KR19980084769A - 고방열 패키지 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트슬러그(heat slug)의 노출면적을 확대하여 열특성 향상을 이룩하도록 한 고발열 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 히트슬러그의 표면적을 확대하여 방열효과를 극대화할 수 있도록 한 고발열 패키지 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

따라서, 본 발명은 얇은 금속판재를 스탬핑(stamping)하거나, 두꺼운 금속판재에 핀들을 형성하기 위해 에칭하여 히트슬러그의 노출 면적을 확대시키므로 고발열 패키지의 방열효과를 증대하고 이에 따른 열특성을 향상시킨다.

Description

고발열 패키지 및 그 제조방법

본 발명은 고발열 패키지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 히트슬러그(heat slug)의 노출면적을 확대하여 열특성 향상을 이룩하도록 한 고발열 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근에 들어 반도체칩의 소형화, 고기능화, 고속화 경향에 따라 반도체칩의 소비전력이 증가하고 있다. 이는 자연적으로 패키지의 내부에서 발생하는 열의 증가를 가져왔다. 그래서, 상기 열을 효과적으로 방열하기 위해 히트슬러그(heat slug)를 설치한 고발열 패키지가 널리 사용되기 시작하였다.

지금까지는 표면실장형 고발열 패키지의 경우, EDQUAD, PQ2, PQ4, HYPER QUAD의 패키지와 같이, 히트슬러그가 외부로 노출한 타입과; DPH(die pad heat spreader)와 같이 히트스프레더(heat spreader)가 외부로 노출되지 않고 내부에 있는 타입과; MQUAD(metal QUAD)와 같이, 금속재질의 캡(cap)/베이스(base)를 이용하는 타입과; 퓨즈드 리드(fused lead)와 같이, 리드프레임의 내부리드들과 다이패드를 연결한 타입의 패키지들이 널리 사용되고 있다.

상기 히트슬러그, 히트스프레더, 캡/베이스의 재질로는 알루미늄(Al)과 구리(Cu)가 주류를 이루고 있으며 패키지 타입에 따라 다소 차이가 있으나 1mm 내외의 두께가 적용되고 있다.

도 1은 종래의 고발열 패키지의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 고발열 패키지(10)는 히트슬러그(11)의 상부면 좌, 우 양측부가 절연성 접착제(15)에 의해 좌, 우 양측의 내부리드들(13)에 접착되어 있고, 반도체칩(1)이 내부리드들(13)의 대향하는 내측단부들 사이에 위치하도록 접착제(12)에 의해 히트슬러그(11)의 상부면 중앙부에 접착되어 있고, 반도체칩(1)의 본딩패드들(도시안됨)이 금속와이어(17)에 의해 해당 내부리드들(13)에 전기적으로 연결되어 있고, 히트슬러그(11)의 하부면을 제외한 상기 각부들이 봉지체(19)에 의해 봉지되는 구조로 이루어져 있다. 여기서, 히트슬러그(11)가 두껍고 평탄한 금속판재이고, 하부면 전체가 노출되며 봉지체(19)의 하부면과 동일 레벨을 이루고 있다.

이와 같이 구성되는 종래의 고발열 패키지의 작용을 설명하면, 히트슬러그(11)를 지지하는 리드프레임의 내부리드들(13)이 열특성 향상을 위해 구리(Cu)로 이루어져 있고, 제품의 경박화에 대한 요구에 따라 내부리드들(13)의 두께가 얇다. 그리고, 히트슬러그(11)가 두꺼운 금속판재로 이루어져 있고, 그 노출된 하부면이 평면으로 이루어져 있다. 따라서, 고발열 패키지(10)의 내부에서 발생한 대부분의 열이 히트슬러그(11)의 노출된 하부면을 거쳐 외부로 방열된다.

그러나, 종래의 고발열 패키지에서는 히트슬러그(11)를 지지하는 내부리드들(13)이 얇아 벤딩(bending) 강도가 약할 뿐만 아니라 히트슬러그(11)와의 접합후 취급하기 어려웠다. 특히, QFP와 같은 표면실장형 패키지에서는 히트슬러그의 무게가 패키지 조립공정에 미치는 영향이 매우 크므로 심한 경우 금속와이어(17)의 끊어짐 등의 불량이 자주 발생하기도 하였다.

또한, JEDEC(joint electronic device engineering council), EIAJ(Electronic industries association of Japan) 등에 의해 규격화된 패키지 사이즈에서는 히트슬러그의 두께 및 방열면적을 확대하는 것이 어려우므로 고발열 제품의 경우, 패키지 사이즈가 큰 것을 적용하지 않으면 안되었다. 이로 인해, 인쇄회로기판 사이즈가 커져 전자기기 등의 소형화에 부응하기 어려웠다.

따라서, 본 발명의 목적은 히트슬러그의 표면적을 확대하여 방열효과를 극대화할 수 있도록 한 고발열 패키지 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 고발열 패키지의 구조를 나타낸 단면도.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 고발열 패키지의 구조를 나타낸 단면도.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 고발열 패키지의 구조를 나타낸 단면도.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 고발열 패키지의 제조방법을 나타낸 플로우차트.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 고발열 패키지의 제조방법을 나타낸 플로우차트.

*도면의주요부분에대한부호의설명*

1: 반도체칩 10: 고발열 패키지 11: 히터슬러그(heat slug) 12,15: 접착제 13: 내부리드 17: 금속와이어 19: 봉지체 20,30: 고발열 패키지 21,31: 히터슬러그 21a,31a: 하부면 22: 내부공간 31b: 핀

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 의한 고발열 패키지는 표면적 확대를 위해 상부면 각 측단부가 소정의 형태로 스탬핑되는 방열용 히트슬러그와;

상기 히트슬러그의 상부면 중앙부에 각각 접착되는 내부리드들을 갖는 리드프레임과;

상기 내부리드들의 대향하는 내측단부들 사이에 위치하도록 상기 히트슬러그의 상부면 중앙부에 접착되는 반도체칩과;

상기 반도체칩의 본딩패드들과 상기 내부리드들을 대응하여 전기적으로 연결하는 금속와이어와;

상기 히트슬러그의 하부면을 제외한 상기 각부를 봉지하는 봉지체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 의한 고발열 패키지의 제조방법은 방열용 히트슬러그의 표면적 확대를 위해 상기 히트슬러그의 상부면 각 측단부를 소정의 형태로 스탬핑하는 단계와;

상기 히트슬러그의 상부면 중앙부의 측단부에 리드프레임의 내부리드들을 각각 접착하는 단계와;

상기 내부리드들의 대향하는 내측단부들 사이에 위치하도록 반도체칩을 상기 히트슬러그의 상부면 중앙부에 접착하는 단계와;

상기 내부리드들과 상기 반도체칩의 본딩패드들을 대응하여 전기적으로 연결하는 단계와;

상기 히트슬러그의 하부면을 제외한 상기 각 부를 봉지체에 의해 봉지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 의한 고발열 패키지는 표면적 확대를 위해 하부면 중앙부를 소정의 형태로 에칭한 방열용 히트슬러그와;

상기 히트슬러그의 상부면 측단부에 각각 접착되는 내부리드들을 갖는 리드프레임과;

상기 내부리드들의 대향하는 내측단부들 사이에 위치하도록 상기 히트슬러그의 상부면 중앙부에 접착되는 반도체칩과;

상기 반도체칩의 본딩패드들과 상기 내부리드들을 대응하여 전기적으로 연결하는 금속와이어와;

상기 히트슬러그의 하부면을 제외한 상기 각부를 봉지하는 봉지체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 의한 고발열 패키지의 제조방법은 방열용 히트슬러그의 표면적 확대를 위해 상기 히트슬러그의 하부면 중앙부를 소정 형태로 에칭하는 단계와;

상기 히트슬러그의 상부면 측단부에 리드프레임의 내부리드들을 각각 접착하는 단계와;

상기 내부리드들의 대향하는 내측단부들 사이에 위치하도록 반도체칩을 상기 히트슬러그의 상부면 중앙부에 접착하는 단계와;

상기 내부리드들과 상기 반도체칩의 본딩패드들을 대응하여 전기적으로 연결하는 단계와;

상기 히트슬러그의 하부면을 제외한 상기 각 부를 봉지체에 의해 봉지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 고발열 패키지 및 그 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 종래의 부분과 동일한 부분에는 동일한 부호를 부여하도록 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 고발열 패키지의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 고발열 패키지(20)는 얇고 평탄한 금속판재인 히트슬러그(21)의 양측단부가 L자의 형태로 스탬핑(stamping)되어 있고, 히트슬러그(21)의 상부면 중앙부 좌, 우 양측이 절연성 접착제(25)에 의해 좌, 우 양측의 내부리드들(13)에 접착하고 있고, 반도체칩(1)이 접착제(12)에 의해 히트슬러그(21)의 상부면 중앙부에 접착하며 내부리드들(13)의 대향하는 내측단부들 사이에 위치하고 있고, 반도체칩(1)의 본딩패드들(도시안됨)이 금속와이어(17)에 의해 해당 내부리드들(13)에 전기적으로 연결되어 있고, 히트슬러그(21)의 하부면 전체가 노출되도록 상기 각부들이 봉지체(19)에 의해 봉지되는 구조로 이루어져 있다.

여기서, 히트슬러그(11)의 각 측단부의 평탄한 하부면(21a)은 봉지체(19)의 하부면과 동일 레벨을 이루고 그 길이가 0.5mm이다.

이와 같이 구성되는 고발열 패키지의 제조방법을 첨부한 도면 제 4도를 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 고발열 패키지의 제조방법을 나타낸 플로우차트이다.

먼저, 단계(S1)에서는 금형(도시 안됨)을 이용하여 얇고 평탄한 금속판재를 스탬핑하여 히트슬러그(21)를 준비하여 놓는다. 여기서, 히트슬러그(21)는 양측단부의 평탄한 하부면(21a)의 길이(ℓ₁)가 소정의 길이, 예를 들어 0.5mm 정도 되도록 L자의 형태로 스탬핑(stamping)된다. 이는 다음의 몰딩공정이 진행되는 동안 봉지체(19)용 액상의 수지가 몰딩압력에 의해 하부면(21a)까지 진입할 수 있으나 히트슬러그(21)의 내부공간(22)으로 더 이상 진입하는 것을 방지하기 위함이다.

이어서, 단계(S3)에서는 히트슬러그의 스탬핑공정이 완료되고 나면, 상기 히트슬러그(21)의 상부면 중앙부 양측에 절연성 접착제(15), 예를 들어 접착테이프 또는 접착수지에 의해 리드프레임의 좌, 우 양측의 내부리드들(13)을 어태칭한다.

단계(S5)에서는 리드프레임의 어태칭공정이 완료되고 나면, 상기 좌, 우 양측 내부리드들(13)의 대향하는 내측단부 사이에 위치하도록 반도체칩(1)을 접착제(12)에 의해 히트슬러그(21)의 중앙부 상부면에 어태칭한다. 단계(S7)에서는 다이어태칭공정이 완료되고 나면, 반도체칩(1)의 본딩패드들(도시 안됨)을 금속와이어(17)에 의해 내부리드들(13)에 대응하여 전기적 연결을 실시한다.

단계(S9)에서는 와이어본딩공정이 완료되고 나면, 몰딩공정을 이용하여 히트슬러그(21)의 하부면 전체를 제외한 상기 각부를 봉지체(19)에 의해 봉지한다.

여기서, 몰딩공정이 진행되는 동안 봉지체(19)용 액상의 수지가 몰딩압력에 의해 하부면(21a)까지 진입할 수 있으나 히트슬러그(21)의 내부공간(22)으로 더 이상 진입하는 것을 방지하기 위해 하부면(21a)이 소정의 길이, 예를 들어 0.5mm의 길이를 갖는다.

한편, 히트슬러그(21)의 높이가 봉지체(19)의 하부면에서 내부리드들(31)의 하부면까지의 높이보다 0.01-0.05mm 높도록 히트슬러그(21)를 스탬핑되어 있는 경우, 히트슬러그(21)가 내부리드들(13)의 내측단부를 상측으로 밀어 올리려고 하므로 히트슬러그(21)가 내부리드들(13)의 복원력에 의해 하측으로 눌러진다. 따라서, 하부면(21a)이 몰딩용 하부다이(도시 안됨)의 상부면을 확실하게 눌러 봉지체(19)가 내부공간(22)으로 진입하는 것을 방지할 수 있다.

마지막으로, 상기 봉지체(19)의 측면으로 돌출한 리드프레임의 외부리드들(도시 안됨)을 도금공정과 절곡/절단공정으로 처리하여 도 2에 도시한 바와 같은 고발열 패키지(20)를 완성한다.

따라서, 얇은 금속판재의 히트슬러그(21)가 스탬핑되어 패키지의 사이즈를 증대시키지 않으면서도 종래의 고발열 패키지에 비하여 히트슬러그(21)의 노출 표면적이 확대될 수 있다. 그러므로, 고발열 패키지(20)는 방열효과를 증대시키고 양호한 열특성을 갖는다.

한편, 히트슬러그(21)가 하나의 단차를 갖도록 스탬핑되어 있으나 본 발명은 이에 한정되지 않고 적어도 하나 이상의 여러개 단차를 갖도록 스탬핑되는 것도 가능함은 당연하다 할 것이다.

이하, 본 발명의 다른 실시예에 의한 고발열 패키지를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 종래의 부분과 동일한 부분에는 동일한 부호를 부여하도록 한다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 고발열 패키지의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 고발열 패키지(30)는 히트슬러그(31)가 도 1의 히트슬러그(21)를 대신하는 것을 제외하면 고발열 패키지(20)의 구조와 동일한 구조로 이루어져 있다. 여기서, 히트슬러그(31)는 그 하부면 중앙부에 핀들(31b)이 하향 돌출하여 있으며, 양측단부의 평탄한 하부면(31a)은 봉지체(19)의 하부면과 동일한 레벨을 이루고 그 길이(ℓ₂)가 0.5mm 정도이다.

이와 같이 구성되는 고발열 패키지의 제조방법을 첨부한 도면 제 5도를 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 고발열 패키지의 제조방법을 나타낸 플로우차트이다.

먼저, 단계(S11)에서는 에칭공정을 이용하여 두껍고 평탄한 금속판재를 에칭하여 히트슬러그(31)를 준비하여 놓는다. 여기서, 히트슬러그(31)의 양측단부의 평탄한 하부면(31a)을 제외한 하부면 중앙부에 소정 형태의 기둥, 예를 들어 원형 기둥, 즉 핀들(31b)이 하향 돌출되어 있다. 상기 하부면(31a)의 길이(ℓ₂)가 소정의 길이, 예를 들어 0.5mm 정도되는데 이는 다음의 몰딩공정이 진행되는 동안 봉지체(19)용 액상의 수지가 몰딩압력에 의해 하부면(31a)까지 진입할 수 있으나 히트슬러그(31)의 핀들(31b)로 더 이상 진입하는 것을 방지하기 위함이다.

이어서, 단계(S13)에서는 히트슬러그의 에칭공정이 완료되고 나면, 상기 히트슬러그(31)의 상부면 양측에 절연성 접착제(15), 예를 들어 접착테이프 또는 접착수지에 의해 리드프레임의 좌, 우 양측의 내부리드들(13)을 어태칭한다.

단계(S15)에서는 리드프레임의 어태칭공정이 완료되고 나면, 상기 좌, 우 양측 내부리드들(13)의 대향하는 내측단부들 사이에 위치하도록 반도체칩(1)을 접착제(12)에 의해 히트슬러그(31)의 상부면 중앙부에 어태칭한다. 단계(S17)에서는 다이어태칭공정이 완료되고 나면, 반도체칩(1)의 본딩패드들(도시 안됨)을 금속와이어(17)에 의해 내부리드들(13)에 대응하여 전기적 연결을 실시한다.

단계(S19)에서는 와이어본딩공정이 완료되고 나면, 몰딩공정을 이용하여 하부면 전체를 제외한 상기 각부를 봉지체(19)에 의해 봉지한다.

여기서, 몰딩공정이 진행되는 동안 봉지체(19)용 액상의 수지가 몰딩압력에 의해 하부면(31a)까지 진입할 수 있으나 히트슬러그(31)의 핀들(31b)로 더 이상 진입하는 것을 방지하기 위해 하부면(31a)이 소정의 길이, 예를 들어 0.5mm의 길이를 갖는다.

마지막으로, 상기 봉지체(19)의 측면으로 돌출한 리드프레임의 외부리드들(도시 안됨)을 도금공정과 절곡/절단공정으로 처리하여 도 3에 도시한 바와 같은 고발열 패키지(30)를 완성한다.

따라서, 두꺼운 금속판재의 히트슬러그(31)가 에칭되어 그 하부면에 핀들(31b)이 형성되므로 패키지의 사이즈를 증대시키지 않으면서도 종래의 고발열 패키지에 비하여 히트슬러그(31)의 노출 표면적이 확대될 수 있다. 그러므로, 고발열 패키지(30)는 방열효과를 증대시키고 양호한 열특성을 갖는다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 고발열 패키지 및 그 제조방법은 얇은 금속판재를 스탬핑하거나, 두꺼운 금속판재를 에칭하여 그 하부면에 핀들을 형성하여 히트슬러그의 노출 면적을 확대한다. 따라서, 본 발명은 자연 대류는 물론 강제 송풍 상태에서 고발열 패키지의 방열효과를 증대하고 이에 따른 열특성을 향상시켜 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (11)

1. 표면적 확대를 위해 상부면 각 측단부가 적어도 하나의 단차를 갖도록 스탬핑(stamping)되는 방열용 히트슬러그(heat slug)와;

   상기 히트슬러그의 상부면 중앙부에 각각 접착되는 내부리드들을 갖는 리드프레임과;

   상기 내부리드들의 대향하는 내측단부들 사이에 위치하도록 상기 히트슬러그의 상부면 중앙부에 접착되는 반도체칩과;

   상기 반도체칩의 본딩패드들과 상기 내부리드들을 대응하여 전기적으로 연결하는 금속와이어와;

   상기 히트슬러그의 하부면을 제외한 상기 각부를 봉지하는 봉지체를 포함하는 고발열 패키지.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 스탬핑된 히트슬러그의 상부면 각 측단부의 평탄한 하부면이 소정의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 고발열 패키지.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 평탄한 하부면이 적어도 0.5mm 이상의 길이를 가지며 상기 봉지체의 하부면과 동일 레벨을 이루는 것을 특징으로 하는 고발열 패키지.
4. 방열용 히트슬러그의 표면적 확대를 위해 상기 히트슬러그의 상부면 각 측단부를 적어도 하나의 단차를 갖도록 스탬핑하는 단계와;

   상기 히트슬러그의 상부면 중앙부의 측단부에 리드프레임의 내부리드들을 각각 접착하는 단계와;

   상기 내부리드들의 대향하는 내측단부들 사이에 위치하도록 반도체칩을 상기 히트슬러그의 상부면 중앙부에 접착하는 단계와;

   상기 내부리드들과 상기 반도체칩의 본딩패드들을 대응하여 전기적으로 연결하는 단계와;

   상기 히트슬러그의 하부면을 제외한 상기 각 부를 봉지체에 의해 봉지하는 단계를 포함하는 고발열 패키지의 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 스탬핑된 히트슬러그의 상부면 각 측단부의 평탄한 하부면이 0.5mm 이상의 길이를 가지며 상기 봉지체의 하부면과 동일한 레벨을 갖는 것을 특징으로 하는 고발열 패키지의 제조방법.
6. 표면적 확대를 위해 하부면 중앙부를 소정의 형태로 에칭한 방열용 히트슬러그와;

   상기 히트슬러그의 상부면 측단부에 각각 접착되는 내부리드들을 갖는 리드프레임과;

   상기 내부리드들의 대향하는 내측단부들 사이에 위치하도록 상기 히트슬러그의 상부면 중앙부에 접착되는 반도체칩과;

   상기 반도체칩의 본딩패드들과 상기 내부리드들을 대응하여 전기적으로 연결하는 금속와이어와;

   상기 히트슬러그의 하부면을 제외한 상기 각부를 봉지하는 봉지체를 포함하는 고발열 패키지.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 히트슬러그의 하부면 중앙부에 핀들이 형성된 것을 특징으로 하는 고발열 패키지.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 하부면의 각 측단부가 적어도 0.5mm 길이 이상의 수평면을 이루며 상기 봉지체의 하부면과 동일 레벨을 이루는 것을 특징으로 하는 고발열 패키지.
9. 방열용 히트슬러그의 표면적 확대를 위해 상기 히트슬러그의 하부면 중앙부를 소정 형태로 에칭하는 단계와;

   상기 히트슬러그의 상부면 측단부에 리드프레임의 내부리드들을 각각 접착하는 단계와;

   상기 내부리드들의 대향하는 내측단부들 사이에 위치하도록 반도체칩을 상기 히트슬러그의 상부면 중앙부에 접착하는 단계와;

   상기 내부리드들과 상기 반도체칩의 본딩패드들을 대응하여 전기적으로 연결하는 단계와;

   상기 히트슬러그의 하부면을 제외한 상기 각 부를 봉지체에 의해 봉지하는 단계를 포함하는 고발열 패키지의 제조방법.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 히트슬러그의 하부면 중앙부에 핀들을 형성하는 것을 특징으로 하는 고발열 패키지의 제조방법.
11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 하부면의 각 측단부를 적어도 0.5mm 길이 이상의 수평면을 이루며 상기 봉지체의 하부면과 동일 레벨로 이루는 것을 특징으로 하는 고발열 패키지의 제조방법.