(57)【要約】  熱伝導性金属層（２００）は、エポキシ又は他のダイ取り付け材料（１０６）を介して基板（１０４）に取り付けられる集積回路チップ（１０２）の裏面の上に形成される。金属層（２００）は、チップ（１０２）からの熱を、ダイ取り付け材料内に存在するボイド（１０９）の周りに伝導させることによって、熱放散を改善させる。金属層（２００）は、主金属層と、１つ又はそれ以上の障壁金属層と、チップへの金属接着性を改善させるための接着性金属層と、基板への任意の直接はんだ取り付けを可能にするためのはんだ層とを有する複合構造で構成され得る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路デバイスであって、
それに関連する１つ又はそれ以上の電子的構成要素を有し、裏面を有する半導体チップ、
前記チップの前記裏面の上に形成される熱伝導性金属層を含み、
前記熱伝導性金属層が、チップからの熱を、前記チップを下にあるリードフレーム又は他のマウント基板に取り付けるために用いられるダイ取り付け材料内に存在するボイドの周りに伝導させることによって、熱放散を促進させるように適合及び構成される、
デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載のデバイスであって、前記熱伝導性金属層が、銅、ニッケル、パラジウム、タングステン、金、及び銀のうち少なくとも１つを含む主金属層を含む、デバイス。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のデバイスであって、前記熱伝導性層が、主金属層と、ニッケル、銅、及びチタン・タングステンのうち少なくとも１つを含む少なくとも１つの障壁層とを含む、デバイス。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のデバイスであって、前記熱伝導性層が、主金属層と、クロム、チタン、及びチタン・タングステンのうち少なくとも１つを含む接着性金属層とを含み、前記接着性金属層がチップの裏面に取り付けられている、デバイス。
【請求項５】
請求項１又は２に記載のデバイスであって、前記熱伝導性層が、主金属層と、パラジウム、金、又は銀のうち少なくとも１つを含むはんだ付け可能な金属層とを含み、下にあるリードフレーム又は他のマウント基板に前記熱伝導性層がはんだ付けされ得るように、前記はんだ付け可能な層が適合及び構成される、デバイス。
【請求項６】
請求項１に記載のデバイスであって、前記熱伝導性金属層が、主金属層と、前記主金属層の相対する側の第１及び第２の障壁層とを含む複合層である、デバイス。
【請求項７】
請求項６に記載のデバイスであって、前記熱伝導性層が、更に、前記第１の障壁層を前記チップの前記裏面に取り付ける接着性金属層を含む、デバイス。
【請求項８】
請求項６又は７に記載のデバイスであって、前記熱伝導性層が、更に、前記第２の障壁層を下にあるリードフレーム又は他のマウント基板にはんだによって取り付けるためのはんだ付け可能な金属層を含む、デバイス。
【請求項９】
請求項８に記載のデバイスであって、適用可能な場合、
前記主金属層は、銅、ニッケル、パラジウム、タングステン、金、及び銀のうち少なくとも１つを含み、
各障壁層は、ニッケル、銅、及びチタン・タングステンのうち少なくとも１つを含み、
前記接着性金属層は、クロム、チタン、及びチタン・タングステンのうち少なくとも１つを含み、
前記はんだ付け可能な金属層は、パラジウム、金、又は銀のうち少なくとも１つを含む、
デバイス。
【請求項１０】
集積回路デバイスを基板に取り付ける方法であって、
それに関連する１つ又はそれ以上の電子的構成要素を含み、裏面を有する半導体チップを提供し、
前記チップの前記裏面の上に形成される熱伝導性金属層を提供し、
エポキシ、はんだ、又は他のダイ取り付け材料を用いて、前記チップを前記熱伝導性金属層で、下にあるリードフレーム又は他のマウント基板に取り付け、
それにより、前記熱伝導性金属層が、熱を、前記ダイ取り付け材料内に存在するボイドの周りに導くことによって、前記チップから前記リードフレーム又は他のマウント基板へ伝導させることにより、熱放散を促進させる、
ことを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的に、集積回路ダイ取り付けの分野に関し、更に具体的には、集積回路デバイス、及びバックサイド・ヒートスプレッダを用いるダイ取り付け方法に関連する。
【背景技術】
【０００２】
（背景）
消費電力要求の増加、パワートランジスタのサイズの縮小、及び他の要因により、単位面積当りの消費電力を一層大きくする必要性に迫られている。集積回路パッケージにおいて、熱は、チップ表面からチップを介して及びダイ取り付け材料を介して、リードフレーム・ダイ・パッド又は外部ヒートシンクまで分散されることが典型的である。ダイ取り付け材料内のボイドは、ダイ表面上に局地的なホットスポットを生じさせ得る。これは、その地点での低減された熱伝導率によるものである。このようなホットスポットは信頼性故障を引き起こし得る。このようなボイドがパワートランジスタ下に生じると、例えば、回路寿命が低減されたり、そのチップに熱シャットダウンが実装されている場合、出力駆動能力が低下されたりし得る。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
（概要）
本発明の一実施例に従って、集積回路ダイ取り付けは、チップを提供し、そのチップの裏面から外に向かって熱伝導性金属層を形成し、そのチップを基板に結合することを含む。ボイドの周りに熱を放散させるための熱分散層として機能するように、熱伝導性裏面金属層、例えば、銅、が、ウエハ裏面の上に蒸着される。チップ裏面上の金属厚みは、必要とされる性能に従って変化し得る。好ましい熱伝導性金属層は、少なくとも０．５ミルス（ｍｉｌｓ）の厚みを有する。本発明は、チップからリードフレーム・ダイ・パッド又は外部ヒートシンクへの、利点となる熱放散を提供する。
【実施例】
【０００４】
本発明の例示の実施例を図面の図１から図５を参照して説明し、これらの図面において、同様の数字は同様の部分を指す。
図１は、本発明の一実施例に従った、ダイ取り付けシステム１００の断面図である。図示した実施例において、システム１００は、ダイ取り付け材料１０６で基板１０４に結合される熱伝導性裏面金属層２００を有する、半導体チップ１０２を含む。以下に更に詳しく説明するように、熱伝導性裏面金属層２００は、半導体チップ１０２から基板１０４への改善された熱放散を促進する。
【０００５】
チップ１０２は、任意の適切な大きさ及び形状を有する、任意の適切な半導体チップ又はダイであり得、任意の適切な種類及び数の材料層から形成され得る。チップ１０２は、更に、それに関連する任意の適切な電子的構成要素を有する。例えば、図１に図示するように、１つ又はそれ以上のパワートランジスタ１０８が、チップ１０２の上面１０３に結合され得る。パワートランジスタ１０８などのチップ１０２に関連する構成要素は、熱を生成し、この熱は、全般的に矢印１１０で示すように、チップ１０２の厚みを介し、熱伝導性裏面金属層２００を介し、ダイ取り付け材料１０６を介し、基板１０４内へと、下へ放散される必要がある。熱伝導性裏面金属層２００は、チップ１０２の基板１０４への結合の間、ダイ取り付け材料１０６内に生じる１つ又はそれ以上のボイド１０９の周りに、パワートランジスタ１０８又はチップ１０２に関連する他の構成要素によって生成される熱を放散させるための熱分散層として機能することによって、この放散を促進させる。熱伝導性裏面金属層２００は、図２に関連して以下に更に詳細に説明する。
【０００６】
ダイ取り付け材料１０６は、エポキシ、薄膜接着材、又ははんだなど、任意の適切なダイ取り付け材料であり得る。ダイ取り付け材料１０６は任意の適切な厚みを有し得る。基板１０４は、ヒートシンクとして機能する任意の適切な基板であり得、任意の適切な大きさ及び形状を有し得る。一実施例において、基板１０４は、適切な金属から形成されるリードフレームである。
【０００７】
図２は、本発明の一実施例に従った熱伝導性裏面金属層２００を示す。一実施例において、熱伝導性裏面金属層２００は、少なくとも０．５ミルスの厚み２０１を含む。本発明の更に特定の実施例に従って、厚み２０１は、少なくとも０．５ミルスであり、４．０ミルスより薄い。図示した実施例において、熱伝導性裏面金属層２００は、接着性金属層２０２、障壁金属層２０４、金属層２０６、障壁金属層２０８、及びはんだ付け可能な金属層２１０を含む。本発明は、図２に示した構成要素よりも多い、又は少ない、又は異なる構成要素を有する熱伝導性裏面金属層２００を企図している。
【０００８】
熱伝導性裏面金属層２００は、バックサイド・スパッタリング、電気メッキ、又は他の適切な処理方法などによって、任意の適切な方式でチップ１０２上に形成され得る。熱伝導性裏面金属層２００は、ウエハ・レベルで形成されることが好ましい。
【０００９】
接着性金属層２０２は、任意の適切な厚みを有し得、クロム、チタン、及びチタン・タングステンなど、任意の適切な材料から形成され得る。接着性金属層２０２は、熱伝導性裏面金属層２００の後に続く層のための接着層として機能する。金属層２０６に用いられる材料が、チップ１０２の裏面に付着することが可能なほど充分な接着性特性を有する場合、接着性金属層２０２は存在しなくてもよい。
【００１０】
障壁金属層２０４も任意の層であり、任意の適切な厚みを有し、ニッケル、銅、及びチタン・タングステンなど、任意の適切な材料から形成され得る。障壁金属層２０４は、金属層２０６のための拡散障壁として機能する。
【００１１】
金属層２０６は、銅、ニッケル、パラジウム、タングステン、金、及び銀など、任意の適切な熱伝導性金属から形成され得る。一実施例において、金属層２０６は少なくとも０．５ミルスの厚みを有する。金属層２０６は、パワートランジスタ１０８又はチップ１０２に関連する他の構成要素によって生成される熱を放散させるための熱分散層として機能する主（ｐｒｉｍａｒｙ）金属層である。
【００１２】
障壁金属層２０８も、熱伝導性裏面金属層２００のための任意の層であり、任意の適切な厚みを有し得、ニッケル又はチタン・タングステンなど、任意の適切な材料から形成され得る。障壁金属層２０８は、はんだプロセス又は一層高温に晒されるパッケージ温度の間、金属層２０６がはんだ内に拡散されないように、拡散障壁として機能する。
【００１３】
はんだ付け可能な金属層２１０は、任意の適切な厚みを有し得、パラジウム、金、又は銀など、任意の適切な材料から形成され得る。はんだ付け可能な金属層２１０は任意の層であり、はんだダイ取り付けプロセスの間、熱伝導性裏面金属層２００が、基板１０４などの基板にはんだ付けされ得るように機能する。一般に、はんだ付け可能な金属層２１０は液状はんだに溶解し、これはその後、障壁金属層２０８に対して濡れる。
【００１４】
本発明の一実施例のオペレーションに従って、及び図１及び２を参照し、パワートランジスタ１０８又はそれに関連する他の電子的構成要素を有するチップ１０２が、熱伝導性裏面金属層２００と共に提供される。熱伝導性裏面金属層２００を形成する各層は、チップ１０２がダイ取り付け材料１０６で基板１０４に結合される前に、チップ１０２の裏面上に形成される。ボイド１０９は、チップ１０２の基板１０４への結合の間、ダイ取り付け材料１０６内に生成され得る。チップ１０２のオペレーションの間、パワートランジスタ１０８及び他の電子的構成要素によって熱が生成されるが、この熱は、ボイド１０９によって引き起こされる、チップ１０２内の局地的なホットスポットの発生を防ぐため、放散される必要がある。熱伝導性裏面金属層２００は、パワートランジスタ１０８によって生成される熱を、ボイドの周り及び基板１０４内へ放散させる熱分散層として機能する。
【００１５】
図３から図５は、本発明の種々の実施例に従って、熱伝導性裏面金属層２００を備えたチップ１０２を組み込む種々のパッケージ方法を図示する。まず図３を参照すると、複数のワイヤ・ボンド３０４を備えた印刷回路基板３０２にチップ１０２が結合されている、パッケージ３００が図示されている。チップ１０２を封止するためグロブトップ（ｇｌｏｂ  ｔｏｐ）３０１が用いられ得る。（「グロブトップ」は、非伝導性で、通常は可塑性の、封止材料の丸みのある塊の堆積物を説明する業界用語である。）グロブトップ３０１は、適切なモールディング化合物など、任意の適切な材料から形成され得る。印刷回路基板３０２は、任意の適切な材料から形成される任意の適切な印刷回路基板であり得る。
【００１６】
図４は、ダイ取り付け材料１０６が直接はんだダイ取り付け方法のためのはんだである、パッケージ４００の一実施例を図示する。他の実施例において、ダイ取り付け材料１０６は、エポキシ又は薄膜接着材であり得る。熱伝導性裏面金属層２００を有するチップ１０２は、外部ヒートスプレッダ４０２に結合され、外部ヒートスプレッダ４０２は、チップ１０２が配置されることが所望される位置に、はんだ付け可能な金属層４０４を有する。外部ヒートスプレッダは、任意の適切な大きさ及び形状のヒートシンクであり得、はんだ付け可能な金属層４０４は、任意の適切な厚みを有する任意の適切な材料から形成され得る。チップ１０２は、複数のワイヤ・ボンド４０７を備えた複数のリード接続４０６にも結合され、その後、任意の適切な封止材料であり得る封止材４０８で封止される。その後、リード接続４０６は、複数のワイヤ・ボンド４１０を備えた適切な印刷回路基板４０９に結合され得る。代替の実施例において、チップ１０２は、ワイヤ・ボンド４０７を介して印刷回路基板４０９に直接結合されてもよい。リード接続４０６は、印刷回路基板４０９にはんだ付けされてもよく、又は別の方式で電気的に結合されてもよい。
【００１７】
図５は、印刷回路基板上の表面実装技術又は挿入実装（ｔｈｒｏｕｇｈ  ｈｏｌｅ  ｍｏｕｎｔ）のための従来の集積回路パッケージに類似する、パッケージ５００を図示する。この実施例において、チップ１０２は、複数のワイヤ・ボンド５０３を備えた複数のリード接続５０２に結合される前に、ダイ取り付け材料１０６で基板１０４に結合される。その後、チップ１０２は、任意の適切な封止材料であり得る適切な封止材５０４によって封止される。リード接続５０２は、図５では基板１０４に向って下方に形成されるように図示しているが、本発明は、基板１０４から離れて形成されるリード接続５０２を企図している。図５の代替の実施例において、基板１０４は、リード接続５０２と同じ種類の材料及び厚みであってもよく、リード接続５０２と一体化されてもよい。
【００１８】
本発明に関連する技術の習熟者であれば、説明した例示の実施例に種々の改変、付加、及び省略が成され得、これらは全て、本発明で定める特許請求の範囲に含まれることが分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の一実施例に従った、ヒートシンクに取り付けられた熱伝導性裏面金属層を有する集積回路チップ・デバイスの断面図である。
【図２】図２は、図１の熱伝導性裏面金属層の一実装例の断面図である。
【図３】図３は、本発明の種々の実施例に従って、熱伝導性裏面金属層を有するチップを組み込む種々のパッケージを図示する。
【図４】図４は、本発明の種々の実施例に従って、熱伝導性裏面金属層を有するチップを組み込む種々のパッケージを図示する。
【図５】図５は、本発明の種々の実施例に従って、熱伝導性裏面金属層を有するチップを組み込む種々のパッケージを図示する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年11月22日(2007.11.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路デバイスであって、
それに関連する１つ又はそれ以上の電子的構成要素を有し、裏面を有する半導体チップ、
前記チップの前記裏面の上に形成される接着性金属層を含む熱伝導性層、前記接着性金属層上に形成される障壁金属層、前記障壁金属層上に形成される少なくとも０．５ミルス（ｍｉｌｓ）の厚みを有する主金属層、及び
前記チップを下にあるリードフレーム又は他のマウント基板に取り付けるダイ取り付け材料、
を含むデバイス。
【請求項２】
請求項１に記載のデバイスであって、前記主金属層が、銅、ニッケル、パラジウム、タングステン、金、及び銀のうち少なくとも１つを含む、デバイス。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のデバイスであって、前記障壁層が、ニッケル、銅、及びチタン・タングステンのうち少なくとも１つを含む、デバイス。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のデバイスであって、前記接着性金属層が、クロム、チタン、及びチタン・タングステンのうち少なくとも１つを含む、デバイス。
【請求項５】
請求項１又は２に記載のデバイスであって、前記熱伝導性層が、更に、パラジウム、金、又は銀のうち少なくとも１つを含むはんだ付け可能な金属層を含み、下にあるリードフレーム又は他のマウント基板に前記熱伝導性層がはんだ付けされ得るように、前記はんだ付け可能な層が適合及び構成される、デバイス。
【請求項６】
請求項１に記載のデバイスであって、前記熱伝導性層が、前記主金属層と、前記主金属層の相対する側の第１及び第２の障壁層とを含む複合層である、デバイス。
【請求項７】
請求項６に記載のデバイスであって、前記熱伝導性層が、更に、前記第２の障壁層を下にあるリードフレーム又は他のマウント基板にはんだによって取り付けるためのはんだ付け可能な金属層を含む、デバイス。
【請求項８】
請求項７に記載のデバイスであって、適用可能な場合、
前記主金属層は、銅、ニッケル、パラジウム、タングステン、金、及び銀のうち少なくとも１つを含み、
各障壁層は、ニッケル、銅、及びチタン・タングステンのうち少なくとも１つを含み、
前記接着性金属層は、クロム、チタン、及びチタン・タングステンのうち少なくとも１つを含み、
前記はんだ付け可能な金属層は、パラジウム、金、又は銀のうち少なくとも１つを含む、
デバイス。
【請求項９】
集積回路デバイスを基板に取り付ける方法であって、
それに関連する１つ又はそれ以上の電子的構成要素を含み、裏面を有する半導体チップを提供し、
前記チップの前記裏面の上に形成される接着性金属層を含む熱伝導性層と、前記接着性金属層上に形成される障壁金属層と、前記障壁金属層上に形成される少なくとも０．５ミルスの厚みを有する主金属層とを提供し、
エポキシ、はんだ、又は他のダイ取り付け材料を用いて、前記チップを前記熱伝導性層で、下にあるリードフレーム又は他のマウント基板に取り付ける、
ことを含む、方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、前記熱伝導性層が、主金属層と、前記主金属層の相対する側の第１及び第２の障壁層とを含む複合層である、方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、前記熱伝導性層が、更に、前記第２の障壁層を下にあるリードフレーム又は他のマウント基板にはんだによって取り付けるためのはんだ付け可能な金属層を含む、方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、適用可能な場合には、
前記主金属層が、銅、ニッケル、パラジウム、タングステン、金、及び銀のうち少なくとも１つを含み、
各障壁層が、ニッケル、銅、及びチタン・タングステンのうち少なくとも１つを含み、
前記接着性金属層が、クロム、チタン、及びチタン・タングステンのうち少なくとも１つを含み、
前記はんだ付け可能な金属層が、パラジウム、金、又は銀のうち少なくとも１つを含む、
方法。
【国際調査報告】
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