KR20120132519A - 보를 갖는 ｉｃ 패키지 보강재 - Google Patents

보를 갖는 ｉｃ 패키지 보강재 Download PDF

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Abstract

다양한 예시적인 실시예는 집적 회로(IC)와 함께 사용을 위한 보강재에 관한 것이다. 보강재는 IC에 부착될 수 있고, 평면형 부분 및 비제로 각도로 평면형 부분으로부터 돌출하는 하나 이상의 보 부분을 이용할 수 있다. 보강재는 대안적으로 IC의 측면에 인접하는 보 부분으로 형성된 프레임을 포함할 수 있다. 보강재는 납땜 중에 IC의 왜곡에 저항하기 위해 IC 패키지에 추가의 강성을 제공할 수 있다.

Description

보를 갖는 ＩＣ 패키지 보강재{IC PACKAGE STIFFENER WITH BEAM}
본 명세서에 개시되어 있는 다양한 예시적인 실시예는 일반적으로 집적 회로(IC), IC 패키지 및 이들의 제조의 분야와, 면적 어레이 패키징의 분야에 관한 것이다.
집적 회로(IC)를 갖는 광범위한 반도체 칩이 당 기술 분야에 공지되어 있다. IC의 몇몇 예는 응용 주문형 집적 회로(ASIC) 및 응용 주문형 표준 제품(ASSP)을 포함한다. 일반적으로, IC 및 이들의 패키지는 시간 경과에 따라 더 복잡해져 왔고, 그 결과 이들의 전력, 속도 및/또는 이들의 크기가 증가해 왔다. 또한, IC는 일반적으로 회로 기판 또는 다른 베이스 부품의 장착 위치 상에 각각 개별적으로 납땜된 다수의 리드를 가짐으로써 부착된다. 몇몇 경우에, 모든 이들 납땜된 접속부는 적절하게 형성되지 않고 완성될 수도 있다. 이러한 것은 IC가 일반적으로 편평한 장착면에 장착되기 때문에, IC가 적절하게 편평하지 않은 경우에 특히 해당할 수 있다.
왜곡(warping)은 땜납 조인트 위치에 의해 형성된 평면을 특히 포함하는 전체 IC 패키지 내의 만곡 또는 비틀림 또는 편평도의 일반적인 결여를 칭한다. IC 패키지 내의 편평도의 결여는 IC 패키지와 장착면 사이의 열악한 납땜된 조인트, 땜납 조인트에서의 열악한 접촉 또는 비접촉, 바람직하지 않은 겹쳐진 조인트(pillowed joint) 또는 땜납 조인트에서의 단속적인 접촉과 같은 다양한 문제점을 유발할 수 있다. 요구 편평도는 몇몇 경우에 매우 높은 공차일 수 있다. 예를 들어, 몇몇 BGA 패키지의 환경에서와 같은 몇몇 용례에서, 대략 0.008 인치의 최대 왜곡 공차가 요구된다.
IC 패키지 왜곡의 문제점은 리플로우로서 또한 공지된 납땜 프로세스 및 그 임의의 재가공 중에 종종 발생한다. 문제점은 더 대형의 크기에 기인하여 더 대형의 패키지에서 악화될 수 있고, 또한 납땜 온도가 더 높아질 때 악화된다. 최근에, 무연 땜납(lead-free solder)의 사용이 특정 제품 유형에서 더 널리 보급되고 있다. 이 무연 땜납은 일반적으로 종래의 땜납보다 높은 납땜 온도를 필요로 하여, 따라서 IC 패키지 왜곡을 잠재적으로 악화시킨다.
IC 패키지 왜곡의 문제점의 일 종래의 해결책은 편평한 보강재 플레이트의 IC의 상부의 합체였다. 보강재 플레이트는 본질적으로 일정한 두께를 갖는 완전히 편평한 전적으로 평면형 아이템의 형태를 취하고, 상부로부터 볼 때 IC 패키지 주위의 크기인 대략적으로 그 주위를 갖는 간단한 직사각형이다. 편평한 보강재 플레이트의 중앙 영역은 절결될 수 있다. 그러나, 이들 보강재 편평한 플레이트는 이들이 자체로 전적으로 편평한 단점을 겪게되고, 따라서 온도 변화 또는 비틀림 또는 만곡력에 기인하여 왜곡에 대한 다소 제한된 저항을 갖는다. 전체 IC 패키지 내의 왜곡에 대한 바람직한 저항을 제공하는데 충분히 강한 편평한 플레이트를 제조하기 위해, 보강 플레이트를 바람직하지 않게 두껍게 할 필요가 있을 수 있다. IC의 상부에 놓인 보강 플레이트가 너무 두꺼우면 바람직하지 않은데, 이는 IC 두께의 상부에 추가된 두꺼운 보강 플레이트가 전체 조립된 IC 패키지를 두껍게 하여, 따라서 잠재적으로 IC 패키징 배치 옵션을 제한하고 그리고/또는 최종 시스템 조립체 내의 인쇄 회로 카드 분리에 인쇄 회로 카드를 증가시킨다. 더욱이, 추가된 보강재 두께는 IC 다이 내지 덮개 간격을 증가시키고, 이에 의해 열적 인터페이스 재료로 충전될 필요가 있는 더 큰 분리를 생성하고, 최종적으로 IC로부터의 열 소산을 방해한다. 더욱이, 보강재의 전체적으로 편평한 단면 프로파일에 의해, 증가된 강성이 재료의 전체 체적의 증가를 통해 비효율적으로 성취되어, 따라서 최종 IC 패키지에 부가의 비용 및 중량을 추가한다. 따라서, 바람직하게 낮은 정도의 두께 및/또는 바람직하게 적은 양의 재료를 제공하면서 향상된 성능 및/또는 장착 신뢰성을 제공할 수 있는 IC 패키지의 보강에 대한 요구가 당 기술 분야에 존재한다.
바람직한 낮은 정도의 두께 및/또는 바람직한 적은 양의 재료를 제공하면서 향상된 성능을 제공할 수 있는 IC 패키지의 보강을 위한 현재의 요구의 견지에서, 다양한 실시예의 간략한 요약이 제시된다. 몇몇 간단화 및 생략은 다양한 예시적인 실시예의 몇몇 양태를 강조하고 소개하도록 의도되지만 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아닌 이하의 요약 설명에서 이루어질 수 있다. 당 기술 분야의 숙련자들이 본 발명의 개념을 구성하고 사용할 수 있게 하는데 적절한 바람직한 예시적인 실시예의 상세한 설명이 이하의 섹션에 이어질 것이다.
다양한 예시적인 실시예는 집적 회로(IC)와 함께 사용을 위한 보강재, 또는 IC 및 보강재를 포함하는 IC 패키지에 관한 것으로서, 보강재는 실질적으로 평면형 부분과, 평면형 부분에 접속되고 평면형 부분이 위치하는 평면에 비제로 각도로 돌출하는 보 부분을 포함한다.
몇몇 다른 예시적인 실시예는 집적 회로(IC)와 함께 사용을 위한 보강재, 또는 IC 및 보강재를 포함하는 IC 패키지에 관한 것으로서, 보강재는 IC의 주연 측면을 적어도 부분적으로 둘러싸는 프레임을 형성한다.
이 방식으로, 다양한 예시적인 실시예는 향상된 성능 및/또는 장착 신뢰성을 가능하게 한다는 것이 명백할 것이다. 특히, 몇몇 실시예는 일반적으로 평면형 부분과 함께 하나 이상의 보, 또는 프레임을 형성하는 하나 이상의 보를 이용한다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 측면 보를 갖는 보강재를 갖는 IC 패키지의 측단면도.
도 2는 제 2 실시예에 따른 측면 보를 갖는 보강재를 갖는 IC 패키지의 측단면도.
도 3은 도 2에 도시된 보강재의 사시도.
도 4는 도 3에 도시된 보강재의 상세 절결도.
도 5는 측면 보를 갖는 대안 보강재의 상세 절결도.
도 6은 측면 보를 갖는 대안 보강재의 상세 절결도.
도 7은 측면 보를 갖는 대안 보강재의 상세 절결도.
도 8은 측면 보를 갖는 대안 보강재의 상세 절결도.
도 9는 상부 보를 갖는 대안 보강재의 사시도.
도 10은 보로서 파형 시트를 갖는 대안 보강재의 사시도.
도 11은 프레임 주위부를 형성하는 보를 갖는 다른 실시예의 사시도.
도 12는 프레임 주위부를 형성하는 보 및 교차 보를 형성하는 웨브를 갖는 실시예의 사시도.
이제, 유사한 도면 부호가 유사한 구성 요소 또는 단계를 칭하는 도면을 참조하면, 다양한 예시적인 실시예의 광범위한 양태가 개시되어 있다.
다수의 실시예는 집적 회로(IC) 패키지에 부착될 수 있는 보강재에 관한 것이고, 여기서 보강재는 IC의 상부의 평면에서와는 다른 방향에서 치수 설정된 구조체를 포함한다. 본 명세서 전체에 걸쳐 사용될 때, 용어 IC(집적 회로) 및 IC 패키징은 또한 통상적으로 IC 패키지라 칭하는 전체 부품 조립체를 언급하기 위해 상호 교환 가능하게 사용된다. IC 패키지의 예는 예를 들어, TSOPS, QFP, SOIC, BGA, CCGA 등을 포함한다. 대략 400개의 접속부를 초과하여, IC 패키징은 거의 독점적으로 그 자체가 예를 들어 칼럼 그리드 어레이(CCGA), 핀 그리드 어레이(PGA) 및 볼 그리드 어레이(BGA)와 같은 다양한 서브유형을 포함할 수 있는 면적 어레이 방식 패키징의 형태를 취하고 있다. 본 명세서에 설명된 보강재 해결책은 예를 들어 BGA를 포함하는 이러한 면적 어레이 디바이스에 적용 가능하다. 용어 IC 조립체는 그 내부에 합체된 또는 그에 장착된 보강재를 갖는 IC 또는 IC 패키지를 칭하기 위해 본 명세서에 사용되지만, 용어 IC 및 IC 패키지는 보강재를 갖는 IC를 포함하는 아이템을 또한 칭할 수 있다.
본 명세서에서 평면을 참조할 때, 참조는 실제로 상부 및 저부 편평면 및 소정 두께를 갖는 편평한 플레이트의 개념을 포함하고, 상부 및 저부 편평면은 기술적으로 평행한 평면을 따라 놓여 있다. 본 명세서에서 평면형은 평면형인 플레이트의 개념을 포함하지만, 이는 이러한 두께를 갖는다. 본 명세서에서 설명된 몇몇 실시예에서, 보강재는 비교적 편평한 평면형 부분을 갖거나 갖지 않을 수 있지만, 보강재는 IC의 상부면의 평면에 비제로 또는 비평행한 각도로 돌출하는 형상 또는 프로파일을 갖는 적어도 하나의 보 부분을 갖는 것으로서 설명될 수 있다.
도 1은 IC 패키지(10)의 중심을 통한 측단면도이다. IC 패키지(10)는 복수의 땜납 조인트(14)에 의해 프린터 회로 기판과 같은 장착 위치에 부착된 IC(12)를 포함한다. IC 패키지(10)는 IC(12)의 표면(이 경우에, 상부면)에 부착된 보강재(20)를 포함한다. 보강재(20)는 편평한 평면형 부분(22) 및 세장형 보 부분(24)을 포함하고, 이 경우에 보 부분(24)은 각각 IC(12)의 상부의 평면에 수직으로 90도로 돌출하고 편평한 평면형 부분(22)의 주위에서 상방으로 돌출하고 IC(12)의 측면에 평행한 직사각형 프레임을 형성하는 만곡 부분이다.
도 2는 IC 패키지(28)의 중심을 통한 측단면도이다. IC 패키지(28)는 땜납 조인트(14)에 의해 프린터 회로 기판과 같은 장착 위치에 부착된 IC(12)를 포함한다. IC 패키지(28)는 IC(12)의 표면(이 경우에, 상부면)에 부착된 보강재(30)를 포함한다. 보강재(30)는 편평한 평면형 부분(32) 및 세장형 보 부분(34)을 포함하고, 이 경우에 보 부분(34)은 각각 IC(12)의 상부의 평면에 수직으로 90도로 돌출하고 IC(12)의 측면 에지면에 인접하여 하방으로 돌출하는 직사각형 프레임을 형성하는 만곡 부분이다.
도 3은 도 2에 도시된 실시예의 사시도이고, 도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 실시예의 상세도이다. 도 2 내지 도 4에 도시된 실시예는 편평한 부분(32) 및 만곡 돌출 부분의 형태의 보 부분(34)을 갖는 보강재(30)를 도시한다. 이 예에서, 만곡 돌출 부분(34)은 편평한 부분(32)의 평면에 수직으로 돌출하고, IC(12)의 전체 주변부 주위로 연장한다. 그러나, 본 명세서의 임의의 실시예에서, 보의 각도는 90도 또는 수직 각도에 한정될 필요는 없고, 보강재의 측면 또는 에지 또는 IC의 측면 또는 에지와 연관된 보는 연속적인 링을 형성할 필요는 없고 또는 임의의 또는 모든 측면일 수 있다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 중앙 구멍(42)은 보강재(30)의 편평한 부분(32)의 중앙 영역에 개구를 제공한다. 구멍(42)은 재료의 사용 뿐만 아니라 향상된 열 소산을 위한 영역의 감소를 허용한다.
전술된 실시예에서와 같이 편평한 부분과 조합된 보의 제공은 편평한 부분 단독의 강성보다 큰 왜곡, 굴곡 및/또는 만곡에 저항하는 강성을 제공한다. 이들 기하학 구조는 편평한 플레이트가 가질 수 있는 것보다 강성인 L-보 형상을 형성한다. 또한, 돌출 보 부분(들)이 IC의 외부 주위로 하방으로 돌출하는 실시예에서, 보강재는 특히 도 2 내지 도 4의 실시예의 경우에서 IC의 상부에 비교적 얇은 높이를 가지면서 높은 강성을 제공할 수 있다.
보강재 요소는 임의의 적절한 부착 방법에 의해 IC에 부착될 수 있다. 적절한 부착 메커니즘의 예는 돌출 에지의 내부와 IC의 외주부 사이에 적절한 접착제 및/또는 소정 정도의 간섭 끼워맞춤의 사용을 포함할 수 있다. 보강재는 임의의 적합한 재료일 수 있고, 그 예는 금속, 플라스틱, 세라믹 또는 고온 플라스틱을 포함하는 이러한 재료의 고온 버전을 포함할 수 있다.
도 5는 도 4에 유사하지만 도 1의 실시예에 대응하는 상세도를 제공한다. 도 6은 도 4의 것과 유사하지만 IC 아래로 연장하는 립(36)을 포함하는 대안 프로파일을 도시한다. 도 7은 편평한 평면형 부분(42)을 갖는 대안 보강재(40)를 도시하고, 보 부분(44)은 먼저 일 방향(상방)으로 돌출하고, 이어서 반대방향(하방)으로 IC의 측면 주위로 돌출하도록 자체로 후방으로 만곡된다.
보강재는 모노리식 구조체일 수 있고, 또는 다수의 개별 구조체로부터 조립될 수 있다. 예를 들어, 도 8의 실시예는 일반적으로 도 2 내지 도 4의 실시예의 구성을 갖는 편평한 평면형 부분(52)을 갖는 보강재(50)의 실시예를 도시하지만, 여기서 보 부분은 예를 들어 접착제 또는 용접에 의해 편평한 영역에 부착되어 있는 개별 보(54)이다. 도 9는 편평한 평면형 부분(62)을 갖는 보강재(60)의 실시예를 도시하고, 여기서 보 요소(64)는 상방으로 돌출되고 예를 들어 접착제 또는 용접에 의해 또한 부착된다. 도 8 및 도 9에 도시된 것과 같은 보 요소는 본 명세서에 도시된 실시예에서 다른 보 위에 또는 다른 보에 추가하여 사용될 수 있다. 보강재(60)는 또한 중앙 구멍(66)이 제공되어 있는 예를 도시하고, 또한 IC(12)의 상부 및 용접 위치(14) 위에 장착된 것으로 도시되어 있다.
도 10은 보 요소(들)(76)가 이들 사이에 산재되어 있는 상부 및 저부 편평한 플레이트(72, 74)를 갖는 보강재(70)의 실시예를 도시한다. 도 10에 도시된 예에서, 보 요소(들)(76)는 단일의 파형 또는 물결형 시트에 의해 형성된다. 파형 형상 이외에, 예를 들어 벌집형을 포함하는 다른 볼록한 보 형상이 사용될 수 있다. 또한, 보 요소는 다수의 교차 각형성된 파형층과 같은 다수의 층의 형태를 취할 수 있다. 보강재(70)로서 도시된 실시예는 또한 중앙 구멍(78)을 특징으로 하고, 땜납 리드(14)로 IC(12)의 상부에 장착된 것으로 도시되어 있다.
보, 보 부분 및/또는 보 요소의 언급은 본 명세서에서 상호 교환 가능하다. 또한, 이러한 보는 예를 들어 L 보, C 보, W 보, I 보를 포함하는 광범위한 교차 섹션을 가질 수 있고, 트러스를 합체할 수 있고, 또한 이들의 질량을 감소시키기 위해 이들 내에 형성된 릴리프 영역을 가질 수 있다. 또한 본 명세서의 상세한 설명 섹션에서 편평한 평면형 부분 또는 편평한 플레이트의 언급은 상호 교환 가능하고, 이러한 편평한 부분 또는 플레이트는 마찬가지로 비편평한 영역을 포함할 수 있고, 이들의 질량을 감소시키기 위해 이들 내에 형성된 릴리프 영역을 가질 수 있다. 다양한 실시예는 예를 들어, 접합, 접착제, 용접 또는 기계적 부착과 같은 임의의 방법을 경유하여 부착된 개별 부품으로서 또는 서로 일체부로서 보 및/또는 편평한 부분을 가질 수 있다.
도 11은 편평한 플레이트를 전혀 이용하지 않지만, IC에 장착될 때 IC의 주변부 주위로 연장하지만 IC의 상부면 위로 연장되지 않는 직사각형 프레임을 형성하는 보로 구성된 주연 보강재 프레임(82)을 포함하는 보강재(80)의 실시예를 도시한다. 도 12는 도 11에 유사하지만, 주연 프레임에 추가하여 주연 프레임 보의 상부 측면 사이에 걸치는 교차 부재를 형성하는 한 쌍의 얇은 웨브(86)를 갖는 실시예(84)를 도시한다. 웨브(84)는 비교적 얇은 높이를 갖고 따라서 IC의 상부에 놓이지만 최종 IC 패키지에 이들의 비교적 얇은 높이를 추가한다.
편평한 부분을 갖는 실시예에서, 편평한 부분은 IC의 모두를 커버할 필요는 없고, 중앙 절결부를 갖는 도 3에 도시된 예 이외에, 편평한 부분은 IC의 단지 1개의 측면 또는 코너 또는 다른 선택된 영역만을 커버할 수 있다. 또한, 돌출 부분은 IC의 전체 주변부 주위에 돌출할 필요는 없다. 따라서, 돌출 부분은 IC의 1개의 측면, 2개의 측면, 3개의 측면 또는 모든 4개의 측면 위로 연장될 수 있다. 돌출 부분이 존재하는 임의의 측면에서, 돌출 부분은 전체 측면을 따라 연장될 필요는 없고, 오히려 단지 IC의 일부 위로 아래로 돌출하는 하나 이상의 돌출 부분의 형태를 취할 수 있다.
다양한 예시적인 실시예가 그 특정 예시적인 양태를 특히 참조하여 상세히 설명되었지만, 본 발명은 다른 실시예가 가능하고 그 상세는 다양한 명백한 양태에서 수정이 가능하다는 것이 이해되어야 한다. 당 기술 분야의 숙련자들에게 즉시 명백한 바와 같이, 변형 및 수정이 본 발명의 사상 및 범주 내에 유지되면서 행해질 수 있다. 따라서, 상기 개시 내용, 설명 및 도면은 단지 예시를 위한 것이고, 단지 청구범위에 의해서만 규정되는 발명을 임의의 방식으로 제한하는 것은 아니다.
10: IC 패키지 12: 집적 회로(IC)
20: 보강재 22: 평면형 부분
24: 보 부분 29: IC 패키지
30: 보강재 32: 편평한 부분
34: 만곡 돌출 부분 42: 중앙 구멍

Claims (10)

  1. 집적 회로(IC)에 사용되는 보강재에 있어서,
    실질적으로 평면형 부분과,
    상기 평면형 부분에 접속되고 상기 평면형 부분이 위치하는 평면에 비제로(non-zero) 각도로 돌출하는 보 부분(beam portion)을 포함하는
    보강재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보 부분은 상기 평면형 부분으로부터 상방으로 돌출하는 프레임 부분을 포함하고, 상기 보강재는 상기 IC에 장착되도록 구성되고, 상기 평면형 부분은 상기 IC의 상부에 놓이고, 상기 보 부분은 상기 보강재가 상기 IC에 장착될 때 상기 IC로부터 이격하여 상방으로 돌출하는
    보강재.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보 부분은 상기 평면형 부분으로부터 하방으로 돌출하는 프레임을 포함하고, 상기 보강재는 상기 IC에 장착되도록 구성되고, 상기 평면형 부분은 상기 IC의 상부에 놓이고, 상기 보는 상기 보강재가 상기 IC에 장착될 때 상기 IC의 주변부의 적어도 일부에 인접하고 평면형 부분으로부터 이격하여 하방으로 돌출하는
    보강재.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 보 부분은 상기 IC의 주변부의 적어도 일부 주위로 하방으로 돌출하고, 상기 보 부분으로부터 상기 IC의 중심을 향해 내향으로 돌출하며, 상기 보강재가 상기 IC에 장착될 때 상기 IC의 저부 아래로 돌출하는 내향 돌출 부분을 더 포함하는
    보강재.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 보 부분은, 상기 평면형 부분의 상부면에 장착되고, 상기 보강재가 상기 IC에 장착될 때 상부 부분으로부터 이격하여 상방으로 돌출하는 적어도 하나의 보 요소를 포함하는
    보강재.

  6. 집적 회로(IC) 패키지에 있어서,
    IC와,
    상기 IC에 부착되는 보강재를 포함하고,
    상기 보강재는
    실질적으로 평면형 부분과,
    상기 평면형 부분에 접속되고 평면형 부분이 위치하는 평면에 비제로 각으로 돌출하는 보 부분을 포함하는
    IC 패키지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 보 부분은 상기 평면형 부분으로부터 상방으로 돌출하는 프레임 부분을 포함하고, 상기 보강재는 상기 IC에 장착되도록 구성되고, 상기 평면형 부분은 상기 IC의 상부에 놓이고, 상기 보 부분은 상기 보강재가 상기 IC에 장착될 때 상기 IC로부터 이격하여 상방으로 돌출하는
    IC 패키지.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 보 부분은 상기 평면형 부분으로부터 하방으로 돌출하는 프레임을 포함하고, 상기 보강재는 상기 IC에 장착되도록 구성되고, 상기 평면형 부분은 상기 IC의 상부에 놓이고, 상기 보는 상기 보강재가 상기 IC에 장착될 때 상기 IC의 주변부의 적어도 일부에 인접하고, 평면형 부분으로부터 이격하여 하방으로 돌출하는
    IC 패키지.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 보 부분은 상기 IC의 주변부의 적어도 일부 주위로 하방으로 돌출하고, 상기 보 부분으로부터 상기 IC의 중심을 향해 내향으로 돌출하며, 상기 보강재가 상기 IC에 장착될 때 상기 IC의 저부 아래로 돌출하는 내향 돌출 부분을 더 포함하는
    IC 패키지.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 보 부분은 상기 평면형 부분의 상부면에 장착되고 상기 보강재가 상기 IC에 장착될 때 상부 부분으로부터 이격하여 상방으로 돌출하는 적어도 하나의 보 요소를 포함하는
    IC 패키지.
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