KR0127322B1

KR0127322B1 - 세라믹 패키지의 방열장치

Info

Publication number: KR0127322B1
Application number: KR1019940001818A
Authority: KR
Inventors: 한태흠
Original assignee: 문정환; 엘지반도체주식회사
Priority date: 1994-02-01
Filing date: 1994-02-01
Publication date: 1998-04-06
Also published as: KR950026323A

Abstract

본 발명은 세라믹 패키지의 방열장치에 관한 것으로, 소자 동작시 발생하는 열을 보다 신속하게 외부로 방출시켜 소자의 오동작을 방지하는데 목적이 있는 본 발명은 아이씨 칩을 수용하는 패키지 몸체의 상부에 소자 동작시 발생하는 열을 외부로 방출시키기 위한 히트-싱크를 부착하고, 상기 아이씨 칩의 패시베이션 층위에 칩의 액티브 영역에서 발생하는 열을 넓게 확산 전도시키기 위한 열전도층을 형성함과 아울러 상기 열전도층과 히트-싱크를 열전도용 컨넥터로 연결하여 구성한 것인 바, 이와 같은 본 발명에 의하면, 고주파, 고전력형 소자에서 발생하는 많은 열을 열전도층, 열전도용 컨넥터 및 히트-싱크로 신속하게 방출, 제거함으로써 열로 인한 소자의 오동작을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 균일한 소자 특성을 얻을 수 있다는 효과가 있다.

Description

세라믹 패키지의 방열장치

제1도는 종래 방열장치의 구조를 보인 단면도.

제2도 내지 제5도는 본 발명에 의한 세라믹 패키지의 방열장치를 설명하기 위한 도면으로서,

제2도는 본 발명 방열장치의 전체 구조를 보인 단면도이고,

제3도는 본 발명 열전도층의 일례를 보인 소자 확대 사시도이며,

제4도는 본 발명 열전도용 컨넥터의 구조를 보인 사시도이고,

제5도는 본 발명장치의 방열 작용도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 패키지 몸체 1a : 고정홈

3 : 아이씨 칩 3a : 패시베이션 층

3b : 액티브영역 20 : 히트-싱크

21 : 플레이트파트 22 : 쿨링 핀

23 : 고정돌기 30 : 열전도층

40 : 열전도용 컨넥터 41 : 평판 부재

42 : 소부재

본 발명은 세라믹 패키지의 방열장치에 관한 것으로, 특히 소자 동작시 비교적 많은 열을 발생하는 고주파수, 고전력형 반도체 소자의 방열에 적합하도록 한 세라믹 패키지의 방열장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자의 동작시에는 많은 열을 발생하게 되는데, 이 열은 소자 동작시 노이즈를 발생시키는 등 소자의 오동작을 유발시키므로 외부로 방출시켜 제거시켜야 한다.

이를 위하여 일반적인 세라믹 반도체 패키지에 있어서는 알루미늄이나 알루미늄 계열의 합금으로 형성된 히트-싱크(HEAT-SINK)용 쿨링 핀을 패키지 몸체의 상부에 결합하여 소자에서 발생하는 열을 공기중으로 방출시키고 있다.

상기와 같은 작용을 하는 일반적인 방열장치의 구조가 제1도에 도시되어 있는 바, 이를 참조하여 종래의 세라믹 패키지 방열장치를 설명하면 다음과 같다.

도시한 바와 같이, 종래의 방열장치는 패키지 몸체(1)의 상면에 소정 형상의 히트-싱크(10)가 부착된 구조로 되어 있다.

상기 패키지 몸체(1)의 내부 중간부에 형성된 캐비티(2)에는 아이씨 칩(3)이 부착되어 금속 와이어(4)에 의해 패키지 몸체(1)의 리드 핑거(5)와 전기적으로 연결되어 있고, 이 리드 핑거(5)는 패키지 몸체(1)에 결합되어 있는 각각의 리드(6)와 연결되어 있다.

또한, 상기 패키지 몸체(1)의 캐비티(2) 상부에는 그 캐비티(2)를 밀폐시키기 위한 금속 캡(7)이 웰드 링(8)에 의해 부착되어 있다.

그리고, 상기 히트-싱크(10)는 열전도성이 우수한 알루미늄이나 알루미늄 계열의 합금으로 형성되어 패키지 몸체(1)의 상면에 실리콘 레진(20')으로 부착되어 있는 바, 이는 패키지 몸체(1)에 접촉함과 아울러 에어 벤트를 위한 그루브(도시되지 않음)가 구비된 웰 파트(12)와, 상기 웰 파트(12)에 연속적으로 형성되어 있는 플레이트 파트(13)와, 상기 플레이트 파트(13)의 상방향으로 형성된 바 파트(14)가 일체로 형성된 구조로 되어 있고, 상기 바 파트(14)의 양측으로는 복수개의 쿨링 핀(15)이 부착되어 있다. 여기서, 상기 웰 파트(12)는 1~2㎜ 높이로 형성되어 있고, 상기 웰 파트(12)와 플레이트 파트(13) 사이에는 콘 캐비티(16)가 형성되어 있다.

상기와 같이 구성되는 방열장치는 패키지 몸체(1)의 상면에 부착된 히트-싱크(10)의 방열 작용으로 아이씨 칩(3) 내부에서 발생하는 열을 공기중으로 방출함과 아울러 웰 파트(12)의 그루브를 통해 소자 동작시 발생하는 열을 신속하게 방출시키는 것이다.

한편, 여기서 상기한 실리콘 레진(20) 역시 히트-싱크로 작용하게 된다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 방열장치에 있어서는, 아이씨 칩(3)에서 발생하는 많은 열을 복수개의 쿨링핀(15)을 가지는 히트-싱크(10)와 웰 파트(12)의 그루브를 통해서 제거하고 있으나, 소자 자체는 불필요한 열을 완전히 제거하지 못함으로써 소자의 노이즈 및 동작 불량을 유발시키는 문제가 있었고, 특히 고주파수, 고전력 소자에 있어서는 상기한 바와 같은 열발생 문제가 크게 문제시 되고 있으나, 종래의 장치로는 이러한 열발생 문제를 완전히 해결하기 어려웠다.

이를 감안하여 창안한 본 발명의 목적은 소자 동작시 발생하는 비교적 많은 열을 완전히 방출, 제거함으로써 동작 노이즈 등과 같은 불량을 방지하도록 한 세라믹 패키지의 방열장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 고주파수, 고전력 소자의 열방출에 적합하도록 한 세라믹 패키지의 방열장치를 제공하려는 데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 아이씨 칩(3)을 수용하는 패키지 몸체(1)의 상부에 소자 동작시 발생하는 열을 외부로 방출시키기 위한 히트-싱크(20)를 부착한 것에 있어서, 상기 아이씨 칩(3)의 패시베이션 층(3a)과 상기 히트-싱크(20) 사이를 패시베이션 층(3a)에 직접 접촉되어 칩의 액티브 영역(3b)에서 발생하는 열을 넓게 확산 전도시키기 위한 열전도층(30)과 상기 열전도층(30)과 히트-싱크(20)사이에 직접 접촉되는 열전도용 컨넥터(40)로 연결하여 구성함을 특징으로 하는 세라믹패키지의 방열장치가 제공된다.

이와 같이 된 본 발명 방열장치에 의하면, 고주파, 고전력형 소자에서 발생하는 많은 열을 열전도층, 열전도용 컨넥터 및 히트-싱크로 신속하게 방출, 제거함으로써 열로 인한 소자의 오동작을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 균일한 소자특성을 얻을 수 있다는 효과가 있다.

이하, 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 세라믹 패키지의 방열장치를 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명한다.

첨부한 제2도는 본 발명에 의한 방열장치의 전체구조를 보인 단면도이고, 제3도는 본 발명 열전도층의 일례를 보인 소자 확대 사시도이며, 제4도는 본 발명 열전도용 컨넥터의 구조를 보인 사시도이고, 제5도는 본 발명 장치의 방열 작용도로서, 이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 세라믹 패키지의 방열장치는 아이씨 칩(3)을 수용하는 패키지 몸체(1)의 상부에 소자 동작시 발생하는 열을 외부로 방출시키기 위한 히트-싱크(20)를 부착시키고, 상기 아이씨 칩(3)의 패시베이션 층(3a) 위에 칩의 액티브영역(3b)에서 발생하는 열을 넓게 확산 전도시키기 위한 열전도층(30)을 형성함과 아울러 상기 열전도층(30)과 히트-싱크(20)를 열전도용 컨넥터(40)로 연결하여 소자 동작시 발생하는 열을 신속히 외부로 방출, 제거시키도록 구성되어 잇다.

상기, 아이씨 칩(3)은 종래와 같이, 패키지 몸체(1)의 캐비티(2)에 부착되어 금속 와이어(4)에 의해 패키지 몸체(1)에 형성한 리드 핑거(5)와 전기적으로 접속, 연결되어 있고, 상기 리드 핑거(5)는 패키지 몸체(1)의 양외측에 부착된 다수개의 리드(6)와 연결되어 소자의 신호 전송 체계를 이루고 있다.

그리고 상기 히트-싱크(20)는 패키지 몸체(1)의 양외측으로 돌출되는 크기를 갖는 플레이트 파트(21)의 상면으로부터 수직하게 복수개의 쿨링핀(22)이 연장, 형성된 구조로 되어 있고, 상기 플레이트파트(21)의 하면에 형성한 다수개(4개 정도)의 돌기(23)와 패키지 몸체(1)의 상면에 형성한 다수개의 고정홈(1a)에 의한 요, 철 구조로 밀봉 고정하도록 되어 있다.

한편, 상기 열전도층(30)은 아이씨 칩(3)의 액티브 영역(3b)에서 발생하는 열을 신속하게 전도시키기 위한 것으로서, 제 3도에 도시한 바와 같이, 아이씨 칩(3)의 회로를 보호하는 패시베이션 층(3a) 위에 형성되는 바, 칩 패드(3c)를 제외한 중앙부분 전체에 열전도성이 큰 골드 계열(Au, Ni, Au-합금 등)의 물질을 마스크를 이용, 디포지션하여 형성하도록 되어 있다.

이때, 상기 열전도층(30)의 크기는 수 십㎛~수 백㎛의 넓이와, 수 백Å~수㎛의 두께를 갖도록 형성하도록 되어 있으며, 도시예에서와 같이, 크로스(+)구조의 모양으로 형성할 수도 있고, 도시하지는 않았으나, 다른 예로서 열전도층(30) 형성영역 전체를 사각형태로 디포지션한 사각형태의 솔리드 구조 및 한방향의 빗금구조로 형성할 수 있다.

그리고, 상기한 열전도용 컨넥터(40)는 아이씨 칩(3)의 패시베이션 층(3a)위에 형성된 열전도층(30)과 패키지 몸체(1)의 상부에 설치한 히트-싱크(20)를 연결함으로써 열전도층(30)으로 전도된 소자의 열이 신속하게 공기중으로 방출되도록 하기 위한 것으로서, 제 4도에 도시한 바와 같이, 히트-싱크(20)와 비교적 큰 면적으로 접촉하는 평판 부재(41)와, 그 평판 부재(41)의 하부 중간부에 하측으로 연장, 형성되어 열전도층(30)에 접촉하는 소부재(42)로 이루어져 있으며, 열전도성이 큰 골드, 알루미늄, 니켈 또는 골드-합금 및 알루미늄-합금 중의 하나로 형성되어 있다.

여기서, 상기 열전도용 컨넥터(40)의 형상은 열전도층(30)의 형상에 따라 적절하게 변형할 수 있는 바, 도시예에서는 크로스 구조로 되어 있는 것을 보여주고 있다.

그리고, 상기와 같이 된 본 발명에 의한 방열장치를 구성함에 있어서는 알루미늄 등과 전도성이 큰 재질로 형성된 히트-싱크(20)를 그라운드(접지)시킴으로서 외부에서 오는 α-파티클(particle)이나, 또는 노이즈를 일으킬 수 있는 전자기파를 방지하도록 구성되어 있다.

이하, 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 방열장치의 작용 및 그에 따르는 효과를 살펴본다.

고주파와 고전력형에 사용되는 디바이스에서는 임피던스의 증가에 따라 불필요한 열이 많이 발생하여 디바이스 동작에 영향을 주게 되는데, 본 발명에서는 상기와 같은 소자 동작시 발생되는 열이 열전도층(30)과 열전도용 컨넥터(40)를 통해 히트-싱크(20)로 전달되어 공기중으로 공냉되게 된다. 즉, 열발생 부분인 아이씨 칩(3)의 액티브 영역(3B)을 중심으로 열전달 패스를 살펴보면 크게 두 가지로 나눌 수 있는 바, 이러한 열전달 패스가 제 5도에 도시되어 있다.

도시한 바와 같이, 제1패스에 의한 열전달은 아이씨 칩(3)의 액티브 영역(3b), 패시베이션 층(3a), 열전도층(30), 열전도용 컨넥터(40), 히트-싱크(20)의 쿨링핀(22)으로 전달되어 소자 자체의 열을 제거할 수 있고, 제2패스에 의한 열전달은 아이씨 칩(3)의 액티브 영역(3b)의 하부로, 즉 실시콘-서브스트레이트를 통하여 순서로 열이 전달되어 제거되게 된다.

따라서, 종래의 방열장치에 비해 보다 신속하게 소자의 열을 외부로 방출, 제거시킬 수 있는 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명 방열장치에 의하면, 고주파, 고전력형 소자에서 발생하는 많은 열을 열전도층, 열전도용 컨넥터 및 히트-싱크로 신속하게 방출, 제거함으로써 열로 인한 소자의 오동작을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 균일한 소자 특성을 얻을 수 있다는 효과가 있다. 따라서, 소자의 신뢰성을 보다 높일 수 있는 것이다.

Claims

아이씨 칩(3)을 수용하는 패키지 몸체(1)의 상부에 소자 동작시 발생하는 열을 외부로 방출시키기 위한 히트-싱크(20)를 부착한 것에 있어서, 상기 아이씨 칩(3)의 패기베이션 층(3a)과 상기 히트-싱크(20)사이를 패시베이션 층(3a)에 직접 접촉되어 칩의 액티브 영역(3b)에서 발생하는 열을 넓게 확산전도시키기 위한 열전도층(30)과 상기 열전도층(30)과 히트-싱크(20)사이에 직접 접촉되는 열전도용 컨넥터(40)로 연결하여 구성함을 특징으로 하는 세라믹 패키지의 방열장치.
제1항에 있어서, 상기 히트-싱크(20)는 패키지 몸체(1)의 양외측으로 돌출되는 크기를 갖는 플레이트 파트(21)의 상면으로부터 수직하게 복수개의 쿨링 핀(22)이 연장, 형성되어 구성되고, 상기 플레이트 파트(21)의 하면에 형성한 수개의 고정돌기(23) 및 패키지 몸체(1)의 상면에 형성한 수개의 고정홈(1a)에 의한 요, 철 구조로 밀봉, 고정되는 것을 특징으로 하는 세라믹 패키지의 방열장치.
제1항에 있어서, 상기 열전도층(30)은 전도성이 큰 금(Au), 니켈(Ni) 또는 이들의 합금을 마스크를 이용, 디포지션하여 형성됨을 특징으로 하는 세라믹 패키지의 방열장치.
제3항에 있어서, 상기 열전도층(30)은 형성영역 전체면에 사각 형태의 솔리드 구조로 형성됨을 특징으로 하는 세라믹 패키지 방열장치.
제3항에 있어서, 상기 열전도층(30)은 크로스 구조, 또는 한 방향의 빗금 구조로 형성됨을 특징으로 하는 세라믹 패키지의 방열장치.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 열전도층(30)의 크기는 수십㎛~수백㎛의 넓이와, 수백Å~수㎛의 두께를 갖도록 형성됨을 특징으로 하는 세라믹 패키지의 방열장치.
제1항에 있어서, 상기 열전도용 컨넥터(40)은 히트-싱크(20)와 비교적 큰 면적으로 접촉하는 평판 부재(41)와, 그 평판 부재(41)의 하부 중간부에 하측으로 연장, 형성되어 열전도층(30)에 접촉하는 소부재(42)로 구성되며, 재질은 열전도성이 큰 골드, 알루미늄, 니켈 또는 골드-합금 및 알루미늄-합금 중에서 선택됨을 특징으로 하는 세라믹 패키지의 방열구조.
제7항에 있어서, 상기 소부재(42)의 크로스 구조로 형성됨을 특징으로하는 세라믹 패키지 방열장치.
제1항에 있어서, 상기 히트-싱크(20)를 그라운드 접지시켜 외부에서 오는 α-파티클이나 노이즈를 일으키는 전자기파를 방지할 수 있도록 구성한 것을 특징으로하는 세라믹 패키지 방열장치.