JP5124347B2 - 半導体実装基板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
また、樹脂基板全面にヒートシンクを張り合わせるとすると、製品重量が増大するうえに、封止樹脂と金属との線膨張係数の差から基板が反り易く、後工程の加工がし難くなる。
即ち、半導体装置が実装される部位に当該半導体装置の実装面積より小さい貫通孔が形成された実装基板と、前記実装基板の半導体装置実装面とは反対面側に前記貫通孔に突部を嵌め込まれて前記半導体装置と直接若しくは間接に当接可能に組み付けられ、外周縁部にはだれ部若しくは面取り部が形成され前記半導体装置の実装面積より大きい平板部を有するヒートシンクと、を備え、前記ヒートシンクは平板部を基板反対面側に露出し周囲を封止樹脂に封止され前記だれ部若しくは面取り部の表面側に封止樹脂を充填して前記基板と一体に抜け止め保持されていることを特徴とする。
また、前記ヒートシンクは単数若しくは複数設けられ、平板部の総面積は周囲の封止樹脂の面積と等しくなるように形成されていることを特徴とする。
また、前記ヒートシンクは、平板部に取り付けられた放熱フィン若しくは平板部に接続するヒートパイプを介して放熱フィンと接続されていることを特徴とする。
また、前記モールド金型の一方のクランプ面にはダム部が突設されており、当該モールド金型が金属枠体及び実装基板をクランプすると耐熱性シートで覆われたダム部が基板側面に当接することを特徴とする。
また、ヒートシンクは平板部を露出し外周を封止樹脂に封止されて基板と一体に保持されているので、基板全面に貼り合わせる場合に比べて反りの影響は受け難く、実装基板と銅製ヒートシンクの線膨張係数はあまり変わらないため実装基板から離脱することなく一体に保持することができる。
また、ヒートシンクの外周縁部にはだれ部若しくは面取り部が形成されており、該だれ部若しくは面取り部の表面側に封止樹脂を充填することによりアンカー効果が生じてヒートシンクを基板に対して強固に保持することができる。
また、ヒートシンクは単数若しくは複数設けられ、平板部の総面積は周囲の封止樹脂の面積と等しくなるように形成されていると、半導体装置で発生した熱が基板に拡散されずにヒートシンクに集熱されて効率よく放熱することができる。
また、前記ヒートシンクは、平板部に取り付けられた放熱フィン若しくはヒートパイプを介して放熱フィンと接続されていると、熱放散性を更に高めることができる。また、ヒートパイプにより発熱を外部に逃がすことで、実装基板自体の厚さを増大することなく自由なレイアウトで熱放散性を向上させることができる。
また、金属枠体の中心孔に耐熱性シートが貼り付けられて凹部が形成された当該耐熱性シート上に、ヒートシンクが組み付けられた実装基板を載置しモールド金型により実装基板及び金属枠体をクランプするので、ヒートシンクの周囲に充填される封止樹脂を金属枠体にてせき止めて封止するので樹脂圧を均等に行き渡らせることができる。
また、モールド金型の一方のクランプ面にはダム部が突設されており、当該モールド金型が金属枠体及び実装基板をクランプすると耐熱性シートで覆われたダム部が基板側面に当接するので、基板面より封止樹脂が外部に漏れ出ることはなく、樹脂使用料を抑えて歩留まりが向上する。
先ず、半導体実装基板の構造について、一例として発光素子を搭載した発光基板を用いて説明する。図1において、実装基板1は公知のガラスエポキシ樹脂基板であり、半導体装置2の実装面1aに配線パターンが形成され、基板端子に半導体装置(例えばLEDパッケージ)2が基板実装されている。LEDパッケージは半導体チップ27の一例である発光ダイオードの上部がレンズキャップ28で覆われた発光素子であり、高輝度LEDにおいては、大電流が流れ、大量の発熱を伴う。半導体装置2としては、LEDパッケージのほかに、CPUやMPUのような集積回路を持ち、大量の発熱を伴う高出力の半導体素子も含まれる。
図1左半図は、半導体装置2とヒートシンク5の間にシリコン伝熱シート6(絶縁シート)を介して間接的に当接させた後、パッケージ外形の樹脂封止を行なった一例を示す。同図では、シリコン伝熱シート6を突部4と半導体装置2との間に間挿させたが、直接当接させても良い。ヒートシンク5は平板部5aを露出し外周を封止樹脂(例えばエポキシ樹脂)7に封止されて実装基板1と一体に保持されている。
図2(c)において、ヒートシンク5の外周縁部5bにはだれ部5c若しくは面取り部5dが形成されているのが望ましい。だれ部5c若しくは面取り部5dの表面側に封止樹脂7を充填して抜け止め保持できるからである。
先ず、図3(a)において、モールド金型12の構成は、例えば特開2001−176902号公報の図1で示す半導体ウエハの樹脂封止用のプレス装置及びモールド金型を用いることができる。例えば、上型15は上型ベース(図示せず)にスプリングで吊下げられている。上記公報では、上型15がスプリングにて吊り下げられているが、当該スプリングは無くても良い。上型15及び下型16にはヒータ(図示せず)が設けられている。モールド金型12の上型クランプ面15aは耐熱性シート(例えばリリースフィルム、UV硬化性フィルム等)13で覆われている。
また、金属枠体14をモールド金型12へ搬入する前に実装基板1に組み付けられたヒートシンク5の周囲の基板面に封止樹脂(液状樹脂、顆粒状樹脂等)7を供給してから当該金属枠体14をモールド金型12へ搬入するようにしても良い。また、ヒートシンク5の上面にも耐熱シート13又はリリースフィルムを間挿して樹脂封止するようにしても良い。
図7(b)において、モールド金型19のうち、上型20には金型カル21及び金型ランナゲート22が形成されている。下型23には、ポット24及びプランジャ25が設けられている。ヒートシンク5が組み付けられた実装基板1が実装面を下向きして載置された金属枠体14がモールド金型19へ搬入される。実装基板1は、金属枠体14の中心孔14aを塞いで耐熱性シート13が貼り付けられて凹部14bが形成された当該耐熱シート13上に載置されている。耐熱シート13は、上型20のクランプ面を覆うように間挿してもよい。
次に、モールド金型19を型閉じして金属枠体14を及びワーク(ヒートシンク5及び実装基板1)をクランプする。そして、プランジャ25を上動させて加熱溶融した封止樹脂7が金型カル21及び金型ランナゲート22を介してヒートシンク5の周囲の隙間に充填される。封止樹脂7は金属枠体14にせき止められて樹脂圧が印加されたまま加熱硬化する(キュア;図7(a)参照)。
図1右半図の発光基板を製造する場合には、半導体チップ(発光ダイオード)27を基板実装面1aへ露出する突部4へダイボンディングし、当該半導体チップ27と基板端子部とを例えばワイヤーボンディングにより電気的に接続する。そして、半導体チップ27を公知の成形方法により樹脂封止し、レンズキャップ28を取り付けると、発光基板が組み立てられる。
1a 実装面
1b 放熱面
2 半導体装置
3 貫通孔
4 突部
5 ヒートシンク
5a 平板部
5b 外周縁部
5c だれ部
5d 面取り部
6 シリコン伝熱シート
7 封止樹脂
8 放熱フィン
9 冷却ファン
10 ヒートパイプ
11 接続部材
12,19 モールド金型
13 耐熱性シート
14 金属枠体
14a 中心孔
14b 凹部
15,20 上型
15a 上型クランプ面
16,23 下型
16a 下型クランプ面
17 ダム部
18 成形品
20 金型カル
21 金型ランナゲート
24 ポット
25 プランジャ
26 取付ブロック
27 半導体チップ
28 レンズキャップ
Claims (5)
- 半導体装置が実装される部位に当該半導体装置の実装面積より小さい貫通孔が形成された実装基板と、
前記実装基板の半導体装置実装面とは反対面側に前記貫通孔に突部を嵌め込まれて前記半導体装置と直接若しくは間接に当接可能に組み付けられ、外周縁部にはだれ部若しくは面取り部が形成され前記半導体装置の実装面積より大きい平板部を有するヒートシンクと、を備え、
前記ヒートシンクは平板部を基板反対面側に露出し周囲を封止樹脂に封止され前記だれ部若しくは面取り部の表面側に封止樹脂を充填して前記基板と一体に抜け止め保持されている半導体実装基板。 - 前記ヒートシンクは単数若しくは複数設けられ、平板部の総面積は周囲の封止樹脂の面積と等しくなるように形成されている請求項1記載の半導体実装基板。
- 前記ヒートシンクは、平板部に取り付けられた放熱フィン若しくは平板部に接続するヒートパイプを介して放熱フィンと接続されている請求項1又は請求項2記載の半導体実装基板。
- 金属枠体の一方の面に中心孔を塞いで耐熱性シートを貼り付ける工程と、
前記金属枠体の中心孔を塞いで凹部が形成された耐熱シート上に、半導体装置が実装される実装位置に貫通孔が形成され該貫通孔に突部を嵌め込ませてヒートシンクが組み付けられた実装基板を実装面を下向きして載置する工程と、
前記金属枠体及び封止樹脂をモールド金型へ搬入し若しくは前記ヒートシンクの周囲の実装基板上に封止樹脂を供給してから前記金属枠体をモールド金型へ搬入する工程と、
前記モールド金型により実装基板及び金属枠体をクランプし、前記ヒートシンクの周囲の隙間に封止樹脂を加熱加圧しながら充填して硬化させる工程と、
を含む半導体実装基板の製造方法。 - 前記モールド金型の一方のクランプ面にはダム部が突設されており、当該モールド金型が金属枠体及び実装基板をクランプすると耐熱性シートで覆われたダム部が基板側面に当接する請求項4記載の半導体実装基板の製造方法。
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