KR102535250B1 - 열충격 버퍼부를 포함하는 패키지 및 상기 패키지의 제조방법 - Google Patents

열충격 버퍼부를 포함하는 패키지 및 상기 패키지의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열팽창계수가 서로 다른 세라믹 패키지와 메인 기판 사이에 형성되는 솔더볼 접합부의 크랙을 방지하는 열충격 버퍼부를 포함하는 패키지 및 열충격 버퍼부를 포함하는 패키지의 제조방법을 제안한다. 상기 열충격 버퍼부를 포함하는 패키지는, 세라믹 바디, 접착제에 의해 상기 세라믹 바디의 상부에 고정되는 반도체 칩, 상기 세라믹 바디의 하부에 형성되는 열충격 버퍼부 및 상기 열충격 버퍼부의 하부에 형성되는 복수의 솔더 볼을 포함하며, 상기 열충격 버퍼부는, 상부 면이 상기 세라믹 바디의 하부에 부착되는 ACF 및 상부 면이 상기 ACF의 하부 면에 부착되는 FPCB를 포함하며, 상기 FPCB의 열팽창계수는 상기 솔더 볼을 통해 상기 반도체 칩과 전기적으로 연결되는 메인 기판의 열팽창계수와 동일하다.

Description

열충격 버퍼부를 포함하는 패키지 및 상기 패키지의 제조방법{A package including thermal shock buffer and the manufacturing method of the package}
본 발명은 패키지에 관한 것으로, 특히, 열팽창계수가 서로 다른 세라믹 패키지와 메인 기판 사이에 형성되는 솔더볼 접합부의 크랙을 방지하는 열충격 버퍼부를 포함하는 패키지 및 상기 패키지의 제조방법에 관한 것이다.
이미지센서(Image Sensor)는 외부에서 들어온 빛(영상)을 전기 신호로 변환해 이미지로 보여주는 반도체 장치로, 특히 CMOS 구조를 가진 저소비전력형의 이미지센서는 스마트폰용 카메라뿐 아니라 스마트TV, 의학용 소형 촬영장비, 보안시스템 등 디지털 기기에 탑재되고 있다.
이미지센서 패키지는 PCB 바디, 플라스틱 사출물 및 EMC(Electro-Magnetic Compatibility) 등으로 구성되며, PCB 바디의 재질로 열 방출이 좋은 세라믹을 사용하는 것이 바람직하다.
도 1은 솔더 조인트(Solder Joint) 방식으로 세라믹 바디로 구성되는 이미지센서 패키지를 메인 기판에 장착한 예이다.
도 2는 솔더 볼 조인트(Solder Ball Joint) 방식으로 세라믹 바디로 구성되는 이미지센서 패키지를 메인 기판에 장착한 예이다.
도 1 및 2에 도시한 바와 같이, 이미지센서 패키지는 메인 기판에 장착되어 사용되는데, 메인 기판과 이미지센서 패키지를 구성하는 재질인 세라믹의 열팽창계수(Coefficient of Thermal Expansion; CTE)의 차이로 인해, 볼(Ball) 접합부에 크랙(Crack)이 발생하는 문제가 발생(도 1c 참조)하여, 방열특성이 우수함에도 세라믹을 사용하지 못하고 PCB 바디를 플라스틱 재질을 사용한다.
도 3은 솔더 볼 접합부의 취약지점에서 발생한 크랙의 예이다.
도 3을 참조하면, 열팽창계수가 낮은 세라믹 바디(상부)와 열팽창계수가 높은 메인 바디(하부) 사이에 위치하는 솔더 볼 접합부의 취약지점에서 팽창 및 수축을 견디지 못하고 크랙(노란색 화살표)이 발생한다는 것을 알 수 있다.
대한민국 등록특허: 10-0564623호(2006년03월21일) 대한민국 등록특허: 10-0833209호(2008년05월22일)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 열팽창계수가 서로 다른 세라믹 패키지와 메인 기판 사이에 형성되는 솔더볼 접합부의 크랙을 방지하는 열충격 버퍼부를 포함하는 패키지를 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 열팽창계수가 서로 다른 세라믹 패키지와 메인 기판 사이에 형성되는 솔더볼 접합부의 크랙을 방지하는 열충격 버퍼부를 포함하는 패키지의 제조방법을 제공하는 것에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 열충격 버퍼부를 포함하는 패키지는, 세라믹 바디, 접착제에 의해 상기 세라믹 바디의 상부에 고정되는 반도체 칩, 상기 세라믹 바디의 하부에 형성되는 열충격 버퍼부 및 상기 열충격 버퍼부의 하부에 형성되는 복수의 솔더 볼을 포함하며, 상기 열충격 버퍼부는, 상부 면이 상기 세라믹 바디의 하부에 부착되는 ACF 및 상부 면이 상기 ACF의 하부 면에 부착되는 FPCB를 포함하며, 상기 FPCB의 열팽창계수는 상기 솔더 볼을 통해 상기 이미지센서 칩과 전기적으로 연결되는 메인 기판의 열팽창계수와 동일하다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 열충격 버퍼부를 포함하는 패키지의 제조방법은, 반도체 제조 공정을 마친 웨이퍼를 쏘잉하여 개개의 다이로 분리하는 웨이퍼를 쏘잉하는 단계, 패키지를 구성하는 세라믹 바디를 준비하는 단계, 세라믹 바디의 하부에 열충격 버퍼부를 부착하는 단계, 상기 다이를 상기 세라믹 바디의 상부에 부착하는 단계, 상기 다이에 형성된 패드와 상기 세라믹 바디에 형성된 도선을 와이어 본딩하는 단계, 상기 다이의 상부에 커버 글래스를 부착하는 단계, 상기 열충격 버퍼부의 하부에 솔더 볼을 부착하는 단계를 포함하며, 상기 열충격 버퍼부는 ACF 및 FPCB 층을 포함한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 면에 따른 열충격 버퍼부를 포함하는 패키지의 제조방법은, 패키지를 구성하는 세라믹 바디를 준비하는 단계, 반도체 제조 공정을 마친 웨이퍼를 쏘잉하여 개개의 다이로 분리하는 웨이퍼를 쏘잉하는 단계, 상기 다이를 상기 세라믹 바디의 상부에 부착하는 단계, 상기 다이에 형성된 패드와 상기 세라믹 바디에 형성된 도선을 와이어 본딩하는 단계, 상기 다이의 상부에 커버 글래스를 부착하는 단계, 세라믹 바디의 하부에 열충격 버퍼부를 부착하는 단계 및 상기 열충격 버퍼부의 하부에 솔더 볼을 부착하는 단계를 포함하며, 상기 열충격 버퍼부는 ACF 및 FPCB 층을 포함한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 열충격 버퍼부를 포함하는 패키지 및 상기 패키지의 제조방법은, 종래의 세라믹 패키지를 메인 기판에 솔더 조인트 시에는 만족하지 못하였던 열충격 조건을 만족하므로 고신뢰성을 요구하는 자동차 전장용으로 사용할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 솔더 조인트(Solder Joint) 방식으로 세라믹 바디로 구성되는 이미지센서 패키지를 메인 기판에 장착한 예이다.
도 2는 솔더 볼 조인트(Solder Ball Joint) 방식으로 세라믹 바디로 구성되는 이미지센서 패키지를 메인 기판에 장착한 예이다.
도 3은 솔더 볼 접합부의 취약지점에서 발생한 크랙의 예이다.
도 4는 본 발명에 따른 열충격 버퍼부를 포함하는 패키지의 일 실시 예이다.
도 5는 전기신호의 전달 경로를 설명한다.
도 6은 ACF의 예를 설명한다.
도 7은 ACF의 역할을 설명한다.
도 8은 본 발명에 따른 열충격 버퍼부를 포함하는 패키지 제조방법의 일 실시 예이다.
도 9는 본 발명에 따른 열충격 버퍼부를 포함하는 패키지 제조방법의 다른 일 실시 예이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 열충격 버퍼부를 포함하는 패키지의 일 실시 예이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 열충격 버퍼부를 포함하는 패키지(400)는, 세라믹 바디(401), 패키지 댐(402), 반도체 칩(404), 커버 글래스(407), 열 충격 버퍼부(408, 409) 및 솔더 볼(410)을 포함한다.
반도체 칩(404)은 접착제(403)에 의해 세라믹 바디(401)의 상부에 정착하며, 반도체 칩(404)의 패드(미도시)는 와이어 본딩(405)에 의해 세라믹 바디(401)에 형성된 프린트된 패턴(미도시)과 전기적으로 연결된다. 반도체 칩(404)의 가장자리는 세라믹 재질의 패키지 댐(402)에 의해 그리고 상부는 커버 글래스(407)에 의해 덮힌 상태로 패키지(400)로 밀봉된다.
세라믹 바디(401)의 하부에 접합하는 열충격 버퍼부는 이방성 도전막(408, ACF: Anisotropic Conductive Film) 및 연성회로기판(409, FPCB: Flexible Printed Circuit Board)을 포함하며, FPCB(409)의 하부에 솔더 볼(410)이 형성된다.
도 5는 전기신호의 전도 경로를 설명한다.
도 5를 참조하면, 전기 신호는 세라믹 바디(401), FPCB(409), 및 ACF(408)를 거쳐 솔더 볼(410)로 전달된다(붉은색 점선)는 것을 알 수 있다.
또한, FPCB(409)가 열팽창계수가 높은 재질로 구현하도록 함으로써, FPCB(409)와 메인 기판(430) 사이에 형성되는 솔더 볼(410) 접합부의 취약점이 발생하지 않도록 한다. 특히 FPCB(409)가 열팽창계수와 메인 기판(430)의 열팽창계수를 동일하게 하는 것이 바람직하다.
도 6은 ACF의 예를 설명한다.
도 6을 참조하면, ACF (Anisotropic Conductive Film)은 미세 도전 입자를 접착수지에 혼합하여 필름상태로 만들고, 한 방향으로만 전기를 통하게 한 이방성 도전막이다. 미세 도전입자로는 니켈(Ni), 카본(carbon) 및 솔더 볼 (solder ball)이있으며, 주로 LCD와 PCB를 전기적으로 연결하는데 사용된다.
도 7은 ACF의 역할을 설명한다.
도 7을 참조하면, ACF는 전기 접속, 단자 간 절연 및 기계적 접합의 기능을 수행한다는 것을 알 수 있다. 이러한 ACF는 낮은 온도(150~200) 사이에서 형성 가능하고, 언더필(under fill)이 필요 없다는 장점이 있다.
FPCB(Flexible PCB)는 ACF 본딩, 열융착 또는 초음파 본딩의 방식을 통해 일 면이 세라믹 바디(401)의 하부에 부착된 ACF(408)의 다른 면에 접합할 수 있다. 도 4를 참조하면, ACF(408)의 상부 면이 세라믹 바디(401)의 하부면에 접합되므로, FPCB(409)의 상부면이 ACF(408)의 하부면에 접합되는 것이 바람직하다.
도 8은 본 발명에 따른 열충격 버퍼부를 포함하는 패키지 제조방법의 일 실시 예이다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 열충격 버퍼부를 포함하는 패키지 제조방법(800)은, 웨이퍼를 쏘잉하는 단계(810), 세라믹 바디를 준비하는 단계(820), 세라믹 바디의 하부에 열충격 버퍼부를 부착하는 단계(830), 세라믹 바디의 상부에 다이를 부착하는 단계(840), 와이어 본딩하는 단계(850), 커버 글래스를 부착하는 단계(860) 및 열충격 버퍼부의 하부에 솔더 볼을 부착하는 단계(870)를 포함한다.
웨이퍼를 쏘잉하는 단계(810)에서는 반도체 제조 공정을 마친 웨이퍼(Wafer)를 쏘잉(Sawing)하여 개개의 다이(Die)로 분리한다.
세라믹 바디를 준비하는 단계(820)에서는 패키지를 구성하는 세라믹 바디(401)를 준비한다.
세라믹 바디의 하부에 열충격 버퍼부를 부착하는 단계(830)에서는 열충격 버퍼부를 구성하는 ACF(408)의 상부를 세라믹 바디(401)의 하부에 부착하는 단계(831) 및 ACF(408)의 하부에 FPCB(409)의 상부를 부착하는 단계(832)를 포함한다. FPCB(409)와 ACF(408)의 접합은 ACF 본딩, 열융착 또는 초음파 열압착 본딩 기술을 이용하여 부착하는 것이 바람직하다.
세라믹 바디의 상부에 다이를 부착하는 단계(840)에서는 세라믹 바디(401)의 상부에 웨이퍼를 쏘잉하는 단계(810)에서 생성한 다이(404, 이미지센서 칩)를 부착한다. 이때 접착제(403)를 사용한다.
와이어 본딩하는 단계(850)에서는 와이어 본딩(405)을 이용하여 세라믹 바디(401)의 상부에 부착한 이미지센서 칩(404)에 형성된 패드(미도시)와 세라믹 바디(401)에 형성된 도선을 전기적으로 연결한다.
커버 글래스를 부착하는 단계(860)에서는, 와이어 본딩 과정(850)을 마친 이미지센서 칩(404)의 상부에 커버 글래스(407)를 부착한다. 커버 글래스(407)는 에폭시와 같은 접착제(406)를 이용하여 세라믹 댐(402)의 상부 면에 부착한다.
열충격 버퍼부의 하부에 솔더 볼을 부착하는 단계(870)에서는 FPCB(409)의 하면에 솔더 볼(410)을 부착한다.
도 9는 본 발명에 따른 열충격 버퍼부를 포함하는 패키지 제조방법의 다른 일 실시 예이다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 열충격 버퍼부를 포함하는 패키지 제조방법(900)은 세라믹 바디를 준비하는 단계(910), 웨이퍼를 쏘잉하는 단계(920), 세라믹 바디의 상부에 다이를 부착하는 단계(930), 와이어 본딩을 수행하는 단계(940), 커버 글래스를 부착하는 단계(950), 세라믹 바디의 하부에 열충격 버퍼부를 부착하는 단계(960) 및 열충격 버퍼부의 하부에 솔더볼을 부착하는 단계(970)를 포함한다.
세라믹 바디를 준비하는 단계(910)에서는 패키지를 구성하는 세라믹 바디(401)를 준비한다.
웨이퍼를 쏘잉하는 단계(920)에서는 반도체 제조 공정을 마친 웨이퍼(Wafer)를 쏘잉(Sawing)하여 개개의 다이(Die)로 분리한다.
세라믹 바디의 상부에 다이를 부착하는 단계(930)에서는 세라믹 바디(401)의 상부에 웨이퍼를 쏘잉하는 단계(810)에서 생성한 다이(404, 이미지센서 칩)를 부착한다. 이때 접착제(403)를 사용한다.
와이어 본딩을 수행하는 단계(940)에서는 와이어 본딩(405)을 이용하여 세라믹 바디(401)의 상부에 부착한 이미지센서 칩(404)에 형성된 패드(미도시)와 세라믹 바디(401)에 형성된 도선을 전기적으로 연결한다.
커버 글래스를 부착하는 단계(950)에서는 와이어 본딩 과정(940)을 마친 이미지센서 칩(404)의 상부에 커버 글래스(407)를 부착한다. 커버 글래스(407)는 에폭시와 같은 접착제(406)를 이용하여 세라믹 댐(402)의 상부 면에 부착한다.
세라믹 바디의 하부에 열충격 버퍼부를 부착하는 단계(960)에서는 열충격 버퍼부를 구성하는 ACF(408)의 상부를 세라믹 바디(401)의 하부에 부착하는 단계(831) 및 ACF(408)의 하부에 FPCB(409)의 상부를 부착하는 단계(832)를 포함한다. FPCB(409)와 ACF(408)의 접착은 ACF 본딩, 열융착 또는 초음파 열압착 본딩 기술을 이용하여 부착하는 것이 바람직하다.
열충격 버퍼부의 하부에 솔더볼을 부착하는 단계(970)에서는 FPCB(409)의 하면에 솔더 볼(410)을 부착한다.
도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 열충격 버퍼부(830)를 세라믹 바디(401)에 형성한(830) 후 다이 부착 공정을 수행(840)할 수도 있고(도 8), 다이 부착 공정(930)을 수행한 후 열충격 버퍼부(830)를 세라믹 바디(401)에 부착(960)하는 방식으로 수행할 수 있다는 것을 알 수 있다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방 가능함은 명백한 사실이다.
401: 세라믹 바디
402: 세라믹 댐(패키지 댐)
404: 반도체 칩(이미지센서 칩)
407: 커버 글래스
408: ACF
409: FPCB
410: 솔더 볼

Claims (9)

  1. 세라믹 바디;
    접착제에 의해 상기 세라믹 바디의 상부에 고정되는 반도체 칩;
    상기 세라믹 바디의 하부에 형성되는 열충격 버퍼부; 및
    상기 열충격 버퍼부의 하부에 형성되는 복수의 솔더 볼을 포함하며,
    상기 열충격 버퍼부는,
    상부 면이 상기 세라믹 바디의 하부에 부착되는 이방성 도전막(ACF: Anisotropic Conductive Film); 및
    상부 면이 상기 ACF의 하부 면에 부착되는 연성회로기판(FPCB: Flexible Printed Circuit Board)을 포함하며,
    상기 FPCB의 열팽창계수는,
    상기 솔더 볼을 통해 상기 칩과 전기적으로 연결되는 메인 기판의 열팽창계수와 동일한 열충격 버퍼부를 포함하는 패키지.
  2. 제1항에서, 상기 FPCB와 상기 ACF의 부착은,
    ACF 본딩, 열융착 또는 초음파 열압착 본딩 방식을 이용하는 열충격 버퍼부를 포함하는 패키지.
  3. 반도체 제조 공정을 마친 웨이퍼를 쏘잉하여 개개의 다이로 분리하는 웨이퍼를 쏘잉하는 단계;
    패키지를 구성하는 세라믹 바디를 준비하는 단계;
    세라믹 바디의 하부에 열충격 버퍼부를 부착하는 단계;
    상기 다이를 상기 세라믹 바디의 상부에 부착하는 단계;
    상기 다이에 형성된 패드와 상기 세라믹 바디에 형성된 도선을 와이어 본딩하는 단계;
    상기 다이의 상부에 커버 글래스를 부착하는 단계; 및
    상기 열충격 버퍼부의 하부에 솔더 볼을 부착하는 단계를 포함하며,
    상기 열충격 버퍼부는 이방성 도전막(ACF: Anisotropic Conductive Film) 및 연성회로기판(FPCB: Flexible Printed Circuit Board) 층을 포함하고,
    상기 열충격 버퍼부를 부착하는 단계는,
    상기 ACF의 상부를 상기 세라믹 바디의 하부에 부착하는 단계 및
    상기 ACF의 하부에 상기 FPCB의 상부를 부착하는 단계를 포함하는 열충격 버퍼부를 포함하는 패키지 제조방법.
  4. 삭제
  5. 제3항에서,
    상기 ACF의 상부 면을 상기 세라믹 바디의 하부 면에 부착하고, 상기 FPCB의 상부 면을 상기 ACF의 하부 면에 부착하는 방식은, ACF 본딩, 열융착 또는 초음파 본딩 기술 중 하나인 열충격 버퍼부를 포함하는 패키지 제조방법.
  6. 패키지를 구성하는 세라믹 바디를 준비하는 단계;
    반도체 제조 공정을 마친 웨이퍼를 쏘잉하여 개개의 다이로 분리하는 웨이퍼를 쏘잉하는 단계;
    상기 다이를 상기 세라믹 바디의 상부에 부착하는 단계;
    상기 다이에 형성된 패드와 상기 세라믹 바디에 형성된 도선을 와이어 본딩하는 단계;
    상기 다이의 상부에 커버 글래스를 부착하는 단계;
    세라믹 바디의 하부에 열충격 버퍼부를 부착하는 단계; 및
    상기 열충격 버퍼부의 하부에 솔더 볼을 부착하는 단계를 포함하며,
    상기 열충격 버퍼부는 이방성 도전막(ACF: Anisotropic Conductive Film) 및 연성회로기판(FPCB: Flexible Printed Circuit Board) 층을 포함하고,
    상기 열충격 버퍼부를 부착하는 단계는,
    상기 ACF의 상부를 상기 세라믹 바디의 하부에 부착하는 단계 및
    상기 ACF의 하부에 상기 FPCB의 상부를 부착하는 단계를 포함하는 열충격 버퍼부를 포함하는 패키지 제조방법.
  7. 삭제
  8. 제6항에서,
    상기 ACF의 상부 면을 상기 세라믹 바디의 하부 면에 부착하고, 상기 FPCB의 상부 면을 상기 ACF의 하부 면에 부착하는 방식은, ACF 본딩, 열융착 또는 초음파 본딩 기술 중 하나인 열충격 버퍼부를 포함하는 패키지 제조방법.
  9. 제3항 또는 제6항에서,
    상기 FPCB의 열팽창계수는, 상기 솔더 볼을 통해 상기 다이와 전기적으로 연결되는 메인 기판의 열팽창계수와 동일한 열충격 버퍼부를 포함하는 패키지 제조방법.
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