JPH0240941A - 電子部品パッケージ - 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 本発明は電子パッケージ、より詳細に言えば、パッケー
ジの一部にヒート・シンクを有する電子パッケージに関
する。

Ｂ、従来の技術 半導体デバイスをパッケージの一部に含んでいる電子パ
ッケージは、例えば米国特許第３６７０２１５号、同第
４００４１９５号、同第４０６６８３９号、同第４０１
２７６８号、同第４４１５０２５号、同第４５９３３４
２号及び第同４６０５０５８号に記載されているように
、コンピュータ産業では周知である。

最近の半導体デバイスの高い回路密度の使用は、過熱に
よるパッケージの破損を防ぐために、そのようなデバイ
スの動作パラメータを、所定の許容範囲内に維持するの
を保証するために、パッケージの動作中に発生する熱を
効果的に発散させることが必要である。そのような熱を
取り除くための１つの公知の手段は、パッケージの１部
分を形成する金属性のヒート・シンク、または同様の部
材を利用することである。ヒート・シンクの代表的な例
は、上述の米国特許に開示されている。

Ｃ１発明が解決しようとする問題点 従って、本発明の主目的は、コンピュータの分野で使用
される改良された電子パッケージを提供することにある
。

本発明の他の目的は、簡単で、しかも低価格で製造する
ことの出来る電子パッケージを提供することにある。

Ｄ０問題点を解決するための手段 本発明の電子パッケージは、パッケージのチップ素子の
熱の除去を容易にするばかりでなく、本発明の組立を容
易にする。ヒート・シンクを含んでいる。チップのよう
な脆弱な素子を破損することなく、ヒート・シンクを物
理的にチップに接触させるために、パッケージの組立の
間で、ヒート・シンクの押圧を可能とするような柔軟な
手段なヒート・シンクに設けることによって達成される
。以下の実施例で更に説明されるように、チップは可撓
性の回路基板に電気的に接続され、これは転じてパッケ
ージの第１の基板に電気的に接続される。

適当な接着剤をヒート・シンク、またはチップに与えた
後、押圧されたヒート・シンクとチップの上面との闇を
接触させることによって、第１の基板の上方に持ち上げ
られて離隔した位置に、チップを位置付け、且つ最終的
なアセンブリにおいてチップをヒート・シンクと直接に
接触させる。このようにして、良好な熱の除去と、改良
されたパッケージの動作が達成される。

本発明に従って、第１の回路基板と、この第１の回路基
板と半導体デバイスとの間に電気的結合を与えるために
、この第１の回路基板と半導体デバイスとに電気的に接
続された可撓性の第２の回路基板と、第１の回路基板上
に位置付けられており、且つ、ヒート・シンクと第１の
回路基板との間の位置に、半導体デバイスを装着したヒ
ート・シンクとが与えられる。ヒート・シンクは、ヒー
ト・シンクに固着されているか、または、ヒート・シン
クの一部を形成する柔軟な手段を含んでおり、この手段
によって、半導体デバイスを損傷することなく、第１の
回路基板に対して所定の距離だけヒート・シンクな押し
付けるのを可能とする。

Ｅ、実施例 第１図は、本発明の実施例の電子パッケージ１０を示す
図である。電子パッケージ１０は、第１の回路基板１１
と、回路基板１１に電気的に接続されている半導体デバ
イス１３（例えばシリコン・チップ）と、第１の回路基
板に電気的に接続されている可撓性の第２の回路基板１
５と、図示したように、底面１９に装着された半導体デ
バイス１３を有し、且つ回路基板１１上に設けられたヒ
ート・シンク１７とを含んでいる。

第１の回路基板１１は、基板の表面２７に設けられた回
路セグメント２５の金属層（例えば銅）を有する電気絶
縁体（例えばエポキシ樹脂）で構成された印刷回路基板
である。回路セグメント２５は、任意の回路形成技術の
１つ（例えば金属箔の蝕刻）を使用して基板１１上に形
成され、表面２７上に離隔して設けられた独立した導電
性セグメント（導電性部分）を含んでいる。回路基板１
１は、約０．７６２ミリメートル（３０ミル）乃至約５
．０８ミリメートル（２００ミル）の範囲の通常の厚さ
の剛直な構造を持っている。

第２の回路基板１５は、公知の技術を用いてこの基板”
上に設けられた回路セグメント２８の層（例えばクロー
ム−銅−クローム）を有する有機誘電体材料２６（例え
ばポリイミド樹脂）の層で構成されている。図示された
ように、この回路セグメント２８は、ポリイミド材Ｎ（
第２図）の表面に設けられており、そして、半導体デバ
イス１３の底部に設けられている関連接続位置と、基板
１１上の関連した回路セグメント２５とを相互接続する
のに用いられる。ヒート・シンク１７から離隔して、底
面に回路が設けられた可撓性基板１５を使用することも
また、本発明の技術的範囲である。このような構造は、
絶縁性のポリイミドを介在することによって、ヒート・
シンクと、この素子の導電性回路との間の電気的接触（
及び短絡）を実質的に防止する。可撓性の第２の基板１
５に設けられた回路の各端部の隆起した端部端子（図示
せず）を利用することによって、所定の接続が達成され
る。例えば内部引出し線とも呼ばれ、チップ１３に接続
されるこれらの隆起した端子は、公知の技術（例えばサ
ーマル・コンプレッション・ボンディング）によってチ
ップ１３と接続される。

また、外部引出し線とも呼ばれ、基板１１上の独立した
回路セグメント２５に接続されるこれらの端子は、公知
の技術（例えば、はんだ付け）を用いて接続される。

明らかに、可撓性の第２の回路基板は、本発明に従った
パッケージの組立を容易にする。本発明の組立工程の間
で、第２の回路基板は、上述したように、半導体デバイ
ス、即ちチップ１５と第１の基板とに電気的に接続され
る。次に、ヒート・シンク１７の底面１９とチップの上
面３１の間に、適当な接着剤を塗布した後、上述の素子
、即ちヒート・シンクとチップの両方の面を接触させる
。この接触は、接着剤による接着を起こす接触が生じる
まで、ヒート・シンクを下方に（第１図の矢印の方向）
押し付けることによって行われ、接着後、ヒート・シン
クが第１図に示した最終的な動作位置に置かれるまで、
ヒート・シンクを持ち上げる。

ヒート・シンクに接着されたチップは、回路基板１１上
の離隔した位置（従って、基板とヒート・シンクの間）
に持ち上げられた所定の位置に置かれる。チップは接着
剤が固化するまで、上述の離隔した位置に留まり、そし
て、最終的なパッケージ・アセンブリ中でもこの位置に
維持される。好ましい接着剤（第２図の参照数字３３で
示されている）は、熱的良導体の添加物（例えば酸化亜
鉛）を加えられたエポキシ樹脂の混合物である。この添
加物のないこの種の別の混合物は、スリー・エム社で市
販されている商品名「スコッチキャスト」（５ｃｏｔｃ
ｈｃａｓｔ　）がある。この混合物は、重量で約４７．
６％のエポキシ・ポリマと、重量で約、５２％の硬化剤
及び可撓性付与剤の混合物と、重量で約０．４％の冷却
促進剤とで構成されている。チップとヒート・シンク素
子との間の上述の接触の前に、チップの底面と、対応す
る可撓性回路基板１５の隆起した端部端子とを、適当な
被覆剤（例えばシリコン・ゴム）で密閉するのが望まし
い。このような密閉材は、第１図の参照数字３５で示さ
れている。

上述したような態様で、チップ１３に接触させるために
、下方に押し付けることの出来るヒート・シンクのこの
独特の能力は、明らかに、本発明の顕著な特徴である。

この能力を与えるために、ヒート・シンクは、ヒート・
シンクに固着されるか、またはヒート・シンクと一体的
に設けられた手段であって、第１図、第２図及び第４図
に示された態様のような、基板１１の表面２７に置かれ
る柔軟な手段４１を含んでいる。柔軟な手段４１は、ヒ
ート・シンクが基板１１とチップ１３とを接触させる所
定の距離だけ降下されるように、上述の組立て工程の間
で、ヒート・シンク１７を押し付けるのを可能とする（
例えば、適当な治具を用いて）。本発明の特定の実施例
において、本発明の工程の間で、合計約５キログラム（
１１ボンド）の力がヒート・シンク１７の中心部に与え
られた。

本発明の工程において、デバイスとヒート・シンク素子
との間の接触は、約４キログラム（９ボンド）の力を与
えることによって、ヒート・シンクに合計的０．８３８
ミリメートル（３３ミル）の反り（撓み）を生じて作ら
れた。付加的な約１キログラム（２ボンド）は、未硬化
の接着材３３中にチップを、より良く着座させるために
与えられた。これらの力を使用しても、デバイスには損
傷を与えることは無かった。ヒート・シンクから圧力を
取り除くと、この素子は、動作位置に持ち上げられ、こ
れは転じて、チップ１３と、可撓性基板１５の対応する
部分とを持ち上げる。以下の説明で更に良く理解できる
ように、本発明のこの独特な能力は、最終的なパッケー
ジ・アセンブリに不注意な接触（例えばコンピュータの
操作者、またはコンピュータの修理者）により生じるヒ
ート・シンクの押し付けに対しても耐性がある。更にま
た、本発明に従ったヒート・シンクの可撓性の性質は、
第１の基板に曲げ力、または捩り力が与えられて発生す
る第１の基板による移動を、第１の基板からヒート・シ
ンクの移動を生じることなく補償する。

電子パッケージ１０の上述の組立の間で、チップ１３に
損傷を与えずに、チップと完全に接触させるために、ヒ
ート・シンク１７の適正な下向きの圧力を与えるために
必要な限定された力が加えられる。然しながら、以下に
説明されるように、ヒート・シンク１７がチップ１３と
の接触を保証しながら、ヒート・シンク１７が押し下げ
られる適正な距離を決定するために、他の手段が用いら
れる。−本発明の素子のヒート・シンクと回路基板１１
との間に、相対的に壊れやすい半導体チップを位置付け
ねばならないから、チップの破損を防ぐことは、本発明
にとって重要なことである。ヒート・シンク１７、また
は基板１１か、またはそれらの両方を過度に押し付ける
と、チップが破損することは明らかである。

本発明の１実施例に従って、柔軟な手段４１は、ヒート
・シンク１７（上部セグメントを含む上方に突出して独
立したフィン４７を含む）に固定されるか、または、ヒ
ート・シンクの一部を形成する複数個の脚部材４３を含
んでいる。第１図乃至第３図に示したように、合計４本
の脚部材４３が用いられており、各脚部材は矩形のヒー
ト・シンクの四隅に夫々設けられている（第３図）。第
１図及び第２図に示されているように、各脚部４３は、
実質的に平坦な基部セグメント４５に対して鋭角をなし
、下方に延びて、基板１１と四箇所で接触している。各
脚部４３は、ヒート・シンクと一体的に作られ、この大
きな素子の構成と同時に形成されるのが望ましい。ヒー
ト・シンク１７は、上述のように同時に形成することが
できるように、一体的なアルミニウム材料で作られるの
が好ましい。他の案として、ヒート・シンクは他の材料
（例えば銅）で作ることも出来る。脚部材をヒート・シ
ンクと一体的に形成しないで（図示されたように）、各
脚部材は、決められたような離隔した位置で、ヒート・
シンクに装着され独立した素子で構成することが出来る
。決められたように柔軟性を持つこれらの素子は、２つ
の対に配列され（第３図の２１及びＰ２）、上記の各対
の夫々の脚部材は、相互に反対方向に延びて、ヒート・
シンクの基体部から外側に延びている。勿論、これらの
脚部材の他の方向付けも容易に可能であるけれども、第
３図に示された配列が好ましく、成功裡に動作した。

第３図に示されたように、各脚部材４３は、二叉に分け
られた端部５１と、テーパーが付されたポデ一部分５３
とを含んでいる。二叉に分けられた端部５１は基板１１
の表面２７に接触する１対の突出した端面部５７（第４
図）ｔｌ−含んでいる。

基板１１に対する各脚部の装着は、接着剤５９（上述し
たような接着剤）か、または、少量のはんだ（錫−鉛、
図示せず）を用いることによって達成される。脚部が以
前に位置付けられた所に置かれ、そして接着剤が未だ硬
化していない時、このような二叉の構造は、端面部５７
によって画定されている内側の溝６１中に、接着剤の１
部を浸入させ、脚部の表面６３を固定させるので、二叉
の端部は、接着剤を使用する場合には、特に望ましい構
造である。従って、脚部と基板の装着を確実にするため
に、接着剤によって「リベット」が与えられる。他の案
として、上述の接着剤や、はんだ付けではなく、他の機
械的手段（例えばクランプ）によって脚部材を固定する
ことも本発明の技術的範囲に属する。例えば、クランプ
（図示せず）が、対応する脚部材を受は入れるように設
計された基板１１の位置に固定される。脚部が位置付け
られると、そのクランプが脚部を保持するように動作さ
れる。

ヒート・シンク１７の底面１９と、基板１１の表面２７
との間の距離を増加するために（例えばアセンブリの検
査や、保守等の目的のため）、図示のものよりも、より
長い脚部材を設けることも本発明の技術的範囲に属する
。チップとの接触を効果的にするために必要な対応する
距離を作るために、台部、即ち突起部（図示せず）を、
ヒート・シンクの底部に付加して、ヒート・シンクな押
圧している間にチップと整列するよう設計するととが出
来る。上述のような間隔を増加することは、特に、回路
が基板の表面に設けられており、ヒート・シンク１７に
対面している場合、可撓性基板とヒート・シンク素子と
の間の電気的短絡の可能性を少なくするのに役立つ。ま
た、このような電気的短絡について付加的に与える保証
は、ヒート・シンクの底面に絶縁被覆（例えばポリイミ
ドの吹き付け）を設けることにより、または、ヒート・
シンク素子を製造する際に、絶縁性を与えるため、ヒー
ト・シンク（または、少なくともヒート・シンクの底面
）に陽極処理を施すことによって行うことが出来る。

第５図において、本発明の他の実施例の脚部材４３′が
示されている。図示されたように、脚部材４３′は、ヒ
ート・シンクの上方向に突出したフィン４７が占める面
と平行な面に対してほぼ垂直方向に向けられ、ヒート・
シンクの基体部４５から下方に延びている。第１図乃至
第３図に示した実施例と同様に、合計４本の脚部４３′
が使用される。従って、この脚部４本全体は、ヒート・
シンクのフィンに対してほぼ垂直方向に延び、相互に対
抗する方向に置かれる。これらの脚部は、相互に対向し
て突出する夫々の対の各脚部を持つ第３図に示した隣合
う２本の脚部と同じ配列である。

基板１１に対して押圧されるヒート・シンク１７と所定
の距離を画定する目的を持つ停止手段７１が第６図に示
されており、この手段も本発明に利用される０図示され
たように、停止手段７１は、平坦な底面１９の下に存在
し、ヒート・シンクの側壁から下方に延びる突起部７３
を含んでいる。

この停止手段の底部面は、基板１１の表面に係合するよ
う設計されている。図示したように、停止手段７１は、
ヒート・シンクの側壁と一体的の部分として含まれるか
、または、ヒート・シンクから下方に延び、ヒート・シ
ンクに装着された適当な独立部材でもよい。停止手段７
１は、チップ１３の接着剤３３及び基板１５（密閉剤３
５が使用されていれば、それも含む）の厚さよりも僅か
に大きな距離だけ下方に延びている。本発明の１実施例
において、停止手段７１は、合計で約０．８３ミリメー
トル（３３ミル）だけ下方に延びている。

第７図は、本発明の他の実施例の脚部材４３′を示す図
である。図示されたように、脚部材４３′は、突出した
細長い別個の２つの脚部セグメント７７及び７７′を含
む二叉のボデ一部分７５を含んでおり、これらの脚部セ
グメントは、転じて、脚部のボデ一部分のほぼ全体の長
さに延びた細長い内側の溝を画定している。この細長く
、二叉の構成は、上述した接着剤の「止め鋲」を形成す
るので、ヒート・シンクを基板の上に確実に固定する。

第８図は、本発明に従った脚部材の他の実施例を示す図
である。二叉の端部とは異なって、脚部８４は、テーパ
ーを付されたボデ一部分の中に開孔８５が設けられてい
る。従って、脚部８４が基板１１に位置付けられると、
上述した接着剤（図示せず）が、開孔を通って押上げら
れ、ボデ一部分の上面を覆って、接着剤の「リベット」
を形成し、脚部をその最終位置に確実に固定する。

第９図は、本発明に従った脚部材４３＃の他の実施例を
示す図である。脚部材４３′は、第１図乃至第３図に示
した本発明の脚部とは、反対の態様で、ヒート・シンク
１７から外方に突出している。第５図に示した脚部４３
′と同様に、脚部４３１は、間隔を開けて設けられたフ
ィン４７と平行な面に対妙て垂直で下方に延びている。

各脚部はヒート・シンクから延びた突出したフランジか
ら形成され、この脚部の形を作るように、フランジの余
分な部分を取り除く（例えば切削）ことにより作られる
。この実施例のヒート・シンク１７は、各フランジから
形成された１対の脚部材４３″を持つ２つの対向するフ
ランジを含んでいる。この配列は、ヒート・シンクの外
側の縁８７が、ヒート・シンクの下に位置する基板１５
の対応する外側縁８９とほぼ整列するように、可撓性基
板１５を完全に被うことを保証する。

以上、本発明の幾つかの実施例を説明したが、当業者で
あれば、本発明の技術思想の範囲内で、これらの実施例
を容易に変更、または修正することが出来る。例えば、
本発明を適用するシステムの熱放散特性や、または、パ
ッケージの空間の要件から、第１図に示したヒート・シ
ンクよりも大きな間隔を開けたヒート・シンクや、より
低いヒート・シンク用のフィン４７ｔ−使用する変更は
、当業者であれば容易になし得ることである。

Ｆ０発明の詳細 な説明したように、本発明の電子パッケージは、パッケ
ージのチップ素子の熱放散を良くするばかりでなく、電
子パッケージの組立ても容易に行うことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従った電子パッケージの１実施例の断
面図、第２図は第１図の＆９２−２に沿って切断された
第１図の電子パッケージの断面図、第３図は第２図の３
−３から見た本発明のシート・シンクの実施例の平面図
、第４図は本発明の第１の基板に接着された脚部材であ
って、脚部材の端部分の一部を示す斜視図、第５図は本
発明の脚部材の他の実施例の一部を示す斜視図、第６図
は本発明に使用される停止手段の一部を示す斜視図、第
７図は本発明の更に他の実施例の脚部材の一部を示す斜
視図、第８図は本発明の更に他の実施例の脚部材の一部
を示す斜視図、第９図は本発明の更に他の実施例の脚部
材の一部を示す斜視図であって、本発明のヒート・シン
クの側面から外方に突出したフランジの一部を形成する
脚部材の側面図である。 １０・・・・電子パッケージ、１１・・・・第１の回路
基板、１３・・・・半導体デバイス（チップ）、１５・
・・・可撓性の第２の回路基板、１７・・・・ヒート・
シンク、２５．２８・・・・回路セグメント、１９・・
・・ヒート・シンクの底面、３１・・・・チップの上面
、３３．５９・・・・接着剤、４１・・・・柔軟な手段
、４３．４３’　、４３′、４３’、８４・・・・脚部
材、４５・・・・ヒート・シンクの基体部、４７・・・
・フィン、７１・・・・停止手段。 ″′−丁 ＦＩＧ、　３ 寸 ＦＩＧ、　８ ＦＩＧ、９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ａ）第１の回路基板と、 （ｂ）上記第１の回路基板に電気的に接続された半導体
   デバイスと、 （ｃ）上記第１の回路基板と上記半導体デバイスに電気
   的に接続され、上記第１の回路基板と上記半導体デバイ
   スの間に電気的結合を与えるための可撓性の第２の回路
   基板と、 （ｄ）上記第１の回路基板上に配置され、上記第１の回
   路基板と上記半導体デバイスの間の位置で上記半導体デ
   バイスを接続されてなるヒート・シンクとを具備し、 （ｅ）上記ヒート・シンクは、上記半導体デバイスを損
   傷することなく上記第１の回路基板とは相対的に予定の
   距離だけ押圧され得るように、撓み可能な手段を有して
   いるかまたはその一部として形成されていることを特徴
   とする、 電子パッケージ。