JPH09153576A

JPH09153576A - ヒートシンクを備える半導体装置

Info

Publication number: JPH09153576A
Application number: JP7312388A
Authority: JP
Inventors: Koji Tabuchi; 浩司田淵
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-11-30
Filing date: 1995-11-30
Publication date: 1997-06-10

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体装置のパッケージにヒートシンクを接
着剤で接着すると、接着剤の量が多いと周辺部に溢れ出
て品質が低下され、不足すると接着剤不良が発生し、放
熱性が劣化され、かつ熱応力が発生する原因となる。【解決手段】半導体装置のパッケージ５と、これに接
着されるヒートシンク６の少なくとも一方の接着面に円
形の溝９を形成する。パッケージ５上に接着剤１０を滴
下し、ヒートシンク６を押圧して接着を行う際に、接着
剤１０が円形に広がり溝９内に流入されるため、接着剤
の量が多くても周辺部に溢れ出ることはなく、かつ接着
剤不足による接着剤不良や接着剤の膜厚の不均一による
応力の発生が防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はパッケージに放熱用
のヒートシンクを備える半導体装置に関し、特にヒート
シンクをパッケージに接着する構成の半導体装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の高速化、高集積化に伴う消
費電力の増加により、半導体装置のパッケージ内に内装
する半導体素子からの発熱量も増加する傾向にあり、こ
の熱を効果的に放熱することが要求される。この放熱手
法の一つとして、半導体装置のパッケージにヒートシン
クを設ける構成があり、半導体装置とは別体に形成され
たヒートシンクをパッケージにネジや接着剤により一体
化した半導体装置が提案されている。例えば、図７のよ
うに、リードフレーム１のアイランド１ａに半導体素子
２を搭載し、金属ワイヤ３で電気接続を行った上で全体
を樹脂４で封止してパッケージ５を構成している半導体
装置では、パッケージ５の上面に金属材で形成したヒー
トシンク６を接着剤１０により接着している。このよう
に構成すれば、半導体素子２で発生した熱は、樹脂４及
び接着剤１０を介してヒートシンク６に伝達され、ヒー
トシンク６の表面積が大きいことから、ここから効果的
に放熱されることになる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のヒー
トシンクを有する半導体装置では、パッケージ５からの
熱を効果的にヒートシンク６に伝達させるためには、両
者間に介在される接着剤１０はパッケージ５とヒートシ
ンク６との間に均一な膜として形成される必要がある。
このような、接着剤１０によるヒートシンク６の接着
は、例えは、パッケージ５の上面に接着剤１０をディス
ペンサ等により滴下し、しかる上でヒートシンク６をパ
ッケージ５の上面に押圧し、接着剤１０をこの押圧力で
押し広げて接着を行う方法がとられている。しかしなが
ら、この方法では、接着剤１０の量が少ないと、接着剤
１０がパッケージ５とヒートシンク６との接着面に好適
に広がらず、両者の接着面の面積が低減され、熱の伝導
効率が低下される。また、接着剤１０の量が多いと、接
着剤１０が両者の間から周辺部に溢れ出し、半導体装置
の品質を低下させる原因となる。

【０００４】このため、例えば、特開平５−４７９７１
号公報では、図８のように、ヒートシンク６の接着面
に、その周辺に沿った溝６Ａを形成し、余分な接着剤１
０を溝６Ａで溜め、周辺部に流れ出ないようにしたもの
が提案されている。しかしながら、この構成では、同図
に示すように、パッケージ上に滴下された接着剤１０は
略円形に広がって行くため、ヒートシンクの各辺に沿う
領域では接着剤１０が溝６Ａに達し、接着剤１０が順次
溝６Ａ内に送りこまれて溝６Ａ内に溜まるため、各角部
の領域ではその分だけ接着剤が不足することになり接着
剤１０が溝６Ａにまで達することがない状態が生じる。
このため、各角部では、溝６Ａ内に流入された接着剤と
達しない接着剤との間に空隙が生じ、この領域において
パッケージとヒートシンクとが接着されなくなり、この
領域での熱伝導効率が低下され、放熱性が劣化されるこ
とになる。

【０００５】したがって、この従来の構成では、必要以
上の接着剤を滴下させることになり、結果として接着剤
の膜厚が増大され、パッケージからヒートシンクへの熱
伝導の効率が全面において劣化されてしまうことにもな
る。また、周辺部に生じる前記した空隙によって接着剤
が不均一なものとなり、半導体装置を基板に実装する際
のリフロー等の熱処理工程時に、接着界面に熱応力が発
生し、クラックが発生することもある。

【０００６】本発明の目的は、接着剤によるパッケージ
とヒートシンクとを全面において均一に接着でき、かつ
接着剤の膜厚を必要以上に増大することがなく、パッケ
ージからヒートシンクへの熱伝導効率を高めて放熱性に
優れた半導体装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体素子を
封止したパッケージと、このパッケージに接着剤を用い
てヒートシンクを一体化した半導体装置において、パッ
ケージとヒートシンクの少なくとも一方の接着面に円形
の溝を形成したことを特徴とする。この円形の溝は同心
状をした複数の溝で構成され、さらには同心状をした複
数の溝は、半径方向の放射溝により互いに連結されるこ
とが好ましい。また、溝で囲まれる面積は、ヒートシン
クとパッケージとの接着面の８０％以上であることが好
ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明の半導体装置の部分分
解斜視図、図２はヒートシンクを下方からみた斜視図と
その底面図、図３は組立状態の断面図である。半導体装
置は、リードフレーム１のアイランド部１ａに半導体素
子２を搭載し、半導体素子２の電極とリードフレーム１
のインナーリード１ｂとを金属ワイヤ３で電気接続す
る。そして、これらアイランド１ａ、半導体素子２、イ
ンナーリード１ｂ、金属ワイヤ３を樹脂４で封止して偏
平でかつ平面形状か矩形をしたパッケージ５を構成して
いる。一方、ヒートシンク６はアルミニウム等の熱伝導
性の高い材料で形成され、前記パッケージ５の上面形状
に略等しい矩形の平板部７と、この平板部７の上面に立
設した複数本の放熱スタッド８とで構成される。そし
て、前記平板部７の裏面には、円形の溝９が形成されて
いる。この溝９は、ヒートシンク６を形成する際の切削
加工、或いはプレス加工により同時に形成される。

【０００９】このような構成の半導体装置のパッケージ
５の上面に前記ヒートシンク６を固定する方法として
は、従来と同様に接着剤を利用する。この接着に際して
は、パッケージの上面のほぼ中央位置に必要量の接着剤
１０を滴下した上で、ヒートシンク６の平板部７の裏面
をパッケージ５の上面に対して押圧する。この押圧によ
り接着剤１０がパッケージ５の上面で周辺部に向けて広
げられ、その先端は溝９内に流入される。このとき、接
着剤１０は滴下位置を中心にして円形に広げられるた
め、溝９で囲まれた円形の領域の略全域にわたって接着
剤１０が広げられることになり、かつこの溝９内の領域
においては均一に接着剤１０の膜が形成されることにな
る。

【００１０】したがって、接着剤１０の量を幾分多めに
しておけば、少なくとも溝９の領域内ではヒートシンク
６とパッケージ５とは均一な厚さの接着剤１０によって
密接され、かつ余剰の接着剤１０は溝９内に流入される
ことになるため、接着剤１０の一部がパッケージ５とヒ
ートシンク６との間から周囲に溢れ出ることもない。こ
れにより、パッケージ５からの熱を効率よくヒートシン
ク６に伝達し、放熱を行うことが可能となる。このと
き、パッケージ５の角部の溝９の外側の領域において接
着剤１０が存在しない領域が生じるものの、この領域は
接着剤１０によって周囲が囲まれた空隙とされることは
なく、熱処理による応力が発生することはなく、クラッ
ク等が発生することもない。

【００１１】なお、溝９の径寸法は、特に限定されるこ
とはないが、パッケージ５とヒートシンク６間に必要と
される放熱性と接着強度を得るためにヒートシンク６の
平板部７の面積の約８０％程度の面積を確保する大きさ
とすればよい。また、深さは１ｍｍ、幅は２ｍｍ程度と
される。

【００１２】図４は前記したヒートシンクの変形例であ
る第２の実施形態を示す図である。この実施形態では、
溝を複数本、ここでは内溝９Ａと外溝９Ｂの２本の同心
円形の溝で形成している。このように構成すれば、パッ
ケージ５上に滴下された接着剤１０は、ヒートシンク６
の押圧によって周囲に広げられるが、最初に内溝９Ａに
流入され、この内溝９Ａから溢れた接着剤１０が更に外
側に向けて広げられて外溝９Ｂに流入され、最終的にこ
の外溝９Ｂよりも外側へ広がることが防止される。した
がって、第１段階では内溝９Ａの内部領域での接着剤１
０の膜厚の均一化を図り、第２段階では内溝９Ａと外溝
９Ｂとの間の領域での接着剤１０の膜厚の均一化を図る
ことができ、接着面全体としての接着剤１０の膜厚の均
一化を促進することができる。また、溝の数が増えたこ
とにより、溝内に流入可能な接着剤の量が増大できるた
め、接着剤を増やして接着強度を高めた場合でも、接着
剤が周辺部に溢れ出ることを確実に防止することができ
る。

【００１３】図５は更に他の変形例として第３の実施形
態を示す図であり、ここでは、内溝９Ａと外溝９Ｂとを
半径方向の放射溝９Ｃによって互いに連通させた構成と
している。この構成では、内溝９Ａに流入された接着剤
１０の一部は放射溝９Ｃを通して外溝９Ｂにまで流動さ
れるため、内溝９Ａと外溝９Ｂとの間での接着剤１０の
流量バランスか自動的に調整されるため、内溝９Ａより
も内部の領域と、内溝９Ａと外溝９Ｂとの間の領域での
接着剤１０の膜厚をさらに均一化することができる。

【００１４】なお、この図４及び図５の実施形態におい
ては、溝の本数はパッケージ及びヒートシンクの寸法に
応じて適宜増やすことも可能である。また、内溝と外溝
の幅寸法や深さを適宜調整することで、接着剤の膜厚や
その広がり具合を調整することも可能である。さらに、
パッケージ及びヒートシンクの平面形状が長方形をして
いるような場合に、接着剤を２箇所に滴下するような場
合には、それぞれの滴下位置を中心とした円形の溝をそ
れぞれに形成するようにしてもよい。また、場合によっ
ては、真円形ではなく、多少楕円形をした形状としても
よい。

【００１５】また、図６に本発明の第４の実施形態の一
部の断面図を示すように、パッケージ５の上面にも、ヒ
ートシンク６の溝９に対応して円形の溝１１を形成して
もよい。このようにすれば、溝９，１１内に流入される
接着剤の量を更に増大することができ、接着剤１０の量
が大幅に変動された場合でも好適な接着状態を確保する
ことができる。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、半導体装
置のパッケージとヒートシンクの接着面の少なくとも一
方に円形溝を形成しているので、接着剤がパッケージの
周辺部に溢れ出ることがなく、半導体装置の品質や信頼
性を高めることができるとともに、接着剤の膜厚を均一
にでき、接着強度を高めるとともに熱伝導が均一化で
き、安定した放熱効果が得られるとともに、熱処理によ
っても部分的に応力が生じることがなく、クラック等の
発生を未然に防止することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の部分分解斜視図であ
る。

【図２】ヒートシンクを下方からみた斜視図とその底面
図である。

【図３】ヒートシンクを接着した状態の断面図である。

【図４】本発明の第２の実施形態のヒートシンクの底面
図である。

【図５】本発明の第３の実施形態のヒートシンクの底面
図である。

【図６】本発明の第４の実施形態の一部の断面図であ
る。

【図７】従来の半導体装置の一例の断面図である。

【図８】従来の半導体装置における問題点を説明するた
めのヒートシンクの底面図である。

【符号の説明】

１リードフレーム２半導体素子４樹脂５パッケージ６ヒートシンク７平板部８放熱スタッド９，９Ａ，９Ｂ円形溝９Ｃ放射溝１０接着剤１１溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体素子を封止したパッケージと、こ
のパッケージに接着剤を用いてヒートシンクを一体化し
た半導体装置において、前記パッケージとヒートシンク
の少なくとも一方の接着面に円形の溝を形成したことを
特徴とするヒートシンクを備える半導体装置。
【請求項２】円形の溝は同心状をした複数の溝で構成
される請求項１のヒートシンクを備える半導体装置。
【請求項３】同心状をした複数の溝は、半径方向の放
射溝により互いに連結される請求項２のヒートシンクを
備える半導体装置。
【請求項４】溝で囲まれる面積は、ヒートシンクとパ
ッケージとの接着面の８０％以上である請求項１ないし
３のいずれかのヒートシンクを備える半導体装置。
【請求項５】ヒートシンクとパッケージに設けられた
溝は互いに対向位置される請求項１ないし４のいずれか
のヒートシンクを備える半導体装置。