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KR20080073735A - 상단 및 하단 노출 패키지 반도체 조립 장치 및 방법 - Google Patents

상단 및 하단 노출 패키지 반도체 조립 장치 및 방법 Download PDF

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KR20080073735A
KR20080073735A KR1020087013645A KR20087013645A KR20080073735A KR 20080073735 A KR20080073735 A KR 20080073735A KR 1020087013645 A KR1020087013645 A KR 1020087013645A KR 20087013645 A KR20087013645 A KR 20087013645A KR 20080073735 A KR20080073735 A KR 20080073735A
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KR
South Korea
Prior art keywords
lead frame
semiconductor device
lead
die
flanges
Prior art date
Application number
KR1020087013645A
Other languages
English (en)
Inventor
테이크 티옹 퉁
마리아 크리스티나 비. 에스타시오
데이비드 총 숙 림
Original Assignee
페어차일드 세미컨덕터 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 페어차일드 세미컨덕터 코포레이션 filed Critical 페어차일드 세미컨덕터 코포레이션
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Abstract

본 발명은 패키지 반도체 장치 및 조립 방법에 관한 것으로서, 팩키지 반도체 장치는 수직으로 분리된 상단 및 하단 리드 플레임을 갖는 2개 부분의 리드 조립체를 구비한다. 반도체 다이는 2개의 리드 플레임 사이에 배치되고, 2개의 리드 플레임과 전기적 및 열적 접촉되도록 한다. 하부 리드 플레임은 일반적으로 평평하고 상부 리드 플레임은 평평한 상단 표면 및 하향 연장부를 가지며 이것은 하부 리드 플레임의 2개의 대응 측면상에 형성되어 바닥 리드 플레임의 바닥 표면과 동일 평면인 바닥 표면을 갖는 플랜지로 단부가 형성된다. 조립체가 몰딩될 때, 상단 리드 플레임의 상단 표면과 플랜지 및 하단 리드 플레임의 바닥 표면이 노출되어 반도체 다이에 전기적 접촉이 이루어지게 하고 반도체 다이에서 전개된 열을 분산시키는 열 전도 경로를 제공하게 된다.
반도체, 패키지, 리드, 플레임, 압축, 스트레스

Description

상단 및 하단 노출 패키지 반도체 조립 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR ASSEMBLING A TOP AND BOTTOM EXPOSED PACKAGED SEMICONDUCTOR}
본 발명은 패키지 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
패키지 파워 반도체 장치는 일반적으로 반도체 장치로부터 열을 효과적으로 전도해낼 수 있는 패키지를 요구하게 된다. 패키지 반도체를 열 싱크(sink) 또는 클립과 몰딩시켜서, 반도체 장치에 의해 생성된 열을 분산시키도록 하는 것은 널리 공지되어 있다. 그러나, 종래 기술의 클립을 이 클립이 경사지지 않게 정확하게 배치하는 것은 이들 패키지를 제조하는데 문제가 될 수 있다.
몰딩된 패키지 반도체 제조와 관련된 다른 문제는 장치에 대한 최종 패키지 두께를 균일하게 유지하는 것이다. 예를 들어, 일부 종래 기술 장치에서, 상부 노출 드레인 클립이 구비된 장치의 적층 높이는 클립 및 다이 본딩 플레임 사이의 솔더(solder) 연결부의 높이에 종속된다. 스크린-프린팅 땜납 공정과 비교하여, 땜납 용적은 장치들 사이의 두께를 균일하게 유지하도록 연속적으로 분배될 수 없다.
몰딩된 패키지 반도체 장치의 제조와 관련된 또 다른 문제는 몰딩 공정 동안에 기계적 스트레스를 다루는 것이다. 예를 들어, 상단 노출 드레인 클립이 있는 장치에서, 수직 압축 스트레스는 드레인 클립에 집중되어, 추가로 수직 축을 따라 솔더 연결부로, 그리고 반도체 다이를 따라 아래로 옮겨질 수 있다. 몰딩시에 전개된 스트레스는 장치의 기계적 및 기능적 성능 모두에 문제를 야기할 수 있다. 이에 따라, 반도체 다이에 대한 압축 스트레스를 최소화하는 것이 바람직하다.
본 발명은 하나의 실시 형태로 반도체 장치 패키징 방법에 관한 것으로서, 전기적으로 분리된 제 1 및 제 2 리드를 갖는 제 1 리드 플레임을 제공하는 단계, 상기 제 1 리드 플레임에 반도체 장치를 솔더 연결부로 부착하는 단계, 상기 반도체 장치 및 제 1 리드 플레임위에, 제 2 리드 플레임을 배치하고, 제 2 리드 플레임은 상기 제 2 리드 플레임의 대층 측면상에 위치된 연장 레그를 가지고, 제 2 리드 플레임으로부터 제 1 리드 플레임으로 하향되어 연장되어 있고, 상기 플렌지들의 바닥이 상기 제 1 리드 플레임의 바닥과 동일 평면에 있도록 하는 상기 제 2 리드 플레임의 상단에 평행한 2개의 플랜지로 경계를 형성하도록 하는 배치 단계를 포함한다. 이 방법은 상기 제 2 리드 플레임의 상단의 하부측을 다이에 땜납하는 단계 및 제 2 리드 플레임의 상단, 플랜지들의 바닥, 및 제 1 리드 플레임의 바닥을 노출시키도록 제 1 및 제 2 리드 플레임 및 다이 위를 캡슐화 재료로 몰딩하는 단계를 포함한다.
본 발명은 또 하나의 실시 형태로 패키지 반도체 장치에 관한 것으로서, 전기적으로 분리된 제 1 및 제 2 리드를 갖는 제 1 리드 플레임, 상기 제 1 리드 플레임에 솔더 연결부로 부착된 반도체 장치, 및 상기 반도체 장치에 땜납되고 및 상기 반도체 장치와 제 1 리드 플레임 위에 배치되는 제 2 리드 플레임으로서, 제 2 리드 플레임이 이것의 리드 플레임의 대칭 측면상에 위치된 연장 레그를 가지며, 상기 제 2 리드 플레임의 상단으로부터 제 1 리드 플레임의 하단으로 연장되고, 상기 플랜지의 바닥이 상기 제 1 리드 플레임의 바닥과 동일 평면에 있도록 상기 제 1 리드 플레임의 상단과 평행한 2개의 플랜지로 경계를 형성한 제 2 리드 플레임을 포함한다.
본 발명의 장점은 상단 플레임이 열을 장치로부터 제거하는 상단-노출 드레인 클립을 가지며, 소스 및 게이트 리드로서 동일 평면에서 드레인 리드를 유지하는 레그 연장부를 구비한다는 것이다.
본 발명에 대해 언급된 다른 특징 및 장점, 및 이들을 이루는 방식은 다음의 첨부 도면과 관련하여 본 발명의 다양한 실시예의 다음 설명을 참조로 더욱 명백하게 이해될 수 있다.
여기서, 도 1A, 1B, 1C, 1D, 1E 및 1F는 본 발명에 따른 패키지 반도체 장치를 형성하는 제조 단계에서의 일련의 단계에서 조립된 도 4의 부재에서의 선 1A-F- 1A-F을 따라 취한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 2개 부분의 리드 플레임 조립체를 예시한 다른 평면도이다.
도 3은 도 1F에 예시된 패키지 반도체를 다르게 예시한 평면도이다.
도 4는 도 1F에 예시된 패키지 반도체 장치를 예시한 저면도이다.
도 5는 도 1C에 예시된 장치 중 하나의 변형예를 예시한 단면도이다.
참조 부호는 명료성을 목적으로 적절한 것으로 간주되는 곳에, 도면에서 대응 특징부를 지시하도록 반복되어 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한 도면에서의 다양한 부재들의 상대적 크기는 일부 경우에는 본 발명의 명확한 예시를 위해 변형되었다.
도 1A-F를 참조로, 본 발명에 따른 패키지 반도체 장치를 제조하는 방법과 관련된 일련의 제조 단계를 예시하였다. 일 실시예에 있어서, 바닥 리드 플레임(10)은 도 1A에 예시된 바와 같은 테이프(12)로 적층된다. 개별 장치에서의 단지 단일한 스트립만을 도 1A-F에 예시하였지만, 제조 공정은 스트립 또는 메트릭스로 장치를 제조할 수 있다. 바닥 리드 플레임(10)은 롤형 또는 전착 및 도금된 구리 층 또는 유사 전기 도전 재료로 구성될 수 있다. 이 바닥 리드 플레임(10)은 전기 분리 소스 리드(14) 및 게이트 리드(16)를 구비한다.
도 1B에 예시된 바와 같이, 솔더볼 컨택과 함께, 파워 MOSFET가 될 수 있는 플립-칩(flip-chip) 다이(20)는 바닥 리드 플레임(10)상에 설치되고 소스 리드(14) 및 게이트 리드(16) 사이에서 각각 솔더 연결부(22 및 24)를 형성하도록 리플로우 땜납된다. 솔더 컨택이 언더 범프 메탈(Under Bump Metal, UMB) 또는 구리 스터드를 사용하여 형성될 수 있다.
도 1C를 참조로, 솔더 플레이트(22)를 다이(20)의 배면상에 프린트하거나 또는 분산시킨 후, 그리고 상단 리드 플레임(30)을 바닥 리드 플레임(10) 및 다이(20) 위에 배치한 후, 제 2 리플로우 땜납 조작으로 상단 리드 플레임(30)을 다 이(20)에 땜납시킨다. 일 실시예에서, 상단 리드 플레임(30)은 구리 베이스이다. 상단 리드 플레임(30)은 다이(20)의 드레인에 연결될 수 있으며, 바닥 리드 플레임(10)의 대칭 측면 상에서 완성 장치의 노출 리드(32)(도 3에 예시)와 테이프(12)가 접촉하도록 수직으로 위치된다. 상기 언급한 바와 같이, 바닥 리드 플레임(10) 및 상단 리드 플레임(30)은 각각 분리 스트립 또는 매트릭스로서 형성될 수 있으며 바닥 및 상단 리드 플레임을 정확하게 배치하도록 가이드 홀 및 정렬 핀을 사용하여 조립된다. U.S. 특허 6,762,067호는 그러한 방법을 기술하고 있다.
도 1D는 도 1C에 예시된 장치의 스트립(또는 매트릭스)상에서 몰딩 조작이 실행된 후 처리 상태를 예시한 것이다. 몰딩 화합물(40)을 주입하기 전에, 필름 어시스트 몰딩용 필름(42)은 상단 리드 플레임(30)의 상단(44)을 가로질러 배치된다. 선택적으로, 바닥 리드 플레임(10) 및 상단 리드 플레임(30)을 결합하기 전에, 테이프 형 테이프(12)가 상단 리드 플레임(30)의 상단(44)에 적용될 수 있다. 필름(42)이 배치된 후, 조립체가 몰드 프레스(46)에 배치되고, 이것은 상단 체이스(chase)(46a) 및 바닥 체이스(46b)를 구비하고 있으며, 몰딩 화합물(40)을 몰딩 프레스에 주입한다. 이 몰딩 화합물은 비-도전성 폴리머 캡슐화 재료, 예컨대 에폭시가 될 수 있다.
도 1E는 조립체가 잘려지는 곳을 장방형부(48)로 예시한 것이며, 도 1F는 잘려진 완성 장치(50)를 예시한 것이다.
도 2는 완성된 장치에서의 상단 리드 플레임(30) 및 바닥 리드 플레임(10)의 상대 위치를 다르게 예시한 평면도이다. 상단 리드 플레임(30)의 상단 또는 클 립(44)은 완성 장치(50)에서의 몰딩 재료(40)에 의해 커버되지 않으며, 이에 따라 이것은 열 싱크가 더 부가되어 상단(44)에서 추가 열 싱크가 직접적으로 설치되게 한다. 또한, 상단 리드 플레임(30)은 상단 리드 플레임(30)의 대칭 측면상에 연장 레그(54)를 구비하며, 이것은 노출된 상단(44)으로부터 상단(44)과 평행한 2개의 플랜지(56)로 하향되어 연장된다. 연장 레그(54)는 바닥 리드 플레임(10)으로부터 수직 업셋을 제공하고 완성 장치(10)의 높이를 결정한다. 타이 바아(bars)(58)는 도 1E와 관련하여 기술된 절단 조작 전에 각각의 스트립 또는 매트릭스 조립체에서 상단 및 바닥 리드 플레임을 제위치에 고정하는데 사용되는 타이 바아의 라미넨트(reminent)이다.
도 3은 다른 평면도이며, 도 4는 상단 리드 플레임(30) 및 바닥 리드 플레임(10)의 노출 부분을 예시한 완성 장치(50)의 저면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 변형된 도 1C에 예시된 장치 중 하나를 단면으로 예시한 단면도(60)이다. 도 5에서, 이전 도면에서 예시한 상단 리드 플레임(30)을 변형된 상단 리드 플레임(62)으로 대신하였다. 상단 리드 플레임(62)은 외측 코너(66)가 상단 리드 플레임(30)의 만곡된 외측 코너 보다 더 깍여져서 상단 리드 플레임(62)의 각각의 만곡부의 내측에 컷아웃(64)을 가진다. 이러한 결과에 따라 완성 장치상에서 상단 리드 플레임(62)의 노출 표면의 면적이 상단 리드 플레임(30)보다 더 커서 동일 장치의 외측 크기를 보유하여 동일 다이 크기를 수용하도록 한다.
바닥 테이프(12)상에서의 상단 리드 플레임(30, 62)의 유지는 패키지 높이가 상단 리드 플레임(30, 62)의 높이에 의해 결정되는 것을 의미한다. 나아가, 몰딩 조작동안, 몰딩 프레스는 도 5의 화살표(68)에 의해 지시된 바와 같이, 장치상에 수직 압축 스트레스를 가하여, 몰딩 재료가 테이프(2), 바닥 리드 플레임(10) 및 상단 리드 플레임(30)의 바닥 표면(32) 사이에서 유동되는 것을 방지하고, 필름(42) 및 상단 리드 플레임(30)의 상단 표면(44) 사이에서 유동되는 것을 방지한다. 상단 리드 플레임(30, 62)은 대부분의 스트레스를 흡수하여 유지되도록 요구되어 다이(20)가 몰딩 조작동안 다이(20)를 손상시킬 수 있는 수직 응력을 겪지 않도록 하며, 또한 몰딩 조작동안 장치의 소정의 높이 감소를 실제적으로 감소시키도록 한다.
본 발명은 특정 실시예를 참조로 기술하였지만, 당해 업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서 다양한 변형이 이루어져서 다양한 등가물이 이들 부재를 대신할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 많은 변형예가 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고서 본 발명의 지침에 따라 특정 상황 또는 재료를 채용하여 이루어질 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 본 발명을 수행하도록 고려된 최적으로 모드로 기술된 특정 실시예에 제한되는 것은 아니며, 본 발명은 첨부된 청구항의 범위 및 정신에 해당되는 모든 실시예를 망라한다.

Claims (22)

  1. 반도체 장치 패키징 방법으로서,
    a) 전기적으로 분리된 제 1 및 제 2 리드를 갖는 제 1 리드 플레임을 제공하는 단계 ;
    b) 상기 제 1 리드 플레임에 반도체 장치를 솔더 연결부로 부착하는 부착 단계 ;
    c) 상기 반도체 장치 및 제 1 리드 플레임위에, 제 2 리드 플레임을 배치하고, 제 2 리드 플레임은 상기 제 2 리드 플레임의 대층 측면상에 위치된 연장 레그를 가지고, 제 2 리드 플레임으로부터 제 1 리드 플레임으로 하향되어 연장되어 있고, 상기 플렌지들의 바닥이 상기 제 1 리드 플레임의 바닥과 동일 평면에 있도록 상기 제 2 리드 플레임의 상단에 평행한 2개의 플랜지로 경계를 형성하여 배치하는 배치 단계 ;
    d) 상기 제 2 리드 플레임의 상단의 배면을 반도체 장치에 땜납하는 단계 ; 및
    e) 제 2 리드 플레임의 상단, 플랜지들의 바닥, 및 제 1 리드 플레임의 바닥을 노출시키도록 제 1 및 제 2 리드 플레임 및 다이 위를 캡슐화 재료로 몰딩하는 단계 몰딩 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 패키징 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 리드 플레임이 구리를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 패키징 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 솔더 연결부가 복수개의 도전성 범프를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 패키징 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 도전성 범프가 땜납성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 패키징 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 리드 플레임의 배치 전에 솔더 페이스트가 반도체 장치에 가해지고 그리고 상기 제 2 리드 플레임이 제 위치에 배치된 후, 리플로우 조작이 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 패키징 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 리드 플레임이 구리를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 패키징 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 리드 플레임이 개개의 패키지 장치의 전체 높이를 결정하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 패키징 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 몰딩 단계가 비도전성 폴리머 엔캡슐레이션 재료를 적용하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 패키징 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 비도전성 폴리머 엔캡슐레이션 재료가 에폭시인 것을 특징으로 하는 반도체 장치 패키징 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 리드 플레임이 내측 밴드를 형성하는 위치에서 상기 제 2 리드 플레임에 그루브가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
  11. 패키지 반도체 장치로서,
    a) 전기적으로 분리된 제 1 및 제 2 리드를 갖는 제 1 리드 플레임 ;
    b) 상기 제 1 리드 플레임에 솔더 연결부로 부착된 반도체 장치 ; 및
    c) 다이에 땜납되고, 상기 반도체 장치와 제 1 리드 플레임 위에 배치되는 제 2 리드 플레임으로서, 제 2 리드 플레임이 이것의 리드 플레임의 대칭 측면상에 위치된 연장 레그를 가지며, 상기 제 2 리드 플레임의 상단으로부터 제 1 리드 플레임의 하단으로 연장되고, 상기 플랜지의 바닥이 상기 제 1 리드 플레임의 바닥과 동일 평면에 있도록 상기 제 1 리드 플레임의 상단과 평행한 2개의 플랜지로 경계를 형성한 제 2 리드 플레임 ;을 포함하는 것을 특징으로 하는 패키지 반도체 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 다이 및 상기 제 1 및 제 2 리드 플레임의 부분들이 몰딩 화합물로 접촉되어 있는 것을 특징으로 하는 패키지 반도체 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 솔더 연결부가 복수의 도전성 범프를 포함하는 것을 특징으로 하는 패키지 반도체 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 도전성 범프가 땜납성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 패키지 반도체 장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 리드 플레임이 구리를 포함하는 것을 특징으로 하는 패키지 반도체 장치.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 리드 플레임이 개개의 패키지 반도체 장치의 전체 높이를 결정하는 것을 특징으로 하는 패키지 반도체 장치.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 몰딩 화합물이 비도전성 폴리머 캡슐화 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 패키지 반도체 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 비도전성 폴리머 캡슐화 재료가 에폭시인 것을 특징으로 하는 패키지 반도체 장치.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 리드 플레임의 내측 만곡부가 그루브를 포함하는 것을 특징으로 하는 패키지 반도체 장치.
  20. 패키지 반도체 장치로서,
    a) 일 표면에서는 드레인 터미널 및 대칭 측 표면상에 소스 및 게이트 터미널을 갖춘 파워 MOSFET ;
    b) 전기적으로 분리되어 노출된 소스 및 게이트 랜드를 갖는 바닥 리드 플레임 ;
    c) 상단 표면을 갖추고 있는 상단 리드 플레임으로서, 상기 상단 표면과 평행하고, 상기 바닥 리드 플레임의 바닥과 동일 평면에 있는 플랜지로 단부를 형성하는 바닥 리드 플레임으로 열 싱크로 연장되는 레그를 갖는 상단 리드 플레임 ; 및
    d) 다이를 보호하고 상단 리드 플레임의 상단 및 바닥 표면 및 상기 제 1 리드 플레임의 바닥을 노출하도록 배치된 캡슐화 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 패키지 반도체 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 상단 리드 플레임이 반도체 장치의 드레인 터미널과 전기적 및 열적으로 접촉되어 있는 것을 특징으로 하는 팩키지 반도체 장치.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 레그가 상기 상단 및 하단 리드 플레임의 대칭 측면 상에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 패키지 반도체 장치.
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