JP2010192653A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】放熱性に優れた実装構造を備える半導体装置を提供する。
【解決手段】第1の回路基板3の側端面に配線電極7が露出するように配設される。第1の回路基板3にICチップを含む半導体部品1並びに電子部品2Aおよび2Bが実装される。半導体部品1並びに電子部品の少なくとも一部を覆うように樹脂からなるモールド体5が形成される。モールド体5の表面を、導電性材料からなる被覆部6が多い、その被覆部6が、配線電極7と接触するように形成される。
【選択図】図1

Description

本発明は、半導体チップおよび電子部品を封止してなる半導体装置に関するものである。
従来、半導体チップは、素子の保護や取り扱いを容易とするために、例えばエポキシ樹脂を主成分とした封止材を使用してパッケージ化したICパッケージとして使用されることが多い。また、ICパッケージを基板に実装した状態でさらに樹脂により固めて、補強することも行われている。
そのような補強構造の一例として、特許文献1に記載のICパッケージの補強構造がある。この補強構造においては、マザーボードに実装されたICパッケージを覆うように筐体状の補強用フレームを配置し、その補強用フレームの内部に熱硬化性樹脂を注入し、これによりICパッケージの本体と、ICパッケージとマザーボードとの接続部とを樹脂により固めて補強している(特許文献1の図1参照)。
特許第3241669号
半導体チップは、近年、処理能力がますます向上しており、発熱量もますます増大している。このため、放熱性に優れたICパッケージの補強構造ないしは実装構造が求められる。ところが、上述したような従来の実装構造では、ICパッケージを覆う樹脂と補強用フレームとの間に空隙が形成されることから(特許文献1の図1(d)等参照)、半導体チップの発熱を放熱するための伝熱経路が分断されており、十分な放熱を行うことは困難である。特に、ICパッケージを、他の電子部品をも含めて封止する場合には、発熱量がさらに増大することがあり、そのような場合には、さらに効率よく放熱を行うことができる半導体部品の実装構造が要求される。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、放熱性に優れた実装構造を備える半導体装置を提供することを目的としている。
上記目的を達成するための本発明は、側端面に配線電極が露出するように配設された第1の回路基板と、
前記第1の回路基板に実装された、ICチップを含む半導体部品並びに電子部品と、
前記半導体部品並びに電子部品の少なくとも一部を覆う、樹脂からなるモールド体と、
導電性材料からなり、前記モールド体の表面を被覆する被覆部とを備え、
前記被覆部が、前記第1の回路基板の側端面に露出された配線電極と接触するように形成された半導体装置である。
本発明の好ましい形態においては、前記第1の回路基板の側端面に露出された配線電極が、グランド用の配線電極である。
本発明のさらに好ましい形態においては、前記モールド体が、前記半導体部品の前記第1の回路基板との接続部分を封止している。
本発明のさらに好ましい形態においては、前記被覆部が、前記半導体部品並びに電子部品の少なくとも一部と接触するように形成される。
本発明のさらに好ましい形態においては、前記半導体部品は、一部分を露出させて残部が前記モールド体により覆われており、
前記被覆部は、前記半導体部品の露出した一部分と前記モールド体の表面とを被覆している。
本発明のさらに好ましい形態は、前記第1の回路基板が実装される、配線電極を有する第2の回路基板を更に備え、
前記被覆部が、前記第2の回路基板の配線電極と接触するように形成される。
本発明のさらに好ましい形態においては、前記被覆部が、前記第2の回路基板の前記第1の回路基板が実装される面に露出した配線電極と接触するように形成される。
本発明のさらに好ましい形態においては、前記第1の回路基板の前記第2の回路基板との接続部分が、樹脂により封止されている。
本発明のさらに好ましい形態においては、前記被覆部が、洋白、ステンレス鋼、銅、鉄、およびアルミニウムの少なくとも1種から構成される。
本発明の別の好ましい形態においては、前記被覆部が、導電性樹脂から構成される。
本発明の半導体装置によれば、第1の回路基板に実装される、ICチップを含む半導体部品並びに電子部品の少なくとも一部を覆うように、樹脂からなるモールド体が形成され、そのモールド体の表面を覆うように導電性材料からなる被覆部が形成される。また、そのモールド体を覆う被覆部が、第1の回路基板の側端面に露出している配線電極と接触するように形成される。
被覆部は、モールド体の表面を覆っているために、モールド体と被覆部との間には空隙が存在しない。このため、半導体部品並びに電子部品の発熱を、モールド体を介して被覆部にまで伝達して放熱するための伝熱経路に分断が無く、良好な放熱性を実現することができる。また、被覆部は、第1の回路基板の側端面に露出している配線電極と接触するように形成されるために、半導体部品並びに電子部品の発熱を、配線電極を介して被覆部から放熱することが可能となる。これにより、放熱性がさらに良好となる。
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
《実施の形態1》
図1に、本発明の実施の形態1に係る半導体装置の概略構成を示す。同図においては、半導体装置の一部のみを断面にしてある。
図示例の半導体装置は、ICパッケージ1、並びに電子部品2Aおよび2Bを第1の回路基板3に実装し、その第1の回路基板3をさらに第2の回路基板4に実装して構成されている。ICパッケージ1、並びに電子部品2Aおよび2Bは、第1の回路基板3上で樹脂のモールド体5で固めるようにして封止されている。モールド体5は、表面が、熱伝導性の良好な導電性材料からなる被覆部6により覆われている。なお、図1においては、モールド体5および被覆部6のみが断面とされている。
ICパッケージ1は、パッケージ用基板1aの上面に図示しないICチップを実装し、そのICチップを、ボンディングワイヤ等の上記基板1aとの間の接続部分を含めて樹脂により封止して構成されている。ICパッケージ1の上記基板1aの下面には、第1の回路基板3に溶着されて、ICパッケージ1を第1の回路基板3と接続する半田ボール1bが所定の配列で形成されている。また、電子部品2Aおよび2Bは、取付用部材2c、2d、および2eにより第1の回路基板3に取り付けられている。
図示例では、モールド体5は、ICパッケージ1並びに電子部品2Aおよび2Bの全てを包むように形成されているが、これに限らず、モールド体5は、ICパッケージ1並びに電子部品2Aおよび2Bの少なくとも一部を覆うものであればよい。発熱量が大きくなく、かつ保護の必要性が小さい電子部品については、その一部または全部を覆わないものとすることもできる。
第1の回路基板3は、側端面に本来配線用として使用される配線電極7が露出するように形成される。より具体的には、第1の回路基板3の側端面に露出された配線電極7はグランド用の配線とするのが好ましい。被覆部6は、その配線電極7と接触するように、第1の回路基板3の側端面をも覆うように形成される。これにより、ICパッケージ1並びに電子部品2Aおよび2Bの発熱が、配線電極7を介して被覆部6に伝達される。したがって、半導体装置の放熱性が更に良好となる。
ここで、モールド体5を構成する樹脂には、熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂のいずれかを使用することができる。具体的には、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ABS樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフタルアミド、液晶ポリマー、フッ素樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、およびエポキシ樹脂等を使用することができる。合成ゴムや熱可塑性エラストマーを使用することもできる。
また、モールド体5を形成する方法は、ディスペンス装置を使用してICパッケージ1、並びに電子部品2Aおよび2Bと第1の回路基板3との間を樹脂により封止した後、残りの部分を例えば印刷法により成形するものとすることができる。また、ポッティングによりモールド体5を形成することもできる。また、印刷法による場合は、真空中で印刷を行う真空印刷法によるのが、ICパッケージ1等の下側の部分への樹脂の回り込みが良好となるので、より好ましい。
被覆部6は、良好な熱伝導性を実現するために導電性を有すればよく、その素材は金属および樹脂のいずれでもよい。より具体的には、洋白、ステンレス鋼、銅、鉄、およびアルミニウムなどの金属を使用して、例えばスパッタリングによりモールド体5の表面に被覆部6を形成することができる。あるいは、モールド体5の表面を、上述した金属によりメッキして、被覆部6を形成してもよい。
また、被覆部6の素材を樹脂とする場合は、銀、金、プラチナ、鉄、銅およびニッケルの少なくとも1つを用いた導電性樹脂を使用して、モールド体5の表面にコーティングを行い、被覆部6を形成することができる。その導電性樹脂の材料は、熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂のいずれを使用することもできる。具体的には、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ABS樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフタルアミド、液晶ポリマー、フッ素樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、およびエポキシ樹脂等を使用することができる。合成ゴムや熱可塑性エラストマーを使用することもできる。それらを使用した導電性樹脂を、モールド体5の表面にコーティングすることによって被覆部6を構成することができる。
また、図示例では、第1の回路基板3と第2の回路基板4とを接続する半田ボール8は露出しているが、それらの空隙部を樹脂により固めて封止するようにしてもよい。これにより、より強度の大きい補強構造を得ることができる。
次に、図2A〜2Cを参照して、実施の形態1に係る半導体装置の製造プロセスを説明する。
まず、図2Aに示すように、基板素材に複数の第1の回路基板3を連続的に形成する。次に、基板素材上のそれぞれの第1の回路基板3に、半導体装置のICパッケージ1と、電子部品2Aおよび2Bとを実装する。そして、1組のICパッケージ1並びに電子部品2Aおよび2Bを1つのモールド体5によりそれぞれ包み込むように、例えば真空印刷法によりモールド体5の材料の樹脂を基板素材に塗工する。このとき、印刷装置の真空状態を解除することで、モールド体5の材料である樹脂が、ICパッケージ1等の下側に充填される。その結果、ICパッケージ1等を覆う樹脂の不足する箇所が生じる。このため、再度真空印刷法により樹脂をスキージングして、不足分の樹脂を補う。
次いで、図2Bに示すように、基板素材をダイシング(dicing)して、配線電極7を第1の回路基板3の側端面に露出させた後、被覆部6を形成するように、上述した導電性材料を真空印刷法により塗工する。このとき、配線電極7が露出した第1の回路基板3の側端面をも覆うように被覆部6を形成する。またこのとき、印刷装置の真空状態を解除することで導電性材料は、モールド体5の表面の凹凸に充填される。その結果、モールド体5を覆う導電性材料の不足する箇所が生じるので、それを補うために、再度導電性材料のスキージングを行う。
次いで、図2Cに示すように、それぞれの半導体装置を切り離すようにダイシングを行う。
以上のようにして、第1の回路基板3の側端面に露出させた配線電極7と接触するように、第1の回路基板3の側端面をも覆うモールド体5の被覆部6が形成される。この結果、ICパッケージ1のみならず他の電子部品2Aおよび2Bをもふくめて樹脂モールドにより補強することができる。また、被覆部6は、モールド体5の表面に密着したものであるから、例えば筐体状の別体の補強用プレートを用いる場合と比較して、半導体装置の薄型化を図ることもできる。
なお、図示例においては、被覆部6は、印刷法により形成するものとしたが、スパッタリングまたは真空蒸着法により被覆部6を形成するものとしてもよい。
以上説明したように、本実施の形態1の半導体装置によれば、ICパッケージ1並びに電子部品2Aおよび2Bの少なくとも一部を覆うようにモールド体5が形成され、そのモールド体5の表面に導電性材料からなる被覆部6が形成されている。このため、ICパッケージ1並びに電子部品2Aおよび2Bの発熱を、モールド体5を介して被覆部6から放熱するための伝熱経路が空隙等により分断されることがなく、良好な放熱性を実現することができる。また、被覆部6が、第1の回路基板3の側端面に露出している配線電極7と接触するように設けられることから、ICパッケージ1並びに電子部品2Aおよび2Bの発熱を、配線電極7を介して被覆部6から放熱することができる。これにより、放熱性がさらに良好となる。
したがって、ICパッケージ1のみならず、電子部品2Aおよび2Bをも含めて封止を行う場合にも、十分な放熱性を備えた半導体装置を得ることができる。
《実施の形態2》
次に、本発明の実施の形態2を説明する。実施の形態2は、実施の形態1を改変したものであり、以下に、実施の形態1とは異なる部分を主に説明する。
図3に、実施の形態2の半導体装置の概略構成を示す。同図においては、モールド体5および被覆部6のみを断面にしてある。
実施の形態2の半導体装置においては、ICパッケージ1の一部(図示例では上面)がモールド体5により覆われてはおらず、その露出部分が被覆部6と直接に接している。このように、被覆部6をICパッケージ1の一部と直接に接触するように形成することによって、放熱性が更に良好となる。
なお、図示例では、被覆部6をICパッケージ1の一部と接触させるものとしたが、これに限らず、被覆部6を電子部品2Aおよび2Bの一部と接触させるようにしてもよい。つまり、ICパッケージ1並びに電子部品2Aおよび2Bの少なくとも一部を被覆部6と接触させるようにすればよい。
次に、図4A〜4Cを参照して、実施の形態2に係る半導体装置の製造プロセスを説明する。
まず、図4Aに示すように、基板素材に複数の第1の回路基板3を連続的に形成する。次に、基板素材上のそれぞれの第1の回路基板3に、半導体装置のICパッケージ1と、電子部品2Aおよび2Bとを実装する。そして、1組のICパッケージ1並びに電子部品2Aおよび2Bを1つのモールド体5によりそれぞれ包み込むように、例えば真空印刷法によりモールド体5の材料の樹脂を基板素材に塗工する。このとき、印刷装置の真空状態を解除することで、モールド体5の材料である樹脂が、ICパッケージ1等の下側に充填される。その結果、ICパッケージ1等を覆う樹脂の不足する箇所が生じる。このため、再度真空印刷法により樹脂をスキージングして、不足分の樹脂を補う。
次いで、図4Bに示すように、基板素材をダイシングして、配線電極7を第1の回路基板3の側端面に露出させる。また、モールド体5を研磨して、ICパッケージ1の一部(図示例では上面)を露出させる。その後、被覆部6を形成するように、上述した導電性材料を真空印刷法により塗工する。このとき、配線電極7が露出した第1の回路基板3の側端面をも覆うように被覆部6を形成する。またこのとき、印刷装置の真空状態を解除することで導電性材料は、モールド体5の表面の凹凸に充填される。その結果、モールド体5を覆う導電性材料の不足する箇所が生じるので、それを補うために、再度導電性材料のスキージングを行う。
次いで、図4Cに示すように、それぞれの半導体装置を切り離すようにダイシングを行う。以上のようにして、ICパッケージ1の一部と接触するように被覆部6が形成された半導体装置を得ることができる。したがって、半導体装置の放熱性がさらに良好となる。
なお、図示例においては、被覆部6は、印刷法により形成するものとしたが、スパッタリングまたは真空蒸着法により被覆部6を形成するものとしてもよい。また、ICパッケージ1の一部のみをモールド体5から露出させて、被覆部6と接触させるものとしたが、必要に応じて、電子部品2Aおよび2Bの一部をモールド体5から露出させるようにモールド体5を研磨して、その部分をも被覆部6と接触させるようにしてもよい。
《実施の形態3》
次に、本発明の実施の形態3を説明する。実施の形態3は、実施の形態2をさらに改変したものであり、以下に、実施の形態2とは異なる部分を主に説明する。
図5に、実施の形態3の半導体装置の概略構成を示す。同図においては、モールド体5および被覆部6のみを断面にしてある。
実施の形態3の半導体装置においては、被覆部6が、第2の回路基板4にまで達し、第2の回路基板4の表面に露出した、図示しない配線電極と接触するように形成されている。
このように、被覆部6を第2の回路基板4の配線電極と接触させることによって、ICパッケージ1並びに電子部品2Aおよび2Bの発熱を第2の回路基板4を介して放熱することが可能となる。したがって、半導体装置の放熱性が更に良好となる。なお、図示例においては、被覆部6は、第2の回路基板4の第1の回路基板3が実装される面に露出した配線電極と接触しているが、これに限らず、第2の回路基板4の側面に露出した配線電極と接触させてもよい。
次に、図6A〜6Dを参照して、実施の形態3に係る半導体装置の製造プロセスを説明する。
まず、図6Aに示すように、基板素材に複数の第1の回路基板3を連続的に形成する。次に、基板素材上のそれぞれの第1の回路基板3に、半導体装置のICパッケージ1と、電子部品2Aおよび2Bとを実装する。そして、1組のICパッケージ1並びに電子部品2Aおよび2Bを1つのモールド体5によりそれぞれ包み込むように、例えば真空印刷法によりモールド体5の材料の樹脂を基板素材に塗工する。このとき、印刷装置の真空状態を解除することで、モールド体5の材料である樹脂が、ICパッケージ1等の下側に充填される。その結果、ICパッケージ1等を覆う樹脂の不足する箇所が生じる。このため、再度真空印刷法により樹脂をスキージングして、不足分の樹脂を補う。
次いで、図6Bに示すように、基板素材をダイシングして、配線電極7を第1の回路基板3の側端面に露出させるとともに、各半導体装置を切り離す。また、モールド体5を研磨して、ICパッケージ1の一部(図示例では上面)を露出させる。
次いで、図6Cに示すように、ICパッケージ1等が実装された第1の回路基板3を第2の回路基板4に実装する。
その後、図6Dに示すように、第2の回路基板4にまで達する被覆部6を形成するように、上述した導電性材料を真空印刷法により塗工する。このとき、第2の回路基板4の配線電極と接触するように被覆部6を形成する。またこのとき、印刷装置の真空状態を解除することで導電性材料は、モールド体5の表面の凹凸に充填される。その結果、モールド体5を覆う導電性材料の不足する箇所が生じるので、それを補うために、再度導電性材料のスキージングを行う。以上のようにして、第2の回路基板4の配線電極と接触するように被覆部6が形成される。したがって、第2の回路基板4をも介してICパッケージ1等の発熱を放熱することができるので、半導体装置の放熱性がさらに良好となる。
なお、図示例においては、被覆部6は、真空印刷法により塗工して形成したが、これに限らず、スパッタリングまたは真空蒸着法により形成してもよい。また、ディスペンス装置を使用して上記導電性材料を塗工して、被覆部6を形成してもよい。
本発明の半導体装置は、放熱性に優れた、薄型化に対応した封止構造を有しており、モバイル機器等に好適に使用することができる。
本発明の実施の形態1に係る半導体装置の概略構成を示す、一部を断面にした側面図である。 同上半導体装置の製造プロセスの第1の状態を示す、一部を断面にした側面図である。 同上半導体装置の製造プロセスの第2の状態を示す、一部を断面にした側面図である。 同上半導体装置の製造プロセスの最終の状態を示す、一部を断面にした側面図である。 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の概略構成を示す、一部を断面にした側面図である。 同上半導体装置の製造プロセスの第1の状態を示す、一部を断面にした側面図である。 同上半導体装置の製造プロセスの第2の状態を示す、一部を断面にした側面図である。 同上半導体装置の製造プロセスの最終の状態を示す、一部を断面にした側面図である。 本発明の実施の形態3に係る半導体装置の概略構成を示す、一部を断面にした側面図である。 同上半導体装置の製造プロセスの第1の状態を示す、一部を断面にした側面図である。 同上半導体装置の製造プロセスの第2の状態を示す、一部を断面にした側面図である。 同上半導体装置の製造プロセスの第3の状態を示す、一部を断面にした側面図である。 同上半導体装置の製造プロセスの最終の状態を示す、一部を断面にした側面図である。
1 ICパッケージ
2 電子部品
3 第1の回路基板
4 第2の回路基板
5 モールド体
6 被覆部
7 配線電極

Claims (10)

  1. 側端面に配線電極が露出するように配設された第1の回路基板と、
    前記第1の回路基板に実装された、ICチップを含む半導体部品並びに電子部品と、
    前記半導体部品並びに電子部品の少なくとも一部を覆う、樹脂からなるモールド体と、
    導電性材料からなり、前記モールド体の表面を被覆する被覆部とを備え、
    前記被覆部が、前記第1の回路基板の側端面に露出された配線電極と接触するように形成された半導体装置。
  2. 前記第1の回路基板の側端面に露出された配線電極が、グランド用の配線電極である請求項1記載の半導体装置。
  3. 前記モールド体が、前記半導体部品の前記第1の回路基板との接続部分を封止している請求項1または2記載の半導体装置。
  4. 前記被覆部が、前記半導体部品並びに電子部品の少なくとも一部と接触するように形成された請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置。
  5. 前記半導体部品は、一部分を露出させて残部が前記モールド体により覆われており、
    前記被覆部は、前記半導体部品の露出した一部分と前記モールド体の表面とを被覆している請求項4記載の半導体装置。
  6. 前記第1の回路基板が実装される、配線電極を有する第2の回路基板を更に備え、
    前記被覆部が、前記第2の回路基板の配線電極と接触するように形成された請求項1〜5のいずれかに記載の半導体装置。
  7. 前記被覆部が、前記第2の回路基板の前記第1の回路基板が実装される面に露出した配線電極と接触するように形成される請求項6記載の半導体装置。
  8. 前記第1の回路基板の前記第2の回路基板との接続部分が、樹脂により封止されている請求項1〜7のいずれかに記載の半導体装置。
  9. 前記被覆部が、洋白、ステンレス鋼、銅、鉄、およびアルミニウムの少なくとも1種から構成された請求項1〜8のいずれかに記載の半導体装置。
  10. 前記被覆部が、導電性樹脂から構成された請求項1〜8のいずれかに記載の半導体装置。
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