JPH04186663A - 半導体素子の実装構造 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、ハイブリットＩＣ等のようにヒートスプレッ
ダを有する半導体素子の実装構造に関する。

Ｂ、従来の技術 自動車用イグナイタおよびレギュレータなどはハイブリ
ットＩＣ化され、１つの電装部品として基板に実装され
る。

第７図は、この種従来の半導体素子実装構造の典型的な
一例を示す。

図において、ハイブリットＩＣ等の半導体素子１は、銅
、モリブデンなどからなるヒートスプレッダ２上に半田
３によって接合される。ヒートスプレッダ２はヒートシ
ンク兼用ケース４に半田５により接合される。これによ
り、半導体素子１で発生する熱を効果的にヒートシンク
兼用ケース４で放熱できるようにする。

半導体素子１を含めて所定の回路を構成する配線基板６
は、半導体素子１の周囲に配置される。

半導体素子１と配線基板６間はワイヤ７によって電気的
に接続される。また、配線基板６上には、抵抗、コンデ
ンサなどのチップ部品８および外部との接続を行うコネ
クタ９等が実装されている。

なお、基板６は、セラミック、ガラスエポキシ。

紙・フェノール等から成形される。

第８図は、基板の実装半導体素子を樹脂封止した場合の
従来例である。図において、ヒートシンクを兼ねた配線
基板１０は、金属ベース１０ａと、その上面に＃＠縁体
１０ｂを介して形成した配線層１０ｃから構成される。

配線層１０ｃ上には、半田１１によってヒートスプレッ
ダ２が接合され、ヒ−トスプレラダ２上には、半田３に
よって半導体素子１力準合される。半導体素子１と配線
層１００間はワイヤ７により接続される。

また、配線基板１０上には、半導体素子１の外周囲を取
り巻くようにして樹脂止めリング１２が取付けられ、こ
の樹脂止めリング１２内に樹脂材１３を充填することに
より、半導体素子１を封止する。

Ｃ１発明が解決しようとする課題 しかしながら、上述のような従来の半導体素子の実装構
造では半導体素子のヒートスプレッダをヒートシンク兼
用ケース上または基板上に直接接合する方式になってい
るため、実装後の半導体素子の交換が非常に困難である
とともに、半導体素子の交換時には、その都度半田熱が
ヒートシンク兼用ケースおよびヒートスプレッダに加わ
り、これが他の回路部品に熱ストレスを与え、回路部品
の電気特性を変化させてしまうなどのおそれがある。さ
らに、ヒートスプレッダとヒートシンク兼用ケースの半
田接合部が両者の熱膨張係数差で疲−労破壊されるおそ
れもある。

また、ヒートスプレッダとヒートシンク兼用ケースある
いは基板間は半田付けであるため、実装工程にかかる工
数が多くなり、しかも半導体素子の基板に対する位置合
わせも困難で、実装の信頼性が低下するという問題があ
った。

本発明の目的は、半導体素子の実装を容易にし、実装の
信頼性を向上できる半導体素子の実装構造を提供するこ
とにある。

０１課題を解決するための手段 一実施例を示す第１図に対応づけて本発明を説明すると
、本発明に係る半導体装構造は、半導体素子１が接合さ
れるヒートスプレッダ１５を機械的に着脱可能な結合手
段（１５ａ　、１６）を介して実装部材４に装着して成
り、これにより上記目的を達成する。

２１作用 ヒートスプレッダ１５は結合手段（１５ａ、１６）によ
って実装部材４に着脱可能に結合されるから、半導体素
子１の実装、交換が容易になり、ヒートスプレッダと実
装部材間の熱膨張係数に差があっても両者の結合部に熱
疲労破壊が生じるというおそれがなくなり、実装の信頼
性を向上し得る。

なお１本発明の詳細な説明する上記り項およびＥ項では
、本発明を分かり易くするために実施例の図を用いたが
、これにより本発明が実施例に限定されるものではない
。

Ｆ、実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明にかかる半導体素子の実装構造の第１
の実施例を示す断面図である。

図において、第７図と同一の部分には同一符号を付して
説明すると、半導体素子１は、円柱状のヒートスプレッ
ダ１５上に半田３により接合される。ヒートスプレッダ
１５の外周面には雄ねじ１５ａが形成され、この雄ねじ
１５ａはヒートシンク兼用ケース４の所定の位置に形成
した雌ねし穴１６に螺合される。こ九により半導体素子
１をヒートシンク兼用ケース４に電気的および機械的に
結合する。また、ヒートスプレッダ１５の半導体素子非
接合面には、ドライバー等の工具”が係合される凹部１
５ｂが形成されている。

半導体素子１の周囲を取り囲むようにして配置された配
線基板６上にはチップ部品８および外部との接続用コネ
クタ９等が実装されている。半導体素子１と配線基板６
間はワイヤ７により接続される。

なお、ヒートスプレッダ１５はＣｕ、Ｍｏ等の金属材か
ら形成され、ヒートシンク兼用ケース４は、Ｃｕｔ　Ｆ
ｅ、　ＡＱ’、　４２アロイ、コパール、ＳｉＣ，Ａｌ
２Ｎ等の熱伝導の高い材料から成形される。また、ヒー
トスプレッダ１５はヒートシンク兼用ケース４よりも熱
膨張係数の低い材質のものが選ばれる。

このような実施例にあっては、半導体素子１のヒートス
プレッダ１５はヒートシンク兼用ケース４にねじ結合さ
れるから、実装後の電気特性評価で半導体素子が不良品
と判断された場合などの半導体素子の交換、実装が容易
になるほか、従来のようなヒートスプレッダとヒートシ
ンク兼用ケースとの半田接合が不要になるため、実装工
程にかかる工数を減少できる。

また、ヒートスプレッダはヒートシンク兼用ケースにね
じ込まわるため、半導体素子の突出高さが低くなり、実
装構造の薄型化が可能になる。さらにまた、ヒートスプ
レッダとヒートシンク兼用ケースとがねし結合であるこ
とにより、従来のような熱膨張係数の差による接合部の
疲労破壊がなくなり、信頼性の高い製品となる。

また、半導体素子の発熱にともないヒートスプレッダの
温度が上昇すると、このヒートスプレッダが熱膨張し、
ねじ結合部のヒートシンク兼用ケースとの接触圧および
接触面積が増大する方向に作用する。このため熱伝導を
低下させたりすることのない良好な接続が可能になる。

第２図は、本発明に係る半導体素子の実装構造の第２の
実施例を示す断面図である。

この第２の実施例において、第１の実施例と異なる点は
、ヒートスプレッダ１５の半導体素子非接合面側に鍔部
１７を設け、さらにヒートシンク兼用ケース４の裏面に
鍔部１７が係合する段部１８を雌ねじ穴１６と同心に形
成したところにある。

なお、第２図において、第１図と同一符号は同一部分を
表わしている。

このような第２の実施例においては、ワイヤボンデング
前のヒートスプレッダ１５をヒートシンク兼用ケース４
の裏面側から雌ねし穴１６に螺入し、鍔部１７が段部１
８に係合するまでねじ込む。

これによりヒートスプレッダ１５はヒートシンク兼用ケ
ース４に固定されるとともに、半導体素子　　１の高さ
方向の位置決めがなされ、かつ配線基板６に対する半導
体素子１の電極位置を固定できる。

このため、半導体素子に対するワイヤボンデングの自動
化が容易になり、ワイヤボンドの精度および接続の信頼
性も向上できる。

第３図および第４図は、本発明に係る半導体素子の実装
構造の第３の実施例を示す。

この第３の実施例においては、第２図と同様にヒートス
プレッダ１５の半導体素子非接合面に鍔部１７を設け、
かつこの鍔部１７が係合する段部１８をヒートシンク兼
用ケース４の下面に雌ねし穴１６と同心に形成するとと
もに、鍔部１７の内側に位置決め用の凸部１９を形成し
、この凸部１９と係合する凹部２０を段部１８に形成す
る。凹部２０は配線基板６に対する半導体素子１の円周
方向の位置を決定するものである。

このように構成された第３の実施例においては、ヒート
スプレッダ１５をヒートシンク兼用ケース４の雌ねじ穴
１６にねじ込み、そして最終ねじ込み段階で凸部１９を
凹部２０に係合させる。これにより、第２の実施例と同
様な作用効果が得られるほか、配線基板に対する半導体
素子の円周方向の位置決めも容易かつ正確にできる。

第５図（ａ）、（ｂ）は、本発明にかかる半導体素子の
実装構造の第４の実施例を示す。

この第４の実施例においては、半導体素子１を半田３に
より接合したヒートスプレッダ１Ｓを素子電極２１ａ、
２１ｂとともに図示しない封止治具にセットし、素子電
極２１ａ、２１ｂと半導体素子１間をＡＱ等のワイヤ２
２で接続した後、半導体素子１．素子電極２１およびワ
イヤ２２を樹脂２３によりモールドしてパッケージング
する。

半導体素子１が実装される金属基板２４は、金属ベース
２４ａ、金属ベース２４ａの上面に形成した絶縁層２４
ｂおよび絶縁層２４ｂ上に形成した配線層２４ｃから構
成される。またこのような金属基板２４には、雄ねじ付
きヒートスプレッダ１５が螺合される雌ねじ穴２５が形
成され、さらに雌ねじ穴２５の周縁に位置する配線層２
４ｃには、断面Ｕ字状のはね電極２６ａ、２６ｂが接続
されている。

従って、ヒートスプレッダ１５を第５図の矢印方向から
雌ねじ穴２５にねじ込むことにより、半導体素子１は基
板２４に装着され、同時に素子電極２１ａ、２１ｂがば
ね電極２６ａ、２６ｂに圧接して半導体素子１と基板２
４間を電気的に導通する。これにより、半導体素子と基
板間のワイヤボンデングが不要になり、半導体素子の交
換が容易になるとともに、半導体素子単位での検査も容
易に行うことができる。

第６図は、本発明による実装構造の半導体素子を基板上
で樹脂封止した場合の例を示す。

この実施例においては、半導体素子１を接合したヒート
スプレッダ１５を金属基板２７に形成した雌ねじ穴２８
に螺合する。次いで半導体素子１と金属基板２７に絶縁
層２７ａを介して形成した配線層２７ｂ間をワイヤ２９
により接続する。その後、埋没状態にある半導体素子１
と雌ねじ穴２８間に形成される空間およびこれにつらな
る金属基板２７の表面部分に樹脂３０を注入し、ワイヤ
２９を含めて図示のように樹脂封止する。

このような本実施例にあっては、半導体素子の封止工程
が簡素化できるとともに、従来のような樹脂止めリンク
が不要になり、封止のための部品。

工数を削減できる。しかも実装封止構造の薄型化も可能
になる。

なお、本発明における半導体素子のヒートスプレッダの
実装部材に対する結合構造は、上記実施例に示すような
ねじ方式に限らず、ハイオネント方式などであっても良
い。

Ｇ１発明の詳細 な説明したように５本発明によれば、半導体素子を接合
したヒートスプレッダは機械的に着脱可能なねじ等の結
合手段を介して実装部材に装看した構造にしたので、ヒ
ートシンク兼用ケースの実装、交換が容易になり、かつ
他の回路部品へ熱ストレスを与えることを防止できるほ
か、接合疲労のない、信頼性の高い製品を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る半導体素子実装構造の第１の実施
例を示す断面図、第２図は本発明の第２の実施例を示す
断面図、第３回および第４図は本発明の第３の実施例を
示す断面図および斜視図、第５図（ａ）は本発明の第４
の実施例を示す断面図、同図（ｂ）はそのヒートスプレ
ッダ部分の斜視図、第６図は本発明の実装構造の半導体
素子を樹脂封止した場合の例を示す断面図、第７図は従
来の半導体素子の実装構造を示す断面図、第８図は従来
における半導体素子の樹脂封止構造を示す断面図である
。 １：半導体素子　　　　　　３：半田 ４：ヒートシンク兼用ケース ６：配線基板　　　　　　　７：ワイヤ１５ニヒートス
プレツダ　　１６：＃ねじ穴２４．２７：金属基板 ２５．２８：雌ねじ穴 特許出願人　　日産自動車株式会社 代理人弁理士　　　永　井　冬　紀 第２図 １ｉＴ、４イ［Ｊ’ ４　ヒートシンク兼用ケース ６配癩内−）＾（ら（ １５、ヒートスブ（ノノダ １５０、ガ（ねし １６：雌ねじ穴 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体素子が接合されるヒートスプレッダは、機械的に
   着脱可能な結合手段を介して実装部材に装着されている
   ことを特徴とする半導体素子の実装構造。