(57)【要約】【課題】  フリップチップボンディングを用いた半導体装置において新規な放熱構造を提供し、この半導体装置の製造方法を提供することを目的する。【解決手段】  半導体装置は、金属バンプ５に接合された電解メッキ層からなるフラットな配線６から構成された接続端子と、半導体素子２の第２の主面に接合された放熱構造を有するベッド部１と、半導体素子及び金属バンプを封止する樹脂封止体４とを備え、電解メッキ層及びベッド部の各一面は樹脂封止体から露出している。電解メッキ層は、電鋳基板の導電パターンである。半導体装置は、小型であり、半導体素子から発生する熱を効率良く放出でき、電解メッキ層として電鋳基板の導電パターンを用いて簡単に半導体装置が製造できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主面及び第２の主面を有する半導体素子と、
前記半導体素子の第１の主面に形成されている表面電極上に接合された金属バンプと、
前記金属バンプに接合された電解メッキ層からなるフラットな配線から構成された接続端子と、
前記半導体素子の第２の主面に接合されたベッド部と、
前記電解メッキ層と前記ベッド部との間に形成され、前記半導体素子及び前記金属バンプを封止する樹脂封止体とを備え、
前記電解メッキ層及び前記ベッド部の各一面は前記樹脂封止体から露出していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記フラットな配線を構成する電解メッキ層は、電鋳基板に形成された導電パターンを用い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】
前記ベッド部には、リードフレームを用いるか又は電鋳基板に形成された導電パターンを用いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
リードフレームに半導体素子の第２の主面を接合した後金属バンプを前記半導体素子の第１の主面に設けられた表面電極に接合するか、もしくは予め金属バンプを半導体素子の第１の主面に設けられた表面電極に接合してからリードフレームに前記半導体素子の第２の主面を接合する工程と、
前記半導体素子の第１の主面に電鋳基板をフリップチップボンディングして前記電鋳基板の導電パターンである電解メッキ層を前記金属バンプに接合する工程と、
前記電鋳基板と前記リードフレームとの間に樹脂を注入して前記金属バンプ及び前記半導体素子を封止する樹脂封止体を形成する工程と、
前記電鋳基板のベースを前記金属バンプに接合された前記電解メッキ層から取り除く工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
リードフレームを構成する複数のベッド部の夫々に半導体素子の第２の主面を接合した後金属バンプを前記半導体素子の第１の主面に設けられた表面電極に接合するか、もしくは予め金属バンプを半導体素子の第１の主面に設けられた表面電極に接合してからリードフレームを構成する複数のベッド部の夫々に前記半導体素子の第２の主面を接合する工程と、
前記半導体素子の第１の主面に電鋳基板をフリップチップボンディングして前記電鋳基板を構成する導電パターンである電解メッキ層を前記金属バンプに接合する工程と、
前記電鋳基板と前記リードフレームとの間に樹脂を注入して前記金属バンプ及び前記半導体素子を封止する樹脂封止体を形成する工程と、
前記電鋳基板を構成するベースを前記金属バンプに接合された前記電解メッキ層から取り除く工程と、
前記ベースを除去してから、前記樹脂封止体を前記ベッド部が個々に分離するようにダイシングして前記半導体素子が互いに個別に独立するようにこれを切り分ける工程を備えた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、小型化に適した半導体装置及びその製造方法に関するものであり、とくに放熱性を必要とする半導体装置に適用されるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体技術を図１０を参照して説明する。一般に放熱性の高い半導体装置は、図１０（ａ）に示すように、銅（Ｃｕ）、Ｆｅ−４２Ｎｉ合金などの放熱性の良い材料からなるリードフレーム１０１のベッド部に半導体素子１０２が固着されている。半導体素子１０２上面のアルミ（Ａｌ）などの表面電極（図示しない）とリードフレーム１０１のリード部とは金（Ａｕ）などのボンディングワイヤ１０３を用いて電気的に接続されている。ボンディングワイヤ１０３と表面電極との間には表面電極に接合されたＡｕやはんだ等の金属バンプ（ここでは、例えば、スタッドバンプを用いている）１０５が介在している。その後、半導体素子１０２やボンディングワイヤ１０３、金属バンプ１０５などは、所定の形状に成形されたエポキシなどの樹脂封止体１０４に封止される。この時、半導体素子１０２が搭載されるリードフレーム１０１のベッド部は、半導体装置の樹脂封止体１０４表面から露出している。これは、この半導体装置を電気機器のボードに接続する時に放熱性を良好にするためである。しかし、この構造ではベッド部やボンディングワイヤなどの存在により小型化には限界がある。
【０００３】
一方、最近では、半導体素子を小型化するために、Ａｕやはんだ等の金属バンプを用いて、フリップチップボンディング（ＦＣＢ）する技術が一般的になってきている。図１０（ｂ）に示すように、半導体素子は、リードフレームのベッド部にマウントされていない。半導体素子１０２上面のアルミニウム（Ａｌ）などの表面電極（図示しない）にはＡｕやはんだ等の金属バンプ１０５が接合されている。金属バンプ１０５は、リードフレーム１０１のリード部に接合されている。そして、半導体素子１０２や金属バンプ１０５などは、所定の形状に成形されたエポキシなどの樹脂封止体１０４に封止される。この時、リードフレーム１０１のリード部は、半導体装置の樹脂封止体１０４表面から露出している。このように、フリップチップボンディングを行うと、リードフレームのベッド部は必要でなくなるため小型化が比較的簡易にできる。また、ボンディングワイヤの代わりに高さが低い金属バンプを用いているため、半導体装置の低背性（薄型化）も容易である。
【０００４】
半導体装置は、年々小形化が進んでいるが、サイズは小さくなっても発熱量が小形化に比例して小さくなる分けではなく、結果としてサイズは小さくても単位体積当たりの発熱量が大きいものが存在する。例えば、０．３〜１ｍｍ角の半導体装置（チップ）が０．５Ｗ（ワット）以上の発熱量を有する場合には発熱量が多く放熱板などの放熱を促進する構造を採用する必要が生じてくる。
従来のはんだバンプを備えた半導体装置は、特許文献１に記載されており、本発明に関わる電鋳基板については、特許文献２に記載されている。
ところが、フリップチップボンディングを用いた半導体装置では、図１０（ａ）のような半導体素子が搭載されたリードフレームのベッド部を半導体装置表面から露出させることは非常に困難であるため、放熱を必要とする半導体装置には採用し辛く、少なくとも小型化は困難であった。
【特許文献１】特許第３１５０６０２号明細書
【特許文献２】特許第２６２５６６２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような事情によりなされたものであり、フリップチップボンディングを用いた半導体装置において、放熱を必要とする半導体装置及びこの半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の半導体装置の一態様は、第１の主面及び第２の主面を有する半導体素子と、前記半導体素子の第１の主面に形成されている表面電極上に接合された金属バンプと、前記金属バンプに接合された電解メッキ層からなるフラットな配線から構成された接続端子と、前記半導体素子の第２の主面に接合されたベッド部と、前記電解メッキ層と前記ベッド部との間に形成され、前記半導体素子及び前記金属バンプを封止する樹脂封止体とを備え、前記電解メッキ層及び前記ベッド部の各一面は前記樹脂封止体から露出していることを特徴としている。
【０００７】
また、本発明の半導体装置の製造方法の一態様は、リードフレームに半導体素子の第２の主面を接合した後金属バンプを前記半導体素子の第１の主面に設けられた表面電極に接合するか、もしくは予め金属バンプを半導体素子の第１の主面に設けられた表面電極に接合してからリードフレームに前記半導体素子の第２の主面を接合する工程と、前記半導体素子の第１の主面に電鋳基板をフリップチップボンディングして前記電鋳基板の導電パターンである電解メッキ層を前記金属バンプに接合する工程と、前記電鋳基板と前記リードフレームとの間に樹脂を注入して前記金属バンプ及び前記半導体素子を封止する樹脂封止体を形成する工程と、前記電鋳基板のベースを前記金属バンプに接合された前記電解メッキ層から取り除く工程とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の半導体装置の製造方法の一態様は、リードフレームを構成する複数のベッド部の夫々に半導体素子の第２の主面を接合した後金属バンプを前記半導体素子の第１の主面に設けられた表面電極に接合するか、もしくは予め金属バンプを半導体素子の第１の主面に設けられた表面電極に接合してからリードフレームを構成する複数のベッド部の夫々に前記半導体素子の第２の主面を接合する工程と、前記半導体素子の第１の主面に電鋳基板をフリップチップボンディングして前記電鋳基板を構成する導電パターンである電解メッキ層を前記金属バンプに接合する工程と、前記電鋳基板と前記リードフレームとの間に樹脂を注入して前記金属バンプ及び前記半導体素子を封止する樹脂封止体を形成する工程と、前記電鋳基板を構成するベースを前記金属バンプに接合された前記電解メッキ層から取り除く工程と、前記ベースを除去してから、前記樹脂封止体を前記ベッド部が個々に分離するようにダイシングして前記半導体素子が互いに個別に独立するようにこれを切り分ける工程を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、以上の構成により、半導体素子を搭載するベッド部が半導体装置の樹脂封止体表面に露出しており、且つフリップチップボンディングを採用しているために小型であり、半導体素子から発生する熱を効率良く半導体装置外へ放出させることが可能になる。また、本発明の半導体装置の製造方法によると、電鋳基板を利用することにより非常に簡単に半導体装置を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、半導体素子を搭載し放熱性の高いベッド部を有する半導体装置を構成する半導体素子を封止する樹脂封止体から露出する外部端子に電鋳基板に形成された電解メッキ層を用いことを特徴としており、小型であり、且つ半導体素子から発生する熱を効率良く装置外へ放出させることが可能になる。また、電鋳基板を利用することにより容易に半導体装置を製造することができる。この半導体装置は、パワートランジスタが主に使われ、電話、コンピュータ等のアンプなどに使われる。以下、実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００１１】
まず、図１乃至図３を参照して実施例１を説明する。
図１は、この実施例において用いられる半導体装置の概略断面図、図２及び図３は、その製造工程の概略断面図である。この実施例では、リードフレーム１には、放熱性の良い材料、例えば、Ｃｕを用いる。その他にリードフレーム材料としてはＦｅ−４２Ｎｉ合金などがある。半導体装置に用いるリードフレーム１の厚さは、一般には０．１ｍｍ以上必要であるが、製品の過度抵抗の要求レベルによっては、０．４ｍｍ程度の厚さが必要である。シリコンなどの半導体基板に形成されたトランジスタなどの半導体素子２は、チップサイズが０．３〜１ｍｍ角で小さく、しかし、発熱量は０．５ワット（Ｗ）以上と大きく、放熱構造を備えるのが不可欠である。リードフレーム１のベッド部には、Ｓｎ−Ｐｂなどの共晶はんだなどにより半導体素子２が固着されている。半導体素子２上面（第１の主面）に形成されたアルミニウム（Ａｌ）などからなる表面電極（図示せず）上にはＡｕやはんだ等の金属バンプ５が接合されている。第２の主面は、半導体素子２下面であり、ベッド部に接合されている。
【００１２】
この実施例では、例えば、Ａｕなどのスタッドバンプを用いている。金属バンプ５には、その上に電解メッキ層からなるフラットな配線６が形成されている。このフラットな配線６は、半導体装置の接続端子として用いられる。また、半導体素子２や金属バンプ５などは、フラットな配線６とリードフレーム１のベッド部との間に配置され、所定の形状に成形されたエポキシなどの樹脂封止体４に封止されている。半導体素子２が搭載されるリードフレーム１のベッド部表面及びフラットな配線６表面は、半導体装置の樹脂封止体４表面から露出している。このベッド部が露出しているために、この半導体装置を電気機器のボードに接続する時に放熱が良好に行われる。すなわち、ベッド部は、放熱構造を兼ねている。しかも、フリップチップボンディング構造であるので小型化が可能になる。樹脂封止体には、エポキシ樹脂以外にもビスマレイミド・トリアジン樹脂などが用いられる。
【００１３】
次に、図２及び図３を参照して半導体装置の製造工程を説明する。
まず、半導体素子２を厚さ０．１ｍｍ程度のリードフレーム１のベッド部にＰｂ−Ｓｎなどの共晶はんだなどによりマウントする。その後、半導体素子２の表面電極（図示せず）にＡｕやはんだ等の金属バンプ５を形成する。予め金属バンプ５を半導体素子２に形成してからリードフレーム１のベッド部にマウントする方法を行っても良い（図２（ａ））。その後、ステンレス、Ｃｕ等を材料とするベース７にＮｉメッキにより導電パターン６が付けられた電鋳基板を、導電パターン６が金属バンプ５に接合するように、フリップチップボンディングする。電鋳基板は、ベース７上にパターン部分以外をマスクしてベース７を電極とする電解メッキを行って導電パターン６を形成する（図２（ｂ））。電鋳基板と、フリップチップボンディングしたリードフレーム１のベッド部に搭載された半導体素子２を樹脂金型に入れエポキシなどの樹脂を注入して、導電パターン６とベッド部との間を封止する樹脂封止体４を形成する（図３（ａ））。その後、電鋳基板のベース７を剥がすか又は溶かして導電パターンを残し、これを接続端子として用いられるフラットな配線６とする（図３（ｂ））。このようにして半導体装置が形成される。半導体装置を電気機器に実装するには外部端子であるフラットな配線６が電気機器の電極や配線などに取り付けられる。
【００１４】
この実施例の半導体装置は、半導体素子を搭載するベッド部が樹脂封止体表面に露出しており、且つフリップチップボンディングを採用しているためにボンディングワイヤを用いた半導体装置より小型化、薄型化されており、半導体素子から発生する熱を効率良く外へ放出できる。また、電鋳基板を利用することにより容易に、外部端子である電解メッキ層からなるフラットな配線を樹脂封止体表面に露出するように形成することができる。
【実施例２】
【００１５】
次に、図４乃至図７を参照して実施例２を説明する。
図４は、この実施例で用いる半導体素子が搭載されたリードフレームの平面図、図５は、リードフレーム及び電鋳基板を積層し、樹脂封止をして形成した半導体装置群の図４のＡ−Ａ′線に沿う部分に相当する領域の断面図、図６は、複数の半導体素子を一体に樹脂封止したベースを取り去る前の半導体装置群の斜視図、図７は、図６の半導体装置群を形成する樹脂金型の概略部分断面図である。
【００１６】
この実施例では、半導体素子を複数個一括して樹脂封止する。図４に示すように、Ｃｕなどからなるリードフレーム２１は、フレーム部に囲まれ、つりピンで支持された複数のベット部２１ａ〜２１ｄから構成されている。各ベッド部２１ａ〜２１ｄには、半導体素子２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）がＳｎ−Ｐｂなどの共晶はんだなどにより接合される。この半導体素子のベッド部に接合された主面とは反対の主面には、この面に形成されているＡｌ等の表面電極（図示せず）にスタッドバンプなどの金属バンプ２５が接合される。この実施例では金属バンプは、半導体素子をベッド部に搭載してから接合しているが、ベッド部に搭載する前に予め金属バンプを半導体素子に取り付けておいても良い。電鋳基板は、ステンレス（ＳＵＳ）などからなるベース２７とその一主面に電解メッキにより形成されたフラットな配線２６を構成する導電パターンから構成されている。
【００１７】
これら半導体素子（Ｃｈｉｐ）を搭載したリードフレーム（Ｆｒａｍｅ）及びフラットな配線が形成されたベース（ＳＵＳ）からなる電鋳基板を順次積層し、この積層体を上金型２９ａ及び下金型２９ｂから構成された樹脂金型２９に入れてエポキシなどの樹脂を注入してリードフレーム（Ｆｒａｍｅ）及び電鋳基板の間に半導体素子を封止した樹脂封止体（Ｒｅｓｉｎ）２４を注入する（図７）。そして、図７に示される樹脂金型２９から半導体素子が封止され、ベース（ＳＵＳ）２７が接合されている樹脂封止体２４が取り出される（図６）。次に、図５に示すように、樹脂封止体２４の表面に覆われている電鋳基板のベース２７を取り除き、次に、図６に示すように、ダイシングライン２８に沿ってダイシングされて半導体素子２２が各個に分離するように切り分けられる。
【００１８】
この実施例の半導体装置は、半導体素子を搭載するベッド部が樹脂封止体表面に露出しており、且つフリップチップボンディングを採用しているためにボンディングワイヤを用いた半導体装置より小型化、薄型化されており、半導体素子から発生する熱を効率良く外へ放出させることができる。また、電鋳基板を利用することにより容易に外部端子である電解メッキ層からなるフラットな配線を樹脂封止体表面に露出するように形成できる。更に半導体素子を複数個を一括して樹脂封止する方法を採っているので、半導体装置を個片化するときは、電鋳基板のベースを取り除いた後、樹脂封止体をダイシングすることにより生産性が著しく向上する。
【実施例３】
【００１９】
次に、図８及び図９を参照して実施例３を説明する。
図８及び図９は、この実施例において用いられる半導体装置の製造工程を説明する概略断面図である。この実施例では、半導体素子を搭載するベッド部にリードフレームに代えて電鋳基板の導電パターンを用いる。図８（ａ）に示すよう、半導体素子３２を電鋳基板３１の導電パターン３８であるフラットな配線にＰｂ−Ｓｎなどの共晶はんだなどによりマウントする。電鋳基板３１は、ステンレス等を材料とするベース３９上にＮｉメッキなどにより導電パターン３８が形成された構成を有している。電鋳基板は、ベース上にパターン部分以外をマスクしてベースを電極とする電解メッキを行って導電パターンを形成する。その後、半導体素子３２の表面電極（図示せず）にＡｕやはんだ等の金属バンプ３５を形成する。予め金属バンプ３５を半導体素子３２に形成してからフラットな配線３８にマウントする方法を行っても良い。その後、ステンレス等を材料とするベース３７にＮｉメッキにより導電パターン３６が付けられた電鋳基板３３を、導電パターン３６が金属バンプ３５に接合するように、フリップチップボンディングする（図８（ａ））。
【００２０】
次に、金属バンプ３５に導電パターン３６を接合させた電鋳基板３３と、フリップチップボンディングした電鋳基板３１の導電パターン３８にマウントされた半導体素子３２とを樹脂金型に入れエポキシなどの樹脂を注入して、導電パターン３６と３８との間を封止する樹脂封止体３４を形成する（図８（ｂ））。その後、電鋳基板３１、３３のベース３９、３７を剥がすかもしくは溶かして導電パターン３８、３６を残し、導電パターン３６は、接続端子として用いるフラットな配線３６とし、導電パターン３８は、放熱構造を有するベッド部３８とする（図９）。かくして、半導体装置が形成される。半導体装置を電気機器に実装するには外部端子であるフラットな配線３６が電気機器の電極に取り付ける。
【００２１】
この実施例の半導体装置は、半導体素子を搭載するベッド部が樹脂封止体表面に露出しており、且つフリップチップボンディングを採用しているためにボンディングワイヤを用いた半導体装置より小型化、薄型化されている。また、半導体素子から発生する熱を効率良く外へ放出させることができる。また、電鋳基板を利用することにより容易に電解メッキ層からなるフラットな配線を樹脂封止体表面に露出するように形成することができる。半導体素子のベッド部にも電鋳基板の導電パターンを用いるので、リードフレームのベッド部を用いるよりも薄くなって半導体装置が薄型化される。リードフレームは、０．１ｍｍ〜０．４ｍｍ程度の厚さを有するが、電鋳基板の導電パターン（電解メッキ層）は、０．０２ｍｍ〜０．０５ｍｍ程度の厚さであるので、この導電パターンを用いることにより薄型化がさらに進む。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施例である実施例１に係る半導体装置の概略断面図。
【図２】本発明の一実施例である実施例１に係る半導体装置の製造工程の概略断面図。
【図３】本発明の一実施例である実施例１に係る半導体装置の製造工程の概略断面図。
【図４】本発明の一実施例である実施例２に係る半導体素子が搭載されたリードフレームの平面図。
【図５】本発明の一実施例である実施例２に係るリードフレーム及び電鋳基板を積層し、樹脂封止をして形成した半導体装置群の図４のＡ−Ａ′線に沿う部分に相当する領域の断面図。
【図６】本発明の一実施例である実施例２で用いる複数の半導体素子を一体に樹脂封止したベースを取り去る前の半導体装置群の斜視図。
【図７】図６の半導体装置群を形成する樹脂金型の概略断面図。
【図８】本発明の一実施例である実施例３に係る半導体装置の製造工程を説明する概略断面図。
【図９】本発明の一実施例である実施例３に係る半導体装置の製造工程を説明する概略断面図。
【図１０】従来のボンディングワイヤを用いた半導体装置及び従来のフリップチップボンディングによる半導体装置の断面図。
【符号の説明】
【００２３】
１、２１、１０１・・・リードフレーム
２、２２、３２、１０２・・・半導体素子
４、２４、３４、１０４・・・樹脂封止体
５、２５、３５、１０５・・・金属バンプ
６、２６、３６・・・フラットな配線（導電パターン）
７、２７、３７、３９・・・ベース
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ・・・リードフレームのベッド部
２８・・・ダイシングライン
２９・・・樹脂金型      ２９ａ・・・上型      ２９ｂ・・・下型
３１、３３・・・電鋳基板
３８・・・フラットな配線（ベッド部）
１０３・・・ボンディングワイヤ
【図１】
2006093556.tif 000003
【図２】
2006093556.tif 000004
【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】
2006093556.tif 000010
【図９】
2006093556.tif 000011
【図１０】
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