JPH05275578A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、ＬＳＩを実装するときに機械的強度
の大きな構成を有した半導体装置を提供する。 【構成】端子２を有するチップ状の半導体素子３と、一
主面側に突起状端子５および該突起状端子５に電気的に
接続された平面状端子７が設けられた補助基板４とを備
え、半導体素子３のアクティブエリア内に補助基板４の
他主面側を接合し、補助基板４の平面状端子７と半導体
素子３の端子２とを電気的に接続し、半導体素子３のダ
イ側に加わった外力を補助基板４およびその突起状端子
５で受けることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＬＳＩ等を回路基板に実
装した半導体装置に係わり、特に、ＬＳＩのアクティブ
エリア側を回路基板に対向させて配置した半導体装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から半導体装置を高密度実装する場
合に、ＬＳＩのパッケージ化による外形寸法拡大を防ぐ
ため、ＬＳＩをベア・チップのまま回路基板に実装する
技術が用いられている。

【０００３】図８に従来の一例を示すが、この実装技術
は、ＬＳＩ５１を回路基板５２に実装する際に、ＬＳＩ
５１の入出力端子（以下、ボンディングパットと呼ぶ）
５３と回路基板５２上の端子５４を半田５５で接続する
技術である（以下、この技術をフリップチップ技術と呼
ぶ）。

【０００４】フリップチップ技術では、ボンディングパ
ット５３がＬＳＩ５１の外形よりも内側に位置するた
め、回路基板５２の端子５４との接続をＬＳＩ５１の内
側部分で行えるといったメリットを有している。したが
って、理想的にはＬＳＩ同士を隙間を与えずに隣接させ
て実装できる技術である。

【０００５】また図９に示すのは別の従来の例であり、
ＬＳＩ５１のボンディングパット５６にテープ・オート
メーテッド・ボンディング技術（以下、ＴＡＢ技術と呼
ぶ）で接続したリード５７を回路基板５８の端子５９に
接続する技術である。

【０００６】図９の例では、回路基板５８の端子５９と
リード５７とが接続している部分がＬＳＩ５１の外形よ
りも外側に位置するため、ＬＳＩ同士を隣接させて実装
することはできないが、ベア・チップを用いているため
パッケージ化するよりもリード５７の長さを短くでき
る。したがって、この技術も高密度に実装するのに適し
た技術である。

【０００７】しかし近年、ＬＳＩの大型化・高速化が進
み、ＬＳＩの消費電力が向上すると共に発熱量が益々大
きくなっている。ここでプラスチックモールドによりパ
ッケージ化したＬＳＩで発生した熱の伝達経路を考える
と、ＬＳＩ内のトランジスタ等で発生した熱は直ちにＬ
ＳＩチップ全体に伝わり、パッケージを構成するリード
フレームやモールド樹脂を経て直接またはＬＳＩを実装
している回路基板を経て間接的に周囲の空気に伝達され
る。ここで、熱の伝達しにくさを熱抵抗と呼ぶ。

【０００８】一般的に、ＬＳＩからパッケージまでの熱
伝達経路に比べ、パッケージから周囲の空気までの経路
の熱抵抗は大きい（熱が伝達しにくい）。そこで効率良
く温度を下げるため、放熱フィンなどの冷却手段をＬＳ
Ｉに取り付ける手法が従来取られている。しかし、ＬＳ
Ｉの発熱量が非常に大きくなって、放熱能力の大きな冷
却手段を取り付ける場合は、パッケージから周囲の空気
までの熱抵抗よりパッケージでの熱抵抗の方が大きくな
り、この場合はパッケージの熱抵抗を小さくすることが
重要である。

【０００９】この点において、図８や図９で示したベア
・チップのＬＳＩを回路基板に実装する技術は、熱抵抗
の大きなパッケージを用いる必要がないため放熱の点で
有利である。特に、図８や図９の例のように、ＬＳＩの
アクティブエリア側（回路パターンの形成された表側）
を回路基板に対向させて配置する実装技術は、シリコン
が露出しているダイ側（裏側）が実装表面に出ているた
め、冷却手段を取り付ける場合の熱抵抗が小さい。

【００１０】しかし、従来のベア・チップＬＳＩの実装
技術で用いていた半田５５またはリード５７だけでは、
冷却手段（大型のフィン等）を保持するのに十分な機械
的強度を得ることができないといった問題点が生じてい
た。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来のベ
ア・チップのＬＳＩを回路基板に実装する技術では、冷
却フィン等の冷却手段を取り付けるのに十分な機械的強
度を得ることが難しかった。

【００１２】本発明は、上記問題点を解決するために成
されたものであり、熱抵抗が小さいＬＳＩのダイ側を実
装表面に出したまま、冷却手段を取り付けるのに十分な
機械的強度を得ることがでる半導体装置を提供すること
を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の半導体装置では周囲に平面状接続端子、中
央に配列した突起状接続端子を備え外形寸法がＬＳＩよ
り小さい補助基板を、ＬＳＩのアクティブエリア上に被
着し、ＬＳＩのボンディングパットと補助基板の平面状
接続端子との間をボンディング・ワイヤーで接続する。
さらに、この半導体装置の突起状接続端子と回路基板の
端子とを半田付けで接続した。

【００１４】

【作用】本発明では、冷却フィン等の冷却手段を取り付
けたことによるＬＳＩのダイ側から加わった外力は、ボ
ンディングパットには加わらず、ＬＳＩを回路基板上に
保持する手段として用いたＬＳＩのアクティブエリア上
に被着した補助基板とその突起状接続端子に加わる。

【００１５】さらに、補助基板とＬＳＩは面同士で接合
されているため、ＬＳＩのダイ側から部分的に外力が加
わった場合、補助基板によって外力を分散することがで
き、機械的な強度を十分大きくすることができる。

【００１６】また、本発明では補助基板の突起状接続端
子と回路基板の端子とが接続している部分がＬＳＩの外
形よりも内側に位置しているため、ＬＳＩ間に隙間を与
えずＬＳＩ同士を近接して高密度実装できる。

【００１７】

【実施例】以下本発明の半導体装置の一実施例について
図面を参照して説明する。 （第１実施例）図１は本発明の第１実施例である半導体
装置１の平面図を示し、図２は図１のＡ−Ａ´面での断
面を示す断面図である。

【００１８】図１において、３は周囲にボンディングパ
ット２を有するＬＳＩであり、４は本発明の特徴たる補
助基板である。そして、この補助基板４は、ＬＳＩ３の
アクティブエリア上に例えば、エポキシ系の接着剤５等
で接着される。

【００１９】補助基板４は、中央部に配列したピン形状
の突起状接続端子６と、周辺部に平面状接続端子７とを
備えた回路基板であり、補助基板４の外形寸法はＬＳＩ
３と接着する時にＬＳＩ３の周囲に設けられたボンディ
ングパット２を覆わないように、ボンディングパット２
で囲まれた部分より小さいく形成されている。

【００２０】なお、接着部分の熱ストレスを低減するた
め、補助基板４の熱膨張係数はＬＳＩ３と合わせること
が望ましく、例えば補助基板４の材質は窒化アルミ（Ａ
ｌＮ）やアルミナ等のセラミックス系基板から構成され
ている。

【００２１】また、突起状接続端子６と平面状接続端子
７との間は、補助基板４内部の配線８で接続されてい
る。そして、ボンディングパット２と平面状接続端子７
との間をボンディングワイヤー９で接続することで、ボ
ンディングパット２と突起状接続端子６とを接続する。
さらにボンディングワイヤー９を保護するため、必要に
応じてボンディングワイヤー９を樹脂１０等でモールド
する。図３は、図１および図２で示した第１実施例の半
導体装置１を、回路基板１１に実装した状態を示す断面
図である。この半導体装置１の突起状接続端子６と回路
基板１１の端子１２とは、半田１３で接続されている。

【００２２】ここで図３において、矢印１４の方向から
半導体装置１に外力が加わった場合を想定すると、この
外力はＬＳＩ３から補助基板４と突起状接続端子６、回
路基板１１に加わり、機械的強度の弱いボンディングパ
ット２には加わらない構成となっている。

【００２３】補助基板４はＬＳＩ３に全面で接着されて
おり、突起状接続端子５と端子１２とは半田で接続され
ているため、十分な機械的強度を得ることができる。さ
らに、部分的に外力が加わった場合でも、ＬＳＩ３に面
で接着されている補助基板４によって外力を分散するこ
とができる。

【００２４】以上のように、本発明の半導体装置１は従
来例で示した半導体装置よりも機械的強度が格段に向上
したため、ＬＳＩ３へのフィン等の冷却手段の取り付け
が容易になる。さらに、補助基板４の突起状接続端子５
と回路基板１１の端子１２とが接続している部分はＬＳ
Ｉ３の外形よりも内側に位置しているため、本発明の半
導体装置でもＬＳＩ間に隙間を与えずに高密度実装が可
能である。

【００２５】また、ＬＳＩが大規模化すると、一般的に
ＬＳＩの外形寸法増加よりもボンディングパット数増加
の方が大きいため、ボンディングパットのピッチが小さ
くなる。そのため、従来のフリップチップ技術やＴＡＢ
技術を用いた実装では、ＬＳＩが大規模化するとボンデ
ィングパット数が増加した上にピッチが狭くなること
で、実装が難しくなっていた。

【００２６】しかし本発明の半導体装置によれば、ＬＳ
Ｉ３の外形寸法の増大によりＬＳＩ３に接着できる補助
基板４の面積も大きくできる。したがって、２次元的に
配置している突起状接続端子５のピッチはボンディング
パットのピッチほど狭くならず、実装が難しくなること
はない。この説明を図１に示した平面図に基づいて、よ
り具体的に説明すると以下の通りである。

【００２７】つまり、図１によれば、ＬＳＩ３のボンデ
ィングパッド２は、ＬＳＩ３の一辺に沿って９本設けら
れ、ＬＳＩ３全体では３６本（９本×４辺）設けられて
いる。一方補助基板４にも、このＬＳＩ３のボンディン
グパッド２の３６本に対応した３６本の突起状接続端子
６が必要となる。補助基板４上には２次元的に配列、つ
まり、補助基板４上に（６×６＝３６本）２次元的に３
６本の突起状接続端子６が設けられており、この突起状
接続端子６のピッチはＬＳＩ３のボンディングパッド２
のピッチよりも大きくすることができる。

【００２８】また、本発明の半導体装置に従来の冷却手
段の典型的な放熱用フィン２０を取付けた場合の例を図
４に示す。このように放熱特性を向上させるために大型
のフィン２０を取付けたとしても機械的強度に優れた本
発明の半導体装置によれば外乱等の影響によっても半導
体装置に破壊等の虞が生じることはない。以上のよう
に、本発明によれば、高密度実装を損なうこうなく、機
械的強度に優れた半導体装置が得られる。 （第２実施例）

【００２９】図５は本発明の第２実施例を示す断面図で
あり、先の第１実施例と異なる部分は半導体装置１のＬ
ＳＩ３にキャップ１５を接着剤１６等で取着したことで
ある。なお、図１乃至図４と同一部分には同一符号を付
して説明は省略する。

【００３０】このとき、キャップ１５の材料には熱抵抗
が小さく、ＬＳＩ３と熱膨張係数がほぼ等しいことが望
ましく、例えばＡｌＮ（窒化アルミ）等が望ましい。ま
た、熱伝導率の大きな銅やアルミ等でも良い。キャップ
１５を取着したことでＬＳＩ３からフィン等の冷却手段
までの熱抵抗が若干大きくなるものの、半導体装置１を
保護することができるため半導体装置１の取扱いを極め
て容易にすることができる。

【００３１】また、ボンディング・ワイヤー９の保護が
キャップ１５だけでは不十分な場合は、同図に示すよう
にボンディング・ワイヤー９の周囲を樹脂１７等でモー
ルドして保護すれば良い。 （第３実施例）

【００３２】図６は本発明の第３実施例を示す断面図で
あり、先の第１実施例と異なる部分は、補助基板４の突
起状接続端子１８としてバンプ形状の端子を用いたこと
である。なお、図１乃至図４と同一部分には同一符号を
付して説明は省略する。

【００３３】図６に示すようにバンプ形状の突起状接続
端子１８とした場合は、半導体装置１を回路基板１１に
実装する際にボンディング・ワイヤー９が回路基板（図
示しない）に接触しないように、補助基板４の平面状接
続端子１９と突起状接続端子１８の取り付け面の高さを
変えるのが望ましい。

【００３４】つまり、図６に示すように（なお、図１乃
至図４においても図５と同様の段差部４ａが設けられて
いる。）補助基板４に段差部４ａを形成し、この段差部
４ａに平面状接続端子１９を形成し、この平面状接続端
子１９とＬＳＩ３のボンディングパッド２とを接続すれ
ば良い。

【００３５】なお、回路基板１１と接続するために補助
基板４に設けられる端子は、突起状のものに限定される
こと無く、表面実装可能な端子であれば、平面状の端子
でも良い。

【００３６】なお、図１乃至図５に示した実施例のよう
に、突起状接続端子６として長いピン形状の端子を用い
れば、図７に示すように補助基板４に段差部を形成せず
に突起状接続端子６と平面状接続端子７の取り付け面と
を同一面にしても良い。 （変形例）

【００３７】なお、本発明は前述した実施例に限定され
るものではなく、片面が平坦化面で他面に突起状接続端
子と平面状接続端子を備えている補助基板をＬＳＩのア
クティブエリア内に接着し、補助基板の平面状接続端子
とＬＳＩのボンディングパッドとを接続するものであれ
ばよい。

【００３８】例えば、突起状接続端子と回路基板の端子
との接続に半田以外の導電性樹脂などの手段を用いても
良い。さらに、外部接続端子と端子との機械的接続が不
十分なら、これらを樹脂などで補強しても良い。また、
突起状接続端子と回路基板の端子との接続に、回路基板
に突起状接続端子と嵌合する電極（凹状の電極）を設
け、これを接続する端子としても良い。なお、ボンディ
ング・ワイヤーの周囲を樹脂などで保護しない場合に
は、ボンディング・ワイヤーの信頼性を確保するために
半導体装置１全体を気密封止しても良い。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
ＬＳＩのダイ側から加わった外力は、ボンディングパッ
トには加わらず、ＬＳＩを回路基板上に保持する手段と
して用いたＬＳＩのアクティブエリア上に被着した補助
基板と突起状接続端子に加わる。そして、補助基板とＬ
ＳＩは面同士で接合しているため、ＬＳＩのダイ側から
部分的に外力が加わった場合、補助基板によって外力を
分散することができる。そして十分な機械的強度を得る
ことができる。また本発明では、補助基板の突起状接続
端子と回路基板の端子とが接続している部分がＬＳＩの
外形よりも内側に位置しているため、ＬＳＩ間に隙間を
与えず高密度実装できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置の第１実施例を示す平面
図。

【図２】本発明の半導体装置の第１実施例に係り、図１
におけるＡ−Ａ´断面図。

【図３】本発明の半導体装置を回路基板に実装した状態
を示す図。

【図４】本発明の半導体装置にフィンを取付けた様子を
示す断面図。

【図５】本発明の半導体装置の第２実施例を示す断面
図。

【図６】本発明の半導体装置の第３実施例を示す断面
図。

【図７】本発明の半導体装置の他の実施例を示す断面
図。

【図８】従来のベア・チップＬＳＩの実装方法を示す
図。

【図９】従来のベア・チップＬＳＩの別の実装方法を示
す図。

【符号の説明】

１ 半導体装置 ２ ボンディングパット（ＬＳＩの入出力端子） ３ ＬＳＩ（半導体素子） ４ 補助基板 ６ 突起状接続端子（第１の端子） ７ 平面状接続端子（第２の端子） ８ 配線 ９ ボンディングワイヤー １０、１７ 樹脂 １１ 回路基板（実装基板）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】端子を有するチップ状の半導体素子と、一
   主面側に第１の端子および該第１の端子に電気的に接続
   された第２の端子が設けられた補助基板とを備え、前記
   半導体素子のアクティブエリア内に前記補助基板の他主
   面側を接合し、前記補助基板の前記第２の端子と前記半
   導体素子の端子とを電気的に接続したことを特徴とする
   半導体装置。
2. 【請求項２】前記補助基板の第１の端子を実装基板に電
   気的に接続したことを特徴とする請求項１記載の半導体
   装置。