KR100926860B1 - Ｐｃｂ 삽입형 패키지 구조 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 PCB 삽입형 패키지 구조 및 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인쇄회로기판에 삽입하는 형태로 실장하는 PCB 삽입형 패키지 구조 및 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 PCB 삽입형 패키지 구조는 반도체 칩이 실장되는 사각형 판 형상의 다이 패드; 상기 다이 패드와 이격되어 형성된 다수의 리드 프레임; 일단은 상기 반도체 칩의 본딩 패드와 연결되고 타단은 상기 리드 프레임과 연결되는 본딩 와이어; 상기 반도체 칩, 다이 패드, 리드 프레임 및 본딩 와이어를 보호하도록 둘러싸여 형성된 패키지 본체; 그리고 상기 반도체 칩을 PCB 회로와 전기적으로 연결하도록 상기 리드 프레임의 일단에 접촉되고 상기 패키지 본체로부터 일부분이 돌출되어 형성된 접촉배선;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 PCB 삽입형 패키지 구조 및 제조방법에 의하면 PCB 위에 반도체 패키지 소자를 실장하는 것이 아니라 PCB 내부에 반도체 패키지 소자를 삽입함으로써 PCB와 반도체 패키지로 인한 높이가 현저하게 줄어들어 더욱 얇고 소형의 전자기기를 구현할 수 있는 효과가 있다.

반도체 조립, 인쇄회로기판(PCB), 접촉배선, 삽입형 패키지

Description

ＰＣＢ 삽입형 패키지 구조 및 제조방법{PCB Insertion type package structure and manufacturing method thereof}

본 발명은 PCB 삽입형 패키지 구조 및 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인쇄회로기판에 삽입하는 형태로 실장하는 PCB 삽입형 패키지 구조 및 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 조립 공정은 웨이퍼 제조공정에 의하여 제작된 반도체 소자를 개별 칩(chip)으로 분리한 다음, 리드 프레임과 개별 칩을 전기적으로 연결하고 리드 프레임의 전기적 연결 부위와 반도체 칩을 외부 환경으로부터 보호하는 패키지 본체를 성형하는 공정으로 이루어진다.

반도체 패키지(package)는 그 종류에 따라 수지밀봉 패키지, TCP(tape carrier package) 패키지, 글래스 밀봉 패키지, 금속 밀봉 패기지 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, 표면실장형으로 대표적인 것은 QFP(quad flat package), PLCC(plastic leaded chip carrier), CLCC(ceramic leaded chip carrier), BGA(ball grid array) 등이 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 DIP 구조의 반도체 패키지 소자의 분해 사시도이고, 도 2a 내지 도 2c는 종래의 기술에 따른 반도체 패키지 소자의 실장 구조를 나타내는 단면도이다.

첨부된 도 1을 참조하면, 웨이퍼(도시하지 않음)에서 분리된 개별 반도체 칩(10)은 리드 프레임(lead frame)(20)의 다이 패드(die pad)(30)에 Ag-에폭시(Ag-Epoxy)와 같은 접착제로 부착되어 있다.

상기 리드 프레임(20)은 철계 합금 또는 구리 합금으로 되어 있고, 다이 패드(30)와 리드 프레임(20)의 리드는 이음대(tie bar)(도시하지 않음)로 연결되어 있다.

상기 리드 프레임(20)의 내부 리드는 반도체 칩(10)과 본딩 와이어(40)를 통해 전기적으로 연결되어 있다. 상기 본딩 와이어(40)는 통상 20 ~ 50㎛ 굵기를 가진 금(Au)으로 이루어진 도선이다.

상기 리드 프레임(20)의 내부 리드와 반도체 칩(10)은 예컨대, EMC(Epoxy Molding Compound)와 같은 플라스틱 수지로 된 패키지 본체(50)에 의해 보호된다. 상기 패키지 본체(50)를 형성한 후 상기 리드 프레임(20)의 외부 리드를 일정한 모양을 절곡(切曲)하여 형성되는데, 여기서 외부 리드의 절곡은 패키지 소자(100)를 외부 소자(예를 들어, PCB)에 실장하는 실장 구조에 따라 달라진다.

첨부된 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 반도체 패키지 소자(100)의 실장 구조는 매우 다양하다. 예를 들어 도 2a의 (a)와 (b)로 나타낸 것은 각각 DIP 실장 구조(100a), PGA 실장 구조(100b)이고, 도 2b에서 (a), (b), (c)로 나타낸 것은 각각 리드 프레임의 외부 리드가 J자 모양(100c), 갈매기 날개(gull-wing) 모양(100d), 토막형 단자 모양(100e)으로 된 구조이며, 도 2c는 리드 프레임의 외부 리드가 패키지 본체(50) 밖으로 돌출되지 않고 표면에만 노출되도록 한 상태에서 예컨대, 주석-납 합금 또는 무연납으로 된 솔더(solder)를 사용하여 솔더링(soldering) 접합하는 무단자 패키지 구조(100f)이다.

이러한 종래 반도체 패키지 기술은 대부분 인쇄회로기판(printed circuit board, 이하 'PCB'라 한다)(60) 위에 실장되는 형태로 되어 있으며, 실장된 반도체 패키지 소자(100)가 수직 공간에서 차지하는 높이는 패키지 본체(50)의 두께와 외부 리드의 절곡 구조 또는 외부 리드와 PCB 기판의 접합 구조가 갖는 높이를 합한 것이 된다.

이는 점차 소형화 되어가고 있는 전자제품의 추세로 볼 때 현재의 패키지 방법을 사용한다면 더 이상 부피를 줄일 수 없게 되며, 결국 더 얇고 작은 크기의 제품을 생산하는데 곤란한 점이 있는 것이다.

전술한 바와 같이 반도체 칩은 웨이퍼로부터 칩 크기로 절단된 뒤 EMC와 같은 재료와 리드 프레임 등을 이용하여 패키징을 하게 된다. 이러한 패키징에 의해 최초 칩 크기보다 원하지 않게 큰 크기와 부피를 가질 수 있으며, 특히 소형 전자제품의 경우에는 이것이 설계상 제약이 되어 더 작은 형태의 제품을 만들 수 없는 문제점이 있다.

즉 본 발명은 점차 경박단소화 되어가고 있는 전자제품에 사용하기 위해 반도체 패키징에 의해 발생하는 부피를 줄여줌으로써 제품을 더욱 얇고 작게 만들 수 있도록 하기 위해 고안되었다.

따라서 본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 패키징 크기의 최소화와 혁신적인 형태의 패키징 구조 및 방법을 제시하여, 더욱 작은 전자제품을 구현할 수 있는 PCB 삽입형 패키지 구조 및 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 PCB 삽입형 패키지 구조는 반도체 칩이 실장되는 사각형 판 형상의 다이 패드; 상기 다이 패드와 이격되어 형성된 다수의 리드 프레임; 일단은 상기 반도체 칩의 본딩 패드와 연결되고 타단은 상기 리드 프레임과 연결되는 본딩 와이어; 상기 반도체 칩, 다이 패드, 리드 프레임 및 본딩 와이어를 보호하도록 둘러싸여 형성된 패키지 본체; 그리고 상기 반도체 칩을 PCB 회로와 전기적으로 연결하도록 상기 리드 프레임의 일단에 접촉되고 상기 패키지 본체로부터 일부분이 돌출되어 형성된 접촉배선;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 본딩 와이어의 재료는 금, 구리 또는 각각의 합금들 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 접촉배선은 'ㄱ'자 모양으로 절곡하여 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 PCB 삽입형 패키지 제조방법은 하단 봉합 물질의 가장자리에 접촉 배선을 형성하는 제1 단계; 상기 하단 봉합 물질의 상면에 다이 패드와 리드 프레임을 부착시키는 제2 단계; 상기 다이 패드 상면에 반도체 칩을 부착시키는 제3 단계; 상기 반도체 칩을 리드 프레임의 단자부와 전기적으로 연결하는 제4 단계 그리고 상기 제4 단계가 완료된 구조물 상부에 상단 봉합물질을 덮어서 봉합하는 제5 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 단계의 접촉배선은 패키지 본체의 측면을 통해 일부분이 돌출되도록 'ㄱ'자 모양으로 절곡하여 형성하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 PCB 삽입형 패키지 구조 및 제조방법에 의하면 PCB 위에 반도체 패키지 소자를 실장하는 것이 아니라 PCB 내부에 반도체 패키지 소자를 삽입함으로써 PCB와 반도체 패키지로 인한 높이가 현저하게 줄어들어 더욱 얇고 소형의 전자기기를 구현할 수 있는 효과가 있다.

특히, 본 발명에 따르면 PCB에 반도체 패키지 소자를 실장한 경우 전체 높이를 크게 줄일 수 있으므로, 휴대폰이나 MP3 플레이어와 같은 소형 가전제품에서 두께가 매우 얇은 제품을 제조하는 것이 가능하게 된다.

또한, 종래 반도체 패키지 소자를 제조하는 데에 사용하는 공정과 재료를 그대로 활용하여 본 발명을 구현할 수 있으므로, 조립 공정을 바꿀 필요도 없고 새로운 장비를 개발하지 않아도 되므로 추가 비용 없이 본 발명을 적용할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 PCB 삽입형 패키지 구조는 다이 패드, 리드 프레임, 본딩 와이어, 패키지 본체 그리고 접촉배선을 포함하여 이루어져 있다.

상기 다이 패드는 반도체 칩이 실장되는 사각형 판 형상의 것이고, 상기 리드 프레임은 상기 다이 패드의 가장자리로부터 이격되어 형성된 다수의 금속배선이고, 상기 본딩 와이어는 일단이 상기 반도체 칩의 본딩 패드와 연결되고 타단이 상기 리드 프레임과 연결되는 금속배선이고, 상기 패키지 본체는 상기 반도체 칩, 다이 패드, 리드 프레임 및 본딩 와이어를 보호하도록 둘러싸여 형성된 플라스틱 수지이고, 상기 접촉배선은 상기 반도체 칩을 PCB 회로와 전기적으로 연결하도록 상기 리드 프레임의 일단에 접촉되고 상기 패키지 본체로부터 일부분이 돌출되어 형성된 금속배선이다.

본 발명의 다른 일실시예에 따른 PCB 삽입형 패키지 구조에서, 상기 본딩 와이어의 재료는 금, 구리 또는 각각의 합금들 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 PCB 삽입형 패키지 구조에서, 상기 접촉배선은 'ㄱ'자 모양으로 절곡하여 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시예에 따른 PCB 삽입형 패키지 제조방법은 제1 단계 내지 제5 단계를 포함하여 이루어져 있다.

상기 제1 단계는 하단 봉합 물질의 가장자리에 접촉 배선을 형성하는 단계이고, 상기 제2 단계는 상기 하단 봉합 물질의 상면에 다이 패드와 리드 프레임을 부착시키는 단계이고, 상기 제3 단계는 상기 다이 패드 상면에 반도체 칩을 부착시키는 단계이고, 상기 제4 단계는 상기 반도체 칩을 리드 프레임의 단자부와 전기적으로 연결하는 단계이고, 상기 제5 단계는 상기 제4 단계가 완료된 구조물 상부에 상단 봉합물질을 덮어서 봉합하는 단계이다.

본 발명의 다른 일실시예에 따른 PCB 삽입형 패키지 제조방법에서 상기 제1 단계의 접촉배선은 패키지 본체의 측면을 통해 일부분이 돌출되도록 'ㄱ'자 모양으로 절곡하여 형성하는 것이 바람직하다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 패키지 소자의 내부 구조를 나타내는 평면도이고, 도 3b와 도 3c는 도 3a에 나타낸 반도체 패키지 소자의 정면도와 측면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 반도체 패키지 소자의 내부 구조를 나타내는 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 반도체 패키지 소자가 PCB에 실장된 상태를 나타내는 평면도이다.

첨부된 도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 PCB 삽입형 패키지 구조는 다이 패드(30), 리드 프레임(20), 본딩 와이어(40), 패키지 본체(50) 그리고 접촉배선(70)을 포함하여 이루어져 있다.

상기 다이 패드(30)는 반도체 칩(10)이 실장되는 사각형 판 형상의 것이고, 상기 리드 프레임(20)은 상기 다이 패드(30)의 가장자리로부터 이격되어 형성된 다수의 금속배선이고, 이때 상기 리드 프레임(20)은 철-니켈 합금이나 철-크롬 합금(예컨대, 합금-42(Alloy-42) 또는 29Ni-17Co-Fe 합금)으로 만들거나, 구리 합금으로 만들 수 있다. 또한 상기 리드 프레임(20)의 표면은 예컨대 금(Au)이나 은(Ag)으로 도금되어 전기적 특성을 양호하게 할 수 있다.

상기 본딩 와이어(40)는 일단이 상기 반도체 칩(10)의 본딩 패드(도시되지 않음)와 연결되고 타단이 상기 리드 프레임(20)과 연결되는 금속배선이다. 여기서 상기 본딩 와이어(40)의 재료는 금, 구리 또는 각각의 합금들 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

따라서 상기 본딩 와이어(40)는 반도체 칩(10)의 본딩 패드와 리드 프레임(20)의 단자부를 전기적으로 연결함으로써 반도체 칩(10) 내부에 형성되어 있는 회로 소자는 상기 본딩 패드, 본딩 와이어(40), 단자부 및 접촉배선(70)를 통해 외부와 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서 본딩 와이어(40)는 반도체 칩(10)의 본딩 패드에 볼 본딩(ball bodning)되고, 단자부에는 웨지 본딩(wedge bonding)될 수 있다.

상기 패키지 본체(50)는 상기 반도체 칩(10), 다이 패드(30), 리드 프레임(20) 및 본딩 와이어(40)를 보호하도록 둘러싸여 형성된 플라스틱 수지이다. 여기서 상기 플라스틱 수지는 에폭시 수지 계열의 성형 재료를 사용하거나 실리콘 수지계 성형 재료를 사용할 수 있다.

따라서 상기 패키지 본체(50)는 조립 공정에서 반도체 칩(10)과 본딩 와이어(40)의 전기적 연결 구조를 기계적으로 지지하고, 외부의 습기나 오염 물질 등으로부터 보호하고, 상기 다이 패드(30), 리드 프레임(20) 및 본딩 와이어(40)를 전기적으로 절연하는 역할을 한다.

상기 접촉배선(70)은 상기 반도체 칩(10)을 PCB 회로와 전기적으로 연결하도록 상기 리드 프레임(20)의 일단에 접촉되고 상기 패키지 본체(50)로부터 일부분이 돌출되어 형성된 금속배선이다.

여기서 상기 접촉배선(70)은 'ㄱ'자 모양으로 절곡하여 형성하는 것이 바람직하다. 따라서 상기 접촉배선(70)은 그 일부가 상기 패키지 본체(50)의 측면을 통해 바깥으로 돌출되어 있어 패키지 본체(50)의 상하부를 통한 실장 구조의 높이 증가는 발생하지 않는다.

첨부된 도 4 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 PCB 삽입형 패키지 제조방법은 제1 단계 내지 제5 단계를 포함하여 이루어져 있으며, 상기 제1 단계는 하단 봉합 물질(51)의 가장자리에 접촉 배선(70)을 형성하는 단계이다. 여 기서 상기 접촉배선(70)은 패키지 본체(50)의 측면을 통해 일부분이 돌출되도록 'ㄱ'자 모양으로 절곡하여 형성하는 것이 바람직하다.

상기 제2 단계는 상기 하단 봉합 물질(51)의 상면에 다이 패드(30)와 리드 프레임(20)을 부착시키는 단계이고, 상기 제3 단계는 상기 다이 패드(30) 상면에 반도체 칩(10)을 부착시키는 단계이다.

상기 제4 단계는 상기 반도체 칩(10)을 리드 프레임(20)의 단자부와 전기적으로 연결하는 단계이고, 상기 제5 단계는 상기 제4 단계가 완료된 구조물 상부에 상단 봉합물질(52)을 덮어서 봉합하는 단계이다.

여기서 상기 패키지 본체(50)는 도 4에 도시된 바와 같이 하단 봉합 물질(51)와 상단 봉합 물질(52)로 구성되어 있는데, 상기 상단 봉합 물질(52)은 에폭시 수지의 주입 성형법(transfer molding)으로 만들 수 있다.

즉, 다이 패드(30)에 반도체 칩(10)이 부착된 리드 프레임(20)을 금형에 장착한 다음, 예열한 액상 수지를 높은 압력과 열 분위기에서 가압하여 금형 캐비티 속으로 주입하여 열경화 반응에 의해 에폭시 수지가 상단 봉합 물질(52)로 성형하는 것이다.

따라서 이러한 실장 구조로 된 반도체 패키지 소자가 삽입될 수 있는 공간부를 회로기판에 마련한 다음, 상기 회로기판의 공간부에 반도체 패키지 소자를 실장함으로써 회로기판에 반도체 패키지 소자가 실장되더라도 패키지 소자로 인해 실장 높이가 증가하지 아니한다.

첨부된 도 5는 PCB 삽입형 패키지의 활용 예를 보인 것이다. 인쇄회로기 판(PCB)에는 본 발명의 PCB 삽입형 패키지와 연결을 용이하게 하기 위해 패키지에서 사용된 것과 유사한 형태의 접촉 면이 만들어지게 되고 본 패키지를 삽입하게 되는 것이다.

본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정·변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

도 1은 종래의 기술에 따른 DIP 구조의 반도체 패키지 소자의 분해 사시도,

도 2a 내지 도 2c는 종래의 기술에 따른 반도체 패키지 소자의 실장 구조를 나타내는 단면도,

도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 패키지 소자의 내부 구조를 나타내는 평면도,

도 3b는 도 3a에 나타낸 반도체 패키지 소자의 정면도,

도 3c는 도 3a에 나타낸 반도체 패키지 소자의 측면도,

도 4는 본 발명에 따른 반도체 패키지 소자의 내부 구조를 나타내는 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 반도체 패키지 소자가 PCB에 실장된 상태를 나타내는 평면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 반도체 칩 20 : 리드 프레임

30 : 다이 패드 40 : 본딩 와이어

50 : 패키지 본체 51 : 하단 봉합 물질

52 : 상단 봉합 물질 60 : 인쇄회로기판

70 : 접촉배선 100 : 반도체 패키지 소자

Claims (5)

1. 반도체 칩이 실장되는 사각형 판 형상의 다이 패드; 상기 다이 패드와 이격되어 형성된 다수의 리드 프레임; 일단은 상기 반도체 칩의 본딩 패드와 연결되고 타단은 상기 리드 프레임과 연결되는 본딩 와이어; 상기 반도체 칩, 다이 패드, 리드 프레임 및 본딩 와이어를 보호하도록 둘러싸여 형성된 패키지 본체; 그리고 상기 반도체 칩을 PCB 회로와 전기적으로 연결하도록 상기 리드 프레임의 일단에 접촉되고 상기 패키지 본체의 측면을 통해 바깥으로 일부분이 돌출되고 'ㄱ'자 모양으로 절곡하여 형성된 접촉배선;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 PCB 삽입형 패키지 구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 본딩 와이어의 재료는 금, 구리 또는 각각의 합금들 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 PCB 삽입형 패키지 구조.
3. 삭제
4. 하단 봉합 물질의 가장자리에 접촉 배선을 패키지 본체의 측면을 통해 일부분이 돌출되도록 'ㄱ'자 모양으로 절곡하여 형성하는 제1 단계; 상기 하단 봉합 물질의 상면에 다이 패드와 리드 프레임을 부착시키는 제2 단계; 상기 다이 패드 상면에 반도체 칩을 부착시키는 제3 단계; 상기 반도체 칩을 리드 프레임의 단자부와 전기적으로 연결하는 제4 단계 그리고 상기 제4 단계가 완료된 구조물 상부에 상단 봉합물질을 덮어서 봉합하는 제5 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 PCB 삽입형 패키지 제조방법.
5. 삭제

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