KR20230036986A - 양면 부분 몰딩된 sip 모듈 - Google Patents

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KR20230036986A
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KR
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encapsulant
substrate
component
shielding layer
over
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KR1020220111825A
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훈택 이
광 김
준호 예
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스태츠 칩팩 피티이. 엘티디.
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Abstract

반도체 장치는 기판 및 기판의 제1 표면 위에 배치된 제1 구성요소를 갖는다. 커넥터는 기판의 제1 표면 위에 배치된다. 커넥터가 제1 봉지제의 외부에 남아 있는 동안, 제1 봉지제가 제1 구성요소 위에 증착된다. 커넥터가 차폐층 외부에 남아 있는 동안, 차폐층이 제1 봉지제 위에 형성된다. 제2 구성요소는 기판의 제2 표면 위에 배치된다. 솔더 범프는 기판의 제2 표면 위에 배치된다. 제2 봉지제는 기판의 제2 표면 위에 증착된다. 솔더 범프를 노출시키기 위해 제2 봉지제를 통해 개구부가 형성된다. 솔더 볼은 개구부에 배치된다. 솔더 볼과 솔더 범프는 리플로우되어, 결합된 솔더 범프를 형성한다.

Description

양면 부분 몰딩된 SIP 모듈 {DOUBLE-SIDED PARTIAL MOLDED SIP MODULE}
본 발명은 일반적으로 반도체 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양면 부분 몰딩된 시스템-인-패키지(SiP) 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
발명의 배경
반도체 장치는 현대 전자 제품에서 흔히 볼 수 있는 것이다. 반도체 장치는 신호 처리, 고속 계산, 전자기 신호 송수신, 전자 장치 제어, 태양광을 전기로 변환, 텔레비전 디스플레이용 시각적 이미지 생성과 같은 광범위한 기능을 수행한다. 반도체 장치는 통신, 전력 변환, 네트워크, 컴퓨터, 엔터테인먼트 및 소비자 제품 분야에서 사용된다. 반도체 장치는 군사용 용도, 항공, 자동차, 산업용 컨트롤러 및 사무 장비에서도 찾아볼 수 있다.
반도체 제조의 한 가지 목표는 더 작은 반도체 장치를 생산하는 것이다. 더 작은 장치는 일반적으로 더 적은 전력을 소비하고, 더 높은 성능을 가지며, 더 효율적으로 생산할 수 있다. 또한, 더 작은 반도체 장치는 더 작은 풋프린트를 가지므로, 더 작은 최종 제품용으로 바람직하다. 더 작은 반도체 다이 크기는, 프런트-엔드 공정(front-end process)을 개선하여 더 작고, 더 높은 밀도의 능동 및 수동 구성요소를 갖는 반도체 다이를 생성함으로써 이루어질 수 있다. 백-엔드(back-end) 공정은 전기적 상호 연결 및 패키징 재료의 개선으로 인해 더 작은 풋프린트를 갖는 반도체 장치 패키지를 생성할 수 있다.
SiP(System-in-Package) 모듈은 여러 구성요소를 단일 패키지에 통합하는 일종의 반도체 패키지이다. SiP 모듈의 풋프린트를 줄이는 한 가지 방법은 패키지 기판의 양면에 구성요소를 장착(mount)하는 것이다. 양면 SiP 모듈은 고정된 설치 공간에 더 많은 구성요소를 포함할 수 있게 한다. 시장의 힘은 SiP 모듈을 더 작은 설치 공간과 더 얇은 두께로 나아가도록 지속적으로 밀어붙이고 있다. SiP 모듈 크기가 감소함에 따라, 기판의 양면에 구성요소를 봉지화(encapsulating)하는 것이 문제가 될 수 있다. 따라서 시장에서 요구하는 고급 기능을 유지하면서, 더 작은 크기로 확장할 수 있는 양면 SiP 모듈 및 개선된 SiP 모듈 제조 방법이 필요하다.
도 1a 내지 도 1c는 톱 스트리트(saw street)에 의해 분리된 복수의 반도체 다이를 갖는 반도체 웨이퍼를 도시한다.
도 2a 내지 도 2p는 양면 SiP 모듈을 형성하는 것을 예시한 도면이다.
도 3a 내지 도 3e는 양면 SiP 모듈을 형성하는 대안적인 방법을 예시한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 SiP 모듈을 전자 장치에 통합하는 것을 예시한 도면이다.
본 발명은 도면을 참조하여 다음의 설명에서 하나 이상의 실시예로 설명되며, 도면에서 동일한 번호는 동일하거나 유사한 요소를 나타낸다. 본 발명은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 최선의 방식으로 설명되지만, 첨부된 청구범위에 의해 정의된 본 발명의 사상 및 범위 내에 포함될 수 있는 대안, 수정 및 등가물 그리고 다음의 개시 및 도면에 의해 지지되는 등가물을 포함하도록 의도된 것임을 관련기술분야의 통상의 기술자는 인식할 수 있을 것이다. 본 명세서에서 사용되는 "반도체 다이"의 용어는 단수형과 복수형을 모두 의미하므로, 단일 반도체 장치 및 다중 반도체 장치를 모두 지칭할 수 있다.
반도체 장치는 일반적으로, 프론트-엔드 제조 및 백-엔드 제조라는 두 가지 복잡한 제조 공정을 사용하여 제조된다. 프론트-엔드 제조는 반도체 웨이퍼의 표면에 다수의 다이를 형성하는 것을 포함한다. 웨이퍼의 각 다이는, 기능적 전기 회로를 형성하기 위해 전기적으로 연결되는 능동 및 수동 전기 구성요소를 포함한다. 트랜지스터 및 다이오드와 같은 능동 전기 구성요소는 전류의 흐름을 제어하는 기능이 있다. 커패시터, 인덕터 및 저항과 같은 수동 전기 구성요소는 전기 회로 기능을 수행하는 데 필요한 전압과 전류 사이의 관계를 생성한다.
백-엔드 제조는, 완성된 웨이퍼를 개별 반도체 다이로 절단하거나 개별화 하고, 구조적 지원, 전기 상호 연결 및 환경 보호를 위해 반도체 다이를 패키징하는 것을 말한다. 반도체 다이를 개별화 하기 위해, 웨이퍼는 톱 스트리트 또는 스크라이브(scribes)라고 하는 웨이퍼의 비기능 영역을 따라 스코어링되고 절단된다. 웨이퍼는 레이저 절단 도구 또는 톱 블레이드(blade)을 사용하여 싱귤레이트(singulation) 된다. 싱귤레이트 후에, 개별 반도체 다이는 다른 시스템 구성요소와의 상호 연결을 위한 핀 또는 접촉 패드를 포함하는 패키지 기판에 장착된다. 반도체 다이 위에 형성된 접촉 패드는 패키지 내의 접촉부에 연결된다. 전기 연결은 전도층, 범프, 스터드 범프, 전도성 페이스트, 본드 와이어, 또는 기타 적절한 상호 연결 구조로 이루어질 수 있다. 물리적 지지와 전기적 절연을 제공하기 위해, 패키지 위에 봉지제 또는 기타 몰딩 재료가 증착된다. 그런 다음, 완성된 패키지를 전기 시스템에 삽입하여, 반도체 장치의 기능을 다른 시스템 구성요소에서 사용할 수 있게 된다.
도 1a는 실리콘, 게르마늄, 알루미늄 인화물, 알루미늄 비화물, 갈륨 비소, 갈륨 질화물, 인듐 인화물, 실리콘 카바이드, 또는 구조적 지지를 위한 다른 벌크 물질과 같은 베이스 기판 물질(102)을 갖는 반도체 웨이퍼(100)를 도시한다. 복수의 반도체 다이 또는 구성요소(104)는 비활성 다이간 웨이퍼 영역 또는 톱 스트리트(106)에 의해 분리된 웨이퍼(100) 상에 형성된다. 톱 스트리트(106)는 반도체 웨이퍼(100)를 개별 반도체 다이(104)로 싱귤레이트하기 위한 절단 영역을 제공한다. 일 실시예에서, 반도체 웨이퍼(100)는 100-450 mm 의 폭 또는 직경을 갖는다.
도 1b는 반도체 웨이퍼(100)의 일부의 단면도를 도시한다. 각각의 반도체 다이(104)는 후면 또는 비활성 표면(108) 및 능동 표면(110)을 갖고, 상기 능동 표면(110)은 능동 디바이스, 수동 디바이스, 전도층, 및 다이 내부에 형성되고 다이의 전기적 설계 및 기능에 따라 전기적으로 상호 연결된 유전체 층으로 구현되는 아날로그 또는 디지털 회로를 구비한다. 예를 들어, 회로는, 디지털 신호 프로세서(DSP), 전력 증폭기, 주문형 집적 회로(ASIC), 메모리 또는 기타 신호 처리 회로와 같은 아날로그 회로 또는 디지털 회로를 구현하기 위해 능동 표면(110) 내에 형성된 하나 이상의 트랜지스터, 다이오드, 및 기타 회로 요소를 포함할 수 있다. 반도체 다이(104)는 또한 RF 신호 처리를 위한, 인덕터, 커패시터, 및 저항기와 같은 IPD를 포함할 수 있다.
전기 전도성 층(112)은, PVD, CVD, 전해 도금, 무전해 도금 프로세스, 또는 다른 적절한 금속 증착 프로세스를 사용하여 능동 표면(110) 위에 형성된다. 전도성 층(112)은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 주석(Sn), 니켈(Ni), 금(Au), 은(Ag), 또는 다른 적절한 전기 전도성 재료의 하나 이상의 층일 수 있다. 전도성 층(112)은 능동 표면(110) 상의 회로에 전기적으로 연결된 접촉 패드로서 작동한다.
전기 전도성 범프 재료는 증발, 전해 도금, 무전해 도금, 볼 드롭, 또는 스크린 인쇄 공정을 사용하여 전도층(112) 위에 증착된다. 범프 재료는 Al, Sn, Ni, Au, Ag, 납(Pb), 비스무트(Bi), Cu, 솔더, 이들의 조합, 또는 선택적 플럭스 용액이 있는 기타 적절한 전도성 재료일 수 있다. 예를 들어, 범프 재료는 공융 Sn/Pb, 고연 솔더, 또는 무연 솔더일 수 있다. 범프 재료는 적절한 부착 또는 본딩 프로세스를 사용하여 전도층(112)에 접합된다. 일 실시예에서, 범프 재료는 재료를 융점 이상으로 가열함으로써, 리플로우되어 볼 또는 범프(114)를 형성한다. 일 실시예에서, 범프(114)는 습윤층, 장벽층 및 접착층을 갖는 언더-범프 금속부(UBM) 위에 형성된다. 범프(114)는 또한 전도층(112)에 압축 본딩되거나 열압착 본딩될 수 있다. 범프(114)는 전도층(112) 위에 형성될 수 있는 상호 연결 구조의 한 유형을 나타낸다. 상호 연결 구조는 또한 본드 와이어, 전도성 페이스트, 스터드 범프, 마이크로 범프, 또는 다른 전기 상호 연결 구조를 사용할 수 있다.
도 1c에 도시된 바와 같이, 반도체 웨이퍼(100)는 톱 블레이드 또는 레이저 절단 도구(118)를 사용하여 톱 스트리트(106)를 통해 개별 반도체 다이(104)로 싱귤레이트 된다. 개별 반도체 다이(104)는 싱귤레이트 후, KGD(known-good die)의 식별을 위해 검사되고, 전기적으로 테스트 될 수 있다.
도 2a 내지 도 2p는 반도체 다이(104)로 양면 SiP 모듈을 형성하는 것을 예시한다. 도 2a는 제조의 초기 단계에서 톱 스트리트(151)에 의해 분리된 SiP 디바이스(150)의 패널의 부분 단면도이다. 2개의 SiP 디바이스(150)가 예시되어 있지만, 수백 또는 수천 개의 SiP 디바이스가 본 명세서에 설명된 동일한 단계를 사용하여 단일 패널에 일반적으로 형성된다. 기판(152)은 SiP 모듈(150)을 형성하기 위한 베이스로서 사용된다. 기판(152)은 하나 이상의 전도층(156)이 개재된 하나 이상의 절연층(154)을 포함한다.
절연층(154)은 일 실시예에서 코어 절연 보드이며, 전도층(156)이 상부 및 하부 표면, 예를 들어 구리-클래드 라미네이트 기판 위에 패터닝 된다. 전도층(156)은 또한 절연층(154)을 통해 전기적으로 연결된 도전성 비아를 포함한다. 기판(152)은 서로 위에 삽입된 임의 수의 전도층 및 절연층을 포함할 수 있다. 솔더 마스크 또는 패시베이션(passivation) 층이 기판(152)의 어느 한 면 위에 형성될 수 있다. 임의의 적합한 유형의 기판 또는 리드프레임이, 다른 실시예에서 기판(152)에 사용된다.
SiP 디바이스(150)의 의도된 기능을 구현하는 데 필요한 임의의 구성요소는 기판(152)에 장착되거나 그 위에 배치되고, 전도층(156)에 전기적으로 연결된다. 기판(152)은 상부 표면(157) 및 저부 표면(159)으로 이루어진 2개의 주 표면을 갖고 있다. 구성요소는 임의의 적절한 구성으로 상부 표면(157) 및 저부 표면(159) 상에 장착될 수 있다. 예시된 실시예에서, 저항기, 커패시터, 인덕터, 트랜지스터 및 다이오드와 같은 개별 구성요소(164)는 솔더 페이스트(166)를 사용하여 상부 표면(157)에 장착된다. 솔더 페이스트(166)는 개별 구성요소(164)의 단자와 상부 표면(157) 상의 전도층(156)의 접촉 패드 와의 사이에서 리플로우 된다. 반도체 다이(104)는 뒤의 단계에서 저부 표면(159)에 장착될 것이다. 대안적으로, 반도체 다이(104) 또는 다른 능동 구성요소는 상부 표면(157) 상에 장착될 수 있고, 개별 구성요소는 반도체 다이(104) 대신에 또는 이에 더하여 저부 표면(159) 상에 장착될 수 있다.
예시된 실시예에서, 반도체(104)는 5G 셀룰러 트랜시버이고, 개별 구성요소(164)는 5G가 사용하는 밀리미터(mm) 파(wave) 무선 주파수(RF) 신호에 대한 필터 네트워크를 형성한다. 밀리미터 파 5G의 최신 기술은 신호 입력 및 출력 안정성을 보장하기 위해 B2B(board-to-board) 커넥터(170)가 사용된다는 것이다. B2B 커넥터(170)는 케이블이 다른 반도체 패키지와의 직접적인 상호 연결을 하기위해 SiP 모듈(150)에 연결되도록 한다. 개별 구성요소(164) 및 B2B 커넥터(170)를 포함하는 임의의 원하는 구성요소가 상부 표면(157)에 장착된 후, 리플로우 단계가 사용되어 솔더 페이스트(166)를 용융시키고, 구성요소를 물리적으로 부착한다. 디플럭스(deflux) 단계는 선택적으로 연결부를 클린하게 하는 데 사용된다.
완전히 제조된 SiP 모듈(150)에서, 개별 구성요소(164)는 환경 보호를 위해 봉지화(encapsulated)될 필요가 있는 반면, B2B 커넥터(170)는 B2B 케이블을 통한 후속 연결을 위해 노출될 필요가 있을 것이다. 도 2b는 B2B 커넥터(170)를 덮지 않고 개별 구성요소(164)를 선택적으로 봉지화하는 데 사용되는 파티션을 갖는 몰드 체이스(172)를 예시한다. 몰드 캐비티(174)는 봉지화될 구성요소, 예를 들어 개별 구성요소(164)를 둘러싸고, 유입구(175)는 몰드 캐비티가 몰딩 화합물로 채워지게 할 것이다. 릴리프 캐비티(176)는 B2B 커넥터(170)를 둘러싼다. 릴리프 캐비티(176)는 B2B 커넥터(170) 상으로 몰딩 화합물이 흐르는 것을 차단한다. 릴리프 캐비티(176)의 벽은 몰드 캐비티(174)로부터 B2B 커넥터(170)를 실질적으로 밀봉하여, 몰딩 화합물이 B2B 커넥터(170)로 연장하지 않고 개별 구성요소(164)를 봉지화 한다.
도 2c는 몰드 캐비티(174)를 채우기 위해 입구(175)를 통해 증착되는 봉지제(encapsulant)(180)를 도시한다. 봉지제(180)는 몰드 캐비티(174) 내의 임의의 구성요소 위, 아래, 및 주위로 흐른다. 일부 구성요소의 경우, 구성요소와 기판(152) 사이의 영역이 채워지는 것을 보장하기 위해, 별도의 몰드 언더필(underfill)이 사용될 수 있다. 몰드 캐비티(174)가 봉지제(180)로 채워진 후, 봉지제는 필요하다면 경화된다. 임의의 적합한 몰딩 공정을 사용할 수 있다. 봉지제(180)는 에폭시 수지, 에폭시 아크릴레이트, 또는 필러가 있거나 없는 임의의 적절한 폴리머와 같은 폴리머 복합 재료일 수 있다. 봉지제(180)는 비전도성이며, 구조적 지지를 제공하며, 외부 요소 및 오염물로부터 개별 구성요소(164)를 환경적으로 보호한다.
도 2c는 상부 캐비티 봉지화를 예시한 도면이다. 다른 실시예에서는, 다른 봉지화 방법이 사용된다. 또 다른 예로서, 도 2d는 몰드 체이스(182)를 이용한 트랜스퍼 몰딩을 통해 봉지제(180)를 증착하는 것을 도시한다. 입구(175)는 기판(152)에 인접한 저부에 위치 한다.
도 2e에 도시된 바와 같이, 몰드 체이스(172 또는 182)는 몰드 캐비티(174)의 형태로 개별 구성요소(164) 위에 경화된 봉지제(180)를 남기기 위해 제거된다. B2B 커넥터(170)는 나중의 사용을 위해 노출된 상태로 남아 있다.
도 2f에 도시된 바와 같이, SiP 디바이스(150)의 패널은 기판(152)의 저부 표면(159)이 상향으로 배향되거나 처리를 하는 데 이용가능하도록 뒤집을(flip) 수 있다. 패널은 제1 캐리어에서 제2 캐리어로 옮겨서 뒤집을 수 있다. 반도체 다이(104)는, 예를 들어 픽-앤-플레이스(pick-and-place) 프로세스 또는 기계를 사용하여 반도체 다이를 저부 표면(159)에 배치하고, 그 다음 범프(114)를 리플로우하여 전도층(156)의 노출된 접촉 패드에 물리적 및 전기적으로 범프를 결합함으로써, 기판(152)에 장착된다. 솔더 범프(184)는 반도체 다이(104) 상의 범프(114)에 대해 위에서 논의된 것과 같은 임의의 적절한 방법 및 임의의 적절한 재료를 사용하여 형성된다. 임의의 다른 원하는 전기 구성요소는 또한, 예를 들어 추가의 개별 구성요소(164), 개별 능동 구성요소, 또는 집적회로 다이와 같은 저부 표면(159) 상에 장착될 수도 있다.
일 실시예에서, 범프(184) 및 다이(104)가 저부 표면(159)에 배치된 후, 리플로우 단계가 사용되어, 범프(184 및 114)를 용융시키고, 이들을 기판(140)에 물리적으로 부착한다. 선택적인 디플럭스 단계는 표면을 클린하게 한다.
도 2g에서, 제2 봉지제(190)는, 페이스트 프린팅, 압축 몰딩, 트랜스퍼 몰딩, 액체 봉지제 몰딩, 진공 적층, 스핀 코팅, 또는 다른 적절한 도포기를 사용하여, 저부 표면(159), 반도체 다이(104), 및 범프(184) 위에 증착된다. 봉지제(190)는, 에폭시 수지, 에폭시 아크릴레이트, 또는 필러가 있거나 없는 임의의 적절한 폴리머와 같은 폴리머 복합 재료일 수 있다. 봉지제(190)는 비전도성이며, 구조적 지지를 제공하며, 외부 요소 및 오염 물질로부터 SiP 디바이스(150)를 환경적으로 보호한다.
B2B 커넥터(170)를 갖는 상부 표면(157)과 달리, 저부 표면(159)은 봉지제에 의해 완전히 덮인다. 봉지제(190)는 반도체 다이(104)의 후면(108)보다 저부 표면(159) 위의 더 높은 높이로, 그리고 저부 표면(159) 위의 범프(184)의 높이보다 더 높게 증착된다. 반도체 다이(104)의 후면(108)은 봉지제(190)에 의해 덮인다. 범프(184)도 마찬가지로 봉지제(190)에 의해 완전히 덮인다.
도 2h에서, 그라인더(192)가 봉지제(190)를 원하는 두께로 평탄화하는 데 사용된다. 그라인더(192)는 봉지제의 두께를 줄이기 위해 봉지제(190) 재료를 제거한다. 선택적으로, 봉지제(190)는 반도체 다이(104)가 노출될 때까지 얇아지게 한다. 반도체 다이(104)의 일부는, 다이의 후면(108)이 봉지제(190)의 후면과 동일 평면에 있도록 보장하기 위해 평탄화 공정에서 제거될 수 있다. 범프(184)는 봉지제(190)에 의해 덮인 채로 남아 있다.
도 2i에서, 레이저(194)는 범프(184)를 노출시키는 개구(196)를 형성하기 위해 봉지제(190)를 관통하는 데 사용된다. 레이저(194)는, 레이저 빔이 봉지제에 닿는 곳마다 봉지제(190)의 재료를 제거하는 레이저 빔으로서 에너지를 방출한다. 레이저(194)는 지그(jig)에 장착되고, 각 범프(184) 위로 개별적으로 이동하여 각각의 범프를 노출시킨다. 다른 실시예에서는, 다중 레이저(194)가 병렬로 사용된다. 개구(196)는 각각의 범프(184)에 대해 형성된다. 일부 실시예에서, 개구(196)는 레이저(194)를 사용하기 보다는 화학적 에칭, 기계적 드릴링, 또는 다른 적절한 수단을 사용하여 형성된다.
도 2j에서, 솔더 볼(198)은 범프(184) 상의 개구(196) 내에 배치된다. 볼(198)은 범프(184)와 접촉할 수 있거나, 개구(196)의 측벽에 의해 범프(184) 위에 유지될 수 있다. 볼(198)은 임의의 적절한 볼 드롭 또는 배치 기구를 사용하여 배치된다. 각각의 개구(196)는 각각의 솔더 범프(184) 상에 또는 그 위에 적층되어, 그 위에 배치된 솔더 볼(198)을 갖는다.
도 2k는 결합된 솔더 범프(200) 쪽으로 리플로우된 솔더 볼(198) 및 솔더 범프(184)를 도시한다. 솔더 범프(200)는 솔더 범프(184)의 솔더 재료 및, 솔더 재료를 솔더의 융점 이상의 온도로 가열함으로써 단일 덩어리의 솔더로 용융된 솔더 볼(198)을 포함한다. 솔더 범프(200)는 저부 표면(159) 상의 전도층(156)의 접촉 패드로부터 봉지제(190)의 반대 면 위까지 균일한 재료 조성을 갖는 연속한 솔더 구조를 포함한다. 범프(200)는 봉지제(190)의 두께를 완전히 통해 연장된다. 범프(184) 및 볼(198)을 범프(200)로 리플로우한 후, 선택적인 디플럭스 단계가 수행된다. SiP 모듈(150)의 패널은, 개별 모듈을 서로 분리하기 위해 톱 블레이드 또는 레이저 절단 도구(204)를 사용하여 도 2l의 톱 스트리트(151)를 따라 싱귤레이트 된다.
도 2m 내지 도 2p는 봉지제(180) 위의 차폐층의 형성을 도시했다. 패널은 상부 봉지제(180)에 대한 액세스를 제공하기 위해 싱귤레이트 전 또는 후에 선택적으로 뒤집힌다. 대안적으로, 차폐층은 예시된 바와 같이 형성될 수 있지만, 저부 표면(159) 상에서의 처리 이전에, 제조 중 패널이 뒤집히는(flip) 횟수를 줄이기 위해, 형성될 수 있다.
도 2m에 도시된 바와 같이, 차폐층 형성 동안, B2B 커넥터를 보호하기 위해 캔(210)이 B2B 커넥터(170) 위에 배치된다. 캔(210)은 B2B 커넥터(170) 주위의 상부 표면(157)과 접촉하여, 스퍼터링된 금속이 B2B 커넥터에 대한 전기적 연결을 생성하는 것을 차단한다.
도 2n은 캔(210)에 대한 대안을 도시한다. SiP 모듈(150)은 예를 들어, 픽 앤 플레이스 프로세스 또는 기계를 사용하여 필름 캐리어(214)의 개구 상에 배치된다. SiP 모듈(150)은 개구 내의 솔더 범프(200) 및 필름 캐리어(214) 상의 SiP 모듈의 에지에 배치된다. 다른 실시예에서, 범프(200)는 필름 캐리어(214) 상에 배치될 수 있다. 마스크(216)는 B2B 커넥터(170)를 덮기 위해 SiP 모듈(150)의 단부 위에 배치된다. 마스크(216)는 SiP 모듈(150) 주위의 필름 캐리어(216) 상에 안착된다. 필름 캐리어(216)는 접착제를 포함하여 SiP 모듈(150) 및 마스크(216)를 제자리에 유지할 수 있다. 각각의 봉지제(180)를 향해 배향된 마스크(216)의 측면은 더 짧아서, 봉지제와 B2B 커넥터(170) 사이의 기판(152) 위로 연장되는 립(lip)을 형성한다.
B2B 커넥터(170) 위에 제 위치에 있는 캔(210) 또는 마스크(216)로, 차폐층(212)이 도 2o의 상부 봉지제(180) 위에 형성된다. 차폐층(212)은 SiP 디바이스(150) 위에 공형적(conformally) 형성되고, 봉지제(180) 및 캔(210)의 상부 및 측면을 완전히 덮는다. 차폐층(212)은 차폐층을 접지하기 위해 기판(152)의 측면에 노출된 전도층(156)과 물리적으로 접촉할 수 있다. 차폐층(212)은 스프레이 코팅, 도금, 스퍼터링, 또는 임의의 다른 적절한 금속 증착 공정에 의해 형성된다. 차폐층(212)은 구리, 알루미늄, 철, 또는 EMI 차폐를 위한 임의의 다른 적절한 재료로 형성될 수 있다. 캔(210) 상의 차폐층(212)과 봉지제(180) 사이에는 통상적으로 간극이 남아 있어 캔을 부차적으로 더 쉽게 제거할 수 있다.
일부 실시예에서, SiP 모듈(150)은 도 2l의 싱귤레이트 동안 선택적인 열 방출 또는 인터페이스 층을 갖는 캐리어 상에 배치된다. 싱귤레이티드 SiP 디바이스(150)는 차폐층(212)의 적용을 위해 동일한 캐리어 상에서 유지된다. 따라서, 차폐층(212)을 형성하는 동안 인접한 SiP 디바이스(150) 사이의 공간은 절단 도구(204)의 톱 절단(saw kerf) 폭과 동일하다. 차폐층(212) 두께는 인접한 SiP 디바이스(150)의 차폐 층이 서로 접촉하지 않고 패키지가 캐리어 상에서 싱귤레이팅된 상태로 유지될 만큼 충분히 낮다. 다른 실시예에서, SiP 디바이스(150)는, 싱귤레이션 이후에 그리고 차폐층(212)을 형성하기 전에, 별도의 캐리어 상에 배치된다.
도 2p에서, 캔(210) 또는 마스크(216)는 캔 또는 마스크 상에 형성된 차폐층(212)의 부분과 함께 제거된다. 차폐층(212)은 상부 및 4개 측면 모두를 포함하는, 봉지제(180)의 모든 노출된 표면을 완전히 덮고 있다. 봉지제(180)의 모든 노출된 표면은 차폐층(212)을 형성할 때 전도성 재료로 코팅된다. 차폐층(212)은 B2B 커넥터(170) 상에 형성되지 않아 커넥터가 후속 사용을 위해 노출된 상태로 남아있게 된다.
도 2p의 SiP 모듈(150)은, SiP 모듈을 더 큰 전자 디바이스에 통합할 고객에게 배송하기 위해 포장할 준비가 된 완성된 유닛이다. SiP 모듈(150)은 반도체 다이(104), 개별 구성요소(164), 및 기판(152)의 2개의 대향 표면 상에 패키징된 임의의 다른 원하는 전기 구성요소를 포함한다. 상부 표면(157) 및 저부 표면(159) 상의 구성요소는 환경 보호를 위해 봉지화 된다. 상부 표면(157) 상의 구성요소는 봉지제(180)의 상부 표면 및 측면을 둘러싸는 차폐층(212)에 의해 차폐된다. 반도체 다이(104) 및 저부 표면(159) 상의 다른 구성요소는 차폐층(212)으로부터 이익을 얻지만, 저부 구성요소는 개별 구성요소(164)만큼 차폐층에 의해 단단히 둘러싸이지는 않는다.
B2B 커넥터(170)는 고속 신호 입력 및 출력(I/O)을 위해 봉지제(180) 및 차폐층(212) 모두의 외부 및 외부로부터 노출된 상태로 유지된다. 범프(200)는 또한, SiP 모듈(150)을 더 큰 기판에 장착하고 그리고 추가 시스템 통합을 위해 노출된 상태로 유지된다. 하나의 일반적인 시나리오에서, B2B 커넥터(170)는 SiP 모듈(150)과 다른 구성요소 사이에서 고대역폭 데이터 신호를 전송하는 데 사용되는 반면, 범프(200)는 전력, 디버그 출력 및 기타 저속 데이터 I/O를 제공하는 데 사용된다. 범프(200)는 또한 접촉 패드 상으로 솔더 재료를 리플로우함으로써 하부 시스템 기판에 대한 기계적 연결을 제공한다.
도 3a 내지 도 3e는 양면 봉지화, 차폐, 및 노출된 B2B 커넥터를 갖는 SiP 모듈(250)을 형성하기 위한 대안적인 프로세스 흐름을 도시한다. 도 3a는 B2B 커넥터(170)가 아직 기판(152) 상에 장착되지 않았다는 점을 제외하고는 도 2e에 도시된 것과 유사한 상태의 패널로 시작한다. 대신, B2B 커넥터(170)의 추후 장착을 위해, 접촉 패드(252)가 노출된 채로 남아 있다. 봉지제(180)의 몰딩은 도 2b 내지 도 2d로부터의 동일한 몰드 체이스(172 또는 182)를 사용하거나 또는 릴리프 캐비티(176)가 없는 다른 몰드가 사용될 수 있다. 몰드는 B2B 커넥터(170)를 위한 캐비티를 갖는 대신 솔리드(solid)일 수 있다.
도 3b는 위의 도 2f 내지 도 2k의 단계가 수행된 이후의 SiP 모듈(250)을 예시한다. 시스템 기판에 장착하기 위해 봉지제(190)를 통해 연장되는 범프(200)가 제공된다. 도 3c에서, SiP 모듈(250)은 톱 스트리트(251)를 통해 뒤집혀서 싱귤레이트된다. 차폐층(260)은 위의 차폐층(212)과 유사한 방식으로 SiP 모듈(250) 위에 형성된다. 차폐층(260)은 봉지제(180)에 의해 덮이지 않은 접촉 패드(252)를 포함하는 봉지제(180) 및 기판(152)의 모든 상부 및 측면을 완전히 덮도록 형성된다.
도 3d에서, 레이저(262)는 접촉 패드(252) 위로부터 차폐층(260)을 제거하는데 사용된다. 차폐층(260)의 부분은 일 실시예에서 레이저 융제를 통한 스퍼터 필링에 의해 제거된다. 예를 들어, 화학적 또는 기계적 식각의 다른 유형이 다른 실시예에서 사용되어 오버 접촉 패드(252)로부터 차폐층(260)을 제거한다. 도 3e에 도시된 바와 같이, B2B 커넥터(170)는, 반도체 다이(104), 개별 구성요소(164), 및 기판(152) 상에 장착된 임의의 다른 전기 구성요소에 B2B 커넥터(170)를 전기적으로 연결하기 위해 접촉 패드(252) 상에서 픽업되어 배치된다.
도 4a 및 도 4b는 전술한 SiP 모듈, 예를 들어 차폐층(260)을 갖는 SiP 모듈(250)을 전자 디바이스(300)에 통합하는 것을 예시한다. 도 4a는 전자 디바이스(300)의 일부로서 인쇄 회로 기판(PCB) 또는 다른 기판(302) 상에 장착된 SiP 모듈(250)의 부분 단면을 도시한다. 범프(200)는 SiP 모듈(250)을 PCB에 물리적으로 부착하고 전기적으로 연결하기 위해 PCB(302)의 전도층(304) 상에 리플로우 된다. 다른 실시예에서는, 열압착 또는 다른 적절한 부착 및 연결 방법이 사용된다. 일부 실시예에서는, 접착제 또는 언더필(underfill) 층이 SiP 모듈(250)과 PCB(302) 사이에 사용된다. 반도체 다이(104)는 기판(152) 및 범프(200)를 통해 전도층(304)에 전기적으로 결합된다.
도 4b는 차폐층(260) 및 B2B 커넥터(170)를 갖는 SiP 모듈(250)을 구비하는 PCB의 표면 상에 장착된 복수의 반도체 패키지를 갖는 PCB(302)를 포함하는 전자 디바이스(300)를 도시한다. 커넥터(310)가 있는 리본 케이블(312)은 B2B 커넥터(170)에 접속되어 다른 디바이스를 SiP 모듈(250) 내의 구성요소에 전기적으로 연결시킨다. 커넥터(310)는 리본 케이블(312)이 리본 케이블을 통해 SiP 모듈(250)과 전기 신호를 전도할 수 있도록 B2B 커넥터(170)와 인터페이스하도록 구성된다. 리본 케이블(312)은 SiP 모듈(250)을, PCB(302), PCB(302) 상의 다른 패키지, 동일하거나 상이한 전자 디바이스의 또 다른 PCB, 다른 PCB 상의 다른 패키지, 다른 전자 디바이스, 테스트 장비 등에 연결하는 데 사용될 수 있다. 기타 유형의 케이블 또는 동축 케이블이나 트위스트 페어 케이블과 같은 도체를 리본 케이블 대신 사용할 수 있다. 리본 케이블(312)은 기판(152)을 통해 반도체 다이(104) 및 개별 구성요소(164)에 연결된다.
전자 디바이스(300)는 용도에 따라 일 유형의 반도체 패키지 또는 여러 유형의 반도체 패키지를 가질 수 있다. 전자 디바이스(300)는 하나 이상의 전기적 기능을 수행하기 위해 반도체 패키지를 사용하는 독립형 시스템일 수 있다. 대안적으로, 전자 디바이스(300)는 더 큰 시스템의 서브컴포넌트일 수 있다. 예를 들어, 전자 디바이스(300)는 태블릿 컴퓨터, 셀룰러 폰, 디지털 카메라, 통신 시스템, 또는 다른 전자 디바이스의 일부일 수 있다. 전자 디바이스(300)는 또한 그래픽 카드, 네트워크 인터페이스 카드, 또는 컴퓨터에 삽입되는 다른 신호 처리 카드일 수 있다. 반도체 패키지는 마이크로프로세서, 메모리, ASIC, 논리 회로, 아날로그 회로, RF 회로, 개별 능동 또는 수동 디바이스, 또는 기타 반도체 다이 또는 전기 부품을 포함할 수 있다.
도 4b에 도시된 바와 같이, PCB(302)는 PCB 상에 장착된 반도체 패키지의 구조적 지지 및 전기적 상호접속을 위한 일반적인 기판을 제공한다. 전도성 신호 트레이스(304)는 증발, 전해 도금, 무전해 도금, 스크린 인쇄, 또는 다른 적절한 금속 증착 공정을 사용하여 PCB(302)의 표면 위에 또는 층 내에 형성된다. 신호 트레이스(304)는 반도체 패키지, 장착된 구성요소, 및 기타 외부 시스템 또는 구성요소 사이의 전기 통신을 제공한다. 트레이스(304)는 또한 필요에 따라 반도체 패키지에 대한 전력 및 접지 연결을 제공한다.
일부 실시예에서, 반도체 장치는 2개의 패키징 레벨을 갖는다. 제1 레벨 패키징은 반도체 다이를 중간 기판에 기계적 및 전기적으로 부착하는 기술이다. 제2 레벨 패키징은 중간 기판을 PCB(302)에 기계적 및 전기적으로 부착하는 것을 포함한다. 다른 실시예에서, 반도체 장치는 다이가 PCB(302)에 기계적 및 전기적으로 직접 장착되는 제1 레벨 패키징 만을 가질 수 있다.
예시의 목적으로, 본드 와이어 패키지(346) 및 플립칩(348)을 포함하는 여러 유형의 제1 레벨 패키징이 PCB(302)에 도시되어 있다. 또한, 볼 그리드 어레이(BGA)(350), 범프 칩 캐리어(BCC)(352), 랜드 그리드 어레이(LGA)(356), 다중 칩 모듈(MCM)(358), 쿼드 플랫 무연 패키지(QFN)(360), 쿼드 플랫 패키지(362) 및 임베디드 웨이퍼 레벨 볼 그리드 어레이(eWLB)(364)를 포함하는 여러 유형의 제2 레벨 패키징이, SiP 모듈(250)과 함께 PCB(302)에 장착되어 도시되어 있다. 전도성 트레이스(304)는 PCB(302)에 배치된 다양한 패키지 및 구성요소를 SiP 모듈(250)에 전기적으로 연결하여, SiP 모듈(250) 내의 구성요소를 PCB 상의 다른 구성요소에 사용하게 한다.
시스템 요구사항에 따라, 제1 및 제2 레벨 패키징 스타일의 임의의 조합으로 구성된 반도체 패키지의 임의의 조합 및 기타 전자 부품이 PCB(302)에 연결될 수 있다. 일부 실시예에서는, 전자 디바이스(300)가 단일 부착된 반도체 패키지를 포함하는 반면에, 다른 실시예는 다중 상호 연결된 패키지를 요구한다. 단일 기판 위에 하나 이상의 반도체 패키지를 결합함으로써, 제조업자는 미리 만들어진 구성요소를 전자 디바이스 및 시스템에 통합할 수 있다. 반도체 패키지는 정교한 기능을 포함하고 있기 때문에, 보다 저렴한 부품과 간소화된 제조 공정을 통해 전자 디바이스를 제조할 수 있다. 결과적인 디바이스는 실패할 가능성이 적고, 제조 비용이 저렴하여 소비자 비용이 절감된다.
본 발명의 하나 이상의 실시예가 상세히 예시되었지만, 당업자는 이러한 실시예에 대한 수정 및 개조가 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 반도체 장치를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은:
    기판을 제공하는 단계;
    기판의 제1 표면 위에 제1 구성요소 및 제2 구성요소를 배치하는 단계;
    제2 구성요소가 제1 봉지제의 외부에 남아 있는 동안, 제1 구성요소 위에 제1 봉지제를 증착하는 단계;
    제2 성분이 제1 봉지제의 외부에 남아 있는 동안, 제1 봉지제 위에 차폐층을 형성하는 단계;
    기판의 제2 표면 위에 제2 봉지제를 증착하는 단계; 그리고
    제2 봉지제를 통해 솔더 범프를 형성하는 단계; 를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방법은:
    차폐층을 형성하면서, 제2 구성요소 위에 캔을 배치하는 단계; 그리고
    차폐층을 형성한 후 캔을 제거하는 단계; 를 더 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 방법은:
    차폐층을 형성한 후에 기판의 제1 표면 위에 제2 구성요소를 배치하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 방법은:
    기판의 접촉 패드를 노출시키기 위해 차폐층의 일부를 제거하는 단계; 그리고
    접촉 패드 위에 제2 구성요소를 배치하는 단계; 를 더 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 방법은 제1 봉합제를 몰드 캐비티에 증착하는 단계를 더 포함하고, 제1 구성요소는 몰드 캐비티 내에 있고, 제2 구성요소는 몰드 캐비티 외부에 있는, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 방법은:
    기판의 제2 표면 상에 제3 구성요소를 배치하는 단계; 그리고
    상기 제3 구성요소 위에 제2 봉지제를 증착하는 단계; 를 더 포함하는, 방법.
  7. 반도체 장치를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은:
    기판을 제공하는 단계;
    기판의 제1 표면 위에 제1 구성요소를 배치하는 단계;
    제1 구성요소 위에 제1 봉지제를 증착하는 단계;
    상기 제1 봉지제 위에 차폐층을 형성하는 단계; 그리고
    기판의 제2 표면 위에 제2 봉지제를 증착하는 단계; 를 포함하는, 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 방법은:
    기판의 제2 표면 위에 솔더 범프를 배치하는 단계;
    솔더 범프를 노출시키기 위해 제2 봉지제를 통해 개구를 형성하는 단계;
    상기 개구에 솔더 볼을 배치하는 단계; 그리고
    솔더 볼과 솔더 범프를 결합된 솔더 범프로 리플로우 하는 단계; 를 더 포함하는, 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 방법은 상기 기판의 제2 표면 위에 반도체 다이를 배치하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 방법은:
    기판의 제1 표면 위에 커넥터를 배치하는 단계; 그리고
    차폐층을 형성하면서 커넥터 위에 캔을 배치하는 단계; 를 더 포함하는, 방법.
  11. 반도체 장치로서, 상기 반도체 장치는:
    기판;
    기판의 제1 표면 위에 배치된 제1 구성요소;
    제1 구성요소 위에 증착된 제1 봉지제;
    상기 제1 봉지제 위에 형성된 차폐층;
    기판의 제2 표면 위에 배치된 제2 구성요소; 그리고
    기판의 제2 표면 위에 증착된 제2 봉지제; 를 포함하는, 반도체 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 기판의 제2 표면 위에 배치되고 상기 제2 봉지제를 통해 연장되는 솔더 범프를 더 포함하는 반도체 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 기판의 제1 표면 위에 배치된 커넥터를 더 포함하는 반도체 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 커넥터는 제1 봉지제 및 차폐층의 외부에 유지되는 반도체 장치.
  15. 제11항에 있어서, 상기 제2 구성요소는 상기 제2 봉지제로부터 노출되는 반도체 장치.
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