WO2016140383A1 - 리드프레임 및 이를 포함하는 반도체 패키지 - Google Patents

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semiconductor package
opening
heat dissipation
semiconductor
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(주)버금기술
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Definitions

  • the present invention relates to a lead frame and a semiconductor package including the same.
  • a lead package for a semiconductor package and a semiconductor including the same may have excellent heat dissipation characteristics, thereby preventing deterioration of a semiconductor device and improving characteristics to improve reliability and efficiency. It's about packages.
  • the lead frame is a metal substrate for supporting a semiconductor chip.
  • Leadframes are widely used in the packaging of semiconductor devices in the electronic component industry. Recently, a semiconductor package in which a semiconductor device (for example, an LED chip) is mounted on a lead frame and an encapsulant is injected is used in various fields.
  • the lead frame may be applied to various applications according to shape and size.
  • LED has been used for a long time due to its long life and eco-friendliness. Especially in the lighting field, the usage of LED is gradually increasing due to the falling price of LED and regulatory policies of incandescent and fluorescent lamps.
  • the LED itself generates a large amount of heat, there is a problem that the LED package may cause problems such as product defects, product quality, and shortened product life due to thermal degradation.
  • heat dissipation design is very important in semiconductor package, especially LED package design.
  • An important point in heat dissipation design is how effectively the thermal energy is transferred by the temperature difference so that the heat can be released to the outside.
  • heat dissipation of a product is regarded as a package of semiconductor elements and a lead frame, a metal or ceramic PCB having high thermal conductivity, and then a metal heat sink or heat dissipation device is attached to the back of the PCB. It has been designed to be. Heat generated from the package may be released into the atmosphere through the PCB and the heat dissipation means.
  • the conventional leadframe package could not be used by itself as a structure containing semiconductor chips according to size and shape, and could be used only through additional circuit design and heat dissipation design such as a heat sink. That is, most LED packages emit heat of the LED elements into the atmosphere through separate heat dissipation means such as heat sinks.
  • LED products having a separate heat dissipation means such as a heat sink have a large volume of the product due to the volume and shape of the separate heat dissipation means itself, and the shape, shape, and use of the product have been limited.
  • Korean Patent No. 1340029 discloses a lead frame technology for a semiconductor package that can provide excellent semiconductor chip performance without using a separate heat dissipation means.
  • the patent differs from the conventional semiconductor package in that the lead frame itself is used as a heat dissipation means, but the lead frame is still not satisfactory in heat dissipation characteristics.
  • the present invention is to solve the shortcomings of the conventional lead frame, reliability and efficiency can be ensured even if used for a long time, as well as having excellent heat dissipation characteristics by itself without a separate heat dissipation means, production cost is low and durable
  • An object of the present invention is to provide an improved lead frame for a semiconductor package and a semiconductor package including the same.
  • One embodiment of the present invention includes at least one anode 10 and at least one cathode 20 disposed spaced apart;
  • Terminal portions 90 and 91 disposed at ends of the positive electrode 10 and the negative electrode 20, respectively.
  • At least one chip attachment portion 50 having a larger surface area than the semiconductor chip 55 to be attached;
  • At least one lower second opening 80 exposing the positive electrode 10 or the negative electrode 20 to the outside at a lower portion thereof corresponding to the upper opening 70 and not being sealed by the molding part 30.
  • It provides a lead frame for a semiconductor package comprising a.
  • Another embodiment of the present invention provides a semiconductor package including a semiconductor chip and a lead frame electrically connected to the semiconductor chip, and another embodiment of the present invention provides a lighting device including the semiconductor package.
  • a lead frame for a highly reliable semiconductor package and a semiconductor package including the same which can prevent deterioration of a semiconductor device and ensure reliability and efficiency even for long time use.
  • a lead frame for a highly reliable semiconductor package having excellent heat dissipation characteristics in itself without a separate heat dissipation means and a semiconductor package including the same can be provided.
  • FIG. 1 is a perspective view of a lead frame according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of a leadframe according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a bottom view of a leadframe according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a side view and an enlarged side view of a lead frame according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 5 shows a state in which the electrodes are arranged in series according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 shows a state in which the electrodes are arranged in parallel in accordance with an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 shows the heat radiation characteristics of the lead frame of the prior art and the present invention.
  • FIG. 1 to 3 illustrate a leadframe according to an embodiment of the present invention.
  • the leadframe according to an embodiment of the present invention is one or more anodes 10 and one or more cathodes 20 (not shown in Figures 1 to 3) are spaced apart ;
  • Terminal portions 90 and 91 are disposed at the ends of each of the positive electrode 10 and the negative electrode 20.
  • a chip attaching part 50 may be formed on an upper portion of the lead frame, that is, the front part, so that a semiconductor chip may be attached.
  • the heat dissipation hole 40 for heat dissipation is formed on the lead frame.
  • Separate fastening holes 95 and 96 are formed in the electrodes at both ends of the lead frame so that the lead frames can be connected to each other. It is preferable that electrode separation holes 45, 46, and 47 are formed on the lead frame to electrically separate the anode 10 and the cathode 20.
  • FIG. 3 is a bottom view of a leadframe according to an embodiment of the present invention.
  • a lower first opening 60 is formed at a position corresponding to the chip attaching part 50 at an upper portion of the lead frame, that is, the rear portion of the lead frame according to the exemplary embodiment of the present invention.
  • the lower first opening 60 is an area for exposing the anode 10 to the outside without being sealed by the molding part 30.
  • the heat dissipation opening 60 is for dissipating heat generated from the semiconductor chip, and is preferably formed in a larger area than the chip attaching part 50 so as to include all regions corresponding to the chip attaching part 50. Do.
  • a lower portion of the lead frame includes a heat dissipation hole 40 formed through the molding part 30 and the electrodes 10 and 20 from an upper portion thereof.
  • a lower second opening 80 is formed in the lower portion of the lead frame to expose the electrodes 10 and 20 without being molded around the heat dissipation hole 40.
  • the lower first opening 60 and the lower second opening 80 together with the heat dissipation hole 60 allow heat generated from the semiconductor chip 55 to be more easily dissipated.
  • electrode separation holes 45 and 48 are formed in the lower part of the lead frame to penetrate from the upper part as shown in FIG. 3 to electrically separate the positive electrode 10 and the negative electrode 20. Do.
  • At least one of the anode 10 and the cathode 20 may be used.
  • Various conductive metals may be used as the anode 10 and the cathode 20, and the kind thereof is not particularly limited.
  • copper, aluminum, or the like may be used.
  • Other graphenes, ceramics and the like can also be used. They may also be used in combination.
  • the anode 10 and the cathode 20 are made of a single layer in a flat plate shape.
  • the positive electrode 10 and the negative electrode 20 may be fastened by various methods known in the art.
  • the positive electrode 10 and the negative electrode 20 have a fastening method such as a screw fastening method and a male-female fastening method, but there is no limitation. No extra screws are required, making the operation much simpler and reducing manufacturing costs.
  • the molding part 30 is an injection molding material that seals the positive electrode 10 and the negative electrode 20. That is, the positive electrode 10 and the negative electrode 20 have a structure inserted into the molding part 30.
  • Terminals 90 and 91 for applying power are exposed to the electrodes at both ends of the lead frame without being molded.
  • the lead frame may be in electrical communication with the outside through the terminal portion (90, 91).
  • the terminal portions 90 and 91 at both ends of the lead frame have a male and female structure so that the lead frames can be connected to each other by a male and female fastening method.
  • the terminal portions 90 and 91 are provided with fastening holes 95 and 96, respectively. Since the fastening holes 95 and 96 can discharge heat accumulated in the terminal portions 90 and 91 to the outside, this hole is also a kind of heat dissipation hole.
  • the heat dissipation hole 40 penetrates the upper and lower portions of the lead frame according to an embodiment of the present invention, that is, at least one of the positive electrode 10 and the negative electrode 20; It is formed through the molding part 30.
  • the lead frame according to an embodiment of the present invention includes one or more heat dissipation holes 40. Through the heat dissipation hole 40, the heat of the lead frame may be discharged to the outside. In particular, since the heat dissipation hole 40 is formed through the upper and lower portions, heat can be released to both the upper and lower portions, thereby increasing the heat dissipation effect.
  • At least one of the heat dissipation holes 40 is formed through the upper opening 71 and the lower second opening 80 (see FIG. 4). Since the heat dissipation hole 40 is formed through the openings 71 and 80, air flow may be formed, and heat may be emitted in both directions, thereby improving the effect of temperature improvement. To this end, the heat dissipation hole 40 is preferably formed in the center of the upper opening (71).
  • the electrode separation hole 45 that electrically separates the positive electrode and the negative electrode may include at least one of the positive electrode 10 and the negative electrode 20 at a portion where the positive electrode 10 and the negative electrode 20 are adjacent to each other. It is formed through the molding unit 30 at the same time.
  • the electrode separation hole 45 may adjust its size and number according to the desired purpose, such as a series arrangement and a parallel arrangement. For example, by providing two or more electrode separation holes in one package, it is possible to facilitate the series and parallel arrangement of the electrodes without changing the lead frame.
  • the diameter of the electrode separation hole 45 is not limited, but is preferably 5 mm or less. 1 shows a lead frame having three electrode separation holes as shown in FIG. 1 as a lead frame according to an embodiment of the present invention (shown as 45, 46, and 47, respectively), but optionally one electrode separation hole. Or it may be provided so that two may be provided.
  • the chip attachment part 50 is connected to the semiconductor chip and serves to allow electricity to pass through.
  • the leadframe according to the embodiment of the present invention has at least one chip attachment portion 50 having a larger surface area than the semiconductor chip 55 to be attached.
  • the surface area of the chip attaching part 50 may be adjusted according to the heat dissipation characteristics of the semiconductor chip 55 to be attached.
  • the surface area of the chip attachment portion is preferably 2.5 times or more larger than the surface area of the semiconductor chip 550 to be attached.
  • the chip attaching part 50 corresponds to a heat generating part as a portion to which a heat generating semiconductor chip or an LED chip is attached.
  • a direct heat dissipation means for example, by increasing the surface area of the metal electrode part so that the thermal conductivity is high and free electrons can be moved, that is, by increasing the mounting area of the semiconductor chip 55.
  • the heat resistance can be increased to increase the heat dissipation effect.
  • thermal resistance is proportional to thermal conductivity and area.
  • the present invention since the chip attaching portion 55 corresponds to the heat generating portion and the heat dissipating portion, the heat can quickly escape to the outside. That is, the present invention is characterized in that the heat resistor itself is removed by integrating the heat generating portion and the heat dissipating portion.
  • the number of semiconductor chips 55 to be attached is not particularly limited, and this is determined in consideration of light quantity and heat radiation effect.
  • the number of semiconductor chips can be properly adjusted to use the leadframe mass production equipment used in the existing package technology.
  • the lead frame according to an embodiment of the present invention is not sealed by the molding part 30, and the anode 10 or the cathode 20 is moved outward.
  • the heat dissipation effect may be improved by directly contacting the electrode through the upper openings 70 and 71.
  • the lead frame according to an embodiment of the present invention has an upper opening (70, 71) in addition to the lower opening in that heat can be released in both directions The effect has been dramatically improved.
  • heat generated from the semiconductor chip or LED device is transferred to the anode or cathode, the heat may be emitted not only in the downward direction but also in the upward direction, thereby maximizing the heat dissipation effect.
  • a heat dissipation hole 40 may be formed in one of the upper openings 71. This can further increase the heat dissipation effect. Since the heat dissipation hole 40 is formed through the opening 71, an air flow may be formed and heat may be emitted in both directions, thereby improving the effect of temperature improvement.
  • the lead frame according to the exemplary embodiment of the present invention is not sealed by the molding part 30 at a position corresponding to the chip attaching part 50 at a lower portion thereof, and the anode 10 is not sealed. It has one or more lower first openings 60 to expose the outside.
  • the chip attaching portion 50 corresponds to a heat generating portion that generates heat.
  • the lower first opening 60 is provided at a position corresponding to the chip attaching part 50. 1 may be discharged to the lower portion of the lead frame through the opening (60). Therefore, the lower first opening 60 also serves to increase the heat dissipation effect.
  • the lead frame according to the exemplary embodiment of the present invention is not sealed by the molding part 30 at a position corresponding to the upper openings 70 and 71 at the bottom thereof, and the anode ( 10) and one or more lower second openings 80 exposing the cathode 20 to the outside.
  • the lower second opening 80 also serves to enhance the heat dissipation effect by exposing the anode 10 and the cathode 20 to the outside. Since the lower second openings 80 are disposed at positions corresponding to the two upper openings 70 and 71, the lower second openings 80 may have a larger area than the upper openings 70 and 71, respectively.
  • the area of the lower first opening 60 and the lower second opening 80 is preferably 2.5 times or more of the device.
  • the upper openings 70 and 71 and the lower openings 60 and 80 preferably have an area sufficient to dissipate heat generated when power is applied, and thus can act as a heat sink. Do. In this case, a separate heat dissipation means such as a heat sink is not required in the lead frame of the present invention.
  • the lead frame according to an embodiment of the present invention is modularized into one so that a plurality of semiconductor chips can be attached by connecting several electrodes to each other. Conventionally, it is difficult to implement both the series arrangement and the parallel arrangement of electrodes in one module. However, in the lead frame according to the exemplary embodiment of the present invention, both a series arrangement and a parallel arrangement of electrodes can be implemented as one module.
  • 5 is a view showing electrodes arranged in series in a leadframe according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a view showing electrodes arranged in parallel in a leadframe according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention by adding the electrode separation hole and specializing the internal pattern, it is possible to use the position of the electrode separation hole in series separation and parallel separation.
  • the electrode separation hole 47 is formed by cutting a portion where the anode 10 and the cathode 20 are connected, and thereafter, two electrode separation holes 45 and 46 for one electrode.
  • the positive electrode and the negative electrode may be sequentially connected to form a series circuit.
  • the anode and the cathode may be connected in parallel to each other to form a parallel circuit.
  • a series circuit and a parallel circuit can be easily formed by adjusting the position and number of electrode separation holes.
  • the present invention also provides an LED package or a semiconductor package including the lead frame.
  • Figure 7 shows the heat radiation characteristics of the conventional lead frame and the lead frame of the present invention.
  • the semiconductor device (chip) and the lead frame are regarded as one package, and a PCB having a high thermal conductivity metal or ceramic material is designed and then behind the PCB, a heat sink of metal material ( heat sink) is attached.
  • a heat sink of metal material heat sink
  • the heat moves in the order of semiconductor chip-> leadframe-> solder-> PCB solder pad-> PCB-> TIM (Thermal Interface Material)-> heat sink Emitted to the outside.
  • TIM here refers to a material for reducing contact resistance and improving thermal conduction, such as thermally conductive grease.
  • heat generated from the package may be released into the atmosphere through the PCB and the heat sink.
  • the lead frame according to the exemplary embodiment of the present invention shown on the right side of FIG. 7 is provided with a heat dissipation hole, and openings are provided at upper and lower portions of the lead frame, thereby directly dissipating heat to the outside.
  • the heat was generated from the leadframe package by applying power from outside, the heat was released to the outside in the order of semiconductor chip-> leadframe. Specifically, heat is discharged through the upper opening and the heat dissipation hole to the upper part of the lead frame, and heat is discharged through the first lower opening and the second lower opening and the heat dissipation hole to the lower part.
  • the lead frame of the present invention can be easily discharged heat without the PCB and heat sink, and is particularly effective in that heat can be discharged to both the top and bottom.
  • the lead frame according to the embodiment of the present invention increases the mounting area of the chip attaching part 30, which is a part where heat is generated most particularly, to increase heat dissipation efficiency. Therefore, the lead frame according to the embodiment of the present invention has high heat conductivity and low heat resistance, and has excellent heat dissipation characteristics.
  • the lead frame according to an embodiment of the present invention does not need to have a heat dissipation means or a heat sink separately because the lead frame itself serves as a heat dissipation means. As a result, it is possible to reduce costs and simplify the manufacturing process in leadframe manufacturing. In addition, since a separate heat dissipation design, such as a heat sink, is not required, deterioration of the semiconductor device can be prevented, so that reliability and efficiency can be ensured even in a long time use.
  • the lead frame according to an embodiment of the present invention does not require a separate heat dissipation means and a PCB, there is no restriction in the form of the product, and thus various types of products can be made.
  • the lead frame according to the present invention has excellent heat dissipation characteristics when used in semiconductor devices, and can effectively control heat dissipation characteristics, thereby improving product performance and quality.
  • the PCB and the additional heat dissipation design is not necessary, the LED package or semiconductor package product including the lead frame of the present invention can exhibit excellent characteristics without high production cost.

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Abstract

본 발명은 양극(10), 음극(20), 몰딩부(30), 단자부(90, 91)를 포함하는 반도체 패키지용 리드프레임으로서, 그 상부에, 하나 이상의 방열 홀(40), 부착될 반도체 칩(55) 보다 넓은 표면적을 갖는 하나 이상의 칩 부착부(50), 하나 이상의 상부 개구부(70, 71)를 포함하고, 그 하부에, 하나 이상의 방열 홀(40), 하나 이상의 하부 제1 개구부(60), 하나 이상의 하부 제2 개구부(80)를 포함하는 반도체 패키지용 리드프레임, 이를 포함하는 반도체 패키지 및 상기 반도체 패키지를 포함하는 조명 장치를 제공한다.

Description

리드프레임 및 이를 포함하는 반도체 패키지
본 발명은 리드프레임 및 이를 포함하는 반도체 패키지에 관한 것으로서, 특히 방열 특성이 우수하여 반도체 소자의 열화를 방지하고 특성을 향상시켜 신뢰성과 효율을 향상시킬 수 있는 반도체 패키지용 리드프레임 및 이를 포함하는 반도체 패키지에 관한 것이다.
리드프레임은 반도체 칩을 지지하는 금속 기판이다. 리드프레임은 전자부품 업종에서 반도체 소자의 패키징에 널리 사용된다. 최근 들어 리드프레임에 반도체 소자(예를 들면 LED 칩)을 실장하고 봉지재를 주입한 반도체 패키지가 다방면으로 활용되고 있다. 상기 리드프레임은 형태와 크기에 따라 다양한 어플리케이션에 적용될 수 있다.
반도체 중에서도 LED는 수명이 길고 친환경적이라는 점 등으로 인하여 최근 많이 사용되고 있으며 특히 조명분야에서는 LED의 가격 하락과 백열등, 형광등에 대한 각국의 규제 정책 등으로 인하여 점차 사용량이 증가하고 있다.
그러나 LED는 그 자체에서 다량의 열을 발생시키기 때문에 LED 패키지는 열성 열화로 인한 제품 불량, 제품 품질 저하, 제품 수명 단축 등의 문제를 유발할 수 있다는 문제가 있다.
그러므로 반도체 패키지, 특히 LED 패키지 설계에 있어서 방열 설계가 매우 중요하다. 방열 설계에서 중요한 점은 온도차에 의한 열 에너지가 얼마나 효과적으로 전달되어 열이 외부로 방출될 수 있도록 설계하는가 하는 것이다.
일반적으로 제품의 방열은, 반도체 소자와 리드프레임을 하나의 패키지로 보고, 열 전도율이 높은 금속이나 세라믹 재질의 PCB를 설계한 다음 PCB 뒤에, 금속 재질의 히트싱크(heat sink) 또는 방열수단을 부착하도록 설계하여 이루어져 왔다. 패키지에서 발생한 열은 PCB와 방열수단을 통하여 대기 중으로 방출될 수 있다.
이와 같이 종래의 리드프레임 패키지는 반도체 칩을 크기와 모양에 맞춰 담는 구조물로서 그 자체만으로는 사용될 수 없었고, 추가적인 회로설계와 히트싱크(heat sink) 등의 방열설계를 통해서만 사용될 수 있었다. 즉, 대부분의 LED 패키지는 히트싱크 등의 별도의 방열 수단을 통하여 LED 소자의 열을 대기 중으로 방출시키고 있다.
그러나 히트싱크와 같은 별도의 방열 수단을 구비하는 대부분의 LED 제품은 별도의 방열 수단 자체가 가지는 부피와 형상 등으로 인하여 제품의 부피가 크고, 제품의 형상, 모양 및 용도에 제약이 있었다. 이에 따라 지금까지의 LED 제품은 부피가 클 뿐 아니라 무게도 많이 나가며 제조에 시간도 오래 걸린다는 등의 문제가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 한국등록특허 제1340029호에는 별도의 방열수단을 사용하지 않아도 우수한 반도체 칩 성능을 제공할 수 있는 반도체 패키지용 리드프레임 기술이 개시되어 있다. 상기 특허는 리드프레임 자체를 방열수단으로 사용하였다는 점에서 종래의 반도체 패키지와 상이하지만 상기 리드프레임도 방열 특성이 여전히 만족스럽지 못하였다. 이에 보다 방열 특성이 우수한 반도체 패키지가 요구되고 있다.
본 발명은 상기 종래의 리드프레임의 단점을 해결하기 위한 것으로서, 장시간 사용하더라도 신뢰성과 효율이 보장될 수 있고 별도의 방열수단 없이 그 자체로 우수한 방열 특성을 보유할 뿐 아니라 생산 비용이 저렴하고 내구성이 향상된 반도체 패키지용 리드프레임 및 이를 포함하는 반도체 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시태양은 이격되어 배치되는 하나 이상의 양극(10) 및 하나 이상의 음극(20);
상기 양극(10)과 상기 음극(20)을 밀봉하는 몰딩부(30);
상기 양극(10)과 상기 음극(20) 각각의 말단에 배치되는 단자부(90, 91)
를 포함하는 반도체 패키지용 리드프레임으로서,
그 상부와 하부에, 상기 양극(10)과 상기 음극(20) 중 하나 이상과 상기 몰딩부(30)를 관통하는 하나 이상의 방열 홀(40);
그 상부에, 부착될 반도체 칩(55) 보다 넓은 표면적을 갖는 하나 이상의 칩 부착부(50);
그 상부에, 상기 몰딩부(30)에 의하여 밀봉되지 않고 상기 양극(10) 또는 상기 음극(20)을 외부로 노출시키는 하나 이상의 상부 개구부(70, 71);
그 하부에서 상기 칩 부착부(50)에 대응하는 위치에, 상기 몰딩부(30)에 의해 밀봉되지 않고 상기 양극(10) 또는 상기 음극(20)을 외부로 노출시키는 하나 이상의 하부 제1 개구부(60);
그 하부에서 상기 상부 개구부(70)에 대응하는 위치에, 상기 몰딩부(30)에 의해 밀봉되지 않고 상기 양극(10) 또는 상기 음극(20)을 외부로 노출시키는 하나 이상의 하부 제2 개구부(80)
를 포함하는 반도체 패키지용 리드프레임을 제공한다.
본 발명의 다른 실시태양은 반도체 칩 및 상기 반도체 칩과 서로 전기적으로 연결되는 리드프레임을 포함하는 반도체 패키지를 제공하며 본 발명의 또 다른 실시태양은 상기 반도체 패키지를 포함하는 조명 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반도체 소자의 열화를 방지하여 장시간 사용에도 신뢰성과 효율성이 보장될 수 있는 고신뢰성의 반도체 패키지용 리드프레임 및 이를 포함하는 반도체 패키지를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 별도의 방열수단 없이 그 자체로 우수한 방열 특성을 보유한 고신뢰성의 반도체 패키지용 리드프레임 및 이를 포함하는 반도체 패키지를 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제조공정이 단순하고 저비용으로 제조될 수 있는 고신뢰성의 반도체 패키지용 리드프레임 및 이를 포함하는 반도체 패키지를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리드프레임의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리드프레임의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리드프레임의 저면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리드프레임의 측면도 및 측면확대도이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극이 직렬 배치된 모습을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극이 병렬 배치된 모습을 나타낸다.
도 7은 종래기술과 본 발명의 리드프레임의 방열 특성을 나타낸다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시형태를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다.
도 1 내지 도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 리드프레임이 도시되어 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 리드프레임은 이격되어 배치되는 하나 이상의 양극(10) 및 하나 이상의 음극(20)(도 1 내지 도 3에는 도시되지 않음); 상기 양극(10)과 상기 음극(20)을 밀봉하는 몰딩부(30); 상기 양극(10)과 상기 음극(20) 각각의 말단에 배치되는 단자부(90, 91)를 포함한다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 상기 리드프레임의 상부, 즉, 전면부에는 칩 부착부(50)가 형성되어 반도체 칩이 부착될 수 있다. 상기 리드 프레임의 상부에는 방열을 위한 방열 홀(40)이 형성되어 있다. 또한 상기 리드프레임의 상부에는 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 상기 몰딩부(30)에 의하여 밀봉되지 않고 상기 양극(10) 및 상기 음극(20)을 외부로 노출시키는 하나 이상의 상부 개구부(70, 71)가 형성되어 있다. 리드프레임의 양단의 전극에는 별도의 체결 홀(95, 96)이 형성되어 리드프레임끼리 서로 연결될 수 있도록 한다. 상기 리드프레임의 상부에는 상기 양극(10)과 상기 음극(20)을 전기적으로 분리시키는 전극분리용 홀(45, 46, 47)이 형성되는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리드프레임의 저면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 리드프레임의 하부, 즉, 후면부에는 상부의 칩 부착부(50)에 대응하는 위치에 하부 제1 개구부(60)가 형성되어 있다. 이 하부 제1 개구부(60)는 몰딩부(30)에 의해 밀봉되지 않고 양극(10)을 외부로 노출시키는 영역이다. 이러한 방열용 개구부(60)는 반도체 칩으로부터 발생하는 열을 발산시키기 위한 것으로서, 칩 부착부(50)에 대응하는 영역을 모두 포함할 수 있도록 칩 부착부(50)보다 넓은 영역으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 리드 프레임의 하부에는 도 4에 도시된 바와 같이 상부로부터 몰딩부(30), 전극(10, 20)를 관통하여 형성된 방열 홀(40)이 구비되어 있다.
또한, 상기 리드프레임의 하부에는 방열 홀(40)의 주변에 상기 전극(10, 20)이 몰딩되지 않고 노출되는 하부 제2 개구부(80)가 더 형성되어 있다. 이러한 하부 제1 개구부(60), 하부 제2 개구부(80)는 방열 홀(60)과 더불어 반도체 칩(55)으로부터 발생하는 열이 더욱 용이하게 발산될 수 있도록 한다.
상기 리드프레임의 하부에는 도 3에 도시된 바와 같이 상부로부터 관통하여 형성되어, 상기 양극(10)과 상기 음극(20)을 전기적으로 분리시키는 전극분리용 홀(45, 48)이 형성되는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 리드프레임의 각각의 구성요소들에 대하여 설명한다.
양극(10) 및 음극(20)
본 발명에서 상기 양극(10)과 상기 음극(20)은 하나 이상 사용될 수 있다.
상기 양극(10)과 상기 음극(20)으로는 다양한 전도성 금속이 사용될 수 있으며 그 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 구리, 알루미늄 등이 사용될 수 있다. 기타 그래핀, 세라믹 등도 사용될 수 있다. 또한 이들이 혼합되어 사용될 수도 있다.
상기 양극(10)과 음극(20)은 평판 형상의 단일층으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 양극(10)과 상기 음극(20)은 당업계에 알려진 다양한 방법으로 체결될 수 있다. 상기 양극(10)과 상기 음극(20)의 체결 방법에는 스크류 체결방식, 암수(male-female)체결방식 등 제한이 없으나 암수체결방식으로 이루어지는 것이 바람직하다. 별도의 스크류가 필요하지 않아 작업이 훨씬 간단하고 제조비용도 줄일 수 있기 때문이다.
몰딩부(30)
몰딩부(30)는 양극(10)과 상기 음극(20)을 밀봉하는 사출물이다. 즉 양극(10)과 음극(20)은 몰딩부(30) 안으로 삽입되는 구조로 되어 있다.
단자부(90, 91)
리드프레임의 양단의 전극에는 전원을 인가하기 위한 단자부(90, 91)가 몰딩되지 않고 노출되어 형성되어 있다. 상기 리드프레임은 단자부(90, 91)를 통하여 외부와 전기가 통할 수 있다. 상기 리드프레임 양 말단의 단자부(90, 91)는 서로 암수 구조로 되어 있어 리드프레임끼리 암수체결방식에 의하여 연결될 수 있다. 상기 단자부(90, 91)는 각각 체결 홀(95, 96)이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 체결 홀(95, 96)은 단자부(90, 91)에 축적된 열을 외부로 방출할 수 있으므로 이 홀도 일종의 방열 홀이라고 할 수 있다.
방열 홀(40)
도 1~4에 도시된 바와 같이 방열 홀(40)은 본 발명의 일 실시예에 따른 리드프레임의 상부와 하부를 관통하여, 즉, 상기 양극(10)과 상기 음극(20) 중 하나 이상과 상기 몰딩부(30)를 관통하여 형성된다. 본 발명의 일 실시예 따른 리드프레임은 상기 방열 홀(40)을 하나 이상 포함한다. 상기 방열 홀(40)을 통하여 리드프레임이 가진 열이 외부로 방출될 수 있다. 특히 방열 홀(40)은 상부와 하부를 관통하여 형성되어 있기 때문에 열이 상부와 하부로 모두 방출될 수 있어 방열 효과를 높일 수 있다.
상기 방열 홀(40) 중 적어도 하나는 상기 상부 개구부(71)와 상기 하부 제2 개구부(80)를 관통하여 형성된다(도 4 참조). 방열 홀(40)이 개구부(71, 80)를 관통하여 형성됨으로써 공기의 흐름이 형성될 수 있으며 양 방향으로 열이 방출될 수 있으므로 온도 개선의 효과도 향상된다. 이를 위하여 상기 방열 홀(40)은 상부 개구부(71)의 중앙에 형성되는 것이 바람직하다.
전극분리용 홀(45, 46, 47)
양극과 상기 음극을 전기적으로 분리시키는 전극분리용 홀(45)은 상기 양극(10)과 상기 음극(20)이 인접하는 부분에, 상기 양극(10)과 상기 음극(20) 중 어느 하나 이상과 상기 몰딩부(30)를 동시에 관통하여 형성된다.
상기 전극분리용 홀(45)은 직렬 배치와 병렬 배치 등 목적하는 바에 따라 그 크기와 개수를 조절할 수 있다. 예를 들면 하나의 패키지 당 두 개 이상의 전극분리용 홀이 구비되도록 함으로써 리드프레임의 변경 없이 전극의 직렬 배치와 병렬 배치를 용이하게 할 수 있다. 또한 전극분리용 홀(45)의 지름에는 제한이 없으나 5mm 이하인 것이 바람직하다. 도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 리드프레임으로서 전극분리용 홀을 3개 구비한 리드프레임이 도시되어 있으나(각각 45, 46, 47로 도시됨), 선택적으로 전극분리용 홀을 1개 또는 2개 구비하도록 형성할 수도 있다.
칩 부착부(50)
칩 부착부(50)는 반도체 칩과 연결되어 전기가 통하도록 하는 역할을 한다. 도 1, 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 리드프레임은 그 상부에, 부착될 반도체 칩(55) 보다 넓은 표면적을 갖는 하나 이상의 칩 부착부(50)를 구비한다. 여기서 상기 칩 부착부(50)의 표면적은 부착될 반도체 칩(55)의 방열특성에 따라 조절될 수 있다. 칩 부착부의 표면적은 부착될 반도체 칩(550)의 표면적보다 2.5배 이상 큰 것이 바람직하다.
상기 칩 부착부(50)는 열이 발생되는 반도체 칩 또는 LED 칩이 부착되는 부위로서 발열부에 해당한다. 본 발명의 일 실시예에서는 이러한 반도체 칩(55)의 실장 면적을 크게 함으로써 이를 직접적인 방열 수단으로 활용하였다. 구체적으로 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에서는 예를 들면 열 전도계수가 높고 자유전자를 보다 잘 이동시킬 수 있도록 금속 전극부의 표면적을 증가시킴으로써, 즉, 반도체 칩(55)의 실장 면적을 확대함으로써, 열저항이 커지게 하여 방열 효과를 높일 수 있다. 여기서 열저항은 열전도도 및 면적과 비례한다.
이와 같이 본 발명에서는 칩 부착부(55)가 발열부인 동시에 열 방출부에 해당하기 때문에 열이 외부로 빨리 빠져나갈 수 있다. 즉, 본 발명은 발열부와 방열부를 일체화하여 열 저항체 자체를 제거하였다는 점에 특징이 있다.
부착될 반도체 칩(55)의 개수에는 특별히 제한이 없으며 이는 광량 및 방열효과 등을 고려하여 결정한다. 기존의 패키지 기술에서 사용되던 리드프레임 양산 장비를 그대로 이용하기 위하여 반도체 칩의 수를 적절하게 조절할 수 있다.
상부 개구부(70, 71)
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 리드프레임은 도 1, 2에 도시된 바와 같이 그 상부에, 상기 몰딩부(30)에 의하여 밀봉되지 않고 상기 양극(10) 또는 상기 음극(20)을 외부로 노출시키는 하나 이상의 상부 개구부(70, 71)를 구비한다. 상부 개구부(70, 71)를 통하여 전극이 외부의 대기와 직접 접촉하게 됨으로써 방열 효과가 향상될 수 있다. 종래에도 하부에 개구부가 구비된 리드프레임은 존재하였으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 리드프레임은 하부 개구부 외에 상부 개구부(70, 71)도 구비함으로써 열을 양 방향으로 방출시킬 수 있다는 점에서 방열 효과를 획기적으로 개선한 것이다. 반도체 칩 또는 LED 소자에서 발생된 열이 양극 또는 음극으로 전달되면 이 열이 아래 방향뿐 아니라 위 방향으로도 방출될 수 있으며, 이를 통하여 방열 효과를 극대화할 수 있다.
상기 상부 개구부 중 하나(71)에는 방열 홀(40)이 형성될 수 있다. 이를 통하여 방열 효과를 더 높일 수 있다. 방열 홀(40)이 개구부(71)를 관통하여 형성됨으로써 공기의 흐름이 형성될 수 있으며 양 방향으로 열이 방출될 수 있으므로 온도 개선의 효과도 향상된다.
하부 제1 개구부(60)
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 리드프레임은 그 하부에서 상기 칩 부착부(50)에 대응하는 위치에, 상기 몰딩부(30)에 의해 밀봉되지 않고 상기 양극(10)을 외부로 노출시키는 하나 이상의 하부 제1 개구부(60)를 구비한다.
앞서 설명한 바와 같이 상기 칩 부착부(50)는 열을 발생시키는 발열부에 해당한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 도 2, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 칩 부착부(50)에 대응하는 위치에 하부 제1 개구부(60)가 구비되어 있으므로 칩으로부터 발생되는 열이 상기 하부 제1 개구부(60)를 통하여 상기 리드프레임의 하부로 방출될 수 있다. 따라서 상기 하부 제1 개구부(60) 또한 방열 효과를 높이는 역할을 한다.
하부 제2 개구부(80)
또한 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 리드프레임은 그 하부에서 상기 상부 개구부(70, 71)에 대응하는 위치에, 상기 몰딩부(30)에 의해 밀봉되지 않고 상기 양극(10) 및 상기 음극(20)을 외부로 노출시키는 하나 이상의 하부 제2 개구부(80)를 구비한다.
하부 제2 개구부(80)도 상기 양극(10) 및 상기 음극(20)을 외부로 노출시켜 방열 효과를 높이는 역할을 한다. 상기 하부 제2 개구부(80)는 두 개의 상부 개구부(70, 71)와 대응하는 위치에 배치되어 있기 때문에 상부 개구부(70, 71) 각각 보다 더 큰 면적을 가지는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 하부 제1 개구부(60)와 상기 하부 제2 개구부(80)의 면적은 소자의 2.5배 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 상부 개구부(70, 71)와 상기 하부 개구부(60, 80)는 전원 인가시 발생되는 열을 방출하기에 충분한 면적을 가져 그 자체가 히트싱크로서 작용할 수 있는 것이 바람직하다. 이 경우 본 발명의 리드프레임에서는 히트싱크와 같은 별도의 방열 수단이 필요하지 않다.
본 발명의 일 실시예 따른 리드프레임은 여러 개의 전극을 서로 연결하여 여러 개의 반도체 칩이 부착될 수 있도록 하나로 모듈화한 것이다. 종래에는 하나의 모듈로 전극의 직렬 배치와 병렬 배치를 모두 구현하기 어려웠다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 리드프레임에서는 하나의 모듈로 전극의 직렬 배치와 병렬 배치를 모두 구현할 수 있다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 리드프레임에서 전극이 직렬로 배치된 모습을 나타내고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 리드프레임에서 전극이 병렬로 배치된 모습을 나타낸다. 본 발명에서는 전극 분리홀을 추가하고 내부 패턴을 특수화함으로써 전극 분리 홀의 위치를 이용하여 직렬 분리, 병렬 분리가 가능하도록 하였다. 이에 따라 종래와 달리 직렬 분리 회로와 병렬 분리형 회로를 별도로 만들 필요가 없다. 구체적으로 살펴보면, 도 5에 도시된 바와 같이 양극(10)과 음극(20)이 연결된 부위를 절단하여 전극분리홀(47)을 형성하고 이후 하나의 전극 당 2개의 전극분리홀(45, 46)을 형성하면 양극과 음극이 순차적으로 연결되어 직렬 회로를 형성할 수 있다. 한편, 도 6에 도시된 바와 같이 하나의 전극 당 1개의 전극분리홀(47)을 형성하면 양극과 음극이 서로 병렬로 연결되어 병렬 회로를 형성할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 일 실시예에서는 전극분리홀의 위치 및 개수를 조절하여 직렬 회로와 병렬 회로를 손쉽게 형성할 수 있다.
본 발명은 또한 상기 리드프레임을 포함하는 LED 패키지 또는 반도체 패키지를 제공한다.
방열 특성
도 7은 종래의 리드프레임과 본 발명의 리드프레임의 방열 특성을 나타낸다.
도 7에서 좌측에 도시된 종래의 리드프레임은 반도체 소자(칩)와 리드프레임을 하나의 패키지로 보고, 열 전도율이 높은 금속이나 세라믹 재질의 PCB를 설계한 다음 PCB 뒤에, 금속 재질의 히트싱크(heat sink)가 부착된 구조로 되어 있다. 외부에서 전원을 인가하여 리드프레임 패키지에서 열이 발생되면 열은 반도체 칩 -> 리드프레임 -> 솔더 -> PCB 솔더 패드 -> PCB -> TIM (Thermal Interface Material) -> 히트싱크의 순으로 이동하여 외부로 방출되었다. 여기서 TIM은 열전도 그리스와 같이 접촉 저항을 감소시키고 열 전도를 향상시키기 위한 재료를 나타낸다. 이와 같이 종래의 리드프레임은 패키지에서 발생한 열이 PCB와 히트싱크를 통하여 대기 중으로 방출될 수 있다.
반면 도 7에서 우측에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 리드프레임은 방열 홀이 구비되어 있으며 리드프레임의 상부와 하부에 개구부가 구비되어 있어 이를 통하여 열을 외부로 직접적으로 방출시킬 수 있다. 외부에서 전원을 인가하여 리드프레임 패키지에서 열이 발생되면 열은 반도체 칩 -> 리드프레임 순으로 이동하여 외부로 방출되었다. 구체적으로 상기 리드프레임의 상부로는 상부 개구부와 방열 홀을 통하여 열이 방출되며 하부로는 제1 하부 개구부와 제2 하부 개구부, 방열 홀을 통하여 열이 방출된다. 개구부와 방열 홀을 통하여 양극(10)과 음극(20)의 일부가 대기와 직접 접촉하는 구조로 되어 있기 때문이다. 이에 따라 본 발명의 리드프레임은 PCB와 히트싱크 없이도 손쉽게 열을 방출할 수 있으며 특히 열을 상부, 하부로 모두 방출할 수 있다는 점에서 매우 효과적이다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 리드프레임은 특히 열이 가장 많이 발생하는 부분인 칩 부착부(30)의 실장 면적을 높여 방열 효율을 높인다. 따라서 본 발명의 일태양에 따른 리드프레임은 열전도율이 높고 열저항이 낮은, 우수한 방열특성을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 리드프레임은 리드프레임 자체가 방열수단으로서의 역할을 하므로 별도로 방열수단 또는 히트싱크를 구비할 필요가 없다. 이에 따라 리드프레임 제조시 원가를 절감하고 제조공정을 단순화할 수 있다. 아울러 히트싱크 등 별도의 방열설계가 필요하지 않아 반도체 소자의 열화를 방지할 수 있어 장시간 사용에도 신뢰성과 효율성이 보장될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 프레임은 별도의 방열 수단과 PCB 등이 필요하지 않기 때문에 제품의 형태에 제약이 없어 다양한 형태의 제품을 만들 수 있다.
본 발명에 따른 리드프레임은 반도체 소자에 사용시 방열특성이 우수하고, 방열특성을 효과적으로 제어할 수 있기 때문에 제품의 성능과 품질을 향상시킬 수 있다. 또한 PCB와 추가적인 방열 설계가 필요하지 않기 때문에, 본 발명의 리드프레임을 포함하는 LED 패키지 또는 반도체 패키지 제품은 생산비가 높지 않고 우수한 특성을 나타낼 수 있다.
<부호의 설명>
10: 양극
20: 음극
30: 몰딩부
40: 방열 홀
45, 46, 47, 48: 전극분리홀
50: 칩 부착부
55: 반도체칩
60: 하부 제1 개구부
70, 71: 상부 개구부
80: 하부 제2 개구부
90: 수(male)단자부
91: 암(female) 단자부
95, 95: 체결 홀

Claims (13)

  1. 이격되어 배치되는 하나 이상의 양극(10) 및 하나 이상의 음극(20);
    상기 양극(10)과 상기 음극(20)을 밀봉하는 몰딩부(30);
    상기 양극(10)과 상기 음극(20) 각각의 말단에 배치되는 단자부(90, 91)
    를 포함하는 반도체 패키지용 리드프레임으로서,
    그 상부와 하부에, 상기 양극(10)과 상기 음극(20) 중 하나 이상과 상기 몰딩부(30)를 관통하는 하나 이상의 방열 홀(40);
    그 상부에, 부착될 반도체 칩(55) 보다 넓은 표면적을 갖는 하나 이상의 칩 부착부(50);
    그 상부에, 상기 몰딩부(30)에 의하여 밀봉되지 않고 상기 양극(10) 또는 상기 음극(20)을 외부로 노출시키는 하나 이상의 상부 개구부(70, 71);
    그 하부에서 상기 칩 부착부(50)에 대응하는 위치에, 상기 몰딩부(30)에 의해 밀봉되지 않고 상기 양극(10) 또는 상기 음극(20)을 외부로 노출시키는 하나 이상의 하부 제1 개구부(60);
    그 하부에서 상기 상부 개구부(70)에 대응하는 위치에, 상기 몰딩부(30)에 의해 밀봉되지 않고 상기 양극(10) 또는 상기 음극(20)을 외부로 노출시키는 하나 이상의 하부 제2 개구부(80)
    를 포함하는 반도체 패키지용 리드프레임.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부 개구부와 상기 하부 개구부가 전원 인가시 발생되는 열을 방출하기에 충분한 면적을 가져 그 자체가 히트싱크로서 작용하는 반도체 패키지용 리드프레임.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 양극과 상기 음극이 인접하는 부분에, 상기 양극과 상기 음극 중 어느 하나 이상과 상기 몰딩부를 동시에 관통하여, 상기 양극과 상기 음극을 전기적으로 분리시키는 전극분리용 홀(45)을 포함하는 반도체 패키지용 리드프레임.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 방열 홀 중 하나 이상은 상기 상부 개구부와 상기 하부 제2 개구부를 관통하여 형성되는 반도체 패키지용 리드프레임.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하부 제1 개구부와 상기 하부 제2 개구부의 면적이 반도체 소자의 2.5배 이상인 반도체 패키지용 리드프레임.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전극 분리홀을 2개 이상 포함하는 반도체 패키지용 리드프레임.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전극 분리홀의 지름이 5mm이하인 반도체 패키지용 리드프레임.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 양극과 상기 음극의 체결이 암수체결방식에 의하여 이루어지는 반도체 패키지용 리드프레임.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 단자부 중(90, 91) 하나 이상이 체결 홀(95, 96)을 포함하는 반도체 패키지용 리드프레임.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 칩 부착부(50)의 표면적은 부착될 반도체 칩(55)의 방열특성에 따라 조절되는 반도체 패키지용 리드프레임.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 칩 부착부(50)의 표면적은 부착될 반도체 칩(55)의 표면적의 2.5배 이상인 반도체 패키지용 리드프레임.
  12. 반도체 칩 및
    상기 반도체 칩과 서로 전기적으로 연결되는 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 리드프레임을 포함하는 반도체 패키지.
  13. 제12항의 반도체 패키지를 포함하는 조명 장치.
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