JPH06103727B2 - 半導体チップの実装構造及びその実装方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 回路基板に表面実装される半導体チップにかかわり、特
に実装構造とその封止方法に関し、 半導体チップの放熱性が良く、かつ封止剤の流出範囲が
小さく、且つ耐湿性に優れた実装構造を提供することを
目的とし、 回路基板に表面実装される半導体チップであって、軸形
ボスと、該軸形ボスを中心とし垂直に形成された板状の
フィンとを、有する放熱体を備え、該軸形ボス端面が接
着剤を介して該半導体チップの上面に固着されること
で、該放熱体が該半導体チップ上に搭載され、該フィン
と該回路基板の実装面間に充填された封止剤により、該
半導体チップが覆われた構成とする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、回路基板に表面実装される半導体チップにか
かわり、特に実装構造とその封止方法に関する。

〔従来の技術〕

半導体チップの従来の実装構造を、第５図に示す。

第15図において、１は、半導体チップ２を表面実装する
銅張積層板、或いはセラミック基板等の回路基板であ
る。

回路基板１の実装面の所定の位置に半導体チップ２を載
置し、底面を接着剤（例えばAg−エポキシ系樹脂等の導
電性接着剤）５で回路基板１に接着搭載した後に、半導
体チップ２の電極と回路基板１の表面に形成したパッド
とを、金線等のワイヤ３でワイヤボンディングすること
で、半導体チップ２が回路基板１に表面実装されてい
る。

６は、半導体チップ２を封止する、例えばエポキシ樹脂
等の封止剤である。

ペーストの封止剤６を注射器状の加熱容器に入れて、加
熱容器のノズルから封止剤６を押し出し、半導体チップ
２上に傘形に拡開流出させ、封止剤６を凝固させること
で半導体チップ２を封止している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら上記従来例の実装構造は、回路基板の熱伝
導率及び半導体チップを覆っている封止剤の熱伝導率
が、ともに小さいことも起因して、半導体チップの放熱
性が悪いという問題点があった。

また、ペースト状態の封止剤が、回路基板の表面に封止
不要の部分まで広く裾広がりに流出し、その状態で凝固
しているので、他の実装部品の搭載に支障をきたす恐れ
があった。

また、封止剤そのものに多少の吸水性があるため、封止
の耐湿性があまり良好ではない。

本発明はこのような点に鑑みて創作されたもので、半導
体チップの放熱性が良く、かつ封止剤の流出範囲が小さ
く、且つ耐湿性に優れた実装構造を提供することを目的
としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために本発明は、第１図に図示し
たように、回路基板１に表面実装する半導体チップ２に
おいて、軸形ボス11と、軸形ボス11を中心とし垂直に形
成された少なくとも１枚の板状のフィン12とを有する放
熱体10を設け、軸形ボス端面を接着剤20を用いて、半導
体チップ２の上面に接着することで、放熱体10を半導体
チップ２上に搭載した構成とする。

一方、フィン12と回路基板１の実装面間に充填された封
止剤６によって、半導体チップ２が覆われた構成とす
る。

また、半導体チップを封止する方法として、第２図に示
したように、放熱体10のフィン12に半導体チップ２の上
方に通ずる孔13を配設する。

そして、孔13にノズル15を挿入しノズル15の先端から封
止剤６を吐出させることで、フィン12と回路基板１の実
装面間に封止剤６を充填し、半導体チップ２を封止す
る。

また、第３図に図示したように、軸心の上部に主注入路
32をを有する本体31と、本体31の下部の中央部に形成さ
れた下面が開口した空洞35と、主注入路32が分岐して本
体31の下部の側壁部分に設けられ、空洞35の内壁に開口
33を有する分岐注入路32Aとを、備えた注入具30を用
い、注入具30の下面を回路基板１の実装面に当接し、空
洞35内に半導体チップ２と放熱体10とを収容した後に、
開口33から封止剤６を吐出させることで、フィン12と回
路基板１の実装面間に封止剤６を充填して、半導体チッ
プ２を封止する。

或いはまた、第４図に図示したように、放熱体10のフィ
ン12の下面に、タブレット状封止剤60を付着した状態
で、放熱体10を半導体チップ２上に搭載する。

次に、タブレット状封止剤60を加熱・溶融すること
で、、導体チップ２を含む回路基板１上に封止剤６を降
下融着させて、半導体チップ２を封止する。

また、第９図に示すように放熱体10の軸形ボス11に、上
端が開口とされた軸方向の孔70及び上記フィン12の下側
の部位において上記孔70と連通して周囲に開口した吐出
孔71を配設し、 該孔にノズル15を挿入し該ノズル15の先端から封止剤６
を吐出し、更に封止剤６を上記吐出孔71より吐出し該フ
ィン12と回路基板１の実装面間に該封止剤６を充填し
て、半導体チップ２を封止する。

また、第11図に示すように、回路基板１のうち半導体チ
ップ２が表面実装された個所の周囲の部位に孔80を配設
し、 該孔80にノズル15を挿入し該ノズル15の先端から封止剤
６を吐出し、該フィン12と回路基板１の実装面間に該封
止剤６を充填して、半導体チップ２を封止する。

また、第12図に示すように、空気抜き孔91を有し、上記
半導体チップ２を覆う形状の固形の封止剤製の封止部材
90を、上記半導体チップ２が表面実装された回路基板１
上に、上記半導体チップ２を覆って載置し、 次に上記封止部材90を加熱し溶融させて、上記半導体チ
ップ２を封止剤６により封止する。

〔作用〕

本発明によれば、半導体チップ２上に薄膜状の接着剤20
を介して放熱体10が搭載されており、且つ放熱体10には
広い表面積のフィン12を有する。

よって、半導体チップ２の熱が放熱体10に伝導し、フィ
ン12から外部へ放出され半導体チップの放熱性が向上す
る。

また、封止剤６がフィン12と回路基板１の実装面間に充
填されており、封止剤６の空気に曝される表面積が小さ
いので、封止剤を透過して半導体チップ２に達する水分
が少なく、封止の耐湿性が良好である。

また、封止剤６をフィン12と回路基板１の実装面に充填
するに際し、溶融状態の封止剤６が半導体チップ２及び
フィン12と回路基板１の両者の表面に付着し、その表面
張力により表面積が小さくなるような状態で凝固する。

即ち、封止剤６が裾広がりに傘状に回路基板１上に拡開
するのが阻止される。

〔実施例〕

以下図を参照しながら、本発明を具体的に説明する。な
お、全図を通じて同一符号は同一対象物を示す。

第１図は本発明の断面図、第２図は第２の発明の実施例
の図、第３図は第３の発明の実施例の図であり、第４図
の（ａ），（ｂ）は第４の発明の実施例の図である。

第１図において、銅張積層板、或いはセラミック基板等
の回路基板１の実装面の所定の位置に半導体チップ２を
載置し、底面を接着剤（例えばAg−エポキシ系樹脂等の
導電性接着剤）５で回路基板１に接着して、フェースア
ップに搭載し、半導体チップ２の電極と回路基板１の表
面に形成したパッドとを、金線等のワイヤ３でワイヤボ
ンディングすることで、半導体チップ２が回路基板１に
表面実装されている。

10は、金属（例えばアルミニウム等）よりなる放熱体で
ある。

放熱体19は、半導体チップ２の上面形状に相似でそれよ
りもわずかに小さい断面を有する。角柱形の軸形ボス11
と、軸形ボス11の中段と上段に、軸形ボス11を中心とし
軸形ボス11に垂直に円板状に形成された２枚のフィン12
とで、構成されている。

そして、放熱体10は、軸形ボスの下端面を接着剤（例え
ばシリコン系接着剤）20を用いて半導体チップ２の上面
に固着されて、半導体チップ２上に搭載されている。

また、下段のフィン12と回路基板１の実装面間（この間
隔は約２〜3mmである）に、封止剤（例えばエポキシ樹
脂）６が充填され、封止剤６によって半導体チップ２が
覆われている。

上述のように構成されているので、半導体チップ２の熱
が放熱体10に伝導し、フィン12から外部へ放出される。
即ち、半導体チップ２の放熱性が良好である。

また、封止剤６がフィン12と回路基板１の実装面間に充
填されているので、封止剤６が空気に曝される表面積が
小さいので、それだけ封止剤を透過して半導体チップに
達する水分が少なくなり、封止の耐湿性が良好である。

また封止剤６は緩衝作用もあり、放熱体10から半導体チ
ップ２に作用する力を緩衝すると共に、ワイヤ３と半導
体チップ２との接続部を応力から保護している。

また、封止剤６をフィン12と回路基板１の実装面に充填
するに際し、溶融状態の封止剤６が半導体チップ２及び
フィン12と回路基板１の両者の表面に付着し、その表面
張力により表面積が小さくなるような状態で凝固するの
で、封止剤６が裾広がりに傘状に回路基板１上に拡開す
めるのが阻止される。

なお、放熱体10と半導体チップ２の回路形成面との間に
は、接着剤20が介在しているので、半導体チップ２の回
路、或いは回路素子が損傷する恐れがない。

一方、半導体チップを封止する方法としては、第２図に
図示した方法がある。

第２図において、放熱体10のフィン12には、上下方向に
貫通する孔13を穿孔してある。

この孔13は、軸形ボス11の近傍に設け、且つ４個等分に
穿孔することが好ましい。

この孔13は、第５図に示すように、円形の孔13aでもよ
く、第６図に示すように、略矩形の孔13bでもよく、更
には、第７図に示すように略扇形状の孔13cでもよい。

ペースト状の封止剤６を注射器状の加熱容器に入れ、加
熱容器の先端に設けたノズル15を、放熱体10の孔13に差
し込み、例えば圧縮空気を加熱容器に吹き込むことで、
ノズルから封止剤６を吐出させて、フィン12と回路基板
１の実装面間に封止剤６を充填して、半導体チップ２を
封止する。

また、第３図に図示方法は、回路基板に注入具の下面を
当接し、半導体チップの外周方向からフィン12と回路基
板１の実装面間に封止剤６を充填する方法である。

第３図において30は、ペースト状の封止剤６を収容する
加熱装置（図示省略）の先端部に固着する注入具であ
る。

注入具30は、軸心の上部に加熱装置に連通する主注入路
32を有する本体31を備えている。

本体31の下部の中央部には、半導体チップ２と放熱体10
とを収容し得る円筒状で、下面が開口した空洞35を設け
てある。

また、32Aは主注入路32の端末が分岐して、本体31の下
部の側壁内に設けた４本の分岐注入路であって、本体31
の下面近傍で直角に内側に屈曲して、それぞれは空洞35
の内壁に開口33している。

また、本体31には、外部と空洞35とを連通する空気抜孔
36を設けてある。

このような注入具30は、適宜に分割した状態で分岐注入
路32Aを穿孔し、分岐注入路32Aの外部に通ずる端末を塞
いだ後に、分割した部分を一体に溶接することで製造さ
れる。

上述の注入具30の下面を、回路基板１の実装面に当接
し、空洞35内に半導体チップ２と放熱体10とを収容させ
る。

そして、注入具30を接続した加熱装置にペースト状の封
止剤６を入れて、例えば圧縮空気を加熱装置に吹き込む
ことで、主注入路32,分岐注入路32Aを経て開口33から封
止剤６を吐出させて、半導体チップの外周方向からフィ
ン12と回路基板１の実装面間に封止剤６を充填して、半
導体チップ２と封止する。

なお、第３図、第４図に図示した半導体チップ２は、フ
リップチップであり、回路基板１にフェースダウンに実
装されている。

第４図に図示した方法は、注入具等を使用することな
く、封止剤６を回路基板１の実装面とフィン12との間に
充填する方法である。

第４図において、60は封止剤（例えばエポキシ樹脂）
を、ほぼ碗形に圧縮形成したタブレット状封止剤であ
る。

タブレット状封止剤60の軸心孔を放熱体10の軸形ボス11
に嵌入して、タブレット状封止剤60の上面をフィン12の
下面に当接させて、タブレット状封止剤60を放熱体10に
付着させる。この状態で放熱体10を半導体チップ２上に
搭載する。

そして、赤外線を放熱体10及びタブレット状封止剤60に
照射して、タブレット状封止剤60を加熱し溶融する。

このことでタブレット状封止剤60は、半導体チップ２を
含む回路基板１上に降下し融着する。この際タブレット
状封止剤60は重合反応して封止剤６となり、半導体チッ
プ２を封止する。

第８図は第４図に示す第４の発明の実施例の変形例を示
す。

半導体チップ２は、回路基板１のフェースアップに搭載
し、ワイヤ３がボンディングされている。

第８図（ａ）に示すように、タブレット状封止剤61はフ
ィン12の下面に接着されており、略円板形状である。

赤外線を照射してタブレット状封止剤61を加熱すると、
第８図（ｂ）に示すように、タブレット状封止剤61は溶
融し、降下して融着し、半導体チップ２を封止する。

第９図は第５の発明の実施例を示す。

放熱体10は、第10図に併せて示すように、軸形ボス11
に、孔70及び吐出孔71を有する構成である。

孔70は、上端が開口して、軸形ボス11の軸方向に形成し
てあり、下端は塞がれている。軸形ボス11は底面を有す
る。

吐出孔71は、フィン12の下側の部位に、上記孔70と連通
して形成されており、軸形ボス11の周囲の四個所に等角
度間隔で開口している。

第９図に示すように、ノズル15を孔70に差し込み、ノズ
ル15から封止剤６を吐出させると、封止剤６は吐出口71
から四方に吐出され、半導体チップ２の中心側からフィ
ン12と回路基板１の実装面間に充填される。

封止剤６を吐出させる操作は、ノズル15を一の孔70内に
差し込んで行なえば済み、ノズル15を順次別の孔に差し
込んで行う操作は不要であり、この点で作業性が良い。

第11図は第６の発明の実施例を示す。

80は孔であり、回路基板１のうち半導体チップ２が表面
実装された個所の周囲の回路基板１に複数形成してあ
る。

放熱体10はフィン12に孔が形成されていない構造であ
る。

回路基板１を表裏反転させ、ノズル15を孔80に差し込
み、ノズル15から封止剤６を吐出させると、封止剤６が
フィン12と回路基板１の実装面間に充填され、半導体チ
ップ２を封止する。

この実施例によれば、回路基板１への孔加工は放熱体10
のフィン12に孔を形成する加工に比べて比較的容易であ
り、好都合である。

また、フィン12は孔を有していないため、封止剤６が放
熱体10のフィン12の上面側まで充填されてしまうことが
起きず、好都合である。

第12図は第７の発明の実施例を示す。

第13図、第14図に併せて示すように、90は、封止剤（例
えばエポキシ樹脂）を略半球状に圧縮形成した固形の略
半球状の封止部材である。

この封止部材90には、頂部及びこの周囲に複数（例えば
５個）の空気抜き孔91が形成してある。

この略半球封止部材90を使用した封止は、次のように行
う。

まず、第12図（ａ）に示すように、回路基板１に表面実
装され、ワイヤボンディングされた半導体チップ２を覆
って、封止部材90を載置する。必要に応じて接着剤によ
り接着して、封止剤90を仮固定する。

この状態で、回路基板１を炉内温度が120〜150℃程度に
設定されているキェア炉（図示せず）内に入れ、数時間
加熱する。

封止部材90は溶融し、つぶれて半導体チップ２を覆う。

このつぷれるときに、封止部材90の内側の空気は、空気
抜き孔91を通って良好に抜け出し、気泡は残らない。

また、封止部材90は重合反応して硬化し、封止剤６とな
って第12図（ｂ）に示すように、半導体チップ２を封止
する。

ペースト状の封止剤を用い、注射器状の加熱容器を使用
して封止を行う場合には、ウォーミングアップに時間を
要し、一の半導体チップについて数10秒を要し、且つこ
の後に封止剤内の気泡を取り除く脱泡工程も必要とな
り、生産性がよくなく、また、種々の設備も必要となる
という問題がある。しかし、上記第７の発明の実施例に
よれば、封止は、生産性良く、且つ特別の設備を必要と
せずに行われ、従来の問題は解決される。

なお、上記封止部材90の形状は、半球状に限らず、逆Ｕ
字状、円錐形状等でもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の半導体チップの実装構造
は、放熱体を接着剤を介して半導体チップ状に搭載した
ことにより、半導体チップの放熱性が向上する。また、
放熱体のフィンと回路基板の実装表面間に封止剤が充填
されているので、封止剤の流出範囲が小さく、且つ耐湿
性に優れているという優れた効果を奏する。

また、本発明の実装方法は、放熱体のフィンと回路基板
の狭い空間に封止剤を容易に注入することができ、半導
体チップの表面に封止剤が完全に密着するので、半導体
チップの封止の信頼度が高いという効果を奏する。

請求項４の発明によれば、ノズル等の注入具を使用せ
ず、封止のためには単に加熱するだけで済み、封止作業
を簡単に行うことが出来る。

請求項５の発明によれば、ノズルを軸形ボスの孔一個所
に差し込んで行う作業だけで封止が完了することによ
り、ノズルを複数の孔に順次差し込んで行う場合に比べ
て作業性が良い。

請求項６の発明によれば、放熱体に孔を形成するという
比較的困難な機械加工を不要とし得、また放熱体の上面
への封止剤の上がりを防止し得る。

請求項７の発明によれば、注入具を必要とせずに、且つ
単に加熱するだけで済み、封止作業を生産性良く且つ特
別の設備を必要とせずに行うことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の断面図、 第２図は第２の発明の実施例の図、 第３図は第３の発明の実施例の図、 第４図の（ａ），（ｂ）は第４の発明の実施例の図、 第５図は放熱体の１例の平面図、 第６図は放熱体の別の例の平面図、 第７図は放熱体の他の例の平面図、 第８図（ａ），（ｂ）は第４の発明の実施例の変形例の
図、 第９図は第５の発明の実施例の図、 第10図は第９図中の放熱体の平面図、 第11図は第６の発明の実施例の図、 第12図は第７の発明の実施例の図、 第13図は第12図中の略半球状封止剤の平面図、 第14図は第13図中XIV−XIV線に沿う断面矢視図、 第15図は従来例の断面図である。 図において、 １は回路基板、 ２は半導体チップ、 ３はワイヤ、 5,20は接着剤、 ６は封止剤、 10は放熱体、 11は軸形ボス、 12はフィン、 13,70,80は孔、 15はノズル、 30は注入具、 31は本体、 32は主注入路、 32Aは分岐注入器、 33は開口、 36,91は空気抜孔、 60,61はタブレット状封止剤、 71は吐出孔、 90は封止部材 を示す。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回路基板（１）に表面実装される半導体チ
   ップ（２）であって、 軸形ボス（11）と、該軸形ボス（11）を中心とし垂直に
   形成された板状のフィン（12）とを、有する放熱体（1
   0）を備え、 該軸形ボス端面が接着剤（20）を介して該半導体チップ
   （２）の上面に固着されることで、該放熱体（10）が該
   半導体チップ（２）上に搭載され、 該フィン（12）と該回路基板（１）の実装面間に充填さ
   れた封止剤（６）により、該半導体チップ（２）が覆わ
   れたことを特徴とする半導体チップの実装構造。
2. 【請求項２】請求項１に記載の放熱体（10）のフィン
   （12）に所望に孔（13）を配設し、 該孔（13）にノズル（15）を挿入し該ノズル（15）の先
   端から封止剤（６）を吐出し、該フィン（12）と回路基
   板（１）の実装面間に該封止剤（６）を充填して、半導
   体チップ（２）を封止することを特徴とする半導体チッ
   プの実装方法。
3. 【請求項３】軸心の上部に主注入路（32）を有する本体
   （31）と、 該本体（31）の下部の中央部に、下面が開口する如くに
   形成された空洞（35）と、 該主注入路（32）が分岐し該本体（31）の下部の側壁部
   分に設けられ、該空洞（35）の内壁に開口（33）を有す
   る分岐注入路（32A）とを、備えた注入具（30）を用
   い、 該注入具（30）の下面を回路基板（１）の実装面に当接
   して、該空洞（35）内に請求項１に記載の半導体チップ
   （２）及び放熱体（10）を収容し、 次に該開口（33）から封止剤（６）を吐出して、フィン
   （12）と該回路基板（１）の実装面間に該封止剤（６）
   を充填し、該半導体チップ（２）を封止することを特徴
   とする半導体チップの実装方法。
4. 【請求項４】請求項１に記載の放熱体（10）のフィン
   （12）の下面に、タブレット状封止剤（60）を付着した
   状態で、該放熱体（10）を半導体チップ（２）上に搭載
   し、 次にタブレット状封止剤（60）を加熱・溶融すること
   で、半導体チップ（２）を含む回路基板（１）上に封止
   剤（６）を降下融着させて、該半導体チップ（２）を封
   止することを特徴とする半導体チップの実装方法。
5. 【請求項５】請求項１に記載の放熱体（10）の軸形ボス
   （11）に、上端が開口とされた軸方向の孔（70）及び上
   記フィン（12）の下側の部位において上記孔（70）と連
   通して周囲に開口した吐出孔（71）を配設し、 該孔（13）にノズル（15）を挿入し該ノズル（15）の先
   端から封止剤（６）を吐出し、更に封止剤（６）を上記
   吐出孔（71）より吐出し該フィン（12）と回路基板
   （１）の実装面間に該封止剤（６）を充填して、半導体
   チップ（２）を封止することを特徴とする半導体チップ
   の実装方法。
6. 【請求項６】請求項１に記載の回路基板（１）のうち半
   導体チップ（２）が表面実装された個所の周囲の部位に
   孔（80）を配設し、 該孔（80）にノズル（15）を挿入し該ノズル（15）の先
   端から封止剤（６）を吐出し、該フィン（12）と回路基
   板（１）の実装面間に該封止剤（６）を充填して、半導
   体チップ（２）を封止することを特徴とする半導体チッ
   プの実装方法。
7. 【請求項７】空気抜き孔（91）を有し、上記半導体チッ
   プ（２）を覆う形状の固形の封止剤製の封止部材（90）
   を、上記半導体チップ（２）が表面実装された回路基板
   上（１）に、上記半導体チップ（２）を覆って載置し、 次に上記封止部材（90）を加熱し溶融させて、上記半導
   体チップ（２）を封止剤（６）により封止することを特
   徴とする半導体チップの実装方法。