(57)【要約】【課題】パッケージにおいてチップからの熱を効率的に除去すること。【解決手段】断熱ベース(14)、熱伝導プレート(12)及び回路内蔵のダイ(15)を有する回路アセンブリ(10)が開示される。ダイ(15)は熱伝導プレートと熱的に接触し、熱伝導プレートは断熱ベース(14)に結合されている。断熱ベース(14)は熱伝導プレートと熱的に接触する熱伝導チャネル(18)を含む。ダイ(15)は、その中に集積回路を含み、ダイ(15)と断熱ベースとの間に熱伝導プレートが配置されるように取付けられる。断熱ベース(14)はダイ(15)への電気接続を提供するための信号伝達チャネル(32)を含むことが好ましく、熱伝導プレートはその中にダイ(15)と伝導チャネル(32)とを接続するための開口を有する。アセンブリは、熱伝導ベースプレート(12)と熱的に接触する熱拡散カバー(19)を含んでも良い。【選択図】図２
2004200694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路アセンブリ（１０）であって、
熱伝導ベースプレート（１２）と、
断熱ベース（１４）と、及び
内部に集積回路を有するダイ（１５）とを含み、前記ダイ（１５）が前記熱伝導ベースプレートと熱的に接触しており、前記熱伝導ベースプレート（１２）が前記ダイ（１５）と前記断熱ベース（１４）との間に配置されている、回路アセンブリ（１０）。
【請求項２】
前記断熱ベース（１４）が、複数の熱伝導チャネル（１８）を更に含み、前記熱伝導チャネル（１８）が前記熱伝導プレートと熱的に接触している、請求項１に記載の回路アセンブリ（１０）。
【請求項３】
前記断熱ベース（１４）が、前記ダイ（１５）への電気接続を提供するための信号伝達チャネル（３２）を更に含み、前記熱伝導プレートが、その中に前記ダイ（１５）と前記信号伝達チャネル（３２）との間で前記接続を行うための開口を有する、請求項２に記載の回路アセンブリ（１０）。
【請求項４】
前記熱伝導ベースプレート（１２）と熱的に接触する熱拡散カバー（１９）を更に含み、前記熱拡散カバー（１９）が前記ダイ（１５）の上に横たわっている、請求項１に記載の回路アセンブリ（１０）。
【請求項５】
前記熱伝導チャネル（１８）が、はんだからなる、請求項２に記載の回路アセンブリ（１０）。
【請求項６】
前記熱伝導チャネル（１８）から延びたはんだ突出部（６６）を更に含む、請求項２に記載の回路アセンブリ（１０）。
【請求項７】
前記熱伝導ベースプレート（１２）が銅からなる、請求項１に記載の回路アセンブリ（１０）。
【請求項８】
前記熱伝導ベースプレートが前記断熱ベース（１４）に結合されている、請求項１に記載の回路アセンブリ（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は集積回路等のパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップは、一般にプリント回路基板にはんだ付けされるパッケージ中に封止される。チップ上の電気部品とプリント回路基板上の導体との間の様々な接続は、パッケージを通過し、はんだによりプリント回路基板に接続される導体を介して行われる。パッケージの内部においては、チップは埋込用合成物中に封入されており、これにより湿気と酸素にさらされることによって生じる損傷から保護される。
【０００３】
初期のチップ設計は、比較的遅い速度で動作する比較的少数の能動部品を含んでおり、従って、熱放散は重要な問題ではなかった。しかしながら、チップ速度と部品密度の増大につれて、熱放散は重要な問題になった。半導体パッケージにおける熱放散を増加することに関する従来技術の１つの方法は、熱伝導カバーを用いることである。この設計では、封入されたチップの上にカバーが配置されて、チップからチップ上の空気への熱伝導を改善する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
残念ながら、この手法においては、放熱カバーは、チップからの熱が劣悪な熱伝導体である封入材料を介して伝導することに依存するので、その値は限られている。更に、カバーの表面積は半導体パッケージのサイズに制限され、それ故にカバーにより放散され得る熱の量は制限される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、断熱ベース、熱伝導ベースプレート及び回路内蔵のダイを有する回路アセンブリである。ダイは熱伝導プレートと熱的に接触しており、熱伝導プレートは断熱ベースに結合されている。断熱ベースは熱伝導プレートと熱的に接触する熱伝導チャネルを含む。ダイは、その中に集積回路を含み、ダイと断熱ベースとの間に熱伝導プレートが配置されるように取り付けられる。断熱ベースはダイへの電気接続を提供するための信号伝達チャネルを含むことが好ましく、熱伝導プレートはその中にダイと伝導チャネルとを接続するための開口を有する。また、アセンブリは、熱伝導ベースプレートと熱的に接触する熱拡散カバーを含んでも良く、この熱拡散カバーはダイの上に横たわる。熱伝導チャネルははんだで充填され、プリント回路基板への取り付けを容易にするために熱伝導チャネルから延びるはんだ突出部分を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、熱伝導プレートは、チップから熱を除去する際により効率的であるので、及びこのように除去された熱がより大型の放熱面へと伝えられるので、従来技術のパッケージよりも実質的に大量の熱を放散することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明がその利点を提供する態様は、図１及び図２を参照するとより容易に理解され得る。図１は、上部の熱伝導プレートの一部を切開した状態の半導体パッケージ１０の上面図である。図２はパッケージ１０を線２１−２２に沿って切断した場合の断面図である。半導体パッケージ１０は、熱伝導プレート１２上に実装された半導体チップ１５を含む。プレート１２は銅から構成されることが好ましい。熱伝導プレート１２は接着剤層１３によって基板１４に結合される。基板１４は貫通する多数の穴を有する。これらの穴のうちの幾つかは、パッケージ１０が実装されるべきプリント回路基板の接地部分に接続するために利用される。これらの接続は、パッケージがプリント回路基板上に実装される際に加熱されるはんだボールにより行われる。はんだボールと共にこのタイプの例示的な穴を、符号１８で示した。
【０００８】
チップ１５とプリント回路基板との間の信号接続は、基板１４の上面及び底面にあるパッドを接続する基板１４中の銅めっきされた穴を介して行われる。例示的な信号伝達経路を符号３２で示す。チップ１５上のパッド１７及び基板１４上の対応する信号経路３２は、従来のワイヤボンディング技術により接続される。例示的なワイヤボンドを符号１６で示す。
【０００９】
また、チップ１５により生じる熱を更に放散するために、パッケージに熱伝導上部プレート１９を組み込むこともできる。係るプレートを含む場合、これは、熱伝導プレート１２の周辺部で熱伝導プレート１２に接続されて、チップ１５上に「屋根」を形成することが好ましい。しかしながら、上部プレート１９のない実施形態も有利に利用され得る。上部プレート１９とチップ１５との間の空間１１を、従来の封入合成物で充填して、チップ１５を損傷から保護する。上部プレート１９を省いた場合、この封入層を使用して依然としてチップを保護する。上部プレート１９の周辺部の周りに、追加のモールディング合成物の層を含めることができるが、図面を単純化するためにこのモールディング合成物の追加層は図面から省略されている。
【００１０】
熱伝導プレートは、チップ１５から熱を除去する際により効率的であるので、及びこのように除去された熱がより大型の放熱面へと伝えられるので、本発明は、従来技術のパッケージよりも実質的に大量の熱を放散することができる。熱伝導プレート１２は、チップが従来技術のデバイスに一般に実装される従来のパッケージング材料に比べて高い熱伝導性を有する。更に、熱伝導プレート１２は、符号１８で示される熱伝導プラグを介してプリント回路基板上の接地面に熱的に接続される。これらの熱伝導プラグは、プレート１２を構成する銅を「濡らす」はんだから構成されることが好ましい。従って、熱伝導プレート１２によって集められた熱は、パッケージ１０が実装されるプリント回路基板の接地面に効果的に伝えられる。回路基板の接地面は、チップ１５又は上部１９よりも空気に晒される表面積が大幅に大きいことから、熱はより効果的に接地面上の空気へと伝達され得るるが、これは、熱伝導プラグが接地面への熱の流れを阻止しないことを確実にするのに十分な総断面積を有する場合である。熱伝達領域の最適化において、熱伝導プレートは基板１４よりも若干小さくされる。本発明の好適な実施形態において、熱伝導プレートの寸法は、基板１４よりも０．５ｍｍ小さい。
【００１１】
更に、熱伝導プレートからの熱は、チップ１５よりも実質的に大きい表面積を同様に有する上部プレート１９に直接的に伝達される。留意すべきは、本発明は、従来技術の方式とは異なり、チップからの熱がチップ上の封入合成物を通過することに依存せず、それ故に従来技術の設計を阻害する熱的「障害」が、本発明において大幅に低減されていることである。本発明の好適な実施形態において、熱伝導チャネルがチップからプリント回路基板の接地面までの熱の流れを制限しないことを保証するために、これらのチャネルは０．５ｍｍ〜０．６５ｍｍである。しかしながら、熱伝導チャネルの寸法及び数量は、チップの熱発生量に適合するように調節され得る。
【００１２】
本発明を用いて半導体チップをパッケージングする態様は、パッケージング工程の様々な段階におけるパッケージングされたチップの断面図である図３〜図５を参照することにより、より容易に理解され得る。図３を参照すると、本発明の好適な実施形態において、パッケージング工程は、熱拡散プレート５１が接着層５２により基板５４に既に取り付けられている部品から開始する。バイア５７が基板を貫いて熱拡散面へとドリル開けされていると想定されている。
【００１３】
次に、チップ６０が熱拡散器（熱拡散プレート）５１に取り付けられ、従来のワイヤボンディングシステムを用いてチップ６０と基板の信号ピン５３との間にワイヤボンド６１が形成される。任意の上部熱放散プレート６２が使用されるべきである場合、これは熱拡散プレート５１に取り付けられ、図４に示されたようなパッケージの状態になる。
【００１４】
その後、従来のモールディング工程を用いて、全ての部品が封入層６５内に封入される。次に、従来の滴下工程を用いてバイア５７を小さなはんだボールで充填し、その後、基板を加熱してはんだボールを溶融し、ドリル開けされた穴をはんだで充填した状態にする。最後に、はんだボール６６が個々のバイア及び銅のパッドに取り付けられ、図５に示されるようなパッケージの状態になる。上述した処理は一連のパッケージ群に実施されるものと想定されており、図面に示された１つのみに実施するものではない。最終段階においては、従来の単一化処理を用いて個々のパッケージに分割される。
【００１５】
上述した本発明の実施形態において、チップからの熱は、任意の熱拡散プレート及び下にあるプリント回路基板の接地面への伝導経路の両方を利用することによりチップから伝導除去される。基板を通り抜けて接地面へと至る経路は、上部熱拡散（上部熱放散又は上部熱伝導）プレート６２よりも実質的に大きい熱伝導容量を提供することができるが、チップ下の熱伝導プレートと上部熱拡散プレートとの組み合わせは、従来技術の方法よりも実質的に良好な熱伝導性を依然として提供する。従って、上部熱伝導プレートを用いる場合、チップにより生じる熱がさほど大きくないのであれば、熱伝導バイアを省略してもよい。
【００１６】
本発明に対する様々な修正は、上述の説明及び添付図面から当業者には明らかになるであろう。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲によってのみ制限されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態による半導体パッケージの上面図である。
【図２】線２１−２２に沿って切断した場合のパッケージ１０の断面図である。
【図３】パッケージング工程の様々な段階におけるパッケージングされるチップの断面図である。
【図４】パッケージング工程の様々な段階におけるパッケージングされるチップの断面図である。
【図５】パッケージング工程の様々な段階におけるパッケージングされるチップの断面図である。
【符号の説明】
【００１８】
10  半導体パッケージ
12  熱伝導ベースプレート
14  断熱ベース
15  ダイ
18  熱伝導プラグ、又は熱伝導チャネル
19  熱拡散カバー
32  信号伝達経路、又は信号伝達チャネル
66  はんだボール
【図１】
2004200694.tif 000003
【図２】
2004200694.tif 000004
【図３】
2004200694.tif 000005
【図４】
2004200694.tif 000006
【図５】
2004200694.tif 000007