JP2725448B2

JP2725448B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JP2725448B2
Application number: JP20627590A
Authority: JP
Inventors: 英也御秡如; 晴夫島本; 博司関; 透立川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-08-01
Filing date: 1990-08-01
Publication date: 1998-03-11
Anticipated expiration: 2013-03-11
Also published as: JPH0491458A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はTAB技術によって製造された半導体装置に関
し、特に半導体素子の冷却構造に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、リードがフィルムキャリアテープに支持された
半導体装置としては、半導体素子の放熱性を高めるため
に封止樹脂内に金属配線板を内蔵したものがある。この
種の半導体装置を第３図によって説明する。

第３図は従来の半導体装置を示す断面図で、同図にお
いて、１は半導体素子、２はこの半導体素子１上に形成
された突起電極、３はフィルムキャリアテープを示す。
このフィルムキャリアテープ３は、ポリイミド等からな
るテープ基材3aの上にリードパターン3bが形成されてお
り、このリードパターン3bが半導体素子１の突起電極２
に接続されている。なお、この突起電極としては、この
ように半導体素子１に形成する他に、前記リードパター
ン3bの先端に形成する場合もある。

４は前記半導体素子１が発する熱を外部放熱フィン
（図示せず）に伝えるための金属配線板で、金属ベース
4a上に絶縁性の接着剤4bを介して配線パターン4cを貼り
合わせて形成されている。この金属配線板４の金属ベー
ス4aは一般にアルミニウム材等が用いられている。この
アルミニウム材からなる金属ベース4aは放熱性（熱伝導
性）が高いが半導体素子１に対して熱膨張係数が大きく
異なる関係から、これに半導体素子１を直接接合させる
と半導体素子１に反りや割れ等が生じてしまうため、こ
の金属配線板４上に半導体素子１を搭載するには金属配
線板４と半導体素子１との間に熱膨張係数が半導体素子
１のそれと近似する材料からなるサブマウント板５が介
装されている。このサブマウント板５は、導電性接合材
６によって前記配線パターン4c上に接合されている。な
お、半導体素子１もこのサブマウント板５上に導電性接
合材６によって接合されている。また、前記配線パター
ン4cとリードパターン3bの一部の接地用リード3cも導電
性接合材６等で接続されている。これによって半導体素
子１の裏面と接地用リード3cとが電気的に接続されるこ
とになる。なお、この金属配線板４の配線パターン4c
は、フィルムキャリアテープ３上のリードパターン3bの
接地ラインおよび電源ラインのインダクタンスを下げる
機能も兼ね備えている。さらに、この金属配線板４は半
導体素子搭載部分が下側へ偏在されて形成されており、
偏在部分の底面はこの半導体装置の表面に露出されてい
る。この露出部分に放熱用のフィン（図示せず）を取付
けることによって、半導体素子１の熱が外部に放散され
ることになる。

７は半導体素子１を外部環境から保護するための封止
樹脂で、この封止樹脂７は前記金属配線板４に穿設され
た開口部（図示せず）を通って金属配線板４の上下両面
側に延在されている。この封止樹脂７により半導体素子
１は外部環境から保護され、また、半導体装置自体の所
定の剛性が得られる。

次に、このように構成された従来の半導体装置を組立
てる手順について説明する。TABにおいて半導体素子１
とフィルムキャリアテープ３のリードパターン3bとを接
続する工程をインナーリードボンディングといい、この
時に突起電極２を半導体素子１上あるいはリードパター
ン3bの先端に形成し、加熱圧着等で半導体素子１とリー
ドパターン3bとを接続する。金属配線板４は平板状態で
配線パターン4cが形成された後に、絞り加工により第３
図に示すように下に凸の形に成形される。この金属配線
板４の配線パターン4c上に先ずサブマウント板５が導電
性接合材６により接合され、さらにその上に、インナー
リードボンディングが完了した半導体素子１を導電性接
合材６で接合する。そして、半導体素子１の裏面電位を
とるために、接地用リード3cを配線パターン4cに導電性
接合材６で接合する。接地用リード3cの一部は半導体素
子１の接地端子につながっている関係から、半導体素子
１の裏面と接地端子とが電気的に接続されることにな
る。次に、このように半導体素子１が搭載された状態の
金属配線板４をモールド金型（図示せず）に装填し、封
止樹脂７をモールド成形する。しかる後、封止樹脂７か
ら側方へ突出したリードパターン3b（ここをアウターリ
ード部という。）に電気めっき等によって半田めっきを
施して半導体装置の組立て工程が終了する。

このように製造された従来の半導体装置では、金属配
線板４を使用することで、TAB技術によって配線を行な
っても半導体素子１の裏面電位がとれ、かつ接地および
電源ラインのインダクタンス低減が図れるため、安定し
た動作が得られる。

また、金属配線板４の代わりに導電性の金属キャップ
を使用し、この金属キャップを介して半導体素子の裏面
電位をとるような構造の半導体装置もある。この金属キ
ャップを用いた従来の半導体装置を第４図に示す。

第４図は金属キャップを使用した従来の半導体装置を
示す断面図で、同図において前記第３図で説明したもの
と同一もしくは同等部材については、同一符号を付し詳
細な説明は省略する。第４図において８は金属キャップ
を示し、半導体素子１はこの金属キャップ８にサブマウ
ント５を介して搭載されている。そして、この金属キャ
ップ８の底部も半導体装置外に露出されている。また、
接地用リード3cもこの金属キャップ８に接合されてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、従来の半導体装置はこのように構成されて
いたので、半導体素子１の裏面からの放熱について考え
た場合、半導体素子１から発する熱を十分に外部へ放散
させることが困難であった。これは、導電性接合材６に
よる接合層が２層あり、第３図に示した半導体装置では
さらに配線パターン4cの接着剤4bの層が１層あるから
で、これらの層には熱伝導率が低い樹脂系のものが使用
されている関係から、熱が半導体素子１から金属配線板
４へ伝わり難いからであった。しかも、接合時に各層内
に気泡等が混入したりした場合には、さらに、熱伝導が
悪くなってしまう。また、半導体装置の組立てにおいて
も、金属配線板４とサブマウント板５を接合する時に半
田等の接合材を用いると膨張係数の違いにより反りが生
じ、この上に半導体素子１を搭載することは非常に困難
であった。この反りを防止あるいは軽減させるには低応
力の樹脂系の接合材を用いなければならない。樹脂系の
ものは半田等に較べて熱伝導率の点で不利であった。

さらに、パッケージ組立て後にアウターリード部に電
気めっきによって半田をめっきする場合においては、金
属配線板４や金属キャップ８の底部露出部分に半田が付
着したり、この部分がめっき処理液等と化学反応を起こ
したりするという問題があった。このような不具合を解
消するためには露出部分にコーティング等を施せばよい
が、このようにすると、製造工程数が増えてコストが高
くなる。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る半導体装置は、金属配線板における半導
体素子と対応する部位に開口部を設け、この開口部に、
この開口部の開口径より大径な半導体素子搭載部と、開
口部内に挿通される小径部とを有し熱膨張係数が半導体
素子のそれと近似する金属によって形成された伝熱部材
を挿入してなり、この伝熱部材は、前記半導体素子搭載
部が導電性接合材を介して前記配線パターンに接続さ
れ、小径部が樹脂封止部外へ露出されているものであ
る。

また、第２の発明に係る半導体装置は、上述した半導
体装置において、伝熱部材を熱膨張係数が半導体素子の
それと近似する絶縁材によって形成すると共に、この伝
熱部材の半導体素子搭載部の表面に導電層を形成し、こ
の導電層を導電性接合材を介して裏面電位接続用配線パ
ターンに接続したものである。

〔作用〕

半導体素子が発する熱は伝熱部材から直接外部に伝え
られて放散されるから、半導体素子を搭載するにあたっ
て樹脂層の数が減少し、熱抵抗が小さくなる。また、第
２の発明に係る半導体装置では、熱抵抗が小さくなると
共に、伝熱部材の放熱用露出部分に半田が付着しなくな
る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図によって詳細に説明
する。

第１図は本発明に係る半導体装置の断面図で、同図に
おいて前記第３図で説明したものと同一もしくは同等部
材については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。
第１図において、11は金属配線板で、この金属配線板11
は、従来のものと同様にして金属ベース11a上に絶縁性
の接着剤11bを介して配線パターン11cを貼り合わせて形
成されている。また、この金属配線板11における半導体
素子１と対応する部分（下側へ偏在された部分）には、
後述する伝熱部材を挿入するための開口部12が設けられ
ている。13は半導体素子１の熱を放熱フィン（図示せ
ず）に伝える伝熱部材で、この伝熱部材13は、熱膨張係
数が半導体素子１のそれと近似しかつ導電性を有する例
えばMo（モリブデン）等の金属材料によって形成されて
おり、前記金属配線板11の開口部12の開口径より大径に
形成されかつ金属配線板11の上側に位置づけられる半導
体素子搭載部13aと、前記開口部12内に挿通される小径
部13bとから構成されている。そして、この伝熱部材13
は、開口部12の開口縁との間に充填さた絶縁性接合材14
によって金属配線板11に接合され、これによって金属配
線板11に支持されている。また、半導体素子搭載部13a
の側部は、導電性接合材６によって配線パターン11cに
接続されている。さらに、この伝熱部材13の小径部13b
は、その底部が半導体装置の表面から下方へ突出されて
おり、この露出部分に放熱フィンが取付けられるように
構成されている。なお、13cは伝熱部材13の露出部分を
示す。そして、半導体素子１はこの伝熱部材13の半導体
素子搭載部13a上に導電性接合材６によって接合されて
いる。なお、本発明に係る半導体装置においても、金属
配線板11は従来のものと同様に半導体素子１の裏面電位
をとり、かつ電源ライン，接地ラインのインダクタンス
を低減するように作用する。

次に、このように構成された本発明の半導体装置を組
立てる手順について説明する。先ず、金属配線板11の開
口部12内に伝熱部材13の小径部13bを上から挿通させ
る。そして、この伝熱部材13を貫通部分に充填された絶
縁性接合材14によって金属配線板11に接合すると共に、
伝熱部材13の半導体素子搭載部13aを導電性接合材６で
配線パターン11cに接合する。この際、金属ベース11aと
伝熱部材13は絶縁性接合材14によって電気的に絶縁され
る。次いで、前記半導体素子搭載部13a上に導電性接合
材６によって半導体素子１を接合する。この際、半導体
素子１の裏面は伝熱部材13および導電性接合材６を介し
て配線パターン11cに電気的に接続されることになる。
しかる後、封止樹脂７をモールド成形して組立て工程が
終了する。

したがって、第２の発明に係る半導体装置によれば、
伝熱部材13の小径部13bを半導体装置の表面へ露出させ
たため、半導体素子１の熱はこの伝熱部材13から直接外
部伝えられて放散される。このため、半導体素子１を搭
載するにあたって樹脂層を１層（半導体素子１と伝熱部
材13との接合部分）のみとすることができ、熱抵抗を小
さくすることができる。

また、従来では金属配線板にサブマウント板を接合し
た時に反りが生じ、その上に半導体素子１を搭載するの
で、導電性接合材６としては樹脂系のものの使用が殆ど
であった。しかし、本発明では、伝熱部材13に例えばMo
等によって形成されたものを用い、半導体素子１との膨
張係数を合わせることで反りも無くなるから、半田等の
ろう材を使用できる。このようにすると、樹脂系接合材
を使用した場合よりも熱伝導率を高めることができる。

なお、本実施例では金属配線板11は封止樹脂７内に埋
め込まれ、伝熱部材13の小径部13bの底部のみが半導体
装置の表面に露出する構造とした例を示したが、金属配
線板11も半導体装置の表面に露出するような構造とする
こともできる。

次に、第２の発明に係る半導体装置を第２図によって
詳細に説明する、第２図は第２の発明に係る半導体装置の要部を拡大し
て示す断面図である。同図において前記第１図および第
３図で説明したものと同一もしくは同等部材について
は、同一符号を付し詳細な説明は省略する。第２図にお
いて、21は第２の発明の半導体装置に使用する伝熱部材
で、伝熱部材21は低膨張かつ高熱伝導なセラミック等の
絶縁材によって形成されている。その形状は第１図に示
した伝熱部材と同等とされ、半導体素子搭載部21aと、
小径部21bとが形成されており、小径部21bの底部はこの
半導体装置の表面に露出している。21cはこの伝熱部材2
1の前記露出部分を示す。伝熱部材21を形成するセラミ
ックとしては、熱膨張係数が半導体素子１のそれと近似
するようなSiC,AlN等が採用される。そして、この伝熱
部材21の半導体素子搭載部21aの表面には導電層22が形
成されており、半導体素子１はこの導電層22に導電性接
合材６によって接合されている。また、この導電層22は
導電性接合材６によって金属配線板11の配線パターン11
cに接続されている。すなわち、この第２の発明に係る
半導体装置では、半導体素子１の裏面は前記導電層22お
よび導電性接合材６を介して配線パターン11cに電気的
に接続されることになる。

したがって、このように絶縁材で伝熱部材21を形成す
ると、熱抵抗が減少して放熱性を高めることができるこ
とに加え、パッケージ組立て後にアウターリード部に電
気めっきによって半田をめっきしても、伝熱部材21の露
出部分21cに半田が付着することはなくなる。

なお、伝熱部材21の露出部分21cには、半導体素子搭
載部21aに形成した導電層22と同等の導電層を形成する
ことができる。この場合には、半導体素子搭載部21aの
導電層22と露出部21cの導電層とは電気的に絶縁され
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係る半導体装置は、金属
配線板における半導体素子と対応する部位に開口部を設
け、この開口部に、この開口部をの開口径より大径な半
導体素子搭載部と、開口部内に挿通される小径部とを有
し熱膨張係数が半導体素子のそれと近似する金属によっ
て形成された伝熱部材を挿入してなり、この伝熱部材
は、前記半導体素子搭載部が導電性接合材を介して前記
配線パターンに接続され、小径部が樹脂封止部外へ露出
されているため、半導体素子が発する熱は伝熱部材から
直接外部に伝えられて放散される。したがって、半導体
素子を搭載するにあたって、半導体素子組付け時での反
りの問題が解消されると共に、樹脂層の数が減少して熱
抵抗が小さくなるから、半導体素子が発する熱を効率よ
く放散さることができる。

また、第２の発明に係る半導体装置は、上述した半導
体装置において、伝熱部材を熱膨張係数が半導体素子の
それと近似する絶縁材によって形成すると共に、この伝
熱部材の半導体素子搭載部の表面に導電層を形成し、こ
の導電層を導電性接合材を介して裏面電位接続用配線パ
ターンに接続したため、熱抵抗が小さくなると共に、パ
ッケージ組立て後にアウターリード部等に電気めっきを
施す時に伝熱部材の放熱用露出部分にめっきが付着する
ようなことはなくなる。このため、めっき付着防止策を
講じなくても済むため、製造工程を簡略化することがで
きる。したがって、放熱性が高く高性能な半導体装置を
安価に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る半導体装置の断面図、第２図は第
２の発明に係る半導体装置の要部を拡大して示す断面図
である。第３図は従来の半導体装置を示す断面図、第４
図は金属キャップを使用した従来の半導体装置を示す断
面図である。１……半導体素子、３……フィルムキャリアテープ、６
……導電性接合材、７……封止樹脂、11……金属配線
板、11c……配線パターン、13,21……伝熱部材、13a,21
a……半導体素子搭載部、13b,21b……小径部、13c,21c
……露出部分。22……導電層。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体素子の裏面電位接続用配線パターン
が上面に設けられた金属配線板上に半導体素子およびフ
ィルムキャリアテープが搭載され、樹脂封止された半導
体装置において、前記金属配線板における半導体素子と
対応する部位に開口部を設け、この開口部に、この開口
部の開口径より大径な半導体素子搭載部と、開口部内に
挿通される小径部とを有し熱膨張係数が半導体素子のそ
れと近似する金属によって形成された伝熱部材を挿入し
てなり、この伝熱部材は、前記半導体素子搭載部が導電
性接合材を介して前記配線パターンに接続され、小径部
が樹脂封止部外へ露出されていることを特徴とする半導
体装置。
【請求項２】請求項１記載の半導体装置において、伝熱
部材を熱膨張係数が半導体素子のそれと近似する絶縁材
によって形成すると共に、この伝熱部材の半導体素子搭
載部の表面に導電層を形成し、この導電層を導電性接合
材を介して裏面電位接続用配線パターンに接続したこと
を特徴とする半導体装置。