KR20240062251A - 반도체 패키지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20240062251A
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redistribution
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sealant
paste bump
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신원빈
박준형
심지혜
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삼성전자주식회사
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Abstract

일 실시예에 따른 반도체 패키지는, 제 1 재배선 기판; 상기 제 1 재배선 기판 위의 반도체 칩; 상기 반도체 칩 위의 제 2 재배선 기판; 상기 제 1 재배선 기판과 상기 제 2 재배선 기판 사이에 채워져서 상기 반도체 칩을 밀봉하는(encapsulating) 밀봉재(encapsulant); 및 상기 밀봉재를 관통하여 상기 제 1 재배선 기판의 상면과 상기 제 2 재배선 기판의 하면을 연결하며, 경화된 페이스트 범프(paste bump)를 포함하는 연결 구조물을 포함한다.

Description

반도체 패키지 및 그 제조 방법{SEMICONDUCTOR PACKAGE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 개시는 반도체 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 산업 분야는 더욱 많은 수동 또는 능동 디바이스들이 주어진 영역 내에 집적될 수 있도록 집적 밀도의 향상을 추구하고 있다. 따라서, 높은 직접 밀도를 제공하는 패키징 기술에 대한 필요성이 증가하고 있으며, 이러한 패키징 기술로서 반도체 패키지의 상부에 다른 반도체 패키지를 적층하는 패키지 온 패키지(Package-on-Package; POP) 구조의 반도체 장치가 알려져 있다.
종래의 패키지 온 패키지 구조는 전면 재배선(Front side redistribution line; BRDL) 구조물 상에 반도체 칩을 마운트 하고, 반도체 칩을 몰딩하여 하부 반도체 패키지(예를 들어, 팬 아웃 웨이퍼 레벨 패키지(fan-out wafer level package; FOWLP))를 형성할 수 있다. 이 때, 하부 반도체 패키지 상에 후면 재배선(Back side redistribution line; BRDL) 구조물을 형성하고, 후면 재배선 구조물 상에 다른 반도체 패키지 또는 반도체 칩을 마운트하여 패키지 온 패키지 구조를 구현할 수 있다.
이러한 패키지 온 패키지(POP) 구조에서, 전면 재배선 구조물과 후면 재배선 구조물을 전도성 연결 구조물(예를 들어, Cu Post)을 통해 전기적으로 연결해야 한다. 이를 위해, 하부 반도체 패키지의 몰딩 전에, 복수 회의 포토리소그래피, 도금 공정을 통해 전면 재배선 구조물 상에 연결 구조물을 형성해야 하므로, 공정이 복잡해지고 지연되는 문제가 있다.
또한, 두께가 큰 반도체 칩이 탑재되는 경우에, 연결 구조물의 높이를 증가시키는데 어려움이 있다.
일 측면은, 전면 재배선 구조물과 후면 재배선 구조물을 전기적으로 연결하는 공정을 간단하게 하고, 두께가 큰 반도체 칩에 대응할 수 있는 연결 구조물이 포함된 반도체 패키지 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
일 실시예에 따른 반도체 패키지는, 제 1 재배선 기판; 상기 제 1 재배선 기판 위의 반도체 칩; 상기 반도체 칩 위의 제 2 재배선 기판; 상기 제 1 재배선 기판과 상기 제 2 재배선 기판 사이에 채워져서 상기 반도체 칩을 밀봉하는(encapsulating) 밀봉재(encapsulant); 및 상기 밀봉재를 관통하여 상기 제 1 재배선 기판의 상면과 상기 제 2 재배선 기판의 하면을 연결하며, 경화된 페이스트 범프(paste bump)를 포함하는 연결 구조물; 을 포함한다.
상기 연결 구조물은 상기 제 1 재배선 기판과 상기 제 2 재배선 기판을 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 페이스트 범프는 상부에서 하부로 갈수록 평면상의 단면적이 작아질 수 있다.
상기 연결 구조물은 상기 페이스트 범프의 상부 및 하부 중 적어도 하나에 도금부를 더 포함하고, 상기 페이스트 범프는 상기 도금부와 소재가 상이할 수 있다.
상기 연결 구조물은 상기 제 1 재배선 기판 상면의 제 1 본딩 패드를 더 포함하고, 상기 페이스트 범프는 상기 제 1 본딩 패드와 상기 제 2 재배선 기판을 연결할 수 있다.
상기 제 1 본딩 패드는 상기 제 1 재배선 기판 위에서 상기 반도체 칩의 하단보다 위로 돌출될 수 있다.
상기 연결 구조물은 상기 제 2 재배선 기판 하면에서 연장된 전도성 기둥을 더 포함하고, 상기 페이스트 범프는 상기 전도성 기둥과 상기 제 1 재배선 기판을 연결할 수 있다.
상기 전도성 기둥은 상기 반도체 칩의 상단보다 아래로 돌출될 수 있다.
상기 제 2 재배선 기판 위의 상부 패키지를 더 포함하고, 상기 상부 패키지의 본딩 부재가 상기 제 2 재배선 기판 상면의 제 2 본딩 패드와 연결되어, 상기 상부 패키지가 상기 제 2 재배선 기판과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제 1 재배선 기판의 하면에 돌출된 패키지 범프를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 반도체 패키지는, 제 1 재배선 기판; 상기 제 1 재배선 기판 위의 반도체 칩; 상기 제 1 재배선 기판과 상기 반도체 칩을 전기적으로 연결하는 칩 범프; 상기 반도체 칩 위의 제 2 재배선 기판; 상기 제 1 재배선 기판과 상기 제 2 재배선 기판 사이에 채워져서 상기 반도체 칩을 밀봉하는(encapsulating) 밀봉재(encapsulant); 상기 밀봉재를 관통하고, 상기 제 1 재배선 기판의 상면과 상기 제 2 재배선 기판의 하면을 연결하는 기둥 형태를 갖되, 적어도 일부는 상부에서 하부로 갈수록 평면상의 단면적이 작아지는 경화된 페이스트 범프(paste bump)를 포함하며, 상기 제 1 재배선 기판과 상기 제 2 재배선 기판을 전기적으로 연결하는 연결 구조물; 및 상기 제 1 재배선 기판과 전기적으로 연결되어 상기 제 1 재배선 기판의 하면에 돌출된 패키지 범프를 포함한다.
상기 페이스트 범프(paste bump)는 주석이 포함된 합금을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 반도체 패키지 제조 방법은, 반도체 칩이 배치된 제 1 재배선 기판을 준비하는 단계; 페이스트 범프가 포함된 기둥 구조물로 관통된 밀봉재를 준비하는 단계; 및 상기 밀봉재를 상기 제 1 재배선 기판 위에 적층하여 상기 반도체 칩을 밀봉하는 단계를 포함한다.
상기 제 1 재배선 기판을 준비하는 단계는, 제 1 캐리어 위에 제 1 재배선 기판을 형성하는 단계, 및 상기 제 1 재배선 기판 위에 상기 반도체 칩을 본딩하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 밀봉재를 준비하는 단계는, 제 2 캐리어 위에 상기 페이스트 범프를 인쇄하여 상기 기둥 구조물을 형성하는 단계, 및 상기 기둥 구조물이 반경화 상태의 상기 밀봉재를 관통하여, 상기 밀봉재가 상기 제 2 캐리어 위에 적층되는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기둥 구조물을 형성하는 단계에서, 상기 제 2 캐리어 위에 전도성 기둥을 형성한 후, 상기 전도성 기둥 위에 상기 페이스트 범프를 인쇄할 수 있다.
상기 밀봉재를 준비하는 단계는, 제 2 캐리어 위에 제 2 재배선 기판을 형성하는 단계, 상기 제 2 재배선 기판 위에 상기 페이스트 범프를 인쇄하여 상기 기둥 구조물을 형성하는 단계, 및 상기 기둥 구조물이 반경화 상태의 상기 밀봉재를 관통하여, 상기 밀봉재가 상기 제 2 재배선 기판 위에 적층되는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기둥 구조물을 형성하는 단계에서, 상기 제 2 재배선 기판 위에 전도성 기둥을 형성한 후, 상기 전도성 기둥 위에 상기 페이스트 범프를 인쇄할 수 있다.
상기 밀봉하는 단계에서, 상기 페이스트 범프는 상기 제 1 재배선 기판 위의 본딩 패드와 연결될 수 있다.
상기 밀봉재 위에 제 2 재배선 기판을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 반도체 패키지의 전면 재배선 구조물과 후면 재배선 구조물을 전기적으로 연결하는 연결 구조물의 제작 공정을 간소화함으로써 공정 시간과 비용을 절감할 수 있다.
또한, 이러한 연결 구조물의 높이를 용이하게 증가시킬 수 있으므로, 큰 두께의 반도체 칩에 대응할 수 있다.
도 1은 일 실시예의 반도체 패키지의 단면도이다.
도 2 내지 도 8은 일 실시예의 반도체 패키지의 제조방법을 도시한 도면이다.
도 9 내지 도 11은 다른 실시예의 반도체 패키지의 제조방법을 도시한 도면이다.
도 12 및 도 13은 다른 실시예의 반도체 패키지의 제조방법을 도시한 도면이다.
도 14 및 도 15는 다른 실시예의 반도체 패키지의 제조방법을 도시한 도면이다.
도 16 및 도 17은 다른 실시예의 반도체 패키지의 제조방법을 도시한 도면이다.
도 18은 일 실시예가 적용된 패키지 온 패키지 구조의 반도체 패키지를 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향 쪽으로 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
이하, 도면을 참조하여 일 실시예의 반도체 패키지를 설명한다.
도 1은 일 실시예의 반도체 패키지의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 반도체 패키지(100)는 제 1 재배선 기판(110), 제 1 반도체 칩(10), 제 2 재배선 기판(120), 연결 구조물(150), 및 밀봉재(encapsulant, 50)를 포함한다.
제 1 재배선 기판(110)은 다수의 절연층 및 다수의 제 1 재배선층(Redistribution Layer: RDL, 115)들을 포함하는 전면 재배선(Front-side RDL) 구조물일 수 있다.
제 1 반도체 칩(10)은 제 1 재배선 기판(110) 위에 칩 범프(11)를 통해 본딩되어 제 1 재배선 기판(110)과 전기적으로 연결된다.
제 2 재배선 기판(120)은 제 1 반도체 칩(10)의 상부에 위치하고, 제 1 재배선 기판(110)과 나란하게 배치될 수 있다. 제 2 재배선 기판(120)은 다수의 절연층 및 다수의 제 2 재배선층(125)들을 포함하는 후면 재배선(back-side RDL) 구조물일 수 있다.
한편, 본 명세서에서 "상부", "하부", "상면", "하면"은 도 1에 도시된 반도체 패키지(100)의 모습을 기준으로 정의한다.
연결 구조물(150)은 제 1 재배선 기판(110)과 제 2 재배선 기판(120)을 전기적으로 연결하는 부분이다. 연결 구조물(150)은 제 1 반도체 칩(10)과 이격되어 배치될 수 있다. 연결 구조물(150)은 상기 제 1 재배선 기판의 상면과 상기 제 2 재배선 기판의 하면을 연결하며, 기둥 형태를 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 연결 구조물(150)은 경화된 페이스트 범프(paste bump, 155)를 포함할 수 있다. 도 1을 참조하면, 연결 구조물(150)은 제 1 재배선 기판(110) 상면에 형성된 제 1 본딩 패드(111), 및 제 1 본딩 패드(111)와 제 2 재배선 기판(120)을 연결하는 페이스트 범프(155)를 포함할 수 있다. 페이스트 범프(155)는 전도성 금속 입자가 포함된 전도성 페이스트로 형성될 수 있다. 제 1 본딩 패드(111)는 제 1 재배선층(115)과 전기적으로 연결되고, 페이스트 범프(155)는 제 2 재배선층(125)과 전기적으로 연결되므로, 연결 구조물(150)을 통해 제 1 재배선 기판(110)과 제 2 재배선 기판(120)을 전기적으로 연결할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 페이스트 범프(155)는 인쇄 공정을 통하여 형성할 수 있다. 인쇄 공정을 이용하여 페이스트 범프(155)를 형성하는 경우, 포토리소그래피 공정 및 도금 공정을 복수회 반복하여 전도성 기둥을 형성하는 종래의 방식에 비하여 제조 공정이 간단해질 수 있다.
인쇄 공정을 통해 형성된 페이스트 범프(155)는 인쇄면에서 멀어질수록 평면상의 단면적이 점진적으로 작아지는 형태, 예를 들어 원뿔대와 유사한 형태를 갖게 된다. 이에 따라, 페이스트 범프(155)로 이루어진 연결 구조물(150)의 부분은 반도체 패키지(100)를 기준으로 상부에서 하부로 갈수록 평면상의 단면적이 작아지는 형태를 가질 수 있다. 즉, 상단 단면적이 하단 단면적보다 큰 형태를 가질 수 있다.
한편, 페이스트 범프(155)는 제 1 재배선 기판(110) 상에 인쇄되는 것이 아니고, 별도의 캐리어 위에 인쇄되므로, 페이스트 범프(155) 형성 공정을 제 1 반도체 칩(10)의 본딩 공정과 병렬적으로 진행할 수 있다. 또한, 종래의 방식과 결합하여 연결 구조물(150)의 높이를 연장할 수 있으므로, 제 1 반도체 칩(10)의 높이에 대응하여 연결 구조물(150)의 높이를 용이하게 조절할 수 있다. 관련하여 상세한 제조 공정 및 다양한 변형 형태는 뒤에서 다시 설명한다.
밀봉재(50)는 제 1 재배선 기판(110)과 제 2 재배선 기판(120) 사이에 채워져서, 밀봉재(50)가 제 1 반도체 칩(10)을 밀봉(encapsulating)하며, 연결 구조물(150)을 둘러쌀 수 있다. 즉, 연결 구조물(150)은 밀봉재(50)를 관통하는 구조를 가질 수 있다.
이하, 일 실시예의 반도체 패키지의 제조 방법을 설명한다.
도 2 내지 도 8은 일 실시예의 반도체 패키지의 제조방법을 도시한 도면이다. 도 2 내지 도 8은 이해의 편의를 위해 단면도로 도시하였다. 또한, 도면에서는 이해의 편의를 위하여 하나의 반도체 패키지 부분만을 도시하였으나, 웨이퍼 레벨 공정을 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3은 일 실시예의 반도체 패키지 제조방법 중 제 1 반도체 칩(10)이 배치된 제 1 재배선 기판(110)을 준비하는 단계를 도시하였다.
도 2를 참조하면, 제 1 캐리어(CS1) 위에 제 1 재배선 기판(110)을 형성할 수 있다. 제 1 재배선 기판(110)은 다수의 절연층(도면번호 미도시), 다수의 제 1 재배선층(115) 및 다수의 제 1 재배선층(115) 간의 전기적인 연결을 위한 다수의 비아(도면번호 미도시)를 포함할 수 있다. 절연층은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물 같은 실리콘 베이스의 절연물, PBO, BCB 또는 폴리이미드와 같은 폴리머(Polymer) 및 PSG 또는 BPSG와 같은 질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제 1 재배선층(115)은 구리, 알루미늄, 니켈, 티타늄 및 이들의 합금 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 비아는 구리, 구리 함유 조성물 또는 구리 합금으로 형성될 수 있다. 또는, 알루미늄, 니켈 등과 같은 재료로 형성될 수도 있다.
제 1 재배선 기판(110)의 상면에는 제 1 본딩 패드(111)가 형성될 수 있다. 제 1 본딩 패드(111)는 제 2 재배선 기판(120)과 전기적으로 연결되기 위한 구성으로, 연결 구조물(150)을 구성하는 페이스트 범프(155)가 본딩되는 부분이다. 제 1 본딩 패드(111)는 제 1 재배선 기판(110)의 상면에 돌출되어 외부로 노출될 수 있으며, 포토리소그래피 공정 및 도금 공정 등을 통해 형성할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 제 1 본딩 패드(111)는 연결 구조물(150)의 일부가 될 수 있다.
도 3을 참조하면, 제 1 반도체 칩(10)이 제 1 재배선 기판(100)에 배치될 수 있다. 제 1 반도체 칩(10)은 제 1 재배선 기판(100) 위에 본딩될 수 있다. 예를 들어, 제 1 반도체 칩(10)은 칩 범프(11)를 통해 제 1 재배선 기판(100)과 전기적으로 연결될 수 있다. 도면에서는 하나의 제 1 반도체 칩(10) 만을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 반도체 칩이 배치될 수 있다.
한편, 제 1 재배선 기판(100)의 하면의 제 1 캐리어(CS1)는 추후 제거되며, 이후 공정에서 제 1 재배선 기판(100)의 하면 보호를 위한 보호 수단, 예를 들어, 보호 필름 등이 부착될 수 있다.
도 4 및 도 5는 일 실시예의 반도체 패키지 제조방법 중 페이스트 범프(155) 및 밀봉재(50)를 준비하는 단계를 도시하였다.
도 4를 참조하면, 제 2 캐리어(CS2) 상에 페이스트 범프(155)를 형성할 수 있다. 페이스트 범프(155)는 플럭스(flux)와 전도성 금속 입자가 포함된 전도성 페이스트로 형성될 수 있다. 전도성 페이스트는 열을 가하면 경화되는 열 경화성을 가질 수 있다. 전도성 금속 입자는 은, 구리, 주석, 인듐, 및 니켈을 포함할 수 있고, 예를 들어, 주석이 포함된 합금일 수 있다.
페이스트 범프(155)의 형성 과정은, 페이스트 범프(155)가 형성될 위치에 홀이 형성된 마스크를 제 2 캐리어(CS2) 위에 위치시키고, 스퀴지(squeegee)를 이용하여 전도성 페이스트를 제 2 캐리어(CS2) 위에 인쇄한다. 이 때, 소정 높이의 페이스트 범프(155)를 형성하기 위하여 복수회 반복 인쇄할 수 있다. 한편, 인쇄 과정을 통하여 제 2 캐리어(CS2) 위에 기둥 형태의 페이스트 범프(155)가 형성될 수 있으며, 이후 리플로우 공정을 통해 제 2 캐리어(CS2) 위에 인쇄된 페이스트 범프(155)를 경화시킬 수 있다.
인쇄된 페이스트 범프(155)는 열에 의해 플럭스가 증발되어 금속 재질의 기둥 형태가 남은 경화된 페이스트 범프(155) 상태일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 인쇄된(또는 경화된) 페이스트 범프(155)는 전도성 금속 입자, 즉 그레인(grain)들이 불균일하게 배열된 상태일 수 있으며, 불균일한 사이즈를 가진 상태일 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 경화된 페이스트 범프(155)는 제 2 캐리어(CS2)에서 멀어질수록 평면상의 단면적이 작아지는 원뿔 또는 원뿔대와 유사한 형태로 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 경화된 페이스트 범프(155)가 밀봉재(50)를 관통함으로써, 밀봉재(50)를 제 2 캐리어(CS2) 위에 적층할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 밀봉재(50)는 반경화 상태일 수 있으며, 열을 가하면 유동성과 탄성을 갖는 B-Stage 상태일 수 있다. 예를 들어, 밀봉재(50)는 경화된 페이스트 범프(155)보다 경도가 낮을 수 있으며, 필름(film) 형태일 수 있다. 이에 따라, 경화된 페이스트 범프(155)로 밀봉재(50)를 관통할 수 있으며, 이후 공정에서 밀봉재(50)에 열을 가함으로써 밀봉재(50)가 페이스트 범프(155)를 빈틈없이 둘러싸게 되고, 제 1 반도체 칩(10)을 효과적으로 밀봉할 수 있다.
밀봉재(50)는 몰딩 컴파운드, 몰딩 언더필, 에폭시 및/또는 수지를 포함할 수 있으며, 예를 들어, EMC(Epoxy Molding Compounds)일 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시된, 페이스트 범프(155) 및 밀봉재(50)를 준비하는 단계는, 도 2 및 도 3에 도시된, 제 1 반도체 칩(10)이 배치된 제 1 재배선 기판(110)을 준비하는 단계와 병렬적으로 진행될 수 있다. 이에 따라, 일 실시예의 반도체 패키지 제조 공정에 소요되는 시간을 절약할 수 있다.
도 6 내지 도 8은 일 실시예의 반도체 패키지 제조방법 중 제 1 반도체 칩(10)을 밀봉하여 패키징하는 단계를 도시하였다.
도 6을 참조하면, 제 1 반도체 칩(10)이 배치된 제 1 재배선 기판(110) 위에, 밀봉재(50)를 적층할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 경화된 페이스트 범프(155)가 관통되어 있고, B-Stage (또는 반경화) 상태의 밀봉재(50)를, 제 1 재배선 기판(110) 위에 라미네이팅(laminating)할 수 있다.
도 7을 참조하면, 제 1 재배선 기판(110)과 제 2 캐리어(CS2) 사이에 밀봉재(50)가 채워진 상태가 되어, 제 1 반도체 칩(10)을 밀봉할 수 있다. 일 실시예에 따르면, B-Stage (또는 반경화) 상태의 밀봉재(50)를, 제 1 재배선 기판(110) 위에 라미네이팅한 후, 가열 및 경화 과정을 통하여 제 1 재배선 기판(110)과 제 2 캐리어(CS2) 사이에 빈 공간이 없도록 밀봉재(50)를 채울 수 있다.
도 7을 참조하면, 페이스트 범프(155)는 제 1 재배선 기판(110) 위의 제 1 본딩 패드(111)와 연결될 수 있다. 이를 위해, 경화된 페이스트 범프(155)가 관통된 반경화 상태의 밀봉재(50)를 제 1 재배선 기판(110) 위에 라미네이팅 할 때, 페이스트 범프(155)의 위치가 제 1 본딩 패드(111)의 위치에 대응되도록 정렬하여 진행될 수 있다,
도 8을 참조하면, 밀봉재(50) 위의 제 2 캐리어(CS2)를 제거한 후, 밀봉재(50) 위에 제 2 재배선 기판(120)을 형성할 수 있다. 제 2 재배선 기판(120)은 앞서 설명한 제 1 재배선 기판(110)의 형성 과정과 동일할 수 있다. 이에 따라, 제 2 재배선 기판(120)은 다수의 절연층(도면번호 미도시), 다수의 제 2 재배선층(125) 및 다수의 제 2 재배선층(125) 간의 전기적인 연결을 위한 다수의 비아(미도시)를 포함할 수 있다.
제 2 재배선 기판(120)의 상면에는 제 2 본딩 패드(121)가 형성될 수 있다. 제 2 본딩 패드(121)는 제 2 재배선 기판(120) 위에 배치되는 제 2 반도체 칩(20, 도 18 참조) 또는 다른 반도체 패키지(P2, 도 18 참조)를 제 2 재배선 기판(120)과 전기적으로 연결하기 위한 구성이다. 제 2 본딩 패드(121)는 제 2 재배선 기판(120)의 상면에 돌출되어 외부로 노출될 수 있으며, 포토리소그래피 공정 및 도금 공정 등을 통해 형성할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 제 2 본딩 패드(121)는 제 2 반도체 칩(20, 도 18 참조) 또는 다른 반도체 패키지(P2, 도 18 참조)와 전기적으로 연결된 본딩 부재(140, 도 18 참조)와 연결될 수 있다.
제 1 재배선 기판(110)의 하면에는 패키지 범프(130)가 형성될 수 있다. 패키지 범프(130)는 반도체 패키지(100)를 외부 회로(미도시)에 연결하는 부분이며, 제 1 재배선 기판(110)과 전기적으로 연결될 수 있다. 패키지 범프(130)는 솔더(solder)를 포함할 수 있고, 일 예로 솔더볼(solder ball)을 포함할 수 있다.
이하, 다른 실시예들을 도면과 함께 설명한다. 이하 설명하는 실시예에서는 앞서 설명한 실시예와 동일한 내용은 생략하고 차이점을 중심으로 설명한다.
도 9 내지 도 11은, 다른 실시예의 반도체 패키지의 제조방법을 도시한 도면으로, 본 실시예에서는 제 2 재배선 기판(120)을 미리 형성할 수 있다.
도 9를 참조하면, 제 2 캐리어(CS2) 바로 위에 페이스트 범프(155)를 형성하지 않고, 제 2 캐리어(CS2) 위에 제 2 재배선 기판(120)을 형성(인쇄)할 수 있다. 이어서, 제 2 재배선 기판(120)위에 페이스트 범프(155)를 형성할 수 있다. 이에 따라, 페이스트 범프(155)와 제 2 재배선 기판(120) 간의 정렬 불량 등을 방지할 수 있다.
도 10을 참조하면, 제 2 재배선 기판(120) 위에 밀봉재(50)를 적층할 수 있다. 이 때, 앞서 설명한 실시예와 동일하게, 경화된 페이스트 범프(155)가 반경화 상태의 밀봉재(50)를 관통할 수 있다.
도 11을 참조하면, 제 2 캐리어(CS2)를 제거하고, 제 2 재배선 기판(120) 상면에 제 2 본딩 패드(121)를 형성할 수 있다. 또한, 밀봉재(50)를 제 1 반도체 칩(10)이 배치된 제 1 재배선 기판(110) 위에 적층, 예를 들어 라미네이팅 할 수 있다. 이 때, 페이스트 범프(155)는 제 1 재배선 기판(110) 상면의 제 1 본딩 패드(111)와 연결될 수 있다.
한편, 제 1 반도체 칩(10)이 두꺼운 경우, 그에 대응되도록 높이가 큰 연결 구조물(150)을 형성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 페이스트 범프(155)의 상부 및 하부 중 적어도 하나에 도금부를 더 포함할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따르면, 연결 구조물(150)을 구성하는 페이스트 범프(155)와 도금부와 소재가 상이할 수 있다. 예를 들어, 도금부는 구리가 포함된 도금 물질을 포함할 수 있다. 도금부는 제 1 본딩 패드(111) 및 전도성 기둥(152) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 12 및 도 13은 높이가 큰 연결 구조물(150)을 형성한 다른 실시예의 반도체 패키지의 제조방법을 도시한 도면으로, 본 실시예에서는 페이스트 범프(155)의 하부에, 도금부로써, 제 1 본딩 패드(111)를 높게 형성할 수 있다.
도 12를 참조하면, 포토리소그래피 공정 및 도금 공정을 통해 제 1 재배선 기판(110) 위에 제 1 본딩 패드(111)를 높게 형성할 수 있다. 예를 들어, 포토레지스트를 높게 쌓은 후 제거하는 방식으로 제 1 본딩 패드(111)를 높게 형성할 수 있다. 제 1 본딩 패드(111)는 250μm 이하로 형성할 수 있으며, 일 실시예에 따르면, 제 1 본딩 패드(111)는 제 1 반도체 칩(10)의 하단보다 높게 돌출될 수 있다. 다시 말해, 제 1 본딩 패드(111)는 제 1 반도체 칩(10)의 하단의 높이(B1)보다 높게 형성할 수 있다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 제 1 본딩 패드(111)가 높게 형성된 제 1 재배선 기판(110) 위에 페이스트 범프(155)가 관통한 상태의 밀봉재(50)를 적층할 수 있다. 이 때, 페이스트 범프(155)는 제 1 본딩 패드(111)와 연결될 수 있다. 즉, 연결 구조물(150)의 높이는 제 1 본딩 패드(111)의 높이만큼 증가하게 된다. 이에 따라, 연결 구조물(150)의 높이를 연장할 수 있으므로, 두께가 큰 제 1 반도체 칩(10)이 배치되는 경우에도 용이하게 연결 구조물(150)을 대응할 수 있다.
도 14 및 도 15는 높이가 큰 연결 구조물(150)을 형성한 다른 실시예의 반도체 패키지의 제조방법을 도시한 도면으로, 본 실시예에서는 페이스트 범프(155)의 상부에, 도금부로써, 전도성 기둥(152)을 더 포함할 수 있다.
도 14를 참조하면, 제 2 캐리어(CS2) 위에 소정 높이(H2)의 전도성 기둥(152)을 형성한 후, 전도성 기둥(152) 위에 페이스트 범프(155)를 형성(인쇄)할 수 있다. 전도성 기둥(152)은 일 예로 구리 포스트(Cu post)를 포함할 수 있다. 제 2 캐리어(CS2) 위에 포토리소그래피 공정 및 도금 공정을 통해 전도성 기둥(152)을 형성할 수 있으며, 전도성 기둥(152) 위에 페이스트 범프(155)를 인쇄할 수 있다. 즉, 연결 구조물(150)의 높이는 전도성 기둥(152)의 높이만큼 증가하게 된다. 이에 따라, 연결 구조물(150)의 높이를 연장할 수 있으므로, 두께가 큰 제 1 반도체 칩(10)이 배치되는 경우에도 용이하게 연결 구조물(150)의 높이를 연장할 수 있다.
전도성 기둥(152)의 높이(H2)는 250μm 이하일 수 있으며, 일 실시예에 따르면, 전도성 기둥(152)이 제 1 반도체 칩(10)의 상단보다 아래로 돌출되게 형성될 수 있다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 소정 높이(H2)의 전도성 기둥(152) 및 페이스트 범프(155)가 관통한 상태의 밀봉재(50)를 제 1 재배선 기판(110) 위에 적층할 수 있다. 이 때, 페이스트 범프(155)는 제 1 본딩 패드(111)와 연결될 수 있다. 즉, 연결 구조물(150)의 높이는 전도성 기둥(152)의 높이(H2)만큼 증가하게 된다. 이에 따라, 연결 구조물(150)의 높이를 연장할 수 있으므로, 두께가 큰 제 1 반도체 칩(10)이 배치되는 경우에도 용이하게 연결 구조물(150)을 대응할 수 있다.
도 16 및 도 17은 다른 실시예의 반도체 패키지의 제조방법을 도시한 도면으로, 본 실시예의 연결 구조물(150)은 페이스트 범프(155)의 상부 및 하부에 각각, 도금부로써, 전도성 기둥(152) 및 제 1 본딩 패드(111)를 포함할 수 있다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 연결 구조물(150)은 페이스트 범프(155), 전도성 기둥(152) 및 제 1 본딩 패드(111)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전도성 기둥(152)은 제 1 반도체 칩(10)의 상단보다 아래로 돌출될 수 있고, 제 1 본딩 패드(111)는 제 1 반도체 칩(10)의 하단보다 위로 돌출될 수 있다. 이에 따라, 연결 구조물(150)의 높이를 연장할 수 있으므로, 두께가 큰 제 1 반도체 칩(10)이 배치되는 경우에도 용이하게 연결 구조물(150)을 대응할 수 있다.
한편, 전술한 다양한 실시예들의 반도체 패키지(100)를 적용하여 패키지 온 패키지(POP) 구조를 구현할 수 있다.
도 18은 일 실시예가 적용된 패키지 온 패키지(POP) 구조의 반도체 패키지를 도시한 도면이다. 도 18을 참조하면, 일 실시예의 반도체 패키지는 제 2 재배선 기판(120) 위에 제 2 반도체 칩(20)이 배치될 수 있다. 또는, 일 실시예의 반도체 패키지는 제 2 재배선 기판(120) 위에 상부 패키지(P2)가 배치될 수 있다. 이하에서는 제 2 재배선 기판(120) 위에 상부 패키지(P2)가 배치되는 경우를 예시로써 설명한다.
상부 패키지(P2)는 제 2 재배선 기판(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상부 패키지(P2)의 하단의 본딩 부재(140)가 제 2 재배선 기판(120) 상면의 제 2 본딩 패드(121)에 본딩됨으로써, 상부 패키지(P2)가 제 2 재배선 기판(120)에 전기적으로 연결될 수 있다. 본딩 부재(140)는 솔더(solder)를 포함할 수 있고, 예를 들어, 솔더볼(solder ball), 솔더범프(solder bump)를 포함할 수 있다.
도면에 도시되지 않았지만, 본딩 부재(140)는 본딩 와이어를 포함할 수 있다. 상부 패키지(P2)는 본딩 와이어(미도시)를 통해 제 2 재배선 기판(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상부 패키지(P2)와 전기적으로 연결된 본딩 와이어가 제 2 본딩 패드(121)에 본딩됨으로써, 상부 패키지(P2)는 제 2 재배선 기판(120)과 전기적으로 연결될 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10 제 1 반도체 칩
11 칩 범프
20 제 2 반도체 칩
50 밀봉재
100 반도체 패키지
110 제 1 재배선 기판
111 제 1 본딩 패드
120 제 2 재배선 기판
121 제 2 본딩 패드
130 패키지 범프
140 본딩 부재
150 연결 구조물
152 전도성 기둥
153 도금부
155 페이스트 범프

Claims (10)

  1. 제 1 재배선 기판;
    상기 제 1 재배선 기판 위의 반도체 칩;
    상기 반도체 칩 위의 제 2 재배선 기판;
    상기 제 1 재배선 기판과 상기 제 2 재배선 기판 사이에 채워져서 상기 반도체 칩을 밀봉하는(encapsulating) 밀봉재(encapsulant); 및
    상기 밀봉재를 관통하여 상기 제 1 재배선 기판의 상면과 상기 제 2 재배선 기판의 하면을 연결하며, 경화된 페이스트 범프(paste bump)를 포함하는 연결 구조물;
    을 포함하는, 반도체 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결 구조물은
    상기 제 1 재배선 기판과 상기 제 2 재배선 기판을 전기적으로 연결하는, 반도체 패키지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결 구조물은 상기 페이스트 범프의 상부 및 하부 중 적어도 하나에 도금부를 더 포함하고,
    상기 페이스트 범프는 상기 도금부와 소재가 상이한, 반도체 패키지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결 구조물은 상기 제 1 재배선 기판 상면의 제 1 본딩 패드를 더 포함하고,
    상기 페이스트 범프는 상기 제 1 본딩 패드와 상기 제 2 재배선 기판을 연결하는, 반도체 패키지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결 구조물은 상기 제 2 재배선 기판 하면에서 연장된 전도성 기둥을 더 포함하고,
    상기 페이스트 범프는 상기 전도성 기둥과 상기 제 1 재배선 기판을 연결하는, 반도체 패키지.
  6. 제 1 재배선 기판;
    상기 제 1 재배선 기판 위의 반도체 칩;
    상기 제 1 재배선 기판과 상기 반도체 칩을 전기적으로 연결하는 칩 범프;
    상기 반도체 칩 위의 제 2 재배선 기판;
    상기 제 1 재배선 기판과 상기 제 2 재배선 기판 사이에 채워져서 상기 반도체 칩을 밀봉하는(encapsulating) 밀봉재(encapsulant);
    상기 밀봉재를 관통하고, 상기 제 1 재배선 기판의 상면과 상기 제 2 재배선 기판의 하면을 연결하는 기둥 형태를 갖되, 적어도 일부는 상부에서 하부로 갈수록 평면상의 단면적이 작아지는 경화된 페이스트 범프(paste bump)를 포함하며, 상기 제 1 재배선 기판과 상기 제 2 재배선 기판을 전기적으로 연결하는 연결 구조물; 및
    상기 제 1 재배선 기판과 전기적으로 연결되어 상기 제 1 재배선 기판의 하면에 돌출된 패키지 범프;
    를 포함하는, 반도체 패키지.
  7. 반도체 칩이 배치된 제 1 재배선 기판을 준비하는 단계;
    페이스트 범프가 포함된 기둥 구조물로 관통된 밀봉재를 준비하는 단계; 및
    상기 밀봉재를 상기 제 1 재배선 기판 위에 적층하여 상기 반도체 칩을 밀봉하는 단계;
    를 포함하는, 반도체 패키지 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 밀봉재를 준비하는 단계는,
    캐리어 위에 상기 페이스트 범프를 인쇄하여 상기 기둥 구조물을 형성하는 단계, 및
    상기 기둥 구조물이 반경화 상태의 상기 밀봉재를 관통하여, 상기 밀봉재가 상기 캐리어 위에 적층되는 단계를 포함하는, 반도체 패키지 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 밀봉재를 준비하는 단계는,
    캐리어 위에 제 2 재배선 기판을 형성하는 단계,
    상기 제 2 재배선 기판 위에 상기 페이스트 범프를 인쇄하여 상기 기둥 구조물을 형성하는 단계, 및
    상기 기둥 구조물이 반경화 상태의 상기 밀봉재를 관통하여, 상기 밀봉재가 상기 제 2 재배선 기판 위에 적층되는 단계를 포함하는, 반도체 패키지 제조 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 밀봉하는 단계에서, 상기 페이스트 범프는 상기 제 1 재배선 기판 위의 본딩 패드와 연결되는, 반도체 패키지 제조 방법.
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