JPH11297901A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH11297901A
JPH11297901A JP10315598A JP10315598A JPH11297901A JP H11297901 A JPH11297901 A JP H11297901A JP 10315598 A JP10315598 A JP 10315598A JP 10315598 A JP10315598 A JP 10315598A JP H11297901 A JPH11297901 A JP H11297901A
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cavity
semiconductor chip
cap
package substrate
semiconductor device
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JP10315598A
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Yasuki Tsutsumi
安己 堤
Minoru Kubosono
実 窪薗
Fujiaki Nose
藤明 野瀬
Hiroshi Kuroda
宏 黒田
Akihiro Hida
昭博 飛田
Masayuki Shirai
優之 白井
Takashi Miwa
孝志 三輪
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • 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
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
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    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48151Connecting 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
    • H01L2224/48221Connecting 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
    • H01L2224/48225Connecting 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
    • H01L2224/48227Connecting 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 connecting the wire to a bond pad of the item
    • HELECTRICITY
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    • 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
    • H01L2224/73265Layer and wire connectors

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体チップで発生する熱を効率よく外部に
放散させることができるパッケージを提供する。 【解決手段】 パッケージ基板1の上面にはキャビティ
3が設けられ、その内部に搭載された半導体チップ4
は、パッケージ基板1の上面を覆う金属製のキャップ5
によって封止されている。キャップ5の中央部には、キ
ャビティ3の内側方向に突出する突起部5aが設けられ
ており、この突起部5aの先端(下端)は、半導体チッ
プ4の上面(素子形成面)と接触した状態になってい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置および
その製造方法に関し、特に、半導体チップを封止するパ
ッケージの熱抵抗の低減に適用して有効な技術に関す
る。
【0002】
【従来の技術】パッケージ基板の一部に設けたキャビテ
ィ内に半導体チップを搭載し、このキャビティをキャッ
プで覆うことによって半導体チップを気密封止するパッ
ケージ構造が、特開平4−123460号公報などに記
載されている。
【0003】上記公報に記載されたLSIパッケージ
は、パッケージ基板を樹脂で構成することによって部品
コストの低減を図っている。しかし、樹脂製のパッケー
ジ基板は、セラミック製のパッケージ基板に比べて製造
コストが安価である反面、気密性が劣るため、水分など
の浸入による信頼性の低下が問題となる。その対策とし
て、上記公報では、半導体チップを搭載したキャビティ
内にシリコーン樹脂を充填することによって半導体チッ
プへの水分の浸入を防いでいる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記した従
来のLSIパッケージは、キャビティ内の半導体チップ
全体を樹脂で被覆しているために放熱性が悪く、特に、
高消費電力の半導体チップを封止した場合には、動作時
に半導体チップから発生する熱を効率よく外部に逃がす
ことが難しいという問題がある。
【0005】本発明の目的は、半導体チップを封止する
パッケージの熱抵抗を低減する技術を提供することにあ
る。
【0006】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。
【0007】
【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、
次のとおりである。
【0008】(1)本発明の半導体装置は、パッケージ
基板の一面に形成したキャビティの内部に半導体チップ
を搭載し、前記キャビティをキャップで覆うことによっ
て、前記半導体チップを前記キャビティの内部に封止し
たパッケージ構造を有し、前記キャップの一部には、そ
の先端が前記半導体チップの主面またはその近傍に達す
る突起部が設けられている。
【0009】(2)本発明の半導体装置は、前記(1)
の半導体装置において、前記キャビティの内部には、前
記半導体チップを覆う封止樹脂が充填されている。
【0010】(3)本発明の半導体装置は、前記(2)
の半導体装置において、前記突起部は、前記キャビティ
の内部に充填された前記封止樹脂の一部を前記キャビテ
ィの外部に排出するための孔を備えている。
【0011】(4)本発明の半導体装置は、前記(1)
〜(3)の半導体装置において、前記パッケージ基板
は、樹脂を主体として構成されている。
【0012】(5)本発明の半導体装置は、前記(1)
〜(4)の半導体装置において、前記キャップは、金属
からなる。
【0013】(6)本発明の半導体装置の製造方法は、
以下の工程(a)〜(d)を含んでいる; (a)一面にキャビティを形成したパッケージ基板を用
意し、前記キャビティの内部に半導体チップを搭載する
工程、(b)前記キャビティの内部に未硬化の樹脂を注
入する工程、(c)一部に突起部を備えたキャップを前
記パッケージ基板の一面に固着することにより、前記キ
ャップで前記キャビティを気密封止し、前記突起部の先
端を前記半導体チップの主面またはその近傍に配置する
工程、(d)前記未硬化の樹脂を硬化させることによ
り、前記半導体チップの表面を前記樹脂で封止する工
程。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。
【0015】(実施の形態1)図1は、本実施の形態の
BGA(ボールグリッドアレイ)型パッケージを示す斜
視図、図2は、このパッケージのキャップを取り外した
状態を示す斜視図、図3は、このパッケージの断面図で
ある。
【0016】このBGAのパッケージ基板1は、例えば
ガラス布基材エポキシ樹脂(ガラエポ)、ポリイミド樹
脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂(BTレジン)な
どの合成樹脂板にCuなどの配線2を積層した多層配線
構造を有し、その上面の中央部にはキャビティ3が設け
られている。キャビティ3の内部には、半導体チップ4
が搭載され、接着剤10によってキャビティ3の底面に
固着されている。このキャビティ3は、パッケージ基板
1の上面全体を覆うキャップ5によって内部の気密が保
たれるようになっている。キャップ5は、例えばCuや
Alのような熱伝導性のよい金属板で構成されており、
接着剤6によってパッケージ基板1の上面に接合されて
いる。
【0017】上記キャビティ3の内部には、半導体チッ
プ4に外部から水分が浸入するのを防ぐために、半導体
チップ4の全体を覆うように封止樹脂7が充填されてい
る。この封止樹脂7は、例えばエポキシ樹脂やシリコー
ン樹脂からなる。また、キャビティ3の側面には配線2
の一端が露出しており、これらの配線2と半導体チップ
4とは、例えばAuやAlからなるワイヤ8を介して電
気的に接続されている。配線2の他端は、パッケージ基
板1の下面に接続された半田バンプ9と電気的に接続さ
れている。
【0018】パッケージ基板1の上面に接合された上記
キャップ5の中央部には、キャビティ3の内側方向に突
出する突起部5aが設けられており、この突起部5aの
先端(下端)は、半導体チップ4の上面(素子形成面)
に軽く接触した状態になっている。また、突起部5aの
先端には、孔5bが形成されており、この孔5bを通じ
てキャビティ3内の余分の封止樹脂7がキャビティ3の
外部に排出されるようになっている。
【0019】上記の構成によれば、半導体チップ4の表
面が放熱性の低い封止樹脂7で覆われている場合でも、
半導体チップ4で発生する熱はキャップ5の突起部5a
を通じて外部に放散されるため、熱抵抗の小さいBGA
型パッケージを実現することができる。
【0020】本実施の形態のBGAを製造するには、ま
ず図4に示すように、キャビティ3の側面に配線2の一
端を露出させたパッケージ基板1を用意する。次に、図
5に示すように、接着剤10を使ってキャビティ3の底
面に半導体チップ4を接合した後、周知のワイヤボンデ
ィング装置を使って配線2と半導体チップ4とをワイヤ
8で接続する。
【0021】次に、図6に示すように、キャビティ3の
内部に液状の封止樹脂7を注入した後、図7に示すよう
に、接着剤6を使ってパッケージ基板1の上面にキャッ
プ5を接合し、このキャップ5の中央部に形成された突
起部5aの下端を半導体チップ4の上面と接触させる。
キャビティ3の内部に充填された封止樹脂7の一部は、
突起部5aの下端に形成された孔5bを通じてキャビテ
ィ3の外部に排出されるので、孔5bは封止樹脂7によ
って自動的に塞がれる。なお、突起部5aの先端は、半
導体チップ4の上面と完全に密着していなくともよく、
少なくとも半導体チップ4の上面(素子形成面)の近傍
に位置していれば、半導体チップ4の熱を外部に逃がす
ことができる。
【0022】その後、キャビティ3の内部に充填された
液状の封止樹脂6を加熱硬化させた後、パッケージ基板
1の下面に半田バンプ9を接続することにより、前記図
1〜図3に示すBGAが完成する。なお、特に発熱量の
多い半導体チップ4を封止する場合には、図8に示すよ
うに、キャップ5の上面に金属製のフィン11を接合し
て放熱面積をさらに増やしてもよい。フィン11は、例
えば熱伝導性のシート状接着剤などを使ってキャップ5
の上面に接合する。あるいは、フィン11とキャップ5
とを一体に形成してもよい。
【0023】(実施の形態2)図9は、本実施の形態の
PGA(ピングリッドアレイ)型パッケージを示す断面
図である。
【0024】このPGAのパッケージ基板12はセラミ
ックで構成され、配線13はW(タングステン)などの
高融点金属で構成されている。配線13の一端はパッケ
ージ基板12の上面中央部に設けられたキャビティ14
の側面に露出し、ワイヤ8を介して半導体チップ4と電
気的に接続されている。また、配線13の他端は、パッ
ケージ基板12の下面に接続された金属製のリードピン
15と電気的に接続されている。
【0025】キャビティ14は、パッケージ基板12の
上面に接合された金属製のキャップ5によって内部の気
密が保たれるようになっている。セラミック製のパッケ
ージ基板12は、プラスチック製のものに比べてキャビ
ティ14の気密性が高いので、半導体チップ4を覆う封
止樹脂は特に必要はない。
【0026】パッケージ基板12の上面に接合された上
記キャップ5の中央部には、キャビティ14の内部方向
に突出する突起部5aが設けられており、この突起部5
aの先端を半導体チップ4の上面(素子形成面)と接触
させることによって、半導体チップ4の熱をこの突起部
5aを通じて外部に逃がすようにしている点は、前記実
施の形態1のBGAと同じである。
【0027】本実施の形態によれば、熱抵抗の小さいセ
ラミックパッケージを実現することができる。
【0028】(実施の形態3)図10は、本実施の形態
のBGA型パッケージを示す断面図である。前記実施の
形態1、2のパッケージは、いずれも半導体チップを搭
載するキャビティをパッケージ基板の上面に設ける、い
わゆるキャビティアップ構造を採用しているが、本実施
の形態のパッケージは、半導体チップ4を搭載するキャ
ビティ21をパッケージ基板20の下面に設ける、いわ
ゆるキャビティダウン構造を採用している。
【0029】このBGAのパッケージ基板20は、前記
実施の形態1のそれと同じく、合成樹脂板にCuなどの
配線2を積層した多層配線構造を有している。このパッ
ケージ基板20の下面の中央部に設けられたキャビティ
21の内部には、半導体チップ4が搭載されている。パ
ッケージ基板20の上面には、CuやAlなどの金属か
らなる放熱板22が接着剤23を介して接合されてお
り、半導体チップ4は、この放熱板22の下面に接着剤
23を介して接合されている。
【0030】キャビティ21の側面には配線2の一端が
露出しており、これらの配線2と半導体チップ4とは、
例えばAuやAlからなるワイヤ8を介して電気的に接
続されている。配線2の他端は、パッケージ基板1の下
面に接続された半田バンプ9と電気的に接続されてい
る。
【0031】上記キャビティ21は、パッケージ基板2
0の下面に接合された金属製のキャップ24によって内
部の気密が保たれるようになっており、その内部には、
半導体チップ4全体を覆うように樹脂6が充填されてい
る。金属製のキャップ5の中央部には、キャビティ21
の内部方向に突出する突起部24aが設けられており、
この突起部24aの先端は、半導体チップ4の下面(素
子形成面)と接触する(または近接して配置される)よ
うになっている。
【0032】本実施の形態によれば、半導体チップ4の
熱をその両面、すなわち放熱板22と突起部24aとを
通じて外部に逃がすようにしているので、熱抵抗の極め
て小さい樹脂パッケージを実現することができる。
【0033】以上、本発明者によってなされた発明を前
記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前
記実施の形態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。
【0034】
【発明の効果】本願によっ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、
以下の通りである。
【0035】本発明の半導体装置によれば、半導体チッ
プで発生する熱をキャップを通じて外部に効率よく放散
させることが可能となるので、熱抵抗の小さいパッケー
ジを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1であるBGAを示す斜視
図である。
【図2】本発明の実施の形態1であるBGAのキャップ
を取り外した状態を示す斜視図である。
【図3】本発明の実施の形態1であるBGAを示す断面
図である。
【図4】本発明の実施の形態1であるBGAの製造方法
を示す斜視図である。
【図5】本発明の実施の形態1であるBGAの製造方法
を示す断面図である。
【図6】本発明の実施の形態1であるBGAの製造方法
を示す断面図である。
【図7】本発明の実施の形態1であるBGAの製造方法
を示す断面図である。
【図8】本発明の実施の形態1であるBGAを示す斜視
図である。
【図9】本発明の実施の形態2であるPGAを示す断面
図である。
【図10】本発明の実施の形態3であるBGAを示す断
面図である。
【符号の説明】
1 パッケージ基板 2 配線 3 キャビティ 4 半導体チップ 5 キャップ 5a 突起部 5b 孔 6 接着剤 7 封止樹脂 8 ワイヤ 9 半田バンプ 10 接着剤 11 フィン 12 パッケージ基板 13 配線 14 キャビティ 15 リードピン 20 パッケージ基板 21 キャビティ 22 放熱板 23 接着剤 24 キャップ 24a 突起部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒田 宏 東京都青梅市新町六丁目16番地の3 株式 会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 飛田 昭博 東京都青梅市新町六丁目16番地の3 株式 会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 白井 優之 東京都青梅市新町六丁目16番地の3 株式 会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 三輪 孝志 東京都青梅市新町六丁目16番地の3 株式 会社日立製作所デバイス開発センタ内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パッケージ基板の一面に形成したキャビ
    ティの内部に半導体チップを搭載し、前記キャビティを
    キャップで覆うことによって、前記半導体チップを前記
    キャビティの内部に封止した半導体装置であって、前記
    キャップの一部には、その先端が前記半導体チップの主
    面またはその近傍に達する突起部が設けられていること
    を特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体装置であって、前
    記キャビティの内部には、前記半導体チップを覆う封止
    樹脂が充填されていることを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の半導体装置であって、前
    記突起部は、前記キャビティの内部に充填された前記封
    止樹脂の一部を前記キャビティの外部に排出するための
    孔を備えていることを特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項4】 請求項1、2または3記載の半導体装置
    であって、前記パッケージ基板は、樹脂を主体として構
    成されていることを特徴とする半導体装置。
  5. 【請求項5】 請求項1〜4のいずれか1項に記載の半
    導体装置であって、前記キャップは、金属からなること
    を特徴とする半導体装置。
  6. 【請求項6】 以下の工程(a)〜(d)を含むことを
    特徴とする半導体装置の製造方法; (a)一面にキャビティを形成したパッケージ基板を用
    意し、前記キャビティの内部に半導体チップを搭載する
    工程、(b)前記キャビティの内部に未硬化の樹脂を注
    入する工程、(c)一部に突起部を備えたキャップを前
    記パッケージ基板の一面に固着することにより、前記キ
    ャップで前記キャビティを気密封止し、前記突起部の先
    端を前記半導体チップの主面またはその近傍に配置する
    工程、(d)前記未硬化の樹脂を硬化させることによ
    り、前記半導体チップの表面を前記樹脂で封止する工
    程。
JP10315598A 1998-04-14 1998-04-14 半導体装置およびその製造方法 Pending JPH11297901A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1524690A1 (en) * 2003-10-13 2005-04-20 Infineon Technologies AG Semiconductor package with heat spreader

Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1524690A1 (en) * 2003-10-13 2005-04-20 Infineon Technologies AG Semiconductor package with heat spreader
US7196403B2 (en) 2003-10-13 2007-03-27 Infineon Technologies Ag Semiconductor package with heat spreader

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