JPS59500541A - 自己位置決めするヒ−トスプレツダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 自己位置決めするヒートスプレッダ 技術的分野 本発明は、一般的にはヒートスプレッダ（ｈｅａｔ　５ｐ−ｒｅａｄｅｒｓ　） に関するものであシ、更に具体的に云うと半導体デバイスによるプラスチックカ プセル封入以前に型中空部（ｍｏｌｄ　ｃａｖｉｔｙ）　内に挿入するように適 合されたヒートスプレッダに関する。

背景技術 種々の形および設計の金属ヒートスプレッダは、電気的に集積回路ダイに接続さ れている金属リードフレームから熱を放散又は伝導するために一般的に用いられ ている。そのようなヒートスプレッダの１つの応用例は、ヒートスプレッダを物 理的に金属リードフレームに付着させるものであり、そこではヒートスプレッダ およびリードフレームはともにプラスチック内にカプセル封入されている。その ような応用例では、ヒートスプレッダはプラスチック全体にわたって比較的均等 に熱を放散するのに用いられ、外部ヒートシンク（ｈｅａｔ　５ｉｎｋ）への接 触のためには用いられない。ヒートスプレッダが露出した表面をＭすると、プラ スチックと金属との間の接着不良のためパッケージ内に湿気が入ることがある。

露出した金属表面もまた構造をもろくすることがちる。金属リードフレームに直 接に接続されているヒートスプレッダに伴う短所は、物理的接続を達成するのに 別個の製造段階を必要とすることである。そのようなヒートスプレッダに伴うも う１つの短所は、１つの長い伝導性表面又は板として動作するヒートスプレッダ ともう１つの伝導性表面又は板として動作するリードフレームの間にキャパシタ ンスが存在することである。リードフレームは動作中場所によって電圧が異な９ ２つの導電性表面を隔て＼いる距離が短いので、それら２つの表面間に大きなキ ャパシタンスが生じる。一部の応用例ではこのキャパシタンスは重大ｉ問題とは ならない。しかしマイクロプロセッサ力どの多数の高速回路においては、このキ ャパシタンスは重大な問題となる可能性がある。もう１つの問題はある部分から 他の部分へとキャパシタンスが変化することでｓｂ、このキャパシタンスの変化 はリードフレームに対してヒートスプレッダの位置が変わることによって起きる 。成る部分から他の部分へキャパシタンスが変化する結果、ヒートスプレッダの 構成が一部の部分に対しては受け入れることができるが、異なるリードフレーム 構成を有する他の部分に対しては受け入れることができない。

発明の簡単な要約 従って本発明の目的は、プラスチックカプセル封入前に型中空部内で自己位置決 めをする改良されたヒートスプレッダを提供することである。

本発明のもう１つの目的は、ヒートスプレッダとリードフレームとの間のキャパ シタンスが最小となる構成を肩する改良されたヒートスプレッダを提供すること である。

本発明のもう１つの目的は、どの部分においてもヒートスプレッダ自体とリード フレームとの間のキャパシタンスがはソ同じ量である改良されたヒートスプレッ ダを提供することである。

本発明のもう１つの目的は、プラスチックカプセル封入の前に陽極酸化（ａｎｏ ｄｉｚｅ　）され型中空部内で自己位置決めする改良されたヒートスプレッダを 提供することである。

本発明の更にもう１つの目的は、低い熱インピーダンスを肩する半導体パッケー ジに用いる改良されたヒートスプレッダを提供することである。

本発明の上記の目的およびその他の目的を達成する上で、プラスチックのような カプセル封じ用材料（ｅｎｃａｐｓｕｌａｎｔ　）でカプセル封じをする前に型 中空部（ｍｏｌｄ　ｃａｖｉｔｙ　）内に挿入するように適合された自己位置決 めを行うヒートスプレッダが１つの形として提供されている。このヒートスプレ ッダは型中空部内に置かれておシ、金属リードフレームの第２表面に接続されて いる半導体ダイを有する金属リードフレームの第１表面に平行している。このビ ー１スプレツダは、反対側の端末部に切込みがあシ、型中空部の端壁（ｅｎｄｗ ａｌｌｓ）の所定の許容差内で延びるような寸法の分岐した突出部分（１ｉｍｂ Ｓ　）の範囲を限定するフレームを有する。各単位体（ｕｎｉｔ）のキャパシタ ンスをはソ均等にするために、各突出部分の内側の縁は突出部分を覆っているリ ードフレームの部分を補足している。１対の間隔を置いて配置されている側方の スタンドオフがヒートスプレッダの各々の側面から型中空部の側壁の所定の許容 差内で延びている。少なくとも１対の脚（ｆｅｅｔ　）がリードフレームのＴ１ へ所定の距離だけ延びておシ、中央部分はリードフレームの底表面の所定の許容 差の範囲内で延びている。ヒートスプレッダの少なくとも１表面は陽極酸化のよ うな絶縁体によって覆われていて、ヒートスプレッダとリードフレームとの間の 電気的接続を防止している。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明の好ましい実施例に従って構成された自己位置決めをするヒー トスプレッダの平面図である。

第２図は、第１図のヒートスプレッダの側面図である。

第３図は、第１図の線３−３にはソ沿って切断された本発明によるヒートスプレ ッダの断面図である。

好ましい実施例の詳細な説明 第１図には好ましい実施例に従って構成されたヒートスプレッダ１０が示されて いる。ヒートスプレッダは型中空部（図示されていない）の下半分又は上半分に 挿入することができる。ヒートスプレッダ１０を型中空部の上半分に用いると、 よシ低い熱インピーダンスが得られるが、ヒートスプレッダ１０は代表的な場合 には型中空部の下半分に用いられる。カプセル封入された集積回路のそのような 従来の組立てにおいては、半導体ダイに接続されているリードフレーム（図示さ れていない）を含む型中空部の上半分は、型中空部の下半分内に置かれる。半導 体ダイはそこからリードフレームに延びているｔＩｗ！を有する。型中空部の両 半分は融解したプラスチックのようなカプセル封入用材料によって満たされ、カ プセル封入された半導体ダイを形成する。

好ましい形においては、ヒートスプレッダ１０はアルミニウムなどの金属の細長 い熱伝導性フレーム１２を含み、完全に陽極酸化又は絶縁されている。ヒートス プレッダ１０はできれば金属であることが好ましいが、ヒートスプレッダ１０は カプセル封入用材料よりも熱伝導率が高い任意の他の材料で作ってもよい。ヒー ト伝導性フレーム校は細長い形をしていることが好ましいことは理解されるが、 はソ正号形のフレームを使用してもよい。フレーム球の両端にはそれぞれ切込み １４および切込み１６がある。１対の分岐した突出部分（脚ｌｉｍｂｓ）１８お よび２０が切込み１４を取り囲んでおシ、１対の分岐した突出部分２２および２ ４が切込み１６を取シ囲んでいる。

突出部分１８および２０はそれぞれ端末縁２６および端末縁悠で終っている。突 出部分ｎおよびスはそれぞれ端末縁間および３２で終っている。突出部分１８お よび２０はそれぞれ内側の縁あおよび内側の縁３６を肩し、突出部分２２および 別はそれぞれ内側の縁間および内側の縁４０を肩する。側方のスタンドオフ（５ ｔａｎｄｏｆｆ　、支柱）４２゜伺、４６および４８はそれぞれ突出部分１８　 、２０　、２２および冴の外側面から延びている。脚（ｆｅｅｔ）　５０　、５ ２　、５４および５６がヒートスプレッダ１０の下表面から所定の距離だけ延び ている。中央部分間はヒートスプレッダ１０の上表面からリードフレーム（図示 されていない）の底面の所定の許容差の範囲内に延びている。

脚（ｆｅｅｔ　）　５０　、５２　、５４および関は型中空部の床からのヒート スプレッダ１０の位置を決めてそれを叉えるのを助けている。脚５０　、５２　 、５４およびＩの主要な目的はフレーム球を型中空部の底面から持ち上けること である。この結果ヒートスプレッダ１０はヒートシンクのような露出面を肩せず 、はソ完全にカプセル封入されている。プラスチックは必ずしも金属に強力に接 着するとは限らないので、完全なカプセル′封入は重要である。

ヒートスプレッダ１０の金属面が露出すると、水分が金属−プラスチック接触面 内に入る可能性がある。更に、ヒートスプレッダ１０は、もし露出されるとプラ スチックから引き、抜かれたシ、又ははがれたシすることがある。従って、脚５ ０　、５２　、５４および５６はヒートスプレッダ１０の下方に所定の距離だけ 延びていて、ヒートスプレッダ１０の下面がプラスチックによって完全にカプセ ル封入されることを保証する。好ましい形においては４つの別個の脚が示されて いるが、２つ又は５つ以上の脚を用いてもよい。２つだけの脚を用いる場合には 、両方の脚はカプセル封入用材料が入る端とは反対のヒートスプレッダｌＯの端 の万に位置している。カプセル封入用材料が流入すると脚のない万の端は型中空 部から僅かに持ちあがるようになる。

中央部分間の目的は、金属ヒートスプレッダ１ｏの一部分だけがリードフレーム に近接するようにすることである。ヒートスプレッダ１ｏの一部分だけがリード フレームに近接するようにする目的は、２つの伝導性表面間に存在するキャパシ タンスを最小にすることでおる。このようなキャパシタンスは表面間の距離又は 表面間のプラスチック誘電体の厚さが小さくなるにつれて小さくなる。しかし、 ヒートスプレッダ１０の熱放散能力を大幅に低下させることなしにはリードフレ ームとヒートスプレッダ１０との間を長い距離をおいて分離することはできない 。ヒートスプレッダ１０は陽！ｆｆ化されて電気的絶縁スキン（ｓｋｉｎ）を有 しているので、中央部分間をリードフレームに隣接させて配置してもよい。この 結果、ヒートスプレッダｌＯとリードフレームとを分離するプラスチックが力〈 ても、ヒートスプレッダ１０はリードフレームに付着された電気回路に電気的に 接触しない。

側方のスタンドオフ４２　、４４　、４６および４８はヒートスプレッダ１０が 型中空部内に自己位置決めするのに絶対に必要である。側方のスタンドオフは中 空部の側壁の第１所定許容差の範囲内に延びているので、ヒートスプレッダ１０ を中空部民に落とすと、ヒートスプレッダ１０はリードフレームとほぼ平行にな る。更に、プラスチックが型中空部を通って流れている場合にも、ヒートスプレ ッダ１０は横に移動することはできない。端末２６゜あ、３０および３２もまた 型中空部の端壁の第２許答差の範囲内に延びるような寸法になっている。同様に 、プラスチックが型中空部内に流れ込むと、脚１８　、２０　、２２および腕が しつかシと型中空部の端壁にくさびのようにくいこんでいるので、ヒートスプレ ッダ１０は縦方向に移動することができない。

切込み１４および１６は２つの目的を果たすのに役立つ。

第１に、フレーム球に関連した金属の量を減らすことによって、フレームシとリ ードフレームとの間の成型しないキャパシタンスの量が減少する。一部の応用例 では、リードフレームとともに用いる集積回路はキャパシタンスに非常に敏感で ある。従って、伝導性表面積を小さくすることは、スプレッダ１０とリードフレ ームとの間のキャパシタンスを最小にするのに絶対に必要でちることがしばしば ある。第２に、切込−％１４および１６はグラスチックがいづれかの端において 型中空部内に自由に流入できるようにするのに大いに役立つ。

もし金属が端末２６および詔および端末加および３２を横切って端から端までず っと延びていると、プラスチックの流れは型中空部に入る時に妨害され、流入上 の問題が起きるおそれがある。

ヒートスプレッダ１０のもう１つの重要な特徴は、それぞれ突出部分１８　、２ ０　、２２およびＵの上にあるリードフレームの部分を補足する。又はその部分 に一致するように作られている内側の縁詞、　３６　、３８および４ｏの設計で ある。リードフレームは独特の設計と輪廓を有しておシ、中央に位置している集 積回路ダイから放射状の設計を石する。ヒートスプレッダ１ｏをそれと同じ輪廓 にすることによって、単位体（ユニット）ごとのヒートスプレッダ−リードフレ ームキャパシタンスの変動ハ大幅に減少する。更に、内側の縁３４　、３６　、 ３８および４ｏは、リードフレーム設計の２つの隣接するリード間に集中される 。この結果、ヒートスプレッダ−リードフレームキャパシタンス変動は更に減少 する。従って、特定のリードフレーム設計を用いたすべての半導体デバイスハホ ソ同じヒートスプレッダ−リードフレームキャパシタンスを有する。

ヒートスプレッダｌＯの更にもう１つの特徴は、それぞれ端末縁２６　、２８　 、３０および３２からのテーパ縁５９　、６０　、６２および６４を利用してい ることである。端末縁２６　、２８　、３０および３２を先細シにする目的は、 集積回路パッケージの各角の周りによシ多くのプラスチックが存在できるように し、よシ長持ちのする部品を作ることである。

集積回路は取扱い中に物理的に手荒く扱われる可能性があるので、この特徴はパ ッケージの保全性を高める傾向がある。

ヒートスプレッダ１０のもう１つの！　徴ハ、ヒートスプレッダ１０の上表面か らリードフレームの底面の所定の許容差の範囲内に延びているリブ（ｒｉｂ）６ ６および６８を用いることである。好ましい形においては２つのリブが示されて いるが、１つ又は複数のリブを用いてもよい。更にリブ６６および６８をどこに 配置するかは重大でなく、リブ６６および鑓は切込み１４および１６および中央 部分団から任意の距離のところに配置させてもよい。リブ６６および６８は型中 空部に流れ込むプラスチックがねじられないように機能したり、又は突出部分１ Ｂ。

艶、２２および２４ヲリードフレームのところまで移動させないように機能する 。従って、１つのリブがプラスチックを流入させる型中空部の端に位置している 場合はリブの使用は更に重要となる。しかし、中央部分の製作が具体的な所定の 許容差内にあれば、リプ鉗および砺はヒートスプレッダ１０にとって絶対に必要 というものではない。

第２図にはヒートスプレッダ１０の側面図を示す。上述したように、中央部分５ ８と関連するリブ６６および絽および脚５２および５６の位置決めは重要ではな い。しかし、好ましい形においては、すべてのリブ、脚、突出部分およびスタン ドオフは中央部分団の両側にはソ対称である。

第３図にははソ第１図の線３−３に沿って切断したヒートスプレッダ１０の断面 図が示されている。今や明らかになったヒートスプレッダ１０のもう１つの％徴 は、中央部分団の下にあって切込み１４および切込み１６を通って延びているチ ャネル７０である。内側の傾斜した縁７２および７４は細長いフレーム球の内側 部分７６を金属リードフレームの底表面の所定の許容差の範囲内において持ち上 げるので、内側部分７６は側面７８および８０よシ高くなる。側面７８は突出部 分加および２４を含む側面であシ、側面８０は突出部分１８および２２を含む側 面である。

内側部分を持ち上げる目的は、金属ヒートスプレッダ１０のかなりの量をリード フレームにできるだけ近くに置いて熱インピーダンスを更に減らすことである。

また、内側部分７６を持ち上げることによってプラスチックはよシ自山に型中空 部円に流入できるようになる。

これまでの説明でヒートスプレッダｌＯの諸特徴は低い熱インピーダンス、自由 なプラスチックの流れ、低くてはソ一定しているヒートスプレツダーリードフレ ームキャパシタンスヲ短供するように最適化されていることが明らかなはずであ る。上述した諸特徴は、スプレッダが自ら位置を決めるので、容易に型中窒部円 にロードされるヒートスプレッダを提供する。

本発明を好ましい実施例によって説明したが、不発明は多くの方法で変形させ、 上記に具体的に記述説明した以外の多数の実施例の形をとシうることか西業者に は明らかでおろう。従って、本発明の真の精神および範囲内にあるすべての変形 を含むことが添付の請求の範囲によって意図されている。

国際調査報告

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　カプセル封入の前に型中空部内に挿入されるように適合され、半導体ダイ かその上に取シ付けられている金属リードフレームの第１表面にはソ平行してお シ、リードフレームの第２表面に接続されているヒートスプレッダにして、 互に向かいあっている両端に切込みが形成され、型中空部の端壁の第１所定許答 差の範囲内で延びるような寸法の分岐した突出部分を限定し、そのような各突出 部分の内側縁はカプセル封入された位置における突出部分の上にあるリードフレ ームの部分を補足し、少なくとも１対の間隔をおいて配置された側方のスタンド オフがその各側面から前記中空部の側壁の第２所定許容差の範囲内において延び ておシ、少なくとも１対の間隔をおいて配置された脚がその下表面から所定の距 離だけ延びている熱伝導性フレームと、半導体ダイがカプセル封入された位置に おいてその上に取シ付けられている前記リードフレームの部分の第１表面の第３ 所定許答差内で延び、それによシ前記第１．第２および第３所定許容差が選択さ れるので、前記ヒートスプレッダは前記型中空部および前記リードフレームに関 して自己位置決めする中央部分と、を含むヒートスプレッダ。 ２　その上表面から前記リードフレームの第１表面の第４所定許容差内に延びて いる少なくとも１つのリプを更に含む請求の範囲第１項のヒートスプレッダ。 ＆　前記の細長い熱伝導性フレームは、その互に向かいあっているはソ両端から 前記リードフレームの第１表面の第５所定許各差内に延びている持ち上げられた 内側部分を含む請求の範囲第１項のヒートスプレッダ。 ４　前記の分岐している突出部分は、前記ヒートスプレッダの側面から前記の分 岐している突出部分の端末まで先細シしている請求の範囲第１項のヒートスプレ ッダ。 五　プラスチック内にカプセル封入する前に型中空部内に挿入されるように適合 され、その上に半導体ダイか取シ付けられている金属リードフレームにはソ平行 しておシ、リードフレームの第２表面に接続されている自己位置決めをするヒー トスプレッダにシテ、熱伝導性フレームの互に向かいらっている両端に切込みが 形成され、型中空部の端壁の第１所定許容差の範囲内に延びるような寸法の分岐 した突出部分を限定しておシ、そのような谷突出部分の内側１縁はカプセル封入 された位置における突出部分の上にあるリードフレームの部分を補足し、少なく とも１対の間隔において配置された側方のスタンドオフがその各側面から前記中 空部の側壁の第２所定許容差の範囲内において延びておシ、少なくとも１対の間 隔をおいて配置された脚がその下表面から所定の距離だけ延びている熱伝導性フ レーム、を含む自己位置決めするヒートスプレッダ。 ６、　前記熱伝導性フレームは、その互に向かいあっているはｙ両端から前記リ ードフレームの第１表面の第３所定許容差内に延びている持ち上げられた内側部 分を更に含む請求の範囲第５項の自己位置決めするヒートスプレッダ。 ７、　前記ダイがそのカプセル封入位置にその上に取シ付けられている前記リー ドフレーム部分の第１表面の第４所定許容差内に延びている中央部分を更に含む 請求の範囲第６項の自己位置決めするヒートスプレッダ。 ８　ヒートスプレッダを型中空部内に入れ、ヒートスプレッダの２側面にスタン ドオフを配置し、型中空部の２つの壁面との関係でヒートスプレッダを配置し、 ヒートスプレッダの各端末に少なくとも１つの先細の突出部分を作り、型中空部 の２つの壁面との関係でヒートスプレッダを配置し、 ヒートスプレッダの下面に沿ってチャネルを設け、カプセル封入用材料がヒート スプレッダの下に自由に流れ込むようにし、 リードフレームを型中空部内に入れ、 型中空部を封鎖し、 カプセル封入用材料を型中空部内に注入することを含む、 少なくとも１つのリードフレームと１つのヒートスプレッダとを肩する半導体デ バイスをカプセル封入する方法。 ９、　リードフレーム、半導体ダイお二びヒートスプレッダをゼし、 前記ヒートスプレッダは、 ヒートスプレッダの少なくとも２つの端末に形成され、分岐した突出部分を限定 しておシ、その各突出部分の内側縁はその各突出部分の遠位端の万同に先細シし ている切込みと、 ヒートスプレッダの谷側面から延びている少なくとも１対の間隔をおいて配置さ れたスタンドオフと、ヒートスプレッダの第１表面から延びている少なくとも１ 対の間隔をおいて配置されている因と、第１表面に沿って形成され、切込みの１ つから別の切込みに延びているチャネルとを含む、半導体デバイス。 １０、ヒートスプレッダは、ヒートスプレッダの第２表面上にあって半導体ダイ に近接して配置されている隆起した部分を更に含み、第２表面は絶縁膜を有して いてヒートスプレッダとリードフレームとの間の導電性接触を防止している請求 の範囲第９項の半導体デバイス。