KR101425475B1 - System in package - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시스템 인 패키지에 관한 것으로, 반도체 소자가 실장되는 반도체 소자 실장 영역 및 그 주변에 형성되는 제1 회로 배선 패턴과 제1 회로 배선 패턴과 연결되고 하면에 형성되는 복수 개의 볼 랜드를 갖는 배선 기판과, 배선 기판의 반도체 소자 실장 영역에 실장되는 제1 반도체 소자와, 제1 반도체 소자를 덮도록 제1 회로 배선 패턴에 접합되어 설치되며, 표면에 형성된 도금층과 내부에 형성된 제2 회로 배선 패턴을 갖는 MID와, 제2 회로 배선 패턴에 접합되어 MID 내부에 실장되는 제2 반도체 소자와, 볼 랜드에 부착된 솔더 볼을 포함된다. 본 발명에 따르면, MID 내부에 회로 배선 패턴을 형성하여 웨이퍼 레벨 패키지와 같은 반도체 소자를 실장함으로써, 한정된 면적에 많은 부품을 장착할 수 있고, MID 외부에 도금층을 형성하여 전자파 간섭 특성이 향상될 수 있다. 또한, MID가 반도체 소자를 덮도록 설치되어 외부의 물리적 충격으로 발생될 수 있는 반도체 칩의 크랙이 방지될 수 있다.The present invention relates to a package, which is a system, and includes a first circuit wiring pattern formed on a semiconductor device mounting region and a periphery thereof to which a semiconductor device is mounted, a wiring having a plurality of ball lands connected to the first circuit wiring pattern, A semiconductor device comprising: a substrate; a first semiconductor element mounted on a semiconductor element mounting region of the wiring board; a plating layer provided on the surface and connected to the first circuit wiring pattern so as to cover the first semiconductor element; A second semiconductor element bonded to the second circuit wiring pattern and mounted inside the MID, and a solder ball attached to the ball land. According to the present invention, by mounting a semiconductor device such as a wafer level package by forming a circuit wiring pattern in the MID, a large number of parts can be mounted on a limited area, and a plating layer is formed outside the MID, have. In addition, the MID can be installed to cover the semiconductor device, so that cracking of the semiconductor chip, which may be caused by an external physical impact, can be prevented.
시스템 인 패키지(SIP; System In Package), MID(Molded Interconnected Device), 차폐(shield), 전자파 간섭(EMI; Electro Migration Interference) System In Package (SIP), Molded Interconnected Device (MID), shield, Electro Migration Interference (EMI)
Description
본 발명은 시스템 인 패키지에 관한 것으로, 특히 반도체 소자가 실장된 MID를 배선 기판에 실장하여 한정된 면적에 많은 부품을 실장할 수 있고, MID로 인해 전자파 장해 특성도 향상될 수 있는 시스템 인 패키지에 관한 것이다. The present invention relates to a package that is a system, and more particularly, to a package that can mount many parts on a limited area by mounting a MID on which a semiconductor device is mounted on a wiring board, and improve the electromagnetic wave- will be.
휴대용 전자기기의 수요 증가에 대응하기 위한 기술로서 실장 부품인 반도체 칩 패키지 크기를 줄이는 기술, 복수 개의 개별 반도체 칩들을 원 칩(one chip)화 하는 시스템 온 칩(system on chip; SOC) 기술, 복수 개의 개별 반도체 칩들을 하나의 패키지로 집적하는 시스템 인 패키지(system in package; SIP) 기술 등이 알려져 있다.As a technology for coping with the increase in demand of portable electronic devices, there are a technique of reducing the size of a semiconductor chip package as a mounting part, a system on chip (SOC) technique of converting a plurality of individual semiconductor chips into one chip, A system in package (SIP) technology, which is a system for integrating individual semiconductor chips into a single package, is known.
그 중에서 시스템 인 패키지 기술은 멀티 칩 모듈(multi-chip module; MCM) 기술의 연장선상에 있는 기술이다. 칩 실장 구조 측면에서 멀티 칩 모듈 기술이 수평적 실장 구조가 주를 이루는 것과 달리, 시스템 인 패키지 기술은 수직적 실장 구조가 주를 이룬다. 그런데 시스템 인 패키지 기술의 경우 복수 개의 반도체 칩을 하나의 패키지 내에 적층하여 실장함에 따른 테스트 수율 저하, 서로 다른 기능을 하는 반도체 칩들에 대한 적합한 테스트 환경 구축 및 반도체 칩의 버전 변화에 따 른 기술 개발 등이 어렵다는 문제가 있다.Among them, the system package technology is an extension of multi-chip module (MCM) technology. In terms of chip mounting structure, the vertical packaging structure is dominated by the package technology, which is a system, whereas the multichip module technology is dominated by the horizontal mounting structure. However, in the case of the system-in-package technology, a decrease in test yield due to the stacking of a plurality of semiconductor chips in one package, a suitable test environment for semiconductor chips having different functions, and a technology development There is a problem that this is difficult.
그리고 이러한 시스템 인 패키지 구조에서 반도체 칩이 적층되는 경우, 구동 중에 발생되는 열로 인한 패키지 성능 저하의 문제를 해결하는 데에 한계가 있는 문제점이 있다. 또한, 하부 반도체 칩 패키지의 반도체 칩이 차폐(shielding)되지 않아 외부에서의 전자파 간섭(EMI; Electro Migration Interference) 또는 반도체 칩에서 외부로의 전자파 간섭이 발생될 수 있어, 전기적 성능이 저하될 수 있다는 문제점도 있다.When the semiconductor chip is stacked in the package structure of such a system, there is a problem in solving the problem of package performance deterioration due to heat generated during driving. In addition, since the semiconductor chip of the lower semiconductor chip package is not shielded, electromagnetic wave interference (EMI) from the outside or electromagnetic wave interference to the outside from the semiconductor chip may be generated, and the electrical performance may be deteriorated There is also a problem.
따라서, 본 발명의 목적은 한정된 공간에 많은 반도체 소자를 장착할 수 있는 시스템 인 패키지를 제공하는 데 있다.Therefore, an object of the present invention is to provide a package which is a system capable of mounting many semiconductor elements in a limited space.
본 발명의 다른 목적은 복수 개의 반도체 소자가 적층되는 경우, 하부 반도체 소자가 차폐(shielding)되지 않아 발생되는 전자파 간섭 문제를 해결할 수 있는 시스템 인 패키지를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a package which is a system capable of solving the electromagnetic interference problem which is caused when a plurality of semiconductor elements are stacked, because the lower semiconductor elements are not shielded.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 시스템 인 패키지로서, 반도체 소자가 실장되는 반도체 소자 실장 영역 및 그 주변에 형성되는 제1 회로 배선 패턴과 상기 제1 회로 배선 패턴과 연결되고 하면에 형성되는 복수 개의 볼 랜드를 갖는 배선 기판과, 상기 배선 기판의 반도체 소자 실장 영역에 실장되는 제1 반도체 소자와, 상기 제1 반도체 소자를 덮도록 상기 제1 회로 배선 패턴에 접합되어 설치되며, 표면에 형성된 도금층과 내부에 형성된 제2 회로 배선 패턴을 갖는 MID(Molded Interconnected Device)와, 상기 제2 회로 배선 패턴에 접합되어 상기 MID 내부에 실장되는 제2 반도체 소자와, 상기 볼 랜드에 부착된 솔더 볼을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a semiconductor package comprising: a semiconductor device mounting region on which a semiconductor device is mounted; a first circuit wiring pattern formed on and around the semiconductor device mounting region; 1. A semiconductor device comprising: a wiring board having a plurality of ball lands; a first semiconductor element mounted on a semiconductor element mounting region of the wiring board; a second semiconductor element mounted on the first circuit wiring pattern so as to cover the first semiconductor element, A MID (mold interconnection device) having a plating layer and a second circuit wiring pattern formed in the inside, a second semiconductor element bonded to the second circuit wiring pattern and mounted in the MID, and a solder ball .
본 발명에 따르면, MID 내부에 회로 배선 패턴을 형성하여 웨이퍼 레벨 패키지와 같은 반도체 소자를 실장함으로써, 한정된 면적에 많은 부품을 장착할 수 있 고, MID 외부에 도금층을 형성하여 전자파 간섭 특성이 향상될 수 있다. 또한, MID가 반도체 소자를 덮도록 설치되어 외부의 물리적 충격으로 발생될 수 있는 반도체 칩의 크랙이 방지될 수 있다.According to the present invention, by mounting a semiconductor device such as a wafer level package by forming a circuit wiring pattern in the MID, a large number of parts can be mounted on a limited area, and a plating layer is formed outside the MID to improve electromagnetic interference . In addition, the MID can be installed to cover the semiconductor device, so that cracking of the semiconductor chip, which may be caused by an external physical impact, can be prevented.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.
실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.In the following description of the embodiments of the present invention, descriptions of techniques which are well known in the technical field of the present invention and are not directly related to the present invention will be omitted. This is for the sake of clarity of the present invention without omitting the unnecessary explanation.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. For the same reason, some of the components in the drawings are exaggerated, omitted, or schematically illustrated. Also, the size of each component does not entirely reflect the actual size.
도 1은 본 실시예에 따른 시스템 인 패키지를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 실시예에 따른 시스템 인 패키지의 일부를 개략적으로 나타낸 확대 단면도이다.FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a package which is a system according to the present embodiment, and FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view schematically showing a part of a package which is a system according to the present embodiment.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 시스템 인 패키지(100)는 배선 기판(30)에 실장되는 제1 반도체 소자(20a)와 제1 웨이퍼 레벨 패키지(20a)를 덮도록 형성되고, 내부에 제2 반도체 소자(20b)가 실장된 MID(10)를 포함하여 구성되는 것이 특징이다. 시스템 인 패키지(100)는 배선 기판(30), 제1 반도체 소자(20a), MID(10), 제2 반도체 소자(20b), 솔더 볼(35)을 포함한다. 1 and 2, a
제1 및 제2 반도체 소자(20a, 20b)는 예컨대, 웨이퍼 레벨 패키지(WLP; Wafer Level Package)이다. 그러나, 제1 및 제2 반도체 소자(20a, 20b)의 형태가 웨이퍼 레벨 패키지에 한정되는 것은 아니다. 이하에서는 반도체 소자가 웨이퍼 레벨 패키지(20)인 것을 예로 들어 설명한다. 웨이퍼 레벨 패키지(20)는 개별 반도체 칩으로 분리된 상태에서 조립이 진행되지 않고, 웨이퍼(wafer) 조립 공정으로 제조된 반도체 웨이퍼 상태에서 재배선 작업과 범프(bump)의 형성 및 개별 반도체 칩 분리 작업을 거쳐 제조되는 패키지 형태이다. 웨이퍼 레벨 패키지(20)는 패키지의 열적, 전기적 특정 및 패키지 소형화에 따르는 이점과 웨이퍼 레벨 테스트 적용에 따른 비용 감소와 파급 효과가 매우 크다는 이점을 갖는다. 더욱이, 웨이퍼 레벨 패키지(20)를 제조하는 데 사용되는 제조 설비나 제조 공정에 기존 웨이퍼 조립 설비와 공정들을 이용할 수 있고, 웨이퍼 레벨 패키지(20)를 제조하기 위하여 추가로 소요되는 원부자재를 최소화할 수 있다.The first and
웨이퍼 레벨 패키지(20)는 일면에 복수 개의 범프(25)들이 구비되어 있다. 제1 웨이퍼 레벨 패키지(20a)는 범프(25a)에 의해 배선 기판(30)과 전기적으로 연결되고, 동시에 기계적으로 고정된다. 제2 웨이퍼 레벨 패키지(20b)는 범프(25b)에 의해 MID(10)와 전기적으로 연결되며, 동시에 기계적으로 고정된다. 웨이퍼 레벨 패키지(20)와 배선 기판(30) 사이에는 언더필(underfill) 물질이 주입될 수 있다. 언더필 물질은 웨이퍼 레벨 패키지(20)와 배선 기판(30) 사이의 상호 결합 강도를 강화시키고, 범프(25)의 구조적/기계적 안정성을 향상시키며, 범프(25)의 접합 상태를 외부 환경으로부터 보호한다.The
배선 기판(30)은 소정의 두께를 가지는 기판 베이스에 제1 회로 배선 패턴(40)이 인쇄된 기판이다. 여기서, 제1 회로 배선 패턴(40)은 복수 개의 층으로 형성될 수도 있고, 배선 기판(30)의 상면과 하면에만 형성될 수도 있다. 배선 기판(30)의 제1 회로 배선 패턴(40)은 패키지 실장 영역에 실장되는 제1 웨이퍼 레벨 패키지(20a)의 범프(25a)와 연결된다. 배선 기판(30)의 하면에는 복수 개의 볼 랜드(33)가 형성된다. 볼 랜드(33)는 비아(via)를 통해 제1 회로 배선 패턴(40)과 연결된다. 볼 랜드(33)에는 복수 개의 외부접속단자의 기능을 수행하는 솔더 볼(35)이 접합된다.The
배선 기판(30)은 웨이퍼 레벨 패키지(20)의 실장 영역 주위에 MID(10)가 설치되어 접합되는 제1 회로 배선 패턴(40) 부분이 형성된다. MID(10)와 접합되는 제1 회로 배선 패턴(40) 부분은 배선 기판(30)의 접지층(41) 또는 신호층(43)일 수 있다.In the
MID(Molded Interconnected Device; 10)는 배선 기판(30)에 실장된 제1 웨이퍼 레벨 패키지(20a) 위에서 제1 웨이퍼 레벨 패키지(20a)를 덮도록 부착된다. MID(10)는 사출 성형 기판 상에 제2 회로 배선 패턴(15)이 형성되고, 전자 소자의 소형화 및 경량화의 관점과 회로 설계의 자유도 향상 및 고밀도 실장이 가능한 장치이다. MID(10)은 솔더링(soldering)에 의하거나 그 밖에 다른 열전도성이 우수한 접착 부재에 의해 배선 기판(30)에 부착될 수 있다.A MID (Molded Interconnected Device) 10 is attached so as to cover the first
MID(10)는 유전체로 형성되는 중심층(11)과 중심층(11)의 표면에 형성되는 도금층(13) 및 중심층(11)의 내부에 형성되는 제2 회로 배선 패턴(15)을 포함한다. MID(10)는 유전체로 형성되는 중심층(11)에 레이저를 조사한 뒤, 표면에 도금층(13)을 형성하고, 내부에는 제2 회로 배선 패턴(15)을 형성한다.The
중심층(11)은 FR-4, 폴리이미드(polyimide), 에폭시(epoxy), 페놀(phenol), 폴리에스테르(polyester)와 같은 유전체로 이루어진다. 도금층(13)은 배선 기판(30)의 제1 회로 배선 패턴(40), 예컨대, 접지층(41)과 연결된다. 도금층(13)은 구리 또는 접지층(41)과의 접합이 용이하도록 니켈(Ni), 니켈/금(Ni/Au), 니켈/은(Ni/Ag), 니켈/팔라듐(Ni/Pd) 등의 금속으로 도금된다. 제2 회로 배선 패턴(15)은 배선 기판(30)의 제1 회로 배선 패턴(40), 예컨대 신호층(43)과 연결된다. 제2 회로 배선 패턴(15)은 제1 회로 배선 패턴(40), 볼 랜드(33)와 같은 재질, 예컨대 구리 재질로 형성된다.The
MID(10)는 시스템 인 패키지(100) 구동 시, 웨이퍼 레벨 패키지(20)에서 발생되는 열을 전달받아 외부로 방출시키는 기능을 수행한다. MID(10)는 웨이퍼 레벨 패키지(20)를 차폐(shield)하여 외부로부터 들어오는 전자파 간섭(EMI; Electro Migration Interference)을 차단하여 전자파 간섭으로 인한 웨이퍼 레벨 패키지(20)의 특성 저하를 방지한다. 더욱이, MID(10)가 배선 기판(10)의 접지층(41) 또는 신호층(43)과 연결되도록 함으로써 시스템 인 패키지(100)의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다. When the MID 100 is operated as a system, the
한편, 제1 및 제2 웨이퍼 레벨 패키지(20a, 20b) 사이에는 다른 웨이퍼 레벨 패키지 또는 반도체 칩이 적층될 수 있고, 열 매개 물질(thermal interface material)이 개재될 수도 있다. 열 매개 물질은 열 전도도가 높은 물질로서, 웨이퍼 레벨 패키지(20)에서 발생된 열이 MID(10)로 신속하게 전달되어 열 방출 효과가 향상된다. 열 매개 물질로서는 액상 형태나 시트 형태 등 다양한 형태의 것이 적용될 수 있다.Meanwhile, another wafer-level package or semiconductor chip may be stacked between the first and second wafer-
그리고 시스템 인 패키지(100)는 외부접속단자로서 솔더 볼(35)이 형성된 구조를 개시하고 있지만 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 종류의 외부접속단자가 적용될 수 있다.The
한편, 본 발명에 따른 시스템 인 패키지는 전술한 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 중심 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 이는 본원발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.Meanwhile, the package, which is a system according to the present invention, is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains.
도 1은 본 실시예에 따른 시스템 인 패키지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a package which is a system according to the present embodiment.
도 2는 본 실시예에 따른 시스템 인 패키지의 일부를 개략적으로 나타낸 확대 단면도이다.2 is an enlarged cross-sectional view schematically showing a part of a package which is a system according to the present embodiment.
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