(57)【要約】【課題】埋め込みヒートスプレッダを提供する。【解決手段】いくつかの実施形態において、装置は、半導体ダイと、ダイに取り付けられたエラストマー層と、エラストマーに取り付けられ、一部がエラストマーを介して露出してダイと接続するテープリードと、テープリードに取り付けられたポリマー樹脂と、半導体ダイからの熱を拡散できるようにポリマー樹脂に取り付けられた熱伝導性基板とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エラストマー層と、
前記エラストマー層に取り付けられたテープリードと、
前記テープリードに取り付けられたポリマー樹脂と、
前記ポリマー樹脂に取り付けられ、熱を拡散する熱伝導性基板と
を含む装置。
【請求項２】
前記エラストマー層に取り付けられたダイを更に含み、該ダイは、前記テープリードの、前記エラストマーを介して露出する部分と接続し、前記熱伝導性基板は前記ダイから熱を拡散する、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ダイは、ＤＲＡＭである、
請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記ポリマー樹脂は、ポリイミドテープである、
請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記熱伝導性基板は、銅基板である、
請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記熱伝導性基板は、更に、前記ダイに対する電気的接地基準を有する、
請求項２に記載の装置。
【請求項７】
前記熱伝導性基板は、複数の材料を含む薄板である、
請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記熱伝導性基板に取り付けられた、少なくとも１つのはんだボールインターコネクトを更に含む、
請求項１に記載の装置。
【請求項９】
第１の装置と、
前記第１の装置とともに積層装置の中に配置された第２の装置と
を含み、各装置は、
エラストマー層と、
前記エラストマー層に取り付けられたテープリードと、
前記テープリードに取り付けられたポリマー樹脂と、
前記ポリマー樹脂に取り付けられ、熱を拡散する熱伝導性基板と、
前記熱伝導性基板に取り付けられた少なくとも１つのはんだボールインターコネクトと
を含むシステム。
【請求項１０】
前記第１の装置及び第２の装置の少なくとも一方がダイを含み、該ダイは前記テープリードの、前記エラストマーを介して露出する部分と接続し、前記熱伝導性基板は前記ダイから熱を拡散する、
請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第２の装置の前記ダイから前記第１の装置の前記熱伝導性基板の間に、エラストマー結合を更に有する、
請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１の装置の前記少なくとも１つのはんだボールインターコネクトに取り付けられたプリント基板を更に含み、該プリント基板は前記積層構造から熱を放散する、
請求項９に記載のシステム。
【請求項１３】
ポリマー樹脂を熱伝導性基板へ接着する工程と、
テープリードを前記ポリマー樹脂へ取り付ける工程と、
前記テープリードの一部を露出する開口を有するエラストマーを、前記テープリードへ取り付ける工程と、
前記エラストマーをダイへ取り付ける工程と、
前記ダイを前記テープリードへ取り付ける工程と
を含む方法。
【請求項１４】
少なくとも１つのボールを前記テープリードへ取り付ける工程を更に含む、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ボールははんだボールである、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
第２のエラストマー層を、前記ダイの露出している側に形成する工程を更に含む、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２のエラストマー層を隣接する熱伝導性基板へ取り付ける工程を更に含む、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
請求項１４に記載の方法を繰り返し、複数の熱伝導性基板を含んだ積層アセンブリを作成する工程を更に含む、
請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記ダイはＤＲＡＭである、
請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記ポリマー樹脂は、ポリイミドテープである、
請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
前記熱伝導性基板は、銅によるヒートスプレッダである、
請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
前記テープリードは、銅によるテープリードである、
請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
半導体技術は、過去２０〜３０年間にわたって著しい向上を持続してきた。複雑性の増大と半導体規模の縮小との同時性は、それ独自の法則、つまり一集積回路当たりのトランジスタ数の急増に関するムーアの法則を生み出した。このような進歩により、半導体実装産業等の多くの関連産業においても同様の進歩が必然的に起こった。
【０００２】
半導体は動作中に発熱する。熱が放散されなければ、熱により半導体が損傷もしくは誤動作することがある。半導体パッケージにおけるトランジスタ密度が増大するにつれ、放熱が課題となる。
【０００３】
基板やパッケージは、多くの点で半導体の性能に影響する。集積回路は、多くの場合パッケージされ、典型的には基板内もしくは基板上に存在する。電気的、熱的、及び機械的考慮が基板及びパッケージ設計に関連している。たとえば、基板及びパッケージは、集積回路から熱を除去し、その一方で電力供給や信号伝達を行う。
【０００４】
半導体は、積層構造へとパッケージされる場合もある。一般的に、積層構造においては半導体への電力供給及び信号伝達、及び放熱に関する要求が厳しい。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】銅基板を用いたアセンブリ層の分解図である。
【０００６】
【図２】銅基板を用いたシングルダイアセンブリの例である。
【０００７】
【図３】銅基板を用いたマルチダイアセンブリの例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下の説明において多くの具体的詳細を述べる。しかし、本発明の実施形態がこれらの具体的詳細を伴わないで実施されることもあることは理解されよう。別の例においては、本説明の理解が曖昧なものとならないよう、周知の回路、構造、及び技術については詳細に示さなかった。
【０００９】
本明細書における「一実施形態」又は「或る実施形態」等の言及は、当該実施形態に関連して述べられる特定の特徴、構造、又は特性が本発明の少なくとも一側面に含まれることを示す。本明細書の所々に「一実施形態において」との表現が現れるが、必ずしも全てが同一の実施形態を示すものでない。以下においては、少なくとも半導体装置の熱的性能の改良品、及びマルチダイ積層型パッケージにおける多種機器の改良品について述べる。
【００１０】
一般的に、半導体パッケージに用いられる典型的な基板材料は、半導体ダイからの熱伝導を向上させる複数の材料を含む薄板に置き換えてよい。たとえば、単層のポリイミド層が接合された銅系の基板はダイから熱を伝導することができる。本例においては、次に銅によるルーティング層をポリイミドの他方の側に接合してインターコネクト基板を完成することができる。インターコネクト基板は半導体ダイへと信号を分配するルーティング層として機能でき、またインターコネクトはポリイミド層により熱伝導性基板から隔離される。或る実施形態においては、半導体装置の熱的特性及びインターコネクトの電気的性能を改良してもよい。
【００１１】
図１〜図３は、ＤＲＡＭ及びＤＲＡＭ積層型パッケージの実施形態を示しており、本明細書において説明する基板及びパッケージを図示する。本明細書においては、ＤＲＡＭは例示目的で用いられているが、本発明の実施形態はいかなる特定の半導体装置又は回路に伴う用途にも限定されない。これらの実施形態においては、熱導体を装置スタックへと導入して埋め込まれたＤＲＡＭダイからの熱を積層型パッケージの端部へと伝導してよい。パッケージの端部においては、信号インターコネクトはんだバンプ又はその他のインターコネクトが、熱をＤＲＡＭスタックの表面へと、さらに熱が放散される場所であるシステム基板へと運ぶことができる。更に銅基板を接地して、高速信号の接地基準として機能させてよい。本実施形態においては、この接地基準がＤＲＡＭ信号の信号品位を向上させる。
【００１２】
図１は、熱伝導基板１１０を用いた半導体パッケージ１００のアセンブリ層の分解図である。本実施形態において、熱伝導基板１１０は銅を含むが、熱伝導性が十分に高ければいかなる基板材料を用いてもよい。或る実施形態においては、熱伝導基板は複数の材料を含む薄板であり、それら複数の材料のうちの或る組み合わせは、又は、それらの材料はどのような組み合わせでも、十分に高い熱伝導性を有しており、基板が熱伝導性基板として機能し半導体ダイからの熱を拡散することを可能とする。
【００１３】
図１を参照すると、分解図には、熱伝導基板１１０へと接合する、ポリイミドテープ等の下地膜基板１１５が含まれている。これは、単に一例であり、下地膜基板として適切な他のいかなる材料を用いてもよい。テープリード１２０等のルーティング層が、下地膜基板１１５に隣接しており、下地膜基板１１５の、熱伝導基板１１０とは反対の側に存在している。或る実施形態においては、ルーティング層は銅であるが、いかなる導電性材料を用いてもよい。
【００１４】
本実施形態は、テープリード１２０と半導体ダイ１３０との間に挟まれるエラストマー層１２５を備えている。エラストマー層１２５は、熱膨張応力を吸収する。エラストマー層１２５は、テープリード１２０が半導体ダイ１３０と接続できる開口を有してよい。エラストマーは、典型的には、大きな可逆性の弾性変形を示す場合もある、異なる熱膨張係数を示し得る複数層の間の応力を吸収する目的で使用される高分子材料である。更に、本実施形態においては、ＤＲＡＭダイが半導体ダイ１３０として用いられる。いかなる半導体をも半導体ダイ１３０に使用してよく、また本開示の原理に従えてよい。或る実施形態においては、図１に示すように、モールドコンパウンド１０５を伝導性基板１１０へと取り付けてよい。
【００１５】
図２は、図１におけるアセンブリ層から構成され、熱伝導基板２１０を用いた半導体パッケージとなるシングルダイアセンブリ２００を示す。本実施形態において、熱伝導基板２１０は銅を含むが、熱伝導性が十分に高ければいかなる基板材料でも用いてよい。或る実施形態においては、熱伝導基板は複数の材料を含む薄板であり、それら複数の材料のうちの或る組み合わせは、又は、それらの材料はどのような組み合わせでも、十分に高い熱伝導性を有しており、基板が熱伝導性基板として機能し半導体ダイからの熱を拡散することを可能とする。熱伝導基板２１０は接地していてもよく、高速信号の接地基準として機能してよい。本実施形態においては、この接地基準がＤＲＡＭ信号の信号品位を向上させる。
【００１６】
図２を参照すると、アセンブリ２００は、熱伝導基板２１０へと接合する、ポリイミドテープ等の下地膜基板２１５を含んでいる。しかし、下地膜基板として適切な、他のいかなる材料をも使用してよい。テープリード２２０等のルーティング層が、下地膜基板２１５に接続されており、下地膜基板２１５の熱伝導基板２１０とは反対の側に存在している。或る実施形態においては、ルーティング層は銅であるが、いかなる導電性材料を用いてもよい。本実施形態においては、アセンブリ２００の端部においてテープリード２２０に取り付けられ、構造的に熱伝導基板２１０及び下地膜基板２１５により支持されるはんだボール２４０も含まれている。はんだボール２４０は電気的相互接続に適した他のいかなる材料であってもよい。
【００１７】
本実施形態は、テープリード２２０と半導体ダイ２３０との間に挟まれるエラストマー層２２５を備えている。エラストマー層２２５は、熱膨張応力を吸収する。本実施形態においては、エラストマー層２２５は、テープリード２２０が半導体ダイ２３０に接続される開口を有している。更に、本実施形態においては、ＤＲＡＭダイが半導体ダイ２３０として用いられる。いかなる半導体をも半導体ダイ２３０に使用してよく、また本開示の原理に従えてよい。或る実施形態においては、図２に示すように、モールドコンパウンド２０５を伝導性基板２１０へと取り付けてよい。
【００１８】
図３は、図１の半導体ダイ１３０のような半導体ダイの間に設置された熱伝導基板を用いた、或る実施形態のマルチダイアセンブリ３００を示す。或る実施形態において、複数の熱伝導基板は、各々、複数の材料を含む薄板であり、それら複数の材料のうちの或る組み合わせは、又は、それらの材料はどのような組み合わせでも、十分に高い熱伝導性を有しており、基板が熱伝導性基板として機能し半導体ダイからの熱を拡散することを可能とする。マルチダイアセンブリ３００を、複数の、図２のアセンブリ２００から構成してよい。図３の実施形態のマルチダイアセンブリ３００は、複数の熱伝導基板を含む積層構造である。
【００１９】
本実施形態においては、熱伝導基板３１０は銅を含むが、熱伝導性が十分に高ければいかなる基板材料でも用いてよい。熱伝導基板３１０は接地していてもよく、高速信号の接地基準として機能してよい。再度であるが、この接地基準がいずれの半導体ダイ３３０への、及び、からの信号品位をも向上させる。
【００２０】
図３のマルチダイアセンブリ３００は、半導体ダイと、隣接する熱伝導性基板との間にエラストマー層３２５を含む。実施形態のマルチダイアセンブリ３００は、はんだボール３４０等の、マルチダイアセンブリ３００において隣接するアセンブリ同士を接続する接続ボールも含んでいる。はんだボール３４０が本実施形態においては使用されているが、接続ボールは電気的相互接続に適した他のいかなる材料であってもよい。
【００２１】
図２を参照して、熱伝導性基板及び半導体ダイのアセンブリを、以下の方法によって製造してよい。ポリマー樹脂を熱伝導性基板へ接着してよい。本実施形態においては、熱伝導性基板は銅によるヒートスプレッダであってよいが、適切に熱伝導するいかなる基板材料を用いてもよい。ポリマー樹脂の一例はポリイミドテープであるが、実施形態はポリマー樹脂について、ポリイミドテープの使用に限定されない。
【００２２】
当該方法は、テープリードをポリマー樹脂へと取り付けることを含んでよい。上述の装置及びシステムにおいて述べたように、テープリードの一例は銅を含んでよいが、ルーティング層へと構成されて電気信号を伝達できるのであればいかなる材料を使用してもよい。実施形態の方法は、エラストマーをテープリードへ取り付けることも含む。或る実施形態において、エラストマーは開口を有しており、テープリードの一部が露出する。
【００２３】
本実施形態においては、エラストマーをダイへ取り付けることが含まれており、ダイは、たとえばＤＲＡＭダイ等のいかなる半導体ダイであってよい。当該方法は、上述の実施形態例の銅テープリード等のテープリードへとダイを取り付けることを含む。或る実施形態の方法は、更に、少なくとも１つのはんだボールをテープリードへと取り付けることを含んでよい。
【００２４】
実施形態の方法群は、上述の方法を含んでよく、更に、第２のエラストマー層をダイの露出している側へ形成することを含んでよい。また、本実施形態は更に、第２のエラストマー層を隣接するヒートスプレッダへと取り付けることを含んでよい。或る実施形態においては、これらの方法を繰り返し、それにより複数のヒートスプレッダを有する積層型アセンブリを作成してよい。
【００２５】
本発明を、その趣旨又は本質的な特徴から逸脱することなく、他の特定の形態において実現してよい。記載した実施形態は、あらゆる点において、限定的又は制限的でなく、単に例示的であると見做されるべきである。それゆえ、本発明の範囲は、前出の説明でなく、添付の請求項により示される。請求項の意図、趣旨、及び均等の範囲に収まるあらゆる変更、修正、及び改変も、添付の請求項の範囲に包含される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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