(57)【要約】  ＰＣＢ上に実装された集積回路（ＩＣ）を備えるプリント回路板（ＰＣＢ）組立体の熱伝導度を改善する方法と装置である。空所がＰＣＢ内に形成され、除去された部分の回路基板の熱伝導度より高い熱伝導度を有するデバイスまたは材料が空所内に配置される。また、ＰＣＢは少なくとも１つの回路トレースを含み、ＩＣダイは、その上の電気的接触パッドをＰＣＢの回路トレースと相互接続する少なくとも１つの電気的相互接続によってＰＣＢに相互接続される。空所内に相対的に高い熱伝導度を有する材料を配置することによって、熱ネルギー放散効果が改善される。
2008517459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント回路板（ＰＣＢ）組立体であって、
少なくとも１つの回路トレースを含むＰＣＢであって、前記ＰＣＢの一部分が除去された、空所がそこに形成されたＰＣＢと、
前記ＰＣＢの側面に実装された集積回路（ＩＣ）ダイであって、前記ダイの上の電気的接触パッドを前記ＰＣＢの前記回路トレースの少なくとも１つに相互接続する少なくとも１つの電気的相互接続によって前記ＰＣＢに電気的に相互接続されるＩＣダイと、
前記空所内に配置され、前記ＰＣＢの除去された部分の熱伝導度より高い熱伝導度を有する材料またはデバイスと
を備えるＰＣＢ組立体。
【請求項２】
前記ダイが、ダイレクト・チップ・アタッチ構成で前記ＰＣＢに実装される請求項１に記載のＰＣＢ組立体。
【請求項３】
前記ダイがＩＣパッケージの部分であり、前記ＰＣＢが単層ＰＣＢである請求項１に記載のＰＣＢ組立体。
【請求項４】
前記ダイが実装される前記ＰＣＢの前記側面に対向する前記ＰＣＢの側面に接するヒート・シンク材料をさらに備え、前記空所に配置された前記材料またはデバイスの一部分が前記ヒート・シンク材料と接触しているように、前記空所が前記ＰＣＢ中に延在する、請求項１に記載のＰＣＢ組立体。
【請求項５】
プリント回路板（ＰＣＢ）組立体であって、
少なくとも１つの回路トレースを含むＰＣＢであって、前記ＰＣＢの一部分が除去された、空所がそこに形成されたＰＣＢと、
前記ＰＣＢの側面にダイレクト・チップ・アタッチ構成で実装された集積回路（ＩＣ）ダイであって、前記ダイの上の電気的接触パッドを前記ＰＣＢの前記回路トレースの少なくとも１つに相互接続する少なくとも１つの電気的相互接続によって前記ＰＣＢに電気的に相互接続されるＩＣダイと、
前記空所または前記空所の中の突出に隣接する前記ダイに取り付けられ、前記ダイの前記除去された部分の熱伝導度より高い熱伝導度を有する材料またはデバイスとを備えるＰＣＢ組立体。
【請求項６】
前記ダイが実装される前記ＰＣＢの前記側面に対向する前記ＰＣＢの側面に接してヒート・シンク材料をさらに備え、前記空所内に配置された前記材料またはデバイスの一部分が前記ヒート・シンク材料と接触しているように、前記空所が前記ＰＣＢを通して延在する請求項５に記載のＰＣＢ組立体。
【請求項７】
プリント回路板（ＰＣＢ）内の熱放散を改善する方法であって、
前記ＰＣＢ組立体が、前記ＰＣＢ上に実装された集積回路（ＩＣ）ダイを含み、
前記ＰＣＢ内に空所を形成するために前記ＰＣＢの一部分を除去すること、
前記ＰＣＢの除去された部分の熱伝導度より高い熱伝導度を有するデバイスまたは材料を前記空所内に配置すること、
前記ＰＣＢの側面にダイレクト・チップ・アタッチメント構成で前記ダイを取り付けることによって前記ＰＣＢ上に前記ダイを実装することを含む方法。
【請求項８】
前記ダイに取り付けられる前記ＰＣＢの前記側面に対向する前記ＰＣＢの側面に接してヒート・シンク材料を配置することをさらに含み、前記空所に配置される前記デバイスまたは材料が前記ヒート・シンク材料の一部分に相当し、前記ヒート・シンク材料は、前記ヒート・シンク材料の一部分が前記空所の中に突出し、前記ヒート・シンク材料の他の部分より前記ダイに近づくように、形状が変更される請求項７に記載の方法。
【請求項９】
プリント回路板（ＰＣＢ）および集積回路（ＩＣ）ダイの組立体であって、前記ＰＣＢとダイが間隔を空けた対向関係にあり、前記ＰＣＢが絶縁誘電体材料で作製された１つまたは複数の基板層を有し、かつ前記絶縁誘電体材料の少なくとも１つの基板層上、または基板層内に埋め込まれて導電性回路トレースがあり、前記ダイは少なくとも１つの導体を有し、前記ダイ上の前記導体および前記導電性回路が前記ＰＣＢと前記ダイの対向する部分の間に置かれた少なくとも１つの導体によって電気的に相互接続され、アンダーフィル材料の本体が前記ダイとＰＣＢの間隔を空けた対向部分の間の空間にあり、ＰＣＢ層の一部分と関連があり、またはＰＣＢ層の一部分であり、またはヒート・シンク材料の本体と関連があり、またはヒート・シンク材料の本体である改善方法であって、
前記絶縁誘電体材料の１つまたは複数の層の一部分を存在しないようにするか、またはそこから除去する工程であって、前記アンダーフィル材料に延在する空所をもたらし、したがって前記空所を前記ヒート・シンク材料の本体と接触させる工程を含み、前記ダイから前記ヒート・シンク材料の本体への熱伝達を増大させるために、前記アンダーフィル材料が、前記絶縁誘電体材料の存在しないまたは除去された部分のそれより大きな熱伝導度を有する少なくとも一部分を含むＰＣＢ組立体の方法。
【請求項１０】
前記ヒート・シンク材料の本体が前記ＰＣＢの最も外側の層に一致する請求項９に記載のＰＣＢ組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント回路板（ＰＣＢ）に関し、より詳細には、ＰＣＢ上に実装された集積回路（ＩＣ）によって生成される熱エネルギーの放散に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的なＩＣパッケージは通常、内部リード・フレーム、ボンディング・ワイヤおよびダイと共に密閉され、および／または封止されたプラスチック・ハウジングならびにダイを外界と電気的に接続する外部電気リードを含む。高い熱放散ダイを収容するＩＣパッケージは、ＩＣ基板に接続されるパッケージ内に形成された追加の一体型ヒート・シンクを有する。ヒート・シンクは通常、金属層を備える。ダイは普通、電気的接触パッドをフェイス・アップで、ボンディング・ワイヤがダイの電気的接触パッドをＩＣパッケージの内部リード・フレームに接続する状態で、この金属層の上に実装される。リード・フレームは、普通、内部リード・フレームと外部リードの間の電気的接続を橋渡しするためにプラスチック・ハウジング内に部分的に成型されている。電気的リードは、パッケージから、パッケージが実装されているＰＣＢへ電気的接続を形成する。
【０００３】
高電力熱放散ＩＣがＰＣＢ上に実装される場合、直接、ＩＣパッケージの真下に置かれるＰＣＢ上のヒート・スプレッド・デバイスが、ＩＣパッケージのヒート・シンク、次いでＰＣＢ層内のグランド面へ熱的に接続される。ヒート・スプレッド・デバイスは、ＩＣによって生じた熱を、ＰＣＢグランド面、そのものへ放散する。ＩＣによって生じた熱は、対流によってもＩＣパッケージから出て周囲の空気中へ移動し離れていく。しかし、用いているＩＣパッケージが、物理的に狭い場所に制限され、ならびに／あるいは物理的に他のダイに比べて小さい場合には、通常パッケージ周囲の空気の循環は非常に乏しく、したがって対流による熱の除去はとても少量である。したがってＩＣによって生じた熱の全てが、大部分は、ＩＣパッケージ・ヒート・シンクを介して下向きに、ＰＣＢのヒート・スプレッド・デバイス中へ放散されなければならない。
【０００４】
ダイレクト・チップ・アタッチ構成では、ＩＣパッケージは省かれ、ダイは、その上の電気的接触パッドがＰＣＢ上で向き合う回路トレースの方にフェイス・ダウンになるような倒立位置で直接ＰＣＢに実装され、ダイの接触パッドをＰＣＢ上の回路トレースに接続する電気的相互接続（例えば、はんだバンプ）によって電気的に相互接続される。ダイレクト・チップ・アタッチ構成で使用されるＰＣＢは、通常、物理的にフレキシブルなＰＣＢであり、フレックスＰＣＢまたはフレックス回路として既知である。その可撓性から、フレックスＰＣＢは、小さな物理的領域内に適合させることができ、それでもなおＰＣＢとダイの間の電気的接触を維持し得る。これらの種類の回路は、ハード・ディスク・ドライブ（ＨＤＤ）内のハード・ドライブ磁気記憶媒体からデータを読み取り、あるいはそこへデータを書き込む読み取り／書き込みヘッドなどに関し、ＰＣＢを実装するのにほんの少しのスペースしか利用できない状態でしばしば使用される。これらの読み取り／書き込みヘッドは、通常、ステンレス・スチール・アーマチュア上に置かれ、フレックスＰＣＢはその上に実装される。フレックスＰＣＢの電気的接点は通常、読み取り／書き込みヘッドを読み取り／書き込みプリアンプＩＣの電気的接点に接続する。したがって、この組立体全体は空気力学的に磁気記憶媒体の上で浮かんでいる。
【０００５】
図６は、従来のダイレクト・チップ・アタッチ組立体１１の透視図を図示しており、それは種々の層１２を含むフレックスＰＣＢおよびフレックスＰＣＢ１２の上に実装されたＩＣダイ１３を含む。ＩＣダイ１３の上の電気的接触パッド（図示されてない）がフレックスＰＣＢ１２上の回路トレース（図示されてない）に配置され、電気的相互接続（例えば、はんだバンプ）１９によって容易に接続されるようにＩＣダイ１３は、向き合う位置にあるフレックスＰＣＢ１２に実装される。フレックスＰＣＢ１２は、ダイ１３に対向するＰＣＢ１２の側面に接触しているヒート・シンク材料１４と、ヒート・シンク材料１４上に配置される接着材および熱絶縁誘電体材料（例えばポリイミド）層１５と、層１５上に配置される金属層１６と、金属層１６上に配置される熱絶縁誘電体材料（例えばポリイミド）層１７とを含んでよい。前述の回路トレースは、フレックスＰＣＢ１２の金属層部分１６によって形成され、通常、銅でできている。ヒート・シンク材料１４は熱放散体として機能し、その熱経路は、ダイ１３からヒート・シンク材料１４に向けられた矢印２３および２４によって示されるように、ダイ１３からヒート・シンク材料１４に向いている。
【０００６】
場合によっては、フレックスＰＣＢは、ヒート・シンク材料１４とポリイミドおよび接着材層１５との間に置かれるアルミニウム補強材（図示されてない）など安定化デバイスを含む。補強材は、フレックスＰＣＢに対し機械的安定性をもたらす。ヒート・シンク材料１４は、ＰＣＢ１２の部分であるとは限らず、代わりに、その上にＰＣＢ１２が配置されている別個のデバイスでよい。補強材が使用される場合、それはヒート・シンク材料の中へ、さらに最後にディスク・ドライブのアーマチュアおよびハウジングの中へ熱放散経路を提供する。
【０００７】
通常、ダイ１３の接触パッドを金属層１６内に形成された回路トレースと接続する電気的相互接続１９は、ダイ１３の底面に置かれた電気的接触パッド（図示されてない）上に配置され、フレックスＰＣＢ１２上の回路トレースに接触して加熱され、次いで配置される、はんだまたは鉛フリー・バンプである。バンプが冷え、硬化すると、それらがダイ１３の底面上のパッドとフレックスＰＣＢ１２の金属層１６に形成された回路トレースとの間の強固な電気的接続を形成する。
【０００８】
いったん、ダイ１３上のパッドとフレックスＰＣＢ１２の回路トレースの間に電気的接続が形成されると、ダイ１３の表面とＰＣＢ１２の表面の間にわずかな分離が見られる。通常、２５μｍから７６μｍ（０．００１インチから０．００３インチ）程度である、この間隔の物理的な形状のために、ダイ１３とフレックスＰＣＢ１２の間の間隔は、一般的に機械的安定性をもたらすアンダーフィル材料２１で満たされる。これは、電気的接続を駄目にさせることがある過度の機械的ストレスがダイ１３および相互接続に働くのを防止する。アンダーフィル材料２１は、通常、ダイ１３のパッドが、フレックスＰＣＢ１２上の回路トレースと相互接続された後に適用される。アンダーフィル材料２１は、一般的にキャピラリ・フローを用いて適用される。次いで、アンダーフィル材料２１は、固体である、物理的状態に材料を硬化させるために過熱される。現在、この目的で使用されるアンダーフィル材料２１は、低熱伝導度を有する、典型的には、ドイツ、ＤｕｓｓｅｌｄｏｒｆのＨｅｎｋｅｌ  Ｌｏｃｔｉｔｅ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎで製造されたＨｙｓｏｌ（登録商標）ＦＰ４５４９である。特に、このアンダーフィル材料は、高純度、低応力、集積回路パッシベーション材料に合わせて接着性を強化設計された液状エポキシである。
【０００９】
図１に図示されたようなフレックスＰＣＢ組立体がディスク・ドライブの読み取り／書き込みヘッドに使用される場合、標準的フレックスＰＣＢ組立体は、読み書き動作を実行可能とするように大量の電流および／または電圧を用いる。これらの種類の信号は通常、２００ピコ秒（ｐｓ）未満ほどの非常に速い立ち上がり時間、ナノ秒（ｎｓ）当たり７００ミリ・アンペア（ｍＡ）を越える大きなスルー・レートを示し、それが極めて大きな瞬時電流および／または電圧を生じさせる。これらの大きな瞬時電流および／または電圧は放散される必要がある大量の熱エネルギーを生じさせる。
【００１０】
フレックス回路上の銅トレース領域を増やすこと、フレックス回路上の銅トレース厚さを増やすこと、専用に配置した多数の「ダミー」バンプなど高密度の熱伝導性相互接続を使用すること、高い熱伝導性アンダーフィルを使用すること、および、ダイ／ＰＣＢ界面の物理的構造を介してすでに発生している伝導冷却に加えて、ＰＣＢに向き合うフリップ・チップの側面にヒート・シンクを追加し、周囲の空気中への対流冷却を改善するのに役立てることを含めて、ＰＣＢ組立品のヒート・シンクの有効性を改善するいくつもの試みがなされてきた。今までのところ単独にしても、一緒に用いたとしても、これらの技術のどれも熱抵抗をかなり減少させて有効性が十分証明されたものはなく、一方効果的なロー・コスト（またはコストの掛からない）解決策となるものもない。
【００１１】
フレックスＰＣＢ組立体が、非常に物理的に狭い環境、例えばディスク・ドライブの読み取り／書き込みヘッドなどで使用される場合、スペースおよびコスト的制約が貴重であり、熱抵抗を減少させるための一般的アプローチは不適当かつ／あるいは実行不可能である。さらに、通常、フレックスＰＣＢ組立品は、単層（つまり、その中に形成されたトレースを有する金属層１６）を使用する。多層ＰＣＢを使用することが可能であり、また実用的である、スペースおよびコスト的制約が重要でない場合では、発生した温熱を放散するためにＰＣＢを介して下方に熱伝導性伝熱経路を設けるのに、単純な多層めっきスルー・ホール技法が使用されてよい。しかし、普通には、多層ＰＣＢは、単層ＰＣＢよりかなりコストが掛かる。したがって、場合によって、多層導電体ＰＣＢを使用すると、ひどく高いコストになるおそれがある。やはりディスク・ドライブ応用例では、ヘッド・アーマチュアの空気力学に基因して、アーマチュア上の追加的質量により読み取り、書き込み速度が遅くなることがあるので、ディスク・ドライブのアーマチュア上に置かれた多層ＰＣＢは、通常、不適当である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、ＰＣＢ内の熱エネルギーをより効果的に放散する方法と装置に対するニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、ダイからプリント回路板（ＰＣＢ）組立体への熱放散を改善する方法と装置を提供する。その装置は改善された熱伝導度を有するＰＣＢ組立体を備え、その方法はＰＣＢの熱伝導度を改善する方法である。
【００１４】
本発明の一実施形態によれば、ＰＣＢ組立体は、ＰＣＢの一部分が除去された、空所がそこに形成されたＰＣＢと、ＰＣＢの側面に実装され、ＰＣＢに電気的に相互接続された集積回路（ＩＣ）ダイと、ＰＣＢの除去された部分の熱伝導度より高い熱伝導度を有する空所内に配置された材料またはデバイスとを含む。ＰＣＢは少なくとも１つの回路トレースを含む。ダイは、その上の電気的接触パッドをＰＣＢの回路トレースと相互接続する少なくとも１つの電気的相互接続によってＰＣＢに相互接続される。
【００１５】
本発明のもう１つの実施形態によれば、ＰＣＢ組立体は、ＰＣＢの一部分が除去された、空所がそこに形成されたＰＣＢと、ダイレクト・チップ・アタッチ構成でＰＣＢに実装され、ＰＣＢに電気的に相互接続されたＩＣダイと、空所または空所の中の突出に隣接するダイに取り付けられるか、ダイのごく近傍にある材料またはデバイスとを含む。ダイに取り付けられるか、ダイのごく近傍にある材料またはデバイスは、除去された回路基板の一部の熱伝導度より高い熱伝導度を有する。ＰＣＢは少なくとも１つの回路トレースを含む。ダイは、その上の電気的接触パッドをＰＣＢの回路トレースと相互接続する少なくとも１つの電気的相互接続によってＰＣＢに相互接続される。
【００１６】
ＰＣＢ組立体中の熱放散を改善する本発明の方法は、ＰＣＢ内に空所を形成するためにＰＣＢの一部分を除去すること、除去された回路基板の一部の熱伝導度より高い熱伝導度を有するデバイスまたは材料を空所内に配置すること、およびダイレクト・チップ・アタッチ構成でＰＣＢの側面にダイを実装することを含む。
本発明のこれらの、また他の特徴および利点が、以下の説明、図面および特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明によれば、ＰＣＢ組立体はＰＣＢ上に実装されたＩＣダイを含む。ＩＣダイは、ダイレクト・チップ・アタッチ構成で実装することができる。二者択一に、ＩＣダイはＩＣパッケージ内に封止することができ、そのＩＣパッケージがＰＣＢに実装される。本明細書で用いる用語ＰＣＢは、電気的、熱的に共に絶縁性である誘電体材料を有する任意の基板を含む。したがって本明細書で用いる用語ＰＣＢは、限定されないが、単層プリント回路板である前記フレックス回路を含む。本発明は、ＰＣＢが作製される材料の種類についても限定されない。ポリイミドおよび繊維樹脂が最も通常ＰＣＢを作製するのに用いられる材料であるが、例えば硬質ＰＣＢを作製するのに用いられるＴｅｆｌｏｎ（登録商標）など他の材料がＰＣＢ材料として用いられてもよい。しかし本発明は多層ＰＣＢにも適用される。説明と図示を簡略化するために、本発明は特定の材料を含むフレックス回路であるＰＣＢを参照して説明することになる。
【００１８】
図１は、一実施形態による本発明のＰＣＢ組立体２０の断面図を図示している。ＰＣＢ組立体２０は、ＰＣＢ３０およびその上にダイレクト・チップ・アタッチ構成つまりフリップ・チップ構成で実装されたＩＣダイ４０を含む。ダイレクト・チップ・アタッチ構成は、ＩＣパッケージは省かれ、ダイ上の電気的接触パッドがＰＣＢ面の方にフェイス・ダウンで面し、電気的相互接続（例えば、はんだバンプ、鉛フリー・バンプ、ビアなど）によってＰＣＢ上の回路トレースに電気的に相互接続されるように、ＩＣダイは向き合う関係で直接ＰＣＢへ実装されることになると意図されている。図１に図示された実施形態によれば、ＰＣＢ３０はフレックス回路であるが、前述したように、本発明はそのようなＰＣＢに限らない。本発明はダイレクト・チップ・アタッチ構成に限らず、例えば単層ＰＣＢなど、ＰＣＢ上に実装されるＩＣパッケージにも適用される。
【００１９】
本発明のフレックスＰＣＢ３０は、典型的にヒート・シンク材料３１と、その上に配置される電気的、熱的絶縁誘電体材料（例えば、ポリイミド）の第１層３２と、接着性、ポリイミド層３２の上に配置され、そこに形成された１つまたは複数の回路トレースを有する金属層３３と、金属層３３の上面に配置される電気的、熱的絶縁材料（例えば、ポリイミド）の層３４とを含む。ヒート・シンク材料３１は熱放散体として機能し、その放散経路は、ダイ４１からヒート・シンク材料３１の中へ向けられた矢印４３および４４によって示されたように、ダイ４０からヒート・シンク材料３１に向いている。
【００２０】
金属層３３は、一般的に銅である。図１を参照して前述したように、金属層３３は、その中に形成されたフレックス回路３０の回路トレースを有する。電気的、熱的絶縁誘電体材料層の一部分３４は、除去され、金属層３３内に回路トレースを形成することができる。ダイ４０は、ダイレクト・チップ・アタッチ構成では、一般的にダイ４０の周辺近くに置かれる例えば、はんだバンプなど電気的相互接続３６を介してＰＣＢ３０の金属層３３に電気的に接触して配置される。電気的相互接続３６は、ダイ４０上の電気的接触パッドを金属層３３内に形成された回路トレースに相互接続する。
【００２１】
ヒート・シンク材料３１は、ＰＣＢ組立体２０の一部であるか、ＰＣＢ組立体２０とは別個であってよい。ヒート・シンク材料３１は、一般的に金属であり、例えばアルミニウムまたはステンレス・スチールでよい。さらに、アルミニウムなど安定化デバイスが、通常、機械的安定性を与えるためにフレックスＰＣＢ組立体で用いられ、接着性で電気的、熱的絶縁誘電体材料の層３２とヒート・シンク材料３１の間に置かれることがある。
【００２２】
本発明によれば、ＰＣＢ３０の一部分が、ダイ４０の下面４１とヒート・シンク材料３１の上面３８の間のＰＣＢ３０内で除去され、空所５０を形成する。好ましくは、空所５０は、層３２〜３４の全てを一部分下にヒート・シンク材料３１の上面３８まで除去することによって形成される。図１と図６の比較から、図１に図示された空所５０は、図６にはないことが分かる。好ましくは、空所５０は、ダイの直接真下に置かれ、ダイ表面領域上に中心が置かれることになるような位置に形成される。図１に図示された実施形態によれば、空所５０は、除去されたＰＣＢ３０の部分より相対的に高い熱伝導度を示すアンダーフィル材料６０で満たされる。アンダーフィル材料６０は、図１内の黒点で満たされた領域によって表されている。今日の業界標準では、通常、機械的安定性を与えるのに用いられるアンダーフィル材料（図６の参照番号２１）は、極めて低い低熱伝導体であり、概してＰＣＢ基板材料のそれとほぼ同じ熱伝導度を有する。図６に図示されたフィリップ・チップ組立体で用いられるアンダーフィル材料２１に対する熱伝導度の標準的範囲は約０．３Ｗ／ｍ°Ｋから０．９Ｗ／ｍ°Ｋの間である。
【００２３】
図１に図示された実施形態によれば、空所５０を満たすのに用いられるアンダーフィル材料６０の熱伝導度は、好ましくは約３．０Ｗ／ｍ°Ｋの最小値を有する（つまりＰＣＢ誘電体材料の除去された部分の熱伝導度の約１０倍の最小値である）。したがって、アンダーフィル材料６０の熱伝導度は、好ましくは約３．０Ｗ／ｍ°Ｋ以上である。しかし、本発明ではアンダーフィル材料６０の熱伝導度に対し任意の特定の最小値または最大値、あるいは値の範囲を限定しない。アンダーフィル材料は、例えばＮｉｇｏｒｉｋａｗａ，Ｎｉｉｇａｔａ  Ｃｉｔｙ，ＪａｐａｎにあるＮａｍｉｃｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造されたＮａｍｉｃｓ８４４９−３でよい。この特定のアンダーフィル材料は、熱伝導性である小粒子フィラー材料を含む液状エポキシである。熱伝導性小粒子フィラー材料は、一般に銀、ブロンド窒化物である。例えば接着性、熱伝導性などふさわしい物理的特性を有する任意のフィラー材料がこの目的に適合し得ることを留意されたい。
【００２４】
ＰＣＢ３０内に空所５０を形成するために低熱伝導度を有する材料を除去し、ＰＣＢ３０の除去された部分のそれより高い熱伝導度を有するアンダーフィル材料６０で空所５０を満たすことによって、ＰＣＢ３０の除去された部分に比べて改善された熱伝導度の経路がダイ４０とヒート・シンク材料３１の間にもたらされ、それが基本的に熱エネルギーをダイ４０からヒート・シンク材料３１の中にのがす「経路」となる。このように熱エネルギー経路形成によりヒート・シンクの効果が改善され、したがってダイの最高温度が下がる。さらにアンダーフィル材料は、図６に図示された種類のフリップ・チップ組立体ですでに用いられているので、図１に図示された組立体２０にアンダーフィル材料６０を適用しても追加処理工程を必要としないであろう。必要になると思われる唯一の追加処理工程は空所５０の形成だけであるが、これはフレックスＰＣＢ３０の設計に入っている場合、最初に物理的に配置され、工程に追加的コストを加えない。これは、通常、ＰＣＢを機械的に実装する（例えば、読み取り／書き込みヘッド・アーマチュア、またはヒート・シンク材料、または他の何かデバイスへ）目的で、ＰＣＢ３０が、その中に形成されるべき他の開口や空所を必要とするからである。図２〜４を参照して以下により詳細に説明するように、ＰＣＢ内の空になった領域は、ダイからヒート・シンク材料への経路の熱伝導度を改善するためにアンダーフィル材料以外の材料で満たされてよい。空所、または複数の空所の配置が、以下により詳細に説明するように、さらにヒート・シンクの効果を改善するために選択されることがある。
【００２５】
本明細書で説明される実施形態の全てによって満たされるべき、本発明の主要目的の１つは、周辺高熱抵抗経路（つまり、ＰＣＢ誘電体材料層）と並行して低熱抵抗経路（アンダーフィルで満たされた空所）を形成することによってダイからＰＣＢベース（例えばヒート・シンク材料）への全熱抵抗を減少させることである。これは、合計の全実効抵抗の値が低抵抗体値に近くなるように、高い値の抵抗体と並行して低い値の抵抗体を配置することと似ている。
【００２６】
図２は、他の実施形態による本発明のＰＣＢ組立体７０の断面図を図示している。この実施形態によるＰＣＢ８０は、図１に図示された種類のフレックス回路である。フレックス回路８０は、ヒート・シンク材料８１と、ヒート・シンク材料８１の上に配置される接着性、電気的、熱的絶縁誘電体材料（例えばポリイミド）の層８２と、層８２の上面に配置される金属層８３と、金属層８３の上面に配置される電気的、熱的絶縁誘電体材料（例えばポリイミド）の層８４とを含む。金属層８３は、その中に形成された１つまたは複数の回路トレースを有する。ダイ９０は、その上の電気的接触パッドをＰＣＢ８０の回路トレースに相互接続する電気的相互接続８６（例えば、はんだバンプ、鉛フリー・バンプ、ビアなど）を介して、ＰＣＢ８０の金属層８３の回路トレースと電気的に接触して配置される。ヒート・シンク材料８１は、ＰＣＢ組立体７０の一部であるか、あるいはＰＣＢ組立体７０と別個であってよい。さらに、通常、より高い電気的、熱的伝導性材料で作られた補強材が、機械的安定性を与えるためにフレックスＰＣＢ組立体で用いられ、接着性、電気的、熱的絶縁誘電体材料の層８２とヒート・シンク材料８１の間に置かれることがある。図２に図示されたＰＣＢ組立体７０を作製するのに用いられる材料は、図１に図示されたＰＣＢ組立体２０を作製するのに用いられた材料と同一でよい。
【００２７】
図１によって表された実施形態のように、図２に図示された実施形態によるＰＣＢ８０の一部分がＰＣＢ８０内に空所１００を形成するために除去されている。好ましくは、空所１００は、ＰＣＢ８０の層８２〜８４の一部分を下にヒート・シンク材料８１の上面８８まで除去することによって形成される。ヒート・シンク材料８１は、例えばアルミニウムまたはステンレス・スチールでよい。次いで、空所１００は、好ましくは、ＰＣＢ８０の除去された部分より高い相対的熱伝導度を有するＮａｍｉｃｓ８４４９−３アンダーフィル材料など、アンダーフィル材料１１０か、ＰＣＢ８０の除去された部分より高い熱伝導度を有する金属で満たされる。空所１００は、誘電体材料を含めてＰＣＢの除去された部分のそれより高い熱伝導度を有する任意の材料で満たされてよい。さらにこの例の実施形態によれば、ヒート・シンク材料８１の上面８８は、ヒート・シンク材料の上面８８とダイ９０の下面９１の間隔を減少させるように高くなってよい。これは、例えば型押し工程などによって何らかの方法でヒート・シンク材料８１を変形することによって果たすことができる。こうしてヒート・シンク材料８１の上面８８の一部分が、空所１００の中に突出し、ヒート・シンク材料８１の他の部分よりダイ９０に近づく。ヒート・シンク材料８１とダイ９０のそれぞれの表面８８と９１の間の物理的間隔を減少させることによって、ダイ９０とヒート・シンク材料８１の間の経路の熱伝導度が改善され、それによってヒート・シンクの総合効果を改善する。
【００２８】
好ましくは、アンダーフィル材料１１０は、ＰＣＢ材料８０の除去された部分のそれより高い相対的熱伝導度を有するが、これはこの実施形態に対して必要ない。ダイ９０の下面９１とヒート・シンク材料８１の上面８８の間の間隔が減少したので、アンダーフィル材料１１０がＰＣＢ８０の除去された部分のそれより高い相対的熱伝導度を有することは必要ない。たとえ標準のアンダーフィル材料（例えば、Ｈｙｓｏｌ（登録商標）ＦＰ５４４９）が、この実施形態で用いられたとしても、表面８８と９１の間の減少させた間隔が改善した熱放散をもたらす。
【００２９】
図３は、他の実施形態による本発明のＰＣＢ組立体１２０の断面透視図を図示している。ＰＣＢ組立体１２０は、ＰＣＢ１３０とダイレクト・チップ・アタッチ配置、すなわちフリップ・チップ構成でＰＣＢ１３０上に実装されたダイ１４０とを含む。この実施形態によるＰＣＢ１３０は、図１および２に図示された種類のフレックス回路である。フレックス回路は、一般的に、ヒート・シンク材料１３１と、ヒート・シンク材料１３１の上に配置される接着性、電気的、熱的絶縁誘電体材料（例えばポリイミド）の第１層１３２と、層１３２の上面に配置される金属層１３３と、金属層１３３の上面に配置される電気的、熱的絶縁誘電体材料（例えばポリイミド）の層１３４とを含む。フリップ・チップ・ダイ１４０は、一般的にダイ１４０の周辺近くに置かれる電気的相互接続１３６（例えば、はんだバンプ、鉛フリー・バンプ、ビアなど）を介してＰＣＢ１３０の金属層１３３に形成された回路トレースと電気的に接触して配置される。導電性相互接続１３６は、ダイ１４０上の電気的接触パッドをＰＣＢ１３０の金属層１３３内に形成された回路トレースと相互接続する。図３に図示されたＰＣＢ組立体１２０を作製するのに用いられる材料は、図１および２に図示されたＰＣＢ組立体２０および７０を作製するのに用いられた材料と同一でよい。
【００３０】
図１および２によって表された実施形態のように、この実施形態によるＰＣＢ１３０の一部分が、ダイ１４０の下面１４１とヒート・シンク材料１３１の上面１３８の間のＰＣＢ１３０内に空所１５０を形成するために除去されている。好ましくは、空所１５０は、ＰＣＢ１３０の層１３２〜１３４の一部分を下にヒート・シンク材料１３１の上面１３８まで除去することによって形成される。次いで、空所１５０は、好ましくは、ＰＣＢ１３０の除去された部分のそれより高い相対的熱伝導度を有するアンダーフィル材料１６０で満たされる。前述のＮａｍｉｃｓ８４４９−３アンダーフィル材料は、この目的に適合し得る。さらにこの実施形態によれば、ヒート・シンク材料１３１の上面１３８は、空所１５０の中に突出し、ヒート・シンク材料１３１とダイ１４０の間の熱経路の長さを減少させる、その中に差し込まれた、例えば金属リベット、またはスラグなど、比較的高熱電伝導度の材料で作られたデバイス１７０を有する。伸張または突出１７０は、熱経路の長さを減少させることによって、組立体１２０の熱伝導度が改善され、それによりヒート・シンクの総合効果を改善する。
【００３１】
さらに、比較的、高熱伝導度（つまり、ＰＣＢの除去された部分の熱伝導度より高い）を有するデバイスで空所１５０の少なくとも一部を満たすことにより、ダイ１４０とヒート・シンク材料１３１の間の熱経路の熱伝導度が増大する。これは、デバイスまたは材料１７０が、たとえ部分的にしろ全体的にしろ空所１５０を満たしていれば、デバイスまたは材料１７０が、表面１３８と１４１の間の熱経路の長さを減少させるかどうかにかかわらず当てはまる。金属は完全な高熱伝導度を有するので金属リベットや金属スラグなどのデバイスはこの目的に適合する。したがって、そのようなデバイスを用いることにより、例えば、アルミニウムやステンレス・スチールでよいが、ダイ１４０とヒート・シンク材料１３１の間の熱経路の熱伝導度を著しく増大させることになる。しかし、そのデバイスがＰＣＢ１３０の除去された部分のそれより高い熱伝導度を有するなら、誘電体材料を含むデバイスが、空所１５０内の配置に適合し得ることも留意されたい。
【００３２】
熱経路の長さがデバイス１７０を用いることによって減少する場合、アンダーフィル材料１６０が、ＰＣＢ１３０の除去された部分のそれより高い熱伝導度（例えば、Ｎａｍｉｃｓ８４４９−３）を有することは必要ないということも留意されたい。たとえ標準のアンダーフィル材料（例えば、Ｈｙｓｏｌ（登録商標）ＦＰ５４４９）が用いられたとしても、減少した経路長がより効果的なヒート・シンクをもたらす。
【００３３】
熱エネルギー放散の改善効果の結果は種々の要因によって決まる。例えば、改善効果の結果は、空所内および空所に隣接して配置される材料またはデバイスの熱伝導度に対する空所周辺のＰＣＢ材料の相対的熱伝導度の比率で決まる。この比率が増せば、改善効果の結果も増える。これは、図１を参照して前述したように、高い熱伝導度材料が、アンダーフィル材料であるか、特定のやり方で形作られたヒート・シンク材料の一部分などの他の何か材料またはデバイスであるか、図２および３を参照して前述したように金属リベットなどの他の何かデバイスであるかにかかわらず当てはまる。
【００３４】
熱エネルギー放散の改善効果の結果は、やはりダイの真下に置かれたＰＣＢ誘電体材料（つまり、ポリイミド）の面積（または体積）に対する高い熱伝導度の材料またはデバイスで満たされた空所の面積（または体積）の比率で決まる。この比率が増せば、改善効果の結果も増える。これは、図１を参照して前述したように、高い熱伝導度材料が、アンダーフィル材料であるか、特定のやり方で形作られたヒート・シンク材料の一部分などの他の何か材料またはデバイスであるか、図２および３を参照して前述したように例えば、金属リベットまたはスラグなどの他の何かデバイスであるかにかかわらず当てはまる。
【００３５】
前述したように、空所は、ヒート・シンク材料の一部分、あるいは金属リベットまたは空所内に配置されたある種のデバイスだけでなく高熱伝導度アンダーフィルを有してよい。そのような場合、熱エネルギー放散の改善効果の結果は、空所内および空所に隣接して配置されるアンダーフィル材料の面積（または体積）に対する空所内に配置されるヒート・シンク材料あるいは他の材料またはデバイスの面積（または体積）の比率を増やすことで増大する。
【００３６】
本発明が熱エネルギー放散の効果を改善させた程度は、やはりダイの「ホット・スポット」に対する空所の位置関係で決まる。すなわち、ダイは、その表面積にわたって熱エネルギーを一様に発生しない。むしろ、ダイの他の部分に比べて非常に大量の電力を消費するダイ回路の一部分がある場合、最も大きな量の電力を消費するダイのその部分が、最も高い温度を示すことになる。したがって、一般的にホット・スポットにできる限り近づいて空所を配置することにより、ヒート・シンク材料への最短の熱経路が与えられ、それにより熱エネルギー放散の総合効果が改善されることになる。
【００３７】
図４は他の実施形態による本発明のＰＣＢ組立体１７０の断面図を図示している。ＰＣＢ組立体１７０は、ＰＣＢ１８０と、ダイレクト・チップ・アタッチ配置、つまりフリップ・チップ構成でＰＣＢ１８０上に実装されたＩＣダイ１９０とを含む。この実施形態によるＰＣＢ１８０は、図１、２および３に図示された種類のフレックス回路である。前述したように、フレックス回路は、一般的にヒート・シンク材料１８１と、ヒート・シンク材料１８１の上に配置される接着性、電気的、熱的絶縁誘電体材料（例えばポリイミド）の第１層１８２と、層１８２の上面に配置される金属層１８３と、金属層１８３の上面に配置される電気的、熱的絶縁誘電体材料（例えばポリイミド）の層１８４とを含む。ダイ１９０は、一般的にダイ１９０の周辺近くに置かれる電気的相互接続１８６（例えば、はんだバンプ、鉛フリー・バンプ、ビアなど）を介してＰＣＢ１８０の金属層１８３に形成された回路トレースと電気的に接触して配置される。相互接続１８６は、ダイ１９０上の接触パッドをＰＣＢ１８０内またはその上に形成されたトレース回路と相互接続する。図４に図示されたＰＣＢ組立体１７０の層を形成するのに用いられる材料は、図１、２および３にそれぞれ図示されたＰＣＢ組立体２０、７０および１２０の層を形成するのに用いられた材料と同一でよい。
【００３８】
図１、２および３によって表された実施形態のように、この実施形態によるＰＣＢ１８０の一部分が、ダイ１９０の下面１９１とヒート・シンク材料１８１の上面１８８の間のＰＣＢ１８０内に空所２００を形成するために除去されている。好ましくは、空所２００は、ＰＣＢ１８０の層１８２〜１８４の一部分を下にヒート・シンク材料１８１の上面１８８まで除去することによって形成される。次いで、空所２００は、好ましくは、ＰＣＢ１８０の除去された部分のそれより高い熱伝導度を有するアンダーフィル材料２１０で満たされる。さらに、この実施形態によれば、ヒート・シンク材料１８１の上面１８８は、その中に差し込まれた、例えば、好ましくは少なくとも部分的に空所２００の中に突出する金属デバイス（例えば金属リベットまたはスラグ）などのデバイス２２０を有する。さらに、この実施形態によれば、ダイ１９０の下面１９１が、その上またはそのごく近傍に配置された相対的に高熱伝導度の材料またはデバイス２４０を有する。材料またはデバイス２４０は、ＰＣＢ１８０の除去された部分のそれより高い熱伝導度を有する。好ましくは、材料またはデバイス２４０は、金属で作られる。したがって、材料またはデバイス２４０は、例えば銅の金属プレートなどの金属プレートでよい。材料またはデバイス２４０は、ダイ１９０の下面１９１上にまたはそれに隣接して配置され、例えばめっき、蒸着、スパッタリング、など任意の適切な工程によって形成することができる。材料またはデバイス２４０は、例えば、はんだ２５０によってデバイス２２０の上面に取り付けることができる。
【００３９】
図４から、ダイ１９０の下面１９１とヒート・シンク材料１８１の上面１８８の間の空所２００の一部分が、完全にＰＣＢ１８０の除去された部分より高い熱伝導度の材料で満たされていることが分かる。例えば、デバイスあるいは材料２２０、２４０および２５０の全てが、部分的にまたは全体的に金属であってよい。したがって、ダイ１９０とヒート・シンク材料１８１の間の熱経路は、完全に高熱伝導度の材料で作り上げることができる。高熱伝導度である、ダイ１９０の下面１９１とヒート・シンク材料１８１の上面１８８の間の接続を提供することで、熱経路の熱伝導度が著しく増大する。
【００４０】
図５は、ＰＣＢ組立体内のヒート・シンクの効果を改善する好ましい実施形態による本発明の方法のフロー・チャート図である。前述したように、ＰＣＢの一部分が、ブロック２７１によって表示されたように、ＰＣＢ内に空所を設けるために除去される。ダイとヒート・シンク材料の間の熱経路の熱伝導度が、ブロック２７２によって表示されたように、熱経路の長さを減少させることによって、かつ／あるいは空所内および／またはヒート・シンク材料とダイ下面の間に配置された材料の熱伝導度を増大することによって改善される。
【００４１】
本発明が、少ない例示の実施形態を参照して説明されたこと、また本発明がこれらの実施形態に限らないということに留意されたい。本明細書で説明された実施形態は、本発明の原理と概念を伝えることを意図しており、本発明を実施する排他的な実施形態を説明することを意図していない。例えば、それぞれの実施形態では、本発明は、ＰＣＢ層の全ての一部分を下へヒート・シンク材料の上面まで除去することに関して説明された。空所を形成するためにＰＣＢ層の全てより少ない一部分を除去し、除去した部分より高い熱伝導度を有する材料またはデバイスで空所を満たすことで、特定の応用例に要求される熱放散に改善するのに十分であってよいことも留意されたい。本発明は、やはり、空所内に配置され、あるいはダイの底面に取り付けられる材料またはデバイスの種類に関して限定しない。さらに本発明は、任意の特定の種類のＰＣＢに限定しない。例えば本発明は、多層ＰＣＢと同様に単層ＰＣＢに適用される。実施形態の全てが、ＰＣＢの下面に接してヒート・シンク材料を図示しているが、ヒート・シンク材料は別の位置でもよい。例えば、多層ＰＣＢでは、ヒート・シンク材料は、ＰＣＢの最も外側の層の間に置かれたグランド面でよい。他の変更形態が、本明細書で説明された実施形態に対しなされてよい、またそのような変更形態の全ては本発明の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施形態による本発明のＰＣＢ組立体の断面図であって、ＰＣＢの一部分が除去され、除去された部分が、それより高い熱伝導度を有する材料で満たされている。
【図２】他の実施形態による本発明のＰＣＢ組立体の断面図であって、ＰＣＢの一部分が除去され、ＰＣＢのヒート・シンク材料の一部分が、ダイの下面により近づくように高くなっておりかつ／または空所の中へ差し込まれている。
【図３】他の実施形態による本発明のＰＣＢ組立体の断面図であって、ＰＣＢの一部分が、その中に空所を形成するために除去され、高熱伝導度材料（例えば金属リベット）が空所内に配置されかつ／または空所から突出しており、それによってダイとヒート・シンク材料の間の物理的間隔を減少させ、熱経路の熱伝導度を増大させる。
【図４】他の実施形態による本発明のＰＣＢ組立体の断面図であって、ＰＣＢの一部分が、その中に空所を形成するために除去され、高熱伝導度材料（例えば銅）が、さらに熱経路の熱伝導度を増大させるようにダイの底面上に配置されている。
【図５】好ましい実施形態による本発明の方法のフロー・チャート図である。
【図６】ＰＣＢと、その上に実装されたＩＣダイとを備える従来品のダイレクト・チップ・アタッチ構成の断面図である。
【図１】
2008517459.tif 000003
【図２】
2008517459.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年10月5日(2007.10.5)
【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】
回路基板（ＣＢ）組立体であって、                                      
誘電体材料層と前記誘電体材料層上に形成された少なくとも１つの導電性回路トレース
を含むＣＢと、
ダイレクト・チップ・アタッチ構成で前記ＣＢの側面に実装された集積回路（IＣ）ダイであって、前記ダイ上の電気的接触パッドを前記ＣＢの前記少なくとも１つの回路トレースの1つと相互接続する少なくとも1つの電気的相互接続によって前記ＣＢに電気的相互接続されるダイと、
前記ダイの上またはごく近傍に配置される相対的に高い熱伝導度の材料またはデバイスであって、前記ＣＢの前記誘電体材料層の熱伝導度より高い熱伝導度を有する材料またはデバイスとを含むＣＢ組立体。
【請求項２】
前記ダイがIＣパッケージの部分であり、前記ＣＢが単層ＣＢである請求項１に記載のＣＢ組立体。
【請求項３】
前記ダイが実装されている前記ＣＢの前記側面に対向する前記ＣＢの側面に接してヒート・シンク材料をさらに含み、前記誘電体材料層がそこを貫通して延在する空所を有し、前記空所が、前記ＣＢの前記誘電体材料層より高い熱伝導度を有してそこに配置される材料またはデバイスを有し、前記空所内に配置された前記材料またはデバイスが、前記ダイ上にまたはそのごく近傍に配置された前記材料またはデバイスと接触しているかまたはごく近傍にある請求項１に記載のＣＢ組立体。
【請求項４】
前記空所内に配置された前記材料またはデバイスがカップリング材料と接触しており、前記カップリング材料が前記ダイ上に配置された前記材料またはデバイスとやはり接触し、前記カップリング材料が前記誘電体材料層より高い熱伝導度を有する請求項１に記載のＣＢ組立体。
【請求項５】
回路基板（ＣＢ）組立体の熱放散を改善する方法であって、前記ＣＢ組立件が前記ＣＢ上に実装された集積回路（IＣ）ダイを含み、前記ＣＢが誘電体材料層と前記誘電体材料の上に形成された少なくとも１つの導電性回路トレースとを含み、前記方法が、
前記ＣＢの前記誘電体材料層の熱伝導度より高い熱伝導度を有するデバイスまたは材料
を前記ダイ上またはそのごく近傍に配置すること、および
ダイレクト・チップ・アタッチ構成で前記ＣＢの側面に前記ダイを取り付けることによって前記ＣＢ上に前記ダイを実装することを含み、ひとたび、前記ダイが前記ＣＢ上に実装されると、前記ダイ上に、またはそのごく近傍に配置された前記デバイスまたは材料が、前記ＣＢ上に配置されたデバイスまたは材料と接触しているかデバイスまたは材料のご
く近傍にあり、前記ＣＢ上に配置された前記デバイスまたは材料が、前記ＣＢの前記誘電
体材料層より高い熱伝導度を有する方法。
【請求項６】
前記ＣＢ上に前記ダイを実装する前に、前記ＣＢの一部分に空所を形成すること、
前記ＣＢの前記誘電体材料層の熱伝導度より高い熱伝導度を有するデバイスまたは材料を前記空所内に配置することをさらに含み、ひとたび前記ダイが前記ＣＢ上に実装されると、前記空所内の前記デバイスまたは材料が、前記ダイ上またはそのごく近傍にある前記デバイスまたは材料に接触しているかまたはそのごく近傍にある請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ＣＢ上に前記ダイ実装する前に、前記ダイ上に実装された前記ＣＢの前記側面に対向する前記ＣＢの側面に接触してヒート・シンク材料を配置すること、
前記ヒート・シンク材料の一部分を前記空所内に突出させ、それによって前記ヒート・シンク材料の他の部分より前記ダイに近づくように前記ヒート・シンク材料の前記一部分の形状を変形することをさらに含み、前記空所内に配置された前記デバイスまたは材料が、形状を変えたヒート・シンク材料の一部分に相当する請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記空所の中に突出する前記ヒート・シンク材料の前記一部分がスタンプ工程によって形状を変える請求項７に記載のＣＢ組立体。
【請求項９】
前記空所の中に突出する前記ヒート・シンク材料の前記一部分が型押し工程によって形状を変える請求項７に記載のＣＢ組立体。
【国際調査報告】
2008517459.tif 000009
2008517459.tif 000010
2008517459.tif 000011