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JP2770947B2 - 樹脂封止型半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

樹脂封止型半導体装置及びその製造方法

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JP2770947B2
JP2770947B2 JP63025516A JP2551688A JP2770947B2 JP 2770947 B2 JP2770947 B2 JP 2770947B2 JP 63025516 A JP63025516 A JP 63025516A JP 2551688 A JP2551688 A JP 2551688A JP 2770947 B2 JP2770947 B2 JP 2770947B2
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勝次 小松
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    • H01L2224/48225Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item

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  • Encapsulation Of And Coatings For Semiconductor Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は特徴とする樹脂封止型ピングリッドアレイ
(以下PGAという)等の樹脂封止型半導体装置の放熱構
造及びその製造方法に関する。
〔従来の技術〕
ICチップを搭載したPGAは近年それを交換し他の機能
に変換させることにより装置の応用範囲を広げることが
行なわれてきており、この用途のためのPGAの回路基板
としてセラミックが用いられてきた。以下本明細書では
PGAを一実施例にして説明する。
第8図は、セラミック基板を用いたPGAの断面図であ
り、配線パターンを有するセラミック基板100上にセラ
ミック枠101を取付け、ICチップ1を実装した後セラミ
ック蓋102を接着して封止したパッケージ構造となって
いる。
このセラミック製の基板は、絶縁性に優れ、従って製
品としての信頼性が大きい半面、配線パターンを印刷、
焼付により行なうため収縮を伴ない、配線パターンを多
くしたり、細密パターン化することが困難であり、パタ
ーンの本数を多くすると可及的に大型化するとともに、
その単体での価格が高いという欠点があった。
このセラミック製の基板に代わるものとして近年、細
密パターン加工が可能で、かつ廉価な基板として樹脂基
板を用いたPGAの開発が提案されている。前記樹脂基板
を用いたPGAは、現在まで開発段階にあり、量産市販さ
れているものはほとんど存在しないが従来の提案は、そ
の封止構造の違いにより第9図〜第11図に示すものがあ
る。
第9図に示すものは、樹脂基板2上に枠3を取付けて
封止樹脂4を滴下し、ICチップ1を封止するものであ
り、構造的には最も単純だが樹脂封止する際、ポッティ
ングにより行なうため、該封止部がポーラスとなり湿気
が浸透し、さらに樹脂基板2と封止樹脂4との界面及び
樹脂基板2の周囲の破断面からの浸透も著しく、製品の
信頼性の点では必ずしも満足のいくものではなかった。
第10図に示すものは第9図に示すPGAの欠点を考慮し
たものであり、樹脂基板2上にICチップ1を載置し、樹
脂封止した後、上面全体に金属キャップ5を接着剤によ
り被覆したものである。
上記第10図に示すPGAは、信頼性の点では改良されて
いるが、金属キャップ5の加工及び被覆のための特別の
工程を必要としている。
第11図に示すものは前記第9図及び第10図に示したPG
Aの欠点を改良するものとして本出願人が特願昭61−870
81にて提案したPGAであり、下面側に複数のコンタクト
ピン20を有する樹脂基板2のICチップ1を載置した上面
と樹脂基板周囲の破断面とを射出成形樹脂6によって完
全に被覆したパッケージング構造を有する。
〔発明が解決しようとする課題〕
前記樹脂基板2を用いたPGAがセラミック基板100を用
いたPGAに対し、細密パターン加工による小型化と廉価
とが可能であるにもかかわらず、未だに普及し得ない理
由として放熱特性の問題がある。
すなわちPGAに実装されるICはチップサイズの大きいL
SIであるため動作電流による発熱が多く、この発熱を素
早くパッケージ外へ放熱してやらないと前記LSIの温度
が上昇することにより、その読出し速度が低下したり、
極端な場合はLSIが熱破壊されてしまう問題が発生す
る。
この放熱特性について第8図に示すセラミック基板PG
Aと、第9図〜第11図に示す樹脂基板PGAとを比較する
と、まずパッケージ材料の熱伝導率に於いてセラミック
が4×10-2cal/cm・℃・secであるのに対して、樹脂基
板PGAを構成する材料は樹脂基板が4.5×10-4cal/cm・℃
・sec、モールド樹脂が2×10-3cal/cm・℃・secであ
り、パッケージ材料の熱伝導率についてはセラミック基
板PGAに対して樹脂基板PGAの方が1桁〜2桁低い値とな
っている。このことからICチップ1に発生した熱は、セ
ラミック基板PGAの場合にはセラミック基板100、セラミ
ック枠101、セラミック蓋102を通して素早く放熱される
が、樹脂基板PGAの場合には樹脂材料のため放熱が少な
くこと分だけICチップの温度が上昇することになる。
上記のごとく樹脂基板PGAを普及させるには、その放
熱特性をセラミック基板PGAに近いレベル迄改良するこ
とが急務であり、この放熱特性の改良の面から従来技術
を吟味する。
まず第11図に示すPGAの放熱経路を考えると、ICチッ
プ1からの発熱は樹脂基板2を通して下面側へ放熱する
経路と、射出成形樹脂6を通って上面側へ放熱する経路
とがある。
そして上面側の経路については第10図に示すごとく封
止樹脂の上面に金属キャップ5を接着する構成とするこ
とにより前記金属キャップ5が放熱板の役目を果し、放
熱特性が大きく改良されることが確認されている。これ
はPGAに限られるものではなく一般の樹脂封止構造を有
する電力用トランジスタ等の発熱を伴う半導体が、その
封止樹脂の上面に金属製の放熱用フィンを装着している
のと同様な効果である。
次に下面側への経路については前述のごとくPGAとし
て対策したものは、まだ存在しないが、一般の半導体を
実装した樹脂基板に於ける放熱構造としては第12図及び
第13図に示すものが知られている。
すなわち第12図の構造は樹脂基板2のICチップ1を載
置する部分に貫通穴を設け、該貫通穴内に絞り加工した
金属製の容器50を埋設し、この容器50の内部にICチップ
1を載置して実装することにより前記ICチップ1の発熱
を容器50を通して下面側に放熱するものである。
又、第13図の構造は、樹脂基板2の貫通穴の下面に金
属板60を接着し、この金属板60の上にICチップ1を載置
して実装することにより前記ICチップ1の発熱を金属板
60を通して下面側に放熱するものである。
以上が樹脂基板PGAの放熱構造に適用可能な従来技術
であるが、このうち第10図に示す金属キャップ5を封止
樹脂4に接着又は押込むことによる上面側への放熱構造
を考えてみると次のような欠点がある。
すなわち金属キャップ5による上面側への放熱特性は
封止樹脂4の表面と金属キャップ5の内面との密着性に
よって左右されるが、上記のごとく接着又は押込みによ
る場合には、前記金属キャップ5の内面及び封止樹脂の
表面の面精度や、接着剤の量などのバラツキによって密
着性が変化し、均一な放熱特性が得られない結果とな
る。
さらに前述の金属キャップ5や放熱用フィン等の放熱
部材を接着又は押込みにて接着する構造に於いては、取
付状態や接着剤の量のバラツキ等によって前記放熱部材
の取付高さが変化するためPGAとしての外形々状が均一
とならず、これは外観上の欠点であると同時に限られた
スペースでの高密度実装の場合問題となってくる。
本発明は樹脂基板PGA等の樹脂基板を用いた樹脂封止
型半導体装置に於ける封止樹脂側の放熱特性を改良しよ
うとするものであり、その目的は放熱特性に勝れ、かつ
外形々状の安定な樹脂封止型半導体装置の放熱構造及び
その製造方法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するための本発明の要旨は下記の通り
である。
下面側に複数の電極端子を有する樹脂基板にICチップ
を実装し、該ICチップを射出成形により樹脂封止してな
る樹脂封止型半導体装置に於いて、前記射出成形によっ
て形成された封止樹脂の上面部には、金属製の放熱部材
がその一方の面を露呈するとともに、前記樹脂基板と前
記ICチップから離れた状態で、前記射出成形によって一
体化されたものであり、上記放熱部材には切欠形状部を
設け、封止樹脂が流入係止されていると効果的である。
そして樹脂封止型半導体装置の製造方法としては、樹
脂基板を載置する下金型と、金属製の放熱部材を保持せ
しめた上金型とにより、封止樹脂を射出成形する製造方
法であり、また上記金型に吸引孔を設け、真空吸着にて
放熱部材を保持せしめて射出成形する製造方法である。
〔実施例〕
以下本発明の一実施例を図面に基づいて詳述する。
第1図は本発明による完成した樹脂封止型ピングリッ
ドアレイの断面を示すもので、本構造は特願昭61−8708
1に提案した第11図に示すPGAの射出成形樹脂6の上面に
放熱部材の放熱板7を一体モールドにより固着したもの
である。樹脂基板2上に載置されたICチップ1から発熱
した熱は、射出成形樹脂6を伝って放熱板7から放出さ
れる。放熱特性を上げるためには、射出成形樹脂6と放
熱板7との中間層に他の接着層を介さないで一体モール
ドし、しかもパッケージとしての耐湿性をわるくしない
ためには、該放熱板7と射出成形樹脂6との密着力を強
固にする必要があり、第1図に於ける放熱板7には切欠
形状部の皿モミ穴7bが設けらており、射出成形時に、射
出成形樹脂6は、該皿モミ穴7b内に充填されて、密着固
定をより強固にしている。
次に、上記放熱板7と射出成形樹脂6との一体モール
ドを行うためのモールド成形型と放熱板7との関係につ
いて説明する。第2図は、本発明に基づくモールド成形
型の上金型8及び下金型9の構造を示すもので、上金型
8に放熱板7が位置決めされて真空吸着されている。
又下金型9には電極端子であるコンタクトピン20の逃
穴9aと樹脂基板2を載置するための凹部9bと湯口9cとが
設けられている。
第3図はモールド成形金型の断面図を示すもので、上
金型8の真空穴8aに通されたチューブ10の吸引力によっ
て放熱板7は上金型8に吸着固定され、さらに放熱板7
は上面部に設けられているエンボス7aが上金型8の真空
穴8aに、嵌合する事で位置決めされる。
又下金型9の凹部9bには樹脂基板2が載置された状態
に於いて湯口9cより射出成形樹脂6を注入することによ
り第1図に示す樹脂封止型PGAが完成する。すなわち金
属製の放熱板7が前記樹脂基板2と前記ICチップ1から
離れた状態で、前記射出成形によって一体化されている
ので、樹脂基板2や放熱板7に寸法上のバラツキがあっ
ても、封止樹脂の量を制御することで外形形状を均一化
できる。第4図は前記放熱板7の斜視図であり、該放熱
板7の材質としては熱伝導率の良好な、アルミ(Al)、
銅(Cu)、真鍮(Ba)等の金属を用い、必要に応じて、
前記射出成形樹脂6との密着性を向上させるための表面
処理として、粗面化、メッキ処理、化学処理等を施す。
前記放熱板7の放熱特性を向上させるためには、その
材質を熱伝導率の良い素材を選ぶ事はもちろんだがその
形状も重要である。本発明に於ける放熱板7の他の実施
例を第5図〜第7図に示す。
第5図に示す放熱板70は前記皿モミ穴7bの代りに切欠
部70bを有し、第6図の放熱板71はICチップ1からの熱
の中間伝導層となっている射出成形樹脂6との接触面積
を大きくとるために、クシ歯状の溝71bを設けている。
第7図の放熱板72は、第1図の射出成形樹脂6の側面6a
からの放熱を促進させるべく耳部72cを備えている。
さらに上記各実施例に示す放熱板以外にも、図示は省
略したが、全体を波形に絞り加工した形状とすることに
より、内面側に於いて樹脂との密着力が向上し、外面側
に於いては放熱特性を向上させることが出来る。
又前記放熱板7を上金型8に仮固定する方法としては
本実施例に示す真空吸着に限るものではなく上金型8に
凹部を設け、該凹部内に放熱部材を嵌合する方法等、色
々考えることができる。尚、上記実施例では樹脂封止型
PGAを示したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、BGA(ボールグリッドアレイ)等の樹脂封止型半導
体装置にも適用できるものである。
〔発明の効果〕
上記のごとく本発明によればICチップを実装した樹脂
基板を封止した射出成形樹脂の上面部に金属製の放熱部
材を一体成形しているため、前記射出成形樹脂と放熱部
材との密着性を極めて安定かつ強固に保つことが可能と
なり、樹脂封止型半導体装置の耐湿性を損うことなく良
好な放熱特性を得ることが出来る。
又前記放熱部材の一体化を行う方法としては樹脂成形
金型の上金型に放熱部材を仮固定しておくだけでよいた
め、ほとんどコストアップを伴わず、さらに前記樹脂封
止型半導体装置の外形々状は成形金型によって一律に決
定されるため、前記樹脂基板や、放熱部材に寸法上のバ
ラツキが若干存在しても、完成品としての外形々状を均
一化することが出来る等、本発明は放熱特性及び耐湿性
に優れ、かつ外形々状の安定した前記樹脂封止型半導体
装置を低コストにて提供する上で大なる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す樹脂封止型PGAの断面
図、第2図は本発明の成形金型の斜視図、第3図は本発
明の一実施例である樹脂封止型PGAの射出成形状態を示
す成形金型の断面図、第4図〜第7図はいずれも本発明
の放熱板の斜視図、第8図はセラミック基板を用いた従
来のPGAの断面図、第9図〜第11図は樹脂基板を用いた
従来のPGAの断面図、第12図及び第13図は従来の樹脂基
板に於ける放熱構造を示す断面図である。 1……ICチップ、 2……樹脂基板、 6……射出成形樹脂、 7、70、71、72……放熱板、 8……上金型、 9……下金型。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−40749(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下面側に複数の電極端子を有する樹脂基板
    にICチップを実装し、該ICチップを射出成形により樹脂
    封止してなる樹脂封止型半導体装置に於いて、前記射出
    成形によって形成された封止樹脂の上面部には、金属製
    の放熱部材がその一方の面を露呈するとともに、前記樹
    脂基板と前記ICチップから離れた状態で、前記射出成形
    によって一体化されていることを特徴とする樹脂封止型
    半導体装置。
  2. 【請求項2】前記放熱部材には、切欠形状部が設けら
    れ、該切欠形状部には前記射出成形による封止樹脂が流
    入係止されていることを特徴とする請求項1記載の樹脂
    封止型半導体装置。
  3. 【請求項3】下面側に複数の電極端子を有する樹脂基板
    にICチップを実装した半導体装置を下金型に載置すると
    ともに、上金型に金属製の放熱部材を、該金属製の放熱
    部材がその一方の面を露呈するとともに、前記樹脂基板
    と前記ICチップから離れるように保持せしめ、封止樹脂
    を射出成形することを特徴とする樹脂封止型半導体装置
    の製造方法。
  4. 【請求項4】前記上金型には前記放熱部材を真空吸着す
    るための吸引孔が設けられていることを特徴とする請求
    項3記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法。
JP63025516A 1988-02-05 1988-02-05 樹脂封止型半導体装置及びその製造方法 Expired - Lifetime JP2770947B2 (ja)

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US07/912,065 US5289039A (en) 1988-02-05 1992-07-07 Resin encapsulated semiconductor device

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