(57)【要約】【課題】  何らかの形で構造体の剛性を上げることにより、反りの発生を防ぐ。【解決手段】  半導体装置１０は、配線基板５１と、配線基板５１上に設けられたＬＳＩチップ５２と、ＬＳＩチップ５２上に設けられた放熱板１１と、放熱板１１と配線基板５１との間の空隙の周縁部に介挿された補強板１２と、放熱板１１と配線基板５１との間の空隙の配線基板５１上に設けられたコンデンサ７１と、放熱板１１と配線基板５１との間の空隙に充填された樹脂１３と、を備えている。ＬＳＩチップ５２、配線基板５１、補強板１２及び放熱板１１によって囲まれた空隙には、樹脂１３が充填されている。樹脂１３は、空隙部分の存在によって発生する半導体装置１０全体の熱による反りを抑制する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板と、この配線基板上に設けられた半導体チップと、この半導体チップ上に設けられた放熱板と、この放熱板と前記配線基板との間の空隙に充填された樹脂と、を備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体チップと前記配線基板とは突起電極を介して電気的に接続された、
請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記突起電極ははんだバンプである、
請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記はんだバンプは鉛フリーはんだから成る、
請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
前記空隙の一部の前記配線基板上にチップ部品が設けられた、
請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記空隙に補強板が介挿された、
請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記放熱板と前記補強板との互いの対向面の少なくとも一方に、前記樹脂を注入する樹脂注入溝が形成された、
請求項６記載の半導体装置。
【請求項８】
配線基板上に半導体チップを設け、この半導体チップ上に放熱板を設け、この放熱板と前記配線基板との間の空隙に樹脂を充填する、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
配線基板と、この配線基板上に設けられた半導体チップと、この半導体チップ上に設けられた放熱板と、この放熱板と前記配線基板との間の空隙に充填された樹脂と、前記空隙に介挿された補強板と、この補強板と前記放熱板との対向面の少なくとも一方に形成された樹脂注入溝と、を備えた半導体装置を製造する方法であって、
前記配線基板上に前記半導体チップ及び前記補強板を設け、前記半導体チップ上に放熱板を設け、前記樹脂注入溝から前記樹脂を注入することにより前記空隙に樹脂を充填する、
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、例えばＦＣＢＧＡ（flip-chip ball grid array）などの半導体装置、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＣＢＧＡは、高密度実装に適した構造であるため、コンピュータ装置などに広く用いられている（例えば特許文献１）。図４は、この種の半導体装置（第一従来例）を示す断面図である。以下、この図面に基づき説明する。
【０００３】
半導体装置５０は、配線基板５１と、配線基板５１上に設けられたＬＳＩチップ５２と、ＬＳＩチップ５２上に設けられた放熱板５３と、放熱板５３と配線基板５１との間の空隙に介挿された補強板５４と、を備えたＦＣＢＧＡである。ＬＳＩチップ５２は、はんだバンプ５５の溶着によって配線基板５１に接続されている。ＬＳＩチップ５２と配線基板５１との間のギャップには、アンダーフィル樹脂５６が注入されている。アンダーフィル樹脂５６は、ＬＳＩチップ５２と配線基板５１との熱膨張係数差による熱応力を緩和する働きをする。配線基板５１には、半導体装置５０（パッケージ）全体の剛性を高めるための補強板５４が具備されている。つまり、補強板５４は、接着剤５７を介して配線基板５１に接着され、接着剤５８を介して放熱板５３に接着されることにより、半導体装置５０全体の剛性を高めている。また、ＬＳＩチップ５２には、効率よく排熱するための放熱板５３が熱伝導性樹脂５９によって接続されている。更に、配線基板５１の裏面には、他の配線基板（以下「マザーボード」という。）に実装させるためのはんだボール６０が設けられている。
【０００４】
ここで、アンダーフィル樹脂５６の作用について詳しく説明する。半導体装置５０のＯＮ／ＯＦＦによって、ＬＳＩチップ５２と配線基板５１とは膨張及び収縮を繰り返す。このとき、ＬＳＩチップ５２の熱膨張係数は３．５ｐｐｍである。これに対し、配線基板５１の熱膨張係数は、プリント基板の場合が１６ｐｐｍであり、アルミナ基板の場合が８ｐｐｍである。そのため、これらの熱膨張差によりはんだバンプ５５が圧縮及び引っ張りの応力を交互に受けることになる。この熱疲労によってはんだバンプ５５が早期に破壊されることにより、電気的な接続が無くなるので、ＬＳＩチップ５２への信号伝達や電源供給が断絶してしまう。よって、このような構造では信頼性の低い半導体装置５０となってしまう。そこで、ＬＳＩチップ５２と配線基板５１との間隙にアンダーフィル樹脂５６を充填することにより、ＬＳＩチップ５２と配線基板５１との間に発生する熱応力を緩和させる。アンダーフィル樹脂５６は、主にエポキシ系の樹脂が使用される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１９０５６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
最近、半導体装置を高周波動作させるため、ＬＳＩチップの周辺にコンデンサを配置することが多くなってきている。図５は、この種の半導体装置（第二従来例）を示す断面図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図４と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【０００７】
半導体装置７０では、ＬＳＩチップ５２の周辺の配線基板５１上にコンデンサ７１が配置されている。そして、コンデンサ７１の占有面積を得るために、補強板７２の大きさを小さくしている。しかしながら、補強板７２を第一従来例よりも小さくしたことにより、補強板７２本来の目的である剛性確保が損なわれ、半導体装置７０の反りなどが生じやすくなる。また、近年のはんだの鉛フリー化により、はんだバンプ５５が硬くなったことから、半導体装置７０がますます反りやすくなってきている。このような問題は、アンダーフィル樹脂５６では解決できない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、何らかの形で構造体の剛性を上げることにより、反りの発生を防ぐことができる、半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る半導体装置は、配線基板と、配線基板上に設けられた半導体チップと、半導体チップ上に設けられた放熱板と、放熱板と配線基板との間の空隙に充填された樹脂と、を備えている。放熱板と配線基板との間の空隙に樹脂が充填されていることにより、半導体チップと配線基板との熱膨張係数差によって生じる応力が樹脂によって吸収されるので、半導体装置の反りが抑制される。
【００１０】
また、半導体チップと配線基板とは突起電極を介して電気的に接続された、としてもよい。このとき、突起電極ははんだバンプでもよく、はんだバンプは鉛フリーはんだから成るものでもよい。鉛フリーはんだは、鉛を含むはんだに比べて硬い。したがって、鉛フリーはんだから成るはんだバンプを用いた半導体装置は、より一層反りやすいので、本発明の効果が顕著になる。
【００１１】
また、放熱板と配線基板との間の空隙の一部の配線基板上にチップ部品が設けられた、としてもよい。チップ部品は、コンデンサ、抵抗器、インダクタなどの受動素子でもよいし、ダイオード、トランジスタ、ＩＣなどの能動素子でもよい。
【００１２】
また、放熱板と配線基板との間の空隙に補強板が介挿された、としてもよい。このとき、空隙にチップ部品を設けると、補強板を設けるスペースが少なくなることにより、補強板を小さくしなければならない。そうなると、半導体装置の剛性が低下するので、本発明の効果がより顕著になる。
【００１３】
また、放熱板と補強板との互いの対向面の少なくとも一方に、樹脂を注入する樹脂注入溝が形成された、としてもよい。この場合は、樹脂注入溝を使って、放熱板と配線基板との間の空隙に樹脂を効率よく充填するこができる。
【００１４】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、本発明に係る半導体装置を製造する方法であって、次の（１）〜（３）の工程を有する。（１）配線基板上に、半導体チップを設ける。（２）半導体チップ上に、放熱板を設ける。（３）放熱板と配線基板との間の形成された空隙に、樹脂を充填する。
【００１５】
配線基板上に半導体チップを設け、樹脂を充填した後に、半導体チップ上に放熱板を設けると、半導体チップと放熱板との間に樹脂が入り込み、熱放散を妨げることがある。これに対し、本発明では、半導体チップ上に放熱板を設けた後に樹脂を充填するので、そのようなことが起こらない。
【００１６】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、次の構成の本発明に係る半導体装置を製造する方法である。その半導体装置は、配線基板と、配線基板上に設けられた半導体チップと、半導体チップ上に設けられた放熱板と、放熱板と配線基板との間の空隙に充填された樹脂と、前記空隙に介挿された補強板と、補強板と放熱板との対向面の少なくとも一方に形成された樹脂注入溝と、を備えたものである。って、次の（１）〜（３）の工程を有する。そして、その製造方法は、次の（１）〜（３）の工程を有する。（１）配線基板上に半導体チップ及び補強板を設ける。（２）半導体チップ上に、放熱板を設ける。（３）樹脂注入溝から樹脂を注入することにより、空隙に樹脂を充填する。この場合は、樹脂注入溝を使って、放熱板と配線基板との間の空隙に樹脂を効率よく充填することができる。
【００１７】
本発明に係る半導体装置は、放熱板と配線基板との間の空隙に樹脂を充填したことにより、熱による反りを抑制できるため、マザーボードにはんだ付によって搭載した際に、はんだ付の品質やはんだ接続の信頼性を向上できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、放熱板と配線基板との間の空隙に樹脂を充填したことにより、半導体チップと配線基板との熱膨張差による反りの発生を抑制できるので、半導体装置の信頼性を向上できる。また、半導体装置の反りを抑制できることにより、半導体装置とマザーボードとを接続するはんだボールに対して、半導体装置のオン／オフによって発生するストレスを軽減できる。これによっても、半導体装置の信頼性を向上できる。更に、半導体装置の反りを軽減できることから、マザーボードに対して半導体装置を面接続できるので、マザーボードへ半導体装置をリフローはんだ付する際の歩留まりを向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明に係る半導体装置の一実施形態を示す断面図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図５と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【００２０】
半導体装置１０は、配線基板５１と、配線基板５１上に設けられたＬＳＩチップ５２と、ＬＳＩチップ５２上に設けられた放熱板１１と、放熱板１１と配線基板５１との間の空隙の周縁部に介挿された補強板１２と、放熱板１１と配線基板５１との間の空隙の配線基板５１上に設けられたコンデンサ７１と、放熱板１１と配線基板５１との間の空隙に充填された樹脂１３と、を備えている。
【００２１】
ＬＳＩチップ５２には、その回路面に信号の入出力や電源の供給を行うはんだバンプ５５が設けられている。はんだバンプ５５の組成は、Ｓｎ／Ｐｂ合金、Ｓｎ／Ｂｉ／Ａｇ合金、Ｓｎ／Ａｇ合金等が使用される。一方、Ｃｕなどの導電体で形成された内部配線１４を有する配線基板５１の表面には、補強板１２及び複数のパッド（符号省略）が具備されている。複数のパッドは、それぞれ内部配線１４によって、配線基板５１の電源層への接続又は他の部品への相互接続が行われる。
【００２２】
配線基板５１に設けられたパッド上にはんだバンプ５５を介してＬＳＩチップ５２が搭載されることにより、配線基板５１とＬＳＩチップ５２とが電気的かつ機械的に接続される。その上で、ＬＳＩチップ５２と配線基板５１との間隙には、アンダーフィル樹脂５６が充填されている。アンダーフィル樹脂５６は、機械的強度を確保するだけではなく、ＬＳＩチップ５２と配線基板５１との熱膨張係数差によって発生するはんだボール６０の熱応力を緩和する。
【００２３】
ＬＳＩチップ５２の近傍にはコンデンサ７１が実装されており、ＬＳＩチップ５２による高速のデータ転送を可能としている。また、ＬＳＩチップ５２のはんだバンプ５５の反対面には、放熱板１１が熱伝導性樹脂５９によって取り付けられている。そのため、ＬＳＩチップ５２から発生する熱を、放熱板１１で効率よく排出することが可能となっている。放熱板１１には、排熱性を確保するため、熱伝導性に優れたＣｕなどが用いられる。
【００２４】
ＬＳＩチップ５２、配線基板５１、補強板１２及び放熱板１１によって囲まれた空隙には、樹脂１３が充填されている。樹脂１３は、空隙部分の存在によって発生する半導体装置１０全体の熱による反りを抑制する。このとき、樹脂１３は、熱膨張係数が配線基板５１や放熱板１１に近く、かつヤング率の大きなものを選択することにより、より一層効果が顕著になる。例えば、配線基板５１が有機材料で構成される場合、樹脂１３は、熱膨張係数が３０ｐｐｍ程度、かつヤング率が５００００ＭＰａ程度のものが好ましい。これによって、半導体装置１０をはんだボール６０を介してマザーボードに実装したとき、半導体装置１０の電源オンオフに起因するはんだボール６０への熱ストレスの発生を抑制できるので、はんだボール６０の寿命を延ばすことができ、その結果信頼性の高い半導体装置１０を提供することが可能となる。
【００２５】
次に、半導体装置１０の製造方法について、図１乃至図３に基づき説明する。
【００２６】
図２［１］は放熱板１１の平面図及び正面図であり、図２［２］は、補強板１２の平面図及び正面図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００２７】
放熱板１１の表面１１ｂは平面である。一方、放熱板１１の裏面１１ａには、放熱板１１各辺の中央に全部で四本の樹脂注入溝１１１〜１１４が形成されている。同じように、補強板１２の裏面１１ｂは平面である。一方、補強板１２の表面１１ａには、補強板１２各辺の中央に全部で四本の樹脂注入溝１２１〜１２４が形成されている。樹脂注入溝１１１〜１１４と樹脂注入溝１２１〜１２４とは、それぞれ対向する位置に形成されているので、対向することによってより大きな樹脂注入溝となる。なお、樹脂注入溝１１１〜１１４，１２１〜１２４は、図示したものに限らず、本数、幅、長さ及び深さを自由に選択してよい。
【００２８】
図３は半導体装置１０の製造方法を示す断面図であり、図３［１］は第一工程、図３［２］は第二工程である。以下、図１及び図３に基づき説明する。
【００２９】
まず、配線基板５１上に、はんだバンプ５５を介してＬＳＩチップ５２を設けるとともに、接着剤５７を介して補強板１２を設ける。このとき、補強板１２は、樹脂注入溝１２２，１２４が上になるように、配線基板５１上に設ける。続いて、ＬＳＩチップ５２上に、熱伝導性樹脂５９を介して、放熱板１１を設ける。このとき、放熱板１１は、樹脂注入溝１１２，１１４が下になるように、ＬＳＩチップ５２上に設ける（図３［１］）。
【００３０】
続いて、ディスペンサ２０などを用いて、樹脂注入溝１１４，１２４から樹脂１３を注入する（図３［２］）。これにより、配線基板５１、放熱板１１、補強板１２及びＬＳＩチップ５２によって囲まれた空隙に、樹脂１３が充填される（図１）。
【００３１】
本実施形態によれば、樹脂注入溝１１４，１２４を使って、放熱板１１と配線基板５１との間の空隙に、樹脂１３を効率よく充填するこができる。また、配線基板５１上にＬＳＩチップ５２を設け、樹脂１３を先に充填した後に、ＬＳＩチップ５２上に放熱板１１を設けると、ＬＳＩチップ５２と放熱板１１との間に樹脂１３が入り込み、熱放散を妨げることがある。これに対し、本実施形態では、ＬＳＩチップ５２上に放熱板１１を設けた後に樹脂１３を充填するので、そのようなことが起こらない。
【００３２】
なお、本発明は、言うまでもなく、上記実施形態に限定されない。例えば、配線基板５１上にコンデンサ７１が搭載されていない場合にも、本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る半導体装置の一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１の半導体装置における放熱板及び補強板を示し、図２［１］は放熱板の平面図及び正面図であり、図２［２］は補強板の平面図及び正面図である。
【図３】図１の半導体装置の製造方法を示す断面図であり、図３［１］は第一工程、図３［２］は第二工程である。
【図４】従来の半導体装置の第一例を示す断面図である。
【図５】従来の半導体装置の第二例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  半導体装置
１１  放熱板
１１１〜１１４  放熱板の樹脂注入溝
１２  補強板
１２１〜１２４  補強板の樹脂注入溝
１３  樹脂
５１  配線基板
５２  ＬＳＩチップ（半導体チップ）
５５  はんだバンプ
７１  コンデンサ（チップ部品）
【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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