JP2007508710A - リードフレームを利用したワイヤボンディングされた電子パッケージの両面冷却方法及びこの方法により作製されたデバイス - Google Patents

Abstract

リードフレームを利用したワイヤボンディングされた電子パッケージの両面冷却を可能にする方法及び装置。この方法は、複数個のヒートスラグ部材（１４０）をリードフレームストリップ（１４２）上に形成されたこれらと対応関係にある複数個の電子パッケージ（１００′）上に位置決めする工程を有し、ヒートスラグ部材の各々は、ヒートスラグ（１３０）及びヒートスラグを電子パッケージ上にそれぞれ支持する複数個の脚部（１４４）を有し、この方法は、成形コンパウンド（１３２）を各ヒートスラグ部材とこれと対応関係にある電子パッケージとの間に導入する工程と、成形コンパウンドを硬化させる工程と、ヒートスラグ部材を切断して電子パッケージ（１００）をリードフレームストリップから分離し、各電子パッケージが電子パッケージの第１の面を冷却するヒートスラグを有するようにする工程とを更に有する。

Description

開示の内容

本発明は、一般に、集積回路チップパッケージングに関し、特に、リードフレームを利用したワイヤボンディングされた電子パッケージの両面冷却を可能にする方法及び装置に関する。

最新型の集積回路チップは速度及び部品密度が増大し続けているので、一般的にこれらチップにより生じる熱も又増加している。かくして、特に高性能／高出力デバイスでは熱を集積回路チップから良好に放散させる技術が望まれている。

既存の集積回路チップパッケージ、例えば電力用ＭＯＳＦＥＴパッケージは、熱を集積回路チップから運び去ることができないので相当大きな熱抵抗をもたらす。残念なことに、これにより集積回路チップの電力損失及び性能が制限される。リードフレームを利用したワイヤボンディングされた集積回路チップパッケージにおける熱放散性を向上させる一方法では、大きな一体形金属パッドを介してパッケージの底部上のリードフレームを露出させる。この改良型集積回路チップパッケージを実装基板にはんだ付けすることにより、極めて低いインピーダンスの熱経路が金属パッドを介して作られ、集積回路チップからの大きな出力電流が可能になると共に集積回路チップの低温動作が可能になる。しかしながら、ヒートスラグをパッケージの頂部上に一体化して両面冷却を行うことにより、この種の集積回路チップパッケージの熱放散性及び性能を一段と向上させることが依然として望ましい。しかしながら、ヒートスラグをパッケージの頂部上に設けることにより、パッケージ組立体の複雑さ（及びそのコスト）が増大する。というのは、ヒートスラグは、何らかの方法で（例えば、リードフレームの表面を処理することにより）リードフレームから絶縁しなければならないからである。

したがって、リードフレーム利用形ワイヤボンディングされた電子パッケージの両面冷却を可能にする方法及び装置が要望されている。また、ヒートスラグをリードフレーム利用形ワイヤボンディングされた電子パッケージの頂部上に一体化し、ヒートスラグがリードフレームから絶縁され、簡単で費用効果のよい仕方でパッケージの組立て／製造の実施が可能な方法及び装置が要望されている。

本発明は、リードフレーム利用のワイヤボンディングされた電子パッケージの両面冷却を行う方法及び装置を提供するが、本明細書では本発明を、単一の集積回路チップを有する電子パッケージの両面冷却に関して説明する。しかしながら、本発明の方法及び装置は、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく他形式の単一及び多チップ電子パッケージの両面冷却を可能にするために利用できることは注目されるべきである。

本発明は、第１の特徴では、両面冷却型電子パッケージの作製方法であって、複数個のヒートスラグ部材をこれらと対応関係をなしてリードフレームストリップ上に形成された複数個の電子パッケージ上に位置決めする工程を有し、前記ヒートスラグ部材の各々は、ヒートスラグ及び前記ヒートスラグを前記電子パッケージ上にそれぞれ支持する複数個の脚部を有し、前記方法は、成形コンパウンドを各前記ヒートスラグ部材と、これと対応関係にある前記電子パッケージとの間に導入する工程と、前記成形コンパウンドを硬化させる工程と、前記ヒートスラグ部材を切断して前記電子パッケージを前記リードフレームストリップから分離し、各前記電子パッケージが前記電子パッケージの第１の面を冷却するヒートスラグを有するようにする工程とを更に有することを特徴とする方法を提供する。

本発明は、第２の特徴では、両面冷却型電子パッケージの作製方法であって、ヒートスラグ部材を電子パッケージ上に位置決めする工程を有し、前記ヒートスラグ部材は、ヒートスラグ及び前記ヒートスラグを前記電子パッケージ上に支持する複数個の脚部を有し、前記方法は、成形コンパウンドを前記ヒートスラグ部材と前記電子パッケージとの間に導入する工程と、前記成形コンパウンドを硬化させる工程と、前記ヒートスラグ部材の前記脚部を切除して前記ヒートスラグだけが残るようにする工程とを更に有し、前記ヒートスラグは、前記電子パッケージの第１の面を冷却することを特徴とする方法を提供する。

本発明は、第３の特徴では、両面冷却型電子パッケージであって、前記電子パッケージの第１の面を冷却するヒートシンクとしての役目を果たすリードフレームに取り付けられた少なくとも１つの集積回路チップと、熱伝導性ヒートスラグと、前記ヒートスラグを前記少なくとも１つの集積回路チップの上方に支持する電気絶縁性且つ熱伝導性の成形コンパウンドとを有し、前記ヒートスラグは、前記電子パッケージの第２の面を冷却することを特徴とする電子パッケージを提供する。

本発明の上記特徴及び他の特徴は、添付の図面と関連して行われる本発明の種々の特徴の以下の詳細な説明から容易に理解されよう。

図面は、単なる図示であって、本発明の特定のパラメータを示すものではないことは注目されるべきである。図面は、本発明の代表的な特徴のみを示すものであり、したがって、本発明の範囲を制限するものと解されるべきではない。

従来型のリードフレームパッケージ１０が、図１に示されている。図示のように、リードフレームパッケージ１０は、熱伝導性リードフレーム／ヒートシンク１２及びエッジトレース１４を有している。集積回路チップ１６、例えば電力用ＭＯＳＦＥＴが、熱伝導性リードフレーム／ヒートシンク１２の上面１８に実装されている。ワイヤ２０が、集積回路チップ１６とエッジトレース１４を接続している。本発明の理解にとって必要ではないリードフレームパッケージ１０の他の部品は、必ずしも分かりやすくするように示されていない。集積回路チップ１６により生じた熱は、方向を示す矢印２２によって全体的に示されるように、熱伝導性リードフレーム／ヒートシンク１２を介してリードフレームパッケージ１０の底部から放散する。

本発明に従って作製されたリードフレームパッケージ１００が、図２に示されている。図１に示すリードフレームパッケージ１０と同様、本発明のリードフレームパッケージ１００は、熱伝導性リードフレーム／ヒートシンク１１２及びエッジトレース１１４を有している。集積回路チップ１１６、例えば電力用ＭＯＳＦＥＴが、熱伝導性リードフレーム／ヒートシンク１１２の上面１１８に実装されている。ワイヤ１２０が、集積回路チップ１１６とエッジトレース１１４を接続している。この場合も又、本発明の理解にとって必要ではないリードフレームパッケージ１００の他の部品は、必ずしも分かりやすくするように示されていない。しかしながら、図１に示すリードフレームパッケージ１０とは異なり、本発明のリードフレームパッケージ１００は、電気絶縁性且つ熱伝導性の成形コンパウンド１３２の層によって、熱伝導性リードフレーム／ヒートシンク１１２、エッジトレース１１４、集積回路チップ１１６及びワイヤ１２０の上方に設けられてこれらから絶縁された熱伝導性ヒートスラグ１３０を更に有している。熱伝導性ヒートスラグ１３０は、例えば銅又はアルミニウムのような金属又は他の適当な熱伝導性材料で作られたものであるのがよい。成形コンパウンド１３２は、当該技術分野において知られている種類のエポキシを主成分とし又はポリマーを主成分とする成形コンパウンドである。本発明の実施にあたり成形コンパウンド１３２について適当な熱的性質及び電気的性質を備えた他の材料も使用できる。

集積回路チップ１１６により生じた熱は、方向を示す矢印１２２によって全体的に示されるように熱伝導性リードフレーム／ヒートシンク１１２を介してリードフレームパッケージ１００の底部から且つ方向を示す矢印１２４によって全体的に示されるように熱伝導性ヒートスラグ１３０を介してリードフレームパッケージ１００の頂部から放散する。したがって、今や、リードフレームパッケージ１００には両面冷却作用が与えられている。

本発明に従って複数個の両面冷却型リードフレームパッケージ１００を作製する方法が、図３〜図７に示されている。

図３は、複数個の未完成のリードフレームパッケージ１００′を有するリードフレームストリップ１４２（図４）への取付け前における複数個の熱伝導性ヒートスラグ部材１４０を示している。各ヒートスラグ部材１４０は、熱伝導性ヒートスラグ１３０及び１対の外方に傾斜した脚部１４４を有する。各ヒートスラグ部材１４０は、銅、アルミニウム又は他の適当な熱伝導性材料で作られたものであるのがよい。上述したように、図４に示す複数個のリードフレームパッケージ１００′は各々、主要部として、少なくともリードフレーム／ヒートシンク１１２、エッジトレース１１４、熱伝導性リードフレーム／ヒートシンク１１２の上面１１８（図１参照）に実装された集積回路チップ１１６、及び集積回路チップ１１６をエッジトレース１１４に接続するワイヤ１２０を有している。リードフレームパッケージ１００′は、隣り合うエッジトレース１１４のところに設けられた除去可能な部分１４６によりリードフレームストリップ１４２上で互いに接合されている。

図５に示すように、各ヒートスラグ部材１４０は、それぞれのリードフレームパッケージ１００′上に位置決めされ、ヒートスラグ１３０は、リードフレームパッケージ１００′上に位置し、外方に傾斜した脚部１４４は、リードフレームパッケージ１００′の各側でリードフレームストリップ１４２の除去可能な部分１４６に接触すると共にこれらによって支持されている。各ヒートスラグ部材１４０の脚部１４４をリードフレームストリップ１４２の除去可能な部分１４６の表面に固定できるが（例えば、接着剤を用い又はヒートスラグ１３０の頂部に力を加えることにより）、ヒートスラグ部材１４０それ自体の重量は一般的には、次に行われる処理工程中、ヒートスラグ部材１４０をリードフレームパッケージ１００′上の定位置に維持するのに十分であることが判明した。

各ヒートスラグ部材１４０の脚部１４４は、リードフレームパッケージ１００′のエッジトレース１１４には接触せず、ヒートスラグ１３０をリードフレーム／ヒートシンク１１２、集積回路チップ１１６及びワイヤ１２０の上方に位置決めする。一般に、各ヒートスラグ部材１４０の脚部１４４は、ヒートスラグ部材１４０のヒートスラグ１３０をリードフレームパッケージ１００′の上に十分高く配置するよう構成されており、したがって、ヒートスラグ１３０は、リードフレームパッケージ１００′のどの部分にも接触せず、かくしてヒートスラグ１３０はリードフレームパッケージ１００′から電気的に絶縁されるようになっている。

複数個のヒートスラグ部材１４０をリードフレームストリップ１４２の複数個のリードフレームパッケージ１００′上に正しく位置決めした後、電気絶縁性且つ熱伝導性の成形コンパウンド１３２を図６に示すように、各ヒートスラグ部材１４０と、これとそれぞれ対応関係にあるリードフレームパッケージ１００′との間に導入する。例えば、固定具又はジク（図示せず）をヒートスラグ部材１４０の各々又は全ての上に位置決めし、成形コンパウンド１３２を流体の状態で固定具内に導入して各ヒートスラグ部材１４０と、これとそれぞれ対応関係にあるリードフレームパッケージ１００との間の空間を成形コンパウンド１３２で満たし、成形コンパウンド１３２を硬化させることにより、複合成形（overmolding）を実施するのがよい。成形コンパウンド１３２は、例えば、約１７５℃の温度まで加熱されるエポキシ又はポリマーを主成分とする材料から成るのがよい。

図７に示すように、成形コンパウンド１３２を十分に硬化させた後、切断工程１５０を実施して外方に傾斜した脚部１４４を各ヒートスラグ１４０から除去し、そして今や完成状態のリードフレームパッケージ１００の各々をリードフレームストリップ１４２から分離する。その結果得られた両面冷却型リードフレームパッケージ１００が、図２に示されている。切断工程１５０は、リードフレームパッケージ１００をリードフレームストリップ１４２から分離し、脚部１４４を各ヒートスラグ部材１４０から分離できる任意形式の現在公知の切断作業又は後で開発される切断作業を含む。

本発明の種々の特徴についての上述の説明は、例示及び説明の目的のために与えられている。この説明は、排他的ではなく、即ち、本発明を開示した形態そのものに限定しようとするものではなく、多くの改良例及び変形例を想到できることは明白である。当業者には明らかなかかる改良例及び変形例は、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲に含まれるものである。

複合成形前の従来型リードフレームパッケージを示す図である。 本発明のヒートスラグ付き両面冷却型リードフレームパッケージを示す図である。 リードフレームストリップへの取付け前における本発明の複数個の熱伝導性ヒートスラグ部材を示す図である。 図３に示すヒートスラグ部材の取付け前における複数個の未完成状態のリードフレームパッケージ（チップ取付け及びワイヤボンディング後）から成るリードフレームストリップを示す図である。 図４の未完成のリードフレームパッケージ上の図３の複数個のヒートスラグ部材の配置状態を示す図である。 ヒートスラグと未完成のリードフレームパッケージとの間への成形コンパウンドの導入の仕方を示す図である。 完成したリードフレームパッケージをリードフレームストリップから分離する切断作業を示す図である。

Claims (18)

1. 両面冷却型電子パッケージの作製方法であって、
   複数個のヒートスラグ部材をこれらと対応関係をなしてリードフレームストリップ上に形成された複数個の電子パッケージ上に位置決めする工程を有し、前記ヒートスラグ部材の各々は、ヒートスラグ及び前記ヒートスラグを前記電子パッケージ上にそれぞれ支持する複数個の脚部を有し、
   成形コンパウンドを各前記ヒートスラグ部材と、これと対応関係にある前記電子パッケージとの間に導入する工程を有し、
   前記成形コンパウンドを硬化させる工程を有し、
   前記ヒートスラグ部材を切断して前記電子パッケージを前記リードフレームストリップから分離し、各前記電子パッケージが前記電子パッケージの第１の面を冷却するヒートスラグを有するようにする工程を有する、方法。
2. 前記複数個のヒートスラグ部材は、熱伝導性であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記複数個のヒートスラグ部材は、銅及びアルミニウムから成る群から選択された材料で作られていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 各前記ヒートスラグ部材の前記脚部は、前記ヒートスラグをこれと対応関係にある電子パッケージの上方に支持して前記ヒートスラグが前記電子パッケージに接触しないようにすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記成形コンパウンドは、電気絶縁性且つ熱伝導性であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記リードフレームストリップ上に形成された前記電子パッケージの各々は、前記電子パッケージの第２の面を冷却するヒートシンクとしての役目を果たすリードフレームを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記リードフレームストリップ上の前記複数個の電子パッケージは、除去可能な部分によって互いに分離され、前記切断工程では、前記除去可能な部分を切除することを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記位置決め工程では、前記複数個のヒートスラグ部材の前記脚部を前記除去可能な部分上に位置決めすることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 両面冷却型電子パッケージの作製方法であって、
   ヒートスラグ部材を電子パッケージ上に位置決めする工程を有し、前記ヒートスラグ部材は、ヒートスラグ及び前記ヒートスラグを前記電子パッケージ上に支持する複数個の脚部を有し、
   成形コンパウンドを前記ヒートスラグ部材と前記電子パッケージとの間に導入する工程を有し、
   前記成形コンパウンドを硬化させる工程を有し、
   前記ヒートスラグ部材の前記脚部を切除して前記ヒートスラグだけが残るようにする工程を有し、前記ヒートスラグは、前記電子パッケージの第１の面を冷却する、方法。
10. 前記ヒートスラグ部材は、熱伝導性であることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記ヒートスラグ部材は、銅及びアルミニウムから成る群から選択された材料で作られていることを特徴とする請求項９に記載の方法。
12. 前記ヒートスラグ部材の前記脚部は、前記ヒートスラグを電子パッケージの上方に支持して前記ヒートスラグが前記電子パッケージに接触しないようにすることを特徴とする請求項９に記載の方法。
13. 前記成形コンパウンドは、電気絶縁性且つ熱伝導性であることを特徴とする請求項９に記載の方法。
14. 前記電子パッケージは、前記電子パッケージの第２の面を冷却するヒートシンクを有することを特徴とする請求項９に記載の方法。
15. 前記電子パッケージは、除去可能な部分を有し、前記切断工程では、前記ヒートスラグ部材の前記脚部及び前記除去可能な部分を切除することを特徴とする請求項９に記載の方法。
16. 前記位置決め工程では、前記ヒートスラグ部材の前記脚部を前記除去可能な部分上に位置決めすることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 両面冷却型電子パッケージであって、
    前記電子パッケージの第１の面を冷却するヒートシンクとしての役目を果たすリードフレームに取り付けられた少なくとも１つの集積回路チップと、
    熱伝導性ヒートスラグと、
    前記ヒートスラグを前記少なくとも１つの集積回路チップの上方に支持する電気絶縁性且つ熱伝導性の成形コンパウンドとを有し、前記ヒートスラグは、前記電子パッケージの第２の面を冷却する、電子パッケージ。
18. 前記ヒートスラグは、前記少なくとも１つの集積回路チップに接触しないことを特徴とする請求項１７に記載の電子パッケージ。

Images