JP2976989B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はパッケージの一部に放熱
部を有する半導体装置に関する。半導体チップはモール
ドによる樹脂パッケージやセラミックパッケージ内に収
められている。半導体チップが高機能化するのにつれて
半導体チップの発熱量が多くなり、発熱量の大きい半導
体チップを含む半導体装置では、パッケージの一部に放
熱部を設けて半導体チップが発生する熱を外部に放熱す
るようになっている。しかし、パッケージの一部に放熱
部を設けると、半導体チップと放熱部との間の熱膨張差
や熱伝導差により問題点が生じることがあり、そのよう
な問題点に対処することが必要になる。

【０００２】

【従来の技術】従来のセラミックパッケージの一例が図
10から図12に示されている。このセラミックパッケージ
は直方体状のセラミック枠10からなり、このセラミック
枠10の中央部を貫通して矩形状の空洞12が設けられてい
る。このセラミック枠10の空洞12は二段のボア状に形成
され、上段の矩形状垂直壁面12ａと、中間水平壁面12ｂ
と、下段の内部垂直壁面12ｃとからなる。セラミック枠
10の裏面には放熱用底板14が固定され、放熱用底板14は
空洞12の裏面側の開口部を閉じる。ダイマウント部16が
放熱用底板14に固定され且つセラミック枠10の空洞12の
内部に延びる。半導体チップ18はこのダイマウント部16
に固定される。半導体チップ18がダイマウント部16に固
定された後でこのセラミック枠10の表面にキャップ（図
示せず）が取りつけられ、空洞12が完全に閉じられる。
セラミック枠10内の空洞12には空気があり、その空気が
半導体チップ18に触れるので、このようなセラミックパ
ッケージは高周波電子装置に適していると言われてい
る。

【０００３】放熱用底板14は半導体チップ18が機能する
間に発生した熱をパッケージの外部に放熱するものであ
り、熱伝導のよい銅や、銅タングステン等で作られる。
一般的に熱伝導のよい材料は熱膨張も大きく、熱膨張の
大きい放熱用底板14と熱膨張の小さい半導体チップ18と
を直接に固定するとき、例えば半導体チップ18と放熱用
底板14を加熱しながらハンダや銀ペースト等により固定
するときに、半導体チップ18が放熱用底板14が膨張して
いるときに固定され、放熱用底板14が収縮するときに半
導体チップ18が割れることがあるという問題がある。従
って、放熱用底板14と半導体チップ18の間にダイマウン
ト部16を設け、放熱用底板14と半導体チップ18との熱膨
張差を吸収し、半導体チップ18が割れるのを緩和してい
る。このため、ダイマウント部16は放熱用底板14と半導
体チップ18の中間的な熱膨張係数を有するモリブデンや
コバール等で作られる。

【０００４】さらに、セラミック枠10は例えば空洞12の
中間水平壁面12ｂを境界にした二段のセラミック部材10
ａ, 10ｂ（図12) で形成され、この場合、下段のセラミ
ック部材10ｂの表面の中央部分が中間水平壁面12ｂにな
る。この下段のセラミック部材10ｂの表面には内部リー
ド20がメタライズパターンとして形成され、この内部リ
ード20の形成後に二段のセラミック部材10ａ, 10ｂが一
体化される。内部リード20の内端部は半導体チップ18の
電極部にワイヤボンディングされる。内部リード20は空
洞12の内部からセラミック枠10の外部まで延び、最後に
外部リード22に接続される。図12には、右上方の位置の
内部リード20のみを破線により外部リード22に接続され
る完全な形状で示してある。この位置の外部リード22は
例えば電子装置のアースに接続されるものである。そし
て、この内部リード20の内端部は半導体チップ18の電極
部にワイヤボンディングされるばかりでなく、下段のセ
ラミック部材10ｂにより形成される空洞12の下段の内部
垂直壁面12ｃに沿って下向きに延ばされ (図12) 、放熱
用底板14に通じるようになっている。これは、半導体チ
ップ18の裏面をアース電位と同じにすることによりイン
ピーダンスマッチングを行う手法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記した例では、放熱
用底板14と半導体チップ18の間にダイマウント部16を設
けることによって、半導体チップ18の取りつけ時に半導
体チップ18が割れるのを防止するようにしている。しか
し、ダイマウント部16は放熱用底板14と半導体チップ18
の中間的な熱膨張係数を有する材料で作られており、そ
の中で、例えばダイマウント部16が放熱用底板14に近い
熱膨張係数を有する材料で作られている場合には、ダイ
マウント部16が加熱されて膨張しているときに半導体チ
ップ18がダイマウント部16に固定され、その後でダイマ
ウント部16が収縮するときに半導体チップ18が割れる傾
向があり、半導体チップ18の割れ防止効果が十分になら
ない。また、ダイマウント部16が半導体チップ18に近い
熱膨張係数を有する材料で作られている場合には、半導
体チップ18が割れやすくなる傾向を解消できる。しか
し、この場合には、ダイマウント部16の熱伝導が熱膨張
係数に応じて小さくなり、パッケージ化された半導体装
置の使用時に半導体チップ18から発生する熱がダイマウ
ント部16を介して放熱用底板14に伝わりにくくなり、パ
ッケージの内部が高熱になり、半導体チップ18が壊れや
すくなるという問題があった。最近では、半導体チップ
18が高機能化し、半導体チップ18の発熱量が多くなるの
で、パッケージからの放熱性能を高めることが要求され
ており、このためにはダイマウント部16を放熱用底板14
に近い熱膨張係数を有する材料で作るのが必要になる。
しかし、この場合には、半導体チップ18の割れ防止効果
が低下するので、ダイマウント部16の材料の選択以外の
手段、例えばダイマウント部16の形状の工夫等により半
導体チップ18が割れるのを防止することが必要になっ
た。

【０００６】半導体チップ18の取りつけ時に半導体チッ
プ18が割れることがあるのは、上記したセラミックパッ
ケージに限らず、その他のパッケージの場合にも発生す
る。例えば、リードフレームを利用したパッケージの場
合には、半導体チップ18はリードフレームのチップ搭載
部分に支持され、半導体チップ18が機能するときにこの
チップ搭載部分から放熱が行われる。半導体チップ18は
リードフレームのチップ搭載部分に金とスズの合金等に
より加熱しながら固定されるので、取りつけ時にチップ
搭載部分が膨張した状態で半導体チップ18が固定される
と、チップ搭載部分が収縮したときに半導体チップ18が
割れることがある。この場合にも、リードフレームを熱
伝導のよい材料でつくり、リードフレームのチップ搭載
部分の形状の工夫等により半導体チップ18が割れるのを
防止することが必要になる。

【０００７】また、半導体チップ18をダイマウント部16
に取りつける前に、ダイマウント部16を放熱用底板14に
取りつけ、且つ放熱用底板14をセラミック枠10に取りつ
ける。この処理は銀ロー等を用いてリフロー処理により
行われる。このときに、リフロー時に放熱用底板14の上
に銀ローを置き、その上にダイマウント部16を載せて加
熱するので、銀ローが溶けて表面張力によりダイマウン
ト部16を浮かしたり、銀ローが流れたりして、ダイマウ
ント部16が所定の位置からずれることがある。ただし、
放熱用底板14とセラミック枠10との間では位置ずれは生
じていない。従って、ダイマウント部16を放熱用底板14
に取りつけるときにダイマウント部16が位置ずれしない
ようにすることが必要になった。

【０００８】また、半導体チップ18をダイマウント部16
に取りつけるダイボンディング処理には、半導体チップ
18をダイマウント部16上でスクラブする (回す) 作業工
程があり、それによって半導体チップ18の裏面の気泡を
取り除くようになっている。もし半導体チップ18の裏面
に気泡が残っていると半導体チップ18からダイマウント
部16への放熱が悪くなるので、半導体チップ18の裏面の
気泡を取り除くスクラブ工程が必要なのである。しか
し、半導体チップ18の厚さは例えば、数10μｍ程度と非
常に小さいので、有効なスクラブを行えるかどうかはハ
ンダや銀ペースト等のロー材の塗布量にかかってくる。
すなわち、ロー材の塗布量が少ないと、ロー材の表面張
力により半導体チップ18が張りついて、スクラブを行う
ことができず、気泡の除去ができない。逆に、ロー材の
塗布量が多いと、ロー材が半導体チップ18に這い上がっ
たり、半導体チップ18がロー材上で浮き上がって固定位
置が不安定になったりするという問題点があった。従っ
て、ダイボンディング時に有効なスクラブを行って気泡
を除去できるような手段が求められていた。

【０００９】さらに、インピーダンスマッチングを行う
ために、上記したように内部リード20が空洞12の中間水
平壁面12ｂから空洞12の下段の内部垂直壁面12ｃに沿っ
て下向きに延ばされ、放熱用底板14に通じるようになっ
ている。内部リード20はセラミック枠10の下段のセラミ
ック部材10ｂの表面にメタライズパターンによって形成
されるものであるが、下段のセラミック部材10ｂの表面
に対して直角方向の下段の内部垂直壁面12ｃにそのよう
なパターニングを行うのは面倒であった。また、この内
部リード20は空洞12の中間水平壁面12ｂ及び下段の内部
垂直壁面12ｃにわたって直角に延びるので、敷設距離が
長くなり、抵抗値の増大を招いてインピーダンスを合わ
せにくくなるという問題があった。

【００１０】本発明の目的は半導体チップをダイマウン
ト部等のチップ搭載部分に取りつけるとき、及びダイマ
ウント部を放熱用底板に取りつけるときに発生する半導
体チップやダイマウント部の割れや位置ずれ等を防止し
て歩留まりを向上することのできる半導体装置を提供す
ることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様によ
る半導体装置は、パッケージの一部に配置される放熱部
に設けられ且つ半導体チップを搭載するチップ支持部材
の外周部に切り込みが設けられることを特徴とするもの
である。そして、該チップ支持部材の表面が搭載する半
導体チップの面積よりも大きく、該チップ支持部材の外
周部の切り込みが搭載する半導体チップの外周部近くま
で達する深さにされている。

【００１２】本発明の第２の態様による半導体装置は、
パッケージを形成し、且つ空洞を有するセラミック枠
と、該セラミック枠の一面に固定される放熱用底板と、
該放熱用底板に固定され且つ該セラミック枠の前記空洞
の内部に延びるダイマウント部と、該ダイマウント部に
固定される半導体チップとからなる半導体装置におい
て、該ダイマウント部を該放熱用底板に固定するときに
該ダイマウント部が該放熱用底板に対して位置ずれする
のを防止するために該セラミック枠の前記空洞の壁面に
該ダイマウント部のための位置決め手段が設けられるこ
とを特徴とするものである。この場合、該位置決め手段
が該セラミック枠の前記空洞の壁面に設けられた凹部あ
るいは凸部からなり、該ダイマウント部には該セラミッ
ク枠の前記空洞の壁面の凹部あるいは凸部と係合可能な
凸部あるいは凹部が設けられると好ましい。

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【作用】第１の態様においては、チップ支持部材の外周
部に切り込みが設けられる。放熱用底板とダイマウント
部とを有するセラミックパッケージの場合には、ダイマ
ウント部に切り込みが設けられる。ダイマウント部は放
熱用底板に近い熱膨張係数を有する材料で作られること
ができる。すると上記したように、使用時の半導体チッ
プからの放熱効果は向上するが、ロー材や金とすずの合
金等により加熱しながら半導体チップをダイマウント部
に固定するときの半導体チップの割れ防止効果が低下す
る。しかし、ダイマウント部に切り込みが設けられてい
るので、ダイマウント部が膨張した状態で半導体チップ
が固定され、その後でダイマウント部が収縮するときに
ダイマウント部の収縮量が比較的に小さくなり、半導体
チップが割れるほどに収縮しなくなる。すなわち、ダイ
マウント部の収縮は通常はその外周部において最も大き
いが、外周部に切り込みが設けられているので全体的な
収縮量が小さくなり、半導体チップにかかるひずみの応
力が小さくなって半導体チップが割れなくなる。

【００１６】第２の態様においては、セラミック枠の空
洞の壁面にダイマウント部のための位置決め手段が設け
られ、ダイマウント部を放熱用底板に固定するときにダ
イマウント部が放熱用底板に対して位置ずれするのを防
止する。

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【実施例】図１から図４は本発明の第１実施例のセラミ
ックパッケージを示す図である。このセラミックパッケ
ージは直方体状のセラミック枠10からなり、このセラミ
ック枠10の中央部を貫通して矩形状の空洞12が設けられ
ている。セラミック枠10の空洞12は二段のボア状に形成
され、上段のボアの方が小さく、よって、上段の矩形状
垂直壁面12ａと、中間水平壁面12ｂと、下段の内部垂直
壁面12ｃとからなる。セラミック枠10は二段のセラミッ
ク部材10ａ，10ｂで形成され、それぞれに中央部にボア
を有し、上段のセラミック部材10ａのボアが上段の矩形
状垂直壁面12ａを形成し、下段のセラミック部材10ｂの
ボアが下段の内部垂直壁面12ｃを形成する。中間水平壁
面12ｂは下段のセラミック部材10ｂの表面の一部であ
る。

【００２０】セラミック枠10の裏面には放熱用底板14が
固定され、放熱用底板14は空洞12の裏面側の開口部を閉
じる。ダイマウント部16が放熱用底板14に固定され且つ
セラミック枠10の空洞12の内部に延びる。半導体チップ
18はこのダイマウント部16に固定される。半導体チップ
18がダイマウント部16に固定された後でこのセラミック
枠10の表面にキャップ (図示せず）が取りつけられ、空
洞12が完全に閉じられる。セラミック枠10内の空洞12に
は空気があり、その空気が半導体チップ18に触れるの
で、このようなセラミックパッケージは高周波電子装置
に適していると言われている。

【００２１】下段のセラミック部材10ｂの表面には内部
リード20がメタライズパターンとして形成され、この内
部リード20の形成後に二段のセラミック部材10ａ, 10ｂ
が一体化される。内部リード20の内端部には半導体チッ
プ18の電極部にワイヤボンディングされる (図４）。内
部リード20は最後に外部リード22に接続される。

【００２２】放熱用底板14は半導体チップ18が機能する
間に発生した熱をパッケージの外部に放熱するものであ
り、熱伝導のよい銅や、銅タングステン等で作られる。
ダイマウント部16は放熱用底板に近い熱膨張係数を有す
る材料で作られ、極端には放熱用底板14と同じ銅や、銅
タングステン等で作られるのが望ましい。それによっ
て、使用時の半導体チップ18からダイマウント部16及び
放熱用底板14を伝導しての放熱効果は向上するが、半導
体チップ18をダイマウント部16に固定するときの半導体
チップ18の割れ防止効果が低下することは、上記した通
りである。

【００２３】この実施例では、ダイマウント部16の外周
部に複数の切り込み24が設けられている。ダイマウント
部16の表面が搭載する半導体チップ18の面積よりも大き
く、切り込み24は搭載する半導体チップ18の外周部近く
まで達する深さにされている。実施例では、ダイマウン
ト部16は長方形の形状を有し、半導体チップ18はほぼ正
方形の形状を有するので、ダイマウント部16の長辺部に
沿った切り込み24が半導体チップ18の外周部近くまで達
する深さにされている。

【００２４】このように、ダイマウント部16の外周部に
切り込み24が設けられているので、半導体チップ18をダ
イマウント部16に固定するときに、ダイマウント部16が
加熱により膨張した状態で半導体チップ18が固定され、
その後でダイマウント部16が収縮するときにダイマウン
ト部16の収縮量が比較的に小さくなる。すなわち、ダイ
マウント部16の収縮は通常はその外周部において最も大
きいが、外周部に切り込み24が設けられているので、切
り込み24の部分は収縮せず、全体的な収縮量が小さくな
り、半導体チップ18にかかるひずみの応力が小さくなっ
て半導体チップ18が割れなくなる。よって、この実施例
によれば、使用時の放熱効果を向上させるとともに、製
造時の半導体チップ18の割れを防止することができる。

【００２５】図５は第１実施例の変形例を示し、リード
フレーム26を使用した例を示す図である。リードフレー
ム26はリード28とチップ搭載部分30とを有し、半導体チ
ップ18はチップ搭載部分30に取りつけられる。リード28
は半導体チップ18の電極部にワイヤボンディングされ、
リードフレーム26の余剰部分は切断される。このような
リードフレーム26半導体装置では、図５に示される半導
体チップ18の表面に樹脂をモールドし、パッケージとす
る。チップ搭載部分30はパッケージの外部に露出し、半
導体チップ18が発生する熱をパッケージの外部に放熱す
る放熱手段となる。さらに、チップ搭載部分30を二点鎖
線で示される金属支持部材32に取りつけることもでき
る。

【００２６】このチップ搭載部分30の外周部には切り込
み24が形成されている。この切り込み24は、前の実施例
の切り込み24と同様に、半導体チップ18をチップ搭載部
分30に加熱しながら固定するときに、チップ搭載部分30
の収縮を緩和して半導体チップ18の割れを防止するもの
である。従って、このチップ搭載部分30を熱伝導のよい
銅等により作ることができる。

【００２７】図６から図８は本発明の第２実施例のセラ
ミックパッケージを示す図である。このセラミックパッ
ケージは第１実施例のセラミックパッケージと基本的な
構成は同様であり、空洞12を有するセラミック枠10と、
放熱用底板14と、ダイマウント部16と、半導体チップ18
とからなる。内部リード20及び外部リード22も設けられ
る。

【００２８】この実施例においては、セラミック枠10の
空洞12の下段の内部垂直壁面12ｃにダイマウント部16の
ための位置決め手段34が設けられる。この位置決め手段
34は、下段の内部垂直壁面12ｃから空洞12の内部側へ突
出する凸部34ａからなり、ダイマウント部16にはこのセ
ラミック枠10の空洞12の壁面の凸部34ａと係合可能な凹
部36ａが設けられる。これらの凸部34ａ及び凹部36ａの
側壁はセラミック枠10の長手中心線と平行に延び、凹部
36ａを凸部34ａに係合させつつダイマウント部16を放熱
用底板14の上に載せることができる。また、この位置決
め手段34の変形例として、図９に示されるように、セラ
ミック枠10の空洞12の下段の内部垂直壁面12ｃに凹部34
ｂを設け、ダイマウント部16にはこのセラミック枠10の
空洞12の壁面の凹部34ｂと係合可能な凸部36ｂを設けて
もよい。

【００２９】この位置決め手段34は半導体チップ18をダ
イマウント部16に取りつける前にダイマウント部16を放
熱用底板14に取りつけるときにダイマウント部16が位置
ずれするのを防止するものである。ダイマウント部16の
取りつけは銀ロー等を用いてリフロー処理により行わ
れ、リフロー時に放熱用底板14の上に銀ローを置いてそ
の上にダイマウント部16を載せ、且つ放熱用底板14の上
に銀ローを置いてその上にセラミック枠10を載せて、加
熱する。従来は、銀ローが溶けて表面張力によりダイマ
ウント部16を浮かしたり、銀ローが流れたりして、ダイ
マウント部16が所定の位置からずれることがあったが、
本発明ではリフロー時にダイマウント部16の位置ずれを
防止する位置決め手段34を設けたので、銀ローの流れを
防止しつつダイマウント部16が放熱用底板14及びセラミ
ック枠10に対して所定の位置で固定される。従って、そ
の後で半導体チップ18を取りつけて正確なワイヤボンデ
ィングを行うことができる。

【００３０】

【００３１】

【００３２】

【００３３】

【００３４】

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
チップ支持部材の外周部に切り込みが設けられ、あるい
はダイマウント部を放熱用底板に固定するときにダイマ
ウント部が放熱用底板に対して位置ずれするのを防止す
るための位置決め手段が設けられることにより、製造時
の半導体チップやダイマウント部の割れや位置ずれ等を
防止して歩留まりを向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す平面図である。

【図２】図１のｂ−ｂ断面図である。

【図３】図１の一部の斜視図である。

【図４】図１の一部の詳細図である。

【図５】第１実施例の変形例を示す図である。

【図６】本発明の第２実施例を示す平面図である。

【図７】図６のｂ−ｂ断面図である。

【図８】図６の一部の斜視図である。

【図９】第２実施例の変形例を示す図である。

【図１０】従来技術の斜視図である。

【図１１】従来技術の平面図である。

【図１２】図11 のｂ−ｂ断面図である。

【符号の説明】

10…セラミック枠 12…空洞 14…放熱用底板 16…ダイマウント部 18…半導体チップ 20…内部リード 24…切り込み 26…リードフレーム 30…チップ搭載部分 34…位置決め手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 23/50 H01L 21/52 H01L 23/12 H01L 23/36

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パッケージの一部に配置される放熱部
   （14,30)に設けられ且つ半導体チップ（18）を搭載する
   チップ支持部材（16,30)の外周部に切り込み（24）が設
   けられ、該チップ支持部材の表面が搭載する半導体チッ
   プの面積よりも大きく、該チップ支持部材の外周部の切
   り込みが搭載する半導体チップの外周部近くまで達する
   深さにされていることを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 パッケージを形成し、且つ空洞（12）を
   有するセラミック枠（10）と、該セラミック枠の一面に
   固定される放熱用底板（14）と、該放熱用底板に固定さ
   れ且つ該セラミック枠の前記空洞の内部に延びるダイマ
   ウント部（16）と、該ダイマウント部に固定される半導
   体チップ（18）とからなる半導体装置において、該ダイ
   マウント部を該放熱用底板に固定するときに該ダイマウ
   ント部が該放熱用底板に対して位置ずれするのを防止す
   るために該セラミック枠の前記空洞の壁面に該ダイマウ
   ント部のための位置決め手段（34）が設けられることを
   特徴とする半導体装置。
3. 【請求項３】 該位置決め手段が該セラミック枠の前記
   空洞の壁面に設けられた凹部あるいは凸部からなり、該
   ダイマウント部には該セラミック枠の前記空洞の壁面の
   凹部あるいは凸部と係合可能な凸部あるいは凹部が設け
   られることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。