JPH0312955A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 半導体装置、特に半導体素子が搭載された基板表面が、
樹脂を内部に充填した金属キャップで覆われ封着される
半導体装置の改良に関し、半導体素子からの放熱を良好
にすることを目的とし、 半導体素子が搭載される基板と、該半導体素子の搭載面
を覆って該基板上に、樹脂を内部に充填して封着される
金属キャップと、該金属キャップ表面に固着された金属
よりなる放熱フィンとを有して構成される。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体装置、特に半導体素子が搭載された基板
表面が、樹脂を内部に充填した金属キャップで覆われ封
着される半導体装置の改良に関する。

近年、ＬＳＩ等の高集積化される半導体装置において、
半導体チップの大型化、高速化に伴って、その発熱量の
増大による温度上昇を抑えて素子の信頼度を確保するた
めに、熱抵抗の低いパッケージ形態が要求されており、
また一方では低価格化に対する要望も強く、そのために
プリント配線基板と同様な材料を基板に用い充填樹脂と
金属キャップにより封止する低価格のパッケージで、低
熱抵抗のＬＳＩの提供が望まれている。

〔従来の技術〕

従来、低熱抵抗を要求されるＬＳＩ等の半導体装置は、
主としてビングリッドアレイ・タイプのセラミック・パ
ッケージ（セラミックＰＧＡパッケージ）を用いて構成
されており、そのセラミックＰＧＡパッケージには、放
熱フィン取付は用のスタッドを有するキャビティダウン
形式のものが用いられていた。

即ちその構造は、第６図に側断面を模式的に示すように
、ＬＳＩ等の半導体チップ５１が搭載されるキャビティ
５２が、外部接続ビン５３が植設されるパッケージの下
面側に設けられ、このキャビテイ５２底部のチップ搭載
面にパッケージ上面まで貫通ずるモリブデン（Ｍｏ）等
の金属スタッド５４が埋込まれたキャビティダウン形式
のセラミック製ＰＧＡパッケージ５５を用い、キャビテ
イ５２底部のスタッド５４の下面上に鑞材５６等により
ＬＳＩチップ５１が固着搭載され、チップ５１の外部接
続パッド５７とパッケージ５５の金属層からなる内部リ
ード５８とがボンディング・ワイヤ５９により接続され
、キャビティ５２上にその周囲のメタライズ層６０を介
し鑞材６１等により金属キャップ６２が封着され、パッ
ケージ５５上面に表出する金属スタッド５４上に接着材
６５等を介してアルミニウム（ＡＩ）等の金属からなる
放熱フィン６４が嵌着されてなっており、半導体チップ
５１からの発熱は金属スタッド５４を経て低熱抵抗で放
熱フィン６４に伝達され、放熱フィン６４を介して外部
に放散されるように構成されていた。

一方上記ＬＳＩの低価格化の要求により、プリント配線
基板と同様な材料の基板のスルーホールにビンが挿入接
着され、充填樹脂と金属キャップにより封止されたプラ
スチックタイプのＰＧＡパッケージのＬＳＩも製造され
ている。

即ちそれは、第７図に側断面を模式的に示すように、ｒ
、ｓｒチップ５１を搭載するキャビティ５２が、外部接
続ビン５３が植設されない上面にあるキャビティアップ
形式の基板６６を用い、キャビティ底面のメタライズ層
よりなるチップステージ６７上に、導電性接着材６８等
によりＬＳＩチップ５１を固着搭載し、チップ５１の外
部接続パッド５７と基板６６の内部リード５８とがボン
ディング・ワイヤ５９により接続され、基板６６の上面
にボンディング・ワイヤ５９の上面より僅かに高（パッ
ケージと一体形成されている枠状突起６９の内部領域が
第１の樹脂７０によって一次封止がなされ、この基板６
６が金属キャップ例えばＡＩキャップ７１内に第２の樹
脂７２によって２次封止された構造を有している。

〔発明が解決しようとする課題〕

そして上記のような樹脂封止構造のＬＳＩ等に用いるプ
ラスチックＰＧＡパッケージにおいて低熱抵抗化を図る
ために、前記セラミック・パッケージのように金属スタ
ッドを埋込んだ構成のものが考えられるが、前記のよう
にキャビティアップ形式のパッケージ基板に金属スタッ
ドを埋め込んだ場合、キャビテイ面と同一面に植設され
た外部接続ビン５３の半田デイツプ工程や金属スタンド
の固着工程などパッケージの製造が困難になり、セラミ
ック・パッケージと同等に高価になって、上記ＬＳＩ等
を低価格化する効果が得られない。

また上記高価格化を避けるためにキャビティダウン形式
にした場合には、金属キャップ７１は基板６６全体では
なく、キャビティ５２とその周辺の枠状突起６９に対応
する領域のみを覆う部分キャンプとなるため、水分の浸
入パスが短くなって、十分な耐湿性を確保することがで
きなくなる。

そこで本発明は、プリント配線基板と同様な材料を基板
に用い、充填樹脂と金属キャップにより封止する低価格
のパッケージにおいて、金属キャップ上に放熱フィンを
取付けて低熱抵抗化を図ることを目的とし、更にキヤ、
ツブと放熱フィンの接合面の各々に互に嵌合する凹凸部
を設け、これによってキャップと放熱フィンとの接合面
積を増し一層の低熱抵抗化を図ると同時に、放熱フィン
の位置合わせを容易にし、且つ接着強度を増大させるこ
とを目的とする。

〔課題を解決するだめの手段〕

上記課題は、半導体素子が搭載される基板と、該半導体
素子の搭載面を覆って該基板上に、樹脂を内部に充填し
て封着される金属キャップと、該金属キャップ表面に固
着された金属よりなる放熱フィンとを有する本発明によ
る半導体装置、及び前記金属キャンプ若しくは放熱フィ
ンの何れか一方に凸部を設け且つ他方に該凸部に嵌合す
る凹部を設げ、該金属キャップの凸部若しくは凹部と該
放熱フィンの凹部若しくは凸部とを固着材料を介して嵌
合することによって該金属キャップ上に該放熱フィンが
固着されている本発明による半導体装置によって解決さ
れる。

〔作　用〕

即ち本発明は、樹脂を内部に充填して封着される金属キ
ャップの表面に金属よりなる放熱フィンを固着すること
により、充填樹脂と金属キャップを介して熱が良好に放
散される。このようなパッケージでは、基板とほぼ同様
な熱伝導が充填された樹脂においても起こることがわか
り、その樹脂と金属キャップを介して放熱フィンを接続
すれば、良好な熱放散性が得られる。

更に本発明では、金属キャップと放熱フィンの接合面の
各々に互いに嵌合する形状を有する凹凸部を設け、この
凹凸部を嵌合固着して金属キャップと放熱フィンとを接
合することによって金属キャップと放熱フィンとの接合
面積即ち金属キャップから放熱フィンへの伝熱面積を増
大して放熱効果を高め一層の低熱抵抗化を図るものであ
る。

また、上記金属キャップと放熱フィンとの接合部に互い
に嵌合する凹凸部を存在せしめることによって、金属キ
ャップ」二への放熱フィンの位置合わせも容易になると
同時に、放熱フィンの取付は強度も増大する。

〔実施例］ 以下本発明を、図示実施例により具体的に説明する。

第１図は第１の実施例の模式側断面図（ａ）及びその一
部の模式平面図（ｂ）、第２図は第２の実施例の模式側
断面図（ａ）及びその一部の模式平面図（ｂ）、第３図
は第３の実施例の模式側断面図（ａ）及びその−部の模
式平面図（ｂ）、第４図は第４の実施例の模式側断面図
（ａ）及びその一部の模式平面図（ｂ）、第５図は第５
の実施例の模式側断面図（ａ）及びその一部の模式平面
図である。全図を通じ同一対象物は同一符合で示す。

本発明に係る樹脂封止型ＬＳＩは例えば第１図（ａ）及
び（ｂ）に示すように、従来同様下面に外部接続リード
５３が植設され、上面にチップを搭載するチップキャビ
ティ５２が配設されているキャビティアップ形式のプラ
スチックＰＧＡパッケージ基板６６の、チップキャビテ
ィ５２の底面に形成されている金属層からなるテンプス
テージ６フ上に導電性接着材６８等によりＬＳＩチップ
５１が固着搭載され、チップ５１の外部接続パッド５７
とパッケージ基板６６の内部配線層５８とがボンディン
グ・ワイヤ５９により接続され、内部配線層５８とボン
ディング・ワイヤ５９との接続部の周囲にボンディング
・ワイヤ５９の上面より高くパッケージ基板６６に固着
された枠状突起６９に囲まれた領域に、エポキシ等の熱
硬化性を有する第１の樹脂７０が充填固化されてＬＳｒ
チップ５１上部の一次樹脂封止がなされている。そして
このパッケージ基板６６に被せる金属キャップには、表
面がアルマイト処理されたＡＩ板よりなる金属キャップ
１が用いられ、この金属キャップ１内に前記パッケージ
基板６６が、エポキシ等熱硬化性を有する第２の樹脂７
２による二次封止により密封固着され、更に上記金属キ
ャップ１上にＡＩ製の放熱フィン４が、エポキシ系の接
着材５を介し固着され取付けられてなる。

なお上記実施例において、例えば、金属キャップ１は一
辺４０〜５０ｍｍ、深さ３〜４ｍｍの両型を有し、０ 放熱フィン４ば３０〜４０ｍｍ程度の直径を有している
。

またパッケージ基板６６の厚さは１〜２ｍｍ、チンプキ
ャビティ５２の深さは０．５ｍｍ、枠状突起６９の高さ
は０．５ｍｍ程度である。

この構造においては、キャビティ５２及び金属キャップ
１の内部がエポキシ等熱硬化性を有する樹脂で完全に充
填されており、基板６６との熱伝導率がほぼ同一である
ためパッケージの下面、キャップの上面の何れからの放
熱も殆ど同等である。

また金属キャップ１と放熱フィン４の何れにも同一のア
ルミニウム合金を用いるため、大きな面積にわたり上記
のようなエポキシ系の接着材５だけでなく、更に熱伝導
性に優れた半田などのろ一材で固着しても均熱整合性を
保ったまま放熱効果を高めることができる。

なお、キャビティダウン形式では、キャビティ部５２に
外部接続ビン５３を植設できないので、外部接続ピン数
の増大と共にパッケージが大型化しており、キャビティ
アップ形式はパッケージサイズの点でも有利である。

第２図の模式側断面図（ａ）及び模式平面図（ｂ）に示
す第２の実施例においては、前記同様ΔＩよりなる金属
キャップ１１上面に例えば円形の凹部２が絞り加工等に
より形成され、この金属キャンプ１１上にＡＩ等よりな
り下面に前記ＡＩキャップ１１の凹部２と嵌合する円形
凸部３が形成された放熱フィン１４が、前記同様の接着
材５を介して、前記凸部３を金属キャップ１１」二面の
前記凹部２内に嵌入した状態で固着された構造を有する
。なおこの実施例において、金属キャップ１１の円形凹
部２は直径２５〜３０ｍｍ、深さ０．５〜ｌ　ｍｍ程度
に形成される。また放熱フィン１４の円形凸部３は、前
記円形凹部２に嵌合した際０．５＋＋＋ｍ程度の緩みを
生ずる程度の直径を有し、高さ０．５〜１　ｍｍ程度に
形成される。

この構造においては、平坦なキャップの上面に平坦な下
面を有する放熱フィンを接着する構造に比べて、金属キ
ャップ１１に形成される円形凹部２の側面にほぼ相当す
る面積だけ放熱フィン１４と金属キャップ１１の接合面
積が増大し、その分上記樹脂封止型ＬＳＩの低熱抵抗化
が図れる。

１ ２ しかも金属キャップ１１に凹部２を設けることにより、
ＬＳＩチップ５１と放熱フィン１４との距離が短くなる
ため、ＬＳＩチンプ５１上面の樹脂量が減ることによっ
て樹脂ストレスが滅じ、ＬＳＩチップ５１のＡ　Ｉ　配
線間ショートやパッシヘーションクラックの発生がなく
なる。

また、放熱フィン１４の円形凸部３がこれと嵌合する金
属キャップ１１の円形凹部２によってガイドされるので
、金属キャップ１１上への放熱フィン１４の位置合わせ
は極めて容易になり、且つこの凹部２と凸部３との嵌合
により外力に対する耐力が向上し、放熱フィンの剥離は
大幅に減少する。

第３図の模式側断面図（ａ）及び模式平面図（ｂ）に示
す第３の実施例においては、前記同様ＡＩよりなる金属
キャップ２１の上面に例えば円形凸部６が絞り加工等に
より形成され、この金属キャップ２１上に、ＡＩ等より
なり下面に前記金属キャップ２１の円形凸部６と嵌合す
る円形凹部７が形成された放熱フィン２４が、前記同様
の接着材５を介して前記円形凸部６を前記円形凹部７に
嵌入した状態で固着された構造を有する。なお他の部分
の構成は第１図と同様である。

この構造においては、金属キャップ２１に形成された円
形凸部６の側面の面積に相当する分だけ放熱フィン２４
と金属キャップ２１との接合面積が第１の実施例より増
大し、その分低熱抵抗化が図れる。

また放熱フィン２４の搭載に際しては、放熱フィン２４
が円形凹部７を介し金属キャップ２１の円形凸部６によ
ってガイドされるので、放熱フィン２４の位置合わせは
極めて容易になり、且つ上記凸部６と凹部７との嵌合に
より放熱フィン２４の固着強度は増大する。

また第４図の模式側断面図（ａ）及び模式平面図（ｂ）
に示す第４の実施例においては、前記同様ＡＩよりなる
金属キャップ３１の上面に例えば幅２〜３ｍｍ、深さ０
．５〜１　ｍｍ程度のリング状凹部８を設け、下面に前
記リング状凹部８と０　、５　ｍｍ程度の緩みで嵌合す
る幅を有し高さ０．５〜１　ｍｍ程度のリング状凸部９
を有する放熱フィン３４が、前記金属キャップ３１上に
接着材５を介し前記リング状凹部８内にす３ ４ ング状凸部９を嵌入した状態で固着される。なお他部の
構成は第１図と同様である。

この構成においては、リング状凹部８の両側面が熱伝導
に寄与するので前記第１、第２、第３の実施例より熱抵
抗を減少せしめることができる。

また前記実施例同様、上記嵌合部によって金属キャップ
３１上への放熱フィン３４の位置合わせは容易になり、
且つ取付は強度も増大する。

また第５図の模式側断面図（ａ）及び模式平面図（ｂ）
に示す第５の実施例は、金属キャップ４１の上面に複数
個例えば４個の、直径１〜２＋＋＋ｍ、深さ０．５〜１
　ｍｍ程度の円筒状凹部１０Ａ　、ＩＯＣ及び図示され
ない　ＩＯＢ　、１００を設け、放熱フィン４４の下面
に上記４個の凹部に同時に嵌合するような４個の棒状突
起１２Ａ　、１２Ｂ　、１２Ｇ及び図示されない１２０
を設け、上記放熱フィン４４を前記金属キャップ４１上
に、前記同様の接着材５を介し前記棒状突起１２４．１
２Ｂ　、１２ｃ　（１２０）を前記円筒状凹部１０Δ、
（ＩＯＢ）、１０Ｃ、（１，０Ｄ）に嵌入した状態で取
付けた構造を有する。なお他の構成は第１図と同様であ
る。

この構造においては、金属キャップ４１に形成された円
筒状凹部１０Ａ、（１０Ｂ）、１０Ｃ１（１０Ｄ）の側
面に相当するだけ放熱フィン４４とキャップ４１との接
合面積が従来構造より大幅に増大し、その分大幅な低熱
抵抗化が図れる。また放熱フィン４４の搭載に際しては
、前記放熱フィン４４がその棒状突起を介しキャップ４
１の円筒状凹部によりガイドされるので、放熱フィン４
４のキャップ４１上への位置合わせば極めて容易になり
、且つそれらの嵌合により放熱フィンの取付は強度は大
幅に増大する。

〔発明の効果］ 以上説明のように本発明によれば特に樹脂封止型の半導
体装置の放熱効率を高めて低熱抵抗化を図ることができ
る。また半導体装置への放熱フィンの取付けを容易にし
、且つ放熱フィンの固着強度を増大せしめることができ
る。

従って本発明は、特に樹脂封止型ＬＳＩの高集積化・高
速化に対して有効である。

５ ６

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の模式側断面図（ａ）及
び模式平面図（ｂ）、 第２図は本発明の第２の実施例の模式側断面図（ａ）及
び模式平面図（＋））、 第３図は本発明の第３の実施例の模式側断面図（ａ）及
び模式平面図（ｂ）、 第４図は本発明の第４の実施例の模式側断面図（ａ）及
び模式平面図（ｂ）、 第５図は本発明の第５の実施例の模式側断面図（ａ）及
び模式平面図（ｂ）、 第６図は従来の低熱抵抗型ＬＳＩの模式側断面図、 第７図は従来の樹脂封止型ＬＳＩの模式側断面図 である。 ３は放熱フィンの円形凸部、 ４．１４．２４．３４．４４は放熱フィン、５は接着材
、 ６はキャップの円形凸部、 ７は放熱フィンの円形凹部、 ８はリング状凹部、 ９はリング状凸部、 １〇八、１０Ｃは円筒状凹部、 １２Ａ　、　１２Ｂ　、　１２Ｃは棒状突起図において
、 ■、１１．２１．３１．４１は金属キャップ、２はキャ
ップの円形凹部、 ７ ８ ３２２−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体素子が搭載される基板と、 該半導体素子の搭載面を覆って該基板上に、樹脂を内部
   に充填して封着される金属キャップと、該金属キャップ
   表面に固着された金属よりなる放熱フィンとを有するこ
   とを特徴とする半導体装置。
2. （２）前記金属キャップ若しくは放熱フィンの何れか一
   方に凸部を設け且つ他方に該凸部に嵌合する凹部を設け
   、 該金属キャップの凸部若しくは凹部と該放熱フィンの凹
   部若しくは凸部とを固着材料を介して嵌合することによ
   って該金属キャップ上に該放熱フィンが固着されている
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。