JP4521015B2

JP4521015B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP4521015B2
Application number: JP2007140030A
Authority: JP
Inventors: 太郎福井; 知明根本; 凱▲其▼ 陳; 淑禎黄; 巡天李; 宗銘李
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2007-05-28
Filing date: 2007-05-28
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2023-04-22
Also published as: JP2007214602A

Description

本発明は、インターポーザーに半導体素子をフリップチップ実装すると共に封止樹脂で封止して形成される半導体装置の製造方法に関するものである。

近年、半導体高集積化の進展に伴い、半導体装置のＩ／Ｏ数が飛躍的に増加する傾向にある。しかし、従来のリードフレームを使用したＳＯＰ（Small Outline Package）やＱＦＰ（Quad Flat Package）ではこれに対応できないので、ＰＢＧＡ（Plastic Ball Grid Array）等の半導体装置が開発され、ゲートアレイやチップセット等で使用されている。図７（ａ）はＰＢＧＡの一例を示すものであり、インターポーザー１に半導体素子２を搭載し、半導体素子２の電極とインターポーザー１の端子とを金線やアルミニウム細線などのワイヤ１０で接続すると共に、ワイヤ１０を含めて半導体素子２を封止樹脂３で封止するようにしてある。そしてインターポーザー１の半導体素子２を搭載した面と反対側の面には外部接続用の半田ボール１１が設けてある。

一方、ゲートアレイ、チップセット、グラフィック等の分野では、Ｉ／Ｏ数の増加や動作速度の向上が著しく、金線やアルミニウム細線を用いて接続する上記のワイヤボンディング法に代わって、電気特性に優れ、且つＩ／Ｏ数の増加にも対応が容易なフリップチップ接合の適用が望まれている。フリップチップ接合は、例えば図７（ｂ）に示すＣＳＰ（Chip Scale Package）のように、半導体素子２に半田や金などでバンプ６を形成し、インターポーザー１に半導体素子２をフェースダウンで搭載し、インターポーザー１の端子にこのバンプ６を接合することによって、バンプ６と端子を金属結合によって直接、電気的に接続するようにしたものである。そしてこの際、半導体素子２の表面を湿度から保護したり、バンプ６を機械的ストレスから保護したりするために、通常、半導体素子２とインターポーザー１との間の微細な間隙を樹脂で埋めるアンダーフィルと呼ばれる封止が行なわれる。このアンダーフィルの形成は、インターポーザー１と半導体素子２の間は１５〜１００μｍ程度の微細な間隙であるので、低粘度液状材料の封止材料を毛細管現象によって注入させた後、加熱硬化させることによって、半導体素子２とインターポーザー１との間隙に封止樹脂３ａを充填させるようにして行なうのが一般的である。１１はインターポーザー１に設けた外部接続用の半田ボールであり、この図７（ｂ）のものは通常、ＦＣ−ＢＧＡ（Flip Chip-Ball Grid Array）と呼ばれている。

このようにインターポーザー１に半導体素子２をフリップチップ接合した半導体装置は、従来のワイヤボンディングした半導体装置に比べて、Ｉ／Ｏ数の増加に対応が容易なだけでなく、電気的接続の性能に優れているという利点を有する。しかし、インターポーザー１と半導体素子２の間の微細な間隙に低粘度液状材料の封止樹脂３ａを毛細管現象で注入させるのに時間がかかるために、アンダーフィルの生産性に問題があり、また毛細管現象という自然現象に頼るために、バンプパターンやフラックス残りなどの影響を受けて低粘度液状材料の封止樹脂３ａの流動性が変化し、ボイドがアンダーフィルに残って信頼性低下につながるおそれがあるという問題がある。さらに半導体素子２は背面側が露出しているので、半導体素子２の露出部の端面が欠けるおそれがあるなど、半導体装置をマウントする際のピックアップ性に問題を有する。

また、上記のようにインターポーザー１と半導体素子２の間隙に低粘度液状材料の封止樹脂３ａでアンダーフィルを形成した後、図７（ｃ）のように、半導体素子２の背面側にも封止樹脂３ｂをモールド成形して封止することも行なわれている。この場合には、半導体素子２は全面が封止樹脂３ａ，３ｂで封止されているので、ピックアップ性などの問題はなくなるが、アンダーフィル封止の工程とモールド封止の工程の両方が必要となって、生産性が一層低下するという問題があると共に、ボイドの問題はそのまま残っており、しかもアンダーフィルの封止樹脂３ａとモールド封止の封止樹脂３ｂとの間に界面ができるため、界面剥離が発生し易いなど、耐半田性などにおいて問題が新たに生じるおそれがある。

そこで、減圧化が可能な成形金型を用い、半導体素子２をフリップチップ接合したインターポーザー１を成形金型のキャビティ内にセットし、減圧状態でキャビティ内に封止材料を注入することによって、図７（ｄ）のようにインターポーザー１と半導体素子２の間の間隙に封止樹脂３を充填すると共に半導体素子２の背面や側面を封止樹脂３で封止するようにした半導体装置が提案されている（特許文献１参照）。
特開平７-７４１９４号公報

特許文献１の発明では、減圧状態でモールド成形を行なうことによって、インターポーザー１と半導体素子２の間の微細な間隙に封止樹脂３を充填することが可能になり、インターポーザー１と半導体素子２の間隙と半導体素子２の背面や側面を同一の封止樹脂３で同時に封止することができるものである。従ってこのものでは封止樹脂３に界面が存在せず、界面剥離が発生することがなくなって、耐半田性などの信頼性を高く得ることができるものである。

しかしこの図７（ｄ）のものでは、半導体素子２は全周が封止樹脂３で覆われているので、半導体素子２からの熱放散性が低く、半導体装置のハイパワー化への対応に問題を有するものであった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、耐半田性などの信頼性が高く、しかも熱放散性に優れた半導体装置の製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１に係る半導体装置の製造方法は、インターポーザー１上に半導体素子２をフェースダウンで配置すると共にフリップチップ接合して搭載し、半導体素子２のフリップチップ接合部と反対側の面にこの面より面積の大きい金属板４を接着すると共に、半導体素子２より外側に張り出した金属板４の周辺部において、金属板４の半導体素子２との接着面と反対側の表面の複数箇所に同じ高さのスペーサ凸部５を設け、この金属板４を接着した半導体素子２を搭載したインターポーザー１をトランスファー成形金型７のキャビティ８にセットすると共に金属板４に設けた各スペーサ凸部５をキャビティ８の内面に当接させ、キャビティ８内を減圧状態にして封止材料をキャビティ８内に注入することによって、半導体素子２のフリップチップ接合部に形成される間隙と、半導体素子２のフリップチップ接合部及び金属板４との接着面以外の表面と、金属板４の半導体素子２との接着面以外の全表面とを同一材料の封止樹脂３で封止し、且つスペーサ凸部５の先端面を封止樹脂３の表面と面一に露出させると共に、金属板４の半導体素子２と反対面に封止されるこの封止樹脂３の厚みを０．３ｍｍ以下に設定した半導体装置を製造することを特徴とするものである。

この発明によれば、半導体素子２を界面のない封止樹脂３で封止することができ、耐半田性などの信頼性を高く得ることができるものである。また半導体素子２の発熱は金属板４に伝熱され、金属板４の広い面積から封止樹脂３を通して放散されるものであり、半導体素子２からの発熱を熱放散性高く放熱することができるものである。さらに金属板４の半導体素子２と反対側の面に封止される封止樹脂３の厚みを、スペーサ凸部５の高さに合わせて均一に形成することができ、半導体素子２の発熱を金属板４から封止樹脂３を通して均一に放散することができるものであり、熱放散性を向上させることができるものである。

また請求項２の発明は、請求項１において、半導体素子２に金属板４を熱伝導性接着剤によって接着することを特徴とするものである。

この発明によれば、半導体素子の発熱を熱伝導性接着剤を介して金属板に効率高く伝熱することができ、半導体素子の発熱の放散性能を高めることができるものである。

また請求項３の発明は、請求項１又は２において、封止樹脂の熱伝導率が１．２Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とするものである。

この発明によれば、金属板４から封止樹脂３に熱を良好に伝導させて、封止樹脂３の表面から放熱することができ、熱放散性能を高めることができるものである。

本発明によれば、半導体素子２を界面のない封止樹脂３で封止することができ、耐半田性などの信頼性を高く得ることができるものである。また半導体素子２の発熱は金属板４に伝熱され、金属板４の広い面積から封止樹脂３を通して放散されるものであり、半導体素子２からの発熱を熱放散性高く放熱することができるものである。さらに金属板４の半導体素子２と反対側の面に封止される封止樹脂３の厚みを、スペーサ凸部５の高さに合わせて均一に形成することができ、半導体素子２の発熱を金属板４から封止樹脂３を通して均一に放散することができるものであり、熱放散性を向上させることができるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

インターポーザー１としては、有機基板、セラミック基板、フレキシブル基板等や、これらと金属基板を組み合わせたものなどを例示することができるが、インターポーザー１として通常使用できるものであれば、何でもよい。

また半導体素子２としては、シリコンベアチップなどの任意の半導体ベアチップを用いることができるものであり、その片側の回路形成面に半田や金などの金属材料でバンプ６が設けてある。

そして、インターポーザー１の上に半導体素子２を回路形成面がインターポーザー１の側を向くフェースダウンで配置し、半導体素子２をバンプ６でフリップチップ接合することによって、インターポーザー１の上に搭載するようにしてある。このようにフェースダウンでフリップチップ接合した半導体素子２の回路形成面には、フリップチップ接合部においてバンプ６の厚みにほぼ相当する０．０１５〜０．１ｍｍ程度の厚みの空隙が間隙として形成される。

ここで、図１（ａ）の参考例のように、半導体素子２を単体で用い、インターポーザー１に直接、半導体素子２をフェースダウンでフリップチップ接合するようにすることができるが、図１（ｂ）の参考例のように複数の半導体素子２をフェースダウンでフリップチップ接合するようにするようにしてもよく、図１（ｃ）の参考例のようにインターポーザー１に半導体素子２をフェースダウンでフリップチップ接合するようにする他に、他の受動部品１２をインターポーザー１に搭載するようにしてもよい。さらに図１（ｄ）の参考例のように半導体素子２を他の受動部品１３も同時に搭載されたいわゆるモジュールとして用いるようにしてもよい。図１（ｄ）の参考例はいわゆるスタックドＣＳＰを示すものであって、インターポーザー１の上に受動部品１３を介して半導体素子２がフェースダウンでフリップチップ接合してあり、受動部品１３を金線等のワイヤ１１でインターポーザー１に接続することによって、半導体素子２を受動部品１３を介してインターポーザー１に電気的に接続するようにしてある。従って本発明では、半導体素子２をインターポーザー１に直接的にフェースダウンでフリップチップ接合するようにしてもよく、あるいは半導体素子２を受動部品１３などを介して間接的にフェースダウンでフリップチップ接合するようにしてもよいものであり、要するに本発明では、少なくとも一つの半導体素子２がフェースダウンでフリップチップ接合されることによって、インターポーザー１に搭載されていればよいものである。また図１（ａ）〜（ｄ）にはすべて、インターポーザー１の背面に外部接続用の半田ボール１１を設けたものを示したが、インターポーザー１の背面に形成したランドで外部接続をするようにしたものなど、他の接続形態に形成することもできる。

また、半導体素子２のフリップチップ接合部と反対側の面には金属板４が接着してある。金属板４は半導体素子２のフリップチップ接合部と反対側の面より大きな面積で形成してあり、半導体素子２から外方へ張り出すようにして接合してある。この金属板４は熱放散を目的とするものであるので、熱伝導性の高いものが好ましく、例えば銅板、アルミニウム板、鉄板、ニッケル板などやその表面をメッキ処理したものを例示することができる。この金属板４は、封止樹脂３を封止成形する際の圧力に耐える必要があるため、撓みにくい強度を持つものであることが好ましく、このために金属の種類によって異なるが、一般に０．１ｍｍ以上の厚みであることが好ましい。また、金属板４と封止樹脂３との界面密着を向上させるため、表面メッキの他、表面化学処理や、ヘアライン形成等の物理的処理を金属板４の表面に施すようにしてもよい。

金属板４を半導体素子２に接着する接着剤としては、半導体素子２の熱を金属板４に良好に熱伝導させるために、熱伝導率の高い熱伝導性接着剤を用いるのが好ましい。熱伝導性接着剤としては、シリコングリース、銀ペースト、半田ペーストなどを例示することができる。

そして本発明において、半導体素子２のフリップチップ接合部に形成される間隙と、半導体素子２のフリップチップ接合部及び金属板４との接着面以外の表面（すなわち具体的には半導体素子２の側面）と、金属板４の半導体素子２との接着面以外の表面（すなわちインターポーザー１の側を向く面と、その反対側の面と、四周の端面）とを、同一材料の封止樹脂３で封止することによって、半導体装置Ａを作製するようにしてある。

このように本発明に係る半導体装置Ａは、同一の封止樹脂３で封止されており、封止樹脂３内には界面が存在しないものであり、従って封止樹脂３に界面剥離が発生することがなくなり、耐半田性などの信頼性を高く得ることができるものである。しかも半導体素子２から発熱した熱は金属板４に伝熱され、金属板４の広い面積から封止樹脂３を通して放散されるものであり、半導体素子２からの発熱を熱放散性高く放熱することができ、半導体装置のハイパワー化に容易に対応することができるものである。このように、半導体素子２の熱は金属板４から封止樹脂３を通して放散されるので、金属板４の半導体素子２と反対面に封止されている封止樹脂３の厚みは薄いほうが好ましいものであり、０．３ｍｍ厚以下であることが好ましく、０．１ｍｍ以下であることがより好ましい。

ここで、図１（ａ），（ｄ）の参考例に示す半導体装置Ａは一つの半導体素子２に一枚の金属板４を接着するようにした例を示すものであり、図１（ｂ）の参考例では、インターポーザー１に搭載した複数の半導体素子２に跨がるように金属板４を接着することによって、金属板４を複数の半導体素子２に対して共通化するようにしてある。また図１（ｃ）の参考例では、半導体素子２に金属板４を接着すると共に金属板４から張り出した張り出し部２２で受動部品１２を覆い、受動部品１２の発熱を張り出し部２２から放熱するようにしてある。

次に、半導体素子２を封止樹脂３で封止成形する方法について説明する。好ましい工法の一つは、固体状態の封止材料を用いたトランスファーモールド法あるいは液体状の封止材料を用いたリキッドインジェクション法である。これらの工法は、金属板４を接着した半導体素子２を搭載したインターポーザー１を成形金型内にセットして、成形金型内を減圧状態にした後、封止材料を成形金型内に導入し、成形金型内で封止材料を加熱加圧することによって、封止材料を硬化させるようにしたものである。このように成形金型内を減圧状態にしない工法では、半導体素子２のフリップチップ接合部の間隙へのアンダーフィル用封止樹脂３の充填が不十分となり、充填不良が発生するおそれがある。成形金型内の減圧度は１３ｈＰａ（１０Ｔｏｒｒ）以下に設定するのが望ましい。

ここで、図２は真空トランスファーモールド法で用いられるトランスファー成形金型７の一例を示すものであり、上下一対の型板１５，１６から形成してある。上型板１５の下面と下型板１６の上面にはそれぞれキャビティ８を形成する凹部が設けてあり、このキャビティ８にゲート１７を介してランナー１８が接続してある。またキャビティのゲート１７と反対側には真空ポンプ（図示省略）に連結される吸引路１９が接続してある。さらに、これらのキャビティ８、ランナー１８、吸引路１９を囲むように型板１５，１６の間にパッキン２０を設け、成形金型７の型板１５，１６を型締めしたときにキャビティ８からの空気漏れがパッキン２０で防止できるようにしてある。

そしてまず、成形金型７を開いて、金属板４を接着した半導体素子２を搭載したインターポーザー１を下型板１６のキャビティ８にセットした後、下型板１６の上に上型板１５を閉じる。そして、上下の型板１５，１６間がパッキン２０で密閉され、且つ上下の型板１５，１６のクランプが行なわれない状態で、真空ポンプを作動させて吸引路１９を通してキャビティ８内の脱気を行なうと同時に、成形金型７のポット（図示省略）に封止材料のタブレットを投入してポット内の空気漏れを防ぎ、１〜５秒保持して真空度を高めた後、上下の型板１５，１６をクランプし、ポットのプランジャ（図示省略）を作動させて、ランナー１８からゲート１７を介して溶融した封止材料をキャビティ５内に注入する。

上記のようにキャビティ８内を減圧状態にして、封止材料を上型板１５のキャビティ８内に注入すると、封止材料は半導体素子２のフリップチップ接合部の間隙に流入すると共に、金属板４の背面とキャビティ８の内面との隙間に流入し、半導体素子２のフリップチップ接合部の間隙に封止樹脂３を充填してアンダーフィル封止すると同時に、同じ封止樹脂３で半導体素子２の側面や金属板４の背面などをモールド封止することができるものであり、界面のない封止樹脂３で封止した既述の図１（ａ）〜（ｄ）のような半導体装置Ａを作製することができるものである。このとき、キャビティ８内は減圧されているため、半導体素子２のフリップチップ接合部の微小な間隙や、金属板４の背面とキャビティ８の内面との間の微小な隙間に、空気溜りなどが生じることなく封止材料を良好に流入させることができ、充填不良が発生することなく、短時間で封止材料を充填して封止樹脂３による封止を行なうことができるものである。

ここで、封止材料としては、トランスファー成形による半導体封止に適用可能なものを用いることができるものであり、例えばエポキシ樹脂組成物、シリコーン樹脂組成物、不飽和ポリエステル樹脂組成物などを使用することができる。封止材料にはフィラーを配合したものが使用されるが、このフィラーとしては、最大粒径が半導体素子２のフリップチップ接合部の間隙寸法の１／２以下であるものを用いるのが好ましい。フィラーの最大粒径が半導体素子２のフリップチップ接合部の間隙寸法の１／２を超えるものであると、半導体素子２のフリップチップ接合部の微小な間隙に封止材料が流入し難くなり、充填不良が発生するおそれがあると共に、この微小間隙に封止材料が侵入する際に半導体素子２の表面にフィラーが摩擦して傷付き、信頼性が低下するおそれがある。

このフィラーとしては、半導体封止に一般に用いられる溶融シリカの他に、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素、窒化硼素、窒化アルミニウム等の熱伝導性フィラーを用いることができる。このように熱伝導性フィラーを配合することによって、封止樹脂３の熱伝導性を向上させることができるものであり、封止樹脂３の熱伝導率は１．２Ｗ／ｍ・Ｋ以上に設定するのが好ましい。封止樹脂３の熱伝導率が１．２Ｗ／ｍ・Ｋ未満であると、金属板４から封止樹脂３を介して熱を放散させる際の封止樹脂３の熱の伝導性が不十分になり、金属板４を具備することによって熱放散性を向上させる効果が不十分になるおそれがある。封止樹脂３の熱伝導率は可能な限り高いほうが好ましいので、上限は特に設定されない。ここで、熱伝導性フィラーは一般に高い硬度を有するので、半導体素子２の表面を傷付けることを未然に防ぐために、その最大粒径は半導体素子２のフリップチップ接合部の間隙寸法の１／５以下であることがより望ましい。

また、上記のように真空トランスファー封止成形を行なうにあたって、成形温度すなわち成形金型７の温度は、半導体素子２に設けたバンプ６を構成する金属の融点から５℃低い温度（融点−５℃）よりも低い温度であることが好ましい。成形温度がこの温度を超えて高いと、インターポーザー１に半導体素子２をフリップチップ接合しているバンプ６の強度が弱くなり、トランスファー成形時の溶融封止材料の注入圧力に対してフリップチップ接合が外れ、半導体素子２の脱落やフリップチップ接合不良などのトラブルを生じ易くなるものである。成形温度の下限は特に設定されるものではないが、封止材料を硬化させる温度よりも高い温度である必要はある。

半導体素子２を封止樹脂で封止成形する方法の他の好ましい工法の一つは、減圧雰囲気下で常温で液体性状の封止材料を用いて封止した後、加圧下で熱硬化させる２段階のプロセスによるものである。第１段階の減圧雰囲気下で常温で液体性状の封止材料を封止する方法は、ディスペンサを用いた方法でも良いが、生産性の高さの観点から印刷法であることがより好ましく、市販の「真空印刷機」と呼ばれる設備を使用することが可能である。液状材料を封止する際の減圧雰囲気は２．７ｈＰａ（２Ｔｏｒｒ）以下であることが好ましく、減圧度が２．７ｈＰａを超えると、半導体素子２のフリップチップ接合部へアンダーフィル用封止樹脂３の充填が不十分となる場合がある。

また封止工程に引き続く第２段階の加圧下で加熱硬化する工程では、通常、０．２ＭＰａ〜０．４９ＭＰａ（２〜５ｋｇ／ｃｍ^２）の加圧と、封止材料の硬化条件に応じた加熱が行なわれるが、特に制限されるものではない。この工程において、封止材料を硬化させる加熱を行なう前に、加圧下で、４０℃以上且つ封止材料の硬化温度以下の温度で、３分間以上、予備加熱を行なうことが好ましい。これは封止材料の樹脂が粘度上昇する前に、半導体素子２のフリップチップ接合部へアンダーフィル用封止材料の充填を促進するためである。４０℃以下の温度では、封止材料の粘度を室温に比べて低粘度化する効果が低く、充填を促進する効果が不十分になる。封止材料の加熱による粘度上昇は樹脂の種類により異なるため、定量的には規定できないが、前処理温度が高すぎても、反応による樹脂粘度上昇がすぐに起こるため、好ましい効果を得ることが難しくなる。

この工法に使用される液状封止材料としては、エポキシ樹脂組成物やシリコーン樹脂組成物などを挙げることができるが、使用される封止材料に含有されるフィラーのうち９５質量％以上のフィラーの最大粒子径が、半導体素子２のフリップチップ接合部の間隙寸法の１／３以下であることが好ましい。最大粒子径が半導体素子２のフリップチップ接合部の間隙寸法の１／３を超える大きな粒子のフィラーが５質量％以上含有されていると、フリップチップ接合部の間隙が大きな粒子のフィラーで堰き止められ、封止樹脂３の充填が不十分になる場合がある。このフィラーとしては、半導体封止に一般に用いられる溶融シリカの他に、熱伝導性を向上させる目的で、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素、窒化硼素、窒化アルミニウム等の熱伝導性フィラーを用いることができる。またストレスを緩和し、反りを低下させる目的で、液状封止材料に弾性体を分散させて含有させる場合には、上記と同じ理由から分散弾性体のうち９０質量％以上の最大粒子径が、半導体素子２のフリップチップ接合部の間隙寸法の１／３以下であることが好ましい。

図３は他の参考例を示すものであり、図３（ａ）のようにインターポーザー１の上に複数の半導体素子２をマトリクスアレイ状に配置し、各半導体素子２をフェースダウンでフリップチップ接合して搭載してある。またこの複数の各半導体素子２の上にそれぞれ金属板４を接着してある。そしてこの複数の半導体素子２を搭載したインターポーザー１に上記と同様にして封止材料を成形して硬化させることによって図３（ａ）のように、各半導体素子２を封止樹脂３で一括して封止する。このように各半導体素子２を封止樹脂３で封止した後、隣り合う半導体素子２の間の箇所でインターポーザー１と封止樹脂３をダイシング工程で切断し（切断箇所を図３（ａ）に鎖線で示す）、各半導体素子２を搭載した部分を分割して個片化することによって、図３（ｂ）のような半導体装置Ａを得ることができるものである。

図４は本発明の実施の形態を示すものであり、金属板４の半導体素子２との接着面と反対側の表面に複数箇所において同じ高さのスペーサ凸部５が設けてある。そして封止樹脂３で上記のように金属板４の半導体素子２と反対側の面を封止した際に、各スペーサ凸部５の先端面がこの封止樹脂３の表面と面一になって露出するようにしてある。このように金属板４の表面の複数箇所に同じ高さのスペーサ凸部５を設け、各スペーサ凸部５の先端面が封止樹脂３の表面と面一に露出するように封止樹脂３で封止することによって、金属板４の半導体素子２と反対側の表面に封止される封止樹脂３の厚みは、金属板４のこの面の全面においてスペーサ凸部５の高さと同じ均一な寸法に形成することができるものである。

すなわち、図５に示すように、金属板４を接着した半導体素子２を搭載したインターポーザー１を成形金型７のキャビティ８に既述と同様にセットすると、金属板４に設けた各スペーサ凸部５がキャビティ８の内面に当接し、金属板４とキャビティ８の内面との隙間がスペーサ凸部５で規制され、金属板４とキャビティ８の内面との隙間の厚みは均一になる。この状態で成形を行なうことによって、金属板４の半導体素子２と反対側の表面に封止される封止樹脂３の厚みを、全面においてスペーサ凸部５の高さと同じ均一な寸法で形成することができるものである。

従って、半導体素子２の熱を金属板４から封止樹脂３を通して放散するにあたって、金属板４の半導体素子２と反対側の面の全面から均一に熱を封止樹脂３を通して放散することができるものであり、熱放散性を向上させることができるものである。

スペーサ凸部５の先端面の面積、材質、形成方法は特に制限されるものではないが、例えば金属板４に金属製のボールを接着したり、金属板４に絞り加工を施したり、金属板４に切削加工を施したりしてスペーサ凸部５を形成することができ、また樹脂枠や、打抜き成形品を金属板４に接着することによってスペーサ凸部５を形成することもできる。ここで、スペーサ凸部５の先端面の面積が大き過ぎると、成形金型７にセットして型締めする際の圧力が半導体素子２に大きく作用して悪影響を与えるおそれがある。

またスペーサ凸部５を設ける箇所は、金属板４の周辺部の半導体素子２より外側に張り出した部分に設定するのが好ましい。このように半導体素子２より外側位置にスペーサ凸部５を設けるようにすれば、成形金型７にセットして型締めする際の圧力が半導体素子２に直接作用して過大なストレスがかかることを防止することができ、半導体素子２の信頼性が損なわれることを防ぐことができるものである。図６（ａ）は金属板４の周辺部の９箇所にボール状のスペーサ凸部５を接着して設けた例を示すものであり、図６（ｂ）は金属板４の周辺部の４箇所に、図６（ｃ）のようなＬ字型成形品のスペーサ凸部５を貼り付けて設けた例を示すものである。勿論、これらに限定されないのはいうまでもない。

また、上記のように金属板４にスペーサ凸部５を設けることによって、既述の図５のように成形金型７のキャビティ８の内面にスペーサ凸部５を当接させた状態で封止成形を行なうことができるものであり、封止成形時の封止圧力が金属板４に作用しても、金属板４をスペーサ凸部５で支えて金属板４の撓みを防止することができる。従って金属板４としてより薄いものを用いることが可能になる。金属板４の厚みは金属の種類によって異なるが、薄すぎると、自重による撓みや、しわによる変形が生じるおそれがあるので、０．０５ｍｍ以上の厚みであることが望ましい。

次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。

（参考例１）
０．２５ｍｍピッチで８００個の共晶半田バンプ（融点１８３℃）をアレイ状に設けた、８ｍｍ×８ｍｍ×厚さ０．３ｍｍの半導体素子を用いた。またインターポーザーとして３５ｍｍ×３５ｍｍ×厚さ０．４ｍｍのＦＲ−５タイプのエポキシ樹脂プリント配線板を用いた。この半導体素子の表面には電流を流すことによって均一に発熱するようにアルミニウム配線が施してある。そしてこのインターポーザーの上面に半導体素子をフリップチップ接合し、ダウンフェースで搭載した。このとき半導体素子とインターポーザーの間のフリップチップ接合部の間隙寸法は５５〜７５μｍであった。また、半導体素子の上面に、２０ｍｍ×２０ｍｍ×厚さ０．１５ｍｍの銅板からなる金属板を熱伝導性接着剤（銀系ダイボンディングペースト）で接着した。この金属板としては、上下両面に接着性を高めるためのヘアライン処理を施したものを用いた。

次に、この金属板を接着した半導体素子を搭載したインターポーザーを真空成形機構を有するトランスファー成形機の成形金型にセットし、そしてキャビティ内を減圧度約１．３ｈＰａ（約１Ｔｏｒｒ）で減圧し、封止材料を６．９ＭＰａ（７０ｋｇｆ／ｃｍ^２）の成形圧、１６０℃の成形温度で２分間トランスファー成形した。この封止材料としては、松下電工株式会社製エポキシ樹脂封止材料「ＣＶ８７００Ｆ２」（熱伝導率０．９Ｗ／ｍ・Ｋ、フィラーとして溶融シリカ８５質量％含有（最大粒径２０μｍ、平均粒径５μｍ））を使用し、封止厚み０．６５ｍｍ、封止範囲２９ｍｍ×２９ｍｍで封止した。

そして１７５℃で４時間アフターキュアすることによって、図１（ａ）の構造の半導体装置を得た。この半導体装置のパッケージを切断して断面を観察したところ、金属板の上面の封止樹脂の厚みは０．１２〜０．１５ｍｍであった。

（参考例２）
封止厚みを０．６ｍｍに変更するようにした他は、参考例１と同様にして図１（ａ）の構造の半導体装置を得た。この半導体装置のパッケージを切断して断面を観察したところ、金属板の上面の封止樹脂の厚みは０．０８〜０．１１ｍｍであった。

（参考例３）
金属板として、２０ｍｍ×２０ｍｍ×厚さ０．２ｍｍのアルミニウム板からなるものを用いるようにした他は、参考例１と同様にして図１（ａ）の構造の半導体装置を得た。この半導体装置のパッケージを切断して断面を観察したところ、金属板の上面の封止樹脂の厚みは０．０６〜０．１０ｍｍであった。

（実施例１）
金属板として、２０ｍｍ×２０ｍｍ×厚さ０．１ｍｍの銅板の上面の四隅に高さ０．１５ｍｍの図５(ｃ)の成形品を接着剤で取り付けたものを用いるようにした他は、参考例１と同様にして図４、図６（ａ）の構造の半導体装置を得た。この半導体装置のパッケージを切断して断面を観察したところ、金属板の上面の封止樹脂の厚みは０．１５〜０．１６ｍｍであった。

（参考例４）
封止材料として、溶融シリカの５０質量％をアルミナ（最大粒径５μｍ、平均粒径１．５μｍ）で置き換えたものをフィラーとして配合して、熱伝導率を１．５Ｗ／ｍ・Ｋに調整するようにしたものを用いるようにした他は、参考例１と同様にして、図１（ａ）の構造の半導体装置を得た。

（参考例５）
封止材料として、溶融シリカの５０質量％を窒化硼素（最大粒径７μｍ、平均粒径２μｍ）で置き換えたものをフィラーとして配合して、熱伝導率を１．９Ｗ／ｍ・Ｋに調整するようにしたものを用いるようにした他は、参考例１と同様にして、図１（ａ）の構造の半導体装置を得た。

（実施例２）
封止材料として、溶融シリカの５０質量％をアルミナ（最大粒径５μｍ、平均粒径１．５μｍ）で置き換えたものをフィラーとして配合して、熱伝導率を１．５Ｗ／ｍ・Ｋに調整するようにしたものを用いるようにした他は、実施例１と同様にして、図４、図６（ａ）の構造の半導体装置を得た。

（比較例１）
参考例１と同様にしてインターポーザーに半導体素子を搭載した。そして、液状浸入型アンダーフィル封止材料（松下電工株式会社製「ＣＶ５１８３Ｆ」：エポキシ樹脂封止材料）を半導体素子のフリップチップ接合部の間隙に注入し、１００℃、１時間の条件で硬化させることによって、図７（ｂ）の構造の半導体素子を得た。

（比較例２）
参考例１と同様にしてインターポーザーに半導体素子を搭載し、そしてまず、液状浸入型アンダーフィル封止材料（松下電工株式会社製「ＣＶ５１８３Ｆ」）を各半導体素子のフリップチップ接合部の間隙に注入し、比較例１と同様にして硬化させた。

このようにアンダーフィル封止をした後、半導体素子を搭載したインターポーザーを参考例１と同じ成形金型にセットし、参考例１と同様にしてトランスファー成形を行ない、図７（ｃ）の構造の半導体装置を得た。

（比較例３）
放熱用の金属板を使用しないようにした他は、参考例１と同様にして、図７（ｄ）の構造の半導体装置を得た。

上記の実施例１〜２、参考例１〜５及び比較例１〜３で得た半導体装置について、インターポーザーのコプラナリティー（バンプ上面の平坦性）、耐半田性、温度サイクル信頼性、ＰＣＴ信頼性、放熱性を測定した。

ここで、インターポーザーのコプラナリティーの測定は、インターポーザーの下面を対角線上に表面粗さ計で計測しておこなった。耐半田性は試料数１１個で試験を行ない、ＪＥＤＥＣ（Joint Electron Device Engineering Council）が定めるレベル２をクリアするとき「◎」、レベル３をクリアするとき「○」、レベル３をクリアできないとき「×」と評価した。温度サイクル信頼性は、−６５℃で１５分間、室温で５分間、１５０℃で１５分間を１サイクルとして、１１個の試料について寒熱サイクル試験を２０００サイクル行ない、不良発生までのサイクル回数をカウントして評価した。ＰＣＴ信頼性は、１２１℃、２気圧でプレッシャクッカーテストを行ない、不良発生までの時間を測定して評価した。放熱性の試験は、半導体装置のアルミニウム配線に１０ｍＡの電流を流し、アルミニウム配線が溶断するまでの時間を測定することによっておこなった。これらの結果を表１に示す。

表１にみられるように、各実施例のものは、インターポーザーのコプラナリティー、耐半田性、温度サイクル信頼性、ＰＣＴ信頼性、放熱性においてそれぞれ優れるものであった。

参考例を示すものであり、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）はそれぞれ断面図である。同上のトランスファー成形を示す断面図である。参考例を示すものであり、（ａ）、（ｂ）はそれぞれ断面図である。本発明の実施の形態を示す断面図である。同上のトランスファー成形を示す一部の断面図である。同上の他の実施の形態を示すものであり、（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ斜視図である。従来例を示すものであり、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）はそれぞれ断面図である。

符号の説明

１インターポーザー
２半導体素子
３封止樹脂
４金属部材
５スペーサ凸部
７トランスファー成形金型
８キャビティ

Claims

インターポーザー上に半導体素子をフェースダウンで配置すると共にフリップチップ接合して搭載し、半導体素子のフリップチップ接合部と反対側の面にこの面より面積の大きい金属板を接着すると共に、半導体素子より外側に張り出した金属板の周辺部において、金属板の半導体素子との接着面と反対側の表面の複数箇所に同じ高さのスペーサ凸部を設け、この金属板を接着した半導体素子を搭載したインターポーザーをトランスファー成形金型のキャビティにセットすると共に金属板に設けた各スペーサ凸部をキャビティの内面に当接させ、キャビティ内を減圧状態にして封止材料をキャビティ内に注入することによって、半導体素子のフリップチップ接合部に形成される間隙と、半導体素子のフリップチップ接合部及び金属板との接着面以外の表面と、金属板の半導体素子との接着面以外の全表面とを同一材料の封止樹脂で封止し、且つスペーサ凸部の先端面を封止樹脂の表面と面一に露出させると共に、金属板の半導体素子と反対面に封止されるこの封止樹脂の厚みを０．３ｍｍ以下に設定した半導体装置を製造することを特徴とする半導体装置の製造方法。
半導体素子に金属板を熱伝導性接着剤によって接着することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
封止樹脂の熱伝導率が１．２Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。