JP2017079277A

JP2017079277A - 半導体装置およびその製造方法

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Publication number: JP2017079277A
Application number: JP2015207159A
Authority: JP
Inventors: 邦夫岩城; Kunio Iwaki
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2015-10-21
Filing date: 2015-10-21
Publication date: 2017-04-27
Anticipated expiration: 2035-10-21
Also published as: JP6626311B2

Abstract

【課題】高出力化を図った半導体素子から使用時に発生する熱を、より効率良く外部に放出することが可能な半導体装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】互いに反対側を向く主面１１および裏面１２と、主面１１および裏面１２の双方に交差し、かつ第１方向Ｘに離間した一対の第１側面１３１からそれぞれ窪んで形成された一対の凹部１４と、を有する基板１０と、基板１０に形成された導電層２０と、導電層２０に搭載された半導体素子３１と、半導体素子３１を覆う封止樹脂４と、を備え、基板１０は、主面１１が向く方向に突出し、かつ半導体素子３１が搭載された導電層２０に覆われた突出部１０１ａが形成された金属板１０１と、突出部１０１ａと嵌合する開口部１０２ａが形成された絶縁板１０２と、から構成され、裏面１２から窪み、かつ金属板１０１を貫通する絶縁溝１５が、突出部１０１ａと凹部１４との間に形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、たとえば発光ダイオードやパワー半導体など、使用時に発熱する半導体素子を搭載した半導体装置およびその製造方法に関する。

半導体素子のうち、発光ダイオード（ＬＥＤ（Light Emitting Diode））やパワー半導体（パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）など）は、使用時に比較的多くの熱を発生する半導体素子として広く知られている。これらの半導体素子には高出力化の要請が強く、高出力化を図ると該半導体素子から発生する熱量がさらに増加する。こうした熱は、該半導体素子を搭載した半導体装置の損傷などを引き起こす要因となり得る。したがって、半導体装置の信頼性確保の上で、該半導体素子から発生した熱の放出（除去）は重要な課題である。

ここで、たとえば特許文献１に、半導体素子から発生した熱を効率良く外部に放出することが可能な半導体装置が開示されている。該半導体装置のパッケージ構造形式は、ＢＧＡ（Ball Grid Array）である。該半導体装置の基板は、金属板と絶縁層と金属箔とが互いに積層された構造となっており、前記金属箔に導電層が形成されている。前記金属板には、半田バンプが設置されるランドパターンや、半導体素子から発生する熱を外部に放出するためのヒートスプレッダなどが形成されている。前記ヒートスプレッダはＧＮＤ端子と兼用している。また、前記絶縁層にはビアホールが形成され、該ビアホールは前記ヒートスプレッダと、ＧＮＤ端子となる前記金属箔とを連絡している。このような構成をとることによって、半導体素子から発生した熱が、前記金属箔および前記ビアホールを介して、前記ヒートスプレッダに伝導され、該熱が外部に放出される。

しかしながら、前記ビアホールの横断面積は比較的小さいため、より多くの熱を伝導する上で該ビアホールはいわゆるボトルネックとなり、熱の伝導効率が低下する。よって、高出力化を図った半導体素子を搭載した半導体装置の場合、特許文献１に開示されている構造では該半導体素子から発生する熱を十分に放出することが困難であるという問題がある。

特開平１０−１２７６８号公報

本発明は上記事情に鑑み、高出力化を図った半導体素子から使用時に発生する熱を、より効率良く外部に放出することが可能な半導体装置およびその製造方法を提供することをその課題とする。

本発明の第１の側面によって提供される半導体装置は、互いに反対側を向く主面および裏面と、前記主面および前記裏面の双方に交差し、かつ第１方向に離間した一対の第１側面からそれぞれ窪んで形成された一対の凹部と、を有する基板と、前記基板に形成された導電層と、前記導電層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、を備え、前記基板は、前記主面が向く方向に突出し、かつ前記半導体素子が搭載された前記導電層に覆われた突出部が形成された金属板と、前記突出部と嵌合する開口部が形成された絶縁板と、から構成され、前記裏面から窪み、かつ前記金属板を貫通する絶縁溝が、前記突出部と前記凹部との間に形成されていることを特徴としている。

本発明の実施の形態において好ましくは、前記絶縁板は、前記基板の厚さ方向において、前記主面寄りに位置している。

本発明の実施の形態において好ましくは、前記突出部を除いた前記金属板の厚さは、前記絶縁板の厚さよりも厚い。

本発明の実施の形態において好ましくは、前記金属板は、Ｃｕからなる。

本発明の実施の形態において好ましくは、前記絶縁板は、ガラスエポキシ樹脂からなる。

本発明の実施の形態において好ましくは、前記主面において、前記開口部から前記突出部が露出している。

本発明の実施の形態において好ましくは、前記開口部の平面視形状は、円形状である。

本発明の実施の形態において好ましくは、前記裏面には、第１方向に離間した一対の前記絶縁溝が、前記突出部を挟んで形成されている。

本発明の実施の形態において好ましくは、前記基板は、平面視において前記第１方向に対して直交する第２方向に離間した一対の第２側面をさらに有し、前記一対の第２側面は、前記一対の絶縁溝に交差している。

本発明の実施の形態において好ましくは、前記一対の絶縁溝が、前記第２方向に対してともに平行となるように形成されている。

本発明の実施の形態において好ましくは、前記導電層は、下地層と、前記下地層を覆って積層されためっき層と、を有し、前記下地層は、前記基板と前記めっき層との間に介在している。

本発明の実施の形態において好ましくは、前記下地層は、Ｃｕからなる。

本発明の実施の形態において好ましくは、前記めっき層は、互いに積層されたＮｉ、ＰｄおよびＡｕからなる。

本発明の実施の形態において好ましくは、前記主面に形成された前記導電層は、前記基板と前記下地層との間に介在する金属箔をさらに有する。

本発明の実施の形態において好ましくは、前記金属箔は、Ｃｕからなる。

本発明の実施の形態において好ましくは、前記導電層は、前記主面に形成された主面導電部と、前記裏面に形成された裏面導電部と、前記凹部に形成され、かつ前記主面導電部と前記裏面導電部とを相互に連絡する側面導電部と、を含み、前記突出部に形成された前記主面導電部に前記半導体素子が搭載されている。

本発明の実施の形態において好ましくは、前記裏面導電部は、前記絶縁溝が形成されていない前記裏面の全ての部分に形成されている。

本発明の実施の形態において好ましくは、前記主面導電部は、前記第１方向に離間して前記第１方向に離間して形成された一対のパッドと、前記突出部に形成されたダイパッドと、を含み、前記一対のパッドは前記側面導電部にそれぞれ連絡し、前記ダイパッドに前記半導体素子が搭載されている。

本発明の実施の形態において好ましくは、前記半導体素子と前記パッドとを接続するボンディングワイヤをさらに備える。

本発明の実施の形態において好ましくは、前記パッドの一部を覆い、かつ前記封止樹脂に接する被覆材をさらに備える。

本発明の実施の形態において好ましくは、前記半導体素子は、発光ダイオードである。

本発明の実施の形態において好ましくは、前記封止樹脂は、透光性を有した合成樹脂からなる。

本発明の実施の形態において好ましくは、前記半導体素子は、パワーＭＯＳＦＥＴである。

本発明の実施の形態において好ましくは、前記封止樹脂は、遮光性を有した合成樹脂からなる。

本発明の第２の側面によって提供される半導体装置の製造方法は、互いに反対側を向く主面および裏面を有する基板を成形する工程と、前記基板に導電層を形成する工程と、前記主面に形成された導電層に半導体素子を搭載する工程と、前記半導体素子を覆う封止樹脂を前記基板に形成する工程と、を備え、前記基板を成形する工程では、前記主面の一部および前記裏面を構成し、かつ突出部が形成された金属板と、前記主面の一部を構成し、かつ開口部が形成された絶縁板とを、前記開口部に前記突出部を嵌合させて圧着することにより前記基板が成形されることを特徴としている。

本発明の実施の形態において好ましくは、前記基板を成形する工程では、前記突出部は、ウェットエッチングにより形成される。

本発明の実施の形態において好ましくは、前記基板を成形する工程では、前記金属板よりも厚さが薄い金属箔を、前記絶縁板に対して前記金属板の反対側に配置した後、前記金属板および前記絶縁板とともに前記金属箔を圧着する。

本発明の実施の形態において好ましくは、前記基板を成形する工程では、前記金属板と、前記絶縁板と、前記金属箔とを圧着する前に、前記金属板と、前記絶縁板と、前記金属箔とのいずれに対して貫通孔を複数形成する工程を含み、前記金属板と、前記絶縁板と、前記金属箔とを圧着したときに平面視において前記貫通孔が互いに重なり合うことにより、前記基板を貫通するスルーホールが形成される。

本発明の実施の形態において好ましくは、前記導電層を形成する工程では、前記基板を覆う下地層を形成する工程と、前記下地層に対してフォトリソグラフィによりマスクを形成する工程と、ウェットエッチングにより前記金属板、前記金属箔および前記下地層をパターニングする工程と、を含む。

本発明の実施の形態において好ましくは、前記下地層を形成する工程では、無電解めっきにより前記下地層が形成される。

本発明の実施の形態において好ましくは、前記パターニングする工程では、前記裏面において、前記突出部と前記スルーホールとの間に前記金属板を貫通する絶縁溝が形成される。

本発明の実施の形態において好ましくは、前記導電層を形成する工程では、前記パターニングする工程の後に、前記下地層を覆うめっき層を形成する工程をさらに含む。

本発明の実施の形態において好ましくは、前記めっき層を形成する工程では、電解めっきにより前記めっき層が形成される。

本発明の実施の形態において好ましくは、前記半導体素子を搭載する工程の前に、前記主面寄りに位置する前記スルーホールの端部を塞ぎ、かつ前記主面に形成された前記導電層の一部を覆う被覆材を配置する工程をさらに備える。

本発明の実施の形態において好ましくは、前記半導体素子を搭載する工程の後に、ワイヤボンディングにより前記半導体素子と前記主面に形成された前記導電層とを接続するボンディングワイヤを形成する工程をさらに備える。

本発明にかかる該半導体装置の基板は、主面が向く方向に突出し、かつ半導体素子が搭載された導電層に覆われた突出部が形成された金属板と、前記突出部と嵌合する開口部が形成された絶縁板から構成されている。また、前記基板には、裏面から窪み、かつ前記金属板を貫通する絶縁溝が、前記突出部と前記基板の両端に形成された凹部との間に形成されている。このような構成をとることによって、前記突出部は、前記凹部に近接して形成された導電層との電気絶縁が図られたヒートスプレッダとしての機能を果たす部位となり、該部位の基板の厚さ方向に対する横断面積は、従来よりもさらに大きく確保することができる。したがって、高出力化を図った半導体素子から使用時に発生する熱を、より効率良く半導体装置の外部に放出することが可能となる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面に基づき以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明にかかる半導体装置の平面図である（封止樹脂を省略）。図１に示す半導体装置の底面図である。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。図３の部分拡大図である。図１に示す半導体装置の製造方法を説明する平面図である。図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。図１に示す半導体装置の製造方法を説明する平面図である。図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。図１に示す半導体装置の製造方法を説明する斜視図である。図１に示す半導体装置の製造方法を説明する断面図である。図１に示す半導体装置の製造方法を説明する断面図である。図１に示す半導体装置の製造方法を説明する断面図である。図１に示す半導体装置の製造方法を説明する断面図である。図１に示す半導体装置の製造方法を説明する断面図である。図１に示す半導体装置の製造方法を説明する断面図である。図１に示す半導体装置の製造方法を説明する断面図である。図１に示す半導体装置の製造方法を説明する断面図である。

本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という。）について、添付図面に基づいて説明する。

図１〜図５に基づき、本発明にかかる半導体装置Ａ１０の実施形態について説明する。説明の便宜上、平面図の左右方向を第１方向Ｘと、第１方向Ｘに対して直角である平面図の上下方向を第２方向Ｙとそれぞれ定義する。第１方向Ｘおよび第２方向Ｙは、ともに半導体装置Ａ１０や後述する基板１０などの厚さ方向Ｚに対して直角である。

図１は、半導体装置Ａ１０の平面図である。図２は、半導体装置Ａ１０の底面図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ（一点鎖線）に沿う断面図である。図４は、図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。図５は、図３の部分拡大図である。ここで、図１は、理解の便宜上、後述する封止樹脂４を省略している。ただし、図３〜図５は、封止樹脂４を省略していない。

これらの図に示す半導体装置Ａ１０は、各種回路基板に表面実装されるパッケージ形式のものである。本実施形態による半導体装置Ａ１０は、基板１０、導電層２０、被覆材２９、半導体素子３１、接合層３２、封止樹脂４およびボンディングワイヤ５を備えている。半導体装置Ａ１０は、平面視矩形状である。

基板１０は、半導体素子３１および封止樹脂４を支持し、かつ半導体装置Ａ１０を各種回路基板に実装するための部材である。図３および図４に示すように、本実施形態においては、基板１０は互いに積層された電気伝導体である金属板１０１と、電気絶縁体である絶縁板１０２とからなる複合材料により構成されている。また、本実施形態においては、金属板１０１はＣｕからなり、絶縁板１０２はガラスエポキシ樹脂からなる。図１に示すように、金属板１０１には、平面視形状が円形状である突出部１０１ａが中央に形成されている。また、絶縁板１０２には、平面視形状が円形状である開口部１０２ａが中央に形成され、開口部１０２ａは突出部１０１ａと嵌合している。突出部１０１ａの高さは、絶縁板１０２の厚さに等しく、突出部１０１ａを除いた金属板１０１の厚さは、絶縁板１０２の厚さよりも厚く設定されている。また、基板１０において、図３および図４に示す金属板１０１の上面の一部が、絶縁板１０２に覆われた形態となっている。基板１０は、主面１１、裏面１２、一対の第１側面１３１、一対の第２側面１３２、一対の凹部１４および一対の絶縁溝１５を有する。

主面１１は、図３〜図５に示す基板１０の上面である。半導体装置Ａ１０において、主面１１が向く方向に半導体素子３１が位置している。金属板１０１において、突出部１０１ａは主面１１が向く方向に突出している。本実施形態においては、主面１１は、突出部１０１ａおよび絶縁板１０２から構成され、主面１１において、開口部１０２ａから突出部１０１ａが露出している。裏面１２は、図３〜図５に示す基板１０の下面である。裏面１２は、半導体装置Ａ１０を各種回路基板に実装する際に利用される面である。本実施形態においては、裏面１２は、金属板１０１から構成されている。したがって、絶縁板１０２は、基板１０の厚さ方向Ｚにおいて、主面１１寄りに位置している。図３〜図５に示すように、主面１１および裏面１２は、ともに基板１０の厚さ方向Ｚに対して直交し、かつ互いに反対側を向いている。また、主面１１および裏面１２は、ともに平たんである。

図１〜図３に示すように、一対の第１側面１３１は、主面１１および裏面１２の双方に交差し、かつ第１方向Ｘに離間した基板１０の側面である。また、図１、図２および図４に示すように、一対の第２側面１３２は、主面１１および裏面１２の双方に交差し、かつ平面視において第１方向Ｘに直交する第２方向Ｙに離間した基板１０の側面である。一対の第１側面１３１および一対の第２側面１３２は、いずれも半導体装置Ａ１０の外側を向き、かつ平たんである。

図１〜図３に示すように、一対の凹部１４は、主面１１および裏面１２の双方に交差し、かつ一対の第１側面１３１からそれぞれ窪んで形成された基板１０の部分である。本実施形態においては、凹部１４は曲面から構成され、主面１１から裏面１２に至るまで、基板１０の厚さ方向Ｚに対する凹部１４の横断面形状が一様である。凹部１４の第２方向Ｙにおける両端は、それぞれ第１側面１３１につながっている。

図２および図３に示すように、一対の絶縁溝１５は、裏面１２から窪み、かつ金属板１０１を貫通する基板１０の部分である。図５に示すように、絶縁溝１５の底部１５１から絶縁板１０２が露出している。一対の絶縁溝１５のそれぞれが、突出部１０１ａと凹部１４との間に形成され、かつ一対の第２側面１３２に交差している。本実施形態においては、一対の絶縁溝１５は、第１方向Ｘに離間した状態で突出部１０１ａを挟んで形成され、かつ第２方向Ｙに対してともに平行となるように形成されている。また、第１方向Ｘに離間した絶縁溝１５の一対の側部１５２は、それぞれ裏面１２につながっている。また、絶縁溝１５の長さ方向（第２方向Ｙ）に対する横断面形状は一様である。なお、絶縁溝１５の側部１５２は、金属板１０１の一部である。

導電層２０は、半導体素子３１と各種回路基板との導電経路の一部を構成する、基板１０に形成された部材である。導電層２０は、接合層３２およびボンディングワイヤ５を介して半導体素子３１に導通される。図３〜図５に示すように本実施形態においては、導電層２０は、金属箔２０１、下地層２０２およびめっき層２０３を有する。金属箔２０１は、主面１１を覆って形成された導電層２０を構成する各層の一つであり、本実施形態においてはＣｕからなる。金属箔２０１は、基板１０と下地層２０２との間に介在している。下地層２０２は、金属箔２０１、裏面１２および一対の凹部１４を覆って形成された導電層２０を構成する各層の一つであり、本実施形態においてはＣｕからなる。めっき層２０３は、下地層２０２を覆って積層された導電層２０を構成する各層の一つであり、本実施形態においては、互いに積層されたＮｉ、ＰｄおよびＡｕからなる。また、図３に示すように導電層２０は、主面導電部２１、裏面導電部２２および側面導電部２３を含む。このうち主面導電部２１のみ、下地層２０２およびめっき層２０３に加えて金属箔２０１を有する。

図１、図３および図４に示すように、主面導電部２１は、主面１１に形成され、かつ半導体素子３１が搭載される導電層２０の部位である。本実施形態においては、主面導電部２１は、第１方向Ｘに離間して形成された一対のパッド２１１と、突出部１０１ａに形成されたダイパッド２１２とを含む。一対のパッド２１１は、被覆材２９に覆われた平面視円弧状かつ帯状の部分と、ボンディングワイヤ５が接続される平面視矩形状の部分とから構成されている。一対のパッド２１１は、ともに同一形状である。ダイパッド２１２は、主面１１から露出した突出部１０１ａの全ての部分に形成されている。ダイパッド２１２に半導体素子３１が搭載されている。

図２〜図４に示すように、裏面導電部２２は、裏面１２に形成され、かつ各種回路基板に接続される導電層２０の部位である。本実施形態においては、裏面導電部２２は、第１方向Ｘに離間して形成された一対の裏面端導電部２２１と、裏面１２の中央に形成された裏面中央導電部２２２とを含む。裏面端導電部２２１は、側面導電部２３を介してパッド２１１に導通する部分である。裏面中央導電部２２２は、金属板１０１を介してダイパッド２１２に導通する部分である。また、本実施形態においては、裏面導電部２２は、絶縁溝１５が形成されていない裏面１２の全ての部分に形成されている。また、図５に示すように、裏面導電部２２は、絶縁溝１５の一対の側部１５２にも形成されている。

図１〜図３に示すように、側面導電部２３は、凹部１４に形成された導電層２０の部位である。側面導電部２３は、凹部１４の全ての部分に形成されている。本実施形態においては、側面導電部２３は、主面導電部２１のパッド２１１と、裏面導電部２２の裏面端導電部２２１とを相互に連絡している。

なお、図１〜図５に示す導電層２０の配置形態は一例であり、実際の半導体装置Ａ１０における導電層２０の配置形態は、これに限定されない。

図１および図３に示すように、被覆材２９は、主面１１およびパッド２１１のそれぞれの一部ずつを覆い、かつ封止樹脂４に接する部材である。被覆材２９は、主面１１寄りに位置する凹部１４の端部を塞いでいる。被覆材２９は電気絶縁体である。被覆材２９は、たとえばソルダーレジストフィルムである。

半導体素子３１は、図１、図３および図４に示すように、突出部１０１ａに形成された主面導電部２１のダイパッド２１２に、接合層３２を介して搭載されている。本実施形態においては、半導体素子３１は発光ダイオードであり、たとえばｐｎ接合により複数の半導体層が互いに積層された素子である。この場合において、半導体装置Ａ１０に電流が流れると、半導体素子３１は発光する。前記半導体層を構成する物質により、半導体素子３１は赤色光、青色光または緑色光などを発する。本実施形態による半導体素子３１は、図３および図４に示す半導体素子３１の上面にｐ側電極（アノード）およびｎ側電極（カソード）がそれぞれ形成されている。前記ｐ側電極および前記ｎ側電極に、それぞれボンディングワイヤ５が接続されることによって、半導体素子３１はボンディングワイヤ５を介して一対のパッド２１１に導通される。この場合において、半導体素子３１は、ダイパッド２１２に導通されない。

また、半導体素子３１は、パワーＭＯＳＦＥＴなどのパワー半導体であってもよい。この場合において、半導体素子３１のソース端子およびゲート端子は、図３および図４に示す半導体素子３１の上面に形成され、前記ソース端子および前記ゲート端子はそれぞれ、ボンディングワイヤ５を介してパッド２１１に導通される。また半導体素子３１のドレイン端子は、図３および図４に示す半導体素子３１の下面に形成され、前記ドレイン端子は接合層３２を介してダイパッド２１２に導通される。

接合層３２は、図１、図３および図４に示すように、半導体素子３１とダイパッド２１２との間に介在する部材である。接合層３２により、半導体素子３１は固着によってダイパッド２１２に搭載される。本実施形態においては、接合層３２は電気絶縁体であり、たとえばポリイミド樹脂を主剤とする合成樹脂からなる。なお、半導体素子３１がパワーＭＯＳＦＥＴなどのパワー半導体である場合は、接合層３２は電気伝導体であり、たとえばＡｇペーストからなる。

封止樹脂４は、図３および図４に示すように、主面１１に形成された半導体素子３１を覆う合成樹脂である。本実施形態においては、封止樹脂４は透光性を有し、かつ電気絶縁体である合成樹脂からなり、該合成樹脂としてたとえばシリコーン樹脂が挙げられる。封止樹脂４は、半導体素子３１以外に、主面導電部２１、被覆材２９、接合層３２およびボンディングワイヤ５を覆っている。封止樹脂４は、樹脂主面４１および樹脂側面４３を有する。樹脂主面４１および樹脂側面４３は、半導体装置Ａ１０において露出した面であり、かつ平たんである。樹脂主面４１は、主面１１と同一方向を向く面である。樹脂側面４３は、一対の第１側面１３１、または一対の第２側面１３２と同一方向を向く面である。樹脂側面４３は、一対の第１側面１３１、または一対の第２側面１３２のいずれに対して面一である。なお、半導体素子３１がパワーＭＯＳＦＥＴなどのパワー半導体である場合は、封止樹脂４は遮光性を有し、かつ電気絶縁体である合成樹脂からなり、該合成樹脂としてたとえば黒色のエポキシ樹脂が挙げられる。

ボンディングワイヤ５は、半導体素子３１とパッド２１１とを接続する配線である。図１に示すように、本実施形態においては、ボンディングワイヤ５は２箇所形成されている。ボンディングワイヤ５は、たとえばＡｕからなる。

次に、図６〜図１８に基づき、半導体装置Ａ１０の製造方法の一例について説明する。図６および図８は、半導体装置Ａ１０の製造方法を説明する平面図である。図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。図９は、図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。図１０は、半導体装置Ａ１０の製造方法を説明する斜視図である。図１１〜図１８は、半導体装置Ａ１０の製造方法を説明する断面図である。ここで、図１１〜図１８に示す断面位置は、図３に示す断面位置と同一である。

最初に、図６〜図１１に示すように基板８１を成形する。まず、図６および図７に示すように、突出部８１１ａおよび第１貫通孔８１１ｂがそれぞれ複数形成された金属板８１１を用意する。金属板８１１は、半導体装置Ａ１０の金属板１０１の集合体であり、参考に金属板１０１に該当する領域を図６において想像線（二点鎖線）で示す。本実施形態においては、金属板８１１はＣｕからなる。突出部８１１ａを除いた金属板８１１の厚さは、後述する絶縁板８１２の厚さよりも厚い。突出部８１１ａは、金属板８１１に対してフォトリソグラフィによりマスクを形成した後、ウェットエッチングにより金属板８１１の一部を除去することにより形成される。該ウェットエッチングに用いられる溶液として、たとえば硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）および過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）との混合溶液が挙げられる。第１貫通孔８１１ｂは、ドリルなどの工具を用いた切削加工により形成される。突出部８１１ａおよび第１貫通孔８１１ｂの平面視形状は、ともに円形状である。また、平面視において、突出部８１１ａの直径は、第１貫通孔８１１ｂの直径よりも大である。

次いで、図８および図９に示すように、開口部８１２ａおよび第２貫通孔８１２ｂがそれぞれ複数形成された絶縁板８１２を用意する。絶縁板８１２は、半導体装置Ａ１０の絶縁板１０２の集合体であり、参考に絶縁板１０２に該当する領域を図８において想像線（二点鎖線）で示す。本実施形態においては、絶縁板８１２はガラスエポキシ樹脂からなる。絶縁板８１２の厚さは、突出部８１１ａの高さに等しい。開口部８１２ａおよび第２貫通孔８１２ｂは、ともにドリルなどの工具を用いた切削加工により形成される。開口部８１２ａおよび第１貫通孔８１１ｂの平面視形状は、ともに円形状である。開口部８１２ａの中心位置は突出部８１１ａの中心位置に等しく、第２貫通孔８１２ｂの中心位置は第１貫通孔８１１ｂの中心位置に等しい。また、開口部８１２ａの直径は突出部８１１ａの直径に等しく、第２貫通孔８１２ｂの直径は第１貫通孔８１１ｂの直径に等しい。

次いで、図１０に示すように、金属板８１１よりも厚さが薄く、かつ、第３貫通孔８２１ａが複数形成された金属箔８２１を、絶縁板８１２に対して金属板８１１の反対側に配置した後、金属板８１１および絶縁板８１２とともに金属箔８２１をプレスにより圧着する。圧着にあたっては、開口部８１２ａに突出部８１１ａを嵌合させて圧着する。ここで金属箔８２１は、後述する導電層８２を構成する各層の一つであり、本実施形態においてはＣｕからなる。また、第３貫通孔８２１ａの平面視形状、中心位置および直径は、第１貫通孔８１１ｂおよび第２貫通孔８１２ｂのそれらに等しい。第３貫通孔８２１ａは、たとえば打ち抜き（パンチング）加工により形成される。金属板８１１と、絶縁板８１２と、金属箔８２１とを圧着したとき、平面視において、第１貫通孔８１１ｂと、第２貫通孔８１２ｂと、第３貫通孔８２１ａとが互いに重なり合う。該工程を経ることによって、半導体装置Ａ１０の基板１０の集合体である基板８１が成形される。

図１１は、基板８１のうち、基板１０に該当する領域の断面図である。図１１に示すように、基板８１の厚さ方向Ｚにおいて、基板８１は互いに反対側を向く主面８１６および裏面８１７を有する。金属板８１１は、突出部８１１ａからなる主面８１６の一部と、裏面８１７とを構成する。絶縁板８１２は、突出部８１１ａを除いた主面８１６の一部を構成する。また、平面視において、第１貫通孔８１１ｂと、第２貫通孔８１２ｂと、第３貫通孔８２１ａとが互いに重なり合うことにより、基板８１を貫通するスルーホール８１８が突出部８１１ａを挟んだ両側に形成される。スルーホール８１８の一部が、半導体装置Ａ１０の凹部１４に該当する。さらに、金属箔８２１が、主面８１６の全てを覆って配置される。金属箔８２１が、半導体装置Ａ１０の金属箔２０１に相当する。

次いで、基板８１に導電層８２を形成する。導電層８２が、半導体装置Ａ１０の導電層２０に相当する。本実施形態においては、導電層８２を形成する工程では、基板８１を覆う下地層８２２を形成する工程と、下地層８２２に対してフォトリソグラフィによりマスクを形成する工程と、ウェットエッチングにより金属板８１１、金属箔８２１および下地層８２２をパターニングする工程と、下地層８２２を覆うめっき層８２３を形成する工程とを含む。

まず、図１２に示すように、基板８１の裏面８１７およびスルーホール８１８の全面と、金属箔８２１の全面とに下地層８２２を形成する。下地層８２２が、半導体装置Ａ１０の下地層２０２に相当する。本実施形態においては、下地層８２２はＣｕからなる。スルーホール８１８の一部が電気絶縁体である絶縁板８１２であることから、下地層８２２は無電解めっきにより形成される。

次いで、図１３に示すように、下地層８２２に対してフォトリソグラフィによりマスクを形成する。先に基板８１にレジスト層８８を形成した後、レジスト層８８に対して露光・現像を行うことによって、下地層８２２に対してマスクが形成される。レジスト層８８は、基板８１に形成された下地層８２２の全てを覆って形成される。また、レジスト層８８は、フォトレジストをたとえばスプレー塗布することにより形成される。本実施形態においては、該フォトレジストはポジ型であるため、露光されたレジスト層８８の部分が現像液により除去される。

次いで、図１４に示すように、ウェットエッチングにより金属板８１１、金属箔８２１および下地層８２２をパターニングした後、基板８１に形成されたレジスト層８８を全て除去する。該ウェットエッチングに用いられる溶液は、図７に示す突出部８１１ａを形成するときに用いた溶液と同一である。該工程により、レジスト層８８から露出した下地層８２２が除去され、さらに除去された下地層８２２に覆われた金属板８１１および金属箔８２１がともに除去される。このとき、裏面８１７において、突出部８１１ａとスルーホール８１８との間に金属板８１１を貫通する絶縁溝８１９が形成される。

次いで、図１５に示すように、下地層８２２を覆うめっき層８２３を形成する。めっき層８２３が、半導体装置Ａ１０のめっき層２０３に相当する。めっき層８２３は、電解めっきにより形成される。本実施形態においては、下地層８２２に近い方から電解めっきによりＮｉ、Ｐｄ、Ａｕの順に積層させることによりめっき層８２３が形成される。該工程を経ることによって、導電層８２が形成される。

次いで、図１６に示すように、主面８１６寄りに位置するスルーホール８１８の端部を塞ぎ、かつ主面８１６に形成された導電層８２の一部を覆う被覆材８２９を配置する。被覆材８２９が、半導体装置Ａ１０の被覆材２９に相当する。被覆材８２９は、後述する封止樹脂８４の形成において、封止樹脂８４がスルーホール８１８内へ流出することを防止する機能を果たす。被覆材８２９は電気絶縁体である。被覆材８２９は、たとえばソルダーレジストフィルムである。

次いで、図１７に示すように、主面８１６に形成された導電層８２に半導体素子８３１を搭載する。半導体素子８３１が、半導体装置Ａ１０の半導体素子３１に相当する。本実施形態においては、半導体素子８３１は発光ダイオードであるが、パワーＭＯＳＦＥＴなどのパワー半導体であってもよい。半導体素子３１が発光ダイオードである場合は、主面８１６に形成された導電層８２にポリイミド樹脂を主剤とする合成樹脂を塗布し、ダイボンディングにより半導体素子３１を導電層８２に固着させる。このとき、該合成樹脂が固化したものが接合層８３２になり、半導体装置Ａ１０の接合層３２に相当する。また、半導体素子３１がパワーＭＯＳＦＥＴなどのパワー半導体である場合は、該合成樹脂に代わってＡｇペーストを主面８１６に形成された導電層８２に塗布する。このとき、該Ａｇペーストが固化したものが接合層８３２になる。その後、ワイヤボンディングにより半導体素子３１と主面８１６に形成された導電層８２とを接続するボンディングワイヤ８５を形成する。ボンディングワイヤ８５が、半導体装置Ａ１０のボンディングワイヤ５に相当する。

次いで、図１８に示すように、半導体素子８３１を覆う封止樹脂８４を基板８１に形成する。封止樹脂８４が、半導体装置Ａ１０の封止樹脂４に相当する。封止樹脂８４により、半導体素子８３１以外に、主面８１６に形成された導電層８２、被覆材８２９、接合層８３２およびボンディングワイヤ８５を完全に覆うようにする。封止樹脂８４は、たとえばトランスファモールド成形により形成される。半導体素子３１が発光ダイオードである場合は、封止樹脂８４は透光性を有し、かつ電気絶縁体である合成樹脂からなり、該合成樹脂としてたとえばシリコーン樹脂が挙げられる。また、半導体素子３１がパワーＭＯＳＦＥＴなどのパワー半導体である場合は、封止樹脂８４は遮光性を有し、かつ電気絶縁体である合成樹脂からなり、該合成樹脂としてたとえば黒色のエポキシ樹脂が挙げられる。

最後に、基板８１を切断（ダイシング）することによって、半導体素子８３１ごとの個片に分割する。切断にあたっては、たとえばダイシングブレード（図示略）を用いる。前記個片が半導体装置Ａ１０となる。以上の工程を経ることによって、半導体装置Ａ１０が製造される。

次に、半導体装置Ａ１０の作用効果について説明する。

本実施形態によれば、半導体装置Ａ１０の基板１０は、主面１１が向く方向に突出し、かつ半導体素子３１が搭載された導電層２０に覆われた突出部１０１ａが形成された金属板１０１と、突出部１０１ａと嵌合する開口部１０２ａが形成された絶縁板１０２から構成されている。また、基板１０には、裏面１２から窪み、かつ金属板１０１を貫通する絶縁溝１５が、突出部１０１ａと基板１０の両端に形成された凹部１４との間に形成されている。このような構成をとることによって、突出部１０１ａは、凹部１４に近接して形成された導電層２０（パッド２１１、裏面導電部２２（裏面端導電部２２１）および側面導電部２３）との電気絶縁が図られたヒートスプレッダとしての機能を果たす部位となり、該部位の基板１０の厚さ方向Ｚに対する横断面積は、従来よりもさらに大きく確保することができる。したがって、高出力化を図った半導体素子３１から使用時に発生する熱を、より効率良く半導体装置Ａ１０の外部に放出することが可能となる。

半導体装置Ａ１０の製造において、基板８１は、突出部８１１ａが形成された金属板８１１と、開口部８１２ａが形成された絶縁板８１２とを、開口部８１２ａに金属板８１１を嵌合させて圧着することにより成形される。このことは、複合材料により構成される基板８１の製造の省力化に寄与するため、基板８１を効率良く製造することができる。

突出部１０１ａを除いた金属板１０１の厚さを、絶縁板１０２の厚さよりも厚く設定することにより、曲げなどに対する基板１０の強度増加を図ることができる。このとき、一対の第１側面１３１および一対の第２側面１３２のうち、金属板１０１が占める面積が拡大することから、半導体装置Ａ１０の外部への放熱効果を、より向上させることができる。

金属板１０１の材質を、熱伝導率が比較的高いＣｕとすることにより、半導体素子３１から使用時に発生する熱の放出効果を向上させる上で好適な基板１０の構造とすることができる。

基板１０の裏面１２には、突出部１０１ａを挟んで第１方向Ｘに離間した一対の絶縁溝１５が形成され、一対の絶縁溝１５のそれぞれが、第２方向Ｙに離間した一対の第２側面１３２に交差している。このような絶縁溝１５を形成することによって、突出部１０１ａと凹部１４に近接して形成された導電層２０との電気絶縁を確実に図ることができる。さらに、一対の絶縁溝１５が第２方向Ｙに対して平行となるように形成されることにより、半導体装置Ａ１０の製造において、絶縁溝８１９を形成するためのマスク形成の省力化を図りつつ、かつ基板８１の状態でめっき層８２３を電解めっきによって効率良く形成することができる。

裏面１２に形成された裏面導電部２２は、絶縁溝１５が形成されていない裏面１２の全ての部分に形成されている。このような構成とすることによって、ヒートスプレッダとしての機能を果たす突出部１０１ａとの導通が図られた裏面導電部２２（裏面中央導電部２２２）の面積をより広く確保することができる。このことは、半導体装置Ａ１０の外部への放熱効果を向上させる上で好適である。

また、半導体素子３１をパワーＭＯＳＦＥＴなどのパワー半導体とした場合、突出部１０１ａに形成された導電層２０（ダイパッド２１２）をドレイン端子とすることにより、半導体素子３１によって増幅された電流を、金属板１０１を介して裏面１２に形成された裏面導電部２２（裏面中央導電部２２２）により多く流すことができる。この場合においても、金属板１０１の材質をＣｕとすることは、該電流が流れる金属板１０１の抵抗を低く設定することができるため好適である。

本発明は、先述した実施の形態に限定されるものではない。本発明の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

Ａ１０：半導体装置
１０：基板
１０１：金属板
１０１ａ：突出部
１０２：絶縁板
１０２ａ：開口部
１１：主面
１２：裏面
１３１：第１側面
１３２：第２側面
１４：凹部
１５：絶縁溝
１５１：底部
１５２：側部
２０：導電層
２０１：金属箔
２０２：下地層
２０３：めっき層
２１：主面導電部
２１１：パッド
２１２：ダイパッド
２２：裏面導電部
２２１：裏面端導電部
２２２：裏面中央導電部
２３：側面導電部
２９：被覆材
３１：半導体素子
３２：接合層
４：封止樹脂
４１：樹脂主面
４３：樹脂側面
５：ボンディングワイヤ
８１：基板
８１１：金属板
８１１ａ：突出部
８１１ｂ：第１貫通孔
８１２：絶縁板
８１２ａ：開口部
８１２ｂ：第２貫通孔
８１６：主面
８１７：裏面
８１８：スルーホール
８１９：絶縁溝
８２：導電層
８２１：金属箔
８２１ａ：第３貫通孔
８２２：下地層
８２３：めっき層
８２９：被覆材
８３１：半導体素子
８３２：接合層
８４：封止樹脂
８５：ボンディングワイヤ
８８：レジスト層
Ｘ：第１方向
Ｙ：第２方向
Ｚ：厚さ方向

Claims

互いに反対側を向く主面および裏面と、前記主面および前記裏面の双方に交差し、かつ第１方向に離間した一対の第１側面からそれぞれ窪んで形成された一対の凹部と、を有する基板と、
前記基板に形成された導電層と、
前記導電層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、を備え、
前記基板は、前記主面が向く方向に突出し、かつ前記半導体素子が搭載された前記導電層に覆われた突出部が形成された金属板と、前記突出部と嵌合する開口部が形成された絶縁板と、から構成され、
前記裏面から窪み、かつ前記金属板を貫通する絶縁溝が、前記突出部と前記凹部との間に形成されていることを特徴とする、半導体装置。
前記絶縁板は、前記基板の厚さ方向において、前記主面寄りに位置している、請求項１に記載の半導体装置。
前記突出部を除いた前記金属板の厚さは、前記絶縁板の厚さよりも厚い、請求項１または２に記載の半導体装置。
前記金属板は、Ｃｕからなる、請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置。
前記絶縁板は、ガラスエポキシ樹脂からなる、請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体装置。
前記主面において、前記開口部から前記突出部が露出している、請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体装置。
前記開口部の平面視形状は、円形状である、請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体装置。
前記裏面には、第１方向に離間した一対の前記絶縁溝が、前記突出部を挟んで形成されている、請求項１ないし７のいずれかに記載の半導体装置。
前記基板は、平面視において前記第１方向に対して直交する第２方向に離間した一対の第２側面をさらに有し、前記一対の第２側面は、前記一対の絶縁溝に交差している、請求項８に記載の半導体装置。
前記一対の絶縁溝が、前記第２方向に対してともに平行となるように形成されている、請求項９に記載の半導体装置。
前記導電層は、下地層と、前記下地層を覆って積層されためっき層と、を有し、前記下地層は、前記基板と前記めっき層との間に介在している、請求項１ないし１０のいずれかに記載の半導体装置。
前記下地層は、Ｃｕからなる、請求項１１に記載の半導体装置。
前記めっき層は、互いに積層されたＮｉ、ＰｄおよびＡｕからなる、請求項１１または１２に記載の半導体装置。
前記主面に形成された前記導電層は、前記基板と前記下地層との間に介在する金属箔をさらに有する、請求項１１ないし１３のいずれかに記載の半導体装置。
前記金属箔は、Ｃｕからなる、請求項１４に記載の半導体装置。
前記導電層は、前記主面に形成された主面導電部と、前記裏面に形成された裏面導電部と、前記凹部に形成され、かつ前記主面導電部と前記裏面導電部とを相互に連絡する側面導電部と、を含み、前記突出部に形成された前記主面導電部に前記半導体素子が搭載されている、請求項１１ないし１５のいずれかに記載の半導体装置。
前記裏面導電部は、前記絶縁溝が形成されていない前記裏面の全ての部分に形成されている、請求項１６に記載の半導体装置。
前記主面導電部は、前記第１方向に離間して形成された一対のパッドと、前記突出部に形成されたダイパッドと、を含み、前記一対のパッドは前記側面導電部にそれぞれ連絡し、前記ダイパッドに前記半導体素子が搭載されている、請求項１６または１７に記載の半導体装置。
前記半導体素子と前記パッドとを接続するボンディングワイヤをさらに備える、請求項１８に記載の半導体装置。
前記パッドの一部を覆い、かつ前記封止樹脂に接する被覆材をさらに備える、請求項１８または１９に記載の半導体装置。
前記半導体素子は、発光ダイオードである、請求項１ないし２０のいずれかに記載の半導体装置。
前記封止樹脂は、透光性を有した合成樹脂からなる、請求項２１に記載の半導体装置。
前記半導体素子は、パワーＭＯＳＦＥＴである、請求項１ないし２０のいずれかに記載の半導体装置。
前記封止樹脂は、遮光性を有した合成樹脂からなる、請求項２３に記載の半導体装置。
互いに反対側を向く主面および裏面を有する基板を成形する工程と、
前記基板に導電層を形成する工程と、
前記主面に形成された導電層に半導体素子を搭載する工程と、
前記半導体素子を覆う封止樹脂を前記基板に形成する工程と、を備え、
前記基板を成形する工程では、前記主面の一部および前記裏面を構成し、かつ突出部が形成された金属板と、前記主面の一部を構成し、かつ開口部が形成された絶縁板とを、前記開口部に前記突出部を嵌合させて圧着することにより前記基板が成形されることを特徴とする、半導体装置の製造方法。
前記基板を成形する工程では、前記突出部は、ウェットエッチングにより形成される、請求項２５に記載の半導体装置の製造方法。
前記基板を成形する工程では、前記金属板よりも厚さが薄い金属箔を、前記絶縁板に対して前記金属板の反対側に配置した後、前記金属板および前記絶縁板とともに前記金属箔を圧着する、請求項２５または２６に記載の半導体装置の製造方法。
前記基板を成形する工程では、前記金属板と、前記絶縁板と、前記金属箔とを圧着する前に、前記金属板と、前記絶縁板と、前記金属箔とのいずれに対して貫通孔を複数形成する工程を含み、前記金属板と、前記絶縁板と、前記金属箔とを圧着したときに平面視において前記貫通孔が互いに重なり合うことにより、前記基板を貫通するスルーホールが形成される、請求項２７に記載の半導体装置の製造方法。
前記導電層を形成する工程では、前記基板を覆う下地層を形成する工程と、前記下地層に対してフォトリソグラフィによりマスクを形成する工程と、ウェットエッチングにより前記金属板、前記金属箔および前記下地層をパターニングする工程と、を含む、請求項２８に記載の半導体装置の製造方法。
前記下地層を形成する工程では、無電解めっきにより前記下地層が形成される、請求項２９に記載の半導体装置の製造方法。
前記パターニングする工程では、前記裏面において、前記突出部と前記スルーホールとの間に前記金属板を貫通する絶縁溝が形成される、請求項２９または３０に記載の半導体装置の製造方法。
前記導電層を形成する工程では、前記パターニングする工程の後に、前記下地層を覆うめっき層を形成する工程をさらに含む、請求項２９ないし３１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
前記めっき層を形成する工程では、電解めっきにより前記めっき層が形成される、請求項３２に記載の半導体装置の製造方法。
前記半導体素子を搭載する工程の前に、前記主面寄りに位置する前記スルーホールの端部を塞ぎ、かつ前記主面に形成された前記導電層の一部を覆う被覆材を配置する工程をさらに備える、請求項２８ないし３３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
前記半導体素子を搭載する工程の後に、ワイヤボンディングにより前記半導体素子と前記主面に形成された前記導電層とを接続するボンディングワイヤを形成する工程をさらに備える、請求項２５ないし３４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。