JPH077110A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH077110A
JPH077110A JP5144725A JP14472593A JPH077110A JP H077110 A JPH077110 A JP H077110A JP 5144725 A JP5144725 A JP 5144725A JP 14472593 A JP14472593 A JP 14472593A JP H077110 A JPH077110 A JP H077110A
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哲慈 菊地
Toshihiro Tsuboi
敏宏 坪井
Hiroshi Tate
宏 舘
Hiroshi Ozaki
弘 尾▲崎▼
Hiroshi Akasaki
博 赤崎
Masayuki Kikuchi
真之 菊池
Hiroshi Kosaku
浩 小作
Masayuki Shirai
優之 白井
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体装置の放熱性及び信頼性を向上する。 【構成】 半導体ペレット1と電気的に接続したリード
2、及び前記半導体ペレット1と前記リード2の一部を
封止するパッケージ6を備えた半導体装置において、前
記パッケージ6の表面に凹凸を設け、該凹凸と咬合する
凹凸を備えた放熱フィン7を前記パッケージ6表面上に
設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の冷却技術
に関し、特に、パッケージ、放熱フィンを介して放熱す
る半導体装置に適用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置は、主面に半導体素子の設け
られた半導体ペレットと、該半導体ペレットを搭載した
リードフレームと、前記半導体ペレットとリードフレー
ムの一部をセラミックやプラスチック等の封止体で封止
したパッケージとを有している。
【0003】例えば、主面に高速バイポーラトランジス
タ素子の設けられた半導体ペレットを搭載する半導体集
積回路装置は、大型コンピュータ等の高速演算処理に採
用されている。前記半導体集積回路装置は、演算処理の
高速化の為、半導体素子が高集積化される。このため、
消費電力が増し、半導体ペレットの素子形成面からの発
熱量は、増大する傾向にある。
【0004】また、半導体ペレットの素子形成面から発
生した熱は、パッケージに伝導し、パッケージの表面か
ら放出されている。
【0005】また、アルミニウムや窒化アルミニウム等
の熱伝導性の良い材料からなる放熱フィンをパッケージ
表面に設け、前記半導体ペレットで発生した熱をパッケ
ージを介して、放熱フィンに伝えることにより放熱性を
向上させている。
【0006】従来のセラミックやプラスチック等で封止
された半導体集積回路装置において、半導体ペレットの
素子形成面で発生した熱は、パッケージに伝導され、該
パッケージ表面から外部に放熱されている。
【0007】また、放熱フィンが前記パッケージ表面に
設けられた半導体集積回路装置において、半導体ペレッ
トの半導体素子の形成された主面で発生した熱は、パッ
ケージを介して、前記放熱フィンに熱が伝導され、該放
熱フィンから外部に放熱されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者は、前記従来技術を検討した結果、以下のような問題
点を見いだした。
【0009】半導体集積回路装置のパッケージ表面は、
平坦面となっており、放熱フィンは平坦面でパッケージ
と接触している。また、伝導される熱は表面積に比例す
る。このため、前記パッケージから伝導される熱はパッ
ケージの表面積に制約されている。
【0010】よって、半導体素子の高集積化による発熱
量の増大に放熱量が対応できず、半導体集積回路装置の
温度が上昇し、半導体素子の動作特性に変化を及ぼし、
正常に動作しなくなる。更に、温度が上昇し、高温にな
ると半導体素子間を接続する配線が断線する等、半導体
集積回路装置に回復不可能な破損が発生するという問題
があった。この結果、半導体集積回路装置の信頼性が低
下するという問題があった。
【0011】本発明の目的は、半導体装置の放熱性を向
上させる技術を提供することにある。
【0012】本発明の他の目的は、半導体集積回路装置
の信頼性を向上させる技術を提供することにある。
【0013】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。
【0014】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。
【0015】半導体ペレットと電気的に接続したリー
ド、及び前記半導体ペレットと前記リードの一部を封止
するパッケージを備えた半導体装置において、前記パッ
ケージの表面に凹凸を設け、該凹凸と咬合する凹凸を備
えた放熱フィンを前記パッケージ表面上に設ける。
【0016】
【作用】上述した手段によれば、本発明の半導体装置
は、前記パッケージ表面の凹凸と放熱フィンの凹凸とが
咬合している。これにより、前記パッケージと前記放熱
フィンとが接する表面積が増し、該パッケージから前記
放熱フィンに伝導される熱量が増える。これにより、半
導体装置の放熱性が向上される。このため、半導体素子
を高集積化した半導体装置を安定に動作させることがで
きる。この結果、半導体装置の信頼性を向上することが
できる。
【0017】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。
【0018】なお、実施例を説明するための全図におい
て、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り
返しの説明は省略する。
【0019】図1は、本発明の一実施例である半導体装
置を採用する樹脂封止型半導体装置の概略構成を示す図
であり、図1(a)は本実施例の半導体装置を示す斜視
図、図1(b)は図1(a)のA−A線で切った半導体
装置の要部断面図である。
【0020】図1において、1は半導体ペレット、2A
は半導体ペレット1を搭載するタブ、2Bは半導体ペレ
ット1の素子形成面に配置された外部端子と電気的に接
続される内部リード、2Cは内部リード2Bに一体に構
成されかつ電気的に接続される外部リードである。
【0021】3は半導体ペレット1の外部電極と内部リ
ード2Bとを接続するためのワイヤ、4は内部樹脂封止
体、5は半導体ペレット1と内部リード2Bを封止する
樹脂封止体である。
【0022】6は樹脂封止体5により形成されるパッケ
ージ、7は半導体ペレット1の素子形成面から発生した
熱を放熱するための放熱フィン、8は放熱フィン7とパ
ッケージ6を接合するための接合材である。
【0023】半導体ペレット1は、平面形状が方形状で
形成され、単結晶珪素からなる半導体基板を主体に構成
される。この半導体基板の素子形成面には、記憶回路シ
ステム若しくは論理回路システムを構成する半導体素子
が搭載される。
【0024】前記半導体素子は、これに限定されない
が、バイポーラトランジスタが使用される。前記バイポ
ーラトランジスタは、素子分離絶縁膜で周囲を囲まれた
単結晶珪素層の表面からその深さ方向に向かって、エミ
ッタ領域、ベース領域、コレク領域の夫々を順次縦方向
に配置し構成される。前記バイポーラトランジスタは、
複数層の夫々の配線層に形成される配線を通して電気的
に結線される。前記配線の夫々は、夫々の間に形成され
る層間絶縁膜を介在して相互に電気的に分離される。ま
た、前記半導体基板の最上層の前記配線層に配置される
前記配線の表面上の全域には最終保護膜(ファイナルパ
ッシベーション膜)が形成される。
【0025】半導体ペレット1の素子形成面に配置され
る外部端子は、通常、半導体基板の最上層の配線層に配
置される配線と同一配線層に形成される。この外部端
子、配線の夫々は、例えばアルミニウム合金膜で形成さ
れる。前記最終保護膜の外部端子上には、外部端子と内
部リード2Bとの間を電気的に接続するボンディング開
口が構成される。最終保護膜は、例えばプラズマCVD
法で堆積した窒化珪素膜、酸化珪素膜等の無機膜、若し
くは回転塗布法で塗布されたポリイミド系樹脂膜等の有
機膜で形成される。
【0026】半導体ペレット1は、タブ2A上に接着層
を介在して固着される。該接着層は、例えばAgペース
トが使用される。
【0027】タブ2A、内部リード2B、外部リード2
Cの夫々は、Fe−Ni合金で形成される。また、これ
らは、Cu若しくはCu系合金で形成しても良い。
【0028】半導体ペレット1の外部端子、内部リード
2Bの夫々は、ワイヤ3を通して電気的に接続される。
ワイヤ3は、Auワイヤ、Alワイヤ等が使用され、熱
圧着に超音波振動を併用したボンディング法でボンディ
ングされる。
【0029】内部樹脂封止体4は、半導体ペレット1の
露出する領域、特に半導体ペレット1の素子形成面、外
部端子とワイヤ3との接続領域及びこのワイヤ3自体も
含めた領域を被覆する。内部樹脂封止体4は、例えばポ
リイミド系樹脂が使用される。
【0030】樹脂封止体5は、例えばエポキシ系樹脂が
使用される。このエポキシ系樹脂は、所定の曲げ弾性率
に設定することを目的としてフィラー(酸化珪素粒)、
可撓材(シリコーンゴム)等が添加され、紫外線の吸
収、静電気の防止などを目的としてカーボン粒も併せて
添加される。
【0031】樹脂封止体5は、トランスファモールド法
で成形される。該成形は、トランスファ成形プレス装置
により実施される。該トランスファ成形プレス装置は、
半導体ペレット1を搭載したリードフレームを挾む金
型、樹脂タブレットを加熱溶融させるヒータ、溶融した
樹脂を加圧するプランジャ等で構成される。
【0032】前記金型は、上下2つの金型からなり、成
形面には、樹脂を充填するための溝が設けられ、その溝
とは、前記樹脂タブレットが投入されるポットと、該ポ
ットからつながり溶融した樹脂が移送されるランナと、
ゲートを介しランナにつながるキャビティとで構成され
る。
【0033】半導体装置のパッケージ6は、前記金型に
設けられた前記キャビティの形状により成形される。本
実施例の半導体装置のパッケージ6を成形する金型のキ
ャビティには、パッケージ6表面にあたる部分に、凹凸
が設けられている。このキャビティに樹脂封止体5を充
填させパッケージ6を成形するため、図1に示すように
パッケージ6の表面に凹凸形状が設けられる。
【0034】パッケージ6の凹凸が設けられた表面に放
熱フィン7を接合する。放熱フィン7は、樹脂封止体5
よりも熱伝導率が大きい材料、アルミニウムや窒化アル
ミニウムで形成される。また、これはCuやCu合金で
形成しても良い。
【0035】接合材8は、パッケージ6と放熱フィン7
との間の隙間を埋めるため、図1に示すように、パッケ
ージ6と放熱フィン7との間に設ける。また、接合材8
は、樹脂封止体5と放熱フィン7との熱膨張係数の違い
を緩和するため、樹脂封止体5を構成する材料(エポキ
シ系樹脂に、フィラー、可撓材及びカーボン粒を添加し
たもの)と、放熱フィン7を構成する材料(アルミニウ
ム、窒化アルミニウム等)との熱膨張係数の中間の熱膨
張係数を持つ材料を使用する。例えば、Ag粉末を有機
溶剤に混ぜたAgペーストである。
【0036】次に、本実施例の半導体装置の製造方法を
説明する。
【0037】まず、半導体ペレット1をタブ2Aにマウ
ントする。この時、接着材料としてAgペーストや半田
等を使用する。
【0038】次に、半導体ペレット1の外部端子と内部
リード2Bとをワイヤ3で接続する。
【0039】次に、半導体ペレット1の露出する領域、
特に半導体ペレット1の素子形成面、外部端子とワイヤ
3との接続領域及びこのワイヤ3自体も含めた領域を内
部樹脂封止体4で被覆する。これは、ポリイミド系樹脂
を主体とする液体を、ポッティング(又はスプレーによ
る吹き付け)し、熱を加えて硬化させることにより行
う。
【0040】次に、半導体ペレット1と、内部リード2
Bとを樹脂封止材で封止し、パッケージ6を形成する。
この時、パッケージ6の表面に凹凸が形成される。
【0041】次に、パッケージ6表面に形成された凹凸
部分に接合材8を塗布し、放熱フィン7を接続する。こ
の時、パッケージの凹凸と、放熱フィン7の凹凸とが咬
合するように接続する。接合材8は、高温若しくは常温
(室温)で放置することにより硬化させ、実施例1の半
導体装置は完成する。
【0042】以上の説明からわかるように、本実施例に
よれば、本発明の半導体装置は、パッケージ6表面の凹
凸と放熱フィン7の凹凸とが咬合している。これによ
り、前記パッケージ6と前記放熱フィン7とが接する表
面積が増し、該パッケージ6から前記放熱フィン6に伝
導される熱量が増える。これにより、半導体装置の放熱
性が向上される。このため、半導体素子を高集積化した
半導体装置を安定に動作させることができる。この結
果、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【0043】また、パッケージ6と放熱フィン7とを接
合材8で接合している。このため、パッケージ6と放熱
フィン7との間に隙間があかない。このため、半導体装
置で発生した熱を確実に放熱フィン7に伝えることがで
き、半導体装置の放熱を確実に行うことができる。この
結果、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【0044】また、接合材8の熱膨張係数は、樹脂封止
体4と放熱フィン7との熱膨張係数の間の熱膨張係数を
持つ材料を使用している。このため、温度上昇した時の
膨張時の応力による歪を緩和でき、クラック等の破壊を
回避することができる。この結果、半導体装置の信頼性
を向上することができる。
【0045】以上、本発明者によってなされた発明を前
記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記
実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しな
い範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【0046】例えば、本発明は、樹脂封止の半導体装置
に限定されず、セラミック封止等、他の封止構造を採用
する半導体装置に適用できる。
【0047】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。
【0048】半導体装置の放熱性を向上できる。
【0049】半導体装置の信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例である半導体装置を採用す
る樹脂封止型半導体装置の概略構成を示す斜視図
(a)、及び(a)のA−A線で切った要部断面図
(b)。
【符号の説明】
1…半導体ペレット、2A…タブ、2B…内部リード、
2C…外部リード、3…ワイヤ、4…内部樹脂封止体、
5…樹脂封止体、6…パッケージ、7…放熱フィン、8
…接合材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坪井 敏宏 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 日 立超エル・エス・アイ・エンジニアリング 株式会社内 (72)発明者 舘 宏 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 日 立超エル・エス・アイ・エンジニアリング 株式会社内 (72)発明者 尾▲崎▼ 弘 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 日 立超エル・エス・アイ・エンジニアリング 株式会社内 (72)発明者 赤崎 博 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 日 立超エル・エス・アイ・エンジニアリング 株式会社内 (72)発明者 菊池 真之 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 日 立超エル・エス・アイ・エンジニアリング 株式会社内 (72)発明者 小作 浩 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 日 立超エル・エス・アイ・エンジニアリング 株式会社内 (72)発明者 白井 優之 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体ペレットと電気的に接続したリー
    ド、及び前記半導体ペレットと前記リードの一部を封止
    するパッケージを備えた半導体装置において、前記パッ
    ケージの表面に凹凸を設け、該凹凸と咬合する放熱フィ
    ンを該パッケージ表面上に設けたことを特徴とする半導
    体装置。
JP5144725A 1993-06-16 1993-06-16 半導体装置 Withdrawn JPH077110A (ja)

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JP5144725A JPH077110A (ja) 1993-06-16 1993-06-16 半導体装置

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