JPH08274223A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、優れた放熱性を有する半導体装
置を提供することを課題とする。 【解決手段】 半導体チップ２の上面に形成された複数
のバンプ電極２１にそれぞれ対応するリード７のインナ
ーリード７ａが接続され、半導体チップ２の上面と対向
するように配置された放熱板１３の端縁が半導体チップ
２の端縁上またはその外側に位置しており、放熱板１３
の上面、複数のリード７のアウターリード７ｂ及び半導
体チップ２の下面２ｂがそれぞれ外部に露出するように
パッケージ本体１０により半導体チップ２が封止されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置に係
り、特にＴＡＢ（ｔａｐｅ・ａｕｔｏｍａｔｅｄ・ｂｏ
ｎｄｉｎｇ）法により半導体チップが搭載されると共に
放熱性が改善された半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ半導
体チップが搭載されたテープキャリアの平面図及び断面
図である。テープキャリアは、フィルム状に形成された
テープ基材１を有している。テープ基材１は、ガラス繊
維入りエポキシ、ポリエチレン、ポリイミド等の絶縁材
料から形成され、その両側縁部に沿って複数のパーフォ
レーション孔５が等間隔に配置されると共に幅方向中央
部には半導体チップ２を収容するための矩形状のセンタ
デバイス孔３が形成されている。また、センタデバイス
孔３の周辺部には、複数のアウターリード孔４が形成さ
れている。このテープ基材１上には銅からなる複数のリ
ード７が固着されている。これらのリード７は、センタ
デバイス孔３とアウターリード孔４との間のサポート部
６により支持され、その先端部はインナーリード７ａと
してセンタデバイス孔３に張り出し、中央部は外部回路
の電極に接続されるアウターリード７ｂとしてアウター
リード孔４の上に位置している。さらに、各リード７の
後端部にはテストパッド７ｃが形成されている。尚、サ
ポート部６は隣接するアウターリード孔４間に位置する
ブリッジ部６ａによりテープ基材１に連結されている。
そして、図１１（Ｂ）に示すように、センタデバイス孔
３内において各リード７のインナーリード７ａに半導体
チップ２のバンプ電極２１が接続されている。

【０００３】このようにテープキャリアに搭載された半
導体チップ２は例えば図１２（Ａ）及び（Ｂ）に示すパ
ッケージに封止される。半導体チップ２は、導電性キャ
ップ８内に収容され、半導体チップ２の下面と導電性キ
ャップ８とがハンダあるいは導電性接着剤９により接合
される。導電性キャップ８の周縁部にはフランジ８ａが
形成されており、このフランジ８ａ上にテープキャリア
のサポート部６が支持される。そして、導電性キャップ
８内及びテープキャリアの上部にエポキシ等の樹脂が供
給され、これにより半導体チップ２を封止するパッケー
ジ本体１０が形成された後、各リード７がアウターリー
ド７ｂとテストパッド７ｃとの間で切断されると共にテ
ープ基材１のブリッジ部６ａが切断され、半導体装置が
形成される。

【０００４】ここで、導電性キャップ８は半導体チップ
２の裏面電位か必要な場合にそのリードになると共に動
作中の半導体チップ２で発生した熱を外部に放出するた
めの放熱手段としても作用する。

【０００５】ところで、近年、半導体装置の高密度化及
び高速度化に伴い半導体チップ２の発熱量はますます増
加する傾向にある。そこで、半導体装置の放熱性を高め
るために、図１３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように導電性
キャップ８の裏面にハンダ１２あるいは熱伝導性接着剤
で放熱フィン１１を接合したものが用いられるようにな
った。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１３
（Ａ）及び（Ｂ）に示した半導体装置では、半導体チッ
プ２の下面から外部までの間に、導電性接着剤９、導電
性キャップ８、ハンダ１２及び放熱フィン１１の４種類
の層が介在するためにこれらの層の接触部分に生じる接
触熱抵抗によって放熱性は劣化していた。

【０００７】また、パッケージ本体１０を形成するため
に半導体チップ２の上部に供給される樹脂は、パッケー
ジの強度及び信頼性から考えてそれほど薄くすることは
できず、このため半導体チップ２の表面からの放熱性は
極めて低いものであった。

【０００８】このように、ＴＡＢ法により製造される従
来の半導体装置は十分な放熱性を有していなかった。

【０００９】この発明はこのような問題点を解消するた
めになされたもので、優れた放熱性を有する半導体装置
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体装
置は、その上面に複数の電極が形成された半導体チップ
と、それぞれ一端部が前記半導体チップの対応する電極
に接続された複数のリードと、前記半導体チップの上面
と対向するように配置されると共にその端縁が前記半導
体チップの端縁上またはその外側に位置する放熱板と、
前記放熱板の上面、前記複数のリードの他端部及び前記
半導体チップの下面が外部に露出するように前記半導体
チップを封止するパッケージ本体とを備えたものであ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を添
付図面に基づいて説明する。 実施の形態１．図１（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ本発明
の実施の形態１に係る半導体装置の斜視図及び断面図で
ある。この半導体装置は絶縁性フィルムからなるテープ
基材１を有している。テープ基材１の中央部には矩形状
の開口部であるセンタデバイス孔３が形成され、このセ
ンタデバイス孔３の中に半導体チップ２が位置してい
る。また、テープ基材１の上面には銅からなる複数のリ
ード７が固着されている。各リード７の先端部はインナ
ーリード７ａとしてセンタデバイス孔３に張り出し、後
端部はアウターリード７ｂとしてテープ基材１の外方に
延出している。半導体チップ２の上面２ａには複数のバ
ンプ電極２１が形成されており、各バンプ電極２１が対
応するリード７のインナーリード７ａに接続されてい
る。

【００１２】これら半導体チップ２、テープ基材１及び
リード７はエポキシ等の樹脂からなるパッケージ本体１
０により封止されている。ただし、半導体チップ２の下
面２ｂ及びリード７のアウターリード７ｂは外部に露出
している。さらに、半導体チップ２の上面２ａよりわず
かに大きな面積を有する矩形状の放熱板１３が半導体チ
ップ２上部のパッケージ本体１０に埋設されている。放
熱板１３の端縁は、半導体チップ２の端縁の外側に位置
している。この放熱板１３は、例えば銅等の熱伝導性の
優れた金属から形成され、その下面１３ｂはリード７に
接触しない程度に半導体チップ２の上面２ａに近接し、
放熱板１３の上面１３ａは外部に露出している。

【００１３】この半導体装置は次のようにして製造する
ことができる。まず、図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示した
ようなテープキャリアに半導体チップ２を搭載した後、
図１（Ｃ）に示すようにテープキャリアを下金型１４上
に載置する。このとき、半導体チップ２が下金型１４の
キャビティハーフ１５内に収容されるように位置決めす
る。一方、上金型１６のキャビティハーフ１７内には放
熱板１３を保持させる。この放熱板１３は、上金型１６
にキャビティハーフ１７に開口する吸引口（図示せず）
を設け、この吸引口を介して真空吸引する等の方法によ
り保持することができる。

【００１４】次に、上金型１６と下金型１４との型締め
を行った後、上金型１６に形成されているゲート１８を
通して一対のキャビティハーフ１５及び１７により形成
されたキャビティ１９内に熔融状態の樹脂が注入され
る。樹脂の硬化後、この成型品を上金型１６及び下金型
１４から取り出し、各リード７をアウターリード７ｂと
テストパッド７ｃとの間で切断すると共にテープ基材１
のブリッジ部６ａを切断することにより、半導体装置が
製造される。

【００１５】尚、図１（Ｄ）に示すように、下金型２４
のキャビティハーフ２５内に放熱板１３を載置すると共
にこの下金型２４上に半導体チップ２のバンプ電極２１
が形成された面２ａが下方を向くようにテープキャリア
を載置し、この状態で上金型２６と下金型２４との型締
めを行って樹脂注入を行うこともできる。このようにす
れば、放熱板１３を保持する手段が不要となる。

【００１６】このようにして製造された半導体装置で
は、動作中に半導体チップ２で発生した熱は、一方にお
いては半導体チップ２の上面２ａから放熱板１３に伝わ
り、さらに放熱板１３の上面１３ａから外部に放出され
る。また、他方においては熱が半導体チップ２の下面２
ｂから直接外部に放出される。従って、放熱性が大きく
改善される。

【００１７】この実施の形態１においては放熱板１３が
例えば銅から形成されているか、この銅の熱膨張係数は
半導体チップ２の主材料であるシリコン等の熱膨張係数
とは大きく異なっている。また、上述したように、熔融
状態の樹脂を注入してパッケージ本体１０を形成するた
めに、このとき放熱板１３及び半導体チップ２は高温状
態にあり、常温状態に冷却されるまでに大きな温度降下
にさらされる。このため、常温状態において図２（Ａ）
のように反りのない半導体装置を製造するために、樹脂
封止時からの温度降下に対して放熱板１３と半導体チッ
プ２の各収縮量が等しくなるように、図１（Ｂ）におけ
る放熱板１３の厚さｔ１及び半導体チップ２の厚さｔ２
を決定することが望ましい。これら放熱板１３及び半導
体チップ２の収縮量が異なると、図２（Ｂ）あるいは
（Ｃ）に示すように常温状態で半導体装置に反りが生ず
る恐れがある。また、図１（Ｂ）において、テープ基材
１の上下にそれぞれ位置する樹脂の厚さｔ３及びｔ４が
互いに異なるとここにも反りを生じる恐れがある。

【００１８】実施の形態２．この発明の実施の形態２を
図３（Ａ）及び（Ｂ）に示す。この実施の形態では、パ
ッケージ本体１０を構成する樹脂が放熱板１３の上面１
３ａの周縁部上にまで位置している。これにより、テー
プ基材１の上下にそれぞれ位置する樹脂の厚さｔ５及び
ｔ６が互いに等しく設定されている。従って、このテー
プ基材１の上下において反りを生じない半導体装置が得
られる。またこの場合、放熱板１３の周辺部の樹脂厚を
増しただけであって、放熱板１３と半導体チップ２との
間の樹脂は厚くしないので、実施の形態１と比べて放熱
性に変化はない。

【００１９】実施の形態３．この発明の実施の形態３を
図４（Ａ）及び（Ｂ）に示す。この実施の形態では、放
熱板２３が線膨張係数３．４×１０^-6［Ｋ^-1］の窒化ア
ルミニウムＡｌＮから形成されている。この窒化アルミ
ニウムの線膨張係数は、半導体チップ２の主材料である
シリコンの線膨張係数３．５×１０^-6［Ｋ^-1］に極めて
近いものである。従って、放熱板２３の厚さｔ７を半導
体チップ２の厚さｔ２にほぼ等しく設定すれば、これら
両者の熱変形量は同程度となる。また、この場合、テ一
プ基材１の上下の樹脂厚ｔ８及びｔ９もほぼ等しくな
る。このため、反りの生じにくい半導体装置が得られ
る。尚、放熱板２３の材質は窒化アルミニウムに限るも
のではなく、半導体チップ２を構成するシリコンに線膨
張係数が近いものであればよい。特に、放熱板２３を半
導体チップ２と同様にシリコンから形成すれば、これら
両者の線膨張係数の差がなくなるので、より効果的であ
る。

【００２０】実施の形態４．この発明の実施の形態４を
図５（Ａ）及び（Ｂ）に示す。この実施の形態では、放
熱板１３と半導体チップ２とが可撓性を有するシリコー
ン樹脂２２で接着されている。このように放熱板１３を
半導体チップ２に接着した状態で、金型を用いて半導体
チップ２の樹脂封止を行えば、金型内への樹脂注入時に
放熱板１３と半導体チップ２との位置がずれたり、放熱
板１３とリード７とが電気的に短絡することが防止され
る。また、シリコーン樹脂２２は可撓性を有しているの
で、金型を型締めした際に放熱板１３及び半導体チップ
２等の微小な寸法精度のばらつきがシリコーン樹脂２２
に吸収され、高品質の製品が得られる。

【００２１】さらに、シリコン・カーバイド等の熱伝導
率の優れた微細フィラーを分散させたシリコーン樹脂２
２を用いれば、半導体チップ２で発生した熱がこのシリ
コーン樹脂２２を介して放熱板１３に伝導するので、放
熱性が一段と向上する。尚、シリコーン樹脂の代わりに
熱伝導率の優れた可撓性接着剤を用いれば、微細フィラ
ーを分散させなくても放熱性を向上させることができ
る。また、図５（Ｂ）では半導体チップ２のバンプ電極
２１の付近にシリコーン樹脂２２を供給して放熱板１３
との接着を行っているが、半導体チップ２の上面２ａの
中央部にシリコーン樹脂２２を供給してもよい。

【００２２】また、この実施の形態４では、半導体チッ
プ２の下面２ｂにハンダあるいは導電性接着剤９を介し
て導電性キャップ８が接合されている。導電性キャップ
８は、その周縁部にフランジ８ａを有しており、このフ
ランジ８ａがテープ基材１の下面に接合されている。こ
の導電性キャップ８は、例えば０．１ｍｍ厚の鉄・ニッ
ケル合金製シートを絞り加工した後、銀メッキすること
により形成され、半導体チップ２の下面２ｂ及びテープ
基材１の下面に接合された状態で金型内に搬入され、樹
脂の注入が行われる。このため、樹脂注入時にその注入
圧により半導体チップ２が位置すれを起こすこともな
く、信頼性の高い半導体装置が得られる。また、導電性
キャップ８は、半導体チップ２の下面２ｂに電位を与え
る必要がある場合には、そのリードの役目をなす。さら
に、導電性キャップ８で半導体チップ２の下面２ｂを覆
うため、半導体チップ２とパッケージ本体１０との境界
部からの水分の侵入が防止され、信頼性の向上がなされ
る。また、動作中に半導体チップ２内で発生した熱は半
導体チップ２の下面２ｂから導電性キャップ８を介して
外部に放出される。

【００２３】実施の形態５．この発明の実施の形態５を
図６（Ａ）及び（Ｂ）に示す。この実施の形態は、導電
性キャップ８の下面側にもパッケージ本体１０を形成す
る樹脂が供給されたタイプの半導体装置に放熱板１３の
装着を適用したものである。この場合にも、放熱板１３
を設けたことにより、半導体チップ２の上面２ａからの
放熱性が改善される。

【００２４】実施の形態６．この発明の実施の形態６を
図７（Ａ）及び（Ｂ）に示す。この実施の形態では、放
熱板３３の側面３３ｃに沿って溝３３ｄが形成されてい
る。このような溝３３ｄを設けることにより、放熱板３
３とパッケージ本体１０との接着性が向上するので、信
頼性の高い半導体装置が得られる。

【００２５】実施の形態７．また、溝の代わりに、図８
（Ａ）及び（Ｂ）に示す実施の形態７のように、放熱板
４３の周縁部にこれを上下に貫通する貫通孔４３ｅを形
成することもできる。この場合、上述した実施の形態２
と同様にパッケージ本体１０を構成する樹脂を放熱板４
３の上面４３ａの周縁部上にまで供給し、放熱板４３の
貫通孔４３ｅ内に樹脂を充填する。これにより、放熱板
４３とパッケージ本体１０との接着性は極めて高くな
る。

【００２６】実施の形態８．この他、放熱板とパッケー
ジ本体１０との接着性を高める方法として、図９（Ａ）
及び（Ｂ）に示す実施の形態８のように放熱板５３の側
面５３ｃに沿ってフランジ５３ｆを形成することもでき
る。

【００２７】実施の形態９．また、図１０（Ａ）及び
（Ｂ）に示す実施の形態９のように放熱板６３の側面６
３ｃに沿ってフランジ６３ｆを形成すると共にこのフラ
ンジ６３ｆに適宜貫通孔６３ｅを設けても、放熱板とパ
ッケージ本体１０との接着性を高めることができる。さ
らに、図示しないが、放熱板に凹凸を設けたり、ディン
プル（くぼみ）を形成しても同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１に係る半導体装置を示
し、（Ａ）は半導体装置の斜視図、（Ｂ）は半導体装置
の断面図、（Ｃ）及び（Ｄ）はそれぞれ半導体装置の樹
脂射止工程を示す断面図である。

【図２】実施の形態１の半導体装置を示し、（Ａ）〜
（Ｃ）はそれぞれ半導体装置に生じる反りを説明するた
めの一部破断正面図である。

【図３】実施の形態２に係る半導体装置を示し、（Ａ）
は斜視図、（Ｂ）は断面図である。

【図４】実施の形態３に係る半導体装置を示し、（Ａ）
は斜視図、（Ｂ）は断面図である。

【図５】実施の形態４に係る半導体装置を示し、（Ａ）
は斜視図、（Ｂ）は断面図である。

【図６】実施の形態５に係る半導体装置を示し、（Ａ）
は斜視図、（Ｂ）は断面図である。

【図７】実施の形態６に係る半導体装置を示し、（Ａ）
は斜視図、（Ｂ）は断面図である。

【図８】実施の形態７に係る半導体装置を示し、（Ａ）
は斜視図、（Ｂ）は断面図である。

【図９】実施の形態８に係る半導体装置を示し、（Ａ）
は斜視図、（Ｂ）は断面図である。

【図１０】実施の形態９に係る半導体装置を示し、
（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は断面図である。

【図１１】半導体チップが搭載されたテープキャリアを
示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。

【図１２】従来の半導体装置を示し、（Ａ）は斜視図、
（Ｂ）は一部破断正面図である。

【図１３】従来の他の半導体装置を示し、（Ａ）は斜視
図、（Ｂ）は断面図である。

【符号の説明】

１ テープ基材、２ 半導体チップ、７ リード、８
導電性キャップ、１０パッケージ本体、１３ 放熱板、
２１ バンプ電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 御秡如 英也 伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電機株式会 社北伊丹製作所内 (72)発明者 関 博司 伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電機株式会 社北伊丹製作所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 その上面に複数の電極が形成された半導
   体チップと、 それぞれ一端部が前記半導体チップの対応する電極に接
   続された複数のリードと、 前記半導体チップの上面と対向するように配置されると
   共にその端縁が前記半導体チップの端縁上またはその外
   側に位置する放熱板と、 前記放熱板の上面、前記複数のリードの他端部及び前記
   半導体チップの下面が外部に露出するように前記半導体
   チップを封止するパッケージ本体とを備えた半導体装
   置。