(57)【要約】【課題】ヒートシンクに半導体チップを搭載し樹脂でモールドしてなる半導体装置を基板に搭載したものをケースに収納してなる実装構造において、半導体チップの電気的な接続に対する制約や半導体チップに余分な応力を印加させることなく、放熱性を向上する。【解決手段】半導体装置Ｓ１は、ヒートシンク１０の一面１１に搭載された半導体チップ２０をワイヤ４０にてリード３０に接続したものを、モールド樹脂５０で封止するとともに、ヒートシンク１０の他面１２から放熱可能としている。半導体装置Ｓ１は、リード３０がプリント基板１００に接続された状態でプリント基板１００に搭載され、半導体装置Ｓ１およびプリント基板１００はケース２００に収納されている。ここで、モールド樹脂５０のうちヒートシンク１０の一面１１側に位置する端面５１は接続部材７０を介してケース２００の蓋部２１０に接触している。【選択図】        図１
2004247669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートシンク（１０、８０）と、前記ヒートシンクの一面（１１、８１）に搭載された半導体チップ（２０）と、前記半導体チップと電気的に接続されたリード（３０）と、前記ヒートシンク、前記半導体チップおよび前記リードを包み込むように封止するモールド樹脂（５０）とを有し、前記ヒートシンクにおける前記一面とは反対側の他面（１２、８２）から放熱可能となっている半導体装置（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）を備えており、
前記リードが基板（１００）に接続された状態で前記半導体装置が前記基板に搭載されており、
さらに、前記半導体装置および前記基板がケース（２００）に収納されている半導体装置の実装構造において、
前記半導体装置における前記モールド樹脂のうち前記ヒートシンクの一面側に位置する端面（５１）は、前記基板および前記ケースのどちらか一方に接触していることを特徴とする半導体装置の実装構造。
【請求項２】
前記ヒートシンク（１０、８０）の他面（１２、８２）は、前記基板（１００）に対面しており、
前記半導体装置（Ｓ１、Ｓ２）における前記モールド樹脂（５０）のうち前記ヒートシンクの一面側に位置する端面（５１）は前記ケース（２００）に接触していることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の実装構造。
【請求項３】
前記ヒートシンク（１０）の他面（１２）は、前記ケース（２００）に対面しており、
前記半導体装置（Ｓ３）における前記モールド樹脂（５０）のうち前記ヒートシンクの一面側に位置する端面（５１）は前記基板（１００）に接触していることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の実装構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートシンクの一面に搭載された半導体チップをリードと電気的に接続したものを樹脂でモールドしてなる半導体装置を備え、リードが基板に接続された状態で半導体装置が基板に搭載されており、さらに、半導体装置および基板がケースに収納されている実装構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子装置の小型化・高集積化に伴い、１デバイス当たりの発熱量が増大し、熱設計が問題となっている。そこで、半導体チップの熱をヒートシンクで放熱させる半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような半導体装置の基板およびケースへの実装構造について一般的な断面構成を図６に示す。
【０００４】
半導体装置９００においては、ヒートシンク１０の一面１１に半導体チップ２０が搭載されており、半導体チップ２０とリード３０とがワイヤ４０を介して電気的に接続されている。そして、ヒートシンク１０、半導体チップ２０およびリード３０がモールド樹脂５０によって包み込まれるように封止されている。
【０００５】
ここで、ヒートシンク１０における一面１１（すなわち、チップ搭載面）とは反対側の他面１２が、モールド樹脂５０から露出した形となっており、半導体チップ２０の熱はヒートシンク１０の他面１２から外部へ放熱可能となっている。
【０００６】
なお、このヒートシンク１０の他面１２は完全にモールド樹脂５０から露出していなくても良く、当該他面１２を覆うモールド樹脂５０の厚さが薄くなっている構成でも良い。この場合も、ヒートシンク１０の他面１２から放熱可能となる。
【０００７】
そして、このような半導体装置９００は、図６に示すように、モールド樹脂５０から露出するリード３０をプリント基板１００にはんだ６０を介して接続した状態で、プリント基板１００に搭載されるとともに、ケース２００に収納される。
【０００８】
これにより、半導体チップ２０からの熱はヒートシンク１０の他面１２から外部へ放熱される。このとき、はんだ等を介してヒートシンク１０の他面１２を、プリント基板１００に接続させ、ヒートシンク１０からプリント基板１００へ放熱させることもできる。
【０００９】
【特許文献１】
特開平５−８２６７２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の半導体装置の実装構造では、半導体チップ２０の放熱経路はヒートシンク１０の片面側のみであるため、放熱性に限界がある。
【００１１】
この問題に対しては、図７に示すように、ヒートシンク１０に搭載された半導体チップ２０の上面に第２のヒートシンク１０’を搭載し、ヒートシンク１０、１０’によって半導体チップ２０を挟んだ構成の半導体装置９１０が考えられる。
【００１２】
これによれば、半導体チップ２０からの熱は下側のヒートシンク１０の他面１２からはんだ６０を介してプリント基板１００に放熱されるとともに、上側のヒートシンク１０’がケース２００にゲルやはんだ等の接続部材７０で接続されているため、半導体チップ２０の熱は上側のヒートシンク１０’を介してケース２００へ放熱される。
【００１３】
しかし、このようなヒートシンク１０、１０’によって半導体チップ２０の両面を挟んだ構成では、半導体チップ２０の上面においてヒートシンク１０’に挟まれた部分では、ワイヤ等によるリードとの電気的な接続が必要な場合には、その接続を行うことができない。
【００１４】
また、上側のヒートシンク１０’によって半導体チップ２０が押さえつけられた形となっているため、半導体チップ２０に応力が加わり、電気特性の異常が発生したり、半導体チップ２０にクラックが発生したりするという恐れがある。
【００１５】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、ヒートシンクに半導体チップを搭載し樹脂でモールドしてなる半導体装置を基板に搭載し、これら半導体装置および基板をケースに収納してなる実装構造において、半導体チップの電気的な接続に対する制約や半導体チップに余分な応力を印加させることなく、放熱性を向上できるようにすることを目的とする。
【００１６】
【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に記載の発明では、ヒートシンク（１０、８０）と、ヒートシンクの一面（１１、８１）に搭載された半導体チップ（２０）と、半導体チップと電気的に接続されたリード（３０）と、ヒートシンク、半導体チップおよびリードを包み込むように封止するモールド樹脂（５０）とを有し、ヒートシンクにおける一面とは反対側の他面（１２、８２）から放熱可能となっている半導体装置（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）を備えており、リードが基板（１００）に接続された状態で半導体装置が基板に搭載されており、さらに、半導体装置および基板がケース（２００）に収納されている半導体装置の実装構造において、半導体装置におけるモールド樹脂のうちヒートシンクの一面側に位置する端面（５１）は、基板およびケースのどちらか一方に接触していることを特徴とする。
【００１７】
それによれば、半導体チップにおいてヒートシンクに接する面とは反対側の面は、ヒートシンクで押さえられず解放された形となる。つまり、半導体チップの片面は解放されているので、その片面において自由に電気的な接続を行うことができ、また、余分な応力もかからない。
【００１８】
そして、本発明では、モールド樹脂から露出するヒートシンクの他面から放熱が可能である。さらに、モールド樹脂においてヒートシンクの他面側とは反対側に位置する端面を基板かケースのどちらかに接触させているため、半導体チップの熱は、直接もしくはヒートシンクを介してモールド樹脂へ伝わり、基板もしくはケースへ放熱される。
【００１９】
このように、本発明の実装構造によれば、従来の片面でのヒートシンク放熱に対して、半導体チップをヒートシンクで挟むような構成を採らなくても２つの放熱経路を確保できる。よって、半導体チップの電気的な接続に対する制約や半導体チップに余分な応力を印加させることなく、放熱性を向上させることができる。
【００２０】
ここで、請求項２に記載の発明のように、ヒートシンク（１０、８０）の他面（１２、８２）が、基板（１００）に対面している場合には、半導体装置（Ｓ１、Ｓ２）におけるモールド樹脂（５０）のうちヒートシンクの一面側に位置する端面（５１）はケース（２００）に接触しているものにできる。
【００２１】
また、これとは逆に、請求項３に記載の発明のように、ヒートシンク（１０）の他面（１２）が、ケース（２００）に対面している場合には、半導体装置（Ｓ３）におけるモールド樹脂（５０）のうちヒートシンクの一面側に位置する端面（５１）は基板（１００）に接触しているものにできる。
【００２２】
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。
【００２３】
【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。なお、以下の各実施形態相互において同一の部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置Ｓ１の実装構造の概略断面構成を示す図である。まず、半導体装置Ｓ１について述べる。
【００２５】
ヒートシンク１０は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅ等の熱伝導性の良い金属材料をプレスや切削加工によって板形状としたものである。ヒートシンク１０の一面１１は、チップ搭載面として構成されており、その一面１１の中央部には、シリコン等の半導体に種々の電気素子を形成してなる半導体チップ２０が搭載されている。
【００２６】
この半導体チップ２０の周囲には、複数本のリード３０が配設されている。これらリード３０はＣｕや４２アロイ等からなるものである。これら半導体チップ２０と各リード３０とはＡｕやＡｌ等からなるワイヤ４０によって結線され、電気的に接続されている。このワイヤ４０はワイヤボンディングによって形成することができる。
【００２７】
そして、これらヒートシンク１０、半導体チップ２０、リード３０の一部およびワイヤ４０は、図１に示すように、モールド樹脂５０によって包み込まれるように封止されている。このモールド樹脂５０はエポキシ樹脂等からなる。
【００２８】
ここで、ヒートシンク１０における一面１１とは反対側の他面１２が、モールド樹脂５０から露出しており、ヒートシンク１０の他面１２から外部への放熱が可能となっている。
【００２９】
なお、このヒートシンク１０の他面１２は完全にモールド樹脂５０から露出していなくても良く、当該他面１２を覆うモールド樹脂５０の厚さが薄くなっている構成でも良い。この場合も、ヒートシンク１０の他面１２から放熱可能となる。
【００３０】
このような半導体装置Ｓ１は、ヒートシンク１０の一面１１に半導体チップ２０を搭載し、リード３０と半導体チップ２０とをワイヤボンディングを行ってワイヤ４０にて接続した後、樹脂成形することでモールド樹脂５０による封止を行うことにより製造可能である。
【００３１】
そして、この半導体装置Ｓ１は、図１に示すような形でプリント基板１００に実装される。すなわち、プリント基板１００上に半導体装置Ｓ１を搭載し、モールド樹脂５０から露出するリード３０をプリント基板１００にはんだ６０を介して接続する。
【００３２】
さらに、このプリント基板１００は、ＡｌやＦｅ等の金属からなるケース２００に固定され収納される。ここで、ケース２００の蓋部２１０をかぶせるときに、半導体装置Ｓ１におけるモールド樹脂５０のうちヒートシンク１０の一面１１側に位置する端面５１を、シリコンゲル等のゲルや接着剤等の接続部材７０によって蓋部２１０に接続する。
【００３３】
こうして、本実装構造では、ヒートシンク１０の他面１２がプリント基板１００に対面しており、半導体装置Ｓ１におけるモールド樹脂５０のうちヒートシンク１０の一面１１側に位置する端面５１が、接続部材７０を介してケース２００（ケースの蓋部２１０）に接触した構成となる。
【００３４】
なお、半導体装置Ｓ１の上下の固定が強固でありすぎると強度的に問題がある場合には、ケース２００側の接続部材７０としてゲルを用い、多少変位可能な接続状態とすることが好ましい。しかし、そのような問題がなければ、もちろん、接着剤等を用いても良い。
【００３５】
このように本実施形態の実装構造によれば、半導体チップ２０においてヒートシンク１０に接する面とは反対側の面は、ヒートシンク１０で押さえられず解放された形となる。つまり、半導体チップ２０の片面は解放されているので、その片面において自由に電気的な接続を行うことができ、また、余分な応力もかからない。
【００３６】
そして、本実施形態では、ヒートシンク１０の他面１２から放熱が可能であり、さらに、ヒートシンク１０の他面１２側とは反対側に位置するモールド樹脂５０の端面５１をケース２００に接続部材７０を介して接触させている。
【００３７】
そのため、本実施形態の放熱経路は、２つ確保される。つまり、電気回路が動作することにより半導体チップ２０から発せられた熱は、チップ内部からヒートシンク１０へ伝わる。その後の放熱経路は、１つはヒートシンク１０の他面１２から外部へ放熱される。
【００３８】
もう１つの放熱経路は、次の通りである。半導体チップ２０の熱は、チップ付近ではモールド樹脂５０へ直接伝えられ、一方チップから離れた部分ではヒートシンク１０を介してモールド樹脂５０へ伝えられ、モールド樹脂５０の端面５１から接続部材７０を介してケース２００へ放熱される。
【００３９】
このように、本実施形態の実装構造によれば、従来の片面でのヒートシンク放熱に対して、半導体チップ２０をヒートシンクで挟むような構成を採らなくても２つの放熱経路を確保できる。よって、半導体チップ２０の電気的な接続に対する制約や半導体チップ２０に余分な応力を印加させることなく、放熱性を向上させることができる。
【００４０】
また、本実施形態では、半導体装置Ｓ１におけるヒートシンク１０の他面１２とプリント基板１００とをはんだ等で接続しなくても、高い放熱性を確保できるため、半導体装置Ｓ１のプリント基板１００への実装面積（接合面積）を小さくすることができる。
【００４１】
もちろん、図２に示すように、ヒートシンク１０の他面１２とプリント基板１００とをはんだ６０等によって接続した構成を採用しても良い。それによれば、より高い放熱性を実現することが可能となる。
【００４２】
また、この図２に示すように、ヒートシンク１０の他面１２とプリント基板１００とをはんだ６０等によって接続した場合、図３に示すように、ヒートシンク１０とは反対側のプリント基板１００の面を、ケース２００に対して接続しても良い。
【００４３】
ここでは、ケース２００の底部からプリント基板１００に向かう突起部２２０を設け、その突起部２２０の先端とプリント基板１００とをはんだ６０等にて接続している。この図３に示す実装構造によれば、上記図２の構造以上の放熱性が得られる。
【００４４】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置Ｓ２の実装構造の概略断面構成を示す図である。以下、第１実施形態との相違点について述べる。
【００４５】
本実施形態では、ヒートシンクとしてモールド樹脂５０を成型する際に用いるヒートスプレッダ８０を採用したものである。このヒートスプレッダ８０は上記比１０と同様に放熱性に優れた金属からなる。
【００４６】
ヒートスプレッダ８０の一面８１の上には、リードフレームのアイランド部９０が搭載され、このアイランド部９０の上に半導体チップ２０がダイボンドされている。また、ヒートスプレッダ８０の他面８２は、モールド樹脂５０で被覆されているが、その厚さは小さく、ヒートスプレッダ８０の他面８２から外部へ放熱可能となっている。
【００４７】
本実施形態における半導体チップ２０の放熱経路としては、半導体チップ２０→ヒートシンクとしてのヒートスプレッダ８０の他面８２→外部という経路と、半導体チップ２０→モールド樹脂５０（もしくはヒートスプレッダ８０→モールド樹脂５０）→モールド樹脂５０の端面５１→ケース２００という経路が確保される。
【００４８】
このように、本実施形態の実装構造によっても、上記第１実施形態と同様に、従来の片面でのヒートシンク放熱に対して、半導体チップ２０をヒートシンクで挟むような構成を採らなくても２つの放熱経路を確保できる。そのため、半導体チップ２０の電気的な接続に対する制約や半導体チップ２０に余分な応力を印加させることなく、放熱性を向上させることができる。
【００４９】
（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置Ｓ３の実装構造の概略断面構成を示す図である。
【００５０】
本実施形態では、モールド樹脂５０から露出するリード３０の部分すなわちアウターリードの折り曲げ方向を上記第１実施形態とは反対にしている。それにより、本半導体装置Ｓ３は、上記第１実施形態とは上下が逆の状態でプリント基板１００に搭載されている。
【００５１】
この場合、ヒートシンク１０の他面１２はケース２００の蓋部２１０に対してはんだ６０により接続され、ヒートシンク１０の他面１２とは反対側のモールド樹脂５０の端面５１は、プリント基板１００に対して接続部材７０により接続されている。なお、ヒートシンク１０とケース２００との接続は、ゲルや接着剤等の接続部材７０にて行っても良い。
【００５２】
こうして、本実装構造では、ヒートシンク１０の他面１２がケース２００に対面しており、半導体装置Ｓ３におけるモールド樹脂５０のうちヒートシンク１０の一面１１側に位置する端面５１が、接続部材７０を介してプリント基板１００に接触した構成となる。
【００５３】
本実施形態における半導体チップ２０の放熱経路としては、半導体チップ２０→ヒートシンク１０の他面１２→ケース２００という経路と、半導体チップ２０→モールド樹脂５０（もしくはヒートシンク１０→モールド樹脂５０）→モールド樹脂５０の端面５１→プリント基板１００という経路が確保される。
【００５４】
このように、本実施形態の実装構造によっても、上記第１実施形態と同様に、従来の片面でのヒートシンク放熱に対して、半導体チップ２０をヒートシンクで挟むような構成を採らなくても２つの放熱経路を確保できる。そのため、半導体チップ２０の電気的な接続に対する制約や半導体チップ２０に余分な応力を印加させることなく、放熱性を向上させることができる。
【００５５】
なお、本発明に用いる基板としては上記のプリント基板以外にも、セラミック基板等であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の実装構造を示す概略断面図である。
【図２】上記第１実施形態の他の例としての半導体装置の実装構造を示す概略断面図である。
【図３】上記第１実施形態のもうひとつの他の例としての半導体装置の実装構造を示す概略断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る半導体装置の実装構造を示す概略断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る半導体装置の実装構造を示す概略断面図である。
【図６】従来の半導体装置の実装構造の一般的な断面構成図である。
【図７】半導体チップの両面をヒートシンクで挟んだ半導体装置の実装構造の断面構成図である。
【符号の説明】
１０…ヒートシンク、１１…ヒートシンクの一面、
１２…ヒートシンクの他面、２０…半導体チップ、３０…リード、
５０…モールド樹脂、
５１…モールド樹脂のうちヒートシンクの一面側に位置する端面、
８０…ヒートシンクとしてのヒートスプレッダ、
８１…ヒートスプレッダの一面、８２…ヒートスプレッダの他面、
１００…プリント基板、２００…ケース。
【図１】
2004247669.tif 000003
【図２】
2004247669.tif 000004
【図３】
2004247669.tif 000005
【図４】
2004247669.tif 000006
【図５】
2004247669.tif 000007
【図６】
2004247669.tif 000008
【図７】
2004247669.tif 000009