KR19980042765A - 볼 그리드 어레이 컨택트 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 볼 그리드 어레이 반도체 장치용 솔더 컨택트 볼들을 형성하는 방법에 관한 것이다. 솔더 시트(13)는 솔더 예비 성형체(14)들의 어레이(9)를 형성하도록 스탬핑 또는 에칭된다. 예비 성형체(14)들의 어레이(9)는 솔더 볼(32)들이 컨택트 영역(14a)들에 전기적으로 접속되는 기판상에 배치된다. 컨택트 영역당 하나씩 제공되는 예비 성형체(14)가 기판(30)상에 정렬된다. 기판(30) 및 예비 성형체들(14)은 솔더의 리플로우될 정도로 가열되어 각 예비 성형체의 리플로우된 솔더의 표면 장력에 의해 컨택트 영역(14a)상에 걸쳐 솔더 볼(32)이 형성된다.

Description

볼 그리드 어레이 컨택트 형성 방법

본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 더 상세히는 반도체 장치상에 볼 그리드 어레이 컨택트(Ball Grid Array Contact)를 형성하기 위한 방법에 관한 것이다.

과거 수년동안 집적 회로에 요구된 고성능을 충족시키기 위해 집적 회로의 집약도가 증가되어 왔다. 종래와 동일한 고성능 요건을 충족시키기 위하여 패키지 크기가 점점 더 작아짐에 따라 패키지당 핀 밀도도 점점 높아지게 된다. 핀 밀도가 높아질수록 점점 더 미세한 피치의 I/O 접속 리드들을 요구한다. 볼 그리드 어레이 패키지(BGA)들은 고 집약도의 핀 요건을 충족시키고 BGA가 통상의 쿼드 플랫 패키지(QFP)를 능가하는 장점 때문에 현재 QFP를 대신하여 사용된다.

많은 종류의 이용 가능한 볼 접착 기술이 있으나, 이들은 모두 볼 접착 공정에서 복합적인 것으로 기판상에 균일한 볼들을 갖기 어렵다.

볼 접착 공정의 한 예로서 솔더 페이스트(solder paste)를 기판에 직접 분배하기 위한 디스펜싱 머쉰(dispensing machine)을 사용하는 것이 있다. 피착된 솔더 페이스트는 양적으로 다변할 수 있기 때문에, 각 솔더 볼의 금속 함유량이 다를수 있다. 솔더 볼의 높이를 제어하기란 어렵다. 분배 방법의 생산성은 낮으나 더 문제가 되는 것은 짧은 볼 높이이다.

다른 공정은 예비 성형된 볼들의 접착이다. 이에는 두가지 방법이 있는데 하나는 플라스틱 패키지용이고, 또 다른 하나는 세라믹 패키지용이다. 공융의 솔더 볼은 플라스틱 BGA 패키지용으로 사용되고 고온 솔더 볼은 세라믹 BGA 패키지용으로 사용된다.

다른 공정에서, 솔더 와이어 본드는 BGA 볼들을 형성하기 위해 사용된다. 와이어 접착제는 기판의 리드 패드들상에 솔더 와이어를 본딩시킨다. 그런 다음 솔더 와이어는 리플로우되어 솔더가 볼내로 녹아들어 간다. 이 공정은 저 생산성과 낮은 솔더 볼 높이 문제들을 가진다.

펀치 메탈 펠릿 볼 접착(Punch Pellet Ball Attachment) 공정은 BGA 패키지 시각 점검 시스템상에 볼들을 형성하기 위하여 사용되는 일반적인 방법으로 100% 볼 배치를 보장하기 위해서는 시각 검사 시스템을 사용해야만 한다. 이 공정은 특허에 의해 보호되기 때문에, 공정은 라이센스가 있을때만 이용 가능하다.

상기 각 공정은 균일한 볼 높이 또는 크기를 보장하지도 않고, 반도체 패키지상에 원하는 각 위치에 볼을 배치할 수도 없다.

본 발명은 볼 그리드 어레이 반도체 장치용 솔더 컨택트 볼 형성 방법에 관한 것이다. 솔더 시트는 솔더 예비 성형체들의 어레이를 형성하도록 에칭 또는 스탬핑 된다. 예비 성형체들의 어레이는 전기적으로 컨택트 영역들에 접속되는 솔더 볼들의 기판상에 배치된다. 하나의 컨택트 영역에 하나씩 제공되는 예비 성형체들의 어레이는 기판상에 정렬된다. 솔더로 하여금 리플로우를 야기시킬 정도로 기판 및 예비 성형체들을 가열하여 각 예비 성형체의 리플로우된 솔더의 표면 장력이 컨택트 영역 전면에 솔더 볼을 형성하게 한다.

본 발명 및 그에 따른 목적에 따라 나타나는 기술적 진보는 첨부된 도면을 참조로 한 본 발명의 바람직한 실시예의 설명으로 부터 분명해질 것이고, 그 특성은 첨부된 청구항에서 제창된다.

도 1은 볼 그리드 어레이 컨택트를 갖는 반도체 장치를 도시.

도 2는 예비 성형체를 만들기 위해 사용된 솔더 시트를 도시.

도 3은 솔더 시트로 부터 만들어진 예비 성형체를 도시.

도 4는 솔더 예비 성형체들의 등각도.

도 5는 솔더 예비 성형체들의 제2 실시예.

도 6은 기판상에 정렬된 예비 성형체들을 도시.

도 7은 예비 성형체들로 부터 형성된 솔더 볼들을 도시.

도 8은 솔더 볼 형성 공정의 흐름도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

13 : 솔더 시트

14 : 예비 성형체

14a : 컨택트 영역

32, 43 : 솔더 볼

도 1은 기판(11) 및 솔더 볼 컨택트(12) 어레이를 포함하는 반도체 장치(10)를 도시한다. 각 솔더 볼은 솔더 볼 아래 컨택트 포인트(도 6 참조)에 접착된다. 컨택트 포인트는 반도체 칩상의 소자와 접촉하기 위하여 기판(11)내로 확장되는 비어(via) 또는 반도체 장치상의 다른 회로 또는 컨택트 패드와 상호 접속하는 기판상의 도전체일 수 있다.

도 2는 복수의 예비 성형체들을 만드는데 사용된 솔더 시트(13)를 도시한다. 솔더 시트는 기판(11)을 덮기에 충분한 크기의 균일한 두께이다.

도 3은 시트(13)로 부터 형성된 복수의 접속된 예비 성형체(14)들의 어레이(9)를 도시한다. 각 예비 성형체(14)는 4개의 면으로 부터 연장되고 예비 성형체(14)들을 상호 접속하는 접속 탭(15, 16, 17 및 18)을 갖는다. 치수 d는 각 예비 성형체의 중심 C가 솔더 볼 컨택트가 형성되는 위치상에 있는 거리이다.

도 4는 도 3의 예비 성형체 어레이(9)를 설명하는 등각도이다. 예비 성형체들은 다른 예비 성형체들과 동일한 솔더량을 갖는 균일한 두께임을 주지해야 한다.

도 5는 도 4의 예비 성형체 어레이(9)의 다른 실시예를 도시한다. 절단부 또는 홈(20)은 접속 탭(15, 16, 17 및 18)상의 각 예비 성형체의 중간에 만들어 진다. 홈(20)은 예비 성형체로 솔더 볼을 형성하는 동안에 있어서의 분리 공정을 개선한다.

도 6은 기판(30)상에 위치된 예비 성형체(14)들의 어레이(9)를 도시한다. 각 예비 성형체(14)은 솔더 볼 컨택트가 전기적으로 접착되어진 컨택트 영역(14a)(점선으로 도시됨) 상에 위치된다. 각 컨택트 영역(14a)은 컨택트 영역과 솔더 볼 사이에 솔더가 붙을 수 있도록 하기 위해 그 상부에 피착되는 솔더 플럭스를 가질 수 있다. 각 컨택트(14a)를 둘러싼 비컨택트 영역은 비도전성이고 솔더가 붙지 않는다.

공정중에, 각 예비 성형체(14)가 컨택트 영역(14a)상에 위치되도록 어레이(9)를 기판상에 위치시킨 다음, 어레이(9)와 기판을 솔더 예비 성형체가 녹기에 충분한 온도로 한다. 각 접속 탭(15, 16, 17 및 18)의 일부가 녹아 예비 성형체(14)로 형성된 근접한 솔더 바디내로 유입될 정도로 리플로우된다. 녹은 솔더의 표면 장력에 의해 각 예비 성형체(14)의 솔더 덩어리가 볼을 형성하게 된다.

도 7은 기판(30)상의 컨택트 영역에 형성되고 접착되는 솔더 볼(32)들을 도시한다. 각 솔더 볼 크기는 예비 성형체(14)의 평탄화 패턴에 의해 제어된다. 각 예비 성형체(14)가 다른 예비 성형체(14)들과 동일하기 때문에, 각 예비 성형된 볼의 크기는 동일할 것이고, 솔더 볼이 컨택트 영역상에 형성되기 때문에 각 볼은 바람직한 위치에 접속된다. 컨택트 영역들을 제외하고는 기판의 표면은 비도전성이고 솔더가 붙지 않는다. 이는 솔더 볼들의 형성을 돕고 각 솔더 볼이 전기적으로 컨택트 지점상에 접착되는 것을 보장한다.

도 8은 솔더 리플로우에 의해 솔더 볼 컨택트들을 형성하는 공정의 흐름도이다. 예비 성형체들의 어레이는 솔더의 시트에 형성된다(40). 예비 성형체들의 어레이는 솔더 볼 컨택트들이 형성되어진 기판상에 배치된다(41). 예비 성형체들의 어레이는 반도체 기판상에 정렬된다(42). 그 다음, 기판 및 정렬된 예비 성형체들을 솔더가 리플로우될 정도로 가열하여 솔더 볼을 형성하게 된다(43).

상술한 바와 같이 본 발명의 볼 그리드 어레이 컨택트 형성 방법은 솔더 시트를 에칭 또는 스탬핑하여 솔더 예비 성형체들의 어레이를 형성하고 예비 성형체들의 어레이를 전기적으로 컨택트 영역들에 접속되는 솔더 볼들의 기판상에 배치한다. 예비 성형체들의 어레이를 기판상에 정렬한 다음, 기판 및 예비 성형체들을 솔더를 리플로우될 정도도로 가열하여 각 예비 성형체의 리플로우된 솔더의 표면 장력에 의해 컨택트 영역상에 솔더 볼이 형성된다. 따라서 종래의 볼 접착 기술에서의 저생산성과 낮은 볼 높이의 문제를 해결하여 반도체 기판상에 균일한 컨택트 볼들을 형성한다.

Claims (12)

1. 볼 그리드 어레이 반도체 장치용 솔더 컨택트 볼 형성 방법에 있어서,

   솔더 예비 성형체들의 어레이를 형성하기 위해 솔더 시트를 형성하는 단계,

   솔더 볼들이 컨택트 영역에 전기적으로 접속되는 기판상에 상기 예비 성형체 어레이를 배치시키는 단계,

   상기 예비 성형체를 컨택트 영역상에 하나씩 제공하도록 정렬하는 단계, 및

   상기 솔더가 리플로우될 정도로 상기 기판 및 예비 성형체들을 가열하여 각 예비 성형체의 상기 리플로우된 솔더의 상기 표면 장력에 의해 컨택트 영역상에 솔더 볼을 형성하는 단계를 포함하는 솔더 컨택트 볼 형성 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 각 솔더 볼의 양은 상기 솔더 성형체의 기하학적 구조를 제어함으로써 제어되는 솔더 컨택트 볼 형성 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 어레이 중의 각 솔더 예비 성형체는 상기 어레이중의 다른 예비 성형체들과 크기가 동일한 솔더 컨택트 볼 형성 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 각 예비 성형체는 탭에 의해 어레이중의 다른 예비 성형체에 결합되며 상기 각 탭은 그 탭을 통하여 일부 확장되는 홈을 갖는 솔더 컨택트 볼 형성 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 각 예비 성형체는 탭에 의해 다른 예비 성형체들에 접속되고, 상기 각 솔더 볼은 상기 예비 성형체의 솔더와 상기 예비 성형체에 근접한 탭의 일부분으로 구성되는 솔더 컨택트 볼 형성 방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 컨택트 영역상에 상기 예비 성형체들을 정렬하기 앞서 상기 컨택트 영역에 솔더 플럭스를 도포하는 단계를 포함하는 솔더 컨택트 볼 형성 방법.
7. 볼 그리드 어레이 반도체 장치용 솔더 컨택트 볼 형성 방법에 있어서,

   솔더 예비 성형체 에레이를 형성하기 위해 솔더 시트를 형성하되, 상기 어레이 중 각 예비 성형체는 상기 어레이중의 적어도 다른 두개의 예비 성형체들에 탭에 의해 상호 접속되어지는 솔더 시트를 형성하는 단계,

   솔더 볼들이 컨택트 영역들에 전기적으로 접속되는 기판상에 상기 예비 성형채들의 어레이를 배치하는 단계,

   상기 예비 성형체들을 컨택트 영역당 하나씩 제공되도록 정렬하는 단계, 및

   상기 솔더가 리플로우될 정도로 상기 기판 및 예비 성형체들을 가열하여 각 예비 성형체의 리플로우된 솔더의 상기 표면 장력에 의해 컨택트 영역상에 솔더 볼을 형성하는 단계를 포함하는 솔더 컨택트 볼 형성 방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 각 솔더 볼의 양은 상기 솔더 성형체의 상기 기하학적 구조를 제어함으로써 제어되는 솔더 컨택트 볼 형성 방법.
9. 제7항에 있어서,

   상기 에레이내의 각 솔더 예비 성형체는 상기 어레이내의 다른 예비 성형체들과 크기가 동일한 솔더 컨택트 볼 형성 방법.
10. 제7항에 있어서,

    상기 각 탭은 상기 탭을 통하여 부분적으로 연장되는 홈을 갖는 솔더 컨택트 볼 형성 방법.
11. 제7항에 있어서,

    상기 각 예비 성형체는 탭에 의해 다른 예비 성형체들에 접속되고, 상기 각 솔더 볼은 상기 예비 성형체의 솔더와 상기 예비 성형체에 근접한 탭의 일부분으로 구성되는 솔더 컨택트 볼 형성 방법.
12. 제7항에 있어서,

    상기 컨택트 영역상에 상기 예비 성형체들을 정렬하기 앞서 상기 컨택트 영역에 솔더 플럭스를 도포하는 단계를 포함하는 솔더 컨택트 볼 형성 방법.