KR20150050798A - 반도체 패키지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 패키지 및 그 제조방법을 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 패키지는, 각각 본딩패드들을 구비하고, 상기 본딩패드들이 노출되도록 계단 형태로 적층된 복수의 반도체칩; 상기 적층된 반도체칩들을 밀봉하도록 형성되고, 각 반도체칩의 본딩패드들을 노출하도록 형성된 복수의 비아홀을 갖는 봉지부재; 상기 각 비아홀 내에 본딩패드들과 연결되도록 형성된 비아배선; 및 상기 봉지부재 상에 형성되며, 비아배선들 간을 상호 연결하도록 형성된 재배선;을 포함한다.

Description

반도체 패키지 및 그 제조방법{semiconductor package and manufacturing method of the same}
본 발명은 반도체 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 데이터의 저장 용량 및 데이터 처리 속도를 보다 향상시키기 위하여 다수의 반도체칩들을 적층하는 스택 타입의 반도체 패키지가 개발되고 있다.
이러한 스택 타입의 반도체 패키지를 제조하기 위해서는 기판에 다수의 반도체칩을 스택하고, 스택된 다수의 반도체칩들을 금속 와이어를 매개로 전기적으로 연결하는 공정을 수반한다.
그러나, 금속 와이어를 이용하여 스택된 반도체칩들을 전기적으로 연결할 경우에는 와이어본딩 특성상 미세 피치(pine pitch)를 구현하는 데 한계가 있고, 다수의 반도체칩들을 기판과 개별적으로 본딩해야 하므로, 작업 속도가 느리다는 단점이 있다.
특히, 이러한 스택 타입의 반도체 패키지에서는 스택된 반도체칩들과 금속 와이어들 간이 전기적으로 접합되는 쇼트 불량을 미연에 방지하기 위해 반도체칩들의 맞닿는 사이에 일정 이상의 공간을 확보하게 되는 데, 이는 결과적으로 반도체 패키지의 두께를 증가시킨다.
본 발명의 실시예는, 와이어본딩 작업을 위한 별도의 공간 확보가 필요치 않도록 하여 전체 크기를 최소화할 수 있는 반도체 패키지 및 그 제조방법을 제공한다.
일 실시예에 따른 반도체 패키지는, 복수의 본드핑거가 배열된 기판; 각각 복수의 본딩패드를 구비하고, 상기 기판에 상기 본딩패드들 및 본드핑거가 노출되도록 계단 형태로 적층된 복수의 반도체칩; 상기 기판에 상기 적층된 반도체칩들을 밀봉하도록 형성되고, 각 반도체칩의 본딩패드들과 전기적으로 연결되도록 형성된 비아배선; 상기 기판의 본드핑거와 전기적으로 연결되도록 형성된 연결배선; 및 상기 봉지부재 상에 형성되며, 서로 대응되는 상기 비아배선들 및 연결배선 간을 전기적으로 연결하도록 형성된 복수의 재배선;을 포함한다.
다른 실시예에 따른 반도체 패키지는, 각각 복수의 본딩패드를 구비하고, 상기 본딩패드들이 노출되도록 계단 형태로 적층된 복수의 반도체칩; 상기 적층된 반도체칩들을 밀봉하도록 형성되고, 각 반도체칩의 본딩패드들을 노출하도록 형성된 복수의 제1 비아홀을 갖는 봉지부재; 상기 각 제1 비아홀 내에 본딩패드들과 연결되도록 형성된 비아배선; 및 상기 봉지부재 상에 형성되며, 서로 대응되는 비아배선들 간을 전기적으로 연결하도록 형성된 복수의 재배선;을 포함한다.
일 실시예에 따른 반도체 패키지의 제조방법은, 기판의 제1면에 복수의 반도체칩을 계단 형태로 적층하는 단계; 상기 반도체칩들을 밀봉하도록 기판의 제1면에 봉지부재를 형성하는 단계; 상기 봉지부재의 상면으로부터 각 반도체칩의 본딩패드까지 제1 비아홀을 형성하는 단계; 상기 제1 비아홀에 도전성 금속을 충진하여 비아배선을 형성하는 단계; 상기 기판의 본드핑거에 전기적으로 연결되도록 연결배선을 형성하는 단계; 및 상기 비아배선 및 연결배선과 전기적으로 연결되도록 봉지부재의 표면에 재배선을 형성하는 단계;를 포함한다.
본 실시예에 따르면, 계단면을 갖는 반도체칩들의 본딩패드 및 기판의 본드핑거에 각각 봉지부재를 관통한 비아배선을 형성하고 각각의 비아배선 간을 상호 연결함으로써, 기존의 와이어본딩을 통해 반도체칩과 기판 간을 연결한 반도체 패키지에 비해 와이어본딩 작업을 위한 높이 확보 등이 필요 없으므로 반도체 패키지의 전체 크기를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 패키지를 도시한 평면도.
도 2는 도 1의 "Ⅰ-Ⅰ'"부를 도시한 단면도.
도 3 내지 도 7은 각각 도 2에 따른 반도체 패키지를 제조하기 위한 공정을 도시한 단면도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 반도체 패키지를 도시한 단면도.
도 9는 본 발명에 따른 반도체 패키지를 적용한 전자 장치의 시스템 블록도.
도 10은 본 발명에 따른 반도체 패키지를 포함하는 전자 장치의 예를 보여주는 블록도.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 의한 반도체 패키지 및 그 제조방법을 첨부 도면을 참고하여 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 반도체 패키지(100)는 계단 형태로 적층된 복수의 반도체칩(10), 반도체칩(10)을 밀봉하는 봉지부재(20), 봉지부재(20)를 관통하여 반도체칩(10)의 본딩패드와 전기적으로 연결되는 비아배선(30)들, 비아배선(30) 상호 간을 전기적으로 연결하는 재배선(40)을 포함한다.
반도체칩(10)들은 계단면을 갖도록 적어도 둘 이상이 스택되고, 각 계단면에 본딩패드(11)가 배치된다. 이러한 본딩패드(11)는 각 반도체칩의 상면 가장자리를 따라 복수 배치된다.
이와 다르게 본딩패드는 각 반도체칩의 상면 중앙을 따라 배치될 수 있다. 도시하지는 않았지만, 본딩패드가 각 반도체칩의 상면 중앙을 따라 배치될 경우에는 중앙에 배치된 본딩패드를 반도체칩의 외곽으로 빼내는 재배열 공정을 수행하는 것이 바람직하다.
봉지부재(20)는 적층된 반도체칩(10)들을 감싸도록 장방형의 단면을 갖도록 형성된다. 봉지부재(20)는 수직으로 관통된 복수의 제1 비아홀(21; 도 2 참고)을 가지며, 제1 비아홀들은 적층된 각 반도체칩(10)의 본딩패드(11)들이 노출되도록 각 본딩패드(11)들과 대응되는 위치에 형성된다.
비아배선(30)은 본딩패드(11)와 전기적으로 연결되도록 제1 비아홀(21)에 매립된다. 비아배선(30)은 구리, 금 등의 도전성 금속으로 형성될 수 있다.
재배선(40)은 봉지부재(20)의 상면에 형성되며, 비아배선(30)들 상호 간을 전기적으로 연결시켜 준다. 즉, 재배선(40)은 비아배선(30)들의 상단이 각각 접속되도록 봉지부재(20)의 상면에 수평하게 형성된다.
한편, 봉지부재(20)의 상면에는 재배선(40)을 덮도록 캡핑막(50)이 더 형성될 수 있다. 캡핑막(50)은 솔더 레지스트 등의 절연물질로 이루어져 외부의 충격 등으로부터 재배선(40)을 보호하게 된다.
일 실시예의 반도체 패키지(100)는 적층된 반도체칩(10)들 중 최하부 반도체칩의 하측에 배치되는 기판(60)을 더 포함할 수 있다.
기판(60)은 제1면(60a) 및 제1면(60a)에 대향하는 제2면(60b)을 갖는다. 기판은 인쇄회로기판을 포함할 수 있다. 기판(60)의 제1면(60a)에는 본드핑거(61)들이 배열되고, 제2면(60b)에는 도시하지 않았으나 솔더볼 등의 외부접속단자가 형성될 수 있다.
본드핑거(61)는 봉지부재(20)가 형성되는 영역 내에 배치될 수 있다. 이때, 봉지부재(20)에는 본드핑거(61)에 대응되도록 제2 비아홀(22; 도 2 참고)이 수직으로 형성되고, 제2 비아홀에는 상단은 재배선(40)에 전기적으로 연결되고 하단은 본드핑거(61)에 전기적으로 연결되도록 연결배선(31)이 매립될 수 있다.
재배선(40)은 봉지부재(20) 상에 서로 대응하는 비아배선들(30)과 연결배선(31)을 연결하도록 형성된다. 즉, 재배선(40)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 각 반도체칩(10)들에서 동일한 신호가 입력되고 인접하여 배치되는 본딩패드(11)들과 전기적으로 연결된 비아배선들(30), 그리고, 이 본딩패들(11)과 인접하여 배치되는 기판(60)의 본드핑거(61)와 전기적으로 연결된 연결배선(31)을 연결하도록 복수 개가 형성된다.
이와 같이 구성된 반도체 패키지의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 3을 참조하면, 제1면(60a) 가장자리에 본드핑거(61)가 형성된 기판(60)을 준비하고, 기판(60)의 제1면(60a)에 계단 형태로 복수의 반도체칩(10)들을 적층하여 각각의 계단면에 형성된 본딩패드(11)가 노출되도록 한다. 그 후, 기판(60)의 제1면(60a)에 반도체칩(10)들 및 기판(60)의 본드핑거(61)들을 밀봉할 수 있도록 봉지부재(20)를 형성한다.
다음으로, 드릴링 공정 등을 이용하여 봉지부재(20)의 상면으로부터 각 반도체칩(10)의 본딩패드(11)까지 제1 비아홀(21)을 형성한다. 마찬가지로 봉지부재(20)의 상면으로부터 기판(60)의 본드핑거(61)까지 제2 비아홀(22)을 형성한다.
도 4를 참조하면, 제1 비아홀(21)에 도전성 금속을 매립하여 반도체칩(10)의 본딩패드(11)와 전기적으로 연결되도록 비아배선(30)을 형성하고, 제2 비아홀(22) 역시 도전성 금속을 매립하여 기판(60)의 본드핑거(61)와 전기적으로 연결되도록 연결배선(31)을 형성한다.
도 5를 참조하면, 봉지부재(20)의 상면 전체에 전해 도금 또는 비전해 도금 등의 공정을 이용하여 복수의 재배선(40)을 형성한다. 도금을 통해 형성된 각각의 재배선(40)은 봉지부재(20)의 상면으로 노출된 비아배선(30)들 및 연결배선(31)과 전기적으로 대응 연결될 수 있다.
도 6을 참조하면, 봉지부재(20)의 상면 전체에 형성된 재배선(40)을 패터닝한다. 패터닝된 재배선(40)은 계단 형태로 적층된 반도체칩(10)들 중 최상위 반도체칩의 본딩패드에 전기적으로 연결된 비아배선으로부터 기판(60)의 본드핑거(61)에 전기적으로 연결된 연결배선까지의 길이를 갖게 된다.
예컨대, 그 패터닝 방법으로서 도시하지는 않았으나 재배선의 상측에 마스크를 위치시킨 후 설정된 재배선이 형성되도록 하는 방법 등이 있다.
도 7을 참조하면, 봉지부재(20)의 상면에 재배선(40)을 덮도록 솔더 레지스트와 같은 절연물질을 도포함으로써 재배선(40)을 보호하기 위한 캡핑막(50)을 형성한다.
이와 같이 계단면을 갖는 반도체칩(10)들의 본딩패드(11) 및 기판(60)의 본드핑거(61)에 각각 봉지부재(20)를 관통한 비아배선(30) 및 연결배선(31)을 형성하고 비아배선(30)과 연결배선(31) 간을 상호 연결함으로써, 기존의 와이어본딩을 통해 반도체칩(10)과 기판(60) 간을 연결한 반도체 패키지에 비해 와이어본딩 작업을 위한 높이 확보 등이 필요 없으므로 반도체 패키지의 전체 크기를 최소화할 수 있다.
도 8은 다른 실시예에 의한 반도체 패키지를 도시한 것으로, 도 8을 참조하면, 다른 실시예의 반도체 패키지는 계단형으로 배치된 복수의 반도체칩(10), 봉지부재(20) 및 기판(60)을 포함하며, 이는 일 실시예의 구성과 동일하다.
다만, 다른 실시예에서 기판(60)의 본드핑거(61)는 기판(60)의 제1면(60a) 상에서 봉지부재(20)가 형성된 영역 외측에 노출되도록 형성된다.
따라서, 비아배선(30)들은 봉지부재(20) 내에 관통 형성된 제1 비아홀에 매립되어 각 반도체칩(10)의 본딩패드(11)와 전기적으로 연결되도록 형성되고, 봉지부재(20)의 측면에는 연결배선(32)이 재배선(40)으로부터 연장 형성되어 기판(60)의 본드핑거(61)와 전기적으로 연결된다.
이때, 캡핑막(50)은 재배선(40)과 연결배선(32)을 모두 덮도록 봉지부재(20)의 상면 및 측면에 형성될 수 있다.
상술한 반도체 패키지의 기술은 다양한 종류의 반도체 소자들 및 이를 구비하는 패키지 모듈에 적용될 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 실시예의 반도체 패키지는 전자 시스템(1000)에 적용될 수 있다. 전자 시스템(1000)은 제어기(1100), 입출력 장치(1200) 및 기억장치(1300)를 포함할 수 있다. 제어기(1100), 입출력 장치(1200) 및 기억장치(1300)는 데이터들이 이동하는 통로를 제공하는 버스(1500)를 통하여 결합될 수 있다.
예컨대, 제어기(1100)는 적어도 하나의 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서, 마이크로컨트롤러, 그리고 이들과 유사한 기능을 수행할 수 있는 논리 소자들 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 제어기(1100) 및 기억장치(1300)는 일 실시예에 따른 반도체 패키지를 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 입출력 장치(1200)는 키패드, 키보드 및 표시 장치(display device) 등에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 기억장치(1300)는 데이터 및/또는 제어기(1100)에 의해 실행되는 명령어 등을 저장할 수 있다.
기억장치(1300)는 디램과 같은 휘발성 기억 소자 및/또는 플래시 메모리와 같은 비휘발성 기억 소자를 포함할 수 있다. 예를 들면, 모바일 기기나 데스크 톱 컴퓨터와 같은 정보 처리 시스템에 플래시 메모리가 장착될 수 있다. 이러한 플래시 메모리는 반도체 디스크 장치(SSD)로 구성될 수 있다. 이 경우 전자 시스템(100)은 대용량의 데이터를 상기 플래시 메모리 시스템에 안정적으로 저장할 수 있다.
전자 시스템(1000)은 통신 네트워크로 데이터를 전송하거나 통신 네트워크로부터 데이터를 수신하기 위한 인터페이스(1400)를 더 포함할 수 있다. 인터페이스(1400)는 유무선 형태일 수 있다. 예컨대, 인터페이스(1400)는 안테나 또는 유무선 트랜시버 등을 포함할 수 있다. 전자 시스템(1000)에는 응용 칩셋(Application Chipset), 입출력 장치 등이 더 제공될 수 있다.
전자 시스템(1000)은 모바일 시스템, 개인용 컴퓨터, 산업용 컴퓨터 또는 다양한 기능을 수행하는 로직 시스템 등으로 구현될 수 있다. 예컨대, 모바일 시스템은 개인 휴대용 정보 단말기(PDA; Personal Digital Assistant), 휴대용 컴퓨터, 웹 타블렛(web tablet), 모바일폰(mobile phone), 스마트폰(smart 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.
전자 시스템(1000)이 무선 통신을 수행할 수 있는 장비인 경우에, 전자 시스템(1000)은 CDMA(Code Division Multiple Access), GSM(Global System for Mobile communication), NADC(North American Digital Cellular), E-TDMA(Enhanced-Time Division Multiple Access), WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access), CDMA2000, LTE(Long Term Evolution), Wibro(Wireless Broadband Internet)과 같은 통신 시스템에서 사용될 수 있다.
도 10을 참조하면, 상술한 반도체 패키지는 메모리 카드(2000)의 형태로 제공될 수 있다. 일례로, 메모리 카드(2000)는 비휘발성 기억 소자와 같은 메모리(2100) 및 메모리 제어기(2200)를 포함할 수 있다. 메모리(2100) 및 메모리 제어기(2200)는 데이터를 저장하거나 저장된 데이터를 판독할 수 있다.
메모리(2100)는 일 실시예에 따른 반도체 패키지 기술이 적용된 비휘발성 기억 소자들 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 메모리 제어기(2200)는 호스트(2300)의 판독/쓰기 요청에 응답하여 저장된 데이터를 독출하거나, 데이터를 저장하도록 메모리(2100)를 제어할 수 있다.
10; 반도체칩 11; 본딩패드
20; 봉지부재 21; 제1 비아홀
22; 제2 비아홀 30; 비아배선
31,32; 연결배선 40; 재배선
50; 캡핑막 60; 기판
61; 본드핑거

Claims (19)

  1. 복수의 본드핑거가 배열된 기판;
    각각 복수의 본딩패드를 구비하고, 상기 기판에 상기 본딩패드들 및 본드핑거가 노출되도록 계단 형태로 적층된 복수의 반도체칩;
    상기 기판에 상기 적층된 반도체칩들을 밀봉하도록 형성되고, 각 반도체칩의 본딩패드들과 전기적으로 연결되도록 형성된 비아배선;
    상기 기판의 본드핑거와 전기적으로 연결되도록 형성된 연결배선; 및
    상기 봉지부재 상에 형성되며, 서로 대응되는 상기 비아배선들 및 연결배선 간을 전기적으로 연결하도록 형성된 복수의 재배선;
    을 포함하는 반도체 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 본드핑거는 봉지부재의 내부에 형성되고, 상기 연결배선은 상기 재배선 및 본드핑거에 전기적으로 연결되도록 상기 봉지부재의 내부에 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 본드핑거는 봉지부재의 외측에 노출되도록 형성되고, 상기 연결배선은 상기 재배선 및 본드핑거에 전기적으로 연결되도록 상기 봉지부재의 측면에 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 봉지부재의 상면 및 측면에 상기 재배선 및 연결배선을 보호하도록 형성된 캡핑막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 봉지부재 상에 상기 재배선들을 보호하도록 형성된 캡핑막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  6. 각각 복수의 본딩패드를 구비하고, 상기 본딩패드들이 노출되도록 계단 형태로 적층된 복수의 반도체칩;
    상기 적층된 반도체칩들을 밀봉하도록 형성되고, 각 반도체칩의 본딩패드들을 노출하도록 형성된 복수의 제1 비아홀을 갖는 봉지부재;
    상기 각 제1 비아홀 내에 본딩패드들과 연결되도록 형성된 비아배선; 및
    상기 봉지부재 상에 형성되며, 서로 대응되는 비아배선들 간을 전기적으로 연결하도록 형성된 복수의 재배선;
    을 포함하는 반도체 패키지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 적층된 반도체칩들 중 최하부 반도체칩의 하측에 배치되고, 상기 최하부 반도체칩과 마주하는 면에 본드핑거들이 배열된 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기판의 본드핑거와 상기 재배선을 전기적으로 연결하는 연결배선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기판의 본드핑거는 봉지부재의 내부에 형성되고, 상기 봉지부재의 내부에는 상기 본드핑거와 대응되도록 제2 비아홀이 형성되며, 상기 연결배선은 상기 재배선 및 본드핑거에 전기적으로 연결되도록 상기 제2 비아홀에 매립된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 기판의 본드핑거는 봉지부재의 외측에 노출되도록 형성되고, 상기 연결배선은 상기 재배선 및 본드핑거에 전기적으로 연결되도록 상기 봉지부재의 측면에 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 봉지부재의 상면 및 측면에 상기 재배선 및 연결배선을 보호하도록 형성된 캡핑막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 봉지부재 상에 상기 재배선들을 보호하도록 형성된 캡핑막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  13. 기판의 제1면에 복수의 반도체칩을 계단 형태로 적층하는 단계;
    상기 반도체칩들을 밀봉하도록 기판의 제1면에 봉지부재를 형성하는 단계;
    상기 봉지부재의 상면으로부터 각 반도체칩의 본딩패드까지 제1 비아홀을 형성하는 단계;
    상기 제1 비아홀에 도전성 금속을 충진하여 비아배선을 형성하는 단계;
    상기 기판의 본드핑거에 전기적으로 연결되도록 연결배선을 형성하는 단계; 및
    상기 비아배선 및 연결배선과 전기적으로 연결되도록 봉지부재의 표면에 재배선을 형성하는 단계;
    를 포함하는 반도체 패키지의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 봉지부재를 형성하는 단계는, 상기 기판의 본드핑거가 봉지부재 내에 밀봉되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 연결배선을 형성하는 단계는, 상기 봉지부재의 상면으로부터 기판의 본드핑거까지 제2 비아홀을 형성하고, 상기 제2 비아홀에 도전성 금속을 매립하여 연결배선을 형성하는 것을 포함하는 반도체 패키지의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 봉지부재의 상면에 재배선을 덮도록 캡핑막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 제조방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 봉지부재를 형성하는 단계는, 기판의 본드핑거가 봉지부재의 외부로 노출되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 연결배선을 형성하는 단계는, 상기 재배선과 본드핑거 간에 전기적으로 연결되도록 상기 봉지부재의 측면에 연결배선을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 제조방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 봉지부재의 상면 및 측면에 재배선 및 연결배선을 덮도록 캡핑막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 제조방법.
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