JPH04262562A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH04262562A
JPH04262562A JP3022499A JP2249991A JPH04262562A JP H04262562 A JPH04262562 A JP H04262562A JP 3022499 A JP3022499 A JP 3022499A JP 2249991 A JP2249991 A JP 2249991A JP H04262562 A JPH04262562 A JP H04262562A
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JP
Japan
Prior art keywords
heat sink
chip
ceramic substrate
cavity
semiconductor device
Prior art date
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Pending
Application number
JP3022499A
Other languages
English (en)
Inventor
Katsuhiko Suzuki
勝彦 鈴木
Nobuo Yamamoto
修生 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP3022499A priority Critical patent/JPH04262562A/ja
Publication of JPH04262562A publication Critical patent/JPH04262562A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W70/00Package substrates; Interposers; Redistribution layers [RDL]
    • H10W70/60Insulating or insulated package substrates; Interposers; Redistribution layers
    • H10W70/62Insulating or insulated package substrates; Interposers; Redistribution layers characterised by their interconnections
    • H10W70/65Shapes or dispositions of interconnections
    • H10W70/654Top-view layouts
    • H10W70/655Fan-out layouts
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W90/00Package configurations
    • H10W90/701Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
    • H10W90/751Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires
    • H10W90/754Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires between a chip and a stacked insulating package substrate, interposer or RDL

Landscapes

  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に関し、特に
消費電力の大きな半導体装置のヒートシンクの構造に関
する。
【0002】
【従来の技術】最近のハイポーラLSIやMOSLSI
等の半導体装置では、チップの機能増大による入出力ピ
ンの増加と高集積化並び高速動作の相乗作用により、数
W〜数10Wまで消費電力が大きくなり、これに伴って
発生熱量も多くなっている。特に、パターンの微細化で
素子寸法と配線幅が小さくなり集積度が向上し消費電力
が増加する。従って発熱密度(電力/体積)が飛躍的に
増大する。更に、半導体装置の機能の増加による入出力
ピンの増大も避けられない。
【0003】この様な状況の中で従来の多ピン大型チッ
プを搭載する一般的な半導体装用のパッケージとして図
4に示すフェイスアップ構造のピン・グリッド・アレイ
(以下PGAと呼ぶ)が提案されている。このPGAは
外部リード6をセラミック基板1の裏面全体に取り付け
たフルグリッドPGAである。セラミック基板1の中央
にキャビティ6を設け、その周辺に設けられたボンディ
ング導体4が内部導体5を介して基板外部に向って延長
した外部リード6と接続した構造となっているものであ
る。そしてキャビティ3にICチップ2を固着し、その
チップパッドとボンディング導体4をワイヤー4Aによ
り接続する。また金属シールリング7に金属キャップ8
を載置してシールリング7と金属キャップ8の外周を電
気抵抗溶接してキャップ封止する。従ってこの構造のP
GAは、最小面積で多ピン高密度実装が可能なパッケー
ジ構造とすることができる。
【0004】次にこのPGAをプリント板21Aに実装
する場合、貫通孔10にパッケージの外部リード6をリ
ードストッパー6Aまで挿入し半田フローにより半田付
けする。セラミック基板1の底面とプリント板21Aの
間は、半田13Aで固定した後の応力緩和の為に1mm
位の間隔をあけてある。しかしながらこの半田付け実装
したPGAは、チップ放熱面がプリント板側である為に
放熱効果が小さい欠点があった。その対策として図5に
示すように、プリント板21Aとラミック基板1の約1
mmの間隔にヒートシンク16Aを接続した構造のもの
が提案されている。
【0005】このヒートシンク16Aでは、PGAの外
部リード6が挿入できる穴をアルミニウム板に設けてあ
り、その形状は、セラミック基板1の底面から側面に密
着することができるように凹形状になっている。このよ
うな形状に加工したアルミニウム表面にアルマイト処理
をして絶縁性を得ている。これを図5に示した様に半田
付け実装すると熱伝導によりセラミック基板1の裏面か
ら速やかに放熱できる。しかしながら本構造PGAもヒ
ートシンク16Aの穴あけ加工性、放熱性に関与する比
表面積が小さいため放熱効果が小さく、コストが高いと
いう欠点があった。
【0006】図6はフェイスダウン構造のPGAであり
、実装密度が若干小さくなるが、ヒートシンクがCu−
W合金からなるチップ搭載板17に直接接着することが
できるので放熱効果が高い。しかしながらヒートシンク
16Bそのものは空気中への熱放散をより多くする為に
は表面積を大きく取りたいが、フィン型のヒートシンク
では限界があった。例えば外形寸法として長さ及び幅が
43mm、高さ7.5mm、フィン溝幅1mm、フィン
幅1mmの場合の比表面積(表面積m2 /体積m3 
)は860であった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の半導体
装置のうち、図4に示したフェイスアップ構造のPGA
では、単位面積当たりにおいて最も高密度化が可能で多
ピン化に適した構造である半面、実装構造においてプリ
ント板とパッケージ底面が接触していない為に放熱性が
悪い。その改良構造として図5に示したように、セラミ
ック基板の表面,側面,裏面(プリント板とパッケージ
外部導体間)にヒートシンクを取り付けるものでは、裏
面のヒートシンクは、外部導体の貫通孔を設ける為に、
ヒートシンクの製作が難かしく価格が高くなる欠点があ
った。又図6に示したフェイスダウン構造のものでは、
パッケージとヒートシンクの接続面積が少ないので放熱
性も悪かった。
【0008】更に、フェイスアップ構造、フェイスダウ
ン構造共に従来のヒートシンクは、主にアルミニウムを
用いている為に、セラミック基板1にシリコン樹脂12
等で接着して熱膨張差による応力緩和をしなければセラ
ミック基板が割れるという現象が発生する。従って、熱
伝導が樹脂接着材で阻害されるという欠点があった。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
キャビティを有するセラミック基板と、このキャビティ
内に搭載された半導体チップと、前記セラミック基板の
底面または周辺部に設けられた外部リードと、前記セラ
ミック基板表面の少くとも一部に固着された海綿状の金
属骨格を有するヒートシンクとを含むものである。
【0010】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明する
。図1は本発明の第1の実施例の断面図であり、本発明
をフェイスダウン構造のPGAに適用した場合を示して
いる。
【0011】図1において、セラミック基板1の中央に
はキャビティ3が設けられており、このキャビティ3内
にはCu−W合金等からなるチップ搭載板17がセラミ
ック基板1のメタライズ層上にAg−Cuのロウ材19
Aでろう付けされている。キャビティ3の周辺部のセラ
ミック基板1には、ボンディング導体4が設けられ、内
部導体5を介して外部リード6に接続されている。そし
て、チップ搭載板17にはICチップが搭載され、かつ
チップパッドとボンディング導体4はワイヤー4Aによ
り接続されている。更にICチップ2の保護の為にセラ
ミック又は金属等のキャップ15が低融点硝子又はAu
−Snのろう材19を用いてキャビティの下側に封止し
てある。そしてこのフェイスダウンパッケージを構成す
るセラミック基板1及びチップ搭載板17の表面には、
放熱性を良くするために海綿状の金属骨格を有するヒー
トシンク11が半田13によって接着されている。この
ヒートシンク11は、素材そのものが全体積の93〜9
8%の気孔を有しており、各気孔は隣り同志が連ってお
り、比表面積(m2 /m3 )が500〜1700の
値を有している。
【0012】このように構成された第1の実施例によれ
ば、外形寸法として長さ及び幅が40mm、高さ7.5
mmのヒートシンクを用いた場合、半導体装置の熱抵抗
は、風速1.5m/secの時に従来タイプの半導体装
置は6℃/Wであるのに対し、実施例では4℃/Wに改
善された。またヒートシンクの気孔率が93〜98%も
あるため、軽量化が可能となった。
【0013】次にこのヒートシンクの製造方法について
説明する。まずヒートシンク形状に合わせた金型に発泡
樹脂を注入・成形して、ヒートシンクと同形状の発泡樹
脂を用意する。次にこの発泡樹脂の表面と内部気泡の表
面に導電処理を施す。一般的にはカーボン粉末を電着さ
せる。次に電気メッキを行って金属の骨格を形成する。 この骨格は、海綿のように三次元的の網目状になってつ
ながっている。この骨格の厚さは、電気メッキ時間によ
ってコントロールが可能である。骨格となる金属材料は
、Ni,Ni−Cu,Cuその他メッキ可能な材料なら
ば用いることができる。次にメッキ内部に閉じこめられ
た発泡樹脂を加熱処理して分解除去する。次に合金化,
加工処理してヒートシンクとする。
【0014】図2は本発明の第2の実施例の断面図であ
り、本発明をフェースアップ構造のPGAに適用した場
合を示している。
【0015】図2においてこのPGAは、外部リード6
をセラミック基板1の裏面全面に取り付けたフルグリッ
ドPGAであり、セラミック基板1の外部リード6の取
り付け面と反対側の中央にキャビティ3を設け、その周
辺からボンデング導体4を基板外部に向って延長し外部
リード6と接続したものである。そしてキャビティ3内
のセラミック基板1上にICチップ2を固着し、そのチ
ップパッドとボンディング導体4とをワイヤー4Aによ
り接続する。また金属シールリング7に金属製キャップ
8を載置して、シールリングとキャップ外周を電気抵抗
溶接してキャップ封止する。従って最小面積で多ピン高
密度実装が可能なパッケージが完成する。  次でパッ
ケージを構成するセラミック基板1及び金属製キャップ
8の表面に半田または樹脂によりヒートシンク11Aを
固着する。同様にセラミック基板1の下面と側面には、
貫通孔を有する凹状のヒートシンク11Bをはめこみ法
等により固着する。特にこのヒートシンク11Bは、外
部リード6と貫通孔10とを絶縁するために、ヒートシ
ンク全体を溶融したアルミニウムに含浸させて金属表面
にアルミニウムを付着させた後にアルマイト処理を行い
、10μm前後の酸化被膜を生成させておく必要がある
。 このように構成された第2の実施例のプリント板21へ
の実装は、従来と同様に外部リード6との半田付けによ
り行なう。
【0016】図3は本発明の第3の実施例の断面図であ
り、フラットパッケージを構成するCu−W合金のチッ
プ搭載板17A上にヒートシンク11Cを半田接着した
ものである。本第3の実施例においても第1の実施例と
同様に、熱抵抗及び軽量化の改善を行うことができる。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、海綿状の
金属骨格を有するヒートシンクを用いることにより、放
熱性がよくかつ軽量化された半導体装置が得られるとい
う効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の断面図である。
【図2】本発明の第2の実施例の断面図である。
【図3】本発明の第3の実施例の断面図である。
【図4】従来の半導体装置の断面図である。
【図5】従来の半導体装置の断面図である。
【図6】従来の半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
1    セラミック基板 2    ICチップ 3    キャビティ 4    ボンディング導体 4A    ワイヤー 5    内部導体 6    外部リード 6A    ストッパー 7    シールリング 8    金属製キャップ 10    貫通孔 11,11A〜11C    ヒートシンク12   
 シリコン樹脂 13,13A    半田 15    キャップ 16,16A,16B    ヒートシンク17,17
A    チップ搭載板 19,19A    ロウ材

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  キャビティを有するセラミック基板と
    、このキャビティ内に搭載された半導体チップと、前記
    セラミック基板の底面または周辺部に設けられた外部リ
    ードと、前記セラミック基板表面の少くとも一部に固着
    された海綿状の金属骨格を有するヒートシンクとを含む
    ことを特徴とする半導体装置。
JP3022499A 1991-02-18 1991-02-18 半導体装置 Pending JPH04262562A (ja)

Priority Applications (1)

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JP3022499A JPH04262562A (ja) 1991-02-18 1991-02-18 半導体装置

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JP3022499A JPH04262562A (ja) 1991-02-18 1991-02-18 半導体装置

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JPH04262562A true JPH04262562A (ja) 1992-09-17

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ID=12084439

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JP3022499A Pending JPH04262562A (ja) 1991-02-18 1991-02-18 半導体装置

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6046498A (en) * 1997-06-30 2000-04-04 Nec Corporation Device having a heat sink for cooling an integrated circuit
CN102254882A (zh) * 2010-05-20 2011-11-23 株式会社电装 电功率转换器
JP2017511609A (ja) * 2014-04-18 2017-04-20 レイセオン カンパニー 熱的改善のために表面実装パッケージをアライメントする方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6251709B1 (en) 1997-06-30 2001-06-26 Nec Corporation Method of manufacturing a cooling structure of a multichip module
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