KR20200052802A - 응력 조절기를 가진 접속 회로기판 및 그의 플립 칩 조립체 - Google Patents

Abstract

접속 회로기판은 제1 와이어링 레이어, 수직 연결 요소들, 응력 조절기, 버퍼링 레이어 및 레진 레이어를 포함한다. 레진 레이어는 응력 조절기의 사이드벽들과 수직 연결 요소들의 측면들을 접합하고 응력 조절기를 측면으로 둘러싼다. 제1 와이어링 레이어는 버퍼링 레이어 내의 접속 패드들과 레진 레이어 내의 라우팅 트레이스들을 포함한다. 라우팅 트레이스들은 접속 패드들과 통합되고 수직 연결 요소들에 전기적으로 결합된다. 디바이스 연결을 위한 범프들이 응력 조절기에 의해 덮인 영역에서 실장될 수 있도록, 접속 패드들은 버퍼링 레이어에 의해 응력 조절기 위에서 중첩되고 응력 조절기로부터 이격됨으로써, 범프들의 크랙킹이 방지된다.

Description

응력 조절기를 가진 접속 회로기판 및 그의 플립 칩 조립체{INTERCONNECT SUBSTRATE HAVING STRESS MODULATOR AND FLIP CHIP ASSEMBLY THEREOF}

본 발명은 접속(interconnect) 회로기판(substrate)과 이를 이용한 플립 칩(flip chip) 조립체에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 응력 조절기(stress modulator)를 가진 접속 회로기판 및 접속 회로기판의 응력 조절기 위에 중첩된 적어도 하나의 범프(bump)를 가진 플립 칩 조립체에 관한 것이다.

고성능 마이크로프로세서들과 ASIC들은 다양한 성능 요구에 부응하기 위해 플립 칩 조립체와 같은 개선된 패키징 기술들이 필요하다. 플립 칩 조립체는 칩 패드 상에 미리 형성된 범프들을 제공하고, 범프들이 하방을 향해서 패키지 회로기판 상의 접합 부위들에 정렬 및 정합 접촉되도록 칩을 플립핑하고, 범프들 상의 솔더를 녹여 접합 부위들을 무르게 하는 과정을 포함한다. 솔더는 리플로우된 후 냉각 및 고형화되어 칩과 패키지 회로기판 사이에 솔더 조인트들을 형성한다. 플립 칩은, 페이스-업(face-up) 실장 기술과 비교하여, 가능한 최소의 리드들, 최소의 인덕턴스, 최고의 주파수, 최고의 노이즈 제어, 최소의 디바이스 풋프린트, 및 최소의 프로파일을 제공한다.

플립 칩 기술은 와이어 본딩에 비해 엄청난 장점들을 구비하는 반면 그 기술적 한계가 중요하다. 예를 들어, 솔더 범프들은 반도체 칩과 패키지 회로기판 사이의 열팽창 부조화(mismatch)에 의해 초래되는 응력 또는 변형에 취약하다. 이들 범프들은 시간이 경과함에 따라 열-기계적 응력으로부터의 피로(fatigue)에 기인하는 전기 저항이 증가될 뿐만 아니라 크랙들과 보이드(void)들을 드러낸다.

브로프만(Brofman) 등의 미국 특허 번호 9,698,072, 홍(Hong)의 미국 특허 번호 9,583,368, 및 첸(Chen)의 미국 특허 번호 9,287,143는 수지 또는 몰딩 컴파운드가 칩과 회로기판 사이에 배치되어 솔더 범프들의 봉합재로서 작용할 뿐만 아니라 칩과 회로기판 사이의 바인더로서 작용하는 플립 칩 조립체를 개시한다. 이러한 언더필(underfill) 재료는 회로기판에 플립 칩 표면을 기계적으로 고정함으로써 작은 범프들에 가해지는 응력을 감소시킨다. 결과적으로, 언더필은 패키지의 열팽창 동안 범프들의 손상(예, 크랙킹, 절단)을 방지하고, 언더필이 없는 대응물과 비교하여, 강조된 플립 칩 패키지들의 장시간 신뢰성을 개선한다. 그러나, 이러한 접근법의 단점들은 복잡한 제조 조건들, 높은 비용, 언더필 작업에 결함이 있는 경우 예측할 수 없는 범프 크랙들을 포함한다.

펜드세(Pendse) 등의 미국 특허 번호 9,773,685 및 황(Huang)의 미국 특허 번호 9,583,367는 더 높은 신뢰성을 얻을 수 있도록 회로기판의 리드(BOL) 상에, 트레이스(BOT) 상에, 또는 좁은 패드(BONP) 상에 범프들이 직접적으로 연결된 플립 칩 조립체들을 개시한다. 그러나, 라미네이트(유기) 회로기판의 열팽창계수(CTE)가 전형적으로 대략 16-18 ppm/℃이고 실리콘의 CTE가 대략 2-3 ppm/℃이기 때문에, 중요한 CTE 부조화는 이들 사소한 변경들을 비효율적으로 만든다.

현재의 플립 칩 조립체들의 다양한 개발 단계들과 제한들의 관점에서, 조립체 내의 CTE 부조화에 기인하는 범프들 상에서 그리고 접속 회로기판 내에서 유발되는 열적 기계적 응력을 기본적으로 해결해야 한다.

본 발명의 목적은 칩/회로기판의 CTE의 부조화에 의해 야기되는 솔더 크랙킹 결함들을 완화함으로써, 플립 칩의 신뢰성을 보장하기 위하여 접속 회로기판 내의 응역 조절기 위에 플립 칩 범프들이 배치될 수 있는 플립 칩 조립체를 위한 접속 회로기판을 제공하는 것이다.

전술한 목적 및 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따라 제공된 접속 회로기판은: 제1 유전체면(dielectric surface)과 반대의 제2 유전체면을 가진 레진 레이어; 제1 유전체면에 인접하게 배치되고 제1 유전체면으로부터 노출된 제1 전도면(conductive surface) 및 제1 유전체면과 제2 유전체면 사이의 레벨에 있는 반대되는 제2 전도면을 가진 제1 와이어링(wiring) 레이어; 레진 레이어 내에 배치되고, 제1 전도면에 전기적으로 연결된 제1 끝단과 제2 전도면으로부터 노출된 반대의 제2 끝단을 각각 구비하는 다수의 수직 연결 요소들; 및 레진 레이어 내에 배치되고 제2 전도면 내에서 면하는 제1 사이드를 가지며 제2 전도면과 제2 유전면 사이의 레벨에 위치된 응력 조절기(stress modulator)를 구비하고, (i) 응력 조절기는 버퍼링 레이어에 의해 제1 와이어링 레이어로부터 이격되고, (ⅱ) 제1 와이어링 레이어는 접속 패드들 및 접속 패드들에 통합된 라우팅(routing) 트레이스(trace)들을 포함하고, (ⅲ) 접속 패드들은 버퍼링 레이어 내에 배치되고 응력 조절기의 제1 사이드 위에 겹쳐지고, (ⅳ) 라우팅 트레이스들은 레진 레이어 내에 배치되고 접속 패드들과 수직 연결 요소들을 전기적으로 연결하고, (v) 버퍼링 레이어는 접속 패드들 사이의 틈새들 속으로 연장하고, 레진 레이어는 라우팅 트레이스들 사이의 틈새들 속으로 연장한다.

본 발명의 다른 측면에 따라 제공된 반도체 조립체는: 전술한 접속 회로기판; 및 연결 회뢰기판 위에 배치되고 다수의 범프들을 통해 접속 패드들에 전기적으로 연결된 반도체 디바이스를 구비하고, 반도체 디바이스의 범프들은 정렬되고 응력 조절기에 의해 덮인다.

본 발명의 또 다른 측면에 따라 제공된 접속 회로기판의 제조 방법은: 희생 캐리어에 탈착되게 부착된 제1 도전면을 가지고 접속 패드들과 연결 패트들에 통합된 라우팅 트레이스들을 포함하는 제1 와이어링 레이어를 희생 캐리어 상에 제공하는 단계; 라우팅 트레이스들에 전기적으로 결합된 제1 끝단과 제1 끝단에 반대되는 제2 끝단을 각각 구비하는 다수의 수직 연결 요소들을 제1 전도면에 반대되는 제1 와이어링 레이어의 제2 전도면 상에 형성하는 단계; 접속 패드들 사이의 틈새들 속으로 더 연장하는 버퍼링 레이어에 의해 접속 패드들로부터 이격되고 겹치는 응력 조절기의 제1 사이드와 제1 와이어링 레이어의 제2 전도면 사이의 버퍼링 레이어에 의해 제1 와이어링 레이어에 응력 조절기를 부착하는 단계; 수직 연결 요소들의 사이드벽들과 응력 조절기의 사이드벽들을 덮고 라우팅 트레이스들의 틈새들 속으로 연장하며, 희생 캐리어와 접촉하는 제1 유전면과 제1 유전면에 반대되는 제2 유전면을 포함하는 레진 레이어를 제공하는 단계; 및 제1 와이어링 레이어의 제1 전도면과 레진 레이어의 제1 유전면을 노출시키기 위해 희생 캐리어를 제거하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따라 제공된 반도체 조립체의 제조 방법은: 전술한 방법에 의해 전술한 접속 회로기판을 제공하는 단계; 및 접속 회로기판 위에 반도체 디바이스를 배치하고 다수의 범프들을 통해 제1 와이어링 레이어의 접속 패드들에 반도체 디바이스를 전기적으로 결합시키는 단계를 포함하고, 반도체 디바이스의 범프들은 정렬되고 응력 조절기에 의해 덮인다.

명시적으로 나타내거나 사용하지 않는 한, 단계들 또는 어쩔 수 없이 특정의 순서로 나타나는 단계들 사이의 "이어서(then)"의 용어는, 전술한 단계들의 순서는 상술한 것에 한정되지 않으며 요구되는 설계에 따라 변경되거나 순서가 뒤바뀔 수 있다.

본 발명에 따른 접속 회로기판 및 이의 제조 방법은 다양한 장점들을 가진다.

예를 들어,응력 조절기 위의 범프 부착을 위한 접속 패드들의 마련은, 응력 조절기의 낮은 CTE가 범프 부착 영역의 왜곡(warpage)을 감소시킬 수 있고 반도체 디바이스와 범프 부착 영역 사이의 CTE 부조화가 감소될 수 있으므로 접속 패드들과 반도체 디바이스와 관련한 범프들의 크랙킹이 방지되기 때문에 특히 유용하다. 또한, 응력 조절기 주위에 수직 연결 요소의 마련은, 접속 회로기판의 2개의 반대되는 사이드들 사이에 수직 연결 채널들을 제공할 수 있다.

본 발명의 다양한 특징들과 장점들은 아래에서 더 설명될 것이고 바람직한 실시예들의 상세한 설명으로부터 더 명백해질 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예들의 상세한 설명은 첨부된 도면들과 함께 읽을 때 가장 잘 이해될 수 있다.
도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 희생 캐리어 상의 제1 와이어링 레이어를 가진 구조의 단면도와 상부 사시도이다.
도 3 및 도 4는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 수직 연결 요소들이 더 마련된 도 1 및 도 2의 구조의 단면도와 상부 사시도이다.
도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 버퍼링 레이어가 더 마련된 도 3 및 도 4의 구조의 단면도와 상부 사사도이다.
도 7 및 도 8은 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 응력 조절기가 더 마련된 도 5 및 도 6의 구조의 단면도와 상부 사사도이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 레진 레이어가 더 마련된 도 7의 구조의 단면도이다.
도 10 및 도 11은 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 레진 레이어의 상부 부분을 제거한 후 도 9의 구조의 단면도와 상부 사시도이다.
도 12 및 도 13은 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 접속 회로기판의 제조를 마무리하기 위해 뒤집히고 희생 캐리어가 제거된 후의 도 10 및 도 11의 구조의 단면도와 상부 사시도이다.
도 14 및 도 15는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 접속 회로기판의 다른 측면에 따른 단면도와 바닥 사시도이다.
도 16은 본 발명의 제1 실시예에 따른 도 12의 접속 회로기판에 전기적으로 연결된 반도체 디바이스를 가진 반도체 조립체의 단면도이다.
도 17은 본 발명의 제1 실시예에 따른 언더필이 더 마련된 도 16의 반도체 조립체의 단면도이다.
도 18은 본 발명의 제1 실시예에 따른 솔더 볼들이 더 마련된 도 17의 반도체 조립체의 단면도이다.
도 19 및 도 20은 각각 본 발명의 제2 실시예에 따른 다른 접속 회로기판의 단면도와 바닥 사시도이다.
도 21은 본 발명의 제2 실시예에 따른 도 19의 접속 회로기판에 전기적으로 연결된 반도체 디바이스를 가진 반도체 조립체의 단면도이다.
도 22는 본 발명의 제3 실시예에 따른 또 다른 접속 회로기판의 단면도이다.
도 23은 본 발명의 제3 실시예에 따른 도 22의 접속 회로기판에 전기적으로 연결된 반도체 디바이스를 가진 반도체 조립체의 단면도이다.
도 24는 본 발명의 제4 실시예에 따른 또 다른 접속 회로기판의 단면도이다.
도 25는 본 발명의 제4 실시예에 따른 도 24의 접속 회로기판에 전기적으로 연결된 반도체 디바이스를 가진 반도체 조립체의 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 예들이 제공될 것이다. 본 발명의 장점들과 효과들은 본 발명의 이어지는 상세한 설명으로부터 더 명백해 질 것이다. 이들 첨부 도면들은 간소화되었고 예시적임을 유의해야 한다. 도면들에 도시된 구성요소들의 수량, 형상, 및 사이즈는 실제적인 조건들에 따라 수정될 수 있고, 구성요소들의 배열은 더 복잡해질 수 있다. 또한, 다른 다양한 측면들이 본 발명 내에서 실행되거나 적용될 수 있고, 다양한 개념들과 응용들에 기반하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않으면서 다양한 변형들과 수정들이 이루어질 수 있다.

[실시예 1]

도 1 내지 도 13은 본 발명의 제1 실시예에 따른, 제1 와이어링 레이어, 수직 연결 요소들, 레진 레이어, 버퍼링 레이어 및 응력 조절기를 포함하는 접속 회로기판의 제조 방법을 개략적으로 도시한다.

도 1 및 도 2는 각각 금속 증착 및 금속 패터닝 공정에 의해 희생 캐리어(11) 상에 형성된 제1 와이어링 레이어(21)를 가진 구조물의 단면도와 상부 사시도이다. 희생 캐리어(11)는 전형적으로, 구리, 알루미늄, 철, 니켈, 주석, 스테인리스 스틸, 실리콘, 또는 다른 금속들 또는 합금들로 제조되지만, 다른 전도성 및 비-전도성 재료도 사용될 수 있다. 본 실시예에서, 희생 캐리어(11)는 철기 재료로 제조된다.

제1 와이어링 레이어(21)는 패턴화된 금속 레이어이고 희생 캐리어(11)에 탈착 가능하게 부착된 제1 전도면(201:도 9 참조)을 가진다. 제1 와이어링 레이어(21)는 전형적으로 구리로 제조되고, 전기 도금법, 무전해 도금법, 증발법, 스퍼터링법 또는 이들의 조합과 같은 다양한 기법들에 의해 패턴 증착될 수 있거나, 박막 증착에 이어서 금속 패터닝 공법이 이어질 수 있다. 전도성의 희생 캐리어(11)의 경우, 제1 와이어링 레이어(21)는 전형적으로 금속의 도금에 의해 증착된다. 금속 패터닝 기법은 제1 와이어링 레이어(21)를 그 위에 구획하는 에칭 마스크(미도시)를 이용하는, 습식 에칭, 전기-화학적 에칭, 레이저-보조 에칭, 및 그들의 조합들을 포함한다. 이러한 예에서, 제1 와이어링 레이어(21)는 디바이스 연결용 접속 패드들(211) 및 접속 패드들(211)에 통합된 라우팅 트레이스들(213)을 포함한다.

도 3 및 도 4는 각각 제1 와이어링 레이어(21)의 제2 전도면(203) 상의 수직 연결 요소들(31) 가진 구조물의 단면도와 상부 사시도이다. 본 실시예에서, 수직 연결 요소들(31)은 금속 필러들로서 예시되고 각각 라우팅 트레이스들(213)에 전기적으로 연결 및 접촉되는 제1 끝단(301)을 가진다.

도 5 및 도 6은 각각 접속 패드들(211) 상에 배치된 버퍼링 레이어(41)를 가진 구조물의 단면도와 상부 사시도이다. 버퍼링 레이어(41)는 전형적으로 접착 레이어이고 위로부터 접속 패드들(211)을 덮고 접속 패드들(211) 사이의 틈새 속으로 연장한다.

도 7 및 도 8은 각각 버퍼링 레이어(41)에 의해 제1 와이어링 레이어(21)에 부착된 응력 조절기(43)를 가진 구조물의 단면도와 상부 사시도이다. 응력 조절기(43)는 낮은 열팽창계수(CTE < 10 ppm/℃)를 가지고, 레진 라미네이트들의 그것보다 실리콘 칩에 더 잘 매칭되는 CTE를 가진다. 응력 조절기(43)에 적합한 재료는 세라믹, 실리콘, 유리, 복합재료, 금속 합금 등을 포함한다. 본 실시예에서, 응력 조절기(43)는 세라믹 슬러그(431)이고, 버퍼링 레이어(41)와 접촉하는 제1 사이드(401) 및 수직 연결 요소들(31)의 제2 끝단들(303)과 실질적으로 동일 평면인 제2 사이드(403)를 가진다. 결과적으로, 응력 조절기(43)는 겹쳐지고 응력 조절기(43)의 제1 사이드(401)와 제1 와이어링 레이어(21)의 제2 전도면(203) 사이의 버퍼링 레이어(41)에 의해 접속 패드들(211)로부터 이격된다.

도 9는 희생 캐리어(11), 제1 와이어링 레이어(21), 수직 연결 요소들(31) 및 응력 조절기 상에서 예를 들어, 레진-유리 라미네이션, 레진-유리 코팅 또는 성형에 의해 위로부터 형성된 레진 레이어(51)를 구비하는 구조의 단면도이다. 레진 레이어(51)는 수직 연결 요소들(31)과 응력 조절기(43)의 측벽들을 둘러싸서 공형적으로 코팅하여 덮고, 라우팅 트레이스들(213) 사이의 틈새들 속으로 연장한다. 결과적으로, 레진 레이어(51)는 희생 캐리어(11)와 접촉하는 제1 유전면(501)을 구비하고 제1 와이어링 레이어(21)의 제1 전도면(201)과 실질적으로 동일 평면이다.

도 10 및 도 11은 각각 위로부터 노출된 수직 연결 요소들(31)과 응력 조절기(43)를 가진 구조의 단면도와 상부 사시도이다. 레진 레이어(51)의 상부 부분은 그라인딩에 의해 제거될 수 있다. 본 실시예에서, 레진 레이저(51)는 수직 연결 요소들(31)의 제2 끝단들(303)과 응력 조절기(43)의 제2 사이드(403)와 실질적으로 동일 평면인 제2 유전면(503)을 가진다.

도 12 및 도 13은 각각 희생 캐리어의 제거 후 뒤집힌 상태의 단면도와 상부 사시도이다. 희생 캐리어(11)는, 산성 용액(예, 염화제2철, 구리황산 용액), 또는 알칼리성 용액(예, 암모니아 용액)을 이용한 습식 화학적 에칭, 전기-화학적 에칭, 또는 드릴 또는 엔드밀(end mill)과 같은 기계적 공법에 이은 화학적 에칭을 포함하는 다양한 기법들에 의해, 제1 와이어링 레이어(21)의 제1 전도면(201)과 레진 레이어(51)의 유전 레이어(501) 뿐만 아니라 버퍼링 레이어(51)의 외면(404)을 노출시키기 위해 제거될 수 있다. 본 실시예에서, 철기 재료에 의해 제조된 희생 캐리어(11)는, 희생 캐리어(11)를 제거하는 동안 구리로 제조된 제1 와이어링 레이어(21)가 에칭되는 것을 방지하기 위하여, 구리와 철 사이에서 선택적인 화학적 에칭 용액에 의해 제거된다.

부응해서, 접속 회로기판(100)이 얻어지고, 이것은 제1 와이어링 레이어(21), 수직 연결 요소들(31), 버퍼링 레이어(41), 응력 조절기(43) 및 레진 레이어(51)를 포함한다.

도 12를 참조하면, 제1 와이어링 레이어(21)는, 레진 레이어(51)의 제1 유전면(501)에 인접하게 배치되고, 버퍼링 레이어(41) 내에 배치되고 응력 조절기(43)의 제1 사이드(401) 위에 중첩된 접속 패드들(211), 및 레진 레이어(51) 내에 배치되고 접속 패드들(211)과 수직 연결 요소들(31)을 전기적으로 연결하는 라우팅 트레이스들(213)을 포함한다. 본 실시예에서, 제1 와이어링 레이어(21)의 제1 전도면(201)은 레진 레이어(51)의 제1 유전면(501)과 버퍼링 레이어(41)의 외면(404)과 실질적으로 동일 평면인 반면, 수직 연결 요소들(31)의 제2 끝단들(303)은 레진 레이어(51)의 제2 유전면(503)과 응력 조절기(43)의 제2 사이드(403)와 실질적으로 동일 평면이다. 결과적으로, 레진 레이어(51)의 제1 유전면(501)으로부터 노출된 제1 와이어링 레이어(21)의 제1 도전면(201)은 디바이스 연결용 상부 전기 접점들을 제공할 수 있고, 레진 레이어(51)의 제2 유전면(503)으로부터 노출된 수직 연결 요소들(31)의 제2 끝단들(303)은 다음-레벨 연결용 바닥 전기 접점들을 제공할 수 있다.

도 14 및 도 15는 각각 제1 실시예에 따른 접속 회로기판의 다른 측면의 단면도와 바닥 사시도이다. 접속 회로기판(200)은, 응력 조절기(43)가 제2 사이드(403)에서 금속 레이어(433)을 구비하는 점을 제외하고, 도 12에 예시된 것들과 유사하다.

도 16은 도 12에 예시된 접속 회로기판(100)에 전기적으로 연결되는 반도체 디바이스(61)를 가진 반도체 조립체(110)의 단면도이다. 칩으로서 예시된 반도체 디바이스(61)는 범프들(71)을 통해 접속 패드들(211) 상에 페이스-다운 실장된다. 응력 조절기(43)의 낮은 CTE는 반도체 디바이스(61)와 아래로부터 응력 조절기(43)에 의해 덮인 범프 부착 영역 사이의 CTE 부조화를 감소시킬 수 있고, 열적 사이클 동안 범프 부착 영역 내의 왜곡을 방지할 수 있고, 정렬되고 아래로부터 응력 조절기에 의해 완전히 덮인 범프들(71)은 크랙킹되지 않을 것이므로, 반도체 디바이스(61)와 접속 회로기판(100) 사이의 단선이 방지된다.

도 17은 언더필(underfill)(81)이 더 마련된 도 16의 반도체 조립체(110)의 단면도이다. 선택적으로, 언더필(81)은 반도체 디바이스(61)와 접속 회로기판(100) 사이의 틈새들을 더 충진하도록 제공될 수 있다.

도 18은 솔더 볼들(91)이 더 마련된 도 17의 반도체 조립체(110)의 단면도이다. 선택적으로, 솔더 볼들(91)은 다음-레벨 연결을 위해 수직 연결 요소들의 제2 끝단들(303) 상에 더 실장될 수 있다.

[실시예 2]

도 19 및 도 20은 각각 본 발명의 제2 실시예에 따른 다른 접속 회로기판의 단면도와 바닥 사시도이다.

간결성을 위하여, 도 1의 임의의 설명은 동일하게 적용될 수 있는 한 본 실시예에 통합되고, 동일한 설명은 반복하지 않는다.

접속 회로기판(300)은 레진 레이어(51)의 제2 유전면(503)과 응력 조절기(43)의 제2 사이드(403) 상으로 측방향으로 연장하는 제2 와이어링 레이어(23)를 더 포함하는 점을 제외하고, 도 14에 예시된 것과 유사하다. 제2 와이어링 레이어(23)는 패턴화된 금속 레이어이고 전형적으로 구리로 제조된다. 본 실시예에서, 제2 와이어링 레이어(23)는 수직 연결 요소들(31)의 제2 끝단들(303)에 전기적으로 연결되고 응력 조절기(43)의 금속 레이어(433)에 직접 접촉하는 열적 패들(thermal paddle)(231)을 가진다. 결과적으로, 제2 와이어링 레이어(23)는 수직 연결 요소들(31)과 라우팅 트레이스들(213)을 통해 접속 패드들(211)에 전기적으로 연결될 수 있고 응력 조절기(43)에 열전도될 수 있다. 보다 좋은 열 소멸을 위하여, 버퍼링 레이어(41)는 바람직하게 열전도성 접착제이고, 열적 패들(231)은 응력 조절기(43)보다 더 큰 열 소멸면(disspation surface)을 수립하기 위하여 응력 조절기(43)의 그것보다 더 큰 측면 치수를 가진다.

도 21은 도 19에 예시된 접속 회로기판(300)에 전기적으로 연결된 반도체 디바이스(61)를 가진 반도체 조립체(310)의 단면도이다. 반도체 디바이스(61)는 범프들(71)을 통해 접속 패드들(211) 상에 페이스-다운 실장된다. 본 실시예에서, 반도체 디바이스(71)에 의해 생성되는 열은 응력 조절기(43)와 열적 패들(231)을 통해 빠져 나갈 수 있다.

[실시예 3]

도 22는 본 발명의 제3 실시예에 따른 다른 접속 회로기판의 단면도이다.

간결성을 위하여, 전술한 실시예들의 임의의 상세한 설명은 동일하게 적용될 수 있는 한 본 실시예에 통합되고, 동일한 설명 부분은 반복되지 않는다.

접속 회로기판(400)은, 응력 조절기(43)가 금속 슬래그(432)(전형적으로 구리로 제조됨)이고 버퍼링 레이어(41)가 낮은 CTE(<10ppm/℃)를 가진 접착제인 점을 제외하고, 도 12에 예시된 것과 유사하다. 부응하여, 응력 조절기가 10ppm/℃ 미만이 아니더라도, 버퍼링 레이어(41)에 의해 덮인 패드 배치 영역은 버퍼링 레이어(41)의 낮은 CTE 덕택으로 플립 칩 부착을 위한 더 좋은 매칭된 CTE를 가질 수 있다.

도 23은 도 22에 예시된 접속 회로기판에 전기적으로 연결된 반도체 디바이스(61)를 가진 반도체 조립체(410)의 단면도이다. 반도체 디바이스(61)는 범프들(71)을 통해 접속 패드들(211) 상에 페이스-다운 실장된다. 버퍼링 레이어(41)와 응력 조절기(43)의 조합이 반도체 디바이스(61)와 아래로부터 버퍼링 레이어(41)에 의해 덮인 범프 부착 영역 사이의 CTE 부조화를 감소시킬 수 있고 열적 사이클 동안 범프 부착 영역 내의 왜곡을 방지할 수 있으므로, 정렬되고 아래로부터 버퍼링 레이어(41)와 응력 조절기(43)에 의해 완전히 덮인 범프들(71)은 크랙킹되지 않을 것고, 반도체 디바이스(61)와 접속 회로기판(400) 사이의 단선이 방지된다.

[실시예 4]

도 24는 본 발명의 제4 실시예에 따른 또 다른 접속 회로기판의 단면도이다.

간결성을 위하여, 전술한 실시예들의 임의의 상세한 설명은 동일한 내용이 적용되는 한 본 실시예에 통합되고, 동일한 상세한 설명은 반복되지 않는다.

접속 회로기판(500)은, 레진 레이어(51)의 제2 유전면(503)과 응력 조절기(43)의 제2 사이드(403) 상에서 측면으로 연장하고 수직 연결 요소들(31)의 제2 끝단들(303)에 전기적으로 연결된 제2 와이어링 레이어(23)를 더 포함하는 점을 제외하고, 도 22에 예시된 것과 유사하다. 본 실시예에서, 제2 와이어링 레이어(23)는 응력 조절기(43)의 금속성의 제2 사이드(403)에 직접 접촉하는 열적 패들(231)을 구비한다. 더 좋은 열소멸을 위하여, 버퍼링 레이어(41)는 바람직하게 낮은 CTE(<10ppm/℃)를 가진 열전도성 접착제이다.

도 25는 도 24에 예시된 접속 회로기판(500)에 전기적으로 연결된 반도체 디바이스(61)를 가진 반도체 조립체(510)의 단면도이다. 반도체 디바이스(61)는 접속 패드들(211)에 접촉하는 범프들(71)을 통해 제1 와이어링 레이어(21) 상에 플립-칩 실장된다.

전술한 실시예들에 예시된 바와 같이, 독특한 접속 회로기판은 응력 조절기 위에 중첩된 접속 패드들을 구비하는 구성이고 개선된 신뢰성을 나타내며, 제1 와이어링 레이어, 수직 연결 요소들, 레진 레이어, 버퍼링 레이어, 응력 조절기 및 선택적으로 제2 와이어링 레이어를 포함한다.

응력 조절기는 거기에 전기적으로 연결된 신호 라우팅이 없는 비-전자(non-electronic) 컴포넌트이고, 유기물로 제조될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 응력 조절기는 10ppm/℃ 미만의 열팽창계수(CTE)를 가진다. 응력 조절기의 낮은 CTE가 칩과 응력 조절기에 의해 덮인 패드 배치 영역 사이의 CTE 부조화를 감소시킬 수 있고 열적 사이클 동안 패드 배치 영역 내의 왜곡을 방지할 수 있기 때문에, 정렬되고 응력 조절기에 의해 완전히 덮인 전도성 조인트들(예, 범프들)의 크랙킹이 방지될 수 있다.

수직 연결 요소들은 응력 조절기를 측면으로 둘러싸고 수직 신호 변환 통로들로서 기능할 수 있거나 전력 전달 및 복귀용 그라운드/파워 평면을 제공할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 수직 연결 요소들은 금속 포스트들이고, 각각 제1 와이어링 레이어의 제2 전도면에 접촉 및 전기 연결되는 제1 끝단, 및 응력 조절기의 제2 사이드와 레진 레이어의 제2 유전면과 실질적으로 동일 평면인 제2 끝단을 구비한다.

레진 레이어는 응력 조절기와 수직 연결 요소들 사이의 기계적 접합을 제공할 수 있고, 응력 조절기의 측벽들과 수직 연결 요소들의 측벽들 뿐만 아니라 수직 연결 요소들의 제1 끝단들에 접촉하는 라우팅 트레이스들의 측면들을 덮을 수 있다. 바람직한 실시예에서, 레진 레이어는 유기 레진 바인더와 미립자 무기(inorganic) 필러들을 주로 포함한다. 미립자 무기 필러들은 10ppm/℃ 미만의 열팽창계수를 가질 수 있고, 레진 레이어의 CTE는 수직 연결 요소들과 응력 조절기의 그것에 더 호환되게 조절될 수 있다.

제1 와이어링 레이어는 패턴화된 금속 레이어이고 응력 조절기의 제1 사이드 위에 위치된 접속 패드들 및 수직 연결 요소들과의 전기적 연결을 위해 접속 패드들로부터 주변 영역까지 측면으로 연장하는 라우팅 트레이스들을 제공한다. 디바이스 연결을 위한 접속 패드들이 응력 조절기의 제1 사이드 위로 중첩되기 때문에, 접속 패드들과 접속 패드들 상에 플립-칩 실장된 반도체 디바이스 사이의 I/O 단선이 방지될 수 있다.

버퍼링 레이어는 바람직하게 레진 레이어의 제공 전에 접속 패드들의 제2 전도면에 대한 응력 조절기의 부착을 위한 접착제 레이어이다. 버퍼링 레이어는 레진 레이어에 의해 측면으로 둘러싸이고, 응력 조절기의 제1 사이드 뿐만 아니라 접속 패드들의 측면들을 덮는다. 결과적으로, 응력 조절기의 제1 사이드는 응력 조절기의 제1 사이드에 접촉하는 전기적 조인트들 없이 버퍼링 레이어에 의해 접속 패드들로부터 이격된다. 바람직한 실시예에서, 버퍼링 레이어는 레진 레이어의 제1 유전면으로부터 노출되는 외면을 가지고, 제1 와이어링 레이어의 제1 전도면과 레진 레이어의 제1 유전면과 실질적으로 동일 평면이다. 버퍼링 레이어는 응력 조절기의 제1 사이드와 동일 또는 유사한 지형을 가진 형상을 구비할 수 있다. 특정의 응용들의 경우, 응력 조절기의 CTE와 무관하게 플립 칩 조립체를 위핸 매칭된 CTE가 수립될 수 있도록, 버퍼링 레이어 그 자체는 낮은 CTE(<10ppm/℃)를 가질 수 있다. 더 좋은 열소멸을 위해, 버퍼링 레이어는 열전도성일 수 있으므로, 접속 패드들 상의 칩에 의해 생성된 열은 응력 조절기로 전달되어 더 퍼져 나갈 수 있다.

제2 와이어링 레이어는 수직 접속 패드들의 제2 끝단들에 전기적으로 연결되고 레진 레이어의 제2 유전면 상에서 측면으로 연장하는 패턴화된 금속 레이어이다. 부응하여, 제2 와이어링 레이어는 수직 연결 요소들과 라우팅 트레이스들을 통해 접속 패드들에 전기적으로 연결될 수 있고, 다음-레벨 연결을 위한 전기 접점들을 제공할 수 있다. 또한, 제2 와이어링 레이어는 응력 조절기의 제2 사이드에 접촉하는 열적 패들을 구비할 수 있다. 바람직하게, 응력 조절기는 열적 패들에 결합하여 제2 사이드에 있는 금속 레이어를 구비한다.

또한, 본 발명은 칩과 같은 반도체 디바이스가 정렬되고 응력 조절기에 의해 덮인 다수의 범프들을 통해 전술한 접속 회로기판의 접속 패드들에 전기적으로 연결된 반도체 조립체를 제공한다. 바람직하게, 디바이스 연결을 위한 범프들의 각각은 응력 조절기에 의해 완전히 덮인 영역 내부에 완전히 위치되어 응력 조절기의 주변 가장자리들을 넘어서 측면으로 연장하지 않는다.

"덮는다"라는 용어는 수직 및/또는 측면 방향에서 불완전하거나 완전한 덮음을 나타낸다. 예를 들어, 바람직한 실시예에서, 응력 조절기는, 제1 와이어링 레이어와 버퍼링 레이어와 같은 다른 구성요소들이 응력 조절기와 범프들 사이에 있는지 여부와 무관하게, 범프들을 완전히 덮는다.

"실장된" 및 "부착된"과 같은 용어들은 단일 또는 다중 서포트 구성요소(들)과의 접촉 및 비-접촉을 포함한다. 예를 들어, 바람직한 실시예에서, 반도체 디바이스는, 범프들에 의해 반도체 디바이스가 접속 패드들로부터 분리되는지 여부와 무관하게, 접속 패드들 상에 실장된다.

"정렬된"이라는 용어는, 구성요소들이 서로 분리되거나 서로 인접되거나 하나의 구성요소가 다른 구성요소에 삽입되어 다른 구성요소 속으로 연장하는지 여부와 무관하게 구성요소들 사이의 상대 위치를 나타낸다. 예를 들어, 바람직한 실시예에서, 가상 수직 라인은, 다른 구성요소가 범프들과 응력 조절기 사이에 있어서 라인에 의해 교차되는지 여부와 무관하고, 다른 가상 수직 라인이 응력 조절기를 교차하지만 범프들을 교차하지 않거나 응력 조절기를 교차하지 않는지 여부와 무관하게, 범프들과 응력 조절기를 교차하기 때문에 범프들이 정렬된다.

"전기적으로 연결된"과 "전기적으로 결합된"의 용어들은 직접적인 및 간접적인 전기 연결을 의미한다. 예를 들어, 바람직한 실시예에서, 수직 연결 요소들은 라우팅 트레이스들에 의해 접속 패드들에 전기적으로 연결되지만 접속 패드들로부터 이격되어 이들에 접촉되지 않는다.

이러한 방법에 의해 제조된 접속 회로기판은 신뢰할 수 있고, 저렴하고 대용량 제조에 적합하다. 제조 공정은 용도가 매우 다양하고, 다양한 성숙된 전기적 및 기계적 연결 기술들이 독특하고 개선된 방식으로 사용되게 한다. 또한, 제조 공정은 고가의 도구를 사용하지 않고 수행될 수 있다. 결과적으로, 제조 공정은 종래기술들과 비교하여 처리량, 수율, 성능 및 비용 효율성을 현저히 개선한다.

본 명세서에 개시된 실시예들은 예시적이고, 간소화될 수 있고 또는 본 발명이 모호해지지 않도록 당업자에게 잘 알려진 구성요소들과 단계들을 생략할 수 있다. 유사하게, 도면들은 명확성을 높이기 위하여 중복되거나 불필요한 구성요소들 및 참조부호들을 생략할 수 있다.

11...희생 캐리어 21...제1 와이어링 레이어
23...제2 와이어링 레이어 31...수직 연결 요소
41...버퍼링 요소 43...응력 조절기
51...레진 레이어 61...반도체 디바이스
71...범프 81...언더필
91...솔더 볼 100...접속 회로기판
110...반도체 조립체 200...접속 회로기판
201...제1 전도면 203...제2 전도면
211...접속 패드 213...라우팅 트레이스
231...열적 패들 300...접속 회로기판
431...세라믹 슬러그 301...제1 끝단
303...제2 끝단 310...반도체 조립체
400...접속 회로기판 401...제1 사이드
403...제2 사이드 404...외면
410...반도체 조립체 432...금속 슬래그
433...금속 레이어 500...접속 회로기판
501...제1 유전면 503...제2 유전면
510...반도체 조립체

Claims (15)

1. 접속(interconnect) 회로기판에 있어서,
   제1 유전면(dielectric surface)과 반대의 제2 유전면을 가진 레진(resin) 레이어;
   제1 유전면에 인접되게 배치되고, 제1 유전면으로부터 노출되는 제1 전도면(conductive surface) 및 제1 유전면과 제2 유전면 사이의 레벨에 있는 반대의 제2 전도면을 가진, 제1 와이어링(wiring) 레이어;
   상기 레진 레이어 내에 배치되고, 제2 전도면에 전기적으로 연결된 제1 끝단 및 제2 유전면으로부터 노출되는 반대의 제2 끝단을 각각 가진 다수의 수직 연결 요소들; 및
   상기 레진 레이어 내에 배치되고, 제2 전도면 내에서 면하고 제2 전도면과 제2 유전면 사이의 레벨에 위치된 제1 사이드를 가지고, 버퍼링 레이어에 의해 제1 와이어링 레이어로부터 이격된, 응력 조절기(stress modulator)를 구비하고,
   상기 제1 와이어링 레이어는 접속 패드들 및 상기 접속 패드들과 통합된 라우팅 트레이스(routing trace)들을 포함하고;
   상기 연결 패드들은 상기 버퍼링 레이어 내에 배치되고 상기 응력 조절기의 제1 사이드 위에 중첩되며;
   상기 라우팅 트레이스들은 상기 레진 레이어 내에 배치되고 상기 접속 패드들과 상기 수직 연결 요소들을 전기적으로 연결하고;
   상기 버퍼링 레이어는 상기 접속 패드들 사이의 틈새들 속으로 연잔하고, 상기 레진 레이어는 상기 라우팅 트레이스들 사이의 틈새들 속으로 연장하는, 접속 회로기판.
   
2. 청구항 1에서,
   상기 응력 조절기는 10 ppm/℃ 미만의 열팽창계수를 가진, 접속 회로기판.
   
3. 청구항 1에서,
   상기 응력 조절기는 금속 슬러그(slug)이고, 상기 버퍼링 레이어는 10 ppm/℃ 미만의 열팽창계수를 가진, 접속 회로기판.
   
4. 청구항 1에서,
   상기 버퍼링 레이어는 상기 레진 레이어의 제1 유전면과 실질적으로 동일 평면인 외면을 구비하는, 접속 회로기판.
   
5. 청구항 1에서,
   상기 응력 조절기는 제1 사이드에 반대되는 제2 사이드에 있는 금속 레이어를 구비하는, 접속 회로기판.
   
6. 청구항 1에서,
   상기 수직 연결 요소들의 제2 끝단들은 상기 레진 레이어의 제2 유전면과 실질적으로 동일 평면인, 접속 회로기판.
   
7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에서,
   상기 레진 레이어의 제2 유전면 상에 배치되고 상기 수직 연결 요소들의 제2 끝단들에 전기적으로 연결된 제2 와이어링 레이어를 더 구비하는, 접속 회로기판.
   
8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항의 접속 회로기판; 및
   상기 접속 회로기판 위에 배치되고, 정렬되고 응력 조절기에 의해 덮인 다수의 범프(bump)들을 통해 접속 패드들에 전기적으로 결합된 반도체 디바이스를 구비하는, 플립 칩 조립체.
   
9. 접속 회로기판의 제조 방법에 있어서:
   제1 와이어링 레이어를 희생 캐리어 상에 제공하는 단계로서, 상기 제1 와이어링 레이어는 상기 희생 캐리어에 탈착되게 부착되는 제1 전도면을 구비하고 접속 패드들과 접속 패드들에 통합된 라우팅 트레이스들을 포함하고;
   다수의 수직 연결 요소들을 상기 제1 전도면에 반대되는 제1 와이어링 레이어의 제2 전도면 상에 형성하는 단계로서, 상기 다수의 수직 연결 요소들 각각은 라우팅 트레이스들에 전기적으로 결합된 제1 끝단과 제1 끝단에 반대되는 제2 끝단을 구비하고;
   응력 조절기의 제1 사이드와 제1 와이어링 레이어의 제2 전도면 사이에서 버퍼링 레이어에 의해 제1 와이어링 레이어에 응력 조절기를 부착시키는 단계로서, 상기 응력 조절기는 중첩되고 상기 버퍼링 레이어에 의해 접속 패드들로부터 이격되고, 상기 버퍼링 레이어는 접속 패드들 사이의 틈새들 속으로 더 연장하고;
   상기 수직 연결 요소들의 사이드벽들과 상기 응력 조절기의 사이드벽들을 덮고 라우팅 트레이스들 사이의 틈새들로 연장하는 레진 레이어를 제공하는 단계로서, 상기 레진 레이어는 상기 희생 캐리어에 접촉하는 제1 유전면과 제1 유전면에 반대되는 제2 유전면을 구비하고; 및
   상기 제1 와이어링 레이어의 제1 전도면과 상기 레진 레이어의 제1 유전면을 노출시키기 위해 상기 희생 캐리어를 제거하는 단계를 포함하는, 접속 회로기판 제조 방법.
   
10. 청구항 9에서,
    상기 응력 조절기는 10 ppm/℃ 미만의 열팽창계수를 가진, 접속 회로기판 제조 방법.
    
11. 청구항 9에서,
    상기 응력 조절기는 금속 슬러그이고, 상기 버퍼링 레이어는 10 ppm/℃ 미만의 열팽창계수를 가진, 접속 회로기판 제조 방법.
    
12. 청구항 9에서,
    상기 응력 조절기는 제1 사이드에 반대되는 제2 사이드에 있는 금속 레이어를 구비하는, 접속 회로기판 제조 방법.
    
13. 청구항 9에서,
    상기 수직 연결 요소들의 제2 끝단들은 상기 레진 레이어의 제2 유전면과 실질적으로 동일 평면인, 접속 회로기판 제조 방법.
    
14. 청구항 9 내지 청구항 13 중 어느 한 항에서,
    상기 레진 레이어의 제2 유전면 상에 제2 와이어링 레이어를 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 제2 와이어링 레이어는 상기 수직 연결 요소들의 제2 끝단들에 전기적으로 연결된, 접속 회로기판 제조 방법.
    
15. 반도체 조립체의 제조 방법에 있어서:
    청구항 9 내지 청구항 14 중 어느 한 항의 방법에 의해 접속 회로기판을 제공하는 단계; 및
    접속 회로기판 위에 반도체 디바이스를 배치하고, 다수의 범프들을 통해 제1 와이어링 레이어의 접속 패드들에 상기 반도체 디바이스를 전기적으로 결합시키는 단계를 포함하고,
    상기 반도체 디바이스의 범프들은 정렬되고 응력 조절기에 의해 덮인, 반도체 조립체 제조 방법.
    

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