(57)【要約】  半導体パッケージを製造するための方法及び装置（２００）であって、この方法及び装置において、ヒートスプレッダ（１１８）がモールドのモールド・キャビティ（２０４）内に配置され、リードフレーム（１０８）がヒートスプレッダの上に配置される。モールド・キャビティに磁場（２１８）が印加され、１つ又はそれ以上のヒートスプレッダ及びリードフレームが、モールド・キャビティの表面（２１２）に全般的に引き付けられ、それにより、モールド・キャビティ内のヒートスプレッダの位置（２１４）を全般的に定め、ヒートスプレッダとモールドとの間の接触領域（１２０）を画定する。更に、モールド・キャビティ内に封止材料が注入され、少なくとも部分的に、印加された磁場のため、封止材料が全般的に接触領域に入らないようにされる。その後、封止材料が硬化され、半導体パッケージがモールド・キャビティから取り出される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体パッケージを製造するための方法であって、
モールド・キャビティ内にヒートスプレッダを配置し、
ヒートスプレッダの上にリードフレームを配置し、
モールド・キャビティに磁場を印加し、この磁場によって、１つ又はそれ以上のヒートスプレッダ及びリードフレームがモールド・キャビティの内側面に全般的に引き付けられ、このため、その接触領域において、ヒートスプレッダをモールド・キャビティの内側面に対して全般的に押し付け、
モールド・キャビティ内に封止化合物を注入し、少なくとも部分的に、印加された磁場のため、封止化合物が全般的に接触領域に入らないようにされ、
封止化合物を硬化させる、
ことを含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、１つ又はそれ以上のリードフレーム及びヒートスプレッダが常磁性材料を含む、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、１つ又はそれ以上のリードフレーム及びヒートスプレッダが常磁性コーティングで被覆される、方法。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の方法であって、常磁性材料は、ニッケル・パラジウム・金の化合物を含む、方法。
【請求項５】
半導体デバイスであって、
中にキャビティを有するモールドを提供し、
モールドのキャビティ内にヒートスプレッダを配置し、
ヒートスプレッダの上にリードフレームを配置し、
モールドに磁場を印加し、リードフレームが全般的に磁場の影響を受け易く、かつ、リードフレームが、リードフレームとモールドの表面との間のヒートスプレッダを全般的に押し付け、
キャビティ内に封止化合物を注入し、少なくとも部分的に磁場のため、ヒートスプレッダ、リードフレーム、及びモールド間に画定される複数の接触面に封止化合物が接触することが全般的に妨げられ、
封止化合物を硬化させる、
ことを含むプロセスによって形成される、半導体デバイス。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体デバイスであって、少なくとも部分的に、その上のメッキのため、リードフレームが磁場の影響を受け易い、半導体デバイス。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体デバイスであって、めっきが、１つ又はそれ以上のニッケル、パラジウム、及び金を含む、半導体デバイス。
【請求項８】
半導体パッケージを形成するためのモールディング装置であって、
中に画定されるモールド・キャビティを有するモールド、及び
モールド・キャビティの一部に関連する磁石であって、半導体パッケージの１つ又はそれ以上の常磁性構成要素をモールド・キャビティの表面に実質的に引き付けるように動作し得る磁石
を含む、モールディング装置。
【請求項９】
請求項８に記載のモールディング装置であって、磁石がモールド・キャビティの底面の下に配置され、磁石が、半導体パッケージの１つ又はそれ以上の常磁性構成要素の所望な位置に関連している、モールディング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的に、半導体デバイス及びプロセスに関し、更に特定して言えば、モールド・フラッシュが低減されるヒートスプレッダを備える半導体パッケージを組み立てるためのシステム及び方法に関連する。
【背景技術】
【０００２】
（背景）
半導体業界において、集積回路（ＩＣ）速度及び密度は増加し続けており、改善された熱的性能（即ち、改善された熱放散）の必要性がますます重要になってきている。例えば、図１は、リードフレーム１５を集積回路又はチップ２０（例えば、半導体ダイ）のキャリアとして用いる、従来の半導体パッケージ１０を図示する。チップ２０は、リードフレーム１５のダイ・パッド２５上に搭載され、リードフレームのリード３５をチップ上の選択されたボンド・パッド（図示せず）に電気的に接続するために用いられるボンディング・ワイヤ３０によって、リードフレーム１５に電気的に接続される。チップは、更に、モールディング・プロセスにおいてプラスチック又は樹脂４０によって封止される。このため、プラスチック又は樹脂４０は全般的に封止体４５を画定し、リードフレーム１５のリード３５は、外部印刷回路基板（図示せず）に電気的に結合するため、部分的に封止体の外側に露出される。しかし、この種の半導体パッケージ構造の一つの欠点は、チップ２０全体及びダイ・パッド２５が、封止体４５内に全般的に封止されるため、チップの周りの領域からの熱放散が著しく低いことである。
【０００３】
熱放散の問題に対する従来の解決策の１つは、半導体パッケージ内にヒートスプレッダ（ヒートシンク又はヒートスラグと呼ぶこともある）を含むことであり、ヒートスプレッダは、半導体パッケージの熱放散効率を高めるのを助ける。図２は、ヒートスプレッダ５５を含む典型的な半導体パッケージ５０を図示し、ヒートスプレッダは、ダイ・パッド及びチップ２０からの熱放散を支援するため、ダイ・パッド２５に接触することが意図されている。図３は、図２の典型的な半導体パッケージ５０を形成するための従来の２片（two-part）モールド６０の断面図を図示し、ヒートスプレッダ５５、リードフレーム１５、及びチップ２０が、封止前にモールド６０のキャビティ６５内に配置されている。典型的に、ヒートスプレッダ５５は、ヒートスプレッダの底部７０が、モールド６０のモールド接触面７５に接触するように、モールド・キャビティ６５に「落とし込まれる」。前のオペレーションにおいて、例えば、チップ２０は、リードフレーム１５のダイ・パッド２５に取り付けられ、ボンディング・ワイヤ３０が、リードフレームのリード３５とチップ上の選択されたボンド・パッド（図示せず）との間に接続される。リードフレーム１５、チップ２０、及びボンディング・ワイヤ３０は、ダイ・パッド２５のパッド底面８０が、ヒートスプレッダ５５の上面８５に接触することが意図されるように、モールド・キャビティ６５内に配置される。その後、モールド６０の２つのモールド半片９０Ａ及び９０Ｂが共に閉じられ、キャビティが満たされるまで封止材料（図示せず）がモールド・キャビティ６５内に移送される。封止材料が固化すると、モールド６０が空けられ、完成したパッケージが取り出される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図２のパッケージ５０などの集積回路パッケージからの熱放散の問題を解決しようとするための更なる改善の１つは、外部ヒートシンク（図示せず）が、ヒートスプレッダに熱的に結合され得るように、パッケージ５０の外部に直にヒートスプレッダ５５の底部７０を露出させ、それにより、プラスチック封止の存在に起因する熱抵抗を著しく低減させる試みである。しかし、熱放散の問題を解決する上述の試みは全て、種々の製造上の難点のため、上述の「落とし込み」手法と共に用いられる場合、必ずしも成功しているとはいえない。例えば、封止プロセス中の高圧、及び図３のモールド・キャビティ６５内に存在する乱流は、キャビティ内のヒートスプレッダ５５を動かす可能性があり、このため、表面間の接触が最善のものではなくなり、そのため、熱効率の低減につながり、或いは、個体毎に熱効率が変動することさえあり得る。
【０００５】
また、封止材料の特性（例えば、粘性）、及び特定のヒートスプレッダ５５間の個体毎の寸法の変動も組みあわさって、封止の間、ヒートスプレッダの表面と、モールド６０のモールド接触面７５及びダイ・パッド２５のパッド底面８０との間に剥離が生じ、このため、熱効率に更なる悪影響を与える。パッド底面８０、モールド接触面７５、及びヒートスプレッダ５５間のシーリングが不適切であると、例えば、一般に、ヒートスプレッダ、ダイ・パッド２５、及びモールド６０間に封止材料を流れさせ又は染み出させ、これにより、図２に図示するように、ヒートスプレッダ表面上にフラッシュ９５（封止材料の望ましくない存在）を形成し、このため、半導体パッケージ５０の熱的性能に悪影響を与える。染み出し及びフラッシュ９５はいずれも望ましくないことが典型的である。それは、これらが、チップ２０からの熱を伝導させるためのヒートスプレッダ５５の熱伝導能力を低下させるため、及び、それらが、顧客が大抵の場合最終製品に望ましくないと判断する見掛けの悪い外見の欠陥であるため、である。この望ましくないプラスチックは、後続の処理オペレーションの前に、広範囲で高価な、洗浄及び露出されたヒートスプレッダ表面の後処理を必要とする。
【０００６】
従って、熱的性能が実質的に改善され、かつ、ブリード又はフラッシュを取り除くためのヒートスプレッダの後処理が実質的に最小化された、ヒートスプレッダを有する半導体パッケージを製造するための信頼性の高いプロセスが現在必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（概要）
本発明は、集積回路又は半導体パッケージを形成するための改良されたモールディング装置及び方法を提供することにより先行技術の制約を克服する。この装置及び方法において、集積回路パッケージの１つ又はそれ以上の磁気的に影響を受け易い構成要素の位置を定めるために、磁場に関連するモールディング装置が用いられる。
【０００８】
本発明は、全般的に、集積回路パッケージを製造するための改善された方法及び装置に向けられている。更に特定して言えば、本発明は、半導体パッケージに関連する１つ又はそれ以上のヒートスプレッダ及びリードフレームの位置又は方向を制御するためのモールディング装置に関連する磁場の利用に向けられている。本発明の１つの例示の側面に従って、モールディング装置は、第１のモールド半片及び第２のモールド半片を含み、第１及び第２のモールド半片の１つは、その中に埋め込まれた磁石を含む。磁石は、１つ又はそれ以上のヒートスプレッダ及びリードフレームなど、半導体パッケージの１つ又はそれ以上の磁気的に影響を受け易い構成部品を、これら２つのモールド半片によって画定されるキャビティの表面に全般的に引き付けるように動作し得、１つ又はそれ以上の構成要素の位置は、この磁場によって全般的に制御される。
【０００９】
磁石は、例えば、永久磁石又は電磁石を含み得、この磁石は、１つ又はそれ以上の構成要素に関連する１つ又はそれ以上の常磁性材料を全般的に引き付けるように動作し得る。一例において、１つ又はそれ以上の磁気的に影響を受け易い構成要素は、その上に形成される常磁性コーティングを含み、磁石は、この常磁性コーティングをキャビティの表面に引き付けることによって、１つ又はそれ以上の構成要素を全般的に引き付けるように動作し得る。ヒートスプレッダをキャビティの表面に引き付けることにより、例えば、磁石は、キャビティ内へのモールディング又は封止化合物の注入の際などに、ヒートスプレッダの底部が実質的に封止化合物に露出されないように、ヒートスプレッダの底部を全般的にシーリングするように動作し得る。ヒートスプレッダのこのように露出されない底部は、一般に、その結果の半導体パッケージの熱効率を増加させる。また、別の例に従って、リードフレーム及びヒートスプレッダ間の結合される表面同士は、磁場によって互いに対して実質的に圧縮され、半導体パッケージの熱効率を更に増加させるためのリードフレーム及びヒートスプレッダ間の更なるシーリングが達成され得る。
【実施例】
【００１０】
図４は、以下に説明するように、本発明によって形成される一例のＩＣパッケージ１００の断面図を図示する。ＩＣパッケージ１００は、例えば、リードフレーム１０８のダイ・パッド１０６の封止体１０４内に配置される、半導体ダイ又はチップ１０２を含む。チップ１０２は、複数のボンディング・ワイヤ１１２を介してリードフレーム１０８の複数のリード１１０に電気的に接続される。ダイ・パッド１０６とリードフレーム１０８の複数のリード１１０とは、（例えば、タイバーによって）互いに結合されるが、分かり易くするため、図４にはこのような結合は図示していないことに注意されたい。ＩＣパッケージ１００のチップ１０２は、更に、エポキシ又はプラスチック樹脂などの封止化合物又は材料１１４によって、封止体１０４内に封止され、チップは、チップに電気的に結合される複数のリード１１０を除き、外部環境１１６から実質的に隔離される（例えば、電気的に及び環境的に隔離される）。本発明に従って、ＩＣパッケージ１００は、更に、封止体１０４内に配置されるヒートスプレッダ１１８（例えば、ヒートスラグ）を含み、ヒートスプレッダは、チップ１０２及びダイ・パッド１０６からの熱を、チップ及びダイ・パッドから全般的に離れた領域１２０へ効率的に伝導させるように動作し得る。
【００１１】
一例において、ヒートスプレッダ１１８は、ヒートスプレッダとダイ・パッドとの間の第１の界面１２２でダイ・パッド１０６に熱的に結合される。以下に説明するように、ヒートスプレッダ１１８の底面１２４は、更に、外部環境１１６に露出され、ヒートスプレッダの底面は、モールディング後にその上に配置される封止材料１１４を事実上有さない。このため、チップ１０２から外部環境１１６への熱的エネルギーの高度に効率的な伝導を得ることができ、これによりＩＣパッケージ１００の信頼性が改善される。本発明に従って、１つ又はそれ以上のヒートスプレッダ１１８及びリードフレーム１０８は、常磁性材料など、全般的に磁場の影響を受け易い材料１２６から構成されるか、或いはそれらで被覆されており、その目的の１つを以下に説明する。材料１２６は、本質的に高度に磁性を有する必要はないが、チップ１０２及び封止材料１１４と比較した場合に比較的磁性を有するべきである。例示の常磁性材料は、ニッケル、又はニッケル、パラジウム、及び金の合金のような、ニッケル合金を含み得る。ヒートスプレッダ１１８は、チップ１０２の上の或る位置（図示せず）など、封止体１０４内の他の箇所に配置されてもよく、このような位置はすべて、本発明の特許請求の範囲に含まれることが企図されていることにも注意されたい。
【００１２】
図５は、図４の例示のＩＣパッケージ１００を形成するための一例のモールディング装置２００を示す。図５のモールディング装置２００は図４のＩＣパッケージ１００を参照して説明しているが、モールディング装置は、図４のＩＣパッケージ１００を生成することに限定されず、図５のモールディング装置２００を用いて、ＩＣパッケージの種々の他の構成が代替として形成され得ることに注意されたい。モールディング装置２００は、例えば、分離可能な第１のモールド半片２０２Ａ及び第２のモールド半片２０２Ｂ（例えば、「クラム・シェル」モールド）を含み、このモールド装置は閉じた位置２０３に図示されており、モールド・キャビティ又はチェース２０４は、第１のモールド半片と第２のモールド半片の間に全般的に画定される。第１のモールド半片２０２Ａ及び第２のモールド半片２０２Ｂは、以下に更に詳細に説明するように、例えば、互いから分離するように動作し得る。図５は、更に、封止前にチェース２０４内に配置されるヒートスプレッダ１１８、リードフレーム１０８、及びチップ１０２を図示し、リードフレームのリード１１０は、チェースからモールディング装置２００の外側の部分２０６まで全般的に伸長する。この例において、チップ１０２は、リードフレーム１０８のダイ・パッド１０６に予め結合されており、チップ１０２は、前のプロセスで複数のリード１１０にワイヤ・ボンディングされているため、リードフレーム・アッセンブリ２０７を画定する。
【００１３】
上述のように、本発明の１つの例示の側面に従って、１つ又はそれ以上のヒートスプレッダ１１８及びリードフレーム１０８は、全般的に磁場の影響を受け易い材料を含む。好ましい実施例において、１つ又はそれ以上のヒートスプレッダ１１８及びリードフレーム１０８は、ニッケル、パラジウム、及び金でつくられる合金を含む常磁性コーティング２０８を含む。また、ヒートスプレッダ１１８は、ヒートスプレッダが全般的に、利点となる高い熱伝導率を維持するように、常磁性コーティング２０８で被覆された銅やアルミニウムなど、高い熱伝導率を有する材料を含むことが好ましく、その上、これらは磁場の影響を受け易い。
【００１４】
本発明に従って、モールド装置２００は、更に、電磁石又は永久磁石などの磁石２１０を含み、この磁石は、第１のモールド半片２０２Ａ又は第２のモールド半片１０２Ｂに関連する。例えば、磁石２１０は、第１のモールド半片２０２Ａ内、及びチェース２０４の内側面２１２の下に配置され、全般的に、そのチェースに関する１つ又はそれ以上のヒートスプレッダ１１８、リードフレーム１０８、及びチップ１０２の所望の位置２１４に関連する。一例において、磁石２１０は、チェース２０４の中心線２１６に沿って第１のモールド半片２０２Ａに全般的に埋め込まれ、この磁石は、チェース２０４内に磁場２１８を生成するように動作し得る。
【００１５】
現在の例では、図４のＩＣパッケージ１００などのＩＣパッケージを形成するプロセスにおいて、図５に図示したヒートスプレッダ１１８は、図６に図示するようにモールド装置が開いた位置２２０にあるとき、ヒートスプレッダの底面１２４がチェース２０４の内側面２１２に接触するように、モールド装置２００の第１のモールド半片２０２Ａのモールド・キャビティ又はチェース１０４内に全般的に配置される又は落とし込まれる。複数のＩＣパッケージをほぼ同時に形成するためにモールド装置２００のマトリックス（図示せず）が用いられる製造環境では、各ヒートスプレッダ１１８は、それぞれのチェース２０４に個別に落とし込まれてもよく、或いは代替として、ヒートスプレッダのマトリックス・アレイとしてチェースの対応するマトリックスにほぼ同時に落とし込まれてもよい。ヒートスプレッダ１１８は、また、コインスタック型のディスペンサーによってモールド・キャビティ又はチェース２０４内に落とし込まれてもよい。
【００１６】
本発明に従って、ヒートスプレッダ１１８がチェース２０４に落とし込まれるとき、このヒートスプレッダは、磁場２１８によってチェースに対して整合されるように動作し得る。磁石２１０が永久磁石である場合、磁場は実質的に一定であり、ヒートスプレッダ１１８は、磁場によってチェース２０４内で自動的に整合される。代替として、磁石２１０が電磁石である場合、ヒートスプレッダ１１８は、この電磁石が励磁されるときチェース内で整合される。別の代替例として、磁石２１０は、第１のモールド半片２０２Ａ内で移動可能であり得、ヒートスプレッダ１１８は、この磁石がチェース２０４近くに移動されるとき、チェース２０４と整合される。従って、１つ又はそれ以上のヒートスプレッダ１１８及びリードフレーム１０８は、少なくとも部分的に、常磁性コーティング２０８のため、磁場２１８の影響下にありながらチェース１０４内の全般的に固定された位置を維持するように動作し得る。
【００１７】
ヒートスプレッダ１１８がチェース２０４内に配置されると、リードフレーム・アッセンブリ２０７は、チェースの上に配置される。例えば、リードフレーム・アッセンブリ２０７は、第１のモールド半片２０２Ａに関連するピン（図示せず）の上のリードフレーム１０８に穴（図示せず）を配することによって、第１のモールド半片１０２Ａ上に搭載される。磁場２１８は、更に、一般に、ダイ・パッド１０６（常磁性コーティング２０８を含む）がヒートスプレッダ１１８に向って引かれるようにさせ、そのため、第１の界面１２２に沿ってダイ・パッド及びヒートスプレッダ１１８を全般的に漏れ止めをし、更に、ヒートスプレッダの底面１２４をチェース２０４の内側面２１２に対して押し付ける。このような磁性の牽引力は、ヒートスプレッダ１１８を定位置に更に保持し、更に、ヒートスプレッダとチェース２０４の内側面２１２との間の密なシーリングをもたらす。
【００１８】
本発明の別の例示の側面に従って、第１及び第２のモールド半片２０２Ａ及び２０２Ｂは、その後、図５に図示した閉じた位置２０３に配置され、封止材料又は化合物（図示せず）が、封止材料ソース（図示せず）から１つ又はそれ以上のチャネル又はポート（図示せず）を介してモールド・キャビティ又はチェース２０４内にキャビティが満たされるまで選択的に移送される。ヒートスプレッダ１１８の底面１２４とモールド・キャビティ２０４の内側面２１２との間の密なシーリングのため、封止材料は、全般的に、ヒートスプレッダの底面に沿った領域１２０に入ることが防止され、そのため、封止材料が固化するときヒートスプレッダ底面上にブリード又はフラッシュが形成されることが全般的に防止される。封止材料が固化したら、第１及び第２のモールド半片２０２Ａ及び２０２Ｂを分離させることによってモールド装置２００が再び開けられ、そこから図４のＩＣパッケージ１００が取り出される。従って、完成したＩＣパッケージ１００のヒートスプレッダ１１８の底面１２４は、ヒートスプレッダからヒートシンク（図示せず）などの外部構成要素への、効率の高い熱伝導を提供する。
【００１９】
本発明の別の側面に従って、図７は、ＩＣパッケージを製造するための一例の方法３００を図示するブロック図である。例示の方法が一連の行為又は事象として図示及び説明されているが、本発明に従って、幾つかの工程が、ここに図示及び説明したものとは異なる順序で、及び／或いはそれらとは別の工程と同時に行われ得るように、本発明は説明したこのような行為又は事象の順序に制限されないことを理解されたい。また、本発明に従った方法を実施するために、図示した工程の全てが必ずしも必要とされるわけではない。更に、これらの方法は、ここに図示及び説明したシステムに関連するだけでなく、図示していない他のシステムに関連して実施され得ることを理解されたい。
【００２０】
図７に図示するように、方法３００は、ヒートスプレッダがモールド装置のモールド・キャビティ内に配置される行為３０５で開始する。このモールド装置は、例えば、図５及び図６のモールド装置２００に類似しており、モールド装置はそれに関連する磁石２１０を有する。図７の行為３１０で、リードフレームがヒートスプレッダの上に配置され、行為３１５で、モールド・キャビティに磁場が印加される。１つ又はそれ以上のヒートスプレッダ及びリードフレームはまた、全般的に磁場の影響を受け易く、そのため、磁場は、それぞれの１つ又はそれ以上のヒートスプレッダ及びリードフレームを、図４〜図６の領域１２０などの接触領域においてモールド・キャビティの内側面に対して全般的に引き付ける。更に、図７の行為３２０で、封止化合物がモールド・キャビティ内に注入され、少なくとも部分的に、印加された磁場のため、この封止化合物が全般的に接触領域に入らないようにされる。その後、行為３２５で封止材料が硬化され、行為３３０で、完成したＩＣパッケージがモールドから取り出される。
【００２１】
本発明に関連する技術の習熟者であれば、本発明の特許請求の範囲から逸脱することなく、例示の実施例に種々の付加、削除、置換、及び他の変形が成され得ることが分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、従来の集積回路パッケージの断面図を図示する。
【図２】図２は、中に組み込まれるヒートスプレッダを備えた、従来の集積回路パッケージの断面図を図示する。
【図３】図３は、中に組み込まれるヒートスプレッダを備えた集積回路パッケージを形成するための、従来のモールドの断面図を図示する。
【図４】図４は、本発明の一つの側面に従った、例示のＩＣパッケージの断面図を図示する。
【図５】図５は、本発明の一つの側面に従った、閉じた位置の例示のモールド装置の断面図を図示する。
【図６】図６は、本発明の一つの側面に従った、開いた位置の例示のモールド装置の断面図を図示する。
【図７】図７は、本発明に従って集積回路パッケージを製造するための例示の方法の概略ブロック図である。
【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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【図６】
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【図７】
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