(57)【要約】【課題】半導体パッケージにおける放熱能力を向上させることを目的とする。【解決手段】半導体パッケージは、回路形成面である第１面と、当該第１面の裏面となる第２面とを有するデバイスと、前記デバイスの前記第２面及び前記デバイスの側面に接触している放熱層と、前記放熱層を囲むモールド樹脂と、を備え、前記放熱層は、前記デバイスの前記第２面に接触している第３面と、当該第３面の裏面となる第４面とを有し、当該第４面は前記モールド樹脂から露出している。前記放熱層は、前記デバイスが備える前記第２面に接触している第１金属層と、前記デバイスの前記側面に接触している第２金属層を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路形成面である第１面と、当該第１面の裏面となる第２面とを有するデバイスと、
前記デバイスの前記第２面及び前記デバイスの側面に接触している放熱層と、
前記放熱層を囲むモールド樹脂と、を備え、
前記放熱層は、前記デバイスの前記第２面に接触している第３面と、当該第３面の裏面となる第４面とを有し、当該第４面は前記モールド樹脂から露出している半導体パッケージ。
【請求項２】
前記放熱層は、前記デバイスが備える前記第２面に接触している第１金属層と、前記デバイスの前記側面に接触している第２金属層を含む請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項３】
前記第２金属層は、異なる種類の金属によって形成された内層と外層とを含み、
前記第１金属層と前記第２金属層は、接触している請求項２に記載の半導体パッケージ。
【請求項４】
前記第２金属層は、前記デバイスの全周を囲む請求項２または３に記載の半導体パッケージ。
【請求項５】
前記放熱層は、炭素素材によって形成された請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項６】
前記デバイスの前記第１面側に再配線層が設けられた請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体パッケージ。
【請求項７】
プリント基板に実装された半導体パッケージを有する電子装置であって、
前記半導体パッケージは、
回路形成面である第１面と、当該第１面の裏面となる第２面とを有するデバイスと、
前記デバイスの前記第２面及び前記デバイスの側面に接触している放熱層と、
前記放熱層を囲むモールド樹脂と、を備え、
前記放熱層は、前記デバイスの前記第２面に接触している第３面と、当該第３面の裏面となる第４面とを有し、当該第４面は前記モールド樹脂から露出している電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体パッケージ及び電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板に接合された半導体チップを封止する封止層と、この封止層に積層された配線層を備えた半導体装置（半導体パッケージ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された半導体装置に設けられた封止層は、半導体チップの側面に形成された放熱層を含んでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３３２１５５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、デバイスをモールド樹脂により封止して一体化し、パッケージとするＦＯ−ＷＬＰ(Fan-out wafer level package)は、配線の距離を短くすることができるため、いわゆる超高周波領域における使用に有効である。しかしながら、ＦＯ−ＷＬＰは、発熱量が多く、放熱対策を必要とする。特許文献１の半導体装置は、封止層の一部に放熱層を備えているものの、デバイスのさらなる高周波化が進み、発熱量が増すことを想定した場合、放熱能力が不足する可能性があり、改善の余地があった。
【０００５】
１つの側面では、本明細書開示の発明は、半導体パッケージにおける放熱能力を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの態様では、半導体パッケージは、回路形成面である第１面と、当該第１面の裏面となる第２面とを有するデバイスと、前記デバイスの前記第２面及び前記デバイスの側面に接触している放熱層と、前記放熱層を囲むモールド樹脂と、を備え、前記放熱層は、前記デバイスの前記第２面に接触している第３面と、当該第３面の裏面となる第４面とを有し、当該第４面は前記モールド樹脂から露出している。
【０００７】
他の態様では、プリント基板に実装された半導体パッケージを有する電子装置であって、前記半導体パッケージは、回路形成面である第１面と、当該第１面の裏面となる第２面とを有するデバイスと、前記デバイスの前記第２面及び前記デバイスの側面に接触している放熱層と、前記放熱層を囲むモールド樹脂と、を備え、前記放熱層は、前記デバイスの前記第２面に接触している第３面と、当該第３面の裏面となる第４面とを有し、当該第４面は前記モールド樹脂から露出している。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、半導体パッケージにおける放熱能力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は第１実施形態の半導体パッケージの断面図である。
【図２】図２は第１実施形態の電子装置の断面図である。
【図３】図３は第１実施形態の半導体パッケージの製造工程のうち、第１工程から第５工程を示す説明図である。
【図４】図４は第１実施形態の半導体パッケージの製造工程のうち、第６工程及び第７工程を示す説明図である。
【図５】図５は第１実施形態の半導体パッケージの製造工程のうち、第８工程から第１１工程を示す説明図である。
【図６】図６は第１実施形態の半導体パッケージの製造工程のうち、第１２工程から第１５工程を示す説明図である。
【図７】図７は第２金属層の外層を形成する升状体の斜視図である。
【図８】図８は第２実施形態の半導体パッケージの断面図である。
【図９】図９は第３実施形態の半導体パッケージの断面図である。
【図１０】図１０は第４実施形態の半導体パッケージの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては、説明の都合上、実際には存在する構成要素が省略されていたり、寸法が実際よりも誇張されて描かれていたりする場合がある。例えば、図１等に示される各層の厚み等の寸法は実際の比率とは異なっている。
【００１１】
（第１実施形態）
図１を参照すると、第１実施形態の半導体パッケージ１０は、デバイス１１、第１金属層１２、外層１３、内層１７、モールド樹脂２１及び再配線層２９を備えている。第１金属層１２、外層１３及び内層１７は、放熱層を形成している。また、これらの層のうち、外層１３及び内層１７は、第２金属層を形成している。半導体パッケージ１０は、再配線層２９を備えたＦＯ−ＷＬＰである。半導体パッケージは、半導体装置と称されることもある。
【００１２】
デバイス１１は、例えば、ＣＭＯＳ ＬＳＩ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor Large-Scale Integration）、メモリ、パワーアンプ、パワーデバイスである。また、デバイス１１は、ＡＤコンバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）、コンデンサー、インダクター、センサなどであってもよい。本実施形態のデバイス１１は、Ｓｉ（シリコン）デバイスであり、回路形成面である第１面１１ａと、この第１面１１ａの裏面となる第２面１１ｂとを有している。また、デバイス１１は、側面１１ｃを備えている。デバイス１１は、平面視において矩形であり、側面１１ｃは、４つである。なお、デバイス１１は、半導体チップや半導体素子と称されることもある。
【００１３】
第１金属層１２は、第３面１２ａとその裏面となる第４面１２ｂを備えている。第３面１２ａは、デバイス１１の第２面１１ｂと接触している。第１金属層１２は、デバイス１１の側面１１ｃよりも外側の領域まで広がっている。
【００１４】
第２金属層を形成する外層１３及び内層１７は、デバイス１１の側面１１ｃと接触しており、デバイス１１から伝熱される。具体的には、内層１７がデバイス１１の側面１１ｃと接触しており、外層１３は、内層１７を介してデバイス１１の側面１１ｃから伝熱される。外層１３及び内層１７は、デバイス１１の側面１１ｃよりも外側の領域で第１金属層１２と接触している。これにより、第１金属層１２、外層１３及び内層１７の間で伝熱が可能な状態となっている。
【００１５】
第１金属層１２、外層１３及び内層１７は、それぞれ、金属によって形成されている。金属の種類は、適宜選択することができるが、熱伝導率が良好な金属を選択することが望ましい。具体的に、放熱の観点から、熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の金属が好ましい。例えば、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｓｎ（錫）、Ｉｎ（インジウム）、Ｐｄ（パラジウム）から選ばれた単一金属、これらの金属を含む合金は、金属層の素材として選択可能である。第１金属層１２、外層１３及び内層１７は、同種の金属によって形成してもよいし、層毎に異なる金属によって形成してもよい。また、製造工程や、デバイス１１との接着状態を考慮して、ペースト上の金属を焼結させたものであったり、升状体を嵌め込む形式のものであったりしてもよい。本実施形態では、第１金属層１２、外層１３及び内層１７をＣｕ（銅）によって形成している。
【００１６】
なお、本実施形態の放熱層は、第１金属層１２、外層１３及び内層１７によって形成されているが、放熱層は、その素材に拘わらず、デバイス１１の第２面１１ｂ及び側面１１ｃと接触し、デバイス１１の熱を放出することができればよい。また、放熱層は、デバイス１１の第２面１１ｂ及び側面１１ｃと接触していればよいため、その断面形状は、凹型でもよいし、Ｕ型でもよい。
【００１７】
放熱層を形成する第１金属層１２、外層１３及び内層１７は、モールド樹脂２１によって囲まれている。モールド樹脂２１を備えることで、デバイス１１、第１金属層１２、外層１３及び内層１７がパッケージとされている。ここで、第１金属層１２の第４面１２ｂは、モールド樹脂２１から露出している。これにより、放熱層がモールド樹脂２１から露出した状態となるため、放熱が促進され、放熱能力が向上する。
【００１８】
ここで、デバイス１１が発生させる熱の移動について整理する。まず、デバイス１１が作動することで、デバイス１１は発熱する。その熱は、デバイス１１の第２面１１ｂから第１金属層１２へ伝熱される。また、デバイス１１が発生させた熱は、デバイス１１の側面１１ｃから内層１７及び外層１３に伝熱される。内層１７及び外層１３に伝わった熱は、第１金属層１２へ伝熱される。このように、電熱される第１金属層１２は、第４面１２ｂをモールド樹脂２１から露出させているため、効果的に放熱することができる。
【００１９】
再配線層２９は、デバイス１１の第１面１１ａ側に設けられている。再配線層２９内には、デバイス１１が備える電極部と接続された第１配線２５、第１配線２５と接続された第１ランド２６が形成されている。また、再配線層２９内には、第１ランド２６と接続されている第２配線２７が形成されている。そして、再配線層２９の表面には、第２配線２７と接続されている第２ランド２８が形成されている。
【００２０】
このような半導体パッケージ１０は、図２に示すように、半田ボール３１を介してプリント基板３０に実装されることで、電子装置１００を形成する。
【００２１】
ここで、半導体パッケージ１０の温度を比較例と対比しつつ説明する。第１比較例は、第１金属層１２に相当する放熱層のみを有する。第２比較例は、いずれの放熱層をも有していない。本実施形態の半導体パッケージ１０を作動させたときのデバイス１１の温度を測定すると、おおよそ７０℃であるのに対し、第１比較例の半導体パッケージを作動させたときのデバイスの温度は、おおよそ９０℃であった。また、第２比較例の半導体パッケージを作動させたときのデバイスの温度は、おおよそ１１０℃であった。このように、本実施形態の半導体パッケージ１０は、放熱性に優れていることが確認された。
【００２２】
つぎに、図３から図７を参照して、半導体パッケージ１０の製造工程について説明する。まず、第１工程では、図７に示すように銅製の矩形の枠体１３１ａにその底部として銅製の板状の第１金属層１２を接合した升状体１３１を準備し、その中央部にデバイス１１をＡｕＳｎ（金錫）ペーストを用いて貼りつける。枠体１３１ａは、外層１３を形成する。外層１３は、第５面１３ａと、第５面１３ａの裏面となる第６面１３ｂを有する。第１金属層１２は、外層１３の第６面１３ｂに接合されている。升状体１３１の中央部にデバイス１１を配置することで、外層１３とデバイス１１との間には、隙間１４が形成される。
【００２３】
第２工程では、Ｔｉ（チタン）による密着層と、Ｃｕ（銅）によるシード層１５が、それぞれ、スパッタ法によって形成される。なお、図面中、密着層は、省略されている。
【００２４】
第３工程では、スピンコート法によりノボラック型の液状レジストがデバイス１１の第１面１１ａ上と、デバイス１１の周囲に配置されている外層１３の第５面１３ａ上に塗布される。そして、隙間１４に対応させたレクチルを用い、ステッパーで露光して現像することで、隙間１４に対応する部分を打ち抜いたパターンのレジスト１６が形成される。
【００２５】
第４工程では、電気Ｃｕめっきにより隙間１４にめっきを行う。これにより、内層１７が形成される。内層１７は、デバイス１１の高さと同等の高さとなるように形成する。
【００２６】
第５工程では、レジスト１６をＮ−メチル−２−ピロリジノンを用いて剥離した後、レジスト１６の被覆によってめっきされなかった部分のシード層１５を過酸化アンモニウム溶液にて、密着層をフッ素プラズマにて順次エッチングして、再配線層２９と接続形成するデバイス１１の第１面１１ａを露呈させる。ここまでの工程でデバイス１１の第２面１１ｂ及び側面１１ｃに接触する放熱層が形成される。
【００２７】
第６工程では、ＳＵＳ（ステンレス）製の支持基板１８上に熱可塑性の仮接着剤１９を塗布し、この仮接着剤１９を介して、デバイス１１を支持基板１８に貼り付ける。このとき、デバイス１１は、第１面１１ａが支持基板１８と対向するように貼り付けられる。
【００２８】
第７工程では、モールド樹脂２１でデバイス１１、第１金属層１２、外層１３及び内層１７を封止する。具体的に、デバイス１１、第１金属層１２、外層１３及び内層１７の周囲にモールド樹脂２１が供給され、型２０によって成形される。モールド樹脂２１は、シリカフィラーを含むエポキシ樹脂系の電子部品封止材である。
【００２９】
第８工程では、支持基板１８に支持され、成形されたモールド樹脂２１によって封止されたデバイス１１、第１金属層１２、外層１３及び内層１７を８０℃〜１７０℃の温度で加熱し、熱可塑性の仮接着剤１９を反応させる。そして、成形されたモールド樹脂２１によって封止されたデバイス１１、第１金属層１２、外層１３及び内層１７が支持基板１８から剥がされる。
【００３０】
第９工程では、支持基板１８から剥がした構造物、すなわち、モールド樹脂２１によって封止されたデバイス１１、第１金属層１２、外層１３及び内層１７が１８０℃〜２５０℃のオーブンで1時間焼成される。
【００３１】
第１０工程以降の工程では、モールド樹脂２１で封止されたデバイス１１の第１面１１ａ上に再配線層２９が形成される。
【００３２】
第１０工程では、開口部２２ａを備えた絶縁層２２を形成するために、感光性ポリイミド樹脂材がデバイス１１の第１面１１ａ側にスピンコート法によって塗布される。塗布された感光性ポリイミド樹脂材は、１５０℃のホットプレートで仮硬化された後、デバイス１１の第１面１１ａに配置された電極および導電性ビアに重なるように配置されたビアパターンを有するガラスマスクを用いて露光、現像される。露光、現像は、コンタクトアライナーによって行われる。これにより、開口部２２ａが形成される。感光性ポリイミド樹脂材は、窒素雰囲気のオーブンを用いて１８０℃〜２５０℃で１時間かけて加熱され、本硬化させる。
【００３３】
第１１工程では、絶縁層２２上に、Ｔｉ（チタン）による密着層、及び、銅（Ｃｕ）によるシード層２３を順次スパッタ法によって形成する。そして、スピンコート法によりノボラック型の液状レジストを絶縁層２２上に塗布し、開口部２２ａと重なるランドパターン２４ａに対応させたレクチルを用い、ステッパーで露光して現像することで、ランドパターン２４ａに対応する部分を打ち抜いたパターンのレジスト２４を形成する。なお、図面中、密着層は、省略されている。
【００３４】
第１２工程では、電気Ｃｕめっきによりランドパターン２４ａ及び開口部２２ａへめっきする。
【００３５】
第１３工程では、レジスト２４をＮ−メチル−２−ピロリジノンを用いて剥離した後、シード層２３を過硫酸アンモニウム溶液にて、密着層をフッ素プラズマにて順次エッチングして、第１配線２５及び第１ランド２６を形成する。
【００３６】
第１４工程では、第１１工程から第１３工程と同様の工程を繰り返し、第２配線２７及び第２ランド２８を形成する。なお、配線やランドは、必要に応じて適宜増設することができる。
【００３７】
第１５工程では、砥石を用いてモールド樹脂２１をバックグラインドして、第１金属層１２の第４面１２ｂをモールド樹脂２１から露出させる。これにより、実施形態の半導体パッケージ１０が得られる。
【００３８】
半導体パッケージ１０は、図２に示すようにプリント基板３０に実装されることで、電子装置１００を形成する。
【００３９】
本実施形態の半導体パッケージ１０は、第４面１２ｂがモールド樹脂２１から露出している第１金属層１２を介してデバイス１１の第２面１１ｂから放熱される。また、外層１３、内層１７及び第１金属層１２を介してデバイス１１の側面１１ｃから放熱される。このため、半導体パッケージ１０は、放熱効果が高く、超高周波領域において好適に使用することができる。
【００４０】
また、本実施形態の半導体パッケージ１０は、外層１３及び内層１７によってデバイス１１の全周が囲まれているため、この点においても、放熱効果が高い。
【００４１】
さらに、本実施形態の半導体パッケージ１０は、内層１７を備えるため、第２金属層とデバイス１１の側面１１ｃとの密着性が高く、第２金属層への伝熱効果が高いため、この点においても、放熱効果が高い。
【００４２】
（第２実施形態）
つぎに、図８を参照して、第２実施形態の半導体パッケージ４０について説明する。図８は第２実施形態の半導体パッケージ４０の断面図である。
【００４３】
半導体パッケージ４０は、第１実施形態の半導体パッケージ１０が備える内層１７が廃止された形態である。すなわち、外層１３のみで第２金属層を形成している。内層１７を廃止することで、製造工程を簡素化することができる。なお、他の構成は、第１実施形態の半導体パッケージ１０と異なるところがないので、共通する構成要素は、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４４】
（第３実施形態）
つぎに、図９を参照して、第３実施形態の半導体パッケージ５０について説明する。図９は第３実施形態の半導体パッケージ５０の断面図である。
【００４５】
半導体パッケージ５０は、以下の点で第１実施形態の半導体パッケージ１０と異なる。第１実施形態の半導体パッケージ１０がデバイス１１の全周を囲うように外層１３及び内層１７を設けていた。これに対し、第３実施形態の半導体パッケージ５０では、４面あるデバイス１１の側面１１ｃのうち、一部の側面１１ｃに接触する外層１３及び内層１７が設けられている。
【００４６】
半導体パッケージ５０であっても、デバイス１１の側面１１ｃから内層１７、外層１３及び第１金属層１２を通じて放熱することができる。なお、共通する構成要素は、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４７】
（第４実施形態）
つぎに、図１０を参照して、第４実施形態の半導体パッケージ６０について説明する。図１０は第４実施形態の半導体パッケージ６０の断面図である。
【００４８】
半導体パッケージ６０は、以下の点で第１実施形態の半導体パッケージ１０と異なる。第１実施形態の半導体パッケージ１０は、第１金属層１２と、第２金属層を形成する外層１３及び内層１７を備えていた。これに対し、半導体パッケージ６０は、第１金属層１２に代えて第１炭素層５１を備え、外層１３及び内層１７に代えて第２炭素層５２を備えている。第１炭素層５１及び第２炭素層５２は、いずれも炭素素材によって形成されている。炭素素材としては、グラファイトシートやカーボンナノチューブを採用することができる。
【００４９】
第１炭素層５１及び第２炭素層５２は、放熱層に相当し、半導体パッケージ６０の放熱効果を得ることができる。なお、金属層と炭素層を適宜組み合わせて採用してもよい。
【００５０】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１０、４０、５０、６０  半導体パッケージ
１１  デバイス
１１ａ  第１面
１１ｂ  第２面
１２  第１金属層
１２ａ  第３面
１２ｂ  第４面
１３  外層
１３ａ  第５面
１３ｂ  第６面
１７  内層
２１  モールド樹脂
２９  再配線層
３０  プリント基板
５１  第１炭素層
５２  第２炭素層
１００  電子装置
【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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【図６】
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【図７】
2020109801.tif 000009
【図８】
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【図９】
2020109801.tif 000011
【図１０】
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