(57)【要約】セット筐体の温度上昇を許容範囲に抑え、放熱部材の熱膨張によるパッケージ基板の配線への影響を回避した信頼性の高い半導体装置を提供すること。半導体素子１とパッケージ基板２と放熱部材４とを備え、半導体素子１は、第１の主面１ａがパッケージ基板２の素子搭載面２ａと対向するように配置されてパッケージ基板２に接続され、放熱部材４は、その主面部４ａが半導体素子１の第１の主面１ａの裏面に相当する第２の主面１ｂと熱伝導部材５を介して接触するとともに、その外周の固着部４ｂがパッケージ基板２の素子搭載面２ａの固着エリア２ｃに接着剤６で固着され、パッケージ基板２に形成された配線１４が、固着エリア２ｃの接着剤６が塗布されている領域では素子搭載面２ａ以外の面に形成されている。
2011074221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子とパッケージ基板と放熱部材とを備え、
前記半導体素子は、第１の主面が前記パッケージ基板の素子搭載面と対向するように配置されて前記パッケージ基板に接続され、
前記放熱部材は、その主面部が前記半導体素子の前記第１の主面の裏面に相当する第２の主面と熱伝導部材を介して接触するとともに、その外周の固着部が前記パッケージ基板の前記素子搭載面の固着エリアに接着剤で固着され、
前記パッケージ基板に形成された配線が、前記固着エリアの前記接着剤が塗布されている部分では前記素子搭載面以外の面に配置されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記パッケージ基板の前記素子搭載面に形成された配線が、前記固着エリアでは前記パッケージ基板の内部を迂回する請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記パッケージ基板が、基材と、前記基材の前記素子搭載面側の上層部と、前記素子搭載面とは異なる側の下層部との積層体であり、前記素子搭載面に形成された配線が前記固着エリアを迂回する部分で、前記下層部に形成された内部配線を経由する請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記パッケージ基板の前記固着エリア部分の前記素子搭載面に、メタルベタパターンが形成されている請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記パッケージ基板の前記素子搭載面とは異なる側の表面に形成された複数の外部電極が、前記パッケージ基板の厚さ方向において、前記固着エリアの前記接着剤が塗布されている部分と重ならない位置に形成されている請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記放熱部材の前記固着部が、前記パッケージ基板の厚さ方向において前記外部電極の形成位置と重ならない位置への、突出部として形成されている請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記パッケージ基板の前記外部電極が、前記パッケージ基板の厚さ方向において前記固着エリアと重なる領域を除いて、前記放熱部材の面積よりも広い領域に規則的に配列されている請求項５に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記パッケージ基板の前記素子搭載面とは異なる側の表面の、前記パッケージ基板の厚さ方向において前記固着エリアの前記接着剤が塗布されている部分と重なる位置に、ダミー電極が形成された請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記パッケージ基板の前記素子搭載面を平面視したときに、前記パッケージ基板の面積に占める前記放熱部材の面積が４１％〜６４％である請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記放熱部材の前記固着部の幅が１ｍｍ〜３ｍｍである請求項１から９のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記半導体素子の前記第１の主面に形成された複数の突起電極が、前記パッケージ基板の前記素子搭載面に形成された複数の接続電極にフリップチップ接続されている請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記放熱部材が、前記主面部と前記固着部とが傾斜部で接続された放熱板により構成されている請求項１〜１１のいずれか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パッケージ基板に搭載された半導体素子と、半導体素子からの発熱を外部に放出する放熱手段を備えた半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の多機能化、小型・薄型化に伴い、配線基板であるパッケージ基板に半導体素子を搭載した半導体装置の高密度化、小型化・薄型化が要求されている。このような目的を達成する半導体装置として、半導体素子の一方の主面に形成された複数の突起電極と、この突起電極に対応する位置に形成されたパッケージ基板の接続電極とを重ね合わせるようにして電気的に接続する、フリップチップ接続による半導体装置が多用されている。【０００３】
フリップチップ接続された半導体装置において、半導体素子からの発熱を外部に放熱する放熱部材としての放熱板を備えた構造が知られている。例えば、特許文献１には、気孔を有したセラミックス板に熱硬化性樹脂が含浸された接着層で半導体素子に固着されるとともに、半導体素子を囲むように形成されたリングを介してパッケージ基板にも固着された放熱板を備えた、フリップチップ接続された半導体装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１９６５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載のフリップチップ接続された半導体装置は、高い放熱特性と実装信頼性とを兼ね備えるものである。しかし、特に、携帯型の電子機器では、セットとしての電気機器の大きさが小さいため、放熱板と熱伝導部材を介して伝えられる半導体素子の発熱量が大きいと、セット筐体としての許容範囲を超えてその温度が上昇してしまうという新たな課題が生じた。【０００６】
また、放熱板の温度が上昇して熱膨張が生じた場合に、放熱板とパッケージ基板との固着部分に大きな応力が加わって、パッケージ基板上に形成された配線や、パッケージ基板が搭載されるマザーボードなどの実装基板との接続に用いられる外部電極に亀裂が生じ、抵抗値の上昇や物理的破断が原因となって必要な電気的接続が得られなくなるという課題も生じている。【０００７】
本発明は、上記従来の半導体装置における課題を解決し、セット筐体の温度上昇を許容範囲に抑え、放熱部材の熱膨張によるパッケージ基板の配線への影響を回避した信頼性の高い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】
【０００８】
上記課題を解決するため本発明の半導体装置は、半導体素子とパッケージ基板と放熱部材とを備え、前記半導体素子は、第１の主面が前記パッケージ基板の素子搭載面と対向するように配置されて前記パッケージ基板に接続され、前記放熱部材は、その主面部が前記半導体素子の前記第１の主面の裏面に相当する第２の主面と熱伝導部材を介して接触するとともに、その外周の固着部が前記パッケージ基板の前記素子搭載面の固着エリアに接着剤で固着され、前記パッケージ基板に形成された配線が、前記固着エリアの前記接着剤が塗布されている領域では前記素子搭載面以外の面に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の半導体装置は、放熱部材が固着される固着エリアの接着剤が塗布されている部分では、パッケージ基板に形成された配線が素子搭載面以外の面に配置されている。このため、放熱部材の温度が上昇して熱膨張が生じ、接着剤を介してパッケージ基板に応力が加わった場合でも、パッケージ基板に形成された配線の電気的導通が損なわれることを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる半導体装置の概略構成を示す断面構造図である。
【図２】本発明の第１の実施形態にかかる半導体装置と、実装基板並びにセット筐体との接続状態を示す断面構成図である。
【図３】本発明の第２の実施形態にかかる半導体装置における、パッケージ基板の固着エリア近傍における配線の第１の配置例を示す断面構成図である。
【図４】本発明の第２の実施形態にかかる半導体装置における、パッケージ基板の固着エリア近傍における配線の第２の配置例を示す断面構成図である。
【図５】パッケージ基板の固着エリアにおける構成の詳細を示す要部拡大断面図である。
【図６】パッケージ基板の固着エリアにおける別の構成の詳細を示す要部拡大断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態にかかる半導体装置における、パッケージ基板に形成された配線の形成位置についての第１の変形例を示す断面構成図である。
【図８】本発明の第２の実施形態にかかる半導体装置における、パッケージ基板に形成された配線の形成位置についての第２の変形例を示す断面構成図である。
【図９】本発明の第２の実施形態にかかる半導体装置における、パッケージ基板に形成された配線の形成位置についての第３の変形例を示す断面構成図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態にかかる半導体装置における、パッケージ基板と放熱部材との固着部分と、外部電極との位置関係の例を示す平面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態にかかる半導体装置における、パッケージ基板と放熱部材との固着部分と、外部電極との位置関係の第１の変形例を示す平面図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態にかかる半導体装置における、パッケージ基板と放熱部材との固着部分と、外部電極との位置関係の第２の変形例を示す平面図である。
【図１３】半導体素子とパッケージ基板とがワイヤーボンディングにより接続された半導体装置の概略構成を示す断面図である。
【図１４】放熱部材の別の構成例を示す断面図である。
【図１５】放熱部材のさらに別の構成例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の半導体装置は、半導体素子とパッケージ基板と放熱部材とを備え、前記半導体素子は、第１の主面が前記パッケージ基板の素子搭載面と対向するように配置されて前記パッケージ基板に接続され、前記放熱部材は、その主面部が前記半導体素子の前記第１の主面の裏面に相当する第２の主面と熱伝導部材を介して接触するとともに、その外周の固着部が前記パッケージ基板の前記素子搭載面の固着エリアに接着剤で固着され、前記パッケージ基板に形成された配線が、前記固着エリアの前記接着剤が塗布されている領域では前記素子搭載面以外の面に配置されている。
【００１２】
上記本発明の半導体装置は、放熱部材が熱膨張した時に応力が直接作用する、固着エリアの接着剤が塗布されている部分を避けて配線を配置することができ、配線に亀裂が生じることで引き起こされる、配線の抵抗値の上昇や物理的破断という電気的接続不良を効果的に回避することができる。
【００１３】
上記本発明の半導体装置において、前記パッケージ基板の前記素子搭載面に形成された配線が、前記固着エリアでは前記パッケージ基板の内部を迂回することが好ましい。このようにすることで、パッケージ基板の素子搭載面に形成された配線を、放熱部材の熱膨張時に接着剤を介して応力が作用する固着エリアを避けて配置することができ、配線に亀裂が生じて電気的接続不良が生じることを効果的に回避することができる。
【００１４】
このとき、前記パッケージ基板が、基材と、前記基材の前記素子搭載面側の上層部と、前記素子搭載面とは異なる側の下層部との積層体であり、前記素子搭載面に形成された配線が前記固着エリアを迂回する部分で、前記下層部に形成された内部配線を経由することが好ましい。このようにすることで、放熱部材の熱膨張が原因となって生じるパッケージ基板の変形の影響を、より効果的に回避することができる。
【００１５】
さらに、前記パッケージ基板の前記固着エリア部分の前記素子搭載面に、メタルベタパターンが形成されていることが好ましい。このようにすることで、放熱部材の熱膨張係数とパッケージ基板の熱膨張係数との差により生じる変形がメタルベタパターンで吸収され、パッケージ基板に加わる応力を低減することができ。また、パッケージ基板の表面に形成された保護膜に破断が生じた場合でも、この破断をメタルベタパターンで止めることができる。
【００１６】
本発明の半導体装置の構成において、前記パッケージ基板の前記素子搭載面とは異なる側の表面に形成された複数の外部電極が、前記パッケージ基板の厚さ方向において、前記固着エリアの前記接着剤が塗布されている部分と重ならない位置に形成されていることが好ましい。このようにすることで、放熱部材が熱膨張することでパッケージ基板に加わる応力によって、マザーボードなどの外部の実装基板に接続されるパッケージ基板の外部電極に亀裂等が生じて、電気的接続不良が生じることを防止することができる。
【００１７】
このとき、前記放熱部材の前記固着部が、前記パッケージ基板の厚さ方向において前記外部電極の形成位置と重ならない位置への、突出部として形成されているようにすることができ、また、前記パッケージ基板の前記外部電極が、前記パッケージ基板の厚さ方向において前記固着エリアと重なる領域を除いて、前記放熱部材の面積よりも広い領域に規則的に配列されているようにすることができる。
【００１８】
さらにまた、前記パッケージ基板の前記素子搭載面とは異なる側の表面の、前記パッケージ基板の厚さ方向において前記固着エリアの前記接着剤が塗布されている部分と重なる位置に、ダミー電極が形成されることが好ましい。このようにすることで、放熱部材の熱膨張によって亀裂が生じても半導体装置の動作上問題がないダミー電極を用いて、半導体装置と外部の実装基板との接続をより確実かつ強固に行うことができる。
【００１９】
また、前記パッケージ基板の前記素子搭載面を平面視したときに、前記パッケージ基板の面積に占める前記放熱部材の面積が４１％〜６４％であることが好ましい。このようにすることで、放熱部材を介してセット筐体に伝わる熱量を制限してセット筐体が許容範囲を超えて温度上昇することを防止するとともに、半導体素子からの放熱を確保して半導体素子の温度が正常に動作できない温度にまで上昇することを防止することができる。
【００２０】
さらに、前記放熱部材の前記固着部の幅が１ｍｍ〜３ｍｍであることが好ましい。このようにすることで、放熱部材とパッケージ基板との固着強度を確保し、かつ、放熱部材の熱膨張によりパッケージ基板に加わる応力を低減することができる。
【００２１】
また、前記半導体素子の前記第１の主面に形成された複数の突起電極が、前記パッケージ基板の前記素子搭載面に形成された複数の接続電極にフリップチップ接続されていること、さらに、前記放熱部材が、前記主面部と前記固着部とが傾斜部で接続された放熱板により構成されていることが好ましい。
【００２２】
以下、本発明の半導体装置について図面を参照して説明する。
【００２３】
なお、以下で参照する各図は、説明の便宜上、本発明の半導体装置の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。従って、本発明にかかる半導体装置は、参照する各図に示されていない任意の構成部材を備えることができる。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率等を必ずしも忠実に表したものではない。
【００２４】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる半導体装置の概略構成を示す断面構成図である。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態の半導体装置１００は、半導体素子１の第１の主面１ａに形成された複数の突起電極３が、半導体素子１を搭載する回路基板であるパッケージ基板２の素子搭載面２ａの、突起電極３と対応する位置に形成された、図１では図示しない接続電極と接続されてフリップチップ構成となっている。
【００２６】
パッケージ基板２は、半導体素子１を加熱によってフリップチップ接合する際に、伸縮量が小さい基板材料が望ましい。好ましい基板材料としては、多層セラミック基板、ガラス布積層エポキシ基板（ガラエポ基板）、アラミド不織布基板、ガラス布積層ポリイミド樹脂基板などがある。
【００２７】
突起電極３は、一般には、はんだバンプが形成されるが、ワイヤーボンディング技術を応用したＡｕのスタッドバンプや、Ａｕ以外の金属バンプ、さらには、バンプ以外のボールやランドであってもよい。はんだバンプの形成については、メッキ法や印刷方式、さらに、マイクロボール実装法などを用いることができる。
【００２８】
本実施形態の半導体装置１００では、放熱部材である放熱板４が、フリップチップ接続された半導体素子１からの熱伝導を確保しつつ、半導体素子１を覆うようにパッケージ基板２上に配置されている。すなわち、図１に示すように、放熱板４の主面部分４ａが、半導体素子１の第１の主面１ａの裏面に当たる第２の主面１ｂに高い熱伝導率を有した熱伝導部材である放熱ペースト５を介して接続されている。また、半導体素子１の周囲を囲むようにパッケージ基板２側に突出した放熱板４の外周に位置する固着部４ｂが、パッケージ基板２の素子搭載面２ａに形成された固着エリア２ｃに接着剤６で固着されている。
【００２９】
なお、本実施形態の半導体装置１００に用いられている放熱部材は板状の放熱板４であるため、主面部分４ａと固着部４ｂとが、主面部分４ａおよび固着部４ｂに対して所定の角度をなした傾斜部４ｃで接続されていて、放熱板４の内側に半導体素子１を包み込むようになっている。放熱板４の材料としては、熱伝導率が高く優れた放熱性能を有するＣｕ、Ａｌ、ＡｌＳｉＣなどの金属が好ましい。
【００３０】
フリップチップ接続された半導体素子１の、パッケージ基板２の素子搭載面２ａと対向する第１の主面１ａにおける突起電極３が形成されていない部分、および、半導体素子１の周辺部分には、アンダーフィルと呼ばれる絶縁性の樹脂７が充填被覆されている。アンダーフィルとして用いられる樹脂７としては、例えば、熱硬化性液状樹脂であり、シリカなどの無機系フィラーを含有したものが望ましい。また、この樹脂７は、後工程であるリフロー工程での高温に耐えうる程度の耐熱性を有することが望ましい。好ましい熱硬化性液状樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂がある。
【００３１】
パッケージ基板２の素子搭載面２ａとは異なる側の表面２ｂには、半導体装置１００をマザーボードなどの外部の回路基板である実装基板と固着するための外部電極８が、例えば、縦横方向に整列配置されたマトリクス状などの規則的なパターンで形成されている。外部電極８は、一般には、はんだボールとして形成されるが、はんだ以外の金属ボールやボール形状をとらないランドやバンプであってもよい。
【００３２】
図２に、本実施形態の半導体装置１００の実使用時の接続形態として、外部の回路基板である実装基板１１に搭載され、かつ、放熱板４の主面部分４ａが、セットの金属筐体１２に、熱伝導性の放熱ペースト１３を介して接触している状態を示している。
【００３３】
本実施形態の半導体装置１００では、パッケージ基板２の素子搭載面２ａを平面視したとき、すなわち、図１に示した断面構造を図中の上方から俯瞰したときに、パッケージ基板２の表面積に占める放熱板４の表面積が４１％〜６４％である。例えば、平面視したパッケージ基板２の形状と、平面視した放熱板４の形状がともに略正方形状である場合には、図１に示した放熱板４の１辺の長さＡとパッケージ基板２の１辺の長さＢとの間に、Ａ／Ｂがほぼ０．６４〜０．８であるという関係が成立する。
【００３４】
このように、パッケージ基板２の素子搭載面２ａを平面視したときの、パッケージ基板２の面積に占める放熱板４の面積を４１〜６４％とすることで、半導体素子１の動作時に、半導体素子１からの発熱のうち放熱板４を介してセット筐体１２に伝導する熱量を一定レベル以下に抑制しつつ、半導体素子１の温度上昇をその動作に支障のない範囲に保つことができる。
【００３５】
例えば、半導体装置１００が搭載されるセットの例として、一般的なブルーレイディスクレコーダ筐体を考える。
【００３６】
一般的なブルーレイディスクレコーダの使用環境下における熱流体解析の結果から、半導体素子１の発熱量が、ブルーレイディスクレコーダの画像エンジン用ＬＳＩの最大消費電力時の発熱量である場合を検討する。このとき、パッケージ基板２の表面積が１２２５ｍｍ２（１辺３５ｍｍの正方形）、放熱板４の平面視したときの面積が５０６．２５ｍｍ２（１辺２２．５ｍｍの正方形）であった場合に、半導体素子１からの放熱量が制限されて、半導体素子１の温度が半導体素子１の動作限界であるＴｊ（ｍａｘ）となる。したがって、パッケージ基板２の面積に占める放熱板４の面積の割合は、半導体素子１の正常な動作を確保する観点から、４１％以上が必要であることがわかる。
【００３７】
一方、放熱板４の平面視したときの面積が７８４ｍｍ２（１辺２８ｍｍの正方形）の場合に、半導体素子１から放熱板４を介しての、セットであるブルーレイレコーダ筐体１２への放熱量が増加して、ブルーレイレコーダ筐体１２の表面温度限界Ｔｃ（ｍａｘ）となる。すなわち、パッケージ基板２の面積に対して放熱板４の面積の占める割合が、６４％を超えてしまうと、放熱板４を熱伝導経路とするセット筐体１２への熱伝導が大きくなりすぎて、セット筐体の温度スペックを超えてしまう。
【００３８】
以上から、パッケージ基板２の素子搭載面２ａを平面視したときに、パッケージ基板２の面積に占める放熱板４の面積が、４１％〜６４％であることが好ましいのである。
【００３９】
なお、本実施形態の半導体装置１００では、パッケージ基板２の固着エリア２ｃに固着される放熱板４の固着部４ｂの幅Ｃを１ｍｍ〜３ｍｍとすることが好ましい。このようにすることで、パッケージ基板２と放熱板４とを所定の強度で固着することができるとともに、パッケージ基板２の素子搭載面２ａに形成された、図１および図２では図示しない配線パターンが、放熱板４とパッケージ基板２との熱膨張係数の差が原因で固着エリア２ｃに加わる応力の影響で、亀裂が生じたり剥がれたりすることを効果的に防止することができる。このため、素子搭載面２ａに形成された配線の抵抗値上昇や接続不良といった問題の発生しない、信頼性の高いパッケージ基板２を得ることができる。
【００４０】
（第２の実施形態）
次に、本半導体装置の第２の実施形態として、放熱板４とパッケージ基板２との熱膨張係数の差によってパッケージ基板２に加わる応力によって、パッケージ基板２の素子搭載面２ａに形成された配線が受けるダメージを、より一層軽減することができる構成例について、図３および図４を用いて説明する。
【００４１】
図３は、本実施形態にかかる半導体装置における、パッケージ基板２の固着エリア２ｃと、放熱板４の外周の固着部４ｂとが固着される部分を示した部分拡大断面図である。
【００４２】
図３に示す例では、パッケージ基板２の素子搭載面２ａに形成され、半導体素子１の突起電極３と接続された接続電極１５に接続された配線１４は、まず、接続電極１５から固着エリア２ｃ近傍まではパッケージ基板２の素子搭載面２ａの表面に形成された表面配線である配線１４ａとなっている。そして、固着エリア２ｃ部分では、パッケージ基板２の内部に形成された内部配線１４ｂを経由することで、固着エリア２ｃを迂回する。固着エリア２ｃを通り過ぎた後、再びパッケージ基板２の素子搭載面２ａの表面に形成された表面配線である配線１４ｃとなり、パッケージ基板２に設けられたビアホールなどの貫通孔部分１４ｄを経由して、パッケージ基板２の素子搭載面２ａとは異なる側の表面２ｂに形成された外部電極８に接続される。
【００４３】
このように、放熱板４の固着部４ｂが接着剤６によって固着されているため、パッケージ基板２と比較して熱膨張係数の大きな放熱板４が熱膨張したときの熱膨張量の差によって生じる応力が集中する、素子搭載面２ａの固着エリア２ｃから、パッケージ基板２の配線１４を迂回させることで、配線１４に亀裂が発生するなどして電気的接続不良の原因となることを防止することができる。
【００４４】
なお、図３に示す例では、配線１４が、パッケージ基板２の内部に形成された内部配線１４ｂを介して固着エリア２ｃを迂回している部分に、メタルベタパターン１６が形成されている。このメタルベタパターン１６は、表面配線である配線１４ａおよび１４ｃと所定の間隔を隔てられて絶縁することで、同じ層に形成された金属パターンとして配線１４ａおよび１４ｃと同時に形成することができる。
【００４５】
固着エリア２ｃに、メタルベタパターン１６を形成することで、放熱板４を固着する接着剤６からパッケージ基板２の素子搭載面２ａに加えられる応力を吸収することができ、パッケージ基板２の配線１４に亀裂等が発生することを予防する、より大きな効果が得られる。
【００４６】
図４は、パッケージ基板２の素子搭載面２ａに形成された配線１４に、放熱板４の熱膨張によって加えられる応力の影響を回避する別の構成例を示した部分拡大断面図である。
【００４７】
図４に示した構成例は、図３に示したものと比較して、パッケージ基板２の固着エリア２ｃを迂回するためにパッケージ基板２の内部に設けられた内部配線１４ｂの位置が異なる。すなわち、図３では、パッケージ基板２の基材２２よりも、素子搭載面２ａ側の上層２１の内部に内部配線１４ｂが形成されていたが、図４に示す構成例では、固着エリア２ｃを迂回する内部配線１４ｂが、素子搭載面２ａとは反対側の表面２ｂ側の下層２３の内部に内部配線１４ｂが形成されていて、パッケージ基板２の基材２２を貫通して素子搭載面２ａに形成された配線１４ａおよび配線１４Ｃと接続されている。
【００４８】
このように、パッケージ基板２が、全体の反り量を抑制する機械的強度の高い基材２２を上層２１および下層２３で挟んだ構成となっている場合には、この機械的強度の高い基材２２よりもさらに深い下層２３に内部配線１４ｂを形成することで、パッケージ基板２の素子搭載面２ａ表面に加わる応力により内部配線１４ｂが受ける影響をより低減することができる。このため、配線１４に亀裂が生じたりすることを効果的に回避し、信頼性の高いパッケージ基板２を得ることかできる。
【００４９】
ここで、パッケージ基板２の固着エリア２ｃ部分において、パッケージ基板２の内部に形成された内部配線１４ｂを経由することで固着エリア２ｃを迂回して、配線１４に与えられる放熱板４の熱膨張による応力の影響を回避する上での好適な条件について説明する。
【００５０】
なお、以下、図５および図６を用いた検討では、放熱板４の熱膨張により加わる応力によるパッケージ基板２に形成された配線への影響を厳密に議論するため、放熱板４とパッケージ基板２とを固着する接着剤６が塗布された部分の端部位置を基準として説明している。これに対し、本明細書におけるパッケージ基板２の固着エリア２ｃとは、実際に接着剤６の塗布されている領域よりも広い、放熱板４の固着部４ｂに対応する領域を示す用語として用いている。
【００５１】
図５は、本実施形態にかかる半導体装置のパッケージ基板２と放熱板４との固着部分を拡大した要部拡大断面図である。図５は、図３および図４で図示したものと同じ部分の固着エリア２ｃを拡大したものであり、図５では図示しないものの図５における左側に半導体素子１が搭載されている。
【００５２】
図５に示すように、本実施形態の半導体装置におけるパッケージ基板２の上層２１は、第１層の基板２１ａと第２層の基板２１ｂとを含んでいて、第１層の基板２１ａの表面が素子搭載面２ａに相当する。図５ではいずれも図示しないが、半導体素子１の突起電極３と接続された接続電極１５に接続され、パッケージ基板２の素子搭載面２ａに形成される配線１４ａは、第１層の基板２１ａの表面配線として形成される。
【００５３】
図３では図示を省略したが、第１層の基板２１ａの表面である素子搭載面２ａには、配線１４が形成されている部分では配線１４を覆うように、配線１４が形成されていない部分では素子搭載面２ａ上に直接、保護膜２４が形成されている。この保護膜２４は、例えばレジスト膜などの非導電性の樹脂による膜であり、素子搭載面２ａに形成された配線１４が、パッケージ基板２の取り扱い時に外部の部材と触れて剥がれたり断線してしまったりすることを防いでいる。なお、図５では図示しないが、半導体素子１の突起電極３と接続される接続電極１５など、パッケージ基板２上に搭載された電子回路部品と接続する端子に相当する部分の保護膜２４には開口部が形成されていて、端子部分が保護膜２４で覆われずに露出して電子回路部品との導通が確保されている。
【００５４】
固着エリア２ｃでは、接続電極１５と外部電極８とを接続する配線１４は、基板の内部に設けられた内部配線１４ｂとして、第２層の基板２１ｂの表面に形成された配線を経由する。図５に示すように、素子搭載面２ａに形成された配線１４ａとしての第１層の基板２１ａの表面に形成された配線と、内部配線１４ｂとしての第２層の基板２１ｂの表面に形成された配線とは、第１層の基板２１ａを貫通する貫通配線１４ｅで接続されることで、固着エリア２ｃを迂回する配線１４が形成される。
【００５５】
ここで、図５に示すように、放熱板４の固着部４ｂをパッケージ基板２に固着する接着剤６と第１層の基板２１ａの表面である素子搭載面２ａとの間隔をｄ１、接着剤６と内部配線１４ｂとの間隔をｄ２、素子搭載面２ａに形成された表面配線である配線１４ａの固着エリア２ｃ側の端部と接着剤６の半導体素子１側の端部との間隔をｄ３とすると、ｄ１、ｄ２、ｄ３の間には、
ｄ２  ＞  ２ｄ１    かつ    ｄ３  ＞  √３ｄ１      （式１）
であることが好ましく、さらに、
ｄ２  ＞  √５ｄ１  かつ    ｄ３  ＞  ２ｄ１        （式２）
であることがより好ましいという関係が成り立つ。
【００５６】
本実施形態の半導体装置では、半導体素子１の熱が主面部４ａに伝わって放熱板４が膨張することで、放熱板４の固着部４ｂは、図５中に白矢印Ｄとして示したように半導体素子１が配置されていない方向、すなわち、図５における右側方向に移動しようとする。放熱板４の固着部４ｂが白矢印Ｄ方向に動こうとする力によって、接着剤６が白矢印Ｄ方向へと引っ張られ、接着剤６の半導体素子１側の端部とパッケージ基板２との接続点、より詳細には、第１層の基板２１ａ上に塗布された保護膜２４との接続点Ｐに、図５に黒矢印で示した右方向に働く応力Ｅが加わる。この応力ＥによってＰ点では、保護膜２４に剪断応力が加わることになり、この剪断応力は、図５中に矢印Ｆとして示すように、Ｐ点から左下４５度の角度方向で最大となる。このため、第１層の基板２１ａ上に形成された配線１４ａが、矢印Ｆとして示す最大剪断応力の方向と交わる位置、言い換えると、最大剪断応力Ｆ方向が第１層の基板の表面と交わる点である点Ｑよりも、接着剤６が存在する側に位置していると、配線１４ａが破断されてしまう可能性が高くなる。
【００５７】
以上より、配線１４ａの固着エリア２ｃ側の端部と接着剤６の半導体素子１側の端部との間隔ｄ３は、最低限ｄ１より大きくすることが重要であり、配線１４ａの破断リスクを一定以下に低減させる安全範囲としては、ｄ３は、上記（式１）として示したように√３ｄ１より大きいことが好ましい。
【００５８】
また、上記（式２）として示したように、ｄ３を２ｄ１よりも大きくすることで、接着剤６が右方向に引っ張られる応力Ｅにより生じる剪断応力で、配線１４ａが切断される可能性をほぼ確実に回避することができる。
【００５９】
内部配線１４ｂの深さ方向の形成位置に相当する、接着剤６と内部配線１４ｂとの間隔ｄ２の好ましい範囲は、上記の配線１４ａの固着エリア２ｃ側の端部と接着剤６の半導体素子１側の端部との間隔ｄ３の検討結果に基づいて判断することができる。具体的には、ｄ３が好ましい値となる位置に相当する第１層の基板２１ａの表面位置である点と、接着剤６の半導体素子１側の端部とパッケージ基板２に塗布された保護膜２４表面との交点であるＰ点との距離を求め、ｄ２がこの距離と等しい値以上であれば、内部配線１４ｂに剪断応力が到達して断線などが生じるおそれが小さいと考えられる。ｄ３が好ましい値となる位置に相当する第１層の基板２１ａの表面位置である点とＰ点との距離は、一辺がｄ３、もう一つの辺がｄ１である直角三角形の斜辺に相当するから、上記（式１）のように、ｄ３＞√３ｄ１の場合には、ｄ２は、２ｄ１より大きいことが好ましく、より好ましい条件である（式２）として示したｄ３＞２ｄ１の場合には、ｄ２は√５ｄ１よりも大きいことがより好ましいと考えることができる。
【００６０】
以上のように、放熱板４の固着部４ｂが接着剤６で固着されるパッケージ基板２の固着エリア２ｃを、配線１４がパッケージ基板２の内部配線１４ｂを経て迂回する場合には、上記（式１）または（式２）の関係を満たすことで、半導体素子１からの発熱が伝わって放熱板４が熱膨張した際に生じる、放熱板４とパッケージ基板２との熱膨張係数の違いによって生じる応力が原因となる断線等から、素子搭載面２ａに形成された配線１４ａと内部配線１４ｂの双方を効果的に保護することができる。
【００６１】
本実施形態の半導体装置における具体的数値例としては、パッケージ基板２を構成する第１層の基板２１ａの素子搭載面２ａ上に形成された保護膜の厚さであるｄ１が２０μｍ、ｄ１に、第１層の基板２１ａの層間膜厚（一例として４０μｍ）から配線１４ｂの厚さ（一例として１５μｍ）を引いた値を加えた値であるｄ２が４５μｍ、配線１４ａの端部までの距離であるｄ３が１００μｍとすることができる。なお、ｄ３は第１層の基板２１ａにおける配線パターンの設計によって定まる値であるため、比較的容易に所望の値とすることができるが、ｄ２は、ｄ１が所定の値として定まるものであることから、実質的には第１層の基板２１ａの厚さによって定まる数値であるため、積層基板としてのパッケージ基板２の設計上の各種要素により左右される値となる。このため、上記（式１）または（式２）の条件のうち、ｄ２を必ずしも好ましい値とすることができない場合が考えられるが、ｄ３の値のみでも上記（式１）または（式２）の条件を満たすことによって、より応力が作用しやすい上層にある配線１４ａを断線などから効果的に保護することができる。
【００６２】
また、図５では、第１層の基板２１ａを関する貫通配線１４ｅを素子搭載面２ａに形成された配線１４ａの端部位置に形成する例を示したが、本実施形態の半導体装置１００でこのことは必須の要件ではなく、貫通配線１４ｅが、配線１４ａの端部より少し半導体素子１が配置されている側にずれた位置に形成されていても弊害はない。
【００６３】
次に、図６を用いて、本実施形態にかかる半導体装置における、パッケージ基板２の固着エリア２ｃ部分での配線１４への応力の影響を回避する別の条件について説明する。
【００６４】
図６は、図５で示したものと同じ、パッケージ基板２の固着エリア２ｃに放熱板４を固着する接着剤６の、半導体素子１の配置されている側の端部近傍の様子を示す部分拡大断面図である。
【００６５】
図６に示す半導体装置では、接着剤６の半導体素子１側の端部とパッケージ基板２の第１層の基板２１ａ上に塗布された保護膜２４との接続点Ｐから、保護膜２４に破断が生じてしまった場合に、この破断を固着エリア２ｃに形成されたメタルベタパターン２５によって止めて、より下層に形成されている内部配線１４ｂに到達させないようにするものである。なお、図が煩雑になることを防ぐために、図６ではメタルベタパターンのハッチングを省略している。
【００６６】
図６に示すように、メタルベタパターン２５は、配線１４ａと同じく第１層の基板２１ａの表面である素子搭載面２ａに形成された導電体パターンであり、第１層の基板２１ａの表面に各種の配線をパターン形成する際に、一つのパターンとして同時に形成することができる。また、メタルベタパターン２５の、接着剤６の半導体素子１側端部位置であるＰ点の直下位置からの長さｄ４は、Ｐ点からの最大剪断応力方向Ｆをカバーすることができる領域に形成されていればよいことから、上記ｄ３の値の検討結果に基づいて、ｄ４＞√３ｄ１であることが好ましく、さらに、ｄ４＞２ｄ１であればより好ましい。なお、ｄ４の大きさの上限は、メタルベタパターン２５と配線１４ａとの間に、相互の絶縁が確保できるだけの間隙が形成できる範囲までということになる。
【００６７】
上記のようなメタルベタパターン２５を設けることで、Ｐ点から見て最大剪断応力方向Ｆに対して、所定のマージンを有した位置にまでメタルベタパターン２５が配置されることとなり、第１層の基板２１ａ上に形成された保護膜２４に破断が生じた場合でも、これを食い止めて内部配線１４ｂなどにその影響が及ぶことを効果的に阻止することができる。このように、図６に示すメタルベタパターン２５を有する半導体装置は、接着剤６の半導体素子１側の端部から保護膜２４に破断が生じた場合でも、この破断が内部配線１４ｂに直接影響することを防止できるため、図５においてｄ２と示した接着剤６と内部配線１４ｂとの間隔が、第１層の基板２１ａの厚さの制約などから十分に確保できない場合に特に効果的である。
【００６８】
なお、図６に示す例では、接着剤６の端部よりも半導体素子１の配置位置側にメタルベタパターン２５のみを配置した例を示したが、メタルベタパターン２５は、図６に点線で示した接着剤６の塗布領域の直下部分に形成されたメタルベタパターン１６と一体化することができ、この場合には、メタルベタパターン１６による接着剤６により生じる応力自体を吸収緩和する効果と、メタルベタパターン２５による保護膜２４の破断を食い止める効果とを合わせて得ることができる。
【００６９】
以上、図３に示した本実施形態の半導体装置における、固着エリア２ｃを迂回する配線１４の好ましい配置位置の関係について説明した。なお、図４に示した場合のように、パッケージ基板２がその厚み方向の中央部分に他の部分よりも強い強度を有する基材２２を有するものであって、内部配線１４ｂが、基材２２の反対側の下層２３に形成される場合には、内部配線１４ｂに素子搭載面２ａ側からの破断が及ぶことは考えにくい。したがって、図４に示すように、パッケージ基板２が厚さ方向の中央部分に基材２２を備えた三層構造のものであって、内部配線１４ｂが下層２３に形成される場合には、素子搭載面２ａに形成される配線１４ａの位置関係を規定するｄ３が所望の範囲となるように構成することで、放熱板４の熱膨張が原因で生じる応力により配線１４が断線等することを効果的に回避することができる。
【００７０】
また、逆の観点から、上記（式１）および（式２）として示した、放熱板４を固着する接着剤６の塗布部分を迂回する配線１４の好適な条件は、パッケージ基板２が、図３および図４に例示した、その厚さ方向の中心部分に基材２２を備えた３層構造のものに限られず、２層以上の基板が積層された通常の積層基板である場合においても、好適な条件であるということができる。
【００７１】
以上、図５および図６を用いた検討では、放熱板４の固着部４ｂが固着されるパッケージ基板２の固着エリア４ｃのうちの、半導体素子１が搭載された内側に相当する端部での配線１４の位置について検討した。放熱板４は、その中央部分４ａが半導体素子１に熱伝導を保って固着されているため、放熱板４は外側に広がるように熱膨張することから、パッケージ基板２との熱膨張係数の差による応力が強く加わるのは、パッケージ基板２に形成された保護膜２４と接着剤６との固着部分のうち、内側である半導体素子１側の端部であるからである。
【００７２】
一方、パッケージ基板２の固着エリア２ｃを、内部配線１４ｂを経由することで迂回した配線１４が、再び素子搭載面２ａに戻る部分である表面配線である配線１４ｃの端部と接着剤６の半導体素子１側とは反対側の端部との間隔については、応力が加わる方向が異なることになるため、上記（式１）または（式２）として示した条件がそのまま当てはまるものではない。ただし、接着剤６には、図５中の白矢印Ｄで示したように、外側に向かって引っ張られる応力が加わることから、接着剤６の半導体素子１が配置された側とは反対側の端部、すなわち、図５では図示されていない右側の端部と保護膜との接する部分にもこの応力が影響する。このため、配線１４ｃが断線するなどの事態を回避する観点から、素子搭載面２ａに形成される配線１４ｃの端部と、接着剤６の半導体素子１の配置位置とは反対側の端部とが、パッケージ基板２の厚さ方向において重なることなく一定の間隙が形成されていることが好ましいと考えられる。
【００７３】
図７は、本実施形態にかかる半導体装置における、パッケージ基板２に形成された配線１４の配置位置に関する第１の変形例の構成を示した断面構成図である。
【００７４】
図７に示す、配線１４の配置位置に関する第１の変形例の構成を備える半導体装置では、パッケージ基板２の素子搭載面２ａに形成され、半導体素子１の突起電極３と接続された接続電極１５に接続された配線１４は、素子搭載面２ａに配置された表面の配線１４ａから固着エリア２ｃ部分でパッケージ基板２の内部に形成された内部配線１４ｂを経由したのち、素子搭載面２ａに戻らずに、パッケージ基板２の内部に形成された配線１４ｆを通ってパッケージ基板２に設けられたビアホールなどの貫通孔部分１４ｄと接続され、パッケージ基板２の素子搭載面２ａとは反対側の表面２ｂに形成された外部電極８に接続される。
【００７５】
このように、パッケージ基板２の接続電極１５と外部電極８とを接続する配線１４が、固着エリア２ｃを通った後に素子搭載面２ａに戻ることなく、内部の配線層１４ｆを経由することでも、固着エリア２ｃでは配線１４がパッケージ基板２の内部を通るために、パッケージ基板２の表面に位置する固着エリア２ｃに加わる応力により、配線１４に亀裂が生じたりすることを効果的に回避し、信頼性の高いパッケージ基板２を得ることかできる。
【００７６】
なお、図７では、図３に示した構成に対応させて、パッケージ基板２の基材２２よりも、素子搭載面２ａ側の上層２１の内部に内部配線１４ｂが形成された例を示したが、図４に示したような、固着エリア２ｃを迂回する内部配線１４ｂが、素子搭載面２ａとは反対側の表面２ｂ側に位置する下層２３の内部に形成され、パッケージ基板２の基材２２を貫通して接続されている場合にも、配線１４を素子搭載面２ａまで戻さずにそのままの層を経由してビアホールなどの貫通孔部分１４ｄと接続することができる。
【００７７】
また、図７では、固着エリア２ｃの表面にメタルベタパターン１６を設けた例を示したが、メタルベタパターン１６は必要に応じて形成すればよいことは、上記図３および図４を用いて説明した、本実施形態にかかる半導体装置のパッケージ基板２と同様である。
【００７８】
さらに、図７に示したような、内部配線１４ｂを経由した後、素子搭載面２ａに戻らない場合においても、図５および図６を用いて検討した、放熱板４の熱膨張による配線１４の断線を回避する好適な条件（式１）または（式２）を満たすように、内部配線１４ｂと接着剤６との間隔ｄ２、および、素子搭載面２ａに形成された配線１４ａの端部位置と接着剤６の半導体素子１側端部との間隔ｄ３を定めることが好ましい。
【００７９】
図８は、本実施形態にかかる半導体装置における、パッケージ基板２に形成された配線１４の配置位置に関する第２の変形例の構成を示した断面構成図である。
【００８０】
図８に示す、配線１４の配置位置に関する第２の変形例の構成を備える半導体装置では、パッケージ基板２の素子搭載面２ａに形成され、半導体素子１の突起電極３と接続された接続電極１５に接続された配線１４は、パッケージ基板２の素子搭載面２ａを経由することなく、接続電極１５に繋がるように形成されたビアホールなどの貫通配線を介してパッケージ基板２の内部に設けられた内部配線１４ｇと接続され、固着エリア２ｃ部分でもそのままパッケージ基板２内部に形成された内部配線１４ｂを経由し、さらに、そのまま内部の配線１４ｆを経由して、パッケージ基板２に設けられたビアホールなどの貫通孔部分１４ｄに接続されて外部電極８と接合される。
【００８１】
このように、パッケージ基板２の素子搭載面２ａに配置されることなく、パッケージ基板２の内部の層のみを形成する配線１４を設けることでも、固着エリア２ｃでは配線１４がパッケージ基板２の素子搭載面２ａではない内部の層を通る。このため、固着エリア２ｃにおいて放熱板４とパッケージ基板２との熱膨張係数の差が原因で生じる応力の影響によって、配線１４が切断されたりして導通不良などを生じることを効果的に防止することができる。
【００８２】
図８に示すように、配線１４がパッケージ基板２の素子搭載面２ａを経由しない場合においては、内部配線１４ｂの深さ方向における形成位置は、図５を用いて検討した上記（式１）または（式２）の条件に従って、パッケージ基板２の素子搭載面２ａと接着剤６との間隔ｄ１に対して、接着剤６と内部配線１４ｂとの間隔ｄ２を、ｄ２＞２ｄ１とすることが好ましく、ｄ２＞√５ｄ１とすることがより好ましいと考えることができる。
【００８３】
なお、図８に示した配線１４の配置位置に関する第２の変形例とはさらに別の第３の変形例として、図９に示すように、パッケージ基板２の素子搭載面２ａに形成され、半導体素子１の突起電極３と接続された接続電極１５に接続された配線１４が、パッケージ基板２の素子搭載面２ａを経由することなく、接続電極１５に繋がるように形成されたビアホールなどの貫通配線を介してパッケージ基板２の内部に設けられた内部配線１４ｇと接続され、固着エリア２ｃ部分でも内部配線１４ｂを経由し、その後に、素子搭載面２ａに形成された配線１４ｃを経由して、パッケージ基板２に設けられたビアホールなどの貫通孔部分１４ｄに接続されて外部電極８と接合される場合が考えられる。
【００８４】
このような、第３の変形例の構成の場合でも、固着エリア２ｃでは配線１４がパッケージ基板２の素子搭載面２ａではない内部の層を通ることから、上記図示した各構成例と同様に、固着エリア２ｃにおいて放熱板４とパッケージ基板２との熱膨張係数の差が原因で生じる応力の影響によって、配線１４が切断されたりして導通不良などを生じることを効果的に防止することができる。
【００８５】
なお、図９に示した第３の変形例の構成の場合においても、内部配線１４ｂの深さ方向における形成位置は、図５を用いて検討した上記（式１）または（式２）の条件に従って、パッケージ基板２の素子搭載面２ａと接着剤６との間隔ｄ１に対して、接着剤６と内部配線１４ｂとの間隔ｄ２を、ｄ２＞２ｄ１とすることが好ましく、ｄ２＞√５ｄ１とすることがより好ましいと考えることができる。
【００８６】
また、図５において説明したように、パッケージ基板２の固着エリア４ｃを、内部配線１４ｂを経由することで迂回した配線１４が、再び素子搭載面２ａに戻る部分である配線１４ｃの端部と接着剤６の半導体素子１側とは反対側の端部との間隔については、素子搭載面２ａに形成される配線１４ｃの端部と接着剤６の半導体素子１の配置位置とは反対側の端部とが、パッケージ基板２の厚さ方向において重なることなく一定の間隙が形成されていることが好ましい。
【００８７】
なお、図８に示した半導体装置のパッケージ基板２に形成される配線１４の第２の変形例の場合、図９に示した第３の変形例の場合においても、メタルベタパターン１６が必須の構成要件でないことは図７に示した第１の変形例の構成と同様である。
【００８８】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態として、半導体装置におけるパッケージ基板２と放熱板４とが固着されている部分の、パッケージ基板２の素子搭載面２ａとは反対側の面２ｂに形成される外部電極８の構成について、図１０から図１２を用いて説明する。
【００８９】
図１０は、本実施形態にかかる半導体装置における、放熱板４をパッケージ基板２と固着する固着部４ｂと、パッケージ基板２の固着エリア２ｃ、放熱板４とパッケージ基板２とを固着する接着剤６の塗布部分と、パッケージ基板２の素子搭載面２ａとは反対側の面２ｂに形成される外部電極８との位置関係を示す平面図である。
【００９０】
なお、図１０および後述する図１１および図１２は、いずれも本実施形態の半導体装置を外部電極８が形成されているパッケージ基板２の面２ｂ側から見た図であり、また、図面が煩雑となることを防止するために、半導体素子１および半導体素子１とパッケージ基板２とを接続する突起電極３の図示は省略している。
【００９１】
図１０に示すように、本実施形態の半導体装置の放熱板４とパッケージ基板２との固着部分である固着エリア２ｃでは、放熱板４の固着部４ｂとパッケージ基板２とを固着する接着剤６が、パッケージ基板２の厚さ方向において、外部電極８が形成されている位置と重ならない位置に塗布されている。
【００９２】
このように、パッケージ基板２の厚さ方向において、放熱板４を固着する接着剤６を、外部電極８の形成位置と重ならない位置に塗布することで、放熱板４とパッケージ基板２との熱膨張係数の差によって生じる応力が集中する部分である接着剤６が塗布されている部分の裏面に、外部電極８が位置することを避けることができる。したがって、熱膨張量の差が原因で生じた応力によって外部電極８に亀裂が入り、パッケージ基板２とマザーボードなどの実装基板１１との接続不良が発生することを防止することができる。
【００９３】
次に、図１１は、本実施形態にかかる半導体装置における、放熱板４の固着部４ｂとパッケージ基板２の固着エリア２ｃとの位置関係の、第１の変形例を示す平面図である。図１１に示す第１の変形例の場合でも、上記した図１０と同様に放熱板４の固着部４ｂとパッケージ基板２とを固着する接着剤６が塗布されている部分の位置が、パッケージ基板２の厚さ方向において外部電極８と重ならない位置に配置されている点で共通する。一方、図１１に示す第１の変形例では、放熱板４の固着部４ｂの形状自体が、外部電極８の形成位置と重ならないように、パッケージ基板２の固着エリア２ｃの形状に対応した凸部を有している点で異なっている。
【００９４】
具体的には、図１１に示すように、放熱板４の固着部４ｂが、略正方形状の放熱板４の主面部分４ａの４つの角部近傍から、角部を構成する２つの辺にそれぞれ垂直な方向に、外側に向かって突出するような形状となっている。そして、この合計８個の突出部分で形成される放熱板４の固着部４ｂに接着剤６が塗布されていて、パッケージ基板２の固着エリア２ｃと固着されている。
【００９５】
図１２は、本実施形態にかかる半導体装置における、放熱板４の固着部４ｂとパッケージ基板２の固着エリア２ｃとの位置関係の、第２の変形例を示す平面図である。図１２に示す第２の変形例でも、上記した図１０および図１２と同様に、放熱板４の固着部４ｂとパッケージ基板２とを固着する接着剤６が、パッケージ基板２の厚さ方向において外部電極８と重ならない位置に塗布されている点で共通する。
【００９６】
一方、図１２に示す第２の変形例では、パッケージ基板２の裏面２ｂの放熱板４と重なる範囲を超えた、略全面の領域に、縦横方向のマトリクス状に規則的に配列されている外部電極８が、放熱板４の固着部４ｂとパッケージ基板２の厚さ方向に重なる位置には、形成されていないいわゆる歯抜け状態となっている。また、放熱板４の固着部４ｂとパッケージ基板２の固着エリア２ｃとを固着する接着剤６の塗布部分と、パッケージ基板２の厚さ方向に重なる位置では、パッケージ基板２の裏面２ｂに実装基板１１とは電気的に接続されないダミー電極９が形成されている。
【００９７】
このように、パッケージ基板２の裏面２ｂの放熱板４と重なる範囲を超えた領域に、規則的に配列されている外部電極８を、固着エリア２ｃや、接着剤６の塗布部分に対応する部分には設けないようにすること、または、この領域に、外部電極８と外形的には同じボール電極などとして形成されるが、実装基板１１との電気的接続がなされないダミー電極９を配置することで、放熱板４とパッケージ基板２との熱膨張の差によって加わる応力の影響で、実装基板１１との電気的な接続が必要な外部電極８に亀裂が生じることを防止することができる。
【００９８】
また、特に、接着剤６とパッケージ基板２の厚さ方向において重なる部分に、実装基板１１と電気的な接続がなされないダミー電極９を設けることで、半導体装置と実装基板１１との接続を強固にかつ均一に形成することができるとともに、放熱板４とパッケージ基板２との熱膨張の差によって生じる応力の集中を、電気的な接続を確保する必要がないダミー電極９によって吸収することができる。
【００９９】
以上、本発明の半導体装置について、さまざまな実施の形態を図示して説明してきた。これらの各実施形態に示す半導体装置としては、パッケージ基板と放熱板がいずれも略正方形状である場合を例示して説明したが、本発明の半導体装置はこれに限られるものではなく、パッケージ基板と放熱板とのいずれか一方、もしくは両方ともが、長方形など他の平面形状を備えた半導体装置にも同様に適用することができる。
【０１００】
また、上記各実施の形態では、パッケージ基板に搭載される半導体素子が１つの場合についてのみ説明したが、本発明の半導体装置はこれに限られるものではなく、１つのパッケージ基板に複数の半導体素子がフリップチップ接続され、この複数の半導体素子を、１つまたは複数の放熱板で覆う形状の半導体装置であっても、同様に適用することができる。
【０１０１】
また、上記実施形態では、半導体素子とパッケージ基板との接続が、半導体素子の第１の主面に形成された複数の突起電極と、半導体素子を搭載する回路基板であるパッケージ基板の素子搭載面に形成された接続電極とが接続されるフリップチップ接続構成のものについてのみ説明してきた。しかし、本発明の半導体装置はフリップチップ接続によるものに限られず、ワイヤーボンディング接続により半導体素子とパッケージ基板とが接続された半導体装置にも適用することができる。
【０１０２】
図１３は、半導体素子１とパッケージ基板２とをワイヤーボンディング接続した場合の半導体装置の構成例を示す図である。
【０１０３】
図１３に示すように、半導体素子１とパッケージ基板２とをワイヤーボンディング接続する場合には、半導体素子１の第２の主面１ｂに形成されたフレーム端子３１と、パッケージ基板２の素子搭載面２ａに形成された基板端子３２とを、金属製のボンディングワイヤー３３で接続する。半導体素子１とパッケージ基板２とは、樹脂または金属のペースト３４により固着されている。
【０１０４】
図１３に示す、半導体素子１がパッケージ基板２にワイヤーボンディング接続された半導体装置では、半導体素子１の第２の主面１ｂに、フレーム端子３１が形成され、さらにフレーム端子３１に接続されたボンディングワイヤー３３が位置しているため、放熱部材である放熱板４を半導体素子１の第２の主面１ｂの全面に固着することができない。このため、半導体素子１の第２の主面１ｂの中央部分に、熱伝導性の高い金属などのスペーサ３５が配置され、このスペーサ３５の両面に図示しない放熱ペーストを配置することで、半導体素子１の第２の主面１ｂとスペーサ３５、さらに、スペーサ３５と放熱板４とを熱伝導可能な状態で固着している。この場合には、スペーサ３５と、その両面に塗布された図示しない放熱ペースト全てが熱伝導部材となる。
【０１０５】
このように、半導体素子１がパッケージ基板２にワイヤーボンディング接続された半導体装置においても、上記第１の実施形態として示した、放熱部材とパッケージ基板との面積の関係、第２の実施形態で示した、放熱部材がパッケージ基板に固着されている部分で、パッケージ基板の配線を基板内部に配置する構成とその場合の好ましい各種条件、さらに、第３の実施形態として示した、パッケージ基板の放熱部材の固着位置と外部電極やダミー電極の配置位置に関する構成は、そのまま同様に適用することができる。
【０１０６】
なお、図１３に示す、半導体素子１がパッケージ基板２にワイヤーボンディング接続された半導体装置において、放熱板４がパッケージ基板２に接着剤６で固着されている点、パッケージ基板２の素子搭載面２ａとは反対の面に外部電極８が形成されている点は、図１に示した、半導体素子１とパッケージ基板２とがフリップチップ接続された半導体装置と同じとすることができる。
【０１０７】
また、上記各実施の形態では、半導体素子の熱を外部に放出する放熱部材として、板状部材からなる放熱板を用いた例について説明したが、本発明にかかる半導体装置に用いられる放熱部材は、板状の放熱板に限られるものではない。
【０１０８】
例えば、図１４に示すように、放熱部材４１として、板状の主面部４１ａと、主面部４１ａの周囲に配置され、主面部４１ａに対して略直交する方向に突出する枠状部４１ｂが形成された、有底枠状の放熱部材４１を配置することができる。図１４に示すような、有底枠状の放熱部材４１を用いた場合には、放熱部材４１の枠状部４１ｂの剛性が高い分、放熱部材４１が接着剤６によってパッケージ基板２に固着された部分で、図１に示すような板状の放熱板４を用いた場合よりも大きな応力が加わることが想定される。このため、上記第２の実施形態として説明した、放熱部材の固着部において、パッケージ基板の内部に配線を形成して放熱部材の熱膨張によって加わる応力の影響から配線を保護する構成を適用することがより好ましいと考えられる。
【０１０９】
なお、図１４に示すように、放熱部材として板状のものではなく、一定以上の厚みを有する部材を用いる場合には、図１３で説明したワイヤーボンディングによって半導体素子とパッケージ基板とを接続する場合に、半導体素子と放熱部材との間の隙間を別部材のスペーサで埋めるのではなく、放熱部材の主面部に半導体素子の第２の主面に向けて突出する突起部分を設けて、この突起部分を半導体素子の第２の主面に熱伝導ペーストを介して接触させる構成を適用することができる。
【０１１０】
図１５は、放熱部材として板状部材ではない部材を用いた場合の、さらに別の構成例を示す断面構成図である。
【０１１１】
図１５に示すように、さらに別の構成の放熱部材４２として、板状の主面部４２ａと、この板状の主面部４２ａの４つの角部から、それぞれの角部を構成する２つの辺にそれぞれ垂直な方向に、外側に向かって突出する板状突起４２ｂと４２ｃとを備えた構成となっている。この構成は、図１１に平面図を示した半導体装置の構成例における、放熱板４を立体的な形状として構成したものに相当する。
【０１１２】
このように、放熱部材４２の主面部４２ａと、この主面部４２ａから平面方向に突出し、かつ、パッケージ基板２の方向である垂直方向にも突出した板状突起４２ｂと４２ｃとを備える構成とすることで、放熱部材４２の熱膨張によるパッケージ基板に与える影響を極力低減した状態で、放熱部材４２の主面部４２ａの面積を十分に確保することができる。このため、図１５に示した形状の放熱部材を用いることによって、上記第１の実施形態において説明した、パッケージ基板２を平面視したときの面積に対する放熱部材４２を平面視したときの面積の比率を最適化する場合に、放熱部材４２の平面視したときの面積の設計裕度を大きく広げることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明にかかる半導体装置は、パッケージ基板に接続された半導体素子からの放熱を行うために、半導体素子に接触した放熱部材を備えた半導体装置一般に適用することができ、情報通信機器、事務用電子機器、家庭用電子機器、測定装置、組み立てロボットなどの産業用電子機器、医療用電子機器、電子玩具に利用可能である。
【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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【図１５】
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【国際調査報告】
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