JP2011159702A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上にバンプを介して半導体素子を搭載し、半導体素子における基板側に放熱板を設けるとともに、半導体素子と基板との間にアンダーフィルを充填してなる半導体装置において、アンダーフィル内のボイド発生を極力防止する。
【解決手段】基板１０の一面上にバンプ３０を介して半導体素子２０を搭載し、半導体素子２０における基板１０側の一面に放熱板４０を設けるとともに、半導体素子２０の一面と基板１０との間にアンダーフィル６０を充填してなる半導体装置において、基板１０の一面から他面へ貫通する貫通穴１１を設け、放熱板４０を、貫通穴１１に対して貫通穴１１の内面と隙間を有した状態で挿入するとともに、基板１０の他面より突出させ、放熱板４０と貫通穴１１の内面との隙間を、アンダーフィル６０注入用の注入口１２とし、この注入口１２を介して基板１０と半導体素子２０との間にアンダーフィル６０を充填する。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板上にバンプを介して半導体素子を搭載し、半導体素子における基板側に放熱板を設けるとともに、半導体素子と基板との間にアンダーフィルを充填してなる半導体装置、および、そのような半導体装置の製造方法に関する。

従来より、この種の半導体装置としては、基板と、一面をバンプを介して基板の一面に対向させた状態で基板の一面上に搭載された半導体素子と、半導体素子の一面のうちバンプ以外の部位に接続された放熱板と、半導体素子の一面と基板の一面との間にて、バンプおよび放熱板以外の部位に充填されたアンダーフィルとを備えた構成のものが一般的であり、そのようなものとして、特許文献１の半導体装置が開示されている
ここで、この特許文献１のものでは、半導体素子を基板にバンプにてフリップチップ実装する場合に、基板に貫通穴を設け、ここに放熱板を埋め込むことで、フェースダウン実装形態において素子裏面側への放熱性を向上させている。

特開特開２００８−２７０５１１号公報

しかし、上記特許文献１の構造では、半導体素子の中央部に大きな放熱板が存在する構造となっているため、従来通りアンダーフィルを半導体素子の端部における半導体素子と基板との隙間から注入すると、当該隙間にて半導体素子の中央部に位置する放熱板がアンダーフィル充填の妨げとなり、その充填性が低下し、アンダーフィルが空気を巻き込むといった問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、基板上にバンプを介して半導体素子を搭載し、半導体素子における基板側に放熱板を設けるとともに、半導体素子と基板との間にアンダーフィルを充填してなる半導体装置において、アンダーフィル内のボイド発生を極力防止することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、基板（１０）の一面上にバンプ（３０）を介して半導体素子（２０）を搭載し、半導体素子（２０）における基板（１０）側の一面に放熱板（４０）を設けるとともに、半導体素子（２０）の一面と基板（１０）の一面との間にアンダーフィル（６０）を充填してなる半導体装置において、基板（１０）には基板（１０）の一面から他面へ貫通し、放熱板（４０）よりも大きな貫通穴（１１）が設けられており、放熱板（４０）は貫通穴（１１）に対して貫通穴（１１）の内面と隙間を有した状態で挿入されるとともに、基板（１０）の他面より突出しており、放熱板（４０）と貫通穴（１１）の内面との隙間は、アンダーフィル（６０）が注入される注入口（１２）として構成され、この注入口（１２）を介して、基板（１０）の一面と半導体素子（２０）の一面との間にアンダーフィル（６０）が充填されていることを特徴とする。

それによれば、基板（１０）の他面から上記隙間としての注入口（１２）を介して放熱板（４０）の周囲部分にアンダーフィル（６０）を注入できるので、従来のような半導体素子の端部から注入する場合に比べて、充填完了に必要なアンダーフィル（６０）の流れる距離を短くすることができ、また、放熱板（４０）の周囲にてアンダーフィル（６０）が空気を巻き込むのを極力抑制できる。よって、本発明によれば、アンダーフィル（６０）内のボイド発生を極力防止することができる。

また、本発明の半導体装置を基板（１０）の他面側にて、マザーボードなどの外部の部材に対してはんだバンプ（８０）を介して実装する場合、当該外部の部材と基板（１０）との間に隙間が生じるが、この場合でも、本半導体装置では、基板（１０）の他面より放熱板（４０）を突出させているので、この突出部分にて放熱板（４０）と外部の部材との接続が適切に行える。

また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の半導体装置において、放熱板（４０）のうち貫通穴（１１）内に位置する部位の側面は、基板（１０）の一面側から他面側へ拡がるテーパ面（４０ａ）とされており、当該側面と貫通穴（１１）の内面との隙間は基板（１０）の一面側から他面側へ向かって広くなっていることを特徴とする。

それによれば、放熱板（４０）の側面を上記テーパ面（４０ａ）とすることで、その側面と貫通穴（１１）の内面との隙間も基板（１０）の一面側から他面側に向かって広くなるので、上記注入口（１２）としての当該隙間にて基板（１０）の他面側から、アンダーフィル（６０）を注入しやすくなる。

また、本発明の半導体装置を基板（１０）の他面側にて、マザーボードなどの外部の部材に対してはんだバンプ（８０）を介して実装する場合において、基板（１０）の他面より突出する放熱板（４０）を外部の部材にはんだ付けするとき、放熱板（４０）や当該はんだバンプ（８０）の較差やはんだバンプ（８０）の潰れ具合によって、放熱板（４０）が高すぎて、つっかえ棒のようになったり、低すぎて外部の部材にはんだ付け出来なかったりなどの不具合が発生する恐れがある。請求項３の発明は、更にこのような点も考慮して創出されたものである。

すなわち、請求項３に記載の発明では、基板（１０）の一面上にバンプ（３０）を介して半導体素子（２０）を搭載し、半導体素子（２０）における基板（１０）側の一面に放熱板（４０）を設けるとともに、半導体素子（２０）の一面と基板（１０）の一面との間にアンダーフィル（６０）を充填してなる半導体装置において、基板（１０）には基板（１０）の一面から他面へ貫通し、一面側放熱板（４０）よりも大きな貫通穴（１１）が設けられており、放熱板（４０）は貫通穴（１１）に対して貫通穴（１１）の内面と隙間を有した状態で挿入されるとともに、基板（１０）の他面より突出しており、放熱板（４０）と貫通穴（１１）の内面との隙間は、アンダーフィル（６０）が注入される注入口（１２）として構成され、この注入口（１２）を介して、基板（１０）の一面と半導体素子（２０）の一面との間にアンダーフィル（６０）が充填されており、放熱板（４０）は、半導体素子（２０）側から第１の放熱板（４１）、第２の放熱板（４２）が、はんだ（４３）を介して重ね合わされた構成よりなることを特徴とする。

それによれば、上記請求項１の半導体装置と同様に、基板（１０）の他面から上記隙間としての注入口（１２）を介して放熱板（４０）の周囲部分にアンダーフィル（６０）を注入できるので、従来のような半導体素子の端部から注入する場合に比べて、充填完了に必要なアンダーフィル（６０）の流れる距離を短くすることができ、また、放熱板（４０）の周囲にてアンダーフィル（６０）が空気を巻き込むのを極力抑制できる。よって、本発明によれば、アンダーフィル（６０）内のボイド発生を極力防止することができる。

さらに、本発明によれば、放熱板（４０）を、半導体素子（２０）側から第１の放熱板（４１）、第２の放熱板（４２）が、はんだ（４３）を介して重ね合わされた構成としているので、基板（１０）の他面より突出する放熱板（４０）の突出先端部を外部の部材に、はんだ付けするときに、第１の放熱板（４１）と第２の放熱板（４２）との間のはんだ（４３）が、当該はんだ付け時のリフローの熱によって溶融もしくは軟化して変形するので、放熱板（４０）全体の高さが調整されるという利点がある。

つまり、本発明によれば、本半導体装置を基板（１０）の他面側にて、マザーボードなどの外部の部材に対してはんだバンプ（８０）を介して実装する場合において、基板（１０）の他面より突出する放熱板（４０）を外部の部材にはんだ付けするとき、そのはんだ付けを適切に行えるのである。

また、請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の半導体装置において、放熱板（４０）において第１の放熱板（４１）と第２の放熱板（４２）との間のはんだ（４３）は、互いに離間して配置された複数個のはんだボール（４３ａ）よりなることを特徴としている。

それによれば、はんだ（４３）を上記はんだボール（４３ａ）より構成することで、当該はんだ（４３）の熱変形の自由度が大きくなるので、放熱板（４０）全体の高さ調整をより行いやすくなる。

さらに、請求項５に記載の発明のように、請求項４に記載の半導体装置において、第１の放熱板（４１）および第２の放熱板（４２）ともに、はんだボール（４３ａ）と接触する面には、はんだボール（４３ａ）の溶融時に個々のはんだボール（４３ａ）の位置を規定するための領域が設けられているものにすれば、複数個のはんだボール（４３ａ）のそれぞれを、当該はんだボール（４３ａ）の溶融時に適切に位置決めすることができる。

また、請求項６に記載の発明では、請求項３に記載の半導体装置において、第１の放熱板（４１）と第２の放熱板（４２）とでは、その平面サイズが異なるものであり、当該両放熱板（４１、４２）のうち平面サイズの大きい方におけるはんだ（４３）と接触する面には、はんだ（４３）の溶融時に溶融したはんだ（４３）を介して当該平面サイズの大きい方に対し平面サイズの小さい方の位置を規定するための領域が設けられていることを特徴とする。

それによれば、はんだ（４３）の溶融時にて溶融したはんだ（４３）のセルフアライメントにより、平面サイズの異なる両放熱板（４１、４２）を、適切に位置決めすることができる。

請求項７に記載の発明は、基板（１０）と、一面をバンプ（３０）を介して基板（１０）の一面に対向させた状態で基板（１０）の一面上に搭載された半導体素子（２０）と、半導体素子（２０）の一面のうちバンプ（３０）以外の部位に接続された放熱板（４０）とを備え、基板（１０）の一面と半導体素子（２０）の一面との間にてバンプ（３０）および放熱板（４０）以外の部位に、アンダーフィル（６０）が充填されている半導体装置の製造方法において、以下の工程を有するものである。

すなわち、本製造方法では、基板（１０）に、基板（１０）の一面から他面へ貫通し、放熱板（４０）よりも大きな貫通穴（１１）を設け、半導体素子（２０）をバンプ（３０）を介して基板（１０）に搭載するとき、半導体素子（２０）の一面に接続した放熱板（４０）を、貫通穴（１１）に対して貫通穴（１１）の内面と隙間を有した状態で挿入するとともに、基板（１０）の他面より突出させ、放熱板（４０）と貫通穴（１１）の内面との隙間を介して、基板（１０）の一面と半導体素子（２０）の一面との間にアンダーフィル（６０）を充填することを特徴とする。

それによれば、基板（１０）の他面から上記隙間を介して放熱板（４０）の周囲部分にアンダーフィル（６０）を注入できるので、従来のような半導体素子の端部から注入する場合に比べて、充填完了に必要なアンダーフィル（６０）の流れる距離を短くすることができ、また、放熱板（４０）の周囲にてアンダーフィル（６０）が空気を巻き込むのを極力抑制できる。よって、本発明によれば、アンダーフィル（６０）内のボイド発生を極力防止することができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（ａ）は本発明の第１実施形態に係る半導体装置の概略断面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ矢視の部分平面図である。 第１実施形態の半導体装置の製造方法におけるアンダーフィルの充填工程を示す概略断面図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。 本発明の第３実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。 本発明の第４実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。 本発明の第５実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。 本発明の第６実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。 本発明の第７実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の概略断面構成を示す図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）中の矢印Ａ方向から見たときの部分平面図である。

本実施形態の半導体装置は、大きくは、基板１０と、バンプ３０を介して一面を基板１０の一面に対向させた状態で基板１０の一面上に搭載された半導体素子２０と、半導体素子２０の一面のうちバンプ３０以外の部位に接続された一面側放熱板４０と、半導体素子２０の他面に接続された他面側放熱板５０と、半導体素子２０の一面と基板１０の一面との間にて、バンプ３０および一面側放熱板４０以外の部位に充填されたアンダーフィル６０とを備えて構成されている。

基板１０は、本半導体装置をマザーボードなどの外部の部材に搭載するときに、半導体素子２０のインターポーザとして機能するものであり、たとえばセラミック基板、プリント基板、ガラスエポキシ基板などが挙げられる。

半導体素子２０は、基板１０の一面上にフリップチップ接合することのできるものであり、一般的な半導体プロセスにより形成されるＩＣチップなどである。また、バンプ３０は、半導体素子２０の周辺部寄りに設けられており、はんだや金、Ｃｕなど一般的なフリップチップ接合に用いられるバンプよりなる。

また、一面側放熱板４０および他面側放熱板５０は、ＣｕやＦｅなどの放熱性に優れた材料よりなり、それぞれ、半導体素子２０の一面（図１中の下面）、半導体素子２０の他面（図１中の上面）に対して、Ａｇペーストやはんだなどの熱伝導性の接合材７０を介して接合されている。

ここで、一面側放熱板４０は、半導体素子２０よりも平面サイズが小さく、半導体素子２０の一面においてバンプ３０よりも当該一面の中央部寄りに位置している。また、他面側放熱板５０は、半導体素子２０よりも平面サイズが大きく、半導体素子２０の他面全体を覆うように設けられている。なお、これら半導体素子２０および両放熱板４０、５０の平面形状は、たとえば矩形状をなすものである。

また、アンダーフィル６０は、一般的なアンダーフィル材料よりなり、たとえばエポキシ樹脂や、エポキシ樹脂にガラスフィラーを含有させたものなどよりなる。

ここで、基板１０のうち一面側放熱板４０に対応する部位には、基板１０の一面（図１中の上面）から他面（図１中の下面）へ貫通し、放熱板４０よりも大きな貫通穴１１が設けられている。つまり、貫通穴１１の開口サイズは一面側放熱板４０の平面サイズよりも大きいものである。具体的には、図１に示されるように、貫通穴１１は平面矩形の一面側放熱板４０よりも一回り大きい矩形開口形状の穴である。

そして、一面側放熱板４０は貫通穴１１に対して貫通穴１１の内面と隙間を有した状態で挿入されるとともに、基板１０の他面より突出している。具体的には、図１に示されるように、一面側放熱板４０の半導体素子２０の一面からの突出高さ（つまり厚さ）は、バンプ３０の高さおよび基板１０の厚さの合計寸法よりも大きいものとすることで、一面側放熱板４０の先端を基板１０の他面よりも突出させている。

また、一面側放熱板４０と貫通穴１１の内面との隙間は、アンダーフィル６０が注入される注入口１２として構成され、この注入口１２を介して、基板１０の一面と半導体素子２０の一面との間にアンダーフィル６０が充填されている。

ここでは、図１（ｂ）に示されるように、一面側放熱板４０の平面形状は矩形であり、貫通穴１１はそれよりも一回り大きい矩形の開口形状であり、一面側放熱板４０の平面形状における４辺すべてに上記隙間が設けられた形とされており、当該隙間としての注入口１２の開口形状は、矩形額縁形状とされている。

また、注入口１２は、アンダーフィル６０の塗布に使用するシリンジ１のニードル１ａ（後述の図２参照）が十分に入り、かつ注入口１２内にてスムーズな移動ができるように、その開口サイズ、具体的には一面側放熱板４０と貫通穴１１の内面との隙間の幅等が設定されている。

また、図１（ａ）に示されるように、放熱板４０のうち貫通穴１１内に位置する部位の側面は、基板１０の一面側から他面側へ拡がるテーパ面４０ａとされており、当該側面と貫通穴１１の内面との隙間は基板１０の一面側から他面側へ向かって広くなっている。

具体的には、一面側放熱板４０は、このテーパ面４０ａを介して半導体素子２０側の部位がそれとは反対側の部位に比べて平面サイズが大きいものとされている。なお、図１（ｂ）では、このテーパ面の構成は図示せずに省略してある。

また、基板１０の他面のうち貫通穴１１の周囲には、複数個のはんだよりなるはんだバンプ８０が設けられている。このはんだバンプ８０によって、本半導体装置はマザーボードなどの外部の部材に対して接合され、当該外部の部材への本半導体装置の搭載が行われるようになっている。

次に、本半導体装置の製造方法について、図２を参照して述べる。図２は、本半導体装置の製造方法におけるアンダーフィルの充填工程を示す概略断面図である。

本製造方法では、半導体素子２０の一面、他面に、それぞれ一面側放熱板４０、他面側放熱板５０を、接合材７０を介して接合し、その後、バンプ３０を介して半導体素子２０を基板１０の一面に接合する。このバンプ３０を介した接合は、バンプ３０の材質にもよるが、はんだ接合や超音波接合などが挙げられる。

このとき基板１０には、切削やプレスなどの穴開け加工によって、上記貫通穴１１を予め設けておき、半導体素子２０をバンプ３０を介して基板１０に搭載するとき、半導体素子２０の一面に接続した一面側放熱板４０を、貫通穴１１の内面と隙間を有した状態で貫通穴１１に対して挿入し、基板１０の他面より突出させる。

その後、図２に示されるように、一面側放熱板４０と貫通穴１１の内面との隙間、すなわち上記注入口１２を介して、基板１０の一面と半導体素子２０の一面との間にアンダーフィル６０を充填する。

具体的には、アンダーフィル６０注入用のシリンジ１のニードル１ａを注入口１２に挿入し、ニードル１ａを注入口１２内にて移動させつつアンダーフィル６０を吐出することにより、アンダーフィル６０を注入口１２から、半導体素子２０と基板１０との間に行き渡らせる。そして、充填完了後に、アンダーフィル６０を硬化させ、基板１０の他面に、はんだバンプ８０を取り付ければ、本半導体装置ができあがる。

ところで、本実施形態によれば、基板１０の他面から上記隙間としての注入口１２を介して一面側放熱板４０の周囲部分にアンダーフィル６０を注入できるので、従来のような半導体素子の端部から注入する場合に比べて、充填完了に必要なアンダーフィル６０の流れる距離を短くすることができ、また、一面側放熱板４０の周囲にてアンダーフィル６０が空気を巻き込むのを極力抑制できる。よって、本実施形態によれば、アンダーフィル６０内のボイド発生を極力防止することができる。

また、本半導体装置を基板１０の他面側にて、マザーボードなどの外部の部材に対してはんだバンプ８０を介してはんだ付け実装する場合、当該はんだバンプ８０の高さの分、当該外部の部材と基板１０との間に隙間が生じるが、この場合でも、本半導体装置では、基板１０の他面より一面側放熱板４０を突出させているので、この突出部分にて一面側放熱板４０と外部の部材との接続が適切に行える。

ここで、この一面側放熱板４０と外部の部材との接続は、典型的には、はんだ付けにより行う。こうして、半導体装置に発生した熱については、一面側放熱板４０から外部の部材へ適切に放熱が行えるようになる。

また、上述したが、本実施形態では、一面側放熱板４０の側面を上記テーパ面４０ａとすることで、そのテーパ面４０ａと貫通穴１１の内面との隙間も基板１０の一面側から他面側に向かって広くなるようにしている。

そのため、上記アンダーフィル６０の充填工程において、上記ニードル１ａが挿入しやすく、また注入口１２内でのニードル１ａの移動もスムーズになる。つまり、上記注入口１２としての当該隙間にて基板１０の他面側から、アンダーフィル６０を注入しやすくなる。

また、アンダーフィル６０の充填について、さらに述べると、上記注入口１２からのアンダーフィル６０の注入は、上記図１（ｂ）における平面矩形の一面側放熱板４０における４辺のどの辺から行ってもよい。ここで、注入方式としては、当該一面側放熱板４０における４辺について、１辺のみからの注入（いわゆる１辺塗布）、２辺のみからの注入（いわゆる２辺塗布）、３辺のみからの注入（いわゆる３辺塗布）、４辺全部からの注入（いわゆる４辺塗布）が考えられるが、本実施形態では、どの方式でもかまわない。

４辺塗布は１辺、２辺、３辺塗布に比べて、アンダーフィル６０を充填するためのアンダーフィル６０の移動量を少なくできるという点では、アンダーフィル６０の塗布方式としては有用である。しかし、従来のような半導体素子の端部からの充填方法では、４辺塗布を行うと空気の逃げ道が無くなり、空気を閉じ込めてしまうため適用できなかった。

しかし、本実施形態の半導体装置あれば、基板１０の他面の注入口１２からアンダーフィル６０の注入を行っているので、たとえ４辺塗布を行ったとしても、半導体素子２０の端部側に空気の逃げ道があるため、よりボイドの少ないアンダーフィル６０の充填が可能となる。

なお、本実施形態では、一面側放熱板４０は、上記テーパ面４０ａを有することで、突出方向と直交する方向の断面積が部分的に異なる放熱板であったが、突出方向の断面積が全体で同一の放熱板、すなわち一面側放熱板４０はたとえば側面全体がストレートな角柱や円柱であってもよい。

（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の概略断面構成を示す図である。本実施形態は、上記第１実施形態に比べて、一面側放熱板４０を２段重ねの構成としたことが相違するものであり、ここでは、その相違点を中心に述べることとする。

図３に示されるように、本実施形態の半導体装置では、一面側放熱板４０は、半導体素子２０側から基板１０の他面より突出する部位側に向かって、第１の放熱板４１、第２の放熱板４２が、はんだ４３を介して重ね合わされ接合された構成よりなる。

ここでは、貫通穴１１内部に位置する第１の放熱板４１の側面に上記同様のテーパ面４０ａが形成されており、そのテーパ面４０ａによるアンダーフィル６０の注入性向上の効果は、上記第１実施形態と同様である。また、一面側放熱板４０のうち基板１０の他面より突出する部分を構成する第２の放熱板４２は、第１の放熱板４１よりも平面サイズが小さいものとされている。

このような半導体装置を製造する場合、たとえば予め第１の放熱板４１と第２の放熱板４２とをはんだ４３を介して接合・一体化して一面側放熱板４０を形成した後、これを半導体素子２０に接合すればよい。それ以外は、上記第１実施形態と同様の製造方法により、本実施形態の半導体装置が製造される。

ところで、上記第１実施形態の半導体装置では、一面側放熱板４０は単一の部材より構成されていた。そのため、同半導体装置を基板１０の他面側にて、外部の部材に対してはんだバンプ８０を介してはんだ付けする場合において、一面側放熱板４０を外部の部材にはんだ付けするとき、一面側放熱板４０やはんだバンプ８０の較差やはんだバンプ８０の潰れ具合によって、一面側放熱板４０が高すぎて、つっかえ棒のようになり、はんだバンプ８０の接合ができなかったり、低すぎて一面側放熱板４０を外部の部材にはんだ付け出来なかったりなどの不具合が発生する恐れがある。

このような不具合に対しては、はんだバンプ８０の高さ、一面側放熱板４０の高さ、接合材７０の厚み等を管理していけば、回避されるが、高精度な寸法管理が必要となってくる。

それに対して、本実施形態によれば、一面側放熱板４０を上記はんだ４３を介した２段重ねの構成としているので、一面側放熱板４０の突出先端部を外部の部材に、はんだ付けするときに、第１の放熱板４１と第２の放熱板４２との間のはんだ４３が、当該はんだ付け時のリフローの熱によって溶融もしくは軟化して変形するので、一面側放熱板４０全体の高さが調整される。

つまり、本実施形態によれば、本半導体装置を基板１０の他面側にて、マザーボードなどの外部の部材に対してはんだバンプ８０を介して実装する場合において、基板１０の他面より突出する一面側放熱板４０を当該外部の部材にはんだ付けするとき、上記した高精度な寸法管理を行うことなく、当該はんだ付けを適切に行える。

（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置の概略断面構成を示す図である。本実施形態は、上記第３実施形態において、一面側放熱板４０における両放熱板４１、４２の間のはんだ４３の構成を変形したところが相違するものであり、ここでは、その相違点を中心に述べることとする。

上記第２実施形態では、一面側放熱板４０における両放熱板４１、４２の間のはんだ４３によって、上述したように、一面側放熱板４０の高さ調整を行ったが、その高さの調節幅は、当該はんだ４３の量で決まる。このはんだ４３の量が多いほど、高さの調整能力は高いが、多すぎると、当該はんだ４３がはみ出してブリッジ等の不良が発生する恐れがある。そこで、本実施形態では、当該高さ調節幅が大きい場合に好適なはんだ４３の構成を提供する。

図４に示されるように、本半導体装置では、一面側放熱板４０のうち基板１０の他面より突出する部分を構成する第２の放熱板４２は、半導体素子２０側の第１の放熱板４１よりも平面サイズが小さいものとされている。

そして、この一面側放熱板４０において両放熱板４１、４２の間のはんだ４３は、互いに離間して配置された複数個のはんだボール４３ａにより構成されたものである。それによれば、当該両放熱板４１、４２の間に単一層のはんだ４３を介在させる上記第２実施形態に比べて、個々のはんだボール４３ａが大きく熱変形することが可能なため、上記高さ調節幅も大きくなる。

また、このようなはんだボール４３ａを配置するためには、通常のＣｕ等よりなる放熱板４１、４２では、はんだボール４３ａがリフロー時に濡れ広がってしまい、その高さを維持することができなくなる。

そこで、本実施形態では、第１の放熱板４１および第２の放熱板４２ともに、はんだボール４３ａと接触する面に、はんだボール４３ａの溶融時に個々のはんだボール４３ａの位置を規定するための領域を設けている。以下、この領域を、はんだボール位置規定領域ということとする。

具体的には、このはんだボール位置規定領域は、はんだボール４３ａの溶融時に溶融したはんだボール４３ａのセルフアライメントにより、はんだボール４３ａ自身の位置を規定する領域である。

本実施形態では、各放熱板４１、４２におけるはんだボール４３ａとの接触面には、当該接触面のうちはんだボール４３ａが位置する領域以外の領域に、レジスト４４が設けられ、このレジスト４４が設けられていない領域が、はんだボール４３ａの位置を規定するための領域として構成されている。

このレジスト４４は、たとえばフォトリソグラフ法などにより形成された感光性のポリイミドやポリアクリルなどの樹脂よりなる膜であり、放熱板４１、４２を構成するＣｕなどの金属よりもはんだ濡れ性の小さいものである。つまり、このレジスト４４で囲まれているはんだボール位置規定領域は、当該領域の周囲のレジスト領域よりも、はんだ濡れ性の大きい領域として構成されている。

これにより、はんだボール４３ａの溶融時に、溶融したはんだボール４３ａの表面張力が作用して、はんだボール４３ａが狙いの位置、つまり、当該はんだボール位置規定領域に収まるのである。こうして、複数個のはんだボール４３ａのそれぞれが、その溶融時に適切に位置決めされるのである。

具体的に、本実施形態の半導体装置を製造する場合、一面側放熱板４０となる両放熱板４１、４２のはんだボール４３ａと接する面に、上記レジスト４４によりはんだボール位置規定領域を形成し、その後、両放熱板４１、４２のうちいずれか一方の放熱板における当該領域にはんだボール４３ａを配置し、その後、はんだボール４３ａを介して、当該両放熱板４１、４２を接合すればよい。このときに、上記セルフアライメントによるはんだボール４３ａの位置決めが行われる。

（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態に係る半導体装置の概略断面構成を示す図である。本実施形態は、上記第２実施形態と同様に、一面側放熱板４０を、第１の放熱板４１、第２の放熱板４２が、はんだ４３を介して重ね合わされ接合された２段重ねの構成としたものであるが、さらに、一面側放熱板４０について一部変形したところが相違するものである。以下、この相違点を中心に述べる。

図５に示されるように、一面側放熱板４０においては、第１の放熱板４１と第２の放熱板４２とでは、その平面サイズが異なるものとしている。ここでは、一面側放熱板４０は、半導体素子２０側の第１の放熱板４１が平面サイズが小さく、半導体素子２０とは反対側の第２の放熱板４２が平面サイズが大きいものとしている。

この場合、一面側放熱板４０のうち基板１０の他面より突出し外部の部材と接合される部位である第２の放熱板４２が大きいので、外部の部材との接合面積を大きくして放熱性を向上させるという面で効果的である。

そして、これら第１および第２の両放熱板４１、４２のうち平面サイズの大きい方である第２の放熱板４２におけるはんだ４３と接触する面には、はんだ４３の溶融時に溶融したはんだ４３を介して第２の放熱板４２に対して、平面サイズの小さい方の第１の放熱板４１の位置を規定するための領域が設けられている。以下、この領域を放熱板位置規定領域ということとする。

具体的には、この放熱板位置規定領域は、はんだ４３の溶融時に溶融したはんだ４３のセルフアライメントにより、両放熱板４１、４２の相対位置を規定する領域である。本実施形態では、平面サイズの大きい方の第２の放熱板４２におけるはんだ４３との接触面には、当該接触面のうちはんだ４３が位置する領域以外の領域に、レジスト４４が設けられており、このレジスト４４が設けられていない領域が、放熱板位置規定領域として構成されている。

このレジスト４４は、たとえば上記図４のレジスト４４と同様の材質のものであり、当該放熱板位置規定領域は、当該領域の周囲のレジスト領域よりも、はんだ濡れ性の大きい領域として構成されている。そして、はんだ４３の溶融時に、溶融したはんだ４３の表面張力が作用して、はんだ４３を介して第１の放熱板４１が狙いの位置、つまり、当該放熱板位置規定領域に収まるのである。

また、本実施形態の場合、平面サイズが小さく半導体素子２０側に位置する第１の放熱板４１と貫通穴１１との隙間がアンダーフィルを注入するための注入口１２として構成されている。

そして、この場合、第１の放熱板４１を半導体素子２０の一面に接合した状態で、第１の放熱板４１を基板１０の貫通穴１１に挿入しつつ、半導体素子２０を基板１０の一面に搭載、接合した後、その状態で、第１の放熱板４１と貫通穴１１の内面との隙間からアンダーフィル６０を注入することで、アンダーフィル６０の充填を行う。

そして、当該充填完了後に、第１の放熱板４１に対して第２の放熱板４２をはんだ４３を介して接合する。このとき、上記した放熱板位置規定領域を設けているから、はんだ４３の溶融時にて溶融したはんだ４３のセルフアライメントにより、平面サイズの異なる両放熱板４１、４２が、適切に位置決めされる。

なお、本実施形態では、第１の放熱板４１と第２の放熱板４２とをはんだ接合した後であっても、上記注入口１２からアンダーフィル６０を充填できるのであれば、当該充填を両放熱板４１、４２のはんだ接合の後に行ってもよい。

また、図５の例では、一面側放熱板４０は、半導体素子２０側の第１の放熱板４１が平面サイズが小さく、半導体素子２０とは反対側の第２の放熱板４２が平面サイズが大きいものであったが、これとは逆に、第１の放熱板４１の方が平面サイズが大きく、第１の放熱板４１におけるはんだ４３との接触面に、レジスト４４を設けてもよい。このようにして、第１の放熱板４１に対し第２の放熱板４２の位置を規定するための領域を、第１の放熱板４１に形成してもよい。

（第５実施形態）
図６は、本発明の第５実施形態に係る半導体装置の概略断面構成を示す図である。本実施形態は、上記第４実施形態の変形であって、上記第４実施形態において、さらに、一面側放熱板４０における両放熱板４１、４２の間のはんだ４３を、互いに離間して配置された複数個のはんだボール４３ａにより構成したものである。

それによれば、上記第３実施形態と同様に、はんだボール４３ａの熱変形による上記高さ調節幅の増大が図れる。また、これも上記第３実施形態と同様に、第１の放熱板４１および第２の放熱板４２ともに、レジスト４４によって上記はんだボール位置規定領域を形成しており、それにより、はんだボール４３ａの適切な位置決めが成される。

（第６実施形態）
図７は、本発明の第６実施形態に係る半導体装置の概略断面構成を示す図である。この図７に示される本半導体装置は、上記図１に示した半導体装置における基板１０の貫通穴１１の構成を変形したものであり、ここでは、この変形部分を中心に述べる。

図７に示されるように、本半導体装置においては、基板１０の他面における貫通穴１１の開口部にて、その穴１１の角部を面取りしてテーパ面１０ａを形成したものである。この貫通穴１１の開口部のテーパ面１０ａによって、貫通穴１１の開口サイズは基板１０の一面側から他面側へ拡がっている。そのため、このテーパ面１０ａを設けることで、その分、注入口１２が広くなり、アンダーフィル６０の注入が、さらに行いやすくなる。

なお、本実施形態は、基板１０の他面における貫通穴１１の開口部にテーパ面１０ａを設けるものであり、上記図１に示した半導体装置以外にも、上記各実施形態の半導体装置に組み合わせて適用することが可能である。

（第７実施形態）
図８は、本発明の第６実施形態に係る半導体装置の概略平面構成を示す図である。本実施形態の半導体装置における基板の他面側の平面構成を示している。

図８に示されるように、本半導体装置では、一面側放熱板４０において半導体素子２０の一面から突出する方向に沿って延びる面、すなわち一面側放熱板４０の側面に凹凸を設けたものである。この凹凸は、図８の如く、当該突出する方向とは直交する方向に凹と凸が繰り返されている形状である。

この側面の凹凸により、貫通穴１１の内面と一面側放熱板４０の側面との隙間が、特に凹部にて大きくなるので、そこから空気が逃げやすくなり、アンダーフィルの注入性が向上する。また、一面側放熱板４０をマザーボードなどの外部の部材に対して、はんだ付けするとき、この凹凸を付けた分、一面側放熱板４０と外部の部材との当該はんだを介した接触面積が増加するため、それによる放熱性の向上が期待できる。

そして、このような一面側放熱板４０の側面に凹凸を設けることは、上記各実施形態の半導体装置において、組み合わせて適用することができる。

（他の実施形態）
なお、上記各実施形態のうち２段重ね構成の一面側放熱板４０において、第１の放熱板４１と第２の放熱板４２とを異種材料より構成してもよい。この場合、具体的には、第２の放熱板４２をＣｕで構成した場合、半導体素子２０と第２の放熱板４２との間の第１の放熱板４１を、半導体素子２０を構成するＳｉと第２の放熱板４２を構成するＣｕとの間の線膨張係数を有する材料により構成する。それによれば、冷熱サイクルなどで発生する応力を緩和し、信頼性の向上が期待される。

また、上記各実施形態では、半導体素子２０の基板１０に対向する一面に接続された一面側放熱板４０、半導体素子２０の一面とは反対側の他面に接続された他面側放熱板５０を備える構成、つまり、半導体素子２０の両面に放熱板４０、５０を設けた構成としたが、上記各実施形態において、一面側放熱板４０のみ設けられ、他面側放熱板は省略された構成であってもよい。

１０ 基板
１１ 貫通穴
１２ 注入口
２０ 半導体素子
３０ バンプ
４０ 一面側放熱板
４０ａ テーパ面
４１ 一面側放熱板の第１の放熱板
４２ 一面側放熱板の第２の放熱板
４３ 一面側放熱板のはんだ
４３ａ はんだボール
６０ アンダーフィル

Claims (7)

1. 基板（１０）と、
   一面をバンプ（３０）を介して前記基板（１０）の一面に対向させた状態で前記基板（１０）の一面上に搭載された半導体素子（２０）と、
   前記半導体素子（２０）の一面のうち前記バンプ（３０）以外の部位に接続された放熱板（４０）と、
   前記半導体素子（２０）の一面と前記基板（１０）の一面との間にて、前記バンプ（３０）および前記放熱板（４０）以外の部位に充填されたアンダーフィル（６０）とを備える半導体装置において、
   前記基板（１０）には前記基板（１０）の一面から他面へ貫通し、前記放熱板（４０）よりも大きな貫通穴（１１）が設けられており、
   前記放熱板（４０）は前記貫通穴（１１）に対して前記貫通穴（１１）の内面と隙間を有した状態で挿入されるとともに、前記基板（１０）の他面より突出しており、
   前記放熱板（４０）と前記貫通穴（１１）の内面との隙間は、前記アンダーフィル（６０）が注入される注入口（１２）として構成され、この注入口（１２）を介して、前記基板（１０）の一面と前記半導体素子（２０）の一面との間に前記アンダーフィル（６０）が充填されていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記放熱板（４０）のうち前記貫通穴（１１）内に位置する部位の側面は、前記基板（１０）の一面側から他面側へ拡がるテーパ面（４０ａ）とされており、当該側面と前記貫通穴（１１）の内面との隙間は前記基板（１０）の一面側から他面側へ向かって広くなっていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 基板（１０）と、
   一面をバンプ（３０）を介して前記基板（１０）の一面に対向させた状態で前記基板（１０）の一面上に搭載された半導体素子（２０）と、
   前記半導体素子（２０）の一面のうち前記バンプ（３０）以外の部位に接続された放熱板（４０）と、
   前記半導体素子（２０）の一面と前記基板（１０）の一面との間にて前記バンプ（３０）および前記放熱板（４０）以外の部位に充填されたアンダーフィル（６０）とを備える半導体装置において、
   前記基板（１０）には前記基板（１０）の一面から他面へ貫通し、前記一面側放熱板（４０）よりも大きな貫通穴（１１）が設けられており、
   前記放熱板（４０）は前記貫通穴（１１）に対して前記貫通穴（１１）の内面と隙間を有した状態で挿入されるとともに、前記基板（１０）の他面より突出しており、
   前記放熱板（４０）と前記貫通穴（１１）の内面との隙間は、前記アンダーフィル（６０）が注入される注入口（１２）として構成され、この注入口（１２）を介して、前記基板（１０）の一面と前記半導体素子（２０）の一面との間にアンダーフィル（６０）が充填されており、
   前記放熱板（４０）は、前記半導体素子（２０）側から第１の放熱板（４１）、第２の放熱板（４２）が、はんだ（４３）を介して重ね合わされた構成よりなることを特徴とする半導体装置。
4. 前記放熱板（４０）において前記第１の放熱板（４１）と前記第２の放熱板（４２）との間の前記はんだ（４３）は、互いに離間して配置された複数個のはんだボール（４３ａ）よりなることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
5. 前記第１の放熱板（４１）および前記第２の放熱板（４２）ともに、前記はんだボール（４３ａ）と接触する面には、前記はんだボール（４３ａ）の溶融時に個々の前記はんだボール（４３ａ）の位置を規定するための領域が設けら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。
6. 前記第１の放熱板（４１）と前記第２の放熱板（４２）とでは、その平面サイズが異なるものであり、
   当該両放熱板（４１、４２）のうち平面サイズの大きい方における前記はんだ（４３）と接触する面には、前記はんだ（４３）の溶融時に溶融した前記はんだ（４３）を介して当該平面サイズの大きい方に対し平面サイズの小さい方の位置を規定するための領域が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
7. 基板（１０）と、
   一面をバンプ（３０）を介して前記基板（１０）の一面に対向させた状態で前記基板（１０）の一面上に搭載された半導体素子（２０）と、
   前記半導体素子（２０）の一面のうち前記バンプ（３０）以外の部位に接続された放熱板（４０）とを備え、
   前記基板（１０）の一面と前記半導体素子（２０）の一面との間にて前記バンプ（３０）および前記放熱板（４０）以外の部位に、アンダーフィル（６０）が充填されている半導体装置の製造方法において、
   前記基板（１０）に、前記基板（１０）の一面から他面へ貫通し、前記放熱板（４０）よりも大きな貫通穴（１１）を設け、
   前記半導体素子（２０）を前記バンプ（３０）を介して前記基板（１０）に搭載するとき、前記半導体素子（２０）の一面に接続した前記放熱板（４０）を、前記貫通穴（１１）に対して前記貫通穴（１１）の内面と隙間を有した状態で挿入するとともに、前記基板（１０）の他面より突出させ、
   前記放熱板（４０）と前記貫通穴（１１）の内面との隙間を介して、前記基板（１０）の一面と前記半導体素子（２０）の一面との間にアンダーフィル（６０）を充填することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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