KR102590521B1 - 반도체 패키징 - Google Patents

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Abstract

반도체 패키징이 개시된다. 본 반도체 패키징은 전면에 반도체 소자가 배치되는 기판, 기판의 배면에 배치되고, 냉매가 이동하는 냉각 유로를 형성하는 채널 부재 및 채널 부재의 외면을 커버하는 다공질의 다이아몬드층을 포함한다.

Description

반도체 패키징{SEMICONDUCTOR PACKAGING}
본 개시는 냉매에 의한 반도체의 냉각 효율이 증대되도록 유로의 구조 및 재료가 개선된 반도체 패키징에 관한 것이다.
최근, 전자기기의 고성능화 및 반도체 소자의 미세화 및 집적화로 인해, 반도체 패키징 내부의 발열량이 증대되고 있다. 이러한 열은 전자기기의 성능 및 수명에 치명적인 영향을 미치므로, 반도체 패키징에서 발생하는 열을 효율적이게 외부로 방출하는 다양한 기술들이 개발되고 있다.
종래의 방열기술 중 반도체 패키징의 외면에 방열판을 부착하는 방법은 부착 시 열전도도가 낮은 열간물질(thermal interfacial material)을 사용해야 하고 반도체 패키징 재료의 열전도도에 따라 방열 성능이 크게 떨어지는 문제점이 있었다.
본 개시는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 개시의 목적은 반도체의 냉각 효율의 증대를 위해 유로의 구조 및 재료가 개선된 반도체 패키징을 제공함에 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 개시의 일 실시예에 따른 반도체 패키징은, 전면에 반도체 소자가 배치되는 기판, 상기 기판의 배면에 배치되고, 냉매가 이동하는 냉각 유로를 형성하는 채널 부재 및 상기 채널 부재의 외면을 커버하는 다공질의 다이아몬드층을 포함할 수 있다.
상기 반도체 패키징은, 상기 다이아몬드층에 적층되고, 상기 다이아몬드층과 젖음성이 상이하게 형성되는 다공질층을 더 포함할 수 있다.
상기 다공질층의 다공 크기는 상기 다이아몬드층의 다공 크기와 다를 수 있다.
상기 반도체 패키징은, 상기 다이아몬드층에 적층되는 나노 와이어층을 더 포함할 수 있다.
상기 채널 부재는, 서로 이격 배치되어 그 사이에 상기 냉각 유로를 형성하는 복수의 핀 부재를 포함할 수 있다.
상기 반도체 패키징은, 상기 채널 부재의 일측에 배치되고, 상기 냉매 유입구와 상기 냉각 유로를 연통시키는 이송 유로를 형성하는 매니폴드 부재를 더 포함하고, 상기 이송 유로의 단면적은 상기 냉각 유로의 단면적보다 클 수 있다.
상기 반도체 패키징은, 상기 반도체 패키징의 외면에 형성되고, 상기 냉각 유로와 연통하는 냉매 유입구 및 냉매 토출구를 더 포함할 수 있다.
상기 반도체 패키징은, 상기 반도체 패키징의 외관을 형성하는 케이스를 더 포함하고, 상기 냉매 유입구 및 상기 냉매 토출구는 상기 케이스에 형성될 수 있다.
상기 기판과 채널 부재는 동일한 재료로 일체로 형성될 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 반도체 패키징의 단면도이다.
도 2는 냉매 유로가 도 1과 다른 위치에 배치된 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 3은 채널 부재 및 매니폴드 부재에 의해 형성되는 냉매 유로를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 A부분을 확대한 단면도이다.
도 5는 다공질의 다이아몬드층에 다공질층이 적층된 구조를 나타내는 단면도이다.
도 6은 다공질의 다이아몬드층에 나노 와이어층이 적층된 구조를 나타내는 단면도이다.
이하에서 설명되는 실시 예는 본 개시의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 개시는 여기서 설명되는 실시 예들과 다르게, 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 이하에서 본 개시를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 개시의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
본 명세서 및 청구범위에서 사용되는 용어는 본 개시의 기능을 고려하여 일반적인 용어들을 선택하였다. 하지만, 이러한 용어들은 당 분야에 종사하는 기술자의 의도나 법률적 또는 기술적 해석 및 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 일부 용어는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있다. 이러한 용어에 대해서는 본 명세서에서 정의된 의미로 해석될 수 있으며, 구체적인 용어 정의가 없으면 본 명세서의 전반적인 내용 및 당해 기술 분야의 통상적인 기술 상식을 토대로 해석될 수도 있다.
본 명세서에서, "가진다," "가질 수 있다," "포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
그리고, 본 명세서에서는 본 개시의 각 실시 예의 설명에 필요한 구성요소를 설명한 것이므로, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 일부 구성요소는 변경 또는 생략될 수도 있으며, 다른 구성요소가 추가될 수도 있다. 또한, 서로 다른 독립적인 장치에 분산되어 배치될 수도 있다.
나아가, 이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 개시의 실시 예를 상세하게 설명하지만, 본 개시가 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 개시에 대하여 더욱 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 반도체 패키징의 단면도이다. 도 2는 냉매 유로가 도 1과 다른 위치에 배치된 실시예를 나타내는 단면도이다. 도 3은 채널 부재 및 매니폴드 부재에 의해 형성되는 냉매 유로를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 4는 도 1의 A부분을 확대한 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 반도체 패키징(1)는 냉매 유입구(10), 냉매 토출구(20), 케이스(30), 반도체 소자(40), 와이어(50), 터미널(60), 기판(100), 채널 부재(200), 다이아몬드층(300) 및 매니폴드 부재(400)를 포함할 수 있다.
냉매 유입구(10) 및 냉매 토출구(20)는 반도체 패키징(1)의 외면에 형성될 수 있다. 냉매 유입구(10) 및 냉매 토출구(20)는 반도체 패키징(1)의 외부에 배치되는 냉매관(미도시)과 연통할 수 있다.
냉매는 저온인 상태로 반도체 패키징(1)의 외부로부터 펌프 장치(미도시)에 의하여 냉매 유입구(10)를 통하여 반도체 패키징(1)의 내부로 인입될 수 있다. 이후, 냉매는 냉각 유로(P0)를 따라 흐르면서 반도체 패키징(1)의 내부에서 발생하는 열을 전달받을 수 있다. 마지막으로, 냉매는 고온인 상태로 냉매 토출구(20)를 통하여 반도체 패키징(1)의 외부로 토출될 수 있다.
냉매는 냉각 유로(P0)을 따라 이동하면서 반도체 패키징(1)의 내부에서 발생하는 열을 전달받아 액상에서 기상으로 상변화할 수 있고, 이 때 잠열을 이용해 더 많은 열을 흡수할 수 있다. 냉매는 유전체 액체(dielectric liquid)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 냉각 유로(P0)는 반도체 패키징(1)의 내부에 임베디드(embedded)될 수 있다. 이에 따라, 반도체 패키징(1)의 외부에서 방열 작용이 이루어지는 구조에 비해, 핫스팟(예를 들어, 반도체 소자(40))와 인접한 위치에서 열저항이 작은 상태로 방열 작용이 이루어지므로 냉각 효율이 증대될 수 있다.
다만, 채널 부재(200) 및 매니폴드 부재(400)가 반드시 케이스(30)의 내부에 임베디드되는 것은 아니고, 도 2에 도시된 바와 같이, 케이스(30)의 외부에 배치될 수도 있다. 즉, 냉매는 케이스(30)의 외부에 배치된 채널 부재(200)가 형성하는 냉각 유로(P0)를 따라 이동하면서, 기판(100)으로부터 전달되는 열을 흡수할 수 있다. 이 때, 냉매 유입구(10) 및 냉매 토출구(20)는 케이스(30)가 아닌 채널 부재(200) 및 매니폴드 부재(400) 중 적어도 한 곳에 구비될 수 있다.
케이스(30)는 반도체 패키징(1)의 외관을 형성할 수 있다. 냉매 유입구(10) 및 냉매 토출구(20)은 케이스(30)에 형성될 수 있다. 다만, 냉매 유입구(10) 및 냉매 토출구(20)의 위치가 이에 한정되는 것은 아니며, 반도체 패키징(1)의 하면을 정의하는 매니폴드 부재(400)에 형성될 수도 있다.
반도체 소자(40)는 다이오드, 트랜지스터, 사이리스터, MOSFET 중 적어도 하나일 수 있으나, 종류가 이에 한정되는 것은 아니다. 반도체 소자(40)는 기판(100)의 전면에 배치될 수 있다.
와이어(50)는 반도체 소자(40)을 기판(100)과 터미널(60)에 연결시킬 수 있다. 도 1에서는 와이어 본딩 방식으로 본딩이 이루어지는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 플립칩(Flip Chip) 본딩 방식 또는 TSV(Through Silicon Via) 본딩 방식일 수도 있다.
채널 부재(200)는 기판(100)의 배면에 배치되고, 냉매 유입구(10)로부터 냉매 토출구(20)로의 냉각 유로(P0)를 형성할 수 있다. 이에 따라, 냉매 유입구(10)를 통하여 유입된 냉매는 채널 부재(200)가 형성하는 냉각 유로(P0)를 따라 흐르면서 반도체 소자(40) 및 기판(100)으로부터 발생하는 열을 흡수할 수 있다.
채널 부재(200)은 기판(100)과 별도의 구성으로 기판(100)의 배면에 체결될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 기판(100)과 동일한 재료로 일체로 형성될 수 있다. 즉, 채널 부재(200)는 기판(100)의 일부일 수 있다. 예를 들어, 기판(100)은 질화갈륨 다이아몬드(GaN)으로 형성될 수 있고, 채널 부재(200)도 기판(100)의 일부일 수 있다.
채널 부재(200)는 서로 이격 배치되어 그 사이에 냉각 유로(P0)를 형성하는 복수의 핀 부재(210)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 기판(100)의 배면으로부터 채널 부재(200)의 전면으로 열(H)이 전달되고, 채널 부재(200)를 통과한 열은 채널 부재(200)의 배면에 형성된 핀 부재(210)를 통하여 냉매를 향하여 전달될 수 있다.
이에 따라, 채널 부재(200)의 핀 부재(210)와 냉매 사이의 접촉 면적이 넓어지므로, 보다 효율적으로 빠르게 방열이 이루어질 수 있다.
다이아몬드층(300)은 다공질(porous)로 형성되고, 채널 부재(200)의 외면을 커버할 수 있다. 즉, 채널 부재(200)가 형성하는 냉각 유로(P0)를 따라 이동하는 냉매는 다공질의 다이아몬드층(300)과 접할 수 있다.
다이아몬드는 일반적인 금속(예를 들어, 구리, 알루미늄 등)에 비하여 열전도도가 매우 높아서, 기판(100) 및 반도체 소자(40)에서 발생하는 열이 다이아몬드층(300)을 통하여 보다 빠르게 유체로 전달될 수 있다.
특히, 다이아몬드층(300)은 복수의 다공(310)을 포함하는 다공질로 형성되기 때문에, 표면이 부드럽지 않고 거칠게 형성되어 냉매와 접촉하는 면적이 넓어지므로, 냉매로의 열 전달이 더욱 활발히 이루어질 수 있다.
또한, 다공질의 다이아몬드층(300)에 의하여 채널 부재(200)를 통과하는 냉매의 비등 지연이 방지될 수 있다. 즉, 냉매가 보다 빠른 시점에 상변화되어 잠열을 이용해 보다 많은 열을 효과적으로 흡수할 수 있다.
뿐만 아니라, 임계 열 유속(critical heat flux)이 증가하므로, 열 전달 범위가 증대되어 안전성이 향상되며, 열 전달 효율이 증대될 수 있다.
매니폴드 부재(400)는 채널 부재(200)의 일측에 배치되고, 냉매 유입구(10)와 냉각 유로(P0)를 연통시키는 이송 유로(P1, P2)를 형성할 수 있다. 구체적으로, 매니폴드 부재(400)는 채널 부재(200)와 냉매 유입구(10)의 사이에 배치될 수 있다.
또한, 매니폴드 부재(400)가 형성하는 이송 유로(P1, P2)의 단면적은 냉각 유로(P0)의 단면적보다 클 수 있다.
구체적으로, 매니폴드 부재(400)는 Y축 방향과 나란하게 교차 배치되는 제1 및 제2 이송 유로(P1, P2)를 형성할 수 있다. 다만, 제1 및 제2 이송 유로(P1, P2)의 배치 방향이 이에 한정되는 것은 아니고, X축 또는 Z축 방향과 나란하게 배치될 수도 있다.
제1 이송 유로(P1)는 냉매 유입구(10)와 연통하고, 제2 이송 유로(P2)는 냉매 토출구(20)와 연통할 수 있다.
제1 이송 유로(P1)는 일단(401)이 개방되어 냉매 유입구(10)와 연통하고, 타단(402)이 폐쇄되어 있을 수 있다. 반대로, 제2 이송 유로(P2)는 일단(401)이 폐쇄되어 있고, 타단(402)이 개방되어 냉매 토출구(20)와 연통할 수 있다.
냉매는 냉매 유입구(10)를 통과하여 매니폴드 부재(400)가 형성하는 제1 이송 유로(P1)를 따라 이동하다가, 전방(+Z 방향)의 냉각 유로(P0)로 이동할 수 있다. 이후, 냉각 유로(P0)에서 열을 전달받은 냉매는 후방(-Z 방향)의 제2 이송 유로(P2)로 이동하고, 냉매 토출구(20)를 통하여 반도체 패키징(1)의 외부로 토출될 수 있다.
이에 따라, 냉매는 비교적 큰 단면적을 갖는 이송 유로(P1, P2)를 따라 이동하므로, 채널 부재(200)의 냉각 유로(P0)의 좁은 단면적에 따른 압력 강하가 감소될 수 있고, 냉매의 이동 방향을 따라 균일하게 방열되므로, 반도체 패키징(1)의 온도 균일성이 개선될 수 있다.
도 5는 다이아몬드층에 다공질의 금속층이 적층된 구조를 나타내는 단면도이다. 도 6은 다이아몬드층에 나노 와이어층이 적층된 구조를 나타내는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 반도체 패키징(1)는 다이아몬드층(300)에 적층되는 다공질층(500)을 더 포함할 수 있다. 다공질층(500)은 구리나 그래핀 중 적어도 하나로 형성될 수 있으나, 다공질층(500)의 재료가 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 다공질층(500)은 다공질의 다이아몬드층(300)과 젖음성(wettability)이 상이할 수 있다. 예를 들어, 다공질층(500)는 소수성이고, 다공질의 다이아몬드층(300)은 친수성일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 그 반대의 성질을 가질 수도 있다.
이에 따라, 냉매가 냉각 유로(P0)를 따라 흐르면서 열을 전달받아 액체에서 기체로 상변화 시, 채널 부재(200)의 계층구조에 따라 젖음성이 개선되므로, 채널 부재(200)로부터 냉매로의 열 전달이 용이하게 진행될 수 있다.
즉, 다공질의 다이아몬드층(300)과 젖음성이 상이한 다공질층(500)에 의하여, 상변화된 고온의 기체가 냉매 토출구(20)를 향하여 용이하게 이동하므로, 기체로 변한 냉매에 의해 열 전달이 방해되는 현상이 방지될 수 있다.
다공질층(500)의 다공(510) 크기는 다이아몬드층(300)의 다공(310) 크기와 다를 수 있다. 예를 들어, 다공질층(500)의 다공(510) 크기는 다이아몬드층(300)의 다공(310) 크기보다 작을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 반대로 더 클 수도 있다.
이에 따라, 계층구조를 가진 다공질의 다이아몬드층(300)과 다공질층(500)에 의해 비등 지연이 방지되며, 임계열유속이 증가할 수 있다.
도 6을 참조하면, 반도체 패키징(1)는 다이아몬드층(300)에 적층되는 나노 와이어층(600)을 더 포함할 수 있다. 나노 와이어층(600)은 구리로 형성될 수 있으나, 재료가 이에 한정되는 것은 아니고 다양한 금속 또는 비금속으로 형성될 수 있다.
나노 와이어층(600)은 다공질층(500)과 마찬가지로 채널 부재(200)의 젖음성을 변화시킬 수 있다. 즉, 나노 와이어층(600)은 다이아몬드층(300)과 상이한 젖음성을 가짐에 따라, 고온의 기체 냉매와 저온의 액체 냉매가 채널 부재(200)와 선택적으로 접하게 되므로, 냉매로의 열 전달이 용이하게 진행될 수 있다.
이상에서는 본 개시의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고, 설명하였으나, 본 개시는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 당해 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
1: 반도체 패키징 10: 냉매 유입구
20: 냉매 토출구 30: 케이스
100: 기판 200: 채널 부재
300: 다이아몬드층 400: 매니폴드 부재
500: 금속층 600: 나노 와이어층

Claims (9)

  1. 반도체 패키징에 있어서,
    전면에 반도체 소자가 배치되는 기판;
    상기 기판의 배면에 배치되고, 냉매가 이동하는 냉각 유로를 형성하는 채널 부재; 및
    상기 채널 부재의 외면을 커버하는 다공질의 다이아몬드층; 및
    상기 다이아몬드층에 적층되고, 상기 다이아몬드층과 젖음성이 상이하게 형성되는 다공질층;을 더 포함하는 반도체 패키징.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다공질층의 다공 크기는 상기 다이아몬드층의 다공 크기와 다른 반도체 패키징.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 채널 부재는, 서로 이격 배치되어 그 사이에 상기 냉각 유로를 형성하는 복수의 핀 부재를 포함하는 반도체 패키징.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 채널 부재의 일측에 배치되고, 냉매 유입구와 상기 냉각 유로를 연통시키는 이송 유로를 형성하는 매니폴드 부재;를 더 포함하고,
    상기 이송 유로의 단면적은 상기 냉각 유로의 단면적보다 큰 반도체 패키징.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 반도체 패키징의 외면에 형성되고, 상기 냉각 유로와 연통하는 냉매 유입구 및 냉매 토출구;를 더 포함하는 반도체 패키징.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 반도체 패키징의 외관을 형성하는 케이스;를 더 포함하고,
    상기 냉매 유입구 및 상기 냉매 토출구는 상기 케이스에 형성되는 반도체 패키징.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기판과 채널 부재는 동일한 재료로 일체로 형성되는 반도체 패키징.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006032490A (ja) * 2004-07-13 2006-02-02 Hitachi Ltd エンジン制御回路装置
JP6502950B2 (ja) * 2014-09-02 2019-04-17 株式会社アライドマテリアル 放熱部材、及び放熱部材の製造方法
JP2020507200A (ja) * 2016-12-22 2020-03-05 ロジャーズ ジャーマニー ゲーエムベーハーＲｏｇｅｒｓ Ｇｅｒｍａｎｙ ＧｍｂＨ 電気構成要素用の搬送基板及び搬送基板を作るための工程

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006032490A (ja) * 2004-07-13 2006-02-02 Hitachi Ltd エンジン制御回路装置
JP6502950B2 (ja) * 2014-09-02 2019-04-17 株式会社アライドマテリアル 放熱部材、及び放熱部材の製造方法
JP2020507200A (ja) * 2016-12-22 2020-03-05 ロジャーズ ジャーマニー ゲーエムベーハーＲｏｇｅｒｓ Ｇｅｒｍａｎｙ ＧｍｂＨ 電気構成要素用の搬送基板及び搬送基板を作るための工程

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