パッケージキャリアおよびその製造方法
【課題】熱発生素子を搭載することに適したパッケージキャリアおよびパッケージキャリアを製造する方法を提供する。
【解決手段】基板１１０ａが提供され、上表面１１１ａと下表面１１３ａとに連通する第１開口１１５ａが形成される。熱伝導素子１２０が第１開口１１５ａ中に配置され、絶縁材料１３０によって第１開口１１５ａ中に固定される。基板１１０ａを貫通するスルーホール１１７ａが形成される。金属層１４０が基板１１０ａの上表面１１１ａおよび下表面１１３ａならびにスルーホール１１７ａの内側に形成されて、基板１１０ａの上表面１１１ａおよび下表面１１３ａと熱伝導素子１２０と絶縁材料１３０とを被覆する。金属層１４０の一部が除去される。ソルダーマスク１５０が金属層１４０上に形成される。表面保護層１６０が形成されて、ソルダーマスク１５０により露出された金属層１４０とスルーホール１１７ａ内に位置する金属層１４０とを被覆する。
【解決手段】基板１１０ａが提供され、上表面１１１ａと下表面１１３ａとに連通する第１開口１１５ａが形成される。熱伝導素子１２０が第１開口１１５ａ中に配置され、絶縁材料１３０によって第１開口１１５ａ中に固定される。基板１１０ａを貫通するスルーホール１１７ａが形成される。金属層１４０が基板１１０ａの上表面１１１ａおよび下表面１１３ａならびにスルーホール１１７ａの内側に形成されて、基板１１０ａの上表面１１１ａおよび下表面１１３ａと熱伝導素子１２０と絶縁材料１３０とを被覆する。金属層１４０の一部が除去される。ソルダーマスク１５０が金属層１４０上に形成される。表面保護層１６０が形成されて、ソルダーマスク１５０により露出された金属層１４０とスルーホール１１７ａ内に位置する金属層１４０とを被覆する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、チップパッケージ構造およびその製造方法に関する。特に、この発明は、パッケージキャリア（package carrier）およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
チップパッケージの目的は、露出されたチップ（bare chip）を保護し、チップの接点密度を低下させ、かつチップに良好な熱放散性を提供することにある。従来のワイヤーボンディング（wire bonding）技術において、通常、リードフレーム（lead frame）がチップのキャリア（carrier）として使用される。チップの接点密度が次第に増大するにつれて、リードフレームは、もはや更に接点密度を向上させることができないとともに、望ましい接点密度を達成できるパッケージ基板（package substrate）に置き換えられる。また、チップは、金属導電ワイヤーまたはバンプ（bump）のような導電媒体によりパッケージ基板上にパッケージされる。
【０００３】
現在の一般的な発光ダイオード（light emitting diode = LED）パッケージ構造において、LEDチップが使用される前に、LEDチップがパッケージされる必要があるとともに、発光する時、LEDチップが大量の熱を発生させる。もしもLEDチップにより発生された熱が十分に放散できず、かつLEDチップ構造中に継続して蓄積されるならば、LEDチップ構造の温度が継続的に増大する。従って、過熱のために、LEDチップが輝度を減少させ、寿命を短縮させ、そして、もしも重大であれば、永久的な損傷さえも受ける。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
LEDチップおよびパッケージ構造間の熱膨張係数がミスマッチ（mismatch）であるため、発生された熱応力（thermal stress）ならびに曲がり（warpage）がますます危機的なものとなり、LEDパッケージ構造の信頼性が低下する。光抽出効率を強化することに加えて、現在のパッケージ技術は、パッケージ構造の熱応力を減少させて、寿命ならびにパッケージ構造の信頼性を増大することに焦点が置かれている。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、熱発生素子を搭載することに適したパッケージキャリアを提供することにある。
【０００６】
この発明は、パッケージキャリアを製造するために使用する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、パッケージキャリアを製造する方法を提供する。その方法が以下のステップを含む。基板が提供される。基板が上表面と上表面に背向する下表面とを有する。基板の上表面および下表面に連通する第１開口が形成される。熱伝導素子が基板の第１開口中に配置され、絶縁材料を介して基板の第１開口中に固定される。基板を貫通する少なくとも１つのスルーホールが形成される。金属層が基板の上表面および下表面ならびにスルーホールの内側に形成されて、上表面と下表面と熱伝導素子と基板の絶縁材料とを被覆する。金属層の一部が除去される。ソルダーマスクが金属層上に形成される。表面保護層が形成されるとともに、ソルダーマスクによって露出された金属層の一部およびスルーホールの内側に位置する金属層の一部を被覆する。
【０００８】
この発明が更に熱発生素子をパッケージするのに適したパッケージキャリアを提供する。パッケージキャリアが基板と熱伝導素子と絶縁材料と金属層とソルダーマスクと表面保護層とを含む。基板が上表面と上表面に背向する下表面とを有するとともに、上表面と下表面とに連通する第１開口と少なくとも一つのスルーホールを有する。熱伝導素子が基板の第１開口中に配置される。絶縁材料が基板の第１開口を充填して熱伝導素子を基板の第１開口中に固定する。金属層が基板の上表面、下表面およびスルーホール上に配置され、基板の一部を露出させる。ソルダーマスクが金属層上に配置される。表面保護層がソルダーマスクによって露出される金属層の一部およびスルーホールの内側に位置する金属層の一部を被覆するとともに、熱発生素子が熱伝導素子上方の表面保護層上に配置される。
【発明の効果】
【０００９】
以上をまとめると、この発明のパッケージキャリアが熱伝導素子を有するとともに、熱伝導素子が基板中に埋め込まれて、パッケージキャリア上に配置された熱発生素子により発生される熱は、熱伝導素子および基板上に位置する金属層を介して急速に外界へ伝導されることができる。この発明のパッケージキャリアは、熱発生素子により発生された熱を急速に外界へ伝送できる。従って、熱発生素子の使用効率および使用寿命を共に改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】この発明の実施形態にかかるパッケージキャリアを製造する方法を示す断面図である。
【図１Ｂ】この発明の実施形態にかかるパッケージキャリアを製造する方法を示す断面図である。
【図１Ｃ】この発明の実施形態にかかるパッケージキャリアを製造する方法を示す断面図である。
【図１Ｄ】この発明の実施形態にかかるパッケージキャリアを製造する方法を示す断面図である。
【図１Ｅ】この発明の実施形態にかかるパッケージキャリアを製造する方法を示す断面図である。
【図２】この発明の実施形態にかかる図１Ｅに描いた熱発生素子を搭載するパッケージキャリアを示す断面図である。
【図３Ａ】この発明の別な実施形態にかかるパッケージキャリアの製造方法を示す断面図である。
【図３Ｂ】この発明の別な実施形態にかかるパッケージキャリアの製造方法を示す断面図である。
【図３Ｃ】この発明の別な実施形態にかかるパッケージキャリアの製造方法を示す断面図である。
【図３Ｄ】この発明の別な実施形態にかかるパッケージキャリアの製造方法を示す断面図である。
【図３Ｅ】この発明の別な実施形態にかかるパッケージキャリアの製造方法を示す断面図である。
【図４】図３Ｅに描いた熱発生素子を搭載するパッケージキャリアを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
図１Ａ〜図１Ｅは、この発明の実施形態にかかるパッケージキャリアを製造する方法を示す断面図である。図１Ａにおいて、この実施形態にかかるパッケージキャリアを製造する方法中、上表面１１１ａと上表面１１１ａに背向する下表面１１３ａとを有する基板１１０ａが提供され。この実施形態中、基板１１０ａは、例えば、第１銅箔（copper foil）層１１２ａと、第２銅箔層１１４ａと、絶縁層１１６ａとを有する。絶縁層１１６ａが第１銅箔層１１２ａおよび第２銅箔層１１４ａ間に配置される。言い換えれば、この実施形態の基板１１０ａは、両面基板である。
【００１２】
次に、図１Ｂにおいて、基板１１０ａの上表面１１１ａおよび下表面１１３ａを連通する第１開口１１５ａが形成される。第１開口１１５ａを形成するステップが例えばパンチング（punching、打ち抜き）またはルーティング（routing、溝掘り）である。
【００１３】
なお図１Ｂにおいて、基板１１０ａを貫通する少なくとも１つのスルーホール１１７ａ（図１Ｂは、１つだけを示す）が形成される。スルーホール１１７ａを形成するステップが例えば機械ドリルまたはレーザードリルである。以下のステップの信頼性を増大させるために、電気メッキシード層１７０が基板１１０ａの上表面１１１ａ、基板１１０ａの下表面１１３ａ、スルーホール１１７ａの内壁および第１開口１１５ａの内壁に形成される。
【００１４】
図１Ｃにおいて、熱伝導素子１２０が基板１１０ａの第１開口１１５ａ中に配置される。熱伝導素子１２０が例えば絶縁材料１３０により基板１１０ａの第１開口１１５ａ中に固定される。換言すれば、絶縁材料１３０が基板１１０ａの第１開口１１５ａ中に配置されて、基板１１０ａに対する熱伝導素子１２０の位置を固定する。
【００１５】
この実施形態中、熱伝導素子１２０は、第１導電層１２２と、第２導電層１２４と、第１導電層１２２および第２導電層１２４間に位置する絶縁材料層１２６とから成る。熱伝導素子１２０の熱膨張係数が基板１１０ａの熱膨張係数よりも小さいとともに、熱伝導素子１２０の熱伝導係数が基板１１０ａの熱伝導係数よりも大きい。詳細には、熱伝導素子１２０の熱膨張係数が例えば３ｐｐｍ／℃〜３０ｐｐｍ／℃の範囲であり、かつ熱伝導素子１２０の熱伝導係数が２０Ｗ／ｍ×Ｋ〜５００Ｗ／ｍ×Ｋの範囲である。熱伝導素子１２０の絶縁材料層１２６の熱伝導係数が基板１１０ａの絶縁層１１６ａの熱伝導係数よりも大きい。また、熱伝導素子１２０の材料が例えばスルーシリコンビア（through silicon via = TSV）を有する又は有さないセラミックス、TSVを有する又は有さないシリコン、シリコンカーバイド、ダイヤモンドあるいは金属である。
【００１６】
注意すべきことは、この発明は、ステップがスルーホール１１７ａを最初に形成してから基板１１０ａの第１開口１１５ａ中に熱伝導素子１２０を配置すると述べているものの、スルーホール１１７ａを形成するとともに熱伝導素子１２０を配置するというステップの順番には限定されないということである。もちろん、別な実施形態中、熱伝導素子１２０を基板１１０ａの第１開口１１５ａ中に最初に配置してから、スルーホール１１７ａを形成することができる。ここで、スルーホール１１７ａを形成すること及び熱伝導素子１２０を配置することのステップの順番は、例示に過ぎず、それに限定されるものではない。
【００１７】
次に図１Ｄにおいて、金属層１４０が基板１１０ａの上表面１１１ａおよび下表面１１３ａ上ならびにスルーホール１１７ａ内の電気メッキシード層１７０上に形成されて、基板１１０ａの上表面１１１ａおよび下表面１１３ａと熱伝導素子１２０と絶縁材料１３０とを被覆する。この実施形態中、金属層１４０を形成する方法が例えば電気メッキ法である。電気メッキシード層１７０を介して、金属層１４０を電気メッキする時に製造プロセスの信頼性を増大させる。
【００１８】
次に、図１Ｅにおいて、金属層１４０の一部およびその下方の電気メッキシード層１７０の一部と、第１銅箔層１１２ａの一部と、第２銅箔層１１４ａとを除去して絶縁層１１６ａの一部を露出させる。それから、ソルダーマスク１５０が金属層１４０上に形成される。最後に、表面保護膜１６０を形成する。表面保護膜１６０がソルダーマスク１５０外に露出された金属層１４０とスルーホール１１７ａ内に位置する金属層１４０、ならびに絶縁層１１６ａ外に露出された第１銅箔層１１２ａの一部ならびに第２銅箔層１１４ａの一部を被覆する。この実施形態中、表面保護膜１６０の材料が例えばニッケルゴールド（NiAu）である。このように、パッケージキャリア１００ａが形成を完了する。
【００１９】
構造上、この実施形態のパッケージキャリア１００ａは、基板１１０ａと、熱伝導素子１２０と、絶縁材料１３０と、金属層１４０と、ソルダーマスク１５０と、表面保護膜１６０とを含む。基板１１０ａが第１銅箔層１１２ａと第２銅箔層１１４ａと絶縁層１１６ａとから構築される。基板１１０ａが上表面１１１ａと上表面１１１ａに背向する下表面１１３ａと上表面１１１ａおよび下表面１１３ａに連通する第１開口１１５ａと少なくとも１つのスルーホール１１７ａとを有する。熱伝導素子１２０が基板１１０ａの第１開口１１５ａ中に配置される。絶縁材料１３０が基板１１０ａの第１開口１１５ａ中に充填されて、熱伝導素子１２０を基板１１０ａの第１開口１１５ａ中に固定する。金属層１４０が基板１１０ａの上表面１１１ａおよび下表面１１３ａならびにスルーホール１１７ａの内側に配置されるとともに、金属層１４０が基板１１０ａの一部を露出させる。
ソルダーマスク１５０が金属層１４０上に配置される。表面保護膜１６０がソルダーマスク１５０によって露出された金属層１４０の一部とスルーホール１１７ａの内側に位置する金属層１４０の一部とを被覆するとともに、さらに絶縁層１１６ａにより露出された第１銅箔層１１２ａの一部と第２銅箔層１１４ａの一部を被覆する。
【００２０】
図２は、この発明の実施形態にかかる図１Ｅに描いた熱発生素子を搭載するパッケージキャリアを示す断面図である。図２において、この実施形態中、パッケージキャリア１００ａが熱発生素子２００を搭載するのに適したものであり、熱発生素子２００が熱伝導素子１２０上方の表面保護膜１６０の一部上に配置されるとともに、熱発生素子２００が例えば電子チップまたは光電チップであるものの、この発明をそれに限定するものではない。例えば、電子チップが画像チップ、メモリーチップのような集積回路チップであることができるとともに、単一チップあるいはチップモジュールであることができる。光電チップが例えばＬＥＤ、レーザーダイオードあるいは高強度放電ランプである。熱発生素子２００は、ＬＥＤとして記述される。
【００２１】
詳細には、熱発生素子２００（例えば、半導体チップ）を複数の導電ワイヤー２２０を介してワイヤーボンディングにより表面保護層１６０に電気接続できる。カプセル材料２１０がまた熱発生素子２００、導電ワイヤー２２０およびパッケージキャリア１００ａの一部を覆うことができ、熱発生素子２００と導電ワイヤー２２０およびパッケージキャリア１００ａとの間の電気接続を保護できる。この実施形態の熱伝導素子１２０の熱膨張係数が基板１１０ａの熱膨張係数より小さいので、熱発生素子２００、熱伝導素子１２０および基板１１０ａの熱膨張係数が次第に減少する。このようにして、熱発生素子２００と熱伝導素子１２０と基板１１０ａとの熱膨張係数の差異が大きすぎてストレスの増大と成ることを回避できる。また、熱発生素子２００の剥離および損傷を防止できるとともに、パッケージキャリア１００ａの信頼性を向上させる。
【００２２】
また、熱伝導素子１２０の熱伝導係数が基板１１０ａの熱伝導係数よりも大きく、かつ熱伝導素子１２０が基板１１０ａに埋め込まれるため、パッケージキャリア１００ａ上に配置された熱発生素子２００により発生される熱が熱伝導素子１２０および基板１１０ａ上の金属層１４０を介して急速に外へ伝送される。従って、この実施形態のパッケージキャリア１００ａが熱発生素子２００により発生された熱を有効に放散できるとともに、熱発生素子２００の有効性および長寿命を向上させる。
【００２３】
注意すべきことは、実施形態が、たとえ熱発生素子２００がワイヤーボンディングを介してパッケージキャリア１００ａおよび金属層１４０を電気接続していると記述していても、この発明は、熱発生素子２００およびパッケージキャリア１００ａ間のボンディングタイプ、ならびに熱発生素子２００のタイプを限定するものではない。別な実施形態中、熱発生素子２００は、フリップチップボンディング（flip chip bonding）により多数のバンプ（図示せず）を介して電気接続されるとともに、熱伝導素子１２０上方の金属層１４０上に位置する。さらに別な実施形態中、熱発生素子２００は、表面実装技術（surface mount technology = SMT）を介してパッケージキャリア１００ａ上に実装されたチップパッケージ（図示せず）であることができる。熱発生素子２００およびパッケージキャリア１００ａ間のボンディングタイプ、ならびに熱発生素子２００のタイプは、例示に過ぎず、この発明に対する限定と解釈してはならない。
【００２４】
図３Ａ〜図３Ｅは、この発明の別な実施形態にかかるパッケージキャリアの製造方法を示す断面図である。図３Ａにおいて、この実施形態のパッケージキャリアの製造方法中、基板１１０ｂが提供される。基板１１０ｂが上表面１１１ｂと上表面１１１ｂに背向する下表面１１３ｂとを有する。この実施形態中、基板１１０ｂが例えば金属板１１２ｂおよび少なくとも１つの絶縁ブロック１１４ｂ（図３Ａが２つを示す）から成る。金属板１１２ｂが上表面１１１ｂと下表面１１３ｂとを連通する少なくとも１つの第２開口１１９ｂ（図３Ａが２つを示す）を有するとともに、これらの絶縁ブロック１１４ｂが第２開口１１９ｂ中に配置される。
【００２５】
次に、図３Ｂにおいて、金属板１１２ｂを貫通する第１開口１１５ｂが形成される。第１開口１１５ｂを形成するステップが例えばパンチングまたはルーティング（routing）である。
【００２６】
なお図３Ｂにおいて、絶縁ブロック１１４ｂを貫通する少なくとも１つのスルーホール１１７ｂ（図３Ｂが２つを示す）が形成される。スルーホール１１７ｂを形成するステップが例えば機械ドリルまたはレーザードリルである。
【００２７】
図３Ｃにおいて、熱伝導素子１２０が第１開口１１５ｂ中に配置される。熱伝導素子１２０が例えば絶縁材料１３０により第１開口１１５ｂ中に固定される。換言すれば、絶縁材料１３０が第１開口１１５ｂ中に配置されて基板１１０ｂに対する熱伝導素子１２０の位置を固定する。
【００２８】
この実施形態中、熱伝導素子１２０が第１導電層１２２と第２導電層１２４と絶縁層１２６とから成る。絶縁層１２６が第１導電層１２２および第２導電層１２４間に配置される。熱伝導素子１２０の熱膨張係数が基板１１０ｂの熱膨張係数よりも小さく、かつ熱伝導素子１２０の熱伝導係数が基板１１０ｂの熱伝導係数よりも大きい。詳細には、熱伝導素子１２０の熱膨張係数が例えば３ｐｐｍ／℃〜３０ｐｐｍ／℃の範囲であり、かつ熱伝導素子１２０の熱伝導係数が２０Ｗ／ｍ×Ｋ〜５００Ｗ／ｍ×Ｋの範囲である。また、熱伝導素子１２０の材料が例えばスルーシリコンビア（through silicon via = TSV）を有する又は有さないセラミックス、TSVを有する又は有さないシリコン、シリコンカーバイド、ダイヤモンドあるいは金属である。
【００２９】
注意すべきことは、この発明は、ステップがスルーホール１１７ｂを最初に形成してから基板１１０ｂの第１開口１１５ｂ中に熱伝導素子１２０を配置すると述べているのにもかかわらず、スルーホール１１７ｂを形成するとともに熱伝導素子１２０を配置するというステップの順番には限定されないとういことである。もちろん、別な実施形態中、熱伝導素子１２０を基板１１０ｂの第１開口１１５ｂ中に最初に配置してから、スルーホール１１７ｂを形成することができる。ここで、スルーホール１１７ｂを形成すること及び熱伝導素子１２０を配置することのステップの順番は、例示に過ぎず、それに限定されるものではない。
【００３０】
次に、図３Ｄにおいて、金属層１４０が基板１１０ｂの上表面１１１ｂおよび下表面１１３ｂと基板１１０ｂの内側に形成されて、基板１１０ｂの上表面１１１ｂおよび下表面１１３ｂと、熱伝導素子１２０と、絶縁材料１３０とを被覆する。この実施形態中、導電層（金属層）１４０を形成するステップが例えば電気メッキである。
【００３１】
次に、図３Ｅにおいて、金属層１４０の一部が除去されて第２開口１１９ｂ中に位置する各絶縁ブロック１１４ｂの一部を露出させる。そして、ソルダーマスク１５０が金属層１４０上に形成される。最後に、表面保護膜１６０が形成されて、ソルダーマスク１５０によって露出された金属層１４０の一部とスルーホール１１７ｂの内側に位置する金属層１４０の一部を被覆するとともに、さらに、絶縁ブロック１１４ｂによって露出された金属層１４０の一部を被覆する。この実施形態中、表面保護膜１６０の材料が例えばニッケルゴールド（NiAu）である。そのようにして、パッケージキャリア１００ｂが完全に形成される。
【００３２】
構造的に、この実施形態のパッケージキャリア１００ｂが基板１１０ｂと熱伝導素子１２０と絶縁材料１３０と金属層１４０とソルダーマスク１５０と表面保護層１６０とを含む。基板１１０ｂが金属板１１２ｂと絶縁ブロック１１４ｂから成る。基板１１０ｂが上表面１１１ｂと上表面１１１ｂに背向する下表面１１３ｂを有する。金属板１１２ｂが第１開口１１５ｂと第２開口１１９ｂとを有するとともに、絶縁ブロック１１４ｂがスルーホール１１７ｂを有する。熱伝導素子１２０が金属板１１２ｂの第１開口１１５ｂ中に配置される。絶縁材料１３０が第１開口１１５ｂ中に充填されて第１開口１１５ｂ内に熱伝導素子１２０を固定する。金属層１４０が基板１１０ｂの上表面１１１ｂおよび下表面１１３ｂ上とスルーホール１１７ｂ内とに配置され、対応する第２開口１１９ｂ内に位置する各絶縁ブロック１１４ｂの一部を露出させる。ソルダーマスク１５０が金属層１４０上に配置される。表面保護層１６０がソルダーマスク１５０により露出された一部とスルーホール１１７ｂ内に位置する金属層１４０の一部を被覆するとともに、さらに、絶縁ブロック１１４ｂにより露出された金属層１４０の一部を被覆する。
【００３３】
図４は、図３Ｅに描いた熱発生素子を搭載するパッケージキャリアを示す断面図である。図４において、この実施形態中、パッケージキャリア１００ｂが熱発生素子２００を搭載するのに適したものである。熱発生素子２００が対応する熱伝導素子１２０上方の表面保護層１６０の一部上に配置されるとともに、熱発生素子２００が例えば電子チップまたは光電チップであるけれど、この発明をそれに限定するものではない。例えば、電子チップが画像チップ、メモリーチップのような集積回路チップであることができるとともに、単一チップまたはチップモジュールであることができる。光電チップは、例えば、ＬＥＤ、レーザーダイオードまたは高強度放電ランプである。この実施形態中、熱発生素子２００がＬＥＤとして述べられる。
【００３４】
詳細には、熱発生素子２００（例えば、半導体チップ）を複数の導電ワイヤー２２０を介してワイヤーボンディングにより表面保護層１６０に電気接続できる。カプセル材料２１０がまた熱発生素子２００、導電ワイヤー２２０およびパッケージキャリア１００bの一部を覆うことができ、熱発生素子２００と導電ワイヤー２２０およびパッケージキャリア１００bとの間の電気接続を保護できる。この実施形態の熱伝導素子１２０の熱膨張係数が基板１１０bの熱膨張係数より小さいので、熱発生素子２００、熱伝導素子１２０および基板１１０ａの熱膨張係数の差異が次第に減少する。このようにして、熱発生素子２００と熱伝導素子１２０と基板１１０ｂとの熱膨張係数の差異が大きすぎてストレスの増大と成ることを回避できる。また、熱発生素子２００の剥離および損傷を防止できるとともに、パッケージキャリア１００ｂの信頼性を向上させる。
【００３５】
また、熱伝導素子１２０の熱伝導係数が基板１１０ｂの熱伝導係数よりも大きいとともに、熱伝導素子１２０が基板１１０ｂ中に埋め込まれ、かつパッケージキャリア１００ｂ上に配置された熱発生素子２００によって発生された熱が熱伝導素子１２０および基板１１０ｂの金属層１４０を介して外界へ急速に伝送される。従って、この実施形態のパッケージキャリア１００ｂは、熱発生素子２００によって発生された熱を効果的に放散することができるとともに、熱発生素子２００の有効性および長寿命が改善される。
【００３６】
注意すべきことは、実施形態が、熱発生素子２００がワイヤーボンディングを介してパッケージキャリア１００ｂおよび金属層１４０を電気接続していると記述していても、この発明は、熱発生素子２００とパッケージキャリア１００ｂとを結合する方法および熱発生素子２００のタイプがこの発明を限定しないことである。別な実施形態中の熱発生素子２００は、複数のバンプ（図示せず）を介してフリップチップボンディングにより熱伝導素子１２０上方に位置する金属層１４０に電気接続されることもできる。この発明の別な実施形態中、熱発生素子２００は、チップパッケージ（図示せず）であることができるとともに、表面実装技術（ＳＭＴ）を行うことによってパッケージキャリア１００ｂに設置される。熱発生素子２００とパッケージキャリア１００ｂとを結合する方法および熱発生素子２００のタイプは例示であって、この発明に対する限定と解釈されるべきでない。
【００３７】
まとめると、本発明のパッケージキャリアは、熱伝導素子を有し、熱伝導素子が基板中に埋め込まれて、パッケージキャリア上に配置された熱発生素子により発生される熱は、熱伝導素子および基板上に位置する金属層を介して急速に外界へ伝導されることができる。この発明のパッケージキャリアは、熱発生素子により発生された熱を急速に外界へ伝送できる。従って、熱発生素子の使用効率および使用寿命を共に改善できる。本発明の熱伝導素子の熱膨張係数が基板の熱膨張係数より小さいので、熱発生素子、熱伝導素子および基板の熱膨張係数の差が次第に減少する。このようにして、熱発生素子と熱伝導素子と基板との熱膨張係数の差異が大きすぎてストレスの増大と成ることを回避できる。また、熱発生素子の剥離および損傷を防止できるとともに、パッケージキャリアの信頼性を向上させる。
【００３８】
以上のように、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、LEDチップ等の熱発生素子をパッケージするのに使用できるパッケージキャリア及びその製造方法に関するものである。
【符号の説明】
【００４０】
１００ａ，１００ｂ パッケージキャリア
１１０ａ，１１０ｂ 基板
１１１ａ，１１１ｂ 上表面
１１２ａ 第１銅箔層
１１２ｂ 金属板
１１３ａ，１１３ｂ 下表面
１１４ａ 第２銅箔層
１１４ｂ 絶縁ブロック
１１５ａ，１１５ｂ 第１開口
１１６ａ 絶縁層
１１７ａ，１１７ｂ スルーホール
１１９ｂ 第２開口
１２０ 熱伝導素子
１２２ 第１導電層
１２４ 第２導電層
１２６ 絶縁材料層
１３０ 絶縁材料
１４０ 金属層
１５０ ソルダーマスク
１５２ 第１金属層
１６０ 表面保護層
１７０ 電気メッキシード層
１８０ 表面保護層
２００ 熱発生素子
２１０ カプセル材料
２２０ 導電ワイヤー
【技術分野】
【０００１】
この発明は、チップパッケージ構造およびその製造方法に関する。特に、この発明は、パッケージキャリア（package carrier）およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
チップパッケージの目的は、露出されたチップ（bare chip）を保護し、チップの接点密度を低下させ、かつチップに良好な熱放散性を提供することにある。従来のワイヤーボンディング（wire bonding）技術において、通常、リードフレーム（lead frame）がチップのキャリア（carrier）として使用される。チップの接点密度が次第に増大するにつれて、リードフレームは、もはや更に接点密度を向上させることができないとともに、望ましい接点密度を達成できるパッケージ基板（package substrate）に置き換えられる。また、チップは、金属導電ワイヤーまたはバンプ（bump）のような導電媒体によりパッケージ基板上にパッケージされる。
【０００３】
現在の一般的な発光ダイオード（light emitting diode = LED）パッケージ構造において、LEDチップが使用される前に、LEDチップがパッケージされる必要があるとともに、発光する時、LEDチップが大量の熱を発生させる。もしもLEDチップにより発生された熱が十分に放散できず、かつLEDチップ構造中に継続して蓄積されるならば、LEDチップ構造の温度が継続的に増大する。従って、過熱のために、LEDチップが輝度を減少させ、寿命を短縮させ、そして、もしも重大であれば、永久的な損傷さえも受ける。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
LEDチップおよびパッケージ構造間の熱膨張係数がミスマッチ（mismatch）であるため、発生された熱応力（thermal stress）ならびに曲がり（warpage）がますます危機的なものとなり、LEDパッケージ構造の信頼性が低下する。光抽出効率を強化することに加えて、現在のパッケージ技術は、パッケージ構造の熱応力を減少させて、寿命ならびにパッケージ構造の信頼性を増大することに焦点が置かれている。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、熱発生素子を搭載することに適したパッケージキャリアを提供することにある。
【０００６】
この発明は、パッケージキャリアを製造するために使用する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、パッケージキャリアを製造する方法を提供する。その方法が以下のステップを含む。基板が提供される。基板が上表面と上表面に背向する下表面とを有する。基板の上表面および下表面に連通する第１開口が形成される。熱伝導素子が基板の第１開口中に配置され、絶縁材料を介して基板の第１開口中に固定される。基板を貫通する少なくとも１つのスルーホールが形成される。金属層が基板の上表面および下表面ならびにスルーホールの内側に形成されて、上表面と下表面と熱伝導素子と基板の絶縁材料とを被覆する。金属層の一部が除去される。ソルダーマスクが金属層上に形成される。表面保護層が形成されるとともに、ソルダーマスクによって露出された金属層の一部およびスルーホールの内側に位置する金属層の一部を被覆する。
【０００８】
この発明が更に熱発生素子をパッケージするのに適したパッケージキャリアを提供する。パッケージキャリアが基板と熱伝導素子と絶縁材料と金属層とソルダーマスクと表面保護層とを含む。基板が上表面と上表面に背向する下表面とを有するとともに、上表面と下表面とに連通する第１開口と少なくとも一つのスルーホールを有する。熱伝導素子が基板の第１開口中に配置される。絶縁材料が基板の第１開口を充填して熱伝導素子を基板の第１開口中に固定する。金属層が基板の上表面、下表面およびスルーホール上に配置され、基板の一部を露出させる。ソルダーマスクが金属層上に配置される。表面保護層がソルダーマスクによって露出される金属層の一部およびスルーホールの内側に位置する金属層の一部を被覆するとともに、熱発生素子が熱伝導素子上方の表面保護層上に配置される。
【発明の効果】
【０００９】
以上をまとめると、この発明のパッケージキャリアが熱伝導素子を有するとともに、熱伝導素子が基板中に埋め込まれて、パッケージキャリア上に配置された熱発生素子により発生される熱は、熱伝導素子および基板上に位置する金属層を介して急速に外界へ伝導されることができる。この発明のパッケージキャリアは、熱発生素子により発生された熱を急速に外界へ伝送できる。従って、熱発生素子の使用効率および使用寿命を共に改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】この発明の実施形態にかかるパッケージキャリアを製造する方法を示す断面図である。
【図１Ｂ】この発明の実施形態にかかるパッケージキャリアを製造する方法を示す断面図である。
【図１Ｃ】この発明の実施形態にかかるパッケージキャリアを製造する方法を示す断面図である。
【図１Ｄ】この発明の実施形態にかかるパッケージキャリアを製造する方法を示す断面図である。
【図１Ｅ】この発明の実施形態にかかるパッケージキャリアを製造する方法を示す断面図である。
【図２】この発明の実施形態にかかる図１Ｅに描いた熱発生素子を搭載するパッケージキャリアを示す断面図である。
【図３Ａ】この発明の別な実施形態にかかるパッケージキャリアの製造方法を示す断面図である。
【図３Ｂ】この発明の別な実施形態にかかるパッケージキャリアの製造方法を示す断面図である。
【図３Ｃ】この発明の別な実施形態にかかるパッケージキャリアの製造方法を示す断面図である。
【図３Ｄ】この発明の別な実施形態にかかるパッケージキャリアの製造方法を示す断面図である。
【図３Ｅ】この発明の別な実施形態にかかるパッケージキャリアの製造方法を示す断面図である。
【図４】図３Ｅに描いた熱発生素子を搭載するパッケージキャリアを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
図１Ａ〜図１Ｅは、この発明の実施形態にかかるパッケージキャリアを製造する方法を示す断面図である。図１Ａにおいて、この実施形態にかかるパッケージキャリアを製造する方法中、上表面１１１ａと上表面１１１ａに背向する下表面１１３ａとを有する基板１１０ａが提供され。この実施形態中、基板１１０ａは、例えば、第１銅箔（copper foil）層１１２ａと、第２銅箔層１１４ａと、絶縁層１１６ａとを有する。絶縁層１１６ａが第１銅箔層１１２ａおよび第２銅箔層１１４ａ間に配置される。言い換えれば、この実施形態の基板１１０ａは、両面基板である。
【００１２】
次に、図１Ｂにおいて、基板１１０ａの上表面１１１ａおよび下表面１１３ａを連通する第１開口１１５ａが形成される。第１開口１１５ａを形成するステップが例えばパンチング（punching、打ち抜き）またはルーティング（routing、溝掘り）である。
【００１３】
なお図１Ｂにおいて、基板１１０ａを貫通する少なくとも１つのスルーホール１１７ａ（図１Ｂは、１つだけを示す）が形成される。スルーホール１１７ａを形成するステップが例えば機械ドリルまたはレーザードリルである。以下のステップの信頼性を増大させるために、電気メッキシード層１７０が基板１１０ａの上表面１１１ａ、基板１１０ａの下表面１１３ａ、スルーホール１１７ａの内壁および第１開口１１５ａの内壁に形成される。
【００１４】
図１Ｃにおいて、熱伝導素子１２０が基板１１０ａの第１開口１１５ａ中に配置される。熱伝導素子１２０が例えば絶縁材料１３０により基板１１０ａの第１開口１１５ａ中に固定される。換言すれば、絶縁材料１３０が基板１１０ａの第１開口１１５ａ中に配置されて、基板１１０ａに対する熱伝導素子１２０の位置を固定する。
【００１５】
この実施形態中、熱伝導素子１２０は、第１導電層１２２と、第２導電層１２４と、第１導電層１２２および第２導電層１２４間に位置する絶縁材料層１２６とから成る。熱伝導素子１２０の熱膨張係数が基板１１０ａの熱膨張係数よりも小さいとともに、熱伝導素子１２０の熱伝導係数が基板１１０ａの熱伝導係数よりも大きい。詳細には、熱伝導素子１２０の熱膨張係数が例えば３ｐｐｍ／℃〜３０ｐｐｍ／℃の範囲であり、かつ熱伝導素子１２０の熱伝導係数が２０Ｗ／ｍ×Ｋ〜５００Ｗ／ｍ×Ｋの範囲である。熱伝導素子１２０の絶縁材料層１２６の熱伝導係数が基板１１０ａの絶縁層１１６ａの熱伝導係数よりも大きい。また、熱伝導素子１２０の材料が例えばスルーシリコンビア（through silicon via = TSV）を有する又は有さないセラミックス、TSVを有する又は有さないシリコン、シリコンカーバイド、ダイヤモンドあるいは金属である。
【００１６】
注意すべきことは、この発明は、ステップがスルーホール１１７ａを最初に形成してから基板１１０ａの第１開口１１５ａ中に熱伝導素子１２０を配置すると述べているものの、スルーホール１１７ａを形成するとともに熱伝導素子１２０を配置するというステップの順番には限定されないということである。もちろん、別な実施形態中、熱伝導素子１２０を基板１１０ａの第１開口１１５ａ中に最初に配置してから、スルーホール１１７ａを形成することができる。ここで、スルーホール１１７ａを形成すること及び熱伝導素子１２０を配置することのステップの順番は、例示に過ぎず、それに限定されるものではない。
【００１７】
次に図１Ｄにおいて、金属層１４０が基板１１０ａの上表面１１１ａおよび下表面１１３ａ上ならびにスルーホール１１７ａ内の電気メッキシード層１７０上に形成されて、基板１１０ａの上表面１１１ａおよび下表面１１３ａと熱伝導素子１２０と絶縁材料１３０とを被覆する。この実施形態中、金属層１４０を形成する方法が例えば電気メッキ法である。電気メッキシード層１７０を介して、金属層１４０を電気メッキする時に製造プロセスの信頼性を増大させる。
【００１８】
次に、図１Ｅにおいて、金属層１４０の一部およびその下方の電気メッキシード層１７０の一部と、第１銅箔層１１２ａの一部と、第２銅箔層１１４ａとを除去して絶縁層１１６ａの一部を露出させる。それから、ソルダーマスク１５０が金属層１４０上に形成される。最後に、表面保護膜１６０を形成する。表面保護膜１６０がソルダーマスク１５０外に露出された金属層１４０とスルーホール１１７ａ内に位置する金属層１４０、ならびに絶縁層１１６ａ外に露出された第１銅箔層１１２ａの一部ならびに第２銅箔層１１４ａの一部を被覆する。この実施形態中、表面保護膜１６０の材料が例えばニッケルゴールド（NiAu）である。このように、パッケージキャリア１００ａが形成を完了する。
【００１９】
構造上、この実施形態のパッケージキャリア１００ａは、基板１１０ａと、熱伝導素子１２０と、絶縁材料１３０と、金属層１４０と、ソルダーマスク１５０と、表面保護膜１６０とを含む。基板１１０ａが第１銅箔層１１２ａと第２銅箔層１１４ａと絶縁層１１６ａとから構築される。基板１１０ａが上表面１１１ａと上表面１１１ａに背向する下表面１１３ａと上表面１１１ａおよび下表面１１３ａに連通する第１開口１１５ａと少なくとも１つのスルーホール１１７ａとを有する。熱伝導素子１２０が基板１１０ａの第１開口１１５ａ中に配置される。絶縁材料１３０が基板１１０ａの第１開口１１５ａ中に充填されて、熱伝導素子１２０を基板１１０ａの第１開口１１５ａ中に固定する。金属層１４０が基板１１０ａの上表面１１１ａおよび下表面１１３ａならびにスルーホール１１７ａの内側に配置されるとともに、金属層１４０が基板１１０ａの一部を露出させる。
ソルダーマスク１５０が金属層１４０上に配置される。表面保護膜１６０がソルダーマスク１５０によって露出された金属層１４０の一部とスルーホール１１７ａの内側に位置する金属層１４０の一部とを被覆するとともに、さらに絶縁層１１６ａにより露出された第１銅箔層１１２ａの一部と第２銅箔層１１４ａの一部を被覆する。
【００２０】
図２は、この発明の実施形態にかかる図１Ｅに描いた熱発生素子を搭載するパッケージキャリアを示す断面図である。図２において、この実施形態中、パッケージキャリア１００ａが熱発生素子２００を搭載するのに適したものであり、熱発生素子２００が熱伝導素子１２０上方の表面保護膜１６０の一部上に配置されるとともに、熱発生素子２００が例えば電子チップまたは光電チップであるものの、この発明をそれに限定するものではない。例えば、電子チップが画像チップ、メモリーチップのような集積回路チップであることができるとともに、単一チップあるいはチップモジュールであることができる。光電チップが例えばＬＥＤ、レーザーダイオードあるいは高強度放電ランプである。熱発生素子２００は、ＬＥＤとして記述される。
【００２１】
詳細には、熱発生素子２００（例えば、半導体チップ）を複数の導電ワイヤー２２０を介してワイヤーボンディングにより表面保護層１６０に電気接続できる。カプセル材料２１０がまた熱発生素子２００、導電ワイヤー２２０およびパッケージキャリア１００ａの一部を覆うことができ、熱発生素子２００と導電ワイヤー２２０およびパッケージキャリア１００ａとの間の電気接続を保護できる。この実施形態の熱伝導素子１２０の熱膨張係数が基板１１０ａの熱膨張係数より小さいので、熱発生素子２００、熱伝導素子１２０および基板１１０ａの熱膨張係数が次第に減少する。このようにして、熱発生素子２００と熱伝導素子１２０と基板１１０ａとの熱膨張係数の差異が大きすぎてストレスの増大と成ることを回避できる。また、熱発生素子２００の剥離および損傷を防止できるとともに、パッケージキャリア１００ａの信頼性を向上させる。
【００２２】
また、熱伝導素子１２０の熱伝導係数が基板１１０ａの熱伝導係数よりも大きく、かつ熱伝導素子１２０が基板１１０ａに埋め込まれるため、パッケージキャリア１００ａ上に配置された熱発生素子２００により発生される熱が熱伝導素子１２０および基板１１０ａ上の金属層１４０を介して急速に外へ伝送される。従って、この実施形態のパッケージキャリア１００ａが熱発生素子２００により発生された熱を有効に放散できるとともに、熱発生素子２００の有効性および長寿命を向上させる。
【００２３】
注意すべきことは、実施形態が、たとえ熱発生素子２００がワイヤーボンディングを介してパッケージキャリア１００ａおよび金属層１４０を電気接続していると記述していても、この発明は、熱発生素子２００およびパッケージキャリア１００ａ間のボンディングタイプ、ならびに熱発生素子２００のタイプを限定するものではない。別な実施形態中、熱発生素子２００は、フリップチップボンディング（flip chip bonding）により多数のバンプ（図示せず）を介して電気接続されるとともに、熱伝導素子１２０上方の金属層１４０上に位置する。さらに別な実施形態中、熱発生素子２００は、表面実装技術（surface mount technology = SMT）を介してパッケージキャリア１００ａ上に実装されたチップパッケージ（図示せず）であることができる。熱発生素子２００およびパッケージキャリア１００ａ間のボンディングタイプ、ならびに熱発生素子２００のタイプは、例示に過ぎず、この発明に対する限定と解釈してはならない。
【００２４】
図３Ａ〜図３Ｅは、この発明の別な実施形態にかかるパッケージキャリアの製造方法を示す断面図である。図３Ａにおいて、この実施形態のパッケージキャリアの製造方法中、基板１１０ｂが提供される。基板１１０ｂが上表面１１１ｂと上表面１１１ｂに背向する下表面１１３ｂとを有する。この実施形態中、基板１１０ｂが例えば金属板１１２ｂおよび少なくとも１つの絶縁ブロック１１４ｂ（図３Ａが２つを示す）から成る。金属板１１２ｂが上表面１１１ｂと下表面１１３ｂとを連通する少なくとも１つの第２開口１１９ｂ（図３Ａが２つを示す）を有するとともに、これらの絶縁ブロック１１４ｂが第２開口１１９ｂ中に配置される。
【００２５】
次に、図３Ｂにおいて、金属板１１２ｂを貫通する第１開口１１５ｂが形成される。第１開口１１５ｂを形成するステップが例えばパンチングまたはルーティング（routing）である。
【００２６】
なお図３Ｂにおいて、絶縁ブロック１１４ｂを貫通する少なくとも１つのスルーホール１１７ｂ（図３Ｂが２つを示す）が形成される。スルーホール１１７ｂを形成するステップが例えば機械ドリルまたはレーザードリルである。
【００２７】
図３Ｃにおいて、熱伝導素子１２０が第１開口１１５ｂ中に配置される。熱伝導素子１２０が例えば絶縁材料１３０により第１開口１１５ｂ中に固定される。換言すれば、絶縁材料１３０が第１開口１１５ｂ中に配置されて基板１１０ｂに対する熱伝導素子１２０の位置を固定する。
【００２８】
この実施形態中、熱伝導素子１２０が第１導電層１２２と第２導電層１２４と絶縁層１２６とから成る。絶縁層１２６が第１導電層１２２および第２導電層１２４間に配置される。熱伝導素子１２０の熱膨張係数が基板１１０ｂの熱膨張係数よりも小さく、かつ熱伝導素子１２０の熱伝導係数が基板１１０ｂの熱伝導係数よりも大きい。詳細には、熱伝導素子１２０の熱膨張係数が例えば３ｐｐｍ／℃〜３０ｐｐｍ／℃の範囲であり、かつ熱伝導素子１２０の熱伝導係数が２０Ｗ／ｍ×Ｋ〜５００Ｗ／ｍ×Ｋの範囲である。また、熱伝導素子１２０の材料が例えばスルーシリコンビア（through silicon via = TSV）を有する又は有さないセラミックス、TSVを有する又は有さないシリコン、シリコンカーバイド、ダイヤモンドあるいは金属である。
【００２９】
注意すべきことは、この発明は、ステップがスルーホール１１７ｂを最初に形成してから基板１１０ｂの第１開口１１５ｂ中に熱伝導素子１２０を配置すると述べているのにもかかわらず、スルーホール１１７ｂを形成するとともに熱伝導素子１２０を配置するというステップの順番には限定されないとういことである。もちろん、別な実施形態中、熱伝導素子１２０を基板１１０ｂの第１開口１１５ｂ中に最初に配置してから、スルーホール１１７ｂを形成することができる。ここで、スルーホール１１７ｂを形成すること及び熱伝導素子１２０を配置することのステップの順番は、例示に過ぎず、それに限定されるものではない。
【００３０】
次に、図３Ｄにおいて、金属層１４０が基板１１０ｂの上表面１１１ｂおよび下表面１１３ｂと基板１１０ｂの内側に形成されて、基板１１０ｂの上表面１１１ｂおよび下表面１１３ｂと、熱伝導素子１２０と、絶縁材料１３０とを被覆する。この実施形態中、導電層（金属層）１４０を形成するステップが例えば電気メッキである。
【００３１】
次に、図３Ｅにおいて、金属層１４０の一部が除去されて第２開口１１９ｂ中に位置する各絶縁ブロック１１４ｂの一部を露出させる。そして、ソルダーマスク１５０が金属層１４０上に形成される。最後に、表面保護膜１６０が形成されて、ソルダーマスク１５０によって露出された金属層１４０の一部とスルーホール１１７ｂの内側に位置する金属層１４０の一部を被覆するとともに、さらに、絶縁ブロック１１４ｂによって露出された金属層１４０の一部を被覆する。この実施形態中、表面保護膜１６０の材料が例えばニッケルゴールド（NiAu）である。そのようにして、パッケージキャリア１００ｂが完全に形成される。
【００３２】
構造的に、この実施形態のパッケージキャリア１００ｂが基板１１０ｂと熱伝導素子１２０と絶縁材料１３０と金属層１４０とソルダーマスク１５０と表面保護層１６０とを含む。基板１１０ｂが金属板１１２ｂと絶縁ブロック１１４ｂから成る。基板１１０ｂが上表面１１１ｂと上表面１１１ｂに背向する下表面１１３ｂを有する。金属板１１２ｂが第１開口１１５ｂと第２開口１１９ｂとを有するとともに、絶縁ブロック１１４ｂがスルーホール１１７ｂを有する。熱伝導素子１２０が金属板１１２ｂの第１開口１１５ｂ中に配置される。絶縁材料１３０が第１開口１１５ｂ中に充填されて第１開口１１５ｂ内に熱伝導素子１２０を固定する。金属層１４０が基板１１０ｂの上表面１１１ｂおよび下表面１１３ｂ上とスルーホール１１７ｂ内とに配置され、対応する第２開口１１９ｂ内に位置する各絶縁ブロック１１４ｂの一部を露出させる。ソルダーマスク１５０が金属層１４０上に配置される。表面保護層１６０がソルダーマスク１５０により露出された一部とスルーホール１１７ｂ内に位置する金属層１４０の一部を被覆するとともに、さらに、絶縁ブロック１１４ｂにより露出された金属層１４０の一部を被覆する。
【００３３】
図４は、図３Ｅに描いた熱発生素子を搭載するパッケージキャリアを示す断面図である。図４において、この実施形態中、パッケージキャリア１００ｂが熱発生素子２００を搭載するのに適したものである。熱発生素子２００が対応する熱伝導素子１２０上方の表面保護層１６０の一部上に配置されるとともに、熱発生素子２００が例えば電子チップまたは光電チップであるけれど、この発明をそれに限定するものではない。例えば、電子チップが画像チップ、メモリーチップのような集積回路チップであることができるとともに、単一チップまたはチップモジュールであることができる。光電チップは、例えば、ＬＥＤ、レーザーダイオードまたは高強度放電ランプである。この実施形態中、熱発生素子２００がＬＥＤとして述べられる。
【００３４】
詳細には、熱発生素子２００（例えば、半導体チップ）を複数の導電ワイヤー２２０を介してワイヤーボンディングにより表面保護層１６０に電気接続できる。カプセル材料２１０がまた熱発生素子２００、導電ワイヤー２２０およびパッケージキャリア１００bの一部を覆うことができ、熱発生素子２００と導電ワイヤー２２０およびパッケージキャリア１００bとの間の電気接続を保護できる。この実施形態の熱伝導素子１２０の熱膨張係数が基板１１０bの熱膨張係数より小さいので、熱発生素子２００、熱伝導素子１２０および基板１１０ａの熱膨張係数の差異が次第に減少する。このようにして、熱発生素子２００と熱伝導素子１２０と基板１１０ｂとの熱膨張係数の差異が大きすぎてストレスの増大と成ることを回避できる。また、熱発生素子２００の剥離および損傷を防止できるとともに、パッケージキャリア１００ｂの信頼性を向上させる。
【００３５】
また、熱伝導素子１２０の熱伝導係数が基板１１０ｂの熱伝導係数よりも大きいとともに、熱伝導素子１２０が基板１１０ｂ中に埋め込まれ、かつパッケージキャリア１００ｂ上に配置された熱発生素子２００によって発生された熱が熱伝導素子１２０および基板１１０ｂの金属層１４０を介して外界へ急速に伝送される。従って、この実施形態のパッケージキャリア１００ｂは、熱発生素子２００によって発生された熱を効果的に放散することができるとともに、熱発生素子２００の有効性および長寿命が改善される。
【００３６】
注意すべきことは、実施形態が、熱発生素子２００がワイヤーボンディングを介してパッケージキャリア１００ｂおよび金属層１４０を電気接続していると記述していても、この発明は、熱発生素子２００とパッケージキャリア１００ｂとを結合する方法および熱発生素子２００のタイプがこの発明を限定しないことである。別な実施形態中の熱発生素子２００は、複数のバンプ（図示せず）を介してフリップチップボンディングにより熱伝導素子１２０上方に位置する金属層１４０に電気接続されることもできる。この発明の別な実施形態中、熱発生素子２００は、チップパッケージ（図示せず）であることができるとともに、表面実装技術（ＳＭＴ）を行うことによってパッケージキャリア１００ｂに設置される。熱発生素子２００とパッケージキャリア１００ｂとを結合する方法および熱発生素子２００のタイプは例示であって、この発明に対する限定と解釈されるべきでない。
【００３７】
まとめると、本発明のパッケージキャリアは、熱伝導素子を有し、熱伝導素子が基板中に埋め込まれて、パッケージキャリア上に配置された熱発生素子により発生される熱は、熱伝導素子および基板上に位置する金属層を介して急速に外界へ伝導されることができる。この発明のパッケージキャリアは、熱発生素子により発生された熱を急速に外界へ伝送できる。従って、熱発生素子の使用効率および使用寿命を共に改善できる。本発明の熱伝導素子の熱膨張係数が基板の熱膨張係数より小さいので、熱発生素子、熱伝導素子および基板の熱膨張係数の差が次第に減少する。このようにして、熱発生素子と熱伝導素子と基板との熱膨張係数の差異が大きすぎてストレスの増大と成ることを回避できる。また、熱発生素子の剥離および損傷を防止できるとともに、パッケージキャリアの信頼性を向上させる。
【００３８】
以上のように、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、LEDチップ等の熱発生素子をパッケージするのに使用できるパッケージキャリア及びその製造方法に関するものである。
【符号の説明】
【００４０】
１００ａ，１００ｂ パッケージキャリア
１１０ａ，１１０ｂ 基板
１１１ａ，１１１ｂ 上表面
１１２ａ 第１銅箔層
１１２ｂ 金属板
１１３ａ，１１３ｂ 下表面
１１４ａ 第２銅箔層
１１４ｂ 絶縁ブロック
１１５ａ，１１５ｂ 第１開口
１１６ａ 絶縁層
１１７ａ，１１７ｂ スルーホール
１１９ｂ 第２開口
１２０ 熱伝導素子
１２２ 第１導電層
１２４ 第２導電層
１２６ 絶縁材料層
１３０ 絶縁材料
１４０ 金属層
１５０ ソルダーマスク
１５２ 第１金属層
１６０ 表面保護層
１７０ 電気メッキシード層
１８０ 表面保護層
２００ 熱発生素子
２１０ カプセル材料
２２０ 導電ワイヤー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上表面、および前記上表面に背向する下表面を有する基板を提供することと、
前記基板の前記上表面ならびに前記下表面に連通する第１開口を形成することと、
前記基板の前記第１開口中に熱伝導素子を配置し、前記熱伝導素子が絶縁材料を介して前記第１開口中に固定されることと、
前記基板を貫通する少なくとも１つのスルーホールを形成することと、
金属層を前記基板の前記上表面および前記下表面ならびの前記スルーホール内に形成し、前記金属層が前記基板の前記上表面、前記下表面、前記熱伝導素子および絶縁材料を被覆することと、
前記金属層の一部を除去することと、
前記金属層上にソルダーマスクを形成することと、
前記ソルダーマスクによって露出される前記金属層の一部および前記スルーホール内に位置する前記金属層の一部を被覆する表面保護層を形成することと
を備えるパッケージキャリアの製造方法。
【請求項２】
前記基板が、第１銅箔層、第２銅箔層ならびに前記第１銅箔層および前記第２銅箔層間に配置された絶縁層を備える請求項１記載のパッケージキャリアを製造する方法。
【請求項３】
前記基板の前記金属層の一部を除去する時、前記金属層の下部の前記第１銅箔層の一部および前記第２銅箔層の一部を削除して、前記絶縁層の一部を露出させることと、
前記表面保護層を形成する時、前記表面保護層が更に前記絶縁層によって露出された前記第１銅箔層の一部および前記第２銅箔層の一部を被覆することと
をさらに備える請求項２記載のパッケージキャリアを製造する方法。
【請求項４】
前記基板が、金属板ならびに少なくとも１つの絶縁ブロックを備えるとともに、前記金属板が前記第１開口を有し、かつ前記絶縁ブロックが前記スルーホールを有する請求項１記載のパッケージキャリアを製造する方法。
【請求項５】
前記スルーホールを形成する前に、前記金属板を貫通するとともに、前記基板の前記上表面ならびに前記下表面を連通させる少なくとも１つの第２開口を形成することと、
前記第２開口を形成した後で前記基板の前記第２開口中に前記絶縁ブロックを形成することと、
前記絶縁ブロックを貫通する前記スルーホールを形成することと
をさらに含む請求項４記載のパッケージキャリアを製造する方法。
【請求項６】
前記金属層の一部を前記第２開口中の前記絶縁ブロックが露出されるまで除去することと、
前記表面保護層を形成する時、前記表面保護層が更に前記絶縁層ブロックの外に露出された前記金属層の一部を被覆することと
をさらに含む請求項５記載のパッケージキャリアを製造する方法。
【請求項７】
前記熱伝導素子が第１導電層と第２導電層と絶縁材料層とを含み、前記絶縁材料層が前記第１導電層および前記第２導電層間に位置する請求項１記載のパッケージキャリアを製造する方法。
【請求項８】
前記熱伝導素子の材料が、セラミックス、シリコン、シリコンカーバイト、ダイヤモンドまたは金属である請求項１記載のパッケージキャリアを製造する方法。
【請求項９】
前記金属層を形成するステップが、電気メッキを含む請求項１記載のパッケージキャリアを製造する方法。
【請求項１０】
前記熱伝導素子の熱膨張係数が前記基板の熱膨張係数よりも小さく、前記熱伝導素子の熱伝導係数が前記基板の熱伝導係数よりも大きい請求項１記載のパッケージキャリアを製造する方法。
【請求項１１】
熱発生素子を搭載するのに適したパッケージキャリアであり、前記パッケージキャリアが、
上表面および前記上表面に背向する下表面を有し、前記上表面ならびに前記下表面に連通する第１開口および少なくとも１つのスルーホールを有する基板と、
前記基板の前記第１開口中に配置される熱伝導素子と、
前記基板の前記第１開口中に充填され、前記熱伝導素子を前記基板の前記第１開口内に固定する絶縁材料と、
前記基板の前記上表面、前記下表面および前記基板の前記スルーホールに配置され、前記基板の一部を露出させる金属層と、
前記金属層上に配置されるソルダーマスクと、
前記ソルダーマスクにより露出された前記金属層の一部および前記スルーホール内に位置する前記金属層の一部を被覆する表面保護層と
を備え、かつ前記熱発生素子が前記熱伝導素子上方の前記表面保護層上に配置されるパッケージキャリア。
【請求項１２】
前記基板が、第１銅箔、第２銅箔および絶縁層を含み、前記絶縁層が前記第１銅箔および前記第２銅箔間に配置され、前記金属層が前記絶縁層の一部を露出させ、かつ前記表面保護層が更に前記絶縁層の外に露出された前記第１銅箔の一部ならびに前記第２銅箔の一部を被覆する請求項１１項記載のパッケージキャリア。
【請求項１３】
前記基板が、金属板と、少なくとも１つの絶縁ブロックとを含み、前記金属板が第１開口を有し、前記絶縁ブロックが前記スルーホールを有し、前記金属板が更に少なくとも１つの第２開口を有し、前記絶縁ブロックが前記第２開口中に配置されるとともに、前記金属層が前記第２開口中に配置された前記絶縁ブロックの一部を露出させ、前記表面保護層が更に前記絶縁ブロックの外に露出された前記金属層を被覆する請求項１１項記載のパッケージキャリア。
【請求項１４】
前記熱伝導素子が第１導電層と第２導電層と絶縁材料層とを含み、前記絶縁材料層が前記第１導電層および前記第２導電層間に位置する請求項１１記載のパッケージキャリア。
【請求項１５】
前記熱伝導素子の材料が、セラミックス、シリコンカーバイド、ダイヤモンドまたは金属を含む請求項１１記載のパッケージキャリア。
【請求項１６】
前記熱伝導素子の熱膨張係数が前記基板の熱膨張係数よりも小さく、かつ前記熱伝導素子の熱伝導係数が前記基板の熱伝導係数よりも大きいものである請求項１１記載のパッケージキャリア。
【請求項１】
上表面、および前記上表面に背向する下表面を有する基板を提供することと、
前記基板の前記上表面ならびに前記下表面に連通する第１開口を形成することと、
前記基板の前記第１開口中に熱伝導素子を配置し、前記熱伝導素子が絶縁材料を介して前記第１開口中に固定されることと、
前記基板を貫通する少なくとも１つのスルーホールを形成することと、
金属層を前記基板の前記上表面および前記下表面ならびの前記スルーホール内に形成し、前記金属層が前記基板の前記上表面、前記下表面、前記熱伝導素子および絶縁材料を被覆することと、
前記金属層の一部を除去することと、
前記金属層上にソルダーマスクを形成することと、
前記ソルダーマスクによって露出される前記金属層の一部および前記スルーホール内に位置する前記金属層の一部を被覆する表面保護層を形成することと
を備えるパッケージキャリアの製造方法。
【請求項２】
前記基板が、第１銅箔層、第２銅箔層ならびに前記第１銅箔層および前記第２銅箔層間に配置された絶縁層を備える請求項１記載のパッケージキャリアを製造する方法。
【請求項３】
前記基板の前記金属層の一部を除去する時、前記金属層の下部の前記第１銅箔層の一部および前記第２銅箔層の一部を削除して、前記絶縁層の一部を露出させることと、
前記表面保護層を形成する時、前記表面保護層が更に前記絶縁層によって露出された前記第１銅箔層の一部および前記第２銅箔層の一部を被覆することと
をさらに備える請求項２記載のパッケージキャリアを製造する方法。
【請求項４】
前記基板が、金属板ならびに少なくとも１つの絶縁ブロックを備えるとともに、前記金属板が前記第１開口を有し、かつ前記絶縁ブロックが前記スルーホールを有する請求項１記載のパッケージキャリアを製造する方法。
【請求項５】
前記スルーホールを形成する前に、前記金属板を貫通するとともに、前記基板の前記上表面ならびに前記下表面を連通させる少なくとも１つの第２開口を形成することと、
前記第２開口を形成した後で前記基板の前記第２開口中に前記絶縁ブロックを形成することと、
前記絶縁ブロックを貫通する前記スルーホールを形成することと
をさらに含む請求項４記載のパッケージキャリアを製造する方法。
【請求項６】
前記金属層の一部を前記第２開口中の前記絶縁ブロックが露出されるまで除去することと、
前記表面保護層を形成する時、前記表面保護層が更に前記絶縁層ブロックの外に露出された前記金属層の一部を被覆することと
をさらに含む請求項５記載のパッケージキャリアを製造する方法。
【請求項７】
前記熱伝導素子が第１導電層と第２導電層と絶縁材料層とを含み、前記絶縁材料層が前記第１導電層および前記第２導電層間に位置する請求項１記載のパッケージキャリアを製造する方法。
【請求項８】
前記熱伝導素子の材料が、セラミックス、シリコン、シリコンカーバイト、ダイヤモンドまたは金属である請求項１記載のパッケージキャリアを製造する方法。
【請求項９】
前記金属層を形成するステップが、電気メッキを含む請求項１記載のパッケージキャリアを製造する方法。
【請求項１０】
前記熱伝導素子の熱膨張係数が前記基板の熱膨張係数よりも小さく、前記熱伝導素子の熱伝導係数が前記基板の熱伝導係数よりも大きい請求項１記載のパッケージキャリアを製造する方法。
【請求項１１】
熱発生素子を搭載するのに適したパッケージキャリアであり、前記パッケージキャリアが、
上表面および前記上表面に背向する下表面を有し、前記上表面ならびに前記下表面に連通する第１開口および少なくとも１つのスルーホールを有する基板と、
前記基板の前記第１開口中に配置される熱伝導素子と、
前記基板の前記第１開口中に充填され、前記熱伝導素子を前記基板の前記第１開口内に固定する絶縁材料と、
前記基板の前記上表面、前記下表面および前記基板の前記スルーホールに配置され、前記基板の一部を露出させる金属層と、
前記金属層上に配置されるソルダーマスクと、
前記ソルダーマスクにより露出された前記金属層の一部および前記スルーホール内に位置する前記金属層の一部を被覆する表面保護層と
を備え、かつ前記熱発生素子が前記熱伝導素子上方の前記表面保護層上に配置されるパッケージキャリア。
【請求項１２】
前記基板が、第１銅箔、第２銅箔および絶縁層を含み、前記絶縁層が前記第１銅箔および前記第２銅箔間に配置され、前記金属層が前記絶縁層の一部を露出させ、かつ前記表面保護層が更に前記絶縁層の外に露出された前記第１銅箔の一部ならびに前記第２銅箔の一部を被覆する請求項１１項記載のパッケージキャリア。
【請求項１３】
前記基板が、金属板と、少なくとも１つの絶縁ブロックとを含み、前記金属板が第１開口を有し、前記絶縁ブロックが前記スルーホールを有し、前記金属板が更に少なくとも１つの第２開口を有し、前記絶縁ブロックが前記第２開口中に配置されるとともに、前記金属層が前記第２開口中に配置された前記絶縁ブロックの一部を露出させ、前記表面保護層が更に前記絶縁ブロックの外に露出された前記金属層を被覆する請求項１１項記載のパッケージキャリア。
【請求項１４】
前記熱伝導素子が第１導電層と第２導電層と絶縁材料層とを含み、前記絶縁材料層が前記第１導電層および前記第２導電層間に位置する請求項１１記載のパッケージキャリア。
【請求項１５】
前記熱伝導素子の材料が、セラミックス、シリコンカーバイド、ダイヤモンドまたは金属を含む請求項１１記載のパッケージキャリア。
【請求項１６】
前記熱伝導素子の熱膨張係数が前記基板の熱膨張係数よりも小さく、かつ前記熱伝導素子の熱伝導係数が前記基板の熱伝導係数よりも大きいものである請求項１１記載のパッケージキャリア。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図４】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１５１４７３（Ｐ２０１２−１５１４７３Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−６５７５（Ｐ２０１２−６５７５）
【出願日】平成２４年１月１６日（２０１２．１．１６）
【出願人】（５９９１１０５９９）旭徳科技股▲ふん▼有限公司 (14)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−６５７５（Ｐ２０１２−６５７５）
【出願日】平成２４年１月１６日（２０１２．１．１６）
【出願人】（５９９１１０５９９）旭徳科技股▲ふん▼有限公司 (14)
【Ｆターム（参考）】
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