JP2007005607A

JP2007005607A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2007005607A
Application number: JP2005184816A
Authority: JP
Inventors: Hirofumi Shimizu; 弘文清水
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2005-06-24
Filing date: 2005-06-24
Publication date: 2007-01-11

Abstract

【課題】半導体チップで発生する熱を半導体装置外に放熱するための、ヒートスプレッダを有する半導体装置では、ヒートスプレッダの面積が広く、ヒートスプレッダとこのヒートスプレッダに対応したランドとの間の半田が溶融したときに、半導体装置が移動し易く、半導体装置に位置決めが困難であった。
【解決手段】ランドと接合されるヒートスプレッダの面に、ヒートスレッダの端部に到る溝を設け、半田が溶融したときの半導体装置の移動を溝によって阻止する。
【選択図】図３

Description

本発明は、放熱板の機能を果たすヒートスプレッダの第１の面側に半導体チップを装着し、他方の面を半導体装置の外部に露出するように構成した半導体装置に関し、さらに詳しくは、ヒートスプレッダに溝を設けて、この半導体装置を配線基板等に実装する場合の位置決めを容易にした半導体装置に関する。

半導体装置の高速化や高密度化に伴って、半導体チップからの発熱量が増えている。この発熱した熱を外部に逃すために、半導体チップをヒートスプレッダに登載し、半導体チップを登載していないヒートスプレッダの面を半導体装置の外部に露出させた半導体装置が知られている。図７はヒートスプレッダを備えた従来の半導体装置の例を示す図で、いわゆるガルウィングタイプのリードがパッケージの４方向から出ている表面実装型半導体装置であり、ＱＦＰ（Quad Flat Package)と称される形式のものである。図７の（ａ）は、半導体装置１００の断面図であり、矢印Ａで示した方向から矢視した平面図を図７の（ｂ）に示した。図７に示した半導体素子を含む集積回路が形成された半導体チップ１１２は、ヒートスプレッダ１１６にチップ接合層１１４を介して登載されており、半導体チップ１１２のボンディングパッド（図示せず）とアウタリード１２０に一体に接続されているインナリード（図示せず）とを、ボンディングワイヤ１１８を介して電気的に接続し、半導体チップ１１２、ボンディングワイヤ１１８、インナリード等を樹脂で封止するパッケージ１２２とで構成されている。ヒートスプレッダ１１６の半導体チップ１１２を登載した面に対向する面（非登載面）は、半導体装置１００の外部に露出している。この露出した面を、半導体装置１００を実装すべき配線基板１３０のランド１３６に半田層１３９を介して接合されている。この配線基板１３０に接合することにより、半導体チップ１１２で発生した熱は、ヒートスプレッダ１１６およびランド１３６等を介して半導体装置１００の外部に放熱される。半導体チップ１１２の回路端子はアウタリード１２０によって、配線基板１３０の対応するランド１３２に半田層１３５を介して、電気的に接続される。しかし、ヒートスプレッダ１１６は、アウタリード１２０に比べ面積が広いために、半田等で半導体装置１００を配線基板１３０に接続するときに、ヒートスプレッダ１１６とこれに対応するランド１３６との間の溶融半田の表面張力により、半導体装置１００が配線基板１３０から浮く。そのために、ランド１３２とアウタリード１２０との位置決め、すなわち、半導体装置１００と配線基板１３０との位置決めが困難であった。

上記した問題と同様の問題点を解決するものとして、例えば、特開２０００−２２３６２２号公報には、半導体装置を基板に半田付けする場合に、配線基板とヒートスプレッダ（同公報ではタブ乃至はヒートシンクと称している。）との間の溶融した半田が偏り、半導体装置が傾き、浮いた側のリードと配線基板のランドとが接続できないことを解決する手段が記載されている。具体的には、同公報では、放熱板の半導体チップ非登載面に溝を設け、この溝に半田が濡れ難いレジンを埋め込むことにより、非登載面を複数の小領域に分割して、半田の流動範囲を分割した各々の複数の小領域内に限定する様にして、半田の偏りを解消することが開示されている。
特開２０００−２２３６２２号公報、段落００２０、段落００３０、図１２、図１９。

上記公報に記載の技術では、溝で分割された各小領域間を溶融した半田が流動することがない。したがって、各小領域とこの小領域に対応する各ランドとの間の半田融着を確実にするめには、各小領域又は対応するランドに半田などの接合材を均一な厚さで塗布等をしておく必要がある。さらに、溝にレジンを埋め込む等の煩雑な工程が必要になる。この煩雑な工程は、半導体装置の配線基板に実装するための時間やコストの上昇等を招来する恐れがある。本発明は、上記した問題が無く、半導体装置の位置決めが容易に可能なヒートスプレッダを有した半導体装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、第１の発明においては、半導体装置において、前記半導体装置内は、半導体チップと、前記半導体チップを登載するヒートスプレッダと、前記ヒートスプレッダの前記半導体チップを登載する面に対向する半導体チップ非登載面に、前記ヒートスプレッダの厚さよりも浅い溝深さを有する溝とを有し、該溝の両端部は前記ヒートスプレッダの端部に達し、前記溝によって前記ヒートスプレッダの半導体チップ非登載面に形成される小領域面のいずれかの面は、前記ヒートスプレッダの端部に達することを特徴とした。

さらに、第２の発明では、前記溝を複数設けた前記半導体装置において、前記複数の溝の全てが、共通の位置を通過する様に形成されていることを特徴とした。

さらに、第３の発明においては、第１、第２の発明に加え、前記溝は、前記半導体非登載面の中心位置を通過する様に形成されていることを特徴とした。

さらに、第４の発明では、ヒートスプレッダを有する半導体装置において、前記半導体装置の外部に面した前記ヒートスプレッダの面に、前記ヒートスプレッダの厚さよりも浅い溝深さを有する溝を有し、該溝の両端部は前記ヒートスプレッダの端部に達し、前記溝によって前記ヒートスプレッダの前記外部の面に形成される小領域面のいずれかの面は、前記ヒートスプレッダの端部に達することを特徴とした。

本発明に係る構成では、半導体装置に設けたヒートスプレッダの半導体チップ非登載面に、前記ヒートスプレッダの厚さよりも浅い溝を前記ヒートスプレッダの端部に到るまで設け、前記溝を複数設ける場合には、前記溝によって半導体非登載面を分割して形成される複数の小領域の周辺部の一部は前記ヒートスプレッダの端部であることを特徴としたので、前記ヒートスプレッダの半導体非登載面または、前記ヒートスプレッダの半導体非登載面と接合する配線基板側のランドに半田等の接合材を塗布又は配置するだけで、前記接合材は所定の温度において、各小領域の半導体チップ登載面に流動するとともに、半導体装置は、前記溝に流入した接合材によって、移動が制限され、前記半導体装置の位置が正確に行える効果を有し、さらに、各複数の小領域は、半田等の接合材で接合されたことになるので、ヒートスプレッダとこのヒートスプレッダを介して伝導してきた前記半導体チップの熱をヒートスプレッダに接合される配線基板上のランドに効率良く伝導でき、半導体チップが発熱した熱を半導体装置外に放熱する効果を有する。

本発明を実施するための最良の形態を、図１から図６までを参照して説明する。図１は、本発明に係る半導体装置の断面の概略構成を示す図であり、図２は、同半導体装置の概略平面図であり、図３は同半導体装置を裏面から見た概略を示す図である。

図１において、半導体装置１０は、ＱＦＰ型の半導体装置であるが、本発明はこのＱＦＰ型の半導体装置に限定されるものではなく、半導体装置内の半導体チップからの放熱をヒートスプレッダを介して、半導体装置外に放熱するために、このヒートスプレッダを配線基板上のランドに接合するタイプのものに適用できる。

図１で、半導体チップ１２は、ヒートスプレッダ１６にチップ接合層１４を介して登載し、接合されており、半導体チップ１２のボンディングパッド（図示せず）とアウタリード２０に一体に接続されているインナリード（図示せず）とを、ボンディングワイヤ１８を介して電気的に接続し、半導体チップ１２、ボンディングワイヤ１８、インナリード等を樹脂で封止するパッケージ２２とで構成されている。ヒートスプレッダ１６の半導体チップ１２を登載した面に対向する面（非登載面）は、半導体装置１０の外部に露出している。この露出した面には、半導体装置１０を配線基板に半田で接合するときに半導体装置１０の移動を防止する溝１７が設けられている。なお、半導体装置１０を配線基板に接合する接合材（半田）は、Ｐｂ−Ｓｎ系半田、Ｐｂ系半田、Ｓｎ系半田、Ｉｎ系半田、Ａｕ系半田、およびＰｂフリー半田等を用いることが可能である。

図２は、図１に示した本発明に係る半導体装置１０の概略平面図である。本実施例では、ＱＦＰ型半導体装置であるので、パッケージ２２の四辺から、アウタリードが外向きに設けられている。

図３は、図１、図２に示した半導体装置１０を裏面から見た概略構成を示す図であり、パッケージ２２の中央部には、ヒートスプレッダ１６の半導体チップ非登載面が露出しており、本実施例では、ヒートスプレッダ１６の略中央部を通る様に、一本の溝１７が設けられている。

図４は、本発明に係る半導体装置１０を配線基板３０に配置した状態を示す図である。配線基板３０には、ヒートスプレッダ１６の位置、アウタリード２０の接合部位置に対応した箇所にランド３６及びランド３２が配置されており、本実施例では、これら各ランド３２、３６に半田ペースト３４および３８が塗布乃至は添付されている。ヒートスプレッダ１６の下に配置する半田ペースト３８は、ヒートスプレッダ１６の中央部付近に配置するので、半導体装置１０を配線基板３０上に配置した際には、半導体ペースト３８は、溝１７にも入り込む。この様に溝１７の形状に沿い、入り込んだ半田ペースト３８によって、半導体装置１０が移動し難くなるので、配線基板３０に対する位置決めがより正確になる。配置された半導体装置１０と配線基板３０は、実装すべき他の電子部品を配置した後に、半田ペースト３４、３８等を溶融するために、例えばリフロー炉に入れられて、半田ペーストの溶融、固化が行われる。

図５は、本発明に係る半導体装置１０を配線基板３０に実装した状態を示す図であり、半導体装置１０のヒートスプレッダ１６及び各アウタリード２０はそれぞれ、ランド３６及びランド３２に半田ペーストが固化した半田層３９、３５によって接合される。このように、ヒートスプレッダ１６に溝１７を設けて、半導体装置１０の移動を阻止する様にしたので、正確に各アウタリード２０と対応する配線基板３０上の各ランド３２とを位置精度よく、接合できる。

なお、図３に示した様に、溝１７は、ヒートスプレッダ１６の端部にまで達しているので、半田を溶融させた場合にガスが発生しても、前記端部からガスが溝１７から抜け易くなる。

上記実施例では、ヒートスプレッダ１６に溝１７を一本設けた場合を図３に例示したが、溝形状の他の例を図６に示す。図６（ａ）は、ヒートスプレッダ１６の半導体チップ非登載面に２本の溝を直交する様に配置した例である。この溝１７を有した半導体装置を配線基板に半田で接合する場合には、溶融した半田が４つの小領域に各々流動する様に、各溝が交差する共通部（鎖線で示す）に半田ペーストを配置することが好ましい。本例の溝においては、２本の溝１７が、半導体装置の位置決めに寄与する。

図６（ｂ）の溝形状は、６本の溝をヒートスプレッダ１６の半導体チップ非登載面に放射状に配置したものであり、図６（ａ）の場合と同じく、この溝１７を有した半導体装置を配線基板に半田で接合する場合には、溶融した半田が８つの小領域に各々流動する様に、各溝が交差する箇所である共通部（鎖線で示す）に半田ペーストを配置することが好ましい。本例の溝においては、４本の溝１７が、半導体装置の位置決めに寄与する。

なお、図６（ａ）、（ｂ）に図示した様に、各溝１７はヒートスプレッダの中心付近を共通部としているので、各小領域部分は対称になり、この共通部付近に配置される半田ペーストが溶融した場合に、均等に各小領域部に流動し易くなる。

図６（ｃ）は、図６（ａ）に示した矢印ＡＡの矢視方向で見た溝１７の断面形状を示す。この図６（ｃ）に示した溝断面形状は、Ｕ字状であり、半田ペーストが溝の隅まで容易に充填される効果があり、半田ペーストが硬化して半田層になったときに、ヒートスプレッダ１６とランド３６との間に熱的な伝導を疎外する空隙等が生じる可能を減少させる。また、溝断面形状はコの字、Ｕの字に限らず、Ｖ字状やその他の形状であってもよく、溶融状態にある半田が入り込む溝形状であれば良い。

なお、上記実施例では、ヒートスプレッダ１６を配線基板３０のランド３６に半田で接合する場合を例に説明をしたが、ヒートスプレッダ１６を、半導体装置１０の外部に設けた放熱作用を有する部材，例えばヒートシンクなどに接合する様に、構成してもよく、また接合材として、半田以外に熱伝導性のシリコーン樹脂または熱伝導性を向上させるための熱伝導性フィラを含んだ樹脂等で接着しても良い。

以上の開示に加え、以下の付記に記載の構成を開示する。
（付記１）半導体装置において、前記半導体装置内は、半導体チップと、前記半導体チップを登載するヒートスプレッダと、前記ヒートスプレッダの前記半導体チップを登載する面に対向する半導体チップ非登載面に、前記ヒートスプレッダの厚さよりも浅い溝深さを有する溝とを有し、該溝の両端部は前記ヒートスプレッダの端部に達し、前記溝によって前記ヒートスプレッダの半導体チップ非登載面に形成される小領域面のいずれかの面は、前記ヒートスプレッダの端部に達することを特徴とする半導体装置。
（付記２）前記溝を複数設けた付記１に記載の半導体装置において、前記複数の溝の全てが、共通の位置を通過する様に形成されていることを特徴とする半導体装置。
（付記３）付記１または付記２の半導体装置において、前記溝は、前記半導体非登載面の中心位置を通過する様に形成されていることを特徴とする半導体装置。
（付記４）付記１乃至付記３に記載の半導体装置において、前記溝の断面形状は、コの字またはＵ字型またはＶ字型の形状であることを特徴とする半導体装置。
（付記５）ヒートスプレッダを有する半導体装置において、前記半導体装置の外部に面した前記ヒートスプレッダの面に、前記ヒートスプレッダの厚さよりも浅い溝深さを有する溝を有し、該溝の両端部は前記ヒートスプレッダの端部に達し、前記溝によって前記ヒートスプレッダの前記外部の面に形成される小領域面のいずれかの面は、前記ヒートスプレッダの端部に達することを特徴とする半導体装置。

半導体チップが発熱する熱をヒートスプレッダを介して、半導装置の外部に伝導し、配線基板のランド等にヒートスプレッダを接合するとともに、ヒートスプレッダに溝を設けたので、半導体装置と配線基板との位置決めが容易になる。

本発明に係る半導体装置の断面の概略構成を示す図。本発明に係る半導体装置の概略平面図本発明に係る半導体装置を裏面から見た概略を示す図。本発明に係る半導体装置を配線基板に配置した状態を示す図。発明に係る半導体装置を配線基板に実装した状態を示す図。溝形状の他の例を示す図。ヒートスプレッダを備えた従来の半導体装置の例を示す図。

符号の説明

１０半導体装置
１２半導体チップ
１６ヒートスプレッダ
１７溝
２０アウタリード
３０配線基板
３２、３６ランド

Claims

半導体装置において、
半導体チップと、
前記半導体チップを登載するヒートスプレッダと、
前記ヒートスプレッダの前記半導体チップを登載する面に対向する半導体チップ非登載面に、前記ヒートスプレッダの厚さよりも浅い溝深さを有する溝とを有し、
該溝の両端部は前記ヒートスプレッダの端部に達し、前記溝によって前記ヒートスプレッダの半導体チップ非登載面に形成される小領域面のいずれかの面は、前記ヒートスプレッダの端部に達することを特徴とする半導体装置。
前記溝を複数設けた請求項１に記載の半導体装置において、
前記複数の溝の全てが、共通の位置を通過する様に形成されていることを特徴とする半導体装置。
請求項１または請求項２の半導体装置において、
前記溝は、前記半導体非登載面の中心位置を通過する様に形成されていることを特徴とする半導体装置。
ヒートスプレッダを有する半導体装置において、前記半導体装置の外部に面した前記ヒートスプレッダの面に、前記ヒートスプレッダの厚さよりも浅い溝深さを有する溝を有し、該溝の両端部は前記ヒートスプレッダの端部に達し、前記溝によって前記ヒートスプレッダの前記外部の面に形成される小領域面のいずれかの面は、前記ヒートスプレッダの端部に達することを特徴とする半導体装置。