JPH0586068B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 本発明は、電子部品パツケージに関し、具体的
には、半導体チツ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ツケージに関
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
を有する電子パツケージが知られており、その例
が米国特許第4092697号明細書及び第4415025号明
細書（両方とも硬質セラミツク基板を用いてい
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、放熱カバー部材を利用する
上記で定義したようなパツ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、
動作中にパツ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ツケージ中で望まし
いものである。この種のパツケージでは、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、本発明パツケージ
は、チツプを最初の回路付き基板上方の高い位置
に維持して、パツケージのチツプと放熱カバーの
直接接触によつて、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、パツケ
ージ組立て中にチツプを保護し、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
ようにチツプを高くすると、動作中、パツケージ
からの放熱がさらに促進される。

上記の有利な特徴を有する電子パツケージは、
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。

Ｃ 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
する電子パツケージを提供することによつて、電
子パツケージ技術を改善することにある。

Ｄ 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、電子パツ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。パツケージは、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、電子パツケージの動作中、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
パツケージ１０を示す。パツケージ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１１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（半導体チツプ）１
７、第１の基板１１に接合されパツケージ１０の
カバーとなつている放熱部材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。下記の説明からわかるように、最終の組
立て済みパツケージ（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、パツケージの動作中、このような力を使つ
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、組立て済み最終パツケ
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、パツケージ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
ツケージ１０で固体状態（たとえば、ワツクス）
である場合、パツ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、粘着力によつてデ
バイスをこの高くなつた位置に維持する。さら
に、物質２１は、最終パツ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つて、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
特徴となつている。

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つて（たと
えば、ブランケツト金属箔からフオトエツチング
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１
１上の回路２５を半導体チツプ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つてポリイミド上に
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（熱圧着ボンデイングなど）を用いて、半導
体チツプ１７の下面４１の当該接触個所に電気的
に接続される。したがつて、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、チツプ１
７を開口（またはウインドウ）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0.075mm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51など）を用いて、基板１１
に対して密封する。本体部分２３がセラミツク製
の場合には、密封材５１は、低温ろう付け材やは
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、チツプ１
７、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１９は、隣接す
る半導体チツプ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、チツプ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、半導体チツプ
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「eh」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、パツケージ組立て中に行なわ
れ、液状ワツクスまたはオイル材料によつて生じ
る吸引力により容易になる。これは、チツプ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、したがつて、その動作中に完成済み
パツケージ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、この種のパツケージで、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
るやり方でチツプ１７を高くすると、チツプを損
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、パツケ
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５
３と２７の間で圧縮によつてチツプが損傷する恐
れがある。したがつて、寸法「eh」は、このよ
うな圧縮、及びそれによる比較的脆い半導体チツ
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「eh」は約0.025ないし約0.01mmの範囲
内にあることが好ましい。

チツプ１７は、当技術分野で周知のチツプ
（CMOS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、ほぼ平面
状である。本発明の好ましい実施例では、チツプ
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１９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、パツケージ１０は、チツプ１７
の表面５７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、パツケージ１０の動作
中、柔軟基板１５に取り付けたチツプ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、パツケー
ジの動作中に液体状態の場合、チツプ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、パツケージの組立て及び動作中、チツプ１
７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。パツケ
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としてワツクスを選択した場合、加熱
した液体の形でチツプ１７の表面５７に塗布する
が、上記のように、組立て後は（したがつて、パ
ツケージの動作中も）固体の形をとることにな
る。物質２１は、オイルであれワツクスであれ、
パツケージ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
内面とチツプの表面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
材の内面とチツプの表面５７の間に吸引力が働
き、柔軟基板を取り付けたチツプを「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ツプ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
の圧縮によつ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ツプを上記の高くなつ
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、チツプ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、チツ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、チツプ１
７の縁部の約２ミクロンのギヤツプ（寸法「ｄ」）
を充填するのに十分な量である。すなわち、チツ
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「ｄ」は、約２ミ
クロンである。（上記のCMOSチツプ及びポリイ
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ツトを設けると、チツプ１
７と放熱部材１９の間の吸引力がさらに増強され
る。この毛細管スロツトは、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を横切つてほぼ平行な向きに走つている。第
２図に示すように、本発明では、スロツト６３
が、見る人に向かつて、見る人から所期の長さだ
け離れて走つている。スロツト６３は、挿入片５
５内で、それぞれチツプ１７の外のり寸法を約
2.5mm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、各スロツトは、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ツトを設けるには、
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ツトを設けることは、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１９内部に挿入片５５を固定して配
置する。

チツプ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、それに沿つた液状物質２１の表面張
力を増大させるのに十分な粗面度特性をもつてい
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、パツケージの電子デバイス（半導体チツ
プ）をパツケージの放熱が改善されるユニークな
やり方で、パツケージの放熱部材に直接接触させ
て維持するという、電子パツ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ツプに対する損傷を
防止しながら、このようなパツケージの製造を容
易にする。

Ｆ 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
ツプに接触させる場合に生じるチツプ損傷の問題
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
パツケージの側面断面図である。第２図は、チツ
プと放熱カバーの間の直接接続をより明確に示す
第１図のパツ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ツプ
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……電子パツケージ、１１，１５……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】 １ 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ツケージ。