KR100678878B1 - 집적 회로 패키지 및 그 제조 방법 - Google Patents

집적 회로 패키지 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 집적 회로 칩과 함께 사용하기 위한 BGA(Ball grid array) 패키지와 같은 집적 회로 패키지를 제공한다. 집적 회로 패키지는, 집적 회로 칩과 보다 낮은 도전성 레벨 간의 접속들이 기판에 형성된 관통 홀들을 감소시키기 위해 형성될 수 있도록, 패키지 내의 보다 낮은 도전성 레벨을 노출하는 공동(cavity)을 구비한 기판을 갖는다. 그 결과, 추가의 신호 라인 상호접속들이 기판 회로 패키지에 포함될 수 있고, 및/또는 집적 회로 칩의 크기가 축소될 수 있다. 이들 각각은 전기적 성능의 향상을 위해 구현될 수 있다. 기판내의 복수의 와이어 본딩 계층들은 와이어 본딩 공정 및 후속 캡슐화 공정을 용이하게 하는 더 큰 와이어 분리를 또한 제공할 수 있다.
집적 회로 패키지, 금속 와이어, 솔더 볼, 볼 그리드 어레이

Description

집적 회로 패키지 및 그 제조 방법{A method of manufacturing an integrated circuit package and integrated cirucit package}
도 1은 볼 그리드 어레이 패키지(ball grid array package)를 제조하기 위한 본 발명의 예시적인 공정을 설명하는 플로우차트.
도 2 내지 도 6은 도 1에 도시된 공정에 따른 연속 제조 단계들 동안의 볼 그리드 어레이 기판의 개략도.
도 7은 도 5에 도시된 볼 그리드 어레이 기판의 평면도.
도 8은 종래의 볼 그리드 어레이 패키지의 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 기판 2 : 접착제
3 : 집적 회로 칩 4 : 금속 와이어
5 : 성형부 6 : 솔더 볼
10 : 다중층 기판 30a : 전력면
30b : 세그먼트
발명의 분야
본 발명은 일반적으로 집적 회로들에 관한 것으로, 특히, 집적 회로용 패키지들 및 그 패키지들을 제조하는 방법에 관한 것이다.
발명의 배경
볼 그리드 어레이(BGA) 집적 회로 패키지들(이후 BGA 패키지들이라 함)은 집적 회로 칩들을 장착하는데 널리 사용되는데, 그 이유는 다른 패키지 기술들보다 여러 가지의 이점들을 제공하기 때문이다. BGA 패키지들은 복수의 핀 구조체들이 한정된 표영역들에 장착되는 것을 허용한다. 또한, BGA 패키지들은 충격 손상에 덜 영향을 받는데, 그 이유는 BGA 패키지의 외부 단자들이 짧고 굵기 때문이다. 더욱이, BGA 패키지는 볼 트래이스들(ball traces)을 땜납하기 위한 비교적 짧은 본드 패드를 가져 결과적으로 전기적 성능을 향상시킨다.
도 8은 종래의 BGA 패키지를 예시한다. BGA 패키지는 기판(1)을 포함하고, 상기 기판(1)은 이중 측면 또는 다중층 구조로, 접착제(2)에 의해 기판(1)의 상부면 상에 장착된 집적 회로 칩(3)으로 구성될 수 있다. 금속 와이어들(4)은 기판(1)상에 형성된 본드 패드들(7)과 함께 집적 회로의 상부면 상에 형성된 복수의 본드 패드들(3a)을 전기적으로 상호접속시킨다. 또한, 집적 회로 칩(3)과 금속 와이어들(4)을 캡슐로 싸도록 기판(1)의 상부면 상에 형성된 성형부(molding section)(5)가 제공된다. 솔더 볼들(6)은 기판(1)의 하부면상에 접착된다. 본드 패드들(7)은 기판(1)내에 형성된 도금된 관통 홀들(plated through holes)(8)을 사용하여 솔더 볼들(6)에 접속된다.
상기 BGA 패키지를 제조하기 위해서, 집적 회로 칩(3)은 다이 본딩 공정에서 접착제(2)에 의해 기판(1)의 상면의 중심부에 접착된다. 이후, 와이어 본딩 공정에서, 집적 회로(3)의 상부면 상에 형성된 본드 패드들(3a) 및 기판(1)상에 형성된 본드 패드들(7)은 금속 와이어들(4)과 상호접속된다. 성형 공정을 사용하는 것에 의해, 집적 회로(3), 금속 와이어들(4) 및 기판(1)의 상부면의 일부가 성형부(5)를 형성하도록 에폭시에 의해 캡슐에 싸인다. 솔더 볼 접착 공정에서, 솔더 볼들(6)은 기판(1)의 하부면에 접착된다.
이러한 BGA 패키지가 이점들을 제공하지만 결점들도 제공한다. 예를 들면, 다수의 관통 홀들은 전력 링 및 접지 링 사이의 다중층 금속화 구조체 및 각각의 내부 면들로 이루어진 기판(1)내에 형성된다. 그 결과, 전기적 성능이 저하되는데, 그 이유는 내부 전력 및 접지면들을 통해 흐르는 전류를 위한 도전성 경로들이 축소되기 때문이다. 따라서, 상기 문제점을 저감하는 BGA 패키지를 개발하는 것이 요구되고 있다.
본 발명은 집적 회로 칩과 함께 사용하기 위한 BGA 패키지와 같은 집적 회로 패키지에 관한 것이다. 집적 회로 패키지의 기판은 집적 회로와 보다 낮은 도전성 레벨 사이에 접속들이 형성될 수 있도록 기판의 보다 낮은 도전성 레벨을 노출시키는 공동을 갖는다. 따라서, 도전층에서 도전층까지의 도금된 관통 홀 접속들에 대한 요구가 감소한다. 그 결과, 내부 전력 및 접지면들내의 도전성 경로들이 도금된 관통 홀들에 의해 반드시 절단되는 것은 아니므로, 종래의 기술들에 의한 전기적 성능 하락을 피하거나 다소 감소시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 전기적 성능의 향상을 위해 많은 신호들이 추가되고 및/또는 집적 회로의 크기가 축소되는 것을 허용한다. 기판내의 복수의 와이어 본딩 계층들은 와이어 본딩 공정 및 후속 캡슐화 공정을 용이하게 하는 더 큰 와이어 분리를 또한 제공할 수 있다.
예시적으로, 집적 회로 패키지의 기판은 제 1 유전층 위에 형성된 도전층 및 제 1 도전층 위에 형성된 제 2 유전층을 포함한다. 제 2 유전층은 제 1 도전층의 일부를 노출하는 공동을 갖는다. 또한, 제 2 유전층 위에 배치되고, 제 1 도전층의 노출된 부분에 결합되는 집적 회로가 제공된다.
상기 일반적인 설명과 하기의 상세한 설명은 모두 예시적인 것이며, 본 발명을 제한하는 것이 아님을 이해해야 한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조로 이하의 상세한 설명으로부터 명백히 이해될 수 있다. 반도체 산업의 관례에 따라서, 도면의 여러 부분들은 비례대로 그려지지 않았음을 강조한다. 대조적으로, 여러 부분들의 치수들은 명확함을 위해 임의적으로 확장되거나 축소되었다. 도면에는 이하의 도면이 포함되어 있다.
이제 도면을 참조로, 동일한 구성요소에는 동일한 참조 부호들을 사용하였으며, 도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 집적 회로 패키지를 제조하는 공정을 설명하는 플로우차트이다. 도 1에 도시된 공정은 도 2 내지 6과 관련하여 이하에 설명된다.
단계(100)에서, 다중층 기판(10)(도 2)이 제공된다. 다중층 기판(10)을 제조하는 공정은 잘 알려져 있다. 기판은 절연층들(20, 22, 24) 및 도전층들(30, 32, 34, 36)을 포함한다. 도전층들(30, 32, 34, 36)은 표준 기술들을 사용하여 패터닝될 수 있다. 이들 층은 다중층(10)의 상부(12)에서 하부(14)까지 상호접속들을 형성하기 위해 패터닝된다. 도전층들(30, 32, 34 36)은 구리나 다른 적당한 도전성 재료와 같은 금속일 수 있다.
단계(110)에서, 40 및 42(도 3)와 같은 관통 홀들은 표준 공정들을 사용하여 다중층 기판(10)에서 형성된다. 예를 들면, 관통 홀들은 다중층 기판(10)의 기계적 또는 레이저 드릴링(laser drilling)에 의해 형성될 수 있다. 2개의 관통 홀들(40, 42)을 도시하였지만, 다중층 기판(10)에는 다수의 관통 홀들이 형성될 수 있다.
다음에, 단계(112)에서, 관통 홀들(40, 42) 및 외측의 도전층들이 도금된다. 외측의 도전층들은 도전층들(32, 36)을 포함한다. 도금 공정은 관통 홀들을 포함하는 노출된 표면들 상에 시드층(seed layer)을 형성한 후에, 무전기 도금 플래시(electroless plating flash) 및 전기도금(electroplating)을 포함한다. 도금 재료들은 예를 들어 구리를 포함한다. 단계(114)에서, 도전층들(32, 36)은 잘 알려진 공정들을 사용하여 패터닝된다. 이후, 단계(116)에서, 솔더 마스크(solder mask)(46, 48)는 도전층들(32, 36)에 인가되어, 도전층들(32, 36) 및 절연층(22)의 부분들을 노출하기 위해 패터닝된다.
다음에, 단계(120)에서, 공동(50)(도 5)은 도전층(30)을 노출하기 위해 절연층(22)에 형성된다. 공동(50)은 라우팅(routing), 레이저 밀링(laser milling), 플라즈마 에칭 또는 다른 공동 형성 기술들에 의해 형성될 수 있다. 도전층(30)을 노출시킴으로써, 집적 회로로부터의 와이어 본드들은 다중층(10)내에 적어도 2개의 상이한 본딩 계층들에 직접 형성될 수 있다.
도전층(30)의 하나 이상의 노출된 부분들은 전력면, 링 또는 영역을 형성할 수 있다. 이 경우, 집적 회로의 다수의 본딩 패드들은 노출면, 링 또는 영역에 상호접속될 수 있다. 전력면 대신에, 도전층(30)의 노출된 부분들은 접지면을 형성할 수 있다. 이러한 방법에서, 전력 또는 접지에 접속하기 위한 다수의 관통 홀들에 대한 필요성이 감소되거나 제거될 수 있다. 또한, 노출된 도전층(30)의 부분들은 하나 이상의 접지면, 전력면 또는 신호 라인들용의 접속들을 포함하는 영역들의 조합을 포함할 수 있다.
단계(130)에서, 도전성 와이어 본딩가능한 재료는 도전층들(30, 32, 36)의 노출된 도전성 영역들 상에 형성된다. 도전성 재료는 니켈 상에 형성된 금을 포함할 수 있다. 이 경우, 니켈은 도전층들(30, 32, 36)의 노출된 부분들 상에 도금되고, 금은 니켈 상에 도금된다.
단계(140)에서, 디바이스가 완성된다(도 6). 이는 접착제(70)를 사용하여 다중층 기판(10)에 집적 회로 칩(75)을 결합시키는 것을 포함한다. 와이어 본드들(80)은 집적 회로 상의 본드 패드들(도시 안됨)과 다중층 기판(10)상의 접속 영역들 및/또는 본드 패드들(30a, 30b, 30c, 30d)사이에 형성된다. 접속 영역들은 와이어들이 도전층들(30, 32)에 직접 접속될 수 있는 본드 패드들과 같은 영역들이다. 또한, 집적 회로 칩 및 와이어 본드들은 에폭시에 의해 위에 성형(overmold)되고, 솔더 볼들(65)은 종래의 기술들을 사용하여 (도전층(36)으로부터 형성된) 접속 패드들(60)에 결합된다.
예시적인 실시예에서, 집적 회로 칩(75)은 마스크(70)의 세그먼트 상에 형성된다(도 6 및 7). 하나의 와이어 본드만이 접지면에 결합되어 있지만, 집적 회로(75)와 접지면(32a)을 상호접속하기 위해 다수의 와이어 본드들이 사용될 수 있다. 그 결과, 복수의 관통 홀들은 집적 회로(75)를 접지에 상호접속하기 위해 다중층 기판(10)내에 형성되어야 할 필요는 없다.
또한, 도전층(30)의 세그먼트(30a)는 전력면을 형성하고, 집적 회로 칩(75)에 전기적으로 결합될 수 있다. 하나의 와이어 본드만이 전력 링(30a)에 결합되어 있지만, 집적 회로 칩(75)과 전력면(30a)을 상호접속하기 위해 복수의 와이어 본드들이 사용될 수 있다. 그 결과, 집적 회로 칩(75)을 전력면(30a)에 상호접속하기 위해 복수의 관통 홀들이 다중층 기판(10)내에 형성될 필요는 없다. 대안으로, 세그먼트(30b)가 전력면을 형성될 수 있다. 도전층들의 전력면, 접지면 또는 다른 세그먼트는 집적 회로의 하나, 둘, 셋 또는 그 이상의 측면들에 따라 연속 영역으로서 형성될 수 있거나, 집적 회로를 둘러쌀 수 있다.
본 발명을 예시적인 실시예들을 참조로 설명하였지만, 이들 실시예들에 국한하지는 않는다. 예를 들면, 상술된 예시적인 실시예들은 4개의 도전층들을 포함하지만, 본 발명은 3개 이상의 도전층들을 포함하고 그 도전층들을 분리하기 위한 관련 절연층들을 포함하는 기판들에 적용될 수 있다. 또한, 공동들은 기판에서 하나 이상의 도전층들을 노출하는 기판의 하나 이상의 유전층들내에 형성될 수 있다. 또한, 신호 라인들, 전력 또는 접지용 접속들, 또는 그 조합들은 기판의 공동내에 제공될 수 있다. 따라서, 첨부된 청구범위는 본 발명의 다른 변형들 및 실시예들을 포함하도록 해석되어야 하며, 이러한 변형예들은 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 본 기술분야의 숙련된 자들에 의해 이루어질 수 있다.

Claims (13)

  1. 집적 회로 패키지에 있어서:
    기판을 구비하고,
    상기 기판은,
    제 1 유전층;
    제 2 영역으로부터 절연된 제 1 영역을 갖고, 상기 제 1 유전층 위에 배치된 제 1 도전층;
    상기 제 1 도전층 위에 배치되고 공동을 갖는 제 2 유전층으로서, 상기 제 1 및 제 2 영역들은 상기 공동 내에 노출되는, 상기 제 2 유전층; 및
    상기 제 2 유전층 위에 배치되고, 상기 노출된 제 1 영역에 결합된 제 1 리드 및 상기 제 1 도전층의 상기 노출된 제 2 영역에 결합된 제 2 리드를 갖는 집적 회로 칩을 포함하는, 집적 회로 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 도전층은 연속 영역을 구비하고, 상기 집적 회로 칩은 본드 패드들을 구비하며, 상기 연속 영역은 상기 본드 패드들중 하나 이상에 결합되는, 집적 회로 패키지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 도전층의 상기 노출된 부분은 접지면 및 전력면중 하나를 포함하는, 집적 회로 패키지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 도전층의 상기 노출된 부분은 신호 라인을 위한 적어도 하나의 접속을 포함하는, 집적 회로 패키지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 유전층 위에 형성된 제 2 도전층을 더 구비하는, 집적 회로 패키지.
  6. 집적 회로 패키지에 있어서:
    집적 회로를 지지할 수 있는 기판을 구비하고,
    상기 기판은,
    제 1 유전층;
    제 2 영역으로부터 절연된 제 1 영역을 갖고, 상기 제 1 유전층 위에 배치된 제 1 도전층;
    상기 제 1 도전층 위에 배치되고 공동을 갖는 제 2 유전층으로서, 상기 제 1 및 제 2 영역들은 상기 집적 회로의 제 1 및 제 2 리드들에 각각 결합되도록 상기 공동 내에 노출되는, 상기 제 2 유전층; 및
    상기 제 2 유전체 위에 배치되고, 상기 집적 회로를 배치하기 위한 영역(area)을 갖는 제 2 도전층을 포함하는, 집적 회로 패키지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 도전층의 상기 노출된 부분은 접지면 및 전력면중 하나를 형성하는, 집적 회로 패키지.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 도전층의 상기 노출된 부분은 또한 신호 라인을 위한 접속을 형성하는, 집적 회로 패키지.
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