KR100262811B1 - 에어 캐비티를 가지는 플라스틱 패키지 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

소형화 및 전자파차폐가 가능하도록 한 에어캐비티를 포함한 플라스틱패키지 및 제조방법에 대해 개시한다. 이는 제1패드(110)보다 이들에 대응되는 제1리이드(120)가 높게 단차지도록 제1리이드프레임(100)을 형성시키는 단계와; 제1패드의 가장자리로부터 단차진 제1리이드의 단부에 이르는 구간에 에폭시수지로 에어캐비티(101)의 측벽과 바탕을 형성시키는 단계와; 제1패드에 반도체칩(140)본딩 및 와이어본딩하는 단계와; 측벽의 상단부에 금속덮개(150)를 접착시켜 에어캐비티를 형성시키는 단계와; 금속덮개와 제1리이드프레임 사이를 접지시키는 단계와; 측벽으로부터 외측으로 제1리이드의 일부분이 돌출되도록 리이드를 절단하여 각 제1리이드와 제1패드을 포함하는 몰딩된 제1리이드프레임의 제1단위체를 분리시키는 단계와; 제1리이드프레임과 대응되는 제2리이드 및 제2패드가 연속적으로 배치된 제2리이드프레임에 제1단위체를 탑재하여 접속시키는 단계와; 각 제1단위체가 접속된 제2리이드프레임에 대하여 각 단위체의 구분없이 상부 전체에 에폭시수지로 몰딩시키되, 제2리이드프레임의 저면이 외부로 노출되도록 몰딩시키는 단계와; 에폭시수지 및 제2리이드프레임을 제1단위체를 포함하는 패키지 단위체로 절단시키되, 제2리이드의 단면이 절단된 에폭시수지면에 노출되도록 절단시키는 단계;를 포함한다. 이는 회로의 동작특성을 향상시키고 실장면적을 줄일 수 있다.

Description

에어 캐비티를 가지는 플라스틱 패키지 및 그 제조방법

본 발명은 에어 캐비티형 플라스틱 패키지 및 그 제조방법에 관한 것으로써, 특히 소형화 및 저잡음 실현에 유리하고 방열성능 및 생산성이 향상되도록 한 에어 캐비티형 플라스틱 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 패키지는 리이드 프레임에 본딩와이어로 연결된 IC칩을 감싸주는 것으로서, 외부충격 및 자기장등으로부터 반도체 칩의 회로를 보호해주며, 또한 반도체 칩이 최적의 상태에서 본래의 기능을 할 수 있도록 내부적 환경을 보호해주는 역할을 한다.

한편, 에어캐비티(Air cavity) 패키지라 함은 반도체칩의 활성표면에 패키지 재료의 직접적인 접촉이 없도록 패키지 내부에 공동(空洞)을 형성한 형태로서 반도체칩의 기능보호에 효과적이다.

그러나 통상의 에어 캐비티형 패키지는 세라믹 또는 프라스틱 재료이던 간에 여러층의 접착 계면(界面)이 패기지 외면에 노출되는 형태이다. 이러한 계면은 열악한 조건하에서 기밀성이 제일 먼저 파괴되는 곳이기도 하다. 또한 접착제나 용접제를 이용한 공동(空洞)의 봉함에는 패키지 한개 한개씩 순차적으로 처리해야 하며 특별한 공정 기술과 세심한 주의가 필요하다. 이것은 이러한 패키지들이 생산성이 낮은 주 원인이기도 하다. 특히 세라믹 패키지는 가격이 고가이며 덮개와 베이스를 반도체조립 공정 자체 장비나 시설에서 만들어지기 어려운 원가비중이 매우 큰 구매품이다.

덧씌위기 몰딩에 의한 종래의 에어캐비티 패키지의 일예로는, 도9에 도시된 바와 같이, 반도체칩(500)을 탑재하고 와이본딩한 리이드프레임의 배면에 플라스틱 판(501)을 대응시키고 상부면에는 프라스틱 덮개(502)를 안착시킨 후, 초음파로 리드프레임 양면의 플라스틱판(501)과 덮개(502)를 융착하여 에어 캐비티(air cavity;503)를 형성시킨 구조가 있다. 이러한 반도체 패키지는 일차적으로 리드프레임에 봉함된 플라스틱 덮개의 외곽에 에폭시몰딩 컴파운드로 덧씌우기 몰딩을 한다. 하지만 이 기술에 사용된 에어 캐비티를 형성한 플라스틱은 열가소성 재료이므로 특별히 높은 온도(대체적으로 280℃ 근방)가 가해지면 용융 또는 변형이 시작되어 이것 자체로서는 에어 캐비티의 기밀을 유지하는 수단이 될 수 없고, 단지 외부의 덧씌워진 에폭시몰딩컴파운에 의해서만 의존한다. 또한 초음파융착에 의한 봉함 자체는 저온 과정이므로 에어 캐비티내부의 공기는 건조된 상태가 아니므로 고온에서 봉함한 상태와 달리 상대적으로 많은 습기를 내포하여 제품의 수명에 악 영향이 있을 수 있다.

구조적으로는 리이드가 패키지 측면 중앙에서 노출 연장되어 보드 실장이 가능한 형태로 리이드가 포밍되어야 하므로 패키지의 소형화에 불리하다

또한, 패드가 노출되는 형태로의 제조가 불가능함으로써 방열성이 떨어지며, 금속 덮개를 덮어 패키지 자체내 전자파차폐 기능을 하는 구조로 유도할 수 없다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로써, 다음과 같은 목적을 가진다.

첫째, 프라스틱 몰딩 기법을 이용해 에어 캐비티를 형성하면서도 리드레스(leadless)형태로 소형화되는 저응력, 저소음, 고방열 그리고 전자파 차폐가 가능하도록 한 에어 캐비티형 플라스틱 패키지 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

둘째, 간단한 공정으로 원가절감되고 생산성이 대폭 향상되도록 한 에어 캐비티형 플라스틱 패키지 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

세째, 방습 및 기밀성이 대폭 향상되도록 한 에어 캐비티형 플라스틱 패키지 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

도1은 본 발명 반도체 패키지에 채용되는 제1,2리이드프레임을 나타낸 사시도,

도2a내지 도2h는 본 발명에 따른 반도체 패키지 제조방법을 나타낸 공정도,

도3a는 제1리이드프레임에 에어캐비티의 바탕과 측벽이 형성된 상태를 나타

낸 사시도,

도3b는 도3a의 저면 사시도,

도4는 도3a의 제1리이드프레임에 칩본딩 및 와이어본딩되고 금속덮개가 접착

된 상태에서 제2리이드프레임에 제1리이드프레임이 탑재된 상태를

나타낸 요부 부분 단면도,

도5는 도3a에 칩본딩 및 와이어본딩되고 금속덮개가 접착된 상태에서

제1리이드프레임으로부터 분리된 단위체를 나타낸 사시도,

도6은 제2리이드프레임상에 도5에 도시된 단위체들이 접속된 후 몰딩된 상태

와 가상 절단선을 나타낸 개략도,

도7은 도6으로부터 절단된 단위 패키지를 나타낸 부분 단면도,

도8은 액상 에폭시의 포팅(potting)에 의한 패키지몸체 형성방법을 설명하기

위한 개략도,

도9는 덧씌우기 몰딩한 종래의 에어캐비티 플라스틱 패키지를 나타낸 단면도

이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100...제1리이드프레임 101...에어캐비티

110...제1패드 120...제1리이드

130...측벽 131...관통공

140...반도체 칩 141...와이어

150...금속덮개

160...(제1리이드프레임에서 개별화된)제1단위체

200...제2리이드프레임 201...제2패드

202...제2리이드

상기 목적을 달성하는 본 발명에 따른 에어캐비티를 가지는 플라스틱 패키지는 반도체 칩이 본딩되는 복수의 제1패드와, 반도체칩과 와이어본딩되는 제1리이드들이 연속적으로 배치 형성되며, 각각의 제1리이드들이 제1패드보다 높게 단차지도록 형성된 제1리이드프레임과;

상기 제1패드들의 각 가장자리로부터 단차진 제1리이드들의 단부에 이르는 구간에 몰딩하여 에어캐비티의 바탕을 형성하는 바탕몰드체와,

그 상단부로부터 상기 제1리이드프레임의 상면에 이르는 구간에 복수의 관통공이 형성된 측벽과;

상기 측벽의 각 관통공에 충전되는 도전성페이스트와;

상기 측벽의 상단부에 접착되며, 상기 도전성페이스트를 통하여 제1리이드프레임과 전기적으로 연결되는 금속덮개와;

상기 제1리이드프레임으로부터 분리된 각각의 제1패드 및 제1리이드를 포함하는 몰딩된 제1단위체가 탑재되어 전기적으로 접속되는 제2패드 및 제2리이드를 가지는 제2리이드프레임과;

상기 제1단위체의 제1패드 및 제1리이드가 접속된 제2리이드프레임의 측면 및 상면에 몰딩되는 에폭시수지물을 포함하여 된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하는 본 발명 에어캐비티형 플라스틱 패키지 제조방법은 복수의 제1패드들보다 이들에 각각 대응되는 각각의 제1리이드들이 높게 단차지도록 제1리이드프레임을 형성시키는 단계와;

상기 제1패드들의 각 가장자리로부터 단차진 제1리이드들의 단부에 이르는 구간에 몰딩하여 에어캐비티의 바탕과 측벽을 형성시키는 단계와;

상기 각 제1패드에 반도체 칩을 본딩하는 단계와;

상기 반도체칩과 제1리이드를 와이어본딩하는 단계와;

상기 측벽의 상단부에 금속덮개를 접착시켜 에어 캐비티를 형성시키는 단계와;

상기 금속덮개와 상기 제1리이드프레임 사이를 접지시키는 단계와;

상기 각 측벽으로부터 외측으로 제1리이드의 일부분이 돌출되도록 리이드를 절단하여 제1리이드 프레임으로부터 제1단위체들을 분리시키는 단계와;

상기 제1리이드프레임과 대응되는 제2리이드 및 제2패드가 연속적으로 배치된 제2리이드프레임에 상기 분리된 제1단위체의 제1패드 및 제1리이드를 전기적으로 접속시키는 단계와;

상기 각 제1단위체가 접속된 제2리이드프레임의 상부에 에폭시수지로 몰딩시키되, 제2리이드프레임의 제2패드와 제2리이드의 저면이 외부로 노출되도록 몰딩시키는 단계와;

상기 에폭시수지 및 제2리이드프레임을 상기 각 제1단위체를 포함하는 단위체로 절단시키는 단계;를 포함하여 된 것을 특징으로 한다.

상기 접지시키는 단계는 몰딩시 상기 측벽에 그 상단부로부터 하단부에 이르는 구간에 관통공을 형성토록 하고, 그 관통공에 도전성 페이스트를 충전시켜서, 상기 금속덮개와 제1리이드프레임의 제1패드를 지지시키는 서포트바아를 전기적으로 연결시키도록 함이 바람직하다.

또한, 전기적으로 접속시키는 단계에서 상기 제1리이드는 제2리이드보다 짧게 중첩되도록 접속시켜서, 에폭시수지몰딩 후 절단시에 제2리이드의 단면만이 절단된 에폭시수지면에 노출되도록 하였다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 반도체 패키지 및 이를 제조하는 방법은 다음과 같다.

본 발명에 채용되는 제1리이드프레임(100)은 도1에 도시된 바와 같이, 반도체칩이 안착본딩되는 제1패드(110)와, 반도체칩과 와이어본딩되어 외부단자와 연결되는 제1리이드(120)로 이루어지는 단위체들이 사이드레일(116)과 섹션바아(section bar;115)에 의해서 연속적으로 마련되며, 각 제1리이드(120)들은 직접적으로 사이드레일(116)과 섹션바아(section bar;115)에 연결되고, 도3a에 도시된 바와 같이 제1패드(110)들은 서포트바아(102)에 연결된다.

그리고 제2리이드프레임(200)은 제2패드(201)가 상기 제1리이드(120)의 단부와 중첩되도록 제1패드(110)보다 큰면적으로 형성되어 있으며, 제2패드(201)와 제2리이드(202)는 동일평면상에 마련되어 있다.

먼저, 도1 및 도2a에 도시된 바와 같이 반도체칩이 본딩되는 복수의 제1패드(110) 및 제1리이드(120)들이 연속적으로 배열된 제1리이드프레임(100)으로부터, 복수의 제1패드(110)들보다 이들에 각각 대응되는 각각의 제1리이드(120)들이 높게 단차지도록 형성시킨다.

이어서 도2b 및 도3a,b에 도시된 바와 같이, 제1패드(110)들의 각 가장자리 로부터 단차진 제1리이드(120)들의 단부에 이르는 구간에 에폭시수지(400)로 몰딩하여 에어캐비티(air cavity;101)의 바탕면(132)과 측벽(side wall;130)을 형성시킨다.

여기서 제1리이드프레임(100)은 제1리이드(120)와 제1패드(110) 상부면에 은(Ag)으로 선택적으로 도금된 상태에서 리이드를 단차형성하고 몰딩된다. 이 도금부위와 반대의 저면을 몰딩시 레진 프레쉬(resin flash)로부터 오염되지 않게 몰드의 상하다이로 압착한 상태에서 몰딩한다.

그리고 도2c에 도시된 바와 같이 각 제1패드(110)에 반도체 칩(140)을 본딩하고, 각 반도체칩(140)과 각 제1리이드(120)를 와이어(141)본딩시킨다.

이어서 도2d에 도시된 바와 같이 상기 측벽(130)의 상단부에 금속덮개(150)를 접착시켜 에어 캐비티(101)를 형성시키고, 금속덮개(150)와 제1리이드프레임(100)의 서포트바아(support bar; 102) 사이를 접지시킨다. 서포트바아(102)에는 사이드레일(116)이나 섹션바아(115)로부터 분리가 쉽도록 노치(notch;102a)가 형성되어 있다.

상기 접지단계는 도3a에 도시된 바와 같이, 바탕면(132)과 측벽(130)의 형성단계에서 측벽(130)상단부로부터 하단부에 이르는 구간에 관통공(131)을 형성하고, 그 관통공(131)에 도전성 페이스트(135)를 충전시켜서, 상기 금속덮개(150)와 제1리이드프레임(100)의 서포트바아(102)를 전기적으로 연결시키도록 한다. 이때 측벽(130) 상단에 안착되고 관통공(131)에 충전된 도전성페이스트(135)와도 접촉되는 금속덮개(150)는 소정온도의 가열분위기속에서 접착된다. 그리고 도전성 페이스트(135)는 이후 공정에서의 열과 압력에 의해 금속덮개(150)의 탈락을 방지할 수 있도록 비교적 큰 접착성을 가지는 재료의 채용이 바람직하다.

또한, 측벽(130) 상단부와 덮개(150)의 사이는 이후 몰딩시 에어캐비티 내부로 몰딩컴파운드의 유입을 막고 에어캐비티내부의 가열된 공기가 배기될 수 있도록 완전히 밀봉되지 않은 틈을 유지한다.

이어서 도2e에 도시된 바와 같이 각 측벽(130)으로부터 외측으로 제1리이드(120)의 일부분이 돌출되도록 리이드를 절단하여서, 도5에 도시된 바와 같이 제1리이드프레임(100)으로부터 별개로 각 제1단위체(160)를 분리시킨다.

그리고 도1 및 도2f에 도시된 바와 같이, 상기 제1리이드프레임(100)과 대응되는 제2리이드(202) 및 제2패드(201)가 연속적으로 매트릭스형태로 배열된 제2리이드프레임(200)에 상기 제1리이드프레임(100)에서 분리된 제1패드(110) 및 제1리이드(120)를 포함하는 제1단위체(160)를 중첩하여 전기적으로 접속시킨다. 이때 도2f 및 도7에 도시된 바와 같이, 상기 제1리이드(120)는 제2리이드(202)보다 짧게 중첩되어 접속된다.

이때 제2패드(201)의 주앙부분과 제2리이드(202)의 단부에 전도성 접착재 또는 용접재를 프린팅하고, 그 위에 제1패드(110) 및 제1리이드(120)가 일치되도록 중첩시키고, 열을 가하여 부착시킨다.

이어서, 도2g 및 도6에 도시된 바와 같이, 상기 각 제1단위체(160)가 접속된 제2리이드프레임(200)의 상부에 패키지의 프라스틱 몸체를 형성하는 에폭시수지(400)로 몰딩시키되, 각 제1단위체(160)를 구분하지 않고 제2리이드프레임(200)의 가장자리 및 저면이 외부로 노출되도록 제2리이드프레임(200) 전체를 몰딩시킨다. 여기서 트랜스퍼몰딩방법에 의한 몰딩시 에폭시수지를 금형내로 주입하는 압력에 의해 제1단위체(160)의 에어캐비티 바탕과 벽이 압축 붕괴되지 않게 금형내 배기 장치를 충분히하고 에폭시수지의 주입압력을 낮게한다. 그리고 제2리이드프레임(200)의 저면을 납땜성이 좋은 재료로 도금한다.

한편, 도8에 도시된 바와 같이, 외관몸체 형성은 에폭시몰딩컴파운드를 금형안으로 주입하는 트랜스퍼몰딩 방식외에도 박리제가 얇게 적용된 폴리머 필름(POLYMER FILM;500)을 깔고 그위에 복수의 반도체칩 본딩된 제1리이드프레임(100)이 안착 부착된 제2리이드프레임(200)을 접착하고, 제2리이드프레임(200)의 테두리와 일치하는 플라스틱 댐(600)을 설치한 뒤 액상의 에폭시수지를 댐(600)의 높이로 편평하게 충전시키고 경화시키는 포팅(potting)형식의 작업도 가능하다.

그리고 도6 및 도7에 도시된 바와 같이 상기 에폭시수지(400) 및 제2리이드프레임(200)을 상기 각 제1패드(110)를 포함하는 단위체(160)로 절단시키되, 제2리이드프레임(200)의 제2리이드(202)와 서포트바아를 에폭시수지(400)와 함께 절단하여 같은 단면에 노출시킨다.

한편, 상기 제1,2리드프레임(100)(200)에는 각각의 리이드(120)(202) 사이를 연결하여 에폭시 몰딩시 외부 리이드사이에 에폭시수지의 유입을 막는 통상의 댐바(DAMBAR)가 마련되어 있지 않다.

본 발명 제조방법에서는 제1리이드프레임의 몰딩에 대해서만 제1리드프레임에 댐바를 대신해 금형에 돌기(미도시)를 형성하여서, 몰딩시 리이드 사이에 에폭시수지가 유입 방지되도록 하였다.

한편, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하고 본원의 정신과 범위를 이탈함이 없이 많은 변형을 가하여 실시될 수 있음은 두말 할 것도 없다. 예컨대, 상기 제2리이드프레임의 제2패드를 제거시킨 상태 또는 제1리이드프레임과 제2리이드프레임의 패드 각각을 제거시킨 상태로의 제조방법도 가능할 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명은 다음과 같은 이점을 가진다.

첫째, 제2리이드프레임의 제2패드가 외부로 노출되는 구조를 가짐으로써, 방열효과가 대폭 향상된다.

둘째, 측벽의 관통공에 충전된 도전성페이스트로 인해 제2리이드프레임과 금속덮개간의 접지구조를 실현함으로써 전자파를 차폐하고 회로의 동작특성을 향상시킨다.

셋째, 반도체칩본딩 및 와이어본딩된 제1리이드프레임을 측벽 및 금속덮개로서 일차적으로 에어캐비티를 형성한 후 덧씌우기 몰딩을 함으로써 종래의 순차적인 봉합과정을 없앤다.

넷째, 플라스틱 패키지로서 리이드레스(leadless)를 이룬다. 패키지의 개별화 과정으로서 몰딩된 프라스틱 몸체를 제2리이드프레임과 함께 절단함으로서 제2리이드가 패키지 몸체를 벗어나지 않고 사면이 절단면으로 개별화된 리이드레스 패키지를 이룬다. 따라서 회로기판의 실장 면적을 줄일 수 있는 소형화를 실현한다.

Claims (4)

1. 반도체 칩이 본딩되는 복수의 제1패드와, 반도체칩과 와이어본딩되는 제1리이드들이 연속적으로 배치 형성되며, 각각의 제1리이드들이 제1패드보다 높게 단차지도록 형성된 제1리이드프레임과;

   상기 제1패드들의 각 가장자리로부터 단차진 제1리이드들의 단부에 이르는 구간에 몰딩하여 에어캐비티의 바탕을 형성하는 바탕몰드체와,

   그 상단부로부터 상기 제1리이드프레임의 상면에 이르는 구간에 복수의 관통공이 형성된 측벽과;

   상기 측벽의 각 관통공에 충전되는 도전성페이스트와;

   상기 측벽의 상단부에 접착되며, 상기 도전성페이스트를 통하여 제1리이드프레임과 전기적으로 연결되는 금속덮개와;

   상기 제1리이드프레임으로부터 분리된 각각의 제1패드 및 제1리이드를 포함하는 몰딩된 제1단위체가 탑재되어 전기적으로 접속되는 제2패드 및 제2리이드를 가지는 제2리이드프레임과;

   상기 제1단위체의 제1패드 및 제1리이드가 접속된 제2리이드프레임의 측면 및 상면에 몰딩되는 에폭시수지물을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 에어캐비티를 가지는 플라스틱 패키지.
2. 복수의 제1패드들보다 이들에 각각 대응되는 각각의 제1리이드들이 높게 단차지도록 제1리이드프레임을 형성시키는 단계와;

   상기 제1패드들의 각 가장자리로부터 단차진 제1리이드들의 단부에 이르는 구간에 몰딩하여 에어캐비티의 바탕과 측벽을 형성시키는 단계와;

   상기 각 제1패드에 반도체 칩을 본딩하는 단계와;

   상기 반도체칩과 제1리이드를 와이어본딩하는 단계와;

   상기 측벽의 상단부에 금속덮개를 접착시켜 에어 캐비티를 형성시키는 단계와;

   상기 금속덮개와 상기 제1리이드프레임 사이를 접지시키는 단계와;

   상기 각 측벽으로부터 외측으로 제1리이드의 일부분이 돌출되도록 리이드를 절단하여 제1리이드 프레임으로부터 제1단위체들을 분리시키는 단계와;

   상기 제1리이드프레임과 대응되는 제2리이드 및 제2패드가 연속적으로 배치된 제2리이드프레임에 상기 분리된 제1단위체의 제1패드 및 제1리이드를 전기적으로 접속시키는 단계와;

   상기 각 제1단위체들이 접속된 제2리이드프레임의 상부에 에폭시수지로 몰딩시키되, 제2리이드프레임의 전체 가장자리와 저면이 외부로 노출되도록 몰딩시키는 단계와;

   상기 에폭시수지 및 제2리이드프레임을 상기 각 제1단위체를 포함하는 단위체로 절단시키되, 절단된 제2리이드의 단면이 절단된 에폭시수지면에 함께 노출되도록 절단시키는 단계;를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 에어캐비티를 가지는 플라스틱 패키지 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 접지시키는 단계는 상기 측벽에 그 상단부로부터 하단부에 이르는 구간에 관통공을 형성하고, 그 관통공에 도전성 페이스트를 충전시켜서, 상기 금속덮개와 제1리이드프레임을 전기적으로 연결시키도록 한 것을 특징으로 하는 에어캐비티를 가지는 플라스틱 반도체 패키지의 제조방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 제1,2패드가 제거되고, 그 제거된 부분에 플라스틱수지로 충전시키는 단계가 더 포함되어 된 것을 특징으로 하는 에어캐비티를 가지는 플라스틱 반도체 패키지의 제조방법.