KR20050073571A - 집적 회로 장치, 전자 회로 지지 기판 및 집적 회로와 히트싱크의 열적 접속 방법 - Google Patents

집적 회로 장치, 전자 회로 지지 기판 및 집적 회로와 히트싱크의 열적 접속 방법 Download PDF

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Abstract

집적 회로(100)를 탑재하기 위한 기판 물질(130)은 열 전도성 물질의 전기적 비전도성 메시(135)를 포함한다. 상기 메시는 전기적으로 비전도성이므로, 상기 메시는 의도적으로 기판에 인접한 회로의 임의의 모든 트레이스들(155)을 컨택트하도록 구성되어 그 회로 트레이스(155)를 열 접속된 히트 싱크로서 사용할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 열 전도성 메시(135)는 종래부터 기판에 사용되는 구조적 파이버글래스 메시(structural fiberglass mesh)를 대체하여 이중 구조 및 열 기능을 제공할 수 있도록 한다.

Description

집적 회로 장치, 전자 회로 지지 기판 및 집적 회로와 히트 싱크의 열적 접속 방법{THERMAL-CONDUCTIVE SUBSTRATE PACKAGE}
본 발명은 집적 회로 패키징에 관한 것으로, 특히 효율적인 열 전도성을 제공하는 기판에 관한 것이다.
고전류 유도 회로(high-current-drawing circuit)는 소비되어야만 하는 열을 발생시킨다. 미국 특허 제 6,121,680호는 집적 회로의 상부면에 부착되는 열 핀 구조체(heat-fin structure)를 사용하여 그 집적 회로로부터의 열을 상기 열 핀 구조체의 핀 주위의 대기로 발산시키는 것을 개시하고 있다. 미국 특허 제 5,960,863호는 열이 발산될 집적 회로에 고정되는 열 전도성 베이스 플레이트에 볼트로 고정되는 수개의 오버래핑 스크린 플레이트(overlapping screen plates)로 구성되는 발산 블럭(dissipating block)을 사용하는 것을 교시하고 있다.
미국 특허 제 5,309,321호는 집적 회로 칩을 에워싸는 하우징(housing)을 형성하는 전기적 비전도성 열경화성 혹은 열가소성 물질 내로 캡슐화되는 와이어 메시(wire mesh)를 교시한다. 미국 특허 제 5,500,555호는 절연성 프리페그 물질(insulating prepeg material)과 열 전도성 메시 혹은 스크린(thermally conductive mesh or screen)의 샌드위치를 포함하는 집적 회로 칩을 탑재하는 기판을 교시하고 있다.
종래 기술의 실시예 각각은, 집적 회로의 도체들로부터 열 전도성 물질을 분리하거나 혹은 집적 회로 장치가 탑재되는 인쇄 회로 기판의 도체들로부터 열 전도성 물질을 분리하는 절연 물질의 층에 의존한다. 이러한 각각의 종래 기술은 집적 회로로부터 열을 발산하는 다층(도체, 비도체)의 구조체를 생성하는 하나 이상의 처리 단계를 필요로 한다. 또한, 각각의 종래 기술에서, 별도의 열 발산 구조체는 집적 회로에 의해 생성되는 열을 발산시키는데 사용된다.
도 1은 본 발명에 따른 열 전도성 기판을 갖는 일예의 집적 회로 장치를 도시한다.
본 발명의 목적은 집적 회로 칩과 같은 회로로부터 열을 발산시키는 비용 효율적인 수단을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 회로로부터 인쇄 회로 기판 상의 다수의 트레이스(multiple trace)로 열의 발산시킬 수 있는 열 발산 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은 열 발산 장치에서 열 전도성 물질에 의해 야기되는 단락 회로의 위험을 최소화하는 열 발산 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적 및 다른 목적들은 열 전도성 물질의 전기적 비전도성 메시를 포함하는 기판 물질을 제공함으로써 달성된다. 상기 메시는 전기적으로 비전도성이므로, 상기 메시는 의도적으로 기판에 인접한 회로의 임의의 모든 트레이스들을 컨택트하도록 구성되어 그 회로 트레이스를 열 접속된 히트 싱크로서 사용할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 열 전도성 메시는 종래부터 기판에 사용되는 구조적 파이버글래스 메시(structural fiberglass mesh)를 대체하여 이중 구조 및 열 기능을 제공할 수 있도록 한다.
본 발명은 첨부하는 도면을 참조한 일예를 통해 보다 상세하게 설명된다.
본 발명은 본 명세서에서 집적 회로 칩을 탑재하는데 사용되는 기판의 패러다임, 특히 볼 그리드 어레이로 집적 회로 칩을 호스팅하는데 사용되는 기판을 사용함으로써 제공된다. 당업자에게는 명백한 바와 같이, 본 발명의 원리는 기판을 사용하는 다른 구조체 혹은 또다른 구조체에 상기 기판을 부착하기 위한 다른 기술에 적용가능하다. 유사한 방식으로, 본 발명이 대형의 히트 싱크와 접촉하도록 배치되는 기판에 특히 매우 적합하다고 할 지라도, 그 기판 자체는 발산될 열의 양에 따라, 히트 싱크의 전체를 형성할 것이다.
도 1은 열 전도성 기판(130)을 갖는 일예의 집적 회로 장치(100)를 도시한다. 집적 회로(110)는 집적 회로(110)와 기판(130) 간에 열 접속을 수행하는 다이 부착 컴파운드(die attach compound)를 통해 기판(130)에 부착된다. 집적 회로(110)와 인쇄 회로 기판(150) 상의 트레이스(155) 간의 전기 전도는 본딩 와이어(112), 기판을 관통하는 "비아(vias)"(도시안됨), 및 솔더 볼(solder ball)(140)을 통해 수행된다.
본 발명에 의하면, 기판(130)은 교번하는 층(135a, 135b)에 의해 도시되는 바와 같이, 전기적 비전도성이 아닌 열 전도성 메시 혹은 그리드(135)를 포함한다. 전기 전도성이 아닌 열 전도성 그리드의 예는 아연 산화물, 텅스텐 산화물, 또는 약극 산화 처리된 알루미늄 그리드를 포함한다. 기본적인 물질은 와이어 내로 형성되고 그 후 산화되어 와이어 상에 완전한 비전도성 표면을 형성하고, 그 후 메시 혹은 그리드 내로 엮여진다. 대안으로서, 기본 물질은 그리드 패턴 내로 형성되거나 스탬프되고, 그후 산화되거나 다른 처리가 행해져 완전한 비전도성 표면을 형성한다. 또한, 비전도성 물질은 메시 혹은 그리드 패턴 내로 형성되거나, 스탬프되거나 혹은 엮여지지만, 산화된 물질의 엮여짐(weaving)은 불가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 메시(135)는 종래의 기판에서 사용되는 파이버글래스 메시를 대체한다. 아연 산화물 혹은 텅스텐 산화물 그리드의 사용은 파이버글래스 메시에 비해 이점을 제공한다. 실질적으로 파이버글래스보다 높은 열 전도성을 제공하는 것 외에도, 아연은 파이버글래스보다 에폭시 및 구리에 더 가까운 열 팽창 계수를 제공하여 기판(130)과 인쇄 회로 기판(150) 상의 트레이스(155) 간의 열적 응력(thermal stress)을 감소시킨다. 대안으로서, 텅스텐은 구리보다 실리콘의 열 팽창 계수에 더 가까운 열 팽창 계수를 제공하여 기판(130)과 집적 회로(110) 간의 열적 응력을 감소시킬 뿐만 아니라 파이버글래스보다 실질적으로 높은 열 전도성을 제공한다.
바람직한 실시예에서, 비아(도시안됨) 및 그리드(135)는 비아 로케이션(via location)이 그리드(135) 내의 갭에 해당하여 비아 로케이션에서 그리드(135)의 산화물 절연체를 관통하는 것을 방지하도록 설계된다. 대안으로서, 이 그리드/메시(135)의 산화는 비아에 대한 홀이 기판 내에 생성된 이후에 발생하여, 그리드/메시(135)의 노출된 상부층 및 하부층 뿐만 아니라 각각의 비아 홀 내의 임의의 노출된 금속을 절연시킨다.
집적 회로(110) 혹은 인쇄 회로 기판(150)과 종래 기술의 열 전도성 층들 간에 하나 이상의 별도의 절연층을 사용하는 종래 기술과는 달리, 본 발명은 높은 정도의 열 접속을 제공한다. 본 발명의 열 전도성 층(135)은 전기적으로 비전도성이기 때문에, 이들 층들은 열 발생 장치(110) 및/또는 히트 싱크 구조체(150)와의 직접 혹은 거의 직접적인 접촉을 위해 기판(130)의 표면에까지 연장될 수 있다. 가령, 구리 열 전도성 층을 절연시키기 위해 프리페그 물질의 층을 사용하는 미국 특허 제 5,500,555호와 비교하여, 아연 산화물 혹은 텅스텐 산화물의 열 전도성은 프리페그 물질의 전도성보다 실질적으로 높다.
전술한 것은 단지 본 발명의 원리를 설명하고 있다. 따라서 당업자라면 본 명세서에서 명시적으로 기술 혹은 도시되지 않았더라도 본 발명의 원리를 구체화하는 다양한 장치를 변경할 수가 있을 것이며 이들 장치는 첨부하는 특허청구범위의 사상과 영역 내의 것이 될 것이라는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (14)

  1. 집적 회로 장치(100)로서,
    집적 회로(110)와,
    상기 집적 회로(110)를 탑재하기 위한 기판(130)을 포함하되,
    상기 기판(130)은 상기 집적 회로(110)로부터 열을 전달하도록 구성되는 적어도 하나의 열적 전도성 및 전기적 비전도성 물질의 층(135)을 포함하는
    집적 회로 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 집적 회로(110)와 인쇄 회로 기판(150) 상의 다수의 트레이스(155)의 전기적 접속을 제공하도록 구성되는 다수의 컨택트(140)를 더 포함하며,
    상기 적어도 하나의 열적 전도성 및 전기적 비전도성 물질의 층(135)의 층(135b)은 집적 회로(110)와 상기 인쇄 회로 기판(150) 상의 다수의 트레이스(155)의 열적 접속을 제공하도록 구성되는 집적 회로 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 컨택트(140)는 컨택트의 볼 그리드 어레이를 포함하는 집적 회로 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 열적 전도성 및 전기적 비전도성 물질은 아연 산화물 물질, 텅스텐 산화물 물질 및 양극 산화 처리된 알루미늄 물질 중의 적어도 하나를 포함하는 집적 회로 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 열적 전도성 및 전기적 비전도성 물질의 층(135)의 층은 기판(130)의 표면을 포함하는 집적 회로 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 열적 전도성 및 전기적 비전도성 물질의 층(135)은 열적 전도성 및 전기적 비전도성 물질의 다수의 인접한 층을 포함하며, 상기 다수의 인접한 층의 제 1 층 및 최종의 층은 상기 기판(130)의 제 1 표면 및 제 2 표면을 형성하여, 상기 제 1 표면의 열 발생 장치로부터 상기 기판(130)의 제 2 표면의 히트 싱크 구조체로의 열적 전달을 제공하는 집적 회로 장치.
  7. 전자 장치로부터 열을 전달하도록 구성되는 적어도 하나의 열적 전도성 및 전기적 비전도성 물질의 층(135)을 포함하는 전자 장치를 지지하는 기판(130).
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 열적 전도성 및 전기적 비전도성 물질의 층(135)의 층은 전자 장치(110)와 인쇄 회로 기판(150) 상의 다수의 트레이스(155)의 전기적 접속을 제공하도록 구성되는 기판.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 열적 전도성 및 전기적 비전도성 물질은 아연 산화물 물질, 텅스텐 산화물 물질 및 양극 산화 처리된 알루미늄 물질 중의 적어도 하나를 포함하는 기판.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 열적 전도성 및 전기적 비전도성 물질의 층(135)의 층은 기판(130)의 표면을 포함하는 기판.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 열적 전도성 및 전기적 비전도성 물질의 층(135)은 열적 전도성 및 전기적 비전도성 물질의 다수의 인접한 층을 포함하며, 상기 다수의 인접한 층의 제 1 층 및 최종의 층은 상기 기판(130)의 제 1 표면 및 제 2 표면을 형성하여, 상기 제 1 표면의 열 발생 장치로부터 상기 기판(130)의 제 2 표면의 히트 싱크 구조체로의 열적 전달을 제공하는 기판.
  12. 집적 회로(110)와 히트 싱크의 열적 접속을 용이하게 하는 방법에 있어서,
    상기 집적 회로(110)로부터 열을 전달하도록 구성되는 적어도 하나의 열적 전도성 및 전기적 비전도성 물질의 층(135)을 포함하는 기판(130)을 제공하는 단계와,
    상기 집적 회로(110)를 상기 기판(130) 상에 탑재하여, 상기 집적 회로(110)와 상기 적어도 하나의 층이 열적 접촉을 이루도록 하는 단계를 포함하는
    방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 집적 회로(110)와 인쇄 회로 기판(150) 상의 다수의 트레이스(155)의 전기적 접속을 제공하도록 구성되는 다수의 컨택트(140)를 더 포함하며,
    상기 적어도 하나의 열적 전도성 및 전기적 비전도성 물질의 층(135)의 다른 층은 상기 집적 회로(110)와 상기 인쇄 회로 기판(150) 상의 다수의 트레이스(155)의 열적 접속을 제공하도록 구성되는 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 열적 전도성 및 전기적 비전도성 물질은 아연 산화물 물질, 텅스텐 산화물 물질 및 양극 산화 처리된 알루미늄 물질 중의 적어도 하나를 포함하는 방법.
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