KR19980046658A - 프레스된 열 배출부 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 디바이스 패키지의 표면 위에 장착된 열 배출판 및 열 확산기(20)에 관한 것이다. 열 배출판(24)는 제1표면(21a) 및 제2표면(21b)을 구비하였는데, 상기 제1표면(21a)는 열 배출판으로 기능한다. 열 배출부를 반도체 디바이스 패키지의 표면에 접착시키기 위해 접착제(24)가 상기 열 배출판(21)의 제2표면(21b)에 가해진다.
Description
본 발명은 반도체 디바이스 및 이것의 열 배출에 관한 것인데, 더 특정하게는 반도체 디바이스의 상부에 테이프되거나 접착된 열 배출부(heat sink)와 열 확산 디바이스(heat spreader)의 조합 구조에 관한 것이다.
반도체 디바이스 및 집적 회로에서 열 배출을 이루기 위한 전통적인 방법은 핀(pin) 형태의 핀(fin)을 사용하거나 패키지 배면 측에 배치된 적층식 열 배출판을 사용하는 것이었다. 이런 배출판들의 기능성은 디바아스 및 열 배출기의 표면적 및 열 전도성과 디바이스 주위의 주변 온도 및 공기 흐름에 좌우되었다.
종래의 디바이스는 반도체 패키지 내에 주조된 열 확산기를 또한 사용하였다. 한 예에서는 반도체 칩이 열 확산기 상에 장착되었고 다른 예에서는 열 확산기가 칩 상부에 배치되었다. 이 두가지 예에서, 열 확산기는 패키지 내에 주조되었다.
본 발명은 반도체 디바이스 패키지의 표면 상에 장착하기 위한 열 배출부 및 열 확산기의 조합 구조에 관한 것이다. 열 배출판은 제1 및 제2표면을 갖는데, 여기서 제1표면은 열 배출 표면으로서 기능한다. 열 배출부를 반도체 디바이스 패키지의 표면에 접착하기 위해서 그리고 표면으로의 열 전도를 이루기 위해서 접착제가 열 배출판의 제2표면에 가해진다.
본 발명에 의한 기술적 진보와 목적은 부수 도면과 연결해 다음에 설명된 바람직한 실시예의 상세한 설명과 청구 범위에 기재된 신규 특성으로부터 명백해 질 것이다.
도 1은 열 배출부가 부착된 반도체 디바이스의 측면도.
도 2는 융기된 열 배출 핀을 구비한 부착용 열 배출부를 도시한 도면.
도 3은 반도체 디바이스의 측면까지 연장된 열 배출부를 구비한 실시예를 도시한 도면.
도 4는 반도체 디바이스 상에 배치되는 열 배출부의 등치도.
도 5는 열 배출부가 열 배출 핀을 구비한 또다른 실시예를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 열 배출부를 구비한 디바이스와, 구비하지 않은 디바이스를 비교한 표.
도 7은 열 배출부가 장착된 반도체 패키지 내의 반도체 디바이스 다이의 크기에 따라서 본 발명에 따른 열 배출부를 구비한 것과 구비하지 않은 것을 비교해 열 배출 개선 효과를 도시한 도면.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
11 : 반도체 디바이스
12 : 리드
13 : 열 배출부
15 : 열 배출 핀
도 1은 리드(12)와 부착된 열 배출부(13)을 구비한 반도체 디바이스(11)를 포함하는 열 배출부/반도체 디바이스 어셈블리(10)의 측면도이다. 얇은 금속판에 구멍이 뚫린 형태의 열 배출부(13)은 접착제 또는 접착제 테이프(14)에 의해 반도체(11)의 상부에 접착된다. 실제로는, 반도체 디바이스(11)이 인쇄회로 기판(도시 안됨)에 부착된다. 열 배출부가 요구될 때, 열 배출부(13)은 반도체(11)의 상부에 부착된다.
열 배출부(13)은 예를 들어 구리 또는 알루미늄과 같은 금속판, 또는 다른 열 배출성이 좋은 재료로부터 만들어지거나 이것이 구멍이 숭숭 뚫려 형성된다. 이런 열 배출부는 플라스틱 또는 세라믹 반도체 패키지 표면에 테이프되어 붙여지거나 또다른 식으로 접착된다. 열 배출부(13)은 반도체 패키지에 가해졌을 때, 패키지 내부에 캡슐화되어 장착된 열 확산기에 의해 가능한 정도보다 반도체 디바이스가 더 얇게 되도록 한다.
열 배출부(13)은 도 2에 도시된 대로 스탬프(stamp)되어 열 배출 핀이 그 위에 제공된다. 도 2에서 열 배출부(13)은 열 배출부(13)의 표면 위에 스탬프된 다수의 열 배출 핀(15)를 구비하였다. 스탬프될 때에 핀은 세 측면을 따라 절단되어 핀이 휘거나 윗 방향으로 굽어지게 된다.
도 3은 열 배출부의 변형을 도시하였다. 열 배출부(16)은 반도체 디바이스(11)의 경계부를 따라 아래 방향으로 연장하는 에지(16a)를 갖는다. 이는 에지(16a)로부터 리드(12)까지 디바이스(11)을 통하는 더 넓어진 열 배출 표면과 더 짧아진 열 통과 경로를 제공한다. 이는 열 배출이 더 잘 되도록 한다. 배출 경로는 화살표 P로 도시되었다.
도 4는 배출 핀(22)를 구비한 스탬프된 열 배출부의 등치도이다. 각 핀(22)는 열 배출부(21)의 금속 판으로부터 세 개의 경계부를 따라 절단되어 핀(22)가 경계부(23)에서만 열 배출판(21)에게 접속되도록 한다. 핀(22)는 제1표면(21a)으로부터 연장된다. 이후 핀(22)이 열 배출판(21)이 평면에서 벗어나도록 하기 위해 에지(23)을 축으로 하여 윗 방향으로 굽혀지고 이에 따라 핀(22) 주변에서 공기 흐름을 좋게 하여 더 나은 열 배출을 허용해 준다. 판(21)은 제2표면(21b) 위에 열 배출판(21)을 반도체 디바이스 패키지에 접착시키기 위한 접착층(24)를 구비하였다. 각각의 핀(22)는 높은 열 방출율을 갖는 표면 마감부(22a)를 구비하였다. 이런 코팅은 열 배출부 표면 위에 피착되고, 페인트되고, 또는 다른 식으로 배치된다. 한 실시예에서, 표면은 검게 칠해진다.
도 5는 스탬프되고 핀된 열 배출부의 또다른 실시예를 도시하였다. 열 배출판(31)은 두개의 경계부를 따라 스탬프된 다수의 핀(33)을 구비한다. 제3경계부(34)는 절단되지 않고 열 배출판(31)에 그대로 부착되어 있다. 열 배출부판(31)이 평면에서 벗어나도록 핀(33)을 융기시키기 위해 각각의 핀(33)이 경계부(33)을 축으로 하여 위로 휘어지고 이에 따라 더 나은 열 배출을 제공해 준다. 접착층(32)는 판(31)의 한 측면 상에 배치되어 반도체 패키지에게 접착력을 제공해 준다. 각각의 핀(33)은 높은 열 방출을 이루는 표면 마감부(33a)를 구비하였다. 이 코팅은 열 배출부 표면 위에 피착되고, 페인트되고, 또는 다른 식으로 배치된다.
또다른 구멍 뚫린 핀 구성이 본 발명의 범위 및 정신 내에서 가능하다.
도 6은 본 발명의 프레스 온(press-on) 열 배출부를 활용했을 때의 열 배출 향상 효과를 도시한 표이다. 세 개의 서로 다른 반도체 패키지가 실험되었다. 208핀 쿼드 플랫 패키지(pin quad flat package)에 대해서 본 디바이스의 작동 온도가 열 확산기(펀치 아웃된 것이 아님)가 없는 상태에서 프레스 온 열 배출부가 있을 때와 없을 경우에 대해 컴퓨터의 도움으로 모델링되었다. 프레스 온 배출부가 없을 때 J/A(에어 정션 대 주변 열 저항)가 25.4℃/와트(C/W)이었다. 프레스 온 열배출부가 있을 때 J/A는 20.2 C/W이었다. 이는 5.2 C/W만큼 향상된 것이다. 비슷하게 프레스 온 열 배출부를 구비한 388 핀 그리드 어레이(pin ball grid array, PBGA) 반도체 디바이스 6.2 C/W의 향상을 가져 왔다. 388 PBGA 열 확산 향상된 디바이스는 1.3 C/W의 향상을 가져 왔다.
도 7은 반도체 칩 크기의 범위에서 208 S-패드 디바이스에 대한 향상율을 도시하였다. 칩 크기가 작을수록 향상율은 커졌다. 150 mils칩에 대해서 J/A는 49에서 35로 감소되었다. 300mils 칩에 대해서 J/A는 33에서 26으로 감소되었다.
상기 결과는 스탬프되고 부착 가능한 낮은 가격의 열 배출부가 열 배출 향상 효과를 가져온다는 것을 보여 주었다. 패키지 내에 주조되는 열 확산기를 사용하지 않아서 패키지 가격이 절감되고, 얇고 값싼 패키지가 사용될 수 있어서 패키지의 열 배출성을 향상시켜 준다.
Claims (11)
- 반도체 디바이스 상에 장착하기 위한 열 배출부(heat sink) 및 열 확산기(heat sperader)의 조합 구조에 있어서,제2표면과, 열 배출 표면으로 기능하는 제1표면을 구비한 열 배출판, 및상기 열 배출판의 상기 제2표면에 가해져서 상기 열 배출부를 반도체 디바이스의 표면에 접착시키기 위한 접착층을 포함하는 열 배출부 및 열 확산기의 조합 구조.
- 제1항에 있어서, 상기 제1표면은, 다수의 경계부를 구비하고 상기 제1표면으로부터 형성되며 상기 열 배출 핀의 상기 다수의 경계부 중 한 경계부를 따라 상기 제1표면에 부착된 최소한 하나의 열 배출 핀(fin)을 구비한 열 배출부 및 열 확산기의 조합 구조.
- 제1항에 있어서, 상기 열 배출판 주변에 있는 에지를 포함하고, 상기 에지는 상기 열 배출판의 평면으로부터 아랫 방향으로 연장되는 열 배출부 및 열 확산기의 조합 구조.
- 제1항에 있어서, 상기 열 배출판과 일체인 다수의 열 배출 핀을 포함하는 열 배출부 및 열 확산기의 조합 구조.
- 제1항에 있어서, 상기 열 배출판의 열 배출 표면은 그 위에 높은 열 방출성 코팅을 구비한 열 배출부 및 열 확산기의 조합 구조.
- 제5항에 있어서, 높은 열 방출성 코팅은 검은 색으로 칠해진 열 배출부 및 열 확산기의 조합 구조.
- 반도체 디바이스 상에 장착하기 위한 열 배출부 및 열 확산기의 조합 구조에 있어서,제2표면과, 열 배출 표면으로 기능하는 제1표면을 구비한 열 배출판, 및상기 열 배출판으로부터 윗쪽으로 연장되는 최소한 하나의 열 배출 핀, 및상기 열 배출판의 상기 제2표면에 가해져서 상기 열 배출판을 반도체 바이스의 표면에 접착시키기 위한 접착층을 포함하는 열 배출부 및 열 확산기의 조합 구조.
- 제7항에 있어서, 상기 최소한 하나의 열 배출 핀은 상기 열 배출판과 일체인 열 배출부 및 열 확산기의 조합 구조.
- 제7항에 있어서, 상기 열 배출판 주변에 있는 에지를 포함하고, 상기 에지는 상기 열 배출판의 평면으로부터 아랫 방향으로 연장되는 열 배출부 및 열 확산기의 조합 구조.
- 제7항에 있어서, 상기 열 배출판의 상기 열 배출 표면은 그 위에 높은 열 방출성 코팅을 구비한 열 배출부 및 열 확산기의 조합 구조.
- 제10항에 있어서, 높은 열 방출성 코팅은 검은 색으로 칠해진 열 배출부 및 열 확산기의 조합 구조.
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