JPH0697331A - 熱導体をもつパッド・アレイ半導体およびその製法 - Google Patents

熱導体をもつパッド・アレイ半導体およびその製法

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 回路基板（１４）と一体化された熱導体
（２８）をもつパッド・アレイ半導体素子（３５）を提
供する。 【構成】 半導体ダイ（１２）を基板上で熱導体の上に
搭載し、ダイから熱を逃がす径路を作る。熱導体はま
た、金属化された区域（３７，３９）で覆うかまたは囲
んでもよく、これらは共に素子の接地面として役立たせ
ることができる。１つまたはそれ以上のターミナル（２
６）を熱導体に取り付けて、熱的および電気的性能を向
上させることが望ましい。熱導体を基板に統合する一つ
の方法は、金属プラグを基板の開口部（３０）の位置に
置くことである。その後プラグに圧縮または他の塑性変
形を行って開口部を塞ぎ、かつ実質的に平らな基板平面
とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的に半導体素子に
関し、更に特定すれば、熱的に強化されたパッド・アレ
イ半導体素子およびその製法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子の電力消費と性能が増大する
に従い、効率的な熱消散の必要性が増大する。半導体素
子に熱消散を施す方法には種々のものが知られている。
そのような方法の一つはパッケージ本体の外部にヒート
・シンクを取りつけることである。知られている別の方
法は、ヒート・シンクを型で作られるパッケージ本体の
内部に組み入れることである。熱を除去するために実用
化されている、更に他の方法は、素子のリード部から冷
却した基板に熱を引き出すことである。また、素子の上
に冷却した空気や液体をかけることも熱消散のために使
用されてきた。
【０００３】熱を除去するためのこれらの方法および他
の広く受け入れられている方法には、一般的に少なくと
も二つの共通の目的がある。第一の目的は、できるだけ
大きい表面積から熱を除去することである。ヒート・シ
ンクを用いる場合には、ヒート・シンクに表面積を増や
す輪郭，溝，フィン，または他の特徴を形成することを
しばしば伴う。第二の目的は、熱を除去する媒体（それ
がヒート・シンクであれ冷却した液体であれ）を熱源に
できるだけ近づけること、すなわち熱抵抗が最小となる
径路を設けることである。半導体素子においては、半導
体ダイ、更に特定すればダイの活性面が最大の熱発生源
である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】半導体素子の熱を除去
するための現行の数多くの方法に関する一つの問題は、
それらの方法が薄いすなわち低い外形のパッケージには
効果的に使用することができないことである。伝統的な
熱の除去方法が効果的ではない低い外形のパッケージの
一例は、オーバ・モールデッド・パッド・アレイ・キャ
リア（ＯＭＰＡＣ：ｏｖｅｒ−ｍｏｌｄｅｄ ｐａｄ
ａｒｒａｙ ｃａｒｒｉｅｒ）素子である。現行のＯＭ
ＰＡＣ素子は一般に、半導体ダイが搭載されている薄い
プリント配線基板（ＰＣＢ）を含む。このダイは、ＰＣ
Ｂの上面に形成された導伝性トレースと電気的に結合し
ている。各々の導伝性トレースはＰＣＢを貫通する導伝
路により、ＰＣＢの底面上の対応する導伝性トレースへ
の径路が決められている。ＰＣＢの底面上のトレースは
それぞれ導伝性パッドで終端し、ＰＣＢの底面上にパッ
ドの列（アレイ）を形成する（よって「パッド・アレ
イ」素子という名称とした。）。半導体ダイおよびＰＣ
Ｂの上部は薄い成型化合物によりカプセル化されてパッ
ケージ本体を形成する。ＰＣＢの底面上の各パッドには
半田球が取り付けられ、カプセル化されたダイに外部か
ら電気的に接続できるようになっている。
【０００５】上述した２つの目的を、伝統的な熱の除去
方法を用いて達成するために、ＯＭＰＡＣ素子の多くの
望ましい特質が譲歩されることになる。例えば、パッケ
ージ本体の上部にヒート・シンクを追加して、ＯＭＰＡ
Ｃ素子にヒート・シンクの露出した表面積を大きく得よ
うとすると、素子の高さすなわち厚さが増して好ましく
なくなる。高さの増加を最小にしようとすると、ヒート
・シンクはパッケージ本体の凹部の中に置かれることに
なるであろうが、これによって素子の中でヒート・シン
クがワイヤ・ボンドと電気的にショートする可能性が増
える。別の例としては、半導体ダイを伝統的な方法を用
いて直接ヒート・シンクに取り付けると導伝性トレース
をダイの下に通すことができなくなり、ＯＭＰＡＣ素子
がユーザの基板上で最小限の基板面積を占めるという魅
力的な特徴が生かせないことになる。
【０００６】ＯＭＰＡＣ素子から熱を除去することに関
して、前述した問題を避けるために提案された一つの方
法は、熱を除去するための「ダミー」の導伝路を使用す
ることである。この「ダミー」の導伝路はまた熱路とし
ても知られているが、一般的にはメッキされた路で、電
気信号を送るためにではなくＯＭＰＡＣ素子から周囲環
境へ熱を放出すために使用されるものである。多くの場
合には、熱路は半導体ダイの直下に置かれる。このよう
な熱路を使用することにはいくつかの不利な点があり、
その第一の不利な点は熱を除去する面積が限られるとい
うことである。一般に、各メッキされた経路は導伝材料
の断面積がわずか０．０２平方ミリメートル程度しかな
い。それゆえに、半導体素子の熱を効果的に除去するた
めには多数の熱路が必要となる。熱路は、それがなけれ
ば信号路として使用される空間を占めるので、半導体製
造業者は素子全体の大きさが不必要に増えないようにす
るために、多数の熱路の使用を避けたがる。熱路を使用
することに関する別の不利な点は、信頼性の問題が起こ
る可能性のあることである。導伝路は中空であるから、
湿気や汚染の進路がダイの直下に存在する。一般的に、
熱路からの汚染を妨げる唯一のものは薄い半田レジスト
・マスクである。しかしながら、半田レジスト・マスク
材料は湿気を吸うことが知られている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明により、上述した
従来技術の制限は克服され、他の利点が得られる。本発
明の一つの形態では、半導体素子が回路基板を有するも
のである。この基板にはその上面に形成された複数の導
伝性トレース、および基板を貫通する複数の導伝路があ
る。導伝路は導伝性トレースと電気的に結合している。
基板にはまた、ダイ受容区域および開口部がある。この
開口部はダイ受容区域から基板の底面に及んでいる。開
口部の面積はダイ受容区域よりも小さい。熱導体がこの
開口部を塞ぎ、ダイ受容区域および基板の底面とは実質
的に平面状になっている。半導体ダイはダイ受容区域に
置かれ、開口部と熱導体の上に横たわる。ダイは基板の
複数の導伝路と電気的に結合され、従って基板の複数の
導伝性トレースに結合される。複数のターミナルが基板
の底面に取り付けられ、複数の導伝性トレースと電気的
に結合し、半導体ダイに外部から電気的に接続できるよ
うにしている。
【０００８】本発明の別の側面はこの素子の製法であ
る。これらの、および他の特徴や利点は、付随する図面
と共に記される次の詳細説明により、さらに明確に理解
されるであろう。図面は必ずしも一定の割合で描かれた
ものではないことと、本発明には特に例示されていない
他の変形もありうることに注意することは重要である。
【０００９】
【実施例】本発明により、半導体製造業者は素子のサイ
ズを増やすことなく、またパッドのレイアウトに著しい
制限を加えることなく、効果的に熱を除去する半導体素
子、特にパッド・アレイ素子を製作することができる。
本発明の一形態においては、熱導体（中空でない銅の円
盤の形が望ましい。）が、基板が平板のままであるよう
に回路基板の中心の開口部に圧入される。半導体ダイは
この熱導体の上からこの基板に取り付けられる。熱導体
の面積はダイの面積よりも小さいので信号路およびター
ミナルはダイの下側になお存在することができる。望む
ならば、このダイは、熱導体を取り巻いて覆っているメ
ッキされ金属化された領域を用いて熱導体と電気的に結
合することも可能である。この金属化された区域は素子
の接地面として役立たせることもできる。
【００１０】図１は本発明による半導体素子１０を横断
面図で示している。素子１０には、回路基板１４の上面
のダイ受容区域に取り付けられた半導体ダイ１２があ
る。ダイおよび基板のいくつかの部分は従来のエポキシ
樹脂のパッケージ本体１５によってカプセル化されてい
るが、他のタイプのパッケージ本体も本発明に使用する
ことができる。銀充填エポキシのような従来のダイ付着
剤１６がダイ１２を基板１４に取り付けるために使用さ
れる。大抵の場合、ダイ１２は、作動時にかなりの熱を
発生するマイクロプロセッサまたはメモリといった、集
積回路（ＩＣ）であろう。しかしながら、殆ど全てのＩ
Ｃはある程度の熱を発生するので、本発明はすべてのタ
イプの素子に有益である。基板１４は半導体ダイ１２と
電気信号の行き来をさせるために使用されるので、回路
基板と呼ばれる。信号経路線を形成するために、基板１
４にはその上面に複数の導伝性トレース１８がある。多
くの場合、導伝性トレースは図４に明瞭に示されている
ように、基板の底面上にも存在するであろう。しかしな
がら、図１の横断面図では底面のトレースは示されてい
ない。半導体ダイ１２は、従来のワイヤ・ボンド２０、
またはテープ自動ボンディング（ＴＡＢ），フリップ・
チップ・ボンディング，ダイレクト・チップ・アタッチ
といったような他に知られた結合方法によって導伝性ト
レース１８と電気的に結合される。また、信号経路線の
形成を可能にするために、回路基板１４には複数の導伝
路２２がある。導伝路２２は基板１４を貫通して、基板
の上面の導伝性トレースを底面の導伝性トレースと電気
的に結合する。一般的には、一本の導伝路は基板の上面
の一つのトレースを底面の一つのトレースと結合するた
めに用いられる。回路基板の底面上の各導伝性トレース
の終端部には、半田球２６を受け入れるために欠くこと
のできない導伝性パッド２４がある。半田球２６は、素
子１０のターミナルであり、半導体ダイ１２と外部から
電気的に接続することを可能にするものである。一般的
には、パッド２４および半田球２６は基板１４の底面上
にアレイの形態に配置されるので、素子１０はパッド・
アレイまたはボール・アレイ素子と呼ばれる。半田球を
用いる代わりに、導伝性ピン（図示せず）をパッド２４
に結合してピン・グリッド・アレイ素子に作り上げるこ
とも可能であり、これも本発明によるものである。
【００１１】基板１４は従来の製法を用いて製造され
る。基板に用いられる大半の材料はエポキシ，ポリイミ
ド，トリアジン，フェノール樹脂といった樹脂であるこ
とが望ましい。更に特定すれば、ビスマレイミドトリア
ジン（ＢＴ：ｂｉｓｍａｌｅｉｍｉｄｅ−ｔｒｉａｚｉ
ｎｅ）樹脂が望まれるのであるが、他の基板材料も適し
ている。例えば、種々のエポキシ・ガラス合成材，プリ
ント回路基板（ＰＣＢ）材料，フレキシブル回路，また
はセラミック基板を使用することができる。導伝性トレ
ース１８およびパッド２４は一般に、通常銅の導伝性フ
ォイルを基板にラミネートすることによって基板上に形
成される。トレースとパッドは石版技術を用いてフォイ
ルにパターンを描くことにより輪郭が定められる。その
代わりに、トレースとパッドを基板の表面にスクリーン
印刷するか他の方法で金属被膜を施してもよい。導伝性
トレースおよびパッドの双方は一般に金メッキされて、
ワイヤ・ボンド２０の接合および半田球２６の取り付け
のために酸化されない面を作り上げる。従って、トレー
スおよびパッドには一般に２つの層、すなわちラミネー
トされた銅の層と、上に横たわる金またはニッケルと金
との組み合わせのメッキ層とがある。しかしながら、本
発明の記述においては、分かり易くするために、導伝性
トレース，パッドおよび導伝路は一つの材料の層である
として説明している。導伝路２２は、ドリルかパンチで
基板を貫通する穴を明け、その後その穴を銅メッキする
か時にはニッケルメッキや金メッキして穴の側壁のみに
導伝性を持たせることにより、一般に基板１４に形成さ
れる。穴の内側は通常中空になっている。半田球２６は
パッド２４と結合されるが、これはフラックスの存在の
下で各球をパッド上に物理的に置き、半田リフロー工程
を行って冶金上のボンドを形成することによるのであ
る。
【００１２】本発明では、回路基板１４は基板の開口部
３０の中に位置する熱導体２８も含んでいる。図１に示
された素子１０では、開口部３０は基板の上面から底面
に及び、熱導体２８は基板の上面および底面と平らにな
っている。熱導体２８が形成または挿入される方法によ
っては、熱導体と基板の上面および底面との正確な平面
性を得ることができない場合もあるとはいえ、熱導体上
の半導体ダイ１２の取り付けが信頼性があって製造可能
となるに足るだけの平面性をもつことが望ましい。開口
部３０は従来のドリルまたはパンチ操作により基板１４
に形成されることが望ましいが、本発明に従う他の方法
を用いてもよい。ドリルを用いると開口部３０、従って
熱導体２８は、従来のドリルの穂先の形のために恐らく
円形となるであろう。パッド・アレイ素子に用いられる
従来のＢＴ樹脂の基板の厚さは、おおよそ１０から２０
ｍｉｌｓ（０．２５から０．５１ｍｍ）である。従っ
て、本発明の好適実施例においては、熱導体２８もまた
この範囲の厚さをもつ。半導体ダイ１２から十分な熱量
を除去するために、熱導体２８の幅すなわち長さはその
厚さよりも大きくなければならない。一つの適例として
は、本発明に従って使用される円盤形の熱導体は、厚さ
が２０ｍｉｌｓ（０．５ｍｍ）以下で直径が８０ｍｉｌ
ｓ（２．０ｍｍ）以上である。しかしながら、後に取り
扱うことであるが、熱導体２８の面積は半導体ダイ１２
の面積よりも小さくなければならない。導伝性トレース
１８および導伝性パッド２４と同様に、熱導体２８はメ
ッキしてもよい。例えば図１に示すように、基板１４の
底面上に露出した熱導体の一部は、メッキされる区域３
２で覆われる。都合のよいことに、メッキされる区域は
導伝性トレース１８および導伝性パッド２４がメッキさ
れるのと同時に形成することができる。本発明の好適実
施例においては、熱導体２８は銅または銅合金製である
から、金またはニッケルと金によりメッキされた区域
は、一つまたはそれ以上の半田球２６を熱導体に取り付
けるために、より半田付けに適する面を生み出すために
使用することができる。半田球または他のターミナル
を、熱導体、またはより好ましくは熱導体を覆う金属化
された区域に取り付けることには利点がある。一つの利
点は、半田球が熱の除去径路を熱導体を越えてユーザの
基板にまで延長することである。延長された熱の径路
は、素子１０が冷却装置を備えているユーザ基板に搭載
される場合には特に有効である。
【００１３】半田球または他のターミナルを熱導体と結
合することの別の利点は、図２〜図４を参照して次に述
べるように、熱導体を接地面として利用することができ
ることである。図２は本発明による半導体素子３５の横
断面図で、熱導体が接地面の一部として使用されている
ものである。図３は図２の回路基板１４の上面図であ
り、図４は同じ基板の底面図である。図３および図４の
線２−２は基板１４の分割面を示しており、図２の横断
面図はこの面によって描かれている。本発明の種々の図
およびこれ以後の記述部分の全体にわたり、同じ参照番
号はすでに解説した部品と同一または相当するものであ
ることを示す。図２の素子３５には、基板１４の上面に
形成されたメッキまたは金属化された区域３７の上に搭
載した半導体ダイ１２がある。金属化された区域３７に
はトレース１８と同様に、通常２つの層、すなわちラミ
ネートされた導伝層とその上のメッキされた導伝層があ
る。しかしながら、分かり易くするために２つの層を示
さずに、１つの層のみを例示している。ラミネート層は
トレース１８が定められる（一般に開口部３０の形成
前）のと同時に定められるのが最も都合がよいのである
が、メッキ層は熱導体２８が開口部３０に挿入された後
に施される。これはメッキまたは金属化された区域の少
なくとも一部が熱導体２８を覆い、熱導体と熱的および
電気的に結合するためである。熱導体および基板部の双
方を覆うメッキされた区域はまた、熱導体２８を開口部
３０の中に多少とも束縛する。素子３５にもメッキされ
金属化された区域３９があり、これは金属化された区域
３７と同等であるが、基板１４の底面に形成されるもの
である。
【００１４】素子３５の金属化された区域３７，３９に
は二重の目的がある。第一は、双方の区域とも熱伝導の
面積を増やすことである。金属化された区域３７は、熱
導体２８と共に、熱導体単独よりも多くの熱をダイ１２
から伝導で奪うことができる。同様に、金属化された区
域３９は、熱導体２８と共に、熱導体単独よりも多くの
熱を分散することができる。第二は、金属化された区域
３７，３９は素子３５の接地面として使用することがで
きることである。図３および図４に示すように、指定し
た接地トレース３８を金属化された区域３７，３９に統
合することによって、トレースのインダクタンスおよび
信号ノイズが接地面を持たない素子に比べて減少するの
で、素子３５の電気的性能が向上する。熱的および電気
的性能を更に向上させるために、導伝路（図示せず）を
基板１４の中に形成して、金属化された区域３７，３８
を結合することができる。素子３５に関連して記述した
望ましい熱的および電気的特性を得るためには、金属化
された区域の形状が図３および図４に示されたものその
ものを使用する必要はない、ということに注意すること
は重要である。理想的には、少なくとも素子の性能の観
点からは、双方の金属化された区域はできるだけ大きく
作るべきであるが、他の理由によって金属化された区域
のサイズとレイアウトが左右されるであろう。例えば、
基板の上面の金属化された区域は、ダイ・ボンディング
工程の生産性および信頼性の向上に適するように形作ら
れるであろうし、金属化された区域は導伝性トレースの
道付けや半田球の位置に不当な制限を加えてはならない
であろうし、また素子の全体のサイズは小さく保たなけ
ればならないであろう。２つの金属化された区域は、使
われるとしても、２つとも使う必要がないことを指摘す
ることも重要である。素子の性能は、基板の上面または
底面のいずれかの上に金属化された区域を１ヵ所用いる
だけでも向上することができる。
【００１５】図２および図４でも示されているように、
半田球２６は金属化された区域３９と結合している。こ
れらの半田球は金属化された区域の二重の目的を満たす
のを助けている。すなわち、半田球は熱導体２８および
金属化された区域３９を越えてユーザの基板（図示せ
ず）にまで熱の伝導径路を伸ばすことにより、素子の熱
の発散を助けているのである。また、金属化された区域
３９に取り付けられた半田球は、金属化された区域３
７，３９および熱導体２８を接地電位に保つための、素
子３５の接地ターミナルとして使用することもできる。
【００１６】図５は本発明の他の形態の横断面図を示し
ている。半導体素子４０は多層回路基板４２を使用して
いる。上面と底面とに導伝性トレースがあるほかに、基
板４２には内部に導伝層もある。多層の導伝層は基板に
高密度の回路を作ることが可能であるから、多層基板は
一般にターミナルの数の多い半導体素子に使用される。
多層基板の製作については当業界では良く理解されてい
ることなので、製作の詳細は取り扱わないことにする。
概して、多層基板は２枚以上の単層基板を合わせてラミ
ネートすることにより形成される。ラミネートする時
に、多層基板には導伝トレースや導伝路が基板の別々の
平面に入り込まれる。多層基板４２には一緒にラミネー
トされた２枚の単層基板４３，４４があり、２つ以上の
平面に導伝トレース１８および導伝路２２がある。
【００１７】本発明に従って多層基板を使用する際に
は、図５に示すように多層基板４２の上面に開口部４５
が形成される。開口部４５は基板４２を貫通せず、基板
の中にダイを受け入れる凹部を形成しこの中に半導体ダ
イ１２が取り付けられる。開口部４５は、多層基板４２
を形成するためのラミネーションの前に、単層基板４３
に形成される。あるいは、開口部４５を、基板４３およ
び４４が一緒にラミネートされた後に、例えばフライス
削りすなわち掘り出し作業によって形成してもよい。同
様に、熱導体２８を収容する開口部３０は、基板４３，
４４が一緒にラミネートされる前または後のいずれかで
形成することができる。開口部３０を単に延長して単層
基板４３，４４の双方を貫くことをせずに、開口部４５
を設ける目的は、素子４０の高さすなわち外形を小さく
するためである。開口部４５がなければ、半導体ダイ１
２は多層基板４２の上面に取り付けられることになり、
パッケージ本体は、ダイおよびワイヤ・ボンドを十分に
カプセルで覆うためにパッケージ本体１５よりも高くな
らざるを得ない。しかしながら、本発明で多層基板を使
用する場合には、開口部４５は必要なものではなく、素
子の高さを低くするために望ましいだけのことである、
ということに注意することは重要である。前述したよう
に、開口部４５を形成せず、開口部３０を延長して単層
基板４３，４４の双方を貫き、半導体ダイ１２と熱的に
接触させることも可能である。もう一つの重要な注意点
は、多層基板４２は図５に示すような２枚の単層基板を
含むものに限らないということである。本発明では回路
基板の層がいくつであっても使用することができる。
【００１８】本発明によれば、図１〜図５のそれぞれに
示したように、熱導体２８を収容する開口部３０の面積
は半導体ダイ１２の面積よりも小さい。更に特定するな
らば、熱導体２８の面積はダイ１２の面積の約１０−７
５％であることが推奨される。一方では、この関係は、
伝導面積をできる限り大きくとっている熱導体およびヒ
ート・シンクを利用する標準的な業界の慣行に反するも
のである。しかし、この同じ関係には多くの利点があ
る。第一に、導伝トレースおよびターミナルは、熱導体
２８があっても半導体ダイ１２の下を通すことができ
る。ターミナルをダイの下に道付けをして置くことがで
きることにより、ターミナル密度の高い素子のサイズを
小さくすることができる。さらに、ターミナルを熱導体
に直接取り付けることができる。第二に、熱導体２８の
面積と厚さが小さいので、多くの伝統的なヒート・シン
クとは異なり素子の重さが大きくは増えない。特に、大
部分の消費者製品に適用するものに関しては、過大な重
さは半導体素子の不利な点である。第三に、熱導体２８
の面積が半導体ダイ１２よりも小さいとしても、熱導体
２８を通る熱の移動は、パッド・アレイ素子に用いられ
る現在の熱の除去方法よりもかなり高率である。一例と
して、直径２ｍｍの銅の円盤の横断面は３．１４平方ミ
リメートルである。パッド・アレイ素子に用いられる一
般的な熱路の横断面積はそれぞれがおおよそ０．０２平
方ミリートルである（熱路の直径を０．３ｍｍとし、メ
ッキの厚さを０．０２ｍｍとした場合）。それゆえに、
熱導体２８の伝導面積は１５０個分以上の熱路に相当す
るにもかかわらず、基板上に占める面積は３分の１以下
である。 本発明の半導体素子に熱導体を使用すること
の利点が明白となった以上、そのような熱導体を回路基
板と一体化することのできる方法を理解することは有益
なことである。図６〜図８は本発明による一つの方法を
示す横断面図である。図６は開口部５４が形成されてい
る回路基板５２の一部を示している。導伝トレース，導
伝パッド，熱路といった、基板５２の他の要素は図６−
８には示されていない。しかし、これらの要素は開口部
５４の形成前、形成中または形成後のいずれにでも形成
できることに注意することは重要である。前述したよう
に、開口部５４は基板５２にドリルかパンチであけるこ
とが望ましい。 開口部５４の中に置かれるのは金属プ
ラグ５６である。金属プラグ５６の幅は、プラグを開口
部の中に置くことができるように、開口部５４の幅より
もわずかに小さくなっている。プラグ５６の他の寸法は
下記で取り扱う。プラグ５６を開口部５４に置いた後、
プラグは図７に示されているように開口部を完全に塞ぐ
ように塑性変形される。プラグを変形させる方法で好ん
で用いられるのは、平らな板（図示せず）で上面または
底面またはその両方の面を押しつけて熱導体を基板と平
らにすることである。この方法では、プラグ５６の基板
５２との平面度は、開口部５４の体積と比較したプラグ
５６の体積に依存する。理想的には、双方の体積が等し
く、図７に示されているようにプラグと基板との間の平
面度が殆ど完全になることである。プラグ５６の体積が
開口部５４の体積よりも大きい場合には、押しつけた時
にプラグが図８に示すように開口部を越えて広がるであ
ろう。平面度がないことに対する厳格さに従って、その
後エッチングや研磨といった処理を行って、熱導体プラ
グ５６の露出面を平らにする必要があるであろう。例え
ば、平らではない面によって、半導体ダイの、基板５２
の上面への取り付けが妨げられたり、ターミナルの、基
板５４の底面への取り付けが妨げられたりした場合に
は、より平らな面が必要となるであろう。しかしなが
ら、完全に平らな面は必要ではない。
【００１９】本発明による半導体素子に熱導体を組み立
てる、別の方法が図９〜図１０に示されている。この方
法は多くの点でリベット工程と似ている。図９は回路基
板６２の一部の横断面図である。図９〜図１０において
もやはり、分かりやすくするために、基板の導伝性要素
の全てが示されている訳ではない。基板６２に含まれる
のは開口部６４である。前述した開口部とは異なり、開
口部６４はＩの形に作られている。開口部６４の形は、
完全に垂直な側壁をもつ開口部を形成するために使用さ
れる、単純なパンチまたはドリル作業よりも複雑な製造
工程を必要とする。開口部６４を基板６２に形成するこ
とのできる１つの方法は、ドリル技術と掘削技術との組
み合わせによるものである。基板６２を貫通して小さい
穴をドリルかパンチであけ、その後に基板の上面と底面
を掘削すなわちフライス削りを行って開口部６４の広い
部分を形成するのである。開口部６４を形成した後、ど
のような方法を用いるにしても、図９に示されているよ
うに、導伝プラグ６６が開口部に挿入される。プラグ６
６には第１頭部６７および軸部６８がある。軸部６８は
開口部６４の狭い中心部と合い、頭部６７は開口部６４
の内部にある、基板６２の突き出ている部分の上に収ま
る。プラグ６６を開口部６４の中に置いた後、基板６２
の下に伸びている軸６８の部分が押しつけられて図１０
に示されているように開口部６４を完全に塞ぐ。軸６４
を押しつけるか他の方法で変形して開口部６４を塞ぐこ
とによりプラグ６６の第２頭部６９ができるので、プラ
グ６６は開口部６４のＩの形と同じくなる。図９〜図１
０に示された方法から若干形を変えたものに、２つ以上
の軸部をもつ導伝プラグを使用するものがある。図１１
の横断面図に示しているものは、回路基板７２の一部
で、その導伝プラグ７６は基板に形成された多数の開口
部と形状が一致しているものである。導伝プラグ７６
は、上述した圧縮技術を用いたり、熱導体を接着剤で基
板７２に単に接着することによって基板７２と一体化す
ることができる。伝導プラグ７６には３本の柱部７８が
あり、基板の底面に露出している。図１１に示されてい
る導伝プラグの形を用いることの利点は、導伝プラグ７
６の底面が頭部と同じ面積である場合よりも、基板７２
の底面上で利用できる基板面積が大きいことである。な
おその上、基板７２が多層基板である場合には、導伝ト
レースを柱部７８の間に置くことができ、トレース密度
をさらに高くすることができる。
【００２０】本発明による半導体素子の熱導体を形成す
る、更に別の方法が図１２〜図１５に示されている。こ
の方法では、熱導体はメッキ技術を用いて形成される。
図１２は開口部８４をもつ回路基板８２の一部の横断面
図である。開口部８４の側壁に存在し、かつ基板８２の
上面および底面上で開口部を囲んでいるものはメッキ部
８６である。メッキ部８６は開口部の周りに一般的な回
路基板のメッキ工程で形成することができる。例えば、
メッキ部８６は一般的な導伝路（図示せず）をメッキす
る時に形成することができる。それゆえに、少なくとも
最初は、メッキ部８６のメッキの厚さはおおよそ０．０
１−０．０３ｍｍという標準的な値であろう。図１２に
示されているメッキ部８６を、本発明による半導体素子
の使用に適するような熱導体に変えるためには、一般的
なメッキの厚さを超える特別なメッキが必要である。し
かしながら、メッキ部８６を越える区域にメッキを追加
することは避けなければならない。これを達成するため
に、開口部８６近くの基板の部分のみがさらにメッキさ
れるように、マスキング層８８を基板８２の上に形成す
る。
【００２１】図１３および図１４はメッキ部８６の厚さ
がメッキ時間の増加につれて変わる様子を示している。
最終的には、開口部８４の互いに反対側のメッキ部が１
つになる。メッキ単独では恐らく十分な熱導体を生成し
ないであろうから、特別な作業が必要となることが予想
される。例えば図１４においては、メッキ部８６が一つ
になっているが、メッキは基板８２と面が平らになって
はいないし、開口部８４は完全には塞がれていない。こ
れらの問題を解決する１つの方法は、引き続き圧縮また
は研磨作業を行い、図１５に示されているようにメッキ
材を変形して完全に開口部８４の中に収め、熱的に導伝
性のあるプラグ８９を形成することである。
【００２２】これまでの記述およびこの中に含まれる実
例は本発明に関連する多くの利点を説明するものであ
る。特に、本発明による熱導体を用いるパッド・アレイ
半導体素子は、従来の熱路の使用に比べて熱伝導面積を
著しく増加させるものである。更に、パッド・アレイ素
子に熱導体を用いることにより、半導体ダイの下側に導
伝性トレースおよびターミナルの径路を作ることがで
き、回路基板面積の有効利用をはかることができる。更
に他の利点は、本発明により素子の熱的性能が向上して
も、素子の重さや全体のサイズがあまり増えないという
ことである。更にその上、本発明の素子の熱導体はそれ
単独で、あるいは回路基板上の１つまたはそれ以上の金
属化された区域との連係により接地面として用いること
により、電気的性能を向上させることができるのであ
る。それゆえに、前述した必要性と利点とを完全に満た
す、熱導体をもつパッド・アレイ半導体素子およびその
製法が、本発明に従って与えられたことは明らかであ
る。本発明は特定の具体例に関連して記述し説明を行っ
たが、本発明はこれら説明のための具体例に限定される
ものではない。当業者は、本発明の精神から離れること
なく変形や変種を作ることができることを認めるであろ
う。例えば、熱導体はここで開示された方法によっての
み回路基板と一体化する必要はない。熱導体を基板の開
口部に固定するためには他の方法も使用できることは想
像される。例えば、ねじ山のある熱導体を基板の開口部
にねじ込むことができる。（この基板材料は、基板の開
口部がねじに似た導体を受け入れるためのねじ切りをす
る必要がない程に柔らかい、ということもあり得る）。
更に、本発明はここに記述され例示された熱導体の特定
の形状や寸法に限定されるものではない。また、本発明
は例示された特定の導伝トレース，導伝路または半田球
の配列に限定されるものではない。更に、本発明に従っ
て用いられる熱導体の上にまたは隣接して、金属化また
はメッキされた区域がある必要性もない。更に、ここで
例示したような１つの熱導体を用いずに、複数のより小
さい熱導体の方が適用例によっては望ましいことがあり
得ることも考えられる。それゆえに、本発明はそのよう
な変形や変種の全てを特許請求の範囲に含むものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体素子の横断面図である。
【図２】本発明による他の半導体素子の横断面図であ
る。
【図３】図２の半導体素子に使用される回路基板の上面
の透視図である。
【図４】図２の半導体素子に使用される回路基板の底面
の透視図である。
【図５】これもまた本発明による半導体素子で多層回路
基板を使用しているものの横断面図である。
【図６】回路基板の一部の横断面図で、本発明による半
導体素子の形成に用いられる工程を示すものである。
【図７】回路基板の一部の横断面図で、本発明による半
導体素子の形成に用いられる工程を示すものである。
【図８】回路基板の一部の横断面図で、本発明による半
導体素子の形成に用いられる工程を示すものである。
【図９】回路基板の一部の横断面図で、これもまた本発
明による半導体素子の形成に用いられる工程を示すもの
である。
【図１０】回路基板の一部の横断面図で、これもまた本
発明による半導体素子の形成に用いられる工程を示すも
のである。
【図１１】回路基板の一部の横断面図で、本発明に使用
するのに適している熱導体の別の構成を示すものであ
る。
【図１２】回路基板の一部の横断面図で、本発明による
半導体素子の形成に用いられる更に他の工程を示すもの
である。
【図１３】回路基板の一部の横断面図で、本発明による
半導体素子の形成に用いられる更に他の工程を示すもの
である。
【図１４】回路基板の一部の横断面図で、本発明による
半導体素子の形成に用いられる更に他の工程を示すもの
である。
【図１５】回路基板の一部の横断面図で、本発明による
半導体素子の形成に用いられる更に他の工程を示すもの
である。
【符号の説明】
１０ 半導体素子 １２ 半導体ダイ １４ 回路基板 １５ パッケージ本体 １６ ダイ付着剤 １８ 導伝性トレース ２０ ワイヤ・ボンド ２２ 導伝路 ２４ 導伝性パッド ２６ 半田球、ターミナル ２８ 熱導体、金属円盤 ３０ 開口部 ３２ メッキされる区域 ３５ パッド・アレイ半導体素子 ３７ 金属化された区域 ３８ 金属化された区域 ３９ 金属化された区域 ４０ 半導体素子 ４２ 多層基板 ４３ 単層基板 ４４ 単層基板 ４５ 開口部 ５２ 回路基板 ５４ 開口部 ５６ 金属プラグ ６２ 回路基板 ６６ プラグ ６７ 第１頭部 ６８ 軸部 ６９ 第２頭部 ７２ 回路基板 ７６ 導伝性プラグ ７８ 柱部 ８２ 基板 ８４ 開口部 ８６ メッキ部 ８８ マスキング層 ８９ 熱的導伝性プラグ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハワード・ピー・ウィルソン アメリカ合衆国テキサス州オ−スチン、デ ュポイント・コーブ2702

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】回路基板（１４）であって、上面，底面，
    前記上面に形成された複数の 導伝性トレー（１８），
    前記基板を貫通し前記複数の導伝性トレースと電気的に
    結合した複数の導伝路（２２）およびダイ受容区域を有
    する回路基板；前記ダイ受容区域から前記底面に貫通
    し、その面積が前記ダイ受容区域の面積よりも小さく、
    前記導伝路のそれぞれの面積よりも大きい前記基板の開
    口部（３０）；前記基板の前記開口部に固定され、前記
    開口部を塞ぎ、前記ダイ受容区域および前記基板の前記
    底面と実質的に平らである熱導体（２８）；前記基板の
    前記ダイ受容区域に搭載され、前記開口部および前記熱
    導体の上に横たわり、前記複数の導伝性トレースと電気
    的に結合している半導体ダイ（１２）；前記基板の前記
    底面に物理的に結合し、前記複数の導伝路に電気的に結
    合する複数のターミナル；および前記基板の前記底面に
    物理的に結合し、前記熱導体に熱的に結合する、少なく
    とも１つのターミナル；から構成されることを特徴とす
    るパッド・アレイ半導体素子（３５）。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体素子が、更に、前
    記熱導体を取り囲んで覆っている、前記基板の前記底面
    上の金属化された区域（３９）から構成されることを特
    徴とする半導体素子。
  3. 【請求項３】上面，底面およびダイ受容区域を有する回
    路基板（１４）；前記基板の前記上面に形成された複数
    の第１導伝性トレース（１８）；前記基板の前記底面に
    形成された複数の第２導伝性トレース（１８）；前記基
    板を貫通し前記複数の第１および第２導伝性トレースと
    電気的に結合する複数の導伝路（２２）；前記基板上の
    前記ダイ受容区域の中心に位置し、前記上面から前記底
    面へ貫通し、その面積が前記導伝路のそれぞれよりも大
    きい開口部（３０）；上面，底面および第１区域を有す
    る金属円盤（２８）であって、前記円盤が前記開口部
    に、前記円盤の前記上面および底面がそれぞれ前記基板
    の上面および底面とおおよそ平らになるように固定され
    ている金属円盤；前記第１区域よりも大きい第２区域を
    有し、前記基板のダイ受容区域の中で前記金属円盤の上
    に搭載された半導体ダイ（１２）であって、前記ダイお
    よび金属円盤が熱的に接触している半導体ダイ；前記半
    導体ダイを前記複数の第１導伝性トレースに電気的に結
    合するための手段（２２）；前記基板の前記底面に物理
    的に結合し、前記複数の第２導伝性トレースに電気的に
    結合する複数の半田球（２６）；および前記基板の前記
    底面に物理的に結合し、前記金属円盤に熱的に結合す
    る、少なくとも１つの半田球；から構成されることを特
    徴とするパッド・アレイ半導体素子（３５）。
  4. 【請求項４】 回路基板（１４）の製法であって：上
    面，底面およびダイ受容区域を有する、樹脂を基にした
    基板を供給するステップ；前記基板の前記上面に複数の
    第１導伝性トレース（１８）を形成するステップ；前記
    基板の前記底面に複数の第２導伝性トレース（１８）を
    形成するステップ；前記基板を貫通する複数の導伝路
    （２２）を形成し、前記複数の第１および第２導伝性ト
    レースを電気的に結合するステップ；前記基板を貫通し
    前記導伝路のそれぞれよりも面積の大きい開口部（３
    ０）を前記基板の前記ダイ受容区域に形成するステッ
    プ；少なくともその一部を前記開口部にはめ込むことが
    可能な寸法を有する熱導体（２８）を供給するステッ
    プ；前記熱導体を前記開口部の位置に置くステップ；お
    よび前記熱導体を圧縮し、前記熱導体を変形して前記開
    口部を塞ぎ、前記基板の前記上面および底面と実質的に
    平らとなる形に作り上げ、前記熱導体が前記開口部に圧
    入により固定されるようにするステップ；から構成され
    ることを特徴とする回路基板の製法。
  5. 【請求項５】 パッド・アレイ半導体素子（３５）の
    製法であって：回路基板（１４）を供給するステップで
    あって：上面，底面およびダイ受容区域を有する樹脂を
    基にした回路基板を供給するステップ；前記基板の前記
    ダイ受容区域に基板を貫通する開口部（３０）を形成す
    るステップ；少なくともその一部が前記開口部にはめ込
    むことのできる寸法を有する熱導体（２８）を供給する
    ステップ；前記熱導体を前記開口部の位置に置くステッ
    プ；および前記熱導体を圧縮して前記熱導体を変形さ
    せ、前記開口部を塞ぎ、前記熱導体を前記開口部の中に
    固定し，前記熱導体の変形により前記基板の前記上面お
    よび底面と実質的に平らとなるようにするステップ；か
    ら構成される回路基板を供給すること；半導体ダイ（１
    ２）を供給するステップ；前記半導体ダイを前記基板の
    前記ダイ受容区域の中で前記基板に搭載し、前記圧縮さ
    れた熱導体の上に置くステップ；前記半導体ダイを前記
    回路基板と電気的に結合するステップ；前記半導体ダイ
    および前記基板の前記上面の一部をカプセルで覆うステ
    ップ；ならびに複数のターミナル（２６）を前記基板の
    前記底面に物理的に結合し、前記複数のターミナルの第
    １部分が前記半導体ダイに電気的に結合し、前記複数の
    ターミナルのうちの少なくとも１つのターミナルが前記
    熱導体と電気的および熱的に結合するようにするステッ
    プ；から構成されることを特徴とするパッド・アレイ半
    導体素子の製法。
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