JPH06268114A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH06268114A JPH06268114A JP5052617A JP5261793A JPH06268114A JP H06268114 A JPH06268114 A JP H06268114A JP 5052617 A JP5052617 A JP 5052617A JP 5261793 A JP5261793 A JP 5261793A JP H06268114 A JPH06268114 A JP H06268114A
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- semiconductor device
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- heat spreader
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- thermal conductivity
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- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
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- H10W72/50—Bond wires
- H10W72/541—Dispositions of bond wires
- H10W72/5449—Dispositions of bond wires not being orthogonal to a side surface of the chip, e.g. fan-out arrangements
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H10W72/851—Dispositions of multiple connectors or interconnections
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- H10W72/884—Die-attach connectors and bond wires
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- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
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- H10W90/701—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
- H10W90/751—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires
- H10W90/756—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires between a chip and a stacked lead frame, conducting package substrate or heat sink
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- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体チップの熱を効果的に広げかつ放散で
きるとともに、製造工程、品質検査工程、回路基板への
半田付け工程、さらに各種回路での使用状態において、
装置を構成する金属やレジンの熱膨張差による変形、剥
離およびクラック発生等のトラブルが生じない、高速か
つ大容量の半導体装置。 【構成】 本発明はレジンモールド型半導体装置におい
て、レジンに近似した熱膨張係数を有し、かつ高熱伝導
度を有する複合材料で、ヒートスプレッダーが構成さ
れ、該複合材料は、Ａｌ，Ｃｕ，Ｚｎ等の高熱伝導度を
有する金属素材と、Ｃ，ＳｉＣ，Ｓｉ3 Ｎ4 等からなる
粉状、繊維状あるいは多孔状の熱膨張抑止材との混合
体、又は低熱膨張係数を有するＦｅ−Ｎｉ合金とＣｕと
の混合体からなる。
きるとともに、製造工程、品質検査工程、回路基板への
半田付け工程、さらに各種回路での使用状態において、
装置を構成する金属やレジンの熱膨張差による変形、剥
離およびクラック発生等のトラブルが生じない、高速か
つ大容量の半導体装置。 【構成】 本発明はレジンモールド型半導体装置におい
て、レジンに近似した熱膨張係数を有し、かつ高熱伝導
度を有する複合材料で、ヒートスプレッダーが構成さ
れ、該複合材料は、Ａｌ，Ｃｕ，Ｚｎ等の高熱伝導度を
有する金属素材と、Ｃ，ＳｉＣ，Ｓｉ3 Ｎ4 等からなる
粉状、繊維状あるいは多孔状の熱膨張抑止材との混合
体、又は低熱膨張係数を有するＦｅ−Ｎｉ合金とＣｕと
の混合体からなる。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロプロセッサ
ー，ＡＳＩＣ等に使用される高速かつ大容量の半導体装
置に関するものである。
ー，ＡＳＩＣ等に使用される高速かつ大容量の半導体装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の高集積化かつ大容量化に伴
い、半導体チップの発熱量が増し、効果的な放熱が要求
されている。従来、図１２に示すように、半導体チップ
１がヘッダー２a （ａ図）あるいはヒートスプレッダー
２（ｂ図，ｃ図）に半田３a あるいはＡｇペースト３で
接合され、インナリード４とボンディングワイヤ５で接
続され、レジン６で封止された、レジンモールド型半導
体装置が一般に使用されている。図１２(b) におけるヒ
ートスプレッダー２はレジン６に封入され、図１２(c)
におけるヒートスプレッダー２の下面は露出している。
図１２(b) および図１２(c) においてインナリード４と
ヒートスプレッダー２とは絶縁材の両側に接着剤の付い
た両面接着テープ７で接合されている。１０は半導体装
置を回路基板に半田付けする際のアウタリードである。
このような半導体装置において、ヘッダー２a およびヒ
ートスプレッダー２はＡｌやＣｕなどの金属からなり、
半導体チップ１が発する熱を広げて放散する作用をなし
ている。以下、本明細書ではこのようなヘッダー２a お
よびヒートスプレッダー２を総称してヒートスプレッダ
ー２と称する。半導体装置は一般に、製造工程、品質検
査、アッセンブリー工程において、種々の加熱冷却パタ
ーンの温度サイクルを受け、また使用時においては発熱
を伴う。このため各部品の熱膨張差により、半導体チッ
プ１とヒートスプレッダー２の間、あるいはレジン６と
ヒートスプレッダー２の間が剥離したり、ヒートスプレ
ッダー２のコーナー部においてレジン６にクラック１１
が発生する等の問題が生じていた。
い、半導体チップの発熱量が増し、効果的な放熱が要求
されている。従来、図１２に示すように、半導体チップ
１がヘッダー２a （ａ図）あるいはヒートスプレッダー
２（ｂ図，ｃ図）に半田３a あるいはＡｇペースト３で
接合され、インナリード４とボンディングワイヤ５で接
続され、レジン６で封止された、レジンモールド型半導
体装置が一般に使用されている。図１２(b) におけるヒ
ートスプレッダー２はレジン６に封入され、図１２(c)
におけるヒートスプレッダー２の下面は露出している。
図１２(b) および図１２(c) においてインナリード４と
ヒートスプレッダー２とは絶縁材の両側に接着剤の付い
た両面接着テープ７で接合されている。１０は半導体装
置を回路基板に半田付けする際のアウタリードである。
このような半導体装置において、ヘッダー２a およびヒ
ートスプレッダー２はＡｌやＣｕなどの金属からなり、
半導体チップ１が発する熱を広げて放散する作用をなし
ている。以下、本明細書ではこのようなヘッダー２a お
よびヒートスプレッダー２を総称してヒートスプレッダ
ー２と称する。半導体装置は一般に、製造工程、品質検
査、アッセンブリー工程において、種々の加熱冷却パタ
ーンの温度サイクルを受け、また使用時においては発熱
を伴う。このため各部品の熱膨張差により、半導体チッ
プ１とヒートスプレッダー２の間、あるいはレジン６と
ヒートスプレッダー２の間が剥離したり、ヒートスプレ
ッダー２のコーナー部においてレジン６にクラック１１
が発生する等の問題が生じていた。
【０００３】このような問題の解決策として、特開平４
−２９３６０号公報には、Ｓｉ半導体素子と熱膨張係数
の近い４２合金（４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金）をリードフレ
ームに使用し、熱伝導性がよく、かつ熱膨張係数が４２
合金に近いＭｏ，Ｗ，ＡｌＮをヒートスプレッダーに使
用することが提案されている。しかし、このような材料
は熱伝導度がＡｌやＣｕに比べて低いため、高速かつ大
容量の半導体装置としては問題が残る。また特開平４−
２５０５２号公報には、半導体チップおよびインナリー
ドを絶縁性高分子化合物からなる埋込み層に保持するこ
とにより、樹脂封止後（本発明におけるレジン封止後に
相当）の熱ストレスを埋込み層に吸収させることが示さ
れている。しかし、半導体チップの発する熱を放散する
機能は有していないので、高速大容量の半導体装置には
適さないものである。さらに特開平１−５０４３号公報
には、樹脂（レジン）内部に封止したヒートスプレッダ
ーやリードフレーム等の金属部材表面を皮膜で覆うこと
により、金属部材と樹脂との熱膨張・熱収縮差を吸収さ
せることが示されている。しかし、ヒートスプレッダー
としてはＡｌとＣｕ等の金属を使用することが記載され
ているだけである。その他、特開昭６０−２２５４３５
号公報には、図１２(b) のような底面に露出されたヒー
トシンク（ヒートスプレッダー）を有する半導体装置に
おいて、ヒートスプレッダーをセット側放熱板にネジ止
めして実装する型のものの製造法が示されているが、ヒ
ートスプレッダーの材質には言及されていない。
−２９３６０号公報には、Ｓｉ半導体素子と熱膨張係数
の近い４２合金（４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金）をリードフレ
ームに使用し、熱伝導性がよく、かつ熱膨張係数が４２
合金に近いＭｏ，Ｗ，ＡｌＮをヒートスプレッダーに使
用することが提案されている。しかし、このような材料
は熱伝導度がＡｌやＣｕに比べて低いため、高速かつ大
容量の半導体装置としては問題が残る。また特開平４−
２５０５２号公報には、半導体チップおよびインナリー
ドを絶縁性高分子化合物からなる埋込み層に保持するこ
とにより、樹脂封止後（本発明におけるレジン封止後に
相当）の熱ストレスを埋込み層に吸収させることが示さ
れている。しかし、半導体チップの発する熱を放散する
機能は有していないので、高速大容量の半導体装置には
適さないものである。さらに特開平１−５０４３号公報
には、樹脂（レジン）内部に封止したヒートスプレッダ
ーやリードフレーム等の金属部材表面を皮膜で覆うこと
により、金属部材と樹脂との熱膨張・熱収縮差を吸収さ
せることが示されている。しかし、ヒートスプレッダー
としてはＡｌとＣｕ等の金属を使用することが記載され
ているだけである。その他、特開昭６０−２２５４３５
号公報には、図１２(b) のような底面に露出されたヒー
トシンク（ヒートスプレッダー）を有する半導体装置に
おいて、ヒートスプレッダーをセット側放熱板にネジ止
めして実装する型のものの製造法が示されているが、ヒ
ートスプレッダーの材質には言及されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、半導体装置
において、半導体チップが発する熱を効果的に広げかつ
放散させることができるとともに、製造工程、品質検査
工程、回路基板への半田付け工程において、さらに各種
回路での使用状態において、部品を構成する金属やレジ
ンの熱膨張差による変形、剥離およびクラック発生等の
トラブルが生じることのない、高速かつ大容量の半導体
装置を提供することを目的とする。
において、半導体チップが発する熱を効果的に広げかつ
放散させることができるとともに、製造工程、品質検査
工程、回路基板への半田付け工程において、さらに各種
回路での使用状態において、部品を構成する金属やレジ
ンの熱膨張差による変形、剥離およびクラック発生等の
トラブルが生じることのない、高速かつ大容量の半導体
装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、ヒートスプレ
ッダーに接合された半導体チップとインナリードが電気
的に接続されレジンで封止された半導体装置において、
ヒートスプレッダーが、前記レジンに近似した熱膨張係
数を有しかつ高熱伝導度を有する複合材料で構成されて
いることを特徴とする半導体装置である。そして、該ヒ
ートスプレッダーは、高熱伝導度を有する金属素材に熱
膨張抑止材を混合して熱膨張係数が調整された複合材料
で構成されてもよく、また低熱膨張係数を有するＦｅ−
Ｎｉ合金にＣｕを混合して熱伝導度が高められた複合材
料で構成されてもよい。これら複合材料の熱伝導度はＩ
ＡＣＳで２０％以上に、熱膨張係数は15×10-6／℃〜 3
×10-6／℃の範囲に調整されているのが好ましい。複合
材料を構成する金属素材は、ＡｌまたはＡｌ系合金、Ｃ
ｕまたはＣｕ系合金あるいはＺｎまたはＺｎ系合金から
なるのが望ましく、熱膨張抑止材は、繊維状、粉状また
は多孔状の、炭素（Ｃ）、炭化けい素（ＳｉＣ）および
窒化けい素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）の１種または２種以上からな
るのが好ましい。これらヒートスプレッダーは、レジン
６との密着性を向上させるためＡｌ，Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｓｉ
Ｏ2等の溶射被膜が施されているのが好ましい。
ッダーに接合された半導体チップとインナリードが電気
的に接続されレジンで封止された半導体装置において、
ヒートスプレッダーが、前記レジンに近似した熱膨張係
数を有しかつ高熱伝導度を有する複合材料で構成されて
いることを特徴とする半導体装置である。そして、該ヒ
ートスプレッダーは、高熱伝導度を有する金属素材に熱
膨張抑止材を混合して熱膨張係数が調整された複合材料
で構成されてもよく、また低熱膨張係数を有するＦｅ−
Ｎｉ合金にＣｕを混合して熱伝導度が高められた複合材
料で構成されてもよい。これら複合材料の熱伝導度はＩ
ＡＣＳで２０％以上に、熱膨張係数は15×10-6／℃〜 3
×10-6／℃の範囲に調整されているのが好ましい。複合
材料を構成する金属素材は、ＡｌまたはＡｌ系合金、Ｃ
ｕまたはＣｕ系合金あるいはＺｎまたはＺｎ系合金から
なるのが望ましく、熱膨張抑止材は、繊維状、粉状また
は多孔状の、炭素（Ｃ）、炭化けい素（ＳｉＣ）および
窒化けい素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）の１種または２種以上からな
るのが好ましい。これらヒートスプレッダーは、レジン
６との密着性を向上させるためＡｌ，Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｓｉ
Ｏ2等の溶射被膜が施されているのが好ましい。
【０００６】以下、本発明を図面により説明する。図１
は、金属素材１２に熱膨張抑止材１３を混合して熱膨張
係数が調整された複合材料を、ヒートスプレッダー２に
採用した場合の一例を示す。熱膨張抑止材１３が繊維状
の場合は、炭素ファイバー等の糸を縦横に織った織物や
板状のフェルトが、ヒートスプレッダー２の平面方向に
挿入されたものが適用される。粉状の場合は、ヒートス
プレッダー２内に一様に分散されたものが適用され、多
孔状の場合は、窒化けい素等の多孔体の孔が金属素材１
２で埋められたものが適用される。このような複合材料
は、金属素材１２の熱膨張および収縮が、熱膨張抑止材
１３によって抑えられるとともに、熱膨張抑止材１３の
混合による金属素材１２の固有の熱伝導度の低下は少な
い。また熱膨張抑止材１３の混入によって、ヒートスプ
レッダー２の重量が軽減されるという効果もある。熱膨
張係数および熱伝導度は、金属素材１２の成分組成およ
び熱膨張抑止材１３の成分組成とその混合割合によって
調整される。半導体チップ１はＡｇペーストでヒートス
プレッダー２に接合され、絶縁材の両側に接着剤の付い
た両面接着テープ７でインナリード４とヒートスプレッ
ダー２が接合され、レジン６でモールディングされてい
る。ヒートスプレッダー２に溶射被膜が施されている
と、レジン６との密着性が向上するほか、絶縁体からな
る溶射被膜が施されている場合は、インナリード４との
接合を単なる接着材（図２(a) の８）で行えばよい。絶
縁体からなる溶射材としては、Ａｌ2 Ｏ3 ，ＳｉＯ2 等
のセラミックス、あるいはポリイミド樹脂等を用いるこ
とができる。
は、金属素材１２に熱膨張抑止材１３を混合して熱膨張
係数が調整された複合材料を、ヒートスプレッダー２に
採用した場合の一例を示す。熱膨張抑止材１３が繊維状
の場合は、炭素ファイバー等の糸を縦横に織った織物や
板状のフェルトが、ヒートスプレッダー２の平面方向に
挿入されたものが適用される。粉状の場合は、ヒートス
プレッダー２内に一様に分散されたものが適用され、多
孔状の場合は、窒化けい素等の多孔体の孔が金属素材１
２で埋められたものが適用される。このような複合材料
は、金属素材１２の熱膨張および収縮が、熱膨張抑止材
１３によって抑えられるとともに、熱膨張抑止材１３の
混合による金属素材１２の固有の熱伝導度の低下は少な
い。また熱膨張抑止材１３の混入によって、ヒートスプ
レッダー２の重量が軽減されるという効果もある。熱膨
張係数および熱伝導度は、金属素材１２の成分組成およ
び熱膨張抑止材１３の成分組成とその混合割合によって
調整される。半導体チップ１はＡｇペーストでヒートス
プレッダー２に接合され、絶縁材の両側に接着剤の付い
た両面接着テープ７でインナリード４とヒートスプレッ
ダー２が接合され、レジン６でモールディングされてい
る。ヒートスプレッダー２に溶射被膜が施されている
と、レジン６との密着性が向上するほか、絶縁体からな
る溶射被膜が施されている場合は、インナリード４との
接合を単なる接着材（図２(a) の８）で行えばよい。絶
縁体からなる溶射材としては、Ａｌ2 Ｏ3 ，ＳｉＯ2 等
のセラミックス、あるいはポリイミド樹脂等を用いるこ
とができる。
【０００７】図２は、Ｆｅ−Ｎｉ合金にＣｕを混合して
熱伝導度が高められた複合材料を、ヒートスプレッダー
２に採用した場合の１例を示す。Ｃｕを溶融状態のＦｅ
−Ｎｉ合金に固溶限を越えて添加し凝固させると、図２
(b) に示すようにＦｅ−Ｎｉ合金のマトリックス１４と
Ｃｕ粒子１５が混在した金属組織が得られる。Ｃｕの形
態は、このほか繊維状等であってもよい。このような複
合材料は、マトリックス１４の低熱膨張係数とＣｕ粒子
１５の高熱伝導度を併せた特性を有する。熱膨張係数お
よび熱伝導度は、Ｆｅ−Ｎｉ合金の組成およびＣｕの添
加量によって調整される。この複合材料からなるヒート
スプレッダー２も溶射被膜９が施されているのが好まし
い。溶射被膜９によりレジン６とのなじみが良くなり密
着性が向上するほか、絶縁体からなる溶射被膜が施され
ている場合は、前述のように、インナリードと接着材８
で接合することができる。絶縁体からなる溶射被膜９と
しては、上記のようなＡｌ2 Ｏ3 ，ＳｉＯ2 等のセラミ
ックス、あるいは、ポリイミド樹脂等を用いることがで
きる。インナリード４との接合を両面接着テープ（図１
の７）で行う場合は、溶射被膜９はＡｌ，Ｃｕ等の金属
でもよい。図３および図４は別の形の半導体装置に本発
明を適用した例を示し、ヒートスプレッダーの下面は溶
射被膜９はなくてもよい。
熱伝導度が高められた複合材料を、ヒートスプレッダー
２に採用した場合の１例を示す。Ｃｕを溶融状態のＦｅ
−Ｎｉ合金に固溶限を越えて添加し凝固させると、図２
(b) に示すようにＦｅ−Ｎｉ合金のマトリックス１４と
Ｃｕ粒子１５が混在した金属組織が得られる。Ｃｕの形
態は、このほか繊維状等であってもよい。このような複
合材料は、マトリックス１４の低熱膨張係数とＣｕ粒子
１５の高熱伝導度を併せた特性を有する。熱膨張係数お
よび熱伝導度は、Ｆｅ−Ｎｉ合金の組成およびＣｕの添
加量によって調整される。この複合材料からなるヒート
スプレッダー２も溶射被膜９が施されているのが好まし
い。溶射被膜９によりレジン６とのなじみが良くなり密
着性が向上するほか、絶縁体からなる溶射被膜が施され
ている場合は、前述のように、インナリードと接着材８
で接合することができる。絶縁体からなる溶射被膜９と
しては、上記のようなＡｌ2 Ｏ3 ，ＳｉＯ2 等のセラミ
ックス、あるいは、ポリイミド樹脂等を用いることがで
きる。インナリード４との接合を両面接着テープ（図１
の７）で行う場合は、溶射被膜９はＡｌ，Ｃｕ等の金属
でもよい。図３および図４は別の形の半導体装置に本発
明を適用した例を示し、ヒートスプレッダーの下面は溶
射被膜９はなくてもよい。
【０００８】本発明の半導体装置において、ヒートスプ
レッダー２に絶縁体からなる溶射被膜９があると、イン
ナリード４との間の接合を、カシメにより行うことがで
き、製造がより容易になる。図５は半導体装置を上から
見た場合の概念図を示すものであり、ヒートスプレッダ
ー２とインナリード４が接合点１６で接合されている。
その状況は図５のＡ−Ａ断面拡大図である図６に示すよ
うに、ヒートスプレッダー２に設けた突起１７と、イン
ナリード４に設けた孔１８を嵌合させ突起１７の上部を
偏平させてある。また接合点１６にてスポット溶接によ
り接合させてもよい。接合点１６の位置は、図５の例
（●印）の他、ヒートスプレッダー２のコーナー部４点
（○印）等でもよい。なお、本発明の半導体装置におけ
るヒートスプレッダーは各種形状のものを採用すること
ができ、その主なものを図７に示す。図７(a) はインナ
リードを支持する受台１９を設けたもの、図７(b) は半
導体チップ１を凹部２０で接合させることにより薄型化
したもの、図７(c) はさらにヒートスプレッダー２の露
出している下面にも溶射被膜９を施しており、電気的に
絶縁された構造が要求される場合などの用途向けとした
ものである。図７(b) はヒートスプレッダー２とインナ
リード４を両面接着テープ７で接合した例を示している
が、ヒートスプレッダー２に絶縁体からなる溶射被膜を
施した場合は、単なる接着でよく、またカシメや溶接で
もよい。また、ヒートスプレッダー２の溶射被膜９を位
置により変えてもよい。例えば図７(a) の形状につい
て、図７(d) に示すように受台１９の位置はＡｌ
2 Ｏ3 ，ＳｉＯ2 等からなる絶縁体溶射被膜９a 、その
他の位置はＡｌ等の金属からなる導体溶射被膜９b とす
る。この例では、ボンディングワイヤ５が接続されるイ
ンナリード４とヒートスプレッダー２との間は絶縁体溶
射被膜９a により絶縁が保持できるとともに、導体溶射
被膜９b が施された位置を図５に示したインナリード４
（ボンディングワイヤ５は接続されない）との接合点１
６とすることによりカシメや溶接による接合が容易にな
り、さらに導体溶射被膜９b の位置にて半導体チップ１
と接合でき電気的導通が可能になる。図７(d) におい
て、ヒートスプレッダー２の底面は絶縁体溶射被膜９a
、側面は導体溶射被膜９b とする等、図示されてない
面についても目的に応じた種類の溶射被膜９を施すこと
ができる。また図７(b) ,(c)の形状のヒートスプレッダ
ー２についても同様に、絶縁体溶射被膜９a および導体
溶射被膜９b を使い分けることができる。
レッダー２に絶縁体からなる溶射被膜９があると、イン
ナリード４との間の接合を、カシメにより行うことがで
き、製造がより容易になる。図５は半導体装置を上から
見た場合の概念図を示すものであり、ヒートスプレッダ
ー２とインナリード４が接合点１６で接合されている。
その状況は図５のＡ−Ａ断面拡大図である図６に示すよ
うに、ヒートスプレッダー２に設けた突起１７と、イン
ナリード４に設けた孔１８を嵌合させ突起１７の上部を
偏平させてある。また接合点１６にてスポット溶接によ
り接合させてもよい。接合点１６の位置は、図５の例
（●印）の他、ヒートスプレッダー２のコーナー部４点
（○印）等でもよい。なお、本発明の半導体装置におけ
るヒートスプレッダーは各種形状のものを採用すること
ができ、その主なものを図７に示す。図７(a) はインナ
リードを支持する受台１９を設けたもの、図７(b) は半
導体チップ１を凹部２０で接合させることにより薄型化
したもの、図７(c) はさらにヒートスプレッダー２の露
出している下面にも溶射被膜９を施しており、電気的に
絶縁された構造が要求される場合などの用途向けとした
ものである。図７(b) はヒートスプレッダー２とインナ
リード４を両面接着テープ７で接合した例を示している
が、ヒートスプレッダー２に絶縁体からなる溶射被膜を
施した場合は、単なる接着でよく、またカシメや溶接で
もよい。また、ヒートスプレッダー２の溶射被膜９を位
置により変えてもよい。例えば図７(a) の形状につい
て、図７(d) に示すように受台１９の位置はＡｌ
2 Ｏ3 ，ＳｉＯ2 等からなる絶縁体溶射被膜９a 、その
他の位置はＡｌ等の金属からなる導体溶射被膜９b とす
る。この例では、ボンディングワイヤ５が接続されるイ
ンナリード４とヒートスプレッダー２との間は絶縁体溶
射被膜９a により絶縁が保持できるとともに、導体溶射
被膜９b が施された位置を図５に示したインナリード４
（ボンディングワイヤ５は接続されない）との接合点１
６とすることによりカシメや溶接による接合が容易にな
り、さらに導体溶射被膜９b の位置にて半導体チップ１
と接合でき電気的導通が可能になる。図７(d) におい
て、ヒートスプレッダー２の底面は絶縁体溶射被膜９a
、側面は導体溶射被膜９b とする等、図示されてない
面についても目的に応じた種類の溶射被膜９を施すこと
ができる。また図７(b) ,(c)の形状のヒートスプレッダ
ー２についても同様に、絶縁体溶射被膜９a および導体
溶射被膜９b を使い分けることができる。
【０００９】このような本発明の半導体装置を製造する
には、まず４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金やＣｕ合金等の板から
リードフレームがエッチングやプレスにより加工され
る。そして、たとえば図１のように、絶縁膜を含む両面
接着テープ７で、ヒートスプレッダー２がインナリード
４に接着され、半導体チップ１がＡｇペースト３でヒー
トスプレッダー２に接着される。この際、ヒートスプレ
ッダー２に絶縁体からなる溶射被膜が施されている場合
は、インナリード４との接合に際して、前述のように絶
縁膜の介在は不要である。つぎに、インナリード４およ
び半導体チップ１のボンディングワイヤ５とのボンディ
ング位置にＡｇメッキが施され、ついでボンディングワ
イヤ５がボンディングされ、レジン６がモールディング
される。
には、まず４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金やＣｕ合金等の板から
リードフレームがエッチングやプレスにより加工され
る。そして、たとえば図１のように、絶縁膜を含む両面
接着テープ７で、ヒートスプレッダー２がインナリード
４に接着され、半導体チップ１がＡｇペースト３でヒー
トスプレッダー２に接着される。この際、ヒートスプレ
ッダー２に絶縁体からなる溶射被膜が施されている場合
は、インナリード４との接合に際して、前述のように絶
縁膜の介在は不要である。つぎに、インナリード４およ
び半導体チップ１のボンディングワイヤ５とのボンディ
ング位置にＡｇメッキが施され、ついでボンディングワ
イヤ５がボンディングされ、レジン６がモールディング
される。
【００１０】つぎにこのような複合材料からなるヒート
スプレッダーの製造法について述べる。複合材料が、高
熱伝導度を有する金属素材に粉状の熱膨張抑止材を混合
したもの、あるいはＦｅ−Ｎｉ合金にＣｕを混合したも
のである場合は、所定の成分組成に調整された溶湯を鋳
造し、圧延や鍛造により所定厚さの板にした後、プレス
や切削により所定形状に成形する方法、溶湯を丸棒ある
いは角状の棒に鋳造し輪切りにして成形する方法等があ
る。高熱伝導度を有する金属素材に繊維状の熱膨張抑止
材を混合した複合材料の場合は、金属溶湯中に繊維状の
熱膨張抑止材を装入して凝固させた鋳造材、あるいはこ
れを繊維が破断されない程度に、圧延や鍛造した後、前
述のようにして所定形状に成形することができる。ま
た、図８に示す双ロール法等により、溶湯から直接、板
状に鋳造した素材から、プレスや打抜き等により成形す
ることもできる。図８において、冷却され矢印の方向に
回転している双ロール２１、２１の上方から溶湯２２を
注入し、下方から板状素材２３が得られる。２５は溶湯
を一時的に溜める堰である。このとき、熱膨張抑止材が
繊維状あるいは多孔状の場合は、これらを芯材２４とし
て溶湯２２内に挿入しつつ鋳造すればよい。ヒートスプ
レッダーが、図３、図４、図６および図７のような形状
である場合、例えば図４のような段付形状のときは、図
９に示すように、素材２６を下ダイ２７の中に嵌めて下
パンチ２９に乗せ、上パンチ３０を移動させて素材２６
の上方部分を上ダイ２８のサイズに拡幅する鍛造法によ
り製造することもできる。
スプレッダーの製造法について述べる。複合材料が、高
熱伝導度を有する金属素材に粉状の熱膨張抑止材を混合
したもの、あるいはＦｅ−Ｎｉ合金にＣｕを混合したも
のである場合は、所定の成分組成に調整された溶湯を鋳
造し、圧延や鍛造により所定厚さの板にした後、プレス
や切削により所定形状に成形する方法、溶湯を丸棒ある
いは角状の棒に鋳造し輪切りにして成形する方法等があ
る。高熱伝導度を有する金属素材に繊維状の熱膨張抑止
材を混合した複合材料の場合は、金属溶湯中に繊維状の
熱膨張抑止材を装入して凝固させた鋳造材、あるいはこ
れを繊維が破断されない程度に、圧延や鍛造した後、前
述のようにして所定形状に成形することができる。ま
た、図８に示す双ロール法等により、溶湯から直接、板
状に鋳造した素材から、プレスや打抜き等により成形す
ることもできる。図８において、冷却され矢印の方向に
回転している双ロール２１、２１の上方から溶湯２２を
注入し、下方から板状素材２３が得られる。２５は溶湯
を一時的に溜める堰である。このとき、熱膨張抑止材が
繊維状あるいは多孔状の場合は、これらを芯材２４とし
て溶湯２２内に挿入しつつ鋳造すればよい。ヒートスプ
レッダーが、図３、図４、図６および図７のような形状
である場合、例えば図４のような段付形状のときは、図
９に示すように、素材２６を下ダイ２７の中に嵌めて下
パンチ２９に乗せ、上パンチ３０を移動させて素材２６
の上方部分を上ダイ２８のサイズに拡幅する鍛造法によ
り製造することもできる。
【００１１】さらに、図１０に示すようなダイキャスト
法により、溶湯から直接、所定の形状に成形することも
できる。図１０において、下ダイ２７、上ダイ２８、下
ピストン３１および上ピストン３２で囲まれた空間に溶
湯２２を、例えば割り構造の上ダイ２８の合わせ部等に
設けた注入孔から注入し、冷却された各ダイおよび各ピ
ストンで抜熱し凝固させる。Ｆｅ−Ｎｉ合金にＣｕを混
合するもの、および金属素材に粉状の熱膨張抑止材を混
合するものについては、これら混合材を溶湯とともに注
入すればよい。熱膨張抑止材が繊維状あるいは多孔状の
場合は、図１０の空間に予めこれら熱膨張抑止材を装入
しておき、溶湯２２を注入してもよく、また図１１に示
すようなキャスト法で、鋳型３３に予め熱膨張抑止材１
３を装入しておき、取鍋３４から溶湯２２を注入しても
よい。
法により、溶湯から直接、所定の形状に成形することも
できる。図１０において、下ダイ２７、上ダイ２８、下
ピストン３１および上ピストン３２で囲まれた空間に溶
湯２２を、例えば割り構造の上ダイ２８の合わせ部等に
設けた注入孔から注入し、冷却された各ダイおよび各ピ
ストンで抜熱し凝固させる。Ｆｅ−Ｎｉ合金にＣｕを混
合するもの、および金属素材に粉状の熱膨張抑止材を混
合するものについては、これら混合材を溶湯とともに注
入すればよい。熱膨張抑止材が繊維状あるいは多孔状の
場合は、図１０の空間に予めこれら熱膨張抑止材を装入
しておき、溶湯２２を注入してもよく、また図１１に示
すようなキャスト法で、鋳型３３に予め熱膨張抑止材１
３を装入しておき、取鍋３４から溶湯２２を注入しても
よい。
【００１２】
【実施例】図１および図２に示すような形状の半導体装
置を製造した。半導体チップ１にはＳｉを、インナリー
ド４には４２合金（４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金）およびＣｕ
合金を採用し、ヒートスプレッダー２として表１に示す
各種材料を用いた。製造時の主な熱履歴は、ダイボンデ
ィング時およびワイヤボンディング時に２００℃、レジ
ンモールディング時に１７０℃にそれぞれ加熱され、ア
フタキュアで１６０℃に５時間加熱された。製造された
半導体装置は、品質保証検査として−５５℃〜１５０℃
の温度サイクルで繰返し加熱冷却し、さらに１２５℃お
よび１５０℃に加熱する試験を行った。さらに、半導体
装置を回路基板に半田付けする際の工程を想定した半田
リフロー試験として、２３０℃に１０秒間加熱した。ヒ
ートスプレッダーに採用した各種材料の熱膨張係数およ
び熱伝導度を表１に示す。表１中のアンバーは３６％Ｎ
ｉ−Ｆｅ合金である。また表１には、半導体チップに採
用したＳｉ、およびモールド材のレジンの値も示した。
上記各種の熱履歴を受けた後の半導体装置の品質評価結
果は、表２に示すとおりで、本発明のものはいずれも優
れていた。表２中において、○は「良い」、△は「中
位」、×は「悪い」を示す。
置を製造した。半導体チップ１にはＳｉを、インナリー
ド４には４２合金（４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金）およびＣｕ
合金を採用し、ヒートスプレッダー２として表１に示す
各種材料を用いた。製造時の主な熱履歴は、ダイボンデ
ィング時およびワイヤボンディング時に２００℃、レジ
ンモールディング時に１７０℃にそれぞれ加熱され、ア
フタキュアで１６０℃に５時間加熱された。製造された
半導体装置は、品質保証検査として−５５℃〜１５０℃
の温度サイクルで繰返し加熱冷却し、さらに１２５℃お
よび１５０℃に加熱する試験を行った。さらに、半導体
装置を回路基板に半田付けする際の工程を想定した半田
リフロー試験として、２３０℃に１０秒間加熱した。ヒ
ートスプレッダーに採用した各種材料の熱膨張係数およ
び熱伝導度を表１に示す。表１中のアンバーは３６％Ｎ
ｉ−Ｆｅ合金である。また表１には、半導体チップに採
用したＳｉ、およびモールド材のレジンの値も示した。
上記各種の熱履歴を受けた後の半導体装置の品質評価結
果は、表２に示すとおりで、本発明のものはいずれも優
れていた。表２中において、○は「良い」、△は「中
位」、×は「悪い」を示す。
【００１３】
【表１】
【００１４】
【表２】
【００１５】
【発明の効果】本発明は、ヒートスプレッダーに接合さ
れた半導体チップとインナリードが電気的に接続されレ
ジンで封止された半導体装置において、ヒートスプレッ
ダーがレジンに近似した熱膨張係数を有しかつ高熱伝導
度を有する複合材料で構成され、具体的にはＡｌ，Ｃ
ｕ，Ｚｎ等の高熱伝導度を有する金属素材に、Ｃ，Ｓｉ
Ｃ，Ｓｉ3 Ｎ4 等からなる粉状、繊維状あるいは多孔状
の熱膨張抑止材を混合して熱膨張係数が低められた複合
材料、あるいは低熱膨張係数を有するＦｅ−Ｎｉ合金に
Ｃｕを混合して熱伝導度が高められた複合材料で構成さ
れており、半導体チップが発する熱を効果的に広げかつ
放散させることができるとともに、製造工程、品質検査
工程、回路基板への半田付け工程において、さらに各種
回路での使用状態において、部品を構成する金属やレジ
ンの熱膨張差による変形、剥離およびクラック発生等の
トラブルが生じることのない、高速かつ大容量の半導体
装置が達成される。さらに、本発明で採用するヒートス
プレッダーを構成する複合材料は、金属材料の通常の製
造工程で容易に製造することができ、近年確立されつつ
ある双ロール法により短工程で製造できる。また、その
ヒートスプレッダーを使用した本発明の半導体装置の製
造も容易であり、絶縁体の溶射被膜が施されたヒートス
プレッダーを採用した場合は、より容易な製造が可能と
なる。
れた半導体チップとインナリードが電気的に接続されレ
ジンで封止された半導体装置において、ヒートスプレッ
ダーがレジンに近似した熱膨張係数を有しかつ高熱伝導
度を有する複合材料で構成され、具体的にはＡｌ，Ｃ
ｕ，Ｚｎ等の高熱伝導度を有する金属素材に、Ｃ，Ｓｉ
Ｃ，Ｓｉ3 Ｎ4 等からなる粉状、繊維状あるいは多孔状
の熱膨張抑止材を混合して熱膨張係数が低められた複合
材料、あるいは低熱膨張係数を有するＦｅ−Ｎｉ合金に
Ｃｕを混合して熱伝導度が高められた複合材料で構成さ
れており、半導体チップが発する熱を効果的に広げかつ
放散させることができるとともに、製造工程、品質検査
工程、回路基板への半田付け工程において、さらに各種
回路での使用状態において、部品を構成する金属やレジ
ンの熱膨張差による変形、剥離およびクラック発生等の
トラブルが生じることのない、高速かつ大容量の半導体
装置が達成される。さらに、本発明で採用するヒートス
プレッダーを構成する複合材料は、金属材料の通常の製
造工程で容易に製造することができ、近年確立されつつ
ある双ロール法により短工程で製造できる。また、その
ヒートスプレッダーを使用した本発明の半導体装置の製
造も容易であり、絶縁体の溶射被膜が施されたヒートス
プレッダーを採用した場合は、より容易な製造が可能と
なる。
【図１】本発明の半導体装置のうち高熱伝導度を有する
金属素材に熱膨張抑止材を混合した複合材料をヒートス
プレッダーとした場合の一例を示す断面図。
金属素材に熱膨張抑止材を混合した複合材料をヒートス
プレッダーとした場合の一例を示す断面図。
【図２】本発明の半導体装置のうちＦｅ−Ｎｉ合金にＣ
ｕを混合した複合材料に溶射被膜を施したものをヒート
スプレッダーとした場合の一例を示す断面図。
ｕを混合した複合材料に溶射被膜を施したものをヒート
スプレッダーとした場合の一例を示す断面図。
【図３】本発明半導体装置の他の例を示す断面図。
【図４】本発明半導体装置の他の例を示す断面図。
【図５】本発明半導体装置の他の例を示す断面図。
【図６】本発明半導体装置の他の例を示す断面図。
【図７】本発明半導体装置の他の例を示す断面図。
【図８】本発明半導体装置のヒートスプレッダーに採用
する複合材料の双ロールによる鋳造法を示す図。
する複合材料の双ロールによる鋳造法を示す図。
【図９】本発明半導体装置のヒートスプレッダーに採用
する複合材料の鍛造による成形法を示す図。
する複合材料の鍛造による成形法を示す図。
【図１０】本発明半導体装置のヒートスプレッダーに採
用する複合材料のダイキャストによる成形法を示す図。
用する複合材料のダイキャストによる成形法を示す図。
【図１１】本発明半導体装置のヒートスプレッダーに採
用する複合材料のキャスティングによる成形法を示す
図。
用する複合材料のキャスティングによる成形法を示す
図。
【図１２】従来の半導体装置の例を示す断面図。
１：半導体チップ ２：ヒートスプレッダー ２a:ヘッダー ３：Ａｇペースト ３a:半田 ４：インナリード ５：ボンディングワイヤ ６：レジン ７：両面接着テープ ８：接着材 ９：溶射被膜 １０：アウタリード １１：クラック １２：金属素材 １３：熱膨張抑止材 １４：マトリックス １５：Ｃｕ粒子 １６：接合点 １７：突起 １８：孔 １９：受台 ２０：凹部 ２１：双ロール ２２：溶湯 ２３：板状素材 ２４：芯材 ２５：堰 ２６：素材 ２７：下ダイ ２８：上ダイ ２９：下パンチ ３０：上パンチ ３１：下ピストン ３２：上ピストン ３３：鋳型 ３４：取鍋
Claims (9)
- 【請求項１】 ヒートスプレッダーに接合された半導体
チップとインナリードが電気的に接続されレジンで封止
された半導体装置において、ヒートスプレッダーが、前
記レジンに近似した熱膨張係数を有しかつ高熱伝導度を
有する複合材料で構成されていることを特徴とする半導
体装置。 - 【請求項２】 ヒートスプレッダーが、高熱伝導度を有
する金属素材に熱膨張抑止材を混合して熱膨張係数が調
整された複合材料で構成されている請求項１記載の半導
体装置。 - 【請求項３】 金属素材がＡｌまたはＡｌ系合金からな
り、熱膨張抑止材が繊維状、粉状または多孔状の炭素
（Ｃ）、炭化けい素（ＳｉＣ）および窒化けい素（Ｓｉ
3 Ｎ4 ）の１種または２種以上からなり、複合材料の熱
伝導度がＩＡＣＳで２０％以上に、かつ熱膨張係数が15
×10-6／℃〜 3×10-6／℃の範囲に調整されている請求
項２記載の半導体装置。 - 【請求項４】 金属素材がＣｕまたはＣｕ系合金からな
り、熱膨張抑止材が繊維状、粉状または多孔状の炭素
（Ｃ）、炭化けい素（ＳｉＣ）および窒化けい素（Ｓｉ
3 Ｎ4 ）の１種または２種以上からなり、複合材料の熱
伝導度がＩＡＣＳで２０％以上に、かつ熱膨張係数が15
×10-6／℃〜 3×10-6／℃の範囲に調整されている請求
項２記載の半導体装置。 - 【請求項５】 金属素材がＺｎまたはＺｎ系合金からな
り、熱膨張抑止材が繊維状、粉状または多孔状の炭素
（Ｃ）、炭化けい素（ＳｉＣ）および窒化けい素（Ｓｉ
3 Ｎ4 ）の１種または２種以上からなり、複合材料の熱
伝導度がＩＡＣＳで２０％以上に、かつ熱膨張係数が15
×10-6／℃〜 3×10-6／℃の範囲に調整されている請求
項２記載の半導体装置。 - 【請求項６】 ヒートスプレッダーが、溶射被膜を有す
る複合材料で構成されている請求項２記載の半導体装
置。 - 【請求項７】 ヒートスプレッダーが、低熱膨張係数を
有するＦｅ−Ｎｉ合金にＣｕを混合して熱伝導度が高め
られた複合材料で構成されている請求項１記載の半導体
装置。 - 【請求項８】 複合材料が、重量％にて３５〜３７％の
Ｎｉを含むＦｅ−Ｎｉ合金に、重量％にて３０〜７０％
のＣｕが混合され、該Ｆｅ−Ｎｉ合金のマトリックスに
繊維状または粒状のＣｕが混在する組織を呈し、熱伝導
度がＩＡＣＳで２０％以上に、かつ熱膨張係数が15×10
-6／℃〜 3×10-6／℃の範囲に調整されている請求項７
記載の半導体装置。 - 【請求項９】 ヒートスプレッダーが、溶射被膜を有す
る複合材料で構成されている請求項７記載の半導体装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5052617A JPH06268114A (ja) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5052617A JPH06268114A (ja) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06268114A true JPH06268114A (ja) | 1994-09-22 |
Family
ID=12919766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5052617A Withdrawn JPH06268114A (ja) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06268114A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08288428A (ja) * | 1995-04-20 | 1996-11-01 | Nec Corp | 樹脂封止型半導体装置 |
| US6837306B2 (en) * | 2000-09-29 | 2005-01-04 | Intel Corporation | Carbon-carbon and/or metal-carbon fiber composite heat spreaders |
| JP2006066559A (ja) * | 2004-08-26 | 2006-03-09 | Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd | 半導体モジュールおよびその製造方法 |
| US7145254B2 (en) | 2001-07-26 | 2006-12-05 | Denso Corporation | Transfer-molded power device and method for manufacturing transfer-molded power device |
| US7196417B2 (en) | 2002-07-30 | 2007-03-27 | Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki | Method of manufacturing a low expansion material and semiconductor device using the low expansion material |
| JP2007103968A (ja) * | 2006-12-29 | 2007-04-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体素子搭載用基板材 |
| CN107706160A (zh) * | 2017-07-31 | 2018-02-16 | 广东美的制冷设备有限公司 | 智能功率模块及其制造方法 |
-
1993
- 1993-03-12 JP JP5052617A patent/JPH06268114A/ja not_active Withdrawn
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08288428A (ja) * | 1995-04-20 | 1996-11-01 | Nec Corp | 樹脂封止型半導体装置 |
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| US7534650B2 (en) * | 2000-09-29 | 2009-05-19 | Intel Corporation | Carbon-carbon and/or metal-carbon fiber composite heat spreader |
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| KR100659376B1 (ko) * | 2001-07-26 | 2006-12-18 | 가부시키가이샤 덴소 | 트랜스퍼 몰딩 전력장치 및 그의 제조방법 |
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| JP2007103968A (ja) * | 2006-12-29 | 2007-04-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体素子搭載用基板材 |
| CN107706160A (zh) * | 2017-07-31 | 2018-02-16 | 广东美的制冷设备有限公司 | 智能功率模块及其制造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000530 |