KR19980025621A - CSP(Chip Scale Package ; 칩 스케일 패키지)의 구조 및 제조방법 - Google Patents

CSP(Chip Scale Package ; 칩 스케일 패키지)의 구조 및 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 CSP(Chip Scale Package ; 칩 스케일 패키지)의 구조 및 제조방법에 관한 것으로, 반도체 패키지의 크기를 반도체칩의 크기로 형성하고, 반도체칩의 상면을 외부로 노출시킴으로서 열방출의 효과를 극대화하는 한편, 반도체 패키지의 크기를 축소하여 경박단소화 함은 물론, 고집적화 및 고성능화 할 수 있도록 된 것이다.

Description

CSP(Chip Scale Package ; 칩 스케일 패키지)의 구조 및 제조방법
본 발명은 CSP(Chip Scale Package ; 칩 스케일 패키지)의 구조 및 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체칩의 상면을 외부로 노출시켜 열방출의 효과를 극대화하는 한편, 반도체 패키지의 크기를 반도체칩의 크기로 형성함으로서, 반도체 패키지의 크기를 축소하여 경박단소화 함은 물론, 고집적화 및 고성능화 할 수 있도록 된 CSP(Chip Scale Package ; 칩 스케일 패키지)의 구조 및 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체패키지는 그 종류에 따라 수지밀봉 패키지, TCP(Tape Carrier Package)패키지, 글래스밀봉 패키지, 금속밀봉 패키지 등이 있다. 이와 같은 반도체 패키지는 실장방법에 따라 삽입형과 표면실장(Surface Mount Techmology, SMT)형으로 분류하게 되는데, 삽입형으로서 대표적인 것은 DIP(Dual In-line Package), PGA(Pin Grid Array) 등이 있고, 표면실장형으로 대표적인 것은 QFP(Quad Flat Package), PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier), CLCC(Ceramic Leaded Chip Carrier), BGA(Ball Grid Array) 등이 있다.
최근에는 전자제품의 소형화에 따라 인쇄회로기판의 부품 장착도를 높이기 위해서 삽입형 반도체패키지 보다는 표면실장형 반도체패키지가 널리 사용되고 있는데, 이러한 종래의 패키지에 대한 구조를 도 1과 도 2를 참조하여 QFP와, BGA패키지에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 일반적인 반도체 패키지의 QFP로서, 그 구조는 전자회로가 집적되어 있는 반도체칩(11)과, 상기 반도체칩(11)이 에폭시(16)에 의해 부착되는 탑재판(15)과, 상기 반도체칩(11)의 신호를 외부로 전달할 수 있는 다수의 리드(12)와, 상기 반도체칩(11)과 리드(12)를 연결시켜 주는 와이어(13)와, 상기 반도체칩(11)과 그 외 주변구성품들을 외부의 산화 및 부식으로부터 보호하기 위하여 그 외부를 감싼 봉지수지(14)로 이루어지는 것이다.
이러한 구성에 의한 종래의 QFP는 반도체칩(11)으로부터 출력된 신호와 와이어(13)를 통해 리드(12)로 전달되며, 상기 리드(12)는 마더보드에 연결되어 있어 리드(12)로 전달된 신호가 마더보드를 주변소자로 전달된다. 주변소자에서 발생된 신호가 반도체칩(11)으로 전달되는 경우에는 위에서 설명한 경로의 역순으로 신호가 전달되는 것이다.
그러나, 상기의 QFP는 반도체칩이 점차적으로 고성능화되어 가면서 핀의 수가 더욱더 많아지게 되는데 비하여, 핀과 핀 사이의 거리를 일정치 이하로 좁히는 것은 기술적으로 어려움이 있기 때문에 많은 핀을 모두 숭요하기 위해서는 패키지가 커지게 되는 단점이 있다. 이것은 반도체패키지의 소형화 추세에 역행하는 결과를 낳는 문제점이 있는 것이다.
이와 같이 다핀화에 따른 기술적 요구를 해결하기 위해서 등장한 것이 BGA패키지로서, 이는 입출력 수단으로서 반도체패키지의 일면전체에 융착된 솔더볼을 이용함으로써 QFP 보다 많은 수의 입출력 신호를 수용할 수 있음은 물론, 그 크기도 QFP 보다 작게 형성된 것이다.
이러한 BGA패키지의 구성은 도 2에 도시된 바와 같이 표면에 회로패턴(25a)이 형성되고, 이 회로패턴(25a)을 보호하기 위해 솔더마스크(25b)가 코팅된 회로기판(25)과, 상기 회로기판(25)의 상면 중앙에 부착된 반도체칩(21)과, 상기 반도체칩(21)과 상기 회로기판(25)의 회로패턴(25a)을 전기적으로 연결하여 신호를 전달하는 와이어(23)와, 상기 회로기판(25)의 회로패턴(25a)에 융착되어 외부로 신호를 전달하는 솔더볼(22)과, 상기 반도체칩(21)과 그 외 주변구성품들을 외부의 산화 및 부식으로부터 보호하기 위하여 그 외부를 감싼 봉지수지(24)로 구성되는 것이다.
이러한 구성의 BGA패키지는 반도체칩(21)으로부터 출력된 신호가 와이어(23)를 통해서 회로패턴(25a)으로 전달되며, 상기 회로패턴(25a)으로 전달된 신호는 여기에 융착되어 있는 솔더볼(22)을 통하여 마더보드로 전달되어 주변소자로 전달된다. 주변소자에서 발생된 신호가 반도체칩(21)으로 전달되는 경우에는 위에서 설명한 경로의 역순으로 신호가 전달되는 것이다.
그러나, 이러한 BGA패키지는 내부에 내장된 반도체칩의 크기에 비해서 패키지의 크기가 몇 배 이상 크기 때문에 전자제품들을 소형화시키기에는 한계가 있었던 것이다. 또한, 상기의 BGA패키지는 회로기판이 고가이므로 제품의 가격이 상승되는 요인이 됨은 물론, 상기 회로기판을 통해서 습기가 침투됨으로써 크랙이 발생하게 되는 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, BGA 방식이 아니면서도 기판 접속 리드를 패키지의 외부로 돌출시키지 않고 패키지의 하면으로 노출시킴으로써 실장면적을 줄임과 동시에, 반도체 패키지의 크기를 반도체칩의 크기로 형성하여 패키지를 경박단소화 한 BLP(Bottom Leaded Package)형 CSP(Chip Scale Package)가 도 3에 도시되어 있다.
이러한 종래의 BLP형 CSP의 구조는 전자회로가 집적되어 있는 반도체칩(31)과, 상기 반도체칩(31)을 지지함과 아울러 반도체칩(31)의 신호를 외부로 전기적 접속 경로를 이루는 리드(32)와, 상기 반도체칩(31)을 전기적으로 연결시키는 와이어(33)와, 상기의 반도체칩(31), 리드(32) 및 와이어(33)를 외부환경으로부터 보호하기 위한 봉지수지(34)를 포함하며, 상기의 리드(32)는 내측으로 봉지수지(34)의 저면에 노출되도록 리드(32)를 절곡 형성하여서 된 것이다.
그러나, 상기한 BLP형 CSP는 반도체칩(31)을 전기적으로 연결시키는 와이어(33)의 루프(Loop)의 높이 만큼 패키지의 두께가 두껍게 되고, 상기 와이어(33)를 리드(32)에 본딩하기 위한 본딩 에리어(Bonding Area) 만큼의 면적이 필요함으로서 패키지의 크기가 커지게 되는 등의 단점이 있어 CSP로 적합하지 못한 것이다. 또한, 상기의 BLP형 CSP는 반도체칩(31)의 전기적인 신호를 와이어(33)를 통하여 연결시킴으로서 와이어(33) 길이 만큼의 경로가 길게 되어 동작 속도를 저하시키는 것이다.
도 4는 종래의 CSP로서, 그 구조는 전자회로가 집적되어 있는 반도체칩(41)과, 상기 반도체칩(41)의 신호를 외부로의 전기적 접속 경로를 이루는 리드(42)와, 상기 반도체칩(41)을 전기적으로 연결시키는 범프(43)와, 상기의 반도체칩(41)와, 리드(42) 및 범프(43)를 외부환경으로부터 보호하기 위한 봉지수지(44)를 포함하며, 상기의 리드(42)의 내측 하부로 절곡되어 봉지수지(44)의 저면으로 노출되도록 리드(42)를 절곡 형성하여서 된 것이다.
그러나, 상기한 CSP는 리드(42)를 봉지수지(44)의 내측 하부로 절곡 형성한 형태의 패키지이므로 리드(42)의 절곡부 만큼 패키지의 두께 및 면적이 커지게 되어 CSP에 적합하지가 않은 것이다. 또한, 리드(42)를 절곡 형성하기 위한 공정상의 어려움이 있는 것이다. 뿐만 아니라, 상기한 종래의 CSP구조는 반도체칩(42)이 봉지수지(44)에 감싸져 있음으로서 반도체칩(41)의 회로 동작시 발생되는 열을 외부로 효율적으로 방출시키지 못함으로서 패키지의 성능이 저하되는 등의 문제점이 있었던 것이다.
본 발명의 목적은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 반도체칩의 상면을 봉지수지의 외부로 노출시켜 열방출의 효과를 극대화시키는 한편, 반도체칩의 신호인출패드를 직접 리드에 연결하여 전기적인 신호를 전달하도록 하고, 패키지의 성능을 크게 향상시킴은 물론, 반도체 패키지의 크기를 반도체칩의 크기로 한 CSP의 구조 및 제조방법을 제공함에 있다.
도 1은 종래의 일반적인 반도체 패키지의 구조를 나타낸 단면도
도 2는 종래의 BGA패키지의 구조를 나타낸 단면도
도 3은 종래의 BLP형 CSP의 구조를 나타낸 단면도
도 4는 종래의 CSP의 구조를 나타낸 단면도
도 5는 본 발명에 따른 CSP의 구성을 나타낸 단면도
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 CSP의 실시예를 나타낸 단면도
도 9는 이방성전도필름의 구조를 나타낸 단면도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
51 : 반도체칩52 : 리드
53 : 범프54 : 봉지수지
55 : 이방성전도필름(Anisotropic Conductive Film)
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 따른 CSP(Chip Scale Package ; 칩 스케일 패키지)의 구조를 나타낸 단면도이고, 도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 CSP의 실시예를 나타낸 단면도로서, 그 구조는 전자회로가 집적되어 있는 반도체칩(51)과, 상기 반도체칩(51)의 신호를 전기적 접속시키는 범프(53)와, 상기 범프(53)에 연결되어 반도체칩(51)의 신호를 외부로 전달하는 리드(52)와, 상기의 반도체칩(51), 범프(53) 및 리드(52)를 외부환경으로부터 보호하고, 반도체칩(51)의 상면을 외부로 노출시키면서 감싸진 봉지수지(54)를 포함하며, 상기의 리드(52)는 범프(53)에 연결되는 부위가 업셋(52a ; Up Set)되어 탄성력을 가지면서 범프(52)와 연결되어 봉지수지(54)의 저면으로 노출되는 것을 특징으로 한다.
상기의 리드(52)는 범프(53)와 연결되는 부위가 업셋(52a)되어 있으므로서 상기 업셋(52a)에 의한 탄성력으로 보다 정확하게 범프(53)와 연결되어 불량을 방지하는 것이다. 또한, 본 발명의 실시예로서 상기의 리드(52)를 봉지수지(54)의 측면으로 약간 돌출되게 형성할 수 있는 것이다.
상기 범프(53)와 리드(52)의 연결은 솔더볼(Solder Ball)을 이용하여 리플로우(Reflow) 방법에 의해 전기적으로 연결하거나, 또는 이방성전도필름(55 ; Anisotropic Conductive Film)을 사용하여 전기적으로 연결할 수 있는 것이다.
상기의 이방성전도필름(55)은 도 9에 도시된 바와 같이 대략 50㎛ 두께로 된 접착 필름(55a)의 내부에 대략 5㎛의 직경으로 된 수백개의 금속성알맹이(55b)에 폴리머(Polymer)가 코팅되어 있는 것으로, 이러한 이방성전도필름(55)은 열압착시 압착된 부분은 열로 인하여 금속성알맹이(55b)에 코팅된 폴리머가 녹게 되어 통전상태를 유지하고, 그 외 부분은 절연상태를 유지하는 것이다. 이때, 범프(53)의 사이즈는 30㎛으로 형성되는 것이 가장 이상적이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 CSP는 반도체칩(51)의 크기로 반도체패키지를 형성할 수 있는 것으로, 그 작용은 반도체칩(51)으로부터 출력된 신호가 범프(53)를 통해서 리드(52)로 직접 전달되며, 상기 리드(52)로 전달된 신호는 마더보드(56 ; Mother Board)로 전달되어 주변소자로 전달된다. 주변소자에서 발생된 신호가 반도체칩(51)으로 전달되는 경우에는 위에서 설명한 경로의 역순으로 신호가 전달되는 것이다.
이와 같은 본 발명의 CSP 제조방법은, 전자회로가 집적되어 있는 반도체칩(51)의 신호를 전기적 접속시키는 범프(53)를 형성하는 단계와, 상기 범프(53)에 연결되어 반도체칩(51)의 신호를 외부로 전달하며, 상기 범프(52)와 연결되는 부위가 업셋(52a ; Up Set)되어 있는 리드(52)를 본딩하는 단계와, 상기 리드(52)를 저면으로 노출시키고, 상기의 반도체칩(51) 상면을 외부로 노출시키며 상기의 범프(53)를 포함하여 봉지수지(54)로 몰딩하는 단계와, 상기의 봉지수지(54) 측면으로 돌출된 리드(52)를 절단하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기의 리드(52)를 연결하는 단계는 상기의 범프(53)를 솔더볼(Solder Ball)로 형성하고, 상기의 솔더볼을 퍼니스(Furnace)에서 리플로우(Reflow) 시키는 단계를 포함하는 것이다.
또한, 상기의 리드(52)를 연결하는 단계는 상기의 범프(53)와 리드(52)를 이방성전도필름(55)을 이용하여 열압착에 의해 전기적 연결시키는 단계를 포함하는 것이다.
상기의 리드(52)를 전달하는 단계는 봉지수지(54)의 측면으로 돌출된 리드(52)를 봉지수지의 측면으로 돌출됨이 없이 완전히 절단하거나, 또는 상기의 리드(52)를 봉지수지(54)의 측면으로 약간 돌출되도록 절단하는 것이다.
상기의 제조방법에 의해 형성된 본 발명의 CSP는 반도체칩의 크기로 패키지의 크기를 축소하여 경박단소화 함은 물론, 반도체칩의 상면을 봉지수지의 외부로 노출시킴으로서 열방출의 효과를 극대화하여 패키지의 고집적화 및 고성능화 할 수 있는 것이다.
이상의 설명에서와 같은 본 발명의 CSP에 의하면, 반도체칩의 상면을 봉지수지의 외부로 노출시킴으로서 반도체칩의 회로 동작시 발생되는 열을 효율적으로 방출시키는 한편, 반도체 패키지의 크기를 반도체칩의 크기로 형성함으로서, 반도체 패키지의 크기를 축소하여 경박단소화 함은 물론, 고집적화 및 고성능화 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 전자회로가 집적되어 있는 반도체칩과, 상기 반도체칩의 신호를 전기적 접속시키는 범프와, 상기 범프에 연결되어 반도체칩의 신호를 외부로 전달하는 리드와, 상기의 반도체칩, 범프 및 리드를 외부환경으로부터 보호하고, 반도체칩의 상면을 외부로 노출시키면서 감싸진 봉지수지를 포함하며, 상기의 리드는 범프에 연결되는 부위가 업셋(Up Set)되어 탄성력을 가지면서 범프와 연결되어 봉지수지의 저면으로 노출되는 것을 특징으로 하는 CSP(Chip Scale Package ; 칩 스케일 패키지)의 구조.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 범프와 리드의 연결은 솔더볼(solder Ball)을 이용한 리플로우(Reflow) 방법에 의해 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 CSP(Chip Scale Package ; 칩 스케일 패키지)의 구조.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 범프와 리드의 연결은 이방성전도필름(Anisotropic Conductive Film)을 사용하여 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 CSP(Chip Scale package ; 칩 스케일 패키지)의 구조.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기의 리드는 봉지수지의 측면으로 양간 돌출되게 형성하는 것을 특징으로 하는 CSP(Chip Scale Package ; 칩 스케일 패키지)의 구조.
  5. 전자회로가 집적되어 있는 반도체칩의 신호를 전기적 접속시키는 범프를 형성하는 단계와, 상기의 범프에 연결되어 반도체칩의 신호를 외부로 전달하며, 상기 범프와 연결되는 부위가 업셋(Up Set)되어 있는 리드를 본딩하는 단계와, 상기의 리드를 저면으로 노출시키고, 상기의 반도체칩의 상면을 외부로 노출시키며 상기 범프를 포함하여 봉지수지로 몰딩하는 단계와, 상기의 봉지수지 측면으로 돌출된 리드를 절단하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 CSP(Chip Scale Package ; 칩 스케일 패키지)의 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기의 리드를 연결하는 단계는 상기의 범프를 솔더볼(Solder Ball)로 형성하고 상기의 솔더볼을 퍼니스(Furnace)에 리플로우(Reflow) 시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 CSP(Chip Scale Package ; 칩 스케일 패키지)의 제조방법.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기의 리드를 연결하는 단계는 상기의 범프와 리드를 이방성 전도필름을 이용하여 열압착에 의해 전기적 연결시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 CSP(Chip Scale Package ; 칩 스케일 패키지)의 제조방법.
  8. 청구항 5에 있어서, 상기의 리드를 절단하는 단계는 봉지수지의 측면으로 돌출된 리드를 봉지수지의 측면으로 돌출됨이 없이 완전히 절단하는 것을 특징으로 하는 CSP(Chip Scale Package ; 칩 스케일 패키지)의 제조방법.
  9. 청구항 5에 있어서, 상기의 리드를 절단하는 단계는 봉지수지의 측면으로 돌출된 리드를 봉지수지의 측면으로 약간 돌출되도록 절단하는 것을 특징으로 하는 CSP(Chip Scale Package ; 칩 스케일 패키지)의 제조방법.
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