特許 7497973 アンカー（ａｎｃｈｏｒ）構造物を含む半導体パッケージ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-03

(45)【発行日】2024-06-11

(54)【発明の名称】アンカー（ａｎｃｈｏｒ）構造物を含む半導体パッケージ

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20240604BHJP

   H01L 23/12 20060101ALI20240604BHJP

【ＦＩ】

H01L21/60 311Q

H01L23/12 F

H01L23/12 501B

H01L21/92 602G

H01L21/92 602R

【請求項の数】 27

(21)【出願番号】P 2019217901

(22)【出願日】2019-12-02

(65)【公開番号】P2020126996

(43)【公開日】2020-08-20

【審査請求日】2022-11-24

(31)【優先権主張番号】10-2019-0013107

(32)【優先日】2019-01-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】310024033

【氏名又は名称】エスケーハイニックス株式会社

【氏名又は名称原語表記】ＳＫ ｈｙｎｉｘ Ｉｎｃ．

【住所又は居所原語表記】２０９１， Ｇｙｅｏｎｇｃｈｕｎｇ－ｄａｅｒｏ，Ｂｕｂａｌ－ｅｕｂ，Ｉｃｈｅｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】110000796

【氏名又は名称】弁理士法人三枝国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】パク ミンス

【審査官】正山 旭

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１２／００３２３２１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３５８８９２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－０３８９２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０３１８３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６０

Ｈ０１Ｌ ２３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

信号バンプランドおよびアンカリングバンプランドを備えるパッケージ基板と、
前記パッケージ基板上に実装され、信号バンプおよびアンカリングバンプを備える半導体チップとを含むが、
前記信号バンプは、前記信号バンプランドに接合され、
前記アンカリングバンプは、前記アンカリングバンプランドと互いに隣接して配置され、
前記パッケージ基板の表面を基準として、前記アンカリングバンプの下面が、前記アンカリングバンプランドの上面より低い位置に配置され、
前記アンカリングバンプの前記下面は直径を有する円形形態を有し、前記アンカリングバンプランドの前記上面は幅及び長さを有する長方形形態を有し、
前記アンカリングバンプランドの前記幅は前記アンカリングバンプの前記直径より大きい、
半導体パッケージ。

【請求項2】

前記アンカリングバンプは、前記アンカリングバンプランドと側面方向にずれるように配置される、請求項１に記載の半導体パッケージ。

【請求項3】

前記アンカリングバンプの側壁部は、前記アンカリングバンプランドの側壁部と接触状態を有する、請求項２に記載の半導体パッケージ。

【請求項4】

前記アンカリングバンプの側壁部は、前記アンカリングバンプランドの側壁部と非接触状態を有する、請求項２に記載の半導体パッケージ。

【請求項5】

前記アンカリングバンプの側壁部は、前記アンカリングバンプランドの高さの４０％～７０％に対応する前記アンカリングバンプランドの側壁部をカバーする、請求項１に記載の半導体パッケージ。

【請求項6】

前記アンカリングバンプの高さは、前記信号バンプの高さより大きい、請求項１に記載の半導体パッケージ。

【請求項7】

前記信号バンプは、前記信号バンプランドと接合状態を維持し、
前記アンカリングバンプは、前記アンカリングバンプランドと非接合状態を維持する、請求項１に記載の半導体パッケージ。

【請求項8】

前記信号バンプは、前記信号バンプランドと接合するソルダ層を含み、
前記アンカリングバンプは、前記アンカリングバンプランドと接合するソルダ層を具備しない、請求項７に記載の半導体パッケージ。

【請求項9】

前記パッケージ基板は、長軸方向および短軸方向にそれぞれ延びる一面を有する基板ボディ部を備え、
前記アンカリングバンプランドは、前記一面上の角領域に配置される、請求項１に記載の半導体パッケージ。

【請求項10】

前記アンカリングバンプは、前記長軸方向に沿って、前記アンカリングバンプランドよりも、外郭方向に配置される、請求項９に記載の半導体パッケージ。

【請求項11】

前記アンカリングバンプは、前記短軸方向に沿った幅と前記長軸方向に沿った長さを具備し、
前記幅は、前記長さより大きい、請求項９に記載の半導体パッケージ。

【請求項12】

前記パッケージ基板は、前記基板ボディ部上で配置され、前記信号バンプランドと前記アンカリングバンプランドを選択的に露出させるソルダレジスト層を含み、
前記アンカリングバンプは、前記アンカリングバンプランドと前記ソルダレジスト層との間の空間に挿入されるように配置される、請求項９に記載の半導体パッケージ。

【請求項13】

前記アンカリングバンプが配置される空間は、前記基板ボディ部の前記一面中、前記ソルダレジスト層が形成されず外部に露出する領域の上部である、請求項１２に記載の半導体パッケージ。

【請求項14】

前記パッケージ基板の熱膨張率は、前記半導体チップの熱膨張率より大きい、請求項９に記載の半導体パッケージ。

【請求項15】

前記パッケージ基板上に前記半導体チップが積層された状態で、前記パッケージ基板および前記半導体チップが熱膨張される時、前記アンカリングバンプランドは、前記アンカリングバンプに対して前記長軸方向に沿って押す力を作用する、請求項１４に記載の半導体パッケージ。

【請求項16】

長軸方向および短軸方向に沿って延びる一面と、前記一面上に配置される信号バンプランドおよびアンカリングバンプランドとを備えるパッケージ基板と、
前記パッケージ基板上に実装され、前記信号バンプランドおよび前記アンカリングバンプランドにそれぞれ対応する信号バンプおよびアンカリングバンプを備える半導体チップとを含むが、
前記アンカリングバンプランドは、前記一面上の角領域に配置され、前記アンカリングバンプは、前記アンカリングバンプランドと比較して、前記長軸方向により外郭領域に配置され、
前記アンカリングバンプの下面は直径を有する円形形態を有し、前記アンカリングバンプランドの上面は幅及び長さを有する長方形形態を有し、
前記アンカリングバンプランドの前記幅は前記アンカリングバンプの前記直径より大きい、
半導体パッケージ。

【請求項17】

前記信号バンプは、前記信号バンプランドと接合するように配置され、
前記アンカリングバンプの側壁部は、前記アンカリングバンプランドの側壁部と少なくとも一部分が互いに重なるように配置される、請求項１６に記載の半導体パッケージ。

【請求項18】

前記アンカリングバンプは、前記アンカリングバンプランドと非接合状態を維持する、請求項１７に記載の半導体パッケージ。

【請求項19】

前記アンカリングバンプの側壁部は、前記アンカリングバンプランドの高さの４０％～７０％に対応する前記アンカリングバンプランドの側壁部をカバーするように配置される、請求項１７に記載の半導体パッケージ。

【請求項20】

前記パッケージ基板の熱膨張率は、前記半導体チップの熱膨張率より大きく、
前記パッケージ基板および前記半導体チップが積層された状態で熱膨張される時、前記アンカリングバンプランドは、前記アンカリングバンプを前記長軸方向に押す力を作用する、請求項１７に記載の半導体パッケージ。

【請求項21】

前記アンカリングバンプの前記下面は、前記一面の上部に位置する、請求項１６に記載の半導体パッケージ。

【請求項22】

前記アンカリングバンプの前記下面は、前記一面と接触する、請求項１６に記載の半導体パッケージ。

【請求項23】

前記アンカリングバンプの高さは、前記信号バンプの高さより大きい、請求項１６に記載の半導体パッケージ。

【請求項24】

前記信号バンプは、前記信号バンプランドと接合するソルダ層を含み、
前記アンカリングバンプは、前記アンカリングバンプランドと接合するソルダ層を具備しない、請求項１６に記載の半導体パッケージ。

【請求項25】

前記アンカリングバンプは、前記短軸方向に沿った幅と前記長軸方向に沿った長さを具備し、
前記幅は、前記長さより大きい、請求項１６に記載の半導体パッケージ。

【請求項26】

前記パッケージ基板は、前記一面上に配置され、前記信号バンプランドと前記アンカリングバンプランドを選択的に露出させるソルダレジスト層を含み、
前記アンカリングバンプは、前記アンカリングバンプランドと前記ソルダレジスト層との間の空間に挿入されるように配置される、請求項１６に記載の半導体パッケージ。

【請求項27】

前記アンカリングバンプが配置される空間は、前記一面中、前記ソルダレジスト層が形成されず外部に露出する領域の上部である、請求項２６に記載の半導体パッケージ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、半導体パッケージに関し、より詳細には、アンカー構造物を含む半導体パッケージに関する。

【背景技術】

【0002】

通常、半導体パッケージは、印刷回路基板と、前記印刷回路基板上に実装されたチップとを含んで構成される。前記チップは、前記印刷回路基板とバンプまたはワイヤのような接続手段を介して電気的に連結可能である。

【0003】

前記接続手段のうち、バンプを用いる方法は、前記チップにバンプを形成し、印刷回路基板にバンプランドを形成した後、ソルダを用いてバンプとバンプランドとを融着させて接合する方法を使用する。最近は、半導体パッケージの高性能化に伴い、前記チップと前記印刷回路基板とで信号を交換するための前記接続手段の数が増加しており、これによって、前記バンプとバンプランドとの間の接合信頼性を保証するための技術研究が活発に進められている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本出願の一実施形態は、半導体チップとパッケージ基板との間の接合信頼性を担保できる半導体パッケージの構造を提供する。

【0005】

本出願の一実施形態は、半導体パッケージにおいて、半導体チップとパッケージ基板との間の接合信頼性を担保できる接合方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本出願の一態様に係る半導体パッケージは、信号バンプランドおよびアンカリングバンプランドを備えるパッケージ基板と、前記パッケージ基板上に実装され、信号バンプおよびアンカリングバンプを備える半導体チップとを含む。前記信号バンプは、前記信号バンプランドに接合され、前記アンカリングバンプは、前記アンカリングバンプランドと互いに隣接して配置される。前記パッケージ基板の表面を基準として、前記アンカリングバンプの下面は、前記アンカリングバンプランドの上面より低い位置に配置される。

【0007】

本出願の他の態様に係る半導体パッケージは、パッケージ基板と、半導体チップとを含む。前記パッケージ基板は、長軸方向および短軸方向に沿って延びる一面と、前記一面上に配置される信号バンプランドおよびアンカリングバンプランドとを備える。前記半導体チップは、前記パッケージ基板上に実装され、前記信号バンプランドおよび前記アンカリングバンプランドにそれぞれ対応する信号バンプおよびアンカリングバンプを備える。前記アンカリングバンプランドは、前記一面上の角領域に配置され、前記アンカリングバンプは、前記アンカリングバンプランドと比較して、前記長軸方向により外郭領域に配置される。

【発明の効果】

【0008】

上述した本出願の実施形態によれば、互いに隣接して配置されるアンカリングバンプとアンカリングバンプランドとを備える半導体パッケージを提供することができる。半導体チップおよびパッケージ基板を接合して前記半導体パッケージを製造する時、前記アンカリングバンプランドが前記アンカリングバンプに対して押す力を印加し、前記押す力は、前記半導体チップおよび前記パッケージ基板の間の接合力を向上させる圧縮力を発生させることができる。また、前記半導体チップおよびパッケージ基板を接合する時、前記アンカリングバンプランドと前記アンカリングバンプは、前記半導体チップおよび前記パッケージ基板が外力によって位置変更されることを抑制する役割を果たすことができる。これによって、半導体チップおよびパッケージ基板の間の接合信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本出願の一実施形態に係る半導体パッケージのパッケージ基板を概略的に示す平面図である。

【図2】図１のパッケージ基板をＩ－Ｉ’ライン、ＩＩ－ＩＩ’ライン、およびＩＩＩ－ＩＩＩ’ラインに沿ったそれぞれの断面を概略的に示す図である。

【図3】本出願の一実施形態に係る半導体パッケージの半導体チップを概略的に示す平面図である。

【図4】図３の半導体チップをＩＶ－ＩＶ’ライン、Ｖ－Ｖ’ライン、およびＶＩ－ＶＩ’ラインに沿ったそれぞれの断面を概略的に示す図である。

【図5】本出願の一実施形態に係る半導体パッケージを概略的に示す平面図である。

【図6】図５の半導体パッケージをＶＩＩ－ＶＩＩ’ライン、ＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ’ライン、およびＩＸ－ＩＸ’ラインに沿ったそれぞれの断面を概略的に示す図である。

【図7】本出願の一実施形態に係るパッケージ基板および半導体チップの接合工程のステップを概略的に示す模式図である。

【図8】本出願の一実施形態に係るパッケージ基板および半導体チップの接合工程を概略的に示す断面図である。

【図9】本出願の一実施形態に係るパッケージ基板および半導体チップの接合工程を概略的に示す断面図である。

【図10】本出願の一実施形態に係るパッケージ基板および半導体チップの接合工程を概略的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本出願の例の記載において使う用語は、提示された実施例における機能を考慮して選択された用語であって、その用語の意味は、技術分野における使用者、運用者の意図または慣例などによって異なる。使われた用語の意味は、本明細書に具体的に定義された場合、定義された定義に従い、具体的な定義がない場合、当業者が一般的に認識する意味で解釈される。本出願の例の記載において、「第１」および「第２」、「側面（ｓｉｄｅ）」、「上部（ｔｏｐ）」および「下部（ｂｏｔｔｏｍ ｏｒ ｌｏｗｅｒ）」のような記載は、部材を区分するためのものであり、部材自体を限定したり、特定の順序を意味するもので使われたわけではない。

【0011】

半導体パッケージは、半導体チップのような電子素子を含むことができ、半導体チップは、電子回路が集積された半導体基板がチップ状に切断加工された形態を含むことができる。半導体チップは、ＤＲＡＭやＳＲＡＭ、ＮＡＮＤ ＦＬＡＳＨ、ＮＯＲ ＦＬＡＳＨ、ＭＲＡＭ、ＲｅＲＡＭ、ＦｅＲＡＭまたはＰｃＲＡＭのようなメモリ（ｍｅｍｏｒｙ）集積回路が集積されたメモリチップや、または半導体基板に論理回路が集積されたロジッグ（ｌｏｇｉｃ）チップやエーシック（ＡＳＩＣ）チップを意味することができる。前記半導体チップは、前記切断加工された形態によって半導体ダイと名付けられる。

【0012】

半導体パッケージは、前記半導体チップが実装される印刷回路基板を含むことができる。前記印刷回路基板は、少なくとも１層以上の集積回路パターンを含むことができ、本明細書においてパッケージ基板と名付けられる。前記パッケージ基板は、前記半導体チップと通信のための接続手段を備えることができる。前記接続手段は、一例として、ワイヤボンディングまたはフリップチップボンディングのような方式で、前記パッケージ基板と前記半導体チップにそれぞれ接合される。

【0013】

半導体パッケージは、各種電子情報処理装置、一例として、携帯端末のような情報通信機器や、バイオ（ｂｉｏ）やヘルスケア（ｈｅａｌｔｈ ｃａｒｅ）関連の電子機器、人間に着用可能な（ｗｅａｒａｂｌｅ）電子機器などに適用可能である。

【0014】

明細書全文にわたる同一の参照符号は、同一の構成要素を指し示すことができる。同一の参照符号または類似の参照符号は、該当する図面で言及または説明されていなくても、他の図面を参照して説明される。また、参照符号が表示されていなくても、他の図面を参照して説明される。

【0015】

本明細書において、接合（ｂｏｎｄ）という意味は、１つの構成要素と他の構成要素とが所定の接着力を有する物質を介在して、物理的または化学的に互いに結合されて固定されたことを意味することができる。一例として、信号バンプが信号バンプランドと接合するというのは、信号バンプと信号バンプランドとがソルダ層によって接着されることにより、信号バンプおよび信号バンプランドが所定の結合力で固定されたことを意味することができる。

【0016】

本明細書において、接触（ｃｏｎｔａｃｔ）または接するという意味は、１つの構成要素と他の構成要素とが単純に接触状態を維持していることを意味することができる。一例として、アンカリングバンプがアンカリングバンプランドと接するというのは、アンカリングバンプとアンカリングバンプランドとがソルダ層のような接着物質によって接合されることなく単純に接触状態を維持することを意味することができる。これによって、接触状態を維持する１つの構成要素と他の構成要素は、接合状態を維持する１つの構成要素と他の構成要素と対比して、非接触状態または分離状態に切り替えられることが相対的に容易である。ここで、容易であるという意味は、前記状態の切り替えに費やされるエネルギーが小さいとの意味であり得る。

【0017】

図１は、本出願の一実施形態に係る半導体パッケージのパッケージ基板を概略的に示す平面図である。図２は、図１のパッケージ基板をＩ－Ｉ’ライン、ＩＩ－ＩＩ’ライン、およびＩＩＩ－ＩＩＩ’ラインに沿ったそれぞれの断面を概略的に示す図である。

【0018】

図１および図２を参照すれば、パッケージ基板１０は、基板ボディ部１１０と、基板ボディ部１１０上に配置される信号バンプランド１２２およびアンカリングバンプランド１２４とを含む。また、パッケージ基板１０は、基板ボディ部１１０上で信号バンプランド１２２およびアンカリングバンプランド１２４を選択的に露出させるソルダレジスト層１３０を含むことができる。パッケージ基板１０は、一例として、印刷回路基板（ＰＣＢ）、インターポーザ（ｉｎｔｅｒｐｏｓｅｒ）、またはフレキシブル印刷回路基板（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ＰＣＢ）であってもよい。

【0019】

一実施形態において、基板ボディ部１１０は、長軸方向（すなわち、ｙ－方向）と短軸方向（すなわち、ｘ－方向）に延びる一面１１０Ｓを備えることができる。基板ボディ部１１０は、前記長軸方向に沿って所定の第１長さＬ１を有し、前記短軸方向に沿って所定の第２長さＬ２を有することができる。また、基板ボディ部１１０は、長軸方向に沿って配置される中心軸Ｃ１０－ｙを有することができ、基板ボディ部１１０は、中心軸Ｃ１０－ｙに対して互いに対称である長方形の平面形状を有することができる。基板ボディ部１１０は、半導体チップを外部機器と電気的信号を交換するための連結配線構造体であってもよい。これによって、図１および図２に具体的に示されていないが、基板ボディ部１１０の内部には、複層の回路パターン層と、前記回路パターン層の間を電気的に絶縁する絶縁層とが配置される。前記複層の回路パターン層および絶縁層は、公知の技術思想により多様な形態で配置される。また、図１および図２に示されていないが、基板ボディ部１１０の下面には、外部機器と電気的に接続するための接続構造体が配置される。前記接続構造体は、公知のソルダボール、ソルダバンプなどを含むことができる。前記接続構造体は、互いに電気的に連結可能である。また、前記接続構造体は、前記複層の回路パターン層を用いて信号バンプランド１２２と電気的に連結可能である。

【0020】

基板ボディ部１１０の一面１１０Ｓ上には信号バンプランド１２２およびアンカリングバンプランド１２４が配置される。信号バンプランド１２２は、前記複層の回路パターン層の少なくとも１つとそれぞれ電気的に連結可能である。信号バンプランド１２２は、導電性材質からなってもよい。一例として、信号バンプランド１２２は、銅を含むことができる。これに対し、アンカリングバンプランド１２４は、信号情報を伝達する回路パターン層と電気的に絶縁されたダミーパターン層であってもよい。アンカリングバンプランド１２４は、後述のように、パッケージ基板１０の熱膨張時、アンカリングバンプ２２４に押す力を作用できるように十分な剛性を有する材質からなってもよい。一例として、アンカリングバンプランド１２４は、銅などの金属を含むことができる。

【0021】

図１を参照すれば、信号バンプランド１２２は、一面１１０Ｓ上の一領域Ａ１で前記長軸方向に沿って配列される。信号バンプランド１２２は、複数の列で配列される。信号バンプランド１２２は、中心軸Ｃ１０－ｙに対して対称となるように配列される。信号バンプランド１２２は、前記短軸方向に沿って所定の幅ａ１を有することができ、前記長軸方向に沿って所定の長さｂ１を有することができる。一実施形態において、前記短軸方向に沿った幅ａ１が、前記長軸方向に沿った長さｂ１より大きくてよい。一例として、信号バンプランド１２２は、前記短軸方向に沿って延びる帯状またはバンド状に配置される。

【0022】

一方、図３に関して後述するように、信号バンプランド１２２の幅ａ１は、信号バンプ２２２の直径ｒ１より大きくてよい。図２を参照すれば、信号バンプランド１２２は、一面１１０Ｓ上で高さ方向（すなわち、ｚ－方向）に沿って所定の高さｈ１を有することができる。

【0023】

アンカリングバンプランド１２４は、基板ボディ部１１０の一面１１０Ｓ上の角領域Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５に配置される。これによって、アンカリングバンプランド１２４は、中心軸Ｃ１０－ｙに対して、信号バンプランド１２２よりも、基板ボディ部１１０の一面１００Ｓ上でより外郭領域に配置される。アンカリングバンプランド１２４は、中心軸Ｃ１０－ｙに対して対称となるように配置される。アンカリングバンプランド１２４は、前記短軸方向に沿って所定の幅ａ２を有することができ、前記長軸方向に沿って所定の長さｂ２を有することができる。一実施形態において、前記短軸方向に沿った幅ａ２が、前記長軸方向に沿った長さｂ２より大きくてよい。一例として、アンカリングバンプランド１２４は、前記短軸方向に沿って延びる帯状またはバンド状に配置される。図２を参照すれば、アンカリングバンプランド１２４は、一面１１０Ｓ上で高さ方向（すなわち、ｚ－方向）に沿って所定の高さｈ２を有することができる。

【0024】

一方、図３に関して後述するように、アンカリングバンプランド１２４の幅ａ２は、アンカリングバンプ２２４の直径ｒ２より大きくてよい。これによって、アンカリングバンプランド１２４とアンカリングバンプ２２４との間の整列誤差が所定の範囲内に発生しても、図５および図６に関して後述するように、アンカリングバンプランド１２４がアンカリングバンプ２２４と側面で接するように配置される確率が増加できる。その結果、図７～図１０に関して後述する半導体パッケージ３０の製造時に、アンカリングバンプランド１２４がアンカリングバンプに対して押す力を十分に伝達することができる。

【0025】

一実施形態において、アンカリングバンプランド１２４の幅ａ２、長さｂ２および高さｈ２は、信号バンプランド１２２の幅ａ１、長さｂ１および高さｈ１と実質的に同一であってもよい。図示しない他の実施形態において、アンカリングバンプランド１２４の幅ａ２、長さｂ２および高さｈ２の少なくとも１つは、信号バンプランド１２２の幅ａ１、長さｂ１および高さｈ１の対応する少なくとも１つと大きさが互いに異なっていてもよい。

【0026】

図１および図２をさらに参照すれば、基板ボディ部１１０の一面１１０Ｓ上で、信号バンプランド１２２およびアンカリングバンプランド１２４を選択的に露出させるソルダレジスト層１３０が配置される。ソルダレジスト層１３０は、基板ボディ部１１０を保護する役割を果たすことができる。図１に示されるように、ソルダレジスト層１３０は、一領域Ａ１で前記長軸方向に沿って複数の信号バンプランド１２２を露出させるように配置される。また、ソルダレジスト層１３０は、一面１１０Ｓ上の角領域Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５でそれぞれアンカリングバンプランド１２４を露出させるように配置される。

【0027】

図３は、本出願の一実施形態に係る半導体パッケージの半導体チップを概略的に示す平面図である。図４は、図３の半導体チップをＩＶ－ＩＶ’ライン、Ｖ－Ｖ’ライン、およびＶＩ－ＶＩ’ラインに沿ったそれぞれの断面を概略的に示す図である。

【0028】

図３および図４を参照すれば、半導体チップ２０は、チップボディ部２１０と、チップボディ部２１０上に配置される信号バンプ２２２およびアンカリングバンプ２２４とを含む。

【0029】

一実施形態において、チップボディ部２１０は、長軸方向（すなわち、ｙ－方向）と短軸方向（すなわち、ｘ－方向）に延びる一面２１０Ｓを備えることができる。チップボディ部２１０は、前記長軸方向に沿って所定の第１長さＬ３を有し、前記短軸方向に沿って所定の第２長さＬ４を有することができる。また、チップボディ部２１０は、長軸方向に沿って配置される中心軸Ｃ２０－ｙを有することができ、チップボディ部２１０は、中心軸Ｃ２０－ｙに対して互いに対称である長方形の平面形状を有することができる。

【0030】

図３および図４に示されていないが、チップボディ部２１０の内部には、複層の回路パターン層と、前記回路パターン層の間を電気的に絶縁する絶縁層とが配置される。前記複層の回路パターン層および絶縁層が公知の技術思想により多様な回路パターンを有する電子素子を構成することができる。

【0031】

チップボディ部２１０の一面２１０Ｓ上には信号バンプ２２２およびアンカリングバンプ２２４が配置される。信号バンプ２２２は、前記複層の回路パターン層の少なくとも１つとそれぞれ電気的に連結可能である。信号バンプ２２２は、導電性材質からなってもよい。信号バンプ２２２は、バンプボディ２２２ａと、ソルダ層２２２ｂとを含むことができる。この時、バンプボディ２２２ａは、銅を含むことができる。アンカリングバンプ２２４は、信号情報を伝達する回路パターン層と電気的に絶縁されたダミーバンプであってもよい。アンカリングバンプ２２４は、後述のように、パッケージ基板１０の熱膨張時、アンカリングバンプランド１２４からの押す力を受け入れて半導体チップ２０をパッケージ基板１０方向に撓み可能とするために、十分な剛性を有する材質からなってもよい。一例として、アンカリングバンプ２２４は、銅などの金属を含むことができる。

【0032】

図３を参照すれば、信号バンプ２２２は、チップボディ部２１０の一面２１０Ｓ上の一領域Ｂ１で前記長軸方向に沿って配列される。図５および図６に関して後述するように、信号バンプ２２２は、信号バンプランド１２２に対応する位置に配置される。

【0033】

図４を参照すれば、信号バンプ２２２は、チップボディ部２１０の一面２１０Ｓ上から突出するように配置されるバンプボディ２２２ａと、バンプボディ２２２ａ上に配置されるソルダ層２２２ｂとを含むことができる。一例として、バンプボディ２２２ａは、ピラー（ｐｉｌｌａｒ）またはポスト（ｐｏｓｔ）の形態を有することができる。一実施形態において、バンプボディ２２２ａは、円柱、楕円柱または多角柱の形態を有することができる。ソルダ層２２２ｂは、一例として、スズ、銀、ニッケル、またはこれらの２以上の組み合わせを含むことができる。ソルダ層２２２ｂは、半球状を有する物質層であってもよい。一実施形態において、ソルダ層２２２ｂは、定形または非定形の形態を有するソルダをバンプボディ２２２ａ上にメッキした後に、前記ソルダを加熱して半球状に変形させることにより形成することができる。図３のように、信号バンプ２２２は、チップボディ部２１０の一面２１０Ｓ上で所定の第１直径ｒ１の円形断面を有することができる。図４のように、信号バンプ２２２は、チップボディ部２１０の一面２１０Ｓから所定の第１高さｈ３を有することができる。

【0034】

アンカリングバンプ２２４は、チップボディ部２１０の一面２１０Ｓ上の角領域Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５に配置される。これによって、アンカリングバンプ２２４は、中心軸Ｃ２０－ｙを基準として、信号バンプ２２２よりも、チップボディ部２１０の一面２１０Ｓ上の外郭領域に配置される。アンカリングバンプ２２４は、中心軸Ｃ２０－ｙに対して対称となるように配置される。一実施形態において、アンカリングバンプ２２４は、チップボディ部２１０の一面２１０Ｓ上から突出するように配置される。アンカリングバンプ２２４は、一例として、ピラーまたはポストの形態を有することができる。アンカリングバンプ２２４は、円柱、楕円柱、または多角柱の形態を有することができる。アンカリングバンプ２２４は、ソルダ層を具備しなくてもよい。

【0035】

図３のように、アンカリングバンプ２２４は、チップボディ部２１０の一面２１０Ｓ上で所定の第２直径ｒ２の円形断面を有することができる。図４のように、アンカリングバンプ２２４は、チップボディ部２１０の一面２１０Ｓから所定の第２高さｈ４を有することができる。一実施形態において、アンカリングバンプ２２４の断面直径ｒ２は、信号バンプ２２２の断面直径ｒ１より大きくてよい。チップボディ部２１０の一面２１０Ｓからのアンカリングバンプ２２４の高さｈ４は、信号バンプ２２２の高さｈ３より大きくてよい。図示しないいくつかの他の実施形態において、アンカリングバンプ２２４の断面直径ｒ２は、信号バンプ２２２の断面直径ｒ１と実質的に同一であるか、または小さくてよい。いくつかの他の実施形態において、アンカリングバンプ２２４は、多角柱または楕円柱の形態であってもよい。この時、アンカリングバンプ２２４の断面の長軸および短軸の長さは、信号バンプ２２２の対応する断面の長軸および断面の短軸の長さより大きくてよい。

【0036】

図５は、本出願の一実施形態に係る半導体パッケージを概略的に示す平面図である。図６は、一実施形態において、図５の半導体パッケージをＶＩＩ－ＶＩＩ’ライン、ＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ’ライン、およびＩＸ－ＩＸ’ラインに沿ったそれぞれの断面を概略的に示す図である。図５の平面図および図６の断面図は、それぞれ図１および図２に関して上述したパッケージ基板１０上に、図３および図４に関して上述した半導体チップ２０が実装された状態の透視平面図および断面図であり得る。図５および図６に示されるように、半導体パッケージ３０において、半導体チップ２０は、フリップチップボンディング方式でパッケージ基板１０と接合できる。図５および図６の半導体パッケージ３０は、後述する図７～図１０によるパッケージ基板および半導体チップの接合工程によって製造された半導体パッケージであり得る。

【0037】

図５および図６を参照すれば、信号バンプランド１２２および信号バンプ２２２は、ソルダ層２２２ｂによって互いに接合できる。具体的な実施形態において、信号バンプランド１２２と信号バンプ２２２は、ソルダ層２２２ｂによって接合容易となるように、高さ方向（すなわち、ｚ－方向）に沿って少なくとも一部分の領域が互いに重なってもよい。

【0038】

一方、アンカリングバンプ２２４は、アンカリングバンプランド１２４と側面方向に隣接して配置される。図５のように、アンカリングバンプ２２４は、前記長軸方向に沿って、アンカリングバンプランド１２４よりも、チップボディ部２１０の一面２１０Ｓ上の外郭方向に配置される。ここで、前記外郭方向とは、前記長軸方向に沿って半導体パッケージの内部から前記半導体パッケージの外部境界線が位置する箇所を向く方向を意味することができる。アンカリングバンプ２２４は、ソルダ層を含まなくてもよい。これによって、アンカリングバンプ２２４とアンカリングバンプランド１２４は、互いに接合されなくてもよい。後述のように、アンカリングバンプ２２４およびアンカリングバンプランド１２４は、互いに接合されない状態で、接触状態（ｃｏｎｔａｃｔ ｓｔａｔｅ）または非接触状態（ｎｏｎ－ｃｏｎｔａｃｔ ｓｔａｔｅ）を維持することができる。

【0039】

一実施形態において、図６に示されるように、アンカリングバンプランド１２４とアンカリングバンプ２２４は、前記高さ方向に沿って、それぞれの断面が互いに重ならなくてもよい。すなわち、アンカリングバンプ２２４は、アンカリングバンプランド１２４とソルダレジスト層１３０との間の空間に挿入されるように配置される。アンカリングバンプ２２４が配置される空間は、基板ボディ部１１０の一面Ｓ１１０中、ソルダレジストパターン層１３０が形成されず外部に露出する領域の上部であり得る。結果的に、アンカリングバンプ２２４とアンカリングバンプランド１２４は互いに隣接して配置されるが、パッケージ基板１０の表面を基準として、すなわち、基板ボディ部１１０の一面Ｓ１１０を基準として、アンカリングバンプ２２４の下面Ｓ２２４が、アンカリングバンプランド１２４の上面Ｓ１２４より低い位置に配置される。アンカリングバンプ２２４とアンカリングバンプランド１２４は、側面方向にそれぞれの断面が互いにずれるように配置される。一実施形態において、アンカリングバンプ２２４の下面Ｓ２２４は、基板ボディ部１１０の一面Ｓ１１０と接触しない状態で、一面Ｓ１１０の上部に位置できる。しかし、必ずしもこれに限定されるものではなく、図示と異なるいくつかの実施形態において、アンカリングバンプ２２４の下面Ｓ２２４は、基板ボディ部１１０の一面Ｓ１１０と接触できる。

【0040】

一実施形態において、アンカリングバンプ２２４の側壁部とアンカリングバンプランド１２４の側壁部は、側面方向（一例として、ｙ－方向）に互いに重なる重畳部分Ｈｃを有することができる。図６に示されるように、アンカリングバンプ２２４の側壁部は、アンカリングバンプランド１２４の側壁部と接触状態を有することができる。しかし、必ずしもこれに限定されるものではなく、図示しない他のいくつかの実施形態において、アンカリングバンプ２２４の側壁部は、アンカリングバンプランド１２４の側壁部と非接触状態を有することができる。ただし、この場合でも、図７～図１０に関して後述する製造方法のように、パッケージ基板１０の熱膨張時にアンカリングバンプランド１２４がアンカリングバンプ２２４に押す力を伝達するように機能するため、アンカリングバンプ２２４の側壁部とアンカリングバンプランド１２４の側壁部は、所定の距離以内に配置される。

【0041】

また、重畳部分Ｈｃを介して前記押す力を十分に伝達および受け入れるために、アンカリングバンプ２２４の側壁部がアンカリングバンプランド１２４の高さｈ２の４０％～７０％に対応するアンカリングバンプランド１２４の側壁部をカバーするように、重畳部分Ｈｃが構成される。一例として、アンカリングバンプランド１２４の高さｈ２が１０μｍの時、重畳部分Ｈｃは４～７μｍであれば良い。

【0042】

上述のように、本出願の実施形態によれば、パッケージ基板１０の信号バンプランド１２２は、半導体チップ２０の信号バンプ２２２と接合状態を維持することができる。これに対し、パッケージ基板１０のアンカリングバンプランド１２４は、半導体チップ２０のアンカリングバンプ２２４と非接合状態を維持することができる。このために、信号バンプ２２２は、ソルダ層２２２ｂを具備し、これに対し、アンカリングバンプ２２４は、ソルダ層を具備しなくてもよい。アンカリングバンプランド１２４の上面Ｓ１２４は、アンカリングバンプ２２４の下面Ｓ２２４と前記高さ方向に沿って接しないように、側面方向に互いにずれて配置される。アンカリングバンプ２２４は、前記長軸方向に沿って、アンカリングバンプランド１２４よりも、半導体パッケージ３０の外郭方向に配置され、アンカリングバンプ２２４は、アンカリングバンプランド１２４の側壁部の少なくとも一部分をカバーするように配置される。これによって、図７～図１０に関して後述するように、信号バンプランド１２２と信号バンプ２２２との間でソルダ接合工程を進行させる時、接合信頼性を向上させることができる。

【0043】

図７は、本出願の一実施形態に係るパッケージ基板および半導体チップの接合工程のステップを概略的に示す模式図である。図８～図１０は、本出願の一実施形態に係るパッケージ基板および半導体チップの接合工程を概略的に示す断面図である。図８～図１０では、説明の便宜上、基板ボディ部１１０において、信号バンプランド１２２とアンカリングバンプランド１２４を一面１１０Ｓ上で互いに隣接して示し、チップボディ部２１０において、信号バンプ２２２とアンカリングバンプ２２４を一面２１０Ｓ上で互いに隣接して示す。図７を参照すれば、パッケージ基板１０および半導体チップ２０の接合工程は、リフローオーブンでリフローチャンバ４００と搬送装置５００を用いて行われる。搬送装置５００は、一対の駆動軸５１０、５２０を駆動して搬送プレート５３０を所定の方向Ｍ１に移動させることができる。前記接合工程は、パッケージ基板１０上に半導体チップ２０を載置させた積層構造物３０ｉを、リフローチャンバ４００の内部に区画された第１～第４区間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４を順次に通過させることにより行われる。

【0044】

図８を参照すれば、図１および図２に関して上述したパッケージ基板１０と、図３および図４に関連して上述した半導体チップ２０とを準備する。具体的には、ソルダ層２２２ｂが含まれた信号バンプ２２２が形成された半導体チップ２０を準備する。一実施形態において、ソルダ層２２２ｂは、定形または非定形の形態を有するソルダをバンプボディ２２２ａ上にメッキした後に、前記ソルダを加熱して半球状に変形させることにより形成することができる。次に、パッケージ基板１０の一面Ｓ１１０と半導体チップ２０の一面Ｓ２１０とが互いに対面するように積層させて、積層構造物３０ｉを形成する。積層構造物３０ｉにおいて、信号バンプ２２２と信号バンプランド１２２とが互いに対応する位置に配置され、アンカリングバンプ２２４とアンカリングバンプランド１２４とが側面方向に互いにずれて配置される。図８に示されるように、信号バンプ２２２のソルダ層２２２ｂは、信号バンプランド１２２と接触するように配置される。アンカリングバンプ２２４の側壁部とアンカリングバンプランド１２４の側壁部は、少なくとも一部分が側面方向（例として、ｙ－方向）に互いに重なるように配置される。この時、図８に示されるように、アンカリングバンプ２２４の側壁部とアンカリングバンプランド１２４の側壁部は、側面方向（例として、ｙ－方向）に物理的に離隔するように、パッケージ基板１０と半導体チップ２０が配置される。ただし、この場合でも、図９および図１０に関して後述するように、パッケージ基板１０の熱膨張時に、アンカリングバンプランド１２４がアンカリングバンプ２２４に押す力を十分に伝達するために、アンカリングバンプ２２４の側壁部とアンカリングバンプランド１２４の側壁部は、側面方向（例として、ｙ－方向）に、所定の距離以内に配置される。一方、一実施形態において、アンカリングバンプ２２４の下面Ｓ２２４は、基板ボディ部１１０の一面Ｓ１１０と一定間隔離隔するように配置される。

【0045】

図７をさらに参照すれば、積層構造物３０ｉは、搬送装置５００の搬送プレート５３０上に装着された後に、所定の方向Ｍ１に沿って移動し、リフローチャンバ４００の第１区間Ｔ１を通過することができる。第１区間Ｔ１は、前－熱処理（ｐｒｅ－ｈｅａｔ）およびソーク（ｓｏａｋ）ステップへの昇温ステップであり得る。一例として、第１区間Ｔ１で、積層構造物３０ｉは、常温から約１５０℃～１８０℃の温度に昇温する。

【0046】

次に、積層構造物３０ｉがリフローチャンバ４００の第２区間Ｔ２を通過することができる。第２区間Ｔ２は、第１高温区間であって、前－熱処理（ｐｒｅ－ｈｅａｔ）およびソーク（ｓｏａｋ）ステップであり得る。一例として、第２区間Ｔ２は、積層構造物３０ｉが約１５０℃～１８０℃の範囲内の温度を維持することができる。第２区間Ｔ２を通過する間、ソルダ層２２２ｂ内部の揮発成分が除去可能である。また、ソルダ層２２２ｂのフラックスが活性化されるにつれ、接合対象物である信号バンプランド１２２の表面が還元できる。さらに、第２区間Ｔ２では、第３区間Ｔ３であるリフロー区間に先立って、積層構造物３０ｉがリフロー工程温度より低い温度で熱的に安定化できる。

【0047】

図７および図９を参照すれば、積層構造物３０ｉがリフローチャンバ４００の第３区間Ｔ３を通過することができる。第３区間Ｔ２は、第２高温区間であって、リフロー区間であり得る。第３区間Ｔ３では、積層構造物３０ｉが約２００℃～２５０℃の範囲内の温度に昇温されて、ソルダ層２２２ｂが溶融できる。第３区間Ｔ３を通過する間、溶融するソルダ層２２２ｂは、信号バンプランド１２２と十分に接触するように流動できる。図９に示されるように、ソルダ層２２２ｂは、信号バンプ２２２から信号バンプランド１２２に流動して、信号バンプ２２２と信号バンプランド１２２の両方に対して濡れ領域（ｗｅｔｔｉｎｇ ｒｅｇｉｏｎ）を十分に形成することができる。

【0048】

一方、図９を参照すれば、第３区間Ｔ３を通過する間、リフローチャンバ４００から提供された熱によって、パッケージ基板１０と半導体チップ２０が熱膨張することができる。通常、パッケージ基板１０は、主にポリマー物質から構成されるので、シリコン基板に形成される半導体チップ２０より熱膨張係数が大きい。これによって、半導体チップ２０に対比して、パッケージ基板１０は、側面方向Ｅ１、Ｅ２に相対的に大きく増加できる。図９に示されるように、パッケージ基板１０が増加すると、アンカリングバンプランド１２４が、図８の位置に対比して、側面方向Ｅ１、Ｅ２に移動する。この過程で、アンカリングバンプランド１２４が隣接するアンカリングバンプ２２４と完全に接するにつれ、隣接するアンカリングバンプ２２４に対して側面方向に押す力Ｆ１、Ｆ２を作用する。アンカリングバンプランド１２４が隣接するアンカリングバンプ２２４と接するので、側面方向に押す力Ｆ１、Ｆ２は、アンカリングバンプ２２４を介して半導体チップ２０に伝達される。チップボディ部２１０の一方の面に固定されているアンカリングバンプ２２４に側面方向に押す力Ｆ１、Ｆ２が作用するので、押す力Ｆ１、Ｆ２は、半導体チップ２０全体に対して半導体チップ２０を撓ませる力として作用する。つまり、押す力Ｆ１、Ｆ２を受け入れるアンカリングバンプ２２４は、半導体チップ２０に対してｚ－方向の圧縮力Ｆ２１０が発生するように作用できる。図３をさらに参照すれば、熱膨張による変形は、パッケージ基板１０において長軸方向により大きく発生しうる。したがって、アンカリングバンプランド１２４がアンカリングバンプ２２４を押す力は、前記長軸方向に沿って相対的に大きく発生しうる。

【0049】

図７をさらに参照すれば、積層構造物３０ｉがリフローチャンバ４００の第４区間Ｔ４を通過することができる。第４区間Ｔ４は、第３区間Ｔ３のリフロー区間の温度から常温まで温度を減少させる区間である。図９をさらに参照すれば、第３区間Ｔ３を通過する間、溶融したソルダ層２２２ｂは、第４区間Ｔ４を通過しながら固形化されてソルダ接合部を形成することができる。前記第３区間Ｔ３で発生した圧縮力Ｆ２１０は、積層構造物３０ｉが第４区間Ｔ４を通過する間に維持できる。

【0050】

第４区間Ｔ４を通過した後、信号バンプランド１２２と信号バンプ２２２との間の接合工程が完了する。その結果、リフローチャンバ４００から出た後に、図１０に示されるパッケージ基板１０と半導体チップ２０とが接合された半導体パッケージ３０が製造される。前記接合工程が完了した後に、図１０に示されるように、アンカリングバンプ２２２の側壁部とアンカリングバンプランド１２４の側壁部は、互いに接する状態（ｃｏｎｔａｃｔ ｓｔａｔｅ）を維持することができる。しかし、必ずしもこれに限定されるものではなく、いくつかの他の実施形態では、前記接合工程が完了した後に、アンカリングバンプ２２２の側壁部とアンカリングバンプランド１２４の側壁部は、接しない状態（ｎｏｎ－ｃｏｎｔａｃｔ ｓｔａｔｅ）を維持することもできる。

【0051】

上述した本出願の実施形態によれば、互いに隣接して配置されるアンカリングバンプ２２４とアンカリングバンプランド１２４とを備える半導体パッケージ３０を提供することができる。アンカリングバンプ２２４を備える半導体チップ２０およびアンカリングバンプランド１２４を備えるパッケージ基板１０が接合される時、半導体チップ２０とパッケージ基板１０との熱膨張率の差によって、アンカリングバンプランド１２４がアンカリングバンプ２２４に対して押す力を印加し、前記押す力は、半導体チップ２０およびパッケージ基板１０の間のソルダ接合力を向上させる圧縮力を発生させることができる。これによって、半導体チップ２０およびパッケージ基板１０の間の接合信頼性を向上させることができる。

【0052】

アンカリングバンプランド１２４とアンカリングバンプ２２４は、前記接合工程の際に、半導体チップ２０およびパッケージ基板１０の位置を固定させる役割を果たすことができる。図７～図１０を参照すれば、第１区間Ｔ１～第４区間Ｔ４において、リフローチャンバ４００から積層構造物３０ｉに熱を提供する方式であって、空気の対流方式を適用する場合、前記空気の流れは、積層構造物３０ｉに対して多様な形態および方向の外力または圧力を印加することができる。側面方向に印加される空気圧力の場合、半導体チップ２０およびパッケージ基板１０を所定の位置から離脱させることがあるが、アンカリングバンプランド１２４とアンカリングバンプ２２４は、前記位置離脱を防止可能な係止段の役割を果たすことができる。これによって、半導体チップ２０およびパッケージ基板１０の間の接合信頼性を向上させることができる。

【0053】

上述のように、本出願の実施形態を図面を例示して説明するが、これは、本出願で提示しようとすることを説明するためのものであり、詳しく提示された形状に本出願で提示しようとすることを限定しようとしたわけではない。本出願で提示した技術的思想が反映される限り、多様な他の変形例が可能であろう。

【符号の説明】

【0054】

１０：パッケージ基板
１１０：基板ボディ部
１２２：信号バンプランド
１２４：アンカリングバンプランド
２０：半導体チップ
２１０：チップボディ部
２２２：信号バンプ
２２４：アンカリングバンプ
３０：半導体パッケージ
３０ｉ：積層構造物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】