JP2023077374A - Package heat dissipation structure - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は電子パッケージング用放熱構造体及びその放熱構造体を含むチップに関する。 The present disclosure relates to a heat dissipation structure for electronic packaging and a chip containing the heat dissipation structure.
電気通信産業では、電気デバイスの高いデータ転送レート及び広い帯域幅が求められる。大電力増幅器は、携帯電話、タブレット、Wi-Fiベースステーション、ブルートゥース(登録商標)及びブロードバンドアプリケーション及び衛星通信といったブロードバンドアプリケーション用電子製品において、必須の要素である。現在では一般的に、大電力増幅器は、RF信号を発生させるダイ、ダイを支持するキャリア、RF信号を伝達し又はダイに電力供給するための金属電極を備えるモノリシックマイクロ波集積回路(MMIC)設計内にパッケージされる。 The telecommunications industry requires high data transfer rates and high bandwidth for electrical devices. High power amplifiers are essential components in electronic products for broadband applications such as mobile phones, tablets, Wi-Fi base stations, Bluetooth® and broadband applications and satellite communications. Currently, high power amplifiers are typically monolithic microwave integrated circuit (MMIC) designs that include a die to generate the RF signal, a carrier to support the die, and metal electrodes to carry the RF signal or power the die. packaged inside.
電気製品の小型化及び多機能化の進展に伴い、大電力増幅器におけるダイの放熱はこの技術分野の問題の一つである。一般的に言えば、前述のダイを支持するキャリアは、高温同時焼成セラミック(HTCC)で構成されており、良好な熱効率を提供する。しかしHTCCは、高周波数信号伝達のアプリケーションにおいて周波数ドリフトする傾向があり、それはRF信号伝達ロスを導く。通常、HTCCは高温(1600℃以上)での同時焼成のために、電極として高融点のタングステンを含むが、タングステンは高周波数信号に対し高いインピーダンスを有する。対照的に、低温同時焼成セラミック(LTCC)はゼロに近い共鳴温度係数を有し、それゆえにRF信号伝達に影響しないが、LTCCによる放熱はHTCCによるものより効率が良くない。 With the development of miniaturization and multi-functionality of electronic products, die heat dissipation in large power amplifiers is one of the problems in this technical field. Generally speaking, the carrier that supports the aforementioned dies is constructed of high temperature co-fired ceramic (HTCC) to provide good thermal efficiency. However, HTCC is prone to frequency drift in high frequency signaling applications, which leads to RF signaling losses. HTCCs usually contain high melting point tungsten as electrodes due to co-firing at high temperatures (above 1600° C.), but tungsten has a high impedance to high frequency signals. In contrast, low temperature co-fired ceramics (LTCC) have a near-zero resonant temperature coefficient and therefore do not affect RF signal transmission, but heat dissipation by LTCC is less efficient than by HTCC.
LTCCキャリアによる乏しい放熱効率の問題に取り組むために、一つの解決策は、キャリア上に数個の穴を形成させ、前記穴を金属で満たし放熱用のバイアスとすることであったが、熱分布が一様でないために効果的でなかった。したがって、高周波数通信における良好な熱効率及びRF信号伝達ロス減少の要求は、この技術分野における挑戦である。 To address the problem of poor heat dissipation efficiency with LTCC carriers, one solution has been to form several holes on the carrier and fill the holes with metal to serve as biases for heat dissipation; was not effective due to the non-uniformity of Therefore, the demand for good thermal efficiency and reduced RF signal transmission losses in high frequency communications is a challenge in this technical field.
本開示では、チップ内のパッケージ用放熱構造体を提供する、そしてその放熱構造体は非効率的な放熱及び重大な信号伝達ロスの問題を解決する。 The present disclosure provides a heat dissipation structure for in-chip packaging, and the heat dissipation structure solves the problems of inefficient heat dissipation and serious signal transmission loss.
本開示の一実施形態は、フレームと放熱キャリアを含むパッケージ用の放熱構造体を提供する。フレームはセラミックのボディを含む。放熱キャリアはフレームのセラミックボディに取り付けられる。放熱キャリアはセラミック材料で構成され、放熱キャリアの熱伝導率は、セラミックボディの熱伝導率の10倍又はそれ以上である。 One embodiment of the present disclosure provides a heat dissipation structure for a package including a frame and a heat dissipation carrier. The frame includes a ceramic body. A heat dissipation carrier is attached to the ceramic body of the frame. The heat dissipation carrier is made of ceramic material, and the thermal conductivity of the heat dissipation carrier is ten times or more than the thermal conductivity of the ceramic body.
本開示の他の実施形態は、前記放熱構造体を含むチップ、及び放熱キャリア上に支持されたダイを提供する。 Other embodiments of the present disclosure provide a chip including the heat dissipation structure and a die supported on a heat dissipation carrier.
本開示に関して、パッケージ用の放熱構造体は、信号特性における影響が低いセラミックボディ及び電気的に絶縁されかつ高い熱伝導率を有する放熱キャリアを有する。放熱キャリアは信号を出力するダイを携えることができ、ダイにより発生した熱は放熱キャリアにより放熱されることができる。それゆえ、放熱構造体において、高い熱伝導率を有する放熱キャリアは良好な放熱効率を有し、セラミックボディは過度の反射損失とともに挿入損失を防ぎ、それにより良好な放熱効率及び信号伝達ロス減少の要求を同時に満たす。 With respect to the present disclosure, a heat dissipation structure for a package has a ceramic body with low impact on signal characteristics and a heat dissipation carrier that is electrically insulated and has high thermal conductivity. A heat dissipation carrier can carry a die for outputting a signal, and heat generated by the die can be dissipated by the heat dissipation carrier. Therefore, in the heat dissipation structure, the heat dissipation carrier with high thermal conductivity has good heat dissipation efficiency, and the ceramic body prevents insertion loss as well as excessive reflection loss, so that good heat dissipation efficiency and reduced signal transmission loss. meet demands at the same time.
以下の詳細な説明において、説明の目的で、開示された実施形態の完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細が述べられている。しかしながら、一つ以上の実施形態がこれらの特定の詳細なしで実施され得ることは明らかである。他の例において、よく知られた構造や装置は図を簡単にするために概略的に示されている。 In the following detailed description, for purposes of explanation, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the disclosed embodiments. It is evident, however, that one or more embodiments may be practiced without these specific details. In other instances, well-known structures and devices are schematically shown for simplicity of drawing.
図1及び図2を参照されたい。図1は本開示の一実施形態に係るパッケージ用放熱構造体の斜視図である。図2は図1の放熱構造体の別の斜視図である。この実施形態において、パッケージ用放熱構造体1はフレーム10及び放熱キャリア20を含む。
See FIGS. 1 and 2. FIG. FIG. 1 is a perspective view of a heat dissipation structure for a package according to one embodiment of the present disclosure. 2 is another perspective view of the heat dissipation structure of FIG. 1; FIG. In this embodiment, the package
フレーム10はセラミックボディ110を含み、放熱キャリア20はセラミックボディ110に取り付けられている。放熱キャリア20はセラミック材料で構成され、放熱キャリア20の熱伝導率はセラミックボディ110の10倍又はそれ以上である。放熱キャリア20は100W/(m・K)の熱伝導率を有してよい。
The
フレーム10のセラミックボディ110は低温同時焼成セラミック(LTCC)を含み、放熱キャリア20は高温同時焼成セラミック(HTCC)を含む。HTCC放熱キャリア20は、セラミックボディ110よりも高い前述の熱伝導率を満たすことができる窒化アルミニウム及び酸化アルミニウムのような熱伝導性材料で構成することができ、放熱構造体の放熱効率を増加させる。いくつかの他の実施形態においては、放熱キャリアは、窒化アルミニウムシート及び酸化アルミニウムシートのような良好な熱伝導率を有する金属シートでよい。
The
図3は、図1の放熱構造体の断面図である。この実施形態においては、フレーム10はさらにセラミックボディ110上に配列した電極120を含み、そして電極120の少なくとも一部はセラミックボディ110内に固定されている。具体的には、電極120は第一部位121、第二部位122及び第三部位123を含み、それらは互いに接続している。第一部位121はセラミックボディ110内に固定され、第二部位122及び第三部位123は外側に露出している。より具体的には、第二部位122及び第三部位123は、それぞれセラミックボディ110の反対側表面に位置する。第二部位122はセラミックボディ110の上面111に位置し、溶接点となる。第三部位123はセラミックボディ110の上面111に位置し、電気接合用のピンとなる。図1及び図2は並列する電極120を含むフレーム10を例示しているが、本開示が電極120の数を限定するものでないことに留意されたい。
3 is a cross-sectional view of the heat dissipation structure of FIG. 1. FIG. In this embodiment,
この実施形態において、セラミックボディ110は電極120と同時焼成され、フレーム10を形成する。具体的には、フレーム10の製作工程において、LTCCを含む未焼成のセラミックボディ110は低い融点、低い電気抵抗及び低いインピーダンスを有する金属とともに同時焼成される。例えば、セラミックボディ110は銀と同時焼成され、電極120は銀電極であることができる。
In this embodiment,
この実施形態において、フレーム10のセラミックボディ110は、放熱キャリア20と結合する。具体的には、放熱キャリア20は、セラミックボディ110と放熱キャリア20を同時焼成することにより、セラミックボディ110へ取り付けられる。セラミックボディ110はLTCCを含む場合にはガラス成分を含んでよい。放熱構造体1の製作において、同時焼成工程の前に、放熱キャリア20はLTCCを含む半仕上げのセラミックボディ110の開口部に配置される。セラミックボディ110の同時焼成工程においてセラミックボディ110は熱収縮し、放熱キャリア20と締まり嵌めが達成され、そして溶融又は軟化ガラス成分が放熱キャリア20に対し接着される。それゆえ、セラミックボディ110と放熱キャリア20との間の接合には、放熱グリス又はエポキシ樹脂のような接着剤は必要なく、放熱構造体1の製作を簡略化する助けとなる。
In this embodiment, the
図4は、図1の放熱構造体を含むチップの概略図である。チップ2はRF ICチップであってよく、ダイ3はRF信号を発生させるためのダイであってよく、ダイ3は放熱キャリア20上に支持されてよい。ダイ3はワイヤ接合により電極120の第二部位122と電気的に接合されてよい。この実施形態において、電極120の部分は高周波信号伝達用に構成され、ダイ3より発生するRF信号を第三部位123と電気的に結合している外部回路に伝達する。電極120の他の部分は、第三部位123と電気的に結合した外部電源からダイ3に電力を供給するように構成される。さらにフレーム10のセラミックボディ110はキャップ113を含んでよく、ダイ3を封止するように構成される、しかし本開示ではそれらに限定されない。キャップ113はLTCCを含んでもよく、かつセラミックボディ110と一体でよく、又はその代わりにセラミックボディ110と接着した非金属シートであってよい。
FIG. 4 is a schematic diagram of a chip including the heat dissipation structure of FIG. The
図5は、ヒートシンクの上に載せられた図4のチップの概略図である。放熱構造体1は、銅板のようなヒートシンク4上に載せられてよく、放熱キャリア20がヒートシンク4と熱的に接触する。ダイ3により発生する熱は、放熱キャリア20を通りヒートシンク4へ移される。
FIG. 5 is a schematic diagram of the chip of FIG. 4 mounted on a heat sink. The
図6は、図4のチップの挿入損失を示す。20GHzを超える周波数における信号伝達のアプリケーションにおいて、放熱構造体1を含むチップ2の挿入損失は0dBから-0.4dBである。ほかにも40GHzをも超える周波数における信号伝達のアプリケーションにおいて、チップ2の挿入損失は約-0.3dBにすぎないことが示される。図7は、図4におけるチップの反射損失を示す。20GHzを超える周波数における信号伝達のアプリケーションにおいて、放熱構造体1を含むチップ2の反射損失は-20dBから-40dBである。ほかにも40GHzをも超える周波数における信号伝達のアプリケーションにおいて、チップ2の反射損失は約-23dBにすぎないことが示される。
FIG. 6 shows the insertion loss of the chip of FIG. In the application of signal transmission at frequencies above 20 GHz, the insertion loss of
本開示によれば、パッケージ用の放熱構造体は、信号伝達特性に影響が低いセラミックボディ、及び電気的に絶縁され高い熱伝導率を有する放熱キャリアを有する。放熱キャリアは信号を出力するダイを携えることができ、ダイにより発生した熱は放熱キャリアにより放熱されることができる。それゆえ、放熱構造体において高い熱伝導率を有する放熱キャリアは良好な放熱効率を有し、前記セラミックボディは過度の反射損失とともに挿入損失を防ぎ、それにより良好な放熱効率及び信号伝達ロス減少の要求を同時に満たす。 According to the present disclosure, a heat dissipation structure for a package has a ceramic body with low impact on signal transfer characteristics and a heat dissipation carrier that is electrically insulated and has high thermal conductivity. A heat dissipation carrier can carry a die for outputting a signal, and heat generated by the die can be dissipated by the heat dissipation carrier. Therefore, the heat-dissipating carrier with high thermal conductivity in the heat-dissipating structure has good heat-dissipating efficiency, and the ceramic body prevents insertion loss as well as excessive reflection loss, thereby providing good heat-dissipating efficiency and reducing signal transmission loss. meet demands at the same time.
さらに、セラミックボディはLTCCを含んでよく、低融点、低い電気抵抗及び低いインピーダンスを有する金属とともに同時焼成され、フレーム10を形成できる。またLTCCを含むセラミックボディは、放熱キャリアと同時焼成されることができる。セラミックボディの同時焼成の工程において、セラミックボディは熱収縮し、放熱キャリアと締まり嵌めが達成される。さらにLTCC中のガラス成分が加熱され、溶融又は軟化され、放熱キャリア対し接着されることができる。それゆえ、セラミックボディと放熱キャリア間の接合には追加の接着剤は必要なく、放熱構造体の製作を簡略化する助けとなる。
Additionally, the ceramic body may include LTCC and may be co-fired with a metal having a low melting point, low electrical resistance and low impedance to form
本開示に対して様々な修正及び変更を行うことができることは、当業者には明らかである。明細書及び例示は、例示的な実施形態としてのみ考慮され、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲及びそれらの均等物によって示される。 It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and changes can be made to this disclosure. It is intended that the specification and illustrations be considered as exemplary embodiments only, with the scope of the disclosure being indicated by the following claims and their equivalents.
1 パッケージ用放熱構造体
2 チップ
3 ダイ
4 ヒートシンク
10 フレーム
110 セラミックボディ
111 上面
112 底面
113 キャップ
120 電極
121 第一部位
122 第二部位
123 第三部位
20 放熱キャリア
1 heat dissipation structure for
図4は、図1の放熱構造体を含むチップの概略図である。チップ2はRF ICチップであってよく、ダイ3はRF信号を発生させるためのダイであってよく、ダイ3は放熱キャリア20上に支持されてよい。ダイ3はワイヤ接合により電極120の第二部位122と電気的に接合されてよい。この実施形態において、電極120の部分は高周波信号伝達用に構成され、ダイ3より発生するRF信号を第三部位123と電気的に結合している外部回路に伝達する。電極120の他の部分は、第三部位123と電気的に結合した外部電源からダイ3に電力を供給するように構成される。さらにフレーム10のセラミックボディ110はキャップ113を含んでよく、ダイ3を封止するように構成される、しかし本開示ではそれらに限定されない。キャップ113はLTCCを含んでもよく、かつセラミックボディ110と一体でよく、又はその代わりにセラミックボディ110と接着した非金属シートであってよい。図4において、放熱キャリア20の底面は、セラミックボディ110の底面と同一平面上にある。
FIG. 4 is a schematic diagram of a chip including the heat dissipation structure of FIG. The
Claims (8)
前記フレームのセラミックボディに取り付けられた放熱キャリアであって、前記放熱キャリアはセラミック材料で構成され、前記放熱キャリアの熱伝導率は前記セラミックボディの10倍又はそれ以上である前記放熱キャリアと、
を含むパッケージ用放熱構造体。 a frame including a ceramic body;
a heat dissipation carrier attached to a ceramic body of the frame, wherein the heat dissipation carrier is made of a ceramic material, and the heat dissipation carrier has a thermal conductivity ten times or more that of the ceramic body;
A heat dissipation structure for a package including.
前記放熱キャリアが高温同時焼成セラミック(HTCC)を含む、請求項1に記載のパッケージ用放熱構造体。 wherein the ceramic body comprises a low temperature co-fired ceramic (LTCC);
2. The heat dissipation structure for packaging according to claim 1, wherein said heat dissipation carrier comprises high temperature co-fired ceramic (HTCC).
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