JP2001352002A - 半導体パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体チップ、インターポーザ及びヒートシ
ンクが一体化されてなり、マザーボードの一面に搭載さ
れる半導体パッケージにおいて、実装密度の高密度化、
放熱性の向上、及び、簡単な組付性を実現可能なパッケ
ージ構造を提供する。 【解決手段】 半導体パッケージ１００は、板状をな
し、その端部がハンダ付けによりマザーボード４の一面
４ａと電気的に接続されたインターポーザ１と、その端
面がマザーボード４の一面４ａと対向するようにマザー
ボード４の一面４ａに対して立った状態でインターポー
ザ１と電気的に接続され、その一側の主表面が放熱材１
１を介してインターポーザ１と熱的に接続された半導体
チップ２と、マザーボード４の一面４ａにハンダ付けさ
れ、半導体チップ２の他側の主表面と熱的に接続された
ヒートシンク３とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップ、イ
ンターポーザ及びヒートシンクが一体化されてなり、マ
ザーボードの一面に搭載される半導体パッケージに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の一般的な半導体パッケージとして
は、図５にその概略断面構成が示されるようなＣＳＰ
（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）がある。図
５において、板状のインターポーザ１の一面に、導電性
部材１０及びバンプ９を介して、半導体チップ２が電気
的に接続されており、インターポーザ１と半導体チップ
２とが一体化されたパッケージを構成している。

【０００３】そして、インターポーザ１の他面側は、ハ
ンダボール２０及びハンダ６を介して、マザーボード４
の一面４ａに形成された電極パッド７に電気的に接続さ
れている。このようにして、マザーボード４の一面４ａ
に搭載されたＣＳＰは、半導体チップ２と略同等のサイ
ズであり、実装密度の高密度化が可能であるため、パッ
ケージの小型化が強く要求される携帯機器を中心に使用
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実装密
度の更なる高密度化を目指す場合、上記ＣＳＰでは、半
導体チップ２の面積分の実装面積が最低限必要であるた
めに限界がある。また、上記ＣＳＰにおける放熱経路
は、半導体チップ２からインターポーザ１を介してマザ
ーボード４に流れる経路が主体であるため、放熱性に限
界があり、大電力用途には使用できない。

【０００５】ここで、放熱性を向上させるべく、ヒート
シンクをパッケージに追加することも考えられる。しか
し、実装密度の更なる高密度化を実現しつつ、ヒートシ
ンク、半導体チップ及びインターポーザの３者を一体化
させ、マザーボードへ搭載することを考えた場合、組付
性が複雑にならないように考慮する必要があり、ヒート
シンクの追加には工夫を要する。

【０００６】そこで、本発明は上記した諸問題に鑑み、
半導体チップ、インターポーザ及びヒートシンクが一体
化されてなり、マザーボードの一面に搭載される半導体
パッケージにおいて、実装密度の高密度化、放熱性の向
上、及び、簡単な組付性を実現可能なパッケージ構造を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明では、マザーボード（４）の一
面に搭載される半導体パッケージであって、その端部が
ハンダ付けによりマザーボードの一面と電気的に接続さ
れてマザーボードの一面から外方へ延びるように配置さ
れる板状のインターポーザ（１）と、その端面がマザー
ボードの一面と対向するようにマザーボードの一面に対
して立った状態で配置され、インターポーザと電気的に
接続されるとともに、その一側の主表面が放熱材（１
１）を介してインターポーザと熱的に接続された半導体
チップ（２）と、マザーボードの一面にハンダ付けされ
てマザーボードの一面から外方へ延びるように配置され
るとともに、半導体チップの他側の主表面と熱的に接続
されたヒートシンク（３）とを備えることを特徴として
いる。

【０００８】本発明によれば、インターポーザ、半導体
チップ及びヒートシンクの３者が一体化されてパッケー
ジを構成し、これら一体化された３者がマザーボードの
一面に立った状態で配置される。そのため、実装面積は
半導体チップの面積よりも小さくすることができる。

【０００９】また、本発明における放熱経路は、半導体
チップの一側の主表面から放熱材を通ってインターポー
ザからマザーボードへ熱が流れる経路と、半導体チップ
の他側の主表面からヒートシンクへ熱が流れる経路とが
確保される。ヒートシンクへ伝わった熱は、ヒートシン
クの表面から外部へ放熱されるか、もしくはマザーボー
ドへ流れる。このようにして、半導体チップの両主表面
から放熱が可能となる。

【００１０】また、本発明によれば、インターポーザ及
びヒートシンクは、マザーボードの一面とハンダ付けに
より接続されるようになっている。そのため、上記３者
を一体化してパッケージ化した後、一括してハンダリフ
ローすることで、パッケージをマザーボードへ搭載する
ことが可能となる。このように、本発明によれば、実装
密度の高密度化、放熱性の向上、及び、簡単な組付性を
実現可能なパッケージ構造を提供することができる。

【００１１】また、請求項２記載の発明では、マザーボ
ード（４）の一面に搭載される半導体パッケージであっ
て、半導体チップ（２）の一側の主表面にインターポー
ザ（１）を電気的に接続するとともに、半導体チップの
他側の主表面にヒートシンク（３）を熱的に接続するこ
とにより、半導体チップをインターポーザ及びヒートシ
ンクで挟んでなる積層体を構成し、この積層体を、半導
体チップの端面をマザーボードの一面に対向させた状態
で半導体チップがマザーボードの一面に対して立設され
るように、マザーボードの一面に搭載し、更に、半導体
チップの一側の主表面とインターポーザとを放熱材（１
１）を介して熱的に接続し、インターポーザ及びヒート
シンクをマザーボードの一面とハンダ付けにより接続可
能としたことを特徴としている。

【００１２】本発明によっても、一体化された半導体チ
ップ、インターポーザ及びヒートシンクの３者がマザー
ボードの一面に立った状態で配置され、半導体チップの
両主表面からの放熱が可能であり、更に一括してハンダ
リフローすることでパッケージの実装が可能となるた
め、実装密度の高密度化、放熱性の向上、及び、簡単な
組付性を実現可能なパッケージ構造を提供することがで
きる。

【００１３】ここで、請求項３の発明のように、ヒート
シンク（３）と半導体チップ（２）との間にも、放熱材
（１３）を介在させて熱的に接続すれば、より放熱性の
高いパッケージ構造を提供することができる。

【００１４】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一
例である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る半
導体パッケージ１００の概略断面構成を、マザーボード
４へ実装した状態にて示す図である。半導体パッケージ
１００は、半導体チップ２をインターポーザ１及びヒー
トシンク３で挟んで一体化したものであり、マザーボー
ド４の一面４ａに搭載されている。マザーボード４とし
ては、一般的なプリント配線基板等を採用することがで
きる。

【００１６】インターポーザ１は、板状のプリント基板
もしくはセラミック基板等を用いた板状の多層基板であ
る。インターポーザ１の周辺部には銅やアルミ等よりな
る電極パッド５が設けられており、図示例では、この電
極パッド５は、インターポーザ１の一側の主表面から端
部を通って他側の主表面に渡って形成されている。

【００１７】そして、電極パッド５は、ハンダ６により
マザーボード４の一面４ａに形成された電極パッド７と
接合されている。これにより、インターポーザ１の端部
が、ハンダ付けによりマザーボード４の一面４ａと電気
的に接続されて、インターポーザ１は、マザーボード４
の一面４ａから外方へ延びるように配置されている。

【００１８】また、インターポーザ１には、その厚み方
向に貫通するビアホール（サーマルビア）８や、内部配
線層及び表面配線層が形成されており、これらビアホー
ル８及び各配線層は上記電極パッド５と共に、半導体チ
ップ２とマザーボード４との間の信号経路を形成してい
る。

【００１９】半導体チップ２は、例えば、一般的な矩形
板状の半導体チップを採用することができる。半導体チ
ップ２の一側の主表面には、ハンダ等よりなるバンプ９
が形成されている。バンプ９は、半導体チップ２の周辺
部に形成されており、インターポーザ１の一側の主表面
において、ハンダやＡｇぺ一スト等の導電性部材１０を
介して電極パッド５に電気的に接続されている。

【００２０】また、半導体チップ２における一側の主表
面の中央部は、熱可塑性材料やＡｇぺ一スト等の接着材
よりなる放熱材１１を介してインターポーザ１に接合さ
れている。また、半導体チップ２とインターポーザ１と
の間のうち、バンプ９及び放熱材１１の配設部位以外の
部位には、樹脂等よりなるアンダーフィル材１２が充填
され、半導体チップ２とインターポーザ１との接合強度
を高めている。

【００２１】こうして、半導体チップ２は、その端面が
マザーボード４の一面４ａと対向するようにマザーボー
ド４の一面４ａに対して立った状態で配置され（立設さ
れ）、半導体チップ２の一側の主表面とインターポーザ
１とは、電気的に接続されるとともに放熱材１１を介し
て熱的に接続されている。

【００２２】ヒートシンク３は、アルミや銅等の熱伝導
性に優れた材料よりなり、図１に示す様に、厚み方向の
断面形状が略Ｌ字状の板材より構成されている。ヒート
シンク３は、そのＬ字形の底部にて、ハンダ６を介して
マザーボード４の一面４ａに形成された電極パッド７と
接合されている。ここで、ヒートシンク３のハンダ付け
を可能とするために、ヒートシンク３の表面には、ハン
ダ、Ａｇ等の材料がコーティングされている。

【００２３】また、ヒートシンク３は、放熱材１３を介
して半導体チップ２の他側の主表面と接合されている。
放熱材１３は、インターポーザ１側の放熱材１１と同様
に、熱可塑性材料やＡｇぺ一スト等の接着材を用いるこ
とができる。こうして、ヒートシンク３は、マザーボー
ド４の一面４ａにハンダ付けされてマザーボード４の一
面４ａから外方へ延びるように配置されるとともに、半
導体チップ２の他側の主表面と熱的に接続されている。

【００２４】なお、図１に示す様に、マザーボード４の
一面４ａには、半導体パッケージ１００以外にも、コン
デンサ等の部品１４が混載されていても良い。図１で
は、部品１４は、マザーボード４の一面４ａに形成され
た電極パッド７に対してハンダ６を介して電気的且つ機
械的に接続されている。

【００２５】かかる半導体パッケージ１００は、次のよ
うにして組み付けられ、マザーボード４へ搭載される。
まず、一側の主表面にバンプ９が形成された半導体チッ
プ２を用意し、半導体チップ２の一側の主表面とインタ
ーポーザ１とを、バンプ９及び放熱材１１を介して接合
する。また、半導体チップ２とインターポーザ１との間
に、アンダーフィル材１２を充填する。

【００２６】一方で、半導体チップ２の他側の主表面と
ヒートシンク３とを放熱材１３を介して接合する。こう
して、半導体チップ２をインターポーザ１及びヒートシ
ンク３で挟んでなる積層体が形成され、半導体チップ２
の一側の主表面がインターポーザ１と電気的及び熱的に
接続され、半導体チップ２の他側の主表面がヒートシン
ク３と熱的に接続される。

【００２７】次に、この積層体を、半導体チップ２の端
面がマザーボード４の一面４ａに対向した状態で半導体
チップ２がマザーボード４の一面４ａに対して立設され
るように、マザーボード４の一面４ａに搭載する。そし
て、インターポーザ１の端部の電極パッド５及びヒート
シンク３を、マザーボード４の電極パッド７とハンダ付
けにより接続する。こうして、半導体パッケージ１００
のマザーボード４への実装がなされる。

【００２８】ところで、本実施形態によれば、インター
ポーザ１、半導体チップ２及びヒートシンク３の３者が
一体化されてパッケージを構成し、これら一体化された
３者がマザーボード４の一面４ａに立った状態で配置さ
れる。そのため、実装面積は半導体チップ２の面積（主
表面の面積）よりも小さくすることができる。

【００２９】また、本実施形態において、半導体チップ
２とマザーボード４との間の信号経路は、半導体チップ
２側を起点とすると、半導体チップ２からの信号は、バ
ンプ９を経て、インターポーザ１の電極パッド５、上記
した図示しない内部配線層及び表面配線層を介して、ハ
ンダ６からマザーボード４の電極パッド７へと流れる経
路となる。また、マザーボード４からの信号は、上記経
路を逆方向へ流れる。

【００３０】また、本実施形態において、放熱経路とし
ては、半導体チップ２の一側の主表面からバンプ９及び
放熱材１１を通ってインターポーザ１、ハンダ６を介し
てマザーボード４へと熱が流れる経路と、半導体チップ
２の他側の主表面からヒートシンク３へと熱が流れる経
路とが確保される。ヒートシンク３へ伝わった熱は、ヒ
ートシンク３の表面から外部へ放熱されるか、もしくは
マザーボード４へ流れる。

【００３１】このようにして、半導体チップ２の両主表
面から放熱が可能となり、片面から放熱する場合に比
べ、約２倍に放熱性を向上させることができる。また、
ヒートシンク３において、半導体チップ２との接合面と
は反対側の面が、広く外気に露出して放熱面積を確保し
ているため、ヒートシンク３自身の放熱性が高められて
いる。

【００３２】また、本実施形態によれば、インターポー
ザ１及びヒートシンク３は、マザーボード４の一面４ａ
とハンダ付けにより接続されるようになっている。その
ため、上記３個の部材１〜３を一体化してパッケージ化
した後、一括してハンダリフローすることで、半導体パ
ッケージ１００をマザーボード４へ搭載することが可能
となる。

【００３３】また、半導体パッケージ１００は一括して
ハンダリフローが可能であるため、他の部品１４ととも
に半導体パッケージ１００を同時にマザーボード４へ搭
載することができ、量産に適したものとできる。このよ
うに、本実施形態によれば、実装密度の高密度化、放熱
性の向上、及び、簡単な組付性を実現可能なパッケージ
構造を提供することができる。

【００３４】また、本実施形態によれば、半導体チップ
２とマザーボード４との間の配線基板としては、安価な
プリント基板やセラミック基板よりなるインターポーザ
１が使用されている。そのため、高価なフレキシブル配
線基板を用いる場合に比べて、パッケージにかかるコス
ト（パッケージ費）を抑えることも可能である。更に、
もし、フレキシブル配線基板を用いた場合、パッケージ
を一括してハンダリフローすることができないため、組
付性に劣る。

【００３５】ここで、本実施形態の変形例を図２及び図
３に示す。図２に示す第１の変形例としての半導体パッ
ケージ２００では、インターポーザ１の一側の主表面側
と同様に、他側の主表面にも半導体チップ２及びヒート
シンク３を設けたものである。この半導体パッケージ２
００によれば、上記図１に示した半導体パッケージ１０
０と同様の作用効果を奏するとともに、さらに実装密度
を向上させることができる。

【００３６】図３に示す第２の変形例としての半導体パ
ッケージ３００は、上記図２に示す半導体パッケージ２
００よりも、更に実装密度を高めた例である。図３中、
中央に位置するヒートシンク３は、略Ｕ字状に折り曲げ
られた板材であってＵ字の底部にてマザーボード４の一
面４ａにハンダ付けされるものを用い、Ｕ字の内周面に
て放熱面積を稼ぐことのできる構成となっている。本例
を用いれば、多数の半導体チップ２を高密度にかつ高放
熱で実装することが可能である。

【００３７】（他の実施形態）なお、上記実施形態で
は、ヒートシンク３と半導体チップ２との間にも、放熱
材１３を介在させて、より放熱性の高いパッケージ構造
を実現しているが、ヒートシンク３と半導体チップ２と
の間で十分に熱的接触が確保できるならば、これら両部
材２、３の間に放熱材１３を介在させなくても良い。

【００３８】また、インターポーザ１は、半導体チップ
２とマザーボード４との信号経路を確保できるように構
成されていれば良く、上記各図に示した構造に限定され
るものではない。また、図示しないが、アルミや銅等の
熱伝導性に優れた冷却部材を、ヒートシンク３に熱的に
接触させるように設ければ、更に放熱性を良好なものと
することができる。

【００３９】また、インターポーザ１と半導体チップ２
との電気的接続は、バンプ９ではなく、アルミや金等の
ワイヤボンディングで行っても良い。図４に、インター
ポーザ１と半導体チップ２とをワイヤボンディングによ
り電気的に接続した半導体パッケージ４００の概略断面
構成を示す。

【００４０】図４においては、半導体チップ２の他側の
主表面とインターポーザ１の電極パッド５とが、ワイヤ
１５により結線され電気的に接続されている。そして、
チップコート材１６は、半導体チップ２の他側の主表面
まで回り込むように形成され、ワイヤ１５を被覆保護し
ている。また、ヒートシンク３及び放熱材１３は、ワイ
ヤボンディング部以外の部位に接合されている。この半
導体パッケージ４００においても、上記実施形態と同様
の効果を有する半導体パッケージが提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る半導体パッケージを示
す概略断面図である。

【図２】上記実施形態の第１の変形例を示す概略断面図
である。

【図３】上記実施形態の第２の変形例を示す概略断面図
である。

【図４】インターポーザと半導体チップとをワイヤボン
ディングにより電気的に接続した半導体パッケージを示
す概略断面図である。

【図５】従来の一般的な半導体パッケージの概略断面図
である。

【符号の説明】

１…インターポーザ、２…半導体チップ、３…ヒートシ
ンク、４…マザーボード、１１、１３…放熱材。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マザーボード（４）の一面に搭載される
   半導体パッケージであって、 その端部がハンダ付けにより前記マザーボードの一面と
   電気的に接続されて、前記マザーボードの一面から外方
   へ延びるように配置される板状のインターポーザ（１）
   と、 その端面が前記マザーボードの一面と対向するように前
   記マザーボードの一面に対して立った状態で配置され、
   前記インターポーザと電気的に接続されるとともに、そ
   の一側の主表面が放熱材（１１）を介して前記インター
   ポーザと熱的に接続された半導体チップ（２）と、 前記マザーボードの一面にハンダ付けされて前記マザー
   ボードの一面から外方へ延びるように配置されるととも
   に、前記半導体チップの他側の主表面と熱的に接続され
   たヒートシンク（３）とを備えることを特徴とする半導
   体パッケージ。
2. 【請求項２】 マザーボード（４）の一面に搭載される
   半導体パッケージであって、 半導体チップ（２）の一側の主表面にインターポーザ
   （１）を接合し、前記半導体チップの他側の主表面にヒ
   ートシンク（３）を接合することにより、前記半導体チ
   ップを前記インターポーザ及び前記ヒートシンクで挟ん
   でなる積層体が構成され、 この積層体は、前記半導体チップの端面を前記マザーボ
   ードの一面に対向させた状態で前記半導体チップが前記
   マザーボードの一面に対して立設されるように、前記マ
   ザーボードの一面に搭載されており、 前記半導体チップは、前記インターポーザと電気的に接
   続されるとともに、その一側の主表面が放熱材（１１）
   を介して前記インターポーザと熱的に接続されており、 前記インターポーザ及び前記ヒートシンクは、前記マザ
   ーボードの一面とハンダ付けにより接続可能となってい
   ることを特徴とする半導体パッケージ。
3. 【請求項３】 前記ヒートシンク（３）と前記半導体チ
   ップ（２）との間は、放熱材（１３）を介して熱的に接
   続されていることを特徴とする請求項１または２に記載
   の半導体パッケージ。