JPH03288465A - リードフレーム、それを用いた半導体集積回路装置およびその実装構造 - Google Patents

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、半導体集積回路装置およびその実装技術に関
し、特にジグザグ・インライン・パッケージ（Ｚｉｇｚ
ａｇ　Ｉｎ−１ｉｎｅ　Ｐａｃｋａｇｅ；　Ｚ　Ｉ　Ｐ
　）の放熱特性の改善に適用して有効な技術に関するも
のである。

〔従来の技術〕

半導体集積回路装置の高集積化、高密度化に伴って半導
体チップの発熱量が著しく増大しつつあるため、ＬＳＩ
パッケージを基板に実装するに際しては、半導体チップ
から発生する熱を如何に効率良く外部の放熱体（ヒート
シンクなど）に伝達するかが重要な対策となっている。

その対策の一つに、住友スリーエム株式会社の「フロリ
ナート・リキッド・ヒートシンクＦＣ−３２６０」（商
品名）がある。これは、熱伝達性に優れたパーフルオロ
カーボン液を軟質のプラスチックパック内に密封した液
体ヒートシンクであり、例えば基板に実装したＬＳＩパ
ッケージの背面と電子機器のメタルハウジングとの間に
これを介装すると、パーフルオロカーボン液がＬＳＩノ
（ツケージの熱を速やかに吸収し、液の自然対流によっ
てその熱を効率良くメタル／’ｔウジングに伝達する仕
組みになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記液体ヒートシンクのような熱伝達性に優れたヒート
シンクは、ＬＳＩパッケージの表面の熱を速やかに外部
に放散させることができるので、ＬＳＩパッケージを高
密度実装した電子機器の放熱対策として有用なものであ
るが、これだけでは部分的な解決策に過ぎない。すなわ
ち、ＬＳＩパッケージの主流である樹脂封止形ＬＳＩパ
ッケージは、熱伝導率の低い封止材料を用いているため
、半導体チップの熱がパッケージの表面に伝達され難い
という欠点がある。従って、従来技術では半導体チップ
から発生する熱を如何にして効率良くパッケージ表面ま
で伝達するかという課題が未解決である。

とりわけ、樹脂封止形ＬＳＩパッケージの一種であるＺ
ＩＰは、Ｄ　Ｉ　Ｐ（Ｄｕａｌ　Ｉｎ−１ｉｎｅ　Ｐａ
ｃｋａｇｅ）などに比べてパッケージ背面の面積が小さ
く、基板に実装した際にヒートシンクとの接触面積を大
きくとれないため、パッケージの表面の熱を効率良く外
部に放散させることも困難であるという問題がある。

本発明は、上記した課題に着目してなされたものであり
、その目的は、ＺＩＰの放熱効率を向上させることので
きる技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、上記目的を達成するとともに、Ｚ
ＩＰの実装密度を向上させ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
。

〔課題を解決するための手段〕

°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、次のとおりである。

本願の一発明は、ＺＩＰのパッケージ本体に、その内部
から外部に延在する放熱板を設け、ＺＩＰを基板に実装
する際に、上記放熱板をヒートシンクなどの外部放熱体
に接触させるようにした半導体集積回路装置の実装構造
である。

本願の他の発明では、上記放熱板の一部がタブを兼ねて
いる。

本願の他の発明では、上記放熱板は、ノくツケージ本体
の内部、またはパッケージ本体の内部と外部との境界部
に貫通孔を備えている。

本願の他の発明では、基板に実装したＺＩＦと外部放熱
体との間に、パーフルオロカーボン液をプラスチックパ
ック内に密封したヒートシンクを介装し、上記放熱板を
上記ヒートシンクに接触させる。

本願の他の発明では、上記放熱板を上記ヒートシンクに
接触させる際、上記放熱板の一部に、上記ヒートシンク
の荷重を緩和、吸収するための緩衝部を設ける。

〔作用〕

上記した手段によれば、上記放熱板は、その−部がパッ
ケージ本体に封止され、他の一部がノくツケージ本体の
外部に露出しているため、半導体チップから発生した熱
は、封止材料よりも熱伝導率の高い放熱板を通じて効率
良くパフケージ表面に伝達され、次いでパッケージ本体
の外部に露出している放熱板を通じて効率良く外部放熱
体に伝達される。

また、上記放熱板の一部がタブを兼ねることにより、半
導体チップから発生した熱がタブから直接放熱板に伝達
されるので、パッケージ本体の内部における熱の伝達効
率が向上する。

また、パッケージ本体の内部、またはパッケージ本体の
内部と外部との境界部の放熱板に貫通孔を設けることに
より、放熱板によって隔てられた封止材料が上記貫通孔
を通じて密着するため、放熱板取出し面のパッケージク
ラックや、パッケージ本体の内部の放熱板と封止材料と
の界面剥離などが有効に防止される。

また、基板に実装したＺＩＦと外部放熱体との間に、パ
ーフルオロカーボン液をプラスチックパック内に密封し
たヒートシンクを介装し、上記放熱板を上記ヒートシン
クに接触させることにより、熱伝達性に優れた上記パー
フルオロカーボン液がパッケージ表面の熱を速やかに吸
収し、液の自然対流によってその熱を速やかに外部放熱
体に伝達するので、パッケージ本体の表面における熱の
伝達効率が向上する。

また、上記放熱板をヒートシンクに接触させる際、上記
放熱板の一部に上記ヒートシンクの荷重を緩和、吸収す
る緩衝部を設けることにより、ＺＩＦに過大な荷重が加
わるのを防止できるので、ＺＩＰのリード曲がりなどの
不具合を防止することができる。

以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

〔実施例〕

第１図は、本実施例のＺＩＰ用リードフレーム１を示し
ている。

リードフレーム１の中央には、半導体チップ２を搭載す
る矩形のタブ３が設けられており、このタブ３を囲むよ
うに複数本のり一部４が配置されている。各リード４は
、それらの中途部に設けられたダム５によって支持され
ている。ダム５は、その両端がリードフレーム１の内枠
６に接続されており、パッケージのモールド工程が終了
した後、リード４から切断、分離される。リード４は、
パッケージ本体の内側と外側との境界部を示すモールド
・ラインＭを境に、その内側をインナーリード部４ａｓ
外側をアウターリード部４ｂと称している。各リード４
のアウターリード部４ｂの先端は、リードフレーム１の
外枠７に接続されており、パッケージのモールド工程が
終了した後、外枠７から切断、分離される。この外枠７
の一部には、リードフレーム１の搬送時や、リードフレ
ーム１をモールド用金型に位置決めする時などのガイド
となるガイド孔８が設けられている。

上記リードフレーム１には、放熱板９が設けられている
。この放熱板９は、モールド・ラインＭの内側と外側と
にまたがる広い面積を有している。

モールド・ラインＭの内側の放熱板９の一部はタブ３を
兼ねており、他の一部には必要に応じて貫通孔１０ａが
設けられる。この貫通孔１０ａの数や形状は特に制限さ
れない。また放熱板９の一部には、モールド・ラインＭ
に沿って別の貫通孔１０ｂが必要に応じて設けられる。

この貫通孔１０ｂの数や形状も特に制限されない。モー
ルド・ラインＭの外側の放熱板９の一部は、特に制限さ
れないが、リードフレーム１の外枠７を兼ねている。

放熱板９の一部を外枠７として利用することにより、リ
ードフレーム１の利用効率（単位長さ当たりの取得率）
が向上し、かつ既存のパッケージ組立て工程（ワイヤボ
ンディング工程、モールド工程、リードフレーム切断工
程およびこれらの工程間でリードフレームを搬送する工
程など）の変更が最小限で済む効果がある。リードフレ
ーム１は、上記した各部によって構成される単位フレー
ムを外枠７の延在する方向に複数段連設した構成になっ
ており、上記した各部は、プレスあるいはエツチングに
よりパターン懲戒される。また、リードフレームｌの材
質は、例えば４２アロイなどのＦｅ系合金、またはＣｕ
からなり、その板厚は、例えば１００〜２５０μｍ程度
である。

第２図および第３図は、上記リードフレーム１を用いて
組立てられた本実施例のＺＩＰＩＩを示している。

このＺＩＰＩＩは、常法に従ってタブ３の主面に半導体
チップ２を接合し、チップ２のポンディングパッド１２
とこれに対応するインナーリード部４ａとの間にワイヤ
１３をボンディングし、次いでパッケージ本体１４をモ
ールドして半導体チップ２を封止した後、パッケージ本
体１４の外部に露出したアウターリート部４ｂや放熱板
９をプレスによってリードフレーム１の不要箇所から切
断、分離し、最後にアウターリード部４ｂや放熱板９を
所定の形成にフォーミングすることによって組立られる
。半導体チップ２は、その主面に所定の集積回路を形成
したシリコン単結晶からなり、ワイヤ１３は、例えばＡ
ｕ、Ｃｕ５Ａｊ！からなる。

またパッケージ本体１４を構成する封止材料は、例えば
シリコンフィラー入りのエポキシ樹脂などからなる。

パッケージ本体１４を構成する封止材料よりも熱伝導率
の高い材料（４２アロイ、Ｃｕなど）からなる放熱板９
は、その一部がパッケージ本体１４の内部に封止されて
いるため、このような放熱板９を設けた本実施例のＺＩ
ＰＩ　１は、その動作時に半導体チップ２から発生する
熱を放熱板９を通じて効率良くパッケージ本体１４の外
部に伝達することができるという効果がある。とりわけ
本実施例のＺＩＰＩＩは、放熱板９の一部をタブ３とし
て利用しており、半導体チップ２から発生した熱がタブ
３から直接放熱板９に伝達されるので、パッケージ本体
１４の内部における熱の伝達効率は極めて高い。

また−毅に、上記放熱板９のような広い面積を有する部
材をパッケージ本体１４の内部に挿入した場合は、パッ
ケージ本体１４の放熱板９の取出し面にパッケージクラ
ックが生じたり、パフケージ本体１４の内部の放熱板９
と封止材料との界面に剥離が生じたりして、パッケージ
の信頼性が低下するが、本実施例のＺＩＰＩＩは、放熱
板９の取出し面に沿って貫通孔１０ｂを設け、またパッ
ケージ本体１４の内部の放熱板９に貫通孔１０ａを設け
ているので、放熱板９によって隔てられた封止材料が貫
通孔１０ａ、１０ｂを通じて互いに密着する結果、放熱
板９の取出し面のパッケージクラックや、パッケージ本
体１４の内部の放熱板９と封止材料との界面剥離を有効
に防止することができるという効果がある。なお、パッ
ケージ本体１４の内部の放熱板９と封止材料との界面で
剥離が生じるのを防止するには、パッケージ本体１４の
内部の放熱板９の一部に第３図に示すような凹凸部１５
を設け、熱履歴に起因する上記界面での放熱板９と封止
材料との間の変位を防ぐようにしてもよい。この凹凸部
１５は、あらかじめリードフレーム１に設けておくが、
凹凸部１５の加工を容易にするために、当該箇所にハー
フ・エツチングを施して板厚を薄くしたり、部分的な孔
あけを施したりするとよい。凹凸部１５の形状や数は特
に制限されない。

第３図に示すように、パッケージ本体２の外部に延在す
る放熱板９は、第３図では図示しないヒートシンクとの
接触面積を確保するために、必要に応じて所定の形成に
フォーミングする。その際、ＺＩＰＩＩに加わるヒート
シンクの荷重を緩和、吸収するための緩衝部１６を必要
に応じて放熱板９の一部に設ける。放熱板９のフォーミ
ングおよび緩衝部１６の形成は、例えばアウターリード
部４ａのフォーミング工程で行うが、緩衝部１６の加工
を容易にするために、あらかじめリードフレーム１の当
該箇所にハーフ・エツチングを施して板厚を薄くしてお
いたり、部分的な孔あけを施しておいたりするとよい。

緩衝部１６は、例えば放熱板９の一部を楔形状に折り曲
げて形成する。

第４図は、印刷配線板などの基板１７に高密度実装した
ＺＩＰＩＩを示している。

ＺＩＰＩＩを実装した基板１７の上方には、Ａｌなどの
高熱伝導体からなる外部放熱体１８が配置されており、
この外部放熱体１８とＺＩＰＩＩとの間には、例えばパ
ーフルオロカーボンのような熱伝達性に優れた液体を軟
質のプラスチックパック内に密封したヒートシンク１９
が介装されている。ヒートシンク１９の上面は外部放熱
体１８の底面と接触し、ヒートシンク１９の底面はそれ
ぞれのＺＩＰＩＩの放熱板９と接触している。この放熱
板９は、ヒートシンク１９との接触面積を広くとるため
に、その中途部を逆り字状に折り曲げである。ヒートシ
ンク１９のパックは、軟質プラスチックで構成され、力
を加えると容易に変形する性質を備えている。そのため
、基板１７の主面から放熱板９の上面までの高さがそれ
ぞれのＺＩＰＩＩで多少ばらついていても、全てのＺＩ
ＰＩＩの放熱板９は、ヒートシンク１９の底面と完全に
密着することができる。また放熱板９の一部には、それ
ぞれのＺＩＰＩＩに加わるヒートシンク１９の荷重を緩
和、吸収するための緩衝部１６が設けであるので、ＺＩ
ＰＩ　１に過大な荷重が加わるのを防止することができ
、その結果アウターリード部４ｂの変形による断線や短
絡などを有効に防止することができる。なお上記したＺ
ＩＰＩＩの実装構造では、ヒートシンク１９の底面と接
触する部分の放熱板９の長さ（Ｌ、）が長い程、ヒート
シンク１９への熱の伝達効率が向上するが、この長さ（
Ｌｌ）をＺＩＰＩＩの実装間隔（Ｌ２）よりも長くする
と、その分ＺＩＰＩ　１の実装密度が低下するので、Ｚ
ＩＰＩＩの実装密度をできるだけ向上させ、かつ放熱板
９からヒートシンク１９への熱の伝達効率をできるだけ
向上させるためには、長さ（Ｌｌ）を実装間隔（Ｌ２）
よりも僅かだけ短くするとよい。

上記したＺＩＰＩＩの実装構造においては、ＺＩＰＩＩ
に設けられた放熱板９の一部がパッケージ本体１４の外
部に延在し、さらにその一部がヒートシンク１９の底面
に密着しているため、パッケージ本体１４の表面の熱を
放熱板９を通じて効率良くヒートシンク１９に伝達する
ことができるという効果がある。また上記したＺＩＰＩ
　１の実装構造においては、ヒートシンク１９に密封さ
れたパーフルオロカーボン液が放熱板９の熱を速やかに
吸収し、さらに液の自然対流によってその熱を速やかに
外部放熱体１８に伝達することができる。すなわち、本
実施例のＺＩＰＩＩの実装構造は、それぞれのＺＩＰＩ
Ｉに封止された半導体チップ２から発生する熱を放熱板
９を通じて効率良く外部に伝達することができるので、
ＺＩＰＩＩの熱抵抗を低減し、その動作特性を確保する
ことができるとともに、ＺＩＰＩ　１の実装密度を著し
く向上させることができるという効果がある。

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。

前記実施例では、外部放熱体とＺＩＰの放熱板との間に
液体ヒートシンクを介装したが、これに限定されるもの
ではなく、例えば冷媒を循環させたヒートシンクなどに
ＺＩＰの放熱板を接触させてもよく、また外部放熱体に
ＺＩＰの放熱板を直接接触させてもよい。さらに外部放
熱体としては、電子機器の外装パネルなど、種々のもの
を利用することができる。

また、前記実施例では、放熱板を外枠側に配置したが、
これに限定されるものではなく、例えば、放熱板を内枠
側に配置するリードフレームパターンでもよい。

さらに、タブ形状では矩形を用いて説明したが、多角形
状、ＣＯＬ（ｄｉｐ　ｏｒ　　リード〉配置でも適用可
能であることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

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
。

（１）、ＺＩＰのパッケージ本体に、その内部から外部
に延在する放熱板を設け、ＺＩＰを基板に実装した際に
上記放熱板をヒートシンクなどの外部放熱体に接触させ
ることにより、半導体チップから発生した熱を上記放熱
板を通じて効率良くパッケージ本体の外部に伝達し、さ
らにパッケージ本体の外部の放熱板を通じて効率良く外
部放熱体に伝達することができるので、ＺＩＰの熱抵抗
を低減することができるとともに、ＺＩＰの実装密度を
向上させることができる。

（２）、上記放熱板の一部がタブを兼ねることにより、
半導体チップから発生した熱をタブから直接放熱板に伝
達することができるので、パッケージ本体の内部におけ
る熱の伝達効率が著しく向上する。

（３）、パッケージ本体の内部、またはパッケージ本体
の内部と外部との境界部の放熱板に貫通孔を設けること
により、放熱板によって隔てられた封止材料が上記貫通
孔を通じて密着し、放熱板取出し面のパッケージクラッ
クや、パッケージ本体の内部の放熱板と封止材料との界
面剥離などを有効に防止することができるので、上記放
熱板を設けたＺＩＰの信頼性を向上させることができる
。

（４）、基板に実装したＺＩＰと外部放熱体との間にパ
ーフルオロカーボン液をプラスチックパック内に密封し
たヒートシンクを介装し、上記放熱板を上記ヒートシン
クに接触させることにより、上記パーフルオロカーボン
液がパッケージ表面の熱を速やかに吸収し、さらに液の
自然対流によってその熱を速やかに外部放熱体に伝達す
るので、パッケージ本体の外部の放熱板における熱の伝
達効率が著しく向上する。

（５）、上記放熱板を上記ヒートシンクに接触させる際
、上記放熱板の一部に上記ヒートシンクの荷重を緩和、
吸収するための緩衝部を設けることにより、ＺＩＰに過
大な荷重が加わるのを防止できるので、上記ＺＩＰのリ
ード曲がりなどの不具合を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例であるＺＩＰ用リードフレ
ームの平面図、 第２図は、このリードフレームを用いて組立てられたＺ
ＩＰの一部破断正面図、 第３図は、同じく一部破断側面図、 第４図は、本発明の一実施例であるＺＩＰの実装構造を
示す一部破断正面図である。 １・・・リードフレーム、２・・・半導体チップ、３・
・・タブ、４・・・リード、４ａ・・・インナーリード
部、４ｂ・・・アウターリード部、５・・・ダム、６・
・・内枠、７・・・外枠、８・・・ガイド孔、９・・・
放熱板、１０ａ、１０ｂ・・・貫通孔、１１・・・ＺＩ
Ｐ、１２・・・ポンディングパッド、１３・・・ワイヤ
、１４・・・パッケージ本体、１５・・・凹凸部、１６
・・・緩衝部、１７・・・基板、１８・・・外部放魅体
、１９・・・ヒートシンク、Ｍ・・・モールド・ライン
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ジグザグ・インライン・パッケージの組立てに用い
   るリードフレームであって、モールド・ラインの内側か
   ら外側に延在する放熱板を備えていることを特徴とする
   リードフレーム。 ２、前記放熱板の一部は、半導体チップを接合するタブ
   を兼ねていることを特徴とする請求項１記載のリードフ
   レーム。 ３、前記放熱板は、モールド・ラインの内側、またはモ
   ールド・ライン上に貫通孔を備えていることを特徴とす
   る請求項１記載のリードフレーム。 ４、リード配置面以外の面に、パッケージ本体の内部か
   ら外部に延在する放熱板を備えていることを特徴とする
   請求項１乃至３記載のリードフレームを用いた半導体集
   積回路装置。 ５、請求項４記載の半導体集積回路装置の所定数を基板
   に実装し、前記半導体集積回路装置の放熱板を前記半導
   体集積回路装置の近傍に配置した外部放熱体に接触させ
   ることを特徴とする半導体集積回路装置の実装構造。 ６、前記半導体集積回路装置の放熱板と前記外郭放熱体
   との間に、パーフルオロカーボン液をプラスチックパッ
   ク内に密封してなるヒートシンクを介装することを特徴
   とする請求項５記載の半導体集積回路装置の実装構造。 ７、前記半導体集積回路装置の放熱板の一部に、前記ヒ
   ートシンクの荷重を緩和、吸収するための緩衝部を設け
   ることを特徴とする請求項５または６記載の半導体集積
   回路装置の実装構造。