KR102031731B1 - 반도체 패키지 및 이의 제조방법 - Google Patents

반도체 패키지 및 이의 제조방법

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KR102031731B1
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Abstract

반도체 패키지 및 이의 제조방법이 개시된다. 반도체 패키지는 내부에 회로패턴을 구비하고 상기 회로패턴과 연결되는 접속패드를 구비하는 회로기판, 상기 접속패드와 접촉하도록 상기 회로기판 상에 실장된 적어도 하나의 집적회로 소자, 상기 회로기판 상에 상기 집적회로 소자를 고정하고 상기 집적회로 소자의 표면을 노출하도록 배치된 몰드부 및 상기 집적회로 소자의 표면과 상기 몰드부의 표면에 분포되어 표면적을 확장하는 표면형상 변형부(surface modifier)를 포함한다. 반도체 패키지의 방열면적 및 추가 접속체와의 접착면적을 확장할 수 있다.

Description

반도체 패키지 및 이의 제조방법{Semiconductor package and method of manufacturing the same}
본 발명은 반도체 패키지 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 표면형상 및 거칠기를 개선한 고밀도 반도체 패키지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 반도체 소자를 응용한 전자제품의 소형화, 박형화, 고속화 및 고성능 경향에 따라 반도체 패키지도 소형화 및 고밀도화 되고 있다. 고밀도 반도체 패키지의 고속 및 고성능 구동은 반도체 패키지의 내부에서 더 많은 열을 발생시키므로 패키지 외부로의 방열 특성은 반도체 패키지 및 이를 구비하는 전자소자의 동작 안정성과 제품 신뢰성을 확보하는 데 필수적이다. 이에 따라, 고집적 반도체 패키지에는 다양한 방열 시스템이 제공되고 있다.
일반적으로, 반도체 패키지에 제공되는 방열 시스템은 열전달 특성이 우수한 방열부재(thermal dissipator)와 열원(heat source)인 반도체 패키지를 직접 접촉시키는 열전도(thermal conduction) 방식을 주로 이용하고 공기의 강제순환과 같은 열대류(thermal convection) 방식을 부수적으로 채택하고 있다. 예를 들면, 반도체 패키지의 상부에 히트 싱크(heat sink)와 같은 방열판을 별도로 배치하거나 상기 방열판과 함께 선택적으로 반도체 패키지 내부의 공기를 강제 순환시키는 강제 순환기(active circulator)를 이용하고 있다.
그러나, 최근의 고집적 반도체 패키지에서 발생하는 열량은 상기 방열판과 반도체 패키지 사이에 배치된 접착제의 임계온도(critical temperature)를 넘을 정도로 과다하여 방열판과 반도체 패키지의 접착력 저하를 야기하고, 이에 따라 방열판 자체의 우수한 열전달 특성에도 불구하고 반도체 패키지의 전체적인 방열특성이 저하되고 있다.
반도체 패키지의 방열특성 저하는 패키지 내부에 배치된 집적회로 소자의 동작불량(operation failure)이나 다이(die)와 방열판의 열팽창 계수의 차이에 기인한 기판 뒤틀림(warpage)과 같은 다양한 불량을 유발하고 종국에는 반도체 패키지 및 상기 반도체 패키지를 구비하는 전자제품의 파괴를 초래한다.
따라서, 다이를 포함하는 반도체 패키지 외부로의 열전달 특성을 높이고 열팽창에 의한 기판 뒤틀림을 방지할 수 있는 새로운 고밀도 반도체 패키지 및 이의 제조방법이 요구되고 있다.
본 발명의 실시예들은 상기의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 다이의 배면 및 몰드부의 표면적을 확장할 수 있는 표면형상 변형자를 구비하는 반도체 패키지를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예들은 상기한 바와 같은 반도체 패키지를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위한 실시예들에 의한 반도체 패키지는 내부에 회로패턴을 구비하고 상기 회로패턴과 연결되는 접속패드를 구비하는 회로기판, 상기 접속패드와 접촉하도록 상기 회로기판 상에 실장된 적어도 하나의 집적회로 소자, 상기 회로기판 상에 상기 집적회로 소자를 고정하고 상기 집적회로 소자의 표면을 노출하도록 배치된 몰드부, 및 상기 집적회로 소자의 표면과 상기 몰드부의 표면에 분포되어 표면적을 확장하는 표면형상 변형부(surface modifier)를 포함한다.
일실시예로서, 상기 표면 형상 변형부는 상기 집적회로 소자 및 상기 몰드부의 표면에 분포된 다수의 열 전도성 입자(heat conductive particles)를 포함한다.
이때, 상기 열 전도성 입자는 열전도도(thermal conductivity)가 우수한 구리, 금, 알루미늄, 실리콘(Si), 다이아몬드 및 이들의 합성물 중의 어느 하나를 포함한다. 상기 열 전도성 입자는 1㎛ 내지 100㎛의 직경을 갖는 구 형상을 갖는다.
일실시예로서, 상기 표면형상 변형부는 상기 집적회로 소자의 표면과 상기 몰드부의 표면을 따라 연속적으로 배치되는 열전달 패턴을 포함한다.
일실시예로서, 상기 열전달 패턴을 통하여 부분적으로 노출되는 상기 집적회로 소자의 표면 및 몰드부의 표면에 요철부를 더 포함한다.
일실시예로서, 상기 집적회로 소자는 다수의 반도체 칩이 적층된 칩 스택 구조물을 포함한다.
일실시예로서, 추가 회로기판, 상기 추가 회로기판 상에 실장된 적어도 하나의 추가 집적회로 소자, 상기 추가 집적회로 소자로부터 발생하는 열을 방출하고 상기 표면 형상 변형자와 접촉하는 방열부재 및 상기 반도체 패키지와 연결되는 연결부재를 구비하는 추가 패키지를 더 포함한다.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위한 실시예들에 의한 반도체 패키지는 다음과 같은 단위공정에 의해 제조될 수 있다.
회로패턴 및 접속패드를 구비하는 다수의 실장영역이 배치된 회로 모기판을 준비하고, 상기 다수의 실장영역 각각에 집적회로 소자가 배치되도록 상기 모기판 상에 다수의 집적회로 소자를 실장한다. 상기 집적회로 소자를 덮도록 상기 모기판의 상면 전면에 몰드부를 형성하고, 상기 집적회로 소자의 표면이 노출되도록 상기 몰드부 및 집적회로 소자의 적어도 하나를 연마한다. 상기 집적회로 소자의 표면 및 상기 연마부의 표면에 분포하여 표면적을 확장하는 표면 형상 변형부를 형성한다. 상기 실장영역 단위로 상기 모기판을 절단한다.
일실시예로서, 상기 표면 형상 변형부를 형성하는 단계는, 열전도성 입자가 휘발성 용매에 용해된 액상 혼합물을 상기 모기판의 전면에 코팅하는 단계 및 상기 휘발성 용매를 증발시켜 상기 집적회로 소자 및 상기 몰드부의 표면에 상기 열전도성 입자들이 불규칙적(random)으로 분포하도록 부착시키는 단계를 포함한다.
이와 달리, 상기 열전도성 입자는 규칙적인 패턴형상으로 형성될 수도 있다. 상기 집적회로 소자의 표면 및 상기 몰드부의 표면을 따라 상기 모기판의 전면을 덮는 마스크 패턴을 형성하고, 상기 마스크 패턴을 덮도록 열전도성 입자를 분사하여 상기 집적회로 소자의 표면, 상기 몰드부의 표면 및 상기 마스크 패턴의 표면에 상기 열전도성 입자를 부착시킨다. 이어서, 상기 마스크 패턴을 상기 모기판으로부터 제거하여 상기 집적회로 소자 및 상기 몰드부의 표면을 따라 상기 열전도성 입자들을 규칙적으로 분포시킨다.
이때, 상기 열전도성 입자를 분사하는 단계는 스프레이 및 진공 흡착기 중의 어느 하나를 이용하여 수행된다.
일실시예로서, 상기 표면 형상 변형부는 열전달 패턴으로 형성될 수도 있다. 상기 집적회로 소자의 표면 및 상기 몰드부의 표면을 따라 상기 모기판의 전면을 덮는 열전도성 물질막을 형성하고, 상기 열전도성 물질막을 패터닝하여 열전달 패턴을 형성한다. 선택적으로, 상기 열전달 패턴을 마스크 패턴으로 이용하여 상기 집적회로 소자의 표면 및 상기 몰드부의 표면을 가공하여 요철부를 더 형성할 수도 있다.
이때, 상기 요철부를 형성하는 단계는 건식 식각 공정 및 샌드 블라스트 공정 중의 어느 하나에 의해 수행된다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 회로기판 상에 실장된 집적회로 소자의 표면 및 상기 집적회로 소자를 고정하는 몰드부의 표면에 다양한 형상의 표면 형상 변형부를 배치한다. 표면형상 변형부는 열전달 특성이 우수한 미세입자 또는 요철부로 구성함으로써 방열면적을 증가시키고 방열판과 같은 추가 구성요소를 부착하기 위한 접착부재와의 접착면적을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 반도체 패키지의 방열성능을 높이고 추가 구성요소와의 열팽창률의 차이에 의한 반도체 패키지의 뒤틀림(warpage)을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 반도체 패키지를 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 반도체 패키지의 표면 형상 변형부를 나타내는 평면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 의한 표면형상 변형부의 변형례를 나타내는 도면들이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 표면형상 변형부의 변형례를 나타내는 도면들이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 반도체 패키지를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 반도체 패키지를 나타내는 단면도이다.
도 7은 도 1에 도시된 반도체 패키지를 제조하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 도 7에 도시된 표면형상 변형부를 형성하는 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따라 도 7에 도시된 표면형상 변형부를 형성하는 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 7에 도시된 표면형상 변형부를 형성하는 단계를 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
반도체 패키지
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 반도체 패키지를 나타내는 구성도이며, 도 2는 도 1에 도시된 반도체 패키지의 표면 형상 변형부를 나타내는 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 반도체 패키지(1000)는 내부에 회로패턴(미도시)을 구비하고 상기 회로패턴과 연결되는 접속패드(110)를 구비하는 회로기판(100), 상기 접속패드(110)와 접촉하도록 상기 회로기판(100) 상에 실장된 적어도 하나의 집적회로 소자(200), 상기 회로기판(100) 상에 상기 집적회로 소자(200)를 고정하고 상기 집적회로 소자의 표면을 노출하도록 배치된 몰드부(300) 및 상기 집적회로 소자(200)의 표면과 상기 몰드부(300)의 표면에 분포되어 표면적을 확장하는 표면형상 변형부(surface modifier,400)를 포함한다.
일실시예로서, 상기 회로기판(100)은 절연성 및 내열성 물질을 포함하고 소정의 강도를 갖는 평판형상의 몸체(110), 상기 몸체(110)의 내부에 배치된 다수의 회로패턴(미도시) 및 상기 회로패턴과 연결되고 상기 몸체의 상면 및 하면에서 외부로 노출되는 접속패드(120)를 포함한다.
예를 들면, 상기 몸체(110)는 에폭시 수지 기판, 폴리이미드 기판과 같은 열경화성 수지 계통이나 평판이나 액정 폴리에스테르 필름이나 폴리아미드 필름과 같은 내열성 유기필름이 부착된 평판을 포함한다. 상기 회로패턴은 상기 몸체(110)의 내부에 패턴형상으로 배치되고 전원공급을 위한 전원배선과 접지 배선 및 신호전송을 위한 신호배선을 포함한다. 각 배선들은 상기 몸체(110)의 상면 및 하면에 각각 형성된 다수의 층간 절연막에 의해 서로 구분되어 배치될 수 있다.
상기 접속패드(120)는 상기 몸체(110)의 상면 및 하면에서 외부로 노출되며 상기 회로패턴과 연결되어 상기 회로기판(100)에 연결되는 외부 접속체는 상기 접속패드(120)를 통하여 내부 회로패턴과 전기적으로 연결된다. 본 실시예의 경우, 상기 몸체(110)의 상면에 배치된 접속패드(120)는 상기 집적회로 소자(200)와 연결되고 상기 몸체(110)의 하면에 배치된 접속패드(120)는 솔더 볼과 같은 기판 접속단자(130)를 통하여 외부와 연결된다. 본 실시예의 경우 상기 회로기판(100)은 상기 회로패턴이 인쇄공정에 의해 형성된 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)을 포함한다.
일실시예로서, 상기 집적회로 소자(200)는 상기 회로기판(100) 상에 배치되어 외부로부터 에너지를 공급받아 증폭이나 발진과 같은 전기적 작동을 통하여 열에너지를 발생시키는 능동소자를 포함한다.
예를 들면, 상기 집적회로 소자(200)는 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 기판 상에 다수의 층간 절연막을 매개로 적층된 다수의 도전성 구조물(미도시)과 층간절연막에 의해 상기 도전성 구조물과 분리되어 배치되고 상기 도전성 구조물로 신호를 전달하는 배선 구조물(미도시)을 포함한다. 상기 도전성 구조물과 배선 구조물은 보호막에 의해 외부환경으로 보호된다.
상기 도전성 구조물은 서로 대응하는 하나의 트랜지스터와 커패시터로 이루어진 디램 메모리 소자의 단위 구조물 또는 플래시 메모리 소자를 구성하는 스트링 선택 트랜지스터, 셀 선택 트랜지스터 및 접지 선택 트랜지스터를 구성하는 개별적인 단위 트랜지스터를 포함한다.
상기 배선 구조물은 상기 층간 절연막을 관통하여 상기 도전성 구조물과 접촉하는 금속성 플러그 및 상기 금속성 플러그와 연결되며 상기 층간절연막 상에 배치되는 금속 배선(metal wiring)을 포함한다. 상기 금속배선은 입출력 신호를 전송하기 위한 신호 라인(signal line)뿐만 아니라 상기 도전성 구조물로 전원을 공급하기 위한 전원 라인(power line)이나 상기 도전성 구조물을 접지시키기 위한 접지 라인(ground line)을 포함할 수 있다.
상기 입출력 신호나 전원 및 접지신호는 상기 배선 구조물의 표면에 배치된 범프 구조물(210)을 통하여 전송되며 상기 범프 구조물(210)은 상기 회로기판(100)의 접촉패드(120)와 연결된다. 상기 범프 구조물(210)은 리플로우 공정에 의해 상기 회로기판(100) 상에 압착되고 상기 회로기판(100)과의 이격공간은 언더 필링막(미도시)에 의해 매립될 수 있다. 이에 따라, 상기 범프 구조물(210)의 회로기판(100)에 대한 접착력을 강화시킬 수 있다.
상기 집적회로 소자(200)는 단일한 반도체 칩을 포함하는 단일 칩 패키지 구조물(single chip package structure) 또는 적어도 둘 이상의 메모리 칩이 적층된 칩 스택 패키지 구조물(chip stack package structure)을 포함할 수 있다.
상기 단일 칩 패키지 구조물은 디램 소자나 플래시 소자와 같은 메모리 소자나 상기 메모리 소자를 구동하는 논리소자를 포함할 수 있다. 상기 단일 메모리 칩은 단일 반도체 칩으로 구성된 칩 단위 패키지(chip scaled package, CSP)를 포함하며 특히 집적회로 소자와 범프 구조물이 웨이퍼 단위로 패키징된 후 칩 단위로 절단되어 제조되는 웨이퍼 레벨 칩 단위 패키지(wafer level chip scaled package, WLCSP)를 포함한다. 예를 들면, 상기 단일 칩 패키지 구조물은 상기 단일 칩의 활성면이 상기 회로기판(100)을 향하도록 플립 칩 구조로 배치될 수 있다.
상기 칩 스택 패키지 구조물은 다수의 메모리 소자가 적층되거나 메모리 소자와 메모리 소자를 구동하기 위한 논리소자가 서로 적층되어 단일한 패키지 구조물로 제공될 수 있다. 예를 들면, 상기 로직 칩은 웨이퍼 레벨 칩이고 메모리 칩은 칩 레벨일 수 있다. 즉, 웨이퍼 레벨의 로직 칩 상에 다수의 메모리 칩을 적층하여 메모리 패키지를 구성할 수도 있다.
일실시예로서, 상기 몰딩부(300)는 집적회로 소자(200)를 회로기판(100)에 고정하고 외부충격으로부터 보호하도록 소정의 강도를 갖는 절연성 수지를 포함한다. 예를 들면, 상기 집적회로 소자(200)를 덮도록 상기 회로기판(100)의 전면에 에폭시 몰딩 컴파운드(epoxy molding compound, EMC)로 구성될 수 있다.
이때, 상기 집적회로 소자(200)의 표면과 상기 몰딩부(300)의 표면은 동일한 평면에 배치될 수도 있고 단차를 갖고 배치될 수도 있다. 동일한 평면에 배치되는 경우, 상기 몰딩부(300)를 집적회로 소자(200)의 표면이 노출되도록 연마공정을 수행할 수 있다.
이때, 상기 집적회로 소자(200)의 표면은 활성면이 상방을 향하도록 배치되는 페이스 업(face up) 구조 또는 하방을 향하도록 배치되는 페이스다운(face down) 구조를 갖도록 배치될 수 있다.
상기 집적회로 소자(200)가 활성면이 회로기판(100)을 향하도록 플립 칩 구조로 배치된 경우, 상기 집적회로 소자(200)가 배치된 실리콘 기판의 배면이 상기 몰딩부(300)와 함께 연마되어 집적회로 소자(200)의 두께를 낮출 수 있다. 이와 달리, 상기 집적회로 소자(200)의 비활성면이 상기 회로기판(100)을 향하도록 배치된 경우, 상기 보호막과 몰딩부(300)를 동시에 연마할 수 있다.
상기 집적회로 소자(200) 및 상기 몰딩부(300)의 표면에는 표면적을 확장하여 상기 집적회로 소자(200)로부터 발생하는 열을 방출하기 위한 방출면적이나 추가 접속체와의 접착을 위한 접착면적을 높이고 표면 조도(surface roughness)를 조절할 수 있는 표면형상 변형부(400)가 배치된다. 상기 표면형상 변형부(400)는 집적회로 소자(200) 및 몰딩부(300)의 표면을 따라 상기 집적회로 소자(200)의 표면과 상기 몰드부(300)의 표면을 따라 연속적으로 배치되어 방열면적이나 접착면적을 높일 수 있는 구조이면 다양한 구조를 포함한다.
본 실시예의 경우, 상기 표면형상 변형부(400)는 방열특성을 높이기 위해 열전도도가 우수하면서 표면적을 효율적으로 확장할 수 있는 입자(particle)형태를 갖는다. 예를 들면, 상기 표면형상 변형자(4000는 상기 집적회로 소자(200) 및 상기 몰드부(300)의 표면에 임의적(random)으로 분포된 다수의 열 전도성 입자(heat conductive particles, 401)를 포함한다.
상기 열전도성 입자(401)는 상기 집적회로 소자(200) 및 상기 몰드부(300)를 구분하지 않고 상기 반도체 패키지(1000)의 평면에 임의적으로 분포한다. 이에 따라, 상기 반도체 패키지(1000)의 상면에 추가 접속체(미도시)가 연결되는 경우 접촉면적을 증가시킬 수 있다. 상기 추가 접속체와의 접촉면적 증가는 집적회로 소자(200)와 추가 접속체의 열팽창량의 차이에 기인하는 기판 뒤틀림(warpage)을 최소화함으로써 반도체 패키지의 신뢰성과 안정성을 높일 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 열전도성 입자(401)는 상기 집적회로 소자(200)로부터 발생하는 열을 외부로 방출할 수 있는 개별적인 방열부재로 기능함으로써 반도체 패키지(1000)의 방열성능을 높일 수 있다.
예를 들면, 상기 열 전도성 입자(401)는 구리, 금, 알루미늄, 실리콘(Si), 다이아몬드 및 이들의 합성물을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 열전도성 입자(401)들은 휘발성 용액에 포함되어 상기 집적회로 소자(200) 및 몰딩부(300)의 표면에 코팅된 후 휘발성 용액을 증발시킴으로써 표면에 부착되도록 잔류시킬 수 있다. 또는 상기 열전도성 입자(401)들을 상기 집적회로 소자(200) 및 몰딩부(300) 표면을 향하여 고압으로 분사함으로써 표면에 부착시킬 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 열전도성 입자(401)는 약 1㎛ 내지 약 100㎛의 직경을 갖는 구형으로 배치되어 상기 열전도성 입자의 표면적만큼 방열면적 및 접촉면적을 확장할 수 있다. 상기 열전도성 입자의 크기는 상기 반도체 패키지에 부착되는 접착부재나 추가 접속체에 따라 다양하게 변형될 수 있음은 자명하다.
본 실시예의 경우, 상기 열전도성 입자(401)는 임의적으로 분포하는 것을 개시하고 있지만, 일정한 모양을 갖는 패턴형상으로 배치할 수도 있다. 예를 들면, 상기 반도체 패키지(1000)의 표면에 마스크 패턴(미도시)을 미리 형성하고 상기 마스크 패턴을 포함하는 반도체 패키지(1000)의 상면으로 열전도성 입자를 공급한 후 마스크 패턴만 반도체 패키지(1000)로부터 제거함으로써 마스크 패턴에 노출된 표면에만 상기 열전도성 입자를 배치할 수 있다. 이에 따라, 일정한 패턴으로 상기 열전도성 입자들을 정렬할 수 있다.
선택적으로, 상기 반도체 패키지(1000)는 상기 표면형상 변형부를 덮는 접착부재(500) 및 상기 접착부재(500)의 상면에 고정된 방열판(600)을 더 포함할 수 있다.
상기 방열판(600)은 상기 집적회로 소자(200)와 연결되어 집적회로 소자(200)의 전기적 구동에 의해 발생하는 상기 반도체 패키지(1000)의 외부로 방출한다.
상기 방열판(600)은 상기 반도체 패키지(1000)의 용도와 구조에 따라 다양한 구성을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 방열판은 집적회로 소자와 접촉하는 열전도성 박막으로 구성될 수도 있고 상기 집적회로 소자(200)의 상부에 배치되어 열전도성 매개부에 의해 연결된 공랭식 또는 수냉식의 방열기구를 포함할 수도 있다. 본 실시예의 경우, 상기 방열판(600)은 상기 집적회로 소자(200)의 상부에 접착되는 구리 또는 알루미늄의 박막 패턴을 포함한다. 특히, 상기 방열판(600)은 열팽창계수와 탄성계수(young's modulus, E)가 상기 집적회로 소자(200)의 기판과 유사하고 상기 회로기판(100) 및 상기 몰딩부(300)보다 높은 열전도도를 갖도록 구성한다. 이에 따라, 상기 집적회로 소자(200)로부터 발생되는 열에 의해 상기 반도체 패키지(1000) 또는 상기 집적회로 소자(200)의 실리콘 기판의 비틀림(warpage)을 최소화 한다.
상기 접착부재(500)는 상기 표면형상 변형부(400)를 구비하는 집적회로 소자(200) 및 몰딩부(300)의 표면과 상기 방열부(600) 사이에 개재되어 상기 방열부(600)를 고정한다. 따라서, 상기 집적회로 소자(200)에서 발생된 열은 상기 방열부(600)를 통하여 외부로 방출된다.
상기 접착부재(500)는 에폭시 수지, 폴리이미드 또는 영구 감광재(permanent photoresist)와 같은 절연물질로 구성하여 상기 방열부(600)를 제외한 영역으로의 열전달을 차단할 수 있다. 선택적으로, 상기 방열부와 접촉하는 접착부재(500)의 내부에 열전도도가 우수한 방열 보조재를 더 배치할 수 있다. 예를 들면, 열전도성 계면물질(thermal interface material, TIM), 금속 페이스트(metal paste) 및 나노입자를 더 포함할 수 있다. 특히, 상기 접착부재(500)의 내부에 도전성 물질을 배치하여 반도체 패키지(1000) 외부의 접지회로와 연결함으로써 상기 반도체 패키지(1000)의 전자파 장애(electromagnetic interference, EMI) 특성이나 노이즈(noise) 특성을 개선할 수도 있다.
특히, 상기 접착부재(500)는 집적회로 소자(200) 및 몰딩부(300)의 표면형상 변형부(400)와 접촉하도록 배치되므로, 집적회로 소자(200)로부터 발생하는 열의 방열면적과 상기 접착부재(500)와의 접촉면적이 충분히 개선되어 방열성능 및 접착부재의 접착성능을 충분히 개선할 수 있다. 접착부재와의 접착면적이 증가함으로써 방열판(600)과 집적회로 소자(200)의 열팽창 차이를 최소화함으로써 기판의 뒤틀림을 충분히 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 반도체 패키지(1000)의 방열성능을 개선하고 기계적 안정성과 신뢰성을 높일 수 있다.
반도체 패키지(1000)의 방열면적과 접착면적을 확장할 수 있는 상기 표면형상 변형부(400)는 패키지의 사용 환경과 추가 접속체의 종류 및 구성에 따라 다양하게 형성할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 의한 표면형상 변형부의 변형례를 나타내는 도면들이다.
도 3a를 참조하면, 상기 표면 형상 변형부(400)는 상기 집적회로 소자(200)의 표면과 상기 몰드부(300)의 표면을 따라 연속적으로 배치되는 열전달 패턴(402)을 포함한다.
예를 들면, 상기 열전달 패턴(402)은 열전도도가 높은 물질막을 상기 집적회로 소자(200) 및 몰드부(300)의 표면에 증착한 후 패터닝 공정에 의해 형성된다. 예를 들면, 구리, 금, 알루미늄을 포함하는 금속막 패턴이나 실리콘 산화물을 포함하는 실리콘 산화막 패턴일 수 있다. 따라서, 상기 열전달 패턴(402)의 표면적만큼 방열면적 및 접착부재와의 접착면적을 확장할 수 있다.
이와 달리, 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 표면 형상 변형부(400)는 상기 집적회로 소자(200)의 표면과 상기 몰드부(300)의 표면을 따라 연속적으로 배치되는 요철부(403)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 요철부(403)는 집적회로 소자(200) 및 몰드부(300)의 표면에 마스크 패턴을 형성한 후 상기 마스크 패턴을 이용한 표면 가공공정에 의해 소정의 깊이와 간격을 갖는 다수의 리세스를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용한 플라즈마 식각공정과 같은 건식 식각 공정이나 마스크 패턴을 덮개로 이용한 샌드 블라스터 공정에 의해 표면가공을 수행할 수 있다. 따라서, 상기 리세스의 내측면의 면적만큼 방열면적 및 접촉면적을 확장할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 표면형상 변형부의 변형례를 나타내는 도면들이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 표면 형상 변형부(400)는 상기 집적회로 소자(200)의 표면과 상기 몰드부(300)의 표면을 따라 연속적으로 배치되는 열전달 패턴(402)과 서로 인접한 열전달 패턴(402) 사이에 배치된 보조 요철부(404) 및 스터드부(405)를 포함한다.
예를 들면, 상기 열전달 패턴(402)을 마스크 패턴으로 이용한 표면 가공에 의해 상기 열전달 패턴(402)을 통하여 노출된 집적회로 소자(200) 및 몰드부(300)의 노출 표면에 상기 보조 요철부(404) 및 스터드부(405)를 더 배치할 수 있다. 이에 따라, 상기 열전달 패턴(402)의 표면적과 상기 추가 요철부(404) 또는 스터드부(405)의 내부 표면적만큼 방열면적 및 접촉면적을 확장할 수 있다, 따라서, 상기 반도체 패키지(1000)의 방열성능과 기계적 안정성 및 신뢰성을 높일 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 반도체 패키지를 나타내는 단면도이다. 도 5에 도시된 반도체 패키지는 회로기판 상에 실장되는 집적회로 소자로서 다수의 칩이 적층된 칩 스택 구조물이 개시된다는 점만 제외하면 도 1에 도시된 반도체 패키지와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 본 실시예의 경우, 도 1과 동일한 구성요소에 대해서는 상세한 설명은 생략한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 반도체 패키지(2000)는 회로기판(1100), 제1 및 제2 반도체 칩(1210, 1250)를 구비하는 칩 스택 구조물(1200), 상기 칩 스택 구조물(1200)을 상기 회로기판(1100)상에 고정하고 외부의 물리적, 화학적 충격으로부터 상기 칩 스택 구조물(1200)을 보호하는 몰드부(1300), 상기 칩 스택 구조물(1200) 및 상기 몰드부(1300)의 표면에 분포되어 표면적을 확장하는 표면형상 변형부(1400), 상기 표면형상 변형부(1400)를 덮는 접착부재(1500) 및 상기 접착부재(1500)의 상면에 배치되는 방열판(1600)을 포함한다.
일실시예로서, 상기 칩 스택 구조물(1200)은 제1 반도체 칩(1210) 및 상기 제1 반도체 칩(1210)과 관통전극(1240)에 연결되고 제1 반도체 칩(1210)의 상부에 배치되는 제2 반도체 칩(1260)을 구비한다. 상기 제1 반도체 칩(1210)은 제1 범프 구조물(1220)에 의해 상기 회로기판(1100)에 접속하고 상기 제2 반도체 칩(1260)은 제2 범프 구조물(1270)에 의해 제1 반도체 칩(1210)과 접속한다. 일실시예로서, 제1 반도체 칩(1210)은 상대적으로 방출열량이 작은 로직 칩, 예를 들면 모바일 CPU을 포함하고, 제2 반도체 칩은 상대적으로 방출열량이 많은 메모리 칩, 예를 들면 모바일 디램, 플래미 메모리 또는 피램(PRAM)을 포함할 수 있다.
상기 제1 반도체 칩(1210)과 회로기판(1100) 사이의 이격공간은 제1 언더필막(1230)에 의해 매립되고 제2 반도체 칩(1260)과 제1 반도체 칩(1210) 사이의 이격공간은 제2 언더필막(1280)에 의해 매립되어 제1 및 제2 반도체 칩(1210,1260) 사이의 유동 및 회로기판(1100)과의 유동을 최소화 할 수 있다. 상기 칩 스택 구조물(1200)은 몰드부(1300)에 의해 상기 회로기판(1100) 상에 고정된다.
이때, 상기 제1 반도체 칩(1210)의 상면에는 제1 표면형상 변형부(1250)가 선택적으로 배치될 수 있다. 제1 표면형상 변형부(1250)는 제1 반도체 칩(1210)으로부터 발생되는 열을 외부로 방출하는 방열면적을 확장하고 제2 반도체 칩(1260)과의 접착면적을 확장하여 제1 및 제2 반도체 칩의 접착력을 개선할 수 있다. 다만, 제1 및 제2 반도체 칩(1210, 1260)이 다이싱 공정 이전에 웨이퍼 상에서 적층되는 경우와 같이 일체로 형성되는 경우 상기 제1 표면형상 변형부(1250)는 생략될 수도 있다. 본 실시예의 경우, 상기 제1 표면형상 변형부(1250)로서 도 1에 도시된 열전도성 입자(401)가 배치된 것을 개시하고 있지만, 필요한 경우 도 3a 내지 도 4b에 도시된 열전달 패턴(402) 및 요철부(403)를 구비할 수 있음은 자명하다.
상기 제2 표면형상 변형부(1400)는 상기 칩 스택 구조물(1200) 및 몰드부(1300)의 표면을 따라 배치되어 방열면적 및 접착면적을 확장할 수 있다. 본 실시예에서도 도 1에 도시된 열 전도성 입자(401)를 제2 표면형상 변형부(1400)로 개시하고 있지만, 이는 예시적이며 도 3a 내지 도 4b에 도시된 열전달 패턴(402) 및 요철부(403)를 포함하는 다양한 변형례가 배치될 수 있음은 자명하다.
특히, 도시되지는 않았지만 상기 제1 표면형상 변형부(1250)와 연결되는 열전달 기둥(thermal via, 미도시)을 상기 방열판(1600)과 연결되도록 배치함으로써 제1 반도체 칩(1210)의 방열성능을 더욱 높일 수 있다. 이때, 상기 몰드부(1300)의 상면에 제2 표면형상 변형부(1400)와 상기 열전달 기둥이 추가적으로 접촉하도록 구성함으로써 제1 반도체 칩(1210)의 방열성능을 현저하게 개선할 수 있다. 본 실시예에서는 제1 및 제2 반도체 칩(1210, 1250)이 적층된 칩 스택 구조물을 개시하고 있지만, 상기 반도체 패키지(2000)의 사용 환경과 필요에 따라 다수의 반도체 칩이 적층될 수 있다. 이때, 각 반도체 칩의 표면에 표면형상 변형부와 열전달 기둥을 배치함으로써 각 반도체 칩의 방열성능을 개선할 수 있다.
상기 칩 스택 구조물(1200) 및 상기 몰드부(1300)의 표면에 상기 제2 표면형상 변형부(1400)를 포함하도록 접착부재(1500)가 배치되고 상기 접착부재(1500)의 상면에 상기 방열판(1600)이 배치된다. 상기 접착부재(1500) 및 방열판(1600)은 도 1에 도시된 반도체 패키지(1000)에 포함된 접착부재(500) 및 방열판(600)과 실질적으로 동일한 구성을 가지므로 더 이상의 자세한 설명은 생략한다.
상술한 바와 같은 반도체 패키지(2000)에 의하면, 칩 스택 구조물을 구성하는 각 반도체 칩의 표면과 상기 칩 스택 구조물을 회로기판에 고정하는 몰드부의 표면에 각각 표면형상 변형부를 배치함으로써 방열판과의 열전달 성능을 높이고 접착부재와의 접착면적을 확장할 수 있다. 이에 따라, 상기 반도체 패키지(2000)의 방열성능을 높이고 열팽창 계수의 차이에 의한 기판 뒤틀림(warpage)을 효과적을 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 반도체 패키지를 나타내는 단면도이다. 도 6에 도시된 반도체 패키지는 도 1에 도시된 반도체 패키지와 접속하는 추가 반도체 패키지를 구비하는 멀티 스택 패키지로서 패키지 온 패키지(package on package, PoP)를 개시한다. 따라서, 추가 반도체 패키지를 제외하고는 도 1에 도시된 반도체 패키지와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 본 실시예의 경우, 도 1과 동일한 구성요소에 대해서는 상세한 설명은 생략한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 반도체 패키지(3000)는 하부에 배치된 제1 패키지(P1)의 상부에 제2 패키지(P2)가 배치된다.
상기 제1 패키지(P1)는 도 1에 도시된 반도체 패키지(1000)와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 이에 따라, 상기 제1 패키지(P1)는 몸체(2110)의 상면 및 하면에 접속패드(2120)를 구비하고 솔더 볼(2130)에 의해 외부와 접속되는 회로기판(2100), 제1 범프 구조물(2210)에 의해 상기 회로기판(2100)에 접속된 제1 집적회로 소자(2200), 상기 제1 집적회로 소자(2200)를 상기 회로기판(2100)에 고정하고 외부환경으로부터 보호하는 제1 몰드부(2300), 상기 제1 집적회로 소자(2200) 및 제1 몰드부(2300)의 표면에 분포되어 표면적을 확장하는 표면형상 변형부(2400), 상기 표면형상 변형부(2400)를 덮고 상기 제1 집적회로 소자(2200) 및 제1 몰드부(2300)의 표면에 부착되는 접착부재(2500) 및 상기 접착부재(250)에 부착되는 방열판(2600)을 포함한다. 상기 제1 패키지(P1)의 구조와 기능은 도 1에 도시된 반도체 패키지(1000)와 실질적으로 동일하므로 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
상기 제1 패키지(P2)는 내부에 회로패턴(미도시)을 구비하고 상기 회로패턴과 연결되는 접속패드(미도시)를 구비하는 제2 회로기판(2700), 상기 접속패드와 접촉하도록 상기 회로기판 상에 실장된 적어도 하나의 제2 집적회로 소자(2800) 및 상기 제2 회로기판(2700) 상에 상기 제2 집적회로 소자(2800)를 고정하는 제2 몰드부(2900)를 포함한다.
상기 제2 회로기판(2700)은 상면에 상기 제2 집적회로 소자(2800)를 실장하고 외부와 전기적으로 접속될 수 있는 구조물을 구비한다면 다양한 기판이 이용될 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 제2 회로기판(2700)은 제1 회로기판(2100)과 동일한 구성을 갖는 인쇄회로기판(PCB)을 포함한다.
특히, 상기 제2 회로기판(2700)은 상기 기판을 관통하는 열전달 기둥(thermal via, 2710)을 더 구비하여 상부에 배치된 제2 접속회로 소자(2800)로부터 발생하는 열을 외부로 방출할 수 있다. 예를 들면, 상기 열전달 기둥(2710)은 제1 패키지(P1)의 방열판(2600)과 연결되도록 구성할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 상기 제2 회로기판(2700)의 배면과 상기 방열판(2600) 사이에는 제2 접착부재(미도시)가 배치되어 상기 제2 회로기판(2700)을 상기 제1 패키지(P1)에 접착할 수 있다.
상기 제2 집적회로 소자(2800)는 다양한 반도체 칩을 포함한다. 예를 들면, 상기 제2 집적회로 소자(2800)는 메모리 칩 및 로직 칩과 같이 고밀도로 집적된 능동소자 칩을 포함한다. 따라서, 상기 반도체 패키지(3000)의 구동에 따라 상기 제2 집적회로 소자(2800)는 전기 에너지가 열에너지로 변환되어 발생한다.
상기 제2 집적회로 소자(2800)는 제2 회로기판(2700) 상에 실장되어 상기 제2 회로기판(2700)의 내부에 배치된 회로패턴과 전기적으로 연결된다. 본 실시예의 경우, 상기 제2 집적회로 소자(2800)는 활성면이 상부를 향하는 페이스업 구조로 제2 회로기판(2700) 상에 배치되며 본딩 와이어(2810)에 의해 상기 제2 회로기판(2700)의 접속패드와 연결된다. 제2 회로기판(2700) 상에 실장된 제2 집적회로 소자(2800)는 제2 몰드부(2900)에 의해 고정되고 외부환경으로부터 보호된다. 제2 몰드부(2900)는 제1 몰드부(2300)와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다.
본 실시예의 경우, 상기 제2 집적회로 소자(2800)와 제2 회로기판(2700)은 와이어 본딩 공정에 의해 접속되는 구조를 개시하고 있지만, 이는 예시적인 것이며 상기 반도체 패키지(3000)의 필요에 따라 다양한 구성을 가질 수 있음은 자명하다. 예를 들면, 상기 제2 집적회로 소자(2800)는 활성면이 제2 회로기판(2700)을 향하도록 배치되고 제2 범프 구조물(미도시)에 의해 제2 회로기판(2700)과 접속될 수 있음은 자명하다. 또한, 상기 제2 집적회로 소자(2800)도 다수의 반도체 칩이 적층된 칩 스택 구조물을 포함할 수도 있다.
상기 제1 패키지(P1)와 제2 패키지(P2)는 기판 접속 구조물(2730)에 의해 서로 연결된다. 상기 기판 접속 구조물(2730)은 상기 제1 회로기판(2100)의 접속패드(2120)와 제2 회로기판(2700)의 접속패드와 서로 접촉하는 범프 구조물을 포함한다. 예를 들면, 상기 기판 접속 구조물(2730)은 전기 전도성이 우수한 솔더 조인트(solder joint)를 포함한다. 이때, 상기 몰드부(2300)는 제1 및 제2 회로기판(2100,2700) 사이의 이격공간을 매립하는 언더필막으로 기능할 수 있다. 따라서, 상기 기판 접속 구조물(2730)은 상기 몰드부(2300)에 의해 양 회로기판 사이에서 충분한 강도로 고정될 수 있다.
상기 표면형상 변형부(2400)는 상기 제1 집적회로 소자(2100)의 표면 및 상기 몰드부(2300)의 표면에 배치되어 방열면적 및 접촉면적을 확장한다. 특히, 본 실시예에 의한 반도체 패키지(3000)는 제1 패키지(P1)의 상부에 추가 패키지인 제2 패키지(P2)가 적층되므로 상기 접착부재(2500)와의 접착면적 확장은 제2 패키지(P2)의 지지하중을 분산시키고 열팽창에 의한 변형량(thermal strain)을 효과적으로 흡수할 수 있다. 특히, 제1 집적회로 소자(2200)의 표면뿐만 아니라 제1 몰드부(2300)의 표면으로까지 표면형상 변형부(2400)를 배치함으로써 하중분산의 효과를 더욱 높일 수 있다. 이에 따라, 제1 집적회로 소자(2200)로부터 발생하는 열을 효과적으로 방출하여 방열성능을 높이고 제1 및 제2 패키지(P1, P2)사이의 접착면적을 확장함으로써 기판의 변형을 방지할 수 있다.
본 실시예에서는 상기 표면형상 변형부(2400)로서 도 1에 도시된 열 전도성 입자(401)를 개시하고 있지만, 이는 예시적이며 도 3a 내지 도 4b에 도시된 열전달 패턴(402) 및 요철부(403)를 포함하는 다양한 변형례가 상기 표면형상 변형부(2400)로 이용될 수 있음은 자명하다.
본 실시예에서는 표면형상 변형부가 구비된 칩 스택 패키지 및 멀티 스택 패키지를 개시하고 있지만, 다양한 반도체 패키지가 상기 표면형상 변형부가 배치될 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 의한 반도체 패키지는 다수의 능동소자와 수동소자를 단일한 기판 상에 배치하여 독립적인 모듈로 기능할 수 있는 시스템 인 패키지(SIP)를 포함할 수도 있다. 이때, 상기 표면형상 변형부는 시스템 인 패키지의 능동소자를 구성하는 반도체 칩의 표면 및 상기 반도체 칩을 고정하는 몰드부의 표면에 배치될 수도 있다. 뿐만 아니라, 상술한 바와 같은 반도체 패키지를 예정된 단위동작을 구비하는 모듈을 구성하도록 마더보드에 배치될 수도 있다. 이때, 마더보드상에 배치된 상기 반도체 패키지의 표면과 상기 모듈을 구성하는 하우징이 접촉하는 경우 상기 반도체 패키지의 표면에 배치된 표면형상 변형부에 의해 하우징으로의 방열성능을 높이고 접착면적을 확장할 수 있다.
반도체 패키지의 제조방법
도 7은 도 1에 도시된 반도체 패키지를 제조하는 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 도 7에 도시된 표면형상 변형부를 형성하는 단계를 나타내는 흐름도이다. 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따라 도 7에 도시된 표면형상 변형부를 형성하는 단계를 나타내는 흐름도이다. 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 7에 도시된 표면형상 변형부를 형성하는 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 1 및 도 7을 참조하면, 회로패턴 및 접속패드(120)를 구비하는 다수의 실장영역이 배치된 회로 모기판을 준비(단계 S100)하고, 상기 다수의 실장영역 각각에 집적회로 소자(200)가 배치되도록 상기 회로 모기판 상에 다수의 집적회로 소자(200)를 실장한다(단계 S200).
예를 들면, 다수의 회로 모기판이 적재된 매거진으로부터 실장대상 회로 모기판이 기판 적재부로 로딩되고 다수의 집적회로 소자가 구비된 웨이퍼가 웨이퍼 카세트로부터 웨이퍼 적재부로 로딩된다. 상기 회로 모기판에는 다수의 실장영역이 스크라이브 라인에 의해 구분되어 형성되고 각 실장영역에는 다수의 접속패드(120)가 노출된다. 상기 웨이퍼로부터 각 집적회로 소자를 개별적으로 추출하고 소정의 플럭식 공정을 거친 후 집적회로 소자의 범프 구조물(210)이 상기 각 실장영역의 접속패드(120)에 접촉하도록 상기 집적회로 소자(200)를 실장한다. 집적회로 소자가 실장된 회로 모기판에 대하여 리플로우 공정을 수행하여 상기 범프 구조물(210)과 상기 접속패드(120)를 화학적으로 결합하고 집적회로 소자(200)와 모기판 사이의 공간을 언더필로 충진한다.
이어서, 상기 집적회로 소자(200)를 덮도록 상기 회로 모기판의 상면 전면(whole surface)에 상기 몰드부(300)를 형성한다(단계 S300). 예를 들면, 리플로우 공정에 의해 상기 회로 모기판 상에 고정된 집적회로 소자(200)를 덮을 정도의 두께를 갖도록 에폭시 몰드 컴파운드(EMC)를 코팅하고 소정의 성형공정을 수행한다. 이에 따라, 상기 회로 모기판의 전면을 통하여 연속적으로 배치되는 상기 몰드부(300)를 형성한다.
이후, 상기 몰드부(300)를 연마하여 상기 집적회로 소자(200)의 표면을 노출시킨다(단계 S400). 예를 들면, 상기 몰드부(300)의 상면에 대하여상기 집적회로 소자(200)의 표면이 노출될 때까지 화학 기계적 연마(CMP)공정을 수행할 수 있다. 이에 따라, 상기 몰드부(300)의 두께를 상기 반도체 패키지(1000)의 요구조건에 따라 조절할 수 있다.
특히, 필요한 경우 상기 몰드부(300)를 연마하면서 상기 집적회로 소자(200)도 함께 연마하여 집적회로 소자(200)를 구성하는 실리콘 기판의 두께도 함께 줄일 수 있다. 집적회로 소자(200) 및 몰드부(300)의 두께 감소에 따라 상기 반도체 패키지(1000)의 전체적인 수직 두께를 적정한 범위로 조절할 수 있다. 연마공정의 결과, 상기 집적회로 소자(200)의 표면과 몰드부(300)의 표면은 동일한 평면을 서로 공유하도록 형성된다. 이때, 상기 집적회로 소자(200)는 페이스-업 또는 페이스-다운 배치구조에 따라 집적회로 소자의 활성면 또는 배면이 연마될 수 있다. 활성면이 연마되는 경우에는 상기 집적회로 소자의 제조단계에서 최종 보호막을 연마량을 고려하여 더욱 두껍게 형성할 수 있음은 자명하다.
이어서, 상기 집적회로 소자(200)의 표면 및 상기 연마부(300)의 표면에 분포하여 표면적을 확장하는 표면 형상 변형부(400)를 형성한다(단계 S500).
상기 표면 형상 변형부(400)는 노출된 상기 집적회로 소자(200)의 표면 및 상기 몰드부(300)의 표면을 구분하지 않고 상기 회로 모기판의 전면을 통하여 형성된다. 상기 표면 형상 변형부(400)는 상기 반도체 패키지(1000)의 방열면적 및 접착면적을 확장할 수 있다면 다양한 구조와 형상으로 형성될 수 있다.
예를 들면, 상기 표면 형상 변형부(400)는 상기 회로 모기판의 전면에 임의적으로 분포하는 열전도성 입자(도 3a의 401)로 형성될 수 있다. 먼저, 열전도성 입자가 용해된 액상 혼합물을 상기 모기판의 전면에 코팅(단계 S510) 한 후, 상기 용매를 증발시켜 열전도성 입자만 모기판의 전면에 잔류시켜서 부착(단계 S520)할 수 있다. 따라서, 상기 용매는 휘발성이 우수한 물질로 구성하여 상기 용매를 증발하는데 필요한 시간을 단축할 수 있다. 상기 열전도성 입자는 열전도도가 우수한 금속물질이나 실리콘 또는 다이아몬드를 포함한다. 따라서, 상기 열전도성 입자는 상기 용매에 용해되어 표면 젖음(surface wetting) 공정에 상기 모기판의 전면에 임의적으로 부착될 수 있다. 그러나, 상기 열전도성 입자의 표면적을 극대화할 수 있도록 상기 회로 모기판의 표면에서 가능한 한 큰 접촉각을 유지할 수 있는 용매를 선택하여 상기 열전도성 입자는 약 1㎛ 내지 약 100㎛의 직경을 갖는 구형을 갖도록 공정조건을 조절한다.
상기 열전도성 입자(401)는 상기 회로 모기판의 표면에서 일정한 패턴으로 형성될 수도 있다. 예를 들면, 상기 회로 모기판의 전면을 덮는 마스크 패턴을 형성(단계 S530)하고, 상기 마스크 패턴을 덮도록 모기판의 전면에 열전도성 입자를 분사(단계 S540)하여 상기 집적회로 소자의 표면, 상기 몰드부의 표면 및 상기 마스크 패턴의 표면에 상기 열전도성 입자를 부착한다. 이에 따라, 상기 마스크 패턴에 의해 덮여진 모기판의 표면에는 열전도성 입자(401)는 부착되지 않고 마스크 패턴에 의해 노출된 모기판의 표면에만 부착된다. 상기 마스크 패턴을 모기판으로부터 제거(단계 S550)하면, 상기 마스크 패턴의 형상대로 전사된 열전도성 입자(401)의 패턴을 수득할 수 있다. 이때, 상기 열전도성 입자는 스프레이나 진공 흡착기를 이용하여 상기 마스크 패턴의 상부로 분사될 수 있다.
이와 달리, 상기 표면 형상 변형부(400)는 상기 회로 모기판상에 열전달 패턴(402)이나 요철부(403)의 형태로 형성될 수도 있다. 예를 들면, 상기 집적회로 소자(200)의 표면 및 상기 몰드부(300)의 표면을 따라 상기 모기판의 전면을 덮는 열전도성 물질막을 형성(단계 S560)하고, 상기 열전도성 물질막을 패터닝하여 상기 열전달 패턴(402)을 형성(단계 S570))한다. 예를 들면, 상기 열전달 물질막은 열전도도가 우수한 물질을 화학기상증착(CVD)공정에 의해 상기 회로 모기판의 표면에 증착함으로써 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 열전달 물질막은 알루미늄 박막이나 구리박막을 포함할 수 있다. 이어서, 상기 물질막의 상부에 마스크 패턴을 형성하고 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하는 식각 공정에 의해 상기 열전달 패턴을 형성할 수 있다.
다른 실시예로서, 상기 회로 모기판의 표면에 먼저 마스크 패턴을 형성하고 상기 마스크 패턴에 의해 노출된 집적회로 소자(200)의 표면 및 몰드부(300)의 표면에 무전해 도금공정을 수행함으로써 상기 열전달 패턴을 형성할 수도 있다.
상기 요철부(403)는 상기 회로 모기판의 표면으로 마스크 패턴을 형성한 후 상기 마스크 패턴을 통하여 노출된 집적회로 소자(200) 및 몰드부(300)의 표면에 대하여 표면가공을 수행함으로써 형성할 수 있다. 예를 들면, 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용한 플라즈마 식각 공정을 수행함으로써 집적회로 소자(200) 및 몰드부(300)의 표면에 일정한 깊이를 갖는 리세스를 형성할 수 있다. 이와 달리, 상기 마스크 패턴을 통하여 노출된 표면에 대하여 샌드 블라스트와 같이 표면처리를 수행함으로써 일정한 사이즈를 갖는 요철부를 형성할 수 있다.
특히, 상기 열전달 패턴(402)을 마스크 패턴으로 기능할 수 있는 물질로 형성한 경우, 상기 열전달 패턴(402)과 함께 보조 요철부(404) 또는 스터드부(405)가 동시에 배치된 표면 형상 변형부를 형성할 수 있다(단계 S580).
예를 들면, 상기 열전달 패턴(402)를 실리콘 산화물로 형성한 경우, 건식 식각 공정의 마스크 패턴으로 기능할 수 있으므로 상기 열전달 패턴을 마스크 패턴으로 이용하여 노출된 집적회로 소자(200) 및 몰드부(300)의 표면을 식각하여 상기 보조 요철부(404) 또는 스터드부(405)를 형성할 수 있다.
이어서, 상기 스크라이브 라인을 따라 상기 회로 모기판을 절단하여 상기 실장영역 단위로 상기 모기판을 분리한다(단계 S600). 이에 따라, 상기 회로기판(100) 상에 실장된 집적회로 소자(200) 및 상기 집적회로 소자(200)를 상기 회로기판(100)에 고정하는 몰드부(300)를 구비하는 단위 반도체 패키지가 형성된다. 이후, 상기 단위 반도체 패키지의 상부에 접착부재(500) 및 방열부(600)를 접착함으로써 상기 반도체 패키지(1000)를 완성한다.
상술한 바와 같은 반도체 패키지의 제조방법에 의하면, 회로 모기판의 실장영역별로 다수의 집적회로 소자 및 상기 집적회로의 표면을 노출하고 상기 회로 모기판을 덮는 몰드막의 표면에 동시에 표면 형상 변경부를 형성한다. 이어서, 상기 표면 형상 변경부를 포함하는 회로 모기판을 각 실장영역 별로 분리하여 상기 표면 형상 변경부를 구비하는 개별 반도체 패키지를 제조한다. 이에 따라, 상기 표면 형상 변경부를 상기 모기판 단위로 형성함으로써 제조공정의 효율을 높일 수 있다. 또한, 집적회로 소자의 표면뿐 아니라 몰드부의 표면에도 표면 형상 변경부를 형성함으로써 반도체 패키지와 추가 접속체와의 접착면적을 확장함으로써 기판의 비틀림을 방지할 수 있다. 이에 따라, 반도체 패키지의 방열성능뿐만 아니라 기계적 안정성과 신뢰성을 높일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의한 반도체 패키지 및 이의 제조방법에 의하면, 회로기판 상에 실장된 집적회로 소자의 표면 및 상기 집적회로 소자를 고정하는 몰드부의 표면에 다양한 형상의 표면 형상 변형부를 배치한다. 표면형상 변형부는 열전달 특성이 우수한 미세입자 또는 요철부로 구성함으로써 방열면적을 증가시키고 방열판과 같은 추가 구성요소를 부착하기 위한 접착부재와의 접착면적을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 반도체 패키지의 방열성능을 높이고 추가 구성요소와의 열팽창률의 차이에 의한 반도체 패키지의 뒤틀림(warpage)을 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명은 집적회로 소자를 응용하는 통신 장치나 저장 장치 등의 전자 제품을 생산하는 제조업 등 산업 전반에 걸쳐 널리 유용하게 채택되어 이용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 내부에 회로패턴을 구비하고 상기 회로패턴과 연결되는 접속패드를 구비하는 회로기판;
    상기 접속패드와 접촉하도록 상기 회로기판 상에 실장된 적어도 하나의 집적회로 소자;
    상기 회로기판 상에 상기 집적회로 소자를 고정하고 상기 집적회로 소자의 표면을 노출하도록 배치된 몰드부;
    상기 집적회로 소자의 표면과 상기 몰드부의 표면에 분포되어 표면적을 확장하는 표면형상 변형부(surface modifier); 및
    상기 표면형상 변형부를 덮는 접착부재 및 상기 접착부재에 고정된 방열판을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 표면 형상 변형부는 상기 집적회로 소자 및 상기 몰드부의 표면에 분포된 다수의 열 전도성 입자(heat conductive particles)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  3. 제2항에 있어서, 상기 열 전도성 입자는 열전도도(thermal conductivity)가 우수한 구리, 금, 알루미늄, 실리콘(Si), 다이아몬드 및 이들의 합성물 중의 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 표면형상 변형부는 상기 집적회로 소자의 표면과 상기 몰드부의 표면을 따라 연속적으로 배치되는 열전달 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  5. 제4항에 있어서, 상기 열전달 패턴을 통하여 부분적으로 노출되는 상기 집적회로 소자의 표면 및 몰드부의 표면에 요철부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  6. 삭제
  7. 회로패턴 및 접속패드를 구비하는 다수의 실장영역이 배치된 회로 모기판을 준비하는 단계;
    상기 다수의 실장영역 각각에 집적회로 소자가 배치되도록 상기 모기판 상에 다수의 집적회로 소자를 실장하는 단계;
    상기 집적회로 소자를 덮도록 상기 모기판의 상면 전면에 몰드부를 형성하는 단계;
    상기 집적회로 소자의 표면이 노출되도록 상기 몰드부 및 집적회로 소자의 적어도 하나를 연마하는 단계;
    상기 집적회로 소자의 표면 및 상기 몰드부의 표면에 분포하여 표면적을 확장하는 표면 형상 변형부를 형성하는 단계; 및
    상기 실장영역 단위로 상기 모기판을 절단하여 단위 반도체 패키지를 형성하는 단계; 및
    상기 단위 반도체 패키지에 구비된 상기 표면형상 변형부 상에 접착부재 및 방열판을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 표면 형상 변형부를 형성하는 단계는,
    열전도성 입자가 휘발성 용매에 용해된 액상 혼합물을 상기 모기판의 전면에 코팅하는 단계; 및
    상기 휘발성 용매를 증발시켜 상기 집적회로 소자 및 상기 몰드부의 표면에 상기 열전도성 입자들이 불규칙적(random)으로 분포하도록 부착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 표면 형상 변형부를 형성하는 단계는,
    상기 집적회로 소자의 표면 및 상기 몰드부의 표면을 따라 상기 모기판의 전면을 덮는 마스크 패턴을 형성하는 단계;
    상기 마스크 패턴을 덮도록 열전도성 입자를 분사하여 상기 집적회로 소자의 표면, 상기 몰드부의 표면 및 상기 마스크 패턴의 표면에 상기 열전도성 입자를 부착시키는 단계; 및
    상기 마스크 패턴을 상기 모기판으로부터 제거하여 상기 집적회로 소자 및 상기 몰드부의 표면을 따라 상기 열전도성 입자들을 규칙적으로 분포시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 표면 형상 변형부를 형성하는 단계는,
    상기 집적회로 소자의 표면 및 상기 몰드부의 표면을 따라 상기 모기판의 전면을 덮는 열전도성 물질막을 형성하는 단계;
    상기 열전도성 물질막을 패터닝하여 열전달 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 열전달 패턴을 마스크 패턴으로 이용하여 상기 집적회로 소자의 표면 및 상기 몰드부의 표면을 가공하여 요철부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 제조방법.
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