KR19980023180A - 인쇄회로 패턴이 형성된 히트싱크 및 이를 이용한 멀티칩 패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트싱크를 갖고 있은 멀티 칩 패키지에 있어서, 고밀도 실장을 위해 히트싱크에 인쇄 회로 패턴을 형성하여 회로 패턴의 집적도를 향상시키고, 히트싱크 상면에 형성한 인쇄 회로 패턴과 인쇄회로 기판과의 전기적 연결을 통하여 인쇄회로 기판 설계의 자유도를 향상시켜 고열방출 멀티 칩 패키지에 적합한 구조를 지니게하며, 회로 패턴의 직접도를 높혀 설계의 자유와 전기적 신호거리를 단축시켜 전기적 특성을 개선할 수 있는 이점을 가지고 있는 멀티 칩 패키지를 제공한다.

Description

인쇄회로 패턴이 형성된 히트싱크 및 이를 이용한 멀티 칩 패키지

본 발명은 히트싱크를 갖는 멀티 칩(multi chip) 패키지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 히트싱크(heat sink)에 인쇄회로 패턴을 갖는 멀티 칩 패키지를 구성하여 종래 보다 고밀도 실장이 가능한 고방열 멀티 칩 패키지를 제공하는 것이다.

멀티 칩 패키지는 두 개 이상 복수 개의 칩(chip)을 하나의 패키지에 넣어 봉지 하는 것을 말하며, 인쇄회로 기판을 이용하여 각 칩들과의 상호 전기적연결을 하여 고성능 및 다기능 칩 패키로 개발되었다.

고속 동작 및 고직접화를 통한 반도체 디바이스의 발달로 인하여 고열을 발생하는 파워 칩(power chip)들이 등장하게 되었다. 특히, 이러한 파워 칩들의 원활한 열 방출을 위하여 히트싱크(heat sink) 또는 히트슬러그(heat slug) 등의 열 방출 수단을 부착한 멀티 칩 파워 패키지(power package)가 등장하게 되었다.

이하, 도면을 참조하여 종래의 멀티 칩 패키지를 설명하기로 한다.

도 1은 종래 기술에 의한 히트싱크를 갖는 멀티 칩 패키지의 평면 절개도 이다.

도 2는 도 1의 A - A' 선을 따라 자른 단면도이다.

먼저, 도 1과 도2를 참조하면, 인쇄회로 기판(printed circuit board)(50)상에 캐비티(cavity; 空洞)를 가공하고, 그 캐비티가 형성된 인쇄회로 기판(50)이 히트싱크(20) 상면에 전기 절연 접착제(45)로 접착 고정되어 있다.

상기 인쇄회로 기판(50)의 캐비티로 노출된 상기 히트싱크상면(20)에 복수 개의 본딩패드들(12)를 갖고 있는 두 개 이상의 반도체 칩(10)들이 전기 절연 접착제(40)로 접착고정 되어 있다.

상기 전기 절연 접착제(40)는 일반적인 패키지 공정에서 사용되고 있는 에폭시계 전기 절연 접착제를 도팅(dotting)하는 방법으로 접착 고정할 수 있다.

상기 본딩패드들(12)과 상기 인쇄회로 기판(50)상에 형성된 전기적 연결 본딩패드(도면에 도시 안됨)부를 전기적 접속하기 위하여, 와이어(30)로 와이어 본딩(wire bonding)이 되어 있다.

또한, 상기 전기적 연결부를 외부 환경으로부터 보호하기 위하여, 상기 칩(10), 와이어(30), 와이어 본딩부가 있는 상기 인쇄회로 기판(50)의 캐비티 부분을 에폭시 수지(70)로 봉지 한다.

상기 봉지 수지(70)로 봉지 되지 않은 인쇄회로 기판(50)상면 부분에 솔더 볼(solder ball)(60)을 형성하여 실장이 용이하도록 되어 있다.

상기 전술한 바와 같이, 종래의 기술에 의한 히트싱크를 갖는 멀티 칩 패키지는 인쇄회로 기판에만 금속패턴(matal pattern)이 형성되어 있어 설계의 자유를 저해(沮害)한다. 또한, 인쇄회로 기판 설계에 많은 공간적인 제약이 따르며, 특히 다수의 칩을 탑재하는 멀티 칩 패키지 형태로 설계하는데 많은 어려움이 따른다.

또한, 인쇄회로 패턴을 따라 전기적 신호가 흐르는 신호 거리(signal path)가 길어지게 되어 전기적 특성의 저하를 가져오게 되는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 히트싱크를 갖는 멀티 칩 패키지의 고밀도 실장을 위해 히트싱크에 인쇄회로 패턴을 형성하여 회로패턴의 집적도를 향상시키는데 그 목적이 있다.

또한, 히트싱크 상면에 형성한 인쇄회로 패턴과 인쇄회로 기판과의 전기적 연결을 통하여 인쇄회로 기판 설계의 자유도를 향상시켜 고열방출 멀티 칩 패키지에 적합한 구조를 지니게 하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 히트싱크를 갖는 멀티 칩 패키지의 평면 부분 절개도.

도 2는 도1의 A - A' 의 단면도.

도 3는 본 발명에 의한 회로 패턴이 형성된 히트싱크와 인쇄회로 기판의 분리 사시도.

도 4는 본 발명에 의한 회로 패턴이 형성된 히트싱크와 인쇄회로 기판이 접촉되는 면을 나타내는 분리 측면도.

도 5는 본 발명에 의한 회로 패턴이 형성된 히트싱크를 갖는 멀티 칩 패키지의 사시도.

도 6는 도 5의 B - B'의 단면도.

도 7과 도 8는 본 발명에 의한 인쇄회로 패턴이 형성된 히트싱크를 갖는 멀티 칩 패키지의 다른 예시를 나타내는 단면도.

도면의 주요 부호에 대한 설명

10 : 칩 12 : 본딩 패드

20 : 히트 싱크 30 : 본딩 와이어

40 : 다이 접착제 45 : 인쇄회로 기판 접착제

50 : 인쇄회로 기판

60 : 솔더 볼 65 : 클립 리드

70 : 봉지 수지

200 : 회로 패턴이 형성된 방열판

210 : 히트싱크 본체 220 : 절연층

230 : 인쇄 회로 패턴층 240 : 칩 패드

250 : 인쇄회로 연결 패드 260 : 와이어 본딩부

270 : 인쇄회로 패턴(히트 싱크)

300 : 인쇄회로 기판

340 : 캐비티 350 : 홀

360 : 와이어 본딩부 370 : 회로

상기 목적을 달성하기 위하여, 고열 방출을 하기 위한 히트싱크; 그 히트싱크 상면에 형성된 전기 절연층; 상기 전기 절연층 위에 형성된 인쇄회로 패턴; 상기 히트싱크, 전기 절연층, 인쇄회로 패턴을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 인쇄회로 패턴이 형성된 방열판을 제공한다.

또한 상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 고열 방출을 하기 위한 히트싱크; 그 히트싱크 상면에 형성된 전기 절연층; 상기 전기 절연층 위에 형성된 인쇄회로 패턴; 상기 히트싱크, 전기 절연층, 인쇄회로 패턴을 갖고 있는 인쇄회로 패턴이 형성된 방열판; 상기 전기 절연층에 형성된 복수 개의 다이패드부들; 그 다이패드부들에 접착고정되는 복수개의 본딩패드들을 갖는 칩; 상기 인쇄회로 패턴이 형성된 방열판에 접착고정 되는 캐비티를 갖고 있는 인쇄회로 기판; 상기 본딩패드들과 인쇄회로 기판을 전기적으로 연결하는 와이어들; 을 포함하고 전기적 연결 부위가 봉지 되어 있는 것을 특징으로 하는 멀티 칩 패키지를 제공한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.

도 3는 본 발명에 의한 회로 패턴이 형성된 히트싱크와 인쇄회로 기판의 분리 사시도 이다.

도 4는 본 발명에 의한 회로 패턴이 형성된 히트싱크와 인쇄회로 기판이 접촉되는 면을 나타내는 분리 측면도이다.

도 5는 본 발명에 의한 회로 패턴이 형성된 히트싱크를 갖는 멀티 칩 패키지의 부분 절개 사시도이다.

도 6는 도 5의 B - B'의 단면도이다.

도 7와 도 8는 본 발명에 의한 인쇄회로 패턴이 형성된 히트싱크를 갖는 멀티 칩 패키지의 다른 예시를 나타내는 단면도이다.

먼저, 도 3와 도 4를 살펴보면, 본 발명에 의한 인쇄회로 패턴이 형성된 방열판(200)의 구조와 인쇄회로 기판(300)이 전기적으로 연결되는 모양이 도시되어 있다.

즉, 히트싱크(210) 상면에 전기 절연층(220)이 형성되어 있고, 그 전기 절연층(220)의 상면에 인쇄회로 패턴(270)이 형성되어 있다.

상기 전기 절연층(220)은 전기적 절연성이 우수하고 열전도율이 좋은 이산화 규소(SiO₂) 등의 재료를 이용하여 형성할 수 있다.

상기 인쇄회로 패턴층(270)은 칩이 접착제에 의하여 접착 고정될 다이패드부(240)가 형성되어 있고, 그 칩 상면에 있는 본딩패드들과 직접 전기적으로 연결될 와이어 본딩부들(260)이 형성되어 있다.

상기 다이패드(240)부들은 각 적재할 수 있는 칩의 크기에 따라 두 개 이상의 복수 개를 특성에 따라 형성할 수 있다.

또한, 상기 와이어 본딩부들(260)을 특성에 알맞게 필요한 수만큼 형성할 수 있으며, 이는 인쇄회로 패턴 설계의 자유로움이 확장됨을 의미한다.

또한, 인쇄회로 기판(300)과 상기 인쇄회로 패턴이 형성된 방열판(200)의 전기적 연결을 용이하게 하기 위하여, 상기 회로패턴(230)층에 인쇄회로 연결 패드(250)가 형성되어 있다.

상기 히트싱크(210)는 파워 칩 등의 고열이 발생하는 칩의 신뢰성 및 빠른 열 방출을 위하여 위하여 구리(Cu) 및 알미늄합금 등의 재료로 되어 있다.

또한, 캐비티(340)가 형성되어 있는 상기 인쇄회로 기판(300)이 상기 인쇄회로 패턴이 형성된 방열판(200) 상면에 전기 절연 접착제(도면에 도시안됨)에 의해 접착고정 된다.

이때, 상기 인쇄회로 기판(300)에 형성된 홀(350)은 상기 인쇄회로 연결 패드(250)와 대응되어 인쇄회로 기판(300)과 인쇄회로 패턴이 형성된 방열판(200)이 전기적으로 연결되어 신호를 전달할 수 있다.

도 5를 살펴보면, 상기 도 3와 도 4에서 설명한 상기 캐비티(340)를 갖고 있는 인쇄회로 기판(300)과 회로 패턴이 형성된 방열판(200)이 접착 고정하다 되어 있다.

상기 캐비티(340)로 노출된 회로 패턴이 형성된 방열판(200) 상부에 형성되어 있는 다이패드부(240)들에 복수 개의 본딩패드(12)들을 갖는 칩(10)이 접착제로 접착 고정되어 있다.

그리고, 상기 본딩패드(12)들의 한 측과 회로 패턴이 형성된 방열판(200)상에 있는 상기 와이어 본딩부(260)가 본딩 와이어(30)에 의해 전기적으로 연결돼 있다.

또한, 상기 본딩패드(12)들의 다른 한 측은 인쇄회로 기판(300)상면에 형성된 상기 와이어 본딩부(360)에 와이어(30)들로 전기적으로 연결되어 있다.

상기 칩(10), 와이어(30), 와이어 본딩부(360, 260) 등을 포함하는 전기적 연결 부분과 상기 캐비티(340)부분이 에폭시 수지(70)로 봉지 수지 되어 있다.

상기 에폭시 수지(70)로 봉지 수지 되지 않은 부분인 상기 인쇄회로 기판(300)의 상면 부에는 솔더볼(60)을 형성하여 실장이 용이한 구조로 되어 있다.

도 6를 살펴보면, 히트싱크(210) 상면에 전기 절연층(220)이 형성되어 있고, 그 전기 절연층(220) 위에 인쇄회로 패턴(230)이 형성되어 있다.

캐비티가 형성된 인쇄회로 기판(300)이 상기 인쇄회로 패턴(230) 상면에 전기 절연 접착제(45)로 접착고정 되어 있다.

복수 개의 본딩패드들(12)를 갖는 두 개의 칩들(10)이 상기 인쇄회로 패턴(230)상의 다이패드부(240)에 전기절연 접착제(40)로 접착고정되어 있다.

또한, 상기 본딩패드들(12)의 일 측과 상기 회로 패턴이 형성된 방열판(200)상에 형성된 와이어 본딩부(260)가 와이어(30)에 의해 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 본딩패드들(12)의 다른 일 측과 인쇄회로 기판(300) 상에 형성된 와이어 본딩부(360)에 와이어(30)에 의해 전기적으로 연결되어 있다.

상기 캐비티(340)와 상기 전기적 연결 부위를 에폭시 수지로 봉지하며, 상기 인쇄회로 기판(300)상면 일부는 노출되어 있다.

또한, 상기 인쇄회로 기판(300)과 상기 회로 패턴이 형성된 방열판(200)의 전기적 연결을 하기 위하여 상기 인쇄회로 기판 상(300)에 비아 홀(via hole)(350)이 형성되어 있다.

상기 비아 홀(350)에 솔더(solder)와 같은 전도성 물질을 주입시키며, 그 주입된 솔더는 상기 비아 홀(350) 하면에 볼(320)이 형성되어 회로 패턴이 형성된 방열판(200)과 전기적 연결이 된다.

또한, 상기 인쇄회로 기판(300)이 노출된 부위에 솔더볼(60)을 형성하여, 실장이 용이하도록 형성할 수 있다.

상기 솔더 볼(60)을 형성하는 방법은 공지 기술로 알려진 스크린을 이용하는 방법 등을 이용하여 형성할 수 있다.

제 7도는 본 발명에 따른 다른 실시예 이며, 상기 인쇄 회로 패턴이 형성된 방열판(200)과 상기 인쇄 회로 기판(300)과의 접착 방법이 열 압착(thermo - compression)하는 방법으로 접착 고정되어 있다.

또한, 실장 및 외부와 전기적 신호전달 수단으로 이용하기 위하여 상기 인쇄회로 기판(300)에 클립 리드(clip lead)(65)가 형성되어 있다.

상기 클립 리드(65)는 솔더볼 형성하는 방법보다 간단한 기계적인 방법을 적용하여 형성할 수 있는 이점(利點)이 있다.

또한, 제 8도는 본 발명에 따른 또 다른 실시예 이며, 상기 제 5a도에서 전술한 멀티 칩 패키지의 실장 및 외부와 전기적 연결 수단인 솔더볼(60)을 이용하지 않고, 클립 리드(65)가 적용된 예를 나타내고 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 히트싱크 상면에 인쇄회로 기판을 형성하여 회로 패턴의 설계의 자유도를 확장하고, 회로 길이가 줄어들어 신호를 전달하는 전기적 특성이 향상되는 이점(利點)이 있다.

또한, 고방열을 위한 멀티 칩 패키지에서 패턴간의 집적도를 향상시켜 보다 작은 크기의 고방열 멀티 칩 패키지를 구현할 수 있는 이점이 있다.

Claims (16)

1. 고열 방출을 하기 위한 히트싱크;

   그 히트싱크 상면에 형성된 전기 절연층; 및

   상기 전기 절연막층 위에 형성된 인쇄회로 패턴;

   을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 회로 패턴이 형성된 방열판.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전기 절연층이 전기 절연성 물질인 이산화 규소으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 회로 패턴이 형성된 방열판.
3. 제 1항에 있어서, 상기 전기 절연층에 두 개 이상 복수 개의 칩이 접착할 수 있도록 복수개의 다이패드부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 회로 패턴이 형성된 방열판.
4. 제 1항에 있어서, 상기 왼쇄회로 패턴 층이 다수 개의 와이어 본딩부를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 회로 패턴이 형성된 방열판.
5. 고열 방출을 위한 히트싱크, 그 히트싱크 상면에 형성된 전기 절연층 및 상기 전기 절연층 상부면에 형성된 인쇄회로 패턴을 갖는 방열판;

   상기 전기 절연층에 형성된 복수 개의 다이패드부들;

   그 다이패드부들에 접착 고정되는 복수 개의 본딩패드들을 갖는 칩;

   상기 인쇄회로 패턴이 형성된 방열판에 접착 고정되는 캐비티를 갖고 있는 인쇄회로 기판; 및

   상기 본딩패드들과 인쇄회로 기판을 전기적으로 연결하는 와이어들;

   을 포함하고 전기적 연결 부위가 봉지되어 있는 것을 특징으로 하는 멀티 칩 패키지.
6. 제 5항에 있어서, 상기 전기 절연층이 전기 절연성 물질인 이산화 규소로 이루어지는 것을 특징으로 하는 멀티 칩 패키지.
7. 제 5항에 있어서, 상기 전기 절연층에 형성된 상기 다이패드부가 두 개 이상 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 멀티 칩 패키지.
8. 제 5항에 있어서, 상기 인쇄회로 패턴 층이 다수 개의 와이어 본딩부를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 멀티 칩 패키지.
9. 제 5항에 있어서, 상기 인쇄회로 가판 상에 복수 개의 비아홀들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 멀티 칩 패키지.
10. 제 9항에 있어서, 상기 비아 홀에 솔더를 주입하여 전기적 신호 통로를 형성하고, 상기 비아 홀에 주입된 솔더중 어느 한쪽에 볼이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 멀티 칩 패키지.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 형성된 볼이 상기 인쇄회로 패턴이 형성된 방열판과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 멀티 칩 패키지.
12. 제 5항에 있어서, 상기 인쇄회로 기판과 상기 회로 패턴이 형성된 방열판과의 전기 절연 접착제로 접착되는 것을 특징으로 하는 멀티 칩 패키지.
13. 제 5항에 있어서, 상기 인쇄회로 기판과 상기 회로 패턴이 형성된 방열판이 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 멀티 칩 패키지.
14. 제 5항에 있어서, 상기 본딩패드들의 일 측과 상기 회로 패턴이 형성된 방열판이 와이어 본딩에 의하여 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 멀티 칩 패키지.
15. 제 5항에 있어서, 상기 인쇄회로 기판 상에 솔더 볼이 형성되어 외부와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 멀티 칩 패키지.
16. 제 5항에 있어서, 상기 인쇄회로 기판 상에 클립리드가 형성되어 외부와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 멀티 칩 패키지.