JP2009105350A - Semiconductor apparatus and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特にその熱対策技術に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a thermal countermeasure technique.
近年の半導体装置(半導体集積回路装置)は、高集積化、高速動作化に伴って、発熱量が増加する一方である。そのため半導体装置に、たとえばBGA(Ball Grid Array)パッケージ形態の半導体装置に、半導体チップで発生した熱を効率よく逃がすことが求められている。BGAパッケージ形態の半導体装置におけるこれまでの熱対策は、配線基板上に半導体チップを搭載して電気的に接続した後に、放熱装置を装着し、樹脂封止の際に前記放熱装置を一体にモールドするという、放熱装置を内蔵するものがほとんどであった。他には、図14に示すように、半導体チップ7等を封止した封止樹脂3上に放熱装置4を取り付けて外気に放熱させるものがある(たとえば特許文献1参照)。
しかしながら、上述のように封止樹脂上に放熱装置を外付けする場合、封止樹脂の上面(以下、樹脂面という)に塗布する接着剤の粘度や量、放熱装置を取り付けるマウンタの実装押し込み量や実装荷重、樹脂面に残るトップゲート痕のバリなどの種々の要因で、半導体装置の全体高さに影響する樹脂面と放熱装置との間隔を一定にすることは難しく、放熱装置の傾きも生じ易い。 However, when the heat dissipation device is externally mounted on the sealing resin as described above, the viscosity and amount of the adhesive applied to the upper surface of the sealing resin (hereinafter referred to as the resin surface), the mounting push-in amount of the mounter to which the heat dissipation device is attached It is difficult to keep the distance between the resin surface and the heat dissipation device, which affects the overall height of the semiconductor device, due to various factors such as the mounting load, burrs on the top gate mark remaining on the resin surface, and the inclination of the heat dissipation device It is likely to occur.
また樹脂面には離型剤が残存するため、樹脂面と接着剤との接続は強固ではなく、熱衝撃試験で接着剤と放熱装置とが一体となって樹脂面から剥がれることもあり、放熱装置を外付けする構造における深刻な問題となっている。 In addition, since the release agent remains on the resin surface, the connection between the resin surface and the adhesive is not strong, and the adhesive and the heat dissipation device may be peeled off from the resin surface together in the thermal shock test. This is a serious problem in the structure for externally attaching the device.
本発明は上記問題を解決するもので、放熱装置を封止樹脂上に一定の高さおよび姿勢で取り付けることを目的とする。また封止樹脂と接着剤との接続を強固にすることを目的とする。 This invention solves the said problem, and aims at attaching a thermal radiation apparatus with fixed height and attitude | position on sealing resin. Moreover, it aims at strengthening the connection of sealing resin and an adhesive agent.
上記課題を解決するために、本発明の半導体装置は、配線基板と、前記配線基板上に搭載されて電気的に接続された半導体チップと、前記半導体チップおよびその電気的接続部を覆うように配線基板上に形成された封止樹脂と、前記封止樹脂上に接着剤により固着された放熱装置とを有する半導体装置において、前記封止樹脂と放熱装置の互いに対向した一方の面に2個以上の同一高さの突起部が形成されていて、これらの突起部が他方の面に接触していることを特徴とする。この構成によれば、対向面間に突起部の高さで規定される一定間隙が形成されるので、放熱装置は封止樹脂上に一定の高さおよび姿勢で固着される。よって、半導体装置の全体高さは一定となり、放熱装置の傾きも生じない。封止樹脂側に突起部が形成されている場合は、この突起部が接着剤に埋め込まれるので、封止樹脂と接着剤との接続強度が増す。 In order to solve the above problems, a semiconductor device of the present invention covers a wiring board, a semiconductor chip mounted on the wiring board and electrically connected thereto, and the semiconductor chip and its electrical connection portion. In a semiconductor device having a sealing resin formed on a wiring board and a heat radiating device fixed on the sealing resin with an adhesive, two pieces are provided on one surface of the sealing resin and the heat radiating device facing each other. The protrusions having the same height as described above are formed, and these protrusions are in contact with the other surface. According to this configuration, since the constant gap defined by the height of the protrusion is formed between the opposing surfaces, the heat dissipation device is fixed on the sealing resin at a constant height and posture. Therefore, the overall height of the semiconductor device is constant, and the inclination of the heat dissipation device does not occur. When the protrusion is formed on the sealing resin side, the protrusion is embedded in the adhesive, so that the connection strength between the sealing resin and the adhesive is increased.
突起部は半導体チップの周辺に相応する領域に配置されているのが好ましい。突起部は封止樹脂の上面に一体に成形されていてよい。あるいは、突起部は放熱装置の下面に金属加工によって形成されていてよい。また、放熱装置は厚み1.0mm以下の放熱板であって、突起部を有するように金型あるいは鋳型により形成されていてよい。 The protrusion is preferably arranged in a region corresponding to the periphery of the semiconductor chip. The protrusion may be integrally formed on the upper surface of the sealing resin. Alternatively, the protrusion may be formed on the lower surface of the heat dissipation device by metal processing. Further, the heat radiating device is a heat radiating plate having a thickness of 1.0 mm or less, and may be formed by a mold or a mold so as to have a protrusion.
本発明の他の半導体装置は、配線基板と、前記配線基板上に搭載されて電気的に接続された半導体チップと、前記半導体チップおよびその電気的接続部を覆うように配線基板上に形成された封止樹脂と、前記封止樹脂上に接着剤により固着された放熱装置とを有する半導体装置において、前記封止樹脂の上面に溝が形成されていることを特徴とする。この構成によれば、封止樹脂側の溝に接着剤が埋め込まれるので、封止樹脂と接着剤との接続強度が増す。 Another semiconductor device of the present invention is formed on a wiring board, a semiconductor chip mounted on the wiring board and electrically connected thereto, and covering the semiconductor chip and its electrical connection portion. In a semiconductor device having a sealing resin and a heat dissipation device fixed on the sealing resin by an adhesive, a groove is formed on an upper surface of the sealing resin. According to this configuration, since the adhesive is embedded in the groove on the sealing resin side, the connection strength between the sealing resin and the adhesive is increased.
溝は半導体チップの周辺に相応する領域に配置されているのが好ましい。また溝は封止樹脂を成形する封止金型により形成されていてよい。
放熱装置はCuあるいはAlからなるのが好ましい。放熱装置の表面にNiめっき処理が施されているのが好ましい。接着剤が熱伝導率の高い接着剤であるのが好ましい。
The groove is preferably arranged in a region corresponding to the periphery of the semiconductor chip. Moreover, the groove | channel may be formed of the sealing metal mold | die which shape | molds sealing resin.
The heat dissipation device is preferably made of Cu or Al. The surface of the heat dissipation device is preferably subjected to Ni plating treatment. It is preferable that the adhesive is an adhesive having high thermal conductivity.
上述の第1の構成の半導体装置は、(a)配線基板上に半導体チップを搭載し電気的に接続する工程と、(b)前記配線基板上に前記半導体チップおよびその電気的接続部を覆う封止樹脂を成型金型を用いて形成する工程と、(c)前記封止樹脂の上面に接着剤を塗布する工程と、(d)前記接着剤が塗布された封止樹脂上に放熱装置を、互い対向する一方の面に予め形成された2個以上の突起部が他方の面に接触するように配置する工程と、(e)前記封止樹脂と放熱装置との間の接着剤を硬化させる工程と、を含む製造工程によって製造することができる。(b)の工程の後、封止樹脂の表面をプラズマ洗浄するのが好ましい。 In the semiconductor device having the above-described first configuration, (a) a step of mounting and electrically connecting a semiconductor chip on the wiring substrate; and (b) covering the semiconductor chip and its electrical connection portion on the wiring substrate. A step of forming a sealing resin using a mold, (c) a step of applying an adhesive on the upper surface of the sealing resin, and (d) a heat dissipation device on the sealing resin coated with the adhesive. And (e) an adhesive between the sealing resin and the heat dissipating device, wherein two or more protrusions formed in advance on one surface facing each other are in contact with the other surface; And a step of curing. After the step (b), the surface of the sealing resin is preferably plasma cleaned.
本発明の半導体装置は、封止樹脂と放熱装置の互いに対向した一方の面に2個以上の同一高さの突起部を形成したことにより、製造する際に、対向面間に突起部の高さで規定される一定間隙が形成され、半導体装置の全体高さは一定となり、放熱装置の傾きも生じない。封止樹脂側に突起部が形成されている場合は、この突起部が接着剤に埋め込まれるので、封止樹脂と接着剤との接続強度が増し、熱衝撃などによって放熱装置が接着剤と一体に封止樹脂との界面から脱落することを防止できる。 In the semiconductor device of the present invention, two or more protrusions having the same height are formed on one surface of the sealing resin and the heat dissipation device facing each other. A constant gap defined by the height is formed, the overall height of the semiconductor device is constant, and the heat dissipation device does not tilt. If a protrusion is formed on the sealing resin side, the protrusion is embedded in the adhesive, which increases the connection strength between the sealing resin and the adhesive, and the heat dissipation device is integrated with the adhesive by thermal shock or the like. Can be prevented from falling off from the interface with the sealing resin.
また本発明の半導体装置は、封止樹脂の上面に溝を形成したことにより、この溝に接着剤が埋め込まれることとなり、封止樹脂と接着剤との接続強度が増し、熱衝撃などによって放熱装置が接着剤と一体に封止樹脂との界面から脱落することを防止できる。 Further, in the semiconductor device of the present invention, since the groove is formed on the upper surface of the sealing resin, the adhesive is embedded in the groove, the connection strength between the sealing resin and the adhesive is increased, and heat is radiated by thermal shock or the like. It is possible to prevent the device from dropping from the interface with the sealing resin integrally with the adhesive.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態の半導体装置であって、放熱装置付きのBGAパッケージ形態の半導体装置の全体構成を示す断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the entire configuration of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, which is a BGA package type semiconductor device with a heat dissipation device.
この半導体装置は、両面に配線9が形成された配線基板2と、配線基板2の片面のチップ搭載領域にダイボンディング材8を介して搭載された半導体チップ7と、配線基板2の電極部と半導体チップ7とを電気的に接続した金属細線6と、半導体チップ3と金属細線6とを覆うように配線基板2の前記片面に形成された封止樹脂3と、封止樹脂3上に接着剤5により固着された板状の放熱装置4と、配線基板2のもう片面のランド10(簡略に図示している)上に設けられた半田ボール1とを有している。
This semiconductor device includes a
図2に模式的に示すように、封止樹脂3の上面には複数個の同一高さの突起部14が形成されており、これらの突起部14が放熱装置4の下面に接触している。突起部14は接着剤5に埋め込まれている。
As schematically shown in FIG. 2, a plurality of
また突起部14は、図3にも示すように、円柱形のものが半導体チップ7の周辺に相応する領域に4個、半導体チップ7の各辺の中央から一定距離だけ離れて配置されている。突起部14が半導体チップ7の周辺に配置されるのは放熱性をよくするためである。つまり、半導体チップ7の直上は突起部14が存在しない分だけ接着剤5との接触面積が広くなるので、接着剤5として、Agなどの金属が含まれている熱伝導率の高いもの、例えばいわゆる銀ペーストを用いれば、放熱効率が高まり、半導体チップ7からの熱が効率よく逃がされる。放熱装置4を搭載する際の圧力が半導体チップ7に影響することも避けられる。
As shown in FIG. 3, four
放熱装置4は、放熱性が高いCuかAlを材料としたものが望ましいが、Agなどの金属であってもかまわない。放熱装置4にめっきを施す場合は、マーキングの視認性をよくするために、Niめっきなどが望ましい。
The
上記の半導体装置の製造方法を説明する。
図4(a)に示すように、配線基板2の片面の半導体チップ搭載領域にダイボンディング材8を介して半導体チップ7を搭載し、図4(b)に示すように、半導体チップ7と配線基板2の配線9の電極部とを金ワイヤなどの金属細線6で電気的に接続する。
A method for manufacturing the semiconductor device will be described.
As shown in FIG. 4A, a
次に、図4(c)に示すように、封止金型(図示せず)を用いて、配線基板2上に半導体チップ7と金属細線6と配線9とを覆うように封止樹脂3をモールド成形する。封止樹脂3の上面には突起部14を一体成形しておく。封止樹脂3の材料はたとえばエポキシ樹脂である。
Next, as shown in FIG. 4C, the
次に、図4(d)に示すように、封止樹脂3の上面にディスペンサーDにより接着剤5を塗布し、図4(e)に示すように、接着剤5の上に放熱装置4をマウンタMにより位置合わせして搭載する。
Next, as shown in FIG. 4D, the
この際に、マウンタMにより放熱装置4を封止樹脂3の上面の突起部14に接触するまで押せば、放熱装置4の下面と封止樹脂3の上面との間に突起部14の高さで規定される一定間隙が形成され、その一定間隙内で接着剤5が押し広げられる。封止樹脂3の上面に対する放熱装置4の高さおよび姿勢を一定にすることが可能である。
At this time, if the
その状態で、図4(f)に示すように、接着剤5を熱硬化させる。接着剤5の硬化後に、図4(g)に示すように、配線基板2のランド10に半田ボール1を搭載する。
以上のようにすると、上述のように封止樹脂3の上面に対する放熱装置4の高さおよび姿勢を一定にできるため、半導体装置の全体高さは一定になり、放熱装置4の傾きも生じない。また封止樹脂3側に形成された突起部14が接着剤5に埋め込まれた状態となるので、封止樹脂3と接着剤5との界面での接続強度が増し、放熱装置4の脱落を防ぐことが出来る。放熱装置4によって半導体チップ7からの熱が効率よく逃がされるのは上述の通りである。
In this state, the adhesive 5 is thermally cured as shown in FIG. After the adhesive 5 is cured, the
As described above, since the height and posture of the
放熱装置4には、上述の円柱形の突起部14のほか、図3に示す半球形の突起部15を同様に配置することも望ましい。円柱形、半球形であれば加工しやすい。図6に示すように、平面視してL形畝状の突起部11を2個、半導体チップ7の周辺に配置しても構わない。放熱装置4の下面を封止樹脂3の上面に平行な向きに支持できれば突起部の形状や個数は問わないが、2個以上とするのが都合よい。
In addition to the
(第2の実施形態)
図7は、本発明の第2の実施形態の半導体装置であって、放熱装置付きのBGAパッケージ形態の半導体装置の全体構成を示す断面模式図である。
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating the entire configuration of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, which is a BGA package type with a heat dissipation device.
この半導体装置は、放熱装置4の下面に複数個の同一高さの突起部16が形成されており、これらの突起部16が封止樹脂3の上面に接触している。封止樹脂3の上面は平坦である。突起部16は、図8にも示すように、半球形で、半導体チップ7の周辺に相応する領域に2個以上、ここでは4個配置されている。そのほかは第1の実施形態のものと同じである。
In this semiconductor device, a plurality of
この半導体装置の製造方法は、第1の実施形態のものと概ね同じなので図示を省略するが、接着剤5を塗布した封止樹脂3に放熱装置4を押し付ければ、放熱装置4の下面の突起部16が封止樹脂3の上面に接触して両面間に突起部16の高さで規定される一定間隙が形成され、その一定間隙内で接着剤5が押し広げられることになり、封止樹脂4の上面に対する放熱装置4の高さおよび姿勢を一定にすることができる。
Since the manufacturing method of this semiconductor device is substantially the same as that of the first embodiment, the illustration thereof is omitted. However, if the
放熱装置4には、ここに示した半球形の突起部16のほか、図9に示す円柱形の突起部17を同様に配置することも好ましい。これら図7、図9に示す放熱装置4は、突起部16あるいは突起部17を鋳型を用いて一体成型する、あるいは金属バンプを溶接するという方法で形成される。図10、図11に示す放熱装置4のように、半球形の突起部16あるいは円柱形の突起部17を金型により形成することもできる。
In addition to the
(第3の実施形態)
図12は、本発明の第3の実施形態の半導体装置であって、放熱装置付きのBGAパッケージ形態の半導体装置の全体構成を示す断面模式図である。
(Third embodiment)
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view illustrating the entire configuration of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention, which is a BGA package with a heat dissipation device.
この半導体装置は、封止樹脂4の上面に溝13が形成されており、この上面に塗布された接着剤5を介して放熱装置4が固着されている。封止樹脂4,放熱装置4には上述したような突起部は形成されていない。そのほかは第1の実施形態のものと同じである。溝13の形状は、平面視で、図13に示す四角形などの多角形あるいは円形であったほうがよい。半導体チップ7はほとんど四角形であるため、封止樹脂4の上面という限られた面において、半導体チップ7や金属細線6の直上の領域への溝13の配置を避けるためには(直上の領域に溝13を配置すると金属細線6が露出する可能性がある)、多角形あるいは円形が望ましいのである。円形であれば加工もしやすい。
In this semiconductor device, a
この半導体装置を製造するときに、接着剤5を塗布した封止樹脂3に放熱装置4を押し付ければ、図示したように接着剤5が溝13に入り込む。接着剤5の硬化後には、この溝13内の接着剤5による接着面積の増大およびアンカー効果により、封止樹脂3と接着剤5との界面での接続強度が増し、熱衝撃などで放熱装置4が樹脂面から脱落することを防ぐことが出来る。
When the semiconductor device is manufactured, if the
なお、放熱装置4を各図に示したように板状体(放熱板)とする場合は、実装性を確保するために、厚みを1.0mm以下とすることが望ましい。放熱装置4は、放熱板のほか、放熱フィン、放熱ファンなどであってもよい。
In addition, when making the
樹脂封止工程の後に封止樹脂3の表面、特に上面をプラズマ洗浄することも、接着剤5との接続強度を増やすために望ましい。
半導体チップ7を各図に示したように金属細線6を介して配線基板2に接続するのでなく、フリップチップ接続しても構わない。
It is also desirable to increase the connection strength with the adhesive 5 by plasma cleaning the surface of the sealing
Instead of connecting the
第1〜第3の実施形態で説明した放熱構造は、作動する際に熱が発生する半導体装置であれば特に限定なく適用することができるが、特にBGAパッケージ形態の半導体装置に有用である。QFPタイプなどのパッケージであれば下面に放熱装置を配置することが可能であるが、BGAタイプのパッケージは下面に放熱装置を配置することは不可能で、上面に配置するしかないためである。 The heat dissipation structure described in the first to third embodiments can be applied without particular limitation as long as it is a semiconductor device that generates heat when operating, but is particularly useful for a semiconductor device in the form of a BGA package. This is because a heat dissipation device can be disposed on the lower surface of a package such as a QFP type, but a heat dissipation device cannot be disposed on the lower surface of a BGA type package, but only on the upper surface.
本発明の半導体装置及びその製造方法は、効率よい放熱構造を実現できるとともに、半導体装置の全体高さが一定になり、放熱装置の傾きや脱落も防ぎ得るものであり、作動する際に発熱する各種の半導体装置、特にBGAパッケージ形態の半導体装置に有用である。 The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention can realize an efficient heat dissipation structure, the entire height of the semiconductor device is constant, and the heat dissipation device can be prevented from tilting or falling off, and generates heat during operation. The present invention is useful for various semiconductor devices, particularly BGA package type semiconductor devices.
2 配線基板
3 封止樹脂
4 放熱装置
5 接着剤
6 金属細線
7 半導体チップ
8 ダイボンディング材
13 溝
14,15,16,17 突起部
2 Wiring
Claims (9)
前記封止樹脂と放熱装置の互いに対向した一方の面に2個以上の同一高さの突起部が形成されていて、これらの突起部が他方の面に接触していることを特徴とする半導体装置。 A wiring board; a semiconductor chip mounted on and electrically connected to the wiring board; a sealing resin formed on the wiring board so as to cover the semiconductor chip and its electrical connection; and the sealing In a semiconductor device having a heat dissipation device fixed on a resin by an adhesive,
Two or more protrusions having the same height are formed on one surface of the sealing resin and the heat dissipation device facing each other, and these protrusions are in contact with the other surface. apparatus.
前記封止樹脂の上面に溝が形成されていることを特徴とする半導体装置。 A wiring board; a semiconductor chip mounted on and electrically connected to the wiring board; a sealing resin formed on the wiring board so as to cover the semiconductor chip and its electrical connection; and the sealing In a semiconductor device having a heat dissipation device fixed on a resin by an adhesive,
A semiconductor device, wherein a groove is formed on an upper surface of the sealing resin.
(a)配線基板上に半導体チップを搭載し電気的に接続する工程と、
(b)前記配線基板上に前記半導体チップおよびその電気的接続部を覆う封止樹脂を成型金型を用いて形成する工程と、
(c)前記封止樹脂の上面に接着剤を塗布する工程と、
(d)前記接着剤が塗布された封止樹脂上に放熱装置を互い対向する一方の面に予め形成された2個以上の突起部が他方の面に接触するように配置する工程と、
(e)前記封止樹脂と放熱装置との間の接着剤を硬化させる工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
(A) mounting and electrically connecting a semiconductor chip on a wiring board;
(B) forming a sealing resin that covers the semiconductor chip and its electrical connection portion on the wiring substrate using a molding die;
(C) applying an adhesive to the top surface of the sealing resin;
(D) a step of arranging the heat dissipation device on the sealing resin to which the adhesive is applied so that two or more protrusions formed in advance on one surface facing each other are in contact with the other surface;
(E) curing the adhesive between the sealing resin and the heat dissipation device, and a method of manufacturing a semiconductor device.
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