JPH04118952A - 樹脂封止型半導体装置及びその製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、多孔性放熱部材を樹脂封止した、放熱性と耐
湿性に優れた樹脂封止型半導体装置及びその製造方法に
関するものである。

〔従来の技術〕

近年のＬＳＩは集積度が向上、併せて高速になり、消費
電力が増大している。それに伴って、ＩＣチップが発生
する熱を効率よく放熱することが困難になっている。通
常の樹脂封止型半導体装置の場合、封止樹脂として例え
ばエポキシやシリコーンそしてポリウレタンなどが使わ
れており、ＩＣチップで発生した熱はこの封止樹脂を伝
導して大気中に放出される。

封止樹脂の熱伝導率は通常のもので０．４〜０．８［Ｗ
／麟・Ｋ］、高熱伝導性のものでも１．５〜２．５［Ｗ
／ｍ　−Ｋ］程度しかない。樹脂の熱伝導率が低いと、
ＩＣチップが発生した熱を効率良（外部に伝えることが
難しくなり、その結果、樹脂封止型半導体装置内部の温
度が上昇することになる。温度が上昇するとＩＣチップ
は動作不良を起こしやすくなり、信鯨性が低下すること
になる。そのために、樹脂封止型半導体装置における内
部温度の上昇を抑制することは重要である。

第２図は従来の樹脂封止型半導体装置の断面図を示した
ものである。ＩＣチップ１は、リードフレーム３のグイ
パッド２部分に搭載され、封止樹脂で封止されている。

このような構造では、封止樹脂４の熱伝導率の低さを原
因とする放熱の問題のため、ＩＣチップｌの消費電力を
、ＩＷ程度しか許容することができない。

Ｉｃチップ１内のトランジスタ数の増加に伴い、ＩＣチ
ップ１での消費電力は増加し、その結果、発熱量も増大
することになる、そのために、従来の構造の樹脂封止型
半導体装置では、十分な放熱をすることが不可能になり
つつある。

この問題を解決するための方法の一つが、銅製やアルミ
製の放熱板を樹脂封止型半導体装置に内蔵して、放熱効
果を高めるものである。放熱板を内蔵した樹脂封止型半
導体装置に関しては、「日経マイクロデバイス１９８９
年９月号第９１〜９９頁」に記載されている。

第３図、第４図に示す樹脂封止型半導体装置は、樹脂部
分４の厚さよりも薄い放熱板５を内蔵したタイプのもの
であり、放熱板５によってパッケージの広い範囲に熱を
拡散させることと、熱伝導率の低い樹脂部分を少なくし
、その分熱伝導率の高い放熱板を入れることによって、
パッケージ全体の熱伝導率を高めるものである。

第５図に示す樹脂封止型半導体装置は、放熱板５の一面
をリードフレーム３のグイパッド２部分に接着し、別の
一面をパッケージの外に露出させて、ＩＣチップ１で発
生した熱を主に高熱伝導率の放熱板５中に伝えるように
し、パッケージ全体の熱伝導率を上げるものである。

第６図に示す樹脂封止型半導体装置は、放熱板５の一部
をリードフレーム３に固定し、放熱板５の一面をパッケ
ージの外に露出させ、他面にＩＣチップ１をダイスボン
ドすることによって、放熱板５をリードフレーム３のグ
イバッド２の代わりに使用する。熱は第５図に示した構
造のものと同様に主に放熱板５中を伝導する。

〔発明が解決しようとする課題〕

第３図〜第６図に示す様な放熱板５を内蔵する構造の樹
脂封止型半導体装置の場合、放熱板５によって熱伝導率
が良くなり、十分な放熱が可能である。しかし、第３図
〜第６図に示す半導体装置は、第２図の樹脂封止型半導
体装置と比べて耐湿性が低下してしまう欠点を持ってい
る。

第２図に示す様な半導体装置においても水分は封止樹脂
４の内部に直接浸透して行くが、第３図〜第６図に示す
ように他の材質を内蔵することにより、水分は封止樹脂
４と他の材質との接触面（界面）を伝わってより内部に
容易に浸入する。

この水分が、Ｉｃチップ１まで達した場合、水分の影響
でＩＣチップ１の素子特性は劣化する。

さらに、第３図〜第６図のような平坦な放熱板５を、封
止樹脂４で封止する構造であると、放熱板５と封止樹脂
４との境界部に水分が溜まってしまう、半導体装置をプ
リント基板に搭載するときに、半導体装置が２００℃以
上の熱影響を受けるため、溜まった水分が急激に膨張し
、封止樹脂４に膨れやクラックを生じさせる。

第４図〜第６図におけるような、放熱板５の一面をパッ
ケージの外に露出するタイプの樹脂封止型半導体装置の
場合、水分が放熱板５と封止樹脂４の界面を伝わって浸
入するため、上述の現象はより顕著に発生する。

また、第３図のような放熱板５を露出させないタイプの
半導体装置であっても、樹脂内部を浸透してきた水分が
、いったん封止樹脂４と放熱板５の界面の部分まで浸透
すると、浸入することが容易な界面を伝わって内部に到
達することになる。

さらに、放熱板５を内部に有する構造の半導体装置は、
内部に放熱板５が存在するために、封止樹脂４の厚さが
従来の半導体装置よりも薄く、強度的に弱い構造となっ
ている。そのため、半導体装置内部にたまった水分が、
熱の影響を受けて膨張した場合、封止樹脂４に膨れやク
ラックが発生しやすくなる。

〔課題を解決するための手段〕

前述の問題を解決するため、本発明は以下の手段を有す
る。

例えば発泡金属のように、熱伝導率が高く、しかも内部
が無数の互いに繋がっている小さな隙間によって占めら
れている多孔性の部材を適当な大きさに加工し、ＩＣチ
ップの周辺に配置する。そして、このＩＣチップを封止
樹脂によって封止する。このとき多孔性放熱部材内部の
隙間の大きさや封止樹脂の特性を調整することによって
、封止樹脂を多孔性放熱部材内部に注入し、多孔性放熱
部材の内部の空間を封止樹脂によって充填する。

さらには、多孔性放熱部材をリードフレームに固定し一
体化した構造として取り扱い、封止樹脂によって封止す
ることによって固定することもできる。

さらには、多孔性放熱部材をリードフレーム中のダイパ
ッドに密着させ一体化した構造として取り扱い、封止樹
脂によって封止することによって固定することもできる
。

さらには、多孔性放熱部材をＩＣチップと密着させ一体
化した構造とした後、この多孔性放熱部材をリードフレ
ームに密着させ、封止樹脂によって完全に固定すること
もできる。さらには、多孔性放熱部材を予め他のパーツ
と一体化させずに配置し、封止樹脂によって固定するこ
ともできる。

また、ＩＣチップの周辺に多孔性部材を配置する工程と
、このＩＣチップとこの多孔性部材を封止樹脂によって
封止する工程を順次行うことにより、上述の樹脂封止型
半導体装置を作製できる。

〔作　用〕 多孔性部材を、封止樹脂によって樹脂封止型半導体装置
内に封止することによって、以下のような作用がある。

まず、多孔性部材が封止樹脂に比べて熱伝導率に優れて
いるため、内部あるいは表面に多孔性部材を持つ樹脂封
止型半導体装置は、装置全体で見た場合、封止樹脂のみ
で封止されているものに比べ、熱伝導率が高いものとな
る。

又、多孔性部材の内部空間に封止樹脂が充填されること
によって、封止樹脂と多孔性部材との界面が、多孔性部
材の表面ではなく部材内部の複雑な微細構造の表面とに
構成されるため、従来の平坦な放熱板を内蔵する場合に
較べて、水分の浸入経路も長く複雑なものとなる。

さらに、多孔性部材内部に充填された封止樹脂が、部材
内部で微細構造を埋め込み、包み込んだ状態で硬化して
いるため、従来の放熱板を内蔵する形式の樹脂封止型半
導体装置に比べ、強度的に向上した構造となっている。

〔実施例〕

本発明の実施例を、第１図と第７図〜第９図に示す。図
中に於いて、従来の樹脂封止型半導体装置と同一の構成
要素については、同一の番号で表示する。

第１図に、本発明の第１の実施例を示す０本実施例の樹
脂封止型半導体装置は、ＩＣチップ１゜ダイパッド２を
有するリードフレーム３．封止樹脂４．多孔性放熱部材
６から構成されており、ダイパッド２のＩＣチップ１を
固定した面の裏面に、多孔性放熱部材６を密着させ、多
孔性放熱部材６がパッケージの表面に現れるように調整
して、封止樹脂４で封止する構造になっている。

ＩＣチップ１と封止樹脂４については、従来がらの部材
を使用し、リードフレーム３についても同様に、銅合金
や４２合金といった従来の材質のものを使用する。多孔
性放熱部材６については、封止樹脂４を内部まで十分充
填することのできる大きさの孔をもつ多孔性の部材を、
所望の形状に加工したものを使用する。

本実施例において、多孔性の部材として例えばニッケル
の発泡金属を用いている。このニッケルの発泡金属は、
太さ０．’　２　ｍｍ直径３ｍｍ程度のニッケル製の円
冠が、多数互いに不規則に且つ立体的に接続した構造か
らなっており、本発明が必要とする多孔性部材の特性を
十分に満たしている。

上述の様に構成される樹脂封止型半導体装置は、以下の
工程により製造される。

まず、リードフレーム３のダイパラｌ’２（７）−面に
、ＩＣチップ１を銀ペースト等を用いて固着し、ＩＣチ
ップ１上の電極とリードフレーム３のリード部との間に
、必要な配線を行う。

次に、ダイパッド２の他面（ＩＣチップ１が搭載される
面の逆側）に、所望の形状を有した多孔性放熱部材６を
、樹脂接着、半田付、ロウ付等の方法で固着させ、リー
ドフレーム３と一体化させる。

その後、金型内にリードフレーム３をセットし、樹脂注
入を行うわけであるが、このとき多孔性放熱部材６の表
面がパッケージの外に露出する構造となるように、多孔
性放熱部材６の形状並びに、ダイパッド２への取り付は
位置を予め調整しておく。

この実施例の場合、多孔性放熱部材６が前述のような構
成であるため、封止樹脂４が容易に内部に注入される。

そのために、樹脂封止工程の前に予め多孔性放熱部材６
内部に封止樹脂を注入しておく等の工程を必要としない
。

第２の実施例である第７図は、多孔性放熱部材６の一面
をリードフレーム３に樹脂接着、溶接。

圧着などの方法で接着一体化させ固定し、多孔性放熱部
材６の一面をパッケージの外に露出させ、他面にＩＣチ
ップ１をダイスボンドし、多孔性放熱部材６をリードフ
レーム３のダイパッド２のかわりに使用するものである
。この第２の実施例の場合も第１の実施例と同様、多孔
゛性成熱部材６とリードフレーム３を一体化させた後は
従来の工程によって樹脂封止を行う。

第３．第４の実施例を示す第８図、第９図は、樹脂部分
よりも薄い多孔性放熱部材６を封止樹脂４内部に内蔵し
たタイプの樹脂封止型半導体装置である。この二つの実
施例の場合は、多孔性放熱部材６を樹脂封止工程時に予
め金型内にセットしておき、その後封止樹脂を金型内部
に注入する。

第３の実施例の場合は、第８図には描かれていないが、
多孔性放熱部材６の表面に複数の突起が設けてあり、こ
の突起のある面をパッケージの外に向くように金型内に
設置し、封止することによって製造が可能である。より
具体的には、例えば四角形の多孔性放熱部材６を封止す
る場合、あたかもテーブルの脚のように四角形の四隅に
突起を設け、この突起を下にして金型の底に置く。第８
図の樹脂封止型半導体装置の場合、金型内で封止される
ときは、図とは上下が逆の状態で封止されるため、図の
上面が金型の底の部分に対応することになる。突起が多
孔性放熱部材６の下に存在するために、多孔性放熱部材
６と金型の底との間には、空間が存在することになる。

この後、金型内にリードフレーム３を配置し、封止樹脂
４を注入することによって、第３の実施例の樹脂封止型
半導体装置が完成する。

第４の実施例の場合は、多孔性放熱部材６に突起を設け
る必要はなぐ、多孔性放熱部材６を金型の底に直装置い
た後、リードフレーム３を配置し封止すればよい。

本実施例で使用したニッケルの発泡金属以外にも放熱部
材として、−銅タングステン合金やセラミックといった
、より熱伝導率の高い材料や絶縁性の良い材料からなる
多孔性部材を用いることも可能である。

放熱部材の形状、取り付は位置は実施例１〜４に限定さ
れるものではなく、複数の放熱部材を接着してもよいし
、放熱部材でリードフレームを挟み込んで樹脂封止をお
こなってもよいし、リードフレームやダイパッド自体を
多孔性の部材に置き換えてもよい。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明したように、本発明によれば熱伝導性
の良い多孔性の放熱部材６を樹脂封止することによって
、樹脂封止型半導体装置内部で発生した熱を、効率良く
放熱することが可能である。

第１．第２の実施例では、ＩＣチップ１が発生させる熱
を主に高熱伝導率の多孔性放熱部材６中に伝えるように
し、パッケージ全体の熱伝導率を高めている。第３．第
４の実施例では、多孔性放熱部材６によって、パッケー
ジの広い範囲に熱を拡散させることと、熱伝導率の低い
樹脂部分を少なくし、その分熱伝導率の高い多孔性放熱
部材６を入れることによって、パッケージ全体の熱伝導
率を高めるものである。

そして、多孔性放熱部材６とＩＣチップｌを同時に封止
することによって、封止樹脂４は、放熱部材内部の網目
状の微細構造を包み込むように充填される。従来の放熱
板や、同じ多孔性放熱部材でも予め内部が何らかの材質
によって充填されている場合に比べて、封止樹脂との間
の広く平坦な界面が存在しなくなったことから、半導体
装置の外部からＩＣチップ１へ水分が浸入しにくくなり
、半導体装置の耐湿性が向上することになる。

また、多孔性放熱部材６の内部に深く封止樹脂４が浸入
して、樹脂が互いに内部でつながっているため、従来の
単なる放熱板を持っているものと比べて、強度的に向上
する。従って、多孔性放熱部材６と封止樹脂４との界面
に溜まっている水分が、プリント基板搭載のときの熱の
影響で急激に膨張し、半導体装置内部の内圧が高まって
も、膨れやクランクが生じにくくなる。

本発明に使用する多孔性放熱部材６は、もともと孔が多
数開いている発泡金属のような多孔性の材料を用いてい
るので、所望の形状に加工することが容易である。

しかも本発明による樹脂封止型半導体装置の製造方法は
、封止工程も、従来の工程とほとんど変わらないため、
加工期間の短縮とコストの低減化が可能である。

このようにして、ＬＳＩの放熱の問題は、簡易で低コス
トな工程を従来工程に加えて製造される本発明の樹脂封
止型半導体装置によって、耐湿性を低下させることなく
解決することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例の樹脂封止型半導体装
置の断面図、第２図は、従来技術による内部に放熱板を
持たない樹脂封止型半導体装置の断面図、第３図、第４
図、第５図、第６図は、従来技術を用いた内部に放熱板
を持った樹脂封止型半導体装置の断面図、第７図は、本
発明の第２の実施例の樹脂封止型半導体装置の断面図で
ある。 第８図は、本発明の第３の実施例の樹脂封止型半導体装
置の断面図、第９図は、本発明の第４の実施例の樹脂封
止型半導体装置の断面図である。 １・・・ＩＣチップ、２・・・リードフレームのダイパ
ッド、３・・・リードフレーム、４・・・封止樹脂、５
・・・放熱板、６・・・多孔性放熱部材。 １　： Ｉ　Ｃ＋・ンフ。 ６・多孔・１生万′Ｌ払稈桟 本ｖ：、斯の第１ｆ＞実λ覧例の鱈ｉ図第 図 方丈」軽ＪＦＩ　’ｃ　Ｊ！１　ｒｚない小１１↓止型
牛薯体牧置の−立酌図第２図 従来４支蝙−１＝ｆｆｌい氏Ｊ封脂幻りを半導体装置の
断面耐第３図 従来状＃１を用い氏才封脳封止型午専１本装置。県庁釦
図第４図 従オＡ克徒１ｔｒＶｆｈ１ｒ：ｊｒＨＨ昌封正型半導体
装置のぼ斥面図第５図 イ疋釆抜？１Ｋｉｔ’ｍいｒ、　＄１１　Ｎ！ｉ　＋４
止型十尊休装置の断面国第６図 岸Ｓ随明、−，よう第２の災方覧イ（・１の釘「菌ロ第
７図 ＡＮ明、詔５鳥３り突脚伊１のぼ斤面圀Ａ＼発明−二よ
う第４の大旋イ列のＪ＾面圓第９図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）リードフレームと、ＩＣチップと、前記ＩＣチッ
   プの周辺に配置した多孔性放熱部材と、前記多孔性放熱
   部材の内部に浸入し、前記多孔性放熱部材と前記ＩＣチ
   ップを封止する封止樹脂とを有する樹脂封止型半導体装
   置に於いて、前記封止樹脂に比べて前記多孔性放熱部材
   の熱伝導率が高いことを特徴とする樹脂封止型半導体装
   置。
2. （２）請求項１記載の樹脂封止型半導体装置に於いて、
   前記多孔性放熱部材が前記リードフレームと密着した構
   造を成すことを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
3. （３）請求項２記載のＩＣチップは、前記多孔性放熱部
   材により固定され、前記多孔性放熱部材は、前記リード
   フレームに固定された構造を成すことを特徴とする樹脂
   封止型半導体装置。
4. （４）請求項２記載の樹脂封止型半導体装置がダイパッ
   ドを有さないリードフレームを有しており、前記ＩＣチ
   ップを固定した前記多孔性放熱部材を前記リードフレー
   ムに固定する構造を成すことを特徴とする樹脂封止型半
   導体装置。
5. （５）請求項１記載の樹脂封止型半導体装置に於いて、
   前記多孔性放熱部材が前記封止樹脂によって固定される
   構造を成すことを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
6. （６）請求項１、請求項２、請求項３、請求項４または
   請求項５記載の樹脂封止型半導体装置に於いて、前記多
   孔性放熱部材が発泡金属であることを特徴とする樹脂封
   止型半導体装置。
7. （７）ＩＣチップの周辺に多孔性放熱部材を配置する工
   程と、前記ＩＣチップと前記多孔性放熱部材を封止樹脂
   によって同時に封止する工程とを順次行うことを特徴と
   する樹脂封止型半導体装置の製造方法。