JP2006165114A - 半導体素子の実装方法及び実装構造、装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特殊な基板や半導体素子の使用を不要とし、基板厚みにかかわらず適用可能で、放熱性、高周波接地特性に優れ、不具合、破損等での交換が容易な半導体素子の実装方法及び実装構造を提供する。
【解決手段】凸部を有する金属シャーシ２と、当該凸部に対応する位置の表裏を貫通する開口部７と上面の配線パターンを有し、前記凸形状が嵌入され金属シャーシ２に配置された基板３と、前記金属シャーシ２の凸部の上面に放熱用電極５が搭載され、リード線４が前記配線パターンと接続された基板表面実装型のプラスチック樹脂モールドパッケージの半導体素子１とで構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体素子の実装に関し、特に裏面に放熱用電極を有する表面実装型半導体素子の実装方法及び実装構造、装置に関する。

携帯電話等の無線通信システムで使用されるマイクロ波用半導体素子においては、高性能化と低価格化が同時に要求され、高性能化の結果として、素子の高出力化と小型化が進み半導体素子の電力密度は極めて高くなってきている。また、価格低減のため表面実装タイプのプラスチック樹脂モールドパッケージも使用されおり、近年では数Ｗ〜１０Ｗ程度の電力を消費する半導体素子にもこのパッケージが採用されてきている。

特に、この種パッケージの半導体素子の表面実装においては、高出力化、小型化及び高電力化による熱的、電気的な問題への対策として、温度による長期信頼性を考慮して放熱性を良くするために部品裏面に放熱用の電極を設けることが知られている（非特許文献１参照）。

図１１はプラスチックモールドパッケージを採用する半導体素子の裏面構造を示す図である。半導体素子１は内部に半導体チップが収容され、樹脂のモールディング等により構成された略立方体の形状を有し、該半導体素子の側部に設けられた電気信号の入出力端子用のリード４と、半導体素子１の裏面に設けられた放熱用途とグラウンド用の電極を兼ねる放熱用電極（裏面電極ともいう）５と、を備える。

図１２は従来例の基板を利用した前記半導体素子の実装方法を示す図であり、図１３は該基板の構成を示す図である。図１２に示すように、半導体素子１は基板１０３に搭載する際、素子の裏面電極５を半田等により固着する。ここで図１３に示すように、基板１０３には半田等により半導体素子１が固着される部分にスルーホール８を設け基板裏面への放熱パスを確保し、基板１０３自体をアルミ等の金属シャーシ１０２に搭載することで、放熱が促進されるように構成されている（非特許文献２参照）。

また、図１４は、他の従来例であり半導体製造工程で裏面に導電箔でなる放熱用外部電極を形成した半導体装置（素子）の実装構造を示す図である。

半導体装置（素子）１００の裏面に半田を含む電気的な接続用外部電極１１０と、前記半導体装置と熱的に結合した導電箔で形成された放熱用外部電極１１１が露出し、前記放熱用外部電極１１１は前記接続用外部電極１１０よりも突出した構造でなり、フレキシブル基板１１２に設けた開口を介してＡＬ、セラミック等の支持部材１１３に固着板１１４等で固着した構造を有する（特許文献１参照）。

図１５は、図１４に示す従来例の半導体装置の製造工程を示す図である。この半導体装置は導電箔１００ａをベースとする工程（ａ）から電極１１０、１１１の形成工程（ｈ）等を含む一連の工程を経て製作される。

「agere systems」AGRB03GM 3W,100MHz-2.1GHz,N-Channel E-Mode.Lateral MPSFET November 2004［平成１６年１１月２９日検索］ インターネットURL：http://www.agere.com/telecom/docs/DS04259.pdf 「Mounting Considerations for Medium Power Surface Mount RF Devices」John Tobias,Manager of Mechanical Engineering ；Jake Ruden, Mechanical Engineer ; Richard Woodbum, Directer of Application Engineering ; WJ Communications［平成１６年１１月２９日検索］ インターネットURL：http://www.wj.com/pdf/techpubs/new%20mounting.pdf 特開２００３−３７２２１号公報

図１２に示すような半導体素子１の実装方法によれば、基板裏面への放熱パスが確保できるから基板１０３を金属シャーシ１０２に搭載することで放熱が促進されるが、かかる実装方法を採用してもスルーホール部８には熱抵抗があるため、金属シャーシ１０２と半導体素子１の裏面電極５の間に２０°Ｃ以上の温度上昇が生じることも珍しくなく、放熱不足による半導体素子１の温度上昇を抑制するため、更にスルーホール８に放熱用材料を充填した特殊な基板が使用されることもある。
しかし、放熱用材料を充填した特殊な基板は通常の基板に比べて高価であり、かかる基板の使用は望ましくない。

また、半導体素子を基板に実装した装置によりマイクロ波帯以上の高周波を扱う場合、半導体素子部分を含めて高周波的なグラウンドを十分に確保することが必要である。
一般に、基板上の金属パターンは、基板裏面の全面に設けた金属パターンを高周波的なグラウンドとするマイクロストリップラインを形成する。図１３に示す従来の基板１０３では、高周波信号は基板上の金属パターン１０６を伝搬する際に、裏面全面に設けられた金属パターン９を高周波的なグラウンドとして伝搬する。

このため、図１２に示す実装構造では良好なグラウンドを確保できない。つまり、同図で高周波信号は基板上の金属パターン１０６を伝搬して半導体素子１に入力し、半導体素子１の内部を伝達して基板上の金属パターン１０６へ出力し、さらに基板上の金属パターン１０６を伝搬する。従って、基板上の金属パターン１０６を伝搬する際のグラウンドと、半導体素子１内を伝搬する際のグラウンドとは共通化されていないので、半導体素子１と基板上の電極との境界で信号のロスが生じ、効率の良い伝送は行えない。

部品裏面に放熱用電極５を有するプラスチックモールドパッケージでは、裏面電極５が高周波的なグラウンド端子を兼ねる場合が多い。この場合、半導体素子１内ではその裏面電極５を高周波的なグラウンドとして伝搬する。ここで高周波信号が基板−半導体素子間で効率良く伝搬していくには、裏面電極５と基板裏面の金属パターン９を高周波的に同電位にすることが必要である。

しかし、図１２に示すごとく基板上にプラスチックモールドパッケージを搭載する構成の場合、部品裏面の電極５と基板裏面の金属パターン９は、部品搭載部に設けられた基板のスルーホール８により接続されており、このような接続方法では、スルーホール８は高周波的にインダクタ成分として機能し、部品の裏面電極５と基板裏面の金属パターン５を同電位にすることは困難であった。そのため基板−半導体素子間で１０％程度の伝送損失が生じることも珍しくない。

一方、図１４に示す半導体装置の実装方法（特許文献１）によれば、半導体装置から突出した導電箔でなる放熱用外部電極１１１により支持部材１１３へ固着板１１４等を介し放熱が可能であるが、このように突出した特定形状の放熱用外部電極１１１を形成した半導体装置は、半導体製造工程で製作する必要があり、かかる半導体装置は特注となり多大なコストアップにつながるのみならず、厚手の基板への適用は不可能であるという問題がある。

つまり、この半導体装置の実装時には基板厚みは半導体装置の放熱用外部電極１１１の大きさで決まるが、基板厚みが異なる場合は利用できず新たな仕様の半導体装置の特注が必要になる。特に、高周波回路等への適用においては、伝送損失等の特性とコストとのトレードオフにより製品毎に基板厚が異なることはよくあることであり、この場合に半導体装置の放熱用電極をその都度変更する必要があり、部品（パッケージ材料）としての品種が増大しコストアップにも繋がる。

これは、前記半導体装置の製造には、図１５に示すように、シート上のＣＵ箔等の導電箔１００ａを導電パターン用に用意する工程（ａ）、導電箔上にレジストＰＲを形成し、パターニングする工程（ｂ）、ホトレジストを介して導電箔をエッチングし分離溝を形成する工程（ｃ）、分離溝等を被覆する熱硬化性樹脂層１００ｂを被覆する工程（ｄ）、熱硬化性樹脂層１００ｂのレーザエッチング工程（ｅ）、導電被膜１００ｃの形成工程（ｆ）、半導体素子１００の搭載と配線工程（ｇ）、導電箔１００ａをエッチングして接続用外部電極１１０と放熱用外電極１１１の形成工程（ｇ）を含む半導体装置の製造工程を必要とするものであり、放熱用外電極の厚みの変更は半導体装置のベースとなる導電箔からして変更する必要であり、特に基板が厚い場合には前記処理工程での製作は事実上不可能となる。

また、前述の何れの半導体素子（装置）による実装構造においても、一旦半導体素子（装置）を半田等により基板に固着してしまうと、部品不具合、破損等により部品を交換しなければならない場合、部品裏面の固着部の半田等を溶かすために、基板ごと高温にしなければならないから、当該半導体素子の周辺に配置された他の電子部品をも高温に曝され、周辺電子部品の劣化が懸念されるという問題がある。

更に、半導体素子（装置）の装着及び交換上等での前述した作業性の悪さや特性への影響は、携帯電話の基地局等、回路規模の大きな装置では基板の寸法がＡ４版程度にもなるため極めて大きな問題となる。

（目的）
本発明の主な目的は、特殊な基板や半導体素子の使用を不要とし、基板の厚みにかかわらず適用可能で放熱性、高周波接地特性に優れた半導体素子の実装方法及び実装構造、装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、伝送損失が少ない半導体素子の実装方法及び実装構造、装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、実装に加え、不具合、破損等での交換が容易な半導体素子の実装方法及び実装構造、装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、基板の寸法にかかわらず適用可能で、且つ作業性がよい半導体素子の実装方法及び実装構造、装置を提供することにある。

本発明の半導体素子の実装方法は、裏面に放熱用電極を有する表面実装型半導体素子の実装方法であって、前記表面実装型半導体素子の放熱用電極を、開口部を有する回路基板が搭載され、前記開口部に嵌入する凸部が形成された金属シャーシに、前記凸部の上面において半田等の熱的かつ電気的に低抵抗な材料により直接固着することを特徴とし、前記金属シャーシの凸部は、前記回路基板の厚みと同じの高さとし、前記金属シャーシと一体に形成すること、又は前記金属シャーシの上面に金属ブロックのねじ留めにより形成することを特徴とする。

本発明の半導体素子の実装方法は、裏面に放熱用電極を有する表面実装型半導体素子の実装方法であって、前記表面実装型半導体素子の放熱用電極を金属ブロックに半田等の熱的かつ電気的に低抵抗な材料により直接固着し、前記金属ブロックと開口部を有する回路基板を搭載する金属シャーシと、前記開口部を介してねじ留めすることを特徴とし、前記金属ブロックは、前記回路基板の厚みと同じの高さにすることを特徴とする。また、前記表面実装型半導体素子の信号の入出力端子を前記回路基板の上面に設けた金属パターンと接続することを特徴とし、前記回路基板上の金属パターンは、前記金属シャーシを高周波グラウンドとする高周波伝送用のマイクロスリップラインを形成することを特徴とする。

本発明の半導体素子の実装構造は、裏面に放熱用電極を有する表面実装型半導体素子の実装構造であって、上面に凸部を有する金属シャーシと、前記金属シャーシの上面に搭載され前記凸部を嵌入した開口部を有する回路基板と、前記金属シャーシの凸部に前記表面実装型半導体素子の放熱用電極を半田等の熱的かつ電気的に低抵抗な材料により直接固着した前記表面実装型半導体素子と、を備えることを特徴とし、前記金属シャーシの凸部は、前記金属シャーシと一体成形により構成されていること、又は、前記金属シャーシの上面にねじ留めした金属ブロックにより構成されていることを特徴とし、回路基板の厚みと略同一の高さでなることを特徴とする。また、前記表面実装型半導体素子の信号の入出力端子は、前記回路基板の上面に設けた金属パターンと接続したことを特徴とし、前記回路基板上の金属パターンは、前記金属シャーシを高周波グラウンドとする高周波伝送用のマイクロスリップラインを形成することを特徴とする。

本発明の金属シャーシは、開口部を有する回路基板が搭載され、裏面に放熱用電極を有する表面実装型半導体素子が前記開口部において半田等により固着される金属シャーシであって、回路基板の厚みに対応する高さを有し、前記回路基板の開口部に嵌入され、前記表面実装型半導体素子の放熱用電極と固着される、凸部が上面に形成されたことを特徴とする。

本発明の金属ブロックは、開口部を有する回路基板が搭載された金属シャーシに対し、前記開口部において裏面に放熱用電極を有する表面実装型半導体素子を実装するための金属ブロックであって、前記回路基板の厚みに対応する高さを有するとともに、上面が表面実装型半導体素子の放熱用電極が半田等により固着され、下面が金属シャーシにねじ留めにより固着されるねじ穴を有することを特徴とする。

本発明の回路基板は、上面に凸部が形成された金属シャーシに搭載され、前記金属シャーシに裏面に放熱用電極を有する表面実装型半導体素子を実装するための回路基板であって、前記金属シャーシの前記凸部が嵌入される開口部を有するとともに、前記凸部の高さに対応する厚みを有することを特徴とし、又は、前記金属シャーシの前記金属ブロックが嵌入される開口部を有するとともに、前記金属ブロックの高さに対応する厚みを有することを特徴とする。

より具体的には、本発明の実装構造は、放熱性、高周波接地特性に優れ、基板厚にかかわらず適用可能な表面実装型半導体素子の実装構造に関し、凸形状を有する金属シャーシ２と、当該凸形状の部分に対応する位置の表裏を貫通する開口部７と上面の配線パターンを有し、前記凸形状が嵌挿され金属シャーシ２に配置された基板３と、前記金属シャーシ２の凸形状の上面に放熱用電極が搭載され、リード線４が前記配線パターンと接続された基板表面実装型のプラスチック樹脂モールドパッケージの半導体素子１と、で構成される。

特に、金属シャーシ２の凸形状の部分に金属表面と基板の部品搭載面を同一面位置とし、半導体素子１の放熱用電極５は金属シャーシ２に直接半田等の熱的かつ電気的に低抵抗の材料により固着される。

基板３に半導体素子１の放熱用電極部５に対応する開口部７を設け、その部分は金属シャーシ２を凸形状にして金属表面と基板の部品搭載面を同一面位置とする。裏面に放熱用電極５を有する基板表面実装型のプラスチック樹脂モールドパッケージの半導体素子１は前記基板３の開口部７を介してその放熱用電極５を金属シャーシ２に直接半田等により固着される。

本発明の実装方法は、金属シャーシ２に基板３を搭載し、その基板３上に、裏面に放熱用電極５を有する基板表面実装型のプラスチック樹脂モールドパッケージの半導体素子１を実装する方法に関し、基板３には信号が伝達するパターンの裏面には金属パターンを設けず、半導体素子１の放熱用電極部５に対する開口部７を設け、その部分は金属シャーシ２を凸形状にして又は金属ブロックを搭載して金属表面と基板の部品搭載面を同一面位置とし、半導体素子１の放熱用電極５をプリント基板ではなく開口部７において直接半田等の熱的かつ電気的に低抵抗の材料により固着する（図１、２、５、６）。

本発明による半導体素子の実装は基板の寸法にかかわらず適用可能であり、半導体素子の実装時に加え交換時等の作業性においても良好な実装方法及び実装構造が実現できる。例えば、マイクロ波以上の高周波回路への適用においては、伝送損失等の特性とコストのトレードオフで製品毎に基板厚が異なる場合があるため、基板厚が異なるケースがあるが、本発明の場合半導体素子の製作工程での特注による仕様変更ではないのでコストアップを生じることがない。

具体的には、本発明においても基板厚みを変えると金属シャーシの凸部高さ、又は金属ブロックの高さを変更する必要があるが、一般に、金属シャーシ及び金属ブロックは平面度の確保やねじ穴の加工等のために切削工程があり、凸部の高さの変更自体は従来からある切削工程のなかで削る量を変更するだけで済むので、新たな工程は不要で従来工法からのコストアップは最小限に抑えることができる。また、半導体素子の製作工程の利用では不可能な厚い回路基板への適用も同様の理由によりローコストで実現可能である。

また、本発明で凸部を備える金属シャーシ、金属ブロックを使用することにより、部品不具合、破損等での部品の交換が容易であり、マイクロ波回路への適用も容易な半導体素子の実装方法及び実装構造が実現される。

本発明によれば、半導体素子１の発熱は金属シャーシ２側に直接放熱されるため、半導体素子１の裏面の放熱用電極５の温度は金属シャーシ２の温度と同様となり、半導体素子の温度上昇を抑制することができ、実装した半導体素子の寿命を延長することが可能である。例えば基板のスルーホールを利用した放熱では、半導体素子と金属シャーシとの温度差は２０°Ｃ程度にもなりうる。半導体素子の温度と長期寿命の関係として一般的なアレニウスモデルを適用すると、この温度差は故障原因の活性化エネルギーを１とした場合、その寿命は１／５程度となるが、本発明では金属シャーシの温度と程度にできるから前記放熱方法に比べ５倍程度の寿命延長も可能となる。

更に本発明によれば、半導体素子１の裏面電極５と金属シャーシ２とは半田等により固着されるため、高周波的に半導体素子１の裏面電極５と金属シャーシ２は同電位となり、例えば基板３の金属パターンがマイクロストリップラインの場合、金属シャーシ２が高周波的なグラウンドとなる。つまり、半導体素子の高周波グラウンドと基板上のマイクロストリップラインの高周波グラウンドはどちらも金属シャーシとなり、高周波信号が半導体素子内から基板上の金属パターン６に伝達する際に高周波グラウンドの不連続性はなくなり、効率良い信号伝送が達成される。

また、本発明では高周波グラウンド用の金属パターンが不要であるから、前記放熱及び伝送損失の効果に加え、基板の製作コストも抑制でき高周波接地特性に優れた半導体素子の実装方法及び実装構造が実現できる。

（実施の形態１）
（構成の説明）
図１は本発明の半導体素子の実装方法等の一実施の形態を示す断面図であり、図２は回路基板（基板）の構成を示す図である。同図に示すように、本実施の形態の半導体素子の実装構造は、上面に凸部２ａを有する金属シャーシ２と、前記凸部２ａが挿入される開口部７を有する基板３と、前記凸部２ａ及び基板３上に搭載した裏面に放熱用電極５を有する表面実装型半導体素子（半導体素子）１により構成される。以下、半導体素子１、基板３及び金属シャーシ２について詳細に説明する。

半導体素子１は図１１に示す構成を有しており、内部に半導体チップが収容し樹脂のモールディング等により構成された略立方体の形状でなり、該半導体素子１の側部に設けられた電気信号の入出力端子のリード４と、半導体素子１の裏面に設けられ、該裏面よりやや小さい面積の放熱用途とグラウンド用の電極を兼ねる放熱用電極５とから構成される。

図２に示すように、基板３は裏面（下面）にアース用の金属パターンが設けられておらず、表面（上面）に配線等の金属パターン６が形成された絶縁基板でなり、搭載する半導体素子１の裏面電極５に対応する部分に開口部７が設けられている。従って、例えば高周波信号を扱う場合、基板上面の金属パターン６の高周波グラウンドは金属シャーシ２となる。

金属シャーシ２は、上面の基板３の開口部７に対応する位置に金属シャーシと一体に製作された凸部２ａが形成され、該凸部の高さは基板３の厚み（基板３と金属パターンの全体の厚み）を有し、該凸部２ａは上面が基板３の部品搭載面と同一面位置になり、半導体素子１の裏面電極５が半田等の熱的かつ電気的に低抵抗の材料により固着できるような凸形状でなる。前記凸部２ａの上面側から見た形状は、前記基板３の開口部７に寸法を合わせ、前記開口部７に収容可能な形状、例えばほぼ一致する形状を有する。

以上の半導体素子１、基板３及び金属シャーシ２の構成により、本実施の形態においては、基板３は金属シャーシ２への取り付け時に前記凸部２ａが前記開口部７に収まり、前記凸部２ａの上面と基板３の実装面とは同一面の位置となる高さ関係で半導体素子１が搭載される。半導体素子１は裏面電極５が金属シャーシ２に直接半田等の熱的、電気的に低抵抗の材料により固着され、半導体素子１のリード電極４は基板上の金属パターン６に半田づけされることにより固着される。

以上のような本実施の形態の実装構造によりマイクロ波等の高周波信号を扱う場合には、基板３は半導体素子１の実装面側の金属パターン６と金属シャーシ２とにより、基板３上を伝搬する高周波信号のグラウンドは金属シャーシ２としてマイクロストリップラインが形成される。

（動作の説明）
図３は本実施の形態１の半導体素子の実装工程を示す図である。同図に示すように、本実施の形態の金属シャーシ２については、平板等でなる金属板を用意し（図３（ａ））、シャーシ切削工程で凸部に相当する箇所を残す切削により、表面に搭載する基板厚みの高さの凸部２ａを形成して金属シャーシ２を製作する（図３（ｂ））。また、金属シャーシ２に搭載する基板については、上面にのみ高周波ストリップライン６等の金属パターンを形成した基板を用意し（図３（ｃ））、前記金属シャーシ２の凸部２ａの位置及び同凸部２ａの形状に合わせて表裏に通じる開口部７を形成して基板３を製作する（図３（ｄ））。

次に、金属シャーシ２の上部に、前記凸部２ａが開口部７に嵌入するように基板３を搭載し（図３（ｅ））、半導体素子１を裏面の放熱用電極５と前記凸部２ａの上面とを半田等により固着し、更に半導体素子１の信号の入出力用のリード４と基板３の上面の金属パターン６とを半田により電気的に接続する（図３（ｆ））。以上により実装が完了する。

図４は半導体素子で発生した熱の伝導及び信号の伝搬動作を示す図である。本実施の形態の半導体素子１内部で生じた発熱は、図４（ａ）に示すように半導体素子１の裏面の放熱用電極５に熱伝導し、更に金属シャーシ２に熱伝導して直接放熱される。また、高周波信号は図４（ｂ）に示すように金属シャーシ２をグラウンドとして基板上の金属パターン６を伝搬して半導体素子１のリード４を通じて半導体素子１に入力し、半導体素子１内部を金属シャーシ２をグラウンドとして伝搬して半導体素子１のリード４を通じて金属パターン６に出力し、更に、基板３上の金属パターン６を金属シャーシ２をグラウンドとして伝搬する。基板３上の伝搬も半導体素子１内の伝搬も金属シャーシ２が信号のグラウンドであり共通である。

従って、本発明による実装方法によれば、裏面に放熱用電極を有する表面実装型半導体素子を簡単で僅かな工程により金属シャーシとその表面の基板上に実装できるとともに、不具合、破損等により半導体素子１を交換しなければならない場合でも当該箇所半導体素子を含む凸部を中心とする加熱により容易に交換が可能である。また、半導体素子１で発生した熱は金属シャーシ２に直接放熱される実装構造を実現でき、半導体素子１の裏面電極５の温度は金属シャーシ２の温度と同じとなり半導体素子１の温度上昇を抑制できる。また、半導体素子１と基板３上の金属パターン６の間の入出力における高周波信号の伝達において、高周波グラウンドの不連続がないので、伝送損失が低減され高い伝送効率が実現される。

（実施の形態２）
図５は本発明の他の実施の形態２を示す半導体素子を含む断面図である。本実施の形態では、金属シャーシ１１と、該金属シャーシ１１とは独立した金属ブロック１０と、基板３と、半導体素子１とから構成される。

図６は半導体素子１を金属ブロック１０に搭載した状態を示す上面及び側面図である。金属ブロック１０は厚みが基板３の厚み又は基板の厚みと配線パターンの厚みと一致するとともに、ほぼ立方体形状でなる半導体素子１の上面の短辺側の長さと一致し、長辺側の長さより長い寸法の各面が長方形の立方体形状でなり、かつ長手の両端側に取り付け用の穴１３が設けられた形状でなり、半導体素子１とは放熱用電極５と固着される。また、本実施の形態の基板３は前記立方体形状の金属ブロック１０を収容可能な長方形の開口を備える。

図７は、本実施の形態２の半導体素子の実装工程を示す図である。同図に示すように、本実施の形態の金属シャーシ２については、平板等でなる金属板に搭載する金属ブロックのねじ留め位置にねじ穴を開口して金属シャーシ２（図示しない）として用意し、金属シャーシ２に搭載する基板については、上面にのみ高周波ストリップライン６等の金属パターンを形成した基板を用意し（図７（ａ））、前記金属ブロックの搭載位置及びその形状に合わせて表裏に通じる開口部７を形成して基板３を製作する（図７（ｂ））。次に前記金属シャーシ２の上部に開口部７を位置決めして基板３を搭載する（図７（ｃ））。

一方、基板３の厚みと一致する厚みの平板等にねじ穴を開口した立方体形状の金属ブロック１０を製作し（図７（ｄ））、裏面に放熱用電極を有する表面実装型半導体素子１（図７（ｅ））の放熱用電極５を当該金属ブロック１０の上面に半田により電気的に接続する（図７（ｆ））。

次に、基板３の開口部７から露出する金属シャーシ２の上面に、前記半導体素子１を搭載した金属ブロック１０を当該開口部７に収容されるように搭載し、金属ブロック１０のねじ留め穴１３から金属シャーシ１１のねじ穴にねじ１２を螺合して固着し、更に半導体素子１の信号の入出力用のリード４と基板３の上面の金属パターン６とを半田により電気的に接続する（図７（ｅ））。以上の各工程により実装が完了する。

図８は、本実施の形態２の半導体素子の他の実装工程を示す図である。本例では図７に示す開口部７を有する基板３を金属シャーシ１１に搭載する工程（ｃ）に代え、金属シャーシ１１に金属ブロック１０をねじ１２により固着する工程（ｃ）〜（ｅ）とし、金属シャーシ１１に該金属シャーシ１１と別体の金属ブロック１０による凸部を形成した後、開口部７を有する基板３を開口部７に前記凸部が嵌入するように搭載する手順を採用したものである。

本実施の形態２においても、裏面に放熱用電極を有する表面実装型半導体素子を簡単な工程により金属シャーシとその表面の基板上に実装できるとともに、先に述べた実施の形態と同等の熱的、電気的効果が得られる。本実施の形態２では、特に、金属ブロック１０はねじ留め穴１３から金属シャーシ１１のねじ穴に、ねじ１２の螺合により取り付けることから、部品不具合、破損等により半導体素子１を交換しなければならない場合でも、図６に示す金属ブロックごと交換することが可能であり、また、金属ブロックごと高温にすることにより半導体素子を交換することが可能であり、作業性が著しく改善される。

（他の実施の形態）
以上説明した実施の形態においては、半導体素子を金属シャーシに取り付けるための基板の開口部は基板に対する穴状の開口とすることは勿論のこと、基板の端部に切り欠き状の開口とすることが可能であることは明らかである。

また、凸部を有する金属シャーシとして、当該凸部を金属シャーシと一体構造に構成したり、金属ブロックを接着又は溶接したり、ねじ止めしておく等の方法で構成することができる。

さらに、基板３の開口部７の大きさ及び形状としては、半導体素子の裏面形状に対応する大きさ、形状と略一致するように設定する他に各種の変更が可能である。
図９は実施の形態１における基板３と凸部の形状の構成例を示す図である。基板３の開口部７を半導体装置１の裏面形状より大きくし、金属シャーシ２の凸部２ａを対応する大きさにすることにより半導体装置１のリード４での不連続をより改善することが可能であり（図９（ａ））、半導体素子１の裏面形状、大きさに対応する大きさとしたり、放熱用電極５の形状、大きさに対応する大きさ、形状とすることも可能である。その際、金属シャーシ２の凸部２ａの側面に傾斜をもたせることもできる（図９（ａ）、（ｂ））。何れの場合にも本発明の放熱効果を実現可能であることは明らかである。

図１０は実施の形態２における基板３と凸部の形状の構成例を示す図である。同様に基板３の開口部７及び金属ブロックの大きさを半導体装置１の形状より大きくすることが可能である（図１０（ａ））。図１０（ｂ）〜（ｅ）は、金属ブロック１０と半導体素子１のみの結合状態を半導体素子１の上面がわからみた図であり、金属ブロック１０は上部が平坦なねじ１２により半導体素子１の下部で金属シャーシ１１に固着している。金属ブロックの大きさを半導体素子１の形状より大きくた構成例（図１０（ｂ））、金属ブロックの大きさを半導体素子１の形状より小さくした構成例（図１０（ｃ））、金属ブロックの大きさと半導体素子１の形状を同じにし側部に傾斜を設けた構成例（図１０（ｃ））及び金属ブロックの大きさを半導体素子１の形状より小さくし側部に傾斜を設けた構成例（図１０（ｄ））を示している。基板３はそれぞれに対応する大きさの開口部を形成し、又は、開口部には対応する傾斜を形成することができる。また、金属シャーシの凸部又は金属ブロックのそれぞれの上面までの高さは、基板の上面と同一面にするのが好適であるが、半導体素子の入出力端子の位置等の関係から、それより低くすることも可能であることは明らかである。

携帯電話基地局装置等の高出力半導体が使用される分野に加えて、携帯電話端末や家電など半導体の小型化、高集積化が要求される各種の分野に適用可能である。

本発明の半導体素子の実装方法等の一実施の形態を示す断面図である。 本発明の回路基板（基板）の構成を示す図である。 本実施の形態１の半導体素子の実装工程を示す図である。 半導体素子で発生した熱の伝導及び信号の伝搬動作を示す図である。 本発明の他の実施の形態２を示す半導体素子を含む断面図である。 半導体素子１を金属ブロック１０に搭載した状態を示す上面及び側面図である。 本実施の形態２の半導体素子の実装工程を示す図である。 本実施の形態２の半導体素子の他の実装工程を示す図である。 実施の形態１における基板３と凸部の形状の構成例を示す図である。 実施の形態２における基板３と凸部の形状の構成例を示す図である。 プラスチックモールドパッケージを採用する半導体素子の裏面構造を示す図である。 従来例の基板を利用した前記半導体素子の実装方法を示す図であり、 従来例の基板の構成を示す図である。 他の従来例であり半導体製造工程で裏面に導電箔でなる放熱用外部電極を形成した半導体装置（素子）の実装構造を示す図である。 従来例の半導体装置の製造工程を示す図である。

符号の説明

１ 半導体素子
２ 金属シャーシ
２ａ 凸部（凸形状）
３ 基板
４ リード（電極）
５ 放熱用電極
６ 金属パターン（高周波信号の伝送用）
７ 基板の開口部
８ 基板のスルーホール
９ 基板の裏面の金属パターン
１０ 金属ブロック
１１ 金属ブロック１０をねじ留めできる金属シャーシ
１２ 金属ブロック１０を金属シャーシ１１にねじ留めするねじ
１３ 金属ブロック１０に設けられたねじ穴
１０２ 従来例の金属シャーシ
１０３ 従来例の基板
１１０ 接続用外部電極
１１１ 放熱用外部電極

Claims (18)

1. 裏面に放熱用電極を有する表面実装型半導体素子の実装方法であって、
   前記表面実装型半導体素子の放熱用電極を、開口部を有する回路基板が搭載され、前記開口部に嵌入する凸部が形成された金属シャーシに、前記凸部の上面において半田等の熱的かつ電気的に低抵抗な材料により直接固着することを特徴とする半導体素子の実装方法。
2. 前記金属シャーシの凸部は、前記回路基板の厚みと同じの高さにすることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の実装方法。
3. 前記金属シャーシの凸部は、前記金属シャーシと一体に形成することを特徴とする請求項１又は２記載の半導体素子の実装方法。
4. 前記金属シャーシの凸部は、前記金属シャーシの上面に金属ブロックのねじ留めにより形成することを特徴とする請求項１又は２記載の半導体素子の実装方法。
5. 裏面に放熱用電極を有する表面実装型半導体素子の実装方法であって、
   前記表面実装型半導体素子の放熱用電極を金属ブロックに半田等の熱的かつ電気的に低抵抗な材料により直接固着し、前記金属ブロックと開口部を有する回路基板を搭載する金属シャーシと、前記開口部を介してねじ留めすることを特徴とする半導体素子の実装方法。
6. 前記金属ブロックは、前記回路基板の厚みと同じの高さにすることを特徴とする請求項５記載の半導体素子の実装方法。
7. 前記表面実装型半導体素子の信号の入出力端子を前記回路基板の上面に設けた金属パターンと接続することを特徴とする請求項１ないし６の何れかの請求項記載の半導体素子の実装方法。
8. 前記回路基板上の金属パターンは、前記金属シャーシを高周波グラウンドとする高周波伝送用のマイクロスリップラインを形成することを特徴とする請求項７記載の半導体素子の実装方法。
9. 裏面に放熱用電極を有する表面実装型半導体素子の実装構造であって、
   上面に凸部を有する金属シャーシと、前記金属シャーシの上面に搭載され前記凸部を嵌入した開口部を有する回路基板と、前記金属シャーシの凸部に前記表面実装型半導体素子の放熱用電極を半田等の熱的かつ電気的に低抵抗な材料により直接固着した前記表面実装型半導体素子と、を備えることを特徴とする半導体素子の実装構造。
10. 前記金属シャーシの凸部は、前記金属シャーシと一体成形により構成されていることを特徴とする請求項９記載の半導体素子の実装構造。
11. 前記金属シャーシの凸部は、前記金属シャーシの上面にねじ留めした金属ブロックにより構成されていることを特徴とする請求項９記載の半導体素子の実装構造。
12. 前記金属シャーシの凸部は、回路基板の厚みと略同一の高さでなることを特徴とする請求項９ないし１１の何れかの請求項記載の半導体素子の実装構造。
13. 前記表面実装型半導体素子の信号の入出力端子は、前記回路基板の上面に設けた金属パターンと接続したことを特徴とする請求項９ないし１２の何れかの請求項記載の半導体素子の実装構造。
14. 前記回路基板上の金属パターンは、前記金属シャーシを高周波グラウンドとする高周波伝送用のマイクロスリップラインを形成することを特徴とする請求項１３記載の半導体素子の実装構造。
15. 開口部を有する回路基板が搭載され、裏面に放熱用電極を有する表面実装型半導体素子が前記開口部において半田等により固着される金属シャーシであって、
    回路基板の厚みに対応する高さを有し、前記回路基板の開口部に嵌入され、前記表面実装型半導体素子の放熱用電極と固着される、凸部が上面に形成されたことを特徴とする金属シャーシ。
16. 開口部を有する回路基板が搭載された金属シャーシに対し、前記開口部において裏面に放熱用電極を有する表面実装型半導体素子を実装するための金属ブロックであって、
    前記回路基板の厚みに対応する高さを有するとともに、上面が表面実装型半導体素子の放熱用電極が半田等により固着され、下面が金属シャーシにねじ留めにより固着されるねじ穴を有することを特徴とする金属ブロック。
17. 上面に凸部が形成された金属シャーシに搭載され、前記金属シャーシに裏面に放熱用電極を有する表面実装型半導体素子を実装するための回路基板であって、
    前記金属シャーシの前記凸部が嵌入される開口部を有するとともに、前記凸部の高さに対応する厚みを有することを特徴とする回路基板。
18. 上面に金属ブロックがねじ留めされた金属シャーシに搭載され、前記金属シャーシに裏面に放熱用電極を有する表面実装型半導体素子を実装するための回路基板であって、
    前記金属シャーシの前記金属ブロックが嵌入される開口部を有するとともに、前記金属ブロックの高さに対応する厚みを有することを特徴とする回路基板。

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