JP2009071004A - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体チップ表面に形成されている回路素子から発せられる熱を実装基板へ速やかに放熱することが可能となり、半導体チップの温度上昇の抑制を図ることができる半導体装置を提供する。
【解決手段】配線基板1上には、接着層2を介して半導体チップ3が載置されており、半導体チップ3の電極パッド4と配線基板1の配線電極5とがボンディングワイヤ6により電気的に接続されている。また、半導体チップ3には、その下面から複数のブラインドビア8が形成されている。配線基板1には、ブラインドビア8と対向する位置に、配線基板1の裏面に設けられた導体ボール12に接続するスルーホール10が形成されており、スルーホール10の内部には金属材11が充填されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、インターポーザとしての配線基板に半導体チップが搭載された半導体装置に関する。
近年、携帯電話をはじめとする各種電子機器には、機器の小型化や電子部品実装スペース削減の要望に応えるために、BGA(Ball Grid Array)等の半導体装置(パッケージ)が用いられている。
半導体装置では、電子機器の高機能化・高速動作化が進むに伴い、動作時の発熱による温度上昇が問題となってきた。この問題を解決するために、従来、以下のようなものが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
図11は、従来の半導体装置を示す断面図である。配線基板101上には放熱板102が載置され、放熱板102上には半導体チップ103が載置されている。配線基板101の内部には、放熱板102に接続されたスルーホール104が形成されており、配線基板101の裏面上には、スルーホール104に接続された第1の導体ボール105が形成されている。また、第1の導体ボール105が形成されている領域の周辺部には、配線基板101上の配線電極106に接続された第2の導体ボール107が形成されている。
半導体チップ103上の電極パッド108と配線基板101上の配線電極106とはボンディングワイヤ109により電気的に接続されており、放熱板102、半導体チップ103、ボンディングワイヤ109はモールド樹脂110により封止されている。
そして、上記した構成の半導体パッケージが導体ボール105、107を介して実装基板111上に実装される。詳しくは、第1の導体ボール105は実装基板111上のランド112に接続し、第2の導体ボール107は実装基板111上の配線電極113に接続する。実装基板111の内部には、ランド112を介して第1の導体ボール105に接続されたスルーホール114、並びにスルーホール114に接続された導電層115が形成されている。
特開2001−28410公報
今後、機器の高機能化・高速動作化はますます進むと考えられ、動作時の発熱による温度上昇に対するより効果的な対策が求められている。そこで本発明は、半導体チップの表面に形成されている回路素子と実装基板との間の熱抵抗を低減でき、半導体チップの温度上昇をより抑えることができる半導体装置とその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の請求項1記載の半導体装置は、配線基板と、前記配線基板上に接着層を介して載置された半導体チップと、前記半導体チップの前記配線基板側の面に開口端を有し前記半導体チップの内部に他端を有する穴部と、前記穴部の内側空間に充填されるか、あるいは前記穴部の内壁に形成された伝熱材と、前記配線基板の前記半導体チップ側の主面および前記主面とは反対側の裏面に開口端を有し内壁に伝熱材が形成された貫通穴と、前記配線基板の前記裏面上に搭載され前記貫通穴に接続する導体ボールと、を備えたことを特徴とする。
また、本発明の請求項2記載の半導体装置は、請求項1記載の半導体装置であって、前記穴部の開口端を覆う第1の伝熱性部材をさらに備えることを特徴とする。
また、本発明の請求項3記載の半導体装置は、請求項2記載の半導体装置であって、前記第1の伝熱性部材は、その投影面積が前記穴部の開口端の投影面積よりも大きいことを特徴とする。
また、本発明の請求項4記載の半導体装置は、請求項2もしくは3のいずれかに記載の半導体装置であって、前記半導体チップの前記配線基板側の面に、前記第1の伝熱性部材が埋め込まれる凹部を有することを特徴とする。
また、本発明の請求項5記載の半導体装置は、請求項1ないし4のいずれかに記載の半導体装置であって、前記穴部は、その開口端が前記配線基板の前記主面に形成されている前記貫通穴の開口端に対向して配置されていることを特徴とする。
また、本発明の請求項6記載の半導体装置は、請求項1ないし5のいずれかに記載の半導体装置であって、前記穴部は、その開口端の投影面積が、前記配線基板の前記主面に形成されている前記貫通穴の開口端の投影面積よりも小さいことを特徴とする。
また、本発明の請求項7記載の半導体装置は、請求項1ないし6のいずれかに記載の半導体装置であって、前記配線基板の前記主面に形成されている前記貫通穴の開口端を覆う第2の伝熱性部材をさらに備えることを特徴とする。
また、本発明の請求項8記載の半導体装置は、請求項7記載の半導体装置であって、前記第2の伝熱性部材は、その投影面積が、前記配線基板の前記主面に形成されている前記貫通穴の開口端の投影面積よりも大きいことを特徴とする。
また、本発明の請求項9記載の半導体装置は、請求項1ないし8のいずれかに記載の半導体装置であって、前記貫通穴の内側空間を充填する伝熱材をさらに備えることを特徴とする。
また、本発明の請求項10記載の半導体装置は、請求項1ないし9のいずれかに記載の半導体装置であって、前記穴部および前記穴部の内側空間を充填する伝熱材はブラインドビアを構成することを特徴とする。
また、本発明の請求項11記載の半導体装置は、請求項1ないし10のいずれかに記載の半導体装置であって、前記貫通穴はスルーホールを構成することを特徴とする。
また、本発明の請求項12記載の半導体装置の製造方法は、半導体ウェハに、前記半導体ウェハの裏面に開口端を有し前記半導体ウェハの内部に他端を有する穴部を形成する工程と、前記穴部の内側空間を伝熱材で充填するか、あるいは前記穴部の内壁に伝熱材を形成する工程と、前記穴部が形成された前記半導体ウェハをダイシングして複数個の半導体チップを得る工程と、主面および前記主面とは反対側の裏面に開口端を有し内壁に伝熱材が形成された貫通穴を有する配線基板の前記主面上に接着層を介して前記半導体チップを載置する工程と、前記配線基板上に載置された前記半導体チップの電極パッドと前記配線基板の配線電極とをボンディングワイヤにより電気的に接続する工程と、前記配線基板上に載置された前記半導体チップ、および前記ボンディングワイヤをモールド樹脂により封止する工程と、前記主面側が前記モールド樹脂により封止された前記配線基板の前記裏面上に導体ボールを搭載する工程と、前記導体ボールが搭載された前記配線基板をパッケージ個片にダイシングする工程と、を具備することを特徴とする。
また、本発明の請求項13記載の半導体装置の製造方法は、請求項12記載の半導体装置の製造方法であって、少なくとも前記配線基板の前記主面上に前記半導体チップを載置する工程の前に、前記穴部の開口端を覆う第1の伝熱性部材を設ける工程をさらに具備することを特徴とする。
また、本発明の請求項14記載の半導体装置の製造方法は、請求項13記載の半導体装置の製造方法であって、前記第1の伝熱性部材は、その投影面積が前記穴部の開口端の投影面積よりも大きいことを特徴とする。
また、本発明の請求項15記載の半導体装置の製造方法は、請求項13もしくは14のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、前記穴部を形成するに際し、前記第1の伝熱性部材が埋め込まれる凹部を形成することを特徴とする。
また、本発明の請求項16記載の半導体装置の製造方法は、請求項12ないし15のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、前記穴部を形成するに際し、前記配線基板の前記主面に形成されている前記貫通穴の開口端に前記穴部の開口端が対向するように、前記穴部を形成することを特徴とする。
また、本発明の請求項17記載の半導体装置の製造方法は、請求項12ないし16のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、前記穴部を形成するに際し、前記穴部の開口端の投影面積が、前記配線基板の前記主面に形成されている前記貫通穴の開口端の投影面積よりも小さくなるように、前記穴部を形成することを特徴とする。
また、本発明の請求項18記載の半導体装置の製造方法は、請求項12ないし17のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、少なくとも前記配線基板の前記主面上に前記半導体チップを載置する工程の前に、前記貫通穴の内側空間を伝熱材で充填する工程をさらに具備することを特徴とする。
また、本発明の請求項19記載の半導体装置の製造方法は、請求項12ないし18のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、少なくとも前記配線基板の前記主面上に前記半導体チップを載置する工程の前に、前記主面に形成されている前記貫通穴の開口端を覆う第2の伝熱性部材を設ける工程をさらに具備することを特徴とする。
また、本発明の請求項20記載の半導体装置の製造方法は、請求項19記載の半導体装置の製造方法であって、前記第2の伝熱性部材は、その投影面積が、前記配線基板の前記主面に形成されている前記貫通穴の開口端の投影面積よりも大きいことを特徴とする。
また、本発明の請求項21記載の半導体装置の製造方法は、請求項12ないし20のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、前記穴部および前記穴部の内側空間を充填する伝熱材はブラインドビアを構成することを特徴とする。
また、本発明の請求項22記載の半導体装置の製造方法は、請求項12ないし21のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、前記貫通穴はスルーホールを構成することを特徴とする。
本発明の好ましい形態によれば、半導体チップの表面に形成されている回路素子と実装基板との間の熱抵抗を低減でき、半導体チップ表面に形成されている回路素子から発せられる熱を実装基板へ速やかに放熱することが可能となり、半導体チップの温度上昇の抑制を図ることができる。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る半導体装置の構造を示す断面図である。図1に示すように、配線基板1上に接着層2を介して半導体チップ3が載置されており、半導体チップ3の電極パッド4と配線基板1の配線電極5とがボンディングワイヤ6により電気的に接続されている。そして、半導体チップ3、ボンディングワイヤ6、接着層2はモールド樹脂7により封止されている。なお、接着層2は、例えば銅や銀等の半導体チップ3の材料よりも高い熱伝導率をもつ材料を含有する伝熱性接着剤を使用して形成することが望ましい。
半導体チップ3には、半導体チップ3の配線基板1に対向する面から少なくとも1つのブラインドビア8が形成されている。ブラインドビア8は、半導体チップ3の配線基板1に対向する面に開口端を有し半導体チップ3の内部に他端を有する穴部8aと、穴部8aの内側空間を充填する伝熱材である金属材8bからなる。ブラインドビア8は、半導体チップ3の回路素子9が形成されている面近傍に達する深さに形成するのが望ましい。
金属材8bは、例えば銅や銀等からなる。なお、穴部8aの内壁にのみ金属材8bを形成してもよい。この場合、例えば穴部8aの内壁にめっき処理等すればよい。
なお、ここではブラインドビアを用いる場合について説明するが、ブラインドビアに限らず、半導体チップの配線基板に対向する面に開口端を有し半導体チップの内部に他端を有する穴部と、その穴部の内側空間に充填されるか、その穴部の内壁に形成された伝熱材とからなる構成であればよい。また、伝熱材は金属材に限定されるものではなく、半導体チップの材料であるシリコンよりも熱伝導率の高い材料であればよい。例えば、カーボンナノファイバーや放熱用ポリマー(シリコン等のポリマー中に、酸化亜鉛、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、アルミニウムなどの無機粉体からなる熱伝導性物質を充填した複合材料)などを用いてもよい。
配線基板1には、配線基板1の半導体チップ3側の主面および主面とは反対側の裏面に開口端を有するスルーホール(貫通穴)10が形成されている。図示しないが、スルーホール10の内壁には伝熱材である金属材が形成されている。この金属材は、例えば銅や銀等からなる。
また、スルーホール10の内側空間には伝熱材である金属材11が充填されている。この金属材11は、例えば銅や銀等からなる。ブラインドビア8は、その穴部8aの開口端がスルーホール10の主面側の開口端に対向するように配置されている。
なお、ここではスルーホールを用いる場合について説明するが、スルーホールに限らず、配線基板の主面および裏面に開口端を有する貫通穴と、その貫通穴の内壁に形成された伝熱材とからなる構成であればよい。また、ここではスルーホール(貫通穴)の内側空間に伝熱材を充填した構成について説明するが、スルーホール(貫通穴)の内側空間に伝熱材を充填しない構成であってもよい。また、貫通穴の内壁に形成する伝熱材および貫通穴の内部空間に充填する伝熱材は金属材に限定されるものではなく、配線基板1の表層よりも熱伝導率の高い材料であればよい。例えば、カーボンナノファイバーや放熱用ポリマー(シリコン等のポリマー中に、酸化亜鉛、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、アルミニウムなどの無機粉体からなる熱伝導性物質を充填した複合材料)などを用いてもよい。
スルーホール10は、配線基板1の裏面上に設けられた例えば半田ボール等からなる第1の導体ボール12に接続する。一方、第1の導体ボール12が設けられた領域の外周部には、配線基板1の配線電極5に接続する第2の導体ボール13が設けられている。これらの導体ボール12、13は配線基板1の裏面に格子状に配置されている。
上記した構成の半導体パッケージは、導体ボール12、13を介して実装基板14上に実装される。ここでは、第1と第2の導体ボール12、13は共に実装基板14上の配線電極15に接続している。なお、内部にスルーホールと、そのスルーホールに接続された導電層が形成された実装基板を用いてもよい。この場合、導体ボールのうちの少なくとも1つは、実装基板上のランドを介して、実装基板内部のスルーホールに接続される。
なお、半導体チップ3の回路素子9からブラインドビア8およびスルーホール10を介して第1の導体ボール12に至る放熱経路の熱抵抗を低く保つために、ブラインドビア8とスルーホール10の中心線が一致していることが望ましい。また、半導体チップ3の搭載ズレが発生しても、ブラインドビア8の下面(穴部8aの開口端)が、配線基板1の主面に形成されているスルーホール10の上面(開口端)から外れないようにして、前記放熱経路が途切れないようにするために、穴部8aの開口端の投影面積が、配線基板1の主面に形成されているスルーホール10の開口端の投影面積よりも小さくなるように、穴部8aを形成するのが望ましい。また、その穴部8aの開口端の投影面積は、半導体チップ3の搭載ズレの最大量を考慮して決定するのが望ましい。
以上のように構成された半導体装置では、回路動作により半導体チップ3の回路素子9から発生した熱は、ブラインドビア8、スルーホール10および第1の導体ボール12を介して実装基板14へ速やかに放熱される。
続いて、本実施の形態1に係る半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。まず、図2(a)に示すように、主面上に回路素子9および電極パッド4が形成された半導体ウェハ21を準備する。次に、図2(b)に示すように、半導体ウェハ21の裏面にブラインドビア用の穴部8aをエッチングもしくは機械加工により形成する。
なお、穴部8aはエッチングにより形成するのが望ましい。すなわち、スルーホールはレーザ加工が一般的であり、スルーホール径は通常100μmとなる。これに対して、穴部8aをエッチングにより形成すれば、ブラインドビア8の径を約2〜3μmにすることができ、穴部8aの開口端の投影面積を、配線基板1の主面に形成されているスルーホール10の開口端の投影面積よりも小さくすることができる。
次に、図2(c)に示すように、スキージ22を用いて穴部8aの内側空間に金属材8bを充填する。次に、図2(d)、(e)に示すように、半導体ウェハ21の主面側をダイシングシート23上に貼り付け固定し、ダイシングブレード24を用いて半導体ウェハ21をダイシングして分割することにより、半導体チップ3へ加工する。これにより、複数個の半導体チップ3を得ることができる。
次に、スルーホール10を有する配線基板1を用意し、図3(a)に示すように、スルーホール10の内側空間に例えばスキージを用いて金属材11を充填した上、配線基板1の主面上に接着剤2aを塗布する。
次に、図3(a)、(b)に示すように、接着剤2aが塗布された配線基板1の主面上にコレット25を用いて半導体チップ3を載置する。これにより、配線基板1の主面上に接着層2を介して半導体チップ3を搭載することができる。
次に、図3(c)に示すように、半導体チップ3の電極パッド4と配線基板1の配線電極5とをボンディングワイヤ6により電気的に接続した後、図3(d)に示すように、半導体チップ3およびボンディングワイヤ6をモールド樹脂7により封止する。
次に、図4(a)に示すように、配線基板1の裏面上に導体ボール12、13を搭載した後、図4(b)に示すように、パッケージの上面側をダイシングシート23上に貼り付け固定し、ダイシングブレード24を用いてパッケージ個辺にダイシングして分割することにより、所望のパッケージを得る。その後、図4(c)に示すように、半導体パッケージを実装基板上に実装して、所望の半導体装置を完成する。
(実施の形態2)
図5(a)は、本発明の実施の形態2に係る半導体装置の構造を示す断面図であり、図5(b)は、図5(a)中の箇所Aの部分拡大図である。なお、前述した実施の形態1で説明した部材と同一の部材には同一符号を付して、説明を省略する。
本実施の形態2は、図5(a)、(b)に示すように、配線基板1の半導体チップ2側の主面に形成されているスルーホール10の開口端(スルーホール10の上面)が伝熱層(伝熱性部材)16で覆われている点が、前述した実施の形態1と異なる。
伝熱層16は、例えばベタ配線層金属板や、放熱用ポリマー(シリコン等のポリマー中に、酸化亜鉛、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、アルミニウムなどの無機粉体からなる熱伝導性物質を充填した複合材料)といった、配線基板1の表層よりも熱伝導率の高い材料からなる。なお、伝熱層16は、図6(a)に示すように、スルーホール10ごとに設けてもよい。さらに、この場合、図6(b)に示すように、伝熱層16の上面がブラインドビア8の下面に接続するようにしてもよい。また、この場合、伝熱層16の投影面積をスルーホール10の開口端(スルーホール10の上面)の投影面積よりも大きくすることで、半導体チップ3の搭載ズレが発生したときでも、ブラインドビア8の下面(穴部8aの開口端)とスルーホール10の上面(開口端)との重なり面積の減少による熱抵抗の増大を抑えることができる。
この伝熱層16により、半導体チップ3の回路素子9からブラインドビア8、スルーホール10を介して第1の導体ボール12に至る放熱経路において、接着層2中の放熱経路ギャップ17を、半導体チップ3の下面(配線基板1に対向する面)と配線基板1の主面(半導体チップ3に対向する面)との間のギャップよりも狭くすることができる(図5(b)参照)。
以上のように構成された半導体装置では、前記放熱経路の熱抵抗を低減できるとともに、仮に半導体チップ3の搭載ズレが発生した場合でも、前記放熱経路の熱抵抗を低く保つことができる。したがって、回路動作により半導体チップ3の回路素子9から発生した熱は、ブラインドビア8、スルーホール10および第1の導体ボール12を介して実装基板14へ速やかに放熱される。また、半導体チップ3の搭載ズレが発生したときでも、前記放熱経路の熱抵抗の増大を抑制することができる。
続いて、本実施の形態2に係る半導体装置の製造方法について説明する。本実施の形態2に係る半導体装置の製造方法は、配線基板1の主面上に接着剤2aを塗布する前に、配線基板1の主面上に伝熱層16を設ける点が、前述した実施の形態1に係る半導体装置の製造方法と異なる。具体的には、ベタ配線層金属板を用いる場合には、電解めっき、もしくは無電解めっきにより形成する。また、放熱用ポリマーを用いる場合は、ペースト状材料をディスペンサー等により塗布したり、シート状材料を貼り付ける。
(実施の形態3)
図7(a)は、本発明の実施の形態3に係る半導体装置の構造を示す断面図であり、図7(b)は、図7(a)中の箇所Bの部分拡大図である。なお、前述した実施の形態1で説明した部材と同一の部材には同一符号を付して、説明を省略する。
本実施の形態3は、図7(a)、(b)に示すように、ブラインドビア8の下面(穴部8aの開口端)が第1の伝熱パッド(伝熱性部材)18で覆われ、かつ配線基板1の主面に形成されているスルーホール10の開口端(スルーホール10の上面)が第2の伝熱パッド(伝熱性部材)19で覆われている点が、前述した実施の形態1と異なる。
第1の伝熱パッド18は、図7(b)に示すように、半導体チップ3の配線基板1側の面にブラインドビア8ごとに凹部を形成し、その凹部に埋め込んでもよい。この場合、第1の伝熱パッド18は、穴部8aの内側空間に金属材(伝熱材)8bを充填する際に一体形成してもよい。あるいは、図8に示すように、凹部を設けずに、半導体チップ3の表面に金や銅等の金属材をめっき処理等して、第1の伝熱パッド18を設けてもよい。なお、図7には、第1の伝熱パッド18がブラインドビア8の下面(穴部8aの開口面)を個別に覆っている例を示しているが、複数のブラインドビア8の下面を一連で覆ってもよい。また、第1の伝熱パッド18は金属材に限定されるものではなく、半導体チップの材料であるシリコンよりも熱伝導率の高い材料であればよい。例えば放熱用ポリマー(シリコン等のポリマー中に、酸化亜鉛、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、アルミニウムなどの無機粉体からなる熱伝導性物質を充填した複合材料)などを用いてもよい。
また、第2の伝熱パッド19は、図7(b)に示すように、凸状であり、スルーホール10ごとに設けられている。この凸状の伝熱パッド19は、金や銅、銀等の金属材や、放熱用ポリマー(シリコン等のポリマー中に、酸化亜鉛、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、アルミニウムなどの無機粉体からなる熱伝導性物質を充填した複合材料)といった、配線基板1の表層よりも熱伝導率の高い材料からなる。なお、スルーホールごとに設ける場合に限らず、複数個のスルーホールごとに上面を一連で覆ってもよいし、全てのスルーホールの上面を一連で覆ってもよい。
この伝熱パッド18、19により、半導体チップ3の回路素子9からブラインドビア8、スルーホール10を介して第1の導体ボール12に至る放熱経路において、接着層2中の放熱経路ギャップ17を、半導体チップ3の下面と配線基板1の主面との間のギャップよりも狭くすることができる(図7(b)参照)。
また、ブラインドビア8の下面(穴部8aの開口端)よりも投影面積が大きい第1の伝熱パッド18、およびスルーホール10の上面(スルーホール10の開口端)よりも投影面積が大きい第2の伝熱パッド19を設けることにより、半導体チップ3の搭載ズレLが発生したときでも、ブラインドビア8の下面(穴部8aの開口端)とスルーホール10の上面(開口端)との重なり面積が減少することに起因する前記放熱経路の熱抵抗の増大をより抑えることができ、より大きな搭載ズレLに対応可能である(図9参照)。
以上のように構成された半導体装置では、前記放熱経路の熱抵抗を低減できるとともに、仮に半導体チップ3の搭載ズレが発生した場合でも、前記放熱経路の熱抵抗を低く保つことができる。したがって、回路動作により半導体チップ3の回路素子9から発生した熱は、ブラインドビア8、スルーホール10および第1の導体ボール12を介して実装基板14へ速やかに放熱される。また、半導体チップ3の搭載ズレが発生したときでも、前記放熱経路の熱抵抗の増大を抑制することができる。
続いて、本実施の形態3に係る半導体装置の製造方法について説明する。本実施の形態3に係る半導体装置の製造方法は、上記した第1と第2の伝熱パッド18、19を設ける点が、前述した実施の形態1に係る半導体装置の製造方法と異なる。
すなわち、図7に示すように、半導体チップ3の配線基板1側の面に凹部を形成し、その凹部に第1の伝熱パッド18を埋め込む場合には、半導体ウェハ21の裏面にブラインドビア用の穴部8aをエッチングもしくは機械加工により形成する際に、穴部8aよりも大きい開口面を有する凹部も形成し、スキージを用いて穴部8aおよび凹部に金属材(伝熱材)8bを充填する。また、凹部を設けない場合には、半導体ウェハ21をダイシングする前に、図10に示すように、半導体ウェハ21の裏面上に第1の伝熱パッド18を形成する。具体的には、半導体ウェハ上に電解めっき、もしくは無電解めっきにより金や銅、銀等の金属層を形成する。放熱用ポリマーを用いる場合は、ペースト状材料をディスペンサー等により塗布したり、シート状材料を貼り付ける。
一方、配線基板1の主面上に第2の伝熱パッド19を設ける工程は、配線基板1の主面上に接着剤2aを塗布する前に行う。具体的には、配線基板上に電解めっき、もしくは無電解めっきにより金や銅、銀等の金属層を形成する。放熱用ポリマーを用いる場合は、ペースト状材料をディスペンサー等により塗布したり、シート状材料を貼り付ける。
本発明にかかる半導体装置とその製造方法は、半導体チップの温度上昇の抑制を図ることができる、インターポーザとしての配線基板に半導体チップが搭載された構成のBGA(Ball Grid Array)等の半導体パッケージに適用可能である。
本発明の実施の形態1に係る半導体装置の構造を示す断面図 本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す断面図 本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す断面図 本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す断面図 (a)は本発明の実施の形態2に係る半導体装置の構造を示す断面図、(b)は(a)中の箇所Aの部分拡大図 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の他例の構造を示す部分拡大図 (a)は本発明の実施の形態3に係る半導体装置の構造を示す断面図、(b)は(a)中の箇所Bの部分拡大図 本発明の実施の形態3に係る半導体装置の他例の構造を示す部分拡大図 本発明の実施の形態3に係る半導体装置において半導体チップの搭載ズレが発生した状態を表す部分拡大図 本発明の実施の形態3に係る半導体装置の製造工程の一部を示す断面図 従来の半導体装置を示す断面図
符号の説明
1 配線基板
2 接着層
2a 接着剤
3 半導体チップ
4 電極パッド
5 配線電極
6 ボンディングワイヤ
7 モールド樹脂
8 ブラインドビア
8a 穴部
8b 金属材
9 回路素子
10 スルーホール
11 金属材
12 第1の導体ボール
13 第2の導体ボール
14 実装基板
15 配線電極
16 伝熱層
17 放熱経路ギャップ
18 第1の伝熱パッド
19 第2の凸状伝熱パッド
21 半導体ウェハ
22 スキージ
23 ダイシングシート
24 ダイシングブレード
25 コレット
101 配線基板
102 放熱板
103 半導体チップ
104 スルーホール
105 第1の導体ボール
106 配線電極
107 第2の導体ボール
108 電極パッド
109 ボンディングワイヤ
110 モールド樹脂
111 実装基板
112 ランド
113 配線電極
114 スルーホール
115 導電層

Claims (22)

  1. 配線基板と、
    前記配線基板上に接着層を介して載置された半導体チップと、
    前記半導体チップの前記配線基板側の面に開口端を有し前記半導体チップの内部に他端を有する穴部と、
    前記穴部の内側空間に充填されるか、あるいは前記穴部の内壁に形成された伝熱材と、
    前記配線基板の前記半導体チップ側の主面および前記主面とは反対側の裏面に開口端を有し内壁に伝熱材が形成された貫通穴と、
    前記配線基板の前記裏面上に搭載され前記貫通穴に接続する導体ボールと、
    を備えたことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記穴部の開口端を覆う第1の伝熱性部材をさらに備えることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 前記第1の伝熱性部材は、その投影面積が前記穴部の開口端の投影面積よりも大きいことを特徴とする請求項2記載の半導体装置。
  4. 前記半導体チップの前記配線基板側の面に、前記第1の伝熱性部材が埋め込まれる凹部を有することを特徴とする請求項2もしくは3のいずれかに記載の半導体装置。
  5. 前記穴部は、その開口端が前記配線基板の前記主面に形成されている前記貫通穴の開口端に対向して配置されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の半導体装置。
  6. 前記穴部は、その開口端の投影面積が、前記配線基板の前記主面に形成されている前記貫通穴の開口端の投影面積よりも小さいことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の半導体装置。
  7. 前記配線基板の前記主面に形成されている前記貫通穴の開口端を覆う第2の伝熱性部材をさらに備えることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の半導体装置。
  8. 前記第2の伝熱性部材は、その投影面積が、前記配線基板の前記主面に形成されている前記貫通穴の開口端の投影面積よりも大きいことを特徴とする請求項7記載の半導体装置。
  9. 前記貫通穴の内側空間を充填する伝熱材をさらに備えることを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載の半導体装置。
  10. 前記穴部および前記穴部の内側空間を充填する伝熱材はブラインドビアを構成することを特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載の半導体装置。
  11. 前記貫通穴はスルーホールを構成することを特徴とする請求項1ないし10のいずれかに記載の半導体装置。
  12. 半導体ウェハに、前記半導体ウェハの裏面に開口端を有し前記半導体ウェハの内部に他端を有する穴部を形成する工程と、
    前記穴部の内側空間を伝熱材で充填するか、あるいは前記穴部の内壁に伝熱材を形成する工程と、
    前記穴部が形成された前記半導体ウェハをダイシングして複数個の半導体チップを得る工程と、
    主面および前記主面とは反対側の裏面に開口端を有し内壁に伝熱材が形成された貫通穴を有する配線基板の前記主面上に接着層を介して前記半導体チップを載置する工程と、
    前記配線基板上に載置された前記半導体チップの電極パッドと前記配線基板の配線電極とをボンディングワイヤにより電気的に接続する工程と、
    前記配線基板上に載置された前記半導体チップ、および前記ボンディングワイヤをモールド樹脂により封止する工程と、
    前記主面側が前記モールド樹脂により封止された前記配線基板の前記裏面上に導体ボールを搭載する工程と、
    前記導体ボールが搭載された前記配線基板をパッケージ個片にダイシングする工程と、
    を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  13. 少なくとも前記配線基板の前記主面上に前記半導体チップを載置する工程の前に、前記穴部の開口端を覆う第1の伝熱性部材を設ける工程をさらに具備することを特徴とする請求項12記載の半導体装置の製造方法。
  14. 前記第1の伝熱性部材は、その投影面積が前記穴部の開口端の投影面積よりも大きいことを特徴とする請求項13記載の半導体装置の製造方法。
  15. 前記穴部を形成するに際し、前記第1の伝熱性部材が埋め込まれる凹部を形成することを特徴とする請求項13もしくは14のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  16. 前記穴部を形成するに際し、前記配線基板の前記主面に形成されている前記貫通穴の開口端に前記穴部の開口端が対向するように、前記穴部を形成することを特徴とする請求項12ないし15のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  17. 前記穴部を形成するに際し、前記穴部の開口端の投影面積が、前記配線基板の前記主面に形成されている前記貫通穴の開口端の投影面積よりも小さくなるように、前記穴部を形成することを特徴とする請求項12ないし16のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  18. 少なくとも前記配線基板の前記主面上に前記半導体チップを載置する工程の前に、前記貫通穴の内側空間を伝熱材で充填する工程をさらに具備することを特徴とする請求項12ないし17のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  19. 少なくとも前記配線基板の前記主面上に前記半導体チップを載置する工程の前に、前記主面に形成されている前記貫通穴の開口端を覆う第2の伝熱性部材を設ける工程をさらに具備することを特徴とする請求項12ないし18のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  20. 前記第2の伝熱性部材は、その投影面積が、前記配線基板の前記主面に形成されている前記貫通穴の開口端の投影面積よりも大きいことを特徴とする請求項19記載の半導体装置の製造方法。
  21. 前記穴部および前記穴部の内側空間を充填する伝熱材はブラインドビアを構成することを特徴とする請求項12ないし20のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  22. 前記貫通穴はスルーホールを構成することを特徴とする請求項12ないし21のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
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