KR20020046775A - 칩스케일 패키지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 칩스케일 패키지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존의 부자재인 리드프레임을 이용하여 경박단소화된 새로운 구조의 칩스케일 패키지를 제공하기 위한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 본딩패드(2)를 구비한 반도체칩(1)과, 상기 반도체칩(1)의 상면에 부착되며 본딩패드(2) 노출을 위한 윈도우가 구비된 어드헤시브(4)와, 상기 반도체칩(1)의 본딩패드(2) 형성면에 부착되며 본딩패드(2) 노출을 위한 마이크로 홀(6)이 구비되며 상기 마이크로 홀(6)을 포함한 리드 외측 영역이 하프-에칭된 리드(5)와, 상기 반도체칩(1)의 본딩패드(2) 영역에 형성되며 상기 어드헤시브(4)의 윈도우 및 리드(5)의 마이크로 홀(6)을 관통하여 상기 반도체칩(1)의 본딩패드(2)와 리드(5)를 전기적으로 연결하는 와이어 본드 범프(3)와, 상기 리드(5)의 하프-에칭되지 않은 면(8)만이 노출되도록 어드헤시브(4) 상부면을 봉지하는 봉지제(9)를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 칩스케일 패키지가 제공된다.

Description

칩스케일 패키지 및 그 제조방법{chip scale semiconductor package and method for fabricating the same }
본 발명은 칩스케일 패키지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존의 부자재인 리드프레임을 이용하여 경박단소화된 새로운 구조의 칩 스케일 패키지를 제공하기 위한 것이다.
일반적으로, 반도체 산업에서 집적회로에 대한 패키징 기술은 소형화에 대한 요구 및 실장 신뢰성을 만족시키기 위해 지금까지 계속 발전해오고 있다.
즉, 소형화에 대한 요구는 칩 스케일에 근접한 패키지에 대한 개발을 가속화시키고 있으며, 실장 신뢰성에 대한 요구는 실장작업의 효율성 및 실장후의 기계적·전기적 신뢰성을 향상시킬 수 있는 패키지 제조 기술에 대한 중요성을 부각시키고 있다.
한편, 일반적으로 반도체소자는 집적회로가 형성된 웨이퍼 상태에서 낱개의 칩으로 각각 분리된 후, 이것을 플라스틱 패키지나 세라믹 패키지에 탑재하여 기판에의 실장이 용이하도록 조립하는 패키징 공정을 거치게 된다.
이와 같이 행해지는 반도체소자에 대한 패키징 공정의 주목적은 기판이나 소켓에 실장하기 위한 형상의 확보와 기능보호에 있다고 할 수 있다.
또한, 최근에는 집적회로의 고집적화에 따라 다핀화, 미세조립기술, 또 실장형태의 다양화에 따른 패키지의 다종류화 등, 조립공정과 관련된 기술도 각각 세분된 분야에 따라 크게 변화하고 있다.
반도체 조립공정의 개요에 대해 현재 가장 많이 사용되고 있는 플라스틱 타입의 반도체소자를 예로 들어 설명하면 다음과 같다.
먼저, 전기적 회로가 형성된 웨이퍼를 각각의 단일 칩으로 분리하는데, 이때 Si(실리콘)는 모스경도 7로서 딱딱하고 깨지기 쉬운 성질을 갖고 있으므로 웨이퍼의 제조시 미리 분리할 라인에 절단하기 위한 물질을 넣어두고 이 분리라인을 따라 브레이크 응력을 가해 파괴, 분리시키는 방법을 취하는 경우가 많다.
또한, 분리된 각각의 반도체 칩은 리드프레임의 다이패드에 본딩되고, 이때의 접합방법은 Au-Si 공정(共晶)법, 납땜법, 수지접착법 등이 있으며 용도에 따라 알맞은 방법이 선택되어 사용된다.
한편, 전술한 바와 같이 반도체 칩을 리드프레임의 다이패드에 접착하는 목적은 조립이 완료된 후 기판에 실장시키기 위해서 뿐만 아니라, 전기적 입출력단자나 어스(earth)를 겸하는 일도 있으며 소자의 동작시 발생하는 열의 방열통로로서도 필요로 하는 경우가 있기 때문이다.
상기와 같이 반도체 칩을 본딩한 후에는 칩의 본딩패드와 리드프레임의 인너리드를 와이어로 본딩하므로써 연결하게 되며, 와이어 본딩의 방법으로 플라스틱 봉함 패키지에서는 일반적으로 골드 와이어를 사용한 열압착법 또는 열압착법과 초음파법을 혼용한 방법이 주로 이용되고 있다.
또한, 와이어 본딩에 의해 반도체 칩과 인너리드가 전기적으로 연결된 후에는 칩을 고순도의 에폭시 수지를 사용하여 성형 봉합하므로써 몰드바디를 형성시키는 몰딩공정이 수행되는데, 이때 사용되는 에폭시 수지는 집적회로의 신뢰성을 좌우하는 중요한 요소이며, 수지의 고순도화와 몰딩시 집적회로에 주어지는 응력을 저감시키기 위한 저응력화 등의 개선이 추진되고 있다.
그리고, 상기한 공정이 완료된 후에는 IC 패키지를 소켓이나 기판에 실장하기 위해 아웃터리드(outer lead)를 소정의 형상으로 절단하고 성형하는 공정이 행해지며, 아웃터리드에는 실장접합성(납땜성)을 향상시키기 위해 도금이나 납딥(dip)이 처리된다.
한편, 반도체 패키지는 실장형태 및 리드형태에 따라 여러 가지 유형으로 나뉘는데, 패키지의 대표적인 예로서는 전술한 DIP(Dual Inline Package)외에 QFP(Quad Flat Package), TSOP(Thin Small Outline Package), BGA 패키지( Ball Grid Array package), BLP(Bottom Leaded Package) 등이 있으며, 계속 다핀(多-pin)화 또는 경박단소(輕薄短小)화 되고 있다.
상기한 패키지 타입중, BGA 패키지(Ball Grid Array package)는 반도체 칩이 부착된 기판의 이면에 구형의 솔더볼을 소정의 상태로 배열(Array)하여 아웃터리드(outer lead) 대신으로 사용하게 되며, 상기 BGA 패키지는 패키지 몸체(Package Body) 면적을 QFP(Quad Flat Package) 타입보다 작게 할 수 있으며, QFP와는 달리 리드의 변형이 없는 장점이 있다.
대신, 상기 BGA 패키지는 기존의 리드프레임에 비해 값이 비싼 회로기판을사용하므로 제조원가가 높아지고, 반도체 칩 및 골드 와이어의 보호를 위해 봉지공정 수행시 상형 및 하형에 의해 회로기판이 눌러져 솔더마스크에 크랙이 발생할 우려가 높아지는 등의 단점이 있다.
한편, BLP(Bottom Leaded Package)는 패키지 몸체의 바텀면을 통해 노출된 리드를 이용하여 기판에 실장하므로, 패키지 몸체의 두께를 아웃터리드를 갖는 DIP나 QFP 타입에 비해 작게 할 수 있다.
그리고, 최근에는 μ-BGA등 칩스케일 패키지의 개발이 가속화되고 있으며, 상기한 반도체 패키지들은 실장면적, 입출력 단자수, 전기적 신뢰성, 제조공정의 유연성, 제조비용등에 있어 제각기 장점 및 단점을 갖고 있다.
따라서, 상기한 각 패키지들의 장점을 살리면서 단점을 해소한 새로운 타입의 반도체 패키지가 지속적으로 연구 개발되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 바와 같이 기존의 반도체 패키지가 갖는 장점을 최대한 살리면서 단점은 해소한 새로운 타입의 칩 스케일 패키지를 제공하기 위한 것으로서, 값싸고 신뢰성 높은 기존의 부자재(附資材)인 리드프레임을 이용하므로써 제조 비용 측면에서는 저비용으로 제조가능하고 구조적 측면에서는 경박단소하며 신뢰성이 높은 칩스케일 패키지 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 칩스케일 패키지를 나타낸 종단면도
도 2a는 도 1의 하프-에칭된 리드를 나타낸 평면도
도 2b는 도 2a의 Ⅰ-Ⅰ선을 따른 종단면도
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 패키지 제조 과정을 나타낸 종단면도로서,
도 3a는 와이어 본드 범프가 형성된 후의 상태도
도 3b는 어드헤시브 도포 및 베이크 후의 상태도
도 3c는 리드 어태치 후의 상태도
도 3d는 펌프 본딩후의 상태도
도 3e는 몰딩후의 상태도
도 3f는 트리밍 후의 상태도
도 4는 본 발명의 패키지를 응용한 패키지 스택 구성을 나타낸 종단면도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1:칩 2:본딩패드
3:와이어 본드 범프 4:어드헤시브
5:리드 6:마이크로 홀
7:하프-에칭된 면 8:하프-에칭되지 않은 면
9:봉지제 10a:하부패키지
10b:상부패키지
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 본딩패드를 구비한 반도체칩과, 상기 반도체칩의 상면에 부착되며 본딩패드 노출을 위한 윈도우가 구비된 어드헤시브와, 상기 반도체칩의 본딩패드 형성면에 부착되며 본딩패드 노출을 위한 마이크로 홀이 구비되며 상기 마이크로 홀을 포함한 리드 외측 영역이 하프-에칭된 리드와, 상기 반도체칩의 본딩패드 영역에 형성되며 상기 어드헤시브의 윈도우 및 리드의 마이크로 홀을 관통하여 상기 반도체칩의 본딩패드와 리드를 전기적으로 연결하는 와이어 본드 범프와, 상기 리드의 하프-에칭되지 않은 영역만이 노출되도록 어드헤시브 상부면을 봉지하는 봉지제를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 칩스케일 패키지 및 그 제조방법이 제공된다.
한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 형태는, 본딩패드를 구비한 반도체칩 상면에 와이어 본드 범프를 형성하는 단계와, 상기 반도체칩 상면에 와이어 본드 범프의 상단부가 노출되도록 어드헤시브를 적층하는 단계와, 상기 와이어 본드 범프가 리드의 마이크로 홀을 관통하도록 어드헤시브 상면에 리드를 부착하는 단계와, 상기 와이어 본드 범프와 리드의 하프-에칭된 면이 접합되도록 범프본딩하는 단계와, 상기 리드의 하프-에칭되지 않은 면만이 외부로 노출되도록 칩상면을 봉지제로 봉지하는 단계를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 칩스케일 패키지 제조방법이 제공된다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 칩스케일 패키지를 나타낸 종단면도이고, 도 2a는 도 1의 하프-에칭된 리드를 나타낸 평면도이며, 도 2b는 도 2a의 Ⅰ-Ⅰ선을 따른 종단면도로서, 본 발명의 칩스케일 패키지는 본딩패드(2)를 구비한 반도체칩(1)과, 상기 반도체칩(1)의 상면에 부착되며 본딩패드(2) 노출을 위한 윈도우가 구비된 어드헤시브(4)와, 상기 반도체칩(1)의 본딩패드(2) 형성면에 부착되며 본딩패드(2) 노출을 위한 마이크로 홀(6)이 구비되며 상기 마이크로 홀(6)을 포함한 리드 외측 영역이 하프-에칭(half-etching)된 리드(5)와, 상기 반도체칩(1)의 본딩패드(2) 영역에 형성되며 상기 어드헤시브(4)의 윈도우 및 리드(5)의 마이크로 홀(6)을 관통하여 상기 반도체칩(1)의 본딩패드(2)와 리드(5)를 전기적으로 연결하는 와이어 본드 범프(3)와, 상기 리드(5)의 하프-에칭되지 않은 면(8)만이 노출되도록 어드헤시브(4) 상부면을 봉지하는 봉지제(9)를 포함하여 구성된다.
이 때, 상기 와이어 본드 범프(3)는 와이어 본더에 의해 형성된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 칩(1)스케일 패키지 제조 과정은 다음과 같다.
먼저, 본딩패드(2)를 구비한 반도체칩(1) 상면에 도 3a에서와 같이, 와이어 본드 범프(3)를 형성하게 된다.
이 때, 상기 와이어 본드 범프(3)는 와이어 본딩에 적용되는 장비인 와이어 본더에 의해 형성되며, 리드프레임을 사용하는 일반적인 패키지에서의 볼본딩을 위한 볼 형성과정을 따르며 테일(tail)이 남도록 소정 위치에서 와이어를 절단함에 의해 형성된다.
한편, 와이어 본드 펌프가 형성된 후에는, 상기 반도체칩(1) 상면에 와이어 본드 범프(3)의 상단부가 노출되도록 액상(液相)의 어드헤시브(4)를 도포하게 된다.
이어, 베이킹(baking)하여 상기 액상 어드헤시브(4)를 경화시키므로써 도 3b와 같은 상태로 만든다.
그 후, 도 3c에 나타낸 바와 같이, 마이크로 홀(6)이 형성된 리드(5)를 구비한 리드프레임을 어드헤시브(4) 상면에 부착하게 되는데, 이 때에는 상기 와이어 본드 범프(3)가 리드(5)의 마이크로 홀(6)을 관통하도록 리드프레임을 어드헤시브(4) 상면에 부착하게 된다.
리드프레임 부착 후에는, 상기 와이어 본드 범프(3)에 열풍을 가하여 상기 와이어 본드 범프(3)와 리드(5)의 하프-에칭된 면(7)이 도 3d에서와 같이 접합되도록 하는 범프본딩을 수행하게 되며, 이에 따라 상기 칩(1)의 본딩패드(2)와 리드(5)는 전기적으로 연결된다.
다음으로, 범프본딩 후에는 상기 리드(5)의 하프-에칭되지 않은 영역만이 외부로 노출되도록 도 3e에서와 같이 칩(1)상면을 봉지제(9)로 봉지하게 된다.
이 때, 봉지제(9)를 이용한 봉지는 디스펜싱 또는 트랜스퍼 몰딩이 모두 적용가능하다.
마지막으로, 리드(5)만이 남도록 함과 더불어 리드(5)가 패키지 사이즈 내에 존재하도록 트리밍하여 리드를 제외한 리드프레임의 나머지 부분을 제거하므로써, 도 3f에 도시된 바와 같은 형태의 칩스케일 패키지를 완성하게 된다.
한편, 도 4는 본 발명의 칩스케일 패키지를 응용한 패키지 스택 구성을 나타낸 종단면도로서, 하부패키지(10a)는 상기한 바와 같이 리드(5)가 패키지 사이즈 외측으로 돌출되지 않는 패키지형태로 구성하고, 상부패키지(10b)는 리드(5)의 포밍 및 트리밍에 의해 패키지 외측 및 하부로 리드(5)가 돌출되는 형태로 구성한후, 상기 하부패키지(10a) 상면에 상부패키지(10b)를 스택하여서 된 것이다.
이 때, 상부패키지(10b)와 하부패키지(10a)간의 전기적 연결은 봉지제(9) 외측으로 노출된 리드(5)의 하프-에칭되지 않은 면(8)간의 접합에 의해 이루어지게 되며, 따라서, 상기 각 패키지의 봉지제(9) 외측으로 노출된 리드면 사이에는 솔더페이스트 등이 개재되어야 함은 물론이다.
이상에서와 같이, 본 발명은 기존의 반도체 패키지가 갖는 장점을 최대한 살리면서 단점은 해소한 새로운 타입의 칩 스케일 패키지를 제공하기 위한 것으로서, 값싸고 신뢰성 높은 기존의 부자재(附資材)인 리드프레임을 이용하므로써 제조 비용 측면에서는 저비용으로 제조가능하다.
그리고, 구조적 측면에서는 와이어 본딩 방식을 사용하나 와이어 루프가 없고 리드가 칩 사이즈를 벗어나지 않아 경박단소하며 신뢰성이 높은 칩스케일 패키지의 제조가 가능하다.
또한, 본 발명의 칩스케일 패키지는 메모리 용량을 증대시키고자 하는 경우 스택 패키지의 제조가 가능하게 된다.

Claims (6)

  1. 본딩패드를 구비한 반도체칩과, 상기 반도체칩의 상면에 부착되며 본딩패드 노출을 위한 윈도우가 구비된 어드헤시브와, 상기 반도체칩의 본딩패드 형성면에 부착되며 본딩패드 노출을 위한 마이크로 홀이 구비되며 상기 마이크로 홀을 포함한 리드 외측 영역이 하프-에칭된 리드와, 상기 반도체칩의 본딩패드 영역에 형성되며 상기 어드헤시브의 윈도우 및 리드의 마이크로 홀을 관통하여 상기 반도체칩의 본딩패드와 리드를 전기적으로 연결하는 와이어 본드 범프와, 상기 리드의 하프-에칭되지 않은 영역만이 노출되도록 어드헤시브 상부면을 봉지하는 봉지제를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 칩스케일 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 봉지제는 디스펜싱에 의해 어드헤시브 상면에 형성됨을 특징으로 하는 칩스케일 패키지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 봉지제는 트랜스퍼 몰딩에 어드헤시브 상면에 형성됨을 특징으로 하는 칩스케일 패키지.
  4. 본딩패드를 구비한 반도체칩 상면에 와이어 본드 범프를 형성하는 단계와,
    상기 반도체칩 상면에 와이어 본드 범프의 상단부가 노출되도록 어드헤시브를 적층하는 단계와,
    상기 와이어 본드 범프가 리드의 마이크로 홀을 관통하도록 어드헤시브 상면에 리드를 부착하는 단계와,
    상기 와이어 본드 범프와 리드의 하프-에칭된 면이 접합되도록 범프본딩하는 단계와,
    상기 리드의 하프-에칭되지 않은 영역만이 외부로 노출되도록 칩상면을 봉지제로 봉지하는 단계를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 칩스케일 패키지 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 어드헤시브는,
    액상 어드헤시브를 도포하는 단계와, 상기 액상 어드헤시브를 베이킹하여 경화시키는 단계를 거쳐 적층됨을 특징으로 하는 칩스케일 패키지 제조방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 본딩패드 영역에 형성된 와이어 본드 범프는, 열풍에 의해 리드의 하프-에칭된 면에 본딩됨을 특징으로 하는 칩스케일 패키지 제조방법.
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