JP2010087442A

JP2010087442A - 半導体装置及びその製造方法

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Publication number: JP2010087442A
Application number: JP2008258074A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Nonoyama; 茂野々山
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-10-03
Filing date: 2008-10-03
Publication date: 2010-04-15

Abstract

【課題】回路基板の配線の自由度に影響を与えることなく、放熱板が剥離しにくい半導体装置を実現できるようにする。
【解決手段】半導体装置は、回路基板１１と、回路基板１１の上に搭載された半導体素子１２と、半導体素子１２を覆う封止樹脂２０と、封止樹脂２０の上に接着された放熱板２２とを備えている。放熱板２２は、封止樹脂２０側に突出した突出部２２ａを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体装置及びその製造方法に関し、特に放熱板を備えたボールグリッドアレイ型の半導体装置及びその製造方法に関する。

半導体装置の進展に伴い、半導体装置の多ピン化及び高速動作への対応が要求されている。また、携帯電子機器の増加により、半導体装置の小型軽量化への要求がますます強く求められている。これらの要求を満たすために、裏面にはんだボール等の端子を格子状に配列した回路基板の上に半導体素子を搭載したボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）型の半導体装置が注目を集めている。

ＢＧＡ型の半導体装置において、半導体装置の放熱性を向上するために、放熱板を搭載することが行われている。例えば、半導体素子及びボンディングワイヤを覆うように銅（Ｃｕ）等の金属板からなる放熱板を回路基板表面に搭載し、放熱板の一部が露出するように封止樹脂で封止を行う。このようにすることにより、半導体装置の放熱性を向上することができる。

しかし、半導体装置のサイズの縮小及びピン数の増加により、回路基板の上に形成する電極の数が増加し、回路基板の上に放熱板を搭載するために接続エリアを確保することが困難となってきている。また、放熱板内に収納可能なワイヤの数が制限されてしまう。このため、半導体装置の封止樹脂の上面に平板状の放熱板を接着する方法が考案されている（例えば、特許文献１を参照。）。

封止樹脂の上面に平板状の放熱板を接着することにより、放熱効果を低下させることなく、回路基板の配線の自由度を高めることができる。
特開２００４−２６００５１号公報

しかしながら、前記従来の封止樹脂の上面に平板状の放熱板を接着した半導体装置は、水平方向の外力が放熱板に加わった場合、放熱板が剥離しやすいという問題がある。また、放熱板と封止樹脂の接着強度を向上するために、接着材の使用量を多くする必要がある。このため、半導体装置の製造コストが上昇するという問題がある。

本発明は、前記の問題を解決し、回路基板の配線の自由度に影響を与えることなく、放熱板が剥離しにくい半導体装置を実現できるようにすることを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は半導体装置を、封止樹脂の上に接着され且つ封止樹脂側に突出した突出部を有する放熱板を備えた構成とする。

本発明に係る半導体装置は、回路基板と、回路基板の上に搭載された半導体素子と、半導体素子を覆う封止樹脂と、封止樹脂の上に接着された放熱板とを備え、放熱板は、封止樹脂側に突出した突出部を有していることを特徴とする。

本発明の半導体装置は、封止樹脂の上に接着され且つ封止樹脂側に突出した突出部を有する放熱板とを備えている。このため、放熱板に水平方向の外力が加わった場合にも、放熱板が剥離するおそれが小さい。また、回路基板の設計の自由度に影響を与えることもない。

本発明の半導体装置において、突出部は、放熱板の外縁部を囲むように連続して形成されていてもよい。また、それぞれがストライプ状に複数形成されていてもよく、互いに独立して複数形成されていてもよく、この場合に、放熱板の外縁部に形成されている構成であってもよい。

本発明の半導体装置において、封止樹脂は、突出部と対応する位置に形成された凹部を有し、突出部は、凹部に挿入されていてもよい。この場合において、放熱板の平面寸法は、封止樹脂の上面の寸法よりも小さいことが好ましい。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、回路基板表面上に半導体素子を搭載する工程（ａ）と、半導体素子を封止樹脂により封止する工程（ｂ）と、封止樹脂の上面に凹部を形成する工程（ｃ）と、凹部と対応する位置に突出部を有する放熱板を封止樹脂の上に接着する工程（ｄ）とを備え、放熱板の平面寸法は、封止樹脂の上面の寸法よりも小さいことを特徴とする。

本発明の半導体装置によれば、回路基板の配線の自由度に影響を与えることなく、本熱板が剥離しにくい半導体装置を実現できる。

本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１（ａ）及び（ｂ）は、一実施形態に係る半導体装置であり、（ａ）は平面構成を示し、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面構成を示している。

図１に示すように、本実施形態の半導体装置は、ボールグリッドアレイ型の半導体装置であり、回路基板１１の上に半導体素子１２がフェースアップボンディングにより搭載されている。回路基板１１は、ガラスエポキシ樹脂等からなる有機基板とすればよい。回路基板１１の素子搭載面（上面）には銅等の金属からなる複数の素子接続電極１３が形成されており、素子搭載面と反対側の面（裏面）には銅等の金属からなる複数の外部接続電極１４が格子状に配列されている。素子接続電極１３と外部接続電極１４とは、回路基板１１内に形成された銅等の金属からなる内部配線を有する配線層１５により電気的に接続されている。外部接続電極１４には、はんだボール等からなる外部接続端子１６が形成されている。

半導体素子１２は、回路基板１１の上面に銀ペースト又はエポキシ樹脂等の接着材１７により接着されている。半導体素子１２は、上面に接続用電極（図示せず）を有し、接続用電極と回路基板１１の素子接続電極１３とはボンディングワイヤ１８により電気的に接続されている。

回路基板１１の上には、半導体素子１２及びボンディングワイヤ１８を覆うようにエポキシ樹脂等からなる封止樹脂２０が形成され、半導体素子１２は封止されている。

封止樹脂２０の上には、接着材２１により放熱板２２が接着されている。接着材２１は放熱性を向上させるために、銀等の金属粒子を含むエポキシ樹脂等を用いることが好ましい。

放熱板２２は、放熱性の良い材料が好ましく、ニッケルめっきが施された銅等の金属板を用いればよい。放熱板２２は、封止樹脂２０側の面に突出部２２ａを有している。図１において、突出部２２ａは放熱板２２の外縁部を折り曲げることにより形成されており、放熱板２２の外縁部を囲むように連続的に形成されている。このように、放熱板２２に突出部２２ａを形成することにより、放熱板２２に水平方向に加わる外力によるせん断応力に対する強度を向上させることができる。従って、放熱板２２と接着材２１との界面において放熱板が剥離するおそれを小さくすることができる。また、封止樹脂２０の上に放熱板２２を接着しているため、回路基板１１の設計自由度に影響を与えることはない。

図１には、放熱板２２が外縁部を折り曲げることにより形成した、放熱板２２の外縁部を連続的に囲む突出部２２ａを有している構成を示した。しかし、放熱板２２における封止樹脂２０側の面に凹凸形状が形成されていればどのような構成としてもよい。例えば、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように複数のストライプ状の突出部２２ｂを形成してもよい。また、ストライプ状ではなく、互いに独立した島状としてもよい。この場合、突出部２２ｂはプレス等により形成しても、削り出し等により形成してもよい。また、別の部材を貼り合わせることにより突出部２２ｂを形成してもよい。

また、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、突起状の突出部２２ｃを形成してもよい。この場合、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように放熱板２２の外縁部に突出部２２ｃを形成してもよい。突出部２２ｃは例えば打ち出し等により形成すればよい。また、プレス又は削り出し等の方法により形成してもよく、他の部材を接着することにより形成してもよい。図４には突出部２２ｃが規則的に配置された例を示しているが、突出部２２ｃは規則的に配置されていなくてもよい。

また、図５に示すように、封止樹脂２０の上面に凹部を形成し、放熱板２２の突出部２２ｃを封止樹脂２０の凹部に挿入するようにしてもよい。この場合には、放熱板２２の平面寸法を、封止樹脂２０の上面の寸法よりも小さくすることが好ましい。これにより、放熱板の接着用の接着剤を低減し、半導体装置の製造コストを低減することが可能となる。

図５に示す半導体装置は以下のようにして製造すればよい。まず、図６（ａ）に示すように、複数の素子搭載エリアを有する回路基板１０に半導体素子１２を銀ペースト又はエポキシ樹脂等の接着材１７により接着する。回路基板１０は、エリアごとに、上面に複数の素子接続電極１３を有し、下面に格子状に配置された複数の外部接続電極１４を有しており、素子接続電極１３と外部接続電極１４とは、配線層１５により電気的に接続されている。続いて、半導体素子１２の接続電極（図示せず）と対応する素子接続電極１３とをボンディングワイヤ１８により電気的に接続する。

次に、図６（ｂ）に示すように、半導体素子１２及びボンディングワイヤ１８をエポキシ樹脂等の封止樹脂２０により封止する。樹脂封止は、例えば金型を用いたトランスファ成型方法又は液状樹脂を用いた印刷工法等により行えばよい。続いて、封止樹脂２０の上面に凹部２０ａを形成する。

次に、図６（ｃ）に示すように、突出部２２ａを有する放熱板２２を、突出部２２ａが凹部２０ａに挿入されるようにして接着する。接着には、銀等の粒子を含むエポキシ樹脂等からなる接着材２１を用いればよい。

次に、図６（ｄ）に示すように、回路基板１０の裏面に格子状に配置された外部接続電極１４に、はんだボール等を搭載して外部接続端子１６を形成する。また、はんだペーストの印刷を行った後、リフロー等の温度を加えることにより外部接続電極１４とはんだペーストとを溶着することにより、外部接続端子１６を形成してもよい。

次に、図６（ｅ）に示すように、回路基板１０をエリアごとに分割する。これにより、回路基板１１の上に半導体素子１２が搭載された半導体装置が得られる。回路基板１０の分割は、ダイシングブレードを用いた方法又は金型による打ち抜き方法等により行えばよい。

本発明に係る半導体装置は、回路基板の配線の自由度に影響を与えることなく、放熱板が剥離しにくい半導体装置を実現でき、特に放熱板を備えたボールグリッドアレイ型の半導体装置及びその製造方法等として有用である。

（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面図である。（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置の変形例を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のIIｂ−IIｂ線における断面図である。（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置の変形例を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のIIIｂ−IIIｂ線における断面図である。（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置の変形例を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のIVｂ−IVｂ線における断面図である。（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置の変形例を示す断面図である。本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を工程順に示す断面図である。

符号の説明

１０回路基板
１１回路基板
１２半導体素子
１３素子接続電極
１４外部接続電極
１５配線層
１６外部接続端子
１７接着材
１８ボンディングワイヤ
２０封止樹脂
２０ａ凹部
２１接着材
２２放熱板
２２ａ突出部
２２ｂ突出部
２２ｃ突出部

Claims

回路基板と、
前記回路基板の上に搭載された半導体素子と、
前記半導体素子を覆う封止樹脂と、
前記封止樹脂の上に接着された放熱板とを備え、
前記放熱板は、前記封止樹脂側に突出した突出部を有していることを特徴とする半導体装置。
前記突出部は、前記放熱板の外縁部を囲むように連続して形成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。
前記突出部は、それぞれがストライプ状に複数形成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。
前記突出部は、互いに独立して複数形成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。
前記突出部は、前記放熱板の外縁部に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
前記封止樹脂は、前記突出部と対応する位置に形成された凹部を有し、
前記突出部は、前記凹部に挿入されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。
前記放熱板の平面寸法は、前記封止樹脂の上面の寸法よりも小さいことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
回路基板表面上に半導体素子を搭載する工程（ａ）と、
前記半導体素子を封止樹脂により封止する工程（ｂ）と、
前記封止樹脂の上面に凹部を形成する工程（ｃ）と、
前記凹部と対応する位置に突出部を有する放熱板を前記封止樹脂の上に接着する工程（ｄ）とを備え、
前記放熱板の平面寸法は、前記封止樹脂の上面の寸法よりも小さいことを特徴とする半導体装置の製造方法。