JPH01217951A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
- Publication number
- JPH01217951A JPH01217951A JP63041996A JP4199688A JPH01217951A JP H01217951 A JPH01217951 A JP H01217951A JP 63041996 A JP63041996 A JP 63041996A JP 4199688 A JP4199688 A JP 4199688A JP H01217951 A JPH01217951 A JP H01217951A
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- JP
- Japan
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- pellet
- heat sink
- spacer
- heat dissipating
- substrate
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/851—Dispositions of multiple connectors or interconnections
- H10W72/874—On different surfaces
- H10W72/877—Bump connectors and die-attach connectors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W90/00—Package configurations
- H10W90/701—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
- H10W90/721—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bump connectors
- H10W90/724—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bump connectors between a chip and a stacked insulating package substrate, interposer or RDL
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W90/00—Package configurations
- H10W90/701—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
- H10W90/731—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of die-attach connectors
- H10W90/736—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of die-attach connectors between a chip and a stacked lead frame, conducting package substrate or heat sink
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
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。
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、ＣＣＢバンブを介して半導体ペレットが基板
に実装された半導体装置の実装構造に関し、前記ＣＣＢ
バンプの接続信頼性向上に適用して有効な技術に関する
ものである。
に実装された半導体装置の実装構造に関し、前記ＣＣＢ
バンプの接続信頼性向上に適用して有効な技術に関する
ものである。
半田などの低融点金属からなるＣＣＢバンブを介して半
導体ペレット（以下、ペレットという）を基板に実装す
る、いわゆるフリップチップ方式の半導体装置構造につ
いては、例えば、株式会社サイエンスフォーラム、昭和
５８年１１月２８日発行、「超ＬＳＩデバイスハンドブ
ック」Ｐ２３５〜Ｐ２３６に記載がある。
導体ペレット（以下、ペレットという）を基板に実装す
る、いわゆるフリップチップ方式の半導体装置構造につ
いては、例えば、株式会社サイエンスフォーラム、昭和
５８年１１月２８日発行、「超ＬＳＩデバイスハンドブ
ック」Ｐ２３５〜Ｐ２３６に記載がある。
近年、半導体装置の高密度化、高速度化によるペレット
サイズや人出力ピン数の増大に伴い、ペレットからの発
熱を効率的に放散させるための対策が不可欠となり、上
記フリップチップ方式による半導体装置においても、ペ
レットの上面にアルミヒートシンクなどの放熱体を設け
た実装構造が採用されるようになっている。
サイズや人出力ピン数の増大に伴い、ペレットからの発
熱を効率的に放散させるための対策が不可欠となり、上
記フリップチップ方式による半導体装置においても、ペ
レットの上面にアルミヒートシンクなどの放熱体を設け
た実装構造が採用されるようになっている。
ペレットの上面に放熱体を設けたフリップチップとして
は、従来、ペレットと放熱体との間の熱的接合を向上さ
せるため、ピストンなどを用いて上方から放熱体に荷重
を加えた実装構造が知られている。
は、従来、ペレットと放熱体との間の熱的接合を向上さ
せるため、ピストンなどを用いて上方から放熱体に荷重
を加えた実装構造が知られている。
本発明者は、ベレットの上面に放熱体を設けた１−記フ
リップチップ方式の半導体装置構造には、下記のような
問題があることを見出した。
リップチップ方式の半導体装置構造には、下記のような
問題があることを見出した。
すなわち、ベレットの上面に放熱体を設けた場合には、
この放熱体の自重によってＣＣＢバンブに垂直方向の荷
重が加わるが、ＣＣＢバンブを構成する半田は、常温に
おい゛〔も塑性変形の生じ易い材料であるため、上記放
熱体の荷重による垂直方向の応力および回路動作時の発
熱による熱応力が恒常的に加わると、時間の経過ととも
に塑性変形が次第に増大する、いわゆるクリープ現象に
よってＣＣＢバンプが次第に変形し、最終的には潰れて
しすう虞れがある。
この放熱体の自重によってＣＣＢバンブに垂直方向の荷
重が加わるが、ＣＣＢバンブを構成する半田は、常温に
おい゛〔も塑性変形の生じ易い材料であるため、上記放
熱体の荷重による垂直方向の応力および回路動作時の発
熱による熱応力が恒常的に加わると、時間の経過ととも
に塑性変形が次第に増大する、いわゆるクリープ現象に
よってＣＣＢバンプが次第に変形し、最終的には潰れて
しすう虞れがある。
特に、上方から放熱体に荷重を加えてベレットと放熱体
との間の熱的接合の向上を図っている前記従来の実装構
造においては、上記したクリープ現象が一層加速される
ため、ＣＣＢバンブの変形が一層顕著となり、その寿命
および接続信頼性が著しく低下してしまうことになる。
との間の熱的接合の向上を図っている前記従来の実装構
造においては、上記したクリープ現象が一層加速される
ため、ＣＣＢバンブの変形が一層顕著となり、その寿命
および接続信頼性が著しく低下してしまうことになる。
本発明は、上記問題点に着目してなされたものであり、
その目的は、放熱体を設けたフリップチップ方式の半導
体装置において、この放熱体の荷重によるＣＣＢバンブ
の変形を確実に防止することのできる技術を提供するこ
とにある。
その目的は、放熱体を設けたフリップチップ方式の半導
体装置において、この放熱体の荷重によるＣＣＢバンブ
の変形を確実に防止することのできる技術を提供するこ
とにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、次の通りである。
を簡単に説明すれば、次の通りである。
すなわち、」下面に放熱体を設けたベレ７）をＣＣＢバ
ンプを介して基板に実装し、基板とベレットとの間、ま
たは、基板と放熱体との間にスペーサを介装した半導体
装置構造とするものである。
ンプを介して基板に実装し、基板とベレットとの間、ま
たは、基板と放熱体との間にスペーサを介装した半導体
装置構造とするものである。
上記し７た手段によれば５、放熱体の荷重がスベーづに
よって支λられるため、放熱体の荷重による垂直方向の
応力に起因するＣＣＢバンプの変形が確実に防止される
。
よって支λられるため、放熱体の荷重による垂直方向の
応力に起因するＣＣＢバンプの変形が確実に防止される
。
第１図は本発明の一実施例である半導体装置を示す要部
断面図、第２図（ａ）、ら）はこの半導体装置の組立工
程を示す要部断面図である。
断面図、第２図（ａ）、ら）はこの半導体装置の組立工
程を示す要部断面図である。
本実施例の半導体装置は、セラミックや合成樹脂などを
積層した多層基板１の表面に所定数のベレット２を実装
した構造を有するものである。
積層した多層基板１の表面に所定数のベレット２を実装
した構造を有するものである。
第１図に示すように、裏面に接続用のビン３が多数挿入
された多層基板ｌの表面には、所定の集積回路が形成さ
れた複数（図では一個のみ示す）のベレット２がその集
積回路形成面を下向きにして実装されている。
された多層基板ｌの表面には、所定の集積回路が形成さ
れた複数（図では一個のみ示す）のベレット２がその集
積回路形成面を下向きにして実装されている。
ベレット２の電極４と多層基板１の電極５との間には、
半田材料からなる球状のＣＣＢバンブ６が接続され、こ
のＣＣＢバンブ６を介してベレット２の集積回路と多層
基板１の配線とが電気的に接続されている。
半田材料からなる球状のＣＣＢバンブ６が接続され、こ
のＣＣＢバンブ６を介してベレット２の集積回路と多層
基板１の配線とが電気的に接続されている。
多層基板１の表面においてベレット２の周囲には、アル
ミ （ＡＡ）などのような熱伝導性の高い１１［からな
る四角枠状のスペーサ７が介装され、ろう材８を介して
多層基板１の表面に接合されている。
ミ （ＡＡ）などのような熱伝導性の高い１１［からな
る四角枠状のスペーサ７が介装され、ろう材８を介して
多層基板１の表面に接合されている。
ベレット２の上面には、スペーサ７とほぼ等しい外径を
有する四角板状のアルミ（Ａｊｌりなどからなる拡大放
熱板９がろう材１０を介して接合され、スペーサ７の上
面とこの拡大放熱板９の下面周縁部との間に僅かな隙間
ｄが形成されている。
有する四角板状のアルミ（Ａｊｌりなどからなる拡大放
熱板９がろう材１０を介して接合され、スペーサ７の上
面とこの拡大放熱板９の下面周縁部との間に僅かな隙間
ｄが形成されている。
拡大放熱板９の上面には、アルミ （Ａβ）などの押出
し材からなる第１のヒートシンク１１および第２のヒー
トシンク１２が、それらの放熱フィンｌｌａ、１２ａを
互いに噛み合わせた状態で載置され、第１のヒートシン
ク１１の下面が接着剤１３を介して拡大放熱板９に接合
されている。
し材からなる第１のヒートシンク１１および第２のヒー
トシンク１２が、それらの放熱フィンｌｌａ、１２ａを
互いに噛み合わせた状態で載置され、第１のヒートシン
ク１１の下面が接着剤１３を介して拡大放熱板９に接合
されている。
第１および第２のヒートシンク１１．１２の各放熱フィ
ンｌｌａ、１２ａの間には、ベレット２の傾きを吸収す
るため、アルミナ含をシリコーン樹脂などのように熱伝
導性が高く、かつ、非硬化性の軟質充填剤１４が充填さ
れ、これにより、拡大放熱板９およびヒートシンク１１
．１２の５重がベレット２の上面全体に均一に負荷され
るようになっている。
ンｌｌａ、１２ａの間には、ベレット２の傾きを吸収す
るため、アルミナ含をシリコーン樹脂などのように熱伝
導性が高く、かつ、非硬化性の軟質充填剤１４が充填さ
れ、これにより、拡大放熱板９およびヒートシンク１１
．１２の５重がベレット２の上面全体に均一に負荷され
るようになっている。
多層基板１の表面に実装された上記複数のペレット２は
、多層基板１の表面全体を覆うキャップ１５によって外
部から遮断されている。
、多層基板１の表面全体を覆うキャップ１５によって外
部から遮断されている。
キャップ１５は、窒化アルミ （ＡＩＮ）などのセラミ
ック材からなり、周縁部下端がろう材１６を介して多層
基板ｌの表面周縁部に接合され、上部には、冷却水を循
環させるダクト１７が穿設されている。
ック材からなり、周縁部下端がろう材１６を介して多層
基板ｌの表面周縁部に接合され、上部には、冷却水を循
環させるダクト１７が穿設されている。
キャップ１５の上部下面と第２のヒートシンク１２との
間には、所定間隔を置いて多数の押しばね１８が取り付
けられ、第２のヒートシンク１２が下方に付勢されるこ
とによって、ペレット２、拡大放熱板９、ヒートシンク
１１．１２の相互間の熱的接合が向上するようになって
いる。
間には、所定間隔を置いて多数の押しばね１８が取り付
けられ、第２のヒートシンク１２が下方に付勢されるこ
とによって、ペレット２、拡大放熱板９、ヒートシンク
１１．１２の相互間の熱的接合が向上するようになって
いる。
また、これにより、動作時のペレット２から発、生した
熱の一部が拡大放熱板９、ヒートシンク１１．１２、押
しばね１８を経てキャップＩ５に伝わるようになってい
る。
熱の一部が拡大放熱板９、ヒートシンク１１．１２、押
しばね１８を経てキャップＩ５に伝わるようになってい
る。
次に、上記構成からなる半導体装置の組立工程を第２図
（ａ）、（ｂ）に従って、説明する。
（ａ）、（ｂ）に従って、説明する。
まず、通常のウェハプロセスによって所定の集積回路が
形成されたウェハの電極４に、例えば、リフト・オフ法
などを用いて半田蒸着膜１９を被着した後、ウェハをペ
レット２に分割し、その裏面にろう材１０を用いて拡大
放熱板９を接合し、さらに、拡大放熱板９の裏面に接着
剤１３を用いて第１のヒートシンク１１を接合する。
形成されたウェハの電極４に、例えば、リフト・オフ法
などを用いて半田蒸着膜１９を被着した後、ウェハをペ
レット２に分割し、その裏面にろう材１０を用いて拡大
放熱板９を接合し、さらに、拡大放熱板９の裏面に接着
剤１３を用いて第１のヒートシンク１１を接合する。
一方、多層基板１０表面にも四角枠状のスペーサ７をろ
う材８を用いて接合しておく。
う材８を用いて接合しておく。
次に、ペレット２の電極４に被着された半田蒸着膜１９
の表面にフラックスを塗布した後、半田蒸着［１９とこ
れに対応する多層基板１の電極５とを重ね合わせてペレ
ット２を仮固定する（第２図（ａ））。
の表面にフラックスを塗布した後、半田蒸着［１９とこ
れに対応する多層基板１の電極５とを重ね合わせてペレ
ット２を仮固定する（第２図（ａ））。
なお、その際、ペレット２の半田蒸着膜１９と多層基板
１の電極５とが当接されるよう、あらかじめスペーサ７
の高さを調整しておく。
１の電極５とが当接されるよう、あらかじめスペーサ７
の高さを調整しておく。
次に、ペレット２が仮固定された多層基板１をリフロー
炉に搬入して半田溶融温度で加熱することにより、半田
蒸着膜１９が溶融してペレット２の電極４と多層基板１
の電極５との間に球状のＣＣＢバンブ６が形成される。
炉に搬入して半田溶融温度で加熱することにより、半田
蒸着膜１９が溶融してペレット２の電極４と多層基板１
の電極５との間に球状のＣＣＢバンブ６が形成される。
その際、溶融した半田蒸着膜１９の表面張力によってペ
レット２が僅かに上方に持ち上げられ、スペーサ７の上
面と拡大放熱板９の下面周嘩部との間に隙間ｄが形成さ
れる（第２図（５））。
レット２が僅かに上方に持ち上げられ、スペーサ７の上
面と拡大放熱板９の下面周嘩部との間に隙間ｄが形成さ
れる（第２図（５））。
次に、キャップ１５の上部下面に押しばねＩ８を取り付
け、その下端に第２のヒートシンク１２を吊り下げた後
、多層基板１０表面にキャップ１５を被せ、第２のヒー
トシンク１２の放熱フィン１２ａをあらかじめ軟質充填
剤１４が充填された第１のヒートシンクの放熱フィンｌ
ｌａの隙間に噛み合わせ、拡大放熱板９およびヒートシ
ンク１１．１２の荷重がペレット２の上面全体に均一に
負荷されるように位置決め固定する。
け、その下端に第２のヒートシンク１２を吊り下げた後
、多層基板１０表面にキャップ１５を被せ、第２のヒー
トシンク１２の放熱フィン１２ａをあらかじめ軟質充填
剤１４が充填された第１のヒートシンクの放熱フィンｌ
ｌａの隙間に噛み合わせ、拡大放熱板９およびヒートシ
ンク１１．１２の荷重がペレット２の上面全体に均一に
負荷されるように位置決め固定する。
最後に、ろう材１６を用いてキャップ１５の周縁部下端
を多層基板ｌの表面に接合し、ペレット２を外部から遮
断することにより、半導体装置が完成する。
を多層基板ｌの表面に接合し、ペレット２を外部から遮
断することにより、半導体装置が完成する。
以上、本実施例によれば、次のような効果を得ることが
できる。
できる。
（１）、ペレット２の上面に接合された拡大放熱板９と
多層基板１との間にスペーサ７を介装したことにより、
拡大放熱板９、ヒートシンク１１．１２およびペレット
２の荷重によってＣＣＢバンプ６が変形し始めた際、拡
大放熱板９の下面周縁部がスペーサ７の上面に当接し、
このスペーサ７によって上記荷重が支えられるようにな
るため、ＣＣＢバンブ６がそれ以上変形するのを確実に
防止することができる。
多層基板１との間にスペーサ７を介装したことにより、
拡大放熱板９、ヒートシンク１１．１２およびペレット
２の荷重によってＣＣＢバンプ６が変形し始めた際、拡
大放熱板９の下面周縁部がスペーサ７の上面に当接し、
このスペーサ７によって上記荷重が支えられるようにな
るため、ＣＣＢバンブ６がそれ以上変形するのを確実に
防止することができる。
（２）、上記（１）により、ＣＣＢバンブ６の寿命およ
び接続信頼性が向上し、半導体装置の高密度実装が促進
される。
び接続信頼性が向上し、半導体装置の高密度実装が促進
される。
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。
具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。
例えば、多層基板上にスペーサを接合する手段に代えて
、第３図に示すように、拡大放熱板９の下面周縁部にス
ペーサ７を一体接合したり、第４図に示すように、ベレ
ット２の下面周縁部と多層基板１との間にスペーサ７を
介装してもよい。
、第３図に示すように、拡大放熱板９の下面周縁部にス
ペーサ７を一体接合したり、第４図に示すように、ベレ
ット２の下面周縁部と多層基板１との間にスペーサ７を
介装してもよい。
また、スペーサの形状は、四角枠状のものに限定されず
、例えば、拡大放熱板やベレットの下面周縁部の四隅に
円柱状のスペーサを介装してもよい。
、例えば、拡大放熱板やベレットの下面周縁部の四隅に
円柱状のスペーサを介装してもよい。
さらに、スペーサ、拡大放熱板、ヒートシンクなどは、
熱伝導度の良好なものであれば、その材質や形状を適宜
変更してよく、また、ベレットの上面に直接ヒートシン
クを接合し、ヒートシンクの下面と多層基板との間にス
ペーサ７を介装する構成としてもよい。
熱伝導度の良好なものであれば、その材質や形状を適宜
変更してよく、また、ベレットの上面に直接ヒートシン
クを接合し、ヒートシンクの下面と多層基板との間にス
ペーサ７を介装する構成としてもよい。
本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。
すなわち、上面に放熱体を設けたベレットをＣＣＢバン
ブを介して基板に実装し、基板とベレットとの間、また
は、基板と放熱体との間にスペーサを介装した半導体装
置構造とすることにより、放熱体の荷重がスペーサによ
って支えられるため、ＣＣＢバンブの変形が確実に防止
され、これにより、ＣＣＢバンプの接続信頼性が向上す
る。
ブを介して基板に実装し、基板とベレットとの間、また
は、基板と放熱体との間にスペーサを介装した半導体装
置構造とすることにより、放熱体の荷重がスペーサによ
って支えられるため、ＣＣＢバンブの変形が確実に防止
され、これにより、ＣＣＢバンプの接続信頼性が向上す
る。
第１図は本発明の一実施例である半導体装置を示す要部
断面図、 第２図（ａ）、 （ｂ）はこの半導体装置の組立工程を
示す要部断面図、 第３図および第４図は本発明の他の実施例である半導体
装置をそれぞれ示す要部断面図である。 １・・・多層基板、２・・・半導体ベレット、３・・・
ビン、４．５・・・電極、６・・・ＣＣＢバンブ、７・
・・スペーサ、８，１０．１６・・・ろう材、９・・・
拡大放熱板、１１．１２・・・ヒートシンク、ｌｌａ、
１２ａ・・・放熱フィン、１３・・・接着剤、１４・・
・軟質充填剤、１５・・・キャップ、１７・・・ダクト
、１８・・・押しばね、１９・・・半田蒸着膜、ｄ・・
・隙間。 ９＼ 第１図 ↓ １コニ１マ・シフ９ 第２図 （ａ） （ｂ） 第３図 第４図 、／１１
断面図、 第２図（ａ）、 （ｂ）はこの半導体装置の組立工程を
示す要部断面図、 第３図および第４図は本発明の他の実施例である半導体
装置をそれぞれ示す要部断面図である。 １・・・多層基板、２・・・半導体ベレット、３・・・
ビン、４．５・・・電極、６・・・ＣＣＢバンブ、７・
・・スペーサ、８，１０．１６・・・ろう材、９・・・
拡大放熱板、１１．１２・・・ヒートシンク、ｌｌａ、
１２ａ・・・放熱フィン、１３・・・接着剤、１４・・
・軟質充填剤、１５・・・キャップ、１７・・・ダクト
、１８・・・押しばね、１９・・・半田蒸着膜、ｄ・・
・隙間。 ９＼ 第１図 ↓ １コニ１マ・シフ９ 第２図 （ａ） （ｂ） 第３図 第４図 、／１１
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、ＣＣＢバンプを介して半導体ペレットを基板に実装
するとともに、前記半導体ペレットの上面に放熱体を設
けてなる半導体装置であって、前記基板と半導体ペレッ
トとの間、または、前記基板と放熱体との間にスペーサ
を介装したことを特徴とする半導体装置。 ２、基板に実装された半導体ペレットをキャップで被覆
し、前記キャップと放熱体との間に前記放熱体を下方に
付勢する付勢手段を設けたことを特徴とする請求項１記
載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63041996A JPH01217951A (ja) | 1988-02-26 | 1988-02-26 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63041996A JPH01217951A (ja) | 1988-02-26 | 1988-02-26 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01217951A true JPH01217951A (ja) | 1989-08-31 |
Family
ID=12623811
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63041996A Pending JPH01217951A (ja) | 1988-02-26 | 1988-02-26 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01217951A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5751062A (en) * | 1994-12-15 | 1998-05-12 | Hitachi, Ltd. | Cooling device of multi-chip module |
| US6046498A (en) * | 1997-06-30 | 2000-04-04 | Nec Corporation | Device having a heat sink for cooling an integrated circuit |
| US6943443B2 (en) * | 2001-01-17 | 2005-09-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Electronic circuit device including metallic member having installation members |
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-
1988
- 1988-02-26 JP JP63041996A patent/JPH01217951A/ja active Pending
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