KR20000006973U - 반도체 패키지의 히트싱크 - Google Patents

Abstract

본 고안은 반도체 패키지에서 발생된 열을 외부로 방열하기 위한 히트싱크에 관한 것으로서, 상기 히트싱크의 구조를 개선하여 상기 히트싱크를 패키지 단위 제품에 각각 설치하는 것이 아닌 모듈을 이루는 복수개의 반도체 패키지에서 발생된 열의 외부 방열이 동시에 이루어질 수 있도록 한 것이다.

이를 위해 본 고안은 단일의 인쇄회로기판 상, 하부면에 다수의 반도체 패키지가 실장된 것에 있어서, 상기 인쇄회로기판에는 그 크기에 대응하여 상기 인쇄회로기판의 상, 하부면을 감싸면서 상기 각 반도체 패키지의 표면에 밀착하도록 히트싱크를 구비하여서 된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지용 히트싱크가 제공된다.

Description

반도체 패키지의 히트싱크

본 고안은 반도체 패키지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체칩에서 발생한 열을 반도체 패키지 외부로 효과적으로 방출할 수 있도록 하는 히트싱크에 관한 것이다.

최근 반도체 장치의 고집적화, 메모리 용량의 증가, 신호 처리속도 및 소비 전력의 증가, 다기능화 및 고밀도 실장의 요구 등이 가속화되는 추세에 따라 반도체 패키지의 중요성이 증가되고 있다.

일반적으로, 반도체칩(11)은 반도체 패키지(10)에 밀봉되어 인쇄회로기판(PCB; printed circuit board)(20)에 장착되는데, 이와 같은 반도체 패키지(10)가 다수를 이루면서 상기 인쇄회로기판에 장착됨에 따라 도시한 도 1 과 같이 패키지 모듈(module)을 이루게 된다.

이와 같이 패키지 모듈을 이루는 반도체 패키지(10)는 일반적으로 도시한 도 2 와 같이 반도체칩(11)이 방열용 금속판인 다이패드(12)상에 실장 되어 있고, 본딩 와이어(13)에 의해 반도체칩(11)의 전극 단자인 다이패드(12)와 외부 회로 접속용의 리이드(14)가 접속되어 있으며, 에폭시 몰딩 컴파운드(epoxy moulding compound;이하 EMC 라 칭함)로 형성된 패키지몸체(15)가 상기 반도체칩과 와이어를 감싸 보호하는 구조를 갖는다.

하지만, 상술한 반도체 패키지(10)는 상기 반도체칩이 고집적화, 신호 처리 속도의 고속화 및 고소비 전력화 되어 가는 추세에 따라 많은 열이 발생되며, 따라서 이 열을 효과적으로 외부로 방출하지 않으면 반도체칩(11)이나 패키지몸체(15)에 크랙이 발생하게 된다.

따라서 반도체칩(11)에서 발생하는 열을 효과적으로 방출하여 반도체 패키지(10)의 신뢰성을 향상시키기 위하여, 종래에는 도 3a 및 도 3b 와 같이 별도의 히트싱크(30)를 패키지몸체(15)에 설치하거나 혹은 상기 패키지몸체 내에 있는 반도체칩(11)에 직접 부착하게 되었다.

이와 같은 히트싱크(30)는 일반적으로 Cu, Al 등의 금속 합금이나 세라믹 등의 열 전도성이 우수한 재질로 형성되어 있음에 따라 반도체칩(11)의 동작시 발생되는 열을 원활히 흡수하여 외부로 방열하게 된다.

하지만, 종래 상기와 같은 히트싱크는 전술한 바와 같이 각 반도체 패키지에 개별적으로 직접 장착함에 따라 패키지 공정이 복잡해짐과 함께 상기 히트싱크가 차지하는 면적에 의해 반도체 장치의 실장 밀도가 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 상기 반도체 패키지에 히트싱크를 설치할 수 없는 형태인 QFP(quad flat package)나 PLCC(plastic leaded chip carrier) 등의 반도체 패키지의 경우 패키지몸체를 열전도성이 우수한 세라믹 등의 재질로 형성하여야 한다.

하지만, 이와 같은 세라믹등은 가공성이 좋지 않아 반도체 패키지의 제조공정이 복잡해지며, 제조 단가가 상승하는 문제점이 다시 발생하게 되었다.

본 고안은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 히트싱크의 구조를 개선하여 상기 히트싱크를 패키지 단위 제품에 각각 설치하는 것이 아닌 모듈을 이루는 복수개의 반도체 패키지에서 발생된 열의 외부 방열이 동시에 이루어질 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안의 형태에 따르면, 단일의 인쇄회로기판 상, 하부면에 다수의 반도체 패키지가 실장된 것에 있어서, 상기 인쇄회로기판에는 그 크기에 대응하여 상기 인쇄회로기판의 상, 하부면을 감싸면서 상기 각 반도체 패키지의 표면에 밀착하도록 히트싱크를 구비하여서 된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지용 히트싱크가 제공된다.

도 1 은 종래 일반적인 반도체 패키지 모듈을 구성하는 사시도

도 2 는 종래 반도체 패키지 모듈의 일부를 나타낸 단면도

도 3a, 3b 는 종래 반도체 패키지에 히트싱크가 설치된 형태를 나타낸 단면도

도 4 는 본 고안에 따른 히트싱크의 일 실시예를 나타낸 사시도

도 5a 는 도 4 의 히트싱크가 반도체 패키지 모듈에 장착되는 상태를 나타낸 측면도

도 5b 는 도 4 의 히트싱크가 반도체 패키지 모듈에 장착된 상태를 나타낸 측면도

도 6 은 본 고안에 따른 히트싱크의 다른 실시예를 나타낸 분해사시도

도 7 은 도 5 의 히트싱크가 반도체 패키지 모듈에 설치된 상태를 나타낸 측면도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

210,220. 인쇄회로기판 211. 관통공

221. 체결공 310,320. 히트싱크

311,321. 방열판 312. 간격유지돌기

313. 탄성부재 314. 돌부

322. 볼트 323. 볼트구멍

324. 절곡부

이하, 본 고안의 구성을 일 실시예로 도시한 첨부된 도 4 내지 도 5b 를 참조로 하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4 는 본 고안에 따른 히트싱크의 일 실시예를 나타낸 정면도이고, 도 5a, 5b 는 도 4 의 히트싱크가 반도체 패키지 모듈에 장착되는 모습을 나타낸 측면도로서, 본 고안의 구성 및 작용중 종래의 구성 및 작용과 중복되는 부분은 그 설명을 생략하고, 동일한 구조에 한해서는 종래와 동일한 부호를 부여키로 한다.

본 고안의 일 실시예에 따른 히트싱크(310)는 인쇄회로기판(210)의 상, 하부면을 각각 감싸면서 각 반도체 패키지(10)의 표면에 밀착하는 각 방열판(311)과, 상기 각 방열판을 서로 연결하도록 각 방열판(311)의 일측 끝단에 설치된 연결부와, 상기 각 방열판을 인쇄회로기판(210)에 고정하는 고정 수단으로 구성된다.

이 때, 상기 각 방열판의 서로 대향되는 면에 인쇄회로기판(210)과의 일정한 간격을 유지할 수 있도록 복수개의 간격유지돌기(312)를 각각 형성한다.

또한, 상기 연결부는 탄성력이 강력한 재질로 이루어진 탄성부재(313)로 구성하여 각 방열판(311)이 항상 서로 일정한 간격을 유지한 상태로 오므려 질 수 있도록 하고, 상기 고정수단은 연결부가 설치된 측의 반대측인 각 방열판(311)의 끝단에 서로 대향되도록 형성된 복수개의 돌부(314)와, 인쇄회로기판(210)의 일측 끝단인 상기 각 방열판의 각 돌부(314)와 대응하는 위치에 형성된 관통공(211)으로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 고안 일 실시예에 따른 히트싱크(310)를 인쇄회로기판(210)에 장착하는 과정을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

우선, 상, 하부면에 각 반도체 패키지(10)가 실장된 인쇄회로기판(210)에 히트싱크(310)를 설치하기 위해 사용자가 상기 히트싱크를 구성하는 각 방열판(311)을 서로 벌어지도록 한 상태에서 상기 각 방열판에 형성된 돌부(314)를 인쇄회로기판(210)에 형성된 관통공(211)에 각각 삽입한다.

이 때, 상기 각 방열판은 탄성부재(313)에 의해 탄성적으로 연결되어 있음에 따라 인쇄회로기판(210)의 관통공(211)에 각 방열판(311)의 돌부(314)를 삽입한 후 상기 각 방열판을 벌어지도록 하는 힘을 제거하더라도 상기 각 탄성부재는 그 복원력에 의해 각 방열판(311)을 잡아당기게 되고, 이에 따라 상기 방열판의 각 돌부(314)는 인쇄회로기판(210)의 관통공(211)에 삽입된 상태를 유지하면서 고정된다.

또한, 상기 각 방열판의 내측면에 형성된 간격유지돌기(312)는 전술한 바와 같이 인쇄회로기판(210)의 각 반도체 패키지(10) 표면에 히트싱크(310)가 밀착할 때 상기 히트싱크를 구성하는 탄성부재(313)의 복원력에 의해 과다 밀착이 이루어지는 것을 방지하도록 상기 히트싱크의 각 방열판(311)과 인쇄회로기판(210) 사이 간격이 항상 일정하도록 유지시켜 상기 단품 반도체 패키지가 외부충격으로 인해 파손됨을 방지하는 역할을 행하게 된다.

이와 같이 하여 인쇄회로기판(210)의 각 반도체 패키지(10) 표면에 밀착하게 되는 히트싱크(310)는 상기 각 반도체 패키지의 동작에 따라 발생되는 열을 상기 반도체 패키지몸체(15)를 통해 직접 전달받게 되는데, 이는 히트싱크(310)를 구성하는 각 방열판(311)이 일반적으로 Cu, Al 등의 금속 합금이나 세라믹 등의 열 전도성이 우수한 재질로 이루어져 있음에 따라 가능하며, 이렇게 히트싱크(310)의 각 방열판으로 전달된 열은 상기 각 방열판의 외부 측면을 통해 다시 외부로 방열된다.

이 때, 상기 각 방열판의 외부측면은 요철 형상으로 이루어져 있음에 따라 방열면적이 그만큼 더 늘어나기 때문에 보다 원활한 방열이 이루어질 수 있게 됨은 이해 가능하다.

한편, 도 6 은 본 고안에 따른 히트싱크의 다른 실시예를 나타낸 분해사시도로서, 히트싱크(320)는 인쇄회로기판(220)의 상, 하부면을 감싸면서 각 반도체 패키지(10)의 표면에 밀착하는 각 방열판(321)과, 상기 각 방열판이 상기 각 반도체 패키지의 표면에 밀착할 수 있도록 상기 각 방열판을 서로 체결하는 체결 수단으로 이루어진다.

이 때, 상기 체결 수단은 주로 볼트(322)로써 구성되는데, 이를 위해 상기 각 방열판(321)의 외곽 측에는 볼트구멍(323)을 각각 형성하고, 또한 인쇄회로기판(220) 역시 상기 각 방열판을 체결하는 볼트가 관통될 수 있도록 체결공(221)을 각각 형성한다.

이와 같이 구성된 히트싱크(320)를 인쇄회로기판(220)에 장착하는 과정을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

우선, 상, 하부면에 각 반도체 패키지(10)가 실장된 인쇄회로기판(220)의 상, 하부면에 히트싱크(320)를 구성하는 각 방열판(321)을 각각 위치시킨 후 볼트(322)로써 상기 각 방열판을 인쇄회로기판(220)에 체결한다.

이에 따라 점차적으로 각 방열판(321)의 내측면이 각 반도체 패키지(10)의 표면에 접촉하게 됨과 함께 결국은 상기 각 방열판과 반도체 패키지의 표면은 서로 밀착상태를 이루게 된다.

상기와 같은 과정에서 볼트(322)의 체결이 과도하여 반도체 패키지(10)의 파손이 이루어질 수 있으나 상기 각 방열판의 볼트가 체결되는 부위는 도시한 도 7 과 같이 인쇄회로기판(220)측으로 일부 절곡되어 있음에 따라 상기와 같이 절곡된 각 절곡부(324)는 전술한 일 실시예의 간격유지돌기(312)와 동일한 역할을 행할 수 있으므로 상기 반도체 패키지의 파손이 방지될 수 있음은 가능하다.

또한, 상기와 같이 하여 장착된 히트싱크의 작용 역시 전술한 일 실시예의 히트싱크와 동일함에 따라 그 상세한 설명은 생략한다.

한편, 전술한 일 실시예 및 다른 실시예의 형태로 이루어진 히트싱크(320)는 굳이 상기와 같은 형태의 구성만 있을 수 있는 것이 아니라 다른 형태의 구성으로도 반도체 패키지 모듈을 구성하는 모든 반도체 패키지의 표면을 단일의 히트싱크로서 동시에 방열을 시킬 수 있는 구조라면 어느 형태이든지 상관은 없다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안은 히트싱크를 종래 인쇄회로기판에 구비된 각 반도체 패키지에 개별적으로 구비한 것과는 달리 단일의 히트싱크를 모든 반도체 패키지의 표면과 접촉하도록 하여 방열작용을 행할 수 있도록 함에 따라 패키지 공정이 간편해지게 된 효과가 있다.

또한, 상기 히트싱크는 그 크기의 조절에 따라 모든 형태의 반도체 패키지에 설치할 수 있게 되어 제조 단가가 감소된 효과 역시 있다.

Claims (6)

1. 단일의 인쇄회로기판 상, 하부면에 다수의 반도체 패키지가 실장된 것에 있어서,

   상기 인쇄회로기판에는 그 크기에 대응하여 상기 인쇄회로기판의 상, 하부면을 감싸면서 상기 각 반도체 패키지의 표면에 밀착하도록 히트싱크를 구비하여서 된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지용 히트싱크.
2. 제 1 항에 있어서,

   히트싱크는 인쇄회로기판의 상, 하부면을 감싸면서 각 반도체 패키지의 표면에 밀착하는 각 방열판과,

   상기 각 방열판을 서로 연결하도록 각 방열판의 일측 끝단에 설치된 연결부와,

   상기 각 방열판을 인쇄회로기판에 고정하도록 고정수단을 구비하여서 된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지용 히트싱크.
3. 제 2 항에 있어서,

   각 방열판의 서로 대향되는 면에 인쇄회로기판과의 일정한 간격을 유지할 수 있도록 복수개의 간격유지돌기를 각각 형성하여 단품 반도체 패키지에 외부충격이 가해지지 않도록 하여서 된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지용 히트싱크.
4. 제 2 항에 있어서,

   연결부는 탄성력이 강력한 재질로 이루어진 탄성부재로 구성하여 각 방열판이 항상 서로 일정한 간격을 유지한 상태로 오므려 질 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 반도체 패키지용 히트싱크.
5. 제 2 항에 있어서,

   고정수단은 연결부가 설치된 측의 반대측인 각 방열판의 끝단에 그 서로 대향되도록 형성된 복수개의 돌부와,

   인쇄회로기판의 일측 끝단인 상기 각 방열판의 각 돌부와 대응하는 위치에 형성된 복수개의 관통공으로 구성하여 상기 각 방열판의 돌부가 인쇄회로기판의 관통공에 삽입하여 고정될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 반도체 패키지용 히트싱크.
6. 제 1 항에 있어서,

   히트싱크는 인쇄회로기판의 상, 하부면을 감싸는 상태로 각 반도체 패키지의 표면에 밀착하는 복수개의 방열판과,

   상기 각 반도체 패키지의 표면에 각 방열판이 밀착할 수 있도록 상기 각 방열판을 서로 체결하는 체결 수단을 구비하여서 된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지용 히트싱크.