KR20230115251A - 테이프 부착을 사용하는 반도체 디바이스 및 그 제조방법 - Google Patents

테이프 부착을 사용하는 반도체 디바이스 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20230115251A
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KR
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semiconductor package
adhesive tape
substrate
package
semiconductor
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KR1020230009173A
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군혁 이
상현 손
유정 장
현의 이
Original Assignee
스태츠 칩팩 피티이. 엘티디.
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Abstract

반도체 디바이스는 기판 및 기판 위에 증착된 인캡슐런트를 포함하는 제1 반도체 패키지를 갖는다. 인캡슐런트 위에 접착 테이프가 배치된다. 전도성 비아는 기판을 노출시키기 위해 접착 테이프 및 인캡슐런트를 통한 트렌치 절단에 의해 형성된다. 제2 반도체 패키지는 제1 반도체 패키지에 대향하여 위치하는 접착 테이프 위에 배치된다. 제1 반도체 패키지와 제2 반도체 패키지는 접착 테이프에 의해 함께 본딩된다.

Description

테이프 부착을 사용하는 반도체 디바이스 및 그 제조방법{SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD USING TAPE ATTACHMENT}
본 발명은 일반적으로 반도체 디바이스에 관한 것이며, 보다 상세하게는 테이프 부착을 사용하는 반도체 디바이스 및 그 제조방법 에 관한 것이다.
반도체 디바이스는 현대 전자 제품에서 흔히 볼 수 있다. 반도체 디바이스는 신호 처리, 고속 계산, 전자기 신호 송수신, 전자 장치 제어, 태양광선을 전기로 변환, 텔레비전 디스플레이용 시각적 이미지 생성과 같은 광범위한 기능을 수행한다. 반도체 디바이스는 통신, 전력 변환, 네트워크, 컴퓨터, 엔터테인먼트 및 소비자 제품 분야에서 사용된다. 반도체 디바이스는 군용 애플리케이션, 항공, 자동차, 산업용 컨트롤러 및 사무 장비에서도 찾아볼 수 있다.
반도체 패키지는 전자 장치 제조업체 및 소비자의 요구를 충족시키기 위해 점점 더 복잡해지고 있다. 동일한 종전 방법을 사용하여 더 복잡한 구조를 형성하기 위해 제조 공정 난이도가 지속적으로 증가하고 있다. 뒤틀림(warpage) 특성을 개선하기 위해 다양한 장치가 추가되고 있지만 상당한 제조 복잡성이 추가된다. 따라서 복잡한 패키지에 적용할 수 있는 간소화된 패키지 및 제조 방법이 필요하다.
도 1a-1c는 쏘우 스트리트에 의해 분리된 복수의 반도체 다이를 갖는 반도체 웨이퍼를 도시한다.
도 2a-2i는 테이프 부착을 사용하여 패키지-온-패키지반도체 디바이스를 형성하는 것을 도시한다.
도 3a 및 3b는 볼 그리드 어레이를 갖는 패키지-온-패키지 상부를 도시한다.
도 4a-4c는 테이프 부착으로 양면 패키지를 형성하는 것을 도시한다.
도 5는 또 다른 양면 실시예를 도시한다.
도 6은 차폐된 실시예를 도시한다. 그리고
도 7a 및 도 7b는 차폐된 반도체 패키지를 전자 장치 내로 집적하는 것을 도시한다.
본 발명은 숫자가 동일하거나 유사한 요소를 나타내는 도면을 참조하여 다음 설명에서 하나 이상의 실시 예로 설명된다. 본 발명은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 최선의 형태의 관점에서 설명되지만, 첨부된 청구범위에 의해 정의된 발명 및 다음 상세한 설명 및 도면에 의해 뒷받침되는 이들의 등가물에 의해 정의되는 본 발명의 사상 및 범위 내에 포함될 수 있는 대안, 수정 및 등가물을 포함하도록 의도됨을 당업자는 이해할 것이다. 본 명세서에서 사용되는 "반도체 다이"라는 용어는 단어의 단수형 및 복수형을 모두 지칭하므로, 단일 반도체 장치 및 다중 반도체 장치 모두를 지칭할 수 있다.
반도체 디바이스는 일반적으로 프론트-엔드 제조 및 백엔드 제조의 두 가지 복잡한 제조 프로세스를 사용하여 제조된다. 프론트 엔드 제조는 반도체 웨이퍼의 표면에 다수의 다이를 형성하는 것을 포함한다. 웨이퍼의 각 다이는 기능적 전기 회로를 형성하기 위해 전기적으로 연결되는 능동 및 수동 전기 구성 요소를 포함한다. 트랜지스터 및 다이오드와 같은 능동 전기 컴포넌트는 전류의 흐름을 제어하는 기능이 있다. 커패시터, 인덕터 및 저항과 같은 수동 전기 컴포넌트는 전기 회로 기능을 수행하는 데 필요한 전압과 전류 사이의 관계를 생성한다.
백-엔드 제조(Back-end manufacturing)는 완성된 웨이퍼를 개별 반도체 다이로 절단하거나 싱귤레이팅하고 구조적 지지, 전기적 상호 연결 및 환경적 격리를 위해 반도체 다이를 패키징하는 것을 지칭한다. 반도체 다이를 싱귤레이팅하기 위해 웨이퍼는 쏘우 스트리트(saw street) 또는 스크라이브(scribe)라고 불리는 웨이퍼의 비기능 영역을 따라 스코어링되고 절단된다. 웨이퍼는 레이저 절단 도구 또는 톱날을 사용하여 개별화된다. 싱귤레이션 후에, 개별 반도체 다이는 다른 시스템 구성 요소와의 상호 연결을 위한 핀 또는 접촉 패드를 포함하는 패키지 기판에 장착된다. 반도체 다이 위에 형성된 접촉 패드는 패키지 내의 접촉 패드에 연결된다. 전기 연결은 도전층, 범프, 스터드 범프, 도전성 페이스트, 본드 와이어 또는 다른 적절한 상호 연결 구조로 이루어질 수 있다. 물리적 지지와 전기적 절연을 제공하기 위해 패키지 위에 인캡슐런트 또는 기타 몰딩 화합물이 증착된다. 그런 다음 완성된 패키지를 전기 시스템에 삽입하고 반도체 디바이스의 기능을 다른 시스템 구성 요소에서 사용할 수 있게 된다.
도 1a는 실리콘, 게르마늄, 알루미늄 인화물, 알루미늄 비소, 갈륨 비소, 갈륨 질화물, 인듐 인화물, 실리콘 카바이드, 또는 다른 벌크 반도체 재료와 같은 베이스 기판 물질(102)을 갖는 반도체 웨이퍼(100)를 도시한다. 복수의 반도체 다이 또는 컴포넌트(104)는 상기 설명된 바와 같이 비활성 다이 간 웨이퍼 영역 또는 쏘우 스트리트(106)에 의해 분리된 웨이퍼(100) 상에 형성된다. 쏘우 스트리트(saw street)(106)는 반도체 웨이퍼(100)를 개별 반도체 다이(104)로 싱귤레이트하기 위한 절단 영역을 제공한다. 일 실시 예에서, 반도체 웨이퍼(100)는 100-450 밀리미터(mm)의 폭 또는 직경을 갖는다.
도 1b는 반도체 웨이퍼(100)의 일부의 단면도를 도시한다. 반도체 다이(104) 각각은 후면(back surface) 또는 비활성 표면(108) 및 능동 소자, 수동 소자, 도전층 및 다이 내부 또는 위에 형성되고 다이의 전기적 설계 및 기능에 따라 전기적으로 상호 연결된 유전체 층으로서 구현되는 아날로그 또는 디지털 회로를 포함하는 활성 표면(110)을 갖는다. 예를 들어, 회로는 디지털 신호 프로세서(DSP), ASIC, MEMS, 메모리 또는 기타 신호 처리 회로와 같은 아날로그 회로 또는 디지털 회로를 구현하기 위해 능동 표면(110) 내에 형성된 하나 이상의 트랜지스터, 다이오드 및 기타 회로 요소를 포함할 수 있다. 반도체 다이(104)는 또한 RF 신호 처리를 위한 인덕터, 커패시터 및 저항기와 같은 집적된 수동소자(IPD)를 포함할 수 있다. 반도체 웨이퍼(100)의 후면(108)은 기재(102)의 일부를 제거하고 반도체 웨이퍼(100) 및 반도체 다이(104)의 두께를 감소시키기 위해 기계적 연삭 또는 에칭 공정으로 선택적인 백그라인딩 작업을 거칠 수 있다.
전기 도전층(112)은 PVD, CVD, 전해 도금, 무전해 도금, 또는 다른 적절한 금속 증착 공정을 사용하여 활성 표면(110) 위에 형성된다. 도전층(112)은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 주석(Sn), 니켈(Ni), 금(Au), 은(Ag), 또는 다른 적절한 전기 도전성 재료의 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 도전층(112)은 활성 표면(110) 상의 회로에 전기적으로 연결된 접촉 패드로서 작동한다.
도전층(112)은 도 1b 에 도시된 바와 같이, 반도체 다이(104)의 에지로부터 제1 거리 떨어져서 나란히 배치된 접촉 패드로서 형성될 수 있다. 대안적으로, 도전층(112)은 접촉 패드의 제1 행이 다이의 에지로부터 제1 거리 떨어져서 배치되고, 그리고 제1 행과 교대로 배치되는 접촉 패드의 제2 행이 다이 에지로부터 제2 거리 떨어져서 배치되도록, 복수의 행에서 오프셋된 접촉 패드로서 형성될 수 있다. 도전층(112)은 더 큰 시스템에 대한 후속하는 전기 상호접속을 위한 접촉 패드를 갖는 반도체 다이(104) 위에 형성된 마지막 도전층을 나타낸다. 그러나 활성 표면(110) 상의 실제 반도체 디바이스와 신호 라우팅을 위한 접촉 패드(112) 사이에 형성된 하나 이상의 중간 도전층 및 절연층이 있을 수 있다.
전기 도전성 범프 재료는 증발, 전해 도금, 무전해 도금, 볼 드롭 또는 스크린 인쇄 공정을 사용하여 도전층(112) 위에 증착된다. 범프 재료는 Al, Sn, Ni, Au, Ag, 납(Pb), 비스무트(Bi), Cu, 땜납, 이들의 조합, 또는 선택적인 플럭스 솔루션을 갖는 다른 적절한 도전재일 수 있다. 예를 들어, 범프 재료는 공융 Sn/Pb, 고연 솔더 또는 무연 솔더일 수 있다. 범프 재료는 적절한 부착 또는 본딩 프로세스를 사용하여 도전층(112)에 본딩된다. 상기 범프 재료는 전도성 볼 또는 범프(114)를 형성하기 위해 재료를 융점 이상으로 가열함으로써 리플로우 될 수 있다. 일 실시 예에서, 전도성 범프(114)는 습윤층, 장벽층, 및 접착 층을 갖는 하부 범프 금속화(UBM) 위에 형성된다. 전도성 범프(114)는 또한 도전층(112)에 압축 본딩되거나 열압착 본딩될 수 있다. 전도성 범프(114)는 기판으로의 전기적 연결을 위해 도전층(112) 위에 형성될 수 있는 한 유형의 상호 연결 구조를 나타낸다. 상기 상호 연결 구조는 또한 본드 와이어, 도전성 페이스트, 스터드 범프, 마이크로 범프, 전도성 기둥(conductive pillars) 또는 기타 전기 상호 연결을 사용할 수 있다.
도 1c에 도시된 바와 같이, 반도체 웨이퍼(100)는 톱날 또는 레이저 절단 도구(118)를 사용하여 쏘우 스트리트(106)를 통해 개별 반도체 다이(104)로 싱귤레이팅된다. 개별 반도체 다이(104)는 KGD 포스트 싱귤레이션 식별을 위해 검사되고 전기적으로 테스트될 수 있다.
도 2a-2i는 테이프 부착을 사용하여 반도체 다이(104)로 패키지 온 패키지(package-on-package)(PoP) 디바이스를 형성하는 것을 도시한다. 도 2a에서, 패키지-온-패키지바닥(package-on-package bottom)(PoPb)(150)은 기판(152) 상에 형성되는 과정 중에 있다. 기판(152)은 더 큰 패널로부터 싱귤레이션된 단위 기판이거나 더 큰 기판 패널의 일부로서 남아 있을 수 있다. 수백 또는 수천 개의 패키지가 일반적으로 단일 기판 패널 내에 또는 단위 기판이 있는 공통 캐리어 상에 형성되며, 단일 유닛에 대해 본원 명세서에서 설명된 것과 동일한 단계를 사용하지만 한꺼번에 수행된다.
기판(152)은 하나 이상의 도전층(156)이 삽입된 하나 이상의 절연층(154)을 포함한다. 절연 층(154)은 한 실시 예에서 코어 절연 보드이며, 도전층(156)이 예를 들어 구리-클래드 라미네이트 기판과 같은 상부 및 하부 표면 위에서 패턴을 갖도록 형성된다. 도전층(156)은 또한 절연 층(154)을 통해 전기적으로 결합된 전도성 비아를 포함한다. 기판(152)은 서로에 대하여 삽입된 임의의 수의 도전층 및 절연 층을 포함할 수 있다. 솔더 마스크 또는 패시베이션 층이 기판(152)의 어느 한 면 위에 형성될 수 있다. 임의의 적합한 유형의 기판 또는 리드프레임이 다른 실시예에서 기판(152)으로 사용된다.
PoPb(150)의 의도된 기능을 구현하기 위해 요구되는 임의의 컴포넌트가 기판(152)으로 장착되거나 그 위에 배치되고 도전층(156)에 전기적으로 연결된다. 기판(152)은 2개의 주요 표면, 즉 상부 표면(157) 및 하부 표면(159)을 갖는다. 전기 컴포넌트들은 임의의 적합한 구성으로 상부 표면(157) 및 하부 표면(159) 상에 실장 된다.
반도체 다이(104)는 도 2a 에서 기판(152)의 표면(157)에 장착된다. 픽 앤 플레이스 또는 기타 적절한 작업을 사용한다. 몰드 언더-필(mold under-fill)(MUF)(160)은 반도체 다이(104)와 기판(152) 사이에 증착된다. MUF(160)는 장착 전에 기판(152) 또는 반도체 다이(104) 상에 증착되거나 장착 후 모세관 작용에 의해 둘 사이에 주입될 수 있다. 추가적인 전기 컴포넌트(162)는 하부 표면(159)에 장착된다. 전기 컴포넌트(162)는 또한 반도체 다이(104)와 함께 상부 표면(157)에 장착될 수 있다. 반도체 다이 또는 개별 능동 또는 수동 컴포넌트와 같은 전기 컴포넌트의 임의의 조합이 원하는 조합으로 표면(157,159) )에 장착될 수 있다. 범프(164)는 범프(114)가 반도체 다이(104) 상에 형성된 것과 유사한 방식으로 하부 표면(159) 상에 형성된다. 범프(164)는 임의의 적합한 유형의 상호접속 구조일 수 있고 임의의 제조 단계에서 형성될 수 있다.
인캡슐런트(170)는 도 2b 에서 기판(152) 및 반도체 다이(104) 위에 증착된다. 인캡슐런트(170)는 에폭시 수지, 에폭시 아크릴레이트, 또는 필러가 첨가되거나 첨가되지 않은 폴리머와 같은 폴리머 복합 재료일 수 있다. 인캡슐런트(170)는 비전도성이며 외부 요소 및 오염 물질로부터 반도체 장치를 환경적으로 보호한다. 인캡슐런트(170)는 또한 반도체 다이(104)를 광 노출로 인한 열화(degradation )로부터 보호한다.
도 2c에서, 접착 테이프(180)는 인캡슐런트(170) 위에 배치된다. 접착 테이프(180)는 기판으로서 폴리이미드(PI) 또는 알루미늄(Al)과 같은 테이프 또는 필름 재료를 포함하며, 테이프의 상부 및 하부 표면 상에 접착제가 코팅된다. 폴리이미드는 전기 접점을 단락시키지 않는 절연 재료로서 편리하다. 알루미늄은 열전도율이 뛰어나며 냉난방 효율을 높일 수 있다. 알루미늄은 플라스틱 부품을 열로부터 보호하고 광원으로부터 빛을 반사하여 빛의 밝기를 높일 수 있다. 알루미늄은 인캡슐런트(170)의 표면을 열이나 화재에 의한 손상으로부터 보호한다. 진동을 감소시키는 알루미늄으로 인해 소음이 감소될 수 있다. 알루미늄은 유연성이 뛰어나며 굴곡진 부위에도 적용이 가능하다. 높은 인장 강도 및 높은 내인열성도 접착 테이프(180)용 알루미늄의 유익한 특성이다. 알루미늄은 전기 전도성을 갖기 때문에 패키지-온-패키지 층 사이에서 전자파 간섭(EMI) 차폐물로 작동할 수 있다. 일 실시 예에서, 접착 테이프(180)는 고순도 알루미늄을 사용하여 형성된다. 다른 실시 예에서, 접착 테이프(180)는 다이 부착 필름(DAF)(die-attach film)이다.
커버 또는 백킹 테이프(182)는 접착 테이프(180)의 일 표면 상에 배치되어 테이프의 상부 접착 표면이 처리 중에 노출되는 것을 방지한다. 도 2c에서, 접착 테이프(180)는 테이프(180)의 하부 표면 상의 접착제에 의해 인캡슐런트(170)에 접착되고, 테이프(180)는 테이프(180)의 상부 표면 상의 접착제에 의해 커버 테이프(182)에 접착된다. 일 실시 예에서 접착제로서 실리콘이 사용된다.
도 2d에서, 비아 개구부(190)는 커버 테이프(182), 접착 테이프(180) 및 인캡슐런트(170)를 통해 레이저 절단 도구(192)를 사용하여 트렌치 절단된다(trench-cut). 레이저 절단 도구(192)는 일부 실시 예에서 적외선 또는 자외선 레이저이다. 트렌치 절단 공정은 기판(152)의 접촉 패드를 노출시키기 위해 접착 테이프(180), 커버 테이프(182) 및 인캡슐런트(170)만을 뚫는다. 레이저 절단 도구(192)를 사용한 트렌치 절단은 전통적인 TSV 기술보다 빠르고 비아 개구부(190)에 대해 더 높은 종횡비를 허용한다. 즉, 더 길고 더 얇은 개구부가 형성될 수 있다. 트렌치 절단은 기판(152) 상의 더 작은 전도성 패드 및 더 두꺼운 인캡슐런트(170)의 사용을 가능하게 한다. 일부 실시 예에서, 특히 접착 테이프(180)가 전도성일 때, 비아 개구부(190) 주변의 테이프(180 및 182) 부분도 제거되어 접착제 테이프(180) 및 비아 개구부(190) 사이의 물리적 분리를 생성하도록 한다.
도 2e는 전도성 재료를 비아 개구부(190)에 증착함으로써 형성된 전도성 비아(196)를 도시한다. 전도성 비아(196)는 전도성 에폭시, 전도성 접착제 또는 솔더 페이스트를 증착함으로써 형성될 수 있다. 다른 실시 예에서, 전도성 재료는 커버 테이프(182) 위에 그리고 비아 개구부(190) 내로 스퍼터링, 분무 또는 도금된다. 전도성 재료는 금, 은, 구리, 알루미늄, 강철 또는 다른 적합한 전도성 재료일 수 있다. 일 실시 예에서, 필요한 열의 양을 줄이기 위해 100℃ 미만에서 경화될 수 있는 제품이 선택되며, 이에 의해 뒤틀림이 줄어든다. 전도성 비아(196)에 적합한 전도성 접착제의 한 예는 Henkel Adhesive Technologies의 ABP2032S이다. 전도성 비아(196)는 기판(152)의 도전층(156)과 물리적 및 전기적으로 접촉하기 위해 비아 개구부(190) 내로 아래로 연장된다.
필요한 경우 전도성 비아(196)가 형성되고 경화된 후, 커버 테이프(182)는 도 2f 에 도시된 바와 같이 접착 테이프(180)의 접착 표면 상부를 노출시키기 위해 제거된다. 커버 테이프(182)는 일반적으로 도시된 바와 같이 벗겨지지만 화학적으로 또는 임의의 다른 적절한 수단을 사용하여 제거될 수 있다. 다른 실시 예에서, 커버 테이프(182)는 사용되지 않으며, 접착 테이프(180)의 상부 표면이 초기에 접착력이 없다. 미리 적용된 접착제를 노출시키기 위해 테이프(180)를 제거하는 대신 이 단계 동안 접착 재료가 테이프(182) 상에 증착된다.
전도성 비아(196)는 접착 테이프(180)와 동일 평면이거나 약간 오목한 상부 표면으로 형성된다. 다른 실시 예에서, 전도성 비아(196)는 인캡슐런트(170)와 거의 동일 평면에 있거나 인캡슐런트(170) 내에 오목한 상부 표면을 갖도록 형성된다. 전도성 비아(196)는 테이프(180)의 상부 표면보다 높게 연장되도록 형성될 수 있다.
도 2g에서, 솔더 페이스트(198)는 노즐(199)을 사용하여 전도성 비아(196) 상에 인쇄된다. 스텐실은 일부 실시 예에서 솔더 페이스트(198)의 분포를 제어한다. 임의의 적합한 솔더 페이스트 인쇄 또는 증착 방법이 다른 실시 예에서 사용된다.
패키지 온 패키지 탑(package-on-package top)(PoPt)(200)이 도 2h 및 도 2i에서 PoPb(150) 위에 배치되어 장착된다. PoPt(200)는 인캡슐레이션된 반도체 다이(204)를 갖는 기판(202)을 포함하는, PoPb(150)와 유사한 구조를 갖는다. PoPt(200)는 다른 실시 예에서 임의의 원하는 전기 컴포넌트를 갖는 임의 유형의 반도체 패키지일 수 있다. PoPt(200)의 기판(202)은 PoPt(200)를 PoPb(150)에 기계적으로 본딩(bonding)시키는 접착 테이프(180) 상에 압착된다. 기판(202)의 바닥은 상호 연결을 위한 랜드 그리드 어레이를 갖는다. 기판(202)의 바닥에 있는 접촉 패드는 솔더 페이스트(198)가 전도성 비아(196) 상에 인쇄된 위치와 정렬된다.
PoPb(150) 및 PoPt(200)는 둘 다 유닛의 싱귤레이션(개별화)되지 않은 패널로 남을 수 있으며, 장착 후에 둘 다 함께 싱귤레이션된다. 다른 실시 예에서, PoPt(200), PoPb(150) 또는 둘 모두는 장착 전에 싱귤레이션된다. PoPt(200) 및 PoPb(150)은 각각 개별적으로 반도체 패키지로 간주될 수 있다. 그것들을 결합한 후에 이들의 결합은 또한 반도체 패키지로 간주될 수 있다. PoP(210)는 두 개의 적층된 반도체 패키지로 구성된 반도체 패키지이다.
도 2i는 PoPb(150)에 장착되고 전도성 비아(196)에 의해 전기적으로 연결된 PoPt(200)로 완성된 PoP(210)를 도시한다. 솔더 페이스트(198)는 전기적 연결의 신뢰성을 개선하기 위해 필요한 경우 리플로우된다. 다른 실시 예에서, 전도성 비아(196)는 PoPt(200)가 테이프(180) 상에 압착될 때 경화되지 않거나 부분적으로 경화된 채로 남아 있는 전도성 접착제 또는 에폭시로 구성된다. 다음에 전도성 비아(196)가 별도의 솔더 페이스트(198)를 필요로 함이 없이 기판(152)과 기판(202) 모두에 물리적으로 접촉하여 있는 동안 경화된다.
PoP(210)는 접착 테이프(180) 및 전도성 비아(196)의 사용 덕택으로 간단한 공정을 사용하여 형성된 복잡한 패키지 유형이다. 전도성 비아(196)는 일반적으로 종래기술에서 인캡슐런트(170) 내에 매립되는 구리 코어 솔더 볼보다 상당히 작다. 또한, 일부 종래 기술의 PoP 구현과 같이 PoPt(200)와 PoPb(150) 사이에 별도의 인터포저가 필요하지 않다. 트렌치 컷으로 비아 개구부(190)를 형성하는 것은 종래 기술보다 훨씬 미세한 상호 연결 피치를 가능하게 한다. 전체 프로세스가 더 간단하고 저렴하며 비틀림 특성이 개선된다. PoPt(200) 및 PoPb(150)는 접착 테이프(180)를 사용하여 적층되어 패키지를 함께 고정시킨다. 트렌치 절단 및 필(채우기)는 PoPt(200)와 PoPb(150)를 전기적으로 연결하는 데 사용된다.
도 3a 및 3b는 랜드 그리드 어레이를 갖는 PoPt(200) 대신에 볼 그리드 어레이를 갖는 PoPt(220)를 사용하여 PoP(212)를 형성하는 것을 도시한다. PoPt(220)는 전기 상호 연결을 위해 기판(202)의 바닥에 형성된 전도성 범프(224)를 갖는다. 범프(224)는 반도체 다이(104) 상의 범프(114)에 대해 전술한 바와 같이 형성될 수 있다. PoPt(220)는 테이프(180) 상에 압착되어 테이프가 기판(202)에 접착되도록 한다. 전도성 비아(196)는 범프(224)를 위한 추가 간극을 제공하기 위해 리세싱될 수 있고, 따라서 테이프(180)가 기판(202)에 물리적으로 접촉할 수 있게 한다. 여분의 두꺼운 테이프(180)는 또한 범프(224)로부터 추가 오프셋으로 기판(202)에 도달하기에 충분한 높이를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시 예에서, 기판(202)과 테이프(180) 사이에 갭이 남아 있다. 테이프 부착은 범프가 리플로우 되어서 PoPb(150)에 기계적으로 결합되도록 하기 전에 PoPt(220)를 제 위치에 유지함으로써 범프(224)에 부착되는 것을 돕는다. 플럭스 재료는 솔더 리플로우 공정을 돕기 위해 위에서 솔더 페이스트(198)가 인쇄된 방법과 유사하게 전도성 비아(196) 상으로 인쇄될 수 있다.
도 4a-4c는 테이프 부착으로 양면 패키지를 형성하는 것을 보여준다. 도 4a에서, 하부 패키지(230)는 기판(231)을 갖는다. 접착 테이프(232) 및 커버 테이프(234)는 기판(231) 상에 배치된다. 하부 패키지(230)는 인캡슐런트(238)의 개구부 내에서 기판(231) 상에 형성된 솔더 범프(236)를 더욱 갖는다.
도 4b에서, 개구부(235)는 커버 테이프(234) 및 접착 테이프(232)를 통해 형성되어 테이프 아래의 기판(231)의 접촉 패드를 노출시킨다. 개구부(235)는 전술한 바와 같이 트렌치 컷에 의해 형성된다. 개구부(235)는 접착 테이프(232) 및 커버 테이프(234)를 통해서만 형성된다. 접착 테이프(232)가 기판(231) 상에 직접 배치되기 때문에 위의 실시 예에서와 같이 추가 인캡슐런트가 없다.
도 4c에서, 전도성 비아(239)는 전도성 비아(196)에 대해 상기 설명한 바와 같이 개구부(235)를 전도성 재료로 충전함으로써 형성된다. 양면 패키지(241)는 상부 패키지(240)를 접착 테이프와 접촉하는 기판(243)을 갖는 접착 테이프(232) 상에 장착함으로써 완성된다. 기판(243)은 랜드 그리드 어레이를 갖지만 볼 그리드 어레이를 가질 수도 있다. 상부 패키지(243)는 반도체 다이(104) 그리고 인캡슐런트(244) 내에 몰딩된 이산 능동 또는 수동 컴포넌트(242)를 포함한다. 적절한 전기 컴포넌트의 임의의 조합이 임의의 원하는 구성으로 하부 패키지(230) 및 상부 패키지(240)의 일부로서 사용될 수 있다.
양면 패키지(241)는 두 기판이 동일한 방향으로 배향된 이전 실시 예와 달리 서로를 향한 각각의 기판으로 배치된 상부 패키지(240) 및 하부 패키지(230)를 갖는다. 하부 패키지(230) 및 상부 패키지(240)는 둘 다 유닛의 싱귤레이션 되지 않은 패널로 남을 수 있고, 장착 후에 둘 다 함께 싱귤레이션 된다. 다른 실시 예에서, 상부 패키지(230), 하부 패키지(240) 또는 둘 모두는 장착 전에 싱귤레이션 된다.
도 5는 양면 패키지(241)와 관련하여 전도성 비아 또는 범프(252)를 추가하는 양면 패키지(250)를 도시한다. 전도성 범프(252)를 위한 비아 개구부는 상부 패키지(240)가 하부 패키지에 장착되기 이전 또는 이후에 하부 패키지(230)를 관통하는 기계적, 화학적 또는 레이저 에칭에 의해 또는 드릴링에 의해 형성될 수 있다. 땜납 또는 다른 전도성 재료가 비아 개구부 내로 증착되어 전도성 범프(252)를 형성하도록 한다. 전도성 범프(252)는 상부 패키지(240)의 기판(243)으로부터 하부 패키지(230)까지 연장되고 하부 패키지의 최하부 표면 너머로 연장된다.
도 6은 상부 패키지(240) 위에 형성된 차폐층(262)을 갖는 양면 패키지(260)를 도시한다. 차폐층(262)은 화학적 증착, 물리적 증착과 같은 적절한 금속 증착 기술, 스프레잉 또는 플레이팅과 같은 다른 스퍼터링 방법을 사용하여 형성된다. 상기 스퍼터링 재료로는 구리, 강철, 알루미늄, 금, 이들의 조합 또는 임의의 다른 적합한 전도성 재료일 수 있다. 일정 실시 예에서, 차폐층(262)은 예를 들면 스텐레스 강철-구리-스텐레스 강철 또는 티타늄-구리와 같이 상이한 재료의 복수 층들을 스퍼터링함에 의해 만들어질 수 있다. 차폐층(262)은 패키지(260)의 컴포넌트와 다른 인접 전자 장치 사이의 전자기 간섭(EMI)을 감소시킨다.
차폐층(262)은 인캡슐런트(244)와 기판(243)의 측면에 형성된다. 차폐층(262)은 선택적으로 기판(243)의 측면에서 노출될 수 있는 기판(243)의 전도층을 통해 접지 전압에 연결된다. 차폐층(262)은 하부 패키지(230) 상에 상부 패키지(240)를 장착하기 전에 형성되어서, 상부 패키지(240)에만 차폐층이 형성되도록 한다. 상기 실시 예들의 유사한 방식으로 형성된 차폐층을 가질 수 있다.
도 7a 및 7b는 전자 장치(340) 내로 패키지(270)와 같은 상기 설명된 반도체 패키지를 집적시킴을 설명한다. 도 7a는 전자 장치(340)의 일부로서 인쇄 회로 기판(PCB) 또는 다른 기판(342) 상에 장착된 패키지(270)의 부분 단면을 도시한다. 범프(346)는 다이(104) 상에 형성되는 범프(112)와 유사한 프로세스로 제조되는 동안 기판(262)의 저부 상에 형성되며, 다음에 PCB(342)의 도전층(344) 내로 리플로우 되어서 패키지(270)를 상기 PCB에 물리적으로 부착하고 전기적으로 연결하도록 한다. 다른 실시 예에서, 열압착 또는 다른 적합한 부착 및 연결 방법이 사용된다. 일부 실시 예에서, 접착제 또는 언더필 층이 패키지(270)와 PCB(342) 사이에 사용된다. 반도체 다이(104)는 기판(262)을 관통해서 도전층(304)에 전기적으로 결합된다.
도 7b는 PoP(210)를 포함하여, PCB의 표면 상에 실장된 복수의 반도체 패키지를 갖는 PCB(342)를 포함하는 전자 장치(340)를 도시한다. 전자 장치(340)는 애플리케이션에 따라 한 가지 유형의 반도체 패키지 또는 여러 유형의 반도체 패키지를 가질 수 있다. 전자 장치(340)는 하나 이상의 전기적 기능을 수행하기 위해 반도체 패키지를 사용하는 독립형 시스템일 수 있다. 선택적으로, 전자 장치(340)는 더 큰 시스템의 서브컴포넌트일 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(340)는 태블릿 컴퓨터, 셀룰러 폰, 디지털 카메라, 통신 시스템, 또는 다른 전자 장치의 일부일 수 있다. 전자 장치(340)는 또한 그래픽 카드, 네트워크 인터페이스 카드, 또는 컴퓨터 내로 삽입되는 또 다른 신호 처리 카드일 수 있다. 반도체 패키지는 마이크로프로세서, 메모리, ASICs, 논리 회로, 아날로그 회로, RF 회로, 개별 능도 또눈 수동 소자, 또는 기타 반도체 다이 또는 전기 컴포넌트를 포함할 수 있다.
도 7b 에 도시된 바와 같이, PCB(342)는 PCB 상에 장착된 반도체 패키지의 구조적 지지 및 전기적 상호 연결을 위한 일반적인 기판을 제공한다. 도전성 신호 트레이스(344)는 증발, 전해 도금, 무전해 도금, 스크린 인쇄, 또는 다른 적절한 금속 증착 공정을 사용하여 PCB(342)의 층 위에 또는 표면 내에 형성된다. 신호 트레이스(344)는 반도체 패키지, 장착된 컴포넌트, 및 기타 외부 시스템 또는 컴포넌트 사이의 전기 통신을 제공한다. 트레이스(344)는 또한 필요에 따라 반도체 패키지로의 전력 및 접지 연결을 제공한다.
일부 실시 예에서, 반도체 디바이스는 2개의 패키징 레벨을 갖는다. 제1 레벨 패키징은 반도체 다이를 중간 기판에 기계적으로 및 전기적으로 부착하는 기술이다. 제2 레벨 패키징은 중간 기판을 상기 PCB(342)에 기계적으로 및 전기적으로 부착하는 것을 포함한다. 다른 실시 예에서, 반도체 디바이스는 다이가 상기 PCB(342)에 기계적으로 및 전기적으로 직접 장착되는 제1 레벨 패키징 만을 가질 수 있다.
설명의 목적을 위해, 본드 와이어 패키지(346) 및 플립칩(348)을 포함하는, 여러 유형의 제1 레벨 패키징이 PCB(342) 상에 도시되어 있다. 또한, 볼 그리드 어레이(BGA)(350), 범프 칩 캐리어(BCC)(352), 랜드 그리드 어레이(LGA)(356), 멀티칩 모듈(MCM)(358), 쿼드 플랫 무연 패키지(QFN)(360), 쿼드 플랫 패키지(362), 임베디드 웨이퍼 레벨 볼 그리드 어레이(eWLB)(366)를 포함하는 여러 유형의 제2 레벨 패키징이 패키지(270)와 함께 PCB(342) 상에 장착된 것으로 도시된다. 전도성 트레이스(344)는 PCB(342) 상에 배치된 다양한 패키지와 컴포넌트를 페키지(270)에 전기적으로 결합시키며, 패키지(270) 내의 컴포넌트를 PCB의 다른 컴포넌트에 사용하도록 한다.
시스템 요구사항에 따라, 제1 및 제2 레벨 패키징 스타일의 임의의 조합으로 구성된 반도체 패키지의 임의의 조합뿐만 아니라 다른 전자 컴포넌트가 PCB(342)에 연결될 수 있다. 일부 실시 예에서, 전자 장치(340)는 단일 부착 반도체 패키지인 반면, 다른 실시 예에서는 다중 상호 연결된 패키지를 요구한다. 단일 기판 위에 하나 이상의 반도체 패키지를 결합함으로써 제조업체는 미리 만들어진 컴포넌트를 전자 장치 및 시스템에 통합할 수 있다. 반도체 패키지는 정교한 기능을 포함하고 있기 때문에 보다 저렴한 컴포넌트와 간소화된 제조 공정을 통해 전자 장치가 제조될 수 있다. 결과적인 장치는 실패할 가능성이 적고 제조 비용이 저렴하여 소비자 비용이 절감된다.
본 발명의 하나 이상의 실시 예가 상세하게 예시되었지만, 당업자는 이러한 실시 예에 대한 수정 및 변경이 다음 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (15)

  1. 기판 및 상기 기판 위에 증착된 인캡슐런트를 포함하는 제1 반도체 패키지를 제공하는 단계;
    인캡슐런트 상에 접착 테이프를 배치하는 단계;
    기판을 노출시키기 위해 접착 테이프 및 인캡슐런트를 통한 트렌치 절단에 의해 전도성 비아를 형성하는 단계; 그리고
    제1 반도체 패키지에 대향하여 접착 테이프 위에 제2 반도체 패키지를 배치하는 단계를 포함하고, 제1 반도체 패키지와 제2 반도체 패키지는 접착 테이프에 의해 함께 본딩되는, 반도체 디바이스의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 커버 테이프가 접착 테이프에 부착된 상태로 인캡슐런트 상에 접착 테이프를 배치하는 단계를 더욱 포함하는, 반도체 디바이스의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 전도성 비아를 형성하는 단계가 전도성 에폭시 또는 접착제를 트렌치 커팅에 의해 형성된 개구부 내에 증착하는 단계를 포함하는, 반도체 디바이스의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 반도체 패키지 및 제2 반도체 패키지 각각이 접착 테이프와 물리적으로 접촉하는, 반도체 디바이스의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 반도체 패키지에 대향하는 상기 접착 테이프 위에 상기 제2 반도체 패키지를 배치하기 전에, 상기 제2 반도체 패키지 위에 차폐층을 형성하는 단계를 더욱 포함하는, 반도체 디바이스의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 전도성 비아 상에 솔더 페이스트를 배치하는 단계를 더욱 포함하는, 반도체 디바이스의 제조 방법.
  7. 제1 반도체 패키지를 제공하는 단계;
    상기 제1 반도체 패키지 위에 접착 테이프를 배치하는 단계; 그리고
    제1 반도체 패키지와 제2 반도체 패키지 사이에 접착 테이프를 갖는 제1 반도체 패키지 위에 제2 반도체 패키지를 배치하는 단계를 포함하는, 반도체 디바이스 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 반도체 패키지 및 제2 반도체 패키지는 접착 테이프에 의해 함께 본딩되는, 반도체 디바이스 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서, 접착 테이프를 통해 전도성 비아를 형성하는 단계를 더욱 포함하는, 반도체 디바이스 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서, 트렌치 컷을 사용하여 접착 테이프를 통해 개구부를 형성하는 단계를 더욱 포함하는, 방법.
  11. 제1 반도체 패키지;
    제2 반도체 패키지; 그리고
    상기 제1 반도체 패키지와 제2 반도체 패키지 사이에 배치된 접착 테이프를 포함하는, 반도체 디바이스.
  12. 제11항에 있어서, 상기 접착 테이프를 관통하여 형성된 전도성 비아를 더욱 포함하는, 반도체 디바이스.
  13. 제12항에 있어서, 상기 전도성 비아는 전도성 에폭시 또는 접착제를 포함하는, 반도체 디바이스.
  14. 제12항에 있어서, 상기 전도성 비아는 상기 제1 반도체 패키지의 인캡슐런트를 통해 연장되는, 반도체 디바이스.
  15. 제11항에 있어서, 상기 접착 테이프는 상기 제1 반도체 패키지의 기판으로부터 상기 제2 반도체 패키지의 기판까지 연장되는, 반도체 디바이스.
KR1020230009173A 2022-01-26 2023-01-25 테이프 부착을 사용하는 반도체 디바이스 및 그 제조방법 KR20230115251A (ko)

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