JP5949195B2 - ヒートスプレッダ、半導体装置、及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器内に配設された発熱部材の放熱技術に係り、特に、半導体素子が発する熱を放散するヒートスプレッダ（放熱材料）、このヒートスプレッダを備えた半導体装置、及びその製造方法に関する。

近年、光通信の大容量化に伴って、パケットスイッチやクロスコネクトへの光インターコネクションの適用方法が研究されている。特に、これをバックプレーン（電子機器内部の回路基板の一種）に適合させるためには、１０Ｇｂｐｓを超える伝送容量を備えた小型で安価な光インターコネクション専用の送受信モジュールが望まれる。

現在、光インターコネクションでは、複数の光ファイバ回線を束ねて複数のビットの情報を同時に送信するパラレル伝送方式が主流になっている。光インターコネクション用送受信モジュール内には、複数の送受信素子と、それらを制御するＩＣ（集積回路）が内蔵されているのが一般的である。

ここで、送受信モジュールでは、複数の送受信素子を制御するために、送受信素子と同じ数の制御回路を持つＩＣが必要になる。例えば、光モジュールのＭＳＡ仕様に準拠したＣＸＰ規格では、送信側１２ｃｈ／受信側１２ｃｈの合計２４ｃｈを１つのパッケージ（ＰＫＧ）内に収める必要があるため、これに応じて、送受信素子制御用のＩＣの内部に２４ｃｈ分の制御回路を搭載する。このように、状況に応じて多くの制御回路を搭載させたＩＣにおいては、その発熱量が非常に大きなものとなる。

ところで、ＩＣを基板上に実装する方法は、ＩＣの接続電極側を基板とは反対向きにして実装するフェイスアップ（Ｆａｃｅ−Ｕｐ）実装と、ＩＣの接続電極側を基板側に向けて実装するフェイスダウン（Ｆａｃｅ−Ｄｏｗｎ）実装と、に大別されている。

この内、昨今において多用されているフェイスダウン実装は、ソルダーバンプ等により基板上に接続されたＩＣの裏面（非電極面）にヒートスプレッダを接続させ、このヒートスプレッダにヒートシンクを当接装備させることで、ＩＣからの放熱が効果的に行われる構造となっている。

しかしながら、このフェイスダウン実装を用いた場合には、ＩＣの裏面にヒートスプレッダを設置する構成となるため、従来から、ＩＣとヒートスプレッダの材質の違いが問題となっていた。一般に、ＩＣの材質は半導体であり、ヒートスプレッダの材質は金属（アルミニウム、銅、又はこれらの合金等）であるため、これらの線膨張係数の違いに起因して熱応力が発生するためである。

即ち、製造工程内または使用環境下において温度変化が生じると、半導体と金属の線膨張係数の違い（一例として、Ｓｉ：２．４＊１０＾−６／Ｋ、銅：１６．５＊１０＾−６／Ｋ）によって、ＩＣとヒートスプレッダでは異なる変形現象が起きるため、以下に示すような一連の問題が発生する。

まず、図８（Ａ）は、ＢＧＡ電極７００（小さいボール状の電極）を備えるＩＣ５００がフェイスダウン実装された基板４００に対し、基板側が開口された断面コの字形状のヒートスプレッダ３００を、その開口側の端面をはんだ付けすることにより一体的に接合した状態を示す。また、ヒートスプレッダ３００の基板４００に対向する面（基板対向面）とＩＣ５００とは、熱硬化性の放熱樹脂６００によって接続されている。ヒートスプレッダ３００には、ＩＣ５００で発生する熱が、放熱樹脂６００を通じてその中央部から伝導される。

このヒートスプレッダ３００は、側面の面積よりも基板対向面の面積の方が大きく且つその自由度は接合された基板４００に制約されるため、その中央部にＩＣ５００で発生した熱が伝ってその全体が熱膨張すると、これに起因して生じる変位応力は、上記構成から当該中央部に集中する。このため、この中央部には、外部に向かう高さ方向の変形が生じる。即ち、図８（Ｂ）に示すように、ヒートスプレッダ３００の中央部が特に隆起した状態となる。

この変形による変位応力は、放熱樹脂６００を介してＩＣ５００に伝わるため、ＩＣ５００と基板４００の接続部には基板とは反対側に引張応力が加わることとなり、結果として当該接続部の破断に至ることがある。

一方で、図９は、基板４０１上にフェイスダウン実装されたＢＧＡ電極７０１を備えるＩＣ５０１に、薄板状のヒートスプレッダ３０１が、熱硬化性の放熱樹脂６０１を介して接続された状態を示す。このように、基板４０１に固定されていない状態のヒートスプレッダ３０１は、基板４０１からの制約を受けないため、図８（Ｂ）に示したような中央部の高さ方向の変形は生じない。

しかしながら、図９に示すように、放熱部材であるヒートシンク８０１をヒートスプレッダ３０１の背面（基板４０１とは反対側の面）に一体的に接続した場合には、ヒートシンク８０１の自重等に起因する回転モーメント等がＩＣ５０１に伝わり、基板４０１とＩＣ５０１との接続部にずれ応力等がかかるため、結果として当該接続部等の損傷を招く。

また、かかる内容に関連する技術として、下記の特許文献１又は２が知られている。

この内、特許文献１には、半導体チップが装着された基板上に、凹部及び注入口を有するヒートシンクを凹部が基板に対向するように載置し、この凹部と基板等により形成されたキャビティに注入口から粘性樹脂を注入すると共にこれを硬化させることで各部材を固定する技術内容が開示されている。また、特許文献２には、周囲に壁を有する基板を採用したことにより、この基板の平坦性及び剛性の維持を図る技術内容が開示されている。

特開２００２−１５８３１６ 特表２００４−５２３１２８

しかしながら、特許文献１に記載された公知例では、半導体素子の発熱に起因して発生する部材等の損傷について、又その防止をする技術内容については、何ら開示されていない。また、特許文献１及び２に記載された公知例では、放熱部材の変形を防止する技術内容についても、何ら開示されていない。即ち、特許文献１及び２において、上述したヒートスプレッダ（図８又は図９）に関する問題点を解決する技術内容については何ら開示されていない。

（発明の目的）
本発明は、上記従来例の有する不都合を改善し、特に、半導体素子の発熱に起因して生じる隣接部材の損傷を有効に防止し、これによって耐久性の増大を図ったヒートスプレッダ、半導体装置、及びその製造方法の提供をその目的とする。

上記目的を達成するために、本発明にかかるヒートスプレッダでは、基板に実装された半導体素子から発生する熱を放散するヒートスプレッダであって、半導体素子を少なくとも三方向から包囲するように基板上に固着装備するスプレッダ枠体と、このスプレッダ枠体の内壁面に沿ってその周囲が摺動自在に組み込まれるスプレッダ天板と、により構成され、スプレッダ枠体はその平面形状がコ字状であることを特徴とする。

また、本発明にかかる半導体装置では、一方の面に電極を備える基板と、この基板の電極面に実装された半導体素子と、上記基板に実装された半導体素子から発生する熱を放散するヒートスプレッダと、を備え、上記ヒートスプレッダは、半導体素子を少なくとも三方向から包囲するように基板上に固着装備するスプレッダ枠体と、このスプレッダ枠体の内壁面に沿ってその周囲が摺動自在に組み込まれるスプレッダ天板と、により構成され、スプレッダ枠体はその平面形状がコ字状であることを特徴とする。

また、本発明にかかる半導体装置の製造方法では、半導体素子が実装された基板上に、上記半導体素子を少なくとも周囲三方向から包囲するとともに平面形状がコ字状であるスプレッダ枠体を固着装備し、このスプレッダ枠体の内壁面に滑り接触する側端面を有するスプレッダ天板を、当該スプレッダ枠体に組み込むようにし、このスプレッダ天板を上記半導体素子の上端面に一体的に接続することを特徴とする。

本発明は、半導体素子を包囲するように基板上に固着装備するスプレッダ枠体に、スプレッダ天板を組み込むと共にこれを上記半導体素子に接続するという構成を採用したため、これによると、特に、半導体素子の発熱に起因して生じる隣接部材の損傷を有効に防止し、これによって耐久性の増大を図ることができるという優れたヒートスプレッダ、半導体装置、及びその製造方法の提供が可能となる。

本発明の第１実施形態にかかるヒートスプレッダを装備した半導体装置を示す斜視図である。 図１に開示したヒートスプレッダ部分を示す分解斜視図である。 図１に開示したヒートスプレッダの実装手順を示す斜視図である。 図３（Ｃ）におけるＳ−Ｓ線に沿った断面図を示す。 図３に開示した実施形態にかかるヒートスプレッダ等の実装手順を示すフローチャートである。 図４に開示した半導体装置にヒートシンクを装備した状態を示す。 本発明の第２実施形態にかかるヒートスプレッダ部分を示す分解斜視図である。 関連技術にかかるヒートスプレッダを基板に固定した状態を示す図で、図８（Ａ）は熱変形前の状態を、図８（Ｂ）は熱変形後の状態を、それぞれ示す断面図である。 他の関連技術にかかるヒートスプレッダを使用した場合の例を示す断面図である。

〔第１実施形態〕
本発明にかかるヒートスプレッダ及びこれを装備した半導体装置の第１実施形態を、図１乃至図４に基づいて説明する。

（全体的構成）
本第１実施形態において、図１に示す符号９０は、配線が金メッキでパターニングされているアルミナ（酸化アルミ）性の基板４０と、小さいボール状のＢＧＡ電極７０（図４）を備えた半導体素子としてのＩＣ５０と、このＩＣ５０から発生する熱を放散するヒートスプレッダ３０と、を備えて構成された半導体装置である。

ヒートスプレッダ３０は、ＩＣ５０を三方向から包囲するように基板４０に一体的に固着装備される銅製のスプレッダ枠体１０と、このスプレッダ枠体１０の内壁面１０Ａに沿ってその周囲が摺動自在に組み込まれる銅製のスプレッダ天板２０と、を備えて構成されている。即ち、スプレッダ枠体１０にスプレッダ天板２０を組み込んだ図１に示す状態においては、薄板状のスプレッダ天板２０の側端面２０Ａと、平面形状がコ字状であるスプレッダ枠体１０の三方向に設けられた内壁面１０Ａとが、滑り接触可能な程度に近接するように構成されている。

図３（Ｃ）におけるＳ−Ｓ線に沿った断面図である図４に示す通り、ＩＣ５０は、ＢＧＡ電極７０の備わる面（電極面）を基板４０に向けた状態でフェイスダウン実装されている。これにより、ＩＣ５０の電極面と基板４０の電極面とが接続されている（ＢＧＡ接続）。

また、スプレッダ枠体１０の内壁面１０Ａに摺動自在に組み込んだスプレッダ天板２０は、これとＩＣ５０との間で硬化された放熱樹脂６０により、ＩＣ５０の非電極面に一体的に接続されている。即ち、ＩＣ５０の内部で発生する熱は、放熱樹脂６０を通じてスプレッダ天板２０に伝わると共にそこから放散されるように構成されている。

一般に、硬化性の放熱樹脂としては、加熱をすると重合が進んで硬化し元に戻らなくなる熱硬化性の放熱樹脂（硬化剤を用いて硬化させるものも含む）や、光のエネルギーの作用により液状から固体に変化する光硬化性の放熱樹脂等が利用されている。図１等に示す放熱樹脂６０としては、加熱することにより硬化させる熱硬化性の放熱樹脂を採用した。

本第１実施形態では、放熱部材としてのヒートスプレッダ３０を、基板４０に直接的に接続されるスプレッダ枠体１０と、これとは物理的に分離したスプレッダ天板２０と、から成る構成としたので、これにより、スプレッダ天板２０は、基板４０（スプレッダ枠体１０）からの拘束を受けない構成部材となっている。

このようにすれば、線膨張係数の異なる材質により構成されたＩＣ５０とスプレッダ天板２０とがＩＣ５０の発熱等に起因する温度環境変化の影響を受けて体積膨張した場合においても、スプレッダ天板２０には、高さ方向の自由度が確保されているため、これにより、ＩＣ５０と基板４０の接続部（ＢＧＡ接続部）等にかかる引張応力等が削減される。即ち、本第１実施形態にかかるヒートスプレッダ３０を採用することにより、ＢＧＡ接続部等の損傷を有効に防ぐことができるため、結果的に、半導体装置９０の耐久性の増大を図ることが可能となる。

（動作説明）
次に、図３及び図４に示したヒートスプレッダ３０の実装手順を図５に示すフローチャートに基づいて説明する。

（半導体素子実装工程）
ここでは、基板４０の電極面にＩＣ５０のＢＧＡ電極７０を備える面（電極面）を対向させ、基板４０とＩＣ５０のＢＧＡ電極７０とを一括接続する（ＢＧＡ接続）。かかる工程を経て、ＩＣ５０が基板４０にフェイスダウン実装された状態を図３（Ａ）に示す（図５：Ｓ５０１）。

（スプレッダ枠体装備工程）
続いて、平面形状がコ字状のスプレッダ枠体１０を、はんだ付けにより基板４０に一体的に固着装備させる。その際、内壁面１０Ａで囲われた領域の中央部にＩＣ５０が配置されるようにする。このようにすれば、後述するスプレッダ天板接続工程（図５：Ｓ５０４）において、スプレッダ枠体１０に組み込まれたスプレッダ天板２０の重心位置の真下にＩＣ５０を配置することが可能となる。かかる工程によって、基板４０に固着装備させたスプレッダ枠体１０がＩＣ５０を三方向から包囲した状態を図３（Ｂ）に示す（図５：Ｓ５０２）。

（放熱樹脂塗布工程）
続いて、図３（Ｂ）に示すように、ＩＣ５０の非電極面に適量の放熱樹脂６０を塗布する。また、必要に応じて、塗布した熱硬化性の放熱樹脂６０を所定の形状に整形する（図５：Ｓ５０３）。

（スプレッダ天板接続工程）
続いて、まず、スプレッダ天板２０を、スプレッダ枠体１０に組み込むと共に放熱樹脂６０を介してＩＣ５０の非電極面に当接させる。その際、薄板状であるスプレッダ天板２０の側端面２０Ａは、対向するスプレッダ枠体１０の内壁面１０Ａに滑り接触するように形成されているため、これにより、スプレッダ天板２０を、基板４０に対する平行状態を保ったままスプレッダ枠体１０に嵌入することができる。即ち、スプレッダ天板２０とＩＣ５０を、放熱樹脂６０を介して平行な状態で当接させることができる（図５：Ｓ５０４）。

次に、スプレッダ天板２０とＩＣ５０との間に介在する放熱樹脂６０に対して加熱処理を施すことにより、これを硬化させ、スプレッダ天板２０とＩＣ５０とを一体的に接続させる。この放熱樹脂６０は、部材同士を接続させる機能に加え、部材同士を直接当接させた場合に生じる微細な隙間を埋めるという機能も備えている。したがって、放熱樹脂６０の当該後者の機能により、ＩＣ５０からスプレッダ天板２０に至る熱抵抗を下げることができるため、半導体素子５０からスプレッダ天板２０への効率のよい熱伝導を実現することができる。

即ち、ＩＣ５０の内部で発生する熱が、放熱樹脂６０を通じてスプレッダ天板２０に伝わると共にその熱をスプレッダ天板２０から効率よく放散させることができるため、ＩＣ５０の機能不全等を防止することが可能となる（図５：Ｓ５０４）。

また、スプレッダ枠体１０とスプレッダ天板２０の高さは、図３（Ｃ）に示す通り、スプレッダ天板２０をＩＣ５０の非電極面に接続させた状態において、スプレッダ天板２０がスプレッダ枠体１０から基板４０とは反対方向に常時僅かに突出するように設定されている。即ち、スプレッダ天板２０の枠体対向側面（側端面２０Ａのうちで内壁面１０Ａに対向する面）が常時僅かに露呈した状態の半導体装置９０が形成される（図５：Ｓ５０４）。

このようにすれば、ヒートスプレッダ２０の上端面に他の放熱部材（ヒートシンク等）を接続させる場合において、様々な大きさの放熱部材を採用すると共にこれをスプレッダ枠体１０に接触させることなく確実に、一体的に接続させることができる。

（第１実施形態の効果）
本第１実施形態では、基板４０に直接的に固着装備されるスプレッダ枠体１０と、これとは物理的に分離したスプレッダ天板２０と、から成る放熱部材としてのヒートスプレッダ３０を採用したため、これによると、基板４０（スプレッダ枠体１０）からの拘束を受けないスプレッダ天板２０について、高さ方向の自由度を確保することができる。

したがって、線膨張係数の異なる材質により構成されたＩＣ５０とスプレッダ天板２０とがＩＣ５０の発熱等に起因する温度環境変化の影響を受けて体積膨張した場合においても、スプレッダ天板２０は自由膨張が可能なため（熱変形応力から開放されているため）、これにより、ＩＣ５０と基板４０の接続部（ＢＧＡ接続部）等にかかる引張応力等が削減されることから、ＢＧＡ接続部等の損傷を有効に防ぐことができる。また、製造工程内での熱工程（熱硬化性樹脂を加熱することにより硬化させる場合等）においても同様の効果が得られる（図５：Ｓ５０４）。

即ち、本第１実施形態にかかるヒートスプレッダ３０を採用することで、結果的に、半導体装置９０の耐久性の増大を図ることができる（図５：Ｓ５０４）。

〔第１実施形態の応用例〕
前述した本発明の第１実施形態にかかる半導体装置にヒートシンクを当接装備した応用例を、図４及び図６に基づいて説明する。

（全体的構成）
本応用例にかかる半導体装置９１は、図６に示す通り、前述した半導体装置９０におけるスプレッダ天板２０の上端面にヒートシンク８０を一体的に接続させる点に特徴を有する。

このヒートシンク８０は、複数の薄板から成り断面形状が剣山状であるフィン８０Ａを備えて構成されている。このフィン８０Ａの形状により、ヒートシンク８０全体の表面積が大きくなることから、その全体の熱抵抗が下がるように構成されている。これにより、ＩＣ５０で発生した熱が、放熱樹脂６０及びスプレッダ天板２０を伝ってヒートシンク８０から効率よく放散されるため、ＩＣ５０の機能不全等を有効に防止することが可能となる。

また、図４に示すように、前述した半導体装置９０は、スプレッダ天板２０の上端面（基板４０とは反対側の面）がスプレッダ枠体１０の上端面よりも常時僅かに高くなるように構成されている。このため、スプレッダ天板２０の背面には、様々な大きさのヒートシンク等を確実に一体的に当接装備させることができる。

即ち、スプレッダ天板２０がスプレッダ枠体１０から常時僅かに突出するように構成された半導体装置９０に対しては、ヒートシンク８０を、スプレッダ枠体１０に接触させることなく確実に一体的に接続できるため、これによると、ＩＣ５０で発生した熱を、放熱樹脂６０及びスプレッダ天板２０を通じてヒートシンク８０から効率よく外部へと放散することができる。

（動作説明）
本応用例では、まず、前述した第１実施形態における一連の各工程内容（図５：Ｓ５０１〜Ｓ５０４）を実行し、これに続けて、スプレッダ天板２０の上端面にヒートシンク８０を一体的に接続する。そのため、ここでは図４及び図６に基づいてヒートシンク８０をスプレッダ天板２０に当接装備する手順（ヒートシンク装備工程）の内容を説明する。

このヒートシンク装備工程では、まず、熱伝導グリス（図示せず）をスプレッダ天板の上端面に薄く塗布する。続いて、ヒートシンク８０のフィン８０Ａ形成側とは反対の面を、スプレッダ天板２０の上端面に対向させると共にこれをスプレッダ天板２０に押し当てる。かかる押圧処理により、スプレッダ天板２０とヒートシンク８０とが熱伝導グリスを介して密着した状態で一体的に接続されるため、当該接続部の隙間が十分に埋まることから、結果的にＩＣ５０で発せられる熱を効率よくヒートシンク８０に伝えることができる。

また、スプレッダ天板２０は、その側端面２０Ａが内壁面１０Ａに滑り接触可能な程度に近接した状態でスプレッダ枠体１０に組み込まれている。このため、スプレッダ天板２０は、内壁面１０Ａからの制約を受けることから、その重心まわりの回動にかかる自由度が制限されている。したがって、当該押圧処理に際しての押圧力等をＩＣ５０等に対して均等に分散することができる。さらに、当該接続後においては、ヒートシンク８０の自重等の垂直荷重についても、同様に、ＩＣ５０等に対して均等に分散することができる。

これにより、ＩＣ５０及びＢＧＡ接続部に伝わる回転モーメント等による引張応力・圧縮応力等が削減され、ＢＧＡ接続部の損傷等を防止することが可能となる。即ち、ヒートスプレッダ３０を採用することで、結果的に、半導体装置９１の耐久性の増大を図ることができる。また、図６に示す半導体装置９１において、スプレッダ天板２０は、ＩＣ５０とヒートシンク８０との接触面積を広げることで放熱効率を向上させる構成としても機能する。

さらに、スプレッダ枠体１０とスプレッダ天板２０の高さについては、上述した通り、図４に示す状態（ＩＣ５０の非電極面にスプレッダ天板２０が接続された状態）において、スプレッダ天板２０がスプレッダ枠体１０から基板４０とは反対方向に常時僅かに突出するように構成されている。そのため、このヒートシンク装備工程においては、ヒートシン８０を、スプレッダ枠体１０に接触させることなくヒートスプレッダ２０の上端面に確実に、一体的に当接装備させることができる。

〔第２実施形態〕
本発明にかかるヒートスプレッダ及びこれを装備した半導体装置の第２実施形態を、図３及び図７に基づいて説明する。

（全体的構成）
この第２実施形態は、前述した第１実施形態において採用した図２に示すヒートスプレッダ３０に代えて、図７に示すヒートスプレッダ３１を採用した点に特徴を有する。

このヒートスプレッダ３１は、平面形状がロ字状である銅製のスプレッダ枠体１１と、薄板状である銅製のスプレッダ天板２１と、により構成されている。
その他の構成は、前述した第１実施形態の場合と同様である。

（動作説明）
ヒートスプレッダ３１の実装手順は、前述した第１実施形態の場合と同様である（図５：Ｓ５０１〜Ｓ５０４）。ここでは、ヒートスプレッダ３１を構成するヒートスプレッダ枠体１１の形状に起因する相違点について説明する。

この第２実施形態にかかるスプレッダ枠体１１は、図７に示す通り、平面形状がロ字状であるため、スプレッダ天板２１を四方向から包囲することができる。したがって、スプレッダ天板接続工程（図５：Ｓ５０４）において、側端面２１Ａのすべてが内壁面１１Ａに滑り接触する状態で、スプレッダ天板２１をスプレッダ枠体１１に嵌入させると共に、これをＩＣ５０の非電極面に放熱樹脂６０を介して接続させることができる。

（第２実施形態の効果）
本第２実施形態においても、第１実施形態の場合と同様に、基板４０に直接的に固着装備されるスプレッダ枠体１１と、これとは物理的に分離したスプレッダ天板２１と、から成る放熱部材としてのヒートスプレッダ３１を採用したため、これによると、基板４０からの拘束を受けないスプレッダ天板２１について、高さ方向の自由度を確保することができる。即ち、スプレッダ天板２１を、スプレッダ枠体１１の内壁面１１Ａに摺動自在に組み込むことができる。

したがって、線膨張係数の異なる材料によって構成されたＩＣ５０とスプレッダ天板２１とがＩＣ５０の発熱等に起因する温度環境変化の影響を受けて体積膨張した場合においても、スプレッダ天板２１は自由膨張することができるため、これにより、ＢＧＡ接続部等にかかる引張応力等が削減され、結果的にＢＧＡ接続部等の損傷を有効に防ぐことができる。

また、スプレッダ天板２１をスプレッダ枠体１１に組み込むと共にＩＣ５０にスプレッダ天板２１を接続するに際して（図５：Ｓ５０４）、平面形状がロ字状であるスプレッダ枠体１１は、スプレッダ天板２１の動きを四方向から制限できるため、ＩＣ５０とスプレッダ天板２１との容易な位置合わせが可能となる。

〔第２実施形態の応用例〕
本発明の第２実施形態にかかる半導体装置９１に対しても、上述した第２実施形態の応用例と同様にヒートシンク８０を当接装備するようにしてもよい。

このようにすれば、側端面２１Ａが、内壁面１１Ａによる四方向からの拘束を受けることから、スプレッダ天板２１の重心まわりの回動にかかる自由度をより確実に制限することができる。

したがって、ヒートシンク８０をスプレッダ天板２１の上端面に当接装備する際の押圧力及び当該当接装備後におけるヒートシンク８０の自重等による垂直荷重が、ＩＣ５０等に対してより均等に分散されるため、これにより、ＩＣ５０及びＢＧＡ接続部に加わる回転モーメント等による引張応力・圧縮応力等が減殺され、結果的にＢＧＡ接続部等に及ぼす負担・損傷を削減することができる。即ち、半導体装置の構成の一部としてヒートスプレッダ３１を採用することにより、当該半導体装置の耐久性の増大を図ることが可能となる。

〔半導体素子にかかる変形例〕
半導体装置（９０、９１）の構成の一部として採用したＩＣ５０に代えて、ＢＧＡ電極を有する複数のＩＣを採用するようにしてもよい。

複数のＩＣを採用した場合は、図３（Ａ）に示すＩＣ５０の場合と同様に、基板４０の中央部に複数のＩＣ（ＩＣ群）を集結させると共にこれらを基板４０上にフェイスダウン実装する（図５：Ｓ５０１）。
次に、図３（Ｂ）に示すＩＣ５０とスプレッダ枠体１０の位置関係と同様に、スプレッダ枠体（１０、１１）を基板４０上に装備させる。即ち、中央部に集結したＩＣ群を囲うようにスプレッダ枠体（１０、１１）を固着装備させる（図５：Ｓ５０２）。
続いて、各ＩＣの非電極面に、硬化性の放熱樹脂を塗布する（図５：Ｓ５０３）。
それ以降の半導体装置の作製にかかる一連の各工程内容（図５：Ｓ５０４等）及び他の構成内容は、第１実施形態の場合と同様である。

このようにすれば、複数のＩＣの排熱処理を、スプレッダ天板（２０、２１）により一括して行うことが可能となるため、各ＩＣの自発熱に起因する機能不全等を効果的に防ぐことができる。もっとも、スプレッダ枠体（１０、１１）に包囲される範囲内において、各ＩＣを柔軟に配置するようにしてもよい。

〔ヒートスプレッダの形状にかかる変形例〕
図１乃至図６に示したスプレッダ枠体（１０、１１）に組み込むスプレッダ天板（２０、２１）を、物理的に分離した複数の天板部材から成る構成としてもよい。即ち、これらの天板部材を同一平面上にて結集させると、全体としてスプレッダ天板（２０、２１）と同一の形状を成すように構成してもよい。

このようにすれば、特に、上述したように複数のＩＣを採用した半導体装置において、放熱部材としての上記天板部材を各ＩＣに対応づけて接続することができるため、それぞれのＩＣからのより効果的な排熱処理が可能となる。

また、各ＩＣに対応づけて接続する場合に限らず、一枚のＩＣ又はＩＣ群の非電極面側に、同一平面上でスプレッダ天板を形成する少なくとも２枚の天板部材を接続するようにしてもよい。このようにすれば、各天板部材に加える押圧力の微調整が可能となる。これにより、ＩＣ及びその接続部に加わる圧縮応力等をより軽減することができるため、結果的に、半導体装置の耐久性の増大を図ることができる。

ところで、上述した第１及び第２実施形態では、スプレッダ枠体として、平面形状がコ字状のもの（１０）又はロ字状のもの（１１）を採用した。しかし、本発明にかかるスプレッダ枠体は、少なくとも三方向から半導体素子を包囲でき、且つ、薄板状のスプレッダ天板２０等の重心まわりの回動を制限することができる種々の形状を採用するようにしてもよい。即ち、スプレッダ枠体としては、平面形状がロ字状であるスプレッダ枠体１１に備わる四つの角のうちの少なくとも一箇所を欠切した形状、又は、平面形状がリップ溝型鋼状（Ｃチャンネル状）であるもの等を採用するようにしてもよい。

〔ヒートスプレッダ等の材質にかかる変形例〕
スプレッダ枠体（１０、１１）及びスプレッダ天板（２０、２１）の材質としては、アルミニウム・窒化アルミニウム・酸化アルミニウム・銅タングステン・シリコン等を採用するようにしてもよい。また、各金属を積層した複合材料やカーボンナノチューブ等を採用するようにしてもよい。もっとも、スプレッダ枠体（１０、１１）とスプレッダ天板（２０、２１）には、別々の材質を採用するようにしてもよい。

このようにすれば、ＩＣ５０又は基板４０の線膨張係数を考慮した上で、ＩＣ５０からの排熱に最適なヒートスプレッダの材質を選択することができるため、結果的にＩＣ５０及びＢＧＡ接続部に加わる引張応力・圧縮応力等を低減することが可能となる。即ち、ヒートスプレッダ（３０、３１）にかかる最適な材質の選択により、ＢＧＡ接続部等にかかる上記応力等に起因した負担を軽減できるため、該接続部の損傷を効果的に防止することが可能となる。

また、ヒートシンク８０にかかる材質の選択についても、上述したヒートスプレッダ（３０、３１）にかかる材質の選択の場合と同様に行うようにしてもよい。フィン８０Ａの形状としては、複数の棒状突起から成る形状のものや蛇腹状のもの等を採用するようにしてもよい。

〔ＩＣ５０の実装にかかる変形例〕
上述した半導体素子実装工程（図５：Ｓ５０１）において、ＩＣ５０のＢＧＡ接続に代えて、Ａｕ圧着接続を採用するようにしてもよい。このようにすれば、ＢＧＡ接続と比較して接続部の融点が上がるため、耐熱性を向上することができる。

〔放熱樹脂６０にかかる変形例〕
上述した放熱樹脂塗布工程（図５：Ｓ５０３）においてＩＣ５０の非電極面に塗布した熱硬化性の放熱樹脂６０に代えて、紫外線硬化性の放熱樹脂を採用するようにしてもよい。この場合は、スプレッダ天板接続工程（図５：Ｓ５０４）において、ＩＣ５０とスプレッダ天板２０とを接続させるに際して、放熱樹脂６０に紫外線を照射する。

また、同様に、熱硬化性の放熱樹脂６０に代えて、非硬化性放熱樹脂、放熱ゲル、放熱シート、又は放熱シリコーンを採用し、スプレッダ天板接続工程（図５：Ｓ５０４）においてＩＣ５０とスプレッダ天板２０との間に介在させるようにしてもよい。このように、ＩＣ５０とスプレッダ天板２０との接続材料を限定しないようにすれば、必要とされる放熱量やＩＣ５０の種類に応じて、最適な放熱材を選択することが可能となる。

なお、上述した実施形態は、ヒートスプレッダ、半導体装置、及びその製造方法における好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もある。しかし、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。

以下は、上述した実施形態についての新規な技術的内容の要点をまとめたものであるが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではない。

（付記１）
基板に実装された半導体素子から発生する熱を放散するヒートスプレッダであって、
前記半導体素子を少なくとも三方向から包囲するように前記基板上に固着装備するスプレッダ枠体と、このスプレッダ枠体の内壁面に沿ってその周囲が摺動自在に組み込まれるスプレッダ天板と、により構成したことを特徴とするヒートスプレッダ。

（付記２）
前記付記１に記載のヒートスプレッダにおいて、
前記スプレッダ枠体は、その平面形状がコ字状であることを特徴としたヒートスプレッダ。

（付記３）
前記付記１に記載のヒートスプレッダにおいて、
前記スプレッダ枠体は、その平面形状がロ字状であることを特徴としたヒートスプレッダ。

（付記４）
前記付記１乃至３のいずれか一つに記載のヒートスプレッダにおいて、
前記スプレッダ天板は、物理的に分離された複数の天板部材から成るものであり、
この各天板部材は、それぞれが前記半導体素子に個別に且つ一体的に接続されることを特徴としたヒートスプレッダ。

（付記５）
一方の面に電極を備える基板と、前記基板の電極面に実装された半導体素子と、この半導体素子用として装備された前記付記１乃至４のいずれか一つに記載のヒートスプレッダと、を備えたことを特徴とする半導体装置。

（付記６）
前記付記５に記載の半導体装置において、
前記スプレッダ天板は、前記スプレッダ枠体から前記基板とは反対方向に常時突出した状態に設置されていることを特徴とした半導体装置。

（付記７）
前記付記６に記載の半導体装置において、
前記半導体素子で発生する熱を放散するヒートシンクを、前記スプレッダ天板上に当接装備したことを特徴とする半導体装置。

（付記８）
半導体素子が実装された基板上に、前記半導体素子を少なくとも三方向から包囲するスプレッダ枠体を固着装備し、
このスプレッダ枠体の内壁面に滑り接触する側端面を有するスプレッダ天板を、前記スプレッダ枠体に組み込むようにし、
このスプレッダ天板を前記半導体素子の上端面に一体的に接続することを特徴とした半導体装置の製造方法。

本発明は、半導体パッケージ、半導体装置、及びこれらを搭載した各種電子機器に適用可能である。

１０、１１ スプレッダ枠体
１０Ａ 内壁面
２０、２１ スプレッダ天板
２０Ａ 側端面
３０、３００、３０１ ヒートスプレッダ
４０、４００、４０１ 基板
５０、５００、５０１ ＩＣ（集積回路）
６０、６００、６０１ 放熱樹脂
７０、７００、７０１ ＢＧＡ電極
８０、８０１ ヒートシンク
９０、９１ 半導体装置

Claims (6)

1. 基板に実装された半導体素子から発生する熱を放散するヒートスプレッダであって、
   前記半導体素子を少なくとも三方向から包囲するように前記基板上に固着装備するスプレッダ枠体と、このスプレッダ枠体の内壁面に沿ってその周囲が摺動自在に組み込まれるスプレッダ天板と、により構成され、
   前記スプレッダ枠体は、その平面形状がコ字状であることを特徴とするヒートスプレッダ。
2. 基板に実装された半導体素子から発生する熱を放散するヒートスプレッダであって、
   前記半導体素子を少なくとも三方向から包囲するように前記基板上に固着装備するスプレッダ枠体と、このスプレッダ枠体の内壁面に沿ってその周囲が摺動自在に組み込まれるスプレッダ天板と、により構成され、
   前記スプレッダ天板は、物理的に分離された複数の天板部材から成るものであり、
   この各天板部材は、それぞれが前記半導体素子に個別に且つ一体的に接続されることを特徴としたヒートスプレッダ。
3. 一方の面に電極を備える基板と、前記基板の電極面に実装された半導体素子と、この半導体素子用として装備された前記請求項１又は２に記載のヒートスプレッダと、を備えたことを特徴とする半導体装置。
4. 前記請求項３記載の半導体装置において、
   前記スプレッダ天板は、前記スプレッダ枠体から前記基板とは反対方向に常時突出した状態に設置されていることを特徴とした半導体装置。
5. 基板に実装された半導体素子から発生する熱を放散するヒートスプレッダであって、前記半導体素子を少なくとも三方向から包囲するように前記基板上に固着装備するスプレッダ枠体と、このスプレッダ枠体の内壁面に沿ってその周囲が摺動自在に組み込まれるスプレッダ天板と、により構成されたヒートスプレッダと、
   一方の面に電極を備える基板と、
   前記基板の電極面に実装された半導体素子と、
   を備え、
   前記ヒートスプレッダは、前記半導体素子用として装備され、
   前記スプレッダ天板は、前記スプレッダ枠体から前記基板とは反対方向に常時突出した状態に設置され、
   前記半導体素子で発生する熱を放散するヒートシンクを、前記スプレッダ天板上に当接装備したことを特徴とする半導体装置。
6. 半導体素子が実装された基板上に、前記半導体素子を少なくとも周囲三方向から包囲するとともに平面形状がコ字状であるスプレッダ枠体を固着装備し、
   このスプレッダ枠体の内壁面に滑り接触する側端面を有するスプレッダ天板を、前記スプレッダ枠体に組み込むようにし、
   このスプレッダ天板を前記半導体素子の上端面に一体的に接続することを特徴とした半導体装置の製造方法。

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