(57)【要約】本発明は、マイクロ電子部品用パッケージの蓋、熱スプレッダ、およびマイクロ電子部品用蓋または熱スプレッダを備える半導体パッケージを含む。本発明の特定の態様では、マイクロ電子部品用蓋は、周囲の４つの辺を画定する周縁が四角形である材料を含む。さらに、この蓋は、周囲の全ての辺よりも少ない数の辺に沿った隆起する周縁レールを有する。例えば、この蓋はその辺のうちの２辺だけに沿った隆起する周縁レールを有することができる。もしくは、そのようなマイクロ電子部品用蓋は、周囲の４つの辺を画定する一般的な四角形を含み、その辺のうちの２つの辺が他の２つの辺よりもより厚いものとすることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ電子部品用蓋であって、
形および前記形を囲繞する周縁を有する蓋材料と、
前記周縁で囲繞された表面と、
前記周縁の一部分だけに沿って延び、かつ前記表面に対して高く隆起したレールとを備えるマイクロ電子部品用蓋。
【請求項２】
前記形が、前記周縁の４つの辺を画定する四角形であり、前記レールが前記辺のうちの２つ辺に沿って延び、一方で、残りの２つの辺の少なくとも大部分が自身に沿って延びるレールを有しない、請求項１に記載のマイクロ電子部品用蓋。
【請求項３】
前記レールがそれに沿って延びているところの、前記辺のうちの前記２辺が、互いに対向する関係にある、請求項２に記載のマイクロ電子部品用蓋。
【請求項４】
前記四角形が正方形である、請求項２に記載のマイクロ電子部品用蓋。
【請求項５】
マイクロ電子部品用パッケージ内に組み込まれた請求項１に記載のマイクロ電子部品用蓋であって、前記パッケージが、
ベースと、
前記ベースによって支持されたチップと、
前記チップを覆う前記マイクロ電子部品用蓋とを備え、それによって、前記チップが前記マイクロ電子部品用蓋と前記ベースとの間に実装される請求項１に記載のマイクロ電子部品用蓋。
【請求項６】
前記マイクロ電子部品用蓋が、少なくとも約１００ワット／メートル・ケルビンの熱伝導率を有し、さらに、前記マイクロ電子部品用蓋と前記チップとの間に熱伝導を可能にする接続手段を備える、請求項５に記載のマイクロ電子部品用パッケージ。
【請求項７】
前記マイクロ電子部品用蓋が、少なくとも約１５０ワット／メートル・ケルビンの熱伝導率を有する、請求項６に記載のマイクロ電子部品用蓋。
【請求項８】
前記マイクロ電子部品用蓋が、少なくとも約２００ワット／メートル・ケルビンの熱伝導率を有する、請求項６に記載のマイクロ電子部品用蓋。
【請求項９】
前記マイクロ電子部品用蓋が銅を含む、請求項６に記載のマイクロ電子部品用蓋。
【請求項１０】
前記マイクロ電子部品用蓋がアルミニウムを含む、請求項６に記載のマイクロ電子部品用蓋。
【請求項１１】
銅を含む、請求項１に記載のマイクロ電子部品用蓋。
【請求項１２】
基本的に銅から成る、請求項１に記載のマイクロ電子部品用蓋。
【請求項１３】
銅から成る、請求項１に記載のマイクロ電子部品用蓋。
【請求項１４】
基本的に金属メッキされた銅から成る、請求項１に記載のマイクロ電子部品用蓋。
【請求項１５】
金属メッキされた銅から成る、請求項１に記載のマイクロ電子部品用蓋。
【請求項１６】
基本的にニッケルメッキされた銅から成る、請求項１に記載のマイクロ電子部品用蓋。
【請求項１７】
ニッケルメッキされた銅から成る、請求項１に記載のマイクロ電子部品用蓋。
【請求項１８】
アルミニウムを含む、請求項１に記載のマイクロ電子部品用蓋。
【請求項１９】
基本的にアルミニウムから成る、請求項１に記載のマイクロ電子部品用蓋。
【請求項２０】
アルミニウムから成る、請求項１に記載のマイクロ電子部品用蓋。
【請求項２１】
基本的に金属メッキされたアルミニウムから成る、請求項１に記載のマイクロ電子部品用蓋。
【請求項２２】
金属メッキされたアルミニウムから成る、請求項１に記載のマイクロ電子部品用蓋。
【請求項２３】
基本的にニッケルメッキされたアルミニウムから成る、請求項１に記載のマイクロ電子部品用蓋。
【請求項２４】
ニッケルメッキされたアルミニウムから成る、請求項１に記載のマイクロ電子部品用蓋。
【請求項２５】
複数のマイクロ電子部品用蓋を形成する方法であって、
蓋用原材料の棒を供給するステップと、
前記棒の側面に沿って溝を形成するステップと、
前記溝を形成した後で、前記棒を複数の個別のマイクロ電子部品用蓋に切断するステップとを含む方法。
【請求項２６】
前記棒がアルミニウムを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記棒が銅を含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記棒が第１の金属材料を含み、さらに、前記個別のマイクロ電子部品用蓋に第２の金属材料を電気メッキすることを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
前記棒がアルミニウムまたは銅を含み、さらに、前記個別のマイクロ電子部品用蓋にニッケルを電気メッキすることを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
少なくとも１つの前記マイクロ電子部品用蓋をマイクロ電子部品用パッケージに組み込むことをさらに含み、前記組み込むことが、
ベースで支持されたチップを供給するステップと、
前記マイクロ電子部品用蓋を、前記チップを覆うようにして前記ベースに付着するステップとを含み、それによって、前記チップを前記マイクロ電子部品用蓋と前記ベースとの間に実装するようにした、請求項２５に記載の方法。
【請求項３１】
複数のマイクロ電子部品用蓋を形成する方法であって、
蓋原材料を、側面と前記側面に沿って延びる溝とを有する棒の形に押し出し成形するステップと、
前記材料を押し出し成形した後で、前記棒を複数の個別のマイクロ電子部品用蓋に切断するステップとを含む方法。
【請求項３２】
前記蓋原材料がアルミニウムを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記蓋原材料が銅を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記蓋原材料が第１の金属材料を含み、さらに、前記個別のマイクロ電子部品用蓋に第２の金属材料を電気メッキすることを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記蓋原材料がアルミニウムまたは銅を含み、さらに、前記個別のマイクロ電子部品用蓋にニッケルを電気メッキすることを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
少なくとも１つの前記マイクロ電子部品用蓋をマイクロ電子部品用パッケージに組み込むことをさらに含み、前記組み込むことが、
ベースで支持されたチップを供給するステップと、
前記マイクロ電子部品用蓋を、前記チップを覆うようにして前記ベースに付着するステップとを含み、それによって、前記チップが前記マイクロ電子部品用蓋と前記ベースとの間に実装されるようにした、請求項３１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明はマイクロ電子部品用蓋の設計、熱スプレッダ（熱放散部材）の設計、および半導体の実装に関する。
【０００２】
（発明の背景）
現在の半導体デバイスの実装は、一般に、輸送中にダイを保護するために半導体ダイ（チップとも呼ばれる）の上にマイクロ電子部品用蓋を設けることを含む。マイクロ電子部品用蓋はダイと熱的に通じているので、ダイで生じた熱は蓋に発散される。したがって、この蓋は、ダイの保護カバーとして機能することに加えて、熱スプレッダとして機能することができる。
【０００３】
従来技術の半導体パッケージを図１〜４に関連して説明する。初めに、図１を参照すると、パッケージはベース１０と蓋３０とを備え、これらは初めに個別の部品として供給される。ベース１０は基板１２を備えることができ、この基板１２は、例えば回路基板のような回路保持構造であることができる。半導体チップ１４が、回路保持構造１２の回路と電気的に接続した状態で提供され、例えば、半田ビードによる電気相互接続（図１では見ることができない）を用いてそのような回路に接続することができる。封止材料１６が、回路保持構造１２の外周に設けられ、この封止部材１６は、例えば、エポキシを含むことができる。図１に示すベース１０の表面は、最終的には、蓋３０で形成されるパッケージ構造の内側表面となる。
【０００４】
蓋３０を参照すると、この蓋は、窪んでいない周囲部分３４で囲まれた窪んだ表面３２を備える。また、蓋３０は、表面３２に対して反対側の関係にある、したがって、図１の図の蓋３０の隠れた下側の面である表面３６を備える。蓋３０の表面３２は、最終的には、蓋３０とベース１０とで形成されるパッケージの蓋の内側表面になり、表面３６はそのようなパッケージの外側表面になる。
【０００５】
図２は、蓋３０およびベース１０を備えるパッケージ４０の上面図を示す。パッケージ４０を形成するプロセスステップは、図１に示す構成から蓋３０をひっくり返し、さらにベース１０の上に蓋を押し付けることである。封止材１６で蓋３０の周囲部分３４をベースに対して封止することによって、蓋３０をベース１０に封止する。
【０００６】
図３は、図２のパッケージ４０の断面図を示し、ベース１０と接合された蓋３０を示す。また、図３には、チップ１４から下方に延びて、基板１２に保持された回路（図示しない）とチップとを電気的に接続する電気相互接続４２を見ることができる。さらに、図３は、チップ１４に形成され蓋３０をチップ１４と熱的に接続して、チップ１４から蓋３０への熱の発散を可能にする、熱伝導を可能にする接続手段すなわち熱伝導性インターフェース材料４４を示す。材料４４が存在しないか、またはこれが非熱伝導性材料に置き換えられると、蓋３０はただ単にマイクロ電子部品用蓋である。しかし、材料４４が熱伝導性材料である場合、蓋３０は熱スプレッダとして機能する。ここで、熱スプレッダという用語は、３次元ではなくて２次元に主に熱を広げる構造体を示すものと理解される。
【０００７】
図４は、熱伝導性インターフェース材料５２を介してヒートシンク５０に取り付けられた図３のパッケージ４０を示す。材料５２は、例えば、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｉｎｃ．から市販されているＧＥＬＶＥＴ（商標）を含むことができる。ヒートシンク５０は、例えば、多数の隆起するフィンおよび／または柱を一体化する形のアルミニウムを含むことができる。ヒートシンク５０は、２次元ではなくて３次元に熱を発散する点で、熱スプレッダと区別される。
【０００８】
蓋３０のような複雑な蓋を作ることは、問題があり、さらに費用がかかる。したがって、改良されたマイクロ電子部品用蓋の設計を開発することが望まれている。
【０００９】
（発明の概要）
本発明は、マイクロ電子部品用パッケージの蓋、熱スプレッダ、およびマイクロ電子部品用蓋または熱スプレッダを備える半導体パッケージを含む。本発明の特定の態様では、マイクロ電子部品用蓋は、４つ辺を画定する周縁が四角形である材料を含む。さらに、この蓋は、全周に満たない縁に沿って隆起する周縁レールを有する。例えば、この蓋はその辺のうちの２辺だけに沿って隆起する周縁レールを有することができる。もしくは、そのようなマイクロ電子部品用蓋は、周囲の４つの縁（辺）を画定する一般的な四角形の形態のものを含み、その縁のうちの２つが他の２つの縁よりもより厚いものとして説明することができる。
【００１０】
また、上記の形のマイクロ電子部品用蓋を有し、かつ少なくとも１００ワット／メートル・ケルビン、好ましくは少なくとも１５０ワット／メートル・ケルビン、さらに最も好ましくは２００ワット／メートル・ケルビン以上の熱伝導率の材料を備える熱スプレッダを、本発明は含む。特定の実施形態では、この熱スプレッダは、銅を含むか、銅から成るか、または基本的に銅から成ることができ、さらに約３５０ワット／メートル・ケルビンの熱伝導率を有することができる。他の実施形態では、熱スプレッダはアルミニウムを含むか、アルミニウムから成るか、または基本的にアルミニウムから成ることができ、さらに２２０ワット／メートル・ケルビンの熱伝導率を有することができる。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態は、次の添付の図面を参照して以下で説明する。
【００１２】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
本発明に含まれるマイクロ電子部品用蓋あるいはヒートシンクは、図５を参照して説明し、蓋１００として全体を示す。蓋１００は、全体として四角形の形である（本発明には他の形も含まれ、そのような他の形には、例えば、円形、三角形、五角形、または他の多角形が含まれる）。蓋１００は、４つの縁１０２、１０４、１０６および１０８で画定される周囲を含む。また、蓋１００は、縁１０２および１０６の表面と同じ平面で広がるくぼんだ表面１１０および、縁（辺）１０８および１０４に沿って延びる隆起レール１１２および１１４を含む。さらに、蓋１００は、表面１１０に対して反対側にある表面１２０（図５の図では見えない）を含む。
【００１３】
図５の蓋１００と従来技術の蓋３０（図１に示す）との違いは、蓋１００が蓋の周囲の部分だけに沿って延びる隆起部（１１２および１１４）を有する点にある。対照的に、従来技術の蓋３０は、周縁全体に沿って延びる隆起部（３４）を有する。
【００１４】
図示の実施形態では、蓋１００は四角形の形であり、隆起周縁部は、周縁のうちの２つの対向する辺（１０４と１０８）に沿っている。一方で、残りの２つの辺（１０２と１０６）は、その大部分の範囲に沿って延びる隆起部を有しない。実際に、ただ縁１０２と１０６に関連づけられる隆起部は、隆起部１１２および１１４の終端部だけであり、かかる終端部は縁１０２および１０６に接触する隆起部１１２および１１４の領域のものである。レール１１２および１１４のそのような終端部を、図５で符号１１５によって特定する。したがって、縁１０２は、レール１１２および１１４の終端１１５の間に、この縁１０２に沿って延びる広がり１２６を有する。そのような広がり１２６は、表面１１０に対して隆起していない。同様に、縁１０６は、終端１１５の間に延び、表面１１０に対して隆起していない広がり１２８を有する。
【００１５】
図６は、辺１０６に沿った蓋１００の側面図を示す。そのような側面図は、表面１１０に対するレール１１２および１１４の関係を示し、さらにレール１１２と１１４の間に延びる広がり１２８を示す。レール１１２および１１４は、その間に延びる溝１１９を画定する。
【００１６】
図５および６の蓋１００の例示的な寸法は、約３５±０．３５ミリメートルの幅「Ｗ」、約３５±０．３５ミリメートルの長さ「Ｌ」、および約４．６±０．０５ミリメートルの厚さ「Ｔ」である。さらに、溝１１９は約０．６±０．０２５ミリメートルの深さ「Ｄ」を有することができる。
【００１７】
次に図７を参照すると、蓋１００をベース１５０の隣に示すが、最終的には、このベースが蓋１００で覆われてパッケージを形成する。ベース１５０は、４つの縁（１５１、１５３、１５５および１５７）を含み、基板１２の上にダイ１４を含むという点で図１のベース１０に似ている。さらに、ベース１５０は、基板の周縁に沿って設けられた封止材１６を備える。しかし、図７のベース１５０とベース１０との違いは、封止材１６が、ベース１０で行われたように４つの周囲の縁に沿ってではなくて、ベース１５０の基板１２の周囲の縁のうちの２つだけに沿って設けられることである。封止材１６は、ベース１５０の基板１２の周囲の２つの縁に沿って設けられ、この２つの縁が、最終的には、蓋１００に関連した隆起した縁に接触する。
【００１８】
図７の処理ステップに続く処理ステップで、蓋１００はベース１５０の上に配置され、レール１１２および１１４が封止材１６でベースに対して封止されてパッケージを形成する。そのようなパッケージをパッケージ２００として図８に示し、特に、蓋１００の表面１２０が見える状態で上面図に示す。
【００１９】
次に図９を参照すると、図８の線９−９に沿った断面図でパッケージ２００を示す。この断面図は、ダイ１４を基板１２と接続する半田ビード４２を示す。また、この断面図は、ダイ１４と蓋１００との間に形成された層２０２を示す。層２０２は、例えば、熱伝導性材料を、熱伝導を可能にする手段として含むことができる。層２０２が熱伝導性材料を含む場合、蓋１００は一般に、ダイ１４で生成される熱を放散するように熱スプレッダとして機能することができる。他の実施形態では、層２０２は省略することができるか、または非熱伝導性材料に置き換えることができる。そのような他の実施形態のいずれかでは、蓋１００は、ダイ１４を保護するマイクロ電子部品用蓋として機能するが、一般にダイ１４から効果的に熱を放散せず、したがって、熱スプレッダとして使用されない。
【００２０】
蓋１００が熱スプレッダとして使用される場合、蓋１００は、少なくとも１００ワット／メートル・ケルビン、より完全に近くは少なくとも１５０ワット／メートル・ケルビンの熱伝導率を有する材料を含むのが好ましい。特定の実施形態では、蓋１００は、例えば、銅またはアルミニウムのような２００ワット／メートル・ケルビンを超える熱伝導率を有する材料を含むことができる。蓋１００が金属材料を含む実施形態では、蓋１００はニッケルメッキすることができる。例えば、蓋１００が銅またはアルミニウムを含む場合、少なくとも約３ミクロンの厚さのニッケルメッキを蓋１００に施すことができる。ニッケルメッキは、下の蓋材料を腐食から保護することができ、さらに、エポキシへの付着はもちろんのこと、１つまたは複数の熱インターフェース材料への付着のために再現性のある表面を実現することができる。
【００２１】
図１０を参照すると、パッケージ２００の上にヒートシンク５０を形成した後のパッケージ２００を示し、熱インターフェース５２がヒートシンク５０をパッケージ２００と接続している。ヒートシンク５０と熱インターフェース５２は、例えば、図４の従来技術構造に関連して上で説明した材料を含むことができる。
【００２２】
図１１を参照すると、図８のパッケージ２００を側面図で示す。チップ（１４）は、図面を簡単化するために側面図である図１１には示さないが、例えば、図９で示すように、チップ１４がパッケージ２００の中心にあることを理解すべきである。図１１の図は、レール１１２と１１４との間の空間に対応してパッケージ２００の端部にギャップ２５０があることを示している。このギャップは一般に狭く、本発明の特定の実施形態では、充填されないままになっていることがある。しかし、ギャップ２５０を埋めて汚れまたは他の汚染物質が蓋１００と基板１５０の間に侵入するのを防ぐことが望ましい場合、ギャップ内に充填材料を供給することで、そのようなものを実現することができる。この例を図１２に示し、ここでは、ギャップ２５０に充填材料２６０が充填されている。充填材料２６０は、例えば、エポキシを含むことができる。パッケージ２００の形成後に、充填材料をギャップに塗り込むことで、充填材料２６０を供給することができる。もしくは、パッケージ２００の形成前に、例えば図７の処理ステップで、基板１５０の縁１５１および１５３に充填材料を供給することで、充填材料２５０を供給することができる。
【００２３】
本発明の蓋１００は、従来技術の蓋（例えば、図１の蓋３０のようなもの）に比べて、蓋１００が従来技術の蓋よりも製造するのが簡単であるという点で有利である。蓋１００は、例えば、図１３および１４の処理で形成することができる。最初に図１３を参照すると、蓋の原材料の棒３００が供給される。この棒は、寸法「Ａ」、「Ｘ」、および「Ｙ」を備える。寸法「Ｘ」は、完成した蓋１００（図５および６）の縁１０６に沿った幅に対応し、寸法「Ｙ」は、完成した蓋１００のレール１１２および１１４の厚さに対応する。寸法「Ａ」は、完成した蓋１００の縁１０８の５、６倍の長さよりも長いのが好ましい。
【００２４】
次に図１４を参照すると、棒３００は、棒の表面に沿って延びる溝３０２を形成するように機械加工される。溝３０２は、蓋の原材料の辺に沿って延びるレール１１２および１１４を画定する。続いて、この原材料を点線３０４および３０６に沿って切断して、個別の蓋１００、４００および５００を画定することができる。蓋の材料に金属メッキが望ましい場合、分離された蓋は、続いて電気メッキに供することができる。
【００２５】
図１３および１４は、蓋の原材料棒３００を機械加工して溝３０２を形成するプロセスを示すが、本発明には、蓋材料を図示の形に押し出し成形することにより図１４の溝を掘った材料を形成する、他の処理が含まれることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
パッケージを形成する従来技術方法の準備段階でのマイクロ電子部品用パッケージを示す概略図であり、ベースから分離した蓋を含む。蓋は底面図で示し、ベースは上面図で示す。
【図２】
図１の蓋およびベースを備えるパッケージを示す上面図である。
【図３】
線３−３に沿った図２のパッケージを示す図である。
【図４】
図３の処理ステップに続く処理ステップでの、図３の断面図に沿った図２のパッケージを示す図である。
【図５】
本発明が含むマイクロ電子部品用蓋あるいは熱スプレッダを示す概略底面図である。
【図６】
図５の蓋を示す側面図である。
【図７】
本発明が含むマイクロ電子部品用パッケージを形成する準備段階での、ベースと組み合わせた図５の蓋を示す図である。図７のベースは上面図で示すが、蓋は底面図で示す。
【図８】
図７の蓋およびベースを使用して組み立てられたパッケージを示す上面図である。
【図９】
線９−９に沿った図８のパッケージを示す断面図である。
【図１０】
図９の処理ステップに続く処理ステップでの、線９−９に沿った図８のパッケージを示す断面図である。
【図１１】
図８のパッケージを示す側面図である。
【図１２】
図１１の実施形態と異なる本発明の実施形態に従った、図８のパッケージを示す側面図である。
【図１３】
本発明の方法に従って蓋を形成する準備段階での１個の蓋原材料を示す等角図である。
【図１４】
図１３の処理ステップに続く処理ステップでの、図１３の蓋原材料を示す等角図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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2004528702.tif 000021
2004528702.tif 000022
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004528702.tif 000023
【国際調査報告】
2004528702.tif 000024
2004528702.tif 000025
2004528702.tif 000026