KR20090022659A - 집적회로 패키지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 집적회로 패키지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 집적회로 패키지는 절연층과 도전성 패턴층이 교대로 반복하여 적층되고, 상기 복수의 절연층에 형성된 복수의 비아(via)를 통해 층간 전기접속되는 다층인쇄회로기판과; 상기 다층인쇄회로기판의 내부에 매설되도록 상기 복수의 절연층 중 코어 절연층 내에 배치되며, 그 표면상에 복수의 입출력 패드를 구비하고 있는 집적회로 칩을 포함하며, 상기 복수의 입출력 패드 중 상기 집적회로 칩의 최외각에 배치되는 입출력 패드는 상기 비아를 경유하지 않고 접속부재에 의해 외부단자와 접속하며, 상기 집적회로 칩의 최외각에 배치되는 입출력 패드를 제외한 나머지 입출력 패드는 상기 비아를 경유하여 외부단자와 접속함을 특징으로 한다.
Figure P1020070088202
집적회로, 솔더볼 랜드, 팬아웃, 웨이퍼 레벨 패키지

Description

집적회로 패키지 및 그 제조방법{INTEGRATED CIRCUIT PACKAGE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은 집적회로 패키지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 웨이퍼 레벨 패키지의 팬아웃(fan-out) 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 경량화, 소형화 되고 있는 부품들의 추세에 따라 패키지 조립기술의 문제점을 해결할 수 있는 방안으로 웨이퍼 레벨 패키지(WLP, Wafer Level Package) 기술이 대두 되고 있다. 웨이퍼 레벨 패키지 기술은 웨이퍼에서 잘라낸 칩 하나하나를 패키지 하는 기존 방식과는 다르게 칩이 분리되지 않은 웨이퍼 상에서 조립까지 끝마치는 반도체 패키지 기술이다. 구체적으로 하나의 반도체가 만들어지기까지는 회로설계, 웨이퍼가공, 조립 및 검사 등의 4단계 과정을 거치게 된다. 이 가운데 배선연결 및 패키지 공정을 포함하는 조립 공정은, 가공이 끝난 웨이퍼에서 먼저 칩을 잘라낸 후, 잘라낸 칩들을 각각 작은 회로기판에 부착하고, 배선을 연결한 후에 플라스틱 패키지를 씌우는 방식이었다. 그런데 웨이퍼 레벨 패키지 방식은, 패키지 재료로 사용되던 플라스틱 대신 웨이퍼 상의 각각의 칩 위에 감광성 절연물질을 입히고 배선연결 후 다시 절연물질을 덧씌우는 간단한 절차로 패키지공정이 끝난다. 이와 같은 패키지기술을 적용하면 배선연결, 플라스틱 패키지와 같은 반도체 조립과정이 단축되며, 더욱이 기존의 반도체 조립에 쓰이던 플라스틱, 회로기판, 배선연결용 와이어 등도 필요 없어 대폭적인 원가절감을 실현할 수 있다. 특히 칩과 동일한 크기의 패키지 제조가 가능하여 반도체의 소형화를 위해 적용돼 왔던 기존의 칩스케일패키지(Chip Scale Package; CSP) 방식의 패키지보다도 대략 20% 이상 패키지 크기를 줄일 수 있다. 더욱이 패키지를 제조하는 데 사용되는 제조설비나 제조공정에 기존 웨이퍼 조립 설비와 공정들을 이용할 수 있다.
한편, 최근 차세대 다기능성, 소형 패키지 기술의 일환으로써 집적회로(전자소자) 내장 인쇄회로기판의 개발이 주목받고 있다. 집적회로 내장 인쇄회로기판은 이러한 다기능성, 소형화의 장점과 더불어 고기능화라는 측면도 어느 정도 포함하고 있는데 이는 100MHz이상의 고주파에서 배선거리를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 경우에 따라서는 연성회로기판(FC, flexible circuit board)이나 BGA(ball grid array)에서 사용되는 와이어 본딩(wird bonding) 또는 솔더 볼(Solder ball)을 이용한 부품의 연결에서 오는 신뢰성의 문제를 개선할 수 있는 방편을 제공하기 때문이다.
도 1은 종래 기술에 따른 집적회로 패키지의 단면도이다.
도 1은 다층 인쇄회로기판을 이용한 웨이퍼 레벨 패키지로서, 상면에 외부 전기접속을 위한 복수의 입출력 패드(11)가 구비된 집적회로 칩(10)이 다층 인쇄회 로기판의 코어 절연층에 해당하는 절연층(20) 내의 구멍(cavity)에 배치되어 있다. 다층 인쇄회로기판은 절연층(20~28)과 도전성 패턴층이 교대로 반복하여 적층되고, 복수의 절연층(20~28)에는 비아(via)가 형성되어 상기 비아를 통해서 인쇄회로기판과 전기적으로 접속되어 있다. 참고로, 도 1에서 복수의 입출력 패드(11)는 솔더볼 랜드(31a,31b,32a,32b,33a,33b), 비아 및 연결도선(31,32,33)을 통해 외부단자와 접속되어 있으나 도시의 편의상 각 절연층(22,23)에 형성된 비아는 생략한 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 웨이퍼 레벨 패키지의 팬아웃 구조를 나타낸 평면 투시도이고, 도 3a, 3b, 3c는 도 1에 도시된 각 층에서의 팬아웃 구조을 나타낸 평면도이다.
도 2 및 도 3a, 3b, 3c를 참조하면, 각 절연층 상에는 팬아웃 타입의 솔더볼 랜드가 2열(31a-31b, 32a-32b, 33a-33b)로 형성되어 있으며, 따라서 팬아웃을 위해 3개의 층(layer)이 필요하다.
상기 종래의 웨이퍼 레벨 패키지(WLP)는 비아를 통해서 인쇄회로기판과 전기적으로 접속되므로 웨이퍼 레벨 패키지 상부의 솔더볼 또는 범프의 랜드 크기는 인쇄회로기판 비아의 규격에 제한을 받는다. 즉, 솔더볼 또는 범프의 랜드 크기가 커지게 되어 입출력(I/O) 패드 수를 증가시키는데 한계가 있고 임베디드형 인쇄회로기판(embedded PCB) 실장 시 많은 수의 층(layer)을 필요로 하여 인쇄회로기판의 전체 두께가 두꺼워지는 단점이 있다.
따라서 본 발명은 집적회로 패키지의 두께 또는 크기를 증가시키지 않으면서 종래에 비해 많은 수의 입출력 패드를 수용할 수 있도록 하는 집적회로 패키지 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 집적회로 패키지는 절연층과 도전성 패턴층이 교대로 반복하여 적층되고, 상기 복수의 절연층에 형성된 복수의 비아(via)를 통해 층간 전기접속되는 다층인쇄회로기판과; 상기 다층인쇄회로기판의 내부에 매설되도록 상기 복수의 절연층 중 코어 절연층 내에 배치되며, 그 표면상에 복수의 입출력 패드를 구비하고 있는 집적회로 칩을 포함하며, 상기 복수의 입출력 패드 중 상기 집적회로 칩의 최외각에 배치되는 입출력 패드는 상기 비아를 경유하지 않고 접속부재에 의해 외부단자와 접속하며, 상기 집적회로 칩의 최외각에 배치되는 입출력 패드를 제외한 나머지 입출력 패드는 상기 비아를 경유하여 외부단자와 접속함을 특징으로 한다.
상기 접속부재의 크기 및 간격은 상기 집적회로 칩 상에 배치되는 입출력 패드의 수에 따라 조절 가능하며, 상기 최외각에 배치되는 입출력 패드의 크기는 상기 나머지 입출력 패드의 크기보다 작은 것임을 특징으로 한다.
상기 접속부재는 상기 집적회로 칩의 최외각에 배치되는 입출력 패드 각각의 상부에 형성된 최외각 솔더볼 랜드를 구비하며, 상기 집적회로 칩의 최외각에 배치 되는 입출력 패드를 제외한 나머지 입출력 패드는 상기 비아의 저면에 형성된 솔더볼 랜드를 경유하여 외부단자와 접속하며, 상기 최외각 솔더볼 랜드는 상기 입출력 패드의 수에 따라 상기 비아의 저면에 형성된 솔더볼 랜드보다 작은 크기 또는 좁은 배치간격을 갖는 것임을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 집적회로 패키지는 절연층과 도전성 패턴층이 교대로 반복하여 적층되고, 상기 복수의 절연층에 형성된 복수의 비아(via)를 통해 층간 전기접속되는 다층인쇄회로기판과; 상기 다층인쇄회로기판의 내부에 매설되도록 상기 복수의 절연층 중 코어 절연층 내에 배치되며, 그 표면상에 복수의 입출력 패드를 구비하고 있는 집적회로 칩과; 상기 입출력 패드를 외부단자와 접속가능하도록 하는 팬아웃(fan out) 구조의 솔더볼 랜드를 포함하며, 상기 솔더볼 랜드 중 상기 집적회로 칩의 최외각에 배치되는 최외각 솔더볼 랜드는 상기 비아를 경유하지 않고 상기 외부단자와 접속함을 특징으로 한다.
상기 최외각 솔더볼 랜드의 크기 또는 간격은 상기 집적회로 칩의 표면상에 배치되는 복수의 입출력 패드의 수에 따라 조절가능하며, 상기 집적회로 칩 상에 배치되는 다른 솔더볼 랜드보다 작은 크기 또는 좁은 간격을 갖는 것임을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 집적회로 패키지 제조방법은 코어 절연층의 상면 및 하면에 도전성 패턴층을 형성하는 과정과; 상기 도전성 패턴층이 형성된 상기 코어 절연층에 집적회로 칩을 수용하기 위한 홀을 형성하는 과정과; 그 상면에 복수의 입출력 패드를 구비하고 있는 집적회로 칩을 상기 홀에 배치한 다음 상기 홀의 빈공간을 절연물질로 채우는 과정과; 상기 복수의 입출력 패드 중 최외각에 위치하는 최외각 입출력 패드와 상기 코어 절연층의 상면에 형성된 상기 도전성 패턴층을 접속하기 위한 접속부재를 형성하는 과정과; 상기 코어 절연층 하면의 도전성 패턴층의 하면 및 상기 집적회로 칩을 포함하는 상기 코어 절연층 상면의 도전성 패턴층의 상면에 절연층을 빌드업하는 과정과; 상기 복수의 입출력 패드 중 최외각 입출력 패드를 제외한 적어도 일부의 입출력 패드가 노출되도록 상기 절연층에 비아를 형성하는 과정과; 상기 비아에 도전패턴을 형성하여 상기 비아 하부의 입출력 패드를 외부단자와 접속하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 최외각에 위치하는 입출력 패드를 비아를 경유하지 않고 외부단자와 접속가능 하도록 팬아웃함으로써 인쇄회로기판의 크기나 두께를 증가시키지 않고도 종래 구조에 비해 많은 수의 입출력 패드를 수용할 수 있다. 따라서, 집적회로 패키지의 소형화 및 박형화를 동시에 구현할 수 있다.
이하에서는 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 레벨 패키지의 팬아웃 구조의 일부를 나타낸 평면 투시도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨 패키지의 팬아웃 구조는 집적회로 칩상에 솔더볼 랜드가 최외각으로부터 순차적으로 어레이 형태로 배열되어 있다. 최외각에 배치되는 솔더볼 랜드(131')는 그 내측에 배치되는 솔더볼 랜드(132a, 132b)에 비해 크기가 작고 배치 간격도 좁은 구조를 갖는다. 솔더볼 랜드 배치시 최외각을 먼저 채운 뒤 최외각에 인접한 내측 열부터 순차적으로 채우도록 배치함으로써 솔더볼 랜드의 어레이 숫자를 줄일 수 있으며, 이는 팬아웃을 위해 필요한 인쇄회로기판의 층(layer) 수를 줄일 수 있음을 의미한다. 예를 들어, 팬아웃 하고자 하는 입출력 패드의 숫자가 192개일 경우, 최외각 열에 104개의 솔더볼 랜드(131')를 배치하고 그 내측에 84개의 솔더볼 랜드를 2열(132a, 132b)로 배치할 수 있다. 또한, 상기 수치는 이해를 돕기 위해 나타낸 것일 뿐, 입출력 패드의 수, 최외각에 배치되는 솔더볼 랜드의 크기 등에 따라 조절할 수 있음은 물론이다.
도 5는 도 4의 팬아웃 구조를 다층인쇄회로기판을 이용하여 구현한 웨이퍼 레벨 패키지의 단면도이고, 도 6a, 6b는 도 5에 도시된 각 층에서의 팬아웃 구조을 나타낸 평면도이다.
도 5 및 도 6a, 6b를 참조하면, 본 실시예에 따른 웨이퍼 레벨 패키지는 상면에 외부 전기접속을 위한 복수의 입출력 패드(101,102a,102b)가 구비된 집적회로 칩(100)이 다층 인쇄회로기판의 코어 절연층에 해당하는 절연층(120) 내의 구멍(cavity)에 배치되어 있다. 다층 인쇄회로기판은 절연층(121~123)과 도전성 패턴 층(141~143)이 교대로 반복하여 적층되고, 복수의 절연층(121, 122)에는 비아(via)가 형성되어 상기 비아를 통해서 인쇄회로기판과 전기적으로 접속되어 있다. 이때, 집적회로 칩(100)의 최외각에 배치되는 입출력 패드((101)는 비아를 경유하지 않고 코어 절연층(120)과 직접 접촉하여 외부와 전기적으로 접속하며, 따라서 그 내측에 위치하는 입출력 패드(102a,102b)에 비해 상대적으로 작은 크기를 갖도록 형성할 수 있다. 예를 들어 설명하면, 도 5에서 최외각에 배치되는 입출력 패드(101)는 그 위에 형성되는 솔더볼 랜드(131') 및 연결도선(131)을 통해 외부와 전기접속 할 수 있도록 팬아웃 되며, 내측에 배치되는 입출력 패드(102a, 102b)는 절연층(121,122)을 관통하도록 된 비아의 하부에 형성된 솔더볼 랜드(132a, 132b) 및 연결 도선(132)을 통해 팬아웃 된다.
도 7a 내지 도 7f는 도 5에 도시된 웨이퍼 레벨 패키지의 제조과정을 설명하기 위한 도면들이다.
먼저, 도 7a는 코어 절연층(120)의 하면 및 상면에 도전성 패턴층(41, 141)을 코팅한 다음, 집적회로 칩을 수용하기 위한 공간을 확보하기 위해 코팅된 코어 절연층(120)을 관통하는 홀(120a)을 형성하는 과정이다. 예를 들면, FR4 재질의 코어 절연층(120)을 준비하고 상기 코어 절연층(120)의 상면 및 하면에 동박(copper foil)을 코팅한 다음 통상의 사진식각(photolithography) 공정을 이용하여 상기 각 동박을 패터닝함으로써 연결도선(131)을 포함하는 도전성 패턴층(141)을 형성한다. 상기 홀(120a)은 통상의 드릴링(drilling) 공정을 통해 형성하며, 홀(120a)은 수용하고자 하는 집적회로 칩의 평면 형태와 동일한 평면형태를 가지며 집적회로 칩보 다 큰 크기를 갖는다.
도 7b는 그 상면에 복수의 입출력 패드(101,102a,102b)를 구비하고 있는 집적회로 칩(100)을 홀(120a)에 배치한 다음, 빈공간을 절연물질(120')로 메우는(filling) 과정이다.
도 7c는 복수의 입출력 패드(101,102a,102b) 중 최외각에 위치하는 입출력 패드(101)와 상기 연결도선(131)이 접속되도록 하는 과정이다. 최외각에 위치하는 입출력 패드(101)의 상부로부터 절연물질(120') 위에 동박(copper foil)을 코팅한 다음 통상의 사진식각(photolithography) 공정을 이용하여 상기 각 동박을 패터닝하여 접속패턴(131')을 형성함으로써 상기 복수의 입출력 패드(101,102a,102b) 중 최외각에 위치하는 입출력 패드(101)와 상기 연결도선(131)이 접속되도록 한다. 이때, 최외각에 위치하는 입출력 패드(101)는 비아를 경유하지 않고 접속패턴(131')에 의해 코어 절연층(120) 위의 연결도선(131)과 직접 접속한다. 이 경우 접속패턴(131')의 크기는 비아(via)의 크기에 의해 제한되지(limit) 않고 인쇄회로기판(PCB) 공정이 허용하는 도전패턴 형성공정의 한계까지 작은 크기로 형성할 수 있다.
도 7d는 도전성 패턴층(41, 141)의 하측 및 상측에 절연층(21, 121)을 빌드-업(build-up) 하는 과정이다. 절연층(21,121)은 예를 들면, ABF(Ajnomoto build-up film) 재질로 구현할 수 있다.
도 7e는 입출력 패드(102a,102b) 상부의 절연층(121)에 통상의 드릴링(drilling) 공정을 통해 비아(121a)를 형성한 다음 입출력 패드(102a,102b) 위에 솔더볼 랜드(132a, 132b) 및 연결도선(132)을 포함하는 도전성 패턴층(142)을 형성하는 과정이다. 절연층(21)의 하측에도 필요에 따라 도전성 패턴층(42)을 형성한다.
이후, 도 7f에 도시된 바와 같이 도전성 패턴층(42, 142)의 하측 및 상측에 절연층(22, 122) 및 도전성 패턴층(43,143)을 형성한 다음, 표면 긁힘 방지를 위해 SR코팅층(123)을 형성한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위를 초과하지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 집적회로 패키지의 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 웨이퍼 레벨 패키지의 팬아웃 구조를 나타낸 평면 투시도,
도 3a, 3b, 3c는 도 1에 도시된 각 층에서의 팬아웃 구조을 나타낸 평면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 레벨 패키지의 팬아웃 구조를 나타낸 평면 투시도,
도 5는 도 4의 팬아웃 구조를 다층인쇄회로기판을 이용하여 구현한 웨이퍼 레벨 패키지의 단면도,
도 6a, 6b는 도 5에 도시된 각 층에서의 팬아웃 구조을 나타낸 평면도,
도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 레벨 패키지의 제조과정을 설명하기 위한 단면도.

Claims (7)

  1. 절연층과 도전성 패턴층이 교대로 반복하여 적층되고, 상기 복수의 절연층에 형성된 복수의 비아(via)를 통해 층간 전기접속되는 다층인쇄회로기판과;
    상기 다층인쇄회로기판의 내부에 매설되도록 상기 복수의 절연층 중 코어 절연층 내에 배치되며, 그 표면상에 복수의 입출력 패드를 구비하고 있는 집적회로 칩을 포함하며,
    상기 복수의 입출력 패드 중 상기 집적회로 칩의 최외각에 배치되는 입출력 패드는 상기 비아를 경유하지 않고 접속부재에 의해 외부단자와 접속하며, 상기 집적회로 칩의 최외각에 배치되는 입출력 패드를 제외한 나머지 입출력 패드는 상기 비아를 경유하여 외부단자와 접속함을 특징으로 하는 집적회로 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 접속부재의 크기 및 간격은
    상기 집적회로 칩 상에 배치되는 입출력 패드의 수에 따라 조절 가능함을 특징으로 하는 집적회로 패키지.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 최외각에 배치되는 입출력 패드의 크기는 상기 나머지 입출력 패드의 크기보다 작은 것임을 특징으로 하는 집적회로 패 키지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 접속부재는 상기 집적회로 칩의 최외각에 배치되는 입출력 패드 각각의 상부에 형성된 최외각 솔더볼 랜드를 구비하며,
    상기 집적회로 칩의 최외각에 배치되는 입출력 패드를 제외한 나머지 입출력 패드는 상기 비아의 저면에 형성된 솔더볼 랜드를 경유하여 외부단자와 접속하며,
    상기 최외각 솔더볼 랜드는 상기 입출력 패드의 수에 따라 상기 비아의 저면에 형성된 솔더볼 랜드보다 작은 크기 또는 좁은 배치간격을 갖는 것임을 특징으로 하는 집적회로 패키지.
  5. 절연층과 도전성 패턴층이 교대로 반복하여 적층되고, 상기 복수의 절연층에 형성된 복수의 비아(via)를 통해 층간 전기접속되는 다층인쇄회로기판과;
    상기 다층인쇄회로기판의 내부에 매설되도록 상기 복수의 절연층 중 코어 절연층 내에 배치되며, 그 표면상에 복수의 입출력 패드를 구비하고 있는 집적회로 칩과;
    상기 입출력 패드를 외부단자와 접속가능하도록 하는 팬아웃(fan out) 구조의 솔더볼 랜드를 포함하며, 상기 솔더볼 랜드 중 상기 집적회로 칩의 최외각에 배 치되는 최외각 솔더볼 랜드는 상기 비아를 경유하지 않고 상기 외부단자와 접속함을 특징으로 하는 집적회로 패키지.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 최외각 솔더볼 랜드의 크기 또는 간격은
    상기 집적회로 칩의 표면상에 배치되는 복수의 입출력 패드의 수에 따라 조절가능하며, 상기 집적회로 칩 상에 배치되는 다른 솔더볼 랜드보다 작은 크기 또는 좁은 간격을 갖는 것임을 특징으로 하는 집적회로 패키지.
  7. 코어 절연층의 상면 및 하면에 도전성 패턴층을 형성하는 과정과;
    상기 도전성 패턴층이 형성된 상기 코어 절연층에 집적회로 칩을 수용하기 위한 홀을 형성하는 과정과;
    그 상면에 복수의 입출력 패드를 구비하고 있는 집적회로 칩을 상기 홀에 배치한 다음 상기 홀의 빈공간을 절연물질로 채우는 과정과;
    상기 복수의 입출력 패드 중 최외각에 위치하는 최외각 입출력 패드와 상기 코어 절연층의 상면에 형성된 상기 도전성 패턴층을 접속하기 위한 접속부재를 형성하는 과정과;
    상기 코어 절연층 하면의 도전성 패턴층의 하면 및 상기 집적회로 칩을 포함하는 상기 코어 절연층 상면의 도전성 패턴층의 상면에 절연층을 빌드업하는 과정 과;
    상기 복수의 입출력 패드 중 최외각 입출력 패드를 제외한 적어도 일부의 입출력 패드가 노출되도록 상기 절연층에 비아를 형성하는 과정과;
    상기 비아에 도전패턴을 형성하여 상기 비아 하부의 입출력 패드를 외부단자와 접속하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 집적회로 패키지.
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