KR20180002611A

KR20180002611A - 수동 냉각 기능을 갖는 반도체 소자용 캐리어

Info

Publication number: KR20180002611A
Application number: KR1020177028846A
Authority: KR
Inventors: 토마스 파이팅거; 올리버 더노브섹; 프란츠 린너; 크리스찬 보켄버거
Original assignee: 에프코스 아게; 에이티 앤 에스 오스트리아 테크놀로지 앤 시스템테크니크 악치엔게젤샤프트
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2016-03-01
Publication date: 2018-01-08
Also published as: DE102015104641A1; JP6588103B2; KR102350223B1; WO2016150662A1; TW201644019A; TWI682510B; EP3275018A1; JP2018511178A; US10980105B2; CN107690701A; EP3275018B1; US20180070436A1

Abstract

본 발명은 수동 냉각 기능을 갖는 반도체 소자(3)용 캐리어(2)에 관한 것이다. 이때, 상기 캐리어는 상단면(7)과 하단면(8)을 포함하는 본체(6) 및 상기 본체(6)에 내장된 적어도 하나의 전기 소자(13, 13a, 13b)를 구비하며, 또한 상기 캐리어(2)는 상기 본체(6)의 상단면(7)으로부터 적어도 하나의 전기 소자(13, 13a, 13b) 방향으로 뻗어 있는 제1 방열 비아(14)를 구비하고, 또한 상기 캐리어(2)는 적어도 하나의 전기 소자(13, 13a, 13b)로부터 상기 본체(6)의 하단면(8) 방향으로 뻗어 있는 제2 방열 비아(15)를 구비하며, 내장된 적어도 하나의 전기 소자(13, 13a, 13b)는 상기 제1 및 제2 방열 비아(14, 15)를 통해 전기 접촉되는 것을 특징으로 한다.

Description

수동 냉각 기능을 갖는 반도체 소자용 캐리어

본 발명은 반도체 소자를 위한 캐리어 및 상기 캐리어와 이러한 캐리어 위에 배열된 반도체 소자를 구비한 장치에 관한 것이다.

반도체 소자는 특히, 발광 다이오드(light emitting diode)일 수 있다.

발광 다이오드를 위한 캐리어(carrier)의 구성에서 발광 효율(luminous efficiency), 수명 및 열 관리와 같은 서로 다른 측면이 중요한 역할을 한다. 기능 및 열 역학적(thermomechanical) 요구 사항과 함께, 해결해야 할 구조적 문제가 존재한다. 특히, 모바일 응용(mobile application), 예를 들어 휴대 전화의 카메라 플래시에 내장된 발광 다이오드의 경우, 캐리어와 별도의 보호소자(discrete protection element) 및 센서와 같은 또 다른 구성 요소는 가능하면 적은 소요 면적과 가능하면 적은 구조물 높이를 구비해야 한다.

발광 다이오드용 캐리어에 대한 또 다른 중요한 요구 사항은 가능하면 발광 다이오드가 방해받지 않는 상태로 발광(light emission)하는 것과, 특히 음영(shading)을 억제하는 것이다.

본 발명의 목적은 개선된 반도체 소자용 캐리어, 예를 들어 우수한 열 관리가 가능한 그러한 캐리어를 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 목적은 청구항 1항의 대상을 통해 해결된다.

본 발명에 따라, 수동 냉각 기능을 갖는 반도체 소자용 캐리어가 제공되며, 상기 캐리어는 상단면 및 하단면을 포함하는 본체 및 상기 본체에 내장된 적어도 하나의 전기 소자(electrical component)를 구비한다. 또한, 상기 캐리어는 제1 방열 비아(thermal via)를 구비하며, 상기 방열 비아는 상기 본체의 상단면으로부터 적어도 하나의 전기 소자 방향으로 뻗어 있다. 상기 캐리어는 제2 방열 비아를 구비하며, 상기 제2 방열 비아는 적어도 하나의 전기 소자로부터 상기 본체의 하단면 방향으로 뻗어 있다. 적어도 하나의 전기 소자는 상기 제1 방열 비아 및 제2 방열 비아를 통해 전기 접촉되도록 제공된다.

상기 제1 방열 비아 및 제2 방열 비아는 상기 캐리어에서 두 가지 기능을 충족시킨다. 상기 제1 방열 비아 및 제2 방열 비아는 본체에 내장된 적어도 하나의 전기 소자를 전기 접촉시킬 수 있을 뿐만 아니라, 또한 본체의 열 저항(thermal resistance)을 감소시킬 수 있으며, 그 이유는 높은 열 전도성을 갖는 상기 제1 및 제2 방열 비아가 상기 캐리어에 제공된 반도체 소자로부터 방사된 열을 상기 본체의 상단면으로부터 신속하고 효과적으로 배출하기 위해 적합하기 때문이다.

전술한 것에 대응하여, 상기 캐리어 및/또는 반도체 소자의 수동 냉각을 위해 방열 비아가 제공된다. 여기서, 단지 "자유" 대류(free convection)를 토대로 냉각되는 전기 또는 전자 장치의 냉각을 수동 냉각이라고 한다. 이때, 여열(waste heat)은 주변 공기로 배출될 수 있다.

적어도 하나의 전기 소자가 캐리어에 내장됨으로써, 즉 상기 캐리어의 상단면에 전기 소자가 제공되지 않기 때문에 전체적으로 낮은 높이의 그러한 캐리어가 제공될 수 있다. 이로 인해, 특히 모바일 응용시 임계 구조물 높이가 현저하게 감소 될 수 있다.

바람직하게는, 상기 캐리어는 반도체 소자, 예를 들어 발광 다이오드 칩이 상기 캐리어 위에 직접 장착될 수 있도록 제공될 수 있다. 이것은 예를 들어 AuSn-공융 접합(eutectic bonding) 또는 AuSn-리플로우 방법(reflow method)을 통해 실시될 수 있다. 상기 캐리어는 상기 반도체 소자, 예를 들어 발광 다이오드가 상기 본체의 상단면에 배열될 수 있도록 형성되어 있다. 상기 캐리어는 하나 또는 다수의 반도체 소자를 포함할 수 있다.

"내장된(embedded)"의 개념은 내장된 전기 소자가 상기 본체의 층(layer) 전체 면 및 방열 비아의 전체 면에 의해 감싸져 있는 상태로 이해할 수 있다. 상기 본체에는 상기 전기 소자에 의해 감싸져 있는 개구(opening)가 형성되어 있다. 상기 전기 소자는 상기 전기 소자의 상단면, 하단면 및 측면이 상기 본체의 재료 및 방열 비아에 의해 완전히 감싸진 상태로 제공된다.

상기 본체의 서로 다른 평면 사이에서 전기적 연결을 가능하게 하는 수직 상호연결 축(영문표기: Vertical Interconnect Axis, Via)이 비아로 표현되며, 여기서 "수직"이란 본체의 하단면으로부터 상기 본체의 상단면으로 뻗은 방향을 나타낸다. 상기 관통 연결(through-connection)은 방열 비아로 표현되며, 이러한 관통 연결은 적어도 250W/(m·K)의 높은 열 전도성을 갖는 것을 특징으로 한다. 상기 방열 비아는 상기 본체 상단면으로부터 열을 배출하기 위해 사용된다. 이러한 방열 비아는 구리(copper) 또는 은(silver)을 구비하거나, 또는 구리 또는 은으로 구성될 수 있다.

전술한 캐리어의 특징은 상기 반도체 소자로부터 방사된 열을 효과적으로 배출하는 것이며, 이러한 배출은 방열 비아의 낮은 열 저항 때문에 발생한다. 이로 인해, 상기 반도체 소자의 수명이 향상될 수 있다. 선택적으로 또는 보충적으로, 방열 비아가 없는 유사한 캐리어의 반도체 소자보다 큰 성능을 갖는 반도체 소자를 제공하는 것도 가능하며, 그 이유는 증가한 성능으로 인해 추가로 생성된 열을 방열 비아가 배출할 수 있기 때문이다.

또한, 상기 캐리어는 적어도 또 다른 방열 비아를 구비할 수 있으며, 상기 방열 비아는 본체의 상단면으로부터 상기 본체의 하단면 방향으로 뻗어 있다. 상기 또 다른 방열 비아는 내장된 전기 소자와 접촉하기 위해 사용되지 않는 그러한 방열 비아일 수 있다. 적어도 이러한 또 다른 방열 비아로 인해 상기 본체의 열 전도성이 지속적으로 향상될 수 있다.

또한, 상기 캐리어는 금속 구조물(metallic structure)을 구비할 수 있으며, 상기 금속 구조물은 상기 본체에 내장되어 있고, 상기 본체의 상단면에 대해 평행한 방향으로 연장되어 있으며, 상기 금속 구조물은 상기 또 다른 방열 비아와 직접적으로 인접해 있다. 특히, 상기 금속 구조물은 상기 또 다른 방열 비아와 접촉할 수 있다. 상기 구조물은 또 다른 다수의 방열 비아와 바로 인접하여 놓일 수도 있다. 상기 금속 구조물로 인해 높은 열 전도성을 갖는 또 다른 재료가 상기 본체에 삽입되므로, 상기 본체 전체의 열 전도성이 증가한다. 특히, 상기 금속 구조물은 상기 본체의 상단면으로부터 열을 신속하게 배출하는 데 기여한다. 상기 금속 구조물은 예를 들어 블록(block) 또는 스트립(strip) 형태로 형성될 수 있다.

상기 본체는 다층 구조를 구비할 수 있으며, 상기 금속 구조물과 내장된 전기 소자는 동일한 층에 배열된다.

내장된 전기 소자에 배리스터(varistor), 다이오드, NTC-서미스터(thermistor), PTC-서미스터, 세라믹 다층-칩 콘덴서, 다층 인덕터(multi layer inductor) 또는 적어도 하나의 반도체 소자를 위한 구동 회로(driver circuit)가 제공될 수도 있다.

바람직하게는, 내장된 상기 전기 소자는 높은 전압으로 인해 발생할 수 있는 손상으로부터 상기 반도체 소자를 보호하기 위해 적합할 수 있다. 그러한 ESD-보호소자는 예를 들어 배리스터 또는 다이오드일 수 있다.

또한, 내장된 상기 전기 소자는 상기 반도체 소자의 확실한 열적 결합(thermal coupling)도 가능하게 할 수 있다. 이를 위해, 특히 NTC- 서미스터 및 PTC-서미스터가 적합하다. 이러한 서미스터는 상기 반도체 소자와 상호 접촉할 때 높은 온도로부터 상기 반도체 소자의 손상을 억제할 수 있다.

또한, 내장된 상기 전기 소자에는 구동 집적 회로(driver integrated circuit) 또는 상기 반도체 소자를 제어하기 위한 제어 회로(control circuit)가 제공될 수도 있다.

특히, 내장된 상기 전기 소자는 개별 능동형 전자 부품(active electronic component, (예컨대, 전자 칩, 특히 반도체 칩)) 또는 임의의 개별 수동형 전자 부품(passive electronic component, (예컨대, 콘덴서, 저항기, 배리스터, NTC, PTC 또는 인덕터))일 수 있다. 내장된 모듈 또는 부품은 예컨대 DRAM과 같은 데이터 메모리(또는, 다른 임의의 개별 메모리), 필터(필터는 예를 들어 고역 통과 필터(high-pass filter), 저역 통과 필터(low-pass filter) 또는 대역 통과 필터(band-pass filter)로서 구성될 수 있으며, 또 다른 예로서 주파수 필터(frequency filter)로 사용될 수 있다), 집적 회로(예컨대, 로직 IC), 신호 처리 요소(예컨대, 마이크로 프로세서), 전원 관리 요소(power management component), 광학-전기 인터페이스 요소(예컨대, 광전자 소자), 전압 변환기(예컨대, DC/DC/ 변압기 또는 AC/DC 변압기), 전기 기계식 변압기(예를 들어, PZT(티탄산 지르콘산 연) 센서 및/또는 액추에이터, 전자기파를 위한 송신 유닛 및/또는 수신 유닛(예컨대, RFID-칩 또는 트랜스폰더(transponder), 암호화 요소, 콘덴서, 인덕터(inductor), 스위치(예컨대, 트랜지스터에 기반을 둔 스위치) 및 전술한 것과 또 다른 기능의 전자 부품 결합이 있다. 상기 구성 요소는 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS), 배터리, 카메라 또는 안테나를 구비할 수도 있다.

상기 본체는 수지, 특히 비스말레이미드-트리아진 수지, 유리, 특히 유리 섬유, 프리프레그-재료(prepreg material), 폴리이미드, 액정-중합체, 시안산염 에스테르, 에폭시-계열의 Build-Up 필름, FR4 재료, 세라믹 및 금속 산화물로 구성된 기(group)로부터 적어도 하나의 재료를 포함할 수 있다. 상기 FR4는 에폭시 수지 및 유리 섬유 직물로 구성된 복합 재료의 형태를 나타낸다. 수지-유리 섬유 적층의 특징은 높은 절연 내력(dielectric strength) 및 높은 기계적 강도(mechanical strength)를 갖는 것이다. 또한, 상기 수지-유리 섬유 적층은 열 팽창 계수(thermal expansion coefficient)를 포함할 수 있으며, 상기 열 팽창 계수는 바람직하게는 상기 반도체 소자의 열 팽창 계수에 맞게 조절되므로 열 역학적 간섭 영향(interfering influence)이 적게 유지될 수 있다.

상기 캐리어는 500㎛ 미만의 높이, 바람직하게는 350㎛ 미만의 높이를 갖는다. 특히, 상기 캐리어의 높이는 200㎛ 내지 500㎛, 특히 바람직하게는 200㎛ 내지 350㎛일 수 있다. 그러한 낮은 수치의 높이는 상기 전기 소자가 상기 캐리어에 내장됨으로써 가능하다. 이러한 방식으로, 상기 캐리어 상단면에 어떠한 소자도 배열되지 않는 캐리어가 제공될 수 있다. 그러나 SMD-부품(SMD = Surface Mounted Device)으로서 또 다른 전기 소자가 표면 위에 배열되는 캐리어가 제공될 수도 있다.

또한, 상기 캐리어는 상기 본체의 상단면으로부터 전기 소자 방향으로 뻗어 있는 제3 방열 비아를 구비할 수 있고, 상기 전기 소자로부터 상기 본체의 하단면 방향으로 뻗어 있는 제4 방열 비아를 구비할 수 있다. 내장된 상기 전기 소자는 상기 제3 및 제4 방열 비아를 통해 전기 접촉될 수도 있다.

또한, 적어도 제2 전기 소자가 상기 본체에 내장될 수 있으며, 상기 캐리어는 상기 본체의 상단면으로부터 상기 제2 전기 소자 방향으로 뻗어 있는 제5 방열 비아를 구비하며, 상기 캐리어는 상기 전기 소자로부터 상기 본체의 하단면 방향으로 뻗어 있는 제6 방열 비아를 구비하고, 내장된 전기 소자는 제5 및 제6 방열 비아를 통해 전기 접촉된다. 전술한 것에 대응하여 상기 캐리어는 내장된 다수의 전기 소자를 구비할 수 있다. 예를 들어, 내장된 제1 전기 소자는 배리스터 또는 다이오드와 같은 ESD-보호소자일 수 있고, 내장된 제2 전기 소자는 온도 센서 또는 반도체 소자의 열적 결합을 제어하기 위한 구성 요소, 예컨대 PTC-서미스터 또는 NTC- 서미스터일 수 있으며, 두 구성 요소는 상기 반도체 소자와 상호 연결될 수 있다. 상기 PTC-서미스터와 반도체 소자의 상호 연결은 상기 반도체 소자를 과전류(overcurrent)로부터 보호할 수 있다. 상기 NTC- 서미스터와 상기 반도체 소자의 상호 연결은 상기 반도체 소자를 과열(overheating)로부터 보호할 수 있다.

본 발명의 또 다른 형태에 따라, 전술한 캐리어 및 캐리어를 구비하는 장치가 제공되며, 이때 상기 반도체 소자는 상기 캐리어의 상단면에 배열되어 있다.

상기 반도체 소자에 발광 다이오드가 제공될 수 있다.

본 발명은 아래의 도면을 통해 상세하게 설명된다.
도 1은 장치의 첫 번째 실시예를 도시하고 있고,
도 2 및 도 3은 장치의 두 번째 실시예를 도시하고 있고,
도 4 및 도 5는 반도체 소자를 위한 캐리어의 세 번째 실시예를 사시도로 도시하고 있다.

도 1은 장치(1)의 첫 번째 실시예를 도시하고 있다. 상기 장치(1)는 다수의 반도체 소자(3)를 위한 캐리어(2)를 구비한다. 여기서, 각각의 상기 반도체 소자(3)는 발광 다이오드(LED)이다. 상기 캐리어(2) 위에는 세 개의 반도체 소자(3)가 배열되어 있다. 각각의 반도체 소자(3) 위에는 렌즈로서 형성된 보호층(4)이 배열되어 있다. 상기 보호층(4)은 실리콘을 구비할 수 있다. 또한, 상기 보호층(4)은 또 다른 형광체층(5)으로 커버되어 있다.

상기 캐리어(2)는 상단면(7) 및 하단면(8)을 포함하는 본체(6)를 구비한다. 이러한 캐리어(2)는 상기 반도체 소자(3)가 본체(6)의 상단면(7)에 고정, 예를 들어 납땜 될 수 있도록 형성되어 있다. 이를 위해, 상기 본체(6)는 상기 본체의 상단면(7)에 접촉면(9)을 구비한다.

상기 본체(6)는 다층 구조로 형성되어 있다. 이때, 상기 본체(6)는 적어도 하나의 하단층(10), 중간층(11) 및 상단층(12)을 구비한다. 상기 하단층(10)은 상기 본체(6)의 하단면(8)을 포함한다. 상기 상단층(12)은 상기 본체(6)의 상단면(7)을 포함한다. 상기 중간층(11)은 상기 하단층(10)과 상단층(12) 사이에 배열되어 있다. 각각의 이러한 층(10, 11, 12)은 유리 섬유-수지-혼합물을 포함한다. 상기 본체(6)의 층(10, 11, 12)은 수지에 대한 유리 섬유의 혼합 비율에서 서로 차이를 갖는다. 전술한 층은 FR4를 구비할 수 있다.

상기 본체(6)의 중간층(11)에는 전기 소자(13)가 내장되어 있다. 상기 중간층(11)은 유리 섬유-수지층에 있는 개구(opening)를 구비하며, 이러한 개구에는 내장된 전기 소자(13)가 배열되어 있다. 상기 전기 소자(13)는 상기 중간층(11)에 대해 측면으로 형성되어 있다. 상기 전기 소자(13) 위에는 상단층(12)이 배열되어 있고, 상기 전기 소자(13) 아래에는 하단층(10)이 배열되어 있다. 전술한 것에 대응하여, 상기 전기 소자(13)의 모든 면은 상기 본체(6)의 층(10, 11, 12)에 의해 둘러 싸여 있다.

상기 전기 소자(13)의 경우, 배리스터, 다이오드, NTC- 서미스터, PTC-서미스터, 세라믹 다층-칩 콘덴서(영문표기: Multi Layer Ceramic Capacitor, MLCC), 다층 인덕터(영문표기: Multi Layer Inductor, ML-Inductor) 또는 반도체 소자(3)를 위한 구동 회로가 제공될 수 있다.

또한, 상기 캐리어(2)는 제1 방열 비아(14)를 구비하며, 상기 방열 비아는 상기 본체(6)의 상단면(7)으로부터 전기 소자(13) 방향으로 뻗어 있다. 상기 제1 방열 비아(14)는 상단면(7)에 배열되어 있는 접촉면(9) 가운데 하나의 접촉면과 상기 전기 소자(13)를 접촉시킬 수 있다.

또한, 상기 캐리어(2)는 제2 방열 비아(15)를 구비하며, 상기 방열 비아는 전기 소자(13)로부터 상기 본체(6)의 하단면(8) 방향으로 뻗어 있다. 상기 제2 방열 비아(15)는 상기 본체(6)의 하단면(8)에 배열된 전기 접점(16)과 상기 전기 소자(13)를 접촉시킬 수 있다. 전술한 것에 대응하여, 상기 제1 및 제2 방열 비아(14, 15)는 상기 전기 소자(13)의 전기 접촉을 위해 제공된다.

또한, 상기 캐리어(2)는 상단면(7)으로부터 전기 소자(13) 방향으로 뻗어 있는 제3 방열 비아(17) 및 내장된 전기 소자(13)로부터 하단면(8) 방향으로 뻗어 있는 제4 방열 비아(18)를 구비한다. 또한, 내장된 상기 전기 소자(13)는 상기 제3 및 제4 방열 비아(17, 18)를 통해 전기 접촉될 수 있다.

상기 제1 내지 제4 방열 비아(14, 15, 17, 18)는 본 발명에 따른 캐리어(2)에서 두 가지 기능을 충족시킨다. 첫 번째 기능으로서, 상기 방열 비아는 내장된 전기 소자(3)의 전기 접촉을 위해 제공된다. 두 번째 기능으로서, 상기 방열 비아는 상기 캐리어(2)의 열 저항을 감소시키기 위해 제공된다. 전술한 것에 대응하여, 상기 제1 내지 제4 방열 비아(14, 15, 17, 18)는 상기 반도체 소자(3)에 의해 발생 된 열을 신속하고 효과적으로 상기 본체(6)의 상단면(7)으로부터 배출시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 캐리어(2) 및 반도체 소자(3)의 수동 냉각을 위해 전술한 방열 비아(14, 15, 17, 18)가 제공된다. 이를 위해, 상기 방열 비아(14, 15, 17, 18)는 높은 열 전도성을 갖는 재료를 구비한다. 예를 들어, 상기 방열 비아(14, 15, 17, 18)는 구리 또는 은을 구비한다. 또한, 전술한 방열 비아는 구리 또는 은으로 구성된다. 상기 두 재료의 특징은 매우 높은 열 전도성을 갖는다. 순동(pure copper)은 401W/(m·K)의 매우 높은 열 전도성을 갖는다. 순은(pure silver)은 429W/(m·K)의 열 전도성을 갖는다.

또한, 상기 캐리어(2)는 또 다른 방열 비아(19)를 구비하며, 상기 방열 비아는 상단면(7)으로부터 하단면(8) 방향으로 뻗어 있다. 이러한 또 다른 방열 비아(19)의 유일한 목적은 상기 캐리어(2)의 열 저항 감소, 즉 상기 캐리어(2) 및 반도체 소자(3)의 수동 냉각을 위해 제공되는 것이다. 이러한 또 다른 방열 비아(19)는 마찬가지로 구리 또는 은을 구비한다. 상기 또 다른 방열 비아(19)는 내장된 전기 소자(13)와 전기 접촉하지 않는다.

상기 또 다른 방열 비아(19)는 상기 전기 소자(13)와 전기 접촉하는 전술한 제1 내지 제4 방열 비아(14, 15, 17, 18)보다 큰 지름을 갖는다. 특히, 이러한 또 다른 방열 비아(19)는 100㎛ 내지 200㎛의 지름, 바람직하게는 130㎛ 내지 170㎛의 지름을 갖는다. 상기 제1 내지 제4 방열 비아(14, 15, 17, 18)는 40㎛ 내지 100㎛의 지름, 바람직하게는 40㎛ 내지 70㎛의 지름을 갖는다.

상기 본체(6)의 상단면(7)은 반사 층(20)으로 코팅되어 있다. 이러한 반사 층은 상기 반도체 소자(3)로부터 방사된 빛을 반사하고, 상기 캐리어(2)의 반사율(reflectance)을 향상시키기 위해 적합하다. 상기 반사 층(20)은 충진된 중합체 또는 충진된 유리를 구비할 수 있다.

또한, 상기 캐리어(2)의 상단면(7)에는 본체(6)에 내장되어 있지 않은 SMD-부품(SMD = Surface Mounted Device)이 배열되어 있다.

상기 본체(6)에는 제2 전기 소자(13a) 및 제3 전기 소자(13b)가 내장되어 있다. 전술한 각각의 전기 소자는 방열 비아를 통해 상기 본체의 상단면(7)에 배열된 접촉면(9)과 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 제2 전기 소자(13a)는 제5 방열 비아(22)를 통해 상단면(7)과 연결된다.

또한, 상기 제2 및 제3 전기 소자(13a, 13b)는 방열 비아를 통해 상기 본체(6)의 하단면(8)에 있는 전기 접점(16)과 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 상기 제2 전기 소자(13a)는 제6 방열 비아(23)를 통해 하단면(8)과 전기적으로 연결된다.

내장된 상기 제2 및 제3 전기 소자(13a, 13b)는 내장된 제1 전기 소자(13)처럼 동일한 방식으로 형성 및 상호 연결될 수 있다. 상기 제1 전기 소자(13)와 관련하여 기술된 특징은 마찬가지로 내장된 상기 제2 및 제3 전기 소자(13a, 13b)에도 해당 된다.

도 2 및 도 3은 반도체 소자(3) 및 상기 반도체 소자(3)용 캐리어(2)로 구성된 장치(1)의 두 번째 실시 예를 도시하고 있으며, 상기 반도체 소자(3)에는 발광 다이오드가 제공된다. 도 2는 상기 장치(1)의 수직 면에 따른 횡단면을 도시하고 있고, 도 3은 수평 방향의 횡단면을 도시하고 있다.

두 번째 실시 예에 따른 상기 장치(1)는 일반적으로 첫 번째 실시 예에 따른 장치(1)의 설명에 대응한다. 그러나 두 번째 실시 예에 따라, 싱글 반도체 소자(3)를 위한 접촉면(9)만 상기 캐리어(2) 위에 제공된다. 또한, 바람직하게는 하나의 전기 소자(13)가 본체(6)에 내장된다.

내장된 상기 전기 소자(13)는 40W/(m·K)의 열 전도성을 갖는 ZnOPr을 구비할 수 있다. 상기 본체(6)는 0.62W/(m·K)의 열 전도성을 갖는 FR4를 구비할 수 있다. 이와 반대로, 전술한 상기 방열 비아(14, 15, 17, 18, 19)는 일반적으로 더욱 높은 열 전도성을 가질 수 있다.

상기 캐리어(2)의 높이는 500㎛ 미만, 바람직하게는 200㎛ 내지 350㎛ 미만일 수 있다. 그러한 캐리어(2)는 상단면(7)에 SMD-부품(21)이 배열되어 있는 캐리어(2) 보다 일반적으로 높이가 낮다. 전술한 것에 대응하여, 상기 캐리어(2)에 전기 소자(13)가 내장됨으로써 장치의 전체 높이가 일반적으로 감소 될 수 있다. 또한, 다수의 전기 소자(13, 13a, 13b)가 500㎛ 미만의 높이를 갖는 캐리어에 내장될 수도 있다.

도 3은 또 다른 방열 비아(19) 및 제1 및 제3 방열 비아(14, 17)의 배열을 도시하고 있다. 상기 또 다른 방열 비아(19)는 내장된 전기 소자(13)의 주변에 배열되어 있다. 도 3은 이러한 또 다른 방열 비아(19)가 열 전도성을 향상시키는 비교적 큰 횡단면을 구비한다는 사실을 보여주고 있다. 상기 제1 및 제3 방열 비아(14, 17)는 종 방향의 횡단면을 갖는다. 또한, 상기 제2 및 제4 방열 비아(15, 18)도 그러한 종 방향의 횡단면을 구비할 수 있다.

상기 또 다른 방열 비아(19)는 150㎛의 지름을 구비하고, 서로 최소한 200㎛의 최소 간격을 유지한다. 이러한 또 다른 방열 비아(19)는 내장된 전기 소자(13)에 대해 200㎛의 최소 간격을 유지한다. 상기 또 다른 방열 비아(19)는 상기 캐리어(2)의 에지(edge)에 대해 최소한 125㎛의 간격을 유지한다. 내장된 상기 전기 소자(13)는 에지에 대해 최소한 380㎛의 간격을 유지한다. 내장된 상기 전기 소자(13)는 300㎛에 해당하는 본체(6)의 전체 높이에서 80㎛ 내지 200㎛의 높이를 갖는다. 각각의 상기 제1 내지 제4 방열 비아(14, 15, 17, 18)는 첫 번째 방향에서 60㎛의 연장부를 포함하고, 상기 첫 번째 방향에 대해 수직인 두 번째 방향에서 100㎛의 연장부를 포함한다. 상기 본체(6)의 하단 및 상단층(10, 12)은 최소한 50㎛의 두께를 갖는다. 상기 본체(6)의 상단면 및 하단면(7, 8) 위에 배열된 접촉면(9, 16)은 구리로 구성되고, 30 +/-10㎛의 두께를 갖는다. 상기 접촉면은 상기 본체(6)의 측면 에지에 대해 최소한 75㎛의 간격을 유지한다. 여기에 기재된 치수는 캐리어(2)의 안정성을 보장하며, 상기 캐리어의 특징은 상기 반도체 소자(3)가 고성능으로 작동할 수 있도록 특히 낮은 구조의 높이 및 높은 열 전도성을 갖는 것이다.

도 4 및 도 5는 반도체 소자(3)를 위한 캐리어(2)의 세 번째 실시 예를 사시도로 도시하고 있다. 더 나은 개관을 위해 도 4에서 본체(6)와 상기 본체의 상단면(7)에 배열된 접촉면(9)은 도시되어 있지 않다. 도 5에는 단지 본체(6)만 도시되어 있지 않다.

세 번째 실시 형태에 따른 캐리어(2)는 상기 본체(6)에 내장된 금속 구조물(24)을 구비한다. 상기 금속 구조물(24)은 상기 본체(6)의 중간층(11)에 배열되어 있으며, 이러한 중간층에는 내장된 전기 소자(13)도 배열되어 있다. 각각의 상기 금속 구조물(24)은 세 개의 또 다른 방열 비아(19)와 연결되어 있다. 특히, 이러한 금속 구조물은 또 다른 방열 비아(19)를 직접적으로 감싸고 있고, 상기 방열 비아에 인접하게 놓여 있다. 상기 금속 구조물(24)로 인해 이러한 금속 구조물과 접촉하고 있는 방열 비아(19)의 열 전도성이 향상된다.

도 4 및 도 5는 블록(block)으로서 형성된 각각의 금속 구조물(24)을 도시하고 있다. 또한, 또 다른 형태, 예를 들어 스트립(strip) 및 윈도우(window) 형태의 금속 구조물(24)이 제공되는 것도 가능하다. 프레임 형태의 윈도우는 예를 들어 이러한 윈도우의 중앙에 개구를 구비할 수 있으며, 또한 상기 프레임 형태의 윈도우가 상기 본체(6)에 내장된 금속 소자(13)를 감싸고, 상기 소자가 개구에 배열되도록 제공될 수 있다. 상기 스트립은 단지 매우 작은 높이로만 제공되며, 이러한 높이는 예를 들어 10㎛ 미만일 수 있다. 이때, 하단면(8)으로부터 상단면(7) 방향으로 진행된 연장부가 높이로 표현된다.

1 장치
2 캐리어
3 반도체 소자
4 보호층
5 형광체층
6 본체
7 상단면
8 하단면
9 접촉면
10 하단층
11 중간층
12 상단층
13 전기 소자
13a 전기 소자
13b 전기 소자
14 제1 방열 비아
15 제2 방열 비아
16 전기 접점
17 제3 방열 비아
18 제4 방열 비아
19 또 다른 방열 비아
20 반사 층
21 SMD-부품
22 제5 방열 비아
23 제6 방열 비아
24 금속 구조물

Claims

상단면(7)과 하단면(8)을 포함하는 본체(6) 및 상기 본체(6)에 내장된 적어도 하나의 전기 소자(13, 13a, 13b)를 구비하며, 수동 냉각 기능을 갖는 반도체 소자(3)용 캐리어(2)에 있어서,
상기 캐리어(2)는 상기 본체(6)의 상단면(7)으로부터 적어도 하나의 전기 소자(13, 13a, 13b) 방향으로 뻗어 있는 제1 방열 비아(14)를 구비하고,
상기 캐리어(2)는 적어도 하나의 전기 소자(13, 13a, 13b)로부터 상기 본체(6)의 하단면(8) 방향으로 뻗어 있는 제2 방열 비아(15)를 구비하며,
내장된 적어도 하나의 전기 소자(13, 13a, 13b)는 상기 제1 및 제2 방열 비아(14, 15)를 통해 전기 접촉되는 것을 특징으로 하는 캐리어(2).
제1항에 있어서,
상기 캐리어(2)는 적어도 또다른 방열 비아(19)를 구비하며, 상기 또다른 방열 비아는 상기 본체(6)의 상단면(7)으로부터 상기 본체(6)의 하단면(8) 방향으로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 캐리어(2).
제2항에 있어서,
상기 또다른 방열 비아(19)는 상기 제1 방열 비아(14)의 지름 및 상기 제2 방열 비아(15)의 지름보다 큰 지름을 갖는 것을 특징으로 하는 캐리어(2).
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 본체(6)에 내장되어 있고, 상기 본체(6)의 상단면(7)에 대해 평행한 방향으로 연장되어 있는 금속 구조물(24)을 구비하며, 상기 금속 구조물(24)은 직접적으로 상기 또다른 방열 비아(19)에 인접하여 놓여 있는 것을 특징으로 하는 캐리어(2).
제4항에 있어서,
상기 본체(6)는 다층 구조를 구비하며, 상기 금속 구조물(24)과 내장된 적어도 하나의 전기 소자(13, 13a, 13b)는 동일한 층(11)에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 캐리어(2).
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
내장된 적어도 하나의 전기 소자(13, 13a, 13b)의 경우, 배리스터, 다이오드, NTC- 서미스터, PTC-서미스터, 세라믹 다층-칩 콘덴서, 다층 인덕터 또는 반도체 소자(3)를 위한 구동 회로가 제공되는 것을 특징으로 하는 캐리어(2).
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
내장된 적어도 하나의 전기 소자(13, 13a, 13b)는 능동형 전자 부품, 예컨대 전자 칩, 특히 반도체 칩이 제공되거나, 또는 수동형 전자 부품, 예컨대 콘덴서, 저항기, 배리스터, NTC, PTC 또는 인덕터가 제공되거나, 내장된 모듈이 제공되며, 예를 들어 상기 내장된 모듈은 예컨대 DRAM 또는 다른 임의의 개별 메모리와 같은 데이터 메모리, 예컨대 고역 통과 필터, 저역 통과 필터 또는 대역 통과 필터로서 구성될 수 있으며, 또 다른 예로서 주파수 필터로 사용될 수 있는 필터, 예컨대 로직 IC와 같은 집적 회로, 예컨대 마이크로 프로세서와 같은 신호 처리 요소, 전원 관리 요소, 예컨대 광전자 소자와 같은 광학-전기 인터페이스 요소, 예컨대 DC/DC 변환기 또는 AC/DC 변환기와 같은 전압 변환기, 예컨대 PZT 센서 및/또는 액추에이터와 같은 전기 기계식 변압기, 예컨대 RFID-칩 또는 트랜스폰더와 같은 전자기파를 위한 송신 유닛 및/또는 수신 유닛, 암호화 요소, 콘덴서, 인덕터, 예컨대 트랜지스터에 기반을 둔 스위치 및 전술한 것과 또 다른 기능의 전자 부품의 결합 및/또는 내장된 상기 전기 소자(13, 13a, 13b)가 마이크로 전자 기계식 시스템(MEMS), 배터리, 카메라 또는 안테나를 구비하는 것을 특징으로 하는 캐리어(2).
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 본체(6)는 수지, 특히 비스말레이미드-트리아진 수지, 유리, 특히 유리 섬유, 프리프레그-재료, 폴리이미드, 액정-중합체, 시안산염 에스테르, 에폭시-계열의 빌드-업(Build-Up) 필름, FR4 재료, 세라믹 및 금속 산화물로 구성된 기(group)로부터 적어도 하나의 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어(2).
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 캐리어(2)의 높이는 500㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 캐리어(2).
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 캐리어(2)는 상기 본체(6)의 상단면(7)으로부터 적어도 하나의 전기 소자(13, 13a, 13b) 방향으로 뻗어 있는 제3 방열 비아(17)를 구비하고, 상기 캐리어(2)는 적어도 하나의 전기 소자(13, 13a, 13b)로부터 상기 본체(6)의 하단면(8)으로 뻗어 있는 제4 방열 비아(18)를 구비하며, 내장된 적어도 하나의 전기 소자(13, 13a, 13b)는 상기 제3 및 제4 방열 비아(17, 18)를 통해 전기 접촉하는 것을 특징으로 하는 캐리어(2).
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 제2 전기 소자(13a)는 상기 본체(6)에 내장되어 있고, 상기 캐리어(2)는 상기 본체(6)의 상단면(7)으로부터 제2 전기 소자(13b) 방향으로 뻗어 있는 제5 방열 비아(22)를 구비하며, 상기 캐리어(2)는 상기 제2 전기 소자(13b)로부터 상기 본체(6)의 하단면(8) 방향으로 뻗어 있는 제6 방열 비아(23)를 구비하며, 내장된 제2 전기 소자(13b)는 상기 제5 및 제6 방열 비아(22, 23)를 통해 전기 접촉하는 것을 특징으로 하는 캐리어(2).
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 캐리어(2) 및 상기 캐리어(2)의 상단면(7)에 배열되어 있는 반도체 소자(3)를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.