KR101099586B1 - 수직 실장형 반도체 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수직 실장형 반도체 패키지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 MEMS 센서의 일종인 가속도 또는 각속도 센서내에 수직 실장이 가능한 구조로 제작되어, x축 및 y축 뿐만 아니라 z축에 대한 가속도 내지 각속도 검출까지 용이하게 이루어질 수 있도록 한 수직 실장형 반도체 패키지에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 수평실장부 및 접힘 가능한 수직실장부가 몰딩수지에 의하여 프리-몰딩된 리드프레임을 이용하여, MEMS 센서의 일종인 가속도 또는 각속도 센서 등을 제조하는데 적용되는 반도체 패키지 구조를 테스트보드에 수평 실장할 수 있는 구조이면서 실제 전자기기를 비롯한 센서용 마더보드에는 수직 실장이 가능한 구조로 구현하여, 직교 좌표 x축 및 y축 뿐만 아니라, z축 방향의 가속도 내지 각속도까지 정확하게 검출하는 감도를 부여할 수 있도록 한 수직 실장형 반도체 패키지를 제공하고자 한 것이다.

Description

수직 실장형 반도체 패키지{Semiconductor package for vertical adhesion}
본 발명은 수직 실장형 반도체 패키지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 MEMS 센서의 일종인 가속도 또는 각속도 센서내에 수직 실장이 가능한 구조로 제작되어, x축 및 y축 뿐만 아니라 z축에 대한 가속도 내지 각속도 검출까지 용이하게 이루어질 수 있도록 한 수직 실장형 반도체 패키지에 관한 것이다.
일반적으로, 압력, 가속도, 소리 또는 광과 같은 물리적 현상을 전기적 신호로 변환하는 마이크로-전자 기계적 시스템(MEMS: Micro Electro Mechanical System)이 적용된 반도체 디바이스가 공지되어 있으며, 여기에는 MEMS 칩과 ASIC 칩이 포함되어 있다.
현재, 상기 멤스(MEMS) 칩과, 멤스 칩에 대한 신호 처리 소자인 에이직(ASIC) 칩을 각종 기판(인쇄회로기판, 리드프레임, LCC 등)에 적층하여 부착하거나, 측방향으로 배치하여 패키징함으로써, 하나의 디바이스로 제공되고 있다.
마이크로-전자 기계적 시스템(MEMS) 즉, MEMS 센서는 반도체의 미세 가공 기술을 응용하여 만든 센서로서, 대표적인 예로서 차량의 가속도 센서, 게임기의 가속도 센서, 카메라의 손떨림 방지 기능을 위한 각속도 센서(자이로 센서) 등을 들 수 있다.
상기 가속도센서의 측정 원리를 간략히 살펴보면, y축 또는 x축 방향의 관성력이 인가될 때, 관성력이 작용하는 방향으로 질량체가 이동하면서 가동전극을 이동시키게 되고, 가동전극과 고정전극간의 간격에 의하여 질량체의 변위가 발생하게 되며, 이에 가동전극과 고정전극 사이에서의 정전용량 변화로 인해 가동전극에 유도되는 전류를 증폭하는 등의 과정을 통해 가속도를 측정하게 된다.
이러한 MEMS 센서의 일종인 가속도 또는 각속도 센서의 제조에 있어서, 직교 좌표 x축 및 y축 뿐만아니라, z축 방향에 대해서도 가속도 내지 각속도를 정확하게 검출하는 감도를 갖도록 하는 것이 무엇보다 중요하며, 이에 MEMS 센서에 탑재되는 신호 처리용 반도체 패키지도 수직 실장이 가능한 구조로 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 수평실장부 및 접힘 가능한 수직실장부가 몰딩수지에 의하여 프리-몰딩된 리드프레임을 이용하여, MEMS 센서의 일종인 가속도 또는 각속도 센서 등을 제조하는데 적용되는 반도체 패키지 구조를 테스트보드에 수평 실장할 수 있는 구조이면서 실제 전자기기를 비롯한 센서용 마더보드에는 수직 실장이 가능한 구조로 구현하여, 직교 좌표 x축 및 y축 뿐만 아니라, z축 방향의 가속도 내지 각속도까지 정확하게 검출하는 감도를 부여할 수 있도록 한 수직 실장형 반도체 패키지를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 테스트 보드에 수평 실장이 가능한 수평프레임과, 수평프레임에 수직방향으로 접힘 가능하게 연결되어 마더보드에 수직 실장되는 수직프레임이 몰딩 컴파운드 수지에 의하여 프리 몰딩된 리드프레임과; 상기 수평프레임의 칩탑재구간에 부착된 반도체 칩과; 상기 반도체 칩과 수평프레임의 내부리드간에 연결되는 와이어와; 상기 반도체 칩과 와이어를 보호하기 위하여 수평프레임에 몰딩된 수평몰딩부에 결합되는 캡과; 상기 수직프레임이 수직으로 세워질 때, 그 직립 상태를 유지하기 위하여 수직프레임에 몰딩된 수직몰딩부와 캡의 일측면간에 접착되는 접착수단; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 수직 실장형 반도체 패키지를 제공한다.
바람직한 일 구현예로서, 상기 프리 몰딩된 리드프레임의 수평프레임은 세로방향을 따라 등간격을 이루면서 가로방향을 따라 배열되는 다수의 수평바로 구성되고, 각 수평바의 중앙구간은 칩탑재구간으로 형성되고, 양측단은 아래쪽으로 이중 절곡된 테스트 단자로 형성되며, 칩탑재구간 및 테스트 단자의 사이구간은 와이어 본딩을 위한 내부리드로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 몰딩컴파운드 수지의 수평몰딩부에 의하여 각 수평바들이 일시에 몰딩되되, 칩탑재구간과 테스트 단자와 내부리드를 제외한 부분이 수평몰딩부에 의하여 몰딩되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 다른 구현예로서, 상기 프리 몰딩된 리드프레임의 수직프레임은 일측쪽의 각 테스트 단자에서 연장된 연결단과, 각 연결단의 끝에 일체로 된 입출력단자로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 몰딩컴파운드 수지의 수직몰딩부에 의하여 연결단 및 입출력단자가 일시에 몰딩되되, 입출력단자의 저면을 제외한 부분이 수직몰딩부에 의하여 몰딩되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 수평프레임의 일측쪽 테스트 단자와 수직프레임의 각 연결단은 접힘 가능하게 외부로 노출되는 접힘단에 의하여 상호 연결되는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 접힘단을 중심으로 그 일측쪽에 위치하는 수평몰딩부의 측면과 타측쪽에 위치하는 수직몰딩부의 측면은 각각 45°정도로 경사지게 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수평몰딩부의 테두리와 캡의 하단에는 상호 접합을 위한 요철구조가 형성된 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 수평실장부 및 접힘 가능한 수직실장부가 몰딩수지에 의하여 프리-몰딩된 리드프레임을 이용하여, MEMS 센서의 일종인 가속도 또는 각속도 센서 등을 제조하는데 적용되는 반도체 패키지 구조를 수직 실장 가능한 구조로 구현함으로써, 직교 좌표 x축 및 y축 뿐만 아니라, z축 방향의 가속도 내지 각속도까지 정확하게 검출하는 감도를 부여할 수 있다.
또한, 본 발명의 패키지를 수직 실장하기 전에 수평실장부를 테스트보드에 먼저 실장하여, 반도체 칩의 전기적 신호가 제대로 교환되는지를 정확하게 테스트할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 수직 실장형 반도체 패키지의 주된 구성인 리드프레임의 프리 몰딩 전 모습을 나타내는 평면도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 수직 실장형 반도체 패키지의 주된 구성인 리드프레임의 프리 몰딩된 후 모습을 나타내는 평면도 및 저면도,
도 3은 본 발명에 따른 수직 실장형 반도체 패키지의 주된 구성인 프리 몰딩된 리드프레임에 반도체 칩 부착 및 와이어 본딩 공정이 이루어진 모습을 나타내는 평면도,
도 4는 본 발명에 따른 수직 실장형 반도체 패키지 및 그 제조 과정을 설명하는 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 수직 실장형 반도체 패키지가 테스트 보드에 수평 실장되는 모습을 설명하는 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 수직 실장형 반도체 패키지가 마더보드에 수직 실장되는 모습을 설명하는 단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 수직 실장형 반도체 패키지의 주된 구성인 리드프레임의 프리 몰딩 전 모습을 나타내는 평면도이고, 도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 수직 실장형 반도체 패키지의 주된 구성인 리드프레임의 프리 몰딩된 후 모습을 나타내는 평면도 및 저면도이다.
본 발명은 수평프레임 및 수직프레임이 접힘 가능하게 구성된 것을 몰딩 컴파운드 수지로 프리 몰딩(pre-molding)시킨 프리-몰딩된 리드프레임을 이용하여, 수평 실장은 물론 수직 실장이 가능한 구조로 제작함으로써, MEMS 센서의 일종인 가속도 또는 각속도 센서내에 탑재하여 직교 좌표 x축 및 y축 뿐만 아니라, z축 방향에서의 가속도 내지 각속도 신호도 용이하게 검출할 수 있는 새로운 구조의 반도체 패키지를 제공하고자 한 것이다.
도 1을 비롯해 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 프리 몰딩된 리드프레임(10)은 테스트 보드에 전기적 신호 교환 가능하게 수평 실장되는 수평프레임(12)과, 수평프레임(12)에 대하여 수직을 이루는 방향으로 접힘 가능하도록 수평프레임(12)에 일체로 연결되어 마더보드에 전기적 신호 교환 가능하게 수직 실장되는 수직프레임(14)과, 상기 수평프레임(12) 및 수직프레임(14)의 일부분을 몰딩하는 몰딩 컴파운드 수지(20)를 포함하여 구성된다.
상기 프리 몰딩된 리드프레임(10)의 수평프레임(12)은 도 1에서 잘 볼 수 있듯이, 세로방향을 따라 등간격을 이루면서 가로방향을 따라 길게 배열되는 다수의 수평바(15)로 구성된다.
보다 상세하게는, 상기 수평프레임(12)을 구성하는 각 수평바(15)는 그 길이방향을 따라 서로 다른 기능 영역으로 구분되는 바, 중앙구간은 멤스칩과 같은 반도체 칩이 부착되는 칩탑재구간(16)으로 형성되고, 양측단은 아래쪽으로 이중 절곡된 테스트 단자(18)로 형성되며, 칩탑재구간(16) 및 테스트 단자(18)의 사이구간은 반도체 칩과의 와이어 본딩을 위한 내부리드(17)로 형성된다.
상기 수평프레임(12)을 구성하는 수평바(15)들은 몰딩컴파운드 수지(20)의 수평몰딩부(22)에 의하여 일시에 몰딩되어 독립적으로 절연된 상태를 유지하게 되고, 또한 수평몰딩부(22)에 의하여 각 수평바(15)들은 일체로 결속되는 상태가 된다.
특히, 상기 수평몰딩부(22)의 몰딩시, 각 수평바(15)의 칩탑재구간(16) 및 내부리드(17)의 상면 그리고 테스트 단자(18)의 저면을 제외한 부분에 걸쳐 몰딩이 이루어지도록 하여, 각 수평바(15)의 칩탑재구간(16) 및 내부리드(17)의 상면, 그리고 테스트 단자(18)의 저면이 외부로 노출되도록 한다.
상기 수평프레임(12)에 대하여 수직을 이루는 방향으로 절곡되는 수직프레임(14)은 저면 일부가 하프 에칭된 연결단(13)과 입출력단자(19)로 구성된다.
즉, 상기 연결단(13)의 일측단은 수평프레임(12)의 일측쪽 각 테스트 단자(18)와 일체로 연결되고, 연결단(13)의 타측단에는 소정 면적의 입출력단자(19)가 일체로 형성된다.
이때, 상기 수평프레임(12)의 일측쪽 각 테스트 단자(18)와, 상기 수직프레임의 각 연결단(13)은 몰딩이 되지 않는 접힘단(11)에 의하여 일체로 연결되며, 이 접힘단(11)을 중심으로 수직프레임(14)이 수직 절곡된다.
상기 수직프레임(14)을 구성하는 각 연결단(13)과 입출력단자(19)는 몰딩 컴파운드 수지(20)의 수직몰딩부(24)에 의하여 일시에 몰딩되어 독립적으로 절연된 상태를 유지하게 되고, 수직몰딩부(24)에 의하여 각 연결단(13)과 입출력단자(19)는 일체로 결속되는 상태가 된다.
특히, 상기 수직몰딩부(24)의 몰딩시, 입출력단자(19)의 저면을 제외한 부분에 걸쳐 몰딩이 이루어지도록 하여, 각 입출력단자(19)의 저면이 외부로 노출되도록 한다.
한편, 상기 접힘단(11)을 중심으로 그 일측쪽에 위치하는 수평몰딩부(22)의 측면과 타측쪽에 위치하는 수직몰딩부(24)의 측면은 서로 마주보는 면으로서, 수직프레임(14)의 수직 절곡시 서로 밀착되도록 각각 45°± 3°정도로 경사지게 형성된다.
여기서, 상기와 같이 구비된 프리 몰딩된 리드프레임을 이용하여 본 발명의 반도체 패키지를 제조하는 방법을 순서대로 살펴보면 다음과 같다.
첨부한 도 3은 프리 몰딩된 리드프레임에 반도체 칩 부착 및 와이어 본딩 공정이 이루어진 모습을 나타내는 평면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 수직 실장형 반도체 패키지의 제조 과정을 설명하는 단면도이다.
먼저, 상기 프리 몰딩된 리드프레임(10)의 수평프레임(12)과 수직프레임(14)이 펼쳐진 상태에서, 수평프레임(12)을 구성하는 각 수평바(15)의 칩탑재구간(16)에 걸쳐 반도체 칩(30)이 부착된다.
이때, 상기 반도체 칩(30)은 멤스 칩 및 에이직 칩 등 여러개의 칩이 부착될 수 있고, 예를 들어 멤스 칩은 MEMS 센서의 일종인 가속도 또는 각속도 센서용으로 구성된 것을 부착하고, 에이직 칩은 멤스 칩에 대한 신호 처리 소자로서 부착된다.
다음으로, 상기 반도체 칩(30)의 본딩패드와 수평프레임(12)의 내부리드(17)간을 도전성 와이어(32)로 연결해주고, 반도체 칩(30)을 구성하는 멤스 칩과 에이직 칩도 상호간에 전기적 신호 교환 가능하게 와이어(32)로 연결된다.
이어서, 상기 반도체 칩(30)과 와이어(32) 등을 보호하기 위하여 수평프레임(12)에 몰딩된 수평몰딩부(22)에 접착수단을 이용하여 캡(40)을 적층 결합시키는 바, 이 캡(40)의 높이는 수직프레임(14)이 수직으로 세워졌을 때의 높이로 설정하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 수평몰딩부(22)의 테두리 부위와 캡(40)의 하단에 서로 치합될 수 있는 요철구조(54)를 형성하여, 수평몰딩부(22)에 대한 캡(40)의 결합이 견고하게 이루어질 수 있도록 한다.
최종적으로, 상기 수직프레임(14)을 몰딩하고 있는 수직몰딩부(24)의 상면과, 상기 캡(40)의 일측면에 접착수단(34)을 도포한 후, 수직프레임(14)을 접힘단(11)을 중심으로 절곡시키면서 수직으로 세우는 동시에 수직몰딩부(24)의 상면과 캡(40)의 일측면이 접착수단(34)에 의하여 접착되도록 함으로써, 수직프레임(14)의 입출력단자(19)가 수직 실장 가능하게 노출되는 본 발명의 수직 실장형 패키지가 완성된다.
이렇게 완성된 본 발명의 반도체 패키지에 대한 전기전 신호가 제대로 교환되는지 여부를 확인하기 위하여, 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 패키지를 테스트 보드에 실장하게 된다.
즉, 본 발명의 반도체 패키지의 구성중 수평프레임(12)의 테스트 단자(18)를 테스트 보드(52)의 단자부에 솔더 마운팅한 다음, 테스트 장비를 통해 반도체 칩의 전기적 신호가 정상적으로 입출력되는지를 확인할 수 있도록 함으로써, 커스토머 입장에서 패키징 테스트시 외부로 노출된 수평프레임(12)의 테스트 단자(18)를 통해 테스트를 편리하고 용이하게 실시할 수 있다.
상기와 같이 완성된 본 발명의 반도체 패키지를 차량의 전자제어유니트, 스마트폰 등의 마더보드에 수직으로 세워서 탑재하는 경우, 첨부한 도 6에서 보는 바와 같이 수직프레임(14)을 구성하는 입출력단자(19)를 해당 마더보드(50)의 단자부에 솔더 마운팅함으로써, 본 발명의 반도체 패키지에 대한 수직 실장이 이루어지게 된다.
이와 같이, 본 발명의 반도체 패키지는 리드프레임을 이용함에 따라 양산중인 세라믹 캐비티 타입(Ceramic cavity type) 보다 저렴한 가격으로 수직 실장형 패키지의 구현이 가능하고, 내장된 반도체 칩(예를 들어, 자이로멤스칩(Gyro MEMS Chip)) 자체에서 X축 및 Y축의 감지 기능 구현 뿐만아니라, 해당기기(차량의 전자제어유니트, 스마트폰 등)의 X,Y,Z 축 운동 및 회전 운동에 대한 감지가 용이하게 이루어질 수 있다.
10 : 리드프레임 11 : 접힘단
12 : 수평프레임 13 : 연결단
14 : 수직프레임 15 : 수평바
16 : 칩탑재구간 17 : 내부리드
18 : 테스트 단자 19 : 입출력단자
20 : 몰딩 컴파운드 수지 22 : 수평몰딩부
24 : 수직몰딩부 30 : 반도체 칩
32 : 와이어 34 : 접착수단
40 : 캡 50 : 마더보드
52 : 테스트보드 54 : 요철구조

Claims (8)

  1. 테스트 보드(52)에 수평 실장이 가능한 수평프레임(12)과, 수직방향으로 접힘 가능하도록 수평프레임(12)에 일체로 연결되어 마더보드(50)에 수직 실장되는 수직프레임(14)이 몰딩 컴파운드 수지(20)에 의하여 프리 몰딩된 리드프레임(10)과;
    상기 수평프레임(12)의 칩탑재구간(16)에 부착된 반도체 칩(30)과;
    상기 반도체 칩(30)과 수평프레임(12)의 내부리드(17)간에 연결되는 와이어(32)와;
    상기 반도체 칩(30)과 와이어(32)를 보호하기 위하여 수평프레임(12)에 몰딩된 수평몰딩부(22)에 결합되는 캡(40)과;
    상기 수직프레임(14)이 수직으로 세워질 때, 그 직립 상태를 유지하기 위하여 수직프레임(14)에 몰딩된 수직몰딩부(24)와 캡(40)의 일측면간에 접착되는 접착수단(34);
    을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 수직 실장형 반도체 패키지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 프리 몰딩된 리드프레임(10)의 수평프레임(12)은 세로방향을 따라 등간격을 이루면서 가로방향을 따라 배열되는 다수의 수평바(15)로 구성되고, 각 수평바(15)의 중앙구간은 칩탑재구간(16)으로 형성되고, 양측단은 아래쪽으로 이중 절곡된 테스트 단자(18)로 형성되며, 칩탑재구간(16) 및 테스트 단자(18)의 사이구간은 와이어 본딩을 위한 내부리드(17)로 형성된 것을 특징으로 하는 수직 실장형 반도체 패키지.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 각 수평바(15)들이 일시에 몰딩컴파운드 수지(20)의 수평몰딩부(22)에 의하여 일시에 몰딩되되, 칩탑재구간(16)과 테스트 단자(18)와 내부리드(17)를 제외한 부분이 수평몰딩부(22)에 의하여 몰딩되는 것을 특징으로 하는 수직 실장형 반도체 패키지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 프리 몰딩된 리드프레임(10)의 수직프레임(14)은 일측쪽의 각 테스트 단자(18)에서 연장되고 그 저면이 하프 에칭된 연결단(13)과, 각 연결단(13)의 끝에 일체로 된 입출력단자(19)로 구성된 것을 특징으로 하는 수직 실장형 반도체 패키지.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 연결단(13) 및 입출력단자(19)가 몰딩컴파운드 수지(20)의 수직몰딩부(24)에 의하여 일시에 몰딩되되, 입출력단자(19)의 저면을 제외한 부분이 수직몰딩부(24)에 의하여 몰딩되는 것을 특징으로 하는 수직 실장형 반도체 패키지.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 수평프레임(12)의 일측쪽 테스트 단자(18)와 수직프레임(14)의 각 연결단(13)은 접힘 가능하게 외부로 노출되는 접힘단(11)에 의하여 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 수직 실장형 반도체 패키지.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 접힘단(11)을 중심으로 그 일측쪽에 위치하는 수평몰딩부(22)의 측면과 타측쪽에 위치하는 수직몰딩부(24)의 측면은 각각 45°정도로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 수직 실장형 반도체 패키지.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 수평몰딩부(22)의 테두리 및 캡(40)의 하단에는 상호 접합을 위한 요철구조가 형성된 것을 특징으로 하는 수직 실장형 반도체 패키지.
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