半導体装置および放熱フィン
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、半導体装置の構造および、その半導体装置で用いる放熱フィンの構造に関するものである。
〔従来の技術〕
第15図は従来の、通常ICと呼ばれている半導体装置のうちSOP（Small Outline Package）と呼ばれるパッケージの一部破断面を示す斜視図である。
第16図は第15図に示した従来のSOP形ICを用いた従来の混成集種回路装置で、通常モジュールと呼ばれるものの外形図であり、その上面図（第16図ａ））、正面図（第16図（ｂ））、側面図（第16図（ｃ））、下面図（第16図（ｄ））を示すものである。また、第16図（ｅ）は、第16図（ｃ）のＡ部の拡大図を示す。
図において、１はICと呼ばれるパッケージされた半導体装置、２は半導体素子、３はリードのうち、半導体装置の外側部分で、外部装置と接続されるアウターリード、４は半導体素子２を保護し、ICの外形を形づくる掛止樹脂、５はモジュールと呼ばれる混成集積回路形半導体装置、６は電子回路基板、７は電子回路基板６の上に実装される部品で、IC1以外のチップ抵抗，チップコンデンサ等のチップ部品、８はモジュールの電極で、電子回路基板６上に設けられたランドである。
ランド８には、電子回路基板に実装する、IC1やチップ部品７と接続するための搭載電極8aと、電子回路基板６と外部装置を電気的に接続するための外部入出力電極8bとがある。９はモジュール５の外部入出力電極8bと接続され、モジュール５と外部装置または基板との間を取り持つ部分であるクリップリード、9aはクリップリード９のうち、モジュールの電子回路基板等を挟み込んで固定する部分であるクリップ部、9bはクリップリード９のうち、外部の装置または基板の電極穴またはスルーホールと呼ばれる電極部に差し込んで使用するリード部である。10はICのアウターリード３やチップ部品７の電極と、電子回路基板６上の搭載電極8a、または、電子回路基板６上の外部入出力電極8bとを電気的に接続する材料で、例えばはんだである。
次に作用，効果について説明する。従来のモジュール５は電子回路基板６上に設けられた、銅箔等による導体パターン（図示せず）と、IC1およびチップ部品７等により、通常のIC1では持ち得なかった機能を持った半導体装置、例えばメモリー等の記憶容量が増加したり、異種のIC1を用いて複合機能を持つようにした半導体装置として使える。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来のモジュール型半導体装置は以上のように構成されているので、電子回路基板６の表側や裏側または両側にしかIC1やチップ部品７を搭載することができない。しかるに一方、現在の電気，電子産業では、IC1やチップ部品７の搭載密度（通常実装密度という）の向上が要求されており、従来のモジュール５では、外部装置や基板に従来のモジュール５を実装した場合、モジュール５の表裏両面、およびモジュール５の下部にしかIC1やチップ部品７を搭載できず、実装密度は高々３倍にしかならない。従って、より高密度な実装を行いたい場合、従来のモジュールでは限界があるという問題があった。
また、従来のモジュールでは、使用者側でメモリー容量の拡張や機能の高度化を行うことが難しかった。即ち、このような場合には、例えば、モジュール５を取り替える等の必要があり、使用者側での改良は困難であった。
また、特開昭63-80591号公報にはマザー基板上に直立させた２つの配線基板間に複数のフラットパッケージを積み重ねて搭載したものが示されているが、この公報の第４図，第５図に示すような複合形半導体装置（モジュール）では、リードとリードの間（リードピッチ）が微細になると、配線基板のスルーホールの微細化が難しくなるという問題があった。また、アセンブリ工程上、配線基板にICを立てるのも難しいという欠点があった。
本願の請求項１に記載の発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、従来のモジュールでは得難かった高密度の実装を可能にできるとともに、使用者側でメモリー容量の拡張や機能の高度化を容易に行なうことができる半導体装置を得ることを目的とする。
また、本願の請求項２に記載の発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、請求項１に記載の半導体装置を容易に得ることができる半導体装置を得ることを目的とする。
また、本願の請求項３に記載の発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、装置の冷却を効率よく行うことができるモジュール形の半導体装置を得ることを目的とする。
また、本願の請求項４に記載の発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、このようなモジュール形の半導体装置を冷却することができる放熱フィンを得ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本願の請求項１記載の発明は、少なくとも１対の同一面積または異なる面積を有する電子回路基板と、該１対の電子回路基板に垂直で、かつ該１対の電子回路基板の両方に渡って電気的接続をしている少なくとも１つの半導体集積回路（以下ICと称す）とからなり、上記ICは上記電子回路基板と対向するその側面からそれぞれ突出するリードの先端が交互に第1,第２の平面上に存在する、ジグザグインライン型のものであり、かつ上記１対の電子回路基板を、互いに平行に、かつ本半導体装置が実装される外部装置または基板に対し垂直になるように実装してなる単位半導体装置を複数、上記１対の電子回路基板が同一平面上に複数個並ぶよう、本半導体装置が実装される外部装置または基板に対して垂直な方向に並べて積み重ねて実装することにより装置を構成したものである。
また、本願の請求項２記載の発明は、請求項１記載の半導体装置において、複数個積み重ねる上記単位半導体装置のうちの最上位位置以外のものは、本半導体装置が実装される外部装置または基板と電気的に接続される電極が並んでいる辺と反対側の辺上に、ランドと呼ばれる電極を有する電子回路基板を用いて構成するようにしたものである。
また、本願の請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の半導体装置において、上記１対の電子回路基板の内側に気体を流して冷却するようにしたものである。
また、本願の請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置において用いられる放熱フィンにおいて、該放熱フィンを、内部を空気等の気体が流れる貫通孔が複数形成されたハニカム構造を有するものとし、かつ上記ICを挟むように該ICの２つの主面上にそれぞれ配設されるようにしたものである。
〔作用〕
本願の請求項１記載の発明は、上述のように構成したことにより、複数の電子回路基板にわたって実装されるべき、双方向ジグザグインライン形のIC等の半導体集積回路を何層にも重ねて実装することを可能ならしめるとともに、上述のような構成を有するモジュール形の半導体装置を２つ以上外部装置または基板に対して垂直な方向に積み重ねることを可能とするので、メモリー容量の拡張や機能の高度化が容易となる。
また、本願の請求項２記載の発明は、上述のように構成したことにより、請求項１記載の半導体装置の実現が容易となる。
また、本願の請求項３記載の発明は、上述のように構成したことにより、請求項１または２記載の半導体装置の冷却を可能とする。
また、本願の請求項４記載の発明は、上述のように構成したことにより、内側にIC等の発熱体を包み、内側に気体の冷媒を流すことにより、内側に気体を流して冷却するような、モジュール形の半導体装置の冷却効率を向上させる。
〔実施例〕
以下、この発明の実施例を図について説明する。
第１図ないし第４図は本願の請求項１または２記載の発明の一実施例による半導体装置を示し、図において、１〜10は既述のものと同じものであるので説明を省略する。
次に作用，効果について説明する。
第２図は本願の請求項１または２に記載の発明の一実施例による半導体装置における、２枚の電子回路基板の両方にわたって電気的接続をなし得るIC1の例を示す。上記IC1は通常の双方向にリードの出ているIC1を、通称ZIL（Zig zag In line）型のパッケージと同様にリードを変形させたものであり、本願ではこれを双方向ジグザグインライン型のパッケージと呼ぶものである。
第２図に示したIC1は、第３図に示すように実装できる。
第３図は第２図に示したIC1を平行に並んだ２枚の電子回路基板6aおよび6bにわたって実装した場合の部分外形図を示す図であり、第３図（ａ）はその正面図、第３図（ｂ）はその上面図、第３図（ｃ）は電子回路基板6bを除いた場合の側面図である。なお、この第３図は三角法によって描いてある。
第４図は第３図に示したような実装方法を用いて作製した，上記本願の請求項記載の発明の一実施例による半導体装置の正面図（第４図（ａ））、および側面図（第４図（ｂ））である。
第４図に示すように、本願の請求項１記載の発明の一実施例による半導体装置の，互いに平行に並んだ２枚の電子回路基板６は、本願による半導体装置を実装しようとする外部装置または基板に対し垂直に立っており、かつ、第４図に示すように、第２図に示すIC1が８枚、上記２枚の電子回路基板６の間にこれらに対して垂直に実装されるため、第４図に示したモジュール型の半導体装置の場合、同じ外部装置または基板の同一面積上に、８倍もの実装ができるという効果がある。
また、２枚の電子回路基板６および該電子回路基板６上の他のIC1やチップ部品７をも含めて回路が組めるため、単にIC1を８個重ねるだけでは得られない機能を得るようにすることもできるという効果がある。
また、本実施例では、ICとして双方向ジグザグインライン型のパッケージを用いたことにより、２枚の電子回路基板６のランドピッチに制限されることなく微細ピッチのICが使えるという効果もある。
第５図、第６図、および第１図は本願の請求項１または２記載の発明の一実施例による半導体装置を示し、図において、8cは、第４図の半導体装置５（第１図の下側の半導体装置5b）の電子回路基板６の、本半導体装置を実装しようとする外部装置または基板に電気的に接続される電極が並んでいる辺（下側の辺）と反対側の辺（上側の辺）上に設けた、通常ランドと呼ばれる電極で、ここでは、特に区別するために拡張電極と呼ぶ電極である。他は既に説明したのでここでは省略する。
第５図は、第４図に示した本願の請求項１記載の発明の一実施例による半導体装置において、上記拡張電極8cを設けた本願の請求項１または２記載の発明の一実施例による半導体装置を構成する下側の半導体装置（5aとする）の正面図（第５図（ａ））、および側面図（第５図（ｂ））である。
第６図は、第４図に示した本願の請求項１記載の発明の一実施例による半導体装置において、第４図に示す、その上端にクリップ部9aを持ち、かつ該クリップ部がクリップリードの長手方向外側に向けて開口部を持ち、一方その下方にリード部9bを持つクリップリード９の代わりに、第６図に示すその両端にクリップ部9aを持ち、かつ該クリップ部がクリップリードの長手方向外側に向けて開口部を持つようなクリップリード９を用いた、本願の請求項１記載の発明の一実施例による半導体装置を構成する上側の半導体装置5bの正面図（第６図（ａ））および側面図（第６図（ｂ））である。
第１図は第５図に示したモジュール型の半導体装置5aおよび第６図に示したモジュール型の半導体装置5bを重ねた、本願の請求項１または２記載の半導体装置である。
第１図に示すように、上記拡張電極8cと呼んでいる電極、および上記第６図に示したその両端にクリップ部9aを持ち、かつ該クリップ部がクリップリードの長手方向両端に、外側に向いた開口部を持つようなクリップリード９により、半導体装置が実装される外部装置または基板に対し垂直な方向に、単位モジュール型の半導体装置5aおよび5bを並べて積み重ねて実装することにより、モジュール型の半導体装置５を得ることができる。そしてこのようなモジュール型の半導体装置５においては、所望個数の半導体装置を積み重ねて実装することにより、所望のメモリー容量、あるいは所望の機能を得ることができ、メモリー容量の拡張や機能の高度化等を容易に行なうことができる。
なお、上記実施例では、第１図，第４図，第５図に示したように、クリップリード９のリード部9bの形状がZIL型パッケージと同様になっているが、リード部9bの形状はSIL（Single In Line）型パッケージと同様に、電子回路基板６と同一平面上にあってもよい。
次に、以上に述べてきたような，高密度に実装されたモジュール型の半導体装置の場合、１個のIC1の発する熱が微少であっても全体としては大きくなり、放熱方法についても考慮する必要がある。
また、近年、IC1の高速化の要求に伴い、ECL（Emitter Coupled Logic）やBi-CMOS等の高速ICが用いられるようになってきたが、このような高速ICでは１個のICの放熱量が大きくなるために、放熱の問題がさらに重要になる。
第７図は、IC1に放熱フィンを設けて、自然放熱させた場合の，本願の請求項３記載の発明の一実施例による半導体装置における半導体素子を示す図であり、第８図は、上記半導体装置で用いられる、放熱フィンを設けたIC1の斜視図である。図中、11は放熱フィンである。
第８図に示すICでは、内蔵された半導体素子２の発する熱の大部分は放熱フィン11を伝わって外部に放出されているが、いくらかは、半導体素子２を包む封止樹脂４を伝わって放出される。
従って、第７図に示すようなモジュール型の半導体装置５の中心部には熱が溜まり高温になる。従って、時には、中心部付近のIC1が高温のため誤動作する等の不具合が生じる場合もある。
そこで考えられたのが、例えば第９図に示されたような、本願の請求項４記載の発明の一実施例による放熱フィン11である。図中、12は放熱フィン11の空洞部である。
上記放熱フィン11は第９図に示すような構造になっており、放熱フィン11の空洞12中を気体が流れることにより、放熱フィン11を冷却させる。
上記本願の請求項４記載の発明の一実施例による放熱フィン11を設けたIC1を第10図、第11図に示す。第10図（ａ）は上記本願の請求項４記載の発明の一実施例による放熱フィン11を設けたIC1の正面図、第10図（ｂ）は上面図、第10図（ｃ）は側面図である。また第11図は斜視図である。
第12図は本願の請求項４記載の発明の一実施例による放熱フィン11を設けたIC1を実装した、本願の請求項１（請求項２にも当然適用できる）記載の発明の一実施例による半導体装置である。
第12図に示した半導体装置は、第12図のＡまたはＢの方向から強制的に気体を送風させることにより、上記半導体装置の中心部においても熱が溜まることがなく、冷却される。
なお、この実施例では、第12図のＡまたはＢから送られた気体流がモジュール型の半導体装置５の上部から逃げて、冷却効果が下がるのを防ぐために、上部に蓋13が設けられている。
以上述べて来たように、第１図，第４図，第５図，第６図，第７図、第12図に示した本願発明による半導体装置では、全て第２図に示した双方向にZIL型のリードを持つIC1を用いているが、本願の請求項１記載の発明の一実施例による半導体装置において用いられるIC1は、上記IC1に限定されるものではなく、例えば、第13図に示すように、双方向にSIL型のリードを持つIC1でも良い。
また、本願の請求項１記載の発明の一実施例による半導体装置で用いられる，平行に並んだ少なくとも１対の電子回路基板には、少なくとも１つの第２図、第13図に示されるようなICが、２枚以上の上記電子回路基板にわたって実装されているものであれば、第14図に示すZIL型IC1や第15図に示すSIL型ICが用いられてもよい。
〔発明の効果〕
以上のように、本願の請求項１記載の発明によれば、少なくとも１対の同一面積または異なる面積を有する電子回路基板と、該１対の電子回路基板に垂直で、かつ該１対の電子回路基板の両方に渡って電気的接続をしている少なくとも１つの半導体集積回路（以下ICと称す）とからなり、上記ICは上記電子回路基板と対向するその側面からそれぞれ突出するリードの先端が交互に第1,第２の平面上に存在する、ジグザグインライン型のものであり、かつ上記１対の電子回路基板を、互いに平行に、かつ本半導体装置が実装される外部装置または基板に対し垂直になるように実装してなる単位半導体装置を複数、上記１対の電子回路基板が同一平面上に複数個並ぶよう、本半導体装置が実装される外部装置または基板に対して垂直な方向に並べて積み重ねて実装することにより装置を構成したので、従来の，電子回路基板の表面や裏面またはその両方にICやチップ部品を搭載するモジュール形半導体装置では実現し得ない高密度の実装を可能にし、かつメモリー容量の拡張や機能の高度化を容易に行うことができる効果がある。
また、本願の請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の半導体装置において、複数個積み重ねる上記単位半導体装置のうちの最上位位置以外のものは、本半導体装置が実装される外部装置または基板と電気的に接続される電極が並んでいる辺と反対側の辺上に、ランドと呼ばれる電極を有する電子回路基板を用いて構成するようにしたので、複数の単位半導体装置同士を外部装置または基板に対し垂直な方向に相互に連結することが可能になり、高密度の実装を可能にし、かつメモリー容量の拡張や機能の高度化を容易に行うことができるものが実際に得られる効果がある。
また、本願の請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の半導体装置において、上記１対の電子回路基板の内側に気体を流して冷却するようにしたので、上記のような高密度に実装されたモジュール形の半導体装置を冷却しその放熱を行うことができる効果がある。
また、本願の請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置において用いられる放熱フィンにおいて、該放熱フィンを、内部を空気等の気体が流れる貫通孔が複数形成されたハニカム構造を有するものとし、かつ上記ICを挟むように該ICの２つの主面上にそれぞれ配設されるようにしたので、その貫通孔の内部を流れる気体によりこの放熱フィンを搭載したICを効率よく冷却することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本願の請求項１または２記載の発明の一実施例によるモジュール型の半導体装置の正面図（第１図（ａ））および側面図（第１図（ｂ））である。
第２図は第１図の半導体装置で用いられたIC1の一部断面を示す斜視図である。
第３図は第２図に示されたIC1の実装方法を示す正面図（第３図（ａ））、上面図（第３図（ｂ））および側面図（第３図（ｃ））である。
第４図は本願の請求項１記載の発明の一実施例による単位半導体装置の正面図（第４図（ａ））および側面図（第４図（ｂ））である。
第５図は本願の請求項１または２記載の発明の一実施例による下側単位半導体装置の正面図（第５図（ａ））および側面図（第５図（ｂ））である。
第６図は本願の請求項１記載の発明の一実施例による上側単位半導体装置の正面図（第６図（ａ））および側面図（第６図（ｂ））である。
第７図は本願の請求項３記載の発明の一実施例による半導体装置の正面図（第７図（ａ））および側面図（第７図（ｂ））である。
第８図は第７図の装置で用いられた，放熱フィン11を持つIC1の斜視図である。
第９図は本願の請求項４記載の発明の一実施例による放熱フィンの構造の正面図（第９図（ａ））、上面図（第９図（ｂ））および側面図（第９図（ｃ））である。
第10図は第２図に示したIC1に第９図に示した放熱フィン11をIC1の両面に搭載した半導体素子の正面図（第10図（ａ））、上面図（第10図（ｂ））および側面図（第10図（ｃ））である。
第11図は上記半導体素子の斜視図である。
第12図は第11図の半導体素子を有する半導体装置の正面図（第12図（ａ））および側面図（第12図（ｂ））である。
第13図は第２図と同様、本願の請求項１または２記載の半導体装置に用いられ得るICの一部断面を示す斜視図である。
第14図は従来のZIL型ICの一部断面を示す斜視図である。
第15図は従来のSOP型ICの一部断面を示す斜視図である。
第16図は従来のモジュール型半導体装置の外形を示す上面図（第16図（ａ）、側面図（第16図（ｂ）、第16図（ｃ））、下面図（第16図（ｄ））、第16図（ｃ）のＡ部拡大図（第16図（ｅ））である。
図において、１はIC、２は半導体装置、３はアウターリード、４は封止樹脂、５はモジュール、６は電子回路基板、７はチップ部品、８はランドで、8aは搭載基板、8bは外部入出力電極、8cは拡張電極、９はクリップリードで、9aはクリップ部、9bはリード部、10はハンダ、11は放熱フィン、12は空洞部、13は蓋である。
なお、図中同一符号は同一もしくは相当部分を示す。
〔産業上の利用分野〕
この発明は、半導体装置の構造および、その半導体装置で用いる放熱フィンの構造に関するものである。
〔従来の技術〕
第15図は従来の、通常ICと呼ばれている半導体装置のうちSOP（Small Outline Package）と呼ばれるパッケージの一部破断面を示す斜視図である。
第16図は第15図に示した従来のSOP形ICを用いた従来の混成集種回路装置で、通常モジュールと呼ばれるものの外形図であり、その上面図（第16図ａ））、正面図（第16図（ｂ））、側面図（第16図（ｃ））、下面図（第16図（ｄ））を示すものである。また、第16図（ｅ）は、第16図（ｃ）のＡ部の拡大図を示す。
図において、１はICと呼ばれるパッケージされた半導体装置、２は半導体素子、３はリードのうち、半導体装置の外側部分で、外部装置と接続されるアウターリード、４は半導体素子２を保護し、ICの外形を形づくる掛止樹脂、５はモジュールと呼ばれる混成集積回路形半導体装置、６は電子回路基板、７は電子回路基板６の上に実装される部品で、IC1以外のチップ抵抗，チップコンデンサ等のチップ部品、８はモジュールの電極で、電子回路基板６上に設けられたランドである。
ランド８には、電子回路基板に実装する、IC1やチップ部品７と接続するための搭載電極8aと、電子回路基板６と外部装置を電気的に接続するための外部入出力電極8bとがある。９はモジュール５の外部入出力電極8bと接続され、モジュール５と外部装置または基板との間を取り持つ部分であるクリップリード、9aはクリップリード９のうち、モジュールの電子回路基板等を挟み込んで固定する部分であるクリップ部、9bはクリップリード９のうち、外部の装置または基板の電極穴またはスルーホールと呼ばれる電極部に差し込んで使用するリード部である。10はICのアウターリード３やチップ部品７の電極と、電子回路基板６上の搭載電極8a、または、電子回路基板６上の外部入出力電極8bとを電気的に接続する材料で、例えばはんだである。
次に作用，効果について説明する。従来のモジュール５は電子回路基板６上に設けられた、銅箔等による導体パターン（図示せず）と、IC1およびチップ部品７等により、通常のIC1では持ち得なかった機能を持った半導体装置、例えばメモリー等の記憶容量が増加したり、異種のIC1を用いて複合機能を持つようにした半導体装置として使える。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来のモジュール型半導体装置は以上のように構成されているので、電子回路基板６の表側や裏側または両側にしかIC1やチップ部品７を搭載することができない。しかるに一方、現在の電気，電子産業では、IC1やチップ部品７の搭載密度（通常実装密度という）の向上が要求されており、従来のモジュール５では、外部装置や基板に従来のモジュール５を実装した場合、モジュール５の表裏両面、およびモジュール５の下部にしかIC1やチップ部品７を搭載できず、実装密度は高々３倍にしかならない。従って、より高密度な実装を行いたい場合、従来のモジュールでは限界があるという問題があった。
また、従来のモジュールでは、使用者側でメモリー容量の拡張や機能の高度化を行うことが難しかった。即ち、このような場合には、例えば、モジュール５を取り替える等の必要があり、使用者側での改良は困難であった。
また、特開昭63-80591号公報にはマザー基板上に直立させた２つの配線基板間に複数のフラットパッケージを積み重ねて搭載したものが示されているが、この公報の第４図，第５図に示すような複合形半導体装置（モジュール）では、リードとリードの間（リードピッチ）が微細になると、配線基板のスルーホールの微細化が難しくなるという問題があった。また、アセンブリ工程上、配線基板にICを立てるのも難しいという欠点があった。
本願の請求項１に記載の発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、従来のモジュールでは得難かった高密度の実装を可能にできるとともに、使用者側でメモリー容量の拡張や機能の高度化を容易に行なうことができる半導体装置を得ることを目的とする。
また、本願の請求項２に記載の発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、請求項１に記載の半導体装置を容易に得ることができる半導体装置を得ることを目的とする。
また、本願の請求項３に記載の発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、装置の冷却を効率よく行うことができるモジュール形の半導体装置を得ることを目的とする。
また、本願の請求項４に記載の発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、このようなモジュール形の半導体装置を冷却することができる放熱フィンを得ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本願の請求項１記載の発明は、少なくとも１対の同一面積または異なる面積を有する電子回路基板と、該１対の電子回路基板に垂直で、かつ該１対の電子回路基板の両方に渡って電気的接続をしている少なくとも１つの半導体集積回路（以下ICと称す）とからなり、上記ICは上記電子回路基板と対向するその側面からそれぞれ突出するリードの先端が交互に第1,第２の平面上に存在する、ジグザグインライン型のものであり、かつ上記１対の電子回路基板を、互いに平行に、かつ本半導体装置が実装される外部装置または基板に対し垂直になるように実装してなる単位半導体装置を複数、上記１対の電子回路基板が同一平面上に複数個並ぶよう、本半導体装置が実装される外部装置または基板に対して垂直な方向に並べて積み重ねて実装することにより装置を構成したものである。
また、本願の請求項２記載の発明は、請求項１記載の半導体装置において、複数個積み重ねる上記単位半導体装置のうちの最上位位置以外のものは、本半導体装置が実装される外部装置または基板と電気的に接続される電極が並んでいる辺と反対側の辺上に、ランドと呼ばれる電極を有する電子回路基板を用いて構成するようにしたものである。
また、本願の請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の半導体装置において、上記１対の電子回路基板の内側に気体を流して冷却するようにしたものである。
また、本願の請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置において用いられる放熱フィンにおいて、該放熱フィンを、内部を空気等の気体が流れる貫通孔が複数形成されたハニカム構造を有するものとし、かつ上記ICを挟むように該ICの２つの主面上にそれぞれ配設されるようにしたものである。
〔作用〕
本願の請求項１記載の発明は、上述のように構成したことにより、複数の電子回路基板にわたって実装されるべき、双方向ジグザグインライン形のIC等の半導体集積回路を何層にも重ねて実装することを可能ならしめるとともに、上述のような構成を有するモジュール形の半導体装置を２つ以上外部装置または基板に対して垂直な方向に積み重ねることを可能とするので、メモリー容量の拡張や機能の高度化が容易となる。
また、本願の請求項２記載の発明は、上述のように構成したことにより、請求項１記載の半導体装置の実現が容易となる。
また、本願の請求項３記載の発明は、上述のように構成したことにより、請求項１または２記載の半導体装置の冷却を可能とする。
また、本願の請求項４記載の発明は、上述のように構成したことにより、内側にIC等の発熱体を包み、内側に気体の冷媒を流すことにより、内側に気体を流して冷却するような、モジュール形の半導体装置の冷却効率を向上させる。
〔実施例〕
以下、この発明の実施例を図について説明する。
第１図ないし第４図は本願の請求項１または２記載の発明の一実施例による半導体装置を示し、図において、１〜10は既述のものと同じものであるので説明を省略する。
次に作用，効果について説明する。
第２図は本願の請求項１または２に記載の発明の一実施例による半導体装置における、２枚の電子回路基板の両方にわたって電気的接続をなし得るIC1の例を示す。上記IC1は通常の双方向にリードの出ているIC1を、通称ZIL（Zig zag In line）型のパッケージと同様にリードを変形させたものであり、本願ではこれを双方向ジグザグインライン型のパッケージと呼ぶものである。
第２図に示したIC1は、第３図に示すように実装できる。
第３図は第２図に示したIC1を平行に並んだ２枚の電子回路基板6aおよび6bにわたって実装した場合の部分外形図を示す図であり、第３図（ａ）はその正面図、第３図（ｂ）はその上面図、第３図（ｃ）は電子回路基板6bを除いた場合の側面図である。なお、この第３図は三角法によって描いてある。
第４図は第３図に示したような実装方法を用いて作製した，上記本願の請求項記載の発明の一実施例による半導体装置の正面図（第４図（ａ））、および側面図（第４図（ｂ））である。
第４図に示すように、本願の請求項１記載の発明の一実施例による半導体装置の，互いに平行に並んだ２枚の電子回路基板６は、本願による半導体装置を実装しようとする外部装置または基板に対し垂直に立っており、かつ、第４図に示すように、第２図に示すIC1が８枚、上記２枚の電子回路基板６の間にこれらに対して垂直に実装されるため、第４図に示したモジュール型の半導体装置の場合、同じ外部装置または基板の同一面積上に、８倍もの実装ができるという効果がある。
また、２枚の電子回路基板６および該電子回路基板６上の他のIC1やチップ部品７をも含めて回路が組めるため、単にIC1を８個重ねるだけでは得られない機能を得るようにすることもできるという効果がある。
また、本実施例では、ICとして双方向ジグザグインライン型のパッケージを用いたことにより、２枚の電子回路基板６のランドピッチに制限されることなく微細ピッチのICが使えるという効果もある。
第５図、第６図、および第１図は本願の請求項１または２記載の発明の一実施例による半導体装置を示し、図において、8cは、第４図の半導体装置５（第１図の下側の半導体装置5b）の電子回路基板６の、本半導体装置を実装しようとする外部装置または基板に電気的に接続される電極が並んでいる辺（下側の辺）と反対側の辺（上側の辺）上に設けた、通常ランドと呼ばれる電極で、ここでは、特に区別するために拡張電極と呼ぶ電極である。他は既に説明したのでここでは省略する。
第５図は、第４図に示した本願の請求項１記載の発明の一実施例による半導体装置において、上記拡張電極8cを設けた本願の請求項１または２記載の発明の一実施例による半導体装置を構成する下側の半導体装置（5aとする）の正面図（第５図（ａ））、および側面図（第５図（ｂ））である。
第６図は、第４図に示した本願の請求項１記載の発明の一実施例による半導体装置において、第４図に示す、その上端にクリップ部9aを持ち、かつ該クリップ部がクリップリードの長手方向外側に向けて開口部を持ち、一方その下方にリード部9bを持つクリップリード９の代わりに、第６図に示すその両端にクリップ部9aを持ち、かつ該クリップ部がクリップリードの長手方向外側に向けて開口部を持つようなクリップリード９を用いた、本願の請求項１記載の発明の一実施例による半導体装置を構成する上側の半導体装置5bの正面図（第６図（ａ））および側面図（第６図（ｂ））である。
第１図は第５図に示したモジュール型の半導体装置5aおよび第６図に示したモジュール型の半導体装置5bを重ねた、本願の請求項１または２記載の半導体装置である。
第１図に示すように、上記拡張電極8cと呼んでいる電極、および上記第６図に示したその両端にクリップ部9aを持ち、かつ該クリップ部がクリップリードの長手方向両端に、外側に向いた開口部を持つようなクリップリード９により、半導体装置が実装される外部装置または基板に対し垂直な方向に、単位モジュール型の半導体装置5aおよび5bを並べて積み重ねて実装することにより、モジュール型の半導体装置５を得ることができる。そしてこのようなモジュール型の半導体装置５においては、所望個数の半導体装置を積み重ねて実装することにより、所望のメモリー容量、あるいは所望の機能を得ることができ、メモリー容量の拡張や機能の高度化等を容易に行なうことができる。
なお、上記実施例では、第１図，第４図，第５図に示したように、クリップリード９のリード部9bの形状がZIL型パッケージと同様になっているが、リード部9bの形状はSIL（Single In Line）型パッケージと同様に、電子回路基板６と同一平面上にあってもよい。
次に、以上に述べてきたような，高密度に実装されたモジュール型の半導体装置の場合、１個のIC1の発する熱が微少であっても全体としては大きくなり、放熱方法についても考慮する必要がある。
また、近年、IC1の高速化の要求に伴い、ECL（Emitter Coupled Logic）やBi-CMOS等の高速ICが用いられるようになってきたが、このような高速ICでは１個のICの放熱量が大きくなるために、放熱の問題がさらに重要になる。
第７図は、IC1に放熱フィンを設けて、自然放熱させた場合の，本願の請求項３記載の発明の一実施例による半導体装置における半導体素子を示す図であり、第８図は、上記半導体装置で用いられる、放熱フィンを設けたIC1の斜視図である。図中、11は放熱フィンである。
第８図に示すICでは、内蔵された半導体素子２の発する熱の大部分は放熱フィン11を伝わって外部に放出されているが、いくらかは、半導体素子２を包む封止樹脂４を伝わって放出される。
従って、第７図に示すようなモジュール型の半導体装置５の中心部には熱が溜まり高温になる。従って、時には、中心部付近のIC1が高温のため誤動作する等の不具合が生じる場合もある。
そこで考えられたのが、例えば第９図に示されたような、本願の請求項４記載の発明の一実施例による放熱フィン11である。図中、12は放熱フィン11の空洞部である。
上記放熱フィン11は第９図に示すような構造になっており、放熱フィン11の空洞12中を気体が流れることにより、放熱フィン11を冷却させる。
上記本願の請求項４記載の発明の一実施例による放熱フィン11を設けたIC1を第10図、第11図に示す。第10図（ａ）は上記本願の請求項４記載の発明の一実施例による放熱フィン11を設けたIC1の正面図、第10図（ｂ）は上面図、第10図（ｃ）は側面図である。また第11図は斜視図である。
第12図は本願の請求項４記載の発明の一実施例による放熱フィン11を設けたIC1を実装した、本願の請求項１（請求項２にも当然適用できる）記載の発明の一実施例による半導体装置である。
第12図に示した半導体装置は、第12図のＡまたはＢの方向から強制的に気体を送風させることにより、上記半導体装置の中心部においても熱が溜まることがなく、冷却される。
なお、この実施例では、第12図のＡまたはＢから送られた気体流がモジュール型の半導体装置５の上部から逃げて、冷却効果が下がるのを防ぐために、上部に蓋13が設けられている。
以上述べて来たように、第１図，第４図，第５図，第６図，第７図、第12図に示した本願発明による半導体装置では、全て第２図に示した双方向にZIL型のリードを持つIC1を用いているが、本願の請求項１記載の発明の一実施例による半導体装置において用いられるIC1は、上記IC1に限定されるものではなく、例えば、第13図に示すように、双方向にSIL型のリードを持つIC1でも良い。
また、本願の請求項１記載の発明の一実施例による半導体装置で用いられる，平行に並んだ少なくとも１対の電子回路基板には、少なくとも１つの第２図、第13図に示されるようなICが、２枚以上の上記電子回路基板にわたって実装されているものであれば、第14図に示すZIL型IC1や第15図に示すSIL型ICが用いられてもよい。
〔発明の効果〕
以上のように、本願の請求項１記載の発明によれば、少なくとも１対の同一面積または異なる面積を有する電子回路基板と、該１対の電子回路基板に垂直で、かつ該１対の電子回路基板の両方に渡って電気的接続をしている少なくとも１つの半導体集積回路（以下ICと称す）とからなり、上記ICは上記電子回路基板と対向するその側面からそれぞれ突出するリードの先端が交互に第1,第２の平面上に存在する、ジグザグインライン型のものであり、かつ上記１対の電子回路基板を、互いに平行に、かつ本半導体装置が実装される外部装置または基板に対し垂直になるように実装してなる単位半導体装置を複数、上記１対の電子回路基板が同一平面上に複数個並ぶよう、本半導体装置が実装される外部装置または基板に対して垂直な方向に並べて積み重ねて実装することにより装置を構成したので、従来の，電子回路基板の表面や裏面またはその両方にICやチップ部品を搭載するモジュール形半導体装置では実現し得ない高密度の実装を可能にし、かつメモリー容量の拡張や機能の高度化を容易に行うことができる効果がある。
また、本願の請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の半導体装置において、複数個積み重ねる上記単位半導体装置のうちの最上位位置以外のものは、本半導体装置が実装される外部装置または基板と電気的に接続される電極が並んでいる辺と反対側の辺上に、ランドと呼ばれる電極を有する電子回路基板を用いて構成するようにしたので、複数の単位半導体装置同士を外部装置または基板に対し垂直な方向に相互に連結することが可能になり、高密度の実装を可能にし、かつメモリー容量の拡張や機能の高度化を容易に行うことができるものが実際に得られる効果がある。
また、本願の請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の半導体装置において、上記１対の電子回路基板の内側に気体を流して冷却するようにしたので、上記のような高密度に実装されたモジュール形の半導体装置を冷却しその放熱を行うことができる効果がある。
また、本願の請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置において用いられる放熱フィンにおいて、該放熱フィンを、内部を空気等の気体が流れる貫通孔が複数形成されたハニカム構造を有するものとし、かつ上記ICを挟むように該ICの２つの主面上にそれぞれ配設されるようにしたので、その貫通孔の内部を流れる気体によりこの放熱フィンを搭載したICを効率よく冷却することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本願の請求項１または２記載の発明の一実施例によるモジュール型の半導体装置の正面図（第１図（ａ））および側面図（第１図（ｂ））である。
第２図は第１図の半導体装置で用いられたIC1の一部断面を示す斜視図である。
第３図は第２図に示されたIC1の実装方法を示す正面図（第３図（ａ））、上面図（第３図（ｂ））および側面図（第３図（ｃ））である。
第４図は本願の請求項１記載の発明の一実施例による単位半導体装置の正面図（第４図（ａ））および側面図（第４図（ｂ））である。
第５図は本願の請求項１または２記載の発明の一実施例による下側単位半導体装置の正面図（第５図（ａ））および側面図（第５図（ｂ））である。
第６図は本願の請求項１記載の発明の一実施例による上側単位半導体装置の正面図（第６図（ａ））および側面図（第６図（ｂ））である。
第７図は本願の請求項３記載の発明の一実施例による半導体装置の正面図（第７図（ａ））および側面図（第７図（ｂ））である。
第８図は第７図の装置で用いられた，放熱フィン11を持つIC1の斜視図である。
第９図は本願の請求項４記載の発明の一実施例による放熱フィンの構造の正面図（第９図（ａ））、上面図（第９図（ｂ））および側面図（第９図（ｃ））である。
第10図は第２図に示したIC1に第９図に示した放熱フィン11をIC1の両面に搭載した半導体素子の正面図（第10図（ａ））、上面図（第10図（ｂ））および側面図（第10図（ｃ））である。
第11図は上記半導体素子の斜視図である。
第12図は第11図の半導体素子を有する半導体装置の正面図（第12図（ａ））および側面図（第12図（ｂ））である。
第13図は第２図と同様、本願の請求項１または２記載の半導体装置に用いられ得るICの一部断面を示す斜視図である。
第14図は従来のZIL型ICの一部断面を示す斜視図である。
第15図は従来のSOP型ICの一部断面を示す斜視図である。
第16図は従来のモジュール型半導体装置の外形を示す上面図（第16図（ａ）、側面図（第16図（ｂ）、第16図（ｃ））、下面図（第16図（ｄ））、第16図（ｃ）のＡ部拡大図（第16図（ｅ））である。
図において、１はIC、２は半導体装置、３はアウターリード、４は封止樹脂、５はモジュール、６は電子回路基板、７はチップ部品、８はランドで、8aは搭載基板、8bは外部入出力電極、8cは拡張電極、９はクリップリードで、9aはクリップ部、9bはリード部、10はハンダ、11は放熱フィン、12は空洞部、13は蓋である。
なお、図中同一符号は同一もしくは相当部分を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】少なくとも１対の同一面積または異なる面積を有する電子回路基板と、該１対の電子回路基板に垂直で、かつ該１対の電子回路基板の両方に渡って電気的接続をしている少なくとも１つの半導体集積回路（以下ICと称す）とからなり、上記ICは上記電子回路基板と対向するその側面からそれぞれ突出するリードの先端が交互に第1,第２の平面上に存在する、ジグザグインライン型のものであり、かつ上記１対の電子回路基板を、互いに平行に、かつ本半導体装置が実装される外部装置または基板に対し垂直になるように実装してなる単位半導体装置を複数、上記１対の電子回路基板が同一平面上に複数個並ぶよう、本半導体装置が実装される外部装置または基板に対して垂直な方向に並べて積み重ねて実装してなることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】請求項１記載の半導体装置において、複数個積み重ねる上記単位半導体装置のうちの最上位位置以外のものは、本半導体装置が実装される外部装置または基板と電気的に接続される電極が並んでいる辺と反対側の辺上に、ランドと呼ばれる電極を有する電子回路基板を用いて構成したものであ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２記載の半導体装置において、上記１対の電子回路基板の内側に気体を流して冷却するようにしたことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置において用いられる放熱フィンにおいて、該放熱フィンを、内部を空気等の気体が流れる貫通孔が複数形成されたハニカム構造を有するものとし、かつ上記ICを挟むように該ICの２つの主面上にそれぞれ配設されることを特徴とする放熱フィン。
【請求項１】少なくとも１対の同一面積または異なる面積を有する電子回路基板と、該１対の電子回路基板に垂直で、かつ該１対の電子回路基板の両方に渡って電気的接続をしている少なくとも１つの半導体集積回路（以下ICと称す）とからなり、上記ICは上記電子回路基板と対向するその側面からそれぞれ突出するリードの先端が交互に第1,第２の平面上に存在する、ジグザグインライン型のものであり、かつ上記１対の電子回路基板を、互いに平行に、かつ本半導体装置が実装される外部装置または基板に対し垂直になるように実装してなる単位半導体装置を複数、上記１対の電子回路基板が同一平面上に複数個並ぶよう、本半導体装置が実装される外部装置または基板に対して垂直な方向に並べて積み重ねて実装してなることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】請求項１記載の半導体装置において、複数個積み重ねる上記単位半導体装置のうちの最上位位置以外のものは、本半導体装置が実装される外部装置または基板と電気的に接続される電極が並んでいる辺と反対側の辺上に、ランドと呼ばれる電極を有する電子回路基板を用いて構成したものであ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２記載の半導体装置において、上記１対の電子回路基板の内側に気体を流して冷却するようにしたことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置において用いられる放熱フィンにおいて、該放熱フィンを、内部を空気等の気体が流れる貫通孔が複数形成されたハニカム構造を有するものとし、かつ上記ICを挟むように該ICの２つの主面上にそれぞれ配設されることを特徴とする放熱フィン。
【第１図】
【第２図】
【第３図】
【第４図】
【第５図】
【第６図】
【第７図】
【第８図】
【第１１図】
【第９図】
【第１２図】
【第１０図】
【第１３図】
【第１４図】
【第１５図】
【第１６図】
【第２図】
【第３図】
【第４図】
【第５図】
【第６図】
【第７図】
【第８図】
【第１１図】
【第９図】
【第１２図】
【第１０図】
【第１３図】
【第１４図】
【第１５図】
【第１６図】
【特許番号】第２５７２８４０号
【登録日】平成８年（１９９６）１０月２４日
【発行日】平成９年（１９９７）１月１６日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１−８０４８６
【出願日】平成１年（１９８９）３月３０日
【公開番号】特開平２−２６０４４８
【公開日】平成２年（１９９０）１０月２３日
【前置審査】 前置審査
【出願人】（９９９９９９９９９）三菱電機株式会社
【参考文献】
【文献】特開 昭６１−６３０４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開 昭６３−１６２５４７（ＪＰ，Ｕ）
【文献】実開 昭６３−５９３９４（ＪＰ，Ｕ）
【文献】実開 昭５９−５６７５３（ＪＰ，Ｕ）
【登録日】平成８年（１９９６）１０月２４日
【発行日】平成９年（１９９７）１月１６日
【国際特許分類】
【出願日】平成１年（１９８９）３月３０日
【公開番号】特開平２−２６０４４８
【公開日】平成２年（１９９０）１０月２３日
【前置審査】 前置審査
【出願人】（９９９９９９９９９）三菱電機株式会社
【参考文献】
【文献】特開 昭６１−６３０４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開 昭６３−１６２５４７（ＪＰ，Ｕ）
【文献】実開 昭６３−５９３９４（ＪＰ，Ｕ）
【文献】実開 昭５９−５６７５３（ＪＰ，Ｕ）
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