KR102216737B1 - 결합 안정성이 향상된 가압형 반도체 패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 결합 안정성이 향상된 가압형 반도체 패키지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존에 필수적으로 사용되었던 솔더와 같은 전도성 접착제를 전혀 사용하지 않고 반도체 칩을 가압방식에 의해 패키지를 구성하며, 가압과정에서 적정압력으로만 가압이 이루어질 수 있도록 하여 반도체 칩의 손상을 방지하는 결합 안정성이 향상된 가압형 반도체 패키지에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 복수개로 이루어져 서로 포개어지는 형태로 배치되는 금속판; 상기 금속판 사이에 위치하는 소자; 상기 금속판에 결합되어 복수의 금속판이 서로 밀착방향으로 가압상태를 유지하는 가압수단;을 통해 소자와 금속판의 전기적 연결이 이루어지며, 상기 가압수단에 의해 발생하는 소자의 접점압력이 일정압력을 초과할 경우 접점압력이 더는 상승하지 않도록 지지하는 스톱퍼;가 금속판 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.

Description

결합 안정성이 향상된 가압형 반도체 패키지{Pressure Type Semiconductor package}

본 발명은 결합 안정성이 향상된 가압형 반도체 패키지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존에 필수적으로 사용되었던 솔더와 같은 전도성 접착제를 전혀 사용하지 않고 반도체 칩을 가압방식에 의해 패키지를 구성하며, 가압과정에서 적정압력으로만 가압이 이루어질 수 있도록 하여 반도체 칩의 손상을 방지하는 결합 안정성이 향상된 가압형 반도체 패키지에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 칩 패키지는 기판에 반도체 칩을 실장하고, 클립 또는 본딩 와이어로 반도체 칩과 리드 프레임을 연결한다. 또한 반도체 칩을 EMC(Epoxy molding compound)와 같은 열경화성 소재로 몰딩하여 패키지 바디를 형성한다.

종래의 모든 반도체 패키지는 반도체 칩의 단자와 전기적으로 연결하기 위해서는 솔더와 같은 전도성 접착제를 필수적으로 사용하였다. 이러한 전도성 접착제를 사용함에 따라 온도(접착제의 녹는점)에 영향을 많이 받게 되고, 고가의 실버 신터링(Sintering)이나 카파 페이스트를 사용할 경우 제작단가가 상승하는 문제점이 있었다. 이뿐만 아니라 반도체 패키지의 조립이 완료된 상태에서 특성검사를 통해 조립불량이나 소자의 파손이 확인되었을 경우, 해당부품을 별도로 교체하기가 어려워 패키지 전체를 폐기해야 하는 비효율적인 문제점이 있었다.

반도체 패키지 관련 선행기술로는 공개특허 제10-2014-0136268호, 등록특허 제10-1301782호, 공개특허 제10-2016-0056378호 등이 있으나, 이러한 선행기술 모두 본딩 와이어, 전도성 접착제의 구성이 필수적으로 포함되어 있기 때문에 상기의 문제점을 전혀 해결할 수 없는 실정이다.

그러므로 본 발명은 솔더와 같은 전도성 접착제를 전혀 사용하지 않고 가압수단의 물리적인 압력에 의해 회로의 전기적 연결을 유지시키는 반도체 패키지를 제공하며, 패키지 결합과정에서 가압수단의 압력이 적정한 압력으로만 이루어질 수 있도록 하여 반도체 칩의 손상을 방지하는 결합 안정성이 향상된 가압형 반도체 패키지를 제공함에 목적이 있다.

본 발명은 복수개로 이루어져 서로 포개어지는 형태로 배치되는 금속판; 상기 금속판 사이에 위치하는 소자; 상기 금속판에 결합되어 복수의 금속판이 서로 밀착방향으로 가압상태를 유지하는 가압수단;을 통해 소자와 금속판의 전기적 연결이 이루어지며, 상기 가압수단에 의해 발생하는 소자의 접점압력이 일정압력을 초과할 경우 접점압력이 더는 상승하지 않도록 지지하는 스톱퍼;가 금속판 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 금속판은 캐소드를 담당하는 하부금속판과, 애노드를 담당하는 상부금속판으로 이루어지며, 상기 소자는 다이오드 칩인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 다이오드 칩은 하부금속판의 상면에 실장되며, 상기 다이오드 칩의 상부에는 상부금속판과 전기적으로 연결되는 도전성의 스페이서가 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 스톱퍼는 절연재질로 적용되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 스톱퍼는 가압수단의 결합과정에서 소자의 전기적 접촉이 먼저 이루어진 다음 일정 압력깊이에 도달하였을 때 스톱퍼가 접촉되도록 한 두께로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 가압수단;은 금속판에 수직으로 결합구멍이 형성되고, 상기 결합구멍을 관통하는 형태로 체결볼트가 나사결합되어 금속판의 가압이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 스톱퍼는 체결볼트가 지날 수 있는 관통구멍이 형성되어, 체결볼트가 결합되는 부분에 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 솔더와 같은 전도성 접착제를 전혀 사용하지 않고 반도체 소자의 물리적인 가압방식으로 반도체 패키지를 구성함으로써 얻는 효과는 아래와 같다.

첫째, 전도성 접착제의 녹는점에 따른 온도의 제한을 받지 않고, 고온에서 운영이 가능하게 되어 반도체 패키지 자체의 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

둘째, 고가의 실버 신터링이나 카파 페이스트를 사용하지 않아도 되므로 조립단가를 낮출 수 있고, 솔더링, 와이어본딩, 웰딩과 같은 접합공정이 생략되어 생산성을 높이는 효과가 있다.

셋째, 반도체 패키지 조립후 특성검사를 통해 조립이 잘못되었거나 소자가 파손되었을 경우, 간편하게 분해하여 재조립이 가능한 이점이 있다.

넷째, 반도체 패키지 내부에 스톱퍼를 구성함으로써, 패키지 결합과정에서 가압수단의 압력이 적정한 압력으로만 이루어질 수 있도록 하여 반도체 칩의 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 결합 안정성이 향상된 가압형 반도체 패키지를 나타낸 사시도
도 2는 본 발명의 하부금속판과 상부금속판을 서로 분해한 상태를 나타낸 사시도
도 3은 본 발명의 하부금속판에 적용되는 소자의 배치구성을 나타낸 분해사시도
도 4는 본 발명의 하부금속판에 배치되는 스톱퍼를 분해한 상태를 나타낸 사시도
도 5는 본 발명의 결합 안정성이 향상된 가압형 반도체 패키지의 평면도
도 6은 도 5의 A-A'선을 절단하여 내부구조를 나타낸 단면도
도 7은 본 발명의 상부금속판 저면부에 형성된 돌출부를 나타낸 사시도
도 8은 본 발명에 따른 스톱퍼의 또 다른 실시예를 나타낸 사시도

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 결합 안정성이 향상된 가압형 반도체 패키지는 도 1 내지 2에 도시한 바와 같이 복수개로 이루어져 서로 포개어지는 형태로 배치되는 금속판(100)과, 상기 금속판(100) 사이에 위치하는 소자(200)와, 상기 금속판(100)에 결합되어 복수의 금속판(100)이 서로 밀착방향으로 가압상태를 유지하는 가압수단(300);을 통해 소자(200)와 금속판(100)의 전기적 연결이 이루어지는 기술이다.

그리고 상기 가압수단(300)에 의해 발생하는 소자(200)의 접점압력이 일정압력을 초과할 경우 접점압력이 더는 상승하지 않도록 지지하는 스톱퍼(400);가 금속판(100) 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 스톱퍼(400)는 가압수단(300)의 압력에 의해 소자(200)의 접점압력이 적정한 압력으로 유지하고, 필요이상의 높은 압력이 가해지지 않도록 차단해주는 구성으로서, 소자(200)의 압력손상을 방지하고자 한 것이다.

만약, 상기 스톱퍼(400)가 존재하지 않는다면 가압수단(300)의 적정한 압력이 어느 정도로 이루어져야 하는지 정확히 알 수 없기 때문에, 결합과정에서 지나친 압력에 의해 소자(200)가 손상될 수 있다. 게다가 이를 염려하여 지나치게 압력을 낮게 줄 경우 전기적 연결이 제대로 이루어지지 않게 되는 또 다른 문제점이 발생한다.

본 발명의 금속판(100)은 바람직하게 캐소드를 담당하는 하부금속판(110)과, 애노드를 담당하는 상부금속판(120)으로 이루어지며, 상기 소자(200)는 다이오드 칩(210)이 적용된다. 도 3에 도시한 바와 같이 상기 다이오드 칩(210)은 하부금속판(110)의 상면에 실장되며, 상기 다이오드 칩(210)의 상부에는 상부금속판(120)과 전기적으로 연결되는 도전성의 스페이서(220)가 배치된다. 여기서 스페이서(220)는 다이오드 칩(210)보다 작은 면적으로 형성되며 다이오드 칩(210)의 상면의 회로 패턴과 대응되는 형태의 패턴 라인이 형성되어 있는 구성이다.

아울러, 상기 하부금속판(110)의 상면에는 다이오드 칩(210)의 위치가 이탈되지 않도록 안착홈(111)이 형성되어 있으며, 이와 대응되는 상부금속판(120)의 저면에는 다이오드 칩(210)과 스페이서(220)의 위치에 맞게 돌출부(121)를 형성하여 전기적 연결이 이루어지도록 구성하는 것이 바람직하다.

앞서 설명한 바와 같이 상기 다이오드 칩(210)은 상부금속판(120)에 직접적으로 접촉되지 않고 스페이서(220)를 통해 전기적 연결이 이루어지는 구성이다. 그러므로 본 발명의 스톱퍼(400)는 다이오드 칩(210)의 두께뿐만 아니라 스페이서(220)의 두께까지 고려하고, 안착홈(111)의 깊이와 돌출부(121)가 돌출된 길이를 전체적으로 고려하여 그 두께를 선정해야 하는 것이다.

본 발명의 스톱퍼(400)는 쇼트와 같은 전기적 간섭을 피하기 위해 절연재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 구체적으로는 세라믹과 같이 높은 강도를 갖고 가압수단(300)의 압력을 통해 압력을 주더라도 두께변화가 발생하지 않는 재질로 적용되는 것이 좋다. 물론 고무와 같은 재질로도 적용할 수 있지만, 고무재질의 스톱퍼(400)의 경우 압축이 이루어지는 정도와 더이상 압축되지 않는 경계를 정확히 계산해야되고 스톱퍼(400)의 기능적인 면을 볼 때 적합하지 않다.

따라서, 본 발명의 스톱퍼(400)는 가압수단(300)의 결합과정에서 소자(200)의 전기적 접촉이 먼저 이루어진 다음 일정 압력깊이에 도달하였을 때 스톱퍼(400)가 접촉되도록 한 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 물론 결합과정에서 소자(200)의 전기적 접촉과 스톱퍼(400)의 접촉이 동일한 시점에서 이루어지도록 하여도 무방하나, 전기적 연결 성능을 높이기 위해 가압수단(300)의 압력에 의해 소자(200)가 먼저 접촉되어 일정 깊이의 눌림이 발생한 다음 스톱퍼(400)가 접촉 지지되면서 더 이상 압력이 가해지지 않도록 구성되는 것이 좋다.

이와 같이 본 발명은 캐소드와 애노드로 구성되는 다이오드 패키지로 구성될 수 있지만 금속판(100)을 추가로 적층 하여, 게이트, 에미터, 컬렉터로 구성되는 트랜지스터를 더 포함함으로써 트랜지스터와 다이오드가 하나의 패키지로 결합된 형태로 구성될 수 있음은 물론이다.

본 발명의 가압수단(300)은 물리적인 가압을 통해 소자(200) 회로의 전기적 연결을 유지시켜주면서 복수의 금속판(100)이 서로 결합될 수 있도록 한 구성에 해당한다. 즉, 가압수단(300)의 물리적 가압이 해제된다면 소자(200)의 전기적 연결 역시 끊기게 되는 것이다.

상기 가압수단(300)의 바람직한 형태는 도면에 도시한 바와 같이 상부금속판(120)과 하부금속판(110)의 동일한 위치에 수직으로 결합구멍(310)이 형성되고, 상기 결합구멍(310)을 관통하는 형태로 체결볼트(320)가 나사결합되어 금속판(100)의 가압이 이루어지도록 한다. 여기서 상기 체결볼트(320)는 전기적 연결을 직접하는 구성이 아니며, 오로지 금속판(100)의 물리적인 가압을 위해 사용되는 것이다. 만일, 상기 체결볼트(320)가 금속으로 이루어질 경우, 체결볼트(320)에 의한 쇼트발생의 우려가 있기 때문에 이를 방지하기 위하여 체결볼트(320) 내측에 와셔형태의 절연링(미도시)이 끼워져 함께 결합되는 것이 좋다.

또한 상기 체결볼트(320)는 상부금속판(120)의 결합구멍(310)을 관통하여 하부금속판(110)의 결합구멍(310)에 직접 나사결합될 수도 있으며, 상부금속판(120)과 하부금속판(110)의 결합구멍(310)을 관통하여 하부금속판(110)의 저면부로 체결볼트(320)를 노출시킨 다음 너트로 고정되는 형태로도 결합이 가능하다.

상기와 같이 가압수단(300)이 체결볼트(320) 형태로 이루어질 경우 스톱퍼(400)는 체결볼트(320)가 결합되는 부분에 배치될 수 있다. 즉, 스톱퍼(400)에 체결볼트(320)가 지날수 있도록 한 관통구멍(410)을 형성하여 관통구멍(410)과 체결구멍의 위치를 맞추어 체결볼트(320)가 결합되는 부분 마다 스톱퍼(400)가 배치되도록 한다. 이와 같이 체결볼트(320)가 결합되는 부분마다 스톱퍼(400)가 배치될 경우 모든 체결볼트(320)의 압력이 균일하게 가해지기 때문에 소자(200)부분의 전기적 연결 특성을 좋게 할 수 있다.

그리고 스톱퍼(400)에 의해 틈새가 발생하는 부분은 실리콘겔과 같은 마감제로 처리하게 된다.

본 발명의 스톱퍼(400)는 상기와 같이 체결볼트(320)가 결합되는 부분마다 배치될 수도 있지만, 도 8에 도시한 바와 같이 단일로 구성하여 소자(200)의 위치에 배치될 수 있다. 즉, 스톱퍼(400)의 중앙에 소자(200)부분과 간섭되지 않도록 소자(200)가 설치되는 면적보다 넓은 구멍형태로 개방부(42)를 형성하여 개방부(42)를 중심으로 주변에 일정한 면적으로 지지되는 형태가 된다.

그리고 상기 스톱퍼(400)가 정위치를 유지하도록 하부금속판(110)의 상부에 스톱퍼(400)가 배치되는 위치에 스톱퍼(400)의 형상과 대응되는 형태의 지지홈(112)에 형성될 수 있다.

이상에서 본 발명은 상기 실시예를 참고하여 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

100 : 금속판 110 : 하부금속판
111 : 안착홈 112 : 지지홈
120 : 상부금속판 121 : 돌출부
200 : 소자 210 : 다이오드 칩
220 : 스페이서 300 : 가압수단
310 : 결합구멍 320 : 체결볼트
400 : 스톱퍼 410 : 관통구멍
420 : 개방부

Claims (7)

1. 복수개로 이루어져 서로 포개어지는 형태로 배치되는 금속판;
   상기 금속판 사이에 위치하는 소자;
   상기 금속판에 결합되어 복수의 상기 금속판이 서로 밀착방향으로 가압상태를 유지하는 가압수단;을 통해 상기 소자와 상기 금속판의 전기적 연결이 이루어지며,
   상기 가압수단에 의해 발생하는 상기 소자의 접점압력이 일정압력을 초과할 경우 상기 접점압력이 더는 상승하지 않도록 지지하는 스톱퍼;가 상기 금속판 사이에 위치하며,
   상기 스톱퍼는 고무가 아닌 절연재질이고, 상기 스톱퍼는 상기 가압수단의 결합과정에서 상기 소자의 전기적 접촉이 먼저 이루어진 다음 일정 압력깊이에 도달하였을 때 상기 스톱퍼가 접촉되도록 한 두께로 형성되며,
   상기 가압수단은 상기 금속판을 관통하는 체결부재로서, 상기 소자를 구성하지 않고,
   상기 금속판과 상기 소자는 상기 가압수단과 상기 스토퍼의 가압만을 통하여 전기적 연결이 이루어지며, 상기 가압 상태가 해제되면 전기적 연결이 끊어지는 것을 특징으로 하는 결합 안정성이 향상된 가압형 반도체 패키지.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 금속판은 캐소드를 담당하는 하부금속판과, 애노드를 담당하는 상부금속판으로 이루어지며, 상기 소자는 다이오드 칩인 것을 특징으로 하는 결합 안정성이 향상된 가압형 반도체 패키지.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 다이오드 칩은 상기 하부금속판의 상면에 실장되며, 상기 다이오드 칩의 상부에는 상기 상부금속판과 전기적으로 연결되는 도전성의 스페이서가 배치되는 것을 특징으로 하는 결합 안정성이 향상된 가압형 반도체 패키지.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,
   상기 가압수단;은 상기 금속판에 수직으로 결합구멍이 형성되고, 상기 결합구멍을 관통하는 형태로 체결볼트가 나사결합되어 상기 금속판의 가압이 이루어지는 것을 특징으로 하는 안정성이 향상된 가압형 반도체 패키지.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 스톱퍼는 상기 체결볼트가 지날 수 있는 관통구멍이 형성되어, 상기 체결볼트가 결합되는 부분에 배치되는 것을 특징으로 하는 안정성이 향상된 가압형 반도체 패키지.
   
   
   
   
   

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