KR20060016217A - 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20060016217A
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Abstract

솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지 및 그 제조방법에 관해 개시한다. 이를 위해 본 발명은 솔더볼이 부착된 반도체 소자 위에 절연막 대신에 고분자 감광막을 코팅하고 솔더볼 위에 있는 고분자 감광막 일부를 노광공정으로 제거하여 일정한 크기의 콘택영역을 형성한다. 따라서 고분자 감광막이 솔더볼의 접착 신뢰도를 높일 수 있다.
솔더볼 접착 신뢰도(SJR), WLCSP, 고분자 감광막.

Description

솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지 및 그 제조방법{Semiconductor package improving a solder joint reliability and method for manufacturing the same}
도 1은 종래 기술에 의한 반도체 패키지를 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 반도체 패키지의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 공정 흐름도(process chart)이다.
도 3 내지 도 10은 본 발명의 제1 실시예에 의한 반도체 패키지의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 의한 반도체 패키지의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 공정 흐름도이다.
도 12 내지 도 18은 본 발명의 제2 실시예에 의한 반도체 패키지의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.
도 19는 본 발명의 제3 실시예에 의한 반도체 패키지의 단면도이다.
도 20은 본 발명의 제4 실시예에 의한 반도체 패키지의 단면도이다.
본 발명은 반도체 패키지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 솔더볼을 갖는 반도체 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
반도체 패키지에서 솔더볼이나 솔더 범프(solder bump)를 외부연결단자로 사용하는 반도체 패키지, 예컨대 WLCSP(Wafer Level Chip Scale Package), 플립칩(flip chip) 및 BGA(Ball Grid Array) 패키지는 솔더볼에 대한 접착 신뢰도(Solder Joint Reliability)를 높이기 위해 많은 연구가 진행되고 있다.
이것은 반도체 패키지가 인쇄회로기판(PCB)에 탑재될 때에 탑재되는 통로에 존재하는 물질인 반도체 칩, 솔더볼 및 인쇄회로기판의 열팽창계수가 서로 달라 온도변화가 빈번한 환경에서 시간이 경과됨에 따라 솔더볼의 접착 신뢰도가 점차 떨어지기 때문이다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 반도체 패키지를 인쇄회로기판에 탑재하기 전에 솔더볼 주위로 에폭시(epoxy)와 같은 엔캡슐런트(encapsulant)를 코팅하는 기술이 소개되었는데, 이에 대한 특허가 미합중국 특허 US 6,187,615호에 Samsung Electronics Co., Ltd.,에 의해 Feb.13, 2001에 "Chip Scale Packages and method for manufacturing the chip scale packages at wafer level"이란 제목으로 등록된 바 있다.
도 1은 상기 종래 기술에 의한 반도체 패키지 및 그 제조방법을 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 반도체 기판(10) 위에 패드(12)와, 상기 패드(12)를 개구 하는 패시베이션층(14)이 통상적인 방식으로 형성되어 있다. 이때, 상기 패드(12)는 패드 재배치 금속배선(17)에 의해 상기 패시베이션층(14) 위로 그 기능이 확장된다. 상기 패드 재배치 금속배선(17) 위에는 상기 패드 재배치 금속배선(17)중, 솔더볼이 부착되는 솔더볼 패드를 노출시키는 절연막 패턴(24)이 형성되어 있다. 그리고 상기 절연막 패턴(24)에 의해 노출된 솔더볼 패드에는 솔더볼(32)이 통상의 방법에 의해 부착되어 있다.
이때, 상기 솔더볼(32)은 반도체 기판(10)을 인쇄회로기판(PCB) 기판에 탑재하는 통로 역할을 하게 된다. 그러나 상술한 바와 같이 반도체 기판(10)의 재질인 실리콘, 솔더볼 및 인쇄회로기판의 재질과의 열팽창계수 차이가 있기 때문에, 인쇄회로기판에 반도체 패키지가 탑재된 상태에서 온도의 급격한 변화가 발생하면, 열팽창계수의 차이로 인하여 솔더볼의 접착력이 떨어지는 문제가 발생한다.
이러한 문제를 줄이기 위해 솔더볼이 형성된 반도체 패키지의 일면에 덮개층(34)을 액상 폴리머를 이용하여 코팅하게 된다. 그러나 액상 폴리머로 된 덮개층은 솔더볼(32)을 완전히 감싸서는 안되고 일정부분을 노출시켜야 한다. 이런 목적을 위하여 덮개층(34) 재질인 액상 폴리머를 점도(viscosity)가 낮고, 복원력과 탄성력이 우수하고 물질을 사용하여 코팅하고 있다.
그러나 최근 들어 반도체 패키지에서 외부연결단자로 사용되는 솔더볼의 개수는 기존의 수십 개에서 수백 개로 늘어나는 추세이다. 이에 따라 액상 폴리머 재질의 덮개층(34)을 반도체 패키지에 적용할 경우, 수백 개에 이르는 솔더볼(32) 중에서 솔더볼 상부를 모두 일정한 크기로 노출시키기는 상당히 어려운 실정에 있 다.
즉, 솔더볼(32) 상부가 일정한 면적으로 노출되어야 반도체 패키지를 인쇄회로기판에 탑재하는데 문제가 발생하지 않는데, 노출된 면적이 하나라도 작은 경우, 이 영역에서 솔더볼(32)이 인쇄회로기판에 탑재되는 접착력이 약해지는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 문제점들을 해결할 수 있도록 솔더볼의 접착 신뢰도를 높이기 위한 물질로 고분자 감광막을 사용하고, 솔더볼 상부를 상기 고분자 감광막을 노광시켜 개구시킴으로써 일정한 면적을 솔더볼 상부에서 노출시킬 수 있는 반도체 패키지를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상술한 문제점들을 해결할 수 있도록 솔더볼의 접착 신뢰도를 높이기 위한 물질로 고분자 감광막을 사용하고, 솔더볼 상부를 상기 고분자 감광막을 노광시켜 노출시킴으로써 일정한 면적을 솔더볼 상부에서 노출시킬 수 있는 반도체 패키지의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명에 의한 일 측면에 의한 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지는, 반도체 소자의 몸체와, 상기 반도체 소자 몸체의 일면에 부착된 솔더볼과, 상기 솔더볼이 형성된 반도체 소자 몸체의 일면을 덮는 고분자 감광막과, 상기 솔더볼이 부착된 반도체 소자의 일면에서 노광공정을 통해 솔더볼 상부의 고분자 감광막 일부를 제거시킨 모양의 콘택영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 반도체 소자는 WLCSP, 플립칩 및 BGA 패키지 중에서 선택된 하나인 것이 적합하고, 상기 고분자 감광막은 폴리이미드, PBO 중에서 선택된 하나의 막일 수 있다.
바람직하게는, 상기 콘택영역은 크기가 상기 솔더볼의 직경보다 작은 것이 적합하다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명에 의한 다른 측면에 의한 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지는, 복수개의 단위 반도체 칩을 포함하는 반도체 기판과, 상기 반도체 기판 전체를 덮으며 패드(pad) 부분만 노출시킨 패시베이션층(passivation layer)과, 상기 패드와 연결되어 상기 패시베이션층 위로 확장된 패드 재배치 금속패턴과, 상기 패드 재배치 금속패턴의 일단에 부착된 솔더볼과, 상기 솔더볼 일부를 제외한 반도체 기판 전체를 덮는 고분자 감광막과, 상기 솔더볼 상부에서 고분자 감광막을 노광시켜 형성한 콘택영역을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지는 상기 패시베이션층 위에 제1 절연막을 더 구비할 수 있으며, 상기 제1 절연막은 상기 제1 절연막은 BCB(Benzo Cyclo Butene), 폴리이미드, 에폭시, 산화막 및 질화막 중에서 선택된 하나의 막 혹은 적어도 하나를 포함하는 다층막일 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명에 의한 또 다른 측면에 의한 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지는, 복수개의 단위 반도체 칩을 포함하는 반도체 기판과, 상기 반도체 기판 전체를 덮으며 패드 부분만 노출시킨 패시베이션층과, 상기 패드를 노출시키면서 패시베이션층 위에 형성된 제1 절연막과, 상기 패드와 연결되어 상기 제1 절연막 위로 확장된 패드 재배치 금속패턴과, 상기 패드 재배치 금속패턴 위에서 솔더볼 패드를 노출시키며 형성된 제2 절연막과, 상기 제2 절연막에 의해 노출된 솔더볼 패드에 부착된 솔더볼과, 상기 솔더볼 상부를 제외한 반도체 기판 전체를 덮는 고분자 감광막과, 상기 솔더볼 상부에 고분자 감광막을 노광시켜 형성한 콘택영역을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일측면에 의한 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지 제조방법은, 반도체 소자 몸체를 준비하는 단계와, 상기 반도체 소자 몸체에서 솔더볼 패드에 솔더볼을 부착하고 리플로우를 진행하는 단계와, 상기 솔더볼이 부착된 반도체 소자 몸체의 일면에 고분자 감광막을 코팅(coating)하는 단계와, 노광공정을 통해 상기 솔더볼 상부의 고분자 감광막 일부를 제거하여 콘택영역을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 고분자 감광막을 코팅하는 방법은 스크린 프린팅(screen printing), 감광막 용액에 담그는 법(dipping), 디스팬싱(dispensing) 및 스핀 코팅(spin coating) 방법 중에서 선택된 하나의 방법을 사용하는 것이 적합하다.
또한 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 노광공정은 상기 콘택영역 을 제거함과 동시에 상기 반도체 소자에 있는 스크라이브 라인(scribe line) 위에 코팅된 고분자 감광막도 동시에 제거하는 것이 적합하다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 다른 측면에 의한 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지 제조방법은, 패드가 패시베이션층에 의해 노출된 반도체 기판을 준비하는 단계와, 상기 패드와 연결되어 상기 패시베이션층 위로 확장된 패드 재배치 금속패턴을 형성하는 단계와, 상기 패드 재배치 금속패턴 위에 상기 패드 재배치 금속패턴의 솔더볼 패드 영역을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 솔더볼 패드에 솔더볼을 부착하고 리플로우를 진행하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴이 제거된 반도체 기판 전체를 덮는 고분자 감광막을 코팅하는 단계와, 상기 솔더볼 위의 고분자 코팅용 감광막 일부를 제거하여 콘택영역을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 또 다른 측면에 의한 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지 제조방법은, 패드가 패시베이션층에 의해 노출된 반도체 기판을 준비하는 단계와, 상기 패드를 노출시키면서 상기 패시베이션층을 덮는 제1 절연막을 형성하는 단계와, 상기 패드와 연결되어 상기 제1 절연막 위로 확장된 패드 재배치 금속패턴 형성단계와, 상기 패드 재배치 금속패턴 위에 상기 패드 재배치 금속패턴의 솔더볼 패드 영역을 노출시키는 제2 절연막을 형성하는 단계와, 상기 솔더볼 패드에 솔더볼을 부착하고 리플로우를 진행하는 단계와, 상기 솔더볼이 부착된 반도체 기판 전체를 덮는 고분자 감광막을 코팅하는 단계와, 상기 솔더볼 위의 고분자 코팅용 감광막 일부를 노광공정으로 제거하여 콘택영역을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 고분자 감광막을 솔더볼 주변에 코팅하고 노광공정을 통하여 일정한 면적으로 솔더볼 상부를 노출시킴으로써 솔더 접착 신뢰도를 높일 수 있다. 또한, 제2 절연막 대신에 포토레지스트 패턴을 사용하여 솔더볼을 부착한 후, 고분자 감광막을 제2 절연막 대신에 사용함으로써 제2 절연막 형성공정을 생략하면서 솔더 접착 신뢰도를 높일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 아래의 상세한 설명에서 개시되는 실시예는 본 발명을 한정하려는 의미가 아니라, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게, 본 발명의 개시가 실시 가능한 형태로 완전해지도록 발명의 범주를 알려주기 위해 제공되는 것이다.
먼저 도 10을 참조하여 본 발명에 의한 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지의 구조 및 그 제조방법을 설명하기로 한다.
본 발명에 의한 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지는, 반도체 소자의 몸체와, 상기 반도체 소자 몸체의 일면에 부착된 솔더볼(214A)과, 상기 솔더볼(214A)이 형성된 반도체 소자 몸체의 일면을 덮는 고분자 감광막(216A)과, 상기 솔더볼(214A)이 부착된 반도체 소자의 일면에서 노광공정을 통해 솔더볼(214A) 상부의 고분자 감광막(216A) 일부를 제거시킨 모양의 콘택영역(218)으로 이루어진다.
상기 반도체 소자는 아래의 제1 및 제2 실시예에서 설명되는 것과 같이 WLCSP(Wafer Level Chip Scale Package)일 수 있고, 제3 실시예(도19)에서 설명되는 것과 같이 플립 칩(flip-chip)일 수 있고, 제4 실시예에서 설명되는 것과 같이 BGA 패키지 일 수 있다.
종래 기술에서는 일반적인 액상 폴리머 용액을 사용하여 덮개층을 형성하여 솔더볼의 개수가 증가할 경우, 일정한 크기의 콘택영역(218)을 형성하기가 어려웠지만, 본 발명의 경우 고분자 감광막을 사용하고 노광공정을 통해 일정한 크기의 콘택영역을 확보함으로써 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있다. 그리고 전형적인 표면 실장 공정(surface mounting process)과 완벽하게 일치하여 공정이 훨씬 수월하게 된다. 또한, 솔더볼 부착 공정과 연속해서 고분자 감광막을 형성하기 때문에 솔더볼 형상을 그대로 유지할 수 있다. 이때, 상기 콘택영역(218)의 크기는 상기 솔더볼(214A)의 직경보다 작게 함으로서 고분자 감광막(216A)이 안정적으로 솔더볼(214A) 주위를 감싸게 한다. 이에 따라 반도체 패키지를 인쇄회로기판에 실장(mounting)한 후, 반도체 칩, 솔더볼 및 인쇄회로기판의 열팽창계수 차이에서 발생하는 응력(stress)을 고분자 감광막(216A)이 흡수할 수 있게 된다.
이어서, 도 10을 참조하여 본 발명에 의한 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지의 제조방법을 설명하기로 한다.
먼저, 반도체 소자의 몸체를 준비한다. 상기 반도체 소자의 몸체는 상술한 바와 같이 WLCSP, 플립 칩 및 BGA 패키지 중에 하나일 수 있다. 이어서 상기 반도체 소자의 몸체에 솔더볼(214A)을 부착하고 리플로우(reflow) 공정을 진행한다. 이어서 솔더볼이 부착된 반도체 소자의 몸체 일면에 고분자 감광막(216A)을 코팅한 다.
이때, 상기 고분자 감광막(216A)은, 빛에 반응하는 포토레지스트(Photo Sensitive Photoresist)로서 폴리이미드 혹은 PBO(PolyBenzOxazole) 등이 될 수 있다. 또한 고분자 감광막(216A)을 코팅하는 방법은, 스크린 프린팅(screen printing), 감광막 용액에 담그는 법(dipping), 디스팬싱(dispensing) 및 스핀 코팅(spin coating) 방법 중에서 선택된 하나의 방법을 사용할 수 있다.
이어서 상기 고분자 감광막(216A)에 마스크(mask)를 사용한 노광공정을 진행하여 콘택영역(218)을 상기 솔더볼(214A)의 직경보다 작은 크기로 일정하게 개구한다. 상기 노광공정은 반도체 소자가 WLCSP인 경우 스크라이브 라인(Scribe line) 영역도 함께 개구시킬 수 있다. 상기 노광공정 후, 통상의 방법에 따라 세정공정을 진행할 수 있다.
제1 실시예
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 반도체 패키지의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 공정 흐름도(process chart)이고, 도 3 내지 도 10은 본 발명의 제1 실시예에 의한 반도체 패키지의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.
도 2 내지 도 10을 참조하면, 반도체 기판(200) 위에 트랜지스터와 같은 하부구조(202)가 형성되고, 상기 하부구조(202) 위에는 패드(204)가 형성되고, 상기 하부구조(202)는 다시 패시베이션층(206)에 의해 덮이고, 패드(204) 부분만 노출된 반도체 소자를 준비한다.
계속해서 상기 패시베이션층(206) 위에 제1 절연막(208) 패턴을 형성(S210) 한다. 상기 제1 절연막(208)은 BCB(Benzo Cyclo Butene), 폴리이미드, 에폭시, 산화막 및 질화막 중에서 선택된 하나의 막이거나, 혹은 하나의 막을 포함하는 다층막일 수 있다. 상기 제1 절연막(208)은 상기 패시베이션층(206)과 같이 패드(204)부분을 노출시킨다. 그 후, 상기 패드(204)와 연결되고 상기 제1 절연막(208) 위로 그 기능이 확장된 패드 재배치 금속패턴(210)을 형성(S220)한다. 상기 패드 재배치 금속패턴(210)은 스퍼터링 방식으로 형성할 수 있다.
상기 패드 재배치 금속패턴(210)이 형성된 결과물 위에 포토레지스트 패턴(213)을 형성(S230)한다. 상기 포토레지스트 패턴(213)은 상기 패드 재배치 금속패턴(210)에 있는 솔더볼 패드(215)를 노출시키는 형태이다. 상기 포토레지스트 패턴(213)이 형성된 결과물 위에서 솔더볼 패드(215)에 솔더볼(214)을 위치시키고, 리플로우(reflow) 공정을 진행(S240)하여 솔더볼(214A)을 솔더볼 패드(215)에 부착한다. 이어서 상기 포토레지스트막(213)을 제거(S250)한다.
계속해서 상기 포토레지스트막이 제거된 결과물 전면에 고분자 감광막(216)을 코팅(S260)한다. 상기 고분자 감광막(216A)은, 빛에 반응하는 포토레지스트(Photo Sensitive Photoresist)로서 폴리이미드 혹은 PBO(PolyBenzOxazole) 등이 될 수 있다. 또한 고분자 감광막(216A)을 코팅하는 방법은, 스크린 프린팅(screen printing), 감광막 용액에 담그는 법(dipping), 디스팬싱(dispensing) 및 스핀 코팅(spin coating) 방법 중에서 선택된 하나의 방법을 사용할 수 있다.
이어서 상기 고분자 감광막(216A)에 노광공정을 진행(S270)하여 콘택영역(218)을 상기 솔더볼(214A)의 직경보다 작은 크기로 개구한다. 상기 노광공정은 반 도체 기판(200)의 다른 영역(미도시)에 있는 스크라이브 라인(Scribe line) 영역도 함께 개구하는 것이 적합하다. 상기 노광공정 후, 통상의 방법에 따라 세정공정을 진행할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지의 구조는, 복수개의 단위 반도체 칩을 포함하는 반도체 기판(200)과, 상기 반도체 기판(100) 전체를 덮으며 패드(204) 부분만 노출시킨 패시베이션층(206)과, 상기 패시베이션층(206) 위를 덮으면서 상기 패드(204)를 노출시키는 제1 절연막(208), 상기 패드(204)와 연결되어 상기 패시베이션층(206) 위로 확장된 패드 재배치 금속패턴(210)과, 상기 패드 재배치 금속패턴(210)의 일단에 부착된 솔더볼(214A)과, 상기 솔더볼(214A) 일부를 제외한 반도체 기판 전체를 덮는 고분자 감광막(216A) 및 상기 솔더볼(214A) 상부에서 고분자 감광막(216A)을 노광시켜 형성한 콘택영역(218)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에서는 포토레지스트 패턴(213)을 이용하여 솔더볼(214)을 부착하고, 이를 다시 제거하여 고분자 감광막(216A)을 코팅하기 때문에 제2 실시예처럼 제2 절연막(도18의 112) 형성공정을 생략할 수 있는 장점이 있다.
제2 실시예
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 의한 반도체 패키지의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 공정 흐름도이고, 도 12 내지 도 18은 본 발명의 제2 실시예에 의한 반도체 패키지의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.
도 11 내지 도 18을 참조하면, 반도체 기판(100) 위에 트랜지스터와 같은 하부구조(102)가 형성되고, 상기 하부구조(102) 위에는 패드(104)가 형성되고, 상기 하부구조(102)는 다시 패시베이션층(106)에 의해 덮이고, 패드(104) 부분만 노출된 반도체 소자를 준비한다.
계속해서 상기 패시베이션층(106) 위에 제1 절연막(108) 패턴을 형성(S110)한다. 상기 제1 절연막(108)은 상기 패시베이션층(106)과 같이 패드(104)를 노출시킨다. 그 후, 상기 패드(104)와 연결되고 상기 제1 절연막(108) 위로 그 기능이 확장된 패드 재배치 금속패턴(110)을 형성(S120)한다. 이어서, 상기 패드 재배치 금속패턴(110) 위에 제2 절연막 패턴(112)을 형성(S130)한다. 상기 제2 절연막 패턴(112)은 상기 패드 재배치 금속패턴(110)에서 솔더볼 패드(115)를 노출시킨다.
상기 솔더볼 패드(115)가 노출된 결과물에 솔더볼(114)을 위치시키고, 리플로우 공정을 진행하여 솔더볼(114A)을 솔더볼 패드에 부착(S140)시킨다. 이어서 상기 솔더볼(114A)이 부착된 결과물 전면에 고분자 감광막(116)을 코팅(S150)한다.
상기 고분자 감광막(116)은, 빛에 반응하는 포토레지스트(Photo Sensitive Photoresist)로서 폴리이미드 혹은 PBO(PolyBenzOxazole) 등이 될 수 있다. 또한 고분자 감광막(116)을 코팅하는 방법은, 스크린 프린팅(screen printing), 감광막 용액에 담그는 법(dipping), 디스팬싱(dispensing) 및 스핀 코팅(spin coating) 방법 중에서 선택된 하나의 방법을 사용할 수 있다.
이어서 상기 고분자 감광막(116)에 노광공정을 진행(S160)하여 콘택영역(118)을 상기 솔더볼(114A)의 직경보다 작은 크기로 개구한다. 상기 노광공정은 WLCSP에서는 반도체 기판(100)의 다른 영역(미도시)에 있는 스크라이브 라인 (Scribe line) 영역도 함께 개구하는 것이 적합하다. 상기 노광공정 후, 통상의 방법에 따라 세정공정을 진행할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 의한 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지는, 복수개의 단위 반도체 칩을 포함하는 반도체 기판(100)과, 상기 반도체 기판(100) 전체를 덮으며 패드(104) 부분만 노출시킨 패시베이션층(106)과, 상기 패드(104)를 노출시키면서 패시베이션층(106) 위에 형성된 제1 절연막(108)과, 상기 패드(104)와 연결되어 상기 제1 절연막(108) 위로 확장된 패드 재배치 금속패턴(110)과, 상기 패드 재배치 금속패턴(110) 위에서 솔더볼 패드를 노출시키며 형성된 제2 절연막(112)과, 상기 제2 절연막(112)에 의해 노출된 솔더볼 패드에 부착된 솔더볼(114A)과, 상기 솔더볼(114A) 상부를 제외한 반도체 기판 전체를 덮는 고분자 감광막(116A)과, 상기 솔더볼(114A) 상부에 고분자 감광막(116A)을 노광시켜 형성한 콘택영역(118)을 구비하는 것을 특징으로 한다.
제3 실시예
도 19는 본 발명의 제3 실시예에 의한 반도체 패키지의 단면도이다.
도 19를 참조하면, 본 발명에 의한 고분자 감광막(316A)을 솔더볼(314) 주변에 형성하고 이를 노광공정을 제거하여 솔더볼(314) 직경보다 작은 크기의 콘택영역(318)을 확보하는 방법은 WLCSP에서 적용이 가능하지만 본 실시예와 같은 플립칩에도 적용이 가능하다.
플립칩의 구조는 반도체 기판(300) 위에서, 패드(304)가 패시베이션층(306)에 의해 노출되고, 다시 패시베이션층(306) 위에는 폴리이미드와 같은 제1 절연막 (308)이 형성된다. 상기 패드(304)의 양쪽 위에 있는 패시베이션층(306), 제1 절연막(308) 위에는 스퍼터링(sputtering)에 의한 접착층(310)이 형성되고, 상기 패드(304) 및 상기 접착층(310) 위에는 솔더볼(314A) 재질이 패드(304)로 확산되는 것을 방지하고, 솔더볼(314)이 패드(304)에 쉽게 융착되도록 하는 니켈 스터드층(Ni Stud, 320)이 형성된다.
상기 고분자 감광막(316A)을 형성하는 방법이나 구조는 상술한 제1 실시예나 제2 실시예의 방법을 적용할 수 있으나, 플립칩의 구조 및 제조방법은 당업자의 수준에서 여러 가지 형태로 변형하는 것이 가능하다.
제4 실시예
도 20은 본 발명의 제4 실시예에 의한 반도체 패키지의 단면도이다.
도 20을 참조하면, 본 발명에 의한 고분자 감광막(416A, 516A)을 사용하여 솔더볼(414A, 514A)을 일정크기로 노출시켜 콘택영역(418, 518)을 만드는 방법은, 플립칩(flip chip) 뿐만 아니라 BGA 패키지에서도 적용이 가능하다. 도면과 같이 인쇄회로기판(500) 상부에 부착되는 반도체 칩(400)의 솔더볼(414A)에도 적용이 가능하고, 또한 인쇄회로기판(500) 하부에 부착된 다른 솔더볼(516A)에도 적용이 가능하다. 도면에 참조부호 430은 엔캡슐런트(encapsulant)를 가리킨다.
따라서 고분자 감광막(416A, 516A)이 솔더볼(414A, 514A)의 직경보다는 작은 일정한 크기의 면적으로 개구되기 때문에 반도체 칩(400)을 인쇄회로기판(500)에 부착할 때와, 다른 솔더볼(516A)을 마더보드(mother board)에 부착할 때에 균일한 접착력을 확보할 수 있기 때문에 유리하다. 또한 고분자 감광막(416A, 516A)은 상 기 솔더볼(414A, 514A)을 감싸는 형태로 형성되기 때문에 급격한 온도 변화 환경에서도 반도체 기판(400), 솔더볼(414A, 514A) 및 인쇄회로기판(500) 사이에서 열팽창계수 차이로 인하여 발생하는 응력을 흡수할 수 있게 된다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함이 명백하다.
따라서, 상술한 본 발명에 따르면, 첫째 고분자 감광막을 솔더볼 주변에 코팅하고 노광공정을 통하여 균일한 면적으로 솔더볼 상부를 노출시킴으로써 솔더 접착 신뢰도를 높일 수 있다. 둘째 제2 절연막 대신에 포토레지스트막을 사용하여 솔더볼을 부착한 후, 고분자 감광막을 제2 절연막 대신에 사용함으로써 제2 절연막 형성공정을 생략하면서 솔더 접착 신뢰도를 높일 수 있다.

Claims (37)

  1. 반도체 소자의 몸체;
    상기 반도체 소자 몸체의 일면에 부착된 솔더볼;
    상기 솔더볼이 형성된 반도체 소자 몸체의 일면을 덮는 고분자 감광막; 및
    상기 솔더볼이 부착된 반도체 소자의 일면에서 노광공정을 통해 솔더볼 상부의 고분자 감광막 일부를 제거시킨 모양의 콘택영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 소자의 몸체는 WLCSP인 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 소자의 몸체는 플립칩(Flip chip)인 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 소자의 몸체는 BGA(Ball Grid Array) 패키지인 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 감광막은 폴리이미드(polyimide) 재질인 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 감광막은 PBO(PolyBenzOxazole) 재질인 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 콘택영역의 크기는 상기 솔더볼의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지는 상기 노광공정에 의해 개구되는 스크라이브 라인(scribe line) 영역을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지.
  9. 반도체 소자 몸체를 준비하는 단계;
    상기 반도체 소자 몸체에서 솔더볼 패드에 솔더볼을 부착하고 리플로우를 진행하는 단계;
    상기 솔더볼이 부착된 반도체 소자 몸체의 일면에 고분자 감광막을 코팅(coating)하는 단계; 및
    노광공정을 통해 상기 솔더볼 상부의 고분자 감광막 일부를 제거하여 콘택영역을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 반도체 소자는 WLCSP, 플립칩 및 BGA 패키지 중에서 선택된 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 고분자 감광막을 코팅하는 방법은 스크린 프린팅(screen printing), 감광막 용액에 담그는 법(dipping), 디스팬싱(dispensing) 및 스핀 코팅(spin coating) 방법 중에서 선택된 하나의 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지 제조방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 고분자 감광막은 폴리이미드(polyimide) 및 PBO중에서 선택된 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지 제조방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 솔더볼 상부의 콘택영역은 상기 솔더볼의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지 제조방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 노광공정은 상기 콘택영역을 제거함과 동시에 상기 반도체 소자에 있는 스크라이브 라인(scribe line) 위에 코팅된 고분자 감광막도 동시에 제거하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지 제조방법.
  15. 복수개의 단위 반도체 칩을 포함하는 반도체 기판;
    상기 반도체 기판 전체를 덮으며 패드(pad) 부분만 노출시킨 패시베이션층(passivation layer);
    상기 패드와 연결되어 상기 패시베이션층 위로 확장된 패드 재배치 금속패턴;
    상기 패드 재배치 금속패턴의 일단에 부착된 솔더볼;
    상기 솔더볼 일부를 제외한 반도체 기판 전체를 덮는 고분자 감광막; 및
    상기 솔더볼 상부에서 고분자 감광막을 노광시켜 형성한 콘택영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 패시베이션층 위에 제1 절연막을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 절연막은 BCB(Benzo Cyclo Butene), 폴리이미드, 에폭시, 산화막 및 질화막 중에서 선택된 하나의 막인 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제1 절연막은 BCB(Benzo Cyclo Butene), 폴리이미드, 에폭시, 산화막 및 질화막 중에서 선택된 하나의 막을 포함하는 다층막인 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 고분자 감광막은 폴리이미드, PBO 중에서 선택된 하나의 막인 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 콘택영역은 크기가 상기 솔더볼의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지.
  21. 제15항에 있어서,
    상기 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지는 상기 고분자 감광막에 의해 노출되는 스크라이브 라인 영역을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지.
  22. 패드가 패시베이션층에 의해 노출된 반도체 기판을 준비하는 단계;
    상기 패드와 연결되어 상기 패시베이션층 위로 확장된 패드 재배치 금속패턴을 형성하는 단계;
    상기 패드 재배치 금속패턴 위에 상기 패드 재배치 금속패턴의 솔더볼 패드 영역을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 솔더볼 패드에 솔더볼을 부착하고 리플로우를 진행하는 단계;
    상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계;
    상기 포토레지스트 패턴이 제거된 반도체 기판 전체를 덮는 고분자 감광막을 코팅하는 단계; 및
    상기 솔더볼 위의 고분자 코팅용 감광막 일부를 제거하여 콘택영역을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지 제조방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 패드 재배치 금속패턴은 스퍼터링(sputtering) 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지 제조방법.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 패드 재배치 금속패턴을 형성하는 단계 전에,
    상기 패드를 노출시키면서 상기 패시베이션층 위에 형성되는 제1 절연막을 형성하는 단계를 더 진행하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반 도체 패키지 제조방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 제1 절연막은 BCB(Benzo Cyclo Butene), 폴리이미드, 에폭시, 산화막 및 질화막 중에서 선택된 하나의 막을 사용하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지 제조방법.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 제1 절연막은 BCB(Benzo Cyclo Butene), 폴리이미드, 에폭시, 산화막 및 질화막 중에서 선택된 하나를 포함하는 다층막을 사용하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지 제조방법.
  27. 제22항에 있어서,
    상기 고분자 감광막은 폴리이미드(polyimide) 및 PBO중에서 선택된 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지 제조방법.
  28. 제22항에 있어서,
    상기 고분자 감광막을 코팅하는 방법은 스크린 프린팅(screen printing), 감광막 용액에 담그는 법(dipping), 디스팬싱(dispensing) 및 스핀 코팅(spin coating) 방법 중에서 선택된 하나의 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지 제조방법.
  29. 제22항에 있어서,
    상기 콘택영역은 크기가 상기 솔더볼의 직경보다 작게 형성하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지 제조방법.
  30. 복수개의 단위 반도체 칩을 포함하는 반도체 기판;
    상기 반도체 기판 전체를 덮으며 패드 부분만 노출시킨 패시베이션층;
    상기 패드를 노출시키면서 패시베이션층 위에 형성된 제1 절연막;
    상기 패드와 연결되어 상기 제1 절연막 위로 확장된 패드 재배치 금속패턴;
    상기 패드 재배치 금속패턴 위에서 솔더볼 패드를 노출시키며 형성된 제2 절연막;
    상기 제2 절연막에 의해 노출된 솔더볼 패드에 부착된 솔더볼;
    상기 솔더볼 상부를 제외한 반도체 기판 전체를 덮는 고분자 감광막; 및
    상기 솔더볼 상부에 고분자 감광막을 노광시켜 형성한 콘택영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 고분자 감광막은, 폴리이미드(polyimide) 및 PBO중에서 선택된 어느 하 나인 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지.
  32. 제30항에 있어서,
    상기 콘택영역은 크기가 상기 솔더볼의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지.
  33. 제30항에 있어서,
    상기 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지는 상기 노광공정에 의해 개구되는 스크라이브 라인(scribe line) 영역을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지.
  34. 패드가 패시베이션층에 의해 노출된 반도체 기판을 준비하는 단계;
    상기 패드를 노출시키면서 상기 패시베이션층을 덮는 제1 절연막을 형성하는 단계;
    상기 패드와 연결되어 상기 제1 절연막 위로 확장된 패드 재배치 금속패턴 형성단계;
    상기 패드 재배치 금속패턴 위에 상기 패드 재배치 금속패턴의 솔더볼 패드 영역을 노출시키는 제2 절연막을 형성하는 단계;
    상기 솔더볼 패드에 솔더볼을 부착하고 리플로우를 진행하는 단계;
    상기 솔더볼이 부착된 반도체 기판 전체를 덮는 고분자 감광막을 코팅하는 단계; 및
    상기 솔더볼 위의 고분자 코팅용 감광막 일부를 노광공정으로 제거하여 콘택영역을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지 제조방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 고분자 감광막은 폴리이미드(polyimide) 및 PBO중에서 선택된 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지 제조방법.
  36. 제34항에 있어서,
    상기 고분자 감광막을 코팅하는 방법은 스크린 프린팅(screen printing), 감광막 용액에 담그는 법(dipping), 디스팬싱(dispensing) 및 스핀 코팅(spin coating) 방법 중에서 선택된 하나의 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지 제조방법.
  37. 제34항에 있어서,
    상기 콘택영역은 크기가 상기 솔더볼의 직경보다 작게 형성하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지 제조방법.
KR1020040064586A 2004-08-17 2004-08-17 솔더볼 접착 신뢰도를 높이는 반도체 패키지 및 그 제조방법 KR100630698B1 (ko)

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