JPH1174431A - フリップチップ型ヒートシンクを取り付けるための溝を備えた半導体ダイ - Google Patents
フリップチップ型ヒートシンクを取り付けるための溝を備えた半導体ダイInfo
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【課題】 ヒートシンクをフリップチップ型パッケージ
に取り付けるための方法。 【解決手段】 フリップチップ型半導体パッケージ30
0の半導体ダイ310の非能動面には複数の溝316が
形成されている。これらの溝はヒートシンク304と連
結する接着剤308の接触表面積を大きくするため、ダ
イとヒートシンクの間の伝熱路の熱伝導率が高くなると
ともに、ダイのヒートシンクに対する機械的結合強度を
向上させる。まだダイに溝を設けたため、ダイに亀裂を
生ずることなく比較的大きく撓むことができるため、ダ
イの強度及び信頼性を向上させる。溝はウエーハ鋸で切
断又は研削するか、または化学的マスク及び蝕刻技術に
よって形成される。
に取り付けるための方法。 【解決手段】 フリップチップ型半導体パッケージ30
0の半導体ダイ310の非能動面には複数の溝316が
形成されている。これらの溝はヒートシンク304と連
結する接着剤308の接触表面積を大きくするため、ダ
イとヒートシンクの間の伝熱路の熱伝導率が高くなると
ともに、ダイのヒートシンクに対する機械的結合強度を
向上させる。まだダイに溝を設けたため、ダイに亀裂を
生ずることなく比較的大きく撓むことができるため、ダ
イの強度及び信頼性を向上させる。溝はウエーハ鋸で切
断又は研削するか、または化学的マスク及び蝕刻技術に
よって形成される。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は全体として、半導体
パッケージング技術に関し、詳細には、ヒートシンクを
半導体パッケージに取り付けるための方法に関する。本
発明は、更に詳細には、ヒートシンクをフリップチップ
型半導体パッケージに取り付けることに関する。
パッケージング技術に関し、詳細には、ヒートシンクを
半導体パッケージに取り付けるための方法に関する。本
発明は、更に詳細には、ヒートシンクをフリップチップ
型半導体パッケージに取り付けることに関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置即ちチップが発生する熱の量
は、装置に設けられたトランジスターの数及びそのクロ
ック速度と関連している。一つの半導体装置に更に多数
のトランジスターを組み込むと、装置が発生する熱の量
が全体として増大する。同様に、チップ上のトランジス
ターの作動速度を高めると、装置は更に多くの熱を発生
する。半導体製造技術の進歩によりトランジスターの密
度及びクロック速度の両方を高めることができるように
なってきたため、特に製造技術の限界を押し上げる高性
能の装置で熱の発生の問題が益々深刻なものとなってき
た。
は、装置に設けられたトランジスターの数及びそのクロ
ック速度と関連している。一つの半導体装置に更に多数
のトランジスターを組み込むと、装置が発生する熱の量
が全体として増大する。同様に、チップ上のトランジス
ターの作動速度を高めると、装置は更に多くの熱を発生
する。半導体製造技術の進歩によりトランジスターの密
度及びクロック速度の両方を高めることができるように
なってきたため、特に製造技術の限界を押し上げる高性
能の装置で熱の発生の問題が益々深刻なものとなってき
た。
【0003】装置が発生する熱の量が増大するに従っ
て、装置のトランジスターの接合温度(junction tempe
rature)がこれと比例して上昇する。半導体装置の故障
率は、その作動時の接合温度と正比例する。接合温度が
高ければ高い程、故障率が高くなる。
て、装置のトランジスターの接合温度(junction tempe
rature)がこれと比例して上昇する。半導体装置の故障
率は、その作動時の接合温度と正比例する。接合温度が
高ければ高い程、故障率が高くなる。
【0004】発生した熱を装置自体から周囲の空気に伝
達し、かくして接合温度を低下するため、半導体装置用
熱拡散装置即ちヒートシンクを設けることが一般に知ら
れている。ヒートシンクは、伝達される熱の量を最大に
するため、一般的には、半導体装置に物理的にできるだ
け近付けて配置される。ヒートシンクは、代表的には、
銅、アルミニウム、又は熱伝導性プラスチック等の熱伝
導率が高い材料で形成されており、半導体装置が発生し
た熱を自然対流又は強制対流のいずれかによって除去で
きるようにするため、周囲空気に対して最大の表面積を
提供するように設計されている。
達し、かくして接合温度を低下するため、半導体装置用
熱拡散装置即ちヒートシンクを設けることが一般に知ら
れている。ヒートシンクは、伝達される熱の量を最大に
するため、一般的には、半導体装置に物理的にできるだ
け近付けて配置される。ヒートシンクは、代表的には、
銅、アルミニウム、又は熱伝導性プラスチック等の熱伝
導率が高い材料で形成されており、半導体装置が発生し
た熱を自然対流又は強制対流のいずれかによって除去で
きるようにするため、周囲空気に対して最大の表面積を
提供するように設計されている。
【0005】ヒートシンクが放熱に利用できる表面積の
量を増大するための一つの方法は、水平な表面即ちベー
ス部材から垂直方向に立ち上がった複数の平行な冷却フ
ィンを設けることである。一つの従来のヒートシンクを
図1に示す。この例では、ヒートシンク100はベース
部材102を含み、このベース部材は、半導体パッケー
ジの対応する表面に取り付けることができるベース面1
03を有する。更に、ヒートシンク100には、放熱面
105が設けられている。この場合には、放熱面105
は、フィン104a、104b、104c、及び104
dを含む。これらのフィンは、対流冷却用の大きな表面
積を提供する。この他の設計では、ベース部材から立ち
上がった複数の冷却用ピンが設けられている。様々な形
状の断面を持つ多くの種類のピンが当該技術分野で周知
である。パッケージされた半導体が取り付けられる回路
基板上に空気を通すファンによって強制対流を行うこと
もできるし、場合によっては、ヒートシンクのフィン自
体の頂部にファンを直接的に取り付けることもできる。
量を増大するための一つの方法は、水平な表面即ちベー
ス部材から垂直方向に立ち上がった複数の平行な冷却フ
ィンを設けることである。一つの従来のヒートシンクを
図1に示す。この例では、ヒートシンク100はベース
部材102を含み、このベース部材は、半導体パッケー
ジの対応する表面に取り付けることができるベース面1
03を有する。更に、ヒートシンク100には、放熱面
105が設けられている。この場合には、放熱面105
は、フィン104a、104b、104c、及び104
dを含む。これらのフィンは、対流冷却用の大きな表面
積を提供する。この他の設計では、ベース部材から立ち
上がった複数の冷却用ピンが設けられている。様々な形
状の断面を持つ多くの種類のピンが当該技術分野で周知
である。パッケージされた半導体が取り付けられる回路
基板上に空気を通すファンによって強制対流を行うこと
もできるし、場合によっては、ヒートシンクのフィン自
体の頂部にファンを直接的に取り付けることもできる。
【0006】しかしながら、ヒートシンクは半導体ダイ
で発生する熱を除去する上で効果的であるけれども、ヒ
ートシンクをダイ又はパッケージに熱効率のよい方法で
取り付けることは、半導体パッケージの設計者にとって
困難である。例えば、図2は従来の封入型半導体パッケ
ージの断面図を示す。このパッケージ100は、複数の
はんだボール112が下面に取り付けられたパッケージ
基材102を有する。はんだボール112は、プリント
回路基板(図示せず)に電気的に接続するために使用さ
れる。半導体ダイ106は、エポキシ114等のダイ取
り付け材料によってパッケージ基材102の上面に取り
付けられている。ダイ106の能動面に設けられた回路
素子と、パッケージ基材102に設けられた導電性トレ
ースとの間の電気的接続は結合ワイヤ108によってな
される。取り扱い中及びプリント回路基板への設置中に
パッケージに損傷が加わらないようにするため、封入体
104がダイ106及び結合ワイヤ108を覆ってい
る。この種のパッケージ技術は、場合によっては、「グ
ロッブトップ(grob-top)」パッケージングと呼ばれ
る。これは、封入体104が存在するためである。この
種のパッケージ技術は、廉価であるために望ましいけれ
ども、封入体104の熱伝導率が低く、半導体ダイ10
6とパッケージに取り付けられるヒートシンクとの間の
良好な伝熱を阻害するため、封入されたパッケージの熱
的性能が劣る。
で発生する熱を除去する上で効果的であるけれども、ヒ
ートシンクをダイ又はパッケージに熱効率のよい方法で
取り付けることは、半導体パッケージの設計者にとって
困難である。例えば、図2は従来の封入型半導体パッケ
ージの断面図を示す。このパッケージ100は、複数の
はんだボール112が下面に取り付けられたパッケージ
基材102を有する。はんだボール112は、プリント
回路基板(図示せず)に電気的に接続するために使用さ
れる。半導体ダイ106は、エポキシ114等のダイ取
り付け材料によってパッケージ基材102の上面に取り
付けられている。ダイ106の能動面に設けられた回路
素子と、パッケージ基材102に設けられた導電性トレ
ースとの間の電気的接続は結合ワイヤ108によってな
される。取り扱い中及びプリント回路基板への設置中に
パッケージに損傷が加わらないようにするため、封入体
104がダイ106及び結合ワイヤ108を覆ってい
る。この種のパッケージ技術は、場合によっては、「グ
ロッブトップ(grob-top)」パッケージングと呼ばれ
る。これは、封入体104が存在するためである。この
種のパッケージ技術は、廉価であるために望ましいけれ
ども、封入体104の熱伝導率が低く、半導体ダイ10
6とパッケージに取り付けられるヒートシンクとの間の
良好な伝熱を阻害するため、封入されたパッケージの熱
的性能が劣る。
【0007】上述の問題点に対する一つの解決策は、ヒ
ートシンクと半導体ダイとの間を直接的に連結すること
である。これは、「フリップチップ」パッケージ技術を
使用することによって行うことができる。従来のフリッ
プチップ型パッケージの断面図を図3に示す。この場合
には、パッケージ200は、パッケージ200とプリン
ト回路基板(図示せず)との間を電気的に接触するため
に多数の導電性はんだボール206が下面に形成された
パッケージ基材202を含む。半導体ダイ210は、半
導体ダイ210の能動面に設けられた結合パッドに形成
された多数のはんだバンプ214によってパッケージ基
材202の上面に取り付けられている。はんだバンプ2
14を封入し且つ保護するため、裏込め材料212が提
供される。かくして、ダイの能動面がパッケージ基材か
ら遠ざかる方向に向いた図2に示す封入型パッドとは異
なり、フリップチップ型パッケージでは、ダイの能動面
がパッケージ基材の上面に向くように「引っ繰り返し
(flipped )」である。
ートシンクと半導体ダイとの間を直接的に連結すること
である。これは、「フリップチップ」パッケージ技術を
使用することによって行うことができる。従来のフリッ
プチップ型パッケージの断面図を図3に示す。この場合
には、パッケージ200は、パッケージ200とプリン
ト回路基板(図示せず)との間を電気的に接触するため
に多数の導電性はんだボール206が下面に形成された
パッケージ基材202を含む。半導体ダイ210は、半
導体ダイ210の能動面に設けられた結合パッドに形成
された多数のはんだバンプ214によってパッケージ基
材202の上面に取り付けられている。はんだバンプ2
14を封入し且つ保護するため、裏込め材料212が提
供される。かくして、ダイの能動面がパッケージ基材か
ら遠ざかる方向に向いた図2に示す封入型パッドとは異
なり、フリップチップ型パッケージでは、ダイの能動面
がパッケージ基材の上面に向くように「引っ繰り返し
(flipped )」である。
【0008】この場合、半導体ダイ210をヒートシン
クに直接的に連結するのにダイ210の非能動面を利用
できる。図3に示す例では、半導体ダイ210の非能動
面がエポキシ接着剤208でヒートシンク204に取り
付けられている。この構成により、半導体ダイ210と
熱拡散装置204との間で大量の熱を伝達でき、かくし
て、パッケージの熱的性能が改善される。
クに直接的に連結するのにダイ210の非能動面を利用
できる。図3に示す例では、半導体ダイ210の非能動
面がエポキシ接着剤208でヒートシンク204に取り
付けられている。この構成により、半導体ダイ210と
熱拡散装置204との間で大量の熱を伝達でき、かくし
て、パッケージの熱的性能が改善される。
【0009】しかしながら、図3に示すフリップチップ
型パッケージは、熱的性能が改善されているけれども、
幾つかの欠点がある。例えば、結合の機械的強度が重要
な要因であり、この機械的強度は、ダイの大きさ、使用
された接着剤、接着剤の厚さ及びダイ及びヒートシンク
の表面仕上げの関数である。これらの要因は、ダイとヒ
ートシンクとの間の熱伝導効率を制限する。更に、ダイ
をパッケージ基材にフリップチップ形体で取り付けた場
合、シリコンとヒートシンク材料との間の熱膨張率の相
違によりダイに機械的応力が加わる。これは、大型のダ
イについては、パッケージの温度が使用中に周期的に変
化するときに破壊される場合がある。
型パッケージは、熱的性能が改善されているけれども、
幾つかの欠点がある。例えば、結合の機械的強度が重要
な要因であり、この機械的強度は、ダイの大きさ、使用
された接着剤、接着剤の厚さ及びダイ及びヒートシンク
の表面仕上げの関数である。これらの要因は、ダイとヒ
ートシンクとの間の熱伝導効率を制限する。更に、ダイ
をパッケージ基材にフリップチップ形体で取り付けた場
合、シリコンとヒートシンク材料との間の熱膨張率の相
違によりダイに機械的応力が加わる。これは、大型のダ
イについては、パッケージの温度が使用中に周期的に変
化するときに破壊される場合がある。
【0010】半導体加工技術の発展に従って、ダイが小
型化する傾向にあるが、これと同時に、ダイの出力の放
散が増大する。かくして、ヒートシンクをダイに取り付
けることが、装置の性能にとってますます重要になって
きている。
型化する傾向にあるが、これと同時に、ダイの出力の放
散が増大する。かくして、ヒートシンクをダイに取り付
けることが、装置の性能にとってますます重要になって
きている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、上述の問題点を解決することである。本発明の別の
目的は、半導体装置をヒートシンクにフリップチップ形
体で取り付けるための改良された技術を提供することで
ある。本発明のこの他の目的及び利点は、以下の開示か
ら明らかになるであろう。
は、上述の問題点を解決することである。本発明の別の
目的は、半導体装置をヒートシンクにフリップチップ形
体で取り付けるための改良された技術を提供することで
ある。本発明のこの他の目的及び利点は、以下の開示か
ら明らかになるであろう。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の一つの目的は、
フリップチップ型パッケージ技術で有用な半導体ダイに
関する。一実施例では、半導体ダイは、複数の回路素子
及び結合パッドを有する能動面と、ヒートシンクに取り
付けることができる非能動面とを有し、この非能動面に
複数の溝が形成されている。
フリップチップ型パッケージ技術で有用な半導体ダイに
関する。一実施例では、半導体ダイは、複数の回路素子
及び結合パッドを有する能動面と、ヒートシンクに取り
付けることができる非能動面とを有し、この非能動面に
複数の溝が形成されている。
【0013】本発明の別の特徴は、フリップチップ型半
導体パッケージに関する。一実施例では、フリップチッ
プ型半導体パッケージは、上面、下面、及び複数の導電
性トレースを備え、上面には、導電性トレースに接続さ
れた複数の上側電気接点が設けられ、下面には、導電性
トレースに接続された複数の下側電気接点が設けられ、
複数の下側電気接点は、プリント回路基板の電気接点に
接続できる、パッケージ基材と、能動面及び非能動面を
持ち、能動面には複数の回路素子及び複数の結合パッド
が設けられ、、結合パッドが、はんだバンプによって複
数の上側電気接点に取り付けられており、非能動面に
は、複数の溝が形成されている、半導体ダイと、半導体
ダイの非能動面に取り付けられたヒートシンクとを有す
る。
導体パッケージに関する。一実施例では、フリップチッ
プ型半導体パッケージは、上面、下面、及び複数の導電
性トレースを備え、上面には、導電性トレースに接続さ
れた複数の上側電気接点が設けられ、下面には、導電性
トレースに接続された複数の下側電気接点が設けられ、
複数の下側電気接点は、プリント回路基板の電気接点に
接続できる、パッケージ基材と、能動面及び非能動面を
持ち、能動面には複数の回路素子及び複数の結合パッド
が設けられ、、結合パッドが、はんだバンプによって複
数の上側電気接点に取り付けられており、非能動面に
は、複数の溝が形成されている、半導体ダイと、半導体
ダイの非能動面に取り付けられたヒートシンクとを有す
る。
【0014】本発明の更に別の特徴は、半導体ダイを、
フリップチップ型パッケージのヒートシンクに取り付け
るための方法に関する。ここでは、半導体ダイは、複数
の回路素子及び結合パッドを有する能動面と、非能動面
とを有する。一実施例では、この方法は、半導体ダイの
非能動面に複数の溝を形成する工程と、非能動面をヒー
トシンクに取り付ける工程と、半導体ダイの能動面に設
けられた結合パッドをはんだバンプでパッケージ基材の
電気接点に、能動面がパッケージ基材に向くように取り
付ける工程と、を有する。
フリップチップ型パッケージのヒートシンクに取り付け
るための方法に関する。ここでは、半導体ダイは、複数
の回路素子及び結合パッドを有する能動面と、非能動面
とを有する。一実施例では、この方法は、半導体ダイの
非能動面に複数の溝を形成する工程と、非能動面をヒー
トシンクに取り付ける工程と、半導体ダイの能動面に設
けられた結合パッドをはんだバンプでパッケージ基材の
電気接点に、能動面がパッケージ基材に向くように取り
付ける工程と、を有する。
【0015】
【発明の実施の形態】次に、図4を参照すると、この図
には、本発明の一実施例によるフリップチップ型半導体
パッケージが示してある。この実施例では、本発明は、
下面、即ちパッケージの取り付け時にプリント回路基板
に面する方の面に多数のはんだボール306が取り付け
られたパッケージ基材302を提供する。半導体ダイ3
10が、パッケージ基材302の上面に取り付けられて
いる。半導体ダイ310の能動面上に形成された結合パ
ッドは、はんだバンプ314によってパッケージ基材3
02の上面の電気接点に電気的に接続されている。はん
だバンプ314は、当該技術分野で一般的に行われてい
るように、裏込め材料312によって封入されている。
半導体ダイ310の非能動側にはヒートシンク304が
接着剤308で連結されている。
には、本発明の一実施例によるフリップチップ型半導体
パッケージが示してある。この実施例では、本発明は、
下面、即ちパッケージの取り付け時にプリント回路基板
に面する方の面に多数のはんだボール306が取り付け
られたパッケージ基材302を提供する。半導体ダイ3
10が、パッケージ基材302の上面に取り付けられて
いる。半導体ダイ310の能動面上に形成された結合パ
ッドは、はんだバンプ314によってパッケージ基材3
02の上面の電気接点に電気的に接続されている。はん
だバンプ314は、当該技術分野で一般的に行われてい
るように、裏込め材料312によって封入されている。
半導体ダイ310の非能動側にはヒートシンク304が
接着剤308で連結されている。
【0016】本発明のこの態様では、半導体ダイ310
で発生した熱を対流によって除去するため、ヒートシン
ク304に平らな上面318が設けられている。この種
の形体を熱拡散装置と呼ぶ場合がある。本発明の別の態
様では、ヒートシンク304に図1に示すような伝熱フ
ィン又は伝熱ピンが設けられている。更に別の態様で
は、ヒートシンク304は、多数の平行な熱対流プレー
トを有する。当該技術分野では、この他の様々なヒート
シンク形体が周知であり、これらは様々な名称で呼ばれ
ているが、本明細書中で使用する「ヒートシンク」とい
う用語は、半導体ダイの非能動面に取り付けられた、半
導体ダイで発生した熱を放散する任意の伝熱性部材を表
す最も一般的な用語である。
で発生した熱を対流によって除去するため、ヒートシン
ク304に平らな上面318が設けられている。この種
の形体を熱拡散装置と呼ぶ場合がある。本発明の別の態
様では、ヒートシンク304に図1に示すような伝熱フ
ィン又は伝熱ピンが設けられている。更に別の態様で
は、ヒートシンク304は、多数の平行な熱対流プレー
トを有する。当該技術分野では、この他の様々なヒート
シンク形体が周知であり、これらは様々な名称で呼ばれ
ているが、本明細書中で使用する「ヒートシンク」とい
う用語は、半導体ダイの非能動面に取り付けられた、半
導体ダイで発生した熱を放散する任意の伝熱性部材を表
す最も一般的な用語である。
【0017】図4に示す実施例では、半導体ダイ310
の非能動面に多数の溝316が形成されている。これら
の溝316は、ダイ310の後側の接着剤接触表面積を
大きくする。伝熱路の熱抵抗が伝熱路内の材料の断面積
に反比例するため、溝316が提供する表面積が増大す
ると、これと対応して半導体ダイ310とヒートシンク
304との間の伝熱路の熱伝導率が高くなるということ
は当業者には明らかであろう。更に、溝316は、半導
体ダイ310からヒートシンク304までの伝熱性を改
善する他に、ダイ310のヒートシンク304に対する
機械的結合強度を向上する。
の非能動面に多数の溝316が形成されている。これら
の溝316は、ダイ310の後側の接着剤接触表面積を
大きくする。伝熱路の熱抵抗が伝熱路内の材料の断面積
に反比例するため、溝316が提供する表面積が増大す
ると、これと対応して半導体ダイ310とヒートシンク
304との間の伝熱路の熱伝導率が高くなるということ
は当業者には明らかであろう。更に、溝316は、半導
体ダイ310からヒートシンク304までの伝熱性を改
善する他に、ダイ310のヒートシンク304に対する
機械的結合強度を向上する。
【0018】溝316は、更に、ダイ310の強度及び
信頼性を向上する。これは、これらの溝が設けられてい
るため、ダイ310が亀裂を生じることなく比較的大き
く「撓む」ことができるためである。これによって、様
々な作動温度周期で作動させた場合の装置の信頼性が改
善される。これを以下に詳細に説明する。
信頼性を向上する。これは、これらの溝が設けられてい
るため、ダイ310が亀裂を生じることなく比較的大き
く「撓む」ことができるためである。これによって、様
々な作動温度周期で作動させた場合の装置の信頼性が改
善される。これを以下に詳細に説明する。
【0019】溝316は、当業者に周知の手段によりダ
イ310の非能動側に形成される。例えば、本発明の一
実施例では、溝316は、ダイヤモンドをコーティング
した適当な幅のブレードを持つウェーハ鋸で切断又は研
削することによって形成される。別の態様では、溝31
6は、シリコンウェーハの加工で一般的に使用されてい
る化学的マスク及び蝕刻技術を用いて半導体ダイ310
の非能動側に蝕刻によって形成される。このような技術
は、当該技術分野で周知であり、ここでは詳細に説明し
ない。
イ310の非能動側に形成される。例えば、本発明の一
実施例では、溝316は、ダイヤモンドをコーティング
した適当な幅のブレードを持つウェーハ鋸で切断又は研
削することによって形成される。別の態様では、溝31
6は、シリコンウェーハの加工で一般的に使用されてい
る化学的マスク及び蝕刻技術を用いて半導体ダイ310
の非能動側に蝕刻によって形成される。このような技術
は、当該技術分野で周知であり、ここでは詳細に説明し
ない。
【0020】溝316は、必要に応じて、及び加工の効
率に応じて、様々な大きさ、形状、又は形体にできる。
例えば、図5は、本発明の一実施例に従って溝を形成し
た半導体ウェーハ400の平面図を示し、図6はその側
面図を示す。この場合には、ウェーハ400の能動面4
02には様々な回路素子及びダイ400の結合パッドが
設けられている。非能動面404には、多数の平行な溝
406が第1寸法に沿って設けられており、多数の平行
な第2溝408が第2寸法に沿って形成されている。こ
れらの溝406及び408が互いに直交しており、かく
して正方形「方眼」パターンを半導体ダイ400の非能
動面404上に形成する。この種の方眼パターンは、溝
406及び408をウェーハ鋸で切り込む場合に特に有
用である。勿論、半導体ダイの非能動面上に所望の追加
の表面積を形成するのに役立つ本発明の他の実施例で
は、多くの他のパターンを使用できる。
率に応じて、様々な大きさ、形状、又は形体にできる。
例えば、図5は、本発明の一実施例に従って溝を形成し
た半導体ウェーハ400の平面図を示し、図6はその側
面図を示す。この場合には、ウェーハ400の能動面4
02には様々な回路素子及びダイ400の結合パッドが
設けられている。非能動面404には、多数の平行な溝
406が第1寸法に沿って設けられており、多数の平行
な第2溝408が第2寸法に沿って形成されている。こ
れらの溝406及び408が互いに直交しており、かく
して正方形「方眼」パターンを半導体ダイ400の非能
動面404上に形成する。この種の方眼パターンは、溝
406及び408をウェーハ鋸で切り込む場合に特に有
用である。勿論、半導体ダイの非能動面上に所望の追加
の表面積を形成するのに役立つ本発明の他の実施例で
は、多くの他のパターンを使用できる。
【0021】例えば、図7は、本発明の別の実施例によ
る半導体ダイ500を示す。この場合には、ダイ500
は、能動面502及び非能動面504を有する。複数の
平行な線506がダイ500の非能動面504に形成さ
れている。溝506は互いに平行に配置されており、ダ
イ500の非能動面504に亘って斜め方向に延びてい
るということがわかる。更に、溝506はダイ500の
縁部から縁部まで延びているのでなく、ダイ500の非
能動面504内に含まれている。当然のことながら、こ
れらの溝はダイ500の縁部まで延ばすことができ、ダ
イ500に対して別の方向に配向できる。こうしたこと
は設計上の選択の問題である。
る半導体ダイ500を示す。この場合には、ダイ500
は、能動面502及び非能動面504を有する。複数の
平行な線506がダイ500の非能動面504に形成さ
れている。溝506は互いに平行に配置されており、ダ
イ500の非能動面504に亘って斜め方向に延びてい
るということがわかる。更に、溝506はダイ500の
縁部から縁部まで延びているのでなく、ダイ500の非
能動面504内に含まれている。当然のことながら、こ
れらの溝はダイ500の縁部まで延ばすことができ、ダ
イ500に対して別の方向に配向できる。こうしたこと
は設計上の選択の問題である。
【0022】図8は、非能動面504に複数の「穴」5
08を蝕刻した本発明の更に別の実施例を示す。これら
の穴は、半導体ダイをヒートシンクに取り付けるときに
取り付け用エポキシが流入できるのに十分な大きさを持
つ。勿論、これらの穴は、当業者に周知の蝕刻プロセス
で形成できる。当業者は、半導体ダイの非能動面の接着
剤接触表面を所望の通りに増大する多くの他の適当な
溝、形状、及び形体を思い付くであろう。
08を蝕刻した本発明の更に別の実施例を示す。これら
の穴は、半導体ダイをヒートシンクに取り付けるときに
取り付け用エポキシが流入できるのに十分な大きさを持
つ。勿論、これらの穴は、当業者に周知の蝕刻プロセス
で形成できる。当業者は、半導体ダイの非能動面の接着
剤接触表面を所望の通りに増大する多くの他の適当な
溝、形状、及び形体を思い付くであろう。
【0023】次に、本発明の例示の実施例の溝を図9を
参照して詳細に説明する。図9は、溝608、610、
及び612が形成された半導体ダイ602の一部の断面
図を示す。ダイ602は、能動面606及び非能動面6
04を有する。
参照して詳細に説明する。図9は、溝608、610、
及び612が形成された半導体ダイ602の一部の断面
図を示す。ダイ602は、能動面606及び非能動面6
04を有する。
【0024】ダイ602の能動面606には、トランジ
スター、コンデンサー等の能動回路素子、及び結合パッ
ド等が設けられている。当業者には理解されることであ
ろうが、能動面606上に設けられた多くの能動回路素
子は、回路素子及びプロセス技術に応じて変化する様々
な深さで半導体装置602のシリコン内に延びる。かく
して、効果的には、能動面606の下のシリコン材料内
に所定距離延びる、回路素子に対するリスクなしに影響
が及ぼされることがない領域622が設けられている。
これにより、回路素子に影響を及ぼすことなくダイ60
0の非能動面に切り込むことができる溝608、61
0、及び612の深さが制限される。
スター、コンデンサー等の能動回路素子、及び結合パッ
ド等が設けられている。当業者には理解されることであ
ろうが、能動面606上に設けられた多くの能動回路素
子は、回路素子及びプロセス技術に応じて変化する様々
な深さで半導体装置602のシリコン内に延びる。かく
して、効果的には、能動面606の下のシリコン材料内
に所定距離延びる、回路素子に対するリスクなしに影響
が及ぼされることがない領域622が設けられている。
これにより、回路素子に影響を及ぼすことなくダイ60
0の非能動面に切り込むことができる溝608、61
0、及び612の深さが制限される。
【0025】かくして、1つの特定の実施例によれば、
溝の深さ616をダイ602の厚さの約半分に制限する
のが有利である。これによって、一般的には、ダイに損
傷が及ばない。溝608が能動回路素子を含む領域62
2内に延びない限り、更に深くすることができる。本発
明の更に特定の実施例では、約0.33mm乃至約0.4
3mm(約13ミル乃至約17ミル)の厚さを持つダイ6
02について、溝608、610、及び612の深さ
は、約0.13mm乃至約0.20mm(約5ミル乃至約8
ミル)である。
溝の深さ616をダイ602の厚さの約半分に制限する
のが有利である。これによって、一般的には、ダイに損
傷が及ばない。溝608が能動回路素子を含む領域62
2内に延びない限り、更に深くすることができる。本発
明の更に特定の実施例では、約0.33mm乃至約0.4
3mm(約13ミル乃至約17ミル)の厚さを持つダイ6
02について、溝608、610、及び612の深さ
は、約0.13mm乃至約0.20mm(約5ミル乃至約8
ミル)である。
【0026】溝の幅618は、設計上の選択事項として
変化させることができるが、一般的には、接着剤に対し
て露呈される表面積を増大するのが望ましいため、深さ
の約2倍に制限するのが有利である。一実施例では、溝
の幅は溝の深さ616の約1.5倍乃至2倍である。本
発明の別の実施例では、溝608、610、及び612
の最少幅は深さ616とほぼ同じである、即ち、幅61
8と深さ616との比が1:1である。
変化させることができるが、一般的には、接着剤に対し
て露呈される表面積を増大するのが望ましいため、深さ
の約2倍に制限するのが有利である。一実施例では、溝
の幅は溝の深さ616の約1.5倍乃至2倍である。本
発明の別の実施例では、溝608、610、及び612
の最少幅は深さ616とほぼ同じである、即ち、幅61
8と深さ616との比が1:1である。
【0027】ダイ602の非能動側604に設けられた
溝の数もまた、設計上の選択事項であるが、溝の数を実
際に最大にするのが好ましい。これは、各溝が、取り付
け用接着剤との接触に利用できる表面積を増大するため
である。ダイに設けられる溝の数は、各溝間の距離61
4を変化することによって制御できる。一つの有利な実
施例では、間隔寸法614は、溝608の幅の約半分で
ある。かくして、10mmのダイ、即ち縁部の長さが10
mmで溝の幅618が2mmの正方形のダイについては、間
隔距離614は1mmである。
溝の数もまた、設計上の選択事項であるが、溝の数を実
際に最大にするのが好ましい。これは、各溝が、取り付
け用接着剤との接触に利用できる表面積を増大するため
である。ダイに設けられる溝の数は、各溝間の距離61
4を変化することによって制御できる。一つの有利な実
施例では、間隔寸法614は、溝608の幅の約半分で
ある。かくして、10mmのダイ、即ち縁部の長さが10
mmで溝の幅618が2mmの正方形のダイについては、間
隔距離614は1mmである。
【0028】更に別の実施例では、溝の底部分に丸味を
帯びた湾曲を付けるのが有用である。例えば、溝608
の底部分には、湾曲620で丸味が付けてある。この溝
は、平らな底部を持つ溝、例えば溝612よりも有利で
あるこれは、湾曲620が溝の底部と側部との接合部に
応力が集中しないようにするのに役立つためである。こ
のような応力は、溝612に関して図示してあるよう
に、作動中に変化するダイ602の温度周期によって生
じた熱応力の作用中に半導体ダイ602を破壊する。湾
曲620の正確な半径は重要でなく、溝の形成に使用さ
れるプロセスに応じて、設計上の選択事項として決定で
きる。一実施例では、溝をウェーハ鋸で形成する場合、
この湾曲は、ダイヤモンドをコーティングした鋸ブレー
ドの曲率半径と一致する。溝を蝕刻によって形成する場
合には、適正な湾曲620が形成されるように注意を払
わなければならない。
帯びた湾曲を付けるのが有用である。例えば、溝608
の底部分には、湾曲620で丸味が付けてある。この溝
は、平らな底部を持つ溝、例えば溝612よりも有利で
あるこれは、湾曲620が溝の底部と側部との接合部に
応力が集中しないようにするのに役立つためである。こ
のような応力は、溝612に関して図示してあるよう
に、作動中に変化するダイ602の温度周期によって生
じた熱応力の作用中に半導体ダイ602を破壊する。湾
曲620の正確な半径は重要でなく、溝の形成に使用さ
れるプロセスに応じて、設計上の選択事項として決定で
きる。一実施例では、溝をウェーハ鋸で形成する場合、
この湾曲は、ダイヤモンドをコーティングした鋸ブレー
ドの曲率半径と一致する。溝を蝕刻によって形成する場
合には、適正な湾曲620が形成されるように注意を払
わなければならない。
【0029】本発明を特定の実施例を参照して説明した
が、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、形態
及び詳細についての変更を行うことができるということ
は当業者には理解されよう。本明細書中で論じた全ての
刊行物は、それらの刊行物に触れたことにより、開示さ
れている内容が本明細書中に組入れたものとする。
が、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、形態
及び詳細についての変更を行うことができるということ
は当業者には理解されよう。本明細書中で論じた全ての
刊行物は、それらの刊行物に触れたことにより、開示さ
れている内容が本明細書中に組入れたものとする。
【図1】従来のヒートシンクの斜視図である。
【図2】従来の封入型半導体パッケージの断面図であ
る。
る。
【図3】従来のフリップチップ型半導体パッケージの断
面図である。
面図である。
【図4】本発明の一実施例によるフリップチップ型パッ
ケージの断面図である。
ケージの断面図である。
【図5】本発明の一実施例による半導体ダイの平面図で
ある。
ある。
【図6】本発明の一実施例による半導体ダイの側面図で
ある。
ある。
【図7】本発明の別の実施例による半導体ダイの平面図
である。
である。
【図8】本発明の更に別の実施例による半導体ダイの平
面図である。
面図である。
【図9】本発明の一実施例による半導体ダイの断面図で
ある。
ある。
【符号の説明】 302 パッケージ基材 304 ヒートシンク 306 はんだボール 308 接着剤 310 半導体ダイ 312 裏込め材料 314 はんだバンプ 316 溝 318 上面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 セン−スーイ・リム アメリカ合衆国カリフォルニア州95129, サン・ホセ,ボリンガー・ロード 6386 (72)発明者 マニアム・アラガラトナム アメリカ合衆国カリフォルニア州95014, クーパーチノ,デンプスター・アべニュー 10424
Claims (12)
- 【請求項1】 複数の回路素子及び結合パッドを有する
能動面を持つ、フリップチップ型パッケージ技術で有用
な半導体ダイ(310)において、 ヒートシンクに取り付けることができる非能動面に複数
の溝(316)が形成されている、ことを特徴とする半
導体ダイ。 - 【請求項2】 前記複数の溝は、前記非能動面上に方眼
パターンをなして配置されている、請求項1に記載の半
導体ダイ。 - 【請求項3】 前記複数の溝は、前記非能動面上に平行
に配置されている、請求項1に記載の半導体ダイ。 - 【請求項4】 前記複数の溝の深さは、前記半導体ダイ
の厚さの約半分と等しいか或いはそれ以下である、請求
項1、2、又は3に記載の半導体ダイ。 - 【請求項5】 前記複数の溝の幅は、前記溝の前記深さ
の約1倍乃至約2倍である、請求項1乃至4のうちのい
ずれか一項に記載の半導体ダイ。 - 【請求項6】 前記複数の溝間の間隔は、前記溝の前記
幅の約半分乃至約2倍である、請求項1乃至5のうちの
いずれか一項に記載の半導体ダイ。 - 【請求項7】 上面、下面、及び複数の導電性トレース
を備え、前記上面には、前記導電性トレースに接続され
た複数の上側電気接点が設けられ、前記下面には、前記
導電性トレースに接続された複数の下側電気接点が設け
られ、前記複数の下側電気接点は、プリント回路基板の
電気接点に接続できる、パッケージ基材と、 能動面及び非能動面を持ち、前記能動面には複数の回路
素子及び複数の結合パッドが設けられ、前記結合パッド
が、はんだバンプによって前記複数の上側電気接点に取
り付けられている半導体ダイとを有する、フリップチッ
プ型半導体パッケージにおいて、 前記半導体ダイの前記非能動面には、複数の溝が形成さ
れており、 ヒートシンクが前記半導体ダイの前記非能動面に取り付
けられている、ことを特徴とするフリップチップ型半導
体パッケージ。 - 【請求項8】 複数の回路素子及び結合パッドを有する
能動面と、非能動面とを有する半導体ダイを、フリップ
チップ型パッケージのヒートシンクに取り付けるための
方法において、 前記半導体ダイの非能動面に複数の溝を形成する工程
と、 前記半導体ダイの前記非能動面にヒートシンクを取り付
ける工程と、 前記半導体ダイの前記能動面に設けられた結合パッドを
はんだバンプでパッケージ基材の電気接点に、前記能動
面が前記パッケージ基材に向くように取り付ける工程
と、を有することを特徴とする方法。 - 【請求項9】 前記半導体ダイの非能動面にヒートシン
クを取り付ける前記工程は、伝熱性接着剤を、前記複数
の溝が接着剤で充填されるように、前記半導体ダイの前
記非能動面上に置く工程と、前記ヒートシンクを前記接
着剤に取り付ける工程とを含む、請求項8に記載の取り
付け方法。 - 【請求項10】 前記半導体ダイに複数の溝を形成する
前記工程は、複数の溝を方眼パターン又は平行なパター
ンで非能動面に形成する工程からなる、請求項8又は9
に記載の方法。 - 【請求項11】 前記半導体ダイに複数の溝を形成する
前記工程は、前記非能動面に鋸で前記溝を切り込む工程
からなる、請求項8、9、又は10に記載の方法。 - 【請求項12】 前記半導体ダイに複数の溝を形成する
前記工程は、前記非能動面に蝕刻によって溝を形成する
工程からなる、請求項8、9、又は10に記載の方法。
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US869796 | 1997-06-05 | ||
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country | Link |
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US (1) | US6225695B1 (ja) |
EP (1) | EP0883192A2 (ja) |
JP (1) | JPH1174431A (ja) |
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EP0883192A2 (en) | 1998-12-09 |
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