JPS6331144A - ヒ−トシンクが設けられ区画化された高可撓性パッケ−ジ中に設置された半導体デバイス - Google Patents

ヒ−トシンクが設けられ区画化された高可撓性パッケ−ジ中に設置された半導体デバイス

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JPS6331144A
JPS6331144A JP62178831A JP17883187A JPS6331144A JP S6331144 A JPS6331144 A JP S6331144A JP 62178831 A JP62178831 A JP 62178831A JP 17883187 A JP17883187 A JP 17883187A JP S6331144 A JPS6331144 A JP S6331144A
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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） 本発明は、一般に半導体デバイスとその製造技術に関す
る。より詳細には、本発明はミ熱敗逸を増加させる手段
が装着され、実質的に可撓性であるパッケージ中に設け
られた半導体デバイスに関する。
（従来技術とその問題点） 半導体デバイスの幅広い製造技術において、更に集積技
術とそれに関連する製造プロセスの開発において、種々
のタイプのデバイスの特殊な要求に十分に応えることの
できる新しいタイプのパッケージが開発されてきている
。
該パッケージつまり半導体デバイスを包み込みそれを周
囲から保護し更にそれを回路カード上に設置し接続する
カプセル封じ（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ）は、パフ
ケージの大きさを最小にする必要性及び／又はある量の
熱散逸能を提供する必要性とともに、集積図゛路中の半
導体チップの単位面積当たりのパフキング密度の増大（
例えば常に増加する多数のピンの必要性）に従って変化
する要求に答えられるものでなければならない。
いくつかのタイプの集積回路は、通常熱硬化性樹脂製で
外部ピンを有するパッケージの外表面を通しての対流と
放射による通常の散逸では得ることのできない大きな熱
（半導体グイ中のジュール効果により発生する）の散逸
能を必要−とじ、太きさを減少させるためにはパフケー
ジ自身をできるだけ小さくし従って熱散逸面積が減少す
るということを考慮しなければならない。これらの場合
、パッケージの底部を構成する好ましくはにッケル被覆
された）銅である金属ベースつまり基板から実質的に形
成される特別なパッケージを使用することが知られてい
る。半導体ダイはこのような銅ヒートシンクの表面上に
都合良く載置されかつ集積回路の外部接続のために好適
なピンを与えている。前記半導体ダイ　（つまりチップ
）はこのような金属ベースの上面上に形成された樹脂体
中に完全にカプセル化されている。
従ってこのような金属ベースの外部（底部）表面は実質
的に限定されないサイズを有しその上に多数のデバイス
が組み立てられている好適な外部ヒートシンクと緊密な
接触状態で載置されることができる。一般に、集積回路
パフケージの金属ベースと外部ヒートシンクの間に良好
な密着を確保するためには、好適な定着手段を提供する
ことが必要になる。
より一般的な定着手段の一つは、前記パッケージの金属
ベースを通して形成される好適な孔を通過する１又は２
以上のボルト又はネジを使用することである。
このタイプのパッケージと関連する特殊な問題は、デバ
イスを外部ヒートシンクの表面上へ載置した後に生ずる
表面のむらにより生ずる、又は外部ヒートシンクを構成
する金属が受ける熱膨張により生ずる表面の変形により
生ずる、半導体グイ中への機械的応力の誘発の可能性に
関連する。
このような表面のむら（例えば表面の凹凸）は組み立て
作業員により容易に認識されるものではない。
このようなことが起こることのリスクは、前記パッケー
ジ中に収容される半導体ダイの機械的欠損だけでなく、
パッケージの金属ベースの外部表面と外部ヒートシンク
の表面間の密着を欠きあるいは密着の不釣り合いの可能
性に結びつき、これはデバイスの特性を悪くし性能の付
随する劣化を伴うデバイスの過熱を生じさせる。
該問題を解決し又はその程度を減少させるためにいくつ
かの新しいこのようなタイプのパッケージが提案されて
いる。これらは実質的に、定着用孔が設けられた金属プ
レートの末端と、樹脂中にカプセル化された半導体ダイ
か！！置される部分の間の金属プレートの厚さを薄くす
ることにより生ずる湾曲の優先ゾーンをパフケージの底
部金属プレートに与えようとするものである。
このような提案は、例えば１９７９年４月６日公開の特
開昭５４−４３６７６号（１９７７年９月１４日出願の
特願昭５２−１０９８７８号）に開示されている。
このような形状も、上記問題と欠点の例外でなく、しか
もそれは上記した技術的問題を解決するための完全な方
法でも最適の方法でもない。
まず、その上に半導体結晶チップ（又はダイ）が載置さ
れそしてその上にカプセル化する樹脂体が形成される金
属プレート自身の中央部又は中央セグメントについての
、パッケージのヒートシンク基板として機能する金属プ
レートの定着点又は定着セグメント間の弾性的デカップ
リングは、前記金属を過度に薄くしないように部分的で
あることができ、この事実はヒートシンクベースプレー
トの熱伝導断面を過度に減少させることになる。
これは、典型的には、それが外部ヒートシンクとの主要
な熱的結合エリアのために提供される定着ネジ又はボル
トの手段により外部ヒートシンクの表面に定着される金
属プレートの付属物だからである。該金属プレートが形
成された金属は無視できない固有の弾性係数を有し、従
って優先的な湾曲ゾーンを作り出すために該プレートの
部分を薄くする場合でさえも、該金属プレートの中央部
への曲げモーメントの伝達を完全に防止することは不可
能である。更にこのようなタイプのパッケージの製造は
、湾曲ゾーン中にノツチを切ること、あるいは形成を容
易にしかつ樹脂体の完全な密着のために金属プレートの
中央部の表面を機械加工し、あるいは半導体ダイとピン
に接続されたワイアリードをカプセル化するといったい
くつかの機械加工操作を行うことを意図している。
このようなタイプのパンケージの他の欠点は、カプセル
化された樹脂の収縮が金属ベースプレートの変形と平面
性の喪失を誘発する傾向があるという事実に起因する。
（発明の目的） 本発明の対象であるパッケージは、従来技術のパフケー
ジにより示される欠点を生じさせることなく上記した問
題点への最適の解決法を提示する。
（発明の構成及び効果） 本発明によると、パフケージのヒートシンクを形成する
金属ベースプレートは、カプセル化する樹脂体の周縁中
に完全に含まれ、かつ前記パフケージの定着点又は定着
セグメントから弾性的かつ完全にデカップリングされて
いる。
このような金属プレートは円形の形状を有していること
が好ましいが必ずしも円形でなくてもよい。好ましい形
状は、はぼ完全に樹脂体の底部に収容された良好な熱伝
導体であるニッケル被覆された銅又は他の同等の物質か
らなるディスク状であり、実際には収容する樹脂の平面
からその厚さ分だけ突出している。
前記パフケージの樹脂体は３つの部分に区画されている
。その中に前記金属ディスクが収容され半導体ダイも含
まれている中央部に対して互いに正反対に位置、する２
つの側部に、それぞれ樹脂体の薄くなったゾーンを通し
て前記中央部に機械的に連結された２つの側部又は側部
セグメントが広がっている。
このような薄いゾーンは、通常の実質的に平坦な形状を
有する前記樹脂体の両主面上に形成された、その最深部
が直接向かい合う（又は完全な整列からは僅かに偏って
いる）１又は２以上のノツチつまり溝により得ることが
できる。このような向かい合う溝の深さは、そのような
薄厚ゾーンにある樹脂体の厚さを該樹脂体の厚さの約５
０％に減少させる程度にすることが好ましい。
このような側部つまり側部セグメントには、定着ネジや
定着ボルトを受け入れて外部ヒートシンクの表面上にデ
バイスを載置するための孔、スロット又はノツチが設け
られている。
デバイスのパッケージの樹脂体の３個の「セグメント」
を分離する薄い部分つまり薄い厚さを有する樹脂の２個
のゾーンにより表される２個の湾曲ゾーンは、樹脂が金
属のそれよりも実質的にかなり小さい弾性係数を有して
いるという事実と結びついて、前記樹脂体の中央底部中
に完全に収容された金属プレートの、パッケージの定着
点から外部ヒートシンクへの実質的に完全な弾性的デカ
ップリングを確保する。この方法により、表面の平面性
のむら及び／又は熱で誘発される変形に起因する引っ張
り又は曲げ応力が、前記ヒートシンク金属プレートを通
って半導体グイへ伝達されることが効果的に防止される
。
本発明の最良の態様に示すように、熱硬化性樹脂に対し
て小さい弾性率と大きなレジリエンスを有する熱可塑性
樹脂の使用が特別に好ましい。該使用により、上記した
技術的問題の解決に関して、本発明のパフケージの効果
を更に改良することが許容されろ。
とにかく、本発明のパッケージは、通常の熱硬化性樹脂
を使用してパフケージのカプセル化体を製造した場合で
さえも、従来の同等のパッケージに対して有利な状況に
維持される。
（実施例） 本発明とその利点は、添付図面を参照し特別に好ましい
態様の、純粋に例示的で限定的な意図を有しない以下の
詳細な説明を通して容易に指摘されるであろう。
第１図は、外部ヒートシンクの表面上に定着された本発
明の一実施例であるデバイスを示し、第２図は、デバイ
スを形成する種々のパーツを例示する第１図のデバイス
の断面図であり、第３図及び第４図は、本発明の一実施
例に従って製造された半導体デバイスの互いに直角方向
を向く２種類の図面であり、 第５図は、単一の外部ヒートシンクの表面上に組み立て
られる本発明の一実施例であるいくつかのデバイスを示
す図面である。
第１図中に、本実施例の符号１で示されるデバイスの外
部ヒートシンク２上での組み立て方法を容易に観察する
ことができる。半導体チップを含むデバイスの中央部３
には、集積回路のカプセル封じを形成する樹脂中に部分
的に収容された熱散逸のための金属プレートが装着され
ている。このような金属プレート４は、前記中央部３の
周縁内に完全に含まれている。パッケージの樹脂体には
、それぞれ反対側にある１対の溝つまりノツチ７及び８
．７ｇ及び８１により前記中央部１に対して区画された
それぞれ５及び６である２個の側部が設けられ、前記溝
の部分では樹脂体の厚さは全厚さの約４０〜８０％に減
少している。
樹脂体の２個の側部つまり側部セグメント５及び６の両
者中に形成された好適な半円形ノツチ中に部分的に受け
入れられ、かつ外部ヒートシンク２中に形成された好適
な螺孔中に螺合されたそれぞれ９及び１０である２個の
定着ネジは、前記デバイスを前記ヒートシンク２に定着
する。第１図に示すように、反対方向を向くペアの溝７
．８及び７“、８°により前記樹脂体中に形成される２
個の首部に対して該樹脂体の前記２個の側部が湾曲する
容易性は、外部ヒートシンク２が完全に平坦でない場合
でさえも表面上に前記デバイスを効果的に載置すること
を許容する（第１図の場合、前記外部ヒートシンク２の
載置表面は認識できる凸部を示している）。この方法に
より、第１に、前記樹脂体の中央部３中に収容されたヒ
ートシンク金属プレート４の外部表面と外部ヒートシン
ク２の表面間の良好な熱的カップリングが確保される。
２対の溝７．８及び７１及び８１により形成される可撓
性ジヨイントに対応する前記樹脂体の変形は、外部ヒー
トシンク２の熱膨張のため、又は機械的に誘発される僅
かな変形のために生ずることのある変形の場合にもこの
ような良好な熱的カップリングを維持することを更に確
保する。
容易に認識できるように、パッケージ１の樹脂体中に収
容されその内部表面上に半導体ダイか載置されている金
属プレート４は、２個のネジ１０及び９により表される
定着点からパッケージを通って半導体結晶のチップへ伝
達される曲げ応力及び他のタイプの応力に関して効果的
にデカップリングされている。
偶発的な湾曲や圧縮は、ペアの溝７．８及び７゜及び８
°により区画される２個の湾曲ゾーンに対応する樹脂中
で容易に除去される。
第１図の実施例デバイスの完全な断面図が第２図に示さ
れている。前記パッケージ１は好ましくは予備成型され
たタイプ、つまり樹脂体１を成型しく前記プレート又は
金属製ディスクを、樹脂体と、前記デバイスの外部回路
への電気接続のための外部ピンを構成する複数の共平面
性金属セクターにより形成されるフレーム１３の中央部
３の底部中に収容する）、前記パッケージの底部に収容
された金属プレート４の上面の中央領域に対応して空間
１５を形成することにより製造される。−般に、前記フ
レーム１３の種々のセクターが、前記金属プレート４か
ら電気的に絶縁されるように収容されている。前記溝つ
まりノツチ７．８及び７°及び８°は、樹脂体の成型時
に都合良く形成されるが、これらは後に形成するように
してもよい。
前記ヒートシンクプレート４は好ましくはニッケル被覆
された銅ディスクであり、フレーム１３もそうである。
前記パッケージ体の形成のために使用する樹脂は好適な
型中に熱と圧力を加えることにより形成される熱可塑性
樹脂であることが好ましいが、必ずしもこれらに限定さ
れない。使用できる樹脂の例は、ポリフェニルスルフィ
ド樹脂（ＲＩＴＯＨ）、ポリアミド性樹脂（ＮＯＲＹＬ
）、エポキシ樹脂（ＭＩＴＴ○、ＭＰ１５０）、メタク
リル性樹脂等である。
半導体チップ１１がヒートシンクプレート４の表面上に
載置され、接続ワイア１２が、前記半導体チップ１１の
表面上に存在するそれぞれの接続エリア上とフレーム１
３のそれぞれのセクター又はピンに溶接されている。
次いで熱可撓性樹脂製の予備成型されたプラグ１４が、
前記半導体チップを収容する空間１５の上部を閉塞する
ために位置し、それは周縁に沿って樹脂１の予備成型体
に溶融溶接される。
第３図と第４図には、デバイスの最終製品の例が示され
ている。ピンの形状は純粋に例示的であり、他の意図さ
れた使用に適用される他の形状も可能である。第３図の
正面図では、ピンの配列は全体として１３で示され、パ
ッケージ１は、２対の正反対に位置する溝７及び７′に
より中央部３と２個の側部５及び６に区画されている。
２個の半円形のノツチつまり凹み１６及び１７が、組み
立て用ネジ９及び１０のネジ付きステムを受け入れるた
めの区画されたパッケージの２個の側部５及び６のそれ
ぞれの横方向の端部に形成されている（第１及び２図）
。実質的に前記半円形凹み１６及び１７と同心的である
半円形の空間（１８，１９）も、組み立てネジのクラウ
ンつまりヘッドを少なくとも部分的に受け入れるために
形成されることが好ましい。シーリングプラグ１４の輪
郭は、前記パッケージの樹脂体の中央部３の周縁内に内
接した点線の円により示されている。
第４図に示された同じデバイスの側面図において、樹脂
パッケージの中央底部に収容された金属ディスク４の突
出する輪郭を見ることができる。
集積回路カード２０上の本実施例デバイスの組み立て配
列の例が第５図に示されている。容易に分かるように、
本実施例のいくつかのデバイスが前記カード２０上に側
面を接するように配列され、ネジ１０．９・・・により
単一の外部ヒートシンク２へ定着されている。前記外部
ヒートシンク２は多数のデバイスを収容するために比較
的長く、熱膨張のために穏やかな変形を受ける場合には
、本実施例のデバイスは、湾曲「ライン」に沿った曲げ
能力により、パッケージ中に収容された前記ヒートシン
クプレート４と外部ヒートシンク２間の熱的カップリン
グを保存し、同時にその上に半導体結晶が載置された、
収容された金属プレート４に対する機械的応力の伝達を
防止することを可能にする。
本発明の範囲を逸脱することなく、特殊な実際的要請に
本発明のより一般的な基準を適合させるために、形状、
大きさ、配置、ピンの数、定着手段の配置及び物質の利
用に関する多数の修正を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、外部ヒートシンクの表面上に定着された本発
明の一実施例であるデバイスを示し、第２図は、デバイ
スを形成する種々の部分を例示する第１図のデバイスの
断面図であり、第３図及び第４図は、本発明の一実施例
に従って製造された半導体デバイスの互いに直角方向を
向く２種類の図面であり、 第５図は、単一の外部ヒートシンクの表面上に組み立て
られる本発明の一実施例であるいくつかのデバイスを示
す図面である。 １・・デバイス　２・・ヒートシンク ３・・中央部　４・・金属プレート ５．６・・側部　７．７１．８．８′・・溝９．１０・
・定着ネジ　１１・・半導体チップ１２・・接続ワイア
　１３・・フレーム１４・・プラグ　１５・・空間 １６．１７・・ノツチ １８．１９・・半円形空間　２０・・カード８゛ ＦＩＧ、Ｉ ＦＩＧ、　２

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）ヒートシンク金属体の表面上に載置された半導体
    物質チップと；該半導体チップの表面上のそれぞれの接
    続エリアへ接続ワイアにより好適に接続された複数のピ
    ンと；前記チップ、前記接続ワイア、その自由端を除く
    前記ピン及び前記ヒートシンク金属体の少なくとも一部
    を収容する平坦な樹脂体と；デバイスを外部支持ヒート
    シンクへ定着するための手段とを含んで成る半導体デバ
    イスにおいて、 前記樹脂体が前記金属体の周縁を越えて少なくとも２個
    の正反対の部分へ広がって該樹脂体の２個の側部セグメ
    ントを形成し、 前記デバイスを定着するための手段が、前記樹脂体の各
    側部セグメントに存在し、 前記樹脂体の両主面上に形成された少なくとも１対の反
    対方向を向く溝が、定着手段を含む前記側部セグメント
    を、前記ヒートシンク金属体を含む前記樹脂体の中央セ
    グメントから分離して、前記金属体から前記樹脂体の前
    記側部セグメントを機械的にデカップリングする湾曲ゾ
    ーンを提供するようにしたことを特徴とする半導体デバ
    イス。
  2. （２）実質的に平坦な樹脂体の厚さが、反対方向を向く
    ２対の溝のそれぞれの部分で、４０から８０％だけ全厚
    に対して減少している特許請求の範囲第１項に記載の半
    導体デバイス。
  3. （３）デバイスの定着手段が、定着ネジのステムを受け
    入れやすい、樹脂体の側部セグメントの横方向の端部の
    半円形の凹みから成る特許請求の範囲第１項に記載の半
    導体デバイス。
  4. （４）ヒートシンク金属体がディスク形状を有し、少な
    くともその厚さだけ樹脂体の表面から突出している特許
    請求の範囲第１項に記載の半導体デバイス。
  5. （５）実質的に平坦な形状を有し、中央部と２個の側部
    とに区画され、該側部が前記中央部の２個の反対部分か
    ら広がり、更に該平坦形状の予備成型樹脂体の主表面上
    に形成され実質的に反対方向を向くそれぞれの最深部を
    有する少なくとも２対の溝によりパッケージを定着する
    手段を含み、前記少なくとも２対の溝が、前記中央部を
    前記２個の側部のそれぞれから機械的に分離するそれぞ
    れの湾曲ゾーンを決定するものである予備成型された熱
    可塑性樹脂体と、 その周縁が、前記予備形成された樹脂体の中央部の周縁
    に完全に内接し、前記予備成型された樹脂体の前記中央
    部の主表面上の樹脂中に部分的に収容されたヒートシン
    ク金属体とを含んで成る半導体デバイス用パッケージ。
JP62178831A 1986-07-17 1987-07-17 ヒ−トシンクが設けられ区画化された高可撓性パッケ−ジ中に設置された半導体デバイス Expired - Fee Related JPH0744245B2 (ja)

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