KR200362741Y1 - 응력 제거 구조를 갖는 리드 프레임 - Google Patents

Abstract

본 고안은 리드 프레임의 휨(warpage) 현상을 방지하고 잔재(burr)가 생기지 않도록 한 리드 프레임에 관한 것으로서, 본 고안의 리드 프레임은 (a) 반도체 칩이 실장되는 다이 패드와, (b) 다이 패드와는 기계적으로 연결되어 있으며 반도체 칩과는 전기적으로 연결되는 리드부와, (c) 리드부와 기계적으로 연결되어 있으며 리드 프레임의 개별 프레임을 전체 프레임 구조로 유지하기 위하여 리드부를 금속 프레임부와 기계적으로 연결하는 이음대(tie bar)를 포함한다. 이음대는 (i) 성형 공정에서 응력이 작용하는 방향과 평행한 방향으로 배열되며 상기 금속 프레임부와 기계적으로 연결되어 있는 직선부와, (ii) 성형 공정에서 응력이 작용하는 방향에 대해 일정한 각도로 기울어진 사선부를 포함하는 응력 제거 슬롯이고, 상기 금속 프레임부에는 이음대 근처에 응력 제거 슬롯이 형성되어 있다. 응력 제거 이음대는 그 사선부와 직선부의 내각이 약 45도이며, 응력 제거 슬롯은 그 장변이 이음대의 직선부의 방향에 대해 직각 방향이다.

Description

응력 제거 구조를 갖는 리드 프레임 {Lead Frame Having Stress Releasing Structure}

본 고안은 반도체 소자 제조용 리드 프레임에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 발광 다이오드 소자의 성형 공정에서 발생하는 응력을 제거할 수 있고 절단분리 공정에서 잔재(burr)가 생기지 않도록 하는 구조로 된 리드 프레임에 관한 것이다.

발광 다이오드(LED: Light Emission Diode) 소자는 발광 다이오드 칩(또는 다이, die)을 리드 프레임(또는 PCB)에 부착하는 다이 본딩 공정, 칩과 리드 프레임의 리드를 전기적으로 연결하는 와이어 본딩(wire bonding) 공정, 패키지 성형 공정, 절단분리(trimming and sawing) 공정, 검사 공정을 거쳐 제조된다. 패키지 성형 공정은 성형 방법에 따라, 일정한 모양의 용기(mold cup)에 경화성 수지를 부어 패키지 몸체를 형성하는 캐스팅(casting) 성형법과, 성형 프레스를 사용하여 높은 열과 압력으로 패키지 몸체를 형성하는 주입 성형(transfer molding) 방법으로나눌 수 있다. 주입 성형은 패키지 몸체와 동일한 형상의 공간(cavity)이 형성된 상하부 금형 사이에 리드 프레임을 정렬하고 고온·고압 분위기에서 용융 상태의 성형 수지(예컨대, EMC: Epoxy Molding Compound)를 상기 공간에 성형 프레스로 주입하여 패키지 몸체를 형성하는 공정이다.

그런데, 패키지 몸체를 형성하는 플라스틱 성형 수지는 금속 리드 프레임에 비해 열팽창계수(TCE: Thermal Coefficient of Expansion)가 더 크기 때문에, 주입 성형 공정 후 냉각 단계에서 성형 수지는 리드 프레임에 비해 더 많이 수축된다. 따라서, 성형 수지와 직접 접촉하고 있는 리드 프레임은 수축되는 성형 수지에 의해 끌리는 힘(응력, stress)을 받게 된다. 이러한 응력은 개별 프레임을 전체 리드 프레임 구조로 유지하는 이음대(또는 타이바, tie bar)에 집중되고 이음대 주위에서 리드 프레임이 비틀리는 휨(warpage) 현상이 나타난다.

또한 종래의 리드 프레임은 절단분리 공정에서 제조 공차(tolerance)로 인해 이음대의 잔재가 남게 되어 육안 검사에서 불량 판정을 받거나 조작자에게 상처를 입힐 수 있다.

본 고안은 종래 구조의 리드 프레임에서 나타나는 휨(warpage) 현상을 방지하는 것이다.

본 고안의 다른 목적은 발광 다이오드 소자의 주입 성형 공정에서 나타나는 응력을 제거하고 잔재가 생기지 않도록 하는 구조로 된 리드 프레임을 제공하는 것이다.

본 고안의 또 다른 목적은 리드 프레임의 휨 현상을 방지하고 잔재가 생기지 않게 함으로써 발광 다이오드 소자의 생산성을 높이고 발광 다이오드 소자의 품질을 개선하는 것이다.

도 1은 본 고안에 따른 리드 프레임의 전체 구조를 나타내는 평면도.

도 2a는 본 고안에 따른 리드 프레임의 개별 프레임의 구조를 나타내는 평면도.

도 2b와 도 2c는 본 고안에 따른 개별 프레임에 발광 다이오드 칩이 패키지된 구조를 나타내는 평면도와 단면도.

도 3a는 본 고안에 따른 리드 프레임의 응력 제거 효과를 설명하기 위한 부분 평면도이고, 도 3b는 종래 구조의 리프 프레임에서 응력으로 인한 휨 현상을 설명하기 위한 부분 평면도.

도 4a와 도 4b는 본 고안의 리드 프레임에서 응력이 작용한 경우의 응력제거 이음대의 기능을 설명하기 위한 부분 평면도.

도 5a는 본 고안에 따른 리드 프레임에서 잔재(burr) 생성 방지 효과를 설명하기 위한 부분 평면도이고, 도 5b는 종래 기술에 따른 리드 프레임에서 잔재 생성 현상을 나타내는 부분 평면도.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

10: 사이드 레일(side rail) 20: 이송 구멍

30: 개별 프레임 32: 응력 제거 이음대(stress release tie bar)

33: 직선부 34, 36: 칩 실장부(다이 패드)

35: 사선부 37: 응력 제거 슬롯(stress release slot)

38: 리드부 40: 발광 다이오드 칩의 패키지 몸체

50: 발광 다이오드 칩이 패키지된 개별 프레임

60: 금속 프레임부

본 고안에 따른 리드 프레임은 (a) 반도체 칩이 실장되는 다이 패드와, (b) 상기 다이 패드와는 기계적으로 연결되어 있으며 상기 반도체 칩과는 전기적으로 연결되는 리드부와, (c) 상기 리드부와 기계적으로 연결되어 있으며 리드 프레임의 개별 프레임을 전체 프레임 구조로 유지하기 위하여 상기 리드부를 금속 프레임부와 기계적으로 연결하는 이음대(tie bar)를 포함하며, (A) 상기 이음대가 (i) 성형 공정에서 응력이 작용하는 방향과 평행한 방향으로 배열되며 상기 금속 프레임부와 기계적으로 연결되어 있는 직선부와, (ii) 성형 공정에서 응력이 작용하는 방향에 대해 일정한 각도로 기울어진 사선부를 포함하는 것 또는 (B) 상기 금속 프레임부에는 이음대 근처에 응력 제거 슬롯이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 고안의 일구현예에 따르면, 이음대의 사선부와 직선부는 그 내각은 약 45도이며, 응력 제거 슬롯은 그 장변이 이음대의 직선부의 방향에 대해 직각 방향이다.

구현예

이하 도면을 참조로 본 고안의 구현예에 대해 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 리드 프레임의 전체 구조를 나타낸다.

리드 프레임(100)은 한번의 성형 공정으로 여러 개의 발광 다이오드 칩을 일괄 조립하기 위해 도 1에 나타낸 것처럼 복수의 개별 프레임(예컨대,25×9=225개의 개별 프레임)을 포함하고 있다. 도 1에서 리드 프레임(100)의 상하에 있는 몸체를 사이드 레일(10; side rail)이라고 하는데, 이 사이드 레일(10)에는 리드 프레임을 이송하는 데에 사용되는 이송 구멍(20)이 형성되어 있다. 리드 프레임 상하 양쪽의 사이드 레일(10) 사이에는 복수의 개별 프레임(30)이 행렬(matrix) 구조로 배열되어 있는데, 도면을 간단히 하기 위해 왼쪽의 4열과 맨 오른쪽 열에만 개별 프레임(30)의 구조를 나타내고 나머지 부분의 개별 프레임은 생략하였다. 한편, 개별 프레임(30)에는 발광 다이오드 칩이 실장되고 이 칩은 성형 수지로 패키지 되는데, 수지 성형된 패키지 몸체(도 2b의 '40')가 형성된 개별 프레임(50)은 맨 왼쪽의 2개 열에 나타내었다. 어느 한 개별 프레임을 기준으로 이것과 좌우에 있는 개별 프레임 사이에는 리드 프레임의 금속 부분이 존재하는데, 아래의 설명에서는 이것을 금속 프레임부(60)라고 한다. 이 금속 프레임부(60)는 주입 성형 공정의 냉각 단계에서 성형 수지의 수축으로 인한 응력을 가장 크게 받는 이음대(도 2의 '32')의 변형력에 영향을 받는 부분이다.

본 고안의 개별 프레임(30)의 구조는 도 2a를 참조로 설명한다. 도 2a에서 빗금친 부분은 리드 프레임의 금속부(예컨대, 구리 합금 또는 철-니켈 합금으로 표면에 은(Ag) 등으로 도금된 금속)이고 나머지는 금속부가 형성되지 않은 빈 공간이다.

도 2a에 나타낸 개별 프레임(30)은 응력 제거 이음대(32, stress releasetie bar), 다이 패드(34, 36), 응력 제거 슬롯(37; stress release slot), 리드부(38)를 포함한다. 발광 다이오드 칩(도시 아니함)은 다이 패드(34, 36)에 부착되며, 본딩 와이어(bonding wire, 도시 아니함)를 통해 리드부(38)와 전기적으로 연결된다. 리드부(38)는 패키지된 발광 다이오드 소자의 외부접속 단자 역할을 한다. 발광 다이오드 칩에 성형 수지로 패키지 몸체(40)를 형성한 구조는 도 2b의 평면도와 도 2c의 단면도로 나타낸 바와 같다.

도 2a를 참조하면, 본 고안의 응력 제거 이음대(32)는 직선부(33)와 사선부(35)를 포함한다. 따라서, 응력 제거 이음대(32)는 전체적으로 굴곡 구조로 되어 있다. 직선부(33)는 금속 프레임부(60)로부터 일직선으로 뻗어 나온 부분을 말하고, 사선부(35)는 직선부(33)에서 일정한 각도로 꺾여 곧게 뻗어 나온 부분을 말한다. 응력 제거 이음대(32)는 개별 프레임(30)의 좌우 양쪽에 하나씩 형성되어 있으며, 금속 프레임부(60)와 리드부(38), 다이 패드(34 또는 36)를 서로 연결되도록 함으로써, 개별 프레임(30)이 전체 리드 프레임(100)의 틀 내에 기계적으로 유지되도록 하여 여러 개의 개별 프레임이 일괄 조립될 수 있게 한다.

본 고안의 응력 제거 슬롯(37)은 응력 제거 이음대(32) 좌우측에 하나씩 형성되어 있다. 응력 제거 슬롯(37)의 크기와 위치는 성형 공정의 냉각 단계에서 금속 프레임부(60)의 수축력을 흡수할 수 있을 정도의 크기와 위치로 하는 것이 바람직하다. 또한, 슬롯의 형성으로 인해 전체 리드 프레임의 크기가 증가하지 않도록 하여야 하므로, 응력 제거 슬롯(37)의 장변(즉, L2)은 응력 제거 이음대(32)의 직선부(33)의 방향에 대해 수직인 것이 바람직하다.

본 고안의 응력 제거 이음대(32) 및 응력 제거 슬롯(37)의 구조와 크기, 위치에 대한 일구현예를, 개별 프레임(30)의 길이(도 2의 L1)가 5.0㎜이고 폭 W1이 3.6㎜인 경우를 들어 설명한다. 이 예의 경우, 응력 제거 슬롯(37)의 길이 L2는 2.0㎜이고, 폭 W2는 0.4㎜이다. 응력 제거 슬롯(37)은 d1=0.8㎜이 되는 위치에 형성한다. 한편, 응력 제거 이음대(32)는 d2=2.06㎜가 되는 위치에서 응력 제거 이음대(32)의 직선부(33)가 형성되도록 하고, 응력 제거 이음대(32)의 폭은 0.2㎜, 직선부(33)와 사선부(35)의 내각은 45°가 되도록 한다. 한편, 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 응력 제거 이음대(32)와 응력 제거 슬롯(37)에 대한 이러한 수치들은 모두 하나의 예시에 불과하며 그 값은 개별 프레임(30)의 크기와 형상에 따라 얼마든지 변경할 수 있다는 점을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 예컨대, 도 2a에는 응력 제거 슬롯(37)이 하나의 슬롯으로 구성된 것으로 나타내었지만, 2개로 분리된 슬롯으로 응력 제거 슬롯(37)을 형성할 수도 있다. 요컨대, 응력 제거 이음대(32)와 응력 제거 슬롯(37)의 크기와 위치 및 모양은 도 2a에 나타낸 형상 및 위에서 설명했던 크기나 위치와는 달리 여러 가지로 변형할 수 있는데, 다만 응력 제거 이음대(32)의 전체 구조는 응력이 작용하는 방향(A1, A2)에 대해 이것과 평행하지 않고 일정한 각도로 기울어진 구조를 포함하고 있어야 하며, 응력 제거 슬롯(37)은 성형 공정에서 발생하는 응력이 크게 작용하는 위치(예컨대, 응력 제거 이음대의 주변 영역)에 형성되어야 한다.

본 고안의 리드 프레임은 응력 제거 슬롯(37)을 포함하고 있기 때문에 성형 공정에서 발생하는 응력에 의해 리프 프레임이 휘는 것을 방지할 수 있는데, 도 3a에 나타낸 것처럼 플라스틱 성형 수지의 큰 수축으로 인한 응력이 A1 방향을 따라 응력 제거 이음대(32)에 전달되어 금속 프레임부(60)가 다이 패드(34 또는 36) 쪽으로 힘을 받게 되어도 이 힘을 슬롯(37)이 흡수할 수 있다. 이에 비해, 종래 구조의 리드 프레임에서는 도 3b에 나타낸 것처럼, 이음대(32a)에 전달된 응력으로 인해 금속 프레임부(60a)가 다이 패드(34a 또는 36a) 쪽으로 휘어 리드 프레임 전체가 휘는 현상이 발생한다.

또한, 본 고안의 리드 프레임은 전체적으로 굴곡된 구조의 응력 제거 이음대(32)를 포함하고 있기 때문에, 응력 제거 이음대(32)에 응력이 전달되는 경우에도 응력 제거 이음대(32)의 사선부(35)가 펴지면서 응력을 흡수하는 완충 역할을 할 수 있다. 이것은 금속 재질로 된 사선부(35)의 용수철 작용으로 설명할 수도 있는데, 요컨대 도 4a의 응력이 작용하기 전의 응력 제거 이음대(32)의 사선부(35)는 도 4b의 응력이 작용한 경우(즉, 성형 공정의 냉각 단계)에는 응력 작용 방향(A1)으로 펴지면서 응력 제거 이음대(32)에 전달된 응력을 주변 금속 프레임(60)에 전달하지 아니하고 흡수한다.

앞에서 설명한 응력 흡수 또는 응력 제거 효과는 리드 프레임에 응력 제거 이음대(32)와 응력 제거 슬롯(37) 중 어느 하나만 형성하여도 달성할 수 있지만, 응력 제거 이음대(32)와 응력 제거 슬롯(37)을 둘 다 형성하여 그 효과를 극대화할 수 있다.

한편, 개별 프레임에 대한 성형 공정이 끝나면 전체 리드 프레임을 개별 프레임으로 분리하는 절단분리 공정이 진행되는데, 이 절단분리 공정은 응력 제거 이음대(32)를 잘라내는 단계를 포함한다. 그런데, 도 5b에 나타낸 것처럼, 이음대(32a)가 일직선으로 형성되어 있는 종래 개별 프레임에서는 절단선(70)을 따라 이음대(32a)를 잘라낼 경우 절단 위치 공차(d)로 인해 예컨대, 약 0.2㎜의 잔재(72, burr)가 생기게 된다. 이에 비해 본 고안의 이음대(32)는 직선부(33)와 사선부(35)로 구성되어 있고, 절단분리 공정의 이음대 절단은 이 사선부(35)에 대해 수행되기 때문에, 도 5a에 나타낸 것처럼 절단선(70)의 공차(d)를 고려하더라도 도 5b의 도면 부호 '72'로 나타낸 것과 같은 잔재가 생기지 않도록 할 수 있다.

본 고안에 따르면, 성형 공정에서 발생하는 응력에 의해 리드 프레임이 휘는 현상을 구조적으로 방지할 수 있고, 이러한 리드 프레임을 이용하여 제조되는 발광 다이오드 소자의 생산성을 높이고 품질을 개선할 수 있다.

또한, 본 고안에서는 절단분리 공정에서 리드 프레임에 잔재가 생기지 않기 때문에 불량률이 떨어지고 작업자가 좀 더 안전하게 조립작업을 할 수 있다.

Claims (6)

1. 리드 프레임으로서,

   반도체 칩이 실장되는 다이 패드(34, 36)와,

   상기 다이 패드와는 기계적으로 연결되어 있으며 상기 반도체 칩과는 전기적으로 연결되는 리드부(38)와,

   상기 리드부와 기계적으로 연결되어 있으며 리드 프레임의 개별 프레임(30)을 전체 프레임(100) 구조로 유지하기 위하여 상기 리드부를 금속 프레임부(60)와 기계적으로 연결하는 이음대(32, tie bar)를 포함하며,

   상기 이음대(32)는 (a) 성형 공정에서 응력이 작용하는 방향과 평행한 방향으로 배열되며 상기 금속 프레임부(60)와 기계적으로 연결되어 있는 직선부(33)와, (b) 성형 공정에서 응력이 작용하는 방향에 대해 일정한 각도로 기울어진 사선부(35)를 포함하는 것을 특징으로 하는 리드 프레임.
2. 제1항에서,

   상기 금속 프레임부(60)에는 이음대(32) 근처에 응력 제거 슬롯(37)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 리드 프레임.
3. 제1항 또는 제2항에서,

   상기 이음대의 사선부와 직선부는 그 내각은 45도인 것을 특징으로 하는 리드 프레임.
4. 리드 프레임으로서,

   반도체 칩이 실장되는 다이 패드(34, 36)와,

   상기 다이 패드와는 기계적으로 연결되어 있으며 상기 반도체 칩과는 전기적으로 연결되는 리드부(38)와,

   상기 리드부와 기계적으로 연결되어 있으며 리드 프레임의 개별 프레임(30)을 전체 프레임(100) 구조로 유지하기 위하여 상기 리드부를 금속 프레임부(60)와 기계적으로 연결하는 이음대(32, tie bar)와,

   상기 금속 프레임부에는 상기 이음대 근처에 형성된 응력 제거 슬롯을 포함하는 리드 프레임.
5. 제4항에서,

   상기 이음대(32)는 (a) 성형 공정에서 응력이 작용하는 방향과 평행한 방향으로 배열되며 상기 금속 프레임부(60)와 기계적으로 연결되어 있는 직선부(33)와, (b) 성형 공정에서 응력이 작용하는 방향에 대해 일정한 각도로 기울어진 사선부(35)를 포함하는 것을 특징으로 하는 리드 프레임.
6. 제4항 또는 제5항에서,

   상기 응력 제거 슬롯은 장변과 단변을 가지며, 응력 제거 슬롯의 장변은 상기 이음대의 직선부(33)의 방향에 대해 직각 방향인 것을 특징으로 하는 리드 프레임.