JPS6329561A - 冷却手段付き電子デバイス - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電子半導体デバイス、より詳しく述べるな
らば、例えば電力用トランジスタ又はそのようなトラン
ジスタを含む電力回路のような冷却手段を必要とする種
類のデバイスに関する。

以下余白 〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕半導
体材料のチップに作られた電子部品又は回路により放出
される熱を放散する方法は、様々なものが知られている
。

最も通常的なのは、チップの保護パッケージの外側に放
熱器を配置するものである。

このパフケージが金属のケーシングからなる場合、放熱
器は一般に、直接あるいは電気絶縁物のシートを介して
それと接触して単純に配置される。

しかし、パッケージがプラスチックのケーシング又は、
エポキシ樹脂もしくは同種の他の材料の単一被覆からな
る場合には、放熱器は大獄、チップの背面にカバーを結
合し且つ時には電気部品の役割をも果すことがある金属
部品に取付けられる。

放熱器は時には、例えばチップが部分的にのみ被覆され
ている場合、直接この背面と接解させて配置してもよい
が、これは稀なことである。

いずれにしても、この放熱器の配置の有効性は、部品又
は回路により発生された熱は、放熱器に達するためには
それの真下にある半導体材料の全厚さ、すなわち実際上
はウェーハの全厚さを通り抜けなければならず、またこ
の材料は非常に良好な熱伝導体ではない、という事実に
よって限定される。

ＩＢＭの１９７９年４月の技術開示報告書（Ｔｅｃｈｎ
ｉｃａｌ　Ｄｉｓｃｌｏｓｕｒｅ　Ｂｕｌｌｅｔｉｎ）
第２１巻第１１号の第４４９４頁に簡単に記載されたも
う一つの公知の方法は、チップの接点の突起と同時に、
そのチップの上面を覆っている保護絶縁材料上に、部品
又は回路の上に適当に配分された小さな絶縁された金属
領域を形成するものである。

このような場合、熱は、この金属領域に達するためには
、ここでもまた非常に良好な熱伝導体で作られてはいな
いけれどもチップよりは少なくともはるかに薄い保護層
を通り抜けることだけが必要である。

あいにくなことに、集積回路チップは既にきわめて小さ
くなっているので、これらの金属領域の範囲もまた必然
的に非常に小さくて、その結果としてこれらの金属領域
は、大量の熱を放出している部品又は回路を冷やすほど
の伝導力のあるものではない。

〔問題点を解決するための手段、実施例、及び作用効果〕

本発明の目的は、集積電子部品を形成する少なくとも１
の能動区域、メタライズ層 （ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｓ）、及び接点突起を備
えた面を有する半導体材料のチップを含んでなる電子デ
バイスに、上記の突起を除いて上記の面を覆う保護絶縁
材料の層と冷却手段とを用意し、この冷却手段が、保護
層上に形成されて能動区域の少なくとも一部を覆う金属
領域を含むばかりでなく、熱放散エレメント及び、この
エレメントと金属領域の間の金属連結具をも含むことに
よって、上述の欠点を克服することである。

部品が発生すると予期される熱及びチップが納められる
方式に応じて、熱放散エレメントは、例えば単純に、保
護されたチップが取付けられるプリント回路の伝導性ス
トリップからなり、あるいは従来の放熱器からなり、あ
るいはチップを囲む金属ケーシングからなるものでよい
。

実例として提供する添付の模式図面を参照して本発明を
説明する。

例示した電子デバイスは、ＭＯＳ型の一つの電力用トラ
ンジスタ３のみで形成された、シリコン基板２を有する
チップ１を含んでなる。この配置は、このようなトラン
ジスタが占めることができる空間を考慮して珍しいもの
ではない。

問題を単純にするため、図面はトランジスタ３のドレー
ン４、ソース５、及びゲート６、並びにそれらのそれぞ
れの接続クブ４ａ、５ａ、及び６ａを形成するメタライ
ズ層のみを示す。その他の部分、すなわち少なくとも、
ソースの拡散、ル−ンの拡散、チャネル、及び、ゲート
のメタライズ層の下にある酸化ケイ素（ＳｉＯ□）の薄
膜は、第２Ａ図及び第２Ｂ図に破線により限られた区域
７によって示されているだけであるが、それらはそこに
位置しており、且つその区域はここで前述の能動区域を
構成する。

同様に、一般にシリコンの表面に最初に形成される、す
なわち実線にトランジスタを作る前に形成される酸化ケ
イ素の保護層も表わされていない。

しかし、図面には、しばしばガラスで作られるけれども
、例えば窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）又はポリイミドで作
ってもよい第二の保護絶縁層８は示さ゛れ“ている。層
８は、ドレーン４、ソース５、ゲート６のメタライズ層
の接続領域４ａ、５ａ、６ａの反対側に形成され、また
、図面には示されていない支持体により支えられた導電
性ストリップ１２に接続リード１１により接続される、
例えば金製の接続突起１０が突き出されるポート９を有
する。この支持体は、例えば、ストリップ１２が経路を
形成するプリント回路の基板又はケーシングのへ一スで
よい。

保護層８は、トランジスタの能動区域７の上で、突起１
０と厚さが同じであり且つそれと同じ金属で作られてい
るがそれよりもはるかに広範囲にわたる領域１４を支え
る。領域１４もまた、ストリップ１２と同じ支持体によ
り支えられた金属ストリップ１６にリード１５によって
接続される。ストリップ１６は、それ自体が先に検討し
た熱放散エレメントの役を果してもよく、あるいは単純
にリード１５を伸ばして、領域１４により集めた熱を上
記のエレメントに伝えてもよい。

上述のＩＢＭの技術開示報告書に記載された物品におい
てなされているように、領域１４と突起１０のために同
じ金属を選択する必要はないが、ここでそのようにする
ことには、ここでもまた両者を同時に、非常に容易に作
ることが可能になるという利点がある。

部品又は集積回路の接点突起、特にここで検討したもの
と同様なトランジスタの接点突起を作るには、一般に下
記の手順を採用する。

トランジスタがまだ、多数の他のものと一緒に出発材料
のシリコンウェーハ上にあって、それ以前に、ウェーハ
の上面全体にわたって層８と同様な保護絶縁層が付着さ
れ、且つ、接点突起が位Ｔすべき所に窓が形成されてい
た場合、金属の層を真空中での草発によって上記の面上
に付着させるが、この層は必ずしも均質であるとは限ら
ない。

例えば、最も一般的であるようにトランジスタのメタラ
イズ層がアルミニウムであり、且つ突起として金を使用
しようとする場合、金属層はより薄い二つの層、すなわ
ち一つはチタン−タングステン、もう一つは金の層から
なるものでよい。

この金属層を付着させた後、ウェーハの上面を、そして
しばしばその底面をも、感光性樹脂で被覆し、この上面
をマスクを通して照明し、保護層の窓に中心を合わせた
窓を上記の樹脂に開ける展開（ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ）
操作を行ない、そして、プレートを注意深く洗浄して、
露出された金属層から樹脂の痕跡を全て取除いた後に、
ウェーハを突起を作るのに用いられる１又は２以上の金
属塩の入った電解槽に入れる。

突起を必要な厚さとするのに十分長（ウェーハを電解槽
に入れておいたならば、そのウェーハを取出して乾燥し
、そして、その上面に残っている樹脂及び、金属がウェ
ーハの底面に付着するのを防ぐため底面に塗布されたか
もしれない樹脂を取除いて、突起のある所を除外して金
属層もまた取除く。

このように、これらの突起に加えて領域１４のような領
域を作るのに必要とされる全ては、要求される追加の窓
を樹脂に形成するのを可能にするマスクである。

これは、なぜ領域１４の厚さが突起１０と同じであるの
か、また、第２Ａ図及び第２Ｂ図において、なぜ領域１
４と絶縁層８との間及び突起１０とトランジスタのメタ
ライズ層４，５．６の接続領域４ａ、５ａ、６ａとの間
に同じ中間金属層１３があるのかを説明する。

更に、領域１４及び突起１０について今述べたことは、
ある意味でリードＩＬ１５についても真実である。

テープ自動結合（ｔａｐｅ　ａｕｔｏｍａｔｅｄ　ｂｏ
ｎｄｉｎｇ）（ＴＡＢ）技術を適用する場合、これらの
技術において使用される絶縁材料の可撓性テープ上に、
適当な形状及び寸法の三つではなく、四つの伝導性スト
リップの群を同時に形成し、次に接点突起とトランジス
タの金属領域１４とに上記の各群のストリップを同時に
結合し、その後ストリップ１２．１６と同様な他のスト
リップに結合することが、事実上可能である。このため
には、金属領域と組み合わされた特別の接続リードをそ
の他のものと同じやり方で形成できることで十分であり
、そしてこれは、一般に部品又は集積回路の接続リード
を作るのに使用される金属は突起と同様に非常に熱伝導
性のよい金属から選択されるので、完全に可能である。

多くの場合これらのリードは、少なくとも大部分が銅で
作られる。

ここに説明した配置がトランジスタ３の電力、伝導性ス
トリップ１２．１６の性質、そして、デバイスを完成す
ることができる図示されていない保護手段に依存して、
本発明によるデバイスを形成するのにそれ自身でいかに
十分であるかを、あるいはこのデバイスの形成をいかに
完成するかを、二三の例を用いて示すことにする。

最初に、トランジスタの電力が非常に大きくはないこと
、伝導性ストリップ１２．１６が実際にプリント回路の
経路であること、そして、接続リード１１．１５を結合
する前にチップ１が樹脂で被覆されていることを仮定す
る。この場合、それが十分であり、またプリント回路に
十分な場所があるならば、例えば曲折させ、あるいは幅
を広くし、あるいは分岐させることによってストリップ
１６に必要な面積を持たせるのは容易なことであるので
、それはそれ自身で、リード１５を経由して領域１４か
らそれが受取る熱を十分に放散することができるエレメ
ントを形成してもよい。この熱は、これらのエレメント
がシリコン及び樹脂の熱伝導性よりも明らかに良好な熱
伝導性を有する金属で作られるので、トランジスタによ
り放出される熱の大部分を占める。さもなければ、慣用
的な放熱器をリード１５の近くでストリップに結合させ
てもよい。この時このようなストリップは、領域１４と
熱放散エレメントとの間の金属連結具の一部となる。

その上、例示した配置にリードを加えてトランジスタの
基板２を回路のアースに結合した場合、それはその回路
の一部を形成する意味をもつが、このリードが上記のア
ースに接続されるストリップ１６にも結合されることを
防ぐものはなかろうと思われる。もう一つの可能性は、
上記のリードを、第二の熱放散エレメントを形成するこ
とができる、又はストリップ１６と同じ放熱器に接続す
ることができるもう一つの経路に取付けることであろう
。

次に、被覆材料がチップを取囲んでいないこと、またス
トリップ１２がプリント回路の伝導性経路ではな（てケ
ーシングがら突き出ているリードであることを仮定する
。このケーシングがプラスチック材料製である場合は、
ストリップ１６もまたリードであり、そしてそれは外部
の熱放散エレメント、例えば放熱器と接触させられるが
、このケーシングが金属製である場合は、ストリップ１
６を直接又は溶接部を経由して、この場合には熱放散エ
レメントをも構成するケーシングのベース又はカバーと
接触させてよい。

トランジスタにより放出される熱の是が多過ぎてこれが
十分ではない場合には、少なくとも二つの可能性がある
。

第一のものは単純に、放熱器を追加して用意してそれを
慣用の方法でケーシングと接触させることである。

第二のものは、ストリノ１１６についても、ケーシング
から突き出して外部の放熱器に至るリードにすることで
ある。その上この放熱器はここでもまた、有利には、基
十反２と上記のケーシングを経由してそれに伝わること
ができる熱を追加して受取るように直接又は間接的にケ
ーシングと接触させてもよい。

明らかながら、本発明は、上に説明し且つ例示した態様
に限定されるものでもなく、それを提供することができ
る実装手段にそれを適合させることが考えられる種ヤの
可能性にも限定されない。

例えば、リード１５と同じような２又は３以上の接続リ
ードの一端を１又は２以上の金属領域に結合させ、他端
をそれぞれ伝導性ストリップに結合させることが、トラ
ンジスタの冷却を改善することができると考えられる場
合には、そのようにしてよい。

同様に、金属領域は絶縁されているよりはむしろ、接点
突起１０の一つを拡張したものでよい。

このような場合、この突起と組合わされた伝導性ストリ
ップ１２は恐らく、対応するり−ド１１により金属領域
に連結された熱放散エレメントであることもでき、それ
によってリード１５とストリップ１６とを取除くことが
できよう。

その上、ケーシング内に納められたチップの場合、時と
して考えられるところでは、単に金属領域にこのケーシ
ングの中で小さな放熱器として働くであろう金属エレメ
ントを結合することが可能かもしれない。

更に、これまで述べてきたことを考慮して、本発明は明
らかに、ＭＯＳ又は、相当な量の熱を放出しがちな複数
の部品を有する他の型式の回路に拡張することもできよ
う。

例えば、再び第１図を参照してそれに示されているもの
のほめ）のもう一つのトランジスタが当該シリコン基板
上にあるとすれば、＄÷当−−＼−１１−−−暮！ この追加のトランジスタを冷やすためには、金属領域も
またその能動区域のより多くの部分を覆うようにこの金
属領域の寸法を大きくすること、あるいは、この区域の
上にもう一つの金属領域を用意してそれをもう一つの接
続リードと組合わせることで十分である、ということが
容易に明らかになろう。この時、二つのリードは、共通
の伝導性ストリップに連結するか、又は別々のストリッ
プに連結してよい。必要ならばただ一つの金属領域と２
又は３以上の接続リードを有することも、明らかに可能
であろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従って組立てた電子デバイスの部分
の斜視図であり、第２Ａ図及び第２Ｂ図は、それぞれ第
１図のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿って見た拡大横断面図
である。 図中、１はチップ、３はトランジスタ、８は保護絶縁層
、１０は接点突起、ＩＣｌ３はリード、１２．１６はス
トリップ、１４は金属領域である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、集積電子部品を形成する少なくとも一つの能動区域
   とメタライズ層（ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｓ）と接
   点突起とを備えた面を有する半導体材料のチップ、上記
   の突起を除いて上記の面を覆う保護絶縁材料の層、並び
   に、冷却手段であって、この保護層上に形成されて上記
   の能動区域の少なくとも一部を覆う金属領域、熱放散エ
   レメント、及び、このエレメントと上記の領域との間の
   金属連結具を包含する上記の手段を含んでなる電子デバ
   イス。 ２、前記金属領域が金属の層を介して前記保護層と接触
   している、特許請求の範囲第１項記載の電子デバイス。 ３、前記金属領域及び前記接点突起が同じ金属で作られ
   ている、特許請求の範囲第１項記載の電子デバイス。 ４、前記金属領域及び前記接点突起が金で作られている
   、特許請求の範囲第３項記載の電子デバイス。 ５、支持体、この支持体上の伝導性ストリップ、及び、
   この伝導性ストリップの一つに前記接点突起の一つを電
   気的に接続する接続リードを更に含んでなり、前記金属
   連結具もまた前記金属領域を前記伝導性ストリップの更
   に別の一つに熱的に接続する接続リードを含んでいて、
   これらの接続リードが全て同じ材料で作られている、特
   許請求の範囲第１項記載の電子デバイス。 ６、伝導性ストリップの前記の更に別の一つが、前記熱
   放散エレメントを形成する、特許請求の範囲第５項記載
   の電子デバイス。