KR100279252B1 - 세라믹패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 세라믹 재질의 패키지 몸체 및 캡을 이용하여 반도체 칩을 봉지시킨 세라믹 패키지에 관한 것이다. 본 발명의 세라믹 패키지는 상부면 중심부에는 사각형 홈이 구비되고, 상부면 및 측면에는 다수의 시그널 트레이스들이 배열된 세라믹 재질의 하부 플레이트와, 상기 하부 플레이트의 측면 및 상부면의 가장자리면을 덮도록 배치된 세라믹 재질의 상부 플레이트로 이루어지며, 전체적으로는 상부면 중심부에 계단형 홈이 구비된 패키지 몸체; 상기 하부 플레이트의 하부면 양측단에 인접된 내측 부분으로부터 상부 플레이트의 하부면 외측으로 연장·배치되게 부착됨과 동시에 상기 시그널 트레이스들과 각각 접속되어 외부와의 전기적 신호 전달 경로를 제공하는 다수의 리드들; 상기 계단형 홈의 저면에 부착된 반도체 칩; 상기 반도체 칩과 상기 시그널 트레이스들간을 개별적으로 연결시키는 다수의 금속 와이어들; 및 상기 패키지 몸체의 계단형 홈을 봉지하는 봉지체를 포함한다.

Description

세라믹 패키지

본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 세라믹 재질의 패키지 몸체 및 캡을 이용하여 반도체 칩을 봉지시킨 세라믹 패키지에 관한 것이다.

통상, 공지된 제조 공정을 통해 얻어진 웨이퍼 상태의 반도체 칩들은 칩 절단(Sawing), 칩 부착(Die Attach), 와이어 본딩(Wire Bonding), 몰딩(Molding) 및 트림/포밍(Trim/Forming) 등을 포함하는 어셈블리(Assembly) 공정을 통해 패키지화된다. 상기한 어셈블리 공정을 통해 제조된 일반적인 반도체 패키지의 단면 구조가 도 1 에 도시되어 있는바, 이를 설명하면 다음과 같다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 반도체 칩(1)은 패들(Paddle : 2a)과 인너리드들(Inner Lead : 2b) 및 아웃리드들(Out Lead : 2c)을 포함하는 리드 프레임(Lead Frame)의 상기 패들(2a) 상에 부착되어 있고, 금속 와이어들(3)에 의해 상기 인너리드들(2b)과 전기적으로 접속되어 있다. 그리고, 외부 영향에 의해 반도체 칩(1)이 손상되는 것이 방지되도록 상기 반도체 칩(1) 및 인너리드들(2b)을 포함한 공간적 영역은 에폭시 수지와 같은 몰딩 컴파운드(Epoxy Molding Compound : 이하, EMC 4)로 봉지되어 있다. 이때, 아웃리드들(2c)은 EMC의 외부로 노출되며, 상기한 반도체 패키지는 이후에 아웃리드들(2c)을 통해 회로패턴이 구비된 기판 상에 실장된다.

그러나, 상기와 같은 패키지는 EMC에 의한 결함, 즉, 몰딩시에 EMC의 부적절한 유입으로 인한 보이드(Void) 및 와이어 스위핑(Wire Sweeping)과, EMC의 부적절한 경화로 인한 휨(Warpage) 및 크랙(Crack)과 같은 결함들이 발생될 수 있기 때문에, 이로 인하여, 패키지의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.

또한, EMC는 저온에서 일정한 온도로 보관하여햐 하며, 사용하기 전에는 반드시 24시간 동안 상온에서 워밍-업(Warming-Up)을 해야 하는 등 관리가 매우 까다롭고, 게다가, EMC는 라이프 타임(Life Time)이 있어서 기한이 지난 EMC는 반듯이 폐기처분해야하기 때문에 비용 손실이 발생되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 세라믹 재질의 패키지 몸체 및 캡으로 반도체 칩을 봉지시킴으로써 EMC에 의한 결함 발생을 근본적으로 방지할 수 있는 세라믹 패키지를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1 은 종래의 반도체 패키지를 도시한 단면도.

도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 리드 프레임을 도시한 평면도.

도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 패키지 몸체를 도시한 단면도.

도 4 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리드 프레임 상에 패키지 몸체가 부착된 상태를 보여주는 평면도.

도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 캡을 도시한 도면.

도 6 은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 패키지를 도시한 단면도.

도 7 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세라믹 패키지를 도시한 단면도.

도 8 은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 세라믹 패키지를 도시한 단면도.

도 9 는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 세라믹 패키지를 도시한 단면도.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

10,110 : 반도체 칩 12 : 인너리드

13 : 도전층 14 : 아웃리드

20,140,270,340 : 리드 22 : 사각형 홈

24 : 시그널 트레이스 26 : 접속홈

30,240 : 하부 플레이트 40,250 : 상부 플레이트

42 : 핀홈 50 : 리드 프레임

50a : 단위 리드 프레임 52 : 실링 테이프

54 : 핀 60,260 : 콤보 리드

70,150,230,370 : 접착제 80,160 : 금속 와이어

100,120 : 패키지 몸체 130 : 열가소성 수지

200,350 : 패턴필름 210,360 : 제 1 반도체 칩

20,380 : 제 2 반도체 칩 310 : 비아패턴

320 : 기판 330 : 솔더 볼

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 세라믹 패키지는, 상부면 중심부에는 사각형 홈이 구비되고, 상부면 및 측면에는 다수의 시그널 트레이스들이 배열된 세라믹 재질의 하부 플레이트와, 상기 하부 플레이트의 측면 및 상부면의 가장자리면을 덮도록 배치된 세라믹 재질의 상부 플레이트로 이루어지며, 전체적으로는 상부면 중심부에 계단형 홈이 구비된 패키지 몸체; 상기 하부 플레이트의 하부면 양측단에 인접된 내측 부분으로부터 상부 플레이트의 하부면 외측으로 연장·배치되게 부착됨과 동시에 상기 시그널 트레이스들과 각각 접속되어 외부와의 전기적 신호 전달 경로를 제공하는 다수의 리드들; 상기 계단형 홈의 저면에 부착된 반도체 칩; 상기 반도체 칩과 시그널 트레이스들간을 개별적으로 연결시키는 다수의 금속 와이어들; 및 상기 패키지 몸체의 계단형 홈을 봉지하는 봉지체를 포함한다.

또한, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 세라믹 패키지는, 상부면 중심부에 사각형 홈이 구비되며, 일측면 하단부로부터 타측면 하단부까지에는 회로패턴들이 구비된 패턴필름이 부착된 세라믹 재질의 하부 플레이트와, 상기 패턴필름이 부착된 하부 플레이트의 측면 및 상부면 가장자리면을 덮도록 배치된 세라믹 재질의 상부 플레이트로 이루어진 패키지 몸체; 상기 하부 플레이트의 하부면 양측단에 인접된 내측 부분으로부터 상부 플레이트의 하부면 외측으로 연장·배치되게 부착됨과 동시에 상기 패턴필름의 회로패턴들과 각각 접속되어 외부와의 전기적 신호 전달 경로를 제공하는 다수의 리드들; 상기 하부 플레이트의 사각형 홈 저면에 부착됨과 동시에 상기 패턴필름과 전기적으로 접속되는 제 1 반도체 칩; 상기 하부 플레이트의 사각형 홈에 위치된 패턴필름 부분 상에 부착됨과 동시에 상기 패턴필름과 전기적으로 접속되는 제 2 반도체 칩; 및 상기 상부 플레이트 상에 배치되어 상기 제 1 및 제 2 반도체 칩들을 봉지시키는 봉지체를 포함한다.

본 발명에 따르면, 세라믹 재질의 패키지 몸체와 캡으로 반도체 칩을 봉지시키기 때문에 EMC에 의한 보이드, 휨, 와이어 스위핑 및 크랙과 같은 결함 발생을 근본적으로 방지할 수 있다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다.

도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 리드 프레임을 보여주는 평면도이다. 도시된 바와 같이, 리드 프레임(50)은 스트립(Strip) 형태이며, 니켈 또는 구리 재질이다. 각 단위 리드 프레임들(50a)에는 인너리드(12)와 아웃리드(14) 부분으로 이루어진 리드들(20)이 배열되어 있고, 인너리드 부분(12)과 아웃리드 부분(14) 사이에는 통상 그들을 지지함과 동시에 그들간을 경계짓는 댐바가 없으며, 이에 따라, 댐바를 절단하기 위한 트림 공정을 삭제시킬 수 있게 된다.

한편, 인너리드 부분(12)에는 50 내지 80㎛ 두께를 갖는 도전층(13)이 형성되며, 이러한 도전층(13)은 열압착 또는 리플로우 공정 또는 스프레이 방식으로 형성되는 솔더 레이어(Solder Layer) 또는 이방성 도전 필름(Anisotropically Conductive Film) 또는 이방성 도전 접착제(Anisotropically Conductive Adhesive)이다.

도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 패키지 몸체를 보여주는 단면도이다. 도시된 바와 같이, 패키지 몸체(100)는 세라믹 재질로된 하부 플레이트(30)와 상부 플레이트(40)를 포함한다. 하부 플레이트(30)는 상부면 중심부에 사각형 홈(22)이 구비되며, 상부면 및 측면에는 10 내지 50㎛ 두께의 시그널 트레이스들(24)이 형성된다. 상부 플레이트(40)는 시그널 트레이스들(24)이 형성된 하부 플레이트(30)의 상부면 가장자리와 측면을 감싸도록 배치된다. 결과적으로, 패키지 몸체의 상부면 중심부에는 계단형 홈이 구비된다. 또한, 패키지 몸체(100)의 하부면에는 하부 플레이트(30)의 하부면 양측단 내측에 인접된 부분으로부터 상부 플레이트(40)의 하부면 양측단까지에 리드들이 끼워지도록 하는 접속홈(26)이 구비된다.

한편, 도시되지는 않았지만, 상부 플레이트는 하부 플레이트의 상부면 상에 위치된 부분 중에서 각 모서리에 인접된 곳에 핀홈이 구비된다.

도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 패키지 몸체가 리드 프레임 상에 부착된 상태를 보여주는 평면도이다. 도시된 바와 같이, 하부 플레이트(30) 및 상부 플레이트(40)로 이루어진 패키지 몸체(100)는 그의 장방향 양측 부분이 리드 프레임(50)의 인너리드들(도시안됨) 상에 부착되며, 리드 프레임(50)의 아웃리드 부분(14)은 패키지 몸체(100)의 장방향 양측면으로 돌출된다. 여기서, 미설명된 도면부호 42는 핀홈이다.

도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 캡을 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 캡(Cap 60, 이하, 콤보 리드(Combo Lid)라 칭함)은 패키지 몸체의 홈을 봉지하여 외부의 영향으로부터 반도체 칩이 손상되는 것을 방지하는 봉지체이며, 판 형태이고, 세라믹 재질이다. 콤보 리드(60)는 가장자리 부분에 패키지 몸체와의 접착을 위해 실링 테이프(52)가 부착되어 있으며, 모서리 부분에는 핀들(54)이 부착되어 있으며, 이러한 핀들(54)은 패키지 몸체의 상부 플레이트에 구비된 핀홈에 삽입된다.

도 6 은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 패키지를 보여주는 단면도이다. 도시된 바와 같이, 반도체 칩(10)은 도 3 에 도시된 패키지 몸체의 하부 플레이트(30) 내에 구비된 사각형 홈 저면에 에폭시 계열의 수지로된 접착제(70)의 개재하에 부착되며, 이 반도체 칩(10)은 다수의 금속 와이어들(80)에 의해 하부 플레이트(30) 상에 배치된 시그널 트레이스들(24)과 연결된다. 리드들(20)은 패키지 몸체의 하부면 양측단에 부착되며, 여기서, 인너리드 부분(12)은 패키지 몸체의 하부면에 구비된 접속홈 내에 부착되고, 아웃리드 부분(14)은 패키지 몸체의 외측으로 돌출된다. 이때, 하부 플레이트(30)의 접속홈 부분에 배치된 인너리드 부분(12)은 그의 상부면, 즉, 시그널 트레이스와 접촉되는 부분에 형성된 도전층(도시안됨)을 통해 상기 시그널 트레이스와 전기적으로 접속된다. 계속해서, 패키지 몸체의 상부면, 즉, 상부 플레이트(40) 상에는 외부의 영향으로부터 반도체 칩(10)이 손상되는 것이 방지되도록 콤보 리드(60)가 실링된다.

한편, 도시되지는 않았지만, 콤보 리드는 그의 각 모서리 부분에 핀이 구비되어 있고, 이 핀들은 상부 플레이트에 구비된 핀홈에 삽입되며, 이에 따라, 패키지 몸체와 콤보 리드간의 결합력은 향상된다. 또한, 제작 완료된 세라믹 패키지의 경우, 아웃리드 부분은 소정 형태로 포밍된다.

본 발명의 실시예에는 반도체 칩이 에폭시 수지와 같은 몰딩 컴파운드에 의해 몰딩되는 대신에 세라믹 재질의 패키지 몸체와 콤보 리드에 의해 봉지되기 때문에 몰딩 공정을 삭제시킬 수 있다. 이 결과, 몰딩시에 몰딩 금형 내부로 유입되는 에폭시 수지의 부적절한 유입에 기인된 보이드 발생 및 와이어 스위핑 문제와, 에폭시 수지를 경화시키는 동안 발생되는 휨 및 크랙 문제를 근본적으로 방지할 수 있으며, 이에 따라, 패키지의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 실시예에서는 인너리드와 아웃리드 부분을 한정하는 댐바가 없기 때문에 댐바를 절단하기 위한 트림 공정이 삭제되며, 이로 인하여, 공정의 단순화도 얻을 수 있다.

본 발명의 다른 실시예로서, 도 7 에 도시된 바와 같이, 반도체 칩(110)이 부착된 패키지 몸체의 계단형 홈 내부를 봉지하는 봉지체로서 콤보 리드 대신에 열가소성 수지(130)가 사용되며, 이 열가소성 수지(130)는 계단형 홈 내부에 인캡슐레이션(Encapsulation)된다. 이때, 상부 플레이트에는 핀홈들이 구비되지 않는다. 여기서, 미설명된 도면부호 140은 리드들이고, 150은 접착제이며, 160은 금속 와이어이다.

본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 8 에 도시된 바와 같이, 시그널 트레이스들 대신에 패턴필름(Pattern Film, 200)이 사용된다. 패턴필름(200)은 50 내지 150㎛ 정도의 두께이며, 베이스 필름의 상·하부면에 회로패턴들이 구비된다. 제 1 반도체 칩(210)은 접착제(230)의 개재하에 하부 플레이트(240)의 사각형 홈 저면에 부착되며, 제 1 반도체 칩(210)이 부착된 하부 플레이트(240)의 사각형 홈은 상기 하부 플레이트(240)의 일측면 하단부로부터 타측면 하단부까지를 덮는 패턴필름(200)에 의해 봉지된다. 그리고, 사각형 홈 부분에 위치된 패턴필름(200)의 상부면에는 제 2 반도체 칩(220)이 부착되며, 이 제 2 반도체 칩(220)은 상부 플레이트(250) 상에 실링된 콤보 리드(260)에 의해 봉지된다. 패턴필름(200)과 반도체 칩들(210, 220)간은 상기 패턴필름(200)의 상·하부면에 분산되어 있는 전도성 파티클들(도시안됨)을 통해 전기적으로 접속된다. 패턴필름(200)을 사용하는 경우, 그의 상·하부면에 반도체 칩들(210, 220)을 각각 부착시킬 수 있기 때문에 패키지의 용량을 향상시킬 수 있다. 도면에서, 미설명된 도면부호 250은 상부 플레이트이고, 260은 콤보 리드이며, 270은 리드이다.

게다가, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 9 에 도시된 바와 같이, 상부 플레이트(300)에는 전기적인 신호를 전달할 수 있는 비아패턴(310)을 구비시키고, 상기 상부 플레이트(300) 상에는 다수의 트레이스들(Trace)이 구비된 기판(320)을 부착시킴과 아울러, 기판(320) 상에는 접점인 솔더 볼들(Solder Ball, 330)을 형성한다. 이때, 상부 플레이트(300)에 구비되는 비아패턴들(310)은 리드들(340)과 접속되어 있는 패턴필름(350)의 회로패턴들과 기판(320)의 트레이스들간을 개별적으로 접속시키며, 솔더 볼들(330)은 기판(320) 내에 구비된 개별적인 비아회로패턴들(도시안됨)을 통해 상기 비아패턴들(310)과 각각 연결된다.

따라서, 이와 같은 구조의 세라믹 패키지는 솔더 볼을 이용하여 두 개 이상을 적층시킬 수 있으며, 이에 따라, 패키지의 용량도 더욱 향상시킬 수 있음은 물론 실장 면적을 현저하게 감소시킬 수 있게 된다. 도면에서, 미설명된 도면부호 360은 제 1 반도체 칩이고, 370은 상기 제 1 반도체 칩을 부착시키기 위한 접착제이며, 380은 제 2 반도체 칩이다.

이상에서와 같이, 본 발명의 세라믹 패키지는 EMC 대신에 세라믹 재질의 패키지 몸체 및 콤보 리드를 이용하여 반도체 칩을 봉지시키기 때문에 EMC에 의한 결함 발생을 근본적으로 방지할 수 있으며, 이에 따라, 패키지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 패키지 몸체 내에 두 개의 반도체 칩들을 내장시킴과 아울러, 이러한 세라믹 패키지들을 적층시킴으로써, 패키지의 용량 증대 효과를 얻을 수 있음은 물론, 실장 면적을 감소시킬 수 있다.

한편, 여기에서는 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하고 도시하였지만, 당업자에 의하여 이에 대한 수정과 변형을 할 수 있다. 따라서, 이하, 특허청구의 범위는 본 발명의 진정한 사상과 범위에 속하는 한 모든 수정과 변형을 포함하는 것으로 이해할 수 있다.

Claims (15)

1. 상부면 중심부에는 사각형 홈이 구비되고, 상부면 및 측면에는 다수의 시그널 트레이스들이 배열된 세라믹 재질의 하부 플레이트와, 상기 하부 플레이트의 측면 및 상부면의 가장자리면을 덮도록 배치된 세라믹 재질의 상부 플레이트로 이루어지며, 전체적으로는 상부면 중심부에 계단형 홈이 구비된 패키지 몸체;

   상기 하부 플레이트의 하부면 양측단에 인접된 내측 부분으로부터 상부 플레이트의 하부면 외측으로 연장·배치되게 부착됨과 동시에 상기 시그널 트레이스들과 각각 접속되어 외부와의 전기적 신호 전달 경로를 제공하는 다수의 리드들;

   상기 계단형 홈의 저면에 부착된 반도체 칩;

   상기 반도체 칩과 상기 시그널 트레이스들간을 개별적으로 연결시키는 다수의 금속 와이어들; 및

   상기 패키지 몸체의 계단형 홈을 봉지하는 봉지체를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 패키지.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 패키지 몸체는 하부 플레이트의 하부면 양측단 내측에 인접된 부분으로부터 상부 플레이트의 하부면 양측단까지에 상기 리드가 끼워지는 접속홈이 구비된 것을 특징으로 하는 세라믹 패키지.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 봉지체는 세라믹 재질로된 판 형태의 캡(Cap)인 것을 특징으로 하는 세라믹 패키지.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 캡은 상부 플레이트 상에 배치된 것을 특징으로 하는 세라믹 패키지.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 캡은 그의 모서리 부분에 핀이 부착되어 있고, 상기 핀에 대응하는 상부 플레이트 부분에는 상기 핀들이 삽입될 홈들이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 패키지.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 봉지체는 패키지 몸체의 계단형 홈 내부를 인캡슐레이션하는 열가소성 수지인 것을 특징으로 하는 세라믹 패키지.
7. 상부면 중심부에 사각형 홈이 구비되며, 일측면 하단부로부터 타측면 하단부까지에는 회로패턴이 구비된 패턴필름이 부착된 하부 플레이트와, 상기 패턴필름이 부착된 하부 플레이트의 측면 및 상부면 가장자리면을 덮도록 배치된 상부 플레이트로 이루어진 패키지 몸체;

   상기 하부 플레이트의 하부면 양측단에 인접된 내측 부분으로부터 상부 플레이트의 하부면 외측으로 연장·배치되게 부착됨과 동시에 상기 패턴필름의 회로패턴들과 각각 접속되어 외부와의 전기적 신호 전달 경로를 제공하는 다수의 리드들;

   상기 하부 플레이트의 사각형 홈 저면에 부착됨과 동시에 상기 패턴필름과 전기적으로 접속되는 제 1 반도체 칩;

   상기 하부 플레이트의 사각형 홈에 위치된 패턴필름 부분 상에 부착됨과 동시에 상기 패턴필름과 전기적으로 접속되는 제 2 반도체 칩; 및

   상기 상부 플레이트 상에 배치되어 상기 제 1 및 제 2 반도체 칩들을 봉지시키는 봉지체를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 패키지.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 리드는 상기 패턴필름과 연결되는 부분에 도전층이 형성되어 것을 특징으로 하는 세라믹 패키지.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 도전층은 솔더 레이어(Solder Layer), 이방성 도전 필름(Anisotropically Conductive Film) 또는 이방성 도전 접착제(Anisotropically Conductive Adhesive)로 이루어진 그룹중에서 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는 세라믹 패키지.
10. 제 7 항에 있어서, 상기 패키지 몸체는 하부 플레이트의 하부면 양측단 내측에 인접된 부분으로부터 상부 플레이트의 하부면 양측단까지에 상기 리드가 끼워지는 접속홈이 구비된 것을 특징으로 하는 세라믹 패키지.
11. 제 7 항에 있어서, 상기 봉지체는 상부 플레이트 상에 배치되는 세라믹 재질로된 판 형태의 캡인 것을 특징으로 하는 세라믹 패키지.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 캡은 그의 각 모서리 부분에 핀이 부착되어 있고, 상기 핀에 대응하는 상부 플레이트 부분에는 상기 핀이 삽입될 홈이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 패키지.
13. 제 7 항에 있어서, 상기 봉지체는 트레이스들이 구비된 기판인 것을 특징으로 하는 세라믹 패키지.
14. 제 7 항에 있어서, 상기 상부 플레이트는 하부 플레이트 상에 배치된 부분에 상기 패턴필름의 회로패턴들과 상기 기판의 트레이스들간을 개별적으로 연결시키는 비아패턴들이 구비된 것을 특징으로 하는 세라믹 패키지.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 기판 상에는 그의 트레이스들과 각각 접속된 솔더 볼들이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 패키지.