JPH0777247B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH0777247B2
JPH0777247B2 JP61218301A JP21830186A JPH0777247B2 JP H0777247 B2 JPH0777247 B2 JP H0777247B2 JP 61218301 A JP61218301 A JP 61218301A JP 21830186 A JP21830186 A JP 21830186A JP H0777247 B2 JPH0777247 B2 JP H0777247B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は半導体装置の製造方法において、開口を有する
キャップにより半導体素子の気密封止を可能とし、且つ
放熱部材の半導体素子との接触を可能とし、気密封止は
確実としつつ小型化を図り放熱効果を向上させるように
しものである。
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体装置の製造方法、特にキャップ及びヒー
トシンクの取付方法に関する。
〔従来の技術〕
半田バンプを有する半導体素子（フリップチップ）又は
周囲に突き出した微小リードを有する半導体素子は、ワ
イヤを使用せずに、フェイスダウン方式で基板上の多層
配線層に電気的に接続されて基板に固定される。半導体
素子は、周囲を基板上面に半田付けされたキャップによ
り覆われて気密封止されている。ヒートシンクはキャッ
プ上に固定してある。
半導体素子で発生した熱は、一旦キャップの厚さ方向に
伝導した後、ヒートシンクに到り、ヒートシンク内を伝
導してこの表面より放熱される。
〔発明が解決しようとする問題点〕
キャップには、熱膨張係数及び加工性の点より、一般
に、コバールが使用されている。コバールの熱伝導率は
20W/m・Ｋであり、良くはない。このため、上記構造の
半導体装置では、キャップが熱伝導に対して抵抗とな
り、放熱効率を向上させる上で障害となっているという
問題点があった。
また放熱効率向上のために、ヒートシンクを半導体素子
の上面に直接取り付ける構造も考えられるが、この構造
では半導体素子の気密封止を完全にし、且つ小型化を図
るのが困難であるという問題点があった。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は上述の問題点を解決する半導体装置の製造方法
を提供するものであり、基板の上面に配線層を形成する
工程と、 該配線層上に半導体素子を搭載して該配線層に電気的に
接続する工程と、 キャップの周縁部に対応した大きさの枠状を有する第１
の半田プリフォームを上記基板上に載置し、且つ上記半
導体素子の上面に対応させた第２の半田プリフォームを
上記半導体素子の上面に載置する工程と、 該半導体素子を覆う隆起部を有する形状であって、前記
基板と略等しい大きさの周縁部を有し、該隆起部に該半
導体素子の外形よりも小さく、且つ放熱部材下面の凸部
に嵌合する形状の開口を有するキャップの該周縁部を、
上記基板上に載置されている上記第１の半田プリフォー
ム上に被せると共に、上記キャップの上記開口の周辺の
下面を、上記半導体素子の上面の該第２の半田プリフォ
ーム上に被せる工程と、 放熱部材を該キャップの開口に嵌合させて上記半導体素
子上面の該第２の半田プリフォームに載置する工程と、 加熱により、上記第１及び第２の半田プリフォームをリ
フローさせて、該キャップの周縁部を該基板上に、該開
口の周辺の下面を上記半導体素子の上面に、さらに放熱
部材を上記半導体素子上面に固形する工程とを有する構
成としたものである。
〔作用〕
第２の半田プリフォーム上に、キャップの開口の周辺の
部分及び放熱部材を載置する工程は、キャップの開口の
周辺部分及び放熱部材を半導体素子の上面へ固定するた
めの半田プリフォームを共通化するように作用する。
〔実施例〕
第１図乃至第７図は本発明の第１実施例になる半導体装
置の製造方法により製造された半導体装置10を示す。
特に、第１図，第２図及び第６図に示すように、半導体
装置10は、大略、半導体素子11と、基板12と、キャップ
13と、放熱部材としてのヒートシンク14とにより構成さ
れる。
半導体素子11は、第６図に示す用に、表面11aの周囲よ
り外方に0.7mm延出した多数の微小なリード15を有す
る。回路素子または回路が形成された表面11a上には、
第５図に示すように、α線対策のために、厚さ50〜100
μｍのポリイミド層16が形成してある。
半導体素子11は、第５図及び第６図に示すように、裏面
11bが上、表面11aが下を向いたフェイスダウンの向き
で、基板12の上面の多層配線層17上にワイヤを使用せず
に実装してあり、多層配線層17と電気的且つ機械的に接
続されている。
多層配線層17は、第５図に示すように、配線パターン
が、厚さ10μｍのポリイミド製の絶縁層を介して３〜４
層に積重された構成である。
基板12は例えばAlN又はSiC、或いはAl2O3製であり、厚
さは例えば0.6mmである。第１図，第５図，第６図に示
すように、基板12を貫通する多数のビアホール18内に
は、Mo,Wなどの金属19が充填されメタライズされてい
る。基板12の下面には、多数のピン20がロー付け又は半
田付けされて、上記各焼結金属19に対応して固定してあ
る。各ピン20と対応するリード15とが、焼結金属19及び
多層配線層17を介して電気的に接続されている。
ピン20は、Niメッキされたコバール又は、Niメッキされ
たBe-Cu、或いはNiメッキされたＷ製である。またピン2
0は径が0.1〜0.15mm、長さが1.0〜1.5mmである。またピ
ン20は、第４図に示すように、基板12の中央部と外周部
とを除いた部分に、ピッチP1が0.45mm、ピッチP2が0.90
mmで並んでいる。
キャップ13は、例えば、コバール製であり、第７図に示
すように略四角形状の隆起部13aを有する逆皿形状であ
り、周縁に張り出し部13b、隆起部13aの中央に矩形状の
間口13cを有する。開口13cは半導体素子11の外形より一
まわり小さいサイズである。キャップ13は、第１図及び
第５図に示すように、張り出し部13bを基板12上に半田2
1により半田付けされ、隆起部13aのうち開口13cの周囲
部を半導体素子11の上面（裏面11b）の周辺部に半田22
により半田付けされて固定してある。これにより、半導
体素子11は気密封止され、且つ小型にパッケージングさ
れる。キャップ13の半導体素子11の上面への半田し3aは
0.5mである。半導体素子11の周囲の空間23は、例えば窒
素ガス又は水素ガスで満たされている。
このように、本発明のキャップは開口を有していること
で、この開口部分から内の半導体素子の上面が所定の高
さになってキャップに良好に半田付けできるかどうか確
認できるので、半導体素子とキャップの接続状態を良好
に確実に為すことができ、さらに、十分小型化が図れ
る。
ヒートシンク14は，特に第２図及び第７図に示すよう
に、基板12と同サイズであり、厚さが0.8mmの矩形板状
であり、下面に偏平凸部14aを有する。偏平凸部14aは、
上記キャップ13の開口13cに対応する形状を有し、キャ
ップ13の板厚ｔに略対応する寸法ｂ突出している。
このヒートシンク14は、第１図及び第５図に示すよう
に、偏平凸部14aが開口13cと嵌合し、偏平凸部14aの頂
面14bが半導体素子11の裏面11bに半田24より半田付けさ
れて、キャップ13を覆って固定してある。
ヒートシンク14は、Mo,Cu,Al,AlN又はSiC製である。熱
伝導率はMoが136W/m・Ｋ、Cuが394W/m・Ｋ、Alが239W/m
・Ｋ、AlNが150〜200W/m・Ｋ、SiCが170〜270W/m・Ｋで
あり、共にコバールの熱伝導率より高い。AlN又はSiC製
の場合には、上記頂面14bにNi又はAuがメタライズされ
ている。
上記構成の半導体装置10は、ピン20をプリント基板（図
示せず）の対応する導電パターン上に接続し表面実装さ
れる。半導体装置10が実装されたプリント基板は例えば
コンピュータ装置（図示せず）内に組み込まれ、ヒート
シンク14の上面には伝導冷却手段（図示せず）が接触す
る。
コンピュータ装置の動作時に半導体素子11より発生した
熱は、キャップ13を介さずに、直接ヒートシンク14に伝
導し、ヒートシンク14内を伝導し、ヒートシンク14の上
面より上記伝導冷却手段に伝導して、放熱される。即ち
半導体素子11と伝導冷却手段との間には、熱伝導に対し
て抵抗となるキャップ13は介在しないため、半導体素子
11の熱は従来に比べて効率がよく放熱される。
次に上記の半導体装置10の製造方法について、第６図を
参照して説明する。
まず、基板12の製造方法について説明する。
基板12は、グリーンシートにビアホール18を穿設し、ビ
アホール18にMo.W等の金属粉末を充填して、グリーンシ
ートを焼成する。焼成時にビアホール18内の金属粉末は
焼結する。これにより、上記基板12を得る。
次に基板12の下面に導電性の薄膜または厚膜でピン用パ
ッドを設けピン12をロー付け又は半田付けする。
次に、基板12の上面に多層配線層17を形成する。
次に、多層配線層17上に、半導体素子11を実装する。
次に、窒素ガス又は水素ガス雰囲気中で、枠状で厚さが
50〜100μｍの半田プリフォーム25を基板12上に載置
し、半導体素子11の上面に厚さが100〜200μｍの半田プ
リフォーム26を載置し、キャップ13を被せ、ヒートシン
ク14を重ね、300〜330℃に加熱する。
これにより、半田プリフォーム25,26がリフローし、キ
ャップ13及びヒートシンク14が同時に半田付け固定され
る。これと同時に、半導体素子11がキャップ13により気
密封止される。半田プリフォーム25が半田21を形成し、
半田プリフォーム26が半田22,24を形成する。
キャップ13はプレス成形品であり、隆起部13aと張り出
し部13bとの間の高さ寸法ｈは精度が良好である。、ま
た、半導体素子11の上面の高さにばらつきが生じてもキ
ャップ13の開口13cからキャップ13と半田プリフォーム2
6の接触状態を確認し、例えば所望の厚さの半田プリフ
ォーム26を選択できる。このため、キャップ13と基板12
及び半導体素子11との位置関係を高精度に設定でき、キ
ャップ13は、基板12及び半導体素子11に対して良好に半
田付けされる。
ヒートシンク14は、偏平凸部14aが開口13cに嵌合するこ
とにより、容易にしかも精度良く重ね合わされる。
上記の方法によれば、半導体装置10は、簡単な工程で製
造され、量産性に好適である。
尚、本発明の半導体装置では、上記の半導体素子11の代
わりに、ハンダバンプを有するフリップチップを使用し
てもよい。
第８図及び第９図は夫々本発明の第2,第３実施例になる
半導体装置の製造方法により製造された半導体装置30,4
0を示す。半導体装置30,40は、ヒートシンク以外は第１
図の半導体装置10と同一構成であり、第８図及び第９図
中、第１図に示す構成部分と同一部分には同一符号を付
し、その説明は省略する。
第８図の半導体装置30においては、放熱部材としてのフ
ィン31が半導体素子11と直接半田付けされて固定してあ
る。
第９図の半導体装置40においては、放熱部材としてのフ
ィン41が半導体素子11と直接半田付けされて固定してあ
る。
第８図の半導体装置30は、空冷で冷却され、第９図の半
導体装置40は、フロロカーボン等に浸漬されて冷却され
る。
第10図乃至第13図は夫々本発明の第４実施例になる製造
方法になる半導体装置50示す。この半導体50はキャップ
以外は第１図の半導体装置10と同一構成であり、第10図
乃至第13図中、第１図，第２図及び第５図に示す構成部
分と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略す
る。
キャップ51は、第５図中の張り出し部13bの無い構成で
あり、開口51aの周囲部が半導体素子11に半田付けさ
れ、垂立壁51bの下端が基板12上に半田52により半田付
けされている。
この構成の半導体装置50は、張り出し部13bの無い分だ
け、小型となる。
第13図及び第14図は夫々本発明の第５実施例の製造方法
による半導体装置60を示す。この半導体装置60は、基板
61上に、半導体素子11が４個実装された構成である。
キャップ62は、各半導体素子11に対応して開口62aを有
し、各開口62aの周囲部を各半導体素子11に、周囲の張
り出し部62bを基板61に夫々半田付けさており、各半導
体素子11はまとめて気密封止されている。
放熱部材としてのヒートシンク63は、各半導体素子11に
対応して偏平凸部63aを有する。このヒートシンク63
は、各偏平凸部63aが開口62aに嵌合し、半導体素子11に
直接半田付けされて取り付けられている。各半導体素子
11は、ヒートシンク63を介して、前記第１実施例になる
半導体装置10の場合と同様に冷却される。
〔発明の効果〕
本発明によれば、半導体素子上面に第２の半田プリフォ
ームを載置し、この第２の半田プリフォームを形成し、
この第２の半田プリフォームによって、キャップの開口
の周辺の下面と、放熱部材とを半導体素子上面に固定す
る構成であるため、放熱部材と半導体素子とを一の半田
プリフォームで固定し、キャップを放熱部材とを別の半
田プリフォームで固定する場合に比べて、製造工程を簡
素に出来る。また、半田シートから半田プリフォームを
型取りする工程を少なく出来る。
また、製造された半導体装置についてみると、キャップ
により半導体素子を気密封止することが出来ると共に、
半導体素子の熱がキャップを介さずに直接放熱部材に伝
導されるため、放熱効率の向上を図ることが出来る。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の第１実施例になる半導体装置の製造方
法になる半導体装置の断面図、 第２図，第３図，第４図は夫々本発明の第１実施例にな
る半導体装置の製造方法になる半導体装置の正面図，ヒ
ートシンクを一部切截して示す平面図，底面図、 第５図は第１図中左端部を拡大して示す図、 第６図は第１図の半導体装置の分解図、 第７図はキャップとヒートシンクとを対応させて示す斜
視図、 第８図は本発明の第２実施例になる半導体装置の製造方
法になる半導体装置の断面図、 第９図は本発明の第３実施例になる半導体装置の製造方
法になる半導体装置の断面図、 第10図及び第11図は夫々本発明の第４実施例になる半導
体装置の製造方法になる半導体装置の断面図及び正面
図、 第12図は第10図中左端部を拡大して示す図、 第13図は本発明の第５実施例になる半導体装置の製造方
法になる半導体装置の平面図、 第14図は第13図中XIV-XIV線に沿う断面矢視図である。 図において、 10,30,40,50,60は半導体装置、 11は半導体素子、11aは表面、11bは裏面、12,61は基
板、13,51,62はキャップ、13aは隆起部、13bと張り出し
部、13c,51a,62aは開口、14,63はヒートシンク、14a,63
aは偏平凸部、14bは頂面、17は多層配線層、20はピン、
21,22,24,52は半田、23は空間、25,26は半田プリフォー
ム、31,41はフィン、51bは垂立壁である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 茂樹 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−92241（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−225656（ＪＰ，Ａ) 実開 昭50−14360（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板の上面に配線層を形成する工程と、 該配線層上に半導体素子を搭載して該配線層に電気的に
    接続する工程と、 キャップの周縁部に対応した大きさの枠状を有する第１
    の半田プリフォームを上記基板上に載置し、且つ上記半
    導体素子の上面に対応させた第２の半田プリフォームを
    上記半導体素子の上面に載置する工程と、 該半導体素子を覆う隆起部を有する形状であって、前記
    基板と略等しい大きさの周縁部を有し、該隆起部に該半
    導体素子の外形よりも小さく、且つ放熱部材下面の凸部
    に嵌合する形状の開口を有するキャップの該周縁部を、
    上記基板上に載置されている上記第１の半田プリフォー
    ム上に被せると共に、上記キャップの上記開口の周辺の
    下面を、上記半導体素子の上面の該第２の半田プリフォ
    ーム上に被せる工程と、 放熱部材を該キャップの開口に嵌合させて上記半導体素
    子上面の該第２の半田プリフォーム上に載置する工程
    と、 加熱により、上記第１及び第２の半田プリフォームをリ
    フローさせて、該キャップの周縁部を該基板上に、該開
    口の周辺の下面を上記半導体素子の上面に、さらに放熱
    部材を上記半導体素子上面に固定する工程とを有するこ
    とを特徴とする半導体装置の製造方法。
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