KR19990005520A - Multichip Package with Chip on Chip Structure - Google Patents
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Abstract
복수의 반도체 칩을 하나의 리드 프레임에 실장하는 멀티 칩 패키지에 있어서, 리드 프레임의 상면에 부착되는 제 1반도체 칩, 제 1반도체 칩의 상면에 부착되는 제 2반도체 칩, 및 반도체 칩들과 리드 프레임을 전기적으로 연결하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 칩 온 칩(Chip On Chip) 구조를 갖는 멀티 칩 패키지를 제공함으로써, 패키지 실장에 소요되는 실장 영역을 약 30%이상 감소시킬 수 있으며, 원자재의 원가를 절감시킬 수 있을뿐만 아니라 고온 절연 내압을 확보하는 효과를 얻을 수 있다.A multi-chip package in which a plurality of semiconductor chips are mounted in one lead frame, comprising: a first semiconductor chip attached to an upper surface of a lead frame, a second semiconductor chip attached to an upper surface of a first semiconductor chip, and semiconductor chips and lead frames By providing a multi-chip package having a chip on chip (Chip On Chip) structure, characterized in that it comprises a means for electrically connecting the package, the mounting area required for package mounting can be reduced by about 30% or more, Not only can the cost be reduced, but the high temperature insulation withstand voltage can be obtained.
Description
본 발명은 멀티 칩 패키지(Multi Chip Package)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외부의 부품수가 최소화될 수 있도록 필요 기능을 내장한 제어용 소자와 스위칭 소자가 실장되어 하나의 패키지화된 칩 온 칩(Chip On Chip)구조를 갖는 멀티 칩 패키지에 관한 것이다.The present invention relates to a multi chip package, and more particularly, a chip-on-chip packaged by mounting a control element and a switching element with necessary functions to minimize external component count. It relates to a multi-chip package having a Chip) structure.
현재 대부분의 전력 제어용 반도체 제품은 스위칭 소자와 제어용 소자를 채용하여 제작됨에 따라 제어용 소자 주변에 다수의 부품을 필요로 하게 된다. 따라서, 부품수가 많아져서 생산성이 저하되고, 전체 시스템 보드가 커져 원가 상승의 요인이 되고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제어용 소자를 스위칭 소자와 함께 패키지화시킨 멀티 칩 패키지가 개발되었다.Currently, most power control semiconductor products are manufactured using a switching element and a control element, and thus require a large number of components around the control element. Therefore, the number of parts increases, productivity falls, and the whole system board becomes large, and it becomes a factor of a cost increase. To solve this problem, a multi-chip package in which a control device is packaged together with a switching device has been developed.
도 1은 종래의 멀티 칩 패키지의 단면도이고, 도 2는 종래 리드 프레임에 제어용 소자와 스위칭 소자가 실장된 상태도이다.1 is a cross-sectional view of a conventional multichip package, and FIG. 2 is a state diagram in which a control element and a switching element are mounted on a conventional lead frame.
도 1과 도 2를 참조하면, 일반적인 멀티 칩 패키지(40)는 리드 프레임 패드(45)위에 제어용 소자(43)와 스위칭 소자(41; 예컨대 MOSFET)이 동일면상에 부착되어 있다. 스위칭 소자(41)는 전도성 접착제(55)에 의해 리드 프레임 패드(46)의 상면에 부착되어 있고, 제어용 소자(43)는 절연성 접착제(57)에 의해 리드 프레임 패드(46)의 상면에 부착되어 있다. 스위칭 소자(41)과 제어용 소자(43)는 금속선(49)으로 내부 리드(47)과 와이어 본딩되고, 내부 리드(47)은 그와 일체형으로 형성된 외부 리드(48)에 의해 외부와의 전기적 연결을 한다. 그리고, 상기 소자들은 에폭시 성형 수지(51)에 의해 봉지되어 보호된다. 제어용 소자(43)와 리드 프레임 패드(46)의 부착에 사용되는 절연성 접착제(57)는 절연을 위하여 절연 물질인 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화붕소(B2O3)와 같은 것이 함유된 절연성 에폭시계 수지를 사용되고 있다. 그리고, 이 절연성 접착제(57)의 두께도 더불어 절연 내력을 조정하는 요소가 된다.1 and 2, in a general multi-chip package 40, a control element 43 and a switching element 41 (for example, a MOSFET) are attached on the same surface on a lead frame pad 45. The switching element 41 is attached to the upper surface of the lead frame pad 46 by the conductive adhesive 55, and the control element 43 is attached to the upper surface of the lead frame pad 46 by the insulating adhesive 57. have. The switching element 41 and the control element 43 are wire bonded to the inner lead 47 by a metal wire 49, and the inner lead 47 is electrically connected to the outside by an outer lead 48 formed integrally therewith. Do it. The elements are encapsulated and protected by the epoxy molding resin 51. The insulating adhesive 57 used to attach the control element 43 and the lead frame pad 46 is an insulating material such as silicon dioxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and boron oxide (B 2 ) for insulation. Insulating epoxy resin containing O 3 ) is used. The thickness of the insulating adhesive 57 also serves as an element for adjusting the insulation strength.
그런데, 스위칭 소자(41)는 고전력을 사용하여 동작되기 때문에 높은 열이 발생된다. 그리고, 제어용 소자(43)의 동작에 의해서도 열이 발생된다. 스위칭 소자(41)와 제어용 소자(43)를 하나의 리드 프레임 패드(46)에 실장하기 때문에 기존에 하나의 스위칭 소자(41)나 하나의 제어용 소자(43)를 실장할 때보다 동작 온도가 상승된다. 이에 따라, 고온 동작 특성이 확보되어야 하며, 제어용 소자(41)의 경우에는 리드 프레임(45)간에 1000V의 구형파 또는 640V-125℃의 고온에서 절연 내압을 견뎌야 한다.However, since the switching element 41 is operated using high power, high heat is generated. The heat is also generated by the operation of the control element 43. Since the switching element 41 and the control element 43 are mounted on one lead frame pad 46, the operating temperature is higher than when mounting one switching element 41 or one control element 43. do. Accordingly, high temperature operating characteristics must be ensured, and the control element 41 must withstand the insulation breakdown voltage at a high temperature of 640 V-125 ° C. or a square wave of 1000 V between the lead frames 45.
현재 반도체 제품이 소형화와 경량화되는 추세에 있어서, 패키지 실장 면적을 감소시킬 수 있는 새로운 구조의 멀티 칩 패키지가 요구되고 있다. 또한, 절연 물질이 내부에 보이드 및 마이크로 크랙이 생길 경우 절연 파괴를 유발하게 되어 칩 파괴로 이어질 수 있다. 절연 문제가 해결될 수 있는 구조의 멀티 칩 패키지가 요구되어 지고 있다.As semiconductor products become smaller and lighter, a multi-chip package having a new structure that can reduce a package mounting area is required. In addition, if the insulating material has voids and microcracks therein, it may cause insulation breakdown and lead to chip breakdown. There is a need for a multi-chip package with a structure that can solve the insulation problem.
따라서 본 발명의 목적은 패키지 실장 면적이 감소된 멀티 칩 패키지를 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a multi-chip package with reduced package mounting area.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 절연 문제를 해결할 수 있는 구조의 멀티 칩 패키지를 제공하는 데 있다.In addition, another object of the present invention to provide a multi-chip package having a structure that can solve the insulation problem.
도 1은 일반적인 멀티 칩 패키지(Multi Chip Package)의 종단면도.1 is a longitudinal cross-sectional view of a typical multi-chip package (Multi Chip Package).
도 2는 리드 프레임에 제어용 소자와 스위칭 소자가 실장된 일반적인 멀티 칩 패키지이 횡단면도.2 is a cross-sectional view of a typical multi-chip package in which the control element and the switching element are mounted on a lead frame.
도 3은 본 발명에 따른 멀티 칩 패키지의 종단면도.3 is a longitudinal sectional view of a multi-chip package according to the present invention.
도 4는 리드 프레임에 제어용 소자와 스위칭 소자가 실장된 본 발명에 따른 멀티 칩 패키지의 횡단면도.4 is a cross-sectional view of a multi-chip package according to the present invention in which the control element and the switching element are mounted on a lead frame.
도 5는 멀티 칩 패키지의 스위칭 소자인 MOSFET 구조도.5 is a MOSFET structure diagram of a switching element of a multi-chip package.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
10,40 : 멀티 칩 패키지 11,41 : 스위칭 소자10,40: multi-chip package 11,41: switching element
12,42 : 본딩 패드 13,43 : 제어용 소자12,42: bonding pad 13,43: control element
15,45 : 리드 프레임 16,46 : 리드 프레임 패드15,45: lead frame 16,46: lead frame pad
17,47 : 내부 리드 18,48 : 외부 리드17,47: internal lead 18,48: external lead
19,49 : 금속선 21,51 : 에폭시 성형 수지19,49 metal wire 21,51 epoxy molding resin
23 : MOSFET 25,55 : 전도성 접착제23: MOSFET 25,55: conductive adhesive
27,57 : 절연성 접착제27,57: insulating adhesive
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 멀티 칩 패키지는 복수의 반도체 칩을 하나의 리드 프레임에 실장하는 멀티 칩 패키지에 있어서, 리드 프레임의 상면에 부착되는 제 1반도체 칩; 제 1반도체 칩의 상면에 부착되는 제 2반도체 칩; 및 반도체 칩들과 리드 프레임을 전기적으로 연결하는 수단; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a multi-chip package including: a first semiconductor chip attached to an upper surface of a lead frame, the multi-chip package mounting a plurality of semiconductor chips on a single lead frame; A second semiconductor chip attached to an upper surface of the first semiconductor chip; And means for electrically connecting the semiconductor chips and the lead frame; Characterized in that it comprises a.
바람직하게는 제 1반도체 칩이 고전력을 소비하는 스위칭 소자이고, 제 2반도체 칩이 스위칭 소자를 제어하는 제어용 소자인 것이다.Preferably, the first semiconductor chip is a switching element that consumes high power, and the second semiconductor chip is a control element for controlling the switching element.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 칩 온 칩 구조를 갖는 멀티 칩 패키지를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, a multi-chip package having a chip on chip structure according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따른 멀티 칩 패키지의 종단면도이고,3 is a longitudinal sectional view of a multi-chip package according to the present invention,
도 4는 리드 프레임에 제어용 소자와 스위칭 소자가 실장된 본 발명에 따른 멀티 칩 패키지의 횡단면도이며,4 is a cross-sectional view of a multichip package according to the present invention in which a control element and a switching element are mounted on a lead frame.
도 5는 멀티 칩 패키지의 스위칭 소자인 MOSFET 구조도이다.5 is a structure diagram of a MOSFET that is a switching device of a multi-chip package.
도 3과 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 칩 온 칩 구조를 갖는 멀티 칩 패키지(10)는 웨이퍼 조립 공정에서 제조된 제어용 소자(13)와 스위칭 소자(11)가 리드 프레임 패드(16)에 전도성 접착제(25)에 의해 수직으로 부착되어 있다. 스위칭 소자(11)로부터 발생되는 열을 리드 프레임(15)으로 전달하여 방열하기 위하여 스위칭 소자(11)와 리드 프레임 패드(16)는 전도성 접착제(25)에 의해 부착되어 열이 전달된다. 스위칭 소자(11)의 상부에는 절연성 접착제(27)에 의해 제어용 소자(13)가 부착되어 있다. 절연성 접착제(27)는 스위칭 소자(11)와 제어용 소자(13)간에 서로 영향을 주지않도록 하는 역할을 포함한다. 절연성 접착제(27)는 스위칭 소자(11)와 접촉되는 제어용 소자(13)의 밑부분이 그라운드 단자의 역할을 하기 때문에 스위칭 소자(11)와 단락되는 것을 방지한다.3 and 4, in the multi-chip package 10 having the chip-on-chip structure according to the present invention, the control element 13 and the switching element 11 manufactured in the wafer assembly process may include the lead frame pad 16. Is attached vertically by a conductive adhesive 25. In order to transfer heat generated from the switching element 11 to the lead frame 15 to dissipate heat, the switching element 11 and the lead frame pad 16 are attached by the conductive adhesive 25 to transfer heat. The control element 13 is attached to the upper part of the switching element 11 by the insulating adhesive 27. The insulating adhesive 27 includes a role of preventing the switching element 11 and the control element 13 from affecting each other. The insulating adhesive 27 prevents a short circuit from the switching element 11 because the bottom of the control element 13 in contact with the switching element 11 serves as a ground terminal.
스위칭 소자(11)의 상면에 형성되는 본딩 패드(12)는 리드 프레임(15)의 내부 리드(17)와 금속선(19)에 의해 전기적으로 연결되어 있다. 제어용 소자(13)는 스위칭 소자(11)와 금선(19)으로 연결되어 제어된다. 스위칭 소자(11)로부터의 전기적 신호들은 이 내부 리드(17)을 거쳐, 내부 리드(17)과 일체형으로 형성되어 외부로 노출되는 외부 리드(18)를 통하여 외부 실장 수단으로 전달된다. 이때, 금속선(19)은 전기 전도성이 우수한 금선이 사용될 수 있으며, 와이어 본딩의 온도는 칩 크랙을 방지하기 위해 300℃미만에서 해 준다. 300℃이상으로 와이어 본딩을 할 경우에 절연성 접착제로 사용되는 에폭시계 접착제가 열화되어 절연 내압을 견디지 못하게 됨으로 칩 부분이 번트(burnt)될 수 있기 때문이다. 스위칭 소자(11)와 제어용 소자(13)의 전기적 동작을 외부 환경으로부터 보호하기 위하여 에폭시 성형 수지(21)등으로 봉지되어 있다.The bonding pad 12 formed on the upper surface of the switching element 11 is electrically connected to the inner lead 17 of the lead frame 15 by the metal wire 19. The control element 13 is controlled by being connected to the switching element 11 and the gold wire 19. Electrical signals from the switching element 11 are transmitted to the external mounting means via the internal lead 17 and through the external lead 18 which is formed integrally with the internal lead 17 and exposed to the outside. In this case, the metal wire 19 may be a gold wire having excellent electrical conductivity, and the temperature of the wire bonding is lower than 300 ° C. to prevent chip cracking. This is because when the wire bonding is performed at 300 ° C. or higher, the epoxy-based adhesive used as the insulating adhesive may deteriorate to withstand the dielectric breakdown voltage, and thus the chip may be burnt. In order to protect the electrical operation of the switching element 11 and the control element 13 from an external environment, it is sealed with the epoxy molding resin 21 or the like.
스위칭 소자로 사용되는 것은 도 5에서와 같은 구조의 MOSFET(23)가 사용될 수 있으며, 이 MOSFET(23)는 게이트 전압으로 +전압을 인가하면 P층이 N층으로 반전하고, 전자가 소오스, 상부 N+, P층이 반전한 N층, 및 N-층을 지나 드레인으로 흐르게 되는 것으로, 게이트 전압에 의해 드레인과 소오스간을 온/오프하는 소자이다.As the switching element, a MOSFET 23 having a structure as shown in FIG. 5 may be used. When the MOSFET 23 is applied with a + voltage as a gate voltage, the P layer is inverted to the N layer, and the electrons are sourced or topped. The N + and P layers are inverted and flow through the N-layer and the N-layer to the drain. The device turns on / off the drain and the source by the gate voltage.
리드 프레임(15)은 구리 및 구리 합금 등에 니켈과 은으로 도금된 것이 사용될 수 있다. 그리고, 절연성 접착제(13)로는 절연성의 에폭시계 수지가 사용될 수 있으며, 전도성 접착제(25)로는 납/주석/은 또는 납/주석의 솔더가 사용될 수 있다.The lead frame 15 may be plated with nickel and silver, such as copper and a copper alloy. In addition, an insulating epoxy resin may be used as the insulating adhesive 13, and a solder of lead / tin / silver or lead / tin may be used as the conductive adhesive 25.
이상과 같은 본 발명에 의한 칩 온 칩 구조를 갖는 멀티 칩 패키지는 반도체 소자가 수직으로 적층되기 때문에 외부 기판에 실장될 때 패키지가 점유하는 실장면적이 감소될 수 있다. 그리고, 통상적으로 고온 절연 내압(800V/70℃이상)의 보증은 절연성 접착제만으로는 어렵지만, MOSFET표면에는 내압이 흐르지 않으므로 고온 절연 내압의 확보가 가능하다.In the multi-chip package having the chip-on-chip structure according to the present invention as described above, since the semiconductor elements are stacked vertically, the mounting area occupied by the package when mounted on an external substrate may be reduced. In general, it is difficult to guarantee the high temperature insulation breakdown voltage (800 V / 70 ° C. or higher) only with an insulating adhesive, but since the breakdown voltage does not flow through the surface of the MOSFET, it is possible to secure the high temperature insulation breakdown voltage.
따라서 본 발명에 의한 칩 온 칩 구조를 갖는 멀티 칩 패키지 구조에 따르면, 제어용 소자와 스위칭 소자가 칩 온 칩 구조를 갖도록 함으로써 패키지 실장에 소요되는 실장 영역을 약 30%이상 감소시킬 수 있으며, 원자재의 원가를 절감시킬 수 있을뿐만 아니라 고온 절연 내압을 확보할 수 있는 이점(利點)이 있다.Therefore, according to the multi-chip package structure having the chip-on-chip structure according to the present invention, the control element and the switching element having a chip-on-chip structure can reduce the mounting area required for package mounting by about 30% or more, In addition to reducing costs, there is an advantage in ensuring the high temperature insulation withstand voltage.
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1997
- 1997-06-30 KR KR1019970029718A patent/KR19990005520A/en not_active Application Discontinuation
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