(57)【要約】【課題】  屈曲した回路チップ・パッケージの組立方法及び屈曲構造を有する回路チップ・パッケージを提供すること。【解決手段】  回路チップ・パッケージは、第１の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する基板と、第２のＣＴＥを有し、基板の上に装着される回路チップと、回路チップの上に配置され、それをもって熱接触する金属箔と、（ｉ）第１のＣＴＥとは異なる第３のＣＴＥ及び（ｉｉ）底縁部領域を有し、金属箔の上に配置され、それをもって熱接触する金属蓋と、金属蓋の底縁部に沿った接着剤層であって、第１の温度で硬化し、蓋を基板に接合し、組立体を生成し、前記組立体が第２の温度にて変形して屈曲した回路チップ・パッケージとなる、接着剤層とを含む。【選択図】      図１
2011040749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈曲した回路チップ・パッケージの組立方法であって、
第１の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する基板を準備すること、
前記基板の上に第２のＣＴＥを有する回路チップを装着すること、
前記回路チップの上に金属箔を配置し、それをもって熱接触を確立すること、
底縁部領域及び前記第１のＣＴＥとは異なる第３のＣＴＥを有する金属蓋の上に、前記金属蓋の前記底縁部に沿って接着剤を塗工すること、
前記接着剤をその上に有する底縁部領域が前記基板と接して組立体を形成するように前記金属蓋を前記金属箔の上に配置し、それをもって熱接触を確立すること、
前記組立体を、第１の温度にて、前記接着剤を硬化させて前記蓋を前記基板に接合させるのに十分な並びに圧力及び時間で圧縮すること、
前記組立体の温度を前記組立体の屈曲を生じさせる第２の温度まで変化させ、それにより前記熱接触の熱抵抗を低下させ、かつ前記屈曲した回路チップ・パッケージを生成すること
を含む方法。
【請求項２】
前記熱接触の前記熱抵抗を低下させることが、前記回路チップ・パッケージの熱抵抗を低下させる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の温度が前記第２の温度より高い場合に、前記第１のＣＴＥが前記第３のＣＴＥより大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の温度が前記第２の温度より低い場合に、前記第１のＣＴＥが前記第３のＣＴＥより小さい、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記金属箔と熱接触する蓋表面をパターン形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記金属箔が、インジウム、鉛（Ｐｂ）、金、銀、ビスマス、アンチモン、錫、タリウム、ガリウム、及びそれらの合金から成る群から選択される金属を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記合金が、インジウム−錫、インジウム−銀、及び鉛−錫（Ｐｂ−Ｓｎ）から成る群から選択される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記金属箔と熱接触する回路チップ表面を、金、銅、ニッケル、クロム、Ｃｒ−Ｃｕ、Ｎｉ−Ｖ、チタン、及びアルミニウムから成る群から選択される金属で被覆することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記金属箔と熱接触する蓋表面を、金、ニッケル、錫、クロム、チタン、及び銅から成る群から選択される金属で被覆することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記金属箔をパターン形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の温度が、前記接着剤の硬化温度である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２の温度が、室温又は前記パッケージの動作温度である、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
屈曲構造を有する回路チップ・パッケージであって、
第１の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する基板と、
第２のＣＴＥを有し、前記基板の上に装着される回路チップと、
前記回路チップの上に配置され、それをもって熱接触する金属箔と、
（ｉ）前記第１のＣＴＥとは異なる第３のＣＴＥ及び（ｉｉ）底縁部領域を有する金属蓋であって、前記金属箔の上に配置され、それをもって熱接触する金属蓋と、
前記金属蓋の前記底縁部に沿った接着剤層であって、第１の温度で硬化し、前記蓋を前記基板に接合し、組立体を生成し、前記組立体が第２の温度にて変形して、屈曲した回路チップ・パッケージとなる、接着剤層と
を含む、回路チップ・パッケージ。
【請求項１４】
前記屈曲した組立体が、前記回路チップ・パッケージの熱抵抗を低下させる屈曲部を有する、請求項１３に記載の回路チップ・パッケージ。
【請求項１５】
前記第１の温度が前記第２の温度より高い場合に、前記第１のＣＴＥが前記第３のＣＴＥより大きい、請求項１３に記載の回路チップ・パッケージ。
【請求項１６】
前記第１の温度が前記第２の温度より低い場合に、前記第１のＣＴＥが前記第３のＣＴＥより小さい、請求項１３に記載の回路チップ・パッケージ。
【請求項１７】
前記第１の温度が、前記接着剤の硬化温度である、請求項１３に記載の回路チップ・パッケージ。
【請求項１８】
前記第２の温度が、室温又は前記パッケージの動作温度である、請求項１３に記載の回路チップ・パッケージ。
【請求項１９】
前記金属箔と熱接触する蓋表面がパターン形成されている、請求項１３に記載の回路チップ・パッケージ。
【請求項２０】
前記金属箔がパターン形成されている、請求項１３に記載の回路チップ・パッケージ。
【請求項２１】
前記金属箔が、インジウム、鉛（Ｐｂ）、金、銀、ビスマス、アンチモン、錫、タリウム、ガリウム、及びそれらの合金から成る群から選択される金属を有する、請求項１３に記載の回路チップ・パッケージ。
【請求項２２】
前記合金が、インジウム−錫、インジウム−銀、及び鉛−錫（Ｐｂ−Ｓｎ）から成る群から選択される、請求項１３に記載の回路チップ・パッケージ。
【請求項２３】
前記金属箔と熱接触する回路チップ表面が、金、銅、ニッケル、クロム、チタン、及びアルミニウムから成る群から選択される金属の被膜を有する、請求項１３に記載の回路チップ・パッケージ。
【請求項２４】
前記金属箔と熱接触する蓋表面が、金、ニッケル、錫、クロム、チタン、及び銅から成る群から選択される金属の被膜を有する、請求項１３に記載の回路チップ・パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路チップのパッケージングに関し、より具体的には、回路チップ・パッケージを冷却するための組立方法及び装置を提供することに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、カスタマイズされた蓋の下部構造及びシムを有する熱伝導性蓋構造体を記載する。この構造体は、主要な放熱経路内で熱伝導性の柔軟な又は非剛性の材料を使用する。
【０００３】
特許文献２は、放熱経路の質を高めるために回路チップと放熱構造体との間に配置されるパターン形成された金属製の変形可能な熱インターフェイスを記載する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，２９２，３６９号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００８／０１６５５０２号明細書
【特許文献３】米国特許第５，８２１，６１７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
パッケージのさまざまな組立ステップ及び動作を通じた温度変化に起因してパッケージ要素にかかる応力を低減するために、特許文献３は、熱膨張係数（ＣＴＥ）が互いに適合し、かつシリコン回路チップに対して適合する材料を用いるパッケージを設けることによって、性能を高めることを教示している。なぜなら、熱膨張係数（ＣＴＥ）が異なる材料をパッケージ部品に用いることで応力が高まるからである。従って、特許文献３で教示されているように、異なる熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する材料の使用は業界で推奨されていない。そのため、パッケージの温度の偏倚を通じて、チップとヒートスプレッダ又はヒートシンクとの間での良好な熱結合をもたらすパッケージが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態において、回路チップ・パッケージの部品に使用する材料は、異なる熱膨張係数を有するように選択される。これは、ＣＴＥが適合する材料を使用することによってパッケージ要素にかかる応力を低減するという、一般に認識されている要求に反している。異なるＣＴＥを有する材料の選択は、屈曲部を有するパッケージをもたらし、この屈曲部が、パッケージの熱インターフェイスにかかる応力を高め、パッケージの熱インターフェイスの熱抵抗を低下させる。
【０００７】
最も広い概念において、本発明は、屈曲構造を有する改良された回路チップ・パッケージを提供し、その改良点は、金属蓋の底縁部に沿って配置された第１の温度で硬化する接着剤層が、蓋を基板に接合させ、組立体を生成し、この組立体が、第２の温度において変形して屈曲回路チップ・パッケージになることにある。
【０００８】
本発明の態様によれば、屈曲した回路チップ・パッケージの組立方法が提供される。この方法は、第１の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する基板を準備すること、基板の上に第２のＣＴＥを有する回路チップを装着すること、回路チップ上に金属箔を配置し、それをもって熱接触を確立すること、底縁部領域及び第１のＣＴＥとは異なる第３のＣＴＥを有する金属蓋の上に、金属蓋の底縁部に沿って接着剤を塗工すること、接着剤をその上に有する底縁部領域が基板と接して組立体を形成するように金属蓋を金属箔の上に配置し、それをもって熱接触を確立すること、組立体を、第１の温度にて、接着剤を硬化させて蓋を基板に接合させるのに十分な並びに圧力及び時間で圧縮すること、及び、組立体の温度を組立体の屈曲を生じさせる第２の温度まで変化させて、それにより熱接触の熱抵抗を低下させ、かつ屈曲した回路チップ・パッケージを形成することを含む。
【０００９】
本発明の別の態様によれば、屈曲構造を有する回路チップ・パッケージが提供される。この回路チップ・パッケージは、第１の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する基板と、第２のＣＴＥを有し、基板の上に装着される回路チップと、回路チップの上に配置され、それをもって熱接触する金属箔と、（ｉ）第１のＣＴＥと異なる第３のＣＴＥ及び（ｉｉ）底縁部領域を有し、金属箔の上に配置され、それをもって熱接触する金属蓋と、金属蓋の底縁部に沿った接着剤層であって、第１の温度で硬化し、蓋を基板に接合し、組立体を生成し、この組立体が第２の温度にて変形して、屈曲した回路チップ・パッケージとなる、接着剤層とを含む。
【００１０】
本発明のさらに別の態様によれば、屈曲構造と、第１の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する基板と、基板の上に装着される第２のＣＴＥを有する回路チップと、回路チップの上に配置され、それをもって熱接触する金属箔と、第１のＣＴＥとは異なる第３のＣＴＥを有する金属蓋であって、底縁部領域を有し、かつ金属箔の上に配置され、それをもって熱接触する金属蓋とを有する、改良された回路チップ・パッケージが提供される。
【００１１】
この改良点は、金属蓋の底縁部に沿って配置された第１の温度で硬化する接着剤層が、蓋を基板に接合させ、組立体を生成し、この組立体が第２の温度において変形して屈曲した回路チップ・パッケージになることを含む。
【００１２】
本発明の回路チップ・パッケージは、チップから離れてパッケージ・モジュールの外に向かいパッケージの外部表面に至る主要放熱経路の質が大幅に向上するので、１つ又は複数のチップ、特にハイパワー・チップによって発生する熱を放散する能力を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態による回路チップ・パッケージの組立体の図である。
【図２】本発明の回路チップ・パッケージを示す図である。
【図３】代替的な実施形態を示す図である。
【図４】本発明の実施形態による回路チップ・パッケージの組立方法を示すフロー・チャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明の実施形態による組立体の略図１００である。図面は必ずしも縮尺通りに描かれているわけではない。以降の図面における要素に対する同様の番号の使用は、同様の要素を示す。
【００１５】
第１のパッケージ要素は、その上に回路チップ１２０が装着される基板１１０である。基板は、配線素子、コンタクトの端子領域、及び誘電体材料を含むことができる。基板の大部分は、誘電体材料である。その相互接続又は配線を含めた基板の材料が、温度変化の結果として生じる基板の膨張又は収縮、例えば基板の熱膨張係数を決定する。使用される材料は、有機材料、例えば、エポキシ若しくはプラスチック、エポキシ−ガラス若しくはＦＲ−４、又はセラミックを含むことができる。
【００１６】
基板の上に、集積回路チップ（ＩＣ）１２０が装着され、電気的に接続される。このようなチップは、半導体論理若しくはメモリ回路又はその両方を含む。チップのバルク材料は、シリコンとすることができる。回路チップの機能面は、典型的にはアルミニウム又は銅である配線レベル、半導体回路、および相互接続のための端子領域を有する。基板回路に対するチップ回路の電気的接続は、はんだ接合によって形成することができる。この一例が、ＩＢＭによって開発された崩壊制御チップ接続（Controlled Collapse Chip Connection）（Ｃ４）プロセスである。使用することができるその他のコンタクト又は接続は、導電性高分子複合材料である。
【００１７】
チップ１２０及び基板１１０の組立体において、図示されていないが、従来のアンダーフィルを基板に面したチップ１２０の回路側と基板の上面との間の空間を充填するように施すことができる。このアンダーフィルは、熱サイクリング中の機械的応力から電気的相互接続を保護する。アンダーフィル材料は、エポキシ又は他の公知のアンダーフィル材料とすることができる。
【００１８】
本発明の一実施形態において、回路チップ１２０と蓋１３０との間の熱インターフェイスとして働く金属箔１４０が、チップの背面又は非回路側と蓋１３０との間に配置される。この蓋はヒートスプレッダであり、それ自体をヒートシンクとして単独に用いることもでき、又はその上に追加される付加的なヒートシンクとともに用いることもできる。
【００１９】
金属箔の熱インターフェイス１４０は、パターン形成された金属箔、金属メッシュ、又穿孔された金属シートとすることができる。熱インターフェイスの金属は、固体金属、すなわち、固相である。箔は、中程度の圧力下で容易に変形する比較的軟質の金属から作られる。本発明の実施形態において、箔は、インジウム（Ｉｎ）を含む。使用することができるその他の金属は、鉛（Ｐｂ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）、錫（Ｓｎ）、タリウム（Ｔｉ）若しくはガリウム（Ｇａ）、又はこれらの金属を含有する、Ｉｎ−Ｓｎ、Ｉｎ−Ａｇ、Ｐｂ−Ｓｎのような合金を含む。別の実施形態において、熱インターフェイス１４０は、軟質金属メッシュを有する。熱インターフェイス１４０は、パターン形成又はテクスチャ加工されていてもよく、すなわち、熱インターフェイスは、実質的に均一な厚さ及び平坦性を示すが、局所的な微細構造（topography）、高低のスポットを有する。さらなる実施形態において、熱インターフェイスは、約１５０ミクロンの厚さを有する。
【００２０】
図１に示される、パターン形成された金属箔の熱インターフェイスとしての使用により、熱を発生する回路チップ１２０からヒートスプレッダ蓋１３０への伝熱の改善がもたらされ、従って、回路チップ１２０からのより良好な放熱が可能となる。詳細には、パターン形成された金属箔はチップと蓋状ヒートスプレッダ１３０との間で圧迫されたときに変形し、一方の熱インターフェイスをチップの背面に追従させ、他方を蓋の底部、例えば、チップに面する蓋の表面に追従させることができる。これにより、チップと金属箔の熱インターフェイスとの間、そしてまた熱金属箔と蓋との間に、熱接触がもたらされる。熱インターフェイス１７０は図１に示される。従って、チップが発生した熱は、パターン形成された金属箔の熱インターフェイスを介して、蓋ヒートスプレッダの基部に移動する。基部は次に、ヒートスプレッダ蓋の残りの容積に熱を拡散させる。チップとヒートスプレッダ蓋との間のより良好な熱結合の結果として、組立体１００によるより良好な放熱が生じる。
【００２１】
金属箔と接触する回路チップの背面は、金属の単一の薄層又は二層若しくはそれ以上の金属層で被覆することができる。この被覆は、真空蒸着によって達成することができる。例えば、金属層は、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、又はアルミニウム（Ａｌ）とすることができる。これらの金属は、単独で使用することもでき、又はチップのシリコン表面に対する付着を確実なものとするために、その下にクロム（Ｃｒ）、クロム−銅（Ｃｒ−Ｃｕ）、ニッケル−バナジウム（Ｎｉ−Ｖ）、又はチタン（Ｔｉ）の層を有することもできる。これらの層は、数百ナノメートルの厚さとすることができる。
【００２２】
ヒートスプレッダ蓋１３０は、金属箔１４０及び基板１１０と接するように配置される。蓋は、熱インターフェイス１７０のところで金属箔と熱接触する。
【００２３】
一実施形態において、金属蓋は、銅から成ることが好ましいが、ニッケル、又はニッケルめっきされた銅、又は別の元素金属、又はベリリウム−銅（Ｂｅ−Ｃｕ）若しくはニッケル−鉄（Ｎｉ−Ｆｅ）のような合金であってもよい。例えば、Ｎｉ−Ｆｅ合金である４２合金を蓋材料に使用することができる。金属箔に面した蓋の表面は、金属箔とのさらに良好な接触を確実にするために、真空蒸着又はめっきによってその表面を被覆する別の材料を有することができる。使用することができる表面金属としては、金（Ａｕ）、ニッケル、錫、又は銅が挙げられる。これらの表面被膜は、数百ナノメートルの厚さとすることができる。
【００２４】
蓋の底縁部１３５は、図１に示されるように接着剤１５０によって基板に接合される。接着剤１５０は、蓋の底縁部１３５に沿って塗工される。本発明の実施形態において、蓋の縁部を基板に接合するために使用される接着剤は、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｓｙｌｇａｒｄ（登録商標）５７７シリコーン系接着剤である。この接着剤は、１００℃と１３０℃との間の温度で硬化することができる。この温度は、インジウムの融点１５６℃に近いがそれを超えない。接着剤の硬化時間は、１分間と１００分間との間とすることができる。この時間は、温度及び使用するシーラントのタイプに依存する。
【００２５】
パッケージが組み立てられるとき、金属箔は回路チップと蓋との間で圧縮される。組立中にかかる圧力は、典型的には１０ｌｂ／ｉｎ２と１００ ｌｂ／ｉｎ２との間、およそ７０ｋＰａから７００ｋＰａである。圧縮の初期相の間に１００℃から１３０℃までの間に温度を上げることで、金属箔が圧縮してチップ及び蓋状ヒートシンクの形状に追従することが促進される。これにより、金属箔と、その表面がＣｕ、Ｎｉ若しくはＡｕであり得る蓋及び／又はチップの金属との間にある程度の金属間結合がもたらされる。温度は、箔の融解温度、例えばインジウム箔の場合には１５６℃を下回るよう保たれる。温度を正確に監視する必要はない。
【００２６】
組立はその場（インサイチュ）で行うことができ、基板、チップ及び蓋は、コンピュータのマザー・ボード上におけるそれらの最終位置に位置決めされる。一実施形態において、パッケージ基板は、バネ状の電気コンタクトを備えたソケット内に配置される。この配置は、しばしば、ランド・グリッド・アレイ（ＬＧＡ）と呼ばれる。自動組立は、部品のロボット装着を準備し、ソケット内の基板及びチップから開始する。この後に、チップの上に金属箔が配置され、粘稠な液状の接着剤がプロセッサ基板又は蓋の上の封止領域上に塗工され、蓋が配置され、圧縮バネを備えたヒートシンクが蓋の上に用いて配置される。次いで、マザー・ボードは組み立てられたパッケージと共に、金属箔及び接着剤のインサイチュ硬化のために、温和な１００℃から１３０℃までの温度に加熱され、その間、パッケージは圧縮状態に保持される。或いは、プロセッサ及び蓋は、後の段階でコンピュータのマザー・ボード内に挿入される、モジュールとして組み立てることができる。組立体は、蓋の下に空隙領域１６０を残すことができる。この空気で満たされた領域は、後で熱伝導性材料で充填することができる。
【００２７】
この組立方法及び得られるパッケージの利点は複数ある。その利点には、従来のはんだ付けで蓋をするプロセスに比べて複雑さが減ることが含まれる。フラックスも、重要なチップの金属化も、はんだの融解プロセスの厳密な制御も必要としない。金属箔の融解が起こらないので、接合ラインは極めて精密に保持され、元の箔の厚さによって定められる。
【００２８】
図２は、組み立てられた、作動中の本発明の回路チップ・パッケージをさらに示す図である。図１において、パッケージが組み立てられた時点で、接着剤が典型的には１００℃から１３０℃までの範囲で硬化したとき、パッケージの水平面同士は互いに相対的に平行である。
【００２９】
しかしながら、温度が硬化温度である１００℃から１３０℃から、異なる温度、例えば、およそ約２０℃の室温、又はおよそ６０℃から７０℃のパッケージの通常の動作温度へと変化すると、パッケージ組立体２００は屈曲することがある。図示されるようにすべての部品が屈曲部を有するが、パッケージ全体が屈曲を呈するとはいえ熱インターフェイス１７０における屈曲部１８０が特に重要である。図２に示されるように、屈曲は、蓋の上方から見て凸面形状をとる。屈曲は、温度の変化によって生じる。この屈曲部は、部品のＣＴＥに基づいて選択されたパッケージの要素又は部品の材料、並びに組立温度と保管又は動作温度とを比較した相対的温度によって生じる。
【００３０】
例えば、基板１１０に使用される材料は、有機材料、ＣＴＥが５０ｐｐｍ／℃又はそれ以上のエポキシ若しくはプラスチック、ＣＴＥが１５から２０ｐｐｍ／℃までのエポキシ−ガラス若しくはＦＲ−４、又はＣＴＥが０から１０ｐｐｍ／℃までのセラミックを含む。
【００３１】
集積回路チップ１２０は、一般的にシリコンから成る。シリコンは、比較的低い３ｐｐｍ／℃に等しいＣＴＥを有する。
【００３２】
蓋は、ＣＴＥが２３ｐｐｍ／℃に等しいアルミニウム、ＣＴＥが１７ｐｐｍ／℃に等しい銅、ＣＴＥが１４ｐｐｍ／℃に等しいニッケル、ＣＴＥが５ｐｐｍ／℃に等しい４２合金を含めて、様々な金属から作ることができる。
【００３３】
従って、蓋、チップ、及び基板を含む組立体部品が、基板のＣＴＥがチップ及び蓋のＣＴＥより大きくなるように選択された場合、パッケージが、相対的に高いパッケージの組立及び硬化温度である１３０℃から、相対的に低い通常の動作温度７０℃又は室温約２０℃まで冷却されたとき、基板は他の部品よりも収縮して、パッケージを図２に示される凸面状の構成を取るように屈曲させる。
【００３４】
本発明の実施形態において、蓋はＣＴＥが１７ｐｐｍ／℃に等しい銅とすることができ、回路チップはＣＴＥが３ｐｐｍ／℃に等しいシリコンとすることができ、基板は、ＣＴＥが２０ｐｐｍ／℃に等しくなるように選択されたエポキシ−ガラスとすることができる。或いは、基板は、５０ｐｐｍ／℃と等しいか又はそれ以上のＣＴＥを有するプラスチック又は有機材料となるように選択することができる。パッケージの屈曲１８０は、特に熱インターフェイス１７０において、金属箔とチップとの間、及び金属箔と蓋との間の金属箔の熱インターフェイスに付加的な応力をかける。これが、チップの背面と金属箔との間、及び金属箔と蓋との間の熱接触の熱抵抗を低下させる。これは、熱インターフェイスの適正な働き及び一体性のために有益である。
【００３５】
従って、このパッケージ設計を使用すると、通常の動作の下で金属箔のインターフェイスにかかる圧力は常に正圧になる。これが、効果的な放熱デバイスであるインジウム又は他の軟質金属箔を使用する金属箔インターフェイス・パッケージを作成する際の重要なステップである。金属箔は、その変形が基本的に塑性的であり、弾性的ではないので、正圧下に保たれる必要がある。
【００３６】
或いは、所望であれば、パッケージ部品の材料のためのＣＴＥの選択、又は組立温度及び作動温度の選択を逆にすることによって、凹面のパッケージ形状を得ることができる。この凹面状屈曲部もまた、熱接触の質を高めるために熱インターフェイスに応力を加えるために用いることができる。
【００３７】
パッケージ方法及び装置は、パッケージが第１の温度で組み立て及び硬化され、その後、より低い第２の温度で動作される場合に限定する必要はない。例えば、パッケージ及び接着剤を相対的に低い温度、例えば室温の２０℃で、組み立て及び硬化させ、その後７０℃で動作させることができる。この場合には、パッケージの凸面状の歪みを達成するために、異なるＣＴＥを有する材料の選択を逆にすることができる。
【００３８】
例えば、ＣＴＥが１７ｐｐｍ／℃に等しい銅の蓋を使用することが望まれる場合には、基板は、低ＣＴＥ材料、例えば３ｐｐｍ／℃に等しいＣＴＥを有するセラミックにするように選択することできる。すると、２０℃での組み立て及び硬化の時点では、パッケージは図１と似たものとなる。パッケージが７０℃の通常動作温度なると、蓋の方がチップ及び基板に比べ大きく膨張する結果として、パッケージは図２に示される凸面形状を呈するようになる。
【００３９】
一般に、パッケージの半導体回路チップはシリコンである。チップがシリコンである場合、チップ材料のＣＴＥの選択において、選択の余地はない。しかしながら、チップのためのその他の材料、例えば、サファイア又はダイヤモンドを用いることができる。所望の凸面形状を達成するためにふさわしいＣＴＥの材料の選択は、蓋及びチップを作る材料のためのＣＴＥの選択に主として依存することになる。
【００４０】
パッケージを、上述の方法に従い、上述の材料を使用して設計し、組み立てた。試験の結果、インジウム金属インターフェイスの熱抵抗は、５ｍｍ２ｄｅｇＣ／Ｗａｔｔという低さであることが示された。これを、熱抵抗が１３から１５ｍｍ２ｄｅｇＣ／Ｗａｔｔであることが見いだされている、伝導性熱移動要素として熱ペーストを使用する従来のパッケージと比較することができる。
【００４１】
図３は、本発明の代替的な実施形態を示す図である。この代替的な組立体は、パターン形成された蓋、及びパターン形成された又は相対的にパターン形成されていない軟質金属箔を使用する。軟質金属箔は、例えば、箔を蓋のパターン内に押し込むことによって蓋に部分的に接合され、これは、熱、又はパターン形成された蓋の表面処理が加えられ又は加えずに行われる。表面処理は、あらかじめスズめっきすること、又は蓋の上に薄い接着剤層を塗布することという形で行うことができる。この蓋構造体を上述のようにプロセッサ・チップの上に圧縮し組み立てることによって、高伝導性金属熱インターフェイスを備えた蓋付きモジュールが得られる。
【００４２】
図４は、本発明の実施形態の方法を示すフロー・チャートである。フロー・チャート４００は、パッケージ部品のための材料の選択４１０から開始する。基板、チップ及び蓋の材料は、それらの熱膨張係数（ＣＴＥ）に応じて選択される。
【００４３】
材料のＣＴＥは、ステップ４２０において、パッケージがその動作温度にて動作したときに蓋の上方から見てパッケージを凸面形状に屈曲させるように、選ばれる。組立温度は接着剤の硬化温度であると解釈される。
【００４４】
ステップ４２０において、組立温度が動作温度より高い場合、プロセスはステップ４４０に移る。組立温度が動作温度より低い場合、プロセスはステップ４３０に移る。
【００４５】
ステップ４３０において、基板材料のＣＴＥがチップ又は蓋のＣＴＥより小さくなるように選択が行われる。
【００４６】
ステップ４４０において、基板材料のＣＴＥがチップ又は蓋のＣＴＥより大きくなるように選択が行われる。適切な材料の例は、上記の図１及び図２の説明において挙げた。
【００４７】
或いは、基板、チップ及び蓋部品の材料は、あらかじめ選択しておくことができる。この場合、適切な組立及び接着剤の硬化温度を選択することができる。例えば、プロセスは、基板のＣＴＥがチップ及び蓋のＣＴＥより大きい場合には、動作温度より高い硬化温度を有する接着剤を選択することになる。また、プロセスは、基板のＣＴＥがチップ及び蓋のＣＴＥより小さい場合には、動作温度より低い硬化温度を有する接着剤を選択することになる。
【００４８】
ステップ４５０において、選択された又はあらかじめ定められたＣＴＥを有するパッケージ部品が準備される。次のステップで使用される接着剤は、あらかじめ定められた又は選択された硬化温度を有する。
【００４９】
ステップ４６０において、部品が組み立てられる。組立プロセスは、蓋を基板に接合するために接着剤を準備すること、図１及び図２に示されるように金属箔を回路チップ上に配置すること、蓋の底縁部上に接着剤を塗工すること、回路チップ上の金属箔及び基板の上に蓋を配置すること、及び、第１の温度、例えば接着剤の硬化温度にて、図１の説明で論じたような所定時間及び所定圧力で組立体を圧縮することを含む。これが、接着剤を硬化させ、蓋を基板に接合する。
【００５０】
ステップ４７０において、パッケージの温度が、異なる温度又は第２の温度、例えば保管温度又は動作温度まで変化したときに、図２に示されるように、パッケージは所望の凸面形状を呈するようになる。凸面形状にパッケージが屈曲することは、金属箔の熱インターフェイスに付加的な応力をかける。従って、パッケージ部品のための材料は、主流となっている特許技術とは反対に、異なる熱膨張係数を有するように選択される。これらの異なる部品のＣＴＥを、異なる組立温度及び動作温度と組み合わせることで、優れた熱的性能を示す回路チップ・パッケージが生成される。
【００５１】
本発明を現時点で好ましい実施形態であると考えられるものに関して説明してきたが、本発明は開示された実施形態に限定されるものではないことを理解すべきである。その反対に、本発明は、添付の請求項の範囲の精神及び範囲に含まれるさまざまな改変及び均等な配置に及ぶことが意図される。以下の特許請求の範囲は、このようなすべての改変並びに均等な構造及び機能を包含するように、最も広い範囲で解釈されたものに一致することになる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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