JP2008235369A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】封止樹脂を用いて配線基板上に封止する必要がある複数の半導体素子と、封止樹脂を用いて配線基板上に封止する必要がない電子部品との双方が、配線基板上に平面的に配置されて成る半導体装置であって、配線基板に封止樹脂を形成する際に配線基板に発生し得る反り及びうねりを低減することができる構造を備えた半導体装置を提供する。
【解決手段】複数の半導体素子22a、22bと、少なくとも一つの電子部品30a、30bとが、略矩形形状を有する配線基板21に搭載され、前記配線基板21の主面において、前記半導体素子22a、22bが封止樹脂26により封止されてなる半導体装置20は、前記複数の半導体素子22a、22bは、前記配線基板21の四隅近傍において、対角状に位置する2つの隅部近傍に互いに所定長さ離間して搭載されることを特徴とする。
【選択図】 図2

Description

本発明は、半導体装置に関し、より具体的には、複数の半導体素子と少なくとも1つの電子部品を搭載して成る半導体装置に関する。
システム化、多機能化、メモリの大容量化、又は装置全体の薄型化等、半導体装置の機能を向上させるべく、半導体素子又は受動部品等の電子部品を複数搭載して成る半導体装置が提案されている。特に、配線基板上に複数の半導体素子等の電子部品を平面的に配置又は搭載して成る半導体装置は、半導体素子を垂直方向に積層して成る半導体装置に比し、装置全体の高さ(厚さ)を薄型にすることができる。
また、配線基板に搭載する電子部品によっては、封止が必要な場合があり、かかる場合には、前記電子部品を封止樹脂を用いて配線基板の電子部品搭載面に直接封止する。例えば、前記電子部品が半導体素子であり、当該半導体素子を所謂フェイスアップ状態で配線基板に搭載し、ボンディングワイヤによって当該半導体素子と配線基板とを接続する場合には、前記ボンディングワイヤ及び当該半導体素子を保護すべく、前記ボンディングワイヤ及び当該半導体素子は封止樹脂によって配線基板上に封止される。
一方、配線基板に搭載する電子部品が、例えばパッケージングされたBGA(Ball Grid Array)型又はQFP(Quad Flat Package)型の半導体装置である場合、当該半導体装置は配線基板上に半田付けによって搭載される。当該半導体装置は、配線基板への搭載前に既にパッケージングされているため、配線基板への搭載後に、封止樹脂を用いて配線基板上に封止されない。仮に、このようなパッケージングされた半導体装置を配線基板上に封止樹脂で封止すると、封止樹脂を厚く形成する必要がある。従って、このような半導体装置を配線基板上に搭載して成る所謂マルチチチップ型半導体装置の全体の高さ(厚さ)が大きくなってしまい、装置全体の薄型化の要請に応じることが出来なくなる場合がある。
なお、コンデンサモジュールと信号通過モジュールとが、略同一平面となるように組合せ配置されて一体構成としたコンデンサユニットが構成され、電子回路と、電子回路同士の接続を行う配線基板との間にコンデンサユニットを配設し、電子回路と配線基板との接続を行うと共に、電源系の雑音をバイパスする構成を有する電子回路装置が提案されている(特許文献1参照)。
また、3個以上の半導体チップが基板の一方の面上に平面的に並べて配置され当該基板の導体層と電気的に接続され、前記導体層を外部と電気的に接続するための複数の電極からなるボールグリッドアレイが基板の他の面上に形成され、半導体チップが基板の対辺の中点を結ぶ2つの中心線のそれぞれに少なくとも1つの半導体チップが跨がるようにして配置された構造が提案されている(特許文献2参照)。この構造では、半導体チップ、基板、及び細線は、外部環境による化学的な劣化又は傷等の物理的な劣化から半導体チップの回路形成面を保護するために、封止樹脂により保護されている。
更に、半導体素子が固着される金属板の表面における半導体素子搭載領域以外の部分に複数の方形凹部を略等間隔で縦横に配置して成る樹脂封止型半導体装置が提案されている(特許文献3参照)。
また、リードフレームの半導体素子搭載領域に複数個に分割したダイパッドを形成し、半導体素子を放熱板との間にダイパッドを介して固着することにより、半導体素子と放熱板との間の空間を拡げ、封止樹脂が流れ込むようにした構造が提案されている(特許文献4参照)。
特開平7−235632号公報 特開2000−196008号公報 特開2004−186622号公報 特開2006−140208号公報
しかしながら、封止樹脂を用いて配線基板上に樹脂封止する必要がある複数の半導体素子と、封止樹脂を用いて配線基板上に封止する必要がない電子部品との双方を、配線基板上に平面的に配置して成る半導体装置にあっては、当該半導体装置の製造工程に於いて配線基板上に封止樹脂を形成する際に配線基板に反り又はうねりが発生するおそれがある。これについて、図1を参照して説明する。
なお、図1(a)は、このような半導体装置の平面図であり、図1(b)は図1(a)の線X−Xにおける断面図であり、図1(c)は図1(a)の線Y1−Y1における断面図であり、図1(d)は図1(a)の線Y2−Y2における断面図である。
図1に示す半導体装置10においては、略矩形状の平面形状を有する配線基板1の一方の主面に、2つの半導体素子2a及び2bと、2つの半導体素子2c及び2dが搭載されている。配線基板1の前記主面の左上隅近傍に半導体素子2a(図1(a)においては点線で示している)が、配線基板1の前記主面の左下隅近傍に半導体素子2b(図1(a)においては点線で示している)が、配線基板1の前記主面の右上隅近傍に半導体装置3aが、配線基板1の前記主面の右下隅近傍に半導体装置3bが、それぞれ設けられている。
配線基板1の他方の主面、即ち、半導体素子2a及び2b、半導体装置3a及び3bが搭載される面と反対側の面には、図示を省略する導電層が設けられ、当該導電層には、半田を主体とする球状電極端子等の外部接続端子3がグリッド状に複数配設されている。
半導体素子2a及び2bは、それぞれ、ボンディングワイヤ4a及び4b(図1(a)においては点線で示している)を介して、配線基板1の主面に形成された図示を省略する電極にワイヤボンディング接続されている。半導体素子2a及び2bの上面(回路形成面)と、ボンディングワイヤ4a及び4bと、配線基板1に於いて当該ボンディングワイヤ4a及び4bが接続されている箇所には、外部環境に因る劣化から保護するために封止樹脂5が一体連続的に被覆されている。
一方、半導体装置3a及び3bは、共に同様のパッケージ化された構造を有し、所謂BGA(Ball Grid Array)型半導体装置の構造を有する。半導体装置3a及び3bにおいては略矩形形状の平面形状を有する配線基板6a(6b)の一方の主面に、半導体素子7a(7b)が搭載され、半導体素子7a(7b)が搭載される面とは反対側の面には、半田を主体とする球状電極端子等の外部接続端子9がグリッド状に複数配設されている。
半導体素子7a(7b)は、それぞれ、ボンディングワイヤ4c及び4dを介して、配線基板6a(6b)の主面に形成された省略する電極にワイヤボンディング接続され、半導体素子7a(7b)と、ボンディングワイヤ4c(4d)とは、配線基板6a(6b)上に於いて封止樹脂8a(8b)により一体封止されている。
半導体装置3a及び3bは、外部接続端子9を介して配線基板1上に搭載されるが、予めパッケージ化されているため、配線基板1上では封止樹脂5により封止されない。
このように、図1に示す半導体装置10は、封止樹脂5を用いて配線基板1上に一体連続的に封止される複数の半導体素子2a及び2bと、封止樹脂5を用いて配線基板1上に封止されない半導体装置3a及び3bとの双方が、配線基板1上に平面的に配置して成る。
かかる構造を有する半導体装置10の製造工程において、配線基板1上に封止樹脂5を形成する際に発生する残留応力、又は封止樹脂、当該封止樹脂により封止される半導体素子2a及び2b及び配線基板1等の半導体装置10を構成する各部材の熱膨張係数の相違に起因して、配線基板1に局所的に大きな反りが発生したり、或いは、部分的に上方に凸状となる反り及び下方に凸状となる反りが混在して発生するうねりが大きくなり、その結果半導体装置10の全体の反りが大きくなる場合がある。
図1(b)に示すように、図1(a)の線X−Xにおける箇所ではうねりが発生し、図1(c)に示すように、図1(a)の線Y1−Y1における箇所では下方に凸状の反りが発生し、図1(d)に示すように、図1(a)の線Y2−Y2における箇所では上方に凸状の反りが発生している。
このような配線基板1の反り又はうねりが発生すると、半導体装置10を図示を省略するマザーボード等に実装する際に接続不良等の不具合が発生したり、配線基板1上に封止樹脂5を形成する工程以降の半導体装置10の製造工程に於いて製造歩留が低下する等の問題が生じるおそれがある。
即ち、封止樹脂5部を形成しない配線基板1の箇所に半導体装置3a及び3b等の電子部品を搭載する工程、本例のように半導体装置10が、配線基板1の他方の主面に、半田を主体とする球状電極端子等の外部接続端子3がグリッド状に複数配設されてなるBGA(Ball Grid Array)型半導体装置である場合に、前記外部接続端子3を形成する工程、及び配線基板1が所謂多面取り基板である場合に当該配線基板1をダイシングブレード等を用いて切断し個片化する工程等において、配線基板1の反り又はうねりに因り、適切な処理を施すことができず、その結果、製造歩留の低下を招くおそれがある。このことは、外部接続端子3がランド状の形状を有するLGA(Land Grid Array)型半導体装置においても同様である。
そこで、本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、封止樹脂を用いて配線基板上に封止する必要がある複数の半導体素子と、封止樹脂を用いて配線基板上に封止する必要がない電子部品との双方が、配線基板上に平面的に配置されて成る半導体装置であって、配線基板に封止樹脂を形成する際に配線基板に発生し得る反り及びうねりを低減することができる構造を備えた半導体装置を提供することを本発明の目的とする。
本発明の一観点によれば、複数の半導体素子と、少なくとも一つの電子部品とが、略矩形形状を有する配線基板に搭載され、前記配線基板の主面において、前記半導体素子が封止樹脂により封止されてなる半導体装置であって、前記複数の半導体素子は、前記配線基板の四隅近傍において、対角状に位置する2つの隅部近傍に互いに所定長さ離間して搭載されることを特徴とする半導体装置が提供される。前記配線基板の主面において前記複数の半導体素子が搭載されている箇所を橋絡するように前記封止樹脂が一体形成されて、前記複数の半導体素子は共通に封止されることとしてもよい。
本発明の別の観点によれば、複数の半導体素子と、少なくとも一つの電子部品とが、略矩形形状を有する配線基板に搭載され、前記配線基板の主面において、前記半導体素子が封止樹脂により封止されてなる半導体装置であって、前記配線基板において、前記封止樹脂により封止される前記半導体素子が搭載される箇所と、前記電子部品が搭載され前記封止樹脂により封止されない箇所とが、略市松模様を形成することを特徴とする半導体装置が提供される。
前記配線基板における前記封止樹脂の形成高さは、前記配線基板における前記電子部品の搭載高さよりも高く設定してもよい。また、前記封止樹脂の上面と前記電子部品の上面とに、放熱部材が固着されることとしてもよい。
本発明によれば、封止樹脂を用いて配線基板上に封止する必要がある複数の半導体素子と、封止樹脂を用いて配線基板上に封止する必要がない電子部品との双方が、配線基板上に平面的に配置されて成る半導体装置であって、配線基板に封止樹脂を形成する際に配線基板に発生し得る反り及びうねりを低減することができる構造を備えた半導体装置が提供される。
以下、本発明の実施の形態について説明する。まず、本発明の実施の形態に係る半導体装置について説明し、次いで、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
1.本発明の実施の形態に係る半導体装置
[第1の実施の形態]
図2及び図3に本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置20の構造を示す。図2(a)は半導体装置20の平面図であり、図2(b)は図2(a)の線X−Xにおける断面図であり、図3(c)は図2(a)の線Y−Yにおける断面図であり、図3(d)は半導体装置20の底面図である。
図2及び図3に示す本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置20においては、略矩形状の平面形状を有する配線基板21の一方の主面に、2つの半導体素子22a及び22bが配線基板21の一方の対角線上に、更に、配線基板21の他方の対角線上には、電子部品として2つの半導体装置30a及び30bが、それぞれ所定長さ離間して搭載されている。
即ち、配線基板21の前記主面の左上隅近傍に半導体素子22a(図2(a)においては点線で示している)が、配線基板21の前記主面の右下隅近傍に半導体素子22b(図2(a)においては点線で示している)が、配線基板21の前記主面の右上隅近傍に半導体装置30aが、配線基板21の前記主面の左下隅近傍に半導体装置30bが、それぞれ設けられている
配線基板21は、回路基板、支持基板、又はインタポーザとも称されるプリント配線板である。配線基板21は、例えば、ガラス−エポキシ、ガラス−BT(ビスマレイミドトリアジン)、或いはポリイミド等の有機材絶縁性樹脂、又はセラミック又はガラス等の無機材料から成る。
必要に応じ、配線基板21の片面或いは両面に、又は多層配線層構造をもって銅(Cu)等からなる配線層(図示を省略する)が選択的に配設される。配線基板21の一方の主面(上面)には前記配線層につながる電極(図示を省略する)が配設され、当該電極に、半導体素子22a及び22bのボンディングワイヤ25a及び25bと、2つの半導体装置30a及び30bの外部接続端子33a及び33bが接続される。当該電極は、前記配線層の一部として形成されてもよく、また、当該電極の表面は下層よりNi(ニッケル)/金(Au)めっきが形成されてもよい。
配線基板21の他方の主面、即ち、半導体素子22a及び22b及び半導体装置30a及び30bが搭載される面と反対側の面には、図示を省略する配線層が設けられ、当該配線層には、錫(Sn)−銀(Ag)半田、或いは錫(Sn)−銀(Ag)−銅(Cu)半田等、半田を主体とする球状電極端子等の外部接続端子23がグリッド状に複数配設されている。即ち、本例の半導体装置20は、所謂BGA(Ball Grid Array)型半導体装置である。
なお、外部接続端子23は、銅(Cu)から成り、その表面に下層よりニッケル(Ni)/金(Au)めっきが形成されたランド状の形状を有していてもよい。即ち、本発明は、所謂LGA(Land Grid Array)型半導体装置に対しても適用され得る。
また、外部接続端子23は、前記配線層の一部として形成されていてもよい。更に、外部接続端子23は、半導体素子22a及び22b及び半導体装置30a及び30bが搭載される面と同一面上に形成されていてもよい。また、外部接続端子23は、配線基板21に接続された鉄(Fe)−ニッケル(Ni)合金、銅(Cu)、又は銅(Cu)合金等の導体から成るリードであってもよい。
半導体素子22a及び22b(図2(a)においては点線で示している)は、所謂ウェーハプロセスが適用されて、シリコン(Si)又はガリウム砒素(GaAs)等の半導体基板の一方の主面に、トランジスタ等の能動素子、コンデンサ等の受動素子並びにこれらの素子を接続する配線層をもって形成された電子回路を含み、それぞれの表面にアルミニウム(Al)又は銅(Cu)を主体とする金属から形成されてなる電極パッド(図示を省略する)が形成されている。
半導体素子22a及び22bは、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又はアクリル樹脂等から成る熱硬化性又は熱可塑性接着剤であるダイボンディング材24を介して配線基板21上に設けられている。なお、ダイボンディング材24は、配線基板21上又は半導体素子22a又は22bの前記配線基板21と対向する主面上に供給される際には、ペースト状又はフィルム状の何れの状態であってもよい。
半導体素子22a及び22bの前記電極パッドと配線基板21の電極とは、金(Au)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)又はこれらの合金等から成るボンディングワイヤ25a及び25b(図2(a)においては点線で示している)により接続されている。
半導体素子22aの上面(回路形成面)と、ボンディングワイヤ25aと、配線基板21に於いて当該ボンディングワイヤ25aが接続されている箇所、及び半導体素子22bの上面(回路形成面)と、ボンディングワイヤ25bと、配線基板21に於いて当該ボンディングワイヤ25bが接続されている箇所には、それぞれ、外部環境に因る劣化から保護するために封止樹脂26が被覆されている。なお、封止樹脂26として、例えば、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂或いはエポキシ系樹脂等を用いることができるが、これらに限定されない。
半導体装置30a及び30bは、共に同様のパッケージ化された構造を有し、所謂BGA(Ball Grid Array)型半導体装置の構造を有する。
半導体装置30a(30b)においては、略矩形状の平面形状を有する配線基板31a(31b)の一方の主面に、半導体素子32a(32b)が搭載されている。
配線基板31a(31b)は、上述の配線基板21を構成する材料と同様の材料から成り、配線基板21と同様の構造を有する。
配線基板31a(31b)の一方の主面(上面)には、配線基板21の電極と同様の電極(図示を省略する)が配設され、当該電極に、半導体素子32a(32b)と配線基板31a(31b)とを接続するボンディングワイヤ35a(35b)が接続されている。
配線基板31a(31b)の他方の主面、即ち、半導体素子32a(32b)が搭載される面と反対側の面には、外部接続端子23と同様の半田を主体とする球状電極端子等の外部接続端子33a(33b)がグリッド状に複数配設されている。即ち、本例の半導体装置30a(30b)は、BGA(Ball Grid Array)型半導体装置である。
半導体素子22a及び22bを構成する材料と同様の材料から成り、半導体素子22a及び22bと同様の構造を有する半導体素子32a(32b)は、ダイボンディング材24と同様の材料から成るダイボンディング材34a(34b)を介して配線基板31a(31b)上に設けられている。
半導体素子32a(32b)の回路形成面には、半導体素子22a及び22bの電極パッドと同様の電極パッドが形成されており、半導体素子32a(32b)の電極パッドと配線基板31a(31b)の電極とは、ボンディングワイヤ25a及び25bを構成する材料と同様の材料から成るボンディングワイヤ35a(35b)により接続されている。
半導体素子32a(32b)の上面(回路形成面)と、ボンディングワイヤ35a(35b)と、配線基板31a(31b)に於いて当該ボンディングワイヤ35a(35b)が接続されている箇所には、外部環境に因る劣化から保護するために、封止樹脂26を構成する材料と同様の材料から成る封止樹脂36a(36b)が被覆されている。
このように、本例の半導体装置20においては、略矩形状の平面形状を有する配線基板21の一方の主面に、封止樹脂26によって配線基板21の上面と共に個別に被覆された(樹脂封止された)半導体素子22a及び22bが配線基板21の一方の対角線上に平面的に所定長さ離間して搭載され、他方の対角線上には、封止樹脂26によって配線基板21の上面と共に被覆されない(樹脂封止されない)半導体装置30a及び30bが搭載されている。
即ち、略矩形状の平面形状を有する配線基板21の四隅近傍において、対角状に位置する2個の隅部近傍に封止樹脂26によって配線基板21の上面と共に個別に被覆された(樹脂封止された)半導体素子22a及び22bが設けられており、封止樹脂26によって被覆された(樹脂封止された)箇所が、配線基板21の主面において略対角状に分散して形成されている。
そして、かかる箇所以外の配線基板21の主面の箇所に、封止樹脂26による被覆(樹脂封止)が必要とされない半導体装置30a及び30bが搭載されている。
従って、かかる半導体装置20の製造工程において、配線基板21上に封止樹脂26を形成する際に、図1に示すような配線基板21における局所的な大きな反り、或いは、部分的に上方に凸状となる反り及び下方に凸状となる反りが混在して発生するうねりの発生を低減することができる。
よって、半導体装置20を図示を省略するマザーボード等に実装する際に接続不良等の不具合が発生したり、配線基板21上に封止樹脂26を形成する工程以降の半導体装置20の製造工程に於いて適切な処理が施せない等の不具合の発生を防止することができる。
従って、外形サイズが所定の規格に管理された半導体装置20を製造することができ、当該半導体装置20を図示を省略するマザーボード等に実装する際の製造歩留を向上させることができる。
本例の半導体装置20は、配線基板21の他方の主面に球状電極端子等の外部接続端子23がグリッド状に複数配設された所謂BGA(Ball Grid Array)型半導体装置である。しかしながら、図1に示す例と異なり、配線基板21の反り又はうねりを、より抑制することができるため、当該半導体装置20の製造工程中、外部接続端子23を形成する工程、及び配線基板21が所謂多面取り基板である場合に当該配線基板21をダイシングブレード等を用いて切断し個片化する工程等において、適切な処理を施すことができ、その結果、製造歩留を向上させることができる。
また、上述したように、本例では、略矩形状の平面形状を有する配線基板21の一方の主面に、封止樹脂26によって配線基板21の上面と共に個別に被覆された(樹脂封止された)半導体素子22a及び22bが配線基板21の一方の対角線上に平面的に所定長さ離間して搭載されている。即ち、封止樹脂26が形成される配線基板21の箇所は、配線基板21の平面に於いて略点対称に位置している。従って、封止樹脂26が形成される配線基板21の箇所が非対象に位置している場合に比し、配線基板21の反り又はうねりの発生を、より抑制することができる。
更に、封止樹脂26による被覆(樹脂封止)された箇所以外の配線基板21の主面の箇所に、封止樹脂26による被覆(樹脂封止)が必要とされない電子部品として半導体装置30a及び30bが搭載されている。
従って、予め個別に試験を行い良品保証された半導体装置を配線基板21に搭載することができ、完成体である半導体装置20の試験歩留を向上させることができる。
また、半導体装置30a及び30bとして、メモリ等の汎用の半導体装置を用いることができるため、半導体装置20の製造コストを低減することができる。更に、封止樹脂26による被覆(樹脂封止)された箇所以外の配線基板21の主面の箇所をも、電子部品の搭載領域として利用しているため、配線基板21の主面の有効利用を図ることができる。
また、本例においては、封止樹脂26により樹脂封止された半導体素子22a及び22bを配線基板21上に離間分布して配置しているため、半導体素子22a及び22bからの発熱を効率的に配線基板21内に分散させることができ、半導体装置20の放熱性を向上させることができる。即ち、一の半導体素子22a又は22bからの発熱の影響を他の半導体素子22b又は22aは受け難いため、温度上昇に起因する半導体素子22a及び22bの動作特性の異常の発生を抑制することができる。
ところで、本発明では、配線基板21上において半導体素子22a及び22bを樹脂封止する封止樹脂26の形成高さ、即ち、当該封止樹脂26の上面の位置と、封止樹脂26により樹脂封止されない半導体装置30a及び30bの配線基板21上における搭載高さとの関係につき、特に制限はなく、図4に示すように、配線基板21上において半導体素子22a及び22bを樹脂封止する封止樹脂26の形成高さが、封止樹脂26により樹脂封止されない半導体装置30a及び30bの搭載高さより高くなるように、封止樹脂26を配線基板21上に設けてもよい。
図4に示すように、配線基板21上において半導体素子22a及び22bを樹脂封止する封止樹脂26'の形成高さが、封止樹脂26'により樹脂封止されない半導体装置30a及び30bの搭載高さより高くなるように設定される場合、半導体装置20'の外形高さが封止樹脂26'によって定められる。即ち、封止樹脂26'が形成された部分の高さが最も高くなるため、半導体装置20'の製造工程においてハンドラー又はピックアップツール等による半導体装置20'の操作を容易に行うことができる。
封止樹脂26'により樹脂封止されない半導体装置30a及び30bの搭載高さが、半導体素子22a及び22bを樹脂封止する封止樹脂26'の形成高さより高くなるように設定される態様では、半導体装置30a及び30bの上面を吸着してハンドリングすることとなり、半導体素子22a及び22bと半導体装置30a及び30bとが配線基板21に搭載されて成る半導体装置をハンドリングする際又は出荷トレーに収納して輸送する際等に、不用意に半導体装置30a及び30bに応力が作用して、半導体装置30a及び30bと配線基板21との接続信頼性が劣化してしまうおそれがある。
これに対し、図4に示すように、配線基板21上において半導体素子22a及び22bを樹脂封止する封止樹脂26'の形成高さが、封止樹脂26'により樹脂封止されない半導体装置30a及び30bの搭載高さより高くなるように設定される場合、樹脂封止26'の上面を吸着してハンドリングすることとなる。
従って、半導体素子22a及び22bに封止樹脂26'による封止樹脂がなされ、半導体装置30a及び30bが配線基板21に搭載されたものの、未だ完全に完成されていない半導体装置をハンドリングする際又は半導体装置20'を出荷トレーに収納して輸送する際等に、不用意に半導体装置30a及び30bに応力が作用して、半導体装置30a及び30bと配線基板21との接続信頼性が劣化してしまうことを防止することができる。
ところで、図2乃至図4に示す例では、略矩形状の平面形状を有する配線基板21の一方の主面に、半導体素子22a及び22bが配線基板21の一方の対角線上に平面的に所定長さ離間して搭載され、半導体素子22a及び22bはそれぞれ個別に、封止樹脂26(26')によって配線基板21の上面と共に被覆(樹脂封止)されていたが、本発明の半導体装置はかかる例に限定されず、図5及び図6に示す構造を有していてもよい。
なお、図5(a)は半導体装置20−1の平面図であり、図5(b)は図5(a)の線X−Xにおける断面図であり、図6(c)は図5(a)の線Y−Yにおける断面図であり、図6(d)は半導体装置20−1の底面図である。また、図5(b)'は図5(b)に示す例の変形例を示す図である。また、図5及び図6において、図2乃至図4に示す箇所と同じ箇所には同じ番号を付し、その説明を省略する。
図5及び図6に示す例では、図2乃至図4に示す例と同様に、略矩形状の平面形状を有する配線基板21の一方の主面に、半導体素子22a及び22bが配線基板21の一方の対角線上に平面的に所定長さ離間して搭載され、半導体素子22aが配設されている箇所と半導体素子22bが配設されている箇所とを橋絡するように封止樹脂26−1が一体形成されている。一方、配線基板21の他方の対角線上には、封止樹脂26によって配線基板21の上面と共に被覆されていない(樹脂封止されていない)半導体装置30a及び30bが搭載されている。
半導体素子22aが配設されている箇所と半導体素子22bが配設されている箇所とを橋絡するように封止樹脂26−1が一体形成されて、半導体素子22a及び22は共通に封止されている。
従って、封止樹脂26−1を形成する際に、トランスファー成形法を用いて、金型内の1つのキャビティに1箇所から樹脂を充填することにより、一括して半導体素子22a及び22を共通に封止する封止樹脂26−1を形成することができる。よって、金型の構造の複雑化を回避でき、更に金型を構成する部品点数を削減することができると共に、封止樹脂26−1による樹脂封止効率の向上を図ることができる。
なお、本例においても、図2及び図3に示す例と同様の効果を奏することができることは言うまでもない。即ち、本例においても、封止樹脂26、26−1によって被覆される(樹脂封止される)半導体素子22a及び22bの配設箇所が、配線基板21の主面において略対角状に分散して形成されているため、半導体装置20−1の製造工程において、配線基板21上に封止樹脂26−1を形成する際に、配線基板21における反り又はうねりが発生することを防止することができる等の効果を奏することができる。
また、図5(b)'に示すように、図4に示す例と同様に、配線基板21上において半導体素子22a及び22bを共通に樹脂封止する封止樹脂26−1'の形成高さを、封止樹脂26−1'により樹脂封止されない半導体装置30a及び30bの搭載高さより高くなるように設定してもよい。この場合、図4に示す例と同様に、半導体装置20−1'の外形高さは封止樹脂26−1'によって定められ、封止樹脂26−1'が形成された部分の高さが最も高くなるため、半導体装置20−1'の製造工程においてハンドラー又はピックアップツール等による半導体装置20−1'の操作を容易に行うことができる。
ところで、図2乃至図6に示す例において、封止樹脂26、26'、26−1、26−1'によって配線基板21の上面と共に被覆されていない(樹脂封止されていない)電子部品として半導体装置30a及び30bが用いられているが、本発明はかかる例に限定されず、チップコンデンサ或いはチップ抵抗等の受動素子部品、又は図7及び図8に示すように、所謂フェイスダウン状態で配線基板21に搭載される半導体素子であってもよい。
なお、図7(a)は半導体装置20−2の平面図であり、図7(b)は図7(a)の線X−Xにおける断面図であり、図8(c)は図7(a)の線Y−Yにおける断面図であり、図7(b)'及び図8(c)'は図7(b)及び図8(c)に示す例の変形例を示す図である。なお、図7及び図8において、図5及び図6に示す箇所と同じ箇所には同じ番号を付し、その説明を省略する。
図7及び図8に示す例では、略矩形状の平面形状を有する配線基板21の一方の主面に、半導体素子22a及び22bが配線基板21の一方の対角線上に平面的に所定長さ離間して搭載され、半導体素子22aが配設されている箇所と半導体素子22bが配設されている箇所とを橋絡するように封止樹脂26−1が一体形成されている。一方、配線基板21の他方の対角線上には、封止樹脂26−1によって配線基板21の上面と共に被覆されていない(樹脂封止されていない)半導体素子40と半導体装置30bが搭載されている。
より具体的には、配線基板21の前記主面の左上隅近傍に半導体素子22a(図7(a)においては点線で示している)が、配線基板21の前記主面の右下隅近傍に半導体素子22b(図7(a)においては点線で示している)が、配線基板21の前記主面の右上隅近傍に半導体素子40が、配線基板21の前記主面の左下隅近傍に半導体装置30bが、それぞれ設けられている。
半導体素子40は、半導体素子22a及び22bを構成する材料と同様の材料から成り、半導体素子40の主面には、図示を省略する電極パッドが複数列状に形成されている。当該電極パッドには、バンプと称される凸状(突起状)外部接続端子42が接続されている。
凸状(突起状)外部接続端子42は、例えば、金(Au)、銅(Cu)或いはこれらの合金、半田、又はポリイミド等の樹脂を金属コートしたもの等から成る。凸状(突起状)外部接続端子42は、前記電極パッド上に、例えば、めっき法、転写法、印刷法、又はボールボンディング法等により形成され、配線基板21への実装の工法に応じて前記形成方法は適宜選択される。
かかる構造を有する半導体素子40は所謂フェイスダウン状態で配線基板21に搭載され、半導体素子40の凸状(突起状)外部接続端子42と配線基板21の上面に形成された電極とが接続されている。即ち、半導体素子40は、配線基板21にフリップチップ接続されている。
半導体素子40の凸状(突起状)外部接続端子42が形成されている面と配線基板21との間には、アンダーフィル材43が接続補強材として配設されている。アンダーフィル材43として、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又はアクリル樹脂等から成る熱硬化性接着剤を用いてもよい。また、アンダーフィル材43は、半導体素子40の凸状(突起状)外部接続端子42が形成されている面と配線基板21との間に供給される際には、ペースト状又はフィルム状の何れの状態であってもよい。
このように、半導体素子40は所謂フェイスダウン状態で配線基板21に搭載されるため、封止樹脂26−1に被覆されない電子部品としての配線基板21における搭載高さを低くすることができる。
よって、図7(b)'及び図8(c)'に示すように、配線基板21上において半導体素子22a及び22bを樹脂封止する封止樹脂26−1'の形成高さを、封止樹脂26−1'により樹脂封止されない半導体素子40及び半導体装置30bの搭載高さより高くなるように設定することと相俟って、半導体装置20−2'の外形高さを封止樹脂26−1'によって定めることができ、封止樹脂26−2'が形成された部分の高さが最も高くなるため、半導体装置20−2'の製造工程においてハンドラー又はピックアップツール等による半導体装置20−2'の操作を容易に行うことができる。
また、このように、半導体素子40は所謂フェイスダウン状態で配線基板21に搭載されるため、当該半導体素子40の背面は露出している。従って、半導体素子40の放熱性を向上させることができる。なお、詳細は後述するが、図11に示すように、半導体装置20−2'の上部に容易にヒートスプレッダ(放熱部材)80を取り付けることができ、さらに放熱性を向上させることができる。
なお、本例においても、図2及び図3に示す例と同様の効果を奏することができることは言うまでもない。即ち、本例においても、封止樹脂26−1、26−1'によって被覆される(樹脂封止される)半導体素子22a及び22bの配設箇所が、配線基板21の主面において略対角状に分散して形成されているため、半導体装置20−2の製造工程において、配線基板21上に封止樹脂26−1、26−1'を形成する際に、配線基板21における反り又はうねりが発生することを防止することができる等の効果を奏することができる。
また、図5及び図6に示す例と同様に、半導体素子22aが配設されている箇所と半導体素子22bが配設されている箇所とを橋絡するように封止樹脂26−1、26−1'が一体形成されて、半導体素子22a及び22を共通に封止する構造となっているため、封止樹脂26−1、26−1'を形成する際に、トランスファー成形法を用いて、金型内の1つのキャビティに1箇所から樹脂を充填することにより一括して半導体素子22a及び22を共通に封止する封止樹脂26−1、26−1'を形成することができる。よって、金型の構造の複雑化を回避でき、更に金型を構成する部品点数を削減することができると共に、封止樹脂26−1、26−1'による樹脂封止効率の向上を図ることができる。
図2乃至図8に示す本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置20、20'、20−1、20−1'、20−2、20−2'においては、略矩形状の平面形状を有する配線基板21の一方の主面に、2つの半導体素子22a及び22bが配線基板21の一方の対角線上に搭載されて封止樹脂26により樹脂封止され、電子部品として2つの半導体装置30a及び30b又は半導体装置30b及び半導体素子40が配線基板21の他方の対角線上に、所定長さ離間して搭載されている。
しかしながら、本発明はかかる例に限定されず、図9及び図10に示す態様(本発明の第2の実施の形態)であってもよい。
[第2の実施の形態]
図9に本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置50の構造を示す。図9(a)は半導体装置50の平面図であり、図9(b)は図9(a)の線X1−X1における断面図であり、図9(c)は図9(a)の線X2−X2における断面図であり、図9(d)は図9(a)の線Y−Yにおける断面図である。なお、図9において、図2乃至図8に示す箇所と同じ箇所には同じ番号を付し、その説明を省略する。
図9に示す半導体装置50においては、配線基板21上において、封止樹脂26−2により配線基板21の上面と共に被覆(樹脂封止)される半導体素子が載置される箇所と、封止樹脂26−2により被覆(樹脂封止)されることなく電子部品が載置される箇所とが、略市松模様状に形成されている。
より具体的には、本例では、前記市松模様は6つの升目から構成されており、図9(a)に示すように、略矩形状の平面形状を有する配線基板21の主面の左上隅近傍に略同一外形サイズの半導体素子22a及び40a(図9(a)においては点線で示している)が配設され、配線基板21の前記主面の右上隅近傍に略同一外形サイズの半導体素子22b及び40b(図9(a)においては点線で示している)が配設され、半導体素子22aと半導体素子22bとの間において半導体素子40cが凸状(突起状)外部接続端子42を介して配線基板21にフリップチップ実装され、半導体素子40cと配線基板21との間隙にはアンダーフィル材43が配設されている。
半導体素子40a及び40bは、それぞれ凸状(突起状)外部接続端子42を介して配線基板21にフリップチップ実装され、半導体素子40a及び40bと配線基板21との間隙にはそれぞれアンダーフィル材43が配設されている。半導体素子22a及び半導体素子22bは、それぞれダイボンディング材24を介して、半導体素子40a及び半導体素子40b上に積層搭載されている。半導体素子22a及び22bの電極パッド(図示を省略する)と配線基板21の電極(図示を省略する)とは、ボンディングワイヤ25a及び25b(図9(a)においては点線で示している)が接続されている。このように、半導体素子22a及び半導体素子22bは、半導体素子40a及び半導体素子40b上に積層搭載されているため、多機能化又はメモリの大容量化等、半導体装置50の機能を向上させることができる。
配線基板21の主面の左下隅近傍には半導体装置30aがその外部接続端子33aを介して配設され、配線基板21の前記主面の右下隅近傍にはチップコンデンサ或いはチップ抵抗等の4つの受動素子部品55が半田56を介して配設されている。半導体装置30aと4つの受動素子部品55との間に、半導体素子22a及び半導体素子22bと同様の材料から形成されてなる半導体素子22cが設けられている。
半導体素子22cはダイボンディング材24を介して配線基板21上に設けられ、半導体素子22cの電極パッド(図示を省略する)と配線基板21の電極(図示を省略する)とは、ボンディングワイヤ25c(図9(a)においては点線で示している)が接続されている。
本例では更に、外部環境に因る劣化から保護するために、半導体素子22aの上面(回路形成面)、ボンディングワイヤ25a、及び配線基板21に於いて当該ボンディングワイヤ25aが接続されている箇所と、半導体素子22cの上面(回路形成面)、ボンディングワイヤ25c、及び配線基板21に於いて当該ボンディングワイヤ25cが接続されている箇所とを橋絡するように、半導体素子22cの上面(回路形成面)、ボンディングワイヤ25c、及び配線基板21に於いて当該ボンディングワイヤ25cが接続されている箇所と、半導体素子22bの上面(回路形成面)、ボンディングワイヤ25b、及び配線基板21に於いて当該ボンディングワイヤ25bが接続されている箇所とを橋絡するように、封止樹脂26−2が設けられている。
即ち、本例では、配線基板21上において、封止樹脂26−2により配線基板21の上面と共に被覆(樹脂封止)される半導体素子22a乃至22cが載置される箇所と、封止樹脂26−2により被覆(樹脂封止)されることなく半導体素子40c、半導体装置30a、及び受動素子部品55が載置される箇所とが、6つの升目から構成される略市松模様状に形成され、当該市松模様を構成する升目の1升分に相当する封止樹脂部(半導体素子22cが配設される箇所)と、この封止樹脂部と斜めの方向に位置する近接する他の1升分に相当する封止樹脂部(半導体素子22a及び22bが形成される箇所)とが封止樹脂26−2により橋絡された構造となっている。
よって、本例においても、本発明の第1の実施の形態と同様に、封止樹脂26−1によって被覆される(樹脂封止される)半導体素子22a、22b及び22cの配設箇所が、配線基板21の主面において分散して形成されているため、半導体装置50の製造工程において、配線基板21上に封止樹脂26−2を形成する際に、配線基板21における反り又はうねりが発生することを防止することができる。
また、上述のように、半導体素子22aが配設されている箇所と半導体素子22bが配設されている箇所とを橋絡するように、且つ、半導体素子22bが配設されている箇所と半導体素子22cが配設されている箇所とを橋絡するように、封止樹脂26−2が形成されて、半導体素子22aと、半導体素子22bと、半導体素子22cとを共通に封止する構造となっている。
よって、封止樹脂26−2を形成する際に、トランスファー成形法を用いて、金型内の1つのキャビティに1箇所から樹脂を充填することにより一括して、半導体素子22aと、半導体素子22bと、半導体素子22cとを共通に封止する封止樹脂26−2を形成することができる。よって、金型の構造の複雑化を回避でき、更に金型を構成する部品点数を削減することができると共に、封止樹脂26−2による樹脂封止効率の向上を図ることができる。
また、本例では、図9(b)乃至図9(d)に示すように、配線基板21上において半導体素子22a乃至22cを樹脂封止する封止樹脂26−2の形成高さは、封止樹脂26−2により樹脂封止されない半導体装置30a、半導体素子40c及び受動素子部品55の搭載高さより高くなるように設定されている。
従って、半導体素子22a乃至22cに封止樹脂26−2による封止樹脂がなされ、半導体装置30a、半導体素子40c及び受動素子部品55が配線基板21に搭載されたものの、未だ完全に完成されていない半導体装置をハンドリングする際又は半導体装置50を出荷トレーに収納して輸送する際等には、樹脂封止26−2の上面を吸着してハンドリングすることができ、不用意に半導体装置30a、半導体素子40c及び受動素子部品55に応力が作用して、半導体装置30a、半導体素子40c及び受動素子部品55と配線基板21との接続信頼性が劣化してしまうことを防止することができる。
更に、詳細は後述するが、図11に示すヒートスプレッダ(放熱部材)80を半導体装置50の上部に容易に取り付けることができる。
このように、図9に示す半導体装置50においては、配線基板21上において、封止樹脂26−2により配線基板21の上面と共に被覆(樹脂封止)される半導体素子が載置される箇所と、封止樹脂26−2により被覆(樹脂封止)されることなく電子部品が載置される箇所とが、6つの升目から構成される略市松模様状に形成されているが、当該略市松模様を構成する升目の数に制限はなく、例えば、図10に示す半導体装置70のように、配線基板21上において、封止樹脂26−3により配線基板21の上面と共に被覆(樹脂封止)される半導体素子が載置される箇所と、封止樹脂26−3により被覆(樹脂封止)されることなく電子部品が載置される箇所とが、9つの升目から構成される略市松模様状に形成されていてもよい。
図10(a)は半導体装置70の平面図であり、図10(b)は図10(a)の線X−Xにおける断面図であり、図10(c)は図10(a)の線Y−Yにおける断面図である。なお、図10において、図9に示す箇所と同じ箇所には同じ番号を付し、その説明を省略する。
本例では、前記市松模様は9つの升目から構成されており、図10(a)に示すように、略矩形状の平面形状を有する配線基板21の主面の左上隅近傍に半導体素子22a(図10(a)においては点線で示している)が配設され、配線基板21の前記主面の右上隅近傍に半導体素子22b(図10(a)においては点線で示している)が配設され、半導体素子22aと半導体素子22bとの間にはチップコンデンサ或いはチップ抵抗等の3つの受動素子部品55が半田56を介して配設されている。
半導体素子22a及び半導体素子22bは、ダイボンディング材24を介して配線基板21上に設けられている。半導体素子22a及び22bの電極パッド(図示を省略する)と配線基板21の電極(図示を省略する)とは、ボンディングワイヤ25a及び25b(図10(a)においては点線で示している)が接続されている。
配線基板21の主面の左下隅近傍に半導体素子22c(図10(a)においては点線で示している)が配設され、配線基板21の前記主面の右下隅近傍に半導体素子22d(図10(a)においては点線で示している)が配設され、半導体素子22cと半導体素子22dとの間にはチップコンデンサ或いはチップ抵抗等の3つの受動素子部品55が半田56を介して配設されている。
半導体素子22c及び半導体素子22dは、ダイボンディング材24を介して配線基板21上に設けられている。半導体素子22c及び22dの電極パッド(図示を省略する)と配線基板21の電極(図示を省略する)とは、ボンディングワイヤ25c及び25d(図10(a)においては点線で示している)が接続されている。
更に、半導体素子22aと半導体素子22cとの間には半導体装置30aがその外部接続端子(図示を省略する)を介して配線基板21上に配設され、半導体素子22bと半導体素子22dとの間には半導体装置30bが、その外部接続端子33bを介して配線基板21上に配設されている。
また、半導体装置30aと半導体装置30bとの間には、ダイボンディング材(図示を省略する)を介して半導体素子22eが配線基板21上に設けられている。半導体素子22eの電極パッド(図示を省略する)と配線基板21の電極(図示を省略する)とは、ボンディングワイヤ25e(図10(a)においては点線で示している)が接続されている。
本例では更に、外部環境に因る劣化から保護するために、半導体素子22eの上面(回路形成面)、ボンディングワイヤ25e、及び配線基板21に於いて当該ボンディングワイヤ25eが接続されている箇所と、半導体素子22aの上面(回路形成面)、ボンディングワイヤ25a、及び配線基板21に於いて当該ボンディングワイヤ25aが接続されている箇所とを橋絡するように、半導体素子22eの上面(回路形成面)、ボンディングワイヤ25e、及び配線基板21に於いて当該ボンディングワイヤ25eが接続されている箇所と、半導体素子22bの上面(回路形成面)、ボンディングワイヤ25b、及び配線基板21に於いて当該ボンディングワイヤ25bが接続されている箇所とを橋絡するように、半導体素子22eの上面(回路形成面)、ボンディングワイヤ25e、及び配線基板21に於いて当該ボンディングワイヤ25eが接続されている箇所と、半導体素子22cの上面(回路形成面)、ボンディングワイヤ25c、及び配線基板21に於いて当該ボンディングワイヤ25cが接続されている箇所とを橋絡するように、半導体素子22eの上面(回路形成面)、ボンディングワイヤ25e、及び配線基板21に於いて当該ボンディングワイヤ25eが接続されている箇所と、半導体素子22dの上面(回路形成面)、ボンディングワイヤ25d、及び配線基板21に於いて当該ボンディングワイヤ25dが接続されている箇所とを橋絡するように、封止樹脂26−3が設けられている。
即ち、本例では、配線基板21上において、封止樹脂26−3により配線基板21の上面と共に被覆(樹脂封止)される半導体素子22a乃至22eが載置される箇所と、封止樹脂26−3により被覆(樹脂封止)されることなく半導体装置30a、半導体装置30b、及び受動素子部品55が載置される箇所とが、9つの升目から構成される略市松模様状に形成され、当該市松模様を構成する升目の1升分に相当する封止樹脂部(半導体素子22eが配設される箇所)と、この封止樹脂部と斜めの方向に位置する近接する他の1升分に相当する封止樹脂部(半導体素子22a乃至半導体素子22dが形成される箇所)とが封止樹脂26−3により橋絡された構造となっている。
よって、本例においても、本発明の第1の実施の形態と同様に、封止樹脂26−3によって被覆される(樹脂封止される)半導体素子22a乃至22eの配設箇所が、配線基板21の主面において分散して形成されているため、半導体装置50の製造工程において、配線基板21上に封止樹脂26−3を形成する際に、配線基板21における反り又はうねりが発生することを防止することができる。
また、上述のように、半導体素子22eが配設されている箇所と半導体素子22aが配設されている箇所とを橋絡するように、半導体素子22eが配設されている箇所と半導体素子22bが配設されている箇所とを橋絡するように、半導体素子22eが配設されている箇所と半導体素子22cが配設されている箇所とを橋絡するように、半導体素子22eが配設されている箇所と半導体素子22dが配設されている箇所とを橋絡するように、封止樹脂26−3が形成されて、半導体素子22a乃至半導体素子22eを共通に封止する構造となっている。
よって、封止樹脂26−3を形成する際に、トランスファー成形法を用いて、金型内の1つのキャビティに1箇所から樹脂を充填することにより一括して、半導体素子22a乃至22eを共通に封止する封止樹脂26−3を形成することができる。従って、金型の構造の複雑化を回避でき、更に金型を構成する部品点数を削減することができると共に、封止樹脂26−3による樹脂封止効率の向上を図ることができる。
また、本例では、図10(b)及び図10(c)に示すように、配線基板21上において半導体素子22a乃至22eを樹脂封止する封止樹脂26−3の形成高さは、封止樹脂26−3により樹脂封止されない半導体装置30a、半導体装置30b及び受動素子部品55の搭載高さより高くなるように設定されている。
従って、半導体素子22a乃至22eに封止樹脂26−3による封止樹脂がなされ、半導体装置30a、半導体装置30b及び受動素子部品55が配線基板21に搭載されたものの、未だ完全に完成されていない半導体装置をハンドリングする際又は半導体装置70を出荷トレーに収納して輸送する際等には、樹脂封止26−3の上面を吸着してハンドリングすることができ、不用意に半導体装置30a、半導体装置30b及び受動素子部品55に応力が作用して、半導体装置30a、半導体装置30b及び受動素子部品55と配線基板21との接続信頼性が劣化してしまうことを防止することができる。
[第3の実施の形態]
上述したように、図7(a)、図7(b)'、及び図8(c)'に示す半導体装置20−2'においては、封止樹脂26−1'によって配線基板21の上面と共に被覆されていない(樹脂封止されていない)電子部品として、所謂フェイスダウン状態で配線基板21にフリップチップ実装される半導体素子40が用いられている。
本発明においては、フリップチップ実装されている半導体素子40からの放熱を図るべく、図11に示すように、ヒートスプレッダ(放熱部材)80を設けてもよい。
ここで、図11(a)はヒートスプレッダ80が設けられた半導体装置20−3の平面図であり、図11(b)は図11(a)の線X−Xにおける断面図であり、図11(c)は図11(a)の線Y−Yにおける断面図である。なお、図11において、図7(a)、図7(b)'、及び図8(c)'に示す箇所と同じ箇所には同じ番号を付し、その説明を省略する。
図11に示すように、本例においては、配線基板21と略同じ平面積を有するヒートスプレッダ80が半導体装置20−3の上方に設けられている。
ヒートスプレッダ80は、例えば、銅(Cu)、タングステン(W)、或いはモリブデン(Mo)等の金属又はこれらの合金、窒化アルミニウム(AlN)系、炭化ケイ素(SiC)系、ムライト(Al−SiO)系等のセラミック、アルミシリコンカーバイド(Al−SiC)系等の金属−セラミック複合材等から成る。
封止樹脂26−1'とヒートスプレッダ80との間には、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂或いはアクリル樹脂等から成る熱硬化性接着剤81が設けられ、これにより、両者が固着されている。なお、熱硬化性接着剤81は、封止樹脂26−1とヒートスプレッダ80との間に供給する際はペースト状又はフィルム状の何れであってもよい。
配線基板21にフリップチップ実装されている半導体素子40の背面とヒートスプレッダ80との間には、高熱伝導性接着剤82が設けられている。高熱伝導性接着剤82として、銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)等の金属粒子、又は窒化アルミニウム(AlN)、炭化ケイ素(SiC)、酸化ベリリウム(BeO)等のセラミック粒子を含んだエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、或いはアクリル樹脂等からなる熱可塑性又は熱硬化性接着剤を用いることができる。
かかる構造の下、半導体装置20−3の上方に設けられたヒートスプレッダ80は封止樹脂26−1'の上面に熱硬化性接着剤81を介して固定されるとともに、配線基板21にフリップチップ実装されている半導体素子40の背面に、高熱伝導性接着剤82を介して接続される。
このように、半導体装置20−3においては、図7(a)、図7(b)'、及び図8(c)'に示した半導体装置20−2'にヒートスプレッダ80を固着した構成とすることにより、配線基板21にフリップチップ実装されている半導体素子40からの発熱を放散させることができる。
特に、本例では、ヒートスプレッダ80は、熱硬化性接着剤81及び高熱伝導性接着剤82を介して、封止樹脂26−1'及び半導体素子40に固着されているため、ヒートスプレッダ80が発熱源である半導体素子40のみに取り付けられる場合に比し、ヒートスプレッダ80と半導体素子40との固着箇所に集中する応力を分散させることができる。
また、本例では、封止樹脂26−1'の形成高さは、封止樹脂26−1'により樹脂封止されない半導体素子40及び半導体装置30bの搭載高さより高く設定されているため、半導体装置20−2'の上部に容易にヒートスプレッダ80を取り付けることができる。
なお、本例では、半導体装置30bとヒートスプレッダ80とは固着されていないが、半導体素子22aが配設されている箇所と半導体素子22bが配設されている箇所とを橋絡するように配線基板21の略対角線上に形成された封止樹脂26−1'と、半導体素子40とにヒートスプレッダ80は固着されているため、ヒートスプレッダ80が傾斜することなく、精度良く安定して取り付けることができる
2.本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法
以下では、上述の第3の実施の形態として説明した半導体装置20−3,即ち、ヒートスプレッダ80が固着された半導体装置20−2'の製造方法を主として説明し、他の実施の形態の製造方法については、各工程の説明に於いて適宜説明する。図12(a)乃至図14(h)の各図において、上図は図11の線X−Xにおける断面図であり、下図は図11(a)の線Y−Yにおける断面図である。
まず、図12(a)に示すように、配線基板21上に、後の工程(図12(b)に示す工程)で配線基板21の上面と共に封止樹脂26−1'を用いて樹脂封止する半導体素子22aを、ダイボンディング材24を介して配線基板21上に設け、当該半導体素子22aの電極パッド(図示を省略する)と配線基板21の電極(図示を省略する)とを、ボンディングワイヤ25aで接続する。図12(a)では図示されないが、同様に、半導体素子22bもダイボンディング材24を介して配線基板21上に設けられ、当該半導体素子22bの電極パッド(図示を省略する)と配線基板21の電極(図示を省略する)とをボンディングワイヤ25bで接続される。
次に、図12(b)で示すように、トランスファー成形法を用いて、金型内の1つのキャビティに1箇所から樹脂を充填することにより一括して半導体素子22a及び22bを共通に封止する封止樹脂26−1'を形成する。即ち、半導体素子22aの上面(回路形成面)、ボンディングワイヤ25a、及び配線基板21に於いて当該ボンディングワイヤ25aが接続されている箇所と、半導体素子22bの上面(回路形成面)、ボンディングワイヤ25b、及び配線基板21に於いて当該ボンディングワイヤ25bが接続されている箇所とを橋絡するように、封止樹脂26−1'を一体形成する。
よって、金型の構造の複雑化を回避でき、更に金型を構成する部品点数を削減することができると共に、封止樹脂26−1'による樹脂封止効率の向上を図ることができる。よって、製造コストの上昇を招くことなく、生産性を向上させることができる。
また、封止樹脂26−1'によって被覆される(樹脂封止される)半導体素子22a及び22bの配設箇所が、配線基板21の主面において略対角状に分散して形成されているため、封止樹脂26−1'を配線基板21上に形成する際に、配線基板21における反り又はうねりが発生することを防止することができる。
更に、配線基板21上において半導体素子22a及び22bを樹脂封止する封止樹脂26−1'の形成高さは、後の工程(図12(c)に示す工程)で配線基板21上に配設される半導体装置30b及び半導体素子40の配線基板21上における搭載高さより高くなるように設定される。従って、封止樹脂26−1'が形成された部分の高さが最も高くなるため、本半導体装置20−2'(20−3)の製造工程等においてハンドラー又はピックアップツール等による半導体装置20−2'(20−3)の操作を容易に行うことができる。
本工程において使用される金型のキャビティの形状を変えることにより、半導体素子22a及び22bを個別に樹脂封止する態様(図2参照)、市松模様を構成する升目の1升分に相当する一の部位(半導体素子22cが配設されている箇所)と、この箇所と斜めの方向に位置する近接する他の2つの1升分に相当する部位(半導体素子22aが配設されている箇所及び半導体素子22bが配設されている箇所)とを橋絡するように一括して樹脂封止する態様(図9参照)、又は市松模様を構成する升目の1升分に相当する一の部位(半導体素子22eが配設されている箇所)と、この箇所と斜めの方向に位置する近接する他の4つの1升分に相当する部位(半導体素子22a乃至半導体素子22dが配設されている箇所)とを橋絡するように一括して樹脂封止する態様(図10参照)を形成することができる。
なお、本例では、樹脂封止する方法として、トランスファー成形法が用いられているが、コンプレッション成形法又はポッティング法等により樹脂封止してもよい。
次に、図12(c)に示すように、配線基板21の主面であって、封止樹脂26−1'が形成されていない箇所に、BGA(Ball Grid Array)型半導体装置である半導体装置30b及び半導体素子40を搭載する。
具体的には、配線基板21の主面であって、封止樹脂26−1'が配設されていない箇所に形成された電極(図示を省略)であって、半導体装置30bの半田を主体とする球状電極端子等の外部接続端子33a及び半導体素子40のバンプと称され半田を主体とする凸状(突起状)外部接続端子42が接続される電極に、予備半田として半田ペースト60を形成する。
半田ペースト60は、例えば、マスク印刷法、転写法、又はディスペンス法等により配線基板21の電極に形成することができる。また、半田ペースト60は、配線基板21の電極ではなく、半導体装置30bの外部接続端子33a又は半導体素子40の凸状外部接続端子42に形成してもよい。
半田ペースト60が形成された配線基板21の電極と半導体装置30bの外部接続端子33aとを接続するように半導体装置30bを配線基板21に搭載し、次いで、半導体素子40を所謂フェイスダウン状態で配線基板21に搭載して、半導体素子40の凸状(突起状)外部接続端子42と配線基板21の電極とを接続する。但し、半導体素子40を配線基板21にフェイスダウン状態で接続し、次いで、半導体装置30bを配線基板21に接続してもよい。
なお、配線基板21にチップコンデンサ或いはチップ抵抗等の受動素子部品55を配設する態様(図9又は図10参照)にあっても、配線基板21の電極に上述の半田ペースト60と同様の半田ペースト56を介して受動素子部品55は配設される。
次に、図13(d)に示すように、リフロー半田付け工程を行い、前記半田ペースト56を一括して溶融して、半導体装置30b及び半導体素子40を配線基板21に実装する。このとき、リフロー処理における最大到達温度として、260℃に設定してもよい。
次いで、図13(e)に示すように、半導体素子40の凸状(突起状)外部接続端子42が形成されている面と配線基板21との間に、ペースト状アンダーフィル材43を接続補強材及び半導体素子40の回路保護材として供給し、加熱により硬化させ、半導体素子40のフリップチップ接続が完成する。
半導体素子40の配線基板21へのフリップチップ接続にあっては、半導体素子40を配線基板21に搭載・接続する際に、予め配線基板21の主面上にペースト状又はフィルム状のアンダーフィル材43を供給しておき、荷重及び熱を印加してアンダーフィル材43を介しながら半導体素子40を配線基板21に搭載することによりアンダーフィル材43を押し広げて半導体素子40の全面領域にアンダーフィル材43を流動させて充填し、同時にアンダーフィル材43を硬化させる方法を採用してもよい。この場合、上述の予備半田として半田ペースト60の形成は不要となる。
また、図13(d)に示すリフロー半田付け工程により、半導体装置30bの配線基板21への搭載・固着が完了した後に、半導体素子40を配線基板21にフリップチップ接続してもよい。
しかる後、図13(f)に示すように、半導体素子22a、22b及び40と半導体装置30bとが搭載・固着された配線基板21の他方の主面(裏面)に対し、錫(Sn)−銀(Ag)半田、或いは錫(Sn)−銀(Ag)−銅(Cu)半田等、半田を主体とする球状電極端子等の外部接続端子23をグリッド状に複数配設する。このとき、配線基板21において反り又はうねりは発生していないため、歩留まり良く外部接続端子23を配線基板21の主面(裏面)に配設することができる。
次に、ダイシングブレード等を用いて、配線基板21を、半導体素子22a、22b及び40と半導体装置30bの搭載箇所を単位として切断し、個片化する。これにより、図7(a)、図7(b)'及び図8(c)'に示すBGA(Ball Grid Array)型の半導体装置20−2'が形成される。この個片化工程においても、配線基板21において反り又はうねりは発生していないため、歩留まり良く図7(a)、図7(b)'及び図8(c)'に示す半導体装置20−2'を形成することができる。
なお、予め個片化された配線基板21を用いて上述した外部端子配設工程までの処理を行う場合には、この個片化工程は不要となる。
次に、フリップチップ実装されている半導体素子40からの放熱を図るべく、配線基板21と略同じ平面積を有するヒートスプレッダ80を、半導体装置20−2'の上方に設ける。
まず、図14(g)に示すように、封止樹脂26−1'の上面にペースト状又はフィルム状のエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂或いはアクリル樹脂等から成る熱硬化性接着剤81を設ける。また、半導体素子40の背面に、銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)等の金属粒子、又は窒化アルミニウム(AlN)、炭化ケイ素(SiC)、酸化ベリリウム(BeO)等のセラミック粒子を含んだエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、或いはアクリル樹脂等からなる熱可塑性又は熱硬化性接着剤等の高熱伝導性接着剤82を設ける。
封止樹脂26−1'の上面への熱硬化性接着剤81の配設及び半導体素子40の背面への高熱伝導性接着剤82の配設にあっては、ディスペンス法、貼付法、又は印刷法等を用いることができる。
なお、熱硬化性接着剤81及び高熱伝導性接着剤82を、封止樹脂26−1'の上面及び半導体素子40の背面ではなく、ヒートスプレッダ80の封止樹脂26−1'の上面及び半導体素子40の背面に対向する面に予め形成してもよい。
次に、図14(h)に示すように、熱硬化性接着剤81が配設された封止樹脂26−1'の上面及び高熱伝導性接着剤82が配設された半導体素子40の背面に、ヒートスプレッダ80を搭載し、図示を省略する恒温槽等により、温度120℃乃至180℃の条件で約30乃至60分間加熱して、熱硬化性接着剤81及び高熱伝導性接着剤82を硬化(固化)させる。
これにより、ヒートスプレッダ80は、熱硬化性接着剤81及び高熱伝導性接着剤82を介して、封止樹脂26−1'及び半導体素子40のそれぞれに固着される。
本例では、図12(b)に示す封止樹脂26−1'を形成する工程において、当該封止樹脂26−1'の形成高さは、図12(c)に示す工程により配線基板21上に配設される半導体素子40及び半導体装置30bの配線基板21上における搭載高さより高く設定されているため、半導体装置20−2'の上部に容易にヒートスプレッダ80を取り付けることができる。
このようにして、ヒートスプレッダ80が固着された半導体装置20−2'、即ち、半導体装置20−3が形成される。
以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
例えば、上述の各例では、封止樹脂26、26'、26−1、26−1'、26−2、又は26−3により被覆される半導体素子22は、ボンディングワイヤ25を介して配線基板21に接続されていたが、本発明はかかる態様に限定されず、半導体素子を配線基板21にフリップチップ実装し、かかる半導体素子を封止樹脂26、26'、26−1、26−1'、26−2、又は26−3で配線基板21の上面の箇所と共に被覆する態様に対しても、本発明を適用することができる。
以上の説明に関し、更に以下の項を開示する。
(付記1)
複数の半導体素子と、少なくとも一つの電子部品とが、略矩形形状を有する配線基板に搭載され、
前記配線基板の主面において、前記半導体素子が封止樹脂により封止されてなる半導体装置であって、
前記複数の半導体素子は、前記配線基板の四隅近傍において、対角状に位置する2つの隅部近傍に互いに所定長さ離間して搭載されることを特徴とする半導体装置。
(付記2)
付記1記載の半導体装置であって、
前記複数の半導体素子は、前記封止樹脂により個別に封止されることを特徴とする半導体装置。
(付記3)
付記1記載の半導体装置であって、
前記配線基板の主面において前記複数の半導体素子が搭載されている箇所を橋絡するように前記封止樹脂が一体形成されて、前記複数の半導体素子は共通に封止されることを特徴とする半導体装置。
(付記4)
付記1乃至3いずれか一項記載の半導体装置であって、
前記電子部品は、前記配線基板の主面において前記封止樹脂が形成されない箇所に搭載されることを特徴とする半導体装置。
(付記5)
付記1乃至4いずれか一項記載の半導体装置であって、
前記封止樹脂によって封止された前記複数の半導体素子は、互いに、前記配線基板の一方の対角線上に平面的に所定長さ離間して搭載され、
前記配線基板の他方の対角線上に前記電子部品が搭載されることを特徴とする半導体装置。
(付記6)
複数の半導体素子と、少なくとも一つの電子部品とが、略矩形形状を有する配線基板に搭載され、
前記配線基板の主面において、前記半導体素子が封止樹脂により封止されてなる半導体装置であって、
前記配線基板において、前記封止樹脂により封止される前記半導体素子が搭載される箇所と、前記電子部品が搭載され前記封止樹脂により封止されない箇所とが、略市松模様を形成することを特徴とする半導体装置。
(付記7)
付記6記載の半導体装置であって、
前記配線基板において、前記略市松模様を構成する升目の1升分に相当する箇所と、当該箇所と斜めの方向に位置して近接する他の1升分に相当する箇所とを橋絡するように前記封止樹脂が形成されることを特徴とする半導体装置。
(付記8)
付記1乃至7いずれか一項記載の半導体装置であって、
前記配線基板における前記封止樹脂の形成高さは、前記配線基板における前記電子部品の搭載高さよりも高いことを特徴とする半導体装置。
(付記9)
付記1乃至8いずれか一項記載の半導体装置であって、
前記電子部品は、パッケージ化された半導体装置であることを特徴とする半導体装置。
(付記10)
付記1乃至8いずれか一項記載の半導体装置であって、
前記電子部品は、受動素子部品であることを特徴とする半導体装置。
(付記11)
付記1乃至8いずれか一項記載の半導体装置であって、
前記電子部品は、フェイスダウン状態で前記配線基板に搭載される半導体素子であることを特徴とする半導体装置。
(付記12)
付記1乃至11いずれか一項記載の半導体装置であって、
前記配線基板に、外部接続端子がグリッド状に形成されていることを特徴とする半導体装置。
(付記13)
付記1乃至11いずれか一項記載の半導体装置であって、
前記封止樹脂の上面と前記電子部品の上面とに、放熱部材が固着されることを特徴する半導体装置。
(付記14)
付記13記載の半導体装置であって、
前記電子部品は、フェイスダウン状態で前記配線基板に搭載される半導体素子であり、
前記放熱部材は、前記封止樹脂の上面に熱硬化性接着剤を介して固着され、当該半導体素子の背面に熱伝導性接着剤を介して固着されることを特徴とする半導体装置。
従来の半導体装置の問題点を説明するための図である。 本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の構造を示す図(その1)である。 本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の構造を示す図(その2)である。 図2及び図3に示す例において封止樹脂の形成高さに関する変形例を示す図である。 図2乃至図4に示す封止樹脂の配設の仕方に関する変形例を示す図(その1)である。 図2乃至図4に示す封止樹脂の配設の仕方に関する変形例を示す図(その2)である。 図5及び図6に示す例において樹脂封止されない電子部品に関する変形例を示す図(その1)である。 図5及び図6に示す例において樹脂封止されない電子部品に関する変形例を示す図(その2)である。 本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置(その1)の構造を示す図である。 本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置(その2)の構造を示す図である。 本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の構造(図7及び図8に示す半導体装置にヒートスプレッダを固着した状態)を示す図である。 本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図(その1)である。 本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図(その2)である。 本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図(その3)である。
符号の説明
20、20'、20−1、20−1'、20−2、20−2'、30a、30b、50、70 半導体装置
21 配線基板
22a、22b、22c、22d、22e 半導体素子
23 外部接続端子
26、26'、26−1、26−1'、26−2、26−3 封止樹脂
55 受動素子部品
80 ヒートスプレッダ
81 熱硬化性接着剤
82 熱伝導性接着剤

Claims (5)

  1. 複数の半導体素子と、少なくとも一つの電子部品とが、略矩形形状を有する配線基板に搭載され、
    前記配線基板の主面において、前記半導体素子が封止樹脂により封止されてなる半導体装置であって、
    前記複数の半導体素子は、前記配線基板の四隅近傍において、対角状に位置する2つの隅部近傍に互いに所定長さ離間して搭載されることを特徴とする半導体装置。
  2. 請求項1記載の半導体装置であって、
    前記配線基板の主面において前記複数の半導体素子が搭載されている箇所を橋絡するように前記封止樹脂が一体形成されて、前記複数の半導体素子は共通に封止されることを特徴とする半導体装置。
  3. 複数の半導体素子と、少なくとも一つの電子部品とが、略矩形形状を有する配線基板に搭載され、
    前記配線基板の主面において、前記半導体素子が封止樹脂により封止されてなる半導体装置であって、
    前記配線基板において、前記封止樹脂により封止される前記半導体素子が搭載される箇所と、前記電子部品が搭載され前記封止樹脂により封止されない箇所とが、略市松模様を形成することを特徴とする半導体装置。
  4. 請求項1乃至3いずれか一項記載の半導体装置であって、
    前記配線基板における前記封止樹脂の形成高さは、前記配線基板における前記電子部品の搭載高さよりも高いことを特徴とする半導体装置。
  5. 請求項1乃至4いずれか一項記載の半導体装置であって、
    前記封止樹脂の上面と前記電子部品の上面とに、放熱部材が固着されることを特徴する半導体装置。
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