KR20020093258A - ball grid array type package and method of fabricating the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A ball grid array(BGA) package module is provided to increase the intensity of conductive balls, by making the conductive balls maintain the shape of a sandglass while using a heat spreader whose interval can be adjusted. CONSTITUTION: A chip pad is formed in a semiconductor chip(22). The conductive ball(24) having the shape of a sandglass is settled on the chip pad. The conductive balls are mounted on a substrate(20). The heat spreader(26) whose interval can be adjusted to make the conductive ball have a predetermined shape is installed in the substrate, surrounding the semiconductor chip. An adhesion layer is interposed between the heat spreader and the semiconductor chip. A fixing member fixes the heat spreader to the substrate.

Description

비지에이 타입 패키지 모듈 및 그의 형성방법{ball grid array type package and method of fabricating the same }Ball grid array type package and method of fabricating the same}

본 발명은 패키지 모듈(package module) 및 그 형성방법에 관한 것으로, 특히, 열사이클(thermal cycle)에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있는 비지에이 타입 패키지 모듈(Ball Grid Aray type package module) 및 그 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a package module and a method for forming the same. In particular, a ball grid array package and a method for forming the same can improve reliability of a thermal cycle. It is about.

일반적으로 널리 알려진 바와 같이, 비지에이 타입 패키지는 열사이클에 의해 인쇄회로기판(Printed Circuit Board:이하, 기판이라 칭함)에 본딩(bonding)된다. 상기 열사이클 진행 시에 발생하는 높은 온도 및 긴 예열시간에 위해 도전성 볼에 갈라지거나 금이가는 크랙 현상이 유발될 확률이 높다. 따라서, 이러한 비지에이 타입 패키지에 대한 열사이클의 신뢰성을 향상시키려는 기술이 개발되어지고 있다.As is generally known, a busy type package is bonded to a printed circuit board by a thermal cycle. Cracks or cracks in the conductive balls are likely to occur due to the high temperature and long preheating time that occur during the heat cycle. Therefore, techniques have been developed to improve the thermal cycle reliability for such a busy package.

종래기술의 일 실시예에 따른 비지에이 타입 패키지를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Referring to the accompanying type package according to an embodiment of the prior art with reference to the accompanying drawings as follows.

도 1a은 종래기술의 일 실시예에 따른 비지에이 타입의 패키지 단면도이고, 도 1b는 종래기술의 다른 실시예에 따른 비지에이 타입의 패키지 단면도이다.FIG. 1A is a cross-sectional view of a busy type package according to an embodiment of the prior art, and FIG. 1B is a cross-sectional view of a busy type package according to another embodiment of the prior art.

종래의 볼 그리드 어레이 패키지는 기판의 이면에 구형의 도전성 볼을 소정의 상태로 배열(array)하여 아우터 리드(outer lead) 대신 사용하게 되며, 패키지 몸체 면적을 QFP(Quad Flat Package) 타입보다 작게 할 수 있고, QFP와는 달리 리드의 변형이 없는 장점이 있다.In the conventional ball grid array package, spherical conductive balls are arranged on the back surface of the substrate in a predetermined state to be used in place of the outer lead, and the package body area is smaller than that of the QFP (Quad Flat Package) type. And unlike QFP, there is an advantage that there is no deformation of the lead.

이러한 장점을 가진 종래의 볼 그리드 어레이 패키지는 기판에 실장하게 될 경우, 도 1a에 도시된 바와 같이, 도전성 볼(14)이 배(ship)형상을 갖는 베설(vessel)타입과, 도 1b에 도시된 바와 같이, 도전성 볼(16)이 모래시계 형상을 갖는 모래시계(hour glass)타입으로 나뉜다.The conventional ball grid array package having this advantage is, when mounted on a substrate, a vessel type in which the conductive balls 14 have a ship shape, as shown in Fig. 1A, and shown in Fig. 1B. As shown, the conductive balls 16 are divided into an hourglass type having an hourglass shape.

베설타입 또는 어우어 글라스 타입으로 제작된 종래의 볼 그리드 어레이 패키지에 200∼250℃ 정도의 온도 범위에서 열사이클 공정을 진행시키어 열에 대한 신뢰성 테스트를 진행시킨다.A thermal ball process is performed in a temperature range of about 200 to 250 ° C. in a conventional ball grid array package manufactured in a Bessel type or a glass type to perform a thermal reliability test.

열에 대한 신뢰성 테스트가 진행되는 동안, 베설타입의 볼 그리드 어레이 패키지는 도 1a에 도시된 바와 같이, 도전성 볼(14)이 구형에서 타원형으로 변형되며, 도전성 볼(14) 및 도전성 볼과 접촉되는 패키지몸체(12)의 계면에 스트레스(stress)가 집중되어 크랙(crack)이 발생하게 되었다. (도면부호 10은 기판을 도시한 것이다.)During the thermal reliability test, the Bessel type ball grid array package is a package in which the conductive balls 14 are deformed from spherical to elliptical, and are in contact with the conductive balls 14 and the conductive balls, as shown in FIG. 1A. Stress is concentrated at the interface of the body 12 to cause cracks. (Reference numeral 10 shows a substrate.)

따라서, 이러한 베설타입 패키지에 따른 문제점을 개선하기 위해 솔더 조인트(solder joint)의 접합 신뢰성이 우수한 모래시계 타입의 볼 그리드 어레이 패키지가 제안되었다.Therefore, an hourglass type ball grid array package having excellent soldering reliability of a solder joint has been proposed in order to improve the problems caused by the vessel type package.

모래시계 타입의 볼 그리드 어레이 패키지는, 도 1b에 도시된 바와 같이, 베설타입에 비해 열에 대한 신뢰성이 우수한 반면에, 도전성 볼(16)의 형상을 모래시계 형으로 형성하기 위해서 별도의 장치를 이용하여 패키지몸체(12)를 진공상태에서 상방향으로 끌어 올려주어야 하는 공정이 추가되는 문제점이 있었다.The hourglass type ball grid array package, as shown in FIG. 1B, has superior heat reliability compared to the vessel type, while using a separate device to form the shape of the conductive ball 16 into an hourglass type. There was a problem in that the process to pull up the package body 12 in a vacuum upward direction was added.

이에 본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 열사이클에 대한 신뢰성을 향상시킴으로써 도전성 볼의 강도를 강화하여 크랙이 발생되는 것을 방지할 수 있는 볼 그리드 어레이 타입 패키지 모듈을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the problems of the prior art, to provide a ball grid array type package module that can prevent the occurrence of cracks by enhancing the strength of the conductive ball by improving the reliability of the thermal cycle. The purpose is.

또한, 본 발명의 다른 목적은 열사이클에 대한 신뢰성을 향상시킴으로써 도전성 볼의 강도를 강화하여 크랙이 발생되는 것을 방지할 수 있는 볼 그리드 어레이 타입 패키지 모듈의 형성방법을 제공함에 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a method of forming a ball grid array type package module which can prevent cracks by strengthening the strength of conductive balls by improving reliability of a thermal cycle.

도 1a은 종래기술의 일 실시예에 따른 비지에이 타입 패키지 단면도.1A is a cross-sectional view of a busy type package according to an embodiment of the prior art.

도 1b는 종래기술의 다른 실시예에 따른 비지에이 타입 패키지 단면도.Figure 1b is a cross-sectional view of the busy type package according to another embodiment of the prior art.

도 2는 본 발명에 따른 비지에이 타입 패키지 모듈의 단면도.2 is a cross-sectional view of a busy type package module according to the present invention.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 비지에이 타입 패키지 모듈의 형성방법을 설명하기 위한 단면도.3A to 3C are cross-sectional views illustrating a method of forming a BG package module according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 방열판의 일부 사시도.4 is a partial perspective view of a heat sink according to the present invention.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings

20. 기판 22. 반도체칩20. Substrate 22. Semiconductor chip

24. 도전성 볼 26. 방열판24. Conductive Balls 26. Heat Sink

40. 세정액이동로 28, 34. 접착제40. Cleaning fluid transfer path 28, 34. Adhesive

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 볼 그리드 어레이 타입 패키지모듈은 칩패드가 형성된 반도체 칩과, 칩패드에 안착되는 모래시계 형상의 도전성 볼과, 도전성 볼이 실장되는 기판과, 기판 상에 반도체 칩을 애워싸도록 설치되며, 도전성 볼이 일정 형상을 갖도록 간격조절이 가능한 방열판과, 방열판과 반도체 칩 사이에 개재되는 접착층과, 기판에 방열판을 고정시켜주는 고정부재를 포함한 것을 특징으로 한다.A ball grid array type package module according to the present invention for achieving the above object is a semiconductor chip with a chip pad, an hourglass-shaped conductive ball seated on the chip pad, a substrate on which the conductive ball is mounted, the semiconductor on the substrate It is installed so as to surround the chip, characterized in that it comprises a heat sink that can be adjusted so that the conductive ball has a predetermined shape, an adhesive layer interposed between the heat sink and the semiconductor chip, and a fixing member for fixing the heat sink to the substrate.

또한, 본 발명에 따른 볼 그리드 어레이 타입 패키지 모듈의 형성방법은 칩패드가 형성된 반도체 칩을 제공하는 단계와, 칩패드에 도전성 볼을 안착시키는 단계와, 기판 상에 도전성 볼을 실장하는 단계와,기판 상에 반도체 칩을 애워싸며, 도전성 볼이 모래시계 형상을 갖도록 간격조절이 가능한 방열판을 설치하는 단계와, 도전성 볼에 열사이클 공정을 진행시키어 상기 도전성 볼을 모래시계 형상으로 형성하는 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.In addition, the method of forming a ball grid array type package module according to the present invention comprises the steps of providing a semiconductor chip with a chip pad, mounting a conductive ball on the chip pad, mounting a conductive ball on the substrate; Comprising a semiconductor chip on the substrate, the step of installing a heat sink that can be adjusted so that the conductive ball has an hourglass shape, and performing a heat cycle process on the conductive ball to form the conductive ball into an hourglass shape It is characterized by.

이하, 본 발명에 따른 볼 그리드 어레이 타입 패키지 모듈 및 그 형성방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a ball grid array type package module and a method of forming the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 비지에이 타입 패키지 모듈의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a busy type package module according to the present invention.

본 발명에 따른 비지에이 타입의 패키지 모듈은, 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 칩패드(미도시)가 형성된 반도체 칩(22)과, 칩패드에 안착되는 모래시계 형상의 도전성 볼(24)과, 도전성 볼(24)이 실장되는 기판(20)과, 기판(20) 상에 반도체 칩(22)을 애워싸도록 설치되며, 도전성 볼(24)이 일정 형상을 갖도록 간격조절이 가능한 방열판(26)과, 방열판(26)과 반도체 칩(22) 사이에 개재되는 제 1접착층(28)과, 방열판(26) 및 기판(120)의 일단에 개재되는 제 2접착층(34)과, 방열판(26) 및 기판(120)의 타단에 형성되어, 내주연에 나사산이 형성된 관통홀(40)과, 나사산에 나사결합되는 나사(32)로 구성된다.As shown in FIG. 2, the BG type package module according to the present invention includes a semiconductor chip 22 having a plurality of chip pads (not shown), and an hourglass-shaped conductive ball 24 seated on the chip pad. ), A substrate 20 on which the conductive balls 24 are mounted, and a heat dissipation plate provided to surround the semiconductor chip 22 on the substrate 20, and whose spacing is adjustable so that the conductive balls 24 have a predetermined shape. 26, a first adhesive layer 28 interposed between the heat sink 26 and the semiconductor chip 22, a second adhesive layer 34 interposed between one end of the heat sink 26 and the substrate 120, and a heat sink And a through hole 40 formed at the other end of the substrate 26 and the substrate 120 and having a thread formed at its inner circumference, and a screw 32 screwed to the thread.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 비지에이 타입 패키지 모듈의 형성방법을 설명하기 위한 단면도로서, 도 3a는 본 발명에 따른 비지에지 타입 패키지 모듈의 왼쪽 부분을 도시한 도면이고, 도 3b는 본 발명에 따른 비지에지 타입 패키지 모듈의 오른쪽 부분을 도시한 도면이다.3A to 3C are cross-sectional views illustrating a method of forming a BG package package according to the present invention, and FIG. 3A is a view showing a left side portion of the BG package package according to the present invention, and FIG. The right portion of the busy-edge package module according to the invention is shown.

또한, 도 4는 본 발명에 따른 방열판의 일부 사시도이다.4 is a partial perspective view of a heat sink according to the present invention.

상기 구성을 갖는 본 발명에 따른 비지에이 타입 패키지 모듈의 형성방법은, 도 3a에 도시된 바와 같이, 먼저 반도체 칩(22)의 칩패드 상에 전기적으로 연결되도록 구형의 도전성 볼(24a)을 안착시킨다.In the method for forming a BG package package according to the present invention having the above structure, as shown in FIG. 3A, first, a spherical conductive ball 24a is seated so as to be electrically connected to a chip pad of a semiconductor chip 22. Let's do it.

이 후, 방열판(26)의 내주면에 접착물질(28)를 도포한 다음, 반도체 칩(22)의 저면(소자가 형성된 이면)을 부착시킨다.Thereafter, the adhesive material 28 is applied to the inner circumferential surface of the heat sink 26, and then the bottom surface (back surface on which the element is formed) of the semiconductor chip 22 is attached.

상기 방열판(26)은 이 후의 열사이클 공정 진행 시, 구형의 도전성 볼(24a)이 모래시계 형상으로 변형되도록 하기 위해, 기판(20)과의 간격 조절이 중요하다. 따라서, 본 발명의 방열판(26)은 간격이 조절가능하도록 제작된다.The heat sink 26 is important to control the distance from the substrate 20 in order to deform the spherical conductive ball 24a into an hourglass shape during the subsequent heat cycle process. Therefore, the heat sink 26 of the present invention is manufactured so that the gap is adjustable.

상기 방열판(26)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 세정액이 이동되는이동로(40)가 형성되며, 고정나사용 홀(42)에 의해 도전성 볼의 간격에 알맞은 높이를 갖는 바(bar)(미도시)에 고정된다.As shown in FIG. 4, the heat sink 26 has a moving path 40 through which the cleaning liquid is moved, and has a height suitable for the distance between the conductive balls by the fixing threaded holes 42. It is fixed to (not shown).

다음, 기판(20)과 도전성 볼(24a)과의 전기적인 연결을 위해, 기판(20) 상에 플럭스(flux)(21)를 이용하여 도전성 볼(24)을 실장한다. 상기 플럭스(21)의 재질은 금속을 솔더와 잘 접속시키기 위하여 물리적이나 화학적으로 활성화시키는 물질을 사용한다.Next, in order to electrically connect the substrate 20 with the conductive balls 24a, the conductive balls 24 are mounted on the substrate 20 by using a flux 21. The material of the flux 21 uses a material which is physically or chemically activated to connect the metal with the solder.

이어서, 접착물질(34)을 이용하여 방열판(26) 및 기판(20)의 일단을 고정시킨다.Next, one end of the heat sink 26 and the substrate 20 is fixed by using the adhesive material 34.

그 다음, 도 3b에 도시된 바와 같이, 방열판(26)의 타측에 기판(20)과 일체로 내주면에 나사산이 형성되도록 관통홀(40)을 형성한 다음, 관통홀(40)의 나사산에 나사(32)를 결합시킴으로써 기판(20)에 고정시킨다.Next, as shown in FIG. 3B, the through hole 40 is formed on the other side of the heat sink 26 so as to form a thread on the inner circumferential surface integrally with the substrate 20, and then the screw on the thread of the through hole 40. The 32 is fixed to the substrate 20 by bonding.

즉, 방열판(26)은 일측(도면의 좌측)이 접착물질(34)에 의해 기판(20)에 고정되며, 타측(도면의 우측)이 나사결합에 의해 기판(20)에 고정된다.That is, one side (left side of the drawing) of the heat sink 26 is fixed to the substrate 20 by the adhesive material 34, and the other side (right side of the drawing) is fixed to the substrate 20 by screwing.

상기와 같은 나사결합 방법 외에도 방열판(26)의 타측을 일측과 마찬가지 방법으로 접착물질에 의해 기판(20)에 고정시킬 수도 있다.In addition to the screwing method as described above, the other side of the heat sink 26 may be fixed to the substrate 20 by an adhesive material in the same manner as one side.

이어서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 열사이클 공정을 거쳐 구형의 도전성 볼을 모래시계 형상(24)의 도전성 볼로 변형시키어 패키지 제조를 완료한다.Subsequently, as shown in FIG. 3C, the spherical conductive balls are transformed into conductive balls in an hourglass shape through a thermal cycle process to complete package manufacture.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 패키지 모듈은 간격조절이 가능한 방열판을 이용하여 도전성 볼을 모래시계 형상으로 유지시켜 줌으로써, 이후 열사이클 공정을 진행시킬 시킬 경우, 도전성 볼의 강도가 강화되어 크랙 발생이 방지된다.As described above, the package module according to the present invention maintains the conductive ball in the form of an hourglass by using a heat sink that can adjust the gap, and when the heat cycle process is subsequently performed, the strength of the conductive ball is strengthened and cracks are generated. This is avoided.

또한, 본 발명에 따른 패키지 모듈의 형성방법은 간격조절이 가능한 방열판을 이용하여 도전성 볼이 찌그러지지 않도록 고정시킨 다음, 열사이클 공정을 진행시킴으로써, 도전성 볼이 모래시계 형상을 유지할 수 있으며, 또한, 열사이클에 대한 신뢰성이 향상된다.In addition, in the method of forming a package module according to the present invention, the conductive balls are fixed to be not crushed by using a heat-dissipating plate with adjustable spacing, and then the thermal cycle process is performed, whereby the conductive balls can maintain an hourglass shape. The reliability of the heat cycle is improved.

따라서, 본 발명에서는 도전성 볼의 강도가 강화되어 크랙 발생이 방지된 효과가 있다.Therefore, in the present invention, the strength of the conductive balls is enhanced to prevent cracks from occurring.

기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.In addition, this invention can be implemented in various changes within the range which does not deviate from the summary.

Claims (6)

비지에이 타입의 패키지 모듈에 있어서,In a BG package type module, 칩패드가 형성된 반도체 칩과,A semiconductor chip having a chip pad formed thereon; 상기 칩패드에 안착되는 모래시계 형상의 도전성 볼과,An hourglass-shaped conductive ball seated on the chip pad, 상기 도전성 볼이 실장되는 기판과,A substrate on which the conductive balls are mounted; 상기 기판 상에 상기 반도체 칩을 애워싸도록 설치되며, 상기 도전성 볼이 일정 형상을 갖도록 간격조절이 가능한 방열판과,A heat dissipation plate disposed to enclose the semiconductor chip on the substrate, the heat dissipation plate being adjustable so that the conductive balls have a predetermined shape; 상기 방열판과 상기 반도체 칩 사이에 개재되는 접착층과,An adhesive layer interposed between the heat sink and the semiconductor chip; 상기 기판에 상기 방열판을 고정시켜주는 고정부재를 포함한 비지에이 타입 패키지 모듈.Visa-type package module including a fixing member for fixing the heat sink to the substrate. 제 1항에 있어서, 상기 고정부재는 접착제인 것을 특징으로 하는 비지에이 타입 패키지 모듈.The busy type package module according to claim 1, wherein the fixing member is an adhesive. 제 1항에 있어서, 상기 고정부재는The method of claim 1, wherein the fixing member 상기 기판과 상기 방열판의 일단에 형성되어, 내주연에 나사산이 형성된 관통홀을 통해 상기 나사산에 나사결합되는 나사를 포함한 것을 특징으로 하는 비지에이 타입 패키지 모듈.And a screw formed at one end of the substrate and the heat sink, the screw being screwed to the screw thread through a through hole having a screw thread formed at an inner circumference thereof. 제 1항에 있어서, 상기 방열판에는 세정액이 이동되는 이동로가 형성된 것을 특징으로 하는 비지에이 타입 패키지 모듈.The busy type package module according to claim 1, wherein the heat sink is provided with a moving path through which the cleaning liquid is moved. 칩패드가 형성된 반도체 칩을 제공하는 단계와,Providing a semiconductor chip having a chip pad formed thereon; 상기 칩패드에 구형의 도전성 볼을 안착시키는 단계와,Mounting a spherical conductive ball on the chip pad; 기판 상에 상기 도전성 볼을 실장하는 단계와,Mounting the conductive balls on a substrate; 기판 상에 상기 반도체 칩을 애워싸며, 상기 도전성 볼이 모래시계 형상을 갖도록 간격조절이 가능한 방열판을 설치하는 단계와,Enclosing the semiconductor chip on a substrate, and installing a heat sink capable of adjusting a gap so that the conductive ball has an hourglass shape; 상기 도전성 볼에 열사이클 공정을 진행시키어 상기 도전성 볼을 모래시계 형상으로 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 비지에이 타입 패키지 모듈의 형성방법.And forming the conductive ball into an hourglass shape by performing a heat cycle process on the conductive ball. 제 5항에 있어서, 상기 열사이클 공정이 진행된 도전성 볼을 세정하는 단계가 더 추가된 것을 특징으로 하는 비지에이 타입 패키지 모듈의 형성방법.6. The method of claim 5, further comprising the step of cleaning the conductive ball subjected to the heat cycle process.
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