KR101333387B1 - 파워 및 접지 관통 비아를 갖는 패키지 - Google Patents

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첸규 구오
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엘에스아이 코포레이션
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Abstract

와이어 본드 디자인 집적 회로는 전면과 그 대향면인 이면을 갖는 기판을 구비한다. 전면 상에는 회로가 배치된다. 전면으로부터 이면으로 기판을 통과하여 전기 전도성 비아가 배치되어, 회로와 전기적으로 접속하여, 전기 전도성 비아가 회로에 대해서만 파워 및 접지 서비스를 제공한다. 전면 상에는 본딩 패드가 부착되어, 회로와 전기적으로 접속하여, 본딩 패드가 회로에 대해서는 신호 통신을 제공한다.

Description

파워 및 접지 관통 비아를 갖는 패키지{PACKAGE WITH POWER AND GROUND THROUGH VIA}
본 발명은 집적 회로 분야에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 집적 회로의 패키징(packaging)에 관한 것이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 와이어 본드 집적 회로(wire bond integrated circuit)(14)에서는, 본딩 패드(bonding pad)(22)가 집적 회로(14)의 외주부에 위치한다. 본딩 패드(22)는 일반적으로, 파워 접속(파워)용 패드, 접지 접속(접지)용 패드, 및 신호 접속용 패드를 포함하고 있다. 집적 회로(14)는 일반적으로 패키지 기판(12)에 탑재되고, 집적 회로(14)와 패키지 기판(12) 사이에는 와이어 본드 접속이 형성되어 있다. 따라서, 패키지 기판(12)은 와이어 본딩이 행해지는 본딩 구조(24)도 또한 가지고 있다. 집적 회로(14) 상의 파워 접속 및 접지 접속으로부터의 와이어 본딩은 일반적으로 집적 회로(14)가 탑재되는 다이 부착 패드(die attach pad)(20)라고 불리는 패키지 기판(12)의 부분을 둘러싸는 파워 링(power ring)(16) 및 접지 링(18)에 대해 행해진다.
여기서 상기 용어가 사용되고 있는 바와 같이, "집적 회로"는 모놀리식 반도체 기판(monolithic semiconducting substrate) 상에 형성되는 디바이스와 같은, 실리콘 또는 게르마늄과 같은 4족 물질, 또는 갈륨 비소와 같은 3족 5족 화합물, 또는 이들 물질의 혼합물로 형성되는 디바이스를 포함하고 있다. 당해 용어는 메모리 및 로직과 같이 형성된 모든 타입의 디바이스, 그러한 디바이스의, MOS 및 바이폴라와 같은 모든 디자인을 포함하고 있다. 당해 용어는 또한 플랫 패널 디스플레이, 태양광 전지, 및 전하 결합 소자(charge coupled device)와 같은 응용물을 포함하고 있다.
집적 회로(14) 상의 파워 및 접지 패드(22)는 상당한 공간을 차지하고 있다. 4:1:1의 신호:파워:접지 패드의 비율을 갖는 몇몇 디자인에서는, 파워 및 접지 패드(22)가 집적 회로(14) 상의 본딩 패드(22)의 1/3을 차지하고 있어, 이에 따라 집적 회로(14)이 크기가 상당히 증가한다.
집적 회로 기술이 개발됨에 따라, 점점 더 많은 트랜지스터 및 다른 디바이스는 점점더 작은 공간으로 집적화된다. 주어진 집적 회로에서 디바이스의 수가 증가하는 것은 본딩 패드(22)의 개수도 증가될 필요가 있음을 나타내며, 이에 따라, 디바이스 그 자체가 더 작은 크기의 칩에 수용될 수 있더라도, 추가 본딩 패드(22)를 수용하기 위해 더 큰 크기의 칩이 필요하다. 이러한 것들은 집적 회로(14)의 칩 크기를 계속 감소시키려는 전반적인 시장 압력(general market pressure)에 반하고 있다.
패키지 기판(12) 상의 파워 링(16) 및 접지 링(18), 및 집적 회로(14)의 파워 및 접지 패드(22)는, 높은 비용을 초래할 수 있는 집적 회로 제조 공정 및 패키지 어셈블리에서의 많은 공정을 추가하지 않고서, 집적 회로(14) 또는 패키지 기판(12)의 크기를 줄이는 것을 매우 어렵게 하고 있다.
본딩 패드(22) 및 본딩 핑거(bonding finger)(24)에 필요로 되는 공간을 줄이는 한 방법은 패드(22)간의 피치를 줄이고, 핑거(24)간의 피치를 줄이는 것이다. 그러나, 본딩 프로세스 및 본딩 와이어의 기계적 고려 사항이 영향을 받기 전에 단지 이들 피치를 줄일 수 있을 뿐이다. 다른 방법은 와이어 본딩 패키지(10)로부터 플립-칩 패키지로 변경하는 것이다. 그러나, 플립-칩 패키징은 일반적으로 와이어 본딩 패키징에 비해 더 고가이다.
따라서, 필요한 것은, 전술한 바와 같은 문제를 어느 정도 해결하는 시스템이다.
상술한 그리고 다른 필요한 것은 전면(front side) 및 그 대향면인 이면(back side)을 갖는 기판을 갖는 와이어 본딩 디자인 집적 회로에 의해 충족된다. 전면 상에 회로가 배치된다. 전면으로부터 기판을 관통하여 이면으로 전기 전도성 비아(electrically conductive vias)가 배치되고, 회로에 전기적으로 접속되어, 이 전기 전도성 비아가 회로에 대해서만 파워 및 접지 서비스를 제공한다. 전면에는 본딩 패드가 배치되고, 회로와 전기적으로 접속되어, 본딩 패드가 회로에 대해서만 신호 통신을 제공한다.
이러한 방식으로, 과거의 집적 회로 디자인에서 파워 및 접지 접속에 전용되는 본딩 패드가 모두 제거되고, 집적 회로에서 더 작은 공간을 요구하는 전기 전도성 비아로 대체된다. 기판의 이면으로의 전기 접속을 전기 전도성 비아가 행하게 되므로, 기판의 전면 상에 파워 및 접지 접속을 위한 표면적이 전혀 필요하지 않다. 따라서, 집적 회로는 더 작게 만들어질 수 있거나, 많은 수의 신호 본딩 패드를 수용할 수 있다.
이러한 본 발명의 관점에 따른 다양한 실시예에서는, 기판의 중앙 위치 및 기판의 코너 위치 중 적어도 어느 한 위치에 전기 전도성 비아가 배치된다. 몇몇 실시예에 있어서, 전기 전도성 비아는 전면으로부터 이면으로의 단일 수직 보어(single vertical bore)를 각각 구비한다. 몇몇 실시예에 있어서, 적어도 하나의 전기 전도성 비아는 기판의 코너 위치에 배치되어, 기판이 단일화되면, 적어도 하나의 전기 전도성 비아의 본래 크기의 1/4만이 기판에 남는다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 전면 및 이면을 갖고, 기판의 전면에 다이 부착 패드가 배치된 와이어 본드 디자인 패키지 기판을 개시하며, 다이 부착 패드는 실질적으로 전기 전도성 표면으로 덮여 있다. 전기 전도성 표면은 적어도 하나의 파워면 및 적어도 하나의 접지면을 포함한다. 전기 전도성 본딩 핑거는 전면 상의 다이 부착 패드의 외측에 배치되고, 전기 접속은 이면 상에 배치된다. 전면과 이면 사이에는 전기 전도성 트레이스(electrically conductive trace)가 배치되어, 전면 상의 본딩 핑거 및 전기 전도성 표면을 이면 상의 전기 접속에 전기적으로 접속한다.
이러한 본 발명의 관점에 따른 다양한 실시예에서는, 적어도 하나의 파워면은 4개의 파워면을 구비하고, 4개의 파워면 각각은 다이 부착 패드의 4개의 코너 위치 각각에 배치된다. 몇몇 실시예에서는, 적어도 하나의 접지면은 다이 부착 패드의 적어도 중앙 위치에 배치되는 단지 하나의 접지면만을 구비한다. 몇몇 실시예에서는, 다이 부착 패드는 패키지 기판에 수용되도록 설계되는 집적 회로보다 크지 않다.
본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 전술한 바와 같은 와이어 본드 디자인 집적 회로와, 전술한 와이어 본드 디자인 패키지 기판을 갖는 패키지 집적 회로를 개시하고 있으며, 와이어 본드 디자인 패키지 기판의 전기 전도성 표면은 와이어 본드 디자인 집적 회로의 전기 전도성 비아와 전기적으로 접속하고, 본딩 패드와 본딩 와이어간의 전기적 접속을 전기 전도성 본딩 와이어가 형성한다.
본 발명의 장점은 도면을 참조하여 살펴보면 상세한 설명에 의해 명확해지며, 도면은 상세한 부분을 더욱 명확히 나타내도록 축적을 달리하여 도시하고, 동일한 참조 번호는 몇몇 도면에서는 동일 구성요소를 나타낸다.
도 1은 다이 부착 패드, 파워 링 및 접지 링, 및 본딩 핑거를 나타내는 종래의 패키지 기판 디자인의 도면,
도 2는 전기 전도성 비아의 3개의 위치, 및 신호 접속을 위한 본딩 패드를 나타내는 본 발명의 일 실시예에 따른 집적 회로를 나타내는 도면,
도 3은 더 작은 다이 부착 패드 및 더 많은 수의 본딩 핑거를 나타내는 본 발명의 일 실시예에 따른, 파워 링 및 접지 링을 갖지 않는 패키지 기판을 나타내는 도면,
도 4는 와이어 본드 접속을 통한 패키지 기판으로의 신호 접속, 및 집적 회로의 이면 상의 전기 전도성 비아를 통한 패키지 기판으로의 파워 및 접지 접속을 갖는 집적 회로를 나타내는, 본 발명의 일 실시예에 따른 패키징된 집적 회로의 단면도이다.
도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 집적 회로(14)는 집적 회로(14)의 중앙 또는 집적 회로(14)의 코너와 같은 집적 회로(14)의 하나 이상의 위치에 배치되는 관통 실리콘 비아(TSV; through-silicon-via)로 제작된다. 코너 위치의 TSV(26a)는 전부 집적 회로(14)의 외주부 내에 있거나, 4개의 집적 회로(14)(공통 코너 이치를 공유하는 4개)의 회로에 의해 하나의 TSV(26b)가 공유되도록 집적 회로(14)가 단일화되면 TSV(26b)가 1/4 절단되도록 배치되며, 이들이 단일화되면 4개의 개별 집적 회로(14)로 된다.
TSV(26)는 집적 회로(14)의 상부면 상에 배치되는 회로로부터, 그 위에 집적 회로(14)가 형성되는 기판의 이면으로의 전도 경로를 제공한다. 본 발명에 따르면, 단지 파워 및 접지 접속이 TSV(26)를 통해 라우팅(routed out)되어, 집적 회로(14) 상에는 파워 또는 접지 본딩 패드(22)가 불필요하다. 따라서, 파워 및 접지 본딩 패드(22)가 이용하고 있었던 모든 공간이 다른 사용을 위해 해방되어, 집적 회로(14)를 더 작게 하거나, 신호 접속용 본딩 패드(22)의 수를 증가시키거나, 집적 회로(14) 내의 디바이스 수를 증가시키거나, 상기한 것을 조합시킬 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 패키지 기판(12)은 패키지 기판(12)의 다이 부착 패드(20) 내의 TSV(26) 아래에 전기 전도성 표면(28, 30)이 배치되도록 변형되어 있다. 몇몇 실시예에서는, 전기 전도성 표면(28, 30)은 TSV(26)에 정렬되면서 TSV(26)보다 실질적으로 크지 않으며, 집적 회로(14)가 패키지 기판(12)에 탑재될 때에 전기적 접촉이 이루어질 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서는, 사실적으로 패키지 기판(12)의 다이 부착 패드(20)의 전체 표면은 전기 전도성 표면(28, 30)의 패턴으로 변환되어, 중요하지는 않지만, 패키지 기판(12) 상으로 집적 회로(14)의 정열이 행해진다.
전기 전도성 표면(28, 30)은 원하는 파워 및 접지 서플라이 또는 상이한 전압의 파워 등이 혼선되지 않도록 서로 전기적으로 절연되는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로 다이 부착 패드(20)의 큰 부분을 이용함으로써, 단일 패키지 기판 (12)의 디자인이 상이한 크기의 집적 회로(14), 또는 상이한 TSV(26)의 배치를 갖는 집적 회로(14)의 디자인을 수용할 수 있다. 전기 전도성 표면(28, 30)뿐만 아니라 본딩 핑거(24)도 패키지 기판(12)의 다른 면상에서 전기 접속을 통해 라우팅된다.
파워 링(16) 및 접지 링(18)은 패키지 기판(12)으로부터 제거되어, 패키지 기판(12)의 표면 상에 이용 가능한 공간의 증가를 제공한다. 파워 링(16) 및 접지 링(18)이 제거됨으로써, 신호 접속용 본딩 핑거(24)는 다이 부착 패드(20)로 향해 이동되어, 패키지 기판(12)의 외주부에 추가 공간을 생성할 수 있다. 이 추가 공간은 패키지 기판(12)을 더 작게 하는데 이용되어, (본딩 핑거(24)의 부가 링을 추가하는 것과 같이) 신호 라우팅에 이용 가능한 본딩 핑거(24)의 수 또는 이들의 조합을 증가시킬 수 있다.
집적 회로(14)가 또한 더 작게 되기 때문에, 이에 의해 다이 부착 패드(20)의 크기도 감소하여, 더 작은 패키지 기판(12) 상에 탑재되는 더 작은 집적 회로(14)의 전체 크기도 극적으로 감소될 수 있다. 또한, 본딩 핑거(24)를 집적 회로(14)에 더 근접시키는 것은 와이어 본드에 필요한 와이어의 양의 줄여, 접속의 전기적 성능을 향상시키고, 주어진 패키지화된 집적 회로(10)에 의해 요구되는 와이어에 대한 비용을 줄일 수 있다. 더 짧은 파워 및 접지 접속은 또한 향상된 집적 회로 기술에 의해 발생되는 열 소실 및 더 큰 파워의 취급을 향상시킬 수 있다.
집적 회로(14)의 이면 상에서, 와이어 본드 접속(32)을 통한 패키지 기판(12)으로의 신호 접속, 및 전기 전도성 비아(26)를 통한 패키지 기판(12)으로의 파워 및 접지 접속을 갖는 집적 회로(14)를 구비한, 본 발명의 실시예에 따른 패키지화된 집적 회로의 단면도를 나타내는 도 4를 참조한다. 파워 및 접지 접속은 예컨대 TSV(26)와 전기 전도성 표면(28, 30) 사이에 배치되는 이방성 전기 전도성 에폭시(34)에 의해 형성될 수 있다. 또한 도 4에는, 패키지 기판(12)의 전면과 이면 사이에 배치되는 전기 전도성 트레이스(38)도 도시되어 있다. 볼 본드(ball bond)(도시함) 및 핀(도시하지 않음)과 같은 패키지 접속(40)은 본 발명의 다양한 실시예에서 제공되고 있다.
집적 회로(14)는 예컨대 에폭시 언더필 물질(epoxy underfill material)(36)에 의해 패키지 기판(12)의 다이 부착 패드(20)에 부착될 수 있다 에폭시와 같은 캡슐화 재료(encapsulant)(46)는 집적 회로(14)를 패키지 기판(12)에 밀착시키는데 이용되고, 집적 회로(14)와 와이어 본드 접속(32)을 보호한다. 일 실시예에 있어서, 44로 기재된 바와 같이, 파워 접속은 패키지 기판(12)의 에지 또는 코너로 몰아가고, 42로 기재된 바와 같이, 접지 접속은 패키지 기판(12)의 중앙으로 몰아간다.
전술한 본 발명의 바람직한 실시예의 설명은 설명 및 기술의 목적을 나타내었다. 명확히 설명하였지만 이는 완벽한 발명 또는 발명을 제한하려는 것은 아니다. 전술한 교시를 고려하여 명확한 변형 또는 변경이 가능하다. 본 발명의 원 및 그 실시 응용을 가장 잘 설명하려고 실시예들이 선택되어 기술되었으며, 이에 의해, 당업자라면, 본 발명을 이용하여 특정 용도에 맞추어 다양한 실시예 및 다양한 변형예를 생각할 수 있다. 이러한 모든 변형예 및 변경예는, 상당하고 법률적으로 공정하게 권리가 주어지는 범위에 따라 해석되는 경우, 첨부한 특허청구범위에 의해 규정되는 본 발명의 범위 내에 존재한다.

Claims (15)

  1. 와이어 본드 디자인 집적 회로(wire bond design integrated circuit)에 있어서,
    전면 및 그 대향면인 이면을 갖는 기판과,
    상기 전면 상에 배치된 회로와,
    상기 전면으로부터 상기 이면으로 상기 기판을 통과하여 배치되는 전기 전도성 비아(electrically conductive vias) - 상기 전기 전도성 비아는 전기적으로 상기 회로에 접속되어 상기 회로에 대해서만 파워 및 접지 서비스(power and ground service)를 제공하고, 상기 전기 전도성 비아는 상기 기판의 중앙부 및 상기 기판의 코너부 중 적어도 하나에만 배치됨 - 와,
    상기 전면 상에 배치되고, 상기 회로에 전기적으로 접속되어, 상기 회로에 대해서만 신호 통신을 제공하는 본딩 패드(bonding pad)를 구비하는
    와이어 본드 디자인 집적 회로.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 전도성 비아 중 적어도 하나의 전기 전도성 비아는 상기 기판의 코너부에 배치되어, 상기 기판이 단일화(singulated)되면, 상기 적어도 하나의 전기 전도성 비아의 본래 크기의 1/4만이 상기 기판에 남게 되는
    와이어 본드 디자인 집적 회로.
  5. 와이어 본드 디자인 패키지 기판에 있어서,
    전면 및 이면을 갖는 기판과,
    상기 기판의 전면 상에 배치되고, 적어도 하나의 파워면 및 적어도 하나의 접지면을 포함하는 전기 전도성 표면으로 실질적으로 피복되는 다이 부착 패드(die attach pad) - 상기 전기 전도성 표면은 적어도 하나의 파워면과 적어도 하나의 접지면을 포함하고, 상기 다이 부착 패드는 상기 패키지 기판에 수용되도록 설계되는 집적 회로보다 크지 않음 - 와,
    상기 전면 상에서 다이 부착 패드의 외측에 배치되는 전기 전도성 본딩 핑거(electrically conductive bonding fingers)와,
    상기 이면 상에 배치되는 전기 접속부와,
    상기 전면과 상기 이면 사이에 배치되고, 상기 전면 상의 본딩 핑거 및 상기 전기 전도성 표면을 상기 이면 상의 상기 전기 접속부에 전기적으로 접속시키는 전기 전도성 트레이스(electrically conductive traces)를 구비하는
    와이어 본드 디자인 패키지 기판.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 파워면은 4개의 파워면을 구비하고,
    상기 4개의 파워면의 각각은 상기 다이 부착 패드의 4개의 코너부 각각에 배치되는
    와이어 본드 디자인 패키지 기판.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 접지면은 상기 다이 부착 패드의 적어도 중앙부에 배치되는 단지 하나의 접지면만을 구비하는
    와이어 본드 디자인 패키지 기판.
  8. 삭제
  9. 패키지화된 집적 회로에 있어서,
    와이어 본드 디자인 집적 회로와,
    와이어 본드 디자인 패키지 기판을 구비하되,
    상기 와이어 본드 디자인 집적 회로는,
    전면과 그 대향면인 이면을 갖는 집적 회로 기판과,
    상기 집적 회로 기판의 상기 전면 상에 배치되는 회로와,
    상기 집적 회로 기판의 상기 전면으로부터 상기 집적 회로 기판의 상기 이면으로 상기 집적 회로 기판을 통과하여 배치되고, 상기 회로에 전기적으로 접속되어, 상기 회로에 대해서만 파워 및 접지 서비스를 제공하는 전기 전도성 비아 - 상기 전기 전도성 비아는 상기 집적 회로 기판의 중앙부 및 상기 집적 회로 기판의 코너부 중 적어도 하나에만 배치됨 - 와,
    상기 집적 회로 기판의 상기 전면 상에 배치되고, 상기 회로에 전기적으로 접속되어, 상기 회로에 대해서만 신호 통신을 제공하는 본딩 패드를 구비하고,
    상기 와이어 본드 디자인 패키지 기판은,
    전면과 이면을 갖는 패키지 기판과,
    상기 패키지 기판의 전면 상에 배치되고, 적어도 하나의 파워면 및 적어도 하나의 접지면을 포함하는 전기 전도성 표면으로 실질적으로 피복되는 다이 부착 패드 - 상기 와이어 본드 디자인 패키지 기판의 상기 전기 전도성 표면은 상기 와이어 본드 디자인 집적 회로의 상기 전기 전도성 비아와의 전기적 접속을 구성하고, 상기 다이 부착 패드는 상기 와이어 본드 디자인 집적 회로보다 크지 않음 - 와,
    상기 패키지 기판의 전면 상에서 상기 다이 부착 패드의 외측에 배치되는 전기 전도성 본딩 핑거와,
    상기 패키지 기판의 이면 상에 배치되는 전기 접속부와,
    상기 패키지 기판의 전면과 상기 패키지 기판의 이면 사이에 배치되고, 상기 패키지 기판의 이면 상에서, 상기 패키지 기판의 전면 상의 상기 본딩 핑거 및 상기 전기 전도성 표면을 상기 전기 접속부에 전기적으로 접속시키는 전기 전도성 트레이스와,
    상기 본딩 패드와 상기 본딩 핑거 사이에 전기적 접속을 형성하는 전기 전도성 본딩 와이어를 구비하는
    패키지화된 집적 회로.
  10. 삭제
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 전기 전도성 비아는 상기 집적 회로 기판의 전면으로부터 상기 집적 회로 기판의 이면으로 단일 수직 보어를 각각 구비하는
    패키지화된 집적 회로.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 전기 전도성 비아 중 적어도 하나의 전기 전도성 비아는 상기 집적 회로 기판의 코너부에 배치되어, 상기 집적 회로 기판이 단일화되면, 상기 적어도 하나의 전기 전도성 비아의 본래 크기의 1/4만이 상기 집적 회로 기판에 남게 되는
    패키지화된 집적 회로.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 파워면은 4개의 파워면을 구비하고,
    상기 4개의 파워면 각각은 상기 다이 부착 패드의 4개의 코너부 각각에 배치되는
    패키지화된 집적 회로.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 접지면은 적어도 상기 다이 부착 패드의 중앙부에 배치되는 단지 하나의 접지면만을 구비하는
    패키지화된 집적 회로.
  15. 삭제
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