JPH05335451A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

Info

Publication number
JPH05335451A
JPH05335451A JP16424992A JP16424992A JPH05335451A JP H05335451 A JPH05335451 A JP H05335451A JP 16424992 A JP16424992 A JP 16424992A JP 16424992 A JP16424992 A JP 16424992A JP H05335451 A JPH05335451 A JP H05335451A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
chip
thermal conductivity
package
semiconductor device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP16424992A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshikazu Yoshimizu
敏和 吉水
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MegaChips Corp
Original Assignee
MegaChips Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MegaChips Corp filed Critical MegaChips Corp
Priority to JP16424992A priority Critical patent/JPH05335451A/ja
Publication of JPH05335451A publication Critical patent/JPH05335451A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265Layer and wire connectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/19Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/191Disposition
    • H01L2924/19101Disposition of discrete passive components
    • H01L2924/19107Disposition of discrete passive components off-chip wires

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 放熱を効率良く実行できるマルチ・チップ・
モジュールを得る。 【構成】 マルチ・チップ・モジュールの、半導体集積
回路チップ51を搭載するベース基板520として、熱
伝導性の高いものを用いるようにした。 【効果】 ベース基板が、それに搭載された半導体集積
回路チップで発生した熱を外部に逃がすので、パッケー
ジ材料として熱伝導性の良い高価なものを用いることな
く放熱を効率的に行なえる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、マルチチップ・モジ
ュール(Multi chip Module: MCM)と呼ばれる半導体
装置に関し、特にその放熱を効果的に行なえるようにし
たものに関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年の半導体および情報処理分野での技
術革新はめざましいものがある。なかでも、個人使用に
適した高性能電算機であるワークステーションの分野で
の性能向上には目をみはるものがある。ワークステーシ
ョンはそのCPUとしてRISC(Reduced Instructio
n Set Computer)チップを採用することが多いが、高性
能なRISCチップではその動作周波数は数十MHzに
も達している。
【0003】ところで、図4(a),(b) に示すように、こ
うしたRISCチップ(=CPUチップ)41はFPU
(Floating Point Processing Unit)チップ42やキャッ
シュチップ43等とともにそれぞれパッケージに封入さ
れて、CPUボードとなるプリント回路基板44上に搭
載されるのが一般的である。
【0004】このようなCPUボードでは、プリント回
路基板上に配線パターンが引き回されるが、クロック周
波数の向上に伴って、配線長による信号の伝搬遅延時間
や寄生容量の影響が無視できなくなってきた。この問題
を回避するためにボード上の実装面積効率を改善するこ
とも考えられるが、この点の改善を図るべく配線パター
ンのピッチを狭めたとしても、それは200μm程度が
限界であり、50MHz程度を境にしてこの方式での実
装は限界に達すると言われている。
【0005】ところで、このような状況を一挙に解決で
きる実装技術としてマルチチップ・モジュール(MC
M:multichip module)が最近にわかに脚光をあびてき
た。
【0006】マルチチップ・モジュールは同一のパッケ
ージの中に、ベアチップ、即ちパッケージングしない状
態のICチップをリードフレーム(プラスチックパッケ
ージの場合)やベース基板(セラミックパッケージの場
合)に複数搭載して直接実装するものであり、チップ自
体のパッケージが不要となるため、インダクタンスとキ
ャパシタンスが低減する。同時にその実装密度も向上す
るので、チップ間の配線が短くなり、信号の伝搬遅延時
間も短くなる。従って、マルチチップ・モジュールを使
用することにより、上述のようなボード実装方式では不
可能であった100MHz程度での動作も可能になると
言われている。
【0007】なお、ワークステーションのCPUモジュ
ール等、高信頼性が要求されたり発熱対策を施す必要が
ある分野ではセラミックパッケージを使用するのが一般
的であり、低価格を意図した分野ではプラスチックパッ
ケージを使用するのが一般的である。
【0008】図5はセラミックパッケージを使用するマ
ルチチップ・モジュールの一般的な構成を示す図であ
る。図において、51はベース基板上に搭載される、C
PU,FPU等のICチップ、52はシリコン製のベー
ス基板、53はそのキャビティ部(凹部)53aにベー
ス基板52を収容するセラミックパッケージ、54はそ
の外部リード、55はパッケージ53のキャビティ部5
3aを覆う金属製の蓋である。
【0009】この図5に示すように、マルチチップ・モ
ジュールは複数のICチップ513とこれを搭載する配
線基板であるベース基板52およびこのベース基板をそ
のキャビティ部(凹部)53aに収容するパッケージ5
3より構成されている。ICチップ51とベース基板5
2間の接続にはAlワイヤ等によるワイヤーボンディン
グやフリップチップ等の実装方式が用いられる。
【0010】次に、このベース基板52の断面構造の一
例を図6に示す。ベース基板はシリコンからなる基板本
体521上にSiO2 ,Si3 4 ,ポリイミド等をそ
の材質とする絶縁膜5022を形成し、その上に配線膜
およびパターン形成を行い、Al、Cu、Cr等の第1
配線層5021を形成する。さらに、ポリイミドやSi
2 等からなる層間絶縁膜5022の形成をコンタクト
ホール5024の形成とともに行い、以下同様にして、
配線層,層間絶縁膜を交互に複数層形成し、最後に保護
層の形成をボンディングパッド5023の開口とともに
行うことにより形成される。なお、基板本体の材料とし
てセラミック等を採用することも考えられるが、ベース
基板に搭載されるシリコンチップとの熱膨張係数の相違
を考慮すれば、シリコン基板とするのが得策である。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなマルチチップ・モジュールでは、上述のような高密
度実装を行なう結果、従来のボード実装方式でも問題と
なっている放熱の問題がより深刻になっている。すなわ
ち、マルチチップ・モジュールではボード実装方式に比
べチップの実装面積比率が1桁程度上昇し、またワーク
ステーションでは液冷等のコストを度外視した冷却方式
は採れないため、モジュールの冷却を効率的に行なう必
要がある。このため、パッケージ材料を通常のAl2
3 (アルミナ)セラミックからAlNセラミック等の熱
伝導性の良好な材料に変更する等の対策が考えられる
が、この方式では装置の大幅なコストアップを招いてし
まう。
【0012】この発明は、上記のような従来のものの問
題点を解消するためになされたもので、装置のコストア
ップを招くことなく、マルチチップ・モジュールの放熱
特性を向上できる半導体装置を得ることを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体装
置は、マルチチップ・モジュールの基板材料として、熱
伝導率の高い材料を選別して用いるようにしたものであ
る。
【0014】また、この発明に係る半導体装置は、マル
チチップ・モジュールの基板材料として、シリコン基板
のなかでも、特にn型のものを用いるようにしたもので
ある。
【0015】さらに、この発明に係る半導体装置は、マ
ルチチップ・モジュールの基板材料として、シリコン基
板のなかでも、特に、高抵抗のものを選択して用いるよ
うにしたものである。
【0016】
【作用】この発明においては、上述のように、マルチチ
ップ・モジュールの基板として熱伝導率の高いものを選
別して用いるようにしたので、セラミックパッケージの
中でも放熱性のよいものを使用することなく、半導体集
積回路チップが動作する際に発生する熱を、効率的にパ
ッケージの外に逃がすことができる。
【0017】また、この発明に係る半導体装置は、上述
のように、マルチチップ・モジュールの基板材料とし
て、シリコン基板のなかでも、特にn型のシリコン基板
を用いるようにしたので、P型シリコン基板を用いる
等、熱伝導率を考慮せずに基板を構成した場合に比し、
基板の熱伝導性が改善され、放熱特性が向上する。
【0018】さらに、この発明に係る半導体装置は、上
述のように、シリコン基板のなかでも、特に、高抵抗の
ものを選択して用いるようにしたので、熱伝導率を考慮
せずに基板を構成した場合に比し、基板の熱伝導性が改
善され、放熱特性が向上する。
【0019】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図1はこの発明の一実施例による半導体装置の断
面構造を示し、図において、53はパッケージで、この
実施例ではセラミック製のパッケージを示している。5
3aはパッケージ53のキャビティ部(凹部)であり、
ここにベース基板が収容される。55はパッケージ53
のキャビティ部53aを閉空間とするための金属製の蓋
である。520は複数の半導体チップがベアチップの状
態で搭載されたベース基板であり、この実施例ではn型
のシリコン基板を使用している。51はベース基板52
0上に搭載された半導体集積回路チップであり、CPU
チップ,FPUチップ,メモリチップ,キャッシュチッ
プ等がこれに該当する。
【0020】次に作用,効果について説明する。ベース
基板520には半導体集積回路チップ51がその能動面
が上向きの状態でワイヤボンディングされ、パッケージ
53のキャビティ部53aに収容される。パッケージ5
3のキャビティ部53aはベース基板520を収容した
後、金属の蓋55がされ、キャビティ部53a内はN2
ガス等が封入されたり真空状態になっていたりするた
め、図中の矢印Aの向きの放熱は殆んど期待できない。
【0021】しかしながら、本実施例では半導体集積回
路チップ51を搭載するベース基板20がp型に比し熱
伝導率の高いn型シリコン基板で構成されているため、
半導体集積回路チップ51で発生した熱を効率よくパッ
ケージに伝えることができ、図中の矢印Bの向きの放熱
が可能となる。
【0022】即ち、ベース基板520と半導体集積回路
チップ51間およびベース基板520とパッケージ53
のキャビティ部53aの底面とは熱伝導性のよいシリコ
ン系の接着剤で接着されており、チップ51の能動面で
発生した熱はチップ内を通ってその裏面から接着剤の層
を介してベース基板520に伝わる。そしてこのベース
基板520に伝わった熱は同様にしてその裏面から接着
剤の層を介してパッケージ53に伝わり、外部に放熱さ
れるが、その際、ベース基板520の基板本体に上述の
ように熱伝導率の高いものを使用していることから、チ
ップ51とパッケージ53間の熱の伝導性が向上し、チ
ップ51での発熱を効率よく外部に逃がすことができ
る。
【0023】なお、上記実施例ではベース基板2をn型
シリコン基板で構成したものを示したが、高抵抗のもの
とすることによっても、上記実施例と同様の効果を奏す
る。
【0024】即ち、半導体基板の温度,不純物濃度と熱
伝導率の関係を示す図2,図3およびその図2,図3に
示されたサンプルの性質を示す表1,表2から分かるよ
うに、p型あるいはn型の不純物の濃度が低い(1012
〜1014cm-3)ものの方が、不純物濃度が高いもの(1
19cm-3)よりも、その熱伝導性が良いため、ベース基
板の基板本体の材料として不純物濃度が低い、即ち、抵
抗率が10ohm cm以上の高抵抗のものを用いることによ
り、抵抗率(比抵抗)と熱伝導率の関係を示す図7およ
び表3から分かるように、熱伝導率がほぼ最高に達する
ので、チップ51とパッケージ53間の熱の伝導性が向
上し、チップ51での発熱を効率よく外部に逃がすこと
ができる。
【0025】
【表1】
【0026】
【表2】
【0027】
【表3】
【0028】また、ベース基板材料をn型かつ低濃度と
することにより、より一層の放熱特性の向上が期待でき
ることは言うまでもない。
【0029】なお、上記各実施例では、機能素子のベー
ス基板への実装方式として、ワイヤボンディングを例に
とって説明したが、実装方式は特にこの方式に限るもの
ではなく、フェイスダウンボンディング等であってもよ
く、上記実施例と同様の効果を奏する。
【0030】また、上記各実施例では、半導体集積回路
チップがディジタルICのみの場合について説明した
が、アナログICを搭載するものであってもよく、上記
実施例と同様の効果を奏する。
【0031】また、上記各実施例では、半導体集積回路
チップのみをベース基板上に搭載する場合について説明
したが、コンデンサ等の個別部品を搭載する場合であっ
てもよく、上記実施例と同様の効果を奏する。
【0032】さらに、上記各実施例では、フラットパッ
ケージを例にとって示したが、PGA(Pin Grid Array)
等の他のタイプのパッケージであってもよく、上記各実
施例と同様の効果を奏する。
【0033】
【発明の効果】以上のように、この発明に係る半導体装
置によれば、マルチチップ・モジュールにおいて、半導
体集積回路チップを搭載する基板として熱伝導率の高い
ものを用いるようにしたので、コストアップを招くこと
なくマルチチップ・モジュールの放熱特性の向上を実現
できる効果がある。
【0034】また、この発明に係る半導体装置によれ
ば、マルチチップ・モジュールにおいて、半導体集積回
路チップを搭載する基板として、シリコン基板のなかで
も、特にn型のシリコン基板を用いるようにしたので、
基板の熱伝導率を考慮しない場合に比し、基板の熱伝導
性が確実に改善され、コストアップを招くことなくマル
チチップ・モジュールの放熱特性の向上を実現できる効
果がある。
【0035】さらに、この発明に係る半導体装置によれ
ば、マルチチップ・モジュールにおいて、半導体集積回
路チップを搭載する基板として高抵抗のものを用いるよ
うにしたので、基板の熱伝導率を考慮しない場合に比
し、基板の熱伝導性が確実に改善され、コストアップを
招くことなくマルチチップ・モジュールの放熱特性の向
上を実現できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による半導体装置の断面図で
ある。
【図2】半導体基板の温度,不純物濃度と熱伝導率の関
係を示す図である。
【図3】半導体基板の温度,不純物濃度と熱伝導率の関
係を示す図である。
【図4】従来のボード実装方式によるCPUボードを示
す図である。
【図5】マルチチップ・モジュールの一般的な構成を示
す断面図である。
【図6】ベース基板の詳細な構成を示す断面図である。
【図7】半導体基板の抵抗率と熱伝導度の関係を示す図
である。
【符号の説明】
51 ICチップ 520 ベース基板 53 パッケージ 53a キャビテイ部 54 外部リード 55 蓋

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の半導体集積回路チップをパッケー
    ジに封入しない状態で同一基板上に搭載し、当該基板を
    パッケージに収容してなる半導体装置において、 上記基板として熱伝導率の高いものを用いてなることを
    特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 上記基板がn型のシリコン基板であるこ
    とを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 上記基板が高抵抗のシリコン基板である
    ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
JP16424992A 1992-05-28 1992-05-28 半導体装置 Pending JPH05335451A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP16424992A JPH05335451A (ja) 1992-05-28 1992-05-28 半導体装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP16424992A JPH05335451A (ja) 1992-05-28 1992-05-28 半導体装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05335451A true JPH05335451A (ja) 1993-12-17

Family

ID=15789513

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP16424992A Pending JPH05335451A (ja) 1992-05-28 1992-05-28 半導体装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH05335451A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6054763A (en) * 1997-10-31 2000-04-25 Oki Electric Industry Co., Ltd. Semiconductor device
JP2019068289A (ja) * 2017-10-02 2019-04-25 京セラ株式会社 圧電デバイス
WO2023084911A1 (ja) * 2021-11-10 2023-05-19 住友電気工業株式会社 半導体装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6054763A (en) * 1997-10-31 2000-04-25 Oki Electric Industry Co., Ltd. Semiconductor device
JP2019068289A (ja) * 2017-10-02 2019-04-25 京セラ株式会社 圧電デバイス
WO2023084911A1 (ja) * 2021-11-10 2023-05-19 住友電気工業株式会社 半導体装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6175497B1 (en) Thermal vias-provided cavity-down IC package structure
US4698662A (en) Multichip thin film module
US9059181B2 (en) Wafer leveled chip packaging structure and method thereof
US5598031A (en) Electrically and thermally enhanced package using a separate silicon substrate
US5552635A (en) High thermal emissive semiconductor device package
KR100269528B1 (ko) 고성능 멀티 칩 모듈 패키지
US7361986B2 (en) Heat stud for stacked chip package
US5525835A (en) Semiconductor chip module having an electrically insulative thermally conductive thermal dissipator directly in contact with the semiconductor element
US7759789B2 (en) Local area semiconductor cooling system
JPH0574990A (ja) ヒートシンク付パツケージ
EP0878025A1 (en) Semiconductor device with a high-frequency bipolar transistor on an insulating substrate
US6437984B1 (en) Thermally enhanced chip scale package
JPS6250981B2 (ja)
JPH05335451A (ja) 半導体装置
JPH05206320A (ja) マルチチップモジュール
JP2004087700A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JPH06125037A (ja) 半導体装置
JP3022738B2 (ja) マルチチップモジュール
JPH05343606A (ja) マルチチップモジュール
JP2000323627A (ja) フィルムキャリア型半導体装置
JPH05315470A (ja) マルチチップモジュール
JP3267671B2 (ja) 半導体装置
JPS60226149A (ja) ヒ−トシンク付セラミツクパツケ−ジ
JPH05299541A (ja) 半導体集積回路装置およびその製造方法
JPH0547967A (ja) 半導体チツプモジユール