JPH08191117A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH08191117A
JPH08191117A JP7001729A JP172995A JPH08191117A JP H08191117 A JPH08191117 A JP H08191117A JP 7001729 A JP7001729 A JP 7001729A JP 172995 A JP172995 A JP 172995A JP H08191117 A JPH08191117 A JP H08191117A
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JP
Japan
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screw
screws
semiconductor chip
semiconductor device
cap
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Pending
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JP7001729A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Kikuchi
広 菊地
Toshihiko Sato
俊彦 佐藤
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH08191117A publication Critical patent/JPH08191117A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161Disposition
    • H01L2224/16151Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/16225Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73253Bump and layer connectors

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】基体3上にバンプ電極2を介して固着した半導
体チップ1の背面側に丸棒4を立設し、該丸棒4が入る
穴が設けられたネジ6の当該穴内に前記丸棒4を嵌込み
し、該ネジ6に螺合できるネジ穴を有するキャップ8と
当該ネジ6とを螺合し、当該ネジ6と当該キャップ8と
の螺合部10を気密封止する。 【効果】丸棒とネジとが嵌め合い構造がとられ、ネジと
丸棒との間は動くことが可能で、半導体チップのバンプ
電極への応力が軽減され、半導体チップからの発熱は丸
棒、ネジ、次いでキャップを経由して、外部に放熱する
ことができ、設計の自由度が高く、気密性も高く、ネジ
や丸棒などの汎用の安価な部材で放熱構造が達成でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に関し、特
に、半導体チップよりの熱を効率良く放熱することがで
き、半導体チップに対する応力が軽減され、設計の自由
度が高く、気密性も高い半導体装置を安価に提供するこ
とのできる技術に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置における半導体チップからの
発熱を効率良く冷却する方法には大別して2方式があ
る。一つには、半導体装置に例えばフロリナートよりな
る冷却媒体を噴射し、冷却するとう冷却方式がある。こ
の方式の場合、冷却する為の複雑な構造が不要であり、
冷却効率も高いという利点がある。
【0003】しかし、フロリナート中の水分、イオンの
管理が非常に重要であり、半導体装置の信頼性とを考え
合わせると、現在では、極く限られた製品にのみこの方
式が適用されている。
【0004】現在、最も多く使われているのは、半導体
チップ表面に金属または高熱伝導性のセラミックスを固
着または接触させ、この中を熱を伝導させて半導体装置
外部まで移動させ、半導体装置外部で液体例えば水また
は空気にて放熱する方法である。この熱伝導を使用した
半導体装置(パッケージ)構造では、一般に、パッケー
ジ自体を気密にする為に、半導体装置の信頼性を高く保
障できるという利点がある。
【0005】この方法では、従来から、半導体チップ背
面部を伝熱部材にて固着して熱抵抗を下げるという方法
をとってきた。
【0006】また、半導体チップの電極数の増加すなわ
ち多ピン化と共に、ワイヤーボンディングが困難にな
り、表面実装用の電極を持つ半導体チップが多く使用さ
れるようになってきた。
【0007】しかし、例えば、CCB(Control
led Collapse Bonding)半田バン
プ電極を持つ半導体チップの場合、半導体チップの背面
部を伝熱部材に固着すると、半導体チップの両面が拘束
されることになる。この状態で温度の変化が起きると、
パッケージにおける構成部材間の熱膨張率の差から、バ
ンプ電極に応力が生まれ、その繰返し応力により疲労破
断に至ることがある。この疲労破断を防ぐ為に、従来、
半導体チップ裏面からの熱伝導経路に、遊びを作る構造
を用いている。
【0008】その中の一つに、櫛歯同志を組み合わせて
熱伝熱を起こない、かつ、自由度の高い「櫛歯伝熱冷却
方式」がある。
【0009】しかし、この方法では、噛み合う櫛歯の高
さ、傾きの精度が非常に高く要求されるいう欠点があっ
た。また、精度の高い部材、プロセスの為に、製品の製
造コストが高くなるという欠点があった。
【0010】尚、半導体装置の放熱技術を記載した特許
の例としては、特願平3−19694号が挙げられる。
また、CCBバンプによる半導体チップ構造について記
載された文献の例としては、日経エレクトロニクス(1
990.12.10,P227)、特開昭62−249
429号公報、特開昭63−310139号公報が挙げ
られる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の有する欠点を解消することを目的としたものであ
る。
【0012】本発明の前記ならびにそのほかの目的と新
規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきら
かになるであろう。
【0013】
【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。
【0014】上記目的を達成するため、本発明では、基
体上に固着した半導体チップの背面側に丸棒などの棒状
体を立設し、当該棒状体が入る穴が設けられたネジの当
該穴内に当該棒状体を嵌込みし、当該ネジに螺合できる
ネジ穴を有するキャップと当該ネジとを螺合し、当該ネ
ジと当該キャップとの螺合部を気密封止するようにし
た。
【0015】また、前記半導体チップの背面側に直接ネ
ジを固定してあるいは固定せずに立設し、当該ネジとキ
ャップとを螺合するようにした。
【0016】さらには、前記ネジに代え半導体チップの
背面側に丸棒などの棒状体を立設し、当該棒状体が入る
穴が設けられたキャップの当該穴内に当該棒状体を嵌込
みするようにした。
【0017】
【作用】上記手段によれば、棒状体とネジとは嵌込み
(はめあい)構造がとられているので、ネジと棒状体と
の間は動くことが可能で、半導体チップについてバンプ
電極による電気的接続がとられている場合にも、当該チ
ップの当該バンプ電極への応力が軽減され、半導体チッ
プからの発熱は、棒状体、ネジ、次いでキャップを経由
して、外部に放熱することができ、棒状体とネジとのは
めあいの調節が自由で、設計の自由度が高く、キャップ
による封止によりまたネジと当該キャップとの間隙の気
密封止により気密性も高く、ネジや丸棒などの汎用の安
価な部材で放熱構造が達成できるという利点がある。
【0018】また、前記半導体チップの背面側におい
て、直接ネジを立設し該ネジとキャップとを螺合し、ま
たは、丸棒などの棒状体を立設し該棒状体とキャップと
を嵌込みする場合にも、上記のような設計の自由度が確
保でき、気密性も高く、ネジや丸棒などの汎用の安価な
部材で放熱構造が達成できるという利点がある。
【0019】その場合に、ネジを固定せずに立設するよ
うにすれば、半導体チップにおける当該バンプ電極への
応力をより一層軽減することができる。
【0020】また、当該実装におけるワイヤーボンディ
ングは、電極数の増加に伴いピッチも狭くなってワイヤ
ー間の短絡などを生じ多ピン化への対応において無理を
生じてきている。
【0021】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。
【0022】実施例1.図1(A)は、本発明の実施例
を示す半導体装置の要部断面図、同図(B)は、本発明
の実施例を示す同半導体装置を適用した半導体装置の全
体断面図である。
【0023】図示のように、半導体チップ1を、そのバ
ンプ電極2を介して、パッケージ基板3上にフリップチ
ップ実装する。
【0024】当該半導体チップ1は、素子表面上の信号
のI/0(入/出力)端子部に形成されたバンプ電極2
を下側にして、当該バンプ電極2を介してパッケージ基
板3上に固定する。
【0025】上記半導体チップ1は、例えばシリコン単
結晶基板から成り、周知の技術によってその内部には多
数の回路素子が形成され、1つの回路機能が与えられて
いる。回路素子の具体例は、例えばMOSトランジスタ
から成り、これらの回路素子によって、例えば論理回路
およびメモリの回路機能が形成されている。
【0026】バンプ電極2は、例えば、PbーSnハン
ダ、Auボール等よりなる。
【0027】パッケージ基板3は、プリント配線基板あ
るいはセラミック配線基板などにより構成されている。
【0028】半導体チップ1は、パッケージ基板3に、
CCB(Controlled Collapse B
onding)接続技術によりバンプ電極2を介して電
気的に接続されている。
【0029】半導体チップ1の背面側(裏面)には、半
田付用のメタライズ層が形成してある。
【0030】当該半導体チップ1の裏面に丸棒4を半田
5により半田付けし、丸棒4を半導体チップ1の裏面に
立設する。
【0031】丸棒4は、ネジ6の丸穴に嵌込まれる。当
該丸穴は、丸棒4の径に比較して僅かに大きな径に開け
られている。丸棒4とネジ6との隙間7には、その図示
が省略されているが、充填材が充填されている。当該充
填材には、例えば、グリース、オイルなどが使用され、
伝熱性が高いものが好ましい。また、丸棒4とネジ6と
の間の潤滑性の良いものが好ましい。
【0032】半導体装置の組立てに際しては、ネジ6の
丸穴に丸棒4を嵌込み、ネジ6にて、半田5の溶解時
に、丸棒4を半導体チップ1の裏面に押付けするように
する。これにより、丸棒4と半導体チップ1間の半田5
におけるその内部のボイド(気泡)を抜くことができ
る。
【0033】その後、ネジ6を取外し、その丸穴に充填
材を塗布し、再び、ネジ6の丸穴に丸棒4を嵌込む。そ
の際に、ネジ6が丸棒4に当接しないようにする。すな
わち、半導体チップ1の表面側は、バンプ電極2により
パッケージ基板3に固着されており、また、半導体チッ
プ1の裏面側も、上記のように丸棒4が半田付けされて
おり、したがって、その両面が拘束されているので、こ
の状態で温度変化が起きると、当該装置における構成部
材間の熱膨張率の差から、バンプ電極2に応力が加わ
り、その繰返し応力により疲労破断に至ることがある。
本発明では、丸棒4とネジ6とは嵌込み(はめあい)構
造がとられ、ネジ6を回転させ適宜上下方向位置を微調
節できるので、ネジ6が丸棒4に突当ってから、それを
戻すことで、精度良く丸棒4とネジ6の位置関係を決め
ることができ、バンプ電極2への応力を軽減できるよう
になっている。
【0034】ネジ6のネジ部とキヤップ8に開けられた
ネジ穴9のネジ部とが螺合され、ネジ6にキヤップ8が
取付けされる。当該ネジ6のネジ部およびと当該キャッ
プ8のネジ穴9のネジ部には、半田付用のメタライズ層
が形成してあり、前記のように、ネジ6の位置決め後
に、これらネジ部間の間隙10に半田11を充填し、当
該螺合部10を気密封止する。
【0035】図1(B)に示すように、当該キヤップ8
により、半導体チップ1とパッケージ基板3との間は気
密封止され、当該チップ1やバンプ電極部2が外的環境
から保護される。同図に示すように、当該キヤップ8の
上部には、水冷用ジャケット12を取付けする。半導体
チップ1からの発熱は、丸棒4、ネジ6、キャップ8、
次いで、水冷用ジャケット12を経由して、外部に放熱
される。
【0036】上記実施例によれば、丸棒4とネジ6と
は、はめあい構造がとられ、それらの間には潤滑性の伝
熱充填材が充填され、ネジ6と丸棒4との間は動くこと
が可能であり、ネジ6は微調節が可能で精度良く丸棒4
に対する位置関係を決めることができので、バンプ電極
2への応力を軽減でき、半導体チップ1からの発熱は、
丸棒4、ネジ6、キャップ8、次いで、水冷用ジャケッ
ト12を経由して、効率的に外部に放熱され、丸棒4と
ネジ6とのはめあいの調節が自由で、設計の自由度が高
く、キャップ8によりまたネジ6と当該キャップ8との
間隙は半田11充填により気密封止されているので気密
性も高く、ネジ6や丸棒4による汎用の安価な部材で放
熱構造が達成できるという利点がある。
【0037】実施例2.図2(A)は、本発明の他の実
施例を示す半導体装置の要部断面図、同図(B)は、本
発明のさらに他の実施例を示す半導体装置の要部断面図
である。
【0038】図2(A)に示す実施例は、前記実施例と
は異なり、丸棒4を使用せずに、ネジ6のみを使用して
放熱構造としたもので、半導体チップ1の裏面にネジ6
を半田5により半田付けしネジ6を半導体チップ1の裏
面に立設する以外は、前記実施例と同様にしたものであ
り、ネジ6を用いて気密性の高い放熱構造が簡易に安価
に達成できるという利点がある。
【0039】この場合、図2(B)に示すように、半導
体チップ1の裏面とネジ6との間を半田付けせずに、微
細な間隙13とすることにより、半導体チップ1の縦方
向の拘束を前記図2(A)に示す実施例に比較して軽減
できる。
【0040】実施例3.本実施例は、図2(A)に示す
実施例におけるネジ6に代えて丸棒4とした以外は、前
記実施例2と同様に構成した放熱構造を示す。尚、丸棒
4とキヤップ8との間隙には半田14を充填し気密封止
する。
【0041】以上本発明者によってなされた発明を実施
例にもとずき具体的に説明したが、本発明は上記実施例
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。
【0042】
【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。
【0043】本発明によれば、半導体チップよりの熱を
効率良く放熱することができ、半導体チップに対する応
力が軽減され、設計の自由度が高く、気密性も高い半導
体装置を安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(A)は、本発明の実施例を示す半導体装
置の要部断面図、同図(B)は、本発明の実施例を示す
同半導体装置を適用した半導体装置の全体断面図であ
る。
【図2】図2(A)は、本発明の他の実施例を示す半導
体装置の要部断面図、同図(B)は、本発明のさらに他
の実施例を示す半導体装置の要部断面図である。
【図3】図3は、本発明のさらにまた他の実施例を示す
半導体装置の要部断面図である。
【符号の説明】
1・・・半導体チップ 2・・・バンプ電極 3・・・パッケージ基板 4・・・棒状体(丸棒) 5・・・半田 6・・・ネジ 7・・・隙間 8・・・キヤップ 9・・・ネジ穴 10・・・間隙 11・・・半田 12・・・水冷用ジャケット 13・・・間隙 14・・・半田

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体素子を有してなる半導体チップを搭
    載可能な基体上に固着した当該半導体チップの背面側に
    丸棒などの棒状体を立設し、当該棒状体が入る穴が設け
    られたネジの当該穴内に当該棒状体を嵌込みし、当該ネ
    ジに螺合できるネジ穴を有するキャップと当該ネジとを
    螺合し、当該ネジと当該キャップとの螺合部を気密封止
    してなることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】半導体素子を有してなる半導体チップを搭
    載可能な基体上に固着した当該半導体チップの背面側に
    ネジを固定しあるいは固定せずに立設し、該ネジに螺合
    できるネジ穴を有するキャップと当該ネジとを螺合し、
    当該ネジと当該キャップとの螺合部を気密封止してなる
    ことを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】半導体素子を有してなる半導体チップを搭
    載可能な基体上に固着した当該半導体チップの背面側に
    丸棒などの棒状体を立設し、当該棒状体が入る穴が設け
    られたキャップの当該穴内に当該棒状体を嵌込みし、当
    該棒状体と当該キャップとの間隙を気密封止してなるこ
    とを特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項4】キャップ上に水冷用ジャケットを付設して
    なることを特徴とする、請求項1、2または3に記載の
    半導体装置。
JP7001729A 1995-01-10 1995-01-10 半導体装置 Pending JPH08191117A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014120594A (ja) * 2012-12-17 2014-06-30 Fujitsu Ltd 冷却装置及びその製造方法並びに電子部品
CN113140524A (zh) * 2021-03-31 2021-07-20 南瑞联研半导体有限责任公司 一种半导体模块结构

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