JPH0758269A - 放熱体及び半導体パッケージ - Google Patents

放熱体及び半導体パッケージ

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JPH0758269A
JPH0758269A JP20662493A JP20662493A JPH0758269A JP H0758269 A JPH0758269 A JP H0758269A JP 20662493 A JP20662493 A JP 20662493A JP 20662493 A JP20662493 A JP 20662493A JP H0758269 A JPH0758269 A JP H0758269A
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base unit
heat
heat dissipating
layer
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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Lead Frames For Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 放熱性に優れかつコンパクトな半導体パッケ
ージを提供すること。 【構成】 放熱体であるビルドアップ多層薄膜配線板2
では、高熱伝導性材料からなる板材としてのりん青銅板
3の片側面を放熱領域とし、反対側面を高密度配線層と
してのビルドアップ層Bを備える電子部品搭載領域とし
ている。ビルドアップ層B上には電子部品搭載部として
のダイパッド7が設けられる。電子部品搭載領域の外縁
部には、ビルドアップ層Bを介してLSIチップ8,9
側に電気的に接続される複数の接続端子12が配設され
る。ビルドアップ多層薄膜配線板2はベースユニット1
5のほぼ中央部に装着される。同部分には放熱領域を外
側に露出させるための窓部16が設けられる。窓部16
の周囲には複数の入出力端子であるピン19が立設され
る。接続端子12側とピン19側とは配線パターン22
によって電気的に接続される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、放熱体及び半導体パッ
ケージに関するものである。
【0002】
【従来の技術】ICチップやLSIチップとマザーボー
ドであるプリント配線板との電気的な接続は、一般的に
半導体パッケージを介して行われる。そして、近年にお
いては樹脂封止型の半導体パッケージ(いわゆるプラス
ティックパッケージ)がその主流を占めている。
【0003】プラスティックパッケージを作製する場
合、LSIチップの誤動作や熱破壊を未然に防止するた
めに、LSIチップの発する熱を確実に放散させること
が必要になる。そのため、従来のプラスティックパッケ
ージでは、例えばチップ実装部分の裏面側にCu−W等
の高熱伝導材料製の板材である放熱体を配置するという
ような対策が採られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、大型の放熱
体を使用することによりパッケージに大きな放熱領域を
確保しようとすると、配線を形成することができない領
域(デッドエリア)が放熱領域の面積分だけ増えてしま
う。このため、パッケージ全体のサイズを大きくせざる
得なくなり、結果的に信号伝搬速度の低下などというよ
うに電気特性の悪化につながるという問題があった。
【0005】逆にデッドエリアを極力小さくしてパッケ
ージサイズの現状維持を図ろうとすると、放熱体を小さ
くせざるを得なく、結果として充分な放熱領域を確保す
ることができなかった。
【0006】また、放熱体を使用することのほかにも、
例えばプラスティックパッケージを構成している基板自
体をCu等の金属やセラミックスといった高熱伝導材料
に代えることなどが考えられる。
【0007】しかし、このようなパッケージの場合、プ
ラスティック材料に比べて硬い材料が基板に使用されて
いるため、穴あけ加工等のような基板加工をすることが
困難であった。また、前記パッケージの場合、金属やセ
ラミックスの表面にファインな配線を形成することが難
しかった。このため、パッケージが大型化して、コスト
高になるなどの問題があった。
【0008】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、ベースユニットと共に半導体パッ
ケージを構成したときに、その半導体パッケージをコン
パクトで放熱性に優れたものとすることができる放熱体
を提供することにある。
【0009】また、本発明のもう一つの目的は、放熱性
に優れかつコンパクトな半導体パッケージを提供するこ
とにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項1に記載の発明では、半導体パッケージを
構成するベースユニットに装着される放熱体であって、
高熱伝導性材料からなる板材の片側面を放熱領域とし、
かつその反対側面を高密度配線層を備える電子部品搭載
領域とし、その高密度配線層上に電子部品搭載部を設
け、前記高密度配線層を介して電子部品側に電気的に接
続される複数の接続端子を前記電子部品搭載領域の外縁
部に配設したことを特徴とする放熱体をその要旨として
いる。
【0011】請求項2に記載の発明では、ベースユニッ
トに請求項1に記載の放熱体を装着した半導体パッケー
ジであって、装着された前記放熱体の放熱領域を外側に
露出させるための窓部を前記ベースユニットのほぼ中央
部に設け、その窓部の周囲に複数の入出力端子を配設
し、かつ前記放熱体の接続端子側と前記ベースユニット
の入出力端子側とを電気的に接続したことを特徴とする
半導体パッケージをその要旨としている。この場合、窓
部の内壁面に段部を設け、その段部の上面と窓部の内壁
面とがなす収容部に放熱体を嵌合しても良い。
【0012】
【作用】請求項1に記載の発明の場合、板材の片面側に
形成される配線層は高密度なものであるため、ベースユ
ニットと共に半導体パッケージを形成したときでも、そ
の表面に放熱体の面積に相当するようなデッドエリアが
生じることがない。従って、パッケージ全体を大型化す
ることなしに、充分な放熱領域を確保すること(即ち、
大きな放熱体を用いること)ができる。
【0013】また、請求項2に記載の発明の構成による
と、ベースユニットに放熱体を装着すると、放熱体の放
熱領域が窓部から大きく露出した状態となる。よって、
放熱領域の裏面となる電子部品搭載領域から放熱領域に
伝導してきた熱を、窓部を介して大気中に効率良く放散
させることができる。そして、この半導体パッケージに
は請求項1の放熱体が使用されているため、全体的にコ
ンパクトなものにすることができる。
【0014】更に、窓部の内壁面に段部を設け、その段
部の上面と窓部の内壁面とがなす収容部に放熱体を嵌合
すると、放熱体をベースユニットに確実に固定すること
ができる。また、このような構成にすると、放熱体及び
ベースユニットの表面の段差が小さくなるため、例えば
両者を接続するためのボンディング等が容易になり、し
かも半導体パッケージが肉薄になる。
【0015】
【実施例】〔実施例1〕以下、本発明を具体化した実施
例1の半導体パッケージを図1〜図4に基づき詳細に説
明する。
【0016】本実施例の半導体パッケージ1は、図3に
示されるように、基本的にPGAタイプのベースユニッ
ト15と、放熱体であるビルドアップ多層薄膜配線板2
とによって構成されている。
【0017】放熱体としてのビルドアップ多層薄膜配線
板2は、図4に示されるように、高熱伝導性材料からな
る板材としてのりん青銅板3を主体として形成されてい
る。このりん青銅板3の片側面全体は放熱領域となって
おり、かつその反対側面全体は電子部品搭載領域となっ
ている。電子部品搭載領域全体には、高密度配線層とし
てのビルドアップ層Bが形成されている。本実施例で
は、前記ビルドアップ層Bは絶縁層4と極めてファイン
な配線パターン5とを交互に積層したような構成を有し
ている。各層の配線パターン5は、絶縁層4に形成され
たバイアホール6によって互いに接続されている。
【0018】図4に示されるように、ビルドアップ層B
上には、電子部品搭載部としてのダイパッド7が複数個
設けられている。ダイパッド7上には、電子部品として
のLSIチップ8,9が搭載されている。LSIチップ
8,9とビルドアップ層B上のボンディングパッド10
とは、ボンディングワイヤ11を介して接合されてい
る。なお、LSIチップ8,9は、必要に応じてポッテ
ィング樹脂等によって封止される。ビルドアップ層Bの
外縁部には、接続端子としての多数の接続パッド12が
規則的に配設されている。そして、LSIチップ8,9
側と接続パッド12とは、ビルドアップ層Bの内層また
は外層の配線パターン5を介して電気的に接続されてい
る。
【0019】ベースユニット15は、基本的に加工し易
いプラスティック材料を主体として形成されている。図
1及び図2に示されるように、ベースユニット15のほ
ぼ中央部には、前記ビルドアップ多層薄膜配線板2の外
形にほぼ等しい外形を有する窓部16が透設されてい
る。図1及び図3に示されるように、窓部16の内壁面
には段部17が設けられている。段部17の上面と窓部
16の内壁面とがなす収容部には、ビルドアップ多層薄
膜配線板2が嵌合されるようになっている。窓部16の
周囲には、表裏を貫通するスルーホール18が多数形成
されている。各スルーホール18には、入出力端子とし
ての金属製のピン19が挿入されている。
【0020】図3に示されるように、窓部16の周囲を
取り囲むように配列された接続パッド20と、スルーホ
ール18のランド21とは、配線パターン22を介して
電気的に接続されている。また、ベースユニット15側
の接続パッド20と、ビルドアップ多層薄膜配線板2の
接続パッド12とは、ボンディングワイヤ23を介して
接合されている。そして、ベースユニット15において
配線パターン22が形成されている面は、配線パターン
22を湿気等から保護するためのソルダーレジスト24
によって被覆されている。
【0021】図3及び図4に示されるように、ベースユ
ニット15にビルドアップ多層薄膜配線板2を装着する
と、ビルドアップ多層薄膜配線板2の放熱領域が窓部1
6から外側に露出するようになっている。そして、本実
施例の半導体パッケージ1は、図示しないマザーボード
にピン19によってフェースダウン式に実装されるよう
になっている。つまり、実装時においては放熱領域が上
向き(外側向き)になり、電子部品搭載領域が下向き
(内側向き)になる。そして、前記放熱領域の面積、よ
り詳細には放熱領域のうち窓部16から露出する部分の
面積がこの半導体パッケージ1における実際上の放熱面
積になる。
【0022】ここで、この半導体パッケージ1を作製す
る手順の一例を紹介する。半導体パッケージ1を構成す
るビルドアップ多層薄膜配線板2は、次のようにして作
製される。まず出発材料であるりん青銅板3の片面を黒
化処理し、その上に感光性エポキシ樹脂を塗布する。そ
して、露光・現像を行うことにより、内径40μmのバ
イアホール形成用穴を有する厚さ15μmの絶縁層4を
形成する。スパッタリングすることによって絶縁層4上
に厚さ0.1μmのCr薄層を形成し、更にその上にス
パッタリングすることによって厚さ0.2μmのCu薄
層を形成する。L/S=25μm/25μmの配線パタ
ーン5を形成するためのめっきレジストをCu薄層上に
配置する。この状態で電解Cuめっき及び電解Niめっ
きを順次行うことにより、厚さ6μmのCuめっき層及
び厚さ1μmのNiめっき層をそれぞれ形成する。めっ
きレジストを剥離した後、塩化第二銅溶液と20%塩酸
水溶液とを用いて非めっき部分のCu薄層及びCr薄層
をエッチングする。そして、以上の工程を必要に応じて
繰り返すことにより、絶縁層4と複数種の金属からなる
配線パターン5とを交互に形成する。その結果、配線パ
ターン5を5層備えたビルドアップ多層薄膜配線板(3
5mm角,1.0mm厚)2が作製される。
【0023】一方、ベースユニット15は次のようにし
て作製される。まずプラスティック板をコアとする銅張
積層板(50mm角,1.7mm厚)の外周部を穴あけ加工
することにより、ピン挿入用のスルーホール形成用孔を
形成する。触媒核付与及びその活性化の後、無電解Cu
めっきを行うことにより、前記スルーホール形成用孔内
にCuを析出させる。銅張積層板のほぼ中央部をざぐり
加工(35mm角,深さ1.0mm)した後、更に同部分を
貫通ざぐり加工(31mm角)することにより、段部17
を有する窓部16を形成する。所定部分にめっきレジス
トを配置した状態で電解Cuめっきを行うことにより、
必要部分にCuを析出させる。めっきレジストを剥離し
た後、不要なCuをエッチングする。このエッチングに
よってスルーホール18、接続パッド20及び配線パタ
ーン22が形成される。この後、スルーホール18のラ
ンド21及び接続パッド20以外の部分を被覆するよう
にソルダーレジスト24を形成した後、スルーホール1
8にピン19を挿入する。
【0024】ベースユニット15とビルドアップ多層薄
膜配線板2とは、銅張積層板の段部17に配置した接着
シール(三菱油化製,商品名:YEF−040)25に
よって接着される。なお、両者2,15を接着する前に
は、予め各々に対するオープン・ショートテストがなさ
れている。そして、ダイパッド7上にテスト済のCPU
用LSIチップ8を1個、メモリ用LSIチップ9を6
個搭載し、それぞれボンディングワイヤ11によって接
続する。更に、接続パッド12,20同士をボンディン
グワイヤ23によって接続する。そして、最後に図示し
ないポッティング樹脂でLSIチップ8,9及び接続パ
ッド12,20の部分を個別に封止する。以上のような
手順を経ることにより、図3及び図4に示されるような
半導体パッケージ1が得られる。
【0025】さて、本実施例の場合、ビルドアップ多層
薄膜配線板2を構成するりん青銅板3の片面側には、高
密度配線層であるビルドアップ層Bが形成されている。
このため、ベースユニット15と共に半導体パッケージ
1を形成したときでも、半導体パッケージ1の表面にビ
ルドアップ多層薄膜配線板2の面積に相当するようなデ
ッドエリアが生じるというようなことはない。従って、
半導体パッケージ1全体が大型になることなく、充分な
放熱領域を確保することが可能となる。また、大型化が
回避されることに起因して信号伝搬速度が速くなるな
ど、電気特性も向上する。そして、上記のように半導体
パッケージ1の放熱性が向上することによって、LSI
チップ8,9の誤動作・熱破壊等が従来に比して極めて
少なくなる。
【0026】また、本実施例の場合、ベースユニット1
5の収容部にビルドアップ多層薄膜配線板2を装着する
と、りん青銅板3の片側面である放熱領域が窓部16か
ら大きく露出した状態となる。よって、電子部品搭載領
域からビルドアップ層B及びりん青銅板3を経て放熱領
域に伝導してきた熱は、窓部16を介して大気中に効率
良く放散されるという利点がある。
【0027】更に、本実施例の場合、窓部16の内壁面
に段部17を設け、その段部17の上面と窓部16の内
壁面とがなす収容部にビルドアップ多層薄膜配線板2を
嵌合することとしている。このため、ベースユニット1
5にビルドアップ多層薄膜配線板2を確実に固定するこ
とができる。また、このような構成にすると、ビルドア
ップ多層薄膜配線板2及びベースユニット15の表面の
段差をなくすことができる。従って、両者2,15を接
続するためのワイヤボンディングを容易にかつ確実に実
施することができ、しかも半導体パッケージ1を肉薄に
することができる。
【0028】そして、本実施例の場合、ビルドアップ層
Bはりん青銅板3の片面側のみに形成されることを特徴
している。つまり、りん青銅板3自体には貫通スルーホ
ールが形成されないため、穴あけ加工も不要になり、全
体の製造コストも低減する。また、この半導体パッケー
ジ1では中央部のビルドアップ多層薄膜配線板2以外の
部分が加工し易くかつ安価なプラスティックであること
を特徴としている。このため、金属のみまたはセラミッ
クスのみを主体とする従来の半導体パッケージに比べ
て、製造コストが安くなる。
【0029】更に、本実施例のようなベースユニット1
5であると、装着すべきビルドアップ多層薄膜配線板2
の種類を用途に応じて交換することができる。従って、
極めて汎用性に富んだものとなっている。
【0030】また、本実施例では、ビルドアップ多層薄
膜配線板2のビルドアップ層B上に複数のLSIチップ
8,9を搭載していることを特徴としている。このよう
な構成であると、個々のチップ毎に放熱体を取り付ける
必要があった従来方法に比較して、製造工程が簡略化す
る。また、この構成を採ることによりデッドスペースも
確実に少なくすることができる。
【0031】なお、上述のような手順に従って作製され
た半導体パッケージ1の場合、そのサイズは従来タイプ
の半導体パッケージの約50%となっていた。しかも、
放熱領域の面積は半導体パッケージ1片面側の面積の約
70%にも及んでいた。従って、極めて広い放熱面積が
確保されているといい得るものとなっていた。 〔実施例2〕次に、実施例2の半導体パッケージについ
て説明する。なお、実施例2の半導体パッケージと実施
例1の半導体パッケージ1とでは構成的に特に大きな差
異がないため、かかる点に関する説明は省略し、製造手
順のみについて説明する。
【0032】本実施例では、ビルドアップ多層薄膜配線
板の出発材料としてAlN基板(AlN:Y2 3 =9
6:4)が使用される。AlN基板の片面にTi,M
o,Niからなる薄膜パターンを形成し、その上に感光
性エポキシ樹脂を塗布する。そして、露光・現像を行う
ことにより、内径50μmのバイアホール形成用穴を有
する厚さ23μmの絶縁層を形成する。スパッタリング
することによって絶縁層上に厚さ0.1μmのCr薄層
を形成し、更にその上にスパッタリングすることによっ
て厚さ0.2μmのCu薄層を形成する。L/S=50
μm/50μmの配線パターンを形成するためのめっき
レジストをCu薄層上に配置する。この状態で電解Cu
めっき及び電解Niめっきを順次行うことにより、厚さ
10μmのCuめっき層及び厚さ2μmのNiめっき層
をそれぞれ形成する。めっきレジストを剥離した後、塩
化第二銅溶液と20%塩酸水溶液とを用いて非めっき部
分のCu薄層及びCr薄層をエッチングする。そして、
以上の工程を必要に応じて繰り返すことにより、絶縁層
と複数種の金属からなる配線パターンとを交互に形成す
る。その結果、配線パターンを5層備えたビルドアップ
多層薄膜配線板(30mm角,0.7mm厚)が作製され
る。
【0033】一方、ベースユニットは次のようにして作
製される。まずプラスティック板をコアとする銅張積層
板(45mm角,1.4mm厚)の外周部を穴あけ加工する
ことにより、ピン挿入用のスルーホール形成用孔を形成
する。触媒核付与及びその活性化の後、無電解Cuめっ
きを行うことにより、前記スルーホール形成用孔内にC
uを析出させる。銅張積層板のほぼ中央部をざぐり加工
(30mm角,深さ0.7mm)した後、更に同部分を貫通
ざぐり加工(26mm角)することにより、段部を有する
窓部を形成する。所定部分にめっきレジストを配置した
状態で電解Cuめっきを行うことにより、必要部分にC
uを析出させる。めっきレジストを剥離した後、不要な
Cuをエッチングする。このエッチングによってスルー
ホール、接続パッド及び配線パターンが形成される。こ
の後、スルーホールのランド及び接続パッド以外の部分
を被覆するようにソルダーレジストを形成した後、スル
ーホールにピンを挿入する。
【0034】そして、所定のテストを行った後、実施例
1のときと同様にベースユニットとビルドアップ多層薄
膜配線板とを接着シールによって接合する。そして、C
PU用LSIチップを1個、メモリ用LSIチップを3
個をダイパッド上に搭載し、ボンディングワイヤによっ
て接続する。更に、接続パッド同士をボンディングワイ
ヤによって接続する。そして、最後にポッティング樹脂
でLSIチップ及び接続パッドの部分を個別に封止す
る。以上のような手順を経ることにより、図3及び図4
に示された実施例1の半導体パッケージ1と同様の構成
を有する半導体パッケージが得られる。
【0035】さて、本実施例2の半導体パッケージにつ
いても前記実施例1の半導体パッケージ1と構成が殆ど
同一であるため、同様の作用効果を奏するということは
いうまでもない。上述のような手順に従って作製された
半導体パッケージの場合、そのサイズは従来タイプの半
導体パッケージの約50%となっていた。しかも、放熱
領域の面積は半導体パッケージ片面側の面積の約75%
にも及んでいた。従って、前記実施例1と同様に、極め
て広い放熱面積が確保されているといい得るものとなっ
ていた。
【0036】本発明は上記実施例1,2のみに限定され
ることはなく、以下のような構成に変更することが可能
である。例えば、 (a)ベースキャリア形成用の材料として、前記プラス
ティック以外の材料、例えば加工が容易で比較的安価な
その他の材料を使用することもできる。
【0037】(b)PGAタイプのベースキャリアに代
えて、例えばQFPタイプ(即ち、表面実装タイプ)の
ベースキャリアとしても勿論良い。つまり、ベースキャ
リアの入出力端子をピンに代えてリード等にすることが
できるということである。
【0038】(c)放熱体に搭載するLSIチップは複
数でも1個でも構わない。また、LSIチップのほかに
も発熱量の多い電子部品を搭載することも勿論可能であ
る。 (d)放熱体とベースユニットとの接続部やワイヤボン
ディング部を樹脂封止することは特に必須ではなく、例
えば全体をキャップによって封止するという方法に代え
ても良い。また、これらを併用しても勿論良い。
【0039】(e)放熱体を構成する板材は必ずしも完
全に板状である必要はなく、例えば放熱領域側の表面に
多少凹凸があるものでも構わない。 (f)ベースユニットのピンはスルーホールに挿入する
タイプのものに限られない。例えば、ベースユニットに
スルーホールを形成することなく、表面に設けられたパ
ッド等に直接接合するようなタイプにしても良い。
【0040】(g)放熱体であるビルドアップ多層薄膜
配線板を作製する場合、実施例1にて用いたりん青銅板
以外にも、例えばアルミニウム板やアルマイト板等の金
属板を使用することが勿論可能である。同様に、実施例
2にて用いたAlN基板以外にも、例えばアルミナ板、
ムライト板、窒化珪素板、窒化ホウ素板等のセラミック
ス基板を使用することが可能である。
【0041】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の放熱体に
よれば、ベースユニットと共に半導体パッケージを構成
したときに、その半導体パッケージをコンパクトで放熱
性に優れたものとすることができるという優れた効果を
奏する。また、本発明の半導体パッケージによると、放
熱性に優れかつコンパクトな半導体パッケージを得るこ
とができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1のベースユニットを示す底面図であ
る。
【図2】図1のベースユニットを示す平面図である。
【図3】半導体パッケージを示す一部破断断面図であ
る。
【図4】ベースユニットにビルドアップ多層薄膜配線板
を装着した状態を示す一部破断拡大断面図である。
【符号の説明】 1…半導体パッケージ、2…放熱体してのビルドアップ
多層薄膜配線板、3…高熱伝導性材料からなる板材とし
てのりん青銅板、7…電子部品搭載部としてのダイパッ
ド、8,9…電子部品としてのLSIチップ、12…接
続端子としての接続パッド、15…ベースユニット、1
6…窓部、17…段部、19…入出力端子としてのピ
ン、B…高密度配線層としてのビルドアップ層。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 23/34 A 23/538

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体パッケージを構成するベースユニッ
    トに装着される放熱体であって、 高熱伝導性材料からなる板材の片側面を放熱領域とし、
    かつその反対側面を高密度配線層を備える電子部品搭載
    領域とし、その高密度配線層上に電子部品搭載部を設
    け、前記高密度配線層を介して電子部品側に電気的に接
    続される複数の接続端子を前記電子部品搭載領域の外縁
    部に配設したことを特徴とする放熱体。
  2. 【請求項2】ベースユニットに請求項1に記載の放熱体
    を装着した半導体パッケージであって、 装着された前記放熱体の放熱領域を外側に露出させるた
    めの窓部を前記ベースユニットのほぼ中央部に設け、そ
    の窓部の周囲に複数の入出力端子を配設し、かつ前記放
    熱体の接続端子側と前記ベースユニットの入出力端子側
    とを電気的に接続したことを特徴とする半導体パッケー
    ジ。
  3. 【請求項3】前記窓部の内壁面に段部を設け、その段部
    の上面と前記窓部の内壁面とがなす収容部に前記放熱体
    を嵌合したことを特徴とする請求項2に記載の半導体パ
    ッケージ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101040136B1 (ko) * 2008-09-23 2011-06-09 엘지이노텍 주식회사 반도체 패키지용 다열 리드리스 프레임 및 이를 이용한 반도체 패키지의 제조방법
JP2014120772A (ja) * 2012-12-17 2014-06-30 Princo Corp チップ放熱構造

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US9117792B2 (en) 2012-12-17 2015-08-25 Princo Middle East Fze Chip thermal dissipation structure
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