JP3004578B2 - 熱放散増強のための多熱導伝路とパッケージ統合性及び信頼性向上のための縁の周りを囲むキャップからなる集積回路パッケージ - Google Patents

熱放散増強のための多熱導伝路とパッケージ統合性及び信頼性向上のための縁の周りを囲むキャップからなる集積回路パッケージ

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Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】本発明は集積回路(IC)の
製造及びパッキングに関し、更に詳細には高出力集積回
路(IC)の構造一体性及び強度の改善及び高出力IC
により発生した熱の放散を増強するための改善された構
成及び方法に関する。

【0002】

【従来の技術】集積回路の動作から発生する熱を放散す
る効率は現代の電子産業にとっての主要な設計上の問題
である。熱放散のより高い比率へのこの継続的な要求に
対するいくつかの理由がある。第一に現在の電子技術の
使用により現在製造されているようなICデバイス上の
回路の密度はこの10年間にわたってほとんど指数関数
的に増大してきた。これらの高密度回路の信頼性及び性
能は動作により発生する熱が適切に放散されない場合に
は熱的な環境により影響される。第二には小型化の要求
のために更により多くの電子的パッケージが非常に小さ
な空間内に設けられる。これによりそれらが小さな箱の
中にきっちりと詰め込まれている場合にはこれらのIC
パッケージからの熱を放散する効率への依存が非常に増
加する。更にまたICデバイスは高出力応用により多く
用いられるようになってきた。従来技術のICチップは
一般に数ワット以下で動作する。しかしながらあるIC
は10ワット付近で動作するよう設計され、斯くしてよ
り効率的な熱放散の可能なパッキング技術に対する要求
が非常に増大している。

【0003】Bourdelaise等によるアメリカ
特許第5027191号にはパッドグリッド配列を有す
るキャビティダウン(cavity down)チップ
担体を用いたチップ担体組立体を開示している。チップ
担体内のICチップはそれに対してより大きな熱伝導率
を可能にするように、ICチップがICチップからの熱
伝導がヒートシンクへの短い経路に沿って生ずるよう
に、プリント配線基板(PWD)の反対側の表面に対し
て設けられる。熱伝導率の改善はいまだに非常に限定さ
れている。何故ならばチップからチップ周辺の結合パッ
ドへボンディングワイヤが延在するのを許容するために
小さなギャップがICチップの表面上で通常要求される
からである。ICチップとヒートシンクとして供されて
いる平坦な熱パッドとの間にあるこの小さなギャップ
は、より短い熱伝導路がこの担体組立体内に供されるよ
うになるまで熱伝導率を減少する。制限された熱伝導率
のためにBourdelaise等のチップ担体組立体
の熱放散率は現在の高出力チップへの実際的な適用に対
していまだ十分ではない。

【0004】上記の制限及び困難により、これらの困難
及び制限を解決するICパッケージング技術への要求が
なお存在する。特にこの新たなパッケージング技術は高
出力ICに対する改善され多熱放散率を提供し、一方で
よりよいIC保護及びより高い信頼性をのためのパッケ
ージング一体性を増加することができるものである。

【0005】

【発明が解決しようとする課題】故に本発明の目的は従
来技術で遭遇した高出力ICパッケージングの上記困難
を克服するために熱導伝性の改善された手段を設けるこ
とによりICチップを保護する新たなICパッケージン
グ構造を提供することにある。とりわけ、本発明の目的
、ボールグリッド配列(BGA)の利点を用いること
により、より高い熱放散率が達成可能な支持プリント回
路基板(PCB)を通して付加的な熱導伝性のバイア
(via)を設けたICチップを保護する新たなICパ
ッケージング構造を提供することにある。

【0006】本発明の他の目的は熱導伝性材料からな
り、熱放散率を改善するヒートシンクにより供されるチ
ップカバーを用いることによりICチップを保護する新
たなICパッケージング構造を提供することにある。本
発明の他の目的はパッキング強度及び一体性を改善する
ためにICチップを保持するアダプターボードの縁を
み、に近い縁に近接する凹状の段を形成するチップ
カバーを用いることによりICチップを保護する新たな
ICパッケージング構造を提供することにある。

【0007】本発明の他の目的はチップキャップからの
伝導路と複数の熱バイアを通してボールグリッド配列を
介してプリント回路基板の底に熱を導く他の路とを設け
ることによりICチップから発生した熱を導き伝導する
多数の路を設けることによりICチップを保護する新た
なICパッケージング構造を提供することにある。

【0008】

【課題を解決するための手段】本発明の好ましい実施例
では本発明はアダプターボードに保持され、確実に接触
されるICチップを含むパッケージされた集積回路(I
C)からなる。そのパッケージはその中に該ICを覆
い、保護するチップキャップをまた含む。チップキャッ
プは該キャップと該ボードとの間の接触領域を増加させ
該キャップを該ボードに確実に取付けるために該アダプ
ターボードの縁の周りを囲む該キャップの低い縁に近接
する凹状の段を更に形成する。チップキャップは熱導伝
性材料からなり、チップキャップは該ICチップから発
生した熱を放散させるヒートシンク手段を更に含む。ア
ダプターボードは複数の結合バイアと該アダプターボー
ドの下のボールグリッド配列(BGA)を形成する複数
の導伝性金属ボールとを更に含む。該ICチップは該結
合バイアを導伝性材料で満たすことにより該BGAと電
気的及び熱的に接触する。プリント回路基板(PCB)
はその上に該アダプターボードを支持し受容するために
用いられ、該PCBはそれを貫通し熱導伝性材料で満
たされた該ICから発生した熱を放散させるためのBG
Aの複数の該導伝性金属ボールに対応しそれと接触して
いる複数の熱バイアを含む。

【0009】

【発明の実施の形態】本発明のこれらのそして他の目的
及び効果は以下に好ましい実施例を図を参照して本発明
を詳細に説明することで明らかになろう。図1に本発明
のパッケージされたIC100を示す。パッケージされ
たIC100はチップキャップ110により覆われ、保
護されたボンディングリードワイヤ108を有するIC
チップ105を含む。ICチップ105は上端の熱接着
層115を介してチップキャップ110及び底の熱接着
層118を介してアダプターボード120に取付けられ
る。上端の接着層115は好ましくは3Mのアクリル接
着剤からなる層であり、底の接着層118は好ましくは
例えばHeraeus PC−5915のような銀接着
剤からなる層である。チップキャップ110は熱放散を
増強するために上面上のヒートシンク130で形成され
る。チップキャップ110は側面上の凹状段140を更
に含み、ここで凹状段140のより低い部分の内側はそ
れの上に確実に接着するために例えばAblestic
9331エポキシのようなエポキシ116を塗布するこ
とによりアダプターボード150に接着される。凹状段
140はこのパッケージされたIC100の一体性及び
信頼性を増加するようにチップキャップがICチップ1
05を遮蔽し、より確実にその上に取付けられることを
可能にする。チップキャップ110の上面上に形成され
たヒートシンク130は上端の接触層115を介してI
Cチップ105から伝達され多熱を放散するために設け
られる。

【0010】ICチップ105の底面に接触するアダプ
ターボード120は底の接着層118の下複数の貫
して設けられる結合バイア150を設けられる。結合
バイア150はアダプターボード120の底面上に形成
された複数のボールグリッド配列(BGA)160と電
気的に接触を供するために底の接着層118と電気的接
触をなすように導伝性材料で満たされる。BGA160
は例えば通常はパーソナルコンピュータ用のマザーボー
ドのようなプリント回路基板(PCB)である主基板1
70上に配置された他のデバイス(図示せず)と電気的
な接触をなすように複数のボールグリッドを含む。主基
板170は更に高熱導伝性の材料で満たされた複数の熱
バイア180を設けられる。熱バイア180はそれに伝
達された熱を受けるためにボールグリッド160と物理
的に接触する。熱バイア180内に設けられた高い熱導
伝性は更にBGA160から熱拡散器190に熱を伝達
する。熱バイアは例えば銅、ニッケル、銀、金、チタ
ン、又は高い熱伝導性を有する材料の他のタイプのよう
な熱導伝性材料で満たされうる。

【0011】このパッケージIC100は動作出力レン
ジが数ワットから10ワットまでの高出力ICチップ1
05を設けるのに特に適切である。特にこのパッケージ
されたICはICチップ105をBGAに接続するバイ
ア150がICチップ105からBGA160への熱を
放散させる導伝路を形成するボールグリッド設計の利点
を有する。高導伝性材料で満たされている熱バイア18
0はそれに続くBGA160から主基板170の底上の
熱拡散ボード190への熱を放散する導伝路を更に供す
る。

【0012】このように本発明はその上に集積回路(I
C)チップ105を受けるプリント回路基板(PCB)
を開示し、ここで該ICチップ105は電気的及び熱的
に集積回路チップ105に結合されている複数の導伝性
金属ボールを有するボールグリッド配列160を含む。
プリント回路基板(PCB)は主基板170を貫通し、
熱導伝性材料で満たされる複数の熱バイア180を含む
主基板170を含む。複数の導伝性金属ボール160に
対応する熱バイア170はICチップ105から発生し
た熱を放散するために用いられる。好ましい実施例では
プリント回路基板(PCB)170は熱放散を拡散し、
増強する熱バイア180に熱的に接触する主基板17に
接触する熱拡散手段190を更に含む。

【0013】本発明はその上にICチップ105を支持
し、確実に取付けられるためにICチップ105とアダ
プターボード120を含むパッケージされた集積回路
(IC)100を更に開示する。パッケージされたIC
100はその中にICチップを覆い、保護するためのチ
ップキャップ110を更に含む。チップキャップはキャ
ップ110とボード120との間の接触領域を増加し、
該キャップを該ボードに確実に取付けるために該アダプ
ターボード120の縁の周りを囲むキャップ110の低
い縁に近接して凹状の段140を更に形成する。

【0014】まとめると、斯くの如く本発明はその上に
ICチップ105を支持し、確実に接触するためにIC
チップ105とアダプターボード120を含むパッケー
ジされた集積回路(IC)100を開示する。パッケー
ジされたIC100はその中にICチップを覆い保護す
るためのチップキャップ110を更に含む。チップキャ
ップ110はキャップ110とボード120との間の接
触領域を増加させ、該キャップを該ボードに確実に取付
けるために該アダプターボード120の縁の周りを囲
む。キャップ110の低い縁に近接して凹状の段140
を更に形成する。チップキャップ110は熱導伝性材料
からなり、チップキャップ110は該ICチップ105
から発生した熱を放散させるヒートシンク手段130を
更に含む。

【0015】アダプターボード120は複数の結合バイ
ア150と該アダプターボード120の下のボールグリ
ッド配列(BGA)160を形成する複数の導伝性金属
ボール160とを更に含む。該ICチップ105は該結
合バイア150を導伝性材料で満たすことにより該BG
A160と電気的及び熱的に接触する。パッケージされ
たIC100はその上で該アダプターボード120を支
持し、受容するために用いられるプリント回路基板(P
CB)170を更に含む。該PCB170はそれを介し
て貫通し、熱導伝性材料で満たされた該ICから発生し
た熱を放散させるためのBGA160の複数の該導伝性
金属ボールに対応し、それと接触する複数の熱バイア1
80を含む。

【0016】まとめると本発明は従来技術に伴なう高出
力ICパッケージングの上記困難を克服するために熱導
伝性の改善された手段を設けることによりICチップを
保護する新たなICパッケージング構造を開示する。と
りわけ、本発明はより高い熱放散率が達成可能な支持プ
リント回路基板(PCB)を通して付加的な熱導伝性
バイアを設けボールグリッド配列(BGA)を利点
して活用する。またパッケージされたICのチップカ
バーは熱導伝性材料からなり、熱放散率を改善するヒー
トシンクにより供される。更にまた新たなチップカバー
はパッキング強度及び一体性を改善するためにICチッ
プを保持するアダプターボードの縁の周りを囲む底に近
い縁に近接する凹状の段を形成する。故に本発明はIC
チップから発生した熱を導き伝導する多数の路を設ける
ことによりICチップを保護する新たなICパッケージ
ング構造を提供する。新たなICパッケージはチップキ
ャップからの伝導路と複数の熱バイアを通してボールグ
リッド配列を介してプリント回路基板の底に熱を導く他
の路とを含む。

【0017】本発明は好ましい実施例に基づいて詳細に
説明されてきたがそのような開示は制限と解釈してはな
らないことを理解されたい。種々の代替物及び変更は上
記の開示により当業者にとって明らかになったことは疑
いのないことである。従って請求項は本発明の真の精神
と視野内での全ての代替物及び変更を含むものである。

【0018】

【発明の効果】本発明の利点はより高い熱放散率が達成
可能な支持プリント回路基板(PCB)を通して付加的
な熱導伝性を有する熱バイアを設けボールグリッド配
列(BGA)の利点として用いることによりICチップ
を保護する新たなICパッケージング構造を提供でき
る。

【0019】本発明の他の利点は熱導伝性材料からな
り、熱放散率を改善するヒートシンクにより供されるチ
ップカバーを用いることによりICチップを保護する新
たなICパッケージング構造が提供できる。本発明の他
の利点はパッキング強度及び一体性を改善するためにI
Cチップを保持するアダプターボードの底部に近い縁を
囲む凹状の段を形成するチップカバーを用いることによ
りICチップを保護する新たなICパッケージング構造
を提供できる。

【0020】本発明の他の利点はチップキャップからの
伝導路と複数の熱バイアを通してボールグリッド配列を
介してプリント回路基板の底に熱を導く他の路とを設け
ることによりICチップから発生した熱を導き伝導する
多数の路を設けることによりICチップを保護する新た
なICパッケージング構造を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明のパッケージされた集積回路の側断面図
である。

【符号の説明】

100 パッケージされたIC 105 ICチップ 108 ボンディングリードワイヤ 110 チップキャップ 115 接触層 116 エポキシ 118 熱接着層 120 アダプターボード 130 ヒートシンク 140 凹状段 150 貫通バイア 160 ボールグリッド配列 170 主基板 180 熱バイア 190 熱拡散ボード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−83995(JP,A) 特開 平6−314861(JP,A) 特開 昭56−147454(JP,A) 実開 平3−113831(JP,U) 米国特許5710459(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05K 7/20 H01L 23/12 H01L 23/36

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上面に集積回路(IC)に電気及び熱
    的に結合された複数の導電性金属ボールを有するボール
    グリッド配列を含む集積回路(IC)チップを受容する
    ためのプリント回路基板(PCB)であって、 主基板を貫通し、熱導伝性材料で満たされ、該集積回路
    ICから発生した熱を放散させるための複数の該導
    伝性金属ボールに対応しそれと接触する複数の熱バイア
    を含む主基板からなるプリント回路基板。
  2. 【請求項2】 熱放散を拡散し、増強するための該熱バ
    イアと熱的に接触している該主基板に取り付けられた熱
    拡散手段を更に含む請求項1記載のプリント回路基板
    (PCB)。
  3. 【請求項3】 集積回路(ICチップと;上面 に該ICチップを保持し、確実に取付けるアダプタ
    ーボードと; ICを覆い内部に該ICを保護するチップキャップと
    からなり、該チップキャップは該キャップと該ボードと
    の間の接触領域を増加させ、該キャップを該ボードに確
    実に取付けるために該アダプターボードの縁の周りを囲
    む該キャップの低部の縁に近接する凹状の段を更に形成
    し、 該アダプターボードは、該アダプターボードの下のボー
    ルグリッド配列(BGA)を形成する複数の導伝性金属
    ボールと、該集積回路(IC)と該導伝性金属ボールを
    結合する複数の結合バイアとを更に含み;該結合バイアは導伝性材料で満たされ、該ICチップと
    該BGAとは 電気的及び熱的に接触するようにしたパッ
    ケージされた集積回路(IC)。
  4. 【請求項4】 該チップキャップは熱導伝性材料からな
    り、該チップキャップは該ICチップから発生した熱を
    放散させるヒートシンク手段を更に含む請求項3記載の
    パッケージされたIC。
  5. 【請求項5】 その上に該アダプターボードを支持し受
    容するプリント回路基板(PCB)を更に有し、 該PCBは、それを介して貫通し熱導伝性材料で満たさ
    れた複数の熱バイアを含み、該熱バイアは該ICから発
    生した熱を放散させるための該BGAの複数の該導伝性
    金属ボールに対応しそれと接触している、 請求項4記載のパッケージされたIC。
  6. 【請求項6】 該ICチップは熱導伝性接着材料を用い
    ることにより該チップキャップと該アダプターボードに
    更に取り付けられている、 請求項5記載のパッケージされたIC。
  7. 【請求項7】 ICチップと; その上に該ICチップを保持し、確実に取付けるアダプ
    ターボードと; その中に該ICを覆い保護するチップキャップとからな
    り、該チップキャップは該キャップと該ボードとの間の
    接触領域を増加させ該キャップを該ボードに確実に取付
    けるために該アダプターボードの縁の周りを囲む該キャ
    ップの低い縁に近接する凹状の段を更に形成し; 該チップキャップは熱導伝性材料からなり、該チップキ
    ャップは該ICチップから発生した熱を放散させるヒー
    トシンク手段を更に含み; 該アダプターボードは複数の結合バイアと該アダプター
    ボードの下のボールグリッド配列(BGA)を形成する
    複数の導伝性金属ボールとを更に含み、 該ICチップは該結合バイアを導伝性材料で満たすこと
    により該BGAと電気的及び熱的に接触し; その上に該アダプターボードを支持し受容するプリント
    回路基板(PCB)とからなり、該PCBは、それを介
    して貫通し熱導伝性材料で満たされた複数の熱バイアを
    含み、該熱バイアは該ICから発生した熱を放散させる
    ための該BGAの複数の該導伝性金属ボールに対応しそ
    れと接触している、 パッケージされたIC。
  8. 【請求項8】 該ICチップは熱導伝性接着材料を用い
    ることにより該チップキャップと該アダプターボードに
    更に取り付けられる請求項7記載のパッケージされたI
    C。
  9. 【請求項9】 該PCBは該ICチップから伝達された
    熱を拡散し放散する熱拡散手段を更に含む請求項8記載
    のパッケージされたIC。
  10. 【請求項10】 該PCBは該ICチップから伝達され
    た熱を拡散するヒートシンク手段を更に含む請求項8記
    載のパッケージされたIC。
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