KR0163311B1 - 고 열 방출 반도체 패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고전력 파워 IC나 모터 구동용 패키지와 같은 고열방출용 패키지에 사용하기에 적합한 구조를 갖는 반도체 패키지에 관한 것으로서 리드 프레임은 최소한 하나 이상의 내부 열 방출 핀(fin)을 구비한다. 내부 열 방출 핀은 반도체 칩이 부착되는 리드 프레임 패드와 일체형으로 형성되어 있거나, 또는 리드 프레임 패드 대신에 히트 싱크에 반도체 칩을 직접 부착하는 경우에는 히트 싱크와 내부 열방출 핀을 접착성 절연 테이프나 코팅액을 사용하여 접합시켜서, 패드나 히트 싱크를 통해 전달된 반도체 소자에서 발생한 열을 내부 열 방출 핀을 통해서 외부로 원활하게 방출한다. 이러한 내부 열 방출 핀을 포함하는 패키지에는 외부 열 방출 핀을 부착하는 것도 가능하다. 또한 본 발명에 따른 내부 열 방출 핀은 외부 리드 실장 형태와 동일한 절곡구조를 가지고 있기 때문에 검사단계에서 기존의 테스트 소켓을 사용하여 검사하는 것이 가능하고 기존의 PCB 패턴 형상을 사용하여 인쇄 회로 기판에 실장할 수 있다.

Description

고 열 방출 반도체 패키지

제1a도 및 제1b도는 본 발명에 따른 내부 열 방출 핀을 구비하는 제1실시례로서 리드 프레임 패드와 일체형으로 구성되어 있고 외부 리드의 실장형태와 동일한 절곡구조를 갖는 내부 열 방출 핀의 구조 도시도.

제2도는 본 발명에 따른 내부 열 방출 핀을 구비하는 제2 실시례로서 리드 프레임 패드 밑면에 히트 싱크를 면접착시킨 구조의 도시도.

제3a도 내지 제3b도는 본 발명에 따른 내부 열 방출 핀을 구비하는 제3 실시례로서 반도체 칩을 리드 프레임 패드 대신에 히트 싱크에 집적 부착시킨 구조 도시도.

제4도는 본 발명의 제4 실시례로서 외부 리드와 내부 열 방출 핀을 이전 실시례와 반대로 절곡시키고 히트 싱크의 한면에 외부 열 방출 핀을 부착시킨 구조 도시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 1' : 내부 열 방출 핀 10, 13, 14 : 히트 싱크

2 : 반도체 칩 11 : 히트 싱크의 측면 돌기

3 : 리드 프레임 패드 17 : 외부 열 방출 핀

4 : 본딩 와이어 5 : 내부 리드

6 : 외부 리드 7 : 리드 프레임

8 : 성형 수지

9, 16 : 절단, 절곡된 외부 리드 및 내부 열 방출 핀

본 발명의 고출력 파워 집적회로에 적합한 반도체 패키지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 최소한 하나 이상의 내부 열 방출 핀(Internal Heat Radiation Fin ; IHRF)을 구비하는 반도체 패키지에 관한 것이다.

패키지로 포장된 반도체 소자가 동작하는 동안에는 내부적으로 열이 발생한다. 이 열의 일부는 패키지를 통해 외부로 방출되지만, 일부는 패키지 내에 남아 있어서 소자의 온도를 상승시킨다. 반도체 소자의 접합부의 온도가 올라가면 pn 접합의 역방향 포화전류가 증가하여 소자의 스위칭 속도를 떨어뜨려서 소자의 정상적인 동작을 방해하며, 화학적 부식을 가속시키기도 할 뿐만 아니라, 소자의 고장율이 접합부의 온도상승에 따라 급격하게 증가한다는 여러 문제점이 유발된다. 특히, 많은 핀(pin)을 필요로 하면서 구동열이 발생하는 디바이스 예컨대, 모터 구동용 패키지나 고전력용 패키지의 경우에는 많은 양의 열을 패키지 외부로 빨리 발산시켜 주어야만 디바이스의 기능 저하를 방지하고 실장 신뢰성을 오랫동안 유지할 수 있다.

본 발명의 목적은 위에서 설명한 바와 같이 반도체 소자에서 발생하는 열을 패키지 자체에서 외부로 신속하고 다량으로 방출할 수 있는 반도체 패키지를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 기존의 패키지 제조설비나 기술들을 크게 변형시키지 아니하고 간단한 방법으로 패키지의 열 방출을 효과적으로 수행하는 반도체 패키지를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 리드 프레임의 외부 리드가 배열되어 있는 네방향 중 최소한 한 방향에는 내부 열 방출 핀이 구비되어 있다는 점으로서, 이러한 내부 열 방출 핀은 외부 리드의 실장 형태와 동일한 절곡 구조를 가지고, 내부 열 방출 핀은 반도체 칩이 부착되는 리드 프레임 패드 또는 히트 싱크와 일체형으로 구성되어서 반도체 소자 칩에서 발생하는 열을 효과적으로 다량으로 외부로 방출하게 된다.

이하 도면을 참조로 본 발명을 상세하게 설명한다.

제1a도는 본 발명을 실시하는 데에 적합한 구성을 갖는 리드 프레임의 일 실시례이다. 이 도면에서 리드 프레임(7)은 내부 열 방출 핀(IHRF ; 1)과 내부 리드(5), 외부 리드(6) 및 반도체 칩(2)이 부착되는 리드 프레임 패드(3 ; 다이 패드라고도 함) 등으로 구성되어 있다. 내부 열 방출 핀(1)은 리드 프레임 패드(3)와 일체형으로 형성되어 있고 리드 프레임의 상하좌우 네방향에 배열되어 있다. 반도체 칩(2)은 다이 부착 공정에 의해 리드 프레임 패드(3)에 접착되며, 이 반도체 소자를 리드 프레임과 전기적으로 연결시켜주는 와이어(4)는 와이어 본딩 고정에 의해서 리드 프레임의 내부 리드(5)와 반도체 칩(2)의 본딩 패드 사이에 연결된다.

제1a도에서 볼 수 있는 바와 같이 내부 열 방출 핀(1)은 리드 프레임 패드(3)와 일체형으로 형성되어 있기 때문에 반도체 소자에서 생기는 열은 패드(3)와 내부 열 방출 핀(1)을 통해 많은 양의 열이 원활하게 외부로 방출된다. 이때 내부열 방출 핀(1)은 하나의 외부 리드 폭의 2배 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다.

제1b도는 제1a도의 구조를 갖는 리드 프레임을 에폭시 등의 몰딩 컴파운드(8 ; molding compound)로 봉지한 다음 외부 리드와 내부 열 방출 핀을 절단한 후 절곡시킨 구조(9)를 보여준다. 이와 같이 내부 열 방출 핀을 외부 리드 실장 형태와 동일한 굴곡 구조를 갖게 함으로써 검사할 때나 인쇄 회로 기판(PCB)를 실장할 때 본 발명을 적용하지 않은 통상의 테스트 소켓이나 PCB 패턴 형상을 사용하는 것이 가능하다.

제2도는 본 발명의 제2 실시례로서, 와이어 본딩 공정의 신뢰성을 높이기 위해서 리드 프레임 패드를 밑으로 눌러 내리는 디프레스 공정을 거친 리드 프레임 다이(3)의 밑면에 히트 싱크(10 ; heat sink)를 면접착시킨 것이다. 히트 싱크(10)는 리드 프레임의 재질과 동일하거나 열전도성이 더 우수한 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 제2도에 도시한 구조는 몰딩 공정을 하는 과정에서 각각의 금형 캐비티(cavity) 내에 장착한 다음 와이어 본딩 공정을 끝낸 리드 프레임을 히트 싱크(10) 위에 올려 놓고 에폭시 몰딩 성형을 함으로써 형성된다.

여기서 히트 싱크(10)의 밑면은 패키지의 밑면 바깥으로 노출되도록 하거나 노출되지 않도록 할 수 있는데, 이것은 금형 캐비티 내에 장착하는 히트 싱크의 두께를 조절함으로써 제어 가능하다. 또한 히트 싱크(10)가 내부 리드와 원하지 않는 접속이 되는 것을 방지하기 위하여 히트 싱크의 윗면을 계단 형태로 형성하는 것이 바람직하다. 다시 말해서 리드 프레임의 밑면과 면접촉을 하는 히트 싱크의 윗면을 내부 리드에까지 연장되지 않도록 함으로써 패키지 제조 공정 진행 도중에 취급 부주위에 의해 내부 리드가 밑으로 쳐지더라도 상기 계단 형상의 구조에 의해서 히트 싱크와 접촉되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

제2도에 나타낸 본 발명의 제2 실시례에 의하면, 반도체 칩에서 발생된 구동열은 히트 싱크(10)에 의해 패키지의 수직방향으로 외부 방출됨과 동시에 내부 열방출 핀(9)에 의해 수평방향으로도 외부로 방출되기 때문에 많은 양의 열을 신속하고 효율적으로 방출하는 것이 가능하게 된다.

다음은 제3도를 참조로 본 발명의 제3 실시례를 설명한다.

제3도에 나타낸 구조는 본 발명의 제1 및 제2 실시례와는 달리 리드 프레임 패드(3) 대신에 외부에서 공급된 히트 싱크(13)를 구비한다. 제3a도에서 리드 프레임 패드의 바깥쪽에 굵은 사각형으로 도시한 바와 같이, 와이어 본딩되는 내부 리드의 끝부분과 내부 열 방출 핀의 끝부분을 포함할 수 있는 만큼의 크기를 갖는 히트 싱크(13)위에 반도체 칩을 부착하고 와이어 본딩 공정을 수행한다.

제3b도는 제3a도의 정면도로서, 제1 실시례와 제2 실시례에서 내부 열방출 핀이 리드 프레임 패드와 일체형으로 형성되어 있는 것과 마찬가지의 효과를 가지를 위해서 히트 싱크(14)와 내부 열 방출 핀(1')을 접착성 절연 테이프로 연결시킨다. 이 접착성 절연 테이프는 또한 히트 싱크(14)와 내부 리드들을 연결시키는 역할도 한다. 그리고 제3b도의 히트 싱크(14)에는 측면 돌기(11)이 형성되어 있는데 이것은 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC ; Epoxy Molding Compound)와의 결합면적을 증대시켜서 결합력을 향상시키고 또한 수분의 흡습경로를 차단함으로써 내습성을 강화시키기 위한 것이다. 이러한 측면 돌기(11)를 갖는 히트 싱크의 구조를 앞에서 설명한 제2 실시례의 히트 싱크(10) 구조에도 적용할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 평균적 지식을 가지고 있는 자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

또한 제3b도에서 히트 싱크(14)와 내부 열 방출 핀(1') 및 내부 리드들을 연결시키는 데에 접착성 절연 테이프 대신에 접착성 절연 코팅액을 얇게 도포하여 사용하는 것도 가능하다.

본 발명의 제2 실시례와 제3 실시례에서는 히트 싱크(10 및 14)의 두께를 조절함으로써 패키지의 밑면으로 노출되도록 하거나 노출되지 않도록 할 수 있다.

다음으로 제2도의 구조를 변형하여 열 방출량을 증가시킨 본 발명의 제4 실시례를 제4도를 참조로 설명한다.

제4도의 구조는 도면부호 16으로 나타낸 바와 같이 외부 리드와 내부 열 방출 핀을 제2도와 반대로 절곡시킨 다음 외부 열 방출 핀(17)을 장착한 구조를 갖는다. 이와 같이 구성하면, 외부 열 방출 핀(17)을 통해 디바이스의 구동열이 훨씬 많이 패키지 외부로 방출될 수 있다.

이상 설명한 것처럼 본 발명은 리드 프레임의 내부 리드와 외부 리드들의 배열과 동일한 배열을 갖도록 내부 열 방출 핀을 구성하여 패키지의 상하면을 통한 수직방향으로 디바이스의 구동열을 발산함과 동시에 내부 열 방출 핀을 통해 더욱 더 많은 양의 구동열을 발산할 수 있다.

본 발명은 비록 첨부한 도면을 참조로 하여 구체적인 실시례를 통해 설명하였지만, 이것은 예시적인 것에 지나지 않으므로 본 발명은 여기에 국한되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에 숙련된 자에게는 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지 변형과 수정이 가능할 것이다. 예컨대, 제1도 및 제3a도에서는 내부 열 방출 핀이 네방향으로 배열되어 있지만 패키지의 핀 수나 외부 리드가 차지하는 면적 등을 고려하여 배열 수를 변경할 수도 있을 것이다. 또한 제4도의 본 발명 제4 실시례는 외부 열 방출 핀(17)이 부착된 히트 싱크는 리드 프레임 패드와 면접착되어 있지만 제3도를 참조로 설명한 제3 실시례에서와 마찬가지로 반도체 칩을 히트 싱크에 직접 부착시킨 구조를 사용하는 것도 가능하다.

Claims (5)

1. 반도체 칩(2)이 수용되는 패키지 몸체(8)와; 상기 반도체 칩을 부착하여 고정시키는 리드 프레임 패드(3)와 상기 반도체 칩을 외부와 전기적으로 연결하기 위한 내부 리드 부분(5)과 외부 리드 부분(6)이 형성된 리드 프레임(7)을 구비하는 반도체 패키지에 있어서, 상기 리드 프레임에, 반도체 칩에서 발생한 열을 외부로 방출하는 하나 이상의 내부 열 방출 수단(1 또는 1')이 상기 리드 프레임 패드와 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
2. 제1항에 있어서, 상기 내부 열 방출 수단은 상기 외부 리드 부분의 각각의 리드폭의 2배 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
3. 제1 또는 제2항에 있어서, 상기 리드 프레임의 반도체 칩이 부착된 반대면에는 제2열 방출 수단(10)이 면접촉되어 있으며, 상기 제2열 방출 수단의 면접촉면은 계단 형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
4. 제3항에 있어서, 상기 제2열 방출 수단은 상기 내부 리드와 상기 내부 열 방출 수단과 접착성 절연 테이프 또는 접착성 코팅액에 의해 접촉되며, 상기 접촉이 이루어지지 않는 면 둘레에는 측면 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
5. 제4항에 있어서, 상기 내부 열 방출 수단과 상기 제2열 방출 수단에는 외부 열 방출핀(17)이 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.