(57)【要約】【課題】信頼性の高い半導体装置、及び、半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置は、基板と、前記基板の第１面に実装される複数の半導体デバイスと、前記複数の半導体デバイスの前記基板に接続される第１側とは反対の第２側に接続されるヒートスプレッダと、前記基板と前記複数の半導体デバイスとの隙間に設けられるアンダーフィルと、前記ヒートスプレッダと前記アンダーフィルとの間に設けられる熱伝導性樹脂とを含む。【選択図】図３
2020205340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の第１面に実装される複数の半導体デバイスと、
前記複数の半導体デバイスの前記基板に接続される第１側とは反対の第２側に接続されるヒートスプレッダと、
前記基板と前記複数の半導体デバイスとの隙間に設けられるアンダーフィルと、
前記ヒートスプレッダと前記アンダーフィルとの間に設けられる熱伝導性樹脂と
を含む、半導体装置。
【請求項２】
前記熱伝導性樹脂の熱伝導率は、前記アンダーフィルの熱伝導率よりも高い、請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ヒートスプレッダと前記複数の半導体デバイスの前記第２側との間に設けられる熱伝導シートをさらに含み、
前記熱伝導性樹脂は、前記熱伝導シートを介して前記ヒートスプレッダに接続される、又は、前記熱伝導性樹脂は、平面視で前記熱伝導シートが設けられない部分において前記ヒートスプレッダに直接的に接続される、請求項１又は２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記アンダーフィルは、さらに、前記複数の半導体デバイスのうち平面視で最も外側に位置する半導体デバイスの外側の側面を囲むように設けられており、
前記熱伝導性樹脂は、前記ヒートスプレッダと、前記アンダーフィルのうち前記平面視で最も外側に位置する半導体デバイスの外側の側面にある部分との間に設けられる、請求項１乃至３のいずれか一項記載の半導体装置。
【請求項５】
前記ヒートスプレッダは、平面視で前記複数の半導体デバイスよりも外側において前記基板の第１面に向かって設けられ、前記第１面に接続される側壁部をさらに有し、
前記複数の半導体デバイスは、前記基板と前記ヒートスプレッダとによって封止された空間内に配置される、請求項１乃至４のいずれか一項記載の半導体装置。
【請求項６】
前記基板の第２面に設けられるアンテナをさらに含む、請求項１乃至５のいずれか一項記載の半導体装置。
【請求項７】
基板の第１面に複数の半導体デバイスを実装する工程と、
前記基板と前記複数の半導体デバイスとの隙間にアンダーフィルを形成する工程と、
前記アンダーフィルに接続される熱伝導性樹脂を形成する工程と、
前記複数の半導体デバイスの前記基板に接続される第１側とは反対の第２側に接続されるとともに、前記熱伝導性樹脂に接続される、ヒートスプレッダを実装する工程と
を含む、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置、及び、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、上下方向に隣り合う層が絶縁層を介して絶縁された複数の電源層／グランド層／配線層を有する半導体基板と、該半導体基板上に設けられた半導体集積回路装置と、該半導体基板上の、該半導体集積回路装置の周辺に設けられた複数のコンデンサを備える半導体装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２０７９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来の半導体装置は、アンダーフィルとヒートスプレッダとの間が離間しており、アンダーフィルからヒートスプレッダに熱を逃がす構成は特に設けられていない。例えば、動作周波数の上昇等によって半導体集積回路装置のような半導体デバイスの温度が上昇すると、半導体デバイスと基板との接続部において局所的な温度上昇が生じ、線膨張係数の差によって接続部の破断が生じるおそれがある。接続部の破断は、半導体装置の信頼性低下に繋がる。
【０００５】
そこで、信頼性を向上させた半導体装置、及び、半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施の形態の半導体装置は、基板と、前記基板の第１面に実装される複数の半導体デバイスと、前記複数の半導体デバイスの前記基板に接続される第１側とは反対の第２側に接続されるヒートスプレッダと、前記基板と前記複数の半導体デバイスとの隙間に設けられるアンダーフィルと、前記ヒートスプレッダと前記アンダーフィルとの間に設けられる熱伝導性樹脂とを含む。
【発明の効果】
【０００７】
信頼性の高い半導体装置、及び、半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態の半導体装置１００を示す図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面を示す図である。
【図３】半導体装置１００の効果を説明する図である。
【図４】半導体装置１００の製造方法を説明する図である
【図５】実施の形態の変形例の半導体装置１００Ｍ１、１００Ｍ２、１００Ｍ３の断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の半導体装置、及び、半導体装置の製造方法を適用した実施の形態について説明する。
【００１０】
＜実施の形態＞
図１は、実施の形態の半導体装置１００を示す図である。図１の右側には、半導体装置１００の一部（破線で囲む部分）を拡大した拡大図を示す。図２は、図１のＡ−Ａ矢視断面を示す図である。
【００１１】
以下では、ＸＹＺ直交座標系を用いて説明する。説明の便宜上、＋Ｚ方向側を上、−Ｚ方向側を下として説明するが、普遍的な上下関係を表すものではない。また、平面視とはＸＹ平面視を表す。
【００１２】
半導体装置１００は、基板１１０、半導体パッケージ１２０、アンダーフィル１３０、熱伝導性樹脂１４０、ＴＩＭ(Thermal  Interface  Material)１５０、ヒートスプレッダ１６０、及びアンテナ１７０を含む。
【００１３】
ここでは、一例として、５Ｇ(Fifth  Generation)通信で適用が期待されているミリ波帯の高速無線通信に半導体装置１００を用いる形態について説明する。ミリ波帯とは、一例として、約４５０ＭＨｚ〜約６ＧＨｚの周波数帯域、約２５ＧＨｚ〜約５０ＧＨｚの周波数帯、及び、これらに準ずる周波数帯域等である。
【００１４】
ミリ波帯の高速無線通信に半導体装置１００を用いる場合には、基板１１０に複数の半導体パッケージ１２０を高密度に実装し、半導体パッケージ１２０と同じ数のアンテナ１７０が基板１１０の下面に設けられて各半導体パッケージ１２０にアンテナ１７０が１つずつ接続され、各半導体パッケージ１２０が送信信号と受信信号の処理を行う。
【００１５】
このような用途では、各半導体パッケージ１２０はパワーアンプを内蔵するため、半導体パッケージ１２０の発熱量が多くなる。半導体装置１００は、このように発熱量の多い用途に対応できる放熱構造を有する。パワーアンプの部分は、一例として、ＧａＮ−ＨＥＭＴ(Gallium  Nitride  High  Electron  Mobility  Transistor)によって実現される。
【００１６】
また、ミリ波帯の高速無線通信に半導体装置１００を用いる場合に、半導体装置１００にアンテナ１７０を実装すると、ヒートスプレッダ１６０が放射特性に影響を及ぼさないようにレイアウトに工夫が求められる。
【００１７】
以下、放熱構造とアンテナ１７０の良好な放射特性とを両立した半導体装置１００の各部について説明する。
【００１８】
基板１１０は、一例としてＦＲ−４(Flame  Retardant  type  4)規格の配線基板であり、複数の内層を含む。また、基板１１０は、上面１１１と下面１１２を有する。上面１１１は第１面の一例であり、下面１１２は第２面の一例である。
【００１９】
基板１１０の上面１１１に設けられるパッド１１１Ａ（図１の拡大図参照）は、はんだボール１２１を介して半導体パッケージ１２０の下面のパッドに接続されている。以下では、パッド１１１Ａとはんだボール１２１、及び、はんだボール１２１と半導体パッケージ１２０の下面のパッドを、基板１１０と半導体パッケージ１２０との接続部と称す。
【００２０】
半導体パッケージ１２０は、一例として、平面視でＸ方向に８個、Ｙ方向に８個の６４個がマトリクス状に配列されている。このように、基板１１０の上面１１１には６４個の半導体パッケージ１２０が実装されている。
【００２１】
また、基板１１０の下面１１２には、アンテナ１７０が設けられている。アンテナ１７０は、平面視でＸ方向に８個、Ｙ方向に８個の６４個がマトリクス状に配列されている。６４個のアンテナ１７０は、基板１１０の内部の配線を介して、６４個の半導体パッケージ１２０にそれぞれ接続されている。
【００２２】
半導体パッケージ１２０は、一例として、基板に実装した複数の半導体デバイスを封止樹脂等で被覆してパッケージ化した電子部品である。すなわち、半導体パッケージ１２０は、複数の半導体デバイスを含む。ここでは、半導体パッケージ１２０は、一例として、複数の半導体デバイスのうちの１つとしてパワーアンプを含む。
【００２３】
半導体パッケージ１２０は、下面にあるパッドがはんだボール１２１を介して基板１１０の上面１１１のパッド１１１Ａに接続され、さらに基板１１０の内部の配線を介して、基板１１０の下面１１２に設けられたアンテナ１７０に接続されている。
【００２４】
半導体パッケージ１２０の具体例な構成としては、例えば、FOWLP（Fan-Out  Wafer  Level  Package：ファンアウトウェハレベルパッケージ）、WL-CSP（Wafer  Level  Chip  Scale  (or  Size)  Package：ウェハ―レベルチップスケール（サイズ）パッケージ）、FC-BGA（Flip  Chip  Ball  Grid  Array：フリップチップボールグリッドアレイ等を採用することができる。
【００２５】
ここで、半導体デバイスとは、半導体製造技術によって作製され、半導体パッケージ１２０のようにパッケージ化されていないデバイスであり、典型的には、パワーアンプ、ロジックＩＣ、マイクロプロセッサ、メモリ等のＩＣ(Integrated  Circuit：集積回路)である。
【００２６】
ただし、半導体デバイスは、トランジスタ又はダイオードのように単独の機能を持つもの（ディスクリート）であってもよい。このような半導体デバイスは、例えば、半導体製造技術によってシリコン基板に半導体を形成し、個片化したものである。
【００２７】
このように、半導体パッケージ１２０は複数の半導体デバイスを含むので、半導体パッケージ１２０を半導体デバイスとして取り扱ってもよい。このため、半導体パッケージ１２０は、半導体デバイスの一例である。また、半導体パッケージ１２０の下方側は第１側の一例であり、上方側は第２側の一例である。
【００２８】
なお、ここでは半導体装置１００が半導体パッケージ１２０を含む形態について説明するが、半導体装置１００は、少なくともいずれか１つの半導体パッケージ１２０の代わりに、単独の半導体デバイスを含んでもよい。
【００２９】
アンダーフィル１３０は、基板１１０の上面１１１と半導体パッケージ１２０の下面との間に充填される（設けられる）とともに、半導体パッケージ１２０の側面同士の間に設けられている。すなわち、アンダーフィル１３０は、基板１１０と半導体パッケージ１２０との隙間と、半導体パッケージ１２０の側面とに設けられている。アンダーフィル１３０は、基板１１０と半導体パッケージ１２０との接続部（パッド１１１Ａとはんだボール１２１、及び、はんだボール１２１と半導体パッケージ１２０の下面のパッド）を被覆して保護し、応力を緩和させるために設けられている。
【００３０】
アンダーフィル１３０としては、例えば、エポキシ樹脂を主剤としたコンポジットレジンを用いることができる。また、熱膨張による基板１１０と半導体パッケージ１２０の接続部の破損を抑制するために、基板１１０及び半導体パッケージ１２０と近い熱膨張係数を有する材料製であることが好ましい。
【００３１】
熱伝導性樹脂１４０は、図１に示すように平面視で矩形環状に設けられている。熱伝導性樹脂１４０は、図１に示すようにマトリクス状に配列される６４個の半導体パッケージ１２０のうち平面視で最も外側で矩形環状に配置される２８個の半導体パッケージ１２０の外側を囲み、かつ、２８個の半導体パッケージ１２０の側面に位置するアンダーフィル１３０と、ヒートスプレッダ１６０の側壁部１６２の内壁面との間を接続するように設けられている。
【００３２】
熱伝導性樹脂１４０は、半導体パッケージ１２０からアンダーフィル１３０に伝導される熱をヒートスプレッダ１６０に導く（逃がす）ために設けられている。このようにして、基板１１０、半導体パッケージ１２０、及びアンダーフィル１３０の温度上昇を抑えて熱膨張を低減し、基板１１０と半導体パッケージ１２０との接続部（パッド１１１Ａとはんだボール１２１、及び、はんだボール１２１と半導体パッケージ１２０の下面のパッド）の破損を抑制する。
【００３３】
熱伝導性樹脂１４０は、一例として、アンダーフィル１３０よりも高い熱伝導率を有する。半導体パッケージ１２０及びはんだボール１２１が発する熱をアンダーフィル１３０から熱伝導性樹脂１４０を介してヒートスプレッダ１６０に効率的に伝導させることで、基板１１０、半導体パッケージ１２０、及びアンダーフィル１３０の熱膨張を抑制して基板１１０と半導体パッケージ１２０との接続部の破損を抑制し、接続部の信頼性を向上させるためである。
【００３４】
このような観点から、熱伝導性樹脂１４０の熱伝導率は、１Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。熱伝導性樹脂１４０としては、例えば、Ａｇ（銀）ペースト、及び、Ｃｕ（銅）ペーストなどの金属粒子を含有する接着剤を用いることができる。また、熱伝導性樹脂１４０は、このような金属粒子を含むものに限られず、例えば、シリカ又はアルミナのような比較的熱伝導率が高い非金属粒子をフィラーとして含有する接着剤であってもよい。
【００３５】
熱伝導性樹脂１４０は、上述のような接着剤を半導体パッケージ１２０の側面のアンダーフィル１３０とヒートスプレッダ１６０の側壁部１６２の内壁面との間で熱硬化させることで作製される。これにより、半導体パッケージ１２０の側面のアンダーフィル１３０とヒートスプレッダ１６０の側壁部１６２の内壁面とは、熱伝導性樹脂１４０によって接合される。
【００３６】
また、このように熱伝導性樹脂１４０を設ける際に、図２の拡大図に示すように、熱伝導性樹脂１４０が基板１１０の上面１１１に接していることが好ましい。半導体パッケージ１２０から基板１１０に伝導した熱を効率的にヒートスプレッダ１６０に導くためである。このことによっても、アンダーフィル１３０の温度上昇を抑制して基板１１０と半導体パッケージ１２０との接続部の破損を抑制し、接続部の信頼性を向上させることができる。
【００３７】
ＴＩＭ１５０は、熱伝導シートの一例であり、図１に示すように平面視で矩形状のシート部材である。ＴＩＭ１５０は、図２に示すように６４個の半導体パッケージ１２０の上面と、ヒートスプレッダ１６０の基部１６１の下面との間に設けられている。
【００３８】
ＴＩＭ１５０は、半導体パッケージ１２０とヒートスプレッダ１６０との間の界面の熱抵抗を下げ、半導体パッケージ１２０が発する熱を効率的にヒートスプレッダ１６０に誘導するために設けられている。ＴＩＭ１５０としては、例えば、インジウムシートを用いることができるが、その他の金属製又は非金属製のシートであってもよい。ＴＩＭ１５０は、上面及び下面に接着剤が塗布されており、半導体パッケージ１２０とヒートスプレッダ１６０とを接着する。なお、ＴＩＭ１５０は、接着剤が塗布されていなくてもよい。
【００３９】
ヒートスプレッダ１６０は、基部１６１と側壁部１６２とを有する。基部１６１は、平面視でヒートスプレッダ１６０の中央に位置し、６４個の半導体パッケージ１２０の上側に位置する矩形状で平板状の部分である。側壁部１６２は、基部１６１の四方の周囲から下方に延在する壁部であり、下端には平面視で外側に延在する延在部１６２Ａが設けられている。図２に示すように、ＸＺ断面視において、延在部１６２Ａは側壁部１６２の下端で外側に突出している。
【００４０】
ヒートスプレッダ１６０は、側壁部１６２及び延在部１６２Ａの下面と、基板１１０の上面１１１との間をシール剤１６０Ａで封止及び接着することで、基板１１０に対して固定されている。また、この状態で、基部１６１の下面と、６４個の半導体パッケージ１２０の上面との間にＴＩＭ１５０が挟まれ、ＴＩＭ１５０によって基部１６１の下面と半導体パッケージ１２０の上面とが接着される。また、この状態において、６４個の半導体パッケージ１２０は、基板１１０とヒートスプレッダ１６０とによって封止された空間内に収納される。
【００４１】
ヒートスプレッダ１６０の材料は、熱伝導性が高ければ特に限定されないが、高い放熱性を確保するために、熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の金属、このような金属を含む合金、又は、グラファイトのように熱伝導率の高い非金属を用いることができ、さらに、実装時における熱膨張係数の差による応力の発生を抑制するために、基板１１０及び半導体パッケージ１２０の熱膨張係数と近い材料であることが好ましい。
【００４２】
アンテナ１７０は、基板１１０の下面１１２に設けられている。アンテナ１７０は、一例として平面視で矩形状のパッチアンテナである。アンテナ１７０は、ここでは一例として５Ｇ通信用のアンテナであり、基板１１０内の配線を介して各半導体パッケージ１２０に１つずつ接続されるため、全部で６４個のアンテナ１７０がＸ方向及びＹ方向に８個ずつマトリクス状に配列されている。
【００４３】
図３は、半導体装置１００の効果を説明する図である。図３の上側には、半導体装置１００を概略的に示す。図３の上側に示すように、半導体装置１００では、半導体パッケージ１２０の動作に伴って発せられる熱が矢印で示すように、半導体装置１００の平面視における中央から外側に向かって伝わる。このため、６４個の半導体パッケージ１２０のうち最も外側に位置する２８個の半導体パッケージ１２０のあたりに熱が局所的に集中することになる。
【００４４】
半導体装置１００は、基板１１０と半導体パッケージ１２０との接続部の破損を抑制するためにアンダーフィル１３０を含むが、発熱量が多い場合には、基板１１０、半導体パッケージ１２０、及びアンダーフィル１３０の熱膨張による変形等による応力が生じることにより、基板１１０と半導体パッケージ１２０との接続部の破損が生じかねない。
【００４５】
このために、半導体装置１００は、熱が局所的に集中する、６４個の半導体パッケージ１２０のうち最も外側に位置する２８個の半導体パッケージ１２０に着目し、２８個の半導体パッケージ１２０の側面に位置するアンダーフィル１３０と、ヒートスプレッダ１６０の側壁部１６２の内壁面との間を接続する熱伝導性樹脂１４０を設けられている。
【００４６】
熱伝導性樹脂１４０を設けたことにより、局所的に集中した熱は、図３の下側の拡大図に示すように、２８個の半導体パッケージ１２０の側面に位置するアンダーフィル１３０から熱伝導性樹脂１４０を介してヒートスプレッダ１６０に伝導する。
【００４７】
このため、アンダーフィル１３０から熱を効率的にヒートスプレッダ１６０に逃がすことができ、基板１１０、半導体パッケージ１２０、及びアンダーフィル１３０の温度上昇を抑制して変形を抑制し、基板１１０と半導体パッケージ１２０との接続部の破損を抑制することができる。
【００４８】
次に、半導体装置１００の製造方法について説明する。図４は、半導体装置１００の製造方法を説明する図である。
【００４９】
まず、図４（Ａ）に示すように、下面１１２にアンテナ１７０が実装された基板１１０の上面１１１にはんだボール１２１を介して半導体パッケージ１２０を実装し、さらに基板１１０と半導体パッケージ１２０との間にアンダーフィル１３０用の材料（例えばエポキシ樹脂）を充填してから加熱処理で硬化させることにより、アンダーフィル１３０を作製する。
【００５０】
次に、最も外側の半導体パッケージ１２０の接続部及び側面を覆うアンダーフィル１３０の側面に熱伝導性樹脂１４０用の材料（例えばＡｇペースト）を塗布し、半導体パッケージ１２０の上面にＴＩＭ１５０を被せた状態で、シール剤１６０Ａを用いてヒートスプレッダ１６０を基板１１０に固定し、さらに加熱処理で熱伝導性樹脂１４０用の材料を硬化させることにより、熱伝導性樹脂１４０が作製され、図４（Ｂ）に示すように半導体装置１００が完成する。
【００５１】
次に、実施例１〜３の半導体装置１００と、比較例１、２の半導体装置とを作製して、ヒートスプレッダ１６０の上面の温度をシミュレーションで求めた。
【００５２】
実施例１の半導体装置１００では、基板１０の厚さは１．０ｍｍ、平面サイズは２４ｍｍ角、ＦＯＷＬＰによる半導体パッケージ１２０の厚さは１．０ｍｍ、平面サイズは１０ｍｍ角、はんだはんだボール１２１はφ０．５ｍｍ、バンプピッチ（Ｘ方向）は１．５ｍｍ、アンダーフィル１３０の熱伝導率を２．５Ｗ／ｍＫとした。また、熱伝導性樹脂１４０の厚さは１．０ｍｍ、Ｘ方向及びＹ方向の幅は２．０ｍｍ、熱伝導率は５Ｗ／ｍＫ、ＴＩＭ１５０の厚さは０．１ｍｍ、ヒートスプレッダ１６０の平面サイズは２４ｍｍ角とした。
【００５３】
比較例１の半導体装置として、熱伝導性樹脂１４０を含まない半導体装置を作製した。熱伝導性樹脂１４０を含まないこと以外は、半導体装置１００と同様である。
【００５４】
実施例１の半導体装置１００及び比較例１の半導体装置において、６４個の半導体パッケージ１２０のうちの１個だけを動作させて発熱量を１０Ｗとした条件下でシミュレーションで温度を求めた。
【００５５】
実施例１の半導体装置１００のヒートスプレッダ１６０の上面の温度は１４５℃であり、比較例１の半導体装置のヒートスプレッダ１６０の上面の温度は１６０℃であった。このため、実施例１の半導体装置１００のように熱伝導性樹脂１４０を含むことにより、比較例１の半導体装置に比べてヒートスプレッダ１６０の温度が１５℃低下し、熱伝導性樹脂１４０による放熱効果が得られることを確認できた。
【００５６】
ここでは、６４個の半導体パッケージ１２０のうちの１個だけを動作させて発熱量を１０Ｗとした条件下でシミュレーションで温度を求めたが、実際の動作環境では６４個の半導体パッケージ１２０が発熱するため、ヒートスプレッダ１６０の温度はさらに高くなり、実施例１の半導体装置１００と比較例１の半導体装置のヒートスプレッダ１６０の温度差はさらに大きくなると考えられる。
【００５７】
また、実施例２の半導体装置１００は、構造は実施例１と同一であるが、６４個のうちの１個の半導体パッケージ１２０の発熱量を３Ｗにした。
【００５８】
また、比較例２の半導体装置は、比較例１の半導体装置と同一の構造を有するが、６４個のうちの１個の半導体パッケージ１２０の発熱量を３Ｗにした。
【００５９】
実施例２の半導体装置１００のヒートスプレッダ１６０の上面の温度は９５℃であり、比較例２の半導体装置のヒートスプレッダ１６０の上面の温度は１０５℃であった。このため、実施例２の半導体装置１００のように熱伝導性樹脂１４０を含むことにより、比較例２の半導体装置に比べてヒートスプレッダ１６０の温度が１０℃低下し、半導体パッケージ１２０の発熱量が低い場合でも、熱伝導性樹脂１４０による放熱効果が得られることを確認できた。
【００６０】
実施例３の半導体装置１００は、アンダーフィル１３０の熱伝導率を０．６Ｗ／ｍＫに低下させたものである。
【００６１】
６４個のうちの１個の半導体パッケージ１２０の発熱量を３Ｗにした条件下でのヒートスプレッダ１６０の上面の温度は１００℃であり、比較例２の半導体装置よりも５℃温度が低かった。これにより、熱伝導性樹脂１４０を含むことによって半導体装置１００は、放熱効果が改善されることを確認できた。
【００６２】
以上のように、実施の形態によれば、アンダーフィル１３０とヒートスプレッダ１６０との間に熱伝導性樹脂１４０を設けることにより、半導体パッケージ１２０からアンダーフィル１３０に伝わった熱を効率的にヒートスプレッダ１６０に伝導させることができる。この結果、伝導した熱はヒートスプレッダ１６０から大気中に放出される。
【００６３】
このため、基板１１０、半導体パッケージ１２０、及びアンダーフィル１３０の温度上昇を抑え、基板１１０、半導体パッケージ１２０、及びアンダーフィル１３０の熱膨張係数の差によって基板１１０と半導体パッケージ１２０の接合部の破損が生じることを抑制できる。
【００６４】
したがって、信頼性を向上させた半導体装置１００、及び、半導体装置１００の製造方法を提供することができる。
【００６５】
また、熱伝導性樹脂１４０の下端は基板１１０の表面にも接しているので、基板１１０からヒートスプレッダ１６０への熱の誘導を補助することができ、基板１１０、半導体パッケージ１２０、及びアンダーフィル１３０の熱膨張係数の差によって基板１１０と半導体パッケージ１２０の接合部の破損が生じることを抑制できる。
【００６６】
ここで、基板１１０の下面１１２にはアンテナ１７０が設けられるため、基板１１０の下側にヒートスプレッダ１６０を配置することはできない。ヒートスプレッダ１６０がアンテナ１７０の放射特性に影響を及ぼすからである。
【００６７】
このため、ヒートスプレッダ１６０は、基板１１０の上側に設けられる。このような構造上の制約の下で、アンダーフィル１３０とヒートスプレッダ１６０との間に熱伝導性樹脂１４０を設けることにより、半導体パッケージ１２０からアンダーフィル１３０に伝わった熱を効率的にヒートスプレッダ１６０に伝導させることができ、半導体装置１００の信頼性を向上させることができる。
【００６８】
また、換言すれば、熱伝導性樹脂１４０を設けることによって、基板１１０の上側に設けたヒートスプレッダ１６０にアンダーフィル１３０から熱を伝導させることができるので、基板１１０の下面１１２にアンテナ１７０を実装する構成を実現することができる。
【００６９】
また、熱伝導性樹脂１４０は、アンダーフィル１３０のうち平面視で最も外側に位置する半導体パッケージ１２０の外側の側面にある部分と、ヒートスプレッダ１６０との間に設けられる。平面視で最も外側に位置する半導体パッケージ１２０は、平面視で最も熱が集中する部分である。そして、平面視で最も外側に位置する半導体パッケージ１２０の最外側面に接するアンダーフィル１３０とヒートスプレッダ１６０との間で熱伝導性樹脂１４０が熱を受け渡すので、放熱効率が良好になり、基板１１０と半導体パッケージ１２０の接続部の破損が抑制され、半導体装置１００の信頼性を向上させることができる。
【００７０】
また、ヒートスプレッダ１６０は、平面視で６４個の半導体パッケージ１２０よりも外側において基板１１０の上面１１１に向かって設けられて上面１１１に接続される側壁部１６２を有する。このような構成により、基板１１０からヒートスプレッダ１６０に直接的に熱が伝導し、また、６４個の半導体パッケージ１２０は、基板１１０とヒートスプレッダ１６０とによって封止された空間内に配置されることになる。
【００７１】
このため、ヒートスプレッダ１６０による放熱効率が良好になるとともに、半導体パッケージ１２０を封止された空間内に配置することができ、信頼性の高い半導体装置１００を提供することができる。
【００７２】
なお、以上では、熱伝導性樹脂１４０が、アンダーフィル１３０のうち平面視で最も外側に位置する半導体パッケージ１２０の外側の側面にある部分と、ヒートスプレッダ１６０との間に設けられる形態について説明した。この位置に熱が最も集中するからである。
【００７３】
しかしながら、熱伝導性樹脂１４０の位置は、平面視でもっと内側であってもよい。アンダーフィル１３０は、６４個の半導体パッケージ１２０同士の間に存在するため、アンダーフィル１３０のいずれかの部位とヒートスプレッダ１６０とを熱伝導性樹脂１４０で接続すれば、アンダーフィル１３０の熱を効率的にヒートスプレッダ１６０に伝導させることができるからである。
【００７４】
また、熱伝導性樹脂１４０は、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように変形することができる。図５は、実施の形態の変形例の半導体装置１００Ｍ１、１００Ｍ２、１００Ｍ３の断面を示す図である。図５（Ａ）〜（Ｃ）には、図２の拡大図に対応する断面構造を示す。ここでは実施の形態の半導体装置１００との相違点を中心に説明する。
【００７５】
図５（Ａ）に示す半導体装置１００Ｍ１は、基板１１０、半導体パッケージ１２０、アンダーフィル１３０、熱伝導性樹脂１４０Ｍ１、ＴＩＭ１５０、ヒートスプレッダ１６０Ｍ１、及びアンテナ１７０を含む。
【００７６】
半導体装置１００Ｍ１では、ヒートスプレッダ１６０Ｍ１は、側壁部１６２（図２参照）を有さず、図２の基部１６１に相当する部分を有する平板状の部材である。また、熱伝導性樹脂１４０Ｍ１は、ＴＩＭ１５０の下面に接するまで上方に延在している。このような半導体装置１００Ｍ１は、図１及び図２に示す半導体装置１００と同様に製造することができる。
【００７７】
半導体装置１００Ｍ１では、アンダーフィル１３０は、熱伝導性樹脂１４０Ｍ１及びＴＩＭ１５０を介してヒートスプレッダ１６０Ｍ１に接続されている。熱伝導性樹脂１４０Ｍ１は、このような構成でヒートスプレッダ１６０Ｍ１とアンダーフィル１３０との間に設けられている。
【００７８】
半導体パッケージ１２０からアンダーフィル１３０に伝導する熱は、熱伝導性樹脂１４０Ｍ１及びＴＩＭ１５０を介してヒートスプレッダ１６０Ｍ１に逃がされる。このため、基板１１０、半導体パッケージ１２０、及びアンダーフィル１３０の温度上昇を抑え、基板１１０、半導体パッケージ１２０、及びアンダーフィル１３０の熱膨張係数の差によって基板１１０と半導体パッケージ１２０の接合部の破損が生じることを抑制できる。
【００７９】
したがって、信頼性を向上させた半導体装置１００Ｍ１、及び、半導体装置１００Ｍ１の製造方法を提供することができる。
【００８０】
図５（Ｂ）に示す半導体装置１００Ｍ２は、基板１１０、半導体パッケージ１２０、アンダーフィル１３０、熱伝導性樹脂１４０Ｍ２、ＴＩＭ１５０Ｍ２、ヒートスプレッダ１６０Ｍ１、及びアンテナ１７０を含む。
【００８１】
半導体装置１００Ｍ２では、ＴＩＭ１５０Ｍ２は、平面視で６４個の半導体パッケージ１２０の真上に位置するサイズであり、Ｘ方向及びＹ方向において平面視で６４個の半導体パッケージ１２０よりも外側には延在していない。
【００８２】
また、熱伝導性樹脂１４０Ｍ２は、ヒートスプレッダ１６０Ｍ１の下面に接するまで上方に延在している。すなわち、熱伝導性樹脂１４０Ｍ２は、平面視でＴＩＭ１５０が設けられない部分においてヒートスプレッダ１６０Ｍ１に直接的に接続される。このような半導体装置１００Ｍ２は、図１及び図２に示す半導体装置１００と同様に製造することができる。
【００８３】
半導体装置１００Ｍ２では、アンダーフィル１３０は、熱伝導性樹脂１４０Ｍ２を介してヒートスプレッダ１６０Ｍ１に接続されている。熱伝導性樹脂１４０Ｍ２は、このような構成でヒートスプレッダ１６０Ｍ１とアンダーフィル１３０との間に設けられている。
【００８４】
半導体パッケージ１２０からアンダーフィル１３０に伝導する熱は、熱伝導性樹脂１４０Ｍ２を介してヒートスプレッダ１６０Ｍ１に逃がされる。このため、基板１１０、半導体パッケージ１２０、及びアンダーフィル１３０の温度上昇を抑え、基板１１０、半導体パッケージ１２０、及びアンダーフィル１３０の熱膨張係数の差によって基板１１０と半導体パッケージ１２０の接合部の破損が生じることを抑制できる。
【００８５】
したがって、信頼性を向上させた半導体装置１００Ｍ２、及び、半導体装置１００Ｍ２の製造方法を提供することができる。
【００８６】
図５（Ｃ）に示す半導体装置１００Ｍ３は、基板１１０、半導体パッケージ１２０、アンダーフィル１３０、熱伝導性樹脂１４０Ｍ３、ＴＩＭ１５０Ｍ２、ヒートスプレッダ１６０Ｍ１、及びアンテナ１７０を含む。
【００８７】
半導体装置１００Ｍ３では、熱伝導性樹脂１４０Ｍ３は、基板１１０の上面１１１には接しておらず、離間している。熱伝導性樹脂１４０Ｍ３は、基板１１０の上面１１１から上方にオフセットした位置からヒートスプレッダ１６０Ｍ１の下面に接するまで上方に延在している。このような半導体装置１００Ｍ３は、図１及び図２に示す半導体装置１００と同様に製造することができる。
【００８８】
半導体装置１００Ｍ３では、アンダーフィル１３０は、熱伝導性樹脂１４０Ｍ３を介してヒートスプレッダ１６０Ｍ１に接続されている。熱伝導性樹脂１４０Ｍ３は、このような構成でヒートスプレッダ１６０Ｍ１とアンダーフィル１３０との間に設けられている。
【００８９】
半導体パッケージ１２０からアンダーフィル１３０に伝導する熱は、熱伝導性樹脂１４０Ｍ３を介してヒートスプレッダ１６０Ｍ１に逃がされる。このため、基板１１０、半導体パッケージ１２０、及びアンダーフィル１３０の温度上昇を抑え、基板１１０、半導体パッケージ１２０、及びアンダーフィル１３０の熱膨張係数の差によって基板１１０と半導体パッケージ１２０の接合部の破損が生じることを抑制できる。
【００９０】
したがって、信頼性を向上させた半導体装置１００Ｍ３、及び、半導体装置１００Ｍ３の製造方法を提供することができる。
【００９１】
以上、本発明の例示的な実施の形態の半導体装置、及び、半導体装置の製造方法について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【００９２】
以上の実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
基板と、
前記基板の第１面に実装される複数の半導体デバイスと、
前記複数の半導体デバイスの前記基板に接続される第１側とは反対の第２側に接続されるヒートスプレッダと、
前記基板と前記複数の半導体デバイスとの隙間に設けられるアンダーフィルと、
前記ヒートスプレッダと前記アンダーフィルとの間に設けられる熱伝導性樹脂と
を含む、半導体装置。
（付記２）
前記熱伝導性樹脂の熱伝導率は、前記アンダーフィルの熱伝導率よりも高い、付記１記載の半導体装置。
（付記３）
前記ヒートスプレッダと前記複数の半導体デバイスの前記第２側との間に設けられる熱伝導シートをさらに含み、
前記熱伝導性樹脂は、前記熱伝導シートを介して前記ヒートスプレッダに接続される、又は、前記熱伝導性樹脂は、平面視で前記熱伝導シートが設けられない部分において前記ヒートスプレッダに直接的に接続される、付記１又は２記載の半導体装置。
（付記４）
前記アンダーフィルは、さらに、前記複数の半導体デバイスのうち平面視で最も外側に位置する半導体デバイスの外側の側面を囲むように設けられており、
前記熱伝導性樹脂は、前記ヒートスプレッダと、前記アンダーフィルのうち前記平面視で最も外側に位置する半導体デバイスの外側の側面にある部分との間に設けられる、付記１乃至３のいずれか一項記載の半導体装置。
（付記５）
前記ヒートスプレッダは、平面視で前記複数の半導体デバイスよりも外側において前記基板の第１面に向かって設けられ、前記第１面に接続される側壁部をさらに有し、
前記複数の半導体デバイスは、前記基板と前記ヒートスプレッダとによって封止された空間内に配置される、付記１乃至４のいずれか一項記載の半導体装置。
（付記６）
前記基板の第２面に設けられるアンテナをさらに含む、付記１乃至５のいずれか一項記載の半導体装置。
（付記７）
半導体デバイスは、複数のデバイスを含むパッケージ型の半導体デバイスである、付記１乃至６のいずれか一項記載の半導体装置。
（付記８）
前記半導体デバイスは、はんだボールを介して前記基板の配線に接続される、付記１乃至６のいずれか一項記載の半導体装置。
（付記９）
前記熱伝導性樹脂は、前記基板の第１面に接続されている、付記１乃至８のいずれか一項記載の半導体装置。
（付記１０）
前記熱伝導性樹脂と、前記基板の第１面との間は離間している、付記１乃至９のいずれか一項記載の半導体装置。
（付記１１）
基板の第１面に複数の半導体デバイスを実装する工程と、
前記基板と前記複数の半導体デバイスとの隙間にアンダーフィルを形成する工程と、
前記アンダーフィルに接続される熱伝導性樹脂を形成する工程と、
前記複数の半導体デバイスの前記基板に接続される第１側とは反対の第２側に接続されるとともに、前記熱伝導性樹脂に接続される、ヒートスプレッダを実装する工程と
を含む、半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００９３】
１００  半導体装置
１１０  基板
１１１  上面
１１２  下面
１２０  半導体パッケージ
１２１  はんだボール
１３０  アンダーフィル
１４０  熱伝導性樹脂
１５０  ＴＩＭ
１６０  ヒートスプレッダ
１７０  アンテナ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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