JP2005243693A

JP2005243693A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2005243693A
Application number: JP2004048000A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Takenouchi; 喜夫竹之内
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-02-24
Filing date: 2004-02-24
Publication date: 2005-09-08

Abstract

【課題】半導体チップからの放熱を容易にし、かつ、パッケージにおける機械的強度を高めたヒートシンク構造を有する半導体装置を提供することを目的とする。
【解決手段】ヒートシンク２１に突起加工部２２を配置し、テープ基板１３と接触する構造にすることによって、機械的強度を高め、かつ、半導体チップ１１からの放熱を容易にすることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、テープ基板等によって実装された半導体装置に関する。

近年の半導体装置においては、そのパッケージの小型・薄型化が要求されている。これに対して、高密度配線の容易な配線テープ、例えば、ＴＡＢ（Tape Automatic Bonding）テープを用いたＢＧＡ(Ball Grid Array)構造のパッケージが製品化されている。このようなパッケージでは、テープ基板の面積に対し、それに搭載される半導体チップの面積がほぼ同等の場合、パッケージは十分な剛性をもつ。しかし、半導体チップの更なる高密度化によりその面積が縮小した際、テープ基板に対し半導体チップの面積が小さくなり、パッケージにおける周辺部にテープ基板だけの領域ができる。このため、テープ基板に変形しやすく、パッケージの反り等が発生する。

その対策として、半導体チップの周囲をモールド封止する方法がある。しかし、この方法では、半導体チップからの発熱が大きい場合、放熱性が悪化するため、半導体チップの裏面側にヒートシンクを形成し、半導体チップからの放熱とテープ基板の強度補強の両者に対応させる方法が用いられる。

図１０にＢＧＡパッケージされた従来構造の半導体装置の断面図を示す。

半導体チップ３１は金属配線３４とその金属配線を保護する絶縁層３５を有するテープ基板３３に接着材３２を介し接着されている。また、半導体チップの素子面側に形成される少なくとも一つ以上の電極パッド（図示せず）とテープ基板３３の上の金属配線３４とを金属細線３６で電気的に接続し、電極パッド及び金属細線３６を保護するために絶縁材料３７で封止されている。

また、外部と電気的に接続するために絶縁層３５の一部が半田ボールを搭載する領域３８として開口されている。その半田ボールを搭載する領域３８には、半田ボール３９が接続されている。このＢＧＡパッケージの構造は半田ボールがチップの外側に配置されているため、ファンアウト構造と呼ばれる。

このファンアウト構造では、パッケージにおける周辺部にテープ基板だけの領域ができるため、テープ基板に変形しやすく、パッケージの反り等が発生する。

その対策として、半導体チップの周囲をモールド封止する方法がある。しかし、大規模集積回路のように発熱が大きい場合、前述のように、この方法では放熱性が悪化する。このため、半導体チップの裏面側にヒートシンク４１を形成し、半導体チップからの放熱とテープ基板の強度補強の両方に対応させる。

また、上述の問題に加え、生産性、製造コスト等を考慮し、例えば補強板を平凸状に成形加工し、半導体チップに接して実装する方法がある（例えば、特許文献１参照。）。しかし、このような方法においては、平凸状にする補強板の折り曲げ部分において、機械的強度が弱くなると共に、パッケージにおける高さの制約も存在するため、十分な折り曲げが出来ないという欠点があった。
特開平１１−２８４０９２号公報（第３ページ、第１図）

本発明はパッケージされた半導体チップからの放熱を容易にでき、かつ、パッケージにおける機械的強度に対しても優れた性能をもつヒートシンク構造を有する半導体装置を提供する。

上記の課題を解決するため、本発明の第１の態様は、半導体装置として、第１の主面に電極パッドを有する半導体チップと、前記電極パッドと接続する配線が形成された第１の主面、及び前記半導体チップの第１の主面を一部が覆うように前記半導体チップと接着した第２の主面を有するテープ基板と、前記半導体チップの第２の主面に接着し、かつ、前記テープ基板の第２の主面と接着する突起加工部が形成されたヒートシンクとを有することを特徴とする。

本発明によれば、ヒートシンクにチップと同一高さの突起加工を施し、テープ基板と接触する構造にすることによって、パッケージにおける機械的強度を損なうことなく、半導体チップからの放熱を容易にすることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１（ａ）は本発明の第１の実施例におけるテープ基板の平面の模式図である。また、図１（ｂ）は半導体チップにテープ基板が接着された状態におけるその断面の模式図である。

テープ基板はＴＡＢテープであり、図１（ａ）に示すように、そのＴＡＢテープは半導体チップ１１を覆うように半導体チップ１１の表面上に配置されている。また、半導体チップ１１における電極パッド（図示せず）が形成されている領域に関し、そのＴＡＢテープには、テープ基板開口部２３が設けられている。

また、図１（ｂ）に示すように、テープ基板１３には、金属配線１４が形成されており、その金属配線１４を保護する絶縁層１５が周囲に形成されている。半導体チップ１１はテープ基板１３に接着材１２を介し接着されている。また、半導体チップ１１の素子面側に形成される少なくとも一つ以上の電極パッド（図示せず）とテープ基板１３の上の金属配線１４とを金属細線１６で電気的に接続している。これにより、半導体チップは外部との信号のやりとりができる。更に、電極パッド及び金属細線１６を保護するために絶縁材料１７で封止され、外界から保護されている。

また、外部と電気的に接続するために絶縁層１５の一部が半田ボールを搭載する領域１８として開口されている。その半田ボールを搭載する領域１８には半田ボール１９が接続されている。このＢＧＡパッケージの構造は半田ボールがチップの外側に配置されているため、ファンアウト構造と呼ばれる。

図２（ａ）に本発明による半導体装置の第１の実施例におけるヒートシンクの平面の模を、また、図２（ｂ）に半導体装置の第１の実施例における断面の模式図を示す。

図２（ａ）に示すようにヒートシンク２１は半導体チップ１１を覆うように配置されており、接着剤（図示せず）を介して接続されている。このヒートシンク２１によって半導体チップ１１から発生した熱は外界に対して放熱される。また、ヒートシンク２１は、その四隅近傍にＵ字曲げ形状の突起加工部２２を有し、その突起部とテープ基板１３とが接着剤（図示せず）を介して接着されている。

図２（ｂ）に示すように、ヒートシンク２１の周辺部にＵ字曲げ形状の突起加工部２２を形成することにより、ヒートシンク２１の放熱性を高めることができ、また、突起加工部２２とテープ基板１３とを接合することで、パッケージの反り等の問題が発生することを防止できる。

また、このような構造は金属板を用い、プレス加工法によって精度良く形成することができる。

上述のように、Ｕ字曲げ形状の突起加工部を有するヒートシンクを半導体チップに接着させ、かつ、そのヒートシンクの一部をテープ基板に接着させることにより、パッケージにおける半導体チップからの放熱を容易にすることができると共に、十分な機械的強度を持たせることができる。

図３は本発明の第２の実施例におけるヒートシンクの平面の模式図である。

本実施例においては、ヒートシンク２１におけるＵ字曲げ形状の突起加工部２２を縦横の列として複数並べた構造である。

このような構造のヒートシンク２１も金属板をプレス加工することにより形成可能である。

また、テープ基板（図示せず）との接着点である突起加工部２２を増加させることにより、放熱に必要な表面積を増加させることができる。

図４は本発明の第３の実施例におけるヒートシンクの平面の模式図である。

本実施例においては、ヒートシンク２１におけるＵ字曲げ形状の突起加工部２２が半導体チップ１１を取り囲むように配置した構造である。

図５は本発明の第４の実施例におけるヒートシンクの平面の模式図である。

本実施例においては、図４における本発明の第３の実施例に示すように、ヒートシンク２１におけるＵ字曲げ形状の突起加工部２２が半導体チップ１１を２重に取り囲むように配置すると共に、更に２重に取り囲んだ領域を接続するように配置した構造である。

この構造は、ヒートシンクが比較的薄い場合においても、テープ基板（図示せず）の変形を防止することができる。

図６は本発明の第５の実施例における半導体装置の断面の模式図である。

本実施例においては、半田ボール１９の搭載位置と突起加工部２２との位置を、テープ基板１３を挟んで平面的にほぼ同一の場所に設置する構造をとる。

この構造は、この半導体装置を更に別途基板（図示せず）に実装する場合、或いは製品試験等を実施する場合等の、半田ボールに荷重の加わる工程においてもパッケージの剛性を高めることができる。

図７は本発明の第６の実施例における半導体装置の断面の模式図である。

本実施例においては、突起加工部２２を傾斜させた構造をとる。

この構造は、ヒートシンクの表面積を更に増加させ、半導体装置からの放熱を容易にすることが可能である。

図８は本発明の第７の実施例における半導体装置の断面の模式図である。

本実施例においては、実施例２に示した突起加工部２２をその側面を打ち抜くように加工した構造であり、図３におけるＡ−Ａ断面を示したものである。

この構造は、半導体チップ表面からテープ基板までの距離が大きく、通常のプレス加工では形成が困難な場合においても、突起加工部の側面を打ち抜くことによって十分な高さをもった突起加工部をプレス成形にて形成することを可能にする。

図９は本発明の第６の実施例における半導体装置の断面の模式図である。

本実施例において、突起加工部２２はＵ字型でなく、半導体チップ１１と接着する主面と対向する主面を平坦にした形状をとる。例えば、図９（ａ）ではテープ基板の周辺部に突起加工部２２が配置されている。このような構造のヒートシンク２１は金属板の端部をプレス加工により折り返すことで形成することができる。

また、図９（ｂ）ではテープ基板の周辺部からやや内側に突起加工部２２が配置されている。

以上の構造では、半導体チップが比較的薄く、折り返しの高さが十分に確保できない場合においても、ヒートシンクとテープ基板との接着領域及び接触面積を、所望の形及び広さに制御可能であり、ヒートシンク表面積を増大させる効果が得られる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

本発明による半導体装置の第１の実施例におけるテープ基板の平面の模式図及び半導体チップにテープ基板が接着された状態におけるその断面の模式図。本発明による半導体装置の第１の実施例におけるヒートシンクの平面の模式図及び半導体装置の断面の模式図。本発明による半導体装置の第２の実施例におけるヒートシンクの平面の模式図。本発明による半導体装置の第３の実施例におけるヒートシンクの平面の模式図。本発明による半導体装置の第４の実施例におけるヒートシンクの平面の模式図。本発明による半導体装置の第５の実施例における断面の模式図。本発明による半導体装置の第６の実施例における断面の模式図。本発明による半導体装置の第７の実施例における断面の模式図。本発明による半導体装置の第８の実施例における断面の模式図。従来例における半導体装置の断面の模式図。

符号の説明

１１、３１半導体チップ
１２、３２接着剤
１３、３３テープ基板
１４、３４金属配線
１５、３５絶縁層
１６、３６金属細線
１７、３７絶縁材料
１８、３８半田ボールを搭載する領域
１９、３９半田ボール
２１、４１ヒートシンク
２２突起加工部
２３テープ基板開口部

Claims

第１の主面に電極パッドを有する半導体チップと、
前記電極パッドと接続する配線が形成された第１の主面、及び前記半導体チップの第１の主面を一部が覆うように前記半導体チップと接着した第２の主面を有するテープ基板と、
前記半導体チップの第２の主面に接着し、かつ、前記テープ基板の第２の主面と接着する突起加工部が形成されたヒートシンクとを
有することを特徴とする半導体装置。
前記突起加工部がＵ字曲げ形状であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
前記突起加工部が複数個あることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
前記突起加工部が前記半導体チップを取り囲むように配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
前記テープ基板の第１の主面上に前記配線と接続する半田ボールが搭載される領域を有し、前記テープ基板を挟んで、前記突起加工部と前記領域とが対向するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置。