KR100792352B1 - 패키지 온 패키지의 바텀기판 및 그 제조방법 - Google Patents

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core substrate
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박정현
민병렬
유제광
강명삼
정회구
김지은
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Abstract

패키지 온 패키지의 바텀기판 및 그 제조방법이 개시된다. 솔더볼(solder ball)에 의해 탑(top)기판과 전기적으로 연결되는 패키지 온 패키지(package on package)의 바텀(bottom)기판으로서, 코어기판과, 솔더볼의 위치에 상응하여 코어기판의 표면에 형성되는 솔더볼 패드와, 코어기판에 적층되는 절연층과, 솔더볼 패드가 노출되도록 절연층의 일부를 제거하여 형성되는 관통홀과, 관통홀에 충전되며 솔더볼과 전기적으로 연결되는 금속층으로 이루어지는 패키지 온 패키지의 바텀기판은, 솔더볼의 크기를 증가시키지 않고도 바텀기판에 실장되는 IC의 수를 증가시킬 수 있고, 바텀기판에 적층되는 절연층의 두께를 조절함으로써 솔더볼의 크기 및 피치를 더욱 작게 할 수 있으며, 이에 따라 탑기판과 바텀기판 간에 더 많은 신호 전달이 가능하다.
패키지 온 패키지, POP, 바텀기판, 솔더볼

Description

패키지 온 패키지의 바텀기판 및 그 제조방법{Bottom substrate of POP and manufacturing method thereof}
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 패키지 온 패키지의 바텀기판을 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 패키지 온 패키지의 바텀기판 제조방법을 나타낸 순서도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 패키지 온 패키지의 바텀기판 제조공정을 나타낸 흐름도.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 패키지 온 패키지의 제조방법을 나타낸 순서도.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 패키지 온 패키지를 나타낸 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 코어기판 12 : 솔더볼 패드
14 : 본딩 패드 20 : 절연층
22 : 관통홀 24 : 캐비티
26 : 포토 레지스트 28 : 금속층
30 : 솔더볼 32 : 전자소자
40 : 바텀기판 50 : 탑기판
본 발명은 패키지 온 패키지의 바텀기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
전자산업의 발달에 따라 전자 부품의 고기능화, 소형화 요구가 급증하고 있다. 이러한 고성능, 고밀도에 대한 요구에 부응하기 위해 인쇄회로기판에 IC 등의 전자소자를 실장하여 제조되는 소위 '패키지(package) 기판'을 실현하기 위한 방안과 그에 대한 수요가 증가하고 있으며, 패키지 기판을 구현하는 여러 가지 방법 중에 패키지 기판 위에 다시 패키지 기판을 적층하는 소위 '패키지 온 패키지(package on package, 이하 POP라 함)'가 좋은 대안으로 떠오르게 되었다.
또한, POP에 있어서도 고성능, 고밀도의 요구에 대응하고자 기판에 하나의 전자소자가 실장되는 추세에서, 하나의 기판에 여러 개의 전자소자가 중첩적으로 실장되는 소위 '스택(Stack) 패키지'가 등장하게 되었다.
즉, POP를 구현하는 과정에서는 패키지 전체의 두께가 관건인데, POP를 더욱 고성능으로 제작하기 위해서 기판에 하나의 IC를 실장하는 상황에서 2개 이상의 IC를 실장하고자 하는 요구가 발생하게 되었으며, 기판에 2개 이상의 IC를 실장할 경우 패키지 전체의 두께가 증가하여 POP를 구현하는 데에 있어 한계에 도달하게 되었다.
종래의 POP의 구조를 살펴보면, 아래쪽에 위치한 바텀(bottom)기판의 표면에 IC가 실장되어 있다. 바텀기판은 일반적인 인쇄회로기판 제조 공법으로 제작된다. 전술한 바와 같이, 고밀도를 위해 2개 이상의 IC를 실장하는 멀티스택(multi-stack)이 요구되고 있으며, 종래의 제조방법으로는 POP의 전체 높이를 유지하면서 바텀기판에 실장되는 IC의 수를 늘리기는 어려운 실정이다.
이에 대해, IC 칩의 필요한 부분을 제외하고 절삭하여 두께를 줄이는 소위 'Die Thinning' 공법을 적용하여 전술한 문제를 해결하기 위해 노력하고 있지만, 이 공법이 적용된 IC칩을 장시간 작동할 경우 발생하는 기능 오류(Function-error)의 문제가 대두되고 있어, 차라리 기판두께를 절감하여 POP의 실장능력을 향상시키고 멀티스택을 구현하려는 시도가 이루어지고 있다.
한편, 종래의 POP에서 바텀기판에 2개 이상의 IC를 적층하기 위해 IC를 보다 얇게 제조하는 경우에는 취급(handling)상의 문제 또는 휨(warpage) 문제 등이 야기된다.
또한, IC를 얇게 하지 않고 상부 패키지와 하부 패키지를 전기적으로 연결하는 솔더볼(solder ball)의 크기를 크게 함으로써 패키지 간의 갭(Gap)을 증가시킬 수 있다. 그러나, 적층되는 IC의 수가 증가함에 따라 솔더볼을 크게 하는 것은 솔더볼 패드의 수 및 간격 등에 있어서 설계상의 제약이 발생한다.
본 발명은 POP 구현에 있어서 전체 패키지의 두께 증가 없이 바텀기판에 2개 이상의 전자소자를 실장할 수 있도록 패키지 간의 간격을 확보할 수 있는 POP의 바 텀기판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 솔더볼(solder ball)에 의해 탑(top)기판과 전기적으로 연결되는 패키지 온 패키지(package on package)의 바텀(bottom)기판으로서, 코어기판과, 솔더볼의 위치에 상응하여 코어기판의 표면에 형성되는 솔더볼 패드와, 코어기판에 적층되는 절연층과, 솔더볼 패드가 노출되도록 절연층의 일부를 제거하여 형성되는 관통홀과, 관통홀에 충전되며 솔더볼과 전기적으로 연결되는 금속층으로 이루어지는 패키지 온 패키지의 바텀기판이 제공된다.
패키지 온 패키지의 바텀기판에는 전자소자가 실장되는데, 본 발명의 일 측면에 따른 바텀기판은, 코어기판에 형성되며 전자소자와 전기적으로 연결되는 본딩 패드와, 본딩 패드가 노출되도록 절연층의 일부를 제거하여 형성되는 캐비티(cavity)를 더 포함할 수 있다.
이러한 본 발명의 일 측면에 따른 바텀기판을 사용하여 패키지 온 패키지를 제조할 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 코어기판과, 코어기판의 표면에 형성되는 솔더볼 패드 및 본딩 패드와, 코어기판에 적층되는 절연층과, 솔더볼 패드가 노출되도록 절연층의 일부를 제거하여 형성되는 관통홀과, 관통홀에 충전되는 금속층과, 금속층에 전기적으로 연결되는 솔더볼과, 본딩 패드가 노출되도록 절연층의 일부를 제거하여 형성되는 캐비티와, 캐비티에 실장되며, 본딩 패드와 전기적으로 연결되는 전자소자와, 전자소자를 커버하도록 코어기판에 결합되며, 솔더볼 과 전기적으로 연결되는 탑기판으로 이루어지는 패키지 온 패키지가 제공된다.
절연층은 노광, 현상이 가능한 감광성 물질을 포함하는 포토 레지스트(photo resist)를 코어기판에 적층하고, 열을 가하여 경화시킴으로써 형성되는 것이 바람직하다.
이러한 일반적이고 구체적인 측면이 시스템, 방법, 컴퓨터 프로그램, 또는 이들의 조합을 사용하여 실시될 수 있다.
즉, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 솔더볼에 의해 탑기판과 전기적으로 연결되는 패키지 온 패키지의 바텀기판을 제조하는 방법으로서, (a) 솔더볼의 위치에 상응하여 코어기판의 표면에 솔더볼 패드를 형성하는 단계, (b) 코어기판에 절연층을 적층하는 단계, (c) 솔더볼 패드가 노출되도록 절연층의 일부를 제거하여 관통홀을 형성하는 단계, 및 (d) 관통홀에 금속층을 충전하는 단계를 포함하는 패키지 온 패키지의 바텀기판 제조방법이 제공된다.
바텀기판에는 전자소자가 실장되는데, 단계 (a)는, (a1) 코어기판의 표면에 전자소자와 전기적으로 연결되는 본딩 패드를 형성하는 단계를 포함하고, 단계 (c)는, (c1) 본딩 패드가 노출되도록 절연층의 일부를 제거하여 캐비티를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
이러한 본 발명의 다른 측면에 따른 바텀기판 제조방법은 패키지 온 패키지를 제조방법에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 측면에 따르면, (a) 코어기판의 표면에 솔더볼 패드와 본딩 패드를 형성하는 단계, (b) 코어기판에 절연층을 적층하는 단계, (c) 솔더볼 패드가 노출되도록 절연층의 일부를 제거하여 관통홀을 형성하고, 본딩 패드가 노출되도록 절연층의 일부를 제거하여 캐비티를 형성하는 단계, (d) 관통홀에 금속층을 충전하는 단계, (e) 본딩 패드와 전기적으로 연결되도록 캐비티에 전자소자를 실장하는 단계, (f) 금속층에 솔더볼을 결합하는 단계, 및 (g) 전자소자를 커버하며 솔더볼과 전기적으로 연결되도록 코어기판에 탑기판을 결합하는 단계를 포함하는 패키지 온 패키지의 제조방법이 제공된다.
단계 (a)는 코어기판의 표면에 솔더 레지스트를 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다.
절연층은 포토 레지스트를 포함하며, 단계 (c)는 절연층을 선택적으로 노광 및 현상하는 단계를 포함할 수 있다. 단계 (c)와 단계 (d) 사이에 (h) 절연층에 열을 가하여 경화시키는 단계를 더 포함할 수 있으며, 단계 (h)와 단계 (d) 사이에, 캐비티에 포토 레지스트를 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다.
단계 (d)는 솔더볼 패드에 전원을 인가하여 도금층을 형성함으로써 수행될 수 있으며, 단계 (d) 이후에, 캐비티에 도포된 포토 레지스트를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 잇점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해 질 것이다.
이하, 본 발명에 따른 패키지 온 패키지의 바텀기판 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 패키지 온 패키지의 바텀기판을 나타낸 단면도이다. 도 1을 참조하면, 코어기판(10), 솔더볼 패드(12), 본딩 패드(14), 절연층(20), 캐비티(24), 금속층(28)이 도시되어 있다.
본 실시예는 기존의 인쇄회로기판 제조방법으로 일층 또는 다층의 회로패턴층이 형성된 바텀기판의 코어기판(10)을 제작한 후, 포토 레지스트(photo resist)를 경화시켜 형성된 절연층(20)과 솔더볼 패드(12) 부분을 도금하여 형성된 금속층(28)을 패키지 사이에 개재시켜 패키지 간의 간격(gap)을 확보함으로써, 바텀기판에 보다 많은 수의 전자소자를 실장할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 따른 POP의 바텀기판은 솔더볼에 의해 탑기판과 전기적으로 연결되는 POP에 사용되는 기판으로서, 이하 하부 패키지에 사용되는 기판을 '바텀기판'으로, 상부 패키지에 사용되는 기판을 '탑기판'으로 명명하여 설명하였으나, '바텀기판' 및 '탑기판'의 명칭이 반드시 상부 또는 하부의 위치에 한정되는 것은 아니며, 본 실시예와 동일한 구조로 제작되는 범위 내에서 상부에 바텀기판이 위치하고 하부에 탑기판이 위치할 수 있는 등 '바텀기판' 및 '탑기판'의 명칭이 위치에 한정되는 것이 아님은 물론이다.
본 실시예에 따른 바텀기판은 탑기판과의 간격을 보다 많이 확보하기 위해 코어기판(10)에 절연층(20)을 적층하여 형성된다. 절연층(20)은 바텀기판에 실장되는 전자소자의 높이를 커버할 수 있을 정도의 두께로 적층된다. 전술한 바와 같이 바텀기판에 실장되는 전자소자의 높이를 솔더볼의 크기로만 커버하게 되면, 실장되 는 전자소자의 수가 증가함에 따라 솔더볼의 크기고 같이 증가되어 설계상의 제약이 커지게 된다.
본 실시예에서는 패키지 간의 전기적 연결을 위한 솔더볼이 절연층(20)에 결합되며, 따라서, 솔더볼의 위치에 상응하여 코어기판(10)의 표면에 형성된 솔더볼 패드(12)는 적층된 절연층(20)의 해당 부분을 제거하여 관통홀을 형성함으로써 노출되도록 한다. 관통홀에는 후술하는 것과 같이 도금을 통해 금속층(28)이 충전되도록 함으로써 솔더볼과의 전기적 연결이 구현되도록 한다.
한편, 바텀기판에는 전자소자를 실장하기 위해 전자소자와 전기적으로 연결되는 본딩 패드(14)가 형성된다. 전술한 솔더볼 패드(12) 및 본딩 패드(14)는 별도의 공정으로 각각 형성될 수도 있으나, 코어기판(10)에 회로패턴을 형성하는 과정에서 회로패턴의 일부로서 형성될 수 있다.
전자소자를 실장하기 위해서는 코어기판(10)에 적층된 절연층(20) 중 전자소자가 실장될 부분, 즉 본딩 패드(14)가 형성된 부분이 노출되도록 절연층(20)의 해당 부분을 제거하여 캐비티(cavity)(24)를 형성한다. 바텀기판 상에 전자소자를 실장하고 솔더볼을 사용하여 탑기판과 전기적으로 연결하는 것에 비해, 절연층(20)에 캐비티(24)를 형성하고 전자소자를 실장하게 되면 절연층(20)의 두께만큼, 즉 캐비티(24)의 깊이만큼의 공간이 더 확보되므로 보다 많은 수의 전자소자를 실장할 수 있게 된다. 이로써 솔더볼의 크기를 증가시키지 않고도 절연층(20)의 두께를 조절함으로써 바텀기판과 탑기판 사이의 간격을 충분히 확보할 수 있다.
절연층(20)은 코어기판(10)에 적층된 후 솔더볼 패드(12) 및 본딩 패드(14) 부분을 선택적으로 제거될 수 있어야 하므로, 노광, 현상, 에칭공정이 적용될 수 있는 감광성 물질을 포함하는 것이 좋다. 한편, 필요한 부분이 선택적으로 제거된 후의 절연층(20)은 이후의 에칭공정에서 제거되지 않도록 그 성질이 변화될 수 있는 재질을 포함하는 것이 좋다. 예를 들어, 절연층(20)의 재료로서 포토 레지스트(photo resist)를 코어기판(10)에 적층한 경우 노광, 현상 및 에칭을 통해 관통홀 및 캐비티(24)를 형성한 후, 적외선 또는 열을 가하여 절연층(20)이 경화되도록 하여 이후의 에칭공정에 의해 절연층(20)이 제거되지 않도록 할 수 있다.
노광, 현상이 가능하고, 경화되어 절연재로 사용될 수 있는 재료로는 일반적으로 사용되는 절연재인 'FR-4', 'BT resin' 등과 같은 재료가 사용될 수 있으며, 이외에도 아래의 화학식 (1)과 같은 2중 결합 구조를 갖는 재료가 사용될 수 있다.
Figure 112006048629515-pat00001
화학식 (1)
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 패키지 온 패키지의 바텀기판 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 패키지 온 패키지의 바텀기판 제조공정을 나타낸 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 코어기판(10), 솔더볼 패드(12), 본딩 패드(14), 절연층(20), 관통홀(22), 캐비티(24), 포토 레지스트(26), 금속층(28)이 도시되어 있다.
본 실시예에 따라 솔더볼에 의해 탑기판과 전기적으로 연결되는 POP의 바텀 기판을 제조하기 위해서는, 먼저, 도 3의 (a)와 같이 코어기판(10)의 표면에 솔더볼 패드(12) 및 본딩 패드(14)를 형성한다(100). 솔더볼 패드(12)와 본딩 패드(14)는, 전술한 바와 같이, 코어기판(10)의 표면에 회로패턴을 형성하는 과정에서 회로패턴의 일부로서 형성될 수 있다.
솔더볼 패드(12)는 탑기판과의 전기적 연결을 위한 솔더볼이 결합될 부분이며, 본딩 패드(14)는 바텀기판에 실장되는 전자소자와 전기적으로 연결되는 부분이다. 솔더볼 패드(12), 본딩 패드(14)를 포함하는 회로패턴이 형성된 후 코어기판(10)의 표면에 솔더 레지스트(solder resist)를 도포하고, 기판의 표면처리 공정을 수행한다.
다음으로, 도 3의 (b)와 같이 코어기판(10)에 절연층(20)을 적층한다(102). 절연층(20)의 재료로서는 전술한 바와 같이 포토 레지스트 등 노광, 현상을 통한 선택적 에칭이 가능하고, 경화되어 그 성질이 변화될 수 있는 재료가 사용될 수 있다.
절연층(20)의 적층은 필름 형상의 절연재를 적층하거나, 액상의 절연재를 도포하는 등의 방법으로 수행될 수 있다. 절연층(20)은 POP에서 패키지와 패키지, 즉 바텀기판과 탑기판 간의 간격을 유지해 주는 역할 및 패키지 간의 전기적 신호를 연결해 주는 금속층(28)이 안정적으로 형성될 수 있도록 보호하는 역할을 한다.
다음으로, 도 3의 (c)와 같이 솔더볼 패드(12) 및 본딩 패드(14)가 노출되도록, 아트 워크 필름(Art work film) 등을 사용하여, 절연층(20)을 선택적으로 노광, 현상, 에칭함으로써 그 일부를 제거한다. 이로써 솔더볼 패드(12)가 형성된 부 분에는 관통홀(22)이, 본딩 패드(14)가 형성된 부분에는 캐비티(24)가 형성된다(104).
절연층(20)의 일부를 제거하여 관통홀(22) 및 캐비티(24)를 형성한 후에는 절연층(20)에 적외선 또는 열을 가하여 절연층(20)이 경화되도록 한다(106). 이는 이후의 에칭공정에서 절연층(20)이 제거되지 않도록 하기 위함이다.
다음으로, 도 3의 (d)와 같이 본딩 패드(14)가 노출되어 있는 캐비티(24) 공간에 포토 레지스트(26) 도포한다(108). 본딩 패드(14)를 포토 레지스트(26)로 피복함으로써 이후 도금공정에서 본딩 패드(14) 부분에 불필요한 도금층이 전착되지 않도록 레지스트(resist) 역할을 할 수 있다.
다음으로, 도 3의 (d)와 같이 솔더볼 패드(12) 등 코어기판(10)의 회로패턴에 전원을 인가하고 전기도금을 실시함으로써 솔더볼 패드(12) 부분에 도금층이 전착되도록 한다. 이에 따라 절연층(20)을 선택적으로 제거하여 형성된 관통홀(22) 내부에 도금층인 금속층(28)이 충전된다(110). 도금에 의해 전착되는 금속으로는 주석, 구리 등이 사용될 수 있다. 이와 같이 관통홀(22) 내부에 충전된 금속층(28)은 코어기판(10)의 솔더볼 패드(12)와 솔더볼 간의 전기적 도통을 가능하게 하는 통로 역할을 하게 된다.
마지막으로, 도 3의 (f)와 같이 본딩 패드(14)를 피복하기 위해 캐비티(24) 부분에 도포되어 있는 포토 레지스트(26)를 박리하여 제거함으로써 본 실시예에 따른 POP용 바텀기판의 제조가 완료된다(112). 이로써 캐비티(24) 공간에 전자소자가 실장될 수 있도록 본딩 패드(14)가 노출된다.
전술한 바와 같이, 열 또는 적외선 등을 사용하여 절연층(20)이 경화되도록 하였으므로, 캐비티(24) 공간에 도포되어 있던 포토 레지스트(26)를 제거하는 과정에서 경화된 절연층(20)은 박리되지 않고 남아 있게 된다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 패키지 온 패키지의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
전술한 POP용 바텀기판 제조방법은 POP 제조공정에 적용될 수 있다. 즉, 전술한 실시예에 따라 바텀기판을 제조한 후, 전자소자를 실장하고 솔더볼을 개재하여 탑기판을 결합함으로써 멀티스택 POP를 제조할 수 있다.
먼저, 코어기판(10)의 표면에 솔더볼 패드(12) 및 본딩 패드(14)를 형성한다(200). 솔더볼 패드(12)와 본딩 패드(14)는, 코어기판(10)의 표면에 회로패턴을 형성하는 과정에서 회로패턴의 일부로서 형성될 수 있음은 전술한 바와 같다. 솔더볼 패드(12), 본딩 패드(14)를 포함하는 회로패턴이 형성된 후 코어기판(10)의 표면에 솔더 레지스트를 도포하고, 기판의 표면처리 공정을 수행한다.
다음으로, 코어기판(10)에 절연층(20)을 적층한다(202). 절연층(20)의 재료로서는 포토 레지스트 등 노광, 현상을 통한 선택적 에칭이 가능하고, 경화되어 그 성질이 변화될 수 있는 재료가 사용될 수 있음은 전술한 바와 같다. 절연층(20)은 POP에서 패키지와 패키지, 즉 바텀기판과 탑기판 간의 간격을 유지해 주는 역할 및 패키지 간의 전기적 신호를 연결해 주는 금속층(28)이 안정적으로 형성될 수 있도록 보호하는 역할을 한다.
다음으로, 솔더볼 패드(12) 및 본딩 패드(14)가 노출되도록, 절연층(20)을 선택적으로 노광, 현상, 에칭함으로써 그 일부를 제거한다. 이로써 솔더볼 패드(12)가 형성된 부분에는 관통홀(22)이, 본딩 패드(14)가 형성된 부분에는 캐비티(24)가 형성된다(204).
절연층(20)의 일부를 제거하여 관통홀(22) 및 캐비티(24)를 형성한 후에는 절연층(20)에 적외선 또는 열을 가하여 절연층(20)이 경화되도록 한다(206). 이는 이후의 에칭공정에서 절연층(20)이 제거되지 않도록 하기 위함이다.
다음으로, 본딩 패드(14)가 노출되어 있는 캐비티(24) 공간에 포토 레지스트(26) 도포한다(208). 본딩 패드(14)를 포토 레지스트(26)로 피복함으로써 이후 도금공정에서 본딩 패드(14) 부분에 불필요한 도금층이 전착되지 않도록 레지스트 역할을 할 수 있다.
다음으로, 솔더볼 패드(12) 등 코어기판(10)의 회로패턴에 전원을 인가하고 전기도금을 실시함으로서 솔더볼 패드(12) 부분에 도금층이 전착되도록 한다. 이에 따라 절연층(20)을 선택적으로 제거하여 형성된 관통홀(22) 내부에 도금층인 금속층(28)이 충전된다(210). 관통홀(22) 내부에 충전된 금속층(28)은 코어기판(10)의 솔더볼 패드(12)와 솔더볼 간의 전기적 도통을 가능하게 하는 통로 역할을 하게 된다.
다음으로, 본딩 패드(14)를 피복하기 위해 캐비티(24) 부분에 도포되어 있는 포토 레지스트(26)를 박리하여 제거함으로써 바텀기판을 제조한다(212). 이로써 캐비티(24) 공간에 전자소자가 실장될 수 있도록 본딩 패드(14)가 노출된다. 절연층(20)은 열 또는 적외선을 가하여 경화시켰으므로, 캐비티(24) 공간에 도포되어 있던 포토 레지스트(26)를 제거하는 과정에서 경화된 절연층(20)은 박리되지 않고 남아 있게 된다.
다음으로, 전자소자가 본딩 패드(14)와 전기적으로 연결되도록 캐비티(24)에 전자소자를 실장하고(214), 관통홀(22)에 충전된 금속층(28)에 솔더볼을 결합한 후(216), 솔더볼과 전기적으로 연결되도록 탑기판을 적층한다(218). 탑기판에도 전자소자가 실장될 수 있으며, 이로써 바텀기판에 전자소자가 실장된 패키지에, 탑기판에 전자소자가 실장된 패키지가 적층되어 POP의 제조가 완료된다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 패키지 온 패키지를 나타낸 단면도이다. 도 5를 참조하면, 코어기판(10), 솔더볼 패드(12), 본딩 패드(14), 절연층(20), 금속층(28), 솔더볼(30), 전자소자(32), 바텀기판(40), 탑기판(50)이 도시되어 있다.
전술한 POP 제조방법에 따라 제조된 POP는 바텀기판(40)에 절연층(20)이 적층되고 관통홀(22) 및 캐비티(24)가 형성됨으로써 솔더볼(30)의 크기를 증가시키지 않고도 패키지 간의 간격을 충분히 확보하여 멀티스택을 구현할 수 있는 구조로 형성된다.
즉, 본 실시예에 따른 POP는 도 1에서 설명한 바텀기판(40)의 캐비티(24)에 전자소자(32)를 실장하여 본딩 패드(14)와 전기적으로 연결되도록 하고, 관통홀(22)에 충전된 금속층(28)에 솔더볼(30)을 결합한 후, 전자소자(32)가 실장된 탑기판(50)을 적층하여 솔더볼(30)과 전기적으로 연결시킨 구조로 이루어진다.
바텀기판(40)은, 전술한 바와 같이, 코어기판(10)의 표면에 솔더볼 패드(12) 및 본딩 패드(14)를 포함하는 회로패턴을 형성하고 절연층(20)을 적층한 후, 솔더볼 패드(12)와 본딩 패드(14)가 노출되도록 절연층(20)의 일부를 제거하여 관통홀(22) 및 캐비티(24)를 형성하고, 관통홀(22)에 도금층을 충전하여 솔더볼(30)과 솔더볼 패드(12) 간의 전기적 통로를 구현한 구조로 이루어진다.
POP의 패키지 간, 즉 바텀기판(40)과 탑기판(50) 사이의 간격을 확보하기 위한 절연층(20)은, 관통홀(22)과 캐비티(24)를 형성하기 위해 선택적 제거가 가능하면서 캐비티(24)에 도포된 포토 레지스트(26)를 제거하는 과정에서 같이 제거되지 않는 재질을 사용하는 것이 좋다.
예를 들어, 본 실시예에 따른 절연층(20)으로서 포토 레지스트를 코어기판(10)에 적층한 경우에는 노광, 현상 및 에칭을 통해 관통홀(22) 및 캐비티(24)를 형성한 후, 열 또는 적외선 등을 가하여 경화시킴으로써 이후의 에칭공정에서 제거되지 않도록 할 수 있다.
전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 솔더볼의 크기를 증가시키지 않고도 바텀기판에 실장되는 IC의 수를 증가시킬 수 있고, 바텀기판에 적층되는 절연층의 두께를 조절함으로써 솔더볼의 크기 및 피치를 더욱 작게 할 수 있으며, 이에 따라 탑기판과 바텀기판 간에 더 많은 신호 전달이 가능하다.
또한, 바텀기판에 적층되는 절연재인 포토 레지스트의 두께를 조절함으로써 패키지 간의 간격을 용이하게 조절할 수 있으며, 이에 따라 바텀기판에 보다 많은 수의 전자소자를 적층하여 실장할 수 있게 된다.

Claims (20)

  1. 솔더볼(solder ball)에 의해 탑(top)기판과 전기적으로 연결되는 패키지 온 패키지(package on package)의 바텀(bottom)기판으로서,
    코어기판과;
    상기 솔더볼의 위치에 상응하여 상기 코어기판의 표면에 형성되는 솔더볼 패드와;
    상기 코어기판에 적층되는 절연층과;
    상기 솔더볼 패드가 노출되도록, 상기 절연층 중 상기 솔더볼 패드가 형성된 부분을 제거함으로써 형성되는 관통홀과;
    상기 관통홀에 충전되며 상기 솔더볼과 전기적으로 연결되는 금속층을 포함하는 패키지 온 패키지의 바텀기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 코어기판에 포토 레지스트(photo resist)를 적층하고, 열을 가하여 경화시킴으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 패키지 온 패키지의 바텀 기판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 바텀기판에는 전자소자가 실장되며,
    상기 코어기판에 형성되며, 상기 전자소자와 전기적으로 연결되는 본딩 패드와;
    상기 본딩 패드가 노출되도록, 상기 절연층 중 상기 본딩 패드가 형성된 부분을 제거함으로써 형성되는 캐비티(cavity)를 더 포함하는 패키지 온 패키지의 바텀기판.
  4. 코어기판과;
    상기 코어기판의 표면에 형성되는 솔더볼 패드 및 본딩 패드와;
    상기 코어기판에 적층되는 절연층과;
    상기 솔더볼 패드가 노출되도록, 상기 절연층 중 상기 솔더볼 패드가 형성된 부분을 제거함으로써 형성되는 관통홀과;
    상기 관통홀에 충전되는 금속층과;
    상기 금속층에 전기적으로 연결되는 솔더볼과;
    상기 본딩 패드가 노출되도록, 상기 절연층 중 상기 본딩 패드가 형성된 부분을 제거함으로써 형성되는 캐비티와;
    상기 캐비티에 실장되며, 상기 본딩 패드와 전기적으로 연결되는 전자소자와;
    상기 전자소자를 커버하도록 상기 코어기판에 결합되며, 상기 솔더볼과 전기적으로 연결되는 탑기판을 포함하는 패키지 온 패키지.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 코어기판에 포토 레지스트를 적층하고, 열을 가하여 경화시킴으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 패키지 온 패키지.
  6. 솔더볼에 의해 탑기판과 전기적으로 연결되는 패키지 온 패키지의 바텀기판을 제조하는 방법으로서,
    (a) 상기 솔더볼의 위치에 상응하여 코어기판의 표면에 솔더볼 패드를 형성하는 단계;
    (b) 상기 코어기판에 절연층을 적층하는 단계;
    (c) 상기 솔더볼 패드가 노출되도록, 상기 절연층 중 상기 솔더볼 패드가 형성된 부분을 제거하여 관통홀을 형성하는 단계; 및
    (d) 상기 관통홀에 금속층을 충전하는 단계를 포함하는 패키지 온 패키지의 바텀기판 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단계 (a)는 상기 코어기판의 표면에 솔더 레지스트를 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패키지 온 패키지의 바텀기판 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 바텀기판에는 전자소자가 실장되며,
    상기 단계 (a)는,
    (a1) 상기 코어기판의 표면에 상기 전자소자와 전기적으로 연결되는 본딩 패드를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 단계 (c)는,
    (c1) 상기 본딩 패드가 노출되도록, 상기 절연층 중 상기 본딩 패드가 형성된 부분을 제거하여 캐비티를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패키지 온 패키지의 바텀기판 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 절연층은 포토 레지스트를 포함하며, 상기 단계 (c)는 상기 절연층을 선택적으로 노광 및 현상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패키지 온 패키지의 바텀기판 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 단계 (c)와 상기 단계 (d) 사이에
    (h) 상기 절연층에 열을 가하여 경화시키는 단계를 더 포함하는 패키지 온 패키지의 바텀기판 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 단계 (h)와 상기 단계 (d) 사이에, 상기 캐비티에 포토 레지스트를 도포하는 단계를 더 포함하는 패키지 온 패키지의 바텀기판 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 단계 (d)는 상기 솔더볼 패드에 전원을 인가하여 도금층을 형성함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 패키지 온 패키지의 바텀기판 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 단계 (d) 이후에, 상기 캐비티에 도포된 포토 레지스트를 제거하는 단계를 더 포함하는 패키지 온 패키지의 바텀기판 제조방법.
  14. (a) 코어기판의 표면에 솔더볼 패드와 본딩 패드를 형성하는 단계;
    (b) 상기 코어기판에 절연층을 적층하는 단계;
    (c) 상기 솔더볼 패드가 노출되도록 상기 절연층 중 상기 솔더볼 패드가 형성된 부분을 제거하여 관통홀을 형성하고, 상기 본딩 패드가 노출되도록 상기 절연층 중 상기 본딩 패드가 형성된 부분을 제거하여 캐비티를 형성하는 단계;
    (d) 상기 관통홀에 금속층을 충전하는 단계;
    (e) 상기 본딩 패드와 전기적으로 연결되도록 상기 캐비티에 전자소자를 실장하는 단계;
    (f) 상기 금속층에 솔더볼을 결합하는 단계; 및
    (g) 상기 전자소자를 커버하며 상기 솔더볼과 전기적으로 연결되도록 상기 코어기판에 탑기판을 결합하는 단계를 포함하는 패키지 온 패키지의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 단계 (a)는 상기 코어기판의 표면에 솔더 레지스트를 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패키지 온 패키지의 제조방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 절연층은 포토 레지스트를 포함하며, 상기 단계 (c)는 상기 절연층을 선택적으로 노광 및 현상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패키지 온 패키지의 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 단계 (c)와 상기 단계 (d) 사이에
    (h) 상기 절연층에 열을 가하여 경화시키는 단계를 더 포함하는 패키지 온 패키지의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 단계 (h)와 상기 단계 (d) 사이에, 상기 캐비티에 포토 레지스트를 도포하는 단계를 더 포함하는 패키지 온 패키지의 제조방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 단계 (d)는 상기 솔더볼 패드에 전원을 인가하여 도금층을 형성함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 패키지 온 패키지의 제조방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 단계 (d)와 상기 단계 (e) 사이에, 상기 캐비티에 도포된 포토 레지스트를 제거하는 단계를 더 포함하는 패키지 온 패키지의 제조방법.
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