(57)【要約】【課題】高い放熱特性を有するＢＧＡパッケージ形態の半導体装置の製造方法および半導体装置を提供する。【解決手段】配線基板２上に半導体チップ３をダイボンディング材４を介して搭載する。次に、半導体チップ３と配線基板２とをボンディングワイヤ５を介して電気的に接続する。それから、配線基板２上に半導体チップ３およびボンディングワイヤ５を覆う封止樹脂６を形成する。その後、配線基板２の裏面に半田ボール９を形成する。そして、封止樹脂６の上面に接着材７を介して放熱板８を貼り付ける。放熱板８の封止樹脂６に貼り付けられた側の面とは逆側の面には、高い輻射率を有する有機材料膜８ａが塗布されている。【選択図】    図１
2004260051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程を有することを特徴とするＢＧＡパッケージ形態の半導体装置の製造方法；
（ａ）配線基板上に半導体チップを搭載する工程、
（ｂ）前記半導体チップと前記配線基板とをワイヤボンディングする工程、
（ｃ）前記配線基板上に、前記半導体チップを覆う封止樹脂を、成型金型を用いて形成する工程、
（ｄ）前記（ｃ）工程の後に、前記封止樹脂に放熱板を貼り付ける工程。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記放熱板の熱伝導率が前記封止樹脂の熱伝導率よりも高いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記放熱板が金属板からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記放熱板が銅からなり、前記銅からなる放熱板の前記封止樹脂に貼り付ける側の面が黒化処理されてい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１記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ａ）工程では、前記半導体チップの裏面側が前記配線基板に接着され、
前記（ｂ）工程では、前記半導体チップの表面の電極と、前記配線基板の導体部とがボンディングワイヤによって電気的に接続され、
前記（ｃ）工程では、前記配線基板上に、前記半導体チップおよび前記ボンディングワイヤを覆うように前記封止樹脂が形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記放熱板の前記封止樹脂に貼り付けられる側の面とは逆側の面上には、前記放熱板の基材よりも高い輻射率を有する材料膜が形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記放熱板の前記封止樹脂に貼り付けられる側の面とは逆側の面上には、有機材料膜が形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｄ）工程では、前記封止樹脂に前記放熱板が放熱板用接着材を介して貼り付けられ、
前記放熱板用接着材の弾性率が、前記封止樹脂の弾性率よりも低いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記配線基板に搭載された前記半導体チップの下方において、前記配線基板にはサーマルビアが形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項９記載の半導体装置の製造方法において、
前記サーマルビアの熱抵抗は、前記配線基板の基材の熱抵抗よりも小さいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項９記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ａ）工程では、前記配線基板上にダイボンディング用接着材を介して前記半導体チップが搭載され、
前記ダイボンディング用接着材の熱伝導率が前記封止樹脂の熱伝導率よりも高いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記成型金型として、前記放熱板よりも強度の高いものを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｄ）工程では、前記封止樹脂に前記放熱板が放熱板用接着材を介して貼り付けられ、
前記放熱板用接着材の厚みが、前記封止樹脂の前記半導体チップ上の厚みよりも薄いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記放熱板の強度が、前記（ｃ）工程で前記封止樹脂を形成するために用いられる金型の強度よりも低いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記配線基板の前記半導体チップが搭載される面とは逆側の面に複数の外部端子を形成する工程を更に有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の半導体装置の製造方法において、
前記放熱板の貼り付け領域は、前記配線基板の前記半導体チップが搭載される面とは逆側の面における前記外部端子の配列領域よりも大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
配線基板と、
配線基板上に搭載された半導体チップと、
前記半導体チップと前記配線基板とを電気的に接続するボンディングワイヤと、
前記配線基板上に、前記半導体チップおよび前記ボンディングワイヤを覆うように形成された封止樹脂と、
前記封止樹脂の上面に貼り付けられた放熱板と、
を有することを特徴とするＢＧＡパッケージ形態の半導体装置。
【請求項１８】
請求項１７記載の半導体装置において、
前記放熱板の前記封止樹脂に貼り付けられる側の面とは逆側の面上には、前記放熱板の基材よりも高い輻射率を有する材料膜が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１９】
請求項１７記載の半導体装置において、
前記配線基板に搭載された前記半導体チップの下方において、前記配線基板にはサーマルビアが形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２０】
請求項１７記載の半導体装置において、
前記配線基板の前記半導体チップが搭載された面とは逆側の面に複数の外部端子が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造技術および半導体装置に関し、特に、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ：ボールグリッドアレイ）パッケージ形態の半導体装置に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置（半導体集積回路装置）の多機能化や小型化が求められてきている。これに対応できる半導体パッケージとして、配線基板上に半導体チップをフェースアップボンディングしてモールド樹脂を形成したオーバーモールド型のＢＧＡパッケージがある。オーバーモールド型のＢＧＡパッケージは、配線基板にキャビティを設けてキャビティ内に半導体チップをダイボンディングしたキャビティダウン型に比較して、低コストという利点を有する。
【０００３】
また、半導体チップで発生した熱を効率よく逃がすことも、半導体パッケージにおいて求められてきている。
【０００４】
特開平１０−２４７７０２号公報には、ＢＧＡパッケージの上部に半導体素子の熱を外気に放散させるフィンを設ける技術が記載されている（特許文献１参照）。
【０００５】
また、米国特許第６３５９３４１号明細書には、ＢＧＡ集積回路パッケージの封止部に熱拡散体（ｈｅａｔ  ｓｐｒｅａｄｅｒ）を埋め込む技術が記載されている（特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−２４７７０２号公報
【０００７】
【特許文献２】
米国特許第６３５９３４１号明細書
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ＢＧＡパッケージの樹脂モールドの上部に半導体素子の熱を外気に放散させるためのフィンを設ける技術では、フィンの厚みが厚いことなどにより半導体装置の大型化を招いてしまう。また、製造コストも増大させる。また、製造された半導体装置の取り扱いも不便である。
【０００９】
ＢＧＡ集積回路パッケージの封止部に熱拡散体を埋め込む技術では、熱拡散体を埋め込んだ分だけ熱拡散体の露出領域が狭くなるため、放熱の効率が低下してしまう。また、熱拡散体を半導体チップ上に配置してから封止樹脂を形成するため、熱拡散体がボンディングワイヤに接触する恐れがある。熱拡散体とボンディングワイヤの接触を防止するには、熱拡散体とボンディングワイヤとの間の距離を大きくする必要があるが、これは半導体チップ上の封止部の厚みを厚くし、放熱特性の低下を招いてしまう。また、熱拡散体とボンディングワイヤとの接触を防止しつつ、熱拡散体とボンディングワイヤとの間に介在する封止部の厚みを薄くするには、封止部を成型する際の寸法精度を格段に上昇させる必要がある。このためには熱拡散体の強度を十分に確保する必要がある。熱拡散体の強度を確保するための手段として、非常に剛性の高い材料を用いて、かつ十分に厚さを有する熱拡散体を用いるということが考えられるが、このような手段をとれば熱拡散体のコスト上昇を招き、また、ＢＧＡパッケージの薄型化を阻害する要因となる。
【００１０】
本発明の目的は、薄型化の実現と、優れた放熱特性を両立するＢＧＡパッケージ形態の半導体装置の製造方法および半導体装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、製造コストを低減できるＢＧＡパッケージ形態の半導体装置の製造方法および半導体装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１４】
本発明の半導体装置の製造方法は、ＢＧＡパッケージ形態の半導体装置において、成型金型を用いて封止樹脂を形成した後に、封止樹脂の上面に放熱板を貼り付けるものである。
【００１５】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、ＢＧＡパッケージ形態の半導体装置において、封止樹脂の上面に貼り付ける放熱板の上面に放熱板の基材よりも高い輻射率を有する材料膜を形成したものである。
【００１６】
本発明の半導体装置は、ＢＧＡパッケージ形態の半導体装置において、封止樹脂の上面に放熱板を貼り付けたものである。
【００１７】
また、本発明の半導体装置は、ＢＧＡパッケージ形態の半導体装置において、封止樹脂の上面に貼り付けた放熱板の上面に放熱板の基材よりも高い輻射率を有する材料膜を形成したものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００１９】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。
【００２０】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００２１】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００２２】
また、本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２３】
また、本実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。また、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
（実施の形態１）
本実施の形態の半導体装置およびその製造工程を図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施の形態である半導体装置の断面図である。図２は、図１の半導体装置の上面図であり、図３は、図１の半導体装置の底面（下面、裏面）図である。図２のＡ−Ａ線の断面が、図１にほぼ対応する。
【００２６】
本実施の形態の半導体装置（半導体集積回路装置）１は、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ：ボールグリッドアレイ）パッケージ形態の半導体装置（半導体集積回路装置）である。
【００２７】
図１〜図３に示されるように、本実施の形態の半導体装置１においては、配線基板（配線積層基板、多層配線基板、回路基板）２上に半導体チップ３がダイボンディング材（ダイボンディング用接着材、接着材層）４を介して搭載されている。
【００２８】
配線基板２は、図示はしないけれども、例えば、樹脂材料、有機高分子材料またはセラミックス材料などからなる絶縁層（基材層）と配線層（導体層、導体パターン）とが積層された多層構造を有している。配線基板２の表面（半導体チップ３の搭載側の主面）上に形成された電極（配線、導体部）２ａは、配線基板２（の絶縁層）に形成されたスルーホール２ｂなどを介して、配線基板２の裏面（半導体チップ３の搭載側とは逆側の主面）上に形成された電極（パッド電極、導体部）２ｃと電気的に接続されている。スルーホール２ｂには、例えば金属材料などからなるプラグが埋め込まれている。スルーホール２ｂにプラグを埋め込む代わりに、スルーホール２ｂの側壁に導体層を形成することもできる。あるいは、スルーホール２ｂの側壁に導体層を形成してから、スルーホール２ｂの穴埋め処理を行うこともできる。これにより、配線基板２の表面の電極（配線）２ａを、スルーホール２ｂなどを介して、配線基板２の裏面の電極（パッド電極）２ｃと電気的に接続することができる。配線基板２の厚みは、例えば５００μｍ程度である。また、配線基板２として、上記のように複数の絶縁層（基材層）と複数の導体（配線）層とが積層された多層基板を用いても、あるいは１つの絶縁層（基材層）の表面および裏面に導体（電極、配線）層が形成された基板を用いてもよい。
【００２９】
半導体チップ３は、例えば、単結晶シリコンなどからなる半導体基板（半導体ウエハ）に種々の半導体素子または半導体集積回路を形成した後、必要に応じて半導体基板の裏面研削を行ってから、ダイシングなどにより半導体基板を各半導体チップ３に分離したものである。半導体チップ３は配線基板２にフェースアップ（ｆａｃｅ−ｕｐ）ボンディングされている。このため、半導体チップ３は、その表面（半導体素子形成側の面）が上方を向くように配線基板２上に搭載され、半導体チップ３の裏面が配線基板２にダイボンディング材４を介して接着されている。配線基板２に搭載された半導体チップ３の表面の高さ位置（半導体チップ３とダイボンディング材４との合計厚みに対応）は、配線基板２の表面（半導体チップ３の搭載側の主面）から、例えば３５０μｍ程度である。
【００３０】
半導体チップ３は、配線基板２にワイヤボンディングされており、ボンディングワイヤ５を介して電気的に接続されている。すなわち、半導体チップ３の表面の電極３ａは、例えば金（Ａｕ）線などの金属細線などからなるボンディングワイヤ５を介して、配線基板２の表面上の電極（配線）２ａに電気的に接続されている。
【００３１】
半導体チップ３およびボンディングワイヤ５を覆うように配線基板２上に封止樹脂（封止部、モールド樹脂）６が形成されている。封止樹脂６は、例えば熱硬化性樹脂材料などの樹脂材料などからなり、フィラーなどを含むこともできる。例えば、フィラーを含むエポキシ樹脂などを用いて封止樹脂６を形成することができる。封止樹脂６により、半導体チップ３やボンディングワイヤ５が封止され、保護される。
【００３２】
封止樹脂６の上面６ａには、接着材（放熱板用接着材、接着材層）７を介して放熱板（熱拡散板）８が貼り付けられている。放熱板８は、封止樹脂６よりも熱伝導率が高い材料からなり、例えば金属板からなる。放熱板８の材料（基材、ベース材料）としては、例えば銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）またはステンレス鋼（ＳＵＳ）などを用いることができる。放熱板８として熱伝導性の高い銅（銅板）を用いれば、高い放熱性を得ることができるので、より好ましい。また、放熱板８は平板形状を有している。接着材７の厚みｔ１は、例えば５０〜１００μｍ程度である。放熱板８の厚みｔ２は、例えば５００μｍ程度であり、更に薄くすることも可能である。
【００３３】
ダイボンディング材４は、封止樹脂６よりも熱伝導性が高い材料により形成すれば、半導体チップ３の熱をダイボンディング材４を介して配線基板２に効率よく逃がす（伝導させる）ことができるのでより好ましく、例えば銀（Ａｇ）ペーストなどを用いることができる。また、半導体チップ３の裏面と配線基板２との間に導電性をとりたくない場合（例えば半導体チップ３の下方の配線基板２の表面に配線パターンなどを形成している場合）などは、ダイボンディング材４として樹脂接着材などの絶縁性の接着材を用いることもできる。
【００３４】
封止樹脂６に放熱板８を貼り付けるための接着材７は、例えば銀ペーストや、樹脂などからなる接着材または接着シートなどからなる。また、接着材７の弾性率が封止樹脂６の弾性率よりも低ければ、より好ましい。すなわち、接着材７が、封止樹脂６よりも低弾性率の材料（例えばシリコーンゴムまたは銀フィラーなどを含むシリコーンゴムなど）により形成されていれば、より好ましい。これにより、半導体チップ３の発熱時に、接着材７により応力を緩和して、放熱板８の反りなどをより的確に防止することができる。また、接着材（接着剤層）７の厚みｔ１が薄ければ、例えば封止樹脂６の半導体チップ３上の厚みｔ３よりも薄ければ（ｔ１＜ｔ３）より好ましい。これにより、半導体装置１の全体の厚みを薄くして、半導体装置の小型化または薄型化を図ることができる。
【００３５】
配線基板２の裏面（半導体チップ３搭載側とは逆側の主面）には、半導体装置１の外部端子として半田ボール（バンプ、半田バンプ）９が形成されている。半田ボール９は、配線基板２の裏面の電極（パッド電極）２ｃ上に形成されており、配線基板２に設けられたスルーホール２ｂなどを介して配線基板２の表面上の電極（配線）２ａに電気的に接続されている。このため、半導体チップ３の表面上の電極３ａは、ボンディングワイヤ５、配線基板２の表面の電極２ａ、スルーホール２ｂおよび配線基板２の裏面の電極２ｃを介して、半田ボール９に電気的に接続されている。従って、配線基板２の裏面に形成された複数の半田ボール９は、半導体装置１の外部端子または信号ピンとして機能することができる。半田ボール９の高さ（直径）は、例えば５００μｍ程度である。
【００３６】
放熱板８の上面または表面（封止樹脂６に貼り付けられる側の面とは逆側の面）上には、放熱板８の基材（ベース材料、主材料）よりも高い輻射率（放射率）の材料が塗布（コーティング）されている。例えば、放熱板８の表面が有機材料膜８ａ（例えば、エポキシ樹脂などの有機樹脂または塗料など）でコーティングされている。放熱板８の基材層（例えば銅層）の表面にニッケル（Ｎｉ）めっきなどの金属めっき層を形成することも考えられるが、ニッケル（Ｎｉ）めっきなどの金属めっき層に比べて有機材料の方が熱輻射率が高く（金属に比べ有機材料の方が輻射率が例えば１桁以上高い、例えばニッケルの熱輻射率は約０．０４５〜０．０８７、有機材料の熱輻射率は約０．９５）、熱輻射（物質が高温になると赤外線を放出し、熱が移動する現象）による冷却（放熱）効果を高めることができる。従って、本実施の形態では、放熱板８（の基材）よりも高い輻射率を有する材料膜、例えばエポキシ樹脂（他の成分を含有していてもよい）などの有機樹脂や塗料などからなる有機材料膜８ａで、放熱板８の（基材層の）表面（封止樹脂６に貼り付けられる側の面とは逆側の面）をコーティングしておくことが好ましい。
【００３７】
また、放熱板８の基材としては、半導体チップ３から放熱板８の有機材料膜８ａまでの熱抵抗を低減するために、有機材料膜８ａなどの熱輻射率の高い膜に比較して、熱伝導率の高い、例えば銅などの金属を材料として用いることが好ましい。
【００３８】
有機材料膜８ａとして、本実施の形態においては、エポキシ樹脂などの有機樹脂をその材料の例として挙げたが、放熱板８の基材よりも熱輻射率の高い材料であれば前記の材料に限るものではなく、熱輻射率の高い無機材料によるコーティングを施す、もしくは熱輻射率を向上するための表面処理を施すなどの対策によって、熱輻射率の向上を実現しても良い。
【００３９】
本実施の形態の半導体装置１は、上記のような構成を有しており、ＯＭＰＡＣ（Ｏｖｅｒ  Ｍｏｌｄｅｄ  Ｐａｄ  Ｇｒｉｄ  Ｃａｒｒｉｅｒ）または（オーバーモールド（Ｏｖｅｒ  Ｍｏｌｄｅｄ）型の）ＢＧＡパッケージ形態の半導体装置である。このような構造を有する半導体装置１は、例えば、図示しないマザーボード（実装基板）などに搭載されて使用される。
【００４０】
半導体チップ３で発生した熱は、第１の放熱経路として、半導体チップ３の裏面からダイボンディング材４、配線基板２および半田ボール９などを介してマザーボードに伝導され、周辺雰囲気中（大気中）に放熱される。
【００４１】
また、半導体チップ３で発生した熱は、第２の放熱経路として、半導体チップ３の表面から封止樹脂６（および接着材７）を介して放熱板８に伝導し、周辺雰囲気中（大気中）に放熱される。放熱板８が設けられていない場合は、封止樹脂６の熱伝導率が比較的低いために、封止樹脂６内での熱の広がりが少なく、半導体チップ３近傍の直上領域しか放熱に寄与しないので、放熱面積は小さくなる。それに対して、本実施の形態のように封止樹脂６の上面６ａ上に放熱板８を設けた場合は、封止樹脂６を介して放熱板８に伝導された熱は、高い熱伝導性を有する放熱板８で横方向（放熱板８の平面方向）に広がり、放熱板８全体から放熱される。このため、放熱面積を広くすることができる。本実施の形態では、封止樹脂６上に放熱板８を貼り付けたことによって、第２の経路での放熱効果を向上することができる。これにより、放熱特性に優れた半導体装置を実現できる。放熱板８の材料としては、横方向への伝熱を十分にするために、例えば銅などの金属材料を用いることが好ましく、少なくとも封止樹脂６に比較して高い熱伝導率の材料によって形成されているのが好ましい。
【００４２】
また、本実施の形態の半導体装置１では、熱輻射による冷却効果を得ることができる。すなわち、放熱板８の表面（封止樹脂６に貼り付けられる側の面とは逆側の面、外気と接する側の面）に高い輻射率を有する有機材料膜８ａを形成（塗布）しているので、放熱板８の表面が金属面である場合に比べて、熱輻射による冷却効果を得ることができ、半導体装置の放熱特性をより向上することができる。また、放熱板８の表面に有機材料膜８ａを形成している場合（特に有機材料膜８ａとして塗料を塗布している場合）は、放熱板８の表面にマーキングを行うことがより容易となり、半導体装置の利便性をより向上することができる。
【００４３】
次に、本実施の形態の半導体装置１の製造工程について説明する。図４〜図７，図１０〜１２は、本実施の形態の半導体装置１の製造工程中の要部断面図または要部平面図である。図５は、図４の工程段階の半導体装置の上面図に対応する。図４〜図７，図１０〜１２のうち、図５以外は断面図である。また、図８は、封止樹脂６を形成するために用いられるモールド装置（トランスファモールド装置）の構造を示す斜視図である。また、図９は、封止樹脂６を形成する際に配線基板２を成形金型で挟む様子を説明するための断面図である。
【００４４】
まず、図４および図５に示されるように、配線基板２が準備される。配線基板２の表面の電極（配線）２ａは、スルーホール２ｂを介して、配線基板２の裏面の電極（パッド電極）２ｃと電気的に接続されている。なお、図５の上面図においては、半導体チップ３の搭載予定領域１１が示されている。
【００４５】
それから、図６に示されるように、ダイボンディング工程を行って、配線基板２上に半導体チップ３をダイボンディング材４を介して搭載（接着）する。この際、フェースアップボンディングを行って、半導体チップ３の裏面を、配線基板２における半導体チップ３の搭載予定領域１１に接着する。
【００４６】
次に、図７に示されるように、ワイヤボンディング工程を行って、半導体チップ３と配線基板２を接続する。すなわち、半導体チップ３の表面の電極３ａと配線基板２の表面（半導体チップ３搭載側の主面）の電極（配線）２ａとをボンディングワイヤ５を介して電気的に接続する。
【００４７】
次に、モールド工程（例えばトランスファモールド工程）を行って、配線基板２上に半導体チップ３とボンディングワイヤ５とを覆うように封止樹脂６を形成する。図８は、封止樹脂６を形成するために用いられるモールド装置（トランスファモールド装置）の構造を示す斜視図である。
【００４８】
図８に示されるモールド装置１２は、上金型である第１金型１３と、これと一対を成す下金型である第２金型１４と、第１金型１３および第２金型１４を備えた樹脂成形部１５と、ワーク（ここでは上記のように半導体チップ３のダイボンディングとワイヤボンディングとを行った配線基板２）を樹脂成形部１５に搬入するローダ１６と、前記ワークを樹脂成形部１５から取り出すアンローダ１７とを有している。モールド装置１２において、上記のように半導体チップ３がダイボンディングされワイヤボンディングが行われた配線基板２が、ローダ１６から樹脂成形部１５に搬入され、この樹脂成形部１５で半導体チップ３とボンディングワイヤ５とを覆うように封止樹脂６が形成され、樹脂成形が終了した配線基板２（半導体装置）は、アンローダ１７に搬出されてここに収容される。
【００４９】
図９は、樹脂成形部１５において、配線基板２を成形金型（第１金型１３および第２金型１４）で挟む様子を説明するための断面図である。
【００５０】
図９に示されるように、下金型である第２金型１４には、複数の真空吸引孔１８が設けられている。封止工程（配線基板２を成形金型にセットしてから配線基板２上の半導体チップ３を封止樹脂６で封止するまでの工程）に際し、真空吸引孔１８を介して配線基板２の裏面側を吸引吸着することにより、薄い配線基板２をしっかり押さえ、第２金型１４の熱などに起因する配線基板２の反りや歪などを抑制することができる。また、上金型である第１金型１３には、キャビティ１３ａやゲート１３ｂが設けられている。キャビティ１３ａは、封止樹脂６成形用の樹脂注入領域であり、ここに注入された樹脂材料が硬化して封止樹脂６が形成される。キャビティ１３ａは、配線基板２上に搭載された半導体チップ３およびそれに接続するボンディングワイヤ５を収容可能な形状を有している。ゲート１３ｂは、封止樹脂６を形成するための溶融樹脂がキャビティ１３ａ内に注入される注入口である。また、上金型である第１金型１３には、エジェクタピン１９がキャビティ１３ａ内に突出可能に設けられており、封止工程後に封止樹脂６が形成された配線基板２をエジェクタピン１９により第１金型１３から離型できるように構成されている。
【００５１】
上記のようにして半導体チップ３が搭載されワイヤボンディングが行われた配線基板２を、樹脂成形部１５において第１金型１３および第２金型１４で挟み、ゲート１３ｂを介してキャビティ１３ａ内に樹脂材料（例えば熱硬化性樹脂、フィラーなどを含んでいてもよい）を注入し、加熱などにより樹脂を硬化させた後、第１金型１３および第２金型１４を離型し、封止樹脂６が形成された配線基板２をエジェクタピン１９により第１金型１３から離型する。このようにして、図１０に示されるように、配線基板２上に半導体チップ３とボンディングワイヤ５とを覆うように封止樹脂６を形成することができる。
【００５２】
封止樹脂６形成用の金型、特に第１金型１３は、半導体チップ３の主面上に形成される封止樹脂６の寸法精度を向上させるために、放熱板８に比較して高い強度を持つ必要がある。成型金型の高い強度を実現するために、成型金型には、放熱板８の基材よりも剛性の高い材料を用い、かつ放熱板８よりも厚く形成するのが好ましい。このように、十分に強度を確保した成型金型を用いることにより、半導体チップ３の主面上に形成される封止樹脂６の寸法精度を上昇させることができ、半導体チップ３の主面上の封止樹脂６の厚さを薄くした場合でも、ボンディングワイヤ５が露出するなどの不良の発生を防止することができ、製品の歩留まりを向上し、かつ信頼性の高い製品を製造することができる。
【００５３】
このように高強度の金型（第１金型１３および第２金型１４）により封止樹脂６を形成できるので、所定（所望）の形状の封止樹脂６を容易に形成することができる。
【００５４】
次に、図１１に示されるように、配線基板２の裏面（半導体チップ３搭載側とは逆側の主面）に半田ボール９を形成する（取り付ける）。例えば、配線基板２の裏面を上方に向けた状態で、配線基板２の裏面に設けられた電極（電極パッド）２ｃ上に半田ボールを搭載し、リフロー処理を行って配線基板２の裏面の電極２ｃに接続する半田ボール９を形成する。
【００５５】
次に、図１２に示されるように、封止樹脂６の上面６ａに放熱板（熱拡散板）８を貼り付ける。放熱板８は、封止樹脂６の上面６ａに接着材７を介して貼り付けられる。封止樹脂６に貼り付ける放熱板８は、例えば次のようにして準備される。まず、例えば銅（Ｃｕ）などからなる金属板を用意し、必要に応じてその表面を黒化処理（酸化処理、酸化性の薬液による処理）する。黒化処理を行う場合は、金属板の少なくとも封止樹脂６に接着する側の面に対して黒化処理を行うが、両面ともに黒化処理を行ってもよい。それから、金属板の表面に対して有機材料（例えばエポキシ樹脂や塗料など）を例えばスプレー法などを用いて塗布する。ここで塗布した有機材料により、有機材料膜８ａが形成される。有機材料の塗布は、金属板の封止樹脂６に接着する側の面とは逆側の面に対して行う。塗布する有機材料は、耐熱性（半導体装置の動作時の上昇温度での耐熱性）を有することが好ましい。そして、金属板に塗布された有機材料を乾燥またはベークする処理を行う。その後、金属板を所定の寸法に切断して、個片の放熱板８に分離する。これにより、封止樹脂６に接着する側の面とは逆側の面に有機材料膜８ａが形成された放熱板８が製造される。
【００５６】
このようにして準備された放熱板８を接着材７を介して封止樹脂６の上面６ａに貼り付ける。この際、封止樹脂６の上面６ａまたは放熱板８の封止樹脂６に貼り付ける側の面の少なくとも一方に接着材（例えば銀ペースト、またはシリコーンゴムなどからなる接着シート）７を塗布（または貼り付け）してから放熱板８を封止樹脂６に貼り付け、必要に応じて加圧する。なお、放熱板８が銅からなる場合は、放熱板８の封止樹脂６へ貼り付ける側の面を上記のように黒化処理しておけばより好ましい。黒化処理により、放熱板８（銅板）の封止樹脂６へ貼り付ける側の面には凹凸のある酸化膜（酸化銅膜）が生じ、アンカー効果などにより、放熱板８と封止樹脂６との間の接着性（接着強度）を向上させることができる。
【００５７】
上記のように放熱板８の封止樹脂６に貼り付ける側の面とは逆側の面に有機材料膜８ａを形成しておけばより好ましく、熱輻射による冷却効果を得ることができるが、他の形態として有機材料膜８ａの形成を省略して、製造工程の簡略化を図ることも可能である。この場合、例えば、銅（Ｃｕ）などからなる金属板を用意し、ニッケル（Ｎｉ）めっき処理（または黒化処理）などによって金属板の両面に対して酸化防止処理を行った後、金属板を所定の寸法に切断して、個片の放熱板８に分離する。このようにして準備された放熱板８を封止樹脂６の上面６ａに接着材７を介して貼り付ける。放熱板８への有機材料膜８ａの形成を省略したことにより、放熱板８の製造工程数が低減し、半導体装置の製造コストをより低減することが可能となる。
【００５８】
また、封止樹脂６の形成後、半田ボール９を形成した後に、封止樹脂６への放熱板８の貼り付けを行う場合について説明したが、他の形態として、封止樹脂６の形成後、半田ボール９の形成前に、封止樹脂６の上面６ａへの放熱板８の貼り付けを行うこともできる。例えば、封止樹脂６の形成後、バーニング処理または加熱処理（例えば炎や熱風などを当てるような処理）を行って、封止樹脂６表面の離型材（金型からの離型材）を除去する。それから、放熱板８を封止樹脂６の上面６ａに接着材７を介して貼り付け、その後、半田ボール９を形成することもできる。これにより、放熱板８の封止樹脂６への接着強度をより向上することができる。なお、上記のように配線基板２に半田ボール９を形成した後に放熱板８を封止樹脂６に貼り付けた場合は、半導体装置の量産性をより高めることができる。
【００５９】
その後、必要に応じて配線基板２を所定の位置で切断して個片に切り離し、図１のＢＧＡパッケージ形態の半導体装置１が得られる（製造される）。また、他の形態として、封止樹脂６の形成後、配線基板２を個片に切り離した後に、封止樹脂６の上面６ａに放熱板８を貼り付けて半導体装置１を得ることもできる。製造された半導体装置１は、半田ボール９によって図示しないマザーボードなどに搭載することができる。
【００６０】
半導体チップ３と配線基板２とをワイヤボンディングした場合、封止樹脂６を形成する際に、ボンディングワイヤ５を覆うように封止樹脂６を形成しなければならない。このため、半導体チップ３が封止樹脂６で覆われることになり、半導体チップ３の放熱性が悪くなりやすい。本実施の形態では、封止樹脂６の上面６ａに放熱板８を貼り付けるので、半導体装置の放熱性を向上することができる。
【００６１】
また、本実施の形態では、封止樹脂６を形成した後に放熱板８を封止樹脂６の上面６ａに貼り付ける。このため、半導体装置１に放熱板８を容易に設けることができる。これにより、高い（良好な）放熱特性を有する半導体装置を容易に製造することができる。
【００６２】
また、本実施の形態では、封止樹脂６の形成後に放熱板８を封止樹脂６に貼り付けるため、放熱板８の面積を容易に大きくすることができ、半導体装置の放熱特性をより向上することができる。例えば、配線基板上に放熱板を配置した後に封止樹脂を形成するような場合は、放熱板の一部を封止樹脂に埋め込む必要があるので放熱板の露出面積が比較的小さくなるが、本実施の形態では、封止樹脂６の形成後に放熱板８を封止樹脂６に貼り付けるので、放熱板８の一方の主面を完全に露出させることができ、放熱板８の露出面積を比較的大きくすることができる。放熱板８の面積は、広い放熱面積を確保するために、少なくとも半導体チップ３の主面の面積よりも大きいことが好ましい。これにより、半導体装置の放熱特性をより向上することができる。
【００６３】
また、本実施の形態では、薄い平板形状の放熱板８を用いているので、放熱板８の製造（加工）が容易である。これにより、半導体装置の製造コストを低減できる。
【００６４】
また、本実施の形態では、封止樹脂６の形成後に放熱板８を貼り付けるため、放熱板８とボンディングワイヤ５とが接触する恐れがない。例えば、配線基板上に放熱板を配置してからその放熱板も一体化するように封止樹脂を形成するような場合は、放熱板とボンディングワイヤとが接触してしまう危険性があり、これを防止するには、ボンディングワイヤのループの頂上位置と放熱板の間の距離を大きくする必要があり、封止樹脂全体の厚みが厚くなってしまう。これは、放熱特性の低下を招く。本実施の形態では、封止樹脂６の形成後に放熱板８を貼り付けることにより、放熱板８とボンディングワイヤ５との接触を防止できる。このため、ボンディングワイヤ５のループの頂上位置と放熱板８の間の距離を比較的小さくできる。すなわち、ボンディングワイヤ５のループの頂上位置上の封止樹脂６の厚みｔ４を比較的薄くでき、封止樹脂６全体の厚みを薄くすることができる。熱伝導性が比較的低い封止樹脂６の厚みを薄くできるので、半導体装置の放熱特性をより向上することができる。また、半導体装置の薄型化も可能となる。
【００６５】
また、本実施の形態では、封止樹脂６の形成後に放熱板８を貼り付けるため、高強度の放熱板だけでなく比較的強度が低い放熱板も用いることができる。例えば、配線基板上に放熱板を配置してからその放熱板も一体化するように封止樹脂を形成するような場合は、放熱板が撓むと放熱板とボンディングワイヤとが接触してしまうので、比較的高強度の厚い（撓みにくい）放熱板を用いる必要があるが、本実施の形態では、封止樹脂６の形成後に放熱板８を貼り付けるので、放熱板８として比較的強度が低い（撓みやすい）放熱板を用いることも可能である。このため、放熱板８の厚みｔ２を比較的薄くすることができ、半導体装置を薄型化できる。
【００６６】
また、本実施の形態では、放熱板８の封止樹脂６に貼り付ける側の面とは逆側の面に、放熱板８（の基材）よりも輻射率の高い有機材料膜８ａを形成している。このため、半導体装置の熱輻射によるによる冷却（放熱）効果を高めることができる。これにより、半導体装置の放熱特性をより向上することができる。また、放熱板８の表面にマーキングを行うことがより容易となり、半導体装置の利便性をより向上することができる。
【００６７】
図１３は、放熱板８の貼り付け領域の説明図である。図１３には、他の形態の半導体装置の裏面（下面）が示されており、放熱板８の貼り付け領域に対応する（透視した）平面領域２０が示されている。図１３に示されるように、放熱板８の貼り付け領域に対応する平面領域２０は、配線基板２の裏面における半田ボール９の配列領域より大きくすることもできる。すなわち、本実施の形態では、封止樹脂６の全面上に放熱板８を貼り付けることができるので、放熱板８の貼り付け領域に対応する平面領域２０を、配線基板２の裏面における半田ボール９の配列領域よりも大きくすることも可能である。これにより、半導体装置の放熱特性をより向上することができる。
【００６８】
また、本実施の形態の半導体装置１は、配線基板２の表面上に半導体チップ３をダイボンディングして封止樹脂６で封止し、配線基板２の裏面に外部端子として半田ボール９を形成した、オーバーモールド（Ｏｖｅｒ  Ｍｏｌｄｅｄ）型のＢＧＡパッケージ形態の半導体装置である。このため、配線基板にキャビティを設けてキャビティ内に半導体チップをダイボンディングし、半導体チップ搭載側の面に外部端子を設けたキャビティダウン型の半導体装置などに比較して、配線基板の製造コストが低減でき、半導体装置の製造コストも低減できる。
【００６９】
また、低発熱製品向けでは放熱板８を設けず、高発熱製品向けには放熱板８を設けるなど、半導体装置の使用環境（状況）などに応じて使い分けることが可能となり、同じパッケージで容易に切り替え可能である。すなわち、半導体チップの発熱が多くなるような環境（状況）で使用する半導体装置（半導体パッケージ）については、放熱板８の貼り付け工程を付加し、半導体チップの発熱がそれ程気にならないような環境で使用する半導体装置（半導体パッケージ）については、放熱板８の貼り付け工程を省略することによって、放熱板８の有無以外は同じ構成の半導体装置（半導体パッケージ）を（同じ製造ラインで）容易に作り分けることができる。また、半導体装置（半導体パッケージ）の出荷後に、顧客側で高い放熱性が要求される環境で使用されるものについてだけ、封止樹脂に放熱板を貼ることもできる。放熱板を貼るか貼らないかを、放熱（放熱特性）の必要度に応じて決定できるので、半導体装置の製造コストを最小限に抑えることができる。
【００７０】
本実施の形態の半導体装置は、例えば画像処理を行うプロセッサのように常に動いていて発熱しやすいものに適用すればより好ましい。そのような半導体装置に本実施の形態を適用すれば、低コストで高い放熱特性を実現することができる。また、半導体装置の性能や信頼性を高めることができる。
【００７１】
（実施の形態２）
図１４は、本発明の他の実施の形態である半導体装置（半導体集積回路装置）の断面図である。図１５は、図１４の半導体装置の底面（下面、裏面）図である。図１４および図１５は、上記実施の形態１の図１および図３に対応する。図１４および図１５に示されている本実施の形態の半導体装置２１は、上記実施の形態１の半導体装置１と同様にＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ：ボールグリッドアレイ）パッケージ形態の半導体装置（半導体集積回路装置）である。
【００７２】
図１４および図１５に示されるように、本実施の形態の半導体装置２１では、半導体チップ３の下方において、配線基板２にサーマルビア（熱伝導用のスルーホール）２２が形成されている。サーマルビア２２は、半導体チップ３搭載位置の下方において、配線基板２の表面（半導体チップ３搭載側の主面）の電極（導体部）２２ａと、配線基板２の裏面（半導体チップ３搭載側の面とは逆側の面）の電極（パッド電極、導体部）２２ｂとの間に形成されており、金属材料などからなるプラグが埋め込まれている。サーマルビア２２にプラグを埋め込む代わりに、サーマルビア２２の側壁に高い熱伝導性を有する導体層などを形成することもできる。あるいは、サーマルビア２２の側壁に導体層を形成してから、サーマルビア２２の穴埋め処理を行うこともできる。電極２２ａ、電極２２ｂおよびサーマルビア２２は、配線基板２を製造する際に、電極２ａ、電極２ｃおよびスルーホール２ｂとそれぞれ同じ工程で形成することができる。配線基板２の裏面の電極２２ｂ上には、半田ボール９と同様の半田ボール（サーマルボール）２３が同様の手法で形成されている。サーマルビア２２の熱抵抗は、配線基板２の基材（絶縁層）の熱抵抗よりも小さい。従って、配線基板２の表面上の電極２２ａはサーマルビア２２（サーマルビア２２に埋め込まれたプラグまたはサーマルビア２２の側壁に形成された導体層）を介して半田ボール２３に電気的および熱的に接続されることとなる。これにより、半導体チップ３で生じた熱をサーマルビア２２を介して配線基板２の下方に伝導することができ、半導体装置２１を搭載したマザーボードなどに半田ボール２３などを介して逃がすことができる。すなわち、半導体チップ３の熱を半導体チップ３の裏面からダイボンディング材４、配線基板２の表面の電極２２ａ、サーマルビア２２（サーマルビア２２に埋め込まれたプラグまたはサーマルビア２２の側壁に形成された導体層）、配線基板２の裏面の電極２２ｂおよび半田ボール２３を介してマザーボードなどに逃がすことができる。このため、半導体装置の放熱特性をより向上させることができる。なお、半田ボール２３は、マザーボードの接地電位（電源電位）の配線パターン（幅広パターン）などに接続することもできる。
【００７３】
また、本実施の形態では、ダイボンディング材（ダイボンディング用接着材）４は、封止樹脂６の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料からなることが好ましく、例えば銀ペーストなどの熱伝導性の高い材料からなればより好ましい。これにより、半導体チップ３の熱をダイボンディング材４を介してサーマルビア２２へ効率よく伝導でき、半導体装置の放熱特性をより向上することができる。
【００７４】
本実施の形態の半導体装置２１は、サーマルビア２２およびそれに関連する構造（電極２２ａ、電極２２ｂ、プラグおよび半田ボール２３）を設けたこと以外の構成および製造工程は、上記実施の形態１の半導体装置１とほぼ同様であるので、ここではその詳しい説明は省略する。従って、本実施の形態の半導体装置の製造工程においても、上記実施の形態１と同様、封止樹脂６を形成した後に、封止樹脂６の上面に放熱板８を接着材７を介して貼り付ける。また、本実施の形態においても、上記実施の形態１と同様、放熱板８（の基材）よりも高い輻射率を有する材料膜、例えば有機材料膜８ａで、放熱板８の封止樹脂６に貼り付けられる側の面とは逆側の面をコーティングしておくことが好ましい。
【００７５】
本実施の形態の半導体装置２１では、上記実施の形態１の半導体装置１と同様の効果を得ることができ、更に、半導体チップ３の下方において配線基板２にサーマルビア２２を設けたことで、半導体チップ３で生じた熱を半導体チップ３の上方（封止樹脂６を経て放熱板８）および下方（サーマルビア２２）の両方の経路から効率よく逃がすことができ、半導体装置２１の放熱特性をより向上することができる。
【００７６】
また、本実施の形態では、封止樹脂６上に放熱板８を設けて半導体チップ３の上方からの放熱効果（上記実施の形態１で説明した第２の放熱経路に対応）を向上させ、半導体チップ３の下方にサーマルビア２２を設けて半導体チップ３の下方からの放熱効果（上記実施の形態１で説明した第１の放熱経路に対応）を向上させることにより、半導体チップ３の発熱を上方および下方の一方の経路だけでなく、両方の経路から効率よく逃がすことができ、放熱のバランスがよくなり、放熱板８の反りをより的確に防止することができる。例えば、半導体チップ３の下方にサーマルビア２２を設けない場合に比較して、半導体チップ３の上方への放熱と下方への放熱とが均衡してバランスを取りやすいので、熱応力に起因する放熱板８の反りの発生をより的確に防止できる。このため、より薄い放熱板８を用いることが可能となり、半導体装置の更なる薄型化が可能となる。
【００７７】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００７８】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００７９】
ＢＧＡパッケージ形態の半導体装置において、封止樹脂を形成した後に、封止樹脂の上面に放熱板を貼り付けることにより、高い放熱特性を有する半導体装置を実現することができる。また、半導体装置の製造コストを低減することができる。
【００８０】
ＢＧＡパッケージ形態の半導体装置において、封止樹脂の上面に貼り付ける放熱板の上面に放熱板の基材よりも高い輻射率を有する材料膜を形成したことにより、半導体装置の放熱特性をより向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である半導体装置の断面図である。
【図２】図１の半導体装置の上面図である。
【図３】図１の半導体装置の底面図である。
【図４】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程中における要部断面図である。
【図５】図４の半導体装置の上面図である。
【図６】図４に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。
【図７】図６に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。
【図８】封止樹脂を形成するために用いられるモールド装置の構造を示す斜視図である。
【図９】配線基板を成形金型で挟む様子を説明するための断面図である。
【図１０】図７に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。
【図１１】図１０に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。
【図１２】図１１に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。
【図１３】放熱板の貼り付け領域の説明図である。
【図１４】本発明の他の実施の形態である半導体装置の断面図である。
【図１５】図１４の半導体装置の底面図である。
【符号の説明】
１  半導体装置
２  配線基板
２ａ  電極
２ｂ  スルーホール
２ｃ  電極
３  半導体チップ
３ａ  電極
４  ダイボンディング材
５  ボンディングワイヤ
６  封止樹脂
６ａ  上面
７  接着材
８  放熱板
８ａ  有機材料膜
９  半田ボール
１１  半導体チップの搭載予定領域
１２  モールド装置
１３  第１金型
１３ａ  キャビティ
１３ｂ  ゲート
１４  第２金型
１５  樹脂成形部
１６  ローダ
１７  アンローダ
１８  真空吸引孔
１９  エジェクタピン
２０  平面領域
２１  半導体装置
２２  サーマルビア
２２ａ  電極
２２ｂ  電極
２３  半田ボール
【図１】
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【図２】
2004260051.tif 000004
【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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