KR20050037599A - 집적회로 패키징에서의 선택적 접속 - Google Patents

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Abstract

땜납 범프 기술을 이용하는 집적회로 패키지에서, 결합 패드 어레이 아래의 기판의 표면상에 위치한 금속 층은, 분할되고 선택된 위치에서 이동됨으로써, 전기적 연속성을 보전하는 한편 그 위치에서 절연 땜납 마스크의 높이를 낮추게 된다.

Description

집적회로 패키징에서의 선택적 접속 {SELECTIVE CONNECTION IN IC PACKAGING}
본 발명의 분야는 집적회로(Integrated Circuits; ICs)를 패키징하는 것, 특히 "플립-칩(flip-chip)" 또는 C4라고 불리는 접속 기술에 관한 것이다.
집적회로의 세트를 접속하기 위한 기판을 제조하는 공정에 있어서, (집적회로)제조업자는 집적회로의 바닥에 땜납 범프 접속용으로 선택적인 콘택을 드는 경우가 종종 있다. 예컨대, 표준 칩과 다른 접속을 가지는 유사한 제품의 세트가 있을 수 있어서, 칩 상의 k번째 범프가 어떤 패키지에서는 이용되고 다른 패키지에서는 이용되지 않을 수 있다.
종래에는, 도 3의 단면에 도시된 바와 같이, 땜납 범프 (또는 볼) 콘택(30)의 볼 그리드 어레이(ball grid array)를 가지는 칩(10)("플립-칩(flip-chip)" 기술 또는 C4 기술이라고 불림)은 기판의 상면(135)에서 콘택 어레이에 대응하는 금속 콘택 패드(110)에 모두 납땜된다. 그러한 경우에, 칩은 사용되는 그러한 콘택과 함께 디자인되고 제조되어야만 한다. 미국 특허 6,229,219는 바닥 상에 불규칙한 콘택의 세트를 가지는 다른 칩을 설명한다. 각 칩 상의 모든 은택는 패키지 상의 대응 콘택과 본딩된다. 패키지는 칩 상에 비어 있는 위치를 가짐으로 인해서 두 개의 다른 칩을 수용한다. 다시 말하면, 칩은 그 칩 상의 k번째 슬롯에 비어 있는 위치를 가져서, k번째 지점에서의 콘택과 칩 상의 빈 슬롯 사이에 본딩이 형성되지 않는다.
대안적으로, 칩은 패키지 상의 콘택과 결합되지만, 사용되지 않는 콘택은 "플로팅(floating)"하며, 다시 말하면, 패키지의 다른 층과 접속되지 않는다. 이것은 그러한 콘택 패드(110)가 다른 콘택과 단락될 가능성이 있다는 것을 의미한다. 또한, 기판 상의 금속은 칩의 동작에 영향을 줄 수 있는 커패시턴스를 나타낸다.
칩의 바닥 상에서의 콘택을 제거하려면, 칩 콘택을 형성하는데 있어서 별도의 마스크가 필요하게 되므로 추가적인 비용이 들게 된다. 칩의 형성 후에 콘택을 제거하는 것은 별도의 작업이 요구되고, 칩을 손상시킬 가능성이 있다. 그 위치에서 콘택 패드(110)를 제거하는 것이 가능하긴 하지만, 땜납 범프(30)가 용융되어 콘택 패드(110) 아래에 제조된 비어(via) 또는 인접하는 콘택과 단락되거나, 땜납 마스크(130)가 존재하는 경우조차, 포토리소그래피(photolithography)에 의해 적층되고 패터닝된 종래의 유전층을 단락시킬 가능성이 있다. 이러한 종래 기술 도면에서의 땜납 마스크는, 종래와 같이, 땜납 범프(30)와 땜납 범프가 접촉하는 대응 금속 콘택 패드(110)를 분리하는 것으로 도시되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 구조의 평면도.
도 2는 도 1을 절단한 단면도.
도 3은 도 2에 대응하는 종래 기술의 단면도.
본 발명은 청구항 1에 청구된 바와 같은 기판을 제공한다. 바람직한 특징은 종속항에 기재되어 있다.
바람직하게는, 본 발명은 사용되지 않는 땜납 범프를 절연시키기 위해서, 땜납 마스크와 함께, 기판의 상면의 금속 상호접속부를 패터닝함으로써 IC의 바닥에서의 사용되지 않는 땜납 범프를 절연시킨다.
본 발명의 바람직한 특징은, 사용되지 않는 칩 콘택 밑으로 지나가는 금속 상호접속부의 모양을 변경하여, 유전체 땜납 마스크 내에 함몰부(depression)를 형성함으로써 선택된 위치에서 땜납 마스크의 높이를 낮추는 것이다.
본 발명의 다른 바람직한 특징은 칩 상의 과택와 패키지 상의 대응하는 콘택 사이에 유전체의 층을 위치시키기 위한 땜납 마스크를 패터닝하는 것이다.
다시 도 3을 참조하면, IC 패키징 기판 일부분의 단면이 도시되어 있고, 여기서 금속 콘택 패드(110)의 어레이와 결합하는 C4 땜납 범프 또는 볼(30)의 세트를 통하여 칩(10)이 패키지와 접속된다. 콘택 패드는, 기판의 상면(135)을 통해 아래로 신장되고 칩(10)을 다른 칩 및/또는 외부와 접속하는 상호접속부에 접속된다. 땜납 마스크(130)는, 상면 상의 도체가 패터닝된 이후 및 칩이 결합되기 이전에 덮는 유전체 층이다. 이것은 콘택 패드(110)를 둘러쌈으로써 땜납 범프(30)를 절연시킨다.
콘택 패드(110)의 금속 층이 패터닝된 이후에, 감광성 액체 또는 필름으로 땜납 마스크(130)를 덮고, 이후 적절한 특성의 광에 노출시킴으로써 패터닝하고, 패터닝 이후에 현상한다. 도 3에 보이는 바와 같이, 땜납 마스크를 패터닝하는 표준 방법은, 땜납 범프 사이의 분리와 절연 구조물로서, 각 콘택 패드(110) 주위에 벽을 형성하는 것이다. 도 3의 단면에는, 어떠한 땜납 볼도 금속(110)에 의해서 단락되어 있지 않다. 어떤 것이 단락되어 있다면, 다시 말해서, 금속(110)이 콘택 간에 연장된다면, 층(30)이 금속 층(110)을 통과하는 곳에서 다소 높이가 높아질 것이다.
종래 기술의 특징은, IC 핀아웃(pinout)의 수정(또는 땜납 범프와의 접속)에 비용이 많이 들어 땜납 범프-콘택(110) 접속을 그대로 둔다는 것이다. 그것은, 반대로, 칩(10)에 부착된 땜납 볼이 표면상의 콘택 패드(110)에 납땜되고, 따라서 기판 상의 접속의 효과에 의해서 칩에 커패시턴스가 부가되는 문제가 있을 수도 있다는 것을 의미한다. 당업자는 콘택 패드(110)는 주로 기판을 통하여 아래쪽으로 신장되는 비어(via)에 접속됨으로써, 상당한 양의 면적이 땜납 볼(30)과 전기적 접속을 하고 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, IC의 배치는 변경되지 않지만, 칩 동작과 간섭하지 않는 패터닝된 유전체에 의하여 칩 상의 사용하지 않는 땜납 범프를 고립함으로써, 기판 상의 다른 접속에 적용할 수 있다.
이제 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 패키지 기판 영역의 평면도가 도시되어 있고, 평면도에는 콘택 패드(110)의 3 × 7 어레이가 특정 IC의 표준 I/O를 따른다. 그러나, 모든 콘택이 사용되는 것은 아니다. 본 예에서는 중간 행의 두 개의 콘택은 사용되지 않는다.
어레이의 중앙 행을 따라서 왼쪽에서 오른쪽으로 통과하는 두꺼운 선(120)은, 구현 되는 시스템에 따라서 요구되는 도체 상호접속부(콘택 (1, 3, 4, 6 및 7)을 접속시킴)이다. 본 예에서, 선은 7 개의 연속하는 콘택 위치를 통과한다. 그러나, 육각형 모양을 가지며 부호 122로 표시되고 선(120)의 영역에 위치한 두 개의 콘택 위치는 본 예에서 사용되지 않는다. 도시된 레이아웃의 기능은 도체 상호접속부(120)가 칩(10) 상의 땜납 범프의 위치로부터 옮겨진다는 점이고, 다시 말하면, 상호접속부(120)가 나뉘어져서 양 측 사이에서 육각형의 개구(opening)를 형성한다는 것을 말한다. 칩 결합 동작 이전에 피복될 땜납 마스크는 육각형의 개구를 충전하여 그 위치에서 땜납 마스크층(125)의 최상부 표면에 함몰부를 형성한다. 그 함몰부는 칩(10) 상의 땜납 볼을 둘러싸서 그것을 주변의 커넥터로부터 절연시켜서, 가열 및 땜납 리플로우 공정(solder reflow process) 동안에 용융 상태로 변하는 모든 도체 소재를 억류(confinement)할 수 있다. 본딩 동작에서, 칩(10)의 바닥 상의 땜납 볼(30)은 모양이 변경되어, 칩(10)을 조금 끌어내릴 것이다. 볼(30)과 콘택 패드(110) 사이에 위치한 유전체 소재(125)는 전기적인 경로가 형성되는 것을 방지한다. 따라서, IC(10)의 하부면 상의 접속은 방해받지 않는 반면, 사용되지 않은 접속은 기판 접속(예컨대, 불필요한 단락을 일으키는 것에 의한 것) 또는 칩의 동작(커패시턴스의 변경에 의한 것)에 영향을 주지 않는다.
도 2의 측면도를 보면, 2-2 부분은 상호접속부(120)를 따라 절단되었기 때문에 단면에는 상호접속부(120)가 나타나지 않는다. 다시 말하면, 패드(110)를 통과하는 선은 120으로 규정하고 육각형(122)을 통과하는 곳은 122로 규정하고 있다. 두 개의 육각형의 가는 선(122)은 단면의 평면에 존재한다. 따라서, 도 2에는 두 개의 영역(125)은 각 측에서의 범프를 도시하고, 그 곳에서 땜납 마스크는 상호접속부(122)를 넘어간다.
도 1의 최상 행에서, 사각형(124)은, 유전체 패드(125)를 둘러쌓을 콘택 위치 주위의 영역을 정의하고, 땜납 마스크 소재로 형성되어 있다. 이 패드는 그 지점에서의 콘택(110)과 그 지점 위의 칩 콘택 사이에 경로가 형성되는 것을 방지한다. 이러한 배치는, 이 특정 시스템에서 사용되지 않는 칩 상의 콘택, 및 기판 상의 또는 내의 다른 상호접속부와 접속되거나 단락될 수 있는 기판의 콘택이 존재하는 경우에 유용하다.
따라서, 여전히 칩(만약, 콘택이 만들어질 경우)의 회로에 용량성 부하(capacitive loading)를 증가시키는, 기판 내의 다른 배선에 접속된 콘택(110)을 가지는 스톡 기판(stock substrate)이 사용될 수 있기 때문에, 광범위의 칩 및/또는 기판이 본 발명과 함께 사용될 수 있다. 마찬가지로, 시스템의 한 버전에서의 K 및 L 칩 콘택을 단락시키는 기판내의 상호접속부를 방지할 수 있어서, 그러한 단락을 가지지 않는 시스템은 여전히 동일한 기판을 사용할 수 있다.
당해 기술의 당업자는, 폐쇄된 육각형이 반드시 필요한 것은 아니고, 선(120)의 연속성을 보존하기 위하여 단일 면 구조(single-sided structure)로도 충분하다는 점을 인식할 것이다. 선(120)은 직선일 필요는 없고 직각 또는 다른 모양을 가질 수도 있다. 다이아몬드 모양, 사각형, 평행사변형 또는 다른 모양(바람직하게는 폐쇄곡선)이 육각형 대신에 사용될 수 있다.
땜납 마스크의 두께는, 전기적인 접촉을 방지할 만큼 두껍고, 다른 땜납 범프가 결합하는 패드(110)와 접촉하는 것을 방지하지 않을 만큼 얇은 것이 바람직하다. 땜납 범프는 본딩 공정 중에 용융될 것이기 때문에, 약간의 공차가 허용된다. 본 발명은 IBM에 의해서 개발된 플립 칩 공정의 맥락에서 기술되었지만, IC 밑면의 콘택 세트가 기판 상부의 어레이에 본딩되는 다른 기술도 또한 이용될 수 있다.

Claims (5)

  1. 표준 패턴의 콘택 어레이(110)를 갖는 기판 상면(135)과 상기 상면(135)에 배치된 패터닝된 유전체 층(130)을 구비하는 집적회로(10) 접속용 기판에 있어서,
    상기 패터닝된 유전체 층(130)은 상기 콘택 어레이의 부분집합을 둘러싸고 서로 절연되도록 패터닝되고,
    상기 기판 상면에는 상기 콘택 어레이의 적어도 ??를 전기적으로 접속시키는 도전성 콘택 상호접속부(120)가 배치되며,
    상기 콘택 상호접속부(120)는 상기 어레이 내의 콘택 위치의 선택된 위치로부터 옮겨지고,
    상기 패터닝된 유전체 층은 상기 선택된 위치를 덮고,
    상기 기판상면의 상기 선택된 위치에서의 집적회로 콘택은 상기 선택된 위치에 위치한 상기 콘택 어레이의 콘택으로부터 절연되는 집적회로 접속용 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 콘택 상호접속부(120)는 상기 선택된 위치를 둘러싸는 페곡선 내의 상기 위치로부터 옮겨지고, 상기 유전체 층은 상기 선택된 위치에서 상기 폐곡선 내에 함몰부(depression)를 가지는 집적회로 접속용 기판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도체 상호접속부(120)는 그 자신과 접속되지 않는 적어도 하나의 비접속 콘택(non-connected contact)을 지나서 연장되는 집적회로 접속용 기판.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 도체 상호접속부는 상기 적어도 하나의 비접속 콘택을 둘러싸는 폐곡선을 형성하는 집적회로 접속용 기판.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 도체 상호접속부는 상기 적어도 하나의 비접속 콘택을 둘러싸는 육각형을 형성하는 집적회로 접속용 기판.
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