KR19990080621A - 열가소성 접착제를 이용한 마이크로 비지에이 패키지 및 그제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로 비지에이 패키지(μBGA package) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 빔 리드가 형성된 폴리이미드 테이프와 반도체 칩의 활성면 사이에 접착제로 사용되는 탄성중합체의 경화공정시간을 줄이고, 탄성중합체의 각 계면에서 발생하는 불융합 현상 등을 방지할 수 있는 마이크로 비지에이 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이며, 이를 위하여 본 발명은 접착과 함께 경화되는 특성을 지닌 열가소성 접착제(Thermoplastic adhesive)를 이용하여 반도체 칩을 폴리이미드 테이프에 접착시킨 마이크로 비지에이 패키지의 구조를 개시하고, 그에 따라 열가소성 접착제를 경화시키기 위한 별도의 경화공정이 필요 없는 마이크로 비지에이 패키지의 제조방법을 개시하며, 이러한 구조와 방법을 통하여 마이크로 비지에이 패키지의 제조공기를 단축하여 양산화에 도움을 줄 수 있으며, 열가소성 접착제가 이루는 각 계면에서 발생하는 불융합 현상 등을 방지하여 제품의 수율을 향상할 수 있다.

Description

열가소성 접착제를 이용한 마이크로 비지에이 패키지 및 그 제조방법( μBGA package using thermoplastic adhesive and manufacturing method thereof )

본 발명은 마이크로 비지에이 패키지(μBGA package ; μ Ball Grid Array package ; 이하 "μBGA"라 한다) 및 그 제조방법에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 빔 리드가 형성된 폴리이미드(Polyimide) 테이프와 반도체 칩의 활성면 사이에 별도의 경화공정이 필요 없는 열가소성 접착제(Thermoplastic adhesive)를 이용한 μBGA 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 칩 스케일 패키지(CSP ; Chip Scale Package ; 이하 "CSP"라고 한다)라 함은 일본전자기계공업회(EIAJ)의 정의에 의해 반도체 칩의 크기와 같거나 또는 약간 큰 형태의 패키지를 총칭하여 나타내며, 현재 각 반도체 제조업체별로 제각기 다른 형태와 제조방법으로 생산되고 있다.

이러한 CSP 중에서, 미국 테세라 사(美國 Tessera 社)의 μBGA와 같은 CSP는 빔 리드가 형성된 테이프 위에 반도체 칩을 실장한 후 빔 리드를 반도체 칩에 연결하는 방법을 이용하여 제조된다. 이때 반도체 칩을 테이프 위에 실장하기 위하여 접착제가 이용되며, 소위 탄성중합체(Elastomer)라 칭하여지는 접착제가 사용되는 것이 일반적이다. 종래의 탄성중합체는 기준필름과 기준필름의 양면에 형성된 열경화성 수지(Thermosetting resin) 형태의 접착필름들로 이루어진 세 개의 층 구조이며, 접착필름이 충분히 용융될 수 있는 열이 가해진 상태에서 접착된 후 경화공정(Cure process)을 통하여 접착필름들이 경화되는 특징을 갖는다.

도 1은 종래의 μBGA 제조공정의 일부를 나타낸 순서도이며, 도 1을 참고로 하여 종래의 탄성중합체가 사용되는 예를 설명하면 다음과 같다.

먼저 반도체 칩을 준비하고, 하면에 빔 리드가 형성된 폴리이미드 테이프를 준비한(10) 후에, 반도체 칩과 폴리이미드 테이프의 사이에 열경화성 수지 형태의 접착필름을 포함하는 탄성중합체를 개재하여 접착한다(20). 개재된 탄성중합체를 일정 온도에서 일정 시간동안 경화시킨 후(30) 폴리이미드 테이프의 하면에 형성된 빔 리드를 반도체 칩의 본딩패드에 접착한다(40). 그 후에 빔 리드와 본딩패드가 접착된 부분을 봉지재로 봉지한 후 솔더 볼을 부착하는 공정을 통하여 개개의 μBGA를 제조한다.

이와 같은 μBGA 제조공정에 있어서, 열경화성 수지 형태의 접착필름들을 포함하는 탄성중합체는 그 특성상 반도체 칩과 테이프 사이에 개재되어 접착된 후 경화되기 위하여 별도의 경화공정이 반드시 필요로 하며 탄성중합체가 완전히 경화되기까지 소요되는 약 90분간 취급에 있어서 상당한 주의를 필요로 하고, 결과적으로 경화공정이 진행되는 시간만큼 μBGA의 전체적인 제조공기가 연장된다.

또한 탄성중합체에 대한 경화공정이 진행되는 동안 탄성중합체의 접착필름이 형성하는 각 계면 - 반도체 칩과 접착필름 사이의 계면 또는 접착필름과 폴리이미드 테이프 사이의 계면 - 에서 접착필름이 완전히 접착하지 못하고 틈새가 벌어지는 등의 불융합 현상이 발생하여 제품의 신뢰성 검사의 수율이 낮아지는 결과를 초래할 수 있다.

본 발명의 목적은 별도의 경화공정이 필요 없는 접착제를 이용한 μBGA를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 별도의 경화공정이 필요 없는 접착제를 이용하여 제조공기를 단축할 수 있는 μBGA의 제조방법을 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 마이크로 비지에이 패키지의 제조공정의 일부를 나타낸 순서도,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 열가소성 접착제를 이용한 마이크로 비지에이 패키지의 구조를 나타낸 단면도,

도 3a 및 도 3b는 열가소성 접착제의 형태를 나타낸 사시도,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 비지에이 패키지의 제조공정을 나타낸 순서도,

도 5a 내지 도 5g는 도 4의 제조공정을 순차적으로 나타낸 공정도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

100, 300 : 마이크로 비지에이 패키지 110, 110', 310 : 반도체 칩

112, 312 : 본딩패드 114, 114' : 활성면

120, 120',320 : 열가소성 접착제 122, 322 : 열가소성 접착필름

124, 324 : 기준필름 130, 330 : 폴리이미드 테이프

132, 332 : 개구부 134, 334 : 사이트

136, 336 : 하면 140, 340 : 빔 리드

150, 350 : 솔더 볼 160, 360 : 봉지부

370 : 캐리어 372 : 접착 테이프

380 : 본딩 툴 390 : 커버필름

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 본딩패드들이 형성된 활성면을 갖는 반도체 칩;과 본딩패드들에 대응되어 형성된 개구부들과 개구부들을 제외한 부분에 형성된 사이트들을 포함하며, 활성면 위에 접착되는 폴리이미드 테이프;와 폴리이미드 테이프의 하면에 형성되어 있으며, 개구부에서 절단/굴곡되어 본딩패드에 접촉되는 일 끝단과 사이트에서 노출되는 다른 끝단을 갖는 빔 리드들;과 빔 리드와 본딩패드의 접촉부분을 봉지하는 봉지부; 및 사이트에 부착되는 솔더 볼;을 포함하는 마이크로 비지에이 패키지에 있어서, 폴리이미드 테이프의 하면은 활성면 위에 열가소성 접착제가 개재되어 접착되며, 열가소성 접착제는 접착과 동시에 경화되는 것을 특징으로 하는 마이크로 비지에이 패키지를 제공한다.

또한 열가소성 접착제는 소정의 형태를 유지하는 기준필름; 및 기준필름의 상하면에 형성되는 열가소성(Thermoplastic) 접착필름들;을 포함하는 세 개의 층 구조이며, 열가소성 접착필름들이 각각 빔 리드와 활성면에 접착되는 것을 특징으로 한다.

이에 더하여, 본 발명은 (a) 본딩패드들이 형성된 활성면을 갖는 반도체 칩을 준비하는 단계;와 (b) 하면에 빔 리드들이 형성되어 있으며, 본딩패드들에 대응되어 형성된 개구부들과 개구부들을 제외한 부분에 형성된 사이트들을 통하여 빔 리드들의 일부가 노출되는 폴리이미드 테이프를 준비하는 단계;와 (c) 활성면 위에 폴리이미드 테이프의 하면을 접착하는 단계;와 (d) 개구부를 통하여 노출된 빔 리드가 절단/굴곡되어 본딩패드에 접촉되는 단계;와 (e) 빔 리드와 본딩패드의 접촉부분을 봉지재로 봉지하는 단계;와 (f) 봉지재를 경화시키는 단계; 및 (g) 사이트에 솔더 볼을 부착하는 단계;를 포함하는 마이크로 비지에이 패키지의 제조방법에 있어서, (c) 단계는 접착과 함께 경화되는 열가소성 접착제가 개재되어 접착되는 것을 특징으로 하는 마이크로 비지에이 패키지의 제조방법을 제공한다.

이하 첨부도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 μBGA 및 그 제조방법에 관하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 열가소성 접착제(120)를 이용한 μBGA (100)의 구조를 나타낸 단면도이다. 도 2를 참고로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 μBGA(100)를 설명하면 다음과 같다.

μBGA(100)는 본딩패드들(112)이 형성된 활성면(114)을 갖는 반도체 칩(110)과, 하면(136)에 빔 리드(140)가 형성된 폴리이미드 테이프(130), 반도체 칩(110)과 폴리이미드 테이프(130) 사이에 개재되는 열가소성 접착제(120) 및 폴리이미드 테이프(130)의 사이트(134)에 부착되는 솔더 볼들(150)을 포함한다.

각각의 구성요소에 대하여 상세히 설명하면, 열가소성 접착제(120)는 소정의 형태를 유지하는 기준필름(122)과 기준필름(112)의 양면에 형성되는 열가소성 접착필름들(124)의 세 개의 층 구조를 가지며, 반도체 칩(110)의 활성면(114)과 폴리이미드 테이프(130)의 하면(136) 사이에 개재되어 접착된다. 이러한 열가소성 접착제는 그 특성상 접착과 함께 즉시 경화되므로 별도의 경화공정이 필요로 하지 않는다.

또한 폴리이미드 테이프(130)의 하면(136)에 형성된 빔 리드들(140)은 폴리이미드 테이프(130)에 형성된 개구부들(132) 및 사이트들(134)을 통하여 노출되어 있으며, 일 끝단은 개구부(132)에서 절단/굴곡되어 본딩패드(112)에 접착되고 다른 끝단은 사이트(134)에서 솔더 볼(150)이 부착됨으로써 반도체 칩(110)을 외부기판(도시되지 않음)에 전기적으로 연결한다.

이에 더하여, 봉지재가 빔 리드(140)가 본딩패드(112)에 접착된 부분 등을 봉지하여 봉지부(160)를 형성함으로써 외부환경으로부터 μBGA(100)를 보호하는 구조를 갖는다.

이상에서 설명된 μBGA는 에지패드(Edge-pad) 형태의 반도체 칩을 적용한 경우이며, 이와 달리 센터패드(Center-pad) 형태의 반도체 칩이 적용된 경우도 거의 동일한 구조로 형성될 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 위와 같은 본딩패드의 형태에 따라 사용되는 열가소성 접착제의 형태를 사시도로 나타내고 있다.

도 3a 및 도 3b에 나타난 바와 같이, 에지패드 형태의 반도체 칩(110)의 경우에 활성면(114)의 에지부분에 본딩패드들(도시되지 않음)이 형성되므로 활성면(114)의 중앙부에 한 개의 넓은 판 형태의 열가소성 접착제(120)가 사용될 수 있으며(도 3a), 센터패드 형태의 반도체 칩(110')의 경우에 활성면(114')의 센터부분에 본딩패드들(도시되지 않음)이 형성되므로 활성면(114')의 센터부분을 중심으로 두 개의 좁은 판 형태의 열가소성 접착제(120')가 사용될 수 있다(도 3b).

이상에서 기술된 열가소성 접착제에 관하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다. 열가소성 접착제는 일정한 두께로 형성되어 반도체 칩의 활성면과 폴리이미드 테이프의 빔 리드 사이에 개재되어야 한다. 열가소성 접착제는 약 160㎛ 내지 약 180㎛의 두께로 형성되어야 하며, 약 175㎛의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 또한 열가소성 접착제는 일정한 고온을 받아 열가소성 접착필름들이 용융되면서 접착되며, 이때 열가소성 접착필름이 용융되는 온도는 약 150℃ 내지 약 210℃의 범위 내에서 설정되고, 가능한 한 높은 온도에서 용융될 수 있도록 열가소성 접착제가 제작되는 것이 바람직하다. 단, 위에서 제시된 범위보다 높게 용융온도가 설정된다면 폴리이미드 테이프의 휘어짐 현상(Warpage) 등이 나타날 수 있으므로 유의해야 한다. 이렇게 열가소성 접착제의 용융온도가 가능한 한 높게 설정되는 것은, 추후의 μBGA 제조공정 중 열이 가해지는 공정들 - 예를 들어 빔 리드 본딩 공정, 액상의 봉지재로 봉지하는 공정 및 액상의 봉지재를 경화시켜 봉지부로 형성하기 위한 제2, 제3의 경화공정 등 - 의 공정온도보다 높은 용융온도를 가짐으로써 한 번 경화된 후 추후 다시 용융되지 않는 것이 바람직하기 때문이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 μBGA의 제조공정을 나타낸 순서도이며, 도 5a 내지 도 5g는 도 4의 제조공정을 순차적으로 나타낸 공정도이다. 도 4 내지 도 5g를 참고로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 μBGA의 제조공정을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 일 실시예에 따른 μBGA의 제조공정은 반도체 칩을 준비하는 단계(210)와, 하면에 빔 리드가 형성된 폴리이미드 테이프를 준비하는 단계(220)와, 반도체 칩과 폴리이미드 테이프의 사이에 열가소성 접착제를 개재하여 접착하는 단계(230)와, 빔 리드를 본딩패드에 접착하는 단계(240)와 봉지재로 빔 리드와 본딩패드의 접착부분을 봉지하여 봉지부를 형성하는 단계(250)와 봉지부를 경화시키는 단계(260) 및 빔 리드 위에 솔더 볼을 부착하는 단계(270)를 포함한다.

이와 같은 μBGA의 제조공정을 도 5a 내지 도 5g의 각 공정도를 통하여 설명하면 다음과 같다.

μBGA의 제조공정은 폴리이미드 테이프(330)가 접착 테이프(372)에 의해 캐리어(370) 위에 접착되어 고정되는 테이프 접착 공정(도 5a)과, 반도체 칩들(310)이 열가소성 접착제(320)를 사이에 두고 폴리이미드 테이프(330)의 하면(336)에 접착되는 반도체 칩 실장 공정(도 5b)과, 폴리이미드 테이프(330)의 개구부(332)를 통하여 노출된 빔 리드(340)가 본딩 툴(380)과 같은 도구에 의해 본딩패드(312) 위에 접착되는 빔 리드 본딩 공정(도 5c)과, 폴리이미드 테이프(330)의 위로 커버필름(390)을 접착하는 커버필름 접착 공정(도 5d)과, 커버필름을 밑으로 하여 캐리어를 뒤집은 후에 반도체 칩(310)의 아래로 액상의 봉지재를 도포한 후 경화시켜 봉지부(360)를 형성하는 봉지부 형성 공정(도 5e)과, 솔더 볼들(350)을 폴리이미드 테이프(330)의 사이트(334)에서 노출되는 빔 리드(340) 위에 부착하는 솔더 볼 부착 공정(도 5f) 및 솔더 볼 리플로우(Reflow) 공정과 세정(Cleaning) 공정을 거쳐 하나의 개별 μBGA(300)로 분리되는 공정(도 5g)을 포함한다.

캐리어는 μBGA의 전 제조공정을 통하여 폴리이미드 테이프를 이송하는 매개물로 사용되며, 폴리이미드 테이프를 평평하게 유지시키는 역할을 한다. 또한 열가소성 접착제를 용융하기 위하여 약 150℃ 내지 210℃의 고온의 열이 공급되며, 열가소성 접착제는 별도의 경화공정 없이 접착과 함께 경화된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 μBGA 및 제조방법의 특징은 접착과 함께 경화되는 열가소성 접착제를 폴리이미드 테이프와 반도체 칩의 사이에 개재하여 접착함으로써 열가소성 접착제를 별도로 경화시킬 필요가 없는 특징을 가지며, 이에 따라 종래의 탄성중합체를 이용하여 접착하는 경우에 반드시 따르는 탄성중합체의 경화공정이 생략할 수 있으며, 나아가 탄성중합체의 경화공정이 진행되는 시간인 약 90분의 공정시간을 전체의 제조공기에서 단축할 수 있다.

또한 종래의 탄성중합체가 즉시 경화되지 않음에 따라 경화되는 과정에서 탄성중합체가 이루는 각 계면들 - 예를 들어 반도체 칩과 폴리이미드 테이프와의 계면들 -에서 발생하던 불융합 현상 등을 방지할 수 있으며, 결과적으로 제조공정의 수율을 향상할 수 있다.

본 발명에 따른 μBGA 및 그 제조방법은 접착과 함께 경화되는 열가소성 접착제를 이용하여 폴리이미드 테이프와 반도체 칩을 접착함으로써, 열가소성 접착제를 경화시키기 위한 별도의 공정을 필요로 하지 않으며, 그에 따라 μBGA의 전체적인 제조공기를 단축할 수 있고, 또한 열경화성 수지 형태인 종래의 탄성중합체를 이용하여 μBGA를 제조할 때 탄성중합체를 경화시키기 위한 별도의 경화공정이 진행되는 동안 탄성중합체가 이루는 각 계면 - 예를 들어 폴리이미드 테이프 또는 반도체 칩과의 계면 - 에서 발생하던 불융합 현상 등을 방지할 수 있으며, 나아가 제품의 신뢰성 검사의 수율을 향상시키는 등 μBGA의 양산화 작업의 효율을 향상할 수 있다.

Claims (6)

1. 본딩패드들이 형성된 활성면을 갖는 반도체 칩;

   상기 본딩패드들에 대응되어 형성된 개구부들과 상기 개구부들을 제외한 부분에 형성된 사이트들을 포함하며, 상기 활성면 위에 접착되는 폴리이미드 테이프;

   상기 폴리이미드 테이프의 하면에 형성되어 있으며, 상기 개구부에서 절단/굴곡되어 상기 본딩패드에 접촉되는 일 끝단과 상기 사이트에서 노출되는 다른 끝단을 갖는 빔 리드들;

   상기 빔 리드와 상기 본딩패드의 접촉부분을 봉지하는 봉지재; 및

   상기 사이트에 부착되는 솔더 볼;

   을 포함하는 마이크로 비지에이 패키지에 있어서,

   상기 폴리이미드 테이프의 하면은 상기 활성면 위에 열가소성 접착제가 개재되어 접착되며, 상기 열가소성 접착제는 접착과 동시에 경화되는 것을 특징으로 하는 마이크로 비지에이 패키지.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 열가소성 접착제는

   소정의 형태를 유지하는 기준필름; 및

   상기 기준필름의 상하면에 결합되는 열가소성 접착층;

   을 포함하며, 상기 열가소성 접착층이 각각 상기 빔 리드와 상기 활성면에 접착되는 것을 특징으로 하는 마이크로 비지에이 패키지.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 열가소성 접착제는 일정한 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 비지에이 패키지.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 일정한 두께는 약 175㎛ 인 것을 특징으로 하는 마이크로 비지에이 패키지.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 열가소성 접착제는 약 150℃ 내지 210℃ 의 온도에서 용융되는 것을 특징으로 하는 마이크로 비지에이 패키지.
6. (a) 본딩패드들이 형성된 활성면을 갖는 반도체 칩을 준비하는 단계;

   (b) 하면에 빔 리드들이 형성되어 있으며, 상기 본딩패드들에 대응되어 형성된 개구부들과 상기 개구부들을 제외한 부분에 형성된 사이트들을 통하여 상기 빔 리드들의 일부가 노출되는 폴리이미드 테이프를 준비하는 단계;

   (c) 상기 활성면 위에 상기 폴리이미드 테이프의 하면을 접착하는 단계;

   (d) 상기 개구부를 통하여 노출된 상기 빔 리드가 절단/굴곡되어 상기 본딩패드에 접촉되는 단계;

   (e) 상기 빔 리드와 상기 본딩패드의 접촉부분을 봉지재로 봉지하는 단계;

   (f) 상기 봉지재를 경화시키는 단계; 및

   (g) 상기 사이트에 솔더 볼을 부착하는 단계;

   를 포함하는 마이크로 비지에이 패키지의 제조방법에 있어서,

   상기 (c) 단계는 접착과 함께 경화되는 열가소성 접착제가 개재되어 접착되는 것을 특징으로 하는 마이크로 비지에이 패키지의 제조방법.