KR100798895B1 - 방열패턴을 구비하는 반도체 집적회로 - Google Patents

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Abstract

칩의 내부에서 발생된 열을 칩의 외부로 방출할 수 있도록 칩의 내부에 방열패턴을 구비하는 반도체 집적회로 및 상기 반도체 집적회로의 내부에서 발생된 열을 방출시키는데 사용되는 방열수단을 구비하는 시스템 보드를 제공하는데 있다. 상기 반도체 집적회로는, 출력용 패드, 전원공급용 패드 및 더미패드를 구비한다. 상기 출력용 패드는 방열패턴을 구비하는 출력단자와 직접 연결된다. 상기 전원공급용 패드는 상기 반도체 집적회로에 전원을 공급한다. 상기 더미패드는 전원을 공급하는 메탈 라인(Metal Line) 또는 내부 기능블록의 내부 출력단자에 연결된다. 상기 방열패턴은 상기 출력단자에 복수 개의 단위 콘택(Unit Contact)을 구비하거나 상기 단위 콘택을 적어도 2개 이상 더한 정도의 면적을 가지는 스트립 콘택(Strip Contact)을 복수 개 구비한다.
방열수단, 방열패턴, 스트립 콘택, 단위 콘택

Description

방열패턴을 구비하는 반도체 집적회로{Semiconductor Integrated Circuit including heat radiating patterns}
도 1은 본 발명에 따른 반도체 집적회로에 구현되는 출력단자의 레이아웃의 일실시예이다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 집적회로에 구현되는 출력단자의 레이아웃의 다른 일실시예이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시한 출력 단자용 메탈과 연결되는 출력용 패드와 시스템 보드에 설치된 방열수단 사이의 연결 관계를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 반도체 집적회로에 사용된 일반 패드, 더미패드들 및 시스템 보드에 설치된 방열수단의 배치도에 대한 일실시예이다.
도 5는 본 발명에 따른 반도체 집적회로에 사용된 더미패드들과 시스템 보드에 설치된 방열수단의 배치에 대한 일실시예이다.
본 발명은 반도체 집적회로에 관한 것으로, 특히 반도체 집적회로 내부에서 발생되는 열을 칩의 외부로 용이하게 방출할 수 있는 방열패턴을 구비하는 반도체 집적회로에 관한 것이다.
이하의 설명에서는 반도체 집적회로(Integrated Circuit)와 상기 반도체 집적회로가 구현된 칩(Chip)을 혼용하여 사용한다.
반도체 집적회로는 상당한 수의 트랜지스터들(Transistors)을 포함하고 있는데, 각각의 트랜지스터들이 소비하는 전력에 의하여 집적회로가 구현된 반도체 칩 자체의 온도가 상승하게 된다. 특히, 전력을 가장 많이 소비하는 출력회로에서 발생되는 열은 칩의 온도 상승에 가장 큰 역할을 담당한다. 반도체 칩의 온도가 상승하게 되면 트랜지스터의 전류를 형성하게 되는 캐리어(Carrier)들의 이동도(Mobility)가 증가하게 되어 트랜지스터 자체의 전기적 특성이 달라진다. 집적회로를 설계할 때 온도 변화에 어느 정도 내성을 가지도록 일정한 설계 마진(Design Margin)을 고려하기는 하지만, 온도의 상승이 상기 설계 마진을 벗어나는 경우 집적회로가 오동작할 수도 있다.
반도체 칩의 온도 상승을 방지하기 위하여, 칩의 상부에 방열판을 장착하여 칩의 내부에서 생성되는 열을 칩의 외부로 방출하도록 하기도 한다. 그러나 방열판은 반도체 칩이 조립(Package)되어 사용될 경우에 한해 적용할 수 있으며, 방열판을 사용하기 위한 추가 비용이 든다. 다양한 기능을 수행할 것을 요구하는 사용자의 요구를 만족시키려면, 시스템이 복잡해지게 되고 결국 시스템의 면적이 증가하게 되었다. 상기 시스템의 구성요소가 되는 반도체 칩들을 조립한 상태로 시스템 보드에 장착하는 방식도 시스템의 면적을 증가시키는 한 요인이 된다.
따라서 시스템의 면적을 감소시키기 위하여, 반도체 칩을 조립하지 않고 상 태 그대로 시스템 보드에 장착하여 사용하는 방법이 제안되었다. 이 경우 반도체 칩을 조립하지 않기 때문에 방열판을 사용할 수가 없어서, 새로운 방열 방법이 절실하게 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 칩의 내부에서 발생된 열을 칩의 외부로 방출할 수 있도록 칩의 내부에 방열패턴을 구비하는 반도체 집적회로를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 칩의 내부에서 발생된 열을 칩의 외부로 방출할 수 있도록 칩의 내부에 설치된 방열패턴으로부터 열을 방출시키는 방열수단을 구비하는 시스템 보드를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 집적회로는, 출력용 패드, 전원공급용 패드 및 더미패드를 구비한다. 상기 출력용 패드는 방열패턴을 구비하는 출력단자와 직접 연결된다. 상기 전원공급용 패드는 상기 반도체 집적회로에 전원을 공급한다. 상기 더미패드는 전원을 공급하는 메탈 라인(Metal Line) 또는 내부 기능블록의 내부 출력단자에 연결된다. 상기 방열패턴은 상기 출력단자에 복수 개의 단위 콘택(Unit Contact)을 구비하거나 상기 단위 콘택을 적어도 2개 이상 더한 정도의 면적을 가지는 스트립 콘택(Strip Contact)을 복수 개 구비한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 시스템 보드는, 반도체 집적회로 및 적어도 하나의 방열수단을 구비한다. 상기 반도체 집적회로는, 단위 콘택을 적어도 1개 구비하는 출력단자 또는 상기 단위 콘택을 적어도 2개 이상 더한 정도의 면적을 가지는 스트립 콘택을 적어도 1개 구비하는 출력단자와 연결된 적어도 하나의 출력용 패드, 반도체 집적회로에 전원을 공급하는 적어도 하나의 전원공급용 패드 및 상기 반도체 집적회로에 전원을 공급하는 메탈라인 또는 상기 반도체 집적회로에 장착된 내부 기능블록의 출력단자와 연결된 적어도 하나의 더미패드들을 구비한다. 상기 적어도 하나의 방열수단은 상기 출력용 패드, 상기 전원공급용 패드 및 상기 더미패드들과 연결된다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 집적회로에 구현되는 출력단자의 레이아웃의 일실시예이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 집적회로에 구현되는 출력단자에는, 제1방열패턴 즉 적어도 2개의 단위 콘택(Unit Contact)을 포함한다. 소비전력이 많은 칩의 출력단자는 온도가 높아지게 될 것이므로, 신호를 외부로 출력하는 확산영역의 면적을 크게 하고 상기 확산영역에 가능한 많은 수의 콘택을 설치한다는 것이 본 발명의 핵심아이디어 중의 하나이다. 상기 단위 콘택들의 상부에 도포된(deposed) 출력단자용 메탈(Metal)을 통하여 출력단자의 신호가 출력용 패드(Output PAD)로 바로 연결되게 되는데, 출력용 패드로부터 외부로 열이 방출될 수 있다면 반도체 집적회로의 내부에서 발생된 열이 효과적으로 방출될 수 있을 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 집적회로에 구현되는 출력단자의 레이아웃의 다른 일실시예이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 집적회로에 구현되는 출력단자에는, 제2방열패턴 즉 적어도 2개의 스트립 콘택(Strip Contact)을 포함한다. 스트립 콘택은 도 1에 도시된 단위 콘택들을 적어도 2개 이상 합친 정도의 면적을 가진다. 스트립 콘택은 콘택의 개수는 도 1에 도시된 경우에 비하여 적지만, 그 면적은 상대적으로 크기 때문에 열이 방출될 수 있는 면적이 늘어나게 된다.
도 1 및 도 2에 도시된 본 발명에 따른 반도체 집적회로에 구현되는 출력단자의 레이아웃을 참조하면, 방열패턴 즉, 출력단자에 사용되는 콘택의 숫자를 증가시키거나 콘택이 차지하는 면적을 증가시킴으로서, 혹은 상기 2가지 방법 모두를 사용하여 상기 출력단자로부터 발생되는 열이 외부로 방출될 수 있는 경로를 크게 하는 효과가 있다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 출력 단자용 메탈과 연결되는 출력용 패드와 시스템 보드에 설치된 방열수단 사이의 연결 관계를 나타낸다.
도 3을 참조하면 반도체 집적회로의 내부에 설치된 출력용 패드(출력용 PAD)는 시스템 보드에 설치된 방열수단과 연결된다. 상기 방열수단은 일반적으로 구리(Cu)를 많이 사용하는데, 상기 출력용 패드와 전기적으로 연결될 수 있는 도체 물질이면 어떠한 재질을 이용하더라도 상기 방열수단으로 구현할 수 있다.
반도체 집적회로의 출력단자의 방열패턴에서 발생된 열은 출력단자용 메탈 및 출력용 패드를 경유하여 방열수단으로 전도되기 때문에, 방열수단의 면적이 크 면 클수록 빠른 시간 내에 많은 열이 외부로 방출될 것이다. 상기 방열수단은 시스템 보드에 설치되어 있지만, 시스템 보드에 설치되어 전기적 신호의 통로가 되는 다른 도체들과는 절연되어 있다. 또한 시스템 보드는 일반적으로 접지되어 있기 때문에 외부로부터 상기 방열수단으로 유입되는 잡음이나 전원은 차단된다. 따라서 상기 방열수단은 연결된 반도체 집적회로의 내부에서 발생된 열을 외부로 방출하는 이외의 다른 전기적 특성에는 영향을 미치지 않도록 하는 것이 바람직하다.
도 3을 참조하면, 출력용 패드(출력용 PAD)가 칩의 내부에 하나만 도시되어 있지만, 이는 설명의 편의를 위한 것이고, 칩의 내부에서 열이 많이 방출되는 출력단자 또는 전원전압이 공급되는 패드들에도 상기의 설명이 적용될 수 있다. 칩의 경계면에 더미 패드(Dummy PAD)를 사용할 만한 면적이 있는 경우에는, 실제로 전원전압이 공급되고 있는 패드들 외에, 상기 전원전압을 내부에서 상기 더미 패드에 연장시키고 상기 더미 패드에 방열수단을 연결하는 것도 가능하다. 또한 실제로 출력 패드에 연결되어 있는 출력단자들 외에도, 열이 많이 방출되는 내부 기능블록의 출력단자를 상기 더미 패드에 연결시켜 사용할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 반도체 집적회로에 사용된 일반 패드, 더미패드들 및 시스템 보드에 설치된 방열수단의 배치도에 대한 일실시예이다.
도 4를 참조하면, 반도체 집적회로의 더미패드에 연결된 방열수단(원의 내부)은 시스템 보드에 장착되며 가능한 한 큰 것이 열의 방출에 도움이 된다는 것을 알 수 있다. 도면에는 VSS용 더미 패드 및 일반 출력용 패드에 방열수단이 연결되어 있지만, 이는 설명의 편의를 위한 것이고, VDD용 더미 패드에도 그 적용이 가능 하다.
도 5는 본 발명에 따른 반도체 집적회로에 사용된 더미패드들과 시스템 보드에 설치된 방열수단의 배치에 대한 다른 일실시예이다.
도 5를 참조하면, 반도체 집적회로의 모서리 부분(원의 내부)에 설치된 2개의 더미패드들(VSS 및 VDD 용)은 시스템 보드에 장착된 2개의 방열수단에 각각 연결된다. 즉, 2개의 방열패턴(미도시), 출력단자용 메탈(미도시) 및 더미패드들을 경유하여 2개의 방열수단으로 각각 전달되는 열은 시스템 보드의 상부로 방출된다. 상기 방열수단은 크면 클수록 열을 방출할 수 있는 능력이 향상되는 것은 당연하다.
상기 더미패드들은 칩의 내부에 설치된 일반적인 패드와 형태가 동일하거나 유사하지만, 열을 칩의 외부로 방출하기 위한 통로로 사용되는 것이 특징이다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 집적회로 및 상기 반도체 집적회로의 출력용 패드 및 방열패턴과 연결되는 시스템 보드에 장착된 방열수단은, 상기 반도체 집적회로의 내부에서 발생된 열을 칩의 외부로 방출하는데 효과적이다.

Claims (6)

  1. 방열패턴을 구비하는 출력단자와 직접 연결된 적어도 하나의 출력용 패드(Output PAD);
    전원을 공급하는 전원공급용 패드; 및
    전원을 공급하는 메탈 라인(Metal Line) 또는 내부 기능블록의 내부 출력단자에 연결된 적어도 하나의 더미패드를 구비하며,
    상기 방열패턴은 상기 출력단자에 복수 개의 단위 콘택(Unit Contact)을 구비하거나 상기 단위 콘택을 적어도 2개 이상 더한 정도의 면적을 가지는 스트립 콘택(Strip Contact)을 복수 개 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 집적회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 더미패드는,
    상기 전원을 공급하는 메탈 라인 및 상기 내부 기능블록의 내부 출력단자와 상기 반도체 집적회로의 내부에서 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 집적회로.
  3. 단위 콘택을 적어도 1개 구비하는 출력단자 또는 상기 단위 콘택을 적어도 2개 이상 더한 정도의 면적을 가지는 스트립 콘택을 적어도 1개 구비하는 출력단자와 연결된 적어도 하나의 출력용 패드, 반도체 집적회로에 전원을 공급하는 적어도 하나의 전원공급용 패드 및 상기 반도체 집적회로에 전원을 공급하는 메탈라인 또 는 상기 반도체 집적회로에 장착된 내부 기능블록의 출력단자와 연결된 적어도 하나의 더미패드들을 구비하는 반도체 집적회로; 및
    상기 출력용 패드, 상기 전원공급용 패드 및 상기 더미패드들과 연결된 적어도 하나의 방열수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템 보드.
  4. 제3항에 있어서,
    동일한 전기적 특성을 가진 전원공급용 패드 및 더미 패드들에 연결된 방열수단은 상기 시스템 보드 상에서 서로 연결된 것을 특징으로 하는 시스템 보드.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 방열수단과 상기 반도체 집적회로의 입출력 패드, 전용공급용 패드 및 더미패드와 상기 시스템 보드를 전기적으로 연결시키는데 사용하는 물질은, 상기 반도체 집적회로의 내부에서 사용하는 메탈라인과 동일한 성분을 가지는 것을 특징으로 하는 시스템 보드.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 방열수단의 성분은 구리(Cu)인 것을 특징으로 하는 시스템 보드.
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