(57)【要約】      （修正有）【課題】ウェハレベルチップスケールパッケージの熱サイクリングテストの際、金属パターンへのクラック発生を防止する構造を提供する。【解決手段】複数のエッジパッドが備えられた半導体チップ４１０を含む。前記複数のエッジパッドが外部に露出されるように半導体チップ４１０上に下部絶縁層４３０が備えられる。複数のエッジパッド各々と電気的に連結されるように下部絶縁層４３０上にパターンされた複数の金属パターン４４０が備えられる。この複数の金属パターン４４０の一部分が外部に露出されるように下部絶縁層４３０上に上部絶縁層４５０が備えられる。外部に露出された複数の金属パターン上に各々印刷回路基板上への実装部材として複数のはんだボールが４６０備えられる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のパッドが備えられた半導体チップと、
前記複数のパッドが外部に露出されるように前記半導体チップ上に備えられ、１〜５ＧＰａの弾性係数を有した下部絶縁層と、
前記複数のパッド各々と連結されるように前記下部絶縁層上に備えられた複数の金属パターンと、
前記複数の金属パターン各々の一部分が露出されるように前記下部絶縁層及び前記複数の金属パターン上に備えられ、１〜５ＧＰａの弾性係数を有する上部絶縁層と、及び
前記露出された複数の金属パターン上に各々備えられる複数のはんだボールと、
を含むことを特徴とするウェハレベルチップスケールパッケージ。
【請求項２】
前記上・下部絶縁層はエポキシベース物質と、ゴムベース物質と、シリコンベース物質と、ポリイミドベース物質と、及びベンゾシクロブチンベース物質のうちいずれか一つの物質で成されたことを特徴とする請求項１に記載のウェハレベルチップスケールパッケージ。
【請求項３】
前記複数のパッドは前記半導体チップの両端部に各々備えられ、前記複数のはんだボールは前記半導体チップの中心部に備えられたことを特徴とする請求項１に記載のウェハレベルチップスケールパッケージ。
【請求項４】
前記複数のパッドは前記半導体チップの四方端部に各々備えられ、前記複数のはんだボールは前記半導体チップの中心部に備えられたことを特徴とする請求項１に記載のウェハレベルチップスケールパッケージ。
【請求項５】
前記複数のパッド及び前記複数のはんだボールは前記半導体チップの中心部に備えられ、前記複数の金属パターンのうち一部は互いに短絡されないように前記半導体チップ外郭に回って前記複数のパッドのうち一部と前記複数のはんだボールのうち一部を各々連結するようにパタニングされたことを特徴とする請求項１に記載のウェハレベルチップスケールパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体チップパッケージに関するもので、より詳しくは、信頼性を向上させたウェハレベルチップスケールパッケージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子製品や通信機器の小型化及び多機能化のためには半導体チップパッケージの小型化・軽量化・多ピン化・高速化及び高機能化が必需的である。このような要求に応じるために、完成されたパッケージの大きさがウェハレベルのチップの大きさに近いパッケージが提案された。このようなパッケージをいわゆるウェハレベルチップスケールパッケージ（ＷＬＣＳＰ）というふうに称する。
【０００３】
図１は従来のＷＬＣＳＰを図示した断面図である。ＷＬＣＳＰ１００は複数のエッジパッド１２０が備えられた半導体チップ１１０と、前記エッジパッド１２０が露出されるように半導体チップ１１０上に備えられ低弾性係数を有する下部絶縁層１３０と、前記エッジパッド１２０と連結されるように下部絶縁層１３０上に備えられた金属パターン１４０と、前記金属パターン１４０の一部分が露出されるように下部絶縁層１３０上に備えられ低弾性係数または高弾性係数を有する上部絶縁層１５０と、前記金属パターン１４０の露出された部分に備えられたはんだボール１６０を含む。前記はんだボール１６０はＷＬＣＳＰ１００の中心部に位置する。
【０００４】
一方、図示してはいないが、前記したＷＬＣＳＰ１００ははんだボール１６０により印刷回路基板に実装する。
【０００５】
しかし、前記した従来のＷＬＣＳＰ１００は、温度変化による特性寿命を測定する熱サイクリングテストの際、半導体チップ１１０と印刷回路基板の熱膨脹係数の差異によって金属パターン１４０にクラックが発生する。
【０００６】
詳しくは、前記熱サイクリングテストの際、温度上昇時、図２Ａのように印刷回路基板２００は半導体チップ１１０側の面がはんだボール１６０と接合されており、半導体チップ１１０より印刷回路基板２００の熱膨脹係数が大きいため、前記半導体チップ１１０側に曲がるのである。
【０００７】
このように曲がった印刷回路基板２００は上昇された温度で一定時間持続されると、図２Ｂのように、はんだボール１６０の形態変更が起こり原状態に復元される。
【０００８】
その後、温度をまた下降させると、図２Ｃのように、印刷回路基板２００は半導体チップ１１０側の反対側に曲がり、この際、はんだボール１６０に作用する力によってこのはんだボール１６０に連結された金属パターン１４０に引張応力が発生し、図２Ｄのように、前記金属パターン１４０にクラック（Ａ）が発生する。
【０００９】
これは金属パターン１４０に対してはんだボール１６０が加えた引張応力を低弾性係数の下部絶縁層１３０及び低(高)弾性係数の上部絶縁層１５０で十分緩和させることができないためであり、このような金属パターン１４０へのクラック発生は製品不良を招来する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は温度変化による金属パターンのクラック発生を抑制させることができるＷＬＣＳＰを提供する。
【００１１】
本発明は温度変化による金属パターンのクラック発生を抑制させることによって信頼性を向上させたＷＬＣＳＰを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一つの実施例で、ＷＬＣＳＰは、片方に複数のパッドが備えられた半導体チップと、前記複数のパッドが外部に露出されるように前記半導体チップ上に備えられ、１〜５ＧＰａの弾性係数を有する下部絶縁層と、前記複数のパッド各々と連結されるように前記下部絶縁層上に備えられた複数の金属パターンと、前記複数の金属パターン各々の一部分が露出されるように前記下部絶縁層及び前記複数の金属パターン上に備えられ、１〜５ＧＰａの弾性係数を有する上部絶縁層と、及び前記露出された複数の金属パターン上に各々備えられる複数のはんだボールと、を含む。
【００１３】
前記上・下部絶縁層はエポキシベース物質と、ゴムベース物質と、シリコンベース物質と、ポリイミドベース物質と、及びベンゾシクロブチンベース物質のうちいずれか一つの物質で形成されることが好ましい。
【００１４】
前記複数のパッドは前記半導体チップの両端部に各々備えられ、前記複数のはんだボールは前記半導体チップの中心部に備えられたのが好ましい。
【００１５】
前記複数のパッドは前記半導体チップの四方端部に各々備えられ、前記複数のはんだボールは前記半導体チップの中心部に備えられたのが好ましい。
【００１６】
前記複数のパッド及び前記複数のはんだボールは前記半導体チップの中心部に備えられ、前記複数の金属パターンのうち一部は互いに短絡されないように前記半導体チップ外郭に回って前記複数のパッドのうち一部と前記複数のはんだボールのうち一部を各々連結するようにパタニングされたのが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のＷＬＣＳＰによると、金属パターンの上・下部に１〜５ＧＰａの高弾性係数を有した上・下部絶縁層を備えることによって、高弾性係数を有する上・下部絶縁層が金属パターンの強度を補強してパッケージが熱サイクリングを経験する間金属パターンへのクラック発生を抑制または防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は半導体チップ上に備えられる下部絶縁層で１〜５ＧＰａの高弾性係数を有する材料を適用し、そして、金属パターンは前記の高弾性係数を有する材料で成された下部絶縁層上に備える。
【００１９】
この場合、前記高弾性係数を有する下部絶縁層が、熱サイクリングテストの際、小さな変位に変わることによって、金属パターンに作用される応力を減らす役割を遂行し、よって、本発明は金属パターンへのクラック発生及びそれによる製品の不良発生を抑制、望ましくは、防止できる。
【００２０】
以下では添付された図面を参照し本発明によるＷＬＣＳＰを詳しく説明する。
図３は本発明の第１実施例によるＷＬＣＳＰを示した断面図である。図示された通り、ＷＬＣＳＰ３００は複数のエッジパッド３２０が備えられた半導体チップ３１０を含む。前記複数のエッジパッド３２０が外部に露出されるように半導体チップ３１０上に下部絶縁層３３０が備えられる。複数のエッジパッド３２０各々と電気的に連結されるように下部絶縁層３３０上にパタニングされた複数の金属パターン３４０が備えられる。この複数の金属パターン３４０の一部分が外部に露出されるように下部絶縁層３３０上に上部絶縁層３５０が備えられる。外部に露出された複数の金属パターン３４０上に各々印刷回路基板（図示していない）上への実装部材として複数のはんだボール３６０が備えられる。
【００２１】
前記複数のはんだボール３６０は半導体チップ３１０の中心部に備えられる。上・下部絶縁層３３０，３５０はヤング率（Ｙｏｕｎｇ‘ｓ ｍｏｄｕｌｕｓ）が大きな、即ち、高弾性係数を有するエポキシベース物質、ゴムベース物質、シリコンベース物質、ポリイミドベース物質、ベンゾシクロブチンベース物質、等からなり、これらは、１〜５ＧＰａの弾性係数を有し、エポキシベース物質は１〜４ＧＰａ、ゴムベース物質は１〜１．８ＧＰａ、シリコンベース物質は１〜１．１ＧＰａ、ポリイミドベース物質は１〜３．３ＧＰａ、ベンゾシクロブチンベース物質は１〜２．９ＧＰａの弾性係数を有する。前記エッジパッド３２０は半導体チップ３１０の両端または四方端に備えられることができる。
【００２２】
このように上・下部絶縁層３３０，３５０を高弾性係数を有した物質に備える理由は製造完了されたＷＬＣＳＰ３００に対して温度変化により特性寿命を測定する熱サイクリングテストの際半導体チップ３１０と印刷回路基板の熱膨脹係数の差異により金属パターン３４０にクラックが発生するのを抑制または防止するためのものである。
【００２３】
即ち、印刷回路基板に実装されたＷＬＣＳＰ３００を所定の温度で上昇及び下降を繰り返す熱サイクリングテストの際、半導体チップ３１０と印刷回路基板の熱膨脹係数の差異によってはんだボール３６０に作用する力の方向により金属パターン３４０に作用する引張応力に対して、本発明のＷＬＣＳＰ３００では前記金属パターン３４０の上・下部に備えられた高弾性係数を有する上・下部絶縁層３３０，３５０が金属パターン３４０を補強することによって、前記金属パターン３４０でのクラック発生を抑制または防止することになる。
【００２４】
ここで、上部絶縁層３５０は前記のように金属パターン３４０を補強する役割をするのはもちろん、外部衝撃から金属パターン３４０を保護する役割をさらに有する。
【００２５】
結局、本発明は金属パターン３４０の上・下部各々に高弾性係数を有した物質で絶縁層を構成することにより信頼性が向上されたＷＬＣＳＰが具現できる。
【００２６】
図４は、本発明の第２実施例によるＷＬＣＳＰの配線構造を示す概略平面図である。図４では、配線構造を分かりやすくするために、センターパッド４２０、金属パターン４４０、はんだボール４６０の配置を実線で示している。
【００２７】
図５は、本発明の第２実施例によるＷＬＣＳＰを示した断面図である。この実施例によると、複数のセンターパッド４２０を有した半導体チップ４１０上に複数のセンターパッド４２０が露出されるように高弾性係数を有した下部絶縁層４３０が備えられ、前記下部絶縁層４３０上に複数のセンターパッド４２０と各々連結される複数の金属パターン４４０が備えられ、前記複数の金属パターン４４０の一部分が露出されるように下部絶縁層４３０上に高弾性係数を有した上部絶縁層４５０が備えられる。前記金属パターン４４０の上・下部に備えられる上・下部絶縁層４３０，４５０は１〜５ＧＰａの高弾性係数を有するエポキシベース物質、ゴムベース物質、シリコンベース物質、ポリイミドベース物質、ベンゾシクロブチンベース物質、等で成される。前記複数の金属パターン４４０の露出された部分上には印刷回路基板への実装手段として複数のはんだボール４６０が備えられる。
【００２８】
前記はんだボール４６０は半導体チップ４１０の中心部分に備えられるが、センターパッド４２０上部から両端部側に、または、センターパッド４２０と所定間隔離隔されるように備えられ、全体的には、半導体チップ４１０中心部に位置される。
【００２９】
ここで、前記複数の金属パターン４４０は互いに短絡されないようにパタニングされなければならないので、複数の金属パターン４４０の中の一部は複数のはんだボール４６０のうち一部に直線と類似に連結されるようにパタニングされ、残りの一部は半導体チップ４１０の外郭に回って、即ち、外郭方向に迂回して３〜４回の屈折を通じて残りの一部のはんだボール４６０と連結されるようにパタニングされる。
【００３０】
このような構造は従来はんだボールが半導体チップの端部分にあるＷＬＣＳＰ構造よりその部品寿命が優れた特性があると知られてきた。即ち、熱サイクリングテストの際、はんだボールのクラック発生時期が従来の構造より遅らせられ部品寿命が優れた特性があると知られてきた。しかし、実際の熱サイクリングテストの際、はんだボールにクラックが発生する前にもう金属パターンにクラックが発生し、これは外郭に迂回した金属パターンに加えられた引張応力によるもので、従来低弾性係数を有した上・下部絶縁層がこの引張応力を十分に分散させられないため、金属パターンにクラックが発生するのである。
【００３１】
本発明では、このように金属パターンに加えられた引張応力を分散させるために金属パターンの上・下部に高弾性係数を有した上・下部絶縁層を備えることで、金属パターンに加えられた引張応力を吸収し前記金属パターンでのクラック発生を防止する。
【００３２】
従って、第２実施例でのＷＬＣＳＰは金属パターンへのクラック発生なしで従来よりもっと長い特性寿命を有するようにする長所がある。
【００３３】
以上、ここでは本発明を特定実施例に関連して図示し説明したが、本発明がそれに限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲は本発明の精神と分野を離脱しない限度内で本発明が多様に改造及び変形できることを当業界で通常の知識を有した者なら容易にわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】従来ウェハレベルチップスケールパッケージを示した断面図である。
【図２Ａ】図１のウェハレベルチップスケールパッケージの熱サイクリングテストの際金属パターンへのクラック発生過程を順次的に示した断面図である。
【図２Ｂ】図１のウェハレベルチップスケールパッケージの熱サイクリングテストの際金属パターンへのクラック発生過程を順次的に示した断面図である。
【図２Ｃ】図１のウェハレベルチップスケールパッケージの熱サイクリングテストの際金属パターンへのクラック発生過程を順次的に示した断面図である。
【図２Ｄ】図１のウェハレベルチップスケールパッケージの熱サイクリングテストの際金属パターンへのクラック発生過程を順次的に示した断面図である。
【図３】本発明の第１実施例によるウェハレベルチップスケールパッケージを示した断面図である。
【図４】本発明の第２実施例によるＷＬＣＳＰの配線構造を示す概略平面図である。
【図５】本発明の第２実施例によるＷＬＣＳＰを示した断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
３００，４００    ウェハレベルチップスケールパッケージ
３１０，４１０    半導体チップ
３２０    エッジパッド
３３０，４３０    下部絶縁層
３４０，４４０    金属パターン
３５０，４５０    上部絶縁層
３６０，４６０    はんだボール
４２０    センターパッド
【図１】
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【図２Ａ】
2007214563.tif 000004
【図２Ｂ】
2007214563.tif 000005
【図２Ｃ】
2007214563.tif 000006
【図２Ｄ】
2007214563.tif 000007
【図３】
2007214563.tif 000008
【図４】
2007214563.tif 000009
【図５】
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