KR20050022650A - 리드 프레임을 이용한 비지에이 패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리드 프레임을 이용한 BGA 패키지에 관한 것이다. 종래의 BGA 패키지는 다층 회로기판을 사용하기 때문에 패키지 두께 감소에 제약이 따르며 제조 공정이 까다롭고 제조 원가의 증가가 불가피하다. 본 발명에 따른 BGA 패키지는 회로기판과 함께 리드 프레임을 사용한다. 리드 프레임은 리드 프레임 패드와, 외부 리드와, 방열판 중의 적어도 어느 하나를 포함한다. 리드 프레임 패드는 본드 랜드들로 둘러싸이고 그 위에 집적회로 칩이 부착되도록 회로기판 윗면의 중앙부에 위치하며, 파워/그라운드 배선층과 열 방출 경로로 사용된다. 외부 리드는 회로기판 윗면의 가장자리에 위치하고 바깥쪽 부분이 회로기판의 밖으로 돌출되며, 파워/그라운드 배선층과 열 방출 경로와 외부 기판 접합 매체로 사용된다. 방열판은 집적회로 칩의 하부에 위치하고 회로기판을 관통하여 회로기판의 아래쪽으로 노출되며, 열 방출 경로로 사용된다.

Description

리드 프레임을 이용한 비지에이 패키지 {BGA Package Using Lead Frame}

본 발명은 반도체 패키지 기술에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전기적, 열적, 기계적 특성 향상을 위하여 비지에이(BGA; Ball Grid Array) 패키지에 리드 프레임을 사용한 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 고속 동작 소자에 적용되는 BGA 패키지는 높은 전기적 특성을 요구하기 때문에 특성 향상을 위하여 다층의 회로기판을 사용한다. 다층 회로기판을 사용하는 BGA 패키지의 전형적인 구조가 도 1에 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, BGA 패키지(10)는 회로기판(20)의 윗면에 집적회로 칩(12)이 부착되고, 회로기판(20)과 집적회로 칩(12)이 본딩 와이어(14, bonding wire)를 통하여 전기적으로 연결되며, 몰딩 수지(16)로 밀봉된 구조이다. 회로기판(20)의 밑면에는 솔더 볼(18, solder ball)이 격자 형태로 배치되어 형성된다.

이러한 BGA 패키지는 높은 전기적 특성을 요구하기 때문에 그라운드, 파워 배선을 위하여 다층의 기판 구조가 불가피하다. BGA 패키지에 사용되는 다층 회로기판의 일반적인 구조가 도 2에 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 다층 회로기판(20)은 절연층(22) 사이로 여러 개의 배선층(24)이 형성된 다층 구조이다. 배선층(24)은 일반적인 신호 전달층 외에도 일부가 그라운드/파워(ground/power) 배선층(24a)으로 사용되며, 각 배선층(24)은 비아(26, via)로 연결된다. 회로기판(20)의 윗면과 밑면은 보호막(28)으로 덮이며, 배선층(24)의 일부가 보호막(28) 외부로 노출된다. 회로기판(20)의 윗면에 노출된 배선층의 일부는 본딩 와이어(도 1의 14)가 접속되는 본드 랜드(24b, bond land)이며, 회로기판(20)의 밑면에 노출된 배선층의 일부는 솔더 볼(도 1의 18)이 접합되는 볼 랜드(24c, ball land)이다.

그런데, 다층 회로기판(20)은 BGA 패키지(10)의 전체 두께를 낮추는데 있어 큰 제약 조건으로 작용하고 있다. 또한, 다층의 비아(26)를 형성해야 하는 등 제조 공정이 까다롭고 제조 원가의 증가가 불가피하다. 아울러, 소자의 고속 동작에 따라 많은 열이 발생하게 되는데, 이러한 열 스트레스는 소자의 성능 저하뿐만 아니라 패키지의 수명에도 많은 영향을 미친다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래와 같이 다층의 회로기판을 사용하지 않고도 전기적, 열적, 기계적 특성을 향상시킬 수 있는 새로운 구조의 BGA 패키지를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 패키지의 전체 두께를 낮출 수 있고, 회로기판의 제조 공정을 보다 용이하게 구현할 수 있으며, 제조 원가를 감소시킬 수 있는 BGA 패키지를 제공하기 위한 것이다.

이러한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명은 회로기판과 함께 리드 프레임을 사용하는 BGA 패키지를 제공한다.

본 발명에 따른 BGA 패키지는 회로기판과, 리드 프레임과, 집적회로 칩과, 본딩 와이어와, 몰딩 수지와, 솔더 볼을 포함하여 구성된다. 회로기판의 윗면에는 본드 랜드가 형성되고 밑면에는 볼 랜드가 형성된다. 리드 프레임은 본드 랜드와 볼 랜드를 제외한 회로기판의 일부 영역에 접합되고, 파워/그라운드 배선층과 열 방출 경로와 외부 기판 접합 매체 중의 적어도 어느 하나로 사용된다. 집적회로 칩은 회로기판의 윗면에 부착된다. 본딩 와이어는 집적회로 칩과 회로기판의 본드 랜드 및 집적회로 칩과 리드 프레임을 각각 전기적으로 연결한다. 몰딩 수지는 집적회로 칩과 본딩 와이어를 포함하여 회로기판의 윗면을 밀봉한다. 솔더 볼은 회로기판의 볼 랜드에 형성되고 외부 기판 접합 매체로 사용된다.

본 발명에 따른 BGA 패키지에 있어서, 리드 프레임은 리드 프레임 패드와, 외부 리드와, 방열판 중의 적어도 어느 하나를 포함한다. 리드 프레임 패드는 본드 랜드들로 둘러싸이고 그 위에 집적회로 칩이 부착되도록 회로기판 윗면의 중앙부에 위치하며, 파워/그라운드 배선층과 열 방출 경로로 사용된다. 외부 리드는 회로기판 윗면의 가장자리에 위치하고 바깥쪽 부분이 회로기판의 밖으로 돌출되며, 파워/그라운드 배선층과 열 방출 경로와 외부 기판 접합 매체로 사용된다. 방열판은 집적회로 칩의 하부에 위치하고 회로기판을 관통하여 회로기판의 아래쪽으로 노출되며, 열 방출 경로로 사용된다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다. 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 도면의 명확한 이해를 돕기 위해 다소 과장되거나 개략적으로 도시되거나 또는 생략되었으며, 동일한 구성요소 또는 대응하는 구성요소는 동일한 참조 번호를 사용하였다.

실시예

본 발명의 제1 실시예에 따른 리드 프레임을 이용한 BGA 패키지가 도 3에 도시되어 있다. 도 3에 도시된 BGA 패키지(100)는 회로기판(30)과 더불어 리드 프레임(110)을 사용하는 것이 특징이다. 회로기판(30)과 리드 프레임(110)의 평면 구조가 도 4에 도시되어 있다. 도 3은 도 4의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절단한 단면도에 해당한다.

도 3과 도 4를 참조하면, 리드 프레임(110)은 리드 프레임 패드(112)와 외부 리드(114)와 타이 바(116)로 구성된다. 회로기판(30)은 종래의 경우와 달리 다층 구조를 가질 필요가 없으며, 윗면에 본드 랜드(32)가 형성되고 밑면에 볼 랜드(도시되지 않음)가 형성되어 있다. 리드 프레임(110)은 접착제(도시되지 않음) 등으로 회로기판(30)의 윗면에 접착된다. 이 때, 리드 프레임 패드(112)는 본드 랜드(32)들로 둘러싸이도록 회로기판(30) 윗면의 중앙부에 위치하며, 외부 리드(114)는 회로기판(30) 윗면의 가장자리에 위치하고 바깥쪽 부분이 회로기판(30) 밖으로 돌출된다.

집적회로 칩(12)은 리드 프레임 패드(112)에 부착된다. 본딩 와이어(14)는 회로기판(30)의 본드 랜드(32)와 집적회로 칩(12)을 전기적으로 연결한다. 특히, 본 발명의 리드 프레임(110)은 파워/그라운드 배선층으로 사용할 수 있다. 따라서, 리드 프레임 패드(112)와 외부 리드(114)도 각각 본딩 와이어(14)에 의하여 집적회로 칩(12)과 전기적으로 연결된다. 집적회로 칩(12)과 본딩 와이어(14)를 포함하여 회로기판(30)의 윗면은 몰딩 수지(16)로 밀봉된다. 회로기판(30) 밑면의 볼 랜드에는 솔더 볼(18)이 형성된다. 솔더 볼(18)과 외부 리드(114)는 BGA 패키지(100)가 외부 기판(도시되지 않음)에 실장될 때 외부 기판과 접합되는 접합 매체이다.

한편, 패키지 제조 공정에서는 리드 프레임(110)이 연달아 배열된 형태의 리드 프레임 스트립(strip)을 사용한다. 도 5에 회로기판(30)과 리드 프레임 스트립(120)의 평면 구조가 나타나 있다. 리드 프레임 스트립(120)은 각각의 단위 리드 프레임들이 댐 바(118, dam bar)에 연결되어 있는 구조이다. 전술한 리드 프레임 패드(112)는 타이 바(116)에 의하여 댐 바(118)에 연결되고, 외부 리드(114)는 직접 댐 바(116)에 연결된다. 댐 바(118)는 몰딩 공정에서 몰딩 수지의 성형 경계를 이루는 역할도 한다.

이와 같이 리드 프레임 스트립(120)을 이용하게 되면 여러 개의 패키지들을 동시에 제조할 수 있다. 리드 프레임 스트립(120) 상태에서는 몰딩 공정까지 진행된다. 몰딩 공정이 끝나면 댐 바(118)로부터 타이 바(116)와 외부 리드(114)를 절단하여 각각의 리드 프레임(110)을 분리하는 공정과, 외부 리드(114)를 외부 기판에 접합하기에 좋은 형태로 구부리는 공정이 연이어 진행된다.

이상 설명한 바와 같이, 리드 프레임(110)을 회로기판(30)과 같이 사용하게 되면, 파워/그라운드 배선층을 리드 프레임(110)에 구성할 수 있다. 따라서, 다층 구조의 회로기판이 필요 없으며, 다층 회로기판을 사용하지 않더라도 좋은 전기적 특성을 얻을 수 있다.

또한, 종래의 패키지(도 1의 10) 구조에서는 집적회로 칩(12)에서 발생하는 열이 몰딩 수지(16)나 회로기판(20)을 통하여 간접적으로 배출되지만, 본 발명의 패키지(100) 구조에서는 패키지 내부의 열을 외부로 발산하는 통로로서 외부 리드(114)와 리드 프레임 패드(112)를 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 패키지 구조는 열 스트레스 해소에도 좋은 특성을 보이게 된다.

아울러, 종래의 경우에는 솔더 볼(18)과 외부 기판(도시되지 않음) 사이의 솔더 접합 신뢰성이 문제가 되고 있으나, 본 발명의 경우에는 솔더 볼(18)과 함께 외부 리드(114)도 외부 기판에 접합되기 때문에 기계적 접합 특성도 향상된다.

본 발명의 BGA 패키지(100)에 사용되는 리드 프레임(110)은 필요에 따라 여러 가지 형태로 변경될 수 있다. 예컨대, 패키지(100)의 크기, 파워/그라운드 배선층의 원하는 평면 구조, 회로기판(30)의 본드 랜드(32)의 위치 및 개수, 회로기판(30)에 리드 프레임(110)을 붙일 수 있는 면적 등에 따라 리드 프레임(110)은 여러 가지로 변형된 형태를 가진다. 도 6a 내지 도 6c는 리드 프레임(110) 중에서 외부 리드(114a, 114b, 114c)의 변형예를 각각 도시하고 있다.

도 6으로부터 알 수 있듯이, 외부 리드(114a, 114b, 114c)의 모양에 따라, 리드 프레임(110)과 회로기판(30) 사이의 접착 면적이 달라지며, 집적회로 칩(12)을 둘러싸고 있는 본드 랜드(32)의 배치 형태도 달라진다. 도 6에 도시된 변형예 외에도 외부 리드(114)는 얼마든지 다른 형태로 변경 설계하여 적용할 수 있으며, 외부 리드(114) 외에 리드 프레임 패드(112)나 타이 바(116)의 형태도 충분히 변경 가능하다.

또한, 리드 프레임(110)의 구성은 전술한 제1 실시예의 경우와 조금씩 다를 수 있다. 도 7 내지 도 10은 각각 본 발명의 제2 내지 제5 실시예에 따른 BGA 패키지들(200, 300, 400, 500)을 보여주고 있다.

도 7을 참조하면, 제2 실시예의 리드 프레임(210)은 리드 프레임 패드(도 3 내지 도 5의 112)를 포함하지 않는다. 따라서, 집적회로 칩(12)은 회로기판(30)에 직접 부착되며 외부 리드(114)가 파워/그라운드 배선층으로 이용된다. 제2 실시예의 패키지(200)는 리드 프레임 패드가 없으므로 전기적 특성이나 열적 특성이 제1 실시예의 패키지에 비하여 다소 떨어질 수 있지만 패키지의 전체 두께가 줄어드는 이점이 있다.

도 8을 참조하면, 제3 실시예의 리드 프레임(310)은 방열판(320)을 더 포함한다. 방열판(320)은 리드 프레임 패드(112)의 밑면에 부착되며 회로기판(30)을 관통하여 회로기판(30)의 아래쪽으로 노출된다. 따라서, 제3 실시예의 패키지(300)는 리드 프레임 패드(112)와 외부 리드(114) 외에도 방열판(320)을 통하여 직접 열을 발산시킬 수 있기 때문에 열적 특성이 더욱 향상된다.

도 9를 참조하면, 제4 실시예의 리드 프레임(410)은 방열판(320)이 있고 리드 프레임 패드가 없는 경우이다. 제4 실시예의 패키지(400)는 전기적 특성이 다소 떨어질 수 있으나, 열적 특성이 우수하고 패키지 두께도 줄일 수 있다.

도 10을 참조하면, 제5 실시예의 리드 프레임(510)은 방열판(320)만 있고 리드 프레임 패드와 외부 리드가 없는 경우이다. 이러한 예의 패키지(500)도 필요에 따라서는 가능할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 BGA 패키지는 회로기판과 함께 리드 프레임을 사용하기 때문에, 다음과 같은 여러 가지 이점들을 가지게 된다.

우선, 파워/그라운드 배선층을 리드 프레임에 구성할 수 있기 때문에, 종래의 다층 회로기판을 사용하지 않더라도 우수한 전기적 특성을 얻을 수 있다. 또한, 다층 구조의 회로기판을 사용하지 않음으로써, 패키지의 전체 두께를 줄일 수 있고, 보다 용이하게 회로기판을 제조할 수 있으며, 패키지의 제조 원가를 감소시킬 수 있다.

또한, 집적회로 칩에서 발생하는 열을 몰딩 수지나 회로기판과 같은 기존의 간접 경로 외에 리드 프레임을 통하여 직접 외부로 발산할 수 있기 때문에, 열 스트레스 해소와 같은 열적 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

또한, 패키지와 외부 기판 사이의 접합 매체로서 기존의 솔더 볼 외에 리드 프레임의 외부 리드를 이용할 수 있기 때문에, 솔더 접합 신뢰성과 같은 기계적 특성도 향상시킬 수 있다.

본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 BGA 패키지의 일반적인 구조를 나타내는 단면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 BGA 패키지에 사용되는 다층 회로기판의 일반적인 구조를 나타내는 단면도이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 리드 프레임을 이용한 BGA 패키지의 단면도이다.

도 4는 도 3에 도시된 BGA 패키지의 회로기판과 리드 프레임의 구조를 나타내는 평면도이다.

도 5는 도 3에 도시된 BGA 패키지의 제조 공정에 사용되는 회로기판과 리드 프레임 스트립의 구조를 나타내는 평면도이다.

도 6a 내지 도 6c는 각각 도 3에 도시된 BGA 패키지의 리드 프레임 변형예를 나타내는 평면도이다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 리드 프레임을 이용한 BGA 패키지의 단면도이다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 리드 프레임을 이용한 BGA 패키지의 단면도이다.

도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 리드 프레임을 이용한 BGA 패키지의 단면도이다.

도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 리드 프레임을 이용한 BGA 패키지의 단면도이다.

<도면에 사용된 참조 번호의 설명>

10, 100, 200, 300, 400, 500: BGA 패키지(BGA package)

12: 집적회로 칩(IC chip)

14: 본딩 와이어(bonding wire)

16: 몰딩 수지(molding resin)

18: 솔더 볼(solder ball)

20, 30: 회로기판(circuit board)

24b, 32: 본드 랜드(bond land)

24c: 볼 랜드(ball land)

110, 210, 310, 410, 510: 리드 프레임(lead frame)

112: 리드 프레임 패드(lead frame pad)

114, 114a, 114b, 114c: 외부 리드(outer lead)

116: 타이 바(tie bar)

118: 댐 바(dam bar)

120: 리드 프레임 스트립(lead frame strip)

320: 방열판(heat slug)

Claims (4)

1. 윗면에 본드 랜드가 형성되고 밑면에 볼 랜드가 형성되는 회로기판;

   상기 본드 랜드와 볼 랜드를 제외한 상기 회로기판의 일부 영역에 접합되고, 파워/그라운드 배선층과 열 방출 경로와 외부 기판 접합 매체 중의 적어도 어느 하나로 사용되는 리드 프레임;

   상기 회로기판의 윗면에 부착되는 집적회로 칩;

   상기 집적회로 칩과 상기 회로기판의 본드 랜드 및 상기 집적회로 칩과 상기 리드 프레임을 각각 전기적으로 연결하는 본딩 와이어;

   상기 집적회로 칩과 상기 본딩 와이어를 포함하여 상기 회로기판의 윗면을 밀봉하는 몰딩 수지; 및

   상기 회로기판의 볼 랜드에 형성되고 외부 기판 접합 매체로 사용되는 솔더 볼을 포함하는 BGA 패키지.
2. 제1 항에 있어서, 상기 리드 프레임은 상기 본드 랜드들로 둘러싸이고 그 위에 상기 집적회로 칩이 부착되도록 상기 회로기판 윗면의 중앙부에 위치하며, 파워/그라운드 배선층과 열 방출 경로로 사용되는 리드 프레임 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 BGA 패키지.
3. 제1 항에 있어서, 상기 리드 프레임은 상기 회로기판 윗면의 가장자리에 위치하고 바깥쪽 부분이 상기 회로기판의 밖으로 돌출되며, 파워/그라운드 배선층과 열 방출 경로와 외부 기판 접합 매체로 사용되는 외부 리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 BGA 패키지.
4. 제1 항에 있어서, 상기 리드 프레임은 상기 집적회로 칩의 하부에 위치하고 상기 회로기판을 관통하여 상기 회로기판의 아래쪽으로 노출되며, 열 방출 경로로 사용되는 방열판을 포함하는 것을 특징으로 하는 BGA 패키지.