KR200283421Y1 - Stacked chip ceramic package device and stacked package device stacking the same - Google Patents
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Abstract
본 고안은 기판의 두께를 증가시키지 않으면서 하나의 세라믹 패키지 내에 다수개의 칩을 적층한 칩 적층형 세라믹 패키지 소자를 제공한다. 칩 적층형 세라믹 패키지 소자는 기판, 상하부 반도체 칩, 본딩 와이어 및 패키지 몸체를 포함한다. 기판은, 상하부의 양측에 입/출력 기능을 하는 복수개의 단자가 형성된 단자면, 와이어 본딩을 위한 본딩 패드가 형성된 본딩면 및 칩이 부착되는 칩 실장면을 포함하고, 단자면, 본딩면 및 칩 실장면은 이 순서대로 높이가 점차적으로 낮아지게 계단식으로 형성되어 있다. 또한, 기판은 본딩면을 포함하여 반도체 칩과 기판과의 전기적 연결을 위한 공간을 제공하는 제 1 캐버티(cavity) 및 칩 실장면을 포함하여 반도체 칩을 수용할 수 있는 공간을 제공하는 제 2 캐버티를 포함한다. 상하부 반도체 칩은 기판의 실장면에 접착층을 통해 각각 부착되고, 상하부 반도체 칩의 전극 패드는 기판의 본딩면의 본딩 패드에 본딩 와이어를 통해 전기적으로 연결된다. 패키지 몸체는 기판의 제 1 및 제 2 캐버티를 소정의 충진재로 채움으로써 형성된다.The present invention provides a chip stacked ceramic package device in which a plurality of chips are stacked in one ceramic package without increasing the thickness of the substrate. The chip stacked ceramic package device includes a substrate, upper and lower semiconductor chips, bonding wires, and a package body. The substrate includes a terminal surface having a plurality of terminals having input / output functions on both upper and lower sides, a bonding surface on which bonding pads for wire bonding are formed, and a chip mounting surface on which a chip is attached, and including a terminal surface, a bonding surface, and a chip. The mounting surface is formed stepwise so that the height gradually decreases in this order. In addition, the substrate may include a bonding cavity and a space for accommodating the semiconductor chip, including a first cavity and a chip mounting surface to provide a space for electrical connection between the semiconductor chip and the substrate. Contains cavities. The upper and lower semiconductor chips are attached to the mounting surface of the substrate through adhesive layers, and the electrode pads of the upper and lower semiconductor chips are electrically connected to the bonding pads of the bonding surfaces of the substrate through bonding wires. The package body is formed by filling the first and second cavities of the substrate with a predetermined filler.
Description
본 고안은 칩 적층형 패키징 기술에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 하나의 패키지 내에 다수의 칩을 적층한 칩 적층형 세라믹 패키지 소자 및 이 패키지 소자를 적층한 패키지 적층형 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a chip stacked packaging technology, and more particularly, to a chip stacked ceramic package device in which a plurality of chips are stacked in one package, and a package stacked device in which the package devices are stacked.
반도체 소자의 집적도가 향상되고 고성능이 요구되면서 반도체 칩 자체의 크기가 증가함에 따라 반도체 소자의 실장밀도를 높여야 할 필요성이 생기게 되었다. 특히, 세라믹 패키지의 경우는, 칩의 실장시에 패키지 내부로 가스나 액체가 들어오는 것을 방지할 수 있고, 또한 통상의 플라스틱 패키지보다 매우 높은 고온에서도 견딜 수 있다는 이점에 의해 고가에도 불구하고, 높은 신뢰성이 요구되는 군사용 장비나, 우주 항공분야, 고급 서버 시스템 등에 널리 사용되고 있다. 따라서,이러한 고신뢰성, 고성능의 세라믹 패키지에서는 실장 밀도의 향상이 더욱 요구되고 있다. 적층형 세라믹 패키지 소자는 이러한 요구를 충족할 수 있는 하나의 대안이 될 수 있는데, 적층형 패키지 소자는 여러 기능을 하는 다수의 칩을 하나의 패키지로 구현할 수 있다는 이점이 있다.As the degree of integration of semiconductor devices and the demand for high performance increase, the size of the semiconductor chip itself increases, and thus the necessity of increasing the mounting density of the semiconductor devices has arisen. In particular, in the case of a ceramic package, high reliability is achieved despite the high price due to the advantage of preventing gas or liquid from entering the package when the chip is mounted, and being able to withstand even higher temperatures than ordinary plastic packages. It is widely used for military equipment, aerospace, high-end server systems, etc. that are required. Therefore, in such a highly reliable and high performance ceramic package, further improvement in mounting density is required. Multilayer ceramic package devices can be an alternative to meet these needs. Multilayer package devices have the advantage that multiple chips with different functions can be implemented in one package.
그러나, 일반적으로 칩 적층형 패키지 소자는 한 개의 칩이 실장된 패키지 소자에 비해서 두께가 두꺼워질 수밖에 없는데, 초박형 패키지에 대한 요구를 충족시킴과 동시에 세라믹 패키지의 고신뢰성을 유지할 수 있는 적층 기술은 아직까지 세라믹 패키지 분야에서는 플라스틱 패키지에 비해 더 많은 기술 개발과 진보가 요구되고 있다.However, in general, chip stacked package devices are inevitably thicker than package devices in which one chip is mounted, and a stacking technology capable of meeting the demand for ultra-thin packages and maintaining high reliability of ceramic packages is still In the field of ceramic packages, more technical development and advancement is required than plastic packages.
따라서, 본 고안의 목적은 기판의 두께를 증가시키지 않으면서 하나의 세라믹 패키지 내에 다수개의 칩을 적층한 칩 적층형 세라믹 패키지 소자를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a chip stacked ceramic package device in which a plurality of chips are stacked in one ceramic package without increasing the thickness of the substrate.
본 고안의 다른 목적은 상술한 칩 적층형 세라믹 패키지를 적층시킨 패키지 적층형 소자를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a package stacked device in which the above-described chip stacked ceramic package is laminated.
도 1은 본 고안의 제 1 구현예에 따른 칩 적층형 세라믹 패키지 소자에 사용되는 기판의 평면도,1 is a plan view of a substrate used in the chip stacked ceramic package device according to the first embodiment of the present invention,
도 2a 및 도 2b는 본 고안의 제 1 구현예에 따른 칩 적층형 세라믹 패키지 소자에 사용되는 기판의 단면도,2A and 2B are cross-sectional views of a substrate used in a chip stacked ceramic package device according to a first embodiment of the present invention;
도 3은 본 고안의 제 1 구현예에 따른 상부쪽이 완성된 칩 적층형 세라믹 패키지 소자의 단면도,3 is a cross-sectional view of a chip stacked ceramic package device having an upper side according to a first embodiment of the present invention;
도 4는 본 고안의 제 1 구현예에 따른 상하부 모두가 완성된 칩 적층형 세라믹 패키지 소자의 단면도,4 is a cross-sectional view of a chip stacked ceramic package device in which both upper and lower portions according to the first embodiment of the present invention are completed;
도 5는 본 고안의 제 1 구현예에 따른 칩 적층형 세라믹 패키지의 평면도,5 is a plan view of a chip multilayer ceramic package according to a first embodiment of the present invention;
도 6은 본 고안의 제 2 구현예에 따른 칩 적층형 세라믹 패키지 소자의 단면도이다.6 is a cross-sectional view of a chip stacked ceramic package device according to a second embodiment of the present invention.
도 7은 본 고안에 따른 패키지 소자들이 적층된 패키지 적층형 소자의 단면도이다.7 is a cross-sectional view of a package stacked device in which package devices according to the present invention are stacked.
<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명><Brief description of the main parts of the drawing>
1 ... 기판 1a ... 단자면1 ... Board 1a ... Terminal Face
1b ... 본딩면 1c ... 실장면1b ... bonding surface 1c ... mounting surface
1d ... 실링면 1a', 1b' ... 금속 패턴1d ... sealing surface 1a ', 1b' ... metal pattern
2a, 2b ... 상하부 반도체 칩 3 ... 패키지 몸체2a, 2b ... upper and lower semiconductor chip 3 ... package body
4 ... 접착제 5a, 5b ... 전극 패드4 ... adhesive 5a, 5b ... electrode pad
6 ... 본딩 와이어 7a, 7b ... 본딩 패드6 ... bonding wires 7a, 7b ... bonding pads
8 ... 금속 캡 9 ... 비아 홀8 ... metal cap 9 ... via hole
10, 20 ... 칩 적층형 세라믹 패키지 소자10, 20 ... chip stacked ceramic package elements
본 고안의 한 구현예에 따른 칩 적층형 세라믹 패키지 소자는, 상하부의 양측에 입/출력 기능을 하는 복수개의 단자가 형성된 단자면, 와이어 본딩을 위한 본딩 패드가 형성된 본딩면 및 칩이 부착되는 칩 실장면을 가지고 있는 기판으로서, 상기 단자면, 본딩면 및 칩 실장면이 이 순서대로 높이가 점차적으로 낮아지게 계단식으로 형성되며, 상기 본딩면을 포함하여 반도체 칩과 기판과의 전기적 연결을 위한 공간을 제공하는 제 1 캐버티(cavity), 상기 칩 실장면을 포함하여 반도체 칩을 수용할 수 있는 공간을 제공하는 제 2 캐버티를 가지고 있는 기판; 상기 기판의 상하부의 실장면에 접착층을 통해 각각 부착되는 상하부 반도체 칩; 상기 상하부 반도체 칩의 전극 패드와 상기 기판의 본딩면의 본딩 패드를 전기적으로 연결하는 본딩 와이어; 및 상기 제 1 및 제 2 캐버티를 소정의 충진재로 채움으로써 형성되는 패키지 몸체로서, 상기 칩 실장면에서 상기 패키지 몸체의 상부면까지의 거리와 상기 칩 실장면에서 상기 단자면까지의 거리는 실질적으로 동일한 패키지 몸체를 포함하는 것을 특징으로 한다.Chip stack type ceramic package device according to an embodiment of the present invention, the terminal surface formed with a plurality of terminals for input / output functions on both sides of the upper and lower sides, a bonding surface formed with a bonding pad for wire bonding and a chip seal to which the chip is attached A substrate having a scene, wherein the terminal surface, the bonding surface, and the chip mounting surface are formed stepwise so that the height gradually decreases in this order, and a space for electrical connection between the semiconductor chip and the substrate including the bonding surface is formed. A substrate having a first cavity to provide a second cavity, the second cavity providing a space to accommodate a semiconductor chip, including the chip mounting surface; Upper and lower semiconductor chips respectively attached to upper and lower mounting surfaces of the substrate through an adhesive layer; Bonding wires electrically connecting the electrode pads of the upper and lower semiconductor chips to the bonding pads of the bonding surface of the substrate; And a package body formed by filling the first and second cavities with a predetermined filler, wherein a distance from the chip mounting surface to an upper surface of the package body and a distance from the chip mounting surface to the terminal surface are substantially It characterized in that it comprises the same package body.
본 고안의 다른 구현예에 따른 칩 적층형 세라믹 패키지 소자는, 상하부의 양측에 입/출력 기능을 하는 복수개의 단자가 형성된 단자면, 패키지를 실링하는 소자가 형성되는 실링면, 와이어 본딩을 위한 본딩 패드가 형성된 본딩면 및 칩이 부착되는 칩 실장면을 가지고 있는 기판으로서, 상기 단자면, 실링면, 본딩면 및 칩 실장면이 이 순서대로 높이가 점차적으로 낮아지게 계단식으로 형성되는 기판; 상기 기판의 상하부의 실장면에 접착층을 통해 각각 부착되는 상하부 반도체 칩; 상기 상하부 반도체 칩의 전극 패드와 상기 기판의 본딩면의 본딩 패드를 전기적으로 연결하는 본딩 와이어; 및 상기 실링면에 형성되는 금속 캡(metal cap)으로서, 상기 칩 실장면에서 상기 금속 캡의 상부면까지의 거리와 상기 칩 실장면에서 상기 단자면까지의 거리는 실질적으로 동일한 금속 캡을 포함하는 것을 특징으로 한다.Chip stack type ceramic package device according to another embodiment of the present invention, the terminal surface formed with a plurality of terminals for input / output functions on both sides of the upper and lower sides, the sealing surface formed with the element for sealing the package, the bonding pad for wire bonding A substrate having a bonding surface on which a chip is formed and a chip mounting surface to which a chip is attached, wherein the terminal surface, the sealing surface, the bonding surface, and the chip mounting surface are formed in a stepped manner such that the height is gradually lowered in this order; Upper and lower semiconductor chips respectively attached to upper and lower mounting surfaces of the substrate through an adhesive layer; Bonding wires electrically connecting the electrode pads of the upper and lower semiconductor chips to the bonding pads of the bonding surface of the substrate; And a metal cap formed on the sealing surface, wherein a distance from the chip mounting surface to an upper surface of the metal cap and a distance from the chip mounting surface to the terminal surface include substantially the same metal caps. It features.
본 고안의 또 다른 구현예에 따른 패키지 적층형 소자는 상술한 구현예들의칩 적층형 세라믹 패키지 소자를 복수개 적층시킴으로써 구성되는 것을 특징으로 한다.The package stacked device according to another embodiment of the present invention is characterized by being configured by stacking a plurality of chip stacked ceramic package devices of the above-described embodiments.
실시예Example
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 고안에 따른 칩 적층형 세라믹 패키지 소자 및 이를 적층한 패키지 적층형 소자를 보다 상세하게 설명하기로 한다. 도면에 나타낸 소자는 설명을 위한 것이며, 실제 소자의 크기를 그대로 반영한 것은 아니다. 도면에서 동일한 도면 부호는 서로 동일한 또는 대응되는 구성 요소를 나타낸다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in more detail the chip stacked ceramic package device and the package stacked device stacked thereon according to the present invention. The elements shown in the drawings are for illustrative purposes and do not necessarily reflect the size of actual elements. Like reference numerals in the drawings denote the same or corresponding components.
도 1은 본 고안의 제 1 구현예에 따른 칩 적층형 세라믹 패키지 소자에 사용되는 기판의 평면도이고, 도 2a 및 도 2b는 제 1 구현예에 따른 칩 적층형 세라믹 패키지 소자에 사용되는 기판의 단면도이고, 도 3은 제 1 구현예에 따른 상부쪽이 완성된 칩 적층형 세라믹 패키지 소자의 단면도이며, 도 4는 제 1 구현예에 따른 상하부 모두가 완성된 칩 적층형 세라믹 패키지 소자의 단면도이다,1 is a plan view of a substrate used in a chip stacked ceramic package device according to a first embodiment of the present invention, and FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views of a substrate used in a chip stacked ceramic package device according to a first embodiment; 3 is a cross-sectional view of a chip stacked ceramic package device having an upper side according to a first embodiment, and FIG. 4 is a cross-sectional view of a chip stacked ceramic package device having both upper and lower parts according to a first embodiment implemented.
칩 적층형 패키지 소자(10)는 기판(1), 복수개의 반도체 칩(2a, 2b) 및 패키지 몸체(3)를 포함한다.The chip stacked package device 10 includes a substrate 1, a plurality of semiconductor chips 2a and 2b, and a package body 3.
도 1에 도시된 바와 같이, 기판(1)은 다층 세라믹 기판으로, 그 내부에 배선패턴(도시되지 않음)이 형성되어 있다. 기판(1)은 입/출력 기능을 하는 복수개의 단자들이 형성되어 있는 영역(1a), 칩의 전극 패드(5a, 5b: electrode pad)와의 전기적 연결을 위한 복수개의 본딩 패드(7a, 7b)가 형성되어 있는 영역(1b) 및 칩(2a, 2b)이 실장되는 영역(1c)으로 구성되어 있다. 즉, 기판(1)은, 도 2a 및 도2b에 도시된 바와 같이, 단자들이 형성된 단자면(1a), 칩과 기판과의 와이어 본딩을 위한 본딩면(1b) 및 칩 실장면(1c)으로 구성되어 있고, 이 단자면(1a), 본딩면(1b) 및 실장면(1c)은 이 순서대로 높이가 점차적으로 낮아지는 계단식으로 형성되어 있다. 또한, 기판은 본딩면(1b)을 포함하는 제 1 캐버티(cavity)와 그 아래의 칩 실장면(1c)을 포함하는 제 2 캐버티를 포함한다. 제 2 캐버티는 칩 실장면(1c)에 반도체 칩이 수용될 수 있는 공간을 제공하고, 제 1 캐버티는 반도체 칩과 기판 본딩면(1b)의 전기적 연결을 위한 금속 와이어의 루프를 형성할 수 있는 공간을 제공한다. 제 1 캐버티와 제 2 캐버티는 본 고안에 따른 특유한 구조의 패키지 몸체를 형성하기 위한 공간을 제공한다. 기판(1)의 하부도 상부와 동일한 형상으로, 단자면(1a), 본딩면(1b) 및 실장면(1c)이 형성되어 있고, 상부와 동일한 구조의 제 1 캐버티 및 제 2 캐버티를 포함한다.As shown in FIG. 1, the substrate 1 is a multilayer ceramic substrate, and wiring patterns (not shown) are formed therein. The substrate 1 includes a region 1a in which a plurality of terminals serving as input / output functions are formed, and a plurality of bonding pads 7a and 7b for electrical connection with electrode pads 5a and 5b of the chip. The formed region 1b and the region 1c on which the chips 2a and 2b are mounted are formed. That is, as shown in FIGS. 2A and 2B, the substrate 1 includes a terminal surface 1a on which terminals are formed, a bonding surface 1b for wire bonding between the chip and the substrate, and a chip mounting surface 1c. The terminal surface 1a, the bonding surface 1b, and the mounting surface 1c are formed in a stepwise manner in which the height gradually decreases in this order. In addition, the substrate includes a first cavity including a bonding surface 1b and a second cavity including a chip mounting surface 1c below it. The second cavity provides a space on the chip mounting surface 1c to accommodate the semiconductor chip, and the first cavity can form a loop of metal wire for electrical connection between the semiconductor chip and the substrate bonding surface 1b. Provide space. The first cavity and the second cavity provide space for forming a package body of a unique structure according to the present invention. The lower part of the board | substrate 1 also has the same shape as the upper part, The terminal surface 1a, the bonding surface 1b, and the mounting surface 1c are formed, and the 1st cavity and 2nd cavity of the same structure as the upper part Include.
칩 적층형 패키지 소자와 외부 장치와의 전기적 연결은 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명한다.Electrical connection between the chip stacked package element and the external device will be described with reference to FIGS. 2A and 2B.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 기판의 본딩면(1b)과 단자면(1a)에 각각 금속 패턴(1a', 1b')을 형성한다. 금속패턴은 예컨대 구리(copper)로 이루어진다. 본딩면의 금속 패턴(1b')과 단자면의 금속 패턴(1a')은 금속도금된 비아 홀(9; via hole)에 의해 전기적으로 연결된다. 단자면(1a)의 금속패턴(1a')은 외부소자(예컨대, 컴퓨터 시스템의 주기판이나 다른 칩 적층형 패키지 소자)와 전기적으로 연결되는 외부 단자를 포함한다. 패키지 소자의 반도체 칩은 본딩 와이어, 금속패턴(1b'), 비아홀(9), 단자면 금속패턴(1a')을 통해 외부와 전기적으로 연결된다.First, as shown in FIG. 2A, metal patterns 1a 'and 1b' are formed on the bonding surface 1b and the terminal surface 1a of the substrate, respectively. The metal pattern is made of copper, for example. The metal pattern 1b 'of the bonding surface and the metal pattern 1a' of the terminal surface are electrically connected by metal plated via holes 9. The metal pattern 1a 'of the terminal surface 1a includes an external terminal electrically connected to an external element (eg, a main board or another chip stacked package element of a computer system). The semiconductor chip of the package device is electrically connected to the outside through a bonding wire, a metal pattern 1b ', a via hole 9, and a terminal surface metal pattern 1a'.
본 고안의 다른 구현예에 따르면, 단자면 금속패턴(1a')과 본딩면 금속패턴(1b')은 기판 단부에 형성된 반구홀(90)에 도금된 금속에 의해 전기적으로 연결된다.According to another embodiment of the present invention, the terminal surface metal pattern 1a 'and the bonding surface metal pattern 1b' are electrically connected to each other by a plated metal in the hemisphere hole 90 formed at the end of the substrate.
본 고안은 패키지 소자와 외부 장치와의 전기적 연결을 위해서 도 2a 또는 도 2b 중의 어떠한 연결 방법을 사용하여도 무관하다.The present invention may use any connection method of FIG. 2A or 2B for electrical connection between a package element and an external device.
상부 반도체 칩(2a)은 활성면(active surface)에 온-칩 회로(on-chip circuit)가 형성되어 있고, 복수개의 전극 패드(5a)가 활성면의 중앙에 형성되어 있는 중앙 패드형 IC 소자이다. 하부 반도체 칩(2b)은 온-칩 회로, 전극 패드(5b)의 배치, 모양 및 크기가 상부 반도체 칩(2a)과 동일하다. 기능이 서로 다른 상하부 칩(2a, 2b)을 적층하는 것도 가능하다.In the upper semiconductor chip 2a, an on-chip circuit is formed on an active surface, and a center pad type IC element in which a plurality of electrode pads 5a are formed in the center of the active surface. to be. The lower semiconductor chip 2b has the same on-chip circuit and the arrangement, shape, and size of the electrode pad 5b as the upper semiconductor chip 2a. It is also possible to stack the upper and lower chips 2a and 2b having different functions.
본 고안에서는, 먼저 기판 상부의 실장면에만 상부 반도체 칩을 부착하고, 본딩 단계와 패키지 몸체 형성 단계 또는 실링(sealing) 단계를 거친 후에 상부 반도체 칩의 전기적 특성 검사를 실시하여 상부 구조가 미리 정해둔 검사 조건을 만족하는 경우에만 기판 하부의 실장면에도 상부 반도체 칩에 대해 적용했던 것과 동일한 공정을 실시하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 상하부 반도체 칩 모두를 실장한 후에 칩 검사를 하는 경우에 비해서, 불량 칩을 빨리 선별할 수 있기 때문에 생산성이 향상되고 비용 절감이 가능하다.In the present invention, the upper semiconductor chip is first attached only to the mounting surface on the upper surface of the substrate, and after the bonding step, the package body forming step, or the sealing step, the electrical characteristics of the upper semiconductor chip are examined to determine the upper structure. It is preferable to perform the same process as that applied to the upper semiconductor chip only to the mounting surface under the substrate only when the inspection conditions are satisfied. As a result, the defective chips can be sorted out faster than in the case of chip inspection after mounting both the upper and lower semiconductor chips, thereby improving productivity and reducing costs.
도 3에 도시된 바와 같이, 기판 상부의 실장면(1c)에만 상부 반도체 칩(2a)이 접착층(4)에 의해 부착된다. 접착층(4)은 예컨대, 은-에폭시(Ag-epoxy) 접착제이거나 에폭시 계열의 수지로 된 필름형 접착 테이프이다.As shown in FIG. 3, the upper semiconductor chip 2a is attached only to the mounting surface 1c on the substrate by the adhesive layer 4. The adhesive layer 4 is, for example, a silver-epoxy adhesive or a film-type adhesive tape made of an epoxy resin.
상부 반도체 칩(2a)의 전극 패드(5a)는 본딩 와이어(6)를 통해 기판의 본딩면(2b)의 본딩 패드(7a)에 전기적으로 연결되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 기판의 실장면과 본딩면 사이의 높이 차이, 즉 본딩면의 높이는 칩의 두께와 같다.The electrode pad 5a of the upper semiconductor chip 2a is electrically connected to the bonding pad 7a of the bonding surface 2b of the substrate via the bonding wire 6. As shown in FIG. 3, the height difference between the mounting surface and the bonding surface of the substrate, that is, the height of the bonding surface is equal to the thickness of the chip.
기판의 제 1 캐버티와 제 2 캐버티를 소정의 충진재로 채움으로써, 패키지 몸체(3)가 형성되고, 이에 의해 칩, 전극 패드, 본딩 와이어가 외부 환경으로부터 보호된다. 패키지 몸체의 상부면은 제 1 캐버티에 의해 정의되기 때문에, 패키지 몸체는 기판의 전체 높이를 넘어서지 않게 형성된다. 따라서, 칩 실장면에서 패키지 몸체의 상부면까지의 거리는 칩 실장면에서 단자면까지의 거리와 실질적으로 동일하다. 패키지 몸체(3)는 폴리이미드(polyimide) 계열의 포팅 재료를 디스펜서(dispenser) 등에 의해 제 1 캐버티와 제 2 캐버티에 주입함으로써 형성된다. 그러나, 금속 밀봉 대신에 포팅 재료로 패키지 몸체를 형성하면, 보이드(void) 등이 발생하여 패키지 소자의 신뢰성이 떨어질 수 있다. 본 고안에서는, 글루(glue) 상태의 포팅 재료를 진공 상태로 두면 보이드가 노출되어 터지게 됨으로써, 보이드가 제거되는 점을 이용하여 신뢰성 저하 문제를 해결한다. 포팅 공정에 의한 패키지 몸체를 형성할 때 포팅 재료를 경화하기 전에 보이드 제거 단계가 진행된다.By filling the first cavity and the second cavity of the substrate with a predetermined filler, the package body 3 is formed, thereby protecting the chip, the electrode pad and the bonding wire from the external environment. Since the top surface of the package body is defined by the first cavity, the package body is formed not to exceed the overall height of the substrate. Therefore, the distance from the chip mounting surface to the upper surface of the package body is substantially the same as the distance from the chip mounting surface to the terminal surface. The package body 3 is formed by injecting a polyimide-based potting material into the first cavity and the second cavity by a dispenser or the like. However, if the package body is formed of the potting material instead of the metal seal, voids or the like may occur and the reliability of the package element may deteriorate. In the present invention, when the potting material in a glue state is left in a vacuum state, the voids are exposed and exploded, thereby solving the problem of deterioration in reliability by utilizing the fact that the voids are removed. In forming the package body by the potting process, a void removal step is performed prior to curing the potting material.
기판의 상부 구조에 대한 조립·검사 공정이 끝나면, 도 4에 도시된 바와 같이 기판 하부의 실장면(1c)에 상부 반도체 칩(2a)과 동일한 공정으로 접착층(4)을 통해 하부 반도체 칩(2b)을 부착한다. 그 다음에, 하부 반도체 칩(2b)의 전극패드(5b)와 본딩면(1b)의 본딩 패드(7b)를 와이어 본딩하고, 패키지 몸체(3)를 형성한다. 이에 의해 칩 적층형 세라믹 패키지 소자(10)가 완성된다.When the assembly and inspection process for the upper structure of the substrate is finished, as shown in FIG. 4, the lower semiconductor chip 2b is attached to the mounting surface 1c of the lower substrate through the adhesive layer 4 in the same process as the upper semiconductor chip 2a. Attach). Next, the electrode pad 5b of the lower semiconductor chip 2b and the bonding pad 7b of the bonding surface 1b are wire bonded to form a package body 3. Thereby, the chip laminated ceramic package element 10 is completed.
도 5는 본 고안의 제 1 구현예에 따른 칩 적층형 세라믹 패키지의 평면도이다.5 is a plan view of a chip multilayer ceramic package according to a first embodiment of the present invention.
도 5의 평면도는 칩 적층형 세라믹 패키지를 여러 개 적층했을 때 적층된 패키지 소자들에 대한 전기적 연결구조를 설명하기 위한 것이다.5 is a view illustrating an electrical connection structure of the stacked package elements when a plurality of chip stacked ceramic packages are stacked.
2개 이상의 반도체 칩을 적층한 패키지 소자에서는, 소자의 동작을 위해 개별 칩의 동작을 선택해야 한다. 개별 칩의 동작 선택은 적층된 복수의 반도체 칩 중 어느 하나의 칩만 동작하도록 하는 방법과, 적층된 칩이 모두 동작하도록 하는 방법이 있는데, 하나의 칩만 동작하도록 하는 경우에는 개별 칩의 데이터 입출력(DQ)을 패키지의 데이터 입출력 단자에 공통으로 접속할 수 있어서 패키지의 핀 수를 줄일 수 있다는 장점이 있다. 한편, 적층된 칩을 모두 동작시키는 경우에는 개별 칩의 DQ를 별개의 패키지 단자에 연결해야 하는데, 적층된 칩의 활용도를 높일 수 있다는 장점이 있다. 칩 적층 패키지 소자에서 칩의 동작을 선택하기 위해서, DQ와 I/O는 공통으로 접속하고 CS 신호를 분리하는 방법과, CS와 CKE를 각각 분리하는 방법 및 DQ와 I/O를 별도로 접속하고 CS 신호를 제공하지 않는 방법이 있다.In a package element in which two or more semiconductor chips are stacked, the operation of individual chips must be selected for the operation of the device. Selecting the operation of each chip includes a method of operating only one chip among a plurality of stacked semiconductor chips and a method of operating both stacked chips. When only one chip is operated, data input / output (DQ) of each chip is used. ) Can be connected to the data input / output terminals of the package in common, thereby reducing the number of pins of the package. Meanwhile, when all the stacked chips are operated, the DQs of the individual chips must be connected to separate package terminals, which can increase the utilization of the stacked chips. In order to select the operation of the chip in the chip stack package device, the DQ and I / O are connected in common and the CS signals are separated, the CS and CKE are separated, and the DQ and I / O are connected separately and the CS is connected. There is a way to not provide a signal.
본 고안에서는 하나의 기판 패턴을 사용하고, 본딩 옵션을 적용하여 위 3가지 방법을 모두 구현할 수 있다. 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 상부 반도체 칩(#)과 하부 반도체 칩(#)의 DQ(#)를 패키지 I/O 단자(#)에 공통으로 접속하고,상하부 반도체 칩(#)의 CS 신호 패드(#)를 패키지의 CKE 단자(#)와 금속 와이어(#)로 연결하고, 반도체 칩(#)의 CKE 신호 패드(#)와 패키지의 CLK 단자(#)와 금속 와이어(#)로 연결한 다음, CLK 신호와 CKE 신호의 조합으로 상부 반도체 칩과 하부 반도체 칩의 동작을 선택적으로 제어할 수 있다. 앞에서 설명한 칩 선택 방법 중 CS 신호 분리 방법과 DQ, I/O 별도 접속 방법은 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 쉽게 이해할 수 있는 내용이므로, 도면을 통한 자세한 설명은 생략한다.In the present invention, all three methods may be implemented by using one substrate pattern and applying a bonding option. For example, as shown in FIG. 5, the DQ # of the upper semiconductor chip # and the lower semiconductor chip # are connected to the package I / O terminal # in common, and the upper and lower semiconductor chips # Connect CS signal pad (#) to CKE terminal (#) of package and metal wire (#), CKE signal pad (#) of semiconductor chip (#), CLK terminal (#) and metal wire (#) of package Next, the operation of the upper semiconductor chip and the lower semiconductor chip may be selectively controlled by a combination of the CLK signal and the CKE signal. The CS signal separation method and the DQ and I / O separate connection methods among the chip selection methods described above are easily understood by those skilled in the art, and thus detailed descriptions thereof will be omitted.
도 6은 본 고안의 제 2 구현예에 따른 칩 적층형 세라믹 패키지 소자(20)의 단면도이다.6 is a cross-sectional view of a chip stacked ceramic package device 20 according to a second embodiment of the present invention.
도 6에 도시된 바와 같이, 제 2 구현예의 칩 적층형 세라믹 패키지 소자(20)에서는, 제 1 구현예의 패키지 소자(10)의 기판의 실장면(1c)보다 두께를 얇게 하고, 실장면의 얇아진 두께만큼 단자면(1a)의 높이를 높게 하며, 두께가 두꺼워진 단자면에는 단차부를 하나 더 형성하도록 기판을 형성한다. 이 단차부는 패키지 내부를 실링하는 부재, 예컨대 금속 캡(metal cap 또는 metal lid)가 형성되는 실링면(1d)이다. 이러한 기판 구성으로, 제 1 구현예처럼, 본딩면과 칩이 동일한 높이로 형성되는 것이 아니라, 칩을 본딩면보다 낮게 형성하여 본딩 와이어를 위한 루프에 필요한 공간을 확보하는 것이 바람직하다. 또한, 제 2 구현예에서는, 포팅 재료를 사용하여 패키지 몸체를 형성하는 제 1 구현예와 다르게, 단자면의 두꺼워진 두께에 의해 확보된 공간에 형성된 실링면(1d)에 의해, 이 실링면(1d)에 금속 캡을 형성함으로써, 패키지를 실링한다. 제 2 구현예의 칩 적층형 세라믹 패키지소자(20)의 그 외의 구성은 제 1 구현예의 패키지 소자(10)와 동일하다.As shown in FIG. 6, in the chip stacked ceramic package element 20 of the second embodiment, the thickness is thinner than the mounting surface 1c of the substrate of the package element 10 of the first embodiment, and the thickness of the mounting surface is thinner. The height of the terminal surface 1a is increased as much as possible, and a substrate is formed to form one more stepped portion on the terminal surface having a thick thickness. This step is a sealing surface 1d on which a member for sealing the inside of the package, for example, a metal cap (metal cap or metal lid), is formed. With this substrate configuration, it is preferable that the bonding surface and the chip are not formed at the same height as in the first embodiment, but the chip is formed lower than the bonding surface to secure the space necessary for the loop for the bonding wire. Also, in the second embodiment, unlike the first embodiment in which the potting material is used to form the package body, the sealing surface 1d is formed by the sealing surface 1d formed in the space secured by the thickened thickness of the terminal surface. The package is sealed by forming a metal cap in 1d). The other configuration of the chip stacked ceramic package device 20 of the second embodiment is the same as the package device 10 of the first embodiment.
본 고안에서는, 상기에서 설명한 제 1 및 제 2 구현예에 따른 칩 적층형 세라믹 패키지 소자들(100A, 100B)을 복수개 적층하여, 도 7에 도시한 것처럼 패키지 적층형 소자(100)를 구성한다. 패키지 소자들은 은-에폭시 등의 접착제를 통해 부착하고, 패키지 기판의 단자들은 납을 함유하지 않는 솔더를 사용하여 솔더링함으로써, 패키지 적층형 소자가 완성된다. 본 고안에서는, 납을 함유하지 않는 솔더를 사용하므로, 환경에 악영향을 미치지 않게 된다. 적층된 패키지 소자들 간의 전기적 연결은 개별 패키지 소자의 단자면(1a)에 형성된 외부 접속 단자에 의해 이루어진다. 앞에서 설명한 것처럼, 단자면(1a)은 패키지 몸체(3) 또는 금속 캡(8)의 상부면보다 그 높이가 낮지 않기 때문에 적층된 개별 패키지 소자들 사이의 전기적 연결을 위한 별도의 고려없이 쉽게 적층할 수 있다.In the present invention, a plurality of chip stacked ceramic package devices 100A and 100B according to the first and second embodiments described above are stacked to form the package stacked device 100 as illustrated in FIG. 7. The package elements are completed by attaching the package elements through an adhesive such as silver-epoxy and soldering the terminals of the package substrate using a lead-free solder. In the present invention, since a solder containing no lead is used, it does not adversely affect the environment. The electrical connection between the stacked package elements is made by external connection terminals formed on the terminal surface 1a of the individual package elements. As described above, the terminal face 1a is not lower than the upper surface of the package body 3 or the metal cap 8, so that the terminal face 1a can be easily stacked without any consideration for electrical connection between the individual stacked package elements. have.
이상 설명한 바와 같이, 본 고안에 따르면 기판을 단자면, 본딩면, 칩 실장면으로 단차를 두어 형성하고 그 단차부 내에 칩을 실장하므로, 기판의 두께를 증가시키지 않으면서도 하나의 세라믹 패키지 내에 다수개의 칩을 적층한 칩 적층형 세라믹 패키지 소자를 구현할 수 있다.As described above, according to the present invention, since the substrate is formed with the stepped surface as the terminal surface, the bonding surface, and the chip mounting surface, and the chip is mounted in the stepped portion, a plurality of substrates in one ceramic package can be increased without increasing the thickness of the substrate. A chip stacked ceramic package device in which chips are stacked may be implemented.
또한, 본 고안에서는, 칩이 기판의 본딩면보다 높이가 동일하거나 낮으므로, 전극 패드가 칩의 중앙에 배치해있어도, 와이어 본딩시에 금속 와이어의 루프에 의한 새깅(sagging) 현상이 발생하지 않는다.In addition, in the present invention, since the chip has the same height or lower than the bonding surface of the substrate, even if the electrode pad is disposed at the center of the chip, sagging due to the loop of the metal wire does not occur during wire bonding.
본 고안에 따른 복수개의 칩 적층형 세라믹 패키지를 용이하게 적층하여, 패키지 적층형 소자를 구현할 수 있다.A plurality of chip stacked ceramic packages according to the present invention can be easily stacked to implement a package stacked device.
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|---|---|---|---|---|
| CN113937066A (en) * | 2021-08-26 | 2022-01-14 | 北京遥测技术研究所 | High-heat-dissipation-density airtight double-sided double-cavity 14-laminated ceramic packaging structure |
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- 2002-03-12 KR KR2020020007219U patent/KR200283421Y1/en not_active Expired - Lifetime
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