KR20100094845A - 반도체 패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 패키지에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 상부에 본드핑거가 구비되고 하부에 랜드가 구비된 기판; 상기 기판의 상부에 배치되며 본딩패드가 마련된 반도체 칩; 상기 반도체 칩의 본딩패드와 기판의 본드핑거를 전기적으로 연결하는 연결부재; 상기 반도체 칩을 포함하여 상기 연결부재를 밀봉하는 밀봉부; 및 상기 기판 하부면의 랜드와 결합하는 접촉부재를 포함하는 반도체 패키지에 있어서, 상기 접촉부재는 탄성물질에 다수의 도전성 입자가 포함되어 있는 도전성 탄성체인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지에 대한 것이다.

기판, 반도체 칩, 접촉부재, 도전성 입자, 도전성 탄성체

Description

반도체 패키지{Semiconductor device package}

본 발명은 반도체 패키지에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 접촉부재를 개선하여 반도체 테스트 시에 테스트 소켓을 사용할 필요가 없는 반도체 패키지에 대한 것이다.

최근 전자제품은 소형화, 경량화, 다기능화 되고 있으며, 이를 가능하게 하기 위한 반도체 패키지는 그 크기를 낮추면서 전기적 특성을 향상시키는 방향으로 개발되어져 왔으며, BGA(Ball Grid Array) 패키지가 그 예이다.

도 1은 종래기술에 따른 BGA 패키지의 구조를 도시한 단면도이다.

종래의 BGA 패키지에 있어서, 반도체 칩은 종래의 BGA 패키지는 본딩패드(121)를 구비한 반도체 칩(120)이 접착제(130)에 의해 본드핑거(111)와 랜드(112)를 구비한 기판(110) 상에 부착되고, 반도체 칩(120)의 본딩패드(121)와 기판(110)의 본드핑거(111)는 본딩와이어(140)에 의해 상호 연결되며, 상기 반도체 칩(120)을 포함한 기판(110)의 상부면은 밀봉부(150)에 의해 몰딩되고, 기판(110)의 랜드(112)에 솔더 볼 (160)이 부착된 구조를 갖는다.

이러한 구조를 가지는 BGA 패키지는 전기적 검사를 위해서 테스트 장치에 탑 재하여, 그 테스트 장치의 단자와 상기 솔더 볼을 서로 전기적으로 접촉시키게 된다. 이후에, 상기 테스트 장치로부터 소정의 전기적 신호가 인가되면 상기 전기적 신호는 솔더 볼을 통하여 반도체 칩으로 전달되어 전기적 검사가 이루어지게 된다.

이러한 종래기술에 따른 BGA 패키지는 다음과 같은 문제점을 가진다.

먼저, 솔더 볼을 제작하는 과정에서 상기 솔더 볼의 높낮이가 서로 동일하게 되지 않는 경우엔느 도 2에 도시한 바와 같이 솔더 볼과 단자사이에 d 의 간격이 생기게 되어 서로 접촉하지 않는 경우가 발생한다. 이와 같이 솔더 볼과 단자가 서로 접촉되지 않으면 전기적 검사의 신뢰성에 문제가 생긴다는 문제점이 있게 된다.

또한, 모든 솔더 볼이 단자에 접촉되는 경우에도 상기 솔더 볼이 단자에 접촉하는 과정에서 그 충격이 상기 단자에 전달되어 상기 단자를 손상시킬 염려가 있게 된다. 특히 이러한 문제는 솔더 볼이 통상적으로 단단한 금속소재로 이루어지는 경우에 발생하게 되는 것이다. 한편, 단자 이외에도 상기 솔더 볼 및 그 BGA 패키지 내의 반도체 칩도 그 충격이 전해져서 손상될 염려가 있게 되는 것이다.

한편, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래기술에서는 반도체 칩과 테스트 장치의 사이에 테스트 소켓(미도시)를 개입시키게 된다. 이러한 테스트 소켓으로 인하여 상기 솔더볼과 테스트 장치로 직접적으로 접촉되지 않아 테스트 장치의 단자가 손상될 염려는 적으나, 상기 테스트 소켓에 빈번하게 접촉되기 때문에 이로 인하여 상기 테스트 소켓을 빈번하게 교체하여야 하고, 이로 인하여 전체적인 검사 비용이 증가된다는 문제점이 있게 되는 것이다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 반도체 패키지와 접촉하는 외부의 단자가 접촉과정에서 손상되지 않고, 특히 반도체 패키지의 전기적인 검사시에 중간에 연결부재로 사용되는 테스트 소켓이 필요없어 전체적인 검사비용을 감소시킬 수 있는 반도체 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 테스트 소켓은, 상부에 본드핑거가 구비되고 하부에 그 본드핑거와 전기적으로 연결된 볼 랜드가 구비된 기판; 상기 기판의 상부에 배치되며 본딩패드가 마련된 반도체 칩; 상기 반도체 칩의 본딩패드와 기판의 본드핑거를 전기적으로 연결하는 연결부재; 상기 반도체 칩을 포함하여 연결부재를 밀봉하는 밀봉부; 및 상기 기판 하부면의 볼 랜드와 결합하는 접촉부재를 포함하는 반도체 패키지에 있어서,

상기 접촉부재는 탄성물질에 다수의 도전성 입자가 포함되어 있는 도전성 탄성체이다.

상기 반도체 패키지에서,

상기 도전성 탄성체의 주위에는 탄성물질로 이루어진 절연부가 배치되고, 상기 도전성 탄성체는 그 절연부에 의하여 지지되는 것이 바람직하다.

상기 반도체 패키지에서,

상기 도전성 탄성체는 상기 절연부보다 하측으로 돌출형성되어 있는 것이 바 람직하다.

상기 반도체 패키지에서, 상기 도전성 탄성체는 절연부로부터 하측으로 갈수록 점차적으로 그 단면적이 감소하도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 반도체 패키지에서, 상기 도전성 입자는 금, 은, 구리, 니켈 및 주석 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

상기 반도체 패키지에서,

상기 도전성 입자의 표면에는 니켈, 금 및 주석 중 적어도 하나가 도금되어 있는 것이 바람직하다.

상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 반도체 패키지는,

본딩패드가 마련된 반도체 칩과, 상기 반도체 칩을 탑재하되 어느 일면에는 상기 본딩패드와 전기적으로 연결되며 외부의 단자와 접촉되는 연결부재가 포함되는 기판으로 구성된 반도체 패키지에 있어서,

상기 연결부재는 외부의 단자와 접촉시 탄성변형이 가능한 도전성 탄성체인 것이 바람직하다.

상기 반도체 패키지에서,

상기 도전성 탄성체는,

각각의 본딩패드와 대응되는 위치에 일방향으로 연장되도록 다수개가 마련되며, 각각은 절연물질 내부에 다수의 도전성 입자가 함유되어 있는 것이 바람직하다.

상기 반도체 패키지에서, 각각의 도전성 탄성체의 사이에는 그 각각을 서로 절연시키면서 지지하며 일방향과 수직인 방향으로 탄성변형되는 것을 억제하는 절연부가 마련되어 있는 것이 바람직하다.

상기 반도체 패키지에서,

상기 절연물질은 실리콘 고무인 것이 바람직하다.

상기 반도체 패키지에서,

상기 도전성 탄성체에서 단부측에 배치된 도전성 입자는 절연물질로부터 그 일부분이 돌출형성되어 있는 것이 바람직하다.

상술한 구성을 가지는 본 발명의 반도체 패키지는, 외부의 단자와 접촉하는 접촉부재가 탄성변형이 가능한 구조로 이루어져 있어 빈번한 접촉으로 인하여 단자가 손상될 염려가 적은 효과가 있다.

또한, 탄성변형이 가능한 접촉부재는 그 접촉부재의 높낮이가 서로 차이가 나는 경우에도 탄성변형에 의하여 그 높이차를 흡수할 수 있기 때문에 항상 신뢰성 있는 전기적 연결을 가능하게 하는 효과가 있다.

또한, 전기적 검사 시에 별도의 연결부재로 사용될 테스트 소켓이 필요 없기 때문에 이로 인하여 전체적인 검사비용을 감소시킬 수 있는 효과가 있게 된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 패키지를 첨부된 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 패키지의 도면이고, 도 4 는 도 3의 반도체 패키지가 테스트장치에서 전기적 검사가 수행되는 모습을 나타내는 도면이다.

본 발명의 반도체 패키지(10)는, 기판(20), 반도체 칩(30), 연결부재(40), 밀봉부(50), 접촉부재(60)로 이루어진다.

상기 기판(20)은 상부에 본드핑거(21)가 구비되고 하부에는 그 본드핑거(21)와 전기적으로 연결된 랜드(22)가 구비된다. 상기 본드핑거(21)와 상기 랜드(22)는 서로 기판(20)상에 형성된 회로패턴(미도시)에 의하여 서로 전기적을 연결될 수 있다. 이때 상기 기판(20)은 통상의 인쇄회로기판(PCB) 또는 유연성 인쇄회로기판(FPCB) 등이 사용될 수 있게 된다.

상기 반도체 칩(30)은 기판(20)의 상부에 배치되며, 구체적으로는 접착제(32)에 의하여 상기 접착된다. 이러한 반도체 칩(30)에는 다수의 본딩패드(31)가 마련된다.

상기 연결부재(40)는 금속소재로 이루어진 본딩 와이어가 사용되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며 본딩패드와 본드핑거를 서로 전기적으로 연결할 수 있는 것이라면 그 외에 다양한 수단(솔더볼, 다양한 금속범프, ACF ACP)이 사용될 수 있음은 물론이다. 그 연결부재(40)의 일단은 상기 본딩패드(31)에 접합되고 타단은 상기 본드핑거(21)에 접합되어 상기 본딩패드(31)와 본드핑거(21)를 서로 전기적으로 연결시키게 되는 것이다.

상기 밀봉부(50)는 상기 반도체 칩(30)을 포함한 연결부재(40)를 밀봉하는 것으로서, 구체적으로는 상기 기판(20)의 상부면을 덮도록 밀봉하여 상기 기판(20) 의 상부면을 보호하는 역할을 수행하는 것이다.

상기 접촉부재(60)는 상기 기판(20) 하부면의 랜드(22)와 외부의 단자(71)를 서로 전기적으로 연결시키는 것으로서, 구체적으로는 기판(20) 하부면의 랜드(22)와 결합되어 있는 것이다. 이러한 접촉부재(60)는, 외부의 단자(71)와 접촉시 탄성변형이 가능한 구조로 이루어진다. 이러한 접촉부재(60)는 랜드(22)와 대응되는 위치에 다수개가 배치되는데, 그 각각의 일방향으로 연장되도록 형성된다. 이러한 접촉부재(60)는 탄성물질(61)에 다수의 도전성 입자(62)가 포함되어 있는 형태로 이루어진 도전성 탄성체이다.

상기 탄성물질(61)은 고분자물질로서, 가교 구조를 갖는 내열성 고분자 물질이 바람직하다. 이러한 가교 고분자 물질을 얻기 위해서 사용할 수 있는 경화성 고분자 물질 형성 재료로서는 여러가지의 것을 사용할 수 있으며, 그 구체예로서는 실리콘 고무, 폴리부타디엔 고무, 천연 고무, 폴리이소프렌 고무, 스티렌-부타디엔 공중합체 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체 고무 등의 공액 디엔계 고무 및 이들의 수소 첨가물, 스티렌-부타디엔-디엔 블럭 공중합체 고무, 스티렌-이소프렌 블럭 공중합체 등의 블럭 공중합체 고무 및 이들의 수소 첨가물, 클로로프렌 고무, 우레탄 고무, 폴리에스테르계 고무, 에피클로로히드린 고무, 에틸렌-프로필렌 공중합체 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체 고무, 연질 액상 에폭시 고무 등을 들 수 있다.

이 중에서는 성형 가공성, 전기적 특성이 우수한 실리콘 고무가 바람직하다. 이러한 탄성물질(61)은 액상의 실리콘 고무를 굳혀서 얻어지는 것으로서, 구체적으 로는 콜로이드 실리카의 무기충전재를 함유하는 것이 바람직하다. 이러한 무기 충전재를 함유시킴에 따라, 얻어지는 성형재료의 점도가 높아지며, 도전성 입자(62)의 분산능력이 향상되며, 강도가 전체적으로 높아지는 효과를 얻을 수 있게 된다.

상기 도전성 입자(62)는 도전성이 우수한 것이 바람직하다. 이러한 도전성 입자(62)의 구체예로서는 금, 은, 구리, 니켈 및 주석 등의 금속 입자, 또는 이들의 합금의 입자 또는 이들 금속을 함유하는 입자, 또는 이들 입자를 코어입자로 하고, 해당 코어입자의 표면에 니켈, 금, 은, 팔라듐, 로듐, 주석 등의 도전성이 양호한 금속의 도금층을 형성한 것, 또는 비자성 금속 입자 또는 유리 비드 등의 무기 물질 입자 또는 중합체 입자를 코어입자로 하고, 해당 코어입자의 표면에 니켈, 코발트 등의 도전성 자성체의 도금층을 형성한 것, 또는 코어입자에 도전성 자성체 및 도전성이 양호한 금속 모두를 도금형성한 것 등을 가능하다.

코어입자의 표면에 도전성 금속을 피복하는 수단으로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 무전해 도금에 의해 행할 수 있다. 또한, 도전성 입자(62)의 입경은 1 내지 500 ㎛인 것이 바람직하고, 특히 10 내지 100 ㎛인 것이 특히 바람직하다.

상기 반도체 패키지(10)에서 접촉부재인 도전성 탄성체의 주위에는 탄성을 가지는 소재로 이루어진 절연부(63)가 배치된다. 구체적으로는 절연부(63)는 각각의 접촉부재(60), 즉 도전성 탄성체의 사이에 배치되는데, 그 각각의 절연부(63)는 각각의 도전성 탄성체를 절연하면서 지지하며, 일방향과 수직인 방향으로 도전성 탄성체가 탄성변형되는 것을 억제한다. 이러한 절연부(63)를 구성하는 물질로는 상 기 도전성 탄성체의 탄성물질(61)과 동일한 소재로 이루어지는 것이 바람직하며, 구체적으로는 실리콘 고무인 것이 좋다.

상기 도전성 탄성체는 상기 절연부(63)보다 하측으로 돌출형성되어 있는 것이 바람직하며, 구체적으로는 그 절연부(63)로부터 돌출된 부분에서의 단면적이 하측으로 갈수록 점차적으로 감소되는 역사다리꼴 형상을 가지는 것이 좋다.

이와 같은 본 발명의 반도체 패키지는 다음과 같은 동작한다.

먼저, 반도체 패키지(10)를 전기적 검사가 필요한 테스트 장치(70)에 탑재한다. 구체적으로는 반도체 패키지(10)의 연결부재가 그 테스트 장치(70)의 단자(71)에 접촉될 수 있도록 배치한다. 이때, 상기 연결부재는 상기 테스트 장치(70)의 단자(71)와 접촉하면서 상하방향으로 압축되는데, 이때 내부의 도전성 입자(62)들은 서로 밀착되면서 표면들이 서로 접촉하여 전기적으로 연결가능한 상태를 이루게 한다. 이때, 테스트 장치(70)로부터 소정의 전기적 신호가 인가되면, 그 신호는 상기 연결부재를 거쳐서 반도체 칩(30)으로 전달되면서 소정의 전기적 검사가 이루어질 수 있게 한다.이러한 본 발명에 따른 반도체 패키지는 다음과 같은 효과를 가진다.

먼저, 반도체 패키지가 상기 테스트 장치의 단자와 접촉하면서 탄력성 있게 변형되기 때문에, 테스트 장치의 단자는 손상될 염려가 적다. 또한, 반도체 패키지가 탑재되면서 발생할 수 있는 충격도 상기 연결부재에 의하여 흡수되어 직접적으로 테스트 장치로 가해질 충격은 적어지며 이에 따라 장치의 파손염려가 적어지게 되는 것이다.

한편, 충격에 의한 영향은 테스트 장치 이외에도 반도체 패키지 내의 반도체 칩에도 영향을 미칠 수 있는데, 본 실시예에서는 상술한 바와 같이, 충격이 연결부재에 의하여 흡수될 수 있어 반도체 칩의 손상도 방지할 수 있게 된다.

또한, 종래기술에서는 솔더 볼의 크기 및 높이가 다른 경우에 외부의 단자들과 전기적으로 접속되기 어려운 경우가 있었으나, 본 발명의 실시예에 따르면 반도체 패키지의 연결부재는 탄성변형이 되어 그 높이차이를 흡수할 수 있으므로 항상 정확한 전기적 접속을 가능하게 할 수 있게 되는 것이다.

또한, 종래기술에서는 별도의 테스트 소켓을 매개수단으로써 사용하는 경우가 있었으나, 본 실시예에서는 상술한 바와 같은 모든 문제점이 반도체 패키지 내에서 해결될 수 있으므로 그러한 테스트 소켓이 필요가 없어서 전체적인 검사비용을 충분하게 줄일 수 있는 장점이 있게 된다.

상술한 본 발명은 다음과 같이 변형되는 것도 고려할 수 있다.

먼저, 상술한 도 3의 실시예에서는 접촉부재(60)인 도전성 탄성체가 절연부(63)로부터 하측으로 돌출되어 있었으나, 도 5에 도시한 바와 같이 절연부(63)와 동일높이를 가지도록 도전성 탄성체를 구성하는 것도 가능하다. 이와 같이 절연부와 동일 높이를 가지는 경우는 외부의 단자가 돌출형으로 이루어진 경우에 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 도 3의 실시예와는 달리 절연부(63)보다 돌출된 도전성 탄성체의 부분이 동일한 직경을 가지도록 형성하는 것도 가능하다. 동일직경을 가지는 경우에는 접촉면적이 넓어서 접촉력이 균일하게 분산될 수 있는 장점이 있다.

또한, 도 3의 실시예와는 달리 접촉부재(60)인 도전성 탄성체에서 단부측에 배치된 도전성 입자(62)가 절연물질(61)로부터 그 일부분이 돌출형성되는 것도 가능하다. 이 경우에는 도전성 입자가 쉽게 외부의 단자와 접촉될 수 있을 뿐 만 아니라, 수개의 점접촉으로 외부의 단자와 접속될 수 있어 접촉효율면에서 유리하게 될 수 있다.

또한, 도 3의 실시예와는 달리 도전성 입자(62)가 판형으로 이루어지는 경우도 가능하다. 이와 같이 판형으로 이루어지는 경우에는 구형에 비하여 단위면적당 탄성물질과 접촉하는 면적이 커지기 때문에 보다 그 탄성물질과 결합상태를 유지할 수 있는 장점이 있으며, 이는 반복적인 접촉시에도 충분한 내구성을 가지게 할 수 있다. 이외에도 상기 도전성 입자는 침상, 기타 부정형으로 이루어지는 것은 가능하다.

또한, 본 실시예에 따른 반도체 패키지의 접촉부재에서 도전성 입자를 납땜이 가능한 주석을 사용하거나, 도전성 입자의 표면에 주석을 도금하는 경우에는 그 반도체 패키지를 그대로 PCB 등에 실장할 수 있게 된다. 즉, 반도체 패키지에서 상기 접촉부재를 접속이 요구되는 PCB의 패드 등에 올려놓은 후에, 가열하면 상기 도전성 입자가 상기 그 PCB의 패드에 솔더링될 수 있는 것이다. 한편, 솔더링을 위하여 사용되는 금속으로 반드시 주석만이 사용되는 것은 아니며, 땜납가능한 금속이라면 무엇이나 사용할 수 있음은 물론이다.

이상에서 설명한 본 발명의 반도체 패키지는 이에 한정되는 것은 아니며 청구범위에 의하여 해석될 수 있는 범위라면 권리범위가 확장될 수 있게 된다.

도 1은 종래기술에 따른 반도체 패키지를 나타내는 도면.

도 2는 도 1의 반도체 패키지를 테스트 소켓에 탑재하여 전기적 검사를 진행하는 모습을 나타내는 도면.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 패키지를 나타내는 도면.

도 4는 도 3의 반도체 패키지를 테스트 소켓에 탑재하여 전기적 검사를 진행하는 모습을 나타내는 도면.

도 5 내지 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 패키지를 나타내는 도면.

<도면부호의 상세한 설명>

10...반도체 패키지 20...기판

21...본드핑거 22...랜드

30...반도체 칩 31...본딩패드

32...접착제 40...본딩와이어

50...밀봉부 60...접촉부재

70...테스트장치

Claims (11)

1. 상부에 본드핑거가 구비되고 하부에 그 본드핑거와 전기적으로 연결된 랜드가 구비된 기판;

   상기 기판의 상부에 배치되며 본딩패드가 마련된 반도체 칩;

   상기 반도체 칩의 본딩패드와 기판의 본드핑거를 전기적으로 연결하는 연결부재;

   상기 반도체 칩을 포함하여 상기 연결부재를 밀봉하는 밀봉부; 및

   상기 기판 하부면의 랜드와 결합하는 접촉부재를 포함하는 반도체 패키지에 있어서,

   상기 접촉부재는 탄성물질에 다수의 도전성 입자가 포함되어 있는 도전성 탄성체인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
2. 제1항에 있어서,

   상기 도전성 탄성체의 주위에는 탄성물질로 이루어진 절연부가 배치되고, 상기 도전성 탄성체는 그 절연부에 의하여 지지되는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
3. 제2항에 있어서,

   상기 도전성 탄성체는 상기 절연부보다 하측으로 돌출형성되어 있는 것을 특 징으로 하는 반도체 패키지.
4. 제3항에 있어서,

   상기 도전성 탄성체는 절연부로부터 하측으로 갈수록 점차적으로 그 단면적이 감소하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
5. 제1항에 있어서,

   상기 도전성 입자는 금, 은, 구리, 니켈 및 주석 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
6. 제5항에 있어서,

   상기 도전성 입자의 표면에는 니켈, 금, 주석 중 적어도 하나가 도금되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
7. 본딩패드가 마련된 반도체 칩과, 상기 반도체 칩을 탑재하되 어느 일면에는 상기 본딩패드와 전기적으로 연결되며 외부의 단자와 접촉되는 연결부재가 포함되는 기판으로 구성된 반도체 패키지에 있어서,

   상기 연결부재는 외부의 단자와 접촉시 탄성변형이 가능한 도전성 탄성체인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
8. 제7항에 있어서,

   상기 도전성 탄성체는,

   각각의 본딩패드와 대응되는 위치에 일방향으로 연장되도록 다수개가 마련되며, 각각은 절연물질 내부에 다수의 도전성 입자가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
9. 제8항에 있어서,

   각각의 도전성 탄성체의 사이에는 그 각각을 서로 절연시키면서 지지하며 일방향과 수직인 방향으로 탄성변형되는 것을 억제하는 절연부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
10. 제8항에 있어서,

    상기 절연물질은 실리콘 고무인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
11. 제8항에 있어서,

    상기 도전성 탄성체에서 단부측에 배치된 도전성 입자는 절연물질로부터 그 일부분이 돌출형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.

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