KR19990032607A - 에어-캐버티 플라스틱 패키지와 그 제조 방법 - Google Patents

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이종명
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윤종용
삼성전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 반도체 칩 패키지 패키지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 칩을 에어-캐버티(air-cavity;공기동공)에 위치하도록 봉지한 구조의 에어-캐버티 플라스틱 패키지와 그 제조 방법에 관한 것으로, 집적회로가 형성되어 있는 반도체 칩, 그 반도체 칩이 실장되는 영역과 그 반도체 칩으로부터 전기적으로 연결되며 소정의 간격을 갖도록 배열되어 있는 리드를 갖는 리드 프레임, 리드의 내측 말단으로부터 소정의 거리에 리드를 내재하도록 하여 에폭시계 성형 수지로 형성된 측벽, 측벽의 상단과 하단에 부착되는 상부 덮개와 하부 덮개를 포함하는 것을 특징으로 하며, 기존 패키지와 비교하여 두께를 동등 수준 또는 그 이하로 가져갈 수 있고 제조 원가를 절감시키며 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

에어-캐버티 플라스틱 패키지와 그 제조 방법
본 발명은 반도체 칩 패키지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 칩을 에어-캐버티(air-cavity;공기동공)에 위치하도록 봉지한 구조의 에어-캐버티 플라스틱 패키지와 그 제조 방법에 관한 것이다.
에어-캐버티 패키지 기술은 주로 고가의 세라믹 패키지로 상용화되어 있다. 이 기술은 반도체 칩의 표면에 응력이나 유전 간섭을 주지 않기 때문에 고주파 소자에 적절한 기법이다.
이와 같은 구조를 갖는 기존의 세라믹 패키지는 고가의 패키지 제조 비용이 필요하였으나, 최근에는 동일한 구조를 갖고 있으면서 플라스틱 패키지를 응용하여 제조 비용을 절감시킨 에어-캐버티 플라스틱 패키지가 개발되어 있는 실정이다. 이 패키지는 최근 위성 방송, 위성 통신 등 무선 통신 기술의 상업적 수요가 급격히 확산됨에 따라 이의 핵심 부품인 갈륨비소 단일칩 고주파 집적회로(MMIC)를 저렴한 가격으로 상업화해야 한다는 요구가 높아지면서 주목받기 시작했다. 다음에 소개하는 에어-캐버티 플라스틱 패키지는 최근 시티아이(CTI)사가 개발한 패키지이다.
도 1은 종래 기술에 의한 에어-캐버티 플라스틱 패키지의 일 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하여 그 구조를 설명하기로 한다. 종래의 에어-캐버티 플라스틱 패키지(30)는 열전도성이 우수한 금속 재질로서 다이패드 역할을 하는 베이스 금속판(32) 상부에 반도체 칩(31)이 실장되고, 베이스 금속판(32) 가장자리의 상부에 절연성 접착제(34)로 부착되어 있는 리드(33)와 실장된 반도체 칩(31)이 전기적으로 연결된 상태에서 일반적인 플라스틱 패키지와 달리 세라믹 패키지처럼 리드 프레임의 리드(33) 상부에 플라스틱 재질의 덮개(37)를 에폭시(36)를 사용하여 부착하여 내부 공간(38;이하 "에어-캐버티"라 한다)을 봉지함으로써 반도체 칩(31)과 리드(33)간의 전기적인 연결부가 에어-캐버티(38)에 위치하는 구조이다.
이와 같은 구조의 에어-캐버티 플라스틱 패키지는 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.
첫째, 반도체 칩의 실장을 위한 베이스 금속판이 필요하기 때문에 패키지 두께가 기존의 플라스틱 패키지에 비해 두껍다. 그리고, 덮개와 리드 프레임간의 봉합 부분에 의해 전체적인 패키지의 높이가 증가하고 편차가 심하다.
둘째, 반도체 칩 실장을 위하여 리드 프레임의 다이패드 역할을 하는 패키지 베이스 금속판이 별도로 필요하기 때문에 제조 원가가 상승되며, 이 베이스 금속판을 성형하는 추가적인 공정이 필요하여 전체적인 공정수는 증가된다.
셋째, 덮개와 베이스 금속판이 리드 돌출부분에서 봉합처리되기 때문에 이 부분이 습기 침투의 주 경로가 되어 패키지 신뢰성이 저하된다.
넷째, 전하결합소자(Charge Coupled Device;CCD)등 패키지 상면이 유리 봉지되어야 하는 패키지에는 그 적용이 불가능하다.
다섯째, 봉합되면서 외부 리드쪽에 플래쉬(flash)가 발생하여 외부 리드의 도금 불량을 유발시킬 수 있는 위험성이 내포되어 있다.
따라서 본 발명의 목적은 상기한 문제점들을 개선하기 위한 것으로서, 패키지의 두께를 줄임과 동시에 신뢰성 향상과 생산 비용 감소를 실현할 수 있는 에어-캐버티 플라스틱 패키지와 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 에어-캐버티(air-cavity) 플라스틱 패키지의 일 실시예를 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명에 의한 에어-캐버티 플라스틱 패키지의 일 실시예를 나타낸 단면도,
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 의한 에어-캐버티 플라스틱 패키지의 제조 공정도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 ; 에어-캐버티 플라스틱 패키지
11 ; 반도체 칩 12 ; 다이패드
13 ; 리드 15 ; 도전성 금속선
16 ; 접착제 17 ; 측벽
18 ; 상부 덮개 19 ; 하부 덮개
20 ; 내부 공간
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 에어-캐버티 플라스틱 패키지는 집적회로가 형성되어 있는 반도체 칩, 그 반도체 칩이 실장되는 영역과 소정의 간격으로 배열되어 반도체 칩과 전기적인 연결을 이루는 리드를 갖는 리드 프레임, 리드의 내측 말단으로부터 소정의 거리에서 리드가 내재되도록 하여 에폭시계 성형 수지로 형성된 측벽, 및 그 측벽의 상단과 하단에 부착되는 상부 덮개와 하부 덮개를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 에어-캐버티 플라스틱 패키지 제조 방법은 집적회로가 형성된 반도체 칩을 리드 프레임에 실장하는 칩 실장 단계; 실장된 반도체 칩과 리드 프레임의 리드를 전기적으로 연결하는 와이어 본딩 단계; 리드의 와이어 본딩부분 외측에 리드를 중심으로 상하로 그 리드가 내재되도록 소정의 에폭시계 성형 수지로 측벽을 형성시키는 월-몰딩(wall-molding) 단계; 양측의 측벽 상단면과 하단면에 접착제를 도포하는 접착제 도포 단계; 상부 덮개와 하부 덮개를 측벽에 부착하여 내부 공간을 밀폐시키는 봉지 단계; 및 측벽 외측으로 돌출된 리드를 소정의 형태로 절곡 성형하는 리드 성형 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 에어-캐버티 플라스틱 패키지와 그 제조 방법을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명에 의한 에어-캐버티 플라스틱 패키지의 일 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 에어-캐버티 플라스틱 패키지(10)는 리드 프레임의 다이패드(12)에 반도체 칩(11)이 실장되어 측벽(17)으로 둘러쌓인 상태에서 상부와 하부가 상부 덮개(18)와 하부 덮개(19)로 봉지되어 내부에 에어-캐버티(20)가 형성되어 있는 구조이다. 여기에 사용된 리드 프레임은 일반적으로 많이 사용되고 있는 구조의 것으로서, 중앙부에 반도체 칩(11) 실장을 위한 다이패드(12)가 형성되어 있고, 그 외측에 소정의 거리로 이격되어 리드(13)가 배열되어 있는 형태이다.
반도체 칩(11)과 리드(13)는 금선과 같은 전도성 금속선(15)에 의한 와이어 본딩(wire bonding)에 의해 전기적으로 연결되어 있다. 리드(13)의 전도성 금속선 접합부 외측에는 리드(13)를 중심으로 상하로 리드(13)를 내재하도록 하여 일체형의 측벽(17)이 형성되어 있다. 이 측벽(17)은 에폭시계 성형 수지 재질이다. 측벽(17)의 상단은 전도성 금속선(15)의 위치보다 높은 위치에 있으며, 측벽(17)의 하단은 다이패드(12) 밑면의 위치보다 아래쪽에 위치하고 있다. 측벽(17) 상단에는 상부 덮개(18)가 수지 성분의 접착제(16)에 의해 부착되어 있다. 다이패드(12)에 실장된 반도체 칩(11)은 에어-캐버티(20) 내에서 상부 덮개(18)와 하부 덮개(19)로부터 소정의 거리로 떨어져 있는 상태가 된다. 그리고, 측벽(17)의 외측으로 돌출된 리드 부분은 실장에 적합한 형태로 절곡되어 있다.
이와 같은 구조의 에어-캐버티 플라스틱 패키지는 봉합 부분이 패키지 측면부 중앙의 리드가 돌출된 부분이 아닌 측면 상단과 하단이 되기 때문에 종래보다 습기에 대하여 강하다. 그리고, 종래와 같이 별도로 제작된 베이스 금속판을 이용하지 않고 다이패드를 갖는 일반적인 리드 프레임을 사용할 수 있어 생산원가 측면이나 공정수 측면에서 우수하다. 또한, 상부 덮개가 측벽과 일체형이 아니기 때문에 유리 봉지되어야 하는 전하결합소자에도 그 적용이 가능하다.
특히, 미리 제조된 덮개를 사용하지 않고 반도체 칩이 실장된 리드 프레임에 직접 몰딩을 실시하여 측벽을 형성하고 그 상부에 상부 덮개와 하부 덮개를 봉지하여 반도체 칩이 실장되는 다이패드를 에어-캐버티 내에 위치하도록 할 수 있기 때문에 종래의 패키지보다 두께가 감소된다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 의한 에어-캐버티 플라스틱 패키지의 제조 공정도이다.
제 1단계로 도 3a에 도시된 바와 같이 리드 프레임에 반도체 칩을 실장한다. 여기에서 사용된 리드 프레임은 일반적인 패키지 제조에 사용되는 리드 프레임이 사용될 수 있다.
제 2단계로 반도체 칩(11)과 리드(13)의 내측 말단의 상면을 금선과 같은 전도성 금속선(15)으로 접합시켜 전기적으로 연결시킨다.
제 3단계로 도 3b에 도시된 바와 같이 리드(13)를 중심으로 상하로 리드가 내재되도록 측벽(17)을 형성시키는 월-몰딩 단계를 진행시킨다. 측벽(17)의 상단은 도전성 금속선(15)의 가장 높은 곳 보다 높은 위치에 있도록 하고, 측벽(17)의 하단은 다이패드(12) 밑면의 위치보다 아래쪽에 위치하도록 하여 측벽(17)을 형성한다.
제 4단계로 도 3c에 도시된 바와 같이 측벽 상단면과 하단면에 접착제(16)를 도포한다. 접착제(16)로 사용되는 재료는 일반적으로 반도체 조립 공정에 사용되는 수지 성분의 접착제가 사용될 수 있으며, 저가의 열가소성 수지를 사용하면 생산원가 측면에서 유리하다.
제 5단계로, 도 3d에 도시된 바와 같이 상부 덮개(18)와 하부 덮개(19)를 측벽(17)에 부착하여 봉지한다. 측벽(17)의 말단부에 도포되어 있는 접착제(16)와 상부 덮개(18) 및 하부 덮개(19)를 부착시킨다. 상부 덮개(18)와 하부 덮개(19)가 부착되어 다이패드(12)에 실장된 반도체 칩(11)은 에어-캐버티(20)에 상부 덮개(18)와 하부 덮개(19)로부터 소정의 거리로 이격되어 있는 상태가 된다.
제 6단계로 측벽(17)으로부터 돌출된 부분의 리드(13)를 실장에 적합한 형태로 절곡시키면 도 2와 같은 에어-캐버티 플라스틱 패키지가 완성된다.
본 발명에 의한 에어-캐버티 플라스틱 패키지는 상기 소개한 실시예에 국한되지 않고 리드 온 칩(LOC;Lead On Chip) 패키지등 본 발명의 중심 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형 실시가 가능하다.
이상과 같은 본 발명에 의한 에어-캐버티 플라스틱 패키지와 그 제조 방법에 따르면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 베이스 금속판을 사용하지 않고 다이패드가 에어-캐버티에 위치하기 때문에 기존 패키지와 비교하여 두께를 동등 수준 또는 그 이하로 가져갈 수 있다.
둘째, 별도의 베이스 금속판을 사용하지 않고 기존의 리드 프레임을 사용할 수 있기 때문에 추가적인 공정과 그에 따른 설비가 필요없게 되어 제조 원가를 절감시킬 수 있다.
셋째, 접착제가 사용된 봉합부가 패키지 측면 중앙부의 리드가 돌출된 부분이 아닌 측면 상단과 하단에 형성됨으로 기존의 에어-캐버티 플라스틱 패키지에 비해 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.
넷째, 전하 결합 소자 등과 같이 상부면에 유리 봉지되어야 하는 패키지 에 적용될 수 있는 등 융통성 있는 제품의 적용이 가능하다.
다섯째, 상부 덮개와 하부 덮개의 부착에 사용되는 접착제로 저가의 열가소성 수지등을 사용할 수 있어서 원가 절감 및 측벽과의 접착력을 증가시킬 수 있다.

Claims (7)

  1. 집적회로가 형성되어 있는 반도체 칩;
    상기 반도체 칩이 실장되는 영역과, 소정의 간격으로 배열되어 상기 반도체 칩과 전기적인 연결을 이루는 리드를 갖는 리드 프레임;
    상기 리드의 내측 말단으로부터 소정의 거리에서 상기 리드가 내재되도록 하여 에폭시계 성형 수지로 형성된 측벽; 및
    에어-캐버티가 형성되도록 상기 측벽의 상단과 하단에 소정의 접착제로 부착되는 상부 덮개와 하부 덮개;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어-캐버티 플라스틱 패키지.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 상부 덮개가 유리 재질인 것을 특징으로 하는 에어-캐버티 플라스틱 패키지.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 플라스틱 패키지는 전하 결합 소자인 것을 특징으로 하는 에어-캐버티 플라스틱 패키지.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 리드 프레임은 마주보는 리드들의 내측단 사이에 반도체 칩이 탑재되는 다이패드가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 에어-캐버티 플라스틱 패키지.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 반도체 칩과 상기 리드의 전기적 연결이 전도성 금속선으로 접합시키는 와이어 본딩이며, 리드측의 접합 부분의 외측에 상기 측벽이 형성되는 것을 특징으로 하는 에어-캐버티 플라스틱 패키지.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 상부 덮개와 하부 덮개를 부착시키는 접착제가 열가소성 수지인 것을 특징으로 하는 에어-캐버티 플라스틱 패키지.
  7. 집적회로가 형성된 반도체 칩을 리드 프레임에 실장하는 칩 실장 단계; 실장된 반도체 칩과 리드 프레임의 리드를 전기적으로 연결하는 와이어 본딩 단계; 리드의 와이어 본딩부분 외측에 리드를 중심으로 상하로 그 리드가 내재되도록 소정의 에폭시계 성형 수지로 측벽을 형성시키는 월 몰딩 단계; 양측의 측벽 상단면과 하단면에 소정의 접착제를 도포하는 접착제 도포 단계; 상부 덮개와 하부 덮개를 측벽에 부착하여 내부 공간을 밀폐시키는 봉지 단계; 및 측벽 외측으로 돌출된 리드를 소정의 형태로 절곡 성형하는 리드 성형 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어-캐버티 플라스틱 패키지 제조 방법.
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