JPS6373650A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS6373650A
JPS6373650A JP61218301A JP21830186A JPS6373650A JP S6373650 A JPS6373650 A JP S6373650A JP 61218301 A JP61218301 A JP 61218301A JP 21830186 A JP21830186 A JP 21830186A JP S6373650 A JPS6373650 A JP S6373650A
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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】 〔概要〕 本発明は半導体装置において、開口を有する１−ヤップ
により半導体素子の気密封止を可能とし、■つ放熱部材
の半導体素子との接触を可能とし、気密封止は確実とし
つつ小型化を図り放熱効率を向上させるようにしたもの
である。
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体装置、特にキャップ及びヒートシンクの
取付構造に関する。
〔従来の技術〕
半田バンブを有する半導体素子（フリップデツプ）又は
周囲に突き出した微小リードを有する半導体素子は、ワ
イヤを使用せずに、フェイスダウン方式で基板上の多層
配線層に電気的に接続されて基板に固定される。半導体
素子は、周囲を曇根上面に半田付けされたキャップによ
り覆われて気密封止されている。ヒートシンクはキャッ
プ上に固定しである。
半導体素子で発生した熱は、一旦キャップの厚さ方向に
伝導した後、ヒートシンクにｉリリ、ヒートシンク内を
伝導してこの表面より放熱される。
〔発明が解決しようとする問題点〕
キャップには、熱膨張係数及び加工性の点より、一般に
、コバールが使用されている。コバールの熱伝導率は２
０Ｗ／ｍ−Ｋであり、良くはない。
このため、上記構造の半導体装置では、キャップが熱伝
導に対して抵抗となり、放熱効率を向上させる上で障害
となっているという問題点があった。
また放熱効率向上のために、ヒートシンクを半導体素子
の上面に直接取り付ける構造も考えられるが、この構造
では半導体素子の気密封止を完全にし、且つ小型化を図
るのが困難であるという問題点があった。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は上述の問題点を解消する半導体装置を提供する
ものであり、 配線層が形成された基板と、 該基板上に表面が下向きで搭載され上記配線層に電気的
に接続された少なくとも一つの半導体素子と、 該半導体素子の外形よりも小さい開口を有し、周縁部が
上記基板に、該開口の周囲部が上記半導体素子の上面に
夫々接着され気密封止するヤヤップと、 該キャップの開口に嵌合して上記半導体素子の裏面に固
定された放熱部材を有することを特徴とする。
（作用） 放熱部材が半導体素子の上面に直接固定された構成は、
熱伝導に対して抵抗となるキャップを、放熱のための熱
伝導路より除外し、放熱効率を向上させる。
半導体素子の外形より小さい開口を有するキャップは、
半導体素子を支障なく気密封止する。
〔実施例〕
第１図乃至第７図は本発明の第１実施例になる半導体装
置１０を示す。
特に、第１図、第２図及び第６図に示すように、半導体
装置１０は、大略、半導体素子１１と、基板１２と、キ
ャップ１３と、放熱部材としてのヒートシンク１４とに
より構成される。
半導体素子１１は、第６図に示すように、表面１１ａの
周囲より外方に０．７ｗｒ延出した多数の微小なリード
１５を有する。回路素子または回路が形成された表面１
１ａ上には、第５図に示すように、α線対策のために、
厚さ５０〜１００μｍのポリイミド層１６が形成しであ
る。
半導体素子１１は、第５図及び第６図に示すように、表
面１１ｂが上、表面１１ａが下を向いたフェイスダウン
の向きで、基板１２の上面の多層配線層１７上にワイヤ
を使用せずに実装してあり、多層配線層１７と電気的且
つ機械的に接続されている。
多層配線層１７は、第５図に示すように、配線パターン
が、厚さ１０μ顔のポリイミド製の絶縁層を介して３〜
４層に積重された構成である３基板１２は例えばＡ［Ｎ
又はＳｉＣ，或いはＡｅｚＯｓ￥Ｊであり、厚さは例え
ば０．６１１１１１１である。
第１図、第５図、第６図に示すように、基板１２を貫通
する多数のピアホール１８内には、１ｙｌｏ。
Ｗなどの金１ｉ！ｉ１９が充填されメタライズされてい
る。基板１２の下面には、多数のビン２０がロー付は又
は半田付けされて、上記各焼結金属１９に対応して固定
しである。各ビン２０と対応するリード１５とが、焼結
金属１９及び多層配線層１７を介して電気的に接続され
ている。
ビン２０は、Ｎｉメッキされたコバール又は、Ｎｉメッ
キされた３ｅ−ＣＬＪ、或いはＮｉメッキされたＷ製で
ある。またビン２０は径が０．１〜０．１５ｍ５＋、長
さが１．０〜１．５ｓである。またビン２０は、第４図
に示すように、基板１２の中央部と外周部とを除いた部
分に、ピッチＰ＋が０、ＡＳｍ、ピッチＰ２が０．９０
履で並んでいる。
キャップ１３は、例えば、コバール製であり、第７図に
示すように略四角形状の***部１３ａを有する逆皿形状
であり、周縁に張り出し部１３ｂ、***部１３ａの中央
に矩形状の開口１３ｃを有する。開口１３Ｃは半導体素
子１１の外形より−まわり小さいサイズである。キャッ
プ１３は、第１図及び第５図に示すように、張り出し部
１３ｂを基板１２上に半田２１により半田付けされ、隆
起部１３ａのうち開口１３ｃの周囲部を半導体素子１１
の上面（裏面１１ｂ）の周辺部に半田２２により半田付
けされて固定しである。これにより、半導体素子１１は
気密封止され、且つ小型にパッケージングされる。キャ
ップ１３の半導体素子１１の上面への半田し３ａは０．
５ｉｍ＊である。半導体素子１１の周囲の空間２３は、
例えば窒素ガス又は水素ガスで満たされている。
このように、本発明のキャップは開口を有していること
で、この開口部分から内の半導体素子の上面が所定の高
さになってキャップに良好に半田付けできるかどうか確
認できるので、半導体素子とキャップの接続状態を良好
に確実に為すことができ、さらに、十分小型化が図れる
。
ヒートシンク１４は、特に第２図及び第７図に示すよう
に、基板１２と同サイズであり、厚さが０．８謂の矩形
板状であり、下面に偏平凸部１４ａを有する。偏平凸部
１４ａは、上記キャップ１３の開口１３ｃに対応する形
状を有し、キャップ１３の板厚ｔに略対応する寸法す突
出している。
このヒートシンク１４は、第１図及び第５図に示すよう
に、偏平凸部１４ａが開口１３ｃと嵌合し、偏平凸部１
４ａの頂面１４ｂが半導体素子１１の裏面１１ｂに半田
２４より半田付けされて、キャップ１３を覆って固定し
である。
ヒートシンク１４は、Ｍｏ、Ｃｕ、△之。
ＡＥＮ又はＳ　ｉ　ＣＷＩＪである。熱伝導率はＭＯが
１３６Ｗ／ｍ　−Ｋ　、　Ｃｕが３９４Ｗ／ｍ　−Ｋ　
、　Ａ　ｅが２３９Ｗ／ｍ−に、ＡＪ！Ｎが１５０〜２
００Ｗ／ｍ−Ｋ、ＳｉＣが１７０〜２７０Ｗ／ｍ　−Ｋ
であり、共にコバールの熱伝導率より高い。ＡＥＮ又は
Ｓ　ｉ　Ｃ’Ｍの場合には、上記頂面１４ｂにＮｉ又は
ＡＵがメタライズされている。
上記構成の半導体装置１０は、ビン２０をプリント基板
（図示せず）の対応する導電パターン上に接続し表面実
装される。半導体装置１０が実装されたプリント基板は
例えばコンピュータ装置（図示せず）内に組み込まれ、
ヒートシンク１４の上面には伝導冷却手段（図示せず）
が接触する。
コンピュータ装置の動作時に半導体鬼子１１より発生し
た熱は、キャップ１３を介さずに、直接ヒートシンク１
４に伝導し、ヒートシンク１４内を伝導し、ヒートシン
ク１４の上面より上記伝導冷却手段に伝導して、放熱さ
れる。叩ら半導体素子１１と伝導冷却手段との間には、
熱伝導に対して抵抗となるキャップ１３は介在しないた
め、半導体素子１１の熱は従来に比べて効率よく放熱さ
れる。
次に上記の半導体装置１０の製造方法について、第６図
を参照して説明する。
まず、基板１２の製造方法について説明する。
基板１２は、グリーンシートにピアホール１８を穿設し
、ピアホール１８にＭｏ、Ｗ等の金属粉末を充填して、
グリーンシートを焼成する。焼成時にピアホール１８内
の金属粉末（ま焼結する。これにより、上記基板１２を
得る。
次に、基板１２の下面に導電性の肋膜または厚膜でビン
用パッドを設はビン１２をロー付は又は半田付けする。
次に、基板１２の上面に多層配線層１７を形成する。
次に、多層配Ｆｉｔ層１７上に、半導体素子１１を実装
する。
次に、窒素ガス又は水素ガス雰囲気中で、枠状で厚さが
５０〜１００μｍの半田プリフォーム２５を基板１２上
に載置し、半導体素子１１の上面に厚さが１００〜２０
０μ■の半田プリフォーム２６をＭｆｆｌし、キャップ
１３を被せ、ヒートシンク１４を中ね、３００〜３３０
℃に加熱する。
これにより、半田プリフォーム２５．２６がリフローし
、キャップ１３及びヒートシンク１４が同時に半田付は
固定される。これと同時に、半導体素子１１がキャップ
１３により気密封止される。
半田プリフォーム２５が半田２１を形成し、半田プリフ
ォーム２６が半田２２．２４を形成する。
キャップ１３はプレス成形品であり、***部１３ａと張
り出し部１３ｂとの間の高さ寸法りは精度が良好である
。また、半導体素子１１の上面の高さにばらつきが生じ
てもキャップ１３の開口１３Ｇからキャップ１３と半田
プリフォーム２６の接触状態を確認し、例えば所望の厚
さの半田プリフォーム２６を選択できる。このため、キ
ャップ１３と基板１２及び半導体素子１１との位＠関係
を高精度に設定でき、キャップ１３は、基板１２及び半
導体素子１１に対して良好に半田付けされる。
ヒートシンク１４は、偏平凸部１４ａが開口１３ｃに嵌
合することにより、容易にしかも精度良く重ね合わされ
る。
上記の方法によれば、半導体装置１０は、簡単な工程で
製造され、ω産性に好適である。
この方法では、半田プリフォーム２６により半導体素子
１１とキャップ１３及びヒートシンク１４を同時に半田
付けしたが、別の方法としてまず半導体素子１１にキャ
ップ１３だけ半田付けし、キャップの固着状態を開口１
３Ｃの部分より確認し、次にヒートシンク１４を半田付
けするようにすればより信頼性の高い気密１１止がなさ
れた半導体装置が得られる。
尚、本発明の半導体装置では、上記の半導体素子１１の
代わりに、ハンダバンブを有するフリップチップを使用
してもよい。
第８図及び第９図は夫々本発明の第２．第３実施例にな
る半導体装置３０．４０を示す。半導体装ｆｆ３０．４
０は、ヒートシンク以外は第１図の半導体装ｆｉｆｆｌ
ｏと同一構成であり、第８図及び第９図中、第１図に示
す構成部分と同一部分には同一符号を付し、その説明は
省略する。
第８図の半導体装置３０においては、放熱部材としての
フィン３１が半導体素子１１と直接半田付けされて固定
しである。
第９図の半導体［１４０においては、放熱部材としての
フィン４１が半導体素子１１と直接半田付けされて固定
しである。
第８図の半導体装置３０は、空冷で冷却され、第９図の
半導体装置４０は、フロロカーボン等に浸漬されて冷却
される。
第１０図乃至第１３図は夫々本発明の第４実施例になる
半導体装置５０を示す。この半導体５０はキャップ以外
は第１図の半導体装置１０と同一構成であり、第１０図
乃至第１３図中、第１図。
第２図及び第５図に示す構成部分と同一部分には同一符
号を付し、その説明は省略する。
キャップ５１は、第５図中の張り出し部１３ｂの無い構
成であり、開口５１ａの周囲部が半導体素子１１に半田
付けされ、垂立壁５１ｂの下端が基板１２上に半田５２
により半田付けされている。
この構成の半導体装置５０は、張り出し部１３ｂの無い
分だけ、小型となる。
第１３図及び第１４図は夫々本発明の第５実施例の半導
体装置６０を示す。この半導体装置６０は、基板６１上
に、半導体素子１１が４Ｍ４実装された構成である。
キャップ６２は、各半導体素子１１に対応して開口６２
ａを有し、各開口６２ａの周囲部を各半導体素子１１に
、周囲の張り出し部６２ｂを基板６１に夫々半田付けさ
れており、各半導体素子１１はまとめて気密封止されて
いる。
放熱部材としてのヒートシンク６３は、各半導体素子１
１に対応して偏平凸部６３ａを有する。
このヒートシンク６３は、各偏平凸部６３ａが開口６２
ａに嵌合し、半導体素子１１に直接半田付けされて取り
付けられている。各半導体素子１１は、ヒートシンク６
３を介して、前記第１実施例になる半導体装置１０の場
合と同様に冷却される。
〔発明の効果〕
本発明によれば、キャップにより半導体素子を気密封止
することが出来ると共に、半導体素子の熱がキャップを
介さずに直接放熱部材に伝導されるため、放熱効率の向
上を図ることが出来、更には、比較的容易に組み立てる
ことが出来、恒産に好適である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１実施例になる半導体装置の断面図
、 第２図、第３図、第４図は夫々本発明の第１実施例にな
る半導体装置の正面図、ヒートシンクを一部切截して示
す平面図、底面図、 第５図は第１図中左端部を拡大して示す図、第６図は第
１図の半導体装置の分解図、第７図はキャップとヒート
シンクとを対応させて示す斜視図、 第８図は本発明の第２実施例になる半導体装置の断面図
、 第９図は本発明の第３実施例になる半導体装置の断面図
、 第１０図及び第１１図は夫々本発明の第４実施例になる
半導体装置の断面図及び正面図、第１２図は第１０図中
左端部を拡大して示す図、第１３図は本発明の第５実施
例の半導体装置の平面図、 第１４図は第１３図中ＸｒＶ−ＸＩＶ線に沿う断面矢視
図である。 図において、 １０．３０，４０．５０．６０は半導体装置、１１は半
導体素子、 １１ａは表面、 １１ｂは裏面、 １２．６１は基板、 １３．５１．６２はキャップ、 １３ａは***部、 １３ｂは張り出し部、 １３ｃ、５１ａ、６２ａは開口、 １４．６３はヒートシンク、 １４ａ、６３ａは偏平凸部、 １４ｂは頂面、 １７は多層配線層、 ２０はビン、 ２１．２２，２４．５２は平田、 ２３は空間、 ２５．２６は半田プリフォーム、 ３１．４１はフィン、 ５１ｂは垂立壁である。 ｉ４図 鵠づ図中左ｎ者ｉ’Ｉｆ’と１広づ（しＴ′示１１幻第
Ｓ図 第′１図の′＋導イ本装遣の分角省図 第６図 第７図 ３０牛導イ本装置 第８図 第９図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 上面に配線層（１７）が形成された基板（１２、６１）
    と、 該基板上に表面（１１ａ）が下向きで搭載され上記配線
    層（１７）に電気的に接続された少なくとも一つの半導
    体素子（１１）と、 該半導体素子の外形よりも小さい開口（１３ｃ、５１ａ
    、６２ａ）を有し、周縁部が上記基板（１２、６１）に
    、該開口の周囲部が上記半導体素子（１１）の上面に夫
    々接着され気密封止するキャップ（１３、５１、６２）
    と、 該キャップの開口（１３ｃ、５１ａ、６２ａ）に嵌合し
    て上記半導体素子（１１）の裏面に固定された放熱部材
    （１４、３１、４１、６３）とを有してなることを特徴
    とする半導体装置。
JP61218301A 1986-09-17 1986-09-17 半導体装置の製造方法 Expired - Fee Related JPH0777247B2 (ja)

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