KR20200071401A - 반도체 패키지 부품 - Google Patents

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Abstract

본원발명은 반도체 패키지 부품 및 이를 포함한 반도체 패키지에 관한 것이다. 보다 상세하게는 RF 파워 트랜지스터용 반도체 패키지 부품 및 이를 포함한 반도체 패키지에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 다이 칩과 리드프레임을 와이어로 연결함으로써 베이스 기판의 돌출된 높이만큼 와이어의 길이가 줄어들어 RF 트랜지스터의 임피던스 매칭 조절이 가능한 RF 파워 트랜지스터용 반도체 패키지 부품 및 이를 포함한 반도체 패키지에 관한 것이다.

Description

RF 트랜지스터용 베이스 기판, 이를 포함한 반도체 패키지, 반도체 패키지 부품 및 이의 제조방법. {Base Substrate for RF Transistor, Semiconductor Package Including The Same, Semiconductor Package Parts, and Making Method Therefor}
본원발명은 반도체 패키지 부품 및 이를 포함한 반도체 패키지에 관한 것이다. 보다 상세하게는 RF 파워 트랜지스터용 반도체 패키지 부품 및 이를 포함한 반도체 패키지에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 다이 칩과 리드프레임을 와이어로 연결함으로써 베이스 기판의 돌출된 높이만큼 와이어의 길이가 줄어들어 RF 트랜지스터의 임피던스 매칭 조절이 가능한 RF 파워 트랜지스터용 반도체 패키지 부품 및 이를 포함한 반도체 패키지에 관한 것이다.
이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
반도체 패키지화된 RF 전력 디바이스는 통상적으로 베이스 상에 장착되고 반도체 패키지 내에 실장된 다이 칩을 포함하고 있다. RF 입력 신호는 패키지 외부로부터 패키지 내부로 연장하는 RF 입력 리드를 통해 트랜지스터에 제공되고, RF 출력 신호는 패키지 내부로부터 외부로 연장하는 RF 출력 리드를 통해 디바이스로부터 전달된다.
관련기술 1에서는 입력 리드와 출력 리드에 통하는 전기적 신호를 트랜지스터의 기생 커패시턴스를 보정하는 방법으로 작동 대역폭, 전력 효율 등을 제어하는 전자 RF 장치 및 그의 제조방법이 개시되어 있다.
관련기술 2에서는 패키지화된 RF 트랜지스터 디바이스는 RF 트랜지스터 셀에 커플링 된 RF 입력 리드, RF 출력 리드 및 커플링된 출력 매칭 네트워크를 포함한다. 커패시터의 상부 커패시터 플레이트는 RF 트랜지스터 셀의 출력 단자에 커플링 되어 트랜지스터의 기본 동작 주파수에서 트랜지스터의 입력에 임피던스 매칭을 제공한다.
그러나, 종래 RF 파워형 트랜지스터용 RF 패키지의 경우, 금속 베이스가 평판으로 형성되어 트랜지스터에서 와이어 본딩시 임피던스 매칭에 한계가 있어 RF 대역폭을 확장시키기 위한 개발이 요구되고 있다.
관련기술 1: 국제공개특허공보 WO2006/097893 관련기술 2: 한국공개특허공보 KR 2015-0039759
본원발명은 상기의 과제를 해결하고자 감안된 것으로서, 베이스 기판 상에 세라믹층과 리드프레임을 각각 적층하고, 베이스 기판 상에 다이 칩을 실장하며, 베이스 기판은 돌출부가 형성되고, 돌출부 상에 다이 칩이 실장되어, 다이 칩과 리드프레임을 와이어로 연결함으로써 돌출된 높이만큼 와이어의 길이가 줄어들어 RF 트랜지스터의 임피던스 매칭 조절이 가능한 RF 트랜지스터용 베이스 기판, 반도체 패키지 부품 및 이의 제조방법, 반도체 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원발명은 베이스 기판; 상기 베이스 기판의 상부에 형성되는 세라믹층; 상기 세라믹층의 상부에 형성된 리드 프레임; 및 상기 베이스 기판의 상부에 실장된 다이 칩(die chip); 을 구비하는 반도체 패키지 부품으로서, 상기 베이스 기판은 돌출부가 형성되고, 상기 돌출부 상에 상기 다이 칩이 실장되어 상기 다이 칩과 상기 리드프레임을 와이어로 연결하는 반도체 패키지 부품을 제공한다.
본원발명은 베이스 기판의 상부에 형성되는 세라믹층을 형성하는 제1 단계; 상기 세라믹층의 상부에 형성된 리드 프레임을 형성하는 제2 단계; 및 상기 베이스 기판의 상부에 다이 칩(die chip)을 실장하는 제3 단계; 을 구비하는 반도체 패키지 부품의 제조방법으로서, 상기 베이스 기판은 돌출부가 형성되고, 상기 돌출부 상에 상기 다이 칩이 실장되어 상기 다이 칩과 상기 리드프레임을 와이어로 연결하는 반도체 패키지 부품의 제조방법을 제공한다.
또한, 본원발명의 일 예로, 상기 베이스 기판은 금속 기판인 반도체 패키지 부품 및 그 제조방법을 제공한다.
또한, 본원발명의 일 예로, 상기 베이스 기판은 다층 구조로 형성된 반도체 패키지 부품 및 그 제조방법을 제공한다.
또한, 본원발명의 일 예로, 상기 다층 구조로 형성된 베이스 기판은 제1 구리층; 상기 제1 구리층 상부에 형성된 구리-몰리브덴 합금층, 상기 구리-몰리브덴 합금층 상에 형성된 제2 구리층을 구비하는 반도체 패키지 부품 및 그 제조방법을 제공한다.
또한, 본원발명의 일 예로, 상기 돌출부는 상기 베이스 기판과 일체형인 반도체 패키지 부품 및 그 제조방법을 제공한다.
또한, 본원발명의 일 예로, 상기 세라믹층의 높이는 0.4mm 내지 0.7mm인 반도체 패키지 부품 및 그 제조방법을 제공한다.
또한, 본원발명의 일 예로, 상기 돌출부의 높이는 0.2mm 내지 0.6mm인 반도체 패키지 부품 및 그 제조방법을 제공한다.
또한, 본원발명의 일 예로, 상기 돌출부의 높이는 상기 세라믹층의 높이보다 낮은 반도체 패키지 부품 및 그 제조방법을 제공한다.
또한, 본원발명의 일 예로, 상기 세라믹층의 높이를 r이라고 하고, 상기 돌출부의 높이를 k라 할 때, r 및 k의 비율은 1:0.5 내지 1:0.8인 반도체 패키지 부품 및 그 제조방법을 제공한다.
또한, 본원발명의 일 예로, 상기 세라믹층은 상기 돌출부의 외주를 둘러싸는 형태로 형성된 반도체 패키지 부품 및 그 제조방법을 제공한다.
또한, 본원발명의 일 예로, 상기 돌출부의 넓이는 상기 다이 칩의 면적보다 넓은 반도체 패키지 부품 및 그 제조방법을 제공한다.
또한, 본원발명의 일 예로, 상기 돌출부는 상기 세라믹층과 접촉하지 않는 반도체 패키지 부품 및 그 제조방법을 제공한다.
또한, 본원발명의 일 예로, 반도체 패키지 부품을 보호하는 세라믹 커버를 포함하는 반도체 패키지를 제공한다.
또한, 본원발명의 일 예로, 상기 반도체 패키지는 RF 트랜지스터용인 반도체 패키지 제공한다.
또한, 본원발명의 일 예로, 금속으로 이루어진 RF 트랜지스터용 베이스 기판으로서, 상부면에 돌출부를 구비하는 베이스 기판 제공한다.
또한, 본원발명의 일 예로, 상기 베이스 기판은 제1 구리층; 상기 제1 구리층 상부에 형성된 구리-몰리브덴 합금층, 상기 구리-몰리브덴 합금층 상에 형성된 제2 구리층의 적층 구조를 갖는 베이스 기판 제공한다.
본원발명에 의하면, 반도체 패키지 부품에서 다이 칩과 리드프레임을 와이어로 연결할 때, 베이스 기판의 돌출된 높이만큼 와이어의 길이가 줄어들어 RF 트랜지스터의 임피던스 매칭 조절이 가능하고, RF 트랜지스터의 열전전도, 열팽창계수, 신뢰성 등이 우수한 효과가 있다.
도 1은 본원발명의 반도체 패키지 부품을 나타낸다.
도 2는 본원발명의 베이스 기판을 나타내고 있다.
도 3은 반도체 패키지 부품의 단면도를 나타낸다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.
도 1은 본원발명의 반도체 패키지 부품을 나타낸다. 도 1에 나타난 바와 같이, 본원발명의 반도체 패키지 부품(100)은 베이스 기판(10); 베이스 기판(10)의 상부에 형성되는 세라믹층(20); 세라믹층(20)의 상부에 형성된 리드 프레임(30);을 구비할 수 있다. 또한, 본원발명의 반도체 패키지 부품(100)에서, 베이스 기판(10)은 그 상부에 돌출부(40)가 형성될 수 있다.
도 2는 본원발명의 베이스 기판의 일예를 나타내고 있다. 베이스 기판(10)은 금속 기판을 사용할 수 있다. 금속 기판은 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 주석(Sn), 몰리브덴(Mo) 중 어느 하나를 주조하여 기판을 제조할 수 있고, 이들의 합금 또는 다른 금속을 혼합하여 사용할 수도 있다. 예를 들어, TiCu, NiTi, TiCu, NiNb, CuMo, TiAg 등과 같은 합금을 사용할 수 있다.
도 2(a)에 나타난 바와 같이, 베이스 기판(10)은 단층 구조(10A)를 사용할 수 있고, 또한 다층 구조로 형성된 것을 사용할 수 있다. 다층 구조인 경우, 2층 또는 3층 이상을 사용할 수 있고, 도 2(b)에 나타난 바와 같이, 3층 구조(11,12,13)를 사용할 수 있다.
다층 구조로 형성된 베이스 기판(10)은 제1 구리층, 상기 제1 구리층 상부에 형성된 구리-몰리브덴 합금층, 상기 구리-몰리브덴 합금층 상에 형성된 제2 구리층을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 적층함으로써, 베이스 기판(10)의 열팽창 계수가 작아지고, 열전도율이 향상되는 효과가 있다.
본원발명의 세라믹층(20)은 ZTA(Zirconia Toughened Alumina), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(SiN, Si3N4) 중 어느 하나의 세라믹 재질을 사용할 수 있다. 세라믹층(20)은 ZTA, 질화알루미늄, 산화알루미늄, 질화규소 중 어느 하나 이상을 포함하는 합성 세라믹 재질을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 세라믹층(20)은 ZTA가 대략 9% ~ 15% 정도의 조성비를 갖고, 질화알루미늄, 산화알루미늄, 질화규소 중 적어도 하나가 나머지 조성비(대략 85% ~ 91%)를 사용할 수도 있다.
세라믹층(20)은 조성비에 따라 대략 0.4 mm 내지 0.7 mm 정도의 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 이때, 세라믹층(20)은 베이스 기판(10)과의 접합력을 강화시키기 위해 표면에 화학약품 또는 물리적 연마를 통해 미세 돌기부가 형성될 수도 있다.
세라믹층(20)은 돌출부(40)의 외주를 둘러싸는 형태로 형성될 수 있다. 반도체 패키지 부품의 설계에 따라 원형, 타원형, 사각형, 오각형 등의 다각형의 형태로 형성될 수 있다.
본원발명의 돌출부(40)는 베이스 기판(10)의 중심부에 위치할 수 있다. 돌출부(40)를 베이스 기판(10)의 상부에 용접 등으로 접합하여 사용할 수 있다. 또는 돌출부(40)를 베이스 기판(10)과 일체형으로 가공 할 수도 있다. 돌출부(40)와 베이스 기판(10)이 일체형인 경우, 돌출부(40)를 베이스 기판(10)과 접합하는 공정이 생략되어 공정 효율이 좋아지고, 용접 등에 의한 오차의 발생도 줄일 수 있는 장점이 있다.
돌출부(40)와 베이스 기판(10)을 일체형으로 제조하기 위해서, 오목부를 구비한 몰드에 용해된 금속을 부어서 베이스 기판(10)의 돌출부(40)를 형성해도 되고, 평면형의 베이스 기판(10)에서 돌출부(40) 영역을 제외한 나머지 부분을 제거하여 돌출부(40)를 형성해도 된다. 다층 구조로 형성된 베이스 기판(10)인 경우, 최상층을 제거하여 돌출부(40)를 형성하는 것이 가공상 좋다.
도 2(a) 및 도 2(b)에 나타난 바와 같이, 돌출부(40)는 직사면체의 형상을 가질 수 있다. 또는 원통형의 형상을 가질 수 있고, 반도체 설계에 의하여 적절히 사용될 수 있다.
도 3(a)는 베이스 기판이 단층 구조의 반도체 패키지 부품의 단면도를 나타내며, 도 3(b)는 베이스 기판이 다층 구조의 반도체 패키지 부품의 단면도를 나타낸다.
도 3(a) 및 도 3(b)에서는 돌출부(40)의 넓이는 다이 칩(50)의 면적보다 동일하게 도시되어 있으나, 돌출부(40)의 넓이는 다이 칩(50)의 면적보다 넓어도 된다. 다이 칩(50)이 돌출부(40)에 안정적으로 부착되고 얼라인 오차를 줄일 수 있다는 측면에서 돌출부(40)의 넓이는 다이 칩(50)의 면적보다 넓은 것이 더욱 바람직하다. 그러나, 돌출부(40)가 세라믹층(20)과 접촉하게 되는 경우 쇼트가 발생하기 쉽기 때문에 돌출부(40)는 세라믹층(20)과 접촉하지 않는 것이 바람직하다.
돌출부(40)의 높이는 세라믹층(20)과의 높이차를 감안하여 0.2mm 내지 0.6mm 정도의 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 이때, 돌출부(40)의 높이는 세라믹층(20)의 높이보다 낮게 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 세라믹층(20)의 높이를 r이라고 하고, 돌출부(40)의 높이를 k라 할 때, r 및 k의 비율은 1:0.5 ~ 1:0.8를 사용할 수 있다. r 및 k의 비율은 1:0.6 ~ 1:0.7를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. r 및 k의 비율이 0.5 미만인 경우 트랜지스터의 와이어 본딩 시 임피던스 매칭의 효과가 적고, r 및 k의 비율이 0.8을 초과하는 경우 와이어 쇼트가 발생할 가능성이 높아질 수 있다.
와이어(60)은 다이 칩(50)과 리드 프레임(30)을 전기적으로 연결하며, 백금, 금, 은, 구리 등에서 선택된 어느 1종 또는 2종 이상의 합금으로 사용할 수 있다.
도 3(a) 및 도 3(b)에서는, 하나의 와이어(60)가 다이 칩(50)과 리드 프레임(30)을 연결하는 것으로 도시되어 있으나, RF 입력 신호는 반도체 패키지 부품의 외부로부터 반도체 패키지 부품 내부로 연장하는 RF 입력 리드 프레임을 통해 트랜지스터에 제공될 수 있고, RF 출력 신호는 반도체 패키지 부품 내부로부터 외부로 연장하는 RF 출력 리드 프레임을 통해 디바이스로부터 전달될 수 있다.
본원발명의 반도체 패키지는 반도체 패키지 부품(100)을 보호하는 세라믹 커버(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 본원발명의 반도체 패키지는 RF 트랜지스터용으로 사용될 수 있다. RF 전력 트랜지스터는 예를 들면 MOSFET(metal-oxide semiconductor field-effect transistor), LDMOST(lateral diffused metal-oxide semiconductor transistor), BJT(bipolar junction transistor), JFET(junction field-effect transistor) 또는 HBT(heterojunction bipolar transistor) 등과 같은 임의의 종류의 트랜지스터일 수 있다. RF 전력 트랜지스터를 사용하여 전자 RF 장치에서 RF 전력을 생성할 수 있다.
100 반도체 패키지 부품
10 베이스 기판
20 돌출부
30 리드 프레임
40 돌출부
50 다이 칩
60 와이어

Claims (17)

  1. 베이스 기판;
    상기 베이스 기판의 상부에 형성되는 세라믹층;
    상기 세라믹층의 상부에 형성된 리드 프레임;
    상기 베이스 기판의 상부에 실장된 다이 칩(die chip);
    을 구비하는 반도체 패키지 부품으로서,
    상기 베이스 기판은 돌출부가 형성되고, 상기 돌출부 상에 상기 다이 칩이 실장되어 상기 다이 칩과 상기 리드프레임을 와이어로 연결하는 반도체 패키지 부품.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 베이스 기판은 금속 기판인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 부품.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 베이스 기판은 다층 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 부품.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 다층 구조로 형성된 베이스 기판은 제1 구리층; 상기 제1 구리층 상부에 형성된 구리-몰리브덴 합금층, 상기 구리-몰리브덴 합금층 상에 형성된 제2 구리층을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 부품.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 베이스 기판과 일체형인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 부품.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 세라믹층의 높이는 0.4mm 내지 0.7mm인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 부품.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 돌출부의 높이는 0.2mm 내지 0.6mm인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 부품.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 돌출부의 높이는 상기 세라믹층의 높이보다 낮은 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 부품.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 세라믹층의 높이를 r이라고 하고, 상기 돌출부의 높이를 k라 할 때, r 및 k의 비율은 1:0.5 내지 1:0.8인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 부품.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 세라믹층은 상기 돌출부의 외주를 둘러싸는 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 부품.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 돌출부의 넓이는 상기 다이 칩의 면적보다 넓은 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 부품.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 세라믹층과 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 부품.
  13. 청구항 1 내지 12의 어느 한 항에 기재된 반도체 패키지 부품을 보호하는 세라믹 커버를 포함하는 반도체 패키지.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 반도체 패키지는 RF 트랜지스터용인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  15. 금속으로 이루어진 RF 트랜지스터용 베이스 기판으로서,
    상부면에 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 RF 트랜지스터용 베이스 기판.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 베이스 기판은 제1 구리층; 상기 제1 구리층 상부에 형성된 구리-몰리브덴 합금층, 상기 구리-몰리브덴 합금층 상에 형성된 제2 구리층의 적층 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 RF 트랜지스터용 베이스 기판.
  17. 베이스 기판의 상부에 형성되는 세라믹층을 형성하는 제1 단계;
    상기 세라믹층의 상부에 형성된 리드 프레임을 형성하는 제2 단계; 및
    상기 베이스 기판의 상부에 다이 칩(die chip)을 실장하는 제3 단계;
    을 구비하는 반도체 패키지 부품의 제조방법으로서,
    상기 베이스 기판은 돌출부가 형성되고, 상기 돌출부 상에 상기 다이 칩이 실장되어 상기 다이 칩과 상기 리드프레임을 와이어로 연결하는 반도체 패키지 부품의 제조방법.
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