JP2011139088A - Method of manufacturing multi-chip module package - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a high output multi-chip module package, capable of properly keeping the planarity and heat dissipation. <P>SOLUTION: At a periphery of the top surface of a circuit element 54 to be housed in a multi-chip module 55, a recess is formed as a groove 75. In forming a film 70 so as to cover the top surface of the circuit element 54, any excess film material enters the recess on the top surface of the circuit element 54. When a forming material is injected to surround the side surface of the circuit element 54, such a forming material is not filled onto the top surface of the circuit element 54 that is covered by the film 70. In this case, the recess on the top surface of the circuit element accommodates any excess film material, and the film material covers the side surface of the circuit element 54, thereby avoiding generation of any bubble between the circuit element 54 and the forming material. This multi-chip module 55 exhibits an especially advantageous effect when the top surface of the circuit element 54 on which the recess is formed is located at a position higher than the top surfaces of other circuit elements on the same circuit substrate 40. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本願は、米国特許出願第１０／６２０，０２９号（２００３年７月１４日出願）の一部継続出願である。右出願は、米国特許仮出願第６０／５７６，７６６号（２００４年６月３日出願）および同第６０／５８３，１０４号（２００４年６月２５日出願）に基づく優先権を主張している。本明細書は、上記各出願の内容を、参考として組み入れている。   This application is a continuation-in-part of US patent application Ser. No. 10 / 620,029 (filed Jul. 14, 2003). The right application claims priority based on US Provisional Patent Application Nos. 60 / 576,766 (filed June 3, 2004) and 60 / 583,104 (filed June 25, 2004). Yes. This specification incorporates the contents of each of the above applications as a reference.

本発明は、マルチチップモジュールパッケージの製造方法に係り、より詳しくは、平面性と放熱性を改善したマルチチップモジュールパッケージの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a multichip module package, and more particularly to a method for manufacturing a multichip module package with improved flatness and heat dissipation.

上記の米国特許出願第１０／６２０，０２９号および米国特許仮出願第６０／５７６，７６６号は、少なくとも２つのパワー半導体素子に電気的に接触する導電素子（コネクタとして働く）を含むマルチチップモジュールパッケージの実施形態をいくつか開示している。   U.S. Patent Application No. 10 / 620,029 and U.S. Provisional Application No. 60 / 576,766 are multi-chip modules that include a conductive element (acting as a connector) in electrical contact with at least two power semiconductor elements. Several package embodiments are disclosed.

このマルチチップモジュールパッケージに含まれる１つのマルチチップモジュールにおいて、上記の導電素子は、入力用または出力用のコネクタとして働く外に、パワー半導体素子で発生した熱を、このマルチチップモジュールの頂面を通じて、放散しやすくする。このタイプのマルチチップモジュールは、業界では、本出願人の商標にならって、Ｔ−ＰＡＣモジュールと呼ばれている。   In one multichip module included in the multichip module package, the conductive element not only functions as an input or output connector, but also generates heat generated in the power semiconductor element through the top surface of the multichip module. , Make it easy to dissipate. This type of multi-chip module is referred to in the industry as a T-PAC module following the Applicant's trademark.

図１は、上記出願に記載してあるＴ−ＰＡＣモジュール（符号54で表す）の実施形態の１つを示す。導電素子56は、通常のＭＯＳＦＥＴ30とフリップフロップＭＯＳＦＥＴ42に跨り、網状部60を介して、両者に電気的に接触している。導電素子56は、銅その他の熱伝導性の良好な金属（金、銀、スズ、チタン、黄銅、ニッケルまたはアルミニウム）から形成される。コネクタ64は、網状部60をプリント回路基板40に接続するためのものである。コネクタ64は、２つのＭＯＳＦＥＴ30と42の間に配置することもできる。   FIG. 1 shows one embodiment of a T-PAC module (denoted by reference numeral 54) described in the above application. The conductive element 56 straddles the normal MOSFET 30 and the flip-flop MOSFET 42 and is in electrical contact with both via the mesh portion 60. The conductive element 56 is made of copper or other metal having good thermal conductivity (gold, silver, tin, titanium, brass, nickel, or aluminum). The connector 64 is for connecting the mesh portion 60 to the printed circuit board 40. The connector 64 can also be placed between the two MOSFETs 30 and 42.

導電素子56の網状部60の頂面は、Ｔ−ＰＡＣモジュール54の外部に露出しているため、ＭＯＳＦＥＴ30,42で発生した熱は、ＭＯＳＦＥＴ30,42からＴ−ＰＡＣモジュール54の頂面を通じて、良好に放散される。   Since the top surface of the mesh portion 60 of the conductive element 56 is exposed to the outside of the T-PAC module 54, the heat generated in the MOSFETs 30 and 42 is good through the top surface of the T-PAC module 54 from the MOSFETs 30 and 42. To be dissipated.

Ｔ−ＰＡＣモジュール54の各回路素子（導電素子56、コネクタ64、およびＭＯＳＦＥＴ30,42）を金型内に配置し、これらの間を充填するように、樹脂を注入することによって、これらを取り囲むハウジング58が形成される。しかし、樹脂は、導電素子56の頂面に被らないようにする。   A housing that surrounds each circuit element (conductive element 56, connector 64, and MOSFETs 30 and 42) of the T-PAC module 54 by placing resin in the mold and filling the space between them. 58 is formed. However, the resin is prevented from covering the top surface of the conductive element 56.

図２は、マルチチップモジュールパッケージ55の典型的なレイアウト（回路配置）を示す。マルチチップモジュールパッケージ55は、Ｔ−ＰＡＣモジュール54を１つだけ含んでいる。Ｔ−ＰＡＣモジュール54とともに、プリント回路基板の他のパッケージ素子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が、ハウジング58内に配置されている。   FIG. 2 shows a typical layout (circuit arrangement) of the multi-chip module package 55. The multichip module package 55 includes only one T-PAC module 54. Together with the T-PAC module 54, other package elements C1, C2, C3, C4 of the printed circuit board are arranged in the housing 58.

上記の米国特許仮出願第６０／５７６，７６６号には、他のレイアウトも示されている。   Other layouts are also shown in the above provisional US application Ser. No. 60 / 576,766.

上記のようなマルチチップモジュールパッケージにおける問題は、１つまたは複数のＴ−ＰＡＣモジュールを含む各回路素子の高さが、互いに異なることである。金型内に背の高いＴ−ＰＡＣモジュールが存在すると、樹脂が、背の低いＴ−ＰＡＣモジュールの頂面に被り、この頂面の外部への露出が断たれるおそれがある。   The problem with the multi-chip module package as described above is that the height of each circuit element including one or more T-PAC modules is different from each other. If a tall T-PAC module is present in the mold, the resin may cover the top surface of the short T-PAC module, and exposure to the outside of the top surface may be cut off.

図３は、図２に示すマルチチップモジュールパッケージの製造過程における断面図である。スイッチング素子、受動素子、または図１に示すようなＭＯＳＦＥＴ等の回路素子を含むＴ−ＰＡＣモジュール54は、プリント回路基板40の中央に配置されている。Ｔ−ＰＡＣモジュール54以外のパッケージ素子Ｃ１，Ｃ４は、プリント回路基板40の他の領域に配置されている。   3 is a cross-sectional view of the multichip module package shown in FIG. 2 in the manufacturing process. A T-PAC module 54 including a switching element, a passive element, or a circuit element such as a MOSFET as shown in FIG. 1 is disposed at the center of the printed circuit board 40. The package elements C1 and C4 other than the T-PAC module 54 are disposed in other areas of the printed circuit board 40.

プリント回路基板40の代わりに、リードフレームや他のタイプの基板を用いることもできる。   Instead of the printed circuit board 40, a lead frame or another type of board can be used.

ハウジング58を形成する前に、Ｔ−ＰＡＣモジュール54、およびパッケージ素子Ｃ１，Ｃ４の頂面を、この頂面の形状に沿って変形しうるプラスチック製フィルム70で覆う。このフィルム70の存在により、パッケージ素子相互の高さの違いは補償され、ハウジング形成用の樹脂を流し入れる際にも、各パッケージ素子の頂面と樹脂との接触は回避される。すなわち、フィルム70は、ハウジング形成用の樹脂が、パッケージ素子の頂面に被るのを防止する。フィルム70は、Kapton(登録商標)のような高融点プラスチックから形成される。フィルム70は、樹脂を注入してハウジング58を形成した後に、取り除かれる。   Before forming the housing 58, the top surfaces of the T-PAC module 54 and the package elements C1 and C4 are covered with a plastic film 70 that can be deformed along the shape of the top surface. Due to the presence of the film 70, the difference in height between the package elements is compensated, and contact between the top surface of each package element and the resin is avoided even when a resin for housing formation is poured. That is, the film 70 prevents the resin for housing formation from covering the top surface of the package element. The film 70 is formed from a high melting point plastic such as Kapton®. The film 70 is removed after injecting resin to form the housing 58.

図４〜図６は、図２と図３に示すようなマルチチップモジュールパッケージの製造工程を示す。プリント回路基板40には、３つのＴ−ＰＡＣモジュール54,54a,54bが配置されている。これらのＴ−ＰＡＣモジュールのアセンブリとプリント回路基板の上に、ツール62と64を用いて、フィルム70が押し付けられる。より詳しくいうと、３つのＴ−ＰＡＣモジュールの間にハウジング形成用の樹脂が流し込まれている最中、フィルム70は、ツール62に設けられたスプリング付きプレート66によって、押し付けられる。   4 to 6 show a manufacturing process of the multichip module package as shown in FIGS. Three T-PAC modules 54, 54a and 54b are arranged on the printed circuit board 40. The film 70 is pressed onto the assembly of these T-PAC modules and the printed circuit board using tools 62 and 64. More specifically, the film 70 is pressed by a spring-loaded plate 66 provided on the tool 62 while the housing forming resin is poured between the three T-PAC modules.

上記の方法によれば、ハウジング形成用の樹脂が、Ｔ−ＰＡＣモジュールの頂面を覆うことはない。   According to the above method, the resin for forming the housing does not cover the top surface of the T-PAC module.

しかし、図３に示すように、Ｔ−ＰＡＣモジュール54における導電素子の頂面の位置が、プリント回路基板40よりも著しく高い場合には、フィルム70の材料が過剰であると、この材料が導電素子の頂面から食み出し、Ｔ−ＰＡＣモジュール54の側方に、凸部57を形成する。   However, as shown in FIG. 3, when the position of the top surface of the conductive element in the T-PAC module 54 is significantly higher than that of the printed circuit board 40, if the material of the film 70 is excessive, this material becomes conductive. A protrusion 57 is formed on the side of the T-PAC module 54 by protruding from the top surface of the element.

これらの凸部57は、ハウジング58形成用の樹脂を流し込む際に、樹脂とＴ−ＰＡＣモジュールの間に気泡を発生させ、樹脂がＴ−ＰＡＣモジュールへ到達するのを妨げ、マルチチップモジュールパッケージの構造的な一体性、強度、および外部環境に対する抵抗力を低下させるおそれがある。 When the resin for forming the housing 58 is poured, these convex portions 57 generate bubbles between the resin and the T-PAC module and prevent the resin from reaching the T-PAC module. May reduce structural integrity, strength, and resistance to external environment.

本発明は、上記事情に鑑み、平面性と放熱性を良好に保つことができる高出力マルチチップモジュールを提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the high output multichip module which can keep flatness and heat dissipation favorable in view of the said situation.

本発明の一様相においては、上記目的を実現するため、回路基板と、上部電極、および前記回路基板と電気的に接触している下部電極をそれぞれ有する半導体装置ならびに回路素子と、前記半導体装置および前記回路素子の各上部電極に跨って、これらの上部電極と接触する、頂面が窪んでいる網状部を有し、かつ前記回路基板と電気的に接触している導電素子とを備える半導体モジュールにおいて、前記頂面が窪んでいる網状部には、凹部が形成されていることを特徴とする半導体モジュールを提供する。   In one aspect of the present invention, in order to achieve the above object, a semiconductor device and a circuit element each having a circuit board, an upper electrode, and a lower electrode in electrical contact with the circuit board, the semiconductor device, A semiconductor module comprising a conductive element in contact with these upper electrodes across the upper electrodes of the circuit element, having a net-like portion with a recessed top surface and in electrical contact with the circuit board The semiconductor module is characterized in that a concave portion is formed in the net-like portion in which the top surface is recessed.

前記凹部は、網状部の窪んでいる頂面の周縁に形成された溝であるのが好ましい。   The concave portion is preferably a groove formed on the periphery of the top surface of the mesh portion that is depressed.

本発明のもう一つの様相によれば、パッケージ基板と、前記パッケージ基板上に配置された半導体モジュールと、前記パッケージ基板上に配置されたパッケージ素子と、前記半導体モジュールおよびパッケージ素子の間を充填する成形材料とを有するマルチチップモジュールパッケージが提供される。   According to another aspect of the present invention, a package substrate, a semiconductor module disposed on the package substrate, a package element disposed on the package substrate, and a space between the semiconductor module and the package element are filled. A multi-chip module package having a molding material is provided.

前記パッケージ素子は、半導体装置、受動素子、または他の半導体モジュールとすることができる。   The package element may be a semiconductor device, a passive element, or another semiconductor module.

本発明は、凹部が形成された回路素子の頂面が、同じ回路基板上の他の回路素子の頂面よりも高い位置にあるときに、特に有利な効果を奏する。凹部（好ましくは溝）が、以下に述べる製造過程においてフィルム材料が過剰となった場合に、過剰なフィルム材料を収容するからである。   The present invention has a particularly advantageous effect when the top surface of a circuit element in which a recess is formed is located higher than the top surfaces of other circuit elements on the same circuit board. This is because the recesses (preferably grooves) accommodate excess film material when the film material becomes excessive in the manufacturing process described below.

本発明の他の様相によれば、パッケージ基板上に、頂面に凹部が形成されたパッケージ素子を含む、複数のパッケージ素子を配置する工程と、前記パッケージ素子の頂面を覆い、かつ前記凹部にも収容されるフィルムを被せる工程とを含むマルチチップモジュールパッケージの製造方法が提供される。   According to another aspect of the present invention, a step of disposing a plurality of package elements including a package element having a recess formed on a top surface on a package substrate; covering the top surface of the package element; and A method of manufacturing a multichip module package including a step of covering the film accommodated in the chip.

前記凹部は、頂面の周縁に形成された溝であるのが好ましい。   The recess is preferably a groove formed on the periphery of the top surface.

凹部を形成した後、前記フィルムによって覆われている頂面を避けつつ、前記複数のパッケージ素子の間を充填するよう、成形材料が注入される。   After forming the recess, a molding material is injected so as to fill the space between the plurality of package elements while avoiding the top surface covered with the film.

回路素子頂面の凹部は、過剰なフィルム材料を収容するようになっているため、過剰のフィルム材料が、回路素子の側面を覆って、回路素子と成形材料の間に気泡が生じることは避けられる。   The recess on the top surface of the circuit element is designed to accommodate excess film material, so that excessive film material covers the side surface of the circuit element and avoids the formation of bubbles between the circuit element and the molding material. It is done.

本発明は、凹部が形成された回路素子の頂面が、同じ回路基板上の他の回路素子の頂面よりも高い位置にあるときに、特に有利な効果を奏する。 The present invention has a particularly advantageous effect when the top surface of a circuit element in which a recess is formed is located higher than the top surfaces of other circuit elements on the same circuit board.

本発明においては、Ｔ−ＰＡＣモジュールにおける導電素子の頂面に、溝または堀を形成する。したがって、導電素子の高さとの関係で、導電素子の頂面を被覆するフィルム形成用の材料が過剰である場合にも、このフィルム材料は、溝に留まることとなり、導電素子の側方に流れ出て、その後のハウジング形成用樹脂の充填を妨げることはない。 In the present invention, a groove or a moat is formed on the top surface of the conductive element in the T-PAC module. Therefore, even if the film forming material covering the top surface of the conductive element is excessive in relation to the height of the conductive element, the film material remains in the groove and flows out to the side of the conductive element. Thus, the subsequent filling of the housing forming resin is not hindered.

したがって、本発明によれば、平面性と放熱性を良好に保つことができる高出力マルチチップモジュールが得られる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain a high-output multichip module that can maintain good flatness and heat dissipation.

公知のＴ−ＰＡＣモジュールの断面図である。It is sectional drawing of a well-known T-PAC module. 図１に示すＴ−ＰＡＣモジュールを含むマルチチップモジュールパッケージの平面図である。It is a top view of the multichip module package containing the T-PAC module shown in FIG. 図２に示すマルチチップモジュールパッケージの断面図である。It is sectional drawing of the multichip module package shown in FIG. マルチチップモジュールパッケージの公知の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the well-known manufacturing process of a multichip module package. 同じく断面図である。It is sectional drawing similarly. 同じく断面図である。It is sectional drawing similarly. 本発明に係るマルチチップモジュールパッケージの製造過程において得られる中間体の断面図である。It is sectional drawing of the intermediate body obtained in the manufacture process of the multichip module package based on this invention. 図７に示す中間体におけるマルチチップモジュールパッケージに含まれる背の高いＴ−ＰＡＣモジュールの平面図である。It is a top view of the tall T-PAC module contained in the multichip module package in the intermediate body shown in FIG. 図７に示す中間体から得られるマルチチップモジュールパッケージの断面図である。It is sectional drawing of the multichip module package obtained from the intermediate body shown in FIG. 図９に示すマルチチップモジュールパッケージに含まれる背の高いＴ−ＰＡＣモジュールの平面図である。FIG. 10 is a plan view of a tall T-PAC module included in the multichip module package shown in FIG. 9.

上記以外の本発明の特徴と効果は、添付の図面を参照して行う、以下の実施形態の説明から明らかになると思う。   Other features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the accompanying drawings.

以下に、図７〜図１０を参照して、公知技術における問題を解消する、本発明に係るマルチチップモジュールパッケージを説明する。   The multichip module package according to the present invention that solves the problems in the known technology will be described below with reference to FIGS.

Ｔ−ＰＡＣモジュール54における導電素子56の頂面には、溝75が形成されている。Ｔ−ＰＡＣモジュール54、および他のパッケージ素子Ｃ１，Ｃ４の頂面に、フィルム70を形成する際、背の高いＴ−ＰＡＣモジュール54の頂面に留まり切れなかった過剰なフィルム材料は、Ｔ−ＰＡＣモジュールの側方に食み出す代わりに、溝75に収容される。したがって、過剰なフィルム材料が、Ｔ−ＰＡＣモジュールの側方に凸部を形成することはなく、ハウジング58形成用の樹脂は、Ｔ−ＰＡＣモジュール54の側面を覆い尽くすことができる。   A groove 75 is formed on the top surface of the conductive element 56 in the T-PAC module 54. When the film 70 is formed on the top surface of the T-PAC module 54 and the other package elements C1 and C4, excess film material that has not remained on the top surface of the tall T-PAC module 54 is T-PAC. Instead of protruding to the side of the PAC module, it is received in the groove 75. Therefore, excessive film material does not form a convex part on the side of the T-PAC module, and the resin for forming the housing 58 can cover the side surface of the T-PAC module 54.

図９は、フィルム70を取り除いた後の本発明に係る最終的なマルチチップモジュールパッケージを示す。溝75には、フィルムの材料が、残留している。   FIG. 9 shows the final multichip module package according to the present invention after the film 70 has been removed. In the groove 75, the film material remains.

以上、本発明を特定の実施形態に即して説明してきたが、当業者ならば、他の多くの変形例や設計変更を容易に想起しうると思われる。したがって、本発明の技術的範囲は、本明細書における開示内容に限定されるものではない。   While the present invention has been described with reference to specific embodiments, those skilled in the art will readily be able to conceive many other variations and design changes. Accordingly, the technical scope of the present invention is not limited to the content disclosed herein.

30 通常のＭＯＳＦＥＴ
40 プリント回路基板
42 フリップフロップＭＯＳＦＥＴ
54,54a,54b Ｔ−ＰＡＣモジュール
55 マルチチップモジュールパッケージ
56 導電素子
58 ハウジング
60 網状部
62 ツール
64 コネクタ
66 スプリング付きプレート
70 フィルム
75 溝
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ パッケージ素子 30 Normal MOSFET
40 printed circuit boards
42 Flip-flop MOSFET
54,54a, 54b T-PAC module
55 Multi-chip module package
56 Conductive element
58 Housing
60 Mesh
62 Tools
64 connectors
66 Spring-loaded plate
70 films
75 Groove C1, C2, C3, C4 Package element

Claims (6)

パッケージ基板上に、頂面に該頂面の端部にまでは及んでいない凹部が形成された回路素子を含む、複数の回路素子を配置する工程と、
前記回路素子の頂面を覆い、かつ前記凹部にも収容されるフィルムを被せる工程とを含むマルチチップモジュールパッケージの製造方法。 A step of disposing a plurality of circuit elements on the package substrate, the circuit element including a circuit element in which a recess that does not reach the end of the top surface is formed on the top surface;
And a step of covering the top surface of the circuit element and covering the film also received in the recess. 前記回路素子の頂面における凹部として、この頂面の周縁に、溝を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載のマルチチップモジュールパッケージの製造方法。   2. The method of manufacturing a multichip module package according to claim 1, further comprising a step of forming a groove on a peripheral edge of the top surface as the concave portion on the top surface of the circuit element. 前記フィルムによって覆われている頂面を避けつつ、前記複数の回路素子の間を充填する成形材料を注入する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載のマルチチップモジュールパッケージの製造方法。   2. The method of manufacturing a multi-chip module package according to claim 1, further comprising a step of injecting a molding material that fills a space between the plurality of circuit elements while avoiding a top surface covered with the film. 前記凹部は、前記フィルムの過剰な材料が、前記回路素子の側面を覆うのを回避するため、過剰なフィルム材料を収容することを特徴とする請求項３記載のマルチチップモジュールパッケージの製造方法。   4. The method of manufacturing a multichip module package according to claim 3, wherein the concave portion accommodates an excessive film material in order to prevent the excessive material of the film from covering a side surface of the circuit element. 前記凹部を有する回路素子の頂面は、他の回路素子の頂面よりも高い位置にあることを特徴とする請求項１記載のマルチチップモジュールパッケージの製造方法。   2. The method of manufacturing a multichip module package according to claim 1, wherein a top surface of the circuit element having the recess is located higher than a top surface of another circuit element. 前記凹部は、前記フィルムの過剰な材料が、前記回路素子の側面を覆うのを回避するため、過剰なフィルム材料を収容するようになっていることを特徴とする請求項５記載のマルチチップモジュールパッケージの製造方法。   6. The multichip module according to claim 5, wherein the concave portion is configured to accommodate an excessive film material in order to prevent an excessive material of the film from covering a side surface of the circuit element. Package manufacturing method.
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