(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が絶縁性樹脂で一体に封止され、その裏面に、前記半導体素子のボンディング電極と電気的に接続されたパッドと前記半導体素子の裏面が露出した半導体装置であり、
前記半導体素子の露出部に、前記パッドの裏面よりも突出するように金属板が設けられ、
前記パッドの裏面よりも前記絶縁性樹脂の裏面が突出することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記パッドの裏面と前記半導体素子の裏面は、実質同一平面に配置されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体素子は、絶縁性樹脂で固着されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記半導体素子の裏面と前記金属板は、絶縁材料または導電材料で固着されることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記パッドの側面と前記パッドの側面から延在される前記絶縁性樹脂の裏面は、同一曲面を描くことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
導電パターンが設けられた第１の支持部材と、前記導電パターンと電気的に接続される半導体素子が絶縁性樹脂で一体に封止され、その裏面に、前記半導体素子のボンディング電極と電気的に接続されたパッドと前記半導体素子の裏面が露出した半導体装置とを有する半導体モジュールであり、
前記第１の支持部材の上に設けられた導電パターンと前記パッドが電気的に接続され、
前記半導体素子に対応する前記第１の支持部材には、開口部が設けられ、前記開口部には、前記半導体素子の裏面と固着された金属板が設けられ、
前記半導体装置の前記パッドの裏面よりも前記絶縁性樹脂の裏面が突出することを特徴とする半導体モジュール。
【請求項７】
前記第１の支持部材の裏面には、前記金属板が固着された第２の支持部材が貼着されることを特徴とする請求項６に記載の半導体モジュール。
【請求項８】
前記金属板に対応する前記第２の支持部材には、導電材料から成る固着板が設けられ、前記固着板と前記金属板が熱的に結合されることを特徴とする請求項７に記載の半導体モジュール。
【請求項９】
前記金属板は、Ｃｕを主材料とし、前記第２の支持部材は、Ａｌを主材料とし、前記固着板は、前記第２の支持部材に形成されたＣｕを主材料とするメッキ膜から成ることを特徴とする請求項８に記載の半導体モジュール。
【請求項１０】
前記パッドの側面と前記パッドの側面から延在される前記絶縁性樹脂の裏面は、同一曲面を描くことを特徴とする請求項６に記載の半導体モジュール。
【請求項１１】
前記半導体素子は、ハードディスクの読み書き増幅用ＩＣであることを特徴とする請求項６に記載の半導体モジュール。
【請求項１２】
半導体素子が絶縁性樹脂で一体に封止され、その裏面に、前記半導体素子のボンディング電極と電気的に接続されたパッドと、前記パッドと一体の配線を介して延在された外部接続電極と、前記半導体素子の裏面が露出した半導体装置であり、
前記半導体素子の裏面に、前記外部接続電極の裏面よりも突出するように金属板が設けられ、
前記パッドの裏面よりも前記絶縁性樹脂の裏面が突出することを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】
前記外部接続電極の裏面と前記半導体素子の裏面は、実質同一平面に配置されることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記半導体素子の裏面と前記金属板は、絶縁材料または導電材料で固着されることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記外部接続電極の側面と前記外部接続電極の側面から延在される前記絶縁性樹脂の裏面は、同一曲面を描くことを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１６】
導電パターンが設けられた第１の支持部材と、前記導電パターンと電気的に接続される半導体素子が絶縁性樹脂で一体に封止され、その裏面に、前記半導体素子のボンディング電極と電気的に接続されたパッドと、前記パッドと一体の配線を介して設けられた外部接続電極と、前記半導体素子の裏面が露出した半導体装置とを有する半導体モジュールであり、
前記第１の支持部材の上に設けられた導電パターンと前記外部接続電極が電気的に接続され、
前記半導体素子に対応する前記第１の支持部材には、開口部が設けられ、
前記開口部には、前記半導体素子の裏面と固着された金属板が設けられ、
前記半導体装置の前記パッドの裏面よりも前記絶縁性樹脂の裏面が突出することを特徴とする半導体モジュール。
【請求項１７】
前記第１の支持部材の裏面には、前記金属板が固着された第２の支持部材が貼着されることを特徴とする請求項１６に記載の半導体モジュール。
【請求項１８】
前記外部接続電極と前記金属板は、同一材料で一体で形成されることを特徴とする請求項１６に記載の半導体モジュール。
【請求項１９】
前記金属板に対応する前記第２の支持部材には、導電材料から成る固着板が設けられ、前記固着板と前記金属板が熱的に結合されることを特徴とする請求項１７に記載の半導体モジュール。
【請求項２０】
前記金属板は、Ｃｕを主材料とし、前記第２の支持部材は、Ａｌを主材料とし、前記固着板は、前記第２の支持部材に形成されたＣｕを主材料とするメッキ膜から成ることを特徴とする請求項１９に記載の半導体モジュール。
【請求項２１】
前記外部接続電極の側面と前記前記外部接続電極から延在された絶縁性接着手段の裏面は、同一曲面を描くことを特徴とする請求項１６に記載の半導体モジュール。
【請求項２２】
前記半導体素子は、ハードディスクの読み書き増幅用ＩＣであることを特徴とする請求項１６に記載の半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置および半導体モジュールに関し、特に半導体素子からの熱を良好に放出できる構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置は携帯機器や小型・高密度実装機器への採用が進み、軽薄短小でしかも放熱性が求められている。しかも半導体装置は、色々な基板に実装され、この基板も含めた半導体モジュールとして、色々な機器に実装されている。基板は、セラミック基板、プリント基板、フレキシブルシート、金属基板またはガラス基板等が考えられ、ここではフレキシブルシートに実装された半導体モジュールとして以下にその一例を述べる。
【０００３】
図１４に、フレキシブルシートを使った半導体モジュールがハードディスク１００に実装されたものを示した。このハードディスク１００は、例えば、日経エレクトロニクス  １９９７年６月１６日（Ｎｏ．６９１）Ｐ９２〜に詳しく述べられている。
【０００４】
このハードディスク１００は、金属から成る箱体１０１に実装されて成り、複数枚の記録ディスク１０２がスピンドルモータ１０３に一体で取り付けられ、それぞれの記録ディスク１０２の表面には、磁気ヘッド１０４がほんの隙間を介して配置されている。この磁気ヘッド１０４は、アーム１０５の先に固定されたサスペンション１０６の先端に取り付けられている。そして磁気ヘッド１０４、サスペンション１０６、アーム１０５が一体となり、この一体物が、アクチュエータ１０７に取り付けられている。
【０００５】
記録ディスク１０２は、この磁気ヘッド１０４を介して書き込み、読み出しを行うため、読み書き増幅用ＩＣ１０８と電気的に接続される必要がある。そのため、フレキシブルシート１０９にこの読み書き増幅用ＩＣ１０８が実装された半導体モジュール１１０が用いられ、フレキシブルシート１１０の上に設けられた配線が最終的には、磁気ヘッド１０４と電気的に接続される。この半導体モジュール１１０は、フレキシブル・サーキット・アッセンブリと呼ばれ、一般にＦＣＡと略称される。
【０００６】
そして箱体１０１の裏面には、半導体モジュール１１０に取り付けられたコネクタ１１１が顔を出し、このコネクタ（オス型またはメス型）１１１とメインボード１１２に取り付けられたコネクタ（メス型またはオス型）が接続される。またこのメインボード１１２には、配線が設けられ、スピンドルモータ１０３の駆動用ＩＣ、バッファーメモリ、その他駆動のためのＩＣ、例えばＡＳＩＣ等が実装されている。
【０００７】
例えば、記録ディスク１０２は、スピンドルモータ１０３を介して４５００ｒｐｍで回転し、磁気ヘッド１０４は、アクチュエータ１０７により、その位置が決定される。この回転機構は、箱体１０１に設けられる蓋体で密閉されるため、どうしても熱がこもり、読み書き増幅用ＩＣ１０８が温度上昇する。それ故、読み書き増幅用ＩＣ１０８は、アクチュエータ１０７、箱体１０１等の熱放散が優れた部分に取り付けられる。
【０００８】
前述したＦＣＡを更に説明するため、その構造を図１５に示す。図１５Ａがその平面図であり、図１５Ｂは断面図であり、先端に設けられた読み書き増幅用ＩＣ１０８の部分をＡ−Ａ線で切ったものである。このＦＣＡ１１０は、折り曲げられて箱体１０１内の一部に取り付けられるため、折り曲げ加工しやすい平面形状を形取った第１のフレキシブルシート１０９が採用される。
【０００９】
このＦＣＡ１１０の左端には、コネクタ１１１が取り付けられ、第１の接続部となる。このコネクタ１１１と電気的に接続された第１の配線１２１が、第１のフレキシブルシート１０９上に貼り合わされ右端まで延在されている。そして前記第１の配線１２１が、読み書き増幅用ＩＣ１０８と電気的に接続される。また、磁気ヘッド１０４と接続される増幅用ＩＣ１０８のリード１２２は、第２の配線１２３と接続され、この第２の配線１２３は、アーム１０５、サスペンション１０６の上設けられた第２のフレキシブルシート１２４上の第３の配線１２６と電気的に接続される。つまり第１のフレキシブルシート１０９の右端は、第２の接続部１２７と成り、ここで第２のフレキシブルシート１２４と接続される。尚、第１のフレキシブルシート１０９と第２のフレキシブルシート１２４は、一体で設けられても良い。この場合、第２の配線１２３と第３の配線１２６は、一体で設けられる。
【００１０】
また読み書き増幅用ＩＣ１０８が設けられる第１のフレキシブルシート１０９の裏面には、支持部材１２８が設けられる。この支持部材１２８は、セラミック基板、Ａｌ基板が用いられる。この支持部材１２８を介して、箱体１０１内部に露出する金属と熱的に結合され、読み書き増幅用ＩＣ１０８の熱が外部に放出される。
【００１１】
続いて図１５Ｂを参照して、読み書き増幅用ＩＣ１０８と第１のフレキシブルシート１０９の接続構造を説明する。
【００１２】
このフレキシブルシート１０９は、下層から第１のポリイミドシート１３０（以下第１のＰＩシートと呼ぶ。）、第１の接着層１３１、導電パターン１３２、第２の接着層１３３および第２のポリイミドシート１３４（以下第２のＰＩシートと呼ぶ）が積層され、第１、第２のＰＩシート１３０、１３４に導電パターン１３２がサンドウィッチされている。
【００１３】
また読み書き増幅用ＩＣ１０８が接続されるために、所望の箇所の第２のＰＩシート１３４と第２の接着層１３３が取り除かれ、開口部１３５が形成され、そこには導電パターン１３２が露出される。そして図に示すように、リード１２２を介して読み書き増幅用ＩＣ１０８が電気的に接続される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
図１５Ｂに於いて、絶縁性樹脂１３６でパッケージされた半導体装置は、矢印で示した放熱経路で外部に放出され、他は、絶縁性樹脂１３６が熱抵抗となり、読み書き増幅用ＩＣ１０８から発生する熱を効率良く外部に放出できない問題があった。
【００１５】
更にハードディスクで説明する。このハードディスクの読み書き転送レートは、５００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ、更にはそれ以上の周波数が求められ、読み書き増幅用ＩＣ１０８の読み書きスピードを高速にしなければならない。そのためには、読み書き増幅用ＩＣ１０８と接続されるフレキシブルシート上の配線の経路を短くし、読み書き増幅用ＩＣ１０８の温度上昇を防止しなければならない。
【００１６】
特に記録ディスク１０２が高速で回転し、しかも箱体１０１と蓋体で密閉された空間となるため、内部は、７０度〜８０度程度に温度が上昇する。一方、一般のＩＣの動作許容温度は、約１２５度であり、読み書き増幅用ＩＣ１２５は、内部温度８０度から約４５度の温度上昇が許される。しかし図に示すように、半導体装置自身の熱抵抗、ＦＣＡの熱抵抗が大きいと、読み書き増幅用ＩＣ１０８は、すぐに動作許容温度を超えてしまい、本来の能力を出し切れない。そのため、放熱性の優れた半導体装置、ＦＣＡが求められている。
【００１７】
しかも動作周波数が、今後更に高まるため、読み書き増幅用ＩＣ１０８自身も、演算処理により発生する熱で、温度上昇してしまう問題があった。常温では、目的の動作周波数を実現できるにもかかわらず、ハードディスクの内部では、その温度上昇のために、動作周波数を低下させなければならなかった。
【００１８】
以上、今後の動作周波数の増加に伴い、半導体装置、半導体モジュール（ＦＣＡ）は、より放熱性が求められていた。
【００１９】
一方、アクチュエータ１０７自身、またこれに取り付けられるアーム１０５、サスペンション１０６および磁気ヘッド１０４は、慣性モーメントを少なくするために、出来るだけ軽くしなければならない。特に、図１４に示すように、読み書き増幅用ＩＣ１０８をアクチュエータ１０７の表面に実装される場合、このＩＣ１０８の軽量化、ＦＣＡ１１０の軽量化も求められていた。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述した課題に鑑みて成され、第１に、半導体素子が絶縁性樹脂で一体に封止され、その裏面に、前記半導体素子のボンディング電極と電気的に接続されたパッドと前記半導体素子の裏面が露出した半導体装置であり、
前記半導体素子の露出部に、前記パッドの裏面よりも突出するように金属板が設けられることで解決するものである。
【００２１】
この突出された金属板が、第１の支持部材であるフレキシブルシート裏面と面位置に成るため、第２の支持部材である放熱板に金属板が接着または当接できる構造となる。よって、半導体素子の熱を放熱板に伝えることができる。
【００２２】
第２に、前記パッドの裏面と前記半導体素子の裏面は、実質同一平面に配置されることで解決するものである。
【００２３】
第３に、前記半導体素子は、絶縁性樹脂で固着されることで解決するものである。
【００２４】
第４に、前記半導体素子の裏面と前記金属板は、絶縁材料または導電材料で固着されることで解決するものである。
【００２５】
第５に、前記パッドの裏面よりも前記絶縁性樹脂の裏面が突出することで解決するものである。
【００２６】
第６に、前記パッドの側面と前記パッドの側面から延在される前記絶縁性樹脂の裏面は、同一曲面を描くことで解決するものである。
【００２７】
第７に、導電パターンが設けられた第１の支持部材と、
前記導電パターンと電気的に接続される半導体素子が絶縁性樹脂で一体に封止され、その裏面に、前記半導体素子のボンディング電極と電気的に接続されたパッドと前記半導体素子の裏面が露出した半導体装置とを有する半導体モジュールであり、
前記第１の支持部材の上に設けられた導電パターンと前記パッドが電気的に接続され、前記半導体素子に対応する前記第１の支持部材には、開口部が設けられ、前記開口部には、前記半導体素子の裏面と固着された金属板が設けられることで解決するものである。
【００２８】
第８に、前記第１の支持部材の裏面には、前記金属板が固着された第２の支持部材が貼着されることで解決するものである。
【００２９】
第９に、前記金属板に対応する前記第２の支持部材には、導電材料から成る固着板が設けられ、前記固着板と前記金属板が熱的に結合されることで解決するものである。
【００３０】
第１０に、前記金属板は、Ｃｕを主材料とし、前記第２の支持部材は、Ａｌを主材料とし、前記固着板は、前記第２の支持部材に形成されたＣｕを主材料とするメッキ膜から成ることで解決するものである。
【００３１】
第１１に、前記パッドの裏面よりも前記絶縁性樹脂の裏面が突出することで解決するものである。
【００３２】
第１２に、前記パッドの側面と前記パッドの側面から延在される前記絶縁性樹脂の裏面は、同一曲面を描くことで解決するものである。
【００３３】
第１３に、前記半導体素子は、ハードディスクの読み書き増幅用ＩＣであることで解決するものである。
【００３４】
第１４に、半導体素子が絶縁性樹脂で一体に封止され、その裏面に、前記半導体素子のボンディング電極と電気的に接続されたパッドと、前記パッドと一体の配線を介して延在された外部接続電極と、前記半導体素子の裏面が露出した半導体装置であり、
前記半導体素子の裏面に、前記外部接続電極の裏面よりも突出するように金属板が設けられることで解決するものである。
【００３５】
第１５に、前記外部接続電極の裏面と前記半導体素子の裏面は、実質同一平面に配置されることで解決するものである。
【００３６】
第１６に、前記半導体素子の裏面と前記金属板は、絶縁材料または導電材料で固着されることで解決するものである。
【００３７】
第１７に、前記外部接続電極の裏面よりも前記絶縁性樹脂の裏面が突出することで解決するものである。
【００３８】
第１８に、前記外部接続電極の側面と前記外部接続電極の側面から延在される前記絶縁性樹脂の裏面は、同一曲面を描くことで解決するものである。
【００３９】
第１９に、導電パターンが設けられた第１の支持部材と、
前記導電パターンと電気的に接続される半導体素子が絶縁性樹脂で一体に封止され、その裏面に、前記半導体素子のボンディング電極と電気的に接続されたパッドと、前記パッドと一体の配線を介して設けられた外部接続電極と、前記半導体素子の裏面が露出した半導体装置とを有する半導体モジュールであり、
前記第１の支持部材の上に設けられた導電パターンと前記外部接続電極が電気的に接続され、前記半導体素子に対応する前記第１の支持部材には、開口部が設けられ、前記開口部には、前記半導体素子の裏面と固着された金属板が設けられることで解決するものである。
【００４０】
第２１に、前記第１の支持部材の裏面には、前記金属板が固着された第２の支持部材が貼着されることで解決するものである。
【００４１】
第２２に、前記外部接続電極と前記金属板は、同一材料で一体で形成されることで解決するものである。
【００４２】
第２３に、前記金属板に対応する前記第２の支持部材には、導電材料から成る固着板が設けられ、前記固着板と前記金属板が熱的に結合されることで解決するものである。
【００４３】
第２４に、前記金属板は、Ｃｕを主材料とし、前記第２の支持部材は、Ａｌを主材料とし、前記固着板は、前記第２の支持部材に形成されたＣｕを主材料とするメッキ膜から成ることで解決するものである。
【００４４】
第２５に、前記外部接続電極の裏面よりも前記絶縁性接着手段の裏面が突出することで解決するものである。
【００４５】
第２６に、前記外部接続電極の側面と前記前記外部接続電極から延在された絶縁性接着手段の裏面は、同一曲面を描くことで解決するものである。
【００４６】
第２７に、前記半導体素子は、ハードディスクの読み書き増幅用ＩＣであることで解決するものである。
【００４７】
【発明の実施の形態】
本発明は、高放熱性で且つ軽薄短小の半導体装置を提供すると同時に、この半導体装置を実装した半導体モジュール、例えばフレキシブルシートに実装された半導体モジュール（以下ＦＣＡと呼ぶ）を提供し、このＦＣＡが実装された機器、例えばハードディスクの特性改善を実現するものである。
【００４８】
まずＦＣＡが実装される機器の一例として、ハードディスク１００を図１４で参照し、ＦＣＡを、図１に示す。またこのＦＣＡに実装される半導体装置、またはその製造方法を図２〜図１３に示す。
ＦＣＡ１１０が実装される機器を説明する第１の実施の形態
この機器として、従来例でも説明したハードディスク１００を再度説明する。
【００４９】
ハードディスク１００は、コンピュータ等に実装されるため、必要によってメインボード１１２に実装される。このメインボード１１２は、メス型（またはオス型）のコネクタが実装される。そしてＦＣＡに実装され、箱体１０１の裏面から露出したオス型（またはメス型）のコネクタ１１１と前記メインボード１１２上の前記コネクタが接続される。また箱体１０１の中には、記録媒体である記録ディスク１０２がその容量に従い複数枚積層されている。磁気ヘッド１０４は、２０〜３０ｎｍ前後で記録ディスク１０２の上を浮上し、走査されるため、記録ディスク１０２間の間隔は、この走査に問題が発生しない間隔に設定される。そしてこの間隔を維持しながら、記録ディスクがスピンドルモータ１０３に取り付けられる。尚、このスピンドルモータ１０３は、実装用基板に実装され、実装基板の裏面に配置されたコネクタが箱体１０１の裏面から顔を出している。そしてこのコネクタもメインボード１１２のコネクタと接続される。よってメインボード１１２には、磁気ヘッド１０４の読み書き増幅用ＩＣ１０８、これを駆動するＩＣ、スピンドルモータ１０３を駆動するＩＣ、アクチュエータを駆動するＩＣ、データを一時保管するバッファーメモリ、メーカー独自の駆動を実現するＡＳＩＣ等が実装される。当然、その他の受動素子、能動素子が実装されても良い。
【００５０】
そして磁気ヘッド１０４と読み書き増幅用ＩＣ１０８とをつなぐ配線ができる限り短くなるように考慮され、読み書き増幅用ＩＣ１０８は、アクチュエータ１０７に配置される。しかし本発明の半導体装置は、非常に薄型となるため、アーム１０５の上に実装されても良い。この場合、図１に示すように、半導体装置１０の裏面が第１の支持部材１１の開口部１２から露出し、半導体装置１０の裏面がアーム１０５と熱的に結合され、半導体装置１０の熱がアーム１０５、箱体１０１を介して外部に放出される。尚、ハードディスクを応用例として撰んだ為、フレキシブルシートを第１の支持部材として選定したが、機器に依っては、第１の支持部材としてプリント基板やセラミック基板を選定しても良い。
【００５１】
またここでは、半導体素子１６の裏面と金属板２３を固着させるため、半導体素子１６の裏面には、Ａｕまたは半田とのロウ材が被着される。
半導体装置を説明する第２の実施の形態
まず本発明の半導体装置について図２を参照しながら説明する。尚、図２Ａは、半導体装置の平面図であり、図２Ｂは、Ａ−Ａ線の断面図である。
【００５２】
図２には、絶縁性樹脂１３に以下の構成要素が埋め込まれている。つまりボンディングパッド１４…と、このボンディングパッド１４に囲まれた領域に設けられた半導体素子１６が埋め込まれている。尚、半導体素子１６は、図７の製造方法から判るように、分離溝にロウ材、導電ペースト等を介して固着されている。また絶縁性接着手段で固着されても良い。
【００５３】
また半導体素子１６のボンディング電極１９とボンディングパッド１４は、金属細線２０を介して電気的に接続されている。
【００５４】
また前記ボンディングパッド１４の裏面は、絶縁性樹脂１３から露出し、そのまま外部接続電極２１となり、ボンディングパッド１４…の側面は、非異方性でエッチングされ、ここではウェットエッチンクで形成されるため湾曲構造を有し、この湾曲構造によりアンカー効果を発生している。
【００５５】
本構造は、半導体素子１６と、複数の導電パターン１４と、これらを埋め込む絶縁性樹脂１３の３つの材料で構成される。また半導体素子１６の配置領域に於いて、半導体装置１０Ａの裏面が露出されている。またこれらを含む全てが絶縁性樹脂１３で封止されている。そして絶縁性樹脂１３により前記ボンディングパッド１４…、半導体素子１６が支持されている。
【００５６】
絶縁性樹脂１３としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性樹脂を用いることができる。
【００５７】
また絶縁性樹脂は、金型を用いて固める樹脂、ディップ、塗布をして被覆できる樹脂であれば、全ての樹脂が採用できる。また導電パターン１４としては、Ｃｕを主材料とした導電箔、Ａｌを主材料とした導電箔、またはＦｅ−Ｎｉ合金、Ａｌ−Ｃｕの積層体、Ａｌ−Ｃｕ−Ａｌの積層体等を用いることができる。もちろん、他の導電材料でも可能であり、特にエッチングできる導電材、レーザで蒸発する導電材が好ましい。またハーフエッチング性、メッキの形成性、熱応力を考慮すると圧延で形成されたＣｕを主材料とする導電材料が好ましい。
【００５８】
本発明では、絶縁性樹脂１３が分離溝１８にも充填されているために、導電パターンの抜けを防止できる特徴を有する。またエッチングとしてドライエッチング、あるいはウェットエッチングを採用して非異方性的なエッチングを施すことにより、ボンディングパッド１４…の側面を湾曲構造とし、アンカー効果を発生させることもできる。その結果、導電パターン１４が絶縁性樹脂１３から抜けない構造を実現できる。
【００５９】
しかも半導体素子の裏面は、パッケージの裏面に露出している。よって、半導体素子１６の裏面は、後ほど説明する金属板２３、第２の支持部材２４または第２の支持部材２４に被覆された固着板２５と当接または固着できる構造となる。よってこの構造により、半導体素子１６から発生する熱は、第２の支持部材２４に放熱でき、半導体素子１６の温度上昇を防止でき、その分半導体素子１６の駆動電流や駆動周波数を増大させることができる。
【００６０】
本半導体装置１０Ａは、導電パターン１４封止樹脂である絶縁性樹脂１３で支持しているため、支持基板が不要となる。この構成は、本発明の特徴である。従来の半導体装置の導電路は、支持基板（フレキシブルシート、プリント基板またはセラミック基板）で支持されていたり、リードフレームで支持されているため、本来不要にしても良い構成が付加されている。しかし、本回路装置は、必要最小限の構成要素で構成され、支持基板を不要としているため、薄型・軽量となり、しかも材料費が抑制できるために安価となる特徴を有する。
【００６１】
また、パッケージの裏面は、ロウ材の膜厚を均一にするため、半導体装置１０Ａの裏面に絶縁被膜２６を形成している。図２Ａで示した点線２７は、絶縁被膜２６から露出した半導体素子の露出部を示し、ここでは、ボンディングパッド１４の裏面が矩形で露出されているため、これと同一サイズが絶縁被膜２６から露出されている。
【００６２】
よってロウ材の濡れる部分が実質同一サイズであるため、ここに形成されたロウ材の厚みは実質同一になる。これは、半田印刷後、リフロー後でも同様である。またＡｇ、Ａｕ、Ａｇ−Ｐｄ等の導電ペーストでも同様のことが言える。この構造により、金属板裏面がボンディングパッド１４の裏面よりもどれだけ突出するか精度良く計算できる。また図２Ｂの如く、半田ボールが形成されていると、全半田ボールの下端が実装基板の導電路と当接出来るため、半田不良を無くすこともできる。
【００６３】
また半導体素子裏面の露出部２７は、半導体素子の放熱性が考慮され、ボンディングパッド１４の露出サイズよりも大きく形成されても良い。
【００６４】
また絶縁被膜２６を設けることにより、第１の支持部材１１に設けられる導電パターン３２を本半導体装置の裏面に延在させることができる。一般に、第１の支持部材１１側に設けられた導電パターン３２は、前記半導体装置の固着領域を迂回して配置されるが、前記絶縁被膜２６の形成により迂回せずに配置できる。しかも絶縁性樹脂１３が導電パターンよりも飛び出しているため、第１の支持部材１１側の配線と導電パターンとの間に隙間を形成でき、短絡を防止することができる。
半導体装置１０Ｂを説明する第３の実施の形態
図３に本半導体装置１０Ｂを示す。図３Ａは、その平面図であり、図３Ｂは、Ａ−Ａ線に於ける断面図である。尚、図２の構造と類似しているため、ここでは異なった部分のみを説明する。
【００６５】
図２では、ボンディングパッド１４の裏面がそのまま外部接続電極として機能したが、本実施の形態では、ボンディングパッド１４には、一体で形成された配線３０、配線３０と一体で形成された外部接続電極３１が形成されている。
【００６６】
尚、点線で示す矩形が半導体素子１６であり、半導体素子１６の裏面に前記外部接続電極３１が配置され、図のようにリング状に、またはマトリックス状に配置される。この配置は、公知のＢＧＡと同一または類似の構造となる。また配線は、ボンデイング部の歪みが考慮され、配線自身を波線状に加工されても良い。
【００６７】
また第１の支持部材１１の導電パターン３２と接続される所は、外部接続電極３１であり、ボンディングパッド１４の裏面、配線３０の裏面は、絶縁被膜２６で被覆される。外部接続電極３１に点線で示した丸印、半導体素子に示した点線の○印は、絶縁被膜２６から露出する部分である。
【００６８】
更に半導体素子１６は、外部接続電極３１よりも内側に配置されるため、その分、図２の半導体素子よりも小さく形成される。よって絶縁性樹脂１３は、ボンディングパッド１４、配線３０の一部と、半導体素子１６、金属細線２０を被覆する。
【００６９】
本実施の形態は、ボンディングパッド１４の数が非常に多く、そのサイズが小さくなる場合、配線を介して外部接続電極として再配置でき、外部接続電極３１のサイズを大きくできるメリットを有する。また配線があるため、金属細線の接続部、半田の接続部へ加わる歪みを抑制できる。
半導体装置１０Ａ、１０Ｂの製造方法を説明する第４の実施の形態
ここでは、図３の半導体装置１０Ｂを使ってその製造方法を示し、図４から図８は、図３ＡのＡ−Ａ線に対応する断面図である。
【００７０】
まず図４の様に導電箔４０を用意する。厚さは、１０μｍ〜３００μｍ程度が好ましく、ここでは７０μｍの圧延銅箔を採用した。続いてこの導電箔４０の表面に、耐エッチングマスクとして導電被膜４１またはホトレジストを形成する。尚、このパターンは、図３Ａのボンディングパッド１４…、配線３０…、外部接続電極３１…と同一パターンである。また導電被膜４１の代わりにホトレジストを採用する場合、ホトレジストの下層には、少なくともボンディングパッドに対応する部分にＡｕ、Ａｇ、ＰｄまたはＮｉ等の導電被膜が形成される。これは、ボンディングを可能とするために設けられるものである（以上図４を参照）。
【００７１】
続いて、前記導電被膜４１またはホトレジストを介して導電箔４０をハーフエッチングする。エッチング深さは、導電箔４０の厚みよりも浅ければよい。尚、エッチングの深さが浅ければ浅いほど、微細パターンの形成が可能である。
【００７２】
そしてハーフエッチングすることにより、導電パターン１４、３０、３１が導電箔４０の表面に凸状に現れる。尚、導電箔４０は、前述したように、ここでは圧延で形成されたＣｕを主材料とするＣｕ箔を採用した。しかしＡｌから成る導電箔、Ｆｅ−Ｎｉ合金から成る導電箔、Ｃｕ−Ａｌの積層体、Ａｌ−Ｃｕ−Ａｌの積層体でも良い。特に、Ａｌ−Ｃｕ−Ａｌの積層体は、熱膨張係数の差により発生する反りを防止できる。
【００７３】
そして外部接続電極３１の内側に形成された分離溝の底部に接着手段１７を設ける。ここでは半導体素子の裏面にＡｕ等の導電被膜を形成することにより、導電箔とロウ材、導電ペーストを介して固着することが出来る。この場合、図３Ｂの様に、半田等のロウ材、バンプの形成が可能となる。しかし絶縁性接着材を介して固着した場合、半田等のロウ材、バンプ等の形成が難しくなる（以上図５を参照）。
【００７４】
続いて接着手段１７が設けられた領域に半導体素子１６を固着し、半導体素子１６のボンディング電極１９とボンディングパッド１４を電気的に接続する。図面では、半導体素子１６がフェィスアップで実装されるため、接続手段として金属細線２０が採用される。
【００７５】
このボンデイングに於いて、ボンディングパッド１４…は導電箔４０と一体であり、しかも導電箔４０の裏面は、フラットであるため、ボンディングマシーンのテーブルに面で当接される。従って導電箔４０がボンディングテーブルに完全に固定されれば、ボンディングパッド１４…の位置ずれもなく、ボンディングエネルギーを効率よく金属細線２０とボンディングパッド１４…に伝えることができる。よって、金属細線２０の固着強度を向上させて接続することができる。ボンディングテーブルの固定は、例えばテーブル全面に複数の真空吸引孔を設けることで可能となる。また上から導電箔４０を押さえても良い。
【００７６】
また、支持基板を採用することなく半導体素子を実装でき、しかも分離溝２２の底部に固着されるため、半導体素子１６の高さは、その分低く配置される。よって後述するパッケージ外形の厚さを薄くすることが出来る（以上図６を参照）。
【００７７】
そしてハーフエッチングされて形成されたボンディングパッド１４、配線３０、外部接続電極３１、半導体素子１６、および金属細線２０を覆うように絶縁性樹脂１３が形成される。絶縁性樹脂としては、熱可塑性、熱硬化性のどちらでも良い。
【００７８】
また、トランスファーモールド、インジェクションモールド、ディッピングまたは塗布により実現できる。樹脂材料としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂がトランスファーモールドで実現でき、液晶ポリマー、ポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性樹脂はインジェクションモールドで実現できる。
【００７９】
本実施の形態では、絶縁性樹脂の厚さは、金属細線２０の頂部から上に約１００μｍが被覆されるように調整されている。この厚みは、半導体装置の強度を考慮して厚くすることも、薄くすることも可能である。
【００８０】
尚、樹脂注入に於いて、ボンディングパッド１４、配線３０、外部接続電極３１は、シート状の導電箔４０と一体で成るため、導電箔４０のずれが無い限り、これら銅箔パターンの位置ずれは全くない。
【００８１】
以上、絶縁性樹脂１３には、凸部として形成されたボンディングパッド１４、配線３０、外部接続電極３１、半導体素子１６が埋め込まれ、凸部よりも下方の導電箔４０が裏面から露出されている（以上図７を参照）。
【００８２】
続いて、前記絶縁性樹脂１３の裏面に露出している導電箔４０を取り除き、ボンディングパッド１４、配線３０、外部接続電極３１を個々に分離する。
【００８３】
ここの分離工程は、色々な方法が考えられ、裏面をエッチングにより取り除いて分離しても良いし、研磨や研削で削り込んでも分離しても良い。また、両方を採用しても良い。例えば、絶縁性樹脂１３が露出するまで削り込んでいくと、導電箔４０の削りカスや外側に薄くのばされたバリ状の金属が、絶縁性樹脂１３に食い込んでしまう問題がある。そのため、エッチングにより分離すれば、Ｃｕのパターンの間に位置する絶縁性樹脂１３の表面に、導電箔４０の金属が食い込むこと無く形成できる。これにより、微細間隔のパターン同士の短絡を防止することができる。
【００８４】
また半導体装置１０Ｂと成る１ユニットが複数一体で形成されている場合は、この分離の工程の後に、ダイシング工程が追加される。
【００８５】
ここではダイシング装置を採用して個々に分離しているが、チョコレートブレークでも、プレスやカットでも可能である。
【００８６】
ここでは、Ｃｕのパターンを分離した後、分離され裏面に露出したパターン１４、３０、３１に絶縁被膜２６を形成し、図３Ａの点線の丸で示した部分が露出されるように絶縁被膜２６がパターニングされる。そしてこの後、矢印で示す部分でダイシングされ半導体装置１０Ｂとして切り出される。
【００８７】
尚、半田４２は、ダイシングされる前、またはダイシングされた後に形成されても良い。
【００８８】
以上の製造方法によりボンディングパッド、配線、外部接続電極、半導体素子が絶縁性樹脂に埋め込まれ、軽薄短小のパッケージが実現できる。
次に、以上の製造方法により発生する効果を説明する。
【００８９】
まず第１に、導電パターンは、ハーフエッチングされ、導電箔と一体となって支持されているため、従来支持用に用いた基板を無くすことができる。
【００９０】
第２に、導電箔には、ハーフエッチングされて凸部となった導電パターンが形成されるため、この導電パターンの微細化が可能となる。従って幅、間隔を狭くすることができ、より平面サイズの小さいパッケージが形成できる。
【００９１】
第３に、導電パターン、半導体素子、接続手段および封止材で構成されるため、必要最小限で構成でき、極力無駄な材料を無くすことができ、コストを大幅に抑えた軽薄短小の半導体装置が実現できる。
【００９２】
第４に、ボンディングパッド、配線、外部接続電極は、ハーフエッチングで凸部と成って形成され、個別分離は封止の後に行われるため、タイバー、吊りリードは不要となる。よって、タイバー（吊りリード）の形成、タイバー（吊りリード）のカットは、本発明では全く不要となる。
【００９３】
第５に、凸部となった導電パターンが絶縁性樹脂に埋め込まれた後、絶縁性樹脂の裏面から導電箔を取り除いて、導電パターンを分離しているため、従来のリードフレームのように、リードとリードの間に発生する樹脂バリを無くすことができる。
【００９４】
第６に、半導体素子の裏面は露出されるので、本半導体装置から発生する熱を、本半導体装置の裏面から効率よく放出することができる。
金属板２３が固定された半導体装置１０Ａ、１０Ｂ、およびこれを用いた半導体モジュールを説明する第５の実施の形態
図１にこの半導体モジュール（ＦＣＡ）５０を示す。尚、実装された半導体装置は、図２に示す半導体装置１０Ａである。
【００９５】
まずフレキシブルシートから成る第１の支持部材１１について説明する。ここでは、下層から第１のＰＩシート５１、第１の接着層５２、導電パターン５３、第２の接着層５４および第２のＰＩシート５５が順に積層されている。尚、導電パターンを多層にする場合、接着層が更に使用され、上と下の導電パターンはスルーホールを介して電気的に接続される場合もある。そしてこの第１の支持部材１１には、図１Ｃに示すように、少なくとも金属板２３が露出できるだけの第１の開口部１２が形成される。
【００９６】
そして導電パターンが露出されるように、第２の開口部５６が形成される。この第２の開口部５６に対応する導電パターン３２が全て露出されても良いし、接続される部分だけを露出して良い。例えば、第２のＰＩシート５５、第２の接着層５４を全て取り除いても良いし、また図に示すように、第２のＰＩシート５５は、全て除き、第２の接着層５４だけ露出する部分を取り除いても良い。このようにすれば、半田２７が流れずにすむ。
【００９７】
本発明の半導体装置は、半導体素子１６の裏面に金属板２３を貼り合わせることにある。また本発明の半導体モジュールは、第１の支持部材の裏面と金属板２３がほぼ面位置と成ることにある。
【００９８】
金属板２３は、第１の支持部材１１と固着板２５の厚みが考慮されてその厚みが決定される。そして、ボンディングパッド１４と導電パターン３２が半田２７を介して固着された時、第１の開口部１２から露出する金属板２３が第１の支持部材１１の裏面と実質同一面をなす様にそれぞれの厚みが決定されている。よって第２の支持部材と当接させることも可能となり、更には固着板２５のある第２の支持部材と当接固着することも可能となる。
【００９９】
この接続構造を具体的に何例か説明する。
【０１００】
第１の例は、第２の支持部材２４として、Ａｌ、ステンレス等の軽量金属板またはセラミック基板を採用し、この上に半導体装置１０Ａの裏面に固着された前記金属板２３を当接させる構造である。つまり固着板２５を介さず直接第２の支持部材２４に当接させる構造である。そして半導体素子１６と金属板２３、金属板２３と第２の支持部材２４は、半田等のロウ材、またはフィラー入りの熱伝導性の優れた絶縁性接着手段が選択されて固着される。
【０１０１】
第２の例は、第２の支持部材２４として、Ａｌ、ステンレス等の軽量金属板またはセラミック基板を採用し、この上に固着板２５を形成し、この固着板２５と金属板２３を固着する構造である。
【０１０２】
例えばＡｌを第２の支持部材２４として採用する場合、固着板２５は、Ｃｕが好ましい。これはＡｌの上にＣｕメッキが可能であるため、〜１０μｍ程度のＣｕ被膜が形成できるからである。しかもメッキ膜であるため、第２の支持部材２４上に密着して形成でき、固着板２５と第２の支持部材２４の間の熱抵抗は非常に小さい。
【０１０３】
一方、Ｃｕの固着板２５とＡｌ基板は、接着剤を介して固着することも可能であるが、この場合、熱抵抗が大きくなる。
【０１０４】
また第２の支持部材２４としてセラミック基板を採用する場合、固着板２５は、導電ペーストの印刷焼成で形成された電極の上に固着される。
【０１０５】
尚、第２の支持部材２４と第１の支持部材１１は、第３の接着層５７で固着される。
【０１０６】
例えば、
第１のＰＩシート５１：２５μｍ
第２のＰＩシート５５：２５μｍ
第１〜第３の接着層５２、５４、５７：２５μｍ（焼成後）
材料としてアクリル系の接着剤を採用
半田２７：５０μｍ
第３の接着層５７：２５μｍ
材料としてアクリル系の接着剤を採用
このように、それぞれの膜厚を調整して決定すれば、第１の支持部材１１に半導体装置１０Ａを固着した後、固着板２５が形成された第２の支持部材２４を固着しても、金属板と固着板を当接でき、接続不良を無くすことができる。
【０１０７】
また第２の支持部材２４が第１の支持部材１１に貼り合わされたモジュールを用意し、このモジュールに形成されている開口部５６に半導体装置１０Ａを配置し、その後半田溶融すれば、一度に半田溶融でき、しかも接続不良無く固着できる。
【０１０８】
従って、半導体素子１６から発生する熱を、金属板２３、固着板２５を介して第２の支持部材２４へ放出することが出来る。しかも従来の構造（図１５Ｂ）と比べ大幅に熱抵抗が小さくなるため、半導体素子１６の駆動電流、駆動周波数を高めることが出来る。またこの第２の支持部材２４の裏面を、図１４に示すアクチュエータ１０７、箱体１０１の底面またはアーム１０５にも取り付け可能である。よって最終的には、この箱体１０１を介して半導体素子の熱を外部に放出することが可能となる。従ってハードディスク１００に半導体モジュールが実装されても、半導体素子自身は、比較的高温に成らず、ハードディスク１００としての読み書き速度を更にアップすることが可能となる。尚、このＦＣＡは、ハードディスク以外の機器に実装されても良い。この場合、第２の支持部材は、熱抵抗の小さい部材に当接される。
金属板２３とボンディングパッドが同一材料で成る半導体装置１０Ｃおよびその半導体モジュール５０Ａを説明する第６の実施の形態
まず、この製造方法を図１０、図１１で説明する。尚、図４〜図７までは同一の製造方法であるため、ここまでの説明は、省略する。
【０１０９】
図１０は、導電箔４０の上に絶縁性樹脂１３が被覆された状態を示し、放熱用の電極１５に対応する部分にホトレジストＰＲを被覆している。このホトレジストＰＲを介して導電箔４０をエッチングすれば、図１１に示すように、金属板２３は、ボンディングパッド１４の裏面よりも突出した構造にできる。尚、ホトレジストＰＲの代わりに、Ａｇ、Ａｕ等の導電被膜を選択的に形成し、これをマスクとしても良い。この被膜は、酸化防止膜としても機能する。
【０１１０】
図１に示す様な金属板２３を貼り合わせる構造では、金属板２３が１２５μｍ前後と非常に薄いため、その作業性が非常に悪い。しかし、この様に、エッチングにより突出された金属板２３を形成すると、前述した金属板２３の貼り合わせが不要となる。
【０１１１】
そして図１２に示す如く、ボンディングパッド１４、配線３０、外部接続電極３１が完全に分離された後、絶縁被膜２７が被覆され、半田２７が配置される部分が露出される。そして半田２７が固着された後、矢印で示す部分でダイシングされる。
【０１１２】
そしてここに分離された半導体装置は、図９の如く、第１の支持部材１１に実装される。そして前にも述べたように、第２の支持部材２４が固着される。この時、金属板２３が突出しているので、固着板２５とも簡単に半田等を介して接合できる。
半導体装置を説明する第６の実施の形態
図１３Ａは、本発明による半導体装置の平面図であり、図１３Ｂは、図１３ＡのＡ−Ａ線に対応する断面図である。
【０１１３】
本発明は、半導体素子１６Ａ、１６Ｂがパッケージされるもので、この周囲には、ボンディングパッド１４が設けられている。このボンディングパッド１４は、裏面がそのまま外部接続電極となるが、図３に示すように再配置用の配線を採用しても良い。そして第１の半導体チップ１６Ａと第２の半導体チップ１６Ｂ
の間には、少なくとも１つのブリッヂ７１が設けられている。
【０１１４】
また第１の半導体チップ１６Ａと第２の半導体チップ１６は、金属細線２０を介して接続されている。
【０１１５】
金属細線には、ボンディングパッド１４と接続される第１の金属細線２０Ａとブリッヂ７１に接続される第２の金属細線２０Ｂがある。また半導体チップの表面には、複数のボンディングパッド１９が設けられている。そしてそのボンディングパッドの入出力信号に基づき、少なくとも一部のボンディングパッドが選択され、これに対応してボンディングパッド１４の位置や数が決定されている。そしてこの選択された半導体チップ上のボンディングパッド１９とボンディングパッド１４が第１の金属細線を介して接続されている。
【０１１６】
一方第１の半導体チップ１６Ａと第２の半導体チップ１６Ｂとの接続は、第１の半導体チップ１６Ａのボンディングパッドとブリッヂ７１の一端が第２の金属細線２０Ｂで接続され、ブリッヂ７１の他端と第２の半導体チップ１６Ｂのボンディングパッドが第２の金属細線２０Ｂを介して接続されている。
【０１１７】
本構造は、ブリッヂ７１が設けられるため、第１の半導体チップ１６Ａ、第２の半導体チップ１６Ｂ側で接続される金属細線は、全てボールボンディングで接続できる。
【０１１８】
また前述した製造方法の説明からも明らかな様に、導電箔をハーフエッチングし、完全に分離する前に絶縁性樹脂１３でモールドして支持するため、ブリッヂ７１の落下、脱離はなくなる。
【０１１９】
本実施の形態のように、本発明は、複数のチップを１パッケージにすることも可能になる。
【０１２０】
この様に、今までの実施例は、読み書き増幅用ＩＣ１つの熱放出を考えて、その構造を説明してきた。しかし色々な機器を想定した場合、その特性を向上させるのに、複数の半導体素子の放熱を考慮しなければならない場合も想定できる。当然、それぞれをパッケージしてもよいが、複数の半導体素子を図１３のように１パッケージにしても良い。
【０１２１】
当然、金属板は、図１の様に前記半導体素子と接続され、これらは、フレキシブルシートに実装されたり、第２の支持部材が取り付けられたフレキシブルシートに実装される。
【０１２２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明では、パッケージの裏面に露出した半導体素子に金属板を固着し、外部接続電極またはボンディングパッドの裏面よりも金属板が突出した半導体装置を提供することにより、ＦＣＡへの実装が容易になるメリットを有する。
【０１２３】
特に、ＦＣＡに開口部を設け、このＦＣＡの裏面と前記半導体素子の裏面が面位置に成ることで、第２の支持部材との当接が容易になる特徴を有する。
【０１２４】
また第２の支持部材としてＡｌを用い、ここにＣｕから成る固着板を形成し、この固着板に金属板を固着することにより、半導体素子から発生する熱を第２の支持部材を介して外部に放出することが出来る。
【０１２５】
よって、半導体素子の温度上昇を防止でき、本来の能力に近い性能を引き出せる。特にハードディスクの中に実装されたＦＣＡは、その熱を効率よく外部に放出できるため、ハードディスクの読み書き速度をアップさせることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体モジュールを説明する図である。
【図２】本発明の半導体装置を説明する図である。
【図３】本発明の半導体装置を説明する図である。
【図４】本発明の半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図５】本発明の半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図６】本発明の半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図７】本発明の半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図８】本発明の半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図９】本発明の半導体モジュールを説明する図である。
【図１０】本発明の半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１１】本発明の半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１２】本発明の半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１３】本発明の半導体装置を説明する図である。
【図１４】ハードディスクを説明する図である。
【図１５】図１４に採用される従来の半導体モジュールを説明する図である。
【符号の説明】
１０Ａ〜１０Ｄ            半導体装置
１１                      第１の支持部材
１２                      第１の開口部
１４                      ボンディングパッド
１６                      半導体素子
２３                      金属板
２４                      第２の支持部材
５６                      第２の開口部
【図１】
0003634735.tif 000002
【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】
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【図８】
0003634735.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0003634735.tif 000013
【図１３】
0003634735.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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