JP2004289059A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】効率的に放熱でき、大電力のＩＣチップの安定動作を可能にする半導体装置を提供する。
【解決手段】ＩＣチップ１２の上側に放熱ケーシング３０が設けられ、ＩＣチップ１２の直下に放熱板４０が設けられているため、上下方向へ効率的に放熱できる。放熱ケーシング３０の内部に樹脂充填剤１４が充填されているので、ＩＣチップ１２の周囲からの熱を効率的に放熱ケーシング３０側へ伝達し、発散させることができる。
【選択図】 図１
【解決手段】ＩＣチップ１２の上側に放熱ケーシング３０が設けられ、ＩＣチップ１２の直下に放熱板４０が設けられているため、上下方向へ効率的に放熱できる。放熱ケーシング３０の内部に樹脂充填剤１４が充填されているので、ＩＣチップ１２の周囲からの熱を効率的に放熱ケーシング３０側へ伝達し、発散させることができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＣチップを搭載し半田バンプ又はＢＧＡを介してプリント配線板に接続される半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣチップを搭載する半導体装置において、小型化の要求に応える方法の１つとして、パッケージの裏面に半田バンプをグリット状に配列したＢＧＡ（ボールグリッドアレー）が用いられている。
【０００３】
特許文献１には、ＢＧＡの半導体装置において、配線基板に載置されたＩＣチップの上面に熱伝導材層を塗布し、配線基板側に放熱フィンを被せる構成が開示されている。特許文献２には、ケース内に樹脂を注入し、ベアチップ基板を押し込むことで、余分な樹脂を孔から押し出す半導体ベアチップ実装方法が開示されている。特許文献３には、導電性接続ピンを備えるセラミックパッケージにおいて、ＩＣチップを収容するリッド内に樹脂を充填し、リッドの外側に放熱フィンを取り付ける構成が示されている。特許文献４には、ＢＧＡの半導体装置において、ＩＣチップの直下に放熱板を設け、ＩＣチップを覆う樹脂モールドの上に放熱フィンを取り付ける構成が示されている。特許文献５には、放熱用のメタルキャップに孔を設け、孔から樹脂を注入して、メタルキャップと半導体素子とを接続する構成が示されている。特許文献６には、基板のキャビティに半導体部品を搭載し、半導体部品に近接する凸部を有するキャップを基板に被せ、更に、キャップにヒートシンクを乗せる構成が示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１７４１８６号公報
【特許文献２】
特開平１１−１５０２１４号公報
【特許文献３】
特開平０８−２６４６８８号公報
【特許文献４】
特開平１０−２４７７０２号公報
【特許文献５】
特開２０００−９１４５７号公報
【特許文献６】
特開昭６１−２３４５５０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
半導体装置の高機能化の要求により、ＩＣの高出力化、高速化が求められ、消費電力、発熱量は大きくなっている。他方、小型化の要求により、外寸法が小さくなり、表面の放熱面積は小さくなっている。特に、ＢＧＡを用いると、外部への熱の伝達は、半田バンプを介して、接続されているプリント配線板側へ逃げるだけであるため、熱伝導が効率的に行えず、発熱量の大きな大電力のＩＣチップを安定して動作せることが難しかった。
【０００６】
特許文献１では、ＩＣチップの上面に放熱フィンを配置する構成が示されているが、熱伝導材層（熱伝導用樹脂）は、ＩＣチップの上面にのみ塗布されており、ＩＣチップの側面からの熱を放熱フィンに伝達させることができなかった。同様に、ＩＣチップの下面の熱を発散させることができなかった。更に、配線基板とＩＣチップとを半田バンプを介して接続しているため、ワイヤボンディングと異なり、ＩＣチップと配線基板とが直接接触せず、下側（基板側）への熱伝導性に問題があった。特許文献２では、ケース内に樹脂が完全に充填されているが、放熱フィンがケースとは別体になっており、ケースから放熱フィンへの熱伝達性に問題がある。また、半田バンプを介して基板に接続を取るため、基板への熱伝導性が悪かった。特許文献３では、ＩＣチップを収容するリッド内に樹脂を充填しているが、リッドの上側に接着剤を介して放熱フィンを取り付けているため、リッドから放熱フィンへの熱伝達に問題があった。特許文献４では、ＩＣチップの直下の基板裏面に放熱板を設け、ＩＣチップを覆う樹脂モールドの上に放熱フィンを取り付ける構成が示されているが、基板と放熱フィンとが離れており、ＩＣチップから基板に伝わった熱を、放熱フィン側へ伝達することができなかった。更に、放熱板とプリント配線板との接続を樹脂接着剤を用いるため、熱伝導性に問題があった。特許文献５では、放熱用のメタルキャップの孔から樹脂を注入してメタルキャップと半導体素子とを接続する構成が示されているが、該樹脂を介してメタルキャップ側の孔と半導体素子の上面とを接続するのみであるため、半導体素子の側面からの熱を伝達させることができなかった。また、メタルキャップ側の孔の周囲からのみ熱が発散され、メタルキャップ側面からの熱の発散は行われ難い。更に、メタルキャップ内で樹脂封止されていないので、耐久性、信頼性に劣るという課題があった。また、配線基板に樹脂を落とさないという制約があり、製造が難しかった。更に、半田バンプを介するフリップチップを用いるため、基板への熱伝導性が悪かった。特許文献６では、半導体部品に近接する凸部を有するキャップを用いているが、キャップとヒートシンクとが別体になっているため、効率的に熱を伝達できないという課題がある。更に、基板がキャビティを備える複雑な形状であるため、製造し難いという問題がある。
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、効率的に放熱でき、大電力のＩＣチップの安定動作を可能にする半導体装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段、および発明の作用・効果】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、ＩＣチップを搭載し半田バンプを介してプリント配線板に接続される半導体装置において、
上面に前記ＩＣチップを載置し、下面に前記半田バンプの配置された基板と、
前記基板の下面に配置された半田バンプと、
前記基板の下面であって、ＩＣチップの直下に配置された放熱板と、
放熱フィンを備え内部に前記ＩＣチップを収容するためのキャビティを有する箱状の放熱ケーシングと、
前記放熱ケーシングのキャビティ内部に充填された樹脂充填剤と、から成り、
前記放熱ケーシングの下端が、前記基板に接触していることを技術的特徴とする。
【０００９】
請求項１では、ＩＣチップの上側に、放熱ケーシングが設けられ、ＩＣチップの直下位置に、放熱板が設けられているため、上下方向へ効率的に放熱できる。特に、ＩＣチップを収容する放熱ケーシングのキャビティ内部に樹脂充填剤が充填されているので、ＩＣチップの周囲（上面及び側面）からの熱を効率的に放熱ケーシング側へ伝達し、発散させることができる。更に、放熱ケーシングの下端が、基板に接触しているため、基板に伝わったＩＣチップからの熱を、放熱フィンを備える放熱ケーシング側に伝達させ、効率的に発散させることができる。このようにＩＣチップの全方向から熱を効率的に発散させ得るため、発熱量の多い大電力のＩＣチップを安定して動作させることが可能である。また、放熱板が、基板とプリント配線板との間の距離を一定に保つスペーサーとしての役割を果たし、リフローの際に、半田バンプの高さを一定に保つため、半田バンプの接続信頼性を高めることができる。
【００１０】
請求項２では、ＩＣチップの端子と基板のランドとがワイヤボンディングされている。即ち、ＩＣチップの裏面が基板に直接接しているため、ＩＣチップの熱を基板を介して効率的に放熱板側に伝達させることができる。
【００１１】
請求項３では、基板が平板状に形成されているため、廉価に製造することができる。
【００１２】
請求項４では、基板とプリント配線板との間にアンダーフィルが充填されているため、アンダーフィルを介して、プリント配線板側に熱を伝えることができる。また、アンダーフィルにより半田バンプが封止されるため、接続信頼性が高い。
【００１３】
請求項５では、ＩＣチップと放熱板とが、基板に設けられた開口を介して接している。このため、基板が熱伝導性が低い樹脂製である場合でも、ＩＣチップの裏面側からの熱を放熱板に直接伝えることができ、ＩＣチップからの熱を効率的に発散させることができる。
【００１４】
請求項６の発明は、プリント配線板に搭載される半導体装置において、
フリップチップと、
前記フリップチップの下面に配置される放熱板と、
放熱フィンを備え内部に前記フリップチップを収容するためのキャビティを有する箱状の放熱ケーシングと、
前記放熱ケーシングのキャビティ内部に充填された樹脂充填剤と、から成り、
前記放熱ケーシングの下端が、前記プリント配線板に接触していることを技術的特徴とする。
【００１５】
請求項６では、フリップチップの上側に放熱ケーシングが設けられ、フリップチップの下面に放熱板が設けられているため、効率的に上下方向へ放熱できる。特に、フリップチップを収容する放熱ケーシングのキャビティ内部に樹脂充填剤が充填されているので、フリップチップの周囲（上面及び側面）からの熱を効率的に放熱ケーシング側へ伝達し、発散させることができる。更に、放熱ケーシングの下端が、プリント配線板に接触しているため、プリント配線板に伝わったフリップチップからの熱を、放熱フィンを備える放熱ケーシング側に伝達させ、効率的に発散させることができる。このようにフリップチップの全方向から熱を効率的に発散させ得るため、フリップチップに搭載された発熱量の多い大電力のＩＣチップを安定して動作させることが可能である。また、放熱板が、フリップチップとプリント配線板との間の距離を一定に保つスペーサーとしての役割を果たし、リフローの際に、ＢＧＡ（半田バンプ）の高さを一定に保つため、半田バンプの接続信頼性を高めることができる。
【００１６】
請求項７の発明は、プリント配線板に搭載される半導体装置において、
チップサイズパッケージと、
前記チップサイズパッケージの下面に配置される放熱板と、
放熱フィンを備え内部に前記チップサイズパッケージを収容するためのキャビティを有する箱状の放熱ケーシングと、
前記放熱ケーシングのキャビティ内部に充填された樹脂充填剤と、から成り、
前記放熱ケーシングの下端が、前記プリント配線板に接触していることを技術的特徴とする。
【００１７】
請求項７では、チップサイズパッケージの上側に放熱ケーシングが設けられ、チップサイズパッケージの下面に放熱板が設けられているため、上下方向へ効率的に放熱できる。特に、チップサイズパッケージを収容する放熱ケーシングのキャビティ内部に樹脂充填剤が充填されているので、チップサイズパッケージの周囲（上面及び側面）からの熱を効率的に放熱ケーシング側へ伝達し、発散させることができる。更に、放熱ケーシングの下端が、プリント配線板に接触しているため、プリント配線板に伝わったチップサイズパッケージからの熱を、放熱フィンを備える放熱ケーシング側に伝達させ、効率的に発散させることができる。このようにチップサイズパッケージの全方向から熱を効率的に発散させ得るため、発熱量の多い大電力用のチップサイズパッケージを安定して動作させることが可能である。また、放熱板が、チップサイズパッケージとプリント配線板との間の距離を一定に保つスペーサーとしての役割を果たし、リフローの際に、半田バンプの高さを一定に保つため、半田バンプの接続信頼性を高めることができる。
【００１８】
請求項８では、放熱ケーシングが、樹脂充填剤を充填するための複数の通孔を備える。このため、放熱ケーシングを取り付けた状態で、１つの通孔に樹脂充填剤を充填する際に、他の通孔を介して空気が抜けるので、気泡を残すことなく完全に樹脂充填剤を充填することができる。
【００１９】
請求項９では、放熱ケーシングが、キャビティ内部にＩＣチップ側に突出する凸部が設けられている。このため、該凸部を介して放熱ケーシング側にＩＣチップからの熱が効率的に伝わり、ＩＣチップを冷却することができる。
【００２０】
請求項１０では、放熱板が、プリント配線板に半田を介して固定されている。このため、基板を強固にプリント配線板側に取り付けることができ、振動、ヒートサイクルが加わっても、半田バンプの接続信頼性が低下することがない。
【００２１】
請求項１１では、放熱板が、プリント配線板に直接接しているため、取り付けが容易である。
【００２２】
請求項１２では、放熱板が、プリント配線板側のサーマルビアに接しているため、放熱板からの熱をサーマルビアに伝達させることで、効率的に熱を発散させることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体装置の実施形態について図を参照して説明する。
［第１実施形態］
図１（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る半導体装置がプリント配線板に搭載された状態の断面図であり、図１（Ｂ）は半導体装置の底面図であり、図１（Ｃ）は半導体装置の平面図である。なお、図１（Ａ）は、図１（Ｂ）中のＡ１−Ａ１断面に相当する。第１実施形態の半導体装置１０は、ＩＣチップ１２を搭載し半田バンプ２２を介してプリント配線板５０のランド５２に接続される。
【００２４】
半導体装置１０は、上面にＩＣチップ１２を載置し、下面に半田バンプ２２の配置されたパッケージ基板２０と、パッケージ基板２０の下面であって、ＩＣチップ１２の直下に配置された放熱板４０と、箱状の放熱ケーシング３０と、放熱ケーシング３０のキャビティ３６内部に充填された樹脂充填剤１４とから成る。パッケージ基板２０は、アルミナ等のセラミック基板、又は、ガラス含浸エポキシ樹脂等の樹脂基板が用いられる。パッケージ基板２０の内部には、半田バンプ２２に接続するランド２４と、ワイヤ１６を接続するボンディングランド２８とを結ぶスルーホール２６が形成されている。該パッケージ基板２０のボンディングランド２８とＩＣチップ１２の端子１２Ａとは、ボンディングワイヤ１６にて接続されている。放熱ケーシング３０は、アルミニウム等の良熱伝導性金属から成り、上部に放熱フィン３２と、キャビティ３６を構成する４枚の側壁３４とが一体成形されてなる。放熱ケーシング３０の側壁３４の下端は、パッケージ基板２０に接触している。図１（Ｃ）に示すように放熱ケーシング３０の上面であって、放熱フィン３２と放熱フィン３２との間に、樹脂充填剤１４を充填するための複数（例えば、４）の通孔３８が穿設されている。この通孔３８は、第１実施形態では、放熱ケーシング３０のほぼ４隅に配置されている。図１（Ｂ）に示すように、半田バンプ２２は、放熱板４０の周囲にグリッド状に配置され、１種のＢＧＡを構成している。放熱板４０は、アルミニウム等の良熱伝導性金属から成り、図１（Ａ）に示すように、半田１８を介してプリント配線板５０に固定されている。
【００２５】
第１実施形態の半導体装置１０では、ＩＣチップ１２の上側に、放熱ケーシング３０が設けられ、ＩＣチップ１２の直下位置に、放熱板４０が設けられているため、上下方向へ効率的に放熱できる。特に、ＩＣチップ１２を収容する放熱ケーシング３０のキャビティ３６内部に樹脂充填剤１４が充填されているので、ＩＣチップ１２の周囲（上面及び側面）からの熱を効率的に放熱ケーシング３０側へ伝達し、発散させることができる。更に、放熱ケーシング３０の下端が、パッケージ基板２０に接触しているため、パッケージ基板２０に伝わったＩＣチップ１２からの熱を、放熱フィン３２が一体成形された放熱ケーシング３０側に伝達させ、効率的に発散させることができる。このようにＩＣチップ１２の全方向から熱を効率的に発散させ、ＩＣチップを冷却し得るため、発熱量の多い大電力のＩＣチップ１２を安定して動作させることが可能である。また、放熱板４０が、パッケージ基板２０とプリント配線板５０との間の距離を一定に保つスペーサーとしての役割を果たし、リフローによる半導体装置１０の取り付けの際に、半田バンプ２２の高さを一定に保つ。即ち、半田バンプが球形のままで接続が取れなかったり、潰れすぎて、隣接する半田バンプと短絡したりすることがない。これにより、半田バンプ２２の接続信頼性を高めることができる。
【００２６】
また、第１実施形態の半導体装置１０では、ＩＣチップ１２の端子１２Ａとパッケージ基板２０のボンディングランド２８とがワイヤ１６でボンディングされている。即ち、ＩＣチップ１２の裏面がパッケージ基板２０に直接接しているため、ＩＣチップ１２の熱をパッケージ基板２０を介して効率的に放熱板４０側に伝達させることができる。また、パッケージ基板２０が平板状に形成されているため、キャビティ等を有するパッケージ基板と比べて廉価に製造することができる。更に、放熱板４０が、プリント配線板５０に半田１８を介して固定されている。このため、半導体装置１０を強固にプリント配線板５０側に取り付けることができ、振動、ヒートサイクルが加わっても、半田バンプ２２の接続信頼性が低下することがない。特に、半田１８は、樹脂接着剤を用いるのと比較し、プリント配線板５０側に熱を効率的に伝えることができる。なお、放熱板４０は、下面に半田が被覆されたアルミニウム板を用いることで、半田バンプ２２のリフローの際に、プリント配線板５０側に固定でき、樹脂接着剤を用いるのと比較して、特別の固定作業が不要である。
【００２７】
引き続き、半導体装置１０の放熱ケーシング内への樹脂充填剤１４の充填について図６を参照して説明する。
先ず、図６（Ａ）に示すように、ＩＣチップ１２の搭載、ワイヤ結線、半田バンプ形成を終えたパッケージ基板２０上に、放熱ケーシング３０を載置し、図示しない治具で仮固定する。ここで、放熱ケーシング３０の下端に接着剤を配置しない場合には、放熱ケーシングとパッケージ基板２０とが直接触れ、高い熱伝導性を得ることができる。なお、内部に樹脂充填剤１４を充填することで、放熱ケーシング３０が外れることはない。一方、放熱ケーシング３０の下端に接着剤を塗布し、予め放熱ケーシング３０をパッケージ基板２０に固定する方法は、製造が容易である利点がある。
【００２８】
図６（Ｂ）に示すように、未硬化の熱硬化性樹脂充填剤１４αを放熱ケーシング３０に設けられた通孔３８を介して充填する。本実施形態では、複数の通孔３８を備えるので、１つの通孔３８へ熱硬化性樹脂充填剤１４αを注入する際に、他の通孔３８を介して空気が抜け、気泡を残すことなく完全に熱硬化性樹脂充填剤を充填することができる。特に、第１実施形態では、図１（Ｃ）を参照して上述したように、通孔を矩形形状の放熱ケーシング３０の４隅に配置しているため、ケーシング３０内の隅々まで完全に熱硬化性樹脂充填剤１４αを充填させることができる。
【００２９】
最後に、所定時間、所定温度で加熱することで熱硬化性樹脂充填剤１４αを硬化させ、図６（Ｃ）に示すように樹脂充填剤１４とすることで半導体装置１０を完成する。熱硬化性樹脂充填剤１４αとしては、エポキシ等の熱硬化性樹脂に、熱可塑性樹脂を加え、更に、シリカ粒子等の絶縁良熱伝導粒子を添加することが、ＩＣチップ１２から放熱ケーシング３０への熱伝導性を改善するために望ましい。
【００３０】
［第１実施形態の改変例］
図３（Ａ）は、第１実施形態の改変例に係る半導体装置１０を示している。第１実施形態の改変例では、半導体装置１０とプリント配線板５０との間にアンダーフィル４２が充填されている。このため、アンダーフィル４２を介して、半導体装置１０からプリント配線板５０側に熱を伝えることができる。また、アンダーフィル４２により半田バンプ２２が封止されるため、接続信頼性が高い。
【００３１】
［第２実施形態］
図２（Ａ）は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置がプリント配線板に搭載された状態の断面図であり、図２（Ｂ）は半導体装置の底面図である。なお、図２（Ａ）は、図２（Ｂ）中のＡ２−Ａ２断面に相当し、上述した図１（Ａ）中では、放熱板４０は側面が示されていたが、第２実施形態を示す図２（Ａ）では、放熱板４０の切断端面が示されている点に注意されたい。
【００３２】
第２実施形態では、半導体装置１０の放熱板４０と接触する部位に、プリント配線板５０のサーマルビア５４が設けられている。このため、放熱板４０からの熱をサーマルビア５４に伝達させることで、半導体装置１０から効率的に熱を発散させることができる。なお、第２実施形態では、放熱板４０が、接着剤を介さずプリント配線板５０に直接接している。このため、熱伝導性が高く、また、取り付けが容易である。
【００３３】
［第２実施形態の改変例］
図３（Ｂ）は、第２実施形態の改変例に係る半導体装置１０を示している。第２実施形態の改変例では、半導体装置１０とプリント配線板５０との間にアンダーフィル４２が充填されている。このため、アンダーフィル４２を介して、半導体装置１０からプリント配線板５０側に熱を伝えることができる。また、アンダーフィル４２により半田バンプ２２が封止されるため、接続信頼性が高い。第２実施形態の改変例では、放熱板４０が、接着剤を介さずプリント配線板５０に直接接しているが、アンダーフィル４２により、半導体装置１０を強固に固定することができ、振動等により半田バンプ２２の信頼性が低下しない。
【００３４】
［第３実施形態］
図４（Ａ）は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置１０がプリント配線板５０に搭載された状態の断面図である。第３実施形態の半導体装置１０では、放熱ケーシング３０のキャビティ３６内部に、ＩＣチップ１２側に突出する凸部３９が設けられている。相対的に金属よりも熱伝導性の低い樹脂充填剤１４ではなく、凸部３９を介して放熱フィン３２が一体成形された放熱ケーシング３０側にＩＣチップ１２からの熱が伝わり、ＩＣチップ１２を効率的に冷却することができる。
【００３５】
［第４実施形態］
図４（Ｂ）は、本発明の第４実施形態に係る半導体装置１０がプリント配線板５０に搭載された状態の断面図である。
第４実施形態の半導体装置１０では、パッケージ基板２０が熱伝導性が低い樹脂で形成されている。このため、パッケージ基板２０の中央に開口２１を設け、ＩＣチップ１２と放熱板４０とを直接接触させている。このため、パッケージ基板２０が熱伝導性が低い樹脂製であっても、ＩＣチップ１２の裏面側からの熱を放熱板４０に直接伝えることができ、ＩＣチップ１２からの熱を効率的に発散させることができる。
【００３６】
［第５実施形態］
図５（Ａ）は、第５実施形態に係る半導体装置１０がプリント配線板５０に搭載された状態の断面図である。
図１〜図４を参照して上述した第１〜第４実施形態では、半導体装置１０にワイヤで接続するＩＣチップが搭載されていた。これに対して、第５実施形態では、フリップチップ４４がプリント配線板５０のランド５２に接続されている。
【００３７】
第５実施形態の半導体装置１０は、フリップチップ４４の下面に配置される放熱板４０と、箱状の放熱ケーシング３０と、放熱ケーシング３０のキャビティ３６内部に充填された樹脂充填剤１４とから成る。第１実施形態と同様に放熱ケーシング３０は、アルミニウム等の良熱伝導性金属から成り、上部に放熱フィン３２と、キャビティ３６を構成する４枚の側壁３４とが一体成形されてなる。放熱ケーシング３０の側壁３４の下端は、プリント配線板５０に直接接触している。放熱ケーシング３０の上面であって、放熱フィン３２と放熱フィン３２との間に、樹脂充填剤１４を充填するための複数（例えば、４）の通孔３８が穿設されている。この通孔３８は、図１（Ｃ）を参照して上述した第１実施形態と同様に放熱ケーシング３０のほぼ４隅に配置されている。この第５実施形態の半導体装置１０は、フリップチップ４４をプリント配線板５０に実装してから、放熱ケーシング３０をプリント配線板５０に接着剤等を介して固定する。その後、図６を参照して上述した第１実施形態と同様に、放熱ケーシング３０内に樹脂充填剤１４を充填する。
【００３８】
第５実施形態の半導体装置１０では、フリップチップ４４の上側に放熱ケーシング３０が設けられ、フリップチップ４４の下面に放熱板４０が設けられているため、効率的に上下方向へ放熱できる。特に、フリップチップ４４を収容する放熱ケーシング３０のキャビティ３６内部に、樹脂充填剤１４が充填されているので、フリップチップ４４の周囲（上面及び側面）からの熱を効率的に放熱ケーシング３０側へ伝達し、発散させることができる。更に、放熱ケーシング３０の下端が、プリント配線板５０に接触しているため、プリント配線板５０に伝わったフリップチップ４４からの熱を、放熱フィン３２が一体成形された放熱ケーシング３０側に伝達させ、効率的に発散させることができる。このようにフリップチップ４４の全方向から熱を効率的に発散させ得るため、発熱量の多い大電力用のフリップチップ４４を安定して動作させることが可能である。また、放熱板４０が、フリップチップ４４とプリント配線板５０との間の距離を一定に保つスペーサーとしての役割を果たし、リフローの際に、半田バンプ２２の高さを一定に保つため、半田バンプ２２の接続信頼性を高めることができる。
【００３９】
［第６実施形態］
図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）は、第６実施形態に係る半導体装置１０がプリント配線板５０に搭載された状態の断面図である。
図５（Ａ）を参照して上述した第５実施形態では、半導体装置１０にフリップチップ４４が搭載された。これに対して、第６実施形態では、ＣＳＰ（チップサイズパッケージ）４８がプリント配線板５０のランド５２に接続されている。
【００４０】
第６実施形態の半導体装置１０は、チップサイズパッケージ４８と、チップサイズパッケージ４８の下面に配置される放熱板４０と、箱状の放熱ケーシング３０と、放熱ケーシング３０のキャビティ３６内部に充填された樹脂充填剤１４とから成る。第１実施形態と同様に放熱ケーシング３０は、アルミニウム等の良熱伝導性金属から成り、上部に放熱フィン３２と、キャビティ３６を構成する４枚の側壁３４とが一体成形されてなる。放熱ケーシング３０の側壁３４の下端は、プリント配線板５０に直接接触している。放熱ケーシング３０の上面であって、放熱フィン３２と放熱フィン３２との間に、樹脂充填剤１４を充填するための複数（例えば、４）の通孔３８が穿設されている。この通孔３８は、図１（Ｃ）を参照して上述した第１実施形態と同様に放熱ケーシング３０のほぼ４隅に配置されている。この第６実施形態の半導体装置１０は、チップサイズパッケージ４８をプリント配線板５０に実装してから、放熱ケーシング３０をプリント配線板５０に接着剤等を介して固定する。その後、図６を参照して上述した第１実施形態と同様に、放熱ケーシング３０内に樹脂充填剤１４を充填する。
【００４１】
なお、第６実施形態の半導体装置では、放熱ケーシング３０のキャビティ３６内部に、チップサイズパッケージ４８側に突出する凸部３９が設けられている。凸部３９を介して放熱フィンを備える放熱ケーシング３０側にチップサイズパッケージ４８からの熱が伝わり、チップサイズパッケージ４８を効率的に冷却することができる。図５（Ｃ）は、図５（Ｂ）に示す半導体装置１０の切断位置を異ならしため図である。図２（Ａ）を参照して上述した第２実施形態と同様に、半導体装置１０の放熱板４０と接触する部位に、プリント配線板のサーマルビア５４が設けられている。このため、放熱板４０からの熱をサーマルビア５４に伝達させることで、半導体装置１０から効率的に熱を発散させることができる。
【００４２】
第６実施形態の半導体装置１０では、チップサイズパッケージ４８の上側に放熱ケーシング３０が設けられ、チップサイズパッケージ４８の下面に放熱板４０が設けられているため、上下方向へ効率的に放熱できる。特に、チップサイズパッケージ４８を収容する放熱ケーシング３０のキャビティ３６内部に樹脂充填剤１４が充填されているので、チップサイズパッケージ４８の周囲（上面及び側面）からの熱を効率的に放熱ケーシング３０側へ伝達し、発散させることができる。更に、放熱ケーシング３０の下端が、プリント配線板５０に接触しているため、プリント配線板５０に伝わったチップサイズパッケージ４８からの熱を、放熱フィン３２を備える放熱ケーシング３０側に伝達させ、効率的に発散させることができる。このようにチップサイズパッケージ４８の全方向から熱を効率的に発散させ得るため、チップサイズパッケージ４８に搭載された発熱量の多い大電力のＩＣチップ１２を安定して動作させることが可能である。また、放熱板４０が、チップサイズパッケージ４８とプリント配線板５０との間の距離を一定に保つスペーサーとしての役割を果たし、リフローの際に、半田バンプ２２の高さを一定に保つため、半田バンプ２２の接続信頼性を高めることができる。
【００４３】
なお、上述した実施形態では、ＩＣチップを１個のみ載置する例を挙げたが、本発明の半導体装置では、複数のＩＣチップを搭載することも、また、ＩＣチップ以外の半導体素子、電子部品を搭載することも可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る半導体装置がプリント配線板に搭載された状態の断面図であり、図１（Ｂ）は半導体装置の底面図であり、図１（Ｃ）は半導体装置の平面図である。
【図２】図２（Ａ）は第２実施形態に係る半導体装置がプリント配線板に搭載された状態の断面図であり、図２（Ｂ）は半導体装置の底面図である。
【図３】図３（Ａ）は第１実施形態の改変例に係る半導体装置がプリント配線板に搭載された状態の断面図であり、図３（Ｂ）は第２実施形態の改変例に係る半導体装置がプリント配線板に搭載された状態の断面図である。
【図４】図４（Ａ）は第３実施形態に係る半導体装置がプリント配線板に搭載された状態の断面図であり、図４（Ｂ）は第４実施形態に係る半導体装置がプリント配線板に搭載された状態の断面図である。
【図５】図５（Ａ）は第５実施形態に係る半導体装置がプリント配線板に搭載された状態の断面図であり、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）は第６実施形態に係る半導体装置がプリント配線板に搭載された状態の断面図である。
【図６】図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）は、半導体装置の放熱ケーシング内への樹脂充填剤の充填についての説明図である。
【符号の説明】
１０ 半導体装置
１２ ＩＣチップ
１２Ａ 端子
１４ 封止樹脂
１６ ワイヤ
１８ 半田
２０ パッケージ基板（基板）
２１ 開口
２２ 半田バンプ
２４ ランド
２６ スルーホール
２８ ボンデングランド（ランド）
３０ 放熱ケーシング
３２ 放熱フィン
３４ 側壁
３６ キャビティ
３８ 通孔
３９ 凸部
４０ 放熱板
４２ アンダーフィル
４４ フリップチップ
４８ チップサイズパッケージ
５０ プリント配線板
５２ ランド
５４ サーマルビア
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＣチップを搭載し半田バンプ又はＢＧＡを介してプリント配線板に接続される半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣチップを搭載する半導体装置において、小型化の要求に応える方法の１つとして、パッケージの裏面に半田バンプをグリット状に配列したＢＧＡ（ボールグリッドアレー）が用いられている。
【０００３】
特許文献１には、ＢＧＡの半導体装置において、配線基板に載置されたＩＣチップの上面に熱伝導材層を塗布し、配線基板側に放熱フィンを被せる構成が開示されている。特許文献２には、ケース内に樹脂を注入し、ベアチップ基板を押し込むことで、余分な樹脂を孔から押し出す半導体ベアチップ実装方法が開示されている。特許文献３には、導電性接続ピンを備えるセラミックパッケージにおいて、ＩＣチップを収容するリッド内に樹脂を充填し、リッドの外側に放熱フィンを取り付ける構成が示されている。特許文献４には、ＢＧＡの半導体装置において、ＩＣチップの直下に放熱板を設け、ＩＣチップを覆う樹脂モールドの上に放熱フィンを取り付ける構成が示されている。特許文献５には、放熱用のメタルキャップに孔を設け、孔から樹脂を注入して、メタルキャップと半導体素子とを接続する構成が示されている。特許文献６には、基板のキャビティに半導体部品を搭載し、半導体部品に近接する凸部を有するキャップを基板に被せ、更に、キャップにヒートシンクを乗せる構成が示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１７４１８６号公報
【特許文献２】
特開平１１−１５０２１４号公報
【特許文献３】
特開平０８−２６４６８８号公報
【特許文献４】
特開平１０−２４７７０２号公報
【特許文献５】
特開２０００−９１４５７号公報
【特許文献６】
特開昭６１−２３４５５０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
半導体装置の高機能化の要求により、ＩＣの高出力化、高速化が求められ、消費電力、発熱量は大きくなっている。他方、小型化の要求により、外寸法が小さくなり、表面の放熱面積は小さくなっている。特に、ＢＧＡを用いると、外部への熱の伝達は、半田バンプを介して、接続されているプリント配線板側へ逃げるだけであるため、熱伝導が効率的に行えず、発熱量の大きな大電力のＩＣチップを安定して動作せることが難しかった。
【０００６】
特許文献１では、ＩＣチップの上面に放熱フィンを配置する構成が示されているが、熱伝導材層（熱伝導用樹脂）は、ＩＣチップの上面にのみ塗布されており、ＩＣチップの側面からの熱を放熱フィンに伝達させることができなかった。同様に、ＩＣチップの下面の熱を発散させることができなかった。更に、配線基板とＩＣチップとを半田バンプを介して接続しているため、ワイヤボンディングと異なり、ＩＣチップと配線基板とが直接接触せず、下側（基板側）への熱伝導性に問題があった。特許文献２では、ケース内に樹脂が完全に充填されているが、放熱フィンがケースとは別体になっており、ケースから放熱フィンへの熱伝達性に問題がある。また、半田バンプを介して基板に接続を取るため、基板への熱伝導性が悪かった。特許文献３では、ＩＣチップを収容するリッド内に樹脂を充填しているが、リッドの上側に接着剤を介して放熱フィンを取り付けているため、リッドから放熱フィンへの熱伝達に問題があった。特許文献４では、ＩＣチップの直下の基板裏面に放熱板を設け、ＩＣチップを覆う樹脂モールドの上に放熱フィンを取り付ける構成が示されているが、基板と放熱フィンとが離れており、ＩＣチップから基板に伝わった熱を、放熱フィン側へ伝達することができなかった。更に、放熱板とプリント配線板との接続を樹脂接着剤を用いるため、熱伝導性に問題があった。特許文献５では、放熱用のメタルキャップの孔から樹脂を注入してメタルキャップと半導体素子とを接続する構成が示されているが、該樹脂を介してメタルキャップ側の孔と半導体素子の上面とを接続するのみであるため、半導体素子の側面からの熱を伝達させることができなかった。また、メタルキャップ側の孔の周囲からのみ熱が発散され、メタルキャップ側面からの熱の発散は行われ難い。更に、メタルキャップ内で樹脂封止されていないので、耐久性、信頼性に劣るという課題があった。また、配線基板に樹脂を落とさないという制約があり、製造が難しかった。更に、半田バンプを介するフリップチップを用いるため、基板への熱伝導性が悪かった。特許文献６では、半導体部品に近接する凸部を有するキャップを用いているが、キャップとヒートシンクとが別体になっているため、効率的に熱を伝達できないという課題がある。更に、基板がキャビティを備える複雑な形状であるため、製造し難いという問題がある。
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、効率的に放熱でき、大電力のＩＣチップの安定動作を可能にする半導体装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段、および発明の作用・効果】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、ＩＣチップを搭載し半田バンプを介してプリント配線板に接続される半導体装置において、
上面に前記ＩＣチップを載置し、下面に前記半田バンプの配置された基板と、
前記基板の下面に配置された半田バンプと、
前記基板の下面であって、ＩＣチップの直下に配置された放熱板と、
放熱フィンを備え内部に前記ＩＣチップを収容するためのキャビティを有する箱状の放熱ケーシングと、
前記放熱ケーシングのキャビティ内部に充填された樹脂充填剤と、から成り、
前記放熱ケーシングの下端が、前記基板に接触していることを技術的特徴とする。
【０００９】
請求項１では、ＩＣチップの上側に、放熱ケーシングが設けられ、ＩＣチップの直下位置に、放熱板が設けられているため、上下方向へ効率的に放熱できる。特に、ＩＣチップを収容する放熱ケーシングのキャビティ内部に樹脂充填剤が充填されているので、ＩＣチップの周囲（上面及び側面）からの熱を効率的に放熱ケーシング側へ伝達し、発散させることができる。更に、放熱ケーシングの下端が、基板に接触しているため、基板に伝わったＩＣチップからの熱を、放熱フィンを備える放熱ケーシング側に伝達させ、効率的に発散させることができる。このようにＩＣチップの全方向から熱を効率的に発散させ得るため、発熱量の多い大電力のＩＣチップを安定して動作させることが可能である。また、放熱板が、基板とプリント配線板との間の距離を一定に保つスペーサーとしての役割を果たし、リフローの際に、半田バンプの高さを一定に保つため、半田バンプの接続信頼性を高めることができる。
【００１０】
請求項２では、ＩＣチップの端子と基板のランドとがワイヤボンディングされている。即ち、ＩＣチップの裏面が基板に直接接しているため、ＩＣチップの熱を基板を介して効率的に放熱板側に伝達させることができる。
【００１１】
請求項３では、基板が平板状に形成されているため、廉価に製造することができる。
【００１２】
請求項４では、基板とプリント配線板との間にアンダーフィルが充填されているため、アンダーフィルを介して、プリント配線板側に熱を伝えることができる。また、アンダーフィルにより半田バンプが封止されるため、接続信頼性が高い。
【００１３】
請求項５では、ＩＣチップと放熱板とが、基板に設けられた開口を介して接している。このため、基板が熱伝導性が低い樹脂製である場合でも、ＩＣチップの裏面側からの熱を放熱板に直接伝えることができ、ＩＣチップからの熱を効率的に発散させることができる。
【００１４】
請求項６の発明は、プリント配線板に搭載される半導体装置において、
フリップチップと、
前記フリップチップの下面に配置される放熱板と、
放熱フィンを備え内部に前記フリップチップを収容するためのキャビティを有する箱状の放熱ケーシングと、
前記放熱ケーシングのキャビティ内部に充填された樹脂充填剤と、から成り、
前記放熱ケーシングの下端が、前記プリント配線板に接触していることを技術的特徴とする。
【００１５】
請求項６では、フリップチップの上側に放熱ケーシングが設けられ、フリップチップの下面に放熱板が設けられているため、効率的に上下方向へ放熱できる。特に、フリップチップを収容する放熱ケーシングのキャビティ内部に樹脂充填剤が充填されているので、フリップチップの周囲（上面及び側面）からの熱を効率的に放熱ケーシング側へ伝達し、発散させることができる。更に、放熱ケーシングの下端が、プリント配線板に接触しているため、プリント配線板に伝わったフリップチップからの熱を、放熱フィンを備える放熱ケーシング側に伝達させ、効率的に発散させることができる。このようにフリップチップの全方向から熱を効率的に発散させ得るため、フリップチップに搭載された発熱量の多い大電力のＩＣチップを安定して動作させることが可能である。また、放熱板が、フリップチップとプリント配線板との間の距離を一定に保つスペーサーとしての役割を果たし、リフローの際に、ＢＧＡ（半田バンプ）の高さを一定に保つため、半田バンプの接続信頼性を高めることができる。
【００１６】
請求項７の発明は、プリント配線板に搭載される半導体装置において、
チップサイズパッケージと、
前記チップサイズパッケージの下面に配置される放熱板と、
放熱フィンを備え内部に前記チップサイズパッケージを収容するためのキャビティを有する箱状の放熱ケーシングと、
前記放熱ケーシングのキャビティ内部に充填された樹脂充填剤と、から成り、
前記放熱ケーシングの下端が、前記プリント配線板に接触していることを技術的特徴とする。
【００１７】
請求項７では、チップサイズパッケージの上側に放熱ケーシングが設けられ、チップサイズパッケージの下面に放熱板が設けられているため、上下方向へ効率的に放熱できる。特に、チップサイズパッケージを収容する放熱ケーシングのキャビティ内部に樹脂充填剤が充填されているので、チップサイズパッケージの周囲（上面及び側面）からの熱を効率的に放熱ケーシング側へ伝達し、発散させることができる。更に、放熱ケーシングの下端が、プリント配線板に接触しているため、プリント配線板に伝わったチップサイズパッケージからの熱を、放熱フィンを備える放熱ケーシング側に伝達させ、効率的に発散させることができる。このようにチップサイズパッケージの全方向から熱を効率的に発散させ得るため、発熱量の多い大電力用のチップサイズパッケージを安定して動作させることが可能である。また、放熱板が、チップサイズパッケージとプリント配線板との間の距離を一定に保つスペーサーとしての役割を果たし、リフローの際に、半田バンプの高さを一定に保つため、半田バンプの接続信頼性を高めることができる。
【００１８】
請求項８では、放熱ケーシングが、樹脂充填剤を充填するための複数の通孔を備える。このため、放熱ケーシングを取り付けた状態で、１つの通孔に樹脂充填剤を充填する際に、他の通孔を介して空気が抜けるので、気泡を残すことなく完全に樹脂充填剤を充填することができる。
【００１９】
請求項９では、放熱ケーシングが、キャビティ内部にＩＣチップ側に突出する凸部が設けられている。このため、該凸部を介して放熱ケーシング側にＩＣチップからの熱が効率的に伝わり、ＩＣチップを冷却することができる。
【００２０】
請求項１０では、放熱板が、プリント配線板に半田を介して固定されている。このため、基板を強固にプリント配線板側に取り付けることができ、振動、ヒートサイクルが加わっても、半田バンプの接続信頼性が低下することがない。
【００２１】
請求項１１では、放熱板が、プリント配線板に直接接しているため、取り付けが容易である。
【００２２】
請求項１２では、放熱板が、プリント配線板側のサーマルビアに接しているため、放熱板からの熱をサーマルビアに伝達させることで、効率的に熱を発散させることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体装置の実施形態について図を参照して説明する。
［第１実施形態］
図１（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る半導体装置がプリント配線板に搭載された状態の断面図であり、図１（Ｂ）は半導体装置の底面図であり、図１（Ｃ）は半導体装置の平面図である。なお、図１（Ａ）は、図１（Ｂ）中のＡ１−Ａ１断面に相当する。第１実施形態の半導体装置１０は、ＩＣチップ１２を搭載し半田バンプ２２を介してプリント配線板５０のランド５２に接続される。
【００２４】
半導体装置１０は、上面にＩＣチップ１２を載置し、下面に半田バンプ２２の配置されたパッケージ基板２０と、パッケージ基板２０の下面であって、ＩＣチップ１２の直下に配置された放熱板４０と、箱状の放熱ケーシング３０と、放熱ケーシング３０のキャビティ３６内部に充填された樹脂充填剤１４とから成る。パッケージ基板２０は、アルミナ等のセラミック基板、又は、ガラス含浸エポキシ樹脂等の樹脂基板が用いられる。パッケージ基板２０の内部には、半田バンプ２２に接続するランド２４と、ワイヤ１６を接続するボンディングランド２８とを結ぶスルーホール２６が形成されている。該パッケージ基板２０のボンディングランド２８とＩＣチップ１２の端子１２Ａとは、ボンディングワイヤ１６にて接続されている。放熱ケーシング３０は、アルミニウム等の良熱伝導性金属から成り、上部に放熱フィン３２と、キャビティ３６を構成する４枚の側壁３４とが一体成形されてなる。放熱ケーシング３０の側壁３４の下端は、パッケージ基板２０に接触している。図１（Ｃ）に示すように放熱ケーシング３０の上面であって、放熱フィン３２と放熱フィン３２との間に、樹脂充填剤１４を充填するための複数（例えば、４）の通孔３８が穿設されている。この通孔３８は、第１実施形態では、放熱ケーシング３０のほぼ４隅に配置されている。図１（Ｂ）に示すように、半田バンプ２２は、放熱板４０の周囲にグリッド状に配置され、１種のＢＧＡを構成している。放熱板４０は、アルミニウム等の良熱伝導性金属から成り、図１（Ａ）に示すように、半田１８を介してプリント配線板５０に固定されている。
【００２５】
第１実施形態の半導体装置１０では、ＩＣチップ１２の上側に、放熱ケーシング３０が設けられ、ＩＣチップ１２の直下位置に、放熱板４０が設けられているため、上下方向へ効率的に放熱できる。特に、ＩＣチップ１２を収容する放熱ケーシング３０のキャビティ３６内部に樹脂充填剤１４が充填されているので、ＩＣチップ１２の周囲（上面及び側面）からの熱を効率的に放熱ケーシング３０側へ伝達し、発散させることができる。更に、放熱ケーシング３０の下端が、パッケージ基板２０に接触しているため、パッケージ基板２０に伝わったＩＣチップ１２からの熱を、放熱フィン３２が一体成形された放熱ケーシング３０側に伝達させ、効率的に発散させることができる。このようにＩＣチップ１２の全方向から熱を効率的に発散させ、ＩＣチップを冷却し得るため、発熱量の多い大電力のＩＣチップ１２を安定して動作させることが可能である。また、放熱板４０が、パッケージ基板２０とプリント配線板５０との間の距離を一定に保つスペーサーとしての役割を果たし、リフローによる半導体装置１０の取り付けの際に、半田バンプ２２の高さを一定に保つ。即ち、半田バンプが球形のままで接続が取れなかったり、潰れすぎて、隣接する半田バンプと短絡したりすることがない。これにより、半田バンプ２２の接続信頼性を高めることができる。
【００２６】
また、第１実施形態の半導体装置１０では、ＩＣチップ１２の端子１２Ａとパッケージ基板２０のボンディングランド２８とがワイヤ１６でボンディングされている。即ち、ＩＣチップ１２の裏面がパッケージ基板２０に直接接しているため、ＩＣチップ１２の熱をパッケージ基板２０を介して効率的に放熱板４０側に伝達させることができる。また、パッケージ基板２０が平板状に形成されているため、キャビティ等を有するパッケージ基板と比べて廉価に製造することができる。更に、放熱板４０が、プリント配線板５０に半田１８を介して固定されている。このため、半導体装置１０を強固にプリント配線板５０側に取り付けることができ、振動、ヒートサイクルが加わっても、半田バンプ２２の接続信頼性が低下することがない。特に、半田１８は、樹脂接着剤を用いるのと比較し、プリント配線板５０側に熱を効率的に伝えることができる。なお、放熱板４０は、下面に半田が被覆されたアルミニウム板を用いることで、半田バンプ２２のリフローの際に、プリント配線板５０側に固定でき、樹脂接着剤を用いるのと比較して、特別の固定作業が不要である。
【００２７】
引き続き、半導体装置１０の放熱ケーシング内への樹脂充填剤１４の充填について図６を参照して説明する。
先ず、図６（Ａ）に示すように、ＩＣチップ１２の搭載、ワイヤ結線、半田バンプ形成を終えたパッケージ基板２０上に、放熱ケーシング３０を載置し、図示しない治具で仮固定する。ここで、放熱ケーシング３０の下端に接着剤を配置しない場合には、放熱ケーシングとパッケージ基板２０とが直接触れ、高い熱伝導性を得ることができる。なお、内部に樹脂充填剤１４を充填することで、放熱ケーシング３０が外れることはない。一方、放熱ケーシング３０の下端に接着剤を塗布し、予め放熱ケーシング３０をパッケージ基板２０に固定する方法は、製造が容易である利点がある。
【００２８】
図６（Ｂ）に示すように、未硬化の熱硬化性樹脂充填剤１４αを放熱ケーシング３０に設けられた通孔３８を介して充填する。本実施形態では、複数の通孔３８を備えるので、１つの通孔３８へ熱硬化性樹脂充填剤１４αを注入する際に、他の通孔３８を介して空気が抜け、気泡を残すことなく完全に熱硬化性樹脂充填剤を充填することができる。特に、第１実施形態では、図１（Ｃ）を参照して上述したように、通孔を矩形形状の放熱ケーシング３０の４隅に配置しているため、ケーシング３０内の隅々まで完全に熱硬化性樹脂充填剤１４αを充填させることができる。
【００２９】
最後に、所定時間、所定温度で加熱することで熱硬化性樹脂充填剤１４αを硬化させ、図６（Ｃ）に示すように樹脂充填剤１４とすることで半導体装置１０を完成する。熱硬化性樹脂充填剤１４αとしては、エポキシ等の熱硬化性樹脂に、熱可塑性樹脂を加え、更に、シリカ粒子等の絶縁良熱伝導粒子を添加することが、ＩＣチップ１２から放熱ケーシング３０への熱伝導性を改善するために望ましい。
【００３０】
［第１実施形態の改変例］
図３（Ａ）は、第１実施形態の改変例に係る半導体装置１０を示している。第１実施形態の改変例では、半導体装置１０とプリント配線板５０との間にアンダーフィル４２が充填されている。このため、アンダーフィル４２を介して、半導体装置１０からプリント配線板５０側に熱を伝えることができる。また、アンダーフィル４２により半田バンプ２２が封止されるため、接続信頼性が高い。
【００３１】
［第２実施形態］
図２（Ａ）は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置がプリント配線板に搭載された状態の断面図であり、図２（Ｂ）は半導体装置の底面図である。なお、図２（Ａ）は、図２（Ｂ）中のＡ２−Ａ２断面に相当し、上述した図１（Ａ）中では、放熱板４０は側面が示されていたが、第２実施形態を示す図２（Ａ）では、放熱板４０の切断端面が示されている点に注意されたい。
【００３２】
第２実施形態では、半導体装置１０の放熱板４０と接触する部位に、プリント配線板５０のサーマルビア５４が設けられている。このため、放熱板４０からの熱をサーマルビア５４に伝達させることで、半導体装置１０から効率的に熱を発散させることができる。なお、第２実施形態では、放熱板４０が、接着剤を介さずプリント配線板５０に直接接している。このため、熱伝導性が高く、また、取り付けが容易である。
【００３３】
［第２実施形態の改変例］
図３（Ｂ）は、第２実施形態の改変例に係る半導体装置１０を示している。第２実施形態の改変例では、半導体装置１０とプリント配線板５０との間にアンダーフィル４２が充填されている。このため、アンダーフィル４２を介して、半導体装置１０からプリント配線板５０側に熱を伝えることができる。また、アンダーフィル４２により半田バンプ２２が封止されるため、接続信頼性が高い。第２実施形態の改変例では、放熱板４０が、接着剤を介さずプリント配線板５０に直接接しているが、アンダーフィル４２により、半導体装置１０を強固に固定することができ、振動等により半田バンプ２２の信頼性が低下しない。
【００３４】
［第３実施形態］
図４（Ａ）は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置１０がプリント配線板５０に搭載された状態の断面図である。第３実施形態の半導体装置１０では、放熱ケーシング３０のキャビティ３６内部に、ＩＣチップ１２側に突出する凸部３９が設けられている。相対的に金属よりも熱伝導性の低い樹脂充填剤１４ではなく、凸部３９を介して放熱フィン３２が一体成形された放熱ケーシング３０側にＩＣチップ１２からの熱が伝わり、ＩＣチップ１２を効率的に冷却することができる。
【００３５】
［第４実施形態］
図４（Ｂ）は、本発明の第４実施形態に係る半導体装置１０がプリント配線板５０に搭載された状態の断面図である。
第４実施形態の半導体装置１０では、パッケージ基板２０が熱伝導性が低い樹脂で形成されている。このため、パッケージ基板２０の中央に開口２１を設け、ＩＣチップ１２と放熱板４０とを直接接触させている。このため、パッケージ基板２０が熱伝導性が低い樹脂製であっても、ＩＣチップ１２の裏面側からの熱を放熱板４０に直接伝えることができ、ＩＣチップ１２からの熱を効率的に発散させることができる。
【００３６】
［第５実施形態］
図５（Ａ）は、第５実施形態に係る半導体装置１０がプリント配線板５０に搭載された状態の断面図である。
図１〜図４を参照して上述した第１〜第４実施形態では、半導体装置１０にワイヤで接続するＩＣチップが搭載されていた。これに対して、第５実施形態では、フリップチップ４４がプリント配線板５０のランド５２に接続されている。
【００３７】
第５実施形態の半導体装置１０は、フリップチップ４４の下面に配置される放熱板４０と、箱状の放熱ケーシング３０と、放熱ケーシング３０のキャビティ３６内部に充填された樹脂充填剤１４とから成る。第１実施形態と同様に放熱ケーシング３０は、アルミニウム等の良熱伝導性金属から成り、上部に放熱フィン３２と、キャビティ３６を構成する４枚の側壁３４とが一体成形されてなる。放熱ケーシング３０の側壁３４の下端は、プリント配線板５０に直接接触している。放熱ケーシング３０の上面であって、放熱フィン３２と放熱フィン３２との間に、樹脂充填剤１４を充填するための複数（例えば、４）の通孔３８が穿設されている。この通孔３８は、図１（Ｃ）を参照して上述した第１実施形態と同様に放熱ケーシング３０のほぼ４隅に配置されている。この第５実施形態の半導体装置１０は、フリップチップ４４をプリント配線板５０に実装してから、放熱ケーシング３０をプリント配線板５０に接着剤等を介して固定する。その後、図６を参照して上述した第１実施形態と同様に、放熱ケーシング３０内に樹脂充填剤１４を充填する。
【００３８】
第５実施形態の半導体装置１０では、フリップチップ４４の上側に放熱ケーシング３０が設けられ、フリップチップ４４の下面に放熱板４０が設けられているため、効率的に上下方向へ放熱できる。特に、フリップチップ４４を収容する放熱ケーシング３０のキャビティ３６内部に、樹脂充填剤１４が充填されているので、フリップチップ４４の周囲（上面及び側面）からの熱を効率的に放熱ケーシング３０側へ伝達し、発散させることができる。更に、放熱ケーシング３０の下端が、プリント配線板５０に接触しているため、プリント配線板５０に伝わったフリップチップ４４からの熱を、放熱フィン３２が一体成形された放熱ケーシング３０側に伝達させ、効率的に発散させることができる。このようにフリップチップ４４の全方向から熱を効率的に発散させ得るため、発熱量の多い大電力用のフリップチップ４４を安定して動作させることが可能である。また、放熱板４０が、フリップチップ４４とプリント配線板５０との間の距離を一定に保つスペーサーとしての役割を果たし、リフローの際に、半田バンプ２２の高さを一定に保つため、半田バンプ２２の接続信頼性を高めることができる。
【００３９】
［第６実施形態］
図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）は、第６実施形態に係る半導体装置１０がプリント配線板５０に搭載された状態の断面図である。
図５（Ａ）を参照して上述した第５実施形態では、半導体装置１０にフリップチップ４４が搭載された。これに対して、第６実施形態では、ＣＳＰ（チップサイズパッケージ）４８がプリント配線板５０のランド５２に接続されている。
【００４０】
第６実施形態の半導体装置１０は、チップサイズパッケージ４８と、チップサイズパッケージ４８の下面に配置される放熱板４０と、箱状の放熱ケーシング３０と、放熱ケーシング３０のキャビティ３６内部に充填された樹脂充填剤１４とから成る。第１実施形態と同様に放熱ケーシング３０は、アルミニウム等の良熱伝導性金属から成り、上部に放熱フィン３２と、キャビティ３６を構成する４枚の側壁３４とが一体成形されてなる。放熱ケーシング３０の側壁３４の下端は、プリント配線板５０に直接接触している。放熱ケーシング３０の上面であって、放熱フィン３２と放熱フィン３２との間に、樹脂充填剤１４を充填するための複数（例えば、４）の通孔３８が穿設されている。この通孔３８は、図１（Ｃ）を参照して上述した第１実施形態と同様に放熱ケーシング３０のほぼ４隅に配置されている。この第６実施形態の半導体装置１０は、チップサイズパッケージ４８をプリント配線板５０に実装してから、放熱ケーシング３０をプリント配線板５０に接着剤等を介して固定する。その後、図６を参照して上述した第１実施形態と同様に、放熱ケーシング３０内に樹脂充填剤１４を充填する。
【００４１】
なお、第６実施形態の半導体装置では、放熱ケーシング３０のキャビティ３６内部に、チップサイズパッケージ４８側に突出する凸部３９が設けられている。凸部３９を介して放熱フィンを備える放熱ケーシング３０側にチップサイズパッケージ４８からの熱が伝わり、チップサイズパッケージ４８を効率的に冷却することができる。図５（Ｃ）は、図５（Ｂ）に示す半導体装置１０の切断位置を異ならしため図である。図２（Ａ）を参照して上述した第２実施形態と同様に、半導体装置１０の放熱板４０と接触する部位に、プリント配線板のサーマルビア５４が設けられている。このため、放熱板４０からの熱をサーマルビア５４に伝達させることで、半導体装置１０から効率的に熱を発散させることができる。
【００４２】
第６実施形態の半導体装置１０では、チップサイズパッケージ４８の上側に放熱ケーシング３０が設けられ、チップサイズパッケージ４８の下面に放熱板４０が設けられているため、上下方向へ効率的に放熱できる。特に、チップサイズパッケージ４８を収容する放熱ケーシング３０のキャビティ３６内部に樹脂充填剤１４が充填されているので、チップサイズパッケージ４８の周囲（上面及び側面）からの熱を効率的に放熱ケーシング３０側へ伝達し、発散させることができる。更に、放熱ケーシング３０の下端が、プリント配線板５０に接触しているため、プリント配線板５０に伝わったチップサイズパッケージ４８からの熱を、放熱フィン３２を備える放熱ケーシング３０側に伝達させ、効率的に発散させることができる。このようにチップサイズパッケージ４８の全方向から熱を効率的に発散させ得るため、チップサイズパッケージ４８に搭載された発熱量の多い大電力のＩＣチップ１２を安定して動作させることが可能である。また、放熱板４０が、チップサイズパッケージ４８とプリント配線板５０との間の距離を一定に保つスペーサーとしての役割を果たし、リフローの際に、半田バンプ２２の高さを一定に保つため、半田バンプ２２の接続信頼性を高めることができる。
【００４３】
なお、上述した実施形態では、ＩＣチップを１個のみ載置する例を挙げたが、本発明の半導体装置では、複数のＩＣチップを搭載することも、また、ＩＣチップ以外の半導体素子、電子部品を搭載することも可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る半導体装置がプリント配線板に搭載された状態の断面図であり、図１（Ｂ）は半導体装置の底面図であり、図１（Ｃ）は半導体装置の平面図である。
【図２】図２（Ａ）は第２実施形態に係る半導体装置がプリント配線板に搭載された状態の断面図であり、図２（Ｂ）は半導体装置の底面図である。
【図３】図３（Ａ）は第１実施形態の改変例に係る半導体装置がプリント配線板に搭載された状態の断面図であり、図３（Ｂ）は第２実施形態の改変例に係る半導体装置がプリント配線板に搭載された状態の断面図である。
【図４】図４（Ａ）は第３実施形態に係る半導体装置がプリント配線板に搭載された状態の断面図であり、図４（Ｂ）は第４実施形態に係る半導体装置がプリント配線板に搭載された状態の断面図である。
【図５】図５（Ａ）は第５実施形態に係る半導体装置がプリント配線板に搭載された状態の断面図であり、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）は第６実施形態に係る半導体装置がプリント配線板に搭載された状態の断面図である。
【図６】図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）は、半導体装置の放熱ケーシング内への樹脂充填剤の充填についての説明図である。
【符号の説明】
１０ 半導体装置
１２ ＩＣチップ
１２Ａ 端子
１４ 封止樹脂
１６ ワイヤ
１８ 半田
２０ パッケージ基板（基板）
２１ 開口
２２ 半田バンプ
２４ ランド
２６ スルーホール
２８ ボンデングランド（ランド）
３０ 放熱ケーシング
３２ 放熱フィン
３４ 側壁
３６ キャビティ
３８ 通孔
３９ 凸部
４０ 放熱板
４２ アンダーフィル
４４ フリップチップ
４８ チップサイズパッケージ
５０ プリント配線板
５２ ランド
５４ サーマルビア
Claims (12)
- ＩＣチップを搭載し半田バンプを介してプリント配線板に接続される半導体装置において、
上面に前記ＩＣチップを載置し、下面に前記半田バンプの配置された基板と、
前記基板の下面であって、ＩＣチップの直下に配置された放熱板と、
放熱フィンを備え内部に前記ＩＣチップを収容するためのキャビティを有する箱状の放熱ケーシングと、
前記放熱ケーシングのキャビティ内部に充填された樹脂充填剤と、から成り、
前記放熱ケーシングの下端が、前記基板に接触していることを特徴とする半導体装置。 - 前記ＩＣチップの端子と前記基板のランドとがワイヤボンディングされていることを特徴とする請求項１の半導体装置。
- 前記基板が平板状に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２の半導体装置。
- 前記基板と前記プリント配線板との間にアンダーフィルが充填されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１の半導体装置。
- 前記ＩＣチップと前記放熱板とが、前記基板に設けられた開口を介して接していることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１の半導体装置。
- プリント配線板に搭載される半導体装置において、
フリップチップと、
前記フリップチップの下面に配置される放熱板と、
放熱フィンを備え内部に前記フリップチップを収容するためのキャビティを有する箱状の放熱ケーシングと、
前記放熱ケーシングのキャビティ内部に充填された樹脂充填剤と、から成り、
前記放熱ケーシングの下端が、前記プリント配線板に接触していることを特徴とする半導体装置。 - プリント配線板に搭載される半導体装置において、
チップサイズパッケージと、
前記フリップチップの下面に配置される放熱板と、
放熱フィンを備え内部に前記チップサイズパッケージを収容するためのキャビティを有する箱状の放熱ケーシングと、
前記放熱ケーシングのキャビティ内部に充填された樹脂充填剤と、から成り、
前記放熱ケーシングの下端が、前記プリント配線板に接触していることを特徴とする半導体装置。 - 前記放熱ケーシングが、前記樹脂充填剤を充填するための複数の通孔を備えることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１の半導体装置。
- 前記放熱ケーシングのキャビティ内部に、ＩＣチップ側へ突出する凸部が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１の半導体装置。
- 前記放熱板が、前記プリント配線板に半田を介して固定されていることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１の半導体装置。
- 前記放熱板が、前記プリント配線板に直接接していることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１の半導体装置。
- 前記放熱板が、前記プリント配線板側のサーマルビアに接していることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１の半導体装置。
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|---|---|---|---|---|
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-
2003
- 2003-03-25 JP JP2003082163A patent/JP2004289059A/ja active Pending
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