JP2004273927A - 半導体パッケージ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体チップ1をチップキャリア2にはんだ接合し、サーマルビア9を有するセラミック多層基板3のキャビティ16に設けられた底面メタライズ層7に半導体チップ付きチップキャリア2を接着接合することにより、半導体チップ1で発生した熱をサーマルビア9を介して効果的に逃がし、また組立作業性にも優れた半導体パッケージの放熱構造とすることができる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミック多層基板を使用した半導体パッケージにつき、特に、半導体チップを実装する際の放熱構造を配慮した半導体パッケージに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の高周波用半導体パッケージでは、セラミック多層基板の基板主面に開口するキャビティが形成され、このキャビティの底面に形成される底面メタライズ層上に半導体チップが実装される。この基板主面の反対面である基板裏面には裏面メタライズ層が形成される。半導体チップで発生し底面メタライズ層に伝達した熱を裏面メタライズ層に導くため、底面メタライズ層と裏面メタライズ層との間には、金属導体によりサーマルビアが形成される。基板裏面は、他の部材に接続され、半導体チップで発生した熱がサーマルビアを介して他の部材に伝達することによって、半導体チップの温度上昇を抑制し、半導体チップの電気特性劣化や熱的破壊を防ぐことができた(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−289747号公報(第3頁、第1図)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、近年、高周波用半導体パッケージに搭載される半導体チップの発熱量が増大する傾向にあり、またモノリシックマイクロ波集積回路(以下、MMICと省略する)に代表される様に、半導体チップの高発熱密度化が進んでいる。これに伴い、サーマルビアを設けたセラミック多層基板に半導体チップを直接搭載した従来の構造では放熱特性上対応できない例が出てきている。
【0005】
パッケージに気密構造が要求される場合に、セラミック多層基板の外周にシールリングをリフローはんだ付けし、シールリング上部とカバーをシーム溶接等によって気密封止する方法が広く用いられている。この構造の場合、リフローはんだの融点よりも硬化温度が低い導電性接着剤でセラミック多層基板に半導体チップを接合することが組立作業性確保の観点からは望ましいが、接着剤の熱伝導率は一般的にかなり低いため、十分な放熱性が得られないという問題点がある。
また、半導体チップのセラミック多層基板へのはんだ接合を可能とするためには、リフローはんだより融点が低く、且つ半導体チップがフラックスにより汚染される恐れがないはんだ材を使用しなければならないが、現状では適切なはんだ材の組み合わせの選定は難しい。
【0006】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、半導体チップの高発熱化に対応できる放熱性に優れたパッケージ構造を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明による半導体パッケージは、その半導体チップをチップキャリアにはんだ接合し、またサーマルビアを有するセラミック多層基板にシールリングをはんだで、キャリアをはんだ又は接着剤で接合し、前記セラミック多層基板のキャビティに設けられた底面メタライズ層に前記チップキャリアを接着接合したものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1を示す断面図である。半導体チップ1は、フラックスによって汚染される恐れがないはんだ材10により、チップキャリア2に接合される。チップキャリア2の材質としては、線膨張係数が半導体チップ1に類似し、熱伝導率がセラミック多層基板3より高い材料、例えば銅タングステンを選択する。一方、セラミック多層基板3には、気密構造を実現するために必要となるシールリング4をはんだ材12によって接合する。組立作業性確保の観点から、この接合は、リフローはんだ付けに依ることが望ましい。また、セラミック多層基板3とキャリア5の間の接合材13は、はんだ材もしくは接着剤を選定できるが、はんだ接合の場合ははんだ材12との同時リフローはんだ付けによることが望ましい。
【0009】
半導体チップ1を実装したチップキャリア2は、セラミック多層基板3に形成したキャビティ16の底面メタライズ層7に導電性接着剤11により実装される。なお、気密パッケージ内に接着剤を使用することとなるため、事前に接着剤のアウトガスが半導体チップに与える影響等を考慮し、適切な接着剤を選定する必要がある。半導体チップ1は、直接あるいは例えばセラミック基板6を介してセラミック多層基板3と電気的に接続される。電気的接続には、例えばボンディングワイヤ15、15b、15cが使用される。以上の構造により、気密パッケージ内部でのセラミック多層基板3へのはんだ付け作業をなくし、作業温度を低下させることができるため、組立作業性に優れ、かつ放熱性を向上させたパッケージ構造を得ることができる。
【0010】
放熱性が向上する理由は、以下の通りである。半導体チップ1は、チップキャリア2にはんだ接合されているため、接合層の熱抵抗は接着による接合と比較して小さく、さらにチップキャリア2は高熱伝導率であるため、チップキャリア2内で熱が広範囲に伝達される。その結果、セラミック多層基板3のキャビティ底面メタライズ層7と基板裏面の裏面メタライズ層8との間に形成された金属導体によるサーマルビア9を介したキャリア5への放熱面積を広げることができ、パッケージ全体の熱抵抗が低減される。
【0011】
図4は、チップキャリア2の厚さを横軸に、パッケージの熱抵抗の大きさを縦軸にとり、この発明の効果を計算によって確認した例を示す。実施の形態1の構造による放熱の効果を見ると、チップキャリア2内で熱が広く伝達される効果により、サーマルビアによる放熱構造を持つ従来のパッケージと比較して、パッケージの熱抵抗が低減されることが分かる。
また、実施の形態1の構造では、パッケージの熱抵抗が最小となるチップキャリア厚さLcが存在する。例えば、数mm角程度の一般的なMMICを実装する場合、その厚さLcは0.3mm〜1.0mm程度が望ましい。
【0012】
ところが、高周波用半導体パッケージにおいては、チップキャリア2を厚くするほど、信号ラインとグランドラインの経路差が大きくなるため、インピーダンス不整合が顕著となる。従って、電気特性上はチップキャリア2が薄いほど望ましい。そこで、放熱性と電気特性の両面を考慮して最適なチップキャリア厚さを決定することができる。例えば、数mm角程度の一般的なMMICを実装する場合には、厚さ0.3mm程度のチップキャリアを使用することが特に望ましい。
【0013】
実施の形態2.
図2は、この発明の実施の形態2を示す断面図である。キャリア5の材質としては、線膨張係数が半導体チップ1に類似し、熱伝導率がセラミック多層基板3より高い材料、例えば銅タングステンを選択する。一方、セラミック多層基板3には、半導体チップ1を内部に収められる寸法を持ち、セラミック多層基板3を貫通する穴から成る貫通キャビティ17を形成する。シールリング4とセラミック多層基板3との間の接合材12、及びセラミック多層基板3とキャリア5との間の接合材14には、はんだ材を使用する。組立作業性確保の観点から、前記2層のはんだ付けは同時リフローによることが望ましい。なお、前記2層を接着ではなく、はんだ付けとする理由は、パッケージの気密性を確保するためである。
【0014】
セラミック多層基板3の貫通キャビティ17に露出したキャリア5には、半導体チップ1を導電性接着剤11により接着する。半導体チップ1は、直接あるいは例えばセラミック基板6を介してセラミック多層基板3と電気的に接続される。電気的接続には、例えばボンディングワイヤ15、15b、15cが使用される。この構造により、セラミック多層基板内に形成したサーマルビアを主な放熱経路とする従来の構造よりも放熱面積が広がるため、放熱性の向上が実現できる。
【0015】
図4において、実施の形態2の構造による放熱の効果を見ると、半導体チップ1がキャリア5に直接実装されることによって、放熱面積が広がる効果により、サーマルビアによる放熱構造を持つ従来のパッケージと比較して、パッケージの熱抵抗が低減されることが分かる。なお、実施の形態1の構造と実施の形態2の構造の放熱性を比較した場合、その優劣は各パッケージ部材の材質およびパッケージ形状に依存する。
【0016】
実施の形態3.
図3は、この発明の実施の形態3を示す断面図である。半導体チップ1は、フラックスによって汚染される恐れがないはんだ材10により、チップキャリア2に接合される。チップキャリア2及びキャリア5の材質としては、線膨張係数が半導体チップ1に類似し、熱伝導率がセラミック多層基板3より高い材料、例えば銅タングステンを選択する。一方、セラミック多層基板3には、チップキャリア2を内部に収められる寸法を持つ貫通キャビティ17を形成する。シールリング4とセラミック多層基板3との間の接合材12、及びセラミック多層基板3とキャリア5との間の接合材14には、はんだ材を使用する。組立作業性確保の観点から、前記2層のはんだ付けは同時リフローによることが望ましい。なお、前記2層を接着ではなくはんだ付けとする理由は、パッケージの気密性を確保するためである。
【0017】
セラミック多層基板3の貫通キャビティ17に露出したキャリア5には、半導体チップ1を実装したチップキャリア2を導電性接着剤11により接着する。半導体チップ1は、直接あるいは例えばセラミック基板6を介してセラミック多層基板3と電気的に接続される。電気的接続には、例えばボンディングワイヤ15、15b、15cが使用される。この構造は、実施の形態1の構造および実施の形態2の構造と比較して、さらに放熱性の向上を実現できる。
【0018】
図4において、実施の形態3の構造による放熱の効果を見ると、チップキャリア2内で熱が広く伝達され、さらに半導体チップ1付きチップキャリア2がキャリア5に直接実装されることによって放熱面積が広がる効果により、実施の形態1の構造でチップキャリア厚さが同等のものと比較して、また、実施の形態2の構造と比較してパッケージの熱抵抗が低減されることが分かる。また、実施の形態3の構造では、実施の形態1の構造と同様にパッケージの熱抵抗が最小となるチップキャリア厚さLcが存在する。例えば、数mm角程度の一般的なMMICを実装する場合、その厚さLcは0.3mm〜1.0mm程度が望ましい。
【0019】
この実施の形態3の構造でも、実施の形態1の構造と同様に放熱性と電気特性の両面を考慮して最適なチップキャリア厚さを決定することができる。例えば、数mm角程度の一般的なMMICを実装する場合は、厚さ0.3mm程度のチップキャリアを使用することが特に望ましい。
【0020】
【発明の効果】
この発明によれば、半導体チップをチップキャリアにはんだ接合した後、サーマルビアを有するセラミック多層基板上に接着することにより、放熱性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による半導体パッケージの放熱構造の実施の形態1を示す断面図である。
【図2】この発明による半導体パッケージの放熱構造の実施の形態2を示す断面図である。
【図3】この発明による半導体パッケージの放熱構造の実施の形態3を示す断面図である。
【図4】この発明による半導体パッケージの放熱構造の実施の形態1乃至実施の形態3の効果を示す図である。
【符号の説明】
1 半導体チップ、2 チップキャリア、3 セラミック多層基板、4 シールリング、5 キャリア、6 セラミック基板、7 底面メタライズ層、8 裏面メタライズ層、9 サーマルビア、10 はんだ層(ダイボンディング)、11接着層(ダイボンディング又はチップキャリアのボンディング)、12 はんだ層(シールリング接合)、13 はんだ層あるいは接着層(キャリアボンディング)、14 はんだ層(キャリアボンディング)、15 ボンディングワイヤ、16 キャビティ、17 貫通キャビティ。
Claims (9)
- 半導体チップと、
この半導体チップがはんだ接合されたチップキャリアと、
基板主面に開口するキャビティを有し、このキャビティの底面に底面メタライズ層を有し、前記基板主面の反対面である基板裏面に裏面メタライズ層を有し、前記底面メタライズ層と前記裏面メタライズ層との間に金属導体によるサーマルビアを有し、前記チップキャリアが前記底面メタライズ層に接着接合されたセラミック多層基板と、
前記セラミック多層基板の外周にはんだ接合されたシールリングと、
前記セラミック多層基板裏面にはんだ又は接着剤で接合されたキャリアと、
を備えたことを特徴とする半導体パッケージ。 - 前記チップキャリアの線膨張係数が前記半導体チップと略同一であり、熱伝導率が前記セラミック多層基板より高いことを特徴とする請求項1に記載の半導体パッケージ。
- 前記チップキャリアの厚さが略0.3mm〜1.0mmであることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体パッケージ。
- 半導体チップと、
この半導体チップの外形寸法より大きな貫通キャビティを有するセラミック多層基板と、
前記セラミック多層基板の外周にはんだ接合されたシールリングと、
前記セラミック多層基板裏面にはんだ接合され、前記セラミック多層基板の前記貫通キャビティ内部に配置された突出部を有し、この突出部に前記半導体チップが接着接合されたキャリアと、
を備えたことを特徴とする半導体パッケージ。 - 前記キャリアの線膨張係数が前記半導体チップと略同一であり、熱伝導率が前記セラミック多層基板より高いことを特徴とする請求項4に記載の半導体パッケージ。
- 半導体チップと、
この半導体チップがはんだ接合されたチップキャリアと、
前記チップキャリアの外形寸法より大きな貫通キャビティを有するセラミック多層基板と、
前記セラミック多層基板の外周にはんだ接合されたシールリングと、
前記セラミック多層基板裏面にはんだ接合され、前記セラミック多層基板の前記貫通キャビティ内部に配置された突出部を有し、この突出部に前記チップキャリアが接着接合されたキャリアと、
を備えたことを特徴とする半導体パッケージ。 - 前記チップキャリアの線膨張係数が前記半導体チップと略同一であり、熱伝導率が前記セラミック多層基板より高いことを特徴とする請求項6に記載の半導体パッケージ。
- 前記チップキャリアの厚さが略0.3mm〜1.0mmであることを特徴とする請求項6または7に記載の半導体パッケージ。
- 前記キャリアの線膨張係数が半導体チップと同程度であり、熱伝導率が前記セラミック多層基板より高いことを特徴とする請求項6乃至請求項8に記載の半導体パッケージ。
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Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (5)
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JP2007027227A (ja) * | 2005-07-13 | 2007-02-01 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
JP2008187146A (ja) * | 2007-01-31 | 2008-08-14 | Sanyo Electric Co Ltd | 回路装置 |
CN100463128C (zh) * | 2005-11-25 | 2009-02-18 | 全懋精密科技股份有限公司 | 半导体芯片埋入基板的三维构装结构及其制作方法 |
JP2012222331A (ja) * | 2011-04-14 | 2012-11-12 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体パッケージ |
JP2016171193A (ja) * | 2015-03-12 | 2016-09-23 | 株式会社東芝 | 高周波半導体装置 |
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2003
- 2003-03-11 JP JP2003065149A patent/JP2004273927A/ja active Pending
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JP2007027227A (ja) * | 2005-07-13 | 2007-02-01 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
CN100463128C (zh) * | 2005-11-25 | 2009-02-18 | 全懋精密科技股份有限公司 | 半导体芯片埋入基板的三维构装结构及其制作方法 |
JP2008187146A (ja) * | 2007-01-31 | 2008-08-14 | Sanyo Electric Co Ltd | 回路装置 |
JP2012222331A (ja) * | 2011-04-14 | 2012-11-12 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体パッケージ |
JP2016171193A (ja) * | 2015-03-12 | 2016-09-23 | 株式会社東芝 | 高周波半導体装置 |
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