 반도체 다이(110)의 측면(110c)과, 봉지재(150)의 측면(150b)과, 서브스트레이트(120)(절연층(121))의 측면(121c)이 모두 동일 평면을 이룰 수도 있다. 따라서, 반도체 다이(110)의 폭과 패키지(200)의 폭이 동일해짐으로써, 진정한 칩 사이즈 패키지(chip size package)가 구현될 수 있다. 그러나, 도면에서는 상기 반도체 다이(110)의 측면(110c)이 봉지재(150)로 봉지된 상태로 도시되어 있다.In addition, when the
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 의한 라인 플립 칩 패키지를 도시한 단면도이고, 도 3b는 반도체 다이에 형성된 와이어 단자를 도시한 부분 평면도이다.3A is a cross-sectional view illustrating a line flip chip package according to another exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a partial plan view illustrating a wire terminal formed on a semiconductor die.
여기서도 본 발명의 다른 실시예에 의한 라인 플립 칩 패키지(300)는 상술한 라인 플립 칩 패키지(100a)와 거의 같다. 따라서, 동일한 구성 요소에 대해서는 동 일한 도면부호를 이용하기로 하며, 또한 구조적 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.Here, the line
도 3a에 도시된 바와 같이 와이어 단자(130)는 팬인 타입 및 팬아웃 타입이 혼재되어 형성될 수 있으며, 또한 팬인 타입의 와이어 단자(130)를 이루는 제2단자부(132) 또는 팬아웃 타입의 와이어 단자(130)를 이루는 제2단자부(132)의 길이는 한종류가 아닌 두종류 이상으로 형성될 수 있다. 즉, 도 3b에 도시된 바와 같이 어느 팬인 타입의 와이어 단자(130)중 제2단자부(132)와 다른 팬인 타입의 와이어 단자(130)중 제2단자부(132)의 길이는 서로 다르게 형성될 수 있다. 또한, 도시되어 있지는 않지만 어느 팬아웃 타입의 와이어 단자(130)중 제2단자부(132)와 다른 팬아웃 타입의 와이어 단자(130)중 제2단자부(132)의 길이는 서로 다르게 형성될 수 있다. 따라서, 이러한 구조에 의해 본 발명은 대량의 본드 패드(112)를 갖는 반도체 다이(110) 및 울트라 파인 피치화한 패키지에 더욱 적합하게 적용할 수 있게 된다.As shown in FIG. 3A, the
도 4는 본 발명에 의한 라인 플립 칩 패키지의 제조 방법을 도시한 플로우 챠트이다.4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a line flip chip package according to the present invention.
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 라인 플립 칩 패키지의 제조 방법은 웨이퍼(wafer)의 각 반도체 다이에 소정 두께를 갖는 다수의 스페이서를 형성하는 스페이서 형성 단계(S1)와, 상기 웨이퍼로부터 낱개의 반도체 다이를 블레이드(blade) 등을 이용하여 소잉(sawing)하여 분리하는 반도체 다이 소잉 단계(S2)와, 상기 소 잉된 반도체 다이를 소정 형태의 지그(zig)에 고정시키는 반도체 다이 고정 단계(S3)와, 상기 지그에 고정된 반도체 다이의 본드 패드에 일정 길이의 와이어 단자를 형성하는 와이어 단자 형성 단계(S4)와, 상기 반도체 다이의 스페이서에 접착제를 형성하는 접착제 형성 단계(S5)와, 상기 반도체 다이를 픽엔플레이스(pick and place)하여, 상기 와이어 단자가 서브스트레이트의 단자용 배선 패턴에 안착되도록 하는 반도체 다이 픽엔플레이스 단계(S6)와, 상기 반도체 다이의 와이어 단자가 솔더 페이스트에 의해 상기 서브스트레이트의 단자용 배선 패턴에 완전히 접속되도록 고온을 제공하는 리플로우 단계(S7)와, 상기 반도체 다이, 다수의 스페이서, 다수의 와이어 단자, 다수의 솔더 페이스트 등을 봉지재로 감싸는 봉지 단계(S8)를 포함한다.As illustrated, the method for manufacturing a line flip chip package according to the present invention includes a spacer forming step S1 of forming a plurality of spacers having a predetermined thickness in each semiconductor die of a wafer, and a single semiconductor die from the wafer. A semiconductor die sawing step (S2) of sawing and separating by using a blade or the like, a semiconductor die fixing step (S3) of fixing the sawed semiconductor die to a jig of a predetermined form; A wire terminal forming step (S4) of forming a wire terminal having a predetermined length on a bond pad of the semiconductor die fixed to the jig, an adhesive forming step (S5) of forming an adhesive on a spacer of the semiconductor die, and the semiconductor die Pick and place a semiconductor die pick and place step (S6) to allow the wire terminals to be seated in the substrate wiring pattern of the substrate. A reflow step (S7) of providing a high temperature so that the wire terminals of the semiconductor die are completely connected to the substrate wiring patterns of the substrate by solder paste, the semiconductor die, a plurality of spacers, a plurality of wire terminals, Encapsulation step (S8) for wrapping a plurality of solder paste and the like with an encapsulant.
이러한 본 발명에 의한 반도체 패키지의 제조 방법을 첨부된 도 5a 내지 도 5i를 참조하여, 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.The method of manufacturing a semiconductor package according to the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 5A to 5I as follows.
먼저, 도 5a를 참조하면, 스페이서 형성 단계(S1)가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 웨이퍼(w)에는 다수의 반도체 다이(110)가 대략 바둑판 모양의 스크라이브 라인(scribe line)(s)을 경계로 하여 형성되어 있으며, 각각의 반도체 다이(110)에는 다수의 본드 패드(112)가 형성되고, 또한 그 본드 패드(112)의 내측 영역에는 소정 두께를 갖는 다수의 절연성 스페이서(140)가 형성된다. 이러한 스페이서(140)는 예를 들면 절연 용액을 스크린 프린팅(screen printing) 방식, 젯 디스펜싱(jet dispensing)) 방식 또는 그 등가 방식중 선택된 어느 하나의 방식으로 형 성할 수 있으나, 여기서 상기 스페이서(140)의 형성 방법을 한정하는 것은 아니다. 더불어, 이러한 스페이서(140)는 소정 탄성이 있는 에폭시, 실리콘, 폴리이미드, 일래스토머 또는 그 등가물중 선택된 어느 하나의 절연 물질로 형성될 수 있으나, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. 물론, 이러한 스페이서(140)는 불량 다이(reject die) 및 에지다이(edge die)에는 형성하지 않을 수도 있다. 더불어,상기 스페이서(140)의 두께는 100㎛ 이상 바람직하게는 100㎛~150㎛ 정도가 되도록 함이 바람직하다. 상기 스페이서(140)의 두께가 100㎛ 이하인 경우에는 "S"자 형태의 루프(loop)를 갖는 와이어도 100㎛ 이하가 되어야 하는데, 이는 기술적으로 어렵고, 또한 반도체 다이와 서브스트레이트 사이의 간격, 즉 스페이서의 두께가 낮을수록 열팽창 계수 차이에 의한 스트레이스가 증가하므로 100㎛ 이하의 스페이서 두께로는 종래의 신뢰성 개선 효과가, 100㎛ 이상의 두께에 비해 저하는 문제가 있다. 또한, 상기 스페이서(140)의 두께가 150㎛ 이상인 경우에는 패키지의 전체 두께가 두꺼워지는 단점이 있다.First, referring to FIG. 5A, a spacer forming step S1 is illustrated. As shown, a plurality of semiconductor dies 110 are formed on the wafer w with a substantially scribed line of scribe lines s formed therein, and each of the semiconductor dies 110 has a plurality of bond pads. 112 is formed, and a plurality of insulating
도 5b를 참조하면, 반도체 다이의 소잉 단계(S2)가 도시되어 있다. 좀더 엄밀히 말하면, 웨이퍼(w)로부터 소잉되어 분리된 낱개의 반도체 다이(110)가 도시되어 있다. 이러한 반도체 다이(110)의 소잉은 주지된 바와 같이 다이아몬드 블레이드(도시되지 않음) 등을 이용하여 웨이퍼(w)에 형성된 스크라이브 라인(s)을 따라 절단하여 이루어진다. 물론, 이러한 반도체 다이(110)의 소잉은 예를 들면 원형 링에 접착 테이프를 접착시키고, 그 표면에 웨이퍼를 접착한 상태에서 수행됨은 당연하다. 또한, 상기와 같은 낱개의 반도체 다이(110)는 흡착 툴에 의해 웨이퍼로부터 픽업된다.Referring to FIG. 5B, a sawing step S2 of the semiconductor die is shown. More precisely, a single semiconductor die 110 is shown, which is sawed and separated from the wafer w. This sawing of the semiconductor die 110 is performed by cutting along a scribe line s formed in the wafer w using a diamond blade (not shown) or the like as is well known. Of course, the sawing of the semiconductor die 110 is performed, for example, in a state in which the adhesive tape is adhered to the circular ring and the wafer is adhered to the surface thereof. In addition, the individual semiconductor die 110 as described above is picked up from the wafer by an adsorption tool.
도 5c를 참조하면, 반도체 다이 고정 단계(S3)가 도시되어 있다. 좀더 엄밀히 말하면, 소정 형태의 지그(z)에 반도체 다이(110)를 고정하는 단계가 도시되어 있다. 즉, 대략 직사각 육면체 형태의 지그(z)에는 소정 깊이의 요홈(z1)이 형성되어 있으며, 상기 요홈(z1)의 바닥면에는 다수의 진공 흡착홀(z2)이 형성되어 소정 흡착력이 제공되고 있다. 물론, 이러한 요홈(z1)은 상기 반도체 다이(110)의 폭 및 두께와 거의 유사하다. 따라서, 상기 지그(z)의 요홈(z1)에 반도체 다이(110)가 안착된 후에는 상기 진공 흡착홀(z2)의 강력한 흡착력에 의해 상기 반도체 다이(110)는 지그(z)에 단단하게 고정된 상태가 된다.Referring to FIG. 5C, a semiconductor die fixing step S3 is shown. More precisely, the step of securing the semiconductor die 110 to a jig z of some form is shown. That is, the groove z1 having a predetermined depth is formed in the jig z having a substantially rectangular hexahedron shape, and a plurality of vacuum suction holes z2 are formed at the bottom surface of the groove z1 to provide a predetermined suction force. . Of course, this recess z1 is almost similar to the width and thickness of the semiconductor die 110. Therefore, after the semiconductor die 110 is seated in the recess z1 of the jig z, the semiconductor die 110 is firmly fixed to the jig z by the strong adsorption force of the vacuum adsorption hole z2. It becomes a state.
도 5d를 참조하면, 와이어 단자 형성 단계(S4)가 도시되어 있다. 여기서, 도면에서 지그가 생략되어 있다. 이와 같은 와이어 단자(130)는 일반적인 패키징 공정에 이용되는 와이어 본딩 장비에 의해 수행된다. 즉, 도시된 바와 같이 와이어 본딩 장비중 캐필러리(c)에 의해 와이어(w1)의 하단이 반도체 다이(110)의 본드 패드(112)에 볼 본딩되고, 이어서 상기 캐필러리(c)의 소정 궤적에 의해 예를 들면, 제1단자부(131), 제2단자부(132) 및 제3단자부(133)가 연속적으로 정의 및 형성된다. 물론, 상기 제3단자부(133)의 형성후에는 방전 팁(e)의 불꽃에 의해 제3단자부(133)로부터 와이어(w1)가 절단된다. 상술한 바와 같이 이러한 와이어 단자(130)는 대략 "S"자로 형성되어 소정 탄성력을 가질 수 있도록 되어 있다. 물론, 상술한 바와 같이 상기 와이어 단자(130)는 팬인 타입, 팬아웃 타입, 상기 팬인 타입과 팬아웃 타입이 혼재된 타입, 그리고 각 제2단자부(132)의 길이가 미리 설정된 값에 따 라 상이하게 형성될 수 있다. 여기서, 이러한 와이어 단자(130)의 형성 단계중 지그에 형성된 흡착홀을 통해서는 계속 진공 흡착력이 제공되고 있기 때문에, 상기 반도체 다이(110)는 와이어 단자(130)의 형성중 흔들리지 않게 된다. 더불어, 더불어, 상기 와이어 단자(130)는 최소 피치가 대략 100~300㎛인 것이 바람직하다. 즉, 상기 와이어 단자(130)중 제3단자(133) 사이의 최소 피치는 100~300㎛인 것이 바람직하다. 상기 와이어 단자(130)중 제3단자(133)의 최소 피치가 대략 100㎛ 이하일 경우에는 그것이 접속되는 서브스트레이트에서 100㎛ 이하의 배선 패턴(소위 "랜드(land)"라고 함) 피치를 구현하기 어려울 뿐만 아니라 비용이 상승하는 단점이 있고, 상기 와이어 단자(130)의 최소 피치가 대략 300㎛ 이상일 경우에는 서브스트레이트에서 배선 패턴 사이의 피치가 너무 커지는 단점이 있다.Referring to FIG. 5D, the wire terminal forming step S4 is illustrated. Here, the jig is omitted in the drawing. Such a
도 5e를 참조하면, 접착제 형성 단계(S5)가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 접착제(142)의 형성은 소정 접착제 툴(a)에 의해 형성된다. 이를 위해 먼저 지그의 요홈에 형성된 흡착홀을 통해서는 진공 흡착력이 제거된다. 이어서, 접착제 툴(a)이 상기 지그에 결합된 반도체 다이(110)를 흡착하여 상부로 소정 높이 상승한다. 이때, 상기 접착제 툴(a)의 바닥면에는 일정 두께의 접착제(142)가 형성되어 있는데, 이러한 접착제(142)가 상기 반도체 다이(110)에 형성된 스페이서(140)에 일정량 묻음으로써, 상기 스페이서(140)의 끝단에는 자연스럽게 일정량의 접착제(142)가 형성된다.Referring to FIG. 5E, an adhesive forming step S5 is shown. As shown, the formation of the adhesive 142 is formed by a given adhesive tool (a). To this end, first, the vacuum suction force is removed through the suction hole formed in the groove of the jig. Subsequently, the adhesive tool a adsorbs the semiconductor die 110 coupled to the jig and rises a predetermined height upward. In this case, an adhesive 142 having a predetermined thickness is formed on the bottom surface of the adhesive tool a. The adhesive 142 is embedded in the
도 5f 및 도 5g를 참조하면, 반도체 다이의 픽엔플레이스 단계(S6)가 도시되어 있다. 이와 같은 반도체 다이(110)의 픽엔플레이스를 위해 먼저 도 5f에 도시된 바와 같이 접착제 툴(a)은 대략 180°회전한다. 그런 후, 픽엔플레이스 툴(p)이 반도체 다이(110)중 본드패드(112)가 형성되지 않은 반대면을 강하게 진공 흡착한 상태에서, 소정 높이 상승한다. 그러면, 상기 반도체 다이(110)가 접착제 툴(a)로부터 분리되면서, 스페이서(140)에는 일정량의 접착제(142)가 남아 있게 된다. 이어서, 도 5g에 도시된 바와 같이, 상기 픽엔플레이스 툴(p)은 상기 반도체 다이(110)를 서브스트레이트(120)의 소정 위치에 위치시킨다. 여기서, 상기 서브스트레이트(120)의 소정 위치에는 미리 일정 량의 솔더 페이스트(135)가 스크린 프린팅 방식, 핀 돗팅 방식 또는 그 등가 방식중 선택된 어느 하나의 방식에 의해 형성될 수 있다. 이러한 서브스트레이트(120)는 상술한 바와 같이 절연층(121)을 중심으로 하면에는 실장용 배선 패턴(123)이 형성되고, 상면에는 단자용 배선 패턴(122)이 형성되는데, 상기 단자용 배선 패턴(122)에 미리 솔더 페이스트(135)가 일정량 형성된다. 물론, 상기 실장용 배선 패턴(123)과 단자용 배선 패턴(122)은 도전성 비아홀(124)에 의해 상호 연결되어 있다. 또한, 상기 절연층(121)의 상면과 하면에는 각각 솔더 마스크(125,126)가 코팅되어 있는데, 이러한 솔더 마스크(125,126)를 통해서 상기 실장용 배선 패턴(123) 및 단자용 배선 패턴(122)이 각각 외부로 노출되어 있다.5F and 5G, the pick and place step S6 of the semiconductor die is shown. For this pick-and-place of the semiconductor die 110, the adhesive tool a first rotates approximately 180 ° as shown in FIG. 5F. Then, the pick-and-place tool p rises a predetermined height in a state in which the pick-and-place tool p strongly vacuum-adsorbs the opposite surface on which the
도 5h를 참조하면, 리플로우 단계(S7)가 도시되어 있다. 상술한 바와 같이 반도체 다이(110)의 와이어 단자(130)를 솔더 페이스트(135)를 이용하여 서브스트레이트(120)의 단자용 배선 패턴(122)에 임시로 부착후에는, 이를 그대로 대략 100~250°의 온도가 제공되는 고온의 퍼니스(furnace)에 투입한다. 그러면, 상기 솔더 페이스트(135)중 플럭스(flux)는 모두 휘발되어 제거되고 솔더가 용융되면서 상기 와이어 단자(130)를 단자용 배선 패턴(122)에 고정시키게 된다. 물론, 이러한 솔더의 용융후에는 상기 퍼니스로부터 상기 반도체 다이(110) 및 서브스트레이트(120) 등이 일체로 꺼내어져 상온으로 냉각된다. 이러한 냉각에 의해 상기 와이어 단자(130)는 상기 단자용 배선 패턴(122)에 기계적 및 전기적으로 단단하게 고정된다.Referring to FIG. 5H, a reflow step S7 is shown. As described above, after temporarily attaching the
도 5i를 참조하면, 봉지 단계(S8)가 도시되어 있다. 이러한 봉지는 통상의 금형(mold) 또는 디스펜서(dispensor)를 통해서 이루어진다. 금형을 이용할 경우에는 상형과 하형 사이에 상기 리플로우가 완료된 패키지를 위치시켜 놓고 고온 고압의 에폭시 몰딩 컴파운드 또는 인캡슐란트와 같은 봉지재(150)를 서브스트레이트(120)의 상부 영역에 충진함으로써 소정 형태의 봉지재(150)가 형성되도록 한다. 이때, 상기 반도체 다이(110)의 일면은 상기 봉지재(150) 외측으로 노출되도록 함으로써, 상기 반도체 다이(110)의 동작중 발생하는 열이 외부로 용이하게 방출되도록 할 수 있다. 더불어, 디스펜서를 이용할 경우에는 상기 리플로우가 완료된 패키지중, 상기 서브스트레이트(120)의 상부에 일정량의 봉지재(150)를 디시펜싱한다. 그러면, 상기 봉지재(150)의 자중에 의해 상기 봉지재(150)가 상기 반도체 다이(110)와 서브스트레이트(120)의 사이의 틈에 자연스럽게 충진되면서, 소정 형태의 봉지재(150)를 형성하게 된다.Referring to FIG. 5I, an encapsulation step S8 is shown. Such encapsulation is accomplished through conventional molds or dispensers. In the case of using a mold, the reflow-completed package is placed between the upper mold and the lower mold, and the
더불어, 이러한 봉지 단계 전에는 상기 반도체 다이(110)와 서브스트레이트(120) 사이의 소성 응력이 더욱 저하될 수 있도록 언더 필 공정이 더 수행될 수도 있다. 즉, 상기 반도체 다이(110)와 서브스트레이트(120) 사이의 틈에 일정량의 언더 필을 주입함으로써, 상기 반도체 다이(110)와 서브스트레이트(120)가 더욱 단단하게 상호 고정되도록 할 수 있다. 이러한 언더 필은 상기 반도체 다이(110)와 서브스트레이트(120)의 열팽창 계수 차이에 의한 분리 현상을 더욱 적극적으로 방지하는 역할을 한다.In addition, an underfill process may be further performed before the encapsulation step so that the plastic stress between the semiconductor die 110 and the
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 라인 플립 칩 패키지 및 그 제조 방법은 고가의 범핑 공정없이 통상의 와이어 본딩 장비를 이용하여 범프대신 와이어 단자를 형성하고, 이를 서브스트레이트에 플립 칩 방식으로 접속함으로써, 저비용으로 라인 플립 칩 패키지를 구현하는 효과가 있다.As described above, the line flip chip package according to the present invention and a method of manufacturing the same by forming a wire terminal instead of bump using conventional wire bonding equipment without expensive bumping process, by connecting it to the substrate in a flip chip method, This has the effect of implementing a line flip chip package at low cost.
또한, 본 발명에 의한 라인 플립 칩 패키지 및 그 제조 방법은 와이어 단자 및 솔더 페이스트를 이용하여 반도체 다이와 서브스트레이트를 상호간 전기적으로 접속시킴으로써, 반도체 다이와 서브스트레이트의 전기적 접속 신뢰성 및 안정성이 향상되는 효과가 있다. 즉, 종래에는 범프에 두께 편차가 존재함으로써, 특정 범프가 서브스트레이트에 전기적으로 접속되지 않을 수 있고, 또한 열팽창 계수 차이에 의해 범프가 서브스트레이트로부터 크랙 또는 분리될 수 있었으나, 본 발명에서는 소성 탄성이 있는 와이어 단자를 이용하고, 또한 이러한 와이어 단자가 솔더 페이스트를 통하여 서브스트레이트에 전기적으로 완벽하게 접속됨으로써, 접속 신뢰성 및 안정성이 향상되는 효과가 있다.In addition, the line flip chip package and the method of manufacturing the same according to the present invention have an effect of improving the electrical connection reliability and stability of the semiconductor die and the substrate by electrically connecting the semiconductor die and the substrate to each other using wire terminals and solder paste. . That is, conventionally, due to the thickness variation in the bumps, the specific bumps may not be electrically connected to the substrate, and the bumps may be cracked or separated from the substrates due to the difference in thermal expansion coefficient. By using a wire terminal which is present, and also by connecting such a wire terminal electrically to the substrate through solder paste, there is an effect of improving connection reliability and stability.
또한, 본 발명에 의한 라인 플립 칩 패키지 및 그 제조 방법은 직경이 작은 와이어 단자로 반도체 다이와 서브스트레이트를 전기적으로 접속함으로써, 최근의 울트라 파인 피치를 가지며 대량의 본드 패드가 형성된 반도체 다이를 용이하게 수용할 수 있는 효과가 있다.In addition, the line flip chip package and the manufacturing method thereof according to the present invention can easily accommodate a semiconductor die having a recent ultra fine pitch and formed with a large amount of bond pads by electrically connecting the semiconductor die and the substrate with a small diameter wire terminal. It can work.
또한, 본 발명에 의한 라인 플립 칩 패키지 및 그 제조 방법은 종래의 범프보다 두께가 작은 스페이서를 반도체 다이와 서브스트레이트 사이에 개재함으로써, 전체적으로 패키지의 두께가 더욱 감소되는 효과가 있다. 물론, 상기와 같이 범프보다 작은 두께의 스페이서를 이용함으로써, 열적 스트레스에 의한 응력 비율(strain rate)이 증가될 수 있으나, 도전성 와이어 자체 및 "S"자 형태의 와이어 루프가 상기 열적 스트레스를 모두 흡수하여 낮춰줌으로써, 결국 신뢰성이 향상된다.In addition, the line flip chip package and the method of manufacturing the same according to the present invention have the effect of further reducing the thickness of the package as a whole by interposing a spacer having a smaller thickness than the conventional bump between the semiconductor die and the substrate. Of course, by using a spacer having a thickness smaller than the bump as described above, the stress rate due to thermal stress can be increased, but the conductive wire itself and the "S" shaped wire loop absorb all of the thermal stress. By lowering the power, thereby improving reliability.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 라인 플립 칩 패키지 및 그 제조 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is just one embodiment for carrying out the line flip chip package and the manufacturing method according to the present invention, the present invention is not limited to the above embodiment, as claimed in the following claims Without departing from the gist of the present invention, anyone of ordinary skill in the art will have the technical spirit of the present invention to the extent that various modifications can be made.
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Legal Events
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
G170 | Publication of correction | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |