JP4003656B2

JP4003656B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JP4003656B2
Application number: JP2003036393A
Authority: JP
Inventors: 本田　　匡宏; 嘉治原田; 直仁水野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2007-11-07
Anticipated expiration: 2023-02-14
Also published as: JP2004247547A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップとヒートシンクとを樹脂でモールドしてなる半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子装置の小型化・高集積化に伴い、１デバイス当たりの発熱量が増大し、熱設計が問題となっている。そこで、半導体チップの熱をヒートシンクで放熱させる半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような半導体装置の一般的な断面構成を図６に示す。ヒートシンクＪ１０の一面１１に半導体チップ２０が搭載されており、半導体チップ２０とリード３０とがワイヤ４０を介して電気的に接続されている。そして、ヒートシンクＪ１０、半導体チップ２０およびリード３０がモールド樹脂５０によって包み込まれるように封止されている。
【０００４】
ここで、ヒートシンクＪ１０における一面１１、すなわちチップ搭載面とは反対側の他面１２が、モールド樹脂５０から露出した形となっている。このような半導体装置は、図６に示すような形でプリント基板１００に搭載されるとともに、ケース２００に収納される。
【０００５】
すなわち、モールド樹脂５０から露出するリード３０をプリント基板１００にはんだ６０を介して接続するとともに、露出するヒートシンクＪ１０の他面１２をプリント基板２００にはんだ６０を介して接続する。これにより、半導体チップ２０からの熱はヒートシンクＪ１０の他面１２からプリント基板１００へ放熱される。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−８２６７２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の半導体装置では、半導体チップ２０の放熱経路はヒートシンクＪ１０の片面側のみであるため、放熱性に限界がある。
【０００８】
この問題に対しては、図７に示すように、ヒートシンクＪ１０に搭載された半導体チップ２０の上面に第２のヒートシンクＪ１０’を搭載し、ヒートシンクＪ１０、Ｊ１０’によって半導体チップ２０を挟んだ構成が考えられる。
【０００９】
これによれば、半導体チップ２０からの熱は下側のヒートシンクＪ１０からプリント基板１００に放熱されるとともに、上側のヒートシンクＪ１０’がケース２００にゲルやはんだ等の接続部材７０で接続されているため、半導体チップ２０の熱は上側のヒートシンクＪ１０’を介してケース２００へ放熱される。
【００１０】
しかし、このようなヒートシンクＪ１０、Ｊ１０’によって半導体チップ２０の両面を挟んだ構成では、半導体チップ２０の上面においてヒートシンクＪ１０’に挟まれた部分では、ワイヤ等によるリードとの電気的な接続が必要な場合には、その接続を行うことができない。
【００１１】
また、上側のヒートシンクＪ１０’によって半導体チップ２０が押さえつけられた形となっているため、半導体チップ２０に応力が加わり、電気特性の異常が発生したり、半導体チップ２０にクラックが発生したりするという恐れがある。
【００１２】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、ヒートシンクに半導体チップを搭載し樹脂でモールドしてなる半導体装置において、半導体チップの電気的な接続に対する制約や半導体チップに余分な応力を印加させることなく、放熱性を向上できるようにすることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ヒートシンク（１０）と、ヒートシンクの一面（１１）に搭載された半導体チップ（２０）と、半導体チップと電気的に接続されたリード（３０）と、ヒートシンク、半導体チップおよびリードを包み込むように封止するモールド樹脂（５０）とを備え、ヒートシンクにおける一面とは反対側の他面（１２）が、モールド樹脂から露出しているとともに、ヒートシンクにおける一面のうち半導体チップの搭載部を除いた領域の一部（１４）が、モールド樹脂から露出していることを特徴とする。
【００１４】
それによれば、半導体チップにおいてヒートシンクに接する面とは反対側の面は、ヒートシンクで押さえられず解放された形となる。つまり、半導体チップの片面は解放されているので、その片面において自由に電気的な接続を行うことができ、また、余分な応力もかからない。
【００１５】
そして、本発明では、ヒートシンクにおける一面のうち半導体チップの搭載部を除いた領域の一部を、モールド樹脂から露出させているため、もともと露出しているヒートシンクの他面に加えて、当該一面の露出部においてもケースやプリント基板等に接続させる等により放熱が可能となる。
【００１６】
よって、本発明によれば、ヒートシンクに半導体チップを搭載し樹脂でモールドしてなる半導体装置において、半導体チップの電気的な接続に対する制約や半導体チップに余分な応力を印加させることなく、放熱性を向上させることができる。
【００１７】
ここで、請求項１に記載の発明では、ヒートシンク（１０）の一面（１１）のうちモールド樹脂（５０）から露出している部分は、半導体チップ（２０）の搭載部よりもヒートシンクの一面から突出した突出部（１４）であり、突出部（１４）は、プリント基板（１００）にはんだ（６０）によって接続され、ヒートシンク（１０）の他面（１２）は、プリント基板を収納するケース（２００）に接続部材（７０）によって接続されていることを特徴としている。また、請求項２に記載の発明では、ヒートシンク（１０）は、その両端に出っ張り部（１３）が形成され、突出部（１４）は、出っ張り部に形成されており、出っ張り部は、リード（３０）のうちモールド樹脂（５０）から露出しているアウターリードの長さ方向に、アウターリードの端部まで出っ張って形成されていることを特徴としている。また、請求項３に記載の発明では、ヒートシンク（１０）の一面（１１）のうちモールド樹脂（５０）から露出している部分は、半導体チップ（２０）の搭載部よりもヒートシンクの一面から突出した突出部（１４）であり、ヒートシンク（１０）は、その両端に出っ張り部（１３）が形成され、突出部（１４）は、出っ張り部に形成されており、出っ張り部は、リード（３０）のうちモールド樹脂（５０）から露出しているアウターリードの長さ方向に、アウターリードの端部まで出っ張って形成されていることを特徴としている。なお、上記した各請求項に記載の発明において、請求項４に記載の発明のように、ヒートシンク（１０）の一面（１１）における半導体チップ（２０）の搭載部は、ヒートシンクの中央部であり、ヒートシンクの一面のうちモールド樹脂（５０）から露出している部分は、ヒートシンクの周辺部の一部（１４）であるものにできる。
【００１９】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態相互において同一の部分には、図中、同一符号を付してある。また、各平面図には、識別化のため便宜上ハッチングを施してあるが、断面を示すものではない。
【００２１】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置Ｓ１の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ線に沿った概略断面図である。また、図２は、半導体装置Ｓ１におけるモールド樹脂５０内部の構成を示す平面図である。
【００２２】
ヒートシンク１０は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅ等の熱伝導性の良い金属材料をプレスや切削加工によって板形状としたものである。本例のヒートシンク１０は、その両端に出っ張り部１３が形成された略矩形板状をなしており、ヒートシンク１０の一面１１のうち各出っ張り部１３の部分には当該一面１１の上方に突出した突出部１４が形成されている。本例の突出部１４は四角柱形状としている。
【００２３】
ヒートシンク１０の一面１１は、チップ搭載面として構成されており、その一面１１の中央部には、シリコン等の半導体に種々の電気素子を形成してなる半導体チップ２０が搭載されている。
【００２４】
そして、図２に示すように、この半導体チップ２０の周囲には、複数本のリード３０が配設されている。これらリード３０はＣｕや４２アロイ等からなるもので、ヒートシンク１０の突出部１４を回避した形で配置されている。
【００２５】
これら半導体チップ２０と各リード３０とはＡｕやＡｌ等からなるワイヤ４０によって結線され、電気的に接続されている。このワイヤ４０はワイヤボンディングによって形成することができる。本実施形態では、半導体チップ２０の上面は解放されているため、図２に示すように、チップ中央部からもワイヤ４０による接続がなされている。
【００２６】
そして、これらヒートシンク１０、半導体チップ２０、リード３０の一部およびワイヤ４０は、図１に示すように、モールド樹脂５０によって包み込まれるように封止されている。このモールド樹脂５０はエポキシ樹脂等からなる。
【００２７】
ここで、ヒートシンク１０における一面１１とは反対側の他面１２が、モールド樹脂５０から露出しており、さらに、ヒートシンク１０における一面１１のうち半導体チップ２０の搭載部を除いた領域の一部すなわち突出部１４の先端が、モールド樹脂５０から露出している。
【００２８】
このように、本実施形態では、ヒートシンク１０の一面１１における半導体チップ２０の搭載部は、ヒートシンク１０の中央部であり、ヒートシンク１０の一面１１のうちモールド樹脂５０から露出している部分は、ヒートシンク１０の周辺部の出っ張り部１３に形成された突出部１４である。
【００２９】
このような半導体装置Ｓ１は、ヒートシンク１０の一面１１に半導体チップ２０を搭載し、リード３０と半導体チップ２０とをワイヤボンディングを行ってワイヤ４０にて接続した後、樹脂成形することでモールド樹脂５０による封止を行うことにより製造可能である。
【００３０】
そして、この半導体装置Ｓ１は、図１に示すような形でプリント基板１００に実装される。すなわち、モールド樹脂５０から露出するリード３０をプリント基板１００にはんだ６０を介して接続するとともに、露出するヒートシンク１０の他面１２をプリント基板１００にはんだ６０を介して接続する。
【００３１】
さらに、このプリント基板１００は、ＡｌやＦｅ等の金属からなるケース２００に固定収納される。ここで、ケース２００の蓋部２１０をかぶせるときに、モールド樹脂から露出しているヒートシンク１０の突出部１４と蓋部２１０とを、シリコンゲル等のゲルやはんだまたは接着剤等の接続部材７０によって接続する。
【００３２】
なお、半導体装置Ｓ１の上下の固定が強固でありすぎると強度的に問題がある場合には、ケース２００側の接続部材７０としてゲルを用い、多少変位可能とすることが好ましい。しかし、そのような問題がなければ、もちろん、はんだ等を用いても良い。
【００３３】
このように、本実施形態の半導体装置Ｓ１によれば、半導体チップ２０においてヒートシンク１０に接する面とは反対側の面は、ヒートシンク１０で押さえられず解放された形となる。つまり、半導体チップ２０の片面は解放されているので、その片面において自由に電気的な接続を行うことができ、また、余分な応力もかからない。
【００３４】
そして、本半導体装置Ｓ１では、ヒートシンク１０の一面１１のうち半導体チップ２０の搭載部を除いた領域の一部である突出部１４を、モールド樹脂５０から露出させ、ケース２００に接続している。また、同時に、モールド樹脂５０から露出するヒートシンク１０の他面１２はプリント基板１００に接続している。
【００３５】
そのため、本実施形態の放熱経路は、２つ確保される。つまり、電気回路が動作することにより半導体チップ２０から発せられた熱は、チップ内部からヒートシンク１０へ伝わる。その後の放熱経路は、１つはヒートシンク１０の他面１２からはんだ６０を介してプリント基板１００へ放熱される。
【００３６】
もう１つの放熱経路は、ヒートシンク１０からヒートシンク１０の出っ張り部１３、突出部１４へ伝わり、接続部材７０を介してケース２００の蓋部２１０へ放熱される。
【００３７】
このように、本実施形態によれば、従来の片面でのヒートシンク放熱に対して、半導体チップ２０をヒートシンクで挟むような構成を採らなくても２つの放熱経路を確保できる。そのため、半導体チップ２０の電気的な接続に対する制約や半導体チップ２０に余分な応力を印加させることなく、放熱性を向上させることができる。
【００３８】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置Ｓ２の概略断面構成を示す図である。
【００３９】
本実施形態では、モールド樹脂５０から露出するリード３０の部分すなわちアウターリードの折り曲げ方向を上記第１実施形態とは反対にしている。それにより、本半導体装置Ｓ２は、上記第１実施形態とは上下が逆の状態でプリント基板１００に搭載されている。
【００４０】
この場合、ヒートシンク１０の突出部１４はプリント基板１００に対してはんだ６０により接続され、ヒートシンク１０の他面１２はケース２００の蓋部２１０に対して接続部材７０により接続される。
【００４１】
本実施形態における半導体チップ２０の放熱経路としては、半導体チップ２０→ヒートシンク１０→ヒートシンク１０の突出部１４→はんだ６０→プリント基板１００という経路と、半導体チップ２０→ヒートシンク１０→ヒートシンク１０の他面１２→接続部材７０→ケース２００という経路が確保される。
【００４２】
このように、本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様に、従来の片面でのヒートシンク放熱に対して、半導体チップ２０をヒートシンクで挟むような構成を採らなくても２つの放熱経路を確保できる。そのため、半導体チップ２０の電気的な接続に対する制約や半導体チップ２０に余分な応力を印加させることなく、放熱性を向上させることができる。
【００４３】
特に、本実施形態では、プリント基板１００側に比べてケース２００への放熱を多くしたい場合に有効である。また、上記第１実施形態に比べて、プリント基板１００への接合面積が小さくなるので、プリント基板１００における配線形成領域を多く確保できるという利点もある。
【００４４】
（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置Ｓ３の概略断面構成を示す図である。
【００４５】
本実施形態では、ヒートシンク１０の一面１１において出っ張り部１３に、上記図１に示したような突出部を設けないで、出っ張り部１３における一面１１をモールド樹脂５０から露出させる。そして、ケース２００側から突起部２２０を設け、モールド樹脂から露出する出っ張り部１３と突起部２２０とを接続部材７０によって接続する。
【００４６】
なお、このケース２００の突起部２２０は、上記第１実施形態にて示した非１０の突出部１４の替わりに配置されるものであり、その形状は図１における突出部１４と同じ様な四角柱形状とすることができる。
【００４７】
それにより、上記第１実施形態と同様、半導体チップ２０をヒートシンクで挟むような構成を採らなくても２つの放熱経路を確保できる。そのため、半導体チップ２０の電気的な接続に対する制約や半導体チップ２０に余分な応力を印加させることなく、放熱性を向上させることができる。
【００４８】
また、本実施形態では、ヒートシンク１０に突出部１４を設けないので、ヒートシンク１０の加工が容易になるという利点もある。
【００４９】
（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態に係る半導体装置Ｓ４の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿った概略断面図である。
【００５０】
本実施形態は、第１実施形態の変形であり、ヒートシンク１０における出っ張り部１３の出っ張り長さをさらに長くしたものである。その結果、突出部１４も長くなってモールド樹脂５０からの露出面積が大きくなり、放熱効果が向上するものである。
【００５１】
なお、出っ張り部１３を長くする場合、リード３０のアウターリードの長さ程度にしておけば、半導体装置Ｓ４の体格が従来よりも大きくなることはない。
【００５２】
そして、本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様、半導体チップ２０をヒートシンクで挟むような構成を採らなくても２つの放熱経路を確保できる。そのため、半導体チップ２０の電気的な接続に対する制約や半導体チップ２０に余分な応力を印加させることなく、放熱性を向上させることができる。
【００５３】
（他の実施形態）
なお、ヒートシンク１０の一面１１における半導体チップ２０の搭載部が、ヒートシンク１０の周辺部であり、ヒートシンク１０の一面１１のうちモールド樹脂５０から露出している部分がヒートシンク１０の中央部であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ線に沿った概略断面図である。
【図２】図１に示す半導体装置におけるモールド樹脂内部の構成を示す平面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿った概略断面図である。
【図６】従来の半導体装置の一般的な断面構成図である。
【図７】半導体チップの両面をヒートシンクで挟んだ半導体装置の断面構成図である。
【符号の説明】
１０…ヒートシンク、１１…ヒートシンクの一面、
１２…ヒートシンクの他面、１４…ヒートシンクの突出部、
２０…半導体チップ、３０…リード、５０…モールド樹脂。

Claims

ヒートシンク（１０）と、
前記ヒートシンクの一面（１１）に搭載された半導体チップ（２０）と、
前記半導体チップと電気的に接続されたリード（３０）と、
前記ヒートシンク、前記半導体チップおよび前記リードを包み込むように封止するモールド樹脂（５０）とを備え、
前記ヒートシンクにおける前記一面とは反対側の他面（１２）が、前記モールド樹脂から露出しているとともに、前記ヒートシンクにおける前記一面のうち前記半導体チップの搭載部を除いた領域の一部（１４）が、前記モールド樹脂から露出している半導体装置であって、
前記ヒートシンク（１０）の一面（１１）のうち前記モールド樹脂（５０）から露出している部分は、前記半導体チップ（２０）の搭載部よりも前記ヒートシンクの一面から突出した突出部（１４）であり、
前記突出部（１４）は、プリント基板（１００）にはんだ（６０）によって接続され、前記ヒートシンク（１０）の他面（１２）は、前記プリント基板を収納するケース（２００）に接続部材（７０）によって接続されていることを特徴とする半導体装置。
ヒートシンク（１０）と、
前記ヒートシンクの一面（１１）に搭載された半導体チップ（２０）と、
前記半導体チップと電気的に接続されたリード（３０）と、
前記ヒートシンク、前記半導体チップおよび前記リードを包み込むように封止するモールド樹脂（５０）とを備え、
前記ヒートシンクにおける前記一面とは反対側の他面（１２）が、前記モールド樹脂から露出しているとともに、前記ヒートシンクにおける前記一面のうち前記半導体チップの搭載部を除いた領域の一部（１４）が、前記モールド樹脂から露出している半導体装置であって、
前記ヒートシンク（１０）の他面（１２）は、プリント基板（１００）にはんだ（６０）によって接続され、前記ヒートシンク（１０）の一面（１１）のうち前記モールド樹脂（５０）から露出している部分は、前記プリント基板を収納するケース（２００）に設けられた突起部（２２０）に接続部材（７０）によって接続されていることを特徴とする半導体装置。
ヒートシンク（１０）と、
前記ヒートシンクの一面（１１）に搭載された半導体チップ（２０）と、
前記半導体チップと電気的に接続されたリード（３０）と、
前記ヒートシンク、前記半導体チップおよび前記リードを包み込むように封止するモールド樹脂（５０）とを備え、
前記ヒートシンクにおける前記一面とは反対側の他面（１２）が、前記モールド樹脂から露出しているとともに、前記ヒートシンクにおける前記一面のうち前記半導体チップの搭載部を除いた領域の一部（１４）が、前記モールド樹脂から露出している半導体装置であって、
前記ヒートシンク（１０）の一面（１１）のうち前記モールド樹脂（５０）から露出している部分は、前記半導体チップ（２０）の搭載部よりも前記ヒートシンクの一面から突出した突出部（１４）であり、
前記ヒートシンク（１０）は、その両端に出っ張り部（１３）が形成され、前記突出部（１４）は、前記出っ張り部に形成されており、前記出っ張り部は、前記リード（３０）のうち前記モールド樹脂（５０）から露出しているアウターリードの長さ方向に、前記アウターリードの端部まで出っ張って形成されていることを特徴とする半導体装置。
前記ヒートシンク（１０）の一面（１１）における前記半導体チップ（２０）の搭載部は、前記ヒートシンクの中央部であり、
前記ヒートシンクの一面のうち前記モールド樹脂（５０）から露出している部分は、前記ヒートシンクの周辺部の一部（１４）であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体装置。