JP2000106410A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 消費電力が高い仕様の半導体素子を用いてフ
リップチップ実装した場合、急激な半導体素子の温度上
昇により半導体素子が破壊し、半導体装置が動作しなく
なるといった不具合を解消する。 【解決手段】 半導体キャリア基板4の半導体素子実装
エリアにフリップチップで実装した半導体素子2を支持
し、半導体キャリア基板4の上面に複数の電極7と配線
12を形成した半導体装置であって、半導体キャリア基
板4の上面の複数の電極7と配線12以外の部分に、熱
伝導性が良好な金属をめっきした金属めっき放熱エリア
1と、半導体素子実装エリアから金属めっき放熱エリア
1に導く金属めっき放熱パターン3とを設けた。これに
より、動作時に発熱する半導体素子2からの熱をプリン
ト実装基板へ効率良く放散させることができ、熱抵抗の
低い半導体装置を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、フリップチップ
で実装した半導体素子を支持する半導体キャリア基板に
関するもので、特に、動作時に発熱する前記半導体素子
からの放熱性の効果を向上させることに特徴を有する半
導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】以下、図面を参照して従来の半導体装置
の構造を説明する。図6および図7は従来の半導体装置
の断面図および平面図である。図6に示す様に、電極パ
ッド5にバンプ6の形成された半導体素子2が、その主
面側を下にして、支持体であるセラミックを絶縁基体と
した多層回路基板よりなる半導体キャリア基板4に接合
されている。半導体素子2上に形成されたバンプ6と半
導体キャリア基板4上の複数の電極7とが半田或いは、
導電性接着剤8により接合されている。そして、接合さ
れた半導体素子2と半導体キャリア基板4との隙間には
エポキシ系の封止樹脂9が充填被覆されている。尚、半
導体キャリア基板4は、その裏面に外部端子11を有
し、電極5と外部端子11とは、半導体キャリア基板4
内に形成されたビア(図示せず)により、内部接続され
ているものである。また、図7に示す様に、半導体キャ
リア基板4上面には、半導体素子2がフリップチップ実
装されており、その周囲には、エポキシ系の封止樹脂7
が半導体素子2と半導体キャリア基板4との隙間に充填
されてフィレットが形成されおり、内層に接続するため
の金属配線12が形成されているものである。製品状態
としては、半導体素子2裏面の露出側にエポキシ系のマ
ークインク10で品番・密番等を捺印している半導体装
置である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記従来
の半導体装置の構造では、消費電力が高い仕様の半導体
素子を用いてフリップチップ実装した場合、急激な半導
体素子の温度上昇により半導体素子が破壊し、半導体装
置が動作しなくなるといった不具合が発生する。そのた
め、高放熱仕様の半導体装置の実現が必要不可欠であっ
た。また、放熱板等を取り付けると半導体素子の温度上
昇は小さく半導体装置の動作不良は発生しないが、半導
体装置の薄型化や軽量化の実現ができなくなるといった
技術的な課題が発生する。
【0004】したがって、この発明の目的は、前記従来
の課題を解決するもので、半導体素子より発生する熱の
放熱特性を向上させることはもちろん、半導体装置の薄
型化、軽量化も実現、確保でき、また放熱板の取り付け
も可能にした半導体装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
にこの発明の請求項1記載の半導体装置は、半導体キャ
リア基板の半導体素子実装エリアにフリップチップで実
装した半導体素子を支持し、半導体キャリア基板の上面
に複数の電極と配線を形成した半導体装置であって、半
導体キャリア基板の上面の複数の電極と配線以外の部分
に、熱伝導性が良好な金属をめっきした金属めっき放熱
エリアと、半導体素子実装エリアから金属めっき放熱エ
リアに導く金属めっき放熱パターンとを設けたことを特
徴とする。
【0006】このように、半導体キャリア基板の上面の
複数の電極と配線以外の部分に、熱伝導性が良好な金属
をめっきした金属めっき放熱エリアと、半導体素子実装
エリアから金属めっき放熱エリアに導く金属めっき放熱
パターンとを設けたので、動作時に発熱する半導体素子
からの熱をプリント実装基板へ効率良く放散させること
ができ、熱抵抗の低い半導体装置を実現できる。
【0007】請求項2記載の半導体装置は、請求項1に
おいて、金属めっき放熱エリアに形成した金属めっき放
熱層の厚みは、半導体素子の厚みと同等以下である。こ
のように、金属めっき放熱エリアに形成した金属めっき
放熱層の厚みは、半導体素子の厚みと同等以下であるの
で、半導体装置の薄型化に寄与することができる。請求
項3記載の半導体装置は、請求項1において、金属めっ
き放熱エリアに形成した金属めっき放熱層の外周部を半
導体素子の上面レベルまで形成した。このように、金属
めっき放熱エリアに形成した金属めっき放熱層の外周部
を半導体素子の上面レベルまで形成したので、金属めっ
き放熱層の体積の増加によりさらに放熱性が向上する。
また、金属めっき放熱層の外周部と半導体素子の上面が
面一になっているので放熱板の取付けが可能になる。
【0008】請求項4記載の半導体装置は、請求項1,
2または3において、金属めっき放熱エリアに形成した
金属めっき放熱層の断面形状を、波形や凹凸形として表
面積を大きくした。このように、金属めっき放熱エリア
に形成した金属めっき放熱層の断面形状を、波形や凹凸
形として表面積を大きくしたので、放熱性の向上を図る
ことができる。
【0009】請求項5記載の半導体装置は、請求項3ま
たは4において、金属めっき放熱エリアに形成した金属
めっき放熱層の上面に接し、かつ半導体素子の裏面と接
触させて放熱板を取付けた。このように、金属めっき放
熱エリアに形成した金属めっき放熱層の上面に接し、か
つ半導体素子の裏面と接触させて放熱板を取付けたの
で、半導体素子裏面のみでなく、半導体素子と金属めっ
き放熱層とを接触させることにより、発熱する半導体素
子からの熱を効率良く放散させることができ、優れた放
熱効果を有する。
【0010】
【発明の実施の形態】この発明の第1の実施の形態を図
1および図2に基づいて説明する。図1はこの発明の第
1の実施の形態の半導体装置の断面図である。図1にお
いて、1は金属めっき放熱エリア、2は半導体素子、3
は金属めっき放熱パターン、4は半導体キャリア基板、
5は電極パッド、6はバンプ、7はキャリアの電極、8
は半田或いは導電性接着剤、9はエポキシ系封止樹脂、
10はエポキシ系マークインク、11は外部端子、12
は金属配線である。
【0011】この半導体装置は、半導体素子2と、半導
体素子2を支持しかつ半導体素子2からの熱放散性を向
上させた半導体キャリア基板4とを備えている。半導体
素子2は、電極パッド5にバンプ6が形成されている。
半導体キャリア基板4は、支持体であるセラミックを絶
縁基体とした多層回路基板より成り、その底面に格子状
に配列された外部端子11を有し、上面に複数の電極7
と金属配線12を有する。電極7と外部端子11とは半
導体キャリア基板4内に形成されたビア(図示せず)に
より内部に接続されている。金属配線12は内層に接続
するためのものである。また、半導体キャリア基板4の
上面の複数の電極7、配線12以外の部分に、表面外周
部にCu等の熱伝導性が良好な金属メッキ放熱エリア1
と、半導体素子2の実装領域内側から金属めっき放熱エ
リア1へ導くもう一つの金属めっき放熱パターン3とが
設けてある。金属めっき放熱エリア1に形成した金属め
っき放熱層の厚みは、半導体素子2の厚みと同等以下で
設計する。
【0012】製造時において、半導体素子2はその主面
側を下にして半導体キャリア基板4に接続される。すな
わち、半導体素子2上に形成されたバンプ6と半導体キ
ャリア基板4上の複数の電極7とが半田或いは導電性接
着剤8等により接続されている。そして、接続された半
導体素子2と半導体キャリア基板4との隙間にはエポキ
シ系の封止樹脂9が充填されている。製品状態として
は、半導体素子2の裏面の露出面にエポキシ系のマーク
インク10で品番や密番等が捺印されている半導体装置
である。
【0013】図2はこの発明の第1の実施の形態の半導
体装置の平面図である。図2に示すように、金属メッキ
放熱エリア1と金属メッキ放熱パターン3を設けた半導
体キャリア基板4上に、半導体素子2がフリップチップ
実装されており、半導体素子2の裏面が露出しているも
のである。以上のようにこの実施の形態によれば、フリ
ップチップで実装した半導体素子2を支持する半導体キ
ャリア基板4の上面に、熱伝導性が良好な金属めっき放
熱層を形成したことから、動作時に発熱する半導体素子
からの熱をプリント実装基板へ効率良く放散させること
ができ、熱抵抗の低い半導体装置を実現できる。
【0014】また、このように、金属めっき放熱層の厚
みは、半導体素子2の厚みと同等以下であるので、半導
体装置の薄型化が実現できる。また、金属めっき放熱層
の表面を波形や凹凸状に形成することにより、表面積が
大きくなり、放熱性の向上を図ることができる。図3〜
図5はこの発明のそれぞれ別の実施の形態を示す。な
お、同様の部材には同一符号を付してその説明を省略す
る。
【0015】図3はこの発明の第2の実施の形態の半導
体装置を示す断面図である。この実施の形態では、金属
めっき放熱エリア1に形成された金属めっき放熱層の外
周部1aを半導体素子2の上面レベルまで形成してあ
る。この場合、外周部1aの層上面に凹凸が形成してあ
る。そして、金属めっき放熱エリア1を形成した半導体
キャリア基板4とフリップチップ実装された半導体素子
2との隙間にエポキシ系の封止樹脂9を塗布させ、金属
めっき放熱エリア1の外周部1aの層上面と半導体素子
2の上面までエポキシ系封止樹脂9が充填被覆されてい
る。以上のようにこの実施の形態によれば、金属めっき
放熱層の体積の増加および外周部1aの層上面の凹凸に
よりさらに放熱性が向上する。また、金属めっき放熱層
の外周部1aと半導体素子2の上面が面一になっている
ので後述の放熱板の取付けが可能になる。
【0016】図4はこの発明の第3の実施の形態の半導
体装置を示す断面図、図5はこの発明の第3の実施の形
態の半導体装置の変形例である。この実施の形態では、
図4に示すように、金属めっき放熱エリア1に形成され
た金属めっき放熱層の形状は第2の実施の形態と同様で
ある。また、金属めっき放熱エリア1の上面と半導体素
子2の上面とを熱伝導性が良好で且つ軽量化が図れる金
属等の放熱板13で接触させ、その隙間には放熱用の接
着材14を塗布して接合させている。なお、放熱板13
を取り付ける場合は、放熱用の接着剤14を用いること
から、金属めっき放熱層の上面部の形状は、凹凸形状で
も図5に示すようなフラット形状でも取り付け可能であ
る。また、放熱板13の取り付けにより、半導体素子2
の裏面への捺印は、放熱板13上面に捺印することがで
きるものである。以上のようにこの実施の形態によれ
ば、金属めっき放熱エリア1に形成した金属めっき放熱
層の上面に接し、かつ半導体素子2の裏面と接触させて
放熱板13を取付けたので、半導体素子裏面のみでな
く、半導体素子2と金属めっき放熱層とを接触させるこ
とにより、発熱する半導体素子2からの熱を効率良く放
散させることができ、優れた放熱効果を有する。
【0017】なお、図1において、金属めっき放熱エリ
ア1に形成した金属めっき放熱層の断面形状を、波形ま
たは凹凸形として表面積を大きくしてもよい。また、図
3および図4において、金属めっき放熱エリア1の外周
部1aの層上面を凹凸形としたが波形にしてもよい。
【0018】
【発明の効果】この発明の半導体装置によれば、半導体
キャリア基板の上面の複数の電極と配線以外の部分に、
熱伝導性が良好な金属をめっきした金属めっき放熱エリ
アと、半導体素子実装エリアから金属めっき放熱エリア
に導く金属めっき放熱パターンとを設けたので、動作時
に発熱する半導体素子からの熱をプリント実装基板へ効
率良く放散させることができ、熱抵抗の低い半導体装置
を実現できる。
【0019】請求項2では、金属めっき放熱エリアに形
成した金属めっき放熱層の厚みは、半導体素子の厚みと
同等以下であるので、半導体装置の薄型化に寄与するこ
とができる。請求項3では、金属めっき放熱エリアに形
成した金属めっき放熱層の外周部を半導体素子の上面レ
ベルまで形成したので、金属めっき放熱層の体積の増加
によりさらに放熱性が向上する。また、金属めっき放熱
層の外周部と半導体素子の上面が面一になっているので
放熱板の取付けが可能になる。
【0020】請求項4では、金属めっき放熱エリアに形
成した金属めっき放熱層の断面形状を、波形や凹凸形と
して表面積を大きくしたので、放熱性の向上を図ること
ができる。請求項5では、金属めっき放熱エリアに形成
した金属めっき放熱層の上面に接し、かつ半導体素子の
裏面と接触させて放熱板を取付けたので、半導体素子裏
面のみでなく、半導体素子と金属めっき放熱層とを接触
させることにより、発熱する半導体素子からの熱を効率
良く放散させることができ、優れた放熱効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施の形態の半導体装置を示
す断面図である。
【図2】この発明の第1の実施の形態の半導体装置を示
す平面図である。
【図3】この発明の第2の実施の形態の半導体装置を示
す断面図である。
【図4】この発明の第3の実施の形態の半導体装置を示
す断面図である。
【図5】この発明の第3の実施の形態の半導体装置の変
形例を示す断面図である。
【図6】従来例の半導体装置を示す断面図である。
【図7】従来例の半導体装置を示す平面図である。
【符号の説明】
1 金属めっき放熱エリア 2 半導体素子 3 金属めっき放熱パターン 4 半導体キャリア基板 5 電極パッド 6 バンプ 7 キャリアの電極 8 半田或いは導電性接着剤 9 エポキシ系封止樹脂 10 エポキシ系マークインク 11 外部端子 12 金属配線 13 放熱板 14 放熱用の接着材

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体キャリア基板の半導体素子実装エ
    リアにフリップチップで実装した半導体素子を支持し、
    前記半導体キャリア基板の上面に複数の電極と配線を形
    成した半導体装置であって、前記半導体キャリア基板の
    上面の前記複数の電極と配線以外の部分に、熱伝導性が
    良好な金属をめっきした金属めっき放熱エリアと、前記
    半導体素子実装エリアから前記金属めっき放熱エリアに
    導く金属めっき放熱パターンとを設けたことを特徴とす
    る半導体装置。
  2. 【請求項2】 金属めっき放熱エリアに形成した金属め
    っき放熱層の厚みは、半導体素子の厚みと同等以下であ
    る請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 金属めっき放熱エリアに形成した金属め
    っき放熱層の外周部を半導体素子の上面レベルまで形成
    した請求項1記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 金属めっき放熱エリアに形成した金属め
    っき放熱層の断面形状を、波形または凹凸形として表面
    積を大きくした請求項1,2または3記載の半導体装
    置。
  5. 【請求項5】 金属めっき放熱エリアに形成した金属め
    っき放熱層の上面に接し、かつ半導体素子の裏面と接触
    させて放熱板を取付けた請求項3または4記載の半導体
    装置。
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