WO2022119165A1 - 자연 대류 유도형 방열판 및 이를 구비한 반도체 패키지 - Google Patents

자연 대류 유도형 방열판 및 이를 구비한 반도체 패키지 Download PDF

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WO2022119165A1
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heat sink
silicon die
substrate
openings
heat
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박철진
김문성
김대희
안동훈
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주식회사 텔레칩스
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    • H01L23/467—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing gases, e.g. air

Definitions

  • the present invention relates to a natural convection induction type heat sink and a semiconductor package having the same.
  • the electronic packaging distributes power, distributes signals, dissipates heat, and performs functions of protecting the semiconductor chip from the outside.
  • the function of effectively dissipating heat from the semiconductor chip is one of the important functions of electronic packaging.
  • the increase in heat generated from the devices acts as a cause of reducing the reliability of semiconductor devices.
  • a problem of shortening the lifespan of the electronic packaging device may occur by increasing the thermal stress applied to the solder and the device connecting the materials.
  • the present invention provides a natural convection induction heat sink that easily dissipates heat generated from a silicon die by deforming the external shape of the heat sink, and a semiconductor package having the same.
  • a heat sink which is a feature of the present invention for achieving the technical problem of the present invention
  • It includes a heat sink body that is larger than or equal to the area of the substrate, is formed in the center of the heat sink body, and is in direct or indirect contact with the silicon die formed on the substrate, is formed outside the heat sink body, It includes a plurality of fixing parts in direct contact with the substrate, and a plurality of openings formed between the plurality of fixing parts on the outside of the heat sink body and forming a space at a predetermined height from the substrate.
  • the heat sink body may be implemented in a rectangular shape.
  • the plurality of fixing parts may be respectively formed on four sides of the outer side of the heat sink body.
  • the plurality of openings may be respectively formed at four vertices of the outer edge of the heat sink body.
  • the plurality of fixing parts may be respectively formed at four vertices of the outer edge of the heat sink body.
  • the plurality of openings may be respectively formed on four sides of the outer side of the heat sink body.
  • At least one of the plurality of openings may be an inlet through which wind generated by a cooling fan is introduced, and at least one of the plurality of openings may be an outlet through which the introduced wind is discharged together with the heat of the silicon die. have.
  • the outlet may radiate heat generated in the silicon die to the outside through natural convection as a difference between a temperature of the silicon die and a temperature difference around the silicon die.
  • Another feature of the present invention for achieving the technical problem of the present invention is a semiconductor package
  • a rectangular flat substrate having a circuit pattern, a silicon die formed on the substrate and electrically connected to the substrate, and a heat sink formed on the silicon die and dissipating heat generated in the silicon die to the outside;
  • the heat sink is formed between a plurality of fixing parts generated by direct contact with the substrate by a predetermined length or a partial length of four sides based on four vertices of the outer edge of the heat sink, and each fixing part, and is formed between the substrate It includes a plurality of openings formed at a height apart.
  • a cooling fan operable to introduce wind into any one of the plurality of openings may be further included.
  • the heat sink through a contact region in direct or indirect contact with the silicon die, radiates heat generated in the silicon die to the outside through natural convection with a temperature difference between the temperature of the silicon die and the periphery of the silicon die, Wind flowing into at least one of the openings of the , may be discharged together with the heat of the silicon die through at least one of the plurality of openings.
  • the heat dissipation effect of the semiconductor chip can be improved by applying natural convection and forced convection by a cooling fan at the same time by applying an open shape structure without changing the material and size of the heat sink.
  • FIG. 1 is an exemplary view of a semiconductor package to which a general hermetic heat sink is applied.
  • FIG. 2 is an exemplary view of a semiconductor package to which a general open heat sink is applied.
  • FIG 3 is an exemplary view illustrating a semiconductor package according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 4 and 5 are exemplary views of an open heat sink according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an exemplary view illustrating a heat flow in a heat sink according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 1 and 2 Before describing the embodiment of the present invention, a general heat sink will be first described with reference to FIGS. 1 and 2 .
  • FIG. 1 is an exemplary view of a semiconductor package to which a general hermetic heat sink is applied.
  • a silicon die 12 which is a semiconductor chip, is attached to a substrate 11 .
  • the heat sink 13 is configured to be in direct or indirect contact with the silicon die 12 . Since the silicon die 12 and the heat sink 13 are in contact, heat generated from the silicon die 12 may be transferred through the contact region to be radiated to the outside.
  • the heat sink 13 is in contact with the substrate 11 and four surfaces. Accordingly, conductive heat generated in the silicon die 12 may be transferred to the substrate 11 through the contact surfaces of the four surfaces in contact with the substrate 11 to be radiated to the outside.
  • a cooling fan 20 added for heat dissipation is implemented as a set with the semiconductor package 10 .
  • the cooling fan 20 due to the forced convection of the cooling fan 20 , there is a restriction in heat dissipation inside the semiconductor package 10 .
  • FIG. 2 is an exemplary view of a semiconductor package to which a general open heat sink is applied.
  • the open heat sink 32 As shown in FIG. 2 , two facing surfaces of the open heat sink 32 are in close contact with the substrate 31 , and the other facing two surfaces are separated from the substrate 31 to form an open area.
  • the semiconductor package 30 to which such an open heat sink 32 is applied can expect the effectiveness of natural convection and forced convection by a cooling fan compared to the semiconductor package 10 provided with the hermetic heat sink 13 of FIG. 1 described above. .
  • the structure of the open type heat sink is maintained through the heat sink having the deformed fixed points on four sides and the heat sink formed with four openings, while the fixing portion between the semiconductor package and the heat sink is increased, so that distortion in the low and high temperature regions
  • An open heat sink that can minimize the occurrence is proposed.
  • FIG 3 is an exemplary view illustrating a semiconductor package according to an embodiment of the present invention.
  • the semiconductor package 100 is provided with a circuit pattern like a general substrate, a rectangular flat substrate 111, epoxy or adhesive and a silicon die 112 formed on a substrate 111 with an adhesive member such as a film.
  • the silicon die 112 may be electrically connected to the substrate 111 using a wire (not shown) or may be electrically connected to the substrate 111 by a flip-chip bonding method.
  • the open heat sink includes a heat sink body 113 and a fixing module 114 .
  • the heat sink body 113 is larger than or equal to the area of the substrate 111 and is installed on the upper surface of the silicon die 112 to protect the silicon die 112 .
  • the heat sink is provided at the bottom of the rectangular heat sink body 113 and the heat sink body 113, and a plurality of fixing parts 114 of a certain length fixed to the substrate 111 and It is illustrated as including a plurality of openings 115 that are not fixed to the substrate 111 .
  • the heat sink body 113 will be described as an example of a quadrangle, but if it is installed on the upper surface of the silicon die 112 and is larger than or equal to the area of the substrate 111, it can also be implemented as a polygon.
  • the heat sink body 113 is described as an example in which nickel (Ni) is coded on a copper (Cu) material, a separate restriction is not placed on the material of the heat sink body 113 .
  • the section at the position 1 in Fig. 3 (a) is as shown in Fig. 3 (b), and the section at the position 2 in Fig. 3 (a) is as shown in Fig. 3 (c).
  • the fixing part 114 is provided at the position, so that the fixing part 114 is positioned between the substrate 111 and the heat sink body 113 as shown in FIG. 3(b).
  • the position 2 is implemented as an open part 115, a space is formed between the substrate 111 and the heat sink body 113 as shown in FIG.
  • FIGS. 4 and 5 are exemplary views of an open heat sink according to an embodiment of the present invention.
  • the open heat sink of the semiconductor package 100 has a heat sink body 113 having a rectangular shape that is larger than or equal to the area of the substrate 111 .
  • Fixing parts 114 and 114-1 to 114-4 of a certain length are formed in certain areas of four sides of the heat sink body 113, and the fixing parts 114 are formed based on the vertices of the heat sink body 113.
  • Open portions 115 and 115-1 to 115-4 are formed up to the formed side.
  • the fixing part 114 is a region in direct contact with the substrate 111 and is formed to have a predetermined length based on the center of each side of the heat sink body 113 .
  • the fixing part 114 is formed with a predetermined length based on the center of each side of the heat sink body 113 as an example, but it may be formed close to one vertex.
  • the fixing part 114 is formed at four points of the heat sink body 113 as an example, but it may be formed at four or more points.
  • the opening 115 does not come into contact with the substrate 111 so that heat generated from the silicon die 112 is naturally convected to the outside and discharged. To this end, the opening 115 is implemented to be separated from the substrate 111 by a predetermined height.
  • At least one of the first openings 115 - 1 to the fourth openings 115 - 4 is an inlet through which wind generated by a cooling fan installed for forced convection is introduced, and the other opening is the silicon die 112 . ) is the outlet where the heat generated is discharged together with the wind.
  • the first opening 115-1 and the third opening 115-3 are implemented to face each other, and the second opening 115-2 and the fourth opening 115-4 are An example implemented in a form facing each other will be described. However, it may be implemented by varying the length or position of the opening according to the wind direction of the cooling fan installed for forced convection.
  • the first part of the first opening 115-1 is formed by the first fixing part 114- around the vertex of the heat sink body 113. 1), and the second part of the first opening 115-1 is formed to be connected to one side of the second fixing part 114-2. Similarly, the second opening 115-2 to the fourth opening 115-4 are formed in the same shape.
  • the length of the fixed portion or the height of the open portion is not limited to any one numerical value.
  • fixing parts 114 and 114-5 to 114-8 of a certain length are formed based on the vertices of the heat sink body 113 of the semiconductor package 100 according to another embodiment. and opening portions 115 and 115-5 to 115-8 are formed in certain areas of four sides of the heat sink body 113 .
  • the openings 115 and 115 - 5 to 115 - 8 do not come into contact with the substrate 211 so that heat generated from the silicon die 212 is naturally convected to the outside and discharged. To this end, the opening 115 is implemented to be separated from the substrate 211 by a predetermined height.
  • the opening 115 is formed to have a predetermined length based on the center of each side of the heat sink body 113 .
  • the opening 115 is formed with a predetermined length based on the center of each side of the heat sink body 113 as an example, but may be formed close to one vertex.
  • the fixing parts 114 and 114-5 to 114-8 are regions in direct contact with the substrate 111 and are formed to have a predetermined length based on the vertex of the heat sink body 113 .
  • the first fixing part 114-5 has a vertex portion of the heat sink body 113 as a center, and the first part is the first opening part 115- 5), and the second part of the first fixing part 114-5 is formed to be connected to one side of the second opening part 115-6.
  • the second fixing part 114-6 to the fourth fixing part 114-8 are formed in the same shape.
  • FIG. 6 a case in which a heat sink having an open portion implemented at a vertex is included in a semiconductor package will be described as an example.
  • FIG. 6 is an exemplary view illustrating a heat flow in a heat sink according to an embodiment of the present invention.

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Abstract

기판의 면적보다 크거나 동일하게 구현되어 있는 방열판 바디를 포함하고, 방열판 바디의 중심에 형성되며 기판 상에 형성된 실리콘 다이와 직간접적으로 접촉되는 접촉 영역, 방열판 바디의 외곽에 형성되며 기판에 직접 접촉되는 복수의 고정부들, 그리고 방열판 바디의 외곽에 복수의 고정부들 사이에 형성되며, 기판으로부터 일정 높이의 공간을 형성되는 복수의 개방부들을 포함한다.

Description

자연 대류 유도형 방열판 및 이를 구비한 반도체 패키지
본 발명은 자연 대류 유도형 방열판 및 이를 구비한 반도체 패키지에 관한 것이다.
보호하는 역할을 한다. 또한 전자 패키징은 외부의 신호나 전력을 효과적으로 반도체 칩 내부로 전달하여, 반도체 칩의 기능을 지원하는 역할을 수행한다
즉, 전자 패키징은 전력을 배분하거나 신호를 분배하거나, 열 방출 및 외부로부터의 반도체 칩의 보호 기능 등을 수행한다. 이 중에서 반도체 칩에서 열을 효과적으로 방출하는 기능은 전자 패키징의 중요한 기능 중 하나이다.
전자부품 내 소자의 집적도가 커지고 경박단소화 되면서, 소자로부터 발생되는 열의 증가는 반도체 소자의 신뢰성을 감소시키는 원인으로 작용한다. 뿐만 아니라, 반도체 칩과 전자 패키징 소자의 열팽창 계수의 차이로 인해 소재를 연결하는 솔더(Solder) 및 소자에 가해지는 열 응력을 증가시켜, 전자 패키징 소자의 수명을 단축시키는 문제가 발생될 수 있다.
이를 해결하기 위해, 방열 개선의 방안으로 제품의 설계 수정, 열 경로(Thermal Path) 추가 또는 고성능 소재 적용 등의 검토가 가능하다. 그러나, 이러한 검토를 반영할 경우 제품의 외형 및 설계 변경, 외관 변경, 생산비 상승 등이 수반되는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 방열판의 외형적 형상을 변형하여 실리콘 다이에서 발생되는 열을 용이하게 소산하는 자연 대류 유도형 방열판 및 이를 구비한 반도체 패키지를 제공한다.
상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징인 방열판은,
기판의 면적보다 크거나 동일하게 구현되어 있는 방열판 바디를 포함하고, 상기 방열판 바디의 중심에 형성되며, 상기 기판 상에 형성된 실리콘 다이와 직간접적으로 접촉되는 접촉 영역, 상기 방열판 바디의 외곽에 형성되며, 상기 기판에 직접 접촉되는 복수의 고정부들, 그리고 상기 방열판 바디의 외곽에 상기 복수의 고정부들 사이에 형성되며, 상기 기판으로부터 일정 높이의 공간을 형성되는 복수의 개방부들을 포함한다.
상기 방열판 바디는 사각형으로 구현될 수 될 수 있다.
상기 복수의 고정부들은, 상기 방열판 바디의 외곽의 네 변에 각각 형성될 수 있다.
상기 복수의 개방부들은, 상기 방열판 바디의 외곽의 네 꼭지점에 각각 형성될 수 있다.
상기 복수의 고정부들은, 상기 방열판 바디의 외곽의 네 꼭지점에 각각 형성될 수 있다.
상기 복수의 개방부들은, 상기 방열판 바디의 외곽의 네 변에 각각 형성될 수 있다.
상기 복수의 개방부들 중 적어도 하나의 개방부는 냉각 팬에 의해 발생한 바람이 유입되는 입구이고, 상기 복수의 개방부들 중 적어도 하나의 개방부는 상기 유입된 바람이 상기 실리콘 다이의 열과 함께 배출되는 출구일 수 있다.
상기 출구는, 상기 실리콘 다이의 온도와 상기 실리콘 다이의 주변의 온도 차로, 상기 실리콘 다이에서 발생된 열을 자연 대류를 통해 외부로 방출할 수 있다.
상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징인 반도체 패키지는,
회로 패턴이 구비되어 있으며 사각형의 평면인 기판, 상기 기판 상이 형성되며 상기 기판과 전기적으로 접속되는 실리콘 다이, 상기 실리콘 다이 상부에 형성되며 상기 실리콘 다이에서 발생한 열을 외부로 방출하는 방열판을 포함하고, 상기 방열판은, 상기 방열판의 외곽의 네 개의 꼭지점을 기준으로 일정 길이만큼 또는 네 변의 일부 길이가 상기 기판에 직접 접촉되어 생성된 복수의 고정부들과, 각 고정부들 사이에 형성되며 상기 기판으로부터 일정 높이 떨어져 형성되는 복수의 개방부들을 포함한다.
상기 복수의 개방부들 중 어느 하나의 개방부에 바람이 유입되도록 동작하는 냉각팬을 더 포함할 수 있다.
상기 방열판은, 상기 실리콘 다이와 직간접적으로 접촉되는 접촉 영역을 통해 상기 실리콘 다이의 온도와 상기 실리콘 다이의 주변의 온도 차로, 상기 실리콘 다이에서 발생된 열을 자연 대류를 통해 외부로 방출하고, 상기 복수의 개방부들 중 적어도 하나의 개방부로 유입되는 바람이 상기 복수의 개방부들 중 적어도 하나의 개방부를 통해 상기 실리콘 다이의 열과 함께 배출할 수 있다.
본 발명에 따르면, 방열판의 재질 및 크기의 변경 없이, 개방형 형상 구조를 적용하여, 자연 대류와 냉각 팬(fan)에 의한 강제 대류를 동시에 적용하여, 반도체 칩의 열 방출 효과를 개선할 수 있다.
또한, 열 방출 개선을 통한 동작 시 패키지 온도 상승을 방지하여, 제품의 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한, 기판에 적어도 네 지점이 고정되는 구조를 유지하여 고온에 의한 휨 불량을 방지할 수 있으며, 히트 싱크(Heat Sink)를 적용 시 장착 면적의 증가로 보다 안정적인 히트 싱크 균형을 유지할 수 있다.
도 1은 일반적인 밀폐형 방열판이 적용된 반도체 패키지의 예시도이다.
도 2는 일반적인 개방형 방열판이 적용된 반도체 패키지의 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 패키지를 도시한 예시도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 개방형 방열판의 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 방열판에서의 열 흐름을 나타낸 예시도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참조로 하여, 본 발명의 실시예에 따른 자연 대류 유도형 방열판 및 이를 구비한 반도체 패키지에 대해 설명한다. 본 발명의 실시예에 대해 설명하기 앞서, 일반적인 방열판에 대해 도 1 및 도 2를 참조로 먼저 설명한다.
도 1은 일반적인 밀폐형 방열판이 적용된 반도체 패키지의 예시도이다.
도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 일반적으로 사용되는 반도체 패키지(10)는 기판(11)에 반도체 칩인 실리콘 다이(12)가 부착된다. 그리고, 실리콘 다이(12)를 외부로부터 보호할 뿐만 아니라 실리콘 다이(12)에서 발생한 열을 방열시키기 위하여 방열판(13)이 실리콘 다이(12)와 직간접적으로 접촉되어 구성된다. 실리콘 다이(12)와 방열판(13)이 접촉되어 있어, 실리콘 다이(12)에서 발생한 열이 접촉 영역을 통해 전달되어 외부로 방열될 수 있다.
이때, 방열판(13)은 기판(11)과 4개 면이 접촉되어 있다. 따라서, 기판(11)에 접촉된 4개 면의 접촉 면을 통해 실리콘 다이(12)에서 발생한 전도열이 기판(11)에 전달되어 외부로 방열될 수 있다.
그러나, 방열판(13)와 기판(11) 사이에 TIM(Thermal Interposer Material)를 사용하여 4면이 밀폐된 형태로 부착되기 때문에, 반도체 패키지(10) 내부에서의 위치 별 온도차에 따른 자연적인 열 흐름 즉, 자연 대류가 반도체 패키지(10)의 내부에서 발생한다.
그리고, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 반도체 패키지(10)와 세트로 방열을 위해 추가된 냉각 팬(20)이 구현되어 있다. 그러나, 냉각 팬(20)의 강제 대류에 의해, 반도체 패키지(10) 내부의 열 방출에 제약이 발생된다.
즉, 고온부에서 저온부로 자연적인 열 흐름이 발생하고 이로 인한 대류 순환이 진행되어야 하나, 밀폐된 구조인 경우 대류 순환이 불가하다. 이 때문에 자연 대류에 의한 열 전달이 불가능하고, 밀폐된 내부의 온도는 일정 기간 동작이 진행된 후에 열 포화 상태에 이르게 된다.
도 2는 일반적인 개방형 방열판이 적용된 반도체 패키지의 예시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 개방형 방열판(32)은 마주보는 두 면이 기판(31)에 밀착되어 있고, 다른 마주보는 두 면은 기판(31)에서 떨어져 개방 영역을 형성하는 형태로 구현된다. 이와 같은 개방형 방열판(32)이 적용된 반도체 패키지(30)는 상술한 도 1의 밀폐형 방열판(13)이 구비되어 있는 반도체 패키지(10) 대비 자연 대류와 냉각 팬에 의한 강제 대류의 유효성을 기대할 수 있다.
그러나, 반도체 패키지(30)에서 방열판(32) 두 면만이 기판(31)에 접착되므로, 표면 실장(SMT: Surface Mounter Technology) 시의 용접 온도(Reflow Temp) 변화에 의한 패키지 뒤틀림(Package warpage) 증가 등의 기계적 취약성을 갖는다. 이는 솔더 볼과 보드(도면 미도시) 사이의 Non-wet 또는 솔더 브리지(solder Bridge) 등의 반도체 패키지(30)와 보드간 전기적인 개방(open) 또는 단락(short) 불량을 야기할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 변형된 네 면의 고정 지점과 네 군데의 개방부가 형성된 방열판을 통해 개방형 방열판의 구조는 유지하면서도 반도체 패키지와 방열판간 고정부를 증가시켜, 저온과 고온 영역에서의 뒤틀림 발생을 최소화할 수 있는 개방형 방열판을 제안한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 패키지를 도시한 예시도이다.
도 3의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이, 하나의 실시예에 따른 반도체 패키지(100)는 일반적인 기판과 마찬가지로 회로 패턴을 구비하며 사각형의 평면인 기판(111), 에폭시나 접착성 필름과 같은 접착 부재로 기판(111)상에 형성되는 실리콘 다이(112)를 포함한다. 실리콘 다이(112)는 와이어(도면 미도시)를 이용하여 기판(111)과 전기적으로 접속되거나 플립칩 본딩 방식으로 기판(111)에 전기적으로 접속될 수 있다.
개방형 방열판은 방열판 바디(113)와 고정 모듈(114)을 포함한다. 방열판 바디(113)는 기판(111)의 면적보다 크거나 동일하여 실리콘 다이(112)의 상면에 설치되어 실리콘 다이(112)를 보호한다.
본 발명의 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 방열판을 사각형의 방열판 바디(113)와, 방열판 바디(113)의 하단에 구비되며 기판(111)에 고정되는 일정 길이의 복수의 고정부(114) 그리고 기판(111)에 고정되지 않는 복수의 개방부(115)를 포함하는 것으로 도시한다.
본 발명의 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 방열판 바디(113)가 사각형인 것을 예로 하여 설명하나, 실리콘 다이(112)의 상면에 설치되며 기판(111)의 면적보다 크거나 동일하다면 다각형으로도 구현할 수 있다. 그리고, 방열판 바디(113)는 구리(Cu) 재질에 니켈(Ni)이 코딩되어 있는 것을 예로 하여 설명하나, 방열판 바디(113)의 재질에 별도의 제약을 두지는 않는다.
도 3의 (a)의 ① 위치의 단면은 도 3의 (b)에 도시된 바와 같고, 도 3의 (a)의 ② 위치의 단면은 도 3의 (c)에 도시된 바와 같다. ① 위치에는 고정부(114)가 구비되어 있어 도 3의 (b)와 같이 기판(111)과 방열판 바디(113) 사이에 고정부(114)가 위치한다. 반면, ② 위치에는 개방부(115)로 구현되어 있으므로, 도 3의 (c)와 같이 기판(111)과 방열판 바디(113) 사이에 열이 방출될 수 있는 공간이 형성되어 있다.
상술한 개방형 방열판의 개방부의 위치에 따른 예에 대하여 도 4 및 도 5를 참조로 설명한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 개방형 방열판의 예시도이다.
먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 하나의 실시예에 따른 반도체 패키지(100)의 개방형 방열판은 기판(111)의 면적보다 크거나 동일한 사각형의 방열판 바디(113)가 있다. 방열판 바디(113)의 네 개의 변의 일정 영역에 일정 길이의 고정부(114, 114-1~114-4)가 형성되어 있고, 방열판 바디(113)의 꼭지점 부분을 기준으로 고정부(114)가 형성되어 있는 변까지 개방부(115, 115-1~115-4)이 형성되어 있다.
고정부(114)는 기판(111)과 직접 접촉되는 영역으로, 방열판 바디(113)의 각 변의 중앙을 기준으로 일정 길이로 형성된다. 본 발명의 실시예에서는 고정부(114)가 방열판 바디(113)의 각 변의 중앙을 기준으로 일정 길이로 형성되는 것을 예로 하여 설명하나, 한쪽 꼭지점 부분에 가까이 형성될 수도 있다. 그리고, 본 발명의 실시예에서는 고정부(114)가 방열판 바디(113)의 네 지점에 형성되는 것을 예로 하여 설명하나, 네 지점 이상 형성될 수 있다.
개방부(115)는 기판(111)과 접촉되지 않아 실리콘 다이(112)에서 발생한 열이 외부로 자연 대류 되어 방출되도록 한다. 이를 위해, 개방부(115)는 기판(111)으로부터 일정 높이만큼 떨어져 구현된다.
제1 개방부(115-1) 내지 제4 개방부(115-4) 중 적어도 하나의 개방부는 강제 대류를 위해 설치되는 냉각 팬에서 생성된 바람이 유입되는 입구이고, 나머지 개방부는 실리콘 다이(112)에서 발생한 열이 바람과 함께 배출되는 출구이다. 이를 위해, 제1 개방부(115-1)와 제3 개방부(115-3)는 마주보는 형태로 구현되고, 제2 개방부(115-2)와 제4 개방부(115-4)가 마주보는 형태로 구현되는 것을 예로 하여 설명한다. 그러나, 강제 대류를 위해 설치되는 냉각 팬의 바람 방향에 따라 개방부의 길이나 위치를 다르게 하여 구현할 수도 있다.
제1 개방부(115-1)를 예로 하여 구성 방법을 설명하면, 방열판 바디(113)의 꼭지점 부분을 중심으로 제1 개방부(115-1)의 제1 부분은 제1 고정부(114-1)의 일측에 연결되고, 제1 개방부(115-1)의 제2 부분은 제2 고정부(114-2)의 일측에 연결되도록 형성된다. 이와 마찬가지로 제2 개방부(115-2) 내지 제4 개방부(115-4)도 동일한 형태로 형성된다.
여기서, 고정 부분의 길이나 개방부의 높이를 어느 하나의 수치로 한정하지 않는다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 또 다른 실시예에 따른 반도체 패키지(100) 방열판 바디(113)의 꼭지점 부분을 기준으로 일정 길이의 고정부(114, 114-5~114-8)가 형성되어 있고, 방열판 바디(113)의 네 개의 변의 일정 영역에 개방부(115, 115-5~115-8)이 형성되어 있다.
개방부(115, 115-5~115-8)는 기판(211)과 접촉되지 않아 실리콘 다이(212)에서 발생한 열이 외부로 자연 대류 되어 방출되도록 한다. 이를 위해, 개방부(115)는 기판(211)으로부터 일정 높이만큼 떨어져 구현된다.
방열판 바디(113)의 각 변의 중앙을 기준으로 개방부(115)가 일정 길이로 형성된다. 본 발명의 실시예에서는 개방부(115)가 방열판 바디(113)의 각 변의 중앙을 기준으로 일정 길이로 형성되는 것을 예로 하여 설명하나, 한쪽 꼭지점 부분에 가까이 형성될 수도 있다.
고정부(114, 114-5~114-8)은 기판(111)과 직접 접촉되는 영역으로, 방열판 바디(113)의 꼭지점 부분을 기준으로 일정 길이로 형성된다. 제1 고정부(114-5)를 예로 하여 구성 방법을 설명하면, 제1 고정부(114-5)는 방열판 바디(113)의 꼭지점 부분을 중심으로 제1 부분은 제1 개방부(115-5)의 일측에 연결되고, 제1 고정부(114-5)의 제2 부분은 제2 개방부(115-6)의 일측에 연결되도록 형성된다. 이와 마찬가지로 제2 고정부(114-6) 내지 제4 고정부(114-8)도 동일한 형태로 형성된다.
상술한 실시예들로 구현된 방열판을 포함하는 반도체 패키지에서 열의 흐름에 대해 도 6을 참조로 설명한다. 도 6에서는 꼭지점 부분에 개방부가 구현된 방열판이 반도체 패키지에 포함되어 있는 것을 예로 하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 방열판에서의 열 흐름을 나타낸 예시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 실리콘 다이(112)에서 발열되면(③), 반도체 패키지(100) 내부에서 실리콘 다이(112)와 주변의 온도 차이에 의해, 실리콘 다이(112)에서 발생된 열은 방열판(113)의 개방부를 통해 자연 대류로 방출된다(④). 그리고, 냉각 팬(300)이 동작하여 강제 대류가 발생하면, 방열판(113)의 개방부들 중 입구로 바람이 유입되고(⑤), 실리콘 다이(112)에서 발생된 열과 함께 개방부들 중 출구로 이동하여 열이 외부로 방출된다(⑥).
이와 같이, 방열판의 재질 및 크기의 변경 없이, 개방형 형상 구조를 적용하여, 자연 대류와 냉각 팬(fan)에 의한 강제 대류를 동시에 적용하여, 반도체 칩의 열 방출 효과를 개선할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (11)

  1. 기판의 면적보다 크거나 동일하게 구현되어 있는 방열판 바디
    를 포함하고,
    상기 방열판 바디의 중심에 형성되며, 상기 기판 상에 형성된 실리콘 다이와 직간접적으로 접촉되는 접촉 영역,
    상기 방열판 바디의 외곽에 형성되며, 상기 기판에 직접 접촉되는 복수의 고정부들, 그리고
    상기 방열판 바디의 외곽에 상기 복수의 고정부들 사이에 형성되며, 상기 기판으로부터 일정 높이의 공간을 형성되는 복수의 개방부들
    을 포함하는 방열판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방열판 바디는 사각형으로 구현되는, 방열판.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 고정부들은,
    상기 방열판 바디의 외곽의 네 변에 각각 형성되는, 방열판.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 개방부들은,
    상기 방열판 바디의 외곽의 네 꼭지점에 각각 형성되는, 방열판.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 고정부들은,
    상기 방열판 바디의 외곽의 네 꼭지점에 각각 형성되는, 방열판.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 개방부들은,
    상기 방열판 바디의 외곽의 네 변에 각각 형성되는, 방열판.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 개방부들 중 적어도 하나의 개방부는 냉각 팬에 의해 발생한 바람이 유입되는 입구이고,
    상기 복수의 개방부들 중 적어도 하나의 개방부는 상기 유입된 바람이 상기 실리콘 다이의 열과 함께 배출되는 출구인, 방열판.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 출구는,
    상기 실리콘 다이의 온도와 상기 실리콘 다이의 주변의 온도 차로, 상기 실리콘 다이에서 발생된 열을 자연 대류를 통해 외부로 방출하는, 방열판.
  9. 회로 패턴이 구비되어 있으며 사각형의 평면인 기판,
    상기 기판 상이 형성되며 상기 기판과 전기적으로 접속되는 실리콘 다이,
    상기 실리콘 다이 상부에 형성되며 상기 실리콘 다이에서 발생한 열을 외부로 방출하는 방열판
    을 포함하고,
    상기 방열판은,
    상기 방열판의 외곽의 네 개의 꼭지점을 기준으로 일정 길이만큼 또는 네 변의 일부 길이가 상기 기판에 직접 접촉되어 생성된 복수의 고정부들과, 각 고정부들 사이에 형성되며 상기 기판으로부터 일정 높이 떨어져 형성되는 복수의 개방부들을 포함하는, 반도체 패키지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 개방부들 중 어느 하나의 개방부에 바람이 유입되도록 동작하는 냉각팬
    을 더 포함하는, 반도체 패키지.
  11. 상기 방열판은,
    상기 실리콘 다이와 직간접적으로 접촉되는 접촉 영역을 통해 상기 실리콘 다이의 온도와 상기 실리콘 다이의 주변의 온도 차로, 상기 실리콘 다이에서 발생된 열을 자연 대류를 통해 외부로 방출하고,
    상기 복수의 개방부들 중 적어도 하나의 개방부로 유입되는 바람이 상기 복수의 개방부들 중 적어도 하나의 개방부를 통해 상기 실리콘 다이의 열과 함께 배출하는, 반도체 패키지.
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