半田ボール及び半導体パッケージ
【課題】コア部の外側を覆うようにアンダーフィル部が形成される半田ボール、及び前記半田ボールにより半導体チップと基板部とが電気的に接続される半導体パッケージを提供する。
【解決手段】半導体チップ110を基板部120に電気的に接続する半田ボール130において、半田ボール130は、半導体チップ110と基板部120を電気的に導通させるためのコア部132と、コア部132の外側を覆うようにコア部132にコーティングされ、コア部132の半導体チップ110と基板部120への接触時にコア部132の周囲を保護するためのアンダーフィル部134とを含む。
【解決手段】半導体チップ110を基板部120に電気的に接続する半田ボール130において、半田ボール130は、半導体チップ110と基板部120を電気的に導通させるためのコア部132と、コア部132の外側を覆うようにコア部132にコーティングされ、コア部132の半導体チップ110と基板部120への接触時にコア部132の周囲を保護するためのアンダーフィル部134とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半田ボール及び半導体パッケージに関し、特に、半導体チップを基板部に電気的に接続されるように接着する半田ボール、及びこのような半田ボールを含む半導体パッケージに関する。
【背景技術】
【0002】
既存の半導体パッケージは、プリント基板への実装手段としてリードフレームを使用してきた。このような既存の半導体パッケージは、チップを封止しているパッケージ胴体の外側にリードフレームのリードが延びた構造を有し、前記リードを基板上に半田付けすることによって実装が行われる。
【0003】
ところが、表面実装技術により実装される既存の半導体パッケージは、広い実装面積を必要とする。つまり、既存の半導体パッケージは、それ自体のサイズに対応する面積に加えて、パッケージ胴体の外側に延びたリードフレームのリードの長さに対応する面積をさらに実装面積として必要とするため、パッケージのサイズを減少させて実装面積を減少させても実装面積の減少には限界があった。
【0004】
従って、半導体産業における技術開発の主な動向の一つは、半導体素子のサイズを縮小することである。
【0005】
半導体パッケージ分野においても、小型コンピュータや携帯用電子機器などの需要が急増するにつれて、小型であり、かつ複数のピンを実現できるファインピッチボールグリッドアレイ(Fine pitch Ball Grid Array;FBGA)パッケージ又はチップスケールパッケージ(Chip Scale Package;CSP)などの半導体パッケージが開発されている。
【0006】
このような半導体パッケージは、半田ボールを介して各基板間に電気的な接続が行われるが、半田ボールを用いて互いに接着される半導体パッケージの場合は、電気的な接触部分を保護するために、リフロー工程で半導体チップと基板部との間にアンダーフィル層を形成する。
【0007】
しかし、前記のように、外側でアンダーフィル層を形成するためのリフロー工程を行った場合、半導体チップ及び基板部の内側には半田ボールの周囲にアンダーフィル層が正しく形成されないことがあり、この場合、電気的な接続が不安定になる。従って、このような問題を解決する技術が要求されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、このような従来技術の問題を解決するためになされたもので、コア部の外側を覆うようにアンダーフィル部が形成される半田ボール、及び前記半田ボールにより半導体チップと基板部とが電気的に接続される半導体パッケージを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
半導体チップを基板部に電気的に接続する半田ボールにおいて、本発明による半田ボールは、前記半導体チップと前記基板部を電気的に導通させるためのコア部と、前記コア部の外側を覆うように前記コア部にコーティングされ、前記コア部の前記半導体チップと前記基板部への接触時に前記コア部の周囲を保護するためのアンダーフィル部とを含むようにしてもよい。
【0010】
また、本発明による半田ボールのアンダーフィル部は、内部に複数の導電性フィラーを含むことを特徴としてもよい。
また、本発明による半田ボールのアンダーフィル部は、導電性フィラーを含む導電層と、前記導電層を覆うように形成される非導電層とを含むことを特徴としてもよい。
また、本発明による半田ボールのアンダーフィル部は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、又はこれらの混合物からいずれか1つを選択的に使用することを特徴としてもよい。
【0011】
また、本発明による半田ボールのコア部は、非導電性材質の中心部と、前記中心部を覆うように形成される金属材質の外郭部とを含むことを特徴としてもよい。
また、本発明による半田ボールのコア部は、前記中心部と前記外郭部との間に位置する銅(Cu)材質の内側導電層をさらに含むことを特徴としてもよい。
【0012】
一方、本発明による半導体パッケージは、一面に電極部が形成される半導体チップと、前記半導体チップと電気的に接続される基板部と、前記半導体チップと前記基板部を電気的に導通させるためのコア部、及び前記コア部の外側を覆うように前記コア部に形成され、前記コア部の前記半導体チップと前記基板部への接触時に前記コア部の周囲を保護するためのアンダーフィル部を備える半田ボールとを含むようにしてもよい。
【0013】
また、本発明による半導体パッケージのアンダーフィル部は、内部に複数の導電性フィラーを含むことを特徴としてもよい。
また、本発明による半導体パッケージのアンダーフィル部は、導電性フィラーを含む導電層と、前記導電層を覆うように形成される非導電層とを含むことを特徴としてもよい。
【0014】
また、本発明による半導体パッケージのアンダーフィル部は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、又はこれらの混合物からいずれか1つを選択的に使用することを特徴としてもよい。
【0015】
また、本発明による半導体パッケージのコア部は、非導電性材質の中心部と、前記中心部を覆うように形成される金属材質の外郭部とを含むことを特徴としてもよい。
また、本発明による半導体パッケージのコア部は、前記中心部と前記外郭部との間に位置する銅(Cu)材質の内側導電層をさらに含むことを特徴としてもよい。
【発明の効果】
【0016】
本発明による半田ボール及び半導体パッケージは、コア部の外側を覆うようにアンダーフィル部が形成されるため、基板部と半導体チップの電気的な接触とアンダーフィル層を形成するリフロー工程を共に行うことができ、これにより、製造工程が短縮されるという効果がある。
また、本発明による半田ボール及び半導体パッケージは、各コア部にそれぞれアンダーフィル部が形成されるため、基板部の内部に装着されるコア部の周囲にもアンダーフィル層を形成することが容易であり、これにより、基板部の内側で電気的な接続が不安定になることを防止するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の一実施形態による半田ボール及び半導体パッケージの断面図である。
【図2】本発明の一実施形態による半田ボール及び半導体パッケージの断面図である。
【図3】本発明の一実施形態による半導体パッケージに装着される半田ボールを説明するための断面図である。
【図4】本発明の他の実施形態による半導体パッケージを説明するための断面図である。
【図5】本発明の他の実施形態による半導体パッケージを説明するための断面図である。
【図6】図4の半導体パッケージに装着される半田ボールを説明するための断面図である。
【図7】本発明のさらに他の実施形態による半田ボールを説明するための断面図である。
【図8】本発明のさらに他の実施形態による半田ボールを説明するための断面図である。
【図9】本発明のさらに他の実施形態による半田ボールを説明するための断面図である。
【図10】本発明のさらに他の実施形態による半田ボールを説明するための断面図である。
【図11】本発明のさらに他の実施形態による半田ボールを説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本発明による半田ボール及び半導体パッケージの好ましい実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【0019】
ただし、本発明の思想は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想を理解する当業者であれば、同じ思想の範囲内で構成要素の追加、変更、削除などを行うことにより、退歩的な他の発明や本発明の思想の範囲内に含まれる他の実施形態を容易に提案できるであろうが、これもやはり本発明の思想の範囲内に含まれるといえる。
【0020】
なお、各実施形態の図面に示される同一又は類似の思想の範囲内の機能が同一の構成要素は、同一又は類似の符号を付して説明する。
【0021】
図1及び図2は、本発明の一実施形態による半田ボール及び半導体パッケージの断面図である。
【0022】
図1及び図2に示すように、本発明の一実施形態による半導体パッケージ100は、半導体チップ110、基板部120、及び半田ボール130を含む。
【0023】
半導体チップ110は基板部120上に接続され、半導体チップ110の図中下部には導電性接着剤である半田ボール130が装着される。ここで、半導体チップ110の図中下部に形成される半田ボール130は、基板部120のパターン部122が形成される位置に対応するように互いに離隔して形成される。
【0024】
基板部120の表面には、半導体チップ110と電気的に接続するためのパターン部122が形成される。ここで、基板部120としては、有機基板やLTCC(Low Temperature Co−fired Ceramic)などのセラミック基板などが用いられる。
【0025】
また、基板部120の図中上部には、パターン部122の周囲に半田レジスト層140が設けられる。ここで、基板部120は、複数の層で製造してもよいが、この場合、複数の層を電気的に接続するための回路パターンが形成される。
【0026】
半田レジスト層140は、基板部120の表面に設けられるが、パターン部122が露出するようにパターン部122の周囲に形成される。
【0027】
また、半田レジスト層140は、電気的な絶縁機能と共に熱応力を緩和する役割を果たし、ポリマーを含む絶縁物質で形成してもよい。例えば、パターン部122を露出させるために、半田レジスト層140を感光性ポリマーを含む絶縁物質で形成し、絶縁物質を選択的に露光、現像することによりパターン部122をオープンさせてもよい。
【0028】
本実施形態においては半田レジスト層140が形成されるが、これに限定されるものではなく、半田レジスト層140を省略してもよい。
【0029】
図2に示すように、半導体チップ110を基板部120上で半田ボール130と接触するように配置した後、リフロー工程で半導体チップ110と基板部120を電気的に接続させる。
【0030】
このとき、コア部132の外郭に形成されたアンダーフィル部134は、半導体チップ110と基板部120の境界面に沿って移動する。
【0031】
従って、各コア部132は各アンダーフィル部134により外部から保護されるため、基板部120の内部に装着される半田ボール130の周囲にもアンダーフィル層の形成が容易であり、これにより、基板部120の内側の電気的な接続が不安定になることを防止する。
【0032】
また、図2に示すように、アンダーフィル部134が不連続に形成されるため、外部環境によりストレスが発生してもアンダーフィル部134間で分散されるという効果がある。
【0033】
図3は、本発明の一実施形態による半導体パッケージに装着される半田ボールを説明するための断面図である。
【0034】
図3に示すように、半田ボール130は、コア部132及びアンダーフィル部134を含む。
【0035】
コア部132は、半導体チップ110と基板部120のパターン部122を電気的に接続できるように、Ni、Au、Cuなどの導電性材質の金属又は金属合金で形成してもよい。また、コア部132は、リフロー工程で一定量が流動する半田材質であれば好ましい。
【0036】
アンダーフィル部134は、コア部132の外部を覆うようにコーティングされ、コア部132の外部を保護する。
【0037】
ここで、リフロー工程でコア部132が半導体チップ110と基板部120に接触するとき、アンダーフィル部134も共に溶けて周囲に広く広がる現象が発生し、このような構造により内部にコア部132を封止する役割を果たす。
【0038】
このようなアンダーフィル部134は、非導電性樹脂で形成してもよく、具体的には、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、又はこれらの混合物で形成してもよい。例えば、アンダーフィル部134としては、非導電性接着剤(Non Conductive Adhesive;NCA)などを使用してもよい。ここで、アンダーフィル部134が熱可塑性樹脂からなる場合は、再使用が可能であるという効果がある。
【0039】
従って、本実施形態による半田ボール及び半導体パッケージは、半田ボールの外側を覆うようにアンダーフィル部がコーティング形成されるため、コア部132自体の酸化を防止するという効果があり、アンダーフィル層を基板部120と半導体チップ110の境界面の全面に使用されないため、製造コストをより低減できるという効果もある。
【0040】
図4及び図5は、本発明の他の実施形態による半導体パッケージを説明するための断面図であり、図6は、図4の半導体パッケージに装着される半田ボールを説明するための断面図である。
【0041】
図4及び図5に示すように、本発明の他の実施形態による半導体パッケージ200は、半導体チップ210、基板部220、及び半田ボール230を含む。
【0042】
半導体チップ210は基板部220上に接続され、半導体チップ210の図中下部には導電性接着剤である半田ボール230が装着される。ここで、半導体チップ210の図中下部に形成される半田ボール230は、基板部220のパターン部222が形成される位置に対応するように互いに離隔して形成される。
【0043】
基板部220の表面には、半導体チップ210と電気的に接続するためのパターン部222が形成される。ここで、基板部220としては、有機基板やLTCCなどのセラミック基板などが用いられる。
【0044】
また、基板部220の上部には、パターン部222の周囲に半田レジスト層240が設けられる。ここで、基板部220は、複数の層で製造してもよいが、この場合、複数の層を電気的に接続するための回路パターンが形成される。
【0045】
半田レジスト層240は、基板部220の表面に設けられるが、パターン部222が露出するようにパターン部222の周囲に形成される。
【0046】
図6に示すように、半田ボール230は、コア部232及びアンダーフィル部234を含む。
【0047】
コア部232は、半導体チップ210と基板部220のパターン部222を電気的に接続できるように、導電性材質の金属又は金属合金で形成してもよい。また、コア部232は、リフロー工程で一定量がフラックスする半田材質であれば好ましい。
【0048】
アンダーフィル部234は、コア部232の外部を覆うようにコーティングされ、コア部232の外部を保護する。
【0049】
このようなアンダーフィル部234は、非導電性樹脂で形成してもよく、具体的には、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、又はこれらの混合物で形成してもよい。例えば、アンダーフィル部234としては、非導電性接着剤(NCA)などを使用してもよい。
【0050】
また、アンダーフィル部234は、ボール状に形成される複数の導電性フィラー236を含有することを特徴とする。ここで、導電性フィラー236の材質としては、異方性導電接着剤(Anisotropic Conductive Adhesive;ACA)や等方性導電接着剤(Isotropic Conductive Adhesive;ICA)などを使用してもよい。
【0051】
従って、図5に示すように、半田ボール230により半導体チップ210と基板部220を電気的に接続するためのリフロー工程を行った場合、導電性フィラー236が基板部220のパターン部222及び半導体チップ210の電極部に偏り、コア部232が接触
しなくてもその間を導電性フィラー236が埋めるため、より電気的な接続性に優れるという効果がある。
【0052】
図7〜図11は、本発明のさらに他の実施形態による半田ボールを説明するための断面図である。図7に示すように、本発明のさらに他の実施形態による半田ボール330は、コア部332及びアンダーフィル部334を含む。
【0053】
本実施形態において、アンダーフィル部334は、上記実施形態と実質的に同一であるので、その具体的な説明を省略する。
【0054】
コア部332は、非導電性材質の中心部332aと、中心部332aを覆うように形成される金属材質の外郭部332bとを含む。
【0055】
中心部332aとしては、非導電性材質、具体的には、セラミックやプラスチック材質などを使用してもよい。
【0056】
また、外郭部332bは、半導体チップと基板部のパターン部を電気的に接続できるように、導電性材質の金属又は金属合金で形成してもよい。
【0057】
従って、本実施形態による半田ボール330は、中心部332aの使用により、全体的に導電性材質を使用した場合に比べてコストを低減できるという効果があり、硬い材質の中心部332aにより、半導体チップと基板部とを接着した場合にその高さを所定高さ以上に維持できるという利点がある。
【0058】
また、中心部332aが外部の衝撃を吸収する役割を果たすため、半導体パッケージ自体を外部衝撃から保護する役割も果たす。
【0059】
図8に示すように、本発明のさらに他の実施形態による半田ボール430は、コア部432及びアンダーフィル部434を含む。
【0060】
ここで、コア部432は、非導電性材質の中心部432aと、中心部432aを覆うように形成される金属材質の外郭部432bとを含む。
【0061】
中心部432aとしては、非導電性材質、具体的には、セラミックやプラスチック材質などを使用してもよい。
【0062】
アンダーフィル部434は、ボール状に形成される複数の導電性フィラー436を含有することを特徴とする。ここで、導電性フィラー436の材質としては、異方性導電接着剤(ACA)や等方性導電接着剤(ICA)などを使用してもよい。
【0063】
従って、リフロー工程で導電性フィラー436が基板部のパターン部及び半導体チップの電極部に偏り、コア部432が接触しなくてもその間を導電性フィラー436が埋めるため、より電気的な接続性に優れるという効果がある。
【0064】
図9に示すように、本発明のさらに他の実施形態による半田ボール530は、コア部532及びアンダーフィル部534を含む。
【0065】
ここで、コア部532は、非導電性材質の中心部532aと、中心部532aを覆うように形成される金属材質の外郭部532bとを含む。
【0066】
中心部532aとしては、非導電性材質、具体的には、セラミックやプラスチック材質などを使用してもよい。
【0067】
また、外郭部532bは、半導体チップと基板部のパターン部を電気的に接続できるように、導電性材質の金属又は金属合金で形成してもよい。
【0068】
また、コア部532は、中心部532aと外郭部532bとの間に位置する銅(Cu)材質の内側導電層532cをさらに含む。内側導電層532cは、外郭部532bの内側に位置するので、電気伝導度及び電気的な接続に対する信頼性を向上させる役割を果たす。 図10に示すように、本発明のさらに他の実施形態によるアンダーフィル部634は、コア部632を覆うように形成される第1非導電層636と、第2非導電層638とを含む。
【0069】
ここで、第1非導電層636は、非導電性樹脂で形成してもよく、具体的には、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、又はこれらの混合物で形成してもよい。例えば、第1非導電層636としては、非導電性接着剤(NCA)などを使用してもよい。
【0070】
また、第2非導電層638は、第1非導電層636を覆うように形成され、熱可塑性樹脂で形成してもよい。
【0071】
従って、コア部632の外郭にアンダーフィル部634が二重に形成されるため、アンダーフィルが充填されなかったり、内部にエアトラップが発生する不良などを解決することができる。
【0072】
図11に示すように、本発明のさらに他の実施形態によるアンダーフィル部734は、コア部732を覆うように形成される導電層736と、非導電層738とを含む。
【0073】
ここで、導電層736は、ボール状に形成される複数の導電性フィラー737を含有することを特徴とする。ここで、導電性フィラー737の材質としては、異方性導電接着剤(ACA)や等方性導電接着剤(ICA)などを使用してもよい。
【0074】
また、非導電層738は、導電層737を覆うように形成され、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂で形成してもよい。しかしながら、非導電層738は前記材質に限定されるものではない。
【0075】
従って、図11に示すように、半田ボール730により半導体チップと基板部を電気的に接続するためのリフロー工程を行った場合、導電性フィラー737が基板部のパターン部及び半導体チップの電極部側に偏り、電気的な接続をサポートするため、より電気的な接続性に優れるという効果がある。
【符号の説明】
【0076】
110、210 半導体チップ
120、220 基板部
130、230 半田部
132、232 コア部
134、234 アンダーフィル部
140、240 半田レジスト層
【技術分野】
【0001】
本発明は、半田ボール及び半導体パッケージに関し、特に、半導体チップを基板部に電気的に接続されるように接着する半田ボール、及びこのような半田ボールを含む半導体パッケージに関する。
【背景技術】
【0002】
既存の半導体パッケージは、プリント基板への実装手段としてリードフレームを使用してきた。このような既存の半導体パッケージは、チップを封止しているパッケージ胴体の外側にリードフレームのリードが延びた構造を有し、前記リードを基板上に半田付けすることによって実装が行われる。
【0003】
ところが、表面実装技術により実装される既存の半導体パッケージは、広い実装面積を必要とする。つまり、既存の半導体パッケージは、それ自体のサイズに対応する面積に加えて、パッケージ胴体の外側に延びたリードフレームのリードの長さに対応する面積をさらに実装面積として必要とするため、パッケージのサイズを減少させて実装面積を減少させても実装面積の減少には限界があった。
【0004】
従って、半導体産業における技術開発の主な動向の一つは、半導体素子のサイズを縮小することである。
【0005】
半導体パッケージ分野においても、小型コンピュータや携帯用電子機器などの需要が急増するにつれて、小型であり、かつ複数のピンを実現できるファインピッチボールグリッドアレイ(Fine pitch Ball Grid Array;FBGA)パッケージ又はチップスケールパッケージ(Chip Scale Package;CSP)などの半導体パッケージが開発されている。
【0006】
このような半導体パッケージは、半田ボールを介して各基板間に電気的な接続が行われるが、半田ボールを用いて互いに接着される半導体パッケージの場合は、電気的な接触部分を保護するために、リフロー工程で半導体チップと基板部との間にアンダーフィル層を形成する。
【0007】
しかし、前記のように、外側でアンダーフィル層を形成するためのリフロー工程を行った場合、半導体チップ及び基板部の内側には半田ボールの周囲にアンダーフィル層が正しく形成されないことがあり、この場合、電気的な接続が不安定になる。従って、このような問題を解決する技術が要求されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、このような従来技術の問題を解決するためになされたもので、コア部の外側を覆うようにアンダーフィル部が形成される半田ボール、及び前記半田ボールにより半導体チップと基板部とが電気的に接続される半導体パッケージを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
半導体チップを基板部に電気的に接続する半田ボールにおいて、本発明による半田ボールは、前記半導体チップと前記基板部を電気的に導通させるためのコア部と、前記コア部の外側を覆うように前記コア部にコーティングされ、前記コア部の前記半導体チップと前記基板部への接触時に前記コア部の周囲を保護するためのアンダーフィル部とを含むようにしてもよい。
【0010】
また、本発明による半田ボールのアンダーフィル部は、内部に複数の導電性フィラーを含むことを特徴としてもよい。
また、本発明による半田ボールのアンダーフィル部は、導電性フィラーを含む導電層と、前記導電層を覆うように形成される非導電層とを含むことを特徴としてもよい。
また、本発明による半田ボールのアンダーフィル部は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、又はこれらの混合物からいずれか1つを選択的に使用することを特徴としてもよい。
【0011】
また、本発明による半田ボールのコア部は、非導電性材質の中心部と、前記中心部を覆うように形成される金属材質の外郭部とを含むことを特徴としてもよい。
また、本発明による半田ボールのコア部は、前記中心部と前記外郭部との間に位置する銅(Cu)材質の内側導電層をさらに含むことを特徴としてもよい。
【0012】
一方、本発明による半導体パッケージは、一面に電極部が形成される半導体チップと、前記半導体チップと電気的に接続される基板部と、前記半導体チップと前記基板部を電気的に導通させるためのコア部、及び前記コア部の外側を覆うように前記コア部に形成され、前記コア部の前記半導体チップと前記基板部への接触時に前記コア部の周囲を保護するためのアンダーフィル部を備える半田ボールとを含むようにしてもよい。
【0013】
また、本発明による半導体パッケージのアンダーフィル部は、内部に複数の導電性フィラーを含むことを特徴としてもよい。
また、本発明による半導体パッケージのアンダーフィル部は、導電性フィラーを含む導電層と、前記導電層を覆うように形成される非導電層とを含むことを特徴としてもよい。
【0014】
また、本発明による半導体パッケージのアンダーフィル部は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、又はこれらの混合物からいずれか1つを選択的に使用することを特徴としてもよい。
【0015】
また、本発明による半導体パッケージのコア部は、非導電性材質の中心部と、前記中心部を覆うように形成される金属材質の外郭部とを含むことを特徴としてもよい。
また、本発明による半導体パッケージのコア部は、前記中心部と前記外郭部との間に位置する銅(Cu)材質の内側導電層をさらに含むことを特徴としてもよい。
【発明の効果】
【0016】
本発明による半田ボール及び半導体パッケージは、コア部の外側を覆うようにアンダーフィル部が形成されるため、基板部と半導体チップの電気的な接触とアンダーフィル層を形成するリフロー工程を共に行うことができ、これにより、製造工程が短縮されるという効果がある。
また、本発明による半田ボール及び半導体パッケージは、各コア部にそれぞれアンダーフィル部が形成されるため、基板部の内部に装着されるコア部の周囲にもアンダーフィル層を形成することが容易であり、これにより、基板部の内側で電気的な接続が不安定になることを防止するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の一実施形態による半田ボール及び半導体パッケージの断面図である。
【図2】本発明の一実施形態による半田ボール及び半導体パッケージの断面図である。
【図3】本発明の一実施形態による半導体パッケージに装着される半田ボールを説明するための断面図である。
【図4】本発明の他の実施形態による半導体パッケージを説明するための断面図である。
【図5】本発明の他の実施形態による半導体パッケージを説明するための断面図である。
【図6】図4の半導体パッケージに装着される半田ボールを説明するための断面図である。
【図7】本発明のさらに他の実施形態による半田ボールを説明するための断面図である。
【図8】本発明のさらに他の実施形態による半田ボールを説明するための断面図である。
【図9】本発明のさらに他の実施形態による半田ボールを説明するための断面図である。
【図10】本発明のさらに他の実施形態による半田ボールを説明するための断面図である。
【図11】本発明のさらに他の実施形態による半田ボールを説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本発明による半田ボール及び半導体パッケージの好ましい実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【0019】
ただし、本発明の思想は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想を理解する当業者であれば、同じ思想の範囲内で構成要素の追加、変更、削除などを行うことにより、退歩的な他の発明や本発明の思想の範囲内に含まれる他の実施形態を容易に提案できるであろうが、これもやはり本発明の思想の範囲内に含まれるといえる。
【0020】
なお、各実施形態の図面に示される同一又は類似の思想の範囲内の機能が同一の構成要素は、同一又は類似の符号を付して説明する。
【0021】
図1及び図2は、本発明の一実施形態による半田ボール及び半導体パッケージの断面図である。
【0022】
図1及び図2に示すように、本発明の一実施形態による半導体パッケージ100は、半導体チップ110、基板部120、及び半田ボール130を含む。
【0023】
半導体チップ110は基板部120上に接続され、半導体チップ110の図中下部には導電性接着剤である半田ボール130が装着される。ここで、半導体チップ110の図中下部に形成される半田ボール130は、基板部120のパターン部122が形成される位置に対応するように互いに離隔して形成される。
【0024】
基板部120の表面には、半導体チップ110と電気的に接続するためのパターン部122が形成される。ここで、基板部120としては、有機基板やLTCC(Low Temperature Co−fired Ceramic)などのセラミック基板などが用いられる。
【0025】
また、基板部120の図中上部には、パターン部122の周囲に半田レジスト層140が設けられる。ここで、基板部120は、複数の層で製造してもよいが、この場合、複数の層を電気的に接続するための回路パターンが形成される。
【0026】
半田レジスト層140は、基板部120の表面に設けられるが、パターン部122が露出するようにパターン部122の周囲に形成される。
【0027】
また、半田レジスト層140は、電気的な絶縁機能と共に熱応力を緩和する役割を果たし、ポリマーを含む絶縁物質で形成してもよい。例えば、パターン部122を露出させるために、半田レジスト層140を感光性ポリマーを含む絶縁物質で形成し、絶縁物質を選択的に露光、現像することによりパターン部122をオープンさせてもよい。
【0028】
本実施形態においては半田レジスト層140が形成されるが、これに限定されるものではなく、半田レジスト層140を省略してもよい。
【0029】
図2に示すように、半導体チップ110を基板部120上で半田ボール130と接触するように配置した後、リフロー工程で半導体チップ110と基板部120を電気的に接続させる。
【0030】
このとき、コア部132の外郭に形成されたアンダーフィル部134は、半導体チップ110と基板部120の境界面に沿って移動する。
【0031】
従って、各コア部132は各アンダーフィル部134により外部から保護されるため、基板部120の内部に装着される半田ボール130の周囲にもアンダーフィル層の形成が容易であり、これにより、基板部120の内側の電気的な接続が不安定になることを防止する。
【0032】
また、図2に示すように、アンダーフィル部134が不連続に形成されるため、外部環境によりストレスが発生してもアンダーフィル部134間で分散されるという効果がある。
【0033】
図3は、本発明の一実施形態による半導体パッケージに装着される半田ボールを説明するための断面図である。
【0034】
図3に示すように、半田ボール130は、コア部132及びアンダーフィル部134を含む。
【0035】
コア部132は、半導体チップ110と基板部120のパターン部122を電気的に接続できるように、Ni、Au、Cuなどの導電性材質の金属又は金属合金で形成してもよい。また、コア部132は、リフロー工程で一定量が流動する半田材質であれば好ましい。
【0036】
アンダーフィル部134は、コア部132の外部を覆うようにコーティングされ、コア部132の外部を保護する。
【0037】
ここで、リフロー工程でコア部132が半導体チップ110と基板部120に接触するとき、アンダーフィル部134も共に溶けて周囲に広く広がる現象が発生し、このような構造により内部にコア部132を封止する役割を果たす。
【0038】
このようなアンダーフィル部134は、非導電性樹脂で形成してもよく、具体的には、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、又はこれらの混合物で形成してもよい。例えば、アンダーフィル部134としては、非導電性接着剤(Non Conductive Adhesive;NCA)などを使用してもよい。ここで、アンダーフィル部134が熱可塑性樹脂からなる場合は、再使用が可能であるという効果がある。
【0039】
従って、本実施形態による半田ボール及び半導体パッケージは、半田ボールの外側を覆うようにアンダーフィル部がコーティング形成されるため、コア部132自体の酸化を防止するという効果があり、アンダーフィル層を基板部120と半導体チップ110の境界面の全面に使用されないため、製造コストをより低減できるという効果もある。
【0040】
図4及び図5は、本発明の他の実施形態による半導体パッケージを説明するための断面図であり、図6は、図4の半導体パッケージに装着される半田ボールを説明するための断面図である。
【0041】
図4及び図5に示すように、本発明の他の実施形態による半導体パッケージ200は、半導体チップ210、基板部220、及び半田ボール230を含む。
【0042】
半導体チップ210は基板部220上に接続され、半導体チップ210の図中下部には導電性接着剤である半田ボール230が装着される。ここで、半導体チップ210の図中下部に形成される半田ボール230は、基板部220のパターン部222が形成される位置に対応するように互いに離隔して形成される。
【0043】
基板部220の表面には、半導体チップ210と電気的に接続するためのパターン部222が形成される。ここで、基板部220としては、有機基板やLTCCなどのセラミック基板などが用いられる。
【0044】
また、基板部220の上部には、パターン部222の周囲に半田レジスト層240が設けられる。ここで、基板部220は、複数の層で製造してもよいが、この場合、複数の層を電気的に接続するための回路パターンが形成される。
【0045】
半田レジスト層240は、基板部220の表面に設けられるが、パターン部222が露出するようにパターン部222の周囲に形成される。
【0046】
図6に示すように、半田ボール230は、コア部232及びアンダーフィル部234を含む。
【0047】
コア部232は、半導体チップ210と基板部220のパターン部222を電気的に接続できるように、導電性材質の金属又は金属合金で形成してもよい。また、コア部232は、リフロー工程で一定量がフラックスする半田材質であれば好ましい。
【0048】
アンダーフィル部234は、コア部232の外部を覆うようにコーティングされ、コア部232の外部を保護する。
【0049】
このようなアンダーフィル部234は、非導電性樹脂で形成してもよく、具体的には、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、又はこれらの混合物で形成してもよい。例えば、アンダーフィル部234としては、非導電性接着剤(NCA)などを使用してもよい。
【0050】
また、アンダーフィル部234は、ボール状に形成される複数の導電性フィラー236を含有することを特徴とする。ここで、導電性フィラー236の材質としては、異方性導電接着剤(Anisotropic Conductive Adhesive;ACA)や等方性導電接着剤(Isotropic Conductive Adhesive;ICA)などを使用してもよい。
【0051】
従って、図5に示すように、半田ボール230により半導体チップ210と基板部220を電気的に接続するためのリフロー工程を行った場合、導電性フィラー236が基板部220のパターン部222及び半導体チップ210の電極部に偏り、コア部232が接触
しなくてもその間を導電性フィラー236が埋めるため、より電気的な接続性に優れるという効果がある。
【0052】
図7〜図11は、本発明のさらに他の実施形態による半田ボールを説明するための断面図である。図7に示すように、本発明のさらに他の実施形態による半田ボール330は、コア部332及びアンダーフィル部334を含む。
【0053】
本実施形態において、アンダーフィル部334は、上記実施形態と実質的に同一であるので、その具体的な説明を省略する。
【0054】
コア部332は、非導電性材質の中心部332aと、中心部332aを覆うように形成される金属材質の外郭部332bとを含む。
【0055】
中心部332aとしては、非導電性材質、具体的には、セラミックやプラスチック材質などを使用してもよい。
【0056】
また、外郭部332bは、半導体チップと基板部のパターン部を電気的に接続できるように、導電性材質の金属又は金属合金で形成してもよい。
【0057】
従って、本実施形態による半田ボール330は、中心部332aの使用により、全体的に導電性材質を使用した場合に比べてコストを低減できるという効果があり、硬い材質の中心部332aにより、半導体チップと基板部とを接着した場合にその高さを所定高さ以上に維持できるという利点がある。
【0058】
また、中心部332aが外部の衝撃を吸収する役割を果たすため、半導体パッケージ自体を外部衝撃から保護する役割も果たす。
【0059】
図8に示すように、本発明のさらに他の実施形態による半田ボール430は、コア部432及びアンダーフィル部434を含む。
【0060】
ここで、コア部432は、非導電性材質の中心部432aと、中心部432aを覆うように形成される金属材質の外郭部432bとを含む。
【0061】
中心部432aとしては、非導電性材質、具体的には、セラミックやプラスチック材質などを使用してもよい。
【0062】
アンダーフィル部434は、ボール状に形成される複数の導電性フィラー436を含有することを特徴とする。ここで、導電性フィラー436の材質としては、異方性導電接着剤(ACA)や等方性導電接着剤(ICA)などを使用してもよい。
【0063】
従って、リフロー工程で導電性フィラー436が基板部のパターン部及び半導体チップの電極部に偏り、コア部432が接触しなくてもその間を導電性フィラー436が埋めるため、より電気的な接続性に優れるという効果がある。
【0064】
図9に示すように、本発明のさらに他の実施形態による半田ボール530は、コア部532及びアンダーフィル部534を含む。
【0065】
ここで、コア部532は、非導電性材質の中心部532aと、中心部532aを覆うように形成される金属材質の外郭部532bとを含む。
【0066】
中心部532aとしては、非導電性材質、具体的には、セラミックやプラスチック材質などを使用してもよい。
【0067】
また、外郭部532bは、半導体チップと基板部のパターン部を電気的に接続できるように、導電性材質の金属又は金属合金で形成してもよい。
【0068】
また、コア部532は、中心部532aと外郭部532bとの間に位置する銅(Cu)材質の内側導電層532cをさらに含む。内側導電層532cは、外郭部532bの内側に位置するので、電気伝導度及び電気的な接続に対する信頼性を向上させる役割を果たす。 図10に示すように、本発明のさらに他の実施形態によるアンダーフィル部634は、コア部632を覆うように形成される第1非導電層636と、第2非導電層638とを含む。
【0069】
ここで、第1非導電層636は、非導電性樹脂で形成してもよく、具体的には、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、又はこれらの混合物で形成してもよい。例えば、第1非導電層636としては、非導電性接着剤(NCA)などを使用してもよい。
【0070】
また、第2非導電層638は、第1非導電層636を覆うように形成され、熱可塑性樹脂で形成してもよい。
【0071】
従って、コア部632の外郭にアンダーフィル部634が二重に形成されるため、アンダーフィルが充填されなかったり、内部にエアトラップが発生する不良などを解決することができる。
【0072】
図11に示すように、本発明のさらに他の実施形態によるアンダーフィル部734は、コア部732を覆うように形成される導電層736と、非導電層738とを含む。
【0073】
ここで、導電層736は、ボール状に形成される複数の導電性フィラー737を含有することを特徴とする。ここで、導電性フィラー737の材質としては、異方性導電接着剤(ACA)や等方性導電接着剤(ICA)などを使用してもよい。
【0074】
また、非導電層738は、導電層737を覆うように形成され、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂で形成してもよい。しかしながら、非導電層738は前記材質に限定されるものではない。
【0075】
従って、図11に示すように、半田ボール730により半導体チップと基板部を電気的に接続するためのリフロー工程を行った場合、導電性フィラー737が基板部のパターン部及び半導体チップの電極部側に偏り、電気的な接続をサポートするため、より電気的な接続性に優れるという効果がある。
【符号の説明】
【0076】
110、210 半導体チップ
120、220 基板部
130、230 半田部
132、232 コア部
134、234 アンダーフィル部
140、240 半田レジスト層
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体チップを基板部に電気的に接続する半田ボールにおいて、
前記半導体チップと前記基板部を電気的に導通させるためのコア部と、
前記コア部の外側を覆うように前記コア部にコーティングされ、前記コア部の前記半導体チップと前記基板部への接触時に前記コア部の周囲を保護するためのアンダーフィル部と、
を含むことを特徴とする半田ボール。
【請求項2】
前記アンダーフィル部は、内部に複数の導電性フィラーを含むことを特徴とする請求項1に記載の半田ボール。
【請求項3】
前記アンダーフィル部は、
内部に複数の導電性フィラーを含む導電層と、
前記導電層を覆うように形成される非導電層と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の半田ボール。
【請求項4】
前記アンダーフィル部は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、又はこれらの混合物からいずれか1つを選択的に使用することを特徴とする請求項1に記載の半田ボール。
【請求項5】
前記コア部は、
中心に位置する非導電性材質の中心部と、
前記中心部を覆うように形成される金属材質の外郭部と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の半田ボール。
【請求項6】
前記コア部は、
前記中心部と前記外郭部との間に位置する銅(Cu)材質の内側導電層をさらに含むことを特徴とする請求項5に記載の半田ボール。
【請求項7】
一面に電極部が形成される半導体チップと、
前記半導体チップと電気的に接続される基板部と、
前記半導体チップと前記基板部を電気的に導通させるためのコア部、及び前記コア部の外側を覆うように前記コア部に形成され、前記コア部の前記半導体チップと前記基板部への接触時に前記コア部の周囲を保護するためのアンダーフィル部を備える半田ボールと、
を含むことを特徴とする半導体パッケージ。
【請求項8】
前記アンダーフィル部は、内部に複数の導電性フィラーを含むことを特徴とする請求項7に記載の半導体パッケージ。
【請求項9】
前記アンダーフィル部は、
内部に複数の導電性フィラーを含む導電層と、
前記導電層を覆うように形成される非導電層と、
を含むことを特徴とする請求項7に記載の半導体パッケージ。
【請求項10】
前記アンダーフィル部は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、又はこれらの混合物からいずれか1つを選択的に使用することを特徴とする請求項7に記載の半導体パッケージ。
【請求項11】
前記コア部は、
非導電性材質の中心部と、
前記中心部を覆うように形成される金属材質の外郭部と、
を含むことを特徴とする請求項7に記載の半導体パッケージ。
【請求項12】
前記コア部は、
前記中心部と前記外郭部との間に位置する銅(Cu)材質の内側導電層をさらに含むことを特徴とする請求項11に記載の半導体パッケージ。
【請求項1】
半導体チップを基板部に電気的に接続する半田ボールにおいて、
前記半導体チップと前記基板部を電気的に導通させるためのコア部と、
前記コア部の外側を覆うように前記コア部にコーティングされ、前記コア部の前記半導体チップと前記基板部への接触時に前記コア部の周囲を保護するためのアンダーフィル部と、
を含むことを特徴とする半田ボール。
【請求項2】
前記アンダーフィル部は、内部に複数の導電性フィラーを含むことを特徴とする請求項1に記載の半田ボール。
【請求項3】
前記アンダーフィル部は、
内部に複数の導電性フィラーを含む導電層と、
前記導電層を覆うように形成される非導電層と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の半田ボール。
【請求項4】
前記アンダーフィル部は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、又はこれらの混合物からいずれか1つを選択的に使用することを特徴とする請求項1に記載の半田ボール。
【請求項5】
前記コア部は、
中心に位置する非導電性材質の中心部と、
前記中心部を覆うように形成される金属材質の外郭部と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の半田ボール。
【請求項6】
前記コア部は、
前記中心部と前記外郭部との間に位置する銅(Cu)材質の内側導電層をさらに含むことを特徴とする請求項5に記載の半田ボール。
【請求項7】
一面に電極部が形成される半導体チップと、
前記半導体チップと電気的に接続される基板部と、
前記半導体チップと前記基板部を電気的に導通させるためのコア部、及び前記コア部の外側を覆うように前記コア部に形成され、前記コア部の前記半導体チップと前記基板部への接触時に前記コア部の周囲を保護するためのアンダーフィル部を備える半田ボールと、
を含むことを特徴とする半導体パッケージ。
【請求項8】
前記アンダーフィル部は、内部に複数の導電性フィラーを含むことを特徴とする請求項7に記載の半導体パッケージ。
【請求項9】
前記アンダーフィル部は、
内部に複数の導電性フィラーを含む導電層と、
前記導電層を覆うように形成される非導電層と、
を含むことを特徴とする請求項7に記載の半導体パッケージ。
【請求項10】
前記アンダーフィル部は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、又はこれらの混合物からいずれか1つを選択的に使用することを特徴とする請求項7に記載の半導体パッケージ。
【請求項11】
前記コア部は、
非導電性材質の中心部と、
前記中心部を覆うように形成される金属材質の外郭部と、
を含むことを特徴とする請求項7に記載の半導体パッケージ。
【請求項12】
前記コア部は、
前記中心部と前記外郭部との間に位置する銅(Cu)材質の内側導電層をさらに含むことを特徴とする請求項11に記載の半導体パッケージ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2012−89898(P2012−89898A)
【公開日】平成24年5月10日(2012.5.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−24479(P2012−24479)
【出願日】平成24年2月7日(2012.2.7)
【分割の表示】特願2009−272223(P2009−272223)の分割
【原出願日】平成21年11月30日(2009.11.30)
【出願人】(594023722)サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド. (1,585)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年5月10日(2012.5.10)
【国際特許分類】
【出願日】平成24年2月7日(2012.2.7)
【分割の表示】特願2009−272223(P2009−272223)の分割
【原出願日】平成21年11月30日(2009.11.30)
【出願人】(594023722)サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド. (1,585)
【Fターム(参考)】
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