KR100373566B1 - 히트 스프레더에 결합되며 반도체 소자가 탑재되는아일랜드를 구비하는 수지-봉지형 반도체 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 수지-봉지형 반도체 장치는, 반도체 소자가 탑재된 아일랜드와 내부 리드를 가진 리드 프레임; 및 반도체 소자에서 발생된 열을 확산하는 히트 스프레더를 포함하며, 히트 스프레더, 아일랜드 바닥 및 내부 리드가 접착제없이 서로 표면-접촉하고 있는 동안, 수지-봉지가 행해지며, 히트 스프레더의 일부는 그 주변부에서 내부 리드의 일부와 접촉하고 있다. 히트 스프레더의 방열 효율이 높아진다.
Description
본 발명은 반도체 장치에 관한 것이며, 특히 패키지로부터의 방열성이 개선된 수지-밀봉형 반도체 장치에 관한 것이다.
일반적으로 동작하는 동안 내부에서 열이 발생하는, 소비전력이 높은 반도체 장치에 대해, 패키지로부터의 방열성을 향상시키기 위한 다양한 방법이 제안되어 왔다.
예를 들어, 도 12 에 도시된 대로, 반도체 장치에는 반도체 소자 (101) 가 탑재된 아일랜드 (102 ; island), 내부 리드 (104) 를 갖는 리드 프레임 (103) 및, 히트 스프레더 (106 ; heat spreader) 가 포함된다. 반도체 장치의 히트 스프레더 (106), 아일랜드 (102) 및 리드 프레임 (103) 은 저융점 금속 도금 (105) 을 사용하여 고정된다. 또 다른 경우로, 일본 특개평 5-36862 호에서는 접착제를 사용하여 히트 스프레더와 리드 프레임이 서로 부착된다.
그러나, 이와 같은 종래의 수지-봉지형 반도체 장치들은 그들 나름의 문제를 갖고 있다.
즉, 저융점 금속 도금으로 아일랜드가 히트 스프레더에 고정된 상기 경우에서, 수지 주입시에 상기 저융점 금속 도금이 융해하게 되며, 따라서 상기 고정은 안정적이지 못하다. 이런 이유로, 히트 스프레더와 아일랜드 사이의 접촉이 때때로 불완전해진다. 접착제를 사용하여 히트 스프레더와 아일랜드가 서로 부착되는 경우는 상기 접착제의 고가로 인해 제조 비용이 상승한다는 결점을 갖는다.
본 발명의 목적은, 접착제를 사용하지 않으면서 리드 프레임의 일부와 히트 스프레더가 서로 접촉하고 있는 수지-봉지형 반도체 장치를 제공하는 것이다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예을 보여주는 반도체 장치의 도면;
도 2a 및 2b 는 도 1 에 도시된 상기 반도체 장치의 단면도로서, 도 2a 는 도 1 에 도시된 상기 반도체 장치의 라인 A-A' 으로의 단면도, 그리고 도 2b 는 도 1 에 도시된 상기 반도체 장치의 라인 B-B' 으로의 단면도;
도 3 은 도 1 에 도시된 상기 반도체 장치에 사용되는 리드 프레임을 보여주는 평면도;
도 4 는 도 1 에 도시된 상기 반도체 장치에 사용되는 히트 스프레더를 보여주는 평면도;
도 5 는 도 4 에 도시된 상기 히트 스프레더의 확대된 일부를 보여주는 평면도;
도 6a 내지 6d 는 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 보여주는 설명도;
도 7a 내지 7d 는 본 발명에 따른 상기 반도체 장치의 효과를 설명하기 위한 단면도;
도 8 은 본 발명의 제 2 실시예를 보여주는 반도체 장치의 단면도;
도 9 는 본 발명의 제 3 실시예를 보여주는 반도체 장치의 단면도;
도 10 은 본 발명의 제 3 실시예를 보여주는 반도체 장치의 단면도;
도 11 은 도 9 및 10 에 도시된 히트 스프레더의 일부를 보여주는 평면도; 및
도 12 는 종래의 수지-봉지형 반도체 장치를 보여주는 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
11 : 반도체 소자 12 : 아일랜드
13 : 내부 리드 14 : 리드 프레임
15 : 히트 스프레더 15a : 방열부
15b : 지지핀 15c : 외부부
16 : 금형 라인 17 : 타이 바
18 : (히트 스프레더의 지지핀을 제거하는데 사용되는) 홀
18a : (히트 스프레더의) 포지션
20 : 딤플 21 : 슬릿
22 : 금속 배선 23 : 하부 금형
24 : 상부 금형 25 : 수지 패키지
26 : 외부 리드 27 : 돌출부
30 : (리드 프레임 얼라인먼트) 홀 31 : (히트 스프레더의) 홀
33 : (리드 프레임의) 지지 리드
M : 금형 라인의 치수 B : 타이 바 라인의 치수
A : 수지 봉지 치수
101 : 반도체 소자 102 : 아일랜드
103 : 리드 프레임 104 : 내부 리드
105 : 저융점 금속 도금 106 : 히트 스프레더
본 발명의 반도체 장치는, 반도체 소자; 상기 반도체 소자에 연결된 리드; 상기 반도체 소자가 탑재된 아일랜드; 및 상기 아일랜드와 직접적으로 접촉하고 있는 히트 스프레더를 포함하고, 상기 히트 스프레더는 그 코너에 상기 리드와 접촉하고 있는 지지부를 가지며; 그리고 상기 반도체 소자, 상기 리드, 상기 아일랜드 및, 상기 지지부를 포함하는 상기 히트 스프레더는 수지 밀봉된다.
본 발명의 반도체 장치를 제조하는 방법은,
리드 프레임의 아일랜드 상에 반도체 소자를 붙이는 공정;
본딩 배선에 의해, 상기 리드 프레임 상의 내부 리드를 상기 반도체 소자 상의 본딩 패드에 접속하는 공정;
하부 금형 내에 히트 스프레더를 공급하는 공정;
상기 리드 프레임이 상기 하부 금형 상의 상기 히트 스프레더와 접촉하도록, 상기 반도체 소자가 탑재된 상기 리드 프레임을 상기 히트 스프레더 상에 배치하는 공정;
상기 하부 금형 상의 상기 리드 프레임과 상기 히트 스프레더를 상부 금형으로 덮는 공정;
상기 리드 프레임과 상기 히트 스프레더의 주변부가 상기 상부 금형과 상기 하부 금형으로 눌러져 그들 사이에 고정된 상태에서, 상기 하부 및 상부 금형에 의해 정의된 내부 공간으로 수지를 주입하는 공정; 및
상기 수지가 경화된 후, 상기 히트 스프레더의 지지핀들을 절단하는 공정을 포함한다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예를 보여주는 수지-봉지형 반도체 장치의 도면이다. 도 2a 는 도 1 에 도시된 상기 반도체 장치의 A-A' 라인에서의 단면도이고, 도 2b 는 도 1 에 도시된 상기 반도체 장치의 B-B' 라인에서의 단면도이다.
본 발명의 반도체 장치 (10) 는, 아일랜드 (12) 를 가진 리드 프레임 (14) 및, 반도체 소자 (11) 에서 발생된 열을 확산하는 히트 스프레더 (15) 를 구비한다. 반도체 소자 (11) 는 아일랜드 (12) 상에 탑재된다. 리드 프레임 (14) 은 금속 배선 (22) 에 연결된 내부 리드 (13) 및, 수지-패키지 (25) 로부터 외부로 연장하는 외부 리드 (26) 를 갖는다. 히트 스프레더 (15) 는 소정의 너비 또는 점으로 아일랜드 (12) 와 접촉하고 있는 방사부 (15a) 에 돌출부 (27) 를 갖는다. 따라서, 히트 스프레더 (15) 는 접착에 의해 아일랜드 (12) 와 부착하지 않는다.
도 3 은 절단되기 전의 리드 프레임 (14) 의 평면도이다. 리드 프레임 (14) 은 그 중앙부에 아일랜드 (12) 를, 그리고 그 주변부에 내부 리드 (13) 를 가진다. 내부 리드 (13) 와 외부 리드 (26) 는 타이 바 (tie bars ; 17) 로 고정된다. 아일랜드 (12) 의 4 개 코너에 지지 리드 (33) 가 연결된다. 리드 프레임 (14) 은 히트 스프레더 (15) 의 지지핀 (15b) 을 절단하는 데 사용되는 홀 (18) 을 가진다. 리드 프레임 (14) 은 리드 프레임 얼라인먼트 홀 (30) 을 가진다. 치수 M 은, 금형이 금형 라인 (16) 안으로 봉지되게 하는 금형 라인 (16) 의 치수이다. 치수 B 는 타이 바 라인의 치수이다.
도 4 는 절단되기 전의 히트 스프레더 (15) 의 평면도이다. 히트 스프레더 (15) 는 방열부 (15a), 외부부 (15c) 및, 각각의 방열부 (15a) 를 각각의 외부부 (15c) 와 접속하는 지지핀 (15b) 을 갖는다. 딤플 (20), 슬릿 (21) 및, 돌출부 (27) 가 방열부 (15a) 에 형성된다. 방열 효율을 높이기 위해, 히트 스프레더 (15) 의 돌출부 (27) 가 아일랜드 (12) 에 연결된다. 히트 스프레더 (15) 는 금속으로 만들어진다. 방열 효율을 높이기 위해, 리드 프레임 (14) 의 지지 리드 (33) 는 히트 스프레더 (15) 의 주변부, 즉, 지지핀 (15b) 과 접촉하고 있다. 딤플 (20) 과 슬릿 (21) 은 수지의 유동성 및, 수지와 히트 스프레더 (15) 사이의 부착력을 높인다. 수치 A 는 수지 봉지 라인의 수치이다.
도 5 는 그 지지핀 (15b) 에서의 히트 스프레더 (15) 의 확대된 평면도이다. 지지핀들 (15b) 각각은 금형 라인 (16) 과의 교차점에 수축 (constriction ; 32) 을 가진다. 수축 (32) 대신에, 노치 또는 컷엔드 (cut end) 가 형성될 수도 있다.
도 6a 내지 6d 는, 본 발명에 따른 수지-봉지형 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한, 각각 도 3 및 4 에 도시된 반도체 장치의 X-Y 라인에서의 단면도이다. 마운팅 공정에서, 도 6a 에 도시된 대로, 리드 프레임 (14) 의 은-도금된 아일랜드 (12) 상에 반도체 소자 (11) 가 붙여진다. 수지 접착제를 사용하여 반도체 소자 (11) 를 아일랜드 (12) 에 부착할 수도 있다. 그 다음의 본딩 공정에서, 리드 프레임 (14) 상의 내부 리드 (13) 와 반도체 소자 (11) 의 본딩 패드는 금속 배선 (22) 으로 서로 접속된다. 리드 프레임 (14) 내에 홀 (18) 이 형성된다. 다음, 핀 (도시되지 않음) 을 가진 하부 금형 (23) 이 준비된다. 도 6b 에 도시된 대로, 히트 스프레더 (15) 가 하부 금형 (23) 에 의해 배치되고 지지되도록 하부 금형 (23) 의 핀들을 히트 스프레더 (15) 의 홀 (31) 에 삽입함으로써, 히트 스프레더 (15) 를 하부 금형 (23) 의 오목한 부분에 박아 넣는다. 도 6c 에 도시된 대로, 하부 금형 (23) 의 핀들을 리드 프레임 (14) 의 홀 (31) 에 삽입함으로써 리드 프레임 (14) 이 히트 스프레더 (15) 상에 배치되며 리드 프레임 (14) 이 히트 스프레더 (15) 와 접촉하고 있도록, 반도체 소자 (11) 가 탑재된 리드 프레임 (14) 을 하부 금형 (23) 의 오목한 부분에 박아 넣는다. 그 다음 그 위에 상부 금형 (24) 을 씌우고, 용융 수지를 금형들 (23 및 24) 사이로 압입 (壓入) 한다. 이때, 리드 프레임 (14) 과 히트 스프레더 (15) 의 주변부가 하부 금형 (23) 및 상부 금형 (24) 에 의해 눌러져 그들 사이에 고정되어 있기 때문에, 리드 프레임 (14) 과 히트 스프레더 (15) 의 주변부에서 위치의 어긋남이 발생할우려는 없다. 도 6d 에 도시된 대로, 수지가 경화되고 상부 금형 (24) 이 제거된 후, 리드 프레임 (14) 의 홀 (18) 을 통해 핀 (33) 을 삽입하여 히트 스프레더 (15) 의 포지션 (18a) 을 정함으로써, 히트 스프레더 (15) 의 지지핀 (15b) 을 절단한다. 상술된 공정들을 통해, 수지-봉지형 반도체 장치가 제조된다.
도 7a 내지 7d 는 히트 스프레더 (15) 의 수지 봉지 치수 A, 금형 라인 치수 M 및, 타이 바 치수 B 사이의 관계를 보여준다. 도 7a 에 도시된 대로, 치수 A 는 치수 M 보다 크며 치수 B 보다 작다.
히트 스프레더 (15) 및 리드 프레임 (14) 은 핀들에 의해 소정의 정밀도, 예를 들어, 하부 금형 (23) 에 대해 ±50 ㎛ 로 배치된다. 이런 경우, 치수 A 는 치수 M 보다 50 ㎛ 만큼 크게, 즉 오른쪽 및 왼쪽 방향으로 각각 보다 넓게 설정된다. 따라서, 도 7b 에 도시된 대로, 히트 스프레더 (15) 가 50 ㎛ 만큼 어긋난다 하더라도 (도 7b 에 도시된 히트 스프레더 (15) 는 하부 금형 (23) 에 대해 왼쪽 방향으로 미끄러져 있다), 히트 스프레더 (15) 의 외부부 (15c) 의 저면은 금형 수지 (25) 로 피복되지 않는다 (도 7b 의 써클 C 참조). 한편, 상기 수지 봉지 치수 A 가 소정의 정밀도만큼 작아져, 예를 들어, 수지 봉지 치수 A 가 금형 라인 치수 M 과 같아지면 (도 7c 참조), 외부부 (15c) 가 금형 수지 (25) 내로 잠식하여, 그 결과 후속 공정에서 히트 스프레더의 외부부 (15c) 가 제거될 수 없게 된다 (도 7d 의 써클 D 참조). 금형 수지 (25) 가 후속 공정에서 절단될 타이 바 (17) 를 피복하지 않도록 하기 위해, 봉지 치수 A 는 타이 바 치수 B 보다 작아야 한다.
도 8 은 본 발명의 제 2 실시예를 보여주는 수지-봉지형 반도체의 단면도이다. 이 실시예에서, 히트 스프레더 (15) 의 후면은 수지로 피복되지 않고 공기 중에 직접적으로 노출된다. 상술된 구조는, 수지 피복이 전혀 없는 후면을 가진 히트 스프레더 (15) 로 인해, 보다 높은 방열 효과를 지닐 수 있다. 제 2 실시예의 나머지 구조는 제 1 실시예의 구조와 거의 동일하므로, 설명은 생략한다.
도 9 는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 수지-봉지형 반도체 장치의 단면도이다. 히트 스프레더 (15) 는 표면 접촉에 의해 아일랜드 (12) 와 봉지되어 있다. 상기 반도체 장치의 나머지 구조 및 그 제조 방법은 제 1 실시예에 따른 반도체 장치의 구조 및 그 제조 방법과 거의 동일하므로, 설명은 생략한다.
도 10 은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 수지-봉지형 반도체 장치의 단면도이다. 히트 스프레더 (15) 의 후면이 수지로 피복되지 않고 공기 중에 직접적으로 노출된다. 제 4 실시예의 나머지 구조는 제 3 실시예의 구조와 거의 동일하므로, 설명은 생략한다.
도 11 은 도 9 및 10 에 도시된 반도체 장치에 의해 사용되는 히트 스프레더 (15) 의 평면도이다. 딤플 (20) 은 히트 스프레더 (15) 방열부에 행렬 형태로 배열되며 슬릿 (21) 은 상기 방열부의 중앙부에 배열된다. 도 11 에 도시된 히트 스프레더 (15) 의 나머지 구조는 도 4 에 도시된 히트 스프레더 (15) 의 구조와 거의 동일하므로, 설명은 생략한다.
본 발명의 제 1 효과는, 드롭-인 (drop-in) 히트 스프레더가 불안정하며 패키지 내의 고정된 위치로부터 벗어날 우려가 있어 신뢰성의 결여를 초래하던, 어떠한 종래의 수지-봉지형 반도체 장치와도 현저한 대비를 이루고 있다. 이는 본 발명이, 리드 프레임과 히트 스프레더의 주변부가 상부 금형 및 하부 금형에 의해 눌러져 그들 사이에 고정된 상태에서 수지가 압인되고 따라서 봉지되자마자 고정된 접촉 상태에 이를 수 있으므로, 접착제없이 리드 프레임과 히트 스프레더 사이의 안정된 접촉을 달성할 수 있기 때문이다. 종래의 경우들과 달리, 본 발명에는 어떠한 접착제도 사용할 필요가 없기 때문에, 본 발명의 제 2 효과는 저렴한 가격이다. 본 발명은 상술된 실시예들에 제한되지 않으며, 본 발명의 기술적 개념에 기초한 다양한 방법으로 설계상의 변경이 가능하다.
Claims (23)
- 반도체 소자;상기 반도체 소자에 연결된 리드;상기 반도체 소자가 탑재된 아일랜드; 및상기 아일랜드와 접착제를 사용하지 않고 직접적으로 접촉하고 있는 히트 스프레더를 구비하고,상기 히트 스프레더는 그 코너에 상기 리드와 접촉하고 있는 지지부를 가지며, 그리고상기 반도체 소자, 상기 리드, 상기 아일랜드 및, 상기 지지부를 포함하는 상기 히트 스프레더는 수지 봉지되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 히트 스프레더는 금속 플레이트로 만들어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 히트 스프레더는 상기 아일랜드의 저면과 접촉하고 있는 돌출부를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
- 제 4 항에 있어서, 상기 히트 스프레더는 복수의 슬릿 및 복수의 딤플을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
- 제 5 항에 있어서, 상기 딤플은 상기 히트 스프레더의 코너에 배열되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
- 제 6 항에 있어서, 상기 슬릿은 상기 딤플들 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
- 제 7 항에 있어서, 상기 돌출부는 상기 히트 스프레더의 중앙에 배열되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
- 제 8 항에 있어서, 상기 히트 스프레더의 후면은 상기 수지에 의해 피복되지 않고 공기 중에 노출되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
- 아일랜드;상기 아일랜드 상에 형성된 반도체 소자;복수의 내부 리드;상기 아일랜드의 코너로부터 연장하는 지지 리드;상기 내부 리드와 상기 반도체 소자 사이에 연결된 복수의 본딩 배선;상기 아일랜드의 저면과 접착제를 사용하지 않고 직접적으로 접촉하고 있는 제 1 표면을 가진 방열부 및, 상기 지지 리드와 직접적으로 접촉하고 있으며 상기 방열부의 코너로부터 연장하는 지지부를 갖는 히트 스프레더;상기 복수의 내부 리드 각각에 연결된 복수의 외부 리드; 및상기 아일랜드, 상기 반도체 소자, 상기 내부 리드, 상기 지지 리드, 상기 본딩 배선 및, 상기 방열부와 상기 지지부를 포함하는 상기 히트 스프레더를 피복하고 있는 수지를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
- 제 10 항에 있어서, 상기 아일랜드와 직접적으로 접촉하도록, 상기 방열부의 상기 제 1 표면에 돌출부가 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
- 제 11 항에 있어서, 상기 방열부가 상기 아일랜드보다 큰 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
- 제 12 항에 있어서, 상기 방열부가 복수의 슬릿 및 복수의 딤플을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
- 제 13 항에 있어서, 상기 딤플이 상기 방열부의 코너에 배열되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
- 제 14 항에 있어서, 상기 슬릿이 상기 딤플들 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
- 제 15 항에 있어서, 상기 방열부의 제 2 표면은 상기 수지에 의해 피복되지 않고 공기 중에 노출되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
- 반도체 장치를 제조하는 방법에 있어서,리드 프레임의 아일랜드 상에 반도체 소자를 붙이는 공정;본딩 배선에 의해, 상기 리드 프레임 상의 내부 리드를 상기 반도체 소자 상의 본딩 패드에 접속하는 공정;하부 금형 내에 히트 스프레더를 공급하는 공정;상기 리드 프레임이 상기 하부 금형 상의 상기 히트 스프레더와 직접적으로 접촉하도록, 상기 반도체 소자가 탑재된 상기 리드 프레임을 상기 히트 스프레더 상에 배치하는 공정;상기 하부 금형 상의 상기 리드 프레임과 상기 히트 스프레더를 상부 금형으로 덮는 공정;상기 리드 프레임과 상기 히트 스프레더의 주변부가 상기 상부 금형과 상기 하부 금형에 의해 눌러져 그들 사이에 고정된 상태에서, 상기 하부 및 상부 금형에 의해 정의된 내부 공간으로 수지를 주입하는 공정; 및상기 수지가 경화된 후, 상기 히트 스프레더의 지지핀을 절단하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 17 항에 있어서, 상기 히트 스프레더의 상기 지지핀이 절단된 노치를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 18 항에 있어서, 봉지 치수는 금형 라인 치수보다 크며 타이 바 치수보다 작은 것을 특징으로 하는 방법.
- 반도체소자를 탑재한 아일랜드를 갖는 리드프레임과 상기 반도체소자로부터 발생하는 열을 확산하는 히트 스프레더를 구비한 수지봉지형 반도체장치에 있어서,상기 히트 스프레더의 상면과 상기 아일랜드의 저면이 접착제의 개제없이 접촉하여 주변부에서 상기 히트 스프레더의 일부와 상기 리드프레임의 일부가 직접 접촉상태로 수지봉지되고, 상기 리드프레임의 일부 및 상기 히트 스프레더의 일부의 상기 직접 접촉된 부분이 그 수지의 외측에 도출되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체장치.
- 반도체소자;상기 반도체소자를 탑재한 아일랜드를 갖는 리드프레임;상기 아일랜드의 배면에 접착제의 개재없이 직접 접촉된 히트 스프레더를 구비하며,상기 아일랜드 이외의 상기 리드프레임의 일부 및 상기 히트 스프레더의 일부가 클립고정되지 않고 직접 접촉된 상태로 상기 반도체소자, 상기 아일랜드 및 상기 히트 스프레더가 수지봉지되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체장치.
- 제 21 항에 있어서, 상기 아일랜드는 네 코너에서 연장된 현수 리드를 더욱 구비하며, 상기 히트 스프레더는 그 네 코너에 현수 핀부를 구비하며, 상기 네 코너의 현수 리드 및 상기 네 코너의 현수 핀이 직접 접촉된 상태로 수지봉지되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
- 반도체소자;상기 반도체소자를 탑재한 아일랜드를 갖는 리드프레임; 및상기 아일랜드의 배면에 접착제의 개재없이 직접 접촉된 히트 스프레더를 구비하며,상기 반도체소자, 상기 아일랜드 및 상기 히트 스프레더가 수지에 의해 봉지되고, 주변부에서 상기 리드프레임의 현수 리드와 상기 히트 스프레더의 현수 핀이 직접 접촉된 상태로 상기 수지에 의해서만 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체장치.
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