JP3121562B2 - フリップ・チップ・パッケージおよびその製法 - Google Patents

フリップ・チップ・パッケージおよびその製法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はカプセル封じされた
フリップ・チップに関するものであり、詳細にはフリッ
プ・チップとともにカプセル封じされた熱伝導性部材を
有するフリップ・チップ・パッケージに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】フリップ・チップはソルダ・パッドまた
はバンプ接点の形状で、すべて片面に端子を有する小型
の半導体ダイである。通常、チップの表面はパッシベー
ションその他の方法で処理されている。フリップ・チッ
プの名称は、チップを製造後にフリップして、すなわち
反転させてから、チップを対になる基板に取り付けるこ
とに由来している。
【０００３】フリップ・チップ・パッケージは、保護の
ため、および「拾い上げて置く」操作のための広い平坦
な表面を確保するため、シリコン・チップの上にある種
のカバーを必要とする。しかし、チップ上のカバーまた
は封止材はいずれも周囲の環境への熱抵抗を増大し、そ
のためチップの動作温度が上昇する。
【０００４】熱伝導性のキャップもフリップ・チップに
設けられる。通常、キャップを設けたチップは、チップ
とキャップとの間に薄い伝熱性グリースの層を有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、熱サイクルの
間に、グリースが流出したり、チップとキャップとの境
界面から流れ出したりして、境界面の熱抵抗が増大す
る。
【０００６】本発明の目的は、上述の問題を解決するこ
とにある。熱抵抗が低く、経済的に製造できるフリップ
・チップ・パッケージが望ましい。また、従来のトラン
スファー成形技術を使用するこのようなフリップ・チッ
プ・パッケージの製法が望ましい。さらに、チップと伝
熱部材との間に伝熱グリースの存在を必要としないフリ
ップ・チップ・パッケージが望ましい。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の１態様によれ
ば、フリップ・チップ・パッケージは、複数の電気回路
が設けられた基板部材と、上記電気回路のうちの所定の
ものと電気的に接続して上記基板上に装着され、上記基
板から間隔をおいた平坦な上部表面および上記平坦な表
面に対してほぼ垂直な関係にある複数の縁部表面を有す
るフリップ・チップと、フリップ・チップの上記上部表
面と熱伝導するように配置され、複数の縁部表面を有す
る、上記基板部材と平衡した熱膨張特性を有する熱伝導
性の平坦な部材と、上記熱伝導性の平坦な部材の縁部表
面、上記フリップ・チップの縁部表面、および上記基板
部材の少なくとも一部を取り囲む、実質的に剛性の誘電
材料とを具備する。
【０００８】本発明の実施例であるフリップ・チップ・
パッケージの他の特徴には、フリップ・チップと複合構
造を形成するように選択された、基板の上に所定の長さ
だけ延びる平坦な熱伝導性部材がある。
【０００９】本発明の他の態様によれば、熱特性が強化
されたフリップ・チップ・パッケージの製法が提供され
る。この方法は、複数の電気接点が配置された基板部材
を設けるステップと、複数の電気接点が設けられた下部
表面、上部表面、および上記下部表面と上記上部表面と
の間に延びる縁部表面を有するフリップ・チップを設け
るステップと、上記フリップ・チップの上記電気接点を
上記基板部材上の電気接点のうち所定のものと接続する
ステップと、周囲に複数の縁部表面を有し、上記基板部
材と平衡した熱膨張特性を有する平坦な熱伝導性部材を
設けるステップと、上記熱伝導性部材を上記フリップ・
チップの上記上部表面と熱伝導するように置くステップ
と、上記熱伝導性部材、上記フリップ・チップ、および
上記基板部材を、金型のキャビティ内に置いて、上記基
板部材の所定部分が上記金型のキャビティとあいまっ
て、ほぼ閉じたキャビティを画定するようにするステッ
プと、上記ほぼ閉じたキャビティに成形可能な誘電材料
を射出するステップと、上記成形可能な誘電材料を硬化
させて上記熱伝導性部材の縁部表面、上記フリップ・チ
ップの縁部表面、および上記基板部材の上記所定部分の
周囲に実質的に剛性の誘電被覆を形成し、実質的にカプ
セル封じされたフリップ・チップ・パッケージを形成す
るステップと、上記閉じたキャビティから上記フリップ
・チップ・パッケージを取り出すステップとを含む。
【００１０】熱特性が強化されたフリップ・チップ・パ
ッケージの製法の他の特徴には、平坦な熱伝導性部材が
フリップ・チップ上に置かれた時、平坦な部材の厚み
と、フリップ・チップが基板表面上に延びる長さとの合
計が、上記金型のキャビティの高さとほぼ等しくなるよ
うに、厚みが選択された平坦な熱伝導性部材を選択する
ことである。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の実施例であるフリップ・
チップ・パッケージ１０の概略を図１に示す。フリップ
・チップ・パッケージ１０は、たとえばはんだ接続によ
り、基板部材１６中に置かれた１個または複数の電気回
路に付随する、対応する接点に電子的に接続された複数
の電気接点１４を有するフリップ・チップ１２を有す
る。基板部材１６は通常、この部材中に画定された多数
の電気回路を有する積層回路板であり、電子アセンブリ
の他の構成部品と相互接続される。フリップ・チップ１
２は、基板１６から所定の距離を隔てた平坦な上部表面
１８と、平坦な表面１８の画定された周囲に延び、平坦
な表面１８とほぼ垂直な関係にある複数の縁部表面２０
を有する。
【００１２】重要なことは、本発明の実施例である熱特
性が強化されたフリップ・チップ・パッケージ１０が、
フリップ・チップ１２の平坦な上部表面１８と熱伝導す
るように置かれた平坦な熱伝導性部材２２を有すること
である。平坦な熱伝導性部材２２は、平坦な部材２２の
周囲に延びる複数の縁部表面２４を有する。
【００１３】本発明の実施例である熱特性が強化された
フリップ・チップ・パッケージは、平坦な熱伝導性部材
２２の縁部表面２４、フリップ・チップ１２の縁部表面
２０、および積層された基板１６の少なくとも一部を密
接に接着して包囲する、東芝ＸＫ６０００熱硬化性プラ
スチックなどの実質的に剛性の誘電材料２６を含む。誘
電材料２６は、平坦な熱伝導性部材２２の上部露出面を
被覆することなく、フリップ・チップ１２、平坦な部材
２２の一部、および基板１６を効果的にカプセル封止す
る。
【００１４】本発明の１実施例では、フリップ・チップ
・パッケージ１０はトランスファ成形技術により形成す
ることが望ましい。各種の寸法のチップを成形するのに
必要な金型の数を減らすために、シートを打ち抜くこと
によって、低コストで、各種の厚みの平坦な熱伝導性部
材２２を形成することができる。適当な厚みの平坦な部
材２２を使用することにより、各種の厚みのチップを単
一の金型で成形することができる。その目的のため、平
坦な熱伝導性部材２２は、フリップ・チップ１２の上面
に取り付けた時、基板部材１６の上方に一定の所定の距
離だけ延びる複合構造を形成するように選択された厚み
を有することが望ましい。このように、単に平坦な部材
２２の厚みを変化させることにより、同一の金型のキャ
ビティを各種の寸法のチップに使用することができる。
【００１５】好ましい実施例では、平坦な熱伝導性部材
２２は、基板部材１６に取り付けたフリップ・チップ１
２を挿入する前に金型のキャビティ中に置き、その後誘
電材料２６をキャビティに注入する。代替方法として、
平坦な熱伝導性部材２２を、熱伝導性接着剤２８でフリ
ップ・チップ１２の平坦な上部表面１８に前もって接着
してから、接着したアセンブリを金型のキャビティ中に
置き、誘電材料２６をキャビティ中に射出してもよい。
【００１６】好ましくは、平坦な熱伝導性部材は、熱膨
張係数が積層したガラス繊維強化エポキシ製印刷配線板
の熱膨張係数とほぼ等しい銅で形成する。
【００１７】本発明の実施例である強化されたフリップ
・チップ・パッケージ１０の製法は、図２のブロック３
０に示すように、複数の電気接点が上部表面に配置され
た基板部材１６を設け、ブロック３２に示すように、下
部表面上に配置された複数の電気接点１４を有するフリ
ップ・チップ１２を設ける工程を有する。ブロック３４
に示すように、上記フリップ・チップ１２を、たとえば
はんだによる相互接続が形成されるような熱サイクルに
より基板部材１６に取り付ける。必要があれば、デクス
タ（Dexter）のＨＹＳＯＬTM４５１１エポキシなどの充
てん材料を使用して、接続した接点間を電気的に分離す
る。
【００１８】ブロック３６に示すように、平坦な熱伝導
性部材２２、好ましくは銅板を設けた後、ブロック３８
に示すように、フリップ・チップ１２の上部表面１８に
密着させるか、または接着剤による接着により上部表面
１８と熱伝導するように置く。
【００１９】ブロック４０に示すように、熱伝導性部材
２２、フリップ・チップ１２、および基板部材１６を、
金型のキャビティ内に置く。基板部材１６の一部、すな
わち取り付けたフリップ・チップ１２を取り囲む部分
が、金型のキャビティのあらかじめ画定された表面とと
もに、ほぼ閉じたキャビティを画定する。次に、ブロッ
ク４２に示すように、トランスファ成形金型に高度充て
んエポキシ（highly filled epoxy）などの成形可能な
誘電材料を射出し、平坦な部材２２の縁部表面２４およ
びフリップ・チップ１２を取り囲む。図１に示すよう
に、誘電材料２６は、熱伝導性部材２２の下部表面の一
部、および基板部材１６の表面を取り囲む部分にも密着
するようにされ、これにより、フリップ・チップ１２お
よび平坦な熱伝導性部材２２を、基板部材１６とともに
実質的にカプセル封止を行う。
【００２０】ブロック４４に示すように、成形可能な誘
電材料２８を硬化させると、平坦な熱伝導性部材２２、
フリップ・チップ１２、および基板部材１６の所定の部
分の上に実質的に剛性の誘電被覆が形成され、本質的に
分離不能な一体型のパッケージ１０が得られる。硬化
後、ブロック４６に示すように、形成したパッケージ１
０を金型から取り出す。
【００２１】熱的に一体化したフリップ・チップ・パッ
ケージ１０の製法を実施するに当たり、多種の寸法の異
なるフリップ・チップ１２を製造するために、平坦な部
材２２の厚みを変化させることにより、単一の金型キャ
ビティを使用することが好ましい。正確な寸法に形成す
れば、平坦な部材２２の露出面上には誘電材料はない。
このことは、フリップ・チップ１２からの熱流経路中に
界面抵抗の数を最少にするために望ましい。したがっ
て、平坦な部材２２の上部表面が完成した部品上の成形
材料の表面と同じ高さになるように平坦な部材２２の厚
みを制御することが望ましい。このような配置では、平
坦な熱伝導性部材２２とフリップ・チップ１２との間に
接着剤を必要としないが、必要があれば、組立を容易に
するために熱伝導性の接着剤２８を使用してもよい。
【００２２】要約すれば、フリップ・チップの配置およ
び製法によって、性能に信頼性があり、製造が容易なフ
リップ・チップ・パッケージ１０が形成される。これら
の目的は、トランスファ成形技術を利用することによ
り、チップを、成形中インサートとして使用される平坦
な熱伝導性部材２２とともにカプセル封じすることによ
り達成される。代替方法として、インサート２２を少量
の熱伝導性の接着剤２８を使用してフリップ・チップ１
２の上面に取り付けてもよい。
【００２３】平坦な部材２２は、低コストで厚みの異な
るシートから打ち抜くことができる。適当な厚みのイン
サートを使用することにより、どのような厚みのチップ
でも単一の金型で成形することができる。平坦な部材２
２の厚みは、フリップ・チップ１２と組み合わせた場
合、金型のキャビティの高さと一致して、金型を型締め
した時にチップと基板の相互接続に過剰な負荷がかから
ないように選択する。
【００２４】本発明を実施した、好ましくは接着剤層の
ないフリップ・チップ・パッケージ１０の熱特性は、伝
熱グリースを用いたキャップ付きのチップの熱特性とほ
ぼ同一である。さらに、本発明の実施例であるフリップ
・チップ・パッケージ１０は、グリース層が枯渇して熱
抵抗が増大する可能性のあるグリースの流出の可能性を
回避する利点を有する。重要なことは、本発明の実施例
であるフリップ・チップ・パッケージ１０の性能は、平
坦な熱伝導性部材２２なしに被覆材を使用したどのよう
なパッケージの性能よりかなり良好であるということで
ある。さらに、基板部材１６と平坦な部材２２の膨張を
平衡させることにより、パッケージ１０の湾曲が減少
し、これによりボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）パ
ッケージで実施した場合、信頼度が高くなり、共平坦性
が改善される。
【００２５】本発明を好ましい実施例について説明を行
ったが、当業者は、基板部材１６、平坦な熱伝導性部材
２２、フリップ・チップ１２など各種の部品を、本発明
の原理から逸脱することなく変更することができること
を理解されよう。このような変更は、特許請求の範囲に
含まれるものとする。本発明の他の態様、特徴、および
利点は、この開示、図面および請求の範囲を検討するこ
とによって得られよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例によるフリップ・チップ・パッ
ケージのフリップ・チップおよび基板部品を立面図で示
した概略断面図である。
【図２】本発明の実施例による、フリップ・チップ・パ
ッケージの製造で行われる主要工程を示すフローチャー
トである。
【符号の説明】
１０ フリップ・チップ・パッケージ １２ フリップ・チップ １４ 電気接点 １６ 基板部材 ２２ 平坦な熱伝導性部材 ２６ 誘電材料 ２８ 熱伝導性接着剤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−202064（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−321248（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−17827（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 23/12 H01L 23/36

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数の電気回路が設けられた基板部材と、 上記電気回路のうちの所定のものと電気的に接続して上
    記基板上に装着され、上記基板から間隔をおいた平坦な
    上部表面および上記平坦な表面に対してほぼ垂直な関係
    にある複数の縁部表面を有するフリップ・チップと、 フリップ・チップの上記上部表面と熱伝導するように配
    置され、複数の縁部表面を有する、上記基板部材と平衡
    した熱膨張特性を有する熱伝導性の平坦な部材と、 上記熱伝導性の平坦な部材の縁部表面、上記フリップ・
    チップの縁部表面、および上記基板部材の少なくとも一
    部を取り囲む、実質的に剛性の誘電材料とを具備する、 フリップ・チップ・パッケージ。
  2. 【請求項２】上記基板部材がガラス繊維強化エポキシ基
    板部材からなり、上記熱伝導性の平坦な部材が銅で形成
    されていることを特徴とする、請求項１に記載のフリッ
    プ・チップ・パッケージ。
  3. 【請求項３】複数の電気接点が配置された基板部材を設
    けるステップと、 複数の電気接点が設けられた下部表面、上部表面、およ
    び上記下部表面と上記上部表面との間に延びる縁部表面
    を有するフリップ・チップを設けるステップと、 上記フリップ・チップの上記電気接点を上記基板部材上
    の電気接点のうち所定のものと接続するステップと、 周囲に複数の縁部表面を有し、上記基板部材と平衡した
    熱膨張特性を有する平坦な熱伝導性部材を設けるステッ
    プと、 上記熱伝導性部材を上記フリップ・チップの上記上部表
    面と熱伝導するように置くステップと、 上記熱伝導性部材、上記フリップ・チップ、および上記
    基板部材を、金型のキャビティ内に置き、上記基板部材
    の所定部分が上記金型のキャビティとともに、ほぼ閉じ
    たキャビティを画定するようにするステップと、 上記ほぼ閉じたキャビティに成形可能な誘電材料を射出
    するステップと、 上記成形可能な誘電材料を硬化させて上記熱伝導性部材
    の縁部表面、上記フリップ・チップの縁部表面、および
    上記基板部材の上記所定部分の周囲に実質的に剛性の誘
    電被覆を形成し、実質的にカプセル封じされたフリップ
    ・チップ・パッケージを形成するステップと、 上記閉じたキャビティから上記フリップ・チップ・パッ
    ケージを取り出すステップとを含むフリップ・チップ・
    パッケージを形成する方法。
  4. 【請求項４】上記基板部材がガラス繊維強化エポキシ基
    板部材からなり、上記熱伝導性の平坦な部材が銅で形成
    されていることを特徴とする、請求項３に記載のフリッ
    プ・チップ・パッケージ。
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