JPS58225656A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、基板に形成された接続パターンに電極が電
気的、機械的に接続された半導体装置の改良に関するも
のである。近年、電算機等の電子機器の高密変実装の要
求か高°まるにつれ、個別ＩＣやＬＳＩを装置に実装す
る方法にかわって、セラミックやエポキシ樹脂等の基板
に複数個のｒｃ、ｒ、ｓｒ素子を塔載してなるモジュー
イレ化した半導体装置を用いる方法が広く用いられて米
ている。

この様に複数個のＬＳＩ素子が塔載されたモジュール（
以降マルチチップモジュール、　ＭＣＭ　ト称する）を
用いると、ＭＣＭ上に複数のＬＳＩ素子を塔載して相互
配線を行うため素子間の信号伝搬時間が短かく、又個別
Ｉ　Ｃ、ＬＳＩを使用するより狭いスペースに実装でき
るため、実装密度が上る等の効果を有するものである。

第１図は、従来のＭＣＭを示した断面図であり、図中（
１）け−主面（１ａ）に電極を有したＩＣ又はＬＳＩの
半導体素子（２）はセラミック等で形成された基板で、
その表面にけ導電性の接続パターン（図示せず）と、そ
の内部には各半導体素子（１）間の相互配線及び外部ピ
ン（３）への配線（図示せず）が形成され、表向周辺に
封止用メタライズ（図示せず）が設けられているもので
ある。（４）は上記半導体素子（１）の−主面に形成さ
れた電極に設けられた半田突起電極で、上記基板（２）
の表面に形成された接続パターンに接続され、上記半導
体素子（１）と基板（２）とを電気的かつ機械的に接続
するものである。（６）は上記基板（２）の周辺に設け
られ九封止用メタライズに半田等の接着材（５）で固着
され、内部を気密封ＩＦ。

するキャップで上記半導体素子（１）及び基板（２）の
素子固着面の汚染、破損、腐蝕を防止するものである。

ところがこの様に構成されたＭＣＭを用いることによっ
て、半導体装置としての実装密度が高く々る反面、単位
面積当りの発熱量が高くなり、ＭＣＭからの放熱の問題
を解決する必要が生じて米た。

特に上記した様に半田突起電極（４）で基板（２）Ｋ接
続された半導体素子（１）からの発熱対策は極めて重要
な課題である。

このＭＣＭの放熱の課題解決のためには様々な方法が考
えられるが、最も一般的に考えられているものとして第
２図に示すようなものがある。このものはｌ＄１図のも
のに比して、半導体素子（１）の他よｆｆ１（１ａＬ！
ニーｔヤツ７’　（６）　＆　Ｏｌ１ｆｉ　Ｋヶゎ□。

あいオゎ　　゛（例えばＳｎ、Ｉｎ等の軟金属や合金、
スポンジ状の金属、伝熱性樹脂、伝熱性グリース等の伝
熱体（８）を密着させて半導体素子（１）の他主面（１
ａ）からキャップへの伝熱係数を高めるとともに、キャ
ップ（６）の外表面に放１ｖＩｉ効果を高めるためのフ
ィン（７）を形成したものであり、第１図に示したもの
に比べ著るしい放熱効果が期待できるものである。

しかるに、この様に構成されたものにおいて、ＭＣＭの
動作、停止の際にキャップ（６）および基板（２）の温
度が変化するため、キャップ（６）と基板（２）との温
度差により、キャップ（６）と基板（２）の熱膨張係数
の違いに基づく熱歪が生じるものである。したがってこ
の歪のためキャップ（６）と基板（２）の相対的ずれが
生じ、ひいてはキャップ（６）と半導体素子（１）が熱
抵抗の高い金属等の伝熱体（８）により固着されている
と、半導体素子（１）を基板（２）に固着している半田
突起電極（４）に剪断応力が働らき半田突起電極（４）
の疲労破壊をきたし、その結果ＭＣＭの信頼性の低下を
きたすことになるものである。

一方、伝熱体（８）を金属ではなく伝熱グリースやスポ
ンジ状金属を用いると上記歪は該伝熱体（８）の変形に
より吸収され、突起電極（４）の疲労破壊は抑制できる
が、伝熱体（８）自体の熱抵抗ｔま金属等と比べ着るし
く低いため放熱効果に支障をきたすことになるものであ
る。

この発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、基
板に半導体素子が電気的かつ機械的に接続されたものに
おいて、半導体素子の他主面傾接触する吸熱部を有した
キャップを基板に固定するとともに、このキャンプと基
板とを締め付は固定し、半導体素子の他主面に所定の押
圧力を与える固定具を設けて、半導体素子からの放熱効
果を高めるとともに１半導体素子と基板との電気的、機
械的接続部に剪断応力がかからないようにして信頼性の
向上を図ることを目的とするものである。

以下にこの発明の一実施例を第８図に基づいて説明する
と、（６）は−向に、半導体素子（１）の他主面に接触
され、半導体素子（１）からの熱を吸収する吸熱部（６
ａ）を有し、他面にひだやビン状の放熱フィン部（７）
を有したキャップの本体で、吸熱部（６ａ）と半導体素
子（１）他主面（１ａ）との間に熱抵抗を下げるだめの
伝熱グリース等の良伝熱伺（８）が充填されているもの
である。（９）は一端が上記キャップ（６）の端部周辺
に溶接あるいは半田にて接着され、他端に７ランジ（９
ａ）を有し、この７ランジ（９ａ）が基板（２）の封止
用メタライズに半田等の接着剤（５）あるいは溶接にて
接着されたアルミニウム（Ａｌ）、　銅（Ｃｕ）等の金
属箔からなる環状の取付体で、弾塑性を有し、上記本体
（６）とキャップを構成して半導体素子（１）を外気か
ら封止するものである。なお、この取付体（７）にｔよ
、さらにひだ状部を設ければ、基板（２）とキャップの
本体（６）との熱膨張係数の差異に基づく熱歪を、ひだ
状部を設けないものに対しさらに有効に吸収できるもの
である。αＯは上記キャップの本体（６）の周辺に設け
られた環状あるいは帯状のゴム等の弾性体、０υはこの
弾性体と基板（２）とを締め付は固定する押え枠で、弾
性体ＯＱとともに固定具を構成し、この押え枠０］）が
弾性体００を圧縮し、この弾性体αＱの反発力により、
キャップの本体（６）と半導体素子０１）との間に所定
の押圧力を与えるものである。

この様に構成されたものにおいて、半導体素子（１）と
キャップの本体（６）とは弾性体０００弾性により所定
の加圧力で接触しているため、半導体素子（１）からキ
ャップ（６）への伝熱性は良好であり、かつ、キャップ
の本体（６）は半導体素子（１）の他主面（１ａ）に固
着していないため、キャップと基板（２）との間の熱膨
張係数の違いによる熱歪によりキャップに生じた伸び縮
みはキャップの本体（６）と半導体素子（１）の他主面
（１ａ）間のすべりによって半導体素子（１）に応力は
かからず、突起電極（４）には剪断応力が加わりに＜＜
、それによる破壊もなくなるものである。さらに、キャ
ップの本体（６）と基板（２）間の歪は取付体（９）で
も吸収できるため、キャップを基板（２）に固着した時
起こる基板（２）の割れ及びキャップと基板（２）との
固着部分の剥離等の恐れもなくなるものである。

第４図はこの発明の他の実施例を示すものであり、第８
図に示したものの弾性体００と押え枠０ηとで構成され
た固定具を、一端がキャップの本体（６）に固定された
第１の押え枠（ｌｌａ）と、一端が基板（２）に固定さ
れた第２の押え枠（ｌｌｂ）と、これら第１および第２
の押え枠（ｈａ）（ｔｔｂ）の他端にそれぞれ固定され
た弾性体αＱとで構成したことを特徴とし、第１の押え
枠（ｔｔａ）と第２の押え枠（ｔｘｂ）により弾性体α
Ｑを圧縮し、この弾性体αＱの反発力によりキャップの
本体（６）と半導体素子αηとの間に所定の押圧力を与
えるものである。

この実施例のものにおいても、上記第８図に示す実施例
のものと同様な効果を奏するほか、弾性体ＯＱをキャッ
プの本体（６）と基板（１）を加圧する方向にのみ弾性
を有し、他の方向へは弾性を有しないものとすれば、外
から外力が加わってもキャンプの本体（６）の基板（２
）からのずれを防止できるものである。

なお、上記実施例のものにおいて、放熱フィン（７）の
形状、キャンプの材質、キャップと半導体素子（１）間
の伝熱材（８）の材質、厚さ、及び取付体（９）の材質
、厚さ、及びキャップや基板（２）への固定方法、弾性
体αＱの材質、形状、押え枠（１１）（１１８０１１ｂ
）の形状材質等又押え枠（１１）（１１ａ）（１１ｂ）
の取り付は方法等は何ら図示のものに制限をうけるもの
でない事は勿論、半導体素子（１）、基板（２）の形状
、材質、突起電極（４）の形状等についても図示のもの
に何ら制限をうけるものでないものである。

この発明は以上に述べたように、基板に半導体素子が電
気的かつ機械的に接続されたものにおいて、半導体素子
の他主面に接触する吸熱部を有し、その端部が基板に固
定されるキャップおよびこのキャップと基板とを締め付
は固定し、上記半導体素子に所定の押圧力を与える固定
具を設けたので、半導体素子の他主面とキャップの吸熱
部が所定の押圧力で接しているため、半導体素子からの
放熱効果を高めることができ、しかもキャップと基板と
の熱膨張係数の差異に基づく熱歪を、半導体素子とキャ
ンプとのずれにより吸収でき、半導体素子と基板との接
続部にかかる剪断応力を抑制できるため信頼性の向上が
図れるという効果を有する　　　　゛ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ従来の半導体装置を示す
断面図、第８図はこの発明の一実施例を示す断面図、第
４図はこの発明の他の実施例を示す断面図である。 図において（１）は半導体素子、（２）は基板、（６）
はキャップ、（６ａ）は吸熱部、（７）は放熱フィン、
（８）は良伝熱材、（９）は取付体、α１は弾性体、Ｑ
ｌ）は押え枠、（ｌｌａ）は第１の押え枠、（１１ｂ）
ｔＩ士第２の押え枠である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人　葛野信− （ｌす 第１図 第２図 第３図 手続補正書（自発） 第４図 １、事件の表示　　　　特願昭５７−１１０８０２号２
、発明の名称　　　半導体装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住　所　　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号
名　称（６０１）　　　三菱電機株式会社代表者片山仁
八部 ４、代理人 住　所　　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号
三菱電機株式会社内 ５、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄。 ６、Ｍ正の内容 （１）明細書中梁５頁第１８行に「熱抵抗の高い」とあ
るのを［熱抵抗の低い−１と訂正する。 （２）同第６自−第２行に「低いため」とあるのを１商
いため」と訂正する。 （３）同第７臼第９行に［材体（７）　ｌとあるのを「
材体（９）」と訂正する。 以　　上 ２４９−

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）−面に導電材からなる接続パターンが形成された
   基板、−主面に電極を有し、この電極が上記基板の接続
   パターンに電気的かつ機械的に接続された半導体素子、
   この半導体素子の他主面に接触する吸熱部を有し、その
   端部が上記基板に固定されたキャップ、このキャップと
   基板とを締め付は固定し、上記半導体素子に所定の押圧
   力を与える固定具を備えた半導体装置。
2. （２）キャップを、吸熱部を有する本体と、この本体と
   基体との間に固定され、弾塑性を有する取付体とにより
   構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   半導体装置。
3. （３）キャンプを、放熱フィンを具備したものとしたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
   半導体装置。
4. （４）キャップの吸熱部の半導体素子他主面に接触する
   部位を良伝熱材としたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項ないし第８項のいずれかに記載の半導体装置。
5. （５）固定具を、キャンプに固定された弾性体と、この
   弾性体と基板上を締め付は固定する押え枠とで構成した
   ことを特徴とする特＊Ｍ末の範囲第１項ないし第４項の
   いずれかに記載の半導体装置。
6. （６）固定具を、一端がキャップに固定される第１の押
   え枠と、一端が基板に固定される第２の押え枠と、これ
   ら第１および第２の押え枠の他端にそれぞれ固定された
   弾性体とで構成したことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項ないし第４項のいずれかに記載の半導体装置。