KR20000031819A - 반도체패키지 - Google Patents

Abstract

이 발명은 반도체패키지에 관한 것으로, 솔더볼을 입출력단자로 사용하는 볼그리드어레이형(Ball grid array type) 반도체패키지에서 인쇄회로기판에 삽입된 히트싱크가 강하게 락킹(Locking)되어 그 반도체칩 및 인쇄회로기판에서 히트싱크가 탈락되지 않토록 한 반도체패키지를 제공하기 위하여, 표면에 다수의 입출력패드가 형성되어 있는 반도체칩과; 상기 반도체칩의 저면에 접착제가 개재되어 접착된 히트싱크와; 소정영역에 관통부가 형성되고, 상기 관통부에 상기 히트싱크가 삽입되어 있는 인쇄회로기판과; 상기 반도체칩과 인쇄회로기판을 연결하는 도전성와이어와; 상기 반도체칩 및 도전성와이어를 외부 환경으로부터 보호하기 위해 상기 인쇄회로기판의 상면을 감싸는 봉지재와; 상기 인쇄회로기판의 저면에 융착되어 반도체칩의 신호를 외부로 인출하는 솔더볼로 이루어진 반도체패키지에 있어서, 상기 히트싱크는 인쇄회로기판의 관통부 하부로 탈락하지 않토록 상기 히트싱크의 상부에 상기 관통부의 상부 외주연을 향하여 연장된 돌출턱이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체패키지.

Description

반도체패키지

본 발명은 반도체패키지에 관한 것으로, 보다 상세하게 설명하면 솔더볼을 입출력단자로 사용하는 볼그리드어레이형(Ball grid array type) 반도체패키지에서 인쇄회로기판에 삽입된 히트싱크가 강하게 락킹(Locking)되어 그 반도체칩 및 인쇄회로기판에서 탈락되지 않토록 한 반도체패키지에 관한 것이다.

통상 볼그리드어레이형 반도체패키지는 인쇄회로기판을 중심으로 일면에는 반도체칩을 접착하고 타면에는 마더보드(Mother board)에 실장되는 솔더볼을 융착함으로써 다수의 입출력단자를 확보할 수 있는 반도체패키지를 말한다.

이러한 반도체패키지에 사용되는 반도체칩은 최근 집적기술 및 제조장비의 발달로 인해 전력회로의 고성능화, 클럭(Clock) 주파수의 증가 및 회로기능이 확대됨으로써 점차 그 반도체칩의 작동중 발생하는 열이 증가하고 있는 추세 있다.

상기와 같이 반도체칩의 작동중 발생하는 열이 증가하게 되면 반도체칩의 전기적 성능의 저하는 물론 반도체칩의 기능이 마비됨으로서 결국 상기 반도체칩을 채용한 반도체패키지 또는 전자부품의 기능이 정지되는 문제가 발생하게 된다.

따라서 상기와 같이 반도체칩에서 발생하는 열을 외부로 신속히 방출하기 위해 통상 그 반도체칩의 저면이나 상면에 히트싱크 또는 히트스프레더(Heat spreader) 등의 열방출 수단이 부착된 반도체패키지가 개발되고 있다.

도1은 상기와 같이 열방출 수단으로서 히트싱크(30')가 인쇄회로기판(10')의 관통부(17')에 삽입된 반도체패키지(100')의 일례를 도시한 단면도이며, 이를 참조하여 그 구조 및 작용을 간단히 설명하면 다음과 같다.

다수의 전자회로가 집적되어 있고 표면에는 입출력패드(2')가 형성되어 있는 반도체칩(1')이 중앙에 위치되어 있고, 상기 반도체칩(1')의 저면에는 접착제(3')가 개재되어 히트싱크(30')가 접착되어 있다. 상기 히트싱크(30')는 통상 열도전성이 양호한 구리(Cu), 텅스텐(W), 니켈(Ni) 또는 이들의 합금을 이용하여 제조되고 있으며, 상기 히트싱크(30')의 하단부에는 외부로 더 연장되어 돌출된 돌출턱(31')이 형성되어 있으며, 이 히트싱크(30') 전체는 인쇄회로기판(10')의 관통부(17')에 삽입되어 있는 형태를 한다.

상기 인쇄회로기판(10')은 중앙의 수지기판(15')을 중심으로 그 상부에 상기 히트싱크(30')의 상부면(즉 반도체칩(1')이 접착된 면)을 중심으로 그 외곽을 향하여 본드핑거(11'), 연결부(12') 등의 회로패턴이 형성되어 있고, 하부에는 상기 히트싱크(30')의 하부면을 중심으로 그 외곽에 솔더볼랜드(13')가 방사상으로 형성되어 있다. 물론 상기 회로패턴을 이루는 본드핑거(11'), 연결부(12') 및 솔더볼랜드(13')는 구리 등의 도전성 계열이며, 상기 수지기판(15') 상부의 연결부(12')와 하부의 솔더볼랜드(13')는 도전성비아홀(14')로 연결되어 있다. 그리고, 상기 히트싱크(30')의 상하면, 본드핑거(11') 및 솔더볼랜드(13')를 제외한 수지기판(15')의 상,하부 표면은 솔더마스크(16')로 코팅되어 외부환경으로부터 상기 회로패턴 등이 보호될 수 있도록 되어 있다.

한편, 상기 반도체칩(1')의 입출력패드(2')는 인쇄회로기판(10')의 상면에 형성된 본드핑거(11')와 도전성와이어(4')로 연결되어 있으며, 상기 반도체칩(1') 및 도전성와이어(4')를 외부 환경으로부터 보호하기 위해 인쇄회로기판(10') 상면이 봉지재(20')로 봉지되어 있다.

또한 상기 인쇄회로기판(10') 하면에 형성된 솔더볼랜드(13')에는 솔더볼(40')이 융착되어 마더보드(도시되지 않음)에 실장되어 반도체칩(1') 및 마더보드간에 소정의 전기적 신호를 매개할 수 있도록 되어 있다.

이러한 구성의 종래 반도체패키지(100')에서 반도체칩(1')의 작동중 발생되는 열은 히트싱크(30')를 통하여 저면의 대기로 발산되거나, 또는 상기 히트싱크(30'), 인쇄회로기판(10'), 솔더볼(40') 등을 통하여 외부로 방출될 수 있도록 도모하고 있다.

그러나 전술한 바와 같이 최근의 반도체칩(1')에서는 그 성능의 향상으로 인해 반도체칩(1')의 작동중 발생하는 열이 더욱 증가하고 있으며, 이로 인해 상기 반도체칩(1'), 봉지재(20'), 인쇄회로기판(10') 및 히트싱크(30')의 열팽창도 증가하고 있다. 또한 반도체칩(1')의 미작동시에는 원래의 크기로 수축되기도 한다. 이와 같이 수축과 팽창을 반복하게 되면, 상기 인쇄회로기판(10'), 히트싱크(30') 및 반도체칩(1') 간에 계면 박리 현상이 자연적으로 발생되는데 이때 상기 반도체칩(1')의 저면이나 인쇄회로기판(10')에서 상기 히트싱크(30')가 하부로 탈락되는 문제가 발생하게 된다. 이와 같이 히트싱크(30')가 반도체칩(1')의 저면에서 탈락 또는 분리되면 상기 반도체칩(1')의 열이 외부로 적절히 방출되지 못함으로써 전기적 성능 저하 및 기능의 정지를 초래하게 된다.

또한 상기 히트싱크(30') 하부에는 그 외주연을 향하여 돌출턱(31')을 형성함으로써 그만큼 노출 표면적을 최대한 확보하는 장점이 있기도 하지만, 그만큼 인쇄회로기판(10')의 하부 표면적이 감소하게 되어, 결국 확보할 수 있는 솔더볼랜드(13')의 갯수를 제한하는 문제점이 있기도 하다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 히트싱크의 인쇄회로기판에 대한 락킹력을 증가시켜 히트싱크의 탈락 현상을 제거하고 또한 부수적으로 저면에 솔더볼랜드 갯수를 보다 많이 확보할 수 있는 반도체패키지를 제공하는데 있다.

도1은 종래의 반도체패키지를 도시한 단면도이다.

도2는 본 발명에 의한 반도체패키지를 도시한 단면도이다.

도3은 본 발명에 의한 다른 반도체패키지를 도시한 단면도이다.

- 도면중 주요부호에 대한 설명 -

100 ; 본 발명에 의한 반도체패키지

100' ; 종래의 반도체패키지

1 ; 반도체칩 2; 입출력패드(I/O pad)

3 ; 접착제 4 ; 도전성와이어(Conductive Wire)

10 ; 인쇄회로기판(Printed circuit board)

11; 본드핑거(Bond finger) 12 ; 연결부

13 ; 솔더볼랜드(Solder ball land)

14 ; 도전성비아홀(Via hole) 15 ; 수지기판

16 ; 솔더마스크(Solder mask) 17 ; 인쇄회로기판의 관통부

20 ; 봉지재 30 ; 히트싱크(Heat sink)

31 ; 돌출턱 40 ; 솔더볼

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 반도체패키지는 표면에 다수의 입출력패드가 형성되어 있는 반도체칩과; 상기 반도체칩의 저면에 접착제가 개재되어 접착된 히트싱크와; 소정영역에 관통부가 형성되고, 상기 관통부에 상기 히트싱크가 삽입되어 있는 인쇄회로기판과; 상기 반도체칩과 인쇄회로기판을 연결하는 도전성와이어와; 상기 반도체칩 및 도전성와이어를 외부 환경으로부터 보호하기 위해 상기 인쇄회로기판의 상면을 감싸는 봉지재와; 상기 인쇄회로기판의 저면에 융착되어 반도체칩의 신호를 외부로 인출하는 솔더볼로 이루어진 반도체패키지에 있어서, 상기 히트싱크는 인쇄회로기판의 관통부 하부로 탈락하지 않토록 상기 히트싱크의 상부에 상기 관통부의 상부 외주연을 향하여 연장된 돌출턱이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 히트싱크는 반도체칩이 접착된 면의 상대면을 인쇄회로기판의 하부로 더 연장하되, 솔더볼의 두께보다는 작게 연장함으로써 차후 마더보드에 접속가능하게 하여 본 발명의 목적을 달성할 수도 있다.

이와 같이 함으로써 본 발명에 의한 반도체패키지는 히트싱크의 상부에 돌출턱이 형성되고 이 돌출턱이 인쇄회로기판의 관통부 외주연인 상부면에 접촉됨과 동시에 상기 히트싱크의 상부면은 봉지재로 감싸여짐으로써 결국 히트싱크가 인쇄회로기판에 락킹되는 구조를 한다. 따라서 열팽창 및 열수축에 의해 히트싱크, 인쇄회로기판 및 반도체칩간에 계면 박리가 어느 정도 발생하여도 상기 히트싱크는 인쇄회로기판의 하부로 탈락되지 않게 된다.

또한 부수적으로 인쇄회로기판의 하부면 면적이 넓어짐으로써 보다 많은 수의 솔더볼을 융착할 수 있게 되며, 히트싱크의 저면이 차후에 마더보드에 접촉되도록 함으로써 반도체칩으로부터의 열을 마더보드에 직접 방출시키는 것도 가능하게 된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도2는 본 발명에 의한 반도체패키지(100)를 도시한 단면도이다. 도시된 바와 같이 표면에 다수의 입출력패드(2)가 형성되어 있는 반도체칩(1)이 중앙에 위치되어 있고, 상기 반도체칩(1)의 저면에는 접착제(3)로 히트싱크(30)가 접착되어 있다.

한편, 소정영역에 관통부(17)가 형성되고, 상기 관통부(17)에는 상기 히트싱크(30)가 삽입되도록 인쇄회로기판(10)이 구비되어 있으며, 상기 관통부(17) 내측에 상기 히트싱크(30)가 정밀하게 밀착되어 있다.

여기서 상기 인쇄회로기판(10)은 중앙의 수지기판(15)을 중심으로 그 상부에 상기 히트싱크(30)의 상부면(즉 반도체칩(1)이 접착된 면)을 중심으로 그 외곽을 향하여 본드핑거(11), 연결부(12) 등의 회로패턴이 형성되어 있고, 하부에는 상기 히트싱크(30)의 하부면을 중심으로 그 외곽에 솔더볼랜드(13)가 방사상으로 형성되어 있다. 또한 상기 수지기판(15) 상부의 연결부(12)와 하부의 솔더볼랜드(13)는 도전성비아홀(14)로 서로 연결되어 전기적으로 통전가능하게 되어 있다. 그리고, 상기 히트싱크(30)의 상하면, 본드핑거(11) 및 솔더볼랜드(13)를 제외한 수지기판(15)의 상,하부 표면은 솔더마스크(16)로 코팅되어 외부환경으로부터 상기 회로패턴 등이 보호될 수 있도록 되어 있다.

이러한 상기 인쇄회로기판(10)과 히트싱크(30)의 관계를 좀더 자세히 설명하면 상기 히트싱크(30)는 인쇄회로기판(10)의 관통부(17) 하부로 탈락하지 않토록 상기 히트싱크(30)의 상부에 상기 관통부(17)의 상부 외주연을 향하여 연장된 돌출턱(31)이 더 형성되어 있다. 즉, 상기 돌출턱(31)은 그 외주연에 위치되는 본드핑거(11)와 접촉하지 않토록 반도체칩(1)의 저면 넓이보다 약간 넓게 형성되어 있으며, 히트싱크(30)의 하면은 물론 인쇄회로기판(10)의 외부 즉, 저면으로 노출되어 반도체칩(1)의 열을 인쇄회로기판(10)의 저면으로 방출할 수 있도록 되어 있다.

또한 상기 반도체칩(1)과 인쇄회로기판(10)은 도전성와이어(4) 즉, 골드와이어 또는 알루미늄와이어로 연결되어 있으며, 상기 반도체칩(1) 및 도전성와이어(4)를 외부환경으로부터 보호하기 위해 상기 인쇄회로기판(10)의 상면은 봉지재(20)로 봉지되어 있다.

마지막으로 상기 인쇄회로기판(10)의 저면에는 솔더볼(40)이 융착되어 반도체칩(1)의 신호를 외부로 인출할 수 있도록 되어 있다.

한편, 도2는 본 발명의 다른 실시예로서 도시된 바와 같이 히트싱크(30)의 반도체칩(1)이 접착된 면의 상대면이 인쇄회로기판(10)의 하부로 더 연장되어 있되, 솔더볼(40)의 두께보다는 작게 연장되어 있다. 이는 차후 반도체패키지(100)를 마더보드에 실장할때 히트싱크(30)의 저면을 인쇄회로기판(10)에 접촉시키거나 또는 솔더페이스트 등을 이용하여 마더보드에 접착시킴으로써 열방출율을 증대시키기 위함이다.

이와 같이 함으로써 본 발명에 의한 반도체패키지(100)는 히트싱크(30)의 상부에 돌출턱(31)이 형성되고 이 돌출턱(31)이 인쇄회로기판(10)의 관통부(17) 외주연인 상부면에 접촉됨과 동시에 상기 히트싱크(30)의 상부면은 봉지재(20)로 감싸여짐으로써 결국 히트싱크(30)가 인쇄회로기판(10)에 락킹되는 구조를 한다. 따라서 열팽창 및 열수축에 의해 히트싱크(30), 인쇄회로기판(10) 및 반도체칩(1)간에 계면 박리가 어느 정도 발생하여도 상기 히트싱크(30)는 인쇄회로기판(10)의 하부로 탈락되지 않게 된다.

또한 돌출턱(31)이 히트싱크(30)의 상부에 형성되고 하부에는 형성되지 않음으로써, 하부의 히트싱크(30) 표면적을 감소시키는 대신 인쇄회로기판(10)의 표면적을 확대함으로써 보다 많은 수의 솔더볼(40)을 확보할 수 있게된다.

더불어 히트싱크(30)의 저면이 인쇄회로기판에 접촉 또는 접착 가능하게 됨으로써 반도체칩의 열을 마더보드쪽으로 방출하여 그 열방출율을 향상시키게 된다.

이상에서와 같이 본 발명은 비록 상기의 실시예에 한하여 설명하였지만 여기에만 한정되지 않으며 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지로 변형된 실시예도 가능할 것이다.

따라서 본 발명에 의한 반도체패키지는 히트싱크가 인쇄회로기판의 관통부에 삽입되어 있되 히트싱크의 상부에 돌출턱이 형성되어 인쇄회로기판의 상면에 접촉됨으로써 히트싱크가 인쇄회로기판의 저면으로 탈락되는 문제를 해결하는 효과가 있다.

또한 히트싱크의 하부 표면적이 종래보다 작고 대신 인쇄회로기판의 하부 표면적이 증가함으로써 보다 많은 수의 솔더볼을 확보할 수 있는 효과가 있다.

더불어 상기 히트싱크의 저면을 마더보드에 직접 접촉 또는 접착 가능하게 함으로써 반도체칩의 열이 히트싱크 및 마더보드를 통해서 외부로 방출되도록 하여 열방출율을 증대시키는 부수적인 효과가 있다.

Claims (2)

1. 표면에 다수의 입출력패드가 형성되어 있는 반도체칩과;

   상기 반도체칩의 저면에 접착제가 개재되어 접착된 히트싱크와;

   소정영역에 관통부가 형성되고, 상기 관통부에 상기 히트싱크가 삽입되어 있는 인쇄회로기판과;

   상기 반도체칩과 인쇄회로기판을 연결하는 도전성와이어와;

   상기 반도체칩 및 도전성와이어를 외부 환경으로부터 보호하기 위해 상기 인쇄회로기판의 상면을 감싸는 봉지재와;

   상기 인쇄회로기판의 저면에 융착되어 반도체칩의 신호를 외부로 인출하는 솔더볼로 이루어진 반도체패키지에 있어서,

   상기 히트싱크는 인쇄회로기판의 관통부 하부로 탈락하지 않토록 상기 히트싱크의 상부에 상기 관통부의 상부 외주연을 향하여 연장된 돌출턱이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체패키지.
2. 제1항에 있어서, 상기 히트싱크는 반도체칩이 접착된 면의 상대면이 인쇄회로기판의 하부로 더 연장되어 있되, 솔더볼의 두께보다는 작게 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체패키지.