特開 2019-71412 チップパッケージ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2019-71412(P2019-71412A)

(43)【公開日】2019年5月9日

(54)【発明の名称】チップパッケージ

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/50 20060101AFI20190412BHJP

   H01L 23/29 20060101ALI20190412BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/50 F

   H01L23/36 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2018-186907(P2018-186907)

(22)【出願日】2018年10月1日

(31)【優先権主張番号】62/568,803

(32)【優先日】2017年10月6日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】106146106

(32)【優先日】2017年12月27日

(33)【優先権主張国】TW

(71)【出願人】

【識別番号】390023582

【氏名又は名称】財團法人工業技術研究院

【氏名又は名称原語表記】ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100134577

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 雅章

(72)【発明者】

【氏名】高 國書

(72)【発明者】

【氏名】張 道智

(72)【発明者】

【氏名】陳 文志

(72)【発明者】

【氏名】余 泰君

(72)【発明者】

【氏名】邱 柏凱

(72)【発明者】

【氏名】林 ▲彦▼廷

(72)【発明者】

【氏名】韓 偉國

【テーマコード（参考）】

5F067

5F136

【Ｆターム（参考）】

5F067AA03

5F067BE06

5F067CA02

5F136BC06

5F136DA07

(57)【要約】      （修正有）

【課題】リードフレームと、第１チップと、放熱構体と、絶縁カプセル体と、を備えるチップパッケージを提供する。
【解決手段】チップパッケージ１０において、リードフレーム１００は、第１表面１１２及び第１表面１１２とは反対側の第２表面１１４があるチップパッド１１０と、チップパッド１１０に接続したリード１２０とを有する。第１チップ２１０は、チップパッド１１０の第１表面１１２上に配置し、またリードフレーム１００のリード１２０及びリード１２０を介して絶縁カプセル体４００の外部に電気的に接続する。放熱構体３００は、チップパッド１１０の第２表面１１４上に配置し、また第２表面１１４に付着した熱界面材料層３１０を有する。絶縁カプセル体４００は、第１チップ２１０、放熱構体３００及びリードフレーム１００の一部分を封入する。
【選択図】図１Ｂ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

チップパッケージにおいて、
チップパッド及び前記チップパッドに接続したリードを有するリードフレームであって、前記チップパッドは第１表面及び前記第１表面とは反対側の第２表面を有する、該リードフレームと、
前記チップパッドの前記第１表面上に配置し、また前記リードフレームの前記リードに電気的に接続された第１チップと、
前記チップパッドの前記第２表面に配置され、前記チップパッドの前記第２表面に付着した熱界面材料層を備える放熱構体であって、前記熱界面材料層は１００μｍ〜３００μｍの間における厚さを有する、該放熱構体と、並びに
前記第１チップ、前記放熱構体、及び前記リードフレームの一部分を封入する絶縁カプセル体であって、前記第１チップは前記リードを介して前記絶縁カプセル体の外部に電気的に接続される、該絶縁カプセル体と
を備える、チップパッケージ。

【請求項2】

チップパッケージにおいて、
第１表面及び前記第１表面とは反対側の第２表面を有しかつリードを有するリードフレームと、
前記リードフレームの前記第１表面上に配置され、かつ前記リードフレームに電気的に接続されたチップと、
前記リードフレームの前記第２表面上に配置された放熱積層構体であって、
前記チップに対面する側の頂面を有する第１熱界面材料層、及び
前記リードフレームと前記第１熱界面材料層との間に配置されかつ第１熱界面材料層の前記頂面をカバーする第２熱界面材料層
を有し、前記第２熱界面材料層は、前記リードフレームの前記第２表面に連結される頂面及び前記頂面とは反対側の底面を有し、前記第１熱界面材料層における前記頂面の面積は、前記第２熱界面材料層における前記底面の面積に等しくかつ前記第２熱界面材料層における前記頂面の面積より大きい、該放熱積層構体と、並びに
前記チップ、前記放熱積層構体、及び前記リードフレームを封入する絶縁カプセル体であって、前記リードフレームの前記リードは前記絶縁カプセル体内から突出する、該絶縁カプセル体と
を備える、チップパッケージ。

【請求項3】

チップパッケージにおいて、
チップと、
前記チップを担持しかつ前記チップに電気的に接続されるチップキャリヤと、
前記チップキャリヤの前記チップを担持する側の側面とは反対側の側面に配置される放熱積層構体であって、
第１熱界面材料層、
前記第１熱界面材料層上に積層される第２熱界面材料層、及び
前記第２熱界面材料層上に積層され、かつ前記チップキャリヤと前記第２熱界面材料層との間に配置される第３熱界面材料層であり、前記第２熱界面材料層の材料は、前記第１熱界面材料層の材料及び前記第３熱界面材料層の材料とは異なる、該第３熱界面材料層
を有する、該放熱積層構体と、並びに
前記チップ、前記放熱積層構体、及び前記チップキャリヤを封入する絶縁カプセル体であって、前記前記チップキャリヤの一部分を露出させる、該絶縁カプセル体と
を備える、チップパッケージ。

【請求項4】

チップパッケージにおいて、
放熱デバイスと、
前記放熱デバイス上に配置され、１００μｍ〜３００μｍの間における厚さを有する熱界面材料層と、
前記熱界面材料層上に配置されたパターン形成回路層であって、前記熱界面材料層は前記パターン形成回路層と前記放熱デバイスとの間に配置されている、該パターン形成回路層と、
前記パターン形成回路層上に配置されかつ前記パターン形成回路層に電気的に接続されているチップと、並びに
前記チップ、前記パターン形成回路層、及び前記熱界面材料層を封入する絶縁カプセル体と
を備える、チップパッケージ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パッケージ構体、及びより具体的にはチップパッケージに関する。

【背景技術】

【0002】

伝統的周波数の電気機器におけるコンプレッサ又はモータの制御システムの駆動システムチップ及び電源モジュールチップの多くは、分離型デバイスを使用して封入し、次に単一パッケージデバイスをシステムボード上で組み立てている。電源デバイスの電力密度を向上させ、かつ低コスト要望を達成するため、複数個の半導体デバイスが１つのパッケージ構体内で組み合わせられ、これにより小さい体積を有するパッケージ構体で高出力電力を供給して電力密度を向上させるよう、統合型又はインテリジェントな電源モジュール（ＩＰＭ）が徐々に開発されてきた。このような統合型電源モジュールにとっては、電源モジュールの放熱特性が極めて重要である。

【0003】

現行の統合型電源モジュールの多くは、絶縁及び放熱の経路のためにダイレクトボンド銅（ＤＢＣ）セラミック基板又はダイレクトめっき銅（ＤＰＣ）セラミック基板を採用している。しかし、ＤＢＣ／ＤＰＣ基板におけるセラミック材料の厚さは約０.３８５ｍｍ〜０.６３５ｍｍであり、また電源モジュールの熱抵抗は大きな厚さに起因して効果的に減らすことはできず、したがって、電源モジュールの放熱性能が影響を受ける。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、チップ及び放熱構体をそれぞれリードフレームのチップパッドにおける２つの対向する両側の表面に配置するチップパッケージを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、リードフレーム、第１チップ、放熱構体、及び絶縁カプセル体を備えているチップパッケージを提供する。リードフレームはチップパッド及び前記チップパッドに接続したリードを有し、また前記チップパッドは第１表面及び前記第１表面とは反対側の第２表面を有する。前記第１チップは、前記チップパッドの前記第１表面上に配置し、また前記リードフレームの前記リードに電気的に接続されている。前記放熱構体は、前記チップパッドの前記第２表面に配置され、また前記チップパッドの前記第２表面に付着した熱界面材料層を備える。前記熱界面材料層は、３Ｗ／ｍＫ〜１５Ｗ／ｍＫの間における熱伝導率、及び１００μｍ〜３００μｍの間における厚さを有する。前記絶縁カプセル体は、前記第１チップ、前記放熱構体、及び前記リードフレームの一部分を封入し、また前記リードフレームの前記リードを露出させる。前記第１チップは前記リードを介して前記絶縁カプセル体の外部に電気的に接続される。

【0006】

本発明は、リードフレーム、チップ、放熱積層構体、及び絶縁カプセル体を備えているチップパッケージを提供する。前記リードフレームは第１表面及び前記第１表面とは反対側の第２表面を有する。前記リードフレームはリードを有する。前記チップは、前記リードフレームの前記第１表面上に配置され、かつ前記リードフレームに電気的に接続される。前記放熱積層構体は前記リードフレームの前記第２表面上に配置される。前記放熱積層構体は第１熱界面材料層及び第２熱界面材料層を有する。前記第１熱界面材料層は前記チップに対面する側の頂面を有する。前記第２熱界面材料層は、前記リードフレームと前記第１熱界面材料層との間に配置されかつ第１熱界面材料層の前記頂面をカバーする。前記第２熱界面材料層は、前記リードフレームの前記第２表面に連結される頂面及び前記頂面とは反対側の底面を有する。前記第１熱界面材料層における前記頂面の面積は、前記第２熱界面材料層における前記底面の面積に等しくかつ前記第２熱界面材料層における前記頂面の面積より大きい。前記絶縁カプセル体は前記チップ、前記放熱積層構体、及び前記リードフレームを封入し、また前記リードフレームの前記リードは前記絶縁カプセル体内から突出する。

【0007】

本発明は、チップ、チップキャリヤ、放熱積層構体、及び絶縁カプセル体を備えているチップパッケージを提供する。前記チップキャリヤは、前記チップを担持しかつ前記チップに電気的に接続される。前記放熱積層構体は、前記チップキャリヤの前記チップを担持する側の側面とは反対側の側面に配置される。前記放熱積層構体は、第１熱界面材料層、第２熱界面材料層、及び第３熱界面材料層を有する。前記第２熱界面材料層は前記第１熱界面材料層上に積層される。前記第３熱界面材料層は、前記第２熱界面材料層上に積層され、かつ前記チップキャリヤと前記第２熱界面材料層との間に配置される。前記第２熱界面材料層の材料は、前記第１熱界面材料層の材料及び前記第３熱界面材料層の材料とは異なる。前記絶縁カプセル体は、前記チップ、前記放熱積層構体、及び前記チップキャリヤを封入し、かつ前記前記チップキャリヤの一部分を露出させる。

【0008】

本発明は、放熱デバイス、熱界面材料層、パターン形成回路層、チップ、及び絶縁カプセル体を備えているチップパッケージを提供する。前記熱界面材料層は前記放熱デバイス上に配置される。前記熱界面材料層は、３Ｗ／ｍＫ〜１５Ｗ／ｍＫの間における熱伝導率、及び１００μｍ〜３００μｍの間における厚さを有する。前記パターン形成回路層は、前記熱界面材料層上に配置される。前記熱界面材料層は前記パターン形成回路層と前記放熱デバイスとの間に配置される。前記チップは、前記パターン形成回路層上に配置されかつ前記パターン形成回路層に電気的に接続される。前記絶縁カプセル体は、前記チップ、前記パターン形成回路層、及び前記熱界面材料層を封入する。

【発明の効果】

【0009】

上述のことに基づいて、本発明の実施形態においては、リードフレームのチップパッドの両側２つの表面にそれぞれチップ及び放熱構体を配置することによって、チップの動作から発生する熱はリードフレーム及び放熱構体を介して外部に伝導することができる。このような構成によれば、熱伝導距離がより短くなり、また熱伝導率がより高くなり、したがって、チップパッケージの放熱効率が向上する。本発明の実施形態における放熱構体は、熱界面材料の単一層、２重層、又は複数層を有して高い放熱特性を得ることができ、これによりチップの動作中に発生する大量の熱は、熱界面材料を介して迅速に伝導され、また熱伝導率に乏しい絶縁カプセル体経由の伝導なしに外部に放散させることができる。２重の熱界面材料層を有する実施形態においては、第１熱界面材料層及び第２熱界面材料層の界面における接触面の面積が増大することによって、放熱構体の放熱性能が向上する。複数の熱界面材料を有する実施形態において、第１熱界面材料層と第３熱界面材料層との間に配置する第２熱界面材料層は、３つの層のうちで最も高い熱伝導率及び最も大きい厚さを有する。この構成によれば、放熱構体の熱伝導率は増加し、これによりチップの動作中に発生した熱は、チップパッケージ内から効果的に外部に放散することができる。さらに、熱界面材料層内に熱ブロックを配置することによって、放熱構体の熱伝達特性が向上する。さらに、放熱構体は放熱デバイスを有することができ、また熱界面材料を放熱デバイスとチップとの間に配置することによって、チップパッケージの放熱効率が向上する。

【0010】

さらに本発明を詳細に説明するため、幾つかの例示的実施形態を以下に添付図面につき詳細に記載する。

【0011】

添付図面は、よりよく理解してもらうために設けたものであり、本明細書の一部に組み入れ、また一部を構成するものである。図面は、例示的実施形態を示すものであり、また明細書の記載とともに本発明の原理を説明するのに提示される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1A】本発明の第１実施形態によるチップパッケージにおけるリードフレーム及びチップの概略的な平面図である。

【図1B】本発明の第１実施形態によるチップパッケージの概略的な断面図である。

【図2】本発明の第２実施形態によるチップパッケージの概略的な断面図である。

【図3】本発明の第３実施形態によるチップパッケージの概略的な断面図である。

【図4】本発明の第４実施形態によるチップパッケージの概略的な断面図である。

【図5】本発明の第５実施形態によるチップパッケージの概略的な断面図である。

【図6】本発明の第６実施形態によるチップパッケージの概略的な断面図である。

【図7】本発明の第７実施形態によるチップパッケージの概略的な断面図である。

【図8】本発明の第８実施形態によるチップパッケージの概略的な断面図である。

【図9】本発明の第９実施形態によるチップパッケージの概略的な断面図である。

【図10】本発明の第１０実施形態によるチップパッケージの概略的な断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

第１実施形態
図１Ａは、本発明の第１実施形態によるチップパッケージにおけるリードフレーム及びチップの概略的な平面図であり、また図１Ｂは、本発明の第１実施形態によるチップパッケージの概略的な断面図である。図１Ａ及び１Ｂにつき説明すると、この実施形態のチップパッケージ１０は、リードフレーム１００と、第１チップ２１０と、放熱構体３００と、及び絶縁カプセル体４００とを備えることができる。図１Ａの概略的平面図においては、リードフレームとチップとの間の構成を示すため、リードフレーム及びチップを封入する絶縁カプセル体を示していない。絶縁カプセル体は、図１Ｂの概略的断面図で示すように構成され、また図１Ｂは、例えば、図１Ａの破線Ａ−Ａに沿う概略的断面図である。リードフレーム１００は、チップパッド１１０と、このチップパッド１１０に接続したリード１２０とを有する。リードフレーム１００の材料としては、アルミニウム、銅、等のような適当な金属材料がある。幾つかの実施形態において、リードフレームとしては、チップキャリヤ、絶縁金属基板、又はパターン形成した回路層があり、またそれらの詳細は後で他の実施形態で説明する。リードフレーム１００のチップパッド１１０は、第１表面１１２と、この第１表面１１２の反対側の第２表面１１４とを有する。第１チップ２１０はチップパッド１１０の第１表面１１２上に配置し、またリードフレーム１００のリード１２０に電気的に接続する。第１チップ２１０は、リード１２０を介して絶縁カプセル体４００の外部に電気的に接続する。リード１２０は、インナーリード１２０ａと、このインナーリード１２０ａに接続する端部を有するアウターリード１２０ｂとを含む。例えば、アウターリード１２０ｂのインナーリード１２０ａに接続しない他方の端部は、絶縁カプセル体４００の厚さ方向に向かってインナーリード１２０ａから離れるよう突出することができる。絶縁カプセル体４００は、リードフレーム１００のチップパッド１１０を封入し、またチップパッド１１０のインナーリード１２０ａに接触し、またアウターリード１２０ｂを露出させる。幾つかの実施形態において、リードフレーム１００は、チップパッド１１０を包囲する複数個のリード１２０を有し、またリード１２０及びチップパッド１１０は異なる高さに位置付ける。換言すれば、リードフレーム１００におけるチップパッド１１０及びリード１２０は、窪んだ形状に配置することができる。

【0014】

幾つかの実施形態において、第１チップ２１０の材料は、ケイ素、炭化ケイ素、窒化ガリウム、等々を含むことができるが、本発明の実施形態においてはこれらに限定するものではない。例えば、第１チップ２１０は、接続材料２１２を介してチップパッド１１０上に備え付けることができる。例えば、接続材料２１２は、はんだ、銀ペースト、銅ペースト、銀接着剤、銅接着剤等の導電性のものとすることができる。第１チップ２１０の動作中、結果として生ずる第１チップ２１０の熱は、接続材料２１２を介してリードフレーム１００及び放熱構体３００に伝達される。幾つかの実施形態において、接続材料２１２としては、有機系のエポキシ基又はエポキシ基を含む絶縁接着物質を有することができる。幾つかの実施形態において、チップパッド１１０の第１表面１１２に溝１１２ａを設け、また第１チップ２１０は、例えば、この溝１１２ａで画定される領域に位置付ける。換言すれば、溝１１２ａは、第１チップ２１０を包囲することができる。幾つかの実施形態において、互いに接続されない複数個の溝１１２ａを、第１チップ２１０周縁に設けて配列することができる。溝１１２ａは、第１チップ２１０をチップパッド１１０に接着するプロセスからの過剰な接着物質を捕集し、接着物質がチップパッド１１０の他の領域を汚染するのを防止できるようにする。

【0015】

図１Ｂに示す断面図では溝１１２ａはＵ字状である。他の実施形態においては、溝１１２ａは、Ｖ字状、矩形溝、又は他の適当な形状とすることができる。他の実施形態において、溝１１２ａはホールピース溝とすることができ、また第１チップ２１０は、例えば、ホールピース溝１１２ａ内に位置付ける。本発明の実施形態は溝１１２ａのサイズは限定しないが、より大きい深さの溝１１２ａはチップパッド１１０の構造的完全性を減少させ得る。したがって、溝１１２ａのサイズは、チップパッケージ１０に加わる応力の程度及びタイプ、並びに他の設計上の要件に従って決定することができる。

【0016】

幾つかの実施形態において、第１チップ２１０は、ワイヤボンディングを介してリードフレーム１００に電気的に接続する。例えば、リード（図１Ａ及び図１Ｂで太い実線で示す）は、アルミニウムワイヤ、銀ワイヤ、銅ワイヤ、アルミニウムバンド、銀バンド、銅バンド、銅パッド等々とすることができる。他の実施形態において、第１チップ２１０は、フリップチップボンディングによりリードフレーム１００に電気的に接続することもできる。幾つかの実施形態において、第１チップ２１０は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、又はダイオードのような電力チップとすることができる。図１Ａ及び図１Ｂに示すチップパッケージ１０は２個の第１チップ２１０を有する。第１チップ２１０の個数は例示的なものであり、第１チップ２１０の個数及び位置は設計要件に基づいて変更することができる。

【0017】

チップパッケージ１０の放熱構体３００は、例えば、チップパッド１１０の第２表面１１４上に配置する。放熱構体３００は熱界面材料（ＴＩＭ）層３１０を有する。幾つかの実施形態において、熱界面材料層３１０はチップパッド１１０の第２表面１１４上に取り付けて、第１チップ２１０の動作から発生した熱を外部に放散できるようにする。幾つかの実施形態において、熱界面材料層３１０の幅はチップパッド１１０の幅よりも大きくすることができる。他の実施形態において、熱界面材料層３１０の幅は、チップパッド１１０の幅に等しいか又はそれよりも小さいものとすることができる。例えば、熱界面材料層３１０の厚さは１００μｍ〜３００μｍとすることができる。熱界面材料層３１０は、低熱抵抗、高熱伝導率、及び高電気抵抗の材料特性を有する。例えば、熱界面材料層３１０の材料としては、ケイ素、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、又は他の適当な材料があり得る。幾つかの実施形態において、熱界面材料層３１０の熱伝導率は３Ｗ／ｍＫ〜１５Ｗ／ｍＫである。

【0018】

幾つかの実施形態において、放熱構体３００は、さらに放熱デバイス３２０を有する。この放熱デバイス３２０は絶縁カプセル体４００内に封入することができる。熱界面材料層３１０は、放熱デバイス３２０とチップパッド１１０との間に配置して、チップパッド１１０と放熱デバイス３２０との間のボンディングギャップを填隙し、チップパッド１１０と放熱デバイス３２０との間の放熱面積を拡大できるようにし、これにより放熱デバイス３２０の機能を十分に引き出すことができる。放熱デバイス３２０の材料としては、アルミニウム、銅、又は他の適当な金属材料又はセラミック材料があり得る。幾つかの実施形態において、放熱デバイス３２０の熱伝導率は、熱界面材料層３１０の熱伝導率及び絶縁カプセル体４００の熱伝導率よりも高い。例えば、放熱デバイス３２０はヒートシンクを有することができる。放熱デバイス３２０の材料の熱伝導率及び熱拡散率が高ければ高いほど、放熱デバイス３２０の放熱効率がよくなる。熱伝導率に乏しい材料は、第１チップ２１０から放熱デバイス３２０への熱伝導経路には使用しない。したがって、第１チップ２１０と放熱デバイス３２０との間の熱抵抗は低く、これによりチップパッケージ１０は高い放熱効率を有する。

【0019】

幾つかの実施形態において、随意的に熱ブロック３３０を熱界面材料層３１０内に配置することができる。例えば、熱ブロック３３０は、高い熱伝導率を有する材料、例えば、放熱構体３００の放熱性能を向上させる金属、セラミック、又は他の適当な材料を含むことができる。幾つかの実施形態において、熱ブロック３３０の形状としては、例えば、円形、円筒形、方形カラム等があるが、本発明の実施形態はこれらに限定するものではない。他の実施形態においては、熱ブロック３３０は熱界面材料層３１０から省くことができ、したがって、熱ブロック３３０は図面において破線で示す。

【0020】

絶縁カプセル体４００は第１チップ２１０、放熱構体３００、及びチップパッド１１０、並びにリードフレーム１００のインナーリード１２０ａを封入し、またアウターリード１２０ｂは絶縁カプセル体４００の外部に露出する。したがって、チップパッケージ１０は、アウターリード１２０ｂを介して他の電子デバイスに電気的に接続することができる。絶縁カプセル体４００の材料には、エポキシ樹脂等のような絶縁材料があり得る。図１Ａ及び図１Ｂに示すチップパッケージ１０は、さらに、第２チップ２２０を備える。第２チップ２２０は、リードフレーム１００のインナーリード１２０ａ上に位置付け、また絶縁カプセル体４００内に封入する。換言すれば、第１チップ２１０の高さは、第２チップ２２０の高さと放熱構体３００の高さとの間にある。第２チップ２２０は接続材料２２２を介してリードフレーム１００上に備え付け、また接続材料２２２は接続材料２１２と同一又は類似のものとすることができるが、本発明の実施形態はこれらに限定するものではない。

【0021】

第２チップ２２０はリードフレーム１００を介して第１チップ２１０に電気的に接続することができる。幾つかの実施形態において、第２チップ２２０の機能は第１チップ２１０の機能とは異なるものとすることができる。例えば、第２チップ２２０は、第１チップ２１０の動作を駆動するドライバチップである。他の実施形態において、第２チップ２２０は、導電ワイヤを介して第１チップ２１０に電気的に接続して、第１チップ２１０の動作を制御する制御チップとすることができる。幾つかの実施形態において、第２チップ２２０は、ワイヤボンディング処理で導電ワイヤを形成することによってインナーリード１２０ａ電気的に接続することができる。他の実施形態において、第２チップ２２０は、フリップチップ処理でリードフレーム１００に電気的に接続することができる。チップパッケージ１０内で第１チップ２１０を第２チップ２２０と組み合わせることによって小さい体積の統合型電源モジュールが形成される。

【0022】

この実施形態において、第１チップ２１０の動作中に発生した熱は、チップパッド１１０の第２表面１１４上に配置した放熱構体３００によって形成される熱伝導経路を介してチップパッケージ１０の外部に迅速に伝導して消散させることができる。統合型電源モジュール内の放熱経路として使用することができる従来型のダイレクトボンド銅（ＤＢＣ）セラミック基板及びダイレクトめっき銅（ＤＰＣ）セラミック基板と比較すると、本発明のチップパッケージ１０は、簡単な処理及び低減された製造コストという利点を有し、また放熱経路として放熱構体３００を使用することによって熱抵抗が３０％又はそれ以上にも向上する。

【0023】

第２実施形態
図２は本発明の第２実施形態によるチップパッケージの概略的な断面図である。図２につき説明すると、この実施形態のチップパッケージ２０は第１実施形態のチップパッケージ１０に類似し、また同一又は類似の参照符号は同一又は類似のコンポーネントを表し、またしたがって、図１Ａ及び図１Ｂにおけるコンポーネントはここでは繰り返して説明しない。この実施形態におけるチップパッケージ２０と第１実施形態におけるチップパッケージ１０との相違は、チップパッケージ２０がプリント回路板（ＰＣＢ）５００を備える点である。例えば、ＰＣＢ５００は、リードフレーム１００のチップパッド１１０とリード１２０のインナーリード１２０ａとの間に位置付ける。ＰＣＢ５００は、接続材料５１０を介してインナーリード１２０ａに接続し、またチップパッド１１０から空間的に離間させることができる。例えば、ＰＣＢ５００の正射影面積及びチップパッド１１０の正射影面積は互いにオーバーラップしない。ＰＣＢ５００の正射影面積は放熱構体３００の正射影面積と部分的にオーバーラップすることができる。幾つかの実施形態において、接続材料５１０としては、はんだ材料又は他の適当な材料があり得る。ＰＣＢ５００上に形成した接続材料５１０ははんだ接合部と称することもできる。

【0024】

幾つかの実施形態において、第２チップ２２０は、例えばＰＣＢ５００上に配置し、またワイヤボンディング処理によりＰＣＢ５００に電気的に接続することができる。ＰＣＢ５００の高レイアウト密度は、第２チップ２２０（ドライバチップ又は制御チップ）をＰＣＢ５００上に配置するよう導電性である。幾つかの実施形態において、ＰＣＢ５００の材料は断熱材料を含み、熱が第２チップ２２０から伝導され、また第２チップ２２０にダメージを与えるのをブロックすることができる。導電ワイヤを第１チップ２１０とＰＣＢ５００との間に形成して、第１チップ２１０及び第２チップ２２０を電気的に接続することもできる。他の実施形態において、第２チップ２２０は、フリップチップ処理によりＰＣＢ５００に電気的に接続することができる。例えば、第２チップ２２０及び接続材料５１０はＰＣＢ５００の同一表面上に配置することができる。

【0025】

第３実施形態
図３は本発明の第３実施形態によるチップパッケージの概略的な断面図である。図３につき説明すると、この実施形態のチップパッケージ３０は第１実施形態のチップパッケージ１０に類似し、また同一又は類似の参照符号は同一又は類似のコンポーネントを表し、またしたがって、図１Ａ及び図１Ｂにおけるコンポーネントはここでは繰り返して説明しない。この実施形態におけるチップパッケージ３０と第１実施形態におけるチップパッケージ１０との相違は、この実施形態のチップパッケージ３０が第１リードフレーム６１０及びこの第１リードフレーム６１０に接続された第２リードフレーム６２０を備える点である。例えば、第１チップ２１０及び第２チップ２２０は双方ともに第１リードフレーム６１０の第１表面６１２上に配置し、また第１チップ２１０及び第２チップ２２０が配置される領域は、第１リードフレーム６１０のチップパッドと見なすことができる。放熱構体３００は第１表面６１２とは反対側の第２表面６１４に配置する。熱界面材料層３１０は第２表面６１４に直接接触させることができる。幾つかの実施形態において、放熱構体３００の端縁は第１リードフレーム６１０の端縁に整列することができる。

【0026】

第２リードフレーム６２０は、接続材料６３０を介して第１リードフレーム６１０の第１表面６１２上に備え付けることができる。接続材料６３０としては、はんだ材料又は他の適当な材料があり得る。例えば、第１チップ２１０及び第２チップ２２０は双方ともに第１リードフレーム６１０の第１表面６１２の中央領域に配置し、また第２リードフレーム６２０は第１リードフレーム６１０の第１表面６１２上に設けることができる。溝６１２ａを第１リードフレーム６１０の第１表面６１２上に設ける。溝６１２ａは第１実施形態における溝１１２ａに類似するものとすることができ、したがって、ここでは説明を繰り返さない。幾つかの実施形態において、第２チップ２２０は、やはり図３に示す溝６１２ａによって画定される領域に配置することができる。

【0027】

第４実施形態
図４は本発明の第４実施形態によるチップパッケージの概略的な断面図である。図４につき説明すると、この実施形態のチップパッケージ４０は第１実施形態のチップパッケージ１０に類似し、また同一又は類似の参照符号は同一又は類似のコンポーネントを表し、またしたがって、図１Ａ及び図１Ｂにおけるコンポーネントはここでは繰り返して説明しない。この実施形態におけるチップパッケージ４０と第１実施形態におけるチップパッケージ１０との相違は、チップパッケージ４０の放熱積層構体７００が第１熱界面材料層７１０及び第２熱界面材料層７２０のような2重の熱界面材料層を有する点である。第２熱界面材料層７２０はリードフレーム１００のチップパッド１１０と第１熱界面材料層７１０との間に配置する。

【0028】

第１熱界面材料層７１０及び第２熱界面材料層７２０は、それぞれ第１チップ２１０に対面する側の頂面７１０ａ及び７２０ａと、頂面７１０ａ及び７２０ａとは反対側の底面７１０ｂ及び７２０ｂを有する。第２熱界面材料層７２０は第１熱界面材料層７１０の頂面７１０ａをカバーする。例えば、第２熱界面材料層７２０の頂面７２０ａはチップパッド１１０の第２表面１１４に接続し、また第２熱界面材料層７２０の底面７２０ｂは第１熱界面材料層７１０の頂面７１０ａに連結する。第２熱界面材料層７２０の頂面７２０ａの面積はチップパッド１１０の底面の面積よりも大きくすることができる。

【0029】

幾つかの実施形態において、第１熱界面材料層７１０の頂面７１０ａの面積は第２熱界面材料層７２０の頂面７２０ａの面積よりも大きい。図４の断面において、第１熱界面材料層７１０及び第２熱界面材料層７２０の構造は互いに対応する凹凸形状である。したがって、第１熱界面材料層７１０の頂面７１０ａの面積は、第２熱界面材料層７２０の底面７２０ｂの面積に等しい。他の実施形態において、断面は、例えば、対応する鋸歯状形状、波形形状、円錐状の交差形状等である。上述の構成により、第１熱界面材料層７１０及び第２熱界面材料層７２０の界面における接触面の面積は増大し、これにより放熱構体７００の放熱性能は向上する。

【0030】

幾つかの実施形態において、第１熱界面材料層７１０の厚さは、第２熱界面材料層７２０の厚さよりも大きい。上述の厚さは、例えば最大厚さ又は平均厚さである。幾つかの実施形態において、第１熱界面材料層７１０の体積は第２熱界面材料層７２０の体積よりも大きい。例えば、第１熱界面材料層７１０の端縁は第２熱界面材料層７２０の端縁に整列させることができる。換言すれば、第１熱界面材料層７１０の正射影面積は第２熱界面材料層７２０の正射影面積と完全にオーバーラップする。他の実施形態において、第２熱界面材料層７２０の正射影面積は、第１熱界面材料層７１０の正射影面積よりも小さくし、また第１熱界面材料層７１０の正射影面積内に位置付けられるものとすることができる。

【0031】

第１熱界面材料層７１０及び第２熱界面材料層７２０の材料は、第１実施形態における熱界面材料層３１０の材料と類似したものとすることができる。幾つかの実施形態において、第１熱界面材料層７１０の材料は、第２熱界面材料層７２０の材料とは異なるものとすることができる。換言すれば、材料特性（絶縁性、熱伝導性等）の点で第１熱界面材料層７１０は第２熱界面材料層７２０とは異なる。例えば、第１熱界面材料層７１０の熱伝導率は第２熱界面材料層７２０の熱伝導率よりも大きいものとすることができる。第１熱界面材料層７１０の熱伝導率は、例えば、３Ｗ／ｍＫ〜１５Ｗ／ｍＫであり、第２熱界面材料層７２０の熱伝導率は例えば、１Ｗ／ｍＫ〜７Ｗ／ｍＫである。幾つかの実施形態において、第１熱界面材料層７１０の粘性は第２熱界面材料層７２０の粘性よりも大きい。第１熱界面材料層７１０の絶縁抵抗（体積抵抗率／誘電抵抗率）は、第２熱界面材料層７２０の絶縁抵抗よりも小さい。幾つかの実施形態において、第１熱界面材料層７１０の粘着性は第２熱界面材料層７２０の粘着性よりも小さい。

【0032】

幾つかの実施形態において、放熱積層構体７００はさらに熱ブロック７３０を有する。図４に示すチップパッケージ４０において、熱ブロック７３０は第２熱界面材料層７２０内に配置する。幾つかの実施形態において、熱ブロック７３０は第１熱界面材料層７１０内に配置することができる。他の幾つかの実施形態において、熱ブロック７３０は第１熱界面材料層７１０及び第２熱界面材料層７２にそれぞれ配置することができる。熱ブロック７３０の材料は、第１実施形態における熱ブロック３３０の材料と同一又は類似のものとすることができ、したがって、ここでは説明は繰り返さない。他の実施形態において、チップパッケージ４０の熱ブロック７３０は、本発明の実際上の要件に基づいて省略することができ、本発明の実施形態はこれに限定するものではない。

【0033】

幾つかの実施形態において、放熱積層構体７００はさらに放熱デバイス７４０を有する。例えば、放熱デバイス７４０は第１熱界面材料層７１０にオーバーラップし、また第１熱界面材料層７１０の底面７１０ｂに連結する。放熱デバイス７４０の端縁は第１熱界面材料層７１０及び／又は第２熱界面材料層７２０に整列させることができる。他の実施形態において、放熱デバイス７４０の幅は第１熱界面材料層７１０及び／又は第２熱界面材料層７２０の幅よりも大きくすることができる。熱源と接触する大きな面積に起因して、熱伝導は促進され、ことによって熱は放熱構体７００を介して外部に放散することができる。

【0034】

第５実施形態
図５は本発明の第５実施形態によるチップパッケージの概略的な断面図である。図５につき説明すると、この実施形態のチップパッケージ５０は第４実施形態のチップパッケージ４０に類似し、また同一又は類似の参照符号は同一又は類似のコンポーネントを表し、またしたがって、図４におけるコンポーネントはここでは繰り返して説明しない。この実施形態におけるチップパッケージ５０と第４実施形態におけるチップパッケージ４０との相違は、チップパッケージ５０がチップパッド１１０とリード１２０との間に配置したプリント回路板（ＰＣＢ）５００を備える点である。ＰＣＢ５００の構成は第２実施形態と類似のものであり、したがって、ここではそれについて説明は繰り返さない。

【0035】

第６実施形態
図６は本発明の第６実施形態によるチップパッケージの概略的な断面図である。図６につき説明すると、この実施形態のチップパッケージ６０は第４実施形態のチップパッケージ４０に類似し、また同一又は類似の参照符号は同一又は類似のコンポーネントを表し、またしたがって、図４におけるコンポーネントはここでは繰り返して説明しない。この実施形態におけるチップパッケージ６０と第４実施形態におけるチップパッケージ４０との相違は、この実施形態のチップパッケージ６０が第１リードフレーム６１０及びこの第１リードフレーム６１０に接続された第２リードフレーム６２０を備える点である。第１リードフレーム６１０及び第２リードフレーム６２０の構成は第３実施形態と類似のものであり、したがって、それについて説明を繰り返さない。

【0036】

第７実施形態
図７は本発明の第７実施形態によるチップパッケージの概略的な断面図である。図７につき説明すると、この実施形態のチップパッケージ７０は第１実施形態のチップパッケージ１０に類似し、また同一又は類似の参照符号は同一又は類似のコンポーネントを表し、またしたがって、図１Ａ及び図１Ｂにおけるコンポーネントはここでは繰り返して説明しない。この実施形態におけるチップパッケージ７０と第１実施形態におけるチップパッケージ１０との相違は、チップパッケージ７０の放熱積層構体８００が第１熱界面材料層８１０、第２熱界面材料層８２０、及び第３熱界面材料層８３０のような複数の熱界面材料層を有する点である。例えば、第２熱界面材料層８２０は第１熱界面材料層８１０上に積層させ、また第３熱界面材料層８３０は第２熱界面材料層８２０上に積層させる。第３熱界面材料層８３０はリードフレーム１００のチップパッド１１０と第２熱界面材料層８２０との間に配置する。

【0037】

幾つかの実施形態において、第２熱界面材料層８２０の厚さは、第１熱界面材料層８１０の厚さよりも大きく、また第３熱界面材料層８３０の厚さよりも大きい。第１熱界面材料層８１０の厚さは、例えば第３熱界面材料層８３０の厚さと同一である。例えば、第１熱界面材料層８１０及び第３熱界面材料層８３０の厚さは１０μｍ〜５０μｍとの間であり、また第２熱界面材料層８２０の厚さは１００μｍ〜３００μｍとの間であるが、本発明はこれらに限定するものではない。他の実施形態において、第２熱界面材料層８２０の厚さは、第１熱界面材料層８１０又は第３熱界面材料層８３０の厚さの約５〜１０倍とすることができる。幾つかの実施形態において、第１熱界面材料層８１０、第２熱界面材料層８２０、及び第３熱界面材料層８３０の端縁は、互いに整列する。第２熱界面材料層８２０と第１熱界面材料層８１０との界面における表面積は、第２熱界面材料層８２０と第３熱界面材料層８３０との界面における表面積と同一にすることができる。例えば、第２熱界面材料層８２０の体積は、第１熱界面材料層８１０の体積よりも大きく、また第３熱界面材料層８３０の体積よりも大きい。他の実施形態において、第１熱界面材料層８１０の厚さは、第３熱界面材料層８３０の厚さよりも大きい又は小さいものとすることができる。第１熱界面材料層８１０の体積は第３熱界面材料層８３０の体積よりも大きい又は小さいものとすることができる。第１熱界面材料層８１０、第２熱界面材料層８２０、及び第３熱界面材料層８３０の端縁は不揃いのものとすることができる。例えば、端縁の断面形状は段差付き又は不均一であり、また本発明の実施形態はこれらに限定するものではない。

【0038】

第１熱界面材料層８１０、第２熱界面材料層８２０、及び第３熱界面材料層８３０の材料は、第１実施形態の熱界面材料層３１０と類似のものとすることができる。幾つかの実施形態において、第２熱界面材料層８２０の材料は、第１熱界面材料層８１０及び第３熱界面材料層８３０のものとは異なるものとすることができる。幾つかの実施形態において、第１熱界面材料層８１０、第２熱界面材料層８２０、及び第３熱界面材料層８３０の材料は、それぞれ異なるものとし、また材料の絶縁性及び熱伝導性も互いに異なるものとすることができる。例えば、第２熱界面材料層８２０の熱伝導率は、第１熱界面材料層８１０の熱伝導率よりも大きく、また第３熱界面材料層８３０の熱伝導率よりも大きい。例えば、第２熱界面材料層８２０の熱伝導率は３Ｗ／ｍＫ〜１５Ｗ／ｍＫである。第１熱界面材料層８１０及び／又は第３熱界面材料層８３０の熱伝導率は、例えば１Ｗ／ｍＫ〜７Ｗ／ｍＫである。幾つかの実施形態において、第２熱界面材料層８２０の粘性は、第１熱界面材料層８１０の粘性よりも大きく、また第３熱界面材料層８３０の粘性よりも大きい。幾つかの実施形態において、第２熱界面材料層８２０の粘着性は、第１熱界面材料層８１０の粘着性よりも小さく、また第３熱界面材料層８３０の粘着性よりも小さいものである。

【0039】

幾つかの実施形態において、放熱積層構体８００はさらに熱ブロック８４０を有する。例えば、熱ブロック８４０は、第１熱界面材料層８１０、第２熱界面材料層８２０、及び第３熱界面材料層８３０のうち少なくとも１つに配置することができる。図７に示すチップパッケージ７０において、熱ブロック８４０は第２熱界面材料層８２０内に配置する。幾つかの実施形態において、熱ブロック８４０は、第１熱界面材料層８１０及び／又は第２熱界面材料層８２０及び／又は第３熱界面材料層８３０内に配置することができる。熱ブロック８４０の位置は設計要件に基づいて決定することができ、したがって、本発明の実施形態はこれに限定されない。他の実施形態において、放熱構体８００内の熱ブロック８４０は、本発明の実際上の要件に基づいて省略することができ、本発明の実施形態はこれに限定するものではない。

【0040】

幾つかの実施形態において、放熱積層構体８００はさらに放熱デバイス８５０を有する。例えば、放熱デバイス８５０は第１熱界面材料層８１０にオーバーラップし、また第１熱界面材料層８１０は、例えば放熱デバイス８５０と第２熱界面材料層８２０との間に配置する。放熱デバイス８５０の端縁は、第１熱界面材料層８１０及び／又は第２熱界面材料層８２０及び／又は第３熱界面材料層８３０に整列させることができる。他の実施形態において、放熱デバイス８５０の幅は、第１熱界面材料層８１０及び／又は第２熱界面材料層８２０及び／又は第３熱界面材料層８３０の幅よりも大きくすることができる。熱源と接触する大きな面積に起因して、熱伝導は促進され、ことによって熱は放熱構体８００を介して外部に放散することができる。

【0041】

第８実施形態
図８は本発明の第８実施形態によるチップパッケージの概略的な断面図である。図８につき説明すると、この実施形態のチップパッケージ８０は第７実施形態のチップパッケージ７０に類似し、また同一又は類似の参照符号は同一又は類似のコンポーネントを表し、またしたがって、図７におけるコンポーネントはここでは繰り返して説明しない。この実施形態におけるチップパッケージ８０と第７実施形態におけるチップパッケージ７０との相違は、チップパッケージ８０がチップパッド１１０とリード１２０との間に配置したプリント回路板（ＰＣＢ）５００を備える点である。ＰＣＢ５００の構成は第２実施形態と類似のものであり、したがって、ここではそれについて説明は繰り返さない。

【0042】

第９実施形態
図９は本発明の第９実施形態によるチップパッケージの概略的な断面図である。図９につき説明すると、この実施形態のチップパッケージ９０は第７実施形態のチップパッケージ７０に類似し、また同一又は類似の参照符号は同一又は類似のコンポーネントを表し、またしたがって、図７におけるコンポーネントはここでは繰り返して説明しない。この実施形態におけるチップパッケージ９０と第７実施形態におけるチップパッケージ７０との相違は、この実施形態のチップパッケージ９０が第１リードフレーム６１０及びこの第１リードフレーム６１０に接続された第２リードフレーム６２０を備える点である。第１リードフレーム６１０及び第２リードフレーム６２０の構成は第３実施形態と類似のものであり、したがって、それについて説明を繰り返さない。

【0043】

第１０実施形態
図１０は本発明の第１０実施形態によるチップパッケージの概略的な断面図である。この実施形態において、上述した実施形態と同一又は類似の参照符号は同一又は類似のコンポーネントを表し、またしたがって、同一又は類似のコンポーネントはここでは繰り返して説明しない。図１０につき説明すると、この実施形態のチップパッケージ９５は、放熱デバイス３２０、熱界面材料層３１０、パターン形成回路層９００、チップ２１０′、及び絶縁カプセル体４００を備える。熱界面材料層３１０は放熱デバイス３２０上に配置することができる。幾つかの実施形態において、チップパッケージ９５の熱界面材料層３１０は、上述した放熱積層構体７００又は８００と置き換えることもできる。

【0044】

パターン形成回路層９００は熱界面材料層３１０上に配置することができる。熱界面材料層３１０は、例えばパターン形成回路層９００と放熱デバイス３２０との間に配置する。チップ２１０′は、例えば、フリップチップ処理によりパターン形成回路層９００上に配置し、またパターン形成回路層９００に電気的に接続することができる。他の実施形態において、チップ２１０′は、パターン形成回路層９００に対してワイヤボンディング処理により電気的に接続することができる。チップ２１０′は、上述の第１チップ２１０又は上述の第２チップ２２０を有することができ、また本発明の実施形態はこれらに限定するものではない。絶縁カプセル体４００は、例えば熱界面材料層３１０上に配置し、またチップ２１０′、パターン形成回路層９００及び熱界面材料層３１０を封入する。例えば、フリップチップの実施形態において、絶縁カプセル体４００は、熱界面材料層３１０をカバーし、またチップ２１０′の導電性隆起部間を填隙するための成形アンダーフィル（ＭＵＦ：molding underfill）を有することができる。他の実施形態において、絶縁カプセル体４００は、さらに放熱デバイス３２０をカバーすることもできる。

【0045】

上述のことに基づいて、本発明の実施形態においては、リードフレームのチップパッドの両側２つの表面にそれぞれチップ及び放熱構体を配置することによって、チップの動作から発生する熱はリードフレーム及び放熱構体を介して外部に伝導することができる。このような構成によれば、熱伝導距離がより短くなり、また熱伝導率がより高くなり、したがって、チップパッケージの放熱効率が向上する。本発明の実施形態における放熱構体は、熱界面材料の単一層、２重層、又は複数層を有して、高い放熱特性を得ることができ、これによりチップの動作中に発生する大量の熱は、熱界面材料を介して迅速に伝導され、また熱伝導率に乏しい絶縁カプセル体経由の伝導なしに外部に放散させることができる。２重の熱界面材料層を有する実施形態においては、第１熱界面材料層及び第２熱界面材料層の界面における接触面の面積が増大することによって、放熱構体の放熱性能が向上する。複数の熱界面材料を有する実施形態において、第１熱界面材料層と第３熱界面材料層との間に配置する第２熱界面材料層は、３つの層のうちで最も高い熱伝導率及び最も大きい厚さを有する。この構成によれば、放熱構体の熱伝導率は増加し、これによりチップの動作中に発生した熱は、チップパッケージ内から効果的に外部に放散することができる。さらに、熱界面材料層内に熱ブロックを配置することによって、放熱構体の熱伝達特性が向上する。さらに、放熱構体は放熱デバイスを有することができ、また熱界面材料を放熱デバイスとチップとの間に配置することによって、チップパッケージの放熱効率が向上する。

【0046】

本発明の範囲又は精神から逸脱することなく、開示した実施形態の構造に対して様々な変更及び改変を加えることができることは当業者には明らかであろう。この点において、特許請求の範囲及びその均等物内にある場合、本発明に対する変更及び改変をカバーすることを意図する。

【産業上の利用可能性】

【0047】

本発明のチップパッケージはパッケージ構体に適用することができる。

【符号の説明】

【0048】

10, 20 , 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90：チップパッケージ
100：リードフレーム
110：チップパッド
112, 612：第１表面
112ａ, 612ａ：溝
114, 614：第２表面
120：リード
120ａ：インナーリード
120ｂ：アウターリード
210：第１チップ
210′：チップ
212, 222, 510, 630：接続材料
220：第２チップ
300：放熱構体
310：熱界面材料層
320, 740, 850：放熱デバイス
330, 730, 840：熱ブロック
400：絶縁カプセル体
500：プリント回路板
610：第１リードフレーム
620：第２リードフレーム
700, 800：放熱積層構体
710, 810：第１熱界面材料層
710ａ, 720ａ：頂面
710ｂ, 720ｂ：底面
720, 820：第２熱界面材料層
830：第３熱界面材料層
900：パターン形成回路層

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【外国語明細書】

2019071412000001.pdf