KR20030078373A - A thermally enhanced ic chip package - Google Patents

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KR20030078373A
KR20030078373A KR1020020017383A KR20020017383A KR20030078373A KR 20030078373 A KR20030078373 A KR 20030078373A KR 1020020017383 A KR1020020017383 A KR 1020020017383A KR 20020017383 A KR20020017383 A KR 20020017383A KR 20030078373 A KR20030078373 A KR 20030078373A
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thermally
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배진-츙
리청-후이
샨웨이훵
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울트라테라 코포레이션
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    • H01L2924/15311Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface being a ball array, e.g. BGA

Abstract

열적으로 강화된 IC 칩 패키지는 상부면과 하부면에 도전성 회로 패턴을 갖는 유전성 기판과 개구를 구비한다. 활성측과 비활성측을 갖는 IC 칩은 개구 내에 수용된다. 칩의 활성측과 기판의 상부면은 동일한 방향을 향하며 서로 전기적으로 연결된다. 열전도성이면서 전기 도전성인 접착층은 칩의 비활성측과 기판의 상부면에 개구를 완전히 개구를 에워싸는 형태로 배치된다. 열전도성이면서 전기 도전성인 평면 부재는 접착층에 부착된다. 몰딩재는 칩, 개구 및 기판의 상부면을 캡슐화한다.Thermally strengthened IC chip packages have dielectric substrates and openings having conductive circuit patterns on the top and bottom surfaces. An IC chip having an active side and an inactive side is accommodated in the opening. The active side of the chip and the top surface of the substrate face the same direction and are electrically connected to each other. The thermally conductive and electrically conductive adhesive layer is disposed on the inactive side of the chip and the top surface of the substrate so as to completely surround the opening. A thermally conductive and electrically conductive planar member is attached to the adhesive layer. The molding material encapsulates the chip, the opening and the top surface of the substrate.

Description

열 강화 IC 칩 패키지{A THERMALLY ENHANCED IC CHIP PACKAGE}Thermally Enhanced IC Chip Packages {A THERMALLY ENHANCED IC CHIP PACKAGE}

본 발명은 집적회로(IC, integrated circuit) 패키지에 관한 것으로서, 특히 강화된 열적 성능을 갖는 저가의 고성능 IC 칩 패키지에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to integrated circuit (IC) packages, and more particularly to low cost, high performance IC chip packages with enhanced thermal performance.

미국특허 제5,355,283호는 도 1에 도시한 바와 같은 열적으로 강화된 IC 칩 패키지를 기재하며, 이는 중심 구멍(2)을 갖는 기판(1)을 포함한다. 기판(1)은 높은 열전도성을 갖는 구리 또는 다른 재료로 형성될 수 있는 열싱크(heat sink)(3)에 에폭시 접착제와 같은 접착제(4)로 결합된다. IC 칩(5)은 캡슐(6)로 실질적으로 가득찬 중심 구멍(2) 내의 접착제(4)에 의하여 열싱크(3)에 또한 결합된다.U. S. Patent No. 5,355, 283 describes a thermally strengthened IC chip package as shown in FIG. 1, which includes a substrate 1 having a center hole 2. As shown in FIG. The substrate 1 is bonded with an adhesive 4, such as an epoxy adhesive, to a heat sink 3 which may be formed of copper or other material having high thermal conductivity. The IC chip 5 is also coupled to the heat sink 3 by an adhesive 4 in the center hole 2 substantially filled with the capsule 6.

상기한 바와 같은 그러한 종래 IC 칩 패키지는 패키지에 열싱크가 있는 경우에는 대부분의 열싱크 표면은 패키지 외부에 특히 노출되어 있으므로, 열을 효율적으로 전달할 수 있다. 하지만, 단점이 있다. 열싱크(3)와 기판(1) 사이의 열팽창계수 차이가 접착층(4)에서 문제를 일으킨다. 이는 가열 속도와 냉각 속도 차이로 인해 더욱 악화된다. 열싱크(3)는 상대적으로 큰 접착패치(7)의 영역을 통한 전도에 의하여 직접 가열된다. 기판(1)은 열싱크(3) 및 캡슐(6)을 통한 전도로 직접적으로 가열이 덜 된다. 따라서, 열팽창 계수 차이로 인하여 팽창의 차이를 악화시키는 순환적인 온도차가 있는 것 같다. 더욱이, 완전한 열싱크를 기판에 구현하는 과정은 상대적으로 복잡하며 고가이다.In such a conventional IC chip package as described above, when the package has a heat sink, most heat sink surfaces are particularly exposed to the outside of the package, so that heat can be efficiently transferred. However, there are disadvantages. The difference in thermal expansion coefficient between the heat sink 3 and the substrate 1 causes a problem in the adhesive layer 4. This is exacerbated by the difference in heating rate and cooling rate. The heat sink 3 is directly heated by conduction through the region of the relatively large adhesive patch 7. The substrate 1 is less directly heated by conduction through the heat sink 3 and the capsule 6. Thus, there seems to be a cyclic temperature difference that exacerbates the difference in expansion due to differences in coefficient of thermal expansion. Moreover, the process of implementing a complete heat sink on a substrate is relatively complex and expensive.

따라서, 본 발명의 주 목적은 종래 IC 칩 패키지의 단점이 없는 열적으로 강화된 IC 칩을 제공하는 것이다.Therefore, the main object of the present invention is to provide a thermally strengthened IC chip without the disadvantages of conventional IC chip packages.

본 발명의 다른 목적은 칩이 부착되는 에폭시 접착제 및 열 분산기(heat spreader)를 사용하지 않는 저가이면서 열적으로 강화된 IC 칩 패키지를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a low cost and thermally strengthened IC chip package that does not use an epoxy adhesive and a heat spreader to which the chip is attached.

본 발명의 다른 목적은 우수한 열 분산 특성 및 양호한 전기적 성능을 갖는 열적으로 강화된 IC 패키지를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a thermally strengthened IC package having good heat dissipation properties and good electrical performance.

도 1은 열적으로 강화된 종래 IC 칩 패키지의 정면도이다.1 is a front view of a thermally enhanced conventional IC chip package.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 구성되는 IC 칩 패키지의 분해도이다.2 is an exploded view of an IC chip package constructed in accordance with one embodiment of the present invention.

도 3은 도 2의 조립된 패키지의 정면도이다.3 is a front view of the assembled package of FIG. 2.

전술한 본 발명의 목적은 도전성 회로 패턴 및 개구와 함께 대향하는 상부 및 하부면을 갖는 기판을 포함하는 열적으로 강화된 IC 칩 패키지에 의해 달성된다. 복수의 땜납볼은 기판 부재의 하부면에 전기적으로 연결된다. 활성측(active side)과 비활성측(inactive side)을 갖는 IC 칩은 칩의 활성측과 기판의 상부면을 동일한 방향으로 향하게 하는 방식으로 기판의 개구에 수용된다. 칩의 활성측은기판의 상부면과 전기적으로 연결된다. 열전도성이면서 전기적으로 도전성인 접착층은 칩의 비활성측과 기판의 하부면에 완전히 개구를 에워싸는 형태로 배치된다. 상부 및 하부면을 가지고 열전도성이면서 전기 도전성인 평면 부재는 접착층의 상부에 열적으로 그리고 전기적으로 부착된다. 몰딩재(molding material)는 칩, 개구 및 기판의 상부면을 캡슐화한다(encapsulate).The object of the present invention described above is achieved by a thermally strengthened IC chip package comprising a substrate having opposing top and bottom surfaces with conductive circuit patterns and openings. The plurality of solder balls are electrically connected to the bottom surface of the substrate member. An IC chip having an active side and an inactive side is received in an opening of a substrate in such a manner that the active side of the chip and the top surface of the substrate are directed in the same direction. The active side of the chip is electrically connected to the top surface of the substrate. The thermally conductive and electrically conductive adhesive layer is disposed in such a manner as to completely surround the opening on the inactive side of the chip and the bottom surface of the substrate. A thermally conductive and electrically conductive planar member having upper and lower surfaces is thermally and electrically attached to the top of the adhesive layer. Molding material encapsulates the chip, openings and top surface of the substrate.

본 발명의 전술한 목적, 특징 및 이점은 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 유심히 관찰함으로써 쉽게 이해할 것이다.The above objects, features, and advantages of the present invention will be readily understood by observing the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.

실시예Example

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지(10)를 도시한다. 패키지(10)는 적절한 유전성 또는 절연성 재료로 형성되는 기판 또는 보드(12)를 포함한다. 기판(12)은 도전성 회로 패턴(18)과 함께 상부면(14)과 하부면(16)을 갖는다. 복수의 땜납볼(20)은 하부면(16) 상의 실장 패드(22)의 개별적인 하나에 부착된다. 소정 크기와 형상을 갖는 중심창 또는 개구(24)는 기판(12)의 두께를 통해 형성된다.As shown in Figures 2 and 3, a package 10 in accordance with one embodiment of the present invention is shown. Package 10 includes a substrate or board 12 formed of a suitable dielectric or insulating material. The substrate 12 has an upper surface 14 and a lower surface 16 along with the conductive circuit pattern 18. The plurality of solder balls 20 are attached to individual ones of the mounting pads 22 on the bottom surface 16. A central window or opening 24 having a predetermined size and shape is formed through the thickness of the substrate 12.

IC 칩(30)은 활성측(32)과 비활성측(34)을 갖는다. 칩(30)은 개구(24)에 수용된다. 복수의 미세 배선(36), 예를 들면 금선(gold wire)은 칩(30)의 활성측(32) 상의 배선 결합 패드(38)를 기판(12)의 상부면(14) 상의 접촉 패드(40) 각각에 연결시킨다.IC chip 30 has an active side 32 and an inactive side 34. Chip 30 is received in opening 24. The plurality of fine wires 36, for example, gold wires, allow wire bonding pads 38 on the active side 32 of the chip 30 to contact pads 40 on the top surface 14 of the substrate 12. ) To each.

열전도성이면서 전기 전도성인 접착층(50), 예를 들어 구리 페이스트(copper paste)는 칩(30)의 비활성측(34)과 기판의 상부면(16)에 완전히 개구(24)를 에워싸는 형태로 배치된다.A thermally conductive and electrically conductive adhesive layer 50, for example copper paste, is arranged in such a way as to completely surround the opening 24 in the inactive side 34 of the chip 30 and the upper surface 16 of the substrate. do.

열전도성이면서 전기 전도성인 평면 부재(60), 예를 들어 구리판은 상부면(62)과 하부면(64)을 갖는다. 그 부재(60)의 상부면(62)은 열전도성이면서 전기 도전성인 접착층(50)에 결합된다. 액상 캡슐(70)은 칩(30)과 기판(12)의 상부면을 캡슐화하고 개구(24)를 채운다.The thermally conductive and electrically conductive planar member 60, for example a copper plate, has an upper surface 62 and a lower surface 64. The upper surface 62 of the member 60 is bonded to the adhesive layer 50 which is thermally conductive and electrically conductive. The liquid capsule 70 encapsulates the top surface of the chip 30 and the substrate 12 and fills the opening 24.

패키지(10)는 사용되어질 때 기판(12)에 부착되는 땜납볼(20)에 의하여 메인(main) 또는 "마더(mother)" 보드(80)에 납땜 실장된다. 열전도성이면서 전기 도전성인 평면 부재(60)의 하부면(60)은 열전도성이면서 전기 도전성인 재료로 형성되는 접착 테이프(82)에 의하여 메인 보드(80)에 결합된다. 이는 IC 칩(30)이 발생하는 열이 평면 부재(60)를 통하여 메인 보드(80)로 직접 전달되게 하며, 패키지의 전기 회로는 평면 부재(60)를 통하여 메인 보드(80)로 직접 접지된다. 그 결과, 본 발명에 의하여 제공되는 열적으로 강화된 IC 칩 패키지는 우수한 열 분산 특성과 양질의 전기적 성능을 갖는다. 더욱이, 열팽창계수 차이로 인한 팽창차를 크게 하지 않는다.The package 10 is solder mounted to a main or " mother " board 80 by solder balls 20 that are attached to the substrate 12 when used. The bottom surface 60 of the thermally conductive and electrically conductive planar member 60 is coupled to the main board 80 by an adhesive tape 82 formed of a thermally conductive and electrically conductive material. This allows heat generated by the IC chip 30 to be transferred directly to the main board 80 through the planar member 60, and the electrical circuit of the package is directly grounded to the main board 80 through the planar member 60. . As a result, the thermally strengthened IC chip package provided by the present invention has excellent heat dissipation characteristics and good electrical performance. Moreover, the expansion difference due to the difference in thermal expansion coefficient is not increased.

또한, 에폭시 접착층과 열 분산기와 같은 칩 부착형 재료를 사용하지 않기 때문에, 본 발명에 의한 IC 칩 패키지는 제조 과정을 단순화시키고 패키징 비용을 감소시킨다.In addition, since there is no use of chip attach materials such as an epoxy adhesive layer and a heat spreader, the IC chip package according to the present invention simplifies the manufacturing process and reduces packaging costs.

설명의 목적으로 본 발명의 바람직한 실시예를 기재하였지만, 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 것과 같이 본 발명의 범위 및 원리를 벗어나지 않는 다양한 변경, 추가 및 대체가 가능함을 알 것이다.While the preferred embodiments of the invention have been described for purposes of illustration, those skilled in the art will recognize that various changes, additions, and substitutions are possible without departing from the scope and principles of the invention as set forth in the appended claims.

따라서, 본 발명은 종래 IC 칩 패키지의 단점이 없는 열적으로 강화된 IC 칩을 제공하며, 칩이 부착되는 에폭시 접착제 및 열 분산기(heat spreader)를 사용하지 않는 저가이면서 열적으로 강화된 IC 칩 패키지를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 우수한 열 분산 특성 및 양호한 전기적 성능을 갖는 열적으로 강화된 IC 패키지를 제공할 수 있다.Accordingly, the present invention provides a thermally strengthened IC chip without the disadvantages of conventional IC chip packages, and provides a low cost and thermally strengthened IC chip package that does not use an epoxy adhesive and a heat spreader to which the chip is attached. Can provide. In addition, the present invention can provide a thermally enhanced IC package having excellent heat dissipation characteristics and good electrical performance.

Claims (4)

도전성 회로 패턴을 갖는 상부 및 하부와, 관통 개구(opening)를 갖는 유전성 기판 부재,A dielectric substrate member having a top and a bottom having a conductive circuit pattern, and a through opening, 상기 기판 부재의 상기 하부면에 전기적으로 연결되는 복수의 땜납볼,A plurality of solder balls electrically connected to the bottom surface of the substrate member, 활성측과 비활성측을 가지며, 상기 활성측과 상기 기판의 상기 상부가 동일한 방향을 향하는 방식으로 상기 기판의 상기 개구에 수용되고, 상기 활성측은 상기 기판의 상기 상부면과 전기적으로 연결되는 IC 칩,An IC chip having an active side and an inactive side, received in the opening of the substrate in such a manner that the active side and the upper portion of the substrate face the same direction, and wherein the active side is electrically connected to the upper surface of the substrate, 상기 개구를 완전히 에워싸는 형태로 상기 칩의 비활성측과 상기 기판의 상기 하부에 배치되는 열전도성이면서 전기 도전성인 접착층,A thermally conductive and electrically conductive adhesive layer disposed on the inactive side of the chip and the lower portion of the substrate in a form completely surrounding the opening; 상부면과 하부면을 구비하고, 상기 상부면은 열전도성이면서 전기 도전성인 상기 접착층에 접착되는 열전도성이면서 전기 도전성인 평면 부재, 그리고A top surface and a bottom surface, wherein the top surface is a thermally conductive and electrically conductive flat member bonded to the adhesive layer which is thermally conductive and electrically conductive, and 상기 칩, 상기 개구 및 상기 기판의 상기 상부면을 캡슐화하는(encapsulate) 몰딩재(molding material)A molding material encapsulating the chip, the opening and the top surface of the substrate 를 포함하는 열 강화 IC 칩 패키지.Thermally enhanced IC chip package comprising a. 제1항에서,In claim 1, 상기 열전도성이면서 전기 도전성인 평면 부재는 구리 박판인 열 강화 IC 칩 패키지.And the thermally conductive and electrically conductive planar member is a thin copper plate. 제1항 또는 제2항에서,The method of claim 1 or 2, 상기 열전도성이면서 전기 도전성인 접착층은 구리 페이스트(copper paste)인 열 강화 IC 칩 패키지.And the thermally conductive and electrically conductive adhesive layer is a copper paste. 제1항에서,In claim 1, 상기 칩과 상기 기판의 상기 상부면 사이의 상기 전기적 연결은 배선 결합인 열 강화 IC 칩 패키지.And wherein the electrical connection between the chip and the top surface of the substrate is a wire bond.
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