(57)【要約】【課題】低熱抵抗化及び高密度化を同時に達成し、耐熱性に優れた半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】裏面に複数の外部端子を有し表面に複数の外部端子と電気的に接続された複数のボンディング端子を有する基板と、基板の表面上に搭載され、表面に複数のボンディングパッドを有する半導体チップと、複数のボンディングパッド間又は複数のボンディング端子と複数のボンディングパッド間をそれぞれ接続する複数のボンディングワイヤと、基板の表面と、複数のボンディングワイヤと、半導体チップとを封止する第１の封止層と、第１の封止層上に形成され、第１の封止層よりも熱伝導率の高い第２の封止層とを具備する。【選択図】  図１
2014116382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏面に複数の外部端子を有し表面に前記複数の外部端子と電気的に接続された複数のボンディング端子を有する基板と、
前記基板の表面上に搭載され、表面に複数のボンディングパッドを有する半導体チップと、
前記複数のボンディングパッド間又は前記複数のボンディング端子と前記複数のボンディングパッド間をそれぞれ接続する複数のボンディングワイヤと、
前記基板の表面と、前記複数のボンディングワイヤと、前記半導体チップとを封止する第１の封止層と、
前記第１の封止層上に形成され、前記第１の封止層よりも熱伝導率の高い第２の封止層とを具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１の封止層上に接着剤で固着され、前記第２の封止層によって包囲される放熱板を具備することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記接着剤の熱伝導率は、前記第１の封止層の熱伝導率よりも高いことを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
裏面に複数の外部端子を有し表面に前記複数の外部端子と電気的に接続された複数のボンディング端子を有する基板と、
前記基板の表面上に搭載され、表面に複数のボンディングパッドを有する半導体チップと、
前記複数のボンディングパッド間又は前記複数のボンディング端子と前記複数のボンディングパッド間をそれぞれ接続する複数のボンディングワイヤと、
前記基板の表面と、前記複数のボンディングワイヤと、前記半導体チップとを封止する第１の封止層と、
前記第１の封止層上に接着剤で固着された放熱板と、
前記第１の封止層上に形成され、前記放熱板を封止する、前記第１の封止層とは別に形成された第２の封止層とを具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
裏面に複数の外部端子を有し表面に前記複数の外部端子と電気的に接続された複数のボンディング端子を有する基板上に、表面に複数のボンディングパッドを有する半導体チップを搭載し、
前記複数のボンディングパッド間又は前記複数のボンディング端子と前記複数のボンディングパッド間をそれぞれ複数のボンディングワイヤで接続し、
前記基板の表面と、前記複数のボンディングワイヤと、前記半導体チップとを封止する第１の封止層を形成し、
前記第１の封止層上に、前記第１の封止層よりも熱伝導率の高い第２の封止層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第１の封止層を形成した後、前記第１の封止層上に接着剤で放熱板を固着し、この放熱板上に前記第２の封止層を形成することを特徴とする請求項５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１の封止層を構成する封止材の封止時の粘性は前記第２の封止層を構成する封止材の封止時の粘性よりも低いことを特徴とする請求項５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
裏面に複数の外部端子を有し表面に前記複数の外部端子と電気的に接続された複数のボンディング端子を有する基板上に、表面に複数のボンディングパッドを有する半導体チップを搭載し、
前記複数のボンディングパッド間又は前記複数のボンディング端子と前記複数のボンディングパッド間をそれぞれ複数のボンディングワイヤで接続し、
前記基板の表面と、前記複数のボンディングワイヤと、前記半導体チップとを封止する第１の封止層を形成し、
前記第１の封止層上に接着剤で放熱板を固着し、
前記第１の封止層及び前記放熱板上に第２の封止層を形成することを特徴とする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、半導体装置及びその製造方法に関する。特に、発熱の大きな半導体チップを封止する、低熱抵抗化及び高密度化を同時に達成した半導体パッケージとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、グラフィックプロセッサ等の比較的発熱の大きな半導体チップ用のパッケージとして、放熱板を内蔵するパッケージが知られていた。放熱板の上面が完全に露出するパッケージとして例えば、特開２０１２−９４５９２号記載の半導体装置が知られていたが、露出した放熱板と封止材の熱膨張率が異なる点から歪みが生ずるために、放熱板と封止材との密着強度に問題があり、放熱板をパッケージ内部に封止することが望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−９４５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
放熱板をパッケージ内部に封止する従来のＢＧＡパッケージの断面の一例を図５に示す。すなわち、放熱板をパッケージ内部に封止する従来のＢＧＡパッケージは、基板１０と、この基板１０に接着剤１４によって固着された半導体チップ１３と、ボンディングワイヤ１５と、半導体チップ１３上に配置されたスペーサ１６と、このスペーサ１６上に接着剤１７によって固着された放熱板１８と、これらを封止する封止材からなる封止層１９とから構成されている。
【０００５】
基板１０の裏面には複数の外部端子１２が形成され、表面には外部端子１２と電気的に接続された複数のボンディング端子１１が形成されている。半導体チップ１３は表面に複数のボンディングパッド２１（図６）が形成されており、このボンディングパッド２１とボンディング端子１１とが、ボンディングワイヤ１５によって接続される。
【０００６】
このような構成では、封止材は最後に注入されるため、放熱板１８と半導体チップ１３との間にボイドが形成され、耐熱性が劣化してしまうおそれがあった。
【０００７】
さらに、このような構成では、半導体チップ１３の表面にスペーサ１６を形成する必要があったので、ボンディングワイヤの引き回しに制限があった。すなわち、図６に示すように、半導体チップ１３表面のボンディングパッド２２、２３間を接続するボンディングパッド間ボンディングワイヤ２０を設けることが困難であった。
【０００８】
図６のようなボンディングパッド間ボンディングワイヤ２０を設ける場合は、放熱板を半導体チップとともに封止することが困難であった。そこで、図７の断面図のような構成とせざるを得ないが、封止部材として、高熱伝導封止部材を用いることが検討された。しかしながら、高熱伝導封止部材は粘性が高く、封止性の悪化からワイヤ流れが大きく、ボンディングワイヤ間の電気的ショートを誘発するという問題が生じていた。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、低熱抵抗化及び高密度化を同時に達成し、耐熱性に優れた半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。さらに、ボンディングワイヤの配置の自由度が大きく、又は、ワイヤ流れの問題が生じない半導体装置及びそ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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の一実施形態の半導体装置は、裏面に複数の外部端子を有し表面に複数の外部端子と電気的に接続された複数のボンディング端子を有する基板と、基板の表面上に搭載され、表面に複数のボンディングパッドを有する半導体チップと、複数のボンディングパッド間又は複数のボンディング端子と複数のボンディングパッド間をそれぞれ接続する複数のボンディングワイヤと、基板の表面と、複数のボンディングワイヤと、半導体チップとを封止する第１の封止層と、第１の封止層上に形成され、第１の封止層よりも熱伝導率の高い第２の封止層とを具備することを特徴とする。
【００１１】
第１の封止層上に接着剤で固着され、第２の封止層によって包囲される放熱板を具備することが望ましく、接着剤の熱伝導率は、第１の封止層の熱伝導率よりも高いことが望ましい。
【００１２】
本発明の一実施形態の半導体装置は、裏面に複数の外部端子を有し表面に複数の外部端子と電気的に接続された複数のボンディング端子を有する基板と、基板の表面上に搭載され、表面に複数のボンディングパッドを有する半導体チップと、複数のボンディングパッド間又は複数のボンディング端子と複数のボンディングパッド間をそれぞれ接続する複数のボンディングワイヤと、基板の表面と、複数のボンディングワイヤと、半導体チップとを封止する第１の封止層と、第１の封止層上に接着剤で固着された放熱板と、第１の封止層上に形成され、放熱板を封止する、第１の封止層とは別に形成された第２の封止層とを具備することを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法は、裏面に複数の外部端子を有し表面に複数の外部端子と電気的に接続された複数のボンディング端子を有する基板上に、表面に複数のボンディングパッドを有する半導体チップを搭載し、複数のボンディングパッド間又は複数のボンディング端子と複数のボンディングパッド間をそれぞれ複数のボンディングワイヤで接続し、基板の表面と、複数のボンディングワイヤと、半導体チップとを封止する第１の封止層を形成し、第１の封止層上に、第１の封止層よりも熱伝導率の高い第２の封止層を形成することを特徴とする。
【００１４】
第１の封止層を形成した後、第１の封止層上に接着剤で放熱板を固着し、この放熱板上に第２の封止層を形成することが望ましい。また、第１の封止層を構成する封止層の封止時の粘性は第２の封止層を構成する封止層の封止時の粘性よりも低いことが望ましい。
【００１５】
さらに、本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法は、裏面に複数の外部端子を有し表面に複数の外部端子と電気的に接続された複数のボンディング端子を有する基板上に、表面に複数のボンディングパッドを有する半導体チップを搭載し、複数のボンディングパッド間又は複数のボンディング端子と複数のボンディングパッド間をそれぞれ複数のボンディングワイヤで接続し、基板の表面と、複数のボンディングワイヤと、半導体チップとを封止する第１の封止層を形成し、第１の封止層上に接着剤で放熱板を固着し、第１の封止層及び放熱板上に第２の封止層を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、低熱抵抗化及び高密度化を同時に達成し、耐熱性に優れた半導体装置及びその製造方法を提供できる。さらに、ボンディングワイヤの配置の自由度が大きく、又は、ワイヤ流れの問題が生じない半導体装置及びその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態の半導体装置の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の半導体装置の平面図である。
【図３】本発明の一実施形態の半導体装置の断面図である。
【図４】本発明の一実施形態の半導体装置の断面図である。
【図５】従来例の半導体装置の断面図である。
【図６】従来例の半導体装置の平面図である。
【図７】従来例の半導体装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を、図１〜４を参照しつつ説明する。なお、実施の形態において、同一構成要素には同一符号を付け、実施の形態の間において重複する説明は省略する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態のＢＧＡパッケージである半導体装置１の断面図である。図２は、本発明の一実施形態のＢＧＡパッケージである半導体装置１の平面図（ただし、封止層３０形成前）である。このＢＧＡパッケージは、基板（インターポーザ）１０と、この基板１０に接着剤１４によって固着された半導体チップ１３と、ボンディングワイヤ１５及びボンディングパッド間ボンディングワイヤ２０と、これらを一般的な封止材で封止する封止層１９１とからなる。さらに、この封止層１９１の表面に接着剤１７によって固着された放熱板１８と、これらを高熱伝導封止材で封止する封止層３０とからなる。
【００２０】
基板１０はガラス強化エポキシ基板（ＰＣＢ）又はポリイミドフィルムで構成され、その裏面には複数の外部端子パターン１２１が存在し、これには半田ボール１２２が付加されることによってＢＧＡパターンが形成される。表面には外部端子１２と電気的に接続された複数のボンディング端子１１が形成されている。半導体チップ１３は表面に複数のボンディングパッド２１が形成されており、このボンディングパッドとボンディング端子１１とが、ボンディングワイヤ１５によって接続される。さらに、半導体チップ１３は表面にさらに複数のボンディングパッド２２、２３が形成されており、このボンディングパッド間は、ボンディングパッド間ワイヤ２０によって接続される。
【００２１】
半導体チップ１３を基板１０上に固着する接着剤の材料としては、銀ペースト、ダイアタッチフィルムなどが望ましいが、半導体チップと基板との接合性が維持できる材料であれば良い。ボンディングワイヤの材料は導電性に優れた材料、例えば、金ワイヤや銅ワイヤが望ましいが、必要な導電性及び接続性を持つ材料であれば良い。
【００２２】
封止層１９１に用いる一般的な封止材は、フィラーを分散させたエポキシ樹脂によって構成され、フィラーとしてシリカを用い、その熱伝導率は１ｗｔ／ｍＫ程度である。一方、封止層３０に用いる高熱伝導封止材もフィラーを分散させたエポキシ樹脂によって構成されるところ、フィラーとしてアルミやアルミナを用い、その熱伝導率は３〜４ｗｔ／ｍＫ程度である。一般的な封止材と比べて熱伝導率が高い代わりに絶縁性が良くない（抵抗率が低い）ので、ボンディングワイヤとは接触しない構造となっている。
【００２３】
放熱板１８は、好ましくは厚さ０．５ｍｍ程度の銅板で構成されるが、放熱効果を奏するものであれば良い。放熱板１８を封止層１９１上に固着する接着剤１７は厚さ０．２ｍｍ程度の銀ペーストが望ましいが、放熱板１８を封止層１９１との接合性が維持、かつ、熱伝導率が、封止層１９１の熱伝導率と放熱板１８の熱伝導率の中間の熱伝導率であれば良い。放熱板の大きさは少なくとも半導体チップ全部を覆うことが望ましい。封止層３０の厚さは約１．１ｍｍ程度、放熱板の被り厚さが０．４ｍｍ程度である。被り厚さが薄いとクラックが発生する可能性があるので、クラックが発生しない程度に十分な厚さに形成する必要がある。
【００２４】
以上のように構成すれば、低熱抵抗化及び高密度化を同時に達成し、耐熱性に優れた半導体装置を提供できる。
【００２５】
続いて、図１、図２を参照して、本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を説明する。はじめに、切断され個片化される前の基板１０（裏面に外部端子１２１を表面にボンディング端子１１を有する基板）上に、銀ペースト等からなる接着剤１４によって、半導体チップ１３を固着する。続いて、半導体チップ１３のボンディングパッド２２、２３間又はボンディング端子１１とボンディングパッド２１間をそれぞれボンディングワイヤ２０、１５で接続する。続いて、トランスファモールド法や塗布法により、上述した一般的な封止材で、基板１０の表面、ボンディングワイヤ２０、１５、半導体チップ１３を封止し、封止層１９１を形成する。このとき、一般的な封止材は、高熱伝導封止材よりも粘性が低く、ワイヤ流れの問題は生じない。また、図５の構造と比較して、放熱板の陰になる部分が存在しないために、封止層１９１にはボイドが発生しにくい。
【００２６】
続いて、放熱板１８を封止層１９１表面に、銀ペースト１７を用いて固着する。放熱板１８は、図２に示す通り、半導体チップ１３を完全に覆うとともに、ボンディング端子をも覆っている。そして、複数の半導体装置をバッチ製造するために、隣接する半導体装置の放熱板１８１とはタイバー１８２で連結されている。続いて、トランスファモールド法や塗布法により、上述した高熱伝導封止材で、封止層１９１と放熱板１８の表面を封止し、封止層３０を形成する。高熱伝導封止材は一般的な封止材よりも熱伝導率が高く絶縁性も低いが、粘性が高い点からワイヤが流れ易い。しかし、２層構造である封止層３０には内部にワイヤが存在しない為に、ワイヤ流れの問題は生じない。図５の構造と比較して、放熱板の陰になる部分が存在しないために、封止層１９１にはボイドが発生しにくい。最後に、図２の３１のラインで切断して個片化する。
【００２７】
図３は、本発明の他の実施形態のＢＧＡパッケージである半導体装置２の断面図である。この半導体装置２が図１に示した半導体装置１と異なる点は、放熱板が除かれている点である。放熱板を設けるまでもなく、高熱伝導封止材を用いた封止層３０のみで十分な放熱効果を得られる場合には、放熱板を除いても構わない。
【００２８】
半導体装置２の製造方法は、半導体装置１の製造方法とほぼ同様であるが、放熱板の固着にかかる工程が除外される。
【００２９】
図４は、本発明のさらに他の実施形態のＢＧＡパッケージである半導体装置３の断面図である。この半導体装置３が図１に示した半導体装置１と異なる点は、高熱伝導封止材を用いずに、封止層１９２に、封止層１９１と同じ封止材を用いた点である。高熱伝導封止材を用いるまでもなく、放熱板１８のみで十分な放熱効果を得られる場合には、高熱伝導封止材を用いなくても構わない。
【００３０】
半導体装置３の製造方法は、半導体装置１の製造方法とほぼ同様であるが、高熱伝導封止材を一般的な封止材に置き換えて製造する。
【００３１】
以上の構成によれば、低熱抵抗化及び高密度化を同時に達成し、耐熱性に優れた半導体装置及びその製造方法を提供できる。さらに、ボンディングワイヤの配置の自由度が大きく、又は、ワイヤ流れの問題が生じない半導体装置及びその製造方法を提供できる。
【符号の説明】
【００３２】
１…半導体装置、１０…基板、１１…ボンディング端子、１２１…外部端子パターン、１２２…半田ボール、１３…半導体チップ、１４、１７…接着剤、１５、２０…ボンディングワイヤ、１９１…封止層、１８…放熱板、３０…封止層（高熱伝導封止材）
【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】
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