KR100878708B1 - Semiconductor package for high power transistors and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 패키지에 실장된(packaged) 고출력 트랜지스터에 관한 것으로, 특히 반도체로 만들어진 칩 트랜지스터 다이(chip transistor die)와 연결선(wire) 및 칩 커패시터(chip capacitor)를 이용한 내부 정합(internal matching) 방법을 통하여 정합 임피던스를 증가시킴과 동시에 출력 특성을 개선하여 보다 높은 출력을 내는 고출력 트랜지스터를 위한 패키지(package) 구조 및 이를 설계하는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
최근 각종 이동통신 시스템, 방송 시스템, 기타 통신 시스템에서 고집적화 및 고성능화가 중요하다. 따라서 동일 면적에서 보다 높은 출력을 가진 고출력 증폭기의 중요성이 날로 증가하고 있다. Recently, high integration and high performance are important in various mobile communication systems, broadcasting systems, and other communication systems. Therefore, the importance of high power amplifiers with higher output in the same area is increasing day by day.
위와 같은 고출력 증폭기를 위한 반도체 패키지 설계에서는 통상적으로, 트랜지스터 다이를 MMIC(microwave monolithic integrated circuit) 공정 및 LTCC(low temperature co-fired ceramic) 공정 등의 고집적 회로에서 사용할 경우, 패키지를 만들지 않고 기판 위에서 직접 와이어 연결을 통하여 사용된다. 하지만 일반적으로 PCB(printed circuit board) 상에서는 트랜지스터를 패키지로 만들어 사용하게 된다. 이때 고출력 트랜지스터일 경우 그 자체적으로 가지고 있는 입력임피던스(input impedance)가 매우 낮아 외부 정합 회로 설계 시 많은 어려움이 있다. 따라서 패키지 설계 및 제작 시 커패시터와 연결선을 이용하여 외부 정합을 손쉽게 하기 위한 임피던스로 끌어 올려야 한다. 고출력을 위한 임피던스로 끌어올리기 위해서는 트랜지스터의 입력(input) 단자 부분에서 패키지의 리드선(lead line) 또는 커패시터와 연결되는 연결선(wire)의 높은 인덕턴스(inductance)를 요구한다. In semiconductor package designs for such high-power amplifiers, transistor dies are typically used in high-integration circuits such as microwave monolithic integrated circuit (MMIC) processes and low temperature co-fired ceramic (LTCC) processes. Used via wire connection. In general, however, transistors are packaged and used on a printed circuit board (PCB). In this case, when the high output transistor has its own input impedance (low input impedance), it is difficult to design an external matching circuit. As a result, the design and manufacture of the package must use capacitors and leads to pull up the impedance to facilitate external matching. In order to pull up to impedance for high output, high inductance of the lead line of the package or the wire connected to the capacitor is required at the input terminal portion of the transistor.
하지만 종래 고출력 트랜지스터의 경우 패키지 내에서 사용할 수 있는 면적이 제한되어 있어 기존에 주로 사용되던 징검다리 형식(stepping stone type : 이하 "SST" 라함)의 연결선(wire) 연결법을 통한 패키지 설계 방식에서는 고출력에 큰 영향을 미치는 트랜지스터 입력 단자측에 연결되는 첫 번째 연결선의 길이가 구현하는 인덕턴스가 작아 보다 높은 출력을 내지 못하고, 제한된 패키지 면적에 의해 출력이 결정되는 문제점이 있었다.However, in the case of the conventional high output transistor, the area that can be used in the package is limited, so the package design method through the wire connection method of the stepping stone type (hereinafter referred to as "SST"), which is used mainly in the package, has a high output. Since the inductance implemented by the length of the first connection line connected to the transistor input terminal side, which has a great influence, is small, the output cannot be made higher and the output is determined by the limited package area.
즉, 기존에 주로 사용되던 방법인, SST를 이용한 패키지 설계 방식에서는 제한적인 패키지 면적에 의하여, 높은 출력을 위한 인덕턴스 구현이 어려웠고, 따라서 내부 정합(internal matching)에 의한 고출력 트랜지스터의 성능 개선에 한계가 많았고, 또한 주어진 패키지 면적에서 더 높은 출력을 얻기 위한 정합의 구현이 어렵다는 한계가 있었다. 이에 따라 기존의 고출력 패키지 트랜지스터 수요자들은 제한된 출력의 패키지를 가지고 외부 정합을 통하여 출력을 얻어내어 사용했다. 하지만 이것은 외부 정합에 의한 고출력증폭기 회로구현 이후의 출력 최적화이기 때문 에, 회로 구현 이전에 고출력 패키지 트랜지스터 수준에서의 최대 출력을 얻어내지 못하는 문제점을 가지고 있었다.That is, in the package design method using SST, which is mainly used in the past, it is difficult to realize inductance for high output due to the limited package area. Therefore, there is a limit to the performance improvement of the high output transistor by internal matching. Many also had limitations in the implementation of matching to obtain higher output in a given package area. As a result, conventional high-power package transistor consumers have a limited-output package to obtain output through external matching. However, since this is an output optimization after implementation of the high-output amplifier circuit by external matching, there is a problem that the maximum output at the high-output package transistor level cannot be obtained before the circuit implementation.
도 1은 종래 고출력 트랜지스터 패키지를 구현하는데 사용되는 트랜지스터 다이와 커패시터 및 패키지 리드선 사이에 연결선으로 연결되는 패키지의 상단면도이다. 이하 위 도 1을 참조하여 종래 고출력 트랜지스터 패키지의 구성에 대해 설명하면, 먼저 입력 단자 리드 선(lead wire)(40)에서 바라본 입력 임피던스가 거의 0Ω(옴, ohm)에 가깝기 때문에 한 개 이상의 커패시터(21, 22)와 연결선의 인덕터(11, 12, 13, 14)를 사용하여 임피던스를 외부정합에 유리한 높은 임피던스로 끌어올리는 과정을 거쳐야 한다. 1 is a top view of a package connected by a connecting line between a transistor die and a capacitor and a package lead used to implement a conventional high power transistor package. Referring to the configuration of a conventional high output transistor package with reference to FIG. 1 above, first, since the input impedance seen from the input
이때 위 도 1에서 보여지는 바와 같이 외부 정합에 유리한 높은 임피던스로 끌어올리기 위하여, 패키지 고정용 금속틀(metal frame 또는 metal base)(80) 위에 제공된 패키지 내부 기판(70) 내에 커패시터(21, 22)와 트랜지스터 다이(transistor die)(30) 및 입/출력 단자 리드 선(40, 50)을 연결선(11, 12, 13, 14)으로 연결함으로서 임피던스 값을 높인다. 또한 이때 입/출력 단자 리드 선(40, 50)은, 알루미나(Alumina, SiO2)와 같은 세라믹 계열 기판 또는 다른 형태의 유전체 기판으로 구성된 입출력 단자와의 연결용 기판(60)위에 놓여 있으므로 내부 정합시 전송선로의 낮은 임피던스를 고려해 주어야 한다. 연결선(11, 12, 13, 14)은 출력 특성에 가장 큰 영향을 주는 소자인데, 특히 트랜지스터 다이(30)의 입력단자와 첫 연결되는 연결선(13)이 길수록 이것에 의한 인덕턴스 L3이 커져서 고출력 트랜지스 터의 높은 입력 임피던스를 얻을 수 있고 따라서 고출력 트랜지스터가 높은 출력 특성을 갖게 할 수 있다. At this time, the
도 2는 위 도 1에 구현된 SST 방식의 연결선 연결을 입체로 도시한 도면이다. 각 연결선(11, 12, 13, 14)이 입/출력 단자 입/출력 단자 리드 선(40, 50)과 제공된 패키지 내부 기판(70) 위에 놓여진 커패시터(21,22), 트랜지스터 다이(30)를 징검다리 형식으로 연결하고 있다. 입/출력 단자 리드 선(40, 50)은 입출력 단자와의 연결용 기판(60) 위에 놓여 있는 것을 알 수 있다. 2 is a view showing in three dimensions the connection line connection of the SST method implemented in FIG. Each of the connecting
도 3은 위 도 1에 구현된 SST 방식의 연결선 연결 방법을 확대한 도면이다. 각 연결선(11, 12, 13, 14)이 입/출력 단자 리드 선(40, 50)과 커패시터(21, 22), 트랜지스터 다이(30)를 SST 방식으로 연결하고 있다. 이 SST 방식을 이용하였을 경우 제공된 패키지 내부 기판(70)의 주어진 면적에 의하여 연결선(13)의 길이는 다소 제한적이다. (13)으로 표시된 연결선은 인덕턴스 L3와 고출력 패키지 트랜지스터의 임피던스에 가장 큰 영향을 주는 연결선이나, 제한적인 면적으로 인해 충분한 인덕턴스를 얻을 수 없는 문제점이 있었다.3 is an enlarged view of a method for connecting a connection line of the SST method implemented in FIG. 1. Each
도 4는 위 도 1의 SST 방식 고출력 트랜지스터 패키지의 단면도이다. 위 도 4에서 보여지는 바와 같이 연결선(11, 12, 13, 14)이 징검다리 형식으로 연결됨을 알 수 있으며, 입/출력 단자 리드 선(40, 50)은 입출력 단자와의 연결용 기판(60)위에 존재하기 때문에 연결선 본딩을 통하여 패키지 내부 소자들과 연결된다. FIG. 4 is a cross-sectional view of the SST type high output transistor package of FIG. 1. As shown in FIG. 4, it can be seen that the
도 5는 위 도 1의 SST로 구현된 고출력 트랜지스터 패키지의 등가회로도이다. 위 도 5에서 보여지는 바와 같이, 등가회로에서는 도 1에 나타낸 연결선(11, 12, 13, 14)들을 각각에 해당하는 인덕터(L1,L2,L3,L4)로 대체한 기호를 통하여 등가회로로 나타낼 수 있다. 패키지 내에서의 커패시터(21, 22)는 커페시터 C1, C2로서 대체되고, 연결선(11, 12, 13, 14)은 인덕터 L1, L2, L3, L4 로서 대체되었다. 트랜지스터 다이(30)는 트랜지스터 소자 기호 및 TR 표시로서 대체되었다. 회로 좌/우에 위치한 입/출력 연결부는 입출력 단자와의 연결용 기판(60)위에 위치한 입/출력 단자 리드 선(40, 50)에 의한 패키지 외부와의 연결선로이다. FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of a high output transistor package implemented with the SST of FIG. 1. As shown in FIG. 5, in the equivalent circuit, the equivalent circuits are replaced with the equivalent circuits by replacing the
그러나, 위 도 1을 포함한 도 2 내지 도 5에서 보여지는 바와 같이, 고출력 트랜지스터를 위한 패키지에서는 커패시터가 패키지 내에서 비교적 큰 면적을 차지하기 때문에 트랜지스터에서 커패시터까지의 거리가 충분히 확보되지 못해 연결선의 길이 또한 충분히 확보되지 못하는 문제점이 있었다. 즉, 트랜지스터 입력 단자측에서 출발하는 첫 연결선의 인덕턴스가 출력 특성 개선에 있어 커다란 영향을 미치는데 기존의 SST의 경우 제한된 면적으로 인하여 연결선(11, 12, 13, 14)에서 충분한 연결선 길이를 확보하지 못해서 결과적으로 충분한 인덕턴스를 구현할 수 없다는 문제가 있었다.However, as shown in FIGS. 2 to 5 including FIG. 1 above, in a package for a high output transistor, since the capacitor occupies a relatively large area in the package, the distance from the transistor to the capacitor is not sufficiently secured. There was also a problem that was not sufficiently secured. That is, the inductance of the first connection line starting from the transistor input terminal side has a great effect on the improvement of output characteristics. In the case of the existing SST, the sufficient connection line length is not secured at the
따라서 본 발명은 종래 고출력 트랜지스터 패키지에서 패키지 면적의 제한에 따른 고출력 트랜지스터의 출력 특성 저하를 개선시키기 위해 안출된 것으로, 기존의 연결선 연결 방법인 SST와는 다른, 입체교차 형식(multi crossing type, 이하 "MCT")의 연결선 연결 방법을 구현하여 기존 SST의 방법에 비해 고출력 트랜지스터 의 출력 특성을 개선시키는 고출력 트랜지스터를 위한 반도체 패키지 구조 및 고출력 트랜지스터 패키지 설계 방법을 제공함에 있다.Therefore, the present invention was devised to improve the output characteristics of the high output transistor due to the limitation of the package area in the conventional high output transistor package, and is different from the conventional connection line connecting method, SST. The present invention provides a semiconductor package structure and a high output transistor package design method for a high output transistor by improving the output characteristics of the high output transistor compared to the conventional SST method by implementing the connection line connection method of ").
상술한 본 발명은 고출력 반도체 소자를 위한 패키지로서, 일렬로 배치된 제1, 제2커패시터와, 상기 제2 커패시터와 일정 간격 이격되게 일렬로 배치되는 고출력 트랜지스터와, 상기 제1커패시터와 고출력 트랜지스터의 입/출력 정보를 위한 입/출력 리드선과, 상기 제1, 제2 커패시터와 고출력 트랜지스터와 입/출력 리드선을 각각 서로 연결시키되, 상기 고출력 트랜지스터의 낮은 입력 임피던스 매칭을 위해 상기 제1, 제2 커패시터와 고출력 트랜지스터간 연결 길이가 가장 길도록 형성되는 다수의 연결선을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention described above is a package for a high output semiconductor device, comprising: first and second capacitors arranged in a row, high output transistors arranged in a line spaced apart from the second capacitor, and the first capacitor and the high output transistor. An input / output lead wire for input / output information, and the first and second capacitors, a high output transistor, and an input / output lead wire are respectively connected to each other, and the first and second capacitors are used to match the low input impedance of the high output transistor. And a plurality of connection lines formed to have the longest connection length between the high output transistors.
또한, 본 발명은 고출력 반도체 소자를 위한 패키지 방법으로서, 제1, 제2 커패시터를 패키지 내부 기판내 일렬로 배치시키는 단계와, 상기 제2 커패시터와 일정 간격 이격되게 고출력 트랜지스터를 일렬로 배치시키는 단계와, 상기 제1커패시터와 고출력 트랜지스터의 입/출력 정보를 위한 입/출력 리드선을 상기 제1커패시터와 고출력 트랜지스터양측에 각각 배치시키는 단계와, 다수의 연결선을 이용하여 상기 제1, 제2 커패시터와 고출력 트랜지스터와 입/출력 리드선을 각각 서로 연결시키되, 상기 고출력 트랜지스터의 낮은 입력 임피던스 매칭을 위해 상기 제1, 제2 커패시터와 트랜지스터간 연결 길이가 가장 길도록 연결시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention provides a package method for a high output semiconductor device, comprising the steps of arranging the first and second capacitors in a line in the substrate inside the package, and arranging the high output transistors in a line spaced apart from the second capacitor at a predetermined distance; And disposing input / output leads for input / output information of the first capacitor and the high output transistor on both sides of the first capacitor and the high output transistor, respectively, and using the plurality of connection lines, the first and second capacitors and the high output. Connecting the transistor and the input / output lead to each other, and connecting the first and second capacitors to have the longest connection length for the low input impedance matching of the high output transistor.
본 발명에서는 고출력 트랜지스터를 위한 반도체 패키지 설계에 있어서, 패키지내 커패시터와 고출력 트랜지스터간을 MCT 방법으로 연결하여 커패시터와 고출력 트랜지스터간 연결선의 길이를 제한된 패키지 면적 내에서 가장 길게 형성시킴으로써, 고출력용 정합에 필요한 큰 인덕턴스(Inductance)를 구현하여, 주어진 동일 패키지 면적에서도 기존의 SST에 비하여 더 높은 출력을 얻어낼 수 있는 이점이 있다. 또한 동일한 크기의 패키지를 사용하면서 고출력을 얻어낼 수 있기 때문에 고출력을 필요로 하는 반도체 소자의 패키징(Packaging) 분야는 물론 각종 무선통신용 소자 분야에서 폭넓게 응용할 수 있는 이점이 있다.In the present invention, in the semiconductor package design for a high output transistor, by connecting the capacitor and the high output transistor in the package by the MCT method to form the length of the connection line between the capacitor and the high output transistor to the longest within the limited package area, necessary for high output matching By implementing a large inductance, it is possible to obtain a higher output than a conventional SST even in the same package area. In addition, since the high output can be obtained using the same size package, there is an advantage that it can be widely applied in the field of packaging of semiconductor devices requiring high power as well as various wireless communication device fields.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the operating principle of the present invention. In the following description of the present invention, when it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may be changed according to intentions or customs of users or operators. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.
본 발명의 구체적인 핵심 기술요지를 살펴보면, 고출력 트랜지스터를 위한 반도체 패키지 설계에 있어서, 패키지내 커패시터와 고출력 트랜지스터간을 MCT 방법으로 연결하여 커패시터와 고출력 트랜지스터간 연결선의 길이를 제한된 패키지 면적내에서 가장 길게 형성시킴으로써, 고출력용 정합에 필요한 큰 인덕턴스(Inductance)를 구현하여, 주어진 동일 패키지 면적에서도 기존의 SST에 비하여 더 높은 출력을 얻어내는 기술을 통해 본 발명에서 이루고자 하는 바를 쉽게 달성할 수 있다.Looking at the specific core technical aspect of the present invention, in the semiconductor package design for a high output transistor, by connecting the capacitor and the high output transistor in the package by MCT method to form the longest connection line between the capacitor and the high output transistor in the limited package area By implementing a large inductance required for high output matching, the present invention can be easily achieved through a technology of obtaining a higher output than a conventional SST even in a given package area.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 입체 교차 방식의 고출력 트랜지스터를 위한 반도체 패키지 구조를 도시한 것이다. 6 illustrates a semiconductor package structure for a high power transistor of a three-dimensional crossover method according to an embodiment of the present invention.
위 도 6에서 보여지는 바와 같이, 본 발명의 패키지 구조에서는 트랜지스터 다이와(30) 커패시터(21, 22) 및 입/출력 단자 리드 선(40, 50)을 연결선(111, 112, 113, 114)을 이용하여 연결하되, 종래 SST 방식이 아닌 MCT 방식으로 연결함을 나타내고 있다. As shown in FIG. 6, in the package structure of the present invention, the transistor dies 30, the
이때, 본 발명의 패키지 구조에서는 종래 도 1에 도시된 구조와는 달리 커패시터 C1(21), C2(22)의 위치가 다르다는 것에 주목해야 한다. 또한 위 도 6에서 보인 바와 같이 징검다리 형식이 아닌 입체 교차 방식으로 연결선(111, 112, 113, 114)들이 커패시터와 TR 소자를 연결하고 있음을 알 수 있다. At this time, it should be noted that in the package structure of the present invention, the positions of the capacitors C1 (21) and C2 (22) are different from the structure shown in FIG. In addition, as shown in FIG. 6, it can be seen that the
즉, 고출력 트랜지스터와 커패시터간을 연결하는 연결선(112,114)이 종래 도 1에 보인 SST 방식에서의 연결선(12,14)과 같다고 하더라도, 위 도 6의 연결선(111, 113)이 도 1에서 나타낸 연결선(11, 13)에 비하여 훨씬 더 길어졌음을 알 수 있다. 이는 연결선 길이를 더 길게 확보함에 따라 충분히 더 큰 인덕턴스를 구현할 수 있음을 의미한다. 이에 따른 결과는 후속하여 설명되는 도 12 및 도 13에서 연결선 길이에 따른 인덕턴스의 관계를 따로 나타내었다. That is, although the
도 7은 위 도 6에서 구현된 MCT 방식의 고출력 트랜지스터를 위한 반도체 패 키지 구조의 입체도를 도시한 것이다. 위 도 7에서 보여지는 바와 같이 본 발명에서는 각각의 연결선(111, 112, 113, 114)이 입/출력 단자 리드 선(40, 50)과 제공된 패키지 내부 기판(70) 위에 놓아진 커패시터(21, 22), 트랜지스터 다이(30)를 입체교차 형식으로 연결하고 있다. 이에 따라 종래 도 2에 나타낸 SST의 경우와는 달리 본 발명의 MCT에서는 주어진 패키지 면적에 구애받지 않고, SST보다 더 긴 연결선(111, 113)를 구현할 수 있다. FIG. 7 illustrates a three-dimensional view of a semiconductor package structure for an MCT type high output transistor implemented in FIG. 6. As shown in FIG. 7, in the present invention, each of the connecting
도 8은 위 도 6에 구현된 MCT 방식의 연결선 연결 방법을 확대한 도면이다. 위 도 8을 참조하면, 각각의 연결선(111, 112, 113, 114)이 입/출력 단자 리드 선(40, 50)과 제공된 패키지 면적(70) 위에 놓아진 커패시터(21, 22), 트랜지스터 다이(30)를 입체교차 형식으로 연결하고 있음을 알 수 있다. FIG. 8 is an enlarged view of a connection line connection method of the MCT method implemented in FIG. 6. Referring to FIG. 8 above, each of the connecting
즉, 트랜지스터 다이(30)와 연결된 연결선(113)이 가까이 놓여 있는 커패시터C1(21)과 연결되지 않고, 멀리 떨어져 있는 캐패시터 C2(22)와 연결되어 있다. 이와 같이 MCT 방식을 통하여 커패시터와 고출력 트랜지스터간 연결을 구현하는 경우 제공된 패키지 내부 기판(70)에서의 연결선(113) 길이는 기존 SST 방식을 통하여 제작된 경우보다 더 길게 확보 할 수 있음을 알 수 있다. 이에 따라 MCT 방식을 통하여 제한된 패키지의 면적에서도 소자간을 연결하는 연결선의 길이를 최대한 길게 설계할 수 있음으로 해서 종래 SST 방식에서 패키지의 제한적인 면적으로 인해 소자간을 연결하는 연결선에서 충분한 인덕턱스 구현이 어려웠던 문제점을 해결할 수 있게 된다.In other words, the
도 9는 위 도 7에 도시된 반도체 패키지의 입체도 중 연결선 연결 부분을 확 대한 도면이다. 실제로는 위 도 7에서 보여지는 바와 같이 다수의 연결선이 평행하게 배치되는데, 위 도 9의 도시에 있어서는 설명 및 이해의 편의를 도모하기 위하여 각 위치별로 한 개씩만 나타내었다. 그러나 본 발명에서 제시하는 연결선 연결 방법에 관한 기술적 사상은 평행한 연결선의 개수에 무관하게 동일하다. 위 도 9에서 보여지는 바와 같이 본 발명의 고출력 트랜지스터를 위한 반도체 패키지에서는 소자간을 연결하는 연결선(111, 112, 113, 114)이 입체적으로 교차하며 두 개의 커패시터(21, 22)와 입//력 단자 리드 선(40, 50) 및 트랜지스터 다이(30)를 연결하고 있음을 알 수 있다.FIG. 9 is an enlarged view of a connection line connecting portion of the three-dimensional view of the semiconductor package illustrated in FIG. 7. In fact, as shown in FIG. 7 above, a plurality of connecting lines are arranged in parallel, and in FIG. 9, only one is shown at each position for convenience of explanation and understanding. However, the technical idea of the connecting line connecting method proposed in the present invention is the same regardless of the number of parallel connecting lines. As shown in FIG. 9, in the semiconductor package for the high output transistor of the present invention, the
도 10은 위 도 6에서 구현된 MCT방식의 반도체 패키지 구조에 대한 단면도를 도시한 것이다. 위 도 10에서 보여지는 바와 같이 트랜지스터 다이(30)와 연결된 연결선(113)이 가까이 놓여 있는 커패시터 C1(21)과 연결되지 않고, 그 다음 커패시터 C2(22)와 연결되어 있다. 이에 따라 종래 SST 방식의 연결을 도시한 위 도 4에 비하여 동일한 크기의 패키지 조건에서 비교해 볼 때 연결선(113)의 길이를 더 길게 확보할 수 있음을 알 수 있다. FIG. 10 illustrates a cross-sectional view of the MCT semiconductor package structure implemented in FIG. 6. As shown in FIG. 10, the
도 11은 MCT방식으로 구현된 고출력 트랜지스터를 위한 반도체 패키지의 등가회로도이다. 위 도 11에 도시된 등가회로에서는 위 도 6에 도시된 여러 개의 연결선(111, 112, 113, 114)을 각각의 인덕턴스로 표현하여 등가회로로 나타낼 수 있다. 즉, 패키지 내에서의 커패시터(21, 22)는 각각 C1, C2로서 대체되고, 연결선(111, 112, 113, 114)은 각각에 해당하는 인덕터(L1,L2,L3,L4)로 대체한 기호를 통하여 등가회로로 나타낼 수 있다. 트랜지스터 다이(30)는 트랜지스터 소자 기호 및 TR 표시로서 대체되었다.11 is an equivalent circuit diagram of a semiconductor package for a high output transistor implemented by the MCT method. In the equivalent circuit illustrated in FIG. 11, the plurality of
도 12는 반도체 패키지내 연결선의 길이가 증가함에 따라 연결선에 의한 인덕턴스(Inductance) 증가를 보이기 위한 표를 도시한 것으로, 본 발명에서 예로써 사용된 연결선은 금(gold, Au) 또는 알루미늄(aluminum, Al) 재질로 되어 있는 지름 0.5∼1.7mil인 와이어이이다. 이때 1mil은 1/1000 inch로서, 0.0254mm에 해당하며, 상기 연결선의 지름 범위는 바람직한 실시 예로써 언급한 것일 뿐, 상기 범위를 벗어나는 더 가늘거나 더 두꺼운 와이어의 사용도 가능하다. 도 13은 위 도 12에 도시된 연결선의 길이에 따른 인덕턴스를 그래프로 도시한 것이다. 위 도 13의 그래프에서 보이는 바와 같이 연결선의 길이가 증가함에 따라서 인덕턴스가 선형적인 비례관계로 증가함을 알 수 있다.FIG. 12 is a table for showing an increase in inductance caused by a connection line as the length of the connection line in the semiconductor package increases. The connection line used as an example in the present invention may be used as gold, Au, or aluminum. Al) is a wire of 0.5 to 1.7 mils in diameter. In this case, 1 mil is 1/1000 inch, which corresponds to 0.0254 mm, and the diameter range of the connection line is only mentioned as a preferred embodiment, and a thinner or thicker wire outside the range may be used. FIG. 13 is a graph illustrating inductance according to the length of the connection line shown in FIG. 12. As shown in the graph of FIG. 13, it can be seen that as the length of the connecting line increases, the inductance increases in a linear proportional relationship.
도 14는 본 발명에서 제안한 MCT 방식의 응용예로서, 게이트 길이(gate length)가 16mm인 갈륨 나이트라이드(gallium nitride : GaN) 고출력 트랜지스터 다이에 주파수 1000MHz 일 경우, 트랜지스터 다이 만의 입력측 소스(Source) 임피던스와, 기존의 SST 패키지로 구성하였을 때의 소스 임피던스 및 제안된 MCT 패키지로 구성하였을 때의 소스 임피던스를 스미쓰 선도(smith chart)에 나타낸 것이다. 이때 본 발명에서는 설명의 편의상 고출력 트랜지스터의 예로써 갈륨 나이트라이드 트랜지스터를 설명하였지만, 갈륨 나이트라이드를 포함한 어떤 물질로 구성된 고출력 트랜지스터도 동일하게 적용 가능하다.FIG. 14 illustrates an application of the MCT scheme proposed in the present invention, in which an input source impedance of only a transistor die is applied to a gallium nitride (GaN) high output transistor die having a gate length of 16 mm at a frequency of 1000 MHz. The source impedance of the SST package and the source impedance of the proposed MCT package are shown in the Smith chart. In the present invention, the gallium nitride transistor is described as an example of a high output transistor for convenience of description, but a high output transistor made of any material including gallium nitride may be equally applicable.
도 15는 위 도 14에 도시된 스미쓰 선도 중 점선 사각형 부분을 확대한 도면으로, 위 도 15를 참조하면 트랜지스터 다이 만의 입력측 소스 임피던스에 비하여 SST 방식으로 구성한 패키지의 소스 임피던스와 MCT 방식으로 구성한 패키지의 소스 임피던스의 변화를 확인할 수 있다. 즉, MCT 방식으로 구성한 패키지의 소스 임피던스가 SST방식의 패키지로 구성하였을 때의 소스 임피던스에 비하여 더 크게 변화하였음을 알 수 있다. 이때 위 도 15에서 보여지는 소스 임피던스의 차이는 외관상으로는 소스 임피던스 변화의 차이가 미미하게 보일 수도 있으나, 위와 같은 정도의 차이만으로도 몇 Ω의 입력 임피던스 변화가 생길 수 있으므로 고출력 패키지 트랜지스터의 출력 전력 특성에서 큰 차이를 가져올 수 있음을 해당분야 종사자라면 자명하게 알 수 있다.FIG. 15 is an enlarged view of a dotted square portion of the Smith diagram shown in FIG. 14. Referring to FIG. 15, the source impedance of the package configured by the SST method and the package configured by the MCT method compared to the input source source impedance of only the transistor die. You can see the change in source impedance. That is, it can be seen that the source impedance of the package configured by the MCT scheme has changed more than the source impedance when the package is configured by the SST scheme. In this case, the difference in source impedance shown in FIG. 15 may appear to be insignificant in source impedance change, but the output power characteristic of the high output package transistor may be changed due to the input impedance change of several ohms only with the above difference. It is clear to those skilled in the art that this can make a big difference.
도 16은 위 도 15의 결과에 따른 고출력 패키지 트랜지스터의 출력 전력 특성의 개선을 보이기 위한 도면으로, 게이트 길이가 16mm인 갈륨 나이트라이드 트랜지스터(GaN Transistor)에 동일한 입력을 인가하고, 주파수 1000∼1400MHz 일 경우에 고출력 패키지 트랜지스터의 출력 전력 특성을 비교한 그래프 도면이다. 위 그래프를 통하여 MCT방식으로 패키지를 구성하였을 때의 출력 전력이 기존의 SST 방식으로 패키지를 구성하였을 때의 출력 전력보다 약 2dBm 더 높은 것을 알 수 있다. FIG. 16 is a diagram illustrating an improvement in output power characteristics of a high output package transistor according to the result of FIG. 15. The same input is applied to a gallium nitride transistor (GaN Transistor) having a gate length of 16 mm, and the frequency is 1000 to 1400 MHz. In this case, the output power characteristics of the high output package transistor are compared. Through the above graph, it can be seen that the output power when the package is configured by the MCT method is about 2dBm higher than the output power when the package is configured by the conventional SST method.
상술한 바와 같이 본 발명에서는 고출력 트랜지스터를 위한 반도체 패키지 설계에 있어서, 패키지내 커패시터와 고출력 트랜지스터간을 MCT 방법으로 연결하여 커패시터와 고출력 트랜지스터간 연결선의 길이를 제한된 패키지 면적 내에서 가장 길게 형성시킴으로써, 고출력용 정합에 필요한 큰 인덕턴스(Inductance)를 구현하여, 주어진 동일 패키지 면적에서도 기존의 SST에 비하여 더 높은 출력을 얻어 낼 수 있다.As described above, in the present invention, in the semiconductor package design for the high output transistor, by connecting the capacitor in the package and the high output transistor by the MCT method to form the length of the connection line between the capacitor and the high output transistor the longest within the limited package area, high power By implementing the large inductance required for the matching, higher outputs can be achieved compared to conventional SST even in the same package area.
한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 즉, 본 발명의 기술적 사상인 MCT 방식에 의한 패키지 설계 및 제작 방법은 비단 고출력 패키지 트랜지스터에 국한되지 않으며, 각종 반도체 소자를 패키지 안에 실장하는 모든 경우에 있어서 제한된 패키지 면적 안에서 연결선의 길이를 증가시켜 인덕턴스를 증가시키기 위한 목적이라면 동일하게 적용이 가능하다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.Meanwhile, in the above description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. That is, the MCT package design and fabrication method of the present invention is not limited to high-power package transistors, but in all cases in which various semiconductor devices are mounted in a package, the inductance is increased by increasing the length of the connection line within a limited package area. If the purpose is to increase the same can be applied. Therefore, the scope of the invention should be determined by the claims rather than by the described embodiments.
도 1은 종래 SST 방식의 고출력 반도체 소자 패키지 구조 평면도,1 is a plan view of a high-output semiconductor device package structure of the conventional SST method,
도 2는 상기 도 1의 반도체 패키지 구조 사시도,FIG. 2 is a perspective view of the semiconductor package structure of FIG. 1; FIG.
도 3은 종래 SST 방식의 반도체 패키지 구조에서 소자간 연결선 확대 예시도,3 is an enlarged view illustrating connection lines between devices in a conventional SST semiconductor package structure;
도 4는 상기 도 1의 반도체 패키지 구조 단면도,4 is a cross-sectional view of the semiconductor package structure of FIG. 1;
도 5는 종래 SST 방식의 고출력 반도체 소자 패키지의 등가회로도,5 is an equivalent circuit diagram of a conventional high power semiconductor device package of the SST method;
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 MCT 방식의 고출력 반도체 소자 패키지 구조 평면도,6 is a plan view of a high output semiconductor device package structure of the MCT method according to an embodiment of the present invention;
도 7은 상기 도 6의 반도체 패키지 구조 사시도,7 is a perspective view of the semiconductor package structure of FIG. 6;
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 MCT 방식의 반도체 패키지 구조에서 소자간 연결선 확대 예시도,8 is an enlarged view illustrating connection lines between devices in an MCT semiconductor package structure according to an embodiment of the present invention;
도 9는 상기 도 6의 반도체 패키지 구조 중 하나의 연결선만을 도시한 패키지 구조 사시도,9 is a perspective view of a package structure showing only one connection line of the semiconductor package structure of FIG. 6;
도 10은 상기 도 6의 반도체 패키지 구조 단면도,10 is a cross-sectional view of the semiconductor package structure of FIG. 6;
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 MCT 방식의 고출력 반도체 소자 패키지의 등가회로도,11 is an equivalent circuit diagram of an MCT type high power semiconductor device package according to an embodiment of the present invention;
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 패키지내 소자간 연결선의 길이에 따른 인덕턴스값 예시도,12 is an exemplary inductance value according to the length of the connection line between the elements in the package according to an embodiment of the present invention,
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 패키지내 소자간 연결선의 길이에 따른 인덕턴스 변화 그래프 예시도,13 is an exemplary diagram illustrating a change in inductance according to a length of a connection line between devices in a package according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 SST, MCT 방식간 소스 임피던스 변화를 나타낸 스미쓰 선도,14 is a Smith diagram showing a change in source impedance between SST and MCT schemes according to an embodiment of the present invention;
도 15는 상기 도 14의 스미쓰 선도 확대 예시도,15 is an enlarged view illustrating the Smith diagram of FIG. 14;
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 SST, MCT 방식간 패키지 구조내 고출력 트랜지스터의 출력 파워 특성 예시도.16 is a diagram illustrating output power characteristics of a high output transistor in a package structure between SST and MCT schemes according to an exemplary embodiment of the present invention.
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