KR20130069108A - 반도체 패키지 - Google Patents

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KR20130069108A
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semiconductor
semiconductor package
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김태훈
최석문
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 반도체 패키지에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 반도체 소자, 반도체 소자 하부에 형성되는 제1 방열 기판, 반도체 소자 하부와 제1 방열 기판 상부를 전기적으로 연결하는 제1 리드 프레임, 반도체 소자 상부에 형성되는 제2 방열 기판 및 하면에 외부로 돌출된 돌출부를 포함하며, 반도체 소자 상부와 제2 방열 기판 하부를 전기적으로 연결하는 제2 리드 프레임을 포함하는 반도체 패키지가 제공된다.

Description

반도체 패키지{SEMICONDUCTOR PACKAGE}
본 발명은 반도체 패키지에 관한 것이다.
전력용 전자산업이 발전함에 따라 전력 반도체 모듈의 소형화, 고밀도화가 중요성이 증대되고 있다. 이에 따라 반도체 소자 자체의 크기를 줄이는 시도와 더불어 모듈자체의 소형화가 중요한 과제가 되고 있다. 제한된 공간에 소자를 집적하는 것은 열 발생을 증가시키는 요인이 되며, 이러한 열 발생은 전력반도체 모듈의 동작과 수명에 영향을 주기 때문에 중요한 이슈가 되고 있다.
이 형식의 전력 반도체 패키지는 절연기판을 이용하여 하나의 기판 위에 다수의 반도체 소자를 솔더링 하여 붙이고, 하우징 케이스가 접합되는 구조로 형성된다. 그리고 와이어 본딩 또는 솔더링을 사용해 반도체 소자와 기판, 기판과 하우징에 삽입된 단자를 연결한다. 또한, 반도체 패키지의 방열을 위한 방열판이 패키지의 하부에만 배치되는 구조이어서 방열이 효율적으로 이루어질 수 없다.(한국 공개특허공보 제10-2011-0014867호)
본 발명은 소형화가 가능한 반도체 패키지를 제공하는 데 있다.
본 발명은 방열 효과가 향상된 반도체 패키지를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 복수개의 반도체 소자, 반도체 소자 하부에 형성되는 제1 방열 기판, 반도체 소자 하부와 제1 방열 기판 상부를 전기적으로 연결하는 제1 리드 프레임, 반도체 소자 상부에 형성되는 제2 방열 기판 및 일면이 외부로 돌출된 돌출부를 포함하며, 반도체 소자 상부와 제2 방열 기판 하부를 전기적으로 연결하는 제2 리드 프레임을 포함하는 반도체 패키지가 제공된다.
제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임 간의 이격 공간에 형성되는 스페이서를 더 포함할 수 있다.
제1 방열 기판과 제2 방열 기판 사이에 형성된 내부 공간을 외부와 차단하도록 제1 방열 기판 및 제2 방열 기판 양측을 감싸는 하우징을 더 포함할 수 있다.
제1 리드 프레임 및 제2 리드 프레임 중 적어도 하나는 하우징 외부로 돌출되도록 형성될 수 있다.
제1 방열 기판과 제2 방열 기판 사이의 내부 공간에 충전되는 절연 수지를 더 포함할 수 있다.
반도체 소자는 전력 소자 및 제어 소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전력 소자는 IGBT일 수 있다.
제어 소자는 다이오드일 수 있다.
다이오드는 게이트(Gate) 전극이 제1 리드 프레임과 접촉되도록 배치될 수 있다.
제1 리드 프레임 및 제2 리드 프레임은 복수개의 반도체 소자를 직렬 또는 병렬로 연결할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 두께가 동일한 복수개의 반도체 소자, 반도체 소자 하부에 형성되는 제1 방열 기판, 반도체 소자 하부와 제1 방열 기판 상부를 전기적으로 연결하는 제1 리드 프레임, 반도체 소자 상부에 형성되는 제2 방열 기판 및 반도체 소자 상부와 제2 방열 기판 하부를 전기적으로 연결하는 제2 리드 프레임을 포함하는 반도체 패키지가 제공된다.
제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임 간의 이격 공간에 형성되는 스페이서를 더 포함할 수 있다.
제1 방열 기판과 제2 방열 기판 사이에 형성된 내부 공간을 외부와 차단하도록 제1 방열 기판 및 제2 방열 기판 양측을 감싸는 하우징을 더 포함할 수 있다.
제1 리드 프레임 및 제2 리드 프레임 중 적어도 하나는 하우징 외부로 돌출되도록 형성될 수 있다.
제1 방열 기판과 제2 방열 기판 사이의 내부 공간에 충전되는 절연 수지를 더 포함할 수 있다.
반도체 소자는 전력 소자 및 제어 소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전력 소자는 IGBT일 수 있다.
제어 소자는 다이오드일 수 있다.
다이오드는 게이트(Gate) 전극이 제1 리드 프레임과 접촉되도록 배치될 수 있다.
제1 리드 프레임 및 제2 리드 프레임은 복수개의 반도체 소자를 병렬 또는 직렬로 연결할 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 패키지는 소형화가 가능하다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 패키지는 방열 효과를 향상시킬 수 있다.
도1은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 패키지를 나타낸 예시도이다.
도2는 본 발명의 실시 예에 따른 하우징에 의해서 패키징 된 반도체 패키지를 나타낸 예시도이다.
도3은 본 발명의 실시 예를 위한 반도체 소자를 포함한 회로도이다.
도4는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 패키지의 배선 구조 나타낸 예시도이다.
도5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 반도체 패키지를 나타낸 예시도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 실시 예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 패키지에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 패키지를 나타낸 예시도이다.
도1을 참조하면, 반도체 패키지(100)는 반도체 소자(150), 제1 방열 기판(110), 제2 방열 기판(120), 제1 리드 프레임(130), 제2 리드 프레임(140) 및 스페이서(160)를 포함할 수 있다.
제1 방열 기판(110)은 열 전도성이 높은 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 방열 기판(110)은 열을 외부로 방사하는 히트 싱크가 될 수 있다. 제1 방열 기판(110)은 금속, 금속 질화물, 세라믹 수지 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. 제1 방열 기판(110) 상부에는 제1 리드 프레임(130)이 형성될 수 있다.
제2 방열 기판(120)은 열 전도성이 높은 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 방열 기판(120)은 열을 외부로 방사하는 히트 싱크가 될 수 있다. 제2 방열 기판(120)은 금속, 금속 질화물, 세라믹 수지 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. 제2 방열 기판(120) 하부에는 제2 리드 프레임(140)이 형성될 수 있다.
제1 리드 프레임(130)은 제1 방열 기판(110) 상부에 형성될 수 있다. 제1 리드 프레임(130)은 제1 방열 기판(110)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제1 리드 프레임(130)은 반도체 소자(150)와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 제1 리드 프레임(130)은 제1 방열 기판(110)과 반도체 소자(150)를 전기적으로 연결할 수 있습니다. 제1 리드 프레임(130)은 전기 전도성 금속으로 형성될 수 있다. 또한, 제1 리드 프레임(130)은 열 전도성 금속으로 형성될 수 있다. 이와 같이, 전기 전도성 및 열 전도성 금속으로 형성된 제1 리드 프레임(130)은 반도체 소자(150)에서 발생하는 열을 제1 방열 기판(110)으로 전도하여, 외부로 방출될 수 있도록 할 수 있다. 제1 리드 프레임(130)은 제1 방열 기판(110) 외부로 돌출되도록 형성될 수 있다.
반도체 소자(150)는 전력 소자 또는 제어 소자를 포함할 수 있다. 반도체 소자(150)는 제1 리드 프레임(130) 상부에 실장될 수 있다. 반도체 소자(150)가 제1 리드 프레임(130) 상부에 실장 시, 전도성 접착제에 의해서 접합될 수 있다. 전도성 접착제는 솔더 또는 전도성 에폭시 등이 될 수 있다. 반도체 소자(150) 상부에는 제2 리드 프레임(140)이 실장 될 수 있다.
제2 리드 프레임(140)은 제2 방열 기판(120) 하부에 형성될 수 있다. 제2 리드 프레임(140)은 제2 방열 기판(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제2 리드 프레임(140)은 반도체 소자(150)와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 제2 리드 프레임(140)은 제2 방열 기판(120)과 반도체 소자(150)를 전기적으로 연결할 수 있습니다. 제2 리드 프레임(140)은 전기 전도성 금속으로 형성될 수 있다. 또한, 제2 리드 프레임(140)은 열 전도성 금속으로 형성될 수 있다. 이와 같이, 전기 전도성 및 열 전도성 금속으로 형성된 제2 리드 프레임(140)은 반도체 소자(150)에서 발생하는 열을 제2 방열 기판(120)으로 전도하여, 외부로 방출될 수 있도록 할 수 있다. 제2 리드 프레임(140)은 제2 방열 기판(120) 외부로 돌출되도록 형성될 수 있다. 제2 리드 프레임(140) 일면에는 돌출부(145)가 형성될 수 있다. 돌출부(145)는 제2 리드 프레임(140) 몸체에서 외부로 돌출되도록 형성될 수 있다. 돌출부(145)는 반도체 소자(150) 중에서 두께가 두꺼운 반도체 소자와 두께가 얇은 반도체 소자 간의 두께 차이를 보완하기 위한 것이다. 예를 들어, 제2 리드 프레임(140) 중에서 두꺼운 반도체 소자인 다이오드(152)와 접촉되는 부분은 돌출부(145)가 형성되지 않으며, 얇은 반도체 소자인 IGBT(151)와 접촉되는 부분은 돌출부(145)가 형성될 수 있다. 돌출부(145)의 두께는 동일 기판에 실장되는 반도체 소자(150)들 간의 두께 차이를 보완하기 위한 것이다. 따라서 돌출부(145)의 두께는 가장 두꺼운 반도체 소자(150)와 돌출부(145) 각각에 접촉되는 반도체 소자(150)들 간의 두께 차이가 될 수 있다. 즉, 반도체 소자(150)의 두께가 여러 가지라면, 이와 접합되는 돌출부(145)의 두께 역시 그게 상응하여 여러 가지가 될 수 있다.
스페이서(160)는 제1 리드 프레임(130) 및 제2 리드 프레임(140) 간의 이격 공간에 형성될 수 있다. 스페이서(160)는 반도체 패키지(100) 내부에 빈 공간에 의해서 반도체 패키지(100)의 형태가 변형되는 것을 방지하기 위해서 제1 리드 프레임(130) 및 제2 리드 프레임(140) 간의 이격 공간에 형성될 수 있다. 즉, 스페이서(160)는 반도체 소자(150)가 위치하지 않은 영역에 형성될 수 있다. 스페이서(160)는 열 전도성 물질로 형성될 수 있다. 또한 스페이서(160)는 전기 비전도성 물질로 형성될 수 있다. 그러나, 스페이서(160)는 제1 리드 프레임(130)과 제2 리드 프레임(140)간의 전기적 연결이 필요한 경우에 전기 전도성 물질로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 기판과 반도체 소자 간의 전기적 연결 또는 반도체 소자와 반도체 소자 간의 전기적 연결을 와이어 본딩이 아닌 리드 프레임으로 구현함으로써, 반도체 패키지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도2는 본 발명의 실시 예에 따른 하우징에 의해서 패키징 된 반도체 패키지를 나타낸 예시도이다.
도2를 참조하면, 반도체 패키지(100)는 반도체 소자(150), 제1 방열 기판(110), 제2 방열 기판(120), 제1 리드 프레임(130), 제2 리드 프레임(140), 스페이서(160) 및 하우징(170)을 포함할 수 있다.
제1 방열 기판(110)은 열 전도성이 높은 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 방열 기판(110)은 열을 외부로 방사하는 히트 싱크가 될 수 있다. 제1 방열 기판(110)은 금속, 금속 질화물, 세라믹 수지 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. 제1 방열 기판(110) 상부에는 제1 리드 프레임(130)이 형성될 수 있다.
제2 방열 기판(120)은 열 전도성이 높은 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 방열 기판(120)은 열을 외부로 방사하는 히트 싱크가 될 수 있다. 제2 방열 기판(120)은 금속, 금속 질화물, 세라믹 수지 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. 제2 방열 기판(120) 하부에는 제2 리드 프레임(140)이 형성될 수 있다.
제1 리드 프레임(130)은 제1 방열 기판(110) 상부에 형성될 수 있다. 제1 리드 프레임(130)은 제1 방열 기판(110)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제1 리드 프레임(130)은 반도체 소자(150)와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 제1 리드 프레임(130)은 제1 방열 기판(110)과 반도체 소자(150)를 전기적으로 연결할 수 있습니다. 제1 리드 프레임(130)은 전기 전도성 금속으로 형성될 수 있다. 또한, 제1 리드 프레임(130)은 열 전도성 금속으로 형성될 수 있다. 이와 같이, 전기 전도성 및 열 전도성 금속으로 형성된 제1 리드 프레임(130)은 반도체 소자(150)에서 발생하는 열을 제1 방열 기판(110)으로 전도하여, 외부로 방출될 수 있도록 할 수 있다. 제1 리드 프레임(130)은 하우징(170) 외부로 돌출되도록 형성될 수 있다.
반도체 소자(150)는 전력 소자 또는 제어 소자를 포함할 수 있다. 반도체 소자(150)는 제1 리드 프레임(130) 상부에 실장될 수 있다. 반도체 소자(150)가 제1 리드 프레임(130) 상부에 실장 시, 전도성 접착제에 의해서 접합될 수 있다. 전도성 접착제는 솔더 또는 전도성 에폭시 등이 될 수 있다. 반도체 소자(150) 상부에는 제2 리드 프레임(140)이 실장 될 수 있다.
제2 리드 프레임(140)은 제2 방열 기판(120) 하부에 형성될 수 있다. 제2 리드 프레임(140)은 제2 방열 기판(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제2 리드 프레임(140)은 반도체 소자(150)와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 제2 리드 프레임(140)은 제2 방열 기판(120)과 반도체 소자(150)를 전기적으로 연결할 수 있습니다. 제2 리드 프레임(140)은 전기 전도성 금속으로 형성될 수 있다. 또한, 제2 리드 프레임(140)은 열 전도성 금속으로 형성될 수 있다. 이와 같이, 전기 전도성 및 열 전도성 금속으로 형성된 제2 리드 프레임(140)은 반도체 소자(150)에서 발생하는 열을 제2 방열 기판(120)으로 전도하여, 외부로 방출될 수 있도록 할 수 있다. 제2 리드 프레임(140)은 하우징(170) 외부로 돌출되도록 형성될 수 있다. 제2 리드 프레임(140) 일면에는 돌출부(145)가 형성될 수 있다. 돌출부(145)는 제2 리드 프레임(140) 몸체에서 외부로 돌출되도록 형성될 수 있다. 돌출부(145)는 반도체 소자(150) 중에서 두께가 두꺼운 반도체 소자(150)와 두께가 얇은 반도체 소자(150)간의 두께 차이를 보완하기 위한 것이다. 예를 들어, 제2 리드 프레임(140) 중에서 두꺼운 반도체 소자인 다이오드(152)와 접촉되는 부분은 돌출부(145)가 형성되지 않으며, 얇은 반도체 소자인 IGBT(151)와 접촉되는 부분은 돌출부(145)가 형성될 수 있다. 돌출부(145)의 두께는 동일 기판에 실장되는 반도체 소자(150)들 간의 두께 차이를 보완하기 위한 것이다. 따라서 돌출부(145)의 두께는 가장 두꺼운 반도체 소자(150)와 돌출부(145) 각각에 접촉되는 반도체 소자(150)들 간의 두께 차이가 될 수 있다. 즉, 반도체 소자(150)의 두께가 여러 가지라면, 이와 접합되는 돌출부(145)의 두께 역시 그게 상응하여 여러 가지가 될 수 있다.
스페이서(160)는 제1 리드 프레임(130) 및 제2 리드 프레임(140) 간의 이격 공간에 형성될 수 있다. 스페이서(160)는 반도체 패키지(100) 내부에 빈 공간에 의해서 반도체 패키지(100)의 형태가 변형되는 것을 방지하기 위해서 제1 리드 프레임(130) 및 제2 리드 프레임(140) 간의 이격 공간에 형성될 수 있다. 즉, 스페이서(160)는 반도체 소자(150)가 위치하지 않은 영역에 형성될 수 있다. 스페이서(160)는 열 전도성 물질로 형성될 수 있다. 또한 스페이서(160)는 전기 비전도성 물질로 형성될 수 있다. 그러나, 스페이서(160)는 제1 리드 프레임(130)과 제2 리드 프레임(140)간의 전기적 연결이 필요한 경우에 전기 전도성 물질로 형성될 수 있다.
하우징(170)은 제1 방열 기판(110)과 제2 방열 기판(120) 사이에 형성된 내부 공간 및 구성부를 외부와 차단하기 위해 형성될 수 있다. 하우징(170)은 내부 구성부와 외부를 차단하기 위해서 여러 가지 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 하우징(170)은 제1 방열 기판(110)과 제2 방열 기판(120)의 측면을 감싸 하우징(170) 내부와 외부를 차단하는 구조로 형성될 수 있다. 또한, 하우징(170)은 제1 방열 기판(110) 및 제2 방열 기판(120)을 모든 면을 감싸 하우징(170) 내부와 외부를 차단하는 구조로 형성될 수 있다. 하우징(170)은 절연 재질로 형성될 수 있다. 하우징(170)은 하우징(170) 내부에 위치하는 구성부들을 보호하기 위해 실리콘 등과 같은 절연 수지(180)로 충전될 수 있다.
도3은 본 발명의 실시 예를 위한 반도체 소자를 포함한 회로도이다.
도3을 참조하면, 반도체 소자(150)는 제1 전력 소자(151) 내지 제4 전력 소자(157) 및 제1 제어 소자(152) 내지 제4 제어 소자(158)를 포함할 수 있다. 예를 들어 제1 전력 소자(151) 내지 제4 전력 소자(157)는 IGBT가 될 수 있다. 또한, 제1 제어 소자(152) 내지 제4 제어 소자(158)는 다이오드가 될 수 있다.
도3에 도시된 회로도를 참조하면, 제1 전력 소자(151)와 제1 제어 소자(152)는 병렬로 연결된다. 제2 전력 소자(153)와 제2 제어 소자(154)는 병렬로 연결된다. 제3 전력 소자(155)와 제3 제어 소자(156)는 병렬 연결된다. 또한, 제4 전력 소자(157)와 제4 제어 소자(158)는 병렬 연결된다.
여기서, 제1 전력 소자(151)와 제1 제어 소자(152)는 제3 전력 소자(155)와 제3 제어 소자(156)와 병렬 연결되는 구조임을 확인할 수 있다.
도4는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 패키지의 배선 구조 나타낸 예시도이다.
도4는 도3의 회로도의 배선 레이 아웃을 나타낸 예시도이다.
도4를 참조하면, 다수개의 반도체 소자(150)는 리드 프레임(131, 132, 141, 142, 143, 144)에 의해서 연결될 수 있다.
반도체 소자(150)는 제1 전력 소자(151) 내지 제4 전력 소자(157) 및 제1 제어 소자(152) 내지 제4 제어 소자(158)를 포함할 수 있다. 예를 들어 제1 전력 소자(151) 내지 제4 전력 소자(157)는 IGBT가 될 수 있다. 또한, 제1 제어 소자(152) 내지 제4 제어 소자(158)는 다이오드가 될 수 있다.
리드 프레임(131, 132, 141, 142, 143, 144)은 반도체 소자(150)들을 전기적으로 연결할 수 있다. 리드 프레임(131, 132, 141, 142, 143, 144)은 반도체 소자(150)를 설계에 의해서 전기적으로 연결하기 위해 패터닝 될 수 있다. 리드 프레임(131, 132, 141, 142, 143, 144)은 반도체 소자(150) 하부와 접합되는 제1 리드 프레임(130)과 반도체 소자(150) 상부와 접합되는 제2 리드 프레임(140)을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 의하면, 제1 리드 프레임(130) 및 제2 리드 프레임(140)은 설계에 따라 반도체 소자(150)와 전기적으로 연결되기 위해서 여러 가지 형태로 패터닝 된 하나 이상이 될 수 있다.
제1 전력 소자(151), 제2 전력 소자(153), 제1 제어 소자(152) 및 제2 제어 소자(154)는 제1-1 리드 프레임(131), 제2-1-1 리드 프레임(141) 및 제2-1-2 리드 프레임(142)에 의해서 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 전력 소자(151)의 콜렉터, 제1 제어 소자(152)의 캐소드, 제2 전력 소자(153)의 콜렉터 및 제2 제어 소자(154)의 캐소드는 제1-1 리드 프레임(131)과 접합되어 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제1 전력 소자(151)의 이미터, 제1 제어 소자(152)의 애노드, 제2 전력 소자(153)의 이미터, 제2 제어 소자(154)의 애노드는 제2-1-1 리드 프레임(141)과 접합되어 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제1 전력 소자(151)의 게이트 및 제2 전력 소자(153)의 게이트는 제2-1-2 리드 프레임(142)과 접합되어 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 패키지(100)는 제1 전력 소자(151) 및 제2 전력 소자(153)의 게이트를 리드 프레임으로 연결함으로써, 기존의 솔더 볼로 연결하는 솔더볼 공정을 생략할 수 있다.
이와 같이, 제1 전력 소자(151), 제1 제어 소자(152), 제2 전력 소자(153) 및 제2 제어 소자(154)는 제1-1 리드 프레임(131), 제2-1-1 리드 프레임(141) 및 제2-1-2 리드 프레임(142)에 의해서 상호 병렬 연결될 수 있다.
제3 전력 소자(155), 제4 전력 소자(157), 제3 제어 소자(156) 및 제4 제어 소자(158)는 제1-2 리드 프레임(132), 제2-2-1 리드 프레임(143) 및 제2-2-2 리드 프레임(144)에 의해서 연결될 수 있다. 예를 들어, 제3 전력 소자(155)의 콜렉터, 제3 제어 소자(156)의 캐소드, 제4 전력 소자(157)의 콜렉터 및 제4 제어 소자(158)의 캐소드는 제1-2 리드 프레임(132)과 접합되어 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제3 전력 소자(155)의 이미터, 제3 제어 소자(156)의 애노드, 제4 전력 소자(157)의 이미터, 제4 제어 소자(158)의 애노드는 제2-2-1 리드 프레임(143)과 접합되어 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제3 전력 소자(155)의 게이트 및 제4 전력 소자(157)의 게이트는 제2-1-2 리드 프레임(142)과 접합되어 전기적으로 연결될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 패키지(100)는 제3 전력 소자(155) 및 제4 전력 소자(157)의 게이트를 리드 프레임으로 연결함으로써, 기존의 솔더 볼로 연결하는 솔더볼 공정을 생략할 수 있다.
이와 같이, 제3 전력 소자(155), 제3 제어 소자(156), 제4 전력 소자(157) 및 제4 제어 소자(158)는 제1-2 리드 프레임(132), 제2-2-1 리드 프레임(143) 및 제2-2-2 리드 프레임(144)에 의해서 상호 병렬 연결될 수 있다.
또한, 제2-1-1 리드 프레임(141)은 제1-2 리드 프레임(132)과 연결될 수 있다. 따라서, 제1 전력 소자(151) 내지 제4 전력 소자(157) 및 제1 제어 소자(152) 내지 제4 제어 소자(158)는 제2-1-1 리드 프레임(141)과 제1-2 리드 프레임(132)에 의해서 직렬 연결 될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는 2개의 전력 소자와 2개의 제어 소자를 예시로 설명하였으나, 반도체 패키지에 포함되는 반도체 소자의 개수는 이에 한정되지 않는다. 즉, 반도체 패키지에 포함되는 전력 소자와 제어 소자의 개수는 당업자에 의해서 변경될 수 있다. 또한, 당업자의 설계에 의해서 리드 프레임의 패터닝을 변경하여 다수개의 반도체 소자 간의 직렬 또는 병렬 연결을 용이하게 변경할 수 있다.
도5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 반도체 패키지를 나타낸 예시도이다.
도5를 참조하면, 반도체 패키지(200)는 반도체 소자(250), 제1 방열 기판(210), 제2 방열 기판(220), 제1 리드 프레임(230), 제2 리드 프레임(240), 스페이서(260) 및 하우징(270)을 포함할 수 있다.
제1 방열 기판(210)은 열 전도성이 높은 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 방열 기판(210)은 열을 외부로 방사하는 히트 싱크가 될 수 있다. 제1 방열 기판(210)은 금속, 금속 질화물, 세라믹 수지 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. 제1 방열 기판(210) 상부에는 제1 리드 프레임(230)이 형성될 수 있다.
제2 방열 기판(220)은 열 전도성이 높은 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 방열 기판(220)은 열을 외부로 방사하는 히트 싱크가 될 수 있다. 제2 방열 기판(220)은 금속, 금속 질화물, 세라믹 수지 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. 제2 방열 기판(220) 하부에는 제2 리드 프레임(240)이 형성될 수 있다.
제1 리드 프레임(230)은 제1 방열 기판(210) 상부에 형성될 수 있다. 제1 리드 프레임(230)은 제1 방열 기판(210)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제1 리드 프레임(230)은 반도체 소자(250)와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 제1 리드 프레임(230)은 제1 방열 기판(210)과 반도체 소자(250)를 전기적으로 연결할 수 있습니다. 제1 리드 프레임(230)은 전기 전도성 금속으로 형성될 수 있다. 또한, 제1 리드 프레임(230)은 열 전도성 금속으로 형성될 수 있다. 이와 같이, 전기 전도성 및 열 전도성 금속으로 형성된 제1 리드 프레임(230)은 반도체 소자(250)에서 발생하는 열을 제1 방열 기판(210)으로 전도하여, 외부로 방출될 수 있도록 할 수 있다. 제1 리드 프레임(230)은 하우징(270) 외부로 돌출되도록 형성될 수 있다.
반도체 소자(250)는 전력 소자 또는 제어 소자를 포함할 수 있다. 여기서, 반도체 소자(250)은 모두 두께가 동일할 수 있다. 예를 들어, 반도체 소자(250) 중에서 전력소자는 IGBT(251)가 될 수 있다. 또한, 반도체 소자(250) 중에서 제어 소자는 다이오드(252)가 될 수 있다. 다이오드(252)는 IGBT(251)에 비해서 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 이와 같이 IGBT(251)에 비해 두꺼운 다이오드(252)는 시닝(Thinning) 공정을 통해서 IGBT(252)와 동일한 두께가 될 수 있다. 이와 같이 동일한 두께의 반도체 소자(250)는 제1 리드 프레임(230) 상부에 실장될 수 있다. 반도체 소자(250)가 제1 리드 프레임(230) 상부에 실장 시, 전도성 접착제에 의해서 접합될 수 있다. 전도성 접착제는 솔더 또는 전도성 에폭시 등이 될 수 있다. 반도체 소자(250) 상부에는 제2 리드 프레임(240)이 실장 될 수 있다.
제2 리드 프레임(240)은 제2 방열 기판(220) 하부에 형성될 수 있다. 제2 리드 프레임(240)은 제2 방열 기판(220)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제2 리드 프레임(240)은 반도체 소자(250)와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 제2 리드 프레임(240)은 제2 방열 기판(220)과 반도체 소자(250)를 전기적으로 연결할 수 있습니다. 제2 리드 프레임(240)은 전기 전도성 금속으로 형성될 수 있다. 또한, 제2 리드 프레임(240)은 열 전도성 금속으로 형성될 수 있다. 이와 같이, 전기 전도성 및 열 전도성 금속으로 형성된 제2 리드 프레임(240)은 반도체 소자(250)에서 발생하는 열을 제2 방열 기판(220)으로 전도하여, 외부로 방출될 수 있도록 할 수 있다. 제2 리드 프레임(240)은 하우징(270) 외부로 돌출되도록 형성될 수 있다.
스페이서(260)는 제1 리드 프레임(230) 및 제2 리드 프레임(240) 간의 이격 공간에 형성될 수 있다. 스페이서(260)는 반도체 패키지(200) 내부에 빈 공간에 의해서 반도체 패키지(200)의 형태가 변형되는 것을 방지하기 위해서 제1 리드 프레임(230) 및 제2 리드 프레임(240) 간의 이격 공간에 형성될 수 있다. 즉, 스페이서(260)는 반도체 소자(250)가 위치하지 않은 영역에 형성될 수 있다. 스페이서(260)는 열 전도성 물질로 형성될 수 있다. 또한 스페이서(260)는 전기 비전도성 물질로 형성될 수 있다. 그러나, 스페이서(260)는 제1 리드 프레임(230)과 제2 리드 프레임(240)간의 전기적 연결이 필요한 경우에 전기 전도성 물질로 형성될 수 있다.
하우징(270)은 제1 방열 기판(210)과 제2 방열 기판(220) 사이에 형성된 내부 공간 및 구성부를 외부와 차단하기 위해 형성될 수 있다. 하우징(270)은 내부 구성부와 외부를 차단하기 위해서 여러 가지 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 하우징(270)은 제1 방열 기판(210)과 제2 방열 기판(220)의 측면을 감싸 하우징(270) 내부와 외부를 차단하는 구조로 형성될 수 있다. 또한, 하우징(270)은 제1 방열 기판(210) 및 제2 방열 기판(220)을 모든 면을 감싸 하우징(270) 내부와 외부를 차단하는 구조로 형성될 수 있다. 하우징(270)은 절연 재질로 형성될 수 있다. 하우징(270)은 하우징(270) 내부에 위치하는 구성부들을 보호하기 위해 실리콘 등과 같은 절연 수지(280)로 충전될 수 있다.
이상 본 발명을 실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 반도체 패키지는 이에 한정되지 않으며, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100, 200: 반도체 패키지
110, 210: 제1 방열 기판
120, 220: 제2 방열 기판
130, 230: 제1 리드 프레임
131: 제 1-1 리드 프레임
132: 제1-2 리드 프레임
140, 240: 제2 리드 프레임
141: 제2-1-1 리드 프레임
142: 제2-1-2 리드 프레임
143: 제2-2-1 리드 프레임
144: 제2-2-2 리드 프레임
145: 돌출부
150, 250: 반도체 소자
151, 251: 제1 전력 소자, IGBT
152, 252: 제1 제어 소자, 다이오드
153: 제2 전력 소자
154: 제2 제어 소자
155: 제3 전력 소자
156: 제3 제어 소자
157: 제4 전력 소자
158: 제4 제어 소자
160, 260: 스페이서
170, 270: 하우징
180, 280: 절연 수지

Claims (20)

  1. 복수개의 반도체 소자;
    상기 반도체 소자 하부에 형성되는 제1 방열 기판;
    상기 반도체 소자 하부와 상기 제1 방열 기판 상부를 전기적으로 연결하는 제1 리드 프레임;
    상기 반도체 소자 상부에 형성되는 제2 방열 기판; 및
    일면이 외부로 돌출된 돌출부를 포함하며, 상기 반도체 소자 상부와 상기 제2 방열 기판 하부를 전기적으로 연결하는 제2 리드 프레임;
    을 포함하는 반도체 패키지.
  2. 청구항1에 있어서,
    상기 제1 리드 프레임과 상기 제2 리드 프레임 간의 이격 공간에 형성되는 스페이서를 더 포함하는 반도체 패키지.
  3. 청구항1에 있어서,
    상기 제1 방열 기판과 상기 제2 방열 기판 사이에 형성된 내부 공간을 외부와 차단하도록 상기 제1 방열 기판 및 상기 제2 방열 기판 양측을 감싸는 하우징을 더 포함하는 반도체 패키지.
  4. 청구항3에 있어서,
    상기 제1 리드 프레임 및 상기 제2 리드 프레임 중 적어도 하나는 상기 하우징 외부로 돌출되도록 형성되는 반도체 패키지.
  5. 청구항1에 있어서,
    상기 제1 방열 기판과 상기 제2 방열 기판 사이의 내부 공간에 충전되는 절연 수지를 더 포함하는 반도체 패키지.
  6. 청구항1에 있어서,
    상기 반도체 소자는 전력 소자 및 제어 소자 중 적어도 하나를 포함하는 반도체 패키지.
  7. 청구항6에 있어서,
    상기 전력 소자는 IGBT인 반도체 패키지.
  8. 청구항6에 있어서,
    상기 제어 소자는 다이오드인 반도체 패키지.
  9. 청구항8에 있어서,
    상기 다이오드는 게이트(Gate) 전극이 상기 제1 리드 프레임과 접촉되도록 배치되는 반도체 패키지.
  10. 청구항1에 있어서,
    상기 제1 리드 프레임 및 상기 제2 리드 프레임은 상기 복수개의 반도체 소자를 직렬 또는 병렬로 연결하는 반도체 패키지.
  11. 두께가 동일한 복수개의 반도체 소자;
    상기 반도체 소자 하부에 형성되는 제1 방열 기판;
    상기 반도체 소자 하부와 상기 제1 방열 기판 상부를 전기적으로 연결하는 제1 리드 프레임;
    상기 반도체 소자 상부에 형성되는 제2 방열 기판; 및
    상기 반도체 소자 상부와 상기 제2 방열 기판 하부를 전기적으로 연결하는 제2 리드 프레임;
    을 포함하는 반도체 패키지.
  12. 청구항11에 있어서,
    상기 제1 리드 프레임과 상기 제2 리드 프레임 간의 이격 공간에 형성되는 스페이서를 더 포함하는 반도체 패키지.
  13. 청구항11에 있어서,
    상기 제1 방열 기판과 상기 제2 방열 기판 사이에 형성된 내부 공간을 외부와 차단하도록 상기 제1 방열 기판 및 상기 제2 방열 기판 양측을 감싸는 하우징을 더 포함하는 반도체 패키지.
  14. 청구항13에 있어서,
    상기 제1 리드 프레임 및 상기 제2 리드 프레임 중 적어도 하나는 상기 하우징 외부로 돌출되도록 형성되는 반도체 패키지.
  15. 청구항11에 있어서,
    상기 제1 방열 기판과 상기 제2 방열 기판 사이의 내부 공간에 충전되는 절연 수지를 더 포함하는 반도체 패키지.
  16. 청구항11에 있어서,
    상기 반도체 소자는 전력 소자 및 제어 소자 중 적어도 하나를 포함하는 반도체 패키지.
  17. 청구항16에 있어서,
    상기 전력 소자는 IGBT인 반도체 패키지.
  18. 청구항16에 있어서,
    상기 제어 소자는 다이오드인 반도체 패키지.
  19. 청구항18에 있어서,
    상기 다이오드는 게이트(Gate) 전극이 상기 제1 리드 프레임과 접촉되도록 배치되는 반도체 패키지.
  20. 청구항1에 있어서,
    상기 제1 리드 프레임 및 상기 제2 리드 프레임은 상기 복수개의 반도체 소자를 병렬 또는 직렬로 연결하는 반도체 패키지.
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