(57)【要約】半導体デバイスパッケージは、その少なくとも１つの端部上に配置された発熱領域を含む第１半導体デバイスを含む。第２半導体デバイスは第１半導体デバイスに取り付けられる。発熱領域の少なくとも一部分は第２半導体デバイスの少なくとも１つの対応する端部を越えて横方向に延長する。断熱材は第２半導体デバイスの端部を少なくとも部分的に被覆する。半導体デバイスパッケージを形成する方法は第２半導体デバイスを第１半導体デバイスに取り付けることを含む。第１半導体デバイスは発熱領域をその端部に含む。発熱領域の少なくとも一部分は第２半導体デバイスの端部を越えて横方向に延長する。第２半導体デバイスの端部は断熱材を用いて少なくとも部分的に被覆される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
その端部上に配置された発熱領域を含む第１半導体デバイスと、
前記第１半導体デバイスに取り付けられた第２半導体デバイスであって、前記発熱領域の少なくとも一部分は前記第２半導体デバイスの端部を越えて横方向に延長する、第２半導体デバイスと、
前記第２半導体デバイスの前記端部を少なくとも部分的に被覆する断熱材と
を含む半導体デバイスパッケージ。
【請求項２】
前記断熱材の熱伝導率は０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以下である、請求項１に記載の半導体デバイスパッケージ。
【請求項３】
前記断熱材は断熱ポリマーを含む、請求項１または請求項２に記載の半導体デバイスパッケージ。
【請求項４】
前記断熱材は非伝導性フィラー材を含む断熱ポリマーを含む、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の半導体デバイスパッケージ。
【請求項５】
前記第１半導体デバイスが取り付けられた側部と反対側の側部上において前記第２半導体デバイスに取り付けられた追加的半導体デバイスをさらに含み、前記断熱材は前記追加的半導体デバイスの端部を少なくとも部分的に被覆する、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の半導体デバイスパッケージ。
【請求項６】
前記第２半導体デバイスが取り付けられた側部と反対側の側部上において前記追加的半導体デバイスに取り付けられた他の追加的半導体デバイスをさらに含み、前記断熱材は前記他の追加的半導体デバイスの端部を少なくとも部分的に被覆する、請求項５に記載の半導体デバイスパッケージ。
【請求項７】
前記第１半導体デバイスならびに前記第２半導体デバイスおよび前記断熱材を少なくとも部分的に被覆する伝熱性オーバーモールドをさらに含む、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の半導体デバイスパッケージ。
【請求項８】
前記伝熱性オーバーモールドの熱伝導率は３．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である、請求項７に記載の半導体デバイスパッケージ。
【請求項９】
前記断熱材の肉厚は０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲である、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の半導体デバイスパッケージ。
【請求項１０】
前記断熱材の前記肉厚は０．３ｍｍである、請求項９に記載の半導体デバイスパッケージ。
【請求項１１】
前記断熱材の高さは０．０５ｍｍ以上である、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の半導体デバイスパッケージ。
【請求項１２】
前記断熱材の高さは８０μｍである、請求項１１に記載の半導体デバイスパッケージ。
【請求項１３】
前記第１半導体デバイスの前記端部上に配置された前記発熱領域は複数の端部上における発熱領域を含む、請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の半導体デバイスパッケージ。
【請求項１４】
前記第１半導体デバイスは論理半導体デバイスを含み、前記発熱領域は論理ポーチを含む、請求項１〜請求項１３のいずれか１項に記載の半導体デバイスパッケージ。
【請求項１５】
前記第２半導体デバイスはメモリ半導体デバイスを含む、請求項１に記載の半導体デバイスパッケージ。
【請求項１６】
半導体デバイスパッケージを形成する方法であって、
その端部に発熱領域を含む第１半導体デバイスに第２半導体デバイスを取り付けることであって、前記発熱領域の少なくとも一部分が前記第２半導体デバイスの端部を越えて横方向に延長することと、
前記第２半導体デバイスの前記端部を、断熱材を用いて少なくとも部分的に被覆することと
を含む、方法。
【請求項１７】
０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を含む物質を前記断熱材として提供することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１半導体デバイスが取り付けられた側部と反対側の前記第２半導体デバイスの側部上において前記第２半導体デバイスに追加的半導体デバイスを取り付けることをさらに含み、前記追加的半導体デバイスの端部は、前記第２半導体デバイスの前記端部に対して整列し、それぞれの追加的半導体デバイスの前記整列した端部を、前記断熱材を用いて少なくとも部分的に被覆する、請求項１６または請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２半導体デバイスの前記端部を少なくとも部分的に被覆すること、および、それぞれの追加的半導体デバイスの前記整列した端部を少なくとも部分的に被覆することは、前記第２半導体デバイスの前記端部およびそれぞれの追加的半導体デバイスの前記整列した端部を併行して被覆することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１半導体デバイスならびに前記第２半導体デバイスおよび前記断熱材を、伝熱性オーバーモールドを用いて少なくとも部分的に被覆することをさらに含む、請求項１６〜請求項１９のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｐａｃｋａｇｅｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ  Ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  Ｍａｋｉｎｇ  ａｎｄ  Ｕｓｉｎｇ  Ｓｕｃｈ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｐａｃｋａｇｅｓ」を発明の名称とする２０１２年７月１２日に出願された米国特許出願整理番号第１３／５４７，２９６号の出願日の利益を主張する。
【０００２】
本開示は、全般的には、半導体デバイスパッケージおよび半導体デバイスパッケージの作製ならびに使用の方法に関する。さらに詳細には、開示される実施形態は断熱材の選択的配置を通して熱管理を提供する半導体デバイスパッケージに関する。
【背景技術】
【０００３】
使用時において、いくつかの半導体デバイスは大量の熱を発生する。熱管理技法が、係る半導体デバイスおよび、係る半導体デバイス付近に存在する他の構成要素から熱を取り除くために、使用される。例えばＹｏｏらに付与された２００８年３月６日に公開された米国特許出願公開第２００８／００５４４３３号では、半導体チップ間における熱の伝達を防ぐために半導体チップ間に挿入される熱伝達阻止スペーサが開示されている。２００７年１２月１８日にＢａｒｔｌｅｙらに発行された米国特許第７，３０９，９１１号では、複数のメモリデバイスを冷却するために複数のプラッタのスタックに結合されたヒートシンクが開示されている。米国特許第６，９１７，１００号では回路チップの複数のスタックが開示され、ここでは回路チップが、同時にはアクティブ状態とならない異なるグループにグループ化され、同一グループに属する回路チップは隣接するスタックにおける異なる層に配列される。２００４年６月８日にＦａｒｒａｒらに発行された米国特許第６，７４７，３４７号では、封入されたチップスタックを冷却するために加圧された伝熱性流体を含む筐体内に気密シールされたチップスタックが開示される。発熱半導体デバイスから熱を取り除くために使用される熱管理技法が不適切である場合、結果的に生成される温度が、係る半導体デバイスの性能を劣化させることもあり、係る半導体デバイスの近位にある他の構成要素の性能を劣化させることもあり、係る半導体デバイスを破損させることもあり、係る半導体デバイスの近位にある他の構成要素を破損させることもあり、係る半導体デバイスの付近にいるユーザを負傷させることすらもあり得る。
【０００４】
図４Ａを参照すると従来の半導体デバイスパッケージ１００の概略図が示され、ここでは半導体デバイスパッケージ１００内における熱の流れが図示される。半導体デバイスパッケージ１００は、例えば高出力サーデス（Ｓｅｒｉａｌｉｚｅｒ−Ｄｅｓｅｒｉａｌｉｚｅｒ）を含む論理ダイなどの高出力密度の領域などの発熱領域１０４を有する少なくとも１つの半導体デバイス１０２を含む。メモリデバイス（例えばＤＲＡＭデバイス）などの追加的半導体デバイス１０６が、発熱領域１０４を有する半導体デバイス１０２上にスタックされる。発熱領域１０４を有する半導体デバイス１０２と、追加的半導体デバイス１０６と、は伝導性要素１０８（例えば伝導性バンプ、ピラー、コラム、スタッドなど）および伝導性バイア１０９（例えば貫通シリコンバイア（ＴＳＶ））により互いに電気的に接続される。伝熱性オーバーモールド１１０が発熱領域１０４を有する半導体デバイス１０２と、追加的なスタックされた半導体デバイス１０６と、を被覆する。使用時、図４Ａの矢印にて図示するように、熱は半導体デバイス１０２の発熱領域１０４から発して、半導体デバイスパッケージ１００から流れ出る。熱が発熱領域１０４から発して半導体デバイスパッケージ１００から流れ出るにつれて、たとえ発熱領域１０４が追加的なスタックされた半導体デバイス１０６から横方向に偏位した位置にあったとしても、係る熱は伝熱性オーバーモールド１１０を伝わって、半導体デバイスパッケージ１００の外部に向かうばかりではなく、追加的なスタックされた半導体デバイス１０６に向かって流れ、係る半導体デバイス１０６も通り抜ける。熱は発熱領域１０４から、伝導性要素１０８および前記絶縁性アンダーフィル材も伝わって流れる。なお係るアンダーフィル材は、それぞれの半導体デバイス１０２および１０６の間にあり、伝導性要素１０８を包囲する。
【０００５】
図４Ｂを参照すると、半導体デバイス１０２の発熱領域１０４の近位における半導体デバイスパッケージ１００の一部分の拡大図が示される。図４Ｂにおける矢印により示されるように半導体デバイス１０４の発熱領域１０４から流れる熱は、１つには追加的半導体デバイス１０６が発熱領域１０４の近位に配置され且つ伝熱性オーバーモールド１１０に接触しているために、追加的な半導体デバイス１０６を伝わって流れ得る。加えて、少なくとも１つには係る伝導性要素１０８および伝導性バイア１０９が発熱領域１０４の近位に配置されているため、および高い電気伝導性を示す、係る伝導性要素１０８および伝導性バイア１０９の物質が一般に高い熱伝導性も示すため、発熱領域１０４から流れる熱は、追加的半導体デバイス１０６と半導体デバイス１０６内の伝導性バイア１０９との間の伝導性要素１０８を伝わっても流れ得る。上述のように、半導体デバイス１０２および半導体デバイス１０６のそれぞれの間のアンダーフィル材も熱を伝導するように作用し得る。したがって発熱領域１０４から発した熱は追加的半導体デバイス１０６に向かって流入する傾向を有し得、熱が半導体デバイスパッケージ１００から流れ出るための抵抗が低い経路は追加的半導体デバイス１０６および伝導性要素１０８を通り得る。または最も抵抗が低い経路が追加的半導体デバイス１０６および伝導性要素１０８を通り得る場合さえもある。熱が追加的な半導体デバイス１０６を伝わって発熱領域１０４から流れるにつれて、追加的半導体デバイス１０６の温度、特に最下方にある半導体デバイス１０６の温度は、追加的半導体デバイス１０６に損傷または破損を生じさせるのに十分なレベルにまで上昇し得る。
【０００６】
本明細書は、何が本発明の実施形態としてみなされるかを特定的に指摘し明確に請求する請求項を用いて結論されるが、開示される実施形態の様々な特徴および利点は、以下に添付する図面と併せて以下の説明を読むことから、より容易に見定められ得るであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】半導体デバイスパッケージの概略図である。
【図２Ａ】他の半導体デバイスパッケージの概略図である。
【図２Ｂ】図２Ａの半導体デバイスパッケージの半導体デバイスに対するシミュレーションによるヒートマップの断面図である。
【図２Ｃ】図２Ａの半導体デバイスパッケージの他の半導体デバイスに対するシミュレーションによるヒートマップの断面図である。
【図３Ａ】図１の半導体デバイスパッケージの概略図である。
【図３Ｂ】図３Ａの半導体デバイスパッケージの半導体デバイスに対するシミュレーションによるヒートマップの断面図である。
【図３Ｃ】図３Ａの半導体デバイスパッケージの他の半導体デバイスに対するシミュレーションによるヒートマップの断面図である。
【図４Ａ】半導体デバイスパッケージ内の熱の流れを図示する従来の半導体デバイスパッケージの概略図である。
【図４Ｂ】図４Ａの半導体デバイスパッケージの一部分の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本開示で提示する図面は、いかなる特定的な半導体デバイスパッケージまたは、その構成要素の実際の表示であることを意図するものでもなく、単に、例示的実施形態を説明するために使用された理想的描写である。したがって図面は縮尺が必ずしも一定であるとは限らない。加えて、図面間で共通の構成要素は、同一または同様の数値的呼称を保持し得る。
【０００９】
開示される実施形態は、全般的には、断熱材の選択的配置を通して熱を管理し得る半導体デバイスパッケージに関する。さらに詳細には、他の半導体デバイスから発した熱に抵抗するために半導体デバイスの端部を少なくとも部分的に被覆する少なくとも１つの断熱材を含み得る半導体デバイスパッケージについて開示する。
【００１０】
所与のパラメータと併せて使用される、本明細書で使用される「約」および「実質的」という用語は、それぞれ、特定的なパラメータに対して参照される指定された値からの、具体的な場合に応じて通常の製造誤差、物質変動、測定器の精度、制御の一貫性、その他内における分散を意味し、含むものである。
【００１１】
図１を参照すると、半導体デバイスパッケージ１０の概略図が示される。半導体デバイスパッケージ１０は第１半導体デバイス１２と、第１半導体デバイス１２に取り付けられた第２半導体デバイス１４と、を含み得る。例えば第２半導体デバイス１４は第１半導体デバイス１２上にスタックされ得、伝導性要素１６（例えば伝導性バンプまたはピラー）により第１半導体デバイス１２に対して構造的に固定され電気的に接続され得る。半導体デバイスパッケージ１０は第２半導体デバイス１４に取り付けられた少なくとも１つの追加的半導体デバイス１８を含み得る。例えば半導体デバイスパッケージ１０は任意個数の追加的半導体デバイス１８Ａ、１８Ｂ、および１８Ｃ、その他を含み得る。これらの追加的半導体デバイス１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、その他は、例えば最下方の追加的半導体デバイス１８Ａが伝導性要素１６により第２半導体デバイス１４に対して構造的に固定され電気的に接続され、中間の追加的半導体デバイス１８Ｂが伝導性要素１６により最下方の追加的半導体デバイス１８Ａに対して構造的に固定され電気的に接続され、最上方の追加的半導体デバイス１８Ｃが伝導性要素１６により中間の追加的半導体デバイス１８Ｂに対して構造的に固定され電気的に接続されるよう、第２半導体デバイス１４上で互いに対して順次スタックされ得る。特定的な非限定的例として、第１半導体デバイス１２は論理半導体デバイス（例えば論理チップなど）および第２半導体デバイス１４を含み得、追加的半導体デバイス１８Ａ、１８Ｂ、および１８Ｃはメモリ半導体デバイス（例えばＤＲＡＭなど）を含み得る。なお半導体デバイスパッケージ１０は、最上方の追加的半導体デバイス１８Ｃの上方に伝熱性オーバーモールドを含むメモリキューブＤＲＡＭ（ＭＣＤＲＡＭ）として構成され得る。
【００１２】
第１半導体デバイス１２、第２半導体デバイス１４、および追加的半導体デバイス１８は、個々の半導体デバイス１２、１４、１８の対向側部間で電気が流れることを可能にする伝導性バイア２０または他の電気接続部を含み得る。伝導性要素１６を構造的に支持すること、半導体デバイス１２、半導体デバイス１４、および半導体デバイス１８を互いに対して固着すること、または、その両方を行い得るアンダーフィル２２は、隣接する半導体デバイス１２、半導体デバイス１４、および半導体デバイス１８間に介在し得る。第１半導体デバイス１２、第２半導体デバイス１４、および追加的半導体デバイス１８は、パッケージ基板３４に対して電気的および構造的に接続され得る。パッケージ基板３４は、第１半導体デバイス１２、第２半導体デバイス１４、および追加的半導体デバイス１８を構造的に支持すること、パッケージ基板３４から、またはパッケージ基板３４が電気的に接続されたより高レベルのパッケージから、第１半導体デバイス１２、第２半導体デバイス１４、および追加的半導体デバイス１８へと、電子信号を伝えること、および第１半導体デバイス１２、第２半導体デバイス１４、および追加的半導体デバイス１８を電力源に電気的に接続すること、を行い得る。
【００１３】
第１半導体デバイス１２は、第１半導体デバイス１２の少なくとも１つの端部２６上に配置された少なくとも１つの発熱領域２４を含み得、発熱領域２４から発した熱は半導体デバイスパッケージ１０内の温度を上昇させ得る。発熱領域２４は例えば、論理回路（例えば高出力サーデスの高速論理回路）の高出力密度領域を含み得、係る高出力密度領域は使用時に大量の熱を発生し得る。第１半導体デバイス１２の端部２６は、第２半導体デバイス１４および追加的半導体デバイス１８の対応する端部２８を越えて横方向に延長し得る。特定的な非限定的例として、第１半導体デバイス１２の端部２６は論理ポーチ（例えば論理シェルフ）を含み得る。いくつかの実施形態では矩形の第１半導体デバイス１２の１つの端部２６は第１半導体デバイス１２の端部２６の近位にある矩形の第２半導体デバイス１４および追加的半導体デバイス１８の端部２８を越えて横方向に延長し得る。他の実施形態では、第１半導体デバイス１２の２つの対向端部が第２半導体デバイス１４および追加的半導体デバイス１８の対応する端部を越えて横方向に延長してもよく、第１半導体デバイス１２の３つの端部（例えば「Ｕ」字形状）が第２半導体デバイス１４および追加的半導体デバイス１８の対応する端部を越えて横方向に延長してもよく、または矩形の第１半導体デバイス１２の４つの端部全部（例えば周縁部）が第２半導体デバイス１４および追加的半導体デバイス１８の対応する周縁部を越えて横方向に延長してもよい。少なくとも実質的に発熱領域２４のエリア全体が、いくつかの実施形態では、第２半導体デバイス１４および追加的半導体デバイス１８の占有面積の外側に配置され得る。例えば横方向偏位（例えば約０．１ｍｍ、約１０μｍ、またはそれよりも短い横方向間隙）が第２半導体デバイス１４および追加的半導体デバイス１８の端部２８と、発熱領域２４と、の間に画成され得る。１つの実施形態では、発熱領域２４の一部分が第２半導体デバイス１４および追加的半導体デバイス１８の占有面積の下方に配置され得る。第２半導体デバイス１４および追加的半導体デバイス１８の端部２８は少なくとも実質的に互いに対して同一平面上にあり（例えば垂直方向に整列、または共平面的）得る。例えば第２半導体デバイス１４および追加的半導体デバイス１８の端部２８の最外部表面間の横方向偏位距離は約０．１ｍｍ、約０．０１ｍｍ、またはそれより小さい値であり得る。いくつかの実施形態では、第２半導体デバイス１４、追加的半導体デバイス１８、またはその両方が発熱領域（図示せず）を含み得、当該発熱領域から発した熱が半導体デバイスパッケージ１０内の温度をさらに上昇させ得る。
【００１４】
断熱材３０が第２半導体デバイス１４の端部２８を少なくとも部分的に被覆し得る。例えば断熱材３０は、第２半導体デバイス１４の端部２８を完全に被覆し得、追加的半導体デバイス１８の一部または全部の端部２８を少なくとも部分的に被覆するよう延長し得る。いくつかの実施形態では、発熱領域２４が第１半導体デバイス１２の２つ以上の端部（例えば対向する端部、３つの端部、または周縁部全体）上に配置される場合、断熱材３０は、第２半導体デバイス１４の、追加的半導体デバイス１８の、またはその両方の、１つの対応する端部、いくつかの対応する端部、または全部の対応する端部を少なくとも部分的に被覆し得る。半導体デバイス１２の上方の断熱材３０の高さＨは約０．０５ｍｍ以上であり得る。例えば断熱材３０の高さＨは約０．０９ｍｍ、約０．１３５ｍｍ、約０．１８ｍｍ以上であり得る。第２半導体デバイス１４および追加的半導体デバイス１８の側部に対して垂直な断熱材３０の肉厚Ｔは、最も厚い部分において、約０．１ｍｍ〜約０．５ｍｍの範囲であり得る。例えば断熱材３０の肉厚Ｔは最も厚い部分において約０．２ｍｍ〜約０．３ｍｍの範囲であり得る。いくつかの実施形態では、断熱材３０の肉厚Ｔは一定でない場合もある。断熱材３０の最も厚い部分は、係る実施形態では、第２半導体デバイス１４および追加的半導体デバイス１８を越えて突出する第１半導体デバイス１２の横方向に延長する端部２６の近位に配置され（例えば端部２６上に配置されるか、または端部２６に固着され）得る。他の実施形態では、断熱材３０の肉厚Ｔは少なくとも実質的に一定であり得る（例えば、選択されたセットまたは標準的なセットの誤差内で周知の製造技法が提供し得る程度に一定であり得る）。
【００１５】
断熱材３０は、第１半導体デバイス１２の発熱領域２４から発した熱が第２半導体デバイス１４および追加的半導体デバイス１８に向かって流れることに抵抗し得る。例えば断熱材３０は望ましくない流路（例えば、第１半導体デバイスの発熱領域２４から第２半導体デバイス１４および追加的半導体デバイス１８へと至る経路）に沿って熱抵抗を増加させ得る。それにより、第２半導体デバイス１４および追加的半導体デバイス１８の作動温度が低下し得る。断熱材３０は、望ましい流路（例えば、発熱領域２４から発して、第２半導体デバイス１４または追加的半導体デバイス１８を通ることなく、半導体デバイスパッケージ１０から出る経路）に沿って熱抵抗を、例えば、比較的低下させ得る。それにより、半導体デバイスパッケージ１０内の温度は、最大推奨作動温度よりも低く、半導体デバイスパッケージ１０の構成要素を破損させるであろう温度よりも低く、または半導体デバイスパッケージ１０の１つまたは複数の構成要素に破局的障害を生じさせるであろう温度よりも低く、保持され得る。例えば断熱材３０は第２半導体デバイス１４および追加的半導体デバイス１８から離れた流路にある他の物質の熱伝導率よりも低い熱伝導率を示し得る。例えば伝熱性オーバーモールド３２が第１半導体デバイス１２、第２半導体デバイス１４、ならびに追加的半導体デバイス１８および断熱材３０を被覆し、伝熱性オーバーモールド３２を伝わって流れる熱が、第２半導体デバイス１４および追加的半導体デバイス１８から離れて、半導体デバイスパッケージ１０から流れ出る方向に誘導され得る。
【００１６】
第２半導体デバイス１４および追加的半導体デバイス１８の温度は、少なくとも１つには第２半導体デバイス１４および追加的半導体デバイス１８へと流れ込む熱に対して断熱材３０が抵抗するために、半導体デバイスパッケージ１０の使用時に第２半導体デバイス１４および追加的半導体デバイス１８が損傷を受けるであろう温度よりも低く保持され得る。例えば第２半導体デバイス１４および追加的半導体デバイス１８の最高温度は約９５℃以下に保持され得る。なおこの温度はメモリ半導体デバイス（例えばＤＲＡＭ）が熱損傷を受けることなく加熱され得る最高作動温度であり得る。特定的な非限定的例として、第２半導体デバイス１４および追加的半導体デバイス１８の最高作動温度は約９４℃、約９３℃、約９２℃以下に保持され得る。第１半導体デバイス１２の温度も第１半導体デバイス１２を損傷し得る温度よりも低く保持され得る。第１半導体デバイス１２が熱損傷を受けることなく加熱され得る最高作動温度は、第２半導体デバイス１４および追加的半導体デバイス１８が熱損傷を受けることなく加熱され得る最高作動温度よりも高い温度であり得る。例えば第１半導体デバイス１２の最高作動温度は約１０５℃以下に保持され得る。なおこの温度は、論理半導体デバイス（例えば論理チップなど）が熱損傷を受けることなく加熱され得る最高作動温度であり得る。特定的な非限定的な例として、第１半導体デバイス１２の最高作動温度は、約１０１℃、約１００℃、約９９℃以下に保持され得る。
【００１７】
断熱材３０の熱伝導率は約０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり得る。例えば断熱材３０の熱伝導率は約０．２Ｗ／ｍ・Ｋであり得る。伝熱性オーバーモールド３２の熱伝導率は約３．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり得る。例えば伝熱性オーバーモールド３２の熱伝導率は約５．０Ｗ／ｍ・Ｋであり得る。伝熱性オーバーモールド３２の熱伝導率は断熱材３０の熱伝導率の約６倍〜約２５倍の範囲であり得る。好適な伝熱性オーバーモールド３２の物質は例えばカリフォルニア州サンタクララのＳｕｍｉｔｏｍｏ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ  Ａｍｅｒｉｃａ社から市販されている。アンダーフィル２２の熱伝導率は約０．５Ｗ／ｍ・Ｋ〜約２．０Ｗ／ｍ・Ｋの範囲であり得る。
【００１８】
いくつかの実施形態では例えば銅ホイルなどの熱スプレッダ（図示せず）がオーバーモールド３２の形成後または形成前に最上方の追加的半導体デバイス１８Ｃ上に配置され得る。いくつかの実施形態ではヒートシンク（図示せず）が、熱スプレッダに対して、オーバーモールド３２の上方表面に対して、または第１半導体デバイス１２、第２半導体デバイス１４、および追加的半導体デバイス１８のうちの１つまたは複数に対して、固定され得る。
【００１９】
断熱材３０はいくつかの実施形態では断熱ポリマーを含み得る。例えば断熱材３０はポリマーアンダーフィル材または非伝導性フィラー材を含むポリマーを含み得る。特定的な非限定的例として、断熱材３０はカリフォルニア州アーヴィンのＨｅｎｋｅｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ有限責任会社により提供される商業的に入手可能なアンダーフィル材であるＨＹＳＯＬ（登録商標）ＦＦ６０００を含み得る。
【００２０】
半導体デバイスパッケージ１０は第２半導体デバイス１４の端部２８を、断熱材３０を用いて少なくとも部分的に被覆することにより形成され得る。断熱材３０が断熱ポリマーアンダーフィル材を含む実施形態では断熱材３０は、市販のアンダーフィル吐出器（例えばカリフォルニア州カールズバッドのＮｏｒｄｓｏｎ  ＡＳＹＭＴＥＫ社から入手可能な吐出器など）を使用して、第２半導体デバイス１４の端部２８の少なくとも一部分の上方に吐出され得る。係るアンダーフィル吐出器の吐出器（例えばノズルまたはニードル）は、液体断熱材３０が吐出器から第２半導体デバイス１４の端部２８上に吐出される間に、第２半導体デバイス１４の端部２８の少なくとも一部分の上方で通過され得る。断熱材３０は、第２半導体デバイス１４の物質に対して、および追加的半導体デバイス１８の物質に対して、湿潤性を有し得る。そのため断熱材３０は、断熱材３０が第２半導体デバイス１４の端部２８上に吐出された後に生じるあらゆるプロセスの前、係るプロセスの間、または、係るプロセスの後、第２半導体デバイス１４との接触状態を、および所望により追加的半導体デバイス１８との接触状態を、保持することが可能となる。加えて、断熱材３０の位置を固定し得る断熱材３０の硬化の前または、係る硬化の間に断熱材３０が第２半導体デバイス１４との接触状態を保持することが可能となるよう、断熱材３０は十分に高い粘性を有し得る。断熱材３０は、断熱材３０の十分な肉厚Ｔおよび高さＨがそのパスの間に達成される限り、単一パスで吐出され得る。さもなければ、断熱材３０は複数のパスで吐出され得る。それにより断熱材３０の後続部分が徐々に構築され、最終的に、事前選択された肉厚Ｔおよび高さＨが到達され得る。前述のように断熱材３０は、第２半導体デバイス１４の端部２８を完全に被覆すること、および第２半導体デバイス１４の上方にスタックされた追加的半導体デバイス１８の端部２８を部分的にまたは完全に被覆すること、を行うために、吐出され得る。
【００２１】
いくつかの実施形態では、断熱材３０が吐出される間、半導体デバイスパッケージ１０は水平方向に（すなわち第１半導体デバイス１２の主要表面３６（例えば活性表面）が地表から径方向に鉛直に延長する線に対して垂直に配向された状態で）配向され得る。他の実施形態では、断熱材３０が吐出される間、半導体デバイスパッケージ１０は鉛直方向に（すなわち第１半導体デバイス１２の主要表面３６が地表の接線に水平に延長する線に対して垂直に配向された状態で）配向され得る。さらに他の実施形態では、半導体デバイスパッケージ１０は、断熱材３０が吐出される間、例えば、第１半導体デバイス１２の端部２６と第２半導体デバイス１４および追加的半導体デバイス１８の端部２８とを用いて凹みが形成されるよう、任意の角度で配向され得る。吐出器は、断熱材３０が吐出される間、任意の角度を指して（例えば鉛直方向下方に、水平に、または、水平と鉛直との間の角度で）第２半導体デバイス１４および追加的半導体デバイス１８の端部２８に接近し得る。
【００２２】
断熱材３０の吐出後、断熱材３０は断熱材３０が定位置で固定されるよう硬化され得る。断熱材３０の吐出中または吐出後、特に吐出後、いくつかの実施形態では、伝熱性オーバーモールド３２は、第１半導体デバイス１２、第２半導体デバイス１４、および追加的半導体デバイス１８を被覆するために形成され得る。
【００２３】
他の実施形態では、断熱材３０は、所望の形状に成形され、硬化された後、少なくとも部分的に第１半導体デバイス１４の端部２８と、所望により追加的半導体デバイス１８の端部２８と、を被覆するために取り付けられ得る。例えば断熱材３０は、第１半導体デバイス１４および追加的半導体デバイス１８の端部２８に固着され得る。
【実施例】
【００２４】
図２Ａを参照すると、他の半導体デバイスパッケージ１０’の概略図が示される。半導体デバイスパッケージ１０’の構成要素および構成は、図２Ａの半導体デバイスパッケージ１０’が断熱材３０を有さない点を除き（図１参照）、図１の半導体デバイスパッケージ１０の構成要素および構成と同様である。半導体デバイスパッケージ１０’の使用中における熱の分布が、ＡＮＳＹＳ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌを使用して数学的にシミュレーションされ、ヒートマップとして表示された。なおＡＮＳＹＳ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌは、ペンシルバニア州カノンズバーグのＡＮＳＹＳ社から市販される熱分析を実施するためのコンピュータ支援エンジニアリング（ＣＡＥ）ソフトウェアである。シミュレーションにおいて使用されたパラメータの具体例として、第１半導体デバイス１２の横方向幅Ｗ１は１２ｍｍとして、第２半導体デバイス１４および追加的半導体デバイス１８の横方向幅Ｗ２は１１ｍｍとして、シミュレーションされた。第１半導体デバイス１２、第２半導体デバイス１４、および追加的半導体デバイス１８はそれぞれが０．０５ｍｍの肉厚を有し、それぞれの間のアンダーフィル２２が０．０３ｍｍであるとしてシミュレーションされた。第１半導体デバイス１２、第２半導体デバイス１４、および追加的半導体デバイス１８は２０℃において１４８Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率、１００℃において１０５Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有するものとして、シミュレーションされた。ポリマーアンダーフィル２２は０．４Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有するものとしてシミュレーションされ、半導体ダイ１２、１４、および１８上のパッシベーション材（図示せず）は０．２Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有するものとしてシミュレーションされた。伝熱性オーバーモールド３２は３．０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有するものとしてシミュレーションされた。最上方の追加的半導体デバイス１８Ｃの上方表面と伝熱性オーバーモールド３２の上方表面との間の距離Ｄは０．２ｍｍとしてシミュレーションされた。伝導性要素１６（図１参照）は、５０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有するはんだチップと組み合わされた３９８Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する銅としてシミュレーションされ、伝導性バイア２０（図１参照）は３９８Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する銅としてシミュレーションされた。
【００２５】
図２Ｂを参照すると、切断点線２Ｂ−２Ｂに沿った図２Ａの半導体デバイスパッケージ１０の第２半導体デバイス１４に対する数学的にシミュレーションされたヒートマップの断面図が示される。異なる平均温度の領域が対応する英文字名称Ａ〜Ｊを有する境界線により指定され、凡例は所与の領域Ａ〜Ｊに対する平均温度（摂氏）を示す。シミュレーションによれば、領域Ａ〜Ｊにおける平均作動温度は９２．７℃〜９７．３７７℃の範囲で変動した。ここでは、第１半導体デバイス１２の発熱領域２４の近位にある領域Ｇ〜Ｊにおける温度がより高い状態であった。第２半導体デバイス１４のシミュレーションによる最高温度は９７．６℃であった。したがってシミュレーションによる最高作動温度は、第２半導体デバイス１４が熱損傷を経験することなく加熱され得る最高作動温度を越えた（例えば約９５℃より高い）。
【００２６】
図２Ｃを参照すると、切断点線２Ｃ−２Ｃに沿った図２Ａの半導体デバイスパッケージ１０の第１半導体デバイス１２に対する数学的にシミュレーションされたヒートマップの断面図が示される。シミュレーションによれば、領域Ａ〜Ｊにおける平均温度は８９．７７６℃〜９９．２℃の範囲で変動した。ここでは、第１半導体デバイス１２の発熱領域２４の近位にある領域Ｇ〜Ｊにおける温度がより高い状態であった。第１半導体デバイス１２に対するシミュレーションによる最高温度は９９．７℃であった。シミュレーションによる最高作動温度は、第１半導体デバイス１２が熱損傷を経験することなく加熱され得る最高作動温度より低く保持された（例えば約１０５℃より低い）。しかしこの温度は、１つには、損傷を与える温度が第２半導体デバイス１４に伝達されることにより、達成されたものである。
【００２７】
図３Ａを参照すると、図１の半導体デバイスパッケージ１０の概略図が示される。シミュレーションに対する構成およびパラメータは、半導体デバイスパッケージ１０が第２半導体デバイス１４および追加的半導体デバイス１８の端部２８を被覆する断熱材３０を含むという点を除き、図２Ａのシミュレーションによる半導体デバイスパッケージ１０’に対して使用された構成およびパラメータと同様である。断熱材３０の肉厚Ｔは一定値０．３ｍｍであるとしてシミュレーションされ、断熱材の熱伝導率は０．２Ｗ／ｍ・Ｋであるとしてシミュレーションされた。
【００２８】
図３Ｂを参照すると、切断点線３Ｂ−３Ｂに沿った図３Ａの半導体デバイスパッケージの半導体デバイスに対するシミュレーションによるヒートマップの断面図が示される。シミュレーションによれば、領域Ａ〜Ｊにおける平均温度は９１．３２４℃〜９４．２０７℃の範囲で変動した。ここでは、第１半導体デバイス１２の発熱領域２４の近位にある領域Ｈ〜Ｊにおける温度がより高い状態であった。第２半導体デバイス１４のシミュレーションによる最高作動温度は９４．１℃であった。この温度は、第２半導体デバイス１４が熱損傷を経験することなく加熱され得る最高作動温度より低い値であった（例えば約９５℃より低い）。
【００２９】
図３Ｃを参照すると、切断点線３Ｃ−３Ｃに沿った図３Ａの半導体デバイスパッケージの他の半導体デバイスに対するシミュレーションによるヒートマップの断面図が示される。シミュレーションによれば、領域Ａ〜Ｊにおける平均温度は９３．１７３℃〜１００．３４２℃の範囲で変動した。ここでは、第１半導体デバイス１２の発熱領域２４の近位にある領域Ｆ〜Ｊにおける温度がより高い状態であった。第１半導体デバイス１２のシミュレーションによる最高作動温度は１００．５℃であった。最高作動温度が図２Ｃの第１半導体デバイス１２の最高作動温度に対して上昇したが、シミュレーションによる最高作動温度は依然として、第１半導体デバイス１２が熱損傷を経験することなく加熱され得る最高作動温度よりも低く保持された（例えば約１０５℃より低い）。
【００３０】
シミュレーションの結果を比較すると、第２半導体デバイス１４の最高作動温度は、第２半導体デバイス１４および追加的半導体デバイス１８の端部２８を被覆することにより、３．７％だけ低下した。対照的に、第１半導体デバイス１２の最高作動温度は０．８％だけ増加した。したがって断熱材３０は、第２半導体デバイス１４（および追加的半導体デバイス１８）が第１半導体デバイス１２により加熱される最高作動温度を顕著に低下させることにより、第１半導体デバイス１２の発熱領域２４から発する熱の流れによる過熱に起因する損傷から第２半導体デバイス１４および追加的半導体デバイス１８を保護し得る。係る保護を提供する間、断熱材３０は、第１半導体デバイス１２が加熱される最高作動温度をマージナルにのみ上昇させ得る。
【００３１】
本開示の範囲に含まれる追加的な、非限定的実施形態を以下に挙げる。
【００３２】
実施形態１：その端部に配置された発熱領域を含む第１半導体デバイスと、第１半導体デバイスに取り付けられた第２半導体デバイスであって、発熱領域の少なくとも一部分が第２半導体デバイスの端部を越えて横方向に延長する第２半導体デバイスと、第２半導体デバイスの端部を少なくとも部分的に被覆する断熱材と、を含む半導体デバイスパッケージ。
【００３３】
実施形態２：断熱材の熱伝導率は０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以下である、実施形態１に記載の半導体デバイスパッケージ。
【００３４】
実施形態３：断熱材は断熱ポリマーを含む、実施形態１または実施形態２に記載の半導体デバイスパッケージ。
【００３５】
実施形態４：断熱材は非伝導性フィラー材を含む断熱ポリマーを含む、実施形態１〜実施形態４のうちのいずれか１つに記載の半導体デバイスパッケージ。
【００３６】
実施形態５：第１半導体デバイスが取り付けられた側部と反対側の側部上において第２半導体デバイスに取り付けられた追加的半導体デバイスをさらに含み、断熱材は追加的半導体デバイスの端部を少なくとも部分的に被覆する、実施形態１〜実施形態４のうちのいずれか１つに記載の半導体デバイスパッケージ。
【００３７】
実施形態６：第２半導体デバイスが取り付けられた側部と反対側の側部上において追加的半導体デバイスに取り付けられた他の追加的半導体デバイスをさらに含み、断熱材は他の追加的半導体デバイスの端部を少なくとも部分的に被覆する、実施形態５に記載の半導体デバイスパッケージ。
【００３８】
実施形態７：第１半導体デバイスならびに第２半導体デバイスおよび断熱材を少なくとも部分的に被覆する伝熱性オーバーモールドをさらに含む、実施形態１〜実施形態６のうちのいずれか１つに記載の半導体デバイスパッケージ。
【００３９】
実施形態８：伝熱性オーバーモールドの熱伝導率は３．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である、実施形態７に記載の半導体デバイスパッケージ。
【００４０】
実施形態９：断熱材の肉厚は０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲である、実施形態１〜実施形態８のうちのいずれか１つに記載の半導体デバイスパッケージ。
【００４１】
実施形態１０：断熱材の肉厚は０．３ｍｍである、実施形態９に記載の半導体デバイスパッケージ。
【００４２】
実施形態１１：断熱材の高さは０．０５ｍｍ以上である、実施形態１〜実施形態１０のうちのいずれか１つに記載の半導体デバイスパッケージ。
【００４３】
実施形態１２：断熱材の高さは８０μｍ以下である、実施形態１１に記載の半導体デバイスパッケージ。
【００４４】
実施形態１３：第１半導体デバイスの端部上に配置された発熱領域は複数の端部上における発熱領域を含む、実施形態１〜実施形態１２のうちのいずれか１つに記載の半導体デバイスパッケージ。
【００４５】
実施形態１４：その端部において発熱論理ポーチを含む論理半導体デバイスと、論理半導体デバイスに取り付けられたメモリ半導体デバイスであって、発熱論理ポーチの少なくとも一部分はメモリ半導体デバイスの端部を越えて横方向に延長するメモリ半導体デバイスと、メモリ半導体デバイスの端部を少なくとも部分的に被覆する断熱材と、を含む半導体デバイスパッケージ。
【００４６】
実施形態１５：断熱材の熱伝導率は０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以下である、実施形態１４に記載の半導体デバイスパッケージ。
【００４７】
実施形態１６：論理半導体デバイスが取り付けられた側部と反対側の側部上においてメモリ半導体デバイスに取り付けられた追加的メモリ半導体デバイスをさらに含み、断熱材は追加的メモリ半導体デバイスの端部を少なくとも部分的に被覆する、実施形態１４または実施形態１５に記載の半導体デバイスパッケージ。
【００４８】
実施形態１７：論理半導体デバイスならびにメモリ半導体デバイスおよび断熱材を少なくとも部分的に被覆する伝熱性オーバーモールドをさらに含む、実施形態１４〜実施形態１６のうちのいずれか１つに記載の半導体デバイスパッケージ。
【００４９】
実施形態１８：断熱材の肉厚は０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲である、実施形態１４〜実施形態１７のうちのいずれか１つに記載の半導体デバイスパッケージ。
【００５０】
実施形態１９：断熱材の高さは０．０５ｍｍ以上である、実施形態１４〜実施形態１８のうちのいずれか１つに記載の半導体デバイスパッケージ。
【００５１】
実施形態２０：その端部に発熱領域を含む第１半導体デバイスに第２半導体デバイスを取り付けることであって、発熱領域の少なくとも一部分が第２半導体デバイスの端部を越えて横方向に延長することと、第２半導体デバイスの端部を断熱材で少なくとも部分的に被覆することと、を含む半導体デバイスパッケージを形成する方法。
【００５２】
実施形態２１：０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を含む物質を断熱材として提供することをさらに含む、実施形態２０に記載の方法。
【００５３】
実施形態２２：第１半導体デバイスが取り付けられた側部と反対側の第２半導体デバイスの側部上において第２半導体デバイスに追加的半導体デバイスを取り付けることをさらに含み、追加的半導体デバイスの端部は、第２半導体デバイスの端部に整列し、それぞれの追加的半導体デバイスの整列した端部を、断熱材を用いて少なくとも部分的に被覆する、実施形態２０または実施形態２１に記載の方法。
【００５４】
実施形態２３：第２半導体デバイスの端部を少なくとも部分的に被覆すること、および、それぞれの追加的半導体デバイスの整列した端部を少なくとも部分的に被覆することは、第２半導体デバイスの端部およびそれぞれの追加的半導体デバイスの整列した端部を併行して被覆することを含む、実施形態２２に記載の方法。
【００５５】
実施形態２４：第１半導体デバイスならびに第２半導体デバイスおよび断熱材を、伝熱性オーバーモールドを用いて少なくとも部分的に被覆することをさらに含む、実施形態２０〜実施形態２３のうちのいずれか１つに記載の方法。
【００５６】
実施形態２５：半導体デバイスパッケージにおいて熱を管理する方法であって、第１半導体デバイスの端部にある発熱領域において熱を発生させることと、第２半導体デバイスの端部を少なくとも部分的に被覆する断熱材を利用して、第１半導体デバイスに取り付けられた第２半導体デバイスに向かう熱の流れに抵抗することであって、第１半導体デバイスの端部は第２半導体デバイスの端部を越えて延長することと、を含む方法。
【００５７】
実施形態２６：断熱材を利用して熱の流れに抵抗することは０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を含む断熱材を利用して熱の流れに抵抗することを含む、実施形態２５に記載の方法。
【００５８】
実施形態２７：断熱材を利用して熱の流れに抵抗することは、第２半導体デバイスが熱損傷を受けるであろう作動温度よりも低く、第２半導体デバイスの最高作動温度を保持することを含む、実施形態２５または実施形態２６に記載の方法。
【００５９】
実施形態２８：第２半導体デバイスの最高作動温度を第２半導体デバイスが熱損傷を受けるであろう作動温度より低く保持することは、第２半導体デバイスの最高作動温度を９５℃以下に保持することを含む、実施形態２７に記載の方法。
【００６０】
実施形態２９：第１半導体デバイスが取り付けられた側部と反対側の第２半導体デバイスの側部上において第２半導体デバイスに取り付けられた追加的半導体デバイスであって、追加的半導体デバイスの端部が第２半導体デバイスの端部に対して少なくとも実質的に共平面的である追加的半導体デバイスに向かう熱の流れに抵抗することをさらに含み、断熱材は少なくとも１つの追加的半導体デバイスの端部を少なくとも部分的に被覆する、実施形態２５〜実施形態２８のうちのいずれか１つに記載の方法。
【００６１】
実施形態３０：第２半導体デバイスに向かう熱の流れに抵抗することは第１半導体デバイスならび第２半導体デバイスおよび断熱材を少なくとも部分的に被覆する伝熱性オーバーモールドを通して熱を伝導することをさらに含む、実施形態２５〜実施形態２９のうちのいずれか１つに記載の方法。
【００６２】
図面と併せて特定の実施形態について説明してきたが、当業者は、本開示の実施形態が本開示で明示的に図示および説明したこれらの実施形態に限定されないことを認識および理解するであろう。むしろ多数の追加、削除、および改変が、以下に記載する請求項の法的な均等物を含む本開示の範囲から逸脱することなく、本開示で説明した実施形態に加えられ得る。加えて、１つの開示される実施形態に記載される特徴は、発明者により考えられる本開示の実施形態の範囲に依然として含まれつつ、他の開示される実施形態の特徴と組み合わせられ得る。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【国際調査報告】
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