KR20190007936A - 복합 클립 구조체 및 이를 이용한 반도체 패키지 - Google Patents

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KR20190007936A
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metal layer
layer
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최윤화
알만드 빈센트 코라조 제레자
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제엠제코(주)
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Abstract

본 발명은 복합 클립 구조체 및 이를 이용한 반도체 패키지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 클립 구조체를 이종 메탈로 구성하여 솔더 공정을 거치지 않고도 간편하게 부착될 수 있도록 하고, 일정두께로 이루어지기 때문에 접착물질의 양조절이 용이하고 접착강도를 좋게 하여 품질을 향상시키는 복합 클립 구조체 및 이를 이용한 반도체 패키지에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 일정각도로 구부러진 형태로 형성되어 반도체 패키지 내에서 구성 간의 전기적 연결을 담당하는 클립 구조체에 있어서, 상기 클립 구조체;는 일정두께의 전도성 재질로 이루어진 메인금속층과, 상기 메인금속층의 하부에는 메인금속층의 금속성분과 다른 종류의 금속으로이루어진 하부기능층;을 포함하며, 상기 하부기능층은 메인금속층에 부착되어 일체로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

복합 클립 구조체 및 이를 이용한 반도체 패키지{Multiple Combination clip structure and Semiconductor package with clip structure}
본 발명은 복합 클립 구조체 및 이를 이용한 반도체 패키지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 클립 구조체를 이종 메탈로 구성하여 솔더 공정을 거치지 않고도 간편하게 부착될 수 있도록 하고, 일정두께로 이루어지기 때문에 접착물질의 양조절이 용이하고 접착강도를 좋게 하여 품질을 향상시키는 복합 클립 구조체 및 이를 이용한 반도체 패키지에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 패키지는 반도체 칩, 리드 프레임, 패키지 몸체를 포함하여 구성되며, 반도체 칩은 리드 프레임의 패드 상에 부착되고, 리드 프레임의 리드와는 금속 와이어를 본딩하여 전기적으로 연결된다.
그러나 종래의 금속 와이어를 이용한 스택 패키지는 금속 와이어를 통하여 전기적인 신호 교환이 이루어지므로 속도가 느리고, 많은 수의 와이어가 사용되어 각 칩에 전기적 특성 열화가 발생한다. 또한, 금속 와이어를 형성하기 위해 기판에 추가 면적이 요구되어 패키지의 크기가 증가하고, 각 칩의 본딩 패드에 와이어 본딩을 하기 위한 갭(Gap)이 요구되므로 패키지의 전체 높이가 불필요하게 높아지는 문제점이 있엇다.
따라서, 본 발명자에 의해 개시된 특허 제1208332호, 실용신안 제0482370호, 특허 제1669902호, 특허 제1631232호에는 금속의 클립(clip) 구조체를 이용하여 종래의 금속 와이어를 이용한 반도체 패키지보다 우수한 전기적 연결 성능과 열방출이 용이하고 열적 안정성을 좋게 하고, 효율적인 패키지 구조를 제공하였다.
이러한 클립 구조체를 리드프레임 리드 또는 반도체 칩과 연결되기 위해서는 솔더와 같은 전도성 접착제를 주입하여 접착하게 되는데, 이때 솔더가 주입되는 양은 소량에 해당하기 때문에 정확한 양으로 미세조정 하는 것이 제조공정에서 매우 까다로운 부분이고, 이는 반도체 패키지의 품질에 직접적인 영향을 끼치게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 서로 다른 재질을 갖는 2종 이상의 금속층을 하나의 클립 구조체로 구성함으로써 솔더와 같은 별도의 전도성 접착제를 사용하지 않고도 자체적으로 접착될 수 있도록 하여 공정을 줄이고 접착품질을 높이고자 한 복합 클립 구조체 및 이를 이용한 반도체 패키지를 제공함에 목적이 있다.
본 발명은 일정각도로 구부러진 형태로 형성되어 반도체 패키지 내에서 구성 간의 전기적 연결을 담당하는 클립 구조체에 있어서, 상기 클립 구조체;는 일정두께의 전도성 재질로 이루어진 메인금속층과, 상기 메인금속층의 하부에는 메인금속층의 금속성분과 다른 종류의 금속으로이루어진 하부기능층;을 포함하며, 상기 하부기능층은 메인금속층에 부착되어 일체로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 메인금속층은 구리(Cu)를 주성분으로 한 단일금속 또는 금속혼합물인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부기능층은 주석(Sn)을 주성분으로 한 이루어진 단일금속 또는 금속혼합물인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부기능층은 구리(Cu), 납(Pb), 은(Ag), 니켈(Ni) 중에서 적어도 하나 이상을 더 포함하는 금속혼합물인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 주석의 성분함량은 적어도 80% 이상인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 메인금속층의 상부에는 메인금속층의 금속성분과 다른 종류의 물질로 이루어진 상부기능층이 더 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 상부기능층은 은(Ag), 알루미늄(Al), 규소(Si), 니켈(Ni), 알루미나(Al203), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 실리카(SIO2) 중에서 어느 하나의 물질 또는 하나 이상의 물질혼합물인 것을 특징으로 한다.
아울어 상기 과제의 해결을 위한 본 발명의 반도체 패키지는 패드와 다수의 리드단자로 구성되는 리드프레임과, 상기 패드에 실장되는 반도체 칩과, 상기 반도체 칩과 리드단자를 전기적으로 연결하는 클립 구조체와, 상기 반도체 칩의 주변을 몰딩에 의해 보호될 수 있도록 한 패키지 몸체;를 포함하되, 상기 클립 구조체;는 일정두께의 전도성 재질로 이루어진 메인금속층과, 상기 메인금속층의 하부에는 메인금속층의 금속성분과 다른 종류의 금속으로 이루어진 하부기능층;으로 구성되어 반도체 칩과 리드 단자에 하부기능층이 맞닿아 접착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 클립구조체의 메인금속층과 다른 재질의 하부기능층을 더 포함한 구성으로 이루어져, 반도체 패키지 내에서 클립 구조체와 다른 구성을 연결하는 과정에서 기존의 전도성 접착제를 일정량 주입하는 솔더링공정을 거치지 않고도 고온의 조건에서 하부기능층의 용융접착을 통해 자체적으로 접착될 수 있어서 반도체 패키지의 생산성을 높이는 효과가 있다.
또한 본 발명은 하부기능층을 일정한 두께로 메인금속층에 부착하여 하나의 클립 구조체로 구성함에 따라, 기존에 접착제의 주입량에 대해 정밀제어가 어려웠던 부분을 해결할 수 있고 일정한 접착강도로 접착부위 전체에 균일하게 작용하기 때문에 우수한 접착력을 갖게 되어 반도체 패키지의 제품 신뢰도를 높일 수 있다.
또한 본 발명의 메인금속층 상부에 다른 재질의 상부기능층을 더 포함하여 클립 구조체의 방열성능 향상 및 절연효과를 얻거나, 다른 와이어 또는 클립과의 접착공정이 용이하게 이루어질 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 복합 클립 구조체를 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 복합 클립 구조체의 또 다른 실시예를 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 복합 클립 구조체를 이용한 반도체 패키지의 제1실시예를 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 복합 클립 구조체를 이용한 반도체 패키지의 제2실시예를 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 복합 클립 구조체를 이용한 반도체 패키지의 제3실시예를 나타낸 도면
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 복합 클립 구조체 및 이를 이용한 반도체 패키지에 관한 것으로, 클립 구조체를 이종 메탈로 구성하여 솔더 공정을 거치지 않고도 간편하게 부착될 수 있도록 하고, 일정두께로 이루어지기 때문에 접착물질의 양 조절이 용이하고 접착강도를 좋게 하여 품질을 향상시키고자 한 기술이다.
본 발명의 클립 구조체(100)는 일정각도로 구부러진 형태로 형성되어 반도체 패키지 내에서 구성 간의 전기적 연결을 담당하는 것으로, 상기 클립 구조체(100)는 도 1에 도시한 바와 같이, 일정두께의 전도성 재질로 이루어진 메인금속층(110)과, 상기 메인금속층(110)의 하부에는 메인금속층(110)의 금속성분과 다른 종류의 금속으로 이루어진 하부기능층(120);을 포함하는 구성에 특징이 있는 기술이다.
본 발명은 하부기능층(120)을 더 포함함으로써, 반도체 패키지 내에서 클립 구조체(100)와 다른 구성을 연결하는 과정에서 기존의 전도성 접착제를 일정량 주입하는 솔더링공정을 거치지 않고도 고온의 조건에서 하부기능층(120)의 용융접착을 통해 자체적으로 접착하여 반도체 패키지의 생산성을 높이는 효과를 가지게 된다.
상기 메인금속층(110)은 전기적 연결을 전반적으로 담당하는 구성으로서, 재질은 구리(Cu)를 주성분으로 한 단일금속 또는 규소(Si)가 혼합된 금속혼합물로 이루어져 있다. 즉, 상기 메인금속층(110)은 구리가 주성분으로 되어 있기 때문에 자체적으로 접착될 수 없기 때문에 하부기능층(120)을 더 형성하는 것이다.
상기 하부기능층(120)은 주석(Sn)을 주성분으로 한 단일금속으로 이루어질 수 있으나, 바람직하게는 주석(Sn)을 주성분으로 하면서 다른 금속과 혼합된 금속혼합물로 이루어지는 것이 좋다. 이때 혼합되는 금속은 구리(Cu), 납(Pb), 은(Ag), 니켈(Ni) 중에서 적어도 하나 이상을 포함하게 되는데, 이와 같이 주석 외에 다른 금속을 혼합하는 이유는 접착안정성을 높이고 용융점을 변화시켜 반도체 패키지의 제조공정에 맞게 공정온도를 조절하기 위함이다. 여기서 하부기능층(120)의 주석(Sn)이 차지하는 성분함량은 적어도 80% 이상으로 구성되도록 하여 하부기능층(120) 본래의 기능수행이 원활하게 이루어질 수 있도록 한다.
또한 상기 하부기능층(120)의 두께는 약 10 내지 100μm(마이크로미터)로 구성되며 메인금속층(110)은 이보다 두꺼운 약 100 내지 500μm(마이크로미터)로 구성될 수 있다. 그리고 클립 구조체(100)의 제조는 상기 하부기능층(120)과 메인금속층(110)은 별도로 제작하여 압착하는 방식으로 일체화하거나 도금을 하는 방식으로 하나의 클립 구조체(100)로 만들 수 있다. 그러나 하부기능층(120)과 메인금속층(110)을 일체화하는 방법에는 이 외에도 다른 방식이 적용될 수 있으며 본 발명에서는 이를 한정하지 않도록 한다.
이와 같이 이루어진 본 발명은 열에 의한 접착기능을 갖는 하부기능층(120)을 일정한 두께로 메인금속층(110)에 부착하여 하나의 클립 구조체(100)로 구성함에 따라, 기존에 접착제의 주입량에 대해 정밀제어가 어려웠던 부분을 해결할 수 있고 일정한 접착강도로 접착부위 전체에 균일하게 작용하기 때문에 우수한 접착력을 갖게 되어 반도체 패키지의 제품 신뢰도를 높일 수 있는 것이다.
아울러 본 발명은 하부기능층(120) 뿐만 아니라 도 2에 도시한 바와 같이, 메인금속층(110)의 상부에 메인금속층(110)의 금속성분과 다른 종류의 물질로 이루어진 상부기능층(130)이 더 형성될 수 있다. 상기 상부기능층(130)은 금속재질로 한정된 하부기능층(120)과는 다르게 금속뿐만 아니라 비금속 재질의 물질로도 구성될 수 있다.
상기 상부기능층(130)의 재질은 은(Ag), 알루미늄(Al), 규소(Si), 니켈(Ni), 알루미나(Al203), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 실리카(SIO2) 중에서 어느 하나의 단일물질로 이루어지거나, 이들 중에서 하나 이상의 물질이 혼합된 혼합물로 구성될 수도 있다.
상기 상부기능층(130)은 상기 나열한 재질의 특성에 따라 선택적으로 구성되는 것으로서, 각각의 재질에 따른 기능적인 효과로는 크게 3가지로 분류할 수 있다.
첫째, 클립 구조체(100)의 상부에서 다른 전기적 연결을 위해 또 다른 금속 와이어 또는 클립이 사용될 경우 접착작업(예를 들어 그라운드 본딩작업)이 용이하게 이루어질 수 있다. 이는 기존의 클립 구조체의 상부에 그라운드 본딩작업시 접착부위에 반드시 은(Ag) 도금이 선행되어야 하는 번거로움을 해소할 수 있는 것이다.
둘째, 열전도가 높은 재질로 구성하여 클립 구조체(100)의 방열효과를 높여 패키지 내부의 열방출이 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.
셋째, 절연성 재질로 구성하여 상부에 위치한 다른 구성과의 전기적 쇼트(단락)를 방지함으로써 다른 종류의 반도체 칩이 적층될 수 있는 조건을 형성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 복합 클립 구조체를 이용한 반도체 패키지의 일 실시예를 나타낸 것으로, 패드(210)와 다수의 리드단자(220)로 구성되는 리드프레임(200)과, 상기 패드(210)에 실장되는 반도체 칩(300)과, 상기 반도체 칩(300)과 리드단자(220)를 전기적으로 연결하는 클립 구조체(100)와, 상기 반도체 칩(300)의 주변을 몰딩에 의해 보호될 수 있도록 한 패키지 몸체(400);를 포함하되, 상기 클립 구조체(100);는 일정두께의 전도성 재질로 이루어진 메인금속층(110)과, 상기 메인금속층(110)의 하부에는 메인금속층(110)의 금속성분과 다른 종류의 금속으로 이루어진 하부기능층(120);으로 구성되어 반도체 칩(300)과 리드 단자에 하부기능층(120)이 맞닿아 접착되는 것을 특징으로 한다.
상기 하부기능층(120)은 주석(Sn)을 주성분으로 한 단일금속 또는 금속혼합물로 이루어져, 열에 의한 용융접착에 의해 자체적으로 부착되는 구성이다. 즉, 상기 하부기능층(120)은 구리재질의 메인금속층(110)보다 낮은 용융점(Melting Point)으로 되어 있어서 클립 구조체(100) 접착시 하부기능층(120)의 용융점에 해당하는 공정온도 조건에서 접착이 이루어지는 것이다.
본 발명의 반도체 패키지는 클립 구조체(100)의 하부기능층(120)이 용융됨에 따라 자체적으로 접착되는 구성여서 솔더와 같은 전도성 접착제의 사용 없이도 반도체 패키지의 생산이 이루어질 수도 있지만, 도 4에 도시한 바와 같이 솔더와 같은 전도성 접착제(500)와 함께 사용되어 접착이 이루어질 경우 더욱 견고하게 접착될 수 있다.
아울러 도 5에 도시한 바와 같이 클립 구조체(100)의 메인금속층(110) 상부에는 메인금속층(110)의 금속성분과 다른 종류의 물질로 이루어진 상부기능층(130)이 더 형성될 수 있다.상기 상부기능층(130)은 은(Ag), 알루미늄(Al), 규소(Si), 니켈(Ni), 알루미나(Al203), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 실리카(SIO2) 중에서 어느 하나의 물질 또는 하나 이상의 물질혼합물로 구성될 수 있다. 상기 상부기능층(130)의 재질에 따라 방열 및 절연기능을 수행할 수도 있지만, 도 5에 도시한 바와 같이 클립 구조체(100)의 상부와 다른 리드단자(220)를 전기적으로 연결하는 와이어 또는 클립(600)을 더 포함할 경우 접착작업(예를 들어 그라운드 본딩작업)이 용이하게 이루어질 수 있다.
이상에서 본 발명은 상기 실시예를 참고하여 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.
100 : 클립 구조체 110 : 메인금속층
120 : 하부기능층 130 : 상부기능층
200 : 리드프레임 210 : 패드
220 : 리드단자 300 : 반도체 칩
400 : 패키지 몸체 500 : 전도성접착제
600 : 와이어 또는 클립

Claims (12)

  1. 일정각도로 구부러진 형태로 형성되어 반도체 패키지 내에서 구성 간의 전기적 연결을 담당하는 클립 구조체(100)에 있어서,
    상기 클립 구조체(100);는
    일정두께의 전도성 재질로 이루어진 메인금속층(110)과,
    상기 메인금속층(110)의 하부에는 메인금속층(110)의 금속성분과 다른 종류의 금속으로 이루어진 하부기능층(120);을 포함하며, 상기 하부기능층(120)은 메인금속층(110)에 부착되어 일체로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 클립 구조체
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 메인금속층(110)은 구리(Cu)를 주성분으로 한 단일금속 또는 금속혼합물인 것을 특징으로 하는 복합 클립 구조체
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 하부기능층(120)은 주석(Sn)을 주성분으로 한 이루어진 단일금속 또는 금속혼합물인 것을 특징으로 하는 복합 클립 구조체
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 하부기능층(120)은 구리(Cu), 납(Pb), 은(Ag), 니켈(Ni) 중에서 적어도 하나 이상을 더 포함하는 금속혼합물인 것을 특징으로 하는 복합 클립 구조체
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 주석의 성분함량은 적어도 80% 이상인 것을 특징으로 하는 복합 클립 구조체
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 메인금속층(110)의 상부에는 메인금속층(110)의 금속성분과 다른 종류의 물질로 이루어진 상부기능층(130)이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 클립 구조체
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 상부기능층(130)은 은(Ag), 알루미늄(Al), 규소(Si), 니켈(Ni), 알루미나(Al203), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 실리카(SIO2) 중에서 어느 하나의 물질 또는 하나 이상의 물질혼합물인 것을 특징으로 하는 복합 클립 구조체
  8. 패드(210)와 다수의 리드단자(220)로 구성되는 리드프레임(200)과,
    상기 패드(210)에 실장되는 반도체 칩(300)과,
    상기 반도체 칩(300)과 리드단자(220)를 전기적으로 연결하는 클립 구조체(100)와,
    상기 반도체 칩(300)의 주변을 몰딩에 의해 보호될 수 있도록 한 패키지 몸체(400);를 포함하되,
    상기 클립 구조체(100);는 일정두께의 전도성 재질로 이루어진 메인금속층(110)과, 상기 메인금속층(110)의 하부에는 메인금속층(110)의 금속성분과 다른 종류의 금속으로 이루어진 하부기능층(120);으로 구성되어 반도체 칩(300)과 리드 단자에 하부기능층(120)이 맞닿아 접착되는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 하부기능층(120)은 주석(Sn)을 주성분으로 한 단일금속 또는 금속혼합물로 이루어져, 열에 의한 용융접착에 의해 자체적으로 부착되는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 클립 구조체(100)의 메인금속층(110) 상부에는 메인금속층(110)의 금속성분과 다른 종류의 물질로 이루어진 상부기능층(130)이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 상부기능층(130)은 은(Ag), 알루미늄(Al), 규소(Si), 니켈(Ni), 알루미나(Al203), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 실리카(SIO2) 중에서 어느 하나의 물질 또는 하나 이상의 물질혼합물인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 클립 구조체(100)의 상부와 다른 리드단자(220)를 전기적으로 연결하는 와이어 또는 클립(600)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지
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