반도체 패키지 재료: 리드프레임 (Lead Frame)

반도체 칩 (Chip)을 올려 부착하는 금속 기판으로 반도체 칩에 전기를 공급하고 이를 지지해 주는 역할을 하는 구조물을 리드 프레임 (Lead Frame) 이라고 합니다.

 

 한국에서는 한국과학기술원에서 1980년대 구리를 주연료로 하여 니켈, 규소, 인을 섞어서 만든 특수구리합금의 신소재 PMC102를 발명하였습니다.

 

 이것을 바탕으로 세계 시장에 나와있는 리드 프레임보다 훨씬 강하고 높은 전기 전도도와 연신율을 갖는 제품을 만들 수 있게 되었습니다.

근래에는 504 pin 등 다수의 Pin을 갖는 리드 프레임도 한국에서 개발되어 그 수요가 점점 늘고 있습니다.

 

리드 프레임의 성분

 

리드 프레임의 소재는 철-니켈 합금과 구리 합금으로 대변 됩니다.

 

• 철-니켈 (Fe-Ni) 합금
  42 니켈-철 합금을 일반적으로 Alloy42라고 칭합니다. Alloy 42의 열팽창률이 실리콘과 비교적 잘 일치하며, 리드 프레임으로써 적당한 기계적 특성을 갖고 있는 점, 그리고 열 전도율이 순동에 비하여 낮다는 점 등의 이유로 고신뢰성이 요구되는 IC용 리드프레임을 중심으로 폭 넓게 이용되고 있습니다.
• 구리 (Cu) 합금
  고출력 트랜지스터 및 파워 IC 등 에서 동합금 재료 선택의 주이유는 Alloy42에 비해 열 전도성, 전기 전도성, 기계적 성질, 에폭시 (Epoxy)와의 밀착성 등의 특성과 가격 밸런스가 좋아서 사용하지만 상온에서 쉽게 산화되는 단점이 있습니다.

 

리드 프레임의 역할

 

리드 프레임은 반도체 IC를 구성하는 핵심 부품으로써 반도체 칩과 PCB 기판과의 전기 신호를 전달하고 외부의 습기, 충격 등에서 칩을 보호하며 지지해주는 골격 역할을 합니다.

 

리드 프레임의 종류

 

• DIP (Dual Inline Package)

 사각 패키지 양쪽에 리드 (Lead)가 나와 있는 IC 패키지로써 가장 기본적인 타입으로 PCB의 홀 (Hole)을 통하여 실장되는 관통 홀 타입 패키지 (Through Hole Package) 입니다.

 리드 간격 (Lead Pitch)는 100mm 이며, 적은 수의 Pin 삽입형에서 대표적인 패키지 입니다.

 

• SIP (Single Inline Package)

 리드가 패키지의 한 쪽으로 인출된 구조의 패키지로 대개 파워 IC용으로 사용되며, 리드 간격은 100mm 입니다.

 

• 쉬링크 SIP (Shrink SIP)

리드 간격이 70mm인 SIP 입니다.

 

• ZIP (Zigzag Inline Package)

 리드가 패키지 본체에서 한쪽 방향으로 50mm 리드 간격으로 나와서 리드를 패키지 면에서 교대로 구부려 리드 간격을 100mm 로 하는 패키지 입니다.

 

• SOP (Small Outline Package)

 패키지 양쪽으로 리드를 인출하고 리드를 갈매기 날개형으로 성형한 표면 실장형 패키지 입니다. 리드 간격은 50mm 입니다.

 

• TSOP (Thin-SOP)

 1986년 Mitubishi사가 개발한 패키지로 실장 면적을 줄이기 위하여Small outline IC 패키지의 두께를 1mm로 하고 리드 간격을 줄인 형태의 패키지 입니다.

 

TSOP-1 형은 리드가 패키지의 짧은 모서리 양쪽으로 인출된 모양의 패키지로 높이가 낮기 때문에 노트북이나 기타 실장 밀도를 높이는 곳에 사용됩니다.

 

TSOP-2형은 패키지의 긴 모서리 양 쪽으로 갈매기 날개형으로 인출된 모양의 패키지로 표면 실장형 패키지 입니다.