KR20010072583A - 적층화 집적 회로 패키지 - Google Patents

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KR20010072583A
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tape
adhesive
die
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chip
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KR1020007012348A
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안토니 알. 플리피스
폴 엠. 하베이
Original Assignee
스프레이그 로버트 월터
미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 캄파니
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Publication date
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Abstract

집적 회로 패키징에 저비용의 집적 회로 패키지를 제공한다. 바람직한 실시예에서, 패키지는 유전 접착제를 이용하여 강성제에 적층화된 가요성 회로를 포함하며, 가요성 회로 상의 도전 트레이스는 접착제에 의해 격리되어 강성제와 대향하고 있다. 도전 트레이스는 플립-칩 접착 패드 어레이를 포함한다. 윈도우는 에칭 등에 의해서 접착 패드 어레이 위의 강성제에 형성된다. 다음에 접착제가 레이저 마찰로 접착 패드 위에서 제거되지만, 패드 사이에 남겨지므로, 플립-칩 접착 사이트를 형성하게 된다. 본 발명은 바람직한 실시예에서, 고해상도의 패턴화 접착제의 필요성을 제거하고, 또한 나머지 접착제가 접착 패드 사이의 브리징을 방지하는 땜납 마스크 기능을 실행하기 때문에, 플립-칩 접착 사이트에서 땜납 마스크 도포의 필요성을 제거한다. 이 패키지는 이들 층의 강성제에의 적층 동안에 가요성 회로와 접착제 층에 형성된 장력으로 인해 높은 정도의 평탄성을 갖는 다이 접착 사이트를 제공한다. 본 발명의 실시예에는 TBGA, 취약형 리드, 및 그 외 패키징 기술이 이용될 수 있다.

Description

적층화 집적 회로 패키지{LAMINATED INTEGRATED CIRCUIT PACKAGE}
본 발명은 반도체 패키징 기술 분야에 관한 것으로, 특히 땜납 범프나 플립-칩 집적 회로용 테이프 볼 그리드 어레이 (TBGA) 패키징 기술에 이용되는 칩 캐리어에 관한 것이다.
반도체 집적 회로 (또한 여기에서는 "다이" 또는 "칩"으로 언급)의 크기는 계속해서 감소하고 있고, 이로 인해 계속적으로 커지는 인터커넥트 밀도를 수용할 수 있는 인터커넥트 및 패키징 기술에 대한 필요성이 대두되고 있다. 가까운 장래에는 칩에 이용되는 예상 가능한 인터커넥트 밀도는 이 칩을 다른 회로에 접속하기 위해서 패키징 기술의 발전을 요구하게 된다. 특히, 납땜 범프를 이용하는 집적 회로와 소위 "플립-칩" 회로는 다른 회로에 접속되어야 하는 칩의 활성 측면 상에 컨택트 패드 어레이를 포함한다. 통상, 납땜 접속은 집적 회로 상의 컨택트 패드와 캐리어나 패키지 상의 도전성 소자 사이에 형성된다. 캐리어 상의 도전성 소자는 각 컨택트 패드를 캐리어 구조물 내의 선택된 사이트에 결합한다. 캐리어의 목적은 최고 밀도의 칩 컨택트 패드 (및 이에 대응하여 작은 크기)로부터 저밀도의 캐리어 컨택트의 구조로 변환시키는 것이다. 캐리어 컨택트는 볼 그리드 어레이 (BGAZ)의 형태로 되어 있으며 이는 공지된 것이다. 다음에 캐리어는 예를 들어, 당 기술에 공지된 표준 방법을 이용하여, 배선 회로판에 접속될 수 있다. 캐리어는 또한 칩으로부터의 열 발산을 제공해야만 하며, 이는 여러 어플리케이션에서 중요한 엔지니어링 필요 조건일 수 있다. 플립-칩이 접착되어 있는 캐리어의 평탄성 및 열 안정성은 칩이 더욱 소형화되고 패드 밀도가 더욱 커짐에 따라서 더욱 만족되기가 어려운 중요한 요구 조건이 되고 있다.
몇 가지 공지된 유형의 캐리어는 테이프 볼 그리드 어레이 (TBGA) 기술을 포함한다. 이 기술은 도전성 트레이스가 위에 형성되어 있는 가요성 테이프를 이용한다. 각 트레이스는 예를 들어, 와이어 본딩이나 플립-칩 기술에 의해서 칩 컨택트 패드가 접속될 수 있는 지점으로부터 볼 그리드 어레이의 땜납 볼로 연장되어 있다. TBGA 캐리어는 통상 비교적 강한 강성제에 접착제로 접착되며, 이 강성제는 패키지에 어느 정도의 평탄성을 제공한다. 이 칩은 테이프나 강성제의 물리적 지지를 위해 접속될 수 있다. 강성제는 칩으로부터의 열을 제거하는 것을 돕기 위해서 칩이나 그 근처에 접촉되게 위치된다. 와이어 본딩 어플리케이션을 위해, 캐리어 테이프의 중심 내에 윈도우가 형성될 수 있으며, 이 칩이 윈도우 내에 위치되므로, (와이어 본드 어플리케이션에서 통상 칩의 모서리 주위에 있는) 칩 상의 본드 패드가 이들이 접속되게 되는 도전성 트레이스에 가능한 한 근접되게 된다. 미국 특허 5,663,530(여기에서 참조되고 있음)은 더욱 상세하게 와이어 본드 TBGA 패키지를 기재하고 있다. '530 특허의 발명은 트레이스가 강성제인 가요성 회로의 동일한 측면 상에 있을 때 유동 회로 상의 도전성 트레이스를 도전성 강성제와 절연시키도록 절연 접착제를 이용한다.
종래의 플립-칩 접착 공정에서는, 이방성 접착제를 이용한다. 이러한 접착제의 예가 미국 특허 5,686,703 (본 설명에서 참조되고 있음)에 제시되고 있다.
미국 특허 5,583,378 (본 설명에서 참조되고 있음)은 와이어 본드 및 플립-칩 BGA 구조를 상세히 개시하고 있다. 도 1에 개시된 '378 특허에 기재된 플립-칩 구조에서는, 강성제(20)가 가요성 테이프(24)의 일 측면에 접착제(22) 층으로 접착되며, 도전성 트레이스(26), 컨택트 패드(28) 및 납땜 볼(30)이 테이프(24)의 강성제(20)와의 대향측 상에 있다. 집적 회로 칩(32)는 플립-칩 기술을 이용하여 캐리어 컨택트 패드(28)에 접착되며, 여기에서 납땜 접속(34)이 캐리어 패드(28)와 칩 패드(36) 사이에 형성된다. 칩(32)은 절연 테이프, 접착제 및 인캡슐런트 (encapsualnt) 층이 칩과 강성제를 분리할 수는 있지만, 어떤 어플리케이션에서는 강성제가 열 싱크로서 작용할 수 있을 정도로 충분히 강성제(28)에 가까이 위치될 수 있다.
이런 구성과 그 외 종래의 플립-칩 TBGA 구성에서의 문제는 칩(32)이 BGA 볼(30)과 같이 반드시 테이프 (및 강성제(20))의 동일한 측면 상에 있어야 하므로, 칩(32)이 인스톨시 캐리어와 배선 회로판(PCB) 사이에 샌드위치되고, 이로 인해 필요하면 부가의 열 싱크를 위해 칩에의 억세스를 방지할 수 있다. 이런 접근법은 또한 플립-칩 접착 영역에서 고밀도, 고정밀도의 납땜 마스크의 어플리케이션을 필요로 하는데, 이는 어렵고 값비싼 처리 단계이다. 마지막으로, 허용 가능 범위가 칩 크기와 칩 인터커넥트 밀도에 따라 줄어듬에 따라, 캐리어 상에 플립-칩 접착 컨택트(28)를 정확한 평탄성으로 형성하기가 어려워진다. 하나의 컨택트 패드라도 평탄성에서 벗어나는 경우라도 패키지된 장치의 부정확한 접착과 이상을 유발할 수있다는 것이 이해될 것이다.
여기에 설명된 본 발명의 장점과 특징은 명백하게 되는 그 외 장점과 특징과 함께, 상세하게 이해될 수 있는 방식으로, 첨부한 도면에 기재된 본 발명의 실시예 관련하여 본 발명의 특정 실시예를 설명한다. 도면은 이 명세서의 일부를 형성한다.
그러나, 첨부한 도면은 본 발명의 일 실시예를 설명하므로, 이 영역을 제한하는 것으로 생각되어서는 안된다.
도 1은 종래의 플립-칩/TGBA 어셈블리의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 주 성분의 확대 부분 정면도이다.
도 3은 강성제에 윈도우를 형성하기 전의 본 발명의 주 성분의 단면 정면도이다.
도 4는 윈도우가 강성제에 형성된 후의 도 3의 어셈블리도이다.
도 5는 다이 접착 패드를 노출하도록 접착제가 제거된 후의 도 4의 어셈블리도이다.
도 6은 본 발명에 따라서 칩 캐리어에 접착된 집적 회로와 BGA 땜납 볼을 나타내는 단면 정면도이다.
도 7A-7E는 가요성 회로 상에 상승된 다이 접착 패드를 이용하는 실시예에 대해서, 점진적인 완성 단계에서의 본 발명의 실시예의 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 칩 캐리어의 예시적 "회로-아웃" 실시예의 단면도이다.
도면들은 본 발명의 여러 성분의 관계를 나타내는 개략도로서, 제한하기 위한 것이 아님에 유의해야 한다.
본 발명은 종래 기술의 결점을 해결하여 매우 큰 플립-칩 컨택트 밀도에 적합한 집적 회로 칩 캐리어를 제공한다. 본 발명은 가요성 회로 테이프의 상부 상에 칩이 있는 플립-칩 패키지를 제공하므로, 패키지가 PC 판이나 그 외 기판 상에 장착되어 있을 때 열 관리나 그 외 목적으로 억세스 가능하다. 플립-칩 접속을 위한 캐리어 컨택트 패드는 테이프에 강성제를 접착하고 강성제 내에 윈도우를 형성하여 공동 평면 구성으로 유지된다. 윈도우는 강성제 재료를 에칭하여 형성될 수 있다. 칩은 윈도우를 통해 노출되는 가요성 회로에 접착될 수 있다. 또한, 값비싼 납땜 마스크 동작이 강성제와 테이프 사이에 접착제 층을 유전체로서 이용하여 제거되어 트레스트와 강성제를 절연시키고 플립-칩 컨택트를 서로 절연시킨다. 바이어(Via)를 예를 들어, 레이저 마찰에 의해 접착제 층에 형성한다. 집적 회로 다이가 테이프의 상부에 위치되고 도전성 트레이스가 테이프의 저부에 위치되어 있는 본 발명의 실시예를 이용할 수 있다 (소위 "회로 아웃 (circuit out)" 구성). 이 구성에서, 바이어는 레이저 마찰이나 그 외 방법에 의해 테이프에 형성되어 다이 접착 패드를 노출시킨다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 가요성 회로 테이프와 접착제는 강성제 보다 열 팽창 계수가 더 크므로, 회로가 고온 처리에서 강성제에 적층화된 후에, 테이프와 강성제는 적층된 어셈블리가 실온으로 냉각될 때 강성제에 비해 수축하는 경향이 있어, 테이프와 접착제 재료에 장력을 형성한다. 윈도우가 여기에 기술된강성제로부터 절단되면, 윈도우를 회전시키는 테이프와 접착제가 장력을 받아, 플립-칩 접속부 근처에 매우 높은 정도의 평탄성을 제공하므로, 결과적으로 접속부는 종래 기술과 비교하여 성능과 신뢰도 면에서 개선된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 가요성 회로의 평탄성은 칩 장착 위치에서 25 미크론 이상이며 보드 장착 위치에서 6밀리 이상일 수 있다.
본 발명은 또한 접착제가 가요성 회로의 상측면을 커버하며 레이저 마찰 등에 의해서 선택적으로 제거되어 가요성 회로 상에서 본딩 패드에의 억세스를 제공할 수 있기 때문에 (회로 패턴이 집적 회로와 가요성 테이프의 동일한 측면 상에 있는) 플립-칩 다이 인터페이스에서 미세 피치의 납땜 마스크의 필요성을 제거시켜 준다. 접착제는 본딩 패드 사이의 위치에 남겨져 절연을 제공하며 납땜 브리징을 방지한다. 어떤 실시예에서는, 다이 접착 패드가 가요성 회로 상의 다른 도전성 트레이스에 관련하여 상승되므로, 접착제가 (패턴화되지 않은) 윈도우 영역에서 균일하게 제거되어 계속 도전성 트레이스를 커버하면서 상승된 패드를 노출시킨다. 이 실시예에서는, 접착제가 플라즈마나 화학적 에칭 처리에 의해 제거될 수 있다.
여기에 첨부한 청구범위로 정의되는, 본 발명의 여러 실시예는 역 어플리케이션에서도 이용될 수 있다. "플립-칩"은 본 발명에서 이용될 수 있는 다이 접속 기술의 일 예일 뿐이다. 현재 알려져 있으며 후에 개발되는 다른 접속 방법도 본 발명으로부터 이득을 얻을 수 있다. 여러 유형의 가요성 회로 재료 및 구조물을 본 발명에서 이용할 수 있다. 예를 들어, 이중 금속 설계와 적층된 다중층 회로를 포함하는 복수의 트레이스 층 구조를 이용할 수 있다.
일 형태에서, 본 발명은 제1 측면 상에 선택된 패턴의 도전성 트레이스가 형성되어 있는 가요성 유전 테이프의 층 - 도전성 트레이스는 다이 접착 패드 및 볼-그리드-어레이 접착 패드를 가짐 - ; 테이프에 형성되어 테이프의 제2 측면 상에서 볼-그리드-어레이 접착 패드를 노출시키는 개구; 테이프의 제1 측면 및 그 위에 형성된 도전성 트레이스를 커버하는 유전 접착제 층, 유전 접착제 층에 형성되어 다이 접착 패드를 노출시키는 개구; 및 유전 접착제 층에 접착되며, 그 내에 형성되어 상기 다이 접착 패드를 노출시키는 윈도우를 갖는 강성제를 포함하는 집적 회로 칩용 패키징 장치를 제공한다.
본 발명은 다른 형태에서 선택된 패턴의 도전성 트레이스가 위에 형성되어 있는 가요성 유전 테이프를 제공하는 단계 - 도전 트레이스는 다이 접착 패드 및 볼-그리드-어레이 접착 패드를 포함함 -; 테이프의 제1 측면에 유전 접착제 층을 도포하고, 상기 도전 트레이스와 그 위에 형성된 다이 접착 패드를 커버하는 단계; 이 접착제를 이용하여 상기 테이프에 강성제를 접착하여, 강성제가 테이프와 그 위에 형성된 도전 트레이스를 피복하고, 강성제가 유전 접착제의 두께 만큼 상기 도전 트레이스로부터 분리되게 하는 단계; 다이 접착 패드가 위치되어 있는 상기 테이프와 접착제 부분을 노출시키도록 상기 강성제에 윈도우를 형성하는 단계; 및 다이 접착 패드를 노출시키도록 다이 접착 패드 위에 놓이는 접착제를 제거하는 단계를 포함하는 집적 회로용 패키징 장치의 제조 방법을 제공한다.
바람직한 실시예에서, 강성제는 적어도 화씨 500도로 어셈블리를 가열하고 평방 인치당 적어도 200 파운드의 압력을 인가함으로써, 테이프, 접착제 및 강성제의 어셈블리에 열과 압력을 인가하여 테이프에 적층화될 수 있다.
다른 형태에서, 본 발명은 선택된 패턴의 도전성 트레이스가 위에 형성되어 있는 가요성 유전 테이프 층; 테이프의 제1 측면 및 그 위에 형성된 도전성 트레이스를 커버하는 유전 접착제 층; 유전 접착제 층에 형성되어 다이 접착 패드를 노출시키는 개구 - 상기 접착제는 패드 사이에 남겨짐 - ; 및 유전 접착제 층에 접착되며, 그 내에 형성되어 다이 접착 패드를 노출시키는 윈도우를 포함하는 강성제를 포함하는 집적 회로 칩용 패키징 장치를 제공한다.
또 다른 형태에서, 본 발명은 선택된 패턴의 도전 트레이스가 위에 형성되어 있는 가요성 유전 테이프 층; 테이프의 제1 측면과 그 위에 형성된 도전 트레이스를 커버하는 이방성 도전 접착제 층; 및 유전 접착제 층에 접착된 비도전성 강성제 - 이 강성제는 그 내에 형성되어 다이 접착 패드 위에 놓이는 영역에서의 상기 접착제를 노출시키는 윈도우를 가짐 - 를 포함하는 집적 회로 칩용 패키징 장치를 제공한다.
본 발명은 다른 형태에서, 본 발명은 유전 접착제를 이용하여 상승된 온도와 압력 하에서 가요성 회로를 강성제에 적층하는 단계 - 이 가요성 회로는 다이 접착 구조물을 가짐 - ; 다음에 다이 접착 구조물에 근접하는 강성제 부분을 제거하여 강성제에 오리피스를 형성하는 단계를 포함하는 반도체 다이용 패키지 형성 방법을 제공한다.
본 발명은 다른 형태에서 가요성 회로, 접착제 층, 및 일반적으로 평탄한 강성제를 포함하는 적층 어셈블리를 제공하는 단계; 및 강성제에 오리피스를 형성하여 아래 놓인 접착제 층을 노출시키는 단계를 포함하는 반도체 장치용 패키지 형성 방법을 제공한다.
본 발명은 PC 보드나 그 외 기판에 패키지화 다이를 장착하기 위한 여러 기술과 관련하여 적용할 수 있다. 이들 기술은 납땜, 열 압착, 초음파 압착 및 그 외 도전 본딩법을 포함할 수 있는 여러 유형의 볼 그리드 어레이, 핀 그리드 어레이, 및 캔틸레버형이나 취약형 리드 방법을 포함할 수 있다. 어떤 접착 기술에 대해서는, 부가의 윈도우가 장착 리드에의 억세스를 제공하기 위해서 강성제를 거쳐 에칭된다. 이 윈도우는 다이 접착 윈도우의 형성과 동시에 강성제를 통해 패터닝 및 에칭될 수 있다.
도 2-5를 참조하여, 본 발명은 바람직한 실시예에서 강성제(52)에 적층된 가요성 BGA 회로(50)를 포함하는 집적 회로 패키지의 성분인 TBGA 칩 캐리어를 제공한다. 설명을 위해서, 가요성 회로(50)는 강성제(52) 아래에 있는 것으로 하지만, 이 특정 배향은 임의적인 것이다. 사용중에, 집적 회로 칩은 강성제(52)에 형성된 윈도우(54) 내의 가요성 회로(50)의 상부 상에 장착되며, 이 가요성 회로는 PC 보드나 그 외 기판에 납땜 접속부 어레이로 접속되어, 집적 회로의 패드를 가요성 회로의 도전 트레이스를 거쳐 기판 상의 도전 트레이스에 접속시킨다. 오리피스나 윈도우(54)가 강성제(52)에 제공되어, 가요성 회로(50)의 상측부를 노출시키므로,집적 회로(IC)가 예를 들어, 공지된 C4 플립-칩 접속 기술을 이용하여 노출된 가요성 회로(50)의 다이 접착 패드에 접착될 수 있다. 칩을 캐리어에 접속하기 위해서 장래에 개발될 수 있는 다른 기술들이 본 발명에 이용될 수 있다.
이 특허에서의 "플립-칩" 기술의 언급은 그 활성 표면 상의 본딩 패드를 갖는 집적 회로 다이를 기판 상의 도전 트레이스에 접착하기 위한 방법을 구별하기 위한 것으로, 여기에서 다이의 활성면은 기판과 대면한다. 플립-칩 접속법은 통상 땜납 페이스트, 땜납 볼이나 땜납 범프를 이용하여, 다이(32) 상의 본딩 패드(36)와 기판(20) 상의 대응 접착 패드(28) 사이의 도전 접속부를 형성한다. 열 압착 및 그 외 비납땜계 접속 기술이 또한 이 특허에서 사용되기 때문에, 용어 "플립-칩"으로 고려한다.
통상의 땜납 범프나 플립-칩 IC 접속 공정에서, 땜납 마스크가 가요성 회로(50) 상의 다이 접착 패드(56)의 어레이에 도포되어, 매우 가까이 이격되어 브리징되기 쉬운 접속부 간의 땜납 브리징을 방지한다. 본 발명에서는, 접착제 어레이(58)가 가요성 회로(50)를 강성제(52)에 적층하는 데에 사용되는 접착제층(58)이 다이 접착 패드(56)(및 칩 다이 패드)를 서로 격리시키는 작용을 하여, 땜납 브리징을 방지하기 때문에, 납땜 마스크를 필요로 하지 않는다.
도 2를 참조한 바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 패키지 성분은 (ⅰ) 도전 트레이스(62)가 위에 형성되어 있는 가요성 유전체 테이프(60) 층을 포함하는 가요성 회로(50), (ⅱ) 접착제(58)의 어레이, 및 (ⅲ) 강성제(52)를 포함한다. 도전 트레이스(62)는 테이프의 상부면 상에 캐리어 본드 패드(56)의 어레이를 포함하고, BGA 땜납 볼 패드(64)는 또한 회로층(62)에 형성되며 이 테이프에 형성된 바이어(66)를 통해 테이프(60)의 저부면 상에 노출된다. 접착제(58)가 강성제(52)를 테이프(60)에 적층하는 데에 사용된다. 접착제는 비도전성이며 절연 회로(62)를 도전성인 강성제로부터 격리하는 작용만이 아니라, 가요성 회로(50)를 강성제에 안정되게 접착하는 작용을 한다.
본 발명에 이용하기 적합한 유전체 테이프(60)의 예로는 0.5와 5 밀리 사이의 두께를 갖는 캡톤 (Kapton) 테이프가 있으며, 이는 듀퐁에 의해 제작 판매된다. 이 테이프는 레이저 에칭 가능하며, 내화학성 및 내열성이며, 땜납 마스크로 작용한다. 다른 공지의 재료가 또한 본 발명에서 사용될 수 있다.
본 바람직한 실시예에서, 원하는 도전 회로 패턴(62)이 공지된 표준 리소그래피 기술 (부가제나 삭감제)를 이용하여 테이프의 상측면 상에 형성될 수 있다. 본 바람직한 실시예에서, 가요성 회로(50)는 예를 들어, 15 내지 35 미크론의 구리로 테이프를 먼저 코팅하여 만들어진다. 다음에 구리 표면은 포토레지스트로 코팅되고, 이 레지스트는 마스크를 이용하여 원하는 금속 패턴을 형성하도록 노출되고, 이 레지스트가 현상되어 제거될 구리층 부분의 피복을 벗긴다. 다음에 구리는 에칭에 의해 제거되고, 나머지 레지스트는 테이프로부터 벗겨져, 원하는 구리 도체(62)의 패턴을 남기게 된다. (테이프 재료는 또한 원하는 패턴으로 에칭될 수 있다.) 다음에 원한다면, 구리 도체를 도금할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 도체 상에 형성된 캐리어 다이 패드(56)에의 플립-칩 접속부를 만드는 데에 적합한 표면을 제공하기 위해서, 구리를 약 60 마이크로인치의 니켈에 이어 약 20 마이크로인치의 금으로 도금한다. 가요성 회로 도체의 금속성은 이용되는 접속 기술을 수용하기 위해 특정 어플리케이션에서 선택될 수 있다. 본 발명에 사용하기 적합한 가요성 회로는 IBM, 신코, 이비덴, 니또 덴꼬, 니폰 멕트론 및 셀달 뿐만 아니라, 미네소나 세인트 폴 소재의 미네소타 마이닝 및 메뉴팩쳐링사에 의해 제조 및 판매되고 있다. 3M으로 소유되며 여기에서 참조되고 있는 미국 특허 번호 5,227,008은 본 발명에서 사용될 수 있는 가요성 회로를 제조하기 위한 처리예를 기재하고 있다.
공지된 에칭, 밀링, 레이저 마찰이나 그 외 방법 등에 의해서, 테이프(60)에 홀을 형성함으로써 BGA 접속 사이트(64)가 테이프(60)의 저부면 상에 형성되어 도전 트레이스(62) 중 선택된 영역을 노출시킨다.
가요성 회로(50)가 상술된 바와 같이 준비된 후에, 강성제(52)에 적층될 수있다. 강성제(52)는 칩과 다이 접착 패드 사이에 양호한 플립-칩 접속을 성취하기 위해 필요한, 특정 정도의 평탄성으로 테이프 어셈블리를 지지할 정도로 충분한 강성도를 갖는 얇은 평탄 재료로 제조될 수 있다. 강성제는 특정 어플리케이션의 요구 정도에 따라서, 도전성이나 비도전성일 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 강성제(52)는 15 내지 35 미크론의 두께를 갖는 니켈 도금 구리로 제조된다. 당업자는 특정 어플리케이션에서 사용하도록 그 외 재료 및 치수를 선택할 수 있다.
가요성 회로(50)를 강성제(52)에 적층하는 데에 이용되는 접착제(58)는 양호한 유전체 특성을 가지며, 레이저 에칭 가능하고, 내열성, 내화학성, 내납땜성이있고, 납땜 마스크로서 이용하기 적합하도록 선택되는 것이 바람직하다. 접착제는 또한 가요성 회로 재료 (테이프(60) 및 도전 트레이스(62)) 및 선택된 강성제 재료에의 양호한 접착력을 가진다. 개시된 실시예에 사용하기 적합한 접착제는 폴리이미드 접착제로서, 델라웨어, 윌밍톤 소재의 엘 듀퐁 드 뉴머로부터 상용되는 캡톤 KJ의 예이다. 이 접착제의 화학적 구성은 많은 마이크로플렉스 유형의 회로에 사용되는 폴리이미드 회로 기판의 것과 매우 유사하므로, 이온 또는 확산 효과로 인한 마이크로플렉스 회로나 본드 패드에의 오염 위험이 거의 없다. 폴리이미드, 폴리이미드 블렌드, 및 에폭시를 포함하는 그 외 접착제가 또한 본 발명에 따라서 사용하기 적합할 수 있다. 바람직한 실시예는 가요성 테이프와 강성제 사이에 50미크론의 캡톤 KJ 접착제 층을 이용한다. 도전 트레이스(62)는 테이프(60)의 표면 위에 약 25 마이크론 상승되므로, 이 접착제의 양은 트레이스와 강성제 사이에 약 25 미크론의 유전체 접착제로 채워진 절연 공간을 제공하게 된다. 물론, 이들 크기는 오직 예시적인 것으로 청구범위에 의해 한정되어진 것과 같이 본 발명을 제한하는 것이 아니다. 테이프와 강성제 사이에 양호한 틈새 없는 밀봉을 형성하기 위해서는, 접착제를 상승된 온도와 압력 하에서 경화할 수 있다.
예시: 본 발명의 프로토타입은 가요성 회로(50), 접착제(58), 및 강성제(52)를 화씨 400도로 미리 가열된 압력 하에 위치시켜 제조된다. 다음에 온도는 평방 인치 당(psi) 150파운드를 부품에 인가하면서 670°F로 증가된다. 670°F에서, 압력은 750psi로 증가되어 8분간 고정된 다음에, 압력을 유지하면서 600°F로 냉각된다. 다음에 압력은 375psi로 감소되고 어셈블리는 실온으로 냉각된다.
유효한 틈새 없는 적층을 위한 특정 과정이 특정 어플리케이션을 위해 선택된 접착제의 필요 조건에 따라 달라진다. 당업자라면 본 발명의 설명의 장점을 받은 후에 본 발명의 영역 내에 다른 적층 과정을 생각할 수 있을 것이다. 예를 들어, 적층 어셈블리는 고온의 적층 후에 압력을 제로로 감압하여 만들어지지만, 높은 온도 및 압력은 통상 임의의 접착제에 대해 더 긴 시간 동안 유지되어야만 한다. 도 3은 적층된 어세블리를 나타낸다.
기재된 적층 공정은 적층된 어셈블리의 가요성 테이프 및 접착제 층에 장력을 유도한다. 이들 층은 강성제 보다 열 팽창 계수가 더 크므로, 어셈블리가 냉각되면 접착제 층과 테이프 층이 강성제 보다 더욱 수축하는 경향이 있지만, 이 층들이 서로 접착하기 때문에 그렇게 되지 않는다. 강성제는 이들 장력으로 인해 어셈블리의 밴딩이나 와핑을 방지할 만큼 충분히 강해야 한다.
도 4를 참조하면, 강성제(52)내의 오리피스나 윈도우(54)를 적층 전에 강성제에 형성할 수 있거나, 적층 공정이 완성된 후에 형성할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 윈도우(54)는 적층 과정이 완성된 후에 강성제(52)에 에칭된다. 이 방법에서, 적층된 어셈블리는 포토레지스터로 코팅된다 (정면 및 후면). 윈도우가 형성되는 강성제의 영역은 마스크를 이용하여 광에 노출되며, 이 포토레지스트가 윈도우의 영역에서 현상되어 제거된다. (당업자라면 다르게 네가티브 레지스트가 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이며, 여기에서 윈도우는 마스크되며 강성제 중 나머지가 노출된다.) 다음에 어셈블리는 포토레지스트가 제거되는 강성제를 통해 윈도우를 에칭하는 에천트에 노출되게 된다. 나머지 포토레지스트는 스트리핑 등에의해 제거된다. 이 예로서, 구리 강성제는 화씨 130도에서 2M HCl 및 염화 제2 구리의 구리 에천트 욕조를 이용하여 에칭될 수 있다. 당업자에게는 잘 알려진 바와 같이, 그 외 강성제 재료에 적합한 에천트를 이용할 수 있다. 공지된 다른 에칭 화학 작용 및 구성을 이용할 수 있다. 일단 강성제가 접착제 층 전체에 모두 에칭되면, 어셈블리는 세정되며 나머지 레지스트는 공지된 스트리핑 공정에 의해 제거된다. 접착제는 에칭 및 스트리핑 화학 작용에 내성이 있도록 선택되는 것이 바람직하다. 따라서 에칭 공정에 의해 영향을 받지 않고, 에칭 공정 동안 가요성 회로 아래 놓인 도전 트레이스를 보호한다. 부가의 개구는 포토레지스트를 적당히 패터닝하여 동시에 강성제에 에칭될 수 있다. 예를 들어, 취약형 리드 압착 기술 (여기에서 참조되고 있는 미국 특허 5,489,749 및 5,536,909 참조)이 기판에 칩 캐리어를 동작적으로 접착하는 데에 이용되면, 취약형 리드에의 억세스를 제공하기 위해서 윈도우가 강성제에 형성될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 일단 윈도우가 강성제(52)에 형성되면, 윈도우 영역 내의 나머지 적층된 접착제/테이프 어셈블리가 적층 공정 동안 가해진 스트레스트로 인해서 장력 하에 놓이게 된다. 이 스트레스는 다이 본딩 패드 근방에서 가요성 회로에 높은 정도의 평탄성을 제공하는 효과를 갖는다. 선택된 어플리케이션에서 다른 허용 범위가 적합할 수 있지만, 일반적으로 25미크론이나 1밀리 정도의 변동을 갖는 평탄성의 정도를 성취하여 적합한 다이 접착 사이트를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에서, 강성제에는 미리 형성된 윈도우가 제공될 수 있으며, 윈도우 영역 내에서의 테이프의 평탄성을 확실하게 하도록 테이프/강성제 적층 공정 동안 스페이서와 플레이튼을 윈도우 공간을 채우도록 이용할 수 있다. 실리콘이나 그 외 적합한 재료가 이러한 실시예에서 스페이서로 이용될 수 있다.
도 5를 참조하면, 윈도우(54)가 강성제(52)에 형성된 후에, 가요성 회로(50) 상에 다이 접착 패드 위치(56)를 커버하는 접착제(58)를 이들 위치에서 금속 다이 접착 패드 재료를 노출하도록 제거할 수 있다. 이것은 바람직한 실시예에서, 공지된 레이저 마찰 기술이나 그 외 방법을 이용하여 실행될 수 있다. 다이 패드 위의 접착제가 제거된 후, 필요하다면 플라즈마 처리 등에 의해, 어셈블리는 잔여물이 세정될 수 있다.
이런 방식으로 상측면 상에 플립-칩 접속 패드 및 하측면 상에 BGA 접속 사이트를 갖는 적당히 평탄한 가요성 회로를 제공하는 플립-칩 TBGA 패키지를 형성할 수 있다. 도전 트레이스가 가요성 회로의 상측면 상에 있는 실시예에서는, 적층 접착제가 납땜 마스크의 기능 및 가요성 회로를 강성제에 접착하는 유전체 접착제의 기능을 실행하기 때문에, 납땜 브리징을 방지하기 위해서는 어떠한 납땜 마스크층도 상부면 상에 필요로 하지 않는다.
도 6을 참조하면, 집적 회로 다이(32)는 칩(32) 상의 본딩 패드(36)를 가요성 회로(50)의 도전 트레이스(62)로 형성된 다이 접착 패드(56)에 납땜(34) 등에 의해 접속함으로써 본 발명에 따른 칩 캐리어를 이용하여 패키지될 수 있다. 이것은 공지된 플립-칩 기술이나 그 외 방법을 이용하여 행해질 수 있다. 본 발명은 적층 접착제가 다이 접착 패드를 서로 격리하고 패드 간의 납땜 브리징을 방지하는기능을 실행하기 때문에, 다이 접착 패드(56) 근방에 고 정밀도의 납땜 마스크를 도포할 필요성을 제거시킨다. BGA 납땜 볼(30)은 잘 알려진 방법을 이용하여 바이어(66)를 통해 BGA 접착 패드(64)에 접착될 수 있다.
패키지를 완성하기 위해서는, 에폭시 등의 충전 재료를 다이(32)와 접착제(58) 사이의 나머지 공간을 채우도록 삽입하고, 습기와 그 외 환경적 요소가 다이에 닿지 않도록 하기 위해서 다이 주변의 공간을 채우고 다이를 커버하기 위해 인캡슐런트를 사용할 수 있다. 본 발명에 따라 구성되는 패키지의 장점 중 하나는 집적 회로 다이의 비활성 측면이 설비시 PC 보드로부터 외측으로 향하여 이용될 수 있으므로, 히트 싱크가 필요시 다이에 매우 근접하거나 다이와 직접 접촉되어 사용될 수 있게 한다.
도 6이 도시하지는 않았지만, 칩-투-테이프 접속부의 밀도는 배선 회로판에 본 발명의 패키지를 접속하는 데에 사용되는 BGA 납땜 볼 어레이의 밀도 보다 상당히 크게 도시되어 있다. 패키지의 목적 중 하나는 집적 회로 다이의 높은 컨택트 밀도에서 배선 회로판의 낮은 컨택트 밀도로 변환시키는 것이다. 당업자에게는 잘 이해되는 바와 같이, 가요성 회로 상의 도전 트레이스가 설계 및 제조되어 다이 접착 패드(56)와 BGA 납땜 볼(30) 사이에 원하는 도전 접속부를 형성한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 접착제(58)는 수직 방향으로는 도전성이지만 (도시된 바와 같이) 수평 방향으로는 절연성인 이방성 도전 접착제일 수 있다. (예를 들어, 여기에서 참조되고 있는 3M 소유의 미국 특허 5,686,703 및 5,143,785 참조) 이 유형의 접착제는 접착제가 열과 압력 하에서 압착되어 본드를 형성할 때, 수지 내에 분산된 작은 도전 입자가 다이 패드와 컨택트 패드 사이에 트랩 및 압축되어 다이 패드와 컨택트 패드 사이에 전기적 컨택트를 형성하도록 구성된다. 접착제는 경화되고, 이로 인해 입자를 트래핑한다. 이러한 본드에는 금속 리플로우가 필요하지 않으므로 적층화가 인터페이스 금속의 용융점 이하의 온도에서 형성될 수 있다.
이런 실시예에서는 다이 접착 패드(56) 위의 접착제(58)에 홀을 반드시 형성할 필요가 없으며, 칩(32)과 가요성 회로 사이에 납땜도 필요하지가 않다. 대신에, 칩(32)이 다이 접착 패드(56) 위에 정렬되어 접착제(58)로 고정된다. 접착제의 이방성 도전 특성은 인접 패드 간의 도전 경로를 형성하지 않고, 칩 상의 패드(36)와 가요성 회로 상의 대응 다이 접착 패드(56) 사이에 접속부를 형성하도록 동작한다. 이 기술은 칩(32)과 접착제(58) 사이에 공간이 없기 때문에 언더필의 필요성을 없애준다. 당업자라면 본 실시예에서 강성제(52)가 비도전성이어야 하며, 도전 트레이스(62)와 강성제(52) 사이에 전류 경로의 형성을 방지하도록 접착제와 강성제(52) 사이에 절연층이 제공되어야 한다는 것이 이해될 것이다.
도 7A 내지 도 7E는 다이 접착 패드가 더 두껍고 따라서 가요성 기판 위에 기판 상의 다른 도전 회로 보다 더 높게 올라온, 본 발명에 따른 칩 캐리어를 제조하는 방법의 예를 나타내고 있다. 이 구성은 이하 설명되는 몇가지 장점을 제공한다.
도 7A를 참조하면, 위에 도전 트레이스(62)를 갖는, 폴리이미드 테이프일 수 있는 기판(60)을 갖는 가요성 BGA 회로(70)가 도시되어 있다. 테이프의 저부 상에 위치된 납땜 볼이 도전 트레이스 패턴(62)에 형성된 납땜 볼 패드(64)에 도전성 접속되게 하도록 바이어(66)를 테이프에 형성할 수 있다. 이 가요성 회로는 본 명세서에서 기재되거나 공지된 바와 같은 방법과 재료를 이용하여 형성될 수 있다. 이 설명된 실시예에서, 다이 접착 패드(72)는 더 두껍고 기판(60) 위에서 도전성 트레이스 패턴(62)의 다른 부분 보다 더 높게 형성되어 있다. 두꺼운 패드를 형성하는 한 방법은 통상의 방법으로 도전성 트레이스를 형성한 다음에, 전기 도금이나 무전 도금과 같은 부가의 금속 처리에 다이 접착 패드만을 노출하기 위해서 패터닝된 포토레지스트를 도포하는 것이다. 두꺼운 패드를 형성하는 다른 방법은 여기에서 참되고 있는 미국 특허 3,930,857에 기재되어 있다.
가요성 회로는 이전의 단락에서 기술된 바와 같이 형성된 후에, 도 7B에서 나타내며 도 2 및 도 3과 관련하여 상술된 바와 같은 접착층(58)을 이용하여 강성제(52)에 적층된다. 윈도우(54)가 도 7C에서 나타낸 바와 같이, 강성제(52) 내에 형성되어 상승된 다이 접착 패드(72)가 가요성 회로 상에 위치되어 있는 영역을 노출시키도록 한다. 윈도우를 형성하는 방법은 도 4와 관련하여 상술되었다. 다음에, 접착제 층(58)의 일부가 윈도우(54)의 영역으로부터 균일하게 제거될 수 있으므로, 이 상승된 다이 접착 패드가 노출되게 되지만, 다른 도전 트레이스가 접착제(58)에 의해 커버된 채 유지된다. 접착제는 예를 들어, 마스크로 강성제(52)를 이용한 플라즈마 에칭에 의해 제거될 수 있다. 노출되는 도전성 트레이스(62)의 일부 (다이 접착 패드(72))가 상승되기 때문에, 이전에 설명된 실시예에서와 같이 패드 위에서만 접착제를 선택적으로 제거할 필요는 없다. 따라서 이 실시예는 접착제를 패터닝할 필요가 없기 때문에 레이저 마찰이나 그 외 고정밀도의 접착제 제거 단계를 비선택적 에칭 단계로 대체한다. 이 동작은 도 7D에서 나타낸 구조물을 제공하며, 접착제가 인접한 다이 접착 패드(72) 사이에 남게 되어 리플로우 동작 동안 땜납의 브리징을 방지한다. 마지막으로, 도 7E는 BGA 땜납 볼(30)이 바이어(66)를 통해 BGA 패드(64)에 접착되고, 집적 회로 다이(32)가 땜납 볼(34)에 의해 다이 접착 패드(72)에 접착된 최종 칩 캐리어 구조물을 나타낸다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따라 구성되는 "회로 아웃" 칩 캐리어의 실시예를 이하 설명한다. 이 실시예에서는, 도전성 트레이스가 가요성 기판의 강성제와의 대향측면 상에 놓인다. 도면에서, 도전성 트레이스(82)는 가요성 테이프(60)의 저부 상에 위치된 것으로 나타나 있다. 트레이스는 납땜 볼 패드(84) 및 다이 접착 패드(86)를 포함한다. 바이어(88)가 가요성 테이프(60)에 형성되므로 집적 회로 다이가 플립-칩 방법을 이용하여 다이 접착 패드(86)에 접착될 수 있다. 바이어는 레이저 마찰, 패턴화 에칭이나 그 외 공지된 기술에 의해 형성될 수 있다. 땜납 마스크층(90)이 가요성 회로의 저부에 도포되어 도전성 트레이스를 커버하고 땜납 볼 패드(84)를 서로 격리하므로 리플로우 동작 동안 땜납의 브리징을 방지한다. 납땜 볼 패드(84)의 피치는 다이 접착 패드(86)의 것 보다 상당히 크므로, 패터닝화 납땜 마스크를 종래의 방법을 이용하여 적용할 수 있다.
도 8에서 나타낸 바와 같이 칩 캐리어의 제조 동안, 강성제(52)가 접착제(58)를 이용하여 가요성 회로 기판(60)에 적층되며, 뒤이어 윈도우(54)가 상술된 방법을 이용하여 강성제(52)에 형성될 수 있다. 접착제(58)는 윈도우(54)의 영역에서 완전히 또는 부분적으로 제거될 수 있거나, 다르게는 남겨질 수 있다.바이어(808)를 나머지 접착제(58) 뿐만 아니라 기판(60)을 관통하도록 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 변형 및 대체 실시예가 이 설명에 비추어서 당업자에게 명백하게 될 것이다. 따라서, 본 설명은 오직 설명적인 것으로서 당업자에게 본 발명을 실행하는 방법을 개시하기 위한 것이다. 여기 도시되고 설명된 본 발명의 형태는 바람직한 실시예로서 나타낸 것을 이해해야 한다. 일부의 형상, 크기 및 구성에 있어서 여러 가지 변형이 가능하다. 예를 들어, 등가의 소자를 여기에 설명한 것으로 대체할 수 있으며, 특정한 본 발명의 특징은 당업자에게는 명백하게 되는 바와 같이, 다른 특징의 이용과는 별개로 이용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 집적 회로 다이의 패키징 장치에 있어서,
    제1 측면 상에 선택된 패턴의 도전 트레이스가 형성되어 있는 가요성 유전 테이프의 층 - 상기 도전 트레이스는 다이 접착 패드 및 볼-그리드-어레이 접착 패드를 가짐 - ;
    상기 테이프에 형성되어 상기 테이프의 제2 측면 상에서 상기 볼-그리드-어레이 접착 패드를 노출시키는 개구;
    상기 테이프의 상기 제1 측면 및 그 위에 형성된 도전성 트레이스를 커버하는 유전 접착제 층;
    상기 유전 접착제 층에 형성되어 상기 다이 접착 패드를 노출시키는 개구; 및
    상기 유전 접착제 층에 접착되며, 그 내에 형성되어 상기 다이 접착 패드를 노출시키는 윈도우를 갖는 강성제
    를 포함하는 패키징 장치.
  2. 집적 회로 다이용 패키징 장치에 있어서,
    선택된 패턴의 도전성 트레이스가 위에 형성되어 있는 가요성 유전 테이프 층;
    상기 테이프의 제1 측면 및 그 위에 형성된 도전성 트레이스를 커버하는 유전 접착제 층;
    상기 유전 접착제 층에 형성되어 다이 접착 패드를 노출시키는 개구 - 상기 접착제는 패드 사이에 남겨짐 - ; 및
    상기 유전 접착제 층에 접착되며, 그 내에 형성되어 상기 다이 접착 패드를 노출시키는 윈도우를 포함하는 강성제
    를 포함하는 패키징 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접착제 층은 폴리이미드 접착제를 포함하는 패키징 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가요성 테이프는 폴리이미드 테이프를 포함하는 패키징 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유전 테이프의 양 측면 상에 도전성 트레이스가 형성되어 있는 패키징 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다이 접착 패드는 다른 도전 트레이스 보다 상기 가요성 유전 테이프로부터 더 멀리 연장되는 패키징 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유전 접착제는 이방성 접착제인 패키징 장치.
  8. 패키지화 집적 회로에 있어서,
    제1항의 패키징 장치를 포함하고,
    상기 테이프의 상기 제2 측면 상에 배치된 복수의 땜납 볼 - 상기 땜납 볼은 상기 테이프에 형성된 개구를 통해 상기 볼-그리드-어레이 접착 패드에 접착됨 -; 및
    상기 강성제에 형성된 윈도우 내에 배치되며 상기 다이 접착 패드에 동작적으로 접착된 집적 회로 다이
    를 더 포함하는 패키지화 집적 회로.
  9. 제8항에 있어서, 상기 집적 회로 다이는 플립-칩 기술을 이용하여 다이 접착 패드에 접착되는 패키지화 집적 회로.
  10. 집적 회로용 패키징 장치의 제조 방법에 있어서,
    선택된 패턴의 도전성 트레이스가 위에 형성되어 있는 가요성 유전 테이프를 제공하는 단계 - 상기 도전 트레이스는 다이 접착 패드 및 볼-그리드-어레이 접착 패드를 포함함 -;
    상기 테이프의 제1 측면에 유전 접착제 층을 도포하는 단계;
    상기 접착제를 이용하여 상기 테이프에 강성제를 적층화하는 단계;
    상기 다이 접착 패드가 위치되어 있는 상기 테이프와 접착제 부분을 노출시키도록 상기 강성제에 윈도우를 형성하는 단계; 및
    상기 다이 접착 패드 위에 놓이는 접착제를 제거하는 단계
    를 포함하는 집적 회로용 패키징 장치의 제조 방법.
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