JP2008171963A - 半導体チップ冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体チップがモールド樹脂で封止された半導体パッケージにおいて、半導体パッケージと冷却機構が一体となった放熱効果の高い半導体チップ冷却構造を提供する。
【解決手段】モールド樹脂４内部に熱伝導性のよい材質で形成した放熱板２、３の２枚で半導体チップ１を挟み込みように前記モールド樹脂内部に配置し、前記放熱板とプリント配線基板１０を接続させる構造を有し、半導体チップの両面から前記放熱板を介してプリント配線基板内に放熱することにより、放熱効果の高い半導体チップ冷却構造を実現出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体チップをモールド樹脂で封止した半導体パッケージにおいて、前記半導
体チップを効率良く冷却させることを可能とし、冷却機構と半導体パッケージが一体とな
った半導体チップ冷却構造に関するものである。

近年、半導体装置の高速化および高機能化等が進み、半導体チップの発熱量が増大する
傾向にある。前記傾向により、半導体チップの冷却方法についても様々な方法が提案され
ており、主な冷却方法としては、プリント配線基板上に搭載された半導体装置の表面に金
属製の放熱フィンを固定させ、前記半導体装置で発生した熱を前記放熱フィンに伝えて放
熱させる方法が用いられる。

また、前記放熱フィンを使用しない半導体チップの冷却構造として、図５の断面図に示
す半導体パッケージ内部に放熱板を配置し、前記半導体チップの裏面と前記放熱板を接触
させ、前記放熱板を介してモールド外部に自然空冷にて放熱させる半導体パッケージ構造
や図６の断面図に示す半導体パッケージ内部に配置した放熱板をプリント配線基板に接続
することでプリント配線基板内に放熱させる半導体パッケージ構造も存在する。

特開平４−１１７５８号公報

上述のような従来技術の場合、発熱量の大きな半導体装置を使用した電子機器では、前
記半導体装置を冷却するための放熱フィンやヒートシンク等の別体の冷却機構を用いる場
合が多い。放熱フィン等を使用することで確かに放熱性は向上するが、前記放熱フィンは
表面積を増大し放熱効率を上げるために縦長の溝を設けた形状が多く、大きいものでは半
導体装置の表面から５ｃｍ程度、高さ方向に増大することになり、年々進む電子機器の小
型化に対して障害になるという欠点が存在する。また、別体の冷却機構を設けるため、作
業工程やコストアップ増大の要因となる。

このような問題を解決するため、特開平４−１１７５８号公報の半導体パッケージと冷
却機構が一体となった構造が開示されており、傘型の放熱ブロックを半導体チップの表面
に直付けし、前記半導体チップ表面で発生した熱が前記放熱ブロックに伝わりモールド樹
脂外部に放熱することを特徴とする。確かに放熱フィンなどの別体の冷却機構を設ける必
要がない構造となっているが、モールド樹脂外部に露出した前記冷却ブロックの自然空冷
であり、放熱媒体となる空気の熱抵抗が高いため放熱効果は低い。

また、図６の放熱板をプリント配線基板に接続する構造においては、半導体チップ裏面
から放熱板に伝熱するため半導体チップの発熱部位である回路面で発生した熱を直接伝え
ることが出来ない構造である。

本発明では上記した問題を解決し、放熱フィン等の別体の冷却機構を使用せず、モール
ド樹脂で封止された半導体チップを効率良く冷却させる半導体チップ冷却構造を提供する
ものである。

上記した課題を解決するためには、熱抵抗の低い媒体へ伝熱し放熱させることが重要で
ある。自然空冷の場合は熱抵抗の高い空気が放熱媒体となるため、発熱量の大きな半導体
チップの冷却は困難である。また、半導体チップの発熱部位から直接伝熱させることで放
熱効果を向上させることが出来る。そこで半導体チップをモールド樹脂で封止した半導体
パッケージにおいて、熱伝導性のよい材質で形成した放熱板２枚を前記半導体チップの両
面に接触するように前記モールド樹脂内部に配置し、前記２枚の放熱板をプリント配線基
板と接続する構造を有し、つまりは前記半導体チップを２枚の放熱板で挟み込み前記半導
体チップの両面から前記放熱板を介して前記プリント配線基板内に放熱させる。

本発明は２枚の放熱板を用いて半導体チップを挟み込む構造を有し、半導体チップの両
面から伝熱させるため、放熱効果を向上することが可能である。また、半導体パッケージ
と冷却機構である放熱板が一体化した構造のため、放熱フィンやヒートシンク等の冷却機
構を別途設ける必要はない。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の断面構造図を示しており
、熱伝導性のよい材質例えば銅等で形成した放熱板Ａおよび放熱板Ｂで半導体チップ１を
挟み込む構造を有す。さらに詳しくは、半導体チップ１の回路面に絶縁シート１１を介し
て放熱板Ａを接触させ、半導体チップ１の裏面には放熱板Ｂをダイアタッチ材５例えば銀
ペースト等を用いて固着し、半導体チップ１の回路面からワイヤーボンディング６を介し
てリードフレーム６に接続させ、モールド樹脂４例えばエポキシ樹脂等で密閉する構造か
らなる。さらに放熱板Ａおよび放熱板Ｂの接続用として、プリント配線基板１０上にパッ
ト８を設け、放熱板Ａおよび放熱板Ｂとパット８をリフローにてはんだ接続する構造から
なる。

図２に示す放熱板Ａおよび放熱板Ｂの斜視図を用いさらに詳しく説明すると、放熱板Ａ
にはリードフレーム６の形状と酷似した湾曲形状を有する端子をリードフレーム６と平行
となるように少なくとも２辺形成する。この際、放熱板のはんだ接続部Ｌの表面積を増大
することで放熱効果も向上する。また、放熱板Ａのはんだ接続部とリードフレーム６のは
んだ接続部の高さが相違した場合、プリント配線基板１０への搭載時に放熱板Ａもしくは
リードフレーム６のどちらか一方がプリント配線基板１０のパット８から浮いた状態とな
る可能性があるため、放熱板Ａのはんだ接続部とリードフレーム６のはんだ接続部は同じ
高さで揃えるとよい。放熱板Ｂは半導体チップ１を搭載するために半導体チップ１よりも
一回り大きい面積を持たせ、半導体チップ１裏面を全て接触させる。また、放熱板Ａおよ
び放熱板Ｂにはんだ付け性のよい金属めっき例えば錫系のめっきを施すことにより、放熱
板Ａおよび放熱板Ｂとプリント配線基板１０上に形成されたパット８の接続強度が向上し
放熱効果も向上する。

本発明の伝熱経路は放熱板Ａを通る経路と放熱板Ｂを通る経路が存在し、放熱板Ａを通
る経路は半導体チップ１で発生した熱が絶縁シート１１を介して放熱板Ａに伝わり放熱板
Ａからプリント配線基板１０へ放熱される経路を有す。また、放熱板Ｂを通る経路は半導
体チップ１で発生した熱がダイアタッチ材５を介して放熱板Ｂに伝わり放熱板Ｂからプリ
ント配線基板１０へ放熱される伝熱経路を有し、半導体チップの両面から放熱することで
放熱効果の向上を図ることが出来る。

本発明においては、半導体チップの冷却機構と半導体パッケージを一体化した構造を有
しており、本発明を用いた半導体装置では前記半導体装置をプリント配線基板１０に搭載
することで、半導体チップ１の冷却機構も備えることとなる。さらに詳しくは、半導体チ
ップ１の放熱媒体となる放熱板Ａおよび放熱板Ｂも半導体装置をプリント配線基板１０に
搭載すると同時にはんだ接続を行えるため、別途、放熱板Ａおよび放熱板Ｂをはんだ接続
させる工程を追加する必要はない。

図３では、放熱板Ａに２辺の端子形状部を形成した例を示すが、図４に示すように、放
熱板Ａの端子形状部を４辺形成することで、さらに放熱効果の向上を図ることが可能であ
る。

上記実施例では図３および図４に示す放熱板Ａの形状を紹介したが、放熱板Ａに端子形
状を形成しプリント基板１０と接続させる構造であればモールド樹脂４をすべて覆うよう
な形状でもよい。

また、実施例１にて放熱板とプリント配線基板の接続方法にはんだ付けを紹介したが、
放熱板で半導体チップを挟み込み半導体チップの両面から放熱させる構造であれば、プリ
ント配線基板との接続は熱伝導性のよい接着剤等でも代用可能である。

実施例１の半導体チップ冷却構造断面図。 放熱板Ａおよび放熱板Ｂの斜視図。 ２辺から放熱する場合の実施例１全体斜視図。 ４辺から放熱する場合の実施例１全体斜視図。 従来の半導体チップ冷却構造断面図（１）。 従来の半導体チップ冷却構造断面図（２）。

符号の説明

１…半導体チップ、２…放熱板Ａ、３…放熱板Ｂ、４…モールド樹脂、５…ダイアタッ
チ材、６…リードフレーム、７…ワイヤーボンディング、８…パット、９…はんだ材、１０…プリント配線基板、１１…絶縁シート、１２…放熱板。

Claims (3)

1. 半導体チップをモールド樹脂で封止した半導体パッケージにおいて、熱伝導性のよい材
   質で形成した２枚の放熱板で前記半導体チップを挟み込むように前記モールド樹脂内部に
   配置し、前記放熱板とプリント配線基板を接続することを特徴とする半導体パッケージ構
   造。
2. 請求項１記載の構造を有す半導体パッケージ。
3. 請求項１記載の構造を有し、放熱板で半導体チップを挟み込むことで前記半導体チップ
   の両面から前記放熱板を介してプリント配線基板内に放熱させることを特徴とする冷却機
   構と半導体パッケージが一体となった半導体チップ冷却構造。

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