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JP2018093162A - ファン−アウト半導体パッケージ - Google Patents

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Abstract

【課題】
半導体チップを複数含みながら、薄型化及び小型化でき、チップ間の連結距離短縮化によりノイズを最小限に抑え、低コスト及び高収率で製造可能なファン−アウト半導体パッケージを提供する。
【解決手段】
貫通孔を有する第1連結部材と、上記第1連結部材の貫通孔に配置され、接続パッドが配置された活性面とその反対側に配置された非活性面を有する第1半導体チップが内蔵された第1パッケージと、上記第1連結部材及び上記第1パッケージの少なくとも一部を封止する封止材と、上記封止材上に配置され、上記活性面と向き合う第2連結部材と、上記第2連結部材上に配置され、第2半導体チップを含む第2パッケージと、を含み、上記第1及び第2連結部材はそれぞれ上記接続パッドと電気的に連結される再配線層を含み、上記第1及び第2パッケージは上記第2連結部材を介して電気的に連結されるファン−アウト半導体パッケージを提供する。
【選択図】図9

Description

本発明は、半導体パッケージ、例えば、接続端子を半導体チップが配置されている領域外にも拡張することができるファン−アウト半導体パッケージに関するものである。
一般に、複数の半導体チップを含むパッケージとしては、シリコンベースのインターポーザ基板を用いている。例えば、シリコンベースのインターポーザ基板上に第1半導体チップを実装し、これと並んで(side−by−side)第2半導体チップを実装して、インターポーザ基板に形成した配線を電気的に連結する構造が開発された。
しかしながら、シリコンベースのインターポーザ基板には、シリコンの内部にTSVを形成し、超微細回路を形成することが要求されるため価格の問題がある。また、パッケージの全体的な厚さが厚いため、小型化及び薄型化に限界が生じる。これを解決するための方法として、印刷回路基板内にシリコンブリッジを内蔵して複数の半導体チップを連結する方法などが開発されたが、工程が複雑となり収率が低下するという問題がある。
本発明の様々な目的の一つは、複数の半導体チップを含むにも拘らず、薄型化及び小型化が可能であり、チップ間の連結距離を短縮することでノイズを最小限に抑えることができ、低コスト及び高収率で製造することが可能なファン−アウト半導体パッケージを提供することにある。
本発明により提案する様々な解決手段の一つは、以下の構成を満たすファン−アウト半導体パッケージを提供することである。
例えば、本発明の一例によるファン−アウト半導体パッケージは、貫通孔を有する第1連結部材と、上記第1連結部材の貫通孔に配置され、接続パッドが配置された活性面及び上記活性面の反対側に配置された非活性面を有する第1半導体チップが内蔵された第1チップパッケージと、上記第1連結部材及び上記第1チップパッケージの少なくとも一部を封止する封止材と、上記封止材上に配置され、上記活性面と向き合う第2連結部材と、上記第2連結部材上に配置され、第2半導体チップを含む第2チップパッケージと、を含み、上記第1及び第2連結部材はそれぞれ上記接続パッドと電気的に連結される再配線層を含み、上記第1及び第2チップパッケージは上記第2連結部材を介して電気的に連結される。
本発明の様々な効果の一効果は、複数の半導体チップを含むにも拘らず、薄型化及び小型化が可能であり、チップ間の連結距離を短縮することでノイズを最小限に抑えることができ、低コスト及び高収率で製造することが可能なファン−アウト半導体パッケージを提供することができることである。
電子機器システムの例を概略的に示すブロック図である。 電子機器の一例を概略的に示した斜視図である。 ファン−イン半導体パッケージのパッケージング前後を概略的に示した断面図である。 ファン−イン半導体パッケージのパッケージング過程を概略的に示した断面図である。 ファン−イン半導体パッケージがインターポーザ基板上に実装され、最終的に電子機器のメインボードに実装された場合を概略的に示した断面図である。 ファン−イン半導体パッケージがインターポーザ基板内に内蔵され、最終的に電子機器のメインボードに実装された場合を概略的に示した断面図である。 ファン−アウト半導体パッケージの概略的な形態を示した断面図である。 ファン−アウト半導体パッケージが電子機器のメインボードに実装された場合を概略的に示した断面図である。 ファン−アウト半導体パッケージの一例を概略的に示した断面図である。 図9のファン−アウト半導体パッケージをI−I'線に沿って切って見た場合の概略的な断面図である。 図9の第1チップパッケージの概略的な一製造例である。 図9の第1チップパッケージの概略的な一製造例である。 図9のファン−アウト半導体パッケージの概略的な一製造例である。 図9のファン−アウト半導体パッケージの概略的な一製造例である。 図9のファン−アウト半導体パッケージの概略的な一製造例である。 図9のファン−アウト半導体パッケージの概略的な一製造例である。 ファン−アウト半導体パッケージの他の一例を概略的に示した断面図である。 ファン−アウト半導体パッケージの他の一例を概略的に示した断面図である。 ファン−アウト半導体パッケージの他の一例を概略的に示した断面図である。
以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかしながら、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために拡大縮小表示(または強調表示や簡略化表示)がされることがある。
電子機器
図1は電子機器システムの例を概略的に示すブロック図である。
図面を参照すると、電子機器1000はメインボード1010を収容する。メインボード1010には、チップ関連部品1020、ネットワーク関連部品1030、及びその他の部品1040などが物理的及び/または電気的に連結されている。これらは、後述する他の部品とも結合されて、様々な信号ライン1090を形成する。
チップ関連部品1020としては、揮発性メモリー(例えば、DRAM)、不揮発性メモリー(例えば、ROM)、フラッシュメモリーなどのメモリーチップ;セントラルプロセッサ(例えば、CPU)、グラフィックプロセッサ(例えば、GPU)、デジタル信号プロセッサ、暗号化プロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラーなどのアプリケーションプロセッサチップ;アナログ−デジタルコンバータ、ASIC(application−specific IC)などのロジックチップなどが含まれるが、これらに限定されるものではなく、これら以外にも、その他の形態のチップ関連部品が含まれ得ることはいうまでもない。また、これら部品1020が互いに組み合わされてもよいことはいうまでもない。
ネットワーク関連部品1030としては、Wi−Fi(IEEE 802.11ファミリなど)、WiMAX(IEEE 802.16ファミリなど)、IEEE 802.20、LTE(long term evolution)、Ev−DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM(登録商標)、GPS、GPRS、CDMA、TDMA、DECT、ブルートゥース(登録商標)(Bluetooth(登録商標))、3G、4G、5G、及びそれ以降のものとして指定された任意の他の無線及び有線プロトコルが含まれるが、これらに限定されるものではなく、これら以外にも、その他の多数の無線または有線標準やプロトコルのうち任意のものが含まれ得る。また、ネットワーク関連部品1030が、チップ関連部品1020とともに互いに組み合わされてもよいことはいうまでもない。
その他の部品1040としては、高周波インダクタ、フェライトインダクタ、パワーインダクタ、フェライトビーズ、LTCC(Low Temperature Co−Firing Ceramics)、EMI(Electro Magnetic Interference)フィルター、MLCC(Multi−Layer Ceramic Condenser)などが含まれるが、これらに限定されるものではなく、これら以外にも、その他の様々な用途のために用いられる受動部品などが含まれ得る。また、その他の部品1040が、チップ関連部品1020及び/またはネットワーク関連部品1030とともに互いに組み合わされてもよいことはいうまでもない。
電子機器1000の種類に応じて、電子機器1000は、メインボード1010に物理的及び/または電気的に連結されているか連結されていない他の部品を含むことができる。他の部品としては、例えば、カメラ1050、アンテナ1060、ディスプレイ1070、電池1080、オーディオコーデック(不図示)、ビデオコーデック(不図示)、電力増幅器(不図示)、羅針盤(不図示)、加速度計(不図示)、ジャイロスコープ(不図示)、スピーカー(不図示)、大容量記憶装置(例えば、ハードディスクドライブ)(不図示)、CD(compact disk)(不図示)、及びDVD(digital versatile disk)(不図示)などが挙げられる。但し、これらに限定されるものではなく、これら以外にも、電子機器1000の種類に応じて様々な用途のために用いられるその他の部品などが含まれ得ることはいうまでもない。
電子機器1000は、スマートフォン(smart phone)、携帯情報端末(personal digital assistant)、デジタルビデオカメラ(digital video camera)、デジタルスチルカメラ(digital still camera)、ネットワークシステム(network system)、コンピューター(computer)、モニター(monitor)、タブレット(tablet)、ラップトップ(laptop)、ネットブック(netbook)、テレビジョン(television)、ビデオゲーム(video game)、スマートウォッチ(smart watch)、オートモーティブ(Automotive)などであることができる。但し、これらに限定されるものではなく、これら以外にも、データを処理する任意の他の電子機器であってもよいことはいうまでもない。
図2は電子機器の一例を概略的に示した斜視図である。
図面を参照すると、半導体パッケージは、上述のような種々の電子機器において様々な用途に適用される。例えば、スマートフォン1100の本体1101の内部にはメインボード1110が収容されており、メインボード1110には種々の部品1120が物理的及び/または電気的に連結されている。また、カメラ1130のように、メインボード1110に物理的及び/または電気的に連結されているか連結されていない他の部品が本体1101内に収容されている。部品1120の一部はチップ関連部品であることができ、半導体パッケージ100は、例えば、そのうちアプリケーションプロセッサであることができるが、これに限定されるものではない。電子機器が必ずしもスマートフォン1100に限定されるものではなく、上述のように、他の電子機器であってもよいことはいうまでもない。
半導体パッケージ
一般に、半導体チップには、数多くの微細電気回路が集積されているが、それ自体が半導体完成品としての役割を果たすことはできず、外部からの物理的または化学的衝撃により損傷する可能性がある。したがって、半導体チップ自体をそのまま用いるのではなく、半導体チップをパッケージングして、パッケージ状態で電子機器などに用いている。
半導体パッケージングが必要な理由は、電気的連結という観点から、半導体チップと電子機器のメインボードの回路幅が異なるためである。具体的に、半導体チップは、接続パッドのサイズ及び接続パッド間の間隔が非常に微細であるのに対し、電子機器に用いられるメインボードは、部品実装パッドのサイズ及び部品実装パッド間の間隔が半導体チップのスケールより著しく大きい。したがって、半導体チップをこのようなメインボード上にそのまま取り付けることは困難であり、相互間の回路幅の差を緩和することができるパッケージング技術が要求される。
このようなパッケージング技術により製造される半導体パッケージは、構造及び用途によって、ファン−イン半導体パッケージ(Fan−in semiconductor package)とファン−アウト半導体パッケージ(Fan−out semiconductor package)とに区分されることができる。
以下では、図面を参照して、ファン−イン半導体パッケージとファン−アウト半導体パッケージについてより詳細に説明する。
(ファン−イン半導体パッケージ)
図3はファン−イン半導体パッケージのパッケージング前後を概略的に示した断面図である。
図4はファン−イン半導体パッケージのパッケージング過程を概略的に示した断面図である。
図面を参照すると、半導体チップ2220は、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、ガリウムヒ素(GaAs)などを含む本体2221と、本体2221の一面上に形成された、アルミニウム(Al)などの導電性物質を含む接続パッド2222と、本体2221の一面上に形成され、接続パッド2222の少なくとも一部を覆う酸化膜または窒化膜などのパッシベーション膜2223と、を含む、例えば、ベア(Bare)状態の集積回路(IC)であることができる。この際、接続パッド2222が非常に小さいため、集積回路(IC)は、回路幅の差が大きい電子機器のメインボードなどはもちろん、回路幅の差がメインボードよりは小さい中間レベルの印刷回路基板(PCB)にも実装されにくい。
そのため、接続パッド2222を再配線するために、半導体チップ2220上に半導体チップ2220のサイズに応じて連結部材2240を形成する。連結部材2240は、半導体チップ2220上に感光性絶縁樹脂(PID)などの絶縁物質で絶縁層2241を形成し、接続パッド2222をオープンさせるビアホール2243hを形成した後、再配線層2242及びビア2243を形成することで形成することができる。その後、連結部材2240を保護するパッシベーション層2250を形成し、開口部2251を形成した後、アンダーバンプ金属層2260などを形成する。すなわち、一連の過程を経て、例えば、半導体チップ2220、連結部材2240、パッシベーション層2250、及びアンダーバンプ金属層2260を含むファン−イン半導体パッケージ2200が製造される。
このように、ファン−イン半導体パッケージは、半導体チップの接続パッド、例えば、I/O(Input/Output)端子の全てを素子の内側に配置したパッケージ形態である。ファン−イン半導体パッケージは、電気的特性に優れており、安価で生産することができる。したがって、スマートフォンに内蔵される多くの素子がファン−イン半導体パッケージの形態で製作されており、具体的には、小型で、且つ速い信号伝達を実現するように開発が行われている。
しかしながら、ファン−イン半導体パッケージは、I/O端子の全てを半導体チップの内側に配置しなければならないため、空間的な制約が多い。したがって、このような構造は、多数のI/O端子を有する半導体チップや、サイズが小さい半導体チップに適用するには困難な点がある。また、このような欠点により、電子機器のメインボードにファン−イン半導体パッケージを直接実装して用いることができない。これは、再配線工程により半導体チップのI/O端子のサイズ及び間隔を拡大したとしても、電子機器のメインボードに直接実装可能な程度のサイズ及び間隔まで拡大することができるわけではないためである。
図5はファン−イン半導体パッケージがインターポーザ基板上に実装され、最終的に電子機器のメインボードに実装された場合を概略的に示した断面図である。
図6はファン−イン半導体パッケージがインターポーザ基板内に内蔵され、最終的に電子機器のメインボードに実装された場合を概略的に示した断面図である。
図面を参照すると、ファン−イン半導体パッケージ2200においては、半導体チップ2220の接続パッド2222、すなわち、I/O端子がインターポーザ基板2301によりさらに再配線され、最終的には、インターポーザ基板2301上にファン−イン半導体パッケージ2200が実装された状態で電子機器のメインボード2500に実装可能となる。この際、半田ボール2270などはアンダーフィル樹脂2280などにより固定されることができ、外側はモールディング材2290などで覆うことができる。または、ファン−イン半導体パッケージ2200は、別のインターポーザ基板2302内に内蔵(Embedded)されてもよい。その場合、インターポーザ基板2302内に内蔵された状態の半導体チップ2220の接続パッド2222、すなわち、I/O端子が、インターポーザ基板2302によりさらに再配線されるため、最終的に電子機器のメインボード2500に実装可能となる。
このように、ファン−イン半導体パッケージは電子機器のメインボードに直接実装されて用いられることが困難であるため、別のインターポーザ基板上に実装された後、さらにパッケージング工程を経て電子機器のメインボードに実装されるか、またはインターポーザ基板内に内蔵された状態で電子機器のメインボードに実装されて用いられている。
(ファン−アウト半導体パッケージ)
図7はファン−アウト半導体パッケージの概略的な形態を示した断面図である。
図面を参照すると、ファン−アウト半導体パッケージ2100は、例えば、半導体チップ2120の外側が封止材2130により保護されており、半導体チップ2120の接続パッド2122が連結部材2140により半導体チップ2120の外側まで再配線される。この際、連結部材2140上にはパッシベーション層2150をさらに形成することができ、パッシベーション層2150の開口部にはアンダーバンプ金属層2160をさらに形成することができる。アンダーバンプ金属層2160上には半田ボール2170をさらに形成することができる。半導体チップ2120は、本体2121、接続パッド2122、パッシベーション膜(不図示)などを含む集積回路(IC)であることができる。連結部材2140は、絶縁層2141と、絶縁層2141上に形成された再配線層2142と、接続パッド2122と再配線層2142などを電気的に連結するビア2143と、を含むことができる。
このように、ファン−アウト半導体パッケージは、半導体チップ上に形成された連結部材により、半導体チップの外側までI/O端子を再配線して配置させた形態である。上述のように、ファン−イン半導体パッケージは、半導体チップのI/O端子の全てを半導体チップの内側に配置させなければならず、そのため、素子のサイズが小さくなると、ボールのサイズ及びピッチを減少させなければならないため、標準化されたボールレイアウトを用いることができない。これに対し、ファン−アウト半導体パッケージは、このように半導体チップ上に形成された連結部材により、半導体チップの外側までI/O端子を再配線して配置させた形態であるため、半導体チップのサイズが小さくなっても標準化されたボールレイアウトをそのまま用いることができる。したがって、後述のように、上記のような別のインターポーザ基板を用いることなく、電子機器のメインボード上に半導体チップを実装することができる。
図8はファン−アウト半導体パッケージが電子機器のメインボードに実装された場合を概略的に示した断面図である。
図面を参照すると、ファン−アウト半導体パッケージ2100は半田ボール2170などを介して電子機器のメインボード2500に実装することができる。すなわち、上述のように、ファン−アウト半導体パッケージ2100は、半導体チップ2120上に半導体チップ2120のサイズを超えるファン−アウト領域まで接続パッド2122を再配線できる連結部材2140を形成するため、標準化されたボールレイアウトをそのまま用いることができる。その結果、別のインターポーザ基板などがなくても、半導体チップ2120を電子機器のメインボード2500に実装することができる。
このように、ファン−アウト半導体パッケージは、別のインターポーザ基板がなくても電子機器のメインボードに実装することができるため、インターポーザ基板を用いるファン−イン半導体パッケージに比べて厚さがより小さいパッケージ寸法を実現することができ、小型化及び薄型化が可能である。また、熱特性及び電気的特性に優れるため、モバイル製品に特に好適である。また、印刷回路基板(PCB)を用いる一般的なPOP(Package on Package)タイプに比べて、よりコンパクトに実現することができ、反り現象の発生による問題を解決することができる。
一方、ファン−アウト半導体パッケージは、このように半導体チップを電子機器のメインボードなどに実装するための、そして外部からの衝撃から半導体チップを保護するためのパッケージ技術を意味するものである。他方、ファン−イン半導体パッケージが内蔵されるインターポーザ基板などの印刷回路基板(PCB)を用いる実装方式は、ファン−アウト半導体パッケージに基づく実装方式とはスケール、用途などが異なる実装方式である。
以下では、複数の半導体チップを含むにも拘らず、薄型化及び小型化が可能であり、チップ間の連結距離を短縮することでノイズを最小限に抑えることができ、低コスト及び高収率で製造することが可能なファン−アウト半導体パッケージについて図面を参照して説明する。
図9はファン−アウト半導体パッケージの一例を概略的に示した断面図である。
図10は図9のファン−アウト半導体パッケージをI−I'線に沿って切って見た場合の概略的な断面図である。
図面を参照すると、一例によるファン−アウト半導体パッケージ100Aは、貫通孔110Hを有する第1連結部材110と、第1連結部材110の貫通孔110Hに配置され、接続パッド122Pが配置された活性面及び活性面の反対側に配置された非活性面を有する第1半導体チップ122が内蔵された第1チップパッケージ120と、第1連結部材110及び第1チップパッケージ120の少なくとも一部を封止する封止材130a、130bと、封止材130a、130b上に配置され、活性面と向き合う第2連結部材140と、第2連結部材140上に配置され、第2半導体チップ181を含む第2チップパッケージ180と、第2連結部材140上に配置され、第3半導体チップ191を含む第3チップパッケージ190と、を含む。第1連結部材110は、接続パッド122Pと電気的に連結された再配線層112a、112bを含む。第2連結部材140は、接続パッド122Pと電気的に連結された再配線層142を含む。第1チップパッケージ120、第2チップパッケージ180、及び第3チップパッケージ190は、それぞれ第2連結部材140に含まれた再配線層142を介して互いに電気的に連結される。
このように、一例によるファン−アウト半導体パッケージ100Aは、第1チップパッケージ120を導入することで、まず第1半導体チップ122を別に再配線させることができる。また、再配線層112a、112bを有する第1連結部材110、及び再配線層142を有する第2連結部材140を導入することで配線をコンパクトに設計することができる。これにより、ファン−アウト半導体パッケージ100Aの厚さまたはサイズを最小限に抑えることができ、チップ間の連結距離を短縮させることができ、低コスト及び高収率で製造することが可能である。特に、第1半導体チップ122を第1チップパッケージ120の形態として導入することにより、第1連結部材110の貫通孔110Hにこれを配置する際に発生することがある封止材130a、130bの厚さ不均一を最小限に抑えることができる。また、封止材130a、130bの材質としてABFなどの絶縁材料を用いることができ、PID樹脂などの絶縁材料を用いた場合に比べてコストをさらに低減することができる。
以下、一例によるファン−アウト半導体パッケージ100Aに含まれるそれぞれの構成についてより詳細に説明する。
第1連結部材110は、第1半導体チップ122の接続パッド122Pを再配線させる再配線層112a、112bを含むことで、第2連結部材140の再配線層142の層数を減少させることができる。必要に応じて、具体的な材料に応じてパッケージ100Aの剛性をさらに改善させることができ、封止材130a、130bの厚さ均一性を確保するなどの役割を果たすことができる。第1連結部材110により、一例によるファン−アウト半導体パッケージ100Aがパッケージオンパッケージ(Package on Package)の一部として用いられることができる。第1連結部材110は貫通孔110Hを有する。貫通孔110H内には、第1チップパッケージ120が第1連結部材110と所定距離を隔てて離隔されるように配置される。第1チップパッケージ120の側面の周囲は第1連結部材110により囲まれることができる。但し、これは一例に過ぎず、他の形態に多様に変形されることができ、その形態に応じて他の機能を担うことができる。
第1連結部材110は、絶縁層111と、絶縁層の下面に形成された第1再配線層112aと、絶縁層の上面に形成された第2再配線層112bと、絶縁層を貫通し、第1再配線層112aと第2再配線層112bを電気的に連結するビア113と、貫通孔110Hの壁面に配置された金属層115と、を含む。
絶縁層111の材料は特に限定されず、例えば、絶縁物質を用いることができる。この際、絶縁物質としては、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリイミドなどの熱可塑性樹脂、またはこれら樹脂が無機フィラーとともにガラス繊維(Glass Fiber、Glass Cloth、Glass Fabric)などの芯材に含浸された樹脂、例えば、プリプレグ(prepreg)やアンクラッド銅張積層板(Unclad CCL)などを用いてもよい。
再配線層112a、112bの形成物質としては、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、スズ(Sn)、金(Au)、ニッケル(Ni)、鉛(Pb)、チタン(Ti)、またはこれらの合金などの導電性物質を用いることができる。再配線層112a、112bは様々な機能を担うことができる。例えば、グランド(GrouND:GND)パターン、パワー(PoWeR:PWR)パターン、信号(Signal:S)パターンなどを含むことができる。ここで、信号(S)パターンは、グランド(GND)パターン、パワー(PWR)パターンなどを除いた各種信号、例えば、データ信号などを含む。また、ビアパッド、ワイヤパッド、接続端子パッドなどを含むことができる。
再配線層112a、112bの厚さは、第2連結部材140の再配線層142の厚さよりも厚ければよい。第1連結部材110は、第1半導体チップ122以上の厚さを有することができるため、再配線層112a、112bも、そのスケールに応じてより大きいサイズに形成することができる。これに対し、第2連結部材140の再配線層142は、薄型化のために、相対的に小さく形成することができる。
ビア113は、互いに異なる層に形成された再配線層112a、112bを電気的に連結させ、その結果、第1連結部材110内に電気的経路を形成する。ビア113の形成物質としても、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、スズ(Sn)、金(Au)、ニッケル(Ni)、鉛(Pb)、チタン(Ti)、またはこれらの合金などの導電性物質を用いることができる。ビア113は、導電性物質で完全に充填されていてもよく、または導電性物質がビアホールの壁面に沿って形成されたものであってもよい。また、円筒状だけでなく、砂時計状など公知の全ての形状が適用されることができる。
金属層115は、付加的な構成で、第1チップパッケージ120から発生する熱を効果的に放出させる役割を果たすことができるとともに、第1チップパッケージ120から発生する電磁波を効果的に遮断することができる。金属層115は、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、スズ(Sn)、金(Au)、ニッケル(Ni)、鉛(Pb)、チタン(Ti)、またはこれらの合金などの導電性物質を含むことができる。金属層115は、貫通孔110Hの壁面に配置され、第1チップパッケージ120の側面の周囲を断絶することなく囲むことができる。金属層115は、必要に応じてグランド(GND)パターンと連結されてグランド機能を担うことができる。
第1チップパッケージ120は、第1半導体チップ122と、第1半導体チップ122の少なくとも一部を囲む樹脂層123と、第1半導体チップ122の活性面上に配置され、接続パッド122Pと電気的に連結された配線層124bと、樹脂層123上に配置され、第1半導体チップ122の非活性面と向き合う金属層125と、を含む。配線層124bは、第1半導体チップ122の活性面上に配置された絶縁層124a上に配置され、絶縁層124aを貫通するビア124cを介して接続パッド122Pと連結される。
第1半導体チップ122は、数百〜数百万個以上の素子が一つのチップ内に集積化されている集積回路(Integrated Circuit:IC)であることができる。集積回路は、例えば、セントラルプロセッサ(例えば、CPU)、グラフィックプロセッサ(例えば、GPU)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、デジタル信号プロセッサ、暗号化プロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラーなどのアプリケーションプロセッサチップ、具体的には、アプリケーションプロセッサチップ(Application Processor:AP)、またはアナログ−デジタルコンバータ、ASIC(application−specific IC)などのロジックチップであることができるが、これらに限定されるものではない。
第1半導体チップ122は、活性ウェハーをベースとして形成した集積回路(Integrated Circuit:IC)であることができ、この場合、本体をなす母材としては、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、ガリウムヒ素(GaAs)などが用いられることができる。本体には様々な回路が形成されていることができる。接続パッド122Pは、第1半導体チップ122を他の構成要素と電気的に連結させるためのものであって、その形成物質としては、アルミニウム(Al)などの導電性物質を特に制限せずに用いることができる。本体上には接続パッド122Pを露出させるパッシベーション膜を形成することができる。パッシベーション膜は、酸化膜または窒化膜などであってもよく、または酸化膜と窒化膜の二重層であってもよい。また、その他の絶縁膜を配置してもよい。
樹脂層123は絶縁物質を含む。この際、絶縁物質としては、無機フィラー及び絶縁樹脂を含む材料、例えば、エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂、ポリイミドのような熱可塑性樹脂、またはこれらにシリカやアルミナなどの無機フィラーのような補強材を含む樹脂、具体的には、ABF(Ajinomoto Build−up Film)などを用いることができる。
絶縁層124aは絶縁物質を含む。この際、絶縁物質としては、PID樹脂のような感光性絶縁物質を用いることができる。すなわち、絶縁層124aは、感光性絶縁層であることができる。絶縁層124aが多層で構成される場合、それぞれの絶縁層の物質は互いに同一であってもよく、必要に応じて互いに異なってもよい。絶縁層124aが多層で構成される場合、これらが工程によって一体化され、その境界が不明確であってもよい。
配線層124bは、接続パッド122Pを1次的に再配線する。形成物質としては、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、スズ(Sn)、金(Au)、ニッケル(Ni)、鉛(Pb)、チタン(Ti)、またはこれらの合金などの導電性物質を用いることができる。配線層124bは、様々な機能を担うことができる。例えば、グランド(GrouND:GND)パターン、パワー(PoWeR:PWR)パターン、信号(Signal:S)パターンなどを含むことができる。ここで、信号(S)パターンは、グランド(GND)パターン、パワー(PWR)パターンなどを除いた各種信号、例えば、データ信号などを含む。また、ビアパッドなどを含むことができる。
ビア124cは、互いに異なる層に形成された配線層124bと接続パッド122Pを電気的に連結させる。ビア124cの形成物質としては、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、スズ(Sn)、金(Au)、ニッケル(Ni)、鉛(Pb)、チタン(Ti)、またはこれらの合金などの導電性物質を用いることができる。ビア124cは、導電性物質で完全に充填されていてもよく、または導電性物質がビアホールの壁面に沿って形成されたものであってもよい。また、テーパ状だけでなく、円筒状など当該技術分野において公知の全ての形状が適用されることができる。
金属層125は、付加的な構成で、第1半導体チップ122の非活性面から発生する熱をパッケージ100Aの下部に放出させる。また、第1半導体チップ122から発生する電磁波を効果的に遮断することができる。金属層125は、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、スズ(Sn)、金(Au)、ニッケル(Ni)、鉛(Pb)、チタン(Ti)、またはこれらの合金などの導電性物質を含むことができる。金属層125は、樹脂層123上に配置され、第1半導体チップ122の非活性面を覆う。金属層125は、後述のフロントサイドビア133bと連結されてフロントサイド再配線層132bと電気的に連結されることができる。金属層125も、同様にグランド(GND)パターンと連結されてグランド機能を担うことができる。
封止材130a、130bは、第1連結部材110、第1チップパッケージ120などを保護することができる。封止形態は特に制限されず、第1連結部材110、第1チップパッケージ120などの少なくとも一部を囲む形態であればよい。例えば、第1封止材130aは、第1連結部材及び第1チップパッケージ120の上側を覆うことができ、貫通孔110Hの壁面と第1チップパッケージ120の側面との間の空間を満たすことができる。また、第2封止材130bは、第1連結部材110及び第1チップパッケージ120の下側を覆うことができる。
封止材130a、130bは絶縁物質を含む。この際、絶縁物質としては、無機フィラー及び絶縁樹脂を含む材料、例えば、エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂、ポリイミドのような熱可塑性樹脂、またはこれらに無機フィラーのような補強材が含まれた樹脂、具体的には、ABFなどを用いることができる。封止材130a、130bとして非感光性絶縁物質であるABFを用いる場合、バックサイドビア133aまたはフロントサイドビア133bを形成する際にレーザー孔加工が可能であるため、PID樹脂を用いる場合に比べてコストを節減することができ、さらに流動性に優れるため厚さ均一性の確保にもより効果的であることができる。
バックサイド再配線層132aは第1封止材130a上に配置する。バックサイド再配線層132aは、再配線層142とともに接続パッド122Pを再配線することができ、第1〜第3チップパッケージ120、180、190を電気的に連結することができる。バックサイド再配線層132aの形成物質としては、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、スズ(Sn)、金(Au)、ニッケル(Ni)、鉛(Pb)、チタン(Ti)、またはこれらの合金などの導電性物質を用いることができる。バックサイド再配線層132aは、該当層の設計デザインに応じて様々な機能を担うことができる。例えば、グランド(GrouND:GND)パターン、パワー(PoWeR:PWR)パターン、信号(Signal:S)パターンなどを含むことができる。ここで、信号(S)パターンは、グランド(GND)パターン、パワー(PWR)パターンなどを除いた各種信号、例えば、データ信号などを含む。また、ビアパッド、接続端子パッドなどを含むことができる。
バックサイドビア133aは、第1封止材130aを貫通し、バックサイド再配線層132aを第1チップパッケージ120及び第1連結部材110の第2再配線層112bと電気的に連結させる。バックサイドビア133aは、レーザービアであってもよいため、比較的安価で形成することができる。バックサイドビア133aの形成物質としては、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、スズ(Sn)、金(Au)、ニッケル(Ni)、鉛(Pb)、チタン(Ti)、またはこれらの合金などの導電性物質を用いることができる。バックサイドビア133aは、導電性物質で完全に充填されていてもよく、または導電性物質がビアホールの壁面に沿って形成されたものであってもよい。また、テーパ状、円筒状など様々な形状が適用されることができる。
フロントサイド再配線層132bは第2封止材130b上に配置する。フロントサイド再配線層132bの存在により、パッケージ100Aの下部にも電気的経路を形成することができ、外部との電気的連結も可能となる。フロントサイド再配線層132bの形成物質としては、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、スズ(Sn)、金(Au)、ニッケル(Ni)、鉛(Pb)、チタン(Ti)、またはこれらの合金などの導電性物質を用いることができる。バックサイド再配線層132aは、該当層の設計デザインに応じて様々な機能を担うことができる。例えば、グランド(GrouND:GND)パターン、パワー(PoWeR:PWR)パターン、信号(Signal:S)パターンなどを含むことができる。ここで、信号(S)パターンは、グランド(GND)パターン、パワー(PWR)パターンなどを除いた各種信号、例えば、データ信号などを含む。また、ビアパッド、接続端子パッドなどを含むことができる。
フロントサイドビア133bは、第2封止材130bを貫通し、フロントサイド再配線層132bを第1連結部材110の第1再配線層112aと電気的に連結させる。第1チップパッケージ120が金属層125を有する場合は、フロントサイド再配線層132bを第1チップパッケージ120の金属層125と電気的に連結させることもできる。フロントサイドビア133bは、レーザービアであってもよいため、比較的安価で形成することができる。フロントサイドビア133bの形成物質としては、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、スズ(Sn)、金(Au)、ニッケル(Ni)、鉛(Pb)、チタン(Ti)、またはこれらの合金などの導電性物質を用いることができる。フロントサイドビア133bは、導電性物質で完全に充填されていてもよく、または導電性物質がビアホールの壁面に沿って形成されたものであってもよい。また、テーパ状、円筒状など様々な形状が適用されることができる。
第2連結部材140は、第1半導体チップ122の接続パッド122Pを再配線することができる。また、第2連結部材140により、第1チップパッケージ120、第2チップパッケージ180、及び第3チップパッケージ190が短い経路で電気的に連結されることができる。第2連結部材140は、絶縁層141と、絶縁層141上に配置された再配線層142と、絶縁層141を貫通し、再配線層142を連結するビア143と、を含む。第2連結部材140は、単層で形成してもよく、図面より多くの数の複数の層で設計してもよい。
絶縁層141の物質としては絶縁物質を用いることができる。この際、絶縁物質としては、上述のような絶縁物質の他にも、PID樹脂などの感光性絶縁物質を用いることもできる。すなわち、絶縁層141は、感光性絶縁層であってもよい。絶縁層141が感光性の性質を有する場合は、絶縁層141をより薄く形成することができ、ビア143のファインピッチをより容易に達成することができる。絶縁層141は、絶縁樹脂及び無機フィラーを含む感光性絶縁層であってもよい。絶縁層141が多層で構成される場合、それぞれの絶縁層の物質は互いに同一であってもよく、必要に応じて互いに異なってもよい。絶縁層141が多層で構成される場合、これらが工程によって一体化され、その境界が不明確であってもよい。
再配線層142は、接続パッド122Pを再配線することができる。また、第1〜第3チップパッケージ120、180、190を電気的に連結することができる。再配線層142の形成材料としては、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、スズ(Sn)、金(Au)、ニッケル(Ni)、鉛(Pb)、チタン(Ti)、またはこれらの合金などの導電性物質を用いることができる。再配線層142は、該当層の設計デザインに応じて様々な機能を担うことができる。例えば、グランド(GrouND:GND)パターン、パワー(PoWeR:PWR)パターン、信号(Signal:S)パターンなどを含むことができる。ここで、信号(S)パターンは、グランド(GND)パターン、パワー(PWR)パターンなどを除いた各種信号、例えば、データ信号などを含む。また、ビアパッド、接続端子パッドなどを含むことができる。
露出している一部の再配線層142の表面には、必要に応じて表面処理層(不図示)をさらに形成することができる。表面処理層(不図示)は、例えば、電解金めっき、無電解金めっき、OSPまたは無電解スズめっき、無電解銀めっき、無電解ニッケルめっき/置換金めっき、DIGめっき、HASLなどにより形成することができるが、特に限定されるものではない。
ビア143は、互いに異なる層に形成された再配線層142、バックサイド再配線層132aなどを電気的に連結させる。ビア143の形成物質としては、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、スズ(Sn)、金(Au)、ニッケル(Ni)、鉛(Pb)、チタン(Ti)、またはこれらの合金などの導電性物質を用いることができる。ビア143は、導電性物質で完全に充填されていてもよく、または導電性物質がビアホールの壁面に沿って形成されたものであってもよい。また、テーパ状、円筒状など様々な形状が適用されることができる。
第1パッシベーション層150は、付加的な構成で、パッケージ100Aの下部を外部からの物理的損傷や化学的浸蝕などから保護するための構成である。第1パッシベーション層150は、フロントサイド再配線層132bの少なくとも一部を露出させる開口部を有することができる。このような開口部は、第1パッシベーション層150に数十〜数千個形成することができる。第1パッシベーション層150は、絶縁樹脂及び無機フィラーを含むが、ガラス繊維は含まなくてもよい。例えば、第1パッシベーション層150は、ABFであってもよいが、これに限定されるものではなく、感光性物質を含む絶縁物質、例えば、半田レジストであってもよい。
アンダーバンプ金属層160は、付加的な構成で、接続端子170の接続信頼性を向上させ、その結果、パッケージ100Aのボードレベル(board level)の信頼性を改善するための付加的な構成である。アンダーバンプ金属層160は、パッシベーション層150の開口部を介して露出したフロントサイド再配線層132bと連結される。アンダーバンプ金属層160は、第1パッシベーション層150の開口部に銅(Cu)などの金属を用いてメタル化(Metallization)する方法で形成することができる。
接続端子170は、付加的な構成で、ファン−アウト半導体パッケージ100Aを外部と物理的及び/または電気的に連結させるための構成である。例えば、ファン−アウト半導体パッケージ100Aは、接続端子170を介して電子機器のメインボードに実装することができる。接続端子170は、導電性物質、例えば、半田(solder)などで形成することができるが、これは一例に過ぎず、材質が特にこれに限定されるものではない。接続端子170は、ランド(land)、ボール(ball)、ピン(pin)などであることができる。接続端子170は多重層または単一層からなることができる。多重層からなる場合には、銅ピラー(pillar)及び半田を含むことができ、単一層からなる場合には、スズ−銀半田や銅を含むことができるが、これも一例に過ぎず、これに限定されるものではない。
接続端子170の数、間隔、配置形態などは特に限定されず、通常の技術者であれば、設計事項に応じて十分に変形可能である。例えば、接続端子170の数は、第1半導体チップ122の接続パッド122Pの数に応じて数十〜数千個であることができ、それ以上またはそれ以下の数を有してもよい。接続端子170が半田ボールである場合、接続端子170はアンダーバンプ金属層160の第1パッシベーション層150の一面上に延長されて形成された側面を覆うことができ、接続信頼性にさらに優れることができる。
接続端子170の少なくとも一つはファン−アウト(fan−out)領域に配置される。ファン−アウト領域とは、第1半導体チップ122が配置されている領域の外側に広がる再配線領域を意味する。すなわち、一例による半導体パッケージ100Aはファン−アウトパッケージである。ファン−アウト(fan−out)パッケージは、ファン−イン(fan−in)パッケージに比べて優れた信頼性を有し、多数のI/O端子が実現可能であって、3D接続(3D interconnection)が容易である。また、BGA(Ball Grid Array)パッケージ、LGA(Land Grid Array)パッケージなどに比べて、パッケージの厚さを薄く製造することができ、価格競争力に優れる。
第2パッシベーション層155は、付加的な構成で、パッケージ100Aの上部を外部からの物理的損傷や化学的浸蝕などから保護するための構成である。第2パッシベーション層155は、バックサイド再配線層132aの少なくとも一部を露出させる開口部を有することができる。このような開口部は、第2パッシベーション層155に数十〜数千個形成することができる。第2パッシベーション層155は、絶縁樹脂及び無機フィラーを含むが、ガラス繊維は含まなくてもよい。例えば、第2パッシベーション層155は、ABFであってもよいが、これに限定されるものではなく、感光性物質を含む絶縁物質、例えば、半田レジストであってもよい。
第2チップパッケージ180及び第3チップパッケージ190は、それぞれ複数の第2半導体チップ181と複数の第3半導体チップ191を積層した積層パッケージであってもよい。複数の第2半導体チップ181及び複数の第3半導体チップ191は、それぞれ揮発性メモリー(例えば、DRAM)、不揮発性メモリー(例えば、ROM)、フラッシュメモリー(例えば、Nand Flash)などのメモリ(Memory)であることができる。すなわち、第2チップパッケージ180及び第3チップパッケージ190は、それぞれHBM(High Bandwidth Memory)、WIO(Wide I/O)などであることができるが、これらに限定されるものではない。上下に積層された複数の第2半導体チップ181は、第1接続部材182を介して連結されることができる。同様に、上下に積層された複数の第3半導体チップ191は、第2連結部材192を介して連結されることができる。第1接続部材182及び第2連結部材192は、それぞれシリコン貫通電極(Through Silicon Via:TSV)であってもよく、または導電性物質で形成されたバンプであってもよいが、これらに限定されるものではない。第2チップパッケージ180及び第3チップパッケージ190は、それぞれ第1接続端子183及び第2接続端子193を介して、露出している第2連結部材140の再配線層と連結されることができる。第1接続端子183及び第2接続端子193は、それぞれ半田ボールや半田バンプであることができるが、これらに限定されるものではない。
図11a及び図11bは、図9の第1チップパッケージの概略的な一製造例である。
図11aを参照すると、まず、キャビティ121Hを有する基板121を用意する。基板121は、絶縁物質を含み、例えば、プリプレグ(Prepreg)、アンクラッド銅張積層板(Unclad CCL)などであることができる。キャビティ121Hは、基板121を貫通し、レーザードリルや機械的ドリルなどで形成することができる。次に、基板121を粘着フィルム201に付着する。粘着フィルム201は、公知のテープであることができる。次に、粘着フィルム201の基板121のキャビティ121Hを介して露出した一面上に第1半導体チップ122を付着する。第1半導体チップ122は、活性面が粘着フィルム201に接するようにフェイス−ダウン(face−down)の形態で付着することができる。
図11bを参照すると、続いて樹脂層123を形成する。樹脂層123は、ABFなどであってもよく、樹脂層123の前駆体をラミネートするか、または塗布した後、硬化する方法で形成することができる。また、粘着フィルム201を剥離し、粘着フィルム201が剥離された第1半導体チップ122の活性面上にPIDをラミネートするか、または塗布してから硬化する方法で絶縁層124aを形成する。その後、フォトリソグラフィ法で絶縁層124aを貫通する孔を形成する。次に、ドライフィルムなどでパターンを形成した後、めっきで孔及びパターンを満たし、シード層をエッチングする過程などにより配線層124b及びビア124cを形成する。一連の過程を介して複数の第1チップパッケージ120が製造される。次に、スパッタリングなどを用いて樹脂層123上に金属層125を形成する。次に、ソーイング工程を行って複数の第1チップパッケージ120をソーイング(Sawing)する。ソーイング過程でダイシング(Dicing)の幅を調節することで基板121を除去することができるが、後述のように、基板121を残すこともできる。
図12a〜図12dは、図9のファン−アウト半導体パッケージの概略的な一製造例である。
図12aを参照すると、まず、絶縁層111を用意する。絶縁層111の両面には、めっき工程などの便宜のために金属膜111c、111dを両面に形成することができる。このような絶縁層111は、例えば、銅張積層板(CCL)であってもよいが、これに限定されるものではない。次に、絶縁層111を貫通する貫通孔110Hを形成する。同時に、またはこれとは別に、ビア113のための孔を形成する。その後、ドライフィルムなどでパターンを形成した後、めっきで孔及びパターンを満たし、シード層をエッチングする過程などを介して再配線層112a、112b、ビア113、及び金属層115を形成する。一連の過程を介して第1連結部材110が製造される。次に、第1連結部材110を粘着フィルム202に付着する。粘着フィルム202は、公知のテープであることができる。
図12bを参照すると、次に、粘着フィルム202の第1連結部材110の貫通孔110Hを介して露出した一面上に、先に製造した第1チップパッケージ120を取り付ける。第1チップパッケージ120は、第1半導体チップ122の非活性面が粘着フィルム202を向くようにフェイス−アップ(face−up)形態で付着することができる。次に、第1連結部材110及び第1チップパッケージ120の少なくとも一部を封止する第1封止材130aを形成する。第1封止材130aは、ABFなどであってもよく、第1封止材130aの前駆体をラミネートするか、または塗布してから硬化する方法で形成することができる。ABFは樹脂の流動性が容易であるため、これを第1封止材130aの材料として用いる場合、第1連結部材110の貫通孔110Hの壁面と第1チップパッケージ120の側面との間の空間を容易に満たすことができる。次に、粘着フィルム202を剥離する。次に、粘着フィルム202が剥離された第1連結部材110の第1再配線層112a及び第1チップパッケージ120の金属層125上に第1連結部材110及び第1チップパッケージ120の少なくとも一部を封止する第2封止材130bを形成する。第2封止材130bは、ABFなどであってもよく、第2封止材130bの前駆体をラミネートするか、塗布してから硬化する方法で形成することができる。
図12cを参照すると、次に、バックサイドビア133a及びフロントサイドビア133bを形成するために、第1封止材130a及び第2封止材130bにこれらをそれぞれ貫通する孔を形成する。この際、第1封止材130a及び第2封止材130bは、非感光性絶縁物質を含むことができるため、レーザードリルや機械的ドリルを用いて孔を形成することができる。その結果、工程コストを削減することができる。その後、ドライフィルムなどで第1封止材130a及び第2封止材130b上にそれぞれパターンを形成した後、めっきで孔及びパターンを満たし、シード層をエッチングする過程などを介してバックサイド再配線層132a、バックサイドビア133a、フロントサイド再配線層132b、及びフロントサイドビア133bを形成する。次に、第2封止材130b上にフロントサイド再配線層132bの少なくとも一部を露出させる開口部を有する第1パッシベーション層150を形成する。第1パッシベーション層150は、半田レジストの前駆体などをラミネートするか、塗布してから硬化する方法で形成することができる。一方、第1パッシベーション層150は、これとは異なって、後述の第2連結部材140を形成してから形成することもできる。すなわち、工程の順序は異なってもよい。
図12dを参照すると、次に、第1封止材130a上に第2連結部材140を形成する。第2連結部材140は、第1封止材130a上にバックサイド再配線層132aを埋め込む絶縁層141を形成し、フォトリソグラフィ法などを用いて絶縁層141にビア143を形成するための孔を形成し、絶縁層141上にドライフィルムなどを用いてパターンを形成し、めっきなどで孔及びパターンを満たす方法で再配線層142及びビア143を形成し、このような過程を繰り返す方法で形成することができる。次に、第2連結部材140上に第2連結部材140の再配線層142の少なくとも一部を露出させる開口部を有する第2パッシベーション層155を形成する。第2パッシベーション層155は、半田レジストの前駆体などをラミネートするか、または塗布してから硬化する方法などで形成することができる。一方、第2パッシベーション層155は、第2連結部材140を形成した後、第1パッシベーション層150を形成する際にともに形成することもできる。次に、事前に準備した第2チップパッケージ180及び第3チップパッケージ190を第2パッシベーション層155上に実装する。また、第1パッシベーション層150上にアンダーバンプ金属層160及び接続端子170を公知の方法を用いて形成する。一連の過程を介して上述の一例によるファン−アウト半導体パッケージ100Aが製造されることができる。
図13はファン−アウト半導体パッケージの他の一例を概略的に示した断面図である。
図面を参照すると、他の一例によるファン−アウト半導体パッケージ100Bは、上述のファン−アウト半導体パッケージ100Aにおいて、第1チップパッケージ120がキャビティ121Hを有する基板121をさらに含む。すなわち、第1チップパッケージ120の製造過程でダイシングの幅を調節することで基板121を第1チップパッケージ120に残すことができる。この場合、反り(Warpage)の制御などに有効であることができる。第1半導体チップ122は、キャビティ121Hに配置され、基板121は第1半導体チップ122の側面の周囲を取り囲むように残っていることができる。
説明していないその他の構成については、一例によるファン−アウト半導体パッケージ100Aについての説明と実質的に同一であるため、詳細な説明は省略する。
図14はファン−アウト半導体パッケージの他の一例を概略的に示した断面図である。
図14を参照すると、他の一例によるファン−アウト半導体パッケージ100Cは、第1連結部材110が、第2封止材130bと接する第1絶縁層111aと、第2封止材130bと接し、第1絶縁層111aに埋め込まれた第1再配線層112aと、第1絶縁層111aの第1再配線層112aが埋め込まれた側の反対側上に配置された第2再配線層112bと、第1絶縁層111a上に配置され、第2再配線層112bを覆う第2絶縁層111bと、第2絶縁層111b上に配置された第3再配線層112cと、を含む。第1〜第3再配線層112a、112b、112cは、接続パッド122Pと電気的に連結される。第1及び第2再配線層112a、112bと第2及び第3再配線層112b、112cは、それぞれ第1及び第2絶縁層111a、111bを貫通する第1及び第2ビア113a、113bを介して電気的に連結される。
第1再配線層112aを第1絶縁層111a内に埋め込む場合、第1再配線層112aの厚さが原因で発生する段差を最小限に抑えることができる。第1再配線層112aは、第1絶縁層111aの内部にリセスされることができる。また、その結果、第1絶縁層111aの下面と第1再配線層112aの下面とが段差を有することができる。これにより、第1封止材130aの形成物質がブリードして、第1再配線層112aが汚染されることを防止することができる。
第1連結部材110の再配線層112a、112b、112cの厚さは、第2連結部材140の再配線層142の厚さよりも厚ければよい。第1連結部材110は、第1半導体チップ122以上の厚さを有することができるため、再配線層112a、112b、112cも、そのスケールに応じてより大きいサイズに形成することができる。一方、第2連結部材140の再配線層142は、薄型化のために相対的に小さいサイズに形成することができる。
その他の構成または製造方法については、一例によるファン−アウト半導体パッケージ100Aについての説明と実質的に同一であるため、詳細な説明は省略する。一方、他の一例によるファン−アウト半導体パッケージ100Bの特徴が、他の一例によるファン−アウト半導体パッケージ100Cにも適用され得ることはいうまでもない。
図15はファン−アウト半導体パッケージの他の一例を概略的に示した断面図である。
図15を参照すると、他の一例によるファン−アウト半導体パッケージ100Dは、第1連結部材110が、第1絶縁層111aと、第1絶縁層111aの両面に配置された第1再配線層112a及び第2再配線層112bと、第1絶縁層112a上に配置され、第1再配線層112aを覆う第2絶縁層111bと、第2絶縁層111b上に配置された第3再配線層112cと、第1絶縁層111a上に配置され、第2再配線層112bを覆う第3絶縁層111cと、第3絶縁層111c上に配置された第4再配線層112dと、を含む。第1〜第4再配線層112a、112b、112c、112dは、接続パッド122Pと電気的に連結される。第1連結部材110がより多くの数の再配線層112a、112b、112c、112dを含むため、第2連結部材140をさらに簡素化することができる。これにより、第2連結部材140の形成過程で発生する不良による収率の低下を改善することができる。一方、第1〜第4再配線層112a、112b、112c、112dは、第1〜第3絶縁層111a、111b、111cをそれぞれ貫通する第1〜第3ビア113a、113b、113cを介して電気的に連結されることができる。
第1絶縁層111aは、第2絶縁層111b及び第3絶縁層111cより厚さが厚ければよい。第1絶縁層111aは、基本的に剛性を維持させるために相対的に厚ければよく、第2絶縁層111b及び第3絶縁層111cは、より多くの数の再配線層112c、112dを形成するために導入されたものであってもよい。第1絶縁層111aは、第2絶縁層111b及び第3絶縁層111cと異なる絶縁物質を含むことができる。例えば、第1絶縁層111aは、ガラス繊維、無機フィラー、及び絶縁樹脂を含む、例えば、プリプレグであってもよく、第2絶縁層111c及び第3絶縁層111cは、無機フィラー及び絶縁樹脂を含むABFフィルムまたはPIDフィルムであってもよいが、これに限定されるものではない。同様の観点から、第1絶縁層111aを貫通する第1ビア113aは、第2及び第3絶縁層111b、111cを貫通する第2及び第3ビア113b、113cより直径が大きければよい。
第1連結部材110の再配線層112a、112b、112c、112dの厚さは、第2連結部材140の再配線層142の厚さよりも厚ければよい。第1連結部材110は、第1半導体チップ122以上の厚さを有することができるため、再配線層112a、112b、112c、112dも、より大きいサイズに形成することができる。一方、第2連結部材140の再配線層142は、薄型化のために相対的に小さいサイズに形成することができる。
その他の構成または製造方法については、一例によるファン−アウト半導体パッケージ100Aについての説明と実質的に同一であるため、詳細な説明は省略する。一方、他の一例によるファン−アウト半導体パッケージ100Bの特徴が、他の一例によるファン−アウト半導体パッケージ100Dにも適用され得ることはいうまでもない。
本発明において、「下部、下側、下面」などとは、添付の図面の断面を基準にファン−アウト半導体パッケージの実装面に向かう方向を意味し、「上側、上部、上面」などとはその反対方向を意味する。但し、これは説明の便宜上の方向を定義したもので、特許請求の範囲がこれらに限定されるものではないことはいうまでもない。
本発明において「連結される」というのは、直接的に連結された場合だけでなく、間接的に連結された場合を含む概念である。また、「電気的に連結される」というのは、物理的に連結された場合と、連結されていない場合をともに含む概念である。なお、第1、第2などの表現は、一つの構成要素と他の構成要素を区分するために用いられるもので、該当する構成要素の順序及び/または重要度などを限定しない。場合によっては、本発明の範囲を外れずに、第1構成要素は第2構成要素と命名されることもでき、類似して第2構成要素は第1構成要素と命名されることもできる。
本発明で用いられた「一例」または「他の一例」という表現は、互いに同一の実施例を意味せず、それぞれ互いに異なる固有の特徴を強調して説明するために提供されるものである。しかしながら、上記提示された一例は、他の一例の特徴と結合して実現されることを排除しない。例えば、特定の一例で説明された事項が他の一例で説明されていなくても、他の一例でその事項と反対であるか矛盾する説明がない限り、他の一例に関連する説明であると理解されることができる。
なお、本発明で用いられた用語は、一例を説明するために説明されたものであるだけで、本発明を限定しようとする意図ではない。このとき、単数の表現は文脈上明確に異なる意味でない限り、複数を含む。
1000 電子機器
1010 メインボード
1020 チップ関連部品
1030 ネットワーク関連部品
1040 その他の部品
1050 カメラ
1060 アンテナ
1070 ディスプレイ
1080 電池
1090 信号ライン
1100 スマートフォン
1101 本体
1110 メインボード
1120 部品
1130 カメラ
2200 ファン−イン半導体パッケージ
2220 半導体チップ
2221 本体
2222 接続パッド
2223 パッシベーション膜
2240 連結部材
2241 絶縁層
2242 再配線層
2243 ビア
2250 パッシベーション層
2260 アンダーバンプ金属層
2270 半田ボール
2280 アンダーフィル樹脂
2290 モールディング材
2500 メインボード
2301 インターポーザ基板
2302 インターポーザ基板
2100 ファン−アウト半導体パッケージ
2120 半導体チップ
2121 本体
2122 接続パッド
2140 連結部材
2141 絶縁層
2142 再配線層
2143 ビア
2150 パッシベーション層
2160 アンダーバンプ金属層
2170 半田ボール
100 半導体パッケージ
100A〜100D ファン−アウト半導体パッケージ
110 第1連結部材
111、111a、111b、111c 絶縁層
112a、112b、112c、112d 再配線層
113、113a、113b、113c ビア
120 第1チップパッケージ
121 基板
122 第1半導体チップ
122P 接続パッド
123 樹脂層
124a 絶縁層
124b 配線層
124c ビア
125 金属層
130a、130b 封止材
140 第2連結部材
141 絶縁層
142 再配線層
143 ビア
132a バックサイド再配線層
133a バックサイドビア
132b フロントサイド再配線層
133b フロントサイドビア
150、155 パッシベーション層
160 アンダーバンプ金属層
170 接続端子
180 第2チップパッケージ
181 第2半導体チップ
182 第1接続部材
183 第1接続端子
190 第3チップパッケージ
191 第3半導体チップ
192 第2連結部材
193 第2接続端子
201、202 粘着フィルム

Claims (16)

  1. 貫通孔を有する第1連結部材と、
    前記第1連結部材の貫通孔に配置され、接続パッドが配置された活性面と前記活性面の反対側に配置された非活性面を有する第1半導体チップが内蔵された第1チップパッケージと、
    前記第1連結部材及び前記第1チップパッケージの少なくとも一部を封止する封止材と、
    前記封止材上に配置され、前記活性面と向き合う第2連結部材と、
    前記第2連結部材上に配置され、第2半導体チップを含む第2チップパッケージと、を含み、
    前記第1連結部材及び前記第2連結部材はそれぞれ前記第1半導体チップの接続パッドと電気的に連結される再配線層を含み、
    前記第1チップパッケージ及び前記第2チップパッケージは前記第2連結部材を介して電気的に連結される、ファン−アウト半導体パッケージ。
  2. 前記第1チップパッケージは、前記第1半導体チップと、前記第1半導体チップの少なくとも一部を囲む樹脂層と、前記第1半導体チップの活性面上に配置され、前記第1半導体チップの接続パッドと電気的に連結された配線層と、を含む、請求項1に記載のファン−アウト半導体パッケージ。
  3. 前記配線層は、前記第1半導体チップのファン−アウト領域まで拡張される、請求項2に記載のファン−アウト半導体パッケージ。
  4. 前記第1チップパッケージは、キャビティを有する基板をさらに含み、
    前記第1半導体チップは前記キャビティに配置される、請求項2または請求項3に記載のファン−アウト半導体パッケージ。
  5. 前記第1チップパッケージは、前記樹脂層上に配置され、前記第1半導体チップの非活性面と向き合う金属層をさらに含む、請求項2から請求項4の何れか一項に記載のファン−アウト半導体パッケージ。
  6. 前記封止材上に配置され、前記非活性面と向き合うフロントサイド再配線層と、
    前記封止材を貫通し、前記フロントサイド再配線層を前記金属層と電気的に連結させるフロントサイドビアと、をさらに含む、請求項5に記載のファン−アウト半導体パッケージ。
  7. 前記第1チップパッケージは、前記第1半導体チップの活性面上に配置され、前記配線層が配置される絶縁層をさらに含み、
    前記第2連結部材は、前記封止材上に配置され、前記第2連結部材の再配線層が配置される絶縁層をさらに含み、
    前記第1チップパッケージの絶縁層は感光性絶縁物質を含み、
    前記封止材は非感光性絶縁物質を含み、
    前記第2連結部材の絶縁層は感光性絶縁物質を含む、請求項2から請求項6の何れか一項に記載のファン−アウト半導体パッケージ。
  8. 前記封止材は、前記第1連結部材及び前記第1チップパッケージの上側を覆い、前記貫通孔の壁面と前記第1チップパッケージの側面との間の空間を満たす第1封止材と、前記第1連結部材及び前記第1チップパッケージの下側を覆う第2封止材と、を含む、請求項1から請求項7の何れか一項に記載のファン−アウト半導体パッケージ。
  9. 前記第1封止材上に配置されたバックサイド再配線層と、
    前記第1封止材を貫通し、前記バックサイド再配線層を前記第1チップパッケージ及び前記第1連結部材の再配線層と連結させるバックサイドビアと、をさらに含み、
    前記バックサイド再配線層は前記第2連結部材に埋め込まれる、請求項8に記載のファン−アウト半導体パッケージ。
  10. 前記第2封止材上に配置されたフロントサイド再配線層と、
    前記第2封止材を貫通し、前記フロントサイド再配線層を前記第1連結部材の再配線層と電気的に連結させるフロントサイドビアと、をさらに含む、請求項8または請求項9に記載のファン−アウト半導体パッケージ。
  11. 前記フロントサイド再配線層上に配置され、前記フロントサイド再配線層の少なくとも一部を露出させる第1開口部を有するパッシベーション層と、
    前記第1開口部上に配置されたアンダーバンプ金属層と、
    前記アンダーバンプ金属層上に配置された接続端子と、をさらに含む、請求項10に記載のファン−アウト半導体パッケージ。
  12. 前記第2チップパッケージは、前記第2半導体チップが複数個積層された構造である、請求項1から請求項11の何れか一項に記載のファン−アウト半導体パッケージ。
  13. 前記第1連結部材は、第1絶縁層と、前記封止材と接し、前記第1絶縁層に埋め込まれた第1再配線層と、前記第1絶縁層の前記第1再配線層が埋め込まれた側の反対側上に配置された第2再配線層と、を含む、請求項1から請求項12の何れか一項に記載のファン−アウト半導体パッケージ。
  14. 前記第1連結部材は、前記第1絶縁層上に配置され、前記第2再配線層を覆う第2絶縁層と、前記第2絶縁層上に配置された第3再配線層と、をさらに含む、請求項13に記載のファン−アウト半導体パッケージ。
  15. 前記第1連結部材は、第1絶縁層と、前記第1絶縁層の両面に配置された第1再配線層及び第2再配線層と、前記第1絶縁層上に配置され、前記第1再配線層を覆う第2絶縁層と、前記第2絶縁層上に配置された第3再配線層と、を含む、請求項1から請求項14の何れか一項に記載のファン−アウト半導体パッケージ。
  16. 前記第1連結部材は、前記第1絶縁層上に配置され、前記第2再配線層を覆う第3絶縁層と、前記第3絶縁層上に配置された第4再配線層と、をさらに含む、請求項15に記載のファン−アウト半導体パッケージ。
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