JPH01270253A - 電子パツケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、電子部品パッケージに関し、具体的には、半
導体チップを装着するように設計された回路付き基板を
利用する電子部品パッケージに関する。

Ｂ、従来技術 柔軟基板であれ硬質基板であれ、回路付き基板を有する
電子パッケージが知られており、その例が米国特許第４
０９２６９７号明細書及び第４４１５０２５号明細書（
両方とも硬質セラミック基板を用いている）、ならびに
米国特許第４２３１１５４号明細書（柔軟な薄膜基板を
用いている）に記載されている。これらの特許はすべて
、本発明の出願人に譲渡され、引用により本明細書に組
み込まれる。さら′に本明細書の教示から明らかになる
ように、本発明は、最も具体的には、放熱カバ一部材を
利用する上記で定義したようなパッケージを対象として
いる。このようなカバーも、米国特許第４０９２６９７
号明細書及び第４４１５０２５号明細書に記載されてお
り、動作中にパッケージから正の放熱を行なうために、
多くのこのような電子パッケージ中で望ましいものであ
る。この種のパッケージでは、その動作寿命を増大させ
るために、このような放熱が不可欠である。

本明細書で定義するように、本発明パッケージは、チッ
プを最初の回路付き基板上方の高い位置に維持して、パ
ッケージのチップと放熱カバーの直接接触によって、こ
のような放熱をより効率的に実現する。このような高く
した配置は、パッケージ組立て中にチップを保護し、か
つこのような組立てにかかる時間とコストを削減させる
。このようにチップを高くすると、動作中、パッケージ
からの放熱がさらに促進される。

上記の有利な特徴を存する電子パッケージは、とりわけ
、当技術分野において大きな進歩であると思われる。

Ｃ０発明が解決しようとする問題点 本発明の主目的は、とりわけ、上記の特徴を有する電子
パッケージを提供することによって、電子パッケージ技
術を改善することにある。

Ｄ０問題点を解決するための手段 本発明の一態様によれば、少なくとも一層の回路を上に
有する第１の回路付き基板、第１の回路付き基板に電気
的に接続された少なくとも一層の回路を備えている柔軟
な第２の回路付き基板、及び対向する第１と第２の面を
有する電子デバイスを含み、第２の柔軟な回路付き基板
上の回路がデバイスの第１の面上の指定された個所に接
続されている、電子パッケージが設けられる。デバイス
は、第１の回路付き基板から隔置されて配置されている
。パッケージは、電子デバイスの第２の面に向いた表面
を有する放熱部材、及び電子デバイスの第２の面とデバ
イスに向いた放熱部材の表面との間に位置し、かつ両者
に接触する所定の量の物質層を含んでいる。この物質層
は、電子デバイスと放熱部材の間に表面張力の作用によ
り吸引力を生じて、電子パッケージの動作中、電子デバ
イスを第１の回路付き基板から隔置した位置に維持する
。

Ｅ、実施例 第１図に、本発明の好ましい実施例による電子パッケー
ジ１０を示す。パッケージ１０は、少なくとも一層の回
路１３を有する第１の回路付き基板１１、第１の基板１
１に電気的に接続された柔軟な第２の回路付き基板１５
、第２の基板１５に電気的に接続され、基板１１上方の
高くした位置に配置された電子デバイス（半導体チップ
）１７、第１の基板１１に接合されパッケージ１０のカ
バーとなっている放熱部材１９、及び放熱部材１９とデ
バイス１７の間にそれらと接触して配置され、両者との
間の直接接触を保証して、その動作中に本発明の放熱を
改善する所定量の物質２１を含む。

下記の説明かられかるように、最終の組立て済みパッケ
ージ（及びその動作中）では、物質２１は（第１図及び
第２図に示すように）液体状態でも凝固状態でもよい。

ただし、どちらの場合にも、最初の組立て中は、組立て
がしやすいように、物質２１は液体状態である。下記に
説明するように、最終状態で液体状態にある場合でも、
物質２１は、部材１９とデバイス１７のそれぞれの表面
上に部材１９とデバイス１７の間に吸引力（吸着力）を
生み出すのに十分な表面張力を発生させ、パッケージの
動作中、このような力を使って、デバイスを図示した高
くした位置にユニークに維持する。物質２１は、組立て
済み最終パッケージ（及び動作）において液体状態（た
とえば、オイル）である場合、パッケージ１０の上記の
組立て及び動作の間中、本明細書に定義する吸引力を作
用させる。物質２１は、最終の組立て済みパッケージ１
０で固体状態（たとえば、ワックス）である場合、パッ
ケージ組立て中だけ（デバイス及び付随の柔軟基板１５
を所期の高さに「持ち上げる」ために）、本明細書で定
義する吸引力を作用させ、その後、固化すると、粘着力
によってデバイスをこの高くなった位置に維持する。さ
らに、物質２１は、最終パッケージ中で液体状態の場合
、粘着剤として働かないが、上記のように、本明細書で
定義する吸引力によって、半導体デバイスをその高くし
た位置にユニークに維持する。当然のことながら、この
能力は、本発明の顕著な特徴となっている。

第１の基板１１は、その上面２７（第２図）に回路２５
の成形金属（たとえば、銅）層が付着された、絶縁性（
たとえば、エポキシ）本体部２３を有するプリント回路
板であることが好ましい。

回路２５は、表面２７上に隔置された、通常の多数の回
路形成技法のうちのどれかを使って（たとえば、ブラン
ケット金属箔からフォトエツチングして）基板１１上に
形成された（図に示すような）個別の導電性セグメント
を含んでいる。

第１の基板１１は、硬質構造であることが好ましい。具
体的には、その本体部分２３が、エポキシまたは同様な
材料製であることが好ましく、厚さ（第１図の寸法「ｔ
」）は少なくとも０．７５ｍｍであることが好ましい。

約５．０ｍｍまでの厚さを有する既知の基板が許容され
る。

第２の回路付き基板１５は、上記のように、柔軟性のも
のであり、回路３１の画定された層（たとえば、クロム
・銅・クロム）を有する有機誘電材料（たとえば、ポリ
イミド）の絶縁部分２９を含んでいる。図に示すように
、ポリイミド材の上面に回路３１が配置され、これは、
第１の基板１１上の回路２５を半導体チップ１７底面の
当該接続個所と相互接続させる働きをする。通常の多数
の接続技法のどれか、たとえば、各個別セグメント３３
（第３図）ごとに少なくとも１個のはんだボール３２を
使用するはんだ付けを用いて、基板１５を回路２５に電
気的に接続させる。第３図を見るとわかりやすいが、第
２の回路付き基板１５は、画定されたパターンに従って
ポリイミド上に配置された複数の個別導電性セグメント
３３を含んでいる。このパターンが、これらのセグメン
ト用の個々の突出端部の第１のアレイ３５及び第２のア
レイ３７（第２図）を画定する。第１のアレイ３５は、
図面に示すように、好ましくは従来の技法（熱圧着ボン
ディングなど）を用いて、半導体チップ１７の下面４１
の当該接触個所に電気的に接続される。したがって、各
セグメント３３の対向端部は、それぞれ基板１１の表面
２７上にある指定された当該の導電セグメント２５の１
つに個別に（すなわち、上記のはんだボール技術を用い
て）接続された、第２のアレイ３７を形成する働きをす
る。

やはり第３図に示すように、基板１５用のポリイミド材
２９は、突出端部セグメントの上記第１のアレイ３５が
その中を延びる開口４３を画定する。すなわち、第３図
に示した方式で、チップ１７を開口（またはウィンドウ
）４３に対して配置する。上記のように、第２の回路付
き基板１５は柔軟性のものである。柔軟性とは、ポリイ
ミドと回路素子を合わせた厚さがわずか約０．０７５ｍ
ｍであるという意味である。基板１５の一部分上にこの
ような能力をもつことは、本明細書の説明から理解され
る目的のための本発明の顕著な一態様である。

第１図及び第２図に示すように、放熱部材１９は金属（
アルミニウムや銅など）製であることが好ましく、周知
の密封法（フローさせ、そのあと硬化させたエポキシ５
１など）を用いて、基板１１に対して密封する。本体部
分２３がセラミック製の場合には、密封材５１は、低温
ろう付は材やはんだ材でよい。図に示すように、放熱部
材１９は、基板１１に対しその外周部の周りで密封し、
第１図に示した内部部品（すなわち、チップ１７、第２
の基板１５）用のカバーとなる。さらに、放熱部材１９
は、基板１１に向かう方向に（第１図で、下向きに凸面
で）カーブした曲線状の内面５３を備えていることが好
ましい。本発明の好ましい実施例では、放熱部材１８は
、隣接する半導体チップ１７に関してその中央に位置す
るシリコン挿入片５５を含んでいる（第１図及び第２図
）。

ただし、本発明のより広義な態様では、この挿入片を使
用せず、その代わり、チップ１７を金属内面に直接接触
させてもよい。

第１図及び第２図に示すように、半導体チップ１７は、
第１の基板１１の上面２７から隔置された高い位置（第
２図で寸法ｒｅｈＪで示す所定の高さの所）に方向を正
しく配置する。上記のように、この操作は、パッケージ
組立て中に行なわれ、液状ワックスまたはオイル材料に
よって生じる吸引力により容易になる。これは、チップ
１７と放熱部材１９の曲線状表面５３との直接接続が可
能となり、したがって、その動作中に完成済みパッケー
ジ１０の放熱を改善させる点で、本発明の顕著な態様で
ある。上記のように、このような放熱は、この種のパッ
ケージで、妥当な動作寿命を保証するのに不可欠である
。本明細書に記載するやり方でチップ１７を高くすると
、チップを損傷する恐れなしに、放熱部材を第１の基板
１１上に配置し密封することが可能となるので、パッケ
ージ１０の組立てが容易になる。当然のことながら、放
熱部材を基板１１上に配置すると、表面５３と２７の間
で圧縮によってチップが損傷する恐れがある。したがっ
て、寸法ｒｅｈＪは、このような圧縮、及びそれによる
比較的脆い半導体チップに対する破壊または損傷を防止
するのに十分な許容差を与えるものである。好ましい実
施例では、寸法ｒｅｈＪは約０．０２５ないし約０．０
１ｍｍの範囲内にあることが好ましい。

チップ１７は、当技術分野で周知のチップ（０ＭＯ８な
ど）から選択してよく、図面に示すように、上記の下面
４１及びその反対側の上面５７を含む。第２図に示すよ
うに、この両面は、この種のデバイスでは通常のことで
あるが、はぼ平面状である。本発明の好ましい実施例で
は、チップの平面状上面５７は、放熱部材１９の曲線状
表面５３と位置合わせされ、それと向い合せに保持され
る。ただし、本発明のより広義の態様では、この両面に
他の形状を採用してもよい。たとえば、（上記のように
挿入片５５を含む代わりに金属表面を使用するのに加え
て）放熱部材１θにほぼ平面状表面を利用することも、
本発明の範囲内に含まれる。

上記のように、パッケージ１０は、チップ１７の表面５
７と放熱部材１９の表面５３の間に位置しかつ両者と接
触して、パッケージ１０の動作中、柔軟基板１５に取り
付けたチップ１７を第１の基板１１上方の規定された高
くした位置に維持する手段をユニークな形でもたらす、
所定量の上記物質２１を含んでいる。物質２１は、パッ
ケージの動作中に液体状態の場合、チップ１７と放熱部
材１９の間に吸引力（第２図におけるＦ）を生じて、パ
ッケージの組立て及び動作中、チップ１７を図に示した
位置に維持するのに十分な表面張力を有するオイルであ
ることが好ましい。パッケージの動作中、液体状態を維
持する適当な物質の例は、高度精製鉱油、シリコーン油
、または、その他、真空拡散ポンプで現在使用されてい
るようなオイル（たとえば、混合５環ポリフエニルエー
テルやペルフルオロポリエーテルなど）などである。

物質２１としてワックスを選択した場合、加熱した液体
の形でチップ１７の表面５７に塗布するが、上記のよう
に、組立て後は（したがって、パッケージの動作中も）
固体の形をとることになる。

物質２１は、オイルであれワックスであれ、パッケージ
１０の組立て中、放熱部材１９を第１の基板１１に密封
する前に、表面５３または５７のどちらかあるいはその
両方に塗布する。次に、放熱部材１９を基板１１上に配
置し、放熱部材の内面をチップの表面５７が物質２１を
介して接触すると、物質２１の表面張力の作用により放
熱部材の内面とチップの表面５７の間に吸引力が働き、
柔軟基板を取り付けたチップを「持ち上げて」、放熱部
材の内面と接触させる。上記のように、このような密封
中にチップ１７を高くした位置に配置すると、放熱部材
と下方の基板部材の間の圧縮によって起こる恐れのある
損傷が防止される。やはり本明細書に記載する他の部品
（すなわち、柔軟な回路付き基板１５）を用いるとき、
本明細書に記載する種類のチップを上記の高くなった位
置に維持するには、約０．５グラムないし約１．５グラ
ム、理想的には約１．０グラムの範囲の吸引力Ｆが必要
なことが決定されている。

第２図に示すように、物質２１は、液状のとき、チップ
１７と放熱部材１９の間にメニスカスを形成する。やは
り第２図に示すように、このメニスカスは、チップの周
辺上縁部の周りで凹形の形をとる。本明細書に記載する
ような十分な吸引力を保証するため、この形が必要と思
われる。上記の表面張力及びそれによる吸引力を発生す
るのに十分と思われる液状物質２１の量は、チップ１７
の縁部の約２ミクロンのギャップ（寸法「ｄ」）を充填
するのに十分な量である。すなわち、チップ１７の周囲
全体及び表面５３上の隣接する当該位置の周りのこの外
縁部の間隔ｒｄＪは、約２ミクロンである。（上記のＣ
ＭＯＳチップ及びポリイミド基板を使用する）１実施例
では、液状物質の量として０．１マイクロリツトルが妥
当なことが決定された。

上記のシリコン挿入片５５を使い、この挿入片中に複数
の毛細管スロットを設けると、チップ１７と放熱部材１
９の間の吸引力がさらに増強される。この毛細管スロッ
トは、本発明の好ましい実施例では、縦長の形であり、
挿入片の曲線状表面５３を横切ってほぼ平行な向きに走
っている。第２図に示すように、本発明では、スロット
８３が、見る人に向かって、見る人から所期の長さだけ
離れて走っている。スロット６３は、挿入片５５内で、
それぞれチップ１７の外のり寸法を約２．５１だけ上回
るのに十分な全長をもつことが好ましい。その上、各ス
ロットは、約１または２ミクロンの外側幅をもつことが
好ましい。これらの比較的小さな寸法をもつスロットを
設けるには、上記のシリコン挿入片を使用することが望
ましい。金属（銅やアルミニウムなど）製の放熱部材内
に上記寸法のスロットを設けることは、簡単には可能で
ない。周知の手段（はんだなど）を用いて、放熱部材１
９内部に挿入片５５を固定して配置する。

チップ１７と本発明の放熱部材の間で正の吸引力を確保
するため、シリコン挿入片５５の曲線状表面５３は、そ
れに沿った液状物質２１の表面張力を増大させるのに十
分な粗面度特性をもっていることが好ましい。この粗面
度は約１．０ミクロン未満であることが好ましい。

以上、パッケージの電子デバイス（半導体チップ）をパ
ッケージの放熱が改善されるユニークなやり方で、パッ
ケージの放熱部材に直接接触させて維持するという、電
子パッケージを示し説明してきた。さらに、本発明は、
本明細書に記載したように、比較的脆い半導体チップに
対する損傷を防止しながら、このようなパッケージの製
造を容易にする。

Ｆ０発明の効果 本発明の構造によれば、ヒートシンクを直接チップに接
触させる場合に生じるチップ損傷の問題を生じることな
く、安全確実に組み立てることができ、しかも高効率の
放熱作用を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の好ましい実施例による電子パッケー
ジの側面断面図である。 第２図は、チップと放熱カバーの間の直接接続をより明
確に示す第１図のパッケージの部分拡大図である。 第３図は、柔軟な回路付き基板の内部リード線をチップ
の底面に電気的に接続する方式を示す部分透視図である
。 １０・・・・電子パッケージ、ｉｆ、１５・・・・回路
付き基板、１３・・・・回路層、１７・・・・電子デバ
イス、１９・・・・放熱部材、２１・・・・液状物質。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　回路が形成されている第１の基板と、 上記第１の基板の回路に接続された回路を有する、柔軟
   性のある第２の基板と、 第１及び第２の対向した表面を有し、第１の表面におい
   て上記第２の基板の回路と接続されている電子デバイス
   と、 上記電子デバイスの上記第２の表面と対面する表面を有
   する放熱部材と、 上記電子デバイスの上記第２の表面とこれと対面する上
   記放熱部材の表面との間に設けられ、表面張力の作用に
   より上記電子デバイスを上記放熱部材に吸着させて上記
   電子デバイスの上記第１の表面と上記第１の基板の表面
   との間に所定の間隔を保つための物質層と、 を有することを特徴とする電子パッケージ。