JPH0817975A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 放熱性能を高める。 【構成】 パワーＩＣを作り込まれたペレット１１がボ
ード２０にバンプ１４による接続部１８を介して機械的
かつ電気的に接続されているＣＯＢ・ＩＣ１０におい
て、ペレット１１のアクティブエリア１２側と反対側の
主面に放熱フィン部１５が形成されているとともに、こ
の放熱フィン部１５側がボード２０と反対側に配置され
ており、樹脂封止体２４は放熱フィン部１５を露出させ
た状態で、接続部１８群を樹脂封止している。 【効果】 ペレットのアクティブエリアと反対側の主面
に放熱フィン部により、この主面におけるペレットの表
面積が大きくなるため、ペレットのこの主面からの放熱
作用は大きくなり、ペレットの発熱は放熱フィン部から
直接的に放出される。よってパワーＩＣ等の高い放熱性
能が要求される半導体装置でも充分な放熱性能を確保で
きる。

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、特に、そ
の放熱性能を高めるための技術に関し、例えば、パワー
ＩＣ等のように発熱量が大きい半導体ペレット（以下、
ペレットという。）を備えている半導体装置に利用して
有効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的な半導体装置は、電子回路を作り
込まれたペレットが樹脂封止体または気密封止体によっ
て全体的に封止された状態になっている。そのため、パ
ワーＩＣ等のように発熱量が大きいペレットを備えてい
る半導体装置においては、ペレットで発生した熱の放出
が封止体に籠もってしまい、その半導体装置の性能が低
下してしまう。

【０００３】そこで、高い放熱性能が要求される半導体
装置においては、従来から、例えば次のような種々の低
熱抵抗形のパッケージが提案されている。 （１） ペレットがボンディングされたタブに放熱フィ
ンが一体的に形成されており、この放熱フィンが封止体
の外部に露出されているパッケージ。 （２） ペレットにヒートシンクが熱伝導的に連結され
ており、このヒートシンクが封止体の外部に露出されて
いるパッケージ。

【０００４】なお、この種の低熱抵抗形パッケージを備
えている半導体装置を述べてある例としては、特開昭６
１−１５２０５１号公報、特開平１−２７０３３５号公
報、特開平１−２７０３３６号公報、特開平２−１２９
９５１号公報、特開平２−１８１９５６号公報、があ
る。

【０００５】また、薄形の実装を実現するためのテープ
・キャリア・パッケージを備えている半導体集積回路装
置（以下、ＴＣＰ・ＩＣ）として、ペレットとリード群
とがテープ・オートメイテッド・ボンディング（Ｔａｐ
ｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ：ＴＡＢ）に
より機械的かつ電気的に接続されるように構成されてい
るものがある。すなわち、リード群はポリイミド等のよ
うな絶縁性樹脂からなるキャリアテープ上に銅等のよう
な導電材料を用いて付設されている。ペレットはこのキ
ャリアテープに形成されているサポートリング内に各バ
ンプが各リードに整合するように配されて、バンプおよ
びリードをボンディング工具により熱圧着されることに
よって接続される。その後、封止樹脂がサポートリン
グ、リードおよびペレットを封止するようにポッティン
グされることにより、樹脂封止体が成形される。

【０００６】なお、ＴＣＰ・ＩＣを述べてある例として
は、特公昭４７−３２０６号公報、株式会社工業調査会
発行「ＩＣ化実装技術」昭和５７年４月１５日発行 Ｐ
１０７〜Ｐ１１３、がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来から提案されてい
る低熱抵抗形のパッケージを備えている半導体装置にお
いては、ペレットの発熱は放熱フィンやヒートシンクに
熱伝導されるため、封止体の外部へ放出され易くなる
が、ペレットと放熱フィンやヒートシンクとの間に大き
な熱抵抗になるボンディング材層が介在し、また、放熱
フィンやヒートシンク自体にも熱抵抗が介在するため、
放熱性能の増強には限界がある。

【０００８】ところで、パワーＩＣ等の高い放熱性能が
要求される半導体装置を前記したＴＣＰ・ＩＣにより構
成することが考えられる。つまり、ＴＣＰ・ＩＣにおけ
る樹脂封止体の外面に放熱フィンを付設する構成が考え
られる。しかし、このＴＣＰ・ＩＣにおいては、ペレッ
トと放熱フィンとが直接的に接触せず、熱抵抗が大にな
るため、やはり放熱性能の増強には限界がある。

【０００９】本発明の目的は、高い放熱性能を得ること
ができる半導体装置を提供することにある。

【００１０】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１１】

【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説明すれば、次の通り
である。

【００１２】すなわち、電子回路を作り込まれた半導体
ペレットが基板に機械的かつ電気的に接続されている半
導体装置において、前記半導体ペレットの電子回路を作
り込まれた側と反対側の主面に放熱フィン部が形成され
ているとともに、この放熱フィン部側が前記基板と反対
側に配置されていることを特徴とする。

【００１３】

【作用】前記した手段によれば、半導体ペレットのアク
ティブエリアと反対側の主面に放熱フィン部が形成され
ていることにより、この主面における半導体ペレットの
表面積が大きくなるため、半導体ペレットのこの主面か
らの放熱作用はきわめて大きくなる。そして、この半導
体ペレットの放熱フィン部が基板と反対側に向けられて
いるため、半導体ペレットの発熱は放熱フィン部から直
接的に放出されることになる。これにより、パワーＩＣ
等のように高い放熱性能が要求される半導体装置におい
ても、充分な放熱性能を確保することができる。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の一実施例である半導体装置を
示しており、（ａ）は一部切断斜視図、（ｂ）は正面断
面図である。

【００１５】本実施例において、本発明に係る半導体装
置は、チップ・オン・ボード形パッケージを備えている
半導体集積回路装置（以下、ＣＯＢ・ＩＣという。）１
０として構成されている。また、このＣＯＢ・ＩＣ１０
は機能的には高い放熱性能が要求されるパワーＩＣとし
て構成されている。そして、ＣＯＢ・ＩＣ１０はペレッ
トと、ボードと、樹脂封止体とを備えている。

【００１６】本実施例において、ペレット１１はシリコ
ンウエハが用いられて正方形の薄板形状の小片に形成さ
れており、そのアクティブエリア１２には発熱量の大き
い電子回路である高出力の半導体集積回路（パワーＩ
Ｃ）が作り込まれている。電子回路が作り込まれたアク
ティブエリア１２は、ペレット１１の一主面側に位置さ
れており、そのアクティブエリア１２側の主面（以下、
第１主面ということがある。）の周辺部には、電子回路
を外部に電気的に引き出すための電極パッド１３が複数
個、周方向に間隔を置かれて配設されている。各電極パ
ッド１３には後記する接続部を形成するためのバンプ１
４がそれぞれ突設されており、バンプ１４ははんだ材料
が用いられて半球形状に形成されている。

【００１７】また、ペレット１１のアクティブエリア１
２と反対側の主面（以下、第２主面ということがあ
る。）には、放熱フィン部１５が形成されている。放熱
フィン部１５は同一形状に突設された複数条の凸部１６
と、同一形状に没設された複数条の凹部１７とを備えて
おり、これら凸部１６と凹部１７とが両端を揃えられた
状態で交互に平行に配列されて構成されている。

【００１８】放熱フィン部１５の最大深さに相当する凹
部１７の深さＤは、アクティブエリア１２迄の距離Ｓが
５０μｍ以上になるように設定されている。すなわち、
放熱フィン部１５はアクティブエリア１２に悪影響を与
えない距離Ｓを確保するように設定されている。また、
放熱フィン部１５の谷径（空所部の幅）に相当する凹部
１７の幅Ｗは、１００μｍ程度に設定されている。した
がって、本実施例においては、放熱フィン部１５の山径
（実体部の幅）に相当する幅も、１００μｍ程度に設定
されている。さらに、放熱フィン部１５を含むペレット
１１の全体厚さＴは、通例のペレットの厚さ２００μｍ
程度よりも厚い、４００μｍ〜６００μｍに設定されて
いる。但し、ペレット１１の全体の厚さＴを、６００μ
ｍ以上に設定することを妨げるものではない。

【００１９】ペレット１１に対する放熱フィン部１５の
形成作業は、ウエハの状態で実施することが望ましい。
但し、放熱フィン部形成作業は、半導体装置の製造工程
における所謂前工程において実施してもよいし、ウエハ
のダイシング工程またはブレーキング工程の際に実施し
てもよい。この場合、従来、通例に実施されるウエハ裏
面の研摩加工を省略することができる。但し、ウエハ裏
面の研摩加工の実施を妨げるものではない。そして、ペ
レット１１に対する放熱フィン部１５の形成方法の具体
例としては、次のような方法がある。

【００２０】（１） ウエハのアクティブエリアと反対
側の主面（以下、ウエハの第２主面という。）にエッチ
ング加工を施す方法。このエッチング方法によれば、ウ
エハのアクティブエリア等に対するダメージを抑制しつ
つ、微細な放熱フィン部を精密に形成することができる
ばかりでなく、既存の半導体装置の製造設備を活用する
ことができる。

【００２１】（２） ウエハの第２主面にダイシングソ
ーによって溝を切削する方法。この方法によれば、ウエ
ハのダイシング工程に設備されているダイシングソーを
兼用することができるとともに、生産性を高めることが
できる。

【００２２】（３） ウエハの第２主面にマルチワイヤ
ソーによって溝を切削する方法。ワイヤソーはワイヤに
遊離塗粒が固着された切削具であり、複数本のワイヤソ
ーによって複数条の溝が同時に形成されるため、生産性
を高めることができる。

【００２３】（４） ウエハの第２主面にレーザー加工
によって溝を形成する方法。このレーザー加工方法によ
れば、複雑なパターンの放熱フィン部を形成することが
できるという効果が得られる。

【００２４】他方、ＣＯＢ・ＩＣ１０の基板としてのボ
ード２０は本体２１を備えている。このボード本体２１
はセラミック材料や、ガラス繊維にエポキシ樹脂が含浸
された材料等の絶縁材料が用いられて正方形の平板形状
にされている。本体２１の周辺部にはリード２２が複数
本、周方向に間隔（絶縁ギャップ）を置かれて配され、
第１主面と側面と第２主面とにわたって形成されてい
る。リード２２の第１主面側における内側先端部には、
後記する接続部を形成するためのランド２３が一体的に
形成されており、このランド２３の表面にははんだ材料
が用いられてはんだ被膜（図示せず）が被着されてい
る。各ランド２３の配置はペレット１１に突設された各
バンプ１４の配置に対応されている。

【００２５】基板としてのボード２０にはペレット１１
が放熱フィン部１５側がボード２０と反対側に配置され
て、ランド２３と電極パッド１３との間に形成された接
続部１８を介して機械的かつ電気的に接続されている。
すなわち、ペレット１１はボード本体２１の上に各バン
プ１４が各ランド２３に整合されて載置され、この状態
で、リフローはんだ付け処理を施される。この処理によ
り、ランド２３に形成されたはんだ被膜とバンプ１４と
が溶融固化されて、ランド２３と電極パッド１３との間
には接続部１８が形成される。そして、各ランド２３と
各電極パッド１３との間にそれぞれ形成された各接続部
１８によって、ペレット１１はボード２０に機械的かつ
電気的に接続された状態になる。

【００２６】このようにしてボード２０の上に機械的か
つ電気的に接続されたペレット１１の外周には、接続部
１８群を樹脂封止するための樹脂封止体２４がポッティ
ング法によって形成される。すなわち、樹脂封止体２４
は、エポキシ樹脂を主成分とする液状の封止樹脂材料が
ボード本体２１上のペレット１１の外周に均一に塗布さ
れた後、硬化されることにより、成形されている。ま
た、樹脂封止体２４はペレット１１の放熱フィン部１５
を露出させるように成形されている。

【００２７】次に、本実施例の作用および効果を説明す
る。以上のように構成されたＣＯＢ・ＩＣ１０はプリン
ト配線基板（図示せず）に、ペレット１１側をプリント
配線と反対側に向けられて表面実装される。そして、発
熱量の大きいＣＯＢ・ＩＣ１０がプリント配線基板等に
実装された状態（図示せず）で、ＣＯＢ・ＩＣ１０が稼
働されてペレット１１が発熱した場合、その熱はペレッ
ト１１の放熱フィン部１５からに直接的に外気に放熱さ
れる。このとき、放熱フィン部１５は複数条の凸部１６
および凹部１７から構成されていることにより、その表
面積がきわめて大きくなっているため、その放熱効果は
きわめて大きい。したがって、ペレット１２は充分に冷
却されるため、ＣＯＢ・ＩＣ１０は期待された性能を発
揮することになる。その結果、パワーＩＣ等のように高
い放熱性能が要求される半導体装置においても、充分な
放熱性能を確保することができる。

【００２８】図２は本発明の他の実施例である半導体装
置を示しており、（ａ）は半分が平面図および他の半分
が底面図、（ｂ）は正面断面図である。

【００２９】本実施例２が前記実施例１と異なる点は、
本発明に係る半導体装置が、テープ・キャリア・パッケ
ージを備えている半導体集積回路装置（以下、ＴＣＰ・
ＩＣという。）として構成されている点にある。すなわ
ち、このＴＣＰ・ＩＣ１は基板としてキャリア用テープ
を備えており、このテープに形成されたリード群とペレ
ットとがテープ・オートメイテッド・ボンディングによ
り機械的かつ電気的に接続されている。

【００３０】このＴＣＰ・ＩＣ１のキャリア用テープ２
はポリイミド等のような絶縁性樹脂が用いられて、同一
パターンが長手方向に連続するように一体成形されてい
る。但し、説明および図示は一単位だけについて行われ
ている。テープ２の両側端辺部にはピッチ送りに使用さ
れる送り孔３が等ピッチに配されて開設されており、両
側の送り孔群間にはサポートリング４が等ピッチをもっ
て１列縦隊に配されて形成されている。サポートリング
４は略正方形の枠形状に形成されており、その枠内の空
所は後記するペレットを収容するためのペレット収容部
５を実質的に構成している。サポートリング４の外側空
所６には保持部材７が四隅に配されて、サポートリング
４を保持するように一体的に架設されている。

【００３１】ペレットから電子回路を外部に引き出すた
めのリード８は複数本が、テープ２の片側平面（以下、
上面とする。）上に配されて、銅箔等のような導電性材
料が用いられて溶着や接着等のような適当な手段により
固定的に付設されている。リード８群はサポートリング
４における送り孔３の並ぶ方向の対辺に分けられて、サ
ポートリング４を径方向に貫通するように配設されてお
り、各リード８同士が互いに電気的に非接続になるよう
に形成されている。各リード８の内側先端部はペレット
収容部５内に突き出されることによりインナリード８ａ
を構成しており、外側空所６を横断して外方に突き出さ
れたアウタリード８ｂはテープ２上に固着されている。
リード８群の表面にはソルダビリティーを高めるために
錫めっき膜（図示せず）が被着されている。

【００３２】一方、ＴＣＰ・ＩＣ１におけるペレット１
１Ａはサポートリング４のペレット収容部５に収容され
得る略正方形の小片に形成されており、そのアクティブ
エリア１２Ａ側の第１主面における一対の縁辺部に形成
された電極パッド１３Ａには、後記する接続部１８Ａを
形成するためのバンプが複数個、テープ２における各イ
ンナリード８ａに整合し得るように配されて金系材料が
用いられて突設されている。そして、本実施例におい
て、ペレット１１Ａの第２主面には放熱フィン部１５Ａ
が一体的に形成されている。

【００３３】リード８群にペレット１１Ａがインナリー
ドボンディングされる際、キャリアテープ２は複数のス
プロケット（図示せず）間に張設されて一方向に間欠送
りされる。そして、張設されたキャリアテープ２の途中
に配設されているインナリードボンディングステージに
おいて、ペレット１１Ａはペレット収容部５内にサポー
トリング４の下方から収容されるとともに、各バンプを
各インナリード８ａにそれぞれ整合されてボンディング
工具（図示せず）によって熱圧着されることにより、テ
ープ２に組み付けられる。すなわち、インナリード８ａ
の表面に被着されている錫めっき膜と金系材料から成る
バンプと間において、金−錫共晶層の接続部１８Ａが形
成されるため、インナリード８ａとバンプとは機械的か
つ電気的に接続された状態になる。

【００３４】このようにしてテープ・オートメイテッド
・ボンディングされたペレット１１Ａとリード８群との
周囲には樹脂封止体２４Ａが、エポキシ・フェノール樹
脂等のような絶縁性樹脂がポッティングされることによ
ってペレット１１Ａ、接続部１８Ａ群およびインナリー
ド８ａ群を樹脂封止するように成形される。このとき、
樹脂封止体２４Ａは放熱フィン部１５Ａが露出するよう
に成形される。

【００３５】すなわち、ポッティング樹脂はポッティン
グ装置（図示せず）によりテープ２の上方からサポート
リング４のペレット収容部５を中心に満遍無く塗布する
ように供給され、サポートリング４とペレット１１Ａと
の隙間を通ってサポートリング４およびペレット１１Ａ
の側面に回り込み、インナリード８ａおよびペレット１
１Ａを全体的に包囲して樹脂封止することになる。

【００３６】このようにして樹脂封止体２４Ａを成形さ
れたＴＣＰ・ＩＣ１はキャリアテープ２に付設された状
態のまま、電気的特性試験等のような検査を受けた後、
出荷される。そして、出荷されたＴＣＰ・ＩＣ１はキャ
リアテープ２に付設された状態のまま、または、サポー
トリング４の外方位置で切断されてキャリアテープ２か
ら個別に分離された状態において、プリント配線基板
（図示せず）上に放熱フィン部１５を上向きにして配さ
れ、アウタリード８ｂとランド（図示せず）の間がリフ
ローはんだ処理される。このとき、リード８の表面には
錫めっき膜１１が被着されているため、ソルダビリティ
ーは良好に行われる。

【００３７】この実装状態で、ＴＣＰ・ＩＣ１が稼働さ
れてペレット１１Ａが発熱した場合、その発熱はペレッ
ト１１Ａの放熱フィン部１５Ａから直接的に外気に放熱
されるため、相対的にペレット１１Ａは充分に冷却され
ることになる。このとき、放熱フィン部１５Ａの表面積
は大きくなったいるため、その放熱効果はきわめて良好
になる。

【００３８】この実施例２によれば、前記実施例１に加
えて次の効果が得られる。すなわち、ＴＣＰ・ＩＣの放
熱性能を高めることにより、ＴＣＰ・ＩＣによるパワー
ＩＣを実現させることができるため、生産性の良好なＴ
ＣＰ・ＩＣによってパワーＩＣの生産性を大幅に高める
ことができる。

【００３９】以上本発明者によってなされた発明を実施
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で
種々変更可能であることはいうまでもない。

【００４０】例えば、放熱フィン部の形状ないし構造
は、前記実施例に限らず、図３に示されているように構
成してもよい。すなわち、放熱フィン部は、ペレットの
機械的強度や、アクティブエリアの機能等を損なわない
範囲で、表面積が可及的に大きくなるように構成するこ
とが望ましい。図３（ａ）に示されているペレット１１
Ｂの放熱フィン部１５Ｂは、凸部１６Ｂと凹部１７Ｂと
が千鳥状に配置されている。図３（ｂ）に示されている
ペレット１１Ｂの放熱フィン部１５Ｃは、凸部１６Ｃと
凹部１７Ｃとが交互に、かつ、ペレット１１Ｃの一方の
対角線に平行に延在するように配置されている。

【００４１】放熱フィン部の形状、大きさ、構造等は、
要求される放熱性能、実装形態、ペレットの性能、大き
さ、形状、構造等々の諸条件に対応して選定することが
望ましい。

【００４２】また、パッケージ構造は、チップ・オン・
ボード形パッケージおよびテープ・キャリア・パッケー
ジに限らず、ボール・グリッド・アレー（ＢＧＡ）パッ
ケージ等、その他のパッケージを使用することができる
し、フリップ・チップ等のベアチップ直接組み込み技術
等を使用することができる。

【００４３】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるＣＯＢ
・ＩＣおよびＴＣＰ・ＩＣによるパワーＩＣに適用した
場合について説明したが、それに限定されるものではな
く、パワートランジスタや、トランジスタアレー、その
他の半導体装置装置全般に適用することができる。特
に、本発明は、高い放熱性能が要求される半導体装置に
利用して優れた効果が得られる。

【００４４】

【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、次
の通りである。

【００４５】半導体ペレットの電子回路を作り込まれた
側と反対側の主面に放熱フィン部を形成するとともに、
この半導体ペレットを放熱フィン部側を基板と反対側に
向けて機械的かつ電気的に接続することにより、放熱フ
ィン部における半導体ペレットの表面積が大きくなるた
め、半導体ペレットのこの主面からの放熱作用をきわめ
て高めることができる。そして、この半導体ペレットの
放熱フィン部が基板と反対側に向けられているため、半
導体ペレットの発熱を放熱フィン部から直接的に放出さ
せることができ、これにより、パワーＩＣ等のように高
い放熱性能が要求される半導体装置においても、充分な
放熱性能を確保することができる。

【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示してお
り、（ａ）は一部切断斜視図、（ｂ）は正面断面図であ
る。

【図２】本発明の他の実施例である半導体装置を示して
おり、（ａ）は半分が平面図および半分が底面図、
（ｂ）は正面断面図である。

【図３】（ａ）、（ｂ）は放熱フィン部の２つの変形例
を示すペレットの各斜視図である。

【符号の説明】

１…ＴＣＰ・ＩＣ（半導体装置）、２…テープ、３…送
り孔、４…サポートリング、５…ペレット収容部、６…
外側空所、７…保持部材、８…リード、８ａ…インナリ
ード、８ｂ…アウタリード、１０…ＣＯＢ・ＩＣ（半導
体装置）、１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ…ペレット、
１２、１２Ａ…アクティブエリア、１３、１３Ａ…電極
パッド、１４…バンプ、１５、１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ
…放熱フィン部、１６、１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ…凸
部、１７、１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ…凹部、１８、１８
Ａ…接続部、２０…ボード（基板）、２１…ボード本
体、２２…リード、２３…ランド、２４、２４Ａ…樹脂
封止体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 富男 東京都小平市上水本町５丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子回路を作り込まれた半導体ペレット
   が基板に機械的かつ電気的に接続されている半導体装置
   において、 前記半導体ペレットの電子回路を作り込まれた側と反対
   側の主面に放熱フィン部が形成されているとともに、こ
   の放熱フィン部側が前記基板と反対側に配置されている
   ことを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 前記放熱フィン部が半導体ペレットの電
   子回路を作り込まれたアクティブエリアから５０μｍ以
   上離間するように形成されていることを特徴とする請求
   項１に記載の半導体装置。
3. 【請求項３】 前記半導体装置ペレットと前記基板と
   が、導電体が溶融固化されて形成された接続部によって
   機械的かつ電気的に接続されているとともに、この接続
   部がポッティング法によって形成された樹脂封止体によ
   って樹脂封止されていることを特徴とする請求項１また
   は請求項２に記載の半導体装置。