KR102546241B1 - 반도체 패키지 - Google Patents

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KR102546241B1
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이한홍
주성우
백운영
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Abstract

본 발명은 반도체 패키지에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 그의 양 단들에 각각 체결부 및 연결 단자부를 포함하는 패키지 기판; 상기 패키지 기판 상에 실장된 적어도 하나의 반도체 소자; 상기 반도체 소자 상의 적어도 하나의 열 파이프; 및 상기 반도체 소자 및 상기 열 파이프 상의 리드를 포함한다. 상기 열 파이프의 적어도 일 단은 상기 체결부 또는 상기 연결 단자부와 인접한다.

Description

반도체 패키지{Semiconductor package}
본 발명은 반도체 패키지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 소자가 실장된 반도체 패키지에 관한 것이다.
반도체 산업에 있어서 반도체 소자 및 이를 이용한 전자 제품의 고용량, 박형화, 소형화에 대한 수요가 많아져 이에 관련된 다양한 패키지 기술이 속속 등장하고 있다. 그 중의 하나가 여러 가지 반도체 칩을 수직 적층시켜 고밀도 칩 적층을 구현할 수 있는 패키지 기술이다. 이 기술은 하나의 반도체 칩으로 구성된 일반적인 패키지보다 적은 면적에 다양한 기능을 가진 반도체 칩들을 집적시킬 수 있다는 장점을 가질 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 외부로의 방열 특성이 우수한 반도체 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명의 개념에 따른 반도체 패키지는, 그의 양 단들에 각각 체결부 및 연결 단자부를 포함하는 패키지 기판; 상기 패키지 기판 상에 실장된 적어도 하나의 반도체 소자; 상기 반도체 소자 상의 적어도 하나의 열 파이프; 및 상기 반도체 소자 및 상기 열 파이프 상의 리드를 포함할 수 있다. 상기 열 파이프의 적어도 일 단은 상기 체결부 또는 상기 연결 단자부와 인접할 수 있다.
본 발명의 다른 개념에 따른 반도체 패키지는, 패키지 기판; 상기 패키지 기판 상에 실장된 적어도 하나의 반도체 소자; 상기 반도체 소자 상의 적어도 하나의 열 파이프; 및 상기 반도체 소자 및 상기 열 파이프 상의 리드를 포함할 수 있다. 상기 열 파이프는: 상기 반도체 소자를 가로지르며 제1 방향으로 연장되는 제1 연장부; 및 상기 제1 연장부로부터 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되는 제2 연장부를 포함할 수 있다. 평면적 관점에서, 상기 제2 연장부는 상기 패키지 기판의 일 단과 상기 반도체 소자의 일 단 사이에 위치할 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 패키지는, 반도체 소자로부터 발생된 열을 열 파이프 및 리드를 통해 패키지 기판의 체결부와 연결 단자부로 효율적으로 전달시킬 수 있다. 체결부와 연결 단자부를 통해 반도체 패키지로부터 외부 장치로 열이 신속하게 빠져나갈 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 패키지를 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1의 I-I'선에 따른 단면도이다.
도 3은 도 1의 II-II'선에 따른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 패키지의 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 패키지에 실장된 반도체 소자의 예들을 각각 나타내는 단면도들이다.
도 6, 도 8, 도 10 및 도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 패키지들을 각각 나타내는 것으로, 도 1의 I-I'선에 대응하는 단면도들이다.
도 7, 도 9, 도 11 및 도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 패키지들을 각각 나타내는 것으로, 도 1의 II-II'선에 대응하는 단면도들이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 패키지들을 각각 나타내는 평면도들이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 패키지를 나타낸 평면도이다. 도 2는 도 1의 I-I'선에 따른 단면도이다. 도 3은 도 1의 II-II'선에 따른 단면도이다. 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 패키지의 사시도이다. 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 패키지에 실장된 반도체 소자의 예들을 각각 나타내는 단면도들이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 패키지 기판(100) 상에 적어도 하나의 반도체 소자(120, 220, 320)가 실장될 수 있다. 일 예로, 패키지 기판(100)은 인쇄회로기판(PCB)일 수 있다. 패키지 기판(100)은 서로 대향하는 제1 단(EN1) 및 제2 단(EN2)을 포함할 수 있다. 패키지 기판(100)은, 제1 단(EN1)에 위치한 체결부(SCP) 및 제2 단(EN2)에 위치한 연결 단자부(CTP)를 포함할 수 있다.
체결부(SCP)는 본 실시예에 따른 반도체 패키지를 외부 장치와 물리적으로 연결(또는 결합)시킬 수 있다. 구체적으로, 체결부(SCP)는 체결홀(fastening hole, SH)을 정의하는 체결 프레임(SC)을 포함할 수 있다. 체결 볼트(미도시)가 체결홀(SH)을 통과하면서 상기 외부 장치에 삽입될 수 있고, 이로써 체결 프레임(SC)이 상기 체결 볼트와 상기 외부 장치 사이에 개재될 수 있다. 체결 프레임(SC)은 상기 체결 볼트에 의해 상기 외부 장치와 결속되므로, 본 실시예에 따른 반도체 패키지는 상기 외부 장치에 고정될 수 있다.
체결 프레임(SC)은 상대적으로 열 전도도가 우수한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 체결 프레임(SC)은 금속 물질(예를 들어, 구리 또는 알루미늄)을 포함할 수 있다. 다른 예로, 체결 프레임(SC)은 열 전도도가 우수한 플라스틱을 포함할 수 있으며, 체결 프레임(SC)의 구성 물질은 당업자가 적절히 선택할 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다.
연결 단자부(CTP)는 본 실시예에 따른 반도체 패키지를 상기 외부 장치와 물리적 및 전기적으로 연결시킬 수 있다. 일 예로, 연결 단자부(CTP)는 상기 외부 장치의 소켓에 삽입될 수 있다. 연결 단자부(CTP)는 복수의 연결 단자들(CT)을 포함할 수 있다. 연결 단자들(CT)은 상기 외부 장치와 전기적으로 연결되는 패드들일 수 있다. 일 예로, 연결 단자들(CT)은 구리와 같은 도전 물질을 포함할 수 있다. 그러나, 연결 단자들(CT)의 구성 물질은 당업자가 적절히 선택할 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다.
나아가 도시되진 않았지만, 패키지 기판(100)은, 적어도 하나의 반도체 소자(120, 220, 320)와 연결 단자부(CTP)를 전기적으로 연결하는 도전 라인들을 포함할 수 있다. 또한, 패키지 기판(100)은 전자 소자들(예를 들어, 저항, 트랜지스터 등)을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 반도체 소자(120, 220, 320)는 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)을 포함할 수 있다. 각각의 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)은 적어도 하나의 반도체 칩을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)에 관한 구체적인 설명은 후술한다.
제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)과 패키지 기판(100) 사이에 솔더볼과 같은 외부 연결 부재들(127, 227, 327)이 제공될 수 있다. 패키지 기판(100)의 상면에는 랜딩 패드들(104)이 이 제공될 수 있다. 랜딩 패드들(104) 상에 외부 연결 부재들(127, 227, 327)이 각각 연결될 수 있다. 외부 연결 부재들(127, 227, 327)과 랜딩 패드들(104)을 통해 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)이 패키지 기판(100)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)과 패키지 기판(100) 사이에 언더필 층들(UF)이 각각 개재될 수 있다. 언더필 층들(UF)은 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)을 패키지 기판(100) 상에 각각 본딩할 수 있다. 각각의 언더필 층들(UF)은 서로 인접하는 외부 연결 부재들(127, 227, 327) 사이를 채워, 외부 연결 부재들(127, 227, 327)을 서로 절연시킬 수 있다. 일 예로, 언더필 층들(UF)은 에폭시 수지를 포함할 수 있다. 한편, 언더필 층들(UF)은 생략될 수도 있다.
제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320) 상에 적어도 하나의 열 파이프(HP1, HP2)가 제공될 수 있다. 적어도 하나의 열 파이프(HP1, HP2)는 제1 열 파이프(HP1) 및 제2 열 파이프(HP2)를 포함할 수 있다. 각각의 제1 및 제2 열 파이프들(HP1, HP2)은 제2 방향(D2)으로 서로 평행하게 연장될 수 있다. 이하, 대표적으로 제1 열 파이프(HP1)에 대해 상세히 설명한다.
제1 열 파이프(HP1)는 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)을 모두 가로지르며 연장될 수 있다. 제1 열 파이프(HP1)는 열 전도도가 우수한 금속 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 열 파이프(HP1)는 구리, 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함할 수 있다. 일 실시예로, 제1 열 파이프(HP1)는 냉매 배관 및 냉매 배관에 충진된 냉매를 포함할 수 있다. 상기 냉매는 물, 암모니아, 질소, 이산화탄소, 프로판 및 부탄과 같은 자연 냉매 또는 탄소(C), 수소(H), 불소(F) 및 염소(Cl)로 구성된 할로카본계 냉매를 포함할 수 있다. 상기 할로카본계 냉매는 염화불화탄소(ChloroFluoroCarbon; CFC), 수소염불화탄소(HydroChloroFluoroCarbon; HCFC) 및 수소불화탄소(HydroFluoroCarbon; HFC) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 열 파이프(HP1)의 열 전도도는 약 10,000 W/m℃일 수 있다.
제1 열 파이프(HP1)는 일 단부(EP)를 포함할 수 있다. 일 단부(EP)는 체결부(SCP)와 인접할 수 있다. 이로써, 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)로부터 발생된 열이 제1 열 파이프(HP1)를 통해 체결부(SCP)로 전달될 수 있다. 한편, 제2 열 파이프(HP2)에 관한 구체적인 설명은 제1 열 파이프(HP1)에서 설명한 것과 실질적으로 동일할 수 있다.
제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320) 및 제1 및 제2 열 파이프들(HP1, HP2) 상에 리드(HB)가 배치될 수 있다. 평면적 관점에서, 리드(HB)는 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)과 중첩될 수 있다. 반면, 리드(HB)는 패키지 기판(100)의 체결부(SCP) 및 연결 단자부(CTP)와는 중첩되지 않을 수 있다. 리드(HB)의 양 단들은 체결부(SCP) 및 연결 단자부(CTP)에 각각 인접할 수 있다.
일 실시예로, 리드(HB)는 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)과 마주보는 일 면을 포함할 수 있다. 리드(HB)의 상기 일 면에 적어도 하나의 리세스 영역(RS)이 정의될 수 있다. 리세스 영역들(RS)의 위치 및 형태는 제1 및 제2 열 파이프들(HP1, HP2)과 각각 대응할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 열 파이프들(HP1, HP2)은 리세스 영역들(RS)에 각각 삽입될 수 있다. 다시 말하면, 리드(HB)는 제1 및 제2 열 파이프들(HP1, HP2)의 측벽들 및 상면들과 직접 접할 수 있다 (도 3 참조). 또한, 리드(HB)의 상기 일 면은 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)의 상면들과 직접 접할 수 있다 (도 3 참조).
리드(HB)는 열 전도도가 우수한 금속 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 리드(HB)는 알루미늄, 구리, 구리-텅스텐 합금을 포함할 수 있다. 이로써, 리드(HB)는 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)로부터 발생된 열을 외기로 방출시킬 수 있다. 나아가 리드(HB)의 상기 양 단들은 체결부(SCP) 및 연결 단자부(CTP)에 각각 인접하기 때문에, 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)로부터 발생된 열이 리드(HB)를 통해 체결부(SCP) 및 연결 단자부(CTP)로 전달될 수 있다.
도 4를 다시 참조하면, 리드(HB)의 상면은 문자들이 인쇄된 프린팅 영역(RG)을 포함할 수 있다. 프린팅 영역(RG)에는 제조사, 모델명, 제품 코드 등의 정보들이 표기될 수 있다. 금속 물질로 구성된 리드(HB)와 문자들이 인쇄된 프린팅 영역(RG)은, 본 실시예들에 따른 반도체 패키지에 미감을 부여할 수 있다.
본 실시예들에 따른 반도체 패키지에 있어서, 체결부(SCP) 및 연결 단자부(CTP)는 상기 외부 장치와 물리적으로 직접 접촉할 수 있다. 따라서, 반도체 패키지로부터 발생한 열이 체결부(SCP) 및 연결 단자부(CTP)를 통해 상기 외부 장치로 효과적으로 전도될 수 있다. 일 예로, 리드(HB)의 상면을 통해 외기로 방출되는 열 에너지보다 체결부(SCP) 및 연결 단자부(CTP)를 통해 상기 외부 장치로 방출되는 열 에너지가 더 클 수 있다. 이는, 외기인 공기의 열 전도도보다 체결부(SCP), 연결 단자부(CTP) 및 상기 외부 장치의 열 전도도가 더 크기 때문이다. 한편, 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)로부터 발생된 열이 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)과 접하는 제1 및 제2 열 파이프들(HP1, HP2) 및 리드(HB)를 통해 체결부(SCP) 및 연결 단자부(CTP)로 효과적으로 전달될 수 있다. 이로써, 반도체 패키지의 방열이 효율적으로 신속하게 이루어질 수 있다.
비교예로, 만약 제1 및 제2 열 파이프들(HP1, HP2)과 리드(HB)가 생략될 경우, 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)로부터 발생된 열이 체결부(SCP) 및 연결 단자부(CTP)로 전달되기가 상대적으로 어렵다. 이는, 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)이 체결부(SCP) 및 연결 단자부(CTP)와 상대적으로 멀리 이격되어 있기 때문이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하여, 대표적으로 제1 반도체 소자(120)에 대한 구체적인 예들을 설명한다. 먼저 도 5a를 참조하면, 제1 반도체 소자(120)는 패키지 형태일 수 있다. 구체적으로, 제1 반도체 소자(120)는 기판(SB) 및 기판(SB) 상에 실장된 적층 구조체 적층 구조체(SS)를 포함할 수 있다. 일 예로, 기판(SB)은 인쇄회로기판(PCB)일 수 있다. 기판(SB)의 바닥면에는 솔더볼과 같은 제1 외부 연결 부재들(127)이 제공될 수 있다. 기판(SB)의 상면에는 본딩 패드들(BP)이 제공될 수 있다. 나아가, 도시되진 않았지만, 기판(SB) 내에는 적어도 하나의 관통 비아가 제공될 수 있다.
적층 구조체(SS)는 순차적으로 적층된 제1 내지 제3 반도체 칩들(121, 123, 125)을 포함할 수 있다. 제1 반도체 칩(121)은, 이의 내부를 관통하여 제1 회로층(AC1)과 전기적으로 연결되는 제1 관통 비아들(TV1)을 포함할 수 있고, 제2 반도체 칩(123)은, 이의 내부를 관통하여 제2 회로층(AC2)과 전기적으로 연결되는 제2 관통 비아들(TV2)을 포함할 수 있다. 한편, 제3 반도체 칩(125)은 제1 및 제2 반도체 칩들(121, 123)과 달리 관통 비아들을 포함하지 않을 수 있으나, 이는 특별히 제한되는 것은 아니다. 본 실시예에서, 제1 내지 제3 반도체 칩들(120, 220, 320)은 메모리 칩들일 수 있다. 일 예로, 제1 내지 제3 반도체 칩들(120, 220, 320)은 NAND Flash Chip또는 V-NAND Flash Chip과 같은 비휘발성 메모리 칩들일 수 있다.
제1 내지 제3 반도체 칩들(121, 123, 125)은 실질적으로 서로 동일한 칩들일 수 있다. 즉, 제1 내지 제3 반도체 칩들(121, 123, 125)은 서로 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 칩들일 수 있다. 또한, 제1 내지 제3 반도체 칩들(121, 123, 125)은 서로 실질적으로 동일한 평면적 형상 및 평면적 크기를 가질 수 있다. 단, 제3 반도체 칩(125)은 제1 및 제2 반도체 칩들(121, 123)보다 더 큰 두께를 가질 수 있지만, 이는 특별히 제한되는 것은 아니다.
제1 반도체 칩(121)의 제1 회로층(AC1) 상에 솔더볼이나 솔더범프와 같은 연결 부재들(BU)이 제공될 수 있다. 제1 반도체 칩(121)의 연결 부재들(BU)에 의해, 제1 반도체 칩(121)이 기판(SB)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 반도체 칩(121)의 제1 관통 비아들(TV1) 상에 본딩 패드들(BP)이 각각 제공될 수 있다.
제2 반도체 칩(123)의 제2 회로층(AC2) 상에 솔더볼이나 솔더범프와 같은 연결 부재들(BU)이 제공될 수 있다. 제2 반도체 칩(123)의 연결 부재들(BU)에 의해, 제2 반도체 칩(123)이 제1 반도체 칩(121)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 반도체 칩(123)의 제2 관통 비아들(TV2) 상에 본딩 패드들(BP)이 각각 제공될 수 있다.
제3 반도체 칩(125)의 제3 회로층(AC3) 상에 솔더볼이나 솔더범프와 같은 연결 부재들(BU)이 제공될 수 있다. 제3 반도체 칩(125)의 연결 부재들(BU)에 의해, 제3 반도체 칩(125)이 제2 반도체 칩(123)에 전기적으로 연결될 수 있다. 결과적으로, 기판(SB)과 제1 내지 제3 반도체 칩들(121, 123, 125)은 서로 수직적 및 전기적으로 연결될 수 있다.
기판(SB)과 제1 반도체 칩(121) 사이의 제1 공간, 제1 및 제2 반도체 칩들(121, 123) 사이의 제2 공간, 및 제2 및 제3 반도체 칩들(123, 125) 사이의 제3 공간을 각각 채우는 접착층들(AS)이 제공될 수 있다. 접착층들(AS)은 기판(SB) 상의 제1 내지 제3 반도체 칩들(121, 123, 125)을 본딩할 수 있다. 나아가, 접착층들(AS)는 서로 인접하는 연결 부재들(BU) 사이를 채워, 연결 부재들(BU)을 서로 절연시킬 수 있다.
기판(SB) 상에 적층 구조체(SS)를 덮는 몰딩막(MO)이 제공될 수 있다. 일 예로, 몰딩막(MO)은 제1 내지 제3 반도체 칩들(121, 123, 125)의 측벽들을 덮을 수 있다. 몰딩막(MO)의 상면은 제3 반도체 칩(125)의 상면과 공면을 이룰 수 있다. 이에 따라, 제3 반도체 칩(125)의 상면은 외부로 노출될 수 있다. 이로써, 제1 내지 제3 반도체 칩들(121, 123, 125)에서 발생된 열의 배출이 용이해질 수 있다.
다음으로 도 5b를 참조하면, 제1 반도체 소자(120)는 반도체 칩의 형태일 수 있다. 구체적으로, 제1 반도체 소자(120)는 제1 반도체 칩(121) 및 이의 제1 회로층(AC1)과 전기적으로 연결되는 제1 외부 연결 부재들(127)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 제1 반도체 칩(121)은 메모리 칩일 수 있다. 일 예로, 제1 반도체 칩(121)은 NAND Flash Chip또는 V-NAND Flash Chip과 같은 비휘발성 메모리 칩일 수 있다. 한편 도 5a를 참조하여 설명한 적층 구조체(SS)와 유사하게, 제1 반도체 소자(120)는 제1 반도체 칩(121) 상에 적층된 추가적인 반도체 칩들(미도시)을 포함할 수도 있다.
도 6, 도 8, 도 10 및 도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 패키지들을 각각 나타내는 것으로, 도 1의 I-I'선에 대응하는 단면도들이다. 도 7, 도 9, 도 11 및 도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 패키지들을 각각 나타내는 것으로, 도 1의 II-II'선에 대응하는 단면도들이다. 도 6 내지 도 13에 따른 반도체 패키지들의 단면도들은 도 1에 나타난 반도체 패키지와 실질적으로 동일하지는 않을 수 있다. 후술하는 본 발명의 다양한 실시예들에서는, 앞서 도 1 내지 도 5b를 참조하여 설명한 것과 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 차이점에 대해 상세히 설명한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 리드(HB)는 제1 부분(P1) 및 제2 부분(P2)을 포함할 수 있다. 제1 부분(P1)은 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320) 및 제1 및 제2 열 파이프들(HP1, HP2) 상에서 수평적으로 연장될 수 있다. 즉, 제1 부분(P1)은 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320) 및 제1 및 제2 열 파이프들(HP1, HP2) 상에서 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 제2 부분(P2)은 제1 부분(P1)으로부터 패키지 기판(100)을 향해 수직적 방향으로 연장될 수 있다. 상기 수직적 방향은 제3 방향(D3)과 반평행한 방향일 수 있다. 따라서, 제2 부분(P2)은 패키지 기판(100)의 상면과 직접 접할 수 있다. 제1 및 제2 부분들(P1, P2)에 의해 리드(HB) 내에 빈 공간(ES)이 정의될 수 있다. 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)은 빈 공간(ES) 내에 위치할 수 있다.
본 실시예에 따른 반도체 패키지는, 리드(HB)가 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)을 밀봉할 수 있다. 따라서, 리드(HB)는 외부의 오염 물질로부터 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)을 보호할 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)의 상면을 덮으며 제1 및 제2 열 파이프들(HP1, HP2) 사이의 공간을 채우는 열 접착제(thermal adhesive, TA)가 제공될 수 있다. 열 접착제(TA)는 리드(HB)를 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)에 접착시킬 수 있다.
열 접착제(TA)는, 열을 가했을 때 고체로부터 반고체의 형태로 변화할 수 있는 상 변화 물질(phase change material, PCM)을 포함할 수 있다. 상기 상 변화 물질은 유기계 물질(예를 들어, 파라핀), 무기계 물질(예를 들어, 염수화물, 금속성 물질) 및 공융(eutectic) 물질(예를 들어, 유기계-유기계, 유기계-무기계, 무기계-무기계) 중 하나일 수 있다. 열 접착제(thermal adhesive, TA)는 상대적으로 높은 열 전도도를 가짐이 바람직하다. 따라서, 열 접착제(TA)의 열 전도도를 높이기 위해, 열 접착제(TA)는 열 전도도가 높은 입자들을 포함할 수 있다.
리드(HB)가 열 접착제(TA) 및 제1 및 제2 열 파이프들(HP1, HP2)의 상면들을 덮을 수 있다. 한편, 일 예로, 리드(HB)에 앞서 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 리세스 영역(RS)이 생략될 수도 있다. 따라서 리드(HB)의 바닥면은, 열 접착제(TA) 및 제1 및 제2 열 파이프들(HP1, HP2)을 사이에 두고 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)과 이격될 수 있다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 리드(HB)와 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320) 사이에 열 스프레더 층(heat spreader layer, GL)이 개재될 수 잇다. 열 스프레더 층(GL)은 필름 또는 시트 형태일 수 있다. 열 스프레더 층(GL)은 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)의 상면들을 직접 덮을 수 있다. 열 스프레더 층(GL)은 리드(HB)의 바닥면을 직접 덮을 수 있다. 일 예로, 열 스프레더 층(GL)은 그라핀, 그라파이트 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 그라핀 및 그라파이트와 같은 물질은 열 전도도가 상대적으로 우수하므로, 열 스프레더 층(GL)은 제1 및 제2 열 파이프들(HP1, HP2) 및 리드(HB)와 함께 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)로부터 발생된 열을 체결부(SCP) 및 연결 단자부(CTP)로 전달할 수 있다.
일 예로, 제1 및 제2 열 파이프들(HP1, HP2)은 열 스프레더 층(GL) 위에 배치됨으로써, 제1 및 제2 열 파이프들(HP1, HP2)이 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)로부터 수직적으로 이격될 수 있다. 그러나 다른 예로, 도시되진 않았지만, 열 스프레더 층(GL)이 제1 및 제2 열 파이프들(HP1, HP2) 위에 배치될 수 있다. 또 다른 예로, 도시되진 않았지만, 리드(HB)의 상면을 덮는 추가적인 열 스프레더 층이 제공될 수 있다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 리드(HB)는 히트 싱크(heat sink) 형태를 가질 수 있다. 즉, 리드(HB)는 이의 상부에 형성된 복수의 돌출부들(PP)을 포함할 수 있다. 돌출부들(PP)을 통해서, 리드(HB)가 외기와 접하는 표면적을 더 넓힐 수 있다. 이로써, 반도체 패키지의 방열 효율이 더 증가할 수 있다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 패키지들을 각각 나타내는 평면도들이다. 도 14 및 도 15는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 열 파이프의 다양한 형태들을 예시한다. 후술하는 본 발명의 다양한 실시예들에서는, 앞서 도 1 내지 도 5b를 참조하여 설명한 것과 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 차이점에 대해 상세히 설명한다.
도 14를 참조하면, 각각의 제1 및 제2 열 파이프들(HP1, HP2)은 제1 연장부(HEP1) 및 제2 연장부(HEP2)를 포함할 수 있다. 제1 연장부(HEP1)는 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)을 가로지르며 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 제2 연장부(HEP2)는 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 제2 연장부(HEP2)는 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)과 수직적으로 중첩되지 않을 수 있다. 즉, 제1 열 파이프(HP1)의 제2 연장부(HEP2)는 패키지 기판(100)의 제1 단(EN1)과 제1 반도체 소자(120) 사이에 위치할 수 있고, 제2 열 파이프(HP2)의 제2 연장부(HEP2)는 패키지 기판(100)의 제2 단(EN2)과 제3 반도체 소자(320) 사이에 위치할 수 있다. 제1 연장부(HEP1)의 일 단은 제2 연장부(HEP2)의 일 단과 연결될 수 있다. 일 예로, 리드(HB)는 제1 및 제2 열 파이프들(HP1, HP2)을 완전히 덮을 수 있다.
제1 및 제2 열 파이프들(HP1, HP2)의 제2 연장부들(HEP2)은 각각 체결부(SCP) 및 연결 단자부(CTP)와 인접할 수 있다. 이로써, 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)로부터 발생된 열이 제2 연장부들(HEP2)을 통해 체결부(SCP) 및 연결 단자부(CTP)로 효과적으로 전달될 수 있다.
도 15를 참조하면, 하나의 열 파이프(HP)가 제공될 수 있다. 열 파이프(HP)는 제1 내지 제3 연장부들(HEP1-HEP3)을 포함할 수 있다. 제1 연장부(HEP1) 및 제2 연장부(HEP2)는 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)을 가로지르며 서로 평행하게 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 제3 연장부(HEP3)는 제1 방향(D1)으로 연장되면서 제1 및 제2 연장부들(HEP1, HEP2)을 연결시킬 수 있다. 즉, 제3 연장부(HEP3)의 양 단들은 제1 연장부(HEP1)의 일 단과 제2 연장부(HEP2)의 일 단에 각각 연결될 수 있다. 제3 연장부(HEP3)는 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)과 수직적으로 중첩되지 않을 수 있다. 즉, 제3 연장부(HEP3)는 패키지 기판(100)의 제2 단(EN2)과 제3 반도체 소자(320) 사이에 위치할 수 있다. 일 예로, 리드(HB)는 열 파이프(HP)를 완전히 덮을 수 있다.
열 파이프(HP)의 제3 연장부(HEP3)는 연결 단자부(CTP)와 인접할 수 있다. 이로써, 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)로부터 발생된 열이 제3 연장부(HEP3)를 통해 연결 단자부(CTP)로 효과적으로 전달될 수 있다. 다른 예로, 도시되진 않았지만, 제3 연장부(HEP3)가 패키지 기판(100)의 제1 단(EN1)과 제1 반도체 소자(120) 사이에 위치할 수 있다. 이 경우, 제1 내지 제3 반도체 소자들(120, 220, 320)로부터 발생된 열이 제3 연장부(HEP3)를 통해 체결부(SCP)로 효과적으로 전달될 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수도 있다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.

Claims (10)

  1. 양 단에 각각 체결부 및 연결 단자부를 포함하는 패키지 기판;
    상기 패키지 기판 상에 실장된 적어도 하나의 반도체 소자;
    상기 반도체 소자 상의 적어도 하나의 열 파이프; 및
    상기 반도체 소자 및 상기 열 파이프 상의 리드를 포함하되,
    상기 열 파이프의 적어도 일 단은, 상기 반도체 소자와 상기 체결부 사이 또는 상기 반도체 소자와 상기 연결 단자부 사이에 위치하고,
    평면적 관점에서, 상기 열 파이프의 상기 적어도 일 단은 상기 리드의 일 단으로부터 돌출된 반도체 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 체결부와 상기 연결 단자부는 일 방향으로 서로 이격되고,
    상기 열 파이프는, 상기 반도체 소자를 가로지르며 상기 일 방향으로 연장되는 부분을 포함하는 반도체 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 체결부는, 체결홀(fastening hole)을 정의하는 체결 프레임을 포함하는 반도체 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연결 단자부는, 외부 장치와 전기적으로 연결되는 복수의 연결 단자들을 포함하는 반도체 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 리드는, 상기 반도체 소자와 마주보는 일 면에 형성된 적어도 하나의 리세스 영역을 포함하고,
    상기 열 파이프는 상기 리세스 영역 내에 제공되는 반도체 패키지.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 리드는:
    상기 반도체 소자 상에서 수평적으로 연장되는 제1 부분; 및
    상기 제1 부분으로부터 상기 패키지 기판을 향해 수직적으로 연장되는 제2 부분을 포함하는 반도체 패키지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 리드와 상기 반도체 소자 사이에 개재된 열 접착제(thermal adhesive)를 더 포함하되,
    상기 열 접착제는 상 변화 물질(phase change material, PCM)을 포함하는 반도체 패키지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 리드와 상기 반도체 소자 사이에 개재된 열 스프레더 층(heat spreader layer)을 더 포함하되,
    상기 열 스프레더 층은 그라핀, 그라파이트 또는 이들의 조합을 포함하는 반도체 패키지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 열 파이프는:
    상기 반도체 소자를 가로지르며 제1 방향으로 연장되는 제1 연장부; 및
    상기 제1 연장부로부터 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되는 제2 연장부를 포함하고,
    상기 제2 연장부는 상기 체결부 또는 상기 연결 단자부와 인접하는 반도체 패키지.
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