JPH0786468A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、半導体チップにおいて発生する熱
を十分放熱せしめる一方において、電気接続部材と回路
基板の間において安定した接続状態を保つことができる
半導体装置を提供することを目的とする。 【構成】 半導体チップ３をほぼ中央部５ａに封止する
パッケージ５を設け、このパッケージ５の周辺部５ｂに
上記半導体チップ３に電気的に接続した電気接続部材
７，９を設け、かつ電気接続部材７，９を回路基板１１
に電気的に接続可能に構成してなる半導体装置１におい
て、上記パッケージ５の中央部５a を熱伝導率の高い材
料で構成し、かつパッケージ５の周辺部５b を上記回路
基板１１の線膨張係数とほぼ同一の線膨張係数を有する
材料で構成してなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に係わり、
特に、この半導体装置のパッケージに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】周知の通り、半導体装置が実装されてい
る機器の高度化、多機能化などとともない半導体チップ
の高集積化、大規模化が進み、この半導体チップを搭載
する半導体装置は、回路基板に接続する電気的接続部の
数が非常に多数のものになると共に、パッケージが大型
のものとなる状況にある。そして、例えばＰＧＡ（Ｐｉ
ｎ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ Ｐａｃｋａｇｅ）型半導体
装置等では、パッケージ形状の大型化、電気的接続部で
あるリードピンの多ピン化、発熱量の増大に起因して、
実装後に信頼性低下の問題が生じる場合がでてきてい
る。

【０００３】以下、従来の半導体装置について図４を参
照して説明する。

【０００４】ここで、図４は、従来の半導体装置の一例
としていわゆるＰＧＡ型半導体装置の断面図を示したも
のである。

【０００５】上記ＰＧＡ型半導体装置１０１は、半導体
チップ１０３と、この半導体チップ１０３を、ほぼ中央
部に封止する四角形のパッケージ１０５等を備えてい
る。上記パッケージ１０５の周辺部には半導体チップ１
０３に電気的に接続されたリードピン１０７が設けてあ
り、各リードピン１０７はろう材１０９を介して回路基
板１１１に電気的かつ機械的に接続可能に構成してあ
る。なお、回路基板１１１は一般的にエポキシ系の樹脂
材料により構成してある。

【０００６】上記半導体チップ１０３において発生した
熱を放熱せしめるため、上記パッケージ１０５には放熱
フィン１１３が設けてある。ここで、半導体チップ１０
３の発熱量が高いことを考慮して、上記パッケージ１０
５は一般的に熱伝導率の高いセラミック系の材料により
構成されている。

【０００７】上記構成により、複数のリードピン１０７
をろう材１０９を介して回路基板１１１に接続せしめる
ことにより、半導体装置１０１を回路基板１１１に実装
することができる。そして、半導体装置１０１を適宜に
動作させると、半導体チップ１０３において発生した熱
がパッケージ１０５を通過して放熱フィン１１３により
外部へ放熱される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のごとく
放熱効果を高めるためパッケージ１０５はセラミック系
の材料で構成されているが、このセラミック系の材料の
線膨張係数（約４〜６×１０^-6℃）は、回路基板１１１
を構成するエポキシ系の樹脂材料の線膨張係数（約１３
〜１８×１０^-6℃）と著しく異なるため、周囲温度の変
動により、パッケージ１０５と回路基板１１１の間には
相対変形が生じ、ろう材１０９に熱応力が生じる。その
ため、この熱応力がろう材１０９に繰り返し生じると、
ろう材１０９が熱疲労により破損し、ろう材１０９と回
路基板１１１の接続状態が遮断されるという問題があっ
た。

【０００９】そこで、本発明は、半導体チップにおいて
発生する熱を十分放熱せしめることができる一方、電気
接続部材（リードピン，ろう材）と回路基板の接続状態
を安定に保つことのできる半導体装置を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明においては、第１の手段として、半導体チッ
プと、この半導体チップと電気的に接続される電気接続
部材と、前記半導体チップ及び前記電気接続部材が接続
されるパッケージとを有し、前記電気接続部材を介して
回路基板に電気的に接続して用いられる半導体装置にお
いて、前記パッケージは、前記半導体チップが接続され
る熱伝導率の高い材料で形成された第１のパッケージ部
と、前記電気接続部材が接続される前記回路基板の線膨
張係数とほぼ同一の線膨張係数を有する材料で形成され
た第２のパッケージ部とから構成されていることを特徴
とする。なお、パッケージの中央部のすべての部分につ
いて熱伝導率の高い材料で構成することは必ずしも必要
ではない。

【００１１】第２の手段として、第１の手段の構成要件
の他に、前記第１のパッケージ部に放熱フィンが接続さ
れていることを特徴とする。

【００１２】第３の手段として、第１の手段の構成要件
の他に、前記第２のパッケージ部は、弾性率の小さい材
料で形成されていることを特徴とする。

【００１３】

【作用】前記の構成により、電気接続部材を回路基板に
接続せしめることにより、半導体装置を回路基板に実装
することができる。そして、半導体装置を適宜に動作さ
せると、半導体チップにおいて熱が発生するが、パッケ
ージの中央部を熱伝導率の高い材料で構成してあるた
め、この熱の大部分は半導体チップが封止されているパ
ッケージ部分を通過して外部へ放熱される。特に、第２
の手段によれば、放熱フィンにより放熱効果を一層高め
ることができる。

【００１４】半導体装置の実装後に周囲温度が変動した
場合において、電気接続部材が接続されているパッケー
ジ部分が回路基板をほぼ同一の線膨張係数を有する材料
で構成されているため、周囲温度の変動に伴うパッケー
ジと回路基板との相対変形を極力小さくせしめることが
できる。特に、第３手段によれば、電気接続部材が接続
されているパッケージ部分が弾性変形可能であるため、
上記相対変形を吸収して、一層小さくすることができ
る。

【００１５】

【実施例】まず、第１実施例について図１を参照して説
明する。ここで、図１は第１実施例に係るいわゆるＰＧ
Ａ型半導体装置の断面図である。

【００１６】上記ＰＧＡ型半導体装置１は、半導体チッ
プ３と、中央部５ａにこの半導体チップ３とほぼ封止す
る四角形のパッケージ５等を備えている。上記パッケー
ジ５の中央部５ａと取り囲む周辺部５ｂの下側（図１に
おいて下側）には半導体チップ３に電気的に接続した複
数のリードピン７が設けてあり、各リードピン７はろう
材９を介して回路基板１１に電気的かつ機械的に接続可
能に構成してある。なお、回路基板１１は一般的にエポ
キシ系の樹脂材料により構成してある。

【００１７】上記半導体チップ３により発生した熱を放
熱せしめるため、上記パッケージ５における中央部５ａ
の上側（図１において上側）には放熱フィン１３が設け
てある。

【００１８】ここで、本実施例においては、放熱効果を
一層高めるため、パッケージ５における中央部５ａは熱
伝導率の高いセラミック系の材料により構成してある。
パッケージ５における周辺部５ｂは回路基板１１を構成
する材料（エポキシ系の樹脂材料）の線膨張係数（１３
〜１８×１０^-6／℃）とほぼ同一の線膨張係数（約２０
×１０^-6／℃）を有するプラスチック系の樹脂材料によ
り構成してある。なお、上記中央部５ａと周辺部５ｂは
例えばろう材（図示省略）により適宜に一体的に接合さ
れている。

【００１９】前述の構成に基づいて本実施例の作用につ
いて説明する。

【００２０】複数のリードピン７をろう材９を介して回
路基板１１に接続せしめることにより、半導体装置１を
回路基板１１に実装することができる。そして、半導体
装置１を適宜に動作させると、半導体チップ３において
熱が発生するが、パッケージ５の中央部５a は熱伝導率
の高いセラミック系の材料により構成されているため、
発生した熱の大部分はパッケージ５の中央部５ａを通過
して放熱フィン１３により外部へ放熱される。

【００２１】半導体装置１を回路基板１１に実装後に周
囲温度が変動において、パッケージ５の周辺部５ｂが回
路基板１１とほぼ同一の線膨張係数を有しかつ弾性変形
可能なプラスチック系の樹脂材料により構成されている
ため、周囲温度の変動に伴うパッケージ５の周辺部５b
と回路基板１１との相対変形を吸収しつつ極力小さくせ
しめることができる。ここで、周囲温度の変動とは、半
導体チップ３の発熱による周囲温度の変動の他に、種々
の要因による周囲温度の変動も含む。

【００２２】以上のごとき本実施例によれば、半導体チ
ップ３により発生する熱を十分放熱せしめる一方におい
て、周囲温度の変動によるパッケージ５の周辺部５b と
回路基板１１との相対変形を吸収しつつ極力小さくせし
めることができるため、複数のリードピン７、ろう材９
に生じる熱応力を軽減せしめて、複数のリードピン７、
ろう材９と回路基板１１の間において安定した接続状態
を保つことができる。

【００２３】次に、第２実施例について図２を参照して
簡単に説明する。ここで、図２は第２実施例に係るＬＧ
Ａ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ Ｐａｃｋａｇ
ｅ）型半導体装置の断面図である。

【００２４】第２実施例に係るＬＧＡ型半導体装置１５
は、第１実施例に係るＰＧＡ型半導体装置１とほぼ同様
の構成であるが、ＰＧＡ型半導体装置１と異なり、リー
ドピン７を省略して、ろう材９のみによってパッケージ
５の周辺部５b を回路基板１１に接続せしめている。な
お、第２実施例においても、第１実施例と同様の作用、
効果を奏するものである。

【００２５】更に、第３実施例について図３を参照して
簡単に説明する。ここで、図３は第３実施例に係るＰＧ
Ａ型半導体装置の断面図である。

【００２６】第３実施例に係るＰＧＡ型半導体装置１７
は、第１実施例に係るＰＧＡ型半導体装置１とほぼ同様
の構成であるが、ＰＧＡ型半導体装置１と異なり、パッ
ケージ５の中央上部５a のみセラミック系の材料で構成
して、パッケージ５の中央部下部５c 及び周辺部をプラ
スチック系の樹脂材料により構成している。なお、パッ
ケージ５の中央部５c はプラスチック系の樹脂材料、セ
ラミック系の材料以外の別の材料により構成しても差し
支えなく、第３実施例においても、第１実施例と同様の
作用、効果を奏するものである。

【００２７】なお、本発明は、前述のごとき実施例の説
明に限るものではなく、適宜の変更を行うことによりそ
の他種々の態様で実施可能である。

【００２８】

【発明の効果】以上のごとき本発明によれば、半導体チ
ップにおいて発生する熱を十分放熱せしめる一方におい
て、周囲温度の変動による電気接続部材が接続されるパ
ッケージ部分と回路基板との相対変形を小さくせしめる
ことができるため、電気接続部材に生じる熱応力を軽減
せしめて、電気接続部材と回路基板の間において安定し
た接続状態を保つことができる。特に、本発明における
第２の手段によれば、放熱効果をより一層高くせしめる
ことができ、また本発明における第３の手段によれば、
上記相対変形を極力小さくせしめて、電気接続部材と回
路基板の間においてより一層安定した接続状態を保つこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係るＰＧＡ型半導体装置の断面図
である。

【図２】第２実施例に係るＬＧＡ型半導体装置の断面図
である。

【図３】第３実施例に係るＰＧＡ型半導体装置の断面図
である。

【図４】従来のＰＧＡ型半導体装置の断面図である。

【符号の説明】

１ ＰＧＡ型半導体装置 ３ 半導体チップ ５ パッケージ ７ リードピン ９ ろう材 １１ 回路基板 １３ 放熱フィン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体チップと、この半導体チップと電
   気的に接続される電気接続部材と、前記半導体チップ及
   び前記電気接続部材が接続されるパッケージとを有し、
   前記電気接続部材を介して回路基板に電気的に接続して
   用いられる半導体装置において、 前記パッケージは、前記半導体チップが接続される熱伝
   導率の高い材料で形成された第１のパッケージ部と、前
   記電気接続部材が接続される前記回路基板の線膨張係数
   とほぼ同一の線膨張係数を有する材料で形成された第２
   のパッケージ部とから構成されていることを特徴とする
   半導体装置。
2. 【請求項２】 前記第１のパッケージ部に放熱フィンが
   接続されていることを特徴とする請求項１記載の半導体
   装置。
3. 【請求項３】 前記第２のパッケージ部は、弾性率の小
   さい材料で形成されていることを特徴とする請求項１記
   載の半導体装置。