(57)【要約】【課題】接着剤を用いずに、放熱板を封止樹脂に固定する。【解決手段】半導体装置は、配線基板１０と、配線基板１０の表面に固着された半導体素子１２と、配線基板１０と半導体素子１２とを電気的に接続する金属線１３と、配線基板１０、半導体素子１２及び金属線１３を封止する封止樹脂１８と、封止樹脂１８に圧着された放熱板１４とを備えている。放熱板１４の表面及び放熱板１４の側面の一部は、封止樹脂１８から露出している。【選択図】図１
2011187877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板と、
前記配線基板の表面に固着された半導体素子と、
前記配線基板と前記半導体素子とを電気的に接続する金属線と、
前記配線基板、前記半導体素子及び前記金属線を封止する封止樹脂と、
前記封止樹脂に圧着された放熱板とを備え、
前記放熱板の表面及び前記放熱板の側面の一部は、前記封止樹脂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】
前記放熱板は、
表面が前記封止樹脂から露出し前記半導体素子と対応して配置された本体部と、
一端が前記本体部の側面と接続し且つ他端が前記封止樹脂から露出するリード部とを有して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】
前記放熱板は、前記放熱板の裏面に設けられ且つ前記封止樹脂に埋め込まれた第１の凸部を有していることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記放熱板は、前記本体部の側面と接続し且つ前記封止樹脂に埋め込まれた第２の凸部を有していることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記放熱板における前記本体部及び前記リード部は、一体に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記封止樹脂と前記放熱板との間には接着剤が介在しておらず、前記放熱板は、前記封止樹脂と接していることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の前記半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、
放熱用板を準備する工程（ａ）と、
配線用基板の表面に複数の前記半導体素子が固着された素子用板を準備する工程（ｂ）と、
第１の金型に、表面が前記第１の金型の設置面と対向するように前記放熱用板を設置する工程（ｃ）と、
第２の金型に、前記配線用基板の裏面が前記第２の金型の設置面と対向するように前記素子用板を設置する工程（ｄ）と、
前記第１の金型に設置された前記放熱用板の裏面に、前記封止樹脂を投入する工程（ｅ）と、
前記工程（ｅ）の後に、前記第１の金型と前記第２の金型とを閉じて、前記封止樹脂を圧縮成形すると共に、前記放熱用板を前記封止樹脂に圧着する工程（ｆ）と、
前記第１の金型と前記第２の金型とを開いて、前記封止樹脂に前記放熱用板が圧着された前記素子用板を取り出す工程（ｇ）と、
前記工程（ｇ）の後に、前記素子用板を分割し、前記半導体装置に個片化する工程（ｈ）とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記放熱用板は、
枠体部と、
複数の本体部と、
各々が前記本体部の側面に接続する複数のリード部とを有し、
前記複数のリード部のうち、隣接する前記リード部同士は互いに連結し、隣接する前記リード部以外の前記リード部は、前記枠体部と連結していることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記放熱用板は、各々が前記放熱用板の裏面に設けられた複数の第１の凸部を有していることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記放熱用板は、各々が前記本体部の側面に接続する複数の第２の凸部を有していることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記放熱用板における前記枠体部、前記本体部及び前記リード部は、一体に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記工程（ｈ）において、前記リード部同士が連結する部分、及び前記リード部と前記枠体部とが連結する部分が切断されることを特徴とする請求項８〜１１のうちいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記放熱用板における前記枠体部には、ガイド孔が設けられており、
前記工程（ｃ）において、前記ガイド孔に、前記第１の金型に設けられたガイドピンを貫通させることにより、前記放熱用板を前記第１の金型に固定することを特徴とする請求項８〜１２のうちいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記放熱用板は、その体積が、前記封止樹脂の熱膨張係数と前記配線用基板の熱膨張係数とに基づいて調整されていることを特徴とする請求項７〜１３のうちいずれか１項に記載の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、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、放熱板を有する半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタル化社会の進化に連れて、日常生活中の情報量は増加の一途である。例えば、無線通信の情報を送信する携帯電話基地局の増幅器では、高周波化又は高出力化が求められている。また例えば、画像デジタル機器では、高機能化、薄型化及び高画質化に伴い、大量のデジタル信号を瞬時に処理し転送する機能が求められている。
【０００３】
半導体装置では、半導体素子の熱を放熱することが重要である。特に、高出力化された半導体装置では、半導体素子の発熱量が多いため、半導体素子の熱を放熱することが重要である。そこで、放熱板を設け、放熱板により、半導体素子の熱を放熱する方法がある。
【０００４】
以下に、放熱板を有する半導体装置の製造方法について、図１１〜図１６及び図１７(a) 〜(b) を参照しながら説明する。図１１〜図１６は、従来の半導体装置の製造方法を示す断面図である。図１７(a) は、従来の半導体装置の構造を示す平面図である。図１７(b) は、従来の半導体装置の構造を示す断面図である。具体的には、図１７(b) は、図１７(a) に示すXVIIb-XVIIb線における断面図である。
【０００５】
まず、図１１に示すように、電極パッド１０１を有する配線用基板１００Ｘの表面に、電極パッド（図示省略）を有する半導体素子１０２を固着する。その後、金属線１０３により、配線用基板１００Ｘの電極パッド１０１と、半導体素子１０２の電極パッドとを接続する。その後、封止樹脂１０４により、配線用基板１００Ｘ、半導体素子１０２及び金属線１０３を封止する。このようにして、素子用板Ｗを形成する。
【０００６】
次に、図１２に示すように、シリンダ１０５により、封止樹脂１０４の表面における半導体素子１０２と対応する領域（塗布領域）に、接着剤１０６を塗布する。
【０００７】
次に、図１３に示すように、パッド１０７に真空吸着させた放熱板１０８を、接着剤１０６と対応させる。
【０００８】
次に、図１４に示すように、パッド１０７を下方に移動させて、放熱板１０８を接着剤１０６に圧着する。
【０００９】
次に、図１５に示すように、窒素環境下で加熱し、接着剤１０６を硬化させて、接着剤１０６により、放熱板１０８を封止樹脂１０４に固着する。
【００１０】
次に、図１６に示すように、ダイシング装置により、素子用板Ｗを、各半導体素子１０２毎に分割し、各半導体装置に個片化する。これにより、図１７(a) 〜(b) に示すように、配線基板１００と、半導体素子１０２と、金属線１０３と、封止樹脂１０４と、接着剤１０６により封止樹脂１０４に固着された放熱板１０８とを有する半導体装置を得る。
【００１１】
以上のようにして、従来の半導体装置を製造する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−３２４８１６号公報
【特許文献２】特開平９−６６３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、従来の半導体装置では、以下に示す問題がある。
【００１４】
例えば、接着剤として、低チクソ性接着剤を用いた場合、低チクソ性接着剤は、ベースレジンの含有量が多いため、加熱時に化学反応により生じたエアが、接着剤中に残留し易い。このため、接着剤により、放熱板を封止樹脂に良好に固着することができず、ひいては、放熱板が剥がれるという問題がある。また、低チクソ性接着剤は、濡れ性が良い。このため、接着剤への放熱板の圧着時に、接着剤が広がり易く、接着剤が、放熱板の側面及び封止樹脂における塗布領域以外の領域にまで広がる。このように、ブリード現象が起こって、外観不良となる虞がある。
【００１５】
一方、接着剤として、例えば、高チクソ性接着剤を用いた場合、高チクソ性接着剤は、濡れ性が悪い。このため、接着剤への放熱板の圧着時に、接着剤中にボイドが発生し易く、加熱時に、ボイド内のエアが膨張し、放熱板が剥れるという問題がある。また、高チクソ性接着剤は、濡れ性が悪いため、接着剤の塗布量にバラツキが生じる虞がある。
【００１６】
また、接着剤は、有機樹脂の含有量が多いため、吸湿性が高い。このため、封止樹脂と接着剤との界面、及び接着剤と放熱板との界面に水が溜まり易い。このため、加熱時に、水が気化して水蒸気が発生し、放熱板が剥がれるという問題がある。
【００１７】
また、接着剤１０６により放熱板１０８を封止樹脂１０４に固着した場合、次のような製造過程を経る必要がある。即ち、図１２に示すように、封止樹脂１０４の表面における各塗布領域に、各半導体素子１０２と対応する接着剤１０６を塗布した後、図１４に示すように、各接着剤１０６に、各半導体素子１０２と対応する放熱板１０８を圧着し、その後、図１５に示すように、接着剤１０６を硬化する。このため、生産性の低下及びコストの上昇を招く虞がある。
【００１８】
以上のように、接着剤により放熱板を封止樹脂に固着した場合、放熱板が剥がれるという問題がある。さらに、外観不良、接着剤の塗布量のバラツキ、生産性の低下又はコストの上昇を招く虞がある。
【００１９】
前記に鑑み、本発明の目的は、接着剤を用いずに、放熱板を封止樹脂に固定することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
前記の目的を達成するために、本発明に係る半導体装置は、配線基板と、配線基板の表面に固着された半導体素子と、配線基板と半導体素子とを電気的に接続する金属線と、配線基板、半導体素子及び金属線を封止する封止樹脂と、封止樹脂に圧着された放熱板とを備え、放熱板の表面及び放熱板の側面の一部は、封止樹脂から露出していることを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る半導体装置によると、放熱板が封止樹脂に圧着されている。これにより、接着剤を用いずに、放熱板を封止樹脂に固定することができるため、放熱板が脱落することを防止することができる。
【００２２】
さらに、放熱板の表面だけでなく、放熱板の側面の一部を、封止樹脂から露出させることにより、放熱板の露出面積を増大させることができるため、放熱板の放熱効率を向上させることができる。
【００２３】
本発明に係る半導体装置において、放熱板は、表面が封止樹脂から露出し半導体素子と対応して配置された本体部と、一端が本体部の側面と接続し且つ他端が封止樹脂から露出するリード部とを有していることが好ましい。
【００２４】
このようにすると、一端が本体部の側面に接続するリード部の他端を、封止樹脂から露出させることにより、放熱板の露出面積を増大させることができるため、放熱板の放熱効率を向上させることができる。
【００２５】
さらに、リード部の他端を、封止樹脂から露出させることにより、リード部を、本体部の側面から封止樹脂の側面に向かって延ばすことができるため、半導体装置が反ることを抑制することができる。
【００２６】
本発明に係る半導体装置において、放熱板は、放熱板の裏面に設けられ且つ封止樹脂に埋め込まれた第１の凸部を有していることが好ましい。
【００２７】
このようにすると、放熱板の裏面に第１の凸部を設け、第１の凸部を封止樹脂に埋め込むことにより、放熱板と封止樹脂との接触面積を増大させることができるため、放熱板を封止樹脂に強固に固定することができる。
【００２８】
本発明に係る半導体装置において、放熱板は、本体部の側面と接続し且つ封止樹脂に埋め込まれた第２の凸部を有していることが好ましい。
【００２９】
このようにすると、本体部の側面に第２の凸部を接続し、第２の凸部を封止樹脂に埋め込むことにより、放熱板と封止樹脂との接触面積を増大させることができるため、放熱板を封止樹脂に強固に固定することができる。
【００３０】
本発明に係る半導体装置において、放熱板における本体部及びリード部は、一体に形成されていることが好ましい。
【００３１】
本発明に係る半導体装置において、封止樹脂と放熱板との間には接着剤が介在しておらず、放熱板は、封止樹脂と接していることが好ましい。
【００３２】
前記の目的を達成するために、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半導体装置の製造方法であって、放熱用板を準備する工程（ａ）と、配線用基板の表面に複数の半導体素子が固着された素子用板を準備する工程（ｂ）と、第１の金型に、表面が第１の金型の設置面と対向するように放熱用板を設置する工程（ｃ）と、第２の金型に、配線用基板の裏面が第２の金型の設置面と対向するように素子用板を設置する工程（ｄ）と、第１の金型に設置された放熱用板の裏面に、封止樹脂を投入する工程（ｅ）と、工程（ｅ）の後に、第１の金型と第２の金型とを閉じて、封止樹脂を圧縮成形すると共に、放熱用板を封止樹脂に圧着する工程（ｆ）と、第１の金型と第２の金型とを開いて、封止樹脂に放熱用板が圧着された素子用板を取り出す工程（ｇ）と、工程（ｇ）の後に、素子用板を分割し、半導体装置に個片化する工程（ｈ）とを備えることを特徴とする。
【００３３】
本発明に係る半導体装置の製造方法によると、放熱用板を封止樹脂に圧着する。これにより、接着剤を用いずに、放熱板を封止樹脂に固定することができるため、放熱板が脱落することを防止することができる。
【００３４】
加えて、放熱板を封止樹脂に固着する接着剤を不要にすることができるため、封止樹脂への接着剤の塗布工程、接着剤への放熱板の圧着工程及び接着剤の硬化工程を不要にすることができる。このため、生産性の低下及びコストの上昇を招くことを防止することができる。
【００３５】
さらに、放熱用板の封止樹脂への圧着を、封止樹脂の圧縮成形と共に行うことができる。これにより、生産性の向上及びコストの削減を図ることができる。
【００３６】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、放熱用板は、枠体部と、複数の本体部と、各々が本体部の側面に接続する複数のリード部とを有し、複数のリード部のうち、隣接するリード部同士は互いに連結し、隣接するリード部以外のリード部は、枠体部と連結していることが好ましい。
【００３７】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、放熱用板は、各々が放熱用板の裏面に設けられた複数の第１の凸部を有していることが好ましい。
【００３８】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、放熱用板は、各々が本体部の側面に接続する複数の第２の凸部を有していることが好ましい。
【００３９】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、放熱用板における枠体部、本体部及びリード部は、一体に形成されていることが好ましい。
【００４０】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、工程（ｈ）において、リード部同士が連結する部分、及びリード部と枠体部とが連結する部分が切断されることが好ましい。
【００４１】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、放熱用板における枠体部には、ガイド孔が設けられており、工程（ｃ）において、ガイド孔に、第１の金型に設けられたガイドピンを貫通させることにより、放熱用板を第１の金型に固定することが好ましい。
【００４２】
このようにすると、放熱用板の位置ずれを防止することができる。
【００４３】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、放熱用板は、その体積が、封止樹脂の熱膨張係数と配線用基板の熱膨張係数とに基づいて調整されていることが好ましい。
【００４４】
このようにすると、半導体装置に反りが発生することを抑制することができる。さらに、配線基板及び封止樹脂の材料を選択する際の制約を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】(a) 〜(b) は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を示す図であり、(a) は、平面図であり、(b) は、(a) に示すIb-Ib線における断面図である。
【図２】(a) 〜(b) は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図であり、(a) は、平面図であり、(b) は、(a) に示すIIb-IIb線における断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１０】(a) 〜(d) は、放熱用板の構成を示す平面図である。
【図１１】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１２】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１３】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１４】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１５】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１６】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１７】(a) 〜(b) は、従来の半導体装置の構造を示す図であり、(a) は、平面図であり、(b) は、(a) に示すXVIIb-XVIIb線における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下に、本発明の一実施形態に係る半導体装置について、図１(a) 〜(b) を参照しながら説明する。図１(a) は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を示す平面図である。図１(b) は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。具体的には、図１(b) は、図１(a) に示すIb-Ib線における断面図である。なお、図１(a) 〜(b) 、並びに後述の図２〜図９において、簡略的に図示するために、各構成要素の厚み及び長さ等を、実際の厚み及び長さ等と異ならせている。
【００４７】
図１に示すように、本実施形態に係る半導体装置は、電極パッド１１を有する配線基板１０と、接着剤（図示省略）により配線基板１０の表面に固着され且つ電極パッド（図示省略）を有する高機能の半導体素子１２と、配線基板１０の電極パッド１１と半導体素子１２の電極パッドとを電気的に接続する金属線１３と、配線基板１０、半導体素子１２及び金属線１３を封止する封止樹脂１８と、封止樹脂１８に圧着された放熱板１４とを備えている。放熱板１４の表面及び放熱板１４の側面の一部は、封止樹脂１８から露出している。
【００４８】
−放熱板−
放熱板１４は、図１(a) 〜(b) に示すように、表面が封止樹脂１８から露出し半導体素子１２と対応して配置された本体部１４ａと、一端が本体部１４ａの側面に接続し且つ他端が封止樹脂１８から露出するリード部１４ｂと、放熱板１４の裏面に設けられ且つ封止樹脂１８に埋め込まれた第１の凸部１４ｃと、本体部１４ａの側面に接続し且つ封止樹脂１８に埋め込まれた第２の凸部１４ｄとを有している。
【００４９】
リード部１４ｂは、本体部１４ａの側面から封止樹脂１８の側面に向かって延びている。
【００５０】
放熱板１４における本体部１４ａ、リード部１４ｂ、第１の凸部１４ｃ及び第２の凸部１４ｄは、一体に形成されている。
【００５１】
放熱板１４と封止樹脂１８との間には接着剤が介在しておらず、放熱板１４は、封止樹脂１８と接している。
【００５２】
放熱板１４は、高熱を吸収して放出する機能を有している。
【００５３】
放熱板１４としては、例えば、金属板又は合金板等を用いることができる。放熱板１４の材料としては、例えば、熱伝導性の良い銅若しくはアルミニウム等の金属材料、銅合金等の合金材料、酸化アルミニウム等のセラミックス材料、又は窒化珪素等の有機材料が挙げられる。
【００５４】
放熱板１４として、封止樹脂１８と接する面にめっきが施されたものを用いてもよい。これにより、放熱板１４と封止樹脂１８との密着性を向上させることができる。
【００５５】
放熱板１４における本体部１４ａの厚さは、例えば、０．１ｍｍｔ以上であることが好ましい。
【００５６】
−配線基板−
配線基板１０は、その表面における半導体素子１２が固着される素子領域に、配線パターン（図示省略）及び複数の端子（図示省略）を有し、その表面における素子領域の外周に位置する外周領域に、複数の電極パッド１１を有している。配線基板１０の裏面には、複数列に配列されたランド（図示省略）が設けられている。
【００５７】
配線基板１０は、単層基板であってもよいし、多層基板であってもよい。
【００５８】
配線基板１０としては、例えば、樹脂基板を用いることができる。樹脂基板の材料としては、例えば、ガラス繊維若しくは不織布に、エポキシ樹脂、フェノール樹脂若しくはポリイミド樹脂を含浸して硬化させたもの、ＢＴレジン又は液晶ポリマが挙げられる。また、配線基板１０として、樹脂基板の代わりに、例えば、セラミック基板を用いてもよい。セラミック基板の材料としては、例えば、酸化アルミニウム、ガラス又は石英が挙げられる。
【００５９】
配線基板１０の厚さは、例えば、６０μｍ〜５００μｍ、好ましくは、１００μｍ〜２００μｍ程度である。
【００６０】
−半導体素子−
半導体素子１２は、その表面に内部回路（図示省略）と接続する配線（図示省略）が形成され、その表面における周辺領域に、配線と接続する複数の電極パッド（図示省略）を有している。
【００６１】
半導体素子１２の材料としては、例えば、シリコンを用いるが、シリコン以外の材料を用いてもよい。例えば、ゲルマニウム若しくはグラファイトのような元素材料、又は砒化ガリウム若しくはテルル化亜鉛のような化合物材料を用いてもよい。
【００６２】
半導体素子１２の厚さは、例えば、２０μｍ〜５００μｍ、好ましくは、５０μｍ〜１００μｍ程度である。
【００６３】
−接着剤−
配線基板１０に半導体素子１２を固定する接着剤は、有機物と無機物との混合物であり、該有機物は、例えば、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂及びアクリル系樹脂からなる群から選択される少なくとも一つを含む。
【００６４】
接着剤は、導電性接着剤であっても、絶縁性接着剤であってもよい。
【００６５】
接着剤としては、例えば、光開始剤が配合された紫外線硬化性樹脂が挙げられる。また、導電性接着剤としては、例えば、導電性フィラーとして銀フィラーが添加されたエポキシ系樹脂が挙げられる。
【００６６】
接着剤は、ペーストであっても、半硬化状のシートであってもよい。
【００６７】
−金属線−
金属線１３は、例えば、銅線、アルミニウム線、銀線又は金線であり、好ましくは、金線である。
【００６８】
金属線１３のループ高さ（「ループ高さ」とは、半導体素子１２から金属線１３までの高さをいう）は、例えば、４０μｍ〜３００μｍ、好ましくは、１２０μｍ程度である。金属線１３の径は、例えば、１５μｍ〜３０μｍ、好ましくは、１８μｍ〜２５μｍ程度である。
【００６９】
−封止樹脂−
封止樹脂１８としては、例えば、熱硬化性のエポキシ系樹脂を用いることができる。
【００７０】
封止樹脂１８は、例えば、ビフェニル系樹脂、フェノール系樹脂、ナフタレン系樹脂及びアントラセン系樹脂からなる群から選択される少なくとも一つを含んでもよい。
【００７１】
封止樹脂１８は、例えば、硬化剤、硬化促進剤又はフィラーの添加剤を含んでもよい。添加剤により、封止樹脂１８の特性、生産性又は品質性を制御することが可能である。硬化剤としては、例えば、フェノール系硬化剤又は酸無水物類が挙げられる。硬化促進剤としては、例えば、リン系有機高分子化合物が挙げられる。フィラーとしては、例えば、溶融シリカ又は結晶シリカが挙げられる。
【００７２】
封止樹脂１８の厚さは、例えば、１００μｍ〜８００μｍ、好ましくは、２００μｍ〜６５０μｍ程度である。
【００７３】
以下に、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図２(a) 及び(b) 〜図９を参照しながら説明する。図２(a) は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図である。図２(b) は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。具体的には、図２(b) は、図２(a) に示すIIb-IIb線における断面図である。図３〜図９は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【００７４】
まず、図２(a) 及び(b) に示すように、放熱用板１４Ｘを準備する。放熱用板１４Ｘは、枠体部１４ｅと、本体部１４ａと、本体部１４ａの側面と接続するリード部１４ｂと、放熱用板１４の裏面に設けられた第１の凸部１４ｃと、本体部１４ａの側面と接続する第２の凸部１４ｄとを有している。
【００７５】
図２(a) に示すように、リード部１４ｂのうち、隣接するリード部１４ｂ同士は互いに連結している。リード部１４ｂのうち、隣接するリード部１４ｂ以外のリード部１４ｂは、枠体部１４ｅと連結している。
【００７６】
枠体部１４ｅには、ガイドピン（後述の図４：１５ｐ参照）を貫通させるガイド孔ｈが設けられている。
【００７７】
本体部１４ａは、マトリクス状に配列されている。
【００７８】
放熱用板１４Ｘの形成方法としては、第１に例えば、平板を切削して、放熱用板の形状にする機械加工法が挙げられる。第２に例えば、平板を、放熱用板の形状に打ち抜くプレス加工法が挙げられる。
【００７９】
一方、図３に示すように、素子用板Ｗを準備する。素子用板Ｗは、電極パッド１１を有する配線用基板１０Ｘと、各々が電極パッド（図示省略）を有する複数の半導体素子１２と、配線用基板１０Ｘの電極パッド１１と半導体素子１２の電極パッドとを電気的に接続する金属線１３とを有している。
【００８０】
半導体素子１２は、配線用基板１０Ｘ上に、マトリクス状に配列されている。
【００８１】
次に、図４に示すように、プレス機（圧縮機）の下金型（第１の金型）１５に、リリースフィルム１６を固定する。このとき、下金型１５に設けた真空吸着孔１５ｈを用いて、リリースフィルム１６を下金型１５に真空吸着させると共に、下金型１５に設けたガイドピン１５ｐを、リリースフィルム１６に貫通させる。リリースフィルム１６の厚さは、薄いことが好ましく、例えば、５０μｍであることが好ましい。
【００８２】
その後、下金型１５に、下金型１５との間にリリースフィルム１６を挟んで、表面が下金型１５の設置面と対向するように放熱用板１４Ｘを設置する。このとき、ガイドピン１５ｐを、放熱用板１４Ｘにおける枠体部１４ｅに設けたガイド孔ｈに貫通させる。これにより、放熱用板１４Ｘを下金型１５に固定し、放熱用板１４Ｘが位置ずれすることを防止することができる。
【００８３】
一方、図４に示すように、プレス機の上金型（第２の金型）１７に、配線用基板１０Ｘの裏面が上金型１７の設置面と対向するように素子用板Ｗを設置する。このとき、上金型１７に設けた真空吸着孔１７ｈを用いて、素子用板Ｗを上金型１７に真空吸着させる。
【００８４】
次に、図５に示すように、放熱用板１４Ｘの裏面に、未硬化の封止樹脂１８を投入した後、金型温度を、封止樹脂１８の溶融温度以上の温度（例えば１６５℃〜１８５℃）とし、封止樹脂１８を溶融する。このとき、リリースフィルム１６により、溶融した封止樹脂１８が、下金型１５と放熱用板１４Ｘとの間に入り込むことを防止する。未硬化の封止樹脂１８は、粉末状、顆粒状、タブレット状、シート状又は液体状の封止樹脂であり、好ましくは、顆粒状の封止樹脂である。
【００８５】
次に、図６に示すように、封止樹脂１８が完全に溶融した後、下金型１５を駆動し、下金型１５を上金型１７に合わせて、減圧状態にし、下金型１５と上金型１７とを閉じる。その後、モータ１９により、下金型１５を上金型１７の方向（矢印参照）に押圧し、封止樹脂１８を圧縮成形すると共に、封止樹脂１８に放熱用板１４Ｘを圧着する。その後、図７に示すように、封止樹脂１８が完全に硬化した後、下金型１５と上金型１７とを開いて、図８に示すように、封止樹脂１８に放熱用板１４Ｘが圧着された素子用板Ｗを取り出す。
【００８６】
次に、図９に示すように、ダイシング装置により、封止樹脂１８に放熱用板１４Ｘが圧着された素子用板Ｗを、各半導体素子１２毎に分割し、各半導体装置に個片化する。このとき、リード部１４ｂ同士が連結する部分、及びリード部１４ｂと枠体部１４ｅとが連結する部分を切断する。このため、リード部１４ｂを細く形成することが好ましい。これにより、リード部１４ｂにおける連結部分を容易に切断することができる。
【００８７】
以上のようにして、本実施形態に係る半導体装置を製造することができる。
【００８８】
ここで、封止樹脂は、溶融温度以上の温度で、加熱されると、その状態が、半硬化状態（固体状態)から、溶融状態（液体状態)を経て、硬化状態（固体状態)になる。
【００８９】
このため、封止樹脂の圧縮成形の際に、金属線１３が変形する、及び金属線１３が変形して金属線１３同士が接近することを防止するためには、封止樹脂の圧縮成形を行うタイミングが重要であり、封止樹脂が完全に溶融してからゲル化するまでの間に、封止樹脂の圧縮成形を完了させることが必要である。
【００９０】
封止樹脂が完全に溶融していない状態で、早々に上，下金型を閉じて封止樹脂の圧縮成形を行う、又は封止樹脂がゲル化した状態で、未だに上，下金型を開かずに封止樹脂の圧縮成形を行えば、金属線が変形する、及び金属線が変形して金属線同士が接近する。これにより、品質の低下及び歩留りの低下を招く懸念がある。
【００９１】
ところで、半導体装置の製造過程での加熱時に、半導体装置内に応力歪みが発生し、これにより、半導体装置に反りが発生するという懸念がある。
【００９２】
ここで、絶対応力σは、下記の[式１]で表される。
【００９３】
σ＝Ｅ×α×△Ｔ×ｎ・・・[式１]
（Ｅ：弾性率，α：熱膨張係数，△Ｔ：温度差，ｎ：物質量）
封止樹脂と配線基板とは、弾性率Ｅ及び熱膨張係数αが互いに異なるため、絶対応力σが互いに異なる。このため、封止樹脂と配線基板とを、同一の条件下で加熱すると、半導体装置内に応力歪みが発生し、半導体装置に反りが発生する。
【００９４】
またここで、一般に、封止樹脂の熱膨張係数α１，α２は、配線基板の熱膨張係数α１，α２よりも大きい。具体的には例えば、エポキシ樹脂系の封止樹脂の場合、α１（ｘｙ）が８〜１３ｐｐｍ、α２（ｘｙ）が２５〜４０ｐｐｍである。一方、エポキシ樹脂系又はＢＴレジン系の配線基板の場合、α１（ｘｙ）が９〜１５ｐｐｍ、α２（ｘｙ）が４〜８ｐｐｍである。
【００９５】
このため、封止樹脂の応力は、配線基板の応力よりも大きく、半導体装置の反りに及ぼす影響は、封止樹脂が配線基板よりも大きい。
【００９６】
そこで、本実施形態では、放熱板により、封止樹脂の応力を調整することで、半導体装置内の応力のバランスを取り、半導体装置に反りが発生することを抑制する。
【００９７】
例えば、図１７(a) 〜(b) に示すような半導体装置を実験的に製造する。その結果、半導体装置が反る方向が、谷反り方向であると判明した場合、封止樹脂の応力が、配線基板の応力よりも大きいため、半導体装置が谷方向に反ったことが判る。
【００９８】
そこで、第１に例えば、封止樹脂の熱膨張係数と配線基板の熱膨張係数とに基づいて、放熱板の厚さを厚くする、及び／又は放熱板の平面積を大きくすることで、封止樹脂に圧着される放熱板の体積を大きくする。これにより、封止樹脂の量を減らして、封止樹脂の応力を小さくすることができるため、半導体装置が谷方向に反ることを抑制することができる。第２に例えば、封止樹脂の熱膨張係数と配線基板の熱膨張係数とに基づいて、放熱板の弾性率を大きくする。これにより、半導体装置が谷方向に反ることを抑制することができる。
【００９９】
このように、放熱用板の体積又は弾性率を、封止樹脂の熱膨張係数と配線基板の熱膨張係数とに基づいて調整することにより、半導体装置に反りが発生することを抑制することができる。さらに、配線基板及び封止樹脂の材料を選択する際の制約を少なくすることができる。
【０１００】
本実施形態によると、放熱板１４が封止樹脂１８に圧着されている。これにより、接着剤を用いずに、放熱板１４を封止樹脂１８に固定することができるため、放熱板１４が脱落することを防止することができる。
【０１０１】
加えて、放熱板１４の表面だけでなく、放熱板１４の側面の一部を、封止樹脂１８から露出させる。具体的には例えば、一端が本体部１４ａの側面と接続するリード部１４ｂの他端を、封止樹脂１８から露出させる。これにより、放熱板１４の露出面積を増大させることができるため、放熱板１４の放熱効率を向上させることができる。
【０１０２】
さらに、第１，第２の凸部１４ｃ，１４ｄを封止樹脂１８に埋め込むことにより、放熱板１４と封止樹脂１８との接触面積を増大させることができるため、放熱板１４を封止樹脂１８に強固に固定することができる。
【０１０３】
さらに、リード部１４ｂの他端を、封止樹脂１８から露出させることにより、リード部１４ｂを、本体部１４ａの側面から封止樹脂１８の側面に向かって延ばすことができるため、半導体装置が反ることを抑制することができる。
【０１０４】
さらに、放熱板を封止樹脂に固定する接着剤を不要にすることができるため、封止樹脂への接着剤の塗布工程（図１２参照）、接着剤への放熱板の圧着工程（図１４参照）及び接着剤の硬化工程（図１５参照）を不要にすることができる。このため、生産性の低下及びコストの上昇を招くことを防止することができる。
【０１０５】
さらに、図６に示すように、放熱用板１４Ｘの封止樹脂１８への圧着を、封止樹脂１８の圧縮成形と共に行うことができる。これにより、生産性の向上及びコストの削減を図ることができる。
【０１０６】
なお、本実施形態では、例えば、図１(a) 〜(b) に示すように、放熱板１４が、本体部１４ａと、リード部１４ｂと、第１の凸部１４ｃと、第２の凸部１４ｄとを有する場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本体部及びリード部のみを有する放熱板でもよい。
【０１０７】
また、本実施形態では、放熱用板として、図２(a) 〜(b) に示すような放熱用板を用いた場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図１０(a) 〜(d) に示すような放熱用板を用いてもよい。
【０１０８】
図１０(a) に示す放熱用板２４Ｘは、平面形状が正方形状の本体部２４ａ、リード部２４ｂ、及び凸部２４ｄを有している。
【０１０９】
図１０(b) に示す放熱用板３４Ｘは、中央に開口が設けられた本体部３４ａ、及びリード部３４ｂを有している。本体部３４ａの中央に開口を設けることにより、開口面を封止樹脂と接触させることができるため、放熱用板３４Ｘと封止樹脂との接触面積を増大させることができる。
【０１１０】
図１０(c) に示す放熱用板４４Ｘは、中央に凹みが設けられた本体部４４ａ、及びリード部４４ｂを有している。本体部４４ａの中央に、封止樹脂側に凹む凹みを設けることにより、放熱用板４４Ｘと封止樹脂との接触面積を増大させることができる。
【０１１１】
図１０(d) に示す放熱用板５４Ｘは、平面形状が円形状の本体部５４ａ、リード部５４ｂ、及び凸部５４ｄを有している。
【０１１２】
また、本実施形態では、図１(a) 〜(b) に示すように、放熱板１４におけるリード１４部ｂの裏面に、第１の凸部１４ｃを設ける場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。第１に例えば、放熱板における本体部の裏面に、第１の凸部を設けてもよい。第２に例えば、放熱板におけるリード部の裏面及び本体部の裏面に跨る第１の凸部を設けてもよい。但し、第１の凸部と、電極パッド、半導体素子及び金属線（特に、金属線）とが接触することがないように、第１の凸部を放熱板の裏面に設ける必要がある。
【０１１３】
また、本実施形態では、図１(a) 〜(b) に示すように、半導体素子１２のスタック数が、１層の場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、半導体素子のスタック数は、２〜２０層でもよい。好ましくは、半導体素子のスタック数は、例えば、１〜１５層以下であり、スタックされた半導体素子の総高さは、例えば、５ｍｍ以下である。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明は、接着剤を用いずに、放熱板を封止樹脂に固定することができ、放熱板を有する半導体装置及びその製造方法に有用である。
【符号の説明】
【０１１５】
１０  配線基板
１０Ｘ  配線用基板
１１  電極パッド
１２  半導体素子
１３  金属線
１４  放熱板
１４Ｘ  放熱用板
１４ａ  本体部
１４ｂ  リード部
１４ｃ  第１の凸部
１４ｄ  第２の凸部
１４ｅ  枠体部
１５  下金型（第１の金型）
１５ｈ  真空吸着孔
１５ｐ  ガイドピン
１６  リリースフィルム
１７  上金型（第２の金型）
１７ｈ  真空吸着孔
１８  封止樹脂
１９  モーター
Ｗ  素子用板
ｈ  ガイド孔
２４Ｘ，３４Ｘ，４４Ｘ，５４Ｘ  放熱用板
２４ａ，３４ａ，４４ａ，５４ａ  本体部
２４ｂ，３４ｂ，４４ｂ，５４ｂ  リード部
２４ｄ，５４ｄ  凸部
【図１】
2011187877.tif 000003
【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】
2011187877.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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