KR200301358Y1 - 반도체 패키지 실장용 방열판 - Google Patents

Abstract

본 고안은 반도체 패키지에 상부의 표면 일부가 외부로 노출되게 실장되며 하부면에 흑화산화막이 형성된 방열판에서, 반도체 패키지 몰딩수지와의 콘택 덴시티를 높여 제품의 불량률을 최소화할 수 있도록 하는 반도체 실장용 방열판을 제공한다.

이를 위한 구성으로서, 상기 방열판은 구리 기판의 상부 전면 중 반도체 패키지 실장시에 외부로 노출될 상부 중앙면을 제외한 몰딩수지에 묻히는 나머지 잔여 면에 흑화산화막을 형성한 것이고, 상기 방열판의 외부로 노출될 상부 중앙면에는 니켈층이 형성된 것 또는 수지 코팅막이 형성된 것이다.

이러한 구조의 방열판은 구리 기판에 니켈층을 선택적으로 형성한 후, 화학적 옥시데이션 공정에 의해 상기 니켈층이 형성되지 않은 잔여 부분인 구리표면에 흑화산화막이 형성되게 하는 일련적 공정에 의하거나, 구리 기판에 수지 코팅막을 선택적으로 형성한 후, 화학적 옥시데이션 공정에 의해 상기 수지 코팅막이 형성되지 않은 잔여 부분인 구리표면에 흑화산화막이 형성되게 하는 일련적 공정에 의해 제조한다.

Description

반도체 패키지 실장용 방열판{A heat sink used in semiconductor package}

본 고안은 반도체 패키지 실장용 방열판에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 반도체 패키지에 내장되어지되 방열판 상부면의 중앙 표면이 반도체 칩의 외부로 노출되게 실장되는 반도체 패키지 실장용 방열판에 관한 것이다.

반도체 패키지에 실장되는 방열판은 몰딩패키지를 지지해 주는 역할 이외에 반도체 내부에서 발생하는 열을 외부로 방출시켜 반도체 회로의 성능저하 및 오동작을 방지하여 회로 동작의 안정성을 기하기 위해 사용되는 것으로서, 최근 각종 반도체 소자의 고집적화 및 신호처리속도가 급격히 고속화 됨에 따라 방열판의 중요성이 더욱 높아지고 있다.

반도체 패키지용 방열판의 적용방식은 반도체 패키지에 따라 달라지게 되며, 리드프레임에 부착되는 방식, 몰딩패키지 내부로 실장되는 방식, 몰딩패키지의 외부로 노출되게 실장되는 방식 등 여러 가지 방식이 있으나, 본 출원은 방열판의 일부가 몰딩패키지의 외부로 노출되게 실장되는 방식에 관련된 것인 바, 타 방식에 대해서는 언급을 생략하기로 한다.

도 1 은 종래의 반도체 패키지 실장용 방열판의 구조를 보인 사시도이고, 도 2a 내지 도 2c 는 그 방열판의 제조공정을 설명하기 위한 순서도이다.

도 1 에 도시된 방열판(1)은 반도체 패키지에 실장되는 한 형태의 방열판(1)을 예시한 것으로써 그 모양과 형상은 원형 다각형 등 다양하게 제조되고 있다.

도 2a 내지 도 2c 에 도시된 바를 참조하면, 종래에는 구리 기판(11)의 상부 전면에 니켈(12)을 도금한 후, 구리 기판(11)의 하부 전면에 화학적 방법에 의한 산화공정으로 흑화산화막(14)을 형성하여 반도체 패키지 실장용 방열판(1)을 제조하였다.

이렇게 제조된 방열판(1)은 다이 어태치 및 큐어링 공정, 와이어 본딩 및 검사를 마친 칩을 몰딩하는 공정에서, 함께 몰딩 및 큐어링 공정을 통해 반도체 패키지 내에 실장되는 것이다. 즉, 방열판(1)은 EMC(Epoxy Mold Compound)와 함께 몰드 다이(Mold die)에서 몰딩되어 반도체 패키지에 일체화 성형되는 것이다.

이후, 반도체 패키지는 트림 공정과 디플레시 공정, 포밍 공정을 통해 프린트 기판에 장착 가능한 패키지 형태로 최종 형성된다.

한편, 상술한 과정을 거쳐 패키지에 실장된 방열판은 외부로 노출되는 니켈 도금된 표면부분에 마킹 공정을 거치게 된다.

마킹(Marking)은 제품의 기능, 특성, 타입, I/O수, 스피드, 제조일, 메이커 등을 레이저 마킹 또는 잉크로 인쇄하여 자외선으로 경화시켜 행하게 된다.

방열판의 표면은 니켈도금 처리되어 있으므로 구리 자체인 것에 비해 내마모성, 내화학성이 양호하여 오랜기간 변화되지 않으며 마킹이 유지될 수 있다.

그러나, 상술한 종래의 방열판은 다음과 같은 문제점을 갖고 있다.

방열판의 부분 중 흑화산화처리된 하부면은 몰딩 컴파운드와의 부착 결합력이 양호하나, 니켈도금된 상부면은 그 표면이 몰딩 컴파운드와 부착 결합력이 약하여 반도체의 반복되는 열적 변화에 따라 몰딩된 수지와 니켈 도금면 사이가 들뜨게 되는 현상(delamination)이 발생하게 된다.

상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 고안은 반도체 패키지 몰딩수지와의 콘택 덴시티를 높여 제품의 불량률을 최소화할 수 있도록 하는 반도체 실장용 방열판을 제공하고자 하는데 목적을 두고 있다.

도 1 은 종래의 반도체 패키지 실장용 방열판의 구조를 보인 사시도,

도 2a 내지 도 2c 는 그 방열판의 제조공정을 설명하기 위한 순서도.

도 3 은 본 고안의 실시예에 따른 반도체 패키지 실장용 방열판의 구조를 보인 사시도,

도 4a 내지 도 4c 는 본 고안의 방열판의 제조공정을 설명하기 위한 순서도,

도 5a 및 도 5b 는 본 고안의 방열판의 사용상태를 보인 반도체 패키지의 단면도,

도 6 은 도 5b 에 적용되는 반도체 패키지 실장용 방열판의 구조를 보인 사시도,

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

101,101' - 방열판 111 - 구리기판

112 - 니켈층 114,114a - 흑화산화막

117 - 단차턱 118 - 딤플

상술한 목적을 달성하기 위한 본 고안의 반도체 패키지 실장용 방열판은,

반도체 패키지에 상부의 표면 일부가 외부로 노출되게 실장되며 하부면에 흑화산화막이 형성된 방열판에 있어서, 상기 방열판은 구리 기판의 상부 전면 중 반도체 패키지 실장시에 외부로 노출될 상부 중앙면을 제외한 몰딩수지에 묻히는 나머지 잔여 면에 흑화산화막을 형성하여서 된 것을 특징으로 한다.

상술한 본 고안은 두 가지 실시예로서 실시될 수 있다.

제1 실시예에서는 상술한 본 고안의 구성에 부가하여, 상기 방열판의 외부로 노출될 상부 중앙면에는 니켈층이 형성된 것이고, 이때, 상기 방열판은 구리 기판에 니켈층을 선택적으로 형성되게 한 후, 화학적 옥시데이션 공정에 의해 상기 니켈층이 형성되지 않은 잔여 부분인 구리표면에 흑화산화막이 형성되게 하여서 된다.

제2 실시예에서는 상술한 본 고안의 구성에 부가하여, 상기 방열판의 외부로 노출될 상부 중앙면에는 수지 코팅막이 형성된 것이고, 이때 상기 방열판은 구리 기판에 수지 코팅막을 선택적으로 형성되게 한 후, 화학적 옥시데이션 공정에 의해 상기 수지 코팅막이 형성되지 않은 잔여 부분인 구리표면에 흑화산화막이 형성되게 하여서 된다.

이하, 본 고안에 대하여 첨부된 실시예를 통한 바람직한 실시예로서 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.

도 3 은 본 고안의 반도체 패키지 실장용 방열판의 구조를 보인 사시도이고, 도 4a 내지 도 4c 는 본 고안의 방열판의 제조공정을 설명하기 위한 순서도이며, 도 5 는 본 고안의 방열판의 사용상태를 보인 반도체 패키지의 단면도이다.

도 3 에 도시된 바와같이, 본 고안의 반도체 패키지 실장용 방열판(101)은, 구리 기판의 상부 전면 중 반도체 패키지 실장시에 외부로 노출될 상부 중앙면(112 및 132)을 제외한 몰딩수지에 묻히는 나머지 잔여 면에 흑화산화막(114a)을 형성한 것이다.

이러한 방열판(101)의 제조공정은 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 구리기판(111)에 마스크를 이용한 도금의 방법에 의해 니켈층(112)을 선택적으로 형성하고, 이어서 니켈층(112)이 형성된 구리기판(111)을 산화촉진제에 침전시켜 줌으로써 약품을 사용한 화학적 옥시데이션 공정에 의해 상기 니켈층(112)이 형성되지 않은 잔여부분인 구리 표면에 흑화산화막(114,114a)이 형성되게 한다. 즉, 흑화산화막(114,114a)은 방열판의 하부면 전면과, 상부면의 외곽부에 설치되며, 이때 상기 방열판(101)은 원형으로 될 수도 있고 다각형의 형상으로 된 경우에 모두 적용된다. 구리기판(111)의 상면에는 니켈층(112)과 흑화산화막(114a)의 경계가 될 부분에 단차턱(117)을 형성하여 니켈층의 형성될 부분과 흑화산화막이 형성될 부분을 구획하여 줌으로써 막질(112,114a)의 구획을 위한 제조공정이 용이해 지도록 한다. 흑화산화막은 이미 알려진 알칼라인 블랙 옥사이드 공정에 의하여 행한다. 상기 본 고안의 방열판을 제조하기 위한 모든 공정 간에는 크리닝 공정 및 건조 공정이 필요한데, 이는 당연한 것이므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상술한 바와 다른 방법으로서, 본 고안의 방열판(101)의 흑화산화막(114,114a)을 형성할 수 있다. 즉, 상기 방열판(101)의 외부로 노출될 상부 중앙면에는 인쇄 방법에 의해 수지 코팅막(132)을 선택적으로 형성한 다음, 상술한 니켈 도금 후 흑화산화막 형성시와 마찬가지로 화학적 방법에 의한 옥시데이션 공정을 행하여 구리기판(111)의 하부 전면과 수지 코팅막이 형성되지 않은 상부 외곽면에 흑화산화막(114,114a)이 형성되게 함으로써, 본 고안의 반도체 패키지용 방열판의 제조를 완성한다. 물론 상부 산화막(114a)과 하부 산화막(114)는 옥시데이션 공정에서 한꺼번에 형성된다.

이와 같이 제조된 본 고안의 방열판은 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 반도체 패키지 몰드 성형시에 몰드 다이(Mold Die;패키지의 고유형태를 만들기 위한 금형)에서 방열판(101,101')의 상부 중앙 부분은 외부로 노출되고 방열판(101,101')의 상부 외곽부분은 EMC 수지(129)에 내부로 묻히게 되는데, 이때방열판(101,101')의 상부 외곽부의 흑화산화막(114a)이 종래의 것으로 대응되는 구리 표면이나 니켈 표면에 비해 훨씬 거치른 표면을 갖고 있으므로, 종전에 비해 몰딩 수지(129)와의 결합력을 높일 수 있어 수지 들뜸 현상 등이 발생하지 않게 된다.

더욱 구체적으로, 도 5a 는 BGA(Ball Grid Array) 타입에서 몰딩되는 형태를 보인 것이고, 도 5b 는 QFP(Quard Flat Package) 타입에서 몰딩되는 형태를 보인 것으로서, 이 두 타입에서 적용되는 방열판(101,101')의 모양과 형태는 서로 다르게 형성될 수 있으나 몰딩 수지(129) 속에 묻히는 상부 일부면에 흑화산화막(114a)이 형성된 것은 동일하다.

도 5a 의 BGA 타입에는 도 3 에 도시된 형태의 방열판(101)이 적합하고, 도 5b 의 QFP 타입에 적용된 방열판은 도 6 에 도시된 형태와 같은 방열판(101')이 적합하다.

참고로, 도 5a 및 도 5b에서, 도면부호설명 안된 124는 PCB 회로기판이며, 125는 솔더볼이며, 126은 회로가 형성된 웨이퍼 칩이고, 128은 리드프레임이고, 127은 본딩 와이어이다. 도 5a의 BGA 타입에서, 방열판(101)의 가장자리 부분에 하부로 돌출되게 형성된 딤플(118)이 방열판(101)을 기판(124)에 받혀 지지하게 된다.

상술한 과정을 거쳐 반도체 패키지에 실장된 방열판(101)은 외부로 노출된 상부 표면부분에 제품의 기능, 특성, 타입, I/O수, 스피드, 제조일, 메이커 등을레이저 마킹 또는 잉크로 인쇄하여 자외선으로 경화시켜 행하는 마킹 공정을 거치게 된다.

반도체 패키지의 외부로 노출된 방열판의 상부 중앙부의 표면은 니켈 도금 또는 수지코팅 처리되어 있으므로 내마모성, 내화학성이 양호하여 오랜기간 변화되지 않으며 마킹이 유지된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안은 방열판 상면의 외곽부에 형성된 흑화산화막의 표면이 구리 표면이나 니켈 표면에 비해 거친 정도가 커서 결합면적이 커지게 되므로 종전에 비해 EMC 수지와의 결합력(contact density)을 높일 수 있어 방열판 상면 외곽의 결합부위에서 수지 들뜸현상 등이 발생하지 않게 되어 수율을 높일 수 있고, 또한 방열판과의 높은 결합력에 의해 몰딩 공정 및 큐어링 공정에서 불량률이 적게 되고 반도체의 열적변화나 충격에도 패키지 몰드 형태의 변형됨이 적어 형태 유지력을 높일 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 반도체 패키지에 상부의 표면 일부가 외부로 노출되게 실장되며 하부면에 흑화산화막이 형성된 방열판에 있어서,

   상기 방열판은 구리 기판의 상부 전면 중 반도체 패키지 실장시에 외부로 노출될 상부 중앙면을 제외한 몰딩수지에 묻히는 나머지 잔여 면에 흑화산화막을 형성하여서 된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 실장용 방열판.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 방열판의 외부로 노출될 상부 중앙면에는 니켈층이 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 실장용 방열판.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 방열판의 외부로 노출될 상부 중앙면에는 수지 코팅막이 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 실장용 방열판.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 방열판은 구리 기판에 니켈층을 선택적으로 형성한 후, 화학적 옥시데이션 공정에 의해 상기 니켈층이 형성되지 않은 잔여 부분인 구리표면에 흑화산화막이 형성되게 하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 실장용방열판.
5. 제 2 항에 있어서, 상기 방열판은 구리 기판에 수지 코팅막을 선택적으로 형성한 후, 화학적 옥시데이션 공정에 의해 상기 수지 코팅막이 형성되지 않은 잔여 부분인 구리표면에 흑화산화막이 형성되게 하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 실장용 방열판.