JP2008153393A - Ｉｃチップ実装パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】放熱素子を搭載した従来のＩＣチップ実装パッケージよりもその厚さを薄くさせた状態で、ＩＣチップで発生する熱を効果的に放熱させることが可能なＩＣチップ実装パッケージを提供する。
【解決手段】ＩＣチップ実装パッケージ１ａは、第２のインターポーザ４ａを介して第１のインターポーザ２とＩＣチップ３とが接続している。第２のインターポーザ４ａのＩＣチップ３実装面には、吸熱部として機能する第１の導電部材３１と、放熱部として機能する第２の導電部材３２と、第１の導電部材３１から第２の導電部材３２まで熱を移行させる拡散領域（Ｐ型拡散領域とＮ型拡散領域）とが並設されている。そして、ＩＣチップ実装パッケージ１ａには、第２の導電部材３２の上部に、端部がパッケージ外部に露出している伝熱部３０が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＩＣチップ実装パッケージに関し、詳細には、実装するＩＣチップから発生する熱をＩＣチップ外部に効果的に放熱させることができるインターポーザを備えたＩＣチップ実装パッケージに関するものである。

集積回路（ＩＣ）チップの実装に関しては、様々な形態が採用されている。例えば、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）は、集積回路をインターポーザと呼ばれる配線基板（ガラスエポキシやフィルムにより構成）にワイヤーボンディングやフィリップチップ接続等を用いて接続し、インターポーザの下部に配置されたハンダボール等により回路基板へ実装する形態である。以下に、ＢＧＡの構造を図１３〜図１６に基づいて詳述する。

図１３及び図１４は、ワイヤーボンディングを用いて集積回路チップとインターポーザを接続した場合のＢＧＡの構成を示している。図１３は、ＢＧＡの上面図であり、封止樹脂を透視した状態を示した部分透視図である。また、図１４は、図１３に示したＢＧＡを切断線Ｂ−Ｂ’において切断した状態を示した矢視断面図である。図１３及び図１４に示すように、ワイヤーボンディング１０６を用いたＢＧＡ１００ａの構成では、インターポーザ１０２上に集積回路チップ１０１が搭載されており、集積回路チップ１０１のパッド１０５と、インターポーザ１０２のパッド１０７とがワイヤー１０６によって接続されている。図１４に示す封止樹脂１０９は、図１３の上面を被覆するように設けられており、集積回路チップ１０１等を外部環境から保護している。インターポーザ１０２のパッド１０７は、図１３に示す配線１０３に接続されており、スルーホール１０４を介して、インターポーザ１０２の裏面に設けられたハンダボール１０８と導通している。すなわち、ハンダボール１０８を図示しない回路基板と接続することによって、集積回路チップ１０１を当該回路基板上に実装することができる。

また、図１５及び図１６は、フィリップチップ接続を用いて集積回路チップとインターポーザを接続した場合のＢＧＡの構成を示している。図１５は、ＢＧＡの上面図であり、封止樹脂を透視した状態を示した部分透視図である。また、図１６は、図１５に示したＢＧＡを切断線Ｂ−Ｂ’において切断した状態を示した矢視断面図である。ＢＧＡ１００ｂにおけるフィリップチップ接続とは、集積回路チップ１０１の入出力端子にバンプ１１０（図１６）を形成して、直接、インターポーザ１０２の電極端子（不図示）と接合した構成である。また、図１５及び図１６も、図１３及び図１４と同様に、封止樹脂１０９が、図１５の上面を被覆するように設けられており、集積回路チップ１０１等を外部環境から保護している。ＢＧＡ１００ｂは、スルーホール１０４を介して、インターポーザ１０２の配線１０３（図１５）と、インターポーザ１０２の裏面に設けられたハンダボール１０８とが導通しており、図示しない回路基板と接続することによって、集積回路チップ１０１を当該回路基板上に実装することができる。

しかしながら、図１５及び図１６に示すようにフィリップチップ接続を行った場合、熱膨張係数の異なる集積回路（シリコン）チップとインターポーザとで周囲温度変化による熱応力が発生し、両者の接続部が剥離もしくは、集積回路チップに亀裂が発生する等の不具合が発生する。このような熱応力の対策として、インターポーザ上に集積回路チップと同じシリコン基板を設け、シリコン基板に集積回路チップを一旦フィリップチップ接続し、その後シリコン基板とインターポーザをワイヤーボンディングする構成が、特許文献１に開示されている。

また、特許文献２には、インターポーザ上の配線を組み替え、集積回路チップの端子配置をそのままで、パッケージの端子構成を変更する技術が開示されている。

また、特許文献３には、インターポーザ上に複数の半導体素子（集積回路チップ）を実装し、ＢＧＡの形態で外部回路と接続することができる半導体装置（パッケージ）に関して、該パッケ半導体装置にペルチェ素子を組み込み、半導体素子から発生した熱をインターポーザ側へ移行させ、放熱を促進させる技術が提案されている。以下に、図１７を用いて、この構成を説明する。

図１７は、特許文献３に開示された半導体装置の構成を示す断面図である。図１７に示す半導体装置２００は、ペルチェ素子２０８の上に半導体素子２０２Ａ，２０２Ｂが積層されている。ここで、ペルチェ素子２０８について図１８を用いて説明する。

図１８は、上記ペルチェ素子２０８の構成を示す図である。ペルチェ素子２０８は、直列に接続された複数のＮ型半導体とＰ型半導体で構成される。図１８に示すように電流Ｉを流すと、両面２０８ａと２０８ｂとの間に温度差ΔＴが発生する。ペルチェ素子２０８の電極側が放熱面２０８ａとなり、反対側の面が吸熱面２０８ｂとなる。すなわち、吸熱面２０８ｂでは熱を吸収し、吸収した熱を放熱面２０８ｂから放出する。従って、ペルチェ素子２０８は、吸熱面側から放熱面側へと熱を移動させる機能を有し、これにより、吸熱面２０８ｂ側を冷却することができる。

このような構成を有するペルチェ素子２０８は、図１７に示す下側の半導体素子２０２Ａから熱を吸収して、吸収した熱をインターポーザ２０１に対して放出する。そして、インターポーザ２０１に伝達された熱は、インターポーザ２０１から半導体装置２００外部へと放出される。従って、半導体装置２００は、このような構成を備えることによって、半導体素子から発生する熱を効果的に放熱させることができる。
特開平８−１２４９６７号公報（１９９６年５月１７日公開） 特開２００５−１２９６０５号公報（２００５年５月１９日公開） 特開２００３−１７６３８号公報（２００３年１月１７日公開）

微細化、高集積化が進められた半導体素子は、内部回路の発生する熱が多大となるため、パッケージ化した際に特許文献３の構成を備えて放熱させることは有用であるが、特許文献３の構成を使用する場合、ペルチェ素子の上面と下面とで放熱、吸熱が行われるため、半導体素子とインターポーザ間に使用した場合、パッケージ全体の厚さが増し、製品の実装基板全体の高さが高くなる等の問題が発生する。

また、特許文献３の構成の場合、上記したように、放熱面２０８ａまで移行した熱は、図１７に示すハンダボール２０６に移行した後、該ハンダボール２０６に接続される基板（不図示）に移行する構成となっている。すなわち、特許文献３の構成の場合、放熱に関わる部材が、外気とあまり接触していないため、十分な放熱が期待できない。

そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、パッケージの厚さを、従来技術の構成よりも薄い状態で放熱機能を実現し、且つ従来技術の構成よりも放熱効率を向上させたＩＣ実装パッケージを提供するものである。

本発明に係るＩＣチップ実装パッケージは、上述した課題を解決するために、接続端子群を有する第１のインターポーザ、出入力端子群を有するＩＣチップ、及び、上記出入力端子群と接続するように構成されたＩＣチップ側接続端子群と、上記接続端子群と接続するように構成されたパッケージ基材側接続端子群と、上記ＩＣチップ側接続端子群及びパッケージ基材側接続端子群を接続する配線とを有する第２のインターポーザを備えており、上記ＩＣチップから発生する熱を吸収する吸熱部と、該吸熱部で吸収した熱を放熱する放熱部と、該吸熱部で吸収した熱を該放熱部に移行させる拡散部とを有する放熱素子を、上記第２のインターポーザにおける上記ＩＣチップが搭載される側の表面に設けており、上記第２のインターポーザと上記ＩＣチップとの接続部、及び上記放熱素子を少なくとも覆うように封止材が設けられているＩＣチップ実装パッケージであって、上記放熱素子は、上記拡散部が上記表面と面一になるように上記第２のインターポーザに埋設されていて、且つ上記吸熱部と放熱部とが上記第２のインターポーザの上記表面側に互いに並設されており、上記ＩＣチップは、上記吸熱部の上に設けられており、上記放熱部の上に、上記封止材よりも熱伝導率が高い材料によって構成された伝熱体が、その一部をパッケージの外部に露出するように上記封止材によって固定されて設けられていることを特徴としている。

上記の構成とすれば、パッケージの厚さを、従来技術の構成よりも薄い状態で放熱機能を実現し、且つ従来技術の構成よりも放熱効率を向上させたＩＣ実装パッケージを提供することができる。

すなわち、従来のＩＣチップ実装パッケージの場合は、本願の吸熱部と、拡散部と、放熱部とに相当する構成が、インターポーザ表面に積層されて設けられていた。これに対して、本発明のＩＣチップ実装パッケージは、吸熱部と、拡散部と、放熱部とが第２のインターポーザの表面の上で該表面に沿って設けられている。すなわち、積層された状態ではない。そのため、従来の場合は、本発明の放熱素子に相当する構成を設けようとすると、吸熱部の厚さと、拡散部の厚さと、放熱部の厚さとの３つの構成要素の厚さ分、ＩＣチップ実装パッケージの厚さが増すことになる。しかしながら、本発明のＩＣチップ実装パッケージの場合は、上記拡散部は第２のインターポーザの上記表面に埋設されているので厚さを考慮する必要なく、吸熱部の厚さのみ、もしくは放熱部のみの１つの構成要素の厚さ分、ＩＣチップ実装パッケージの厚さが増すだけで放熱素子を実現することができる。

従って、本発明の構成によれば、上記吸熱部の上にＩＣチップを設けることによって、従来のＩＣチップ実装パッケージほどその厚さを増加させることなく、放熱機能を実現したＩＣチップ実装パッケージを提供することができる。

更に、本発明の構成によれば、上記放熱部の上に、上記封止材よりも熱伝導率が高い材料によって構成された伝熱体が、上記封止材によって固定されて設けられていることから、放熱効果をより一層高めることができる。具体的には、吸熱部から放熱部まで移行した熱を、伝熱体に移行させることができる。ここで、伝熱体は、その一部がパッケージの外部に露出しているため、伝熱体に移行した熱は、外気に曝されている露出部分から効率的に放熱される。よって、本発明のＩＣチップ実装パッケージは、上記伝熱体を備えたことによって、上記放熱素子の吸熱作用をより一層高めることができる。封止材よりも熱伝導率が高い材料としては、金属を用いることができ、封止材には、樹脂を用いることができる。

具体的には、本発明に係るＩＣチップ実装パッケージの上記放熱素子は、ペルチェ素子であることが好ましい。

また、本発明に係るＩＣチップ実装パッケージは、上記第２のインターポーザの上記表面側には、上記拡散部としてＰ型拡散領域及びＮ型拡散領域が形成されており、上記吸熱部と放熱部とは、各々複数個が交互に配設されていて、吸熱部と放熱部との間に上記Ｐ型拡散領域もしくはＮ型拡散領域が、Ｐ型拡散領域とＮ型拡散領域とが交互になるように形成されており、上記吸熱部と放熱部とＰ型拡散領域とＮ型拡散領域とが、全ての上記吸熱部を上記表面の中央に配置させるとともに、全ての上記放熱部を該吸熱部を挟むように上記表面の該中央よりも外周側に配置させるように、１つの蛇行形状の電流経路を形成していることが好ましい。

上記のように構成することによって、上記吸熱部を第２のインターポーザの表面の中央に集結させて形成しているので、ＩＣチップに発生した熱を効果的に吸熱し、放熱することができる。

また、本発明に係るＩＣチップ実装パッケージは、上記ＩＣチップには、外部電源から該ＩＣチップに電流が供給されるための電源接続用パッドと、接地用パッドとが設けられており、上記放熱素子には、外部から上記電流経路に電流が供給されるための供給用電極と、接地される接地電極とが設けられており、上記接地用パッドと、上記供給用電極とが接続されていることが好ましい。

ＩＣチップの発熱量は、ＩＣチップの消費電流が多くなればなるほど多くなる。そこで、本発明では、上記のように、上記接地電極が接地していて、上記接地用パッドと上記供給用電極とが接続されている。すなわち、外部電極からＩＣチップに流れた電流は、ＩＣチップの接地用パッドに接続された第２のインターポーザの上記供給用電極から放熱素子内を流れて、接地電極に至る。これにより、ＩＣチップで消費される消費電流量が、放熱素子に流れる電流の電流量と同じになる。よって、発熱量が多くなった時に放熱量が多くなるので、ＩＣチップに残存する熱量を常に一定に保つことができる。

本発明に係るＩＣチップ実装パッケージは、以上のように、接続端子群を有する第１のインターポーザ、出入力端子群を有するＩＣチップ、及び、上記出入力端子群と接続するように構成されたＩＣチップ側接続端子群と、上記接続端子群と接続するように構成されたパッケージ基材側接続端子群と、上記ＩＣチップ側接続端子群及びパッケージ基材側接続端子群を接続する配線とを有する第２のインターポーザを備えており、上記ＩＣチップから発生する熱を吸収する吸熱部と、該吸熱部で吸収した熱を放熱する放熱部と、該吸熱部で吸収した熱を該放熱部に移行させる拡散部とを有する放熱素子を、上記第２のインターポーザにおける上記ＩＣチップが搭載される側の表面に設けており、上記第２のインターポーザと上記ＩＣチップとの接続部、及び上記放熱素子を少なくとも覆うように封止材が設けられているＩＣチップ実装パッケージであって、上記放熱素子は、上記拡散部が上記表面と面一になるように上記インターポーザに埋設されていて、且つ上記吸熱部と放熱部とが上記インターポーザの上記表面側に互いに並設されており、上記ＩＣチップは、上記吸熱部の上に設けられており、上記放熱部の上に、上記封止材よりも熱伝導率が高い材料によって構成された伝熱体が、その一部をパッケージの外部に露出するように上記封止材によって固定されて設けられていることを特徴としている。

以上の構成とすれば、パッケージの厚さを、従来技術の構成よりも薄い状態で放熱機能を実現し、且つ従来技術の構成よりも放熱効率を向上させた、すなわち、ＩＣチップ冷却効果を高めたＩＣ実装パッケージを提供することができる。

〔実施の形態１〕
本発明に係るＩＣチップ実装パッケージの一実施形態を説明する。なお、以下の説明では、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲が以下の実施形態および図面に限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施形態であるＩＣチップ実装パッケージの斜視図である。また、図２は、図１に示すＩＣチップ実装パッケージを、切断線Ａ−Ａ’において切断した状態を示した矢視断面図である。

本実施形態のＩＣチップ実装パッケージ１ａは、図２に示すように、第１のインターポーザ２と、ＩＣチップ３と、第２のインターポーザ４ａと、封止材１５とを備えている。詳細は後述するが、ＩＣチップ３は、第２のインターポーザ４ａの一表面上に実装されており、第２のインターポーザ４ａは、ＩＣチップ３実装面とは反対側の面を、第１のインターポーザ２の主面と対向させるようにして、第１のインターポーザ２の該主面上に実装されている。また、ＩＣチップ実装パッケージ１ａは、ＩＣチップ３から発生する熱を放熱するために、図２に示すように、放熱素子７と、伝熱部（伝熱体）３０とを第１のインターポーザ２の該主面側に備えている。そして、ＩＣチップ実装パッケージ１ａには、第１のインターポーザ２の該主面側に設けられたこれらの構成部材を被覆するように、封止材１５が設けられている。

上記第１のインターポーザ２は、従来の図１７の構成で言うところのインターポーザ２０１や図１４の構成で言うところのインターポーザ１０２に相当し、例えば、厚さ０．２ｍｍのガラスエポキシから構成することができ、その主面に端子２ａが設けられている。この端子２ａは、第２のインターポーザ４ａ上の配線の端子（後述する基板接続用端子）とワイヤーボンディング５・６を用いて電気的に接続される。また、第１のインターポーザ２には、スルーホール２ｂが設けられており、該端子２ａは、スルーホール２ｂを介して第１のインターポーザ２の裏面に設けられたハンダボール２ｃと導通している。第２のインターポーザ４ａ上に形成された配線は、ＩＣチップ３の駆動用回路と導通していることから、第１のインターポーザ２上の端子２ａは、第２のインターポーザ４ａの配線を介して、ＩＣチップ３と導通している。

尚、ＩＣチップ３は、多出力で、第１のバンプ１０がファインピッチ化を実現したピッチとなっている。具体的には、最小ピッチが０μｍを超え、２０μｍ以下となるように構成されている。

上記第２のインターポーザ４ａは、半導体材料、特にシリコンを用いて構成することが好ましい。第２のインターポーザ４ａのサイズとしては、特に限定されるものではないが、例えば、２ｍｍ×２０ｍｍで、厚さ４００μｍとすることができる。第２のインターポーザ４ａは、図２に示すように、第１のインターポーザ２における端子２ａが設けられている面に搭載されており、一表面上においてＩＣチップ３と第１のインターポーザ２と導通している。具体的には、第２のインターポーザ４ａには、該一表面上に、パッド９と、第２のバンプ１１と、第２のインターポーザ上配線（配線、メタル配線）（不図示）、ＩＣチップ側接続端子群（不図示）と、第１のインターポーザ側接続端子群（不図示）とが設けられている。ＩＣチップ３と第２のインターポーザ４ａとは、図２に示すように、第１のバンプ１０と第２のバンプ１１とを接続することによって導通している。第２のインターポーザ４ａの詳細な構成については、後述する。

上記伝熱部３０は、詳細は後述するが、図２に示すように、上記第２のインターポーザ４ａの放熱素子７上に設けられており、端部がＩＣチップ実装パッケージ１ａの外部に露出している。伝熱部３０は、伝熱性の高い銅やアルミから構成することができ、放熱素子７との対向面の面積が４００ｍｍ^２で、厚さ（図２における放熱素子７上からパッケージ露出部分までの長さ）０．６ｍｍとすることができるが、上記の材料や大きさに限定されるものではない。

そして、ＩＣチップ実装パッケージ１ａは、図２に示すように、第１のインターポーザ２における第２のインターポーザ４ａ及びＩＣチップ３が実装されている面に、各々の接続部、及び第２のインターポーザ４ａ及びＩＣチップ３を外部から保護する封止材１５が設けられている。

上記封止材１５は、２種類の樹脂から構成されており、第２のインターポーザ４ａとＩＣチップ３との接続部及びその周辺には、熱伝導性の高い封止樹脂１５ａが用いられている。このように熱伝導性の高い封止樹脂１５ａを用いることによって、ＩＣチップ３で発生した熱を、効率的に上記放熱素子７の吸熱部に吸熱させることができる。また、上記伝熱部３０は、もう１種類の封止樹脂１５ｂによって、上記した位置に固定されている。封止樹脂１５ｂは、上記伝熱部３０よりも、伝熱性の低い樹脂で構成される。

次に、第２のインターポーザ４ａの詳細な構成について説明する。

本実施形態におけるＩＣチップ実装パッケージ１ａは、第２のインターポーザ４ａに特徴的な構成を有している。具体的には、第２のインターポーザ４ａのＩＣチップ３実装側の表面に、ＩＣチップ３から発生した熱を放熱させる放熱機能が形成されている。以下に、この放熱機能について説明する。

図３は、図２に示した実装パッケージ１ａのＩＣチップ３及び第２のインターポーザ４ａの構成を示す平面図である。また、図４は、図３に示した構成からＩＣチップ３を除いた後の状態を示した平面図である。

図４に示すように、実装されていたＩＣチップ３を第２のインターポーザ４ａ上から取り払うと、ＩＣチップ３が実装されていた部分に、ＩＣチップ３の駆動信号出力用端子３ａ及び信号入力用端子３ｂ（図２）に接続するＩＣチップ接続用端子１２が形成されている。さらに第２のインターポーザ４ａ上には、第１のインターポーザ２（図２）の端子と接続する第１のインターポーザ接続用端子１３と、ＩＣチップ接続用端子１２と第１のインターポーザ接続用端子１３とを接続する第２のインターポーザ上配線１４とが設けられている。すなわち、第２のインターポーザ４ａには、その中心付近にＩＣチップ接続用端子１２が設けられており、第２のインターポーザ４ａの外周付近、つまり、第２のインターポーザ４ａの４辺付近に第１のインターポーザ接続用端子１３が設けられている。

図５は、図４に示した構成のうちの第２のインターポーザ上配線１４を、説明の便宜上、表面に現した構造である。また、図６は、図４に示した第２のインターポーザ４ａから、ＩＣチップ接続用端子１２、第２のバンプ１１、第１のインターポーザ接続用端子１３、パッド９、第２のインターポーザ上配線１４を取り除いた状態を示している。

図６に示すように、第２のインターポーザ４ａの表面には、複数のＰ型拡散領域（図中のＰ）及びＮ型拡散領域（図中のＮ）が形成されている。１つのＰ型拡散領域と１つのＮ型拡散領域との間には、第１の導電部材３１（吸熱部）が配設されており、該第１の導電部材３１は、コンタクト部を介して該Ｐ型拡散領域（図中のＰ）及び該Ｎ型拡散領域と接続している。

そして、１つのＰ型拡散領域と、第１の導電部材と、１つのＮ型拡散領域とが１つの構造体を形成している。本実施形態における上記構造体は、Ｐ型拡散領域と第１の導電部材とＮ型拡散領域とが各々細長い形状を有しており、第１の導電部材３１の長手方向の両方の端部と、Ｐ型拡散領域及びＮ型拡散領域の長手方向の端部とがコンタクト部３３を介して接続された細長い構造となっている。そして、この細長い上記構造体は、第１の導電部材３１を第２のインターポーザ４ａの表面の中心部分に配置して、長手方向を互いに平行して複数形成されている。この際、隣り合う２つの構造体は、一方の構造体のＰ型拡散領域が、他方の構造体のＮ型拡散領域と隣り合うように設けられている。

上記構造体同士の接続は、次の通りである。例えば、平行に配列した複数の構造体の最も左側に位置する構造体を第１の構造体３４−１として、第１の構造体３４−１に隣り合う構造体を第２の構造体３４−２、続いて、第３、第４と続き、最後、すなわち最も右側に位置する構造体を第ｎの構造体３４−ｎとすると、第１の構造体３４−１のＮ型拡散領域には、図示しない電源と接続する第２の導電部材３２（放熱部）が、コンタクト部３３を介して形成されている。そして、第１の構造体３４−１のＰ型拡散領域における第１の導電部材３１と接続されていない側にも第２の導電部材３２が形成されていて、コンタクト部を介して電気的に導通しており、この第２の導電部材３２は、隣り合う第２の構造体３４−２のＮ型拡散領域における第１の導電部材３１と接続されていない側とも、コンタクト部を介して電気的に導通している。また、第２の構造体３４−２のＰ型拡散領域における第１の導電部材３１と接続されていない側には、隣り合う第３の構造体３４−３のＮ型拡散領域における第１の導電部材３１と接続されていない側と共通の第２の導電部材３２が、コンタクト部３３を介して電気的に導通している。また、第３の構造体３４−３のＰ型拡散領域における第１の導電部材３１と接続されていない側には、隣り合う第４の構造体３４−４のＮ型拡散領域における第１の導電部材３１と接続されていない側と共通の第２の導電部材３２が、コンタクト部３３を介して電気的に導通している。このように、構造体同士が第２の導電部材３２によって接続され、第ｎの構造体３４−ｎのＰ型拡散領域における第１の導電部材３１と接続されていない側には、接地するように構成された第２の導電部材３２、すなわち接地（ＧＮＤ）電極が、コンタクト部３３を介して形成されている。

すなわち、上記構造体同士は、第２の導電部材３２によって直列に接続され、第２のインターポーザ４ａの表面にて、１つの蛇行形状の電流経路を形成するペルチェ素子を形成している。そのため、図示しない電源と接地電極との間に電位差をかけることによって、第２のインターポーザ４ａの表面において、第１の導電部材３１から、拡散領域（Ｐ型拡散領域及びＮ型拡散領域）を通じて第２の導電部材３２まで、熱を移行する機構が形成される。言い換えれば、第１の導電部材３１は、吸熱効果を奏する吸熱部として機能し、第２の導電部材３２は、第１の導電部材３１によって吸収され拡散領域を移行した熱を外部へ放熱する放熱効果を奏する放熱部として機能する。

そこで、本実施形態では、図６に示すように、第２のインターポーザ４ａのＩＣチップ接続用端子１２を、上記構造体と構造体の間の拡散領域によって挟まれた領域に形成する。これにより、図３に示すように実装されたＩＣチップ３から発生した熱は、吸熱部である第１の導電部材３１から、拡散領域（Ｐ型拡散領域及びＮ型拡散領域）を介して、放熱部である第２の導電部材３２まで移行し、第２の導電部材３２から外部に放熱される。尚、本実施形態ではＩＣチップ接続用端子１２を上記構造体と構造体の間の拡散領域によって挟まれた領域に形成しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、吸熱部に配置してもよい。

本実施形態における電源の配線は、まず外部電源（不図示）が、図５に示すように、第２のインターポーザ４ａの第２のインターポーザ上配線１４の或る端子（基板接続用端子１３）のパッド９’と接続しており、パッド９’から第２のインターポーザ４ａ上の第２のインターポーザ上配線１４により、ＩＣチップ３の端子３ａ及び３ｂへつながっている。そして、第２のインターポーザ４ａ上の、図示しないＩＣチップ３のＧＮＤパッドと接続するＩＣチップ用ＧＮＤパッド１１’は、ペルチェ素子の電源接続用の第２の導電部材３２へつながるように構成され、さらに、ペルチェ素子の接地電極（第２の導電部材３２’）は、第２のインターポーザ４ａの接地電極（パッド９''）に接続されている。すなわち、ペルチェ素子と第２のインターポーザ４ａとのＧＮＤを共通にしている。

このような配線構造をとることによって、本実施形態のＩＣチップ実装パッケージ１ａは、ＩＣチップ３で消費される消費電流量が、ペルチェ素子に流れる電流の電流量と同じになり、ＩＣチップ３での消費電流量に見合った放熱効果を実現することができる。すなわち、ＩＣチップ３の発熱量は、ＩＣチップ３の消費電流が多くなればなるほど多くなる。そこで、ＩＣチップ３で消費される消費電流量が、ペルチェ素子に流れる電流の電流量と同じにすることよって、発熱量が多くなった時に放熱量が多くなるので、ＩＣチップ３に残存する熱量を常に一定に保つことができる。

さらに、本実施形態のＩＣチップ実装パッケージ１ａには、図２に示したように、伝熱部３０が形成されている。

伝熱部３０は、柱形状を有していて、封止材１５の封止樹脂１５ｂによってその位置が固定されており、封止樹脂１５ｂよりも熱伝導性が高い材料から構成される。具体的には、アルミや銅等の金属から構成される。

図７は、伝熱部３０の配設位置を具体的に示した平面図である。図７に示すように、伝熱部３０は、第２のインターポーザ４ａに形成された、放熱部である第２の導電部材３２を覆うように形成されている。具体的には、図２に示すように伝熱部３０の一方の端部が第２の導電部材３２と絶縁層を介して接触している。また、伝熱部３０の他方の端部は、図２に示すように、ＩＣチップ実装パッケージ１ａの表面、すなわち、封止樹脂１５ｂの表面から露出している。すなわち、伝熱部３０の該端部は、外気と接触できるように構成されている。そのため、第１の導電部材３１から第２の導電部材３２に移行した熱は、伝熱部３０に移行し、露出した端部から外気に放熱される。すなわち、伝熱部３０は、放熱素子の放熱効果を補助する補助部材と言える。このとき、外気が流動していれば、放熱効果はより一層高められる。

尚、伝熱部３０を構成する材料として、外気によって劣化しやすい材料が用いられる場合は、その露出部分に劣化を防ぐ処理（防錆処理剤の塗布や防錆の表面処理）が施されていることが好ましい。

次に、以上のような特徴を有する第２のインターポーザ４ａの製造方法を図８を用いて説明する。図８は、図４に示す第２のインターポーザ４ａを切断線Ａ−Ａ’によって切断した上体を示した矢視断面図である。

まず、拡散領域形成工程として、第２のインターポーザ４ａの大きさに分断される前のウエハの状態で、ウエハにイオン注入を行ってＰ型の拡散領域とＮ型の拡散領域とを形成する。そして、Ｐ型拡散領域とＮ型拡散領域を形成したウエハ表面に保護膜３５を形成する（図８の（ａ））。形成したＰ型の拡散領域とＮ型の拡散領域とは、個々の第２のインターポーザ４ａに分断された際のＰ型拡散領域とＮ型拡散領域とに相当する。

尚、ウエハがＰ型の場合、Ｐ型の拡散は、ウエハと電気的に絶縁するため、Ｎ型拡散のウエルを作成しておく必要があるが、図面が複雑になるため、図示を省略する。

次に第２のインターポーザ上配線形成工程として、上記保護膜にコンタクト（穴）を形成した後、図５に示す第２のインターポーザ上配線１４となる下層メタル３６を形成する。さらに、下層メタル３６上に保護膜３５を形成した後、平坦化処理を行う（図８の（ｂ））。

そして、図８の（ｃ）に示すように下層メタル３６上に形成された保護膜３５にコンタクト部（穴）をした後、ペルチェ素子形成工程として、第１の導電部材３１と第２の導電部材３２とコンタクト部３３となる上層メタルと、上層メタル３７上に保護膜３５を形成する（図８の（ｄ））。

このようにコンタクト部３３を介して、第１のＮ型拡散領域及びＰ型拡散領域から、第ｎの構造体３４−ｎのＮ型拡散領域及びＰ型拡散領域（第ｎのＮ型拡散領域及びＰ型拡散領域と記載する）までを、第１の導電部材３１と第２の導電部材３２で直列に接続した後に、第ｎのＰ型拡散領域を、接地電極となる第２の導電部材３２に、コンタクト部を介して接続する。

そして最後に、図８の（ｅ）に示すように、上層メタル３７上に形成した保護膜３５にコンタクト部（穴）を形成して、下層メタル３６（第２のインターポーザ上配線１４）と電気的に導通するパッド９及び第２のバンプ１１を形成する。

ここまでの工程を経たウエハは、個々の第２のインターポーザ４ａの大きさにダイシングされ（ダイシング工程）。

次に、上記の各工程によって製造された第２のインターポーザ４ａを用いて、本実施形態のＩＣチップ実装パッケージ１ａを製造する方法を図９を用いて説明する。

図９は、図２に示したＩＣチップ実装パッケージ１ａの製造過程を説明した図である。

まず、第２のインターポーザ４ａとＩＣチップ３とを、第１のバンプ１０と第２のバンプ１１とを接続させることによって、電気的に導通させ、その接続部分に封止樹脂１５ａを充填する。これにより、接続部分が外部環境から保護される（図９の（ａ））。

続いて、伝熱部３０を所定の位置に配置し、伝熱部３０とＩＣチップ３との間に封止樹脂１５ｂを充填した後（図９の（ｂ））、第１のインターポーザ２に搭載し、パッド９と第１のインターポーザ２上の端子とを接続する。そして、パッド９と第１のインターポーザ２上の端子との接続部分を被覆するとともに、伝熱部３０を固定するように封止樹脂１５ｂを充填する（図９の（ｃ））。

以上の各工程を経て、図２に示すＩＣチップ実装パッケージ１ａを製造を製造することができる。

以上のように、本実施形態の構成によれば、第１の導電部材３１、第２の導電部材３２、及び、第１の導電部材３１と第２の導電部材３２との間に位置するＰ型拡散領域（もしくは上記Ｎ型拡散領域）によって、ペルチェ素子を構成することができ、電流が流れることによって、ペルチェ効果を実現することができる。これにより、第１の導電部材３１が、ＩＣチップ３から発生する熱を吸収する吸熱部として機能し、Ｐ型拡散領域及びＮ型拡散領域が、その熱を移行し、第２の導電部材３２が、移行した熱を放熱する放熱部として機能する。

すなわち、本実施形態のＩＣチップ実装パッケージ１ａは、吸熱部と、拡散領域と、放熱部とが、積層された状態ではなく、第２のインターポーザ４ａの表面の上で、該表面に沿って並んで設けられている。これに対して、従来の場合は、吸熱部と、拡散部と、放熱部とに相当する構成が、第２のインターポーザ４ａの表面に積層されて設けられているため、吸熱部の厚さと、拡散領域の厚さと、放熱部の厚さとの３つの構成要素の厚さ分、パッケージの厚さが増すことになる。しかしながら、本実施形態の構成によれば、拡散領域は第２のインターポーザ４ａの表面に埋設されているので厚さは増加せず、よって、吸熱部の厚さのみ、もしくは放熱部のみの１つの構成要素の厚さ分、パッケージの厚さが増すだけで放熱機能を実現することができる。

従って、本実施形態の構成によれば、従来のパッケージほどその厚さを増加させることなく、放熱機能を実現することができる。

また、本実施形態のＩＣチップ実装パッケージ１ａによれば、第２の導電部材３２の上に、封止樹脂１５ｂよりも熱伝導性の高い伝熱部３０を備えている。これにより、吸熱部である第１の導電部材３１から、放熱部である第２の導電部材３２まで移行した熱が、封止樹脂１５ｂ内に移行し留まってしまうことなく、伝熱部３０に伝えられる。そして、上記したように、伝熱部３０の端部はＩＣチップ実装パッケージ１ａの表面に露出していて外気に接触しているので、伝熱部３０に移行した熱は外気に放熱される。よって、第２の導電部材３２の温度を効果的に下げることができるので、第１の導電部材３１の吸熱効果が促進される。

尚、本実施形態では、図２に示した断面図において伝熱部３０は、第２の導電部材３２から露出部分にかけて等しい幅を有している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、図１０に示すように、露出部分に向けて、幅が広がっている形状の伝熱部３０’であってもよい。このように、露出面を広くすることによって、放熱効率を向上させることができる。

また、本実施形態では、伝熱部３０の露出面が、第２のインターポーザ４ａの表面と平行になるように形成された封止材１５（封止樹脂１５ｂ）表面に位置している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、図１１に示すように、第２のインターポーザ４ａの表面に対して垂直方向の封止材１５（封止樹脂１５ｂ）表面に露出面が位置する伝熱部３０''を設けてもよい。

更には、本実施形態では、封止樹脂１５ｂがＩＣチップ３を被覆するように形成されている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、図１２に示すように、伝熱部３０の露出面とともに、ＩＣチップ３の表面がパッケージ外部に露出したＩＣチップ実装パッケージ１ａ’であってもよい。

また、本実施系形態では、四角形を有する第２のインターポーザの２辺にパッド９及び第２の導電部材３２等を配置しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、４辺にこれらの構成部材を配置してもよい。

また、本実施形態では、上述したようにＢＧＡのパッケージについて説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＱＦＰやＤＩＰ等の他のモールドパッケージにも適用することができる。

尚、本発明のＩＣチップ実装パッケージは、以下の構成を特徴としていると換言することができる。
すなわち、ＩＣチップ実装パッケージは、設置するＩＣの接続ピッチを広げる第２のインターポーザを備え、樹脂封止を行うＩＣ実装パッケージにおいて、第２のインターポーザには、設置するＩＣが発する熱を吸熱する吸熱部分と、上記吸熱部分の熱が移動する放熱部分とを表面に備えていることを特徴としていると換言することができる。
また、この構成について、吸熱部分と放熱部分とをペルチェ効果により作成することが好ましく、第２のインターポーザにＮ型拡散領域とＰ型拡散領域を作成し第１の接続用メタル、第１のＮ型拡散領域、第１の吸熱メタル、第１のＰ型拡散領域、第１の放熱メタル、第２のＮ型拡散領域、第２の吸熱メタル、第２のＰ型拡散領域、第２の放熱メタル・・・第ｎ−１の放熱メタル、第ｎ−１のＮ型拡散領域、第ｎ−１の吸熱メタル、第ｎ−１のＰ型拡散領域、第ｎの放熱熱メタル、第ｎのＮ型拡散領域、第ｎの吸熱メタル、第ｎのＰ型拡散領域、第２の接続用メタルの順に接続し、第１吸熱メタルから第ｎ吸熱メタルに部にＩＣを実装することが好ましく、上記第２のインターポーザの第１の接続用メタルから第２の接続用メタルへ電流を流すことにより、ペルチェ効果を発生させることが好ましく、また、上記電流が表示用駆動ＩＣの消費電流と同等であることが好ましい。
更には、第２のインターポーザ上の放熱部分を、樹脂封止外へ露出し、外部へ熱を伝える構造をもつことが好ましく、また、第２のインターポーザ上の放熱部分上に、熱を伝える物質を備え、樹脂封止外へ熱を伝えることが好ましい。

尚、本発明においては、次のような変形例（１）〜変形例（３）であってもよい。

変形例（１）；
ＩＣチップ実装パッケージ１ａの第２のインターポーザ４ａに代えて、多層構造の第２のインターポーザ上配線を有した第２のインターポーザを備えた構成であってもよい。

基板接続用端子１３と、ＩＣチップ接続用端子１２を接続する第２のインターポーザ上配線１４が単層の場合、第１のインターポーザ接続用端子１３の端子順と、ＩＣチップ接続用端子１２の端子順は同一の順番でしか構成できないが、第２のインターポーザ配線を多層にすることにより、第２のインターポーザ配線を交差することが可能になるため、基板接続用端子の端子順と、ＩＣチップ接続用端子の端子順を入れ替えることが可能となる。

例えば、製品の基板に搭載するＩＣチップを複数のメーカーから供給を受ける場合、機能が同じであっても、ＩＣチップの端子配置が異なる場合がある。この場合、基板の配線を変更する必要があり、後発のメーカーのチップを採用し難い。しかしながら本願の実装パッケージを使用し、第２のインターポーザの多層配線を使用して端子配置を組み替えることにより、パッケージの端子配置は同じにすることができる。

変形例（２）；
本発明においては、ＩＣチップ実装パッケージ１ａの第２のインターポーザ４ａ上に、ＩＣチップ接続用端子１２と、第１のインターポーザ接続用端子１３と、第２のインターポーザ上配線１４とに加えて、電源回路（電源素子）及び出力駆動バッファー（出力バッファー素子）を備えていてもよい。

ＩＣチップと第２のインターポーザとは、別のプロセスで製造されるため、第２のインターポーザを例えば電源回路が作成しやすいプロセスで作成し、第２のインターポーザ上の電源回路で作成した電圧をＩＣチップに供給することが可能となる。

ＩＣチップの駆動能力は、パッケージ端子に接続される負荷容量を十分駆動できる能力が必要であるが、必要以上に大きくするとＩＣチップが大きくなるという問題が生じる。そこで、第２のインターポーザに出力駆動バッファーを搭載することにより、ＩＣチップの駆動能力を小さく作成しておき、第２のインターポーザの出力駆動バッファーのサイズを所望の駆動能力に合わせて変更することにより、種々の場合に対応可能であると共に、コストダウンを実現することができる。

なお、出力駆動バッファーを第２のインターポーザに搭載する際、出力駆動バッファーは出力数に相当する数あるため、全出力分に相当する出力駆動バッファーを第２のインターポーザに搭載してもよく、一部の出力に相当する出力駆動バッファーを第２のインターポーザに搭載してもよい。また、ＩＣチップの出力部の駆動回路を第２のインターポーザ上に設けることによって、全出力分に相当する出力駆動バッファーを含む出力回路を全て第２のインターポーザ上に搭載してもよい。例えばオペアンプ等のアナログ回路がすべてインターポーザ上で構成でき、ＩＣチップのチップ面積を飛躍的に小さくできる。このように構成することによって、第２のインターポーザのコストは上がるが、第２のインターポーザを安価なプロセスで作成することで、ＩＣチップでのコストダウンより少ないコストアップに抑え、全体としてコストダウンを実現することが可能となる。

また、出力駆動バッファーに代えて、入力バッファーを第２のインターポーザに設けた構成であってもよい。これにより、ＩＣチップのコストダウンを実現することができる。例えば、差動信号を使用したＲＳＤＳやＬＶＤＳ等のディスプレイ・インターフェース技術を使用した信号を取り扱う場合、これらの技術は規格に合わせたトランスミッターやレシーバーを内蔵する必要がある。第２のインターポーザに入力バッファーやレシーバーやトランスミッターを構成することにより、規格の異なったインターフェースにも容易に対応可能になる。

変形例（３）；
本発明においては、ＩＣチップ実装パッケージ１ａの第２のインターポーザ４ａ上に、ＩＣチップ接続用端子１２と、第１のインターポーザ接続用端子１３と、第２のインターポーザ上配線１４とに加えて、保護素子を備えていてもよい。

保護素子は、静電放電（ＥＳＤ：Electrostatic discharge）に対する保護回路である。静電放電は、組み立てラインの機械や人に帯電して、帯電した物から集積回路へ放電するモードや、集積回路のパッケージが帯電して、パッケージから外部へ放電するモードが考えられており、何れも数千ボルトに及ぶ静電放電を生じるため、集積回路の破壊を招く。

一方、ＥＳＤでの破壊を防止するためには、保護素子自体の耐圧も必要になる。そのため、保護素子の内部回路の集積度が上がり微細化されても、保護素子自体は微細化できない傾向にある。

そこで、この静電放電からＩＣチップを保護するための保護素子を、第２のインターポーザに備えている。このように、保護素子を第２のインターポーザに備えることにより、保護素子をＩＣチップに備える構成と比較して、ＩＣチップは微細プロセスにて製造でき、ＩＣチップの集積度が上がり、チップサイズが小さくなってコストダウンを図ることができる。一方、第２のインターポーザは、微細なプロセスを使用せずに製造することができるので、保護素子を搭載しても、保護素子をＩＣチップに搭載する構成と比較して、コストアップを抑えることができる。

本発明のＩＣチップ実装パッケージは、ドライバＩＣで発生した熱を効果的にドライバＩＣ外部に放熱させる機能を備えている。

従って、各種電子機器などの装置内部に搭載される素子の実装用パッケージとして適用することが可能である。

本発明の第１の実施形態に係るＩＣチップ実装パッケージの構成を示す斜視図である。 図１に示したＩＣチップ実装パッケージを切断線Ａ−Ａ’において切断した状態を示した矢視断面図である。 図１に示したＩＣチップ実装パッケージに設けられたＩＣチップ及びインターポーザの構成を示した平面図である。 図３に示した構成から、ＩＣチップを除いた状態であり、インターポーザの構成を示した平面図である。 図５に示した構成において、説明の便宜上、ソケット上配線を上層に示した平面図である。 本実施形態のＩＣチップ実装パッケージに設けられた放熱素子の構成について示した平面図である。 図４に示したインターポーザの上に伝熱部を配設した状態を示した平面図である。 図４に示したインターポーザの製造工程を説明した図である。 図１に示したＩＣチップ実装パッケージの製造工程を説明した図である。 図１に示したＩＣチップ実装パッケージにおける他の構造を示す断面図である。 図１に示したＩＣチップ実装パッケージにおける他の構造を示す断面図である。 図１に示したＩＣチップ実装パッケージにおける他の構造を示す断面図である。 従来技術を示すものであり、ＢＧＡの構成（ワイヤーボンディング接続タイプ）を示す平面図である。 図１３の構成を、切断線Ｂ−Ｂ’において切断した状態を示した矢視断面図である。 従来技術を示すものであり、ＢＧＡの構成（フィリップチップ接続タイプ）を示す平面図である。 図１５の構成を、切断線Ｂ−Ｂ’において切断した状態を示した矢視断面図である。 従来技術を示すものであり、ペルチェ素子を備えた半導体装置の構成を示す断面図である。 図１７に示されたペルチェ素子の構成を模式的に示した図である。

符号の説明

１ａ，１ａ’ ＩＣチップ実装パッケージ
１ｂ〜１ｇ ＩＣチップ実装パッケージ
２ 基板
２ａ 端子
２ｂ スルーホール
２ｃ ハンダボール
３，３’ ＩＣチップ
３ａ 駆動信号出力用端子
３ｂ 信号入力用端子
４ａ〜４ｇ インターポーザ
５・６ ワイヤーボンディング
７ 放熱素子
９，９’ パッド
１０ 第１のバンプ
１１ 第２のバンプ
１１’ ＩＣチップ用ＧＮＤパッド
１２ ＩＣチップ接続用端子
１３ 基板接続用端子
１４，１４’ インターポーザ上配線
１５ 封止材
１５ａ，１５ｂ 封止樹脂
３０，３０’，３０'' 伝熱部
３１ 第１の導電部材
３２ 第２の導電部材
３３ コンタクト部
３４−１ 第１の構造体
３４−２ 第２の構造体
３４−３ 第３の構造体
３４−４ 第４の構造体
３４−ｎ 構造体
３５ 保護膜
３６ 下層メタル
３７ 上層メタル

Claims (5)

1. 接続端子群を有する第１のインターポーザ、
   出入力端子群を有するＩＣチップ、及び、
   上記出入力端子群と接続するように構成されたＩＣチップ側接続端子群と、上記接続端子群と接続するように構成された第１のインターポーザ側接続端子群と、上記ＩＣチップ側接続端子群及び第１のインターポーザ側接続端子群を接続する配線とを有する第２のインターポーザを備えており、
   上記ＩＣチップから発生する熱を吸収する吸熱部と、該吸熱部で吸収した熱を放熱する放熱部と、該吸熱部で吸収した熱を該放熱部に移行させる拡散部とを有する放熱素子を、上記第２のインターポーザにおける上記ＩＣチップが搭載される側の表面に設けており、
   上記第２のインターポーザと上記ＩＣチップとの接続部、及び上記放熱素子を少なくとも覆うように封止材が設けられているＩＣチップ実装パッケージであって、
   上記放熱素子は、上記拡散部が上記表面と面一になるように上記インターポーザに埋設されていて、且つ上記吸熱部と放熱部とが上記インターポーザの上記表面側に互いに並設されており、
   上記ＩＣチップは、上記吸熱部の上に設けられており、
   上記放熱部の上に、上記封止材よりも熱伝導率が高い材料によって構成された伝熱体が、その一部をパッケージの外部に露出するように上記封止材によって固定されて設けられていることを特徴とするＩＣチップ実装パッケージ。
2. 上記放熱素子は、ペルチェ素子であることを特徴とする請求項１に記載のＩＣチップ実装パッケージ。
3. 上記第２のインターポーザの上記表面側には、上記拡散部としてＰ型拡散領域及びＮ型拡散領域が形成されており、
   上記吸熱部と放熱部とは、各々複数個が交互に配設されていて、吸熱部と放熱部との間に上記Ｐ型拡散領域もしくはＮ型拡散領域が、Ｐ型拡散領域とＮ型拡散領域とが交互になるように形成されており、
   上記吸熱部と放熱部とＰ型拡散領域とＮ型拡散領域とが、全ての上記吸熱部を上記表面の中央に配置させるとともに、全ての上記放熱部を該吸熱部を挟むように上記表面の該中央よりも外周側に配置させるように、１つの蛇行形状の電流経路を形成していることを特徴とする請求項１または２に記載のＩＣチップ実装パッケージ。
4. 上記ＩＣチップには、外部電源から該ＩＣチップに電流が供給されるための電源接続用パッドと、接地用パッドとが設けられており、
   上記放熱素子には、外部から上記電流経路に電流が供給されるための供給用電極と、接地される接地電極とが設けられており、
   上記接地用パッドと、上記供給用電極とが接続されていることを特徴とする請求項３に記載のＩＣチップ実装パッケージ。
5. 上記伝熱体は、金属で構成されており、
   上記封止材は、樹脂で構成されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のＩＣチップ実装パッケージ。

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