JP2008187197A - 半導体装置及びこれを備えた半導体ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】ＷＬＣＳＰとして製造される半導体装置において、半導体チップにおいて発生する熱を外方に効率よく放出できるようにする。
【解決手段】パッド電極２１，２３，２５を形成した半導体チップ３と、パッド電極２１，２３，２５を避けて半導体チップ３の表面に配された第１の絶縁層５と、半導体チップ３の表面側に位置する接続電極部７及び放熱用電極部９と、第１の絶縁層５の表面に配され、パッド電極２１，２３，２５及び接続電極部７を相互に電気接続する第１の配線部１１，１３と、放熱用電極部９に接続する第２の配線部１５と、電極部７，９を半導体チップ３の表面側に露出させて、電極部７，９及び配線部１１，１３，１５を封止する第２の絶縁層とを備え、第２の配線部１５が、半導体チップ３の発熱部分に隣接し、第１の配線部１１，１３の配置領域を除く第１の絶縁層５の表面の領域に配されている半導体装置１を提供する。
【選択図】図１

Description

この発明は、半導体装置及びこれを備えた半導体ユニットに関する。

ＬＳＩ等の半導体装置においては、半導体チップの表面にトランジスタ等の各種素子からなる集積回路が形成されているため、半導体装置の動作時には半導体チップが発熱する。従来では、半導体チップが過剰に加熱されて誤動作が発生することを防止するために、この熱を半導体装置の外方に効率よく放出する放熱手段を備えた半導体装置が各種提案されている。
すなわち、半導体素子（半導体チップ）の表面において発生する熱を、絶縁性樹脂や絶縁性接着手段（絶縁層）、電気的接続手段を介して、実装基板（回路基板）に接地した放熱用の電極から実装基板に逃がす放熱手段を備えた半導体装置がある（例えば、特許文献１参照。）。この半導体装置は、絶縁性樹脂（絶縁層）により半導体チップの表面や側面を覆い隠して構成されている。
さらに、半導体素子の表面上にアンダーフィル材を介して電源等の発熱の大きいパッドから、前記表面の周縁領域に配されたフィルム基板の放熱用パターン（配線部）を介して回路基板に熱を逃がす放熱手段を備えた半導体装置がある（例えば、特許文献２参照。）。この半導体装置では、集積回路を形成した半導体チップの表面から側方にはみ出る位置に配線部が形成されている。

ところで、近年の半導体装置には、ウエハに形成した多数の半導体チップを個々に切り分ける前に、半導体チップの表面に、半導体装置を搭載する回路基板と半導体チップとを電気的に接続するための配線部や電極部を形成し、これら配線部や電極部を封止する絶縁部を形成した所謂ウエハレベルチップサイズパッケージ（以下、ＷＬＣＳＰと呼ぶ）がある。このＷＬＣＳＰでは、半導体チップの側面からはみ出さないように、配線部、電極部や絶縁部を形成しているため、半導体装置の小型軽量化を実現するものとして注目されている。
特開２００２−１５８３１０号公報 特開２００１−７７２３６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の半導体装置では、絶縁層により半導体チップの側面を封止しており、また、特許文献２に記載の半導体装置では、半導体チップの側面からはみだした位置に配線部が形成されているため、ＷＬＣＳＰとして製造することができないという問題がある。
なお、従来のＷＬＣＳＰには、半導体チップにおいて発生する熱を効率よく放出できる放熱手段が設けられておらず、半導体装置の信頼性を向上させるために有効な放熱手段を設けることが急務とされている。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、ＷＬＣＳＰとして製造でき、半導体チップにおいて発生する熱を外方に効率よく放出できる半導体装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、半導体基板と、該半導体基板の表面を被覆する第１の絶縁膜と、該第１の絶縁膜上に形成されたパッド電極及び放熱用パッドと、前記第１の絶縁膜上に順次重ねて配されると共に、前記パッド電極及び前記放熱用パッドを個々に露出させる第１の凹部を形成した第２の絶縁膜及び第３の絶縁膜と、電気的な絶縁材料から形成され、前記パッド電極及び前記放熱用パッドを避けて前記第３の絶縁膜の表面に配されると共に、前記第１の凹部の側壁面を覆うように形成されて、前記パッド電極及び前記放熱用パッドを個々に露出させる第２の凹部を有する第１の絶縁層と、前記パッド電極が露出する前記第２の凹部を埋めると共に前記第１の絶縁層の表面に配される第１の配線部と、前記放熱用パッドが露出する前記第２の凹部を埋めると共に前記第１の絶縁層の表面に配される第２の配線部と、前記第１の配線部の表面に配されて、前記パッド電極を外部回路に電気接続するための接続電極部と、前記第２の配線部の表面に配されることで前記放熱用パッドに接続され、外部回路に接続する放熱用電極部と、電気的な絶縁材料から形成され、少なくとも前記接続電極部及び放熱用電極部を前記第２の絶縁膜の表面側に露出させた状態で、前記接続電極部、放熱用電極部及び配線部を封止する第２の絶縁層とを備え、前記半導体基板の表面にトランジスタが形成され、前記放熱用パッドが、前記トランジスタのゲート電極の上方に配されると共に前記第１の絶縁膜によって前記ゲート電極と電気的に絶縁され、前記第１の配線部が、前記第１の絶縁層の表面の一の部分の領域に配され、前記第２の配線部が、前記第１の絶縁層の表面の他の部分の領域に配されていることを特徴とする半導体装置を提案している。

この発明に係る半導体装置は、半導体基板、第１の絶縁膜、パッド電極及び放熱用パッド、第２の絶縁膜及び第３の絶縁膜を備える半導体チップの表面に第１の絶縁層、配線部及び第２の絶縁層を順次積層する構成であるため、半導体装置をＷＬＣＳＰとして製造することができる。
また、半導体チップと外部回路とを接続する第１の配線部を配した第１の絶縁層の表面を除く領域に放熱用の第２の配線部を配するため、第１の絶縁層の表面における第２の配線部の形成面積を広く形成することができる。これにより、第２の配線部は、半導体装置を作動させた際に半導体チップにおいて発生する熱を第１の絶縁層を介して効率よく吸収できる。すなわち、半導体チップにおいて発生する熱を半導体チップから放熱用電極部に効率よく放出することができる。
また、この発明に係る半導体装置によれば、第２の配線部は、半導体チップにおいて発生する熱を放熱用パッドを介して吸収することもできるため、半導体チップにおいて発生する熱を半導体チップからさらに効率よく放出することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の半導体装置において、前記第２の配線部に、前記放熱用電極部が複数接続されていることを特徴とする半導体装置を提案している。
この発明に係る半導体装置によれば、第２の配線部に接続された複数の放熱用電極部から外部回路に熱を放出することができるため、第２の配線部が半導体チップから吸収した熱を第２の配線部から外方にさらに効率よく放出することができる。すなわち、半導体装置の放熱効率をさらに向上させることができる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の半導体装置において、前記ゲート電極が相互に離間して複数形成され、各ゲート電極の上方に前記放熱用パッドを設け、各放熱用パッドに、それぞれ別個の前記第２の配線部が接続されていることを特徴とする半導体装置を提案している。
この発明に係る半導体装置によれば、半導体チップにおけるゲート電極が離れて複数存在する場合でも、各ゲート電極の近傍にそれぞれ別個の第２の配線部を配することができるため、各第２の配線部が各ゲート電極において発生する熱をそれぞれ効率よく吸収できる。また、各第２の配線部は相互に電気的に絶縁させることができるため、各第２の配線部が放熱用パッドに接続される構成であっても、各放熱用パッドの間で半導体チップの電気回路が短絡することを防止できる。

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項にの半導体装置において、前記第２の配線部が少なくとも前記第１の絶縁層又は前記第２の絶縁層に係合する係合部を備えていることを特徴とする半導体装置を提案している。
この発明に係る半導体装置によれば、第２の配線部と第１の絶縁層や第２の絶縁層とが、係合部により相互に係合しているため、第２の配線部と第１、第２の絶縁層とが相互に異なる熱膨張係数の材料から形成されていても、第１、第２の絶縁層が熱変形した場合に第２の配線部を第１、第２の絶縁層の変形に追従させることができる。したがって、第２の配線部を第１の絶縁層の表面に広く形成しても、第１、第２の絶縁層の熱変形によって第２の配線部が、第１、第２の絶縁層から剥離することを防止できる。

請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置において、前記第１の絶縁層の表面の中央領域に前記第１の配線部を形成し、前記第１の絶縁層の表面の周縁領域に前記第２の配線部を形成することを特徴とする半導体装置を提案している。
この発明に係る半導体装置によれば、第１、２の絶縁層に熱変形が生じた場合には、この熱変形に伴う表面の中央領域の変形量が周縁領域の変形量よりも小さいため、この熱変形に基づいて第１の配線部に発生する応力は、第２の配線部に発生する応力よりも小さくなる。したがって、第１の配線部を細く形成しても、この応力に基づく第１の配線部が断線することを防止できる。
また、第２の配線部は、第１の配線部と比較して第１の絶縁層の表面においてシート状に広く形成することができるため、第１の配線部よりも大きな応力が第２の配線部に発生しても、この応力を吸収することができる。したがって、前述の応力に基づいて第２の配線部が断線することも防止できる。

請求項６に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置において、前記第１の絶縁層の表面の中央領域に前記第２の配線部を形成することを特徴とする半導体装置を提案している。
この発明に係る半導体装置によれば、この発明に係る半導体装置によれば、ＱＦＰ等の半導体装置に使用する従来の半導体チップを利用して、第２の配線部を第１の絶縁層の表面に容易に形成することができる。

すなわち、上述した従来の半導体チップは、パッド電極を半導体チップの表面の周縁に配して構成されている。また、一般に、パッド電極と接続電極部とを接続する第１の配線部の長さは短くなる程、パッド電極と接続電極部との間で電気信号を高速で伝達できることが知られている。
以上のことから、従来の半導体チップを使用する場合には、パッド電極に接続する接続電極部も、半導体チップの表面側の周縁部に配されることとなり、半導体チップの表面側の中央領域に配されることはない。したがって、この中央領域に第２の配線部を形成することにより、半導体チップのパッド電極の配置を変更することなく、第２の配線部を第１の絶縁層の表面に容易に形成することができる。

請求項７に係る発明は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置と、前記放熱用電極部を接触させるランド部を表面に形成した回路基板とを備えることを特徴とする半導体ユニットを提案している。

請求項８に係る発明は、請求項７に記載の半導体ユニットにおいて、複数の前記放熱用電極部を個々に接触させる前記ランド部が複数形成され、これら複数のランド部のうち少なくとも互いに隣り合う２つのランド部が相互に接続されていることを特徴とする半導体ユニットを提案している。

これらの発明の半導体ユニットによれば、半導体装置を作動させた際に半導体チップにおいて発生する熱が、第２の配線部を介して放熱用電極部から回路基板のランド部に逃げることになる、すなわち、半導体チップにおいて発生した熱を半導体装置の外方に効率よく放出することができる。
特に、放熱用電極部に接触させる複数のランド部が相互に接続されている場合には、放熱用電極部から吸収した熱を一のランド部から他のランド部まで伝達させることができるため、半導体チップにおいて発生する熱を放熱用電極部から回路基板に効率よく放熱することができる。

請求項１に係る発明によれば、第２の配線部の形成面積を広く形成できるため、ＷＬＣＳＰとして構成された半導体装置でも、半導体チップにおいて発生する熱を半導体チップから放熱用電極部に効率よく放出することができる。

また、請求項１に係る発明によれば、半導体チップの表面に放熱用パッドが設けられているため、半導体チップにおいて発生する熱を半導体チップからさらに効率よく放出することができる。

また、請求項２に係る発明によれば、第２の配線部に接続された複数の放熱用電極部から外部回路に熱を放出することができるため、第２の配線部が半導体チップから吸収した熱を第２の配線部から外方にさらに効率よく放出することができる。

また、請求項３に係る発明によれば、第２の配線部を複数形成することにより、各第２の配線部が各ゲート電極において発生する熱をそれぞれ効率よく吸収できる。また、各放熱用パッドの間で半導体チップの電気回路が短絡することを防止できるため、半導体装置の誤動作を防止でき、半導体装置の信頼性向上を図ることもできる。

また、請求項４に係る発明によれば、第２の配線部と第１の絶縁層や第２の絶縁層とを相互に係合させる係合部を設けることにより、第２の配線部が、第１、第２の絶縁層から剥離することを防止できるため、半導体装置の信頼性を向上させることができる。

また、請求項５に係る発明によれば、第１の配線部を中央領域に配し、第２の配線部を周縁領域に形成することにより、第１、第２の配線部が断線することを防止できるため、半導体装置の信頼性の向上を図ることができる。

また、請求項６に係る発明によれば、従来の半導体チップを用いて第２の配線部を容易に形成することができるため、半導体装置の製造コストの削減を図ることができる。

また、請求項７及び請求項８に係る発明によれば、半導体チップにおいて発生した熱を効率よく吸収できる第２の配線部から半導体装置の外方に効率よく放出できるため、半導体装置の放熱効率を向上させることができる。

図１から図６はこの発明に係る一実施形態を示している。図１，２に示すように、この実施形態に係る半導体装置１は、平面視略矩形に形成された板状の半導体チップ３と、半導体チップ３の主面（表面）３ａに配された絶縁層（第１の絶縁層）５と、半導体チップ３の主面３ａ側に配された複数の接続電極部７及び放熱用電極部９と、絶縁層５の表面５ａに形成され、半導体チップ３と接続電極部７又は放熱用電極部９とを相互に接続する配線部１１，１３，１５と、電極部７，９を半導体チップ３の主面３ａ側に露出させた状態で絶縁層５の表面５ａを覆うと共に電極部７，９及び配線部１１，１３，１５を封止する樹脂モールド部（第２の絶縁層）１７とを備えている。
この半導体装置１は、半導体チップ３の主面３ａから側方にはみ出さないように、絶縁層５、樹脂モールド部１７、電極部７，９及び配線部１１，１３，１５を形成した所謂ＷＬＣＳＰの構成となっている。

半導体チップ３は、平面視略矩形の基板１９と、基板１９の表面側に形成された複数の信号用パッド電極２１、電源用パッド電極２３、グランド用パッド電極２５及び放熱用パッド２７とを備えている。基板１９は、シリコン（Ｓｉ）から形成されており、その表面にはトランジスタ等の各種素子からなる電気回路が形成されている。
信号用パッド電極２１、電源用パッド電極２３、グランド用パッド電極２５及び放熱用パッド２７は、アルミニウム（Ａｌ）から形成され、半導体チップ３の主面３ａ側の周縁に配されている。すなわち、この半導体チップ３は、ＱＦＰ等の半導体装置に使用する従来の半導体チップと同様に構成されている。
信号用パッド電極２１は、基板１９に形成された各種素子に対して所定の電気信号を入出力するものであり、電源用パッド電極２３は、半導体チップ３の電気回路に電力を供給するものである。

また、グランド用パッド電極２５は、半導体チップ３の電気回路を外部のグランドに接続するためのものである。すなわち、これら信号用パッド電極２１、電源用パッド電極２３及びグランド用パッド電極２５は、半導体チップ３の電気回路と、半導体装置１を搭載する回路基板（不図示）の電気回路（外部回路）とを相互に電気接続するためのパッド電極として機能するものである。
放熱用パッド２７は、基板１９に形成された各種素子において発生する熱を半導体チップ３から放出するためのものであり、基板１９の発熱部分２９に隣接して配されている。

すなわち、図３に示すように、基板１９の表面１９ａに形成されたトランジスタ３１のソース拡散領域３１ａ及びドレイン拡散領域３１ｂが、それぞれ電極３３，３５に接続されている。これら電極３３，３５は、後述するパッシベーション膜４１に形成される配線により接続され、前述した電源用パッド電極２３やグランド用パッド電極２５に電気回路や配線を通じて電気接続されるものである。そして、このトランジスタ３１のドレイン拡散領域３１ｂに隣接する基板１９の表面１９ａには、放熱用パッド２７に接続される放熱用拡散領域３７が形成されている。なお、この放熱用拡散領域３７の周囲には、フィールド酸化膜（ＳｉＯ２）若しくはシャロートレンチ（ＳｉＯ２）からなる絶縁部３９が形成されており、ドレイン拡散領域３１ｂと放熱用拡散領域３７とを電気的に絶縁するようになっている。この構成においては、トランジスタ３１のゲート電極３１ｃ下部のチャネル部から発生した熱が、ドレイン拡散領域３１ｂに隣接する放熱用拡散領域３７を介して、放熱用パッド２７に伝達されることになる。
なお、放熱用拡散領域３７は、絶縁部３９を介してトランジスタ３１のソース拡散領域３１ａに隣接する位置に形成されていてもよい。また、放熱用パッド２７の電位や放熱用拡散領域３７の不純物極性を調整して、放熱用パッド２７を半導体チップ３の電気回路に電力を供給したり、外部のグランドに接続する電極として使用するとしてもよい。

この半導体チップ３は、放熱用パッド２７を避けて基板１９の表面１９ａを被覆するパッシベーション膜４１も備えている。このパッシベーション膜４１には、放熱用パッド２７がパッシベーション膜４１の表面４１ａ側に露出するように、放熱用パッド２７とパッシベーション膜４１とにより画定された凹部４３が形成されている。また、パッシベーション膜４１には、放熱用パッド２７を露出させる凹部４３と同様に、信号用パッド電極２１、電源用パッド電極２３及びグランド用パッド電極２５をパッシベーション膜４１の表面４１ａに露出させる凹部（不図示）も形成されている。
このパッシベーション膜４１は、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる薄膜状の第１、第２の絶縁膜４１ｂ，４１ｃと、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる薄膜状の第３の絶縁膜４１ｄとを順次重ねて形成したものであり、高い耐熱性及び電気絶縁性を有している。このパッシベーション膜４１の表面４１ａは、半導体チップ３の主面３ａを成している。

絶縁層５は、電気的な絶縁材料であるポリイミド（ＰＩ）等の絶縁樹脂から形成されており、半導体チップ３の主面３ａ、及び、放熱用パッド２７とパッシベーション膜４１とにより画定された凹部４３の側壁面を覆うように形成されている。また、特に図示していないが、この絶縁層５は、信号用パッド電極２１、電源用パッド電極２３やグランド用パッド電極２５とパッシベーション膜４１とにより画定された凹部の側壁面も同様に覆うように形成されている。

図２に示すように、接続電極部７及び放熱用電極部９は、半導体装置１を搭載する回路基板の電気回路と半導体チップ３とを接続するためのものである。各電極部７，９は、パッド電極２１，２３，２５に電気接続される第１の配線部１１，１３及び放熱用パッド２７に接続される第２の配線部１５の表面１１ａ，１３ａ，１５ａから、樹脂モールド部１７の表面１７ａまで延びる略円柱状のポスト４５と、ポスト４５の上端に取り付けられ、樹脂モールド部１７の表面から突出する半田ボール４７とから構成されている。ポスト４５は、銅（Ｃｕ）から形成されており、その上端面４５ａが樹脂モールド部１７の表面１７ａと共に略同一平面を形成している。半田ボール４７は半田を略球体状に形成してなるものである。

第１の配線部１１，１３に接続される接続電極部７は、図１に示すように、半導体チップ３のパッド電極２１，３２，２５に隣接するように、絶縁層５の表面５ａの周縁領域に複数形成されている。第２の配線部１５に接続される放熱用電極部９は、前述の周縁領域を除く、絶縁層５の表面５ａの中央領域に複数形成されており、また、放熱用パッド２７の配置位置と前記中央領域との中途部分にも形成されている。
なお、これら電極部７，９は、互いに隣接する電極部７，９間において半導体チップ３の電気回路が短絡しない程度の距離をおいて、等間隔に並べて配されている。

放熱用パッド２７に接続される第２の配線部１５は、図２に示すように、放熱用パッド２７と絶縁層５とにより画定された凹部４９を埋めると共に、絶縁層５と樹脂モールド部１７との間で凹部４９の開口部から放熱用電極部９のポスト４５の下端まで延びて形成されている。この第２の配線部１５は、図３に示すように、アンダーバリアメタル５１（以下、ＵＢＭ５１と呼ぶ）及び配線層５２を絶縁層５の表面５ａから順次重ねて構成されている。配線層５２は、銅（Ｃｕ）から形成されている。また、ＵＢＭ５１は、放熱用パッド２７と配線層５２との密着性を向上させるために、チタン（Ｔｉ）若しくはクロム（Ｃｒ）から形成されており、配線層５２の厚さよりも充分に薄く形成されている。
なお、特に図示していないが、信号用パッド電極２１、電源用パッド電極２３やグランド用パッド電極２５に電気接続される第１の配線部１１，１３は、上述した第２の配線部１５と同様の構成を有しており、絶縁層５の表面５ａの周縁領域に配された信号用、電源用及びグランド用の接続電極部７の下端までそれぞれ延びて形成されている。

また、第２の配線部１５は、図１に示すように、絶縁層５の表面５ａの中央領域に形成された平面視略矩形のシート部１５ｂと、このシート部１５ｂと半導体チップ３の周縁に配された放熱用パッド２７とを電気的に接続する接続配線部１５ｃとから構成されている。シート部１５ｂには、図１，２に示すように、第２の配線部１５の厚さ方向に貫通する孔５４が複数設けられており、各孔５４は放熱用電極部９の配置位置の間に形成されている。また、接続配線部１５ｃは、絶縁層５を介して半導体チップ３内の発熱部分２９に隣接する位置に配されている。

なお、第１の配線部１１，１３は、信号用パッド電極２１、電源用パッド電極２３及びグランド用パッド電極２５と接続電極部７とを電気的に接続している。ここで、信号用パッド電極２１、電源用パッド電極２３及びグランド用パッド電極２５と接続電極部７とは相互に隣接して配されているため、第１の配線部１１，１３は、第２の配線部１５の接続配線部１５ｃよりも短く形成されることになる。これにより、信号用パッド電極２１、電源用パッド電極２３及びグランド用パッド電極２５と接続電極部７との間で電気信号を高速で伝達することができる。
また、電源用パッド電極２３及びグランド用パッド電極２５に接続される第１の配線部１１は、より多くの電流を流すことができるように、信号用パッド電極２１に接続される第１の配線部１３よりも太く形成されている。

樹脂モールド部１７は、電気的な絶縁材料から形成されており、絶縁層５の表面５ａを覆うと共に、電極部７，９のポスト４５及び配線部１１，１３，１５を封止するように形成されている。この樹脂モールド部１７は、電極部７，９や配線部１１，１３，１５よりも硬度の低い樹脂材料から形成され、半導体チップ３と同じ平面視略矩形状に形成されている。
また、この樹脂モールド部１７には、第２の配線部１５の孔５４を埋める突起５１が形成されており、これら孔５４及び突起５１により第２の配線部１５と樹脂モールド部１７とが相互に係合する係合部５３が構成されている。

以上のように構成された半導体装置１の製造方法について説明する。
図４に示すように、はじめに、パッド電極２１，２３，２５及び放熱用パッド２７上に開口部５ｂがくるように半導体チップ３の主面３ａに絶縁層５を形成する。次いで、配線部１１，１３，１５を形成する部分を除く絶縁層５の表面５ａに第１のレジスト層５５を形成する。この第１のレジスト層５５の形成領域は、第２の配線部１５の孔５４を形成する領域を含んでいる。
そして、第１のレジスト層５５が形成されていない部分、すなわち、絶縁層５が露出している部分を銅で埋めて配線部１１，１３，１５を形成する。この際に、配線部１１，１３，１５の表面１１ａ，１３ａ，１５ａは、第１のレジスト層５５の表面５５ａよりも若干薄く形成される。これら配線部１１，１３，１５の形成後には、第１のレジスト層５５を除去する。

その後、ポスト４５を形成する部分を除く配線部１１，１３，１５の表面１１ａ，１３ａ，１５ａに第２のレジスト層５７を形成する。この状態においては、配線部１１，１３，１５の表面１１ａ，１３ａ，１５ａの一部のみが露出することになる。そして、第２のレジスト層５７が形成されていない部分、すなわち、配線部２７が露出している部分を銅で埋めてポスト４５を形成する。このポスト４５の形成終了後には、第２のレジスト層５７を除去する。
最後に、絶縁層５の表面５ａを覆うと共にポスト４５の上端面４５ａが露出するように配線部１１，１３，１５及びポスト４５を樹脂モールド部１７により封止し、ポスト４５の上端面４５ａに半田ボール４７を取り付けることにより半導体装置１の製造が終了する。

以上のように構成された半導体装置１は、図５に示すように、半導体装置１を搭載する回路基板５９と共に半導体ユニット６１を構成することができる。すなわち、回路基板５９の表面５９ａには、各電極部７，９の半田ボール４７に接触させる複数のランド部６３が各々独立して設けられている。
この半導体ユニット６１において、半導体装置１を作動させた際には、半導体チップ３内の発熱部分２９から発生する熱が、隣接する放熱用パッド２７に伝達され、この放熱用パッド２７から第２の配線部１５、放熱用電極部９を介して回路基板５９のランド部６３に逃げる、すなわち、半導体チップ３において発生した熱が半導体装置１の外方に放出されることになる。

上記の半導体装置１によれば、パッド電極２１，２３，２５に接続される第１の配線部１１，１３を配した周縁領域を除く絶縁層５の表面５ａの中央領域に、放熱用の第２の配線部１５を配しているため、第２の配線部１５のシート部１５ｂの形成面積を広く形成することができる。また、第２の配線部１５の接続配線部１５ｃや放熱用パッド２７は、半導体チップ３内の発熱部分２９に隣接する位置に形成されている。
これにより、第２の配線部１５は半導体チップ３において発生する熱を、絶縁層５や放熱用パッド２７を介して効率よく吸収できる。したがって、ＷＬＣＳＰとして構成された半導体装置１でも、半導体チップ３において発生する熱を半導体チップ３から放熱用電極部９に効率よく放出することができる。

また、第２の配線部１５と樹脂モールド部１７とが、係合部５３により相互に係合しているため、第２の配線部１５と樹脂モールド部１７とが相互に異なる熱膨張係数の材料から形成されていても、樹脂モールド部１７が熱変形した際に第２の配線部１５を樹脂モールド部１７の変形に追従させることができる。したがって、第２の配線部１５を絶縁層５の表面５ａに広く形成しても、樹脂モールド部１７の熱変形によって第２の配線部１５が、樹脂モールド部１７から剥離することを防止でき、半導体装置１の信頼性を向上させることができる。

さらに、パッド電極２１，２３，２５や放熱用パッド２７を半導体チップ３の主面３ａの周縁に形成した従来の半導体チップを利用し、絶縁層５の表面５ａの周縁領域に第１の配線部１１，１３を形成している。このため、半導体チップ３のパッド電極２１，２３，２５や放熱用パッド２７の配置を変更することなく、第２の配線部１５を絶縁層５の表面５ａに容易に形成することができ、半導体装置１の製造コストの削減を図ることができる。
また、半導体装置１及び半導体ユニット６１によれば、この第２の配線部１５に接続された複数の放熱用電極部９から回路基板５９の電気回路に熱を放出することができるため、第２の配線部１５が半導体チップ３から吸収した熱を、第２の配線部１５から半導体装置１の外方に効率よく放出することができる。すなわち、半導体装置１の放熱効率を向上させることができる。

なお、上記の実施の形態においては、放熱用パッド２７が配線を介して基板１９に電気接続されるとしたが、これに限ることはなく、放熱用パッド２７を基板１９に接続させないとしてもよい。すなわち、例えば、図６に示すように、放熱用パッド２７をトランジスタ３１のゲート電極３１ｃの上方に配しても構わない。この構成の場合には、放熱用パッド２７が最も発熱量の大きいゲート電極３１ｃの近傍に配されるため、半導体装置１の放熱効率を向上させることができる。
また、例えば、放熱用パッド２７を基板１９の放熱用拡散領域３７の上方に配し、放熱用拡散領域３７に電気接続させない構成としてもよい。さらに、例えば、ゲート電極３１ｃ及び放熱用拡散領域３７の上方にそれぞれ放熱用パッド２７を配するとしてもよい。

また、絶縁層５の表面５ａに１つの第２の配線部１５のみが形成されるとしたが、半導体チップ３における発熱部分が複数存在する場合には、例えば、図７，８に示すように、第２の配線部１４，１６が複数形成されるとしても構わない。この構成の場合には、各発熱部分２６，２８の近傍にそれぞれ別個の第２の配線部１４，１６を接続させることができるため、各第２の配線部１４，１６が各発熱部分２６，２８において発生する熱をそれぞれ効率よく吸収できる。
さらに、この構成の場合には、各発熱部分２６，２８に隣接する位置に放熱用パッド２７を設け、これら放熱用パッド２７にそれぞれ別個の第２の配線部１４，１６を接続させることができる。そして、各第２の配線部１４，１６は相互に電気的に絶縁されているため、各放熱用パッド２７の間で半導体チップ３の電気回路が短絡することを防止できる。
したがって、半導体装置の誤動作を防止でき、半導体装置の信頼性向上を図ることができる。

また、第２の配線部１５は、シート部１５ｂと接続配線部１５ｃとから構成されるとしたが、図９，１０に示すように、半導体チップ３内の発熱部分３０が半導体チップ３の中央領域のみに存在する場合には、例えば、第２の配線部１８が絶縁層５の中央領域に配されるシート部のみから構成されるとしてもよい。この場合には、この発熱部分３０から発生する熱が、絶縁層５を介して第２の配線部１８に吸収されることになる。

また、第２の配線部１５は、絶縁層５の表面５ａの中央領域に形成されるとしたが、これに限ることはなく、少なくとも絶縁層５の表面５ａのうち、第１の配線部１１，１３の配置領域を除く領域に配されていればよい。すなわち、例えば、図１１に示すように、パッド電極２１，２３，２５及び放熱用パッド２７が半導体チップ３の中央領域に配される場合には、これらパッド電極２１，２３，２５及び放熱用パッド２７の内側に位置する絶縁層５の中央領域に第１の配線部１２を形成し、パッド電極２１，２３，２５及び放熱用パッド２７の外側に位置する絶縁層５の周縁領域にシート状の第２の配線部２０を形成してもよい。

この構成の半導体装置２によれば、絶縁層５や樹脂モールド部１７に熱変形が発生した場合には、絶縁層５や樹脂モールド部１７の中央領域における変形量が周縁領域における変形量よりも小さい。このため、この熱変形に基づいて第１の配線部１２に発生する応力は、第２の配線部２０に発生する応力よりも小さくなる。したがって、第１の配線部１２を細く形成しても、この応力に基づいて第１の配線部１２が断線することを防止できる。
また、第２の配線部２０は、前述のように、第１の配線部１２と比較して絶縁層５の表面５ａにおいて広く形成することができるため、第１の配線部１２よりも大きな応力が第２の配線部２０に発生してもこの応力を吸収することができる。したがって、前述の応力に基づいて第２の配線部２０が断線することも防止できる。以上のことから、半導体装置２の信頼性の向上を図ることができる。

また、係合部５３は、第２の配線部１５に形成された孔５４と樹脂モールド部１７に形成された突起５１とにより構成されるとしたが、これに限ることはなく、少なくとも第２の配線部１５と樹脂モールド部１７とが相互に係合する構成であればよい。すなわち、例えば、図１２に示すように、第２の配線部１５及び絶縁層５を貫通する孔５６と、この孔５６に係合する樹脂モールド部１７の突起５８とにより係合部６０を構成するとしても構わない。また、例えば、第２の配線部１５に樹脂モールド部１７に向けて突出する突起を形成し、樹脂モールド部１７にこの突起に嵌合する凹部を形成して係合部を構成するとしても構わない。

さらに、第２の配線部１５と樹脂モールド部１７とが相互に係合する係合部５３，６０を設けるとしたが、これに限ることはなく、第２の配線部１５と絶縁層５とが相互に係合する係合部を設けるとしても構わない。すなわち、例えば、図１３に示すように、第１の絶縁部５の厚さ方向に貫通する孔６２と、第２の配線部１５に形成され、この孔６２を埋める突起６４とにより係合部６６を構成するとしてもよい。
この構成の場合には、第２の配線部１５と絶縁層５とが相互に異なる熱膨張係数の材料から形成されていても、絶縁層５が熱変形した場合に第２の配線部１５を絶縁層５の変形に追従させることができる。したがって、第２の配線部１５が絶縁層５から剥離することを防止し、半導体装置の信頼性を向上させることができる。

また、半導体ユニット６１を構成する回路基板５９は、各々独立したランド部６３を複数備えるとしたが、これに限ることはなく、例えば、図１４に示すように、互いに隣り合うランド部６４，６５を回路基板５９の表面において相互に接続して一体的に形成してもよい。
この構成の場合には、放熱用電極部９から吸収した熱を一のランド部６４から他のランド部６５まで伝達させることができるため、半導体チップ３において発生する熱を放熱用電極部９から回路基板５９にさらに効率よく放熱することができる。

また、電極部７，９は、配線部１１，１３，１５の表面１１ａ，１３ａ，１５ａから樹脂モールド部１７の表面１７ａまで延びる略円柱状のポスト４５を備えるとしたが、これに限ることはなく、例えば、ポスト４５を形成せずに半田ボール４７を直接配線部１１，１３，１５に接続する構成としても構わない。この構成の場合には、配線部１１，１３，１５を封止する樹脂モールド部１７の厚さを減少させることができるため、半導体装置の薄型化を図ることができる。

また、電極部７，９は、球体状の半田ボール４７を備えるとしたが、これに限ることはなく、電極部７，９の少なくとも一部が樹脂モールド部１７の表面１７ａから突出していればよい。すなわち、例えば、図１５（ａ），（ｂ）に示すように、樹脂モールド部１７から突出する突起部６７をポスト４６と一体的に形成しても構わない。これら突起部６７は、例えば、めっき成長や銅ペーストを塗布するスクリーン印刷により形成してもよい。
また、例えば、図１５（ｃ）に示すように、ポスト４５及び樹脂モールド部１７を形成した後に、レジストパターニングし、めっき成長で断面視略矩形状の突起部６８を形成するとしても構わない。
また、電極部７，９は、ポスト４５，４６と半田ボール４７や突起部６７，６８とから構成されるとしたが、例えば、ポスト４５，４６のみから構成されるとしても構わない。
上記構成の場合には、半導体装置を回路基板５９に搭載する際に、別途半田によりポスト４５，４６と回路基板５９の電気回路とを電気的に接続すればよい。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

この発明の一実施形態に係る半導体装置の概略を示す平面図である。 図１の半導体装置の概略構成を示す拡大断面図である。 図１の半導体装置において、半導体チップと第２の配線部との接続を示す要部拡大断面図である。 図１の半導体装置の製造方法を示す模式図である。 図１の半導体装置を回路基板に搭載した半導体ユニットを示す拡大断面図である。 この発明の他の実施形態に係る半導体装置において、放熱用パッドの配置を示す要部拡大断面図である。 この発明の他の実施形態に係る半導体装置の概略を示す平面図である。 図７の半導体装置の概略構成を示す断面図である。 この発明の他の実施形態に係る半導体装置の概略を示す平面図である。 図７の半導体装置の概略構成を示す断面図である。 この発明の他の実施形態に係る半導体装置の概略を示す平面図である。 この発明の他の実施形態に係る半導体装置の概略を示す拡大断面図である。 この発明の他の実施形態に係る半導体装置の概略を示す拡大断面図である。 この発明の他の実施形態に係る半導体装置の概略を示す拡大断面図である。 この発明の他の実施形態に係る半導体装置の電極部を示す拡大断面図である。

符号の説明

１，２・・・半導体装置、３・・・半導体チップ、３ａ・・・主面（表面）、５・・・絶縁層（第１の絶縁層）、５ａ・・・表面、７・・・接続電極部、９・・・放熱用電極部、１１〜１３・・・第１の配線部、１４〜１６，１８，２０・・・第２の配線部、１７・・・樹脂モールド部（第２の絶縁層）、２１・・・信号用パッド電極、２３・・・電源用パッド電極、２５・・・グランド用パッド電極、２７・・・放熱用パッド、２６，２８〜３０・・・発熱部分、５３・・・係合部、５９・・・回路基板、５９ａ・・・表面、６１・・・半導体ユニット、６３〜６５・・・ランド部

Claims (8)

1. 半導体基板と、
   該半導体基板の表面を被覆する第１の絶縁膜と、
   該第１の絶縁膜上に形成されたパッド電極及び放熱用パッドと、
   前記第１の絶縁膜上に順次重ねて配されると共に、前記パッド電極及び前記放熱用パッドを個々に露出させる第１の凹部を形成した第２の絶縁膜及び第３の絶縁膜と、
   電気的な絶縁材料から形成され、前記パッド電極及び前記放熱用パッドを避けて前記第３の絶縁膜の表面に配されると共に、前記第１の凹部の側壁面を覆うように形成されて、前記パッド電極及び前記放熱用パッドを個々に露出させる第２の凹部を有する第１の絶縁層と、
   前記パッド電極が露出する前記第２の凹部を埋めると共に前記第１の絶縁層の表面に配される第１の配線部と、
   前記放熱用パッドが露出する前記第２の凹部を埋めると共に前記第１の絶縁層の表面に配される第２の配線部と、
   前記第１の配線部の表面に配されて、前記パッド電極を外部回路に電気接続するための接続電極部と、
   前記第２の配線部の表面に配されることで前記放熱用パッドに接続され、外部回路に接続する放熱用電極部と、
   電気的な絶縁材料から形成され、少なくとも前記接続電極部及び放熱用電極部を前記第２の絶縁膜の表面側に露出させた状態で、前記接続電極部、放熱用電極部及び配線部を封止する第２の絶縁層とを備え、
   前記半導体基板の表面にトランジスタが形成され、
   前記放熱用パッドが、前記トランジスタのゲート電極の上方に配されると共に前記第１の絶縁膜によって前記ゲート電極と電気的に絶縁され、
   前記第１の配線部が、前記第１の絶縁層の表面の一の部分の領域に配され、
   前記第２の配線部が、前記第１の絶縁層の表面の他の部分の領域に配されていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記第２の配線部に、前記放熱用電極部が複数接続されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記ゲート電極が相互に離間して複数形成され、
   各ゲート電極の上方に前記放熱用パッドを設け、
   各放熱用パッドに、それぞれ別個の前記第２の配線部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. 前記第２の配線部が少なくとも前記第１の絶縁層又は前記第２の絶縁層に係合する係合部を備えていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 前記第１の絶縁層の表面の中央領域に前記第１の配線部を形成し、
   前記第１の絶縁層の表面の周縁領域に前記第２の配線部を形成することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置。
6. 前記第１の絶縁層の表面の中央領域に前記第２の配線部を形成することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置と、前記放熱用電極部を接触
   させるランド部を表面に形成した回路基板とを備えることを特徴とする半導体ユニット。
8. 複数の前記放熱用電極部を個々に接触させる前記ランド部が複数形成され、
   これら複数のランド部のうち少なくとも互いに隣り合う２つのランド部が相互に接続されていることを特徴とする請求項７に記載の半導体ユニット。

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