KR20030080032A - 플립 칩 상호연결을 구비한 칩 스케일 패키지 - Google Patents

플립 칩 상호연결을 구비한 칩 스케일 패키지 Download PDF

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KR20030080032A
KR20030080032A KR10-2003-7011120A KR20037011120A KR20030080032A KR 20030080032 A KR20030080032 A KR 20030080032A KR 20037011120 A KR20037011120 A KR 20037011120A KR 20030080032 A KR20030080032 A KR 20030080032A
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KR
South Korea
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package
flip chip
fill
integrated circuit
chip package
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KR10-2003-7011120A
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English (en)
Inventor
라젠드라 펜즈
나지르 아마드
안드레아 첸
경문 김
영도 권
사무엘 탐
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치팩, 인코포레이티드
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Abstract

발명에 따르면, 플립 칩 패키지는 패키지 기판과 집적 회로 칩 상의 입력/출력 패드를 연결하기 위한 고상 연결 기술(solid state bond technique)을 특징으로 한다. 고상 연결 기술은 금속 면의 직접 결합을 포함하며, 어떤 미립자 전도 물질도 이용하지 않는다. 따라서, 이 연결들은 높은 전류를 운반할 수 있고, ACA나 ICA 미립자 상호연결부에 비해 장기간동안 우수한 신뢰도를 보여준다. 더욱이, 고상 연결 기술은 상호연결 물질의 어떤 용융이나 유동을 수반하지 않는다. 따라서, 이 연결부는 70미크론 피치만큼 매우 미세한 크기 및 형태로 형성될 수 있다.
발명에 따르면, 집적 회로 칩의 표면과 패키지 기판의 인접 표면간 공간은 패턴처리된 접착 구조로 채워지고, 이 접착 구조는 패키지와 인쇄 회로 보드간 제 2 레벨 상호연결부의 위치와 관련하여 특정 패턴으로 전개되는 한개 이상의 접착 물질로 이루어진다. 발명의 본 태양에 따르면, 제 2 레벨 연결부 위에 놓인 영역들에서 패키지 구조의 열팽창 계수 및 순응성은 집적 회로 칩 상의 특징부들에 대해 패키지 상의 제 2 레벨 연결에서 발생되는 응력의 잠재적 손상 전파를 감소시키도록 맞추어질 수 있다. 따라서, 패키지 및 상호연결부의 장기간 신뢰도를 확장시킬 수 있다.

Description

플립 칩 상호연결을 구비한 칩 스케일 패키지{CHIP SCALE PACKAGE WITH FLIP CHIP INTERCONNECT}
소위 칩 스케일 패키지란 휴대용 전자 장비의 집적 회로 칩 패키징을 위해 소형 크기를 이용하는 용도가 증가하고 있다. 집적 회로 칩의 입력/출력 패드를 패키지와 상호연결시키기 위해 가장 자주 사용되는 기술로 유선 연결(wire bonding)이 있다.
패키지 크기를 추가적으로 소형화시킬 수 있는 플립 칩 상호연결의 잠재력 측면에서, 그리고 플립 칩 상호연결이 제공할 수 있는 더 높은 전자적 성능 측면에서, 플립-칩 상호연결은 유선 연결에 대한 대안으로 고려된다.
플립 칩 상호연결의 여러 가지 기술이 칩 스케일 패키지에 이용하기 위해 제시되어 있다. 그 예로는 솔더 리플로우(solder reflow)에 의한 상호연결, 그리고 이방성 전도 접착제 "ACA"나 등방성 전도 접착제 "ICA"를 용이하게 하는 "미립자(particulate)" 상호연결을 들 수 있다.
솔더 리플로우 상호연결 기술은 상호연결 물질의 본질적으로 용융 및 유동을이용하며, 이는 매우 미세한 크기 및 형태의 상호연결부를 생성하는 데 어려움이 있다. 특히, 현재 솔더 리플로우 상호연결에 대한 최소 상호연결 피치는 160 미크론 수준이다. 이 피치보다 더 미세한 구조로 신뢰할 수 있게 상호연결부를 형성하도록 매우 작은 패키징을 행하는 것이 바람직하다.
미립자 상호연결 기술에서는, ACA나 ICA에 상관없이, 은이나, 금으로 코팅된 폴리머의 니켈 입자같은 전도성 입자들이 상호연결부 형성을 위해 기계적 압력을 받는다. 일반적으로, 미립자 상호연결 구조물은 높은 전류를 운반할 수 없고, 상호연결부의 미립자 속성 때문에 신뢰도를 장기간 보장할 수 없다.
플립 칩 상호연결을 이용한 칩 스케일 패키지는 칩 스케일 패키지와, 칩 스케일 패키지에 부착되어 전기식 서브어셈블리(제 2 레벨 상호연결)를 형성하는 인쇄 회로 보드간 연결의 신뢰도가 장기간에 대해서 열악하기 때문에 고충이 있다. 이 문제점은, 소형화를 이루기 위해 집적 회로 칩의 섀도우에 제 2 레벨 상호연결부가 위치하는 데 기인한다. 이 구조의 결과, 칩 스케일 패키지와 인쇄 회로 보드의 열팽창 계수에 큰 격차가 발생하고, 이는 상호연결부에 과량의 응력을 발생시켜서, 종국에는 시간에 따른 기계적 피로에 의해 상호연결부의 고장을 이끌 수 있다.
기존 패키지 구조에서 제시되는 문제점을 방지하면서 플립 칩 상호연결의 장점을 제공하는 칩 스케일 패키지가 요망된다.
본 발명은 고성능 반도체 소자 패키징 및 플립 칩 상호연결 구조를 지닌 칩 스케일 패키지에 관한 것이다.
도 1은 발명에 따른 칩 패키지의 한 실시예를 도시하는 단면도.
발명에 따르면, 플립 칩 패키지는 패키지 기판과 집적 회로 칩 상의 입력/출력 패드를 연결하기 위한 고상 연결 기술(solid state bond technique)을 특징으로한다. 고상 연결 기술은 금속 면의 직접 결합을 포함하며, 어떤 미립자 전도 물질도 이용하지 않는다. 따라서, 이 연결들은 높은 전류를 운반할 수 있고, ACA나 ICA 미립자 상호연결부에 비해 장기간동안 우수한 신뢰도를 보여준다. 더욱이, 고상 연결 기술은 상호연결 물질의 어떤 용융이나 유동을 수반하지 않는다. 따라서, 이 연결부는 70미크론 피치만큼 매우 미세한 크기 및 형태로 형성될 수 있다.
발명에 따르면, 집적 회로 칩의 표면과 패키지 기판의 인접 표면간 공간은 패턴처리된 접착 구조로 채워지고, 이 접착 구조는 패키지와 인쇄 회로 보드간 제 2 레벨 상호연결부의 위치와 관련하여 특정 패턴으로 전개되는 한개 이상의 접착 물질로 이루어진다. 발명의 본 태양에 따르면, 제 2 레벨 연결부 위에 놓인 영역들에서 패키지 구조의 열팽창 계수 및 순응성은 집적 회로 칩 상의 특징부들에 대해 패키지 상의 제 2 레벨 연결에서 발생되는 응력의 잠재적 손상 전파를 감소시키도록 맞추어질 수 있다. 따라서, 패키지 및 상호연결부의 장기간 신뢰도를 확장시킬 수 있다.
그러므로 한 태양에서, 발명은 특정 배열로 입력/출력 패드에 형성되는 상호연결 패드를 가지는 집적 회로 칩과, 보완형 배열로 다수의 접합 패드를 가지는 패키지 기판을 포함하는 플립 칩 패키지를 특징으로 한다. 집적 회로 칩 상의 범프와 패키지 기판 위 접합 패드들간 상호연결은 범프의 열-기계적 변형 및 접합 패드와 범프 표면의 직접 결합에 의해 구성된다. 열-기계적 처리는 패드에 대해 범프를 강제하면서 가열하는 과정을 수반한다.
일부 실시예에서, 항복 강도가 낮고, 연성이 높으며, 내부식성인 표면을 제공하도록 선택되는 물질로 범프가 만들어진다. 일부 실시예에서, 범프는 금이나 금합금으로 만들어진다. 일부 실시예에서, 범프는 스터드 범핑(stud bumping), 솔더 범핑(solder bumping), 또는 전기도금 처리에 의해 집적 회로 칩의 입력/출력 패드 상에 형성된다.
또다른 태양에서, 발명은 아래의 단계로 구성되는 플립 칩 패키지 형성 방법을 특징으로 한다. 즉,
- 특정 배열로 입력/출력 패드 상에 형성되는 상호연결된 범프를 가지는 집적 회로 칩을 제공하고, 이때, 각각의 상호연결된 범프는 항복강도가 낮고, 연성이 높으며, 또한 표면이 내부식성이고,
- 집적 회로 칩 상의 입력/출력 패드의 특정 배열에 보완되는 배열로 다수의 접합 패드를 가지는 패키지 기판을 제공하며,
- 패키지 기판의 접합 패드에 범프를 각각 접촉시키고, 그리고
- 범프를 접합 패드와 고상 연결시키기 위해 범프를 열-기계적으로 처리하는,
이상의 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 열-기계적 처리 단계는 범프와 패드간에 열과 힘을 동시에 가하는 과정을 포함한다. 일반적으로 범프와 패드는 섭씨 150~300 도의 온도, 금 범프의 경우 섭씨 240도로 가열되며, 범프당 25~150 그램 범위의 질량, 금 범프의 경우 50 그램/범프의 질량으로 하중을 가함으로서 힘이 제공된다.
또다른 태양에서, 발명은 칩의 섀도우에 형성되는 상호연결 구조물을 이용하여 인쇄 회로 보드에 대한 제 2 레벨 상호연결을 위해 설정되는 플립 칩 패키지를 특징으로 한다. 발명의 본 태양에 따르면, 플립 칩 패키지는 칩 표면의 특정 배열로 입력/출력 패드에 형성되는 상호연결 범프를 가지는 집적 회로 칩과, 패키지 기판의 인접 표면에 보완형 배열로 다수의 접합 패드를 가지는 패키지 기판을 포함한다. 선호되는 실시예에서, 칩-패키지 상호연결 범프는 고상 방식으로 접합 패드에 접합된다. 제 2 레벨 상호연결 이치들은 패키지 기판의 제 2 표면에 배열되고, 제 2 레벨 상호연결 구조물들은 제 2 레벨 상호연결 위치에 각각 연결된다. 집적 회로 칩과 패키지 기판 사이에는 충진 공간(fill volume)이 존재하며, 이 공간은 선택된 특정 탄성율을 가지는 한개 이상의 충진 물질로 채워진다. 이 충진 물질은, 제 2 레벨 상호연결 위치 위에 놓이는 충진 공간 영역의 저탄성율 물질을 포함한다.
일부 실시예에서, 충진 공간은 다수의 제 2 레벨 상호연결 위치 위에 놓이는 것이 일반적인, 다수의 기둥형 볼륨으로 구성되는 제 1 충진 구역과, 상기 충진 공간의 나머지를 구성하는 제 2 충진 구역을 포함한다. 일부 실시예에서, 제 1 충진 구역이 저탄성율의 제 1 물질을 포함하고, 제 2 충진 구역이 고탄성율의 제 2 물질을 포함한다. 이러한 일부 실시예에서, 제 1 충진 물질은 0.5GPa보다 작은 탄성율을 가지며, 제 2 충진 물질은 5GPa 이상, 일반적으로 5~15 GPa 범위의 탄성율을 가진다. 일부 실시예에서, 제 2 충진 물질은 제 2 충진 구역만을 채우도록 배치되어, 조립된 패키지에서 제 1 충진 구역의 기둥형 볼륨이 충진 공간 내 충진 물질의 보이드(void)로 구성되도록 한다. 다른 실시예에서는 제 1 충진 물질이 실리콘 접착제같은 접착제를 포함한다.
또다른 태양에서, 발명은 인쇄 회로 보드에 상호연결을 위해 설정되는 플립 칩 패키지를 제작하는 방법을 특징으로 한다. 이 방법은,
- 한개의 표면을 가지는 집적 회로 칩을 제공하고,
- 제 1 표면과 제 2 표면을 가지는 패키지 기판을 제공하며, 이때, 상기 제 2 표면에는 다수의 제 2 레벨 상호연결 위치가 제공되고, 상기 제 2 레벨 상호연결 위치는 패키지 기판 제 1 표면 위에 다수의 제 1 충진 구역을 형성하며, 패키지 기판의 제 1 표면의 나머지는 제 2 충진 구역을 구성하고,
- 패키지 기판의 제 1 표면 위 제 2 충진 구역 내에 5GPa 이상, 일반적으로는 5~15 GPa의 탄성율을 가지는 제 2 충진 물질을 배치하고, 그리고
- 집적 회로 칩과 패키지 기판을 결합시켜서, 집적 회로 칩 표면과 패키지 기판 제 1 표면 사이에 형성되는 공간 내 제 2 충진 구역에 제 2 충진 물질이 한정되도록 하는,
이상의 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 이 방법은, 패키지를 결합시키는 단계 이전에, 패키지 기판 제 1 표면 위 제 1 충진 구역 내에 0.5GPa 미만의 탄성율을 가지는 제 1 충진 물질을 배치하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 충진 물질 배치는 주사세척(syringe), 박판화(sheet lamination), 그리고 스크린 프린팅(screen printing)같은 프린팅에 의한 증착을 포함한다.
도 1에서는 제 2 레벨 연결을 이용하여 플립 칩 패키지에 부착될 기존의 인쇄 회로 보드(40) 위에 본 발명에 따른 플립 칩 패키지(10)가 위치한다. 인쇄 회로 보드(40)는 기판(42)과 다수의 제 2 레벨 상호연결 패드(44)를 포함한다.
플립 칩 패키지(10)는 패키지 기판(14)에 상호연결된 집적 회로 칩(12)을 포함한다. 칩-패키지 기판 상호연결은 집적 회로 칩(12) 표면(13)의 입력/출력 패드(도시되지 않음)의 특정 배열 상에 형성되는 상호연결 범프(20)와, 패키지 기판(14)의 인접 표면(15)에 보완형 배열의 해당 접합 패드(22)를 통해 이루어진다. 상호연결 범프(20)는 스터드 범핑(stud bumping)이나 솔더 범핑(solder bumping), 또는 전기도금법같은 기존의 기술에 의해 입력/출력 패드 상에 형성된다.
발명에 따르면, 상호연결 범프(20)는 고상 방식으로 접합 패드(22)에 각각 접합된다. 즉, 상호연결 범프(20)는 항복강도가 낮고, 연성이 높으며, 내부식성 표면을 가지는 비-입자성 전도 물질로 형성된다. 또한 접합은 범프(20)를 접합 패드(22)와 맞붙게 하여 패드 상에서 범프를 열-기계적으로 변형시킴으로서 형성된다. 열-기계적 변형은 범프와 패드간에 가열 및 가압을 동시에 실행함으로서 이루어진다. 범프와 패드는 섭씨 150~300도 범위의 온도로 가열되며, 범프당 25~150 그램 범위의 무게로 힘을 가함으로서 가압이 제공된다. 범프가 금인 경우에, 범프와 패드의 만족스런 고상 연결은 섭씨 240도 온도로 50그램/범프의 하중을 가함으로서 실현될 수 있다. 범프가 금이나 금합금으로 만들어지는 것이 바람직하지만, 입자가 아닌 전도형 물질이라면 그 외 다른 물질이 사용될 수 있다. 물론, 열-기계적 처리에 의해 접합 패드와 적절한 접합을 형성할만한 항복 강도 및 연성 특성을 지녀야할 것이다.
플립 칩 패키지(10)를 인쇄 회로 보드(40)에 연결할 때, 제 2 레벨 상호연결 위치, 가령, 플립 칩 패키지 기판(14)의 제 2 표면(37)에, 부착되는 범프나 볼(38)을 이용한다. 플립 칩 패키지(10)가 인쇄 회로 보드(40)를 향해 이동하고 제 2 레벨 상호연결 볼(38)이 제 2 레벨 상호연결 패드(44)에 대해 가압되어 연결 완료처리됨에 따라, 제 2 레벨 상호연결부에서 발생된 힘이 패키지 기판에 상향으로 전파되고, 특히 상호연결 위치(36) 근처에서 국부화된다. 더욱이, 처리완료된 소자에서, 제 2 상호연결부 요소들과 패키지 요소들의 열팽창계수간 차이가 생겨서 사용중 소자의 열적 사이클 중 여러 부분의 서로 다른 팽창에 의해 응력이 유발될 수 있다. 이 힘과 응력들은 특히 상호연결 구조에서 고장을 일으킬 수 있다. 이러한 해로운 효과는 칩과 패키지 기판간 충진 공간에 힘과 응력을 분산시킴으로서 발명에 따라 완화된다.
집적 회로 칩(12)과 패키지 기판(14)간에 충진 공간(30)이 위치하며, 이 공간(30)은 집적 회로 칩(12)의 표면(13)과, 패키지 기판(14)의 인접 표면(15) 사이의 공간으로 규정된다.
발명에 따르면, 충진 공간(30) 내에 배치되는 물질은 특별히 선택된 탄성율을 가지며, 충진 공간은 제 2 레벨 상호연결 위치 위에 놓이는 충진 공간 영역의 저탄성율 물질을 포함하는 한개 이상의 물질로 채워진다. 그 결과, 제 2 레벨 상호연결 위치 위 영역에서 패키지 순응성이 커지며, 따라서, 제 2 레벨 상호연결 위치 근처에서 열팽창이나 수축의 변화로부터 생기는 힘들이 충진 공간을 통해 상향인측방으로 직접 전달되지 않도록 할 수 있다. 달리 설명하자면, 저탄성율 물질은 아래에 놓인 제 2 레벨 상호연결 위치로부터 인쇄 회로 보드를 통해 상향으로 향하는 응력의 영역을 더 넓고 덜 집중되게 분포시킨다. 이로 인해, 제작 및 가열 주기중 패키지의 여러 부분에서 국부화된 응력이 감소하며, 제작 양품률 및 신뢰도가 향상된다.
따라서, 충진 공간(30)은 다수의 제 2 레벨 상호연결 위치(36) 위에 놓이는 다수의 기둥형 볼륨(32)으로 구성되는 제 1 충진 구역과, 범프(20) 및 패드(22) 영역을 포함하는 충진 공간(30)의 나머지(34)를 구성하는 제 2 충진 구역을 포함한다.
발명의 일부 실시예에서, 제 1 충진 구역의 일부, 즉, 기둥형 볼륨(32)의 일부가 0.5GPa 미만의 저탄성율의 제 1 물질을 포함하고, 제 2 충진 구역의 일부가 5~15GPa을 넘는 고탄성율의 제 2 물질을 포함한다. 일부 실시예에서는, 어떤 물질도 제 1 충진 구역 내에 배치되지 않는다. 즉, 제 2 물질이 제 2 충진 구역(34)만을 채우는 패턴으로 전개되어, 패키지가 조립될 때, 기둥형 볼륨(32)이 충진 공간(30) 내에 제 2 충진 물질의 보이드(void)를 구성하도록 한다. 달리 말하자면, 이러한 실시예에서는, 기판 위에 칩을 조립할 때, 패턴처리된 제 2 물질의 보이드에 어떤 종류의 기체 혼합물(대기일 수도 있음)이 존재하도록 제 1 물질이 구성될 수 있다. 보다 일반화하여, 본 발명의 본 태양에 따르면, 제 1 충진 구역의 일부, 즉, 기둥형 볼륨(32)의 일부가 실리콘 접착제같은 저탄성율 접착제를 포함한다. 제 1 물질로 이용하기에 적합한 접착제는 가령, 0.4GPa의 탄성율을 가질 수 있다. 이러한 실시예에서, 제 2 충진 물질은 안하이드리드 큐어링 에폭시(anhydride curing epoxy) 같은 에폭시일 수 있다.
일반적으로, 충진 물질은 기판 위에 집적 회로 칩을 조립하기 전에 기판의 제 1 표면에 공급된다. 이는 충진 물질이 가열-경화가 가능한 물질(heat-curable fill material)을 포함할 경우 특히 바람직할 수 있다. 즉, 경화되지 않은 충진 물질이 기판 위에 공급되고, 그후 집적 회로 칩의 상호연결 범프들이 기판의 해당 패드에 맞붙여져서, 범프와 패드간 충진 물질들을 밀어낸다. 그후, 상호연결 접합 형성과 동시에 접착제의 경화가 이루어진다.
발명에 따른 충진 물질의 패턴처리 전개는 다양한 방법들을 이용하여 실행될 수 있다. 가령, 스크린 프린팅(screen printing), 그리고 주사세척(syringe), 박판화(sheet lamination), 또는 그 외 다른 방법에 의한 추출(dispensing), 또는 이들의 조합을 예로 들 수 있다. 특히 예를 들어, 제 2 충진 물질만이 배치되는(그리고 제 1 충진 물질이 보이드를 구성하는) 경우에, 패키지 기판 위에 집적 회로 칩을 조립하기 전에 기판의 제 1 표면에 요망 패턴으로 제 2 충진 물질이 스크린 프린팅될 수 있다. 그리고 실리콘 접착제같은 저탄성율 접착제가 제 1 충진 물질로 사용되는 경우에, 실리콘 접착제가 기판 제 1 표면에 주사세척(syringe)같은 방법으로 스팟 증착(spot deposition)될 수 있고, 그후 제 1 충진 물질 주위로 제 2 충진 구역을 채우기 위해 스크린 프린팅에 의해 제 2 충진 물질이 공급될 수 있다.
발명의 또다른 실시예에서는, 제 2 충진 물질의 일부와 제 1 충진 구역의 일부가 1GPa~5GPa 범위의 중간 탄성율의 충진 물질을 포함한다. 일부 실시예에서는10GPa 부근의 고탄성율 충진 물질을 포함한다.
예 1: 제 1 충진 구역을 구성하는 기둥형 볼륨의 크기
상술한 바와 같이, 제 1 충진 구역은 제 2 레벨 상호연결 위치 위에 놓이는 충진 공간의 영역들로 이루어지는 것으로 규정된다. 제 2 레벨 상호연결 위치들은 통상적으로, 기판의 제 2 표면 위의 원형에 가까운 패드들이다. 이러한 제 2 레벨 상호연결 패드의 원형 윤곽을 기판 표면에 거의 수직인 방향으로 집적 회로 칩을 향해 투영하면, 제 2 레벨 상호연결 패드 위에 놓이는 충진 공간 내에 원기둥형에 가까운 경계가 형성된다. "제 2 레벨 상호연결 위치 위에 놓이는 충진 공간의 영역"이란 이 원기둥형 경계 내에 포함되는 부피의 90% 이상, 일반적으로는 100%를 포함하는 충진 공간의 일부를 의미한다. "제 2 레벨 상호연결 위치 위에 놓이는 충진 공간의 영역"은 원기둥형으로서, 그 단면은 이 원통형 경계의 단면적의 90% 이상, 일반적으로는 100%를 포함한다. 또한, "제 2 레벨 상호연결 위치 위에 놓이는 충진 공간의 영역"의 이러한 단면의 둘레는 원기둥형 경계의 직경의 10%보다 큰 거리만큼 원기둥형 경계의 단면 바깥으로 뻗어나가지 않는 원이다.
본 예에서, 발명에 따른 칩 스케일 패키지의 제 2 레벨 상호연결부는 다음과 같은 크기로 형성된다. 볼간 간격(ball-to-ball pitch)은 약 0.75mm, 제 2 레벨 접촉 패드 직경은 약 0.35mm, 그리고 제 2 레벨 상호연결 위치 위에 놓이는 충진 공간의 원기둥형 영역의 직경은 약 0.4mm이다.
예 2: 선택된 제 1, 2 충진 물질
본 예는 충진 물질들과 제 1, 2 충진 구역의 여러 조합을 가진 칩 스케일 패키지 구성을 도시한다. 특히 제 1 구성에서, 발명에 따르면, 7.5GPa의 탄성율을 가지는 제 2 충진 물질이 0.4GPa의 탄성율을 가지는 제 1 충진 물질과 함께 사용되었으며, 발명에 따른 제 2 구성에서는, 7.5GPa의 탄성율을 가지는 제 2 충진 물질이 사용되었고, 제 2 충진 구역은 보이드(탄성율 0)로 남았다. 세 번째 구성에서는, 기존 패키지에서처럼 전체 충진 공간이 7.5GPa의 탄성율을 가지는 충진 물질로 채워졌다.
예 3: 예 2에서 구성된 칩 스케일 패키지의 열적 사이클링
예 2로 구성된 칩 스케일 패키지는 열적 응력의 표준 테스트를 받았다. 특히, 소자들은 10분동안 섭씨 0~100도까지 온도상승, 이어서 섭씨 100도에서 10분동안 온도유지, 이어서 10분동안 섭씨 100~0도까지 온도하강, 이어서 섭씨 0도에서 10분간 유지로 구성되는 반복형 온도 사이클동안 전기적 연속성 검사를 받았다.
일반적으로, 발명에 따른 패키지들은 기존 패키지보다 이 검사에서 오래동안 유지되었으며(30% 이상 수명이 김), 제 1 충진 구역에 어떤 충진 물질도 가지지 않는 발명에 따른 패키지들은 제 1 충진 구역에 저탄성율 접착제를 가지는 패키지보다 이 검사에서 더 오래(20% 이상 김) 유지되었다.

Claims (22)

  1. 특정 배열로 입력/출력 패드 상에 형성되는 상호연결 범프를 가지는 집적 회로 칩과, 보완형 배열로 다수의 접합 패드를 가지는 패키지 기판을 포함하는 플립 칩 패키지에 있어서,
    집적 회로 칩 상의 범프와 패키지 기판 상의 접합 패드간의 각각의 상호연결은 범프 표면을 접합 패드와 각각 직접 맞닿게 하고 범프의 열-기계적적으로 변형시킴으로서 실현되는 것을 특징으로 하는 플립 칩 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서, 범프는 항복강도가 낮고 연성이 높으며 표면이 내부식성인 물질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 플립 칩 패키지.
  3. 제 2 항에 있어서, 범프가 금이나 금 합금으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 플립 칩 패키지.
  4. 제 1 항에 있어서, 범프가 스터드 범핑(stud bumping) 처리에 의해 집적 회로 칩의 입력/출력 패드에 형성되는 것을 특징으로 하는 플립 칩 패키지.
  5. 제 1 항에 있어서, 범프가 솔더 범핑(solder bumping) 처리에 의해 집적 회로 칩의 입력/출력 패드에 형성되는 것을 특징으로 하는 플립 칩 패키지.
  6. 제 1 항에 있어서, 범프가 전기도금(electroplating) 처리에 의해 집적 회로 칩의 입력/출력 패드에 형성되는 것을 특징으로 하는 플립 칩 패키지.
  7. 플립 칩 패키지 제작 방법으로서, 이 방법은,
    - 특정 배열로 입력/출력 패드 상에 형성되는 상호연결된 범프를 가지는 집적 회로 칩을 제공하고, 이때, 각각의 상호연결된 범프는 항복강도가 낮고, 연성이 높으며, 또한 표면이 내부식성이고,
    - 집적 회로 칩 상의 입력/출력 패드의 특정 배열에 보완되는 배열로 다수의 접합 패드를 가지는 패키지 기판을 제공하며,
    - 패키지 기판의 접합 패드에 범프를 각각 접촉시키고, 그리고
    - 범프를 접합 패드와 고상 연결시키기 위해 범프를 열-기계적으로 처리하는,
    이상의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 패키지 제작 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 열-기계적 처리 단계는 패드에 대해 범프를 가압하고 이와 동시에 범프와 패드를 가열하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 플립 칩 패키지에 있어서, 이 플립 칩 패키지는,
    - 표면에 특정 배열로 입력/출력 패드 상에 형성되는 상호연결 범프를 가지는 집적 회로 칩, 그리고
    - 패키지 기판의 인접 표면에 보완 배열로 다수의 접합 패드를 가지는 패키지 기판
    을 포함하며, 이때, 패키지 기판의 제 2 표면에 제 2 레벨 상호연결 위치가 배열되고, 제 2 레벨 상호연결 위치에 제 2 레벨 상호연결 구조물이 각각 연결되며, 그리고,
    집적 회로 칩과 패키지 기판 사이에 충진 공간이 형성되고, 이 충진 공간은 한개 이상의 충진 물질로 채워지며, 이때, 제 2 레벨 상호연결 위치 위에 놓이는 충진 물질의 영역들이 저탄성율 충진 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 패키지.
  10. 제 9 항에 있어서, 충진 공간은 다수의 제 2 레벨 상호연결 위치들 위에 놓이는 다수의 기둥형 볼륨으로 구성되는 제 1 충진 구역과, 상기 충진 공간의 나머지로 구성되는 제 2 충진 구역을 포함하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 패키지.
  11. 제 10 항에 있어서, 제 1 충진 구역은 저탄성율의 제 1 물질을 포함하고, 제 2 충진 구역은 고탄성율의 제 2 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 패키지.
  12. 제 11 항에 있어서, 제 1 충진 물질이 0.5 GPa 미만의 탄성율을 가지는 것을 특징으로 하는 플립 칩 패키지.
  13. 제 11 항에 있어서, 제 2 충진 물질이 5 GPa 보다 큰 탄성율을 가지는 것을 특징으로 하는 플립 칩 패키지.
  14. 제 13 항에 있어서, 제 2 충진 물질이 5~15 GPa 범위의 탄성율을 가지는 것을 특징으로 하는 플립 칩 패키지.
  15. 제 11 항에 있어서, 제 2 충진 물질이 에폭시를 포함하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 패키지.
  16. 제 15 항에 있어서, 제 2 충진 물질이 안하이드리드 큐러블 에폭시(anhydride curable epoxy)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 패키지.
  17. 제 11 항에 있어서, 제 1 충진 구역이 충진 공간내에 충진 물질 보이드(void)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 패키지.
  18. 제 11 항에 있어서, 제 1 추인 물질이 접착제를 포함하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 패키지.
  19. 제 18 항에 있어서, 제 1 충진 물질이 실리콘 접착제를 포함하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 패키지.
  20. 인쇄 회로 보드에 상호연결을 위한 플립 칩 패키지의 제작 방법으로서, 이 방법은,
    - 한개의 표면을 가지는 집적 회로 칩을 제공하고,
    - 제 1 표면과 제 2 표면을 가지는 패키지 기판을 제공하며, 이때, 상기 제 2 표면에는 다수의 제 2 레벨 상호연결 위치가 제공되고, 상기 제 2 레벨 상호연결 위치는 패키지 기판 제 1 표면 위에 다수의 제 1 충진 구역을 형성하며, 패키지 기판 제 1 표면의 나머지는 제 2 충진 구역을 구성하고,
    - 패키지 기판의 제 1 표면 위 제 2 충진 구역 내에 5GPa 이상의 탄성율을 가지는 제 2 충진 물질을 배치하고, 그리고
    - 집적 회로 칩과 패키지 기판을 결합시켜서, 집적 회로 칩 표면과 패키지 기판 제 1 표면 사이에 형성되는 공간 내 제 2 충진 구역에 제 2 충진 물질이 한정되도록 하는,
    이상의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 패키지 제작 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 제 2 충진 물질이 5~15 GPa 범위의 탄성율을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    - 패키지 결합 단계 이전에, 패키지 기판 제 1 표면위 제 1 충진 구역 내에 0.5 GPa 미만의 탄성율을 가지는 제 1 충진 물질을 배치하는
    과정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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