JP4975615B2 - 集積回路装置パッケージ用切り欠きヒート・スラグ - Google Patents

Description

本発明は半導体処理に関する。さらに、特に、この発明は高性能パッケージへのモールド・コンパウンドによる集積回路（ＩＣ）の封入に関する。

電子業界は、半導体技術の発達に頼りながら、より高機能の装置をさらに密集した領域に実現している。多くの用途において、より高機能の装置を実現するには、単一シリコンウエハ内に多くの電子装置を集積する必要がある。シリコンウエハの所定領域毎の電子装置数が増えるに従い、製造プロセスがより複雑になる。

種々の原理原則による各種用途向けの多くの半導体装置が製造されている。そのようなシリコンによる半導体装置には、ｐチャネルＭＯＳ（ＰＭＯＳ）、ｎチャネルＭＯＳ（ＮＭＯＳ）、そして、相補型ＭＯＳ（ＣＭＯＳ）トランジスタ、バイポーラトランジスタ、ＢｉＣＭＯＳトランジスタのような金属酸化物半導体電界効果型トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）が屡々含まれる。そのようなＭＯＳＦＥＴ装置は導電ゲートとシリコンのような基板との間に絶縁材料を含み、従って、これら装置は通常ＩＧＦＥＴ（絶縁ゲートとシリコンのような基板との間に絶縁材料を含み、従って、これら装置は通常ＩＧＦＥＴ（絶縁ゲートＦＥＴ）と呼ばれる。

これら半導体装置の各々は、通常、多くの活性装置が形成されている半導体基板を含む。ある活性装置の特定構造は装置の種類により変わりうる。例えば、ＭＯＳトランジスタでは、活性装置は、通常、ソース及びドレイン領域とこれら領域間の電流を変えるゲート領域とを含む。

さらに、そのような装置は、例えば、ＣＭＯＳ、ＢｉＣＭＯＳ、バイポーラ等の多くのウエハ製造プロセスにより製造されるデジタル又はアナログ装置を含むこともある。基板は、超小型電子回路を形成するのに適する、シリコン、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、その他の基板でもよい。

“Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐａｃｋａｇｅ Ｈａｖｉｎｇ ａｎ Ｅｘｐｏｓｅｄ Ｈｅａｔ Ｓｐｒｅａｄｅｒ”という名称のＨｕａｎｇらの米国特許６，５５２，４２８Ｂ１は半導体パッケージに関し、そして、特に、熱拡散を効果的に行うための熱拡散手段を有するボール・グリッド・アレー（ＢＧＡ）に関する。

“Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ Ｆｌｉｐ−Ｃｈｉｐ ＩＣ Ｐａｃｋａｇｅｓ ｗｉｔｈ Ｈｅａｔ Ｓｐｒｅａｄｅｒｓ ｉｎ Ｓｔｒｉｐ Ｆｏｒｍａｔ”という名称のＬｉｂｒｅｓの米国特許６，４３２，７４９Ｂ１は、一般的に、プラスティックに封入された集積回路を製造する方法に関し、そして、特に、熱拡散手段を有するフリップチップ装置に関する。

“Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ Ｅｎｈａｎｃｅｄ ＢＧＡ Ｐａｃｋａｇｅ”という名称のＴａｏらの米国特許６，１９１，３６０Ｂ１は、一般的に、封入されたＢＧＡに関し、そして、特に、チップと共に封入された熱伝導部材を有するフリップチップ・パッケージングに関する。この引例並びに上記各引例はこの引用によりその全体がこの開示に組み込まれる。

ある技術においては、ＩＣ製造の重要な点は完成されたダイのパッケージング並びに十分な冷却にある。あるパッケージ・タイプ、例えば、高性能ボール・グリッド・アレー（ＨＢＧＡ）では、これらのパッケージは大電力用途用に設計される。大電力を消費するには活性ＩＣ装置を十分に冷却する必要がある。冷却が不十分だと信頼性が低下することになる。ヒート・スラグを用いることにより冷却が行える。ヒート・スラグはＩＣ装置上部に置かれ、パッケージ基板に固定される。そして、装置ダイとヒート・スラグとの間にモールド・コンパウンドが充填される。モールド・コンパウンドが装置ダイを封入し、ヒート・スラグのパッケージ基板への付着を助長する。

モールド・プロセスの間に、ストレスがヒート・スラグ並びにヒート・スラグとパッケージ基板との付着部分に加わり、亀裂が生じることがある。この亀裂により、装置封入又はシールがダメージを受け又は悪化し、それに応じて外部不純物がＩＣ装置内部に侵入して、装置のボンディングパッドからＨＢＧＡのパッド・ランドへの電気的接続が絶たれることがある。そのような破損により歩留まりが低下しコストが上昇することになる。このような欠点を解消すべくヒート・スラグが必要となる。

実施形態の一例では、半導体パッケージ構造が基板を備える。この基板が導電トレースを有し、トレースがパッド・ランドを有する。集積回路装置ＩＣが基板上に搭載される。ＩＣがボンド・パッドと、トレースに接続されたパッド・ランドにＩＣボンド・パッドを接続する複数の導電ワイヤとを有する。所定高さを有するヒート・スラグが基板表面に配置される。ヒート・スラグは複数の固定脚部を含む。固定脚部がヒート・スラグを基板に対して機械的に取り付ける。ヒート・スラグは、さらに、ＩＣ装置を収容する空洞と、ＩＣ装置を取り囲む複数の第一寸法の開口と、第一寸法開口より大きい第二寸法の開口とを含む。第二寸法の開口がモールド・コンパウンドのヒート・スラグの空洞内への導入を促す。

実施形態の他の例では、集積回路ダイ（ＩＣ）を基板にボンディングする方法がある。この方法はＩＣを基板上に載置することを含む。ＩＣを基板上に載置した後、ＩＣが取り付けられる。ＩＣが基板にワイヤ・ボンディングされる。ＩＣ上方にヒート・スラグが配置され、ヒート・スラグが基板に取り付けられる。ヒート・スラグは、基板に対して機械的に取り付けるための複数の固定脚部と、ＩＣ装置を収容する空洞と、ＩＣ装置を取り囲む複数の第一寸法の開口と、第一寸法開口より大きい第二寸法の開口とを含む。第二寸法の開口がモールド・コンパウンドのヒート・スラグの空洞内への導入を促す。ヒート・スラグが基板に取り付けられた後、モールド・コンパウンドがヒート・スラグの第二寸法開口内に注入される。

上記本発明の概要は、本発明の各開示された実施形態又はすべてのアスペクトを表すものではない。他のアスペクト並びに実施形態の例が図面と以下の詳細な記載とによりもたらされる。

本発明は、添付図面と共に以下に詳細に記載された本発明の様々な実施形態を考慮することによりさらに完全に理解されるであろう。

本発明は、ＨＢＧＡパッケージへのＩＣ装置のパッケージングに伴う問題を解消するのに有効なものとして見いだされた。ある基板例では、開口１１５からモールド・コンパウンドが充填される際に、従来のヒート・スラグ（図１Ａ参照）が非常に大きなストレスを受けることがある。（モールド１４０により導かれた）モールド・コンパウンドを充填する圧力により、ヒート・スラグ１２０の一つ又はそれ以上の固定脚部１１０が基板１００を剥がしてしまうことがある。プロセスの一例では、これら固定脚部１１０は基板１００上に接着される。

図１Ｂに示されるように、（モールド１４０により導かれた）モールド・コンパウンド１５が、ポート１１５を介して、ヒート・スラグ１２０により覆われたＩＣ装置１３０に適切に行き渡らないことがある。基板１００上にはランド１５０があり、ここから、モールド・コンパウンドがヒート・スラグ１２０そしてモールド１４０に流れ始める。一つ又は複数のボンド・ワイヤへのストレスによりモールド・コンパウンド１５が不適切に流れることがある。このプロセスの後工程でソルダー・ボールが固定されると、これらのストレス自体が、固定脚部１１０又はボンド・ワイヤ１２５の破壊となって現れることがある。あるプロセスの例では、ＳＡＣ４０５（ＳｎＡｇ４．０、Ｃｕ０．５）により成るリードフリーのソルダー・ボールを用いることにより、リードを基にした性質を有する従来のソルダー・ボールより固定温度が高くなる。

図２Ａを参照する。本発明の実施形態の一例では、高性能ボール・グリッド・アレー（ＨＢＧＡ）基板２００がその上に固定されたヒート・スラグを有する。単一のワイヤ・ボンド２２５が見られる。ＨＢＧＡのリード数は一例では３８８本ある。勿論、これらの数は搭載されるＩＣ装置に応じて増加することもある。しかし、他の例では、ＨＢＧＡはパッケージされたＩＣ装置への電気的接続をもたらす１０００又はそれ以上にもなるボンド・ワイヤを有するものもある。三つの固定脚部２１０がある。一つの固定脚部２１０には切り欠き２５５が設けられている。脚部２１０下部の基板２００内の対応する貫通孔によりヒート・スラグ２００のための取り付け位置が決められても良い。基板２００上にはランド２５０があり、ここから、モールド・コンパウンドがヒート・スラグ２２０そしてモールド２４０に流れ始める。図２Ｂを参照する。この切り欠き２５５により、（モールド２４０により導かれた）モールド・コンパウンド２５が、三つのポート２１５を介して、ヒート・スラグ２２０により覆われたＩＣ装置２３０により行き渡りやすくなる。ボンド・ワイヤ２２５及びＩＣ装置２３０にかかるストレスが低下する。ボンド・ワイヤ２２５がボンド・パッド２４５においてＩＣ２３０をパッド・ランド２６５に接続する。基板２００内の導電トレース２３５を通じてパッド・ランド２６５がボール・グリッド・アレーのボール２０５に接続され、ＩＣから基板２００外部への電気的接続をもたらす。

実施形態の他の例では、ヒート・スラグの切り欠き近傍にさらなる固定脚部が含まれてもよい。図２Ｃを参照する。ヒート・スラグ２２０の切り欠き近傍の固定脚部２７０によって、さらにヒート・スラグ２２０が基板２００に取り付けられても良い。基板２００上において、ヒート・スラグ２２０が取り付けられるように、固定脚部２１０，２７０下部の対応位置が決められても良い。

実施形態の他の例では、切り欠き２５５（図２Ａ）と対向するさらなる切り欠きを含んでも良い。そのような形態は封入中のモールド・コンパウンドの流れをさらに促進する。

図３はプロセスの一例を示し、ここでは、図２Ａ，２Ｂに見られる実施形態の例が用いられてもよい。基板３１０上に集積回路ダイが載置される。パッケージングに適するプロセスにより集積回路ダイが基板３２０上に取り付けられる。集積回路ダイは基板３３０にワイヤ・ボンディングされる。本発明の実施形態によるヒートスラグが基板３４０に取り付けられる。ヒート・スラグ上に置かれたモールドを介して、ヒート・スラグ３５０内の貫通孔にモールド・コンパウンドが注入される。モールド・コンパウンドがヒート・スラグを取り囲み、ヒート・スラグにより形成された空洞内において、ワイヤ・ボンディングされたダイが封入される。

幾つかの特定の実施形態の例を用いて本発明が説明されたが、特許請求の範囲に規定された本発明の精神並びに範囲から逸脱せずに様々な変更がなされることが当業者には明らかとなる。

（従来技術）従来のヒート・スラグの上面を示す図である。 図１Ａのヒート・スラグの断面図である。 本発明によるヒート・スラグの実施形態の上面を示す図である。 図２Ａのヒート・スラグの断面図である。 図２Ａのヒート・スラグと類似であるが、さらなる固定脚部を有するヒート・スラグの例を示す図である。 ヒート・スラグを有するＩＣのパッケージング・プロセスの例を示す図である。

Claims (3)

1. 複数のパッド・ランドを有する複数の導電トレースを有する基板と、
   前記基板上に固定され、複数のボンド・パッドを有する集積回路装置（ＩＣ装置）と、
   前記複数の導電トレースに接続された前記複数のパッド・ランドと前記複数のボンド・パッドとを接続する複数の導電ワイヤと、
   前記基板の表面上の所定高さを有するヒート・スラグであって、底部と上部とを備え、前記底部は前記ヒート・スラグを前記基板に対して機械的に取り付けるための複数の固定脚部を含み、前記上部は前記ＩＣ装置を収容する空洞を含む、ヒート・スラグと、
   前記ヒート・スラグに設けられ、前記ＩＣ装置を取り囲む複数の第一寸法の開口と、
   前記ヒート・スラグに設けられ、前記第一寸法の開口より大きく、モールド・コンパウンドの前記ヒート・スラグの前記空洞内への導入を促す第二寸法の開口と、
   を備え、
   前記第二寸法の開口は、前記複数の第一寸法の開口よりも、前記基板上のランドに近く、前記ランドは、前記モールド・コンパウンドの前記ヒート・スラグの前記空洞内への導入の間に、前記ヒート・スラグの前記空洞内へ前記モールド・コンパウンドを流れ始めさせるものである、
   半導体パッケージ構造。
2. 複数のパッド・ランドを有する複数の導電トレースを有する基板と、
   前記基板上に固定され、複数のボンド・パッドを有する集積回路装置（ＩＣ装置）と、
   前記複数の導電トレースに接続された前記複数パッド・ランドと前記複数のボンド・パッドとを接続する複数の導電ワイヤと、
   前記基板の表面上の所定高さを有するヒート・スラグであって、底部と上部とを備え、前記底部は前記ヒート・スラグを前記基板に対して機械的に取り付けるための複数の固定脚部を含み、前記複数の固定脚部は、前記第二寸法の開口の近傍に複数の固定脚部を含み、前記上部は前記ＩＣ装置を収容する空洞を含む、ヒート・スラグと、
   前記ヒート・スラグに設けられ、前記ＩＣ装置を取り囲む複数の第一寸法の開口と、
   前記ヒート・スラグに設けられ、前記第一寸法の開口より大きく、モールド・コンパウンドの前記ヒート・スラグの前記空洞内への導入を促す第二寸法の開口と、
   を有し、
   前記第二寸法の開口は、前記複数の第一寸法の開口よりも、前記基板上のランドに近く、前記ランドは、前記モールド・コンパウンドの前記ヒート・スラグの前記空洞内への導入の間に、前記ヒート・スラグの前記空洞内へ前記モールド・コンパウンドを流れ始めさせるものである、
   基板における積回路装置が固定される側とは反対側に複数の外部接続用のボールが設けられた、高性能ボール・グリッド・アレー（ＨＢＧＡ）パッケージ構造。
3. 集積回路装置（ＩＣ装置）を基板にボンディングする方法であって、
   前記ＩＣ装置を前記基板上に載置し、
   前記ＩＣ装置を前記基板に取り付け、
   前記ＩＣ装置と前記基板をワイヤ・ボンディングし、
   前記ＩＣ装置の上方にヒート・スラグを配置し、該ヒート・スラグを前記基板に取り付け、
   前記ヒート・スラグは、底部と上部とを備え、
   前記底部は前記ヒート・スラグを前記基板に対して機械的に取り付けるための複数の固定脚部を含み、
   前記上部は前記ＩＣ装置を収容する空洞を含み、
   前記ヒート・スラグは、前記ＩＣ装置を取り囲む複数の第一寸法の開口と、前記第一寸法の開口より大きく、モールド・コンパウンドの前記ヒート・スラグの前記空洞内への導入を促す第二の寸法の開口と、を有するものであり、
   前記ヒート・スラグの前記第二寸法の開口にモールド・コンパウンドを注入し、前記第二寸法の開口は、前記複数の第一寸法の開口よりも、前記基板上のランドに近く、前記ランドにより、前記モールド・コンパウンドの前記ヒート・スラグの前記空洞内への導入の間に、前記ヒート・スラグの空洞内へ前記モールド・コンパウンドを流れ始めさせる、
   方法。

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