KR20020071849A - 열방출형 반도체 패키지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 방열 지붕이 몰딩된 열방출형 반도체 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 다이 패들(Die Paddle), 상기 다이 패들에 탑재되는 반도체 칩, 리드 프레임을 포함하는 반도체 패키지에 있어서, 상기 반도체 칩에 부설된 본드 패드(Bond Pad)와 상기 리드 프레임의 인너 리드(Inner Lead)를 전기적으로 연결시키는 와이어(Wire); 상기 반도체 칩의 상면(Top Surface)에 본딩된 방열 지붕(Heat - Radiating Canopy); 및 상기 다이 패들, 반도체 칩, 와이어 및 인너 리드 전체를 감싸고, 상기 방열 지붕의 하면을 몰딩하는 몰딩제; 를 포함하고, 상기 방열 지붕의 상면은 외부로 노출되며, 상기 방열 지붕의 하면 중 반도체 칩과 접촉하는 부분이 함몰되어 있는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지를 제공한다.

Description

열방출형 반도체 패키지 및 그 제조 방법{HEAT DISSIPATION TYPE SEMICONDUCTOR PACAKAGE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
일반적으로 반도체 패키지는 각종 전자 회로 및 배선이 형성된 단일 소자, 집적 회로, 또는 하이브리드 회로 등의 반도체 칩을 먼지, 습기, 전기적, 기계적 부하 등의 각종 외부 환경으로부터 보호하고 상기 반도체 칩의 성능을 최적화, 극대화시키기 위해 리드 프레임 등을 이용해 메인 보드로의 신호 인출 단자를 형성하고 몰딩재(Molding Materials)등을 이용하여 몰딩한 것을 말한다. 여기서, 상기 리드 프레임이란 반도체 칩의 입출력 패드와 메인 보드에 형성된 전기 회로를 연결시켜 주는 전선(Lead) 역할과 반도체 패키지를 메인 보드에 고정시켜 주는 버팀대의 역할을 동시에 수행하는 재료를 말한다.
이러한 반도체 칩을 패키징하는 패키지의 구조는 플라스틱 재질을 사용하거나 세라믹을 사용하는 경우로 나눌 수 있다.
도 1은 종래의 플라스틱 재질을 사용한 반도체 패키지의 내부 구조를 나타낸 구조도로서, 도 1에 도시된 반도체 패키지의 제조 공정을 설명하면 다음과 같다.
(1) 반도체 칩 부착 단계로서, 리드 프레임(Lead Frame)의 다이 패들(Die Paddle, 110)에 접착제(Adhesives, 180)를 사용하여 반도체 칩(130)을 부착시키며,
(2) 와이어링 단계로서, 상기 반도체 칩(130)의 본드 패드(Bond Pad, 120)와 리드 프레임의 인너 리드(Inner Lead, 150)에 미세 금선(Gold Wire, 170)을 사용하여 연결하고,
(3) 몰딩 단계로서, 상기 반도체 칩(130)과 미세 금선(170)을 보호하기 위하여 에폭시 몰딩 컴파운드(Epoxy Molding Compound, 140)를 사용하여 몰딩하며,
(4) 리드 형성 단계로서, 몰딩이 완료된 반도체 패키지의 외부 I/O 단자(160)를 형상화하여 아웃 리드를 형성하는 제조 공정으로 이루어져 있다.
도 2는 종래의 세라믹 재질을 사용한 반도체 패키지의 내부 구조를 나타낸 구조도로서, 도 2에 도시된 반도체 패키지의 제조 공정을 설명하면 다음과 같다.
(1) 반도체 칩 부착 단계로서, 캐비티(Cavity, 292) 구조를 가지는 세라믹 몸체(Ceramic Body, 290)에 접착제(280)를 사용하여 반도체 칩(230)을 부착시키고,
(2) 와이어링 단계로서, 상기 반도체 칩(230)의 본드 패드(220)와 세라믹 몸체의 인너 리드(250)에 미세 금선(270)을 사용하여 연결하며,
(3) 밀봉(Sealing)단계로서, 상기 반도체 칩(230)과 미세 금선(270)을 보호하기 위하여 금속 뚜껑(Metal Lid, 291)을 사용하여 세라믹 몸체의 캐비티를 밀봉하는 제조 공정으로 이루어져 있다.
도 3은 상기 도 1에 도시된 플라스틱 재질을 사용한 반도체 패키지에 있어서, 열방출 효과를 증대시키기 위하여 내부 구조를 변화시킨 반도체 패키지의 구조도로서, 도 3에 도시된 반도체 패키지의 제조 공정을 설명하면 다음과 같다.
(1) 다운셋 형성 단계로서, 리드 프레임의 다이 패들(310)에 다운셋(Down - Set)을 깊게 형성시켜 주고,
(2) 반도체 칩 부착 단계로서, 상기 다이 패들(310)에 접착제(380)를 사용하여 반도체 칩(330)을 부착시키며,
(3) 와이어링 단계로서, 상기 반도체 칩(330)의 본드 패드(320)와 리드 프레임의 인너 리드(350)에 미세 금선(370)을 사용하여 연결하고,
(4) 몰딩 단계로서, 상기 반도체 칩(330)과 미세 금선(370)을 보호하기 위하여 에폭시 몰딩 컴파운드(340)를 사용하여 몰딩하며,
(5) 아웃 리드 형성 단계로서, 몰딩이 완료된 반도체 패키지의 외부 I/O 단자(360)를 트리밍 및 포밍(Trimming & Forming)하여 아웃 리드를 형성시키는 제조 공정으로 이루어져 있다.
도 4는 플라스틱 재질을 사용한 반도체 패키지에 있어서, 열방출 효과를 증대시키기 위하여 내부 구조를 변화시킨 또 다른 종래의 반도체 패키지의 구조도로서, 도 4에 도시된 반도체 패키지의 제조 공정을 설명하면 다음과 같다.
(1) 열방출판 형성 단계로서, 리드 프레임의 다이 패들 대신에 별도의 열방출판(Heat Slug, 495)을 리드 프레임에 부착시키고,
(2) 반도체 칩 부착 단계로서, 상기 리드 프레임의 열방출판에 접착제(480)를 사용하여 반도체 칩(430)을 부착시키며,
(3) 와이어링 단계로서, 상기 반도체 칩(430)의 본드 패드(420)와 리드 프레임의 인너 리드(450)에 미세 금선(470)을 사용하여 연결하고,
(4) 몰딩 단계로서, 상기 반도체 칩(430)과 미세 금선(470)을 보호하기 위하여 에폭시 몰딩 컴파운드(440)를 사용하여 몰딩하며,
(5) 아웃 리드 형성 단계로서, 몰딩이 완료된 반도체 패키지의 외부 I/O 단자(460)를 형성하여 아웃 리드를 형성시키는 제조 공정으로 이루어져 있다.
그러나, 이와 같은 기존의 반도체 패키지는 전력 소모(Power Consumption)가 큰 반도체 칩을 패키징하는 경우에는 반도체 칩에서 발생하는 열을 외부로 효율적으로 방출시키지 못하는 문제점이 발생한다.
또한, 반도체 칩을 부착하는 다이 패들을 노출시키거나, 다이 패들 기능을 가진 열방출판을 부착하여 이를 노출시키는 구조의 경우, 반도체 칩에서 발생하는 열로 인하여 패키지가 팽창과 수축을 하게 되며, 이는 패키지를 형성하고 있는 재질의 상하 구조 불균형으로 인하여 휨(Warpage)이 발생함으로써, 외부로 노출된 다이 패들이나 열방출판과 몰딩 재질 사이에 미세한 틈(Delamination)이 발생하여 장기적으로는 습기 침투 등에 의한 신뢰성(Reliability) 저하라는 문제점이 발생한다.
본 발명은 반도체 칩을 패키징(Packaging)하는데 가장 많이 사용되는 반도체 패키지(Package)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 반도체 칩의 전력 소모(Power Consumption) 증가에 따른 열 방출(Thermal Dissipation)의 효율 증대와 고주파(High Frequency) 반도체 칩의 속도를 증가시키며, 알에프 소자(RF Device)에 사용되는 반도체 칩의 특성 향상 및 품질 안정을 이룩할 수 있는 반도체 패키지에 관한 것이다.
도 1은 종래의 플라스틱 재질을 사용한 반도체 패키지의 내부 구조를 나타낸 구조도이고,
도 2는 종래의 세라믹 재질을 사용한 반도체 패키지의 내부 구조를 나타낸 구조도이고,
도 3은 플라스틱 재질을 사용한 반도체 패키지에 있어서, 열방출 효과를 증대시키기 위하여 내부 구조를 변화시킨 종래의 반도체 패키지의 구조도이고,
도 4는 플라스틱 재질을 사용한 반도체 패키지에 있어서, 열방출 효과를 증대시키기 위하여 내부 구조를 변화시킨 또 다른 종래의 반도체 패키지의 구조도이고,
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 지붕이 몰딩된 반도체 패키지의 제조 방법을 간략히 도시한 구조도이고,
도 5f는 도 5a 내지 도 5e에 제시된 공정에 의하여 최종 완성된 방열 지붕이 몰딩된 반도체 패키지의 사시도이고,
도 6은 본 발명에서 제안하는 방열 지붕이 기판를 이용한 반도체 패키지에 적용된 또 다른 일 실시예를 보여주는 구조도이다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 반도체 칩의 전력 소모 증가에 따른 열방출을 보다 효율화시키고, 반도체 칩의 속도를 증가시키기 위하여 고주파 대역에서도 원활히 작동되고, 알 에프(RF) 제품에 사용되는 반도체 칩의 특성 향상 및 품질 안정성을 이룩할 수 있는 방열 지붕이 몰딩된 반도체 패키지 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면, 다이 패들(Die Paddle), 상기 다이 패들에 탑재되는 반도체 칩, 리드 프레임을 포함하는 반도체 패키지에 있어서, 상기 반도체 칩에 형성된 본드 패드(Bond Pad)와 상기 리드 프레임의 인너 리드(Inner Lead)를 전기적으로 연결시키는 와이어(Wire); 상기 반도체 칩의 상면(Top Surface)에 본딩된 방열 지붕(Heat - Radiating Canopy); 및 상기 다이 패들, 반도체 칩, 와이어 및 인너 리드 전체를 감싸고, 상기 방열 지붕의 하면을 몰딩하는 몰딩제; 를 포함하고, 상기 방열 지붕의 상면은 외부로 노출되며, 상기 방열 지붕의 하면 중 반도체 칩과 접촉하는 부분이 함몰되어 있는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지가 제공된다.
또한, 기판(Substrate), 상기 기판 상에 형성된 다이 패들(Die Paddle), 상기 다이 패들에 탑재되는 반도체 칩; 상기 기판 상에 부착되어 전기적 접점 역할을 수행하는 인너 리드(Inner Lead)를 포함하는 반도체 패키지에 있어서, 상기 반도체 칩에 형성된 본드 패드(Bond Pad)와 상기 인너 리드를 전기적으로 연결시키는 와이어; 상기 반도체 칩의 상면(Top Surface)에 본딩된 방열 지붕(Heat - Radiating Canopy); 상기 다이 패들, 반도체 칩, 와이어 및 인너 리드 전체를 감싸고, 상기방열 지붕의 하면을 몰딩하는 몰딩재; 및 상기 몰딩제 하면에 부설되어 전기적 입출력 역할을 담당하는 마운트된 솔더 볼; 을 포함하고, 상기 방열 지붕의 상면은 외부로 노출되며, 상기 방열 지붕의 하면 중 반도체 칩과 접촉하는 부분이 함몰되어 있는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지가 제공된다.
또한, 열방출형 반도체 패키지 제조 방법에 있어서, 반도체 패키지 제조용 리드 프레임(Lead Frame)의 다이 패들(Die Paddle)에 반도체 칩을 부착시키는 단계; 상기 반도체 칩의 본드 패드(Bond Pad)와 리드 프레임의 인너 리드(Inner Lead)를 와이어(Wire)로 연결시키는 단계; 상기 반도체 칩의 상면(Top Surface)에 접착제를 사용하여 방열 지붕(Heat - Radiating Canopy)을 부착시키는 단계; 상기 방열 지붕의 상면이 외부에 노출되도록 몰딩하는 단계; 및 상기 몰딩이 완료된 반도체 패키지의 아웃 리드(506) 부분을 트리밍 및 포밍(Trimming & Forming)시킴으로써, 반도체 패키지의 I/O를 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지의 제조 방법이 제공된다.
또한, 열방출형 반도체 패키지 제조 방법에 있어서, 기판 상에 다이 패들(Die Paddle) 및 인너 리드(Inner Lead)를 형성시키는 단계; 상기 다이 패들 상에 반도체 칩을 부착시키는 단계; 상기 반도체 칩의 본드 패드(Bond Pad)와 상기 인너 리드를 와이어(Wire)로 연결시키는 단계; 상기 반도체 칩의 상면(Top Surface)에 방열 지붕(Heat - Radiating Canopy)을 부착시키는 단계; 상기 방열 지붕의 상면이 외부에 노출되도록 몰딩하는 단계; 및 상기 몰딩이 완료된 반도체 패키지의 하면에 마운트된 솔더 볼을 형성시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로하는 열방출형 반도체 패키지의 제조 방법이 제공된다.
또한, 보다 더 양호하게는, 상기 반도체 칩 부착 단계는, 상기 반도체 칩을 접착제를 사용하여 부착시킨 후, 전기 오븐(Oven) 또는 히터 블록(Heater Block)을 사용하여 상기 접착제를 경화시킨다.
또한, 보다 더 양호하게는, 상기 와이어는 금(Gold), 구리(Copper) 또는 알루미늄(Aluminum) 중 어느 하나를 선택하거나 다수를 복합하여 형성시킨다.
또한, 보다 더 양호하게는, 상기 방열 지붕은 상기 반도체 칩 상면에 위치하는 부분은 상기 반도체 칩과 접촉하도록 하고, 나머지 부분은 상기 반도체 칩과 접촉하지 않도록 상기 방열 지붕의 중앙 부분을 함몰시킨다.
또한, 보다 더 양호하게는, 상기 반도체 칩의 상면에 상기 방열 지붕을 부착시 상기 반도체 칩의 활동 소자 지역(Active Area)에 접촉하도록 한다.
또한, 보다 더 양호하게는, 상기 방열 지붕은 열전도성 물질, 전기전도성 물질, 또는 이들의 결합물질로 이루어지는 군으로 부터 선택된 물질로 이루어진다.
또한, 보다 더 양호하게는, 상기 방열 지붕은 상기 반도체 패키지 모양에 따라 둥근형(Round Type) 또는 다각형(Polygonal Type)의 형상으로 이루어진다.
또한, 보다 더 양호하게는, 상기 방열 지붕의 가장 자리는 상기 반도체 패키지의 하면을 향하여 굴곡 형태를 취한다.
또한, 보다 더 양호하게는, 상기 방열 지붕의 가장 자리는 상기 반도체 패키지의 하면을 향하여 돌출 부위를 형성시킨다.
또한, 보다 더 양호하게는, 상기 방열 지붕 부착 단계는, 상기 반도체 칩의상면에 접착제를 사용하여 부착한 후, 전기 오븐 또는 히터 블록을 사용하여 상기 접착제를 경화시킨다.
또한, 보다 더 양호하게는, 상기 접착제는 열가소성 접착 수지(Thermo - Plastic Adhesive Epoxy), 열경화성 접착 수지(Thermo - Set Adhesive Epoxy), 열전도성 수지(Thermal Conductive Epoxy), 전기 전도성 수지(Electric Conductive Epoxy) 또는 접착 테잎(Adhesive Tape) 중 어느 하나를 선택하여 사용하거나, 다수를 복합하여 사용한다.
또한, 보다 더 양호하게는, 상기 방열 지붕의 노출된 면에 다수의 돌기부를 형성시킨다.
또한, 보다 더 양호하게는, 상기 방열 지붕의 노출된 면에 외부 방열판을 부착시킨다.
또한, 보다 더 양호하게는, 몰딩 단계 후, 전기 오븐을 사용하여 Post - Mold Cure 과정을 수행한다.
또한, 보다 더 양호하게는, 상기 방열 지붕의 노출된 면을 폴리싱(Polishing) 또는 디플레싱(defleshing)한다.
또한, 보다 더 양호하게는 아웃 리드 또는 방열 지붕의 노출된 면에 도금을 수행한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예에 따른 열방출형 반도체 패키지 및 그 제조 방법을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 지붕이 몰딩된 반도체 패키지 및 그 제조 방법을 간략히 도시한 구조도로서, 이를 상세히 설명하면, 다음과 같다.
먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 반도체 패키지 제조용 리드 프레임의 다이패들(501)에 접착제(510)를 사용하여 반도체 칩(503)을 다이 본딩 장비(Die Bonding Machine)로 부착시킨다. 이때, 상기 리드 프레임 대신 인쇄 회로 기판(PCB : Printed Circuit Board)이나 테입(Tape) 형태의 기판를 사용할 수도 있다. 또한, 상기 반도체 칩(503)을 부착시킨 후, 전기 오븐(Oven)이나 히터 블록(Heater Block)을 사용하여 상기 접착제(510)를 경화시킨다.
이어서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 반도체 칩(503)의 본드 패드(Bond Pad, 502)와 리드 프레임의 인너 리드(505)를 미세 금선(507)을 사용하여 와이어 본딩 장비(Wire Bonding Machine)로 연결한다. 이때, 상기 본드 패드(502)와 인너 리드(505)를 전기적으로 연결하는 도전체로는 미세 구리선(Copper Wire)이나 미세 알루미늄선(Aluminum Wire)을 사용할 수 있다.
이어서, 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 반도체 칩(503)의 상면(Top Surface)에 접착제(508)를 사용하여 방열 지붕(Heat - Radiating Canopy, 509)을 다이 본딩 장비를 활용하거나 방열 지붕 본딩 장비(Heat - Radiating Canopy Bonding Machine)로 부착시킨다.
이때, 상기 반도체 칩(503)의 상면에 상기 방열 지붕(509)을 부착시킬 때, 활동 소자 지역에 방열 지붕을 부착시키는 것이 열방출 효율면에 있어서 더욱 양호하다.
또한, 상기 방열 지붕(509)의 재질로서는 열전도성이 좋은 물질 또는 전기 전도성이 좋은 물질을 사용하는 것이 효율면에 있어서 더욱 양호한다. 예를 들어, 금속으로 상기 방열 지붕을 형성시키는 것이 방열 효율에 있어서 더욱 양호하다.방열 지붕을 금속 재질로 사용하면, 이러한 금속 방열 지붕에 전기적으로 그라운드(Ground)를 연결하여 패키지 내부의 미세 금선 및 인너 리드의 인덕턴스(Inductance)를 줄일 수 있어, 고주파 영역에서 사용시 전기적 특성을 월등히 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 다이 패들과 방열 지붕에 그라운드를 인가하면, 그 내/외부에서 전자기파 간섭 차폐 효과(EMI Shield - Effect)를 가져 옴으로써, 잡음(Noise)을 현저히 줄일 수 있다.
또한, 상기 방열 지붕(509)은 상기 반도체 칩(503) 상면에 위치하는 부분(511)은 상기 반도체 칩과 접촉하도록 하고, 나머지 부분은 상기 반도체 칩(503)과 접촉하지 않도록 하기 위하여, 상기 방열 지붕(509)의 중앙 부분(511)을 함몰시키는 구조로 구성할 수 있다. 이때 함몰되는 부분은 상기 반도체 칩의 활동 소자 지역과 접촉하도록 하는 것이 열방출 효율에 있어서 더욱 양호하다.
또한, 상기 방열 지붕은(509)은 둥근형(Round Type) 또는 다각형(Polygonal Type)의 모양으로 구성할 수 있다. 이는 상기 반도체 패키지의 모양에 따라 상기 방열 지붕의 모양을 다르게 디자인할 수 있음을 의미한다.
또한, 상기 방열 지붕(509)의 가장 자리는 상기 반도체 패키지 하면을 향하여 굴곡 형태를 취할 수 있다.
또한, 상기 방열 지붕(509)의 가장 자리는 상기 반도체 패키지 하면을 향하여 돌출 부위를 형성시킬 수 있다.
또한, 상기 방열 지붕을 부착하는데 사용하는 접착제로서, 열가소성 접착 수지(Thermo - Plastic Adhesive Epoxy), 열경화성 접착 수지(Thermo - Set AdhesiveEpoxy), 열전도성 수지(Thermal Conductive Epoxy), 전기 전도성 수지(Electric Conductive Epoxy) 또는 접착 테잎(Adhesive Tape) 중 어느 하나를 선택하여 사용하거나, 다수를 복합하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 방열 지붕(509)이 부착된 리드 프레임을 전기 오븐(Oven)이나 히터 블록(Heater Block)을 사용하여 상기 접착제(508)를 경화시킨다.
또한, 상기 방열 지붕(509)의 노출된 면에 외부 방열판을 부착하여 방열 효과를 한층 더 높일 수 있다.
또한, 상기 방열 지붕의 외부에 노출된 상면에 다수의 돌기부를 형성함으로써, 방열 효과를 한층 더 높일 수 있다.
이어서, 도 5d에 도시된 바와 같이, 상기 반도체 칩과 미세 금선을 보호하기 위하여 몰드 금형(Mold Die)에 에폭시 몰딩 컴파운드(Epoxy Molding Compound, 504)를 사용하여 에폭시 몰딩 과정을 수행한다.
이때, 상기 방열 지붕의 상면이 에폭시 몰딩 컴파운드로 덮이지 않도록 한다.
또한, 에폭시 몰딩 후, 전기 오븐을 사용하여 Post - Mold Cure(몰딩 후, 에폭시 몰딩 컴파운드를 한층 더 경화시키는 공정)를 수행한다.
또한, 필요한 경우에는 폴리싱(polishing) 공정을 이용하여, 에폭시 몰딩된 상기 방열 지붕의 노출된 부분을 폴리싱(Polishing)한다. 대안적으로, 상기 폴리싱 공정과 동시에 또는 상기 폴리싱 공정 대신에 디플레싱(defleshing) 공정을 수행할 수도 있다.
또한, 필요한 경우에는 아웃 리드(Out Lead, 506)나 방열 지붕에 도금(Plating)을 수행한다. 이러한 도금 재료로는 솔더(Solder), 주석(Tin), 은(Silver) 또는 금(Gold)을 사용할 수 있다.
또한, 본 공정에 따르면, 이러한 몰딩 컴파운드에서 발생하는 알파 입자(Alpha Particle)가 반도체 칩의 회로 부분에 곧바로 침투하는 양을 절대적으로 줄일 수 있게 된다.
이어서, 도 5e에 도시된 바와 같이, 에폭시 몰딩이 완료된 반도체 패키지의 아웃 리드(506) 부분을 금형(Die)을 사용하여 트리밍 및 포밍시킴으로써, 반도체 패키지의 I/O를 형성한다.
이때, 리드 프레임 대신 기판를 사용하여 에폭시 몰딩이 완료된 반도체 패키지의 경우에는 상기 기판 하면에 형성된 I/O 단자에 솔더볼(Solder Ball)을 부착시킬 수 있다.(도 6의 616) 이렇게 리드 프레임 대신 기판를 사용하여 제조된 반도체 패키지는 자르거나(Sawing) 절단하여(Cutting) 패키지를 단품화시킬 수 있다.
한편, 이러한 제조 공정에 따른 반도체 패키지는 기존의 오픈 툴(Open Tool)로 제작되는 반도체 패키지용 리드 프레임을 그대로 사용할 수 있고, 리드 프레임의 구조 변경없이 제조 공정상의 종래의 장비를 그대로 사용할 수 있다.
또한, 도 5e에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 반도체 패키지는 상면의 방열 지붕과 하면의 다이 패들이 서로 대칭에 근사한 구조이므로, 반도체 패키지의 열 팽창 및 수축에 따른 휨(Warpage)과 이로 인한 방열재와 몰딩 재질 사이의 미세 틈(Delamination) 발생을 막는 효과가 있다.
이러한 공정에 의하여 최종 완성된 방열 지붕이 몰딩된 반도체 패키지의 외관이 도 5f에 도시되어 있다. 도 5f에 도시되어 있는 상태는 방열 지붕의 중앙부가 함몰되어 있는 상태이며, 외부 방열판이 부착되지 아니한 상태이다. 상술한 바와 같이 상기 방열 지붕의 상면은 보다 효율적인 방열 효과를 얻기 위하여 다수의 돌기부가 형성되거나, 외부 방열판이 상기 방열 지붕에 부착될 수 있다.
도 6은 본 발명에서 제안하는 방열 지붕이 기판를 이용한 반도체 패키지에 적용된 또 다른 일 실시예를 보여주는 구조도로서, 이를 상세히 설명하면, 다음과 같다.
도 6에 도시되어 있는 반도체 패키지의 제조 공정은 도 5a 내지 도 5e에 도시된 제조 공정과는 약간 다른 바, 다른 부분만 중점적으로 설명하도록 하겠다.
먼저, 기판(615) 상에 다이 패들(Die Paddle, 601) 및 인너 리드(Inner Lead, 605)를 형성시키는 단계가 추가된다. 이어서, 상기 다이 패들(601) 상에 접착제(510)를 이용하여 반도체 칩(503)을 부착시킨 후, 상기 반도체 칩(503)의 본드 패드(Bond Pad, 502)와 상기 인너 리드(605)를 와이어(Wire, 507)로 연결시킨다.
그리고, 상기 반도체 칩(503)의 상면에 접착제(508)를 사용하여 방열 지붕(509)을 부착시키고, 상기 방열 지붕(509)의 상면이 외부에 노출되도록 몰딩하며, 상기 몰딩이 완료된 반도체 패키지의 하면에 마운트된 솔더 볼을 형성시킨다.
또한, 상기 도 5a 내지 도 5e에서 상술한 각종 공정들이 도 6에 도시된 반도체 패키지 제작시 적용된다.
위에서 양호한 실시예에 근거하여 이 발명을 설명하였지만, 이러한 실시예는이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이다. 이 발명이 속하는 분야의 숙련자에게는 이 발명의 기술 사상을 벗어남이 없이 위 실시예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 그러므로, 이 발명의 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서 한정될 것이며, 위와 같은 변화예나 변경예 또는 조절예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 반도체 칩의 표면, 특히, 회로가 있는 활동 소자 지역에 열전도성이 높은 재질(가령, 금속)의 방열판 역할을 수행하는 지붕을 부착함으로써, 더욱 효율적인 열방출을 이루는 효과가 있으며, 방열판의 노출된 면적(Exposed Area)이 종래의 반도체 패키지보다 상대적으로 넓어 외부로의 열방출(Thermal Dissipation) 양을 크게 할 수 있고, 노출된 방열판 표면에 외부 방열판을 설치함으로써, 방열 효과를 한층 증가시킬 수 있으며, 패키지 내부를 이루고 있는 재질의 상하 안정적(대칭적) 구조로 인하여 반도체 패키지의 열 팽창 및 수축에 따른 휨(Warpage)과 이로 인한 금속과 몰딩 재질 사이의 미세 틈(Delamination) 발생을 막아 반도체 제품의 신뢰성을 유지시킬 수 있고, 방열 지붕을 금속 재질로 사용하면, 이러한 금속 방열 지붕에 전기적으로 그라운드(Ground)를 연결하여 패키지 내부의 미세 금선 및 인너 리드의 인덕턴스(Inductance)를 줄일 수 있어, 고주파 제품의 전기적 특성을 향상시킬 수 있으며, 몰딩 컴파운드에서 발생하는 알파 입자(Alpha Partical)가 반도체 칩의 회로 부분에 곧바로 침투하는 양을 절대적으로 줄일 수 있어 반도체 소자의 오동작을 방지할 수 있고,(반도체 패키지용 몰딩 컴파운드는 재료 자체에서 미량의 알파 입자가 방출되는 바, 경우에 따라서는 CMOS 공정으로 제조된 IC에 전자의 이동을 유도하게 됨. 이로 인하여 메모리 칩의 경우 오동작을 일으키는 경우가 있으며, 본 발명과 같이 반도체 칩 상면에 방열 지붕을 부착시킴으로써, 이러한 알파 입자가 침투하는 것을 막을 수 있슴.) 다이 패들과 지붕에 그라운드를 인가하여 그 내/외부에서 전자기파 간섭 차폐 효과(EMI Shield - Effect)를 갖출 수 있어 반도체 칩에 발생할 수 있는 잡음(Noise)을 현저히 줄일 수 있으며, 기존의 오픈 툴(Open Tool)로 제작되는 반도체 패키지용 리드 프레임을 그대로 사용할 수 있어 다이 패들을 변형시키거나 별도의 비싼 방열판을 제작하여 부착함으로써 발생하는 추가 비용 상승이 매우 적어 기존 제품에 비하여 상대적으로 제조 비용이 낮고, 리드 프레임의 구조 변경없이 제조 공정상의 장비 사용에 따른 작업성(Workability)이 안정되어 기존에 확립된 반도체 플라스틱 패키지의 생산성을 유지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (50)

  1. 다이 패들(Die Paddle), 상기 다이 패들에 탑재되는 반도체 칩 및 리드 프레임을 포함하는 반도체 패키지에 있어서,
    상기 반도체 칩에 형성된 본드 패드(Bond Pad)와 상기 리드 프레임의 인너 리드(Inner Lead)를 전기적으로 연결시키는 와이어(Wire);
    상기 반도체 칩의 상면(Top Surface)에 본딩된 방열 지붕(Heat - Radiating Canopy); 및
    상기 다이 패들, 반도체 칩, 와이어 및 인너 리드 전체를 감싸고, 상기 방열 지붕의 하면을 몰딩하는 몰딩재를 포함하고,
    상기 방열 지붕의 상면은 외부로 노출되며, 상기 방열 지붕의 하면 중 반도체 칩과 접촉하는 부분이 함몰되어 있는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 방열 지붕은 상기 반도체 칩의 상면 중 활동 소자 지역에 부착되는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 방열 지붕은 상기 반도체 패키지의 모양에 따라 둥근형(Round Type) 또는 다각형(Polygonal Type)의 형상으로 구성된 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 방열 지붕은 열전도성 물질, 전기전도성 물질, 또는이들의 결합물질로 이루어지는 군으로 부터 선택되는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 방열 지붕의 가장 자리는 상기 패키지 하면을 향하여 굴곡 형태를 취한 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 방열 지붕의 가장 자리는 상기 패키지 하면을 향하여 돌출된 부위를 형성하는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 방열 지붕의 노출된 상면에 부착된 외부 방열판을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 방열 지붕의 노출된 상면은 다수의 돌기부가 형성된 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 방열 지붕은 도금된 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지.
  10. 기판, 상기 기판 상에 형성된 다이 패들(Die Paddle), 상기 다이 패들에 탑재되는 반도체 칩; 상기 기판 상에 부착되어 전기적 접점 역할을 수행하는 인너 리드(Inner Lead)를 포함하는 반도체 패키지에 있어서,
    상기 반도체 칩에 형성된 본드 패드(Bond Pad)와 상기 인너 리드를 전기적으로 연결시키는 와이어(Wire);
    상기 반도체 칩의 상면(Top Surface)에 본딩된 방열 지붕(Heat - Radiating Canopy);
    상기 다이 패들, 반도체 칩, 와이어 및 인너 리드 전체를 감싸고, 상기 방열 지붕의 하면을 몰딩하는 몰딩재; 및
    상기 기판 하면에 부설되어 전기적 입출력 역할을 담당하는 마운트된 솔더 볼; 을 포함하고,
    상기 방열 지붕의 상면은 외부로 노출되며, 상기 방열 지붕의 하면 중 반도체 칩과 접촉하는 부분이 함몰되어 있는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 방열 지붕은 상기 반도체 칩의 상면 중 활동 소자 지역에 부착되는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 방열 지붕은 상기 반도체 패키지의 모양에 따라 둥근형(Round Type) 또는 다각형(Polygonal Type)의 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 방열 지붕은 열전도성 물질, 전기전도성 물질, 또는 이들의 결합물질로 이루어지는 군으로 부터 선택되는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 방열 지붕의 가장 자리는 상기 반도체 패키지 하면을 향하여 굴곡 형태를 취한 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지.
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 방열 지붕의 가장 자리는 상기 반도체 패키지 하면을 향하여 돌출된 부위를 형성하는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지.
  16. 제 10 항에 있어서, 상기 방열 지붕의 노출된 상면에 부착된 외부 방열판을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지.
  17. 제 10 항에 있어서, 상기 방열 지붕의 노출된 상면은 다수의 돌기부가 형성된 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지.
  18. 제 10 항에 있어서, 상기 방열 지붕은 도금된 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지.
  19. 열방출형 반도체 패키지 제조 방법에 있어서,
    반도체 패키지 제조용 리드 프레임(Lead Frame)의 다이 패들(Die Paddle)에 반도체 칩을 부착시키는 단계;
    상기 반도체 칩의 본드 패드(Bond Pad)와 리드 프레임의 인너 리드(Inner Lead)를 와이어(Wire)로 연결시키는 단계;
    상기 반도체 칩의 상면(Top Surface)에 방열 지붕(Heat-Radiating Canopy)을 부착시키는 단계;
    상기 방열 지붕의 상면이 외부에 노출되도록 몰딩하는 단계; 및
    상기 몰딩이 완료된 반도체 패키지의 아웃 리드(506) 부분을 트리밍 및 포밍(Trimming & Forming)시킴으로써, 반도체 패키지의 I/O를 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지의 제조 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 반도체 칩 부착 단계는,
    상기 반도체 칩을 접착제를 사용하여 부착시킨 후, 전기 오븐(Oven) 또는 히터 블록(Heater Block)을 사용하여 상기 접착제를 경화시키는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지의 제조 방법.
  21. 제 19 항에 있어서, 상기 와이어는 금(Gold), 구리(Copper) 또는 알루미늄(Aluminum) 중 어느 하나를 선택하거나 다수를 복합하여 형성시키는 것을특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지의 제조 방법.
  22. 제 19 항에 있어서, 상기 방열 지붕은 상기 반도체 칩 상면에 위치하는 부분은 상기 반도체 칩과 접촉하도록 하고, 나머지 부분은 상기 반도체 칩과 접촉하지 않도록 상기 방열 지붕의 중앙 부분을 함몰시키는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지의 제조 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 반도체 칩의 상면에 상기 방열 지붕을 부착시 상기 반도체 칩의 활동 소자 지역에 접촉하도록 하는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지의 제조 방법.
  24. 제 19 항에 있어서, 상기 방열 지붕은 열전도성 물질, 전기전도성 물질, 또는 이들의 결합물질로 이루어지는 군으로 부터 선택되는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지의 제조 방법.
  25. 제 19 항에 있어서, 상기 방열 지붕은 상기 반도체 패키지의 모양에 따라 둥근형(Round Type) 또는 다각형(Polygonal Type)의 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지의 제조 방법.
  26. 제 19 항에 있어서, 상기 방열 지붕의 가장 자리는 상기 반도체 패키지의 하면을 향하여 굴곡 형태를 취하는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지의 제조 방법.
  27. 제 19 항에 있어서, 상기 방열 지붕의 가장 자리는 상기 반도체 패키지의 하면을 향하여 돌출 부위를 형성시키는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지의 제조 방법.
  28. 제 19 항에 있어서, 상기 방열 지붕 부착 단계는, 상기 반도체 칩의 상면에 접착제를 사용하여 부착한 후, 전기 오븐 또는 히터 블록을 사용하여 상기 접착제를 경화시키는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지의 제조 방법.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 접착제는 열가소성 접착 수지(Thermo - Plastic Adhesive Epoxy), 열경화성 접착 수지(Thermo - Set Adhesive Epoxy), 열전도성 수지(Thermal Conductive Epoxy), 전기 전도성 수지(Electric Conductive Epoxy) 또는 접착 테잎(Adhesive Tape) 중 어느 하나를 선택하여 사용하거나, 다수를 복합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지의 제조 방법.
  30. 제 19 항에 있어서, 상기 방열 지붕의 노출된 면에 다수의 돌기부를 형성시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지의 제조 방법.
  31. 제 19 항에 있어서, 상기 방열 지붕의 노출된 면에 외부 방열판을 부착시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지의 제조 방법.
  32. 제 19 항에 있어서, 몰딩 단계 후, 전기 오븐을 사용하여 Post - Mold Cure 과정을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지의 제조 방법.
  33. 제 19 항에 있어서, 상기 방열 지붕의 노출된 면을 폴리싱(Polishing) 또는 디플레싱(defleshing)하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지의 제조 방법.
  34. 제 19 항에 있어서, 아웃 리드 또는 방열 지붕의 노출된 면에 도금을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지의 제조 방법.
  35. 열방출형 반도체 패키지 제조 방법에 있어서,
    기판상에 다이 패들(Die Paddle) 및 인너 리드(Inner Lead)를 형성시키는 단계;
    상기 다이 패들 상에 반도체 칩을 부착시키는 단계;
    상기 반도체 칩의 본드 패드(Bond Pad)와 상기 인너 리드를 와이어(Wire)로연결시키는 단계;
    상기 반도체 칩의 상면(Top Surface)에 접착제를 사용하여 방열 지붕(Heat - Radiating Canopy)을 부착시키는 단계;
    상기 방열 지붕의 상면이 외부에 노출되도록 몰딩하는 단계; 및
    상기 몰딩이 완료된 반도체 패키지의 하면에 마운트된 솔더 볼을 형성시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지의 제조 방법.
  36. 제 35 항에 있어서, 상기 반도체 칩 부착 단계는, 상기 반도체 칩을 접착제를 사용하여 부착시킨 후, 전기 오븐(Oven) 또는 히터 블록(Heater Block)을 사용하여 상기 접착제를 경화시키는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지의 제조 방법.
  37. 제 35 항에 있어서, 상기 와이어는 금(Gold), 구리(Copper) 또는 알루미늄(Aluminum) 중 어느 하나를 선택하거나 다수를 복합하여 형성시키는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지의 제조 방법.
  38. 제 35 항에 있어서, 상기 방열 지붕은 상기 반도체 칩 상면에 위치하는 부분은 상기 반도체 칩과 접촉하도록 하고, 나머지 부분은 상기 반도체 칩과 접촉하지 않도록 상기 방열 지붕의 중앙 부분을 함몰시키는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지의 제조 방법.
  39. 제 38 항에 있어서, 상기 반도체 칩의 상면에 상기 방열 지붕을 부착시 상기 반도체 칩의 활동 소자 지역에 접촉하도록 하는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지의 제조 방법.
  40. 제 35 항에 있어서, 상기 방열 지붕은 열전도성 물질, 전기전도성 물질, 또는이들의 결합물질로 이루어지는 군으로 부터 선택되는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지의 제조 방법.
  41. 제 35 항에 있어서, 상기 방열 지붕은 상기 반도체 패키지의 모양에 따라 둥근형(Round Type) 또는 다각형(Polygonal Type)의 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지의 제조 방법.
  42. 제 35 항에 있어서, 상기 방열 지붕의 가장 자리는 상기 반도체 패키지의 하면을 향하여 굴곡 형태를 취하는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지의 제조 방법.
  43. 제 35 항에 있어서, 상기 방열 지붕의 가장 자리는 상기 반도체 패키지의 하면을 향하여 돌출 부위를 형성시키는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지의 제조 방법.
  44. 제 35 항에 있어서, 상기 방열 지붕 부착 단계는, 상기 반도체 칩의 상면에 접착제를 사용하여 부착한 후, 전기 오븐 또는 히터 블록을 사용하여 상기 접착제를 경화시키는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지의 제조 방법.
  45. 제 44 항에 있어서, 상기 접착제는 열가소성 접착 수지(Thermo-Plastic Adhesive Epoxy), 열경화성 접착 수지(Thermo-Set Adhesive Epoxy), 열전도성 수지(Thermal Conductive Epoxy), 전기 전도성 수지(Electric Conductive Epoxy) 또는 접착 테잎(Adhesive Tape) 중 어느 하나를 선택하여 사용하거나, 다수를 복합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지의 제조 방법.
  46. 제 35 항에 있어서, 상기 방열 지붕의 노출된 면에 외부 방열판을 부착시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지의 제조 방법.
  47. 제 35 항에 있어서, 몰딩 단계 후, 전기 오븐을 사용하여 Post-Mold Cure 과정을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지의 제조 방법.
  48. 제 35 항에 있어서, 상기 방열 지붕의 노출된 면을 폴리싱(Polishing) 또는 디플레싱(defleshing)하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지의 제조 방법.
  49. 제 35 항에 있어서, 상기 방열 지붕 또는 아웃 리드의 노출된 면에 도금을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열방출형 반도체 패키지의 제조 방법.
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