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特開2024-75487パッケージング基板及びこれを含む半導体パッケージ
(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】P2024075487
(43)【公開日】2024-06-03
(54)【発明の名称】パッケージング基板及びこれを含む半導体パッケージ
(51)【国際特許分類】
   H01L 23/12 20060101AFI20240527BHJP
   H01L 23/36 20060101ALI20240527BHJP
【FI】
H01L23/12 J
H01L23/36 C
【審査請求】有
【請求項の数】11
【出願形態】OL
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2023178918
(22)【出願日】2023-10-17
(31)【優先権主張番号】63/427,436
(32)【優先日】2022-11-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】521560126
【氏名又は名称】アブソリックス インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】Absolics Inc.
【住所又は居所原語表記】3000 SKC Drive,Covington,GA 30014,USA
(74)【代理人】
【識別番号】110001139
【氏名又は名称】SK弁理士法人
(74)【代理人】
【識別番号】100130328
【弁理士】
【氏名又は名称】奥野 彰彦
(74)【代理人】
【識別番号】100130672
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 寛之
(72)【発明者】
【氏名】キム、ソンジン
【テーマコード(参考)】
5F136
【Fターム(参考)】
5F136BB02
5F136BB04
5F136FA01
5F136FA02
5F136FA03
5F136FA55
(57)【要約】      (修正有)
【課題】放熱特性及び長期耐久性に優れたパッケージング基板及びこれを含む半導体パッケージを提供する。
【解決手段】パッケージング基板100は、素子が収容される実装領域20及び実装領域20が配置されたコア基板10を含む。実装領域20は、コア基板10の一部が凹んで形成された空間であるキャビティ部21と、内側にコア基板10の厚さ方向に形成されてキャビティ部21の外郭を形成するキャビティ部の側面と、キャビティ部21の外郭に隣接して配置される第1放熱部22と、を含む。第1放熱部22は、パッケージング基板100の熱を外部に伝達する熱的経路である。第1放熱部22は、パッケージング基板100の上面で観察したときに放熱ビア221を少なくとも1つ以上含む。
【選択図】図1A
【特許請求の範囲】
【請求項1】
上面及び下面を有するパッケージング基板であって、
素子が収容される実装領域、及び前記実装領域が配置されたコア基板を含み、
前記コア基板は、セラミック基板、ガラス基板またはこれらの組み合わせからなるものから選択されたものであり、
前記実装領域は、前記コア基板の一部が凹んで形成された空間であるキャビティ部と、内側に前記コア基板の厚さ方向に形成されて前記キャビティ部の外郭を形成するキャビティ部の側面と、前記キャビティ部の外郭に隣接して配置される第1放熱部とを含み、
前記第1放熱部は、前記パッケージング基板の熱を外部に伝達する熱的経路であり、
前記第1放熱部は、前記パッケージング基板の上面で観察したときに面積が5,000μm~75mmである放熱ビアを少なくとも1つ以上含む、パッケージング基板。
【請求項2】
前記パッケージング基板の上面で観察した前記放熱ビアの縦横比は0.1~10である、請求項1に記載のパッケージング基板。
【請求項3】
前記パッケージング基板の上面で観察したとき、前記放熱ビアは、前記キャビティ部から50μm~1,000μm離隔して配置される、請求項1に記載のパッケージング基板。
【請求項4】
前記放熱ビアを2つ以上含み、
前記放熱ビアは、50μm~1,000μmの間隔で配置される、請求項1に記載のパッケージング基板。
【請求項5】
前記パッケージング基板の上面で観察した前記キャビティ部の面積に対する前記放熱ビア全体の面積の比率は1~50である、請求項1に記載のパッケージング基板。
【請求項6】
前記放熱ビアは、縦方向の直径、及び横方向の直径を有し、
前記放熱ビアは、前記コア基板の厚さ方向に前記縦方向の直径及び前記横方向の直径のうちの少なくともいずれか1つが変動される構造を有し、
前記縦方向の直径及び前記横方向の直径のうちの最小値が50μm以上である、請求項1に記載のパッケージング基板。
【請求項7】
前記パッケージング基板を前記パッケージング基板の上面に垂直な方向の断面で観察したとき、前記放熱ビアは砂時計形状を有する、請求項1に記載のパッケージング基板。
【請求項8】
前記実装領域は、前記キャビティ部の内側に形成され、前記キャビティ部の側面に隣接して配置されて熱を外部に伝達する部材である第2放熱部を含む、請求項1に記載のパッケージング基板。
【請求項9】
前記実装領域は、前記第2放熱部と前記放熱ビアとを熱的に接続する熱伝導性部材を含む、請求項8に記載のパッケージング基板。
【請求項10】
前記放熱ビアは熱伝導層を含み、
前記熱伝導層と前記コア基板との熱膨張係数の差値は10ppm/℃以下である、請求項1に記載のパッケージング基板。
【請求項11】
請求項1に記載のパッケージング基板、及び前記パッケージング基板と電気的に接続されるメインボードを含む、半導体パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
具現例は、放熱特性及び耐久性に優れたパッケージング基板、及びこれを含む半導体パッケージなどに関する。
【0002】
〔関連出願との相互参照〕
本出願は、2022年11月22日に米国特許商標庁に出願された米国仮出願第63/427,436号を優先権として主張し、当該特許文献の内容は、参照のために本発明に全て含まれる。
【背景技術】
【0003】
電子部品を作製するにおいて、半導体ウエハに回路を具現することを前工程(FE:Front-End)といい、ウエハを実際の製品で使用可能な状態に組み立てることを後工程(BE:Back-End)といい、この後工程にパッケージング工程が含まれる。
【0004】
最近の電子製品の急速な発展を可能にした半導体産業の4つの核心技術としては、半導体技術、半導体パッケージング技術、製造工程技術、ソフトウェア技術がある。半導体技術は、マイクロ以下のナノ単位の線幅、千万個以上のセル(Cell)、高速動作、多くの熱放出などの様々な形態に発展しているが、相対的にこれを完璧にパッケージングする技術がサポートされていない。そのため、半導体の電気的性能が、半導体技術自体の性能よりは、パッケージング技術及びこれによる電気的接続によって決定されることもある。
【0005】
パッケージング基板の材料としては、セラミック又は樹脂が適用される。セラミック基板の場合、抵抗値が高いか、または誘電率が高いため、高性能高周波の半導体素子を搭載することが容易ではない。樹脂基板の場合、相対的に高性能高周波の半導体素子を搭載することはできるが、配線のピッチの縮小に限界がある。
【0006】
最近、ハイエンド用パッケージング基板にシリコンやガラスを適用した研究が進められている。シリコンやガラス基板に貫通孔を形成し、導電性物質をこの貫通孔に適用することで、素子とマザーボードとの間の配線の長が短くなり、優れた電気的特徴を有することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
具現例の目的は、放熱特性及び長期耐久性に優れたパッケージング基板、及びこれを含む半導体パッケージを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本明細書の一実施例に係るパッケージング基板は、上面及び下面を有する。
【0009】
前記パッケージング基板は、素子が収容される実装領域、及び前記実装領域が配置されたコア基板を含む。
【0010】
前記コア基板は、セラミック基板、ガラス基板またはこれらの組み合わせからなるものから選択されたものである。
【0011】
前記実装領域は、前記コア基板の一部が凹んで形成された空間であるキャビティ部と;内側に前記コア基板の厚さ方向に形成されて前記キャビティ部の外郭を形成するキャビティ部の側面と;前記キャビティ部の外郭に隣接して配置される第1放熱部と;を含む。
【0012】
前記第1放熱部は、前記パッケージング基板の熱を外部に伝達する熱的経路である。
【0013】
前記第1放熱部は、前記パッケージング基板の上面で観察したときに面積が5,000μm~75mmである放熱ビアを少なくとも1つ以上含む。
【0014】
前記パッケージング基板の上面で観察した前記放熱ビアの縦横比は0.1~10であってもよい。
【0015】
前記パッケージング基板の上面で観察したとき、前記放熱ビアは、前記キャビティ部から50μm~1,000μm離隔して配置されてもよい。
【0016】
前記パッケージング基板は、前記放熱ビアを2つ以上含むことができる。
【0017】
前記放熱ビアは、50μm~1,000μmの間隔で配置されてもよい。
【0018】
前記パッケージング基板の上面で観察した前記キャビティ部の面積に対する前記放熱ビア全体の面積の比率は1~50であってもよい。
【0019】
前記放熱ビアは、縦方向の直径、及び横方向の直径を有することができる。
【0020】
前記放熱ビアは、前記コア基板の厚さ方向に前記縦方向の直径及び前記横方向の直径のうちの少なくともいずれか1つが変動される構造を有することができる。
【0021】
前記放熱ビアは、前記縦方向の直径及び前記横方向の直径のうちの最小値が50μm以上であってもよい。
【0022】
前記パッケージング基板を前記パッケージング基板の上面に垂直な方向の断面で観察したとき、前記放熱ビアは砂時計形状を有することができる。
【0023】
前記実装領域は、前記キャビティ部の内側に形成され、前記キャビティ部の側面に隣接して配置されて熱を外部に伝達する部材である第2放熱部を含むことができる。
【0024】
前記実装領域は、前記第2放熱部と前記放熱ビアとを熱的に接続する熱伝導性部材を含むことができる。
【0025】
前記放熱ビアは熱伝導層を含むことができる。
【0026】
前記熱伝導層と前記コア基板との熱膨張係数の差値は10ppm/℃以下であってもよい。
【0027】
本明細書の他の実施例に係る半導体パッケージは、前記パッケージング基板、及び前記パッケージング基板と電気的に接続されるメインボードを含む。
【発明の効果】
【0028】
具現例のパッケージング基板などは、優れた放熱特性及び長期耐久性を示すことができる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
図1A】本明細書の一実施例に係るパッケージング基板を説明する平面図である。
図1B図1AのA-A'線の断面図である。
図2A】放熱ビアとキャビティ部との離隔距離を説明する概念図である。
図2B図2AのBの拡大図である。
図3A】本明細書の他の実施例に係るパッケージング基板を説明する概念図である。
図3B】本明細書の他の実施例に係るパッケージング基板を説明する概念図である。
図4】本明細書の更に他の実施例に係るパッケージング基板を説明する概念図である。
図5A】本明細書の更に他の実施例に係るパッケージング基板を説明する平面図である。
図5B図5AのC-C'線の断面図である。
図6】本明細書の更に他の実施例に係るパッケージング基板を説明する概念図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0030】
以下、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように、実施例について添付の図面を参照して詳細に説明する。しかし、本発明は、様々な異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施例に限定されない。明細書全体にわたって類似の部分に対しては同一の図面符号を付した。
【0031】
本明細書全体において、マーカッシュ形式の表現に含まれた「これらの組み合わせ」という用語は、マーカッシュ形式の表現に記載された構成要素からなる群から選択される1つ以上の混合又は組み合わせを意味するものであって、前記構成要素からなる群から選択される1つ以上を含むことを意味する。
【0032】
本明細書全体において、「第1」、「第2」又は「A」、「B」のような用語は、同一の用語を互いに区別するために使用される。また、単数の表現は、文脈上明らかに別の意味を示すものでない限り、複数の表現を含む。
【0033】
本明細書において、「~」系は、化合物内に「~」に該当する化合物又は「~」の誘導体を含むことを意味するものであり得る。
【0034】
本明細書において、A上にBが位置するという意味は、A上に直接当接してBが位置するか、またはそれらの間に他の層が位置しながらA上にBが位置することを意味し、Aの表面に当接してBが位置することに限定されて解釈されない。
【0035】
本明細書において、A上にBが連結されるという意味は、AとBが直接連結されるか、またはAとBがそれらの間の他の構成要素を介して連結されることを意味し、特に言及がない限り、AとBが直接連結されることに限定して解釈されない。
【0036】
本明細書において、単数の表現は、特に説明がなければ、文脈上解釈される単数又は複数を含む意味で解釈される。
【0037】
本明細書において、図面での各構成の形態、相対的な大きさ、角度などは例示的なもので、説明を目的として誇張して表現され得、権利が図面に限定されて解釈されない。
【0038】
本明細書において、AとBが隣接するということは、AとBが接して位置するか、またはAとBが接していないが、互いに近くに位置することを意味する。本明細書において、AとBが隣接するという表現は、特に言及がない限り、AとBが接して位置することに限定して解釈されない。
【0039】
本明細書において、細線(fine line)とは、他に説明がない限り、5μm以下の幅を有する線を意味し、例示的に1~4μm以下の幅を有する線を意味する。
【0040】
本明細書において、A値とB値の差値とは、A値からB値を引いた値の絶対値を意味する。
【0041】
パッケージング基板に実装された素子は、駆動する過程で熱が発生し得る。発熱は、素子の性能低下及び基板の反りなどを誘発することがある。特に、パッケージング基板に能動素子を搭載する場合が頻繁になるにつれ、より一層効果的な放熱特性を有するパッケージング基板に対する需要が高まっている。
【0042】
一方、熱のコントロールのために、従来は、有機素材のパッケージング基板に、熱伝導性に優れた金属素材の放熱部材を適用した。但し、セラミック素材などが適用された基板に、このような方法を単純に適用する場合、製造過程で基板及び/又は放熱部材にディフェクトが発生するなどの耐久性低下の問題が発生することがある。
【0043】
具現例の発明者らは、キャビティ部に隣接して配置される第1放熱部を適用し、前記第1放熱部に配置された放熱ビアの面積などを調節することによって、優れた放熱特性及び長期耐久性を有するパッケージング基板などを提供できることを確認し、具現例を完成した。
【0044】
以下、具現例について具体的に説明する。
【0045】
コア基板
図1Aは、本明細書の一実施例に係るパッケージング基板を説明する平面図である。図1Bは、図1AのA-A'線の断面図である。前記図1A及び図1Bを参照して、具現例のパッケージング基板を説明する。
【0046】
本明細書の一実施例に係るパッケージング基板100は、上面11及び下面12を有する。
【0047】
パッケージング基板100は、素子が収容される実装領域20、及び前記実装領域20が配置されたコア基板10を含む。
【0048】
コア基板10は、パッケージング基板100において支持体の役割を果たす。コア基板10は、コア基板10の上又は下に配置される再配線層(図示せず)またはバンプ(図示せず)とは区分される。
【0049】
コア基板10として、セラミック基板、ガラス基板またはこれらの組み合わせからなるものから選択された基板が適用される。
【0050】
セラミック基板は、例示的に、シリコン系セラミック基板、ガラス系セラミック基板などが適用されてもよい。シリコン系セラミック基板は、シリコン基板、シリコンカーバイド基板などを一部又は全部に含む基板であってもよい。ガラス系セラミック基板は、クォーツ基板、サファイア基板などを一部又は全部に含む基板であってもよい。
【0051】
ガラス基板は、例示的に、アルカリボロシリケート板ガラス、無アルカリボロシリケート板ガラス、無アルカリアルカリ土ボロシリケート板ガラスなどが適用され得、電子部品に適用される板ガラスであれば適用可能である。ガラス基板は、電子装置用ガラス基板が適用され得、例示的に、ショット社、AGC社、コーニング社などで製造されたものが適用されてもよいが、これに限定されるものではない。
【0052】
コア基板10の厚さは50μm以上であってもよい。前記厚さは100μm以上であってもよい。前記厚さは250μm以上であってもよい。前記厚さは400μm以上であってもよい。前記厚さは500μm以上であってもよい。前記厚さは3,000μm以下であってもよい。前記厚さは2,000μm以下であってもよい。前記厚さは1,000μm以下であってもよい。このとき、厚さは、キャビティ領域を除いた部分でのコア基板の厚さをいう。このような厚さを有するコア基板10を適用する場合、半導体パッケージング用基板として優れた活用度を有することができる。
【0053】
実装領域20は、コア基板10の一部が凹んで形成された空間であるキャビティ部21と、内側にコア基板の厚さ方向Dtに形成されてキャビティ部21の外郭を形成するキャビティ部の側面211とを含む。
【0054】
キャビティ部21は、コア基板10が上下に貫通して形成されたものであり得る(図1B参照)。但し、これに限定されず、キャビティ部21は、コア基板10が上下に貫通せずに、コア基板10の上面又は下面が一部凹んで形成されたものであってもよい(図示せず)。
【0055】
キャビティ部の側面211は、コア基板10の上面又は下面と垂直を形成することができるが、これに限定されない。コア基板10を断面で観察したとき、キャビティ部の側面211は、傾斜面又は曲面を形成してもよい。
【0056】
キャビティ部21を有するコア基板10は、コア基板10の上部のうちキャビティ部21に対応する部分を除去する方式で製造されてもよい。前記コア基板10は、厚さが互いに異なる基板を積層または結合して製造されてもよい。
【0057】
具体的に、コア基板10の上部のうちキャビティ部21に対応する部分をエッチングするか、または機械的な力を加えて除去してキャビティ部21を形成することができる。但し、これに限定されない。
【0058】
キャビティ部21に素子が載置され得る。素子についての説明は、後述する内容と重複するので省略する。
【0059】
第1放熱部
実装領域20は、キャビティ部21の外郭に隣接して配置される第1放熱部22をさらに含む。
【0060】
第1放熱部22は、パッケージング基板100の熱を外部に伝達する熱的経路である。
【0061】
第1放熱部22に一つの放熱ビア221が配置され得る。放熱ビア221は、コア基板10の一部が凹んで形成された孔(hole)の構造を有することができ、前記孔内に配置された熱伝導層を含む構造を有することができる。
【0062】
具体的に、放熱ビア221は、コア基板の厚さ方向Dtに形成され得る。放熱ビア221は、コア基板10が上下に貫通して形成されたものであり得る(図1B参照)。但し、放熱ビア221は、これに限定されない。すなわち、放熱ビア221は、コア基板10が上下に貫通して形成されずに、放熱ビア221の上側又は下側が塞がっている構造を有してもよい(図示せず)。
【0063】
放熱ビア221の少なくとも一部は接地体(図示せず)と接続され得る。具体的に、放熱ビア221の少なくとも一部は接地体と電気的に接続され得る。
【0064】
第1放熱部22は、パッケージング基板の上面11で観察したときに面積が5000μm~75mmである放熱ビア221を少なくとも1つ以上含む。
【0065】
具現例は、基板の上面11で観察される放熱ビア221の面積を制御することで、素子などから発生する熱をパッケージング基板100の外部にさらに効果的に放出することができる。これと同時に、放熱ビア221内に熱伝導層を形成する際に、めっき不良又は充填不良が発生することを抑制して、第1放熱部22が安定した信頼性を有するようにすることができる。
【0066】
第1放熱部22は、パッケージング基板の上面11で観察したときに面積が5,000μm以上である放熱ビア221を少なくとも1つ含むことができる。パッケージング基板の上面11で観察した前記放熱ビアの面積は10,000μm以上であってもよい。前記放熱ビアの面積は50,000μm以上であってもよい。前記放熱ビアの面積は1mm以上であってもよい。前記放熱ビアの面積は5mm以上であってもよい。前記放熱ビアの面積は10mm以上であってもよい。前記放熱ビアの面積は20mm以上であってもよい。前記放熱ビアの面積は25mm以上であってもよい。前記放熱ビアの面積は75mm以下であってもよい。前記放熱ビアの面積は70mm以下であってもよい。前記放熱ビアの面積は65mm以下であってもよい。前記放熱ビアの面積は60mm以下であってもよい。このような場合、第1放熱部22の放熱量と長期信頼性を同時に改善することができる。
【0067】
第1放熱部22は、パッケージング基板の下面12で観察したときに面積が5,000μm以上である放熱ビア221を少なくとも1つ含むことができる。パッケージング基板の下面12で観察した前記放熱ビアの面積は10,000μm以上であってもよい。前記放熱ビアの面積は50,000μm以上であってもよい。前記放熱ビアの面積は1mm以上であってもよい。前記放熱ビアの面積は5mm以上であってもよい。前記放熱ビアの面積は10mm以上であってもよい。前記放熱ビアの面積は20mm以上であってもよい。前記放熱ビアの面積は25mm以上であってもよい。前記放熱ビアの面積は75mm以下であってもよい。前記放熱ビアの面積は70mm以下であってもよい。前記放熱ビアの面積は65mm以下であってもよい。前記放熱ビアの面積は60mm以下であってもよい。このような場合、パッケージング基板の下面12を通じても基板の外部に効率的な熱伝達が可能であるので、パッケージング基板100の放熱特性の改善に寄与することができる。また、放熱ビア221の全領域において具現例で目的とするレベルの充填率を有する熱伝導層を形成することができる。
【0068】
パッケージング基板の上面11で観察した放熱ビア221の縦横比は0.1~10であってもよい。
【0069】
具現例は、放熱ビア221の縦横比を、具現例で予め設定した範囲内に制御することができる。このような構造を有する放熱ビア221は、素子から発生する熱をさらに広い面積で効率的に伝達を受けることができる。また、このような形状を有する放熱ビア221の内部に熱伝導層を形成する際、放熱ビア221の孔内部に熱伝導性フィラー又は金属を円滑に充填することができる。
【0070】
パッケージング基板の上面11で観察した放熱ビア221の縦横比は0.1以上であってもよい。前記縦横比は0.5以上であってもよい。前記縦横比は1以上であってもよい。前記縦横比は2以上であってもよい。前記縦横比は3以上であってもよい。前記縦横比は10以下であってもよい。前記縦横比は8以下であってもよい。このような場合、放熱ビア221は、さらに多くの熱を効果的に外部に伝達できるようにするのに役立ち得、放熱ビア221の形成時に、工程の利便性を改善することができる。
【0071】
パッケージング基板の下面12で観察した放熱ビア221の縦横比は0.1以上であってもよい。前記縦横比は0.5以上であってもよい。前記縦横比は1以上であってもよい。前記縦横比は2以上であってもよい。前記縦横比は3以上であってもよい。前記縦横比は10以下であってもよい。前記縦横比は8以下であってもよい。このような場合、パッケージング基板の下部でも放熱ビアが効率的に熱の伝達を受けることができ、さらに容易に放熱ビア221を形成することができる。
【0072】
パッケージング基板を前記パッケージング基板の上面に垂直な方向の断面で観察したとき、放熱ビアは、実質的に均一な幅を有することができる。放熱ビアが実質的に均一な幅を有するということは、放熱ビアの幅の最大値から前記幅の最小値を引いた値が、前記最大値の20%以内であることを意味する。
【0073】
図2Aは、放熱ビアとキャビティ部との隔離距離を説明する概念図であり、図2Bは、図2AのBの拡大図である。以下、図2A及び図2Bを参照して具現例のパッケージング基板を説明する。
【0074】
パッケージング基板の上面11で観察したとき、放熱ビア221は、キャビティ部21から50μm~1000μm離隔して配置され得る。
【0075】
具現例は、放熱ビア221とキャビティ部21との間の離隔距離dを調節することができる。このような放熱ビア221は、素子の駆動過程でコア基板が過熱することを効果的に抑制することができる。これと同時に、コア基板10に放熱ビア221を形成する過程でコア基板10、具体的にコア基板10内のキャビティ部21と放熱ビア221との間の部分にクラックが発生するのを抑制することができる。
【0076】
放熱ビア221とキャビティ部21との離隔距離dを測定する方法は、次の通りである。パッケージング基板の上面11で観察したとき、キャビティ部21の外郭線lcに位置する一点を第1点p1、放熱ビアの外郭線ltに位置する他の一点を第2点p2とする。第1点p1と第2点p2との間の距離のうちの最小距離を、放熱ビア221とキャビティ部21との間の離隔距離dとする。
【0077】
パッケージング基板の上面11で観察したとき、放熱ビア221は、キャビティ部21から1000μm以下離隔して配置されてもよい。前記放熱ビア221は、キャビティ部21から900μm以下離隔して配置されてもよい。前記放熱ビア221は、キャビティ部21から800μm以下離隔して配置されてもよい。前記放熱ビア221は、キャビティ部21から700μm以下離隔して配置されてもよい。前記放熱ビア221は、キャビティ部21から600μm以下離隔して配置されてもよい。前記放熱ビア221は、キャビティ部21から50μm以上離隔して配置されてもよい。このようなパッケージング基板100は、相対的に発熱量が高い能動素子の実装に適し得、優れた耐久性を示すことができる。
【0078】
パッケージング基板の下面12で観察したとき、放熱ビア221は、キャビティ部21から1000μm以下離隔して配置されてもよい。前記放熱ビア221は、キャビティ部21から900μm以下離隔して配置されてもよい。前記放熱ビア221は、キャビティ部21から800μm以下離隔して配置されてもよい。前記放熱ビア221は、キャビティ部21から700μm以下離隔して配置されてもよい。前記放熱ビア221は、キャビティ部21から600μm以下離隔して配置されてもよい。前記放熱ビア221は、キャビティ部21から50μm以上離隔して配置されてもよい。このようなパッケージング基板100の場合、基板の上下にさらに円滑な熱排出が可能でありながらも、基板内のクラックの発生を抑制することができる。
【0079】
図3Aは、本明細書の他の実施例に係るパッケージング基板を説明する概念図である。図3Bは、本明細書の他の実施例に係るパッケージング基板を説明する概念図である。以下、図3A及び図3Bを参照して具現例を説明する。
【0080】
パッケージング基板100は、上面及び下面を有し、素子が収容される実装領域20、及び前記実装領域20が配置されたコア基板10を含む。パッケージング基板100の具体的な構成は、前記の図1A及び図1Bで説明したものがそのまま適用される。以下で差がある部分を中心に説明する。
【0081】
パッケージング基板100は、前記放熱ビア221を2つ以上含むことができる。複数の放熱ビア221は、キャビティ部の一側面211、及び前記側面211に対向して配置される他側面211を取り囲むように配置され得る(図3A参照)。複数の放熱ビア221は、キャビティ部の4つの側面211を取り囲むように配置され得る(図3B参照)。
【0082】
前記放熱ビア221は、50μm~1000μmの間隔piで配置され得る。
【0083】
放熱ビア221間の間隔が具現例で予め設定した範囲内に制御されたパッケージング基板100は、素子の駆動過程で発生する熱を安定的に放出できる程度に十分な数の放熱ビア221を配置することができ、コア基板10の加工過程で一つの放熱ビアと他の放熱ビアとの間の空間にクラックが発生することを抑制することができる。
【0084】
放熱ビア221の間隔とは、一つの放熱ビアと、前記一つの放熱ビアに最も近く配置された他の放熱ビアとの間の離隔距離を意味する。
【0085】
前記放熱ビア221は、50μm~1000μmの間隔piで配置され得る。前記放熱ビアは、70μm以上の間隔piで配置されてもよい。前記放熱ビアは、100μm以上の間隔piで配置されてもよい。前記放熱ビアは、150μm以上の間隔piで配置されてもよい。前記放熱ビアは、200μm以上の間隔piで配置されてもよい。前記放熱ビアは、900μm以下の間隔piで配置されてもよい。前記放熱ビアは、800μm以下の間隔piで配置されてもよい。前記放熱ビアは、700μm以下の間隔piで配置されてもよい。前記放熱ビアは、600μm以下の間隔piで配置されてもよい。このような場合、放熱特性に優れると共に、欠陥の発生が抑制されたパッケージング基板100を提供することができる。
【0086】
具現例は、パッケージング基板の上面で観察したキャビティ部の面積に対する放熱ビア全体の面積の比率を調節することができる。前記比率が調節されたパッケージング基板の場合、素子の面積に応じて、複数の放熱ビアが外部に伝達できる熱の量が制御され得る。具体的に、相対的に面積が大きい能動素子が基板内に実装及び駆動されて相対的に多くの熱が発生しても、パッケージング基板の外部に円滑に排出することができる。
【0087】
前記パッケージング基板の上面で観察した前記キャビティ部の面積に対する前記放熱ビア全体の面積の比率は1~50であり得る。前記比率は2以上であってもよい。前記比率は5以上であってもよい。前記比率は8以上であってもよい。前記比率は10以上であってもよい。前記比率は15以上であってもよい。前記比率は20以上であってもよい。前記比率は45以下であってもよい。前記比率は40以下であってもよい。前記比率は35以下であってもよい。前記比率は30以下であってもよい。このような場合、駆動による発熱量が相対的に高い素子がパッケージング基板内に実装されても、パッケージング基板に過熱が発生することを効果的に抑制することができる。
【0088】
放熱ビア221は、コア基板10の予め定められた領域を除去する方式で形成され得る。放熱ビア221は、コア基板10を物理及び/又は化学的方法でエッチングして形成されたものであってもよい。
【0089】
具体的に、放熱ビア221の形成は、コア基板10の表面にレーザーなどで欠陥を形成し、化学的にエッチングする方式、レーザーエッチングなどが適用されてもよい。但し、これに限定されない。
【0090】
パッケージング基板の上面11で観察した放熱ビア221の面積、縦横比、放熱ビア221とキャビティ部21との離隔距離d、放熱ビア間の間隔piの値、及びキャビティ部の面積は、3次元測定機(Coordinate Measuring Machine、CMM)を通じて測定することができる。
【0091】
図4は、本明細書の他の実施例に係るパッケージング基板を説明する概念図である。以下、図4を参照して具現例を説明する。
【0092】
パッケージング基板100は、上面及び下面を有し、素子が収容される実装領域20、及び前記実装領域20が配置されたコア基板10を含む。パッケージング基板100の具体的な構成は、前記の図1A及び図1Bで説明したものがそのまま適用される。以下で差がある部分を中心に説明する。
【0093】
放熱ビア221は、縦方向の直径及び横方向の直径を有することができる。
【0094】
具現例は、放熱ビア221に、コア基板の厚さ方向Dtに縦方向の直径及び横方向の直径のうちの少なくともいずれか1つが変動される構造を適用すると同時に、放熱ビア221の縦/横方向の直径のうちの最小値を調節することができる。このような場合、放熱ビア221に含まれた熱伝導層は、コア基板10と十分な付着力が形成されなくても、コア基板10に強固に付着され得る。これに加えて、放熱ビア221の体積が適切に調節されることで、放熱ビア221が基板の外部にさらに多くの量の熱を伝達することができる。
【0095】
具体的に、パッケージング基板100をパッケージング基板の上面11に垂直な方向の断面で観察したとき、放熱ビア221は砂時計形状を有することができる。すなわち、放熱ビア221は、上/下部に比べて中心部が凹んだ形状を有することができる。
【0096】
前記放熱ビア221は、コア基板10の上面及び下面のそれぞれの予め定められた領域を除去する方式で形成され得る。例示的に、コア基板10の上面に位置する前記領域をレーザーで照射して欠陥を形成することができる。その後、コア基板10を厚さ方向Dtに予め設定した深さまで化学的にエッチングして、断面がテーパ形状を有する内部空間を形成することができる。前記内部空間は、コア基板10を貫通しない構造を有することができる。
【0097】
その後、前記上面のエッチングされた領域に対向して位置する下面内の領域を同じ方法によりエッチングして、放熱ビア221の孔を形成することができる。完成した孔に熱伝導層を形成することができる。但し、前記放熱ビア221を形成する方法は、これに限定されない。
【0098】
前記放熱ビア221の断面の形状及び放熱ビア221の縦方向/横方向の直径は、SEM(Scanning Electron Microscope)を通じて測定することができる。具体的に、放熱ビアの断面を観察できるようにパッケージング基板を割った後、割れたパッケージング基板の断面をSEMを通じて測定することができる。
【0099】
このような放熱ビア221の縦方向の直径及び横方向の直径のうちの最小値は50μm以上であってもよい。前記最小値は100μm以上であってもよい。前記最小値は200μm以上であってもよい。前記最小値は300μm以上であってもよい。前記最小値は500μm以上であってもよい。前記最小値は700μm以上であってもよい。前記最小値は1000μm以下であってもよい。このような場合、放熱特性に優れたパッケージング基板100の長期耐久性をさらに向上させるのに寄与することができる。
【0100】
前記放熱ビア221は熱伝導層(図示せず)を含むことができる。熱伝導層は、放熱ビア221の孔空間の少なくとも一部に、フィラーを含むバインダー樹脂を充填するか、または前記孔空間をめっきして形成されてもよい。
【0101】
熱伝導層に金属素材が適用され得る。金属素材は、例示的に、銅、ニッケル、アルミニウム、金、及び銀のうちの少なくともいずれか1つが適用されてもよい。但し、熱伝導性を有する金属であれば、制限なしに熱伝導層に適用可能である。
【0102】
熱伝導層に、フィラーを含むバインダー樹脂が適用され得る。フィラーは、熱伝導性の高い素材が適用され得る。例示的に、バインダー樹脂はエポキシ樹脂が適用されてもよく、フィラーは金属フィラー及び炭素質フィラーが適用されてもよいが、これに限定されない。
【0103】
金属素材が適用された熱伝導層の熱伝導度は100W/mK~1000W/mKであり得る。前記熱伝導度は200W/mK以上であってもよい。前記熱伝導度は300W/mK以上であってもよい。前記熱伝導度は800W/mK以下であってもよい。
【0104】
フィラーを含むバインダー樹脂が適用された熱伝導層の熱伝導度は1W/mK~30W/mKであり得る。前記熱伝導度は3W/mK以上であってもよい。前記熱伝導度は5W/mK以上であってもよい。前記熱伝導度は20W/mK以下であってもよい。前記熱伝導度は10W/mK以下であってもよい。
【0105】
このような場合、第1放熱部22が迅速な熱伝達を行うことができるようにするのに役立ち得る。
【0106】
熱伝導層の熱伝導度は、レーザーフラッシュ(Laser-flash)法を通じて測定することができる。
【0107】
具現例は、熱伝導層とコア基板10との熱膨張係数の差値を制御して、パッケージング基板100の長期信頼性を向上させることができる。具体的に、前記差値が制御されたパッケージング基板100の場合、素子の駆動過程でコア基板10と熱伝導層との熱膨張の不整合により形成され得る基板の内部応力を効果的に低減することができる。これを通じて、長期使用によるコア基板10の疲労破壊を抑制することができる。
【0108】
熱伝導層とコア基板10との熱膨張係数の差値は10ppm/℃以下であってもよい。前記差値は8ppm/℃以下であってもよい。前記差値は0.5ppm/℃以上であってもよい。このような場合、パッケージング基板100の耐久性を長時間安定的に維持することができる。
【0109】
コア基板10の熱膨張係数の値は5ppm/℃~20ppm/℃であり得る。前記熱膨張係数の値は15ppm/℃以下であってもよい。前記熱膨張係数の値は12ppm/℃以下であってもよい。前記熱膨張係数の値は10ppm/℃以下であってもよい。
【0110】
熱伝導層の熱膨張係数の値は4ppm/℃以上であってもよい。前記熱膨張係数の値は8ppm/℃以上であってもよい。前記熱膨張係数の値は12ppm/℃以上であってもよい。前記熱膨張係数の値は30ppm/℃以下であってもよい。
【0111】
このような場合、素子の駆動過程でコア基板10が過度に膨張することを抑制しながらも、コア基板10と熱伝導層との熱膨張特性のミスマッチによる第1放熱部22及びコア基板10の信頼性の低下を効果的に抑制することができる。
【0112】
熱伝導層とコア基板10の熱膨張係数は、熱機械的分析方法(Thermomechanical analysis)を用いてTMA(Thermal Mechanical Anaylzer)で測定することができる。例示的に、TAインスツルメント社のQ400モデルのTMAを通じて熱膨張係数を測定することができる。
【0113】
第2放熱部
図5Aは、本明細書の更に他の実施例に係るパッケージング基板を説明する平面図であり、図5Bは、図5AのC-C'線の断面図である。前記図5A及び図5Bを参照して具現例を説明する。
【0114】
パッケージング基板100は、上面及び下面を有し、素子が収容される実装領域20、及び前記実装領域20が配置されたコア基板10を含む。パッケージング基板100の具体的な構成は、前記の図1A及び図1Bで説明したものがそのまま適用される。以下で差がある部分を中心に説明する。
【0115】
実装領域20は、キャビティ部21の内側に形成され、キャビティ部の側面211に隣接して配置される第2放熱部30を含むことができる。
【0116】
第2放熱部30は、素子が駆動する際に、キャビティ部21内で発生する熱をキャビティ部21の外部に放出することを助け、パッケージング基板100が過熱するのを効果的に抑制することができる。
【0117】
第2放熱部30は、別途の放熱素材が適用され得、放熱特性を同時に有する金属層が適用され得る。第2放熱部30として金属層が適用される場合、前記金属層は、外部に接地され得、別途の絶縁特性を有する素材内に埋め込まれた形態で配置され得る。
【0118】
第2放熱部30に金属素材が適用され得る。金属素材は、例示的に、銅、ニッケル、アルミニウム、金、及び銀のうちの少なくともいずれか1つが適用されてもよい。但し、熱伝導性を有する金属であれば、制限なしに第2放熱部30に適用可能である。
【0119】
第2放熱部30に、フィラーを含むバインダー樹脂が適用され得る。フィラーは、熱伝導性の高い素材が適用され得る。例示的に、バインダー樹脂はエポキシ樹脂が適用されてもよく、フィラーは金属フィラー及び炭素質フィラーが適用されてもよいが、これに限定されない。
【0120】
第2放熱部30の熱膨張係数の値は4ppm/℃以上であってもよい。前記熱膨張係数の値は8ppm/℃以上であってもよい。前記熱膨張係数の値は12ppm/℃以上であってもよい。前記熱膨張係数の値は30ppm/℃以下であってもよい。
【0121】
第2放熱部30は、キャビティ部の側面211に接して配置され得る。但し、これに限定されず、第2放熱部30がキャビティ部の側面211に接せずに、隣接して配置されてもよい。
【0122】
第2放熱部30は、熱伝導層の素材と同一の素材が適用されてもよい。第2放熱部30は、熱伝導層の素材と異なる素材が適用されてもよい。
【0123】
実装領域20は、第2放熱部30と放熱ビア221を熱的に接続する熱伝導性部材を含むことができる。熱伝導性部材は、第2放熱部30から伝達された熱を放熱ビア221に伝達し、パッケージング基板100の迅速な放熱を助けることができる。
【0124】
熱伝導性部材は、配線の形態を有することができる。但し、熱伝導性部材の形状は、第2放熱部30から伝達される熱を放熱ビア221に伝達できる構造であれば、制限されない。
【0125】
熱伝導性部材は、熱伝導層と同一の素材が適用されてもよい。熱伝導性部材の素材についての説明は、前述の内容と重複するので省略する。
【0126】
熱伝導性部材に金属素材が適用される場合、熱伝導性部材は、接地体と電気的に接続された構造を有することができる。
【0127】
その他のパッケージング基板内の各構成要素
図6は、本明細書の更に他の実施例に係るパッケージング基板を説明する概念図である。以下、図6を参照して具現例を説明する。
【0128】
パッケージング基板100は、素子が収容される実装領域20、及び前記実装領域20が配置されたコア基板10を含む。パッケージング基板100の具体的な構成は、前記の図1A及び図1Bで説明したものがそのまま適用される。以下で差がある部分を中心に説明する。
【0129】
パッケージング基板100は、キャビティ部21内に配置された素子40を含むことができる。素子40は、CPU、GPU、メモリチップなどの半導体素子だけでなく、キャパシタ素子、トランジスタ素子、インピーダンス素子、その他のモジュールなどが適用されてもよい。すなわち、半導体装置に実装される半導体素子であれば、制限なしに前記素子40として適用可能である。
【0130】
パッケージング基板100は、素子40が絶縁層50によって埋め込まれた構造を有することができる。絶縁層50は、素子40の上面及び側面を取り囲む構造を有することができる。
【0131】
素子40の上面上に配置された絶縁層50は電気伝導性層55を含むことができる。電気伝導性層55は、コア基板10上に配置される再配線層60と素子40とを電気的に接続する機能を有することができる。
【0132】
絶縁層50は、次のような方法により形成することができる。素子40をキャビティ部21内に載置することができる。素子40をキャビティ部21に載置する際に、素子40の固定のために、素子40の下面に接着フィルムを接着することができる。その後、素子40が載置されたキャビティ部21上に絶縁層用樹脂フィルムを積層し、前記樹脂フィルムを加熱加圧して、素子40の上部に絶縁層50を形成することができる。
【0133】
パッケージング基板100は、コア基板10上に配置された再配線層60を含むことができる。再配線層60は、絶縁層(図示せず)、及び前記絶縁層内に配置される電気伝導性層(図示せず)を含むことができる。
【0134】
再配線層60において、絶縁層と電気伝導性層が混在して配置され得る。再配線層60は、予め定められた位置及び形態を有する電気伝導性層が絶縁層内に埋め込まれた形態で形成されてもよい。再配線層60の少なくとも一部に電気伝導性層が細線で形成されてもよい。再配線層60は、素子40と電気的に接続され得る。
【0135】
再配線層60は、絶縁層と電気伝導性層を反復的に形成し、除去する過程により形成され得る。
【0136】
絶縁層は、例示的に、味の素社のABF(Ajinomoto Build-up Film)のようなビルドアップレイヤ材料、アンダーコート材料などを通じて形成されてもよいが、これに限定されるものではない。
【0137】
電気伝導性層は電気伝導性物質を含むことができる。例示的に、電気伝導性層は、銅、ニッケル、アルミニウム、金、及び銀のうちの少なくともいずれか1つを含むことができる。
【0138】
パッケージング基板100は、コア基板10の下に配置された再配線層60及び/又はバンプ70をさらに含むことができる。
【0139】
コア基板10の下に配置された再配線層60についての説明は、前述の内容と重複するので省略する。
【0140】
コア基板10上に配置された再配線層60とコア基板10の下に配置された再配線層60は、予め定められた配置図に従ってコア基板10を貫通する電気伝導性層(図示せず)などによって電気的に互いに接続され得る。
【0141】
バンプ70は、コア基板10の下に配置され得る。例示的に、バンプ70は、メインボードなどと接するようにパッケージング基板100の下部に配置されてもよい。
【0142】
半導体パッケージ
本明細書の他の実施例に係る半導体パッケージは、パッケージング基板100、及び前記パッケージング基板100と電気的に接続されるメインボード(図示せず)を含む。
【0143】
パッケージング基板100は、メインボードに実装されてメインボードと電気的に接続され得る。
【0144】
メインボードは、半導体装置の分野で通常適用されるものであれば、制限されない。
【0145】
パッケージング基板100についての説明は、前述の内容と重複するので省略する。
【0146】
以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲は、これに限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形及び改良形態もまた本発明の権利範囲に属する。
【符号の説明】
【0147】
100 パッケージング基板
10 コア基板
11 パッケージング基板の上面
12 パッケージング基板の下面
20 実装領域
21 キャビティ部
211 キャビティ部の側面
22 第1放熱部
221 放熱ビア
30 第2放熱部
40 素子
50 絶縁層
55 電気伝導性層
60 再配線層
70 バンプ
d 放熱ビアとキャビティ部との離隔距離
p1 第1点
p2 第2点
lc キャビティ部の外郭線
lt 放熱ビアの外郭線
pi 放熱ビア間の間隔
Dt コア基板の厚さ方向
図1A
図1B
図2A
図2B
図3A
図3B
図4
図5A
図5B
図6
【外国語明細書】