JP2005191038A - Module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の半導体チップ、複数の電子部品を同一実装基板上に実装したモジュールに関する。特に、パワー半導体チップをガラスエポキシ等の熱伝導率の低い基板上に実装したモジュールにおいて、パワー半導体チップと実装基板との密着性を確保しつつ、且つパワー半導体チップからの熱を効率よく放熱させるための構造に関する。 The present invention relates to a module in which a plurality of semiconductor chips and a plurality of electronic components are mounted on the same mounting substrate. In particular, in a module in which a power semiconductor chip is mounted on a substrate having a low thermal conductivity such as glass epoxy, heat from the power semiconductor chip is efficiently radiated while ensuring adhesion between the power semiconductor chip and the mounting substrate. For the structure.
図11に従来のモジュールの実施例を示す(例えば特許文献1参照。)。図11においては、用途としては、マイクロプロセッサやメモリ等の半導体チップを複数個実装する場合を想定している。 FIG. 11 shows an example of a conventional module (see, for example, Patent Document 1). In FIG. 11, it is assumed that a plurality of semiconductor chips such as a microprocessor and a memory are mounted.
ガラスエポキシ基板1の主面上には複数の半導体チップ9が実装され、ガラスエポキシ基板1の主面と基板内部とに、配線層19(電源層やグラウンド層を含む)が形成されている。半導体チップ9はワイヤボンディング或いはTABにより基板に実装され、配線層19と接続されている。半導体チップ9が実装されている箇所には内部が金属で充填された多数のスルーホール5が形成され、スルーホール5を介して、主面と反対の主面に形成された金属膜20が接続されている。これにより、半導体チップ9から発生した熱は半導体チップ直下の半導体チップ9が実装されている実装面に形成されたスルーホール5を介して、主面とは反対の主面に形成された金属膜20に放熱させるというものである。
図11に示す従来の実施例は以下の課題を有する。 The conventional embodiment shown in FIG. 11 has the following problems.
半導体チップを実装面に実装した場合、半導体チップ直下にスルーホールが存在することとなるため、実装面の平坦性が悪くなり、半導体チップと実装基板の実装面との密着性が悪くなる。特に、パワー半導体チップ等の発熱が大きくなるチップを使用する場合、半導体チップからの熱による応力が増大しやすく、実装基板との熱応力差も大きくなるため、半導体チップが実装基板の実装面から剥れやすく、モジュールの破壊、モジュールを使用したセットの破壊等に結びつく可能性がある。 When the semiconductor chip is mounted on the mounting surface, a through hole exists immediately below the semiconductor chip, so that the flatness of the mounting surface is deteriorated and the adhesion between the semiconductor chip and the mounting surface of the mounting substrate is deteriorated. In particular, when using a chip that generates a large amount of heat, such as a power semiconductor chip, the stress due to heat from the semiconductor chip is likely to increase, and the difference in thermal stress from the mounting substrate also increases, so the semiconductor chip is removed from the mounting surface of the mounting substrate. It is easy to peel off and may lead to the destruction of the module and the set using the module.
上記の課題を解決する方法として、半導体チップと実装基板との熱応力差を低応力タイプのダイボンド材で緩和するという方法もあるが、一般的に低応力タイプのダイボンド材は放熱性が悪くなるため、効果的な放熱とはならない。 As a method for solving the above problem, there is a method of relaxing the thermal stress difference between the semiconductor chip and the mounting substrate with a low-stress type die-bonding material, but generally a low-stress type die-bonding material has poor heat dissipation. Therefore, it is not effective heat dissipation.
本発明は上記の課題を解決するものである。 The present invention solves the above problems.
本発明のモジュールは、実装基板に導電性材料により接続され、前記実装基板に形成された配線パターンと金属製ワイヤーで接続された半導体チップを有するモジュールにおいて、前記実装基板が、回路構成部品と前記半導体チップとを実装するための実装パターンと前記配線パターンとが形成された第一の主面と、前記第一の主面と反対の面に放熱用パターンが形成された第二の主面を有し、前記実装パターンの前記半導体チップが載置されるチップ載置部の外周に前記実装パターンと前記放熱用パターンとを金属により接続する複数のスルーホールが形成されていることを特徴としており、半導体チップと実装面の密着性確保と放熱性向上を同時に実現する。 The module of the present invention is a module having a semiconductor chip connected to a mounting substrate by a conductive material, and connected to the wiring pattern formed on the mounting substrate and a metal wire. A first main surface on which a mounting pattern for mounting a semiconductor chip and the wiring pattern are formed; and a second main surface on which a heat dissipation pattern is formed on a surface opposite to the first main surface. And a plurality of through holes that connect the mounting pattern and the heat dissipation pattern with metal are formed on an outer periphery of a chip mounting portion on which the semiconductor chip of the mounting pattern is mounted. In addition, the semiconductor chip and the mounting surface can be secured at the same time and heat dissipation can be improved.
本発明のモジュールによれば、放熱性の向上が実現でき、且つモジュールの動作温度が高い場合においても高信頼性を維持することが可能となる。 According to the module of the present invention, it is possible to improve heat dissipation and maintain high reliability even when the operating temperature of the module is high.
更に、高放熱性と高信頼性を確保しつつ、ガラスエポキシ基板のような実装基板に直接半導体チップを実装することができるため、モジュールの小型化、薄型化、低価格化を実現することができ、そして合わせてセットの小型化・低価格化を実現することができる。 Furthermore, while ensuring high heat dissipation and high reliability, a semiconductor chip can be directly mounted on a mounting substrate such as a glass epoxy substrate, so that the module can be made smaller, thinner, and less expensive. In addition, the size and price of the set can be reduced.
以下、本発明の実施の形態について、図1から図10を用いて具体的に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to FIGS.
(実施の形態1)
図1〜図5に本発明の第1の実施形態を示す。図1(a)は半導体チップ9およびチップ抵抗,チップコンデンサ等の回路構成部品11が実装されている実装基板1の実装パターン・配線パターン面(表面)を表し、図1(b)は実装基板1の放熱用パターン(裏面)を表す。図2は実装基板1の表面には、実装パターン2、配線パターン3が、実装基板1の裏面には放熱用パターン4が金属等(例えばCu)の導電性材料で形成されている。ここで、実装基板1には、電気的に接続が必要な箇所すなわち配線パターンの電極パッド6および実装パターンの電極パッド6とチップ載置部8以外は全てレジスト7(図2〜図5参照、図1では省略)で絶縁されている。半導体チップ9の実装パターン2は、半導体チップ9よりも十分広い面積の矩形パターンで形成されており、矩形パターンの1つのコーナ部にチップ載置部8が設けられている。チップ載置部8以外の実装パターンには、実装パターン2と裏面の放熱用パターン4を導電性材料で接続する複数のスルーホール5がチップ載置部8の2つの辺に沿った比較的近い距離に配置されており、半導体チップ載置部8にはスルーホール5は無い。複数のスルーホール5は、実装パターン2と裏面の放熱用パターン4を導電性材料で接続しており、図2(a),図3(a),図4(a),図5(a)に示すようにスルーホール5の内壁が金属で覆われて、スルーホールはレジスト7が充填されている場合と、図2(b),図3(b),図4(b),図5(b)に示すようにスルーホール5自体を完全に導電性材料で埋める場合の2つの形態がある。半導体チップ9はダイボンド材10により半導体チップ実装部8に接続され、半導体チップ9と配線パターン3のそれぞれの電極パッド12同士をAuワイヤー等の金属製ワイヤー13等により電気的に接続されている。図2〜図5に示したとおり、半導体チップ9および回路構成部品11が実装された後、実装基板1の実装パターン・配線パターン面(表面)側は樹脂封止14されており、樹脂封止面積は実装基板よりわずかに内側に形成される。なお、樹脂封止14は樹脂コート材で塗布して被覆しても良い。図3は図2からさらにモジュール全体が樹脂コート材15で覆った場合(表面、裏面、側面全て)の断面図を示す。図4および図5は実装基板1の放熱用パターン(裏面)にヒートシンク16を接続した場合の断面図を示し、図5は更にモールド全体を樹脂コート材15で覆った場合の断面図を示す。図4、5中のヒートシンク16と放熱用パターンとの接続は、ネジどめによる場合と半田付けによる場合がある。なお、図示していないがモジュールの外部出力用端子は樹脂封止14や樹脂コート材15で被覆されていない。
(Embodiment 1)
1 to 5 show a first embodiment of the present invention. FIG. 1A shows a mounting pattern / wiring pattern surface (front surface) of a mounting substrate 1 on which a
第1の実施形態においては、半導体チップ実装部8にはスルーホールが無いため、半導体チップ9は平坦性良く接続され、且つ半導体チップ9からの熱は、スルーホール5により効率的に放熱することができる。
In the first embodiment, since there is no through hole in the semiconductor
(実施の形態2)
図6に本発明の第2の実施形態を示す。複数のスルーホール5が半導体チップ9を囲むような形状となっている以外は、基本的に図1に示す本発明の第1の実装形態と放熱効果は同じであるが、半導体チップ9を囲むようにスルーホール5の数が増えたことにより、本発明の第1の実施形態よりも効果的に実装基板1裏面の放熱用パターンへ放熱される。
(Embodiment 2)
FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention. The heat dissipation effect is basically the same as that of the first mounting form of the present invention shown in FIG. 1 except that the plurality of through
(実施の形態3)
図7に本発明の第3の実施形態を示す。半導体チップ9のグランド電極を実装基板1の実装パターンと接続するAuワイヤー等の金属製ワイヤー13の長さを短くし、且つ半導体チップ9からの熱を効率的に放熱するために、本発明の第1の実施形態における金属製ワイヤー13がスルーホール5を跨がないようにスルーホール5を配置したもので、基本的な放熱効果は、図1に示す本発明の第1の実装形態と同じである。
(Embodiment 3)
FIG. 7 shows a third embodiment of the present invention. In order to shorten the length of the
(実施の形態4)
図8に本発明の第4の実施形態を示す。複数のスルーホール5が半導体チップ9を囲むような形状となっている以外は、基本的に図7に示す本発明の第3の実装形態と放熱効果は同じであるが、半導体チップ9を囲むようにスルーホール5の数が増えたことにより、本発明の第3の実施形態よりも効果的に実装基板1裏面の放熱用パターンへ放熱される。
(Embodiment 4)
FIG. 8 shows a fourth embodiment of the present invention. Except for the shape in which the plurality of through
(実施の形態5)
図9に本発明の第5の実施形態を示す。複数のスルーホール5の数を更に増やして半導体チップ9を囲むように配置した以外は、基本的に図8に示す本発明の第4の実装形態と放熱効果は同じであるが、スルーホール5の数が増えたことにより、本発明の第4の実施形態よりも効果的に実装基板1裏面の放熱用パターンへ放熱される。
(Embodiment 5)
FIG. 9 shows a fifth embodiment of the present invention. Except for further increasing the number of the plurality of through
(実施の形態6)
図10に本発明の第6の実施形態を示す。図10のように半導体チップ9を配置すれば、半導体チップ9のグランド電極と実装基板1の半導体チップ9の実装パターンを接続し、半導体チップ9のグランド電極と裏面の放熱用パターン(半導体チップ9のグランド電極と同電位)と合わせて、実装基板1に形成された回路を回路部1(図10中の17)と回路部2(図10中の18)に左右に分けることができるため、放熱効果だけではなく、配線浮遊容量による不安定動作低減やシールド効果が期待できる。
(Embodiment 6)
FIG. 10 shows a sixth embodiment of the present invention. If the
なお、実施の形態2から実施の形態6におけるモジュールの断面図は図2〜図5のいずれの形状でも良い。 It should be noted that the cross-sectional views of the modules in the second to sixth embodiments may be any shape shown in FIGS.
以上のように、本発明のモジュールによれば、放熱性の向上が実現でき、且つモジュールの動作温度が高い場合においても高信頼性を維持することが可能となる。 As described above, according to the module of the present invention, improvement in heat dissipation can be realized, and high reliability can be maintained even when the operating temperature of the module is high.
更に、高放熱性と高信頼性を確保しつつ、ガラスエポキシ基板のような実装基板に直接半導体チップを実装することができるため、モジュールの小型化、薄型化、低価格化を実現することができ、そして合わせてセットの小型化・低価格化を実現することができる。 Furthermore, while ensuring high heat dissipation and high reliability, a semiconductor chip can be directly mounted on a mounting substrate such as a glass epoxy substrate, so that the module can be made smaller, thinner, and less expensive. In addition, the size and price of the set can be reduced.
1 実装基板
2 実装パターン
3 配線パターン
4 放熱用パターン
5 スルーホール
6 導電性材料
7 レジスト
8 半導体チップ実装部
9 半導体チップ
10 ダイボンド材
11 電子部品
12 電極パッド
13 金属製ワイヤー
14 樹脂コート材
15 樹脂コート材
16 ヒートシンク
17 回路部1
18 回路部2
19 配線層
20 金属膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
18
19
Claims (9)
前記実装基板が、回路構成部品と前記半導体チップを実装するための実装パターンと前記配線パターンとが形成された第一の主面と、前記第一の主面と反対の面に放熱用パターンが形成された第二の主面を有し、
前記実装パターンの前記半導体チップが載置されるチップ載置部の外周に前記実装パターンと前記放熱用パターンとを金属により接続する複数のスルーホールが形成されていることを特徴とするモジュール。 In a module having a semiconductor chip connected to a mounting substrate by a conductive material and connected to a wiring pattern formed on the mounting substrate and a metal wire,
The mounting substrate has a first main surface on which a circuit pattern component and a mounting pattern for mounting the semiconductor chip and the wiring pattern are formed, and a heat dissipation pattern on a surface opposite to the first main surface. Having a second main surface formed;
A module, wherein a plurality of through holes for connecting the mounting pattern and the heat radiation pattern with a metal are formed on an outer periphery of a chip mounting portion on which the semiconductor chip of the mounting pattern is mounted.
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JP2015018933A (en) * | 2013-07-11 | 2015-01-29 | 株式会社村田製作所 | Method for manufacturing multilayer substrate |
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2003
- 2003-12-24 JP JP2003426846A patent/JP2005191038A/en active Pending
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