JP4647673B2

JP4647673B2 - 放熱型多穿孔半導体パッケージ

Info

Publication number: JP4647673B2
Application number: JP2008070841A
Authority: JP
Inventors: 秉▲勲▼ 余; 菁蔚洪
Original assignee: 力成科技股▲分▼有限公司
Priority date: 2008-03-19
Filing date: 2008-03-19
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2028-03-19
Also published as: JP2009231296A

Description

本発明は半導体パッケージに関し、特に放熱型多穿孔半導体パッケージに関する。

通常、チップを基板の上に設置し、外部からの汚染を避けるために封止体で密封している。近年、半導体実装技術の進歩とチップ機能の向上によってチップ演算の速度はますます速くなるとともに、チップの温度もより高温に上昇する。該半導体素子（例えば、チップと封止体）本体表面には熱を発散する作用があるとは言っても、チップの周波数或はパワーが大きくなればなるほど、演算の際のチップの発熱量はより大きくなり、電子素子本体のみの放熱効率では最早熱を発散させることができない。故に、チップから発生した熱を外部へ効率的に発散することができなくなると、チップ温度が高くなって、チップ損傷、パッケージの反り、基板からの半導体素子の剥離などの問題が容易に起きる。

図１に示すように、従来の半導体パッケージ１００は基板１１０、チップ１２０、封止体１４０及び複数の外接端子１６０を備える。基板１１０は上表面１１１、下表面１１２及び基板１１０を貫通するスロット１１４を有し、チップ１２０は主面１２１、背面１２２及び主面１２１に形成される複数のボンディングパッド１２３を有する。ダイアタッチング層１７０を用いてチップ１２０の主面１２１を基板１１０の上表面１１１に貼付し、かつボンディングパッド１２３をスロット１１４内に照準させる。複数の電気接続素子１５０、例えばボンディングワイヤはスロット１１４を通過してボンディングパッド１２３群を基板１１０に電気接続している。封止体１４０は基板１１０の上表面１１１に形成されてチップ１２０を密封し、外接端子１６０は基板１１０の下表面１１２に設置されている。

一般には、高温によるチップ損傷を避けるため、半導体パッケージの露出表面、例えば封止体の上面に外置き型放熱板を設置するが、チップと封止体との間に熱抵抗が依然残留し、かつ製品の厚みと重さとが増加すると、熱の発散効果も限られるので、半導体パッケージの内に内蔵型放熱板を設置して放熱効果を向上させる。周知の内蔵型放熱板の設置方式は２種類があり、第一種はチップの背面に貼付されるが、内蔵型放熱板は、通常、封止体の形成前に設置され、モールド流れの圧迫に影響されることより、位置ズレが容易に起き、チップに対して内応力を生じかつ剥離問題などがある。放熱板の固定を増強させるため、他種の設置方式が利用され、それは内蔵型放熱板の周辺を接着剤や錫鉛で基板に結合させるのだが、接着剤の熱硬化後或は錫鉛のリフロー後に、封止体の上面と面一にするように放熱板の放熱表面を修正することは最早できないので、モールド樹脂は放熱板の表面に溢れ易くなり、また、放熱板とチップとの間にも封止体が流れ込んで熱抵抗の問題を生じる。

本発明の主な目的は、一種の放熱型多穿孔半導体パッケージを提供することである。

本発明の他の目的は、内蔵型放熱板の設置による放熱板の位置ズレ、チップの内応力、封止体の熱抵抗などの問題を解決することができる一種の放熱型多穿孔半導体パッケージを提供することである。
本発明の他の目的は、モールディングプロセスにおいて封止体の上面と面一にさせるように放熱板の放熱表面を修正可能でモールド樹脂が放熱板の露出する放熱表面に溢れることを減少する一種の放熱型多穿孔半導体パッケージを提供することである。

本発明の他の目的は、支持リードの端部は封止体に完全密封されることにより基板の底部に強力な剛性と固着性とを備える絶縁支持体がある一種の放熱型多穿孔半導体パッケージを提供することである。
本発明の他の目的は、内蔵型放熱板が完全にチップの背面に貼付可能で放熱効率を向上させる一種の放熱型多穿孔半導体パッケージを提供することである。
本発明の他の目的は、チップと基板との間に応力緩和効果がある一種の放熱型多穿孔半導体パッケージを提供することである。
本発明の他の目的は、チップと基板との間が剥離しないように緩和層の応力緩和効果を増加する一種の放熱型多穿孔半導体パッケージを提供することである。

上述目的を達成するため、本発明に係る放熱型多穿孔半導体パッケージは、主に基板、チップ、内蔵型放熱板及び封止体を備える。該基板は、上表面、下表面及び複数の位置決め孔を有し、該チップは該基板の上表面に設置され、該内蔵型放熱板は該チップに貼付されている。該内蔵型放熱板は複数の支持リードと放熱表面を有し、該支持リード群は該位置決め孔群に挿入され、該位置決め孔群は該支持リード群に十分に充填されないため複数のモールド流れ通路ができる。該封止体は該基板の上表面に形成されて該チップと該内蔵型放熱板を密封するが、該放熱表面を露出させ、更に該モールド流れ通路を充填することより該支持リード群を覆っている。
本発明の放熱型多穿孔半導体パッケージによると、内蔵型放熱板の支持リード群を基板の位置決め孔群に照準させ、少量接着剤のみを使用するか、あるいは接着剤を使用せずに、該内蔵型放熱板を該基板に固定することができ、更に実装完成後にチップと基板と一体結合して放熱性を増強したり、基板の反りを減らしたりする効果がある以外に、内蔵型放熱板の剥離現象を防止することもできる。

上述放熱型多穿孔半導体パッケージにおいて、該支持リード群は複数の端部を有し、該端部群は該基板の下表面に突出する第一高度を具し、該封止体は該基板の下表面に突出する第二高度を具し、該第二高度は該第一高度よりも高くなる。
上述放熱型多穿孔半導体パッケージにおいて、該位置決め孔群は４個の隅部貫通穴を有し、該隅部貫通穴群は該基板の４個の隅部の近くに位置している。

上述放熱型多穿孔半導体パッケージにおいて、該位置決め孔群は少なくとも２個の側辺貫通穴を有し、該両側辺貫通穴は該基板の両反対側辺の近くに位置している。
上述放熱型多穿孔半導体パッケージにおいて、該チップは主面と背面とを有し、該主面には複数のボンディングパッドが設置され、更に複数の電気接続素子を有し、該電気接続素子群は該ボンディングパッド群を該基板に電気接続している。

上述放熱型多穿孔半導体パッケージにおいて、該チップの主面は該基板に向かいあってもよく、該内蔵型放熱板は該チップの背面に完全貼付されている。
上述放熱型多穿孔半導体パッケージにおいて、該基板は該電気接続素子群の通過用として更にスロットを有してもよい。
上述放熱型多穿孔半導体パッケージにおいて、該電気接続素子群は複数のボンディングワイヤを有してもよい。

上述放熱型多穿孔半導体パッケージにおいて、該位置決め孔群を円形穿孔にすればよく、該支持リード群は非円形柱にしてもよい。
上述放熱型多穿孔半導体パッケージにおいて、更に該基板の下表面に設置される複数の外接端子を有してもよい。
上述放熱型多穿孔半導体パッケージにおいて、該外接端子群は複数のはんだボールを有してもよい。

上述放熱型多穿孔半導体パッケージにおいて、該外接端子群の設置高さは該第一高度よりも高くなる。
上述放熱型多穿孔半導体パッケージにおいて、更に該チップと該基板との間に形成される緩和層を有してもよい。
上述放熱型多穿孔半導体パッケージにおいて、該緩和層を低粘着性弾性体にしてもよい。
上述放熱型多穿孔半導体パッケージにおいて、更に該チップと該内蔵型放熱板との間に形成される接着層を有してもよい。
上述放熱型多穿孔半導体パッケージにおいて、該緩和層は該接着層よりも粘着強度が小さくなってもよい。

（第１実施形態）
図２は、本発明の第１実施形態による放熱型多穿孔半導体パッケージを示す。放熱型多穿孔半導体パッケージ２００は主に、基板２１０、チップ２２０、内蔵型放熱板２３０及び封止体２４０を備える。基板２１０は上表面２１１、下表面２１２及び複数の位置決め孔２１３を有し、位置決め孔２１３群は上表面２１１と下表面２１２とを貫通している。本実施形態において、位置決め孔２１３群は基板２１０の４箇所の隅部（図３参照）の近くに位置する４個の隅部貫通穴を有することができる。基板２１０は更にスロット２１４を有し、スロット２１４は基板２１０のセンターラインに位置し、かつ基板２１０を貫通して後続の電気接続作業中に複数の電気接続素子２５０の通過用として利用される。

チップ２２０は基板２１０の上表面２１１に設置され、図３に示すように、チップ２２０の設置後にスロット２１４の両端は、封止体２４０の熱硬化前封止材の流入用としてチップ２２０から露出する。再び図２に示すように、チップ２２０は主面２２１と背面２２２を有し、主面２２１は基板２１０に向かって複数のボンディングパッド２２３を設置している。ボンディングパッド２２３群はスロット２１４の内に照準し（図４参照）、更に電気接続素子２５０群はスロット２１４を通過しボンディングパッド２２３群を基板２１０のフィンガーに電気接続している。電気接続素子２５０群はワイヤボンディング方式で形成された複数のボンディングワイヤを有することができる。具体的に言えば、放熱型多穿孔半導体パッケージ２００は更に緩和層２７０を有し、緩和層２７０は、チップ２２０と基板２１０との間の応力緩和効果を提供するため、チップ２２０と基板２１０との間に形成される。本実施形態において、緩和層２７０は低粘着性弾性体にすればよく、それを利用してダイアッタチング層の使用の必要性がなくなってチップ２２０と基板２１０とを直接貼付することができるので製造コストの低減になる。

図２及び図４に示すように、内蔵型放熱板２３０はチップ２２０の背面２２２に貼着されて複数の支持リード２３１と放熱表面２３２とを有する。支持リード２３１群は位置決め孔２１３群に挿入されることにより、接着剤の使用の必要がなく内蔵型放熱板２３０は精確に基板２１０の上に固定されることができ、かつ位置決め孔２１３群は支持リード２３１群に十分に充填されないため複数のモールド流れ通路２４１ができる。例えば、位置決め孔２１３群を円形穿孔にしてもよく、支持リード２３１群は非円形柱にしてもよい。支持リード２３１群のピン数を位置決め孔２１３群の孔数と一致させてもよく、また、モールド流れ通路２４１群を介して封止体２４０の熱硬化前封止材が流入することにより、支持リード２３１群は封止体２４０に覆われて内蔵型放熱板２３０の安定性を改善することができる。再び図２に示すように、内蔵型放熱板２３０はチップ２２０の背面２２２に完全貼着されれば好ましく、それにより、内蔵型放熱板２３０とチップ２２０との間の隙間の封止体２４０の充填を避けて放熱効率を増加している。言い換えれば、内蔵型放熱板２３０はチップ２２０の背面２２２に平坦貼着されるとチップ２２０に良好な支持性を提供したり、チップ２２０の機械的強度を増大させたりすることができるので、チップ２２０が内応力の影響によって配線断裂にならないように確保している。故に、放熱型多穿孔半導体パッケージ２００にとって、厚みの薄いチップ２２０を使用することはパッケージの厚さを減少させ、チップ破裂問題を避けることができる。本実施形態において、放熱型多穿孔半導体パッケージ２００は更に接着層２８０を有し、接着層２８０は、チップ２２０と内蔵型放熱板２３０との間の粘着力の増強用としてチップ２２０と内蔵型放熱板２３０との間に形成されている。なお、緩和層２７０は、チップ内部応力の緩和に役立つとともに、チップ２２０と基板２１０との間の熱膨張係数が合わないことにより起こる問題を改善することが可能となる。緩和層２７０は接着層２８０よりも粘着強度が小さくなると好ましく、よって、緩和層２７０の応力緩和効果が増加され、チップ２２０と内蔵型放熱板２３０との剥離が発生しなくなる。

図２に示すように、封止体２４０は基板２１０の上表面２１１に形成されてチップ２２０と内蔵型放熱板２３０とを密封するが、放熱表面２３２を露出させることにより有効に放熱することができる。なお、モールド流れ通路２４１群は更に封止体２４０に充填されて支持リード２３１群を覆うことにより、内蔵型放熱板２３０と基板２１０との固定性を増強して基板２１０の反り現象を防止している。図２及び図５に示すように、支持リード２３１群は複数の端部２３３を有し、端部２３３群は基板２１０の下表面２１２に突出する第一高度Ｈ１を具し、そして、封止体２４０も基板２１０の下表面２１２に突出する第二高度Ｈ２を具し、ここで、第二高度Ｈ２は第一高度Ｈ１よりも高くなるので、支持リード２３１群の端部２３３は封止体２４０に完全密封されることができ、強力な剛性と固着性を具する複合式絶縁支持体を形成し、かつ内蔵型放熱板２３０と封止体２４０との結合不良による剥離問題を避けることもできる。本実施形態において、放熱型多穿孔半導体パッケージ２００は更に複数の外接端子２６０、例えばはんだボールを有し、外接端子２６０群は基板２１０の下表面２１２に設置され、設置の高さは第二高度Ｈ２よりも高くなり、即ち、上述複合式絶縁支持体は基板２１０の下表面２１２に突出する高さとなる。

上述のように、チップ２２０が運算中に出した熱は内蔵型放熱板２３０を介して外部へ迅速に発散され、かつ実装作業中、少量接着剤のみを使用するか、あるいは接着剤を使用せずに内蔵型放熱板２３０の支持リード２３１が固定されることにより、内蔵型放熱板２３０の位置決めを行うことができる。このような内蔵型放熱板２３０はモールド流れの圧迫を受けても水平方向のズレを発生しなく、実装後に支持リード２３１群は封止体２４０と基板２１０と一体結合されて内蔵型放熱板２３０の剥離及び基板２１０の反りなどの問題を防止することが可能となる。以上説明したように、本発実施形態によれば、内蔵型放熱板２３０は、有効な放熱手段の提供ができるだけではなく全体構造に良好な安定性を維持することも可能となり、更にチップ２２０を保護してチップ破裂が避けられる。従って、放熱型多穿孔半導体パッケージ２００は、周知の設置方式による内蔵型放熱板のズレ、チップの内応力及び封止体熱抵抗などの問題を解決することができるようになる。

図３Ａから図３Ｃを参照しながら上述放熱型多穿孔半導体パッケージの形成方法を説明する。先ず、図２及び図３Ａに示すように、上述の基板２１０を提供し、基板２１０は上表面２１１、下表面２１２及び複数の位置決め孔２１３を有し、更にスロット２１４を有することができる。位置決め孔２１３群とスロット２１４とは上表面２１１と下表面２１２とを貫通している。また、図３Ｂに示すように、基板２１０の上表面２１１に上述のチップ２２０を設置し、図４に示すように、複数のボンディングパッド２２３はチップ２２０の主面２２１に設置され、スロット２１４により露出されて複数の電気接続素子２５０を介し基板２１０に電気接続される。また、再び図２及び図３Ｂに示すように、上述の内蔵型放熱板２３０をチップ２２０の背面２２２に貼付し、内蔵型放熱板２３０は複数の支持リード２３１と放熱表面２３２とを有する。支持リード２３１群は位置決め孔２１３群に挿入され、ここで、位置決め孔２１３群は支持リード２３１群に十分に充填されないため複数のモールド流れ通路２４１ができる。最後に、図２及び図３Ｃに示すように、基板２１０の上表面２１１に上述の封止体２４０を形成してチップ２２０と内蔵型放熱板２３０とを密封するが、放熱表面２３２は露出させる。なお、封止体２４０は更にモールド流れ通路２４１群を充填して支持リード２３１群を覆っている。故に、上述の作業において、内蔵型放熱板２３０は、少量接着剤のみを使用するか、或は接着剤を使用せずに基板２１０に水平方向に位置決めされることができ、作業過程の短縮が可能になって製造にかかる時間の減少或は製造コストの節約を実現している。しかしながら、モールディング方式で封止体２４０を形成する過程において、内蔵型放熱板２３０は垂直方向の微調整として移動して上金型のモールド穴の壁に密着されている。そして、封止体２４０の形成後に、封止体２４０の上面と面一にさせるように内蔵型放熱板２３０の放熱表面２３２は修正されるので、モールド樹脂が内蔵型放熱板２３０の放熱表面２３２に溢れる現象が低減され実質的及び明らかな効果がある。本実施形態において、チップ２２０は緩和層２７０に固定される必要がないため、内蔵型放熱板２３０は垂直方向の微調整で移動すると同時に、垂直方向にチップ２２０を移動している。

（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態によれる放熱型多穿孔半導体パッケージを示す。放熱型多穿孔半導体パッケージ３００は主要に基板３１０、チップ３２０、内蔵型放熱板３３０及び封止体３４０を有する。基板３１０は上表面３１１、下表面３１２及び複数の位置決め孔３１３を有し、上表面３１１にチップ３２０が設置され、下表面３１２に複数の外接端子３６０、例えばはんだボールが設置され、放熱型多穿孔半導体パッケージ３００は外接端子３６０を介し外部印刷基板（図面に示せず）と接続している。位置決め孔３１３群は４個の隅部貫通穴を有し、該隅部貫通穴群は該基板の４個の隅部の近くに位置している。また、図７に示すように、本実施形態において、位置決め孔３１３群は少なくとも２個の側辺貫通穴を有し、該両側辺貫通穴は該基板の両反対側辺の近くに位置している。また、図８に示すように、チップ３２０は基板３１０の上表面３１１に設置されている。なお、図９に示すように、チップ３２０は複数のボンディングパッド３２３を有し、ボンディングパッド３２３群は基板３１０のスロット３１４の内に照準し、更に電気接続素子３５０群はスロット３１４を通過してボンディングパッド３２３群を基板３１０に電気接続する。

再び図６及び図８を参照すると、内蔵型放熱板３３０はチップ３２０に貼付されかつ複数の支持リード３３１と放熱表面３３２とを有する。支持リード３３１群は位置決め孔３１３群に挿入され、位置決め孔３１３群は支持リード３３１群に十分に充填されないため複数のモールド流れ通路３４１ができる。封止体３４０は基板３１０の上表面３１１に形成されてチップ３２０と内蔵型放熱板３３０とを密封するが、放熱表面３３２を露出させ、更にモールド流れ通路３４１を充填することより支持リード３３１群を覆っている。図６に示すように、支持リード３３１群は複数の端部３３３を有し、端部３３３群は基板３１０の下表面３１２に突出し、かつ封止体３４０も基板３１０の下表面３１２に突出して支持リード３３１群の端部３３３を完全密封し、それにより、基板３１０に強力な剛性と固着性を具する複合式絶縁支持体を形成してから内蔵型放熱板３３０、チップ３２０及び基板３１０は一体結合されるようにでき剥離問題が起きなくなる。
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の保護範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められ、この保護範囲を基準にして、本発明の精神と範囲内に触れるどんな変更や修正も本発明の保護範囲に属する。

従来の半導体パッケージを示す断面図である。本発明の第一実施形態による放熱型多穿孔半導体パッケージを示す断面図である。本発明の第一実施形態による放熱型多穿孔半導体パッケージにおいて、製造作業中の基板の上表面を示す模式図である。本発明の第一実施形態による放熱型多穿孔半導体パッケージにおいて、製造作業中の基板の上表面を示す模式図である。本発明の第一実施形態による放熱型多穿孔半導体パッケージにおいて、製造作業中の基板の上表面を示す模式図である。本発明の第一実施形態による放熱型多穿孔半導体パッケージにおいて、封止作業前の基板の下表面を示す模式図である。本発明の第一実施形態による放熱型多穿孔半導体パッケージの位置決め孔を示す断面図である。本発明の第二実施形態による放熱型多穿孔半導体パッケージの位置決め孔を示す断面図である。本発明の第二実施形態による放熱型多穿孔半導体パッケージの基板の上表面を示す模式図である。本発明の第二実施形態による放熱型多穿孔半導体パッケージの封止作業前の基板の上表面を示す模式図である。本発明の第二実施形態による放熱型多穿孔半導体パッケージの封止作業前の基板の下表面を示す模式図である。

符号の説明

２００：放熱型多穿孔半導体パッケージ、２１０：基板、２１１：上表面、２１２：下表面、２１３：位置決め孔、２１４：スロット、２２０：チップ、２２１：主面、２２２：背面、２２３：ボンディングパッド、２３０：内蔵型放熱板、２３１：支持リード、２３２：放熱表面、２３３：端部、２４０：封止体、２４１：モールド流れ通路、２５０：電気接続素子、２６０：基板、２７０：緩和層、２８０：接着層、３００：放熱型多穿孔半導体パッケージ、３１０：基板、３１１：上表面、３１２：下表面、３１３：位置決め孔、３１４：スロット、３２０：チップ、３２３：ボンディングパッド、３３０：内蔵型放熱板、３３１：支持リード、３３２：放熱表面、３３３：端部、３４０：封止体、３４１：モールド流れ通路、３５０：電気接続素子、３６０：外接端子、Ｈ１：第一高度、Ｈ２：第二高度

Claims

上表面、下表面及び複数の位置決め孔を有する基板と、
前記基板の上表面に設置されるチップと、
前記チップに貼付されかつ複数の支持リードと放熱表面とを有し、前記支持リード群は前記位置決め孔群に挿入され、かつ前記位置決め孔群は前記支持リード群に十分に充填されないため複数のモールド流れ通路ができる内蔵型放熱板と、
前記基板の前記上表面に形成されて、前記チップと前記内蔵型放熱板とを密封するとともに、前記放熱表面を露出し、かつ更に前記モールド流れ通路に充填されて前記支持リード群を覆う封止体と、
を備えることを特徴とする放熱型多穿孔半導体パッケージ。
前記支持リード群は複数の端部を有し、前記端部群は前記基板の前記下表面に突出する第一高度を有し、前記封止体も前記基板の前記下表面に突出する第二高度を有し、前記第二高度は前記第一高度よりも高くなることを特徴とする請求項１に記載の放熱型多穿孔半導体パッケージ。
前記位置決め孔群は４個の隅部貫通穴を有し、前記隅部貫通穴群は前記基板の４個の隅部の近くに位置することを特徴とする請求項１に記載の放熱型多穿孔半導体パッケージ。
前記位置決め孔群は少なくとも２個の側辺貫通穴を有し、前記両側辺貫通穴は前記基板の両反対側辺に近く位置することを特徴とする請求項１または３に記載の放熱型多穿孔半導体パッケージ。
前記チップは主面と背面とを有し、前記主面には複数のボンディングパッドが設置され、更に複数の電気接続素子を有し、前記電気接続素子群は前記ボンディングパッド群を前記基板に電気接続することを特徴とする請求項１に記載の放熱型多穿孔半導体パッケージ。
前記チップの主面は前記基板に向かい、前記内蔵型放熱板は前記チップの背面に完全貼付されることを特徴とする請求項５に記載の放熱型多穿孔半導体パッケージ。
前記基板は前記電気接続素子群の通過用として更にスロットを有することを特徴とする請求項６に記載の放熱型多穿孔半導体パッケージ。
前記電気接続素子群は複数のボンディングワイヤを有することを特徴とする請求項５に記載の放熱型多穿孔半導体パッケージ。
前記位置決め孔群を円形穿孔にし、前記支持リード群は非円形柱にすることを特徴とする請求項１に記載の放熱型多穿孔半導体パッケージ。
更に前記基板の前記下表面に設置される複数の外接端子を有することを特徴とする請求項１または２に記載の放熱型多穿孔半導体パッケージ。
前記外接端子群は複数のはんだボールを有することを特徴とする請求項１０に記載の放熱型多穿孔半導体パッケージ。
前記外接端子群の設置高さは前記第一高度よりも高くなることを特徴とする請求項１０に記載の放熱型多穿孔半導体パッケージ。
更に前記チップと前記基板との間に形成される緩和層を有することを特徴とする請求項１に記載の放熱型多穿孔半導体パッケージ。
前記緩和層を低粘着性弾性体にすることを特徴とする請求項１３に記載の放熱型多穿孔半導体パッケージ。
更に前記チップと前記内蔵型放熱板との間に形成される接着層を有することを特徴とする請求項１３に記載の放熱型多穿孔半導体パッケージ。
前記緩和層は前記接着層よりも粘着強度が小さいことを特徴とする請求項１５に記載の放熱型多穿孔半導体パッケージ。