KR100760953B1 - 방열판을 구비한 비지에이 반도체 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 BGA 반도체 패키지에서 인쇄회로기판의 배면에 솔더 볼을 부착하는 형태를 그대로 유지하고 패키지의 두께 또한 증가시키지 않도록 하면서 외부에 방열판을 부착토록 하여 방열효과를 향상시킬 수 있는 방열판을 구비한 BGA 반도체 패키지를 제공한다.
본 발명은 집적회로를 구비한 반도체 칩과, 상기 반도체 칩이 부착되는 인쇄회로기판과, 상기 반도체 칩과 인쇄회로기판을 접속시키는 전도성 와이어와, 상기 반도체 칩과 전도성 와이어 및 인쇄회로기판의 표면 일부를 봉지하는 봉지재와, 상기 반도체 칩 및 인쇄회로기판을 통하는 전기신호를 외부로 인출하며 인쇄회로기판의 배면에 부착되는 다수의 솔더볼과, 상기 인쇄회로기판의 배면에 부착되며 솔더볼이 부착되기 위한 솔더볼 통과홀이 형성된 방열판이 구비된 것을 특징으로 하는 방열판을 구비한 BGA 반도체 패키지를 제공한다.
방열판, BGA, 패키지

Description

방열판을 구비한 비지에이 반도체 패키지{BGA Semiconductor Package with Heatsink}
도 1 은 종래 비지에이 반도체 패키지를 도시한 단면도.
도 2 는 도 1의 종래 비지에이 반도체 패키지의 배면을 도시한 저면도.
도 3 은 종래 방열판이 부착된 비지에이 반도체 패키지를 개략적으로 도시한 측면도.
도 4 는 본 발명에 의한 방열판을 구비한 비지에이 반도체 패키지를 도시한 단면도.
도 5 는 도 4의 반도체 패키지의 배면을 도시한 저면도.
도 6 은 본 발명에 관련된 방열판을 도시한 사시도.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
2: 인쇄회로기판 4: 반도체 칩
6: 전도성 와이어 8: 봉지재
22: 구리패턴 24: 솔더마스크
26: 비아홀 33: 솔더볼 통과홀
40: 비전도성 물질 300: 방열판
본 발명은 반도체 패키지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 볼 그리드 어레이(Ball Grid Array:이하 BGA) 반도체 패키지에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 패키지는 그 종류에 따라 수지밀봉 패키지, TCP(Tape Carrier Package)패키지, 글래스밀봉 패키지, 금속밀봉 패키지 등이 있다. 이와 같은 반도체 패키지는 실장방법에 따라 삽입형과 표면실장(Surface Mount Technology,SMT)형으로 분류하게 되는데, 삽입형으로서 대표적인 것은 DIP(Dual In-line Package), PGA(Pin Grid Array) 등이 있고, 표면실장형으로서 대표적인 것은 QFP(Quad Flat Package), PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier), CLCC(Ceramic LeadedChip Carrier), BGA(Ball Grid Array) 등이 있다.
상기 반도체 패키지의 발전과정은 전기인출단자의 수를 늘리는데 주력하였다고 해도 무방할 만큼 패키지의 한쪽에만 리드가 있는 것을 SIP (Single Inline Package), 양쪽에 모두 있는 것을 DIP (Dual Inline Package), 사방의 네 군데에 모두 리드를 단 것을 QFP라 하여 발전해 왔으나, 이제는 QFP와 같이 패키지의 모든 모서리 부분을 사용하여 리드 수를 늘리는 것도 한계에 달하여, 패키지 바닥면에 바둑판에 바둑알 놓듯이 둥근 볼(ball) 형태의 리드를 배열하는 BGA (Ball Grid Array) 패키지가 보편화되고 있는 추세이다.
도 1 에 종래 일반적인 BGA 반도체 패키지의 단면도를 도시하였다.
도면을 참조하면, 상기 BGA 반도체 패키지는 대략 인쇄회로기판(2)의 중앙부 에 반도체 칩(4)이 안착되고 상기 반도체 칩(4)은 인쇄회로기판(2) 표면의 구리패턴(22)과 전도성 와이어(6)에 의해 접속되며 상기 반도체 칩(4)과 전도성 와이어(6)를 보호하기 위해 인쇄회로기판(2)의 표면을 에폭시 등의 봉지재(8)로 봉지한다. 이와 같은 반도체 패키지를 마더보드등에 실장하기 위해 인쇄회로기판(2)의 배면에 솔더 볼(28)을 부착하여 외부접속단자로서 사용한다.
상술한 BGA 반도체 패키지를 보다 자세하게 설명하면 다음과 같다.
상기 인쇄회로기판(2)은 통상 2층 내지 6층의 구리패턴(22)으로 구성되며 각 구리패턴(22)의 사이에는 절연성의 BT 수지(25)가 함입되어 있다. 도시된 인쇄회로기판(2)은 2층의 구리패턴(22)을 구비한 것으로 구리패턴(22)의 사이에는 BT 수지(25)가 함입되어 있으며, 표면의 구리패턴(22) 위에는 구리패턴(22)을 노출시키지 않고 절연성을 확보하기 위해 솔더 마스크(24)가 도포되어 있다.
상기 인쇄회로기판(2)의 표면 중앙에는 반도체 칩(4)이 안착되는데 상기 반도체 칩은 접착제(3)에 의해 부착되며 반도체 칩(4)의 표면에 형성된 접속패드(도시생략)와 구리패턴(22)간에는 전도성 와이어(6)로 접속이 이루어진다.
상기 전도성 와이어(6)는 통상 구리, 알루미늄, 골드 중 하나를 채용하는바 바람직하게는 골드 와이어를 채용함이 적합하다.
상기 솔더 마스크(24)는 인쇄회로기판(2)의 표면에 형성된 구리패턴(22)을 모두 덮지 않고 일부를 노출시키는데 일명 본드핑거(27)라 하여 반도체 칩의 접속패드와 골드 와이어(6)로 연결되는 부분이다.
상기 인쇄회로기판(2)의 표면 구리패턴(22)은 배면의 구리패턴(22)과 접속연 결되는데 그 수단으로는 인쇄회로기판(2)에 전도성 홀을 형성하여 구현되며 상기 전도성 홀을 통상 비아홀(26)이라 한다. 상기 비아홀(26)은 배면 구리패턴(22)과 연결되는 동시에 각각의 솔더 볼(28)에 접속연결되어 외부로 전기신호를 인출하는 역할을 하게 된다.
상기 반도체 칩(4)은 고집적된 회로를 구비하고 있어 외부에 노출시키면 안되는 동시에 전도성 와이어(6) 역시 외부충격에 약하므로 에폭시 몰딩등의 방법으로 봉지재(8)를 사용하여 보호한다.
상기 BGA 반도체 패키지의 저면도를 도 2에 도시하였다.
도면에서 보는 바와 같이, BGA 반도체 패키지의 저면에는 무수히 많은 솔더볼(28)이 장착되어 있음을 알수 있다.
자세히 도시하지는 않았으나 솔더마스크(24)는 얇은 도포 두께상 내부의 구리패턴(22)의 형상이 보이도록 되어 있으므로 상기 솔더볼(28) 사이로는 미세한 구리패턴(22)들이 나열되게 된다.
이와 같이 구성된 BGA 반도체 패키지는 고집적화될 수록 처리속도가 빨라짐에 의해 고온의 열이 다량 생성된다. 상기 발생된 열은 반도체 칩의 회로에 치명적인 영향을 줄수 있으므로 외부로 방출시키는 수단이 필요하다.
종래에는 인쇄회로기판의 구리패턴을 2층에서 4층으로 형성하여 열방출이 용이하도록 하였으나 고집적화되는 반도체 칩을 보호하기가 어려워져 반도체 패키지의 외부에 히트싱크 또는 히트 스프레더와 같은 방열판을 부착하기에 이르렀다.
도 3 은 종래 방열판이 부착된 BGA 반도체 패키지의 일례를 개략적으로 도시 한 측면도이다.
도 3을 참조하면, 반도체 패키지의 외관 형상과 동일한 방열판(30)을 인쇄회로기판(2)의 배면에 부착하고 반도체 칩(4) 및 전도성 와이어(6)를 포함한 봉지부(8) 주위에 솔더볼(28)을 부착하여 마더보드 등에 뒤집어 실장하는 방식을 채택하였다.
상기와 같은 방열판(30)을 채용할 경우 방열효과는 높아질 수 있으나 인출단자를 되도록 많이 형성하고자 하는 종래 취지와 어긋나게, 솔더 볼이 부착될 수 있는 위치가 감소되어 반도체 패키지의 면적대비 효율이 떨어지게 되는 문제점이 있었다.
또한, 솔더볼이 봉지부의 높이보다 큰 직경으로 형성되어야 실장이 가능하므로 패키지의 전체적인 두께 또한 높아지게 되는 문제점도 발생하였다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로써, BGA 반도체 패키지에서 인쇄회로기판의 배면에 솔더 볼을 부착하는 형태를 그대로 유지하고 패키지의 두께 또한 증가시키지 않도록 하면서 외부에 방열판을 부착토록 하여 방열효과를 향상시킬 수 있는 방열판을 구비한 BGA 반도체 패키지를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 집적회로를 구비한 반도체 칩과, 상기 반도체 칩이 부착되는 인쇄회로기판과, 상기 반도체 칩과 인쇄회로기판을 접 속시키는 전도성 와이어와, 상기 반도체 칩과 전도성 와이어 및 인쇄회로기판의 표면 일부를 봉지하는 봉지재와, 상기 반도체 칩 및 인쇄회로기판을 통하는 전기신호를 외부로 인출하며 인쇄회로기판의 배면에 부착되는 다수의 솔더볼과, 상기 인쇄회로기판의 배면에 부착되며 솔더볼이 부착되기 위한 솔더볼 통과홀이 형성된 방열판이 구비된 것을 특징으로 하는 방열판을 구비한 BGA 반도체 패키지를 제공한다.
본 발명의 구성에 대하여 첨부한 도면을 참조하면서 보다 상세하게 설명한다. 참고로 본 발명을 설명하기에 앞서 설명의 중복을 피하기 위하여 종래 기술과 일치하는 부분에 대해서는 종래 도면부호를 그대로 인용하기로 한다.
도 4 는 본 발명에 의한 방열판을 구비한 BGA 반도체 패키지의 바람직한 일실시예를 도시한 단면도이다.
상기 BGA 반도체 패키지의 일반적인 구성에 대해서는 종래 기술의 도 1 에 자세하게 기술되어 있으므로 간략히 기술하기로 한다.
상기 BGA 반도체 패키지는 인쇄회로기판(2)의 중앙에 반도체 칩(4)이 부착되어 있으며 인쇄회로기판(2)의 표면 구리패턴(22)과 반도체 칩(4)이 전도성 와이어(6)로 접속되어 있다. 상기 전도성 와이어(6)와 반도체 칩(4)을 보호하기 위해 봉지재(8)로 인쇄회로기판(2)의 표면 일부가 봉지되어 있으며 반도체 칩(4)을 통해 인쇄회로기판(2)의 구리패턴(22)을 경유한 전기신호를 외부로 인출하기 위해 솔더볼(28)이 부착된다.
상기 인쇄회로기판(2)의 배면에는 방열판(300)이 부착되어 있는바, 상기 방열판(300)의 구체적인 형태를 도 5에 도시하였다.
도 5 를 참조하면, 방열판(300)은 대략 인쇄회로기판(2)의 형태와 동일하게 정사각형의 박판으로 이루어지며 그 재료로는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 구리합금등을 주로 사용한다. 알루미늄 재료는 낮은 가격, 높은 열전도도, 저밀도, 양극 산화의 용이성 등 많은 장점을 갖고 있기 때문에 선호되어 왔다. 또한, 알루미늄 재료는 연성이 풍부하기 때문에 스탬핑 공정을 통해 쉽게 방열판의 형태로 가공될 수 있는 특성도 갖추고 있다.
상기 방열판(300)의 전면에는 다수의 홀(33)이 형성되어 있는데, 상기 홀(33)이 솔더볼 통과홀(33)이다. 상기 솔더볼 통과홀(33)은 인쇄회로기판(2)의 배면에 부착되기 위한 솔더볼(28)의 갯수와 동일하게 형성할 수 있다. 만일 방열판(300)의 크기를 적게한다면 솔더볼 통과홀(33)의 갯수는 그만큼 줄어들 것이다.
상기 방열판(300)은 반도체 칩(4)을 부착하는 공정에 들어가기 전에 인쇄회로기판(2)의 배면에 부착됨이 바람직하다. 인쇄회로기판(2)의 배면에 부착시에는 후공정의 싱귤레이션을 용이하게 하기 위해 리드프레임의 타이바와 같이 네 모서리만 연결시키고 측면부는 미리 절단함도 바람직하다.
상기 솔더볼 통과홀(33)의 직경은 솔더볼(28)의 직경보다 크게 함이 공정의 진행상 바람직하나 솔더볼(28)의 직경보다 작다고 하여도 본 발명의 목적을 구현함에는 지장이 없다. 만일 방열판(300)의 솔더볼 통과홀(33) 직경이 솔더볼(28) 보다 작게되면 솔더볼(28)이 접촉되게 되고 방열판(300)이 전도성을 지니고 있어 전체가 단락될 위험이 있으므로 솔더볼 통과홀(33)의 내측면부와 외면부에 비전도성 물질 을 코팅하여 쇼트를 방지할 수 있다.
상기 방열판은 인쇄회로기판(2) 배면부의 그라운드 패턴과 접지될 수 있도록 하여 공정중에 발생할 수 있는 정전기를 방지하도록 함이 바람직하다.
도 6 에는 상기 방열판(300)을 구비한 BGA 반도체 패키지의 저면부를 도시하였다.
도면에 도시된 방열판의 솔더볼 통과홀(33)은 솔더볼(28)의 직경보다 큰 직경을 가진 홀이며 쇼트의 위험을 배제하기 위하여 홀의 내측면부에 비전도성 물질(40)을 코팅하였다. 상기 방열판(300)의 두께는 도 4에도 도시된 바와 같이 적어도 솔더볼(28)의 두께보다 작도록 하여 전체적인 패키지의 두께가 증가하지 않도록 함이 바람직하다.
이와 같은 방열판에 의해 BGA 반도체 패키지는 신속히 내부에 발생된 열을 방출할 수 있게 되어 신뢰성과 수명이 향상되며, 방열판 부착에 의한 패키지 두께의 증가가 없으므로 경박단소 효과를 그대로 구현할 수 있다. 또한, 기존 BGA 패키지와 마찬가지로 인쇄회로기판(2) 배면 전면에 걸쳐 솔더볼(28)을 부착할 수 있으므로 다량의 인출단자를 확보하여 처리속도 및 효율이 증대된다.
상기 솔더볼(28)은 방열판의 솔더볼 통과홀에 의해 보다 용이하게 부착이 가능하며 방열판이 없을 경우 솔더볼과 솔더볼이 접촉됨에 의해 발생되는 불량을 방지할 수 있다.
또한, 상기 방열판(300)은 플렉시블한 인쇄회로기판을 보완하여 충격강도를 향상시키고, 구리패턴의 노출을 막아 솔더마스크의 크랙 발생 혹은 회로의 파단 등 을 예방할 수 있게 해준다.
첫째, 기존 패키지의 두께를 유지할 수 있으며 외층에 방열판을 구비하므로 열방출 효과가 뛰어나다.
둘째, 패키지의 충격강도를 향상시키고 솔더마스크와 구리패턴의 손상을 방지할 수 있다.
셋째, 솔더볼 통과홀에 의해 솔더볼 정렬효과가 뛰어나 솔더볼간의 접촉에 의한 불량을 예방할 수 있다.
넷째, 방열판이 그라운드 역할을 하여 공정 진행중에 발생할 수 있는 패키지의 정전기 발생을 최소화할 수 있다.
다섯째, 방열판으로 인해 워피지(warpage)가 감소함으로써, 볼의 편평도(coplanarity)가 향상되어 표면실장시 유리해진다.

Claims (3)

  1. 집적회로를 구비한 반도체 칩과,
    상기 반도체 칩이 부착되는 인쇄회로기판과,
    상기 반도체 칩과 인쇄회로기판을 접속시키는 전도성 와이어와,
    상기 반도체 칩과 전도성 와이어 및 인쇄회로기판의 표면 일부를 봉지하는 봉지재와,
    상기 반도체 칩 및 인쇄회로기판을 통하는 전기신호를 외부로 인출하며 인쇄회로기판의 배면에 부착되는 다수의 솔더볼과,
    상기 솔더볼의 두께보다 작은 크기로 상기 인쇄회로기판의 배면에 부착되며 솔더볼이 부착되기 위한 솔더볼 통과홀이 형성된 방열판과;
    상기 방열판의 노출된 배면 또는 솔더볼 통과홀의 내측면에 코팅된 비전도성 물질을 포함하는 BGA 반도체 패키지
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열판의 두께는 적어도 솔더볼의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 방열판을 구비한 BGA 반도체 패키지.
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