JPH07302866A - 半導体装置および該装置用ヒートスプレッダー - Google Patents
半導体装置および該装置用ヒートスプレッダーInfo
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- JPH07302866A JPH07302866A JP6092728A JP9272894A JPH07302866A JP H07302866 A JPH07302866 A JP H07302866A JP 6092728 A JP6092728 A JP 6092728A JP 9272894 A JP9272894 A JP 9272894A JP H07302866 A JPH07302866 A JP H07302866A
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- H01L2924/1815—Shape
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- H01L2924/18165—Exposing the passive side of the semiconductor or solid-state body of a wire bonded chip
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 表面実装型のプラスチックＢＧＡパッケージ
において、反りの発生を抑えることで実装における不良
率を低減するとともに、放熱性を高めた信頼性の高い半
導体装置、および該半導体装置用のヒートスプレッダー
を提供する。 【構成】 半導体チップの電極と反対側の面に、Ｆｅ系
金属とＣｕ系金属の複合体からなるヒートスプレッダー
を接合したことを特徴とする半導体装置であり、ヒート
スプレッダーに放熱フィンが装着されているのが好まし
い。また上記複合体からなるヒートスプレッダーであ
り、放熱フィンが装着されているのが好ましい。
において、反りの発生を抑えることで実装における不良
率を低減するとともに、放熱性を高めた信頼性の高い半
導体装置、および該半導体装置用のヒートスプレッダー
を提供する。 【構成】 半導体チップの電極と反対側の面に、Ｆｅ系
金属とＣｕ系金属の複合体からなるヒートスプレッダー
を接合したことを特徴とする半導体装置であり、ヒート
スプレッダーに放熱フィンが装着されているのが好まし
い。また上記複合体からなるヒートスプレッダーであ
り、放熱フィンが装着されているのが好ましい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体チップが配線基
板に接合され、該チップの電極と該基板の底面に配列さ
れたバンプとが電気的に接続されたプラスチックＢＧＡ
パッケージにおいて、基板の反りを抑えるとともに放熱
性を高めた半導体装置、および該半導体装置用ヒートス
プレッダーに関するものである。
板に接合され、該チップの電極と該基板の底面に配列さ
れたバンプとが電気的に接続されたプラスチックＢＧＡ
パッケージにおいて、基板の反りを抑えるとともに放熱
性を高めた半導体装置、および該半導体装置用ヒートス
プレッダーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電子機器の高機能化およびダウンサイジ
ング化の進展は、ＬＳＩや超ＬＳＩのような集積回路の
高密度化と、このような集積回路を搭載する半導体装置
の端子数の増大に負うところが大きい。従来の半導体装
置としては、表面実装型のプラスチックＱＦＰ（Quad F
lat Package)が最も多く使用されている。これは、金属
板をエッチング加工して形成されたリード端子（アウタ
リード）が４つの側面から出ている構造のものである。
ング化の進展は、ＬＳＩや超ＬＳＩのような集積回路の
高密度化と、このような集積回路を搭載する半導体装置
の端子数の増大に負うところが大きい。従来の半導体装
置としては、表面実装型のプラスチックＱＦＰ（Quad F
lat Package)が最も多く使用されている。これは、金属
板をエッチング加工して形成されたリード端子（アウタ
リード）が４つの側面から出ている構造のものである。
【０００３】このプラスチックＱＦＰにおいて、パッケ
ージを大型化せず、リード端子のピッチを狭くして端子
数の増大が図られてきたが、ピッチを０．４mmに詰めて
きたあたりから、実装工程での問題が生じてきた。すな
わち、エッチング加工で狭ピッチのリード端子を製造す
るには、薄い金属板を素材とする必要があるので、得ら
れた端子が変形しやすく、例えば端子の一部が５０μｍ
浮くと半導体装置を一括リフローで実装した際に半田付
けの不良が発生する。さらに、０．４mmピッチで３００
ピンもの多端子の半導体装置を、一括リフロー処理する
には、熟練作業を要するという問題がある。
ージを大型化せず、リード端子のピッチを狭くして端子
数の増大が図られてきたが、ピッチを０．４mmに詰めて
きたあたりから、実装工程での問題が生じてきた。すな
わち、エッチング加工で狭ピッチのリード端子を製造す
るには、薄い金属板を素材とする必要があるので、得ら
れた端子が変形しやすく、例えば端子の一部が５０μｍ
浮くと半導体装置を一括リフローで実装した際に半田付
けの不良が発生する。さらに、０．４mmピッチで３００
ピンもの多端子の半導体装置を、一括リフロー処理する
には、熟練作業を要するという問題がある。
【０００４】一方、新しい表面実装型の多端子ＬＳＩパ
ッケージとして、プラスチックＢＧＡ（Ball Grid Arra
y)があり、最近実用化され始めたことが、「日経エレク
トロニクス」１９９４．２．１４（No.601），ｐ．５９
〜７３に記載されている。その構造は、図９に示すよう
に両面プリントの配線基板３に半導体チップ１を搭載
し、ボンディングワイヤ８で基板上面の配線１４と接続
し、配線１４はスルーホール５を通して、基板３の底面
に配列されている半田ボールからなるバンプ４に至り、
半導体チップとボンディングワイヤ８がレジン１２で封
止されている。７は各バンプ４間および配線１４間を絶
縁するソルダレジズトである。
ッケージとして、プラスチックＢＧＡ（Ball Grid Arra
y)があり、最近実用化され始めたことが、「日経エレク
トロニクス」１９９４．２．１４（No.601），ｐ．５９
〜７３に記載されている。その構造は、図９に示すよう
に両面プリントの配線基板３に半導体チップ１を搭載
し、ボンディングワイヤ８で基板上面の配線１４と接続
し、配線１４はスルーホール５を通して、基板３の底面
に配列されている半田ボールからなるバンプ４に至り、
半導体チップとボンディングワイヤ８がレジン１２で封
止されている。７は各バンプ４間および配線１４間を絶
縁するソルダレジズトである。
【０００５】プラスチックＢＧＡは、配線基板３の底面
に配列したバンプ４を端子としているので、プラスチッ
クＱＦＰにおけるリード端子のような変形の問題がな
い。その上、より小さいパッケージで、ＱＦＰと同等数
の端子を１．５mmといった広いピッチで配置することが
できるので、一括リフローを容易に行うことができ、不
良発生率がＱＦＰに比べてはるかに低く、実装コストが
安価であるという利点を有している。さらに、パッケー
ジインダクタンスが低い点でもＢＧＡは有利である。し
たがって、実装工程の作業性が良く、かつ多ピン対応の
可能な半導体装置として、プラスチックＢＧＡが注目さ
れている。
に配列したバンプ４を端子としているので、プラスチッ
クＱＦＰにおけるリード端子のような変形の問題がな
い。その上、より小さいパッケージで、ＱＦＰと同等数
の端子を１．５mmといった広いピッチで配置することが
できるので、一括リフローを容易に行うことができ、不
良発生率がＱＦＰに比べてはるかに低く、実装コストが
安価であるという利点を有している。さらに、パッケー
ジインダクタンスが低い点でもＢＧＡは有利である。し
たがって、実装工程の作業性が良く、かつ多ピン対応の
可能な半導体装置として、プラスチックＢＧＡが注目さ
れている。
【０００６】このようなプラスチックＢＧＡにおいて、
ＢＴレジン等の樹脂で形成された配線基板に反りが発生
し、端子の高さが変動して実装が困難になるという問題
がある。また、多ピン化された場合のチップの発熱対策
も必要である。発熱対策としては、上記「日経エレクト
ロニクス」に、ヒートシンクやヒートスプレッダーを取
付けることが記載され、また、「日経マイクロデバイ
ス」１９９４年３月号，ｐ．５８〜６４には、キャビテ
ィダウン構造を採用して金属をチップに直結し、放熱フ
ィンを搭載することが記載されている。しかし、ヒート
スプレッダーの材質や構造については記載されていな
い。
ＢＴレジン等の樹脂で形成された配線基板に反りが発生
し、端子の高さが変動して実装が困難になるという問題
がある。また、多ピン化された場合のチップの発熱対策
も必要である。発熱対策としては、上記「日経エレクト
ロニクス」に、ヒートシンクやヒートスプレッダーを取
付けることが記載され、また、「日経マイクロデバイ
ス」１９９４年３月号，ｐ．５８〜６４には、キャビテ
ィダウン構造を採用して金属をチップに直結し、放熱フ
ィンを搭載することが記載されている。しかし、ヒート
スプレッダーの材質や構造については記載されていな
い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、実装工程で
の作業性が優れ、不良発生率が低く、さらに多ピン化に
対応できる、表面実装型のプラスチックＢＧＡパッケー
ジにおいて、反りの発生を抑えるとともに放熱性を高め
た、信頼性の高い半導体装置、および該半導体装置用の
ヒートスプレッダーを提供することを目的とする。
の作業性が優れ、不良発生率が低く、さらに多ピン化に
対応できる、表面実装型のプラスチックＢＧＡパッケー
ジにおいて、反りの発生を抑えるとともに放熱性を高め
た、信頼性の高い半導体装置、および該半導体装置用の
ヒートスプレッダーを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明半導体装置は、半導体チップが配線基板に接合
され、該チップの電極と該基板の底面に配列されたバン
プとが電気的に接続された半導体装置において、該チッ
プの電極と反対側の面に、Ｆｅ系金属とＣｕ系金属の複
合体からなるヒートスプレッダーを接合したことを特徴
とする半導体装置である。そして、ヒートスプレッダー
に放熱フィンが装着されているのが好ましい。また本発
明のヒートスプレッダーは、半導体チップが配線基板に
接合され、該チップの電極と該基板の底面に配列された
バンプとが電気的に接続された半導体装置用のヒートス
プレッダーであって、Ｆｅ系金属とＣｕ系金属の複合体
からなることを特徴とする半導体装置用ヒートスプレッ
ダーである。そして、該ヒートスプレッダーには放熱フ
ィンが装着されていることが好ましい。
の本発明半導体装置は、半導体チップが配線基板に接合
され、該チップの電極と該基板の底面に配列されたバン
プとが電気的に接続された半導体装置において、該チッ
プの電極と反対側の面に、Ｆｅ系金属とＣｕ系金属の複
合体からなるヒートスプレッダーを接合したことを特徴
とする半導体装置である。そして、ヒートスプレッダー
に放熱フィンが装着されているのが好ましい。また本発
明のヒートスプレッダーは、半導体チップが配線基板に
接合され、該チップの電極と該基板の底面に配列された
バンプとが電気的に接続された半導体装置用のヒートス
プレッダーであって、Ｆｅ系金属とＣｕ系金属の複合体
からなることを特徴とする半導体装置用ヒートスプレッ
ダーである。そして、該ヒートスプレッダーには放熱フ
ィンが装着されていることが好ましい。
【０００９】
【作用】本発明の半導体装置を図面に示す例により説明
する。図１の例は、キャビティダウン構造のプラスチッ
クＢＧＡに、本発明の好ましい態様として、放熱フィン
２０を装着したヒートスプレッダー１５を接合したもの
である。キャビティダウン構造のプラスチックＢＧＡ
は、配線基板３が層状（図１では２層）になっていて、
中央部に設けたキャビティ１１内に半導体チップ１を配
置している。配線基板３の底面には、半田ボール等から
なるバンプ４を配列しており、半導体チップ１の底面に
設けた電極２と基板３の配線１４とをボンディングワイ
ヤ８で接続し、配線１４はスルーホール５を通ってバン
プ４と接続している。またキャビティ１１はレジン１２
で封止し、半導体チップ１を配線基板３に接合し、ボン
ディングワイヤ８を保持している。各バンプ４は、図２
の詳細図に示すように、ソルダレジスト７で絶縁してお
り、スルーホール５の内面にはサーマルビア６を設けて
配線基板３の両面の配線１４を接続している。
する。図１の例は、キャビティダウン構造のプラスチッ
クＢＧＡに、本発明の好ましい態様として、放熱フィン
２０を装着したヒートスプレッダー１５を接合したもの
である。キャビティダウン構造のプラスチックＢＧＡ
は、配線基板３が層状（図１では２層）になっていて、
中央部に設けたキャビティ１１内に半導体チップ１を配
置している。配線基板３の底面には、半田ボール等から
なるバンプ４を配列しており、半導体チップ１の底面に
設けた電極２と基板３の配線１４とをボンディングワイ
ヤ８で接続し、配線１４はスルーホール５を通ってバン
プ４と接続している。またキャビティ１１はレジン１２
で封止し、半導体チップ１を配線基板３に接合し、ボン
ディングワイヤ８を保持している。各バンプ４は、図２
の詳細図に示すように、ソルダレジスト７で絶縁してお
り、スルーホール５の内面にはサーマルビア６を設けて
配線基板３の両面の配線１４を接続している。
【００１０】図１の本発明例は、このようなキャビティ
ダウン構造のプラスチックＢＧＡにおいて、半導体チッ
プ１の電極２と反対側の面に、ヒートスプレッダー１５
を接合し、ヒートスプレッダー１５は、Ｆｅ系金属１６
とＣｕ系金属１７の複合体で構成している。さらに、好
ましい態様として、ヒートスプレッダー１５に放熱フィ
ン２０を装着している。なお、１９は半導体チップ１と
ヒートスプレッダー１５を接合する接合材、２１はヒー
トスプレッダー１５に放熱フィン２０を装着する接合材
である。
ダウン構造のプラスチックＢＧＡにおいて、半導体チッ
プ１の電極２と反対側の面に、ヒートスプレッダー１５
を接合し、ヒートスプレッダー１５は、Ｆｅ系金属１６
とＣｕ系金属１７の複合体で構成している。さらに、好
ましい態様として、ヒートスプレッダー１５に放熱フィ
ン２０を装着している。なお、１９は半導体チップ１と
ヒートスプレッダー１５を接合する接合材、２１はヒー
トスプレッダー１５に放熱フィン２０を装着する接合材
である。
【００１１】このような本発明の半導体装置におけるヒ
ートスプレッダー１５は、Ｆｅ系金属１６とＣｕ系金属
１７の複合体で構成しているので、両金属の組成および
複合の割合を調整することにより、熱膨張係数を配線基
板３に近似させることで、リフロー処理等における熱膨
張による配線基板３の反りを、ヒートスプレッダー１５
により抑え、プリント基板との接続不良を解消すること
ができる。その上、ヒートスプレッダー１５は熱伝導率
の高いＣｕ系金属を複合しているので、半導体チップ１
の熱を効果的に放熱することができる。すなわち、配線
基板３はＢＴレジン等の樹脂で構成され、熱膨張係数が
およそ１５×１０-6／℃であるのに対し、Ｆｅは１１．
７５×１０-6／℃、Ｃｕは１７×１０-6／℃であるか
ら、両金属あるいは両金属を主とする合金の複合体によ
り、熱膨張係数を配線基板に近似したものに調整したヒ
ートスプレッダーを構成することができる。
ートスプレッダー１５は、Ｆｅ系金属１６とＣｕ系金属
１７の複合体で構成しているので、両金属の組成および
複合の割合を調整することにより、熱膨張係数を配線基
板３に近似させることで、リフロー処理等における熱膨
張による配線基板３の反りを、ヒートスプレッダー１５
により抑え、プリント基板との接続不良を解消すること
ができる。その上、ヒートスプレッダー１５は熱伝導率
の高いＣｕ系金属を複合しているので、半導体チップ１
の熱を効果的に放熱することができる。すなわち、配線
基板３はＢＴレジン等の樹脂で構成され、熱膨張係数が
およそ１５×１０-6／℃であるのに対し、Ｆｅは１１．
７５×１０-6／℃、Ｃｕは１７×１０-6／℃であるか
ら、両金属あるいは両金属を主とする合金の複合体によ
り、熱膨張係数を配線基板に近似したものに調整したヒ
ートスプレッダーを構成することができる。
【００１２】さらに、封止用のレジン１２の熱膨張係数
はおよそ１２×１０-6／℃であり、配線基板３に近似さ
せた熱膨張係数のヒートスプレッダー１５は、レジン１
２にも近いので、レジン１２との接着劣化が防止でき、
リフロー処理時および実用時において、レジン１２との
境界の剥離やクラック発生が防止される。
はおよそ１２×１０-6／℃であり、配線基板３に近似さ
せた熱膨張係数のヒートスプレッダー１５は、レジン１
２にも近いので、レジン１２との接着劣化が防止でき、
リフロー処理時および実用時において、レジン１２との
境界の剥離やクラック発生が防止される。
【００１３】ヒートスプレッダー１５を構成するＦｅ系
金属１６としては、Ｆｅ（純鉄、軟鋼等の炭素鋼等を総
称し、以下Ｆｅと記す）、Ｆｅ−３６％Ｎｉ、Ｆｅ−４
２％Ｎｉ等のＦｅ−Ｎｉ合金等を採用することができ
る。Ｃｕ系金属１７としては、Ｃｕの熱伝導率３９３Ｗ
／ｍＫ±１０％程度の良好な熱伝導性を有するＣｕ合
金。とするのが好ましい。
金属１６としては、Ｆｅ（純鉄、軟鋼等の炭素鋼等を総
称し、以下Ｆｅと記す）、Ｆｅ−３６％Ｎｉ、Ｆｅ−４
２％Ｎｉ等のＦｅ−Ｎｉ合金等を採用することができ
る。Ｃｕ系金属１７としては、Ｃｕの熱伝導率３９３Ｗ
／ｍＫ±１０％程度の良好な熱伝導性を有するＣｕ合
金。とするのが好ましい。
【００１４】なお、図１において１８はヒートスプレッ
ダー１５のコーティング層であり、Ｃｕ等の熱伝導性の
良い金属をメッキや蒸着等によりコーティングし、半導
体チップ１の熱を各Ｃｕ系金属１６に効果的に伝導する
ものである。また、半導体チップ１の熱は、図２に示す
サーマルビア６を通って下方にも放熱することができ
る。
ダー１５のコーティング層であり、Ｃｕ等の熱伝導性の
良い金属をメッキや蒸着等によりコーティングし、半導
体チップ１の熱を各Ｃｕ系金属１６に効果的に伝導する
ものである。また、半導体チップ１の熱は、図２に示す
サーマルビア６を通って下方にも放熱することができ
る。
【００１５】本発明半導体装置の他の例を、図３および
図４に示す。図３は半導体チップ１と配線基板３をＴＡ
Ｂ（Tape Automated Bonding）で接続したキャビティダ
ウン構造のものであり、ヒートスプレッダーは省略して
示しているが、図１と同様に半導体チップ１に接合す
る。図４は半導体チップ１を配線基板３の上に搭載し、
バンプ１０で電極２と配線１４を接続したものである。
図４に示す。図３は半導体チップ１と配線基板３をＴＡ
Ｂ（Tape Automated Bonding）で接続したキャビティダ
ウン構造のものであり、ヒートスプレッダーは省略して
示しているが、図１と同様に半導体チップ１に接合す
る。図４は半導体チップ１を配線基板３の上に搭載し、
バンプ１０で電極２と配線１４を接続したものである。
【００１６】また本発明装置におけるヒートスプレッダ
ー１５としては、以下に述べる各種本発明ヒートスプレ
ッダーを採用することができ、放熱フィン２０も、図１
のようにフィンを横方向に設けたものに限らず、縦方向
に設けけたもの等を採用することができる。放熱フィン
の材料としては、熱伝導率の高いＣｕ，Ａｌなどを採用
することができる。
ー１５としては、以下に述べる各種本発明ヒートスプレ
ッダーを採用することができ、放熱フィン２０も、図１
のようにフィンを横方向に設けたものに限らず、縦方向
に設けけたもの等を採用することができる。放熱フィン
の材料としては、熱伝導率の高いＣｕ，Ａｌなどを採用
することができる。
【００１７】つぎに、本発明のヒートスプレッダーの例
を図５に示す。図５の各図は平面図および中央断面図を
示している。図５（ａ）は円柱状のＣｕ２２を平板状の
Ｆｅ２２の中央部に上下貫通して埋設したもの、図５
（ｂ）は円柱状のＣｕ２２を複数本、同様に埋設したも
のである。図５（ｃ）はＣｕ２２をＦｅ−Ｎｉ合金２４
のパイプに嵌入したものを、平板状のＦｅ２３に上下貫
通して埋設したものである。図５（ｄ）は多数の円柱状
のＣｕ２２およびＦｅ−Ｎｉ合金２４を、低融点のＺｎ
合金２５で互いに接合したコア２６を平板状のＦｅ２３
の枠体２７に上下貫通して埋設したものである。図５
（ｅ）はＣｕ２２をＦｅ−Ｎｉ合金２４のパイプに嵌入
したもの多数を、Ｚｎ合金２５で互いに接合したコア２
６を同様にして埋設したものである。図５（ｂ）〜
（ｅ）においては、半導体チップと接合する面に前記コ
ーティング層１８を設けている。
を図５に示す。図５の各図は平面図および中央断面図を
示している。図５（ａ）は円柱状のＣｕ２２を平板状の
Ｆｅ２２の中央部に上下貫通して埋設したもの、図５
（ｂ）は円柱状のＣｕ２２を複数本、同様に埋設したも
のである。図５（ｃ）はＣｕ２２をＦｅ−Ｎｉ合金２４
のパイプに嵌入したものを、平板状のＦｅ２３に上下貫
通して埋設したものである。図５（ｄ）は多数の円柱状
のＣｕ２２およびＦｅ−Ｎｉ合金２４を、低融点のＺｎ
合金２５で互いに接合したコア２６を平板状のＦｅ２３
の枠体２７に上下貫通して埋設したものである。図５
（ｅ）はＣｕ２２をＦｅ−Ｎｉ合金２４のパイプに嵌入
したもの多数を、Ｚｎ合金２５で互いに接合したコア２
６を同様にして埋設したものである。図５（ｂ）〜
（ｅ）においては、半導体チップと接合する面に前記コ
ーティング層１８を設けている。
【００１８】図５に示す各ヒートスプレッダーは、Ｆｅ
２３の四角柱に貫通孔をあけてＣｕ２２等の円柱を嵌入
し、四角柱を輪切りにし、必要に応じて片面あるいは両
面にＣｕ等のコーティング層１８を形成して製造するこ
とができる。図５（ｄ）および（ｅ）においては、あら
かじめ円柱状のＣｕ２２等をＺｎ合金２５で接合したコ
アをＦｅ２３の四角柱に嵌入し、輪切りにして製造する
ことができる。なお、Ｚｎ合金２５に替えてＳｎ合金等
の低融点合金を採用することができる。また、比較的厚
肉のＦｅ製パイプにＣｕ棒およびＦｅ−Ｎｉ合金棒を嵌
入したものを熱間押出し加工し、輪切りにして製造する
こともできる。
２３の四角柱に貫通孔をあけてＣｕ２２等の円柱を嵌入
し、四角柱を輪切りにし、必要に応じて片面あるいは両
面にＣｕ等のコーティング層１８を形成して製造するこ
とができる。図５（ｄ）および（ｅ）においては、あら
かじめ円柱状のＣｕ２２等をＺｎ合金２５で接合したコ
アをＦｅ２３の四角柱に嵌入し、輪切りにして製造する
ことができる。なお、Ｚｎ合金２５に替えてＳｎ合金等
の低融点合金を採用することができる。また、比較的厚
肉のＦｅ製パイプにＣｕ棒およびＦｅ−Ｎｉ合金棒を嵌
入したものを熱間押出し加工し、輪切りにして製造する
こともできる。
【００１９】図６は、Ｃｕ２２とＦｅ２３を平面的に層
状にしたゼブラ構造のヒートスプレッダーの斜視図であ
る。図６（ａ）は１枚のゼブラ構造であり、図６（ｂ）
は２枚を各層が直交するように重ねて圧着したものであ
る。いずれも、半導体チップと接合する面に、前記コー
ティング層１８を設けている。図６（ａ）のものは、熱
膨張および熱伝導の異方性があるが、図６（ｂ）のもの
は、それが改良されている。このようなゼブラ構造のヒ
ートスプレッダーは、ＣｕおよびＦｅの薄板（円盤、角
盤等）を交互に積み重ねたものを熱間静水圧プレス等に
より圧着してディスク状にし、これを圧延して得た板
を、打抜き加工等により切り出して製造することができ
る。なお図５および図６の例において、ＦｅはＦｅ−Ｎ
ｉ合金と、Ｆｅ−Ｎｉ合金はＦｅと、それぞれ置換える
ことができる。またＣｕは前記Ｃｕ系金属と置換えるこ
とができる。
状にしたゼブラ構造のヒートスプレッダーの斜視図であ
る。図６（ａ）は１枚のゼブラ構造であり、図６（ｂ）
は２枚を各層が直交するように重ねて圧着したものであ
る。いずれも、半導体チップと接合する面に、前記コー
ティング層１８を設けている。図６（ａ）のものは、熱
膨張および熱伝導の異方性があるが、図６（ｂ）のもの
は、それが改良されている。このようなゼブラ構造のヒ
ートスプレッダーは、ＣｕおよびＦｅの薄板（円盤、角
盤等）を交互に積み重ねたものを熱間静水圧プレス等に
より圧着してディスク状にし、これを圧延して得た板
を、打抜き加工等により切り出して製造することができ
る。なお図５および図６の例において、ＦｅはＦｅ−Ｎ
ｉ合金と、Ｆｅ−Ｎｉ合金はＦｅと、それぞれ置換える
ことができる。またＣｕは前記Ｃｕ系金属と置換えるこ
とができる。
【００２０】このような本発明のヒートスプレッダー
は、Ｃｕ系金属とＦｅ系金属の組成および両金属の複合
割合を調整することにより、熱膨張係数を対象とする半
導体装置の配線基板に近似させることで、リフロー処理
等における熱膨張による配線基板の反りを抑えることが
できる。その上、ヒートスプレッダー１５は熱伝導率の
高いＣｕ系金属を複合しているので、半導体チップ１の
熱を効果的に放熱することができる。また本発明のヒー
トスプレッダーは、半導体チップの反対側に、前記放熱
フィンを装着するのが好ましい。このような放熱フィン
により、半導体チップの熱をより効果的に放熱すること
ができる。放熱フィンの材料としては、熱伝導率の高い
Ｃｕ，Ａｌなどを採用することができる。
は、Ｃｕ系金属とＦｅ系金属の組成および両金属の複合
割合を調整することにより、熱膨張係数を対象とする半
導体装置の配線基板に近似させることで、リフロー処理
等における熱膨張による配線基板の反りを抑えることが
できる。その上、ヒートスプレッダー１５は熱伝導率の
高いＣｕ系金属を複合しているので、半導体チップ１の
熱を効果的に放熱することができる。また本発明のヒー
トスプレッダーは、半導体チップの反対側に、前記放熱
フィンを装着するのが好ましい。このような放熱フィン
により、半導体チップの熱をより効果的に放熱すること
ができる。放熱フィンの材料としては、熱伝導率の高い
Ｃｕ，Ａｌなどを採用することができる。
【００２１】
【実施例】図１のような半導体装置を、リフロー処理に
よりプリント基板に接続し、温度サイクルを−５５℃〜
２５℃〜１５０℃で１０００回繰り返しの試験を行っ
た。図７はヒートスプレッダー１５にＣｕとＦｅの複合
体からなる図５（Ｂ）の型のものを採用し、熱膨張係数
を配線基板３と同じ１５×１０-6／℃に調整した本発明
例であり、バンプ４とプリント基板２８の断線は皆無で
あった。図８はヒートスプレッダー１５に熱膨張係数１
７×１０-6／℃のＣｕを採用した従来例であり、半導体
装置が図のように反り、端部において断線が見られた。
なお、本発明例において、ヒートスプレッダー１５をＣ
ｕ合金とＦｅ−Ｎｉ合金の複合体とし、熱膨張係数を１
５×１０-6／℃に調整した場合も同様に断線皆無であっ
た。また放熱性はいずれも良好で、ヒートスプレッダー
を有しない図９のような半導体装置の熱抵抗が２Ｗ以下
であったのに対し、４Ｗ以上であった。
よりプリント基板に接続し、温度サイクルを−５５℃〜
２５℃〜１５０℃で１０００回繰り返しの試験を行っ
た。図７はヒートスプレッダー１５にＣｕとＦｅの複合
体からなる図５（Ｂ）の型のものを採用し、熱膨張係数
を配線基板３と同じ１５×１０-6／℃に調整した本発明
例であり、バンプ４とプリント基板２８の断線は皆無で
あった。図８はヒートスプレッダー１５に熱膨張係数１
７×１０-6／℃のＣｕを採用した従来例であり、半導体
装置が図のように反り、端部において断線が見られた。
なお、本発明例において、ヒートスプレッダー１５をＣ
ｕ合金とＦｅ−Ｎｉ合金の複合体とし、熱膨張係数を１
５×１０-6／℃に調整した場合も同様に断線皆無であっ
た。また放熱性はいずれも良好で、ヒートスプレッダー
を有しない図９のような半導体装置の熱抵抗が２Ｗ以下
であったのに対し、４Ｗ以上であった。
【００２２】
【発明の効果】本発明の半導体装置は、ＢＧＡパッケー
ジの半導体チップにＦｅ系合金とＣｕ系合金の複合体か
らなるヒートスプレッダーを接合しているので、該ヒー
トスプレッダーの熱膨張係数を配線基板の熱膨張係数と
近似した値に調整できる。このため、実装に際し、配線
基板の反りを解消でき、プリント基板との接合不良の発
生率を大幅に低減することができる。またヒートスプレ
ッダーのＣｕ系金属により半導体チップの放熱性に優れ
ており、放熱フィンを装着することにより、放熱性は一
層向上する。その上、封止用のレジンの剥離やクラック
発生も改善される。したがって、実装工程での作業性が
優れ、不良発生率が低く、さらに多ピン化に対応でき
る、表面実装型のプラスチックＢＧＡパッケージの信頼
性が著しく向上する。
ジの半導体チップにＦｅ系合金とＣｕ系合金の複合体か
らなるヒートスプレッダーを接合しているので、該ヒー
トスプレッダーの熱膨張係数を配線基板の熱膨張係数と
近似した値に調整できる。このため、実装に際し、配線
基板の反りを解消でき、プリント基板との接合不良の発
生率を大幅に低減することができる。またヒートスプレ
ッダーのＣｕ系金属により半導体チップの放熱性に優れ
ており、放熱フィンを装着することにより、放熱性は一
層向上する。その上、封止用のレジンの剥離やクラック
発生も改善される。したがって、実装工程での作業性が
優れ、不良発生率が低く、さらに多ピン化に対応でき
る、表面実装型のプラスチックＢＧＡパッケージの信頼
性が著しく向上する。
【図１】本発明半導体装置の例を示す断面図である。
【図２】本発明半導体装置の他の例を示す断面図であ
り、図１の部分拡大図である。
り、図１の部分拡大図である。
【図３】本発明半導体装置の他の例を示す断面図であ
る。
る。
【図４】本発明半導体装置の他の例を示す断面図であ
る。
る。
【図５】（ａ），（ｂ），（ｃ）および（Ｃ）は本発明
ヒートスプレッダーの例を示す平面図および断面図であ
る。
ヒートスプレッダーの例を示す平面図および断面図であ
る。
【図６】（ａ）および（ｂ）は本発明ヒートスプレッダ
ーの他の例を示す斜視図である。
ーの他の例を示す斜視図である。
【図７】本発明半導体装置の実施例を示す断面図であ
る。
る。
【図８】従来の半導体装置の実施例を示す断面図であ
る。
る。
【図９】従来のプラスチックＢＧＡパッケージの半導体
装置の例を示す断面図である。
装置の例を示す断面図である。
１：半導体チップ ２：電極 ３：配線基板 ４：バンプ ５：スルーホール ６：サーマルビア ７：ソルダレジスト ８：ボンディングワイヤ ９：ＴＡＢ １０：バンプ １１：キャビティ １２：レジン １３：接合材 １４：配線 １５：ヒートスプレッダー １６：Ｆｅ系金属 １７：Ｃｕ系金属 １８：コーティング層 １９：接合材 ２０：放熱フィン ２１：接合材 ２２：Ｃｕ ２３：Ｆｅ ２４：Ｆｅ−Ｎｉ合金 ２５：Ｚｎ合金 ２６：コア ２７：枠体 ２８：プリント基板
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年８月１０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図５】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）および（ｅ）
は本発明ヒートスプレッダーの例を示す平面図および断
面図である。
は本発明ヒートスプレッダーの例を示す平面図および断
面図である。
Claims (4)
- 【請求項１】 半導体チップが配線基板に接合され、該
チップの電極と該基板の底面に配列されたバンプとが電
気的に接続された半導体装置において、該チップの電極
と反対側の面に、Ｆｅ系金属とＣｕ系金属の複合体から
なるヒートスプレッダーを接合したことを特徴とする半
導体装置。 - 【請求項２】 ヒートスプレッダーに放熱フィンが装着
されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装
置。 - 【請求項３】 半導体チップが配線基板に接合され、該
チップの電極と該基板の底面に配列されたバンプとが電
気的に接続された半導体装置用のヒートスプレッダーで
あって、Ｆｅ系金属とＣｕ系金属の複合体からなること
を特徴とする半導体装置用ヒートスプレッダー。 - 【請求項４】 放熱フィンが装着されていることを特徴
とする請求項３記載の半導体装置用ヒートスプレッダ
ー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6092728A JPH07302866A (ja) | 1994-04-28 | 1994-04-28 | 半導体装置および該装置用ヒートスプレッダー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6092728A JPH07302866A (ja) | 1994-04-28 | 1994-04-28 | 半導体装置および該装置用ヒートスプレッダー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07302866A true JPH07302866A (ja) | 1995-11-14 |
Family
ID=14062496
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6092728A Pending JPH07302866A (ja) | 1994-04-28 | 1994-04-28 | 半導体装置および該装置用ヒートスプレッダー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07302866A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5844310A (en) * | 1996-08-09 | 1998-12-01 | Hitachi Metals, Ltd. | Heat spreader semiconductor device with heat spreader and method for producing same |
| KR100228175B1 (ko) * | 1996-09-10 | 1999-11-01 | 이형도 | 고전력 집적회로용 캐리어의 제조방법 |
| KR100251889B1 (ko) * | 1997-05-13 | 2000-04-15 | 마이클 디. 오브라이언 | 반도체 패키지 |
| JP2003068954A (ja) * | 2001-08-28 | 2003-03-07 | Kyocera Corp | 半導体素子収納用パッケージ |
| KR100432715B1 (ko) * | 2001-07-18 | 2004-05-24 | 엘지전자 주식회사 | 방열부재를 갖는 인쇄회로기판 및 그 제조방법 |
| EP1647171A2 (en) * | 2003-07-17 | 2006-04-19 | The Bergquist Company | Thermal diffusion apparatus |
| JP2006303400A (ja) * | 2005-03-22 | 2006-11-02 | Kyocera Corp | 電子部品収納用パッケージおよび電子装置ならびに電子装置の実装構造 |
-
1994
- 1994-04-28 JP JP6092728A patent/JPH07302866A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5844310A (en) * | 1996-08-09 | 1998-12-01 | Hitachi Metals, Ltd. | Heat spreader semiconductor device with heat spreader and method for producing same |
| US6032362A (en) * | 1996-08-09 | 2000-03-07 | Hitachi Metals, Ltd. | Method for producing a heat spreader and semiconductor device with a heat spreader |
| KR100228175B1 (ko) * | 1996-09-10 | 1999-11-01 | 이형도 | 고전력 집적회로용 캐리어의 제조방법 |
| KR100251889B1 (ko) * | 1997-05-13 | 2000-04-15 | 마이클 디. 오브라이언 | 반도체 패키지 |
| KR100432715B1 (ko) * | 2001-07-18 | 2004-05-24 | 엘지전자 주식회사 | 방열부재를 갖는 인쇄회로기판 및 그 제조방법 |
| JP2003068954A (ja) * | 2001-08-28 | 2003-03-07 | Kyocera Corp | 半導体素子収納用パッケージ |
| EP1647171A2 (en) * | 2003-07-17 | 2006-04-19 | The Bergquist Company | Thermal diffusion apparatus |
| EP1647171A4 (en) * | 2003-07-17 | 2009-04-15 | Bergquist Co | THERMAL DIFFUSION APPARATUS |
| JP2011086951A (ja) * | 2003-07-17 | 2011-04-28 | Bergquist Co | 熱拡散装置 |
| JP2006303400A (ja) * | 2005-03-22 | 2006-11-02 | Kyocera Corp | 電子部品収納用パッケージおよび電子装置ならびに電子装置の実装構造 |
| JP4610414B2 (ja) * | 2005-03-22 | 2011-01-12 | 京セラ株式会社 | 電子部品収納用パッケージおよび電子装置ならびに電子装置の実装構造 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20021008 |