(57)【要約】【課題】半導体装置の裏面側の空気循環が容易に行えることによって十分な放熱を行うことが可能な半導体装置を提供する。【解決手段】本発明の半導体装置１０は、リードフレームを構成するリード端子１１、ダイパッド１２と、ダイパッド１２上に接続された半導体素子としてのＩＣチップ１３と、ＩＣチップ１３とリード端子１１を電気的に接続する金属細線１４とが樹脂などのパッケージ１５に内包されている。パッケージ１５の実装基板１９に面する側の裏面１７には、凹形状の溝部１８が複数形成されており、その両端はパッケージ１５の側面である外周面１６に達している。【選択図】図１
2008235307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、前記半導体素子を内包するパッケージとを有する半導体装置であって、
前記半導体装置が接続される実装基板と対向する面である前記パッケージの裏面に凹形状の溝部が形成されており、
前記溝部は、少なくとも一方端が前記パッケージの外周面に達していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記溝部は、前記パッケージの裏面の中心近傍から前記外周面に向かい設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の半導体装置において、
前記パッケージの裏面には、前記半導体素子の投影形状を内側に含むように縁取られた凹部が形成されており、
前記溝部は、前記凹部から前記外周面に向かい延設されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記溝部は、前記パッケージの対向する２つの前記外周面に渡り設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記溝部は、前記パッケージの裏面から該溝部の底面までの深さが、前記パッケージの中央部から前記外周面に向かって深くなるように形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記溝部は、前記パッケージの裏面から該溝部の底面までの深さが、前記パッケージの中央部から前記外周面に向かって浅くなるように形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記溝部の幅寸法が、前記パッケージの中央部から前記外周面に向かって広くなるように形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記溝部は、複数設けられていることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップなどの素子がパッケージの内部に収納された半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップなどの素子がリードフレームを一例とする基板上に装着され、この半導体チップが、例えば樹脂などを用いた成形加工により形成されたパッケージにより覆われた半導体装置が知られている。近年、素子の微細化、高集積化、高周波動作などが進み、これによる半導体チップ（ＩＣチップ）などの素子の発熱量が増加している。このような素子を用いる半導体装置では、半導体チップから発生する熱の放熱が必要となる。放熱は、パッケージ自体と半導体チップが装着されパッケージ外部に延びるリード端子とから行われることが知られている。
この放熱の効果をより顕著にするため、パッケージのおもて面に凹凸部を形成したカバーを設ける構成（例えば、特許文献１参照）、或いは樹脂パッケージのおもて面に凹凸部を形成する構成（例えば、特許文献２参照）などが提示されている。ここで、おもて面とは、半導体装置が実装される基板側と対向する面と表裏の関係となる面をいう。
【０００３】
【特許文献１】特開平２００４−２４７７２４号公報
【特許文献２】特開平６−９７３２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述の従来の半導体装置では、おもて面側は開放されているため十分な空気循環が起こり放熱されるものの、裏面側は半導体装置と接続される実装基板などと近接するため空気循環が起こり難いことから、放熱効果が十分でないという課題を有していた。
【０００５】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、半導体装置の裏面側でも空気循環が容易に行えることによって十分な放熱を行うことが可能な半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる問題を解決するために、本発明の半導体装置は、半導体素子と、前記半導体素子を内包するパッケージとを有する半導体装置であって、前記半導体装置が接続される実装基板と対向する面である前記パッケージの裏面に凹形状の溝部が形成されており、前記溝部は、少なくとも一方端が前記パッケージの外周面に達していることを特徴とする。
【０００７】
本発明の半導体装置によれば、パッケージの裏面に一方端が外周面に達する凹形状の溝部が形成されている。半導体素子から放熱された熱はパッケージを伝わり溝部の凹状内においてもパッケージ外面から放熱される。これにより暖められた空気は、パッケージの外周面に一方端が達している溝部を循環（移動）し、外周面から外部に排出される。この空気の循環を繰り返すことにより常に暖められた空気が外部に排出されることになり放熱効果を高めることができる。
【０００８】
また、前記溝部は、前記パッケージの裏面の中心近傍から前記外周面に向かい設けられていることが望ましい。
【０００９】
このようにすれば、溝部が一方向に向かって設けられているため、暖められた空気は一方向に向かっての循環する。このため、流れる空気と空気との干渉などによる循環の阻害を防止することが可能となり、放熱硬化を高めることができる。
【００１０】
また、前記パッケージの裏面には、前記半導体素子の投影形状を内側に含むように縁取られた凹部が形成されており、前記溝部は、前記凹部から前記外周面に向かい延設されていることが望ましい。
【００１１】
このようにすれば、凹部が半導体素子の投影形状を含み設けられているため、半導体素子平面方向に発生しパッケージを通して放出される熱を凹部に集めることができる。この集められた熱を溝部を通して外部に放出することで放熱効果をさらに高めることが可能となる。
【００１２】
また、前記溝部は、前記パッケージの対向する２つの前記外周面に渡り設けられていることが望ましい。
【００１３】
このようにすれば、一方の外周面から溝部に取り入れた空気が他方の外周面に向かって移動し放出されることにより暖められていない常温の空気が常に循環するため、さらに放熱効果を高めることが可能となる。
【００１４】
また、前記溝部は、前記パッケージの裏面から該溝部の底面までの深さが、前記パッケージの中央部から前記外周面に向かって深くなるように形成されていることが望ましい。
【００１５】
このようにすれば、放熱により暖められて軽くなった空気は、半導体装置の裏面を下方にして用いる場合、上方に向かって傾斜している（裏面からに深さが外周面に向かって深くなっている）溝部に沿って上方に移動し外周面から放出される。このため強制的な空気循環を起こすことなく排熱を行うことができる。
【００１６】
また、前記溝部は、前記パッケージの裏面から該溝部の底面までの深さが、前記パッケージの中央部から前記外周面に向かって浅くなるように形成されていることが望ましい。
【００１７】
このようにすれば、放熱により暖められて軽くなった空気は、半導体装置の裏面を上方にして用いる場合、上方に向かって傾斜している（裏面からに深さが外周面に向かって浅くなっている）溝部に沿って上方に移動し外周面から放出される。このため強制的な空気循環を起こすことなく排熱を行うことができる。
【００１８】
また、前記溝部の幅寸法が、前記パッケージの中央部から前記外周面に向かって広くなるように形成されていることが望ましい。
【００１９】
このようにすれば、外周面に向かい溝部の幅寸法が順次広くなっていることから空気の移動が抵抗無くスムーズに行われる。これにより、放熱効果を高めることが可能となる。
【００２０】
また、前記溝部は、複数設けられていることが望ましい。
【００２１】
このようにすれば、複数の溝部それぞれで空気の循環を生じ、さらに放熱効果を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係る最良の形態について、以下に図面を用いて説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
図１は、本発明に係る半導体装置の一例を示し、（ａ）は正断面図、（ｂ）は（ａ）のＰ方向から見た平面図（Ｐ視図）である。
【００２４】
半導体装置１０は、リードフレームを構成するリード端子１１と、ダイパッド１２と、ダイパッド１２上に接続された半導体素子としてのＩＣチップ１３と、ＩＣチップ１３とリード端子１１を電気的に接続する金属細線１４とが樹脂などのパッケージ１５に内包されている。パッケージ１５は、熱硬化性樹脂などを用いるトランスファーモールドなどによって形成される。本例の半導体装置１０は、パッケージ１５の外周面１６のそれぞれに５本のリード端子１１を有するＱＦＰタイプ（ペリフェラル系パッケージ）の構成である。なお、リード端子１１の本数は、図１に示す外周面１６にそれぞれ５本ずつ設けられている構成に限らず、本数は何本で有ってもよい。半導体装置１０は、折り曲げられたリード端子１１の端部で実装基板１９に、例えば半田などを用いて接続される。
【００２５】
このとき、パッケージ１５の裏面１７は、実装基板１９と対向するように位置している。図１に示すパッケージ１５の裏面１７は、実装基板１９との隙間が殆ど無いような近接状態となっているが、裏面１７と実装基板１９とが接している場合や接着剤等を用いて裏面１７と実装基板１９とが接着されている場合もある。
パッケージ１５の裏面１７には、凹形状の溝部１８が複数形成されている。溝部１８は、一方向に並べて配列されており、その両端はパッケージ１５の側面である外周面１６に達している。即ち、パッケージ１５の裏面１７が実装基板１９と接しても、凹形状である溝部１８の内部は空間となっており、さらに両端が外周面１６達しており開口しているため溝部１８の内部はパッケージ１５の外空間に開放されている。
【００２６】
ＩＣチップ１３は、電流を流し動作させることで発熱する。この発熱によってＩＣチップ１３の機能・特性を損ねる恐れがあるため放熱が必要とされている。放熱経路は、リード端子を伝わる熱を外部に放熱させる経路とパッケージに伝わる熱をパッケージ表面から外部に放熱する経路が知られている。本実施形態は、パッケージ１５を介しての放熱経路である。パッケージ１５を介して放熱が行われる場合に、パッケージ１５の表面が実装基板１９と接触、或いは近接しているとパッケージ１５の表面に触れている空気が殆んど動かなく滞留したままとなる。したがって、パッケージ１５の表面に触れている空気は暖められたままとなり放熱効果が低下する。
【００２７】
本実施形態に示す半導体装置１０によれば、パッケージ１５の裏面１７に溝部１８が設けられていることにより、パッケージ１５の裏面１７が実装基板１９と接していても、溝部１８で空気の移動を自在に行うことができる。例えば、送風ファンなどを用いて一方の外周面（矢印Ｑ１）から空気を導入すれば反対側の外周面（矢印Ｑ２）から空気が排出される。このように、溝部１８の内部のパッケージ面には、暖められた空気が移動することによって常に新しい空気が触れている。新しい空気は、暖められていないため熱が伝わり易く、これにより放熱効果を高めることが可能となる。
また、複数の溝部１８が一方向に並べて配列されており交差していない。この交差が有ると、多方向からの空気の流れによる干渉などにより空気の循環が阻害されることがある。本実施形態では、このような交差がなく、空気の循環が一方向に整然と行われるため放熱効果をさらに高めることが可能となる。
【００２８】
（第２実施形態）
図２、および図３を用いて本発明に係る半導体装置の第２実施形態を説明する。図２は第２実施形態としての半導体装置の一例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＰ方向から見た平面図（Ｐ視図）である。図３は半導体装置の他の一例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＰ方向から見た平面図（Ｐ視図）である。
【００２９】
本例の半導体装置３０は、４８ピンＱＦＰタイプのパッケージ構成をなしている。なお、本第２実施形態の説明では前述の第１実施形態と同じ形態の部分の説明は省略する。
【００３０】
先ず図２を用いて一例を説明する。図２に示すように、半導体装置３０の構成は、前述した第１実施形態と同様に、リードフレームのダイパッド（図示せず）上に接続された半導体素子としてのＩＣチップ２２がパッケージ２３に内包されている。パッケージ２３の外周面２４からはパッケージ２３の内部から延在するリード端子２１が設けられている。リード端子２１は、パッケージ２３の外側で図示下方に折り曲げられ、その端部が実装基板２７に半田などを用いて接続されている。この接続により半導体装置３０は実装基板２７に接続および固定される。なお、リード端子２１の本数は、図２で示した４８本に限らず、何本であってもよい。
【００３１】
実装基板２７と対向するパッケージ２３の裏面２８には、ＩＣチップ２２の投影形状を内側に含むように縁取られた方形の凹部２６が形成されている。なお、凹部２６の底面は、ＩＣチップ２２に達していない。凹部２６の外縁からは、パッケージ２３の外周面２４に向かう４本の凹形状の溝部２５が形成されている。それぞれの溝部２５は、凹部２６との接続部からパッケージ２３の外周面２４に向かって徐々に幅寸法が広くなるように形成されている。
【００３２】
次に図３を用いて他の一例を説明する。ここでは、図２で示した一例と同じ構成の説明は省略する。図３に示すように、実装基板２７と対向する半導体装置３０のパッケージ２３の裏面２８には、ＩＣチップ２２の投影形状を内側に含むように縁取られた方形の凹部３６が形成されている。凹部３６の外縁からは、パッケージ２３の外周面２４に向かう複数の凹形状の溝部３５が放射状に配列されている。
この溝部３５の一方端は、パッケージ２３の外周面２４に達し、外周面２４に開放されている。それぞれの溝部３５は、凹部３６との接続部からパッケージ２３の外周面２４に向かって徐々に幅寸法が広くなるように形成されている。なお、図３では、凹部３６の４角に溝部３５が設けられていないが、この４角から延在される溝部３５が設けられてもよい。
【００３３】
本第２実施形態の半導体装置３０では、実装基板２７と対向するパッケージ２３の裏面２８には、ＩＣチップ２２の投影形状を内側に含むように縁取られた方形の凹部２６，３６が形成されている。そして、この凹部２６，３６から延在する溝部２５，３５が形成され外周面２４に達している。これにより、発熱したＩＣチップ２２の熱がパッケージ２３を伝わり、凹部２６，３６に暖められた空気が集まる。凹部２６，３６は、発熱源であるＩＣチップ２２の近傍に設けられており、さらにＩＣチップ２２の投影形状を内側に含むように縁取られて形成されているため、暖められた空気を効率よく集めることができる。暖まった空気は、溝部２５，３５を通り外周面２４から外部に排出されることにより放熱することが可能となる。例えば、図中の矢印Ｑ１の方向から空気の流れを起こすことにより矢印Ｑ２の方向に空気が流れ放熱することができる。
また、溝部２５，３５がパッケージ２３の平面視中央部から外周面２４に向かって徐々に幅が広くなるように設けられている。これにより、排出抵抗が軽減されて空気の排出が容易となり放熱効果をさらに高めることが可能となる。
【００３４】
なお、図２、図３では凹部２６，３６の形状を方形で説明したがこれに限らず、ＩＣチップ２２の投影形状を内側に含むように縁取られていればいかなる形状であってもよい。
【００３５】
（第３実施形態）
次に、図４を用いて本発明に係る半導体装置の第３実施形態を説明する。図４は第３実施形態としての半導体装置の一例を示し、（ａ）は正断面図、（ｂ）は（ａ）のＰ方向から見た平面図（Ｐ視図）である。なお、本第３実施形態の説明では前述の第２実施形態と同じ形態の部分の説明は省略する。
【００３６】
第３実施形態に係る半導体装置５０は、リードフレームのダイパッド（図示せず）上に接続された半導体素子としてのＩＣチップ４２がパッケージ４３に内包されている。パッケージ４３の外周面４４からはパッケージ４３の内部から延在するリード端子４１が設けられている。リード端子４１は、パッケージ４３の外側で図示下方に折り曲げられ、その端部が実装基板４８に半田などを用いて接続されている。この接続により半導体装置５０は実装基板４８に接続および固定される。
【００３７】
実装基板４８と対向するパッケージ４３の裏面４９には、ＩＣチップ４２の投影形状を内側に含むように縁取られた方形の凹部４５が形成されている。凹部４５の外縁からは、パッケージ４３の外周面４４に向かう凹形状の複数の溝部４６（本例では１２個）が形成されている。それぞれの溝部４６は、パッケージ４３の外周面４４に達した一方端４７が開放口となっており外部に開放されている。さらに、溝部４６は、パッケージ４３の裏面４９からの深さが、凹部４５から外周面４４に向かい徐々に深くなるように形成されている。
【００３８】
発熱源であるＩＣチップ４２からの放熱により、発熱源に近い凹部４５の空気が暖められる。この暖められて軽くなった空気は上昇するため空気の対流が発生する。この対流により、外周面４４に向かい徐々に深くなる、換言すると底面が徐々に上方に向かいながら開放口に達する溝部４６の中を暖められた空気が移動し一方端４７から外部に排出される。この空気の移動が繰り返し行われることによって、前述の実施形態の効果に加えてさらに効率良い放熱を行うことができる。
【００３９】
また、図５に示すように溝部４６は、ＩＣチップ４２の投影領域の内側に一方の端部である他端５１を有しており、反対側の端部である一方端４７が外周面４４に達しているように形成されてもよい。なお、溝部４６の底面は、前述の第３実施形態と同様にパッケージ４３の裏面４９からの深さが、パッケージ４３の中央部から外周面４４に向かい徐々に深くなるように形成されている。
【００４０】
このようにすれば、発熱源であるＩＣチップ４２の近傍のＩＣチップ４２の投影領域内側に溝部４６の他端５１があるため暖められた空気を容易く溝部４６に集めることができる。そして、暖められた空気は上昇しながら外周面４４に向かって移動し、一方端４７から外部に排出され放熱を行うことができる。
【００４１】
なお、半導体装置５０を実装基板４８の下面に接続する、即ち裏面４９が上側となるように裏返して用いる場合は、溝部４６のパッケージ４３の裏面４９からの深さが、凹部４５から外周面４４に向かい徐々に浅くなるように形成する。これによって外周面４４に向かって底面が徐々に上向きに傾斜する溝部４６が形成されるため、この溝部４６の底面に沿って対流する空気が流れ、前述の第３実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００４２】
また、同じ裏面内にパッケージの裏面からの深さが凹部から外周面に向かい徐々に深くなるように形成された溝部と、パッケージの裏面からの深さが凹部から外周面に向かい徐々に浅くなるように形成された溝部とを有する半導体装置を形成することもできる。
このような半導体装置では、半導体装置の実装基板への接続方向に拘わらず、溝部において発生した対流により暖められた空気を外部に排出することが可能となる。
【００４３】
なお、前述の実施形態で説明した半導体装置は、実装基板にパッケージの裏面が接着されることの多い、例えばＱＦＰタイプなどのペリフェラル系パッケージに対する放熱効果がより大きい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る半導体装置の第１実施形態を示し、（ａ）は正断面図、（ｂ）は（ａ）のＰ方向から見た平面図（Ｐ視図）。
【図２】本発明に係る半導体装置の第２実施形態の一例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＰ方向から見た平面図（Ｐ視図）。
【図３】本発明に係る半導体装置の第２実施形態の他の一例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＰ方向から見た平面図（Ｐ視図）。
【図４】本発明に係る半導体装置の第３実施形態を示し、（ａ）は正断面図、（ｂ）は（ａ）のＰ方向から見た平面図（Ｐ視図）。
【図５】第３実施形態の他の一例を示す平面図（図４に示すＰ視図）。
【符号の説明】
【００４５】
１０，３０，５０…半導体装置、１１，２１，４１…リード端子、１２…ダイパッド、１３，２２，４２…ＩＣチップ、１４…金属細線、１５，２３，４３…パッケージ、１６，２４，４４…外周面、１７，２８，４９…裏面、１８，２５，３５，４６…溝部、１９，２７，４８…実装基板、２６，４５…凹部、４７…一方端、５１…他端。
【図１】
2008235307.tif 000003
【図２】
2008235307.tif 000004
【図３】
2008235307.tif 000005
【図４】
2008235307.tif 000006
【図５】
2008235307.tif 000007