KR20120129542A - 히트 스프레더 구조물과 이를 이용한 반도체 패키지 및 그 제조 방법 - Google Patents

히트 스프레더 구조물과 이를 이용한 반도체 패키지 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 반도체 소자가 동작할 때 발생하는 열을 외부로 배출하기 위한 히트 스프레더와 이를 이용한 반도체 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 히트싱크만을 채용하여 반도체 소자가 동작할 때 발생되는 열을 외부로 방출시키는 전술한 종래의 반도체 패키지와는 달리, 반도체 다이 상에 열전도 특성이 상대적으로 우수한 열전달 부재를 형성하고, 반도체 다이를 밀봉하는 형태로 반도체 기판 상에 접착되는 히트 스프레더의 내측과 그 상부 외측에 방열 부재를 형성하거나, 히트 스프레더의 일측(반도체 다이의 대향 측)에만 방열 부재를 도포하거나, 혹은 히트 스프레더를 채용하지 않는 반도체 패키지에 대해 방열 부재를 부분적으로 도포(반도체 다이의 백사이드 도포)함으로써, 반도체 소자의 동작으로 인해 반도체 패키지의 내부에서 발생되는 열을 효과적으로 신속하게 외부로 배출시킴으로써, 반도체 소자의 장수명화를 실현할 수 있을 뿐만 아니라 반도체 소자를 채용한 기기의 안정성을 더욱 증진시킬 수 있는 것이다.

Description

히트 스프레더 구조물과 이를 이용한 반도체 패키지 및 그 제조 방법{SEMICONDUCTOR PACKAGE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 반도체 패키지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 소자가 동작할 때 발생하는 열을 외부로 배출하기 위한 히트 스프레더와 이를 이용한 반도체 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 반도체 패키지는 반도체 칩(다이)을 외부 환경으로부터 보호해 주는 기능과 반도체 칩이 반도체 기판(인쇄회로기판)과 전기적으로 원만하게 연결되도록 해 주는 기능 등을 제공하는데, 이러한 반도체 패키지에서는 동작시에 내부에서 발생되는 열을 외부로 방출하는 열 방출 수단을 채용하는 것이 일반적이다.
즉, 다이 형태의 반도체 소자는 습기, 온도 등에 따라 그 특성이 민감하게 변화하는 특성을 갖기 때문에 반도체 소자가 동작하면서 열을 많이 발생하는 경우, 반도체 다이를 반도체 패키지로 가공하는 조립 과정에서 내부에서 발생하는 외부로 효과적으로 방출할 수 있는 수단(예컨대, 히트싱크, 방열 기능을 갖는 리드 등)을 채용하게 된다.
이를 위하여, 다양한 종류의 종래 반도체 패키지에서는 반도체 다이의 상단, 하단, 측면 등에 내부에서 발생되는 열을 외부로 방출시키는 히트싱크를 채용하는데, 이러한 종래 반도체 패키지의 일예로서는 도 1에 도시된 바와 같이 구조가 있다.
도 1은 종래 반도체 패키지의 일예에 대한 단면도로서, 종래의 반도체 패키지는 반도체 기판(102), 도전성 범프(104), 반도체 다이(106), 히트싱크(108) 및 솔더볼(110) 등을 포함한다.
도 1을 참조하면, 비록 도면에서의 상세 도시는 생략하였으나, 반도체 기판(102)에는 그 하면과 상면에 적어도 하나 이상의 도전성 비아를 통해 전기적으로 연결되는 배선 패턴(입출력 패드)들이 형성되어 있으며, 상면의 배선 패턴들은 도전성 범프(104)를 통해 반도체 다이(106)의 하면에 형성된 대응하는 본드 패드들(도시 생략)에 전기적으로 연결되고, 하면의 배선 패턴들에는 솔더볼(110)이 부착(용착)된다.
즉, 반도체 다이(106)는 도시 생략된 각 본드 패드에 형성되는 도전성 범프(104)를 통해 반도체 기판(102)에 물리적/전기적으로 연결(접착)되는 구조를 가지며, 도전성 범프(104)는 몰딩 수지 등에 의해 언더필된다.
그리고, 반도체 다이(106)를 밀봉하면서 그 내측 하면이 반도체 다이(106)의 상면에 맞닿는 형태로 반도체 기판(102)상에 히트싱크(108)가 접착되는데, 이러한 히트싱크(108)가 반도체 다이(106)의 동작시에 발생하는 열을 외부로 방출(배출)시키는 기능을 제공한다.
그러나, 히트싱크만을 채용하여 반도체 소자가 동작할 때 발생되는 열을 외부로 방출시키는 종래의 반도체 패키지는 열 방출 특성의 한계로 인해 반도체 소자의 장수명화를 저해시킬 뿐만 아니라 이로 인해 이러한 반도체 소자를 채용한 기기의 안정성을 저하시키는 원인을 제공하고 있는 실정이다.
특히, 이와 같이 열 방출 특성의 저하로 인한 문제점은 반도체 소자가 고 기능화 및 고 집적화되어 갈수록 더욱 현저하게 나타나는 실정인데, 이러한 문제점들을 고려할 때, 반도체 소자에서 발생되는 모든 열을 신속하게 외부로 방출시킬 수 있는 새로운 기법이 절실한 실정이나, 현재로서는 이에 대한 어떠한 제안도 제시도 없는 실정이다.
또한, 히트싱크를 채용하지 않는 구조의 종래 반도체 패키지에서는 반도체 소자에서 발생하는 열을 패키지 외부로 방출하기 위한 어떠한 방열 수단도 채용하지 않고 있는데, 이로 인해 히트싱크를 채용하지 않는 구조의 종래 반도체 패키지는 열에 기인하는 소자의 동작 안정성 저하 및 장수명화의 저하 문제를 피할 수 없었다.
본 발명은, 일 관점에 따라, 반도체 다이가 내장되는 반도체 패키지용의 히트 스프레더 구조물로서, 히트 스프레더와, 상기 반도체 다이의 대면 측인 상기 히트 스프레더의 내측에 형성된 하부 방열 부재와, 상기 반도체 다이의 대향 측인 상기 히트 스프레더의 외측에 형성된 상부 방열 부재를 포함하는 히트 스프레더 구조물을 제공한다.
본 발명은, 다른 관점에 따라, 범프를 통해 기판 상에 접착된 반도체 다이와, 상기 반도체 다이 상에 형성된 열전달 부재와, 상기 반도체 다이를 둘러싸는 형태로 상기 기판 상에 형성된 히트 스프레더와, 상기 히트 스프레더의 내측과 상기 열전달 부재의 상부 사이에 형성된 하부 방열 부재와, 상기 히트 스프레더의 상부 외측에 형성된 상부 방열 부재를 포함하는 반도체 패키지를 제공한다.
본 발명은, 또 다른 관점에 따라, 범프를 통해 기판 상에 반도체 다이를 접착하는 과정과, 상기 반도체 다이 이외의 영역에 측면 하부 방열 부재를 형성하는 과정과, 상기 반도체 다이 상에 열전달 부재를 형성하는 과정과, 히트 스프레더의 내측 및 외측에 하부 및 상부 방열 부재를 각각 형성하는 과정과, 상기 반도체 다이를 밀봉하는 위치에 상기 하부 방열 부재와 열전달 부재의 상부가 맞닿도록 상기 히트 스프레더를 정렬시켜 상기 기판 상에 접착시키는 과정을 포함하는 반도체 패키지 제조 방법을 제공한다.
본 발명은, 또 다른 관점에 따라, 범프를 통해 기판 상에 반도체 다이를 접착하는 과정과, 상기 반도체 다이의 상부에 열전달 부재를 형성하는 과정과, 히트 스프레더의 내측과 접착면에 하부 방열 부재와 측면 하부 방열 부재를 형성하는 과정과, 상기 히트 스프레더의 외측과 접착면의 상부에 상부 방열 부재와 측면 상부 방열 부재를 형성하는 과정과, 상기 반도체 다이를 밀봉하는 위치에 상기 하부 방열 부재와 열전달 부재의 상부가 맞닿도록 상기 히트 스프레더를 정렬시켜 상기 기판 상에 접착시키는 과정을 포함하는 반도체 패키지 제조 방법을 제공한다.
본 발명은, 또 다른 관점에 따라, 범프를 통해 기판 상에 접착된 반도체 다이를 둘러싸는 형태로 측면 하부 방열 부재가 형성되고, 상기 반도체 다이 상에 열전달 부재가 형성된 상기 기판을 준비하는 과정과, 내측 및 외측에 하부 및 상부 방열 부재가 각각 형성되고, 접착면의 상부에 측면 상부 방열 부재가 형성된 히트 스프레더를 준비하는 과정과, 상기 반도체 다이를 밀봉하는 위치에 상기 하부 방열 부재와 열전달 부재의 상부가 맞닿도록 상기 히트 스프레더를 정렬시켜 상기 기판 상에 접착시키는 과정을 포함하는 반도체 패키지 제조 방법을 제공한다.
본 발명은, 또 다른 관점에 따라, 범프를 통해 기판 상에 접착된 반도체 다이의 상부에 열전달 부재가 형성된 상기 기판을 준비하는 과정과, 내측과 접착면에 하부 방열 부재와 측면 하부 방열 부재가 각각 형성되고, 외측과 상기 접착면의 상부에 상부 방열 부재와 측면 상부 방열 부재가 각각 형성된 히트 스프레더를 준비하는 과정과, 상기 반도체 다이를 밀봉하는 위치에 상기 하부 방열 부재와 열전달 부재의 상부가 맞닿도록 상기 히트 스프레더를 정렬시켜 상기 기판 상에 접착시키는 과정을 포함하는 반도체 패키지 제조 방법을 제공한다.
본 발명은, 또 다른 관점에 따라, 범프를 통해 기판 상에 접착된 반도체 다이와, 상기 반도체 다이 상에 형성된 열전달 부재와, 상기 반도체 다이로부터 소정 간격만큼 이격되어 상기 반도체 다이의 주변을 둘러싸는 형태로 상기 기판 상에 형성된 보강 부재와, 상기 반도체 다이를 밀봉하는 형태로 상기 보강 부재 상에 접착된 히트 스프레더와, 상기 히트 스프레더의 내측과 상기 열전달 부재의 상부 사이에 형성된 하부 방열 부재와, 상기 히트 스프레더의 상부 외측에 형성된 상부 방열 부재를 포함하는 반도체 패키지를 제공한다.
본 발명은, 또 다른 관점에 따라, 범프를 통해 기판 상에 반도체 다이를 접착하는 과정과, 상기 반도체 다이로부터 소정 간격만큼 이격시켜 상기 반도체 다이의 주변을 둘러싸는 형태로 상기 기판 상에 보강 부재를 형성하는 과정과, 상기 반도체 다이 상에 열전달 부재를 형성하는 과정과, 히트 스프레더의 내측 및 외측에 하부 및 상부 방열 부재를 각각 형성하는 과정과, 상기 반도체 다이를 밀봉하는 위치에 상기 하부 방열 부재와 열전달 부재의 상부가 맞닿도록 상기 히트 스프레더를 정렬시켜 상기 보강 부재의 상부에 접착시키는 과정을 포함하는 반도체 패키지 제조 방법을 제공한다.
본 발명은, 또 다른 관점에 따라, 범프를 통해 기판 상에 접착된 반도체 다이로부터 소정 간격만큼 이격되어 상기 반도체 다이의 주변을 둘러싸는 형태로 상기 기판 상에 보강 부재가 형성되고, 상기 반도체 다이 상에 열전달 부재가 형성된 상기 기판을 준비하는 과정과, 내측 및 외측에 하부 및 상부 방열 부재가 각각 형성된 히트 스프레더를 준비하는 과정과, 상기 반도체 다이를 밀봉하는 위치에 상기 하부 방열 부재와 열전달 부재의 상부가 맞닿도록 상기 히트 스프레더를 정렬시켜 상기 보강 부재 상에 접착시키는 과정을 포함하는 반도체 패키지 제조 방법을 제공한다.
본 발명은, 또 다른 관점에 따라, 히트 스프레더와, 상기 히트 스프레더의 일측에 접착되는 상기 반도체 다이와, 상기 반도체 다이에 대향하는 상기 히트 스프레더의 타측에 형성된 방열 부재와, 상기 반도체 다이를 둘러싸는 형태로 상기 히트 스프레더에 접착되는 기판과, 상기 반도체 다이의 전극 패드와 상기 기판의 입출력 패드 간을 전기적으로 연결하는 골드 와이어와, 상기 반도체 다이와 골드 와이어를 봉지하는 몰딩 부재를 포함하는 반도체 패키지를 제공한다.
본 발명은, 또 다른 관점에 따라, 범프를 통해 기판 상에 접착된 반도체 다이와, 상기 반도체 다이의 백사이드에 형성된 방열 부재와, 상기 반도체 다이를 둘러싸는 형태로 상기 기판 상에 형성된 댐과, 상기 댐을 경계로 상기 반도체 다이를 둘러싸는 형태로 상기 기판을 봉지하는 몰딩 부재를 포함하는 반도체 패키지를 제공한다.
본 발명은, 또 다른 관점에 따라, 기판 상에 접착된 반도체 다이와, 상기 반도체 다이의 전극 패드와 상기 기판의 입출력 패드 간을 전기적으로 연결하는 골드 와이어와, 상기 반도체 다이와 골드 와이어를 둘러싸는 형태로 상기 기판 상에 접착된 히트 스프레더와, 상기 반도체 다이와 대향하는 상기 히트 스프레더의 외측에 형성된 방열 부재와, 상기 히트 스프레더의 내측 및 외측을 봉지하는 몰딩 부재를 포함하는 반도체 패키지를 제공한다.
본 발명은, 반도체 다이 상에 열전도 특성이 상대적으로 우수한 열전달 부재를 형성하고, 반도체 다이를 밀봉하는 형태로 반도체 기판 상에 접착되는 히트 스프레더의 내측과 그 상부 외측, 히트 스프레더의 접착면과 반도체 기판의 접착면 사이 및 히트 스프레더의 접착면의 상부에 방열 부재를 형성함으로써, 반도체 소자의 동작으로 인해 반도체 패키지의 내부에서 발생되는 열을 효과적으로 신속하게 외부로 배출시킴으로써, 반도체 소자의 장수명화를 실현할 수 있을 뿐만 아니라 반도체 소자를 채용한 기기의 안정성을 더욱 증진시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 히트 스프레더의 일측(반도체 다이의 대향 측)에만 방열 부재를 도포하거나 혹은 히트 스프레더를 채용하지 않는 반도체 패키지에 대해 방열 부재를 부분적으로 도포(반도체 다이의 백사이드 도포)하는 방식을 통해서도 반도체 패키지의 내부에서 발생되는 열을 신속하게 외부로 배출시킬 수 있다.
도 1은 종래 반도체 패키지의 일예에 대한 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 히트 스프레더를 채용한 일예의 반도체 패키지 단면도,
도 3a 내지 3f는 본 발명의 일예에 따른 반도체 패키지를 제조하는 과정을 도시한 공정 순서도,
도 4는 본 발명에 따른 히트 스프레더를 채용한 다른 예의 반도체 패키지 단면도,
도 5a 내지 5f는 본 발명의 다른 예에 따른 반도체 패키지를 제조하는 과정을 도시한 공정 순서도,
도 6은 본 발명에 따른 또 다른 예의 반도체 패키지 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 또 다른 예의 반도체 패키지 단면도,
도 8은 본 발명에 따른 또 다른 예의 반도체 패키지 단면도.
본 발명의 기술요지는, 히트싱크만을 채용하여 반도체 소자가 동작할 때 발생되는 열을 외부로 방출시키는 전술한 종래의 반도체 패키지와는 달리, 반도체 다이 상에 열전도 특성이 상대적으로 우수한 열전달 부재를 형성하고, 반도체 다이를 밀봉하는 형태로 반도체 기판 상에 접착되는 히트 스프레더의 내측과 그 상부 외측에 방열 부재를 형성(도포)한다는 것으로, 본 발명은 이러한 기술적 수단을 통해 종래 반도체 패키지에서의 문제점들을 효과적으로 개선할 수 있다. 여기에서, 히트 스프레더는 방열 기능을 갖는 리드로 정의될 수도 있다.
또한, 본 발명은 히트 스프레더의 접착면과 반도체 기판의 접착면 사이에 측면 하부 방열 부재를 형성하고, 히트 스프레더의 접착면의 상부에 측면 상부 방열 부재를 형성할 수 있다.
그리고, 반도체 다이의 상부에 형성되는 열전달 부재는 금속성 접착 물질로서, 예컨대 실리콘, 에폭시, 우레탄 레진 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물에 무기물 필러와 첨가제가 혼합된 점착제 또는 겔 상태의 용액일 수 있으며, 여기에서 무기물 필러는 전도성의 경우 Al, Ag, Cu 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 될 수 있고, 비전도성의 경우 Al2O3, BN, AnO, SiC, AlN, SiO2 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 될 수 있다.
또한, 히트 스프레더의 내측과 그 상부 외측, 히트 스프레더의 접착면과 반도체 기판의 접착면 사이, 히트 스프레더의 접착면의 상부에 각각 형성되는 방열 부재는 무기물 필러가 함유된 방열 물질(무기 도료)이거나, 마이크로 또는 나노 크기의 물질(예컨대, Si, CNT 등)이 함유된 방열 필름(유기 도료)일 수 있다.
더욱이, 본 발명은 히트 스프레더의 일측(반도체 다이의 대향 측)에만 방열 부재를 도포하거나 혹은 히트 스프레더를 채용하지 않는 반도체 패키지에 대해서도 방열 부재를 부분적으로 도포(반도체 다이의 백사이드 도포)하는 방식으로 적용할 수도 있음은 물론이다.
아울러, 아래의 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성 등에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들인 것으로, 이는 사용자, 운용자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 그 정의는 본 명세서의 전반에 걸쳐 기술되는 기술사상을 토대로 이루어져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 히트 스프레더를 채용한 일예의 반도체 패키지 단면도로서, 본 실시 예의 반도체 패키지는 싱글 피스 리드(single piece lid)(또는 싱글 피스 스프레더)를 채용한 FCBGA(flip chip ball grid array) 패키지를 의미하는 것으로, 도전성 범프(204)를 통해 반도체 기판(202)상에 반도체 다이(206)가 접착되고, 반도체 다이(206)의 상부에 열전달 부재(210)가 형성되며, 반도체 다이(206)로부터 소정 거리만큼 이격된 위치에 있는 반도체 기판(202)의 상부 일부, 즉 히트 스프레더(212)의 접착면과 대면 접착될 기판의 접착면에 측면 하부 방열 부재(208)가 형성된다.
그리고, 반도체 기판(202)은, 비록 도면에서의 상세 도시는 생략하였으나, 그 하면과 상면에 적어도 하나 이상의 도전성 비아를 통해 전기적으로 연결되는 입출력 패드(또는 배선 패턴)들이 형성되어 있으며, 상면의 입출력 패드들은 도전성 범프(204)를 통해 반도체 다이(206)의 하면에 형성된 대응하는 전극 패드(또는 본드 패드)들(도시 생략)에 전기적/물리적으로 연결되고, 하면의 입출력 패드들에는 솔더볼(220)들이 부착(용착)된다.
또한, 도전성 범프(204)는 반도체 다이(206)의 하면에 형성된 전극 패드들(도시 생략)에 연결되는 다수의 범프들을 포함할 수 있는데, 이러한 도전성 범프(204)는 몰딩 수지 등에 의해 언더필될 수 있다.
여기에서, 반도체 다이(206)의 상부에 형성되는 열전달 부재(210)는 열전도 특성이 상대적으로 우수한 금속성 접착 물질로서, 예컨대 디스펜싱(dispensing) 공정 등을 통해 형성될 수 있는데, 이러한 열전달 부재(210)로서는, 예컨대 실리콘, 에폭시, 우레탄 레진 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물에 무기물 필러와 첨가제가 혼합된 점착제 또는 겔 상태의 용액을 이용할 수 있으며, 무기물 필러는 전도성의 경우 Al, Ag, Cu 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 될 수 있고, 비전도성의 경우 Al2O3, BN, AnO, SiC, AlN, SiO2 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 될 수 있다.
도 2를 참조하면, 히트 스프레더(또는 방열 기능을 갖는 리드)(212)는 상부에 열전달 부재(210)가 형성된 반도체 다이(206)를 둘러싸는(밀봉하는) 형태로 반도체 기판(202)에 접착, 즉 히트 스프레더(212)의 접착면이 반도체 기판(202) 상에 형성된 측면 하부 방열 부재(208)에 접착되는데, 이러한 히트 스프레더(212)의 내측(반도체 다이와의 대면 측)에는 열전달 부재(210)와 맞닿는 하부 방열 부재(214)가 형성되어 있고, 히트 스프레더(212)의 상부 외측(반도체 다이와의 대향 측)에는 상부 방열 부재(216)가 형성되어 있으며, 히트 스프레더(212)의 접착면의 상부에는 측면 상부 방열 부재(218)가 형성되어 있다.
즉, 본 발명에 채용되는 히트 스프레더 구조물은 히트 스프레더(212), 반도체 다이(206)와의 대면 측인 히트 스프레더(212)의 내측에 형성된 하부 방열 부재(214), 반도체 다이(206)의 대향 측인 히트 스프레더(212)의 상부 외측에 형성된 상부 방열 부재(216), 히트 스프레더(212)의 접착면의 상부에 형성된 측면 상부 방열 부재(218) 등을 포함할 수 있다.
여기에서, 하부 방열 부재(214), 상부 방열 부재(216), 측면 하부 방열 부재(208), 측면 상부 방열 부재(218)는, 예컨대 스프레이 공정 또는 필름 접착 공정 등과 같은 코팅(도포) 공정을 통해 형성할 수 있는데, 이러한 방열 부재로서는, 예컨대 무기물 필러가 함유된 방열 물질(무기 도료), 마이크로 또는 나노 크기의 물질(예컨대, Si, CNT 등)이 함유된 방열 필름(유기 도료) 등을 이용할 수 있다.
다음에, 상술한 바와 같은 구조를 갖는 본 실시 예의 반도체 패키지를 제조하는 일련의 과정에 대하여 설명한다.
도 3a 내지 3f는 본 발명의 일예에 따른 반도체 패키지를 제조하는 과정을 도시한 공정 순서도이다.
도 3a를 참조하면, 하면과 상면에 적어도 하나 이상의 도전성 비아를 통해 전기적으로 연결되는 입출력 패드(또는 배선 패턴)들이 그 하면과 상면에 각각 형성되어 있는 반도체 기판(202)을 준비하고, 하면에 형성된 전극 패드들(도시 생략)에 연결되는 다수의 범프들을 포함하는 도전성 범프(204)가 형성된 반도체 다이(206)를 준비하며, 반도체 다이(206)를 목포 위치로 정렬(즉, 각 범프와 대응하는 각 입출력 패드 간의 위치 정렬)시킨 후, 예컨대 가압 접촉 등을 포함하는 리플로우 공정을 실시함으로써, 반도체 다이(206)를 반도체 기판(202) 상에 물리적으로 접착(조립)시키며, 이후 도전성 범프(204)에 몰딩 수지를 이용하여 언더필을 실시한다.
이후, 일련의 코팅(도포) 공정(예컨대, 스프레이 공정 또는 필름 접착 공정 등)을 실시함으로써, 일예로서 도 3b에 도시된 바와 같이, 반도체 다이(206)로부터 소정 거리만큼 이격된 위치에 있는 반도체 기판(202)의 상부 일부, 즉 후술하는 공정을 통해 반도체 기판(202) 상에 접착될 히트 스프레더(212)의 접착면과 대면 접착될 기판 접착면에 측면 하부 방열 부재(208)를 형성한다. 여기에서, 측면 하부 방열 부재(208)는, 예컨대 무기물 필러가 함유된 방열 물질(무기 도료) 혹은 마이크로 또는 나노 크기의 물질(예컨대, Si, CNT 등)이 함유된 방열 필름(유기 도료) 등이 될 수 있다.
다시, 예컨대, 디스펜싱 공정 등을 실시함으로써, 일예로서 도 3c에 도시된 바와 같이, 반도체 다이(206)의 상부에 소정 두께를 갖는 열전달 부재(210)를 형성한다. 여기에서, 열전달 부재(210)는 열전도 특성이 상대적으로 우수한 금속성 접착 물질로서, 예컨대 디스펜싱 공정을 통해 형성할 수 있는데, 재질로서는, 예컨대 실리콘, 에폭시, 우레탄 레진 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물에 무기물 필러와 첨가제가 혼합된 점착제 또는 겔 상태의 용액을 이용할 수 있으며, 무기물 필러는 전도성의 경우 Al, Ag, Cu 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 될 수 있고, 비전도성의 경우 Al2O3, BN, AnO, SiC, AlN, SiO2 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 될 수 있다.
다음에, 히트 스프레더(212)를 준비한 후, 일련의 코팅(도포) 공정(예컨대, 스프레이 공정 또는 필름 접착 공정 등)을 실시함으로써, 일예로서 도 3d에 도시된 바와 같이, 그 내측(반도체 다이와의 대면 측)에 소정 두께를 갖는 하부 방열 부재(214)를 형성한다. 여기에서, 하부 방열 부재(214)는 측면 하부 방열 부재(208)와 동일한 종류의 재질일 수 있다.
다시, 일련의 코팅(도포) 공정(예컨대, 스프레이 공정 또는 필름 접착 공정 등)을 실시함으로써, 일예로서 도 3e에 도시된 바와 같이, 히트 스프레더(212)의 상부 외측(반도체 다이의 대향 측)과 접착면(반도체 기판과의 접착면)의 상부에 상부 방열 부재(216)와 측면 상부 방열 부재(218)를 각각 형성한다. 여기에서, 상부 방열 부재(216)와 측면 상부 방열 부재(218)는 측면 하부 방열 부재(208)와 동일한 종류의 재질일 수 있다.
이후, 반도체 다이(206)를 밀봉하는 위치에 하부 방열 부재(214)와 열전달 부재(210)가 접착되도록 히트 스프레더 구조물을 정렬시킨 후, 예컨대 큐어링(curing) 공정 등을 실시하여 반도체 기판(202) 상에 히트 스프레더 구조물을 접착, 즉 히트 스프레더(212)의 접착면을 반도체 기판(202) 상에 형성된 측면 하부 방열 부재(208)에 접착시키고, 이후 솔더볼(220)을 반도체 기판(202)의 하면에 있는 입출력 패드에 부착한 후 리플로우 공정 등을 실시함으로써, 일예로서 도 3f에 도시된 바와 같이, 반도체 패키지의 제조(조립)를 완성한다.
즉, 본 실시 예에 따르면, 도전성 범프(204)를 통해 반도체 기판(202) 상에 접착된 반도체 다이(206)를 둘러싸는 형태로 측면 방열 부재(208)가 형성되고 반도체 다이(206) 상에 열전달 부재(210)가 형성된 반도체 기판(202)을 준비하고, 히트 스프레더(212)의 내측 및 상부 외측에 하부 및 상부 방열 부재(214, 216)가 형성되고 접착면의 상부에 측면 상부 방열 부재(218)가 형성된 히트 스프레더 구조물을 준비하며, 반도체 다이(206)를 밀봉하는 위치에 하부 방열 부재(214)와 열전달 부재(210)의 상부가 맞닿도록 히트 스프레더 구조물을 정렬시켜 반도체 기판(202) 상에 접착시키는 일련의 공정들을 순차적으로 진행함으로써 반도체 패키지의 제조를 완성할 수 있다.
한편, 도 3a 내지 3f를 참조한 본 실시 예의 제조 방법에서는 반도체 다이의 상부에 열전달 부재가 형성되고 반도체 다이를 둘러싸는 형태로 측면 하부 방열 부재가 형성된 반도체 기판을 먼저 준비하고, 이후에 내측 및 상부 외측에 하부 및 상부 방열 부재가 각각 형성되고 접착면의 상부에 측면 상부 방열 부재가 형성된 히트 스프레더 구조물을 준비하는 것으로 하여 설명하였으나, 이것은 설명의 편의와 이해의 증진을 위한 예시적인 제시일 뿐 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요 또는 제작 여건 등에 따라 히트 스프레더 구조물을 먼저 준비(제작)하고 나중에 반도체 기판을 준비(제작)하는 방식으로 전환될 수도 있음은 물론이다.
다른 한편, 본 실시 예에서는 측면 하부 방열 부재를 반도체 기판 상에 형성하는 것으로 하여 설명하였으나, 이는 예시적인 제시일 뿐 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 반도체 기판이 아닌 히트 스프레더의 접착면에 직접 측면 하부 방열 부재를 형성하는 방식으로 반도체 패키지를 제조할 수도 있음은 물론이다. 여기에서, 히트 스프레더의 접착면에 형성되는 측면 하부 방열 부재는 히트 스프레더 내측의 하부 방열 부재를 형성할 때 동시에 형성될 수 있다.
이 경우, 도전성 범프(204)를 통해 반도체 기판(202) 상에 접착된 반도체 다이(206)의 상부에 열전달 부재(210)가 형성되는 반도체 기판(202)을 준비하고, 히트 스프레더(212)의 내측과 접착면에 하부 방열 부재(214)와 측면 하부 방열 부재(208)가 각각 형성되고 상부 외측과 접착면의 상부에 상부 방열 부재(216)와 측면 상부 방열 부재(218)가 각각 형성된 히트 스프레더 구조물을 준비하며, 반도체 다이(206)를 밀봉하는 위치에 하부 방열 부재(214)와 열전달 부재(210)의 상부가 맞닿도록 히트 스프레더 구조물을 정렬시켜 반도체 기판(202) 상에 접착시키는 일련의 공정들을 순차적으로 진행함으로써 반도체 패키지의 제조를 완성할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 히트 스프레더를 채용한 다른 예의 반도체 패키지 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시 예의 반도체 패키지는, 싱글 피스 리드(single piece lid)(또는 싱글 피스 스프레더)를 채용하는 도 2의 반도체 패키지와는 달리, 투 피스 리드(two piece lid)(또는 투 피스 스프레더)를 채용한 FCBGA(flip chip ball grid array) 패키지라는 점에 차이를 가질 뿐 그 이외의 구성부재들은 도 2에 도시된 대응하는 구성부재들과 거의 동일하다.
즉, 본 실시 예의 반도체 패키지는 도전성 범프(404)를 통해 반도체 기판(402)상에 반도체 다이(406)가 접착되고, 반도체 다이(406)의 상부에 열전달 부재(410)가 형성되며, 반도체 다이(406)로부터 소정 간격만큼 이격된 위치에 있는 반도체 기판(402)의 상부에 스티프너(stiffner), 즉 보강 부재(412)(또는 보강 리드)가 형성될 영역을 정의하는 기판 영역(반도체 다이(406)를 둘러싸는 기판 영역)에 측면 방열 부재(408)가 형성된다.
그리고, 반도체 기판(402)은, 비록 도면에서의 상세 도시는 생략하였으나, 도 2의 반도체 패키지에서와 마찬가지로, 그 하면과 상면에 적어도 하나 이상의 도전성 비아를 통해 전기적으로 연결되는 입출력 패드(또는 배선 패턴)들이 형성되어 있으며, 상면의 입출력 패드들은 도전성 범프(404)를 통해 반도체 다이(406)의 하면에 형성된 대응하는 전극 패드(또는 본드 패드)들(도시 생략)에 전기적/물리적으로 연결되고, 하면의 입출력 패드들에는 솔더볼(420)들이 부착(용착)된다.
마찬가지로, 도전성 범프(404)는 반도체 다이(406)의 하면에 형성된 전극 패드들(도시 생략)에 연결되는 다수의 범프들을 포함할 수 있는데, 이러한 도전성 범프(404)는 몰딩 수지 등에 의해 언더필될 수 있다. 또한, 반도체 다이(406)의 상부에 형성되는 열전달 부재(410)는, 도 2에 도시된 대응하는 열전달 부재와 동일한 공정 및 동일 재질로 형성될 수 있다.
그리고, 측면 방열 부재(408)의 상부에는 보강 부재(또는 보강 리드)(412)가 접착제 등을 통해 접착되는 구조를 갖는데, 이러한 보강 부재(412)의 재질은 후술되는 히트 스프레더(414)와 동일한 재질일 수 있다.
도 4를 참조하면, 막대형의 히트 스프레더(또는 방열 기능을 갖는 리드)(414)는 상부에 열전달 부재(410)가 형성된 반도체 다이(406)를 밀봉하는 형태로 보강 부재(412) 상에 접착, 즉 히트 스프레더(212)의 접착면이 보강 부재(412)의 상부에 접착되는데, 이러한 히트 스프레더(414)의 내측(반도체 다이와의 대면 측)에는 열전달 부재(410)와 맞닿는 하부 방열 부재(416)가 형성되어 있고, 히트 스프레더(414)의 상부 외측(반도체 다이와의 대향 측)에는 상부 방열 부재(418)가 형성되어 있다.
즉, 본 발명에 채용되는 히트 스프레더 구조물은 히트 스프레더(414), 반도체 다이(406)와의 대면 측인 히트 스프레더(414)의 내측에 형성된 하부 방열 부재(416), 반도체 다이(406)의 대향 측인 히트 스프레더(414)의 상부 외측에 형성된 상부 방열 부재(418) 등을 포함할 수 있다. 여기에서, 하부 방열 부재(416), 상부 방열 부재(418), 측면 방열 부재(408)는 도 2에 도시된 대응하는 부재와 동일한 공정 및 동일 재질로 형성될 수 있다.
다음에, 상술한 바와 같은 구조를 갖는 본 실시 예의 반도체 패키지를 제조하는 일련의 과정에 대하여 설명한다.
도 5a 내지 5f는 본 발명의 다른 예에 따른 반도체 패키지를 제조하는 과정을 도시한 공정 순서도이다.
도 5a를 참조하면, 하면과 상면에 적어도 하나 이상의 도전성 비아를 통해 전기적으로 연결되는 입출력 패드(또는 배선 패턴)들이 그 하면과 상면에 각각 형성되어 있는 반도체 기판(402)을 준비하고, 하면에 형성된 전극 패드들(도시 생략)에 연결되는 다수의 범프들을 포함하는 도전성 범프(404)가 형성된 반도체 다이(406)를 준비하며, 반도체 다이(406)를 목포 위치로 정렬(즉, 각 범프와 대응하는 각 입출력 패드 간의 위치 정렬)시킨 후, 예컨대 가압 접촉 등을 포함하는 리플로우 공정을 실시함으로써, 반도체 다이(406)를 반도체 기판(402) 상에 물리적으로 접착(조립)시키며, 이후 도전성 범프(404)에 몰딩 수지를 이용하여 언더필을 실시한다.
이후, 일련의 코팅(도포) 공정(예컨대, 스프레이 공정 또는 필름 접착 공정 등)을 실시함으로써, 일예로서 도 5b에 도시된 바와 같이, 반도체 다이(406)로부터 소정 간격만큼 이격된 위치에 있는 반도체 기판(402)의 상부 일부, 즉 후술하는 공정을 통해 형성될 보강 부재 영역을 정의하는 반도체 기판(402) 상에 측면 방열 부재(408)를 형성한다.
이어서, 예컨대, 디스펜싱 공정 등을 실시함으로써, 일예로서 도 5c에 도시된 바와 같이, 반도체 다이(406)의 상부에 소정 두께를 갖는 열전달 부재(410)를 형성한다. 여기에서, 열전달 부재(410)는 도 2에 도시된 대응하는 열전달 부재와 동일한 공정 및 동일 재질로 형성될 수 있다.
그리고, 접착제 등을 이용하는 접착 공정을 실시함으로써, 일예로서 도 5d에 도시된 바와 같이, 준비된 보강 부재(412)를 측면 방열 부재(408) 상에 접착시킨다.
다음에, 히트 스프레더(414)를 준비한 후, 일련의 코팅(도포) 공정(예컨대, 스프레이 공정 또는 필름 접착 공정 등)을 순차 실시함으로써, 일예로서 도 5e에 도시된 바와 같이, 그 내측(반도체 다이와의 대면 측)과 외측(반도체 다이와의 대향 측)에 소정 두께를 갖는 하부 방열 부재(416)와 상부 방열 부재(418)를 각각 형성한다. 여기에서, 하부 및 상부 방열 부재(416, 418)는 측면 방열 부재(408)와 동일한 종류의 재질일 수 있다.
이어서, 반도체 다이(406)를 밀봉하는 위치에 하부 방열 부재(416)와 열전달 부재(410)가 접착되도록 히트 스프레더 구조물을 정렬시킨 후, 예컨대 큐어링(curing) 공정 등을 실시하여 보강 부재(412) 상에 히트 스프레더 구조물을 접착, 즉 히트 스프레더(414)의 접착면을 반도체 기판(402) 상에 형성된 보강 부재(412)의 상부에 접착시키고, 이후 솔더볼(420)을 반도체 기판(402)의 하면에 있는 입출력 패드에 부착한 후 리플로우 공정 등을 실시함으로써, 일예로서 도 5f에 도시된 바와 같이, 반도체 패키지의 제조(조립)를 완성한다.
즉, 본 실시 예에 따르면, 도전성 범프(404)를 통해 반도체 기판(402) 상에 접착된 반도체 다이(406)로부터 소정 간격만큼 이격되어 반도체 다이(406)를 둘러싸는 형태로 측면 방열 부재(408)가 형성되고, 측면 방열 부재(408)의 상부에 보강 부재(412)가 형성되며, 반도체 다이(406) 상에 열전달 부재(410)가 형성된 반도체 기판(402)을 준비하고, 히트 스프레더(414)의 내측 및 상부 외측에 하부 및 상부 방열 부재(416, 418)가 형성된 히트 스프레더 구조물을 준비하며, 반도체 다이(406)를 밀봉하는 위치에 하부 방열 부재(416)와 열전달 부재(410)의 상부가 맞닿도록 히트 스프레더 구조물을 정렬시켜 보강 부재(412)의 상부에 접착시키는 일련의 공정들을 순차적으로 진행함으로써 반도체 패키지의 제조를 완성할 수 있다.
한편, 도 5a 내지 5f를 참조한 본 실시 예의 제조 방법에서는 반도체 다이의 상부에 열전달 부재가 형성되고 반도체 다이로부터 소정 간격만큼 이격되어 반도체 다이를 둘러싸는 형태로 측면 방열 부재 및 보강 부재가 형성된 반도체 기판을 먼저 준비하고, 이후에 내측 및 상부 외측에 하부 및 상부 방열 부재가 형성된 히트 스프레더 구조물을 준비하는 것으로 하여 설명하였으나, 이것은 설명의 편의와 이해의 증진을 위한 예시적인 제시일 뿐 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요 또는 제작 여건 등에 따라 히트 스프레더 구조물을 먼저 준비(제작)하고 나중에 반도체 기판을 준비(제작)하는 방식으로 전환될 수도 있음은 물론이다.
다른 한편, 본 발명에서 제시하는 새로운 패키지 기법은 FCBGA 패키지 뿐만 아니라 SBGA(Super BGA), FCmBGA(Flip Chip molded BGA), TEPBGA(Thermally Enhanced PBGA) 등과 같은 패키지에도 동일하게 적용될 수 있으며, 이들 패키지의 경우에는 방열 부재가 선택적으로 적용될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 또 다른 예의 반도체 패키지 단면도로서, 본 실시 예의 반도체 패키지는 SBGA 패키지를 의미하는 것으로, 일측에 반도체 다이(606)가 접착되는 히트 스프레더(602)의 타측(반도체 다이의 대향 측)에 방열 부재(604)를 도포(형성)한 점에 기술적인 특징을 갖는다. 여기에서, 방열 부재(604)는 도 2 및 도 4에 도시된 방열 부재들과 동일한 공정 및 동일 재질(물질)로 형성될 수 있다.
즉, 본 실시 예의 패키지는 히트 스피레더(602)의 일측에는 반도체 다이(606)와 반도체 기판(608)이 접착되고, 히트 스프레더(602)의 타측에는 방열 부재(604)가 형성(도포)되며, 반도체 다이(606)에 형성된 전극 패드(도시 생략)들과 반도체 기판(608)에 형성된 대응하는 입출력 패드(도시 생략)들이 골드 와이어(610)를 통해 전기적/물리적으로 연결되고, 반도체 다이(606)와 골드 와이어(610)가 몰딩 부재(612)에 의해 봉지되는 구조를 갖는다.
또한, 반도체 기판(608)에 형성된 일부의 입출력 패드(또는 배선 패턴)들에는 도시 생략된 회로 기판과의 전기적 연결을 위한 솔더볼(614)들이 부착된다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시 예의 SBGA 패키지는 타측(반도체 다이의 대향 측)에 방열 부재(604)가 도포된 히트 스프레더(602)의 일측에 반도체 다이가 접착될 영역을 정의하는 홈이 형성된 반도체 기판(608)을 접착하고, 이 홈을 통해 히트 스프레더(602)에 반도체 다이(606)를 접착하며, 반도체 다이(606)의 전극 패드들과 대응하는 반도체 기판(608)의 입출력 패드들을 골드 와이어(610)로 연결하고, 반도체 다이(606)와 골드 와이어(610)를 몰딩 부재(612)로 봉지하는 등과 같은 일련의 프로세스를 통해 제작될 수 있다. 여기에서, 솔더볼(614)은 반도체 다이(606)를 히트 스프레더(602)에 접착하기 전에 입출력 패드에 부착되거나 혹은 몰딩 부재(612)를 형성한 후에 입출력 패드에 부착될 수 있다.
한편, 본 실시 예의 SBGA 패키지는 히트 스프레더(602)와 반도체 다이(606)의 접착면에 다른 방열 부재를 더 포함할 수 있으며, 이러한 다른 방열 부재는 히트 스프레더(602)의 타측에 도포된 방열 부재(604)와 동일한 공정 및 동일 재질(물질)로 형성될 수 있다.
다른 한편, 본 실시 예에서는 SBGA 패키지를 일예로서 하여 설명하고 있으나, 본 실시 예의 패키지 구조는, 3층 + 스티프너 + 히트 스프레더와 레이저 바이어스와 메커니컬 바이어스 구조의 SBGA3-Layer 패키지, 4층 + 히트 스프레너 구조의 EBGA(Enhanced BGA) 패키지, 6 내지 12층 + 히트 스프레더와 멀티층 와이어 본딩 구조의 HPBGA(High Performance BGA) 패키지 등으로도 확장 적용될 수 있음은 물론이다.
도 7은 본 발명에 따른 또 다른 예의 반도체 패키지 단면도로서, 본 실시 예의 반도체 패키지는 FCmBGA 패키지를 의미하는 것으로, 노출되는 반도체 다이(706)의 백사이드(backside)에 방열 부재(708)를 도포(형성)한 점에 기술적인 특징을 갖는다. 여기에서, 방열 부재(708)는 도 2 및 도 4에 도시된 방열 부재들과 동일한 공정 및 동일 재질(물질)로 형성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 실시 예의 FCmBGA 패키지는 도전성 범프(704)를 통해 반도체 기판(702)상에 반도체 다이(706)가 접착되고, 반도체 다이(706)의 외곽을 둘러싸는 형태로 댐(710)이 형성되며, 반도체 다이(706)의 상부 노출면, 즉 백사이드에 방열 부재(708)가 형성(도포)되고, 댐(710) 외곽을 경계로 반도체 다이(706)를 둘러싸는 형태로 반도체 기판(702) 상에 몰딩 부재(712)가 형성되는 구조를 갖는다. 여기에서, 댐(710)은 몰딩 부재, 예컨대 몰딩 컴파운드가 반도체 다이(706)에 접촉되는 것을 차단하기 위한 것이다. 그리고, 방열 부재(708)는 도 2 및 도 4에 도시된 방열 부재들과 동일한 공정 및 동일 재질(물질)로 형성될 수 있다.
또한, 반도체 기판(702)은, 비록 도면에서의 상세 도시는 생략하였으나, 그 하면과 상면에 적어도 하나 이상의 도전성 비아를 통해 전기적으로 연결되는 입출력 패드(또는 배선 패턴)들이 형성되어 있으며, 상면의 입출력 패드들은 도전성 범프(704)를 통해 반도체 다이(706)의 하면에 형성된 대응하는 전극 패드(또는 본드 패드)들(도시 생략)에 전기적/물리적으로 연결되고, 하면의 입출력 패드들에는 솔더볼(714)들이 부착(용착)된다.
그리고, 도전성 범프(704)는 반도체 다이(706)의 하면에 형성된 전극 패드들(도시 생략)에 연결되는 다수의 범프들을 포함할 수 있는데, 이러한 도전성 범프(704)는 몰딩 수지 등에 의해 언더필될 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시 예의 FCmBGA 패키지는 반도체 기판(702) 상의 목표 위치에 도전성 범프(704)를 통해 그 백사이드에 방열 부재(708)가 도포된 반도체 다이(706)를 접착하고, 반도체 다이(706)의 외곽을 둘러싸는 형태로 댐(710)을 형성하며, 댐(710) 외곽의 반도체 기판(702) 상에 몰딩 부재(712)를 형성하고, 반도체 기판(702)의 하면에 형성된 입출력 패드(또는 배선 패턴)에 솔더볼(714)을 부착하는 일련의 프로세스를 통해 제작될 수 있다. 여기에서, 방열 부재(708)는 반도체 다이(706)를 반도체 기판(702)에 접착한 이후에 그 백사이드에 도포하는 방식으로 형성될 수도 있다.
도 8은 본 발명에 따른 또 다른 예의 반도체 패키지 단면도로서, 본 실시 예의 반도체 패키지는 TEPBGA 패키지를 의미하는 것으로, 히트 스프레더(810)의 외측(반도체 다이(806)와 대향하는 측)에 방열 부재(812)를 도포(형성)한 점에 기술적인 특징을 갖는다. 여기에서, 방열 부재(812)는 도 2 및 도 4에 도시된 방열 부재들과 동일한 공정 및 동일 재질(물질)로 형성될 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 실시 예의 TEPBGA 패키지는 도전성 범프(804)를 통해 반도체 기판(802)상에 반도체 다이(806)가 접착되고, 반도체 다이(806)에 형성된 전극 패드(도시 생략)들과 반도체 기판(802)에 형성된 대응하는 입출력 패드(도시 생략)들이 골드 와이어(808)를 통해 전기적/물리적으로 연결되는 구조를 갖는다.
이를 위하여, 반도체 기판(802)은, 비록 도면에서의 상세 도시는 생략하였으나, 그 하면과 상면에 적어도 하나 이상의 도전성 비아를 통해 전기적으로 연결되는 입출력 패드(또는 배선 패턴)들이 형성되어 있으며, 상면의 입출력 패드들의 일부는 도전성 범프(804)를 통해 반도체 다이(806)의 하면에 형성된 대응하는 전극 패드(또는 본드 패드)들(도시 생략)에 전기적/물리적으로 연결되고, 상면의 입출력 패드들의 다른 일부는 골드 와이어(808)를 통해 반도체 다이(806)의 상면에 형성된 대응하는 전극 패드들에 전기적/물리적으로 연결되며, 반도체 기판(802)의 하면의 입출력 패드들에는 솔더볼(816)들이 부착(용착)된다.
그리고, 도전성 범프(804)는 반도체 다이(806)의 하면에 형성된 전극 패드들(도시 생략)에 연결되는 다수의 범프들을 포함할 수 있는데, 이러한 도전성 범프(804)는 몰딩 수지 등에 의해 언더필될 수 있다.
다시, 본 실시 예의 반도체 패키지는 반도체 다이(806)와 대향하는 외측에 방열 부재(812)가 도포된 히트 스프레더(810)가 반도체 다이(806)와 골드 와이어(808)를 일정 간격만큼 이격되어 감싸는 형태로 반도체 기판(802) 상에 접착되고, 몰딩 부재(814)가 반도체 다이(806), 골드 와이어(808) 및 히트 스프레더(810)를 봉지(히트 스프레더의 내측과 외측을 봉지)하는 구조를 갖는다. 여기에서, 방열 부재(812)는 도 2 및 도 4에 도시된 방열 부재들과 동일한 공정 및 동일 재질(물질)로 형성될 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시 예의 TEPBGA 패키지는 반도체 기판(802) 상의 목표 위치에 도전성 범프(804)를 통해 반도체 다이(806)를 접착하고, 반도체 다이(806)의 전극 패드들과 대응하는 반도체 기판(802)의 입출력 패드들을 골드 와이어(808)로 연결하며, 반도체 다이(806)와 골드 와이어(808)를 일정 간격만큼 이격되어 감싸는 형태로 그 외측에 방열 부재(812)가 도포된 히트 스프레더(810)를 반도체 기판(802) 상에 접착하고, 히트 스프레더(810)의 내측 및 외측을 몰딩 부재(814)로 봉지하는 등과 같은 일련의 프로세스를 통해 제작될 수 있다.
한편, 본 실시 예의 TEPBGA 패키지는 히트 스프레더(810)의 접착면과 반도체 기판(802)의 접착면 사이에 다른 방열 부재를 더 포함할 수 있으며, 이러한 다른 방열 부재는 히트 스프레더(810)의 외측에 도포된 방열 부재(812)와 동일한 공정 및 동일 재질(물질)로 형성될 수 있다.
다른 한편, 본 발명의 실시 예들에서는 본 발명의 기술사상을 FCBGA 패키지, SBGA 패키지, FCmBGA 패키지, TEPBGA 패키지에 적용하는 것으로 하여 설명하였으나, 본 발명이 반드시 이들 패키지에만 한정되어 적용되는 것은 아니며, 반도체 패키지 분야에서 다양하게 적용되고 있는 다양한 형태의 다른 패키지들에도 적용될 수 있음은 물론이다.
[비교 실험]
본 발명의 발명자들은 방열 부재를 코팅되지 않은 종래의 리드(언코팅 리드)와 방열 부재(Cu)가 코팅된 본 발명의 리드(Ni 리드)(코팅 리드)에 대한 열전도도의 비교 확인을 위해 표면 온도와 표면 복사 온도에 대한 비교 실험을 실시하였으며, 그 비교 실험 결과는 도 6a 및 6b에 도시된 그래프와 같다.
도 6a는 열원, 종래의 언코팅 리드, 본 발명의 코팅 리드에서 각각 측정한 표면 온도에 대한 그래프를 나타내고, 도 6b는 열원, 종래의 언코딩 리드, 본 발명의 코팅 리드에서 각각 측정한 표면 복사 온도에 대한 그래프를 나타내는 것으로, 실험의 측정 결과를 보여주는 그래프를 보면, 본 발명의 코팅 리드는 받은 열의 100%를 방출하였으나, 종래의 언코팅 리드는 대략 20% 정도만을 전도(방출)하는 것을 알 수 있다.
즉, 본 발명의 발명자들은 이러한 실험의 측정 결과를 통해 본 발명의 리드(코팅 리드)가 종래의 리드(언코팅 리드)에 비해 상대적으로 매우 우수한 열전도도를 실현할 수 있음을 분명하게 알 수 있었다.
이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.
202, 402, 608, 702, 802 : 반도체 기판
204, 404, 704, 804 : 도전성 범프
206 : 반도체 다이
208 : 측면 하부 방열 부재
210, 410 : 열전달 부재
212, 414, 810 : 히트 스프레더
214, 416 : 하부 방열 부재
216, 418 : 상부 방열 부재
218 : 측면 상부 방열 부재
220, 420, 614, 714, 816 : 솔더볼
408 : 측면 방열 부재
412 : 보강 부재
604, 708, 812 : 방열 부재
610, 808 : 골드 와이어
612, 712, 814 : 몰딩 부재

Claims (59)

  1. 반도체 다이가 내장되는 반도체 패키지용의 히트 스프레더 구조물로서,
    히트 스프레더와,
    상기 반도체 다이의 대면 측인 상기 히트 스프레더의 내측에 형성된 하부 방열 부재와,
    상기 반도체 다이의 대향 측인 상기 히트 스프레더의 외측에 형성된 상부 방열 부재
    를 포함하는 히트 스프레더 구조물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 히트 스프레더의 접착면의 상부에 형성된 측면 상부 방열 부재
    를 더 포함하는 히트 스프레더 구조물.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 히트 스프레더의 접착면에 형성된 측면 하부 방열 부재
    를 더 포함하는 히트 스프레더 구조물.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 하부 및 상부 방열 부재, 측면 상부 및 측면 하부 방열 부재 각각은,
    무기물 필러가 함유된 방열 물질인
    히트 스프레더 구조물.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 하부 및 상부 방열 부재, 측면 상부 및 측면 하부 방열 부재 각각은,
    마이크로 또는 나노 크기의 물질이 함유된 방열 필름인
    히트 스프레더 구조물.
  6. 범프를 통해 기판 상에 접착된 반도체 다이와,
    상기 반도체 다이 상에 형성된 열전달 부재와,
    상기 반도체 다이를 둘러싸는 형태로 상기 기판 상에 형성된 히트 스프레더와,
    상기 히트 스프레더의 내측과 상기 열전달 부재의 상부 사이에 형성된 하부 방열 부재와,
    상기 히트 스프레더의 상부 외측에 형성된 상부 방열 부재
    를 포함하는 반도체 패키지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 반도체 패키지는,
    상기 히트 스프레더의 접착면과 상기 기판의 접착면 사이에 형성된 측면 하부 방열 부재와,
    상기 히트 스프레더의 접착면의 상부에 형성된 측면 상부 방열 부재
    를 더 포함하는 반도체 패키지.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 열전달 부재는,
    금속성 접착 물질인
    반도체 패키지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 금속성 접착 물질은,
    실리콘, 에폭시, 우레탄 레진 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물에 무기물 필러와 첨가제가 혼합된 점착제 또는 겔 상태의 용액인
    반도체 패키지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 무기물 필러는,
    Al, Ag, Cu 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인
    반도체 패키지.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 무기물 필러는,
    Al2O3, BN, AnO, SiC, AlN, SiO2 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인
    반도체 패키지.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 하부 및 상부 방열 부재 각각은,
    무기물 필러가 함유된 방열 물질인
    반도체 패키지.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 하부 및 상부 방열 부재 각각은,
    마이크로 또는 나노 크기의 물질이 함유된 방열 필름인
    반도체 패키지.
  14. 범프를 통해 기판 상에 반도체 다이를 접착하는 과정과,
    상기 반도체 다이 이외의 영역에 측면 하부 방열 부재를 형성하는 과정과,
    상기 반도체 다이 상에 열전달 부재를 형성하는 과정과,
    히트 스프레더의 내측 및 외측에 하부 및 상부 방열 부재를 각각 형성하는 과정과,
    상기 반도체 다이를 밀봉하는 위치에 상기 하부 방열 부재와 열전달 부재의 상부가 맞닿도록 상기 히트 스프레더를 정렬시켜 상기 기판 상에 접착시키는 과정
    을 포함하는 반도체 패키지 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 상부 방열 부재가 형성될 때 상기 히트 스프레더의 접착면의 상부에 측면 상부 방열 부재가 동시 형성되는
    반도체 패키지 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 열전달 부재는,
    금속성 접착 물질인
    반도체 패키지 제조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 금속성 접착 물질은,
    실리콘, 에폭시, 우레탄 레진 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물에 무기물 필러와 첨가제가 혼합된 점착제 또는 겔 상태의 용액인
    반도체 패키지 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 금속성 접착 물질은,
    디스펜싱 공정을 통해 형성되는
    반도체 패키지 제조 방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 측면 하부 및 측면 상부 방열 부재, 상부 및 하부 방열 부재 각각은,
    스프레이 분사 공정 또는 필름 접착 공정을 통해 형성되는
    반도체 패키지 제조 방법.
  20. 범프를 통해 기판 상에 반도체 다이를 접착하는 과정과,
    상기 반도체 다이의 상부에 열전달 부재를 형성하는 과정과,
    히트 스프레더의 내측과 접착면에 하부 방열 부재와 측면 하부 방열 부재를 형성하는 과정과,
    상기 히트 스프레더의 외측과 접착면의 상부에 상부 방열 부재와 측면 상부 방열 부재를 형성하는 과정과,
    상기 반도체 다이를 밀봉하는 위치에 상기 하부 방열 부재와 열전달 부재의 상부가 맞닿도록 상기 히트 스프레더를 정렬시켜 상기 기판 상에 접착시키는 과정
    을 포함하는 반도체 패키지 제조 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 열전달 부재는,
    금속성 접착 물질인
    반도체 패키지 제조 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 금속성 접착 물질은,
    실리콘, 에폭시, 우레탄 레진 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물에 무기물 필러와 첨가제가 혼합된 점착제 또는 겔 상태의 용액인
    반도체 패키지 제조 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 금속성 접착 물질은,
    디스펜싱 공정을 통해 형성되는
    반도체 패키지 제조 방법.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 측면 하부 및 측면 상부 방열 부재, 상부 및 하부 방열 부재 각각은,
    스프레이 분사 공정 또는 필름 접착 공정을 통해 형성되는
    반도체 패키지 제조 방법.
  25. 범프를 통해 기판 상에 접착된 반도체 다이를 둘러싸는 형태로 측면 하부 방열 부재가 형성되고, 상기 반도체 다이 상에 열전달 부재가 형성된 상기 기판을 준비하는 과정과,
    내측 및 외측에 하부 및 상부 방열 부재가 각각 형성되고, 접착면의 상부에 측면 상부 방열 부재가 형성된 히트 스프레더를 준비하는 과정과,
    상기 반도체 다이를 밀봉하는 위치에 상기 하부 방열 부재와 열전달 부재의 상부가 맞닿도록 상기 히트 스프레더를 정렬시켜 상기 기판 상에 접착시키는 과정
    을 포함하는 반도체 패키지 제조 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 기판을 준비하는 과정은,
    상기 범프를 통해 기판 상에 상기 반도체 다이를 접착하는 과정과,
    상기 반도체 다이를 둘러싸는 형태로 상기 기판 상에 상기 측면 하부 방열 부재를 형성하는 과정과,
    상기 반도체 다이 상에 상기 열전달 부재를 형성하는 과정
    을 포함하는 반도체 패키지 제조 방법.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 히트 스프레더를 준비하는 과정은,
    상기 히트 스프레더의 내측에 상기 하부 방열 부재를 형성하는 과정과,
    상기 히트 스프레더의 외측과 접착면에 상기 상부 방열 부재와 측면 상부 방열 부재를 형성하는 과정
    을 포함하는 반도체 패키지 제조 방법.
  28. 범프를 통해 기판 상에 접착된 반도체 다이의 상부에 열전달 부재가 형성된 상기 기판을 준비하는 과정과,
    내측과 접착면에 하부 방열 부재와 측면 하부 방열 부재가 각각 형성되고, 외측과 상기 접착면의 상부에 상부 방열 부재와 측면 상부 방열 부재가 각각 형성된 히트 스프레더를 준비하는 과정과,
    상기 반도체 다이를 밀봉하는 위치에 상기 하부 방열 부재와 열전달 부재의 상부가 맞닿도록 상기 히트 스프레더를 정렬시켜 상기 기판 상에 접착시키는 과정
    을 포함하는 반도체 패키지 제조 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 기판을 준비하는 과정은,
    상기 범프를 통해 기판 상에 상기 반도체 다이를 접착하는 과정과,
    상기 반도체 다이 상에 상기 열전달 부재를 형성하는 과정
    을 포함하는 반도체 패키지 제조 방법.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 히트 스프레더를 준비하는 과정은,
    상기 히트 스프레더의 내측과 접착면에 상기 하부 방열 부재와 측면 하부 방열 부재를 형성하는 과정과,
    상기 히트 스프레더의 외측과 상기 접착면의 상부에 상기 상부 방열 부재와 측면 상부 방열 부재를 형성하는 과정
    을 포함하는 반도체 패키지 제조 방법.
  31. 범프를 통해 기판 상에 접착된 반도체 다이와,
    상기 반도체 다이 상에 형성된 열전달 부재와,
    상기 반도체 다이로부터 소정 간격만큼 이격되어 상기 반도체 다이의 주변을 둘러싸는 형태로 상기 기판 상에 형성된 보강 부재와,
    상기 반도체 다이를 밀봉하는 형태로 상기 보강 부재 상에 접착된 히트 스프레더와,
    상기 히트 스프레더의 내측과 상기 열전달 부재의 상부 사이에 형성된 하부 방열 부재와,
    상기 히트 스프레더의 상부 외측에 형성된 상부 방열 부재
    를 포함하는 반도체 패키지.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 반도체 패키지는,
    상기 보강 부재와 상기 기판의 접착면 사이에 형성된 측면 방열 부재
    를 더 포함하는 반도체 패키지.
  33. 제 31 항에 있어서,
    상기 열전달 부재는,
    금속성 접착 물질인
    반도체 패키지.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 금속성 접착 물질은,
    실리콘, 에폭시, 우레탄 레진 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물에 무기물 필러와 첨가제가 혼합된 점착제 또는 겔 상태의 용액인
    반도체 패키지.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 무기물 필러는,
    Al, Ag, Cu 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인
    반도체 패키지.
  36. 제 34 항에 있어서,
    상기 무기물 필러는,
    Al2O3, BN, AnO, SiC, AlN, SiO2 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인
    반도체 패키지.
  37. 제 31 항에 있어서,
    상기 하부 및 상부 방열 부재 각각은,
    무기물 필러가 함유된 방열 물질인
    반도체 패키지.
  38. 제 31 항에 있어서,
    상기 하부 및 상부 방열 부재 각각은,
    마이크로 또는 나노 크기의 물질이 함유된 방열 필름인
    반도체 패키지.
  39. 범프를 통해 기판 상에 반도체 다이를 접착하는 과정과,
    상기 반도체 다이로부터 소정 간격만큼 이격시켜 상기 반도체 다이의 주변을 둘러싸는 형태로 상기 기판 상에 보강 부재를 형성하는 과정과,
    상기 반도체 다이 상에 열전달 부재를 형성하는 과정과,
    히트 스프레더의 내측 및 외측에 하부 및 상부 방열 부재를 각각 형성하는 과정과,
    상기 반도체 다이를 밀봉하는 위치에 상기 하부 방열 부재와 열전달 부재의 상부가 맞닿도록 상기 히트 스프레더를 정렬시켜 상기 보강 부재의 상부에 접착시키는 과정
    을 포함하는 반도체 패키지 제조 방법.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 보강 부재를 형성하기 전에, 보강 부재 영역을 정의하는 상기 기판 상에 측면 방열 부재를 형성하는 과정
    을 더 포함하는 반도체 패키지 제조 방법.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 측면 방열 부재는,
    스프레이 분사 공정 또는 필름 접착 공정을 통해 형성되는
    반도체 패키지 제조 방법.
  42. 제 39 항에 있어서,
    상기 열전달 부재는,
    금속성 접착 물질인
    반도체 패키지 제조 방법.
  43. 제 42 항에 있어서,
    상기 금속성 접착 물질은,
    실리콘, 에폭시, 우레탄 레진 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물에 무기물 필러와 첨가제가 혼합된 점착제 또는 겔 상태의 용액인
    반도체 패키지 제조 방법.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 금속성 접착 물질은,
    디스펜싱 공정을 통해 형성되는
    반도체 패키지 제조 방법.
  45. 제 39 항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 방열 부재 각각은,
    스프레이 분사 공정 또는 필름 접착 공정을 통해 형성되는
    반도체 패키지 제조 방법.
  46. 범프를 통해 기판 상에 접착된 반도체 다이로부터 소정 간격만큼 이격되어 상기 반도체 다이의 주변을 둘러싸는 형태로 상기 기판 상에 보강 부재가 형성되고, 상기 반도체 다이 상에 열전달 부재가 형성된 상기 기판을 준비하는 과정과,
    내측 및 외측에 하부 및 상부 방열 부재가 각각 형성된 히트 스프레더를 준비하는 과정과,
    상기 반도체 다이를 밀봉하는 위치에 상기 하부 방열 부재와 열전달 부재의 상부가 맞닿도록 상기 히트 스프레더를 정렬시켜 상기 보강 부재 상에 접착시키는 과정
    을 포함하는 반도체 패키지 제조 방법.
  47. 제 46 항에 있어서,
    상기 기판은,
    상기 보강 부재와 하부와 상기 기판의 접착면 사이에 형성된 측면 방열 부재
    를 더 포함하는 반도체 패키지 제조 방법.
  48. 제 47 항에 있어서,
    상기 기판을 준비하는 과정은,
    상기 범프를 통해 기판 상에 상기 반도체 다이를 접착하는 과정과,
    상기 반도체 다이로부터 소정 간격만큼 이격되어 상기 반도체 다이의 주변을 둘러싸는 형태로 상기 기판 상에 상기 측면 방열 부재를 형성하는 과정과,
    상기 반도체 다이 상에 상기 열전달 부재를 형성하는 과정
    을 포함하는 반도체 패키지 제조 방법.
  49. 히트 스프레더와,
    상기 히트 스프레더의 일측에 접착되는 상기 반도체 다이와,
    상기 반도체 다이에 대향하는 상기 히트 스프레더의 타측에 형성된 방열 부재와,
    상기 반도체 다이를 둘러싸는 형태로 상기 히트 스프레더에 접착되는 기판과,
    상기 반도체 다이의 전극 패드와 상기 기판의 입출력 패드 간을 전기적으로 연결하는 골드 와이어와,
    상기 반도체 다이와 골드 와이어를 봉지하는 몰딩 부재
    를 포함하는 반도체 패키지.
  50. 제 49 항에 있어서,
    상기 반도체 패키지는,
    상기 히트 스프레더와 반도체 다이의 접착면에 형성된 다른 방열 부재
    를 더 포함하는 반도체 패키지.
  51. 제 50 항에 있어서,
    상기 방열 부재 및 다른 방열 부재 각각은,
    무기물 필러가 함유된 방열 물질인
    반도체 패키지.
  52. 제 50 항에 있어서,
    상기 방열 부재 및 다른 방열 부재 각각은,
    마이크로 또는 나노 크기의 물질이 함유된 방열 필름인
    반도체 패키지.
  53. 범프를 통해 기판 상에 접착된 반도체 다이와,
    상기 반도체 다이의 백사이드에 형성된 방열 부재와,
    상기 반도체 다이를 둘러싸는 형태로 상기 기판 상에 형성된 댐과,
    상기 댐을 경계로 상기 반도체 다이를 둘러싸는 형태로 상기 기판을 봉지하는 몰딩 부재
    를 포함하는 반도체 패키지.
  54. 제 53 항에 있어서,
    상기 방열 부재 및 다른 방열 부재 각각은,
    무기물 필러가 함유된 방열 물질인
    반도체 패키지.
  55. 제 53 항에 있어서,
    상기 방열 부재 및 다른 방열 부재 각각은,
    마이크로 또는 나노 크기의 물질이 함유된 방열 필름인
    반도체 패키지.
  56. 기판 상에 접착된 반도체 다이와,
    상기 반도체 다이의 전극 패드와 상기 기판의 입출력 패드 간을 전기적으로 연결하는 골드 와이어와,
    상기 반도체 다이와 골드 와이어를 둘러싸는 형태로 상기 기판 상에 접착된 히트 스프레더와,
    상기 반도체 다이와 대향하는 상기 히트 스프레더의 외측에 형성된 방열 부재와,
    상기 히트 스프레더의 내측 및 외측을 봉지하는 몰딩 부재
    를 포함하는 반도체 패키지.
  57. 제 56 항에 있어서,
    상기 반도체 패키지는,
    상기 히트 스프레더의 접착면과 상기 기판의 접착면 사이에 형성된 다른 방열 부재
    를 더 포함하는 반도체 패키지.
  58. 제 57 항에 있어서,
    상기 방열 부재 및 다른 방열 부재 각각은,
    무기물 필러가 함유된 방열 물질인
    반도체 패키지.
  59. 제 57 항에 있어서,
    상기 방열 부재 및 다른 방열 부재 각각은,
    마이크로 또는 나노 크기의 물질이 함유된 방열 필름인
    반도체 패키지.
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