KR19990016571A - 고방열 리드 온 칩 패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 집적회로가 형성된 면을 갖고 있으며 그 면에 전기적 연결을 위한 본딩 패드가 중앙부에 배열되도록 형성된 반도체 칩, 반도체 칩과 전기적으로 연결되는 내부리드와 그 내부리드와 일체형으로 형성되어 외부 접속 단자의 역할을 하는 외부 리드를 갖는 리드 프레임, 일면의 소정 부분이 내부 리드에 부착되고 반대쪽 면의 소정 부분이 반도체 칩의 활성면에 부착된 열전도성의 히트 스프레더(heat spreader), 반도체 칩의 본딩 패드와 내부 리드를 전기적으로 연결해주는 본딩 와이어, 및 외부 환경으로부터 반도체 칩을 보호하는 봉지 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 고방열 리드 온 칩(Lead On Chip;LOC) 패키지와 그 제조 방법을 제공함으로써, 일반적인 LOC 패키지용 리드 프레임을 이용하여 열방출 능력이 우수한 패키지를 종래의 제조 공정을 이용하여 쉽게 제작할 수 있기 때문에, 동작에 있어서의 단기적이나 장기적으로 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 내부 리드의 굴곡을 통하여 외부 리드가 패키지의 측면으로 돌출되지 않고 하부로 돌출되도록 함으로써 패키지의 실장 면적을 감소시킬 수 있으며, 히트 스프레더를 공통 접지 수단으로 이용할 수 있기 때문에 전기적 특성이 좋아지는 효과가 있다.

Description

고방열 리드 온 칩 패키지

본 발명은 리드 온 칩(Lead On Chip;LOC) 패키지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 칩의 전기적 동작으로 발생되는 열을 방열시키기 위한 LOC 패키지의 구조에 관한 것이다.

동일한 기능을 하는 반도체 칩의 크기가 감소되어 반도체 칩 패키지에서 반도체 칩이 차지하는 면적이 증가되고 있다. 즉, 반도체 칩 패키지의 크기가 작아지고 있는 것이다. 이러한 추세에 부응하여 개발된 형태의 패키지가 LOC 패키지이다. LOC 패키지는 일반적인 반도체 칩 패키지와는 달리 리드 프레임 패드가 아닌 내부 리드에 반도체 칩이 부착되기 때문에 패키지 크기 감소에 효과적이다.

도 1은 종래 기술에 의한 LOC 패키지의 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 종래의 LOC 패키지(70)는 반도체 칩(71)이 리드 프레임(73)의 내부 리드(74) 상면에 접착 테이프(75)로 부착된 상태에서 내부 리드(74)와 반도체 칩(71)이 본딩 와이어(76)로 선연결되어 에폭시 성형 수지(Epoxy Molding Compound;77)로 봉지된 구조를 갖고 있다. 물론, 에폭시 성형 수지의 외측으로 노출된 외부 리드(75)는 실장 형태에 적합하도록 굴곡된다.

그런데 일반적인 반도체 칩 패키지가 열특성을 향상시키기 위하여 리드 프레임 패드를 이용하여 열발산을 하는 여러 방법들을 적용하고 있으나, 위에서 살펴본 바와 같은 LOC 패키지는 리드 프레임 패드를 갖고 있지 않기 때문에 효과적으로 열발산을 할 수 없다. 단지 반도체 칩의 동작으로 발생된 열이 금선을 통하여 반도체 칩으로부터 내부 리드에 전달되고 다시 외부 리드를 거쳐 외부로 방출될 뿐이다. 그렇기 때문에 반도체 칩 패키지의 내부에는 열이 잔존하게 된다. 반도체 칩 패키지의 내부에 잔존하게 되는 열은 반도체 칩의 집적회로에 손상을 가져오거나 접합 계면에서의 크랙의 발생을 유발시킬 수 있는 요인이 된다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같이 LOC 패키지에서 반도체 칩으로부터 발생된 열로 인한 손상이나 수명 단축 등을 방지할 수 있는 고방열 LOC 패키지를 제공하는 데 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 리드 온 칩(Lead On Chip;LOC) 패키지의 단면도

도 2는 본 발명에 의한 고방열 LOC 패키지의 일 실시예를 나타낸 단면도,

도 3은 본 발명에 의한 고방열 LOC 패키지에 사용되는 히트 스프레더의 일 실시예를 나타낸 사시도,

도 4는 본 발명에 의한 고방열 LOC 패키지에 사용되는 히트 스프레더의 다른 실시예를 나타낸 사시도,

도 5와 도 6은 본 발명에 의한 고방열 LOC 패키지의 다른 실시예들을 나타낸 단면도,

도 7내지 도 11은 본 발명에 의한 고방열 LOC 패키지의 제조 공정도,

도 12 내지 15는 본 발명에 의한 고방열 LOC 패키지의 다른 실시예의 제조 공정도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : LOC 패키지 11 : 반도체 칩

12 : 본딩 패드 15 : 리드 프레임

16 : 내부 리드 17 : 외부 리드

18 : 본딩 와이어 19 : 에폭시 성형 수지

21 : 히트 스프레더(Heat Spreader)

22,23 : 열전도성 접착제

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고방열 LOC 패키지는 내부 리드와 반도체 칩의 사이에 히트 스프레더(heat spreader)가 삽입되어 있는 형태이다. 그리고, 적용되는 반도체 칩은 집적회로가 형성된 활성면의 중앙부에 전기적 연결을 위한 복수의 본딩 패드가 배열된 것이다. 리드 프레임은 LOC 패키지용으로 내부 리드와 그와 일체형으로 형성된 외부 리드를 포함하고 있으며, 내부 리드들은 복수의 열로 배열되어 그 내부 리드들의 끝단이 서로 대향한다. 반도체 칩의 활성면에 접착 수단으로 일면의 소정 부분이, 그리고 내부 리드에 반대면의 소정 부분에 접착 수단으로 열전도성 재질의 히트 스프레더가 부착된다. 반도체 칩의 본딩 패드와 내부 리드는 본딩 와이어에 의해 전기적으로 연결된다. 반도체 칩, 본딩 패드, 와이어 및 와이어의 접합부분은 에폭시계 성형 수지 재질의 봉지 수지로써 봉지되어 외부 환경으로부터 보호된다.

또한 본 발명에 따른 고방열 LOC 패키지 제조 방법은 LOC 패키지용 리드 프레임의 내부 리드를 굴곡시키는 단계, 내부 리드의 하면에 접착 수단으로 히트 스프레더를 부착시키는 단계, 끝단이 소정의 거리로 이격되어 마주보는 내부 리드의 사이에 본딩 패드가 위치하도록 하여 반도체 칩의 활성면에 히트 스프레더를 접착수단을 사용하여 부착시키는 단계, 내부 리드와 본딩 패드를 전기적으로 연결시키는 단계, 반도체 칩의 활성면과 본딩 와이어의 접합 부분을 봉지시키는 단계, 및 외부 리드를 절단/굴곡 성형시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 고방열 LOC 패키지를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명에 의한 고방열 LOC 패키지의 일 실시예를 나타낸 단면도,

도 3은 본 발명에 의한 고방열 LOC 패키지에 사용되는 히트 스프레더의 일 실시예를 나타낸 사시도,

도 4는 본 발명에 의한 고방열 LOC 패키지에 사용되는 히트 스프레더의 다른 실시예를 나타낸 사시도,

도 5와 도 6은 본 발명에 의한 고방열 LOC 패키지의 다른 실시예들을 나타낸 단면도이다.

통상적인 반도체 칩 패키지의 본딩 패드가 집적회로가 형성된 활성면의 가장자리에 배열된 에찌 패드(edge pad)형인 반도체 칩을 이용하고 있는 반면 본 발명에 의한 고방열 LOC 패키지(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 활성면의 중앙에 본딩 패드(12)가 배열된 센터 패드(center pad)형인 반도체 칩(11)을 이용한다.

그리고, 리드 프레임(15)은 내부 리드(16)와 그와 일체형으로 형성된 외부 리드(17)를 포함하며 반도체 칩의 부착을 위한 리드 프레임 패드를 갖지 않는 일반적인 LOC 패키지용이다. 내부 리드(16)들은 2개의 열을 이루고 있으며, 그 내부 리드(17)들의 끝단은 서로 대향하도록 하여 소정의 거리로 이격되어 있다.

열전도 수단으로서 사용되는 히트 스프레더(21)가 반도체 칩(11)과 내부 리드(16) 사이에 위치하도록 하여 반도체 칩(11)이 리드 프레임(21)에 실장되어 있다. 즉, 반도체 칩(11)의 활성면과 히트 스프레드(21)의 상면은 접착 수단(22)으로 접합되어 있고, 그 히트 스프레드(21)의 하면은 내부 리드(15)의 상면과 접착 수단(23)으로 접합되어 있다. 여기서 히트 스프레더(21)는 구리나 알루미늄과 같이 전기 전도성이면서 열전도성인 재질이 사용될 수 있다. 그리고, 히트 스프레더(21)와 반도체 칩(11)의 접합에 사용되는 접착 수단(22)은 반도체 칩(11)의 접합면이 집적회로가 형성되어 있는 활성면의 손상을 방지하기 위하여 전기적으로 비전도성이고, 반도체 칩(11)으로부터 발생된 열을 히트 스프레더(21)로 전달하기 위해 열전도성이다. 또한, 히트 스프레더(21)와 내부 리드(16)와의 접합에 사용되는 접착 수단(23)의 재질도 동일하다. 접착 수단(23)으로서 바람직한 것은 양면 접착 테이프이다.

반도체 칩(11)의 본딩 패드(12)와 내부 리드(16)는 본딩 와이어(18)에 의해 전기적으로 연결되어 있다. 반도체 칩(11)과 내부 리드(16)에 각각 접합에 전기적으로 비전도성인 재질이 사용되므로 히트 스프레더(11)가 내부 리드(16)와 반도체 칩(11)으로부터 절연 상태가 되어 필요에 따라서 히트 스프레더(2)에 접지 본딩을 실시하여 효과적으로 전기적인 특성을 향상시킬 수 있다. 즉, 히트 스프레더(21)의 접착 수단(23)이 도포되지 않는 부분과 접지 단자에 해당되는 본딩 패드(12)를 와이어 본딩하고 내부 리드(16)와 다시 와이어 본딩하여 히트 스프레더(21)를 공통 접지 수단으로 사용할 수 있다.

반도체 칩(11), 본딩 패드(12), 본딩 와이어(18) 및 와이어의 접합부분을 보호하기 위해 에폭시계 성형 수지 재질의 봉지 수지(19)로 봉지되어 있다. 이때, 히트 스프레더(21)의 측면은 외부로 노출된다.

외부 리드(17)는 내부 리드(16)의 굴곡에 의해 봉지 수지(19)의 하방향으로 돌출되어 있다. 그리고, 외부 리드(17)의 말단부는 최종적으로 외부 실장 수단에 실장에 용이하도록 절단/굴곡 성형되어 있다. 특히, 외부 리드(17)의 끝단은 실장면적을 감소시키기 위해 봉지 수지(19)의 외측면과 동일선상에 있거나 내측에 있치하고 있다. 또한, 외부 리드(17)의 하면은 봉지공정의 안정적 진행을 위하여 본딩 와이어 루프보다 반도체 칩(11)의 활성면으로부터 거리가 멀도록 되어 있다.

히트 스프레더(23)는 반도체 칩(11)으로부터 발생된 열을 전달받아 분산 및 외부로 발산한다. 또한, 반도체 칩(11)에서 발생된 열을 내부 리드(16)에 전달한다. 내부 리드(16)에 전달된 열은 외부 리드(17)로 다시 전달되어 발산된다. 히트 스프레더(21)는 반도체 칩(11)으로부터 발생된 열을 분산과 발산을 통하여 열응력이 패키지 내에 집중되는 것을 방지하여 패키지 내부에 잔존하는 열로 인하여 패키지 내의 반도체 칩(11)이 손상을 받거나 접합 계면에서의 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 의한 고방열 LOC 패키지에서는 도 3에 도시된 바와 같이 복수의 히트 스프레더(21)가 내부 리드(16)의 배열된 열에 각각 부착되는 분리형이지만 도 4에서와 같이 반도체 칩(11)의 본딩 패드(12)에 대응되는 위치에 개구부(42)가 형성된 하나의 판형태를 갖는 히트 스프레드(41)의 사용도 가능하다.

이러한 구조의 본 발명에 의한 고방열 LOC 패키지는 위에 실시예로 소개한 것에 국한되지 않고 여러 형태로 변형 실시가 가능하다. 예를 들어, 열방출의 효과를 더욱 크게 하기 위하여 도 5에서와 같이 반도체 칩(11)의 활성면의 반대쪽 면이 외부로 노출되어 있는 형태로 변형 실시가 가능하다. 또한, 도 6에서와 같이 반도체 칩(11)의 하면뿐만 아니라 측면까지 노출시키는 것도 가능하다.

위에 일 실시예로서 설명한 고방열 LOC 패키지는 다음과 같이 제조될 수 있다.

도 7내지 도 11은 본 발명에 의한 고방열 LOC 패키지의 제조 공정도이다.

도 7내지 도 11을 참조하여 본 발명에 의한 LOC 패키지의 제조 방법을 설명하면, 먼저 도 7에 도시된 바와 같이 LOC 패키지용의 리드 프레임(15)의 내부 리드(16)를 굴곡시킨다. 기계적 힘을 가하여 내부 리드(16)를 굴곡 성형하는 펀칭법을 적용하여 일반적인 LOC 패키지용의 리드 프레임과는 달리 내부 리드(15)가 상방향으로 굴곡된 형태가 되도록 한다. 그리고, 히트 스프레더(21)를 전기적으로 비전도성이며 열전도성인 재질의 접착 수단(23)을 사용하여 내부 리드(16)의 하면에 부착시킨다. 이때 히트 스프레더(21)의 내측 말단 상면에는 접착 수단(23)이 도포되지 않도록 한다.

그리고, 도 8에서와 같이 열전도성 접착 수단(22)을 사용하여 본딩 패드(12)가 마주보는 내부 리드(16)의 끝단의 사이에 위치하도록 하여 반도체 칩(11)을 히트 스프레더(21)의 하면에 부착시킨다.

반도체 칩 실장이 완료되면 도 9에서와 같이 본딩 패드(12)와 내부 리드(16)를 금선과 같은 본딩 와이어(18)로 와이어 본딩시킨다. 이때 접지 단자에 해당하는 본딩 패드와 히트 스프레드가 와이어 본딩되고 그 히트 스트레드와 내부 리드가 와이어 본딩된다.

와이어 본딩이 완료되면 도 10에서와 같이 반도체 칩(11)의 활성면 상부와 본딩 패드(12), 본딩 와이어(18) 및 본딩 와이어의 접합 부분을 봉지 수지(19a)로 봉지시킨다. 그리고, 도 11에서와 같이 반도체 칩(11)의 측면과 하면을 마찬가지로 봉지 수지(19b)로 봉지한다. 그리고나서 외부 리드(17)를 절단하면 도 2에 도시된 바와 같은 고방열 LOC 패키지(10)가 완성된다.

이상과 같은 본 발명에 의한 고방열 LOC 패키지와 그 제조 방법은 내부 리드가 굴곡된 형태뿐만 아니라 일반적인 LOC 패키지용 리드 프레임을 그대로 적용할 수도 있다.

도 12 내지 15는 본 발명에 의한 고방열 LOC 패키지의 다른 실시예의 제조 공정도이다.

도 12에 도시된 바와 같이 일반적이 LOC 패키지용 리드 프레임(35)의 내부 리드(36)에 열전도성 접착 수단(43)으로 히트 스프레더(41)를 부착한 상태에서 도 13에서와 같이 반도체 칩(31)을 히트 스프레더(41)에 부착시킨다. 본딩 패드(32)는 역시 내부 리드(36)들 사이에 위치하게 된다. 반도체 칩(31)은 도 14에서와 같이 본딩 패드(32)와 내부 리드(36)는 본딩 와이어(38)로 와이어 본딩된다. 이때 필요에 따라서 본딩 패드(32)와 히트 스프레더(41)의 상면에 와이어 본딩하고, 다시 히트 스프레더(41)의 상면과 내부 리드(36)의 상면이 와이어 본딩된다. 이것은 히트 스프레더(41)를 공통 접지 단자로 사용하기 위함이다. 와이어 본딩이 완료되면 도 15에서와 같이 봉지 수지(39)로 봉지하고 외부로 돌출되는 외부 리드(37)를 실장에 적합한 형태로 굴곡 성형한다.

이상과 같은 본 발명에 의한 고방열 LOC 패키지와 그 제조 방법에 따르면 일반적인 LOC 패키지용 리드 프레임을 이용하여 열방출 능력이 우수한 패키지를 종래의 제조 공정을 이용하여 쉽게 제작할 수 있기 때문에, 동작에 있어서의 단기적이나 장기적으로 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 내부 리드의 굴곡을 통하여 외부 리드가 패키지의 측면으로 돌출되지 않고 하부로 돌출되도록 함으로써 패키지의 실장 면적을 감소시킬 수 있다. 그리고, 히트 스프레더를 공통 접지 수단으로 이용할 수 있기 때문에 전기적 특성이 좋아지는 이점(利點)이 있다.

Claims (15)

1. 집적회로가 형성된 면을 갖고 있으며 그 면에 전기적 연결을 위한 본딩 패드가 중앙부에 배열되도록 형성된 반도체 칩;

   상기 반도체 칩과 전기적으로 연결되는 내부 리드와 그 내부 리드와 일체형으로 형성되어 외부 접속 단자의 역할을 하는 외부 리드를 갖는 리드 프레임;

   접착 수단에 의해 일면의 소정 부분이 상기 내부 리드에 부착되고 타측면의 소정 부분이 반도체 칩의 활성면에 부착되는 열전도성의 히트 스프레더;

   상기 본딩 패드와 상기 내부 리드를 전기적으로 연결해주는 본딩 와이어; 및

   외부 환경으로부터 상기 반도체 칩을 보호하는 봉지 수지;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 고방열 리드 온 칩(Lead On Chip;LOC) 패키지.
2. 제 1항에 있어서, 상기 히트 스프레더가 외부로 노출된 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 고방열 LOC 패키지.
3. 제 1항에 있어서, 상기 접착 수단은 열전도성이며 전기적으로 비전도성인 것을 특징으로 하는 고방열 LOC 패키지.
4. 제 3항에 있어서, 상기 접착 수단은 양면 접착 테이프인 것을 특징으로 하는 고방열 LOC 패키지.
5. 제 1항에 있어서, 상기 히트 스프레더는 복수 개로 이루어져 상기 내부 리드의 배열된 열에 각각 부착되는 것을 특징으로 하는 고방열 LOC 패키지.
6. 제 1항에 있어서, 상기 히트 스프레더는 상기 본딩 패드에 대응되는 위치에 개구부가 형성된 하나의 판형태를 갖는 것을 특징으로 하는 고방열 LOC 패키지.
7. 제 1항에 있어서, 상기 반도체 칩은 접지 단자가 상기 히트 스프레더와 와이어 본딩되어 공통으로 접지되고 그 히트 스프레더는 접지 단자에 대응되는 내부 리드에 와이어 본딩되는 것을 특징으로 하는 고방열 LOC 패키지.
8. 제 1항에 있어서, 상기 히트 스프레더는 와이어 본딩을 위한 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 고방열 LOC 패키지.
9. 제 1항에 있어서, 상기 반도체 칩은 활성층의 반대면이 외부로 노출되는 것을 특징으로 하는 고방열 LOC 패키지.
10. 제 1항에 있어서, 상기 히트 스프레더는 전기 전도성 금속인 것을 특징으로 하는 고방열 LOC 패키지.
11. 제 10항에 있어서, 상기 히트 스프레더는 재질이 구리인 것을 특징으로 하는 고방열 LOC 패키지.
12. 제 10항에 있어서, 상기 히트 스프레더는 재질이 알루미늄인 것을 특징으로 하는 고방열 LOC 패키지.
13. 제 1항에 있어서, 상기 리드 프레임은 상기 내부 리드가 굴곡되어 상기 외부 리드가 하면으로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 고방열 LOC 패키지.
14. 리드 온 칩 패키지용 리드 프레임의 내부 리드를 굴곡시키는 단계;

    상기 내부 리드의 하면에 접착 수단으로 히트 스프레더를 부착시키는 단계;

    상기 본딩 패드가 상기 내부 리드의 사이에 위치하도록 하여 상기 반도체 칩을 상기 히트 스프레더에 접착 수단으로 부착시키는 단계;

    상기 내부 리드와 상기 본딩 패드를 전기적으로 연결시키는 단계;

    상기 반도체 칩과 상기 본딩 와이어의 접합 부분을 봉지하는 단계; 및

    상기 외부 리드를 절단하고 굴곡시키는 단계;

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고방열 LOC 패키지 제조 방법.
15. 제 14항에 있어서, 상기 반도체 칩의 활성면과 상기 본딩 와이어의 접합 부분을 봉지하는 단계는 상기 반도체 칩의 활성면을 봉지하는 단계와 상기 반도체 칩의 측면과 하면을 봉지하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 고방열 LOC 패키지 제조 방법.