(57)【要約】【課題】半導体素子と、該半導体素子が接続される配線基板と、該半導体素子を保護するキヤツプとを有する半導体装置に関し、キヤツプと配線基板との接合面、及び半導体素子下面に設けられ、半導体素子と配線基板とを電気的に接続する接続端子に対して、熱応力によってもたらされる剥離や破壊を防止して、半導体装置の歩留まりの向上と、電気接続寿命の向上とを実現し、同時に半導体装置の小型化を実現することを目的とする。【解決手段】半導体素子71と、半導体素子71を外部雰囲気から保護し、且つ半導体素子71から発生する熱を放熱するキヤツプ10と、半導体素子71とキヤツプ10双方が固定される配線基板72とを有する半導体装置において、キヤツプ10全体を同一部材により一体成形すると共に、キヤツプを構成する封止板42の少なくとも一部がキヤツプを構成する枠体11内壁面より内側に形成された構成とする。【選択図】図1
2008078517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
該半導体素子の下面が、その上面と固定される配線基板と、
該配線基板の上面と前記半導体素子の上面とに固定されて前記半導体素子を保護するキ  ヤツプとを備えた半導体装置であって、
前記キヤツプは、全体が同一部材によって一体に形成されてなり、前記半導体素子の上  面に固定される放熱板と、前記配線基板の上面に固定される封止板と、前記放熱板と前  記封止板とを接続する枠体とを備え、且つ前記封止板の少なくとも一部が前記枠体の内  壁面よりも内側に形成され、前記封止板は前記放熱板と略平行な平面を持つことを特徴  とする半導体装置。
【請求項２】
請求項1乃至2記載の半導体装置であって、前記枠体が少なくとも一つ  の屈曲部を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
半導体素子と、該半導体素子の下面がその上面と固定される配線基板と  、前記半導体素子上面と前記配線基板上面とに固定される、全体が同一部材によって一  体に形成されてなるキヤツプを備えた半導体装置の製造方法であって、
前記キヤツプを形成する工程に、前記半導体素子を収納する凹部を、エッチング加工に  よって形成する第1の工程と、前記開口部内壁面を前記配線基板上面と略平行方向にさ  らにエッチングを行う第2の工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。  
【請求項４】
半導体素子と、該半導体素子の下面がその上面と固定される配線基板と  、前記半導体素子上面と前記配線基板上面とに固定されるキヤツプを備え、前記キヤツ  プは、前記半導体素子上面に固定される放熱板と、前記配線基板上面に固定される封止  板とを備え、全体が同一部材によって一体に形成されてなることを特徴とする、半導体  装置の製造方法であって、
前記キヤツプを形成する工程に、前記放熱板を曲げ加工を用いて形成する第1の工程と  、前記封止板を互いに対向する方向へ、前記放熱板と略平行となるように曲げ加工を用  いて形成する第2の工程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５】
請求項4乃至5記載の半導体装置の製造方法であって、前記放熱板と前  記封止板を接続する前記枠体に少なくとも一つの屈曲部を形成し、さらに該屈曲部は曲  げ加工またはエッチング加工を用いて形成する工程を有することを特徴とする半導体装  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わり、特に半導体素子を保護するキヤツプが設けられている半導体装置及びその製造方法に関する。    
【背景技術】
【０００２】
半導体素子と配線基板とを、半導体素子の下面に設けられた接続端子を介してフリップチップ接続する半導体装置において、一般に半導体素子を外部応力から保護する為のキヤツプを設ける技術が知られている。
【０００３】
近年、半導体回路の高密度化により、半導体素子の小型化が促進されている。これに伴って半導体素子、配線基板、キヤツプとからなる半導体装置も小型化が可能となった。しかしながら半導体回路の高密度化は、半導体素子単位面積当りの消費電力の増大を招き、結果として半導体素子からの発熱量が増大する結果をもたらす。
【０００４】
この為、半導体素子を保護するキヤツプには、半導体素子を外部応力から保護する役割だけでなく、熱伝導性を持つ部材を用いてキヤツプを形成することにより半導体素子から発生する熱を効果的に放熱させる役割を持たせる必要があり、従来実施されてきた。  
【０００５】
下記特許文献１及び２に記載の半導体装置を従来例として、図２１（ａ）及び図２１（ｂ）に示す。
【０００６】
図２１（ａ）記載の半導体装置７において、キヤツプ３０は半導体素子７１と固定されるキヤツプ放熱板４３と、配線基板７２に固定されるキヤツプ封止板４４と、キヤツプ放熱板４３とキヤツプ封止板４４を接続するキヤツプ枠体３１とを備え、半導体素子７１とキヤツプ３０とは熱伝導性を有する熱硬化性接着剤５２で固定され、且つ配線基板７２とキヤツプ３０は弾性を有する熱硬化性接着剤５１で固定されている。また半導体素子７１と配線基板７２とは、半導体素子７１下面に設けられた接続端子６１と、配線基板７２上面に設けられた図示しない上面電極とを介して電気接続されており、接続端子６１は熱硬化性アンダ−フィル剤５３により保護されている。半導体素子７１は、配線基板７２内層に設けられた内部配線を介して、配線基板７２下面に設けられた外部接続端子６２と電気的に接続されている。キヤツプ３０は、熱伝導性を備えた部材によって形成されており、半導体素子７１を外部応力から保護すると共に、半導体素子７１より発生する熱を外部に放熱することができる。
【０００７】
図２１（ｂ）記載の半導体装置８は、板状部材からなるキヤツプ３２を有し、半導体装置７が有するキヤツプ３０と異なる効果が得られる。半導体装置の構成は同様であるため説明は省略する。
【特許文献１】特開２００４−２５３７０３
【特許文献２】特開平１０−３０３３４０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図２１（ａ）記載の半導体装置７を例として、キヤツプ３０を、半導体素子７１が固定された配線基板７２に、接着剤を用いて加熱圧着する工程において、キヤツプ３０と、半導体素子７１と、配線基板７２との熱膨張率の違いによって熱応力が発生し、電気導通経路に剥離や破壊を生じることで、歩留まりの低下や、配線間の接着力の低下により、電気接続寿命が低下する問題が生じていた。
【０００９】
近年、上記キヤツプに熱伝導率の良い例えば銅からなる部材を用い、上記配線基板には例えば有機基板を用いることが主流となっている。しかしながら両者は共に、半導体素子との熱膨張率の差が大きく、熱応力に起因する歩留まりの低下や、電気接続寿命の低下の問題は、増大する傾向にある。より具体的には、キヤツプ３０を半導体素子７１及び配線基板７２に固定する際に、接着剤を用いて加熱圧着することが一般的であり、前記加熱圧着工程において、加熱され膨張したキヤツプ３０が自然冷却と共に収縮するにつれ、半導体装置全体に熱応力が加わる。この結果、半導体素子７１と配線基板７２とを電気接続する接続端子６１に熱応力による破壊や剥離が生じ、半導体装置の歩留まりが低下してしまう。また、破壊や剥離によって、配線間の接着力が低下した半導体装置は、半導体素子の発熱による温度サイクルによる膨張と収縮で電気導通経路に経時劣化を引き起こし、半導体装置の電気接続寿命の低下を招いていた。同様にキヤツプ封止板４４と配線基板７２との接合面に熱応力が印加された結果、配線基板に備えられた配線構造が剥離、または破壊され、半導体装置の歩留まりの低下と電気接続寿命の低下を招いていた。
【００１０】
上記問題を解決する方法として、従来から様々な対策が考えられており、キヤツプ封止板４４と配線基板７２との接合面を拡大し熱応力を分散させる方法や、キヤツプ枠体３１と半導体素子７１との間にクリアランスを設けて接続端子６１に印加される熱応力を緩和する方法が知られていた。
【００１１】
図２１（ａ）に記載の半導体装置７は、キヤツプ封止板４４と配線基板７２との接合面積を拡大し、接合面に印加される熱応力を分散することができる、しかしながらキヤツプ枠体３１と、半導体素子７１との間に十分なクリアランスを設けることができず、接続端子６１に熱応力の集中による破壊が生じてしまう。また、半導体装置７において、キヤツプ封止板４４と配線基板７２との接合面積を保ったまま、クリアランスを十分に設ける為には、半導体装置７の大型化を避けることが出来ないという問題も生じる。
【００１２】
図２１（ｂ）に記載の半導体装置８は、半導体素子７１とキヤツプ枠体３３との間にクリアランスを設け、半導体素子７１と配線基板７２とを接続する、接続端子６１に印加される熱応力を緩和することが可能だが、配線基板７２とキヤツプ封止板４６との接合面積を十分に設けるためには、半導体装置７と同様に、半導体装置８の大型化を避けることが出来ない。
【００１３】
本発明の目的は、半導体装置及びその製造方法において、半導体素子と、配線基板と、キヤツプとの熱膨張率の違いで発生する熱応力による半導体装置の剥離や破壊を防止して、半導体装置の歩留まりの向上と、電気接続寿命の向上とを図ると共に、半導体装置の小型化を可能とする半導体装置及びその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明による半導体装置は、半導体素子と、該半導体素子下面に設けられた接続端子と、前記接続端子を介して前記半導体素子と電気接続する為の上面電極をその上面に備えた配線基板と、前記半導体素子上面と該配線基板上面とに固定されて前記半導体素子を保護するキヤツプとを備えた半導体装置であって、該キヤツプは前記半導体素子の上面と固定されるキヤツプ放熱板と、前記配線基板の上面と固定されるキヤツプ封止板と、該キヤツプ放熱板と該キヤツプ封止板とを接続するキヤツプ枠体を備え、前記キヤツプ封止板の少なくとも一部が前記キヤツプ枠体の内壁面よりも内側に形成され、更に前記封止板は前記放熱板と略平行な平面を持つことを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、半導体素子とキヤツプ枠体との間に、十分なクリアランスを設けて該接続端子に印加される熱応力を緩和することが可能となり、さらに配線基板に固定されるキヤツプ封止板の少なくとも一部をキヤツプ枠体内壁面より内側に形成することにより、該キヤツプと該配線基板との接合面積を拡大し、前記キヤツプと前記配線基板との接合面に印加される熱応力を分散させることが可能となる。
【００１６】
また、従来、キヤツプ枠体外壁面より外側に形成されていたキヤツプ封止板をキヤツプ枠体内壁面より内側に形成することで半導体装置の小型化を可能とするものである。
【００１７】
前記半導体装置において、好ましくは前記キヤツプの放熱板と配線基板の面積が同じとなるようにキヤツプが形成される。さらに、前記キヤツプ枠体に少なくとも一つの屈曲部を設けることにより、前記屈曲部が、熱膨張時、熱収縮時において、前記配線基板上面と垂直をなす方向に伸縮することで熱応力を吸収し前記接続端子と前記配線基板にかかる熱応力をさらに減少させることが可能となる。
【００１８】
本発明による半導体装置の製造方法は、半導体素子と配線基板とを、半導体素子下面に設けられた接続端子と配線基板上面に設けられた上面電極とを介してフリップチップ接続し、熱硬化性アンダ−フィル剤で保護する工程と、前記半導体素子上面と前記配線基板上面にキヤツプを固定する工程とを備える半導体装置の製造方法であり、更に、前記キヤツプを形成する工程に、曲げ加工とエッチング加工とを用いて、前記キヤツプ封止板の少なくとも一部を前記キヤツプ枠体の内壁面よりも内側に形成し、且つ前記封止板は前記放熱板と略平行な平面を持つように形成する工程と、前記キヤツプ枠体に少なくとも一つの屈曲部を設けて形成する工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、半導体素子、配線基板、キヤツプそれぞれの熱膨張率の違いにより生じる熱応力を分散、低減することができ、半導体装置の歩留まりと、電気接続寿命を向上させる効果がある。また、キヤツプ封止板をキヤツプ枠体内壁面より内側に形成することにより、半導体素子とキヤツプ枠体とのクリアランスを保ったまま半導体装置を小型化することが出来る。更にはキヤツプを、同一部材によって一体形成することにより工数の削減が可能となり、製造コストを削減する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は本発明における第１の実施例である半導体装置１を、
図２は本発明における第２の実施例である半導体装置２を、
図３は本発明における第３の実施例である半導体装置３を、
図４は本発明における第４の実施例である半導体装置４を、
図５は本発明における第５の実施例である半導体装置５を、
図６は本発明における第６の実施例である半導体装置６を、
それぞれ表している。尚、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。
【００２１】
図１（ａ）記載の半導体装置は半導体装置１を直上から垂直に見たものであり、図１（ｂ）記載の半導体装置は図１（ａ）においてｚ−ｚに沿って垂直に切った半導体装置１の縦断面を表している、図１（ｃ）に記載の半導体装置は図１（ｂ）に示された半導体装置１を斜め方向から見たものである。
以降、図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）乃至図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）においても同様である為説明を省略する。
【００２２】
本発明の各々の実施例について、図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）乃至図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）に記載の半導体装置を用いて説明する。
【００２３】
図１記載の、本発明第１実施例における半導体装置１において、半導体装置１は半導体素子７１と、配線基板７２と、半導体素子を外部応力から保護するキヤツプ１０を備える。
【００２４】
キヤツプ１０は、曲げ加工により、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅ、またはＣｕ、Ａｌ、Ｆｅのいずれかを含む合金を用いて同一部材から一体に形成されており、半導体素子７１の上面と固定されるキヤツプ放熱板４１と、配線基板７２の上面と固定されるキヤツプ封止板４２と、キヤツプ放熱板４１とキヤツプ封止板４２とを接続するキヤツプ枠体１１を備えている。
【００２５】
半導体素子７１は、例えば、メモリ−機能を有する半導体素子であり、又はロジック機能を有する半導体素子であり、半導体素子は複数個設けられていても良い。
【００２６】
配線基板７２は、例えばセラミクス多層基板、ガラスエポキシ多層基板、またはガラスセラミクス多層基板からなる。配線基板７２の上面には、半導体素子７１と電気的接続をとる為の上面電極が設けられており、上面電極は、配線基板７２内部に設けられた内部配線を介して配線基板７２下面に設けられた外部接続端子６２と電気接続されている。外部装置と接続する外部接続端子６２の形状はＢＧＡ（ボールグリツドアレイ）、ＬＧＡ（ランドグリツドアレイ）、ＰＧＡ（ピングリツドアレイ）のいずれであって良い。
【００２７】
半導体素子７１は、接続端子６１と配線基板７２上面に設けられた上面電極とを介して、配線基板７２とフリップチップ接続されている。半導体素子７１下面に設けられ、半導体素子７１と配線基板７２とを、電気的に接続する接続端子６１は、熱硬化性アンダ−フィル剤５３によって保護されている。また、キヤツプ放熱板４１と半導体素子７１の上面との間には、熱伝導性を有する熱硬化性接着剤５２が設けられており、キヤツプ１０と配線基板７２の上面との間には、弾性を有する熱硬化性接着剤５１が設けられている。これらの接着剤を加熱後自然冷却することにより各々の部材を熱的、機械的に固定することが出来る。
熱硬化性アンダ−フィル剤５３は一般的に用いられているものを使用し、半導体素子７１を配線基板７２に搭載する前に熱硬化性アンダ−フィル剤５３を設けても良いし、半導体素子７１を配線基板７２に固定した後に熱硬化性アンダ−フィル剤５３を設けても良い。更には、熱硬化性アンダ−フィル剤５３は液状でも良く、シ−ト状のものでも良い。
【００２８】
熱伝導性を有する熱硬化性接着剤５２は、エポキシ系やシリコ−ン系樹脂材にＡｇまたはセラミクス材を配合し熱伝導性を持たせることにより、半導体素子７１から発生する熱を効率良くキヤツプ１０に伝えることが出来る。また、弾性を有する熱硬化性接着剤５１、及び熱伝導性を有する熱硬化性接着剤５２は、液状でも良く、シ−ト状のものでも良い。
【００２９】
図２記載の、本発明第２実施例である半導体装置２におけるキヤツプ１２、及び図３記載の、本発明第３実施例である半導体装置３におけるキヤツプ１４は、曲げ加工を用いて同一部材より一体に形成されてなり、キヤツプ１２を構成するキヤツプ枠体１３、及びキヤツプ１４を構成するキヤツプ枠体１５には、少なくとも一つの屈曲部が設けられている。
【００３０】
本発明第２実施例におけるキヤツプ枠体１３及び本発明第３実施例におけるキヤツプ枠体１５に形成される屈曲部は、いずれの方向に屈曲部の頂点を持っても良く、屈曲部の頂点は複数個あっても良い。また曲線形状であるか屈折形状であるかを問わない。
【００３１】
尚、キヤツプが屈曲部を有する半導体装置において、キヤツプ枠体の内壁面とは、前記屈曲部が設けられたキヤツプ枠体の内、最も半導体素子７１の方向に突出した部分と配線基板７２とを垂直に結んだ直線のことを言う。
【００３２】
また、図４記載の本発明第４実施例である半導体装置４におけるキヤツプ１６を構成するキヤツプ枠体１７には、上記キヤツプ枠体１３及びキヤツプ枠体１５と同様に屈曲部が形成されるが、前記屈曲部の頂点を形成する範囲にあらかじめハ−フエッチング部９が設けられてなる。
【００３３】
図５記載の、本発明第５実施例である半導体装置５におけるキヤツプ２０は、エッチング加工を用いて同一部材より一体に形成されている。
【００３４】
図６記載の、本発明第６実施例である半導体装置６におけるキヤツプ２２は、エッチング加工を用いて同一部材より一体に形成され、キヤツプ２２を構成するキヤツプ枠体２３にはエッチング加工により屈曲部が設けられている。
【００３５】
各々の実施例について、その他の半導体装置の構造は、半導体装置１と同様であるため説明を省略する。
【００３６】
本発明の各々の実施例である半導体装置の製造方法について、図７乃至図１５を用いて説明する。
【００３７】
本発明の第１の実施例である半導体装置１の製造方法について図７（ａ）から図７（ｅ）を用いて説明する。
【００３８】
図７（ａ）は、配線基板７２を記載した図である。配線基板７２上面には半導体素子７１と接続端子５２を介して電気接続される上面電極が設けられ、配線基板内部には配線基板上面の半導体素子搭載面に設けられた上面電極と、配線基板下面に設けられる外部接続端子６２とを電気接続する内部配線が設けられている。
【００３９】
図７（ｂ）は、配線基板７２に設けられた半導体素子搭載面に半導体素子７１をフリップチップ実接続した図である。半導体素子７１下面に備えられた接続端子６１を、配線基板７２上面に設けられた上面電極に押圧し、加熱リフロ−工程を用いて半導体素子７１と配線基板７２を電気的、機械的に接続する。その後、熱硬化性アンダ−フィル剤５３を注入し、熱硬化させることで、半導体素子７１と配線基板７２との接続をより強固にすると共に、接続端子６１を保護している。
【００４０】
図７（ｃ）は、半導体素子７１が搭載された配線基板７２にキヤツプ１０を固定するための熱硬化性接着剤を設けた半導体装置を表した図である。熱硬化性接着剤は例えばエポキシ系樹脂材またはシリコ−ン系樹脂材を用いており、キヤツプ放熱板４１と固定される半導体素子７１上面に熱伝導性を有する熱硬化性接着剤５２が設けられ、配線基板７２上面であり、キヤツプ封止板４２と固定される範囲には弾性を有する熱硬化性接着剤５１が設けられている。
【００４１】
図７（ｄ）は、キヤツプ１０を、半導体素子７１が搭載された配線基板７２に搭載した図である。キヤツプ放熱板４１を半導体素子７１上面に設けられた熱伝導性を有する熱硬化性接着剤５２に接触させ、且つキヤツプ封止板４２を配線基板７２上面に設けられた弾性を有する熱硬化性接着剤５１に接触させ、更に加熱と自然冷却工程を経て、熱硬化性接着剤５１、５２を硬化させることにより、キヤツプ１０を半導体素子７１と配線基板７２とに固定する。
【００４２】
図７（ｅ）は、半導体素子７１が搭載された配線基板７２にキヤツプ１０を固定し、さらに配線基板７２下面にマザ−ボ−ド等と電気的接続をとるための外部接続端子６２を設けた半導体装置１を表した図である。配線基板７２下面に外部装置と電気的接続をとるために例えばＰｂ/Ｓｎからなる外部接続端子６２を形成し、外部接続端子６２はリフロ−工程を経てボ−ル形状に成形される。尚、半導体素子７１と外部接続端子６２は半導体素子７１下面に設けられた接続端子６１と、配線基板７２内部に設けられた内部配線とを介して、電気接続されている。外部接続端子６２を構成する金属は、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ａｇ、の少なくとも２つを含む合金である。
【００４３】
本発明のその他の実施例である実施例２、実施例３、実施例４、実施例５及び実施例６における半導体装置の製造方法も同様である為説明を省略する。
【００４４】
続いて、本発明の実施例１におけるキヤツプ１０の製造方法、実施例２におけるキヤツプ１２の製造方法、実施例３におけるキヤツプ１４の製造方法、及び実施例４におけるキヤツプ１６の製造方法を図８から図１４を用いて説明する。
【００４５】
図８（ａ）乃至図１４（４ａ）、図８（ｂ）乃至図１４（４ｂ）はキヤツプの製造工程をそれぞれキヤツプ封止板４２が形成される方向から見た図と、ｚ−ｚに沿って垂直に切断した縦断面を表したものである。
【００４６】
図８乃至図１０を用いて本発明の第１の実施例におけるキヤツプ１０の製造方法を説明する。
【００４７】
図８（ａ）は、キヤツプ１０を成形するための部材１００を示した図である、部材１００は例えばＣｕ、Ａｌ、Ｆｅ、またはＣｕ、Ａｌ、Ｆｅのいずれかを含む合金で形成されている板状部材であり、部材１００の対角線の交点を中心としてキヤツプ放熱板４１となる領域が設けられている。
【００４８】
図８（ｂ）は、キヤツプ１０を成形するための部材１００をｚ−ｚに沿って垂直に切断した縦断面を表している、部材１００は曲げ加工が可能な厚さを持ち、好ましくは厚さ０．５ｍｍから３ｍｍの板状形状となる。
【００４９】
図９（ａ）は、図８（ａ）、（ｂ）で示された部材１００をキヤツプ形成する為に加工した部材１０１を示す。キヤツプ上面４１が形成される領域の四辺の延長線と、部材１００の四辺とで囲まれる部分を切断し、十字形状としたものであり、それぞれ十字形状の四方に突出した部分がキヤツプ枠体とキヤツプ封止板となる。
【００５０】
十字形状部材１０１において、キヤツプ封止板４２を形成する領域には切り欠き部が設けられており、キヤツプ１０を形成した際に隣接するキヤツプ封止板４２同士が重なることは無い。
【００５１】
図１０（１ａ）は、図９（ａ）のような十字形状の板状部材１０１の周囲を、キヤツプ放熱板４１が形成される領域の四辺に沿って曲げ加工を施した板状部材１０４を示す。キヤツプ放熱板４１が形成される面に対して略垂直方向に、キヤツプ封止板４２が形成される方向に向けてポンチとダイを用いて曲げ加工を施す。
【００５２】
図１０（１ｂ）は、曲げ加工が施された部材１０４をｚ−ｚに沿って垂直に切断した縦断面を表したものである。
【００５３】
図１０（２ａ）は、凹形状に加工された部材１０４において、更に凹形状端部に曲げ加工を施して形成されたキヤツプ１０を示している。凹形状に形成された部材１０４の端部を互いに対向する方向に、キヤツプ放熱板と略平行となるようにポンチとダイを用いて曲げ加工を施す。
【００５４】
図１０（２ｂ）はキヤツプ１０をｚ−ｚに沿って垂直に切断した縦断面を表したものである。
上記のようにキヤツプ１０を形成することにより、キヤツプ底面４２と配線基板７２との接合面積を拡大すると共に、キヤツプ枠体内壁面より内側にキヤツプ封止板４２を形成することで半導体装置全体の小型化を可能にし、更にキヤツプ内壁面と半導体素子７１との間のクリアランスを最大限に設けることが可能となる。
【００５５】
図８、図９（ｂ）、及び図１１を用いて本発明の第２の実施例におけるキヤツプ１２の製造工程を説明する。
【００５６】
以降、図８（ａ）及び図８（ｂ）に関しては、既に説明した通りであるので省略する。
図９（ｂ）は、図９（ａ）で示された十字形状板状部材１０１を、キヤツプ１２を製造するに適した形状に加工した部材１０２を示す。より詳細には、キヤツプ１２を構成する枠体１３に屈曲部を形成する際、内側方向に屈曲した枠体同士が、互いに重なり合わないように切り欠きを設けた部材１０２を示す。
図１１（１ａ）は、図９（ｂ）で示された十字形状の板状部材１０１の周囲を、キヤツプ放熱板４１が形成される領域の四辺に沿って曲げ加工を施した板状部材１２０を表したものである。キヤツプ放熱板４１が形成される領域の辺に沿ってキヤツプ封止板４２が形成される方向にポンチとダイを用いて曲げ加工を施す。
【００５７】
図１１（１ｂ）は、曲げ加工が施された部材１２０をｚ−ｚに沿って垂直に切断した縦断面を表したものである。
【００５８】
図１１（２ａ）は、三角錘形状に加工された部材１２０において、三角錘形状端部に更に曲げ加工を施して形成された部材１２１を示す。三角錘形状に形成された部材１２０の端部を図１１（１ａ）、（１ｂ）で曲げ加工を施した方向と逆の方向に、少なくとも端部が外側を向くようにポンチとダイを用いて曲げ加工を施す。
【００５９】
図１１（２ｂ）は、曲げ加工が施された部材１２１をｚ−ｚに沿って垂直に切断した縦断面を表したものである。
【００６０】
図１１（３ａ）は、前記キヤツプ枠面が蛇腹形状に加工された部材１２１において、蛇腹形状に加工された部材１２１の端部を互いに対向する方向に、キヤツプ放熱板４１と略平行となるようにポンチとダイを用いて曲げ加工を施したキヤツプ１２を表す。
【００６１】
図１１（３ｂ）はキヤツプ１２をｚ−ｚに沿って垂直に切断した縦断面を表したものである。
上記のようにキヤツプ１２を形成することにより、キヤツプ底面４２と配線基板７２との接合面積を拡大すると共に、キヤツプ枠体１３内壁面より少なくとも内側にキヤツプ封止板４２を形成することで半導体装置全体の小型化を可能にし、またキヤツプ枠体１３内壁面と半導体素子７１との間に十分なクリアランスを設けることが可能となる、更にキヤツプ枠体１３に屈曲部を設けることで、キヤツプ枠体１３に働く熱応力に対し、伸縮作用による熱応力緩和機能を得ることができる。
【００６２】
続いて、図８、図９（ｃ）、及び図１２を用いて、本発明における第３の実施例におけるキヤツプ１４の製造工程を説明する。
【００６３】
図９（ｃ）は、図９（ａ）で示された十字形状板状部材１０１を、キヤツプ１４を製造するに適した形状に加工した部材１０３を示す。より詳細には、キヤツプ１４を構成する枠体１５に屈曲部を形成する際、内側方向に屈曲した枠体同士が、互いに重なり合わないように切り欠きを設けた部材１０３を示す。
【００６４】
図１２（１ａ）は、図９（ｃ）で示された十字形状の板状部材１０３の周囲を、キヤツプ放熱板４１が形成される領域の四辺に沿って曲げ加工を施した板状部材１４０を表した図である。キヤツプ放熱板４１の形成される面と垂直をなす面のうち、キヤツプ放熱板４１が形成される領域の辺に沿ってキヤツプ封止板４２が形成される方向にポンチとダイを用いて曲げ加工を施し、更に、部材１４０おけるキヤツプ枠体１５及びキヤツプ封止板４２を形成する枠体において、該枠体と、キヤツプ放熱板とのなす角度が、キヤツプ放熱板近傍に比べ、該枠体端部近傍の方が大きくなるように曲げ加工を施す。
【００６５】
図１２（１ｂ）は、曲げ加工が施された部材１４０をｚ−ｚに沿って垂直に切断した縦断面を表したものである。
【００６６】
図１２（２ａ）は、曲げ加工が施された部材１４０において、部材１４０の端部を互いに対向する方向に、キヤツプ放熱板４１と略平行となるようにポンチとダイを用いて曲げ加工を施したキヤツプ１４を表す。
【００６７】
図１２（２ｂ）はキヤツプ１４をｚ−ｚに沿って垂直に切断した縦断面を表したものである。
【００６８】
続いて、図８、図９（ｂ）、図１３、図１４を用いて、本発明における第４の実施例におけるキヤツプ１４の製造工程を説明する。
【００６９】
図１３（１ａ）及び図１３（１ｂ）は、図９（ｂ）で得られた十字形状の板状部材１０２において、四方に突出したキヤツプ枠体とキヤツプ封止板とを形成する部材のうち、曲げ加工により屈曲部の頂点を形成する範囲にハ−フエッチング加工を施した、ハ−フエッチング部９を備える十字形状板状部材１６０を示す。ハ−フエッチング部９の断面形状は多角形状であって良く、また曲線で構成されていても良い。またハ−フエッチング部９は複数あっても良い。
【００７０】
このようにハ−フエッチング部９が屈曲部頂点を形成する範囲に設けられることで、屈曲部頂点を形成する範囲の体積を減少させ、加熱時の膨張と冷却時の収縮による体積変化を軽減することができる。
【００７１】
上記のような効果を示すキヤツプ１６の製造方法において、図１３（２ａ）、図１３（２ｂ）乃至図１４（４ａ）、図１４（４ｂ）で示す工程は、図１１（１ａ）、図１１（１ｂ）乃至図１１（３ａ）、図１１（３ｂ）で示す工程と同一の為説明は省略する。
【００７２】
本発明の第５の実施例におけるキヤツプ２０の製造方法、及び第６の実施例におけるキヤツプ２２の製造方法を、それぞれ図１５乃至図１７、図１８乃至図２０を用いて説明する。
【００７３】
図１３（１ａ）乃至図２０（７ａ）、図１３（１ｂ）乃至図２０（７ｂ）は、それぞれキヤツプ封止板４２が形成される方向から見た平面図と、ｚ−ｚに沿って垂直に切断した縦断面を表したものである。
【００７４】
図１５（１ａ）乃至図１７（８ａ）を用いて本発明の第５の実施例におけるキヤツプ２０の製造方法を説明する。
【００７５】
図１５（１ａ）、図１５（１ｂ）はキヤツプ２０を形成するための部材２００を示す。部材２００は少なくとも半導体素子７１と接続端子６１を内包することができる厚みを備えており、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅ、シリコンカ−バイド、またはＣｕ、Ａｌ、Ｆｅ、シリコンカ−バイドのいずれかを含む合金で形成されている。
【００７６】
図１５（２ａ）、図１５（２ｂ）は、部材２００にエッチング加工するためのマスク８０を施した部材２０１を示す。半導体素子７１を搭載する範囲にはマスクを施さずにエッチング加工によって半導体素子７１を搭載する開口部を形成する。マスク８０は通常用いられているものを使用する。
【００７７】
図１５（３ａ）、図１５ （３ｂ）は、マスク８０を施された部材２０１にエッチング加工を施した部材２０２を示す。半導体素子７１を設けるための開口部が形成され、開口部を有する面と反対側の面がキヤツプ放熱板４１となり、開口部を有する面はキヤツプ封止板４２となる。この時エッチング加工の特性上、キヤツプ封止板４２は開口部内壁面に対し例えば最大０．２ｍｍ程度オ−バ−ハングした形状となる。また、好ましくはキヤツプ放熱板４１の面積は配線基板７２の面積と等しくなるように形成される。
【００７８】
図１６（４ａ）、図１６ （４ｂ）は、開口部を設けた部材２０２において、次なるエッチング加工の為にマスクを除去した部材２０３を示す。
【００７９】
図１６（５ａ）、図１６（５ｂ）は、マスク８０を除去した部材２０３に対して、再度マスク８０を全面に設けた部材２０４を示す。
【００８０】
図１７（６ａ）、図１７（６ｂ）は、全面にマスク８０が施された部材２０４において、再度エッチング加工を施すために、部材２０４の開口部内壁面に施されたマスク８０を選択的に除去した部材２０５を示す。
【００８１】
図１７（７ａ）、図１７（７ｂ）は、部材２０５にエッチング加工を施した部材２０６を示す。マスク８０をしていない開口部内壁面をさらにエッチング除去することで、キヤツプ封止板４２と配線基板７２との接合面積を保った状態で、半導体素子７１とキヤツプ内壁面との間にクリアランスを設けることができる。
【００８２】
図１７（８ａ）、図１７（８ｂ）はマスクを除去した本発明の第５の実施例におけるキヤツプ２０を示す。
【００８３】
続いて、図１８（１ａ）乃至図２０（７ａ）、図１８（１ｂ）乃至図２０（７ｂ）を用いて、本発明の第６の実施例におけるキヤツプ２２の製造工程を説明する。
【００８４】
図１８（１ａ）、図１８（２ｂ）は本発明の第６の実施例におけるキヤツプ２２を形成するためにマスク８０が施された部材２２０を示す。部材２２０には半導体素子７１を搭載する範囲とキヤツプ枠体４１が形成される範囲以外にマスク８０が施され、エッチング加工が施される。
【００８５】
図１８（２ａ）、図１８（２ｂ）は、マスク８０を施された部材２２０にエッチング加工を施して形成した部材２２１を示す。キヤツプ枠体４１には屈曲部が形成され、更に半導体素子７１を搭載するための開口部が設けられている。
【００８６】
図１９（３ａ）、図１９（３ｂ）は、開口部が設けられた部材２２１からマスクを除去した部材２２２を表す。
【００８７】
図１９（４ａ）、図１９（４ｂ）は、マスク８０を除去した部材２２２に対して、再度マスク８０を全面に設けた部材２２３を表す。
【００８８】
図２０（５ａ）、図２０（５ｂ）は、マスク８０を施された部材２２３において、マスク８０が、キヤツプ放熱板４１とキヤツプ封止板４２と、半導体素子７１が固定される範囲に相当する部位を残して選択的に除去された部材２２４を表す。
【００８９】
図２０（６ａ）、図２０（６ｂ）は、マスクを施された部材２２４にエッチング加工を施した部材２２５を示す。部材２２４において、開口部内壁面と外壁面とにエッチング加工を施すことにより、キヤツプ封止板４２と配線基板７２との接合面積を保ったまま、半導体素子７１とキヤツプ内壁面との間に十分なクリアランスを設けることが可能となる、更に開口部外壁面にエッチング加工を施すことにより、キヤツプ枠体４１に屈曲部を形成することができ、これによって加熱による熱膨張と冷却による熱収縮に対して、屈曲部が伸縮することにより熱応力を緩和させることが可能となる。
【００９０】
図２０（７ａ）、図２０（７ｂ）は、マスク８０を除去した本発明の第６の実施例におけるキヤツプ２２を表す。
【００９１】
キヤツプ１０、キヤツプ１２、キヤツプ１４、キヤツプ１６、キヤツプ２０、そしてキヤツプ２２において、キヤツプ放熱板、キヤツプ枠体、キヤツプ封止板それぞれの壁厚が等しくなくとも良く、またキヤツプ放熱板の形状は正方形に限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の第１の実施例を示す半導体装置１の平面図、平面図をｚ−ｚに沿って垂直に切断した縦断面図、及び縦断面図の斜視図
【図２】本発明の第２の実施例を示す半導体装置２の平面図、平面図をｚ−ｚに沿って垂直に切断した縦断面図、及び縦断面図の斜視図
【図３】本発明の第３の実施例を示す半導体装置３の平面図、平面図をｚ−ｚに沿って垂直に切断した縦断面図、及び縦断面図の斜視図
【図４】本発明の第４の実施例を示す半導体装置４の平面図、平面図をｚ−ｚに沿って垂直に切断した縦断面図、及び縦断面図の斜視図
【図５】本発明の第５の実施例を示す半導体装置５の平面図、平面図をｚ−ｚに沿って垂直に切断した縦断面図、及び縦断面図の斜視図
【図６】本発明の第６の実施例を示す半導体装置６の平面図、平面図をｚ−ｚに沿って垂直に切断した縦断面図、及び縦断面図の斜視図
【図７】本発明の第１の実施例における半導体装置１の製造方法を示した図
【図８】本発明の実施例１に関わるキヤツプ１０を曲げ加工によって製造する為の部材1００をキヤツプ底面４２の方向から見た平面図、平面図をｚ−ｚに沿って垂直に切断した縦断面図
【図９】部材１０１を曲げ加工によってキヤツプに加工するために、前処理を施した図
【図１０】部材１０１に曲げ加工を施して、本発明における第１の実施例である半導体装置１に関わるキヤツプ１０の製造方法の平面図と、平面図をｚ−ｚに沿って垂直に切断した縦断面図を示した図
【図１１】部材１０２に曲げ加工を施して、本発明における第２の実施例である半導体装置２に関わるキヤツプ１２の製造方法の平面図と、平面図をｚ−ｚに沿って垂直に切断した縦断面図を示した図
【図１２】部材１０３に曲げ加工を施して、本発明における第３の実施例である半導体装置３に関わるキヤツプ１４の製造方法の平面図と、平面図をｚ−ｚに沿って垂直に切断した縦断面図を示した図
【図１３】部材１０２にハ−フエッチング部９を設けた部材１６０に曲げ加工を施して、本発明における第４の実施例である半導体装置４に関わるキヤツプ１６の製造方法の一部を表した平面図と、平面図をｚ−ｚに沿って垂直に切断した縦断面図を示した図
【図１４】部材１０２にハ−フエッチング部９を設けた部材１６０に曲げ加工を施して、本発明における第４の実施例である半導体装置４に関わるキヤツプ１６の製造方法の一部を表した平面図と、平面図をｚ−ｚに沿って垂直に切断した縦断面図を示した図
【図１５】部材２００にエッチング加工を施して、本発明における第５の実施例である半導体装置５に関わるキヤツプ２０の製造方法の一部を表した平面図と、平面図をｚ−ｚに沿って垂直に切断した縦断面図を示した図
【図１６】部材２００にエッチング加工を施して、本発明における第５の実施例である半導体装置５に関わるキヤツプ２０の製造方法の一部を表した平面図と、平面図をｚ−ｚに沿って垂直に切断した縦断面図を示した図
【図１７】部材２００にエッチング加工を施して、本発明における第５の実施例である半導体装置５に関わるキヤツプ２０の製造方法の一部を表した平面図と、平面図をｚ−ｚに沿って垂直に切断した縦断面図を示した図
【図１８】マスク８０を施した部材２２０にエッチング加工を施して、本発明における第６の実施例である半導体装置６に関わるキヤツプ２２の製造方法の一部を表した平面図と、平面図をｚ−ｚに沿って垂直に切断した縦断面図を示した図
【図１９】マスク８０を施した部材２２０にエッチング加工を施して、本発明における第６の実施例である半導体装置６に関わるキヤツプ２２の製造方法の一部を表した平面図と、平面図をｚ−ｚに沿って垂直に切断した縦断面図を示した図
【図２０】マスク８０を施した部材２２０にエッチング加工を施して、本発明における第６の実施例である半導体装置６に関わるキヤツプ２２の製造方法の一部を表した平面図と、平面図をｚ−ｚに沿って垂直に切断した縦断面図を示した図
【図２１】従来例である半導体装置７及び半導体装置８の縦断面図を表した図
【符号の説明】
【００９３】
１…本発明の第１の実施例である半導体装置１
２…本発明の第２の実施例である半導体装置２
３…本発明の第３の実施例である半導体装置３
４…本発明の第４の実施例である半導体装置４
５…本発明の第５の実施例である半導体装置５
６…本発明の第６の実施例である半導体装置６
７…従来例における半導体装置７
８…従来例における半導体装置８
９…実施例４におけるハ−フエッチング部
１０…実施例１におけるキヤツプ
１１…実施例１におけるキヤツプ枠体
１２…実施例２におけるキヤツプ
１３…実施例２におけるキヤツプ枠体
１４…実施例３におけるキヤツプ
１５…実施例３におけるキヤツプ枠体
１６…実施例４におけるキヤツプ
１７…実施例４におけるキヤツプ枠体
２０…実施例５におけるキヤツプ
２１…実施例５におけるキヤツプ枠体
２２…実施例６におけるキヤツプ
２３…実施例６におけるキヤツプ枠体
３０…従来例（ａ）におけるキヤツプ
３１…従来例（ａ）におけるキヤツプ枠体
３２…従来例（ｂ）におけるキヤツプ
３３…従来例（ｂ）におけるキヤツプ枠体
４１…実施例１乃至実施例６におけるキヤツプ放熱板
４２…実施例１乃至実施例６におけるキヤツプ封止板
４３…従来例（ａ）におけるキヤツプ放熱板
４４…従来例（ａ）におけるキヤツプ封止板
４５…従来例（ｂ）におけるキヤツプ放熱板
４６…従来例（ｂ）におけるキヤツプ封止板
５１…弾性を有する熱硬化性接着剤
５２…熱伝導性を有する熱硬化性接着剤
５３…熱硬化性アンダ−フィル剤
６１…接続端子
６２…外部接続端子
７１…半導体素子
７２…配線基板
８０…マスク
【図１】
2008078517.tif 000003
【図２】
2008078517.tif 000004
【図３】
2008078517.tif 000005
【図４】
2008078517.tif 000006
【図５】
2008078517.tif 000007
【図６】
2008078517.tif 000008
【図７】
2008078517.tif 000009
【図８】
2008078517.tif 000010
【図９】
2008078517.tif 000011
【図１０】
2008078517.tif 000012
【図１１】
2008078517.tif 000013
【図１２】
2008078517.tif 000014
【図１３】
2008078517.tif 000015
【図１４】
2008078517.tif 000016
【図１５】
2008078517.tif 000017
【図１６】
2008078517.tif 000018
【図１７】
2008078517.tif 000019
【図１８】
2008078517.tif 000020
【図１９】
2008078517.tif 000021
【図２０】
2008078517.tif 000022
【図２１】
2008078517.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成18年12月18日(2006.12.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
該半導体素子の下面が、その上面と固定される配線基板と、
該配線基板の上面と前記半導体素子の上面とに固定されて前記半導体素子を封止するキ  ヤツプとを備えた半導体装置であって、
前記キヤツプは、全体が同一部材によって一体に形成されてなり、前記半導体素子の上  面に固定される上板と、前記配線基板の上面に固定される底板と、前記上板と前記底板  とを接続する側板とを備え、且つ前記底面の少なくとも一部が前記側板の内壁面よりも  内側に形成され、前記底板は前記上板と略平行な平面を持つことを特徴とする半導体装  置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置であって、前記側板が少なくとも一つの屈曲部を  有することを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
半導体素子と、該半導体素子の下面がその上面と固定される配線基板と、前  記半導体素子上面と前記配線基板上面とに固定されるキヤツプを備えた半導体装置の製  造方法であって、
前記キヤツプを形成する工程に、前記半導体素子を収納する凹部を、エッチング加工に  よって形成する第１の工程と、前記開口部内壁面を半導体素子搭載面と略平行方向にさ  らにエッチングを行う第２の工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。  
【請求項４】
半導体素子と、該半導体素子の下面がその上面と固定される配線基板と、前  記半導体素子上面と前記配線基板上面とに固定されるキヤツプを備え、前記キヤツプは  、前記半導体素子上面に固定されるキヤツプ上板と、前記配線基板上面に固定されるキ  ヤツプ底板とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法であって、
前記キヤツプを形成する工程に、前記キヤツプ上面を曲げ加工を用いて形成する第１の  工程と、前記キヤツプ底面を互いに対向する方向へ、前記キヤツプ上面と略平行となる  ように曲げ加工を用いて形成する第２の工程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５】
請求項３乃至４記載の半導体装置の製造方法であって、前記キヤツプ上板と  前記キヤツプ底板を接続する前記キヤツプ側板に少なくとも一つの屈曲部を形成し、さ  らに該屈曲部は曲げ加工またはエッチング加工を用いて形成する工程を有することを特  徴とする半導体装置の製造方法。