JP3527850B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外部電極がマトリ
ックス状に配列されたボール・グリッド・アレイ型（Ba
ll Grid Array、以下BGAと略する）の半導体装置の構造
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の放熱性を高めるために、厚
さ約0.5 mmの銅板を絞り加工して深さ0.7 mmのキャビテ
ィを形成したチップ搭載用の金属板を用いて半導体素子
を金属板に搭載する方法が知られ、例えば、特開平７ー
２８３３３６号公報に記載されている。さらに、半導体
素子の背面を銅のような熱伝導性材料で作られた熱放散
板のキャビティ内に接着することが、例えば特開平８ー
２０３９５８号公報に記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】BGAの外部端子は基板
実装時に目視による外観検査ができないため、電気的な
接続信頼性を確保するために球状電極部には100μm以下
の平坦度が要求されている。この平坦度は接着剤の塗布
むらや球状電極の直径のばらつきを含めた値である。上
記従来技術に記載のものは、球状電極を搭載する銅板に
半導体素子を搭載するキャビティを形成するために銅板
を絞り加工しているが、絞り加工によりキャビティの形
成を行うと、キャビティの周辺の平板の平坦度が悪化す
る。よって、平板部に球状電極を搭載するには球状電極
の平坦度を十分に保証することができない。

【０００４】また、半導体装置の放熱特性をさらに向上
させるために半導体装置投影大かそれ以上の底面積を持
つフィンを搭載することがあるが、上記従来技術に記載
のもの半導体装置にフィンを搭載する場合、半導体装置
に凸部があるため、フィンの接触面積が制限されてフィ
ン効率が低下し、フィンの冷却能力を十分に引き出すこ
とができない。

【０００５】キャビティを有する金属板を使用する特開
平８ー２０３９５８号公報に記載されているものでは、
金属板への具体的なキャビティ形成方法を記述していな
いが、キャビティは金属板の中央部に設けられている図
面より、放電加工や切削加工を必要とする。このような
方法によるキャビティ形成は、加工コストが高くなり、
量産タイプの半導体装置には適さない。

【０００６】本発明の目的は、BGA型半導体装置におい
て使用する金属板を低コストかつ量産性に適した方法で
製造し、かつパッケージの放熱性能を高めた半導体装置
を提供する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、断面形状が異形でキャビティを有する異
形条金属板に接着された絶縁テープと、絶縁テープの片
面に形成された配線は、その一端が球状の電極が接続さ
れたバンプランドに接続され、他端が前記キャビティに
接着されている半導体素子の電極と電気的に接続され、
該接続部が樹脂封止され、前記球状の電極がグリッド状
に配列されているものである。

【０００８】これにより、異形条金属板は板を成形する
際に条を設けるだけで良いので、板成形後の機械加工に
よるものに比較し、工程を削減できるため量産性に優れ
コストが低く、かつ高い平坦度を保証する事ができる。

【０００９】また、本発明は上記のものにおいて、前記
異形条金属板のキャビティが前記絶縁テープの開口部に
略一致するように接着されているものである。

【００１０】さらに、本発明は上記のものにおいて、異
形条金属板は少なくとも一組の略同じ高さの凸平面があ
り、前記キャビティは前記凸平面に挟まれて構成される
ことが望ましい。

【００１１】さらに、上記のものにおいて、配線は、ボ
ンディングワイヤで前記半導体素子の電極と接続される
ことが望ましい。

【００１２】さらに、上記のものにおいて、異形条金属
板の一部が樹脂充填されていることが望ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の一実施例による半導体装
置の断面図を図１に示す。半導体素子１は異形条金属板
３のキャビティ２１に接着剤２で接着され、異形条金属
板３の凸面２２には絶縁テープ６の裏面が接着剤５によ
って接着され、絶縁テープ６の表面に形成した配線７が
レジストで被覆されている。半導体素子の電極４には配
線７の一端として絶縁テープ６から延長されたインナー
リード８が接続され、配線７の逆端に形成されたバンプ
ランド１０には外部端子である球状電極１２が接続され
ている。インナーリード８と半導体素子の電極４との接
続部は樹脂９によって封止されている。異形条金属板は
無酸素銅や銅合金などで製作することが良い。

【００１４】球状電極は、はんだボールや核に銅コアを
もったはんだボールなど、絶縁テープにはポリイミド、
配線は銅配線などを用いる。半導体素子１への電気的な
アクセスによって生じる熱は半導体素子１の裏面から異
形条金属板３のキャビティ２１へ伝導し、凸面２２，球
状電極１２を介して放熱される。

【００１５】一実施例による半導体装置の斜視図を図２
に示す。異形条金属板３の凸面２２が半導体素子１の外
郭の２方向に存在し、凸面２２のみに球状電極が配列さ
れている。

【００１６】他の実施例による半導体装置の断面図を図
３に示す。半導体素子の電極４との電気的な接続にはボ
ンディングワイヤ１３を用いても良い。

【００１７】さらに、他の実施例による半導体装置の別
の断面図を図４に示す。異形条金属板３に絶縁テープ６
を接着する凸部２２よりも凸なフレーム１４を設けても
良い。このフレーム１４は半導体装置側面の機械的な強
度を向上させる。また、フレーム１４を実装基板のグラ
ンドと電気的な接続を行えば、半導体装置の電気特性が
向上し、さらなる高速動作が可能になる。

【００１８】さらに他の実施例による半導体装置の別の
断面図を図５に示す。異形条金属板３のキャビティ２１
には孔２４が形成されていても良い。樹脂封止を行う際
に孔２４が存在するとキャビティ内の空気を逃がすこと
ができ、樹脂１９内のボイド発生を抑制することができ
る。

【００１９】さらに、他の実施例による半導体装置の別
の断面図を図６に示す。絶縁テープ６の配線面が接着剤
５によって異形条金属板３に接続され、絶縁テープ６に
はバンプランド１０に到達する孔１５が形成され、孔１
５に球状電極１２が接続されている。この場合、絶縁テ
ープにはレジスト１６を被覆する必要がない。

【００２０】さらに他の実施例による半導体装置の別の
斜視図を図７に示す。異形条金属板３の凸面２２は半導
体素子１の外郭の２方向に存在しているが、キャビティ
の一部を樹脂１６によって凸面２２高さまで埋め、半導
体素子の外郭の４方向に球状電極１２を配列した例であ
る。

【００２１】さらに、他の実施例による半導体装置の別
の斜視図を図８に示す。異形条金属板３の凸面２２は半
導体素子１の外郭の２方向に存在しているが、半導体素
子の外郭の４方向に球状電極１２を配列した例である。

【００２２】一実施例の製造工程を図９ないし図１２に
示す。これらは半導体素子の外郭の４方向にグリッド状
に電極を設ける場合である。図９に示すように、絶縁テ
ープ６には開口部２３が複数個形成され、搬送用の孔１
７が設けてある。絶縁テープ搬送用の孔１７は、リール
などによる絶縁テープの送り出しや巻き取りなどに利用
される。インナーリード８が絶縁テープ開口部２３から
内側に突出し、バンプランド８がレジストで被覆された
絶縁テープ表面に露出している。各開口部２３に半導体
素子１を位置決めする。

【００２３】次に図１０に示すように半導体素子１とイ
ンナーリード８を接続し、接着剤５が塗布された異形条
金属板３を各半導体素子１に位置決めして接着する。図
１１に示すように半導体素子とインナーリード８との接
続部を含む半導体素子の表面を樹脂９で封止する。樹脂
封止はポッティングでもモールド型を用いるトランスフ
ァモールドでもどちらでも良い。最後に図１２に示すよ
うにバンプランド８に球状電極をつけて、個々の半導体
装置を絶縁テープ６から切り抜く。トランスファモール
ドの場合、キャビティ２１の側面まで封止樹脂１６が充
填されているが、ポッティングの場合は充填されなくて
もよい。

【００２４】他の実施例による製造工程の一部を図１３
に示す。絶縁テープ６に接着する前の異形条金属板３に
はあらかじめトランスファモールドによってキャビティ
２１の一部が樹脂１６で充填されていてもよい。この場
合、半導体素子１とインナーリード８との接続部の樹脂
封止にはポッティング樹脂を用いる。

【００２５】さらに他の実施例の別の製造工程の一部を
図１４に示す。図１４は半導体素子の外郭２方向にグリ
ッド状に並んだ電極を持つ半導体装置の製造方法の一部
である。絶縁テープ６にはバンプランドは開口部２３の
２方向のみに設けられている。

【００２６】第一実施例の別の製造工程を図１５から図
１８に示す。これらは半導体素子の外郭２方向にグリッ
ド状に並んだ電極を持つ半導体装置の製造方法である。
図１５に示すように異形条金属板で作られたリードフレ
ーム１８には搬送用の孔１９と最後に切り離すための切
り込み２０が設けられ、半導体素子を搭載するキャビテ
ィ２１が複数個形成されている。リードフレーム１８の
キャビティ２１に接着剤２を塗布し、半導体素子１を搭
載する。

【００２７】次に図１６に示すように、リードフレーム
１８の凸面２２に絶縁テープ６を貼り、絶縁テープから
突出しているインナーリード８と半導体素子の電極４を
接続する。次に図１７に示すように半導体素子１の電極
４とリードの接続部をモールド型を用いて樹脂９で封止
する。最後に図１８に示すようにリードフレーム１８か
ら個々の半導体装置を切り離す。

【００２８】一実施例の半導体装置の実装形態の断面図
を図１９に示す。半導体素子１が搭載されたの異形条金
属板３の裏面に放熱フィン２５が設けられている。現
在、異形条金属板を半導体装置に利用している例があ
り、例えば、リードフレームのタブと呼ばれる半導体素
子を搭載する部位の板厚をインナーリード部と比較して
厚く形成するために、異形条金属板のリードフレームが
用いられている。異形条金属板のリードフレームには一
般のリードフレームと同様にタブ、インナーリード、ア
ウターリードがプレスやエッチングで複数組形成され、
トランスファーモールド後に個々を切り離す。このよう
なタブが厚いリードフレームを用いると、半導体素子の
熱を半導体装置の底面まで効率よく広げることができ、
放熱特性が向上する。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、電極配列の平坦度を保
ち、半導体素子を搭載するための金属板に一体成形が可
能な異形条金属板を用いているため、半導体装置の量産
性は向上し、コストを低下することができる。半導体素
子と電極は同一の金属板に搭載されているため、半導体
素子から発生した熱はキャビティ２１、凸面２２、球状
電極１２という金属を介して効率的に放熱することがで
きる。また、異形条金属板３の裏面は平面であるため、
放熱フィン２５を搭載した場合効率よく冷却することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例による半導体装置において異形条金属
板を用いた構造の断面図。

【図２】一実施例による半導体装置において半導体素子
の外郭の２方向に球状電極がグリッド状に配列されてい
る斜視図。

【図３】他の実施例による半導体装置において半導体素
子の電極との電気的な接続にボンディングワイヤを用い
た構造の断面図。

【図４】さらに他の実施例による半導体装置において異
形条金属板にフレームを設けた構造の断面図。

【図５】さらに他の実施例による半導体装置において半
導体素子を搭載するキャビティに孔を設けた構造の断面
図。

【図６】さらに他の実施例による半導体装置において，
絶縁テープに設けた孔に球状電極を搭載する構造の断面
図。

【図７】さらに他の実施例による半導体装置において半
導体素子の外郭４方向に球状電極がグリッド状に配列さ
れ、異形条金属板のキャビティの一部が樹脂封止されて
いる構造の斜視図。

【図８】さらに他の実施例による半導体装置において半
導体素子の外郭４方向に球状電極がグリッド状に配列さ
れ，異形条金属板のキャビティが樹脂封止されない構造
の斜視図。

【図９】一実施例による半導体装置を連続した絶縁テー
プを用いて製造する工程において絶縁テープに半導体素
子の位置決めを行う斜視図。

【図１０】他の実施例による半導体装置を連続した絶縁
テープを用いて製造する工程において半導体素子がリー
ドに接続され，異形条金属板の位置決めを行う斜視図。

【図１１】さらに他の実施例による半導体装置を連続し
た絶縁テープを用いて製造する工程において半導体素子
電気接続部を樹脂封止した斜視図。

【図１２】さらに他の実施例による半導体装置を連続し
た絶縁テープを用いて製造する工程においてバンプラン
ドに球状電極を設け、絶縁テープから切りだした斜視
図。

【図１３】さらに他の実施例による半導体装置を連続し
た絶縁テープを用いて製造する工程においてキャビティ
の一部に樹脂封止した異形条金属板を絶縁テープに貼り
付ける斜視図。

【図１４】さらに他の実施例による半導体装置を連続し
た絶縁テープを用いて製造する工程において２方向のバ
ンプランドを設けた絶縁テープに異形条金属板を貼り付
ける斜視図。

【図１５】さらに他の実施例による半導体装置を異形条
リードフレームを用いて製造する工程においてリードフ
レームのキャビティに半導体素子を搭載する斜視図。

【図１６】さらに他の実施例による半導体装置を異形条
リードフレームを用いて製造する工程において絶縁テー
プを貼り，半導体素子にリードを接続した斜視図。

【図１７】さらに他の実施例による半導体装置を異形条
リードフレームを用いて製造する工程において半導体素
子電気接続部を樹脂封止し，球状電極を配列した斜視
図。

【図１８】さらに他の実施例による半導体装置を異形条
リードフレームを用いて製造する工程において半導体装
置をリードフレームから切り出した斜視図。

【図１９】一実施例による半導体装置の使用において異
形条金属板の裏面に放熱フィンを搭載したものを示す断
面図。

【符号の説明】

１…半導体素子、２…接着剤、３…異形条金属板、４…
電極、５…接着剤、６…絶縁テープ、７…配線、８…イ
ンナーリード、９…樹脂、１０…バンプランド、１１…
レジスト、１２…球状電極、１３…ボンディングワイ
ヤ、１４…フレーム、１５…孔、１６…樹脂、１７…
孔、１８…異形条リードフレーム、１９…孔、２０…切
り込み、２１…キャビティ、２２…凸面、２３…開口
部、２４…孔、２５…放熱フィン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 直敬 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (56)参考文献 特開 平９−252064（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−245460（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−316381（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 23/02 - 23/10 H01L 23/12,23/36

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】間隔を介して形成される一組の凸面部と、
   前記凸面部間に挟まれて前記一組の凸面部同士を隔てる
   前記凸部より低い表面を有するキャビティ部とを有する
   異形条金属部と、 前記キャビティ部に接着される半導体素子と、 前記キャビティ部に充填され、前記半導体素子を封止し
   前記異形条金属部の側端面側に至るよう形成された封止
   樹脂と、 前記凸面に形成され、前記半導体素子に電気的に接続さ
   れたバンプランドと、を有することを特徴とする半導体
   装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記バンプランドは前
   記凸面及び前記樹脂の上に位置することを特徴とする半
   導体装置。
3. 【請求項３】請求項１において、前記異形条金属部は、
   前記バンプランドが配置される前記凸面より突出した凸
   フレーム部を有することを特徴とする半導体装置。
4. 【請求項４】請求項１において、前記異形条金属部の前
   記キャビティは、前記半導体素子が搭載される面と反対
   側面とを連絡する孔を有することを特徴とする半導体装
   置。
5. 【請求項５】半導体素子と、 第一の凸面部と前記第一の凸面部と間隔を介して配置さ
   れる第二の凸面部と、前記第一の凸面部と前記第二の凸
   面部との間に形成され、前記半導体素子が設置されるキ
   ャビティを有する異形条金属板と、 前記異形条金属板に接着された絶縁テープと、前記絶縁
   テープの片面に形成され、一端が球状の電極が接続され
   るバンプランドに電気的に接続されて他端が前記半導体
   素子と電気的に接続される配線と、 前記半導体素子が設置された前記キャビティに前記第一
   の凸面部と前記第二の凸面部を隔てる樹脂が充填される
   ことを特徴とする半導体装置。