JP4630449B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フリップチップボンディングにより半導体チップを基板上に樹脂封止してなる半導体装置であって、樹脂封止と同時にヒートシンクが取り付けられてなる半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体チップを基板上に樹脂封止して製造される半導体装置（パッケージ）を使用する際には、必要に応じて、放熱性を向上させる目的でヒートシンクが使用されている。特に、近年高速化が著しいＣＰＵパッケージの場合にはヒートシンクの使用は必須であり、次のようにしてパッケージにヒートシンクを取り付けている。
まず、プリント基板上に設けられたソケットにパッケージを装着する。次に、パッケージ背面にシリコーングリースを塗布し、又は放熱用シートを配置する。次に、パッケージ背面にヒートシンクを配置し、更にパッケージ背面にヒートシンクを押さえつけて、シリコーングリースや放熱用シートと、パッケージ背面及びヒートシンクとを充分になじませる。次に、例えばビスを使用してプリント基板にヒートシンクを固定し、又はクリップ状の金具を使用してソケットにヒートシンクを固定する。すなわち、パッケージをプリント基板に実装した後に、別部材であるヒートシンクを取り付けている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のパッケージにヒートシンクを取り付ける場合には、次のような問題があった。第１に、半導体チップが発生した熱は、パッケージを構成する封止樹脂と、シリコーングリース等とを順次介して、ヒートシンクに伝導する。したがって、封止樹脂の部分を熱が伝導する分だけ熱伝導に時間がかかるので、放熱性の向上に限界がある。第２に、パッケージ背面にシリコーングリースを塗布し、又は放熱用シートを配置するという作業と、パッケージ背面にヒートシンクを配置して押さえつけるという作業とが必要であり、その工数が必要になる。第３に、エンドユーザーがヒートシンクの取付を行うこともあり、エンドユーザーが不慣れな作業を強いられることになる。このことから、シリコーングリースや放熱用シートと、パッケージ背面及びヒートシンクとが充分なじんでいない場合がある。そして、最悪の場合には、パッケージ背面とヒートシンクとの間で、シリコーングリースにおける気泡や放熱用シートのしわが発生するおそれがある。したがって、放熱性の向上が不充分になるのでＣＰＵの性能を発揮できず、誤動作が発生することさえある。
【０００４】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、樹脂封止と同時にヒートシンクが取り付けられ放熱性に優れた半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の技術的課題を解決するために、本発明に係る半導体装置は、フリップチップボンディングにより基板の主面に搭載された半導体チップを樹脂封止してなる半導体装置であって、基板の主面において、半導体チップを覆うとともに該半導体チップの背面に直接接するようにして配置され、導電性材料からなるヒートシンクと、ヒートシンクの内面と基板との間の空間において注入された粘性樹脂が硬化することによって隙間無く形成された硬化樹脂とを備えるとともに、ヒートシンクの一部が基板の主面に接しており、ヒートシンクが硬化樹脂によって基板に固定されており、基板の主面においてヒートシンクの一部が接する部分にはグラウンドパターンが設けられているとともに、半導体装置が使用される状況においてヒートシンクの電位がグラウンド電位に等しくなっていることを特徴とする。
【０００６】
これによれば、ヒートシンクが半導体チップの背面に直接接する状態で、ヒートシンクが硬化樹脂によって基板に固定される。したがって、半導体チップで発生した熱が速やかにヒートシンクに伝導するので、放熱性に優れた半導体装置が得られる。また、樹脂封止用の硬化樹脂によりヒートシンクの取付がなされるので、半導体装置の製造工数が削減される。また、半導体装置が使用される状況において、半導体チップを覆うように設けられたヒートシンクの電位がグラウンド電位に等しいので、シールド効果によって電磁波障害（電磁界干渉；ＥＭＩ）の発生を抑制することができる。
【０００７】
また、本発明に係る半導体装置は、上述の半導体装置において、フリップチップボンディングにより基板の主面に搭載された半導体チップを樹脂封止してなる半導体装置であって、基板の主面において、半導体チップを覆うとともに該半導体チップの背面に良熱伝導性部材を介して接するようにして配置され、導電性材料からなるヒートシンクと、ヒートシンクの内面と基板との間の空間において注入された粘性樹脂が硬化することによって隙間無く形成された硬化樹脂とを備えるとともに、ヒートシンクの一部が基板の主面に接しており、ヒートシンクが硬化樹脂によって基板に固定されており、基板の主面においてヒートシンクの一部が接する部分にはグラウンドパターンが設けられているとともに、半導体装置が使用される状況においてヒートシンクの電位がグラウンド電位に等しくなっていることを特徴とする。
【０００８】
これによれば、半導体チップで発生した熱が、良熱伝導性部材を経由して確実かつ速やかにヒートシンクに伝導するので、放熱性に優れた半導体装置が得られる。また、樹脂封止用の硬化樹脂によりヒートシンクの取付がなされるので、半導体装置の製造工数が削減される。また、半導体装置が使用される状況において、半導体チップを覆うように設けられたヒートシンクの電位がグラウンド電位に等しいので、シールド効果によって電磁波障害（電磁界干渉；ＥＭＩ）の発生を抑制することができる。
【０００９】
また、本発明に係る半導体装置は、上述の半導体装置において、基板の主面においてヒートシンクの一部が接する部分は、平面視して半導体チップの周囲を完全に取り囲んでいることを特徴とする。
【００１０】
これによれば、半導体装置が使用される状況において、半導体チップの上方と周囲とを完全に覆うように設けられたヒートシンクの電位がグラウンド電位に等しいので、シールド効果によって電磁波障害の発生を更に抑制することができる。
【００１１】
また、本発明に係る半導体装置は、上述の半導体装置において、ヒートシンクには、硬化樹脂の原材料である粘性樹脂を注入するための第１の開口が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
これによれば、第１の開口を経由して、ヒートシンクの内面と基板との間の空間に、硬化樹脂の原材料である粘性樹脂が隙間無く注入される。
【００１３】
また、本発明に係る半導体装置は、上述の半導体装置において、ヒートシンクには、ヒートシンクの内面と基板との間の空間を吸引するための第２の開口が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
これによれば、ヒートシンクの内面と基板との間の空間における気体が、第２の開口を経由して排出される。したがって、半導体チップと基板との間の空間に粘性樹脂が確実に充填される。また、ヒートシンクの内面と基板との間の空間に粘性樹脂が短時間に隙間無く充填されるので、放熱性に優れた半導体装置が製造される。
【００１５】
上述の技術的課題を解決するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、フリップチップボンディングにより基板の主面に搭載された半導体チップを樹脂封止して半導体装置を製造する方法であって、半導体チップを覆うとともに、該半導体チップの背面に直接接するようにして、かつ、基板の主面に接するようにして、ヒートシンクを配置する工程と、ヒートシンクに設けられた第１の開口を経由して該ヒートシンクの内面と基板との間の空間に隙間無く粘性樹脂を注入する工程と、粘性樹脂を硬化させる工程とを備えるとともに、粘性樹脂を硬化させる工程では、硬化樹脂によってヒートシンクを前記基板に固定し、ヒートシンクを配置する工程では、基板のグラウンドパターンとヒートシンクの一部とを接触させることによって半導体装置が使用される状況においてヒートシンクの電位をグラウンド電位に等しくすることを可能にすることを特徴とする。
【００１６】
これによれば、半導体チップの背面に直接ヒートシンクを接触させ、ヒートシンクの内面と基板との間の空間に隙間無く粘性樹脂を注入して硬化させる。したがって、半導体チップで発生した熱が速やかに直接ヒートシンクに伝導する構造を有する、放熱性に優れた半導体装置を製造することができる。また、樹脂封止用の硬化樹脂によりヒートシンクを取り付けるので、半導体装置の製造工数を削減することができる。また、半導体装置が使用される状況において、半導体チップを覆って設けたヒートシンクの電位をグラウンド電位に等しくすることを可能にする。したがって、放熱性に優れるとともに、シールド効果により電磁波障害が発生しにくい半導体装置を製造することができる。
【００１７】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上述の半導体装置の製造方法において、フリップチップボンディングにより基板の主面に搭載された半導体チップを樹脂封止して半導体装置を製造する方法であって、半導体チップの背面又はヒートシンクにおいて背面に対向する面の少なくともいずれか一方に良熱伝導性部材を配置する工程と、半導体チップを覆うとともに、該半導体チップの背面に良熱伝導性部材を介して接するようにして、かつ、基板の主面に接するようにして、ヒートシンクを配置する工程と、ヒートシンクに設けられた第１の開口を経由して該ヒートシンクの内面と基板との間の空間に隙間無く粘性樹脂を注入する工程と、粘性樹脂を硬化させる工程とを備えるとともに、粘性樹脂を硬化させる工程では、硬化樹脂によってヒートシンクを前記基板に固定し、ヒートシンクを配置する工程では、基板のグラウンドパターンとヒートシンクの一部とを接触させることによって半導体装置が使用される状況においてヒートシンクの電位をグラウンド電位に等しくすることを可能にすることを特徴とする。
【００１８】
これによれば、半導体チップの背面に良熱伝導性部材を介してヒートシンクを接触させ、ヒートシンクの内面と基板との間の空間に隙間無く粘性樹脂を注入して硬化させる。したがって、半導体チップで発生した熱が速やか良熱伝導性部材を介してにヒートシンクに伝導する構造を有する、放熱性に優れた半導体装置を製造することができる。また、樹脂封止用の硬化樹脂によりヒートシンクを取り付けるので、半導体装置の製造工数を削減することができる。また、半導体装置が使用される状況において、半導体チップを覆って設けたヒートシンクの電位をグラウンド電位に等しくすることを可能にする。したがって、放熱性に優れるとともに、シールド効果により電磁波障害が発生しにくい半導体装置を製造することができる。
【００１９】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上述の半導体装置の製造方法において、注入する工程では、上型と下型とからなる金型を使用したトランスファモールドにより粘性樹脂を注入するとともに、ヒートシンクを配置する工程の前に下型における所定の位置に基板を配置する工程と、上型におけるヒートシンクに対向する側に設けられヒートシンクに対応する寸法形状を有する凹部にヒートシンクが収容されるようにして、上型と下型とを型締めする工程と、硬化させる工程の後に上型と下型とを型開きする工程とを備え、注入する工程では、上型に設けられた連通路とヒートシンクに設けられた第１の開口とを順次経由してヒートシンクの内面と基板との間の空間に隙間無く粘性樹脂を注入することを特徴とする。
【００２０】
これによれば、トランスファモールドにより粘性樹脂を押圧して、ヒートシンクの内面と基板との間の空間に隙間無く粘性樹脂を注入して硬化させる。したがって、低粘度樹脂を使用することなく、放熱性に優れた半導体装置を製造することができる。
【００２１】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上述の半導体装置の製造方法において、ヒートシンクの一部又は基板のグラウンドパターンの少なくともいずれか一方に導電性物質を配置する工程を備えたことを特徴とする。
【００２２】
これによれば、導電性物質が、ヒートシンクと基板との間の空間から粘性樹脂が漏出することを防ぐ。したがって、放熱性に優れるとともに、樹脂バリが発生しない半導体装置を製造することができる。
【００２３】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上述の半導体装置の製造方法において、注入する工程では、ヒートシンクに設けられた第２の開口を経由して該ヒートシンクの内面と基板との間の空間を吸引することを特徴とする。
【００２４】
これによれば、ヒートシンクの内面と基板との間の空間を吸引することによって、半導体チップと基板との間の空間に粘性樹脂を確実に充填するとともに、ヒートシンクの内面と基板との間の空間に粘性樹脂を短時間に隙間無く充填して、放熱性に優れた半導体装置を製造することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態を、図１及び図２を参照して説明する。図１は、本発明に係る半導体装置を示す断面図である。図１において、プリント基板等からなる基板１の主面には、後述する半導体チップに対して各信号を授受するパッド２と、グラウンドパターン３とが、設けられている。また、主面１の反対面には、半導体装置と外部との間で各信号を授受する外部端子（図示なし）が、設けられている。半導体チップ４は、ＣＰＵ等の半導体素子からなり、フリップチップボンディングにより、各端子（図示なし）がバンプ５を介してパッド２に電気的に接続されている。半導体チップ４の背面には、シリコーン樹脂等からなる放熱用シート６が配置されている。
ヒートシンク７Ａは、例えばアルミニウム等の導電性材料からなり、ダイキャストによって製造され、片側に凹部を有するとともに、半導体チップ４の上方を覆い周囲を完全に取り囲むようにして基板１の主面に配置されている。また、ヒートシンク７Ａは、外周部の底面がグラウンドパターン３に密着するとともに、凹部の底面が放熱用シート６を介して半導体チップ４の背面に密着している。硬化樹脂８は、エポキシ樹脂等からなり、半導体チップ４を覆うように、ヒートシンク７Ａと基板１の主面との間に充填された封止樹脂である。注入口９Ａは、ヒートシンク７Ａに設けられ、硬化樹脂の原材料である粘性樹脂を注入するための開口である。エアベント１０は、ヒートシンク７Ａに設けられた別の開口であって、粘性樹脂が注入される際に、ヒートシンク７Ａと基板１の主面との間に存在するガスを排出するために使用される。
【００２６】
図１の半導体装置の特徴は、第１に、放熱用シート６を介して半導体チップ４の背面に密着しているヒートシンク７Ａが、硬化樹脂８によって基板１に固定されていることである。これにより、ヒートシンク７Ａは放熱用シート６を介して半導体チップ４の背面に、硬化樹脂８の圧縮応力によって充分に押圧される。したがって、半導体チップ４で発生した熱は、放熱用シート６を介して速やかにヒートシンク７Ａに伝導するので、放熱性に優れた半導体装置が得られる。
第２に、ヒートシンク７Ａが、半導体チップ４の上方と周囲とを完全に覆い、かつ、外周部の底面がグラウンドパターン３に密着していることである。これにより、半導体チップ４が高速のクロックで動作する場合であっても、シールド効果によって、半導体チップ４の外部に電磁界変動を与えることと、外部からの電磁界変動に影響されることとが抑制される。したがって、電磁波障害が発生しにくい半導体装置が得られる。
【００２７】
図１の半導体装置の製造方法について、図２を参照して説明する。図２（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態によって図１の半導体装置を製造する方法を工程別に説明する断面図である。
まず、図２（ａ）に示すように、凹部１１を有するヒートシンク７Ａを、半導体チップ４が空隙１２をはさんで装着された、基板１の主面に配置する。ここでは、ヒートシンク７Ａが半導体チップ４の背面に配置された放熱用シート６に密着し、半導体チップ４の周囲を取り囲み、かつ、ヒートシンク７Ａの外周部の底面がグラウンドパターン３に密着するようにして、ヒートシンク７Ａを基板１の主面に配置する。
【００２８】
次に、図２（ｂ）に示すように、凹部１１からなる空間、すなわちヒートシンク７Ａと基板１とに囲まれた空間がキャビティ１３を形成した状態で、ノズル１４を下降させてその先端を注入口９Ａに挿入する。この工程以降では、ヒートシンク７Ａを、一定の圧力で基板１に押圧しておくことが好ましい。
【００２９】
次に、図２（ｃ）に示すように、ノズル１４を使用して、キャビティ１３に粘性樹脂１５を注入する。キャビティ１３及び半導体チップ４の体積から予め算出された量を注入することにより、半導体チップ４と基板１の主面との間の空隙１２を含むキャビティ１３は、粘性樹脂１５によって充填される。ここで、キャビティ１３内の余分な空気は、エアベント１０から排出される。また、粘性樹脂１５が多めに注入された場合であっても、余分な量がエアベント１０内に留まるので、粘性樹脂１５はヒートシンク７Ａの上面には流出しない。
【００３０】
次に、図２（ｄ）に示すように、加熱することにより、粘性樹脂１５を硬化させて、硬化樹脂８を形成する。ここまでの工程によって、図１に示された半導体装置が完成する。
【００３１】
以上説明したように、本発明によれば、ヒートシンク７Ａと基板１とによってキャビティ１３を形成し、ノズル１４を使用して粘性樹脂１５を注入し、注入された粘性樹脂１５を硬化させる。これにより、樹脂封止とパッケージへのヒートシンク７Ａの取付とを、同一の工程で行うことができる。したがって、後工程におけるヒートシンクを取り付ける工数を削減して、放熱性に優れるとともに電磁波障害が発生しにくい半導体装置を製造することができる。
【００３２】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について、図３を参照しながら説明する。図３（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態によって図１の半導体装置を製造する方法を工程別に説明する断面図である。本実施形態は、粘性樹脂の注入を、下型と上型とからなる金型を使用したトランスファモールドによって行うものである。
【００３３】
まず、図３（ａ）に示すように、下型１６と上型１７とからなる金型を型開きした状態で、下型１６の凹部１８に基板１を配置する。その後に、第１の実施形態と同様に、ヒートシンク７Ａを基板１の主面に配置する。ヒートシンク７Ａの側面には、注入口９Ｂが設けられている。
ここで、下型１６に設けられたポット１９には、樹脂タブレット２０が投入されている。また、上型１７には、ポット１９に対向し粘性樹脂を分岐する空間であるカル部２１が設けられ、そのカル部２１に順次連通してランナ部２２、ゲート部２３が設けられている。加えて、上型１７には、ヒートシンク７Ａに対応する寸法形状を有する凹部２４と、エアベント１０に対応する位置における貫通穴２５とが設けられている。
【００３４】
次に、図３（ｂ）に示すように、下型１６と上型１７とを型締めする。この状態で、放熱用シート６が圧縮されてヒートシンク７Ａと半導体チップ４との間で圧力を吸収し、上型１７のゲート部２３とヒートシンク７Ａの注入口９Ｂとが連通する。そして、金型に設けられたヒータ（図示なし）により樹脂タブレット２０を加熱溶融して粘性樹脂１５を生成し、プランジャ２６により粘性樹脂１５を下方から押圧する。これにより、カル部２１，ランナ部２２，ゲート部２３，注入口９Ｂを順次経由して、キャビティ１３に粘性樹脂１５を充填する。
【００３５】
次に、図３（ｃ）に示すように、粘性樹脂１５を更に加熱して硬化させて硬化樹脂８を形成する。そして、下型１６と上型１７とを型開きした後に、例えばエジェクタピン（図示なし）により基板１を突き上げて、ゲート部２３と注入口９Ｂとの境界でゲートブレークを行う。以上の工程により、基板１に装着された半導体チップ４を樹脂封止するとともに、半導体チップ４の背面に放熱用シート６を介してヒートシンク７Ａが密着した状態で基板１にヒートシンク７Ａを取り付けて、半導体装置を完成させることができる。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態によれば、ヒートシンク７Ａと基板１とによりキャビティ１３を形成し、金型を使用したトランスファモールドによりキャビティ１３に粘性樹脂１５を充填して硬化させる。これにより、第１の実施形態と同様、後工程におけるヒートシンクを取り付ける工数を削減して、放熱性に優れるとともに電磁波障害が発生しにくい半導体装置を製造することができる。
更に、トランスファモールドを使用して、プランジャ２６により粘性樹脂１５を押圧して、キャビティ１３に粘性樹脂１５を充填する。したがって、高価な低粘度樹脂を使用することなく、ヒートシンク付の半導体装置を製造することができる。
【００３７】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について、図４を参照しながら説明する。図４（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態によって図１の半導体装置を製造する方法を工程別に説明する断面図である。本実施形態は、例えばアルミニウム製押出材からなるヒートシンクを使用して、半導体装置を製造するものである。
【００３８】
本実施形態によれば、まず、図４（ａ）に示すように、半導体チップ４が装着された基板１の主面に、アルミニウム製押出材からなるヒートシンク７Ｂを配置する。第１の実施形態と同様に、ヒートシンク７Ｂは、半導体チップ４の背面に放熱用シート６を介して密着し、かつ、外周部の底面が基板１のグラウンドパターン（図示なし）に密着している。ここで、押出材の特性から、ヒートシンク７Ｂは、半導体チップ４の周囲をすべて取り囲むことができない。
【００３９】
次に、図４（ｂ）に示すように、一方の上型２７と他方の上型（図示なし）とからなる分割された上型セットを下降させて、その上型セットと下型１６とを型締めするとともに、ヒートシンク７Ｂを基板１に押圧する。ここで、一方の上型２７は図４（ｂ）の奥側に設けられ、他方の上型は図４（ｂ）の手前側に設けられている。また、一方の上型２７には、注入口９Ａに対応する位置における貫通穴２８が、他方の上型にはエアベント１０に対応する位置における貫通穴（図示なし）が、それぞれ設けられている。これにより、基板１、ヒートシンク７Ｂ、一方の上型２７、及び他方の上型によって、キャビティ１３が形成される。
【００４０】
次に、図３（ｃ）に示すように、ノズル１４を下降させて、その先端を貫通穴２８を介して注入口９Ａに挿入する。以下、第１の実施形態と同様に、ノズル１４からキャビティ１３に粘性樹脂を注入してこれを硬化させる。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態によれば、アルミニウム製押出材からなるヒートシンク７Ｂを使用する場合においても、凹部１１からなる空間と分割された上型セットとによってキャビティ１３を形成し、そのキャビティ１３に粘性樹脂を注入して硬化させることができる。したがって、第１の実施形態と同様、後工程におけるヒートシンクを取り付ける工数を削減して、放熱性に優れた半導体装置を製造することができる。
また、半導体チップ４を覆って設けられたヒートシンク７Ｂの電位がグラウンド電位に等しいので、シールド効果によって電磁波障害の発生を抑制することができる。
【００４２】
なお、本実施形態では、ノズル１４を使用して粘性樹脂を注入したが、これに代えて、図３に示すように、金型を使用したトランスファモールドによってキャビティ１３に粘性樹脂を注入してもよい。
【００４３】
なお、上述の各実施形態においては、ほぼ逆Ｕ字形状の断面を有するヒートシンク７Ａ，７Ｂを使用して、半導体装置を構成した。その変形例として、フィン付のヒートシンク７Ｃを使用して、図５に示される半導体装置を構成することもできる。図５は、本発明に係る半導体装置の変形例であって、フィン付のヒートシンクを使用した半導体装置を示す断面図である。
図５において、ヒートシンク７Ｃは、例えばアルミニウム等の導電性材料からなり、押出材を加工して、又はダイキャストによって製造される。この変形例によれば、ヒートシンク７Ｃの表面積が大幅に増大するので、いっそう放熱性に優れた半導体装置が得られる。
【００４４】
また、ヒートシンク７Ａ，７Ｂは、銅等からなる金属板を、曲げ加工又は絞り加工して製造することもできる。
【００４５】
また、半導体チップ４の背面には、シリコーン樹脂等からなる放熱用シート６を配置することとした。これに限らず、ペースト状のシリコーン樹脂等をスクリーン印刷等を使用して塗布することにより、半導体チップ４の背面に予め配置してもよい。更に、これらの良熱伝導性部材を、ヒートシンク７Ａ，７Ｂ，７Ｃの凹部の底面に予め配置してもよい。
【００４６】
また、注入口９Ａ，９Ｂを経由して粘性樹脂１５を充填する際に、エアベント１０を経由してキャビティ１３内の雰囲気を吸引してもよい。これによれば、空隙１２に粘性樹脂１５を確実に充填することができるとともに、キャビティ１３に粘性樹脂１５を充填する時間を短縮することができる。
【００４７】
また、ヒートシンク７Ａ，７Ｂ，７Ｃがそれぞれ有する凹部の底面が平滑であれば、放熱用シート６を介することなく、各凹部の底面と半導体チップ４の背面とを直接密着させてもよい。この場合には、グラウンドパターン３とヒートシンク７Ａ，７Ｂ，７Ｃの外周部の底面との間に、適当な弾性を有する導電性物質、例えば異方性導電膜や導電性樹脂等を介しておくことが好ましい。これにより、半導体チップ４に過度の圧力を加えることなく、半導体チップ４の背面とヒートシンク７Ａ，７Ｂ，７Ｃの凹部の底面とを、密着させることができる。また、この導電性物質は、キャビティ１３から粘性樹脂１５が漏出することを防ぐシール部材としても機能するので、半導体装置における樹脂バリを防止することができる。
更に、ヒートシンク７Ａ，７Ｂ，７Ｃと半導体チップ４の背面との間に放熱用シート６を介した状態で、グラウンドパターン３とヒートシンク７Ａ，７Ｂ，７Ｃの外周部の底面との間に、適当な弾性を有する導電性物質を使用することもできる。
加えて、適当な弾性を有するこれらの導電性物質は、半導体装置が使用される際に、熱応力を緩和する緩衝材としても機能する。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体チップで発生した熱が速やかにヒートシンクに伝導するので、放熱性に優れた半導体装置が得られる。また、樹脂封止用の硬化樹脂によりヒートシンクの取付がなされるので、半導体装置の製造工数が削減される。また、半導体装置が使用される状況において、半導体チップを覆うように設けられたヒートシンクの電位がグラウンド電位に等しいので、シールド効果によって電磁波障害が発生しにくい半導体装置が得られる。
したがって、放熱性に優れ、電磁波障害が発生しにくい半導体装置と、その半導体装置を少ない工数で製造する製造方法とを提供できるという、優れた実用的な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る半導体装置を示す断面図である。
【図２】 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施形態によって図１の半導体装置を製造する方法を工程別に説明する断面図である。
【図３】 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態によって図１の半導体装置を製造する方法を工程別に説明する断面図である。
【図４】 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３の実施形態によって図１の半導体装置を製造する方法を工程別に説明する断面図である。
【図５】 本発明に係る半導体装置の変形例であって、フィン付のヒートシンクを使用した半導体装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ パッド
３ グラウンドパターン
４ 半導体チップ
５ バンプ
６ 放熱用シート（良熱伝導性部材）
７Ａ，７Ｂ，７Ｃ ヒートシンク
８ 硬化樹脂
９Ａ，９Ｂ 注入口（第１の開口）
１０ エアベント（第２の開口）
１１，１８，２４ 凹部
１２ 空隙
１３ キャビティ
１４ ノズル
１５ 粘性樹脂
１６ 下型
１７ 上型
１９ ポット
２０ 樹脂タブレット
２１ カル部
２２ ランナ部
２３ ゲート部
２５ 貫通穴
２６ プランジャ
２７ 一方の上型
２８ 貫通穴
【発明の属する技術分野】
本発明は、フリップチップボンディングにより半導体チップを基板上に樹脂封止してなる半導体装置であって、樹脂封止と同時にヒートシンクが取り付けられてなる半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体チップを基板上に樹脂封止して製造される半導体装置（パッケージ）を使用する際には、必要に応じて、放熱性を向上させる目的でヒートシンクが使用されている。特に、近年高速化が著しいＣＰＵパッケージの場合にはヒートシンクの使用は必須であり、次のようにしてパッケージにヒートシンクを取り付けている。
まず、プリント基板上に設けられたソケットにパッケージを装着する。次に、パッケージ背面にシリコーングリースを塗布し、又は放熱用シートを配置する。次に、パッケージ背面にヒートシンクを配置し、更にパッケージ背面にヒートシンクを押さえつけて、シリコーングリースや放熱用シートと、パッケージ背面及びヒートシンクとを充分になじませる。次に、例えばビスを使用してプリント基板にヒートシンクを固定し、又はクリップ状の金具を使用してソケットにヒートシンクを固定する。すなわち、パッケージをプリント基板に実装した後に、別部材であるヒートシンクを取り付けている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のパッケージにヒートシンクを取り付ける場合には、次のような問題があった。第１に、半導体チップが発生した熱は、パッケージを構成する封止樹脂と、シリコーングリース等とを順次介して、ヒートシンクに伝導する。したがって、封止樹脂の部分を熱が伝導する分だけ熱伝導に時間がかかるので、放熱性の向上に限界がある。第２に、パッケージ背面にシリコーングリースを塗布し、又は放熱用シートを配置するという作業と、パッケージ背面にヒートシンクを配置して押さえつけるという作業とが必要であり、その工数が必要になる。第３に、エンドユーザーがヒートシンクの取付を行うこともあり、エンドユーザーが不慣れな作業を強いられることになる。このことから、シリコーングリースや放熱用シートと、パッケージ背面及びヒートシンクとが充分なじんでいない場合がある。そして、最悪の場合には、パッケージ背面とヒートシンクとの間で、シリコーングリースにおける気泡や放熱用シートのしわが発生するおそれがある。したがって、放熱性の向上が不充分になるのでＣＰＵの性能を発揮できず、誤動作が発生することさえある。
【０００４】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、樹脂封止と同時にヒートシンクが取り付けられ放熱性に優れた半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の技術的課題を解決するために、本発明に係る半導体装置は、フリップチップボンディングにより基板の主面に搭載された半導体チップを樹脂封止してなる半導体装置であって、基板の主面において、半導体チップを覆うとともに該半導体チップの背面に直接接するようにして配置され、導電性材料からなるヒートシンクと、ヒートシンクの内面と基板との間の空間において注入された粘性樹脂が硬化することによって隙間無く形成された硬化樹脂とを備えるとともに、ヒートシンクの一部が基板の主面に接しており、ヒートシンクが硬化樹脂によって基板に固定されており、基板の主面においてヒートシンクの一部が接する部分にはグラウンドパターンが設けられているとともに、半導体装置が使用される状況においてヒートシンクの電位がグラウンド電位に等しくなっていることを特徴とする。
【０００６】
これによれば、ヒートシンクが半導体チップの背面に直接接する状態で、ヒートシンクが硬化樹脂によって基板に固定される。したがって、半導体チップで発生した熱が速やかにヒートシンクに伝導するので、放熱性に優れた半導体装置が得られる。また、樹脂封止用の硬化樹脂によりヒートシンクの取付がなされるので、半導体装置の製造工数が削減される。また、半導体装置が使用される状況において、半導体チップを覆うように設けられたヒートシンクの電位がグラウンド電位に等しいので、シールド効果によって電磁波障害（電磁界干渉；ＥＭＩ）の発生を抑制することができる。
【０００７】
また、本発明に係る半導体装置は、上述の半導体装置において、フリップチップボンディングにより基板の主面に搭載された半導体チップを樹脂封止してなる半導体装置であって、基板の主面において、半導体チップを覆うとともに該半導体チップの背面に良熱伝導性部材を介して接するようにして配置され、導電性材料からなるヒートシンクと、ヒートシンクの内面と基板との間の空間において注入された粘性樹脂が硬化することによって隙間無く形成された硬化樹脂とを備えるとともに、ヒートシンクの一部が基板の主面に接しており、ヒートシンクが硬化樹脂によって基板に固定されており、基板の主面においてヒートシンクの一部が接する部分にはグラウンドパターンが設けられているとともに、半導体装置が使用される状況においてヒートシンクの電位がグラウンド電位に等しくなっていることを特徴とする。
【０００８】
これによれば、半導体チップで発生した熱が、良熱伝導性部材を経由して確実かつ速やかにヒートシンクに伝導するので、放熱性に優れた半導体装置が得られる。また、樹脂封止用の硬化樹脂によりヒートシンクの取付がなされるので、半導体装置の製造工数が削減される。また、半導体装置が使用される状況において、半導体チップを覆うように設けられたヒートシンクの電位がグラウンド電位に等しいので、シールド効果によって電磁波障害（電磁界干渉；ＥＭＩ）の発生を抑制することができる。
【０００９】
また、本発明に係る半導体装置は、上述の半導体装置において、基板の主面においてヒートシンクの一部が接する部分は、平面視して半導体チップの周囲を完全に取り囲んでいることを特徴とする。
【００１０】
これによれば、半導体装置が使用される状況において、半導体チップの上方と周囲とを完全に覆うように設けられたヒートシンクの電位がグラウンド電位に等しいので、シールド効果によって電磁波障害の発生を更に抑制することができる。
【００１１】
また、本発明に係る半導体装置は、上述の半導体装置において、ヒートシンクには、硬化樹脂の原材料である粘性樹脂を注入するための第１の開口が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
これによれば、第１の開口を経由して、ヒートシンクの内面と基板との間の空間に、硬化樹脂の原材料である粘性樹脂が隙間無く注入される。
【００１３】
また、本発明に係る半導体装置は、上述の半導体装置において、ヒートシンクには、ヒートシンクの内面と基板との間の空間を吸引するための第２の開口が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
これによれば、ヒートシンクの内面と基板との間の空間における気体が、第２の開口を経由して排出される。したがって、半導体チップと基板との間の空間に粘性樹脂が確実に充填される。また、ヒートシンクの内面と基板との間の空間に粘性樹脂が短時間に隙間無く充填されるので、放熱性に優れた半導体装置が製造される。
【００１５】
上述の技術的課題を解決するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、フリップチップボンディングにより基板の主面に搭載された半導体チップを樹脂封止して半導体装置を製造する方法であって、半導体チップを覆うとともに、該半導体チップの背面に直接接するようにして、かつ、基板の主面に接するようにして、ヒートシンクを配置する工程と、ヒートシンクに設けられた第１の開口を経由して該ヒートシンクの内面と基板との間の空間に隙間無く粘性樹脂を注入する工程と、粘性樹脂を硬化させる工程とを備えるとともに、粘性樹脂を硬化させる工程では、硬化樹脂によってヒートシンクを前記基板に固定し、ヒートシンクを配置する工程では、基板のグラウンドパターンとヒートシンクの一部とを接触させることによって半導体装置が使用される状況においてヒートシンクの電位をグラウンド電位に等しくすることを可能にすることを特徴とする。
【００１６】
これによれば、半導体チップの背面に直接ヒートシンクを接触させ、ヒートシンクの内面と基板との間の空間に隙間無く粘性樹脂を注入して硬化させる。したがって、半導体チップで発生した熱が速やかに直接ヒートシンクに伝導する構造を有する、放熱性に優れた半導体装置を製造することができる。また、樹脂封止用の硬化樹脂によりヒートシンクを取り付けるので、半導体装置の製造工数を削減することができる。また、半導体装置が使用される状況において、半導体チップを覆って設けたヒートシンクの電位をグラウンド電位に等しくすることを可能にする。したがって、放熱性に優れるとともに、シールド効果により電磁波障害が発生しにくい半導体装置を製造することができる。
【００１７】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上述の半導体装置の製造方法において、フリップチップボンディングにより基板の主面に搭載された半導体チップを樹脂封止して半導体装置を製造する方法であって、半導体チップの背面又はヒートシンクにおいて背面に対向する面の少なくともいずれか一方に良熱伝導性部材を配置する工程と、半導体チップを覆うとともに、該半導体チップの背面に良熱伝導性部材を介して接するようにして、かつ、基板の主面に接するようにして、ヒートシンクを配置する工程と、ヒートシンクに設けられた第１の開口を経由して該ヒートシンクの内面と基板との間の空間に隙間無く粘性樹脂を注入する工程と、粘性樹脂を硬化させる工程とを備えるとともに、粘性樹脂を硬化させる工程では、硬化樹脂によってヒートシンクを前記基板に固定し、ヒートシンクを配置する工程では、基板のグラウンドパターンとヒートシンクの一部とを接触させることによって半導体装置が使用される状況においてヒートシンクの電位をグラウンド電位に等しくすることを可能にすることを特徴とする。
【００１８】
これによれば、半導体チップの背面に良熱伝導性部材を介してヒートシンクを接触させ、ヒートシンクの内面と基板との間の空間に隙間無く粘性樹脂を注入して硬化させる。したがって、半導体チップで発生した熱が速やか良熱伝導性部材を介してにヒートシンクに伝導する構造を有する、放熱性に優れた半導体装置を製造することができる。また、樹脂封止用の硬化樹脂によりヒートシンクを取り付けるので、半導体装置の製造工数を削減することができる。また、半導体装置が使用される状況において、半導体チップを覆って設けたヒートシンクの電位をグラウンド電位に等しくすることを可能にする。したがって、放熱性に優れるとともに、シールド効果により電磁波障害が発生しにくい半導体装置を製造することができる。
【００１９】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上述の半導体装置の製造方法において、注入する工程では、上型と下型とからなる金型を使用したトランスファモールドにより粘性樹脂を注入するとともに、ヒートシンクを配置する工程の前に下型における所定の位置に基板を配置する工程と、上型におけるヒートシンクに対向する側に設けられヒートシンクに対応する寸法形状を有する凹部にヒートシンクが収容されるようにして、上型と下型とを型締めする工程と、硬化させる工程の後に上型と下型とを型開きする工程とを備え、注入する工程では、上型に設けられた連通路とヒートシンクに設けられた第１の開口とを順次経由してヒートシンクの内面と基板との間の空間に隙間無く粘性樹脂を注入することを特徴とする。
【００２０】
これによれば、トランスファモールドにより粘性樹脂を押圧して、ヒートシンクの内面と基板との間の空間に隙間無く粘性樹脂を注入して硬化させる。したがって、低粘度樹脂を使用することなく、放熱性に優れた半導体装置を製造することができる。
【００２１】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上述の半導体装置の製造方法において、ヒートシンクの一部又は基板のグラウンドパターンの少なくともいずれか一方に導電性物質を配置する工程を備えたことを特徴とする。
【００２２】
これによれば、導電性物質が、ヒートシンクと基板との間の空間から粘性樹脂が漏出することを防ぐ。したがって、放熱性に優れるとともに、樹脂バリが発生しない半導体装置を製造することができる。
【００２３】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上述の半導体装置の製造方法において、注入する工程では、ヒートシンクに設けられた第２の開口を経由して該ヒートシンクの内面と基板との間の空間を吸引することを特徴とする。
【００２４】
これによれば、ヒートシンクの内面と基板との間の空間を吸引することによって、半導体チップと基板との間の空間に粘性樹脂を確実に充填するとともに、ヒートシンクの内面と基板との間の空間に粘性樹脂を短時間に隙間無く充填して、放熱性に優れた半導体装置を製造することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態を、図１及び図２を参照して説明する。図１は、本発明に係る半導体装置を示す断面図である。図１において、プリント基板等からなる基板１の主面には、後述する半導体チップに対して各信号を授受するパッド２と、グラウンドパターン３とが、設けられている。また、主面１の反対面には、半導体装置と外部との間で各信号を授受する外部端子（図示なし）が、設けられている。半導体チップ４は、ＣＰＵ等の半導体素子からなり、フリップチップボンディングにより、各端子（図示なし）がバンプ５を介してパッド２に電気的に接続されている。半導体チップ４の背面には、シリコーン樹脂等からなる放熱用シート６が配置されている。
ヒートシンク７Ａは、例えばアルミニウム等の導電性材料からなり、ダイキャストによって製造され、片側に凹部を有するとともに、半導体チップ４の上方を覆い周囲を完全に取り囲むようにして基板１の主面に配置されている。また、ヒートシンク７Ａは、外周部の底面がグラウンドパターン３に密着するとともに、凹部の底面が放熱用シート６を介して半導体チップ４の背面に密着している。硬化樹脂８は、エポキシ樹脂等からなり、半導体チップ４を覆うように、ヒートシンク７Ａと基板１の主面との間に充填された封止樹脂である。注入口９Ａは、ヒートシンク７Ａに設けられ、硬化樹脂の原材料である粘性樹脂を注入するための開口である。エアベント１０は、ヒートシンク７Ａに設けられた別の開口であって、粘性樹脂が注入される際に、ヒートシンク７Ａと基板１の主面との間に存在するガスを排出するために使用される。
【００２６】
図１の半導体装置の特徴は、第１に、放熱用シート６を介して半導体チップ４の背面に密着しているヒートシンク７Ａが、硬化樹脂８によって基板１に固定されていることである。これにより、ヒートシンク７Ａは放熱用シート６を介して半導体チップ４の背面に、硬化樹脂８の圧縮応力によって充分に押圧される。したがって、半導体チップ４で発生した熱は、放熱用シート６を介して速やかにヒートシンク７Ａに伝導するので、放熱性に優れた半導体装置が得られる。
第２に、ヒートシンク７Ａが、半導体チップ４の上方と周囲とを完全に覆い、かつ、外周部の底面がグラウンドパターン３に密着していることである。これにより、半導体チップ４が高速のクロックで動作する場合であっても、シールド効果によって、半導体チップ４の外部に電磁界変動を与えることと、外部からの電磁界変動に影響されることとが抑制される。したがって、電磁波障害が発生しにくい半導体装置が得られる。
【００２７】
図１の半導体装置の製造方法について、図２を参照して説明する。図２（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態によって図１の半導体装置を製造する方法を工程別に説明する断面図である。
まず、図２（ａ）に示すように、凹部１１を有するヒートシンク７Ａを、半導体チップ４が空隙１２をはさんで装着された、基板１の主面に配置する。ここでは、ヒートシンク７Ａが半導体チップ４の背面に配置された放熱用シート６に密着し、半導体チップ４の周囲を取り囲み、かつ、ヒートシンク７Ａの外周部の底面がグラウンドパターン３に密着するようにして、ヒートシンク７Ａを基板１の主面に配置する。
【００２８】
次に、図２（ｂ）に示すように、凹部１１からなる空間、すなわちヒートシンク７Ａと基板１とに囲まれた空間がキャビティ１３を形成した状態で、ノズル１４を下降させてその先端を注入口９Ａに挿入する。この工程以降では、ヒートシンク７Ａを、一定の圧力で基板１に押圧しておくことが好ましい。
【００２９】
次に、図２（ｃ）に示すように、ノズル１４を使用して、キャビティ１３に粘性樹脂１５を注入する。キャビティ１３及び半導体チップ４の体積から予め算出された量を注入することにより、半導体チップ４と基板１の主面との間の空隙１２を含むキャビティ１３は、粘性樹脂１５によって充填される。ここで、キャビティ１３内の余分な空気は、エアベント１０から排出される。また、粘性樹脂１５が多めに注入された場合であっても、余分な量がエアベント１０内に留まるので、粘性樹脂１５はヒートシンク７Ａの上面には流出しない。
【００３０】
次に、図２（ｄ）に示すように、加熱することにより、粘性樹脂１５を硬化させて、硬化樹脂８を形成する。ここまでの工程によって、図１に示された半導体装置が完成する。
【００３１】
以上説明したように、本発明によれば、ヒートシンク７Ａと基板１とによってキャビティ１３を形成し、ノズル１４を使用して粘性樹脂１５を注入し、注入された粘性樹脂１５を硬化させる。これにより、樹脂封止とパッケージへのヒートシンク７Ａの取付とを、同一の工程で行うことができる。したがって、後工程におけるヒートシンクを取り付ける工数を削減して、放熱性に優れるとともに電磁波障害が発生しにくい半導体装置を製造することができる。
【００３２】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について、図３を参照しながら説明する。図３（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態によって図１の半導体装置を製造する方法を工程別に説明する断面図である。本実施形態は、粘性樹脂の注入を、下型と上型とからなる金型を使用したトランスファモールドによって行うものである。
【００３３】
まず、図３（ａ）に示すように、下型１６と上型１７とからなる金型を型開きした状態で、下型１６の凹部１８に基板１を配置する。その後に、第１の実施形態と同様に、ヒートシンク７Ａを基板１の主面に配置する。ヒートシンク７Ａの側面には、注入口９Ｂが設けられている。
ここで、下型１６に設けられたポット１９には、樹脂タブレット２０が投入されている。また、上型１７には、ポット１９に対向し粘性樹脂を分岐する空間であるカル部２１が設けられ、そのカル部２１に順次連通してランナ部２２、ゲート部２３が設けられている。加えて、上型１７には、ヒートシンク７Ａに対応する寸法形状を有する凹部２４と、エアベント１０に対応する位置における貫通穴２５とが設けられている。
【００３４】
次に、図３（ｂ）に示すように、下型１６と上型１７とを型締めする。この状態で、放熱用シート６が圧縮されてヒートシンク７Ａと半導体チップ４との間で圧力を吸収し、上型１７のゲート部２３とヒートシンク７Ａの注入口９Ｂとが連通する。そして、金型に設けられたヒータ（図示なし）により樹脂タブレット２０を加熱溶融して粘性樹脂１５を生成し、プランジャ２６により粘性樹脂１５を下方から押圧する。これにより、カル部２１，ランナ部２２，ゲート部２３，注入口９Ｂを順次経由して、キャビティ１３に粘性樹脂１５を充填する。
【００３５】
次に、図３（ｃ）に示すように、粘性樹脂１５を更に加熱して硬化させて硬化樹脂８を形成する。そして、下型１６と上型１７とを型開きした後に、例えばエジェクタピン（図示なし）により基板１を突き上げて、ゲート部２３と注入口９Ｂとの境界でゲートブレークを行う。以上の工程により、基板１に装着された半導体チップ４を樹脂封止するとともに、半導体チップ４の背面に放熱用シート６を介してヒートシンク７Ａが密着した状態で基板１にヒートシンク７Ａを取り付けて、半導体装置を完成させることができる。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態によれば、ヒートシンク７Ａと基板１とによりキャビティ１３を形成し、金型を使用したトランスファモールドによりキャビティ１３に粘性樹脂１５を充填して硬化させる。これにより、第１の実施形態と同様、後工程におけるヒートシンクを取り付ける工数を削減して、放熱性に優れるとともに電磁波障害が発生しにくい半導体装置を製造することができる。
更に、トランスファモールドを使用して、プランジャ２６により粘性樹脂１５を押圧して、キャビティ１３に粘性樹脂１５を充填する。したがって、高価な低粘度樹脂を使用することなく、ヒートシンク付の半導体装置を製造することができる。
【００３７】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について、図４を参照しながら説明する。図４（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態によって図１の半導体装置を製造する方法を工程別に説明する断面図である。本実施形態は、例えばアルミニウム製押出材からなるヒートシンクを使用して、半導体装置を製造するものである。
【００３８】
本実施形態によれば、まず、図４（ａ）に示すように、半導体チップ４が装着された基板１の主面に、アルミニウム製押出材からなるヒートシンク７Ｂを配置する。第１の実施形態と同様に、ヒートシンク７Ｂは、半導体チップ４の背面に放熱用シート６を介して密着し、かつ、外周部の底面が基板１のグラウンドパターン（図示なし）に密着している。ここで、押出材の特性から、ヒートシンク７Ｂは、半導体チップ４の周囲をすべて取り囲むことができない。
【００３９】
次に、図４（ｂ）に示すように、一方の上型２７と他方の上型（図示なし）とからなる分割された上型セットを下降させて、その上型セットと下型１６とを型締めするとともに、ヒートシンク７Ｂを基板１に押圧する。ここで、一方の上型２７は図４（ｂ）の奥側に設けられ、他方の上型は図４（ｂ）の手前側に設けられている。また、一方の上型２７には、注入口９Ａに対応する位置における貫通穴２８が、他方の上型にはエアベント１０に対応する位置における貫通穴（図示なし）が、それぞれ設けられている。これにより、基板１、ヒートシンク７Ｂ、一方の上型２７、及び他方の上型によって、キャビティ１３が形成される。
【００４０】
次に、図３（ｃ）に示すように、ノズル１４を下降させて、その先端を貫通穴２８を介して注入口９Ａに挿入する。以下、第１の実施形態と同様に、ノズル１４からキャビティ１３に粘性樹脂を注入してこれを硬化させる。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態によれば、アルミニウム製押出材からなるヒートシンク７Ｂを使用する場合においても、凹部１１からなる空間と分割された上型セットとによってキャビティ１３を形成し、そのキャビティ１３に粘性樹脂を注入して硬化させることができる。したがって、第１の実施形態と同様、後工程におけるヒートシンクを取り付ける工数を削減して、放熱性に優れた半導体装置を製造することができる。
また、半導体チップ４を覆って設けられたヒートシンク７Ｂの電位がグラウンド電位に等しいので、シールド効果によって電磁波障害の発生を抑制することができる。
【００４２】
なお、本実施形態では、ノズル１４を使用して粘性樹脂を注入したが、これに代えて、図３に示すように、金型を使用したトランスファモールドによってキャビティ１３に粘性樹脂を注入してもよい。
【００４３】
なお、上述の各実施形態においては、ほぼ逆Ｕ字形状の断面を有するヒートシンク７Ａ，７Ｂを使用して、半導体装置を構成した。その変形例として、フィン付のヒートシンク７Ｃを使用して、図５に示される半導体装置を構成することもできる。図５は、本発明に係る半導体装置の変形例であって、フィン付のヒートシンクを使用した半導体装置を示す断面図である。
図５において、ヒートシンク７Ｃは、例えばアルミニウム等の導電性材料からなり、押出材を加工して、又はダイキャストによって製造される。この変形例によれば、ヒートシンク７Ｃの表面積が大幅に増大するので、いっそう放熱性に優れた半導体装置が得られる。
【００４４】
また、ヒートシンク７Ａ，７Ｂは、銅等からなる金属板を、曲げ加工又は絞り加工して製造することもできる。
【００４５】
また、半導体チップ４の背面には、シリコーン樹脂等からなる放熱用シート６を配置することとした。これに限らず、ペースト状のシリコーン樹脂等をスクリーン印刷等を使用して塗布することにより、半導体チップ４の背面に予め配置してもよい。更に、これらの良熱伝導性部材を、ヒートシンク７Ａ，７Ｂ，７Ｃの凹部の底面に予め配置してもよい。
【００４６】
また、注入口９Ａ，９Ｂを経由して粘性樹脂１５を充填する際に、エアベント１０を経由してキャビティ１３内の雰囲気を吸引してもよい。これによれば、空隙１２に粘性樹脂１５を確実に充填することができるとともに、キャビティ１３に粘性樹脂１５を充填する時間を短縮することができる。
【００４７】
また、ヒートシンク７Ａ，７Ｂ，７Ｃがそれぞれ有する凹部の底面が平滑であれば、放熱用シート６を介することなく、各凹部の底面と半導体チップ４の背面とを直接密着させてもよい。この場合には、グラウンドパターン３とヒートシンク７Ａ，７Ｂ，７Ｃの外周部の底面との間に、適当な弾性を有する導電性物質、例えば異方性導電膜や導電性樹脂等を介しておくことが好ましい。これにより、半導体チップ４に過度の圧力を加えることなく、半導体チップ４の背面とヒートシンク７Ａ，７Ｂ，７Ｃの凹部の底面とを、密着させることができる。また、この導電性物質は、キャビティ１３から粘性樹脂１５が漏出することを防ぐシール部材としても機能するので、半導体装置における樹脂バリを防止することができる。
更に、ヒートシンク７Ａ，７Ｂ，７Ｃと半導体チップ４の背面との間に放熱用シート６を介した状態で、グラウンドパターン３とヒートシンク７Ａ，７Ｂ，７Ｃの外周部の底面との間に、適当な弾性を有する導電性物質を使用することもできる。
加えて、適当な弾性を有するこれらの導電性物質は、半導体装置が使用される際に、熱応力を緩和する緩衝材としても機能する。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体チップで発生した熱が速やかにヒートシンクに伝導するので、放熱性に優れた半導体装置が得られる。また、樹脂封止用の硬化樹脂によりヒートシンクの取付がなされるので、半導体装置の製造工数が削減される。また、半導体装置が使用される状況において、半導体チップを覆うように設けられたヒートシンクの電位がグラウンド電位に等しいので、シールド効果によって電磁波障害が発生しにくい半導体装置が得られる。
したがって、放熱性に優れ、電磁波障害が発生しにくい半導体装置と、その半導体装置を少ない工数で製造する製造方法とを提供できるという、優れた実用的な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る半導体装置を示す断面図である。
【図２】 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施形態によって図１の半導体装置を製造する方法を工程別に説明する断面図である。
【図３】 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態によって図１の半導体装置を製造する方法を工程別に説明する断面図である。
【図４】 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３の実施形態によって図１の半導体装置を製造する方法を工程別に説明する断面図である。
【図５】 本発明に係る半導体装置の変形例であって、フィン付のヒートシンクを使用した半導体装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ パッド
３ グラウンドパターン
４ 半導体チップ
５ バンプ
６ 放熱用シート（良熱伝導性部材）
７Ａ，７Ｂ，７Ｃ ヒートシンク
８ 硬化樹脂
９Ａ，９Ｂ 注入口（第１の開口）
１０ エアベント（第２の開口）
１１，１８，２４ 凹部
１２ 空隙
１３ キャビティ
１４ ノズル
１５ 粘性樹脂
１６ 下型
１７ 上型
１９ ポット
２０ 樹脂タブレット
２１ カル部
２２ ランナ部
２３ ゲート部
２５ 貫通穴
２６ プランジャ
２７ 一方の上型
２８ 貫通穴
Claims (10)
- フリップチップボンディングにより基板の主面に搭載された半導体チップを樹脂封止してなる半導体装置であって、
前記基板の主面において、前記半導体チップを覆うとともに該半導体チップの背面に直接接するようにして配置され、導電性材料からなるヒートシンクと、
前記ヒートシンクの内面と前記基板との間の空間において注入された粘性樹脂が硬化することによって隙間無く形成された硬化樹脂とを備えるとともに、
前記ヒートシンクの一部が前記基板の主面に接しており、
前記ヒートシンクが前記硬化樹脂によって前記基板に固定されており、
前記基板の主面において前記ヒートシンクの前記一部が接する部分にはグラウンドパターンが設けられているとともに、前記半導体装置が使用される状況において前記ヒートシンクの電位がグラウンド電位に等しくなっていることを特徴とする半導体装置。 - フリップチップボンディングにより基板の主面に搭載された半導体チップを樹脂封止してなる半導体装置であって、
前記基板の主面において、前記半導体チップを覆うとともに該半導体チップの背面に良熱伝導性部材を介して接するようにして配置され、導電性材料からなるヒートシンクと、
前記ヒートシンクの内面と前記基板との間の空間において注入された粘性樹脂が硬化することによって隙間無く形成された硬化樹脂とを備えるとともに、
前記ヒートシンクの一部が前記基板の主面に接しており、
前記ヒートシンクが前記硬化樹脂によって前記基板に固定されており、
前記基板の主面において前記ヒートシンクの前記一部が接する部分にはグラウンドパターンが設けられているとともに、前記半導体装置が使用される状況において前記ヒートシンクの電位がグラウンド電位に等しくなっていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項１又は２記載の半導体装置において、
前記基板の主面において前記ヒートシンクの前記一部が接する部分は、平面視して前記半導体チップの周囲を完全に取り囲んでいることを特徴とする半導体装置。 - 請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置において、
前記ヒートシンクには、前記硬化樹脂の原材料である粘性樹脂を注入するための第１の開口が設けられていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項４に記載の半導体装置において、
前記ヒートシンクには、前記ヒートシンクの内面と前記基板との間の空間を吸引するための第２の開口が設けられていることを特徴とする半導体装置。 - フリップチップボンディングにより基板の主面に搭載された半導体チップを樹脂封止して半導体装置を製造する方法であって、
前記半導体チップを覆うとともに、該半導体チップの背面に直接接するようにして、かつ、前記基板の主面に接するようにして、ヒートシンクを配置する工程と、
前記ヒートシンクに設けられた第１の開口を経由して該ヒートシンクの内面と前記基板との間の空間に隙間無く粘性樹脂を注入する工程と、
前記粘性樹脂を硬化させる工程とを備えるとともに、
前記粘性樹脂を硬化させる工程では、前記硬化樹脂によって前記ヒートシンクを前記基板に固定し、
前記ヒートシンクを配置する工程では、前記基板のグラウンドパターンと前記ヒートシンクの一部とを接触させることによって前記半導体装置が使用される状況において前記ヒートシンクの電位をグラウンド電位に等しくすることを可能にすることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - フリップチップボンディングにより基板の主面に搭載された半導体チップを樹脂封止して半導体装置を製造する方法であって、
前記半導体チップの背面又はヒートシンクにおいて前記背面に対向する面の少なくともいずれか一方に良熱伝導性部材を配置する工程と、
前記半導体チップを覆うとともに、該半導体チップの背面に前記良熱伝導性部材を介して接するようにして、かつ、前記基板の主面に接するようにして、前記ヒートシンクを配置する工程と、
前記ヒートシンクに設けられた第１の開口を経由して該ヒートシンクの内面と前記基板との間の空間に隙間無く粘性樹脂を注入する工程と、
前記粘性樹脂を硬化させる工程とを備えるとともに、
前記粘性樹脂を硬化させる工程では、前記硬化樹脂によって前記ヒートシンクを前記基板に固定し、
前記ヒートシンクを配置する工程では、前記基板のグラウンドパターンと前記ヒートシンクの一部とを接触させることによって前記半導体装置が使用される状況において前記ヒートシンクの電位をグラウンド電位に等しくすることを可能にすることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項６又は７記載の半導体装置の製造方法において、
前記注入する工程では、上型と下型とからなる金型を使用したトランスファモールドにより前記粘性樹脂を注入するとともに、
前記ヒートシンクを配置する工程の前に前記下型における所定の位置に前記基板を配置する工程と、
前記上型における前記ヒートシンクに対向する側に設けられ前記ヒートシンクに対応する寸法形状を有する凹部に前記ヒートシンクが収容されるようにして、前記上型と前記下型とを型締めする工程と、
前記硬化させる工程の後に前記上型と前記下型とを型開きする工程とを備え、
前記注入する工程では、前記上型に設けられた連通路と前記ヒートシンクに設けられた前記第１の開口とを順次経由して前記ヒートシンクの内面と前記基板との間の空間に隙間無く前記粘性樹脂を注入することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項６〜８のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記ヒートシンクの前記一部又は前記基板のグラウンドパターンの少なくともいずれか一方に導電性物質を配置する工程を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項６〜９のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記注入する工程では、前記ヒートシンクに設けられた第２の開口を経由して該ヒートシンクの内面と前記基板との間の空間を吸引することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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