KR100239750B1 - 에폭시 몰딩 컴파운드 패드를 이용한 반도체 패키지 구조 및 에폭시 몰딩 컴파운드 패드의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
다이 패드상에 제어 IC를 에폭시 몰딩 컴파운드 패드를 개재하여 부착한 반도체 패키지가 개시된다. 상기 패드는 제어 IC보다 약간 크게 형성되며 두께는 0.3㎜정도로 직경 100㎜정도의 웨이퍼형상을 한다. 또한 상기 패드를 제조하는 방법이 개시된다. 본 발명에 따르면, 상기 패드의 두께가 얇아도 충분한 절연내압을 보장할 수 있고, 낮은 제조비용으로 생산해낼 수 있으며, 기존의 생산설비를 그대로 이용하여 제조할 수 있다. 또한 탄성력을 가지고 있어 두께가 얇아도 쉽게 깨지지 않는 이점을 갖는다.
Description
본 발명은 반도체 패키지 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 MOSFET와 제어 IC가 하나로 통합된 반도체 패키지에서 제어 IC를 EMC(Epoxy molding compound) 패드를 개재하여 리드프레임에 부착한 반도체 패키지 구조와 에폭시 몰딩 컴파운드 패드를 제조하는 방법에 관한 것이다.
전자 제품의 경량 박형화에 따라 반도체 부품수를 줄이거나 고밀도 실장 패키지를 개발하려는 추세가 계속되고 있다. SMPS(Switching Mode Power Supply)도 그 중의 한 가지 방법으로써, 동작시에 전력량과 발열량이 많은 반도체 소자, 즉 파워 트랜지스터로 사용되는 MOSFET와 이를 제어하기 위한 제어 IC를 하나의 패키지에 함께 통합시켜 밀봉하는 것이다.
이를 위해서는 첫째, 스위칭 소자(MOSFET)와 제어 IC를 패키지내의 와이어 본딩으로 커뮤니케이션될 수 있도록 설계를 보완하고, 둘째, 주변부품의 기능을 제어 IC에 삽입할 수 있도록 설계보완을 해야 하며, 셋째, 스위칭 소자와 제어 IC가 하나의 패키지내에 탑재되도록 패키지를 개발해야 한다.
특히, 패키지 개발에 있어서, 제어 IC는 스위칭 소자인 MOSFET의 드레인과의 단락을 방지하기 위해 절연 접착제를 사용해야 한다.
종래에 절연성 접착제의 절연내압을 향상시키기 위하여 여러 가지 방법이 제안되어 왔다.
도 1은 본 발명자에 의해 출원된 것으로 도시된 바와 같이, 제어 IC(1)의 후면(back side)에는 질화막(SiXNY)(8)이 일정 두께로 증착되어 있다. 두께는 대략 2 ∼ 5 ㎛ 정도가 바람직하다.
이를 좀더 구체적으로 설명하면, 우선 웨이퍼 상태에서 웨이퍼의 후면에, 예를 들어, Si3N4를 2 ∼ 5 ㎛ 정도의 두께로 질화막을 도포한다. 통상 1회 도포시마다 보통 1 ㎛ 정도의 두께를 갖기 때문에 원하는 두께만큼 도포횟수를 가감한다. 다음에 이 웨이퍼로부터 개별 제어 IC(1)로 절단한다. 다음에 다이 패드(5)상에 MOSFET(2)를 솔더 접착제로 부착하고 제어 IC(1)를 절연 에폭시 접착제를 이용하여 부착한 상태에서 IC간 인너리드와의 사이에 금속 와이어로 와이어 본딩을 한 후 몰딩, 트리밍 공정을 거쳐 패키지를 완성한다.
그러나 이와 같이 웨이퍼의 후면에 절연물질을 도포하는 구성에서 도포두께를 두껍게 하지 못하는 문제점이 있으며, 칩을 소오잉(sawing)하는 경우에는 칩의 측면에 절연물질이 묻지 않아 절연내압이 취약해지는 문제점이 있다.
도 2는 본 발명자에 의해 출원된 것으로 리드프레임의 다이 패드(5) 위에는 MOSFET 또는 바이폴라 TR 등과 같은 전력 소자(2)와 제어 IC(1)가 놓여진다. 이때 전력 소자(2)는 MOSFET의 경우 후면(back side) 자체가 드레인으로 사용되기 때문에 도전성의 솔더 접착제(4)에 의해 다이 패드(5)에 부착되며, 반면에 제어 IC(1)는 다이 패드(5)와 전기적으로 분리될 필요가 있기 때문에 절연성 에폭시 접착제(3)에 의해 다이 패드(5)에 부착된다. 이때, 제어 IC(1)를 다이 패드(5)에 부착하는 접착제에는 고형의 절연성 비드(9)가 첨가되어 있다. 이러한 고형의 절연성 비드에 의해 에폭시 접착제의 두께가 정밀하게 조절될 수 있기 때문에 필요로 하는 절연내압을 갖는 두께로 조절이 가능하다.
그러나 이러한 구성에서는 비드의 재료로서 고온에서 높은 절연내압을 갖는 물질을 제조하는 것이 어렵고 보이드(void)없는 구형의 비드를 만드는 것이 용이하지 않다는 문제점이 있으며, 또한 비드를 접착제에 혼합하여 제공하는 경우 반도체 제조업체에서는 비드를 검사할 수 없다는 문제점이 있다.
한편, 도 3은 세라믹 패드를 이용한 반도체 패키지로서 제어 IC(1)를 다이 패드(5)에 부착하기 전에 세라믹 패드(6)를 세라믹 패드용 접착제(7)를 이용하여 다이 패드(5)에 먼저 부착한다. 세라믹 패드(6)는 Al2O3과 같은 세라믹물질로 이루어진 얇은 박판으로 만들어진다. 이와 같이 세라믹 패드를 이용하여 제어 IC(1)를 다이 패드(5)와 절연시키므로 충분한 절연내압을 확보할 수 있다.
그러나 이러한 구성에서는 세라믹 패드의 제조원가가 비싸고 두께가 얇아야 하기 때문에 외부충격에 의해 쉽게 깨지는 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 충분한 절연내압을 보장할 수 있고, 낮은 제조비용으로 생산해낼 수 있으며, 기존의 생산설비를 그대로 이용하여 제조할 수 있는 반도체 패키지 구조를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 EMC 패드를 이용하여 상기 구조의 반도체 패키지를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일측면에 따르면, 다이 패드상에 도전성 접착제를 개재하여 부착된 적어도 하나의 제 1 반도체 칩과, 다이 패드상에 제 1 절연성 접착제를 개재하여 부착된 적어도 하나의 에폭시 몰딩 컴파운드 패드와, 에폭시 몰딩 컴파운드 패드상에 제 2 절연성 접착제를 개재하여 부착된 제 2 반도체 칩을 포함하는 반도체 패키지 구조가 개시된다.
바람직하게, 제 1 반도체 칩은 MOSFET이고, 제 1 및 제 2 절연성 접착제는 에폭시를 포함한다. 또한 바람직하게, 에폭시 몰딩 컴파운드 패드의 크기는 제 2 반도체 칩보다 더 크며, 더욱 바람직하게 사방으로 1 ㎜ 정도 더 크게 형성된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 소정량의 에폭시 몰딩 컴파운드 타블렛을 프리베이크하는 단계와, 다이를 이용하여 타블렛을 가압하여 소정 두께의 에폭시 몰딩 컴파운드 패드 원형을 성형하는 단계와, 에폭시 몰딩 컴파운드 패드 원형을 냉각시키는 단계와, 에폭시 몰딩 컴파운드 패드 원형의 두께 및 내부에 보이드 생성여부를 검사하는 단계와, 에폭시 몰딩 컴파운드 패드 원형을 구성재료간의 완전반응이 이루어지도록 경화시키는 단계와; 에폭시 몰딩 컴파운드 패드 원형을 소정의 크기로 소오잉하는 단계를 포함하는 에폭시 몰딩 컴파운드 패드의 제조방법이 개시된다.
바람직하게 타블렛의 성형조건은 170℃의 온도에서 1분정도이며, 성형단계를 4∼5회 진행할 때마다 다이 표면에 왁스가 도포된다.
또한 냉각은 에폭시 몰딩 컴파운드 패드 원형의 상하부를 가압하면서 이루어지는 것이 바람직하다.
바람직하게, 소오잉단계 전에 에폭시 몰딩 컴파운드 패드 원형의 이면에 익스팬딩 테이프를 부착하는 단계가 더 포함된다.
또한 바람직하게 경화는 170℃ 전후로 3시간 진행된다.
한편, 에폭시 몰딩 컴파운드 패드 원형은 제어 IC의 크기보다 크게 소오잉되는 것이 바람직하며, 에폭시 몰딩 컴파운드 패드 원형의 두께는 0.3 ㎜이고, 직경은 100㎜이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명에 의한 반도체 패키지의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 리드프레임의 다이 패드(5) 위에는 MOSFET 또는 바이폴라 TR 등과 같은 전력 소자(2)가 실장되고 타측에는 EMC 패드(6)를 개재하여 제어 IC(1)가 실장된다.
이를 구체적으로 설명하면, MOSFET(2)은 도전성의 솔더 접착제(4)에 의해 다이 패드(5)상의 일측에 부착되어 있다. EMC수지를 몰딩하여 얇은 두께, 예를 들어 0.3 ㎜정도로 제작된 EMC 패드(6)가 EMC 패드용 접착제(8)를 이용하여 다이 패드(5)상의 타측에 부착되어 있다. 이때 EMC 패드(6)의 크기는 제어 IC(1)보다 약간 더 크며, EMC 패드용 접착제(8)는 통상 에폭시 또는 폴리이미드계의 절연성 접착제이다. 또한 제어 IC(1)는 에폭시 절연성 접착제(3)를 개재하여 EMC 패드(6)상에 부착된다. 이후 MOSFET(2)과 제어 IC(1)는 와이어(10)로 본딩되며 몰딩 및 트리밍 공정을 거쳐 반도체 패키지가 완성된다.
도 5a에는 본 발명에 따른 반도체 패키지를 제조하는 방법을 나타내는 플로우 챠트가 도시되어 있고, 도 5b에는 본 발명의 반도체 패키지를 제조하는데 사용되는 EMC 패드를 제조하는 방법을 나타내는 플로우 챠트가 도시되어 있다.
도 5a를 참조하면, 먼저 리드프레임의 다이 패드(5)상의 일측에 전력 소자, 예를 들어 MOSFET(2)을 도전성의 솔더 접착제(4)를 이용하여 부착한다(S10).
이어 다이 패드(5)상의 타측에 EMC 패드(6)를 절연성 접착제(8), 예를 들어 에폭시 또는 폴리이미드계의 접착제를 이용하여 부착한다(S20). 이때 EMC 패드(6)는 이미 다른 공정을 통하여 제조되어 있는 상태로서 기존의 다이본더(die bonder)를 이용하여 다이 패드상으로 이송하여 부착한다. EMC 패드(6)를 제조하는 방법에 대해서는 후술한다.
EMC 패드(6)를 부착한 후에는 제어 IC(1)는 에폭시 절연성 접착제(3)를 개재하여 EMC 패드(6)상에 부착한다(S30).
이후 MOSFET(2)와 제어 IC(1)를 와이어(10)를 이용하여 본딩하고(S40), 전체를 에폭시 수지로 몰딩하고(S50), 트리밍하여(S60) 반도체 패키지를 완성한다.
한편, 도 5b 및 도 6을 참조하여 본 발명의 반도체 패키지를 제조하는데 사용되는 EMC 패드를 제조하는 방법을 설명한다.
먼저 원하는 두께 및 직경의 EMC 패드 원형을 만들기 위해 상기 두께 및 직경을 고려한 소정량의 타블렛(tablet)을 전자레인지등을 이용하여 약 1분정도 프리베이크한다(S120). 이때 타블렛의 중량은, 예를 들어, 직경 100㎜, 두께 0.3 ㎜로 EMC 패드 원형을 제조할 경우에는 대략 3.2∼3.8 그램이 적절하다. 또한 바람직하게 타블렛은 다이 어태치시에 픽업을 용이하게 하기 위해 흰색 착색제를 사용할 수 있다.
이어 타블렛을 금형의 하부다이(14)위에 올려놓고 상부다이(11)를 가압하여 소정의 형상으로, 예를 들어, 본 발명의 실시예에 의하면 웨이퍼와 같은 형상으로 성형한다(S122). 도 6에 도시된 것처럼 히터(14)가 내장된 하부다이(14)의 중앙에는 가동다이(19)가 스프링(16)에 의해 지지되어 평시에는 가동다이(19)의 표면과 하부다이(14)의 표면이 일치하며, 타블렛을 놓고 가압하게 되면 가동다이(19)가 하부로 밀려나면서 가동다이(19) 표면과 하부다이(14) 측면으로 이루어지는 타블렛 삽입용 그루우브(15)가 형성되고 타블렛은 이 그루우브에 삽입된다. 가압을 해제하게 되면, 스프링(16)에 의해 가동다이(19)가 상부로 이동하므로서 EMC 패드 원형이 하부다이(14) 밖으로 인출된다. 미설명 부호 17, 18은 각각 상부다이 및 하부다이 고정용 베이스이고, 20은 포스트, 13은 상부다이내에 내장된 히터이다. 이때 성형조건은 일례로 170℃의 온도에서 1분정도이다. 이때, 상하부 다이(11, 14)를 자주 개폐하게 되면 EMC 패드가 다이에 부착되는 현상이 발생하므로 4∼5회의 작업후에는 다이 표면에 왁스를 도포하는 것이 바람직하다.
다음에 EMC 패드 원형을 냉각시키는데 이때, EMC 패드 원형이 냉각되면서 휨(warpage)이 발생하기 때문에 이를 방지하기 위해서는 EMC 패드 원형의 상하부를 가압하면서 냉각하는 것이 바람직하다(S124).
이어 형성된 EMC 패드 원형의 두께가 균일한지 또는 EMC 패드 원형내에 보이드가 생성되었는지를 검사한다(S126). 제작되는 EMC 패드 원형의 두께는 바람직하게 0.3 ㎜정도이고, 직경은 100㎜정도이다.
다음에 EMC 패드 원형을 EMC의 구성재료간의 완전반응이 이루어지도록 170℃ 전후로 3시간 정도 경화시킨다(S128).
이어 EMC 패드 원형이면에 웨이퍼와 같은 형상의 익스팬딩 테이프(expanding tape)를 부착한 후, EMC 패드 원형을 소정의 크기로 소오잉한다(S130). 이때, 소오잉되는 EMC 패드의 크기는 제어 IC보다 약간 크게 한다.
이와 같이 제작된 EMC 패드에 대해 신뢰성검사를 한 결과, HTRB(High Temp. Reverse Bias) 테스트에서 패키지에 800 V의 전압을 걸고 온도를 125 ℃에서 500 시간을 방치한 경우 절연 파괴가 전혀 발생하지 않았다.
이와 같이 제작된 EMC 패드(6)는 상기한 바와 같이 패키지를 조립하는 공정중에 다이 패드로 이송되어 부착된다.
도 1은 종래의 반도체 패키지의 일실시예에 따른 단면도이고,
도 2는 종래의 반도체 패키지의 다른 실시예에 따른 단면도이고,
도 3은 종래의 반도체 패키지의 또 다른 실시예에 따른 단면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 반도체 패키지의 단면도이고,
도 5a는 본 발명의 반도체 패키지를 제조하기 위한 순서를 나타내는 플로우 챠트이고,
도 5b는 본 발명의 에폭시 몰딩 컴파운드 패드를 제작하기 위한 순서를 나타내는 플로우챠트이고,
도 6은 본 발명의 에폭시 몰딩 컴파운드 플레이트를 제작하기 위한 장치를 나타내는 구조도이다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면 반도체 패키지의 다이 패드상에 제어 IC를 EMC 패드를 개재하여 부착함으로서 두께가 얇아도 충분한 절연내압을 보장할 수 있고, 낮은 제조비용으로 생산해낼 수 있다. 또한, 기존의 생산설비를 그대로 이용하여 제조할 수 있다. 또한 탄성력을 가지고 있어 두께가 얇아도 쉽게 깨지지 않는 이점을 갖는다.
Claims (15)
- 반도체 패키지 구조에 있어서, 다이 패드상에 도전성 접착제를 개재하여 부착된 적어도 하나의 제 1 반도체 칩과; 상기 다이 패드상에 제 1 절연성 접착제를 개재하여 부착된 적어도 하나의 에폭시 몰딩 컴파운드 패드와; 상기 에폭시 몰딩 컴파운드 패드상에 제 2 절연성 접착제를 개재하여 부착된 제 2 반도체 칩을 포함하는 반도체 패키지 구조.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 반도체 칩은 MOSFET을 포함하는 반도체 패키지 구조.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 절연성 접착제는 에폭시를 포함하는 반도체 패키지 구조.
- 제 1 항에 있어서, 상기 에폭시 몰딩 컴파운드 패드의 크기는 상기 제 2 반도체 칩보다 더 큰 반도체 패키지 구조.
- 제 4 항에 있어서, 상기 에폭시 몰딩 컴파운드 패드는 상기 제 2 반도체 칩보다 사방으로 1 ㎜ 더 큰 반도체 패키지 구조.
- 소정량의 에폭시 몰딩 컴파운드 타블렛을 프리베이크하는 단계와; 다이를 이용하여 상기 타블렛을 가압하여 소정 두께의 에폭시 몰딩 컴파운드 패드 원형을 성형하는 단계와; 상기 에폭시 몰딩 컴파운드 패드 원형을 냉각시키는 단계와; 상기 에폭시 몰딩 컴파운드 패드 원형의 두께 및 내부에 보이드 생성여부를 검사하는 단계와; 상기 에폭시 몰딩 컴파운드 패드 원형을 구성재료간의 완전반응이 이루어지도록 경화시키는 단계와; 에폭시 몰딩 컴파운드 패드 원형을 소정의 크기로 소오잉하는 단계를 포함하는 에폭시 몰딩 컴파운드 패드의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 프리베이크는 1분동안 진행되는 에폭시 몰딩 컴파운드 패드의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 성형단계는 170℃의 온도에서 1분동안 진행되는 에폭시 몰딩 컴파운드 패드의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 성형단계를 4∼5회 진행할 때마다 상기 다이 표면에 왁스를 도포하는 에폭시 몰딩 컴파운드 패드의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 냉각은 에폭시 몰딩 컴파운드 패드 원형의 상하부를 가압하면서 이루어지는 에폭시 몰딩 컴파운드 패드의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 경화단계는 170℃ 전후로 3시간동안 진행되는 에폭시 몰딩 컴파운드 패드의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 소오잉단계 전에 상기 에폭시 몰딩 컴파운드 패드 원형의 이면에 익스팬딩 테이프를 부착하는 단계를 더 포함하는 에폭시 몰딩 컴파운드 패드의 제조방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 에폭시 몰딩 컴파운드 패드 원형은 제어 IC의 크기보다 크게 소오잉되는 에폭시 몰딩 컴파운드 패드의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 에폭시 몰딩 컴파운드 패드 원형의 두께는 0.3 ㎜이고, 직경은 100㎜인 에폭시 몰딩 컴파운드 패드의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 소정량의 타블렛은 직경 100㎜, 두께 0.3 ㎜로 상기 에폭시 몰딩 컴파운드 패드 원형을 제조할 경우에는 3.2∼3.8 그램인 에폭시 몰딩 컴파운드 패드의 제조방법.
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