JPH09199629A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH09199629A
JPH09199629A JP8006740A JP674096A JPH09199629A JP H09199629 A JPH09199629 A JP H09199629A JP 8006740 A JP8006740 A JP 8006740A JP 674096 A JP674096 A JP 674096A JP H09199629 A JPH09199629 A JP H09199629A
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Yoichiro Motoyama
洋一郎 本山
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、セラミックBGAパッケージにおい
て、パッケージ厚を薄くできるようにするとともに、半
導体素子からの熱を効果的に放熱できるようにすること
を最も主要な特徴とする。 【解決手段】たとえば、パッケージ基材11に貫通孔を
形成してキャビティ部11Aを形成する。そして、この
キャビティ部11A内に落とし込むようにして半導体素
子12を搭載するとともに、その半導体素子12をダイ
アタッチ材15を用いてヒートシンク14に貼り付け
る。これにより、現行のセラミックBGAパッケージよ
りも薄型で、しかも、熱放散性が高くて高消費電力素子
の搭載に好適なBGAパッケージを実現する構成となっ
ている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、たとえば表面実
装型の半導体装置に関するもので、特に、薄型,高消費
電力素子の搭載が要求されるセラミックBGA(Ball G
rid Array )パッケージに用いられるものである。
【0002】
【従来の技術】近年、表面実装型の半導体装置として、
チップ・キャリアの実装ボード上への実装を、ハンダ・
ボールを用いて行うセラミックBGAパッケージが開発
されている。
【0003】図5は、従来のセラミックBGAパッケー
ジの概略構成を示すものである。従来において、セラミ
ックBGAパッケージは、パッケージ基材1上に半導体
素子2がダイアタッチ材3により固着されている。
【0004】そして、パッケージ基材1のパッド1aと
半導体素子2のパッド2aとがボンディングワイヤ4を
用いて電気的に接続され、その接続部を含んで、上記パ
ッケージ基材1の表面が金属製のキャップ5を用いて封
止されてなる構成とされている。
【0005】また、パッケージ基材1の裏面には、前記
パッド1aと電気的に接続されている半田ボール6がエ
リア状に配設されており、この半田ボール6を実装ボー
ド7上のフットプリント(図示していない)と接続する
ことで、表面実装が実現されていた。
【0006】しかしながら、上記した従来のセラミック
BGAパッケージの場合、パッケージ基材1上に半導体
素子2を搭載し、かつ、パッケージ基材1のパッド1a
と半導体素子2のパッド2aとの接続にボンディングワ
イヤ4を用いていたため、パッケージ厚を薄くできない
という問題があった。
【0007】また、放熱性に関しても、半導体素子2か
らの熱の多くはパッケージ基材1を経て放熱されるよう
になっているため、パッケージ基材1そのものにAlN
などの熱伝導性の良い材料を用いなければ高消費電力型
の素子を搭載できないという問題があった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
においては、パッケージ厚を薄くするのが困難であると
ともに、熱放散性が悪く、高消費電力素子の搭載には不
向きであるという問題があった。そこで、この発明は、
パッケージ厚を薄くでき、しかも、熱放散性が高くて高
消費電力素子の搭載に好適な半導体装置を提供すること
を目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明の半導体装置にあっては、電極パッドを
有してなる半導体素子と、この半導体素子が埋設される
凹部の少なくとも一部が貫通されてなり、かつ、その貫
通孔の周囲に前記半導体素子の電極パッドと電気的に接
続される配線パッドが配設されてなるパッケージ基材
と、このパッケージ基材の裏面に設けられ、前記配線パ
ッドと接続された、該パッケージ基材を実装ボード上に
表面実装するための球状電極と、前記パッケージ基材上
の貫通孔を介して、前記半導体素子が接触される金属板
とから構成されている。
【0010】この発明の半導体装置によれば、少なくと
も半導体素子の厚さの分だけは薄くできるとともに、半
導体素子からの熱を効果的に放熱できるようになる。こ
れにより、薄型および高消費電力素子の搭載の要求に対
しても十分に対応することが可能となるものである。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施の
第1の形態にかかる、セラミックBGAパッケージの概
略構成を示すものである。なお、同図(a)はセラミッ
クBGAパッケージの内部を透視して示す平面図、同図
(b)は図(a)のIb−Ib線に沿う断面図である。
【0012】すなわち、このセラミックBGAパッケー
ジは、パッケージ基材11上のキャビティ部(凹部)1
1A内に半導体素子12が落とし込まれ、その半導体素
子12の電極パッド12aと上記パッケージ基材11の
配線パッド11aとがTAB(Tape Automated bondin
g)テープ13を用いて電気的に接続されている。
【0013】この場合、キャビティ部11Aは、上記パ
ッケージ基材11を貫通して設けられ、そのキャビティ
部11Aの底を形成するようにして配設されたヒートシ
ンク(金属板)14の表面に、上記半導体素子12がダ
イアタッチ材15により固着されている。
【0014】また、上記パッケージ基材11の表面上に
金属製のキャップ16が高融点半田などにより固着され
ることによって、上記接続部を含んで、上記半導体素子
12の周囲が封止されている。
【0015】さらに、パッケージ基材11の裏面には、
上記ヒートシンク14を囲むようにして、半田ボール
(球状電極)17がエリア状に配設されてなる構成とさ
れている。
【0016】そして、この半田ボール17を実装ボード
18上のフットプリント(図示していない)と半田など
を用いて電気的に接続することで、表面実装が行われる
ようになっている。
【0017】上記パッケージ基材11は、たとえば、多
層配線(図示していない)構造を有してなり、内部の多
層配線を介して表面の配線パッド11aと裏面の半田ボ
ール17とがそれぞれ電気的に接続されている。
【0018】また、上記パッケージ基材11は、たとえ
ば、上記半導体素子12の厚さと上記ダイアタッチ材1
5の厚さとを加えた厚さとほぼ同一の厚さを有して形成
されている。
【0019】上記半導体素子12は、その表面の各辺に
沿って電極パッド12aが配設されてなる構成とされて
いる。上記TABテープ13は、絶縁性フィルム13a
上にラミネートされた銅箔などの導電性薄膜をパターニ
ングしてリード配線13bを形成してなる、周知のもの
である。
【0020】上記ヒートシンク14は、熱伝導性の良い
材料、たとえば、銅とタングステンとの合金を用いて形
成され、実装時に上記実装ボード18と直に接触するよ
うに、上記半田ボール17と略同じ高さを有して形成さ
れている。
【0021】上記ダイアタッチ材15としては、ポリイ
ミドやエポキシなどの樹脂系接着剤を用いることも可能
であるが、放熱性を考慮して、樹脂系接着剤よりも熱伝
導性の高い半田ペーストを用いるのが良い。
【0022】本構成のセラミックBGAパッケージによ
れば、パッケージ基材11にキャビティ部11Aを設
け、そのキャビティ部11A内に半導体素子12を落と
し込むようにしているため、少なくとも半導体素子12
の厚さの分だけ、パッケージ厚を薄くすることが可能と
なる。
【0023】しかも、この場合、パッケージ基材11の
配線パッド11aと半導体素子12の電極パッド12a
との接続にTABテープ13を用いているため、ボンデ
ィングワイヤを用いる場合によりも、さらに薄型化でき
る。
【0024】また、放熱性に関しては、半導体素子12
の裏面に熱伝導性の良いヒートシンク14を接続するよ
うにしているため、半導体素子12で発生した熱がヒー
トシンク14を介して実装ボード18へ効率良く伝達さ
れる。
【0025】特に、実装ボード18のヒートシンク14
が接触する部位にサーマルビア18aを形成するように
した場合には、その効果はより顕著なものとなる。上記
したように、パッケージ基材に半導体素子をマウントす
るためのキャビティ部を設けるとともに、そのキャビテ
ィ部の少なくとも一部を貫通させて、半導体素子にヒー
トシンクを貼り付けるようにしている。
【0026】すなわち、パッケージ基材のキャビティ部
内に落とし込むようにして半導体素子を搭載させ、ヒー
トシンクと接着するようにしている。これにより、現行
のセラミックBGAパッケージに比べ、少なくとも半導
体素子の厚さの分だけは薄くすることが可能となるとと
もに、半導体素子からの熱を効果的に放熱できるように
なる。したがって、薄型で、しかも、熱放散性が高くて
高消費電力素子の搭載に好適なBGAパッケージを実現
できるものである。
【0027】また、ヒートシンクの高さを調整し、ヒー
トシンクを実装ボード上への実装の際のスペーサとして
も利用できるようにすることにより、実装時の半田ボー
ルの高さ出しが容易に可能となり、表面実装をより簡便
なものとすることができる。
【0028】なお、上記した本発明の実施の第1の形態
においては、金属製のキャップを用いて封止する構成と
した場合について説明したが、これに限らず、たとえば
熱硬化性の樹脂などを用いて封止する構成としても良
い。
【0029】図2は、本発明の実施の第2の形態にかか
る、セラミックBGAパッケージの概略構成を示すもの
である。図に示すように、この場合のセラミックBGA
パッケージは、たとえば、熱硬化性の樹脂21を使用し
て、パッケージ基材11の配線パッド11aと半導体素
子12の電極パッド12aとの接続部を含んで、上記半
導体素子12の周囲を封止するように構成されている。
【0030】このような構成によれば、耐湿性などを特
に要求しないユーザにとっては、上記した本発明の実施
の第1の形態とほぼ同様の効果が期待できることに加
え、コスト的にも有利なものとすることができる。
【0031】また、上記した本発明の実施の第1,第2
の形態において例示したように、パッケージ基材をキャ
ビティ部のサイズにより貫通してキャビティ部と同一サ
イズの貫通孔を形成する場合に限らず、たとえば、キャ
ビティ部を貫通孔よりも大きく形成することも可能であ
る。
【0032】図3は、本発明の実施の第3の形態にかか
る、セラミックBGAパッケージの概略構成を示すもの
である。図に示すように、この場合のセラミックBGA
パッケージは、たとえば、パッケージ基材11の最下層
部が部分的に突出するようにして、キャビティ部11A
と貫通孔11Bとが形成されている。そして、その貫通
孔11B内に一部が係合される形でヒートシンク14が
設けられている。
【0033】このような構成によれば、上記した本発明
の実施の第1の形態の場合とほぼ同様の効果が期待でき
るとともに、同一のパッケージサイズにおいて、より大
きな半導体素子12の搭載が可能となる。
【0034】さらに、上記した本発明の実施の第1,第
2,第3の形態においては、いずれも、半導体素子12
の表面(電極パッド12aの形成面)を上に向けてパッ
ケージ基材11上に搭載するようにした場合について説
明したが、たとえば、半導体素子12の表面を下に向け
て搭載するように構成することもできる。
【0035】図4は、本発明の実施の第4の形態にかか
る、セラミックBGAパッケージの概略構成を示すもの
である。図に示すように、この場合のセラミックBGA
パッケージは、たとえば、パッケージ基材11のキャビ
ティ部11A内に半導体素子12が表面を下にして落と
し込まれ、その表面がヒートシンク14により保持され
た状態で、パッケージ基材11の配線パッド11aと半
導体素子12の電極パッド12aとがバンプ電極31を
介して電気的に接続されている。
【0036】また、半導体素子12の裏面は、ダイアタ
ッチ材15により平板状のキャップ32に固着されてい
る。このような構成によれば、平板状のキャップ32を
用いることによってより一層の薄型化が可能となるとと
もに、たとえば、上記キャップ32を熱伝導性の良い材
料を用いて構成することにより、半導体素子12からの
熱がキャップ32をつたってパッケージの上面からも逃
げる結果となり、さらなる熱放散性の向上が図れる。そ
の他、この発明の要旨を変えない範囲において、種々変
形実施可能なことは勿論である。
【0037】
【発明の効果】以上、詳述したようにこの発明によれ
ば、パッケージ厚を薄くでき、しかも、熱放散性が高く
て高消費電力素子の搭載に好適な半導体装置を提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の第1の形態にかかる、セラミ
ックBGAパッケージの概略を示す構成図。
【図2】この発明の実施の第2の形態にかかる、セラミ
ックBGAパッケージの概略構成を示す断面図。
【図3】この発明の実施の第3の形態にかかる、セラミ
ックBGAパッケージの概略構成を示す断面図。
【図4】この発明の実施の第4の形態にかかる、セラミ
ックBGAパッケージの概略構成を示す断面図。
【図5】従来技術とその問題点を説明するために示す、
セラミックBGAパッケージの概略断面図。
【符号の説明】
11…パッケージ基材、11a…配線パッド、11A…
キャビティ部(凹部)、11B…貫通孔、12…半導体
素子、12a…電極パッド、13…TABテープ、13
a…絶縁性フィルム、13b…リード配線、14…ヒー
トシンク(金属板)、15…ダイアタッチ材、16…キ
ャップ、17…半田ボール(球状電極)、18…実装ボ
ード、18a…サーマルビア、21…熱硬化性樹脂、3
1…バンプ電極、32…平板状キャップ。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電極パッドを有してなる半導体素子と、 この半導体素子が埋設される凹部の少なくとも一部が貫
    通されてなり、かつ、その貫通孔の周囲に前記半導体素
    子の電極パッドと電気的に接続される配線パッドが配設
    されてなるパッケージ基材と、 このパッケージ基材の裏面に設けられ、前記配線パッド
    と接続された、該パッケージ基材を実装ボード上に表面
    実装するための球状電極と、 前記パッケージ基材上の貫通孔を介して、前記半導体素
    子が接触される金属板とを具備したことを特徴とする半
    導体装置。
  2. 【請求項2】 前記パッケージ基材上の凹部は、少なく
    とも前記半導体素子の高さとほぼ同等かそれ以上の深さ
    を有してなることを特徴とする請求項1に記載の半導体
    装置。
  3. 【請求項3】 前記半導体素子の電極パッドと前記パッ
    ケージ基材上の配線パッドとの間が、TABテープを用
    いて電気的に接続されることを特徴とする請求項1に記
    載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記金属板は、熱伝導性の良いダイアタ
    ッチ材を用いて前記半導体素子と貼り付けられることを
    特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 前記金属板は、実装時の高さが前記球状
    電極の高さと略同じとされ、前記実装ボードと直に接触
    されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】 前記パッケージ基材の表面は、キャップ
    によって覆われていることを特徴とする請求項1に記載
    の半導体装置。
  7. 【請求項7】 前記キャップは金属からなり、ダイアタ
    ッチ材を介して前記半導体素子が貼り付けられてなるこ
    とを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
  8. 【請求項8】 前記パッケージ基材の表面は、封止樹脂
    によって覆われていることを特徴とする請求項1に記載
    の半導体装置。
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