(57)【要約】パッケージ半導体のヒートシンク（２）上にモールド・ロック（２８、３０）のシステムを形成し、剥離を防止／緩和する。モールド・ロック（４，１２）は、パッケージ半導体ダイの保護カバーを形成するプラスチック成形材（３４）に固定する。モールド・ロック（４，１２）を微細化して、ヒートシンク（２）のフラグ部およびリード・フレーム（２４）内にこれらの配置を可能にし、ヒートシンク／リード・フレーム（２，２４）のフラグ部内に形成されたモールド・ロック（４，１２）の上に、半導体ダイを固定できるようにする。前記モールド・ロック（４，１２）の大きさを小さくすることは、ダイ接着はんだ（３６）の目的から逸脱するものではない。
2006510221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
剥離を防止するためのマイクロチップ構造であって、
モールド・ロックと、該モールド・ロックは、
主チャネルと、
前記主チャネルの上に形成されている副チャネルと、
前記主チャネルの壁から前記主チャネル内に突出するあり継ぎ形状と、
から成ることと、
前記マイクロチップ構造のヒートシンクの外側縁に沿って形成された前記モールド・ロックの列と、
前記ヒートシンクのフラグ区域内に形成された前記モールド・ロックのパターンとを備えている、マイクロチップ構造。
【請求項２】
請求項１記載の剥離を防止するためのマイクロチップ構造において、前記パターンは列である、マイクロチップ構造。
【請求項３】
請求項１記載のマイクロチップ構造において、前記主チャネルは、０．０１２インチ未満の深さを有する、マイクロチップ構造。
【請求項４】
請求項１記載のマイクロチップ構造において、前記副チャネルは、０．００８インチ未満の深さを有する、マイクロチップ構造。
【請求項５】
請求項１記載の剥離を防止するためのマイクロチップ構造において、前記ヒートシンクのフラグ区域内に形成された前記モールド・ロックは、プラスチック成形材に連結されている、マイクロチップ構造。
【請求項６】
請求項１記載の剥離を防止するためのマイクロチップ構造において、前記ヒートシンクのフラグ区域内に形成された前記モールド・ロックは、はんだ配合材に連結されている、マイクロチップ構造。
【請求項７】
パッケージ半導体において、
主チャネルと、該主チャネルの壁から当該主チャネルの内部に突出したあり継ぎ形状とを有するモールド・ロックと、
ヒートシンクであって、該ヒートシンクの外側縁に沿って形成された前記モールド・ロックの列と、前記ヒートシンクの内部に形成された前記モールド・ロックのパターンとを有する、ヒートシンクと、
前記ヒートシンクの外側縁に沿って形成された前記モールド・ロックに連結されているプラスチック成形材と、
を備えている、パッケージ半導体。
【請求項８】
請求項７記載のパッケージ半導体において、更に、前記主チャネルの上に形成されている副チャネルを備えている、パッケージ半導体。
【請求項９】
請求項８記載のパッケージ半導体において、前記主チャネルの深さは、０．０１２インチ未満である、パッケージ半導体。
【請求項１０】
請求項９記載のパッケージ半導体において、前記副チャネルの幅は、０．００８インチ未満である、パッケージ半導体。
【請求項１１】
請求項７記載のパッケージ半導体において、はんだ配合材が前記モールド・ロックのパ
ターンに連結されている、パッケージ半導体。
【請求項１２】
請求項７記載のパッケージ半導体において、前記プラスチック成形材が前記モールド・ロックのパターンに連結されている、パッケージ半導体。
【請求項１３】
剥離を防止するためのマイクロチップ構造において、
ヒートシンク内に形成され、合成材を前記ヒートシンクに固定するモールド・ロック手段であって、
前記合成材を受容する主チャネル手段と、
前記合成材を前記モールド・ロック手段に固定するあり継ぎ断面形状手段とから成る、モールド・ロック手段と、
前記ヒートシンクの外側縁に沿って形成された前記モールド・ロック手段の列と、
前記ヒートシンクのフラグ区域内に形成された前記ホールド・ロック手段のパターンとを備えている、マイクロチップ構造。
【請求項１４】
請求項１３記載の剥離を防止するためのマイクロチップ構造において、前記パターンは列である、マイクロチップ構造。
【請求項１５】
請求項１３記載の剥離を防止するためのマイクロチップ構造において、前記主チャネル手段は、０．０１２インチ未満の深さを有する、マイクロチップ構造。
【請求項１６】
請求項１３記載の剥離を防止するためのマイクロチップ構造において、前記合成材はプラスチックである、マイクロチップ構造。
【請求項１７】
請求項１３記載の剥離を防止するためのマイクロチップ構造において、前記合成材ははんだである、マイクロチップ構造。
【請求項１８】
請求項１３記載の剥離を防止するためのマイクロチップ構造において、前記モールド・ロック手段は、更に、前記主チャネル手段上に形成され、前記あり継ぎ断面構造手段を形成する副チャネル手段を備えている、マイクロチップ構造。
【請求項１９】
請求項１８記載の剥離を防止するためのマイクロチップ構造において、前記補助チャネル手段は、０．００８インチ未満の深さを有する、マイクロチップ構造。
【請求項２０】
プラスチック成形材をヒートシンクに固定するプロセスであって、
前記ヒートシンクの外側縁に沿って、主チャネルの列を型打するステップと、
前記ヒートシンクのフラグ部内に、主チャネルのパターンを型打するステップと、
前記主チャネルの列および前記主チャネルのパターン内に達するあり継ぎ断面形状を形成するステップと、
前記プラスチック成形材を前記ヒートシンク上に堆積するステップと、
前記プラスチック成形材の一部を前記列の前記主チャネル内に流入させるステップと、
前記プラスチック成形材を固化させることによって、前記あり継ぎ断面形状によって前記プラスチック成形材を前記列の前記主チャネル内に固定するステップと、
から成るプロセス。
【請求項２１】
請求項２０記載のプロセスであって、更に、
前記プラスチック成形材の一部を前記パターンの前記主チャネル内に流入させるステップと、
前記プラスチック成形材を固化させることによって、前記あり継ぎ断面形状によって、前記プラスチック成形材を前記パターンの前記主チャネル内に固定するステップとを含む
、プロセス。
【請求項２２】
請求項２１記載のプロセスであって、更に、
前記ヒートシンクのフラグ部上に、はんだ配合材を堆積するステップと、
前記はんだ配合材を前記パターンの前記主チャネル内に流入させるステップと、
前記はんだ配合材を固化させることによって、前記あり継ぎ断面形状によって前記はんだ配合材を前記列の前記主チャネル内に固定するステップと、
を含む、プロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体のパッケージングの分野に関し、更に特定すれば、半導体パッケージ成形材をヒートシンクに固定するヒートシンク内に形成されるモールド・ロック（ｍｏｌｄ  ｌｏｃｋ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロチップは、種々の異なる材料で形成される。半導体ダイは、シリコン、ガリウム砒素、ゲルマニウム、またはその他の何らかの半導体材料で形成され、ヒートシンクのフラグ部に取り付けることができる。通例、ヒートシンクは銅で形成されている。半導体ダイを銅に接合するには、典型的なダイ接合はんだ配合材を用いる。ヒートシンクは、金属で作られたリード・フレームに取り付けられる。リード・フレームは、マイクロチップの出力電気接点として機能する一連のリード・コンタクトを含む。半導体ダイをリード・フレームに電気的に接続するには、半導体ダイとリード・コンタクトとの間に金属ワイヤを敷設する。半導体ダイ、ワイヤ、およびリード・コンタクトを保護するために、プラスチック成形材が半導体パッケージを封止する。
【０００３】
通常の動作中、マイクロチップは加熱および冷却のサイクルを受ける。これらの加熱および冷却サイクルによって、マイクロチップは膨張および収縮する。マイクロチップは異なる材料で形成されているので、膨張率および収縮率は、マイクロチップ内で均一ではない。マイクロチップを形成する材料が異なれば、異なる率で膨張および収縮する。これらマイクロチップ内における膨張率および収縮率が異なるために、高い内部応力の発生に至る可能性があり、この内部応力がデバイスの破損を招く虞れがある。第一に、プラスチック成形材は十分に異なる率で膨張するために、金属ヒート・シンクおよび金属リード・フレームから分離する可能性がある。この分離を剥離と呼ぶ。プラスチックの成形材がヒートシンクおよびリード・フレームから剥離すると、リード・コンタクトを半導体ダイに連結する金属ワイヤに大きな応力が加えられる。これらの応力は、リード・コンタクトを半導体ダイに連結するワイヤ間の電気的接触を破壊するのに十分な程に高くなる可能性がある。また、剥離によって、水分および酸化によるマイクロチップの故障を招く虞れもある。プラスチックの成形材が剥離して、外界からの経路が半導体ダイおよびワイヤまで形成されるような事態になると、水分がワイヤおよび半導体ダイを攻撃する虞れがある。腐食によって、水分はマイクロチップを破壊する可能性がある。したがって、マイクロチップの保全性を維持し、剥離を防止する方法を開発することが非常に望ましくなってきている。
【０００４】
化学的接合は、プラスチック成形材をヒートシンクに接着する１つの方法である。プラスチック成形材は、エポキシ樹脂で形成されており、エポキシ樹脂の組成は、銅製ヒートシンクの自然酸化物層と化学的に接合する。この化学的接合はプラスチック成形材をヒートシンクには接着するが、連続する加熱および冷却サイクルがこれらの化学的接合を破壊し、プラスチック成形材をヒートシンクから分離させる虞れがある。
【０００５】
プラスチック成形材の化学的組成を変化させて、金属ヒートシンクと同じ熱膨張率をこれに与えることは、剥離の問題に対処する別の方法である。金属マイクロチップ構成要素およびプラスチック成形材の膨張率および収縮率間の差を最小限に抑えれば、剥離の問題は低減する。マイクロチップの金属構成要素およびプラスチック成形材が同じ熱膨張および収縮率をするのであれば、プラスチック成形材と金属ヒートシンクとの間の化学的接合は、熱変動による力学的応力を受けない。この時点では、このような特性を有する信頼性
の高いプラスチック配合材料は、当技術分野では知られていない。
【０００６】
剥離の問題に対処する別の方法は、ヒートシンクおよびプラスチック成形材が機械的に連結（ｉｎｔｅｒｌｏｃｋ）するように、これらを噛み合わせて接合することによる。プラスチック成形材およびヒートシンクを連結する構造は、一般にモールド・ロックと呼ばれている。現在当技術分野において知られているモールド・ロックの設計では、そのサイズおよび構造から、ヒートシンクのダイ取付区域の外側にこれらを配置しなくてはならない。当技術分野において現在知られているモールド・ロックは、大抵の場合、ヒートシンクのフラグ部を包囲する、溝状モート（ｍｏａｔ）構造で形成されている。既知のモート状モールド・ロックを半導体ダイの下に配置すると、モールド・ロックは、半導体ダイをヒートシンクに接合する際に用いたはんだに対して排出路として作用する。その結果、既知のモールド・ロックは、はんだを排出してしまうことによって、半導体ダイとヒートシンクとの間の接合を低下させることになる。加えて半導体ダイのヒートシンクとの界面からはんだを排出することによって、既知のモールド・ロックは、プラスチック成形材およびヒートシンクを半導体ダイの下に配置したときに、これらの間の化学的接合を劣化させる。先に論じたように、プラスチック成形材は、銅製ヒートシンクの酸化物層と化学的接合を形成するような組成を有する。対照的に、プラスチック成形材は、半導体ダイを取り付ける際に用いられるはんだ配合材とは化学的接合を形成しない。既存のモールド・ロックが半導体ダイのヒートシンクとの界面の下ではんだを排出すると、プラスチック成形材のヒートシンクとの界面の面積が減少し、プラスチック成形材のはんだとの界面が増大する。化学的接合ははんだとプラスチック成形材との間には形成されないので、既知のモールド・ロックを半導体ダイの下に形成すると、プラスチック成形材とヒートシンクとの間の接合全体が劣化する。更にまた、既知のモールド・ロックは、接合線の厚さにも悪影響を及ぼす。
【０００７】
半導体ダイのサイズは、ダイを設計する用途によって様々に異なる。現在では、半導体業界が製造するヒートシンクおよびリード・フレームが有するサイズおよび構造は、各個々の半導体ダイのサイズと一致する。半導体ダイの各サイズと一致するようにカスタムのヒートシンクおよびリード・フレームを設計し製造するのは、費用がかかるプロセスである。半導体業界は、マイクロチップを製造するコストを削減する方法を常に求めている。コストを削減する１つの方法は、「１つのサイズで全てに合う」ヒートシンク、および種々の半導体ダイのサイズと適合性のあるリード・フレーム構造を設計することである。この「１つのサイズで全てに合う」ヒートシンクおよびリード・フレーム構造を設計する際、コスト削減および設計時間短縮を図るために、大型および小型の半導体ダイ・サイズ双方と共に用いるときにも、マイクロチップ・パッケージの保全性を維持するモールド・ロック構造を開発することが非常に望ましい。
【０００８】
「１つのサイズで全てに合う」ヒートシンク構造の設計には、モールド・ロックの設計およびマイクロチップの保全性に対して種々の課題がある。これらの設計課題を検討するために、大型の半導体ダイおよび小型の半導体ダイの同一ヒートシンク構造との一体化について調べることにする。大型の半導体ダイをヒートシンクと一体化する場合、プラスチック成形材は、ダイ取付区域の外側のヒートシンクの外縁上に形成されているモールド・ロック、およびフラグ区域内にそれ自体が位置する半導体ダイに面する（ｓｅｅ）。しかしながら、小型の半導体ダイを同じヒートシンク上に配置すると、ダイ取付区域の大きな空区域がプラスチック成形材に晒される。このフラグの大きな区域には、先に論じた当技術分野には公知の困難さのために、プラスチック成形材を固着するためのモールド・ロックがない。その結果、小型の半導体ダイおよび「１つのサイズで全てに合うヒートシンク」を有する半導体パッケージには、剥離の危険性がある。したがって、ヒートシンクのフラグ部に使用可能なモールド・ロック構造を開発し、当技術分野では周知の問題に対処することが非常に望まれている。このように、マイクロチップのパッケージ保全性を維持す
る「１つのサイズで全てに合う」ヒートシンク構造を開発することは可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
参照符号に基づいて図面を参照すると、図１は、本発明の好適な実施形態の上面図を示す。上面内にモールド・ロック４が形成されているヒートシンク２が示されている。モールド・ロック４は、主チャネル６および副チャネル８を含む。主チャネル６および副チャネル８の双方は、従来の金属型打プロセスによって、ヒートシンク２内に形成される。あるいは、エッチング・プロセスでも、チャネル６，８を形成することができる。主チャネル６および副チャネル８は、合わせて、ヒートシンク２の上面上に配置されているプラスチック成形材にヒートシンク２を機械的に固定するように機能する。副チャネル８の作成によって、あり継ぎ（ｄｏｖｅｔａｉｌ）断面形状が形成される。あり継ぎ断面形状１０は、木製家具の製造において用いられる接続部があり継ぎと呼ばれており、これに見た目が似ていることから、その名称がつけられた。図１において、あり継ぎ断面形状１０は、主チャネル６の各側から延びるあり継ぎ断面形状１０があることから、完全なあり継ぎ断面形状である。
【００１０】
図２は、図１の断面２−２に沿った、本発明の好適な実施形態の断面図を示す。主チャネル６が内部に形成されているヒートシンク２が示されている。あり継ぎ断面形状１０は、主チャネル６の各側から延びている。あり継ぎ断面形状１０は、副チャネル８の製作によって形成される。主チャネル６、副チャネル８、およびあり継ぎ断面形状１０全体で、モールド・ロック４を形成する。
【００１１】
図３は、図１の断面３−３に沿った、本発明の好適な実施形態の断面図を示す。主チャネル６の壁から突出したあり継ぎ断面形状１０が示されている。主および副チャネル６，８双方は、従来の金属型打プロセスによって形成され、主チャネル６が最初に型打されるので、副チャネル８を型打ちするときに、あり継ぎ１０が形成される。あり継ぎ断面形状１０は、ヒートシンク２上に保護カバーを形成するプラスチック成形材との機械的固定を形成する構造である。モールド・ロック４は、非常に小さな寸法を有する。一例として、一実施形態では、副チャネル８の深さは０．００３インチ、即ち、０．００００７６２メートルである。主チャネル６の深さの一例は、０．００６インチ、即ち、０．０００１５２４である。副チャネル８および主チャネル６は、その他の深さや断面形状でも、所望の用途に応じて用いられる。
【００１２】
図４は、本発明の代替実施形態の上面図である。半あり継ぎ断面形状のモールド・ロック１２を有するヒートシンク２の上面が示されている。半あり継ぎ断面形状のモールド・ロック１２は、主チャネル６および半あり継ぎ断面形状１４を含む。半あり継ぎ断面形状１４は、陥凹１６の形成によって形成される。図５は、図４の断面５−５に沿った、本発明の代替実施形態の断面図を示す。図６は、図４の断面６−６に沿った本発明の代替実施形態の断面図を示す。図５および図６を参照すると、ヒートシンク２内に主チャネル６が形成されている。半あり継ぎ断面形状１４は主チャネル６内部まで達している。半あり継ぎ断面形状１４は、ヒートシンク２上に保護カバーを形成するプラスチック成形材との機械的固定を形成する構造である。半あり継ぎ断面形状１４は、陥凹１６の形成によって作成する。モールド・ロック１２の寸法は非常に小さく、一例として、主チャネル６の深さが０．００６インチ、即ち、０．０００１５２４メートルである。主チャネル６は、その他の深さでも、用途に応じて用いられる。このようにモールド・ロック１２の幾何学的形状を小さくしたことによって、半導体ダイをヒートシンク２に取り付ける際に伴うあらゆる問題をも回避しつつ、プラスチック成形材およびヒートシンク２間の剥離を低減するという所望の効果を達成する。
【００１３】
図７は、図１の断面３−３に沿った、本発明の好適な実施形態を形成する機械的プロセ
スを示す。図７は、モールド・ロック４を形成する２段階の製造プロセスを示す。図７のステップ１では、従来の型打機内の第１パンチ１８の下にヒートシンク２を配置する。第１パンチ１８をヒートシンク２内に打ち込み、破線で示す主チャネル６を形成する。図７のステップ２では、第１パンチ１８よりも広い第２パンチ２０の下に、ヒートシンク２を配置する。第２パンチは、破線で示す第２チャネルを形成する。図７のステップ２では、主チャネル６を形成する。図７のステップ３では、主チャネル６および副チャネル８双方を形成する。図７のステップ２に示す副チャネル８の製造によって、あり継ぎ断面形状１０を形成する。あり継ぎ断面形状１０は、図７のステップ２において破線で示す、ヒートシンク２の材料の変位によって形成する。第２チャネル８をヒートシンク２内に型打することによって、ヒートシンク２の材料が主チャネル６内に変位し、あり継ぎ断面形状１０が形成される。
【００１４】
図８は、図４の断面６−６に沿った、本発明の代替実施形態を形成する機械的プロセスを示す。図８は、モールド・ロック１２を形成する２段階の製造プロセスを示す。図８のステップ１では、従来の型打機内の第１パンチ１８の下にヒートシンク２を配置する。第１パンチ１８をヒートシンク２内に打ち込み、破線で示す第１チャネル６を形成する。図８のステップ２では、陥凹１６を形成する第２パンチ２２の下にヒートシンク２を配置する。パンチ２２によって陥凹１６を形成すると、ヒートシンク２の材料が主チャネル６内に変位して、図８のステップ３に示すように、半あり継ぎ断面形状１４が形成される。
【００１５】
図９は、ヒートシンク上に形成された複数のモールド・ロックを示し、モールド・ロックは成形材に連結されている。金属で作られたリード・フレーム２４が示されている。リード・フレーム２４は、２つの主要な機能を果たす。リード・フレーム２４は、半導体ダイ２６を外界に電気的に連結する電気接点を含む。加えて、リード・フレーム２４は、ヒートシンク２、リード・フレーム２４、および半導体ダイ２６を含むマイクロチップの製造を容易にする構造を与える。リード・フレーム２４は、金属平板上で行われる一連の漸進金属型打プロセスによって形成される。リード・フレーム２４の中には、十分な厚さで作られ、リード・フレーム２４がヒートシンク２も形成するようにしたものもある。あるいは、薄いリード・フレームでは、銅製ヒートシンク２をリード・フレーム２４に取り付けてもよい。ヒートシンク２は、複数のモールド・ロック４が内部に形成されているものとして示されている。あるいは、半あり継ぎ断面形状のモールド・ロック１２をヒートシンク２内に形成することもできる。モールド・ロック４は、３列２８，３０を形成するように配置されている。列２８は、ヒートシンク２の外側領域上に位置する。列３０は、ヒートシンク２の内側領域内に位置する。このヒートシンク２の内側領域は、一般にフラグと呼ばれている。何故なら、これは、ダイを取り付けることができるヒートシンクの区域であるからである。列３０に隣接して示されているのは、半導体ダイ２６である。ダイ２６は、このサイズのヒートシンク２にとっては小型のダイである。モールド・ロック４の列２８は、ヒートシンク２の外側領域を、ヒートシンク２の上面上に成形されたプラスチック成形材に固定する。列３０は、ヒートシンク２の内側領域においてプラスチック成形材をヒートシンク２に固定する機能を果たす。この図では、半導体ダイ２６はいずれのモールド・ロック４も覆っていない。その結果、全てのモールド・ロック４が、保護パッケージを形成するプラスチック成形材と連結する。
【００１６】
再度図９を参照すると、列２８，３０内の各モールド・ロックは、他のモールド・ロック４からある距離の位置に個別に形成されている。その結果、各モールド・ロック４間にはヒートシンク２の材料領域が位置する。
【００１７】
図１０は、ヒートシンク上に形成された複数のモールド・ロックを示し、モールド・ロックの一部は、半導体ダイをヒートシンクに接合するために用いられるはんだに連結されている。この場合も、ヒートシンク２は、リード・フレーム２４に取り付けられたものと
して示されている。ヒートシンク２は、複数のモールド・ロック４が内部に形成されたものとして示されている。あるいは、半あり継ぎ断面形状のモールド・ロック１２をヒートシンク２内に形成することも可能である。モールド・ロック４は、３列２８，３０を形成するように配置されている。列２８は、ヒートシンク２の外側領域上に位置する。列３０は、ヒートシンク２の内側部部分に位置する。この場合も、ヒートシンク２のこの内側部部分は一般にフラグと呼ばれている。
【００１８】
図１０では、大型の半導体ダイ３２がヒートシンク２に取り付けられている。大型の半導体ダイ３２では、ヒートシンク２のダイ３２によって覆われる面積が多くなる。図１０に示すように、ダイ３２はモールド・ロック４の列３０を覆っている。その結果、列３０内のモールド・ロック４は、プラスチック成形材と連結しない。代わりに、列３０内のモールド・ロック４は、ダイ３２をヒートシンク２に固着するために用いられるはんだ配合材と連結する。図９および図１０双方において、半導体ダイ２６および３２は、はんだ配合材によってヒートシンク２に固着されている。
【００１９】
互いからある距離だけ離れた位置に個別にモールド・ロック４を形成することによって、モールド・ロック４は、ダイ３２の下にチャネルを形成しない。これが形成されると、ダイ３２の下からヒートシンク２の表面上にはんだが排出されてしまう。更に、モールド・ロック４が小型で断面積が小さいために、半導体ダイ３２、ヒートシンク２、およびこれら２つを接続するはんだ間の接合を劣化させることなく、半導体ダイ３２を取り付けることが可能となる。
【００２０】
個別のモールド・ロック４を列状に形成することによって、モールド・ロック４は、プラスチック成形材をヒートシンク２に固定する機能を果たすことができる。これらのサイズが小さいにも拘わらず、モールド・ロック４を多数用いると、プラスチック成形材とヒートシンク２との間に所望の機械的固定を得ることができる。
【００２１】
これら微小モールド・ロック４または１２の使用によって、ダイ３２およびヒートシンク２間の接合に悪影響を及ぼすことなく、モールド・ロック４または１２をヒートシンク２上のいずれの位置にでも配することが可能となる。その結果、パッケージ全体の保全性を維持し、剥離を防止しつつ、小型のダイ２６または大型のダイ３２とでも用いることができる、汎用の「１つのサイズで全てに合う」ヒートシンク２およびリード・フレーム２４を製造することが可能となる。ヒートシンク２の表面上に、複数のモールド・ロック４または１２を形成する。列２８，３０に形成したモールド・ロック４を示したが、この列構成は単なる一例に過ぎない。格子パターンまたはチェッカ・パターンというような、モールド・ロックの他の構成も可能である。
【００２２】
ダイ２６のような小型の半導体ダイを用いる場合、モールド・ロック４の全てではないにしても、その多数が露出され、プラスチック成形材をヒートシンク２に固定する。このように、モールド・ロック４は、剥離を防止するように機能する。３２のような更に大きな半導体ダイを用いた場合、ダイはモールド・ロック４の多くを覆う。しかしながら、モールド・ロック４はかかる小さな幾何学的形状を有し、個別に形成されているという事実により、ダイ３２のヒートシンク２への固定や、プラスチック成形材のヒートシンク２への固定を劣化させることなく、大型のダイ３２をはんだによってモールド・ロック４上に信頼性高く取り付けることが可能とある。その結果、パッケージ全体を剥離問題に晒すことなく、種々のサイズの半導体ダイと共に使用可能な、汎用の「１つのサイズで全てに合う」ヒートシンクおよびリード・フレームを設計し製造することが可能になる。
【００２３】
図１１は、封止された半導体の断面図を示し、モールド・ロックが成形材に連結されている。図１１における断面図は、図９における列２８，３０、ならびに図１０における列
２８に対応する。図１１を再度参照すると、この断面図は、モールド・ロック４が内部に形成されているヒートシンク２を示す。モールド・ロック４は、主チャネル６および副チャネル８を含む。副チャネル８を形成することにより、主チャネル８内に突出したあり継ぎ断面形状１０が形成される。プラスチック成形材３４が、ヒートシンク２の上面上に形成されている。プラスチック成形材３４は、ヒートシンク２の酸化した銅の表面に化学的に接合するような組成を有する熱固化性プラスチックで形成されている。プラスチック成形材２４は、封止された半導体全体に保護カバーを形成する。
【００２４】
また、図１１は、半導体ダイ２６／３２の断面図も示す。ダイ２６／３２は、はんだ３６によってヒートシンク２に固定されている。従来のダイ接着はんだが、一般にはんだ３６に用いられる。ワイヤ３８がダイ２６／３２から延出し、ダイ２６／３２をリード・フレーム２４に電気的に連結し、半導体パッケージ全体を動作可能とする。プラスチック成形材３４は、ワイヤ３８を損傷から保護し、ダイを保護するように機能する。
【００２５】
通常の動作中では、ヒートシンク２、ダイ２６／３２、およびモールド・ロック４を含むマイクロチップは、加熱および冷却のサイクルを受ける。これらの加熱および冷却サイクルによって、マクロチップは膨張および収縮する。対応して、これらの加熱および冷却サイクルによって、プラスチック成形材３４、ヒートシンク２、半導体ダイ２６／３２、リード・フレーム２４、およびはんだ３６も膨張および収縮する。マイクロチップは異なる材料で形成されているので、膨張率および収縮率はマイクロチップ全体にわたって均一ではない。マイクロチップを形成する異なる材料は、異なる率で膨張および収縮する。マイクロチップを形成するプラスチック成形材３４、ヒートシンク２、半導体ダイ２６／３２、リード・フレーム２４、およびはんだ３６の膨張率および収縮率が異なるために、高い内部応力が発生し、デバイスの破損を招く虞れがある。第一に、プラスチック成形材３４は、十分に異なる率で膨張するため、金属ヒートシンク２およびリード・フレーム２４から分離する可能性がある。この分離を剥離と呼ぶ。プラスチック成形材３４がヒートシンク２およびリード・フレーム２４から剥離すると、リード・フレーム２４を半導体ダイ２６／３２に連結する金属ワイヤ３８に大きな応力がかかる。これらの応力は、リード・フレーム２４を半導体ダイ２６／３２に連結するワイヤ３８間の電気的接触を破壊する程に大きくなる可能性がある。剥離の結果、マイクロチップの故障を招く虞れがある。したがって、マイクロチップの保全性を維持し、剥離を防止する方法を開発することが非常に望まれている。
【００２６】
剥離によって引き起こされる別の問題は、ワイヤ３８および半導体ダイ２６／３２が水分に晒されることである。水分は、半導体ダイ２６／３２内に腐食をもたらし、デバイスを故障させる虞れがある。マクロチップの剥離によって、外界から、半導体ダイ２６／３２が位置するマイクロチップの内部までの経路が開通してしまうと、水分が半導体ダイ２６／３２を破損する可能性がある。
【００２７】
モールド・ロック４は、プラスチック成形材３４をヒートシンク２に固定し、剥離を防止／緩和するように機能する。再度図１１を参照すると、プラスチック成形材３４は、最初にヒートシンク２に接触するときには液体状態である。液化したプラスチック成形材３４は、主チャネル６内においてあり継ぎ断面形状１０によって形成される隙間に流入する。プラスチック成形材３４は、固化して固体状態となり、結果的にモールド・ロック４によって適所に固定させられる。図１１に見られるように、プラスチック成形材３４は、機械的に、あり継ぎ断面形状１０によって適所に保持されている。その結果、モールド・ロック４は、プラスチック成形材３４をヒートシンク２に固定する。つまり、モールド・ロック４は、マイクロチップが加熱および冷却の連続サイクルを受ける際に、プラスチック成形材３４がヒートシンク２から剥離するのを防ぐように機能する。剥離を防止することによって、モールド・ロック４は、ワイヤ３８にかかる内部応力のレベルを低下させる。
ワイヤ３８上の応力レベルを低下させることによって、ワイヤ３８がダイ２６／３２またはリード・フレーム２４から離脱する可能性が低下する。したがって、マイクロチップが故障する可能性も低下する。その結果、モールド・ロック４または１２はマイクロチップの信頼性を向上させる。
【００２８】
図１２は、封止した半導体の断面図であり、ここでは、半導体ダイ２６／３２をヒートシンク２に取り付けるはんだ層３６に、モールド・ロック４を連結する。図１２における断面図は、図１０におけるモールド・ロック４の列３０に対応する。半導体ダイ３２は、はんだの層３６によってヒートシンク２に取り付けられている。はんだ３６は、従来のダイ接着はんだで形成されており、溶融状態になると、モールド・ロック４内に流入する。モールド・ロック４の幾何学的形状が非常に小さいので、ヒートシンク２、はんだ３６、およびダイ３２間の接合の完全性に対するその影響は最小限となる。加えて、モールド・ロック４の幾何学的形状が小さいことによって、モールド・ロック４のはんだ３６の接合線厚さに対する影響が最小となることも確実となる。その結果、大きなダイ３２には占有されるが、小さなダイ２６には占有されないヒートシンク２上の区域内にモールド・ロック４を製造することが可能となる。したがって、モールド・ロック４は、異なるサイズのダイ２６／３２と共に用いることができる１つのヒートシンク２およびリード・フレーム２４の構造を製造することを可能にする。
【００２９】
モールド・ロック４および１２の寸法が小さいことから、更に別の利点も得られる。モールド・ロック４の構造を作成すると、材料本体内に型打することにより材料が圧縮される（ｕｐｓｅｔ）。別の言い方をすると、モールド・ロック４を形成する型打プロセスは、単に材料をヒートシンク２の別の部分に変位させるだけである。フライス加工や穿設のような製造プロセスとは異なり、型打プロセスにおいてヒートシンク２から除去される材料はない。モールド・ロック４が大きな幾何学的形状を有する場合、型打プロセスは大量の材料を変位させることになる。したがって、ヒートシンク２上に数個の大きなモールド・ロック構造を作成すると、ヒートシンク２の表面は不規則で非平坦となろう。半導体ダイ２６／３２を不規則で非平坦のヒートシンクに信頼性高く固定することは不可能である。半導体ダイ２６／３２のヒートシンク２への接合を容易にするために、圧印プロセスを実行して、ヒートシンク２を平坦化し、型打プロセスによって生じた不規則性や非平面性を除去する。好ましいモールド・ロック４は、その全体の幅が０．００６インチ、即ち、０．０００１５２４メートルである。この非常に小さい幾何学的形状が意味するのは、非常に小さいヒートシンク２の材料が、型打プロセスにおいて変位するということである。その結果、型打プロセスの後にヒートシンク２を平坦化するには、最小限の圧印プロセスだけで済む。したがって、ヒートシンク２のフラグ区域内のどこにでもモールド・ロックを配置することが可能となる。
【００３０】
以上、特定的な実施形態を参照しながら本発明を示し説明したが、形状や詳細における種々の変更が、本発明の主旨および範囲から逸脱することなく可能であることは、当業者には理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の好適な実施形態の上面図。
【図２】図１の断面２−２に沿った、本発明の好適な実施形態の断面図。
【図３】図１の断面３−３に沿った、本発明の好適な実施形態の断面図。
【図４】本発明の代替実施形態の上面図。
【図５】図４の断面５−５に沿った、本発明の代替実施形態の断面図。
【図６】図４の断面６−６に沿った、本発明の代替実施形態の断面図。
【図７】図１の断面３−３に沿った、本発明の好適な実施形態を形成する機械的プロセスを示す図。
【図８】図４の断面６−６に沿った、本発明の代替実施形態を形成する機械的プロセスを示す図。
【図９】複数のモールド・ロックをヒートシンク上に形成し、モールド・ロックを成形材に連結した様子を示す図。
【図１０】複数のモールド・ロックをヒートシンク上に形成し、一部のモールド・ロックを、半導体ダイをヒートシンクに接合するために用いられるはんだに連結した様子を示す図。
【図１１】モールド・ロックを成形材に連結し、封止した半導体の断面図。
【図１２】半導体ダイをヒートシンクに接合するはんだにモールド・ロックを連結し、封止した半導体の断面図。
【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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