(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通穴を設けた片面配線基板の配線面に対向する面に絶縁層を介して、貫通穴を塞ぐ金属等からなる放熱板を設け、放熱板の貫通穴部側面に半導体素子を搭載した樹脂封止型の半導体装置であって、半導体素子は、半導体素子の端子が片面配線基板の配線面側に向くように搭載されており、片面配線基板の配線面には、半導体素子とワイヤにて電気的に結線された電極パッドと、外部端子用電極パッドと、前記半導体素子と電気的に結線された電極パッドと外部端子用電極パッドとを電気的に結線した配線とを、同一平面上に配し、上記半導体素子と、半導体素子と電気的結線された電極パッドと、外部端子用電極パッドとの領域以外はソルダーレジスト等の絶縁物によってマスキングされ、片面配線基板の配線面側の半導体素子全体と、半導体素子と電気的結線された電極パッドと、該半導体素子と電気的結線された電極パッドと半導体素子との結線部、とは樹脂封止され、放熱板は外部に露出しており、前記マスキングされていない外部端子用電極パッドから略球状に、樹脂部より外側に突出した半田部が設けられていることを特徴とする表面実装型半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は，半導体素子を搭載する樹脂封止型の表面実装型半導体装置（プラスチックパッケージ）に関し、詳しくは、高集積化、高機能化に対応できる表面実装型半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、樹脂封止型の半導体装置の組立て部材として用いられているリードフレーム（単層リードフレームと言う）は、一般に、図５に示すような形状をしており、半導体素子を搭載するためのダイパッド５０２とダイパッド５０２の周囲に設けられ、半導体素子と結線を行うためのインナーリード５０３と、該インナーリード５０３に連続し外部回路との結線を行うためのアウターリード５０４等を備えていた。
このような単層リードフレーム５０１は、通常、コバール、４２合金（４２％Ｎｉ−鉄）、銅系合金等の導電性に優れ、且つ強度が大きい金属板をフオトリソグラフイー技術を用いたエッチング加工方法やスタンピング法等により、図５に示すような形状に加工して作製されていた。
そしてこの単層リードフレーム５０１を用いた半導体装置は、図６に示すように単層リードフレーム６０１のダイパッド６０２に半導体素子６０５（以下単に素子とも言う）を搭載するとともに、素子のボンデイングパッド（図示せず）と、金や銀等の貴金属のメッキを施してあるインナーリード６０３、６０３ａの先端部とを金等からなるワイヤ６０６により電気的に接続していた。
しかしながら、近年、半導体装置は、電子機器の高性能化と軽薄短小化の傾向（時流）からＬＳＩのＡＳＩＣに代表されるように、ますます高集積化、高機能化になっている。このようなＬＳＩの大規模集積化（高集積化）はウエハープロセスでの微細加工技術の進歩の上に成り立っており、より多くのゲートを１チップに収容でき、さらにチップサイズを小さくすることができるようになってきている。
【０００３】
そして、この半導体チップの高集積化、高機能化は半導体チップの動作スピードの増加を招くこととなり、信号の高速処理のため、半導体チップ内の信号遅れよりパッケージ配線での信号の遅れの方が支配的になってきて、ノイズの問題も含めて半導体パッケージ内の電気的特性を改善する必要に迫られてきた。パッケージ内のインダクタンスが無視できない状況になってきたのである。
このようなパッケージ内のインダクタンスを低減するために、電源、グランドの端子数を多くし、実質的なインダクタンスを下げるようにして、ノイズの低減等電気的特性の改善をしてきた。
しかしながら、電源、グランドの接続端子数の増大は、半導体装置の総ピン数の増大にもなる。この端子数の増大は、リードフレームの加工限界から、インナーリード幅、ピッチをそのままとした場合には、インナーリード部をチップから離す傾向となり、リードフレームのインナーリード部を含むサイズは大きくなってしまい、半導体装置自体を逆に大きいものとしてしまう。
そこで、半導体装置サイズを変えずに入出力端子を増やす方法としてリードフレームのアウターリードのピッチを狭くする方法が採られてきた。
このアウターリードのピッチはこれまで１．０ｍｍから０．８ｍｍ、０．５ｍｍと徐々に狭くなってきているが、０．４ｍｍ、０．３ｍｍと更にピッチが狭くなるにつれ、これら狭ピッチの実装工程が難しくなってきた。
【０００４】
このような半導体装置の実装工程の難しさを回避する方法として、ＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）と呼ばれる半導体装置が開発されている。このＢＧＡは、入出力端子を増やすために、ＢＴレジン（ビスマレイミド系樹脂）を代表とする耐熱性を有する樹脂板を基材とする両面配線基板（プリント基板）の表面に半導体素子を搭載し、裏面に球状の半田を取付けた外部端子用電極を設け、スルーホールを通じて半導体素子と外部端子用電極との表裏導通をとっていた。裏面の球状の半田をアレイ状に並べることにより、端子ピッチの間隔を従来のリードフレームを用いた半導体装置より広くすることができ、この結果、半導体装置の実装工程の難しさの度合いを上げることなく入出力端子の増加に対応できた。
また、ＢＧＡでは電気特性の向上を図る場合は、基板を多層構造の多層配線基板とし、両面配線基板同様スルーホールを通じて半導体と外部端子用電極との導通をとっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしなから、従来のＢＧＡは両面配線基板にスルーホールを設け、このスルーホールを通じて表裏の導通をとる必要があるため、半導体装置コストは従来の金属板をフオトエッチング法やスタンピング法等により製造されるリードフレームを用いたものより生産コストが高くなってしまうという問題もあった。
また、従来のＢＧＡでは、基板樹脂の熱膨張の影響からスルーホールにて断線をおこすことがあり、信頼性の低下につながっていた。
そして、従来のＢＧＡは両面配線基板（プリント基板）としてＢＴレジン（ビスマレイミド系樹脂）を代表とする耐熱性を有する樹脂板基材をコア材として用いているため熱抵抗が大きくなり、放熱性が悪くなってしまうという問題もあった。
本発明は、これらの問題を解決しようとするもので、上記のような信頼性低下を招かず、低コストで高放熱性で多端子半導体素子の実装が簡単に行える表面実装型半導体装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の表面実装型半導体装置は、貫通穴を設けた片面配線基板の配線面に対向する面に絶縁層を介して、貫通穴を塞ぐ金属等からなる放熱板を設け、放熱板の貫通穴部側面に半導体素子を搭載した樹脂封止型の半導体装置であって、半導体素子は、半導体素子の端子が片面配線基板の配線面側に向くように搭載されており、片面配線基板の配線面には、半導体素子とワイヤにて電気的に結線された電極パッドと、外部端子用電極パッドと、前記半導体素子と電気的に結線された電極パッドと外部端子用電極パッドとを電気的に結線した配線とを、同一平面上に配し、上記半導体素子と、半導体素子と電気的結線された電極パッドと、外部端子用電極パッドとの領域以外はソルダーレジスト等の絶縁物によってマスキングされ、片面配線基板の配線面側の半導体素子全体と、半導体素子と電気的結線された電極パッドと、該半導体素子と電気的結線された電極パッドと半導体素子との結線部、とは樹脂封止され、放熱板は外部に露出しており、前記マスキングされていない外部端子用電極パッドから略球状に、樹脂部より外側に突出した半田部が設けられていることを特徴とするものである。
【０００７】
【作用】
本発明の表面実装型半導体装置は、上記のような構成にすることにより、多端子半導体素子の実装ができ、且つ、高放熱性を可能としている。
詳しくは、金属等からなる放熱板を外部へ露出させて、ヒートシンク型としていることにより、放熱（熱放散性）に優れたものとしている。
そして、半導体素子の端子、半導体素子と電気的に結線した電極、外部端子用電極を全て配線基板の一面側に形成することにより、従来のＢＧＡのように、スルホールを介して半導体素子と外部端子を結線する必要がないものとしている。ＢＴレジン（ビスマレイミド系樹脂）を代表と耐熱性を有する樹脂材を基材とする片面配線基板を用いていることによりその作製を容易なものとしており、且つ、低コストの作製を可能としている。
【０００８】
【実施例】
本発明の表面実装半導体装置の実施例を以下、図にそって説明する。
図１（ａ）は本発明の実施例表面実装半導体装置の断面図であり、図１（ｂ）は本発明の実施例表面実装半導体装置の平面図で、図３〜５は本実施例表面実装半導体装置の内部構造を示した概略平面図である。
図中、１は表面実装半導体装置、２は片面配線基板、３は金属板、４は半導体素子、４Ａは半導体素子端子、５は半導体素子搭載部、６はワイヤ、７は樹脂、８は半田、９はソルダーレジスト、１２は半導体素子との結線用電極パッド、１３は外部端子用電極パッド、１４は配線、１５は絶縁層、１６は貫通穴である。本実施例表面実装半導体装置は、図１に示すように半導体素子３の厚みに略相当する片面配線基板２に貫通穴１６を設け、この貫通穴１６部に半導体素子を、金属板３を介して搭載したものである。
片面配線基板２の配線面側には、半導体素子と電気的結線された電極パッド１２と、外部端子用電極パッド１３と、前記半導体素子と電気的に結線された電極パッド１２と外部端子用電極パッド１３とを電気的結線した配線１４とを配している。
半導体素子４と、半導体素子と電気的結線された電極パッド１２と、外部端子電極パッド１３との領域以外はソルダーレジスト等の絶縁物によってマスキングされている。
又、片面配線基板２の配線面側の半導体素子全体と、半導体素子と電気的結線された電極パッドと、該半導体素子と電気的結線された電極パッドと半導体素子との結線部、とは樹脂封止されており、片面配線基板２の配線面側でない面に設けられた金属板３は外部に露出している。
ソルダーレジスト等の絶縁物によってマスキングされていない外部端子用電極パッド１３から略球状に、樹脂部８より外側に突出した半田８が設けられている。
そして、半導体素子３の端子３Ａと半導体素子３との結線用電極パッド１２はワイヤ５により結線され、半導体素子との結線用電極パッド１２と外部端子用電極パッド１３とは配線部１４により結線されている。
【０００９】
片面配線基板２は、基材（コア材）としてＢＴレジン（ビスマレイミド系樹脂）を用いたが、これに限定されるものでなく、他に、紙基材フエノール樹脂や紙基材エポキシ樹脂などの積層板の片側に銅（Ｃｕ）箔を接着した基板を用いても良い。
金属板３は、ヒートシンク型の放熱板であり、実施例ではＣｕ材であるが、これに限定はされない。放熱性のものであれば、特に金属である必要もない。
【００１０】
次いで、上記実施例の表面実装半導体装置の製造方法を挙げ、図２に沿って説明する。図２は製造工程を説明するため要部の概略図である。
先ず、略半導体素子の厚みに相当するＢＴレジン（ビスマレイミド系樹脂）を基材２Ａとし、Ｃｕ箔２Ｂを片面に覆ったからなる片面配線基板用基材２を用意し（図２（ａ））、片面配線基板用基材２に、半導体素子を収納できるスペースでドリル等により貫通穴１６をあけた後に、片面配線基板用基材２のＣｕ箔２Ｂがある面とは反対側の面に絶縁層（樹脂層）１５を形成する（図２（ｂ））。この絶縁層１５の形成方法としては、スクリーン印刷法でも、フイルム上の絶縁性樹脂を熱圧着しても良い。
次いで、Ｃｕ箔２Ｂ上に、Ｃｕ箔からなる半導体素子との結線用電極パッド１２、外部端子用電極パッド１３と、前記半導体素子と電気的に結線された電極であるパッド１２と外部端子用電極パッド１３とを電気的結線した配線１４を作製する為、耐腐蝕性膜としてのレジストパターンを所定の形状に作製する（図２（ｃ）。レジストパターンの作製方法としては、スクリーン印刷方法あるいはリソグラフイー法が挙げられる。リソグラフイー法の場合は液状レジストあるいはドライフイルムレジストが用いられる。
この後、所定のパターンに形成されたレジストを耐腐蝕性膜として、Ｃｕ箔を腐蝕液によりエッチングして（図２（ｄ））、レジストを剥離して所定のパターンに対応したＣＵ箔のパターンを作製した（図２（ｅ））。このとき状態を示したものが図３である。
次いで、片面配線基板用基材２Ａの、配線面に対向する側の面より、絶縁層を介して、貫通穴１６を塞ぐように金属板３を接着する。（図２（ｆ））
この後、半導体素子領域（貫通穴１６部）や半導体素子との結線用電極パッド１２領域、外部端子用電極パッド１３領域のみを露出させた状態にソルダーレジスト９を覆った後、ソルダーレジスト９から露出した、ワイヤボンデイングを後に行う半導体素子と電気的に結線される電極パッド１２と外部端子用の電極パッド１３に電解金メッキを施しておく。（図２（ｇ））
次いで、貫通穴１６側の金属３の面上に、半導体素子４を端子４Ａが、片面配線基板の配線面側に向くように、にして搭載した。（図２（ｈ））
半導体素子を搭載した後、半導体素子４の端子４Ａ部と電気的に結線される電極パッド１２とを金線からなるワイヤ４０８にてボンデイング結線した（図２（ｉ））。このときの状態を示したものが図４である。
ボンデイング結線後、半導体素子４、ワイヤ６、半導体素子４との結線用の電極パッド１２を含む所定領域をイオン性不純物の含有量が少ないエポキシからなる樹脂７にて樹脂封止した（図２（ｊ））。樹脂封止は、モールド樹脂封止、ポッテイング樹脂封止のいずれの方法でも可能である。
次いで、ソルダーレジスト９から露出した外部端子用電極パッド１３部上の金メッキ２０部上に球状に半田８を作製して（図２（ｋ））、表面実装半導体装置を得た。この状態に相当するものが図１である。
球状の半田８の作製は、金メッキされている外部端子用電極パッド４０４にフラックスを供給した後、０．８ｍｍφ程度の半田ボールを搭載し、リフローすることにより行う。
【００１１】
【発明の効果】
本発明の表面実装型半導体装置は、以上のように、従来のＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）のように、スルホールを設けた複雑な構造ではないため、製造コストを大幅に削減でき、信頼性も高くしている。
そして、半導体素子を金属等からなる放熱板上に搭載して、且つ、金属板が半導体装置の外側表面にでた、ヒートシンク型となっていることにより、放熱性に優れたものとしており、従来のＢＧＡよりも格段と放熱性の面ではすぐれた構造としている。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例表面実装型半導体装置の平面図および断面図
【図２】本発明の表面実装型半導体装置の製造方法実施例の工程図
【図３】本発明の表面実装型半導体装置の製造工程における状態を示した図
【図４】本発明の表面実装型半導体装置の製造工程における状態を示した図
【図５】従来の単層リードフレームを示す図
【図６】従来の単層リードフレームを用いた半導体装置の要部を示す図
【符号の説明】
１                表面実装半導体装置
２                片面配線基板
２Ａ              基材
２Ｂ              Ｃｕ箔
３                金属板
４                半導体素子
４Ａ              半導体素子端子
５                半導体素子搭載部
６                ワイヤ
７                樹脂
８                半田
９                ソルダーレジスト
１２              半導体素子との結線用電極パッド
１３              外部端子用電極パッド
１４              配線
１５              絶縁層
１６              貫通穴
１７              レジストパターン
５０１            単層リードフレーム
５０２            ダイパッド
５０３            インナーリード
５０４            アウターリード
６０１            単層リードフレーム
６０２            ダイパッド
６０３、６０３ａ  インナーリード
６０５            半導体素子
６０６            ワイヤ
【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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