(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体チップ表面に形成された機能電極を外部電極として取り出すための構造が簡単で、かつ複雑な工程を要することなく製造可能でありながら、放熱性を十分に確保可能な半導体装置を提供する。【解決手段】拡散層２により回路が形成された半導体基板１と、半導体基板の表面に形成され拡散層内の回路と接続された機能電極３と、半導体基板の裏面に形成された裏面電極４とを備える。拡散層及び機能電極を包囲するように、半導体基板の表面周辺全域に形成された、裏面電極と同電位の周辺電極５を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡散層により回路が形成された半導体基板と、前記半導体基板の表面に形成され前記拡散層内の回路と接続された機能電極と、前記半導体基板の裏面に形成された裏面電極とを備えた半導体装置において、
前記拡散層及び前記機能電極を包囲するように、前記半導体基板の表面周辺全域に形成された、前記裏面電極と同電位の周辺電極を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記周辺電極は、前記半導体基板の側面部の少なくとも表面に近い領域に亘るように形成されている請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記周辺電極の外形が、４辺より多い辺から構成される多角形状、又は円形である請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記機能電極、前記裏面電極、および前記周辺電極の表面が、導電性接着材料と接合可能な形態を有する請求項１〜３のいずれか１項記載の半導体装置。
【請求項５】
前記周辺電極が、緻密に並べられた複数のバンプで構成されている請求項１〜３のいずれか１項記載の半導体装置。
【請求項６】
前記複数のバンプは、導電性接着材料と接合可能な形態を有する請求項５記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高放熱性を確保しつつチップ状態で実装できる半導体装置に関し、特にパワー半導体装置のように動作状態において高熱を発生する半導体装置の放熱性の向上に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１２（ａ）は、従来の一般的なチップ状態の半導体装置を示す斜視図、図１２（ｂ）はその平面図である。半導体基板１には、回路を構成する拡散層２が形成され、その表面には、拡散層２と接続された機能電極３が設けられている。裏面には、裏面電極４が設けられている。一般的に裏面電極４にはグランド電位が印加されるが、パワーデバイスの場合は高電圧印加電極となる。
【０００３】
図１２に示したような半導体チップを実装するための構成の第１の従来例として、特許文献１に記載された半導体装置を図１３に示す。図１３（ａ）は、半導体装置を構成する配線基板１２の表面パタ−ンを示す平面図である。図１３（ｂ）は、配線基板１２の裏面パタ−ンを示す平面図である。図１３（ｃ）は、チップサイズパッケージに構成された半導体装置の側面図である。図１３（ｄ）は、図１３（ｃ）の部分詳細断面図である。
【０００４】
１１は半導体チップ、１２は電極配列変換用の配線基板であり、接着樹脂１３により接合されている。配線基板１２の裏面には、フリップチップ実装用の電極すなわちＦＣ用電極１４が設けられ、ＦＣ用電極１４面に、実装基板への実装のためのはんだバンプ１５が形成されている。１６は、配線基板１２に形成されたバイアホール１６であり、全面にわたって格子状に配列されている。配線基板１２の表面には接続電極１７が、図１３（ａ）に四角のパタ−ンで示すように配置される。接続電極１７は、半導体チップ１１の周辺電極、すなわち図１２に示した半導体チップの機能電極３に相当する電極と対応した位置に設けられている。１８はアルミニウム配線、１９は保護膜、２０は接続用金属を示す。
【０００５】
図１３（ａ）に示すように、周辺電極１７は、直下のバイアホ−ル１６を介してＦＣ用電極１４と接続されるものと、アルミニウム配線１８により中央部のバイアホ−ル１６を介してＦＣ用電極１４と接続されるものとが交互に配置されている。この構成により、図１２に示した半導体チップの機能電極３を、ＦＣ用電極１４により再配列して外部電極として取り出すことができる。
【０００６】
また、図１４は、特許文献２に示された第２の従来例である。図１３のような配線変換基板を使用せず、半導体チップ２１の機能電極２２に直接導電ボール２３を設け、実装基板２４の電極２５と結合させることにより、導電ボール２３を介して半導体チップ２１実装した構造を有する。
【０００７】
以上のような形態により、半導体チップとほぼ同サイズの面積を占有するだけで、実装を行うことができる。
【特許文献１】特開平９−１９９５３５号公報
【特許文献２】特開平９−２９３７５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記従来の実装のための形態では、以下の課題を有する。
【０００９】
（１）第１の従来例では、半導体チップ１１の機能電極を再配列させるための配線変換基板１２とはんだバンプ１５、そして、機能電極と配線変換基板１２を接続するための複数の異なる材料が用いられる。そのため、複雑な工程と、熱膨張係数を考慮した材料選択や工法が必要となる。
【００１０】
（２）第１、２の従来例では、半導体チップ１１、２１と実装基板との接合が、半導体チップ１１、２１の機能電極のみを介して行われている。そのため放熱性が低く、熱を発生する半導体装置、例えばパワー半導体装置では、チップ状態のままでは別途放熱板が必要である。
【００１１】
本発明は、半導体チップ表面に形成された機能電極を外部電極として取り出すための構造を複雑化させることなく、かつ複雑な工程を要することなく製造可能でありながら、放熱性を十分に確保可能な半導体装置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】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の半導体装置は、拡散層により回路が形成された半導体基板と、前記半導体基板の表面に形成され前記拡散層内の回路と接続された機能電極と、前記半導体基板の裏面に形成された裏面電極とを備え、前記拡散層及び前記機能電極を包囲するように、前記半導体基板の表面周辺全域に形成された、前記裏面電極と同電位の周辺電極を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上記構成の半導体装置によれば、はんだのような導電性接着材料により実装基板へ実装したときに、チップ状態のままで、半導体装置から発生する熱を周辺電極を介して、効率的に実装基板へ放熱させることができる。しかも、機能電極を外部電極として取り出すための構造を複雑化させることなく、製造工程も簡単である。
【００１４】
なお、放熱性を更に向上させる必要がある場合、放熱板を接続することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の半導体装置において、前記周辺電極は、前記半導体基板の側面部の少なくとも表面に近い領域に亘るように形成されている構成とすることが好ましい。それにより、半導体装置をはんだのような導電性接着材料により実装基板へ実装したときに、半導体装置の機能電極を有する表面部を、周辺電極に接続される導電性接着材料で取り囲む状態となるため、半導体装置表面の汚染防止と信頼性向上を実現することができる。
【００１６】
また、前記周辺電極の外形が、４辺より多い辺から構成される多角形状、又は円形であることが好ましい。それにより、半導体装置をはんだのような導電性接着材料により実装基板へ実装したときに、半導体装置のチップサイズの大きい場合に実装基板との間に発生する応力を緩和させることができる。
【００１７】
また、前記機能電極、前記裏面電極、および前記周辺電極の表面が、導電性接着材料と接合可能な形態を有することが好ましい。それにより、半導体装置をはんだのような導電性接着材料により実装基板へ実装したときに、半導体装置のチップサイズが大きい場合に実装基板との間で発生する応力を緩和することができる。
【００１８】
前記周辺電極は、緻密に並べられた複数のバンプで構成することができる。それにより、半導体装置をはんだのような導電性接着材料により実装基板へ実装したときに、半導体装置のチップサイズが大きい場合に実装基板との間で発生する応力を緩和することができる。
【００１９】
前記複数のバンプは、導電性接着材料と接合可能な形態を有することが好ましい。それにより、半導体装置を、はんだのような導電性接着材料を使用せずに実装することが可能となる。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
図１（ａ）は、本発明の実施の形態１におけるチップ状態の半導体装置を示す斜視図、（ｂ）はその平面図である。半導体基板１には、拡散層２により回路を構成する素子が形成され、その表面に、拡散層２により構成された回路と接続された機能電極３が形成されている。半導体基板１の裏面には、裏面電極４が設けられている。更に、半導体基板１の表面には、機能電極３とは別に、拡散層２を取り囲むように、裏面電極４と同電位の周辺電極５が形成されている。
【００２２】
この構成において、機能電極３、裏面電極４、及び周辺電極５は、実装時に直接導電性接着材料と電気的に接続できるバリアメタル構造を有する。
【００２３】
バリアメタル構造に代えて、図２に示す構成とすることもできる。図２（ａ）は図１（ａ）に、図２（ｂ）は図１（ｂ）にそれぞれ対応する図であり、同一の要素には同一の参照符号を付して説明を省略する。図２の構成においては、実装時に直接導電性接着材料と電気的に接続できるように、機能電極３にはバンプ電極６ａが、周辺電極５には複数のバンプ電極６ｂが形成されている。
【００２４】
図３は、図１に示した構成の半導体装置を実装基板７に実装した状態を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。実装基板７の表面に形成された基板電極８に対して、半導体装置の機能電極３および周辺電極５が導電性接着材料９を用いて接続されている。  このように、本実施の形態の半導体装置を実装した場合、半導体装置自体から発生する熱を、周辺電極５を介して実装基板７へ効率的に放熱させることができる。そのため、放熱板不要の構造や小型化が実現できる。
【００２５】
また実装状態において、半導体基板１の表面の拡散層２と機能電極３が、周辺電極５と導電性接着材料９、及び実装基板７により保護される形態となるため、半導体装置表面の汚染防止、並びに信頼性向上が可能となる。なお、図３においては、周辺電極５が、半導体基板１の表面だけでなく、側面部の一部に亘って形成された状態が示されている。それにより、拡散層２と機能電極３が、周辺電極５と導電性接着材料９、及び実装基板７により保護される効果をより確実にすることができる。従って、周辺電極５が、半導体基板１の表面周辺全域に加えて、半導体基板１の側面部の少なくとも表面の近傍領域に亘るように形成されていることが望ましい。特に、実装基板に高放熱性化のために金属性材料と、導電性接着材料にはんだ等の金属性材料を使用した場合に、高耐湿性を確保することが可能となる。
【００２６】
図４に示すように、周辺電極５が、半導体基板１の側面部全体に形成された構成とすることもできる。図４（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。この場合、導電性接着材料９が半導体装置の側面部全体を覆う実装状態になる。
【００２７】
更に、半導体装置の裏面電極４を基準電位（＝グランド）とすれば、実装された状態において、半導体装置の表面の拡散層２に形成された回路を、裏面電極４と同電位、即ち基準電位（＝グランド）の電極が囲む形態となるため、実装基板と拡散層以外の半導体チップ部分がシールドとなる。従って、半導体装置の表面の拡散層２に形成された回路がノイズを発生する場合の、ノイズ低減効果も同時に実現する。
【００２８】
図５は、図２に示した半導体装置を実装基板７に実装した状態を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。実装基板７の表面に形成された基板電極８に対して、半導体装置の機能電極３がバンプ電極６ａを用いて接続され、周辺電極５がバンプ電極６ｂと導電性接着材料９を用いて接続されている。周辺電極５に設けられた複数のバンプ電極６ｂは、はんだ等の導電性接着材料９により実装基板７に実装されたときに、半導体装置表面（実装基板表面に面している面）がむき出しとならない程度に緻密に形成されている。それにより、実装状態において半導体基板１の表面の拡散層２と機能電極３が、周辺電極５と導電性接着材料９、複数のバンプ電極６ｂ及び実装基板７により包囲されて保護される形態となるため、半導体装置表面の汚染防止、並びに信頼性向上が可能となる。
【００２９】
図６は、図２に示した構成において、周辺電極５が、半導体基板１の側面部全体に形成された構成とした場合を示す。図６（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。この場合も、導電性接着材料９が半導体装置の側面部全体を覆う実装状態になる。
【００３０】
なお、図７〜９に示すように、放熱板を設けることもできる。図７の実装構造は、半導体装置を取り囲むような放熱板１０ａを用いた場合である。放熱板１０ａは裏面電極４に接続されるとともに、さらに放熱板１０ａの両端も、実装基板７上の電極８に対して導電性接着材料９により接続される。
【００３１】
図８の実装構造は、放熱板１０ｂを裏面電極４にのみ接続した構造を有する。図９の実装構造は、実装基板７に凹部１１を設け、半導体装置を凹部１１内に収蔵して裏面電極４を露出させて、凹部１１の周辺に架け渡した放熱板１０ｃを裏面電極４に接続した構造を有する。
【００３２】
以上のように放熱板１０ａ〜１０ｃを裏面電極４に接続することで、放熱性を更に向上させることができる。
【００３３】
（実施の形態２）
図１０（ａ）は、本発明の実施の形態２における半導体装置を示す斜視図、（ｂ）はその平面図である。基本的な構成は図１に示した実施の形態１と同じであるが、周辺電極５ａの形状が八角形を有している。基本的な効果は実施の形態１の場合と同じであるが、周辺電極５ａの形状が八角形となっていることで、実装基板との熱膨張係数差によって半導体基板１表面に発生する応力を緩和させることができる。半導体基板１のチップサイズが大きい場合に、特に効果的である。周辺電極５ａの形状が円形に近づけば、この応力緩和の効果はより効果的となる。
【００３４】
また、半導体装置が実装基板に実装された状態において、周辺電極５ａと実装基板で囲まれる領域に、絶縁性接着材料を充填することで、更にこの応力緩和の効果は向上する。
【００３５】
本実施の形態の構成は、図１１に示すように、バリアメタル構造に代えて、バンプ電極６ａ、６ｂを用いて接続する場合にも同様に適用できる。図１１（ａ）は図１０（ａ）に、図１１（ｂ）は図１０（ｂ）にそれぞれ対応する図であり、同一の要素には同一の参照符号を付して説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の半導体装置は、放熱性を十分に確保可能であるため、半導体装置全般、特に発熱を伴う半導体装置を使用する電源回路や駆動回路を有する全ての製品、たとえばデジタル家庭電化製品や一般白物家庭電化製品、照明機器、モーター機器、通信機器等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体装置を示し、（ａ)は斜視図、（ｂ）は平面図
【図２】同実施の形態における半導体装置の変形例を示し、（ａ)は斜視図、（ｂ）は平面図
【図３】図１の半導体装置の実装状態を示し、（ａ)は斜視図、（ｂ）は平面図
【図４】同実装状態の変形例を示し、（ａ)は斜視図、（ｂ）は平面図
【図５】図２の半導体装置の実装状態を示し、（ａ)は斜視図、（ｂ）は平面図
【図６】同実装状態の変形例を示し、（ａ)は斜視図、（ｂ）は平面図
【図７】半導体装置に放熱板を取り付けた実装形態を示す断面図
【図８】半導体装置に放熱板を取り付けた他の実装形態を示す断面図
【図９】半導体装置に放熱板を取り付けた更に他の実装形態を示す断面図
【図１０】本発明の実施の形態２における半導体装置を示し、（ａ)は斜視図、（ｂ）は平面図
【図１１】同実施の形態における半導体装置の変形例を示し、（ａ)は斜視図、（ｂ）は平面図
【図１２】従来の一般的なチップ状態の半導体装置
【図１３】図１２の半導体チップを実装するための第１の従来例の半導体装置を示し、（ａ）は、同半導体装置を構成する配線基板の表面パタ−ンを示す平面図、（ｂ）はその裏面パタ−ンを示す平面図、（ｃ）は半導体装置の側面図、（ｄ）は（ｃ）の部分詳細断面図
【図１４】図１２の半導体チップを実装するための第２の従来例の半導体装置を示す断面図
【符号の説明】
【００３８】
１  半導体基板
２  拡散層
３  機能電極
４  裏面電極
５、５ａ  周辺電極
６ａ、６ｂ  バンプ電極
７  実装基板
８  実装基板電極
９  導電性接着材料
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  放熱板
１１  半導体チップ
１２  配線変換基板
１３  接着樹脂
１４  ＦＣ用電極
１５  はんだバンプ
１６  バイヤホール
１７  周辺電極
１８  アルミニウム配線
１９  保護膜
２０  接続用金属
２１  半導体チップ
２２  機能電極
２３  導電ボール
２４  実装基板
２５  電極
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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