JPH0710949U - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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Publication number
JPH0710949U
JPH0710949U JP044194U JP4419493U JPH0710949U JP H0710949 U JPH0710949 U JP H0710949U JP 044194 U JP044194 U JP 044194U JP 4419493 U JP4419493 U JP 4419493U JP H0710949 U JPH0710949 U JP H0710949U
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JP
Japan
Prior art keywords
heat sink
insulating container
silicon
integrated circuit
semiconductor device
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Pending
Application number
JP044194U
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Japanese (ja)
Inventor
英司 小寺
幸広 木村
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Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0710949U publication Critical patent/JPH0710949U/en
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/03Use of materials for the substrate
    • H05K1/0306Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass

Abstract

(57)【要約】 【構成】ムライト質セラミックスまたはガラスセラミッ
クスよりなり、枠状の絶縁容器2と、主としてシリコン
Siよりなり、絶縁容器2の一主面にろう付け接合又は
ガラス接合されたヒートシンク3と、シリコンSi半導
体よりなり、絶縁容器の中でヒートシンクにスクライブ
接合された集積回路チップ4とを備えていることを特徴
とする半導体装置1。 【効果】全体として軽量であり、信号伝播速度が速く、
熱放散性及び各部の接合性に優れる。従って、高速高密
度の集積回路装置として有用である。
(57) [Summary] [Structure] A frame-shaped insulating container 2 made of mullite ceramics or glass ceramics, and a heat sink 3 mainly made of silicon Si and brazed or glass-bonded to one main surface of the insulating container 2. And the integrated circuit chip 4 made of silicon Si semiconductor and scribe-bonded to a heat sink in an insulating container. [Effect] Overall light weight, fast signal propagation speed,
Excellent heat dissipation and bondability of each part. Therefore, it is useful as a high-speed and high-density integrated circuit device.

Description

【考案の詳細な説明】[Detailed description of the device]

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】[Industrial applications]

本考案は、半導体装置に関し、特に高熱放散性が要求される半導体装置に好適 に利用され得る。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention relates to a semiconductor device, and can be suitably used particularly for a semiconductor device that requires high heat dissipation.

【0002】[0002]

【従来の技術】[Prior art]

半導体装置においては、半導体チップの大型化、高集積化、高速化、パワーア ップ化に伴い発熱量が大きくなるので、高熱放散性の絶縁容器が要求される。従 って、アルミナ等よりなる絶縁セラミック層に配線を形成したセラミック多層配 線基板に半導体チップを搭載するだけでなく、その多層配線基板に高熱伝導材料 よりなるフィンを取り付けた構造が採用される。また、半導体チップが搭載され る基板部自体を高熱伝導材料にて構成し、半導体チップを包囲するような枠体を その基板部に接合した構造も採用される(特開昭63−314855号公報、実 開平1−137538号公報等)。特に熱放散性に限れば、基板自体がヒートシ ンクとして機能する後者の構造が優れている。 In a semiconductor device, since the amount of heat generated increases as the size, integration, speed, and power-up of semiconductor chips increase, a highly heat-dissipative insulating container is required. Therefore, not only is a semiconductor chip mounted on a ceramic multilayer wiring board in which wiring is formed on an insulating ceramic layer made of alumina, etc., but a structure is also adopted in which fins made of a high thermal conductive material are attached to the multilayer wiring board. . Further, a structure in which the substrate portion on which the semiconductor chip is mounted is made of a high thermal conductive material and a frame body surrounding the semiconductor chip is joined to the substrate portion is also adopted (Japanese Patent Laid-Open No. 63-314855). , Japanese Utility Model Publication No. 1-137538). In particular, the latter structure, in which the substrate itself functions as a heat sink, is superior in terms of heat dissipation.

【0003】 一方、近年、信号伝播速度を速くすることのために、高密度ICパッケージの 多層基板中の絶縁層として、アルミナ系セラミックスに代えてムライト系セラミ ックスやガラスセラミックスを用いようとする提案がなされている(特公昭57 −23672号公報,特開昭55−139709号公報)。On the other hand, in recent years, in order to increase the signal propagation speed, it has been proposed to use mullite ceramics or glass ceramics instead of alumina ceramics as an insulating layer in a multilayer substrate of a high density IC package. (JP-B-57-23672, JP-A-55-139709).

【0004】 すなわち、電気信号の伝播遅延時間は、配線導体をとりまく絶縁層の誘電率の 平方根に比例するので、比誘電率の小さいムライト又はガラスセラミックスを絶 縁層の主成分として信号の高速化を達成しようとするのである。That is, since the propagation delay time of an electric signal is proportional to the square root of the dielectric constant of the insulating layer surrounding the wiring conductor, mullite or glass ceramics having a small relative dielectric constant is used as the main component of the insulating layer to increase the signal speed. To achieve.

【0005】[0005]

【考案が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the device]

上記の従来技術において、高熱伝導材料としては、銅タングステン合金、窒化 アルミニウムセラミックス、炭化ケイ素セラミックス、タングステン、モリブデ ンが知られている。 In the above-mentioned prior art, copper-tungsten alloy, aluminum nitride ceramics, silicon carbide ceramics, tungsten, and molybdenum are known as high thermal conductive materials.

【0006】 しかし、これらの材料の中には、半導体容器の絶縁材料としてムライトセラミ ックスを用いた場合に、これとシリコン半導体とのいずれとも適合し、しかも軽 量且つ安価なものはない。従って、ムライトセラミックスを絶縁材料とする高熱 放散性のシリコン半導体装置は、未だ量産されていない。 本考案の目的は、このような課題を解決し、高速高密度、軽量及び低コストの 半導体装置を提供することにある。However, among these materials, when mullite ceramics is used as an insulating material for a semiconductor container, there is no material that is compatible with both mullite ceramics and a silicon semiconductor, and is lightweight and inexpensive. Therefore, a high heat-dissipating silicon semiconductor device using mullite ceramics as an insulating material has not yet been mass-produced. An object of the present invention is to solve such problems and to provide a high-speed, high-density, lightweight and low-cost semiconductor device.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

その手段は、半導体装置が、 ムライト質セラミックスまたはガラスセラミックスよりなり、枠状の絶縁容器 と、 主としてシリコンSiよりなり、絶縁容器の一主面にろう付け接合又はガラス 接合されたヒートシンクと、 シリコンSi半導体よりなり、絶縁容器の中でヒートシンクにスクライブ接合 された集積回路チップとを備えていることを特徴とする。 The means is that the semiconductor device is made of mullite ceramics or glass ceramics and has a frame-shaped insulating container and a heat sink that is mainly made of silicon Si and is brazed or glass-bonded to one main surface of the insulating container. It is characterized by including an integrated circuit chip made of a semiconductor and scribe-bonded to a heat sink in an insulating container.

【0008】[0008]

【作用】[Action]

集積回路チップがヒートシンクに接合されているから、集積回路チップより発 せられる熱は、直接ヒートシンクに伝わる。そして、そのヒートシンクは主とし てシリコンSiよりなる。シリコンSiの熱伝導率は、168W/m・Kである から、従来のヒートシンク材料のそれに匹敵する。従って、ヒートシンクを介し て効率良く、熱が放散される。 Since the integrated circuit chip is bonded to the heat sink, the heat generated by the integrated circuit chip is directly transferred to the heat sink. The heat sink is mainly made of silicon Si. Since the thermal conductivity of silicon Si is 168 W / m · K, it is comparable to that of conventional heat sink materials. Therefore, the heat is efficiently dissipated through the heat sink.

【0009】 また、集積回路チップもヒートシンクもともにシリコンSiよりなるうえ、シ リコンの熱膨張係数が3.5×10-6/℃であるから、これと熱膨張差の小さい ムライト(熱膨張係数=4.0×10-6/℃)やガラスセラミックス(熱膨張係 数=3.0×10-6/℃)を絶縁容器の主成分とすることにより、チップとヒー トシンクとの接合部分及び絶縁容器とヒートシンクとの接合部分の熱応力が軽減 される。 更にシリコンの比重は、2.3と小さいから、ヒートシンクが半導体装置全体 のかなりの体積を占めたとしても、装置全体は従来のものよりも軽い。Further, since both the integrated circuit chip and the heat sink are made of silicon Si, and the thermal expansion coefficient of silicon is 3.5 × 10 −6 / ° C., mullite having a small thermal expansion difference (thermal expansion coefficient). = 4.0 × 10 -6 / ° C) or glass ceramics (coefficient of thermal expansion = 3.0 × 10 -6 / ° C) as the main component of the insulating container, the junction between the chip and the heat sink and The thermal stress at the joint between the insulating container and the heat sink is reduced. Further, since the specific gravity of silicon is as small as 2.3, even if the heat sink occupies a considerable volume of the whole semiconductor device, the whole device is lighter than the conventional one.

【0010】[0010]

【実施例】【Example】

−実施例1− 図1に、本考案の半導体装置をピングリッドアレイ(PGA)等の高密度IC 装置に適用したところの構造例を示す。ピングリッドアレイタイプの高密度IC 装置1は、絶縁容器2、ヒートシンク3、集積回路チップ4、I/O(入出力) ピン5及び封止用蓋体6で構成されている。 -Embodiment 1- Fig. 1 shows a structural example in which the semiconductor device of the present invention is applied to a high-density IC device such as a pin grid array (PGA). A pin grid array type high-density IC device 1 is composed of an insulating container 2, a heat sink 3, an integrated circuit chip 4, I / O (input / output) pins 5, and a sealing lid 6.

【0011】 絶縁容器2は、ムライト含有量75重量%、密度2.95g/cm3、誘電率 6.3、熱膨張係数4.0×10-6/℃のムライト質セラミックスよりなり、内 部に配線が形成された枠状の多層配線基板である。そして、その一主面には、ヒ ートシンク3との接合部分に厚さ15μmのタングステンのメタライズと厚さ2 μmのニッケル鍍金がなされている。また、反対側の主面にも封止用蓋体6との 接合部分に同様のメタライズとニッケル鍍金が施されている。The insulating container 2 is made of mullite ceramics having a mullite content of 75% by weight, a density of 2.95 g / cm 3 , a dielectric constant of 6.3 and a thermal expansion coefficient of 4.0 × 10 −6 / ° C. It is a frame-shaped multi-layered wiring board in which wiring is formed. Then, on one main surface thereof, a metallization of tungsten having a thickness of 15 μm and a nickel plating having a thickness of 2 μm are applied to a joint portion with the heat sink 3. The same metallization and nickel plating are also applied to the main surface on the opposite side at the joint with the sealing lid 6.

【0012】 ヒートシンク3は、熱膨張係数が3.5×10-6/℃、熱伝導率168W/m ・k、密度2.34g/cm3の信越化学製シリコンSiよりなり、絶縁容器2 の前記主面にAgろう付けされている。The heat sink 3 is made of Shin-Etsu Chemical Silicon Si having a thermal expansion coefficient of 3.5 × 10 −6 / ° C., a thermal conductivity of 168 W / m · k, and a density of 2.34 g / cm 3 , Ag brazing is performed on the main surface.

【0013】 集積回路チップ4は、Si純度100−10-9重量%のシリコンSi半導体よ りなり、絶縁容器2の中でヒートシンク3にスクライブ接合されている。I/O ピン5は、絶縁容器2のパッド部(図示省略)に接合され、絶縁容器2の内部配 線と外部の周辺回路とを電気的に接続している。封止用蓋体6は、コバール等の 金属よりなり、絶縁容器2に接合され、集積回路チップ4を気密に閉塞している 。尚、図示しないが、集積回路チップ4と絶縁容器2の内部配線とは、周知のA l線又はAu線にてボンディングされ、電気的に接続している。The integrated circuit chip 4 is made of a silicon Si semiconductor having a Si purity of 100-10 −9 wt%, and is scribe-bonded to the heat sink 3 in the insulating container 2. The I / O pin 5 is joined to a pad portion (not shown) of the insulating container 2 to electrically connect the internal wiring of the insulating container 2 and an external peripheral circuit. The sealing lid 6 is made of metal such as Kovar and is joined to the insulating container 2 to hermetically close the integrated circuit chip 4. Although not shown, the integrated circuit chip 4 and the internal wiring of the insulating container 2 are electrically connected to each other by bonding with a known Al line or Au line.

【0014】 本例半導体装置の効果を確認するために、この装置を温度−65℃で5分間保 持した後、温度150℃で5分間保持する熱サイクルを50サイクル繰り返した ところ、絶縁容器2とヒートシンク3との接合部分及びヒートシンク3と集積回 路チップ4との接合部分のいずれも異常なかった。また、集積回路チップ4の回 路にも損傷がなかった。In order to confirm the effect of the semiconductor device of this example, the device was kept at a temperature of −65 ° C. for 5 minutes, and then a thermal cycle of holding at a temperature of 150 ° C. for 5 minutes was repeated 50 times. There was no abnormality in the joint between the heat sink 3 and the heat sink 3 or the joint between the heat sink 3 and the integrated circuit chip 4. In addition, the circuit of the integrated circuit chip 4 was not damaged.

【0015】 −実施例2− 本例の半導体装置は、絶縁容器2の材質をムライトセラミックスに代えて、S iO256重量%、Al2323.5重量%、MgO15重量%、B231.0 重量%、ZnO3.5重量%、P251.0重量%よりなる密度2.5g/cm 3 、誘電率5.5、熱膨張係数3.0×10-6/℃のコージェライト系結晶化ガ ラスとした以外は、実施例1と同形同質の半導体装置である。Example 2 In the semiconductor device of this example, the material of the insulating container 2 is replaced with mullite ceramics, and SiO 2 is added.256% by weight, Al2O323.5% by weight, MgO 15% by weight, B2O31.0 wt%, ZnO 3.5 wt%, P2OFiveDensity 2.5g / cm consisting of 1.0% by weight 3 , Dielectric constant 5.5, thermal expansion coefficient 3.0 × 10-6A semiconductor device of the same shape and quality as in Example 1 except that the cordierite-based crystallization glass having a temperature of / ° C. was used.

【0016】 実施例1と同様の熱サイクルを繰り返したところ、絶縁容器2とヒートシンク 3との接合部分及びヒートシンク3と集積回路チップ4との接合部分のいずれも 異常なかった。また、集積回路チップ4の回路にも損傷がなかった。When the same heat cycle as in Example 1 was repeated, there was no abnormality in the joint between the insulating container 2 and the heat sink 3 and the joint between the heat sink 3 and the integrated circuit chip 4. Moreover, the circuit of the integrated circuit chip 4 was not damaged.

【0017】[0017]

【考案の効果】[Effect of device]

本考案半導体装置は、上記の構成を備えるので、全体として軽量であり、信号 伝播速度が速く、熱放散性及び各部の接合性に優れる。従って、高速高密度の集 積回路装置として有用である。 Since the semiconductor device of the present invention has the above-mentioned structure, it is lightweight as a whole, has a high signal propagation speed, and is excellent in heat dissipation and bondability of each part. Therefore, it is useful as a high-speed and high-density integrated circuit device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例の半導体装置の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device of an example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体装置 2 絶縁容器
3 ヒートシンク 4 集積回路チップ 5 I/O(入出力)ピン
6 封止用蓋体
1 Semiconductor device 2 Insulation container
3 heat sink 4 integrated circuit chip 5 I / O (input / output) pin 6 lid for sealing

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】 ムライト質セラミックスまたはガラスセ
ラミックスよりなり、枠状の絶縁容器と、 主としてシリコンSiよりなり、絶縁容器の一主面にろ
う付け接合又はガラス接合されたヒートシンクと、 シリコンSi半導体よりなり、絶縁容器の中でヒートシ
ンクにスクライブ接合された集積回路チップとを備えて
いることを特徴とする半導体装置。
1. A frame-shaped insulating container made of mullite ceramics or glass ceramics, a heat sink mainly made of silicon Si, which is brazed or glass-bonded to one main surface of the insulating container, and a silicon Si semiconductor. , A semiconductor device comprising an integrated circuit chip scribe-bonded to a heat sink in an insulating container.
JP044194U 1993-07-19 1993-07-19 Semiconductor device Pending JPH0710949U (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023041258A (en) * 2021-09-13 2023-03-24 東京応化工業株式会社 Heat radiator and heat sink

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JP2023041258A (en) * 2021-09-13 2023-03-24 東京応化工業株式会社 Heat radiator and heat sink

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