KR20180061470A - 반도체 모듈 - Google Patents

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Abstract

모듈 기판, 모듈 기판의 일면 상에 실장된 발열 소자 및 메모리 소자, 상기 모듈 기판 내에 제공되되, 평면적으로 상기 발열 소자 및 상기 메모리 소자 사이에 배치되는 통기홀, 상기 통기홀의 내벽을 덮는 방열막, 및 상기 모듈 기판의 일측에 제공되는 탭들을 포함하는 반도체 모듈을 제공하되, 상기 통기홀은 상기 모듈 기판의 두께보다 큰 너비를 갖고, 상기 방열막은 상기 모듈 기판보다 높은 열전도율을 가질 수 있다.

Description

반도체 모듈{SEMICONDUCTOR MODULE}
본 발명은 반도체 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 메모리에 적용되는 반도체 모듈 및 이를 포함하는 반도체 장치에 관한 것이다.
회로 기판은 절연 기판에 전자 소자들이 실장되고, 전자 소자들은 절연 기판에서 회로를 구성하는 도전 라인과 전기적으로 연결된다. 외부로부터 수신된 전기적 신호는 도전 라인을 통해 각 전자 소자들에 전달되며, 전자 소자들이 처리하여 출력하는 전기적 신호도 도전 라인을 통해 다른 전자 소자들 또는 외부에 전달된다. 회로 기판은 전기적 신호를 통해 전자 소자들을 구동시키거나, 회로 기판에 연결된 외부 구성들을 구동시킨다.
전자 소자들은 구동하면서 소정의 열을 방출한다. 전자 소자들로부터 방출된 열은 복사열 또는 도전 라인이나 절연 기판을 통해 전달되는 전도열의 형태로 주변으로 이동한다. 이에, 반도체 모듈은 전자 소자들의 동작 시 발생하는 열을 방출하기 위한 방열판과 같은 방열 수단을 갖는 것이 일반적이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 열 방출이 개선된 반도체 모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 소형화된 반도체 모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 기술적 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 모듈은 모듈 기판, 모듈 기판의 일면 상에 실장된 발열 소자 및 메모리 소자, 상기 모듈 기판 내에 제공되되, 평면적으로 상기 발열 소자 및 상기 메모리 소자 사이에 배치되는 통기홀, 상기 통기홀의 내벽을 덮는 방열막, 및 상기 모듈 기판의 일측에 제공되는 탭들을 포함할 수 있다. 상기 통기홀은 상기 모듈 기판의 두께보다 큰 너비를 가질 수 있다. 상기 방열막은 상기 모듈 기판보다 높은 열전도율을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 반도체 모듈은 통기홀 및 통기홀 내의 방열막을 제공할 수 있다. 방열막은 모듈 기판보다 높은 열전도율을 가질 수 있다. 이를 통해, 방열막은 전도를 통해 모듈 기판으로부터 열을 흡수하고, 통기홀에서의 대류를 통해 열을 방출할 수 있다. 따라서, 방열막은 메모리 소자들 및 발열 소자의 사이에서 발열 소자의 구동 시 발생하는 높은 열 에너지를 외부로 방출할 수 있으며, 상기 열에너지에 의해 메모리 소자들이 파손되는 것을 막을 수 있다.
더하여, 실시예들에 따른 반도체 모듈은 모듈 기판의 일면 상에 배치되는 별도의 방열 장치를 포함하지 않아, 소형화 및 박형화가 용이하다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 모듈을 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 모듈을 설명하기 위한 평면도이다.
도 3은 도 1의 I-I`선에 따라 절단한 반도체 모듈의 일부를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 모듈을 설명하기 위한 평면도이다.
도 5a는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 모듈을 설명하기 위한 평면도이다.
도 5b는 도 5a의 A 영역을 확대한 도면이다.
도 6a은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 모듈을 설명하기 위한 평면도이다.
도 6b는 도 6a의 B영역을 확대한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 모듈을 설명하기 위한 단면도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 모듈을 설명하기 위한 단면도들이다.
도면들을 참조하여 본 발명의 개념에 따른 반도체 모듈을 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 모듈을 설명하기 위한 사시도이다. 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 모듈을 설명하기 위한 평면도이다. 도 3은 도 1의 I-I`선에 따라 절단한 반도체 모듈의 일부를 도시한 단면도이다. 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 모듈을 설명하기 위한 평면도이다.
설명의 편의를 위하여, 반도체 모듈(10)의 위치관계는 직교하는 3축, 즉, 모듈 기판(100)의 일면과 나란한 제 1 방향(D1) 및 제 2 방향(D2), 모듈 기판(100)의 일면과 수직한 제 3 방향(D3)을 기준으로 설명한다. 제 1 방향(D1)은 제 2 방향(D2)과 교차할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하여, 반도체 모듈(10)은 모듈 기판(100), 메모리 소자(200), 발열 소자(300) 및 탭들(400, taps)을 포함할 수 있다.
모듈 기판(100)은 사각 평판 형상을 갖되, 제 1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 모듈 기판(100)은 서로 대향하는 제 1 면(100a) 및 제 2 면(100b)을 가질 수 있다. 모듈 기판(100)은 실질적으로 균일한 두께(T)를 가질 수 있다. 여기에서, 모듈 기판(100)의 두께(T)는 제 1 면(100a) 및 제 2 면(100b) 사이의 간격을 의미한다. 모듈 기판(100)은 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)을 포함할 수 있다. 모듈 기판(100)의 일측에 컴퓨터와 같은 전자 제품의 마더 보드 소켓(미도시)에 고정시키기 위한 후크 삽입 홈(110) 등이 형성될 수 있다.
모듈 기판(100)에 도전 라인(120)이 제공될 수 있다. 도전 라인(120)은 모듈 기판(100)의 내부에 제공되거나, 모듈 기판(100)의 제 1 면(100a) 또는 제 2 면(100b) 상에 제공될 수 있다. 도전 라인(120)은 메모리 소자(200), 발열 소자(300) 및 탭들(400)을 전기적으로 연결할 수 있다.
모듈 기판(100)의 제 1 면(100a) 상에 메모리 소자(200)가 실장될 수 있다. 예를 들어, 메모리 소자(200)는 와이어 또는 리드 프레임(lead frame)을 이용하여 모듈 기판(100)에 실장될 수 있다. 도시된 바와는 다르게, 메모리 소자들(200)은 모듈 기판(100)의 제 2 면(100b) 상에 실장되거나, 모듈 기판(100)의 제 1 면(100a) 및 제 2 면(100b) 상에 모두 실장될 수도 있다. 메모리 소자(200)는 복수로 제공될 수 있다. 복수의 메모리 소자들(200)은 상호 이격될 수 있다. 메모리 소자들(200)은 모듈 기판(100)의 도전 라인(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 메모리 소자들(200)은 DRAM, NAND flash, NOR flash, OneNAND, PRAM, ReRAM 또는 MRAM와 같은 메모리 소자를 포함할 수 있다.
모듈 기판(100)의 제 1 면(100a) 상에 발열 소자(300)가 실장될 수 있다. 예를 들어, 발열 소자(300)는 와이어 또는 리드 프레임(lead frame)을 이용하여 모듈 기판(100)에 실장될 수 있다. 도시된 바와는 다르게, 발열 소자(300)는 모듈 기판(100)의 제 2 면(100b) 상에 실장될 수도 있다. 발열 소자(300)는 모듈 기판(100)의 제 1 면(100a)의 중앙부에 배치될 수 있다. 평면적 관점에서, 발열 소자(300)는 메모리 소자들(200)의 사이에 배치될 수 있다. 발열 소자(300)는 메모리 소자들(200)과 이격될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 메모리 소자들(200) 및 발열 소자(300)는 다양한 배치를 가질 수 있다. 발열 소자(300)는 모듈 기판(100)의 도전 라인(120)을 통해 메모리 소자들(200)과 전기적으로 연결될 수 있다. 발열 소자(300)는 그의 구동 과정에서 메모리 소자들(200)보다 높은 열 에너지를 발산할 수 있다. 예를 들어, 발열 소자(300)는 RCD(Register Clock Driver)를 포함할 수 있다. 또는, 발열 소자(300)는 광전자소자, 통신 소자, 디지털 시그널 프로세서(digital signal processor), 컨트롤러(controller) 또는 시스템-온-칩(system-on-chip)과 같은 로직 소자를 포함할 수도 있다.
모듈 기판(100)의 일단에 탭들(400)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 탭들(400)은 모듈 기판(100)의 중심으로부터 제 2 방향(D2)에 배치될 수 있다. 탭들(400)은 제 1 방향(D1)으로 서로 이격되는 스트링 배열(string array)을 가질 수 있다. 탭들(400)은 모듈 기판(100)의 제 1 면(100a) 또는 제 2 면(100b) 상으로 연장될 수 있다. 도시된 바와는 다르게, 탭들(400)은 필요에 따라 모듈 기판(100)의 중심으로부터 제 1 방향(D1)에 배치될 수도 있다. 탭들(400)은 메모리 소자들(200) 및 발열 소자(300)와 전기적으로 연결될 수 있다. 탭들(400)은 외부로 전기적 신호를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 탭들(400)의 일 측은 컴퓨터와 같은 전자 제품의 마더 보드 소켓(미도시)에 삽입되어 전기적으로 연결될 수 있다. 탭들(400)의 타측은 모듈 기판(100)의 도전 라인(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 탭들(400)은 상기 마더 보드 소켓(미도시)과 직접적으로 접속되며, 모듈 기판(100)의 도전 라인(120)과는 직/간접적으로 연결될 수 있다.
모듈 기판(100) 내에 통기홀(H)이 제공될 수 있다. 평면적 관점에서, 통기홀(H)은 메모리 소자들(200) 및 발열 소자(300) 사이에 배치될 수 있다. 통기홀(H)은 모듈 기판(100)을 제 3 방향(D3)으로 완전히 관통할 수 있다. 이때, 통기홀(H)은 모듈 기판(100)의 두께(T)보다 큰 너비(W)를 가질 수 있다. 예를 들어, 통기홀(H)의 너비(W)는 모듈 기판(100)의 두께(T)의 1배 내지 3배일 수 있다. 통기홀(H)의 너비(W)가 모듈 기판(100)의 두께(T)보다 작은 경우, 통기홀(H)을 통한 공기의 흐름이 원활하지 않을 수 있다. 실시예들에 따르면, 통기홀(H)은 복수로 제공될 수 있다. 예를 들어, 복수의 통기홀들(H)은 발열 소자(300)로부터 그에 인접한 메모리 소자(200)를 향하여 방사형으로 배치될 수 있다. 이때, 발열 소자(300)로부터 거리가 멀어질수록(즉, 메모리 소자들(200)을 향할수록), 통기홀(H)의 배치가 많아질 수 있다. 통기홀(H)은 다양한 평면 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 통기홀(H)은 원형의 평면 형상을 가질 수 있다. 또는, 도 4에 도시된 바와 같이, 통기홀(H)은 사각형의 평면 형상을 가질 수 있다. 이와는 다르게, 통기홀(H)은 타원형 또는 다각형의 평면 형상을 가질 수도 있다.
통기홀(H) 내에 방열막(500)이 배치될 수 있다. 상세하게는, 방열막(500)은 통기홀(H)의 내벽을 콘포말(conformal)하게 덮되, 통기홀(H)을 채우지 않을 수 있다. 방열막(500)은 통기홀(H)의 내벽을 따라 배치되는 링 형상을 가질 수 있다. 방열막(500)은 금속 물질을 포함할 수 있다. 방열막(500)은 모듈 기판(100)의 도전 라인(120), 메모리 소자들(200) 및 발열 소자(300)와 전기적으로 절연될 수 있다.
방열막(500)은 모듈 기판(100)의 열 에너지를 외부로 방출할 수 있다. 상세하게는, 방열막(500)은 모듈 기판(100)보다 높은 열전도율을 가져, 모듈 기판(100)의 열 에너지을 통기홀(H)로 방출할 수 있다. 즉, 방열막(500)은 전도를 통해 모듈 기판(100)으로부터 열을 흡수하고, 통기홀(H)에서의 대류를 통해 열을 방출할 수 있다. 따라서, 방열막(500)은 발열 소자(300)의 구동 시 발생하는 높은 열 에너지를 외부로 방출할 수 있으며, 상기 열에너지에 의해 메모리 소자들(200)이 파손되는 것을 막을 수 있다.
더하여, 반도체 모듈(10)은 히트 싱크 또는 방열판과 같이 모듈 기판(100)의 제 1 면(100a) 또는 제 2 면(100b) 상에 배치되는 별도의 방열 장치를 포함하지 않을 수 있다. 따라서, 반도체 모듈은 소형화 및 박형화가 용이할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 방열막(500)은 통기홀(H)의 내벽의 일부를 덮을 수도 있다. 도 5a는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 모듈을 설명하기 위한 평면도이고, 도 5b는 도 5a의 A 영역을 확대한 도면이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하여, 통기홀(H)의 내벽은 발열 소자(300)와 인접한 제 3 면(S1), 및 메모리 소자들(200)과 인접한 제 4 면(S2)을 포함할 수 있다. 이때, 방열막(500)은 제 3 면(S1)을 덮고, 제 4 면(S2)을 노출시킬 수 있다. 실시예들에 따르면, 높은 방열막(500)을 통해 열이 통기홀(H)의 제 3 면(S1)으로부터 제 4 면(S2)으로 이동하는 것이 억제될 수 있다. 메모리 소자들(200)을 향한 열 이동이 최소화될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 방열막(500)은 발열 효율을 높이기 위한 다양한 형상을 가질 수 있다.
도 6a은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 모듈을 설명하기 위한 평면도이고, 도 6b는 도 6a의 B영역을 확대한 도면이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하여, 방열막(500)의 표면은 요철 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 방열막(500)은 그의 표면에 제 3 방향으로 연장되는 홈들을 가질 수 있다. 이와는 다르게, 방열막(500)의 표면은 주름 형상 또는 톱니 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 방열막(500)의 표면과 공기의 접촉 면적이 증가될 수 있다. 방열막(500)의 넓은 표면적은 대류를 이용한 발열 효율을 증가시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 모듈을 설명하기 위한 단면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 방열막(500)의 일부(510)가 모듈 기판(100)의 제 1 면(100a) 또는 제 2 면(100b) 상으로 연장될 수 있다. 방열막(500)의 일부(510)는 방열막(500)과 공기의 접촉 면적을 증가시킬 수 있다. 방열막(500)의 일부(510)는 모듈 기판(100)의 외측에 위치하며, 반도체 모듈을 대류를 이용한 발열에 더 유리할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 통기홀(H)은 발열 효율을 높이기 위한 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 통기홀(H)의 너비는 모듈 기판(100) 내부에서보다 모듈 기판(100)의 일면에서 더 클 수 있다. 도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 모듈을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 8을 참조하여, 통기홀(H)은 제 1 부분(H1) 및 제 2 부분들(H2)을 포함할 수 있다. 제 1 부분(H1)은 모듈 기판(100) 내로 연장되며, 제 1 너비(W1)를 가질 수 있다. 제 2 부분들(H2)은 모듈 기판(100)의 제 1 면(100a) 또는 제 2 면(100b)과 접하며, 제 2 너비(W2)를 가질 수 있다. 제 2 너비(W2)는 제 1 너비(W1)와 동일하거나 더 클 수 있다. 제 2 부분들(H2)의 제 2 너비(W2)는 모듈 기판(100) 내로부터 모듈 기판(100)의 제 1 면(100a) 또는 제 2 면(100b)으로 갈수록 넓어질 수 있다.
도시된 바와는 다르게, 제 1 부분(H1)의 제 1 너비(W1)는 모듈 기판(100) 내로부터 모듈 기판(100)의 제 1 면(100a) 또는 제 2 면(100b)으로 갈수록 넓어질 수 있다. 즉, 제 1 부분(H1)은 모래 시계와 같은 단면을 가질 수 있다. 또는, 제 1 부분(H1)의 제 1 너비(W1) 및 제 2 부분들(H2)의 제 2 너비(W2)는 균일하되, 제 2 너비(W2)가 제 1 너비(W1)보다 클 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 방열막(500)은 모듈 기판(100) 내로부터 모듈 기판(100)의 제 1 면(100a) 또는 제 2 면(100b)으로 갈수록 그의 두께가 점점 얇아질 수도 있다.
모듈 기판(100)의 내부보다 모듈 기판(100)의 일면에서 더 넓은 너비를 갖는 통기홀(H)은 공기가 통기홀(H) 내로 더욱 용이하게 유입될 수 있으며, 반도체 모듈은 대류를 이용한 발열 효율이 증가될 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 반도체 모듈
100: 모듈 기판 200: 메모리 소자
300: 발열 소자 400: 탭
500: 방열막
H: 통기홀

Claims (10)

  1. 모듈 기판;
    모듈 기판의 일면 상에 실장된 발열 소자 및 메모리 소자;
    상기 모듈 기판 내에 제공되되, 평면적으로 상기 발열 소자 및 상기 메모리 소자 사이에 배치되는 통기홀;
    상기 통기홀의 내벽을 덮는 방열막; 및
    상기 모듈 기판의 일측에 제공되는 탭들을 포함하되,
    상기 통기홀은 상기 모듈 기판의 두께보다 큰 너비를 갖고,
    상기 방열막은 상기 모듈 기판보다 높은 열전도율을 갖는 반도체 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열막은 금속을 포함하는 반도체 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 통기홀은:
    상기 모듈 기판 내로 연장되고, 균일한 제 1 너비를 갖는 제 1 부분; 및
    상기 모듈 기판의 상기 일면과 접하고, 상기 제 1 너비와 동일하거나 큰 제 2 너비를 갖는 제 2 부분을 포함하는 반도체 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 부분의 상기 제 2 너비는 상기 모듈 기판 내로부터 상기 모듈 기판의 상기 일면으로 갈수록 넓어지는 반도체 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    평면적 관점에서, 상기 통기홀은 원형, 타원형 또는 다각형 형상을 갖는 반도체 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 통기홀의 상기 내벽은:
    상기 발열 소자와 인접한 제 1 면; 및
    상기 메모리 소자와 인접한 제 2 면을 포함하되,
    상기 방열막은 상기 제 1 면을 덮고, 상기 제 2 면을 노출시키는 반도체 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열막은 상기 모듈 기판의 일면 상으로 연장되는 반도체 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 통기홀은 복수로 제공되되,
    상기 발열 소자로부터 방사형으로 배치되는 반도체 모듈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 모듈 기판은 그의 내부에 배치되어, 상기 발열 소자 및 상기 메모리 소자와 전기적으로 연결되는 도전 라인을 포함하되,
    상기 방열막은 상기 발열 소자, 상기 메모리 소자 및 상기 도전 라인과 전기적으로 절연되는 반도체 모듈.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열막의 상기 두께는 상기 모듈 기판 내로부터 상기 모듈 기판의 상기 일면으로 갈수록 얇아지는 반도체 모듈.
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