KR20200130926A - 반도체 패키지 - Google Patents

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KR20200130926A
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    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/498—Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
    • H01L23/49811—Additional leads joined to the metallisation on the insulating substrate, e.g. pins, bumps, wires, flat leads
    • H01L23/49816—Spherical bumps on the substrate for external connection, e.g. ball grid arrays [BGA]
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    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
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    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
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    • H01L2924/301—Electrical effects
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    • H01L2924/30—Technical effects
    • H01L2924/35—Mechanical effects
    • H01L2924/351—Thermal stress
    • H01L2924/3511—Warping

Abstract

본 개시는 제1 관통부를 갖는 제1 프레임, 상기 제1 프레임의 제1 관통부에 배치되며 제1 접속패드가 배치된 제1 면 및 상기 제1 면의 반대측이며 제2 접속패드가 배치된 제2 면을 갖고, 상기 제2 접속패드와 연결된 관통 비아를 포함하는 제1 반도체 칩, 상기 제1 반도체 칩의 제1 면 상에 배치되며, 상기 제1 반도체 칩의 제1 접속패드와 전기적으로 연결된 제1 재배선층을 포함하는 제1 연결구조체, 및 상기 제1 반도체 칩의 제2 면 상에 배치되며, 상기 제1 반도체 칩의 제2 접속패드와 전기적으로 연결된 백사이드 재배선층을 포함하는 제1 반도체 패키지, 및 상기 제1 반도체 패키지 상에 배치되며, 상기 제1 재배선층과 전기적으로 연결된 제2 재배선층을 포함하는 제2 연결구조체, 상기 제2 연결구조체 상에 배치되며 제2 관통부를 갖는 제2 프레임, 및 상기 제2 프레임의 제2 관통부에 배치되며 제3 접속패드가 배치된 제3 면을 갖는 제2 반도체 칩을 포함하는 제2 반도체 패키지를 포함하는 반도체 패키지에 관한 것이다.

Description

반도체 패키지{SEMICONDUCTOR PACKAGE}
본 개시는 반도체 패키지, 예를 들어, 팬-아웃 반도체 패키지에 관한 것이다.
최근 스마트 전자기기들이 발전함 따라 이에 사용되는 부품들의 사양도 높아져 가고 있다. 예를 들면, 스마트 전자기기의 핵심 부품인 어플리케이션 프로세서(AP: Application Process)의 사양은 급격하게 발전하고 있다. AP의 성능을 향상시키기 위해 여러 방법들을 적용하고 있는데, 그 방법들 중 최근에 적용하고 있는 방법이 AP의 기능별 분할(partition) 방식이다. 예를 들면, 기능별로 다이(die)를 분할하여 최적의 공정 및 특성에 맞도록 각각의 반도체 칩으로 설계하여 패키징하게 되면, 기존의 단일 AP 보다 더 우수한 성능을 구현할 수 있다. 다만, 이 경우 높은 수준의 패키징 방법이 요구된다. 따라서, 분할된 복수의 반도체 칩을 최적의 신호 및 파워 특성을 가지도록 패키징할 수 있는 패키지 구조가 요구되고 있다.
본 개시의 여러 목적 중 하나는 복수의 반도체 칩을 최적의 신호 및 파워 특성을 가지도록 패키징할 수 있는, 새로운 형태의 패키지 구조를 제공하는 것이다.
본 개시를 통하여 제안하는 여러 해결 수단 중 하나는 반도체 패키지에 있어서, 복수의 반도체 칩을 사양에 따라 상부 및 하부의 패키지로 나누어 배치하고, 하부 패키지의 반도체 칩을 관통하는 관통 비아를 통해 상부 패키지의 반도체 칩과 신호를 전달하도록 구성하는 것이다.
예를 들면, 본 개시에서 제안하는 일례에 따른 반도체 패키지는, 제1 관통부를 갖는 제1 프레임, 상기 제1 프레임의 제1 관통부에 배치되며 제1 접속패드가 배치된 제1 면 및 상기 제1 면의 반대측이며 제2 접속패드가 배치된 제2 면을 갖고, 상기 제2 접속패드와 연결된 관통 비아를 포함하는 제1 반도체 칩, 상기 제1 반도체 칩의 제1 면 상에 배치되며, 상기 제1 반도체 칩의 제1 접속패드와 전기적으로 연결된 제1 재배선층을 포함하는 제1 연결구조체, 및 상기 제1 반도체 칩의 제2 면 상에 배치되며, 상기 제1 반도체 칩의 제2 접속패드와 전기적으로 연결된 백사이드 재배선층을 포함하는 제1 반도체 패키지, 및 상기 제1 반도체 패키지 상에 배치되며, 상기 제1 재배선층과 전기적으로 연결된 제2 재배선층을 포함하는 제2 연결구조체, 상기 제2 연결구조체 상에 배치되며 제2 관통부를 갖는 제2 프레임, 및 상기 제2 프레임의 제2 관통부에 배치되며 제3 접속패드가 배치된 제3 면을 갖는 제2 반도체 칩을 포함하는 제2 반도체 패키지를 포함한다.
본 개시의 여러 효과 중 일 효과로서 복수의 반도체 칩을 최적의 신호 및 파워 특성을 가지도록 패키징할 수 있는 패키지 구조를 제공할 수 있다.
도 1은 전자기기 시스템의 예를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 전자기기의 일례를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 팬-인 반도체 패키지의 패키징 전후를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 팬-인 반도체 패키지의 패키징 과정을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 팬-인 반도체 패키지가 인터포저 기판 상에 실장되어 최종적으로 전자기기의 메인보드에 실장된 경우를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 6은 팬-인 반도체 패키지가 인터포저 기판 내에 내장되어 최종적으로 전자기기의 메인보드에 실장된 경우를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 7은 팬-아웃 반도체 패키지의 개략적인 모습을 나타낸 단면도이다.
도 8은 팬-아웃 반도체 패키지가 전자기기의 메인보드에 실장된 경우를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 9는 반도체 패키지의 일례를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 10a 및 도 10b는 도 9의 반도체 패키지의 개략적인 Ⅰ-Ⅰ' 및 II-II' 절단 평면도이다.
도 11은 반도체 패키지의 다른 일례를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 12는 반도체 패키지의 다른 일례를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 13은 반도체 패키지의 다른 일례를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 14는 반도체 패키지의 다른 일례를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 15는 반도체 패키지의 다른 일례를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 16은 반도체 패키지의 다른 일례를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시에 대해 설명한다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 축소될 수 있다.
전자기기
도 1은 전자기기 시스템의 예를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도면을 참조하면, 전자기기(1000)는 메인보드(1010)를 수용한다. 메인보드(1010)에는 칩 관련부품(1020), 네트워크 관련부품(1030), 및 기타부품(1040) 등이 물리적 및/또는 전기적으로 연결되어 있다. 이들은 후술하는 다른 부품과도 결합되어 다양한 신호라인(1090)을 형성한다.
칩 관련부품(1020)으로는 휘발성 메모리(예컨대, DRAM), 비-휘발성 메모리(예컨대, ROM), 플래시 메모리 등의 메모리 칩; 센트랄 프로세서(예컨대, CPU), 그래픽 프로세서(예컨대, GPU), 디지털 신호 프로세서, 암호화 프로세서, 마이크로 프로세서, 마이크로 컨트롤러 등의 어플리케이션 프로세서 칩; 아날로그-디지털 컨버터, ASIC(application-specific IC) 등의 로직 칩 등이 포함되며, 이에 한정되는 것은 아니고, 이 외에도 기타 다른 형태의 칩 관련 부품이 포함될 수 있음은 물론이다. 또한, 이들 부품(1020)이 서로 조합될 수 있음은 물론이다.
네트워크 관련부품(1030)으로는, Wi-Fi(IEEE 802.11 패밀리 등), WiMAX(IEEE 802.16 패밀리 등), IEEE 802.20, LTE(long term evolution), Ev-DO, HSPA+, HSDPA+, HSUPA+, EDGE, GSM, GPS, GPRS, CDMA, TDMA, DECT, Bluetooth, 3G, 4G, 5G 및 그 이후의 것으로 지정된 임의의 다른 무선 및 유선 프로토콜들이 포함되며, 이에 한정되는 것은 아니고, 이 외에도 기타 다른 다수의 무선 또는 유선 표준들이나 프로토콜들 중의 임의의 것이 포함될 수 있다. 또한, 네트워크 관련부품(1030)이 칩 관련 부품(1020)과 더불어 서로 조합될 수 있음은 물론이다.
기타부품(1040)으로는, 고주파 인덕터, 페라이트 인덕터, 파워 인덕터, 페라이트 비즈, LTCC(low Temperature Co-Firing Ceramics), EMI(Electro Magnetic Interference) filter, MLCC(Multi-Layer Ceramic Condenser) 등이 포함되며, 이에 한정되는 것은 아니고, 이 외에도 기타 다른 다양한 용도를 위하여 사용되는 수동부품 등이 포함될 수 있다. 또한, 기타부품(1040)이 칩 관련 부품(1020) 및/또는 네트워크 관련 부품(1030)과 더불어 서로 조합될 수 있음은 물론이다.
전자기기(1000)의 종류에 따라, 전자기기(1000)는 메인보드(1010)에 물리적 및/또는 전기적으로 연결되거나 그렇지 않을 수도 있는 다른 부품을 포함할 수 있다. 다른 부품의 예를 들면, 카메라(1050), 안테나(1060), 디스플레이(1070), 배터리(1080), 오디오 코덱(미도시), 비디오 코덱(미도시), 전력 증폭기(미도시), 나침반(미도시), 가속도계(미도시), 자이로스코프(미도시), 스피커(미도시), 대량 저장 장치(예컨대, 하드디스크 드라이브)(미도시), CD(compact disk)(미도시), 및 DVD(digital versatile disk)(미도시) 등이 있으며, 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 이 외에도 전자기기(1000)의 종류에 따라 다양한 용도를 위하여 사용되는 기타 부품 등이 포함될 수 있음은 물론이다.
전자기기(1000)는, 스마트 폰(smart phone), 개인용 정보 단말기(personal digital assistant), 디지털 비디오 카메라(digital video camera), 디지털 스틸 카메라(digital still camera), 네트워크 시스템(network system), 컴퓨터(computer), 모니터(monitor), 태블릿(tablet), 랩탑(laptop), 넷북(netbook), 텔레비전(television), 비디오 게임(video game), 스마트 워치(smart watch), 오토모티브(Automotive) 등일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 이들 외에도 데이터를 처리하는 임의의 다른 전자기기일 수 있음은 물론이다.
도 2는 전자기기의 일례를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도면을 참조하면, 반도체 패키지는 상술한 바와 같은 다양한 전자기기에 다양한 용도로써 적용된다. 예를 들면, 스마트 폰(1100)의 바디(1101) 내부에는 인쇄회로기판(1110)이 수용되어 있으며, 인쇄회로기판(1110)에는 다양한 부품(1120) 들이 물리적 및/또는 전기적으로 연결되어 있다. 또한, 카메라(1130)와 같이 인쇄회로기판(1110)에 물리적 및/또는 전기적으로 연결되거나 그렇지 않을 수도 있는 다른 부품이 바디(1101) 내에 수용되어 있다. 부품(1120) 중 일부는 칩 관련부품일 수 있으며, 예를 들면, 반도체 패키지(1121)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전자기기는 반드시 스마트 폰(1100)에 한정되는 것은 아니며, 상술한 바와 같이 다른 전자기기일 수도 있음은 물론이다.
반도체 패키지
일반적으로 반도체 칩은 수많은 미세 전기 회로가 집적되어 있으나 그 자체로는 반도체 완성품으로서의 역할을 할 수 없으며, 외부의 물리적 또는 화학적 충격에 의해 손상될 가능성이 존재한다. 그래서 반도체 칩 자체를 그대로 사용하지 않고 반도체 칩을 패키징하여 패키지 상태로 전자기기 등에 사용하고 있다.
반도체 패키징이 필요한 이유는, 전기적인 연결이라는 관점에서 볼 때, 반도체 칩과 전자기기의 메인보드의 회로 폭에 차이가 있기 때문이다. 구체적으로, 반도체 칩의 경우, 접속패드의 크기와 접속패드간의 간격이 매우 미세한 반면 전자기기에 사용되는 메인보드의 경우, 부품 실장 패드의 크기 및 부품 실장 패드의 간격이 반도체 칩의 스케일보다 훨씬 크다. 따라서, 반도체 칩을 이러한 메인보드 상에 바로 장착하기 어려우며 상호간의 회로 폭 차이를 완충시켜 줄 수 있는 패키징 기술이 요구되는 것이다.
이러한 패키징 기술에 의하여 제조되는 반도체 패키지는 구조 및 용도에 따라서 팬-인 반도체 패키지(Fan-in semiconductor package)와 팬-아웃 반도체 패키지(Fan-out semiconductor package)로 구분될 수 있다.
이하에서는, 도면을 참조하여 팬-인 반도체 패키지와 팬-아웃 반도체 패키지에 대하여 보다 자세히 알아보도록 한다.
(팬-인 반도체 패키지)
도 3a 및 도 3b는 팬-인 반도체 패키지의 패키징 전후를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 팬-인 반도체 패키지의 패키징 과정을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도면을 참조하면, 반도체 칩(2220)은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 갈륨비소(GaAs) 등을 포함하는 바디(2221), 바디(2221)의 일면 상에 형성된 알루미늄(Al) 등의 도전성 물질을 포함하는 접속패드(2222), 및 바디(2221)의 일면 상에 형성되며 접속패드(2222)의 적어도 일부를 덮는 산화막 또는 질화막 등의 패시베이션막(2223)을 포함하는, 예를 들면, 베어(Bare) 상태의 집적회로(IC)일 수 있다. 이때, 접속패드(2222)는 매우 작기 때문에, 집적회로(IC)는 전자기기의 메인보드 등은 물론, 중간 레벨의 인쇄회로기판(PCB)에도 실장 되기 어렵다.
이에, 접속패드(2222)를 재배선하기 위하여 반도체 칩(2220) 상에 반도체 칩(2220)의 사이즈에 맞춰 연결구조체(2240)를 형성한다. 연결구조체(2240)는 반도체 칩(2220) 상에 감광성 절연물질(PID)과 같은 절연물질로 절연층(2241)을 형성하고, 접속패드(2222)를 오픈시키는 비아홀(2243h)을 형성한 후, 배선패턴 (2242) 및 비아(2243)를 형성하여 형성할 수 있다. 그 후, 연결구조체(2240)를 보호하는 패시베이션층(2250)을 형성하고, 개구부(2251)를 형성한 후, 언더범프금속층(2260) 등을 형성한다. 즉, 일련의 과정을 통하여, 예를 들면, 반도체 칩(2220), 연결구조체(2240), 패시베이션층(2250), 및 언더범프금속층(2260)을 포함하는 팬-인 반도체 패키지(2200)가 제조된다.
이와 같이, 팬-인 반도체 패키지는 반도체 칩의 접속패드, 예컨대 I/O(Input / Output) 단자를 모두 소자 안쪽에 배치시킨 패키지 형태이며, 팬-인 반도체 패키지는 전기적 특성이 좋으며 저렴하게 생산할 수 있다. 따라서, 스마트폰에 들어가는 많은 소자들이 팬-인 반도체 패키지 형태로 제작되고 있으며, 구체적으로는 소형이면서도 빠른 신호 전달을 구현하는 방향으로 개발이 이루어지고 있다.
다만, 팬-인 반도체 패키지는 I/O 단자를 모두 반도체 칩 안쪽에 배치해야 하는바 공간적인 제약이 많다. 따라서, 이러한 구조는 많은 수의 I/O 단자를 갖는 반도체 칩이나 크기가 작은 반도체 칩에 적용하는데 어려운 점이 있다. 또한, 이러한 취약점으로 인하여 전자기기의 메인보드에 팬-인 반도체 패키지가 직접 실장 되어 사용될 수 없다. 반도체 칩의 I/O 단자를 재배선 공정으로 그 크기와 간격을 확대하였다 하더라도, 전자기기 메인보드에 직접 실장 될 수 있을 정도의 크기와 간격을 가지는 것은 아니기 때문이다.
도 5는 팬-인 반도체 패키지가 인터포저 기판 상에 실장되어 최종적으로 전자기기의 메인보드에 실장된 경우를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 6은 팬-인 반도체 패키지가 인터포저 기판 내에 내장되어 최종적으로 전자기기의 메인보드에 실장된 경우를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도면을 참조하면, 팬-인 반도체 패키지(2200)는 반도체 칩(2220)의 접속패드들(2222), 즉 I/O 단자들이 인터포저 기판(2301)을 통하여 다시 한 번 재배선되며, 최종적으로는 인터포저 기판(2301) 상에 팬-인 반도체 패키지(2200)가 실장된 상태로 전자기기의 메인보드(2500)에 실장될 수 있다. 이때, 솔더볼(2270) 등은 언더필 수지(2280) 등으로 고정될 수 있으며, 외측은 몰딩재(2290) 등으로 커버될 수 있다. 또는, 팬-인 반도체 패키지(2200)는 별도의 인터포저 기판(2302) 내에 내장(Embedded) 될 수 도 있으며, 내장된 상태로 인터포저 기판(2302)에 의하여 반도체 칩(2220)의 접속패드들(2222), 즉 I/O 단자들이 다시 한 번 재배선되고, 최종적으로 전자기기의 메인보드(2500)에 실장될 수 있다.
이와 같이, 팬-인 반도체 패키지는 전자기기의 메인보드에 직접 실장 되어 사용되기 어렵기 때문에, 별도의 인터포저 기판 상에 실장된 후 다시 패키징 공정을 거쳐 전자기기 메인보드에 실장되거나, 또는 인터포저 기판 내에 내장된 채로 전자기기 메인보드에 실장되어 사용되고 있다.
(팬-아웃 반도체 패키지)
도 7은 팬-아웃 반도체 패키지의 개략적인 모습을 나타낸 단면도이다.
도면을 참조하면, 팬-아웃 반도체 패키지(2100)는, 예를 들면, 반도체 칩(2120)의 외측이 봉합재(2130)로 보호되며, 반도체 칩(2120)의 접속패드(2122)가 연결구조체(2140)에 의하여 반도체 칩(2120)의 바깥쪽까지 재배선된다. 이때, 연결구조체(2140) 상에는 패시베이션층(2202)이 더 형성될 수 있으며, 패시베이션층(2202)의 개구부에는 언더범프금속층(2160)이 더 형성될 수 있다. 언더범프금속층(2160) 상에는 솔더볼(2170)이 더 형성될 수 있다. 반도체 칩(2120)은 바디(2121), 접속패드(2122), 패시베이션막(미도시) 등을 포함하는 집적회로(IC)일 수 있다. 연결구조체(2140)는 절연층(2141), 절연층(2241) 상에 형성된 재배선층(2142), 접속패드(2122)와 재배선층(2142) 등을 전기적으로 연결하는 비아(2143)를 포함할 수 있다.
이와 같이, 팬-아웃 반도체 패키지는 반도체 칩 상에 형성된 연결구조체를 통하여 반도체 칩의 바깥쪽에 까지 I/O 단자를 재배선하여 배치시킨 형태이다. 상술한 바와 같이, 팬-인 반도체 패키지는 반도체 칩의 I/O 단자를 모두 반도체 칩 안쪽에 배치시켜야 하고 이에 소자 사이즈가 작아지면 볼 크기와 피치를 줄여야 하므로 표준화된 볼 레이아웃을 사용할 수 없다. 반면, 팬-아웃 반도체 패키지는 이와 같이 반도체 칩 상에 형성된 연결구조체를 통하여 반도체 칩의 바깥쪽에 까지 I/O 단자를 재배선하여 배치시킨 형태인바 반도체 칩의 크기가 작아지더라도 표준화된 볼 레이아웃을 그대로 사용할 수 있는바, 후술하는 바와 같이 전자기기의 메인보드에 별도의 인쇄회로기판 없이도 실장될 수 있다.
도 8은 팬-아웃 반도체 패키지가 전자기기의 메인보드에 실장된 경우를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도면을 참조하면, 팬-아웃 반도체 패키지(2100)는 솔더볼(2170) 등을 통하여 전자기기의 메인보드(2500)에 실장될 수 있다. 즉, 상술한 바와 같이, 팬-아웃 반도체 패키지(2100)는 반도체 칩(2120) 상에 반도체 칩(2120)의 사이즈를 벗어나는 팬-아웃 영역까지 접속패드(2122)를 재배선할 수 있는 연결구조체(2140)를 형성하기 때문에, 표준화된 볼 레이아웃을 그대로 사용할 수 있으며, 그 결과 별도의 인터포저 기판 등 없이도 전자기기의 메인보드(2500)에 실장될 수 있다.
이와 같이, 팬-아웃 반도체 패키지는 별도의 인터포저 기판 없이도 전자기기의 메인보드에 실장 될 수 있기 때문에, 인터포저 기판을 이용하는 팬-인 반도체 패키지 대비 두께를 얇게 구현할 수 있는바 소형화 및 박형화가 가능하다. 또한, 열 특성과 전기적 특성이 우수하여 모바일 제품에 특히 적합하다. 또한, 인쇄회로기판(PCB)을 이용하는 일반적인 POP(Package on Package) 타입 보다 더 컴팩트하게 구현할 수 있고, 휨 현상 발생으로 인한 문제를 해결할 수 있다.
한편, 팬-아웃 반도체 패키지는 이와 같이 반도체 칩을 전자기기의 메인보드 등에 실장하기 위하여, 그리고 외부의 충격으로부터 반도체 칩을 보호하기 위한 패키지 기술을 의미하는 것으로, 이와는 스케일, 용도 등이 상이하며, 팬-인 반도체 패키지가 내장되는 인터포저 기판 등의 인쇄회로기판(PCB)과는 다른 개념이다.
이하에서는, 복수의 반도체 칩을 최적의 신호 및 파워 특성을 가지도록 패키징할 수 있는 새로운 형태의 패키지 구조를, 도면을 참조하여 설명한다.
도 9는 반도체 패키지의 일례를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 10a 및 도 10b는 도 9의 반도체 패키지의 개략적인 Ⅰ-Ⅰ' 및 II-II' 절단 평면도이다.
도면을 참조하면, 일례에 따른 반도체 패키지(100A)는, 수직하게 적층된 제1 반도체 패키지(P1) 및 제2 반도체 패키지(P2)를 포함하는 POP 구조로서, 제1 반도체 패키지(P1) 상에 제2 반도체 패키지(P2)가 적층된다. 제1 반도체 패키지(P1)는, 제1 관통부(110H)를 갖는 제1 프레임(110), 제1 프레임(110)의 제1 관통부(110H)에 배치되며 제1 면에 배치되는 제1 접속패드(122) 및 제2 면에 배치되는 제2 접속패드(123)를 갖는 제1 반도체 칩(120), 제1 프레임(110) 및 제1 반도체 칩(120)의 적어도 일부를 봉합하는 제1 봉합재(130), 제1 프레임(110) 및 제1 반도체 칩(120)의 제1 면 상에 배치되며 제1 재배선층(142)을 포함하는 제1 연결구조체(140), 제1 봉합재(130)의 하면 상에 배치된 제2 재배선층(132), 제1 연결구조체(140)의 상면 및 제2 재배선층(132)의 하면 상에 각각 배치된 제1 및 제2 패시베이션층(150, 159), 및 제2 패시베이션층(159)의 복수의 개구에 각각 배치된 복수의 전기연결금속(193)을 포함한다. 제2 반도체 패키지(P2)는, 제2 재배선층(162)을 포함하는 제2 연결구조체(160), 제2 연결구조체(160) 상에 배치되며 제2 관통부(170H)를 갖는 제2 프레임(170), 제2 프레임(170)의 제2 관통부(170H)에 배치되며 활성면에 배치되는 제3 접속패드(182)를 갖는 제2 반도체 칩(180), 제2 프레임(170) 및 제2 반도체 칩(180)의 적어도 일부를 봉합하는 제2 봉합재(191), 제2 연결구조체(160)의 하면 상에 배치된 제3 패시베이션층(155), 제3 패시베이션층(155)의 복수의 개구에 각각 배치된 복수의 접속단자(195), 및 복수의 접속단자(195) 사이를 채우는 언더필층(197)을 포함한다.
제1 반도체 칩(120)은 바디부(121), 제1 및 제2 접속패드(122, 123), 및 관통 비아(125)를 포함한다. 제1 반도체 칩(120)은 제1 접속패드(122)가 배치된 제1 면이 활성면이 되고, 제2 접속패드(123)가 배치된 반대측의 제2 면이 비활성면이 될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 특히, 제2 접속패드(123)는 제1 반도체 칩(120)의 제2 면 상에 돌출된 형태로 배치될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 관통 비아(125)는 제2 접속패드(123)와 연결되며, 제2 접속패드(123)로부터 상기 활성면 또는 상기 활성면에 인접한 영역까지, 제1 반도체 칩(120)의 적어도 일부를 관통하도록 연장된다. 예를 들어, 관통 비아(125)는 제1 반도체 칩(120)의 전체를 관통하도록 연장되거나, 제2 접속패드(123)로부터, 상기 활성면과 접하여 배치되며 반도체 소자들이 배치된 활성층의 적어도 일부를 관통하도록 연장될 수 있다. 관통 비아(125)는 제1 반도체 칩(120) 내부의 반도체 소자들과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 반도체 칩(120)에서, 제1 접속패드(122)는 상부의 제1 연결구조체(140)의 제1 재배선층(142)과 전기적으로 연결된다. 관통 비아(125)는 제2 접속패드(123)를 통해 하부의 백사이드 재배선층(132)과 전기적으로 연결된다. 제1 접속패드(122)는 특히 제1 재배선층(142) 중 신호 패턴과 연결되고, 제2 접속패드(123) 및 관통 비아(125)는 백사이드 재배선층(132) 중 파워 패턴 및/또는 그라운드 패턴과 연결된다. 즉, 제1 반도체 칩(120)에서, 제1 접속패드(122)를 통해 데이터 신호와 같은 신호가 송수신되고, 관통 비아(125)를 통해 전원이 공급될 수 있다. 평면 상에서, 제2 접속패드(123) 및 관통 비아(125)는 제1 반도체 칩(120)의 중앙 영역에 배치되고, 제1 접속패드(122)는 제1 반도체 칩(120)의 상기 중앙 영역을 둘러싸는 가장자리 영역에 배치될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
한편, 최근 스마트 전자기기의 핵심 부품인 AP의 성능을 향상시키기 위해 AP의 기능별 분할(partition) 방법을 적용할 수 있다. 예를 들면, 기능별로 다이를 분할하여 최적의 공정 및 특성에 맞도록 각각의 반도체 칩으로 설계하여 패키징하게 되면, 기존의 단일 AP 보다 더 우수한 성능을 구현할 수 있다.
이에, 일례에 따른 반도체 패키지(100A)는 적층된 제1 및 제2 반도체 패키지(P1, P2)에 각각 서로 다른 기능을 수행할 수 있는 제1 반도체 칩(120)과 제2 반도체 칩(180)을 제1 접속패드(122)와 제3 접속패드(182)가 제1 및 제2 연결구조체(140, 160)를 사이에 두고 서로 마주하도록 배치한다. 제1 반도체 칩(120)은 제1 접속패드(122)가 배치된 활성면이 제1 연결구조체(140)의 하면을 향하도록 제1 연결구조체(140)의 하부에 배치된다. 제2 반도체 칩(180)은 제3 접속패드(182)가 배치된 활성면이 제2 연결구조체(160)의 상면을 향하도록 제2 연결구조체(160)의 상면 상에 배치된다. 제2 반도체 칩(180)은 평면 상에서 적어도 일부가 제1 반도체 칩(120)과 상하로 중첩되도록 배치될 수 있다. 제1 및 제2 반도체 칩(120, 180)은 각각 어플리케이션 프로세서(AP)가 기능별로 분할된 칩들일 수 있다. 즉, 제1 및 제2 반도체 칩(120, 180)은 각각 어플리케이션 프로세서의 일부 기능 또는 전체 기능을 구성하는 칩일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
특히, 도 10a 및 도 10b에 도시된 것과 같이, 제1 및 제2 반도체 칩(120, 180)은 각각 서로 다른 기능을 수행하는 복수의 제1 영역(FR1, FR2, FR3, FR4) 및 복수의 제2 영역(SR1, SR2, SR3, SR4)을 포함할 수 있다. 제1 반도체 칩(120)의 복수의 제1 영역(FR1, FR2, FR3, FR4) 사이에는 관통 비아(125)가 배치되는 비아 영역이 더 배치될 수 있다. 제2 반도체 칩(180)의 복수의 제2 영역(SR1, SR2, SR3, SR4)은 제1 반도체 칩(120)의 복수의 제1 영역(FR1, FR2, FR3, FR4)에 비하여 상대적으로 고사양의 기능을 수행하는 영역일 수 있다. 예를 들어, 제2 반도체 칩(180)의 복수의 제2 영역(SR1, SR2, SR3, SR4)은 어플리케이션 프로세서에서 연산 기능을 수행하는 로직 영역들이고, 제2 반도체 칩(180)의 복수의 제2 영역(SR1, SR2, SR3, SR4)은 어플리케이션 프로세서에서 파워 관련 기능을 수행하는 영역들일 수 있다. 또는, 실시예들에 따라, 제2 반도체 칩(180)은 AP 칩이고, 제1 반도체 칩(120)은 PMIC(Power Management IC) 칩일 수 있으며, 복수의 제1 영역(FR1, FR2, FR3, FR4) 및 복수의 제2 영역(SR1, SR2, SR3, SR4)은 각각 이에 해당하는 기능을 수행할 수 있다.
또한, 제2 반도체 칩(180)의 복수의 제2 영역(SR1, SR2, SR3, SR4)에 배치되는 제2 반도체 소자는 제1 반도체 칩(120)의 복수의 제1 영역(FR1, FR2, FR3, FR4)에 배치되는 제1 반도체 소자에 비하여 상대적으로 스케일이 작은 소자들일 수 있다. 상기 반도체 소자의 스케일은 피처(feature) 사이즈를 의미하며, 구체적으로, 임계 차원(critical dimension)으로 표현되는 수치를 의미할 수 있다. 임계 차원은, 예를 들어, 반도체 소자가 트랜지스터인 경우, 트랜지스터의 채널의 최소 길이 및/또는 게이트 전극의 최소 길이 등을 의미할 수 있다. 따라서, 상기 제1 반도체 소자는 제1 임계 차원을 갖고, 상기 제2 반도체 소자는 상기 제1 임계 차원보다 작은 제2 임계 차원을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 임계 차원은 0.05 mm 내지 10 mm의 범위일 수 있으며, 상기 제2 임계 차원은 1 nm 내지 100 nm의 범위일 수 있다. 이와 같이, 서로 다른 사양을 갖는 제1 및 제2 반도체 칩(120, 180)을 서로 다른 반도체 패키지(P1, P2)로 분리하여 상하로 적층함으로써, 각 패키지 및 반도체 칩의 제조 공정을 최적화 및 효율화하고 제조 비용을 절감할 수 있다.
이때, 제1 반도체 칩(120)의 제1 접속패드(122)의 일부는 제3 접속패드(182)의 일부와, 중첩되는 영역에서 신호 패턴을 통하여 상하로 전기적으로 연결된다. 이에 따라, 제1 반도체 칩(120)과 제2 반도체 칩(180)은 수직방향으로 신호간 연결이 가능하다. 또한, 제1 반도체 칩(120)의 제2 접속패드(123)의 적어도 일부는, 하부의 백사이드 재배선층(132) 중 파워 및/또는 그라운드 패턴과 전기적으로 연결되며, 상부에서 관통 비아(125)를 통해 제1 연결구조체(140)의 제1 재배선층(142) 중 파워 패턴 및/또는 그라운드 패턴과 연결되며, 제3 접속패드(182)의 일부와 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 반도체 칩(120, 180) 사이를 최단거리로 연결하므로 신호 특성을 최적화할 수 있으며, 동시에 관통 비아(125)를 이용하여 제1 및 제2 반도체 칩(120, 180)과 전기연결금속(193)을 최단거리로 연결함으로써 파워 특성도 최적화할 수 있다.
이하, 일례에 따른 반도체 패키지(100A)에 포함되는 각각의 구성에 대하여 보다 자세히 설명한다.
제1 프레임(110)은 관통홀 형태의 제1 관통부(110H)를 가지며, 제1 반도체 칩(120)은 제1 접속패드(122)가 배치된 면이 제1 연결구조체(140)의 하면을 향하도록 제1 관통부(110H)에 배치된다. 이때, 제1 접속패드(122)는 별도의 범프 없이 제1 연결구조체(140)의 제1 접속비아(143)와 연결될 수 있다. 또한, 제1 프레임(110)은 제1 연결구조체(140)의 하면과 접하는 제1 절연층(111a), 제1 연결구조체(140)의 하면과 접하며 제1 절연층(111a)에 매립된 제1 배선층(112a), 제1 절연층(111a)의 제1 배선층(112a)이 매립된 측의 반대측 상에 배치된 제2 배선층(112b), 제1 절연층(111a)의 제1 배선층(112a)이 매립된 측의 반대측 상에 배치되며 제2 배선층(112b)의 적어도 일부를 덮는 제2 절연층(111b), 제2 절연층(111b)의 제2 배선층(112b)이 매립된 측의 반대측 상에 배치된 제3 배선층(112c), 제1 절연층(111a)을 관통하며 제1 및 제2 배선층(112a, 112b)을 전기적으로 연결하는 제1 배선비아층(113a), 및 제2 절연층(111b)을 관통하며 제2 및 제3 배선층(112b, 112c)을 전기적으로 연결하는 제2 배선비아층(113b)을 포함한다. 이러한 제1 프레임(110)은 지지부재로 역할할 수 있다.
제1 배선층(112a)은 제1 절연층(111a)의 내부로 리세스될 수 있다. 즉, 제1 절연층(111a)의 제1 연결구조체(140)의 하면과 접하는 면은 제1 배선층(112a)의 상기 제1 연결구조체(140)의 하면과 접하는 면과 단차를 가질 수 있다. 이 경우, 제1 봉합재(130)로 제1 반도체 칩(120)과 제1 프레임(110)을 캡슐화할 때, 봉합재 물질이 블리딩되어 제1 배선층(112a)을 오염시키는 것을 방지할 수 있다. 제1 내지 제3 배선층(112a, 112b, 112c) 각각의 두께는 제1 재배선층(142) 각각의 두께보다 두꺼울 수 있다.
제1 배선비아층(113a)을 위한 홀을 형성할 때 제1 배선층(112a)의 일부 패드가 스토퍼(stopper) 역할을 수행할 수 있는바, 제1 배선비아층(113a) 각각의 접속비아는 윗면의 폭이 아랫면의 폭보다 작은 테이퍼 형상인 것이 공정상 유리할 수 있다. 이 경우, 제1 배선비아층(113a)의 배선비아는 제2 배선층(112b)의 패턴과 일체화될 수 있다. 마찬가지로, 제2 배선비아층(113b)을 위한 홀을 형성할 때 제2 배선층(112b)의 일부 패드가 스토퍼 역할을 수행할 수 있는바, 제2 배선비아층(113b)의 배선비아는 윗면의 폭이 아랫면의 폭보다 작은 테이퍼 형상인 것이 공정상 유리할 수 있다. 이 경우, 제2 배선비아층(113b)의 배선비아는 제3 배선층(112c)의 패드 패턴과 일체화될 수 있다.
제1 및 제2 절연층(111a, 111b)의 재료로는 절연물질이 사용될 수 있는데, 이때 절연물질로는 에폭시 수지와 같은 열경화성 수지, 폴리이미드와 같은 열가소성 수지, 또는 이들 수지가 무기필러 및/또는 유리섬유(Glass Fiber, Glass Cloth, Glass Fabric) 등의 심재에 함침된 절연물질, 예를 들면, 프리프레그(prepreg), ABF(Ajinomoto Build-up Film), FR-4, BT(Bismaleimide Triazine) 등이 사용될 수 있다.
제1 내지 제3 배선층(112a, 112b, 112c)은 제1 반도체 칩(120)의 제1 접속패드(122)를 재배선하는 역할을 수행할 수 있으며, 패키지(100A)의 상/하부 연결을 위한 배선비아층(113a, 113b)을 위한 패드 패턴을 제공하는 역할을 수행할 수 있다. 이들의 형성물질로는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 주석(Sn), 금(Au), 니켈(Ni), 납(Pb), 티타늄(Ti), 또는 이들의 합금 등의 금속 물질을 사용할 수 있다. 제1 내지 제3 배선층(112a, 112b, 112c)은 해당 층의 설계 디자인에 따라 다양한 기능을 수행할 수 있다. 예를 들면, 그라운드(GrouND: GND) 패턴, 파워(PoWeR: PWR) 패턴, 신호(Signal: S) 패턴 등을 포함할 수 있다. 여기서, 신호(S) 패턴은 전원과 관련된 그라운드(GND) 패턴과 파워(PWR) 패턴 등을 제외한 각종 신호, 예를 들면, 데이터 신호 등을 포함한다.
제1 및 제2 배선비아층(113a, 113b)은 서로 다른 층에 형성된 제1 내지 제3 배선층(112a, 112b, 112c)을 전기적으로 연결시키며, 그 결과 제1 프레임(110) 내에 전기적 경로를 형성시킨다. 또한, 제1 및 제2 배선비아층(113a, 113b)은 제1 연결구조체(140)와 전기연결금속(193)의 사이에 전기적 경로를 형성시킨다. 제1 및 제2 배선비아층(113a, 113b)의 형성물질로는 금속 물질을 사용할 수 있다. 제1 및 제2 배선비아층(113a, 113b) 각각은 금속 물질로 완전히 충전된 필드 비아일 수 있으며, 또는 금속 물질이 비아 홀의 벽면을 따라 형성된 컨퍼멀 비아일 수도 있다. 또한, 각각 테이퍼 형상을 가질 수 있다. 한편, 제1 및 제2 배선비아층(113a, 113b)은 제1 내지 제3 배선층(112a, 112b, 112c)의 적어도 일부와 일체화될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
제2 프레임(170)은 관통홀 형태의 제2 관통부(170H)를 가지며, 제2 반도체 칩(180)은 제3 접속패드(182)가 배치된 면이 제2 연결구조체(160)의 상면을 향하도록 제2 관통부(170H)에 배치된다. 이때, 제3 접속패드(182)는 별도의 범프 없이 제2 연결구조체(160)의 제2 접속비아(163)와 연결될 수 있다. 제2 프레임(170)은 제1 프레임(110)과 달리, 배선층 및 배선비아층을 포함하지 않을 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
제1 및 제2 반도체 칩(120, 180)은 각각 소자 수백 내지 수백만 개 이상이 하나의 칩 안에 집적화된 집적회로(Intergrated Circuit: IC)일 수 있다. 제한되지 않는 일례로써, 제1 및 제2 반도체 칩(120, 180)이 합쳐져서 하나의 완전한 어플리케이션 프로세서(AP)를 구성할 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 반도체 칩(120, 180)은 각각 어플리케이션 프로세서(AP) 중 일부 기능이 분할된 칩, 예를 들면, 센트랄 프로세서(CPU), 그래픽 프로세서(GPU), 필드 프로그램어블 게이트 어레이(FPGA), 디지털 신호 프로세서, 암호화 프로세서, 마이크로 프로세서, 및/또는 마이크로 컨트롤러 등일 수도 있으며, 이에 예시되지 않은 다른 기능을 갖는 분할된 칩일 수도 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 및 제2 반도체 칩(120, 180) 중 적어도 하나는 휘발성 메모리(DRAM), 비-휘발성 메모리(ROM), 플래시 메모리 등의 메모리일 수도 있다. 제1 및 제2 반도체 칩(120, 180)은 상술한 것과 같이 기능 및 스케일을 포함하는 사양이 서로 다를 수 있으며, 제2 반도체 칩(180)은 제1 반도체 칩(120)보다 고사양의 칩일 수 있다. 또한, 제2 반도체 칩(180)은 제1 반도체 칩(120)보다 큰 사이즈를 가질 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
제1 및 제2 반도체 칩(120, 180)은 액티브 웨이퍼를 기반으로 형성될 수 있으며, 이 경우 바디부(121, 181)를 이루는 모재로는 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 갈륨비소(GaAs) 등이 사용될 수 있다. 바디부(121, 181)에는 다양한 반도체 소자 및 회로가 형성되어 있을 수 있다. 제1 내지 제3 접속패드(122, 123, 182) 및 관통 비아(125)는 제1 및 제2 반도체 칩(120, 180)을 다른 구성요소와 전기적으로 연결시키기 위한 것으로, 형성물질로는 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등의 도전성 물질을 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 바디부(121, 181) 상에는 제1 내지 제3 접속패드(122, 123, 182)를 노출시키는 패시베이션막이 더 형성될 수 있으며, 이 경우 상기 패시베이션막은 산화막 또는 질화막 등일 수 있고, 또는 산화막과 질화막의 이중층일 수도 있다. 제1 및 제2 반도체 칩(120, 180)은 베어 다이(bare die)일 수 있으나, 필요에 따라서는, 제1 및 제3 접속패드(122, 182)가 배치된 면, 즉 활성면 상에 별도의 재배선층이 더 형성된 패키지드 다이(packaged die)일 수도 있다.
제1 및 제2 봉합재(130, 191)는 각각 제1 및 제2 프레임(110, 170), 제1 및 제2 반도체 칩(120, 180) 등을 보호할 수 있다. 제1 및 제2 봉합재(130, 191)의 봉합형태는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 제1 봉합재(130)는 제1 프레임(110) 및 제2 접속패드(123)가 배치된 면을 덮을 수 있으며, 제1 관통부(110H)의 적어도 일부를 채울 수 있다. 제2 봉합재(191)는 제2 프레임(170) 및 제2 반도체 칩(180)에서 제3 접속패드(182)가 배치되지 않은 상면을 덮을 수 있으며, 제2 관통부(170H)의 적어도 일부를 채울 수 있다. 제1 및 제2 봉합재(130, 191)가 각각 제1 및 제2 관통부(110H, 170H)를 채움으로써, 구체적인 물질에 따라 접착제 역할을 수행함과 동시에 버클링을 감소시킬 수 있다.
제1 및 제2 봉합재(130, 191)의 재료는 특별히 한정되는 않는다. 예를 들면, 절연물질이 사용될 수 있는데, 이때 절연물질로는 에폭시 수지와 같은 열경화성 수지, 폴리이미드와 같은 열가소성 수지, 또는 이들 수지가 무기필러와 혼합되거나, 또는 무기필러와 함께 유리섬유(Glass Fiber, Glass Cloth, Glass Fabric) 등의 심재에 함침된 수지, 예를 들면, 프리프레그(prepreg), ABF(Ajinomoto Build-up Film), FR-4, BT(Bismaleimide Triazine) 등이 사용될 수 있다. 필요에 따라서는, 감광성 절연(Photo Imagable Encapsulant: PIE) 수지를 사용할 수도 있다.
제1 연결구조체(140)는 제1 반도체 칩(120)의 제1 접속패드(122)를 재배선할 수 있다. 또한, 제1 접속패드(122)를 기능에 따라서 제1 프레임(110)의 배선층(112a, 112b, 112c)과 각각 전기적으로 연결할 수 있다. 제2 연결구조체(160)는 제2 반도체 칩(180)의 제3 접속패드(182)를 재배선할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 연결구조체(140, 160)는 서로 전기적으로 연결될 수 있으며, 제1 접속패드(122)를 제3 접속패드(182)와 전기적으로 연결할 수 있다. 제1 및 제2 연결구조체(140, 160)를 통하여 다양한 기능을 갖는 수십 수백만 개의 제1 및 제3 접속패드(122, 182)가 재배선 될 수 있으며, 전기연결금속(193)을 통하여 그 기능에 맞춰 외부에 물리적 및/또는 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 및 제2 연결구조체(140, 160)는 각각 절연층(141, 161)과 절연층(141, 161) 상에 배치된 제1 및 제2 재배선층(142, 162)과 절연층(141, 161)을 관통하는 제1 및 제2 접속비아(143, 163)를 포함한다. 제1 및 제2 연결구조체(140, 160)의 절연층(141, 161), 제1 및 제2 재배선층(142, 162), 및 제1 및 제2 접속비아(143, 163)는 도면에 도시한 것 보다 많은 수의 층으로 구성될 수 있다. 또는, 도면에 도시한 것 보다 적은 수의 층으로 구성될 수 있다.
절연층(141, 161)의 물질로는 절연물질이 사용될 수 있는데, 이때 절연물질로는 상술한 바와 같은 절연물질 외에도 PID 수지와 같은 감광성 절연물질을 사용할 수도 있다. 즉, 절연층(141, 161)은 각각 감광성 절연층일 수 있다. 절연층(141, 161)이 감광성의 성질을 가지는 경우, 절연층(141, 161)을 보다 얇게 형성할 수 있으며, 보다 용이하게 제1 및 제2 접속비아(143, 163)의 파인 피치를 달성할 수 있다. 절연층(141, 161)은 각각 절연수지 및 무기필러를 포함하는 감광성 절연층일 수 있다. 절연층(141, 161)이 각각이 다층 구조인 경우, 이들의 물질은 서로 동일할 수 있고, 필요에 따라서는 서로 상이할 수도 있다. 절연층(141, 161) 각각이 다층 구조인 경우, 이들의 물질은 서로 동일할 수 있고, 필요에 따라서는 서로 상이할 수도 있다. 절연층(141, 161) 각각이 다층 구조인 경우, 이들은 공정에 따라 일체화 되어 이들 자체로는 경계가 불분명할 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 및 제2 재배선층(142, 162)은 실질적으로 제1 및 제3 접속패드(122, 182)를 재배선하는 역할을 수행할 수 있으며, 상술한 전기적 연결 경로를 제공할 수 있다. 형성물질로는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 주석(Sn), 금(Au), 니켈(Ni), 납(Pb), 티타늄(Ti), 또는 이들의 합금 등의 금속 물질을 사용할 수 있다. 제1 및 제2 재배선층(142, 162)은 해당 층의 설계 디자인에 따라 다양한 기능을 수행할 수 있다. 예를 들면, 그라운드 패턴, 파워 패턴, 신호 패턴 등을 포함할 수 있다. 신호 패턴은 그라운드 패턴, 파워 패턴 등을 제외한 각종 신호, 예를 들면, 데이터 신호 등을 포함한다. 여기서, 패턴은 배선 및 패드를 포함하는 개념이다. 제1 및 제2 재배선층(142, 162)은 제1 반도체 칩(120)의 관통 비아(125)와 중첩되는 영역에서는 주로 파워 및/또는 그라운드 패턴을 포함하며, 관통 비아(125)의 주변에서 제1 반도체 칩(120)과 제2 반도체 칩(180)이 중첩되는 영역에서 주로 신호 패턴을 포함한다.
제1 접속비아(143)는 제1 재배선층(142), 제1 접속패드(122), 관통 비아(125), 및 최상부의 제1 배선층(112a)에 연결되어, 서로 다른 층에 형성된 제1 재배선층(142), 제1 접속패드(122), 관통 비아(125), 배선층(112a, 112b, 112c) 등을 서로 전기적으로 연결시키며, 그 결과 제1 연결구조체(140) 내에 전기적 경로를 형성시킨다. 제2 접속비아(163)는 서로 다른 층에 형성된 제2 재배선층(162) 및 제3 접속패드(182) 등을 서로 전기적으로 연결시키며, 그 결과 제2 연결구조체(160) 내에 전기적 경로를 형성시킨다. 제1 및 제2 접속비아(143, 163)의 형성 물질로는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 주석(Sn), 금(Au), 니켈(Ni), 납(Pb), 티타늄(Ti), 또는 이들의 합금 등의 금속 물질을 사용할 수 있다. 제1 및 제2 접속비아(143, 163)는 금속 물질로 충전된 필드 타입일 수 있으며, 또는 금속 물질이 비아홀의 벽면을 따라 형성된 컨포멀 타입일 수도 있다. 제1 및 제2 접속비아(143, 163)는 테이퍼 단면 형상을 가질 수 있다. 테이퍼 방향은 제1 및 제2 접속비아(143, 163)에서 서로 반대일 수 있으며, 제1 접속비아(143)의 테이퍼 방향은 제1 프레임(110)의 배선비아층(113a, 113b)의 테이퍼 방향과 반대일 수 있다.
제1 봉합재(130)의 하측에는 백사이드 재배선층(132) 및 백사이드 접속비아(133)가 배치될 수 있다. 백사이드 접속비아(133)는 제1 봉합재(130)의 적어도 일부를 관통함으로써, 제3 배선층(112c)과 백사이드 재배선층(132)을 전기적으로 연결할 수 있다.
백사이드 재배선층(132)도 제1 내지 제3 접속패드(122, 123, 182)를 재배선하는 역할을 수행할 수 있으며, 상술한 전기적 연결 경로를 제공할 수 있를 재배선하는 역할을 수행할 수 있다. 형성물질로는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 주석(Sn), 금(Au), 니켈(Ni), 납(Pb), 티타늄(Ti), 또는 이들의 합금 등의 금속 물질을 사용할 수 있다. 백사이드 재배선층(132)도 해당 층의 설계 디자인에 따라 다양한 기능을 수행할 수 있다. 예를 들면, 그라운드 패턴, 파워 패턴, 신호 패턴 등을 포함할 수 있다. 그라운드 패턴과 신호 패턴은 동일한 패턴일 수도 있다. 신호 패턴은 그라운드 패턴, 파워 패턴 등을 제외한 각종 신호, 예를 들면, 데이터 신호 등을 포함한다. 여기서, 패턴은 배선 및 패드를 포함하는 개념이다.
백사이드 접속비아(133)는 제3 배선층(112c)과 백사이드 재배선층(132)을 전기적으로 연결할 수 있다. 백사이드 접속비아(133)의 형성 물질로도 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 주석(Sn), 금(Au), 니켈(Ni), 납(Pb), 티타늄(Ti), 또는 이들의 합금 등의 금속 물질을 사용할 수 있다. 백사이드 접속비아(133)는 금속 물질로 충전된 필드 타입일 수 있으며, 또는 금속 물질이 비아홀의 벽면을 따라 형성된 컨포멀 타입일 수도 있다. 백사이드 접속비아(133)는 테이퍼 단면 형상을 가질 수 있다. 테이퍼 방향은 제1 및 제2 배선비아층(113a, 113b) 각각의 배선비아와 동일할 수 있다. 실시예들에서, 백사이드 재배선층(132) 및 백사이드 접속비아(133)의 층수는 다양하게 변경될 수 있다.
제1 및 제2 패시베이션층(150, 159)은 각각 제1 연결구조체(140) 및 백사이드 재배선층(132)을 외부의 물리적 화학적 손상 등으로부터 보호하기 위한 부가적인 구성이다. 제3 패시베이션층(155)은 제2 연결구조체(160)를 외부의 물리적 화학적 손상 등으로부터 보호하기 위한 부가적인 구성이다. 제1 내지 제3 패시베이션층(150, 155, 159)은 열경화성 수지를 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 내지 제3 패시베이션층(150, 155, 159)은 ABF일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 내지 제3 패시베이션층(150, 155, 159)은 각각 제1 및 제2 재배선층(142, 162) 및 백사이드 재배선층(132)의 적어도 일부를 노출시키는 복수의 개구를 가질 수 있다. 개구는 수십 내지 수만 개 존재할 수 있으며, 그 이상 또는 그 이하의 수를 가질 수도 있다. 각각의 개구는 복수의 홀로 구성될 수도 있다.
전기연결금속(193)은 부가적인 구성으로, 반도체 패키지(100A)를 외부와 물리적 및/또는 전기적으로 연결시키기 위한 구성이다. 예를 들면, 반도체 패키지(100A)는 전기연결금속(193)을 통하여 전자기기의 메인보드에 실장될 수 있다. 전기연결금속(193)은 제2 패시베이션층(159)의 복수의 개구 상에 각각 배치된다. 따라서, 노출된 백사이드 재배선층(132)과 전기적으로 연결될 수 있다. 필요에 따라서는, 제2 패시베이션층(159)의 복수의 개구에 언더범프금속이 형성될 수도 있으며, 이 경우에는 상기 언더범프금속을 통하여 노출된 백사이드 재배선층(132)과 전기적으로 연결될 수 있다. 전기연결금속(193)은 각각 저융점 금속, 예를 들면, 주석(Sn)이나 또는 주석(Sn)을 포함하는 합금을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로는 솔더(solder) 등으로 형성될 수 있으나, 이는 일례에 불과하며 재질이 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
전기연결금속(193)은 랜드(land), 볼(ball), 핀(pin) 등일 수 있다. 전기연결금속(193)은 다중층 또는 단일층으로 형성될 수 있다. 다중층으로 형성되는 경우에는 구리 기둥(pillar) 및 솔더를 포함할 수 있으며, 단일층으로 형성되는 경우에는 주석-은 솔더나 구리를 포함할 수 있으나, 역시 이는 일례에 불과하며 이에 한정되는 것은 아니다. 전기연결금속(193)의 개수, 간격, 배치 형태 등은 특별히 한정되지 않으며, 통상의 기술자에게 있어서 설계 사항에 따라 충분히 변형이 가능하다. 예를 들면, 전기연결금속(193)의 수는 제1 내지 제3 접속패드(122, 123, 182)의 수에 따라서 수십 내지 수만 개일 수 있으며, 그 이상 또는 그 이하의 수를 가질 수도 있다.
전기연결금속(193) 중 적어도 하나는 팬-아웃 영역에 배치된다. 팬-아웃 영역이란 제1 반도체 칩(120)이 배치된 영역을 벗어나는 영역을 의미한다. 즉, 일례에 따른 반도체 패키지(100A)는 팬-아웃 반도체 패키지일 수 있다. 팬-아웃(fan-out) 패키지는 팬-인(fan-in) 패키지에 비하여 신뢰성이 우수하고, 다수의 I/O 단자 구현이 가능하며, 3D 인터커넥션(3D interconnection)이 용이하다. 또한, BGA(Ball Grid Array) 패키지, LGA(Land Grid Array) 패키지 등과 비교하여 패키지 두께를 얇게 제조할 수 있으며, 가격 경쟁력이 우수하다.
접속단자(195)는 제1 및 제2 연결구조체들(140, 160)의 사이에 배치되어 제1 및 제2 재배선층(142, 162)을 서로 전기적 및 물리적으로 연결할 수 있다. 접속단자(195)는 구리(Cu), 주석(Sn) 또는 이의 합금을 포함할 수 있으며, 예컨대 솔더(solder)와 같은 저융점 금속을 포함할 수 있다. 접속단자(195)의 개수 및 형상은 실시예들에서 다양하게 변경될 수 있다.
언더필층(197)은 제1 및 제2 연결구조체들(140, 160)의 사이에 배치되어 접속단자(195)의 적어도 일부를 덮을 수 있다. 언더필층(197)은 제1 및 제2 반도체 패키지(P1, P2)를 고정시키는 역할을 할 수 있다. 언더필층(197)은 예컨대 에폭시 등일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 실시예들에 따라, 언더필층(197)은 생략되는 것도 가능할 것이다.
도 11은 반도체 패키지의 다른 일례를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도면을 참조하면, 다른 일례에 따른 반도체 패키지(100B)는, 제1 연결구조체(140) 상에 배치된 하나 이상의 수동부품(200)을 더 포함한다. 제1 내지 제3 접속패드(122, 123, 182)는 기능에 따라서 수동부품(200)과 전기적으로 연결될 수 있다. 수동부품(200)은 솔더 등의 저융점 금속(200s)을 통하여 표면 실장 형태로 배치된다.
수동부품(200)은 MLCC나 LICC와 같은 칩 타입의 커패시터, 또는 파워 인덕터와 같은 칩 타입의 인덕터 등일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 종류의 공지의 수동부품일 수도 있다. 즉, 수동부품(200)은 공지의 칩 타입의 수동부품일 수 있다. 여기서 칩 타입의 부품이라는 것은, 예를 들면, 바디와 바디 내부에 형성된 내부전극과 바디 상에 형성된 외부전극을 갖는, 독립적인 칩 형태의 부품인 것을 의미한다. 복수의 수동부품(200)은 서로 동일한 종류일 수도 있고, 서로 다른 종류일 수도 있다. 수동부품(200)의 개수는 특별히 한정되지 않으며, 설계에 따라 도면에 도시한 것 보다 많을 수도 있고, 더 적을 수도 있다.
그 외에 다른 구성에 대한 설명은 상술한 반도체 패키지(100A) 등에서 설명한 바와 실질적으로 동일한바 자세한 설명은 생략한다.
도 12는 반도체 패키지의 다른 일례를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도면을 참조하면, 다른 일례에 따른 반도체 패키지(100C)는, 백사이드 재배선층(132)의 하면 상에 배치된 하나 이상의 수동부품(205)을 더 포함한다. 수동부품(205)은 전기연결금속(193)의 사이에서 관통 비아(125) 중 적어도 일부의 하부에 배치될 수 있다. 제1 내지 제3 접속패드(122, 123, 182)는 기능에 따라서 수동부품(205)과 전기적으로 연결될 수 있다. 수동부품(205)은 솔더 등의 저융점 금속(205s)을 통하여 표면 실장 형태로 배치된다.
수동부품(205)은 LSC(Land-Side Capacitor), MLCC, 또는 LICC와 같은 칩 타입의 커패시터, 또는 파워 인덕터와 같은 칩 타입의 인덕터 등일 수 있다. 수동부품(205)은 서로 동일한 종류일 수도 있고, 서로 다른 종류일 수도 있다. 수동부품(205)의 개수는 특별히 한정되지 않으며, 설계에 따라 도면에 도시한 것 보다 많을 수도 있고, 더 적을 수도 있다.
그 외에 다른 구성에 대한 설명은 상술한 반도체 패키지(100A) 등에서 설명한 바와 실질적으로 동일한바 자세한 설명은 생략한다. 한편, 상술한 반도체 패키지(100C)의 특징 구성은 다른 실시예에 따른 반도체 패키지(100B)에도 적용될 수 있음은 물론이다.
도 13은 반도체 패키지의 다른 일례를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도면을 참조하면, 다른 일례에 따른 반도체 패키지(100D)는, 도 9의 반도체 패키지(100A) 등과 달리, 제1 및 제2 반도체 패키지(P1, P2)가 각각 복수의 제1 반도체 칩(120A, 120B) 및 복수의 제2 반도체 칩(180A, 180B)을 포함한다. 이를 위하여, 제1 및 제2 프레임(110, 170)은 각각 서로 이격되어 배치되는 복수의 제1 관통부(110H1, 110H2) 및 복수의 제2 관통부(170H1, 170H2)를 갖는다. 복수의 제1 반도체 칩(120A, 120B) 및 복수의 제2 반도체 칩(180A, 180B)은 각각 한 쌍씩 상하로 적어도 일부가 중첩되도록 배치될 수 있다. 복수의 제2 반도체 칩(180A, 180B)은 복수의 제1 반도체 칩(120A, 120B)보다 상대적으로 고사양의 기능을 수행할 수 있으며, 복수의 제1 반도체 칩(120A, 120B)의 반도체 소자보다 스케일이 작은 반도체 소자를 포함할 수 있다.
그 외에 다른 구성에 대한 설명은 상술한 반도체 패키지(100A) 등에서 설명한 바와 실질적으로 동일한바 자세한 설명은 생략한다. 한편, 상술한 반도체 패키지(100D)의 특징 구성은 다른 실시예에 따른 반도체 패키지(100B, 100C)에도 적용될 수 있음은 물론이다.
도 14는 반도체 패키지의 다른 일례를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도면을 참조하면, 다른 일례에 따른 반도체 패키지(100E)는, 제2 반도체 패키지(P2)와 나란하게 배치되며 제2 반도체 칩(180B)을 포함하는 제3 반도체 패키지(P3)를 더 포함한다. 또한, 제1 반도체 패키지(P1)가 복수의 제1 반도체 칩(120A, 120B)을 포함하고, 이에 따라, 제1 프레임(110)은 각각 서로 이격되어 배치되는 복수의 제1 관통부(110H1, 110H2)를 갖는다. 또한, 도 11의 반도체 패키지(100B)에서와 유사하게, 제1 연결구조체(140) 상에 배치된 하나 이상의 수동부품(200)을 더 포함한다.
제3 반도체 패키지(P3)는 제2 반도체 패키지(P2)와 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다. 제3 반도체 패키지(P3)는, 제2 연결구조체(160), 제2 프레임(170), 제2 반도체 칩(180'), 제2 봉합재(191), 제3 패시베이션층(155), 접속단자(195), 및 언더필층(197)을 포함한다. 제2 및 제3 반도체 패키지(P2, P3)는 각각 복수의 제1 반도체 칩(120A, 120B)과 상하로 적어도 일부가 중첩되도록 배치될 수 있다. 제2 반도체 칩(180, 180')은 복수의 제1 반도체 칩(120A, 120B)보다 상대적으로 고사양의 기능을 수행할 수 있으며, 복수의 제1 반도체 칩(120A, 120B)의 반도체 소자보다 스케일이 작은 반도체 소자를 포함할 수 있다.
수동부품(200)은 제2 반도체 패키지(P2)와 제3 반도체 패키지(P3)의 사이에 배치될 수 있다. 실시예들에 따라, 수동부품(200)은 제2 반도체 패키지(P2)와 제3 반도체 패키지(P3) 각각의 외측에도 더 배치될 수 있다.
그 외에 다른 구성에 대한 설명은 상술한 반도체 패키지(100A, 100B, 100D) 등에서 설명한 바와 실질적으로 동일한바 자세한 설명은 생략한다.
도 15는 반도체 패키지의 다른 일례를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도면을 참조하면, 다른 일례에 따른 반도체 패키지(100F)는, 도 9의 반도체 패키지(100A)와 달리, 제2 반도체 패키지(P2)의 상부에 수직하게 적층되는 제3 반도체 패키지(P3)를 더 포함한다. 또한, 제2 반도체 패키지(P2)는 도 9의 반도체 패키지(100A)와 달리, 제1 반도체 패키지(P1)와 상하 대칭적인 구조를 가질 수 있다.
제2 반도체 패키지(P2)에서, 제2 프레임(170)은 복수의 절연층(171a, 171b)을 가지며, 배선층(172a, 172b, 172c) 및 배선비아층(173a, 173b)을 더 포함할 수 있다. 또한, 제2 반도체 패키지(P2)는 제2 반도체 칩(180) 상의 백사이드 배선층(132') 및 백사이드 접속비아(133')를 더 포함하며, 백사이드 배선층(132')을 덮는 패시베이션층(159')을 더 포함할 수 있다. 제2 반도체 칩(180)은 바디부(181) 및 제3 접속패드(182) 외에, 비활성면에 배치되는 제4 접속패드(183) 및 제4 접속패드(183)와 연결되는 관통 비아(185)를 더 포함한다.
제3 반도체 패키지(P3)는, 배선기판(210), 배선기판(210) 상에 배치되는 복수의 제3 반도체 칩(220A, 220B), 제3 반도체 칩(220A, 220B)을 봉합하는 제3 봉합재(230), 및 배선기판(210) 하부의 상부 접속단자(265)를 포함한다.
배선기판(210)은 인터포저 기판과 같은 공지의 인쇄회로기판(PCB)일 수 있다. 배선기판(210)은 절연층 및 상기 절연층 내에 형성된 도전성의 배선층을 포함한다. 배선기판(210)의 양면에도 패시베이션층 등이 형성되어 있을 수 있다. 배선기판(210)의 구조 및 형태는 실시예들에서 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 실시예들에서, 배선기판(210)과 제2 반도체 패키지(P2)의 사이에 인터포저 기판이 더 배치될 수도 있다.
제3 반도체 칩(220A, 220B)은 상하로 적층되어 배치될 수 있다. 제3 반도체 칩(220A, 220B)은 접착부재(225)에 의해 각각 배선기판(210) 및 제3 반도체 칩(220A) 상에 부착될 수 있다. 제3 반도체 칩(220A, 220B)은 접속패드(221P, 222P)에 접속되는 도전성의 와이어(240)에 의해 배선기판(210)의 배선층과 전기적으로 연결될 수 있다. 다만, 실시예들에서 하부의 제3 반도체 칩(220A)은 배선기판(210) 상에 플립칩 본딩되는 것도 가능하다.
제3 반도체 칩(220A, 220B)은 역시 소자 수백 내지 수백만 개 이상이 하나의 칩 안에 집적화된 집적회로(Intergrated Circuit: IC)일 수 있다. 집적회로는, 예를 들면, 휘발성 메모리(예컨대, DRAM), 비-휘발성 메모리(예컨대, ROM, 플래시 메모리) 등의 메모리 칩일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제3 반도체 칩(220A, 220B)은 각각 접속패드(221P, 222P)가 배치된 면이 활성면이 되고, 반대측 면이 비활성면이 된다. 다만, 실시예들에 따라, 제3 반도체 칩(220A, 220B)은 페이스-다운 형태로 배치될 수도 있다. 제3 반도체 칩(220A, 220B)은 액티브 웨이퍼를 기반으로 형성될 수 있으며, 이 경우 모재로는 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 갈륨비소(GaAs) 등이 사용될 수 있다. 제3 반도체 칩(220A, 220B) 내에는 다양한 회로가 형성되어 있을 수 있다. 접속패드(221P, 222P)는 제3 반도체 칩(220A, 220B)을 다른 구성요소와 전기적으로 연결시키기 위한 것으로, 형성물질로는 알루미늄(Al) 등의 도전성 물질을 특별한 제한 없이 사용할 수 있다.
접착부재(225)는 제3 반도체 칩(220A, 220B)의 비활성면을 각각 하부의 배선기판(210) 및 제3 반도체 칩(220A)의 상면에 용이하게 부착시킬 수 있다. 접착부재(225)는, 예를 들면, 다이부착필름(DAF)과 같은 테이프일 수 있다. 접착부재(225)의 재료는 특별히 한정되지 않는다. 접착부재(225)는 예를 들면, 에폭시 성분을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 접착부재(225)를 통하여 제3 반도체 칩(220A, 220B)이 보다 안정적으로 실장될 수 있는바, 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
제3 봉합재(230)는 제3 반도체 칩(220A, 220B)을 보호할 수 있다. 봉합형태는 특별히 제한되지 않으며, 제3 반도체 칩(220A, 220B)의 적어도 일부를 감싸는 형태이면 무방하다. 예를 들면, 제2 봉합재(230)는 제3 반도체 칩(220A, 220B)의 활성면의 적어도 일부를 덮을 수 있으며, 또한 측면의 적어도 일부를 덮을 수 있다. 제3 봉합재(230)는 절연물질을 포함한다. 절연물질로는 감광성 에폭시(Photo Imageable Epoxy: PIE), PID 등을 이용할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 무기필러 및 절연수지를 포함하는 재료, 예컨대 에폭시 수지와 같은 열경화성 수지, 폴리이미드와 같은 열가소성 수지, 또는 이들에 무기필러와 같은 보강재가 포함된 수지, 구체적으로 ABF 등이 사용될 수도 있다. 또한, EMC 등의 공지의 몰딩 물질을 사용할 수도 있음은 물론이다. 필요에 따라서는, 열경화성 수지나 열가소성 수지가 무기필러 및/또는 유리섬유(Glass Fiber, Glass Cloth, Glass Fabric) 등의 심재에 함침된 재료를 사용할 수도 있다.
상부 접속단자(265)는 배선기판(210)과 제2 연결구조체(160)를 전기적으로 연결할 수 있다. 상부 접속단자(265)는 배선기판(210)의 배선층과 제2 연결구조체(160)의 제2 재배선층(162)의 사이에 개재될 수 있다. 상부 접속단자(265)는 도전성 물질, 예를 들면, 솔더(solder) 등으로 형성될 수 있으나, 이는 일례에 불과하며 재질이 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 상부 접속단자(265)는 랜드(land), 볼(ball), 핀(pin) 등일 수 있다.
그 외에 다른 구성에 대한 설명은 상술한 반도체 패키지(100A) 등에서 설명한 바와 실질적으로 동일한바 자세한 설명은 생략한다. 한편, 상술한 반도체 패키지(100F)의 특징 구성은 다른 실시예에 따른 반도체 패키지(100B, 100C, 100D, 100E)에도 적용될 수 있음은 물론이다.
도 16은 반도체 패키지의 다른 일례를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도면을 참조하면, 다른 일례에 따른 반도체 패키지(100G)에서는, 제1 프레임(110)이 다른 형태를 가진다. 구체적으로, 제1 프레임(110)은 제1 절연층(111a), 제1 절연층(111a)의 양면에 각각 배치된 제1 배선층(112a)과 제2 배선층(112b), 제1 절연층(111a)의 양면에 각각 배치되며 제1 및 제2 배선층(112a, 112b)을 각각 덮는 제2 절연층(111b)과 제3 절연층(111c), 제2 절연층(111b)의 제1 배선층(112a)이 매립된 측의 반대측 상에 배치된 제3 배선층(112c), 제3 절연층(111c)의 제2 배선층(112b)이 매립된 측의 반대측 상에 배치된 제4 배선층(112d), 제1 절연층(111a)을 관통하며 제1 및 제2 배선층(112a, 112b)을 전기적으로 연결하는 제1 배선비아층(113a), 제2 절연층(111b)을 관통하며 제1 및 제3 배선층(112a, 113c)을 전기적으로 연결하는 제2 배선비아층(113b), 및 제3 절연층(111c)을 관통하며 제2 및 제4 배선층(112b, 112d)을 전기적으로 연결하는 제3 배선비아층(113c)을 포함한다. 제1 프레임(110)은 보다 많은 수의 배선층(112a, 112b, 112c, 112d)를 가지는바, 제1 연결구조체(140)를 더욱 간소화할 수 있다.
제1 절연층(111a)은 제2 절연층(111b) 및 제3 절연층(111c) 각각 보다 두께가 두꺼울 수 있다. 제1 절연층(111a)은 기본적으로 강성 유지를 위하여 상대적으로 두꺼울 수 있으며, 제2 절연층(111b) 및 제3 절연층(111c)은 더 많은 수의 배선층(112c, 112d)을 형성하기 위하여 도입된 것일 수 있다. 유사한 관점에서, 제1 절연층(111a)을 관통하는 제1 배선비아층(113a)의 배선비아는 제2 및 제3 절연층(111b, 111c)을 관통하는 제2 및 제3 배선비아층(113b, 113c) 각각의 배선비아보다 높이 및/또는 평균직경이 클 수 있다. 또한, 제1 배선비아층(113a)의 배선비아는 모래시계 또는 원기둥 형상을 가지는 반면, 제2 및 제3 배선비아층(113b, 113c) 각각의 배선비아는 서로 반대 방향의 테이퍼 형상을 가질 수 있다. 제1 내지 제4 배선층(112a, 112b, 112c, 112d) 각각의 두께는 제1 재배선층(142) 각각의 두께보다 두꺼울 수 있다.
필요에 따라서, 제1 프레임(110)의 제1 관통부(110H)의 벽면에는 금속층(115)이 더배치될 수 있으며, 금속층(115)은 벽면을 모두 덮도록 형성될 수 있다. 금속층(115)은 구리(Cu)와 같은 금속물질을 포함할 수 있다. 금속층(115)을 통하여 제1 반도체 칩(120)의 전자파 차폐 효과와 방열 효과를 개선할 수 있다.
그 외에 다른 구성에 대한 설명은 상술한 반도체 패키지(100A) 등에서 설명한 바와 실질적으로 동일한바 자세한 설명은 생략한다. 한편, 상술한 반도체 패키지(100G)의 특징 구성은 다른 실시예에 따른 반도체 패키지(100B, 100C, 100D, 100E, 100F)에도 적용될 수 있음은 물론이다.
본 개시에서 하측, 하부, 하면 등은 편의상 도면의 단면을 기준으로 팬-아웃 반도체 패키지의 실장 면을 향하는 방향을 의미하는 것으로 사용하였고, 상측, 상부, 상면 등은 그 반대 방향으로 사용하였다. 다만, 이는 설명의 편의상 방향을 정의한 것으로, 특허청구범위의 권리범위가 이러한 방향에 대한 기재에 의하여 특별히 한정되는 것이 아님은 물론이다.
본 개시에서 연결된다는 의미는 직접 연결된 것뿐만 아니라, 접착제 층 등을 통하여 간접적으로 연결된 것을 포함하는 개념이다. 또한, 전기적으로 연결된다는 의미는 물리적으로 연결된 경우와 연결되지 않은 경우를 모두 포함하는 개념이다. 또한, 제1, 제2 등의 표현은 한 구성요소와 다른 구성요소를 구분 짓기 위해 사용되는 것으로, 해당 구성요소들의 순서 및/또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 경우에 따라서는 권리범위를 벗어나지 않으면서, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수도 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수도 있다.
본 개시에서 사용된 일례라는 표현은 서로 동일한 실시예를 의미하지 않으며, 각각 서로 다른 고유한 특징을 강조하여 설명하기 위해서 제공된 것이다. 그러나, 상기 제시된 일례들은 다른 일례의 특징과 결합되어 구현되는 것을 배제하지 않는다. 예를 들어, 특정한 일례에서 설명된 사항이 다른 일례에서 설명되어 있지 않더라도, 다른 일례에서 그 사항과 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 다른 일례에 관련된 설명으로 이해될 수 있다.
본 개시에서 사용된 용어는 단지 일례를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시를 한정하려는 의도가 아니다. 이때, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

Claims (16)

  1. 제1 관통부를 갖는 제1 프레임, 상기 제1 프레임의 제1 관통부에 배치되며 제1 접속패드가 배치된 제1 면 및 상기 제1 면의 반대측이며 제2 접속패드가 배치된 제2 면을 갖고, 상기 제2 접속패드와 연결된 관통 비아를 포함하는 제1 반도체 칩, 상기 제1 반도체 칩의 제1 면 상에 배치되며, 상기 제1 반도체 칩의 제1 접속패드와 전기적으로 연결된 제1 재배선층을 포함하는 제1 연결구조체, 및 상기 제1 반도체 칩의 제2 면 상에 배치되며, 상기 제1 반도체 칩의 제2 접속패드와 전기적으로 연결된 백사이드 재배선층을 포함하는 제1 반도체 패키지; 및
    상기 제1 반도체 패키지 상에 배치되며, 상기 제1 재배선층과 전기적으로 연결된 제2 재배선층을 포함하는 제2 연결구조체, 상기 제2 연결구조체 상에 배치되며 제2 관통부를 갖는 제2 프레임, 및 상기 제2 프레임의 제2 관통부에 배치되며 제3 접속패드가 배치된 제3 면을 갖는 제2 반도체 칩을 포함하는 제2 반도체 패키지를 포함하는 반도체 패키지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 반도체 칩에서, 상기 제1 접속패드는 상기 제1 재배선층 중 신호 패턴과 연결되고, 상기 제2 접속패드는 상기 백사이드 재배선층 중 파워 패턴 및 그라운드 패턴 중 적어도 하나와 연결된 반도체 패키지.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 재배선층과 상기 제2 재배선층을 연결하는 복수의 접속 단자를 더 포함하는 반도체 패키지.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 반도체 칩은, 상기 제1 접속패드와 상기 제3 접속패드가 서로 마주보도록 배치되는 반도체 패키지.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 연결구조체는 상기 제1 재배선층과 연결되는 제1 접속비아를 더 포함하고,
    상기 관통 비아는 상기 제2 접속패드와 연결되지 않은 단부에서 상기 제1 접속비아를 통해 상기 제1 재배선층과 전기적으로 연결되는 반도체 패키지.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 반도체 칩의 관통 비아는, 상기 제2 접속패드로부터, 상기 제1 면 또는 상기 제1 면에 인접한 영역으로 상기 제1 반도체 칩을 관통하여 연장된 반도체 패키지.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 반도체 칩은 각각 어플리케이션 프로세서(AP)의 일부 기능 또는 전체 기능을 구성하는 칩인 반도체 패키지.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 반도체 칩은 제1 임계 차원(critical dimension)을 갖는 제1 반도체 소자를 포함하고, 상기 제2 반도체 칩은 상기 제1 임계 차원보다 작은 제2 임계 차원을 갖는 제2 반도체 소자를 포함하는 반도체 패키지.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 반도체 패키지와 함께 상기 제1 연결구조체 상에 배치된 수동부품을 더 포함하는 반도체 패키지.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 백사이드 재배선층의 하면 상에서 상기 관통 비아의 하부에 배치된 수동부품을 더 포함하는 반도체 패키지.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 프레임은 복수의 상기 제1 관통부를 갖고,
    상기 제1 반도체 칩은 각각의 상기 제1 관통부에 배치되는 복수의 제1 반도체 칩을 포함하는 반도체 패키지.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 프레임은 복수의 상기 제2 관통부를 갖고,
    상기 제2 반도체 칩은 각각의 상기 제2 관통부에 배치되는 복수의 제2 반도체 칩을 포함하는 반도체 패키지.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 반도체 패키지와 함께 상기 제1 반도체 패키지 상에 배치되며, 상기 제2 반도체 패키지와 실질적으로 동일한 구조를 갖는 제3 반도체 패키지를 더 포함하는 반도체 패키지.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제2 반도체 패키지와 상기 제3 반도체 패키지의 사이에서, 상기 제1 연결구조체 상에 배치된 수동부품을 더 포함하는 반도체 패키지.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 반도체 패키지 상에 배치되며, 상부 접속단자를 통해 상기 제2 재배선층과 전기적으로 연결되는 배선기판, 및 상기 배선기판 상에 배치된 적어된 하나의 제3 반도체 칩을 포함하는 제3 반도체 패키지를 더 포함하는 반도체 패키지.
  16. 제1 관통부를 갖는 제1 프레임, 상기 제1 프레임의 제1 관통부에 배치되며 제1 접속패드가 배치된 제1 면 및 상기 제1 면의 반대측이며 제2 접속패드가 배치된 제2 면을 갖고, 상기 제2 접속패드와 연결된 관통 비아를 포함하는 제1 반도체 칩, 상기 제1 반도체 칩의 제1 면 상에 배치되며, 상기 제1 반도체 칩의 제1 접속패드와 전기적으로 연결된 제1 재배선층을 포함하는 제1 연결구조체, 및 상기 제1 반도체 칩의 제2 면 상에 배치되며, 상기 제1 반도체 칩의 제2 접속패드와 전기적으로 연결된 백사이드 재배선층을 포함하는 제1 반도체 패키지; 및
    상기 제1 반도체 패키지 상에 배치되며, 상기 제1 재배선층과 전기적으로 연결된 제3 접속패드가 배치된 제3 면을 갖는 제2 반도체 칩을 포함하는 제2 반도체 패키지를 포함하고,
    상기 제1 반도체 칩은 제1 임계 차원(critical dimension)을 갖는 제1 반도체 소자를 포함하고, 상기 제2 반도체 칩은 상기 제1 임계 차원보다 작은 제2 임계 차원을 갖는 제2 반도체 소자를 포함하는 반도체 패키지.
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