JPS63252452A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPS63252452A
JPS63252452A JP8769587A JP8769587A JPS63252452A JP S63252452 A JPS63252452 A JP S63252452A JP 8769587 A JP8769587 A JP 8769587A JP 8769587 A JP8769587 A JP 8769587A JP S63252452 A JPS63252452 A JP S63252452A
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JP
Japan
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chip
semiconductor chip
heat sink
heat
semiconductor
Prior art date
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Pending
Application number
JP8769587A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Sekiguchi
剛 関口
Katsunori Nishiguchi
勝規 西口
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To make the title device strong enough to withstand large power consumption sufficiently by fast sticking a heat sink onto the reverse surface of a bump bonded surface in a chip and remarkably lowering the thermal resistance of the semiconductor chip. CONSTITUTION:A solder bump is formed onto one surface of a semiconductor chip 1, and a heat sink 4 having various shapes made of an alloy such as the alloy of copper and tungsten is fixed extending over the whole surface of the reverse surface of one surface of the chip 1. The quantity of heat generated from the chip 1 is thermally conducted directly to a heat-sink fin 40, 41 or 42 for the heat sink 4, and dissipated into an atmosphere through the heat-sink fin, thus largely lowering the thermal resistance of the chip 1. Accordingly, a semiconductor device is strong enough to withstand large power consumption.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はノリツブチップ型の半導体チップを備える半導
体装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor device including a Noritsu chip type semiconductor chip.

(従来の技術〕 フリップチップ型の半導体チップは、ワイヤボンディン
グを行うことなく半導体チップ上に形成された配線パタ
ーンとICパッケージとを接続できるので、半導体装置
の製造工程を大幅に簡易化できる長所をもっている。
(Prior art) Flip-chip semiconductor chips have the advantage of greatly simplifying the manufacturing process of semiconductor devices because the wiring patterns formed on the semiconductor chip and the IC package can be connected without wire bonding. There is.

第3図は従来のフリップチップ型の半導体チップを備え
た半導体装置の構成を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a semiconductor device equipped with a conventional flip-chip type semiconductor chip.

図示の通り、半導体デツプ1の片面にはバンプ2が形成
されていて、これが配線基板3上にパターン形成された
配線層31に接続されている(フェイスダウンボンディ
ング)。このような半導体チ ゛ツブ1の本体は、バン
プ2を介して配線基板3に固着されるので、ワイヤボン
ディングによる場合と異なり、チップ1を配線基板3上
にダイボンドする必要がない。
As shown in the figure, bumps 2 are formed on one side of the semiconductor deep 1, and are connected to a wiring layer 31 patterned on a wiring board 3 (face-down bonding). Since the main body of the semiconductor chip 1 is fixed to the wiring board 3 via the bumps 2, there is no need to die-bond the chip 1 onto the wiring board 3, unlike the case of wire bonding.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかしながら上記の半導体装置では、次のような問題点
があった。すなわち、半導体チップ1は配線基板3上に
ダイボンディングされないので、半導体チップ1での発
生熱量は直接には配線基板3に熱伝導して放熱すること
がない。その結果、大部分の放熱はバンプ2経出で配線
基板3に熱伝導されるか、あるいはチップ1本体から周
囲の雰囲気に対流放熱されるものに限られるので、半導
体チップ1の熱抵抗は大きくなる。従って従来の半導体
装置では、大電力用途の半導体チップを実装することが
できないという実用上の大きな制約がめった。
However, the above semiconductor device has the following problems. That is, since the semiconductor chip 1 is not die-bonded onto the wiring board 3, the amount of heat generated in the semiconductor chip 1 is not directly conducted to the wiring board 3 and radiated. As a result, most of the heat dissipation is limited to being conducted to the wiring board 3 through the bumps 2 or being convectively dissipated from the chip 1 body to the surrounding atmosphere, so the thermal resistance of the semiconductor chip 1 is large. Become. Therefore, in the conventional semiconductor device, a large practical limitation has occurred in that it is not possible to mount a semiconductor chip for high power use.

ざらに、通常は材料消費量の削減をり、かつ放熱性の向
上を図るべく、半導体チップ1を構成する半導体ウェー
ハの厚さは出来るだけ薄くすることが望ましい。しかる
に、従来の技術によると、厚みの薄い半導体チップをフ
ェイスダウンボンディングする事は、チップに過度の機
械的応力を加えることにもなり、半導体装置の信頼性を
損ねることになる。また、実際上、厚みが薄い半導体チ
ップを正確にチャックして適正に位置決めし、フェイス
ダウンボンディングをすることは技術的にも困難であり
、作業性にも欠ける。
Generally speaking, in order to reduce material consumption and improve heat dissipation, it is generally desirable to make the thickness of the semiconductor wafer constituting the semiconductor chip 1 as thin as possible. However, according to the conventional technology, face-down bonding of a thin semiconductor chip also applies excessive mechanical stress to the chip, which impairs the reliability of the semiconductor device. Furthermore, in practice, it is technically difficult to accurately chuck a thin semiconductor chip, properly position it, and perform face-down bonding, and the workability is also lacking.

上記の問題点により、従来の技術によると、数々の長所
を有するフリップチップ型の半導体チップは、小電力を
扱う小型のものに限られ、広範囲の半導体装置には用い
ることができないという大きな制約を残していた。
Due to the above-mentioned problems, flip-chip semiconductor chips, which have many advantages, are limited to small devices that handle low power, and cannot be used in a wide range of semiconductor devices, which is a major limitation. I had left it behind.

そこで本発明は、ノリツブチップ型の半導体チップの放
熱特性を改善し、チップの取り扱いをも容易に行えるよ
うにして、広範囲の用途に適用可能な半導体装置を提供
することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor device that can be applied to a wide range of applications by improving the heat dissipation characteristics of a Noribu chip type semiconductor chip and by making the chip easier to handle.

(問題点を解決するための手段) 上記目的を達成するために、本発明による半導体装置は
、半導体チップのバンプ接着面の反対面に、ヒートシン
クを密着したことを特徴とするものである。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention is characterized in that a heat sink is closely attached to the surface of the semiconductor chip opposite to the surface to which the bumps are bonded.

〔作用〕[Effect]

本発明によれば、以上のように半導体装置を構成するの
で、半導体チップでの発生熱量は直接にヒートシンクに
熱伝導して効率的に周囲の雰囲気中に放出され、半導体
チップでの熱抵抗を大幅に減少するように作用する。従
って、大電力消費を伴う動作によっても半導体チップの
温度上昇を抑えて半導体装置を安定に動作させ、その信
頼性を高めるよう作用する。
According to the present invention, since the semiconductor device is configured as described above, the amount of heat generated in the semiconductor chip is directly conducted to the heat sink and efficiently released into the surrounding atmosphere, reducing the thermal resistance of the semiconductor chip. It acts to reduce it significantly. Therefore, even in operations involving large power consumption, the temperature rise of the semiconductor chip is suppressed, the semiconductor device operates stably, and its reliability is increased.

〔実施例〕〔Example〕

以下、添付図面を参照して本発明のいくつかの実施例を
説明する。なお、図中の説明において同一要素には同一
符号を付し、説明の重複をさけている。
Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, in the explanations in the figures, the same elements are given the same reference numerals to avoid duplication of explanations.

第1図は形状の異なるヒートシンク4を有する第1実施
例の構成を示す斜視図であり、第1図(A>は半導体チ
ップ面と平行な水平フィン構造を有するヒートシンクフ
ィン40を用いた例を示し、同図(B)は山型フィン構
造を有するヒートシンクフィン41を用いた例を示し、
同図(C)は矩形中空構造を有するヒートシンクフィン
42を用いた例を示している。上記のいずれの実施例に
おいても、半導体チップ1の片面にはハンダバンプが形
成されて、その反対面の全面にわたって、例えば銅とタ
ングステンの合金製の各形状のヒートシンク4が固着さ
れている。
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a first embodiment having heat sinks 4 of different shapes. The figure (B) shows an example using heat sink fins 41 having a chevron-shaped fin structure,
FIG. 2C shows an example using heat sink fins 42 having a rectangular hollow structure. In any of the above embodiments, solder bumps are formed on one side of the semiconductor chip 1, and heat sinks 4 of various shapes made of, for example, an alloy of copper and tungsten are fixed to the entire surface of the opposite side.

半導体チップ1は例えばガリウム・ヒ素化合物半導体か
らなり、ヒートシンク4はチップ1に金・スズ合金層を
介して溶着されている。ヒートシンク4の熱膨張率は銅
・タングステン合金を材料とすることにより6.9X1
0’℃−1でおり、ガリウム・ヒ素化合物半導体からな
る半導体チップ1の熱膨張率との整合が図られている。
The semiconductor chip 1 is made of, for example, a gallium-arsenide compound semiconductor, and the heat sink 4 is welded to the chip 1 via a gold-tin alloy layer. The coefficient of thermal expansion of the heat sink 4 is 6.9X1 by using copper-tungsten alloy as the material.
0'C-1, and is matched with the coefficient of thermal expansion of the semiconductor chip 1 made of a gallium arsenide compound semiconductor.

上記実施例によれば、半導体チップ1はその発生熱量が
直接にヒートシンク4のヒートシンクフィン40,41
.42に熱伝導し、これを介して雰囲気中に放散される
ので、半導体チップ1の熱抵抗は大幅に減少する。その
結果、半導体チップに大電力消費を伴なうような動作を
行わしめても、発生熱量はヒートシンク4を介して充分
に外部に放熱されるので、例えばPNジャンクション温
度の上昇を来たさない。そして、結果的に半導体装置の
高信頼化に奇与すように作用する。
According to the above embodiment, the amount of heat generated by the semiconductor chip 1 is directly transmitted to the heat sink fins 40 and 41 of the heat sink 4.
.. Since the heat is conducted to 42 and dissipated into the atmosphere via this, the thermal resistance of the semiconductor chip 1 is significantly reduced. As a result, even if the semiconductor chip performs an operation that consumes a large amount of power, the generated heat is sufficiently radiated to the outside via the heat sink 4, so that, for example, the PN junction temperature does not rise. As a result, it works to improve the reliability of the semiconductor device.

ざらに上記実施例によれば、半導体チップ1に密着され
るヒートシンク4は、半導体チップ1の機械的硬度を補
強するように働くので、半導体チップの厚みを薄くする
ことができる。そして、半導体チップ1の配線基板3へ
の実装に際しては、ハンドリング用のコレットはヒート
シンク4をチヤツクするだけでよいので、半導体チップ
1に不要な応力を加えることなく実装することができる
Roughly speaking, according to the above embodiment, the heat sink 4 that is closely attached to the semiconductor chip 1 works to reinforce the mechanical hardness of the semiconductor chip 1, so that the thickness of the semiconductor chip can be reduced. When mounting the semiconductor chip 1 on the wiring board 3, the collet for handling only needs to check the heat sink 4, so that the semiconductor chip 1 can be mounted without applying unnecessary stress.

ざらにまた、配線基板3への実装に際して、上記チャッ
ク機構はフェイスダウンボンディング面から離隔したヒ
ートシンク4の上端部をチャックすることが可能なので
、チャック機構の構造上での空間的制約を受けることが
ない。その結果、高密度に半導体チップ1を配置した半
導体装置を構成することができることになる。
Furthermore, when mounting on the wiring board 3, the chuck mechanism can chuck the upper end of the heat sink 4 that is separated from the face-down bonding surface, so there is no need to be subject to spatial restrictions due to the structure of the chuck mechanism. do not have. As a result, it is possible to construct a semiconductor device in which semiconductor chips 1 are arranged at high density.

第2図は本発明の第2実施例の構成を示す断面図でおる 図示の通りこの実施例では、半導体チップ1に密着され
たヒートシンク4は湾曲した断面形状の弾性フィン43
が立設されて構成されており、これが半導体装置の外囲
パッケージあるいはヒートシンクバスとなる水冷ジャケ
ットの側面44に当接されている。これによると、半導
体チップ10発生熱量はヒートシンク4からフィン43
を介して外囲パッケージあるいは水冷ジャケットの側面
44に接触熱伝導し、半導体チップ1の熱抵抗を格段に
低減させることができる。
FIG. 2 is a sectional view showing the configuration of a second embodiment of the present invention. As shown in the figure, in this embodiment, the heat sink 4 that is closely attached to the semiconductor chip 1 has elastic fins 43 with a curved cross-sectional shape.
is configured to stand upright, and is in contact with the side surface 44 of a water cooling jacket that serves as the outer package or heat sink bus of the semiconductor device. According to this, the amount of heat generated by the semiconductor chip 10 is from the heat sink 4 to the fin 43.
Contact heat is conducted to the side surface 44 of the outer package or water-cooling jacket through the contact, and the thermal resistance of the semiconductor chip 1 can be significantly reduced.

なお、本発明は上記実施例の説明に限られるものではな
く、種々の変形が可能である。
Note that the present invention is not limited to the description of the above embodiments, and various modifications are possible.

例えば半導体チップをシリコンにすることも可能であり
、ヒートシンクやヒートシンクフィンの材質も上記の例
示に限られない。また、第2図に示される湾曲したフィ
ンは、板状体の立設形状に限られず、線状体の立設形状
によることもできる。
For example, the semiconductor chip can be made of silicon, and the materials of the heat sink and heat sink fins are not limited to the above examples. Further, the curved fins shown in FIG. 2 are not limited to the upright shape of a plate-like body, but can also be formed in the upright shape of a linear body.

さらに上記実施例では、ヒートシンクにはヒートシンク
フィンを備えるとし、熱伝導放熱おるいは空冷による対
流放熱等を前提とするように説明したが、液冷ヒートシ
ンクとすることも可能である。さらにまた、バンプは半
導体チップにあらかじめ形成したものに限らず、配線基
板上に必らかしめ形成しておいて後で溶着するようにし
てもよい。
Furthermore, in the above embodiments, the heat sink is provided with heat sink fins, and the description is made assuming that heat conduction heat radiation or convection heat radiation due to air cooling is performed, but it is also possible to use a liquid-cooled heat sink. Furthermore, the bumps are not limited to those formed on the semiconductor chip in advance, but may be necessarily formed on the wiring board and then welded later.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上、詳細に説明した通り本発明によれば、チップのバ
ンプ接着部の反射面にヒートシンクを密着したので、半
導体チップの熱抵抗が格段に低下し、大電力消費に充分
に耐えることのできる半導体装置を提供できる。ざらに
、本発明によれば、ヒートシンクは半導体チップの機械
的強度を補強するので半導体チップを薄く形成でき、し
かもチャックを容易にするので、高密度に半導体チップ
を配設することができる。
As described in detail above, according to the present invention, since the heat sink is closely attached to the reflective surface of the bump bonding part of the chip, the thermal resistance of the semiconductor chip is significantly reduced, and the semiconductor chip can sufficiently withstand large power consumption. equipment can be provided. In general, according to the present invention, the heat sink reinforces the mechanical strength of the semiconductor chip, so the semiconductor chip can be formed thinly, and it also facilitates chucking, so the semiconductor chips can be arranged at high density.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の第1実施例を示すいくつかの異なる形
状のヒートシンクを例示した斜視図、第2図は第2実施
例の構成を示す断面図、第3図は従来の技術を説明する
断面図である。 1・・・半導体チップ、2・・・バンプ、3・・・配線
基板、4・・・ヒートシンク、40.41,42,43
・・・ヒートシンクフィン。 特許出願人  住友電気工業株式会社 出願人代理人   良否用  芳  樹<      
        = 第2実施例 第  2  図 第3図
Fig. 1 is a perspective view illustrating several different shapes of heat sinks showing the first embodiment of the present invention, Fig. 2 is a sectional view showing the configuration of the second embodiment, and Fig. 3 explains the conventional technology. FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Semiconductor chip, 2... Bump, 3... Wiring board, 4... Heat sink, 40.41, 42, 43
...Heat sink fin. Patent applicant Sumitomo Electric Industries Co., Ltd. Applicant agent Yoshiki Yoshiki
= Second embodiment Figure 2 Figure 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、バンプ接着面を片面に有する半導体チップと、該半
導体チップのバンプ接着面の反対面に密着したヒートシ
ンクとを備える半導体装置。 2、前記半導体チップと前記ヒートシンクは、合金によ
り溶着されている特許請求の範囲第1項記載の半導体装
置。
[Scope of Claims] 1. A semiconductor device comprising a semiconductor chip having a bump bonding surface on one side, and a heat sink in close contact with the surface of the semiconductor chip opposite to the bump bonding surface. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor chip and the heat sink are welded together using an alloy.
JP8769587A 1987-04-09 1987-04-09 Semiconductor device Pending JPS63252452A (en)

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JP8769587A JPS63252452A (en) 1987-04-09 1987-04-09 Semiconductor device

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JP8769587A JPS63252452A (en) 1987-04-09 1987-04-09 Semiconductor device

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