JP2000315747A - 半導体パッケージ - Google Patents

半導体パッケージ

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JP2000315747A
JP2000315747A JP12160899A JP12160899A JP2000315747A JP 2000315747 A JP2000315747 A JP 2000315747A JP 12160899 A JP12160899 A JP 12160899A JP 12160899 A JP12160899 A JP 12160899A JP 2000315747 A JP2000315747 A JP 2000315747A
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Taku Kawamura
卓 河村
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Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched

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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放熱特性を向上させることにより、半導体チ
ップの発熱による影響を軽減し、より信頼性の高い半導
体パッケージを提供する。 【解決手段】 半導体パッケージ10は、パターニング
された上側の導体層103および下側の導体層105、
これらの導体層103および105の同電位である必要
なパターン(トレース)同士を接続するためのビア11
5、これらの導体層103および105の表面に塗布さ
れたソルダーレジスト101、樹脂層109、この樹脂
層109の間にありグランド電位に保たれている導体層
107、PCB13上のパターニングされた導体層12
5と接着させるためのはんだボール111、ICチップ
117からの発熱を拡散させるための放熱板121、お
よび、放熱板121をPCB13上の導体層125に接
着させるためのろう剤123で構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体パッケージ
に関し、特に、半導体の放熱特性を向上させるための放
熱部材を備えた半導体パッケージに関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、半導体チップを取り付けた半
導体パッケージにおいては、半導体チップによる発熱と
いう問題が発生していた。
【0003】図7は、従来技術における半導体パッケー
ジの構成を示す断面図である。図7を参照して、半導体
パッケージ70は、導体層703、705、707と絶
縁層701、709との多層構造となっており、はんだ
ボール711によってプリントサーキッドボード(PC
B)13に接着される。
【0004】最上面の導体層703および最下面の導体
層705はパターニングされており、ビア715によっ
て必要なパターン(トレース)同士が接続されている。
そして、半導体チップ717は最上面の導体層703に
取付けられ、最上面の導体層703、ビア715、最下
面の導体層705、および、はんだボール711を介し
てPCB13上の導体層125と接続されている。な
お、導体層707には、ビア715を通すための穴71
3が設けられており、同電位でないビアとは電気的な非
接触を保っている。
【0005】このような従来技術では、半導体チップ7
17による発熱は、ビア715によって中間の導体層7
07、最下面の導体層705、および、PCB13上の
導体層125等に熱伝導させることにより拡散されてい
た。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ビア7
15は、熱を十分拡散させるには小さく、また、半導体
チップ717から中間導体層707、最下面導体層70
5、および、PCB13上の導体層125までは一定の
距離があるため、ビア715を介しての熱伝導による拡
散は良好とはいえない状態であった。
【0007】したがって、半導体チップ717の発した
熱は適切に拡散されないまま留まり、半導体チップ71
7のさらなる発熱ために一層の温度上昇を招いていた。
そして、このことは、結果としてオーバーヒートによる
半導体チップ717の故障を生じさせる原因となってい
た。この場合、半導体チップ717の温度上昇を避ける
ために半導体チップ717自体の発熱を抑えることも考
えられるが、そうすると、デューティサイクルの低下等
が余儀なくされ、半導体チップ717の性能が犠牲にさ
れるという不都合が生じていた。
【0008】本発明はかかる実状に鑑み考え出されたも
のであり、その目的は、放熱特性を向上させることによ
り、半導体チップの発熱による影響を軽減し、より信頼
性の高い半導体パッケージを提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の半導体パッケージは、導体層のうち、プリ
ントサーキッドボード(PCB)に接着される第1の導
体層以外の導体層である第2の導体層の一方の面に設け
られた、半導体チップと接触可能な露出部と、第2の導
体層の他方の面のうち、少なくとも露出部に対向する部
分を底面とするキャビティを有する第1の層と、底面に
接合された放熱部とを備える。
【0010】好ましくは、放熱部はPCBに接着可能で
ある。この発明によると、半導体チップから発する熱を
直接放熱部に伝えることができ、かつキャビティを設け
ることにより放熱部の体積を大きくすることができる。
したがって、放熱特性が向上され、それにより半導体チ
ップの放熱による影響を軽減し、より信頼性の高い半導
体パッケージを提供することが可能となる。
【0011】また、好ましくは、半導体パッケージは、
露出部を底面とするキャビティを有する第2の層をさら
に備える。
【0012】これによると、半導体チップをキャビティ
内に取りつけることが可能となり、半導体パッケージを
コンパクトにすることができる。
【0013】また、第2の導体層は、グランド電位に保
たれることが好ましい。さらに、半導体パッケージは、
第1の導体層と第2の導体層との間に電源電位に保たれ
る第3の導体層を有し、放熱部は第3の導体層と絶縁さ
れることが好ましい。
【0014】また、好ましくは、第3の導体層は、ビア
を介して第2の層に形成された電源配線パターンに接続
される。
【0015】これにより、半導体パッケージの導体層の
パターニングの自由度が高まり、より高密度のパターニ
ングが可能となる。
【0016】さらに、好ましくは、放熱部は放熱フィン
を備える。これにより、放熱部の放熱特性をさらに向上
することが可能となる。
【0017】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を、図
面に基づいて説明する。 [第1の実施の形態]図1は、本発明の第1の実施の形
態における半導体パッケージの構成を示す断面図であ
る。図1を参照して、本実施の形態における半導体パッ
ケージ10は、パターニングされた上側の導体層103
および下側の導体層105、これら上側の導体層103
および下側の導体層105の同電位である必要なパター
ン(トレース)同士を接続するためのビア115
(a)、115(b)、上側の導体層103および下側
の導体層105の表面に塗布された絶縁層であるソルダ
ーレジスト101、同じく絶縁層である樹脂層109、
この樹脂層109の間にありグランド電位に保たれてい
る導体層107、PCB13上のパターニングされた導
体層125と半導体パッケージのパターニングされた導
体層105とを接着させるためのはんだボール111
(a)、111(b)、ICチップ117からの発熱を
拡散させるための放熱板121、および、放熱板121
をPCB13上のパターニングされた導体層125と接
着させるためのろう剤123等で構成されている。
【0018】また、半導体パッケージ10には、導体層
107の上面にIC117を接着させるために、IC1
17上面に設けられた露出部を底面とし、樹脂層10
9、導体層103およびソルダーレジスト101を側面
とするキャビティC1と、導体層107の下面の前記露
出部に対向する位置に放熱板121を接着させるため
に、導体層下面の露出部に対向する部分を底面とし、樹
脂層109、導体層105およびソルダーレジスト10
1を側面とするキャビティC2とが形成されている。
【0019】なお、本図においては、説明のためICチ
ップ117、リード線119(a)、119(b)、お
よび、PCB13も示している。
【0020】ICチップ117は導体層107上の露出
部に接合されている。そして、複数のリード線により必
要な電位あるいは信号を得るために導体層103のうち
の必要なパターン(トレース)と接続されている。
【0021】例えば、信号線119(a)は、信号トレ
ース103(a)に接続されている。そして、ビア11
5(a)を介して下側の信号トレース105(a)に繋
がれ、最終的には、半導体パッケージ10とPCB13
とが接着されることにより、はんだボール111(a)
を介して信号トレース125(a)と繋がれることにな
る。
【0022】同様に、電源線119(b)は、電源トレ
ース103(b)に接続され、ビア115(b)を介し
て下側の電源トレース105(b)に、そして、最終的
には、はんだボール111(b)を介して電源トレース
125(b)に繋がれることになる。なお、グランド電
位線(図示せず)についても同様である。
【0023】グランド電位に保たれる導体層107は、
ビアを通すための穴113を複数有しており、グランド
電位ではないビア(例えば、115(a)および115
(b))とは電気的に非接触となっている。そして、こ
れらのビアとの間に、絶縁層である樹脂層109と同じ
樹脂を充填することにより、導体層107とこれらのビ
アとの絶縁が保たれている。なお、導体層107はグラ
ンド電位のビア(図示せず)とは接触している。
【0024】ICチップ117により発せられた熱はま
ず、導体層107に伝達される。そして、放熱板121
へと伝えられることにより熱拡散がされる。さらに、半
導体パッケージ10とPCB13とが接着されることに
より、放熱板121に伝達された熱はろう剤123を介
して導体層125へも伝達される。
【0025】図2は、放熱板121がPCB13とろう
剤123により接着している様子を示した図である。本
図に示すように、放熱板121はろう溜部201を有し
ており、そこにろう剤123が溜められる。そして、ろ
う剤123の溶融等により放熱板121がPCB13と
接着される。
【0026】放熱板121とPCB13とに間にはクリ
アランス203が設けられている。このため、放熱板1
21の熱による膨張やPCB13への接触面の不均一な
接触がこのクリアランス203とろう剤123により吸
収されるようになっている。
【0027】以上、示したように、熱源であるICチッ
プ117に近い位置に、可能な限り体積を大きくした放
熱板121を設けることで、ICチップ117による熱
をより効果的に拡散することができる。したがって、I
Cチップ117との接触面等に熱が留まり、ICチップ
117の温度が上昇しオーバーヒートするというような
現象を解消することができる。 [第2の実施の形態]次に、本発明の第2の実施の形態
について説明する。図3は、本発明の第2の実施の形態
における半導体パッケージの構成を示す断面図である。
【0028】図3を参照して、半導体パッケージ30
は、図1に示す第1の実施の形態である半導体パッケー
ジ10と同様に、上側の導体層103、下側の導体層1
05、ビア115(a)、115(b)、ソルダーレジ
スト101、樹脂層109、グランド電位に保たれてい
る導体層107、はんだボール111(a)、111
(b)、放熱板121、および、ろう剤123を備えて
おり、さらにこれらに加えて、グランド電位に保たれて
いる導体層107と下側の導体層105との間に電源電
位に保たれている導体層301を有している。
【0029】なお、半導体パッケージ30にも、導体層
107の上面にIC117を接着させるためのキャビテ
ィC1と、導体層107の下面に放熱板121を接着さ
せるためのキャビティC2とが形成されている。
【0030】図1の場合と同様に、例えば、信号線11
9(a)は、信号トレース103(a)に接続されてお
り、ビア115(a)、下側の信号トレース105
(a)、および、はんだボール111(a)を介して最
終的に信号トレース125(a)に繋がれることにな
る。そして、電源線119(b)およびグランド線(図
示せず)も同様にそれぞれ対応したPCB13上の導体
層125のトレースに電気的に接続されている。
【0031】グランド電位に保たれる導体層107は、
ビアを通すための穴113を複数有しており、グランド
電位ではないビア(例えば、115(a)および115
(b))と非接触である。そして、これらの間に絶縁層
である樹脂層109と同じ樹脂を充填することにより両
者の絶縁が保たれている。なお、導体層107は、グラ
ンド電位に保たれているビア(図示せず)とは電気的に
接触している。
【0032】また、電源電位に保たれる導体層301も
同様に、ビアを通すための穴303を複数有している。
そして、電源電位ビア115(b)とは接触している
が、電源電位ではないビア115(例えば、115
(a))とは電気的に非接触であり絶縁されている。
【0033】さらに、ICチップ117下あたりには、
放熱板121を通すための穴305が設けられており、
導体層301と放熱板121とは電気的に非接触となる
ことで絶縁されている。
【0034】ICチップ117から発した熱は、導体層
107を通して、放熱板121へと伝達される。さら
に、半導体パッケージ30とPCB13とが接着される
ことにより、放熱板121に伝達された熱はろう剤12
3を介して導体層125へも伝達される。
【0035】このように、半導体パッケージ30に導体
層301をさらに設けることにより、導体層103およ
び導体層105等のパターニングの自由度を増加するこ
とができる。したがって、放熱板121による半導体パ
ッケージ30の放熱特性の向上を保ちつつ、より高密度
かつコンパクトな半導体パッケージを提供することが可
能となる。
【0036】なお、図1および図3に示すように、放熱
板121とPCB13とを接着させるためにろう剤12
3を使用しているが、これに限られるものではない。ろ
う剤123を用いる代わりに、例えば、図4に示すよう
に、放熱板121の下にはんだボール401を付着して
おくこともできる。
【0037】はんだボール401を用いると、さらに、
PCB13との接着工程がより容易になるという利点が
ある。即ち、半導体パッケージ10または30の下側の
導体層105に付着させたはんだボール111をPCB
13に接着させるのと同様の条件で、赤外線リフロー等
を施すことにより同時に放熱板121も接着可能になる
ということである。
【0038】なお、放熱板121には、図5に示すよう
に、放熱フィン501を設けることもできる。これによ
り、放熱板121に伝達された熱はより効率的に拡散さ
れることになり、冷却効率が向上する。
【0039】また、図6に示すように、半導体パッケー
ジ60には、放熱板121に加えて、モールド樹脂60
3で覆われたICの上面にもヒートスプレッダ等の放熱
板601を設けてもよい。これにより、さらに一層、放
熱特性の向上を図ることができる。
【0040】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって、制限的なものではないと考えるべきであ
る。本発明の範囲は、上記した説明ではなく特許請求の
範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び
範囲内ですべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態における半導体パッ
ケージの構成を示す断面図である。
【図2】放熱板121がPCB13とろう剤123によ
り接着している様子を示した図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態における半導体パッ
ケージの構成を示す断面図である。
【図4】放熱板121の下に、ろう剤123を用いる代
わりにはんだボール401を付着した場合の図である。
【図5】放熱フィン501を設けた放熱板121の図で
ある。
【図6】放熱板121に加えてICの上面に放熱板60
1が設置された半導体パッケージ60を示した図であ
る。
【図7】従来技術における、半導体パッケージの構成を
示した断面図である。
【符号の説明】
10、30 半導体パッケージ 13 PCB(プリントサーキッドボード) 101 ソルダーレジスト 103、105、107 導体層 109 樹脂層 111(a)、111(b) はんだボール 113 穴 115(a)、115(b) ビア 117 ICチップ 119(a)、119(b) リード線 121 放熱板 123 ろう剤 125 PCB上の導体層

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2層以上の導体層を有する半導体パッケ
    ージであって、 前記導体層のうち、プリントサーキッドボードに接着さ
    れる第1の導体層以外の導体層である第2の導体層の一
    方の面に設けられた、半導体チップと接触可能な露出部
    と、 前記第2の導体層の他方の面のうち少なくとも前記露出
    部に対向する部分を底面とするキャビティを有する第1
    の層と、 前記底面に接合された放熱部とを備えた、半導体パッケ
    ージ。
  2. 【請求項2】 前記放熱部は前記プリントサーキッドボ
    ードに接着可能である、請求項1に記載の半導体パッケ
    ージ。
  3. 【請求項3】 前記露出部を底面とするキャビティを有
    する第2の層をさらに備えた、請求項1または請求項2
    に記載の半導体パッケージ。
  4. 【請求項4】 前記第2の導体層はグランド電位に保た
    れる、請求項1〜請求項3のいずれかに記載の半導体パ
    ッケージ。
  5. 【請求項5】 前記第1の導体層と前記第2の導体層と
    の間に電源電位に保たれる第3の導体層を有し、 前記放熱部は前記第3の導体層と絶縁される、請求項1
    〜請求項4のいずれかに記載の半導体パッケージ。
  6. 【請求項6】 前記第3の導体層は、ビアを介して前記
    第2の層に形成された電源配線パターンに接続される、
    請求項5に記載の半導体パッケージ。
  7. 【請求項7】 前記放熱部は放熱フィンを備えた、請求
    項1〜請求項6のいずれかに記載の半導体パッケージ。
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