KR20080022452A - Ｐｏｐ 패키지 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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KR20080022452A
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Abstract

본 발명은 POP 패키지 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 종래의 솔더볼 대신 리드선을 이용하여 반도체 패키지를 적층한 POP 패키지 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 POP 패키지와 그의 제조 방법을 이용함으로써, 하부에 위치하는 반도체 패키지가 두꺼워지더라도 단락의 염려가 없고, 제조 후에 반도체 패키지의 휨에 의한 변형에 충분히 견딜 수 있는 POP 패키지 및 그의 제조 방법을 제공하는 효과가 있다.
POP 패키지, 리드선, 리드 프레임, 반도체 패키지

Description

ＰＯＰ 패키지 및 그의 제조 방법{POP package and method of producing the same}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 POP 패키지를 나타낸 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 POP 패키지의 리드선의 말단을 나타낸 도면이다.
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 POP 패키지를 나타낸 도면이다.
도 3b는 도 3a의 리드선의 절곡부를 나타낸 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제 1 기판의 외부 접속 전극 및 리드선과의 접속 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 POP 패키지가 외부 기판 상에 장착된 모습을 나타낸 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 POP 패키지가 외부 기판 상에 장착될 때 리드선의 말단의 모습을 나타낸 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 제 2 기판의 하면 및 그에 리드선이 접속된 모습을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 POP 패키지를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 제 1 반도체 패키지와 제 2 반도체 패키 지가 리드선으로 결합되는 모습을 나타낸 분해 사시도이다.
도 10a 내지 도 10e는 본 발명의 일 실시예에 따라 제 2 반도체 패키지에 리드선을 형성하는 방법을 순서에 따라 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따라 제 2 반도체 패키지에 리드선을 형성하기 위한 리드 프레임을 나타낸 도면이다.
도 12 및 도 13은 상기 리드 프레임을 이용하여 제 2 반도체 패키지의 외부 접속 전극에 리드 프레임이 형성되는 과정을 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따라 제 2 반도체 패키지에 리드선을 형성하기 위한 리드 프레임을 나타낸 도면이다.
도 15는 종래 기술에 따른 POP 패키지를 나타낸 도면이다.
도 16a 및 도 16b는 각각 정상적인 솔더볼 배열 및 단락이 발생한 솔더볼 배열을 나타낸 확대 사진이다.
도 17a 및 도 17b는 휨에 의해 단락이 발생한 종래 기술에 의한 POP 패키지를 나타낸 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 제 1 반도체 패키지 110: 제 1 기판
120: 외부 접속 전극 130: 몰드부
140: 제 1 반도체 칩 200: 제 2 반도체 패키지
210: 제 2 기판 220: 외부 접속 전극
230: 몰드부 240: 제 2 반도체 칩
300: 리드선 400: 외부 기판
410a, 410b: 접속 전극 500, 600, 700: 리드 프레임
510, 610a, 610b, 710a, 710b: 리드선
본 발명은 POP 패키지 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 하부에 위치하는 반도체 패키지가 두꺼워지더라도 단락의 염려가 없고, 제조 후에 반도체 패키지의 휨에 의한 변형에 충분히 견딜 수 있는 POP 패키지 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 전자 제품의 보다 고기능에 관한 추구로 말미암아 많은 소자를 하나의 기판에 집적할 필요가 있지만 이러한 경향은 경박단소화에 역행하는 것으로서, 한정된 공간 내에 많은 수의 소자를 집적하는 방안에 관하여 많은 연구가 진행되고 있다.
하나의 반도체 패키지 내에 여러 개의 칩을 실장하는 것은 물론, 패키지 위에 패키지를 쌓아서 또 하나의 새로운 패키지를 구성하는 POP (package-on-package) 패키지에 관하여도 잘 알려져 있다.
도 15를 참조하여 종래기술에 따른 POP 패키지를 설명하면 다음과 같다.
제 1 반도체 패키지(10)는 제 1 기판(11)과 그 위에 실장된 반도체 칩(미도시), 상기 반도체 칩을 고정하는 몰드부(14) 및 외부 기판에 접속하기 위한 외부 접속 전극(12)과 솔더볼(13)을 포함한다.
제 2 반도체 패키지(20)는 제 2 기판(21)과 그 위에 실장된 반도체 칩(미도시), 상기 반도체 칩을 고정하는 몰드부(24) 및 자신의 하부에 위치하는 제 1 반도체 패키지(10)와 접속하기 위한 외부 접속 전극(22)과 솔더볼(23)을 포함한다.
제 2 반도체 패키지(20)는 제 1 반도체 패키지(10) 위에 적층되고 이들은 솔더볼(23)을 통하여 접속된다.
그런데, 최근 제 1 반도체 패키지(10)가 패키지 내에 여러 개의 반도체 칩이 적층되는 멀티칩 패키지(MCP: multi-chip package)인 경우가 많은데, 이에 따라 몰드부(14)의 높이가 높아지며, 따라서, 제 1 반도체 패키지(10)와 제 2 반도체 패키지(20)를 접속시키는 솔더볼의 크기도 증가하게 된다. 한편, 최근 전자 제품의 경박단소화 경향에 따라 패키지의 크기도 작아지는 바 솔더볼 사이에 충분한 간격을 주기 어렵게 된다.
그 결과 도 16b에 나타낸 바와 같이 솔더볼 사이의 단락 문제가 발생하게 된다. 즉, 도 16a에 나타낸 것과 같이 가지런히 배열되어야 하는 솔더볼이 도 16b에서와 같이 서로 뭉쳐짐으로써 단락이 생기는 것이다.
뿐만 아니라, 적층되는 패키지들을 솔더볼을 이용하여 접속하는 것은 다음과 같은 문제점도 있다. 제조된 POP 패키지는 시간이 지남에 따라, 경화 또는 열 등의 영향에 의하여 휘는 경우가 발생할 수 있는데, 적층되는 반도체 패키지들 사이의 휨(warpage) 경향이 서로 다르면 도 17a 및 도 17b에 나타낸 것과 같이 접합부가 이탈하게 되는 경우가 발생할 수 있다.
따라서, POP 패키지에 있어서, 경박단소화에도 단락 문제가 발생하지 않음은 물론 제조 후에도 휨에 의한 변형을 충분히 견딜만큼 견고한 접속 방법에 대한 요구가 높은 실정이다.
본 발명이 이루고자 하는 첫 번째 기술적 과제는 하부에 위치하는 반도체 패키지가 두꺼워지더라도 접속 단자 사이의 단락의 염려가 없고, 제조 후에 반도체 패키지의 휨에 의한 변형에 충분히 견딜 수 있는 POP 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 두 번째 기술적 과제는 하부에 위치하는 반도체 패키지가 두꺼워지더라도 접속 단자 사이의 단락의 염려가 없고, 제조 후에 반도체 패키지의 휨에 의한 변형에 충분히 견딜 수 있는 POP 패키지의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 첫 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 외부 접속 전극이 구비된 제 1 기판과 상기 제 1 기판 위에 실장된 제 1 반도체 칩을 포함하는 제 1 반도체 패키지; 외부 접속 전극이 구비된 제 2 기판과 상기 제 2 기판 위에 실장된 제 2 반도체 칩을 포함하고, 상기 제 1 반도체 패키지 위에 위치하는 제 2 반도체 패키지; 및 상기 제 1 기판의 외부 접속 전극 및 제 2 기판의 외부 접속 전극을 전기적으로 접속시키는 리드선을 포함하는 POP(package-on-package) 패키지를 제공한다.
이와 같이 제 1 반도체 패키지와 제 2 반도체 패키지를 리드선으로 접속시킴 으로써 제 1 반도체 패키지의 높이가 높아지고 전체 반도체 패키지의 사이즈가 작아지더라도 접속 전극 사이의 단락의 염려가 작아진다. 또한, 상기 리드선의 강도가 솔더볼의 접합력보다 강하기 때문에 반도체 패키지의 변형을 더 잘 견딜 수 있어 반도체 패키지의 휨(warpage)으로 인한 불량을 줄일 수 있는 장점이 있다.
특히, 상기 리드선은 상기 제 2 기판의 하면과 평행하게 상기 제 2 기판의 외부 접속 전극과 접속되어 제 2 기판의 외부까지 연장되고, 제 1 반도체 패키지 방향으로 절곡된 후 제 1 기판의 외부 접속 전극에 접속될 수 있다.
또한, 상기 제 1 기판의 외부 접속 전극은 상기 제 1 기판을 관통하는 홀(hole)의 형태로 형성되고, 상기 리드선이 상기 제 1 기판의 상기 외부 접속 전극을 관통하여 상기 POP 패키지가 실장될 외부 기판에 접속할 수 있도록 되는 것일 수 있다. 이 때, 상기 리드선의 말단은 걸-윙(gull-wing) 형, J형, 또는 직립형일 수 있다.
또한, 상기 리드선은 바(bar) 또는 핀(pin) 타입일 수 있다.
선택적으로, 상기 제 2 기판의 외부 접속 전극은 상기 제 2 기판의 하면에 외주를 따라 두 줄로 형성되고, 상기 두 줄 중 바깥쪽 외부 접속 전극과 안쪽 외부 접속 전극이 지그재그로 엇갈리도록 형성될 수 있다.
선택적으로, 상기 제 2 기판의 외부 접속 전극은 상기 제 2 기판의 하면에 외주를 따라 두 줄로 형성되고, 상기 두 줄 중 바깥쪽 외부 접속 전극과 상기 제 2 기판의 하면에 평행하게 접속되는 리드선이 제 2 기판의 외부까지 연장되어 제 1 반도체 패키지 방향으로 절곡된 후 제 1 기판의 외부 접속 전극에 접속되고, 상기 두 줄 중 안쪽 외부 접속 전극과 상기 제 2 기판의 하면에 평행하게 접속되는 리드선이 제 1 반도체 패키지 방향으로 절곡된 후 제 1 기판의 외부 접속 전극에 접속될 수 있다.
선택적으로, 상기 POP 패키지가 실장되는 기판과 접속하기 위한 솔더볼이 상기 제 1 반도체 패키지의 외부 접속 전극에 적어도 하나 이상 구비될 수 있다.
또한, 상기 제 1 반도체 패키지 및 제 2 반도체 패키지 중의 적어도 하나가 멀티칩 패키지(MCP: multi-chip package)일 수 있다.
본 발명은 상기 두 번째 기술적 과제를 이루기 위해, 외부 접속 전극이 구비된 제 1 기판과 상기 제 1 기판 위에 실장된 제 1 반도체 칩을 포함하는 제 1 반도체 패키지를 준비하는 단계; 외부 접속 전극이 구비된 제 2 기판과 상기 제 2 기판 위에 실장된 제 2 반도체 칩을 포함하는 제 2 반도체 패키지를 준비하는 단계; 상기 제 2 기판에 구비된 외부 접속 전극과 전기적으로 접속하는 리드선을 제 2 반도체 패키지에 형성시키는 단계; 및 상기 제 2 반도체 패키지를 상기 제 1 반도체 패키지의 위에 위치시키고, 상기 제 1 기판의 외부 접속 전극 및 제 2 기판의 외부 접속 전극을 상기 리드선으로 전기적으로 접속시키는 단계를 포함하는 POP 패키지의 제조 방법을 제공한다.
선택적으로, 상기 리드선을 제 2 반도체 패키지에 형성시키는 단계는, 상기 제 2 반도체 패키지의 외부 접속 전극에 대응하는 복수개의 리드선이 형성된 리드 프레임에 제 2 반도체 패키지를 부착하는 단계; 상기 리드선을 상기 리드 프레임으로부터 분리하는 단계; 및 상기 제 1 반도체 패키지와 제 2 반도체 패키지를 적층 하였을 때 상기 제 1 반도체 패키지가 위치하는 방향으로 상기 리드선을 절곡하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 제 2 반도체 패키지를 준비하는 단계는 상기 제 2 기판의 외부 접속 전극을 제 2 기판의 하면에 외주를 따라 두 줄로 형성시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 두 줄 중 바깥쪽 외부 접속 전극을 제 1 외부 접속 전극, 안쪽 외부 접속 전극을 제 2 외부 접속 전극으로 정의할 때, 상기 리드 프레임은 리드 프레임 지지부와 그 내부에 형성된 천공부, 상기 천공부의 중심에 위치하는 패드부, 상기 패드부를 리드 프레임에 연결하여 지지하는 브리지, 상기 리드 프레임의 천공부 내주를 따라 제 1 외부 접속 전극에 대응되는 제 1 리드선, 상기 패드부의 외주를 따라 제 2 외부 접속 전극에 대응되는 제 2 리드선을 포함할 수 있다. 또, 상기 리드선을 상기 리드 프레임으로부터 분리하는 단계는 상기 제 1 리드선의 제 2 반도체 패키지 바깥쪽을 향하는 말단을 절단하는 단계 및 상기 제 2 리드선의 제 2 반도체 패키지 안쪽을 향하는 말단을 절단하는 단계를 포함할 수 있다.
선택적으로, 상기 제 2 반도체 패키지를 준비하는 단계는, 상기 제 2 기판의 외부 접속 전극을 상기 제 2 기판의 하면에 외주를 따라 두 줄로 형성시키되 상기 두 줄 중 바깥쪽 외부 접속 전극과 안쪽 외부 접속 전극이 지그재그로 엇갈리도록 형성시키는 단계를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 리드 프레임은 리드 프레임 지지부와 그 내부에 형성된 천공부, 상기 리드 프레임의 천공부 내주를 따라 바깥쪽 외부 접속 전극에 대응되는 제 1 리드선, 안쪽 외부 접속 전극에 대응되고 상기 제 1 리드선보다 긴 제 2 리드선을 포함하고, 제 1 리드선과 제 2 리드선이 교대로 반복 되어 상기 천공부 내주에 형성되는 것일 수 있다.
상기 리드 프레임에 제 2 반도체 패키지를 부착하는 방법은 전도성 수지, 전도성 테이프 또는 솔더링에 의해 수행될 수 있다.
선택적으로, 상기 제 1 기판의 외부 접속 전극은 상기 제 1 기판을 관통하는 홀의 형태로 형성될 수 있고, 이 때, 상기 제 1 기판의 외부 접속 전극 및 제 2 기판의 외부 접속 전극을 상기 리드선으로 전기적으로 접속시키는 단계는 상기 리드선이 상기 제 1 기판의 외부 접속 전극을 관통하여 상기 POP 패키지가 실장될 외부 기판에 접속할 수 있도록 형성시키는 단계를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 제 1 기판의 외부 접속 전극을 관통한 상기 리드선의 말단은 걸-윙 형, J형, 또는 직립형이 될 수 있다.
선택적으로, 상기 POP 패키지가 외부 기판에 접속될 수 있도록 상기 제 1 반도체 패키지의 외부 접속 전극에 솔더볼을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 POP 패키지를 나타낸다.
본 발명의 POP 패키지는 외부 접속 전극(120)이 구비된 제 1 기판(110)과 상기 제 1 기판(110) 위에 실장된 제 1 반도체 칩(140)을 포함하는 제 1 반도체 패키지(100)를 포함한다. 상기 제 1 반도체 칩(140)은 상기 제 1 기판(110)과 와이어 본딩으로 전기적으로 연결되고 몰딩(130)에 의해 고정될 수 있다.
또한, 본 발명의 POP 패키지는 외부 접속 전극(220)이 구비된 제 2 기판(210)과 상기 제 2 기판(210) 위에 실장된 제 2 반도체 칩(240)을 포함하는 제 2 반도체 패키지(200)를 포함한다. 상기 제 2 반도체 칩(240)은 상기 제 2 기판(210)과 와이어 본딩으로 전기적으로 연결되고 몰딩(230)에 의해 고정될 수 있다. 또한, 상기 외부 접속 전극(220)은 상기 제 2 기판(210)의 하면(210a)으로부터 약간 돌출된 형태일 수 있다.
상기 제 1 반도체 패키지(100) 및 상기 제 2 반도체 패키지(200)의 제조 방법은 알려진 통상의 반도체 패키지 제조 방법에 따라 제조할 수 있다. 즉, 기판 위에 반도체 칩을 부착한 후 와이어 본딩을 형성하고, 봉지 수지를 이용하여 몰딩함으로써 제조할 수 있다. 그러나, 이러한 방법에만 한정되는 것은 아니다.
제 2 반도체 패키지(200)는 상기 제 1 반도체 패키지(100)의 상부에 위치하며, 제 1 기판(110)의 외부 접속 전극(120)은 제 2 기판(210)의 외부 접속 전극(220)과 리드선(300)으로 연결된다.
상기 리드선(300)은 도 2a 및 도 2b에 각각 나타낸 바와 같이, 단면이 직사각형과 같은 다각형인 바(bar) 형태(300a 참조)일 수도 있고, 단면이 원형인 핀(pin) 형태(300b 참조)일 수도 있다. 상기 리드선(300)의 길이는 제 1 반도체 패키지의 높이에 따라 적절히 선택될 수 있으며 특별히 한정되지 않는다.
상기 제 1 반도체 패키지(100)는 자신의 하부에 위치하는 주 기판(미도시)과 제 1 기판(110)의 외부 접속 전극(110)을 통하여 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 외부 접속 전극(110)과 상기 주 기판과의 접속은, 예를 들면, 솔더볼을 이용하여 접속될 수 있지만 여기에 한정되지 않는다.
선택적으로, 상기 리드선(300)의 형태는 도 3a에 나타낸 것과 같을 수 있다. 도 3a에 나타낸 바와 같이, 상기 리드선(310)은 상기 제 2 기판(210)의 외부 접속 전극(220)과 접속하는 지점에서 상기 제 2 기판(210)의 하면(210a)과 실질적으로 평행하게 연결될 수 있다. 이는 후술하는 제조 방법상의 특징에 기인하는 것이다. 또한, 상기 리드선(310)은 상기 제 2 기판(210)의 외부까지 연장된 후 제 1 반도체 패키지(100)가 위치하는 방향으로 절곡된다. 절곡되는 정도를 도 3b를 참조하여 설명하면, 절곡되는 각도 θ는 90도 일 수 있고, 둔각일 수 있다. 그러나, 상기 각도가 너무 크면 제 1 반도체 패키지와 제 2 반도체 패키지를 결합하는 데 있어서 지나치게 많은 공간이 요구되므로 90도 내지 120도인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제 1 기판(110)의 외부 접속 전극(120)은 도 4a에 나타낸 바와 같이 제 1 기판(110)을 관통하는 홀(120b)의 형태로 형성될 수 있다. 즉, 제 1 기판(110)을 관통하는 홀(120b)을 먼저 형성한 후, 상기 홀(120b)의 내면을 도포하는 외부 접속 전극(120a)을 형성할 수 있다. 상기 홀(120b)의 내면을 도포한 외부 접속 전극(120a)은 상기 제 1 기판(110)의 상면과 하면 쪽으로 일부 연장될 수 있다. 상기 외부 접속 전극(120)은 상기 제 1 기판(110) 위에 형성된 회로(미도시)의 말단과 연결될 수 있다. 도 4b는 리드선(300)이 제 1 기판(110)의 외부 접속 전극(120)과 결합된 형태를 나타낸다. 도 4b를 참조하면, 리드선(300)이 외부 접속 전극(120)의 내부로 삽입되고, 예를 들면, 솔더(122)로 외부 접속 전극(120)과 전기적으로 접속된다.
상기 리드선(300)은 상기 제 1 기판(110)의 외부 접속 전극(120)을 이와 같이 관통하여 충분히 더 연장될 수 있고, 이와 같이 연장된 리드선은, 예를 들면, 주 기판(main board)과 같은 외부 기판과 전기적으로 접속될 수 있다. 도 5는 상기 리드선(300)이 상기 제 1 기판(110)의 외부 접속 전극(120)을 관통하여 외부 기판(400)의 접속 전극(410)에 직접 접속되는 모습을 나타낸다. 상기 접속 전극(410)은 상기 외부 기판(400) 위에 형성된 회로(미도시)의 말단과 연결될 수 있다.
선택적으로, 상기 제 1 기판(110)의 외부 접속 전극(120')과 외부 기판(400)의 접속 전극(410)은, 예를 들면, 솔더볼(124)을 통하여 더 접속될 수도 있다.
상기 리드선(300)은 상기 외부 기판(400)의 접속 전극(410)과 도 5에 나타낸 바와 같이 직립형으로 접속될 수도 있지만, 도 6a 및 도 6b에 나타낸 바와 같이 걸-윙(gull-wing) 형이나 J 형으로 접속될 수도 있다.
선택적으로, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제 2 기판(210)의 외부 접속 전극(220)이 상기 제 2 기판(210)의 하면(210a)에 외주를 따라 두 줄로 형성되고, 바깥쪽 외부 접속 전극과 안쪽 외부 접속 전극이 지그재그로 엇갈리도록 형성될 수 있다. 도 7a는 상기 제 2 기판(210)의 하면을 나타낸 도면이다. 도 7a를 참조하면, 제 2 기판(210)의 하면(210a)에 외주(211)를 따라 외부 접속 전극(220)이 바깥쪽 외부 접속 전극(220b)과 안쪽 외부 접속 전극(220a)의 두 줄로 형성된다. 특히, 바깥쪽 외부 접속 전극(220b)과 안쪽 외부 접속 전극(220a)은 서로 지그재그로 엇갈리게 형성된다. 이와 같이 지그재그로 엇갈리게 형성되면, 도 7b에 나타낸 바와 같이 안쪽 외부 접속 전극(220a)에 연결된 리드선도 바깥쪽 외부 접속 전극(220b)에 연결된 리드선과 접촉되지 않으면서 제 1 반도체 패키지(100)와 연결될 수 있는 장점이 있다.
선택적으로, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제 2 기판(210)의 외부 접속 전극(220)이 상기 제 2 기판(210)의 하면(210a)에 외주를 따라 두 줄(220a, 220b)로 형성되고, 상기 두 줄 중 바깥쪽 외부 접속 전극(220b)과 상기 제 2 기판(210)의 하면(210a)에 평행하게 접속되는 리드선(300)이 제 2 기판(210)의 외부까지 연장되어 제 1 반도체 패키지(100)가 위치하는 방향으로 절곡된 후 제 1 기판(110)의 외부 접속 전극(120)에 접속되고, 상기 두 줄 중 안쪽 외부 접속 전극(220a)과 상기 제 2 기판(210)의 하면(210a)에 평행하게 접속되는 리드선(300)이 제 1 반도체 패키지 방향으로 절곡된 후 제 1 기판(110)의 외부 접속 전극(120)에 접속된다.
도 8은 상기 실시예를 개략적으로 나타낸 측면도이다. 도 8을 참조하면 상기 제 2 반도체 패키지(200)의 하면(210a)에는 외부 접속 전극(220)이 두 줄(220a, 220b)로 형성된다. 상기 두 줄의 외부 접속 전극(220a, 220b)은 도 7a에 나타낸 바와 유사하지만 안쪽 외부 접속 전극(220a)과 바깥쪽 외부 접속 전극(220b)이 지그재그로 위치할 필요는 없다.
상기 안쪽 외부 접속 전극(220a)에 대응되어 접속되는 제 1 리드선(300a)과 상기 바깥쪽 외부 접속 전극(220b)에 대응되어 접속되는 제 2 리드선(300b)은 각각 제 2 기판(210)의 하면(210a)과 평행하게 연장된다. 그런 후 상기 제 1 리드선(300a) 및 제 2 리드선(200b)은 제 1 반도체 패키지(100)가 위치하는 방향으로 절곡되어 제 1 기판(110)의 외부 접속 전극(120)과 접속된다.
선택적으로, 상기 리드선들(300a, 300b)의 전체 또는 적어도 일부분은 상기 제 1 기판(110)을 관통하여 상기 제 1 반도체 패키지(100) 및 제 2 반도체 패키지(200)를 포함하는 POP 패키지가 실장되는 외부 기판까지 연장되어 상기 외부 기판 상의 접속 전극에 접속될 수 있다.
이상의 실시예들에서, 상기 POP 패키지에 실장되는 제 1 반도체 패키지 및 제 2 반도체 패키지 중의 적어도 하나는 멀티칩 패키지(MCP: multi-chip package)일 수 있다.
이하에서는, 이상에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른, POP 패키지의 제조 방법을 도면을 참조하여 설명한다.
먼저, 제 1 반도체 패키지(100)와 제 2 반도체 패키지(200)를 준비한다. 상기 제 1 반도체 패키지(100)는 제 1 기판(110)과 상기 제 1 기판(110) 위에 실장된 제 1 반도체 칩(140)을 포함한다. 상기 제 1 기판(110)은 외부 접속 전극(120)을 구비한다. 상기 제 1 반도체 칩(140)은, 예를 들면, 와이어 본딩을 통해 상기 제 1 기판(110)에 실장될 수 있지만 이 방법에만 한정되는 것은 아니다. 상기 제 2 반도체 패키지(200)도 상기 제 1 반도체 패키지(100)와 동일한 방법에 의해 준비될 수 있다. 상기 제 1 반도체 패키지(100) 및 제 2 반도체 패키지(200)는 도 1, 3a, 5 또는 8을 참조하여 형성할 수 있다.
그런 후, 도 9에 나타낸 바와 같이 상기 제 2 기판(210)의 외부 접속 전극(220)과 리드선(300)을 대응시켜 전기적으로 접속시키고, 상기 제 2 반도체 패키지(200)를 제 1 반도체 패키지(100) 위에 위치시키고, 상기 리드선과 제 1 기판(110)의 외부 접속 전극(120)을 전기적으로 접속시킴으로써 상기 제 1 기판(110)의 외부 접속 전극(120)과 제 2 기판(210)의 외부 접속 전극(220)을 전기적으로 접속시킨다.
선택적으로, 상기 제 2 기판(210)의 외부 접속 전극(220)과 리드선(300)을 대응시켜 전기적으로 접속시키는 단계는 다음과 같을 수 있다(도 10a 내지 도 10e 참조).
먼저 도 10a 및 도 10b를 참조하면, 제 2 반도체 패키지(200)의 외부 접속 전극에 대응되는 리드선(510)이 형성된 리드 프레임(500)을 준비하여 제 2 반도체 패키지(200)의 하부에 위치시킨다. 도 10c는 도 10b의 단면을 나타낸 그림이다. 도 10c에 나타낸 바와 같이, 리드선(510)의 말단에 제 2 기판(210)의 외부 접속 전극(220)을 부착시킨다. 상기 부착 방법은, 예를 들면, 전도성 수지, 전도성 테이프 또는 솔더를 이용할 수 있지만 여기에 한정되지 않는다.
그런 후, 도 10c의 A 위치에 해당하는 지점을 절단하여 리드선(300)이 부착된 제 2 반도체 패키지(200)를 리드 프레임(500)으로부터 분리해 낸다(도 10d). 그런 후, 도 10e에 나타낸 바와 같이 리드선(300)을 절곡시켜 하부에 위치하게 될 제 1 반도체 패키지(100)와 결합이 가능하도록 한다.
도 10a 내지 도 10e에는 하나의 리드 프레임에 하나의 반도체 패키지를 장착시켜 리드선을 형성하는 방법을 나타내었지만, 도 10a에 나타낸 것과 같은 리드 프레임이 여러 개 수평으로 반복 연결되고 여기에 여러 개의 반도체 패키지를 동시에 장착시켜 리드선을 형성함으로써 한 번에 여러 개의 반도체 패키지에 리드선을 형성할 수도 있다.
선택적으로, 상기 제 2 반도체 패키지를 준비하는 단계가 상기 제 2 기판의 외부 접속 전극을 제 2 기판의 하면에 외주를 따라 두 줄로 형성시키는 단계를 포함할 수 있다. 이와 같이 외부 접속 전극이 제 2 기판의 하면에 외주를 따라 두 줄로 형성된 모습은 도 7a에 나타난 바와 같이 형성될 수 있지만 반드시 지그재그로 형성될 필요는 없다. 상기 두 줄의 외부 접속 전극 중 바깥쪽에 위치하는 것을 제 1 외부 접속 전극(220b), 안쪽에 위치하는 것을 제 2 외부 접속 전극(220a)으로 정의한다.
이와 같이 외부 접속 전극(220)이 두 줄로 형성될 때, 리드선(300)을 대응되는 외부 접속 전극(220)에 접속시키는 방법은 다음과 같다. 먼저, 도 11에 나타낸 것과 같은 리드 프레임을 준비한다. 즉, 상기 리드 프레임(600)은 리드 프레임 지지부와 그 내부에 형성된 천공부(640)와, 상기 천공부(640)의 중심에 위치하는 패드부(620), 상기 패드부(620)를 리드 프레임 지지부(650)에 연결하여 지지하는 브리지(630), 상기 천공부(640) 내주를 따라 제 1 외부 접속 전극에 대응되는 제 1 리드선(610b), 상기 패드부(620)의 외주를 따라 제 2 외부 접속 전극에 대응되는 제 2 리드선(610a)을 포함한다.
상기 리드 프레임(600)의 위에는 도 11의 이점쇄선으로 나타낸 바와 같이 제 2 반도체 패키지(200)가 안착되게 되는데, 제 2 반도체 패키지의 제 1 외부 접속 전극은 제 1 리드선(610b), 특히 도 11의 B 부분과 접합되고, 제 2 외부 접속 전극은 제 2 리드선(610a), 특히 도 11의 A 부분과 접합된다.
도 12는 도 11의 XII-XII 선을 따른 측단면도이다. 도 12를 참조하면, 제 2 반도체 패키지(200)의 제 1 외부 접속 전극(220b)에 리드 프레임(600)의 제 1 리드선(610b)이 대응되어 접속되고, 제 2 외부 접속 전극(220a)에 리드 프레임(600)의 제 2 리드선(610a)이 대응되어 접속된다.
그런 후, 제 1 리드선(610b)의 제 2 반도체 패키지(200) 바깥쪽을 향하는 말단(도 12의 C 부분)과 제 2 리드선(610a)의 제 2 반도체 패키지(200) 안쪽을 향하는 말단(도 12의 D 부분)을 절단한다. 이와 같이 절단하면 도 13에 나타낸 것과 같이 리드선(610a, 610b)이 각 외부 접속 전극(220a, 220b)에 형성된다.
그런 후, 상기 리드선(610a, 610b)을 제 1 반도체 패키지가 위치하는 방향(도 13에서는 아래쪽 방향)으로 절곡하여 제 1 반도체 패키지와 결합할 수 있다. 상기 리드선(610a, 610b)을 절곡하는 방법은 종래에 알려진 방법을 이용할 수 있으며 특별히 한정되지 않는다.
선택적으로, 상기 제 2 기판(210)의 외부 접속 전극(220)을 상기 제 2 기판(210)의 하면에 외주를 따라 두 줄로 형성시키되 상기 두 줄 중 바깥쪽 외부 접속 전극(220)과 안쪽 외부 접속 전극(220)이 지그재그로 엇갈리도록 형성시킴으로 써 제 2 반도체 패키지(200)를 준비할 수 있다.
상기와 같이 제 2 반도체 패키지(200)를 준비하면, 선택적으로, 도 14에 나타낸 것과 같은 리드 프레임(700)을 이용하여 리드선을 형성할 수 있다. 도 14를 참조하면, 상기 리드 프레임(700)은 리드 프레임 지지부(750)와 그 내부에 형성된 천공부(740), 상기 리드 프레임(700)의 천공부(740) 내주를 따라 제 2 반도체 패키지(200)의 바깥쪽 외부 접속 전극에 대응되는 제 1 리드선(710b), 안쪽 외부 접속 전극에 대응되고 상기 제 1 리드선(710b)보다 긴 제 2 리드선(710a)을 포함한다. 특히, 상기 제 1 리드선(710b)과 제 2 리드선(710a)은 교대로 반복되어 상기 천공부(740) 내주를 따라 형성된다.
상기 리드 프레임(700)에 제 2 반도체 패키지(200)를 결합하고, 상기 리드선(710a, 710b)을 상기 리드 프레임 지지부(750)로부터 분리함으로써 제 2 반도체 패키지(200)에 리드선(710a, 710b)을 형성할 수 있다. 그런 후, 상기 리드선(710a, 710b)을 제 1 반도체 패키지(100)가 위치하는 쪽으로 절곡함으로써 제 2 반도체 패키지(200)와 제 1 반도체 패키지(100)를 결합할 수 있다.
이상에서와 같이 결합된 제 1 반도체 패키지(100)와 제 2 반도체 패키지(200)는 하나의 POP 패키지를 이루어 외부 기판 상에 장착된다. 상기 POP 패키지를 외부 기판 상에 장착하기 위해서는 제 1 반도체 패키지(100)에 형성된 외부 접속 전극과 외부 기판 상에 형성된 접속 전극을 솔더볼 등을 이용하여 연결할 수 있다. 선택적으로, POP 패키지의 제 1 반도체 패키지(100)는 외부 기판과, 제 2 반도체 패키지(200)와 제 1 반도체 패키지(100)를 연결하는 리드선(300)이 제 1 반도체 패키지(100)를 관통하여 외부 기판까지 연장됨으로써 상호 결합될 수 있다(도 5 참조).
즉, 제 1 기판(110)의 외부 접속 전극(120)이 상기 제 1 기판(110)을 관통하는 홀의 형태로 형성되고, 상기 제 1 기판(110)의 외부 접속 전극(120) 및 제 2 기판(210)의 외부 접속 전극(220)을 상기 리드선(300)으로 전기적으로 접속시킬 때 상기 리드선(300)이 상기 제 1 기판(110)의 외부 접속전극(120)을 관통하여 상기 POP 패키지가 실장될 외부 기판에 접속될 수 있도록 형성하는 것이다.
이 때, 상기 제 1 기판의 외부 접속 전극을 관통한 리드선의 말단이 걸-윙형, J형, 또는 직립형으로 형성될 수 있다(도 5, 도 6a 및 도 6b 참조).
또한, 여기에 아울러 상기 제 1 반도체 패키지(100)는 외부 기판과 솔더볼(124) 등을 통하여 직접 접속될 수도 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.
본 발명의 POP 패키지와 그의 제조 방법을 이용함으로써, 하부에 위치하는 반도체 패키지가 두꺼워지더라도 단락의 염려가 없고, 제조 후에 반도체 패키지의 휨에 의한 변형에 충분히 견딜 수 있는 POP 패키지 및 그의 제조 방법을 제공하는 효과가 있다.

Claims (18)

  1. 외부 접속 전극이 구비된 제 1 기판과 상기 제 1 기판 위에 실장된 제 1 반도체 칩을 포함하는 제 1 반도체 패키지;
    외부 접속 전극이 구비된 제 2 기판과 상기 제 2 기판 위에 실장된 제 2 반도체 칩을 포함하고, 상기 제 1 반도체 패키지 위에 위치하는 제 2 반도체 패키지; 및
    상기 제 1 기판의 외부 접속 전극 및 제 2 기판의 외부 접속 전극을 전기적으로 접속시키는 리드선;
    을 포함하는 POP(package-on-package) 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 리드선이 상기 제 2 기판의 하면과 평행하게 상기 제 2 기판의 외부 접속 전극과 접속되어 제 2 기판의 외부까지 연장되고, 제 1 반도체 패키지 방향으로 절곡된 후 제 1 기판의 외부 접속 전극에 접속되는 것을 특징으로 하는 POP 패키지.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기판의 외부 접속 전극이 상기 제 1 기판을 관통하는 홀(hole)의 형태로 형성되고, 상기 리드선이 상기 제 1 기판의 외부 접속 전극을 관통하여 상기 POP 패키지가 실장될 외부 기판에 접속할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 POP 패키지.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 리드선의 말단이 걸-윙(gull-wing) 형, J형, 또는 직립형인 것을 특징으로 하는 POP 패키지.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 리드선이 바(bar) 또는 핀(pin) 타입인 것을 특징으로 하는 POP 패키지.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 기판의 외부 접속 전극이 상기 제 2 기판의 하면에 외주를 따라 두 줄로 형성되고, 상기 두 줄 중 바깥쪽 외부 접속 전극과 안쪽 외부 접속 전극이 지그재그로 엇갈리도록 형성된 것을 특징으로 하는 POP 패키지.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 기판의 외부 접속 전극이 상기 제 2 기판의 하면에 외주를 따라 두 줄로 형성되고,
    상기 두 줄 중 바깥쪽 외부 접속 전극과 상기 제 2 기판의 하면에 평행하게 접속되는 리드선이 제 2 기판의 외부까지 연장되어 제 1 반도체 패키지 방향으로 절곡된 후 제 1 기판의 외부 접속 전극에 접속되고,
    상기 두 줄 중 안쪽 외부 접속 전극과 상기 제 2 기판의 하면에 평행하게 접속되는 리드선이 제 1 반도체 패키지 방향으로 절곡된 후 제 1 기판의 외부 접속 전극에 접속되는 것을 특징으로 하는 POP 패키지.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 POP 패키지가 실장되는 기판과 접속하기 위한 솔더볼이 상기 제 1 반도체 패키지의 외부 접속 전극에 적어도 하나 이상 구비된 것을 특징으로 하는 POP 패키지.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 반도체 패키지 및 제 2 반도체 패키지 중의 적어도 하나가 멀티칩 패키지(MCP: multi-chip package)인 것을 특징으로 하는 POP 패키지.
  10. 외부 접속 전극이 구비된 제 1 기판과 상기 제 1 기판 위에 실장된 제 1 반도체 칩을 포함하는 제 1 반도체 패키지를 준비하는 단계;
    외부 접속 전극이 구비된 제 2 기판과 상기 제 2 기판 위에 실장된 제 2 반도체 칩을 포함하는 제 2 반도체 패키지를 준비하는 단계;
    상기 제 2 기판에 구비된 외부 접속 전극과 전기적으로 접속하는 리드선을 제 2 반도체 패키지에 형성시키는 단계; 및
    상기 제 2 반도체 패키지를 상기 제 1 반도체 패키지의 위에 위치시키고, 상기 제 1 기판의 외부 접속 전극 및 제 2 기판의 외부 접속 전극을 상기 리드선으로 전기적으로 접속시키는 단계;
    를 포함하는 POP 패키지의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 리드선을 제 2 반도체 패키지에 형성시키는 단계 가,
    상기 제 2 반도체 패키지의 외부 접속 전극에 대응하는 복수개의 리드선이 형성된 리드 프레임에 제 2 반도체 패키지를 부착하는 단계;
    상기 리드선을 상기 리드 프레임으로부터 분리하는 단계; 및
    상기 제 1 반도체 패키지와 제 2 반도체 패키지를 적층하였을 때 상기 제 1 반도체 패키지가 위치하는 방향으로 상기 리드선을 절곡하는 단계;
    를 포함하는 POP 패키지의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 2 반도체 패키지를 준비하는 단계가 상기 제 2 기판의 외부 접속 전극을 제 2 기판의 하면에 외주를 따라 두 줄로 형성시키는 단계를 포함하고, 상기 두 줄 중 바깥쪽 외부 접속 전극을 제 1 외부 접속 전극, 안쪽 외부 접속 전극을 제 2 외부 접속 전극으로 정의할 때,
    상기 리드 프레임이 리드 프레임 지지부와 그 내부에 형성된 천공부, 상기 천공부의 중심에 위치하는 패드부, 상기 패드부를 리드 프레임에 연결하여 지지하는 브리지, 상기 리드 프레임의 천공부 내주를 따라 제 1 외부 접속 전극에 대응되는 제 1 리드선, 상기 패드부의 외주를 따라 제 2 외부 접속 전극에 대응되는 제 2 리드선을 포함하고,
    상기 리드선을 상기 리드 프레임으로부터 분리하는 단계가 상기 제 1 리드선의 제 2 반도체 패키지 바깥쪽을 향하는 말단을 절단하는 단계 및 상기 제 2 리드선의 제 2 반도체 패키지 안쪽을 향하는 말단을 절단하는 단계를 포함하는 것을 특 징으로 하는 POP 패키지의 제조 방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 제 2 반도체 패키지를 준비하는 단계가, 상기 제 2 기판의 외부 접속 전극을 상기 제 2 기판의 하면에 외주를 따라 두 줄로 형성시키되 상기 두 줄 중 바깥쪽 외부 접속 전극과 안쪽 외부 접속 전극이 지그재그로 엇갈리도록 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 POP 패키지의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 리드 프레임이 리드 프레임 지지부와 그 내부에 형성된 천공부, 상기 리드 프레임의 천공부 내주를 따라 바깥쪽 외부 접속 전극에 대응되는 제 1 리드선, 안쪽 외부 접속 전극에 대응되고 상기 제 1 리드선보다 긴 제 2 리드선을 포함하고, 제 1 리드선과 제 2 리드선이 교대로 반복되어 상기 천공부 내주에 형성되는 것을 특징으로 하는 POP 패키지의 제조 방법.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 리드 프레임에 제 2 반도체 패키지를 부착하는 방법이 전도성 수지, 전도성 테이프 또는 솔더링에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 POP 패키지의 제조 방법.
  16. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 기판의 외부 접속 전극이 상기 제 1 기판을 관통하는 홀의 형태로 형성되고,
    상기 제 1 기판의 외부 접속 전극 및 제 2 기판의 외부 접속 전극을 상기 리드선으로 전기적으로 접속시키는 단계가, 상기 리드선이 상기 제 1 기판의 외부 접속 전극을 관통하여 상기 POP 패키지가 실장될 외부 기판에 접속할 수 있도록 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 POP 패키지의 제조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 제 1 기판의 외부 접속 전극을 관통한 상기 리드선의 말단이 걸-윙 형, J형, 또는 직립형인 것을 특징으로 하는 POP 패키지의 제조 방법.
  18. 제 10 항에 있어서, 상기 POP 패키지가 외부 기판에 접속될 수 있도록 상기 제 1 반도체 패키지의 외부 접속 전극에 솔더볼을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 POP 패키지의 제조 방법.
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