JP2015065196A

JP2015065196A - 半導体装置の取り付け構造

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Publication number: JP2015065196A
Application number: JP2013196528A
Authority: JP
Inventors: 雄太杉本; Yuta Sugimoto
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2013-09-24
Filing date: 2013-09-24
Publication date: 2015-04-09

Abstract

【課題】安定した放熱経路を確保しつつ、良好な接着状態で半導体チップをベース基盤に取り付けることのできる半導体装置の取り付け構造を得る。【解決手段】取り付け面に対して同じ傾きの傾斜平面を持った、断面がくさび形状の金属ブロックである基盤側ブロック３と半導体チップ側ブロック４とを、それぞれベース基盤２側と半導体チップ１側とに接着しておき、半導体チップ１の取り付け時には、これら２つのブロックの傾斜平面を接触させつつ、その接触面に沿って半導体チップ１側を滑らせるように移動して、双方の接続端子が良好に接触するように配置して取り付ける。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、半導体装置の取り付け構造に関する。

電子部品等の小型・高機能化が進み、またその実装技術の進歩と相俟って、電子機器等の小型・高機能化が一層進展している。半導体装置も、近年では、集積度をより高めた上に、例えばチップスケールパッケージ（ＣｈｉｐＳｃａｌｅＰａｃｋａｇｅ）といった、半導体チップ自体がパッケージを兼ねる形状に小型化されたものも知られている。このようなチップスケールパッケージは、例えば増幅用の能動素子等、発熱量の多い半導体装置に適用することも試みられている。

特開２００６−１３５２４７号公報（第１１ページ、図６）

ところで、チップスケールパッケージのように小型化され、かつ発熱量の多い半導体チップをベースとなる基盤等に実装する際には、あらかじめ効率の良い放熱経路を確保した上で、実装後の基盤ができる限り薄型であることが望まれる。そのために、例えば、半導体チップの取り付け位置に対応した基盤の直下に貫通孔を設けるとともに、半導体チップの放熱面となる底面側と、この基盤の半導体チップ取り付け面と反対側の面に設けた、放熱面を兼ねる金属材料等との間に、熱伝導性の良い材料を用いた金属ブロック等を挟んで両者を接着する。

しかしながら、挟み込む金属ブロックの大きさが適切でない場合、半導体チップの取り付け状態、または放熱経路に影響を及ぼす。すなわち、例えば挟みこむ金属ブロックの高さが高い場合には、半導体チップの取り付け面側において、半導体チップと基盤との良好な取り付け・接触状態が得られず、また金属ブロックの高さが不足している場合には、放熱経路としての効率が低下していた。

本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、半導体チップ等をベースとなる基盤に取り付ける際に、放熱経路を確保しつつ、ベースとなる基盤から最適な取り付け高さで取り付けて、良好な接着状態でベースとなる基盤に取り付けることのできる薄型の半導体装置の取り付け構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本実施形態の半導体装置の取り付け構造は、平面状の取り付け面を有し、この取り付け面に放熱面が形成された半導体装置と、絶縁体層と金属層とが積層されるとともに、この絶縁体層の表面に取り付ける前記半導体装置の取り付け位置の直下に、この絶縁体層を貫通して前記金属層が露出し、前記半導体装置の放熱面に対応した大きさの開口を有する取り付け孔が形成されたベース基盤と、前記ベース基盤の取り付け孔内に配置されてその内部に露出した前記金属層に接着されるとともに、この取り付け孔の開口側の表面が、前記半導体装置の取り付け面となる絶縁体層の表面に対して傾斜して形成された、くさび形状の断面を有する第１の金属ブロックと、前記半導体装置の放熱面に接着され、前記ベース基盤でのこの半導体装置の取り付け位置において、前記取り付け孔側の表面が、この半導体装置の取り付け面となる絶縁体層の表面に対して、前記第１の金属ブロックと同じ傾斜を持って形成された、くさび形状の断面を有する第２の金属ブロックとを備え、前記半導体装置を前記ベース基盤に取り付ける際は、前記第１の金属ブロック及び前記第２の金属ブロックのそれぞれの前記傾斜して形成された面を接触させるとともにこの傾斜した接触面に沿って滑らせつつ、前記半導体装置の取り付け面を前記ベース基盤の取り付け位置に接触させて取り付けることを特徴とする。

本実施形態に係る半導体装置の取り付け構造の一実施例を示す断面図。図１に例示した半導体装置の取り付け構造の分解断面図。図１に例示した半導体装置の取り付け構造の組み立て手順を示す断面図。図１に例示した半導体装置の取り付け構造の組み立て手順を示す断面図。

以下に、本実施形態に係る半導体装置の取り付け構造を実施するための最良の形態について、図１〜図４を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る半導体装置の取り付け構造の一実施例を示す断面図であり、図２は、分解断面図である。図１及び図２に示すように、本実施例の半導体装置の取り付け構造は、半導体装置としての半導体チップ１、この半導体チップ１の取り付けベースとなるベース基盤２、第１の金属ブロックとしての基盤側ブロック３、及び第２の金属ブロックとしての半導体チップ側ブロック４とを備えている。

詳細な構造については順次後述するが、本実施例においては、半導体チップ１は、その接続端子１ｃおよび１ｄでベース基盤２の取り付け面の接続端子２１ａ及び２１ｂに接着固定されるとともに、その放熱面１ｂも、ベース基盤２の取り付け孔２３に配置された基盤側ブロック３及び半導体チップ側ブロック４によりベース基盤２の金属層２２に接着固定されている。また、基盤側ブロック３及び半導体チップ側ブロック４は、半導体チップ１から金属層２２への放熱経路をなしている。すなわち、本実施例では、半導体チップ１は、基盤側ブロック３及び半導体チップ側ブロック４により安定した熱伝導経路が確保された上で、ベース基盤２と良好な接着状態にある両端部の接続端子１ｃ及び１ｄにより、ベース基盤２に取り付けられている。

半導体チップ１は、例えばチップスケールパッケージ型の半導体装置であり、ベース基盤２への取り付け面側となる底面１ａは平面状をなしている。この底面１ａには、半導体チップ１からの発熱の放熱経路となる放熱面１ｂが形成されている。また、本実施例では、この半導体チップ１をベース基盤２に取り付けるための接続端子１ｃ、及び１ｄを備えているものとしている。

ベース基盤２は、絶縁体層２１と金属層２２とが積層された基盤である。図１及び図２中で上層側に示された絶縁体層２１の半導体チップ１の取り付け位置の直下には、この絶縁体層２１を貫通して金属層２２が露出するように開口した、取り付け孔２３が形成されている。この取り付け孔２３は、半導体チップ１の放熱面１ｂに対応した大きさの開口を有している。なお、後述するが、本実施例の取り付け構造においては、この取り付け孔２３内には、基盤側ブロック３、及び半導体チップ側ブロック４が接着されて配置され、半導体チップ１の放熱面１ｂから金属層２２への熱伝導経路となる。

また、本実施例では、半導体チップ１の取り付け位置となる絶縁体層２１の表面に、半導体チップ１の接続端子１ｃ及び１ｄに対応した接続端子２１ａ及び２１ｂが、それぞれに対応する位置に設けられている。一方、図中の下層側に示された金属層２２は、例えばベース基盤２の構造材を兼ねた放熱用部材である。

基盤側ブロック３は、ベース基盤２に設けられた取り付け孔２３内に配置され、図中で下側となる接着面３ａが取り付け孔２３の底面の金属層表面２３ａに接着された、熱伝導性の良好な銅、または銅を含む合金を材料とした金属製のブロックである。そして、その形状は、側面は平面に形成され、また、取り付け孔２３の開口側（例えば図２では紙面の上方向）となる面３ｂは、半導体チップ１が取り付けられる絶縁体層２１の表面に対して傾きを持った傾斜平面に形成されている。すなわち、図１及び図２に示したように、くさび形状の断面を有している。

半導体チップ側ブロック４は、半導体チップ１の放熱面１ｂに接着された金属ブロックである。そして、その形状は、上記した基盤側ブロック３と同様のくさび形状の断面を有している。すなわち、接着面４ａが半導体チップ１の放熱面１ｂに接着された状態で取り付け孔２３に対向する面４ｂが、基盤側ブロック３の傾斜平面３ｂと同じ傾きを持った傾斜平面に形成されている。また、材料についても基盤側ブロック３と同様に、銅、または銅を含む合金を材料としている。

次に、前述の図１及び図２、ならびに図３及び図４の断面図を参照して、上述した各構成品を用いた本実施例の半導体装置の取り付け構造を実施するための組み立て手順について説明する。図３及び図４は、図１に例示した本実施例の半導体装置の取り付け構造の組み立て手順を説明するための断面図である。

まず、図３（ａ）に示すように、ベース基盤２に設けられた取り付け孔２３内に、基盤側ブロック３を配置し、その接着面３ａと取り付け孔２３の底面となる金属層の表面２３ａとを接着する。この接着には、例えば半田付け等が適用できる。接着された状態では、この取り付け孔２３の開口部には、基盤側ブロック３の傾斜平面３ｂが視認される。なお、この傾斜平面３ｂは、半導体チップ１の取り付け面となる絶縁体層２１の表面に対して傾きを持った面である。

次いで、図３（ｂ）に示すように、半導体チップ１の放熱面１ｂに、半導体チップ側ブロック４の接着面４ａを接着する。この接着にも、例えば半田付け等が適用できる。

次いで、図４（ａ）に示すように、基盤側ブロック３の傾斜平面３ｂと、半導体チップ側ブロック４の傾斜平面４ｂとを向かい合わせて接触させる。次いで、これら２面の良好な接触を維持しながら、半導体チップ１側を傾斜した接触面に沿って（図中の矢線の方向に）滑り落とすように、その取り付け高さを調整するように移動する。

そして、図４（ｂ）に示すように、基盤側ブロック３と半導体チップ側ブロック４との良好な接触を維持したまま、半導体チップ１の接続端子１ｃ及び１ｄと、これらに対応するベース基盤２上の接続端子２１ａ及び２１ｂとが良好に接触する位置まで移動して接着する。接着箇所は、本実施例においては３カ所、すなわち、接続端子である図中符号の１ｃと２１ａ、１ｄと２１ｂ、及び傾斜平面３ｂと４ｂとの相互間である。これらの接着固定にも、例えば半田付け等が適用できる。このようにして、図１に例示した半導体装置の取り付け構造を得る。

以上説明したように、本実施例の半導体チップ１の取り付け構造においては、取り付け面に対して同じ傾きの傾斜平面を持った、断面がくさび形状の金属ブロックである基盤側ブロック３と半導体チップ側ブロック４とを、それぞれベース基盤２側と半導体チップ１側とに接着しておき、半導体チップ１の取り付け時には、これら２つのブロックの傾斜平面を接触させつつ、その接触面に沿って半導体チップ１側を滑らせるように移動して、双方の接続端子の接触が良好になるように、その取り付け面までの高さを最適に調整している。

これにより、半導体チップ１をベース基盤２の取り付け位置に良好に接触するように配置することができ、このような状態で固定することによって、半導体チップ１を良好な接着状態でベース基盤２に取り付けることができる。しかも、半導体チップ１の発熱を金属層２２に伝導するための熱伝導経路となる基盤側ブロック３及び半導体チップ側ブロック４は、互いに良好な接触を維持して接着されるので、他に熱伝導経路を設けることもなく、薄型構造のまま安定した放熱経路を確保できる。

従って、薄型のまま安定な放熱経路を確保しつつ、良好な接着状態で半導体チップをベース基盤に取り付け可能な半導体装置の取り付け構造を得ることができる。

なお、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１半導体チップ
２ベース基盤
３基盤側ブロック
４半導体チップ側ブロック
２１絶縁体層
２２金属層
２３取り付け孔

Claims

平面状の取り付け面を有し、この取り付け面に放熱面が形成された半導体装置と、
絶縁体層と金属層とが積層されるとともに、この絶縁体層の表面に取り付ける前記半導体装置の取り付け位置の直下に、この絶縁体層を貫通して前記金属層が露出し、前記半導体装置の放熱面に対応した大きさの開口を有する取り付け孔が形成されたベース基盤と、
前記ベース基盤の取り付け孔内に配置されてその内部に露出した前記金属層に接着されるとともに、この取り付け孔の開口側の表面が、前記半導体装置の取り付け面となる絶縁体層の表面に対して傾斜して形成された、くさび形状の断面を有する第１の金属ブロックと、
前記半導体装置の放熱面に接着され、前記ベース基盤でのこの半導体装置の取り付け位置において、前記取り付け孔側の表面が、この半導体装置の取り付け面となる絶縁体層の表面に対して、前記第１の金属ブロックと同じ傾斜を持って形成された、くさび形状の断面を有する第２の金属ブロックとを備え、
前記半導体装置を前記ベース基盤に取り付ける際は、前記第１の金属ブロック及び前記第２の金属ブロックのそれぞれの前記傾斜して形成された面を接触させるとともにこの傾斜した接触面に沿って滑らせつつ、前記半導体装置の取り付け面を前記ベース基盤の取り付け位置に接触させて取り付けることを特徴とする半導体装置の取り付け構造。
前記第１の金属ブロック、及び前記第２の金属ブロックの材料は、いずれも銅、または銅を含む合金であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の取り付け構造。