JPH07169882A - モールドされた集積回路パッケージ - Google Patents

モールドされた集積回路パッケージ

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JPH07169882A
JPH07169882A JP4146953A JP14695392A JPH07169882A JP H07169882 A JPH07169882 A JP H07169882A JP 4146953 A JP4146953 A JP 4146953A JP 14695392 A JP14695392 A JP 14695392A JP H07169882 A JPH07169882 A JP H07169882A
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JP
Japan
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heat
integrated circuit
package
post
face
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JP4146953A
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English (en)
Inventor
Michael A Zimmerman
エ−．ツィマ−マン マイケル
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AT&T Corp
Original Assignee
American Telephone and Telegraph Co Inc
AT&T Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラスチック材料に封入された集積回路の、
熱放散特性を向上させる。 【構成】 モールド集積回路パッケージ内のシリコン素
子から熱を放散させるためのパスとして、シリコン素子
からパッケージ表面に伸びるヒートポスト５０、６０を
追加する。このポストの一端はシリコン素子に熱的に結
合され、他端はパッケージ表面で大気中に露出してい
る。ポストの両端部の間に、両端部と寸法の異なるウェ
スト部６６を配置した形状によって、パッケージ内の応
力を最小にし、クラックの発生を防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、リードフレームに接続
され、カプセル化された集積回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】初期の頃は、シリコン集積回路はシール
された金属パッケージ内に収納されていた。現在は、プ
ラスチックモールド化合物（高品質で低価格）がこの金
属パッケージに取って替わっている（全世界で生産され
る年間３００億の素子の９０％）。シリコン素子をプラ
スチックパッケージ内に収納することの意義は、パッケ
ージ素子のコストを下げる点にある。シリコン素子をプ
ラスチック内に封入することにより、シリコン素子を様
々な環境下で使用することができる。
【０００３】シリコン素子のプラスチック内封入におけ
る重要なファクターは、素子の定格電力である。プラス
チックパッケージ内で、シリコン素子の密度が上がる
と、生成される熱を放散する問題がシビヤになる。
【０００４】一般的に、シリコン素子の定格電力が１Ｗ
を超えると、プラスチック封入は熱エネルギーをより放
出可能なセラミックまたは金属パッケージにとって替わ
られる。このセラミックパッケージと金属パッケージの
不利な点はプラスチックパッケージよりも値段が高いと
いうことである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、プラ
スチックに封入されたシリコン素子（集積回路）の熱放
散特性を向上させることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の主旨により、モ
ールドされた集積回路パッケージはシリコン素子からの
熱をプラスチックパッケージの表面に導く熱通路を具備
する。この熱通路にはシリコン素子からプラスチックパ
ッケージの表面に伸びるよう配置された熱伝導性材料の
ポストが含まれる。このポストの一端は、シリコン素子
により生成された熱を受容するよう配置され、他端はプ
ラスチックパッケージの表面で大気中へ露出している。
【０００７】このポストのウェスト部は、前記両端部の
間に配置され、その寸法は端部のそれとは異なる。さら
に、端部同士の寸法は、同等もしくは、不同等のいずれ
でもよい。このポストの形状によって、モールドパッケ
ージにクラックを発生させずに、モールドパッケージが
ポストをつかむことが可能となる。
【０００８】
【実施例】図１において、シリコン素子１２（チップと
も称される）はパドル１４（銅合金ストリップ）に、低
応力熱伝導性接着剤１６によって載置されている。電気
的接続がシリコン素子１２からリード１８へ金製ワイヤ
バンド２０を介して行われる。パドル１４とシリコン素
子１２とリード１８（金製ワイヤバンド２０を介してシ
リコン素子１２に接続される）はプラスチックモールド
材料２２内に収納される。このプラスチックモールド材
料２２は組立体に対し、支持と電気的絶縁を提供する。
【０００９】このリード１８は通常Ｊ字型リード、また
はガルウェングリードである。Ｊ字型リードはモールド
本体と回路板の支持面の下に伸びるので、検査が困難で
ある。図１のようなガルウェングリードはモールド本体
から離れて伸び、プリント回路基板へのはんだ付けの検
査が可能である。細かいピッチのプラスチック四角フラ
ットパッケージはガルウェングリードを接着歩留まりの
理由から用いている。
【００１０】図２は、シリコン素子１２と熱伝導性接着
剤１６とパドル１４と金製ワイヤバンド２０とリード１
８とがプラスチックモールド材料２２内にカプセル化さ
れている物理的関係を、より詳細に示す。パドル１４は
リード１８と直接には接触していない。そのため、パド
ル１４からの熱はプラスチックモールド材料２２を通っ
て、リード１８に到達し、パッケージの表面から大気中
へ逃げる。唯一の直接的熱の放散通路は金製ワイヤバン
ド２０を介してリード１８へ伝導する道である。しか
し、金製ワイヤバンド２０は極めて細いので、そこを流
れる熱は制限される。
【００１１】モールドされたプラスチックパッケージ内
では、熱の放散メカニズムは主に三つのパスから成って
いる。熱はモールド材料からパッケージの表面へ熱伝導
によって放散され、対流によって消失する。しかしモー
ルド材料が低熱伝導性のために、そのパスを伝導する熱
の量は多くはない。
【００１２】また、熱はシリコン素子１２からパドル１
４へ、そして、パドル１４に熱的に結合している金属部
材へと流れる。このパドル１４はモールド材料内で熱を
全方向に拡散するだけである。熱はまた、シリコン素子
１２から金製ワイヤバンド２０を介してリード１８、そ
して、プリント回路基板へと流れる。
【００１３】プラスチックモールドパッケージの熱伝導
性は比較的低いので、セラミックパッケージが１Ｗ以上
の応用においては従来から用いられている。熱がより効
率的にリード、あるいは、外部表面要素に伝導するため
には、セラミックボディの高い熱伝導性のためである。
【００１４】図３の実施例は低コストのプラスチックパ
ッケージで、良好な熱放散特性を提供する。シリコン素
子４０はセラミック部材４２に熱伝導性エポキシ接着剤
４４によってて固定されている。セラミック部材４２
は、シリコン素子からリードへの電気的接続を形成する
導電パスを支持する。ワイヤバンド４６はシリコン素子
４０の上の種々の接続パッドをセラミック部材４２の上
の適切な導電パスへ電気的に接続する。セラミック部材
４２の上の導電パスはリード４８の端部に電気的に接続
されている。
【００１５】図１と２の実施例と同様、セラミック部材
４２、シリコン素子４０、ワイヤバンド４６、およびリ
ード４８の端部はプラスチックモールド材料内に収納さ
れている。しかし、図３の実施例では、セラミック部材
４２がシリコン素子４０からリード４８への直接的な熱
の伝導通路を提供する。シリコン素子４０からリード４
８への熱伝導パスにはプラスチックモールド材料は存在
しない。
【００１６】セラミック部材４２は比較的高い熱伝導特
性を有し、そのため、シリコン素子４０からの熱をリー
ド４８に効率よく伝導し、このリード４８で回路基板と
大気中へと熱を分散する。
【００１７】図３の実施例は、従来のモールドパッケー
ジに対して、熱特性が極めて良くなる。これはセラミッ
ク部材４２（９９．６％のアルミナから形成される）が
シリコン素子４０に結合され、このシリコン素子４０が
リード４８にはんだ付けにより堅固に結合されることに
起因する。このセラミック部材４２は熱拡散部材として
機能し、シリコン素子４０からの熱をリード４８に、そ
してプリント回路基板へと分散させる。これにより、従
来のモールドパッケージに対し、熱的な利点を与える。
【００１８】図４の実施例においては、図１と図２のモ
ールド集積回路パッケージの組合せが示されている。図
１に示すように、シリコン素子１２はパドル１４に熱伝
導性接着剤１６によって接着され、金製ワイヤバンド２
０を介してリード１８に電気的に接続される。この組立
体にヒートポストが付加される。このヒートポストはシ
リコン素子１２からパッケージの表面へ熱を効率よく伝
導する。
【００１９】ヒートポスト５０はパドル１４の片側に直
接載置され、その反対側にはシリコン素子１２が熱伝導
性エポキシ接着剤１６を介して接着されている。ヒート
ポスト５０はパドル１４に熱伝導性エポキシ接着剤１６
で接着される。図４に示すように、接着剤１６はヒート
ポスト５０の端部以上には突出していない。ヒートポス
ト５０は金属材料、例えば、青銅、あるいはモールド材
料よりも熱抵抗の低い同様の材料で形成される。
【００２０】ヒートポスト５０、パドル１４、シリコン
素子１２および金製ワイヤバンド２０に接続されるリー
ド１８の端部の組立体はプラスチックモールド材料内に
収納される。ヒートポスト５０の上部表面５２はモール
ド化合物の表面に対して、上でも下でも、あるいは、同
一平面でも良く、空気に露出してる。さらに必要なら
ば、ヒートポスト５０の上部露出面５２にヒートシンク
を付加することによって熱特性が向上する。
【００２１】図４の実施例においては、ヒートポスト５
０とシリコン素子１２はパドル１４に対して、それぞれ
反対側に設けられているが、パドル１４を除去して、ヒ
ートポスト５０を直接シリコン素子１２に載置しても良
い。
【００２２】図５の実施例は図３の改良例である。ヒー
トポスト５０は黄銅、または同様の材料製で、セラミッ
ク部材４２に熱伝導性エポキシ接着剤５６によって接着
される。熱伝導性エポキシ接着剤５６はヒートポスト５
０の端部を超えないように塗布される。熱伝導性エポキ
シ接着剤５６がヒートポスト５０の端部を残して塗布さ
れるために、プラスチックモールド材料がヒートポスト
５０の底端部周囲に流れ込む。
【００２３】ヒートポスト５０、セラミック部材４２、
シリコン素子４０、およびセラミック部材４２に接続さ
れたリード４８の端部の組立体はプラスチックモールド
材料でカプセル化される。ヒートポスト５０の上部露出
面５２はプラスチックモールド材料でカバーされない。
そのために、大気に露出している。必要ならば、ヒート
シンクをヒートポスト５０の上部露出面５２に接続し
て、放熱の効率を上げることができる。
【００２４】モールド混成集積回路パッケージの信頼性
の条件としては、−４５℃から＋１３５℃にわたって、
パッケージ内に大きな応力、または、クラックが存在し
ないことである。この応力は種々の構成部分、特にパド
ル、セラミック部材、シリコン、金属ヒートポスト、モ
ールド材料、耐熱エポキシ、リードフレーム材料等の材
料特性と相関している。さらに応力は、パドル、また
は、セラミック部材の配置、ヒートポストの設計を含む
全体のパッケージ設計にも相関している。
【００２５】ヒートポストに使用される材料とその形状
は、温度サイクルの間モールド集積回路パッケージがク
ラックを生じないための重要な因子である。パッケージ
内の応力を最小にして、クラックの発生を防止するヒー
トポストの形状が図６に示されている。
【００２６】ヒートポスト６０は第１端面６２と第２端
面６４とウェスト部６６とから成り、ウェスト部６６は
第１端面６２と第２端面６４の間に配置される。ウェス
ト部６６の大きさは第１端面６２と第２端面６４のそれ
とは異なる。第１端面６２と第２端面６４とは等しくて
も、または、いずれかが大きくても良い。このように構
成することにより、モールド材料はクラックを発生する
ことがなく、ヒートポスト６０を保持できる。ここで寸
法とは、半径、または、直径を意味する。
【００２７】図６において、ヒートポスト６０は一端に
フランジが付いた円錐台の形状をしている。また、ヒー
トポスト６０は図７に示すような二重円錐台に形成でき
る。この図７の二重円錐台は、小さい端部同士を互いに
接着して逆にすることもできる。図６のヒートポスト６
０の第１端面６２と第２端面６４、あるいは、図７のヒ
ートポスト６０の第１端面６２と第２端面６４の寸法
は、等しくても等しくなくてもよい。同様に、図６また
は、図７のウェスト６６から第１端面６２、第２端面６
４までの距離は、等しくても等しくなくてもよい。
【００２８】黄銅の熱膨張係数はモールド材料及び銅製
リードフレームのそれにほぼ近いため、ヒートポストは
黄銅製である。さらに、黄銅は簡単には酸化されない。
そのために、腐食が欠陥要因となる半導体のパッケージ
材としては最適である。
【００２９】このヒートポストはパドル、または、セラ
ミック部材に熱伝導特性の良好なエポキシ接着剤によっ
て接着されている。この接着剤は、熱がパドル、また
は、セラミック部材からヒートポストに効率よく伝わる
ために十分薄く、同時に、パドル、または、セラミック
部材とヒートポストの間の応力緩和部材として機能する
ために十分厚くなければならない。その理由は、これら
の部材間の熱膨張係数不整合が比較的大きいからであ
る。
【００３０】実際には、０．００５インチの厚さの接着
剤が良い結果を与える。モールド材料が接着剤と強い結
合を形成しないように、この接着剤はヒートポストの表
面から突出して塗布されるべきではない。
【００３１】このモールド混成集積回路パッケージが複
数のシリコン素子を含む場合には、複数のヒートポスト
を配置すれば良い。
【００３２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によるヒート
ポストを使用することにより、極めて熱放散特性の高い
モールド集積回路パッケージが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のモールド集積回路パッケージの部分断面
図。
【図２】図１のモールド集積回路パッケージの断面図。
【図３】別のモールド集積回路パッケージの断面図であ
る。
【図４】本発明による、図１のモールド集積回路パッケ
ージの改良例の断面図である。
【図５】本発明による、図３のモールド集積回路パッケ
ージの改良例の断面図である。
【図６】本発明によるモールド集積回路パッケージ内の
シリコン素子から熱を除去するヒートポストの一実施例
を示す斜視図である。
【図７】本発明によるモールド集積回路パッケージ内の
シリコン素子から熱を除去するヒートポストの他の実施
例を示す斜視図である。
【図８】図４または図５のモールド集積回路パッケージ
の上視図である。
【符号の説明】
１０ プラスチック製リード付きチップ １２ シリコン素子 １４ パドル １６ 熱伝導性接着剤 １８ リード ２０ 金製ワイヤバンド ２２ プラスチックモールド材料 ４０ シリコン素子 ４２ セラミック部材 ４４ 熱伝導性エポキシ接着剤 ４６ ワイヤボンド ４８ リード ５０ ヒートポスト ５２ 上部露出面 ５６ 熱伝導性エポキシ接着剤 ６０ ヒートポスト ６２ 第１端面 ６４ 第２端面 ６６ ウェスト部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 熱硬化ポリマーモールド材料と、 前記材料でカプセル化された集積回路と、 内部端部と外部端部を有する金属リードと、 第１端面と第２端面と、その第１端面と第２端面の間の
    ウェスト部とを有するポストから成り、 前記内部端部は、前記材料でカプセル化されて、前記集
    積回路上の接続パッドに電気的に結合され、前記外部端
    部は、前記材料より伸長しており、 前記ウェスト部は、前記第１端面、または第２端面のい
    ずれとも寸法が異なり、前記第２端面は前記集積回路か
    らの熱を受容するように結合され、前記第１端面とウェ
    スト部は前記材料によりカプセル化されていることを特
    徴とするモールド化された集積回路パッケージ。
  2. 【請求項２】 前記第２端面を前記集積回路に熱的に結
    合する熱的結合手段を有することを特徴とする請求項１
    記載のパッケージ。
  3. 【請求項３】 前記集積回路と前記ポストの第１端面と
    の間に配置される熱伝導部材と、前記熱伝導部材を前記
    第一端面に結合する熱伝導性結合手段と、前記熱伝導部
    材を前記集積回路に結合する熱伝導性結合手段とを有す
    ることを特徴とする請求項１記載のパッケージ。
JP4146953A 1991-05-23 1992-05-13 モールドされた集積回路パッケージ Pending JPH07169882A (ja)

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