JP4115712B2 - 補強効果を具えたヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子パッケージの工程に係り、シングルチップ或いはマルチチップパッケージを含み、特に、ヒートシンクを有する構成のチップキャリアパッケージ方法で、該ヒートシンクが自身の反り返り或いは捩れ防止の支持効果も有するものとされる。
【０００２】
【従来の技術】
半導体工業の不断の進歩に伴い、電子システムと電子パッケージは通常、実用上、できるだけ最小の空間を使用するよう設計される。このため回路積載の空間は貴重であり、十分に利用しなければならない。この目的を達成するため、縮小化した回路は空間を善用する有効な方法であり、且つ縮小化した回路は運転速度が増加し、雑音を現象し、またその他の明らかな長所を有している。このような縮小化は多くの電子製品への応用方面で相当人々を満足させ、例えば、航空機、自動車、携帯電話、ポータブルコンピュータ或いはポータブルビデオカメラなどに応用されている。しかし、放熱問題もまた縮小化に伴い出現した。特に、部品の増加により発生する熱量は、単一半導体素子にトランジスタの数が増加すればそれと共に高くなる。
【０００３】
半導体チップパッケージの一つの形式は、一つ或いは複数のチップを一つの基板、例えばセラミック基板に連接する。このセラミック基板はセラミック材料を絶縁層としている。或いはプラスチック基板が使用され、このプラスチック基板はプラスチック材料を絶縁層としている。伝統的にこのパッケージ基板はチップキャリアと称され、通常はプリント回路カード或いはプリント基板に配置及び連接され、チップは各種の方式で一つの基板に連接されうる。一般に最もよく見られるのは、ワイヤボンディングであり、それはチップ素子部分から基板の連接点を極細金線で電気的に連接する。もう一種類はフリップチップ方式であり、ソルダボールでチップを実体接触及び電気的に連接する。
【０００４】
各種の異なる方式が、コスト的にセラミック基板より安いプラスチック基板上にチップを設置するために開発されている。プラスチック基板はずっとチップの運転上、セラミック基板に較べて多くのキーポイントとなる長所を有すると考えられており、それは高電流積載量、短い遅延時間の低誘電率及び低インダクタンス及び電容等である。しかしプラスチック基板の高温安定度は依然として存在する問題であり、並びに現在のプラスチック基板の発展にとって非常に大きな挑戦となっている。その一つの解決方式は、キャビティーダウン、即ち開口を下向きとしたチップキャリア構造であり、それは載置用の開口を有するパッケージ基板と、チップ底部に接合された放熱金属ブロック或いはヒートシンクの構造を有し、且つその開口端はプリント回路カード或いはプリント基板に対向している。
【０００５】
図１に示されるのは周知のキャビティーダウンプラスチックチップキャリアである。図１に示されるようにチップキャリア１００は、プラスチックレイアウト基板１０１を具え、該プラスチックレイアウト基板１０１にキャビティー１０２とボンディング層１０４により基板１０１とボンディングされる放熱金属ブロック或いはヒートシンク１０３が設けられている。側壁の導電及び又は導熱層１０５はヒートシンク１０３と基板１０１上の回路層を連接し、これにより熱電性能を増進する。チップ１０６はキャビティー１０２内に位置し、ヒートシンク１０３を被覆している。導電金線１０７はチップ１０６と基板１０１の電気的連接に用いられる。ワイヤボンディングステップの後、キャビティー１０２は封止樹脂１０８で充填されこれにより導電金線１０７とチップ１０６が保護され、環境による腐蝕破壊を防止する。このほか、基板の最外層に位置する対外連接ピン１０９は、基板１０１とプリント基板１１０の電気的連接に供される。上述の対外連接ピンは導電ピン、ソルダボール或いはソルダ柱とされ、それぞれＰＰＧＡ（ｐｌａｓｔｉｃ ｐｉｎ ｇｒｉｄ ａｒｒａｙ）、ＰＢＧＡ（ｐｌａｓｔｉｃｂａｌｌ ｇｒｉｄ ａｒｒａｙ）、或いはＰＣＧＡ（ｐｌａｓｔｉｃ ｃｏｌｕｍｎ ｇｒｉｄ ａｒｒａｙ）のパッケージ方式に応用される。
【０００６】
米国特許第５，３５７，６７２号には簡単なキャビティーダウンプラスチックチップキャリアの工程が示されている。この方法はプリプレグをボンディング層として使用し、即ち、図１に示されるボンディング層１０４或いは図２に示されるボンディング層２０６となす。しかし、実務経験によると、この方法で製造したチップキャリアは熱圧着過程で、プリプレグがキュアして反りの現象を発生しやすい。
【０００７】
キャビティーダウンプラスチックチップキャリアの製造工程中、発生する反りとねじれ現象を克服するため、強固な支持物（ｓｔｉｆｆｅｎｅｒ）或いは比較的多くの銅層（ｃｏｐｐｅｒ ｌａｙｅｒ）を加えることがある。図２は典型的な例を示し、それはもう一つのキャビティーダウンプラスチックチップキャリアを示し、チップキャリア２００はまたスーパーＢＧＡと称され、それは基板２０１及び内銅層（ｉｎｔｅｒｎａｌ ｃｏｐｐｅｒ ｌａｙｅｒ）２０２を含む。該基板２０１は反対に位置する第１表面２０１ａと第２表面２０１ｂを具え、該内銅層２０２の第１表面２０２ａは接着層２０３を利用し基板２０１の第２表面２０１ｂに連接されている。該基板２０１と銅層２０２の中間に一つの開口が形成され、キャビティー２０４に基板２０１と銅層２０２を貫通させている。ヒートシンク２０５が接着層２０８を利用して銅層２０２の第２表面２０２ｂに接合され、これにより放熱効果を増進している。チップ２０７はキャビティー２０４に置かれ、並びに導熱接着層２０８を利用しヒートシンク２０５上に接着されている。導電金線２０９がチップ２０７と基板２０１を連接する。ワイヤボンディングステップの後、キャビティー２０４は封止樹脂２１０で充填され、導電金線２０９とチップ２０７が保護され、これにより環境の腐蝕破壊を防止する。ソルダボール２１１が基板２０１の第１表面２０１ａ上の適当な位置に設けられて、プリント基板２１２と電気的に連接される。このほか、よく見られる構造は、余分のヒートシングがヒートシンク２０５の第２表面２０５ｂ上に接合され、これにより放熱効果を更に増進する。
【０００８】
米国特許第６，０３４，４２７号には支持物を有するキャビティーダウンＢＧＡ工程が提示され、それはまずプリプレグを利用し支持物を基板上に接着し、その後、さらに一つの接着層でヒートシンクを該支持物の上に固定する。この特許で使用するヒートシンクは銅ベース材料とされ、即ち銅或いは銅合金等よく目にする軟性材料とされ、接着層のキュア収縮によりヒートシンクと支持物を含む基板を熱圧着する過程中の反り現象の発生を防止する。
【０００９】
米国特許第６，０６０，７７８号には簡易なキャビティーダウンＢＧＡ工程が提示され、それは優良な放熱効果、低重量、薄い厚さ及び低い製造コスト等の長所を有する。この特許は第１熱伝導薄板を先に基板に接着し、その後に、第２導熱薄板（即ちヒートシンク）と第１熱伝導薄板を含む基板を連接する。この方法はこの特許の図７に図示されているが、特許請求の範囲には記載されていない。しかし、この特許は前述の米国特許第６，０３４，４２７号と同じ問題、即ち工程中に反り現象が形成される問題を解決しがたい。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このため、本発明はキャビティーダウンプラスチックチップキャリアの製造方法を提供し、それは優良な放熱効果、低重量、薄い厚さ、反りとねじれ現象の消去、低い製造コスト等の長所を有するものとする。本発明の方法によると、まず二つの熱伝導薄板を接合し一つのヒートシンク装置を形成し、さらに、該ヒートシンク装置とキャビティーダウンの基板（或いはパッケージ基板と称する）を接合する。これは明らかに米国特許第６，０３４，４２７号及び米国特許第６，０６０，７７８号に記載の方法とは異なり、これら二つの特許はいずれも一つの導熱薄板を先にプラスチック基板と接合し、さらにこの熱伝導薄板を有する基板をもう一つの熱伝導薄板と接合する。またもう一つの明らかな違いは、本発明では二つの熱伝導薄板間にあってプリプレグをボンディング層として使用し、基板と熱伝導薄板間にあっては非プリプレグの接着材料をボンディング層として接合を行っている。これに対して、米国特許第６，０３４，４２７号に記載の方法によると、二つの熱伝導薄板間で非プリプレグの接着材料をボンディング層として使用して接合している。本発明の提出する方法は、二つ或いはそれ以上の熱伝導薄板をプリプレグをボンディング層として接合し、これによりヒートシンク装置を形成し、これにより高機械強度の特性を有し、これにより基板接合時に支持物となして、反りとねじれ現象の発生を防止することができる。
【００１１】
本発明の主要な目的は、一種の、補強効果を具えたヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法を提供することにあり、それは優良な放熱効果、低重量、反りとねじれ現象がない等の長所を有するものとする。
【００１２】
本発明のもう一つの目的は、第１熱伝導薄板と第２熱伝導薄板をボンディングできる第１ボンディングシートを提供し、強固なヒートシンク構造を形成し、該第１ボンディングシートを繊維強化樹脂、第２熱伝導薄板を電子チップを収容できる開口を有するものとなすことにある。
【００１３】
本発明のさらに一つの目的は、プラスチック基板とヒートシンク構造をボンディングできる第２ボンディングシートを提供し、該プラスチック基板はチップを収容する開口を有するものとすることにある。上述のボンディングシートは単層接着層或いは多層接着層を重畳して構成され、上述の接着層は接着材、フレーク充填接着材、繊維充填接着材或いは粒状物充填接着材で構成され、非プリプレグとする。
【００１４】
本発明のさらに一つの目的は、第２熱伝導薄板を利用してヒートシンク構造の機械性質を強化する方法を提供することにあり、該第２熱伝導薄板はボンディングシートを利用して第１熱伝導薄板に接合し、該第１熱伝導薄板に直接チップ或いはその他の従動素子を接合する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、補強効果を具えたヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法において、
（ａ）反対に位置する第１表面と第２表面を有すると共に少なくとも一つのチップを取り付ける開口を具えたプラスチック回路基板を提供するステップ、
（ｂ）反対に位置する第１表面と第２表面を有する第１熱伝導薄板を提供するステップ、
（ｃ）反対に位置する第１表面と第２表面を有すると共に少なくとも一つのチップを取り付ける開口を具えた第２熱伝導薄板を提供するステップ、
（ｄ）繊維強化樹脂のプリプレグで構成された第１ボンディングシートで該第１熱伝導薄板の第１表面と該第２熱伝導薄板の第２表面を連結し、該第１熱伝導薄板、該第１ボンディングシート、及び該第２熱伝導薄板で該ヒートシンク装置を構成するステップ、
（ｅ）非プリプレグで製造した第２ボンディングシートで該ヒートシンク装置の第２熱伝導薄板の第１表面と上述の回路基板の第２表面を連結するステップ、
以上のステップを含むことを特徴とする、補強効果を具えたヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法としている。
請求項２の発明は、前記第１ボンディングシートが単層或いは多層のプリプレグで構成されたことを特徴とする、請求項１に記載の補強効果を具えたヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法としている。
請求項３の発明は、前記第２ボンディングシートが単層或いは多層の接着層で構成されたことを特徴とする、請求項１に記載の補強効果を具えたヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法としている。
請求項４の発明は、補強効果を具えたヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法において、
（ａ）反対に位置する第１表面と第２表面を有すると共に少なくとも一つのチップを取り付ける開口を具えたプラスチック回路基板を提供するステップ、
（ｂ）反対に位置する第１表面と第２表面を有する第１熱伝導薄板を提供するステップ、
（ｃ）反対に位置する第１表面と第２表面を有すると共に少なくとも一つのチップを取り付ける開口を具えた熱伝導複合板を提供するステップ、
（ｄ）繊維強化樹脂のプリプレグで構成された第１ボンディングシートで該第１熱伝導薄板の第１表面と該熱伝導複合板の第２表面を連結するステップ、
（ｅ）非プリプレグで製造した第２ボンディングシートで該熱伝導複合板の第１表面と回路基板の第２表面を連結するステップ、
以上のステップを含むことを特徴とする、補強効果を具えたヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法としている。
請求項５の発明は、前記熱伝導複合板が少なくとも二つの第２熱伝導薄板を該第１ボンディングシートを接着層として圧着してなることを特徴とする、請求項４に記載の補強効果を具えたヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法としている。
請求項６の発明は、前記第１ボンディングシートが単層或いは多層のプリプレグで構成されたことを特徴とする、請求項４に記載の補強効果を具えたヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法としている。
請求項７の発明は、前記第２ボンディングシートが単層或いは多層の接着層で構成されたことを特徴とする、請求項４に記載の補強効果を具えたヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明はヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法を提供し、それは、低重量、薄厚度で反りとねじれ現象を消去する支持効果を有する工程である。上述の支持効果を有するヒートシンク固定構造の形成は、第１ボンディングシートで第１熱伝導薄板（即ちヒートシンク）及び第２熱伝導薄板を結合し、第１ボンディングシートは繊維強化樹脂とされ、さらい第２ボンディングシートを基板とヒートシンク構造に結合させ、第２ボンディングシートは単層接着層或いは多層接着層の積層体とされ、該接着層が接着材、フレーク充填接着材、繊維充填接着材或いは粒状物充填接着材で構成され、上述の基板にチップを設置する開口が設けられている。
【００１７】
【実施例】
本発明はヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法を提供し、特に工程上、反りとねじれ現象を消去するキャビティーダウンチップキャリア工程に関する。またこのパッケージは良好な放熱効果を有する。
【００１８】
図３は本発明の第１実施例を示し、まずキャビティーダウンチップキャリア基板１を提供し、該基板１は開口２と若干の階層３を具えている。該基板１は周知の有機絶縁層を隔離するレイアウト回路層、スルーホール、導電孔或いは孔（ｖｉａ）、階層の第１表面４の電極（或いはランディングパッド）、ダム（ｄａｍ）と保護被覆層、第２表面上のパッドと保護被覆層を有する。第１熱伝導薄板６（或いはヒートシンクと称する）が提供され、該第１熱伝導薄板６は銅或いは銅合金薄板、炭化シリコン顆粒充填の銅或いは銅合金、炭化シリコン顆粒充填のアルミニウム或いはアルミニウム合金等で形成され、並びにその第１表面７と第２表面８それぞれに化学或いは物理粗化（ｒｏｕｇｈｅｎ）ステップが進行される。該第１表面７に接着増強剤９（ａｄｈｅｓｉｏｎ ｐｒｏｍｏｔｅｒ）が形成され、それは好ましくは酸化層或いはカプリング剤とされ、その接着性を増強する。該カプリング剤は、例えば、ケイ素カプリング剤（ｓｉｌａｎｅ）、チタンカプリング剤、コバルトカプリング剤或いはアルミニウムカプリング剤とされる。第２熱伝導薄板１０（或いは内層熱伝導薄板と称する）は、貫通する開口１１を具え、該第２熱伝導薄板１０は銅或いは銅合金薄板、グラファイト繊維充填の銅或いは銅合金、グラファイト繊維充填のアルミニウム或いはアルミニウム合金、炭化ケイ素顆粒充填の銅或いは銅合金、炭化ケイ素顆粒充填のアルミニウム或いはアルミニウム合金とされ、並びにその第１表面１２と第２表面１３それぞれに化学或いは物理粗化（ｒｏｕｇｈｅｎ）ステップが進行される。しかし、上述の接着増強剤は本発明に記載の酸化層或いはカプリング剤に限定されるわけではない。第１熱伝導薄板６の第１表面７と第２熱伝導薄板１０の第２表面１３はボンディングシート１６により接合される。該ボンディングシート１６は好ましくは、繊維強化樹脂、例えばプリプレグとされる。熱圧着ステップにより、第１熱伝導薄板６と第２熱伝導薄板１０が強固に固定されたヒートシンク構造１７（ｓｔｉｆｆ ｈｅａｔ ｓｐｒｅａｄｅｒ ｅｌｅｍｅｎｔ）が完成する。ボンディングシート１６（プリプレグ）が熱圧着硬化の後、該ヒートシンク構造１７が強固なサンドイッチ構造とされる。導電及び又は導熱層１８が第１熱伝導薄板６と第２熱伝導薄板１０の熱性連結を行い、更に放熱効果を増進する。このほか、第１熱伝導薄板６及び第２熱伝導薄板１０は等しい厚さに配置され、この対称性のサンドイッチ構造が、反りとねじれ現象を防止する最良の効果を獲得する。
【００１９】
もう一つの実施方式は図４に示されるようであり、そのうち、導電及び又は導熱層１８ａは、薄い銅或いは銅合金層とされ得て、ヒートシンク構造１７の下側表面を形成する。当然、導電及び又は導熱層１８或いは１８ａを形成する前に、先にヒートシンク構造１７の下側表面に対して酸洗浄或いはプラズマ洗浄のステップを行う。第１熱伝導薄板６の第２表面８に保護層（図示せず）を形成可能で、これは例えば、ニッケル、金或いは導熱顆粒充填のエポキシ樹脂、ダイアモンド膜或いは類ダイアモンド炭素膜とされ、且つ保護層を形成する前に、該第１導熱薄板６の第２表面８を予め物理或いは化学粗化する。第２ボンディングシート１９は第２熱伝導薄板１０の第１表面１２と基板１の第２表面５の間に設けられる。圧着ステップにより、上述の第２ボンディングシート１９を加熱或いは輻射等の方式により硬化させた後、ヒートシンク構造１７を基板１の第２表面５にボンディングできる。側壁電気めっき、チップ設置、ワイヤボンディング、封止樹脂充填及び外層末端のピン設置等の一般に周知の工程の後、図２に示されるキャビティーダウンチップキャリア２００が形成される。
【００２０】
本発明の提出する方法は、図４に示されるように、導電及び又は導熱層１９ａが第１熱伝導薄板６と第２熱伝導薄板１０に熱伝導連接するため、放熱効果を向上できる。しかし、米国特許第６，０３４，４２７号及び米国特許第６，０６０，７７８号に記載の方法は、このような放熱効果を向上する長所を獲得できず、それは先ず一つの熱伝導薄板と一つの基板を接合しており、本発明に記載の方法とは異なり、本発明では二つ或いはそれ以上の熱伝導薄板を先に接合し、その後で一つの基板と接合する。
【００２１】
上述のチップキャリアプラスチック基板１は、単層或いは多層基板とされ、該基板は誘電材料（絶縁層形成に用いられる）と導電材料を交互に重畳させてなり、該誘電材料は、有機材料、繊維強化有機材料或いは顆粒強化（ｐａｒｔｉｃｌｅ−ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ）有機材料で構成され、それは、エポキシ樹脂、ポリイミド、ビスマルイミドトリアジン（ｂｉｓｍａｌｅｉｍｉｄｅ ｔｒｉａｚｉｎｅ）、シアネートエステル（ｃｙａｎａｔｅ ｅｓｔｅｒ）、ポリベンゾシクロブタン（ｐｏｌｙｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）或いはそのガラス繊維組成物とされる。該プラスチックチップキャリア基板１は最も好ましくはヒートシンク構造１７とのボンディングの前に、先行して完成され、これにより導電孔が十分に基板１を貫通するようにして形成され、こうしてキャビティーダウンチップキャリアが完成する。本発明によると、基板１とヒートシンク構造１７をボンディングする時、基板が先にキュア成形され、これにより基板１形成期間のキュア収縮動作による反りとねじれ現象を発生しない。
【００２２】
図１に示されるように、ヒートシンク１０３は通常銅或いは銅合金とされる。周知のとおり、実際の操作温度が３００〜４００℃の時、銅薄板は軟化現象を有しうる。このため、もしヒートシンク１０３の銅厚が薄すぎて０．５ｍｍより小さくなると、キャビティーダウンチップキャリア１００中のヒートシンク１０３を製造する時、ヒートシンク１０３が変形しやすく制御しにくく、工程上、極めて大きな問題を形成する。このため銅製のヒートシンク１０３の厚さは少なくとも０．５ｍｍ以上とされる。しかし、ヒートシンク１０３を厚さ０．５ｍｍより薄くする必要がある時は、比較的高い強度を有する銅合金によりヒートシンク１０３を形成し、好ましくは厚さ０．１ｍｍ以上とする。銅合金の添加合金成分比率は総銅合金重量の５％以下とされ、例えばＣ１９４或いはＣ３０５銅合金とされ、好ましくは、その添加合金成分比率は総銅合金重量の０．５％以下とされ、例えばＣ１５１銅合金とされ、比較的高い合金成分を添加することにより銅合金が比較的低い熱伝導性を有する。注意すべきは、本発明で述べる銅は、合金成分含有量が重量比率０．１％以下となるのを防止することが難しい銅合金を指す。
【００２３】
本発明のサンドイッチ型ヒートシンク構造１７を応用する時、銅ヒートシンクの厚さは０．５ｍｍ以上とせねばならぬという制限を解除できる。例えば、厚さがいずれも０．２５４ｍｍの第１熱伝導薄板６と第２熱伝導薄板１０はプリプレグでヒートシンク構造１７を結合形成でき、その形成するチップキャリア２００に対しては十分な硬度と厚さを有し、チップキャリア形成工程中の反り現象を克服できる。このとき、二つ或いはそれ以上のプリプレグで構成されれば、ヒートシンクの機械強度を増加できる。好ましくは、該第１熱伝導薄板６と第２熱伝導薄板１０は同じ厚さを有し、チップキャリア工程中での反り現象を消去し、最良の効果を有するようにすることができる。
【００２４】
ヒートシンク構造１７が完全に環境侵食を防止できるようにするため、ヒートシンク構造１７の周囲の側壁は保護層１７ａ、例えば、ニッケル、金或いは導熱顆粒充填のエポキシ樹脂、ダイアモンド膜或いは類ダイアモンド炭素膜で被覆されうる。保護層１７ａがヒートシンク１７の四周側壁を被覆する時、表面積の増加により、放熱効果も向上する。
【００２５】
本発明の実施例中、上述のボンディングシート１９は接着層或いは多層の接着層を重畳してなる。該接着層は接着材、フレーク充填接着材、短繊維充填接着材或いは粒状物充填接着材とされる。ニット繊維は接着材料に充填されず、ゆえに本発明の接着層はプリプレグではない。この接着層は、（１）樹脂、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂或いはアクリル樹脂、（２）コポリマー、例えばエポキシ−アクリル樹脂、エポキシ−ブタジエン樹脂或いはエポキシ−ウレタン樹脂とされる、（３）ポリマーブレンド、例えばエポキシ樹脂／ハロゲネートポリヒドロキシスチレンブレンド（ｅｐｏｘｙｒｅｓｉｎ／ｈａｌｏｇｅｎａｔｅｄ ｐｏｌｙｈｙｄｒｏｘｙｓｔｙｒｅｎｅ ｂｌｅｎｄ）或いはエポキシ樹脂／フェノリック樹脂ブレンドとされる。上述の有機材料は、ハロゲン、シリコン、或いは亜りん酸等のにより性質改良される。上述の短繊維は、上述の短繊維は金属、有機或いは無機材料で形成され、タングステン短繊維、アラミド短繊維或いはガラス短繊維とされ、上述の有機材料に充填されて機械強度を増加し並びに接着層の熱膨張係数を減らす。同一目的を達成するため、フレーク或いは粒状物を有機材料に添加可能であり、フレークは銀フレーク或いはグラファイトフレークとされ、粒状物はシリカ顆粒、硫酸バリウム顆粒、粘土（ｃｌａｙ）、炭酸カルシウム、ミラミン顆粒、ポリスチレン、銅顆粒或いは銀顆粒とされる。上述の接着層はまたその他の添加物、例えば化学触媒、抗酸化剤、リオロジカルエージェント（ｒｅｏｌｏｇｉｃａｌ ａｇｅｎｔ）、カップリング剤或いは着色剤とされる。
【００２６】
上述の接着材の選択はキャビティーダウンプラスチックチップキャリアを製造する時の反りやねじれ現象の発生を減らすのに非常に重要である。現在業界では、接着材は熱硬化型樹脂が主流である。典型的な熱硬化型樹脂は比較的高い温度中で硬化し、室温中で冷却される。これにより、好ましくは、接着層材料は十分に柔軟で（即ち低い機械係数を有する）、材料を拡張変形してキュアステップ中のキュア収縮を補償できるものとする。通常は、接着層の熱膨張係数（ＣＴＥ）を下げ、及び加工前に一部のこの熱硬化型樹脂をキュアするのは反りを減らして良好なボンディング効果を得るのに有効である。しかし、実際に高い機械係数のプリプレグはキャビティーダウンプラスチックチップキャリアに対しては却って良好なボンディング効果を得られない。良好なボンディング効果を得るために、高過ぎる充填材を添加すして比較的高い機械性質をもたせるか、或いは低過ぎる充填材を充填して比較的高い熱膨張係数を提供することはいずれも回避せねばならない。このほか、接着層の熱膨張係数は最も好ましくは１５０ｐｐｍ／℃以下であり、好ましくは１００ｐｐｍ／℃以下、５０ｐｐｍ／℃以下が最も好ましい。
【００２７】
本発明の好ましい実施例において、上述の第１ボンディングシート１６及び第２ボンディングシート１９は任意の形状或いは構造に限定されない。
【００２８】
本発明のもう一つの好ましい実施例によると、ヒートシンク構造にナイフエッジのような突出連結部２０が設けられている。図５に示されるように、若干のナイフエッジの如き連結部２０は第２熱伝導薄板１０の第１表面１２に形成され、且つ第１表面１２が接着増強剤１９に被覆され、それは酸化層或いはカプリング剤とされる。熱圧着方式で、ボンディングシート１９により、サンドイチ型のヒートシンク構造１７と基板１が接合される。同時に、若干のエッジ状の連結部２０がボンディングシート１９を貫通し、基板１の第２表面５上の所定のコンタクトパッドと連結される（図示せず）。当然、接合前にボンディングシート１９にレーザーさん孔或いは機械さん孔方式により連結位置にさん孔を行うことができ、即ち連結部２０にボンディングシート１９を通過させて所定のコンタクトパッドと接合するのに利用する。上述の若干のエッジ状の連結部２０は導電性或いは導熱性とされ、任意の形状と構造とされうる。このようなタイプの連結はヒートシンク１７に接地の役割をもたせ、並びに熱伝導経路を提供し、トランジスタよりヒートシンクに熱エネルギーを伝導する。こうして、キャビティーダウンプラスチックチップキャリアの熱伝導性を増進する。
【００２９】
もう一つの本発明の実施例によると、ヒートシンク構造は二つ或いはそれ以上の熱伝導薄板を使用する。図６に示されるように、第２熱伝導薄板２３は第１ボンディングシート２５を利用し、もう一つの熱伝導薄板２３と接合され、熱伝導複合板２６を形成し、該熱伝導薄板２６は並びにチップを収容する開口２７を有し、熱伝導複合板２６はもう一つの第１ボンディングシート２５で第１熱伝導薄板２２と結合され、こうしてヒートシンク構造２８を形成する。接着増強剤２９’は、酸化層或いはカプリング剤とされ、それは各熱伝導薄板２２、２３の外側表面に形成されてその接着性を増加する。該ヒートシンク構造２８は第２ボンディングシート３１でプラスチック回路基板３０に接合され、キャビティーダウンチップキャリアを形成する。そのうち、第１ボンディングシート２５はプリプレグとされ第２ボンディングシート３１は単層接着層或いは多層の接着層を重畳させて構成され、該接着層は接着材、短繊維充填接着材、繊維充填接着材或いは粒状物充填接着材とされる。
【００３０】
本発明のもう一つの実施例によると、該チップキャリアはシングルチップ或いはマルチチップパッケージに限定されない。そのうち典型的なマルチチップパッケージ方式は図７に示されるように、回路基板３２が二つの開口３３、３４を具え、各開口にそれぞれチップが取り付けられる。熱圧着方式で、ボンディングシート３６の補助により、ヒートシンク構造３５と回路基板３２が接合され、マルチチップキャリアが形成される。
【００３１】
本発明の好ましい実施例によると、該チップキャリアは業界の量産時に、ボンディングシートの補助によりサンドイッチ型ヒートシンクパネルが回路基板パネルに接合される。このパネルは任意の形状或いは構造とされ、例えばストリップ状とされる。
【００３２】
本発明の好ましい実施例中、チップキャリアは半導体チップパッケージに限定されず、その他のチップタイプの電子素子、光素子或いは光電素子に応用可能で、例えば抵抗、振動器、レーザーダイオード、光センサ及び熱センサに応用可能である。
【００３３】
【発明の効果】
総合すると、本発明は一種の支持効果を有するヒートシンク装置をチップキャリアに応用する方法を提供し、工程上にあって反りとねじれ現象を消去し、並びに回路層間の良好な接着性、高耐熱性、及び良好な信頼度を提供する工程である。
【００３４】
当然、以上の説明は、本発明の実施範囲を限定するものではなく、本発明に基づきなしうる細部の修飾或いは改変は、いずれも本発明の請求範囲に属するものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 周知のキャビティーダウンプラスチックチップキャリア表示図である。
【図２】 周知の支持物を具えたキャビティーダウンプラスチックチップキャリア表示図である。
【図３】 本発明の第１実施例中の、ヒートシンクを具えたキャビティーダウンチップチップキャリア基板の各層の表示図である。
【図４】 本発明のもう一つの実施例中のヒートシンク構造表示図である。
【図５】 本発明のもう一つの実施例中の、ナイフエッジ状突出連結部を具えた構造の表示図である。
【図６】 本発明のもう一つの実施例中の、複数の熱伝導薄板を有するヒートシンク構造のキャビティーダウンチップキャリア基板構造の表示図である。
【図７】 本発明のもう一つの実施例中の、マルチチップパッケージに供されるヒートシンク構造を具えたキャビティーダウンチップキャリア基板の表示図である。
【符号の説明】
１、３０、３２、１０１、２０１ 基板
２、１１、２７、３３、３４ 開口
３ 階層
４ 基板第１表面
５ 基板第２表面
６ 第１熱伝導薄板
７ 第１熱伝導薄板第１表面
８ 第１熱伝導薄板第２表面
９ 接着増強剤
１０ 第２熱伝導薄板
１２ 第２熱伝導薄板第１表面
１３ 第２熱伝導薄板第２表面
１４、１５、２９ 接着増強剤
１６、１９、３１、３６ ボンディングシート
１７、２８、３５ ヒートシンク構造
１７ａ 保護層
１８、１８ａ、１０５ 導電及び又は導熱層
２０ 尖鋭端を有する連結部
２２ 第１熱伝導薄板
２３ 第２熱伝導薄板
２５ 第１ボンディングシート
２６ 熱伝導複合板
１００、２００ チップキャリア
１０１、２０１ 基板
１０２、２０４ キャビティー
１０３、２０５ ヒートシンク
１０４、２０６ ボンディングシート
１０６、２０７ チップ
１０７、２０９ 金線
１０８、２１０ 封止樹脂
１０９、２１１ ピン
１１０、２１２ 基板
２０２ 銅層
２０２ａ 銅層第１表面
２０２ｂ 銅層第２表面
２０３、２０８ 接着層
２０５ａ ヒートシンク第１表面
２０５ｂ ヒートシンク第２表面
【発明の属する技術分野】
本発明は電子パッケージの工程に係り、シングルチップ或いはマルチチップパッケージを含み、特に、ヒートシンクを有する構成のチップキャリアパッケージ方法で、該ヒートシンクが自身の反り返り或いは捩れ防止の支持効果も有するものとされる。
【０００２】
【従来の技術】
半導体工業の不断の進歩に伴い、電子システムと電子パッケージは通常、実用上、できるだけ最小の空間を使用するよう設計される。このため回路積載の空間は貴重であり、十分に利用しなければならない。この目的を達成するため、縮小化した回路は空間を善用する有効な方法であり、且つ縮小化した回路は運転速度が増加し、雑音を現象し、またその他の明らかな長所を有している。このような縮小化は多くの電子製品への応用方面で相当人々を満足させ、例えば、航空機、自動車、携帯電話、ポータブルコンピュータ或いはポータブルビデオカメラなどに応用されている。しかし、放熱問題もまた縮小化に伴い出現した。特に、部品の増加により発生する熱量は、単一半導体素子にトランジスタの数が増加すればそれと共に高くなる。
【０００３】
半導体チップパッケージの一つの形式は、一つ或いは複数のチップを一つの基板、例えばセラミック基板に連接する。このセラミック基板はセラミック材料を絶縁層としている。或いはプラスチック基板が使用され、このプラスチック基板はプラスチック材料を絶縁層としている。伝統的にこのパッケージ基板はチップキャリアと称され、通常はプリント回路カード或いはプリント基板に配置及び連接され、チップは各種の方式で一つの基板に連接されうる。一般に最もよく見られるのは、ワイヤボンディングであり、それはチップ素子部分から基板の連接点を極細金線で電気的に連接する。もう一種類はフリップチップ方式であり、ソルダボールでチップを実体接触及び電気的に連接する。
【０００４】
各種の異なる方式が、コスト的にセラミック基板より安いプラスチック基板上にチップを設置するために開発されている。プラスチック基板はずっとチップの運転上、セラミック基板に較べて多くのキーポイントとなる長所を有すると考えられており、それは高電流積載量、短い遅延時間の低誘電率及び低インダクタンス及び電容等である。しかしプラスチック基板の高温安定度は依然として存在する問題であり、並びに現在のプラスチック基板の発展にとって非常に大きな挑戦となっている。その一つの解決方式は、キャビティーダウン、即ち開口を下向きとしたチップキャリア構造であり、それは載置用の開口を有するパッケージ基板と、チップ底部に接合された放熱金属ブロック或いはヒートシンクの構造を有し、且つその開口端はプリント回路カード或いはプリント基板に対向している。
【０００５】
図１に示されるのは周知のキャビティーダウンプラスチックチップキャリアである。図１に示されるようにチップキャリア１００は、プラスチックレイアウト基板１０１を具え、該プラスチックレイアウト基板１０１にキャビティー１０２とボンディング層１０４により基板１０１とボンディングされる放熱金属ブロック或いはヒートシンク１０３が設けられている。側壁の導電及び又は導熱層１０５はヒートシンク１０３と基板１０１上の回路層を連接し、これにより熱電性能を増進する。チップ１０６はキャビティー１０２内に位置し、ヒートシンク１０３を被覆している。導電金線１０７はチップ１０６と基板１０１の電気的連接に用いられる。ワイヤボンディングステップの後、キャビティー１０２は封止樹脂１０８で充填されこれにより導電金線１０７とチップ１０６が保護され、環境による腐蝕破壊を防止する。このほか、基板の最外層に位置する対外連接ピン１０９は、基板１０１とプリント基板１１０の電気的連接に供される。上述の対外連接ピンは導電ピン、ソルダボール或いはソルダ柱とされ、それぞれＰＰＧＡ（ｐｌａｓｔｉｃ ｐｉｎ ｇｒｉｄ ａｒｒａｙ）、ＰＢＧＡ（ｐｌａｓｔｉｃｂａｌｌ ｇｒｉｄ ａｒｒａｙ）、或いはＰＣＧＡ（ｐｌａｓｔｉｃ ｃｏｌｕｍｎ ｇｒｉｄ ａｒｒａｙ）のパッケージ方式に応用される。
【０００６】
米国特許第５，３５７，６７２号には簡単なキャビティーダウンプラスチックチップキャリアの工程が示されている。この方法はプリプレグをボンディング層として使用し、即ち、図１に示されるボンディング層１０４或いは図２に示されるボンディング層２０６となす。しかし、実務経験によると、この方法で製造したチップキャリアは熱圧着過程で、プリプレグがキュアして反りの現象を発生しやすい。
【０００７】
キャビティーダウンプラスチックチップキャリアの製造工程中、発生する反りとねじれ現象を克服するため、強固な支持物（ｓｔｉｆｆｅｎｅｒ）或いは比較的多くの銅層（ｃｏｐｐｅｒ ｌａｙｅｒ）を加えることがある。図２は典型的な例を示し、それはもう一つのキャビティーダウンプラスチックチップキャリアを示し、チップキャリア２００はまたスーパーＢＧＡと称され、それは基板２０１及び内銅層（ｉｎｔｅｒｎａｌ ｃｏｐｐｅｒ ｌａｙｅｒ）２０２を含む。該基板２０１は反対に位置する第１表面２０１ａと第２表面２０１ｂを具え、該内銅層２０２の第１表面２０２ａは接着層２０３を利用し基板２０１の第２表面２０１ｂに連接されている。該基板２０１と銅層２０２の中間に一つの開口が形成され、キャビティー２０４に基板２０１と銅層２０２を貫通させている。ヒートシンク２０５が接着層２０８を利用して銅層２０２の第２表面２０２ｂに接合され、これにより放熱効果を増進している。チップ２０７はキャビティー２０４に置かれ、並びに導熱接着層２０８を利用しヒートシンク２０５上に接着されている。導電金線２０９がチップ２０７と基板２０１を連接する。ワイヤボンディングステップの後、キャビティー２０４は封止樹脂２１０で充填され、導電金線２０９とチップ２０７が保護され、これにより環境の腐蝕破壊を防止する。ソルダボール２１１が基板２０１の第１表面２０１ａ上の適当な位置に設けられて、プリント基板２１２と電気的に連接される。このほか、よく見られる構造は、余分のヒートシングがヒートシンク２０５の第２表面２０５ｂ上に接合され、これにより放熱効果を更に増進する。
【０００８】
米国特許第６，０３４，４２７号には支持物を有するキャビティーダウンＢＧＡ工程が提示され、それはまずプリプレグを利用し支持物を基板上に接着し、その後、さらに一つの接着層でヒートシンクを該支持物の上に固定する。この特許で使用するヒートシンクは銅ベース材料とされ、即ち銅或いは銅合金等よく目にする軟性材料とされ、接着層のキュア収縮によりヒートシンクと支持物を含む基板を熱圧着する過程中の反り現象の発生を防止する。
【０００９】
米国特許第６，０６０，７７８号には簡易なキャビティーダウンＢＧＡ工程が提示され、それは優良な放熱効果、低重量、薄い厚さ及び低い製造コスト等の長所を有する。この特許は第１熱伝導薄板を先に基板に接着し、その後に、第２導熱薄板（即ちヒートシンク）と第１熱伝導薄板を含む基板を連接する。この方法はこの特許の図７に図示されているが、特許請求の範囲には記載されていない。しかし、この特許は前述の米国特許第６，０３４，４２７号と同じ問題、即ち工程中に反り現象が形成される問題を解決しがたい。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このため、本発明はキャビティーダウンプラスチックチップキャリアの製造方法を提供し、それは優良な放熱効果、低重量、薄い厚さ、反りとねじれ現象の消去、低い製造コスト等の長所を有するものとする。本発明の方法によると、まず二つの熱伝導薄板を接合し一つのヒートシンク装置を形成し、さらに、該ヒートシンク装置とキャビティーダウンの基板（或いはパッケージ基板と称する）を接合する。これは明らかに米国特許第６，０３４，４２７号及び米国特許第６，０６０，７７８号に記載の方法とは異なり、これら二つの特許はいずれも一つの導熱薄板を先にプラスチック基板と接合し、さらにこの熱伝導薄板を有する基板をもう一つの熱伝導薄板と接合する。またもう一つの明らかな違いは、本発明では二つの熱伝導薄板間にあってプリプレグをボンディング層として使用し、基板と熱伝導薄板間にあっては非プリプレグの接着材料をボンディング層として接合を行っている。これに対して、米国特許第６，０３４，４２７号に記載の方法によると、二つの熱伝導薄板間で非プリプレグの接着材料をボンディング層として使用して接合している。本発明の提出する方法は、二つ或いはそれ以上の熱伝導薄板をプリプレグをボンディング層として接合し、これによりヒートシンク装置を形成し、これにより高機械強度の特性を有し、これにより基板接合時に支持物となして、反りとねじれ現象の発生を防止することができる。
【００１１】
本発明の主要な目的は、一種の、補強効果を具えたヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法を提供することにあり、それは優良な放熱効果、低重量、反りとねじれ現象がない等の長所を有するものとする。
【００１２】
本発明のもう一つの目的は、第１熱伝導薄板と第２熱伝導薄板をボンディングできる第１ボンディングシートを提供し、強固なヒートシンク構造を形成し、該第１ボンディングシートを繊維強化樹脂、第２熱伝導薄板を電子チップを収容できる開口を有するものとなすことにある。
【００１３】
本発明のさらに一つの目的は、プラスチック基板とヒートシンク構造をボンディングできる第２ボンディングシートを提供し、該プラスチック基板はチップを収容する開口を有するものとすることにある。上述のボンディングシートは単層接着層或いは多層接着層を重畳して構成され、上述の接着層は接着材、フレーク充填接着材、繊維充填接着材或いは粒状物充填接着材で構成され、非プリプレグとする。
【００１４】
本発明のさらに一つの目的は、第２熱伝導薄板を利用してヒートシンク構造の機械性質を強化する方法を提供することにあり、該第２熱伝導薄板はボンディングシートを利用して第１熱伝導薄板に接合し、該第１熱伝導薄板に直接チップ或いはその他の従動素子を接合する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、補強効果を具えたヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法において、
（ａ）反対に位置する第１表面と第２表面を有すると共に少なくとも一つのチップを取り付ける開口を具えたプラスチック回路基板を提供するステップ、
（ｂ）反対に位置する第１表面と第２表面を有する第１熱伝導薄板を提供するステップ、
（ｃ）反対に位置する第１表面と第２表面を有すると共に少なくとも一つのチップを取り付ける開口を具えた第２熱伝導薄板を提供するステップ、
（ｄ）繊維強化樹脂のプリプレグで構成された第１ボンディングシートで該第１熱伝導薄板の第１表面と該第２熱伝導薄板の第２表面を連結し、該第１熱伝導薄板、該第１ボンディングシート、及び該第２熱伝導薄板で該ヒートシンク装置を構成するステップ、
（ｅ）非プリプレグで製造した第２ボンディングシートで該ヒートシンク装置の第２熱伝導薄板の第１表面と上述の回路基板の第２表面を連結するステップ、
以上のステップを含むことを特徴とする、補強効果を具えたヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法としている。
請求項２の発明は、前記第１ボンディングシートが単層或いは多層のプリプレグで構成されたことを特徴とする、請求項１に記載の補強効果を具えたヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法としている。
請求項３の発明は、前記第２ボンディングシートが単層或いは多層の接着層で構成されたことを特徴とする、請求項１に記載の補強効果を具えたヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法としている。
請求項４の発明は、補強効果を具えたヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法において、
（ａ）反対に位置する第１表面と第２表面を有すると共に少なくとも一つのチップを取り付ける開口を具えたプラスチック回路基板を提供するステップ、
（ｂ）反対に位置する第１表面と第２表面を有する第１熱伝導薄板を提供するステップ、
（ｃ）反対に位置する第１表面と第２表面を有すると共に少なくとも一つのチップを取り付ける開口を具えた熱伝導複合板を提供するステップ、
（ｄ）繊維強化樹脂のプリプレグで構成された第１ボンディングシートで該第１熱伝導薄板の第１表面と該熱伝導複合板の第２表面を連結するステップ、
（ｅ）非プリプレグで製造した第２ボンディングシートで該熱伝導複合板の第１表面と回路基板の第２表面を連結するステップ、
以上のステップを含むことを特徴とする、補強効果を具えたヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法としている。
請求項５の発明は、前記熱伝導複合板が少なくとも二つの第２熱伝導薄板を該第１ボンディングシートを接着層として圧着してなることを特徴とする、請求項４に記載の補強効果を具えたヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法としている。
請求項６の発明は、前記第１ボンディングシートが単層或いは多層のプリプレグで構成されたことを特徴とする、請求項４に記載の補強効果を具えたヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法としている。
請求項７の発明は、前記第２ボンディングシートが単層或いは多層の接着層で構成されたことを特徴とする、請求項４に記載の補強効果を具えたヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明はヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法を提供し、それは、低重量、薄厚度で反りとねじれ現象を消去する支持効果を有する工程である。上述の支持効果を有するヒートシンク固定構造の形成は、第１ボンディングシートで第１熱伝導薄板（即ちヒートシンク）及び第２熱伝導薄板を結合し、第１ボンディングシートは繊維強化樹脂とされ、さらい第２ボンディングシートを基板とヒートシンク構造に結合させ、第２ボンディングシートは単層接着層或いは多層接着層の積層体とされ、該接着層が接着材、フレーク充填接着材、繊維充填接着材或いは粒状物充填接着材で構成され、上述の基板にチップを設置する開口が設けられている。
【００１７】
【実施例】
本発明はヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法を提供し、特に工程上、反りとねじれ現象を消去するキャビティーダウンチップキャリア工程に関する。またこのパッケージは良好な放熱効果を有する。
【００１８】
図３は本発明の第１実施例を示し、まずキャビティーダウンチップキャリア基板１を提供し、該基板１は開口２と若干の階層３を具えている。該基板１は周知の有機絶縁層を隔離するレイアウト回路層、スルーホール、導電孔或いは孔（ｖｉａ）、階層の第１表面４の電極（或いはランディングパッド）、ダム（ｄａｍ）と保護被覆層、第２表面上のパッドと保護被覆層を有する。第１熱伝導薄板６（或いはヒートシンクと称する）が提供され、該第１熱伝導薄板６は銅或いは銅合金薄板、炭化シリコン顆粒充填の銅或いは銅合金、炭化シリコン顆粒充填のアルミニウム或いはアルミニウム合金等で形成され、並びにその第１表面７と第２表面８それぞれに化学或いは物理粗化（ｒｏｕｇｈｅｎ）ステップが進行される。該第１表面７に接着増強剤９（ａｄｈｅｓｉｏｎ ｐｒｏｍｏｔｅｒ）が形成され、それは好ましくは酸化層或いはカプリング剤とされ、その接着性を増強する。該カプリング剤は、例えば、ケイ素カプリング剤（ｓｉｌａｎｅ）、チタンカプリング剤、コバルトカプリング剤或いはアルミニウムカプリング剤とされる。第２熱伝導薄板１０（或いは内層熱伝導薄板と称する）は、貫通する開口１１を具え、該第２熱伝導薄板１０は銅或いは銅合金薄板、グラファイト繊維充填の銅或いは銅合金、グラファイト繊維充填のアルミニウム或いはアルミニウム合金、炭化ケイ素顆粒充填の銅或いは銅合金、炭化ケイ素顆粒充填のアルミニウム或いはアルミニウム合金とされ、並びにその第１表面１２と第２表面１３それぞれに化学或いは物理粗化（ｒｏｕｇｈｅｎ）ステップが進行される。しかし、上述の接着増強剤は本発明に記載の酸化層或いはカプリング剤に限定されるわけではない。第１熱伝導薄板６の第１表面７と第２熱伝導薄板１０の第２表面１３はボンディングシート１６により接合される。該ボンディングシート１６は好ましくは、繊維強化樹脂、例えばプリプレグとされる。熱圧着ステップにより、第１熱伝導薄板６と第２熱伝導薄板１０が強固に固定されたヒートシンク構造１７（ｓｔｉｆｆ ｈｅａｔ ｓｐｒｅａｄｅｒ ｅｌｅｍｅｎｔ）が完成する。ボンディングシート１６（プリプレグ）が熱圧着硬化の後、該ヒートシンク構造１７が強固なサンドイッチ構造とされる。導電及び又は導熱層１８が第１熱伝導薄板６と第２熱伝導薄板１０の熱性連結を行い、更に放熱効果を増進する。このほか、第１熱伝導薄板６及び第２熱伝導薄板１０は等しい厚さに配置され、この対称性のサンドイッチ構造が、反りとねじれ現象を防止する最良の効果を獲得する。
【００１９】
もう一つの実施方式は図４に示されるようであり、そのうち、導電及び又は導熱層１８ａは、薄い銅或いは銅合金層とされ得て、ヒートシンク構造１７の下側表面を形成する。当然、導電及び又は導熱層１８或いは１８ａを形成する前に、先にヒートシンク構造１７の下側表面に対して酸洗浄或いはプラズマ洗浄のステップを行う。第１熱伝導薄板６の第２表面８に保護層（図示せず）を形成可能で、これは例えば、ニッケル、金或いは導熱顆粒充填のエポキシ樹脂、ダイアモンド膜或いは類ダイアモンド炭素膜とされ、且つ保護層を形成する前に、該第１導熱薄板６の第２表面８を予め物理或いは化学粗化する。第２ボンディングシート１９は第２熱伝導薄板１０の第１表面１２と基板１の第２表面５の間に設けられる。圧着ステップにより、上述の第２ボンディングシート１９を加熱或いは輻射等の方式により硬化させた後、ヒートシンク構造１７を基板１の第２表面５にボンディングできる。側壁電気めっき、チップ設置、ワイヤボンディング、封止樹脂充填及び外層末端のピン設置等の一般に周知の工程の後、図２に示されるキャビティーダウンチップキャリア２００が形成される。
【００２０】
本発明の提出する方法は、図４に示されるように、導電及び又は導熱層１９ａが第１熱伝導薄板６と第２熱伝導薄板１０に熱伝導連接するため、放熱効果を向上できる。しかし、米国特許第６，０３４，４２７号及び米国特許第６，０６０，７７８号に記載の方法は、このような放熱効果を向上する長所を獲得できず、それは先ず一つの熱伝導薄板と一つの基板を接合しており、本発明に記載の方法とは異なり、本発明では二つ或いはそれ以上の熱伝導薄板を先に接合し、その後で一つの基板と接合する。
【００２１】
上述のチップキャリアプラスチック基板１は、単層或いは多層基板とされ、該基板は誘電材料（絶縁層形成に用いられる）と導電材料を交互に重畳させてなり、該誘電材料は、有機材料、繊維強化有機材料或いは顆粒強化（ｐａｒｔｉｃｌｅ−ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ）有機材料で構成され、それは、エポキシ樹脂、ポリイミド、ビスマルイミドトリアジン（ｂｉｓｍａｌｅｉｍｉｄｅ ｔｒｉａｚｉｎｅ）、シアネートエステル（ｃｙａｎａｔｅ ｅｓｔｅｒ）、ポリベンゾシクロブタン（ｐｏｌｙｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）或いはそのガラス繊維組成物とされる。該プラスチックチップキャリア基板１は最も好ましくはヒートシンク構造１７とのボンディングの前に、先行して完成され、これにより導電孔が十分に基板１を貫通するようにして形成され、こうしてキャビティーダウンチップキャリアが完成する。本発明によると、基板１とヒートシンク構造１７をボンディングする時、基板が先にキュア成形され、これにより基板１形成期間のキュア収縮動作による反りとねじれ現象を発生しない。
【００２２】
図１に示されるように、ヒートシンク１０３は通常銅或いは銅合金とされる。周知のとおり、実際の操作温度が３００〜４００℃の時、銅薄板は軟化現象を有しうる。このため、もしヒートシンク１０３の銅厚が薄すぎて０．５ｍｍより小さくなると、キャビティーダウンチップキャリア１００中のヒートシンク１０３を製造する時、ヒートシンク１０３が変形しやすく制御しにくく、工程上、極めて大きな問題を形成する。このため銅製のヒートシンク１０３の厚さは少なくとも０．５ｍｍ以上とされる。しかし、ヒートシンク１０３を厚さ０．５ｍｍより薄くする必要がある時は、比較的高い強度を有する銅合金によりヒートシンク１０３を形成し、好ましくは厚さ０．１ｍｍ以上とする。銅合金の添加合金成分比率は総銅合金重量の５％以下とされ、例えばＣ１９４或いはＣ３０５銅合金とされ、好ましくは、その添加合金成分比率は総銅合金重量の０．５％以下とされ、例えばＣ１５１銅合金とされ、比較的高い合金成分を添加することにより銅合金が比較的低い熱伝導性を有する。注意すべきは、本発明で述べる銅は、合金成分含有量が重量比率０．１％以下となるのを防止することが難しい銅合金を指す。
【００２３】
本発明のサンドイッチ型ヒートシンク構造１７を応用する時、銅ヒートシンクの厚さは０．５ｍｍ以上とせねばならぬという制限を解除できる。例えば、厚さがいずれも０．２５４ｍｍの第１熱伝導薄板６と第２熱伝導薄板１０はプリプレグでヒートシンク構造１７を結合形成でき、その形成するチップキャリア２００に対しては十分な硬度と厚さを有し、チップキャリア形成工程中の反り現象を克服できる。このとき、二つ或いはそれ以上のプリプレグで構成されれば、ヒートシンクの機械強度を増加できる。好ましくは、該第１熱伝導薄板６と第２熱伝導薄板１０は同じ厚さを有し、チップキャリア工程中での反り現象を消去し、最良の効果を有するようにすることができる。
【００２４】
ヒートシンク構造１７が完全に環境侵食を防止できるようにするため、ヒートシンク構造１７の周囲の側壁は保護層１７ａ、例えば、ニッケル、金或いは導熱顆粒充填のエポキシ樹脂、ダイアモンド膜或いは類ダイアモンド炭素膜で被覆されうる。保護層１７ａがヒートシンク１７の四周側壁を被覆する時、表面積の増加により、放熱効果も向上する。
【００２５】
本発明の実施例中、上述のボンディングシート１９は接着層或いは多層の接着層を重畳してなる。該接着層は接着材、フレーク充填接着材、短繊維充填接着材或いは粒状物充填接着材とされる。ニット繊維は接着材料に充填されず、ゆえに本発明の接着層はプリプレグではない。この接着層は、（１）樹脂、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂或いはアクリル樹脂、（２）コポリマー、例えばエポキシ−アクリル樹脂、エポキシ−ブタジエン樹脂或いはエポキシ−ウレタン樹脂とされる、（３）ポリマーブレンド、例えばエポキシ樹脂／ハロゲネートポリヒドロキシスチレンブレンド（ｅｐｏｘｙｒｅｓｉｎ／ｈａｌｏｇｅｎａｔｅｄ ｐｏｌｙｈｙｄｒｏｘｙｓｔｙｒｅｎｅ ｂｌｅｎｄ）或いはエポキシ樹脂／フェノリック樹脂ブレンドとされる。上述の有機材料は、ハロゲン、シリコン、或いは亜りん酸等のにより性質改良される。上述の短繊維は、上述の短繊維は金属、有機或いは無機材料で形成され、タングステン短繊維、アラミド短繊維或いはガラス短繊維とされ、上述の有機材料に充填されて機械強度を増加し並びに接着層の熱膨張係数を減らす。同一目的を達成するため、フレーク或いは粒状物を有機材料に添加可能であり、フレークは銀フレーク或いはグラファイトフレークとされ、粒状物はシリカ顆粒、硫酸バリウム顆粒、粘土（ｃｌａｙ）、炭酸カルシウム、ミラミン顆粒、ポリスチレン、銅顆粒或いは銀顆粒とされる。上述の接着層はまたその他の添加物、例えば化学触媒、抗酸化剤、リオロジカルエージェント（ｒｅｏｌｏｇｉｃａｌ ａｇｅｎｔ）、カップリング剤或いは着色剤とされる。
【００２６】
上述の接着材の選択はキャビティーダウンプラスチックチップキャリアを製造する時の反りやねじれ現象の発生を減らすのに非常に重要である。現在業界では、接着材は熱硬化型樹脂が主流である。典型的な熱硬化型樹脂は比較的高い温度中で硬化し、室温中で冷却される。これにより、好ましくは、接着層材料は十分に柔軟で（即ち低い機械係数を有する）、材料を拡張変形してキュアステップ中のキュア収縮を補償できるものとする。通常は、接着層の熱膨張係数（ＣＴＥ）を下げ、及び加工前に一部のこの熱硬化型樹脂をキュアするのは反りを減らして良好なボンディング効果を得るのに有効である。しかし、実際に高い機械係数のプリプレグはキャビティーダウンプラスチックチップキャリアに対しては却って良好なボンディング効果を得られない。良好なボンディング効果を得るために、高過ぎる充填材を添加すして比較的高い機械性質をもたせるか、或いは低過ぎる充填材を充填して比較的高い熱膨張係数を提供することはいずれも回避せねばならない。このほか、接着層の熱膨張係数は最も好ましくは１５０ｐｐｍ／℃以下であり、好ましくは１００ｐｐｍ／℃以下、５０ｐｐｍ／℃以下が最も好ましい。
【００２７】
本発明の好ましい実施例において、上述の第１ボンディングシート１６及び第２ボンディングシート１９は任意の形状或いは構造に限定されない。
【００２８】
本発明のもう一つの好ましい実施例によると、ヒートシンク構造にナイフエッジのような突出連結部２０が設けられている。図５に示されるように、若干のナイフエッジの如き連結部２０は第２熱伝導薄板１０の第１表面１２に形成され、且つ第１表面１２が接着増強剤１９に被覆され、それは酸化層或いはカプリング剤とされる。熱圧着方式で、ボンディングシート１９により、サンドイチ型のヒートシンク構造１７と基板１が接合される。同時に、若干のエッジ状の連結部２０がボンディングシート１９を貫通し、基板１の第２表面５上の所定のコンタクトパッドと連結される（図示せず）。当然、接合前にボンディングシート１９にレーザーさん孔或いは機械さん孔方式により連結位置にさん孔を行うことができ、即ち連結部２０にボンディングシート１９を通過させて所定のコンタクトパッドと接合するのに利用する。上述の若干のエッジ状の連結部２０は導電性或いは導熱性とされ、任意の形状と構造とされうる。このようなタイプの連結はヒートシンク１７に接地の役割をもたせ、並びに熱伝導経路を提供し、トランジスタよりヒートシンクに熱エネルギーを伝導する。こうして、キャビティーダウンプラスチックチップキャリアの熱伝導性を増進する。
【００２９】
もう一つの本発明の実施例によると、ヒートシンク構造は二つ或いはそれ以上の熱伝導薄板を使用する。図６に示されるように、第２熱伝導薄板２３は第１ボンディングシート２５を利用し、もう一つの熱伝導薄板２３と接合され、熱伝導複合板２６を形成し、該熱伝導薄板２６は並びにチップを収容する開口２７を有し、熱伝導複合板２６はもう一つの第１ボンディングシート２５で第１熱伝導薄板２２と結合され、こうしてヒートシンク構造２８を形成する。接着増強剤２９’は、酸化層或いはカプリング剤とされ、それは各熱伝導薄板２２、２３の外側表面に形成されてその接着性を増加する。該ヒートシンク構造２８は第２ボンディングシート３１でプラスチック回路基板３０に接合され、キャビティーダウンチップキャリアを形成する。そのうち、第１ボンディングシート２５はプリプレグとされ第２ボンディングシート３１は単層接着層或いは多層の接着層を重畳させて構成され、該接着層は接着材、短繊維充填接着材、繊維充填接着材或いは粒状物充填接着材とされる。
【００３０】
本発明のもう一つの実施例によると、該チップキャリアはシングルチップ或いはマルチチップパッケージに限定されない。そのうち典型的なマルチチップパッケージ方式は図７に示されるように、回路基板３２が二つの開口３３、３４を具え、各開口にそれぞれチップが取り付けられる。熱圧着方式で、ボンディングシート３６の補助により、ヒートシンク構造３５と回路基板３２が接合され、マルチチップキャリアが形成される。
【００３１】
本発明の好ましい実施例によると、該チップキャリアは業界の量産時に、ボンディングシートの補助によりサンドイッチ型ヒートシンクパネルが回路基板パネルに接合される。このパネルは任意の形状或いは構造とされ、例えばストリップ状とされる。
【００３２】
本発明の好ましい実施例中、チップキャリアは半導体チップパッケージに限定されず、その他のチップタイプの電子素子、光素子或いは光電素子に応用可能で、例えば抵抗、振動器、レーザーダイオード、光センサ及び熱センサに応用可能である。
【００３３】
【発明の効果】
総合すると、本発明は一種の支持効果を有するヒートシンク装置をチップキャリアに応用する方法を提供し、工程上にあって反りとねじれ現象を消去し、並びに回路層間の良好な接着性、高耐熱性、及び良好な信頼度を提供する工程である。
【００３４】
当然、以上の説明は、本発明の実施範囲を限定するものではなく、本発明に基づきなしうる細部の修飾或いは改変は、いずれも本発明の請求範囲に属するものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 周知のキャビティーダウンプラスチックチップキャリア表示図である。
【図２】 周知の支持物を具えたキャビティーダウンプラスチックチップキャリア表示図である。
【図３】 本発明の第１実施例中の、ヒートシンクを具えたキャビティーダウンチップチップキャリア基板の各層の表示図である。
【図４】 本発明のもう一つの実施例中のヒートシンク構造表示図である。
【図５】 本発明のもう一つの実施例中の、ナイフエッジ状突出連結部を具えた構造の表示図である。
【図６】 本発明のもう一つの実施例中の、複数の熱伝導薄板を有するヒートシンク構造のキャビティーダウンチップキャリア基板構造の表示図である。
【図７】 本発明のもう一つの実施例中の、マルチチップパッケージに供されるヒートシンク構造を具えたキャビティーダウンチップキャリア基板の表示図である。
【符号の説明】
１、３０、３２、１０１、２０１ 基板
２、１１、２７、３３、３４ 開口
３ 階層
４ 基板第１表面
５ 基板第２表面
６ 第１熱伝導薄板
７ 第１熱伝導薄板第１表面
８ 第１熱伝導薄板第２表面
９ 接着増強剤
１０ 第２熱伝導薄板
１２ 第２熱伝導薄板第１表面
１３ 第２熱伝導薄板第２表面
１４、１５、２９ 接着増強剤
１６、１９、３１、３６ ボンディングシート
１７、２８、３５ ヒートシンク構造
１７ａ 保護層
１８、１８ａ、１０５ 導電及び又は導熱層
２０ 尖鋭端を有する連結部
２２ 第１熱伝導薄板
２３ 第２熱伝導薄板
２５ 第１ボンディングシート
２６ 熱伝導複合板
１００、２００ チップキャリア
１０１、２０１ 基板
１０２、２０４ キャビティー
１０３、２０５ ヒートシンク
１０４、２０６ ボンディングシート
１０６、２０７ チップ
１０７、２０９ 金線
１０８、２１０ 封止樹脂
１０９、２１１ ピン
１１０、２１２ 基板
２０２ 銅層
２０２ａ 銅層第１表面
２０２ｂ 銅層第２表面
２０３、２０８ 接着層
２０５ａ ヒートシンク第１表面
２０５ｂ ヒートシンク第２表面
Claims (7)
- 補強効果を具えたヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法において、
（ａ）反対に位置する第１表面と第２表面を有すると共に少なくとも一つのチップを取り付ける開口を具えたプラスチック回路基板を提供するステップ、
（ｂ）反対に位置する第１表面と第２表面を有する第１熱伝導薄板を提供するステップ、
（ｃ）反対に位置する第１表面と第２表面を有すると共に少なくとも一つのチップを取り付ける開口を具えた第２熱伝導薄板を提供するステップ、
（ｄ）繊維強化樹脂のプリプレグで構成された第１ボンディングシートで該第１熱伝導薄板の第１表面と該第２熱伝導薄板の第２表面を連結し、該第１熱伝導薄板、該第１ボンディングシート、及び該第２熱伝導薄板で該ヒートシンク装置を構成するステップ、
（ｅ）非プリプレグで製造した第２ボンディングシートで該ヒートシンク装置の第２熱伝導薄板の第１表面と上述の回路基板の第２表面を連結するステップ、
以上のステップを含むことを特徴とする、補強効果を具えたヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法。 - 前記第１ボンディングシートが単層或いは多層のプリプレグで構成されたことを特徴とする、請求項１に記載の補強効果を具えたヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法。
- 前記第２ボンディングシートが単層或いは多層の接着層で構成されたことを特徴とする、請求項１に記載の補強効果を具えたヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法。
- 補強効果を具えたヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法において、
（ａ）反対に位置する第１表面と第２表面を有すると共に少なくとも一つのチップを取り付ける開口を具えたプラスチック回路基板を提供するステップ、
（ｂ）反対に位置する第１表面と第２表面を有する第１熱伝導薄板を提供するステップ、
（ｃ）反対に位置する第１表面と第２表面を有すると共に少なくとも一つのチップを取り付ける開口を具えた熱伝導複合板を提供するステップ、
（ｄ）繊維強化樹脂のプリプレグで構成された第１ボンディングシートで該第１熱伝導薄板の第１表面と該熱伝導複合板の第２表面を連結するステップ、
（ｅ）非プリプレグで製造した第２ボンディングシートで該熱伝導複合板の第１表面と回路基板の第２表面を連結するステップ、
以上のステップを含むことを特徴とする、補強効果を具えたヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法。 - 前記熱伝導複合板が少なくとも二つの第２熱伝導薄板を該第１ボンディングシートを接着層として圧着してなることを特徴とする、請求項４に記載の補強効果を具えたヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法。
- 前記第１ボンディングシートが単層或いは多層のプリプレグで構成されたことを特徴とする、請求項４に記載の補強効果を具えたヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法。
- 前記第２ボンディングシートが単層或いは多層の接着層で構成されたことを特徴とする、請求項４に記載の補強効果を具えたヒートシンク装置を具えたチップパッケージ基板の製造方法。
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