(57)【要約】  インチップヒートシンク１１２を有する集積回路ダイ１１４、１１６を備える方法および装置、ならびに、集積回路ダイを有する電子デバイスおよびチップパッケージ、ならびにチップパッケージを製造するための方法を提供する。一例では、集積回路ダイ１１４、１１６は、高熱を発生する集積回路デバイスをダイ１１４、１１６内に配設された他の集積回路デバイスから分離するインチップヒートシンク１１２を有する。インチップヒートシンク１１２は、ダイ１１４、１１６の内部から少なくとも１つの露出したダイ表面まで、高電導性の伝熱経路を設ける。
2021530103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路ダイであって、
上面および下面を有するダイ本体を備え、前記下面は前記ダイ本体内の回路構成と電気接続を確立するための複数の接着パッドを有し、さらに、
前記ダイ本体に配設され、前記複数の接着パッドのうちの少なくとも１つに電気的に結合され、かつ、第１の温度で動作するように構成された第１の回路と、
前記ダイ本体に配設され、前記複数の接着パッドのうちの少なくとも１つに電気的に結合され、かつ、前記第１の温度より低い第２の温度で動作するように構成された第２の回路と、
リング形状および前記上面と前記下面との間に延在する方向を有し、かつ、前記第１の回路を前記第２の回路から分離するインチップヒートシンクとを備える、集積回路ダイ。
【請求項２】
前記インチップヒートシンクは、前記ダイ本体の金属層に形成されたビアおよび配線を含む、請求項１に記載の集積回路ダイ。
【請求項３】
前記インチップヒートシンクは、前記第１の回路にも設けられた少なくとも１つの金属層を含む、請求項２に記載の集積回路ダイ。
【請求項４】
前記インチップヒートシンクは、前記第１の回路に外接する、請求項１に記載の集積回路ダイ。
【請求項５】
前記第１の回路に結合された相互接続回路構成が前記インチップヒートシンクを通過する、請求項１に記載の集積回路ダイ。
【請求項６】
前記第１の回路に近接して前記ダイ本体に配設され、かつ、前記インチップヒートシンクによって前記第２の回路から分離された第１のダミー金属アイランドと、
第２のダミー金属アイランドと、
前記第１のダミー金属アイランドを前記第２のダミー金属アイランドに接続するビアとをさらに備える、請求項１に記載の集積回路ダイ。
【請求項７】
前記第１のダミー金属アイランドは、前記インチップヒートシンクと直接接触している、請求項６に記載の集積回路ダイ。
【請求項８】
前記ダイ本体の前記上面はさらに、複数の金属充填凹部を含む、請求項１に記載の集積回路ダイ。
【請求項９】
前記複数の金属充填凹部のうちの少なくとも１つは、前記インチップヒートシンクの上方にある、またはこれと直接接触している、請求項８に記載の集積回路ダイ。
【請求項１０】
前記複数の接着パッドのうちの少なくとも１つは、前記インチップヒートシンクと直接接触している、請求項１に記載の集積回路ダイ。
【請求項１１】
集積回路チップパッケージであって、
上面側および底面側を有するパッケージ基板と、
第１のはんだ接続によって前記パッケージ基板の前記上面側に結合された第１の集積回路（ＩＣ）ダイとを備え、前記第１のＩＣダイは、
上面および下面を有するダイ本体を含み、前記底面は、前記ダイ本体内で回路構成と電気接続を確立するための複数の接着パッドを有し、さらに、
前記ダイ本体に配設され、前記複数の接着パッドのうちの少なくとも１つに電気的に結合され、かつ、第１の温度で動作するように構成された第１の回路と、
前記ダイ本体に配設され、前記複数の接着パッドのうちの少なくとも１つに電気的に結合され、かつ、前記第１の温度より低い第２の温度で動作するように構成された第２の回路と、
リング形状および前記上面と前記下面との間に延在する方向を有し、かつ、前記第１の回路を前記第２の回路から分離するインチップヒートシンクとを含む、集積回路チップパッケージ。
【請求項１２】
前記パッケージ基板の前記底面側に結合され、前記パッケージ基板を通って形成されたビアによって伝導的に結合され、かつ、前記第１のはんだ接続のうちの一部を介して前記インチップヒートシンクに接触するヒートシンクをさらに備える、請求項１１に記載の集積回路チップパッケージ。
【請求項１３】
第２のはんだ接続によって第１のＩＣに結合され、かつ、前記第２のはんだ接続のうちの一部によって前記第１のＩＣに結合されたインチップヒートシンクを有する第２のＩＣダイをさらに備える、請求項１１に記載の集積回路チップパッケージ。
【請求項１４】
前記第２のＩＣダイの前記インチップヒートシンクは、前記第２のＩＣダイの上面まで延在する、請求項１３に記載の集積回路チップパッケージ。
【請求項１５】
前記第２のＩＣダイの上面にわたって搭載されたカバーと、
前記第２のダイの前記上面および前記カバーにおいて前記インチップヒートシンクを終端させる導体パッドと接触して配設された熱伝導材料と、
前記カバー上に配設されたヒートシンクとをさらに備える、請求項１３に記載の集積回路チップパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景
開示の分野
本開示の例は一般に、インチップヒートシンクを有する集積回路（ＩＣ）ダイ、ならびにパッケージおよびそれを製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の説明
タブレット、コンピュータ、複写機、デジタルカメラ、スマートフォン、制御システムおよび現金自動預払機などの電子デバイスは、特に機能の高度化および部品密度の増加のために、チップパッケージを活用する電子部品を用いることがある。従来のチップパッケージ方式は、１つの有機基板に搭載される複数の集積回路（ＩＣ）ダイを用いることがある。ダイは、メモリ、論理的または他の固体回路構成を含み得る。
【０００３】
多くの例では、ダイ内に配設された少なくとも１つの固体回路が、かなりの量の熱を発生する。発生した熱は、さらに他の量の熱を許容できないチップパッケージ内の近隣の固体回路に横方向に伝達されるという点で問題になることがある。この問題は、熱発生回路を含むダイが１つ以上の他のダイの下方に積層されると悪化して、熱発生回路を含むダイを外部のヒートシンクから分離し、パッケージ外部への熱の伝達を困難にする。この熱伝達の制限によって設計の自由度が低減し、ＩＣダイの選択および場所と共に熱に関する割当量が消費電力量を制限することがあり、そのため、チップパッケージの性能が不必要に制限される。
【０００４】
したがって、伝熱性能が改善されたＩＣダイ、ならびにパッケージおよびそれを製造するための方法が必要になる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
概要
ある例では、ダイ本体、第１の回路、第２の回路およびインチップヒートシンクを備える集積回路ダイを提供する。ダイ本体は、上面および下面を含み、下面はダイ本体内の回路構成と電気接続を確立するための複数の接着パッドを有する。第１の回路は、ダイ本体に配設され、かつ、複数の接着パッドのうちの少なくとも１つに電気的に結合される。第１の回路は、第１の温度で動作するように構成される。第２の回路は、ダイ本体に配設され、かつ、複数の接着パッドのうちの少なくとも１つに電気的に結合される。第２の回路は、第１の温度より低い第２の温度で動作するように構成される。インチップヒートシンクは、リング形状およびダイ本体の上面と下面との間に延在する方向を有する。インチップヒートシンクは、第１の回路を第２の回路から分離する。
【０００６】
他の例では、パッケージ基板、第１の集積回路（ＩＣ）ダイおよび第２のＩＣダイを備える集積回路チップパッケージを提供する。第１のＩＣダイは、第１のはんだ接続によってパッケージ基板の上面側に結合される。第１のＩＣダイは、ダイ本体、第１の回路、第２の回路およびインチップヒートシンクを含む。ダイ本体は、上面および下面を含み、下面は、ダイ本体内で回路構成と電気接続を確立するための複数の接着パッドを有する。第１の回路は、ダイ本体に配設され、かつ、複数の接着パッドのうちの少なくとも１つに電気的に結合される。第１の回路は、第１の温度で動作するように構成される。第２の回路は、ダイ本体に配設され、かつ、複数の接着パッドのうちの少なくとも１つに電気的に結合される。第２の回路は、第１の温度より低い第２の温度で動作するように構成される。インチップヒートシンクは、リング形状およびダイ本体の上面と下面との間に延在する方向を有する。インチップヒートシンクは、第１の回路を第２の回路から分離する。
【０００７】
さらに他の例では、パッケージ基板、第１の集積回路ダイ、および第２の集積回路ダイを備える集積回路パッケージを提供する。パッケージ基板は、上面側および底面側を有する。第１の集積回路ダイは、第１のインチップヒートシンクを有する。第２の集積回路ダイは、パッケージ基板の上面側に配設され、かつ、１つ以上のはんだ接続を介して第１のインチップヒートシンクに結合された第２のインチップヒートシンクを有する。
【０００８】
さらに他の例では、集積回路ダイを形成するための方法を提供する。方法は、第１の回路をＩＣダイのダイ本体に形成することと、第２の回路をＩＣダイのダイ本体に形成することと、第１の回路と第２の回路との間のＩＣダイのダイ本体にインチップヒートシンクを形成することとを備える。
【０００９】
さらに他の例では、集積回路ダイを形成するための方法を提供する。方法は、第１のＩＣダイを、インチップヒートシンクを有する第２のＩＣダイ上に搭載することと、積層されたダイをパッケージ基板上に搭載することと、補強材、カバーおよび外部ヒートシンクのうちの１つ以上を、その上にダイが積層されたパッケージ基板に結合してチップパッケージを形成することと、チップパッケージをプリント回路基板に搭載することと、任意のヒートシンクをプリント回路基板の底面に搭載することとを備える。
【００１０】
本開示の上記の特徴が詳細に理解され得るような態様で、そのいくつかが添付の図面において示される例を参照することによって、上で簡潔に概説された実現例のより詳細な記載が提供され得る。しかしながら、添付の図面は、本開示の典型的な例のみを示しているため、その範囲を限定するものと考えられるべきではなく、本開示について他の同様に効果的な例を認め得ることに留意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】少なくともその１つがインチップヒートシンクを有する複数のＩＣダイを含む集積チップパッケージを有する、例示的な電子デバイスの正面模式図である。
【図２】インチップヒートシンクを通る、図１に示すＩＣダイのうちの１つの断面図である。
【図３】インチップヒートシンクの一部を示す、図２に示す切断線３−３に沿ったＩＣダイの部分模式断面図である。
【図４】ダミーアイランドに隣接して配設されたインチップヒートシンクの一部を示す、ＩＣダイの他の部分模式断面図である。
【図５】電子デバイスの集積チップパッケージ内に積層されたＩＣダイに配設されたインチップヒートシンク間の導電接続を示す、図１の電子デバイスの部分模式断面図である。
【図６】インチップヒートシンクを有する集積回路ダイを製造するための方法のフロー図である。
【図７】相互接続されたインチップヒートシンクを有する、積層されたダイを有する集積回路チップパッケージを製造するためのフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
理解を容易にするために、可能な場合、これらの図に共通の同一の要素を指定するために、同一の参照番号が使用されている。あるの例の要素は、他の例において有用に援用され得ると考えられる。
【００１３】
詳細な説明
本開示の例は一般に、インチップヒートシンクを有する集積回路（ＩＣ）ダイ、ならびにパッケージおよびそれを製造するための方法を提供する。インチップヒートシンクは、高熱を発生する集積回路デバイスを、同じダイ内に配設された他の集積回路デバイスから分離して、ダイ内に配設されたデバイス間の横方向の伝熱量を実質的に減少させる。このように、高熱を発生する集積回路デバイスは、近隣の集積回路デバイスを熱的に汚染しないため、近隣の集積回路デバイスはより効率的に動作可能である。さらに、インチップヒートシンクによってもたらされる熱的隔離によって、近隣のデバイスは過熱のリスクが低減した状態でより多くの電力を消費することができ、その結果、性能が改善され、設計の自由度が増す。さらに、インチップヒートシンクがダイ外部への伝熱を増大させると、より低い動作温度でダイ性能がさらに良好になる。
【００１４】
いくつかの例では、集積回路パッケージには、少なくともそのうちの１つがインチップヒートシンクを有する、積層されたＩＣダイが設けられる。インチップヒートシンクによって、パッケージ外部への熱の効率的な伝達が容易になって、パッケージ内でのダイの選択の自由度が大きくなる。さらに、インチップヒートシンクは、１つのダイから、隣接するダイのインチップヒートシンクを経由して熱を送ることによって、ヒートシンクから空間的に分離されるダイから熱を取り除くため特に有用であり、高電力のダイをパッケージ内のあらゆる場所で実用的に利用可能にする。それゆえ、外部の高価なダイ外部ヒートシンクデバイスを用いることなく望ましく性能を増大させつつ、パッケージ設計の自由度を増加させることが可能になる。
【００１５】
有益なことに、インチップヒートシンクを、従来の半導体製造技術を用いてＩＣダイ内に組込むことが可能である。いくつかの例では、ダイ内で既に用いられている金属層を用いてインチップヒートシンクを製造することが可能であり、そのため、製造コストにほとんど影響がない。
【００１６】
それゆえ、インチップヒートシンクは、ダイ内で発生した熱の熱管理を有利に改善する。その結果、さらに広い動作条件にわたってデバイス性能がさらに良好になり、ほとんど費用はかからず、製造上の複雑さが減少する。
【００１７】
ここで図１を参照すると、例示的な電子デバイス１００が模式的に示される。電子デバイス１００は、プリント回路基板（ＰＣＢ）１０２上に配設された集積チップパッケージ１１０を備える。電子デバイス１００は、コンピュータ、タブレット、携帯電話、スマートフォン、消費者向け電気製品、制御システム、現金自動預払機、プログラム可能なロジックコントローラ、プリンタ、複写機、デジタルカメラ、テレビ、モニタ、ステレオ、ラジオ、レーダー、または本明細書で配設されるチップパッケージ１１０を利用しこれを有する他の固体デバイスの一部でもよい。
【００１８】
チップパッケージ１１０は、パッケージ基板１２２上に配設された少なくとも１つの集積回路（ＩＣ）ダイ１１４を備える。１つ以上のさらに他のＩＣダイ１１６が、ＩＣダイ１１４上に積層されこれに連結されてもよい。図１では１つの他のＩＣダイ１１６のみがＩＣダイ１１４上に積層されていると示されているが、妥当な数の他のＩＣダイ１１６を、チップパッケージ１１０の範囲内のＩＣ１１４上に積層してもよい。パッケージ基板１２２は１つの要素として示されているが、パッケージ基板１２２は、ダイ１１４、１１６を搭載するためのインターポーザを含んでもよい。
【００１９】
ＩＣダイ１１４、１１６のうちの少なくとも１つは、以下でさらに説明するような１つ以上のインチップヒートシンク１１２を含む。インチップヒートシンク１１２は、ダイの内部から少なくとも１つの外面に効率的な伝熱をもたらす。
【００２０】
チップパッケージ１１０はまた、カバー１０４、補強材１０６および外部ヒートシンク１０８を備えてもよい。補強材１０６は、パッケージ基板１２２の平坦性を維持するためにパッケージ基板１２２上に搭載される。カバー１０４は、パッケージ基板１２２内で最も上部のダイを覆うように配設され、パッケージ１１０の寸法上の安定性を維持するのを助けつつ、ダイ１１４、１１６から熱を放散するためにより広い表面積をもたらす。ヒートシンク１０８は、ダイ１１４、１１６と反対側に配設されたカバー１０４の側でカバー１０４上に搭載される。
【００２１】
ダイ１１４は、少なくとも２つの集積回路（固体回路）１３０、１３２が形成されたダイ本体１２４を含む。第１の固体回路１３０は、動作中に第２の固体回路１３２の回路構成よりも多くの熱を発生する回路構成を有する。たとえば、第１の回路１３０は、第２の回路１３２よりも多くの熱を消費し得る。一例では、第１の回路１３０はプロセッサ回路である一方で、第２の回路１３２はメモリ回路である。熱い第１の回路１３０からより冷たい第２の回路１３２への横方向の伝熱を防ぐために、これらの間にインチップヒートシンク１１２が配設される。インチップヒートシンク１１２は通常、ダイ本体１２４の上面１３６と下面１３８との間に延在する熱伝導壁である。一例では、インチップヒートシンク１１２は、ダイ本体１２４の上面１３６を通って露出される、高伝導性の伝熱経路の一部を形成する。他の例では、インチップヒートシンク１１２は、ダイ本体１２４の下面１３８を通って露出される、高伝導性の伝熱経路の一部を形成する。他の実施形態では、インチップヒートシンク１１２は、ダイ本体１２４の下面１３８から上面まで延在して、ダイ１１４の内部領域からダイ１１４の外面１３６、１３８まで、効率的な双方向の伝熱経路を設ける。伝熱経路は、ダイ１１４の非金属部分を含む誘電材料を通って移動する熱に対して高い伝導性を有する。
【００２２】
なお、インチップヒートシンク１１２はダイ本体１２４の１つ以上の露出した表面に高伝導性の伝熱経路を設けるため、インチップヒートシンク１１２は有益なことに、ＩＣダイの最大動作温度を超えないように、消費電力が同じまたは同様の回路と共に用いることもできる。
【００２３】
ダイ１１４の回路１３０、１３２は、ビアおよび配線などの、ダイ１１４を含む金属層内に形成された相互接続回路構成１３４によって、ダイ本体１２４の上面１３６および下面１３８で露出した導体パッドに結合される。相互接続回路構成１３４は任意に、インチップヒートシンク１１２を横方向に通過してもよい。はんだ接続１４０は、ダイ１１４の下面１３８で露出したパッド、そして相互接続回路構成１３４を、パッケージ基板１２２の上面１４２に形成された導体パッドに、電気的かつ機械的に接続する。同様に、はんだ接続１４０は、ダイ１１４の上面１３６で露出したパッド、そして相互接続回路構成１３４を、ダイ１１４の上に積層された隣接するダイ１１６の下面１４６に形成された導体パッドに、電気的かつ機械的に接続する。
【００２４】
パッケージ基板１２２の上面１４２に形成された導体パッドは、パッケージ基板１２２の導体１４８に接続される。パッケージ基板１２２の導体１４８は、パッケージ基板１２２の上面１４２上に、パッケージ基板１２２内に、および／またはパッケージ基板１２２を通って設けられてもよい。パッケージ基板１２２の導体１４８は、配線、プリントトレース、およびビアなどでもよい。図１に示す例では、導体１４８はパッケージ基板１２２を通って延在し、パッケージ基板１２２の下面１５０に形成された導体パッドに結合される。パッケージ基板１２２の下面１５０に形成された導体パッドは、ＰＣＢ１０２の上面１５２に形成された導体パッドに、電気的かつ機械的に接続される。
【００２５】
ＰＣＢ１０２の上面１５２に形成された導体パッドは、ＰＣＢ１０２の導体１５４に接続される。ＰＣＢ１０２の導体１５４は、ＰＣＢ１０２の上面１５２に、ＰＣＢ１０２内に、および／またはＰＣＢ１０２を通って設けられてもよい。パッケージ基板１２２の導体１５４は、配線、プリントトレース、およびビアなどでもよい。図１に示す例では、導体１５４は、ＰＣＢ１０２を通って延在し、ＰＣＢ１０２の下面１５６に形成された導体パッドに結合される。ＰＣＢ１０２の下面１５６に形成された導体パッドは、ＰＣＢ１０２の下面１５６に配設された任意のヒートシンク１１８に、電気的かつ機械的に接続される。
【００２６】
ダイ１１６は、ダイ１１４上にこれと接触して積層される。ダイ１１６は、下面１４６および上面１６０を有するダイ本体１２６を含む。ダイ１１６の下面１４６で露出した導体パッドは、ダイ１１４の上面１３６で露出した導体パッドに、電気的かつ機械的に結合される。
【００２７】
ダイ本体１２６は、メモリ、論理または他の固体回路デバイスなど、その内部に形成された１つ以上の固体回路１６２を含む。図１に示す例では、回路１６２は、回路１３０、１３２として示される。しかしながら、ダイ本体１２６内に形成された回路１６２のうちの１つ以上、またはさらにはすべてが、ダイ１１４に形成された回路１３０、１３２のうちの１つと同じ電力、これより低い電力、またはこれより高い電力でもよい。ダイ１１６の回路１３０、１３２は、ビアおよび配線など、ダイ本体１２６を含む金属層内に形成された相互接続回路構成１６４によって、ダイ１１６の下面１４６および場合によっては上面１６０で露出した導体パッドに結合される。
【００２８】
熱伝導性グリースなどの熱伝導材料（ＴＩＭ）１６６が、ダイ１１６の上面１６０とカバー１０４との間に配設される。ＴＩＭ１６６は、ダイ１１６とカバー１０４との間に良好な伝達をもたらして、チップパッケージ１１０内のダイ１１４、１１６に、回路１３０、１３２から離れるように効率的に余分な熱を伝達させ、回路１３０、１３２を安全な動作温度範囲内に維持する。外部ヒートシンク１０８は、任意にカバー１０４に搭載されて、さらに熱をパッケージ１１０外部に伝達可能である。
【００２９】
チップパッケージ１１０のいくつかの実現例はカバー１０４および／またはヒートシンク１０８を含まなくてもよいと考えられる。しかしながら、カバー１０４を用いたパッケージ１１０の例では、補強材１０６が任意にカバー１０４に結合されてもよい。
【００３０】
ダイ１１６はさらに、ダイ本体１２６内に配設された１つ以上のインチップヒートシンク１１２を含む。インチップヒートシンク１１２は通常、ダイ１１６の上面１６０と下面１４６との間に延在して、ダイ本体１２６の内部領域からダイ１１６の外面１６０、１４６まで効率的な伝熱経路を設ける。ダイ１１６を通って配設されたインチップヒートシンク１１２は、ダイ１１４からダイ１１６を通ってカバー１０４に熱を伝達するために効率的な伝熱経路を設ける。一例では、ダイ１１４のインチップヒートシンク１１２は、金属相互接続回路構成およびダイ１１４、１１６間のはんだ接続など、金属または熱伝導経路によって、ダイ１１６のインチップヒートシンク１１２に接続される。最も分かりやすい形状では、ダイ１１６のインチップヒートシンク１１２は、金属充填ビアとして構成されてもよい。ダイ１１４、１１６で用いられるインチップヒートシンク１１２については、以下でさらに詳細に説明する。
【００３１】
図２は、インチップヒートシンク１１２を通る、図１に示すＩＣダイ１１４の断面図である。ダイ１１６で用いられるインチップヒートシンク１１２は同様に構成されてもよい。上述したように、インチップヒートシンク１１２は、より冷たい第２の回路１３２に対してより熱い第１の回路１３０を分離して、第１の回路１３０が発生する熱によって第２の回路１３２の熱汚染を大幅に減らす熱障壁を設ける。インチップヒートシンク１１２は１つの高電力の第１の回路１３０を１つの低電力の第２の回路１３２から分離していると示されているが、インチップヒートシンク１１２は、１つ以上の高電力の回路１３０を１つ以上の低電力の第２の回路１３２から分離してもよい。２つ以上のインチップヒートシンク１１２は１つのダイで用いることができると考えられる。
【００３２】
インチップヒートシンク１１２は、単にＩＣ回路１３０、１３２間の壁でもよく、または、高電力の第１の回路１３０を部分的にまたは完全に取り囲んでもよい。図２に示す例では、インチップヒートシンク１１２は、高電力の第１の回路１３０を完全に取り囲むリング形状を有する。他の例では、インチップヒートシンク１１２は、たとえば高電力の第１の回路１３０を不連続に取り囲んでもよいが、相互接続回路構成１３４が短絡することなくインチップヒートシンク１１２を経由する空間を残す。さらに他の実施形態では、インチップヒートシンク１１２は、ダイ１１４を有するパワーまたは接地回路構成に結合されてもよい。他の例では、インチップヒートシンク１１２は電力または地面に対して浮動しており、相互接続回路構成１３４によって第１の回路１３０に接続された信号伝送路から隔離されている。
【００３３】
インチップヒートシンク１１２は通常、ダイ１１４を含む金属層によって形成される。そのため、インチップヒートシンク１１２は、アルミニウム、銅、タングステン、チタン、タンタルまたは他の好適な金属もしくは同様の熱伝導材料から製造されてもよい。インチップヒートシンク１１２を含む金属層は、誘電体層によってダイ１１４内で分離される。
【００３４】
図２に示す例では、ＩＣ回路１３０、１３２を横方向に分離し熱的に隔離するために、１つのインチップヒートシンク１１２が用いられる。しかしながら、１つ以上の熱い回路１３０をより冷たい回路１３２から分離するために、複数のインチップヒートシンク１１２を１つのダイ本体１２４内で用いてもよい。これとは逆に、１つ以上のより冷たい回路１３２を１つ以上のより熱い回路１３０から分離するために、複数のインチップヒートシンク１１２を１つのダイ本体１２４内で用いてもよい。
【００３５】
図３は、インチップヒートシンク１１２の一部を示す、図２に示される切断線３−３に沿ったＩＣダイ１１４の部分模式断面図である。インチップヒートシンク１１２は図３では、ヒートシンク１１２の端がダイ１１４の外面１３６、１３８で露出した状態で、ダイ１２４の上面１３６と下面１３８との間に延在すると示される。
【００３６】
インチップヒートシンク１１２は通常、ダイ本体１２４内に熱伝導壁を形成する積層された配線３０４を結合するビア３０２からなる。一番上のビア３０２は、配線３０４を、ダイ１１４の上面１３６で露出した導体パッド（図示せず）に結合してもよい。同様に、一番下のビア３０２は、配線３０４を、ダイ１１４の下面１３８で露出した導体パッド（図示せず）に結合してもよい。インチップヒートシンク１１２を構成するビア３０２および配線３０４は、ダイ本体１２４内の誘電体層によって分離された金属層から製造されて、インチップヒートシンク１１２がダイ本体１２４を含む誘電材料に対して熱伝導性を有するようにする。
【００３７】
図３に示す例では、インチップヒートシンク１１２（すなわち、配線３０４またはビア３０２）は、第１の回路１３０も含む少なくとも１つの金属層を含む。インチップヒートシンク１１２は、双方向の伝熱経路を設けるようにダイ本体１２４の外面１３６、１３８間に延在すると示されているが、ヒートシンク１１２は代替的に、第１の回路１３０と共有する金属層およびダイ１１４の外面１３６、１３８のうちの１つのみから延在して、一方向の伝熱経路を設けてもよい（すなわち、表面１３６、１３８のうちの１つのみまで）。
【００３８】
動作中、第１の回路１３０が発生するかなりの量の熱は、インチップヒートシンク１１２を通ってダイ１１４の外面１３６、１３８のうちの１つまたは両方まで優先的に伝達されるので、第２の回路１３２に到達するのを効果的に防止される。そのため、インチップヒートシンク１１２は、ＩＣ回路１３０、１３２の両方をより良好に熱的に制御することができ、その結果、過熱することなくまたは性能を落とすことなく、ダイ１１４内でより多くの高性能の回路を用いることが可能になる。
【００３９】
インチップヒートシンク１１２は１つのダイ１１４の性能を効果的に改善するため、インチップヒートシンク１１２の利点は、本明細書で説明するチップパッケージ１１０のように、さらにパッケージングすることすらしなくても、１つのダイ１１４内で実現可能である。しかしながら、インチップヒートシンク１１２は、積層ダイを有するチップパッケージ１１０で特に有用である。
【００４０】
インチップヒートシンク１１２の平面図は図３では４つの直線の（たとえば、線形の）辺を有する矩形のように見えるが、インチップヒートシンク１１２は、他の多角形状、不規則な形状または他の所望の形状を含む他の構成を有してもよい。さらに、矩形または他の平面形状の「辺」を含むインチップヒートシンク１１２の部分は、非線形構成を有してもよい。
【００４１】
図４は、ダミーアイランド４０４に隣接して配設されたインチップヒートシンク１１２の一部を示す、ＩＣダイ４００の他の部分模式断面図である。ＩＣダイ４００は、ダミーアイランド４０４が追加されていることを除いて、上述のＩＣダイ１１４と基本的に同一に構成されてもよく、チップパッケージ１１０のＩＣダイ１１４、１１６のどちらかまたは両方の代わりに用いられてもよい。
【００４２】
ダミーアイランド４０４は、回路１３０、１３２の回路構成に結合されず、層間で良好な平面度および良好な許容誤差制御を得るために必要な金属のバランスをもたらすために、ダイ本体１２４内に分布される。従来のＩＣダイでは、ダミーアイランドは相互接続されない。ここで、ダイ本体１２４内の垂直方向伝熱を改善するために、ダミーアイランド４０４は１つ以上のビア４０２によって接続される。ビア４０２は、熱い第１の回路１３０からダイ１１４の外面１３６、１３８のうちの少なくとも１つに向かって熱を伝達するために用いられる、高伝熱率を有する熱経路を設ける。ビア４０２によって相互接続されるダミーアイランド４０４は、図４ではインチップヒートシンク１１２のより熱い回路側に示されているが、ビア４０２によって相互接続されるダミーアイランド４０４は、インチップヒートシンク１１２のより冷たい回路の側に、代替的にまたは追加して設けられてもよい。
【００４３】
ビア４０２によって相互接続されるダミーアイランド４０４のヒートシンク特性は、（破線で示す）ブリッジ４１０によって、ダミーアイランド４０４のうちの１つまたは複数をインチップヒートシンク１１２に結合することによって、増大され得る。この構成では、ダミーアイランド４０４によってヒートシンクされた熱は、第１の回路１３０からインチップヒートシンク１１２に効果的に伝達され、熱は、ダイ１１４の外面１３６、１３８に効果的に伝達される。有益なことに、ダミーアイランド４０４はまた、ダイ本体１２４の誘電材料を通って発生することがあるものよりも早く、回路１３０からインチップヒートシンク１１２に熱を横方向に伝達することによって、熱の除去を大幅に改善する。
【００４４】
または、ダミーアイランド４０４はビア４０２によって相互接続されなくてもよく、ダミーアイランド４０４のうちの１つ以上がインチップヒートシンク１１２に直接接触されてもよい。
【００４５】
図５は、電子デバイス１００の集積チップパッケージ１１０内に積層されたＩＣダイ１１４、１１６に配設されたインチップヒートシンク１１２間のはんだ接続１４０を示す、図１の電子デバイス１００の部分模式断面図である。図５に示すように、ダイ本体１２４に形成されたインチップヒートシンク１１２は、ダイ１１４の外面１３６、１３８で露出した導体パッド５０２および導体パッド５０４において終端する。同様に、ダイ本体１２６に形成されたインチップヒートシンク１１２は、ダイ１１６の外面１４６、１６０で露出した導体パッド５１２および導体パッド５１４において終端する。ダイ１１４、１１６は、導体パッド５０４を導体パッド５１２と揃える方向に積層される。ＩＣダイ１１４、１１６に配設されたインチップヒートシンク１１２は必ずしも、相互接続回路構成の適切な経由でパッド５０４、５１２と垂直に揃わない。別の言い方をすると、ＩＣダイ１１４、１１６に配設されたインチップヒートシンク１１２は、依然としてはんだ接続１４０を通って熱的に接続されダイ１１４、１１６内の相互接続を経由する一方で、横方向にずれていてもよい。
【００４６】
導体パッド５０４、５１２は、はんだ接続１４０を用いて電気的かつ機械的に結合される。一例では、はんだ接続１４０ははんだで構成される。はんだ接続１４０によって、導体パッド５０４、５１２間、その結果ＩＣダイ１１４、１１６のインチップヒートシンク１１２間の熱の急速かつ直接的な伝熱が容易になる。そのため、第１の回路１３０が発生する熱を、ダイ１１４内の第２の回路１３２に対して横方向にかなりの量の熱を伝達することなく、ダイ１１４からヒートシンク１１２を経由して隣接する積層されたダイ１１６内まで、優先的に送ることが可能である。
【００４７】
１つ以上のさらに他のダイ１１６がダイ１１６上に積層されている実施形態では、近隣のダイ１１６、１１６を通って、かつ、熱を発生している第１の回路１３０を含むダイ１１４から離れるように熱が容易に伝達されるように、はんだ接続１４０が隣接するダイ１１６、１１６の各々の間で用いられてもよい。
【００４８】
上述のように、インチップヒートシンク１１２を含む１つのダイ１１４を有することによって、さらに他の熱移動技術が用いられない場合でも、１つのダイ１１４内の温度制御という重要な利点がもたらされる。しかしながら、積層されたダイ１１４、１１６を有するパッケージ１１０内の温度制御をさらに改善するために、制限なく上述の１つ以上の他の伝熱エンハンスメントをインチップヒートシンク１１２と共に用いることができる。
【００４９】
１つのそのような温度制御エンハンスメントは、ダイ１１４の下面１３８を経由して外に熱を送ることである。そのような例では、導体パッド５０２は、はんだ接続１４０を介してパッケージ基板１２２に結合されてもよい。パッケージ基板１２２とダイ１１４との間のはんだ接続１４０によって、インチップヒートシンク１１２を通ってダイ１１４から引き出されるヒートシンクに熱質量が与えられる。
【００５０】
パッケージ基板１２２は、ヒートシンクとして機能するのに好適な１つ以上の金属層、経路またはパターンを含み得る。そのような実施形態では、パッケージ基板１２２に対するはんだ接続１４０は、パッケージ基板１２２の導体１４８に結合されたパッドまたは他の熱導体に接触してもよい。導体１４８は、ヒートシンクとして機能するのに十分な質量を有してもよく、または、インチップヒートシンク１１２を通ってパッケージ基板１２２内に熱を送るために用いられてもよい。
【００５１】
他の例では、導体１４８を、パッケージ基板１２２を通ってまたはこれにわたって任意の補強材１０６まで経由させてもよい。補強材１０６は、金属、または熱がダイ本体１２４からインチップヒートシンク１１２を通ってパッケージ基板１２２内に、そして続けて補強材１０６まで伝達されるためのヒートシンクとして機能するのに十分な熱質量を有する他の材料から製造されてもよい。
【００５２】
他の例では、導体１４８を、パッケージ基板１２２を通ってＰＣＢ１０２の下方に配設された任意のヒートシンク１１８まで、または特に相変化材料のヒートパイプ、冷却器もしくはキャニスターなどの他の伝熱デバイスまで経由させてもよい。
【００５３】
他の温度制御エンハンスメントは、ダイ１１４の上面１３６を経由して熱を外に送ることである。そのような例では、導体パッド５０４は、隣接するダイ１１６の導体パッド５１２と接触していてもよく、これによって、熱がダイ１１４からダイ１１６のインチップヒートシンク１１２内に引き込まれる。
【００５４】
他の温度制御エンハンスメントは、ダイ１１６の上面１６０を通ってダイ１１６のインチップヒートシンク１１２から外に熱を経由させることである。そのような例では、ダイ１１６の上面１６０は、ダイ本体１２６から熱を引き出すＴＩＭ１６６と接触していてもよい。さらに、ダイ１１６のインチップヒートシンク１１２は任意に、ダイ１１６からの伝熱効率を改善するために、ＴＩＭ１６６と接触していてもよい。ＴＩＭ１６６は、ヒートシンクとして機能するカバー１０４と接触している。任意に、ダイ１１６のインチップヒートシンク１１２からの、最終的にダイ１１４のインチップヒートシンク１１２および第１の回路１３０からの伝熱効率をさらに増大させるために、外部ヒートシンク１０８、特に相変化材料のヒートパイプ、冷却器またはキャニスターなどの他の伝熱デバイスがカバー１０４上に搭載されてもよい。
【００５５】
図５では示されていないが、ダミーアイランド４０４は、上述の例のうちいずれかと一緒に用いることができる。ダミーアイランド４０４は、ビア４０２によって相互接続されてもよい。ダミーアイランド４０４がビア４０２によって相互接続される代わりにまたはこれに加えて、１つ以上のダミーアイランド４０４がブリッジ４１０によってインチップヒートシンク１１２に相互接続されてもよい。上述の例では、ダミーアイランド４０４の少なくとも一部が、第１の回路１３０としてインチップヒートシンク１１２の同じ側に設けられる。
【００５６】
図６は、上述のＩＣダイ１１４およびインチップヒートシンク１１２などのインチップヒートシンクを有するダイを製造するための方法６００のフロー図である。方法６００は、動作６０２で、ＩＣダイ１１４のダイ本体１２４に第１の回路１３０を形成することによって開始する。第１の回路１３０は、半導体製造技術を用いた金属層および導電層の蒸着およびパターニングを順番に行うことによって形成可能である。第１の回路１３０は、プロセッサまたは他の同様の回路構成として構成されてもよい。
【００５７】
動作６０４において、第２の回路１３２がＩＣダイ１１４のダイ本体１２４に形成される。第１の回路１３０は動作中、第２の回路１３２よりも多くの量の熱を発生可能である。たとえば、第２の回路１３２は、動作中に第１の回路１３０に対してより少ない電力を有するメモリまたは他の回路として構成されてもよい。第２の回路１３２は、半導体製造技術を用いた、金属層および導電層の蒸着およびパターニングを順番に行うことによって形成される。
【００５８】
動作６０６において、インチップヒートシンク１１２が、第１の回路１３０と第２の回路１３２との間のＩＣダイ１１４のダイ本体１２４に形成される。インチップヒートシンク１１２は、上面および下面１３６、１３８の間に形成される。インチップヒートシンク１１２は、ビア３０２を用いて、ダイ本体１２４の金属層で形成された配線３０４を接続することによって形成される。配線３０４およびビア３０２は、ダイ本体１２４内に積層されて、回路１３０、１３２間に導電壁を形成する。インチップヒートシンク１１２は、ＩＣ回路１３０、１３２のうちの１つ、たとえばより熱い第１の回路１３０に外接するパターンで形成されてもよい。導電線３０４およびビア３０２は、従来のメタライゼーション技術または他の好適な技術を用いて形成されてもよい。導電線３０４およびビア３０２は、インチップヒートシンク１１２の端がダイ本体１２４の外面１３６、１３８で露出するように積層されてもよい。
【００５９】
図７は、相互接続されたインチップヒートシンクを有する、積層されたダイを有する集積チップパッケージを製造するための方法７００のフロー図である。方法７００は、動作７０２で、インチップヒートシンク１１２を有するＩＣダイ１１４上にＩＣダイ１１６を搭載することによって開始する。ＩＣダイ１１６は、複数のはんだ接続１４０を用いてＩＣダイ１１４上に搭載されてもよい。上述のように、インチップヒートシンク１１２は、ＩＣダイ１１４のダイ本体１２４の上面１３６と下面１３８との間に延在する。
【００６０】
一例では、ＩＣダイ１１６がＩＣダイ１１４上に搭載されると、ＩＣ１１４のインチップヒートシンク１１２は、１つ以上のはんだ接続１４０を介してＩＣ１１６のインチップヒートシンク１１２に接続される。このように、ＩＣ１１４から上面１３６を通って、ダイ本体１２４内に配設された近隣の第１の回路１３０が発生する熱の悪影響をうける可能性があるＩＣ１１４内に設けられた第２の回路１３２から離れるように、熱が効果的に伝達される。
【００６１】
動作７０４において、積層されたダイ１１４、１１６は、パッケージ基板１２２に搭載される。ＩＣダイ１１４の下面１３８は、複数のはんだ接続１４０を用いてパッケージ基板１２２上に搭載されてもよい。
【００６２】
一例では、ＩＣダイ１１４のインチップヒートシンク１１２は、１つ以上のはんだ接続１４０を通ってパッケージ基板１２２内または上に配設された導体１４８に結合される。はんだ接続１４０は、パッケージ基板１２２の導体１４８をＩＣダイ１１４のインチップヒートシンク１１２に結合して、ダイ本体１２４の下面１３８を通って外にパッケージ基板１２２内へ第１の回路１３０が発生する熱のための効率的な伝熱経路を設ける。
【００６３】
動作７０６において、補強材１０６、カバー１０４および外部ヒートシンク１０８のうちの１つ以上を、その上にダイ１１４、１１６が積層されたパッケージ基板１２２に結合して、チップパッケージ１１０を形成可能である。カバー１０４を用いる場合、カバー１０４とＩＣダイ１１６の上面１６０との間にＴＩＭ１６６が設けられる。
【００６４】
動作７０８において、チップパッケージ１１０がＰＣＢ１０２上に搭載される。一例では、チップパッケージ１１０は、１つ以上のはんだ接続１４０を通ってＰＣＢ１０２内または上に配設された導体１５４に結合される。はんだ接続１４０は、ＰＣＢ１０２の導体１５４をパッケージ基板１２２の導体１４８に、そしてＩＣダイ１１４のインチップヒートシンク１１２に結合する。このように、第１の回路１３０が発生する熱のための効率的な伝熱経路が、ダイ本体１２４の下面１３８を通って形成されて、パッケージ基板１２２を通ってＰＣＢ１０２の導体１５４に入る。
【００６５】
動作７１０において、任意のヒートシンク１１８をＰＣＢ１０２の下面１５６上に搭載可能である。ヒートシンク１１８は、ＰＣＢ１０２の導体１５４によってＩＣダイ１１４のインチップヒートシンク１１２に、上述の伝熱経路を介して結合される。有利なことに、ヒートシンク１１８はそのため、第１の回路１３０が発生する熱のためのヒートシンクを設ける。
【００６６】
このように、高熱を発生している集積回路を同じダイ内に配設された他の集積回路から分離して、近隣のＩＣデバイスを熱的に汚染することがあるダイ内の横方向の伝熱の量を実質的に減少させるインチップヒートシンクについて説明した。インチップヒートシンクは、高熱を発生している集積回路から効果的に熱を引き出して、過度に熱くなるまたはダイの他の回路を熱的に汚染することがある高電力デバイスを効果的に利用可能にする。したがって、インチップヒートシンクは、従来のパッケージと比較して、性能を改善し、設計の選択肢を広げることができる。さらに、インチップヒートシンクはダイからの伝熱を増大させて、高価な冷却策に頼ることなく低い動作温度で良好なダイの性能を可能にする。
【００６７】
一例では、集積回路ダイを提供する。そのような集積回路ダイは、上面および下面を有するダイ本体を備え、下面は、ダイ本体内の回路構成と電気接続を確立するための複数の接着パッドを有し、さらに、ダイ本体内に配設され、複数の接着パッドのうちの少なくとも１つに電気的に結合され、かつ、第１の温度で動作するように構成された第１の回路と、ダイ本体内に配置され、複数の接着パッドのうちの少なくとも１つに電気的に結合され、かつ、第１の温度より低い第２の温度で動作するように構成された第２の回路と、リング形状および上面と下面との間に延在する方向を有し、かつ、第１の回路を第２の回路から分離するインチップヒートシンクとを備える。
【００６８】
そのようなある集積回路ダイでは、インチップヒートシンクは、ダイ本体の金属層に形成されたビアおよび配線を含む。
【００６９】
そのようなある集積回路ダイでは、インチップヒートシンクは、第１の回路にも設けられた少なくとも１つの金属層を含む。
【００７０】
そのようなある集積回路ダイでは、インチップヒートシンクは、第１の回路に外接する。
【００７１】
そのようなある集積回路ダイでは、第１の回路に結合された相互接続回路構成は、インチップヒートシンクを通過する。
【００７２】
そのようなある集積回路ダイはさらに、第１の回路に近接してダイ本体に配設され、かつ、インチップヒートシンクによって第２の回路から分離された第１のダミー金属アイランドと、第２のダミー金属アイランドと、第１のダミー金属アイランドを第２のダミー金属アイランドに接続するビアとを備えてもよい。
【００７３】
そのようなある集積回路ダイでは、第１のダミー金属アイランドは、インチップヒートシンクと直接接触している。
【００７４】
そのようなある集積回路ダイでは、ダイ本体の上面はさらに、複数の金属充填凹部を含む。
【００７５】
そのようなある集積回路ダイでは、複数の金属充填凹部のうちの少なくとも１つは、インチップヒートシンクの上方にある、またはこれと直接接触している。
【００７６】
そのようなある集積回路ダイでは、複数の導体パッドのうちの少なくとも１つは、インチップヒートシンクと直接接触している。
【００７７】
他の例では、集積回路チップパッケージを提供し得る。そのような集積回路チップパッケージは、上面側および底面側を有するパッケージ基板と、第１のはんだ接続によってパッケージ基板の上面側に結合された第１の集積回路（ＩＣ）ダイとを備えてもよく、第１のＩＣダイは、上面および下面を有するダイ本体を含み、下面は、ダイ本体内の回路構成と電気接続を確立するための複数の接着パッドを有し、さらに、ダイ本体に配設され、複数の接着パッドのうちの少なくとも１つに電気的に結合され、かつ、第１の温度で動作するように構成された第１の回路と、ダイ本体に配設され、複数の接着パッドのうちの少なくとも１つに電気的に結合され、かつ、第１の温度より低い第２の温度で動作するように構成された第２の回路と、リング形状および上面と下面との間に延在する方向を有し、第１の回路を第２の回路から分離するインチップヒートシンクとを備えてもよい。
【００７８】
そのようなある集積回路チップパッケージはさらに、パッケージ基板の底面側に結合され、パッケージ基板を通って形成されたビアによって伝導的に結合され、かつ、第１のはんだ接続のうちの一部を通ってインチップヒートシンクと接触するヒートシンクを備えてもよい。
【００７９】
そのようなある集積回路チップパッケージはさらに、第２のはんだ接続によって第１のＩＣに結合され、かつ、第２のはんだ接続のうちの一部によって第１のＩＣに結合されたインチップヒートシンクを有する第２のＩＣダイを備えてもよい。
【００８０】
そのようなある集積回路チップパッケージでは、第２のＩＣダイのインチップヒートシンクは、第２のＩＣダイの上面まで延在する。
【００８１】
そのようなある集積回路チップパッケージでは、第２のＩＣダイのインチップヒートシンクは電気的に浮動している。
【００８２】
そのようなある集積回路チップパッケージはさらに、第２のＩＣダイの上面にわたって搭載されたカバーと、第２のダイの上面およびカバーにおいてインチップヒートシンクを終端させる導体パッドと接触して配設された熱界面材料と、カバー上に配設されたヒートシンクとを備えてもよい。
【００８３】
さらに他の例では、集積回路チップパッケージを提供し得る。そのようなある集積回路チップパッケージは、上面側および底面側を有するパッケージ基板と、第１のインチップヒートシンクを有する第１の集積回路ダイと、パッケージ基板の上面側に配設され、かつ、１つ以上のはんだ接続を介して第１のインチップヒートシンクに結合された第２のインチップヒートシンクを有する第２の集積回路ダイとを備えてもよい。
【００８４】
そのようなある集積回路チップパッケージでは、第２の集積回路ダイはさらに、第２の集積回路ダイに配設され、かつ、第１の温度で動作するように構成された第１の回路と、第２の集積回路ダイに配設され、第２のインチップヒートシンクによって第１の回路から分離され、かつ、第１の温度より低い第２の温度で動作するように構成された第２の回路とを含む。
【００８５】
そのようなある集積回路チップパッケージでは、第１のインチップヒートシンクは電気的に浮動しており、第２のＩＣダイの上面を通って外側に高電導性の伝熱経路の一部を画成する。
【００８６】
いくつかのそのような集積回チップパッケージでは、第２のインチップヒートシンクは、はんだ接続によって、第２のＩＣダイの下面を通って外側に高電導性の伝熱経路を形成するパッケージ基板に結合される。
【００８７】
上記は本実現例の例に向けられているが、基本的な範囲から逸脱することがなければ、本開示の他の例およびさらに他の例が考案されてもよく、その範囲は、以下の請求の範囲によって決定される。
【図１】
2021530103.tif 000003
【図２】
2021530103.tif 000004
【図３】
2021530103.tif 000005
【図４】
2021530103.tif 000006
【図５】
2021530103.tif 000007
【図６】
2021530103.tif 000008
【図７】
2021530103.tif 000009
【国際調査報告】
2021530103.tif 000010
2021530103.tif 000011