KR0169893B1 - 더미리드와 히트싱크의 직접 전기적 연결 구조를 갖는 파워 패키지 - Google Patents

더미리드와 히트싱크의 직접 전기적 연결 구조를 갖는 파워 패키지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 히트싱크를 가지고 있는 파워 패키지의 히트싱크와 더미리드를 전기적으로 연결하는 것으로서, 히트싱크부와 직접 전기적으로 연결하기 위한 더미리드부 하나 이상을 리드 프레임상에 만들어 준 다음, 각각의 본딩패드들과 내부리드들을 전기적으로 연결하는 본딩공정 및 내부리드를 히트싱크 상면에 접착 고정하는 공정 시(工程 時), 상기 더미 리드부중 하나 이상을 히트싱크와 직접 전기적으로 연결할 수 있는 구조이며, 상기와 같이 히트싱크와 리드 프레임 사이드 레일부가 서로 전기적으로 연결되어 전기 도금 방법에 의해서도 납-주석 솔더 코팅막을 형성하여, 외부 공기와 접촉하여 산화 부식되는 것을 방지하고, 서키트 보드에 실장시 열 방출을 보다 용이하게 시킬 수 있는 것이다.

Description

더미리드와 히트싱크의 직접 전기적 연결 구조를 갖는 파워 패키지
제1도는 종래 기술에 따른 히트싱크를 갖는 칩 패키지의 단면도.
제2도는 종래 기술에 따른 히트싱크부가 리벳으로 연결된 구조를 갖는 칩 패키지의 단면도.
제3도는 본 발명에 따른 더미 리드 써포트부를 갖는 리드 프레임의 구조 평면도.
제4도는 제3도 A부분의 확대도.
제5도는 본 발명에 따른 더미 리드를 갖는 다른 예시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 칩 12 : 본딩 패드
20 : 다이 패드 30 : 접착제
31 : 전기 절연 접착제 40 : 내부리드
41, 42 : 더미 써포트 리드 43 : 접착제로 코팅된 더미 리드부
44 : 접착제로 코팅된 내부리드부 45 : 더미 리드
50 : 외부 리드 60, 61 : 본딩 와이어
70 : 패키지 몰드 80 : 히트싱크
120 : 싸이드 레일 140 : 리벳
본 발명은 칩 패키지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 히트싱크(Heatsink)를 갖는 파워(Power) 패키지에 있어서, 외부로 노출된 히트싱크부가 전기 도금되도록 더미리드를 형성하여, 그 더미리드와 히트싱크가 전기적으로 연결된 구조를 갖는 칩 패키지에 관한 것이다.
반도체 디바이스가 고집적화, 고기능화, 고속화함에 따라 칩에서의 전원 소비가 날로 증가하는 추세에 있다. 따라서 패키지의 변화도 이에 대응하기 위해 칩에서 발생하는 열을 효과적으로 외기(外氣)로 방출하기 위하여 저열 저항화 할 수 있는 저열 저항 패키화가 진행 중이다.
따라서, 종래 패키지와 기존과 거의 유사한 외형 칫수 이면서 EMC(Epoxy Molding Compound)에 의해 밀봉되는 형태를 갖는 다양한 종류의 파워 패키지가 제작되었으며, 그 파워 패키지의 가장 중요한 항목은 저열 저항화를 통한 패키지의 최대 허용 손실 즉, 최대 열손실(Pdmax)의 증대이다. 여기서, 패키지의 최대 열손실(Pdmax)이 크다는 의미는 전력(Power)의 소모가 커 발생하는 열량이 많은 디바이스의 탑재가 가능함을 나타내며, 또한 디바이스의 접합부(Junction) 온도를 낮게 관리하는 것이 가능함을 의미한다. 즉, 열 방출이 용이하도록 패키지 내부에 히트싱크(Heatsink)를 내장하는 형태의 패키지가 제작되었으며, 여러 가지 형태의 히트싱크(Heatsink)를 내장하는 다양한 패키지가 개발되었다. 또한, 보다 열 방출이 용이하기 위하여 히트싱크부가 패키지 몰드 외부 저면(底面)에 노출되어 인쇄 회로 기판에 실장 되고, 그 인쇄 회로 기판 상면에 상기 외부로 노출된 히트싱크면과 외부리드 실장 부분이 접촉되어 보다 넓은 표면적을 가짐으로써, 상기 인쇄 회로 기판 상면에 실장된 패키지에 전원이 인가된 경우 발생되는 열 방출 효과를 증대시킬 수 있다.
이와 같이 패키지와 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board)간의 실장시 솔더링(Soldering)접합을 하기 위해서는, 상기 인쇄 회로 기판에 접합되는 상기 패키지의 외부로 노출된 히트싱크면과 외부리드 부분은 대기 중의 산화와 부식으로부터의 방지와 기판과의 솔더링(Soldering)이 잘 되도록 함으로써, 그 제품의 신뢰도 향상을 목적으로 사전(事前)에 납­주석 솔더(Sn­Pb Solder)가 소정의 두께를 갖도록 코팅(Coating)되어 있어야 한다. 이를 반도체 조립 공정에서는 표면 처리 또는 리드 피니싱(Lead Finishing) 공정이라고 한다.
이러한 리드 피니싱(Lead Finishing)공정은 크게 리드 프레임 스트립(Strip)상태에서 실시하는 전기분해(Electroiysis)에 의한 전기 도금 공정, 그리고 패키지가 모두 완료되고 실시하는 유니트(Unit) 상태에서 실시하는 웨이브(Wave) 공정 및 디핑(Dipping)방법에 의한 용융도금 공정으로 크게 나눌 수 있으며, 일반적으로 외부 리드간의 피치(Pitch)가 협소한 파인 피치(Fine Pitch)패키지에 주석­납(Sn­Pb)용융도금을 실시하는 경우에는 리드간의 단락(Short), 솔더 뭉침 현상 및 코팅막 두께 불 균일 등의 공정 불량 감소를 위해 전기 도금이 많이 사용되고 있다.
전기 도금 방법을 간략히 설명하면, 적정 금속 이온인 주석 이온(Sn2+)과 납이온(Pb2+)이 녹아 있는 도금액내에 양극(Cathode)과 음극(Anode)에 전극을 담그고 음극에는 도금할 자재 즉, 봉지에 의해 몰딩이 완료된 리드 프레임을 리드 프레임 사이드 레일(Side Rail)부분을 잡아 고정시켜 줄 수 있는 랙(Rack)이라는 치공구를 이용하여 연결시켜 주고, 양극에는 볼(Ball) 또는 바(Bar)형태로 형성된 납­주석(Sn­Pb)합금을 연결하여 이 두 전극 사이에 통전(通電)된 경우, 상기 도금액내의 전해질은 두 전극에서 화학변화를 일으켜 결국 음극 쪽의 도금하려는 자재인 리드 프레임의 금속 노출 부분에 모두 납­주석(Sn­Pb)솔더 코팅 막이 전해 석출(Electrodeposit)된다.
종래의 히트싱크를 갖는 제1도를 살펴보면, 칩(10)이 접착제(30)로 히트싱크(80) 상부면에 접착 고정되어 있고, 상기 칩(10) 상부면에 형성된 복수 개의 본딩패드(12)들이 그들에 각각 대응하는 와이어(60)에 의하여, 상기 본딩패드들(12)에 각각 대응된 내부 리드(40)들이 전기적으로 연결되어 있고, 상기 내부 리드들은 히트싱크(80) 상면에 전기 절연 접착제(31)로 접착 고정되어 있고, 상기 칩(10), 내부리드(40), 접착제(30), 와이어(60), 본딩패드(12)와 히트싱크(80)내부는 패키지몰드(70)에 의하여 봉지 수지되고, 외부리드(50)들과 히트싱크(80)의 하면은 외부로 노출되어 있다. 이러한 제1도와 같은 히트싱크를 갖는 패키지에서 전기 도금을 시행하면, 전기 도금되는 부분은 외부 리드 부만 전기 도금되며, 히트싱크부의 외부노출 부위는 도금이 되지 않기 때문에, 실장될 인쇄 회로 기판 상에 실장 불량이 발생되어 원활한 열 방출이 되지 않을 뿐만이 아니라, 부식 등의 불량이 발생하는 단점이 있다.
다른 종래의 기술인 제2도를 살펴보면, 칩(10)이 접착제(30)로 히트싱크(80) 상부면에 접착 고정되어 있고, 상기 칩(10) 상부면에 형성된 복수 개의 본딩패드(12)들이 그들에 각각 대응하는 와이어(60)에 의하여, 상기 본딩패드들(12)에 각각 대응된 내부 리드(40)들이 전기적으로 연결되어 있고, 상기 내부 리드들 중 전기적 신호로 쓰이지 않는 리드부(도면 표시 안함, 이하 더미(Dummy)리드 라고 칭한다.)를 절곡 성형하여 히트싱크(80)상면에 리벳(140)으로 체결하고, 상기 리벳(140)으로 체결된 리드부가 내부리드(40)를 지지하고, 상기 칩(10), 내부리드(40), 접착제(30), 와이어(60), 본딩패드(12), 리벳(140)과 히트싱크(80)내부는 패키지몰드(70)에 의하여 봉지 수지되고, 외부리드(50)들과 히트싱크(80)의 하면은 외부로 노출되어 있다.
이와 같은 구조에서는 외부 리드 부와 외부로 노출된 히트싱크부에 전기 도금 할 수 있다. 그러나, 상기 리벳(140)을 이용하여 히트싱크(80)와 더미(Dummy)리드를 연결하는 구조의 단점으로는, 더미 리드부를 히트싱크(80)상면에 접촉될 수 있도록 절곡 성형하여야 하며, 그 절곡 성형된 부위에 기계적인 방법에 의하여 리벳이 체결 되어야 한다. 이와 같은 기계적인 채결 방법은, 공정이 복잡해지고 많은 장비와 공정 시간이 늘어나는 단점을 지닌다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 히트싱크를 갖는 파워 패키지에 있어서, 히트싱크와 전기적으로 용이하게 연결될 수 있는 더미 리드부를 형성하여, 그 패키지의 외부로 노출된 금속 부분을 전기 도금되도록, 더미리드와 히트싱크의 직접 전기적 연결 구조를 갖는 파워 패키지를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 복수 개의 본딩 패드를 갖는 칩과; 그 칩의 일 측면과 접착된 히트싱크와; 그 본딩 패드들에 각기 대응되어 전기적으로 연결된 내부 리드들과; 상기 칩과 더미 써포트 리드를 포함하는 내부 리드들이 히트싱크 상면에 전기 절연 접착되어 있는 패키지에서, 상기 더미 리드중 하나 이상이 히트싱크와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 패키지를 제공한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
본 발명에 따른 리드 프레임을 나타내는 제3도를 참조하면, 리드 프레임 싸이드(Side) 레일이 외부리드들(50)을 붙잡고 있으며, 그 외부리드들(50)은 내부리드와 연결되어 있고, 그 내부리드들(40)의 하단면(下段面)에 히트싱크(80)(점선으로 표시된 부분)가 전기 절연 접착되며, 상기 싸이드 레일(120)과 외부리드(50)의 모서리 부분에 더미 써포드 리드(42)부분을 가지며, 그 더미 써포트 리드(42)는 내부리드들(40)의 하부면(下部面)에 전기 절연 접착된 히트싱크(80)와 직접 전기적으로 연결되도록 히트싱크(80)쪽으로 돌출 되어 있다.
상기의 더미 써포트 리드의 구조를 보다 상세하게 설명하기 위한, 상기 제3도의 A부분 확대 도면인 제4도를 참조하면, 히트싱크(80)상면에 복수 개의 본딩패드(12)를 갖는 칩(10)이 접착 고정되고, 내부리드(40)들이 히트싱크(80)부의 외각 쪽에 접착되어 있는 전기 절연 접착 태입(31)에 의하여 접착 고정되어 있고, 내부 리드(40) 말단 부분에 와이어 본딩이 용이하게 되도록 은 프레팅(Plating)(44)을 한 부분과, 내부 리드(40)의 은 프레팅(44)부분과 본딩패드(12)가 와이어(60)에 의하여 전기적으로 연결되어 있고, 더미 써포트 리드(41)부분이 히트싱크와 전기적으로 용이하게 연결하게 되도록 히트싱크(80) 방향으로 연장 성형되고, 그 더미 써포트 리드 (41)의 연장 성형된 부분에 상기 히트싱크(80)와 직접 와이어 본딩을 실시하기 위해 은 프레팅(43)이 되어 있으며, 그 더미 써포트 리드 접착부(43)와 상기 히트싱크(80)의 전기적 연결을 위해, 그 히트싱크(80)의 더미 써포트 리드가 연장되어 전기적으로 연결될 부위에 전기 절연 접착 태입(31)이 없는 부분이 형성되고, 상기 전기 절연 접착 태입(31)이 형성되어 있지 않는 부위에 와이어 본딩 공정 시 그 더미 써포트 리드부(41)와 히트싱크의 전기 절연 접착 태입(31)이 노출된 부위에 와이어 본딩공정을 실시하여 전기적으로 히트싱크(80)와 더미리드(41)부를 연결시킨 구조이다.
상기와 같이 히트싱크와 더미리드가 직접 전기적으로 용이하게 연결 되도록 제안된 본 발명에 따르면, 봉지에 의해 몰딩이 완료된 리드 프레임을 리드 프레임 싸이드 레일(Side Rail)부분을 잡아 고정시켜 줄 수 있는 랙(Rack)이라는 치공구를 사용하여 전기 도금하는 공정에 있어서, 상기 리드 프레임과 히트싱크가 모두 전기적으로 연결되어, 패키지 외부로 노출된 히트싱크 하면(下面)과 외부리드부분이 모두 도금되며, 와이어 본딩 공정 시 더미 리드와 히트싱크의 전기적인 연결을 실시함으로써 공정 단계와 공정 시간을 단축하는 이점(利點)이 있다.
또한, 리드 프레임의 구조는 제3도와 같은 QFP 형태의 리드 프레임 뿐만이 아니라 설계자에 따라서 다른 여러 형태의 리드 프레임 형태에서도 적용될 수 있으며, 상기 제3도와 제4도에서 나타낸 것처럼 QFP형태의 리드 프레임 상에 히트싱크를 직접 전기적으로 연결하는 더미 리드를 갖는 구조뿐만이 아니라, 본 발명에 의하면, 상기 기술한 종래의 기술인 히트싱크와 더미 리드를 리벳에 의하여 기계적으로 체결을 하지 않고도, SOJ, DIP타입 등의 리드 프레임 형태에서도, 상기 리드 프레임 상에 더미 리드를 형성하여 직접 히트싱크의 전기 절연 접착 태입이 노출된 표면에 전기적으로 연결할 수 있다.
그 다른 예로서 제5도를 참조하면, 히트싱크(80)상면에 칩(10)이 접착 고정되어 있으며, 그 히트싱크(80)상면에 전기 절연 접착 태입(도면에 표시 안됨)에 의하여 내부 리드(40)들이 전기 절연 접착 고정되어 있고, 그 내부 리드(40)와 상기 본딩패드(12)들이 서로 전기적인 연결 수단에 의하여 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 내부 리드(40)들 중에서 전기적 신호로 쓰이지 않는 더미(Dummy)리드(45)들이 형성되어 있고, 그 더미리드(45)들이 상기 히트싱크(80)와 직접 전기적으로 연결되기 위해, 상기 히트싱크(80)상면에 부착된 전기 절연 접착 태입(도면에 표시 안됨)중 상기 더미리드(45)가 접착될 부위를 비워 놓고(도면에 표시 안됨), 상기 더미리드(45)들 중 하나 이상이 상기 히트싱크(80)부 상면에 전기 절연 접착 테입이 형성되어 있지 않는 부분에 직접 전기적으로 연결되어 있는 것을 보여준다.
더미 리드와 히트싱크의 전기적 연결은 상기 제4도에서 보여준 것처럼 와이어에 의하여 직접 연결할 수 도 있으며, 본 발명에 따르면 반드시 와이어에 의하여 더미리드부와 히트싱크를 전기적으로 연결하는 것뿐만이 아니라, 더미리드부에 솔더볼을 형성하여 열 압착에 의하여 더미리드와 히트싱크를 연결할 수 도 있으며, 또한 전도성 접착 태입에 의하여 상기 히트싱크와 더미리드를 직접(Direct) 전기적으로 연결할 수 있다.
다양한 히트싱크를 가지고 있는 파워 패키지에 있어서, 히트싱크와 리드 프레임이 직접 전기적으로 용이하게 연결될 수 있도록 하나 이상의 더미리드 또는 더미 써포트 리드부를 리드 프레임 상에 구조를 갖게 하여, 그 더미리드와 히트싱크가 전기적인 연결 수단에 의하여 직접 전기적으로 연결된다. 따라서, 결과적으로 리드 프레임의 사이드 레일과 히트싱크부가 전기적으로 모두 연결되기 때문에 패키지 외부로 노출된 외부리드와 히트싱크 외부 금속면은, 상기에 설명한 전기 도금 방법에 의해서도 주석­납 도금막을 형성할 수 있게 된다.
따라서 본 발명에 의하면, 더미리드부 또는 더미 써포트 리드 부를 변경하여 히트싱크와 직접 전기적으로 연결하여, 전기 도금 공정에 의해서도 외부로 노출된 외부리드와 히트싱크의 저면부를 도금함으로서 얻어지는 다른 효과는, 납­주석 도금막이 히트싱크 외부 노출 부위를 보호함으로써 부식을 방지하고, 서키트 보드 실장시 열 방출을 서키드 보드를 통하여 보다 넓은 범위로 할 수 있는 장점을 지니게 된다. 또한 다른 이점(利點)으로는, 기존에 쓰이고 있었던 히트싱크와 더미리드부를 리벳으로 연결한 리벳이음과 같이 기계적인 공정이 불필요하고, 와이어 본딩공정 및 내부리드와 히트싱크의 접착 고정 공정에 있어서도, 상기 히트싱크와 더미리드를 전기적으로 연결할 수 있다.

Claims (12)

  1. 복수 개의 본딩 패드를 갖는 칩과; 그 본딩 패드들에 각기 대응되어 전기적으로 연결된 내부리드들을 포함하는 리드 레임과; 상기 칩의 하부면과 접착된 히트싱크; 및 상기 칩 및 내부리드들을 포함하는 전기적 연결 부분을 내재·봉지한 성형 수지, 상기 히트싱크의 하부면이 상기 성형 수지에 의하여 누출된 패키지에 있어서, 상기 성형 수지에 의해 내제·봉지된 리드 프레임의 일부분을 연장하여 그 일부분과 상기 히트싱크를 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 파워 패키지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연장된 리드 프레임의 일부분이 더미리드인 것을 특징으로 하는 패키지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 연장된 리드 프레임의 일부분이 더미 써포트 리드인 것을 특징으로 하는 패키지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 연장된 리드 프레임의 일부분이 히트싱크와 전기적으로 연결하는 수단이 와이어로 연결되는 것을 특징으로 하는 패키지.
  5. 제1항에 있어서, 상기 연장된 리드 프레임의 일부분이 히트싱크와 전기적으로 연결하는 수단이 전도성 접착 태입으로 연결되는 것을 특징으로 하는 패키지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 연장된 리드 프레임의 일부분이 히트싱크와 전기적으로 연결하는 수단에서, 그 연장된 리드 프레임의 일부분에 솔더볼을 형성하여 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 패키지.
  7. 제1항에 있어서, 상기 연장된 리드 프레임의 일부분이 히트싱크와 전기적으로 연결하는 수단이 되는, 그 연장된 리드 프레임부가 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 구조.
  8. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 연장된 리드 프레임의 일부분이 히트싱크와 전기적으로 연결되는 부분에 전기적 접합이 용이하도록, 그 연장된 리드 프레임 부분에 은 프레팅 되어 있는 것을 특징으로 하는 구조.
  9. 제2항에 있어서, 상기 히트싱크와 전기적으로 연결되는 상기 더미리드가 적어도 한 개 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 패키지.
  10. 제3항에 있어서, 상기 히트싱크와 전기적으로 연결되는 상기 더미 써포트리드가 적어도 한 개 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 패키지.
  11. 제2항에 있어서, 상기 더미리드가 상기 히트싱크 상면으로 연장되어, 그 히트싱크 상면에 직접 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 패키지.
  12. 제11항에 있어서, 상기 히트싱크 상면으로 연장되어 있는 상기 더미리드가 적어도 두 개 이상 형성되어, 그 더미리드들과 상기 히트싱크에 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 패키지.
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