(57)【要約】【課題】発熱源となる半導体チップを有するモジュールにおいて、半導体チップと実装パターンの密着性向上と半導体チップの放熱性確保を実現する。【解決手段】実装基板１は、実装パターン２、配線パターン３、放熱用パターン４からなる。実装パターン２と放熱用パターン４はスルーホール５により接続されている。実装パターン２、配線パターン３、放熱用パターン４、スルーホール５は導電性材料６（例えば、Ｃｕ）で形成される。発熱源となる半導体チップ９は、ダイボンド材１０で実装パターン２上と接続され、スルーホール５は半導体チップ９の外周の実装パターン２上に配置・形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装基板に導電性材料により接続され、前記実装基板に形成された配線パターンと金属製ワイヤーで接続された半導体チップを有するモジュールにおいて、
前記実装基板が、回路構成部品と前記半導体チップを実装するための実装パターンと前記配線パターンとが形成された第一の主面と、前記第一の主面と反対の面に放熱用パターンが形成された第二の主面を有し、
前記実装パターンの前記半導体チップが載置されるチップ載置部の外周に前記実装パターンと前記放熱用パターンとを金属により接続する複数のスルーホールが形成されていることを特徴とするモジュール。
【請求項２】
前記複数のスルーホールが半導体チップの外周を囲むように形成されていることを特徴とする請求項１記載のモジュール。
【請求項３】
前記複数のスルーホールの内壁が金属で覆われていることを特徴とする請求項１記載のモジュール。
【請求項４】
前記複数のスルーホールが全て金属で埋められていることを特徴とする請求項１記載のモジュール。
【請求項５】
前記導電性材料と前記半導体チップと前記金属製ワイヤーは樹脂で覆われていることを特徴とする請求項１記載のモジュール。
【請求項６】
前記半導体チップおよび前記回路構成部品が実装された前記実装基板の第一の主面が樹脂で覆われていることを特徴とする請求項１記載のモジュール。
【請求項７】
前記実装基板の第二の主面に形成された放熱用パターンに放熱用部品が接続されていることを特徴とする請求項１記載のモジュール。
【請求項８】
外部出力用端子と前記放熱用パターンとの接続部を除く前記放熱用部品以外は全て樹脂で被覆されていることを特徴とする請求項７記載のモジュール。
【請求項９】
外部出力用端子以外は全て樹脂で被覆されていることを特徴とする請求項１〜６記載のモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の半導体チップ、複数の電子部品を同一実装基板上に実装したモジュールに関する。特に、パワー半導体チップをガラスエポキシ等の熱伝導率の低い基板上に実装したモジュールにおいて、パワー半導体チップと実装基板との密着性を確保しつつ、且つパワー半導体チップからの熱を効率よく放熱させるための構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１１に従来のモジュールの実施例を示す（例えば特許文献１参照。）。図１１においては、用途としては、マイクロプロセッサやメモリ等の半導体チップを複数個実装する場合を想定している。
【０００３】
ガラスエポキシ基板１の主面上には複数の半導体チップ９が実装され、ガラスエポキシ基板１の主面と基板内部とに、配線層１９（電源層やグラウンド層を含む）が形成されている。半導体チップ９はワイヤボンディング或いはＴＡＢにより基板に実装され、配線層１９と接続されている。半導体チップ９が実装されている箇所には内部が金属で充填された多数のスルーホール５が形成され、スルーホール５を介して、主面と反対の主面に形成された金属膜２０が接続されている。これにより、半導体チップ９から発生した熱は半導体チップ直下の半導体チップ９が実装されている実装面に形成されたスルーホール５を介して、主面とは反対の主面に形成された金属膜２０に放熱させるというものである。
【特許文献１】特開平５−２６７５１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１１に示す従来の実施例は以下の課題を有する。
【０００５】
半導体チップを実装面に実装した場合、半導体チップ直下にスルーホールが存在することとなるため、実装面の平坦性が悪くなり、半導体チップと実装基板の実装面との密着性が悪くなる。特に、パワー半導体チップ等の発熱が大きくなるチップを使用する場合、半導体チップからの熱による応力が増大しやすく、実装基板との熱応力差も大きくなるため、半導体チップが実装基板の実装面から剥れやすく、モジュールの破壊、モジュールを使用したセットの破壊等に結びつく可能性がある。
【０００６】
上記の課題を解決する方法として、半導体チップと実装基板との熱応力差を低応力タイプのダイボンド材で緩和するという方法もあるが、一般的に低応力タイプのダイボンド材は放熱性が悪くなるため、効果的な放熱とはならない。
【０００７】
本発明は上記の課題を解決するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のモジュールは、実装基板に導電性材料により接続され、前記実装基板に形成された配線パターンと金属製ワイヤーで接続された半導体チップを有するモジュールにおいて、前記実装基板が、回路構成部品と前記半導体チップとを実装するための実装パターンと前記配線パターンとが形成された第一の主面と、前記第一の主面と反対の面に放熱用パターンが形成された第二の主面を有し、前記実装パターンの前記半導体チップが載置されるチップ載置部の外周に前記実装パターンと前記放熱用パターンとを金属により接続する複数のスルーホールが形成されていることを特徴としており、半導体チップと実装面の密着性確保と放熱性向上を同時に実現する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のモジュールによれば、放熱性の向上が実現でき、且つモジュールの動作温度が高い場合においても高信頼性を維持することが可能となる。
【００１０】
更に、高放熱性と高信頼性を確保しつつ、ガラスエポキシ基板のような実装基板に直接半導体チップを実装することができるため、モジュールの小型化、薄型化、低価格化を実現することができ、そして合わせてセットの小型化・低価格化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図１０を用いて具体的に説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
図１〜図５に本発明の第１の実施形態を示す。図１（ａ）は半導体チップ９およびチップ抵抗，チップコンデンサ等の回路構成部品１１が実装されている実装基板１の実装パターン・配線パターン面（表面）を表し、図１（ｂ）は実装基板１の放熱用パターン（裏面）を表す。図２は実装基板１の表面には、実装パターン２、配線パターン３が、実装基板１の裏面には放熱用パターン４が金属等（例えばＣｕ）の導電性材料で形成されている。ここで、実装基板１には、電気的に接続が必要な箇所すなわち配線パターンの電極パッド６および実装パターンの電極パッド６とチップ載置部８以外は全てレジスト７（図２〜図５参照、図１では省略）で絶縁されている。半導体チップ９の実装パターン２は、半導体チップ９よりも十分広い面積の矩形パターンで形成されており、矩形パターンの１つのコーナ部にチップ載置部８が設けられている。チップ載置部８以外の実装パターンには、実装パターン２と裏面の放熱用パターン４を導電性材料で接続する複数のスルーホール５がチップ載置部８の２つの辺に沿った比較的近い距離に配置されており、半導体チップ載置部８にはスルーホール５は無い。複数のスルーホール５は、実装パターン２と裏面の放熱用パターン４を導電性材料で接続しており、図２（ａ），図３（ａ），図４（ａ），図５（ａ）に示すようにスルーホール５の内壁が金属で覆われて、スルーホールはレジスト７が充填されている場合と、図２（ｂ），図３（ｂ），図４（ｂ），図５（ｂ）に示すようにスルーホール５自体を完全に導電性材料で埋める場合の２つの形態がある。半導体チップ９はダイボンド材１０により半導体チップ実装部８に接続され、半導体チップ９と配線パターン３のそれぞれの電極パッド１２同士をＡｕワイヤー等の金属製ワイヤー１３等により電気的に接続されている。図２〜図５に示したとおり、半導体チップ９および回路構成部品１１が実装された後、実装基板１の実装パターン・配線パターン面（表面）側は樹脂封止１４されており、樹脂封止面積は実装基板よりわずかに内側に形成される。なお、樹脂封止１４は樹脂コート材で塗布して被覆しても良い。図３は図２からさらにモジュール全体が樹脂コート材１５で覆った場合（表面、裏面、側面全て）の断面図を示す。図４および図５は実装基板１の放熱用パターン（裏面）にヒートシンク１６を接続した場合の断面図を示し、図５は更にモールド全体を樹脂コート材１５で覆った場合の断面図を示す。図４、５中のヒートシンク１６と放熱用パターンとの接続は、ネジどめによる場合と半田付けによる場合がある。なお、図示していないがモジュールの外部出力用端子は樹脂封止１４や樹脂コート材１５で被覆されていない。
【００１３】
第１の実施形態においては、半導体チップ実装部８にはスルーホールが無いため、半導体チップ９は平坦性良く接続され、且つ半導体チップ９からの熱は、スルーホール５により効率的に放熱することができる。
【００１４】
（実施の形態２）
図６に本発明の第２の実施形態を示す。複数のスルーホール５が半導体チップ９を囲むような形状となっている以外は、基本的に図１に示す本発明の第１の実装形態と放熱効果は同じであるが、半導体チップ９を囲むようにスルーホール５の数が増えたことにより、本発明の第１の実施形態よりも効果的に実装基板１裏面の放熱用パターンへ放熱される。
【００１５】
（実施の形態３）
図７に本発明の第３の実施形態を示す。半導体チップ９のグランド電極を実装基板１の実装パターンと接続するＡｕワイヤー等の金属製ワイヤー１３の長さを短くし、且つ半導体チップ９からの熱を効率的に放熱するために、本発明の第１の実施形態における金属製ワイヤー１３がスルーホール５を跨がないようにスルーホール５を配置したもので、基本的な放熱効果は、図１に示す本発明の第１の実装形態と同じである。
【００１６】
（実施の形態４）
図８に本発明の第４の実施形態を示す。複数のスルーホール５が半導体チップ９を囲むような形状となっている以外は、基本的に図７に示す本発明の第３の実装形態と放熱効果は同じであるが、半導体チップ９を囲むようにスルーホール５の数が増えたことにより、本発明の第３の実施形態よりも効果的に実装基板１裏面の放熱用パターンへ放熱される。
【００１７】
（実施の形態５）
図９に本発明の第５の実施形態を示す。複数のスルーホール５の数を更に増やして半導体チップ９を囲むように配置した以外は、基本的に図８に示す本発明の第４の実装形態と放熱効果は同じであるが、スルーホール５の数が増えたことにより、本発明の第４の実施形態よりも効果的に実装基板１裏面の放熱用パターンへ放熱される。
【００１８】
（実施の形態６）
図１０に本発明の第６の実施形態を示す。図１０のように半導体チップ９を配置すれば、半導体チップ９のグランド電極と実装基板１の半導体チップ９の実装パターンを接続し、半導体チップ９のグランド電極と裏面の放熱用パターン（半導体チップ９のグランド電極と同電位）と合わせて、実装基板１に形成された回路を回路部１（図１０中の１７）と回路部２（図１０中の１８）に左右に分けることができるため、放熱効果だけではなく、配線浮遊容量による不安定動作低減やシールド効果が期待できる。
【００１９】
なお、実施の形態２から実施の形態６におけるモジュールの断面図は図２〜図５のいずれの形状でも良い。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
以上のように、本発明のモジュールによれば、放熱性の向上が実現でき、且つモジュールの動作温度が高い場合においても高信頼性を維持することが可能となる。
【００２１】
更に、高放熱性と高信頼性を確保しつつ、ガラスエポキシ基板のような実装基板に直接半導体チップを実装することができるため、モジュールの小型化、薄型化、低価格化を実現することができ、そして合わせてセットの小型化・低価格化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す図
【図２】本発明の実装基板表面側を樹脂封止した断面図
【図３】本発明の実装基板表面側を樹脂封止後にモジュールを樹脂でコーティングした断面図
【図４】本発明の実装基板表面側に樹脂封止、裏面側にヒートシンクを取り付けた場合の断面図
【図５】本発明の実装基板表面側に樹脂封止、裏面側にヒートシンクを取り付け、モジュールを樹脂でコーティングした断面図
【図６】本発明の第２の実施形態を示す図
【図７】本発明の第３の実施形態を示す図
【図８】本発明の第４の実施形態を示す図
【図９】本発明の第５の実施形態を示す図
【図１０】本発明の第６の実施形態を示す図
【図１１】従来の実施例を示す図
【符号の説明】
【００２３】
１  実装基板
２  実装パターン
３  配線パターン
４  放熱用パターン
５  スルーホール
６  導電性材料
７  レジスト
８  半導体チップ実装部
９  半導体チップ
１０  ダイボンド材
１１  電子部品
１２  電極パッド
１３  金属製ワイヤー
１４  樹脂コート材
１５  樹脂コート材
１６  ヒートシンク
１７  回路部１
１８  回路部２
１９  配線層
２０  金属膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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