JP2005353956A - 放熱部材およびその製造方法ならびに半導体パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】半導体素子上に一定の距離で放熱板が配置されるとともに、半導体素子の上面全域に渡って、放熱板の対向面との距離を均一にした放熱部材およびその製造方法ならびに半導体パッケージを提供する。
【解決手段】半導体素子２２から発生する熱を放熱するとともに、半導体素子２２の上部を覆う状態で配置される放熱部材１１およびその製造方法ならびに半導体パッケージであって、放熱部材１１は、一主面側が平坦性を有する放熱板１１Ａと、放熱板１１Ａの一主面側に設けられるとともに、半導体素子２２との間に介在する突起部１１Ｂとを備えていることを特徴とする放熱部材およびその製造方法ならびにこの放熱部材を用いた半導体パッケージである。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子から発生した熱を放熱する放熱部材およびその製造方法、ならびにこの放熱部材を備えた半導体パッケージに関するものである。

電気製品の小型化、低消費電力化といった要求に応えるため、半導体素子の高集積化技術とともに、これらの半導体素子を高密度に配置する実装技術も展開されてきている。このような実装技術のうち、多層配線が形成された回路基板（インターポーザ）上に、半導体素子がフリップチップ接続によりフェイスダウン実装された半導体パッケージは、半導体パッケージの小型化だけではなく、高速化の点からも有利である。

このような半導体パッケージには、回路基板上に配置された半導体素子から発生する熱を放熱するため、回路基板上に、半導体素子を覆う状態で放熱部材が配置されている。このような放熱部材は、例えば半導体素子の上部を覆う放熱板と、半導体素子の側壁周辺を囲う状態で配置され、放熱板を支持する枠状の支持部とが一体で構成されている。

ここで、上述したような放熱板と支持部とを備えた放熱部材は、従来より、熱伝導性の良好な例えば銅（Ｃｕ）からなる金属板に、エッチング加工方式またはプレス加工方式により加工を行うことで製造されている。

まず、エッチング加工方式の場合には、図９（ａ）に示すＣｕからなる金属板４１’を用い、図９（ｂ）に示すように、金属板４１’の図面上、上面側にレジスト４２ａを塗布するとともに、下面側にレジスト４２ｂをそれぞれ塗布する。

次に、図９（ｃ）に示すように、通常のリソグラフィ処理により、金属板４１’の上面側のレジスト４２ａ（前記図９（ｂ）参照）をパターニングすることで、この金属板４１’を複数の放熱部材に分割するためのレジストパターン４２ａ’を形成する。また、下面側のレジスト４２ｂ（前記図９（ｂ）参照）をパターニングすることで、金属板４１’を複数の放熱部材に分割するとともに、上述した放熱部材の支持部を形成するためのレジストパターン４２ｂ’を形成する。

次いで、図９（ｄ）に示すように、このレジストパターン４２ａ’、４２ｂ’をマスクに用い、アンモニアアルカリ水または硫酸過水によりウェットエッチングを行う。これにより、金属板４１’（前記図５（ｃ）参照）のレジストパターン４２ａ’、４２ｂ’から露出された部分が所定の深さまで除去され、枠状の支持部４１Ｂが形成されるとともに、残存した部分が放熱板４１Ａとなり、複数の放熱部材４１に分割される。

その後、図９（ｅ）に示すように、レジストパターン４２ａ’、４２ｂ’（前記図５（ｄ）参照）を除去することで、放熱板４１Ａと支持部４１Ｂとからなる複数の放熱部材４１を得る。

また、プレス加工方式の場合には、図１０（ａ）に示す金属板４１’をプレス機のステージ（図示省略）上に載置した後、図１０（ｂ）に示すように、押圧パンチ（図示省略）により、金属板４１’の一主面側をプレスする。ここで、形成する放熱板は回路基板上に配置された半導体素子を覆う状態とするため、この半導体素子よりも一回り大きい形状の押圧パンチと、この金属板４１’を複数の放熱板に分割するための押圧パンチを用いて、プレスする。

そして、図１０（ｃ）から図１０（ｅ）に示すように、プレスをしない領域との高さの差が、回路基板上に配置された半導体素子を覆うことが可能になるまで、上記プレスを繰り返し行い、枠状の支持部４１Ｂを形成する。その後、図１０（ｆ）に示すように、プレスにより、放熱板４１Ａと支持部４１Ｂとからなる複数の放熱部材４１に分割する。

上述したようなエッチング加工方式またはプレス加工方式により製造された放熱部材４１を、回路基板上に配置された半導体素子を覆う状態で配置する場合には、半導体素子上に放熱板４１Ａが配置されるとともに、回路基板上に支持部４１Ｂが配置される。この際、回路基板上の支持部４１Ｂが配置される領域と半導体素子上に、それぞれ樹脂材料からなる接着層を形成した後、放熱部材４１の支持部４１Ｂを回路基板上に、放熱板４１Ａを半導体素子上に配置する。その後、接着層を硬化することで、放熱部材４１を固定する。

これらの接着層は樹脂材料を主成分として構成されており、回路基板と放熱部材４１、または、半導体素子と放熱部材４１との熱膨張率の差による応力を緩和して、放熱部材を固定するために設けられるものである。この応力を緩和するために、回路基板（プリント基板）と放熱部材（キャップ）に熱膨張率のほぼ同一な材料を用いた例も報告されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３０７０５７９号公報（図３）

しかし、上述したように、回路基板上に搭載された半導体素子を覆う状態で放熱部材４１を配置する場合には、半導体素子上に樹脂材料を主成分とするペースト状の接着層を形成し、放熱板４１Ａを配置した後、接着層を硬化する。この際、硬化前の接着層の粘度や量により、接着層上に放熱板４１Ａを配置したことによる接着層の圧縮率が異なるため、半導体素子の上面に対して放熱板４１Ａを一定の距離に配置することが困難であった。

また、図９を用いて説明したようなエッチング加工方式により、放熱部材４１を製造する場合には、一枚の金属板４１’に対してウェットエッチングを行うため、エッチングの加工形状を制御することが困難である。また、図１０を用いて説明したようなプレス加工方式により、放熱部材４１を製造する場合には、押圧パンチのプレスによる応力によって、放熱板４１Ａに中央部が凸状となるような反りが生じてしまう。

特に、近年、半導体素子の高集積化にともない、半導体素子からの放熱性を向上させるために、放熱板４１Ａは厚く、大きく形成されているが、金属板４１’の膜厚が２ｍｍを超えると、放熱板４１Ａの膜厚のばらつきが大きくなり、放熱板４１Ａの半導体素子との対向面の平坦性を５０μｍ以下に抑えることは難しい傾向にあった。

このため、上述したような放熱部材４１の製造方法では、放熱板４１Ａの半導体素子との対向面の平坦性を十分に得ることができず、このことによっても、半導体素子の上面に対して放熱板４１Ａを一定の距離に配置することが困難であった。したがって、半導体素子の上面に対して、半導体素子と放熱板４１Ａの熱膨張率の差による応力が緩和される範囲で、放熱性を向上させるためにより近接させた距離に、放熱板４１Ａを配置することは難しかった。これにより、半導体素子の上面に対して放熱板４１Ａが近すぎる場合には、上記応力による半導体素子の破損が生じ、遠すぎる場合には十分な放熱性が得られないという問題が生じていた。

さらに、上述したような放熱部材４１の製造方法では、放熱板４１Ａの半導体素子との対向面の平坦性を十分に得ることができないことから、半導体素子の上面全域に渡って放熱板４１Ａの対向面との距離を均一することは困難であった。このため、半導体素子の表面が部分的に高温になり易く、半導体素子の誤動作が発生するという問題が生じていた。

以上のことから、半導体素子上に一定の距離で放熱板４１Ａが配置されるとともに、半導体素子の上面全域に渡って、放熱板４１Ａの対向面との距離を均一にし、この距離のばらつきを２５μｍ以下に抑えた放熱部材およびその製造方法ならびに半導体パッケージが望まれていた。

上述したような課題を解決するために、本発明における放熱部材は、半導体素子から発生する熱を放熱するとともに、半導体素子の上部を覆う状態で配置される放熱部材であって、放熱部材は、一主面側が平坦性を有する放熱板と、この放熱板の一主面側に、半導体素子との間に介在する突起部を備えていることを特徴としている。

このような放熱部材によれば、放熱板の平坦性を有する一主面側に突起部が設けられていることから、半導体素子上に突起部を介して放熱板を配置することで、上記一主面側が放熱板の半導体素子との対向面となり、突起部の高さにより半導体素子の上面と放熱板の対向面との距離が規定される。これにより、突起部が設けられていない放熱板を半導体素子上に配置する場合と比較して、半導体素子の上面に対して、放熱板が突起部の高さで規定された一定の距離に配置される。

また、高さの均一な複数の突起部が設けられている場合には、半導体素子上に、この突起部を介して放熱板を配置することで、半導体素子の上面と放熱板の対向面を平行に配置することができ、半導体素子の上面全域に渡って、放熱板の対向面との距離を均一にすることが可能となる。さらに、放熱板の平坦性を有する一主面側が半導体素子との対向面になるため、半導体素子の上面全域に渡って、放熱板の対向面との距離の均一性を向上することが可能となる。

また、本発明の放熱部材の製造方法は、半導体素子から発生する熱を放熱するとともに、この半導体素子の上部を覆う状態で配置される放熱部材の製造方法であって、一主面側が平坦性を有するように放熱板を構成し、この放熱板の一主面側に、半導体素子との間に介在する突起部を形成することを特徴としている。

このような放熱部材の製造方法によれば、放熱板の平坦性を有する一主面側に、突起部が形成される。例えばレジストパターンをマスクに用いたパターニングにより、複数の金属層からなるクラッド材の表面層を、この表面層とはエッチング選択比の異なる金属層の表面が露出するまでエッチングすることで、露出された金属層の表面が一主面側となる放熱板を形成するとともに、表面層からなる突起部を形成する場合には、クラッド材の各金属層の界面は十分な平坦性を有することから、放熱板の平坦性を有する一主面側に突起部を形成することが可能となる。さらに、クラッド材の各金属層は均一な膜厚で形成されていることから、複数の突起部を形成する場合には、均一な高さに形成することができる。

また、例えば放熱板の一主面側に、金属または樹脂を接着することで突起部を形成する場合には、放熱板として一主面側が平坦に構成された金属板を用いることで、放熱板の平坦性を有する一主面側に突起部を形成することが可能となる。この際、粒径の均一な半田ボールまたは樹脂ボール等を接着して複数の突起部を形成することで、均一な高さに形成することができる。

さらに、本発明の半導体パッケージは、回路基板上に配置された半導体素子と、当該半導体素子の上部を覆う状態で配置されるとともに、半導体素子から発生する熱を放熱する放熱部材とを備えた半導体パッケージであって、放熱部材は、一主面側が平坦性を有する放熱板と、放熱板の一主面側に設けられた突起部を備えており、半導体素子上に突起部を介して放熱板が配置されていることを特徴としている。

このような半導体パッケージによれば、半導体素子上に突起部を介して放熱板が配置されていることから、放熱板の平坦性を有する一主面側が、放熱板の半導体素子との対向面となり、突起部の高さにより半導体素子の上面と放熱板の対向面との距離が規定される。これにより、突起部が設けられていない放熱板が配置された半導体パッケージと比較して、半導体素子上に、突起部の高さで規定された一定の距離で放熱板が配置される。

また、半導体素子上に高さの均一な複数の突起部を介して放熱板が配置されている場合には、半導体素子の上面と放熱板の対向面を平行に配置することができ、半導体素子の上面全域に渡って、放熱板の対向面との距離を均一にすることが可能となる。さらに、放熱板の平坦性を有する一主面側が半導体素子との対向面となるため、半導体素子の上面全域に渡って、放熱板の対向面との距離の均一性を向上することが可能となる。

以上説明したように、本発明の放熱部材およびその製造方法ならびに半導体パッケージによれば、半導体素子上に、突起部の高さで規定された一定の距離で放熱板が配置される。これにより、半導体素子上に、半導体素子と放熱板の熱膨張率の差による応力が緩和される範囲で放熱性を向上させるためにより近接させた距離で、放熱板を配置することができる。したがって、応力による半導体素子の破損を防止するとともに、半導体素子から発生する熱を効率よく放熱することが可能である。

また、半導体素子の上面全域に渡り、放熱板の対向面との距離を均一にすることができる。したがって、半導体素子の表面が部分的に高熱になるのを防ぐことができるため、半導体素子の誤動作が防止されることから、信頼性の高い半導体パッケージを得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態）
＜放熱部材、半導体パッケージ−１＞
図１は本発明の第１実施形態に係る放熱部材とこの放熱部材を用いた半導体パッケージの構成を示す断面図である。この図に示すように、本実施形態の放熱部材１１は、回路基板２１上に配置された半導体素子２２から発生する熱を放熱するものであり、半導体素子２２の上部を覆う状態で配置されている。

ここで、回路基板２１は、その内部に全層が貫通された状態の複数層の配線を有しており、この回路基板２１の上面および下面には、この配線に電気的に接続された複数の電極パッド（図示省略）がそれぞれ配置されている。下面側の電極パッドには、この半導体パッケージの外部接続端子を構成する複数のバンプ２１ａを備えている。

また、半導体素子２２は、回路基板２１の上面側の電極パッドに、バンプ２２ａを介してフリップチップ接続によりフェイスダウン実装されており、このバンプ２２ａの周囲は封止樹脂２３にて覆われている。さらに、この半導体素子２２の周囲には、半導体素子２２の側壁を囲う状態で、枠状の補強材２４（スティフナー）が、接着層２５を介して回路基板２１上に配置されている。

そして、本発明に特徴的な放熱部材１１は、少なくとも一主面側が平坦性を有する例えば矩形状の放熱板１１Ａと、この放熱板１１Ａの一主面側に設けられた複数の突起部１１Ｂを備えていることとする。

この放熱部材１１は、例えば３層の金属層で構成されるクラッド材をエッチング加工して形成されている。具体的には、放熱板１１Ａは、突起部１１Ｂ側に向かって、第１金属層１１ａ’および第２金属層１１ｂ’が積層されており、突起部１１Ｂは第３金属層１１ｃ’で構成されていることとする。これにより、突起部１１Ｂの高さは第３金属層１１ｃ’の膜厚で制御される。そして、クラッド材の各層の膜厚は均一であり、各層の界面は平坦性を有していることから、複数の突起部１１Ｂが均一な高さに設けられるとともに、放熱板１１Ａの半導体素子２２との対向面は平坦性を有して設けられる。

この放熱部材１１は、半導体素子２２の上部を覆う状態で配置されており、半導体素子２２上に、突起部１１Ｂを介して、放熱板１１Ａの平坦性を有する一主面側が半導体素子２２の上面に対向する状態で配置されている。つまり、半導体素子２２と放熱板１１Ａとで突起部１１Ｂが挟持された状態となっている。

そして、半導体素子２２と放熱板１１Ａとの間の突起部１１Ｂを除く領域には、接着層２６が設けられており、放熱板１１Ａが固定された状態となっている。この接着層２６は、半導体素子２２から発生する熱を放熱板１１Ａに伝導するため、金属粒子等からなる熱伝導性の良好なフィラーが含有された樹脂材料で形成されている。また、放熱板１１Ａにおける半導体素子２２と対向する領域よりも外側は、補強材２４上に接着層２７を介して配置され、接着層２７により固定されている。

ここで、上述したように、放熱板１１Ａは半導体素子２２上に突起部１１Ｂを介して配置されることから、図１（ｂ）に示すように、接着層２６が介在する半導体素子２２の上面と放熱板１１Ａの対向面との距離Ｌは、突起部１１Ｂの高さを制御することで規定される。

そして、距離Ｌは、接着層２６が半導体素子２２と放熱板１１Ａとの熱膨張率の差による応力を緩和する膜厚以上に設けられる必要があり、また、より近いほど、放熱板１１Ａが半導体素子２２の上面に対して近接して配置されることで、半導体素子２２から発生した熱が放熱板１１Ａから効率よく放熱されるため、好ましい。

これにより、距離Ｌを規定する突起部１１Ｂの高さは、放熱板１１Ａが、半導体素子２２の上面に対して、半導体素子２２と放熱板１１Ａの熱膨張率の差による応力が緩和される範囲でより近接して配置されるように、制御されることとする。

また、半導体素子２２の上面全域に渡って、距離Ｌが均一である方が、半導体素子２２の表面が部分的に高熱になることを防止できるため、距離Ｌのばらつきは２５μｍ以下であることが好ましい。

ここで、上述した突起部１１Ｂは、図２（ａ）の平面図に示すように、放熱板１１Ａの一主面側の中央部に、放熱板１１Ａの中心Ｏを重心とした正三角形の頂点となる位置に、均一な高さで３つ設けられることとする。これにより、放熱板１１Ａが突起部１１Ｂにより半導体素子２２上に３点で支持され、半導体素子２２の上面と放熱板１１Ａの対向面が平行に配置される。これにより、半導体素子２２の上面全域に渡って、距離Ｌは均一となり、距離Ｌのばらつきが抑制される。また、突起部１１Ｂが放熱板１１Ａの中央部に配置されることで、放熱板１１Ａの中心Ｏと半導体素子２２の中心Ｏ’とを合わせることが容易であり、放熱部材１１と半導体素子２２との位置ずれが防止されるため好ましい。

また、ここでは、放熱板１１Ａの中央部に３つの突起部１１Ｂが設けられる例について説明するが、図２（ｂ）の平面図に示すように、例えば、放熱板１１Ａにおける半導体素子２２と対向する領域の外縁部に、放熱板の中心点Ｏを重心とした正三角形の頂点となる位置に、３つの突起部１１Ｂが設けられてもよい。この場合には、半導体素子２２のより外側の位置で距離Ｌが規定されるため、より確実に半導体素子２２の上面と放熱板１１Ａの対向面が平行に配置される。これにより、半導体素子２２の上面全域に渡って、距離Ｌの均一性が向上し、距離Ｌのばらつきがさらに抑制される。

また、上記の２つの配置例において、この突起部１１Ｂの数は３つに限らず、１つ以上の突起部１１Ｂが設けられていれば、この突起部１１Ｂの高さにより、少なくとも半導体素子２２の上面に対する放熱板１１Ａの距離が規定される。ただし、上述した配置例のように、１つではなく複数、好ましくは３つ以上の突起部１１Ｂが放熱板１１Ａを支持可能に設けられる方が、半導体素子２２上に突起部１１Ｂを介して放熱板１１Ａを配置することで、半導体素子２２の上面と放熱板１１Ａの対向面を平行に配置できるため、好ましい。これにより、複数の位置で上述した距離Ｌが規定され、半導体素子２２の上面全域に渡って距離Ｌの均一性を向上させることが可能となる。

さらに、本実施形態のように突起部１１Ｂが金属材料で構成されている場合には、放熱板１１Ａにおける半導体素子２２の上面と対向する領域の全域に渡って、複数の突起部１１Ｂが略均等に配置されていてもよい。これにより、半導体素子２２上に、複数の突起部１１Ｂを介して放熱板１１Ａが配置されることで、半導体素子２２と突起部１１Ｂの接触面積が増大し、半導体素子２２から発生する熱を、効率よく放熱することが可能となる。ただし、この場合には、半導体素子２２と放熱部材１１との熱膨張率の差による応力が生じるため、応力により半導体素子２２の破損等が生じない範囲の接触面積となるように、突起部１１Ｂの数または半導体素子２２との当接面積を調整する。

以上説明したような放熱部材１１およびこれを用いた半導体パッケージによれば、半導体素子２２上に突起部１１Ｂを介して放熱板１１Ａが配置されていることから、放熱板１１Ａの平坦性を有する一主面側が半導体素子２２との対向面となり、突起部１１Ｂの高さにより、半導体素子２２の上面と放熱板１１Ａの対向面との距離Ｌが規定される。これにより、半導体素子２２の上面に対して、放熱板１１Ａを一定の距離Ｌで配置することが可能となるため、距離Ｌが半導体素子２２と放熱板１１Ａの熱膨張率の差による応力が緩和される範囲でより近くなるように、突起部１１Ｂの高さを制御することで、応力による半導体素子２２の破損を防止するとともに、半導体素子２２から発生する熱を効率よく放熱することが可能である。

また、均一な高さの突起部１１Ｂが複数設けられることで、半導体素子２２の上面と放熱板１１Ａの対向面を平行に配置することが可能であり、半導体素子２２の上面全域に渡って、放熱板１１Ａの対向面との距離Ｌを均一にすることが可能となり距離Ｌのばらつきを２５μｍ以下に抑えることができる。したがって、半導体素子２２の表面が部分的に高熱になるのを防ぐことができるため、半導体素子２２の誤動作が防止されることから、信頼性の高い半導体パッケージを得ることができる。

さらに、突起部１１Ｂが設けられる放熱板１１Ａの半導体素子２２との対向面は平坦性を有していることから、半導体素子２２の上面全域に渡って、距離Ｌの均一性を向上させることができる。

＜放熱部材の製造方法−１＞
次に、第１実施形態で説明した放熱部材１１の製造方法の一例について、図３の製造工程断面図を用いて説明する。なお、図３の断面図は、図２（ａ）のＸ−Ｘ’断面を示すものとする。

まず、図３（ａ）に示すように、放熱部材１１（前記図１（ａ）参照）に用いるクラッド材１１’は、例えば３層の金属層で構成されており、図面上、上層側から第１金属層１１ａ’、第２金属層１１ｂ’および第３金属層１１ｃ’の順に配置されていることとする。このクラッド材１１’は、各金属層を積層し、圧延することで製造されるものであり、各金属層の膜厚は均一で、かつ、各金属層の界面は十分な平坦性を有して形成されていることとする。

ここで、後述するように、第２金属層１１ｂ’をエッチングストッパーとして、第３金属層１１ｃ’をパターン加工することから、第２金属層１１ｂ’と第３金属層１１ｃ’はエッチング選択比の異なる材料で形成される。また、第３金属層１１ｃ’を加工することで突起部１１Ｂが形成されるため、第３金属層１１ｃ’の膜厚により突起部１１Ｂの高さが制御される。この際、突起部１１Ｂの高さは、図１（ｂ）に示す半導体素子２２の上面と放熱板１１Ａの対向面との距離Ｌを規定することから、距離Ｌが、半導体素子２２と放熱板１１Ａの熱膨張率の差による応力が緩和される距離の範囲でより近くなるように、第３金属層１１ｃ’の膜厚を調整することとする。

また、エッチングにより第２金属層１１ｂ’の表面が露出されて、放熱板１１Ａの半導体素子２２との対向面となることから、第２金属層１１ｂ’は、図１（ａ）に示す半導体素子２２との間に介在する接着層２６との密着性に優れた材質で形成されることが好ましい。

ここでは、一例として、第１金属層１１ａ’および第３金属層１１ｃ’がＣｕで形成され、これらの層の間に挟持される第２金属層１１ｂ’は、Ｃｕとはエッチング選択比の異なるニッケル（Ｎｉ）で形成されたＣｕ／Ｎｉ／Ｃｕのクラッド材１１’を用いることとする。

以上説明したようなクラッド材１１’を用い、図３（ｂ）に示すように、このクラッド材１１’の第１金属層１１ａ’の表面にレジスト１２ａを塗布するとともに、第３金属層１１ｃ’の表面にレジスト１２ｂを塗布する。このレジスト１２ａ、１２ｂは同一材料であってよい。

次に、図３（ｃ）に示すように、通常のリソグラフィ処理により、例えば第３金属層１１ｃ’の表面に形成されたレジスト１２ｂ（前記図３（ｂ）参照）をパターニングして突起部１１Ｂを形成するためのレジストパターン１２ｂ’を形成する。

次いで、図３（ｄ）に示すように、このレジストパターン１２ｂ’をマスクに用い、Ｃｕを選択的に除去するアンモニアアルカリ水系薬液または硫酸過水系薬液によりエッチングを行う。これにより、レジストパターン１２ｂ’から露出されたＣｕからなる第３金属層１１ｃ’は、Ｎｉからなる第２金属層１１ｂ’の表面が露出されるまで除去されて、第３金属層１１ｃ’からなる複数の突起部１１Ｂが形成される。この際、図３（ａ）を用いて説明したクラッド材１１’における各金属層の膜厚の均一性が維持されるため、複数の突起部１１Ｂは均一な高さに設けられる。

また、第１金属層１１ａ’側はレジスト１２ａで覆われているため、第１金属層１１ａ’および第２金属層１１ｂ’は放熱板１１Ａとなる。このエッチングでは、第２金属層１１ｂ’の露出された表面は、図３（ａ）を用いて説明したクラッド材１１’における金属層の界面の平坦性が維持されるため、平坦性を有して設けられる。

次に、図３（ｅ）に示すように、レジスト１２ａ（前記図３（ｄ）参照）およびレジストパターン１２’ｂ（前記図３（ｄ）参照）を除去した後、図３（ｆ）に示すように、プレス加工により、放熱板１１Ａと、放熱板１１Ａの一主面側に設けられた突起部１１Ｂとからなる複数の放熱部材１１を形成する。

以上説明したような放熱部材１１の製造方法によれば、クラッド材１１’のエッチング加工により第３金属層１１ｃ’からなる均一な高さの複数の突起部１１Ｂを形成することができる。また、露出される第２金属層１１ｂ’の表面は平坦性を有していることから、放熱板１１Ａの平坦性を有する一主面側に、突起部１１Ｂを形成することができる。

さらに、クラッド材１１’の各金属層の膜厚を規定することで、放熱部材１１の形状が容易に制御可能であるとともに、エッチング加工により放熱部材１１を得ることができるため、プレス加工で精密な加工を行う場合と比較して、複雑な装置構成が必要ないことから、製造コストを抑えることができ、生産性にも優れている。

なお、ここではＣｕ/Ｎｉ/Ｃｕの３層からなるクラッド材１１’を用いた例について説明するが、本発明はこれに限定されず、突起部１１Ｂを形成するために加工する第３金属層１１ｃ’とエッチングストッパーとなる第２金属層１１ｂ’とがエッチング選択比の異なる材料であればよい。したがって、本実施形態のように、第３金属層１１ｃ’がＣｕである場合には、第２金属層１１ｂ’はＮｉ以外のクロム（Ｃｒ）またはアルミニウム（Ａｌ）であってもよい。また、第２金属層１１ｂ’がＣｕである場合には、第１金属層１１ａ’および第３金属層１１ｃ’はＮｉ、ＣｒまたはＡｌであってもよい。ただし、これらの金属の中で、特にＣｕは熱伝導性に優れていることから、放熱部材１１におけるＣｕで構成される層の体積割合が多い方が好ましい。

また、本実施形態では、３層からなるクラッド材１１’をエッチング加工してなる放熱部材１１の製造方法の例について説明したが、本発明は上記の例に限定されず、エッチング選択比の異なる２層の金属層が含まれた複数層からなるクラッド材であればよい。また、クラッド材から複数の放熱部材を形成する例について説明したが、クラッド材を予め放熱部材を形成する大きさに分割した後、個々に放熱部材を形成してもよい。

（変形例１）
また、次のような製造方法により放熱部材を製造してもよい。

まず、第１実施形態と同様に、図４（ａ）に示すＣｕ／Ｎｉ／Ｃｕの３層の金属層からなるクラッド材１１’を用い、図４（ｂ）に示すように、このクラッド材１１’の第１金属層１１ａ’の表面にレジスト１２ａを塗布するとともに、第３金属層１１ｃ’の表面にレジスト１２ｂを塗布する。

次いで、図４（ｃ）に示すように、通常のリソグラフィ処理により、第１金属層１１ａ’の表面に形成されたレジスト１２ａ（前記図４（ｂ）参照）をパターニングして複数の放熱板に分割するレジストパターン１２ａ’を形成し、第３金属層１１ｃ’の表面に形成されたレジスト１２ｂ（前記図４（ｂ）参照）をパターニングして突起部１１Ｂを形成するためのレジストパターン１２ｂ’を形成する。

次いで、図４（ｄ）に示すように、このレジストパターン１２ａ’および１２ｂ’をマスクに用い、Ｃｕを選択的に除去するアンモニアアルカリ水系薬液または硫酸過水系薬液によりエッチングを行うことで、クラッド材１１’（前記図４（ｃ）参照）の両面側からエッチングが進み、レジストパターン１２ａ’から露出されたＣｕからなる第１金属層１１ａ’は、Ｎｉからなる第２金属層１１ｂ’の表面が露出されるまで除去される。また、レジストパターン１２ｂ’から露出されたＣｕからなる第３金属層１１ｃ’は、第２金属層１１ｂ’の表面が露出されるまで除去される。

次に、図４（ｅ）に示すように、レジストパターン１２ａ’、１２ｂ’（前記図４（ｄ）参照）を除去した後、図４（ｆ）に示すように、Ｎｉを選択的に除去するアンモニアアルカリ水系薬液または硫酸過水系薬液によりエッチングを行うことで、第２金属層１１ｂ’の露出された部分を除去する。このため、第１金属層１１ａ’と第３金属層１１ｃ’とで挟持された部分を除く第２金属層１１ｂ’は除去されることから、第１金属層１１ａ’からなる放熱板１１Ａと第２金属層１１ｂ’および第３金属層１１ｃ’からなる複数の突起部１１Ｂとを備えた複数の放熱部材１１が得られる。これにより、クラッド材１１’（前記図４（ｃ）参照）における各金属層の膜厚の均一性は維持されることから、複数の突起部１１Ｂは均一な高さに形成される。また、第１金属層１１ａ’の露出された表面は、クラッド材１１’における金属層の界面の平坦性が維持されるため、平坦性を有して設けられる。

このような放熱部材１１の製造方法であっても、クラッド材１１’のエッチング加工により、第２金属層１１ｂ’および第３金属層１１ｃ’からなる均一な高さの複数の突起部１１Ｂを形成することができる。また、突起部１１Ｂが設けられる第１金属層１１ａ’の表面は平坦性を有していることから、第１実施形態の放熱部材の製造方法と同様の効果を奏することができる。

（変形例２）
本実施形態では、図５の製造工程断面図を用い、第１金属層１１ａ’および第１金属層１１ａ’とはエッチング選択比の異なる第２金属層１１ｂ’の２層からなるクラッド材１１’を加工してなる、放熱部材の例について、その詳細な構成を製造工程順に説明する。

まず、図５（ａ）に示すように、クラッド材１１’は、例えばＣｕからなる第１金属層１１ａ’と、Ｃｕとはエッチング選択比の異なる、例えばＮｉからなる第２金属層１１ｂ’で構成されたＣｕ／Ｎｉのクラッド材１１’を用いることとする。

次に、図５（ｂ）に示すように、このクラッド材１１’の第１金属層１１ａ’の表面にレジスト１２ａを塗布するとともに、第２金属層１１ｂ’の表面にレジスト１２ｂを塗布する。

次いで、図５（ｃ）に示すように、通常のリソグラフィ処理により、第１金属層１１ａ’の表面に形成されたレジスト１２ａ（前記図４（ｂ）参照）をパターニングして、複数の放熱板に分割するレジストパターン１２ａ’を形成する。また、第２金属層１１ｃ’の表面に形成されたレジスト１２ｂ（前記図１（ｂ）参照）をパターニングして、枠状の支持部を形成するためのレジストパターン１２ｂ’を形成する。

次いで、図５（ｄ）に示すように、このレジストパターン１２ａ’および１２ｂ’をマスクに用い、Ｃｕを選択的に除去するアンモニアアルカリ水系薬液または硫酸過水系薬液によりエッチングを行う。これにより、レジストパターン１２ａ’から露出されたＣｕからなる第１金属層１１ａ’は、Ｎｉからなる第２金属層１１ｂ’の表面が露出されるまで除去される。これにより、第１金属層１１ａ’からなる放熱板１１Ａが形成される。このエッチングでは、第１金属層１１ａ’の露出された表面は、クラッド材１１’（前記図５（ａ）参照）における金属層の界面の平坦性が維持された状態となる。

次に、図５（ｅ）に示すように、Ｎｉを選択的に除去するアンモニアアルカリ水系薬液または硫酸過水系薬液によりエッチングを行う。これにより、レジストパターン１２ｂ’から露出されたＮｉからなる第２金属層１１ｂ’は、Ｃｕからなる第１金属層１１ｂ’の表面が露出されるまで除去されて複数の突起部１１Ｂが形成される。これにより、クラッド材１１’（前記図５（ａ）参照）における各金属層の膜厚の均一性は維持されることから、複数の突起部１１Ｂは均一な高さに形成される。

以上により、第１金属層１１ａ’からなる放熱板１１Ａと、第２金属層１１ｂ’からなる突起部１１Ｂとを備えた複数の放熱部材１１が得られる。その後、図５（ｆ）に示すように、レジストパターン１２ａ’、１２ｂ’を除去する。

このような放熱部材１１の製造方法であっても、クラッド材１１’のエッチング加工により、第２金属層１１ｂ’からなる均一な高さの複数の突起部１１Ｂを形成することができる。また、突起部１１Ｂが設けられる第１金属層１１ａ’の表面は平坦性を有していることから、第１実施形態の放熱部材の製造方法と同様の効果を奏することができる。

（第２実施形態）
＜放熱部材、半導体パッケージ−２＞
図６は本発明の第２実施形態に係る放熱部材とこの放熱部材を用いた半導体パッケージの構成を示す断面図である。なお、第１実施形態と同様の構成には同一の番号を付して説明することとする。

この図に示すように、本実施形態の放熱部材３１は、回路基板２１上に搭載された半導体素子２２を覆う状態で配置されている。放熱板３１は、放熱板３１Ａと放熱板３１Ａの一主面側に設けられた複数の突起部３１Ｂとを備えるとともに、この突起部３１Ｂが設けられた面側の外縁部に設けられ、放熱板３１Ａを支持する枠状の支持部３１Ｃとを備えていることとする。

上述した放熱部材３１は、例えば３層の金属層で構成されるクラッド材をエッチング加工してなり、放熱板３１Ａは第１金属層３１ａ’で構成されており、突起部３１Ｂは第２金属層３１ｂ’、支持部３１Ｃは第２金属層３１ｂ’と第３金属層３１ｃ’が積層された状態で、それぞれ構成されていることとする。このため、突起部３１Ｂの高さは第２金属層３１ｂ’の膜厚で制御され、支持部３１Ｃの高さは第２金属層３１ｂ’と第３金属層３１ｃ’の膜厚で制御される。ここで、クラッド材３１’の各層の膜厚は均一であり、各層の界面は平坦性を有していることから、複数の突起部３１Ｂおよび枠状の支持部３１Ｃが均一な高さに設けられるとともに、放熱板３１Ａの半導体素子２２との対向面は平坦性を有して設けられる。

そして、この支持部３１Ｃは、回路基板２１上に半導体素子２２を囲う状態で、接着層２８を介して配置されることで、回路基板２１上に固定されている。また、この支持部３１Ｃで外縁部を支持される放熱板３１Ａは、半導体素子２２上に突起部３１Ｂを介して配置されるとともに、半導体素子２２と放熱板３１Ａとの間に配置される接着層２６により半導体素子２２上にも固定されている。

ここで、突起部３１Ｂは、第１実施形態と同様に、放熱板３１Ａの一主面側の中央部に均一な高さで３つ設けられていることとする。そして、この突起部３１Ｂの高さを制御することで、半導体素子２２の上面と放熱板３１Ａの対向面との距離Ｌが規定されている。このため、突起部１１Ｂの高さは、距離Ｌが半導体素子２２と放熱板１１Ａの熱膨張率の差による応力が緩和される範囲でより近くなるように調整されることとする。

また、支持部３１Ｃの高さは、接着層２８の厚みを足した状態で、回路基板２１上に配置された半導体素子２２と突起部３１Ｂの高さを足した高さと同等になるように調整されることとする。

以上説明したような放熱部材３１およびこれを用いた半導体パッケージによれば、放熱板３１Ａの一主面側に複数の突起部３１Ｂが設けられており、半導体素子２２上に突起部３１Ｂを介して放熱板３１Ａが配置されるとともに、放熱板３１Ａの半導体素子２２との対向面は平坦性を有していることから、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

また、本実施形態の放熱部材３１は、支持部３１Ｃが設けられているため、回路基板２１と放熱部材３１との間に、補強材を配置しなくてもよい。これにより、補強材を配置しない分、半導体パッケージの構成部材が少なくなるため、半導体パッケージの組み立てが容易である。また支持部３１Ｃが設けられている分だけ、放熱部材１１の体積が大きくなることから、放熱性を向上させることができる。

＜放熱部材の製造方法−２＞
次に、本実施形態の放熱部材３１の製造方法の一例を図７の製造工程断面図に示す。まず、図７（ａ）に示すように、放熱部材３１に（前記図６参照）用いる３層の金属層からなるクラッド材３１’は、図面上、上層側から第１金属層３１ａ’、第２金属層３１ｂ’および第３金属層３１ｃ’の順に配置されていることとする。このクラッド材３１’の各金属層の膜厚は均一で、かつ、各金属層の界面は十分な平坦性を有して形成されていることとする。

ここで、上述したように、第１金属層３１ａ’と第３金属層３１ｃ’は、第２金属層３１ｂ’とエッチング選択比の異なる材料で形成されることとする。ここでは、一例として、第１金属層３１ａ’および第３金属層３１ｃ’がＣｕで形成され、これらの層の間に挟持される第２金属層３１ｂ’は、Ｃｕとはエッチング選択比の異なるＮｉで形成されたＣｕ／Ｎｉ／Ｃｕのクラッド材３１’を用いることとする。

ここで、第２金属層３１ｂ’で突起部３１Ｂが形成されることから、第２金属層３１ｂ’の膜厚により突起部３１Ｂの高さが規定される。この際、図６に示す半導体素子２２の表面と放熱板３１Ａの対向面との距離Ｌが出来るだけ近くなるように、第２金属層３１ｂ’の膜厚を調整することとする。

また、第２金属層３１ｂ’と第３金属層３１ｃ’とで支持部３１Ｃ（前記図１（ａ）参照）が形成されることから、第２金属層３１ｂ’と第３金属層３１ｃ’の膜厚により、支持部３１Ｃの高さが規定される。ここで、第２金属層３１ｂ’の膜厚は上述したように制御され、また、図６を用いて説明したように、放熱部材３１の支持部３１Ｃは接着層２７を介して回路基板２１上に配置される。これにより、第３金属層３１ｃ’の膜厚を、接着層２８の厚みを足した状態で、回路基板２１上に配置された半導体素子２２の高さと同等になるように制御する。

以上説明したようなクラッド材３１’を用い、図７（ｂ）に示すように、このクラッド材３１’の第１金属層３１ａ’の表面にレジスト３２ａを塗布するとともに、第３金属層３１ｃ’の表面にレジスト３２ｂを塗布する。

次に、図７（ｃ）に示すように、通常のリソグラフィ処理により、例えば第３金属層３１ｃ’の表面に形成されたレジスト３２ｂ（前記図７（ｂ）参照）をパターニングして支持部３１Ｃを形成するためのレジストパターン３２ｂ’を形成する。

次いで、図７（ｄ）に示すように、このレジストパターン３２ｂ’をマスクに用い、Ｃｕを選択的に除去するアンモニアアルカリ水系薬液または硫酸過水系薬液によりエッチングを行う。これにより、レジストパターン３２ｂ’から露出されたＣｕからなる第３金属層３１ｃ’は、Ｎｉからなる第２金属層３１ｂ’の表面が露出されるまで除去される。この際、第１金属層３１ａ’側はレジスト３２ａで覆われているため、除去されることなく残存する。続いて、図７（ｅ）に示すように、レジスト３２ａ（前記図7（ｄ）参照）およびレジストパターン３２ｂ’（前記図７（ｄ）参照）を除去する。

次に、図７（ｆ）に示すように、露出された第２金属層３１ｂ’の表面にレジスト３３を塗布する。次いで、図８（ｇ）に示すように、通常のリソグラフィ処理により、第２金属層３１ｂ’の表面に形成されたレジスト３３（前記図７（ｆ）参照）をパターニングして突起部３１Ｂを形成するためのレジストパターン３３’を形成する。この際、第２金属層３１ｂ’はクラッド材３１’の表面層となっている。

次いで、図８（ｈ）に示すように、このレジストパターン３３’をマスクに用い、アンモニアアルカリ水系薬液または硫酸過水系薬液によりエッチングを行う。これにより、レジストパターン３３’から露出されたＮｉからなる第２金属層３１ｂ’は、Ｃｕからなる第１金属層３１ａ’の表面が露出されるまで除去される。これにより、第２金属層３１ｂ’からなる複数の突起部３１Ｂが形成されるとともに、第２金属層３１ｂ’および第３金属層３１ｃ’からなる支持部３１Ｃが形成される。これにより、図７（ａ）を用いて説明したクラッド材３１’の各金属層の膜厚の均一性は維持されることから、複数の突起部１１Ｂは均一な高さに形成されるとともに、枠状の支持部３１Ｃも均一な高さに形成される。

また、第１金属層３１ａはエッチングされずに残存するため、放熱板３１Ａとなる。このエッチングでは、第１金属層３１ａ’の露出された表面は、図７（ａ）を用いて説明したクラッド材３１’における金属層の界面の平坦性が維持されるため、平坦性を有して設けられる。

次に、図８（ｉ）に示すように、レジストパターン３３’（前記図８（ｈ）参照）を除去した後、図８（ｊ）に示すように、プレス加工により、放熱板３１Ａと、放熱板３１Ａの一主面側に設けられた突起部３１Ｂおよび支持部３１Ｃとからなる複数の放熱部材３１を形成する。

このような放熱部材３１の製造方法によれば、クラッド材３１’のエッチング加工により第２金属層３１ｂ’からなる均一な高さの複数の突起部３１Ｂが形成される。そして、突起部３１Ｂが設けられる第１金属層３１ａ’の露出された表面は平坦性を有していることから、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。また、本実施形態の放熱部材の製造方法によれば、均一な高さの枠状の支持部３１Ｃを形成することができる。

なお、ここでは、クラッド材３１’をエッチング加工することで、枠状の支持部３１Ｃを備えた放熱部材３１を形成したが、本発明の放熱部材３１はこれに限定されるものではなく、放熱部材３１とは別体で構成された例えばＣｕからなる金属枠体を、放熱板３１Ａの突起部３１Ｂが設けられた側の外縁部に接着剤で貼り付けてもよい。ただし、本実施形態の製造方法によれば、各層の膜厚が均一に形成されたクラッド材をエッチング加工するため、より精密に支持部３１Ｃの高さを制御することができる。

また、本実施形態では、枠状の支持部３１Ｃを形成する例について説明したが、支持部３１Ｃの形状は枠状でなくてもよく、放熱板３１Ａを支持することが可能であれば、例えば矩形状の放熱板３１Ａの４角に配置される柱状であってもよい。

また、第１実施形態および第２実施形態では、クラッド材をエッチング加工することで、放熱板と突起部とを備えた放熱部材を形成する例について説明したが、放熱板の一主面側が平坦性を有する金属板やクラッド材を用い、この一主面側に、例えば、粒径の均一な半田ボール等を溶融して貼り付けることで、高さの均一な複数の突起部を形成してもよい。また、放熱板の平坦性を有する一主面側に、メッキ法等により均一な高さの金属層を形成することで、複数の突起部１１Ｂを形成してもよい。

また、上述した実施形態では、突起部が金属材料で形成される例について説明したが、突起部は樹脂材料で形成されていてもよい。この場合には、例えば、スクリーン印刷法により、放熱板の一主面側に、突起部を形成する領域が開口されたマスクを配置し、この開口部を樹脂材料で埋め込んだ後、スキージすることで、均一な高さの突起部を形成してもよい。また、粒径の均一な樹脂ボール等を貼り付けて突起部を形成してもよい。

本発明の放熱部材および半導体パッケージに係る第１実施形態を説明するための断面図（ａ）および要部拡大図（ｂ）である。 本発明の放熱部材に係る第１実施形態の放熱部材を説明するための平面図である。 本発明の放熱部材の製造方法に係る第１実施形態を説明するための製造工程断面図である。 本発明の放熱部材の製造方法に係る第１実施形態の変形例１を説明するための製造工程断面図である。 本発明の放熱部材の製造方法に係る第１実施形態の変形例２を説明するための製造工程断面図である。 本発明の放熱部材に係る第２実施形態を説明するための断面図である。 本発明の放熱部材の製造方法に係る第２実施形態を説明するための製造工程断面図である（その１）。 本発明の放熱部材の製造方法に係る第２実施形態を説明するための製造工程断面図である（その２）。 従来の放熱部材の製造方法を説明するための製造工程断面図（その１）である。 従来の放熱部材の製造方法を説明するための製造工程断面図（その２）である。

符号の説明

１１，３１…放熱部材、１１Ａ，３１Ａ…放熱板、１１Ｂ，３１Ｂ…突起部、１１’，３１’…クラッド材、２１…回路基板、２２…半導体素子

Claims (11)

1. 半導体素子から発生する熱を放熱するとともに、前記半導体素子の上部を覆う状態で配置される放熱部材であって、
   前記放熱部材は、一主面側が平坦性を有する放熱板と、当該放熱板の一主面側に設けられるとともに、前記半導体素子との間に介在する突起部とを備えている
   ことを特徴とする放熱部材。
2. 請求項１記載の放熱部材において、
   前記突起部が複数設けられており、当該各突起部の高さが均一である
   ことを特徴とする放熱部材。
3. 請求項２記載の放熱部材において、
   前記各突起部は、前記放熱板の中央部に設けられている
   ことを特徴とする放熱部材。
4. 請求項２記載の放熱部材において、
   前記各突起部は、前記放熱板の前記半導体素子と対向する領域の外縁部に設けられている
   ことを特徴とする放熱部材。
5. 半導体素子から発生する熱を放熱するとともに、当該半導体素子の上部を覆う状態で配置される放熱部材の製造方法であって、
   一主面側が平坦性を有するように放熱板を構成し、当該放熱板の一主面側に、前記半導体素子との間に介在する突起部を形成する
   ことを特徴とする放熱部材の製造方法。
6. 請求項５記載の放熱部材の製造方法において、
   レジストパターンをマスクに用いたパターニングにより、複数の金属層からなるクラッド材の表面層を、当該表面層とはエッチング選択比の異なる金属層の表面が露出するまでエッチングすることで、露出された金属層の表面が一主面側となる前記放熱板を形成するとともに、前記表面層からなる前記突起部を形成する
   ことを特徴とする放熱部材の製造方法。
7. 請求項５記載の放熱部材の製造方法において、
   放熱板の一主面側に、金属または樹脂を接着することで、前記突起部を形成する
   ことを特徴とする放熱部材の製造方法。
8. 回路基板上に配置された半導体素子と、当該半導体素子の上部を覆う状態で配置されるとともに、当該半導体素子から発生する熱を放熱する放熱部材とを備えた半導体パッケージであって、
   前記放熱部材は、一主面側が平坦性を有する放熱板と、当該放熱板の一主面側に設けられた突起部とを備えており、
   前記半導体素子上に前記突起部を介して前記放熱板が配置されている
   ことを特徴とする半導体パッケージ。
9. 請求項８記載の半導体パッケージにおいて、
   前記突起部が複数設けられており、当該各突起部の高さが均一である
   ことを特徴とする半導体パッケージ。
10. 請求項９記載の半導体パッケージにおいて、
    前記各突起部は、前記放熱板の中央部に設けられている
    ことを特徴とする半導体パッケージ。
11. 請求項９記載の半導体パッケージにおいて、
    前記各突起部は、前記放熱板の前記半導体素子と対向する領域の外縁部に設けられている
    ことを特徴とする半導体パッケージ。
    
    
    

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