KR100296845B1 - 반도체패키지및그제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 외관 품질과 패키지 두께와 폭의 감소를 위하여 내부 리드의 상부에 절연체가 부착되어 있고, 그 절연체 상부에 반도체 칩이 실장되어 있으며, 반도체 칩과 내부 리드가 와이어로 본딩되어 있고 반도체 칩과 내부 리드 및 와이어를 봉지하는 패키지 몸체를 갖는 표면 실장형 반도체 패키지에 있어서, 내부 리드들이 패키지 몸체의 밑면에 노출되어 있으며 패키지 몸체의 측면 내측에 위치하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 패키지 몸체 측면부에 포켓들이 형성되어 있으며 그 포켓들에 외부 리드들이 삽입되어 있는 것을 특징으로 한다. 이에 따르면, 리드 프레임의 댐-바 제거 및 정밀 수치를 요구하는 특정 형상의 리드 절곡 공정이 불필요하고, 외관 품질 문제가 근본적으로 배제되고, 박형화 및 소형화가 용이하다.

Description

반도체 패키지 및 그 제조 방법{Semiconductor package and manufacturing method thereof}

본 발명은 본도체 패키지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 외관 품질과 패키지 실장시 발생되는 실장 품질 문제를 개선할 수 있는 반도체 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

도1 내지 도5는 각각 종래 기술에 따른 반도체 패키지를 나타낸 단면도이다.

도1을 참조하면, 전형적인 듀얼 타입(dual type) 또는 쿼드 타입(quad type)의 표면 실장형 반도체 패키지(10)는 리드 프레임 패드(11)에 반도체 칩(12)이 실장되어 있고, 반도체 칩(12)의 본딩 패드(도시안됨)와 내부 리드(13)가 와이어(15)로 본딩되어 있으며, 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC;Epoxy Molding Compound)로 몰딩되어 패키지 몸체(16)가 형성되어 있는 구조이다. 그리고, 패키지 몸체(16)의 측면으로부터 돌출된 외부 리드(14)는 실장에 적합하도록 리드 성형(forming)된다.

이와 같은 반도체 패키지는 보통 외부 리드가 걸-윙(gull-wing) 형태 및 J자 형태로 리드 성형됨에 따라 기판 상에 실장될 때 외부 리드에 의해 실장 면적이 증가하고 외부 리드의 리드 휨(lead bent)이나 리드 들뜸과 같은 전형적인 외관 품질불량의 발생 요인을 갖고 있다.

도2를 참조하면, 이 반도체 패키지(20)는 내부 리드(23)의 내측 양 말단 부분 상부에 소정 크기의 절연성 테이프(21)가 부착되어 있고, 그 절연성 테이프(21)상부에 반도체 칩(22)이 실장되어 있으며, 반도체 칩(22)의 본딩 패드(도시안됨)와 내부 리드(23)가 외이어(25)로 본딩되어 있고, 에폭시 몰딩 컴파운드로 몰딩되어 패키지 몸체(26)가 형성되어 있는 구조이다. 그리고, 패키지 몸체(26)의 외부로 외부 리드(24)가 돌출되어 걸-윙 형태로 형성되어 있다.

이와 같은 구조의 반도체 패키지는 반도체 칩의 실장에 절연성 테이프를 사용함으로써 반도체 칩의 실장 효율을 높일 수 있지만, 도1의 반도체 패키지와 같은 동일한 문제점을 내포하고 있다.

도3을 참조하면, 이 반도체 패키지(30)는 내부 리드(33)의 내측 말단 하부에 소정 크기의 절연성 테이프(31)가 부착되어 있고, 그 절연성 테이프(31)의 하부에 반도체 칩(32)이 실장되어 있으며, 반도체 칩(32)의 본딩 패드(도시안됨)와 내부 리드(33)가 와이어(35)로 본딩되어 있고, 에폭시 몰딩 컴파운드로 몰딩되어 패키지 몸체(36)가 형성되어 있는 구조이다. 그리고, 패키지 몸체(36)의 외부로 외부 리드(34)가 돌출되어 걸-윙 형태로 형성되어 있다.

이와 같은 구조의 반도체 패키지는 반도체 칩을 내부 리드에 실장함에 있어서 보다 진보된 실장 기술이 적용되고 있지만, 여전히 상기한 도1 및 도2의 반도체 패키지와 같은 동일한 문제점들을 가지고 있다.

도4를 참조하면, 이 반도체 패키지(0)는 내부 리드(3)의 끝단 상부에 소정 크기의 절연성 테이프(1)가 부착되어 있고, 그 절연성 테이프(1) 상부에 반도체 칩(2)이 실장되어 있으며, 반도체 칩(2)의 본딩 패드(도시안됨)와 내부 리드(3)가 와이어(5)로 본딩되어 있고, 내부 리드(3)의 밑면이 노출되도록 에폭시 몰딩 컴파운드로 몰딩되어 패키지 몸체(6)가 형성되어 있는 구조이다. 그리고, 패키지 몸체(6)의 외부로 외부 리드(4)가 돌출되어 있다.

그러나, 이와 같은 반도체 패키지는 패키지 몸체의 밑면과 수평으로 위치하는 내부 리드의 표면이 노출되어 있어서 직접 실장이 가능하나 패키지 몸체의 외부로 돌출된 외부 리드에 의해 실장면적이 증대되며, 리드 휨(lead bent)에 의한 패키지 외관의 품질 문제를 근본적으로 해결할 수 없다는 단점이 있다.

최근에는 실장 면적을 줄이기 위하여 패키지 몸체의 양 측면으로 노출되는 외부 리드를 제거하고 내부 리드의 선단 부분을 실장에 이용하는 새로운 형태의 반도체 패키지가 등장하였다.

도5를 참조하면, 이 반도체 패키지(40)는 다운-셋(down-set)된 내부 리드(43)의 내측 양 말단 부분에 절연성 테이프(41)가 부착되어 있고, 그 절연성 테이프(41) 상부에 반도체 칩(42)이 실장되어 있으며, 반도체 칩(42)의 본딩 패드와 내부 리드(43)가 와이어(45)로 본딩되어 있고, 에폭시 몰딩 컴파운드로 몰딩되어 패키지 몸체(46)가 형성되어 있는 구조이다. 외부 리드는 존재하지 않는다.

이와 같은 반도체 패키지는 패키지 몸체의 밑면에 노출되어 있는 내부 리드 부분에 의해 기판에 실장이 가능하게 되지만, 내부 리드가 다운-셋 됨에 따라 반도체 칩 실장 공정과 와이어 본딩 공정을 진행할 때 보조 툴(tool)이 필요함은 물론 세심한 공정 관리가 수반되어야 하는 문제점이 있다. 또한, 내부 리드의 다운-셋 수치가 정확해야 하고 내부 리드가 외부로 노출되지 않도록 정밀한 수치 관리가 필요하며, 실장 후에 솔더링(soldering) 결함 유무를 검사하기 어렵다는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 전술한 문제점들을 해결하기 위하여 반도체 패키지의 실장높이 및 두께가 감소된 반도체 패키지와 그 제조 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적은 기판에 반도체 패키지를 실장할 때 실장 면적을 최소화할 수 있고, 외부 리드의 들뜸 및 꺾임 등을 방지하며, 리드 성형 공정을 단순화시킬 수 있는 반도체 패키지와 그 제조 방법을 제공하는 데에 있다.

도1 내지 도5는 각각 종래 기술에 따른 반도체 패키지를 나타낸 단면도,

도6은 본 발명에 따른 반도체 패키지의 일 실시예를 나타낸 부분 절단 사시도,

도7은 도6의 저면도,

도8은 도6의 수직 단면도,

도9는 도6의 측면도,

도10은 본 발명에 따른 반도체 패키지의 다른 실시예를 나타낸 사시도,

도11은 도10의 수직 단면도,

도12는 도10의 측면도,

도13은 도10의 내부 리드 부분을 나타낸 확대 저면도이고,

도14a 내지 도14c는 본 발명에 적용되는 폴리이미드 테이프의 다양한 형태들을 나타낸 사시도이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 패키지는, 내부 리드의 상부에 절연체가 부착되어 있고, 그 절연체 상부에 반도체 칩이 실장되어 있으며, 반도체 칩과 내부 리드가 와이어로 본딩되어 있고, 반도체 칩과 내부 리드 및 와이어를 봉지하는 패키지 몸체를 갖는 표면 실장형 반도체 패키지에 있어서, 패키지 몸체의 밑면과 내부 리드 밑면이 수평이 되도록 내부 리드의 밑면이 패키지 몸체로부터 노출되어 있으며 외부 리드가 제거된 것을 특징으로 한다.

이와 같은 반도체 패키지 제조 방법은, (a) 내부 리드들의 상부에 소정 크기의 절연체를 부착시키고 그 절연체 상부에 반도체 칩을 실장하는 칩 어태치(chip atach) 단계와; (b) 반도체 칩과 내부 리드들을 와이어에 의해 전기적으로 연결하는 와이어 본딩 단계와; (c) 반도체 칩과 와이어 및 밑면이 노출되도록 내부 리드들을 에폭시 몰딩 컴파운드로 봉지하여 패키지 몸체를 형성하는 몰딩 단계; 및 (d) 외부 리드를 제거하는 단계를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다른 반도체 패키지는, 내부 리드의 상부에 절연체가 부착되어 있고, 그 절연체 상부에 반도체 칩이 실장되어 있으며, 반도체 칩과 내부 리드가 와이어로 본딩되어 있고 반도체 칩과 내부 리드 및 와이어를 봉지하는 패키지 몸체를 갖는 표면 실장형 반도체 패키지에 있어서, 내부 리드들은 상기 패키지 몸체의 밑면에 노출되어 있고 패키지 몸체 측면 부분에 포켓(pocket)들이 형성되어 있으며 그 포켓들에 외부 리드들이 삽입되어 패키지 몸체 측면 내측에 위치하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 반도체 패키지 제조 방법은, (a) 내부 리드들의 상부에 소정 크기의 절연체를 부착시키고, 그 절연체 상부에 반도체 칩을 실장하는 칩 어태치 공정과; (b) 반도체 칩과 내부 리드들을 와이어에 의해 전기적으로 연결하는 와이어 본딩 단계와; (c) 반도체 칩과 와이어 및 밑면이 노출되도록 내부 리드들을 에폭시 몰딩 컴파운드로 봉지하고 측면에 일정 간격을 두고 포켓들이 형성된 패키지 몸체를 형성하는 몰딩 단계; (d) 포켓들의 내부에 외부 리드들을 절단 및 절곡하여 삽입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 반도체 패키지 및 그 제조 방법의 일 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도6은 본 발명에 따른 반도체 패키지의 일 실시예를 나타낸 부분 절단 사시도, 도7은 도6의 저면도, 도8은 도6의 수직 단면도, 그리고 도9는 도6의 측면도이다.

도6 내지 도9를 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 패키지(50)는 에폭시 몰딩 컴파운드로 몰딩되어 형성된 패키지 몸체(56)의 하단 부분에 내부 리드(53)가 패키지 몸체(56)의 밑면과 수평으로 배열되어 있고, 내부 리드(53)상에 절연성 테이프(51)가 접착되어 있으며, 그 절연성 테이프(51) 상에 반도체 칩(52)이 부착된 후, 반도체 칩(52)의 본딩 패드(도시안됨)와 내부 리드(53)가 와이어(55)로 본딩된 구조를 가지고 있다.

내부 리드(53)들과 서포트 바(support bar; 57)는 패키지 몸체(56)의 밑면과 동일 평면상에 위치함과 동시에 외부로 노출된다. 패키지 몸체(56)의 저면에서 외부로 노출된 내부 리드(53)들이 절단되어 측면으로 돌출되지 않아 외부 리드가 존재하지 않으며, 내부 리드(53)들의 말단부가 기판(도시안됨)에 직접 실장된다. 이와 같은 본 발명의 반도체 패키지(50)는 듀얼 타입 또는 쿼드 타입의 리드를 갖는 패키지 구조에 모두 적용될 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명의 반도체 패키지(50)는 다음과 같이 제조된다.

먼저, 내부 리드(53)들의 상부에 소정 크기의 절연성 테이프(51)를 부착시키고, 그 절연성 테이프(51) 상부에 반도체 칩(52)을 접착시키는 칩 어태치를 실시한다. 다음에, 반도체 칩(52)의 본딩 패드와 내부 리드(53)들을 금선과 같은 도전성 재질의 와이어(55)로 와이어 본딩한다. 그 다음 반도체 칩(52)과 와이어(55)가 보호되도록 몰딩에 의해 에폭시 몰딩 컴파운드로 패키지 몸체(56)를 형성하며, 이때 내부 리드(53)들의 밑면과 말단 면이 패키지 몸체(56)에서 노출되도록 몰딩된다. 그 다음 패키지 몸체(56) 측면 부분에서 돌출된 외부 리드(도시안됨)를 절단하여 제거시킨다. 따라서, 패키지 몸체(56)의 측면 부분에서는 내부 리드(53)들이 돌출되지 않고, 내부 리드 말단 면(54)만이 노출된다.

이와 같은 반도체 패키지는 외부 리드가 형성될 필요가 없기 때문에 기판에 패키지 실장 단면적은 패키지 몸체의 단면적에 해당된다. 따라서, 실장 밀도를 최대화시킬 수 있고, 또한 반도체 칩의 단면적보다 큰 리드 프레임 패드 없이 직접 내부 리드들 상에 반도체 칩을 실장하므로 패키지의 폭을 최소화할 수 있다.

또한, 절연성 테이프 및 반도체 칩이 패키지 몸체의 하단부에 위치되어 와이어의 높이에 제한을 받지 않는 범위 내에서 패키지의 두께를 최소로 줄일 수 있기 때문에 박막화가 용이하여 인쇄회로기판(PCB;Printed Circuit Board)의 랜드패턴에 솔더링(soldering) 후, 반도체 패키지의 실장 높이가 직접적으로 패키지 몸체의 두께가 되므로 실장의 박막화가 가능하다.

도10은 본 발명에 따른 반도체 패키지의 다른 실시예를 나타낸 사시도이고, 도11은 도10의 수직 단면도, 도12는 도10의 측면도, 도13은 도10의 내부 리드 부분을 나타낸 확대 저면도, 그리고 도14a 내지 도14c는 본 발명에 적용되는 폴리이미드 테이프의 다양한 형태들을 나타낸 사시도이다.

도10과 도11을 참조하면, 이 반도체 패키지(60)는 내부 리드(63)들의 상부에 소정 크기의 절연성 테이프(61)가 부착되어 있고, 그 절연성 테이프(61)의 상부에 반도체 칩(62)이 실장되어 있으며, 반도체 칩(62)의 본딩 패드와 내부 리드(63)가 와이어(65)로 본딩되어 있고 에폭시 몰딩 컴파운드로 몰딩되어 패키지 몸체(66)가 형성되어 있는 구조이다. 패키지 몸체(66)의 측면 부분에는 일정한 간격으로 포켓(69)들이 형성되어 있으며, 외부 리드(64)들이 절곡되어 그 포켓(69)들의 내부로 삽입되어 있다.

이와 같은 반도체 패키지는 내부 구조가 도6과 동일하지만, 외부 구조에 잇어서 절곡되어 형성된 외부 리드(64)와, 그 외부 리드(64)와 일대일로 대응되어 외부 리드(64)들의 변형(예를 들면, 들뜸 또는 꺾임)을 방지하기 위하여 패키지 몸체(66)의 측면부에 포켓(69)들이 형성되어 있는 점이 구별된다. 또한, 포켓(69)들 내부에 삽입된 외부 리드(64)들은 수직으로 절곡되어 패키지 몸체(66)의 상부로 노출되지 않는다. 따라서, 반도체 패키지의 실장 높이 및 반도체 패키지의 두께를 슬림(slim)화하여 외관 품질을 향상시킬 수 있다. 이 반도체 패키지(60)는 다음과 같이 제조된다.

먼저 반도체 칩 어태치 단계를 실시한다. 내부 리드(63)들의 상부에 소정 크기의 절연성 테이프(61)를 부착시키고 그 절연성 테이프(61) 상부에 반도체 칩(62)을 실장한다. 그리고, 금선과 같은 도전성 재질의 와이어(65)로 반도체 칩(62)의 본딩 패드와 내부 리드(63)들을 와이어 본딩한다.

다음에 와이어 본딩 후에 몰딩을 진행한다. 반도체 칩(62)과 와이어(65)가 보호되도록 에폭시 몰딩 컴파운드로 몰딩하여 패키지 몸체(66)를 형성한다. 이때, 몰딩 금형 하부의 측면부를 일정 간격을 두고 포켓이 형성되도록 가공하여 몰딩 공정에 의해 형성된 패키지 몸체(66)의 측면 부분에 일정 간격을 두고 포켓(69)들이 형성되도록 한다.

그 다음 몰딩 공정에 의해 형성된 포켓(69)들의 측면에 외부 리드(64)가 절곡되어 삽입되도록 외부 리드 절단 및 절곡 공정을 수행한다. 여기서, 포켓(69)들은 인접 포켓에 서로 간섭을 주지 않도록 하며 외부 리드(64)들의 폭보다 넓게 형성하여 절곡된 외부 리드(64)들의 삽입을 원활히 한다. 또한, 외부 리드(64)들은 포켓(69)들 측면에 완전히 삽입되거나 외부로 돌출되어 삽입되어도 무방하다.

이와 같은 반도체 패키지 제조 방법에 따라서, 포켓에 의해 외부 리드의 들뜸 및 꺾임 등을 방지하고, 외부 리드들의 댐-바(dam-bar)를 절단하는 공정이 필요하지 않게 되고, 또한 일정 형태의 외부 리드를 형성하는 리드 절단/절곡 공정에서 그 제조 공정을 단순화할 수 있다.

한편, 내부 리드(63)들은 노치(notch) 형태 또는 홀(hole) 형태의 홈을 갖도록 하여 에폭시 몰딩 컴파운드와의 결합력이 향상되도록 한다. 도13의 참조번호 68은 반도체 칩 실장 영역을 나타낸다. 그리고, 본 발명의 반도체 패키지(60)에서 사용되는 절연성 테이프로는 폴리이미드 테이프로서 도14a의 절연성 테이프(71)와 같이 내부 리드(63)의 배열이나 반도체 패키지(60)의 형상에 따라 임의로 선택할 수 있도록 전 표면을 활용하는 전면 테이프 형상, 또는 도14b의 절연성 테이프(81)와 같이 내부 리드(63)의 배열이나 반도체 패키지(60)의 형상에 따라 임의로 선택할 수 있도록 일부 표면을 활용하는 윈도우형 테이프 형상, 또는 도14c의 절연성 테이프(91)와 같이 내부 리드(63)의 배열이나 반도체 패키지(60)의 형상에 따라 임의의 선택할 수 있도록 분할 표면을 활용하는 분할형 테이프 형상 등을 적용할 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 따른 반도체 패키지 및 그 제조 방법에 의하면, 통상의 반도체 패키지 제조 공정 및 추가 설비 없이 제품화가 가능하고 종래에 비하여 다음과 같은 다양한 효과가 있다.

첫째, 리드 프레임의 댐-바 제거 및 정밀 수치를 요구하는 특정 형상의 리드 절곡 공정이 불필요하며 제조 공정을 단순화할 수 있으며, 여타의 제조 설비가 불필요하므로 제조 원가가 대폭적으로 감소된다.

둘재, 외부 리드의 특정 형상의 절곡이 필요 없게 되므로 제조 공정간에 반도체 패키지의 외관 품질 문제가 근본적으로 배제되어 그에 따른 제조 공정의 수율이 대폭적으로 향상되며, 완제품 취급 시에 발생할 수 있는 외부 리드의 들뜸, 꺾임 등을 방지할 수 있다.

셋째, 반도체 패키지의 내부 및 외부 구조의 단순화로 인하여 박형화 및 소형화가 용이해짐에 따라 실장 효율이 극대화하고 인쇄회로기판에 실장 후 솔더링 불량 테스트가 용이하고, 솔더 흡습성이 용이하다.

넷째, 통상의 반도체 패키지 제조 기술에 의해 제품화가 용이하고 별도의 실장 기술 없이 통상적인 실장 공정의 사용이 가능하다.

한편, 전술한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체 패키지 및 그 제조 방법은 전술한 실시예에 한정되지 않고 다양한 변형 실시가 가능하다. 예컨대, 별도의 추가 공정 없이 패키지 측면 부분에 포켓을 형성하여 그 포켓의 측면에 외부 리드들을 삽입하거나, 외부 리드들이 패키지 몸체 밖으로 노출되지 않도록 할 수도 있다.

Claims (6)

1. 내부 리드의 상부에 절연체가 부착되어 있고, 상기 절연체 상부에 반도체 칩이 실장되어 있으며, 상기 반도체 칩과 상기 내부 리드가 와이어로 본딩되어 전기적으로 연결되어 있고, 상기 반도체 칩과 상기 내부 리드 및 상기 와이어를 봉지하는 패키지 몸체를 갖는 표면 실장형 반도체 패키지에 있어서, 상기 패키지 몸체의 밑면과 상기 내부 리드 밑면이 수평이 되도록 내부 리드의 밑면이 상기 패키지 몸체로부터 노출되어 있으며 외부 리드가 제거된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
2. (a) 내부 리드들의 상부에 소정 크기의 절연체를 부착시키고 절연체 상부에 반도체 칩을 실장하는 칩 어태치 단계와; (b) 반도체 칩과 내부 리드들을 전기적으로 연결하는 와이어 본딩 단계와; (c) 반도체 칩과 와이어 및 밑면이 노출되도록 내부 리드들을 에폭시 몰딩 컴파운드로 봉지하여 패키지 몸체를 형성하는 몰딩 단계; 및 (d) 외부 리드를 제거하는 단계를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 제조 방법.
3. 내부 리드의 상부에 절연체가 부착되어 있고, 상기 절연체 상부에 반도체 칩과 상기 내부 리드가 와이어로 본딩되어 있고 상기 반도체 칩과 상기 내부 리드 및 상기 와이어를 봉지하는 패키지 몸체를 갖는 표면 실장형 반도체 패키지에 있어서, 상기 내부 리드들은 상기 패키지 몸체의 밑면에 노출되어 있고 패키지 몸체 측면 부분에 포켓들이 형성되어 있으며 상기 포켓들에 외부 리드들이 삽입되어 상기 패키지 몸체 측면 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
4. (a) 내부 리드들의 상부에 소정 크기의 절연체를 부착시키고, 그 절연체 상부에 반도체 칩을 실장하는 칩 어태치 공정과; (b) 반도체 칩과 내부 리드들을 와이어에 의해 전기적으로 연결하는 와이어 본딩 단계와; (c) 반도체 칩과 와이어 및 밑면이 노출되도록 내부 리드들을 에폭시 몰딩 컴파운드로 봉지하고 측면에 일정 간격을 두고 포켓들이 형성된 패키지 몸체를 몰딩 단계; (d) 포켓들의 내부에 외부 리드들을 절단 및 절곡하여 삽입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 제조 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 포켓들은 외부 리드들의 폭보다 넓게 형성시키는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 제조 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 포켓들을 상기 외부 리드들이 완전히 삽입되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 제조 방법.