KR20050076470A - Integrated circuit package and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 강화된 열적 성능을 갖는 세라믹 기판 위에 실장되는 고성능 IC 칩 패키지에 관한 것으로서, 본 발명의 반도체 패키지는 중앙의 소정 부위가 관통된 관통홀이 형성된 적층 세라믹 기판과, 상기 세라믹 기판의 관통홀이 포함되도록 세라믹 기판 상부에 배치되어 실장되는 금속판을 포함하며, 반도체 칩은 상기 금속판의 상부에 적층되어 실장되어, 상기 금속판을 통해서 상기 반도체 칩에 발생된 열이 세라믹 기판 외부로 방출될 수 있는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a high-performance IC chip package mounted on a ceramic substrate having enhanced thermal performance. The semiconductor package of the present invention includes a multilayer ceramic substrate having a through-hole formed through a predetermined portion of the center, and a through-hole of the ceramic substrate. And a metal plate disposed on and mounted on the ceramic substrate so that the semiconductor chip is stacked and mounted on the metal plate so that heat generated in the semiconductor chip through the metal plate can be discharged to the outside of the ceramic substrate. It features.
Description
본 발명은 집적회로(IC) 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 강화된 열적 성능을 갖는 세라믹 기판 위에 실장되는 고성능 IC 칩 패키지에 관한 것이다.The present invention relates to an integrated circuit (IC) package and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a high performance IC chip package mounted on a ceramic substrate having enhanced thermal performance.
일반적으로 반도체 칩 패키지란 각종 전자회로 및 배선이 형성된 단일 소자, 집적회로 또는 하이브리드 회로 등의 반도체 칩을 리드 프레임을 이용해 메인 보드로 신호 인출 단자를 형성하고 몰딩재(Molding Material) 등을 이용하여 패키징 한 것을 말한다. 상기 리드 프레임이란 반도체 칩의 입/출력 패드와 메인 보드에 형성된 전기 회로를 연결시켜 주는 전선 역할과 반도체 패키지를 메인 보드에 고정시켜 주는 버팀대의 역할을 동시에 수행하는 재료를 말한다.Generally, a semiconductor chip package is a semiconductor chip such as a single element, an integrated circuit or a hybrid circuit, in which various electronic circuits and wiring are formed, using a lead frame to form a signal extraction terminal on a main board, and packaging using a molding material. Say what you did. The lead frame refers to a material that simultaneously serves as a wire that connects an input / output pad of a semiconductor chip with an electric circuit formed on a main board and a brace that fixes the semiconductor package to the main board.
이러한 반도체 칩을 패키징하는 패키지는 플라스틱 재질을 사용하거나 세라믹을 사용하고 있다.The package for packaging such semiconductor chips is made of plastic or ceramic.
종래 세라믹 재질의 패키지를 사용한 반도체 패키지의 내부 구조는 도 1에 도시된 바와 같다. An internal structure of a semiconductor package using a conventional ceramic package is shown in FIG. 1.
도 1에 도시된 종래 세라믹 재질의 반도체 패키지 제조공정은 이하와 같다.The semiconductor package manufacturing process of the conventional ceramic material shown in Figure 1 is as follows.
우선 Cavity(190) 구조의 세라믹 몸체(110)에 접착제(135) 등을 이용하여 반도체 칩(130)을 부착한다.First, the semiconductor chip 130 is attached to the ceramic body 110 having the cavity 190 by using an adhesive 135 or the like.
상기 반도체 칩(130)의 본드 패드(120)와 세라믹 몸체(110)의 인너 리드(150)를 미세 금속성 본딩 와이어(160)를 사용하여 연결한다.The bond pad 120 of the semiconductor chip 130 and the inner lead 150 of the ceramic body 110 are connected using the fine metallic bonding wire 160.
상기 반도체 칩(130)과 본딩 와이어(160)을 보호하기 위하여 금속제 등의 뚜껑(Metal Lid, 170)을 사용하여 세라믹 몸체(110)를 밀봉한다.In order to protect the semiconductor chip 130 and the bonding wire 160, the ceramic body 110 is sealed using a metal lid 170 made of metal or the like.
이와 같은 방법으로 제조되는 세라믹 반도체 패키지는 반도체 칩의 전력 소모 등을 방지하기 위한 수단이 요구된다.The ceramic semiconductor package manufactured by the above method requires a means for preventing power consumption of the semiconductor chip.
일반적으로 이와 같은 세라믹 재질의 패키지 열방출 방법은 패키지 기판에 IC 하부면으로부터 기판 하부면까지 관통 비아(VIA)를 형성하여 인쇄회로기판에 땜납볼 실장하는 방법을 이용하고 있다. 여기서 관통 비아(via)란 리드없이 관통하는 관통 홀을 말한다.In general, such a method of heat dissipation of a ceramic material uses a method of mounting a solder ball on a printed circuit board by forming a through via (VIA) from an IC lower surface to a lower surface of the substrate on the package substrate. Here, the through via means a through hole penetrating without a lead.
이외에도 세라믹 패키지의 외부에 팬(fan) 또는 공냉식(air-cool), 수냉식(water-cool) 히트싱크(heat sink)를 부착하는 방법 등이 알려져 있다.In addition, a method of attaching a fan, air-cooled, or water-cooled heat sink to the outside of the ceramic package is known.
그러나 상기 관통 비아(via)를 형성하는 방법은 수개의 솔더 볼(Solder ball)만이 인쇄회로 기판에 연결되므로 열방출특성이 우수하지 못한 단점이 있다. 또한, 외부 팬 또는 히트싱크를 부착하는 방법은 비용이 증가하고 패키지의 인쇄회로 기판내에서 상대적인 점유면적이 높아진다는 단점이 있다. 따라서 이와 같은 종래 방법들은 열방출이 큰 IC의 경우에는 효과적이지 못하며, 최근의 집적 소형 경량화가 더욱 요구되는 현실에서 극복해야할 과제로 대두되고 있다.However, the method of forming the through via has a disadvantage in that heat dissipation characteristics are not excellent because only a few solder balls are connected to the printed circuit board. In addition, the method of attaching an external fan or heat sink has the disadvantage of increasing the cost and increasing the relative occupancy area in the printed circuit board of the package. Therefore, such conventional methods are not effective in the case of a large heat dissipation IC, and are emerging as a problem to be overcome in the reality that recent integrated small size and light weight are required.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 종래 세라믹 기판을 이용한 패키지에서 IC의 열방출 특성을 개선한 반도체 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a semiconductor package having improved heat dissipation characteristics of an IC in a package using a conventional ceramic substrate.
또한, 상기 강화된 열적 성능을 갖는 반도체 패키지 제조 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.Another object is to provide a method for manufacturing a semiconductor package having the enhanced thermal performance.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 패키지는, 중앙의 소정 부위가 관통된 관통홀이 형성된 적층 세라믹 기판과, 상기 세라믹 기판의 관통홀이 포함되도록 세라믹 기판 상부에 배치되어 실장되는 금속판을 포함하며, 반도체 칩은 상기 금속판의 상부에 적층되어 실장되어, 상기 금속판을 통해서 상기 반도체 칩에 발생된 열이 세라믹 기판 외부로 방출될 수 있는 것을 특징으로 한다.The semiconductor package of the present invention for achieving the above object comprises a laminated ceramic substrate having a through hole through which a predetermined portion of the center is formed, and a metal plate disposed on the ceramic substrate so as to include the through hole of the ceramic substrate. The semiconductor chip may be stacked and mounted on an upper portion of the metal plate so that heat generated in the semiconductor chip may be discharged to the outside of the ceramic substrate through the metal plate.
또한, 세라믹 기판의 관통홀 하부로는 열패드(thermal pad) 또는 적어도 하나 이상의 땜납볼이 더 포함되어 구성됨으로써, 세라믹 기판과 인쇄회로 기판에 연결되어 세라믹 기판 부재의 하부면으로 열방출을 극대화 할 수 있다.In addition, the bottom of the through hole of the ceramic substrate further includes a thermal pad or at least one solder ball, which is connected to the ceramic substrate and the printed circuit board to maximize heat dissipation to the lower surface of the ceramic substrate member. Can be.
바람직하게는, 상기 금속판은 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 등의 열방출 특성이 높은 재질인 것을 특징으로 한다.Preferably, the metal plate is made of a material having high heat release characteristics such as copper (Cu) or aluminum (Al).
본 발명의 반도체 패키지의 제조방법은, 중앙의 소정 부위가 관통된 관통홀이 형성된 적층 세라믹 기판을 제조하는 단계, 상기 세라믹 기판의 관통홀이 포함되도록 금속판을 세라믹 기판상에 배치하여 실장하는 단계, 상기 금속판 상에 반도체 칩을 실장하는 단계, 상기 반도체 칩과 리드 프레임을 본딩 와이어로 연결하는 와이어 본딩 단계, 및 상기 반도체 칩이 적층된 패키지를 패키징하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method of manufacturing a semiconductor package of the present invention includes the steps of: manufacturing a multilayer ceramic substrate having a through hole through which a predetermined portion of the center is formed; placing and mounting a metal plate on the ceramic substrate to include the through hole of the ceramic substrate; Mounting a semiconductor chip on the metal plate, a wire bonding step of connecting the semiconductor chip and a lead frame with bonding wires, and packaging a package in which the semiconductor chips are stacked.
바람직하게는, 상기 세라믹 기판 제조 단계에서는 금속판이 실장되는 관통홀 부위에는 내부 비아(via) 또는 내부 배선을 추가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, in the manufacturing of the ceramic substrate, the method may further include adding an internal via or an internal wiring to the through-hole region in which the metal plate is mounted.
또한 바람직하게는, 인쇄회로 기판과 접속되는 세라믹 기판 하부에는 열패드(thermal pad) 또는 적어도 하나 이상의 땜납볼을 추가 연결하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the method may further include connecting a thermal pad or at least one solder ball to a lower portion of the ceramic substrate to be connected to the printed circuit board.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[실시예]EXAMPLE
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹 기판의 사시도이다.2 is a perspective view of a ceramic substrate according to an embodiment of the present invention.
세라믹 기판(201)의 중앙부에는 소정 면적의 관통홀(203)이 구비되어 있으며, 관통홀(203) 주위로는 금속 기판 및/또는 반도체 칩을 올려놓을 수 있는 소정의 홈이 구성되어 있다.The center portion of the ceramic substrate 201 is provided with a through hole 203 having a predetermined area, and a predetermined groove for placing a metal substrate and / or a semiconductor chip is formed around the through hole 203.
이와 같이 구성된 세라믹 기판(201)의 관통홀(203) 부분에 구리 또는 알루미늄 등의 열방출특성이 우수한 금속판을 위치시키고, 상기 금속판 상부에 반도체 칩을 실장하여 와이어 본딩 및 패키징 등을 수행하여 전체 반도체 칩 패키지를 완성한다. 이와 같이 구성함으로써, 반도체 칩에서 발생되는 열은 반도체 칩과 관통홀(203) 사이에 위치하는 금속판을 통해서 종래와 비교하여 더욱 열방출효과가 극대화된다. 일반적으로 열을 외부로 방출하는 매커니즘은, 전도, 대류, 복사 등이 있으며, 이 중에서 전도에 의한 열 방출의 효과가 가장 우수하다. 본 발명은 이에 착안하여, 열방출 특성이 특히 우수한 금속을 반도체 칩과 접촉하여 배치함으로써, 대부분의 반도체 칩 구동시 발생하는 열을 금속기판에서 열전도되도록 하여 흡수한 후, 외부로 방출하는 것이다.A metal plate having excellent heat dissipation characteristics, such as copper or aluminum, is placed in the through-hole 203 of the ceramic substrate 201 configured as described above, and a semiconductor chip is mounted on the metal plate to perform wire bonding and packaging. Complete the chip package. By this configuration, heat generated in the semiconductor chip is further maximized as compared with the prior art through the metal plate located between the semiconductor chip and the through-hole 203. In general, the mechanism of dissipating heat to the outside is conduction, convection, radiation and the like, of which the effect of heat release by conduction is the most excellent. In view of this, by placing a metal having particularly excellent heat dissipation characteristics in contact with the semiconductor chip, the heat generated during driving of most semiconductor chips is absorbed by being heat-conducted in the metal substrate and then released to the outside.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 패키지 단면도이다. 3 is a cross-sectional view of a semiconductor package according to an embodiment of the present invention.
앞서 도 2를 참조하여 설명한 관통홀(203)이 형성된 세라믹 기판상의 관통홀(203) 상에 금속판(301)이 실장되고, 상기 금속판(301) 상층으로 반도체 칩(130)이 배치되어 실장된다. 반도체 칩(130)은 본딩 와이어(160)를 와이어 본딩하여 패키지의 리드 프래임과 연결되고 이와 같이 구성한 후, 패키징됨으로써 전체 패키지가 완성된다. 이와 같은 반도체 칩 패키지는 인쇄 기판(320)에 설치되며, 반도체 칩 구동시에 발생하는 열은 반도체 칩(130) 하부에 설치된 금속판(301) 및 관통홀(203)을 통해서 패키지 외부로 방출되는 매커니즘이 이루어진다. 바람직하게는, 상기 관통홀(203) 하부로는 열패드(310)가 인쇄기판(320) 사이에 더 구성된다. 즉, 열패드(310)는 관통홀(203) 하부에 구성되어 인쇄회로기판(320)에 열적, 전기적으로 연결되어 접속되며, 이를 통하여 반도체 칩(130)에서 발생된 열을 방출하는 것을 더욱 극대화 할 수 있다.The metal plate 301 is mounted on the through hole 203 on the ceramic substrate having the through hole 203 described with reference to FIG. 2, and the semiconductor chip 130 is disposed on the metal plate 301. The semiconductor chip 130 is wire-bonded to the lead frame of the package by wire bonding the bonding wire 160, and then packaged to complete the entire package. The semiconductor chip package is installed on the printed circuit board 320, and heat generated when the semiconductor chip is driven is a mechanism that is discharged to the outside of the package through the metal plate 301 and the through hole 203 installed under the semiconductor chip 130. Is done. Preferably, a heat pad 310 is further disposed between the printed board 320 below the through hole 203. That is, the thermal pad 310 is formed under the through hole 203 and is thermally and electrically connected to the printed circuit board 320, thereby maximizing dissipation of heat generated from the semiconductor chip 130. can do.
도면에 도시되지 않았지만, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 열패드(310) 이외에도 다수의 땜납볼이 구성되거나 또는 열패드와 땜납볼이 함께 구성되어 열방출을 더욱 효과적으로 구현하는 것도 가능한다.Although not shown in the drawings, according to another embodiment of the present invention, in addition to the heat pad 310, a plurality of solder balls may be configured or heat pads and solder balls may be configured together to implement heat dissipation more effectively. .
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 패키지 제조 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.4 is a flowchart sequentially illustrating a method of manufacturing a semiconductor package according to an embodiment of the present invention.
앞서 도 2에 도시된 바와 같은 관통홀이 형성된 세라믹 기판을 제작한다(S401). 관통홀은 금속판 및 반도체 칩이 실장될 위치에 형성되며, 도면에 도시된 바와 같이 홀은 금속판의 면적보다 작도록 설치되며 홀 주위의 가장자리부분은 세라믹 기판에서 소정의 홈이 형성되어 금속판이 구조적으로 세라믹 기판에 배치되기 용이하며, 그 주위에 또 다른 내부 홀 또는/및 배선 등을 통해서 보조적으로 열 방출의 효과를 극대화 하는 구성을 채용할 수 있도록 한다. 그러나 홀이 금속판의 면적보다 넓게 형성되더라도 다른 보조수단을 통하여 홀 위로 금속판이 실장되는 구조나, 또는 홀에 금속판이 삽입되도록 구성되는 것도 무방하다.A ceramic substrate in which a through hole is formed as shown in FIG. 2 is manufactured (S401). The through hole is formed at the position where the metal plate and the semiconductor chip are to be mounted. As shown in the drawing, the hole is installed to be smaller than the area of the metal plate. The periphery of the hole has a predetermined groove formed in the ceramic substrate to form the metal plate structurally. It is easy to be disposed on a ceramic substrate, and it is possible to employ a configuration that maximizes the effect of heat dissipation auxiliaryly through another inner hole or / and wiring around the ceramic substrate. However, even if the hole is formed to be larger than the area of the metal plate, the structure in which the metal plate is mounted over the hole through other auxiliary means, or the metal plate may be configured to be inserted into the hole.
상기 세라믹 기판이 준비되면, 세라믹 기판의 홀에 대향되는 위치로 금속판을 실장한다(S403).When the ceramic substrate is prepared, the metal plate is mounted at a position opposite to the hole of the ceramic substrate (S403).
금속판을 실장한 후, 금속판의 상부에 반도체 칩을 배치하여 실장한다(S405).After mounting the metal plate, the semiconductor chip is placed on the metal plate and mounted (S405).
이 단계까지 전체적인 패키지 적층 구조를 살펴보면, 홀이 형성된 세라믹 기판의 상층에 금속판이 적층되고, 적층된 금속판 위에 반도체 칩이 적층되는 구조이다.Looking at the overall package stacking structure up to this step, a metal plate is stacked on an upper layer of the ceramic substrate on which holes are formed, and a semiconductor chip is stacked on the stacked metal plate.
반도체 칩의 실장까지 완료되면, 와이어 본딩을 통하여 반도체 칩과 리드 프래임을 연결한다(S407).When mounting of the semiconductor chip is completed, the semiconductor chip and the lead frame are connected through wire bonding (S407).
이 후, 전체 패키지를 패키징하여 반도체 패키지를 완성한다(S415).Thereafter, the entire package is packaged to complete the semiconductor package (S415).
이 때, 본 반도체 칩의 열방출효과를 더욱 극대화하기 위해서 추가적으로 상기 반도체 패키지가 배치되는 인쇄회로기판과 반도체 패키지의 관통홀사이에 열패드(thermal pad) 또는 다수의 땜납볼을 더 구성하는 단계가 추가될 수도 있다.In this case, in order to further maximize the heat dissipation effect of the semiconductor chip, a step of additionally configuring a thermal pad or a plurality of solder balls between the printed circuit board on which the semiconductor package is disposed and the through-holes of the semiconductor package is further performed. May be added.
이와 같이 금속판을 통한 열방출효과와 더불어 부가적인 수단을 통해서 종래 반도체 패키지와 비교하여 구조적으로 열방출효과를 더욱 극대화 시키는 것이 가능하다. As such, it is possible to further maximize the heat dissipation effect structurally compared to the conventional semiconductor package through additional means in addition to the heat dissipation effect through the metal plate.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains can understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. There will be. Therefore, the above-described embodiments are to be understood as illustrative and not restrictive in all respects, and the scope of the present invention is indicated by the appended claims rather than the detailed description, and the meaning and scope of the claims and All changes or modifications derived from the equivalent concept should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
본 발명에 따르면, 종래의 세라믹 기판을 이용한 반도체 패키지와 비교하여 금속판을 통하여 외부로 반도체 칩에서 발생하는 열의 방출이 극대화 되는 효과가 발생한다. 따라서 별도의 팬 또는 히트싱크(heat sink) 등의 추가적인 구성수단이나 제조 공정상의 별도의 추가적인 공정 없이도 보단 간편하고 쉽게 열방출 효과를 극대화 할 수 있다.According to the present invention, as compared with the semiconductor package using a conventional ceramic substrate, the effect of maximizing the release of heat generated from the semiconductor chip through the metal plate occurs. Therefore, it is possible to maximize the heat dissipation effect more easily and easily than without an additional configuration means such as a separate fan or heat sink or a separate additional process in the manufacturing process.
도 1은 종래 세라믹 반도체 패키지의 단면도.1 is a cross-sectional view of a conventional ceramic semiconductor package.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹 기판 사시도.2 is a perspective view of a ceramic substrate according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 패키지 단면도.3 is a cross-sectional view of a semiconductor package according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 패키지 제조방법을 나타낸 순서도.4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a semiconductor package according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요한 부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
130: 반도체 칩 160: 본딩 와이어130: semiconductor chip 160: bonding wire
201: 세라믹 기판 203: 관통홀201: ceramic substrate 203: through hole
301: 금속판 310: 열패드301: metal plate 310: heat pad
320: 인쇄기판 320: printed board
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100772646B1 (en) * | 2006-09-20 | 2007-11-02 | (주) 아모센스 | Semiconductor package |
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2004
- 2004-01-20 KR KR1020040004469A patent/KR20050076470A/en not_active Application Discontinuation
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| KR100772646B1 (en) * | 2006-09-20 | 2007-11-02 | (주) 아모센스 | Semiconductor package |
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