KR102437565B1 - 방열 부재를 포함하는 반도체 패키지의 제조방법 및 방열 부재의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 방열 부재를 포함하는 반도체 패키지의 제조방법 및 방열 부재의 제조방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 패키지의 제조방법은 방열 부재(heat slug)의 일면에 화염 표면 처리(flame treatment)하는 단계; 기판 상에 부착되는 반도체 칩의 상면에 접착제를 도포하는 단계; 및 상기 접착제가 도포된 상기 반도체 칩의 상면에 상기 방열 부재를 부착하는 단계; 를 포함한다.
Description
본 발명은 방열 부재를 포함하는 반도체 패키지의 제조방법 및 방열 부재의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방열 성능을 높일 수 있는 방열 부재를 포함하는 반도체 패키지의 제조방법 및 방열 부재의 제조방법에 관한 것이다.
전자 기기의 지속적인 성능 향상으로 전력이 증가하고 있다. 전력 증가에 따라 방열 성능을 높이기 위하여 방열 부재의 사용이 증가하고 있다. 방열 부재와 반도체 패키지 간의 접착력을 높이기 위한 요구가 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 방열 부재와 반도체 패키지의 하단부 사이의 접착력을 향상시켜 방열 성능을 향상시킬 수 있는 반도체 패키지의 제조방법 및 방열 부재의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 기술적 사상은 방열 부재(heat slug)의 일면에 화염 표면 처리(flame treatment)하는 단계; 기판 상에 부착되는 반도체 칩의 상면에 접착제를 도포하는 단계; 및 상기 접착제가 도포된 상기 반도체 칩의 상면에 상기 방열 부재를 부착하는 단계;를 포함하는 반도체 패키지의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 화염 표면 처리하는 단계는 화염 처리기(Flame burner)가 방열 부재의 일면을 향하도록 하여 프로판, 부탄 또는 이들의 조합으로 이루어진 상기 소스를 분사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 방열 부재의 화염 표면 처리된 일면이 상기 반도체 칩의 접착제가 도포된 면을 향하도록 부착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 화염 표면 처리는 상기 소스를 10초 이하의 시간동안 방출시켜 방열 부재 상에 부착된 불순물을 제거할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 불순물은 파라핀 오일을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 불순물은 기화되어 상기 화염 표면 처리가 이루어지는 챔버(chamber)의 외부로 배출되는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반도체 칩의 측면 및 상기 기판의 상면에 몰딩 부재를 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 접착제는 상기 반도체 칩의 상면 및 몰딩 부재의 상면에 도포되고, 상기 방열 부재는 상기 접착제가 도포된 상기 반도체 칩의 상면 및 상기 몰딩 부재의 상면에 부착될 수 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상은 상기 과제를 해결하기 위하여, 금속 벌크(bulk)를 회전하는 2개의 압연롤 사이로 통과시켜 압연하는 단계; 압연된 금속판을 일정한 크기로 절단하는 단계;및 상기 절단된 금속판의 일면에 화염 표면 처리 하는 단계;를 포함하는 방열 부재의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 압연하는 단계 이전에 압연유를 상기 압연롤과 상기 금속 벌크 사이에 도입시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 화염 표면 처리는 방열 부재 상에 잔류된 압연유를 제거할 수 있다.
본 발명의 일실시예들에 따른 방열 부재를 포함하는 반도체 패키지의 제조방법 및 방열 부재의 제조방법을 이용하면 방열 부재와 반도체 패키지의 하단부 사이의 접착력을 향상시켜 반도체 칩의 방열 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1는 본 발명의 일 실시예들에 따라 제조된 반도체 패키지의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예들에 따른 반도체 패키지의 제조방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예들에 따른 방열 부재(heat slug)의 일면에 화염 표면 처리를 하는 단계를 도시한 도면이다.
도 4(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 칩의 상면에 접착제를 도포하는 단계를 도시한 도면이다.
도 4(b)는 반도체 칩의 상면에 방열 부재를 부착하는 단계를 도시한 도면이다.
도 5는 방열 부재의 표면처리 방법에 따른 물의 접촉각(water contact angle) 변화를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 부재의 일면에 화염 표면 처리 시 시간에 따른 방열 부재의 접착력의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예들에 따른 방열 부재의 제조방법의 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예들에 따른 금속 벌크를 압연하는 단계 및 압연된 금속판을 일정한 크기로 절단하는 단계를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예들에 따른 압연유를 압연롤과 금속 벌크 사이에 도입시키는 단계를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예들에 따른 반도체 패키지의 제조방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예들에 따른 방열 부재(heat slug)의 일면에 화염 표면 처리를 하는 단계를 도시한 도면이다.
도 4(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 칩의 상면에 접착제를 도포하는 단계를 도시한 도면이다.
도 4(b)는 반도체 칩의 상면에 방열 부재를 부착하는 단계를 도시한 도면이다.
도 5는 방열 부재의 표면처리 방법에 따른 물의 접촉각(water contact angle) 변화를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 부재의 일면에 화염 표면 처리 시 시간에 따른 방열 부재의 접착력의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예들에 따른 방열 부재의 제조방법의 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예들에 따른 금속 벌크를 압연하는 단계 및 압연된 금속판을 일정한 크기로 절단하는 단계를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예들에 따른 압연유를 압연롤과 금속 벌크 사이에 도입시키는 단계를 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 통상의 기술자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
이하의 설명에서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 연결된다고 기술될 때, 이는 다른 구성 요소와 바로 연결될 수도 있지만, 그 사이에 제3의 구성 요소가 개재될 수도 있다. 유사하게, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 상부에 존재한다고 기술될 때, 이는 다른 구성 요소의 바로 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 구성 요소가 개재될 수도 있다. 또한, 도면에서 각 구성 요소의 구조나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되었고, 설명과 관계없는 부분은 생략되었다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 한편, 사용되는 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 포함한다(comprise) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
도 1는 본 발명의 일 실시예들에 따라 제조된 반도체 패키지의 단면도이다.
도 1를 참조하면, 반도체 패키지(100)는 기판(110), 상기 기판(110)의 상면에 실장된 반도체 칩(120), 상기 반도체 칩(120)의 상부에 부착된 접착제(135)를 사이에 두고 방열 부재(130)를 포함할 수 있다. 상기 기판(110)의 상면 및 상기 반도체 칩(120)의 측벽을 덮도록 형성되는 몰딩 부재(140), 상기 기판(110)과 상기 반도체 칩(120)을 연결하는 범프(bump, 150) 및 상기 기판(110)의 하면에 부착된 솔더 볼(160)을 더 포함할 수 있다.
상기 기판(110)은 예를 들면 인쇄회로기판(PCB: Printed circuit board)일 수 있다. 상기 인쇄회로기판은 단면기판(single-sided PCB) 또는 양면기판(double-sided PCB)일 수 있고, 기판 내부에 하나 이상의 내부 배선 패턴을 포함한 다층기판(multi-layer PCB)일 수 있다. 나아가 기판(110)은 경성 인쇄회로기판(rigid-PCB) 또는 연성 인쇄회로기판(flexible-PCB)일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 기판(110)은, 예를 들면 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 비스말레마이드 트리아진(BT) 수지, FR-4(Flame Retardant 4), FR-5, 세라믹, 실리콘, 유리, 감광성 액상 유전체(photosensitive liquid dielectrics), 감광성 건식 필름 유전체(photosensitive dry-film dielectrics), 폴리이미드 가요성 열경화성 건식 필름(Polyimide flexible film Thermally cured dry films), 열경화성 액상 유전체(Thermally cured liquid dielectrics), 수지 코팅된 구리 호일(Resin coated copper foil; RCC), 열전플라스틱(Thermoplastic), 또는 가요성 수지(flexible resin)를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 기판(110)은 복수의 강성 평판이 접착되어 형성되거나, 얇은 가요성 인쇄회로기판과 강성 평판이 접착되어 형성될 수 있다. 서로 접착되는 복수의 강성 평판들, 또는 인쇄회로기판들은 배선 패턴을 각각 포함할 수 있다. 또한, 기판(110)은 LTCC(low temperature co-fired ceramic) 기판을 포함할 수 있다. 상기 LTCC 기판은 복수의 세라믹 층이 적층되고, 그 내부에 배선 패턴을 포함할 수 있다.
상기 기판(110)은 적어도 하나 이상의 절연층 및 금속 배선층을 포함할 수 있다. 상기 금속 배선층은 상기 기판(110)에 형성된 회로 패턴으로서, 상기 금속 배선층은 예를 들면 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 금속 배선층의 표면은 주석(Sb), 금(Au), 니켈(Ni) 또는 납(Pb)으로 도금될 수도 있다.
또한, 상기 기판(110)은 상기 범프(150)를 경유하여 상기 반도체 칩(120)과 상기 기판(110)을 연결시키기 위한 도전 패드(112) 및 상기 반도체 패키지(100)와 외부 회로 등을 연결시키기 위한 상기 솔더 볼(160)이 위치하는 솔더 볼 패드(114)를 포함할 수 있다. 상기 도전 패드(112) 및 상기 솔더 볼 패드(114)는, 예를 들면 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 도전 패드(112) 및 상기 솔더 볼 패드(114)의 표면은 주석(Sb), 금(Au), 니켈(Ni) 또는 납(Pb) 등으로 도금될 수도 있다. 상기 도전 패드(112) 및 상기 솔더 볼 패드(114)는 상기 금속배선층의 일부일 수 있다.
나아가, 상기 기판(110)은 상기 기판(110)의 적어도 일부의 상면 및 하면을 관통하여 상기 도전 패드(112) 및 상기 솔더 볼 패드(114)를 서로 연결하는 비아 구조를 더 포함할 수도 있다.
상기 반도체 칩(120)은 기판(110)의 상면에 실장될 수 있다. 상기 반도체 칩(120)은 기판(110) 상에 플립-칩(flip-chip) 본딩 방식으로 실장되거나 와이어(wire) 본딩 방식으로 실장될 수도 있다. 그러나 이는 예시적인 것이며 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 반도체 칩(120)이 플립-칩 본딩 방식으로 실장될 경우, 상기 반도체 칩(120)은 상기 범프(150)를 통해 상기 기판(110)과 연결될 수 있다. 상기 반도체 칩(120)의 활성면이 상기 기판(110)을 향하도록 부착될 수 있다. 상기 플립-칩 본딩 방식의 경우, 상기 몰딩 부재(140)는 MUF(Molded Under Fill) 공정을 통해 형성될 수 있다. 여기서 MUF 공정이란, 상기 반도체 칩(120)과 상기 기판(110) 사이의 공간을 언더 필(under fill)로 채우는 공정을 별도로 수행하지 않고, 상기 몰딩 부재(140)로 상기 반도체 칩(120)과 상기 기판(110) 사이의 공간도 함께 채우는 공정을 말한다. MUF 공정으로 상기 몰딩 부재(140)를 형성하는 경우에, 상기 반도체 칩(120) 외곽을 덮는 부분의 몰딩 부재 재질과 상기 반도체 칩(120)과 상기 기판(110) 사이의 몰딩 부재 재질이 동일할 수 있다.
그러나 상기 몰딩 부재(140)는 MUF 공정을 통하지 않고 형성될 수도 있다. 즉, 먼저 상기 반도체 칩(120)과 상기 기판(110) 사이를 언더 필로 채우고, 그 후에 상기 반도체 칩(120)의 외곽 부분을 외부 몰딩 부재를 덮는 공정을 수행하여 몰딩할 수도 있다. 이 때 상기 반도체 칩(120)과 상기 기판(110) 사이를 채우는 언더 필과 상기 반도체 칩(120)의 외곽을 덮는 외부 몰딩 부재는 동일 재질로 형성될 수도 있지만 서로 다른 재질로 형성될 수도 있다.
일부 실시예들에서, 상기 반도체 칩(120)은 메모리, 로직, 마이크로 프로세서, 아날로그 소자, 디지털 시그널 프로세서(digital signal processor), 시스템-온-칩(System On Chip) 등 다양한 기능을 수행하는 반도체 칩일 수 있다. 또한 상기 반도체 칩(120)은 적어도 두 개 이상의 반도체 칩들이 적층된 구조를 갖는 멀티-칩(multi-chip)일 수도 있다. 예를 들어, 적어도 두 개 이상의 반도체 칩들이 모두 동일한 종류의 메모리 소자일 수도 있고, 두 개 이상의 반도체 칩 중 하나는 메모리 소자이고, 다른 하나는 마이크로 컨트롤러(Micro-controller) 소자일 수 있다. 또는 적층되지 않고 적어도 두개 이상의 반도체 칩들이 이어지는 구조를 가질 수도 있다.
상기 방열 부재(130)는 일정한 두께와 강도를 갖고, 상기 반도체 칩(120)을 배치하기에 충분하도록 평판 형상을 갖는다. 예를 들면, 상기 방열 부재(130)는 구리(copper), 구리 합금(copper alloy), 알루미늄(aluminum), 알루미늄 합금(aluminum alloy), 스틸(steel), 스테인레스 스틸(stainless steel) 및 이들의 조합으로 이루어진 고열전도성 물질로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
상기 접착제(135)는 열전도성 계면물질(thermal interface material, TIM)을 포함할 수 있다. 자세한 설명은 이하 도 4에 대한 설명과 동일하다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예들에 따른 반도체 패키지의 제조방법의 흐름도이다. 도 3(a)는 본 발명의 일 실시예들에 따른 방열 부재(heat slug)의 일면에 화염 표면 처리를 하는 단계를 도시한 도면이다. 도 3(b)는 도 3(a)의 화염 처리기 및 화염 표면 처리 되는 영역을 확대한 확대도이다.
도 2 및 도 3(a)를 참조하면, 상기 방열 부재(130a)의 일면에 화염 표면 처리(flame treatment)를 할 수 있다(S11). 상기 화염 표면 처리는 소스를 10초 이하의 시간동안 방출시켜 상기 방열 부재(130a) 상에 부착된 불순물(220)을 제거할 수 있다. 화염 표면 처리는 화염 처리기(flame burner)(210)가 상기 방열 부재(130a)의 일면을 향하도록 하여 프로판, 부탄 또는 이들의 조합으로 이루어진 상기 소스를 분사하여 진행될 수 있다. 상기 화염 처리기(210)는 상기 소스를 이용하여 착화기로 화염을 형성할 수 있다. 화염 표면 처리 후에 사용되거나 발생되는 가스 등은 챔버(200)의 배기구를 통하여 챔버 외부로 배출될 수 있다.
이 때, 상기 불순물(220)은 파라핀 오일(paraffinic oil)을 포함할 수 있다. 상기 불순물은(220)은 도 9의 압연유(319)를 포함할 수 있다. 상기 소스를 10초 이하의 시간동안 방출시킬 경우, 소스에 의해 노출된 상기 방열 부재(130a)의 일면의 온도가 순간적으로 500~1000℃로 상승될 수 있다. 파라핀 오일의 기화 온도는 300℃이하이므로 상기 불순물(220)이 상기 방열 부재(130a)로부터 제거될 수 있다. 기화되어 제거된 상기 불순물(220)은 상기 화염 표면 처리가 이루어지는 챔버(200)의 외부로 배출될 수 있다(S13). 기화되어 제거된 상기 불순물(220)은 챔버의 배기구를 통하여 배출될 수 있으며 챔버의 크기 및 펌프의 성능 등에 따라 배출되는 시간은 달라질 수 있다.
도 3(b)를 참조하면, 상기 방열 부재(130a)에 대한 효과적인 화염처리를 위하여 상기 방열 부재(130a)와 상기 화염 처리기(210)간의 거리(d)는 10cm이하일 수 있다. 거리가 멀어질 경우에는 화염 표면 처리되는 상기 방열 부재(130a)의 일면의 온도가 상기 불순물(220)의 기화점에 도달하지 못할 수 있기 때문이다.
하나의 상기 방열 부재(130a)를 화염 표면 처리하는 동안 이어서 다음 방열 부재가 상기 화염 처리기(210)의 하부로 전달되는 방식으로 화염 표면 처리 단계가 연이어 진행될 수 있다. 컨베이어 벨트 상에 상기 방열 부재(130a)가 놓여있을 수 있고, 상기 컨베이어 벨트의 진행속도는 일정할 수 있다. 화염이 상기 방열 부재(130a)에 닿으면서 퍼지기 때문에 상기 화염 처리기(210)에 의한 표면 처리 영역은 상기 화염 처리기(210)의 하부 면적보다 넓을 수 있다. 따라서 동시에 적어도 하나 이상의 상기 방열 부재(130a)가 화염 표면 처리될 수 있다.
도 4(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 칩의 상면에 접착제를 도포하는 단계를 도시한 도면이다. 도 4(b)는 반도체 칩의 상면에 방열 부재를 부착하는 단계를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 상기 기판(110)의 상면에 실장된 반도체 칩(120) 상에 접착제를 도포할 수 있다(S15). 이 때, 상기 접착제(135)는 상기 반도체 칩(120)뿐만 아니라 상기 기판(110)의 상면 및 상기 반도체 칩(120)의 측벽을 덮도록 형성되는 몰딩 부재(140)의 상면에 함께 도포될 수 있다.
상기 접착제(135)는 열전도성 계면물질을 포함 할 수 있다. 열전도성 계면물질은 복수의 반도체 칩(120)으로부터 발생한 열이 방열 부재(130)로 전달되는 것을 촉진하는 물질이다. 열전도성 계면물질은 예를 들면, 그리스(grease), 열전도성 접착제, 미네랄 오일(mineral oil), 갭 필러 퍼티(gap filler putty), 상변화 물질(phase change)로 이루어진 겔(gel)이나 패드(pad) 또는 분말 충전 에폭시(particle filled epoxy)일 수 있다. 예를 들면, 상용으로 입수 가능한 그리스로는 ShinEtsu G750, ShinEtsu G751, ShinEtsu G765, Berquist TIC-7500, 상변화 물질로는 Thermax HF60110-BT, Chromerics T725, Chromerics T443, Chromerics T454, Thermagon T-pcm 905c, Berquist 200U, Berquist HiFlow 225-U, Berquist HiFlow 225-UT, 열전도성 접착제로는 Chromerics therm-A-form T642 등이 있으나, 이러한 재료들에 한정되는 것은 아니다.
상기 접착제(135)가 도포된 상기 반도체 칩(120)의 상면에 상기 방열 부재(130)를 부착할 수 있다(S17). 상기 방열 부재(130)은 상기 반도체 칩(120)뿐만 아니라 상기 기판(110)의 상면 및 상기 반도체 칩(120)의 측벽을 덮도록 형성되는 몰딩 부재(140)의 상면에 함께 부착될 수 있다. 부착 시에는 상기 방열 부재(130)의 화염 표면 처리된 일면(131)이 상기 반도체 칩(120)의 접착제가 도포된 면을 향하도록 부착될 수 있다.
도 5는 방열 부재의 표면처리 방법에 따른 물의 접촉각(water contact angle) 변화를 나타낸 단면도이다. 도 5의 (a)는 접촉각의 정의를 나타낸 도면이다. 도 5의 (b)는 방열 부재에 처리를 하기 전, 도 5의 (c)는 비교 실시예에 따른 처리인 그릿 블라스트(grit blast) 처리를 한 후, 도 5의 (d)는 본 발명의 일 실시예에 따른 화염 표면 처리를 한 후의 물의 접촉각 변화를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 접촉각이란 고체(solid), 액체(liquid), 기체(vapor) 3상의 접점에서 액체의 접선과 고체면이 이루는 각도를 의미하는 것으로 도 5의 (a)에 정의된 θ값이 접촉각에 해당한다. 이 때, 상기 방열 부재(130a)는 알루미늄이 사용되었다. 상기 방열 부재(130a)에 물리적, 화학적 처리를 하기 전에는 물의 접촉각이 약 109도, 방열 부재에 그릿 블라스트 처리를 한 경우에 물의 접촉각은 약 68도, 본 발명의 일 실시예에 따른 화염 표면 처리를 한 후의 물의 접촉각은 약 37도을 갖는다. 상기 방열 부재(130a)에 물리적, 화학적 처리를 하지 않은 경우(b)에서 그릿 블라스트 처리를 한 경우(c), 화염 표면 처리를 한 경우(d)로 갈수록 접촉각의 크기가 작아짐을 알 수 있다.
접촉각은 표면에너지의 경향성을 알 수 있는 지표로 화염 표면 처리를 한 경우에 표면에너지가 가장 큼을 알 수 있다. 따라서 비교 실시예에 따른 그릿 블라스트 처리보다 본 발명의 기술적 사상에 따른 화염 표면 처리의 경우에 상기 방열 부재(130a)의 접착력이 증가함을 알 수 있다. 반도체 패키지 상에서 방열 부재와 반도체 칩이 서로 박리가 되면, 반도체 칩에서 발생하는 열이 방열 부재로 전달되는 것을 방해 받게 되어 방열의 효과가 저하될 수 있다. 상기 방열 부재(130a)의 접착력이 증가하면 방열 효과 역시 개선될 것이다.
또한 그릿 블라스트 처리는 그리스를 강합 압력으로 분사하여 금속의 표면 조도를 변화시켜 접촉 면적을 변화시키는 방식으로 접착력을 증가시키는 표면 처리이다. 플라스마 또는 화학적 표면 처리의 경우 역시 금속 표면을 나노 스케일로 거칠게 변화시켜 접촉 면적을 증가시키고 접착력을 증가시키는 표면 처리이다. 따라서 그릿 블라스트 처리, 플라스마 처리, 또는 화학적 표면 처리를 통하여 방열 부재를 제조할 경우에 방열 부재의 두께를 정밀하게 유지하기 어려우며, 거칠게 형성된 표면 사이로 새로운 불순물이 쉽게 부착되어 에이징(ageing)에 따른 영향을 받을 수 있다.
반면, 화염 표면 처리는 금속의 표면을 변화시키는 것이 아니라 표면에 부착된 불순물을 제거하여 접착력을 증가시키는 방법이므로 방열 부재의 두께를 일정하게 유지할 수 있으며, 처리 이후에 표면에 부착되는 새로운 불순물의 양이 적어 에이징에 따른 영향이 적다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 부재의 일면에 화염 표면 처리 시 시간에 따른 방열 부재의 접착력의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 시간이 흐름에 따라 방열 부재의 접착력이 빠르게 증가했다가 다시 서서히 감소하는 것을 알 수 있다. 상기 방열 부재의 표면에 화염 표면 처리를 할 경우 방열 부재의 표면에너지가 지속적으로 증가하게 된다. 다만, 화염 표면 처리 시간이 길어질수록 화염 표면 처리되는 방열 부재의 일면에 화염으로 인하여 발생될 수 있는 탄소계의 새로운 불순물이 부착되는 정도도 증가하게 된다. 상기 새로운 불순물로 인하여 방열 부재의 접착력은 증가하다가 감소하는 경향을 보인다. 따라서 상기 화염 표면 처리에서 소스를 방출시키는 시간을 10초 이하로 조절하면 상기 방열 부재의 접착력 개선 효과를 크게 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예들에 따른 방열 부재의 제조방법의 흐름도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예들에 따른 금속 벌크를 압연하는 단계 및 압연된 금속판을 일정한 크기로 절단하는 단계를 도시한 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 금속 벌크(313a)는 회전하는 2개의 압연롤(311) 사이로 통과되어 압연될 수 있다(S23). 압연 되는 상기 금속 벌크(313a)는 상기 압연롤(311) 사이를 지나면서 속도가 점점 증가할 수 있다. 이 때 사용되는 상기 압연롤(311)은 압연롤의 배치에 따라 2단식, 3단식, 4단식, 클러스터 형 등의 압연롤이 사용 가능할 수 있으며, 압연롤의 재료는 주철(cast iron), 주강(cast steel), 단조강(forged steel), 초경합금(tungsten carbide) 등이 사용 가능할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
방열 부재에 알맞은 두께를 만들기 위하여 압연하는 단계는 복수회 수행될 수 있다. 상기 압연하는 단계를 통하여 방열 부재에 알맞은 두께의 금속판(313b)이 생성될 수 있다. 전단기(315)는 방열 부재의 크기에 맞게 일정한 크기로 상기 금속판(313b)을 절단할 수 있다(S25).
상기 금속 벌크(313a)는 예를 들면, 구리(copper), 구리 합금(copper alloy), 알루미늄(aluminum), 알루미늄 합금(aluminum alloy), 스틸(steel), 스테인레스 스틸(stainless steel) 및 이들의 조합으로 이루어진 고열전도성 물질로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예들에 따른 압연유를 압연롤과 금속 벌크 사이에 도입시키는 단계를 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 상기 금속 벌크(313a)가 회전하는 압연롤(311)로 도입되는 압연하는 단계 이전에 압연유(319)가 상기 압연롤(311)과 상기 금속 벌크(313a) 사이에 도입될 수 있다(S21). 이 때, 상기 압연유(319)는 압연유 스프레이 노즐(317)을 통해서 분사되어 상기 압연롤(311)과 상기 금속 벌크(313a) 사이에 도입될 수 있으나 이는 예시적인 것이며 이에 한정되는 것은 아니다.
압연하는 단계가 진행된 후에도 상기 금속판(313b)에 상기 압연유(319)가 잔류되어 있을 수 있고, 상기 금속판(313b)을 절단하는 단계가 진행된 후에도 표면에 상기 압연유(319)가 존재할 수 있다. 도 3에서 불순물(220)은 상기 압연유(319)를 포함할 수 있다. 이는 이 후 공정에서 방열 부재와 반도체 칩 간의 접착력 저하의 원인이 될 수 있다. 따라서 상기 절단된 금속판, 즉 방열 부재(130a)의 일면에 화염 표면 처리를 할 수 있다(S27).
상기 화염 표면 처리를 통하여 상기 방열 부재(130a)의 일면에 부착되어 있던 상기 압연유(319)를 제거할 수 있다. 상기 압연유(319)는 파라핀 오일(paraffinic oil), 나프탈렌 오일(naphthenic oil), 지방산(fatty acid) 고급 지방산(higher fatty acid), 페놀(phenol) 등을 포함할 수 있으며 주된 구성 요소는 파라핀 오일일 수 있다.
상기 화염 표면 처리는 상기 방열 부재(130a)의 일면의 온도를 순간적으로 상승시켜 표면에 존재하던 상기 압연유(319)를 기화시킬 수 있다. 상기 화염 표면 처리는 프로판, 부탄 또는 이들의 조합으로 이루어진 소스를 10초 이하의 시간동안 방출시키는 방식으로 이루어질 수 있으며, 상기 방열 부재(130a)와 화염 처리기간의 거리는 10cm이하일 수 있다. 하나의 상기 방열 부재(130a)를 화염 표면 처리한 후에는 이어서 다음 방열 부재가 상기 화염 처리기의 하부로 전달되는 방식으로 화염 표면 처리 단계가 진행될 수 있다. 화염 표면 처리에 따른 상기 방열 부재(130a)의 접착력 증가에 관한 자세한 설명은 도 5에서의 설명과 동일하다.
상기 방열 부재의 제조방법이 수행되고 난 후에는 반도체 칩 상에 접착제를 도포하고 반도체 칩 상에 상기 방열 부재를 부착하는 반도체 패키지의 제조방법이 수행될 수 있다. 즉, 도 7의 S27 단계 이 후에는 도 2의 S15 단계가 수행될 수 있다. 더불어, 방열 부재 상에 부착되어 있던 압연유(319)가 화염 표면 처리로 인해 제거되고 제거된 상기 압연유(319)는 화염 표면 처리가 이루어지는 챔버 외부로 배출되는 단계인 도 2의 S13 단계가 추가적으로 수행될 수 있다.
본 발명은 고집적 반도체 패키지의 제조공정에 적용될 수 있다. 그러나, 반도체 패키지뿐만 아니라 고집적도로 집적회로 소자가 실장되어 구동열을 외부로 방출할 필요가 있는 다양한 전자 소자에도 응용될 수 있다. 예를 들면, MEM(Micro Electro Mechanical) 소자, 광전(photoelectronic)소자, 디스플레이 소자와 같이 미세 전자회로를 구비하는 장치의 방열 시스템에 널리 활용될 수 있다.
지금까지, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 반도체 패키지 110: 기판 112: 도전패드 114: 숄더 볼 패드 120: 반도체 칩 130: 방열 부재(heat slug) 131: 화염 표면 처리된 방열 부재 일면 135: 접착제 140: 몰딩 부재 200: 챔버 210: 화염 처리기(flame burner) 220: 불순물 311: 압연롤 315: 전단기 317: 압연유 스프레이 노즐
Claims (10)
- 방열 부재(heat slug)의 일면에 화염 표면 처리(flame treatment)하는 단계;
기판 상에 부착되는 반도체 칩의 측면에 접하고, 상기 기판의 상면에 접하는 몰딩 부재를 형성하는 단계;
상기 반도체 칩의 상면에 접착제를 도포하는 단계; 및
상기 접착제가 도포된 상기 반도체 칩의 상면에 화염 표면 처리된 상기 방열 부재의 일면을 부착하는 단계를 포함하고,
상기 접착제는 상기 반도체 칩의 상면 및 상기 몰딩 부재의 상면에 도포되고,
상기 반도체 칩의 상면과 상기 몰딩 부재의 상면은 상기 기판으로부터 서로 동일 레벨에 형성되고,
화염 표면 처리된 상기 방열 부재의 일면은 상기 접착제가 도포된 상기 반도체 칩의 상면 및 상기 몰딩 부재의 상면에 부착되는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 제조방법. - 제1 항에 있어서,
상기 화염 표면 처리하는 단계는 화염 처리기(Flame burner)가 방열 부재의 일면을 향하도록 하여 프로판, 부탄 또는 이들의 조합으로 이루어진 소스를 분사하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 제조방법. - 삭제
- 제2 항에 있어서,
상기 화염 표면 처리는 상기 소스를 10초 이하의 시간동안 방출시켜 방열 부재 상에 부착된 불순물을 제거하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 제조방법. - 제4 항에 있어서,
상기 불순물은 파라핀 오일을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 제조방법. - 제5 항에 있어서,
상기 불순물은 기화되어 상기 화염 표면 처리가 이루어지는 챔버(chamber)의 외부로 배출되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 제조방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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| KR1020150167511A KR102437565B1 (ko) | 2015-11-27 | 2015-11-27 | 방열 부재를 포함하는 반도체 패키지의 제조방법 및 방열 부재의 제조방법 |
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Patent Citations (1)
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