KR19990033213A - Ball Grid Array Semiconductor Package Using Silicon Substrate - Google Patents

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KR19990033213A KR1019970054508A KR19970054508A KR19990033213A KR 19990033213 A KR19990033213 A KR 19990033213A KR 1019970054508 A KR1019970054508 A KR 1019970054508A KR 19970054508 A KR19970054508 A KR 19970054508A KR 19990033213 A KR19990033213 A KR 19990033213A
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강원준
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김규현
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Abstract

본 발명은 실리콘섭스트레이트를 이용한 볼그리드어레이반도체패키지에 관한 것으로, 소정의 회로패턴이 형성된 실리콘을 섭스트레이트로 사용함으로써 반도체칩으로부터의 열 방출율을 극대화하고, 습기침투를 최대한 억제하여 패키지의 전기적 성능 및 신뢰성을 향상시키며 또한 멀티칩모듈 기능을 갖는 패키지를 구현하기 위해 표면에 다수의 입/출력패드가 형성된 반도체칩과; 상기 반도체칩의 상면에 실리콘을 기초로하여 그 저면의 표면에는 다수의 회로패턴이 형성되어 있고 상기 회로패턴에 연결되어서는 솔더볼랜드가 형성되어 있으며, 상기 회로패턴을 외부의 환경으로부터 보호하기 위해 보호막이 코팅되어 있는 실리콘섭스트레이트와; 상기 실리콘섭스트레이트의 회로패턴과 반도체칩의 입/출력패드가 전기적으로 도통하도록 서로 연결시키는 연결수단과; 상기 반도체칩, 연결수단 등을 외부의 환경으로부터 보호하기 위해 봉지하는 봉지수단과; 상기 섭스트레이트 저면의 솔더볼랜드에 메인보드에의 입/출력단자로 사용하기 위해 융착된 다수의 솔더볼을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 실리콘섭스트레이트를 이용한 볼그리드어레이반도체패키지.The present invention relates to a ball grid array semiconductor package using a silicon substrate, by using a silicon formed with a predetermined circuit pattern as a substrate to maximize the heat release rate from the semiconductor chip, the maximum moisture infiltration to suppress the electrical performance of the package And a semiconductor chip having a plurality of input / output pads formed on a surface thereof to improve reliability and to implement a package having a multichip module function. On the upper surface of the semiconductor chip, a plurality of circuit patterns are formed on the surface of the bottom surface of the semiconductor chip, and solder ball lands are formed to be connected to the circuit patterns, and a protective film is provided to protect the circuit patterns from an external environment. The coated silicon suprate; Connecting means for connecting the circuit pattern of the silicon substrate and the input / output pad of the semiconductor chip to each other so as to be electrically connected to each other; Encapsulation means for encapsulating the semiconductor chip, the connecting means and the like from an external environment; Ball grid array semiconductor package using a silicon substrate, characterized in that it comprises a plurality of solder balls fused for use as an input / output terminal to the motherboard on the bottom of the substrate substrate.

Description

실리콘섭스트레이트를 이용한 볼그리드어레이반도체패키지Ball Grid Array Semiconductor Package Using Silicon Substrate

본 발명은 실리콘섭스트레이트를 이용한 볼그리드어레이반도체패키지에 관한 것으로, 보다 상세하게 설명하면 소정의 회로패턴이 형성된 실리콘을 섭스트레이트로 사용함으로써 반도체칩으로부터의 열 방출율을 극대화하고, 습기침투를 최대한 억제하여 패키지의 전기적 성능 및 신뢰성을 향상시키며 또한 멀티칩모듈 기능을 갖는 실리콘섭스트레이트를 이용한 볼그리드어레이반도체패키지에 관한 것이다.The present invention relates to a ball grid array semiconductor package using a silicon substrate, to be described in more detail, by using a silicon having a predetermined circuit pattern as a substrate to maximize the heat release rate from the semiconductor chip, the maximum moisture infiltration The present invention relates to a ball grid array semiconductor package using silicon substrate with a multichip module function to improve electrical performance and reliability of the package.

볼그리드어레이반도체패키지(Ball Grid Array Semiconductor Package, 이하 BGA패키지라 약칭함)란 고집적도의 반도체칩 및 다핀화 요구 등을 수용하기 위해 개발된 것으로, 메인보드에의 실장을 위해 저면에 일정한 형태로 배열된 다수의 솔더볼을 갖는 표면실장형(SMT)패키지의 한 종류이다. 1980년대 말에 플라스틱BGA패키지라고 명명된 것이 처음 개발되어 현재까지 주류를 이루고 있으며 이는 어셈블링(Assembling) 공정에서 높은 수율에 대한 필요성과 다핀화에 대한 요구에 부응할 수 있도록 세라믹BGA패키지, 테이프BGA패키지, 메탈BGA패키지 등의 여러가지 변형된 것이 개발되고 있다. 이러한 여러 종류의 BGA패키지 중에서 상기 플라스틱BGA패키지를 중심으로 종래의 일반적인 BGA패키지(PKG')의 구조를 설명하면 다음과 같다.The Ball Grid Array Semiconductor Package (abbreviated as BGA Package) was developed to accommodate the needs of high-density semiconductor chips and multi-pinning, and has a uniform shape on the bottom for mounting to the main board. One type of surface mount (SMT) package with multiple solder balls arranged. Named a plastic BGA package in the late 1980s, it was first developed and is mainstream to date, and is now available in ceramic BGA packages, tape BGAs to meet the need for high yields and multipinning in assembling processes. Various variants of packages, metal BGA packages, etc. are being developed. Among the various BGA packages, the structure of a conventional BGA package (PKG ') according to the plastic BGA package will be described below.

먼저 도1에 도시된 바와 같이 중앙에는 각종 전자 회로 및 배선이 적층되어 소정의 전기적 기능을 수행하는 반도체칩(4')이 위치되어 있으며, 상기 반도체칩(4')의 상부 표면에는 알루미늄(Al)으로 다수의 입/출력패드(2')가 형성되어 있다.First, as shown in FIG. 1, a semiconductor chip 4 ′, in which various electronic circuits and wirings are stacked and performing a predetermined electrical function, is positioned at the center thereof, and aluminum (Al) is disposed on an upper surface of the semiconductor chip 4 ′. ), A plurality of input / output pads 2 'are formed.

상기 반도체칩(4')의 저면에는 그 반도체칩(4')의 전기적 신호를 메인보드(Main Board)에 전달하고 또한 반도체칩(4')을 고정 및 지지하기 위한 섭스트레이트(18')가 위치되어 있으며 이 섭스트레이트(18')는 다수의 중합수지층(14')과, 상기 각각의 중합수지층(14')에 형성된 구리회로패턴(10')과, 상기 구리회로패턴(10')들을 서로 연결시키는 전도성비아홀(16')과, 상기 중합수지층(14')의 최상단 또는 최하단에 코팅되어 외부로 노출된 구리회로패턴(10')을 보호하는 솔더마스크(12') 등으로 이루어져 있다. 여기서 상기 섭스트레이트(18')는 인쇄회로기판(PCB)으로 지칭하기도 한다.The bottom surface of the semiconductor chip 4 'is provided with a substrate 18' for transmitting electrical signals of the semiconductor chip 4 'to the main board and for fixing and supporting the semiconductor chip 4'. And the substrate 18 'includes a plurality of polymer resin layers 14', a copper circuit pattern 10 'formed on each of the polymer resin layers 14', and the copper circuit pattern 10 '. ) A conductive via hole 16 ′ connecting each other to each other and a solder mask 12 ′ coated on the top or bottom of the polymer resin layer 14 ′ to protect the copper circuit pattern 10 ′ exposed to the outside. consist of. The substrate 18 'may also be referred to as a printed circuit board (PCB).

한편, 상기 섭스트레이트(18')의 상부 표면에는 접착제(6')가 도포되어 상기 반도체칩(4')을 접착 및 고정시키고 있으며 상기 반도체칩(4')의 입/출력패드(2')는 섭스트레이트(18') 표면에 노출된 소정의 구리회로패턴(10')에 전도성와이어(8')로 본딩되어 있다.On the other hand, an adhesive 6 'is applied to the upper surface of the substrate 18' to bond and fix the semiconductor chip 4 'and to the input / output pad 2' of the semiconductor chip 4 '. Is bonded with a conductive wire 8 'to a predetermined copper circuit pattern 10' exposed on the substrate 18 'surface.

그리고 상기 반도체칩(4'), 전도성와이어(8') 등을 외부의 기계적, 화학적, 전기적 환경으로부터 보호하기 위해 봉지수단(22') 즉, 에폭시몰드컴파운드(Epoxy Mold Compound) 또는 액상봉지재(Glob Top) 등으로 봉지되어 있다. 또한 상기 섭스트레이트(18')의 저면에는 구리회로패턴(10')과 연결된 솔더볼랜드(22')가 형성되어 있으며 상기 솔더볼랜드(22')에는 메인보드로의 신호/입출력단자 구실을 하는 솔더볼(20')이 융착되어 있다.In order to protect the semiconductor chip 4 'and the conductive wire 8' from an external mechanical, chemical and electrical environment, an encapsulation means 22 ', that is, an epoxy mold compound or a liquid encapsulant ( Glob Top) and the like. In addition, a solder ball land 22 'connected to a copper circuit pattern 10' is formed on a bottom surface of the substrate 18 ', and the solder ball land 22' serves as a signal / input / output terminal to the main board. 20 'is fused.

이러한 종래의 BGA패키지(PKG')는 반도체칩(4')의 입/출력패드(2'), 전도성와이어(8'), 다수의 중합수지층(14') 사이에 형성된 구리회로패턴(10') 및 전도성비아홀(16'), 솔더볼(20')랜드, 솔더볼(20')을 통하여 반도체칩(4')과 메인보드가 서로 신호를 주고 받고 또한 전력공급 및 접지 역할을 할 수 있도록 되어 있다.This conventional BGA package (PKG ') is a copper circuit pattern 10 formed between the input / output pad 2', the conductive wire (8 '), a plurality of polymer resin layer 14' of the semiconductor chip (4 '). '), The conductive via hole 16', the solder ball 20 'land, and the solder ball 20' allow the semiconductor chip 4 'and the main board to communicate with each other and also serve as a power supply and ground. have.

이상에서와 같은 종래의 BGA패키지(PKG')는 섭스트레이트(18')로서 다층으로 구성된 중합수지층(14') 및 상기 반도체칩(4')을 감싸는 두터운 봉지수단(22')로 인해 반도체칩(4')으로부터 발생되는 열을 외부로 효과적으로 방출하기 어려운 구조로 되어 있다. 더구나 최근에는 반도체칩(4')의 고기능화화 더불어 수백MHz의 클럭주파수(Clock Frequency)를 사용함으로서 이때 발생하는 열을 효과적으로 방출하는 것이 요원화되고 있다.The conventional BGA package (PKG ') as described above is a semiconductor due to the thickening means 22' surrounding the semiconductor chip 4 'and the polymer resin layer 14' composed of multiple layers as the substrate 18 '. The heat generated from the chip 4 'is hard to be released to the outside effectively. Moreover, in recent years, the semiconductor chip 4 'has been highly functionalized and a clock frequency of several hundred MHz has been used to effectively dissipate heat generated at this time.

또한 상기 섭스트레이트(18')는 그 중합수지층(14')의 특징상 수분을 흡수하기 쉬운 구조(원자 또는 분자 구조가 조밀하지 않음으로 수분이 쉽게 침투됨)로 되어 있어 메인보드에 실장되어 작동될 때 흡수된 수분이 증기화되면서 팝콘(Pop Corn)현상을 유발하기 쉬운 문제점이 있다. 더구나 상기 섭스트레이트(18')는 열팽창계수가 반도체칩(4') 또는 구리회로패턴(10') 등과 차이가 큼으로서 BGA패키지가 휘는 현상이 자주 발생되며 이로 인해 메인보드에서 섭스트레이트(18') 저면의 솔더볼(20')이 단락되는 문제를 유발한다.In addition, the substrate 18 'has a structure that easily absorbs moisture due to the characteristics of the polymer resin layer 14' (moisture easily penetrates due to its incomplete atomic or molecular structure) and is mounted on a main board. When the water is absorbed when the operation is vaporized there is a problem that tends to cause pop corn phenomenon. In addition, since the coefficient of thermal expansion differs from that of the semiconductor chip 4 'or the copper circuit pattern 10', the BGA package is frequently bent due to a large coefficient of thermal expansion. ) Solder ball 20 'on the bottom causes a short circuit.

한편 이러한 섭스트레이트(18')는 다층으로 된 중합수지층(14')과 그 사이에 다수의 구리회로패턴(10') 및 비아홀(16')을 형성시킨 구조로 되어 있음으로서 고도의 기술이 요구되며 결국 BGA패키지의 생산 단가를 상승시키는 등의 여러가지 문제점을 내포하고 있다.On the other hand, such a substrate 18 'has a structure in which a plurality of multilayered polymer resin layers 14' and a plurality of copper circuit patterns 10 'and via holes 16' are formed therebetween. In the end, there are various problems such as raising the production cost of BGA packages.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 반도체칩으로부터의 열 방출율을 극대화하여 반도체칩의 전기적 기능을 대폭 향상시키고, 습기침투를 최대한 억제하여 팝콘현상을 제거함으로서 신뢰성을 향상시키며, 반도체칩과 열팽창계수가 비슷한 재질의 섭스트레이트를 사용함으로서 휨현상을 제거하여 역시 신뢰성을 향상시킬 수 있는 실리콘섭스트레이트를 이용한 BGA패키지를 제공하는데 있다.Therefore, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and maximizes the heat release rate from the semiconductor chip to significantly improve the electrical function of the semiconductor chip, and to suppress the moisture penetration as much as possible to remove the popcorn phenomenon to improve the reliability In addition, by using a substrate that has a similar coefficient of thermal expansion as a semiconductor chip, the present invention provides a BGA package using a silicon substrate that can improve the reliability by eliminating warpage.

본 발명의 다른 목적은 상기 섭스트레이트에 플립칩 기술을 이용하여 반도체칩을 본딩하고 또한 와이어본딩기술을 이용하여 다른 반도체칩을 본딩시킴으로서 멀티칩모듈(Multi Chip Module)의 기능을 갖는 실리콘섭스트레이트를 이용한 BGA패키지를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to bond a semiconductor chip to the substrate by using a flip chip technology and to bond another semiconductor chip using a wire bonding technology to provide a silicon substrate having a function of a multi chip module. To provide a BGA package used.

도1은 종래의 일반적인 플라스틱볼그리드어레이반도체패키지를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a conventional general plastic ball grid array semiconductor package.

도2는 본 발명의 제1실시예로서 실리콘섭스트레이트를 이용한 볼그리드어레이반도체패키지를 도시한 단면도이다.Fig. 2 is a cross-sectional view showing a ball grid array semiconductor package using silicon substrate as a first embodiment of the present invention.

도3은 본 발명의 제2실시예로서 실리콘섭스트레이트를 이용한 볼그리드어레이반도체패키지를 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing a ball grid array semiconductor package using silicon substrate as a second embodiment of the present invention.

도4는 본 발명의 제3실시예로서 실리콘섭스트레이트를 이용한 볼그리드어레이반도체패키지를 도시한 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing a ball grid array semiconductor package using silicon substrate as a third embodiment of the present invention.

- 도면중 주요 부분에 대한 부호의 설명 --Explanation of symbols for the main parts of the drawings-

PKG' ; 종래의 일반적인 볼그리드어레이패키지PKG '; Conventional Common Ball Grid Array Package

PKG ; 실리콘섭스트레이트를 이용한 볼그리드어레이반도체패키지PKG; Ball Grid Array Semiconductor Package Using Silicon Substrate

2 ; 입/출력패드 4 ; 반도체칩2 ; Input / output pad 4; Semiconductor chip

6 ; 실리콘 8 ; 회로패턴6; Silicon 8; Circuit pattern

10 ; 솔더볼랜드 11 ; 보호막10; Solder borland 11; Shield

12 ; 실리콘섭스트레이트 14 ; 연결수단12; Silicon suprate 14; Connection

15 ; 봉지수단 16 ; 솔더볼15; Sealing means 16; Solder ball

18 ; 범프랜드18; Bumpland

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 실리콘섭스트레이트를 이용한 BGA패키지는 표면에 다수의 입/출력패드가 형성된 반도체칩과, 상기 반도체칩의 상면에 실리콘을 기초로하여 그 저면의 표면에는 다수의 회로패턴이 형성되어 있고 상기 회로패턴에 연결되어서는 솔더볼랜드가 형성되어 있으며, 상기 회로패턴을 외부의 환경으로부터 보호하기 위해 보호막이 코팅되어 있는 실리콘섭스트레이트와, 상기 실리콘섭스트레이트의 회로패턴과 반도체칩의 입/출력패드가 전기적으로 도통하도록 서로 연결시키는 연결수단과, 상기 반도체칩, 연결수단 등을 외부의 환경으로부터 보호하기 위해 봉지하는 봉지수단과, 상기 섭스트레이트 저면의 솔더볼랜드에 메인보드에의 입/출력단자로 사용하기 위해 융착된 다수의 솔더볼을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a BGA package using a silicon substrate according to the present invention includes a semiconductor chip having a plurality of input / output pads formed on a surface thereof, and a plurality of surfaces of the bottom surface of the semiconductor chip based on silicon. A circuit pattern of the silicon substrate is formed and the solder bores are connected to the circuit pattern, the protective layer is coated to protect the circuit pattern from the external environment, and the circuit pattern of the silicon substrate Connecting means for connecting the input / output pads of the semiconductor chip to each other electrically, sealing means for sealing the semiconductor chip, the connecting means, and the like from the outside environment, and a solder borland on the bottom of the substrate. Comprising multiple solder balls fused for use as input / output terminals It is characterized by.

이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명에 의한 실리콘섭스트레이트를 이용한 BGA패키지(PKG)의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the BGA package (PKG) using the silicon substrate according to the present invention so that those skilled in the art can easily carry out the present invention in detail. If you explain it as follows.

먼저 도2내지 도4에 도시된 바와 표면에 다수의 전원공급용, 접지용 및 신호용 입/출력패드(2)가 형성된 반도체칩(4)이 구비되어 있고, 상기 반도체칩(4)의 상면에는 실리콘섭스트레이트(12)가 위치되어 있다.First, as shown in FIGS. 2 to 4, a semiconductor chip 4 having a plurality of power supply, grounding, and signal input / output pads 2 is formed on a surface thereof, and an upper surface of the semiconductor chip 4 is provided. Silicon substrates 12 are located.

상기 실리콘섭스트레이트(12)는 반도체칩(4)의 기초재료가 되는 실리콘(6 ; Si)을 기초로 하여 그 저면의 표면에는 미세한 회로패턴(8)이 형성되어 있고, 상기 회로패턴(8)에 연결되어서는 하부를 향하여 솔더볼랜드(10)가 형성되어 있다. 또한 상기 실리콘(6)의 저면에는 회로패턴(8)을 외부의 환경으로부터 보호하기 위해 솔더마스크(Solder Mask) 또는 실리콘(6) 자체에서 발생되는 산화막(Oxidation Film)으로 보호막(11)이 형성되어 있다. 상기한 회로패턴(8)은 반도체제작 공정중의 하나인 금속공정 바람직하기로는 진공증착(Vacuum Evaporation)을 이용하여 형성할 수 있으며 여기에 사용된 금속은 좋은 전기전도도와 실리콘(6)에의 용이한 부착력을 갖는 알루미늄(Al)을 이용하였다. 또한 구리(Cu) 또는 실리콘(Si)이 섞인 알루미늄을 사용할 수 있으며 이는 제한적이지 않고 선택적이다. 그리고 상기 회로패턴(8)의 끝단에 형성된 솔더볼랜드(10)는 알루미늄을 이용하여 형성하였다.The silicon substrate 12 has a fine circuit pattern 8 formed on the bottom surface thereof based on silicon 6 (Si), which is a base material of the semiconductor chip 4, and the circuit pattern 8 To be connected to the lower solder ball land 10 is formed. In addition, a protective film 11 is formed on the bottom of the silicon 6 by using a solder mask or an oxide film generated from the silicon 6 itself to protect the circuit pattern 8 from the external environment. have. The circuit pattern 8 can be formed using a metal process, which is one of the semiconductor fabrication processes, preferably by vacuum evaporation, and the metal used here has good electrical conductivity and easy access to silicon 6. Aluminum (Al) having adhesion was used. It is also possible to use aluminum mixed with copper (Cu) or silicon (Si), which is not limiting but optional. The solder ball land 10 formed at the end of the circuit pattern 8 was formed using aluminum.

이러한 실리콘섭스트레이트(12)는 본 발명의 핵심적인 부분으로서 열전도성이 금속류와 비슷하기 때문에 별도의 방열수단을 더 부착하지 않고도 반도체칩(4)의 작동시 발생되는 열을 효과적으로 전달받아서 외부로 용이하게 방출하는 역할을 하며 또한 결정구조가 단단함으로서 습기침투가 거의 되지 않아 BGA패키지(PKG)의 팝콘현상 등 수분침투로 야기되는 각종 문제점을 해결할 수 있다. 더구나, 열팽창계수가 반도체칩(4)과 같기 때문에 반도체칩(4)의 작동시 발생하는 고열에 의해 어느 한쪽으로 BGA패키지(PKG)가 휘어지거나 변형되는 현상을 방지하여 평평도를 항상 일정하게 유지시킴으로서 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.Since the silicon substrate 12 is a core part of the present invention, since the thermal conductivity is similar to that of metals, the silicon substrate 12 is easily transmitted to the outside by effectively receiving heat generated during operation of the semiconductor chip 4 without additional heat dissipation means. It also plays a role of releasing and it has a hard crystal structure, so it is hard to penetrate moisture, which can solve various problems caused by moisture penetration such as popcorn phenomenon of BGA package (PKG). Moreover, since the coefficient of thermal expansion is the same as that of the semiconductor chip 4, the flatness is always kept constant by preventing the BGA package (PKG) from being bent or deformed on either side due to the high heat generated during the operation of the semiconductor chip 4. By doing so, the reliability can be greatly improved.

한편, 상기 실리콘섭스트레이트(12)의 회로패턴(8)과 반도체칩(4)의 입/출력패드(2)는 전기적으로 서로 도통할 수 있도록 연결수단(14)으로 서로 연결되어 있으며 상기 연결수단(14)으로서는 도3에 도시된 바와 같이 골드와이어(Gold Wire), 알루미늄와이어(Al Wire)를 사용하거나 또는 도2에 도시된 바와 같이 범프(Bump)를 이용하여 실시할 수 도 있다. 상기의 골드와이어 또는 알루미늄와이어를 연결수단(14)으로 사용시에는 와이어본딩(Wire Bonding)장비를 이용하여 상기 반도체칩(4)의 입/출력패드(2)와 실리콘(6)의 회로패턴(8)을 서로 연결시킨다. 도면중 미설명 부호 22는 접착제로서 반도체칩(4)을 실리콘(6) 표면에 직접 접착시키기 위한 수단이다. 한편, 범프를 연결수단(14)으로 사용시에는 반도체칩(4)의 입/출력패드(2)의 대응되는 위치의 회로패턴(8)에 범프랜드(18)를 형성하고 상기 입/출력패드(2)에 범프 또는 범프랜드(18)에 범프를 형성한 후 플립칩(Flip Chip) 기술을 이용하여 본딩한다. 여기서 상기 플립칩 기술이란 반도체칩(4)이나 범프랜드(18)에 범프를 형성시키고 반도체칩(4)을 뒤집은(Face Down) 상태에서 상기 입/출력패드(2)와 범프랜드(18)를 서로 접촉시키고 곧이어 고온의 환경에서 리플로우(Reflow)하여 동시에 다수의 입/출력패드(2)를 회로패턴이나 인쇄회로기판 등에 본딩하는 기술을 말한다. 그리고 상기 범프는 금(Au), 은(Ag) 및 솔더(Solder)로 구성된 군으로부터 어느 하나를 사용할 수 있으며 이는 제한적이지 않고 선택적이다.Meanwhile, the circuit pattern 8 of the silicon substrate 12 and the input / output pad 2 of the semiconductor chip 4 are connected to each other by connecting means 14 so as to be electrically connected to each other. As 14, gold wire and aluminum wire may be used as shown in FIG. 3, or bumps may be used as shown in FIG. When the gold wire or the aluminum wire is used as the connecting means 14, the circuit pattern 8 of the input / output pad 2 and the silicon 6 of the semiconductor chip 4 using a wire bonding device. ). Reference numeral 22 in the figure denotes a means for directly bonding the semiconductor chip 4 to the surface of the silicon 6 as an adhesive. On the other hand, when the bump is used as the connecting means 14, the bump land 18 is formed in the circuit pattern 8 at the corresponding position of the input / output pad 2 of the semiconductor chip 4, and the input / output pad ( 2) bumps are formed on the bumps or the bump lands 18 and then bonded using flip chip technology. Here, the flip chip technology is to form bumps on the semiconductor chip 4 or the bump lands 18 and turn the input / output pads 2 and the bump lands 18 on the semiconductor chip 4 in a face down state. It refers to a technique of bonding a plurality of input / output pads 2 to a circuit pattern or a printed circuit board at the same time by contacting each other and immediately reflowing in a high temperature environment. The bump may be any one selected from the group consisting of gold (Au), silver (Ag), and solder (Solder), which is not limited and optional.

그리고 상기 반도체칩(4), 연결수단(14) 등은 외부의 기계적, 전기적, 화학적 환경으로부터 보호하기 위해 에폭시몰드컴파운드 또는 액상봉지재 등의 봉지수단(15)으로 봉지되어 있다. 여기서 상기 봉지수단(15)은 도2에서와 같이 연결수단(14)으로서 범프를 사용한 경우에는 반도체칩(4)의 저면이 외부로 노출되도록 봉지함으로써 그 열방출율을 더욱 향상시킬 수 있도록 하였으며, 도3에서와 같이 연결수단(14)을 전도성와이어로 할 경우에는 반도체칩(4) 및 전도성와이어 전체를 봉지함으로써 상기 전도성와이어가 외부로 노출되지 않토록 하고 있다.The semiconductor chip 4, the connecting means 14, and the like are encapsulated with an encapsulation means 15, such as an epoxy mold compound or a liquid encapsulant, in order to protect it from external mechanical, electrical, and chemical environments. Here, the encapsulation means 15 may further improve the heat dissipation rate by encapsulating the bottom surface of the semiconductor chip 4 when the bump is used as the connecting means 14 as shown in FIG. 2. As shown in FIG. 3, when the connecting means 14 is a conductive wire, the semiconductor chip 4 and the entire conductive wire are encapsulated so that the conductive wire is not exposed to the outside.

또한 상기 실리콘섭스트레이트(12) 저면의 솔더볼랜드(10)에는 메인보드에의 입/출력단자로 사용하기 위해 주석(Sn)과 납(Pb)으로 이루어진 솔더볼(16)이 고온의 환경하에서 융착되어 있다.In addition, the solder ball 16 formed of tin (Sn) and lead (Pb) is fused in a high temperature environment in order to use it as an input / output terminal to the main board. have.

한편, 도4에 도시된 바와 같이 상기 실리콘섭스트레이트(12)의 저면에는 다수의 반도체칩(4)을 위치시켜 멀티칩모듈(Multi Chip Module)의 기능을 하는 BGA패키지(PKG)를 구현할 수 있으며 이때 그 입/출력패드(2)와 회로패턴(8)의 연결수단(14)으로서 전도성와이어를 사용하여 연결시킨 것과 범프를 이용하여 연결시킨 것을 동시에 실시할 수 있다. 이렇게 서로 다른 종류의 연결수단(14)을 이용하는 것은 반도체칩(4)의 크기나 입/출력패드(2)의 갯수 또는 회로패턴(8)의 형상과 당업자의 필요성에 의해 임의로 제작될 수 있는 것들이다.Meanwhile, as shown in FIG. 4, a plurality of semiconductor chips 4 may be disposed on the bottom of the silicon substrate 12 to implement a BGA package (PKG) serving as a multi chip module. At this time, as the connecting means 14 of the input / output pad 2 and the circuit pattern 8, the connection using a conductive wire and the connection using a bump can be simultaneously performed. Using different kinds of connection means 14 may be arbitrarily manufactured by the size of the semiconductor chip 4, the number of input / output pads 2 or the shape of the circuit pattern 8 and the necessity of those skilled in the art. to be.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 비록 상기의 실시예들에 한하여 설명하였지만 여기에만 한정되지 않으며 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 당업자에 의해 여러가지로 변형된 실시예가 가능할 것이다.As described above, although the present invention has been described with reference to the above embodiments, various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the scope and spirit of the present invention.

따라서 본 발명에 의하면 별도의 방열수단 없이도 실리콘을 중심으로 하는 실리콘섭스트레이트를 사용함으로서 열 방출율을 극대화하여 반도체칩의 전기적 기능을 대폭 향상시키고, 습기침투를 최대한 억제하여 팝콘현상을 제거함으로서 패키지의 신뢰성을 향상시키며, 반도체칩과 열팽창계수가 비슷하여 패키지의 휨현상을 제거함으로서 역시 신뢰성을 향상시킬 수 있는 실리콘섭스트레이트를 이용한 BGA패키지를 제공한다.Therefore, according to the present invention, by using a silicon-based substrate centered on silicon without a separate heat dissipation means, the heat release rate is maximized to significantly improve the electrical function of the semiconductor chip, and moisture intrusion is suppressed to the maximum, thereby eliminating popcorn phenomena. The thermal expansion coefficient of the semiconductor chip is similar to that of the semiconductor chip, thereby eliminating the warpage of the package, thereby providing a BGA package using the silicon substrate.

또한 상기 섭스트레이트에 플립칩 기술을 이용하여 반도체칩을 본딩하고 또한 와이어본딩기술을 이용하여 다른 반도체칩을 본딩시킴으로서 멀티칩모듈의 기능을 갖는 실리콘섭스트레이트를 이용한 BGA패키지를 제공하는 효과가 있다.In addition, by bonding a semiconductor chip to the substrate by using a flip chip technology and by bonding another semiconductor chip using a wire bonding technology, there is an effect of providing a BGA package using a silicon substrate having a function of a multi-chip module.

Claims (4)

표면에 다수의 입/출력패드가 형성된 반도체칩과;A semiconductor chip having a plurality of input / output pads formed on a surface thereof; 상기 반도체칩의 상면에 실리콘을 기초로하여 그 저면의 표면에는 다수의 회로패턴이 형성되어 있고 상기 회로패턴에 연결되어서는 솔더볼랜드가 형성되어 있으며, 상기 회로패턴을 외부의 환경으로부터 보호하기 위해 보호막이 코팅되어 있는 실리콘섭스트레이트와;On the upper surface of the semiconductor chip, a plurality of circuit patterns are formed on the surface of the bottom surface of the semiconductor chip, and solder ball lands are formed to be connected to the circuit patterns, and a protective film is provided to protect the circuit patterns from an external environment. The coated silicon suprate; 상기 실리콘섭스트레이트의 회로패턴과 반도체칩의 입/출력패드가 전기적으로 도통하도록 서로 연결시키는 연결수단과;Connecting means for connecting the circuit pattern of the silicon substrate and the input / output pad of the semiconductor chip to each other so as to be electrically connected to each other; 상기 반도체칩, 연결수단 등을 외부의 환경으로부터 보호하기 위해 봉지하는 봉지수단과;Encapsulation means for encapsulating the semiconductor chip, the connecting means and the like from an external environment; 상기 섭스트레이트 저면의 솔더볼랜드에 메인보드에의 입/출력단자로 사용하기 위해 융착된 다수의 솔더볼을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 실리콘섭스트레이트를 이용한 BGA패키지.BGA package using a silicon substrate, characterized in that it comprises a plurality of solder balls fused for use as an input / output terminal to the motherboard on the lower solder ball land. 제1항에 있어서, 상기 연결수단은 골드와이어인 것을 특징으로 하는 실리콘섭스트레이트를 이용한 BGA패키지.According to claim 1, wherein the connecting means is a BGA package using a silicon substrate, characterized in that the gold wire. 제1항에 있어서, 상기 연결수단은 범프인 것을 특징으로 하는 실리콘섭스트레이트를 이용한 BGA패키지.According to claim 1, wherein the connecting means is a BGA package using a silicon substrate, characterized in that the bump. 제1항에 있어서, 상기 실리콘섭스트레이트의 저면에는 다수의 반도체칩이 위치되어 그 입/출력패드가 회로패턴에 연결수단으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 실리콘섭스트레이트를 이용한 BGA패키지.The BGA package according to claim 1, wherein a plurality of semiconductor chips are positioned on a bottom surface of the silicon substrate, and an input / output pad thereof is connected to a circuit pattern by a connecting means.
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