KR19980020371A - 볼 그리드 어레이 패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 볼 그리드 어레이(BGA) 패키지에 사용되는 인쇄 회로 기판의 상부면에 고강도의 링을 접착시켜 신뢰성을 개선한 볼 그리드 어레이 패키지에 관한 것으로서, 반도체 칩과 주 기판 간의 전기적 접속이 인쇄 회로 기판 상에 형성된 회로 배선 및 솔더 볼 등에 의해 구현되는 종래의 볼 그리드 어레이 패키지에 발생하는 봉지 수지와 인쇄 회로 기판 간의 열팽창계수 차이에 따른 기판의 뒤틀림 또는 계면 박리 및 균열 등의 문제점을 방지하기 위한 것이다.

즉, 인쇄 회로 기판의 상부면 상에 금속 또는 세라믹과 같은 고강도의 링을 접착하여 뒤틀림을 방지하며, 접착력을 강화시켜 게면 박리를 감소시킬 뿐만 아니라, 계면 균열의 진행을 3차원적으로 편향시켜 줌으로써 균열 진행을 방지해 줄 수 있는 것이다. 링은 인쇄 회로 기판의 상부면 중에서 봉지되는 영역 내부에 형성되며, 회로 배선에 와이어 본딩되는 영역 외곽을 둘러싸는 형태를 갖는다.

Description

볼 그리드 어레이(BGA) 패키지

본 발명은 볼 그리드 어레이(BGA) 패키지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 볼 그리드 어레이 패키지에 사용되는 인쇄 회로 기판의 상부면에 고강도의 링을 접착시켜 신뢰성을 개선한 볼 그리드 어레이 패키지에 관한 것이다.

반도체 집적회로 소자의 집적도가 증가함에 따라 입출력 핀 수가 증가되면서 반도체 소자의 소형화가 요구되고 있다. 이러한 요구에 부응하여 개발된 반도체 패키지 중의 하나가 볼 그리드 어레이(BGA; Ball Grid Array) 패키지이다. 이 볼 그리드 어레이 패키지는 리드 프레임을 이용한 통상적인 플라스틱 패키지에 비하여, 주 기판(Main Board)에 실장될 때의 실장 면적이 대폭 축소될 수 있으며, 전기적 특성이 우수하다는 장점을 갖고 있다.

이하 도면을 참조하여 전형적인 볼 그리드 어레이 패키지의 한 예를 설명하겠다.

도 1은 종래 기술의 실시예에 따른 볼 그리드 어레이 패키지를 나타낸 평면도이다.

도 2는 도 1의 2-2 선을 따라 절단한 단면도이다.

볼 그리드 어레이 패키지(10)가 통상적인 플라스틱 패키지와 다른 점은, 반도체 칩(11)과 주 기판(도시되지 않음) 간의 전기적 접속이 플라스틱 패키지에서의 리드 프레임 대신에, 회로 배선(도시되지 않음) 및 외부 접속 단자인 솔더 볼(14)이 형성된 인쇄 회로 기판(12; PCB; Printed Circuit Board)에 의하여 구현된다는 점이다.

즉, 반도체 칩(11)이 인쇄 회로 기판(12)의 상부면에 부착되며, 하부면에는 솔더 볼(14)이 형성된다. 소정의 회로 배선(도시되지 않음)이 인쇄 회로 기판(12)의 상부면에 형성되어 있으며, 반도체 칩(11)과 회로 배선 간의 전기적 접속은 본딩 와이어(13)로서 구현된다. 회로 배선이 형성된 인쇄 회로 기판(12)의 상부면은 와이어 본딩되는 영역을 제외하고는 솔더 레지스트(Solder Resist)와 같은 보호막으로 덮인다. 그리고 회로 배선은 인쇄 회로 기판(12)를 관통하여 형성된 비아 홀(Via Hole, 도시되지 않음)을 통하여 솔더 볼(14)에 연결된다. 반도체 칩(11), 본딩 와이어(13), 및 비아 홀은 에폭시 몰딩 컴파운드(Epoxy Molding Compound; EMC)와 같은 봉지 수지(15)로서 봉지된다.

그런데 이와 같은 종래의 볼 그리드 어레이 패키지(10) 구조는, 봉지 수지(15)와 인쇄 회로 기판(12) 간의 계면 접착력이 낮고 계면 흡습이 쉬워, 적외선 리플로우(IR Reflow) 등과 같은 공정시에 계면 박리 및 균열 등이 발생하기 쉽고 부식에 약한 문제점이 있다. 또한 반도체 칩(11), 봉지 수지(15), 인쇄 회로 기판(12) 간에 열팽창계수의 차이가 많아 뒤틀림(Warpage) 불량이 발생하기 쉽다.

따라서 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위하여, 고강도의 링을 인쇄 회로 기판 상에 접착시켜 뒤틀림 현상을 줄이고, 동시에 계면 박리 및 균열 진전을 최대한 방지할 수 있는 볼 그리드 어레이 패키지를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술의 실시예에 따른 볼 그리드 어레이 패키지를 나타낸 평면도.

도 2는 도 1의 2-2 선을 따라 절단한 단면도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 볼 그리드 어레이 패키지를 나타낸 평면도.

도 4는 도 3의 4-4 선을 따라 절단한 단면도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10, 20 : 볼 그리드 어레이 패키지(BGA)

11 : 반도체 칩(Chip)12 : 인쇄 회로 기판(PCB)

13 : 본딩 와이어(Bonding Wire)14 : 솔더 볼(Solder Ball)

15 : 봉지 수지(Encapsulation Resin)16 : 링(Ring)

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 복수개의 칩 전극 단자를 갖는 반도체 칩; 상기 반도체 칩이 기계적으로 접착되는 상부면과, 주 기판과의 기계적·전기적 접속을 이루기 위한 외부 접속 단자가 형성되는 하부면과, 상기 반도체 칩과 전기적 접속을 이루기 위한 회로 배선과, 상기 회로 배선과 상기 외부 접속 단자를 연결하는 비아 홀을 포함하는 인쇄 회로 기판; 상기 칩 전극 단자와 상기 회로 배선을 전기적으로 접속하는 금속 와이어; 상기 반도체 칩 및 금속 와이어를 보호하기 위한 봉지 영역; 주 기판과 기계적·전기적으로 접속되기 위하여 상기 인쇄 회로 기판의 하부면 상에 형성되는 외부 접속 단자;를 포함하는 볼 그리드 어레이 패키지에 있어서, 상기 인쇄 회로 기판의 상부면에 고강도 링이 형성되는 것을 특징으로 하는 볼 그리드 어레이 패키지를 제공한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 볼 그리드 어레이 패키지를 나타낸 평면도이다.

도 4는 도 3의 4-4 선을 따라 절단한 단면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 볼 그리드 어레이 패키지(20)는 복수개의 칩 전극 단자(도시되지 않음)를 갖는 반도체 칩(11), 상기 반도체 칩(11)이 기계적으로 접착되는 상부면과 주 기판(도시지 않음)과의 기계적·전기적 접속을 이루기 위한 외부 접속 단자가 형성되는 하부면과 상기 반도체 칩(11)과 전기적 접속을 이루기 위한 회로 배선(도시되지 않음)과 상기 회로 배선과 상기 외부 접속 단자(14)를 연결하는 비아 홀(도시되지 않음)을 포함하는 인쇄 회로 기판(12), 상기 칩 전극 단자와 상기 회로 배선을 전기적으로 접속하는 금속 와이어(13), 상기 반도체 칩(11) 및 금속 와이어(13)를 보호하기 위한 봉지 영역(15), 주 기판과 기계적·전기적으로 접속되기 위하여 상기 인쇄 회로 기판(12)의 하부면 상에 형성되는 솔더 볼(14)과 같은 외부 접속 단자를 그 구성 요소로 포함하며, 인쇄 회로 기판(12)의 상부면에 고강도 링(16)이 형성된다.

고강도 링(16)은 금속이나 세라믹 재질로 형성되며, 봉지되는 영역(15) 내에서 반도체 칩(11)과 회로 배선 간의 와이어 본딩(13) 영역 외곽을 둘러싸는 형태로 형성된다. 링(16)의 형성은 통상적인 접착제를 사용하여 인쇄 회로 기판(12) 상부면의 솔더 레지스트와 같은 보호막에 접착된다. 솔더 레지스트는 회로 배선 중에서 와이어 본딩되는 영역을 제외하고는 인쇄 회로 기판(12) 상부면을 전부 덮고 있다.

인쇄 회로 기판(12) 상에 형성된 링(16)은 금속 또는 세라믹과 같은 고강도의 재질로 형성되어 있기 때문에, 반도체 칩(11), 봉지 수지(15), 인쇄 회로 기판(12) 간의 열팽창계수의 차이에 따른 뒤틀림을 방지할 수 있다.

또한 링(16)을 형성함에 따라 봉지 수지(15)와의 접착 면적이 증대되므로 접착력이 강화되어 계면에서 박리 현상이 발생하던 불량을 감소시킬 수 있다. 그리고 계면에서 균열이 발생하더라도 종래처럼 2차원적으로 균열이 진행되는 것이 아니라 3차원적으로 진행되어야 하기 때문에 균열 진행을 다소간 방지해 줄 수 있다.

따라서 본 발명의 구조에 따르면, 봉지 수지와 인쇄 회로 기판 간의 상이한 열팽창계수 차이에 따른 뒤틀림 현상을 방지하며, 봉지 수지와의 접착력을 강화시켜 계면 박리 현상을 감소시키며, 계면 균열이 일어나더라도 3차원적으로 편향되게 함으로써 높은 계면 강도를 유지할 수 있는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 복수개의 칩 전극 단자를 갖는 반도체 칩;

   상기 반도체 칩이 기계적으로 접착되는 상부면과, 주 기판과의 기계적·전기적 접속을 이루기 위한 외부 접속 단자가 형성되는 하부면과, 상기 반도체 칩과 전기적 접속을 이루기 위한 회로 배선과, 상기 회로 배선과 상기 외부 접속 단자를 연결하는 비아 홀을 포함하는 인쇄 회로 기판;

   상기 칩 전극 단자와 상기 회로 배선을 전기적으로 접속하는 금속 와이어;

   상기 반도체 칩 및 금속 와이어를 보호하기 위한 봉지 영역;

   주 기판과 기계적·전기적으로 접속되기 위하여 상기 인쇄 회로 기판의 하부면 상에 형성되는 외부 접속 단자;

   를 포함하는 볼 그리드 어레이 패키지에 있어서,

   상기 인쇄 회로 기판의 상부면에 고강도 링이 형성되는 것을 특징으로 하는 볼 그리드 어레이 패키지.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 고강도 링은 금속 또는 세라믹으로 형성되는 것을 특징으로 하는 볼 그리드 어레이 패키지.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 고강도 링은 봉지 영역 내부에 형성되는 것을 특징으로 하는 볼 그리드 어레이 패키지.