JP2002033424A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱拡散板のコストを低減し、ブローホールの
発生及び水分等による配線の腐食等を防止し、熱拡散板
の放熱性を向上させる。 【解決手段】 ベース基材の下面に外部端子を設け、ベ
ース基材の上面に半導体チップを接続し、前記半導体チ
ップに熱的に接続された熱拡散板を有する半導体装置に
おいて、前記熱拡散板が半導体チップに熱的に接続され
る放熱部と該放熱部と一体に形成された支持部とからな
り、前記支持部は前記放熱部の周囲に部分的に設けら
れ、前記支持部を前記ベース基材に接着する。この構成
によれば、熱拡散板を単純な加工によって一体に形成す
ることができるので、熱拡散板の製造が容易となりコス
トを低減させることができる。また、熱拡散板の内部が
開放されているため、ブローホールは生じず、半導体チ
ップに付着した水分等も容易に除去することが可能とな
り、配線の腐食等を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に関し、特に発熱の大きい半導体装置に適用
した場合に最も有効な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置では、微細化の進展によって
集積度が向上し、より多くの回路を搭載することが可能
となり、搭載する回路のためにより多くの外部端子が必
要となる。このため半導体装置の実装面に外部端子とな
るボール状のバンプ電極を面状に配置したＢＧＡ(Ball
Grid Array)型の半導体装置が用いられている。

【０００３】また、こうした高集積化によって半導体装
置に発生する熱も増加し、加えて半導体装置の高速化が
発生する熱を更に増加させている。このようにして増加
した発熱によって半導体装置の温度が過剰に上昇する
と、半導体装置の特性が変化してしまい、更に温度が上
昇した場合には、熱暴走による作動停止或いは装置破壊
等の事態が生じる。このため、発生した熱を放出する熱
拡散板を半導体装置に取り付け、発熱による過剰な温度
上昇を防止している。併せて、熱拡散板で半導体チップ
を覆うことによって、熱拡散板が半導体チップに外力等
が加わるのを防止するチップ保護機能も発揮する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体装置で
は、図１に縦断面及び平面を示すように、ベース基材１
に半導体チップ２をバンプ電極２ａによるフリップチッ
プ接続し、半導体チップ２の取り付け高さを考慮した角
環状の枠体３をベース基材１に接着層４によって取り付
け、この枠体３の上面及び半導体チップ１裏面に塗布し
た接着層５によって熱拡散板６を固定し、ベース基材
１、枠体３及び熱拡散板６によって形成した内部空間に
半導体チップ２を封止収容していたが、枠体３と熱拡散
板６とが別体となっているため部品点数が増加し工程が
煩雑になる。

【０００５】このため、図２に示すように、熱拡散板６
を絞り加工することによって、その周縁に枠体３に相当
する部分を熱拡散板６と一体に形成したものもあるが、
絞り加工では、周縁を同時に立体的に加工するため、高
度の加工が必要になり熱拡散板６のコストが上昇する。

【０００６】また、何れの場合でも、熱拡散板６接着の
際の加熱処理に伴って、前記内部空間の空気も加熱され
て外部との気圧差が生じ、膨張した空気が接着層５を貫
通して外部に排出されることによってブローホールが生
じやすい。ブローホールが生じると、前記内部空間の気
密が破れて、例えば基板搭載後の洗浄で内部空間の半導
体チップ２周囲に洗浄液が侵入する。一旦侵入した洗浄
液は、ブローホールが微小なため、排出されにくく内部
に長期間滞留し配線の腐食等の原因となり、半導体装置
の信頼性を低下させる。このため、特開平９‐１２９７
６７号公報に開示されているように、キャップに変形可
能な緩衝部を設けて内部圧力の上昇に対処することも考
えられた。

【０００７】加えて、熱拡散板６が枠体３と半導体チッ
プ２裏面とに夫々接着されるため、枠体３の厚さは半導
体チップ２の取り付け高さを見込んだ寸法に精度良く加
工する必要があり、前記絞り加工による場合でも要求さ
れる精度は変わらない。

【０００８】また、半導体チップ２の取り付け高さには
多少の誤差が生じるため、この誤差を吸収するため、半
導体チップ２と熱拡散板６とを接続する接着層５の厚さ
に余裕をもたせなければならず、このため半導体チップ
２と熱拡散板６との密着性が悪くなり放熱性が低下す
る。

【０００９】本発明は、このような問題を解決するため
になされたものであり、容易に製造することのできる熱
拡散板を用いて、半導体装置の信頼性を向上させること
が可能な技術を提供することを課題とするものである。
本発明の前記ならびにその他の課題と新規な特徴は、本
明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろ
う。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【００１１】ベース基材に搭載された半導体チップと熱
的に接続される熱拡散板を有する半導体装置において、
前記熱拡散板が前記半導体チップに熱的に接続される放
熱部と該放熱部と一体に形成された支持部とからなり、
前記支持部は前記放熱部の周囲に部分的に設けられ、前
記支持部を前記ベース基材に固定する。

【００１２】上述した手段によれば、熱拡散板を単純な
加工によって一体に形成することができるので、熱拡散
板の製造及び取り付けが容易となりコストを低減させる
ことができる。また、熱拡散板の内部が開放されている
ため、ブローホールは生じず、半導体チップに付着した
水分等も容易に除去することが可能となり、配線の腐食
等を防止し、半導体装置の信頼性を向上させることがで
きる。

【００１３】以下、本発明の構成について、実施の形態
とともに説明する。なお、実施の形態を説明するための
全図において、同一機能を有するものは同一符号を付
け、その繰り返しの説明は省略する。

【００１４】

【発明の実施の形態】図３は本発明の一実施の形態であ
るＢＧＡ型の半導体装置を示す縦断面図及び平面図であ
る。

【００１５】本実施の形態の半導体装置は、ベース基材
１１中央の半導体チップ搭載領域に、単結晶シリコン等
の基板に素子を形成した半導体チップ１２が素子形成面
を下に向けた所謂フェイスダウンでフリップチップ接続
されている。半導体チップ１２の素子形成面には、形成
された回路の接続端子として例えばハンダを用いたバン
プ電極１２ａが設けられており、このバンプ電極１２ａ
とベース基材１１のパッドとを接続することによって、
半導体チップ１２とベース基材１１とが電気的に導通す
るとともに、物理的に接続される。半導体チップ１２と
ベース基材１１との接続部分はエポキシ樹脂等の補強樹
脂１３で覆うことによって、バンプ電極１２ａ及びベー
ス基材１１のパッドを封止し、併せてこの補強樹脂１３
によって半導体チップ１２とベース基材１１との接合強
度を強化している。

【００１６】ベース基材１１は、例えば高耐熱ガラスエ
ポキシやガラスセラミック等を用いた絶縁層間に銅等を
用いた複数層の配線層を形成した積層構造となってお
り、ベース基材１１の上面に形成された最上層の配線層
の一端が、半導体チップ１２のバンプ電極１２ａに接続
されるパッドとなっており、最上層の配線層の他端は、
スルーホールに形成された導電層によって、ベース基材
１１の下面に形成された最下層の配線層の一端と接続さ
れ、この最下層の配線層の他端に、半導体装置の外部端
子となる例えばハンダを用いたバンプ電極１１ａが形成
されている。このようにして半導体チップ１２に形成さ
れた回路とバンプ電極１１ａ即ち半導体装置の外部端子
とは導通している。

【００１７】本実施の形態の熱拡散板１４は、ベース基
材１１と略同じ平面形状で半導体チップ１２と接続され
る放熱部１４ａと、この放熱部１４ａから連続し放熱部
１４ａに対して直交して、その先端が接着層１５によっ
てベース基材１１の上面周縁部に接続される支持部１４
ｂとからなっており、支持部１４ｂは、放熱部１４ａの
互いに対向する２辺に設けられ、この２辺と直交する２
辺には設けられておらず、前記対向する２辺に沿った方
向に熱拡散板１４の内部が開放されている。熱拡散板１
４は、接着層１５によって、支持部１４ｂがベース基材
１１に接続され、放熱部１４ａが半導体チップ１２裏面
に夫々接続されている。

【００１８】支持部１４ｂがベース基材１１の周縁部に
固定されているため、熱拡散板１４に力が加わった場合
にも、その力が半導体チップ１２に伝わりにくく、取り
付けの際に熱拡散板１４が傾いてしまうこともない。

【００１９】続いて、本実施の形態の半導体装置の製造
方法について図４乃至図５を用いて説明する。

【００２０】先ず、図４に示すように、ベース基材１１
の上面中央部分に半導体チップ１２を位置合わせし、ハ
ンダの融点以上に加熱してバンプ電極１２ａを溶融させ
た後に、常温に戻すことによって溶融したハンダを固化
させて、半導体チップ１２のバンプ電極１２ａとベース
基材１１のパッドとを電気的に接続し併せて物理的に固
定する。

【００２１】次に、図５に示すように、半導体チップ１
２とベース基材１１の接続部分に、封止樹脂等の補強樹
脂１３を注入して、接続部分に露出していた半導体チッ
プ１２のバンプ電極１２ａ及びパッドを封止絶縁し、併
せて接続部分を補強する。

【００２２】次に、半導体チップ１２裏面及びベース基
材１１の支持部１４ｂの接続部分に接着剤を塗布し、図
６に示す熱拡散板１４を位置合わせした後に、接着剤を
固化させた接着層１５によって、熱拡散板１４の放熱部
１４ａを半導体チップ１２裏面に、支持部１４ｂをベー
ス基材１１に接着して、図３に示す状態となる。

【００２３】本実施の形態の熱拡散板１４は、熱伝導性
の高い銅にニッケルメッキを施した板材を、その対向す
る２辺で半導体チップ１２の取り付け高さに合わせた寸
法に折り曲げて形成されたものであり、この折り曲げら
れた部分が支持部１４ｂとなり、この支持部１４ｂの先
端をベース基材１１の上面に接着する。

【００２４】この熱拡散板１４は、低荷重の単純な曲げ
加工によって形成することができるため、加工が容易で
ありコストも低廉である。また、支持部１４ｂの設けら
れていない２辺で熱拡散板１４の下面が開放されている
ため、熱処理によって気圧の差が生じることがないの
で、ブローホールが発生しない。半導体チップ１２を収
容される空間が開放されており、半導体チップ１２に洗
浄液等が付着しても短時間で乾燥するため、腐食等の発
生を防止することができる。

【００２５】また、半導体チップ１２の取り付け高さに
多少の誤差が生じた場合にも、支持部１４ｂの設けられ
ていない２辺に関しては放熱部１４ａが単純な平板とな
り、前記２辺に直交する方向には或る程度の湾曲変形を
し、この変形によって前記誤差を吸収するため、半導体
チップ１２裏面の接着層１５をより薄くして、半導体チ
ップ１２と熱拡散板１４との密着性を高めて放熱性を向
上させることができる。加えて、熱拡散板１４の放熱部
１４ａの下面からも放熱が行なわれるので放熱性が向上
する。特に、ファンを用いた強制空冷を行なう場合に
は、熱拡散板１４の放熱部１４ａの下面にも空気が流れ
る配置とすることによって、更に放熱性を向上させるこ
とができる。

【００２６】また、熱拡散板１４の取り付けに関して
は、図７に示すように、支持部１４ｂの間隔を少し拡げ
てベース基材１１の幅として、ベース基材１１の側面に
支持部１４ｂを接着して取り付けてもよい。ベース基材
１１の側面に支持部１４ｂを接着するため、ベース基材
１１の側面の範囲内で支持部１４ｂを上下させることに
よって、支持部１４ｂの高さを厳密に規定しなくても取
り付けが可能であり、加えて半導体チップ１２の取り付
け高さ誤差を吸収することができる。従って、接着層５
の厚さに余裕をもたせる必要がなくなるので、半導体チ
ップ１２裏面の接着層を薄くして放熱部１４ａと半導体
チップ１２裏面とをより密着させることができる。この
ため放熱性が向上する。

【００２７】図８は他の熱拡散板１４を示す斜視図であ
る。この熱拡散板１４は、その対向する２辺の夫々の端
部を折り曲げたものであり、折り曲げられた部分が支持
部１４ｂとなるが、この支持部１４ｂは２辺の両端にの
み設け中間が切断除去されて、４本の脚状に形成されて
いる。前記中間が除去されているため、半導体装置をよ
り軽量化することができる。

【００２８】また、支持部１４ｂの設けられている２辺
では放熱部１４ａの下面が部分的に開放されており、こ
の２辺と直交する２辺には支持部１４ｂが設けられてお
らず、この方向は放熱部１４ａの下面が全面的に開放さ
れている。このため、熱拡散板１４放熱部１４ａの下面
が更に開放されており、放熱性が更に向上する。この熱
拡散板１４は単純な曲げ加工及び単純な切断加工で形成
することができるため、加工が容易でありコストも低
い。

【００２９】また、半導体装置の発熱が極めて大きい場
合には、基底部に複数の放熱フィンを一体形成したアル
ミニウム等のヒートシンクを半導体装置に取り付けて放
熱を行なう場合がある。このような場合に、通常は両面
に接着層を形成したシートを用いて、ヒートシンクを熱
拡散板に接着している。

【００３０】本発明の半導体装置では、図９に正面図及
びそのａ‐ａ線に沿った縦断側面図を示すように、支持
部１４ｂの設けられていない２辺では、平板状の放熱部
１４ａの下面が開放されているので、両端に設けた爪１
６ａが放熱部１４ａの下面に係止する簡単なクリップ１
６によって、放熱フィン１７ａと一体になった基底部１
７ｂを放熱部１４ａに抑えて、ヒートシンク１７を熱拡
散板１４に取り付けることができる。このためヒートシ
ンク１７の着脱が容易となり、加えてシートを介さずに
取り付けるため、熱拡散板１４とヒートシンク１７とが
より密着し、放熱性が良好になる。

【００３１】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明
は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要
旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは
勿論である。

【００３２】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。 （１）本発明によれば、熱拡散板を単純な加工によって
一体に形成することができるという効果がある。 （２）本発明によれば、上記効果（１）により、熱拡散
板の製造及び取り付けが容易となりコストを低減させる
ことができるという効果がある。 （３）本発明によれば、熱拡散板の内部が開放されてい
るため、ブローホールは生じず、半導体チップに付着し
た水分等も容易に除去することが可能となるという効果
がある。 （４）本発明によれば、上記効果（３）により、配線の
腐食等を防止し、半導体装置の信頼性を向上させること
ができるという効果がある。 （５）本発明によれば、半導体チップと熱拡散板との密
着性を高めて放熱性を向上させることができるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のＢＧＡ型半導体装置を示す平面図及び縦
断面図である。

【図２】従来のＢＧＡ型半導体装置を示す平面図及び縦
断面図である。

【図３】本発明の一実施の形態であるＢＧＡ型半導体装
置を示す平面図及び縦断面図である。

【図４】本発明の一実施の形態である半導体装置を工程
毎に示す縦断面図である。

【図５】本発明の一実施の形態である半導体装置を工程
毎に示す縦断面図である。

【図６】本発明の一実施の形態である半導体装置の熱拡
散板を示す斜視図である。

【図７】本発明の一実施の形態である半導体装置の変形
例を示す平面図及び縦断面図である。

【図８】本発明の一実施の形態である半導体装置の熱拡
散板の変形例を示す斜視図である。

【図９】本発明の一実施の形態である半導体装置にヒー
トシンクを取り付けた状態を示す正面図及び縦断側面図
である。

【符号の説明】

１，１１…ベース基材、１ａ，１１ａ…バンプ電極、
２，１２…半導体チップ、２ａ，１２ａ…バンプ電極、
３…枠体、４，５，１５…接着層、６，１４…熱拡散
板、１４ａ…放熱部、１４ｂ…支持部、７…、１３…補
強樹脂、１６…クリップ、１６ａ…爪、１７…ヒートシ
ンク、１７ａ…放熱フィン、１７ｂ…基底部。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベース基材に搭載された半導体チップと
   熱的に接続された熱拡散板を有する半導体装置におい
   て、 前記熱拡散板が前記半導体チップに熱的に接続される放
   熱部と該放熱部と一体に形成された支持部とからなり、 前記支持部は前記放熱部の周囲に部分的に設けられ、前
   記支持部を前記ベース基材に固定することを特徴とする
   半導体装置。
2. 【請求項２】 ベース基材の下面に外部端子を設け、ベ
   ース基材の上面に半導体チップをフェイスダウンで接続
   し、前記半導体チップの裏面に接着された熱拡散板を有
   する半導体装置において、 前記熱拡散板が半導体チップの裏面に接着される放熱部
   と該放熱部から連続し該放熱部に直交する支持部とから
   なり、 前記支持部は前記放熱部の周囲に部分的に設けられ、前
   記支持部を前記ベース基材に接着することを特徴とする
   半導体装置。
3. 【請求項３】 前記ベース基材の側面或いは上面と熱拡
   散板とが接続されていることを特徴とする請求項１又は
   請求項２に記載の半導体装置。
4. 【請求項４】 前記放熱部の対向する２辺に前記支持部
   が設けられ、この２辺に直交する２辺には支持部が設け
   られず放熱部下面が開放されていることを特徴とする請
   求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の半導体装置。
5. 【請求項５】 ベース基材の上面に半導体チップを搭載
   し、前記半導体チップに熱的に接続された熱拡散板を有
   する半導体装置の製造方法において、 前記半導体チップに熱的に接続される放熱部と該放熱部
   と一体に形成された支持部とからなり、前記支持部が前
   記放熱部の周囲に部分的に設けられた熱拡散板を用意
   し、 前記ベース基材に半導体チップを搭載する工程と、 前記放熱部を半導体チップに接続し、前記支持部をベー
   ス基材に固定して、前記熱拡散板を取り付ける工程とを
   有することを特徴とする半導体装置の製造方法。