JP6527777B2 - Semiconductor device and mounting board having the same - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置及びそれを有する実装基板に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a mounting substrate having the same .
近年、自動車のエンジンルームなど高温の環境で高性能の動作が要求される半導体集積回路が組み込まれた半導体チップにおいては、半導体集積回路での自己発熱によりかかる回路部分を含む領域がさらに高温化してしまい、動作温度の上昇による熱暴走や特性劣化が問題となっている。従って、半導体チップにおいて、発熱部分を冷却する技術の開発が重要視されている。 In recent years, in a semiconductor chip incorporating a semiconductor integrated circuit in which high performance operation is required in a high temperature environment such as an automobile engine room, a region including the circuit portion is further heated by self heat generation in the semiconductor integrated circuit. As a result, thermal runaway and characteristic deterioration due to the rise in operating temperature are becoming problems. Therefore , in the semiconductor chip, development of a technique for cooling the heat generation portion is regarded as important.
図5は、ダイパッド12の表面上に半導体チップ2を固定し、その全体を封止樹脂1で封止した半導体装置を図示している。ダイパッド12の裏面が封止樹脂1から露出しているので放熱性が高い(例えば、特許文献1参照)。
FIG. 5 illustrates a semiconductor device in which the
特許文献1に示した発明における主な放熱経路は半導体チップ2の裏面からダイパッド12へ、そして(図示していない)実装基板へ、という経路である。しかしながら、発熱する半導体集積回路は半導体チップの表面に配置されており、しかも、半導体チップ表面での発熱は不均一である。すなわち、局所的に高温となる部分が存在することになり、半導体集積回路の動作が不安定となる。
The main heat radiation path in the invention shown in
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、高温状況下でも半導体装置を構成する半導体チップ表面の熱を効率的に放熱し、半導体集積回路を正常に動作させることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and has an object to efficiently dissipate heat of the surface of a semiconductor chip constituting a semiconductor device even under high temperature conditions, and to operate a semiconductor integrated circuit normally.
上記課題を解決するために以下の手段を用いた。
まず、半導体チップと、前記半導体チップの表面に設けられたバンプと、前記バンプが上面に接続されたリードと、前記半導体チップの表面に一端が接続された単層の応力緩衝放熱板と、前記半導体チップ、前記バンプ、前記リードの前記上面および前記応力緩衝放熱板の側面を覆う封止樹脂と、からなり、前記リードの下面および前記応力緩衝放熱板の他端が前記封止樹脂から露出しているとともに、同一水平面をなすように配置されていることを特徴とする半導体装置とした。また、前記応力緩衝放熱板は、金属フィラーを混練させた樹脂であることを特徴とする半導体装置とした。
The following means were used to solve the above problems.
First, a semiconductor chip, a bump provided on the surface of the semiconductor chip, a lead with the bump connected to the upper surface, a single-layer stress-buffered heat sink with one end connected to the surface of the semiconductor chip, And a sealing resin covering the semiconductor chip, the bump, the upper surface of the lead, and the side surface of the stress buffer heat sink, and the lower surface of the lead and the other end of the stress buffer heat sink are exposed from the sealing resin. The semiconductor device is characterized in that the semiconductor devices are arranged to form the same horizontal plane . Further, a semiconductor device is characterized in that the stress buffer heat sink is a resin obtained by kneading a metal filler.
また、前記応力緩衝放熱板は、他よりも発熱性の高い半導体集積回路領域に設けられ、前記発熱性の高い半導体集積回路領域を覆う形状であることを特徴とする半導体装置とした。
また、前記応力緩衝放熱板は、断面視的に台型で、前記半導体チップ側の前記一端の面積よりも前記封止樹脂から露出する前記他端の面積のほうが大きいことを特徴とする半導体装置とした。
In the semiconductor device, the stress-buffering heat sink may be provided in a semiconductor integrated circuit region having higher heat generation than the other, and may cover the semiconductor integrated circuit region having high heat generation.
The semiconductor device is characterized in that the stress buffer heat sink is trapezoidal in cross section and the area of the other end exposed from the sealing resin is larger than the area of the one end on the semiconductor chip side. And
さらに、前記応力緩衝放熱板の前記他端および前記リードの前記下面が半田によりランドと接続されている上述の半導体装置を有することを特徴とする実装基板とした。 Furthermore, the mounting substrate is characterized by including the above-described semiconductor device in which the other end of the stress buffer heat sink and the lower surface of the lead are connected to a land by solder .
上記手段を用いることで、半導体チップで発生した熱を効率的に放熱することが可能となり、半導体集積回路を正常に動作させることができる。 By using the above means, the heat generated in the semiconductor chip can be dissipated efficiently, and the semiconductor integrated circuit can be operated normally.
図1は、本発明の第1の実施形態にかかる半導体装置の断面図である。本図においては下方の面となる半導体チップ2の表面には半導体集積回路が設けられ、この半導体チップ2の表面に設けられたバンプ3を介して外部接続のための端子となるリード4の上面と電気的導通がとれるように接続されている。半導体チップ2はフェイスダウン方式で表面に設けられた電極とリード4がバンプ3を介して接続され、半導体チップ2の内側の半導体集積回路領域は応力緩衝放熱板5の一端と絶縁性接着剤もしくは導電性接着剤6を介して接続されている。また、半導体チップ2、バンプ3、下面と側面の一部を除くリード4、他端を除く応力緩衝放熱板5はそれぞれ封止樹脂1によって被覆されている。応力緩衝放熱板5は側面が封止樹脂1によって被覆されることになる。従って、応力緩衝放熱板5の他端とリード4の下面は封止樹脂1によって覆われておらず、封止樹脂1から外部へと露出している。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. In the figure, the semiconductor integrated circuit is provided on the surface of the
応力緩衝放熱板5は半導体チップ2の半導体集積回路へかかる応力を緩衝しつつ半導体集積回路からの熱を半導体装置外へ効率的に放熱する機能を有するものである。半導体集積回路の動作による発熱時に半導体チップ2と応力緩衝放熱板との熱膨張率に差があると半導体集積回路にダメージが加わり動作しなくなる。これを回避するために応力緩衝放熱板5の熱膨張率は半導体チップ2のそれに近いものである。半導体チップ2がシリコンであれば応力緩衝放熱板5の熱膨張率がシリコンの熱膨張率に近いものとする。半導体チップ2が化合物半導体基板からなるのであれば、それに準ずる材質のものとする。
The stress
応力緩衝放熱板5には上述したような、半導体集積回路にかかる応力を減じるという機能とともに高い放熱性も必要とされる。これは半導体集積回路で発生した熱を素早く半導体装置100外へ放出するためである。応力緩衝放熱板5は単層であっても良いし、応力緩衝機能を担う層と放熱機能を担う層の積層であっても構わない。また、金属フィラーを樹脂に混練させた熱伝導性の高いものでも良い。応力緩衝放熱板5は上面である一端が半導体チップ2と接着剤6を介して接合され、その反対側の底部である他端を封止樹脂1から露出し、その露出面は、封止樹脂1からその下面が露出しているリード4の露出面と同一水平面をなすように配置される。
The above-mentioned function of reducing the stress applied to the semiconductor integrated circuit is required for the stress-
図2は、上述した本発明の第1の実施形態にかかる半導体装置の実装状態を示す断面図である。半導体装置100の下面にはランド8を配置した実装基板9が設けられ、各々のランド8とリード4または応力緩衝放熱板5とが半田を介して接続されている。このような構成とすることで半導体チップ表面の半導体集積回路にて発生した熱が応力緩衝放熱板5を伝って実装基板9へ効率的に放熱される。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the mounted state of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention described above. A
図3は、本発明の応力緩衝放熱板の拡大平面図である。応力緩衝放熱板5は半導体チップ2に形成された、相対的に他の領域よりも発熱性の高い特定の半導体集積回路領域13を含む領域を覆う形状であっても良いし、発熱性の高い特定の半導体集積回路領域13のみを覆う形状であっても良い。この場合、半導体集積回路が平面視的に矩形であれば、これと同じ形状で同じ大きさ、あるいは僅かに大きい応力緩衝放熱板5とするのが良い。発熱性の高い特定の半導体集積回路領域13が複数ある場合には複数の応力緩衝放熱板5を設けるのが良い。発熱性の高い特定の半導体集積回路領域13は回路の消費電流により決まるので、半導体集積回路の設計時に容易に推定することが可能である。
FIG. 3 is an enlarged plan view of the stress buffer heat sink of the present invention. The stress-
図4は、本発明の第2の実施形態にかかる半導体装置の断面図である。図1では応力緩衝放熱板5は断面視的に矩形で図示されている。つまり、応力緩衝放熱板5は直方体あるいは円柱状であり、半導体チップ2と接する上面と実装基板と接する下面の面積は同じであることを示している。これに対し、図4では断面形状が台形となる錐台型の応力緩衝放熱板5を用いている。放熱性を高めるためにはこのような上面の面積よりも下面の面積が大きい形状にすることが好ましい。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 1, the stress
以上、説明した実施形態とすることで、半導体チップ2の表面の発熱部と実装基板9のランド8に、応力緩衝放熱板5を通じて接触させる事ができ、放熱性を向上する事が出来る。
As described above, according to the embodiment described above, the heat generating portion on the surface of the
1 封止樹脂
2 半導体チップ
3 バンプ
4 リード
5 応力緩衝放熱板
6 絶縁性接着剤、導電性接着剤
7 半田
8 ランド
9 実装基板
10 ボンディングワイヤー
11 リード
12 ダイパッド
13 発熱性の高い半導体集積回路領域
100 半導体装置
Claims (5)
前記半導体チップの表面に設けられたバンプと、
前記バンプが上面に接続されたリードと、
前記半導体チップの表面に一端が接続された単層の応力緩衝放熱板と、
前記半導体チップ、前記バンプ、前記リードの前記上面および前記応力緩衝放熱板の側面を覆う封止樹脂と、
からなり、
前記リードの下面および前記応力緩衝放熱板の他端が前記封止樹脂から露出しているとともに、同一水平面をなすように配置されていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor chip,
Bumps provided on the surface of the semiconductor chip;
A lead connected to the upper surface of the bump;
A single-layer stress-buffering heat sink with one end connected to the surface of the semiconductor chip;
A sealing resin that covers the semiconductor chip, the bump, the upper surface of the lead, and the side surface of the stress-buffering heat sink;
Consists of
A semiconductor device characterized in that the lower surface of the lead and the other end of the stress buffer heat sink are exposed from the sealing resin and are formed in the same horizontal plane.
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