JPH0491458A

JPH0491458A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH0491458A
Application number: JP20627590A
Authority: JP
Inventors: Hideya Yagoura; 御秡如　英也; Haruo Shimamoto; 晴夫島本; Hiroshi Seki; 関　博司; Toru Tachikawa; 立川　透
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-08-01
Filing date: 1990-08-01
Publication date: 1992-03-24
Anticipated expiration: 2013-03-11
Also published as: JP2725448B2

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ＴＡＢ技術によって製造された半導体装置に関
し、特に半導体素子の冷却構造に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、リードがフィルムキャリアテープに支持された半
導体装置としては、半導体素子の放熱性を高めるために
封止樹脂内に金属配線板を内蔵したものがある。この種
の半導体装置を第３図によって説明する。

第３図は従来の半導体装置を示す断面図で、同図におい
て、１は半導体素子、２はこの半導体素子１上に形成さ
れた突起電極、３はフィルムキャリアテープを示す。こ
のフィルムキャリアテープ３は、ポリイミド等からなる
テープ基材３ａの上にリードパターン３ｂが形成されて
おり、このリードパターン３ｂが半導体素子１の突起電
極１ａに接続奎れている。なお、この突起電極としては
、このように半導体素子１に形成する他に、前記リード
パターン３ｂの先端に形成する場合もある。

４は前記半導体素子１が発する熱を外部放熱フィン（図
示せず）に伝えるための金属配線板で、金属ベース４ａ
上に絶縁性の接着剤４ｂを介して配線パターン４Ｃを貼
り合わせて形成されている。

この金属配線板４の金属ベース４ａは一般にアルミニウ
ム材等が用いられている。このアルミニウム材からなる
金属ベース４ａは放熱性（熱伝導性）が高いが半導体素
子１に対して熱膨張係数が大きく異なる関係から、これ
に半導体素子１を直接接合させると半導体素子１に反り
や割れ等が生じてしまうため、この金属配線板４上に半
導体素子１を搭載するには金属配線板４と半導体素子１
との間に熱膨張係数が半導体素子１のそれと近似する材
料からなるサブマウント板５が介装されている。

このサブマウント板５は、導電性接合材６によって前記
配線パターン４Ｃ上に接合されている。なお、半導体素
子１もこのサブマウント板５上に導電性接合材６によっ
て接合されている。また、前記配線パターン４Ｃとリー
ドパターン３ｂの一部の接地用リード３Ｃも導電性接合
材６等で接続されている。これによって半導体素子１の
裏面と接地用リード３Ｃとが電気的に接続されることに
なる。なお、この金属配線板４の配線パターン４Ｃは、
フィルムキャリアテープ３上のリードパターン３ｂの接
地ラインおよび電源ラインのインダクタンスを下げる機
能も兼ね備えている。さらに、この金属配線板４は半導
体素子搭載部分が下側へ偏在されて形成されており、偏
在部分の底面はこの半導体装置の表面に露出されている
。この露出部分に放熱用のフィン（図示せず）を取付け
ることによって、半導体素子１の熱が外部に放散される
ことになる。

７は半導体素子１を外部環境から保護するための封止樹
脂で、この封止樹脂７は前記金属配線板４に穿設された
開口部（図示せず）を通って金属配線板４の上下両面側
に延在されている。この封止樹脂７により半導体素子１
は外部環境から保護され、また、半導体装置自体の所定
の剛性が得られる。

次に、このように構成された従来の半導体装置を組立て
る手順について説明する。ＴＡＢにおいて半導体素子１
とフィルムキャリアテープ３のリードパターン３ｂとを
接続する工程をインナーリードボンディングといい、こ
の時に突起電極２を半導体素子１上あるいはリードパタ
ーン３ｂの先端に形成し、加熱圧着等で半導体素子１と
リードパターン３ｂとを接続する。金属配線板４は平板
状態で配線パターン４Ｃが形成された後に、絞り加工に
より第３図に示すように下に凸の形に成形される。この
金属配線板４の配線パターン４Ｃ上に先ずサブマウント
板５が導電性接合材６により接合され、さらにその上に
、インナーリードボンディングが完了した半導体素子１
を導電性接合材６で接合する。そして、半導体素子１の
裏面電位をとるために、接地用リード３Ｃを配線パター
ン４Ｃに導電性接合材６で接合する。接地用リード３Ｃ
の一部は半導体素子１の接地端子につながっている関係
から、半導体素子１の裏面と接地端子とが電気的に接続
されることになる。次に、このように半導体素子ｌが搭
載された状態の金属配線板４をモールド金型（図示せず
）に装填し、封止樹脂７をモールド成形する。しかる後
、封止樹脂７から側方へ突出したリードパターン３ｂ（
ここをアウターリード部という。）に電気めっき等によ
って半田めっきを施して半導体装置の組立て工程が終了
する。

このように製造された従来の半導体装置では、金属配線
板４を使用することで、ＴＡＢ技術によって配線を行な
っても半導体素子１の裏面電位がとれ、かつ接地および
電源ラインのインダクタンス低減が図れるため、安定し
た動作が得られる。

また、金属配線板４の代わりに導電性の金属キャップを
使用し、この金属キャップを介して半導体素子の裏面電
位をとるような構造の半導体装置もある。この金属キャ
ップを用いた従来の半導体装置装置を第４図に示す。

第４図は金属キャップを使用した従来の半導体装置を示
す断面図で、同図において前記第３図で説明したものと
同一もしくは同等部材については、同一符号を付し詳細
な説明は省略する。第４図において８は金属キャップを
示し、半導体素子１はこの金属キャップ８にサブマウン
ト５を介して搭載されている。そして、この金属キャン
プ８の底部も半導体装置外に露出されている。また、接
地用リード３ｃもこの金属キャップ８に接合されている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、従来の半導体装置はこのように構成されてい
たので、半導体素子ｌの裏面からの放熱について考えた
場合、半導体素子１から発する熱を十分に外部へ放散さ
せることが困難であった。

これは、導電性接合材６による接合層が２層あり、第３
図に示した半導体装置ではさらに配線パターン４ｃの接
着剤４ｂの層が１層あるからで、これらの層には熱伝導
率が低い樹脂系のものが使用されている関係から、熱が
半導体素子１から金属配線板４へ伝わり難いからであっ
た。しかも、接合時に各層内に気泡等が混入したりした
場合には、さらに熱伝導が悪くなってしまう。また、半
導体装置の組立てにおいても、金属配線板４とサブマウ
ント板５を接合する時に半田等の接合材を用いると膨張
係数の違いにより反りが生じ、この上に半導体素子１を
搭載することは非常に困難であった。この反りを防止あ
るいは軽減させるには低応力の樹脂系の接合材を用いな
ければならない。樹脂系のものは半田等に較べて熱伝導
率の点で不利であった。

さらに、パッケージ組立て後にアウターリード部に電気
めっきによって半田をめっきする場合においては、金属
配線板４や金属キャップ８の底部露出部分に半田が付着
したり、この部分がめつき処理液等と化学反応を起こし
たりするという問題があった。このような不具合を解消
するためには露出部分にコーティング等を施せばよいが
、このようにすると、製造工程数が増えてコストが高く
なる。

（課題を解決するための手段〕本発明に係る半導体装置は、金属配線板における半導体
素子と対応する部位に開口部を設け、この開口部に、こ
の開口部の開口径より大径な半導体素子搭載部と、開口
部内に挿通される小径部とを有し熱膨張係数が半導体素
子のそれと近似する金属によって形成された伝熱部材を
挿入してなり、この伝熱部材は、前記半導体素子搭載部
が導電性接合材を介して前記配線パターンに接続され、
小径部が樹脂封止部外へ露出されているものである。

また、第２の発明に係る半導体装置は、上述した半導体
装置において、伝熱部材を熱膨張係数が半導体素子のそ
れと近似する絶縁材によって形成すると共に、この伝熱
部材の半導体素子搭載部の表面に導電層を形成し、この
導電層を導電性接合材を介して裏面電位接続用配線パタ
ーンに接続したものである。

〔作　用〕

半導体素子が発する熱は伝熱部材から直接外部に伝えら
れて放散されるから、半導体素子を搭載するにあたって
樹脂層の数が減少し、熱抵抗が小さくなる。また、第２
の発明に係る半導体装置では、熱抵抗が小さくなると共
に、伝熱部材の放熱用露出部分に半田が付着しなくなる
。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図によって詳細に説明す
る。

第１図は本発明に係る半導体装置の断面図で、同図にお
いて前記第３図で説明したものと同一もしくは同等部材
については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。第
１図において、１１は金属配線板で、この金属配線板１
１は、従来のものと同様にして金属ベースｌｌａ上に絶
縁性の接着剤１１ｂを介して配線パターンＩＩＧを貼り
合わせて形成されている。また、この金属配線板１１に
おける半導体素子１と対応する部分（下側へ偏在された
部分）には、後述する伝熱部材を挿入するための開口部
１２が設けられている。１３は半導体素子１の熱を放熱
フィン（図示せず）に伝える伝熱部材で、この伝熱部材
１３は、熱膨張係数が半導体素子１のそれと近似しかつ
導電性を有する例えばＭｏ（モリブデン）等の金属材料
によって形成されており、前記金属配線板１１の開口部
１２の開口径より大径に形成されかつ金属配線板１１の
上側に位置づけられる半導体素子搭載部１３ａと、前記
開口部１２内に挿通される小径部１３ｂとから構成され
ている。そして、この伝熱部材１３は、開口部１２の開
口縁との間に充填された絶縁性接合材１４によって金属
配線板１１に接合され、これによって金属配線板１１に
支持されている。また、半導体素子搭載部１３ａの側部
は、導電性接合材６によって配線パターン１１Ｃに接続
されている。さらに、この伝熱部材１３の小径部１３ｂ
は、その底部が半導体装置の表面から下方へ突出されて
おり、この露出部分に放熱フィンが取付けられるように
構成されている。なお、１３Ｃは伝熱部材１３の露出部
分を示す。そして、半導体素子１はこの伝熱部材１３の
半導体素子搭載部１３ａ上に導電性接合材６によって接
合されている。なお、本発明に係る半導体装置において
も、金属配線板１１は従来のものと同様に半導体素子１
の裏面電位をとり、かつ電源ライン、接地ラインのイン
ダクタンスを低減するように作用する。

次に、このように構成された本発明の半導体装置を組立
てる手順について説明する。先ず、金属配線板１１の開
口部１２内に伝熱部材１３の小径部１３ｂを上から挿通
させる。そして、この伝熱部材１３を貫通部分に充填さ
れた絶縁性接合材１４によって金属配線板１１に接合す
ると共に、伝熱部材１３の半導体素子搭載部１３ａを導
電性接合材６で配線パターン１１Ｃに接合する。この際
、金属ベースｌｌａと伝熱部材１３は絶縁性接合材１４
によって電気的に絶縁される。次いで、前記半導体素子
搭載部１３ａ上に導電性接合材６によって半導体素子１
を接合する。この際、半導体素子１の裏面は伝熱部材１
３および導電性接合材６を介して配線パターン１１Ｃに
電気的に接続されることになる。しかる後、封止樹脂７
をモールド成形して組立て工程が終了する。

したがって、第２の発明に係る半導体装置によれば、伝
熱部材１３の小径部１３ｂを半導体装置の表面へ露出さ
せたため、半導体素子１の熱はこの伝熱部材１３から直
接外部伝えられて放散される。このため、半導体素子１
を搭載するにあたって樹脂層を１層（半導体素子１と伝
熱部材１３との接合部分）のみとすることができ、熱抵
抗を小さくすることができる。

また、従来では金属配線板にサブマウント板を接合した
時に反りが生じ、その上に半導体素子１を搭載するので
、導電性接合材６としては樹脂系のものの使用が殆どで
あった。しかし、本発明では、伝熱部材１３に例えばＭ
Ｏ等によって形成されたものを用い、半導体素子１との
膨張係数を合わせることで反りも無くなるから、半田等
のろう材を使用できる。このようにすると、樹脂系接合
材を使用した場合よりも熱伝導率を高めることができる
。

なお、本実施例では金属配線板１１は封止樹脂７内に埋
め込まれ、伝熱部材１３の小径部１３ｂの底部のみが半
導体装置の表面に露出する構造とした例を示したが、金
属配線板１１も半導体装置の表面に露出するような構造
とすることもできる。

次に、第２の発明に係る半導体装置を第２図によって詳
細に説明する。

第２図は第２の発明に係る半導体装置の要部を拡大して
示す断面図である。同図において前記第１図および第３
図で説明したものと同一もしくは同等部材については、
同一符号を付し詳細な説明は省略する。第２図において
、２１は第２の発明の半導体装置に使用する伝熱部材で
、伝熱部材２１は低膨張かつ高熱伝導なセラミック等の
絶縁材によって形成されている。その形状は第１図に示
した伝熱部材と同等とされ、半導体素子搭載部２１ａと
、小径部２１ｂとが形成されており、小径部２１ｂの底
部はこの半導体装置の表面に露出している。２１ｃはこ
の伝熱部材２１の前記露出部分を示す。伝熱部材２１を
形成するセラミックとしては、熱膨張係数が半導体素子
１のそれと近似するようなＳｉＣ，ＡＩＮ等が採用され
る。そして、この伝熱部材２１の半導体素子搭載部２１
ａの表面には導電層２２が形成されており、半導体素子
１はこの導電層２２に導電性接合材６によって接合され
ている。また、この導電層２２は導電性接合材６によっ
て金属配線板１１の配線パターン１１Ｃに接続されてい
る。すなわち、この第２の発明に係る半導体装置では、
半導体素子１の裏面は前記導電層２２および導電性接合
材６を介して配線パターン１１Ｃに電気的に接続される
ことになる。

したがって、このように絶縁材で伝熱部材２１を形成す
ると、熱抵抗が減少して放熱性を高めることができるこ
とに加え、パッケージ組立て後にアウターリード部に電
気めっきによって半田をめっきしても、伝熱部材２１の
露出部分２１Ｃに半田が付着することはなくなる。

なお、伝熱部材２１の露出部分２１ｃには、半導体素子
搭載部２１ａに形成した導電層２２と同等の導電層を形
成することもできる。この場合には、半導体素子搭載部
２１ａの導電層２２と露出部２１Ｃの導電層とは電気的
に絶縁される。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係る半導体装置は、金属配
線板における半導体素子と対応する部位に開口部を設け
、この開口部に、この開口部の開口径より大径な半導体
素子搭載部と、開口部内に挿通される小径部とを有し熱
膨張係数が半導体素子のそれと近似する金属によって形
成された伝熱部材を挿入してなり、この伝熱部材は、前
記半導体素子搭載部が導電性接合材を介して前記配線パ
ターンに接続され、小径部が樹脂封止部外へ露出されて
いるため、半導体素子が発する熱は伝熱部材から直接外
部に伝えられて放散される。したがって、半導体素子を
搭載するにあたって、半導体素子組付は時での反りの問
題が解消されると共に、樹脂層の数が減少して熱抵抗が
小さくなるから、半導体素子が発する熱を効率よく放散
させることができる。

また、第２の発明に係る半導体装置は、上述した半導体
装置において、伝熱部材を熱膨張係数が半導体素子のそ
れと近似する絶縁材によって形成すると共に、この伝熱
部材の半導体素子搭載部の表面に導電層を形成し、この
導電層を導電性接合材を介して裏面電位接続用配線パタ
ーンに接続したため、熱抵抗が小さくなると共に、パッ
ケージ組立て後にアウターリード部等に電気めっきを施
す時に伝熱部材の放熱用露出部分にめっきが付着するよ
うなことはなくなる。このため、めっき付着防止策を講
じなくても済むため、製造工程を簡略化することができ
る。したがって、放熱性が高く高性能な半導体装置を安
価に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る半導体装置の断面図、第２図は第
２の発明に係る半導体装置の要部を拡大して示す断面図
である。第３図は従来の半導体装置を示す断面図、第４
図は金属キャップを使用した従来の半導体装置を示す断
面図である。１・・・・半導体素子、３・・・・フィルムキャリアテ
ープ、６・・・・導電性接合材、７・・・・封止樹脂、
１１、・・・金属配線板、ＩＩＣ・・・・配線パターン
、１３．２１・・・・伝熱部材、１３ａ、２１ａ・・・
・半導体素子搭載部、１３ｂ、２１ｂ、６・・小径部、
１３ｃ、２１ｃ・・・・露出部分。２２・・・・導電層
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体素子の裏面電位接続用配線パターンが上面
に設けられた金属配線板上に半導体素子およびフィルム
キャリアテープが搭載され、樹脂封止された半導体装置
において、前記金属配線板における半導体素子と対応す
る部位に開口部を設け、この開口部に、この開口部の開
口径より大径な半導体素子搭載部と、開口部内に挿通さ
れる小径部とを有し熱膨張係数が半導体素子のそれと近
似する金属によって形成された伝熱部材を挿入してなり
、この伝熱部材は、前記半導体素子搭載部が導電性接合
材を介して前記配線パターンに接続され、小径部が樹脂
封止部外へ露出されていることを特徴とする半導体装置
。
（２）請求項１記載の半導体装置において、伝熱部材を
熱膨張係数が半導体素子のそれと近似する絶縁材によっ
て形成すると共に、この伝熱部材の半導体素子搭載部の
表面に導電層を形成し、この導電層を導電性接合材を介
して裏面電位接続用配線パターンに接続したことを特徴
とする半導体装置。