KR20000041033A - Ball grid array package and mounting method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 볼 그리드 어레이(ball grid array) 패키지 및 그의 실장 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 기판에 실장되는 복수개의 솔더 볼이 격자 형상으로 배열된 패키지 및 그의 실장 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ball grid array package and a mounting method thereof, and more particularly, to a package in which a plurality of solder balls mounted on a substrate are arranged in a grid shape and a mounting method thereof.
패키지의 한 예로서, 가장 범용으로 사용되고 있는 에스오제이(SOJ:Small Outline J-lead) 타입이 있고, 특수한 경우에 사용하는 지프(ZIP: Zigzag Inline Package) 타입이 있으며, 또 규격화되고 있는 메모리 카드(memory card)에 적합하도록 구성된 티에스오피(TSOP: Thin Small Outline Package) 타입 등이 있다.An example of a package is a small outline J-lead (SOJ) type that is most commonly used, and a Zigzag Inline Package (ZIP) type that is used in a special case. There is a Thin Small Outline Package (TSOP) type that is configured to be suitable for a memory card.
이러한 패키지 제조 방법을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.The manufacturing method of such a package is briefly described as follows.
먼저, 웨이퍼를 스크라이빙 라인을 따라 절단하는 소잉(sawing) 공정을 진행하여 개개의 반도체 칩으로 분리한 다음, 리드 프레임의 인너 리드를 각 반도체 칩에 부착하는 다이 어태치 공정을 진행한다.First, a sawing process of cutting a wafer along a scribing line is performed to separate the semiconductor chips into individual semiconductor chips, and then a die attach process of attaching the inner lead of the lead frame to each semiconductor chip is performed.
이후 일정 온도에서 일정시간 동안 큐어링(curing)을 실시한 후, 반도체 칩의 패드와 리드 프레임의 인너 리드를 금속 와이어로 상호 연결시켜 전기적으로 연결시키는 와이어 본딩 공정을 수행한다.After curing at a predetermined temperature for a predetermined time, a wire bonding process is performed in which the pads of the semiconductor chip and the inner lead of the lead frame are interconnected with metal wires to be electrically connected to each other.
와이어 본딩이 끝나면, 봉지제를 사용하여 반도체 칩을 몰딩하는 몰딩 공정을 수행한다. 이와 같이 반도체 칩을 몰딩해야만, 외부의 열적, 기계적 충격으로 부터 반도체 칩을 보호할 수가 있는 것이다.After the wire bonding is finished, a molding process of molding a semiconductor chip using an encapsulant is performed. Only by molding the semiconductor chip in this way, can the semiconductor chip be protected from external thermal and mechanical shocks.
상기와 같은 몰딩 공정이 완료된 후에는 아우터 리드을 도금하는 플래팅 공정, 아우터 리드를 지지하고 있는 댐바를 절단하는 트림 공정, 및 기판에 실장이 용이하도록 아우터 리드를 소정 형태로 절곡 형성하는 포밍 공정을 진행하여, 패키지를 제조한다.After the molding process is completed, a plating process for plating the outer lead, a trimming process for cutting the dam bar supporting the outer lead, and a forming process for bending the outer lead into a predetermined shape to facilitate mounting on the substrate are performed. To prepare the package.
이러한 공정으로 제작되는 일반적인 패키지에 대해, 패키지의 경박화를 위해 제시된 볼 그리드 어레이 패키지는 일반적인 패키지에서 사용되는 리드 프레임 대신에 탭 테이프가 사용되고, 기판에 실장하기 위해서 수 개의 솔더 볼이 어레이식으로 배열된다.For a typical package manufactured by this process, the ball grid array package presented for the thinning of the package uses tab tape instead of the lead frame used in the general package, and several solder balls are arranged in an array for mounting on a board. do.
볼 그리드 어레이 패키지의 구조를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The structure of the ball grid array package will be described in more detail as follows.
반도체 칩의 패드에 범프가 형성되어 있고, 구리 재질의 금속 패턴이 형성된 탭 테이프(TAB tape)가 범프에 열압착에 의해 부착되어 전기적으로 연결된다. 전체가 봉지제로 몰딩되고, 탭 테이프의 밑면에 형성된 볼 랜드에 솔더 볼이 부착된 구조로 이루어져 있다.Bumps are formed on the pads of the semiconductor chip, and a tab tape (TAB tape) formed with a copper metal pattern is attached to the bumps by thermocompression and electrically connected thereto. The whole is molded with an encapsulant, and a solder ball is attached to a ball land formed on the underside of the tab tape.
상기와 같은 구조로 이루어진 볼 그리드 어레이 패키지가 기판에 실장된 구조가 도 1에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 반도체 칩(C)의 밑면에 탑재된 솔더 볼(S)이 기판(B)에 실장되어 있다.A structure in which a ball grid array package having the above structure is mounted on a substrate is shown in FIG. 1. As shown, the solder ball S mounted on the bottom surface of the semiconductor chip C is mounted on the substrate B. As shown in FIG.
그런데, 도 1에 도시된 실장 구조는 솔더 볼(S)이 외부에 노출된 상태이기 때문에, 외부로부터의 진동과 충격에 의해서 솔더 볼(S)이 쉽게 파손되는 문제점이 있다. 또한, 반도체 칩(C)과 기판(B)간의 열팽창 차이로 인해서 솔더 볼(S)에 열적 응력이 가해져서, 솔더 볼(S)이 파손되는 경우도 있다.However, in the mounting structure shown in FIG. 1, since the solder ball S is exposed to the outside, the solder ball S may be easily damaged by vibration and shock from the outside. In addition, a thermal stress is applied to the solder balls S due to the difference in thermal expansion between the semiconductor chip C and the substrate B, so that the solder balls S may be damaged.
이를 방지하기 위해서, 종래에는 도 2에 도시된 바와 같이, 반도체 칩(C)을 기판(B)에 실장한 후, 양측면을 봉지제(E)로 몰딩하여 솔더 볼(S)이 노출되지 않도록 하였다.In order to prevent this, conventionally, as shown in FIG. 2, after mounting the semiconductor chip C on the substrate B, both sides of the semiconductor chip C are molded with the encapsulant E so that the solder balls S are not exposed. .
그러나, 도 2에 도시된 구조를 형성하기 위한 몰딩 작업은 패키지 하나당 대략 1분 정도가 소요되므로, 생산성의 급격한 감소를 초래하게 되고 아울러 제조단가도 상승시키게 되는 요인이 된다. 특히, 몰딩 후 패키지 테스트에서 불량이 발생되면, 봉지제를 제거하는 것이 거의 불가능하기 때문에, 보수 작업을 실시할 수 없다는 문제점도 있다.However, since the molding operation for forming the structure shown in FIG. 2 takes about one minute per package, it causes a drastic reduction in productivity and also increases manufacturing costs. In particular, if a defect occurs in the package test after molding, it is almost impossible to remove the encapsulant, and thus there is a problem in that maintenance work cannot be performed.
따라서, 본 발명은 종래의 볼 그리드 어레이 패키지가 안고 있는 제반 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 기판과 패키지간의 열팽창으로 인한 열적 응력을 솔더 볼 대신에 받음과 아울러 기계적 충격도 완충시키는 구조물을 구비하여서, 솔더 볼의 파손을 방지할 수 있는 볼 그리드 어레이 패키지를 제공하는데 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve all the problems of the conventional ball grid array package, and has a structure that receives the thermal stress due to thermal expansion between the substrate and the package instead of the solder ball, and also buffers mechanical impact. It is an object of the present invention to provide a ball grid array package that can prevent breakage of solder balls.
다른 목적은, 패키지 테스트에서 불량이 판정되면, 보수 작업도 수월하게 실시할 수 있게 하는데 있다.Another object is to make it easy to perform maintenance work when a defect is determined in the package test.
부가적인 목적은, 히트 싱크와 같은 방열 작용이 보다 신속해지게 하는데 있다.An additional object is to make the heat dissipation action such as heat sink more rapid.
아울러, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 구조를 갖는 볼 그리드 어레이 패키지를 실장하는 방법도 제공하는 것이 본 발명의 또 다른 목적이다.In addition, it is another object of the present invention to provide a method for mounting a ball grid array package having a structure for achieving the above object.
도 1은 종래의 볼 그리드 어레이 패키지가 기판에 실장된 상태를 나타낸 도면1 is a view showing a state in which a conventional ball grid array package is mounted on a substrate
도 2는 솔더 볼 파손을 방지하기 위해서 종래의 방식인 봉지제로 몰딩된 상태를 나타낸 도면Figure 2 is a view showing a state molded in a conventional encapsulant to prevent solder ball breakage
도 3은 본 발명에 따른 볼 그리드 어레이 패키지가 기판에 실장된 상태를 나타낸 도면3 is a view illustrating a state in which a ball grid array package is mounted on a substrate according to the present invention;
도 4는 본 발명의 주요부인 도 3의 Ⅳ 부위를 확대해서 나타낸 상세도4 is an enlarged detailed view of a region IV of FIG. 3 which is an essential part of the present invention;
도 5 내지 도 10은 본 발명에 따른 패키지 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면5 to 10 are views sequentially showing a package manufacturing method according to the present invention
- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 --Explanation of symbols for the main parts of the drawing-
B ; 기판 C ; 반도체 칩B; Substrate C; Semiconductor chip
S ; 솔더 볼 10 ; 돌출부S; Solder balls 10; projection part
20 ; 접착제 30 ; 금속 패드20; Adhesive 30; Metal pad
40 ; 솔더 페이스트40; Solder paste
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 볼 그리드 어레이 패키지는 다음과 같은 구성으로 이루어진다.In order to achieve the above object, the ball grid array package according to the present invention has the following configuration.
봉지제로 몰딩되고 솔더 볼들이 형성된 반도체 칩의 밑면에 최소한 하나 이상의 돌출부가 형성된다. 돌출부 밑면에 금속 패드가 접착제를 매개로 접착된다. 금속 패드가 솔더 페이스트를 매개로 기판에 접착된다. 금속 패드는 반도체 칩과 기판을 기계적으로 견고히 연결시키는 기능을 함과 아울러 반도체 칩 동작시 발생되는 열을 기판측으로 방출하는 일종의 히트 싱크 기능도 하게 된다. 한편, 금속 패드의 재질로는 구리(Cu), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 텅스텐(W), 또는 코발트(Co) 중 하나인 것이 바람직하다.At least one protrusion is formed on the bottom of the semiconductor chip molded with the encapsulant and formed with the solder balls. A metal pad is attached to the bottom of the protrusion by means of an adhesive. Metal pads are bonded to the substrate via solder paste. The metal pad not only functions to firmly connect the semiconductor chip and the substrate, but also serves as a heat sink that emits heat generated during operation of the semiconductor chip to the substrate. On the other hand, the material of the metal pad is preferably one of copper (Cu), nickel (Ni), chromium (Cr), tungsten (W), or cobalt (Co).
상기와 같은 구조를 갖는 패키지를 실장하는 방법은 다음과 같은 단계로 이루어진다.The method of mounting a package having the above structure consists of the following steps.
반도체 칩을 몰딩하면서 반도체 칩의 밑면에 돌출부를 형성하고, 돌출부 밑면에 접착제를 도포한다. 금속 패드를 접착제를 매개로 돌출부에 접착하고, 돌출부 주위에 솔더 볼을 마운팅한 후, 리플로우한다. 반도체 칩이 실장되는 기판에 솔더 페이스트를 도포하고, 반도체 칩을 기판상에 탑재하여 리플로우하면, 반도체 칩과 기판은 솔더 볼을 매개로 전기적으로 연결되고, 또한 금속 패드와 돌출부를 매개로 기계적으로 연결된다.While molding the semiconductor chip, a protrusion is formed on the bottom of the semiconductor chip, and an adhesive is applied to the bottom of the protrusion. The metal pads are adhered to the protrusions with adhesive, the solder balls are mounted around the protrusions, and then reflowed. When solder paste is applied to a substrate on which the semiconductor chip is mounted, and the semiconductor chip is mounted on the substrate and reflowed, the semiconductor chip and the substrate are electrically connected through solder balls, and mechanically via a metal pad and a protrusion. Connected.
상기된 본 발명의 구성에 의하면, 돌출부와 금속 패드를 매개로 반도체 칩과 기판이 기계적으로 견고히 연결되므로써, 외부 충격이나 열적 응력에 의해 솔더 볼이 파손되는 사태가 방지되고, 아울러 금속 패드가 히트 싱크 기능도 하게 된다.According to the above-described configuration of the present invention, the semiconductor chip and the substrate are firmly connected through the protrusion and the metal pad, thereby preventing the solder ball from being damaged by external impact or thermal stress, and the metal pad is a heat sink. It will also function.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 설명한다.Best Mode for Carrying Out the Invention Preferred embodiments of the present invention will now be described based on the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따른 볼 그리드 어레이 패키지가 기판에 실장된 상태를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 주요부인 도 3의 Ⅳ 부위를 확대해서 나타낸 상세도이며, 도 5 내지 도 10은 본 발명에 따른 패키지 실장 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.3 is a view illustrating a state in which a ball grid array package is mounted on a substrate, and FIG. 4 is an enlarged detail view of part IV of FIG. 3, which is an essential part of the present invention, and FIGS. A diagram illustrating a package mounting method according to the invention in sequence.
도 3에 도시된 바와 같이, 봉지제로 몰딩된 반도체 칩(C)의 밑면에는 복수개의 솔더 볼(S)이 형성되고, 각 솔더 볼(S)이 기판(B)에 실장되므로써, 반도체 칩(C)과 기판(B)이 전기적으로 연결된다. 한편, 반도체 칩(C)과 기판(B)을 기계적으로 연결하는 구조물이 솔더 볼(B)들 사이에 배치되는데, 그 상세한 구조가 도 4에 도시되어 있다.As shown in FIG. 3, a plurality of solder balls S are formed on a bottom surface of the semiconductor chip C molded with an encapsulant, and each solder ball S is mounted on the substrate B, thereby providing a semiconductor chip C. ) And the substrate B are electrically connected. On the other hand, a structure for mechanically connecting the semiconductor chip (C) and the substrate (B) is disposed between the solder balls (B), the detailed structure is shown in FIG.
도시된 바와 같이, 돌출부(10)가 반도체 칩(C)의 밑면에 형성된다. 이 돌출부(10)는 반도체 칩(C)을 몰딩하면서 같이 형성되는 것으로서, 봉지제의 일부분이다. 돌출부(10)의 밑면에는 홈부(11)가 형성되고, 접착제(20)가 홈부(11)내에 도포된다. 금속 패드(30)가 접착제(20)를 매개로 돌출부(10) 밑면에 접착된다. 금속 패드(30)의 재질로는 구리(Cu), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 텅스텐(W), 또는 코발트(Co) 중 어느 하나이다. 금속 패드(30)는 솔더 페이스트(40)를 매개로 기판(B)에 접착되어서, 반도체 칩(C)과 기판(B)을 기계적으로 연결시키게 된다.As shown, the protrusion 10 is formed on the bottom surface of the semiconductor chip (C). The protrusions 10 are formed together while molding the semiconductor chip C, and are part of an encapsulant. Grooves 11 are formed on the bottom of the protrusions 10, and an adhesive 20 is applied in the grooves 11. The metal pad 30 is adhered to the bottom surface of the protrusion 10 via the adhesive 20. The metal pad 30 may be made of copper (Cu), nickel (Ni), chromium (Cr), tungsten (W), or cobalt (Co). The metal pad 30 is bonded to the substrate B through the solder paste 40 to mechanically connect the semiconductor chip C and the substrate B.
종래에는 기판(B)와 반도체 칩(C)간의 열팽창 차이로 인한 열적 응력이 전부 솔더 볼(S)로 집중되므로써, 솔더 볼(S)이 파손되는 경우가 발생되었지만, 본 발명에 따른 구조물이 솔더 볼(S)을 대신해서 열적 응력을 나누어 받게 되므로써, 솔더 볼(S)의 파손을 방지하게 된다. 또한, 상기 구조물은 반도체 칩(C) 동작시 발생되는 열을 기판(B)측으로 방출하는 방열 기능도 하게 되므로, 패키지의 열적 특성도 향상된다.Conventionally, since the thermal stress due to the difference in thermal expansion between the substrate B and the semiconductor chip C is all concentrated in the solder ball S, the solder ball S is broken, but the structure according to the present invention is soldered. Since the thermal stress is divided in place of the ball S, breakage of the solder ball S is prevented. In addition, the structure also has a heat dissipation function for dissipating heat generated during operation of the semiconductor chip C to the substrate B side, thereby improving the thermal characteristics of the package.
이하에서는, 상기와 같은 구조를 갖는 볼 그리드 어레이 패키지를 실장하는 방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of mounting the ball grid array package having the above structure will be described in detail.
먼저, 도 5에 도시된 바와 같이, 반도체 칩(C)의 표면, 실제로는 기판에 실장되는 상태에서는 밑면에, 반도체 칩(C)을 몰딩하면서 돌출부(10)를 형성한다. 아울러, 돌출부(10) 밑면에 홈부(11)도 형성한다.First, as shown in FIG. 5, the protrusion 10 is formed while molding the semiconductor chip C on the surface of the semiconductor chip C, in a state where it is actually mounted on the substrate. In addition, the groove 11 is also formed on the bottom of the protrusion 10.
이어서, 도 6과 같이, 홈부(11)에 접착제(20)를 도포하고, 금속 패드(30)를 접착제(20)를 매개로 돌출부(10)에 접착하면 도 7과 같이 된다.Subsequently, as shown in FIG. 6, when the adhesive 20 is applied to the groove 11 and the metal pad 30 is attached to the protrusion 10 via the adhesive 20, the result is as shown in FIG. 7.
그런 다음, 도 8과 같이, 돌출부(10) 양측으로 솔더 볼(S)을 마운팅한 후, 리플로우한다. 한편, 도 9와 같이, 반도체 칩(C)이 실장되는 기판(B) 표면에 솔더 페이스트(40)를 도포한다. 즉, 각 솔더 볼(S)이 실장되는 위치와 금속 패드(30)가 접착되는 위치에 솔더 페이스트(40)를 도포한다.Then, as shown in Figure 8, after mounting the solder ball (S) on both sides of the protrusion 10, and reflowed. Meanwhile, as shown in FIG. 9, the solder paste 40 is coated on the surface of the substrate B on which the semiconductor chip C is mounted. That is, the solder paste 40 is applied to the position where each solder ball S is mounted and the position where the metal pad 30 is bonded.
마지막으로, 각 솔더 페이스트(40)에 솔더 볼(S)과 금속 패드(30)를 접착하면, 본 발명에 따른 볼 그리드 어레이 패키지가 기판(B)에 실장된다.Finally, when the solder ball S and the metal pad 30 are adhered to each solder paste 40, the ball grid array package according to the present invention is mounted on the substrate B.
상기와 같이 제조하여 기판(B)에 실장된 볼 그리드 어레이 패키지를 기계적으로 실험한 결과가 표 1에 나타나 있다.Table 1 shows the results of mechanical experiments of the ball grid array package manufactured as described above and mounted on the substrate (B).
상기 표에서 나타난 실험 결과를 설명하기 전에, 기존에 보고된 많은 문헌에 의하면, 솔더 조인트부의 접속 수명은 조인트 변형량과 반비례한다는 것이 주지되어 있다. 따라서, 조인트부의 최대 변형량이 적으면 적을수록 솔더 조인트의 접속 수명이 향상된다.Before describing the experimental results shown in the above table, it is well known from many documents previously reported that the connection life of solder joint portions is inversely proportional to the amount of joint deformation. Therefore, the smaller the maximum deformation amount of the joint part, the better the connection life of the solder joint.
이러한 사실을 근거로 하여, 상기 표 1을 보면, 탄성 응력과 전단 응력에 의한 변형량이 본 발명이 종래에 비해서 대략 10 % 정도 줄어든다는 결과를 나타내고 있다. 즉, 본 발명에 따른 기계적 연결 구조물을 갖는 패키지가 종래의 패키지보다 접속 신뢰성이 매우 우수하다는 것이 증명된다.Based on this fact, looking at the above Table 1 shows that the amount of deformation caused by the elastic stress and the shear stress is reduced by approximately 10% compared to the conventional invention. That is, it is proved that a package having a mechanical connection structure according to the present invention is much better in connection reliability than a conventional package.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 반도체 칩과 기판간에 기계적 연결 구조물이 구비되므로써, 반도체 칩과 기판간의 열팽창의 차이로 인한 열적 응역의 상당 부분이 본 발명의 구조물이 완충시키게 된다. 아울러, 외부로부터의 진동이나 충격도 구조물이 완충시키게 된다. 따라서, 솔더 볼의 파손이 방지되어, 솔더 볼 수명이 연장된다.As described above, according to the present invention, since the mechanical connection structure is provided between the semiconductor chip and the substrate, the structure of the present invention buffers a considerable part of the thermal response due to the difference in thermal expansion between the semiconductor chip and the substrate. In addition, vibrations or shocks from the outside will also cushion the structure. Therefore, breakage of the solder ball is prevented, and the solder ball life is extended.
아울러, 본 발명에 따른 구조물은 반도체 칩에서 발생되는 열을 기판측으로 방출하는 기능도 하게 되므로써, 패키지의 열적 특성도 우수해지게 된다.In addition, the structure according to the present invention also has a function of dissipating heat generated from the semiconductor chip to the substrate side, it is also excellent thermal properties of the package.
이상에서는 본 발명에 의한 볼 그리드 어레이 패키지 및 그의 실장 방법을 실시하기 위한 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.In the above, a ball grid array package according to the present invention and a preferred embodiment for carrying out the mounting method thereof have been shown and described, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and is defined in the following claims. Various changes can be made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention.
Claims (3)
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1998
- 1998-12-21 KR KR1019980056800A patent/KR20000041033A/en not_active Application Discontinuation
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