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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JP3004578B2 JP7294560A JP29456095A JP3004578B2 JP 3004578 B2 JP3004578 B2 JP 3004578B2 JP 7294560 A JP7294560 A JP 7294560A JP 29456095 A JP29456095 A JP 29456095A JP 3004578 B2 JP3004578 B2 JP 3004578B2
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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
は、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囲
み、底部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には底の接着層１１８の下に複数の貫
通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の
熱バイアを設け、ボールグリッド配列（ＢＧＡ）を利点
として活用する。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）に電気的及び熱
    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；該 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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