KR20060036433A - 방열구조 반도체 패캐지 및 이에 대한 제조. - Google Patents

방열구조 반도체 패캐지 및 이에 대한 제조. Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수의 반도체 칩(chip)과 수동소자(passive component)들이 부착되어 있는 반도체용 기판(substrate, PCB)에 열전도성(thermal conductivity)이 좋은 겔(gel) 타입의 수지를 두껍게 덮어 씌어 이를 경화시켜 후, 그 위에 열방출이 될 수 있는 재질의 방열판(heat spreader)을 부착 후, 방열판의 일부분이 노출될 수 있는 구조로 몰딩(molding)을 실시함으로써 열방출(thermal dissipation)이 잘 되도록 하는 향상된 형태의 반도체 패캐지 구조 및 이의 제조에 대한 것을 특허의 목표로 한다.
이를 위하여 종래기술의 반도체 패캐지 제조방식처럼 필요한 칩과 수동소자 등을 기판 위에 부착(attached) 시킨 후, 필요한 I/O 단자 들을 기판과 연결시킨 상태에서 액체 상태의 열전도성 물질(thermal conductive material)을 사용하여 (그림 1)과 같이 칩과 수동소자 들을 덮어 씌운다(globe top 형성). 그리고, 열전도성 물질을 경화시켜 젤리(jelly)와 같은 타입으로 만든 후, 그 위에 방열판을 부착시킨 후, 에폭시 몰딩 컴파운드(epoxy molding compound ; EMC)를 사용하여 방열판의 한쪽 면이 노출되도록 하는 구조로 몰딩을 하여 (도 2)와 같이 열방출이 용이한 패캐지를 제조할 수 있게 한다.
즉, 반도체 칩과 수동소자 들을 보호할 수 있는 열전도성이 있는 물질로 이들을 덮은 상태에서, 그 위에 방열판을 부착함으로써, 칩과 수동소자에 피해(damage)를 주지 않도록 할 수 있다. 또한 금형(mold die)을 사용한 몰딩시, 방열 판이 금형에 형성되어 있는 캐비티(cavity) 면에 부드럽고 정확하게 밀착될 수 있도록 하면서 방열판의 윗부분(top side)이 노출되는 것을 손쉽게 할 수 있다.
이러한 구조를 갖는 반도체 패캐지는 특히, SiP(System in Package)나 모듈 패캐지(module package)와 같이 복수 개 칩(multi chip)이 부착되는 제품의 열방출 효과를 향상시킬 수 있으며, 또한 이로 인해 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
Figure 112006502934508-PAT00001
반도체 패캐지(semiconductor package), 방열판(heat spreader), 열방출(thermal dissipation)

Description

방열구조 반도체 패캐지 및 이에 대한 제조.{Thermal Dissipation Semiconductor Package and Fabricating This.}
(도 1)은 본 발명의 실시 예에 따른 열전도성 물질로 덮은 상태의 단면도
(도 2)는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 패캐지 단면도
(도 3)은 본 발명의 실시 예에 따른 범프(bump)(13)를 사용한 플립칩(flip-chip) 방식의 반도체 패캐지 단면도
(도 4)는 본 발명의 실시 예에 따른 리드프레임(lead-frame)(14) 사용의 반도체 패캐지 단면도
(도 5)은 종래기술의 예에 따른 SiP(System in Package)제품의 반도체 패캐지 단면도
(도 6)는 종래기술의 예에 따른 리드프레임(lead-frame) 사용의 반도체 패캐지 단면도
(도 7)은 종래기술의 예에 따른 방열구조의 반도체 패캐지 단면도
(도 8)은 본 발명의 실시 예에 따른 댐(dam)(15)을 사용한 반도체 패캐지 단면도
(도9a)~(도9f)는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 패캐지 제조 공정별 단면도
종래의 단품 칩(single chip)이나 복수 개 칩(multi chips) 그리고 수동소자(passive component)를 사용한 씨스템 인 패캐지(System in Package ; SiP)는 (도 5) 처럼 일반적으로,
- 반도체 칩(chip)(1) 이나 수동소자(passive component)(2)를 접착용 에폭시(adhesive epoxy)(3)를 사용하여 기판(substrate, PCB)(4)에 부착시킨다.
- 부착된 반도체 칩의 I/O단자(bond pad)(5)와 기판상의 내부 I/O 단자(6)를 미세금속선(gold wire 또는 aluminum wire)(7)으로 연결시킨다.
- 에폭시 몰딩 컴파운드(epoxy molding compound ; EMC)(8)를 사용하여 반도체 칩과 수동소자 및 미세금속선을 보호할 수 있도록 몰딩(molding)을 실시한다.
- 기판의 외부 I/O단자(solder ball pad)(9)에 솔더볼(solder ball)(10)을 형성시킨다.
즉, 이러한 형태의 반도체 패캐지 제품의 구조에 있어서는 (도 5)와 같이,
- 패캐지 몸체(package body, EMC)(8) - 수동소자(passive component)(2)
- 반도체 칩(chip)(1) - 미세 금선(gold wire)(7)
- 접착용 에폭시(adhesive epoxy)(3) - 본드패드(bond pad)(5)
- 기판(substrate, PCB)(4) - 기판 내부I/O 단자(sub. bond pad)(6)
- 솔더볼 패드(solder ball pad)(9) - 솔더볼(solder ball)(10)
로 구성되어 있다.
종래 기술은 일반적으로 기판(substrate, PCB) 위에 단수 또는 복수 개의 반도체 칩(chip)과 수동소자(passive component) 등을 부착하여, 이들을 기판의 외부단자와 전기적으로 연결할 수 있도록 한 후, 이를 몰딩(molding)하여 (그림 5)와 같이 패캐지 제품을 만든다. 그리고, 반도체 제품의 열방출(thermal dissipation)을 위해 (그림 7)과 같은 구조의 방열판(heat spreader)을 사용하여 이를 기판(substrate, PCB)에 부착시키는 방식으로 열방출을 증대시키고 있다.
그러나, 이러한 구조 및 열전달(방출) 방법은 비효과적이다.
또한 리드프레임(lead-frame)을 사용하는 (그림 6)의 경우는, 리드프레임에 맞는 종래구조의 방열판 및 이를 부착하는데 있어 방열판의 제조비용 증가 및 패캐지 제조공정에 한층 더 어려움이 따른다.
본 발명은 위에서 말한 문제점을 해결하면서 방열판의 구조를 보다 간단하게 디자인(design)할 수 있게 하여, 방열효과를 증대시킴과 동시에 패캐지 제조비용을 상대적으로 줄일 수 있도록 하는 것이다.
본 발명은 단품 칩(single chip) 뿐만 아니라 복수 개 칩(multi chips)과 수동소자(passive component)가 함께 기판(substrate, PCB)에 부착되는 패캐지 구조에서, 액상(liquid)의 열전도성 수지(thermal conductive resin)를 사용하여 칩과 수동소자를 전체적으로 덮어 씌어(encapsulation) 기판 위에 젤리 타입(jelly type)의 글로부 탑(globe top)을 형성시킨다. 이러한 상태에서 방열판(heat spreader)을 부착하여 몰딩(molding)함으로써, 최종적으로 (도 2)와 같이 ;
- 패캐지 몸체(package body, EMC)(8) - 수동소자(passive component)(2)
- 반도체 칩(chip)(1) - 미세 금선(gold wire)(7)
- 접착용 에폭시(adhesive epoxy)(3) - 본드패드(bond pad)(5)
- 기판(substrate, PCB)(4) - 기판 내부I/O 단자(sub. bond pad)(6)
- 솔더볼 패드(solder ball pad)(9) - 솔더볼(solder ball)(10)
- 열전도성 수지(thermal conductive resin)(11)
- 방열판(heat spreader)(12)
등으로 되어 있다.
아울러, 본 발명인 방열구조의 반도체 패캐지 제조공정의 예로서 ;
(도9a)~(도9f)와 같이 ;
- 반도체 패캐지용 기판(substrate, PCB)(4)에 접착제(adhesive epoxy)(3)를 사용하여 반도체 칩(chip)(1)가 수동소자(passive component(2)를 부착시킨다. ------ (도 9a)
- 반도체 칩(1)의 입출력단자(bond pad)(5)와 기판(4) 내부I/O 단자(substrate bond pad)(6)를 미세금선(gold wire)(7)으로 연결한다. ------ (도 9b)
- 열전도성이 있는 수지(thermal conductive resin)(11)를 사용하여 기판(4) 위에 있는 반도체 칩(1)과 수동소자(2)를 덮는다(encapsulation). ------ (도 9c)
- 경화시킨(post encapsulation cure) 후, 젤리 타입(jelly type)으로 된 열 전도성 수지(11) 위에 금속재질의 방열판(heat spreader)(12)을 접착 물질(adhesive epoxy or tape)을 사용하여 부착시킨다. ------ (도 9d)
- 금형(mold die)과 에폭시 몰드 컴파운드(epoxy mold compound ; EMC)(8)를 사용하여 몰딩(molding)을 실시한다. ------ (도 9e)
- 기판(4)의 솔더볼 패드(solder ball pad)(9)에 솔더볼(solder ball)(10)을 부착시킨 후, 기판을 절단(sawing)하여 반도체 패캐지를 완성한다. ------ (도 9f)
본 발명은 종래의 기판(substrate, PCB)만을 이용한 반도체 패캐지와 기판에 단순히 방열판(heat spreader)을 부착시키는 구조의 방열패캐지에 비해 ;
- 단품 칩(single chip)과 복수 개 칩(multi chips) 및 수동소자(passive component)를 함께 사용하는 패캐지 제품에 적용이 가능하다.
- 방열판(heat spreader) 부착 및 발열에 의한 칩과 수동소자에 가해지는 피해(damage)를 최소화 할 수 있다.
- 방열판의 간단한 디자인(design)으로 인한 제조비용을 줄일 수 있다.
- 방열(thermal dissipation)효과를 향상시킬 수 있다.
또한 , 반도체 칩을 사용한 칩셋(Chipset) 제품의 경우 몰딩(molding)을 하지 않고 ;
- 덮어 씌운(encapsulation) 열전도성 수지(thermal conductive resin)에 곧바로 별도 구조의 방열판(heat spreader, radiator or pin type)을 부착시켜 방열thermal dissipation)효과를 증대시키기가 용이하다.
따라서, 본 발명은 일반적인 단품 칩(single chip) 반도체 패캐지는 물론 씨스템 인 패캐지(System in Package ; SiP)와 모듈 패캐지(Module Package) 등에 대해서도 간단하게 적용시킬 수 있어, 제품의 안정성과 더불어 방열(thermal dissipation)효과를 크게 향상시킬 수 있다.

Claims (9)

  1. 반도체 패캐지용 기판(substrate, PCB) 위에 반도체 칩(chip)과 수동소자(passive component)를 접착제(adhesive epoxy)로 부착시키고, 반도체 칩의 I/O단자와 기판의 I/O단자를 미세금속선(gold, aluminum, copper wire...)으로 연결시키고, 반도체 칩과 수동소자 및 미세금속선의 보호 및 열전달을 위해 액상(liquid) 타입의 열전도성 수지(thermal conductive resin)로 이들을 덮어 씌운(encapsulation) 다음, 이를 젤리 형태(jelly type)로 경화시킨 후, 방열효과가 있는 방열판(heat spreader)을 열전도성 수지 위에 접착제(adhesive epoxy)를 사용하여 부착시킨 후, 금형(mold die)과 에폭시 몰드 컴파운드(epoxy mold compound ; EMC)를 사용하여 방열판(heat spreader)의 윗부분이 노출되는 구조로 몰딩(molding)하고, 필요시 기판의 외부 I/O 단자에 솔더볼(solder ball)을 부착시킨 구조로 제작된 형태를 특징으로 하는 반도체 패캐지.
  2. 제 1항에 있어서, 반도체 칩 I/O단자에 범프(bump)를 형성하여 반도체 칩을 기판에 플립칩(flip-chip) 방식으로 부착하는 것을 특징으로 하는 반도체 패캐지.
  3. 제 1항에 있어서, 열전도성 수지로 반도체 칩이나 수동소자를 일부 또는 전부 덮어 씌워(encapsulation) 글로부 탑(globe top)을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 패캐지..
  4. 제 1항에 있어서, 방열판의 재질로 금속(metal) 또는 비금속(non-metal)을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 패캐지.
  5. 제 1항에 있어서, 방열판의 형태(모양)는 평탄하거나 단차가 있거나 굴곡이 있거나 둥글거나 다각형이거나 또는 구멍(hole)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 패캐지.
  6. 제 1항에 있어서, 방열판을 접착하는 접착제는 열경화성(thermo-set)이나 열가소성(thermo-plastic) 재질 또는 이러한 성질의 테이프(tape)을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 패캐지.
  7. 제 1항에 있어서, 열전도성 수지로 덮어 씌우는(encapsulation)데 용이하도록, 기판 위에 댐(dam)을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 패캐지.
  8. 제 1항에 있어서, 몰딩(molding)을 하지 않고, 별도의 방열효과가 있는 것(ex : heat spreader, radiator, pin...등)을 열전도성 수지에 부착시켜 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 패캐지.
  9. 제 1항에 있어서, 반도체 패캐지용 기판(substrate, PCB) 대신에 리드프레임 (lead-frame) 또는 이와 유사한 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 패캐지.
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