KR20090052576A - 반도체 패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 패키지에 관한 것으로, 적어도 하나의 반도체 칩; 상기 반도체 칩이 솔더볼을 매개로 탑재되고, 상기 솔더볼이 올려지는 단자패드가 상부면에 구비되는 기판; 상기 단자패드가 외부노출되어 배치되는 내부공간을 구비하고, 상기 반도체 칩의 테두리와 대응되어 상기 기판의 상부면에 구비되는 보호층; 및 상기 반도체 칩과 보호층 사이에 형성된 갭으로 주입되는 수지재가 상기 보호층을 따라 충진되어 구비되는 언더필층;을 포함하고, 상기 보호층은 상기 내부공간이 외부와 연결되도록 적어도 하나의 절개부를 구비한다.

본 발명에 의하면, 반도체 칩과 기판 사이에 언더필재 주입시 공극의 발생을 억제하여 제품불량을 예방하고, 제품신뢰성을 높일 수 있다.

언더필, 반도체 패키지, 솔더레지스트

Description

반도체 패키지{Semiconductor package}

본 발명은 반도체 패키지에 관한 것이다. 보다 상세하게는 반도체칩과 기판사이에 구비되는 언더필층에 관한 것이다.

통상적으로 칩 패키지는 실장방법에 따라, DIP(Dual In-line Package), PGA(Pin Grid Array)와 같은 삽입방식과, QFP(Quad Flat Package), PLCC(Plastic Leaded Chip Arrary), CLCC(Ceramic Leaded Chip Carrier), BGA(Ball Grad Array)와 같은 표면실장(Surface Mount Technology, SMT)방식으로 구분된다.

특히, 표면실장형 패키지는 전자장치의 소형화에 유리하여 삽입형 패키지보다 널리 사용된다. 이러한 표면실장형 패키지에서 칩과 패키지기판의 접속방법으로는 반도체 칩의 고성능화에 의해 증가된 단자의 수를 제한된 패키지 본체면적에 수용하기 위해 주로 플립칩 본딩방법이 채용된다.

이러한 반도체 패키지 제조공정에서는, 일반적으로 반도체 칩과 패키지기판 사이 공간에 언더필(underfil)이 제공된다. 상기 언더필은 기계적 충격 및 접합부의 부식과 같은 외부의 영향으로부터 패키지구조를 보호하고, 칩과 기판의 열팽창 계수 차이로 인한 응력을 최소함으로써 패키지 제품의 신뢰성을 향상시키는 역할을 한다.

일반적으로 공지된 플립칩 실장 기술은 반도체 칩을 패키징하지 않고 그대로 회로기판에 실장하여 반도체 칩 패키지를 제조하는 기술이다.

도 1(a) 내지 도 1(e)는 일반적인 반도체 패키지를 제조하는 공정도로서, 패키지 기판(11)은 반도체 칩(15)의 단자 위치에 대응하는 회로패턴(미도시) 영역에 본딩패드(12)를 형성된다.

이어 솔더범프(17)가 형성된 칩 단자(16)가 본딩패드(12) 상에 배열되도록, 패키지 기판(11) 상에 반도체 칩(15)을 탑재하고, 솔더범프(17)를 리플로우시켜 상기 반도체 칩(15)의 단자(16)를 상기 패키지 기판(11)의 본딩패드(12)에 접속시킨다.

이와 같은 방법으로 상기 패키지 기판(11)에 반도체 칩(15)이 실장되면 반도체 칩(15)의 하면에 부착된 솔더범프(17)의 높이로 인해 상기 반도체 칩(15)과 패키지 기판(11)사이에 공간이 발생되어 반도체 칩(15)의 지지력이 약화되고, 진동에 기인하는 스트레스(stress)에 의해서 상기 솔더범프(17)와의 접속부위가 파단될 수 있다.

이에 따라 니들(N)과 같은 장비를 이용하여 플립칩 본딩된 반도체 칩(15)과 패키지 기판(11) 사이의 공간에 액상 언더필 수지(19)를 충진시키고, 경화공정으로 액상 언더필 수지를 언더필구조물(19')로 경화시킴으로써 반도체 패키지(10)를 완성할 수 있다.

그러나 최근 제품의 소형화, 고밀도화에 따라, 솔더범프의 사이즈가 작아지고, 솔더범프의 배열이 촘촘해져 액상 언더필 수지(19) 주입시 인쇄회로기판의 회로 패턴 및 본딩패드와 칩의 솔더범프에 의하여 발생되는 언더필 용액의 확산속도 차이로 에어갭 또는 공극이 불가피하게 발생된다.

이러한 공극은 제조완성된 반도체 패키지(10)의 신뢰성 시험, 품질 가혹 시험 또는 제조 라인에서 상기 언더필구조물(19')이 섭씨200도 이상의 고온으로 가열하는 과정에서 공극이 팽창되어 파열되고, 이로 인하여 제품불량을 초래함을 물론 제품 신뢰성을 저하시키는 주원인이 되었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 반도체 칩과 기판 사이로 언더필재를 주입하는 공정시 모세관 현상에 의해서 대기중의 공기가 포위되는 공극의 발샹을 방지하여 제품불량을 예방하고, 제품신뢰성을 높일 수 있는 반도체 패키지를 제공하고자 하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 적어도 하나의 반도체 칩; 상기 반도체 칩이 솔더볼을 매개로 탑재되고, 상기 솔더볼이 올려지는 단자패드가 상부면에 구비되는 기판; 상기 단자패드가 외부노출되어 배치되는 내부공간을 구비하고, 상기 반도체 칩의 테두리와 대응되어 상기 기판의 상부면에 구비되는 보호층; 및 상기 반도체 칩과 보호층 사이에 형성된 갭으로 주입되는 수지재가 상기 보호층을 따라 충진되어 구비되는 언더필층;을 포함하고, 상기 보호층은 상기 내부공간이 외부와 연결되도록 적어도 하나의 절개부를 구비하는 반도체 패키지를 제공한다.

바람직하게 상기 반도체 칩과 보호층 사이의 갭은 일정한 높이로 구비된다.

바람직하게 상기 보호층은 상기 단자패드의 높이보다 높게 구비된다.

바람직하게 상기 보호층은 상기 단자패드와 일정간격 이격되어 구비된다.

바람직하게 상기 절개부는 상기 반도체 칩의 일측변 중앙에 대응되도록 구비 된다.

바람직하게 상기 언더필층은 상기 반도체 칩의 측면을 감싸도록 구비된다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 반도체 칩의 테두리를 따라 보호층을 구비하고, 상기 보호층의 내부공간이 외부와 연결되도록 일부분을 절개부를 구비함으로써, 일측이 오픈된 보호층을 따라 언더필재가 충진되어 반도체 칩의 테두리를 감싸고, 보호층의 절개부 영역은 오픈되어지며, 이로 인하여 공극의 발생을 억제하여 제품불량을 예방하고, 제품신뢰성을 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 반도체 패키지를 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 반도체 패키지를 구성하는 기판을 도시한 평면도이다.

본 발명에 따른 반도체 패키지는 도 2에 도시된 바와 같이 반도체 칩(110), 기판(120), 보호층(130) 및 언더필층(140)을 포함하여 이루어진다.

상기 반도체칩(110)은 상기 기판(120)의 상부면에 솔더볼(114)을 매개로 하여 플립칩 본딩되는 적어도 하나의 능동 칩부품이다.

상기 기판(120)은 상부면에 사전에 설계된 패턴에 따라 패턴회로(미도시)를 인쇄하거나 라미네이팅(laminating) 하여 구비하고, 상기 패턴회로의 일단부에는 상기 반도체칩(110)의 하면에 형성된 본딩패드(112)와 대응하고, 솔더볼(114)이 올려지는 단자패드(122)를 구비한다.

상기 단자패드(122)가 상부면에 형성된 기판(120)의 상부면에는 보호층(130)이 일정두께로 도포된다.

상기 보호층(130)은 상기 단자패드(122)가 외부노출되어 배치되도록 내부공간(132)을 구비하여 상기 단자패드(122)를 둘러싸도록 구비되고, 이때 상기 보호층(130)은 상기 반도체칩(110)의 테두리와 대응되는 영역을 포함하도록 도포된다.

이때 상기 보호층(130)은 상기 단자패드(122)와 접하지 않도록 일정간격 이격되어 구비될 수 있다.

그리고 상기 보호층(130)은 상기 내부공간(132)이 상기 반도체칩(110)이 탑재된 후 외부와 연결될 수 있도록 도 3에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 절개부(134)를 구비할 수 있다.

상기 절개부(134)는 상기 반도체칩(110)의 일측변 중앙에 대응되도록 구비될 수도 있으나 이에 한정하는 것은 아니며, 모서리와 대응되도록 구비될 수도 있는 것으로 필요에 따라 다양하게 위치시킬 수 있다.

여기서 보호층(130)은 솔더 레지스트용으로 도금이나 남땜시 마스크재 또는 절연층으로서 기능을 수행할 수 있도록 에폭시와 같은 절연소재로 구성될 수 있다.

상기 반도체칩(110)이 탑재되는 기판(120)에는 상기 반도체칩(110) 주변에 캐패시터, 인덕터, 저항과 같은 수동소자(미도시)가 함께 탑재될 수도 있다.

상기 언더필층(140)은 상기 기판(120)과 이에 탑재되는 반도체칩(110) 간의 틈새인 갭에 의해서 상기 반도체칩(110)의 지지력이 약화되는 것을 방지하고, 상기 솔더볼(114)과의 접속부위를 보강하는 지지부재이다.

디스펜서(dispenser)(미도시)를 이용하여 절연성 수지재로 이루어진 액상의 언더필재를 상기 반도체칩(110)과 보호층(130) 사이에 형성된 갭으로 주입하면, 모세관 현상에 의해서 상기 수지재는 상기 보호층(130)을 따라 충진되고, 이를 경화시키면 반도체칩을 지지할 수 있는 언더필층(140)이 구비된다.

이때 상기 반도체칩(110)과 보호층(130) 사이의 갭은 일정한 높이로 구비되는 것이 상기 수지재가 보호층(130)을 따라 충진되는 데 유리하다.

그리고 상기 보호층(130)은 상기 단자패드(122)의 높이보다 높게 구비되어 상기 반도체칩(110)과 보호층(130) 사이의 간격이 좁게 유지될 수 있다.

이로 인해 갭으로 주입되는 수지재가 반도체칩(110)과 보호층(130) 사이의 갭을 따라서만 충진되고 상기 내부공간으로 넘쳐흐르지 않을 수 있게 된다.

상기 수지재의 주입위치는 상기 절개부(134)가 형성된 곳의 반대편에서 이루어지는 것이 바람직하다.

이렇게 주입된 수지재는 상기 반도체칩(110)의 테두리에서 반도체칩(110)의 측면을 감싸도록 구비될 수 있다.

상기 수지재가 경화되면 상기 반도체칩(110)의 테두리 하면을 지지하는 언더필층(140)이 형성되고, 본 발명은 최소형화된 칩에 유리한 것으로, 칩 사이즈가 작 아짐에 따라 언더필층(140)이 반도체칩(110)의 테두리만 지지하여도 충분히 지지역할을 할 수 있게 된다.

그리고 상기 보호층(130)의 절개부(134)에 의해 상기 수지재는 절개부(134)에는 충진되지 않게되어 상기 내부공간(132)이 외부와 연결되어 밀폐되는 것을 방지할 수 있고, 이로써 언더필층(140) 내에 공극을 형성을 방지하여 불량원인을 제거할 수 있게 된다.

본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

도 1은 일반적인 반도체 패키지를 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 반도체 패키지를 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 반도체 패키지를 구성하는 기판을 도시한 평면도이다.

**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**

110 : 반도체 칩 112 : 본딩패드

114 : 솔더볼 120 : 기판

122 : 단자패드 130 : 보호층

132 : 내부공간 134 : 절개부

140 : 언더필층

Claims (6)

1. 적어도 하나의 반도체 칩;

   상기 반도체 칩이 솔더볼을 매개로 탑재되고, 상기 솔더볼이 올려지는 단자패드가 상부면에 구비되는 기판;

   상기 단자패드가 외부노출되어 배치되는 내부공간을 구비하고, 상기 반도체 칩의 테두리와 대응되어 상기 기판의 상부면에 구비되는 보호층; 및

   상기 반도체 칩과 보호층 사이에 형성된 갭으로 주입되는 수지재가 상기 보호층을 따라 충진되어 구비되는 언더필층;을 포함하고,

   상기 보호층은 상기 내부공간이 외부와 연결되도록 적어도 하나의 절개부를 구비하는 반도체 패키지.
2. 제1항에 있어서, 상기 반도체 칩과 보호층 사이의 갭은 일정한 높이로 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
3. 제1항에 있어서, 상기 보호층은 상기 단자패드의 높이보다 높게 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
4. 제1항에 있어서, 상기 보호층은 상기 단자패드와 일정간격 이격되어 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
5. 제1항에 있어서, 상기 절개부는 상기 반도체 칩의 일측변 중앙에 대응되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
6. 제1항에 있어서, 상기 언더필층은 상기 반도체 칩의 측면을 감싸도록 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.

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