KR20090033394A - 반도체 패키지 - Google Patents

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Abstract

베이스부(50)와, 베이스부의 일 표면에 설치되며 반도체 소자(60)가 수용되는 수용부(62)를 포함하는 패키지 본체(64)와, 수용부에 설치되며 반도체 소자와 전기 접속되고 수용부의 외표면에 노출된 전기 단자(66)와, 베이스부의 열 전도율보다도 높은 열 전도율을 갖고, 베이스부에 반도체 소자의 발열 부위에 대응한 위치부터 발열 부위 대응 위치의 외측의 위치까지 배치되고, 반도체 소자의 발열 부위의 열을 베이스부에서 발열 부위 대응 위치부터 외측의 위치까지 전달하는 열 고전달 요소를 구비하는 반도체 패키지는, 베이스부가 복수매의 박판(52, 54, 56, 58)을 서로 밀착시켜 일체적으로 접합함으로써 구성되어 있고, 열 고전달 요소가, 베이스부의 열 전달 효율보다도 높은 열 전달 효율을 갖는 재료에 의해 구성되고 베이스부의 복수매의 박판 중의 서로 인접한 2매의 사이에 분산된 입체를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.
베이스부, 반도체 소자, 수용부, 패키지 본체, 전기 단자, 박판

Description

반도체 패키지{SEMICONDUCTOR PACKAGE}
본 발명은, 반도체 소자를 수용한 반도체 패키지에 관계되어 있다.
제1 표면과 상기 제1 표면과는 반대측의 제2 표면을 갖는 베이스부와, 상기 제1 표면에 설치되며 반도체 소자가 수용되는 반도체 소자 수용부를 포함하고 있는 패키지 본체와, 상기 반도체 소자 수용부에 설치되고, 상기 반도체 소자 수용부에 수용된 반도체 소자와 전기 접속됨과 함께 상기 반도체 소자 수용부의 외표면에 노출된 전기 단자를 구비한 반도체 패키지는 종래부터 알려져 있다.
반도체 소자는, 실리콘으로 대표되는 기판용 재료에 의해 형성된 기판의 표면 상에 원하는 회로 패턴을 실장함으로써 형성되어 있고, 동작 시에 회로 패턴으로부터 대량의 열을 발생시킨다. 회로 패턴의 온도가 임의의 온도를 초과하면, 회로 패턴은 원하는 성능을 발휘할 수 없게 된다.
이와 같은 종래의 반도체 패키지에서는, 반도체 소자가 발생시키는 열을 방열하기 위해, 적어도 패키지 본체의 베이스부가 열 전도율이 높은 재료, 예를 들면 구리 또는 알루미늄 또는 구리 합금 또는 알루미늄 합금에 의해 구성되어 있다. 반도체 소자 수용부에 수용된 반도체 소자가 발생시킨 열은 패키지 본체, 주로 베이스부에 전달되고, 또한 패키지 본체, 주로 베이스부가 접하는 물체, 예를 들면 베이스부가 재치되어 지지되는 반도체 패키지 지지체나 패키지 본체의 주위의 공기나 그 밖의 것에 방열된다.
반도체 소자에 실장되는 회로 패턴의 고집적화가 진행되어, 반도체 소자가 발생시키는 열량이 증가하고 있는 최근에는, 반도체 패키지의 열 전달 효율을 향상시키는 다양한 구조가 제안되어 있다.
일본 특허 공개 제2005-175006호 공보는, 전술한 바와 같이 열 전달 효율 향상 구조의 일례를 개시하고 있다. 이 열 전달 효율 향상 구조에서는, 금속제의 모재 내에 다이아몬드의 입자가 분산되어 있음과 함께 모재의 표면이 모재와 동일한 재료의 코팅층에 의해 덮여져 있고, 코팅층이 모재의 표면으로부터의 다이아몬드의 입자의 노출을 저지하고 있다.
<발명의 개시>
일본 특허 공개 제2005-175006호 공보에 기재되어 있는 열 전달 효율 향상 구조에서는, 금속제의 모재 내에 다이아몬드의 입자를 어떻게 하여 분산시키는 것인지가 불분명하다. 1매의 모재 내에 다이아몬드의 입자를 분산시키는 경우, 통상은 상기 모재가 용융되고 있는 동안에 다이아몬드의 입자를 분산되게 한다. 그러나, 모재의 용융을 포함하는 이와 같은 열 전달 효율 향상 구조의 제조법은 번잡하여 에너지 효율이 나쁘다. 또한, 상기 구조의 두께는 비교적 두껍게 된다.
본 발명은 상기 사정 하에서 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 전술한 바와 같이 다양한 열 전달 효율 향상 구조에 비해, 열 전달 효율이 더 좋고, 게다가 두께를 얇게 할 수 있음과 함께 제조가 용이한, 열 전달 효율 향상 구조를 포함하 는 반도체 패키지를 제공하는 것이다.
이 목적을 달성하기 위해 본 발명의 하나의 개념에 따른 반도체 패키지는, 제1 표면과 상기 제1 표면과는 반대측의 제2 표면을 갖고 있는 베이스부와, 상기 제1 표면에 설치되며 반도체 소자가 수용되는 반도체 소자 수용부를 포함하고 있는 패키지 본체와, 상기 반도체 소자 수용부에 설치되고, 상기 반도체 소자와 전기 접속됨과 함께 상기 반도체 소자 수용부의 외표면에 노출된 전기 단자와, 상기 베이스부의 열 전도율보다도 높은 열 전도율을 갖고 있고, 상기 베이스부 내에 상기 반도체 소자의 발열 부위에 대응한 발열 부위 대응 위치로부터 상기 발열 부위 대응 위치의 외측의 위치까지 배치되고, 상기 반도체 소자의 발열 부위로부터 발생한 열을 상기 베이스부에서 상기 발열 부위 대응 위치부터 상기 외측의 위치까지 전달하는 열 고전달 요소를 구비하고 있다. 그리고, 상기 베이스부가, 복수매의 박판을 서로 밀착시켜 일체적으로 접합함으로써 구성되어 있고, 상기 열 고전달 요소가, 상기 베이스부의 열 전달 효율보다도 높은 열 전달 효율을 갖는 재료에 의해 구성되고 상기 베이스부 내에 분산된 입체를 포함하고 있고, 상기 열 고전달 요소의 입체가, 상기 베이스부의 상기 복수매의 박판 중의 서로 인접한 2매의 사이에 분산되어 있는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같이 구성된 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 반도체 패키지에 따르면, 패키지 본체의 반도체 소자 수용부에 수용된 반도체 소자의 발열 부위로 발생한 열은, 패키지 본체의 베이스부 내에 설치되며 상기 베이스부의 열 전도율보다도 높은 열 전도율을 갖고 베이스부 내에서 반도체 소자의 발열 부위에 대응 한 발열 부위 대응 위치부터 발열 부위 대응 위치의 외측의 위치까지 배치된 열 고전달 요소가 포함하고 있는, 서로 밀착되어 일체적으로 접합되어 베이스부를 구성하고 있는 복수매의 박판 중의 서로 인접한 2매의 사이에 분산되어 있고 베이스부의 열 전달 효율보다도 높은 열 전달 효율을 갖는 재료에 의해 구성된 입체에 의해 베이스부에서 발열 부위 대응 위치부터 외측의 위치까지 신속하게 전달된다. 이 결과, 상기 열은 베이스부에서 발열 부위 대응 위치부터 외측의 위치까지 신속하게 확산되고, 또한 패키지 본체가 접하는 물체, 예를 들면 패키지 본체가 재치되어 지지되는 반도체 패키지 지지체나 패키지 본체의 주위의 공기나 그 밖에 신속하게 방열된다. 이와 같은 구성에 따르면, 최근에서의 반도체 소자의 발생 열량의 증가에 대해 충분한 냉각 효과를 발휘할 수 있다.
그리고, 패키지 본체의 베이스부가 복수매의 박판을 서로 밀착시켜 일체적으로 접합함으로써 구성되어 있고 열 고전달 요소가 베이스부 내에 설치되어 있음으로써, 베이스부에 대한 열 고전달 요소의 밀착도의 균일성이 높아지고, 따라서 베이스부와 열 고전달 요소와의 상호간의 열 전달 효율이 높아진다. 게다가, 패키지 본체의 베이스부의 두께를 얇게 할 수 있고, 제조도 용이하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 패키지를, 패키지 본체의 반도체 수용부의 덮개의 일부를 절결하여 도시하는 개략적인 사시도이다.
도 2a는 도 1의 선ⅡA-ⅡA를 따른 개략적인 종단면도이다.
도 2b는 도 2a 중에 개략적으로 도시되어 있는 종단면의 복수의 구성 요소를 서로 분리하여 도시하는 도면이다.
다음으로, 도 1, 도 2a, 그리고 도 2b를 참조하면서, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 패키지 SP4를 설명한다.
이 실시 형태에 따른 반도체 패키지 SP4는, 제1 표면(50a)과 제1 표면(50a)과는 반대측의 제2 표면(50b)을 갖고 복수매의 박판(52, 54, 56, 58)을 서로 밀착시켜 일체적으로 접합(예를 들면, 확산 접합)함으로써 구성되어 있는 베이스부(50)와, 제1 표면(50a)에 설치되고 반도체 소자(60)가 수용되는 반도체 소자 수용부(62)를 포함하고 있는 패키지 본체(64)를 구비하고 있다.
그리고, 반도체 소자 수용부(62)에는 반도체 소자 수용부(62)에 수용된 반도체 소자(60)와 전기 접속됨과 함께 반도체 소자 수용부(62)의 외표면에 노출된 전기 단자(66)가 설치되어 있다.
이 실시 형태에서는, 반도체 소자 수용부(62)에는 반도체 소자(60)를 위한 주변 회로를 실장한 주변 회로 실장 기판(67)도 수용되어 있고, 반도체 소자(60)는 주변 회로 실장 기판(67) 상의 배선을 통해서 전기 단자(66)와 접속되어 있다.
이 실시 형태에서 베이스부(50)는, 열 전도율이 높은 금속 재료(예를 들면, 구리나 알루미늄이나 구리 합금이나 알루미늄 합금이나 이들과 동일한 정도의 열 전도율을 갖는 금속 재료가 포함되고, 구리의 열 전도율은 400W/mK 정도임)에 의해 형성되어 있는 복수매의 박판(52)과, 반도체 소자(60)의 기판 또는 주변 회로 실장 기판(67)의 열 팽창 계수와 동등하거나, 혹은 그 이하의 열 팽창 계수를 가진 적어도 1매의 박판(54)과, 제1 표면(50a)을 포함하는 제1 박판(56)과, 제2 표면(50b)을 포함하는 제2 박판(58)을 포함한다.
반도체 소자 수용부(62)는, 반도체 소자(60)나 반도체 소자(60)에 관련되는 주변 회로 실장 기판(67)을 수납한 내부 공간을 제공하는 통 형상을 갖고 있고, 베이스부(50)의 제1 표면(50a)의 소정의 영역을 둘러싸고 있다. 제1 표면(50a)에서 상기 소정의 영역에 반도체 소자(60)나 주변 회로 실장 기판(67)이 재치되어 있다. 반도체 소자 수용부(62)는, 베이스부(50)의 제1 표면(50a)의 소정의 영역과는 반대측의 개구를 덮는 덮개(68)를 포함한다. 덮개(68)는, 제1 표면(50a)의 소정의 영역에 반도체 소자(60)나 주변 회로 실장 기판(67)이 재치되고, 반도체 소자(60), 주변 회로 실장 기판(67), 그리고 전기 단자(66)의 상호간의 접속이 종료된 후에 닫혀져 상기 내부 공간을 외부 공간으로부터 밀봉한다.
베이스부(50) 내에는, 베이스부(50)의 열 전도율보다도 높은 열 전도율을 갖고 있고, 베이스부(50) 내에서 반도체 소자 수용부(62) 내에 수용된 반도체 소자(60)의 발열 부위에 대응한 발열 부위 대응 위치(베이스부(50)의 제1 표면(50a)에서 반도체 소자(60)의 발열 부위에 인접한 영역)부터 베이스부(50)에서 발열 부위 대응 위치의 외측, 이 실시 형태에서는 반도체 소자 수용부(62)의 외측의 위치까지 배치된 열 고전달 요소(70)가 설치되어 있다. 열 고전달 요소(70)는, 반도체 소자(60)의 발열 부위로부터 발생한 열을 베이스부(50)에서 발열 부위 대응 위치부터 외측의 위치까지 전달한다.
이 실시 형태에서, 열 고전달 요소(70)는, 예를 들면 튜브나 다이아몬드의 입체를 포함하고 있다. 열 고전달 요소(70)의 입체는, 베이스부(50)의 복수매의 박판(52, 54, 56, 58) 중의 서로 인접한 2매의 사이에 분산하고 있다. 그리고, 이 분산은 다양한 패턴일 수 있다. 즉, 베이스부(50)가 원하는 외측의 위치에 발열 부위 대응 위치로부터 열을 효과적으로 이동시키는 것이 가능하다. 또한, 고가의 카본 나노 튜브나 다이아몬드의 입체의 사용량을 필요 최소 한도로 억제할 수 있다.
예를 들면, 도 2a 및 도 2b 중에 2점 쇄선으로 도시되어 있는 바와 같이, 베이스부(50)의 제1 표면(50a)으로부터 제2 표면(50b)에 베이스부(50)의 두께 방향을 향하는 사이에 제1 표면(50a)에서의 발열 부위 대응 위치로부터 제2 표면(50b)에서의 외측의 영역에 베이스부(50)의 제1 표면(50a) 및 제2 표면(50b)을 따라서 확대되도록 분포시킬 수 있다.
반도체 소자(60)의 발열량이 커지면, 반도체 소자(60)의 기판(통상은, 실리콘제)이나 주변 회로 실장 기판(67)의 열 팽창율과 베이스부(50)의 열 팽창율과의 차이에 의해 반도체 소자(60)의 기판 또는 주변 회로 실장 기판(67) 또는 그들 양자에 금이나 균열이 발생할 가능성도 커진다. 이와 같은 반도체 소자(60)의 기판 또는 주변 회로 실장 기판(67) 또는 그들 양자에 금이나 균열이 발생하는 것을 방지하기 위해, 이 실시 형태에서는 베이스부(50)를 구성하는 복수매의 박판 내에 반도체 소자(60)의 기판 또는 주변 회로 실장 기판(67)의 열 팽창 계수와 동등하거나, 혹은 그 이하의 열 팽창 계수를 가진 적어도 1매의 박판(54)이 포함되어 있다. 이와 같은 박판(54)의 재료로서는, 예를 들면 몰리브덴이 알려져 있다. 이러한 박판(54)의 두께나 형상이나 베이스부(50) 내에서의 배치는, 열 팽창율의 차이에 의해 반도체 소자(60)의 기판 또는 주변 회로 실장 기판(67) 또는 그들 양자에 금이나 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 베이스부(50)에서의 원하는 전열 기능을 손상시키지 않도록 설정된다.
베이스부(50)의 복수매의 박판(52, 54, 56, 58) 중의 제1 표면(50a)을 포함하는 제1 박판(56) 및 제2 표면(50b)을 포함하는 제2 박판(58)은, 제1 표면(50a) 및 제2 표면(50b)으로부터 열 고전달 요소(70)의 입체를 노출시키지 않는다.
이 실시 형태에서는, 베이스부(50)의 복수매의 박판(52, 54, 56, 58)은, 서로 인접한 2매의 사이에 열 고전달 요소(70)의 입체를 원하는 패턴으로 분산시킨 후에, 도 2b 중에 화살표로 나타내어져 있는 바와 같이 제1 표면(50a) 및 제2 표면(50b)으로부터 베이스부(50)의 두께 방향으로 고온에서 고압력을 가함으로써, 그들 사이에 고열 전달 요소(70)를 원하는 패턴으로 배치된 상태에서 서로 밀착하여 일체적으로 접합(확산 접합)된다. 그리고 이 접합의 사이에 열 고전달 요소(70)의 입체는 인접하는 2매의 박판에 대해 침식된다. 제1 표면(50a)을 포함하는 제1 박판(56) 및 제2 표면(50b)을 포함하는 제2 박판(58)은, 제1 표면(50a) 및 제2 표면(50b)이 외부 공간에 노출되어 있어 열 고전달 요소(70)의 입체에 접하지 않는다.
따라서, 제1 박판(56) 및 제2 박판(58)의 각각의 두께를 열 고전달 요소(70)의 입체의 직경보다도 크게 설정함으로써, 베이스부(50) 내의 제1 박판(56) 및 제2 박판(58)은, 제1 표면(50a) 및 제2 표면(50b)으로부터 열 고전달 요소(70)의 입체를 노출시키지 않는다.

Claims (5)

  1. 제1 표면(50a)과 상기 제1 표면과는 반대측의 제2 표면(50b)을 갖고 있는 베이스부(50)와, 상기 제1 표면에 설치되며 반도체 소자(60)가 수용되는 반도체 소자 수용부(62)를 포함하고 있는 패키지 본체(64)와,
    상기 반도체 소자 수용부에 설치되고, 상기 반도체 소자와 전기 접속됨과 함께 상기 반도체 소자 수용부의 외표면에 노출된 전기 단자(66)와,
    상기 베이스부의 열 전도율보다도 높은 열 전도율을 갖고 있고, 상기 베이스부 내에 상기 반도체 소자의 발열 부위에 대응한 발열 부위 대응 위치부터 상기 발열 부위 대응 위치의 외측의 위치까지 배치되고, 상기 반도체 소자의 발열 부위로부터 발생한 열을 상기 베이스부에서 상기 발열 부위 대응 위치부터 상기 외측의 위치까지 전달하는 열 고전달 요소(70)
    를 구비하고 있는 반도체 패키지는,
    상기 베이스부(50)가, 복수매의 박판(52, 54, 56, 58)을 서로 밀착시켜 일체적으로 접합함으로써 구성되어 있고,
    상기 열 고전달 요소(70)가, 상기 베이스부(50)의 열 전달 효율보다도 높은 열 전달 효율을 갖는 재료에 의해 구성되어 상기 베이스부 내에 분산된 입체를 포함하고 있고,
    상기 열 고전달 요소의 입체가, 상기 베이스부의 상기 복수매의 박판 중의 서로 인접한 2매의 사이에 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베이스부(50)의 상기 복수매의 박판(52, 54, 56, 58) 중의 상기 제1 표면(50a)을 포함하는 제1 박판(56) 및 상기 제2 표면(50b)을 포함하는 제2 박판(58)이, 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면으로부터 상기 열 고전달 요소(70)의 상기 입체를 노출시키지 않는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 베이스부(50)의 상기 복수매의 박판(52, 54, 56, 58)은, 상기 반도체 소자(60)의 기판의 열 팽창 계수와 동등하거나 또는 그 이하의 열 팽창 계수를 가진 적어도 1매의 박판(54)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 소자 수용부(62) 내에는 상기 반도체 소자(60)를 위한 주변 회로를 실장한 주변 회로 실장 기판(67)이 더 수용되어 있고,
    상기 베이스부(50)의 상기 복수매의 박판(52, 54, 56, 58)은, 상기 반도체 소자(60)의 기판 또는 상기 주변 회로 실장 기판(67)의 열 팽창 계수와 동등하거나 또는 그 이하의 열 팽창 계수를 가진 적어도 1매의 박판(54)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열 고전달 요소(70)의 상기 입체가 다이아몬드의 입체를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
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