(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料で構成される支持基板と、
前記支持基板の表面に接着材を介して配置された半導体デバイスと、
前記半導体デバイスを覆う絶縁層と、
前記絶縁層を貫通して前記半導体デバイスと外部端子とを接続する配線と、
を備えた半導体パッケージであって、
前記支持基板の裏面側には前記半導体デバイスに達する第１開口部が設けられ、
前記第１開口部の内側に、放熱性接着材を介して金属材料で構成される放熱部材が設けられていることを特徴とする半導体パッケージ。
【請求項２】
金属材料で構成される支持基板と、
前記支持基板の表面に接着材を介して配置された半導体デバイスと、
前記半導体デバイスを覆う絶縁層と、
前記絶縁層を貫通して前記半導体デバイスと外部端子とを接続する配線と、
を備えた半導体パッケージであって、
前記支持基板の裏面側には前記半導体デバイスに達する第１開口部が設けられ、
前記第１開口部の内側に、金属材料が充填されていることを特徴とする半導体パッケージ。
【請求項３】
金属材料で構成される支持基板と、
前記支持基板の表面に接着材を介して配置された半導体デバイスと、
前記半導体デバイスを覆う絶縁層と、
前記絶縁層を貫通して前記半導体デバイスと外部端子とを接続する配線と、
を備えた半導体パッケージであって、
前記支持基板の裏面側には前記半導体デバイスに達する第１開口部が設けられ、
前記第１開口部の内側を覆う導体パターンが設けられていることを特徴とする半導体パッケージ。
【請求項４】
支持基板と、
前記支持基板の表面に接着材を介して配置された半導体デバイスと、
前記半導体デバイスを覆う絶縁層と、
前記絶縁層を貫通して前記半導体デバイスと外部端子とを接続する配線と、
を備えた半導体パッケージであって、
前記支持基板の裏面側には前記半導体デバイスに達する第１開口部が設けられ、
前記絶縁層に、前記半導体デバイスに達する第２開口部が設けられていることを特徴とする半導体パッケージ。
【請求項５】
前記第２開口部を介して前記半導体デバイスの一部が外気に露出していることを特徴とする請求項４に記載の半導体パッケージ。
【請求項６】
前記第２開口部に、放熱部材が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の半導体パッケージ。
【請求項７】
前記外部端子は、ピン形状の導体又ははんだボールであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体パッケージ。
【請求項８】
前記半導体デバイスは、パワーデバイスであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体パッケージ。
【請求項９】
前記絶縁層は、前記支持基板に接することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の半導体パッケージ。
【請求項１０】
前記接着材は、前記第１開口部の一部を構成していることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の半導体パッケージ。
【請求項１１】
金属材料で構成される支持基板の表面に接着材を介して半導体デバイスを配置し、
前記半導体デバイスを絶縁層で覆い、
前記絶縁層を貫通して前記半導体デバイスと外部端子とを接続する配線を形成する、
半導体パッケージの製造方法であって、
前記支持基板の裏面側に、前記半導体デバイスに達する第１開口部を形成し、
前記第１開口部の内側に、放熱性接着材用いて金属材料で構成される放熱部材を形成することを含むことを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
【請求項１２】
金属材料で構成される支持基板の表面に接着材を介して半導体デバイスを配置し、
前記半導体デバイスを絶縁層で覆い、
前記絶縁層を貫通して前記半導体デバイスと外部端子とを接続する配線を形成する、
半導体パッケージの製造方法であって、
前記支持基板の裏面側に、前記半導体デバイスに達する第１開口部を形成し、
前記第１開口部の内側に、金属材料を充填することを含むことを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
【請求項１３】
金属材料で構成される支持基板の表面に接着材を介して半導体デバイスを配置し、
前記半導体デバイスを絶縁層で覆い、
前記絶縁層を貫通して前記半導体デバイスと外部端子とを接続する配線を形成する、
半導体パッケージの製造方法であって、
前記支持基板の裏面側に、前記半導体デバイスに達する第１開口部を形成し、
前記第１開口部の内側を覆うように導体パターンを形成することを含むことを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
【請求項１４】
支持基板の表面に接着材を介して半導体デバイスを配置し、
前記半導体デバイスを絶縁層で覆い、
前記絶縁層を貫通して前記半導体デバイスと外部端子とを接続する配線を形成する、
半導体パッケージの製造方法であって、
前記支持基板の裏面側に、前記半導体デバイスに達する第１開口部を形成し、
前記絶縁層に、前記半導体デバイスに達する第２開口部を形成することを含むことを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
【請求項１５】
前記第２開口部に、放熱部材を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の半導体パッケージの製造方法。
【請求項１６】
前記外部端子は、ピン形状の導体又ははんだボールであることを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載の半導体パッケージの製造方法。
【請求項１７】
前記半導体デバイスは、パワーデバイスであることを特徴とする請求項１１乃至１６のいずれか１項に記載の半導体パッケージの製造方法。
【請求項１８】
前記絶縁層は、前記支持基板に接することを特徴とする請求項１１乃至１７のいずれか１項に記載の半導体パッケージの製造方法。
【請求項１９】
前記第１開口部を形成する際に、前記支持基板の裏面側をエッチングして開口を形成し、該開口をマスクとして前記接着材をエッチングすることとを含むことを特徴とする請求項１１乃至１８のいずれか１項に記載の半導体パッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体パッケージの構造に関する。特に、半導体デバイスとしてパワーデバイスを用いた場合における半導体パッケージの放熱構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、支持基板上に、ＩＣチップ等の半導体デバイスを搭載する半導体パッケージ構造が知られている。このような半導体パッケージは、一般的には、支持基板上に、ダイアタッチ材と呼ばれる接着材を介してＩＣチップ等の半導体デバイスを接着し、その半導体デバイスを封止体（封止用樹脂）で覆って保護する構造を採用している。
【０００３】
半導体パッケージに用いる支持基板としては、プリント基板、セラミックス基板等の様々な基板が用いられている。特に、近年では、基体として金属基板を用いた半導体パッケージの開発が進められている。金属基板を用いた半導体パッケージは、シールド性や熱特性に優れるといった利点を有し、信頼性の高い半導体パッケージとして注目されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−４０９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者らは、金属基板の高い放熱特性が半導体デバイスとしてパワーデバイスを用いた場合に有用であると考え、金属基板上にパワーデバイスを搭載した半導体パッケージの開発に力を入れてきた。パワーデバイスは、大電圧、大電流を取り扱う半導体素子であるため、非常に発熱量が多く、高い放熱特性が要求される。
【０００６】
パワーデバイスのパッケージ構造として金属基板を採用した場合、放熱特性に優れたパッケージ構造を実現することができる。しかし、例えば基板としてＳｉＣ（炭化ケイ素）やＧａＮ（窒化ガリウム）を用いた次世代パワーデバイスにおいては、ジャンクション温度（Ｔｊ）が１７５〜２５０℃と非常に高温での動作環境が想定されており、パッケージ構造にさらなる放熱特性が求められるようになってきた。
【０００７】
本発明は、そのような問題に鑑みてなされたものであり、放熱特性に優れ、信頼性の高い半導体パッケージを提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態による半導体パッケージは、支持基板と、前記支持基板の表面に接着材を介して接着された半導体デバイス（特にパワーデバイス）と、前記半導体デバイスを覆う絶縁層と、前記絶縁層を貫通して前記半導体デバイスと外部端子（ピン形状の導体又ははんだボール）とを接続する配線と、を備えた半導体パッケージであって、前記支持基板の裏面側には前記半導体デバイスに達する第１開口部が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
前記接着材は、支持基板に設けられた開口をマスクとしてエッチングされることにより、前記第１開口部の一部を構成していてもよい。
【００１０】
前記第１開口部を介して前記半導体デバイスの一部が外気に露出していてもよい。また、前記第１開口部に、放熱性接着材を介して放熱部材が設けられていてもよいし、金属材料が充填されていてもよいし、前記第１開口部を覆う導体パターンが設けられていてもよい。
【００１１】
また、前記絶縁層に、前記半導体デバイスに達する第２開口部が設けられていてもよく、前記第２開口部を介して前記半導体デバイスの一部が外気に露出していてもよい。また、前記第２開口部に、放熱部材が設けられていてもよい。
【００１２】
本発明の他の実施形態による半導体パッケージの製造方法は、支持基板と、前記支持基板の表面に接着材を介して接着された半導体デバイス（特にパワーデバイス）と、前記半導体デバイスを覆う絶縁層と、前記絶縁層を貫通して前記半導体デバイスと外部端子（ピン形状の導体又ははんだボール）とを接続する配線と、を備えた半導体パッケージの製造方法であって、前記支持基板の裏面側に、前記半導体デバイスに達する第１開口部を形成する工程を含むことを特徴とする。
【００１３】
前記支持基板の裏面側をエッチングして開口を形成する工程と、該開口をマスクとして前記接着材をエッチングする工程とをさらに含んでもよい。
【００１４】
前記第１開口部を形成する工程の後、さらに、前記第１開口部に、放熱性接着材用いて放熱部材を形成する工程、前記第１開口部に、金属材料を充填する工程、及び前記第１開口部を覆うように導体パターンを形成する工程のいずれか１つを含んでもよい。
【００１５】
前記絶縁層に、前記半導体デバイスに達する第２開口部を形成する工程をさらに含んでもよいし、前記第２開口部に、放熱部材を形成する工程をさらに含んでもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、支持基板に開口部を設けることにより半導体デバイスの一部を直接外気又は放熱部材に接触させることにより、放熱特性に優れ、信頼性の高い半導体パッケージを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体パッケージの外観図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る半導体パッケージの断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る半導体パッケージの製造工程を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る半導体パッケージの製造工程を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る半導体パッケージの製造工程を示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る半導体パッケージの製造工程を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る半導体パッケージの断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る半導体パッケージの断面図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係る半導体パッケージの断面図である。
【図１０】本発明の第５実施形態に係る半導体パッケージの断面図である。
【図１１】本発明の第６実施形態に係る半導体パッケージの断面図である。
【図１２】本発明の第７実施形態に係る半導体パッケージの断面図である。
【図１３】本発明の第８実施形態に係る半導体パッケージの断面図である。
【図１４】本発明の第９実施形態に係る半導体パッケージの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態に係る半導体パッケージについて、図面を参照しながら詳細に説明する。以下に示す実施形態は本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００１９】
なお、本実施形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号または類似の符号（数字の後にＡ、Ｂなどを付しただけの符号）を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、数字の後のＡ、Ｂを省略して数字のみを示すことにより総称とする場合がある（例えば「１０ａ」と「１０ｂ」とを総称して「１０」と記載する場合がある）。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なったり、構成の一部が図面から省略されたりする場合がある。
【００２０】
（第１実施形態）
＜パッケージの外観＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体パッケージ１００の外観図である。なお、図１の手前部分は、内部構成の外観を示すために切断面を図示している。
【００２１】
図１において、１１は、支持基板であり、１２は支持基板の表面（半導体デバイスが搭載される側の面）に設けられた接着材（ダイアタッチ材）である。１３は、ＩＣチップやＬＳＩチップ等の半導体デバイスであり、特にここではパワーデバイス（例えば、整流ダイオード、パワートランジスタ、サイリスタ、ゲートターンオフサイリスタ、トライアックなど）が搭載されている。
【００２２】
１４及び１５は、半導体デバイスを保護する封止体（絶縁層）であり、例えば封止用樹脂を用いることができる。ここでは図示されないが、封止体１４、１５内には配線が形成され、半導体デバイスの出力端子と、外部端子１６とを電気的に接続している。
【００２３】
また、第１実施形態に係る半導体パッケージ１００は、支持基板１１の裏面（半導体デバイスが搭載される側の面とは反対の面）側に、半導体デバイス１３に達する開口部１７が設けられている。詳細は後述するが、開口部１７は、支持基板１１及び接着材１２をエッチングすることにより形成され、半導体デバイス１３の一部を露出させる。第１実施形態に係る半導体パッケージ１００では、この開口部１７が放熱部として機能する。
【００２４】
なお、支持基板の裏面側に設けられた開口部（支持基板と接着材をエッチングして形成した開口部）を本明細書中では「第１開口部」と呼ぶ場合がある。逆に、後述する支持基板の表面側に設けられた開口部（封止体をエッチングして形成した開口部）を本明細書中では「第２開口部」と呼ぶ場合がある。
【００２５】
このように、本実施形態に係る半導体パッケージ１００は、支持基板１１をそのまま基体として用い、積層された樹脂層（封止体１４、１５）で半導体デバイス１３を外気から保護する構造となっている。また、支持基板１１の裏面に放熱用の開口部１７を設け、放熱特性に優れた半導体パッケージ構造を実現している。
【００２６】
＜パッケージ構造＞
図２は、図１を用いて説明した半導体パッケージ１００の構造を詳細に説明するための断面図である。１０１は、支持基板であり、ここでは金属基板を用いる。金属基板としては、ステンレス等の鉄合金基板、銅合金基板、アルミニウム合金基板などの合金基板を用いればよい。勿論、金属基板に限定する必要はなく、用途やコストに応じて、シリコン基板、セラミックス基板、絶縁樹脂基板などを用いることも可能である。
【００２７】
支持基板１０１上には、接着材１０２ａ、１０２ｂを介して半導体デバイス１０３ａ、１０３ｂが設けられている。接着材１０２は、支持基板１０１と半導体デバイス１０３とを接着する部材であり、本実施形態では、公知のダイアタッチフィルム（ダイアタッチシート）を用いる。
【００２８】
半導体デバイス１０３は、ＩＣチップやＬＳＩチップ等の半導体素子である。第１実施形態に係る半導体パッケージ１００においては、半導体デバイス１０３ａは、パワーデバイスであり、半導体デバイス１０３ｂは、ＭＯＳＦＥＴやダイオードである。図示されないが、支持基板１０１上には、複数のパワーデバイスやＭＯＳＦＥＴ等が設けられていてもよい。
半導体デバイス１０３ａ、１０３ｂは、第１封止体１０４によってその上面及び側面を覆われ、外部環境から保護される。第１封止体１０４としては、エポキシ系樹脂を用いることができるが、公知の封止用樹脂であれば如何なる材料を用いてもよい。
【００２９】
第１封止体１０４の上には配線１０５が形成されている。ここでは、配線１０５は、銅シード層１０５ａと銅配線１０５ｂとで構成されている。勿論、銅に限らず、アルミニウムや銀など、半導体デバイスとの良好な電気的接続が確保できる材料であれば公知の如何なる材料を用いてもよい。
【００３０】
配線１０５上には、第２封止体１０６が設けられ、その上には、コンタクトホールを介して外部端子１０７が設けられる。第２封止体１０６は、第１封止体１０４と同じものを用いてもよいし、外気に直接触れるため、より保護膜としての機能性に優れた別の材料を用いてもよい。本実施形態では、エポキシ系樹脂を用いる。
【００３１】
外部端子１０７は、はんだボールでもよいし、ピン形状の金属部材としてもよい。例えば、ＵＢＭ（Under Bump Metal）層１０７ａ上に電解めっきにより金バンプ１０７ｂを積み上げてピン形状の金属部材を形成することができる。また、金属部材としてＣｕやＣｕ合金を用いて、ピン形状の外部端子１０７を形成してもよい。その際、Ｓｎ-Ａｇ-Ｃｕ、Ｓｎ-Ｃｕ、Ｐｂ-Ｓｎ系等のはんだ材料をろう付け材として用いてもよい。
【００３２】
以上説明した本発明の第１実施形態に係る半導体パッケージ１００は、支持基板１０１の裏面側に第１開口部１０８が設けられている。第１開口部１０８は、半導体デバイス１０３ａの裏面（回路形成面とは反対の面）に達し、支持基板１０１に設けられた開口部と接着材１０２ａに設けられた開口部とで構成される。すなわち、接着材１０２ａは第１開口部１０８の一部を構成しているとも言える。
【００３３】
第１開口部１０８は、半導体デバイス１０３ａの裏面を外気に露出させることにより、放熱特性を向上させるための放熱部材として機能する。特に、第１実施形態の半導体パッケージ１００では半導体デバイス１０３ａとしてパワーデバイスを用いているため、その放熱効果は顕著である。
【００３４】
半導体デバイス１０３ａの露出面の面積は、基本的には大きければ大きいほど放熱効果を高めることができるが、好ましくは半導体デバイス１０３の裏面の面積の６０％以上（さらに好ましくは９０％以上）を露出させるとよい。
【００３５】
また、開口部１０８の形状は、円形状に限らず、矩形状、多角形状とすることも可能である。例えば、半導体デバイス１０３ａが矩形状のＩＣチップであれば、矩形状の開口部１０８を設けることにより、効率的に露出面を確保することができる。
【００３６】
＜製造工程＞
図３〜図６は、本発明の第１実施形態に係る半導体パッケージ１００の製造工程を示す図である。図３（Ａ）において、まず、支持基板１０１として金属基板を用意する。ここでは、金属基板１０１として鉄合金のステンレス基板（ＳＵＳ基板）を用いるが、ある程度の剛性を備えた基板であれば他の材料で構成される基板であってもよい。例えば、シリコン基板、セラミックス基板、絶縁樹脂基板であってもよい。
【００３７】
次に、支持基板１０１上に、接着材１０２としてダイアタッチフィルムを用いて半導体デバイス１０３を配置する。具体的には、まずウェハ上に公知の半導体プロセスによって複数の半導体デバイス（半導体素子）を作り込み、ダイアタッチフィルムを半導体デバイスに貼り付けた状態でバックグラインド工程（ウェハの薄厚化）を行う。
【００３８】
その後、ダイシング工程により複数の半導体デバイスを個片化し、接着材１０２に貼り付けたまま切り離した複数の半導体デバイス１０３を支持基板１０１上に接着する。具体的には、接着材１０２ａを介して半導体デバイス（パワーデバイス）１０３ａを配置し、接着材１０２ｂを介して半導体デバイス（ＭＯＳＦＥＴ）１０３ｂを配置する。
【００３９】
次に、図３（Ｂ）に示すように、半導体デバイス１０３を覆うように第１封止体１０４を形成する。第１封止体１０４としては、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、シアネートエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、およびポリイミド系樹脂のいずれかを用いることができる。熱硬化性樹脂であっても、光硬化性樹脂であってもよい。また、第１封止体１０４は、スクリーン印刷法、スピンコーティング法等、公知の如何なる塗布方法を用いてもよい。
【００４０】
第１封止体１０４を形成したら、次は、第１封止体１０４に対して公知のフォトリソグラフィ技術によりパターニングを行い、複数のコンタクトホール１０４ａを形成する。これらコンタクトホール１０４ａは、後に形成する銅配線１０５と半導体デバイス１０３との電気的接続を確保するためのものである。
【００４１】
次に、図４（Ａ）に示すように、銅シード層１０５ａ及び銅配線１０５ｂで構成される銅配線１０５を形成する。銅配線１０５は、まず銅めっき（銅プレーティング）の下地となる銅シード層１０５ａを図３（Ｂ）に示したコンタクトホール１０４ａに対して選択的に形成し、その後、銅めっきにより銅配線１０５ｂを形成する。
【００４２】
銅プレーティングは電気めっきを用いても無電解めっきを用いてもよい。また、本実施形態では、銅プレーティングにより銅配線１０５を形成したが、これに限らず、他の方法で銅配線１０５を形成してもよい。例えば、スパッタリング法や蒸着法など公知のＣＶＤ法を用いてもよい。
【００４３】
次に、図４（Ｂ）に示すように、第２封止体１０６を形成する。第２封止体１０６の形成に関しては、第１封止体１０４と同様でもよいが、本実施形態では、後に支持基板１０１に第１開口部１０８を形成する際の保護層としても機能するため、防水性、耐薬品性に優れた絶縁体を用いることが望ましい。
【００４４】
次に、図５（Ａ）に示すように、支持基板１０１の裏面側からエッチングを行い、開口部１０８ａを形成する（ここでは、支持基板１０１のみをエッチングする）。本実施形態における開口部１０８ａの形成は、レジストマスク（図示せず）を用いたウェットエッチングで行う。具体的には、エッチャントとして、硫酸鉄溶液、硫酸銅溶液、塩化鉄溶液、塩化銅溶液等を用いることができる。エッチャントの種類は、支持基板１０１を構成する金属材料に応じて適宜選択すればよい。
【００４５】
なお、本実施形態では、ウェットエッチングにより開口部１０８ａを形成する例を示したが、ドライエッチングやレーザーエッチングにより形成してもよい。ただし、ウェットエッチングを用いた場合、図５（Ａ）に示すように、接着材１０２エッチングストッパーとして機能するため、半導体デバイス１０３へのエッチングダメージを減らすことができるという効果を奏する。
【００４６】
また、本実施形態では、第２封止体１０６によって銅配線１０５を保護した状態でウェットエッチング工程を行うため、万一エッチャントが支持基板の表面側に回り込んだとしても銅配線１０５がエッチャントに侵されることがない。
【００４７】
ウェットエッチングにより支持基板１０１に開口部１０８ａ形成したら、次に、図５（Ｂ）に示すように、その開口部１０８ａをマスクとして（つまり、支持基板１０１をエッチングマスクとして）、自己整合的に（セルフアラインで）接着材１０２ａをエッチングする。接着材１０２ａのエッチングは、アッシング、ドライエッチング、レーザーエッチング等、公知のエッチング技術を用いることができる。この場合、半導体デバイス１０３ａへのダメージを極力減らすために、接着材１０２ａと半導体デバイス１０３ａとの選択比を十分に確保できるようにエッチング条件を選定することが望ましい。また特にレーザーエッチングを用いた場合、レーザー加工後に接着材１０２ａが炭化して炭化物層が発生する場合には、過マンガン酸カリウム溶液等を用いたウェットエッチング処理（デスミア処理とも呼ばれる）を追加しても良い。
【００４８】
このようにして、第１開口部１０８を形成したら、次に、図６（Ａ）に示すように、第２封止体１０６にコンタクトホール１０６ａを形成する。
【００４９】
さらに、図６（Ｂ）に示すように、外部端子１０７としてピン形状の金属部材を形成する。ここでは、公知のＵＢＭ（under Bump Metal）１０７ａと金バンプ１０７ｂとで外部端子１０７を構成する。なお、本実施形態では、金属材料として金を用いたが、銅、はんだ、ニッケルといった金属材料を用いたバンプ形成を行ってもよい。
【００５０】
また、ピン形状の金属部材に代えて、外部端子として、はんだボールを設けた構成としてもよい。
【００５１】
以上のような製造工程を経て、図１、２に示す第１実施形態に係る半導体パッケージ１００が完成する。本発明によれば、半導体デバイス１０３、特にパワーデバイス１０３ａの下方（支持基板側）に、支持基板１０１及び接着材１０２をエッチングして形成した第１開口部１０８を設け、パワーデバイス１０３ａの一部を外気に露出させた構造としている。
【００５２】
これにより、１７５℃〜２５０℃といった高温領域での動作環境を想定されているパワーデバイスを搭載した場合においても、第１開口部１０８を介して常にパワーデバイス１０３ａが外気冷却されるため、放熱特性に優れ、信頼性の高い半導体パッケージを実現することができる。
【００５３】
なお、本実施形態では、パワーデバイス１０３ａの下方のみに開口部１０８を設けた例を示したが、必要に応じてＭＯＳＦＥＴ１０３ｂの下方に開口部１０８を設ける構成としてもよい。この場合、半導体パッケージ全体としての放熱効果が高まるため、より放熱特性に優れた半導体パッケージを実現することができる。
【００５４】
さらに、本実施形態では、パワーデバイス１０３ａの下方に１つの開口部を形成する例を示したが、複数の開口部を形成してもよい。この場合、パワーデバイス１０３ａの下方における耐衝撃性を高めることができる。
【００５５】
（第２実施形態）
図７に、本発明の第２実施形態に係る半導体パッケージ２００の断面図を示す。第２実施形態に係る半導体パッケージ２００は、第１開口部１０８にヒートシンク２０１を設けた点で、第１実施形態の半導体パッケージ１００と異なる。その他の点は、第１実施形態に係る半導体パッケージ１００と同様である。
【００５６】
図７において、ヒートシンク２０１は、放熱性接着材２０２を用いて半導体デバイス（パワーデバイス）１０３ａに接着される。ヒートシンク２０１としては、銅やアルミニウムといった金属部材を用いることができる。また、放熱性接着材２０２としては、アルミニウム（Ａｌ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、又は窒化ホウ素（ＢＮ）を配合したシリコン樹脂やはんだ等の金属材料を用いることが可能である。
【００５７】
また、本実施形態では、放熱性接着材２０２を用いてヒートシンク２０１を設ける構成を例示したが、ヒートシンクとヒートスプレッダとを併用してもよい。
【００５８】
本発明の第２実施形態に係る半導体パッケージ２００は、半導体デバイス１０３ａと放熱構造物であるヒートシンクやヒートスプレッダとを近接させることにより、半導体デバイス１０３ａで発した熱を効果的に放熱することができる。そのため、より放熱特性に優れ、信頼性の高い半導体パッケージを実現することができる。
【００５９】
（第３実施形態）
図８に、本発明の第３実施形態に係る半導体パッケージ３００の断面図を示す。第３実施形態に係る半導体パッケージ３００は、その外周部（支持基板１０１が露出した部分）に、支持基板１０１を貫通する固定用の穴が設けられ、実装基板（プリント配線基板）に対して固定されている点で、第２実施形態の半導体パッケージ２００と異なる。その他の点は、第２実施形態に係る半導体パッケージ２００と同様である。
【００６０】
図８において、３０１は実装基板であり、電子部品や集積回路及びそれらを接続する配線が高密度に実装されている。本実施形態では、支持基板１０１及び実装基板３０１の外周部に穴を設け、両者を貫通する固定用ピン３０２及び固定用ナット３０３で半導体パッケージ２００と実装基板３０１とを固定する構造を採用する。
【００６１】
このとき、実装基板３０１上の電子部品や集積回路と、半導体パッケージ３００に設けられた外部端子１０７とを接続することにより、実装基板３０１上の電子部品や集積回路と半導体デバイス１０３ａ、１０３ｂとを接続することができる。
【００６２】
本発明の第３実施形態に係る半導体パッケージ３００は、実装基板３０１に対して物理的に固定されることにより、放熱特性に優れるという効果に加え、固定強度の増加による耐衝撃性の向上という効果を奏する。このような効果は、本発明の半導体パッケージを自動車等の振動が激しい動作環境に置かれた場合に特に有用である。
【００６３】
（第４実施形態）
図９に、本発明の第４実施形態に係る半導体パッケージ４００の断面図を示す。第４実施形態に係る半導体パッケージ４００は、その端部に、支持基板１０１、第１封止体１０４及び第２封止体１０６を貫通する固定用の穴が設けられ、実装基板（プリント配線基板）に対して固定されている点で、第３実施形態の半導体パッケージ３００と異なる。その他の点は、第３実施形態に係る半導体パッケージ３００と同様である。
【００６４】
本発明の第４実施形態に係る半導体パッケージ４００は、実装基板３０１に対して物理的に固定されることにより、放熱特性に優れるという効果に加え、固定強度の増加による耐衝撃性の向上という効果を奏する。このような効果は、本発明の半導体パッケージを自動車等の振動が激しい物体に適用した場合に特に有用である。
【００６５】
（第５実施形態）
図１０に、本発明の第５実施形態に係る半導体パッケージ５００の断面図を示す。第５実施形態に係る半導体パッケージ５００は、第１開口部１０８が金属充填部５０１で埋め込まれている点で、第１実施形態の半導体パッケージ１００と異なる。その他の点は、第１実施形態に係る半導体パッケージ１００と同様である。
【００６６】
図１０において、金属充填部５０１は、第１開口部１０８を金属材料で埋め込むように形成され、その外部への露出面と支持基板１０１の裏面とは、ほぼ同一平面となっている。金属充填部５０１としては、銅（Ｃｕ）、銅とスズの合金（ＣｕＳｎ）、銀（Ａｇ）といった金属材料を充填させた構成（例えば、Ｃｕペースト、ＣｕＳｎペースト、Ａｇペースト）としてもよい。また、タングステンプラグのように、公知のメタル埋め込み技術を用いてもよい。
【００６７】
本発明の第５実施形態に係る半導体パッケージ５００は、放熱部材として金属充填部５０１を設け、第１開口部１０８の内部のみを放熱部材とすることにより、支持基板１０１から放熱部材が突出せず、半導体パッケージ全体としての高さ（厚み）を抑えることができる。これにより、放熱特性に優れるという効果に加え、半導体パッケージの小型化が図れるという効果を奏する。
【００６８】
（第６実施形態）
図１１に、本発明の第６実施形態に係る半導体パッケージ６００の断面図を示す。第６実施形態に係る半導体パッケージ６００は、第１開口部１０８に加えて、半導体デバイス１０３ａの回路形成面側にも第２開口部６０１が設けられている点で、第１実施形態の半導体パッケージ１００と異なる。その他の点は、第１実施形態に係る半導体パッケージ１００と同様である。
【００６９】
図１１において、第２開口部６０１は、半導体デバイス１０３ａの上方（回路形成面側）において第１封止体１０４及び第２封止体１０６をエッチングして形成される。したがって、第２開口部６０１は、半導体デバイス１０３ａの回路形成面に達する。この場合、第１封止体１０４と半導体デバイス１０３ａの回路形成面との間で選択比が確保できるようにエッチャント又はエッチングガスを選択することが望ましい。
【００７０】
本発明の第６実施形態に係る半導体パッケージ６００は、半導体デバイス１０３ａの下方（支持基板側）には第１開口部１０８が設けられ、半導体デバイス１０３ａの上方（回路形成面側）には第２開口部６０１が設けられることにより、より放熱特性に優れ、信頼性の高い半導体パッケージを実現することができる。
【００７１】
（第７実施形態）
図１２に、本発明の第７実施形態に係る半導体パッケージ７００の断面図を示す。第７実施形態に係る半導体パッケージ７００は、第１開口部１０８にヒートシンク２０１を設けた構成に加えて、半導体デバイス１０３ａの回路形成面側にも第２開口部６０１が設けられている点で、第２実施形態の半導体パッケージ２００と異なる。その他の点は、第２実施形態に係る半導体パッケージ２００と同様である。
【００７２】
図１２に示す半導体パッケージ７００は、半導体デバイス１０３ａの上下両面に放熱対策を施すことにより、より放熱特性を高めている。具体的には、半導体デバイス１０３ａの下方において、支持基板１０１に第１開口部１０８を設け、その内部に放熱性接着材２０２を介してヒートシンク２０１を設けた構成としている。また、半導体デバイス１０３ａの上方において、第１封止体１０４及び第２封止体１０６に対して第２開口部６０１を設けた構成としている。
【００７３】
ヒートシンク２０１を構成する具体的な材料等は、第２実施形態と同様であるため、ここでの説明は省略する。また、第２実施形態と同様に、ヒートシンクとヒートスプレッダとを併用してもよい。さらに、第２開口部６０１については、第６実施形態で説明したとおりである。
【００７４】
本発明の第７実施形態に係る半導体パッケージ７００は、半導体デバイス１０３ａと放熱部材であるヒートシンクやヒートスプレッダとを近接させた上で、半導体デバイス１０３ａの回路形成面も外気に触れさせた状態とする（回路形成面は保護膜で保護しておいてもよい）ことにより、半導体デバイス１０３ａで発した熱を上下方向から効果的に放熱することができる。そのため、より放熱特性に優れ、信頼性の高い半導体パッケージを実現することができる。
【００７５】
（第８実施形態）
図１３に、本発明の第８実施形態に係る半導体パッケージ８００の断面図を示す。第８実施形態に係る半導体パッケージ８００は、第１開口部１０８にヒートシンク２０１を設けた構成に加えて、半導体デバイス１０３ａの回路形成面側にも第２開口部６０１が設けられ、さらにその内部に放熱部材として金属部材８０１が設けられている点で、第２実施形態の半導体パッケージ２００と異なる。その他の点は、第２実施形態に係る半導体パッケージ２００と同様である。
【００７６】
図１３に示す半導体パッケージ８００は、第７実施形態と同様に、半導体デバイス１０３ａの上下両面に放熱対策を施すことにより放熱特性を高めている。具体的には、半導体デバイス１０３ａの下方にヒートシンク２０１を設けた構成とし、半導体デバイス１０３ａの上方に、金属部材８０１を設けた構成とすることにより、放熱部材を半導体デバイス１０３ａの上方及び下方に近接させ、積極的に半導体デバイス１０３ａで発した熱を放熱させる。これにより、本発明の第８実施形態に係る半導体パッケージ８００は、より放熱特性に優れ、信頼性の高い半導体パッケージを実現することができる。
【００７７】
（第９実施形態）
図１４に、本発明の第９実施形態に係る半導体パッケージ９００の断面図を示す。第９実施形態に係る半導体パッケージ９００は、第１開口部１０８の内壁を覆うように導体パターン９０１を形成する点で、第１実施形態の半導体パッケージ１００と異なる。その他の点は、第１実施形態に係る半導体パッケージ１００と同様である。
【００７８】
図１４に示す半導体パッケージ９００は、支持基板１０１に対して第１開口部１０８を形成した後、半導体デバイス１０３ａの裏面から支持基板１０１の裏面にわたって銅で構成される導体パターン９０１を形成することにより、導体パターン９０１に放熱部材としての機能と配線としての機能とを付与している。なお、ここでは銅を例示したが、アルミニウムや銀等、他の金属材料で構成される導体パターンとしてもよい。
【００７９】
半導体デバイス１０３ａがパワーデバイスである場合（特に、Ｓｉウェハを用いたＭＯＳＦＥＴや、ＩＧＢＴ系パワーデバイス、またはＳｉＣウェハを用いたパワーデバイスの場合）、電流は縦方向（半導体デバイスの上下方向）に流れるため、半導体デバイス１０３ａの裏面側からも電流の取出しが可能である。
【００８０】
したがって、第９実施形態に係る半導体パッケージ９００では、銅の導体パターン９０１をパワーデバイス１０３ａの裏面側から電流を取り出す配線（導体パス）や電極としても機能させることが可能である。勿論、配線や電極として使用しない場合においては、放熱効果を高めるための放熱部材として機能する。
【００８１】
また、導体パターン９０１を配線として使用する場合、支持基板１０１の裏面にフォトリソグラフィ技術により配線パターンを形成することになるが、このような細線パターンは実効的な表面積が増すため、放熱効果を高める上でも都合がよい。したがって、配線としての利用だけでなく、放熱部材としての利用も考慮して、意図的に幾何学的図形を描くような配線パターンとして表面積をなるべく増やし、放熱効果を高めてもよい。
【００８２】
本発明の第９実施形態に係る半導体パッケージ９００は、半導体デバイス１０３ａの裏面に導体パターンを接続させた構造とすることにより、放熱特性に優れるという効果に加えて、半導体デバイス１０３ａが縦方向に電流を流すタイプのパワーデバイスである場合に、配線又は電極としても積極的に活用することができるという効果を奏する。
【符号の説明】
【００８３】
１００：半導体パッケージ
１０１：支持基板
１０２ａ：接着材
１０２ｂ：接着材
１０３ａ：半導体デバイス
１０３ｂ：半導体デバイス
１０４：第１封止体
１０５：配線
１０５ａ：銅シード層
１０５ｂ：銅配線
１０６：第２封止体
１０７：外部端子
１０７ａ：ＵＢＭ（Under Bump Metal）
１０７ｂ：金属部材
１０８：第１開口部
【図１】
0006457206.tif 000002
【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】
0006457206.tif 000009
【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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