KR200409183Y1

KR200409183Y1 - Semiconductor packaging structure

Info

Publication number: KR200409183Y1
Application number: KR2020050033115U
Authority: KR
Inventors: 도-헝 웡; 시르-하우 훙; 청캉 잉
Original assignee: 라이트온 테크놀러지 코프
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-11-23
Publication date: 2006-02-20

Abstract

본 고안에 따른 반도체 패키징 구조물은 베이스보드, 반도체 칩 세트, 열전도체, 패키지 및 히트 싱크를 포함한다. 상기 열전도체는 상기 베이스보드 상에 위치된다. 상기 반도체 칩 세트는 상기 열전도체 상에 직접 장착된다. 상기 히트 싱크는 상기 열전도체 상에 연결된다. 따라서 전류가 흐를 때, 상기 반도체 칩 세트에 의해 발생된 열에너지는 상기 열전도체를 통하여 상기 히트 싱크에 전달되어 열 교환이 이루어진다.The semiconductor packaging structure according to the present invention includes a baseboard, a semiconductor chip set, a thermal conductor, a package, and a heat sink. The thermal conductor is located on the baseboard. The semiconductor chip set is mounted directly on the thermal conductor. The heat sink is connected on the heat conductor. Therefore, when current flows, heat energy generated by the semiconductor chip set is transferred to the heat sink through the heat conductor to perform heat exchange.

Description

Semiconductor Packaging Structures {SEMICONDUCTOR PACKAGING STRUCTURE}

도 1은 본 고안의 제1 실시예의 전개도;1 is an exploded view of a first embodiment of the present invention;

도 2는 본 고안의 제1 실시예의 사시도;2 is a perspective view of a first embodiment of the present invention;

도 3은 본 고안의 제1 실시예의 단면도;3 is a sectional view of a first embodiment of the present invention;

도 4A 및 4B는 본 고안의 제2 실시예의 개략도;4A and 4B are schematic views of a second embodiment of the present invention;

도 5는 본 고안의 제3 실시예의 단면도.5 is a cross-sectional view of a third embodiment of the present invention.

본 고안은 반도체 패키징 구조물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 발광 다이오드(light emitting diodes: LEDs)에 높은 열 소산 효율(heat dissipation efficiency)을 제공하는 패키징 구조물에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor packaging structure, and more particularly, to a packaging structure that provides high heat dissipation efficiency for light emitting diodes (LEDs).

소비자 전자 제품용 광원으로서 기능하는 LEDs의 사용이 최근에 백라이트 모듈(backlight module), 자동차 라이트, 프로젝터(projector) 및 이와 유사한 것으로 확대되고 있다. 광도 효율(photometric efficiency), 제품 수명 기간 및 응용 모드에 대한 요구의 증가와 함께, 현재 고 발광 및 고 전력효율 LEDs의 개발이 강하게 추구되고 있다.The use of LEDs that function as light sources for consumer electronics has recently expanded to backlight modules, automotive lights, projectors and the like. With the increasing demands on photometric efficiency, product lifetime and application modes, the development of high luminous and high power efficient LEDs is now strongly pursued.

광도 효율을 증가시키기 위해서, 광전자 전환 효율(optoelectric conversion efficiency) 또는 LED 전력을 증가시키고자 하는 접근이 일반적이다. LED 칩 세트의 입력 전력이 일정하게 증가함에 따라, 고 전력 LED의 열 축적에 의해 유발되는 문제점이 심각해지고 있다. 그 결과, 상기 칩 세트의 광도 효율 및 수명 기간이 손해를 입고 있다. 한편, LED 패키지의 단위 면적의 광속 출력(light flux output)에 영향을 미치는 인자들은 양자 효율, 칩 세트 치수(발광 영역), 입력 출력 및 상기 패키지(package)의 열 소산 능력을 포함한다. 상기 칩 세트에 대한 안정한 광도 효율을 유지하기 위해서, 발광 영역으로부터 발생된 열이 즉시 상기 패키지 바깥으로 소산되어야만 한다. 상기 패키지가 열을 소산시킬 수 없다면, 전도 와이어들이 파괴될 수 있으며, 상기 패키지의 구성 물질들의 다른 팽창 계수로 인하여 패키징 플라스틱 물질이 손상될 수 있어, 신뢰성이 위태롭게 된다. 더욱이, 상기 칩의 광도 효율이 온도가 증가함에 따라 상당히 떨어진다. 수명 기간이 짧아지고, 파장 및 순방향 전압(Vf)이 동요하게 된다.In order to increase the luminous efficiency, an approach to increase the optoelectric conversion efficiency or LED power is common. As the input power of the LED chip set is constantly increasing, the problem caused by the heat accumulation of the high power LED is getting serious. As a result, the luminous intensity efficiency and lifespan of the chip set are detrimental. On the other hand, factors affecting the light flux output of the unit area of the LED package include quantum efficiency, chip set dimensions (light emitting area), input output, and heat dissipation capability of the package. In order to maintain stable luminous efficiency for the chip set, heat generated from the light emitting region must be dissipated immediately out of the package. If the package cannot dissipate heat, conductive wires can be broken and the packaging plastic material can be damaged due to the different coefficients of expansion of the constituent materials of the package, thereby jeopardizing reliability. Moreover, the brightness efficiency of the chip drops significantly with increasing temperature. The lifetime is shortened and the wavelength and the forward voltage Vf fluctuate.

고 전력 LEDs의 열 소산 문제를 극복하기 위해서, 미국특허 제6,274,924호(간단히 924 케이스라 함)는 표면 장착가능한 LED 패키지를 개시하고 있다. 상기 924 케이스에서, 칩 세트는 열을 소산시키기 위해서, 상기 칩 세트 바로 아래에 위치한 외부 히트 싱크 슬러그(heat-sinking slug)로 열을 보내는 방사 패드(radiation pad)에 직접 결합된다. 이러한 접근은 최초 패키징 공정을 변화시킨다. 더구나, 히트 싱크 슬러그가 상기 칩 세트 바로 아래 위치하게 된다. 자동차 라이트와 같이 실제로 실행되는 제품에 적용되었을 때, 자동차 라이트의 회로 보드 상 에서 그것의 위치는 설치되는 제품상에서 이용가능한 실제 공간 또는 공간 구성에 맞추어야 한다. 하지만, 실제 적용에서, 상기 제품의 하부면 상의 공간은 종종 제한되어, 적당한 열교환 매체(공기)가 제공될 수 없게 된다. 따라서 열 소산 효율이 또한 제한된다. 924 케이스는 상기 칩 세트의 하부면에 히트 싱크 슬러그를 결합시키는 디자인을 채택하고 있어, 실제 적용 시에 여전히 많은 문제점들을 갖는다.To overcome the heat dissipation problem of high power LEDs, US Pat. No. 6,274,924 (also referred to simply as 924 case) discloses a surface mountable LED package. In the 924 case, the chip set is directly coupled to a radiation pad that sends heat to an external heat-sinking slug located directly below the chip set to dissipate heat. This approach changes the original packaging process. Moreover, heat sink slugs are placed directly below the chip set. When applied to an actual product such as a car light, its position on the circuit board of the car light must be adapted to the actual space or space configuration available on the product being installed. In practical applications, however, the space on the underside of the product is often limited such that no suitable heat exchange medium (air) can be provided. Therefore, the heat dissipation efficiency is also limited. The 924 case employs a design that couples the heat sink slug to the underside of the chip set, which still has many problems in practical applications.

고전력 LEDs의 열 소산은 광도 효율 및 제품 수명 기간의 증가 측면에서 가장 중요한 문제이며, 열 교환을 수행하기 위해서 히트 싱크 슬러그를 상기 칩 세트의 하부면에 결합시키는 종래 디자인은 패키징 공정의 변경, 공간 제약 및 열등한 열 소산 효율과 같은 많은 문제점들을 갖고 있다. 따라서, 본 고안의 목적은 보다 높은 열 소산 효율을 갖는 고 전력 광전자 반도체 패키징 구조물을 제공하는 것이다.Heat dissipation of high power LEDs is the most important issue in terms of increased light efficiency and product lifespan, and conventional designs that combine heat sink slugs with the underside of the chip set to perform heat exchange have changed packaging processes, space constraints. And inferior heat dissipation efficiency. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a high power optoelectronic semiconductor packaging structure with higher heat dissipation efficiency.

본 고안에 따른 반도체 패키징 구조물은 베이스보드(baseboard), 적어도 하나의 반도체 칩 세트, 적어도 2개의 전도성 리드(conductive lead)들, 적어도 2개의 전도성 블레이드(conductive blade)들, 열전도체(thermal conductor), 패키지(package) 및 히트 싱크(heat sink)을 포함한다. 상기 열전도체는 상기 베이스보드 상에 위치된다. 상기 반도체 칩 세트는 상기 열전도체 위에 직접 장착된다. 상기 전도성 리드들은 상기 전도성 블레이드들에 전기적으로 접속된다. 상기 패키지는 상기 반도체 칩 세트를 둘러싼다. 상기 히트 싱크는 상기 열전도체 상에 연결된다. 따라서 전기가 통할 때, 상기 반도체 칩 세트에 의해 발생된 열에너지가 상기 열전도체를 통하여 상기 히트 싱크로 전달되어 열 교환이 이루어진다.The semiconductor packaging structure according to the present invention includes a baseboard, at least one semiconductor chip set, at least two conductive leads, at least two conductive blades, a thermal conductor, Packages and heat sinks. The thermal conductor is located on the baseboard. The semiconductor chip set is mounted directly on the thermal conductor. The conductive leads are electrically connected to the conductive blades. The package surrounds the semiconductor chip set. The heat sink is connected on the heat conductor. Therefore, when electricity is conducted, heat energy generated by the semiconductor chip set is transferred to the heat sink through the heat conductor to perform heat exchange.

본 고안의 반도체 패키징 구조물에 따르면, 상기 반도체 칩 세트는 상기 베이스보드 상의 상기 열전도체 위에 직접 장착된다. 상기 히트 싱크는 열 교환을 수행하기 위해 상기 열전도체에 결합된다. 상기 히트 싱크가 상기 베이스보드의 상부면에 위치하기 때문에, 제품에 적용되고 설치되었을 때, 그것은 공간을 덜 제약한다. 그리고 열 교환이 상기 베이스보드의 상부면 상에서 보다 효율적으로 수행될 수 있어서 열 소산 효율이 향상된다. 그러한 반도체 페키징 구조가 최적의 고안이다. According to the semiconductor packaging structure of the present invention, the semiconductor chip set is mounted directly on the heat conductor on the baseboard. The heat sink is coupled to the heat conductor to perform heat exchange. Since the heat sink is located on the top surface of the baseboard, when applied to and installed in a product, it constrains less space. And heat exchange can be performed more efficiently on the upper surface of the baseboard, so that the heat dissipation efficiency is improved. Such a semiconductor packaging structure is an optimal design.

본 고안의 다른 응용 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다. 하지만, 상세한 설명 및 구체적 실시예들은 본 고안의 바람직한 구현예를 나타내지만, 단지 예시적인 것으로 이해되어야 한다. 이는 본 고안의 사상 및 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함이 하기 상세한 설명의 기재로부터 당해 기술분야의 당업자에게 분명해질 것이기 때문이다.Other scopes of applicability of the present invention will become apparent from the detailed description below. However, although the detailed description and the specific embodiments represent preferred embodiments of the present invention, it should be understood as illustrative only. This is because various changes and modifications within the spirit and scope of the present invention will be apparent to those skilled in the art from the following detailed description.

본 고안은 이하에 예시적으로 주어진 상세한 설명으로부터 보다 잘 이해될 것이다. 하지만 본 고안이 여기에 제한되는 것은 아니다.The invention will be better understood from the detailed description given by way of example below. However, the present invention is not limited thereto.

본 고안에 따른 반도체 패키징 구조물은 LEDs, 레이저 다이오드(laser diodes: LDs)와 같은 광전자 반도체 및 그 유사물에 이용된다. 다음 실시예들은 LEDs를 기초로 한 것이다.The semiconductor packaging structure according to the present invention is used for optoelectronic semiconductors such as LEDs, laser diodes (LDs), and the like. The following examples are based on LEDs.

도 1, 2 및 3을 참조하면, 본 고안에 따른 반도체 패키징 구조물은 베이스보 드(11), 열전도체(12), 적어도 하나의 반도체 칩 세트(13), 적어도 2개의 전도성 리드들(141 및 142), 패키지(package)(15), 적어도 2개의 전도성 블레이드들(161 및 162), 및 히트 싱크(17)를 포함한다. 상기 열전도체(12)는 상기 베이스보드(11) 상에 위치되며, 구리 같은 높은 열전달계수를 갖는 물질 또는 그 유사물질로 만들어진다. 상기 반도체 칩 세트(13)는 중앙에서 상기 열전도체(12)에 직접 장착된다. 상기 전도성 리드들(141 및 142)은 각각 상기 반도체 칩 세트(13)의 두 면들에 전기적으로 접속된 일 단부 및 상기 베이스보드(11) 바로 아래 위치한 상기 두 개의 전도성 블레이드들(161 및 162)에 전기적으로 접속된 다른 단부를 가지고 있다. 상기 패키지(15)는 상기 반도체 칩 세트(13)를 싸고 있다. 상기 히트 싱크(17)는 공융 공정(eutectic process), 납땜(soldering) 또는 고 전도도 부착(high conductivity adhesion)에 의해 상기 열전도체(12) 상에 연결된다. 상기 히트 싱크(17)는 열 소산 요구에 따라 다른 형상 및 양의 방열 핀(radiation fin)(171)을 가질 수 있다.1, 2, and 3, the semiconductor packaging structure according to the present invention includes a base board 11, a thermal conductor 12, at least one semiconductor chip set 13, at least two conductive leads 141, and the like. 142, package 15, at least two conductive blades 161 and 162, and heat sink 17. The heat conductor 12 is placed on the baseboard 11 and is made of a material having a high heat transfer coefficient such as copper or the like. The semiconductor chip set 13 is mounted directly to the thermal conductor 12 at the center. The conductive leads 141 and 142 are connected to one end electrically connected to two surfaces of the semiconductor chip set 13 and the two conductive blades 161 and 162 positioned directly below the baseboard 11, respectively. It has the other end electrically connected. The package 15 encloses the semiconductor chip set 13. The heat sink 17 is connected on the thermal conductor 12 by an eutectic process, soldering or high conductivity adhesion. The heat sink 17 may have different shapes and amounts of heat radiation fins 171 according to heat dissipation requirements.

상기 반도체 칩 세트(13)가 상기 전도성 블레이드들(161 및 162), 및 전도성 리드들(141 및 142)를 통하여 전류가 통하게 된 후에, 작동 중에 발생된 열에너지는 상기 열전도체(12)를 통하여 상기 히트 싱크(17)로 전달되어 열 교환이 이루어진다. 상기 히트 싱크(17)가 상기 베이스보드(11) 위에 위치하기 때문에, 공간 구성에 있어 덜 제한적이다. 게다가, 상기 반도체 칩 세트(13)에 의해 발생된 열에너지가 보다 효과적으로 소산될 수 있다. LEDs와 같은 광전자 반도체에 사용될 때, 보다 높은 광도 효율이 달성될 수 있다. 또한, 고온으로 인한 패키지(15)의 열화가 방지될 수 있어, 제품 수명 기간이 증가한다.After the semiconductor chip set 13 has current flowing through the conductive blades 161 and 162 and the conductive leads 141 and 142, the thermal energy generated during operation is transferred to the thermal conductor 12 through the thermal conductor 12. Transfer to heat sink 17 takes place for heat exchange. Since the heat sink 17 is located above the baseboard 11, it is less limited in space configuration. In addition, the thermal energy generated by the semiconductor chip set 13 can be more effectively dissipated. When used in optoelectronic semiconductors such as LEDs, higher brightness efficiencies can be achieved. In addition, deterioration of the package 15 due to high temperature can be prevented, thereby increasing the product life span.

도 4A 및 4B는 본 고안의 제2 실시예를 나타낸다. 상기 히트 싱크(17)는 상기 반도체 칩 세트(13)에 대응하는 원뿔 표면을 가져 반사 부분(reflective portion)(172)을 형성한다. 상기 반사 부분(172)의 표면은 코팅 또는 결합(bonding)에 의해 반사층(1721)을 형성할 수 있다. 상기 반사 부분(172)의 곡률(curvature)은 발광 조건에 따라 변하며, 그 결과 상기 반도체 칩 세트(13)에 의해 발생된 빛은 상기 반사 부분(172)을 통하여 집중되거나 분산될 수 있다.4A and 4B show a second embodiment of the present invention. The heat sink 17 has a conical surface corresponding to the semiconductor chip set 13 to form a reflective portion 172. The surface of the reflective portion 172 may form a reflective layer 1721 by coating or bonding. The curvature of the reflective portion 172 varies according to light emission conditions, and as a result, light generated by the semiconductor chip set 13 may be concentrated or dispersed through the reflective portion 172.

도 5는 본 고안의 제3 실시예를 나타낸다. 상기 베이스보드(11)는 상기 베이스보드(11)를 통과하여 상기 열전도체(12)까지 이어져 있는 복수의 전도성 스트럿(conductive strut)(18)을 구비한다. 열 소산 요구에 따라 방열 면적을 증가시키고 열 소산 효율을 증가시키기 위해 상기 베이스보드(11) 아래에 제2 싱크 슬러그(19)가 존재한다.5 shows a third embodiment of the present invention. The baseboard 11 includes a plurality of conductive struts 18 passing through the baseboard 11 and extending to the thermal conductor 12. There is a second sink slug 19 under the baseboard 11 to increase heat dissipation area and increase heat dissipation efficiency in accordance with heat dissipation requirements.

본 고안에 대해 상기 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 고안에 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 고안의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the above embodiments, it is merely an example, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. . Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the appended claims.

본 고안은 공간 구성의 제한이 적으며, 보다 높은 열 소산 효율을 갖는 고 전력 반도체 패키징 구조물을 제공할 수 있다.The present invention can provide a high power semiconductor packaging structure with less space configuration and higher heat dissipation efficiency.

Claims

Baseboard;

A thermal conductor located on the baseboard;

At least one semiconductor chip set mounted on the thermal conductor;

A plurality of conductive blades located on a bottom surface of the base board electrically connected to the semiconductor chip set through a plurality of conductive leads;

A package surrounding the semiconductor chip set; And

And a heat sink coupled to the heat conductor to perform heat exchange for heat energy generated by the semiconductor chip set and transferred through the heat conductor.

The semiconductor packaging structure of claim 1, wherein the semiconductor chip set is a light emitting diode.

The semiconductor packaging structure of claim 1, wherein the semiconductor chip set is a laser diode.

The semiconductor packaging structure of claim 1, wherein the heat sink has a reflective portion corresponding to the semiconductor chip set.

The semiconductor packaging structure of claim 4, wherein the reflective portion has a reflective layer on its surface.

The semiconductor packaging structure of claim 1, further comprising a plurality of thermally conductive struts connected to the baseboard to connect to at least one second heat sink on its bottom surface.

Baseboard;

A thermal conductor located on the baseboard;

At least one optoelectronic semiconductor chip set mounted on the thermal conductor;

A package surrounding the optoelectronic semiconductor chip set; And

A heat sink connected to the heat conductor for performing heat exchange for heat energy generated by the optoelectronic semiconductor chip set and transmitted through the heat conductor, the heat sink having a reflective portion corresponding to the optoelectronic semiconductor chip set, Optoelectronic semiconductor chip packaging structure wherein light generated by the optoelectronic semiconductor chip set is projected outwardly by the reflective portion.

8. The optoelectronic semiconductor packaging structure of claim 7, wherein the optoelectronic semiconductor chip set is a light emitting diode.

8. The optoelectronic semiconductor packaging structure of claim 7, wherein the optoelectronic semiconductor chip set is a laser diode.

8. The optoelectronic semiconductor packaging structure of claim 7, wherein the reflective portion has a reflective layer on its surface.

8. The semiconductor packaging structure of claim 7, further comprising a plurality of thermally conductive struts connected to the baseboard to connect to at least one second heat sink on its bottom surface.