(57)【要約】      （修正有）【課題】従来の半導体パッケージでは、設計毎にスティフナーの厚みを半導体デバイスに合わせて作製し、工程が複雑で非効率的であった。基板の反りやスティフナーの接着の状態が変わっても半導体デバイスと蓋に形成されたヒートスラグとの接触が十分となり、半導体デバイスの放熱が十分となる手段を提供する。【解決手段】半導体デバイス１１と、配線基板１０と、配線基板に配置したスティフナー１２と、半導体デバイスを保護するための蓋１３を有する半導体パッケージにおいて、スティフナーの断面構造が凹型をなし、その窪みの部分に蓋の凸部が入り込む形であって、スティフナーの凹部先端の内側面ならびに蓋の凸部側面に固定用の突起が設けられており、その突起同士が合さり込んで固定されると共に蓋に別に配置された放熱用のヒートスラグ１７が半導体デバイスに確実に接触している構造とした半導体パッケージ。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板と、配線基板に実装された半導体デバイスと、配線基板に配置したスティフナーと、スティフナー上に設けた半導体デバイスを保護するための蓋を有する半導体パッケージにおいて、スティフナーの蓋を貼り付ける面側に断面構造が凹型をなした部位が設けられ、その窪みの部分に蓋に設けられた凸部が入り込む形であって、スティフナーの凹部内側面ならびに蓋の凸部側面に固定用の突起が設けられており、その突起同士が嵌合して固定され、さらに蓋に半導体デバイスに接触するヒートスラグが配置されていることを特徴とする半導体パッケージ。
【請求項２】
配線基板と、配線基板に実装された半導体デバイスと、配線基板に配置したスティフナーと、スティフナー上に設けた半導体デバイスを保護するための蓋を有する半導体パッケージにおいて、スティフナーの外側面に固定用の突起が形成されており、蓋のスティフナー上に貼り付ける面側に断面構造が凹型をなした部位が設けられ、その内側面に固定用の突起が設けられており、その突起同士が嵌合して固定され、さらに蓋に半導体デバイスに接触するヒートスラグが配置されていることを特徴とする半導体パッケージ。
【請求項３】
半導体デバイスを保護するための蓋に放熱用のヒートスプレッタが一体となっていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスをプリント配線板に実装するための半導体パッケージに関し、特に半導体デバイスを保護するための改良された蓋と、スティフナー（補強板）及びヒートスプレッダ（放熱板）を有する半導体パッケージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
搭載する半導体デバイスの高速化、高集積化、多機能化にともなって、半導体パッケージにも高耐湿性、高耐熱性、高放熱性などの高機能化が要求されてきた。半導体デバイスの高機能化は発熱増加に結びつく。動画等画像処理速度を上げるために演算速度も高速化し、動作周波数が高くなることで消費電力が上昇する。機能の安定作動には熱の放散が必要であり、放熱板を備えるなど放熱特性をもつ製品が求められている。
【０００３】
また、近年の半導体デバイスの変化は著しく、製品のライフサイクルもどんどん短くなってきて、半導体パッケージに対しても、チップ厚みの変化等、頻繁な設計変更、形態変更が求められている。
【０００４】
プリント配線板に半導体デバイスを実装する半導体パッケージにおいて、半導体デバイスを実装する場合に、インターポーザ（中継基板：以下配線基板と称する）の反りが問題となる。また、半導体パッケージをプリント配線板に実装する場合も反りの発生が問題となる。この反りを防止するために、配線基板に金属のフレームを貼り付けて反りの防止を行う。その金属フレームをスティフナーと呼んでいる。スティフナーは、配線基板が反りやすい場合に多く使用され、配線基板の薄い場合や配線基板のサイズの比較的大きな場合に使用されることが多い。
【０００５】
スティフナーは、半導体デバイスを保護するための蓋の支持や放熱板の支持にも使用され、スティフナー上に蓋ならびに放熱板が貼り付けられる。図１の（ａ）〜（ｄ）に従来のスティフナーを有した半導体パッケージの一例の模式的構造を示す。配線基板１０に半導体デバイス１１が実装され、その周辺部にスティフナー１５が配置されている。半導体デバイスを保護し、かつ、発生した熱を放熱するため、半導体デバイスならびにスティフナー上に蓋１６が配置され、さらにその上に放熱板１４が配置された構造となっている。
【０００６】
ここで、封止の際に、蓋が半導体デバイスに圧力を及ぼして半導体デバイスを破壊することがあってはならず、かつ、蓋と半導体デバイスが放熱のために確実に接触している必要がある。これを達成する為に、特許文献１では、半導体チップを配線基板に対してはアンダーフィルで支持し、蓋に対しては銀ペーストで支持し、蓋とスティフナーの間隔を規定するための複数の隔離体を用い、封止用樹脂の有する表面張力と合わせて接合・封止している。
【特許文献１】特開２０００−２１６２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の半導体パッケージでは、設計毎にスティフナーの厚みを半導体デバイスに合わせて設計し、蓋および基板との間隔を規定する部材等もそろえなければならず、工程が複雑となっていた。またスティフナーを配置した後に、工程中での加熱により配線基板に反りが発生することがあり、その場合、半導体デバイスと蓋の接触が不十分となり、半導体デバイスの熱を放熱できず、半導体デバイスの動作が不安定になることや、スティフナーと
蓋の接合が不十分になり耐湿性が劣化する等の問題もあった。本発明の目的は、改良されたスティフナーと蓋の構造を採ることにより上記問題を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、本発明の請求項１に係る発明は、配線基板と、配線基板に実装された半導体デバイスと、配線基板に配置したスティフナーと、スティフナー上に設けた半導体デバイスを保護するための蓋を有する半導体パッケージにおいて、スティフナーの蓋を貼り付ける面側に断面構造が凹型をなした部位が設けられ、その窪みの部分に蓋に設けられた凸部が入り込む形であって、スティフナーの凹部内側面ならびに蓋の凸部側面に固定用の突起が設けられており、その突起同士が嵌合して固定され、さらに蓋に半導体デバイスに接触するヒートスラグが配置されていることを特徴とする半導体パッケージである。
【０００９】
本発明の請求項２に係る発明は、配線基板と、配線基板に実装された半導体デバイスと、配線基板に配置したスティフナーと、スティフナー上に設けた半導体デバイスを保護するための蓋を有する半導体パッケージにおいて、スティフナーの外側面に固定用の突起が形成されており、蓋のスティフナー上に貼り付ける面側に断面構造が凹型をなした部位が設けられ、その内側面に固定用の突起が設けられており、その突起同士が嵌合して固定され、さらに蓋に半導体デバイスに接触するヒートスラグが配置されていることを特徴とする半導体パッケージである。
【００１０】
また、本発明の請求項３に係る発明は、半導体デバイスを保護するための蓋に放熱用のヒートスプレッタが一体となっていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体パッケージである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の半導体パッケージは、スティフナー凹部に蓋の凸部が入り込むだけでなく、その部分の突起同士が合わさり、容易に外れないように固定される構造となっている。また、蓋の部分に別に配置された半導体デバイスに接触する放熱用の凸部が確実に半導体デバイスに接触するようにスティフナーの凹部と蓋の凸部で高さ調整できる構造となっている。
【００１２】
本発明の半導体パッケージは、別の形として、スティフナーの側面に突起が形成されており、その突起部分に蓋に設けられた突起が合わさり込んで固定されるとともに、蓋に配置された半導体デバイスに接触する放熱用の凸部が確実に半導体デバイスに接触する構造としている。この方法でも上記と同様に高さ調整できる構造となっている。
【００１３】
さらにまた、蓋と放熱板が一体の場合でも同様の効果が得られる。
【００１４】
本発明の半導体パッケージは、半導体デバイスの厚みが変化しても高さの調整が可能であり、同様のスティフナーと蓋が使用できることから、各半導体パッケージ毎にオリジナルのスティフナーと蓋を製造する必要が少なくなり、生産性の向上につながる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の半導体パッケージの一実施形態について、図面（図２）に基づいて以下説明する。
【００１６】
多層配線基板に半導体デバイスと実装用のハンダボールを有したＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）基板において、図２（ｂ）のような断面構造を持つスティフナー１２を熱硬化型の接着剤を用いて配線基板１０に貼り付ける。貼り付けた後に接着剤を硬化さ
せてスティフナー１２を固定する。スティフナーの凹部と凹部に形成された突起を利用して、半導体集積回路を保護するための蓋１３を取り付ける。蓋の中央には、半導体集積回路で発生する熱を放熱するためにヒートスラグ１７と呼ばれる金属の柱を形成してある。このヒートスラグが確実に半導体集積回路に接触するように蓋をスティフナー１２の凹部に押し込む。スティフナーの凹部に固定されるように蓋にはスティフナーの凹部と合わさる箇所に凸部が形成されており、図２（ｃ）のように凸部の側面には蓋が外れないように突起が形成されている。なお、半導体集積回路とヒートスラグの接触部には熱伝導性のペーストが塗られ、スティフナーと蓋の固定部分には熱硬化型の接着剤が使用される。
【００１７】
図２（ｃ）に示すように、スティフナーに取り付けられた蓋が半導体集積回路の厚みや基板の反りが発生していても、蓋のヒートスラグと半導体デバイスが接触するように固定されるのが本発明の特徴である。蓋を固定した後、図２（ｄ）のように蓋の上にさらにヒートスプレッタを取り付けることで半導体集積回路の熱を効率よく放熱することが可能となる。また、蓋とヒートスプレッタを一体とした場合も、同様な構造を採ることで、同じ効果が得られる。
【実施例】
【００１８】
以下に本発明の具体的実施例を、実施例１では図２及び、実施例２では図３を用いて説明する。
【００１９】
＜実施例１＞
配線基板１０として、多層配線基板（コア２層、ビルドアップ層２層、トータル６層）の板厚１ｍｍを使用した。基板のサイズは，４０ｍｍ×４０ｍｍで、中央に６ｍｍ×６ｍｍサイズの半導体デバイスを実装した。スティフナー１２は、図２（ｂ）に示す断面形状を持っており、打ち抜き加工ならびにプレス加工、絞り加工で形成した物とした。材質は、一般に用いられているスティフナーと同様の銅合金を用いた。スティフナー１２の厚みは、従来であれば半導体デバイス１１と同様の厚みで形成するが、本発明では高さ調整機能を持たせるため、１．５ｍｍの厚みを使用し、１ｍｍの凹部を形成した。凹部の先端には、突起を形成し、蓋１３を固定するために使用した。スティフナー１２と配線基板１０の固定は、熱硬化型の耐熱性の高いエポキシ系の接着剤を使用した。接着剤の硬化には、１５０℃、３０分の熱硬化を実施した。
【００２０】
スティフナー１２の接着後、図２（ｃ）のように１０ｍｍ×１０ｍｍのヒートスラグ１７を形成した蓋１３を取り付けた。半導体デバイス１１の表面に熱伝導の良い銀ペーストを塗布し、またスティフナー１２の凹部には貼り付け時と同様にエポキシ系の接着剤を封入した。接着剤を封入後、蓋13をスティフナー12の上部から挿入し、半導体デバイス１１にヒートスラグが接触する位置までプレスした。プレスされるとスティフナー13の凹部先端に形成された突起と蓋の凸部に形成された溝とで蓋がその位置で固定された。これは、チップの厚みが異なる場合でも同じスティフナーと蓋が使用できることを意味している。
【００２１】
プレス後、接着剤を硬化させるため、１５０℃、３０分のベーキングを行った。さらに図２（ｄ）のように蓋の上部にヒートスプレッタ１４を貼り付け、半導体デバイスの熱を放熱させるようにした。
【００２２】
本発明の蓋とスティフナー構造を持たせることで、確実に半導体デバイスにヒートスラグを接触させることが可能となり、チップ厚みが変更になっても同じスティフナーと蓋の使用が行えた。また、スティフナーを貼り付けた後に接着剤硬化時の熱の影響で、配線基板に反りが発生する場合があったが、同様にヒートスラグが半導体デバイスに接触することが可能であった。ヒートスラグが半導体デバイスに接触することで、放熱効果が安定して得られ、半導体デバイスの動作も安定させることが可能となった。
【００２３】
＜実施例２＞
図３（ｃ）に示すように、スティフナー１２の側面に突起を形成し、その部分と蓋１３の内側面に形成された突起部が合わり込むようにプレスすることで、実施例1と同様に確実に半導体デバイスにヒートスラグ１７を接触させることが可能となった。チップ厚みが変更になっても同じスティフナーと蓋が使用可能であった。また、スティフナーを貼り付けた後に基板に反りがあっても、同様にヒートスラグが半導体デバイスに接触することが可能であった。ヒートスラグが半導体集積回路に接触することで、放熱効果が安定して得られ、半導体デバイスの動作も安定させることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来技術による半導体パッケージの一例の断面構造を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態ならびに実施例１の断面構造を示す模式図である。
【図３】本発明の他の実施形態ならびに実施例２の断面構造を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０・・・多層配線基板、ＢＧＡ基板、配線基板
１１・・・半導体デバイス、半導体集積回路、ＩＣチップ
１２・・・スティフナー、補強版
１３・・・蓋、キャップ
１４・・・ヒートスプレッタ、放熱板
１５・・・従来のスティフナー
１６・・・従来の蓋、キャップ
１７・・・ヒートスラグ
【図１】
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【図２】
2008306032.tif 000004
【図３】
2008306032.tif 000005