KR20040069172A - 플립칩 패키지 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플립칩 패키지 형성 방법에 관한 것으로, 플립칩의 범프와 접촉되는 지점에 요홈부를 형성하고, 이 요홈부에 솔더 크림을 충진시킴으로써, 패키지의 두께를 줄이면서도 범프와 범프 사이의 틀어짐이나 쇼트를 방지할 수 있도록 한다.

이를 위해, 본 발명은 기판의 일정 영역에 요홈부를 형성하고, 더불어 그 저면에 돌출 전극을 형성한 다음, 요홈부에 솔더 크림을 충진시켜 상기 솔더 크림으로 돌출 전극의 둘레를 접착시키고, 상기 솔더 크림이 접착된 돌출 전극에 플립칩 하부의 해당 범프를 압착시켜 패키징하도록 한다.

Description

플립칩 패키지 형성 방법{Method for manufacturing flip-chip package}

본 발명은 플립칩의 범프(bump)와 접촉되는 지점에 요홈부를 형성하고, 이요홈부에 솔더 크림을 충진시킴으로써, 패키지의 두께를 줄이면서도 범프와 범프 사이의 틀어짐이나 쇼트를 방지할 수 있도록 하는 플립칩 패키지 형성 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 패키지는 그 종류에 따라 수지밀봉 패키지, TCP(Taper Carrier Package)패키지, 글래스 밀봉패키지, 금속밀봉패키지 등이 있다.

이와 같은 반도체 패키지는 실장방법에 따라 삽입형과 표면실장(surface Mount Technology, STM)형으로 분류하게 되는데, 삽입형으로서 대표적인 것은 DIP(Dual In-line Package), PGA(Pin Grid Array)등이 있고, 표면실장형으로서 대표적인 것은 QFP(Quad Flat Package), PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier), CLCC(Ceramic Leadchip Carrier), BGA(Ball Grid Array)등이 있다.

최근에는 전자제품의 소형화에 따라 인쇄회로기판의 부품 장착도를 높이기 위해서 삽입형 반도체 패키지보다는 표면 실장형 반도체 패키지가 널리 사용되고 있는데, 도 1은 일반적인 반도체 패키지 형성 방법으로 제조된 패키지를 나타낸 도면이다.

이에 도시한 바와 같이, 일반적인 패키지는, 전자회로가 집적되어 있는 반도체칩(11)과, 상기 반도체칩(11)이 에폭시(12)에 의해 부착되는 탑재판(13)과, 상기 반도체칩(11)의 신호를 외부로 전달할 수 있는 다수의 리드(14)와, 상기 반도체칩(11)과 리드(14)를 연결시켜 주는 와이어(15)와, 상기 반도체칩(11)을 외부의 산화 및 부식으로부터 보호하기 위하여 그 외부를 감싼 봉지부(16))로 이루어지는데, 반도체칩(11)으로부터 출력된 신호는 와이어(15)를 통해 리드(14)로 전달되며, 상기 리드(14)는 마더보드(도시하지 않음)에 연결되어 있어 리드로 전달된 신호가 마더보드를 통해 주변소자로 전달되고, 주변소자에서 발생된 신호가 반도체칩(11)으로 전달되는 경우에는 위에서 설명한 경로의 역순으로 신호가 전달되는 것이다.

그러나, 상기의 패키지는 반도체칩이 점차적으로 고성능화되어 가면서 핀의 수가 더욱더 많아지게 되는데 비하여, 핀과 핀사이의 거리를 일정치 이하로 좁히는 것은 기술적으로 어려움이 있기 때문에 많은 핀을 모두 수용하기 위해서는 패키지가 커지게 되는 단점이 있다.

이러한 문제점을 개선하고자 개발된 것이 플립칩 패키지 형성 방법이다.

도 2a와 도 2b는 플립칩 패지키 형성 방법을 도시한 공정 순서도로서, 이에 도시한 바와 같이, 상기 플립칩 패키지는 반도체 칩(여기서는 "플립칩"으로 대칭함)(21)의 배면에 형성된 통전 매개물인 범프(22)를 기판(23) 표면에 설치된 패드(24)에 압착시켜 접촉시키고, 그런 다음, 도 2b에 도시된 바와 같이, 기판(23)과 범프(22)의 접착력을 향상시키기 위하여 기판(23)과 범프(22)의 경계면으로 이방성 전도성 필름이나 이방성전도성 어드헤시브를 주입시키기도 하며, 또는 폴리머(polymer)의 유기물 재료(25)를 주입시키기도 한다.

이 때, 상기 이방성전도성 필름이나 이방성전도성 어드헤시비를 주로 사용하는데, 이 이방성전도성 필름이나 이방성전도성 어드헤시브는 수~수십 마이크론 단위의 얇은 접착 수지의 내부에 대략 5㎛의 직경으로 된 수백개의 금속성 알맹이에 폴리머가 코팅된 것으로, 이것은 열압착시 압착된 부분은 열로 인하여 금속성 알맹이에 코팅된 폴리머가 녹게 되어 통전상태를 유지하고, 그 외 부분은 절연상태를 유지한다.

그러나, 플립칩의 범프를 기판에 본딩할 때, 금속성 알맹이가 플립 칩의 범프와 기판의 경계면 사이에 들어오지 못하여 도전입자간의 연속적인 배열이 생성되지 않아 범프와 기판간의 접속이 불량해지는 문제점이 발생하고, 또한, 플립 칩의 크기가 초소형일 경우에는 범프와 범프사이 간격이 너무 가까워 도전입자가 범프와 범프 사이에서 연속적으로 배열됨으로써, 범프간에 쇼트가 발생하여 공정 불량 및 신뢰성 저하 등의 문제점을 초래하며, 또한 폴리머의 유기물 재료 역시 범프를 기판 표면에 설치된 패드에 압착시켜 접촉시킨 상태에서 주입하기 때문에, 범프와 패드 사이에 잘 스며들지 못하는 문제점을 초래한다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해소시키기 위하여 개발된 것으로, 플립칩의 범프와 접촉되는 지점에 요홈부를 형성하고, 이 요홈부에 솔더 크림을 충진시킴으로써, 패키지의 두께를 줄이면서도 범프와 범프 사이의 틀어짐이나 쇼트를 방지할 수 있도록 하는 플립칩 패키지 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적 달성을 위해서 본 발명은 기판 상부에 복수의 돌출 전극을 패터닝하는 단계; 상기 돌출 전극들의 사이의 일정 영역에 방지체를 증착하여 상기 돌출 전극과 방지체 사이에 요홈부를 형성하되, 상기 방지체를 상기 돌출 전극보다 높게 형성하여 요홈부를 형성하는 단계; 상기 방지체의 상면과 대응되는 높이만큼 돌출 전극 상부에 솔더 크림을 접착시키고, 상기 요홈부에 상기 솔더 크림을 충진시키는 단계; 상기 솔더 크림이 접착된 돌출 전극에 플립칩 하부의 해당 범프를 압착시켜 패키징하는 단계를 통해 플립칩 패키지를 형성하도록 한다.

또는, 기판의 일정 영역이 돌출되도록 패터닝하여 요홈부를 형성하는 단계;상기 요홈부의 기판 상부에 돌출 전극을 형성하는 단계; 상기 요홈부에 솔더 크림을 충진시켜 상기 솔더 크림으로 돌출 전극의 둘레를 접착시키는 단계; 상기 솔더 크림이 접착된 돌출 전극에 플립칩 하부의 해당 범프를 압착시켜 패키징하는 단계를 통해 형성하도록 한다.

도 1은 일반적인 반도체 패키지 형성 방법에 따라 형성된 패키지를 설명하기 위한 도면이고,

도 2a와 도 2b는 종래의 플립칩 패키지 형성 방법을 도시한 공정 순서도이고,

도 3a와 도 3d는 본 발명에 따른 플립칩 패키지 형성 방법의 제 1 실시예를 도시한 공정 순서도이고,

도 4a와 도 4d는 본 발명에 따른 플립칩 패키지 형성 방법의 제 2 실시예를 도시한 공정 순서도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

30, 40 : 기판 31, 42 : 돌출 전극

32 : 방지체 33, 41 : 요홈부

34, 44 : 플립칩 35, 45 : 범프(bump)

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 대해 도 3a 내지 도 3d를 참조하여 설명한다.

< 제 1 실시예 >

우선, 본 발명의 제 1 실시예는 도 3a에 도시된 바와 같이, 기판(30) 상부에 복수의 돌출 전극(31)을 패터닝한다.

예컨대, 기판(30) 상부에 페이스트 전극 재료로 스크린 인쇄하고, 인쇄한 페이스트 전극 재료를 소결 온도에서 건조하여 와이어 본딩 공정을 통해 패드(pad)인 복수의 돌출 전극(31)을 패터닝한다.

상기 기판(30) 상부에 돌출 전극(31)이 패터닝되면, 패터닝된 돌출 전극(31)들의 사이의 일정 영역에 방지체(32)를 형성하여 상기 돌출 전극(31)과 방지체(32) 사이에 요홈부가 형성되도록 하는데(도 3b), 이 때, 상기 방지체(32)는 상기 돌출전극(31)보다 일정 높이(H)만큼 높게 형성하여 후속 공정에서 충진되는 솔더 크림이 옆으로 흐르는 것을 방지하도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 방지체(32)는 그 하부의 기판(30)과 동일한 재질을 사용하도록 하여 방지체(32)와 기판(30)의 열팽창 계수 및 격자 상수 등의 차이로 인한 스트레스를 방지하도록 하는 것이 바람직하다.

다음, 상기 패터닝된 돌출 전극(31)들의 사이의 일정 영역에 방지체(32)를 형성함에 따라 형성된 요홈부에 솔더 크림을 충진시키고, 더불어 상기 방지체(32)의 상면과 대응되는 높이만큼 돌출 전극(31) 상부에 솔더 크림(33)을 접착시킨다(도 3c).

그런 다음, 상기 솔더 크림(33)이 접착된 돌출 전극(31)에 플립칩(34) 하부에 형성된 범프(35)를 압착시켜 패키징한다(도 3d).

상기 플립 칩(34)은 대략 평판형의 직각 육면체로서, 내부에는 집적 회로(도시하지 않음)가 구비되어 있으며, 상기 집적 회로의 인출 단자 부분에 범프(35)가 형성된다.

그리고, 상기 범프(35)는 금(Au), 솔더(solder) 또는 니켈 합금 등의 전도성 물질로서 융착되며, 플립 칩의 외부로 입, 출력 신호를 전달하는 통로 역할을 한다.

또한, 상기 플립 칩(34)은 통상 원형으로 제조된 웨이퍼를 잘라낸 것으로 그 두께가 보통 수 mm 정도로 초박형이어서, 이러한 초박형의 플립 칩(34)에 형성되는 범프(35) 역시 대략 30㎛ ~ 40㎛의 두께를 갖는다.

다음으로는 본 발명의 제 2 실시예에 대해 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 설명한다.

먼저 도 4a에 도시한 바와 같이, 기판(40)의 일정 영역이 돌출되도록 패터닝하여 요홈부(41)를 형성하는데, 상기 요홈부(41)는 예컨대, 솔더 마스크 등을 이용하여 반 에칭(half etching)방법 등으로 형성하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 요홈부(41)는 플립 칩의 범프가 맞닿는 위치에 형성하는데, 특히 사발 형태의 홈으로 형성하는 것이 바람직하다.

다음, 기판(40)의 일정 영역에 요홈부(41)가 형성되면, 형성된 요홈부(41)의 저면에 대응되는 기판 상부에 패드인 돌출 전극(42)을 형성하는데(도 4b), 상기 돌출 전극(42)은 기판(40)의 배면에 부착되는 솔더볼(도시하지 않음)과 전기적으로 통전되어 있다.

이어, 솔더 크림(43)으로 돌출 전극(42)의 둘레를 접착시킬 수 있도록 상기 요홈부(41)에 상기 솔더 크림(43)을 충진시킨 다음, 상기 솔더 크림(43)이 접착된 돌출 전극에 플립칩(44) 하부에 형성된 범프(45)를 압착시켜 패키징하여 본 발명의 플립칩 패키지 형성 방법을 종료한다.

상기 플립 칩(44)은 대략 평판형의 직각 육면체로서, 내부에는 집적 회로(도시하지 않음)가 구비되어 있으며, 상기 집적 회로의 인출 단자 부분에 범프가 형성된다.

그리고, 상기 범프(45)는 금(Au), 솔더(solder) 또는 니켈 합금 등의 전도성 물질로서 융착되며, 플립 칩의 외부로 입, 출력 신호를 전달하는 통로 역할을 한다.

또한, 상기 플립 칩(44)은 통상 원형으로 제조된 웨이퍼를 잘라낸 것으로 그 두께가 보통 수 mm 정도로 초박형이어서, 이러한 초박형의 플립 칩에 형성되는 범프 역시 대략 30㎛ ~ 40㎛의 두께를 갖는다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 플립칩 패키지 형성 방법은, 플립칩의 범프와 접촉되는 지점에 요홈부를 형성하고, 이 요홈부에 솔더 크림을 충진시킴으로써, 패키지의 두께를 줄이면서도 범프와 범프 사이의 틀어짐이나 쇼트를 방지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (4)

1. 기판 상부에 복수의 돌출 전극을 패터닝하는 제 1 단계;

   상기 돌출 전극들의 사이의 일정 영역에 돌출 전극보다 일정 높이만큼 높게 방지체를 증착하여 상기 돌출 전극과 방지체 사이에 요홈부를 형성하는 제 2 단계;

   상기 요홈부의 기판과 돌출전극에 솔더크림을 상기 방지체의 상면과 대응되는 높이만큼 충진시키는 제 3 단계;

   상기 솔더 크림이 접착된 돌출 전극에 플립칩 하부의 해당 범프를 압착시켜 패키징하는 제 4 단계로 이루어지는, 플립칩 패키지 형성 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 기판과, 상기 방지체는 동일한 재질인 것을 특징으로 하는, 플립칩 패키지 형성 방법.
3. 기판의 일정 영역이 돌출되도록 패터닝하여 요홈부를 형성하는 제 1 단계;

   상기 요홈부의 기판 상부에 돌출 전극을 형성하는 제 2 단계;

   상기 요홈부에 솔더 크림을 충진시켜 상기 솔더 크림으로 돌출 전극의 둘레를 접착시키는 제 3 단계;

   상기 솔더 크림이 접착된 돌출 전극에 플립칩 하부의 해당 범프를 압착시켜 패키징하는 제 4 단계로 이루어지는, 플립칩 패키지 형성 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 요홈부는;

   사발 형태인 것을 특징으로 하는, 플립칩 패키지 형성 방법.