KR20140130920A - 패키지 온 패키지 장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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KR20140130920A
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upper semiconductor
package substrate
boundary material
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조은석
황희정
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 패키지 온 패키지 장치 및 이의 제조 방법를 제공한다. 이 장치에서는 하부 반도체 칩과 상부 패키지 기판 사이에 열 경계 물질막이 개재되고, 상부 반도체 패키지 기판 상에 방열판이 배치되어 열 방출을 극대화할 수 있다. 이로써 동작 속도를 개선시키고 오작동의 문제를 해결할 수 있다.

Description

패키지 온 패키지 장치 및 이의 제조 방법 {Package on package device and method of fabricating the device}
본 발명은 패키지 온 패키지 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
전자 산업의 발달로 전자 부품의 고기능화, 고속화 및 소형화 요구가 증대되고 있다. 이러한 추세에 대응하여 현재 반도체 실장 기술은 하나의 패키지 기판에 여러 반도체 칩들을 적층하여 실장하거나 패키지 위에 패키지를 적층하는 방법이 대두되고 있다. 이중에 특히 패키지 위에 패키지를 적층하는 패키지 온 패키지(Package on package, PoP) 장치는 각각의 적층되는 패키지 안에 반도체 칩과 패키지 기판을 포함하므로 전체 패키지의 두께가 두꺼워지는 문제점을 가진다. 또한, 패키지 온 패키지 장치에서는 반도체 칩들 내에서 발생하는 열을 외부로 방출하기 어려워 소자 오작동이나 동작 속도 지연등의 문제등이 발생할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 열 방출 특성을 개선시킬 수 있는 패키지 온 패키지 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 패키지 온 패키지 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 패키지 온 패키지 장치는, 하부 패키지 기판, 및 상기 하부 패키지 기판 상에 실장된 하부 반도체 칩을 포함하는 하부 반도체 패키지; 상기 하부 반도체 패키지 상에 배치되는 상부 패키지 기판, 및 상기 상부 패키지 기판 상에 실장된 상부 반도체 칩을 포함하는 상부 반도체 패키지; 상기 하부 반도체 칩과 상기 상부 패키지 기판 사이에 개재되는 제 1 열 경계 물질막; 및 상기 상부 반도체 칩 상에 배치되는 방열판을 포함한다.
상기 패키지 온 패키지 장치는 상기 상부 반도체 칩과 상기 방열판 사이에 개재된 제 2 열 경계 물질막을 더 포함할 수 있다.
상기 제 2 열 경계 물질막은 상기 상부 반도체 칩과 직접 접할 수 있다.
일 예에 있어서, 상기 상부 반도체 칩은 차례로 적층된 제 1 상부 반도체 칩과 제 2 상부 반도체 칩을 포함하며, 상기 제 1 상부 반도체 칩은 상기 상부 패키지 기판 상에 와이어 본딩 방식으로 실장되며, 상기 제 2 상부 반도체 칩은 상기 제 1 상부 반도체 칩 상에 플립 칩 본딩 방식으로 실장될 수 있다. 이때, 상기 제 1 상부 반도체 칩과 상기 제 2 상부 반도체 칩은 서로 동일하며 대칭되도록 배치될 수 있다.
상기 상부 반도체 패키지는 상기 상부 패키지 기판과 상기 상부 반도체 칩의 측면을 덮는 상부 몰드막을 더 포함할 수 있으며, 상기 상부 몰드막은 상기 상부 반도체 칩의 상부면과 공면을 이루는 상부면을 가질 수 있다.
또는, 상기 상부 반도체 패키지는 상기 패키지 기판과 상기 상부 반도체 칩을 덮으며 상기 제 2 열경계 물질막과 상기 상부 반도체 칩 사이에 개재되는 상부 몰드막을 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 열 경계 물질막들은 접착막, 열성 유지(油脂, thermal grease)나 열성 에폭시(Thermal epoxy)을 포함하며, 이들 중 적어도 하나는 금속 고체 입자를 포함할 수 있다.
상기 하부 반도체 패키지는 상기 하부 패키지 가판과 상기 하부 반도체 칩의 측면을 덮는 하부 몰드막을 더 포함할 수 있으며, 상기 하부 몰드막은 상기 하부 반도체 칩의 상부면과 공면을 이루는 상부면을 가질 수 있다.
상기 방열판은 연장되어 상기 상부 및 하부 반도체 패키지들의 측면을 덮을 수 있다.
상기 방열판은 복수개의 돌출된 핀들을 포함할 수 있다.
상기 하부 반도체 칩은 로직 칩이며, 상기 상부 반도체 칩은 메모리 칩일 수 있다.
상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 패키지 온 패키지 장치의 제조 방법은, 하부 패키지 기판, 상기 하부 패키지 기판 상에 배치된 하부 반도체 칩, 및 상기 하부 패키지 기판 상에 배치되며 상기 하부 반도체 칩과 이격된 하부 솔더 범프를 포함하는 하부 반도체 패키지를 제조하는 단계; 상부 패키지 기판, 상기 상부 패키지 기판 상에 배치된 상부 반도체 칩, 및 상기 상부 패키지 기판 하부에 배치되는 상부 솔더 범프를 포함하는 상부 반도체 패키지를 제조하는 단계; 상기 상부 반도체 패키지 상에 방열판을 형성하는 단계; 상기 하부 반도체 칩 상에 열 경계 물질막을 형성하는 단계; 및 상기 열 경계 물질막이 상기 상부 패키지 기판과 접하도록 하고, 상기 하부 솔더 범프와 상기 상부 솔더 범프를 융착시켜 연결 솔더 범프를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 상부 반도체 패키지를 제조하는 단계는, 상기 상부 패키지 기판과 상기 상부 반도체 칩을 덮는 상부 몰드막을 형성하는 단계; 및 연마 공정을 진행하여 적어도 상기 상부 몰드막의 일부를 제거하여 상기 상부 반도체 칩을 노출시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방열판을 형성하는 단계는, 상기 상부 반도체 칩 상에 상기 방열판을 부착시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 패키지 온 패키지 장치는, 하부 반도체 칩과 상부 패키지 기판 사이에 열 경계 물질막이 개재되고, 상부 반도체 패키지 기판 상에 방열판이 배치된다. 열이 주로 많이 발생하는 로직칩인 하부 반도체 칩과 상부 패키지 기판 사이에 상기 열 경계 물질막이 개재되고, 이를 통해 하부 반도체 칩으로부터 발생된 열이 전달되고, 상부 반도체 패키지 기판 상의 방열판으로 전달되어 열 방출이 극대화될 수 있다. 이로써 동작 속도를 개선시키고 오작동의 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 패키지 온 패키지 장치의 단면도이다.
도 2 내지 7은 도 1의 단면을 가지는 패키지 온 패키지 장치를 제조하는 과정을 순차적으로 나타내는 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 다른 예에 따른 패키지 온 패키지 장치의 단면도이다.
도 9 내지 13은 도 8의 단면을 가지는 패키지 온 패키지 장치를 제조하는 과정을 순차적으로 나타내는 단면도들이다.
도 14 내지 16은 본 발명의 또 다른 예들에 따른 패키지 온 패키지 장치의 단면도들이다.
도 17은 본 발명의 기술이 적용된 반도체 패키지를 포함하는 패키지 모듈의 예를 보여주는 도면이다.
도 18은 본 발명의 기술이 적용된 반도체 패키지를 포함하는 전자 장치의 예를 보여주는 블럭도이다.
도 19는 본 발명의 기술이 적용된 반도체 패키지를 포함하는 메모리 시스템의 예를 보여주는 블럭도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 개략도인 평면도 및 단면도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이고, 발명의 범주를 제한하기 위한 것은 아니다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 실시예들을 첨부 도면을 참조하면서 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 패키지 온 패키지 장치의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 예에 따른 패키지 온 패키지 장치(200)는, 하부 반도체 패키지(101)와 상부 반도체 패키지(102)를 포함한다.
상기 하부 반도체 패키지(101)는 하부 패키지 기판(1), 상기 하부 패키지 기판(1) 상에 실장된 하부 반도체 칩(10), 및 이들을 덮는 하부 몰드막(12)을 포함한다. 상기 하부 반도체 칩(10)은 상기 하부 패키지 기판(1)에 제 1 하부 솔더 범프들(5)을 이용하여 전기적으로 연결되며, 플립 칩 본딩 방식으로 실장될 수 있다. 상기 하부 패키지 기판(1) 하부에는 제 2 하부 솔더 범프들(16)이 배치된다. 상기 하부 몰드막(12)은 상기 하부 반도체 칩(10)의 측벽을 덮되 상기 하부 반도체 칩(10)의 상부면은 노출시킬 수 있다. 즉, 상기 하부 반도체 칩(10)의 상부면은 상기 하부 몰드막(12)에 의해 덮이지 않을 수 있다. 상기 하부 몰드막(12)은 상기 하부 반도체 칩(10)과 이격되는 연결홀(14)을 포함한다. 상기 하부 반도체 칩(10)은 예를 들면 로직 칩일 수 있다.
상기 상부 반도체 패키지(102)는 상부 패키지 기판(30), 상기 상부 패키지 기판(30) 상에 실장된 상부 반도체 칩들(40a, 40b), 및 이들을 덮는 상부 몰드막(36)을 포함한다. 상기 상부 반도체 칩들(40a, 40b)은 제 1 상부 반도체 칩(40a)과 제 2 상부 반도체 칩(40b)을 포함한다. 상기 상부 반도체 칩들(40a, 40b)은 모두 상기 상부 패키지 기판(30)에 와이어 본딩 방식으로 실장될 수 있다. 상기 상부 반도체 칩들(40a, 40b)은 예를 들면 메모리 칩일 수 있다.
상기 상부 반도체 패키지(102)는 상기 하부 반도체 패키지(101) 상에 적층되며, 이들을 연결하는 연결 솔더 범프(38)에 의해 서로 전기적으로 연결된다. 상기 연결 솔더 범프(38)는 상기 연결홀(14) 안에 배치된다.
상기 하부 반도체 칩(10)과 상기 상부 패키지 기판(30) 사이에는 제 1 열 경계 물질막(20)이 개재된다. 상기 상부 반도체 패키지(102) 상에는 제 2 열 경계 물질막(50)과 방열판(60)이 차례로 배치된다. 상기 제 2 열 경계 물질막(50)은 상기 상부 몰드막(36)과 접하며 상기 제 2 상부 반도체 칩(40b)와 이격될 수 있다. 상기 열 경계 물질막들(20, 50)은 접착막, 열성 유지(油脂, thermal grease)나 열성 에폭시(Thermal epoxy)을 포함하며, 이들 중 적어도 하나는 금속 고체 입자를 포함할 수 있다. 상기 방열판(60)은 금속판이거나 또는 유연성을 가지는 금속 테이프일 수 있다.
상기 패키지 온 패키지 장치(200)에서는, 열이 주로 많이 발생하는 로직칩인 상기 하부 반도체 칩(10)과 상기 상부 패키지 기판(30) 사이에 제 1 열 경계 물질막(20)이 개재된다. 상기 제 1 열 경계 물질막(20)이 없이 상기 하부 반도체 칩(10)과 상기 상부 패키지 기판(30)이 서로 이격될 경우, 이들 사이 공간의 공기가 존재하게 된다. 공기와 같은 기체의 열 전도도는 고체의 열 전도도보다 현저히 낮게 된다. 따라서 상기 제 1 열 경계 물질막(20)이 없는 경우 상기 하부 반도체 칩(10)에서 발생되는 열의 방출이 원할하지 못하게 된다. 그러나 본 발명에서는 상기 제 1 열 경계 물질막(20)이 개재되므로, 상기 하부 반도체 칩(10)으로 부터 발생된 열은 상기 제 1 열 경계 물질막(20)을 통해 상부 반도체 패키지(102)로 전달되고 제 2 열 경계 물질막(50)를 통해 상기 방열판(60)으로 전달되어 열 방출이 극대화될 수 있다. 이로써 동작 속도를 개선시키고 오작동의 문제를 해결할 수 있다. 또한 DTM(Dynamic Thermal management)의 시작 시간을 늦춰줄 수 있어 중앙처리장치(Central processing unit)의 사용을 극대화할 수 있다.
도 2 내지 7은 도 1의 단면을 가지는 패키지 온 패키지 장치를 제조하는 과정을 순차적으로 나타내는 단면도들이다.
먼저 도 2 및 3을 참조하여 상부 반도체 패키지(102)를 형성하는 과정을 살펴보기로 한다.
도 2를 참조하면, 상부 패키지 기판(30) 상에 제 1 상부 반도체 칩(40a)과 제 2 상부 반도체 패키지(40b)를 차례로 적층하고 와이어(32)를 이용하여 상기 상부 패키지 기판(30)에 전기적으로 연결시킨다. 몰드 공정을 진행하여 상기 상부 반도체 칩들(40a, 40b)을 덮는 상부 몰드막(36)을 형성한다.
도 3을 참조하면, 상기 상부 반도체 패키지(102) 상에 제 2 열 경계 물질막(50)을 개재시켜 방열판(60)을 형성한다. 예를 들면 상기 방열판(60)은 상기 제 2 열 경계 물질막(50)을 이용하여 상기 상부 반도체 패키지(102) 상에 부착될 수 있다. 그리고 상기 상부 패키지 기판(30)의 하부에 상부 연결 솔더 범프(38a)를 부착시킨다.
다음은 도 4 내지 6을 참조하여 하부 반도체 패키지(101)를 제조하는 과정을 설명하기로 한다.
먼저 도 4를 참조하면, 하부 패키지 기판(1) 상에 하부 반도체 칩(10)을 제 1 하부 솔더 범프(5)를 이용하여 플립 칩 본딩 방식으로 실장한다. 그리고 몰드 공정을 진행하여 상기 하부 반도체 칩(10)을 덮는 하부 몰드막(12)을 형성한다.
도 5를 참조하면, 연마 공정을 진행하여 적어도 상기 하부 몰드막(12)의 상부를 일부 제거하여 상기 하부 반도체 칩(10)의 상부면을 노출시킨다. 이때 상기 하부 반도체 칩(10)의 상부도 일부 같이 제거되어 상기 하부 반도체 칩(10)을 원하는 두께로 형성할 수도 있다.
또는 상기 연마 공정 없이, 상기 몰드 공정에서 상기 하부 몰드막(12)이 상기 하부 반도체 칩(10)의 상부면을 노출시킨도록 형성할 수도 있다.
도 6을 참조하면, 상기 하부 패키지 기판(1) 하부에 제 2 하부 솔더 범프(16)를 부착시킨다. 레이저 등을 이용하여 상기 하부 몰드막(12)에 연결홀(14)을 형성한다. 그리고 상기 연결홀(14)에 의해 노출된 상기 하부 패키지 기판(1) 상에 하부 연결 솔더 범프(38b)를 형성한다. 이로써 하부 반도체 패키지(101)를 형성할 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 하부 반도체 칩(10) 상에 제 1 열 경계 물질막(20)을 형성한다. 그리고 상기 하부 반도체 칩(10) 상에 도 3의 상부 반도체 패키지(102)를 위치시킨다. 그리고 상기 상부 연결 솔더 범프(38a)를 상기 연결홀(14) 안에 삽입시키고 가열하여 상기 상부 연결 솔더 범프(38a)와 상기 하부 연결 솔더 범프(38b)을 융착시킨다. 이로써 도 1의 연결 솔더 범프(38)를 형성할 수 있다. 이때 상기 제 1 열 경계 물질막(20)은 상기 상부 패키지 기판(30)과 접하도록 형성된다.
만약 상기 제 1 열 경계 물질막(20)이 열성 에폭시로 형성된다면, 먼저 열성 에폭시 수지액을 상기 하부 반도체 칩(10) 상에 코팅 또는 적하하고 상기 가열 공정에서 상기 열성 에폭시 수지액을 경화시킴으로써 형성될 수 있다. 또는 상기 제 1 열 경계 물질막(20)이 접착막이라면, 최종적인 구조에서 상기 하부 반도체 칩(10)과 상기 상부 패키지 기판(30) 사이의 거리를 예측하여, 상기 제 1 열 경계 물질막(20)의 두께를 조절할 수 있다.
이와 같이 도 1의 패키지 온 패키지 장치(200)를 형성할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 예에 따른 패키지 온 패키지 장치의 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 예에 따른 패키지 온 패키지 장치(201)에서는, 상부 반도체 칩들(40a, 40b)은 서로 동일할 수 있다. 상기 제 1 상부 반도체 칩(40a)은 와이어(32)를 이용하여 상부 패키지 기판(30) 상에 와이어 본딩 방식으로 실장될 수 있다. 상기 제 2 상부 반도체 칩(40b)은 상기 제 1 상부 반도체 칩(40a) 상에 대칭된 형태로 상부 솔더볼(34)를 이용하여 플립 칩 본딩 방식으로 실장될 수 있다. 상부 몰드막(36)은 상기 제 2 상부 반도체 칩(40b)의 상부면을 노출시키되, 상기 제 1 및 제 2 상부 반도체 칩들(40a, 40b)의 측면을 덮으며, 이들 사이로 개재될 수 있다. 제 2 열 경계 물질막(50)은 상기 제 2 상부 반도체 칩(40b)의 상부면과 접한다. 본 예에서는 상기 제 2 열 경계 물질막(50)이 상기 제 2 상부 반도체 칩(40b)와 직접 접하므로, 열 방출 효과를 증대시킬 수 있다. 그 외의 구성은 도 1을 참조하여 설명한 바와 동일/유사할 수 있다.
도 9 내지 13은 도 8의 단면을 가지는 패키지 온 패키지 장치를 제조하는 과정을 순차적으로 나타내는 단면도들이다.
도 9를 참조하면, 상부 패키지 기판(30) 상에 제 1 상부 반도체 칩(40a)을 부착시키고 와이어(32)를 이용하여 상기 상부 패키지 기판(30)에 전기적으로 연결시킨다. 그리고 상기 제 1 상부 반도체 칩(40a) 상에 제 2 상부 반도체 칩(40b)을 상부 솔더 범프(34)를 이용하여 플립 칩 본딩 방식으로 실장한다. 몰드 공정을 진행하여 상기 상부 반도체 칩들(40a, 40b)을 덮으며 이들 사이를 채우는 상부 몰드막(36)을 형성한다.
도 10을 참조하면, 연마 공정을 진행하여 적어도 상기 상부 몰드막(36)의 상부를 일부 제거하여 상기 제 2 상부 반도체 칩(40b)의 상부면을 노출시킨다. 이때 상기 제 2 상부 반도체 칩(40b)의 상부도 일부 제거되어 원하는 두께를 가지도록 형성될 수 있다.
또는 상기 연마 공정 없이, 몰드 공정을 진행할 때 상기 상부 몰드막(36)이 상기 제 2 상부 반도체 칩(40b)의 상부면을 노출시키도록 형성할 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 상부 패키지 기판(30) 하부에 상부 연결 솔더 범프(38a)을 부착시킨다. 이로써 상부 반도체 패키지(103)를 형성할 수 있다.
도 12를 참조하면, 상기 상부 반도체 패키지(103) 상에 제 2 열 경계 물질막(50)을 개재시켜 방열판(60)을 형성한다. 예를 들면 상기 방열판(60)은 상기 제 2 열 경계 물질막(50)을 이용하여 상기 상부 반도체 패키지(103) 상에 부착될 수 있다. 이로써 상기 제 2 상부 반도체 칩(40b)의 상부면은 상기 제 2 열 경계 물질막(50)과 접하게 된다.
도 13을 참조하면, 도 4 내지 6과 같은 과정으로 제조된 하부 반도체 패키지(101) 상에 상기 하부 반도체 칩(10) 상에 제 1 열 경계 물질막(20)을 형성한다. 상기 하부 반도체 패키지(101) 상에 상기 상부 반도체 패키지(103)를 위치시킨다. 그리고 상부 연결 솔더 범프(38a)를 연결홀(14) 안에 삽입시키고 가열하여 상기 상부 연결 솔더 범프(38a)와 상기 하부 연결 솔더 범프(38b)을 융착시킨다. 이로써 도 8의 연결 솔더 범프(38)를 형성할 수 있다. 이때 상기 제 1 열 경계 물질막(20)은 상기 상부 패키지 기판(30)과 접하도록 형성된다.
도 14 내지 16은 본 발명의 또 다른 예들에 따른 패키지 온 패키지 장치의 단면도들이다.
도 14를 참조하면, 본 예에 따른 패키지 온 패키지 장치(202)에서는 제 2 열 경계 물질막(50a)과 방열판(60a)이 연장되어 상부 반도체 패키지(103)와 하부 반도체 패키지(101)의 측면들을 덮는다. 제 2 하부 솔더 범프(16)는 상기 방열판(60a)의 하부면에도 부착될 수 있다. 이 경우 도 1의 경우보다 열 방출 효과를 보다 증대시킬 수 있다. 그 외의 구성은 도 1을 참조하여 설명한 바와 동일/유사할 수 있다.
도 15를 참조하면, 본 예에 따른 패키지 온 패키지 장치(203)에서는 방열판(60b)이 돌출된 복수개의 핀들(F)을 포함한다. 상기 핀들(F)에 의해 방열 면적이 넓어지므로 도 11의 경우보다 열 방출 효과를 증대시킬 수 있다. 그 외의 구성은 도 14를 참조하여 설명한 바와 동일/유사할 수 있다.
도 16을 참조하면, 본 예에 따른 패키지 온 패키지 장치(204)에서는, 하부 패키지 기판(1)의 상부면과 방열판(60b)의 하부면 사이에 제 1 하부 솔더 범프(5)가 개재되어 상기 하부 패키지 기판(1)과 상기 방열판(60b)을 전기적으로 연결시킬 수 있다.
도 14 내지 16에서 방열판들(60a, 60b)은 방열 기능 외에, 전자파 장해(Electromagnetic interference; EMI) 차폐(shielding) 기능을 가질 수 있다. 이로써, 반도체 패키지들의 오작동을 방지할 수 있다.
상술한 반도체 패키지 기술은 다양한 종류의 반도체 소자들 및 이를 구비하는 패키지 모듈에 적용될 수 있다.
도 17은 본 발명의 기술이 적용된 반도체 패키지를 포함하는 패키지 모듈의 예를 보여주는 도면이다. 도 17을 참조하면, 패키지 모듈(1200)은 반도체 집적회로 칩(1220) 및 QFP(Quad Flat Package) 패키지된 반도체 집적회로 칩(1230)과 같은 형태로 제공될 수 있다. 본 발명에 따른 반도체 패키지 기술이 적용된 반도체 소자들(1220, 1230)을 기판(1210)에 설치함으로써, 상기 패키지 모듈(1200)이 형성될 수 있다. 상기 패키지 모듈(1200)은 기판(1210) 일측에 구비된 외부연결단자(1240)를 통해 외부전자장치와 연결될 수 있다.
상술한 반도체 패키지 기술은 전자 시스템에 적용될 수 있다. 도 18은 본 발명의 기술이 적용된 반도체 패키지를 포함하는 전자 장치의 예를 보여주는 블럭도이다. 도 18을 참조하면, 전자 시스템(1300)은 제어기(1310), 입출력 장치(1320) 및 기억 장치(1330)를 포함할 수 있다. 상기 제어기(1310), 입출력 장치(1320) 및 기억 장치(1330)는 버스(1350, bus)를 통하여 결합될 수 있다. 상기 버스(1350)는 데이터들이 이동하는 통로라 할 수 있다. 예컨대, 상기 제어기(1310)는 적어도 하나의 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서, 마이크로컨트롤러, 그리고 이들과 동일한 기능을 수행할 수 있는 논리 소자들 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 제어기(1310) 및 기억 장치(1330)는 본 발명에 따른 반도체 패키지를 포함할 수 있다. 상기 입출력 장치(1320)는 키패드, 키보드 및 표시 장치(display device) 등에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 기억 장치(330)는 데이터를 저장하는 장치이다. 상기 기억 장치(1330)는 데이터 및/또는 상기 제어기(1310)에 의해 실행되는 명령어 등을 저장할 수 있다. 상기 기억 장치(1330)는 휘발성 기억 소자 및/또는 비휘발성 기억 소자를 포함할 수 있다. 또는, 상기 기억 장치(1330)는 플래시 메모리로 형성될 수 있다. 예를 들면, 모바일 기기나 데스크 톱 컴퓨터와 같은 정보 처리 시스템에 본 발명의 기술이 적용된 플래시 메모리가 장착될 수 있다. 이러한 플래시 메모리는 반도체 디스크 장치(SSD)로 구성될 수 있다. 이 경우 전자 시스템(1300)은 대용량의 데이터를 상기 플래시 메모리 시스템에 안정적으로 저장할 수 있다. 상기 전자 시스템(1300)은 통신 네트워크로 데이터를 전송하거나 통신 네트워크로부터 데이터를 수신하기 위한 인터페이스(1340)를 더 포함할 수 있다. 상기 인터페이스(1340)는 유무선 형태일 수 있다. 예컨대, 상기 인터페이스(1340)는 안테나 또는 유무선 트랜시버 등을 포함할 수 있다. 그리고, 도시되지 않았지만, 상기 전자 시스템(1300)에는 응용 칩셋(Application Chipset), 카메라 이미지 프로세서(Camera Image Processor:CIS), 그리고 입출력 장치 등이 더 제공될 수 있음은 이 분야의 통상적인 지식을 습득한 자들에게 자명하다.
상기 전자 시스템(1300)은 모바일 시스템, 개인용 컴퓨터, 산업용 컴퓨터 또는 다양한 기능을 수행하는 로직 시스템 등으로 구현될 수 있다. 예컨대, 상기 모바일 시스템은 개인 휴대용 정보 단말기(PDA; Personal Digital Assistant), 휴대용 컴퓨터, 웹 타블렛(web tablet), 모바일폰(mobile phone), 무선폰(wireless phone), 랩톱(laptop) 컴퓨터, 메모리 카드, 디지털 뮤직 시스템(digital music system) 그리고 정보 전송/수신 시스템 중 어느 하나일 수 있다. 상기 전자 시스템(1300)이 무선 통신을 수행할 수 있는 장비인 경우에, 상기 전자 시스템(1300)은 CDMA, GSM, NADC, E-TDMA, WCDAM, CDMA2000과 같은 3세대 통신 시스템 같은 통신 인터페이스 프로토콜에서 사용될 수 있다.
상술한 본 발명의 기술이 적용된 반도체 소자는 메모리 카드의 형태로 제공될 수 있다. 도 19는 본 발명의 기술이 적용된 반도체 패키지를 포함하는 메모리 시스템의 예를 보여주는 블럭도이다. 도 19를 참조하면, 메모리 카드(1400)는 비휘발성 기억 소자(1410) 및 메모리 제어기(1420)를 포함할 수 있다. 상기 비휘발성 기억 장치(1410) 및 상기 메모리 제어기(1420)는 데이터를 저장하거나 저장된 데이터를 판독할 수 있다. 상기 비휘발성 기억 장치(1410)는 본 발명에 따른 반도체 패키지 기술이 적용된 비휘발성 기억 소자들 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 메모리 제어기(1420)는 호스트(host)의 판독/쓰기 요청에 응답하여 저장된 데이터를 독출하거나, 데이터를 저장하도록 상기 플래쉬 기억 장치(1410)를 제어할 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
1: 하부 패키지 기판
5, 16: 하부 솔더 범프
1: 하부 반도체 칩
12: 하부 몰드막
14: 연결홀
20, 50, 50a: 열 경계 물질막
60, 60a, 60b: 방열판
34: 상부 솔더 범프
38, 38a, 38b: 연결 솔더 범프
30: 상부 패키지 기판
40a, 40b: 상부 반도체 칩
36: 상부 몰드막
101: 하부 반도체 패키지
102, 103: 상부 반도체 패키지
200~203: 패키지 온 패키지 장치

Claims (10)

  1. 하부 패키지 기판, 및 상기 하부 패키지 기판 상에 실장된 하부 반도체 칩을 포함하는 하부 반도체 패키지;
    상기 하부 반도체 패키지 상에 배치되는 상부 패키지 기판, 및 상기 상부 패키지 기판 상에 실장된 상부 반도체 칩을 포함하는 상부 반도체 패키지;
    상기 하부 반도체 칩과 상기 상부 패키지 기판 사이에 개재되는 제 1 열 경계 물질막; 및
    상기 상부 반도체 칩 상에 배치되는 방열판을 포함하는 패키지 온 패키지 장지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 반도체 칩과 상기 방열판 사이에 개재된 제 2 열 경계 물질막을 더 포함하는 패키지 온 패키지 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 열 경계 물질막은 상기 상부 반도체 칩과 직접 접하는 패키지 온 패키지 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 상부 반도체 칩은 차례로 적층된 제 1 상부 반도체 칩과 제 2 상부 반도체 칩을 포함하며,
    상기 제 1 상부 반도체 칩은 상기 상부 패키지 기판 상에 와이어 본딩 방식으로 실장되며,
    상기 제 2 상부 반도체 칩은 상기 제 1 상부 반도체 칩 상에 플립 칩 본딩 방식으로 실장되는 패키지 온 패키지 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 상부 반도체 칩과 상기 제 2 상부 반도체 칩은 서로 동일하며 대칭되도록 배치되는 패키지 온 패키지 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 상부 반도체 패키지는 상기 상부 패키지 기판과 상기 상부 반도체 칩의 측면을 덮는 상부 몰드막을 더 포함하되,
    상기 상부 몰드막은 상기 상부 반도체 칩의 상부면과 공면을 이루는 상부면을 가지는 패키지 온 패키지 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 상부 반도체 패키지는 상기 패키지 기판과 상기 상부 반도체 칩을 덮으며 상기 제 2 열경계 물질막과 상기 상부 반도체 칩 사이에 개재되는 상부 몰드막을 더 포함하는 패키지 온 패키지 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 열 경계 물질막들은 접착막, 열성 유지(油脂, thermal grease)나 열성 에폭시(Thermal epoxy)을 포함하며, 이들 중 적어도 하나는 금속 고체 입자를 포함하는 패키지 온 패키지 장치
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 반도체 패키지는 상기 하부 패키지 가판과 상기 하부 반도체 칩의 측면을 덮는 하부 몰드막을 더 포함하되,
    상기 하부 몰드막은 상기 하부 반도체 칩의 상부면과 공면을 이루는 상부면을 가지는 패키지 온 패키지 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열판은 연장되어 상기 상부 및 하부 반도체 패키지들의 측면을 덮는 패키지 온 패키지 장치.
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