(57)【要約】【課題】半導体装置に用いられる放熱板が製造工程において互いに吸着するのを防ぐための構造を簡易かつ安価に形成する。【解決手段】放熱板１０９は、板状部材により構成され、板状部材の一部を他の領域よりも窪ませて形成した凹部１０９ａと、凹部１０９ａの形成とともに板状部材が変形することにより一面に形成され、当該一面の他の領域よりも突出して形成された凸部１０９ｂとの組合せ構造が形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状部材により構成された放熱板であって、
前記板状部材には、前記板状部材の一部を他の領域よりも窪ませて形成した凹部と、前記凹部の形成とともに前記板状部材が変形することにより一面に形成され、当該一面の他の領域よりも突出して形成された凸部との組合せ構造が形成された放熱板。
【請求項２】
請求項１に記載の放熱板において、
前記凹部と前記凸部との前記組合せ構造は、前記板状部材の角部に形成された放熱板。
【請求項３】
請求項１または２に記載の放熱板において、
前記凹部と前記凸部との前記組合せ構造が、前記板状部材の四隅のうちの３箇所以上に、それぞれ形成された放熱板。
【請求項４】
請求項１から３いずれかに記載の放熱板において、
前記組合せ構造は、前記板状部材の前記一面側を端部から中心部に向かって押し込むことにより、前記一面側に前記凹部と前記凸部を形成したものである放熱板。
【請求項５】
請求項１から３いずれかに記載の放熱板において、
前記組合せ構造は、前記板状部材の前記一面と反対側の他面を窪ませて当該他面に前記凹部を形成するとともに、前記一面に前記凸部を形成したものであって、前記凹部と前記凸部とは互いに断面形状が異なる放熱板。
【請求項６】
請求項１から５いずれかに記載の放熱板において、
前記凸部と前記凹部とが体積が同じである放熱板。
【請求項７】
請求項１から６いずれかに記載の放熱板において、
前記板状部材は、金属材料により構成された放熱板。
【請求項８】
基板と、
前記基板上に搭載された半導体素子と、
前記半導体素子上に配置された請求項１から７いずれかに記載の放熱板と、
を含む半導体装置。
【請求項９】
請求項８に記載の半導体装置において、
前記放熱板は、前記凸部が形成された前記一面が、前記半導体素子と対向して配置された半導体装置。
【請求項１０】
板状部材により構成された放熱板の製造方法であって、
前記板状部材に、当該板状部材の一部を他の領域よりも窪ませて凹部を形成し、当該凹部の形成に伴う前記板状部材の変形により、一面に当該一面の他の領域よりも突出した凸部を形成して前記凹部と前記凸部との組合せ構造を形成する工程を含む放熱板の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の放熱板の製造方法において、
前記組合せ構造を形成する工程において、前記板状部材の前記一面側を端部から中心部に向かって押し込むことにより、前記一面側に前記凹部と前記凸部を形成する放熱板の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の放熱板の製造方法において、
前記組合せ構造を形成する工程において、前記板状部材の前記一面と反対側の他面を窪ませて当該他面に前記凹部を形成するとともに、前記一面に前記凹部と断面形状が異なる前記凸部を形成する放熱板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱板、半導体装置、および放熱板の製造方法に関し、とくに、凹部と凸部との組合せ構造を有する放熱板、半導体装置、および放熱板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高性能半導体装置は、動作速度の向上に伴い、発熱量が増大している。そのため、効率良く放熱を行うために、半導体装置の一面に放熱板が設けられることがある。図１２は、従来の一般的な半導体装置５０の構成を示す図である。
【０００３】
半導体装置５０は、配線基板１と、配線基板１上に搭載された半導体チップ２と、半導体チップ２上に配置された放熱板９とを含む。ここでは、半導体チップ２がバンプ３を介して配線基板１にフリップチップ接続された例を示す。半導体チップ２は、バンプ３を介して配線基板１の端子と電気的に接続されるとともに、樹脂（アンダーフィル）６を介して配線基板１に接着されている。また、配線基板１上の半導体チップ２の外周には、補強板５が設けられている。補強板５は、接着剤４を介して配線基板１に接着されている。放熱板９は、樹脂７および接着剤８を介してそれぞれ半導体チップ２および補強板５に接着されている。樹脂７は、導電ペースト等、熱伝導率の高い材料により構成することができる。また、配線基板１の半導体チップ２の搭載面と反対側の面には、外部端子１０が設けられている。
【０００４】
ところで、図１２に示したような半導体装置５０の組立工程において、放熱板９を各半導体装置５０の半導体チップ２上に配置する工程では、以下のような問題があった。図１３を参照して説明する。放熱板９の貼付けを自動機で行う場合、装置内の決められた場所に貼付け前の放熱板９を収容し、そこから搬送し貼付けを行うことになる。収容する放熱板９は数が多いほうが補充する回数が少なくてすむので、効率的である。そのため、収容する数を増やすため、放熱板９を縦方向に積層しておくことが多い。そして、図１３（ａ）に示すように、積層された放熱板９から１枚の放熱板９を吸着ヘッド１１で吸着して搬送する。しかし、このとき、図１３（ｂ）に示すように、放熱板９同士が真空吸着し、複数枚重なった状態で搬送される場合がある。
【０００５】
特許文献１（実開平６−３８２５７号公報）には、放熱板の一面の四隅に突起状めっき膜が形成された構成が記載されている。これにより、放熱板の複数枚重ね吸着を防止できるとされている。特許文献１に記載された構成では、めっきで放熱板の一面に凸部を設けている。ここで、放熱板は、たとえば、銅、鉄−ニッケル合金等とされており、めっき膜は、放熱板自体にスポット的にめっきを施すことにより形成できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開平６−３８２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載の構成では、以下のような問題があった。放熱板の複数枚重ね吸着を防止できる程度の膜厚の突起物をめっきで形成しようとすると、マスクを設けて、突起物を形成する箇所に部分的にめっきを施す必要がある。そのため、手間がかかり、製造コストが上昇してしまう。また、たとえば、放熱板自体にもめっきを施す場合でも、別途めっきを行わなければならず、めっきの回数が増え、製造コストが上昇してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、
板状部材により構成された放熱板であって、
前記板状部材には、前記板状部材の一部を他の領域よりも窪ませて形成した凹部と、前記凹部の形成とともに前記板状部材が変形することにより一面に形成され、当該一面の他の領域よりも突出して形成された凸部との組合せ構造が形成された放熱板が提供される。
【０００９】
本発明によれば、
基板と、
前記基板上に搭載された半導体素子と、
前記半導体素子上に配置された上記の放熱板と、
を含む半導体装置が提供される。
【００１０】
本発明によれば、
板状部材により構成された放熱板の製造方法であって、
前記板状部材に、当該板状部材の一部を他の領域よりも窪ませて凹部を形成し、当該凹部の形成に伴う前記板状部材の変形により、一面に当該一面の他の領域よりも突出した凸部を形成して前記凹部と前記凸部との組合せ構造を形成する工程を含む放熱板の製造方法が提供される。
【００１１】
この構成によれば、前記放熱板の一部に機械的外力を加え、変形させることで凸部を形成している。そのため、簡易かつ安価に一面に凸部が形成された放熱板を形成することができる。このような構成により、放熱板を積み重ねても、放熱板の貼付け工程で吸着ヘッドで放熱板を搬送する際に、放熱板同士の真空吸着を防止することができる。
【００１２】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、半導体装置に用いられる放熱板が製造工程において互いに吸着するのを防ぐための構造を簡易かつ安価に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態における半導体装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態における放熱板の構成の一例を示す図である。
【図３】図２に示した放熱板の構成を示す拡大断面図である。
【図４】本発明の実施の形態における放熱板の製造手順を示す平面図である。
【図５】本発明の実施の形態における放熱板の製造手順を示す断面図である。
【図６】複数の放熱板を積層させた状態を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態における半導体装置の構成を示す平面図である。
【図８】本発明の実施の形態における放熱板の構成の他の例を示す図である。
【図９】図８に示した放熱板の構成を示す拡大断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態における放熱板の製造手順を示す断面図である。
【図１１】複数の放熱板を積層させた状態を示す断面図である。
【図１２】従来の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図１３】従来の放熱板の問題点を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１６】
図１は、本実施の形態における半導体装置の構成を示す断面図である。
半導体装置１００は、配線基板１０１と、配線基板１０１上に搭載された半導体チップ１０２（半導体素子）と、半導体チップ１０２上に配置された放熱板１０９とを含む。本実施の形態において、半導体チップ１０２は、バンプ１０３を介して配線基板１０１にフリップチップ接続された例を示す。バンプ１０３は、半導体チップ１０２の電極端子（不図示）上に形成されている。フリップチップ接続では、半導体チップ１０２の電極端子と配線基板１０１の電極端子とを向かい合わせ、これらの電極端子をバンプ１０３を介して電気的に接続する。このような構成では、半導体チップ１０２の電極端子と配線基板１０１の電極端子とを最短距離で接続できるため、動作速度が向上する。また、半導体チップ１０２裏面側がむき出しになるため、裏面側に、発熱量に対応した放熱板１０９を取り付けやすいという利点がある。ここで、バンプ１０３は、たとえば、錫鉛合金、錫銀合金、錫銀銅合金、金錫合金、金等により構成することができる。
【００１７】
また、半導体チップ１０２と配線基板１０１との間には、バンプ１０３を保護するとともに、半導体チップ１０２と配線基板１０１との接着性を高めるために、樹脂（アンダーフィル）１０６が形成されている。樹脂１０６は、熱硬化性樹脂とすることができる。配線基板１０１の半導体チップ１０２搭載面の反対側には、外部端子１１０が設けられている。外部端子１１０は、たとえば、錫鉛合金、錫銀合金、錫銀銅合金等により構成することができる。
【００１８】
また、配線基板１０１上の半導体チップ１０２の外周には、補強板１０５が設けられている。補強板１０５は、接着剤１０４を介して配線基板１０１に接着されている。放熱板１０９は、樹脂１０７および接着剤１０８を介してそれぞれ半導体チップ１０２および補強板１０５に接着されている。樹脂１０７は、導電ペースト等、熱伝導率の高い材料により構成することができる。
【００１９】
本実施の形態において、放熱板１０９は、板状部材１１４により構成される。板状部材１１４には、板状部材１１４の一部を他の領域よりも窪ませて形成した凹部１０９ａと、凹部１０９ａの形成とともに板状部材１１４が変形することにより形成され、他の領域よりも突出して形成された凸部１０９ｂとの組合せ構造１１６が形成されている。
【００２０】
図２は、本実施の形態における放熱板１０９の構成の一例を示す図である。図２（ａ）は、放熱板１０９の平面図、図２（ｂ）は、放熱板１０９の側面図である。図３は、図２（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【００２１】
ここで、凹部１０９ａと凸部１０９ｂとの組合せ構造１１６は、板状部材１１４の角部に形成されている。凹部１０９ａと凸部１０９ｂとの組合せ構造１１６は、板状部材１１４の四隅のうちの３箇所以上に、それぞれ形成することができる。本実施の形態においては、凹部１０９ａと凸部１０９ｂとの組合せ構造１１６が、板状部材１１４の四隅全部にそれぞれ形成されている。
【００２２】
次に、本実施の形態における放熱板１０９の製造手順を説明する。図４は、本実施の形態における放熱板１０９の製造手順を示す平面図である。図５は、本実施の形態における放熱板１０９の製造手順を示す断面図である。
本実施の形態において、加工前は、板状部材１１４は、平面視が矩形の板状に形成されている。板状部材１１４は、たとえば銅（たとえば無酸素銅）等の金属板材の表面にめっき膜が形成された金属材料により構成することができる。ここで、めっき膜は、たとえば電解半光沢ニッケルめっきとすることができる。一例として、組合せ構造１１６形成前において、板状部材１１４は、金属板材の板厚が０．５ｍｍ、めっき膜の膜厚が１〜３μｍ、平面の外形サイズが３２．１ｍｍの正方形とすることができる。このような板状部材１１４は、金属板材の表面にめっき処理をした後に、外形を打抜き加工することにより形成されるが、この手順は従来と同様とすることができる。
【００２３】
本実施の形態において、この後、このような構成の板状部材１１４の一面側を端部から中心部に向かって押し込むことにより、一面側に凹部１０９ａおよび凸部１０９ｂを形成して組合せ構造１１６を得ることができる。具体的には、板状部材１１４の一面側（図５の上面）の角部の側面から成型器具２００を押し込む（図４（ａ）、図５（ａ））。これにより、板状部材１１４に機械的外力を加え、板状部材１１４の一面側の側面を部分的に凹ませて凹部１０９ａを形成し、その凹んだ部分の材料が追い出されることで凸部１０９ｂを形成する（図４（ｂ）、図５（ｂ））。ここでは、一の角部の側面から成型器具２００を押し込む例を示しているが、４箇所の角部の側面からそれぞれ同様の処理を行うことができる。以上のように、本実施の形態において、組合せ構造１１６の凸部１０９ｂは、凹部１０９ａを形成することに伴う板状部材１１４の変形により形成される。そのため、各組合せ構造１１６の凹部１０９ａと凸部１０９ｂとは、体積が同じとなる。
【００２４】
図１に戻り、本実施の形態において、放熱板１０９の組合せ構造１１６が形成された一面側が半導体チップ１０２と向かい合うようにして、放熱板１０９を半導体チップ１０２上に配置することができる。これにより、放熱板１０９の一面側と反対側の面を平坦に保つことができる。これにより、たとえば、放熱板１０９の上記反対側の面にたとえば放熱フィン、液体冷却、ペルチェ素子等を用いた冷却ユニット等の放熱用の部品を接合する際の冷却効率を高めることができる。
【００２５】
また、放熱板１０９の一面側と半導体チップ１０２との距離を近くすることにより、放熱効果を高めることができる。このような観点からは、組合せ構造１１６の凸部１０９ｂの他の領域の高さｈ０からの高さ差（ｈ２−ｈ０）は、たとえば２５μｍ以下とすることができる（図３参照）。また、高さ差（ｈ２−ｈ０）をこのような範囲とすることにより、凸部１０９ｂが接着剤１０８の厚みに影響を与えないようにすることができ、半導体装置１００を効率よく組み立てることもできる。一方、放熱板１０９同士の真空吸着を防止するためには、高さ差（ｈ２−ｈ０）をたとえば１０μｍ以上程度とすることができる。
【００２６】
図６に、図１から図５を参照して説明した放熱板１０９を複数重ねて配置した断面図を示す。
ここで、放熱板１０９の一面に凸部１０９ｂが設けられているので、複数の放熱板１０９を重ねたときに、放熱板１０９間に隙間が生じる。そのため、放熱板１０９同士が真空吸着して貼りつくのを防ぐことができる。これにより、放熱板１０９の貼付け工程で吸着ヘッドで放熱板１０９を搬送する際に、放熱板１０９を一枚ずつ搬送することができる。放熱板１０９に凸部１０９ｂを設けておくことにより、吸着ヘッドでの放熱板１０９の搬送作業を速い速度で行っても、放熱板１０９同士の真空吸着を防ぐことができるので、作業効率も向上する。本実施の形態における放熱板１０９およびその製造手順によれば、簡易に凸部１０９ｂを形成することができ、特別な作業が必要ないため、価格への影響が少なく放熱板１０９を安価に製造することができる。
【００２７】
また、放熱板１０９の上記反対側の面が平坦となっているので、図７に示すように、この面に捺印を施した捺印領域１１３を設けた場合でも、視認性を良好とすることができる。ここで、図７の捺印領域１１３内の「＊」は捺印文字を表している。本実施の形態における放熱板１０９の構成によれば、捺印領域１１３に制限を設けることなく、捺印の品質を良好にすることができる。
【００２８】
図８は、本実施の形態における放熱板１０９の他の例を示す図である。図８（ａ）は、放熱板１０９の平面図、図８（ｂ）は、放熱板１０９の側面図である。図９は、図８（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【００２９】
ここで、組合せ構造１１６は、板状部材１１４の他面を窪ませて当該他面に凹部１０９ａを形成するとともに、当該他面と反対側の一面に凸部１０９ｂを形成したものであって、凹部１０９ａと凸部１０９ｂとは互いに断面形状が異なる。なお、ここでも、凹部１０９ａと凸部１０９ｂとの組合せ構造１１６は、板状部材１１４の四隅全部にそれぞれ形成されている。
【００３０】
次に、本実施の形態における放熱板１０９の製造手順を説明する。図１０は、本実施の形態における放熱板１０９の製造手順を示す断面図である。
本例では、成型器具２００は、ポンチ２０２と受け器具２０４とにより構成される。本例でも加工前の板状部材１１４の構成は、図４および図５を参照して説明したのと同様とすることができる。ただし、本例では、組合せ構造１１６を形成する加工を、外形を打抜き加工する工程と同時に行うことができる。
【００３１】
このような構成の板状部材１１４の一面（図中下面）側に受け器具２０４を配置し、板状部材１１４の他面（図中上面）側からポンチ２０２で板状部材１１４を押し込む。ここで、受け器具２０４には、ポンチ２０２の径よりも径の大きい開口部２０４ａが形成されている。これにより、板状部材１１４に機械的外力を加え、板状部材１１４の他面を部分的に凹ませて凹部１０９ａを形成し、その凹んだ部分の材料が追い出されることで一面側に凸部１０９ｂを形成する。
【００３２】
このとき、開口部２０４ａの開口径がポンチ２０２の径より大きく形成されているので、凹部１０９ａの変形に対し、凸部１０９ｂが広く形成される。これにより、各組合せ構造１１６において、凹部１０９ａと凸部１０９ｂとの断面形状が互いに異なるようにすることができる。ここでも、組合せ構造１１６の凸部１０９ｂは、凹部１０９ａを形成することに伴う板状部材１１４の変形により形成される。そのため、各組合せ構造１１６の凹部１０９ａと凸部１０９ｂとは、体積が同じとなる。
【００３３】
ここで、ポンチ２０２の径は、たとえば直径０．３ｍｍとすることができる。このとき、受け器具２０４の開口部２０４ａの径は、たとえば直径１ｍｍとすることができる。本例でも、組合せ構造１１６の凸部１０９ｂの他の領域の高さｈ０からの高さ差（ｈ２−ｈ０）は、たとえば２５μｍ以下とすることができる（図９参照）。高さ差（ｈ２−ｈ０）は、たとえば１０μｍ以上２５μｍ以下とすることができる。
【００３４】
図１１に、図８から図１０を参照して説明した放熱板１０９を複数重ねて配置した断面図を示す。
ここで、放熱板１０９の一面に凸部１０９ｂが設けられている。また、放熱板１０９の凹部１０９ａと凸部１０９ｂとは、互いに断面形状が異なる。上側の放熱板１０９の凸部１０９ｂは、下側の放熱板１０９の凹部１０９ａよりも径が大きい。このため、凸部１０９ｂが凹部１０９ａからはみ出すようになっており、複数の放熱板１０９を重ねたときに、放熱板１０９間に隙間が生じる。そのため、放熱板１０９同士が真空吸着して貼りつくのを防ぐことができる。これにより、放熱板１０９の貼付け工程で吸着ヘッドで放熱板１０９を搬送する際に、放熱板１０９を一枚ずつ搬送することができる。放熱板１０９に凸部１０９ｂを設けておくことにより、吸着ヘッドでの放熱板１０９の搬送作業を速い速度で行っても、放熱板１０９同士の真空吸着を防ぐことができるので、作業効率も向上する。
【００３５】
本実施の形態における放熱板１０９およびその製造手順によれば、簡易に凸部１０９ｂを形成することができ、特別な作業が必要ないため、価格への影響が少なく放熱板１０９を安価に製造することができる。さらに、凸部１０９ｂの形成を、板状部材１１４の外形を打抜き加工する工程と同時に行うことができるので、少ない工程数で放熱板１０９に凸部１０９ｂを形成することができる。
【００３６】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００３７】
１００ 半導体装置
１０１ 配線基板
１０２ 半導体チップ
１０３ バンプ
１０４ 接着剤
１０５ 補強板
１０６ 樹脂
１０７ 樹脂
１０８ 接着剤
１０９ 放熱板
１０９ａ 凹部
１０９ｂ 凸部
１１０ 外部端子
１１３ 捺印領域
１１４ 板状部材
１１６ 組合せ構造
２００ 成型器具
２０２ ポンチ
２０４ 受け器具
２０４ａ 開口部
【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】
2011044570.tif 000010
【図９】
2011044570.tif 000011
【図１０】
2011044570.tif 000012
【図１１】
2011044570.tif 000013
【図１２】
2011044570.tif 000014
【図１３】
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