(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体装置の薄型化及び放熱性の向上を図り、同時に製造を簡易化して製造時間を短縮し、製造コストを低減する。【解決手段】半導体素子の支持基板をアラミド不織布エポキシ樹脂の絶縁フィルム６１で構成し、前記絶縁フィルム６１上に形成された固着電極６４及び取出し電極６５と、前記固着電極６４上に導電性材料69で接続された半導体素子７０と、前記半導体素子７０の電極と前記取出し電極６５を接続する金ワイヤ６８と、これら全面を被覆する封止樹脂７３とを有する半導体装置であって、絶縁フィルム６１の他方側に、前記固着電極６４の熱を放熱するための放熱板６６と、前記取出し電極６５に接続されたはんだボール７２とを設けた。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁フィルムの一方側に、前記絶縁フィルム上に形成された固着電極及び取出し電極と、前記固着電極上に導電性材料で接続された半導体素子と、前記半導体素子の電極と前記取出し電極を接続するワイヤと、これらを被覆する絶縁樹脂とを有する半導体装置において、絶縁フィルムの他方側に、前記固着電極の熱を放熱するための放熱板と、前記取出し電極に接続されたはんだボールとを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載された半導体装置において、
前記放熱板は、前記絶縁フィルムの開口部を介して前記固着電極と導電性でかつ熱伝導性物質により接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記絶縁フィルムがアラミド不織布エポキシであることを特徴とする請求項１又は２に記載された半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄型で高放熱性パッケージを有する半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置は、家電用機器、情報機器、自動車などの輸送機器などのきわめて広範な分野において電子機器の小型化、薄型化に資するものとして、データ処理の高速化、高機能化、大容量化と共に小型化に向けて開発が進められている。
１例として、外径寸法を半導体チップ（素子）サイズと同等あるいはわずかに大きい半導体パッケージとしていわゆるチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）が知られている。これは半導体ウエハ上に多数の半導体チップを形成し、その半導体ウエハの上部を樹脂封止し、その後ダイシングにより個々の半導体装置に分割して完成したものである。
【０００３】
図１４は、このような従来のＣＳＰによる半導体装置の１例を示す断面図である。この半導体装置では、半導体チップを支持する支持基板として熱可塑性樹脂フィルム８１を採用しその薄型化を図ったものである。この半導体装置は、熱可塑性樹脂フィルム８１を挟んで上下にそれぞれ電極となる導電箔を熱圧着して構成した支持基板を形成し、この導電箔をエッチングして固着電極８４と取出し電極８５とを形成して第１の電極となし、前記固着電極の上に導電ペースト８９を介して半導体チップ８８が配置されている。また、両導電箔は、前記支持基板を熱圧着で一体化して形成する際に熱可塑性樹脂フィルム８１に貫通設置した導電材８７で電気的に接続されており、半導体チップ８８と前記取出し電極８５とは導電性ワイヤ９１でボンディングされ、これらを絶縁樹脂９２で封止している（特許文献１参照）。
【０００４】
半導体装置の薄型を図ったものとして、製造工程中に前記支持基板を廃したものも知られている。例えば、図１５に示された半導体装置では、複数の端子部１０３がその外部端子面１０３ｃを一平面になるように配置され、この端子部１０３の配列の略中央に端子部１０３の外部端子面１０３ｃと外部表面１０２ｃが同一平面をなすようにダイパッド１０２が配置されている。
ダイパッド１０２の内部表面１０２ｂ上には、電気絶縁性材料１０６を介して半導体素子１０５がその素子面と反対側を固着されて搭載されている。この半導体素子１０５の端子１０５ａは、端子部１０３の内部端子面１０３ｂにワイヤ７によって接続されており、かつ、端子部１０３の外部端子面１０３ｃと、ダイパッド１０２の外部表面１０２ｃを外部に露出させるように、端子部１０３、ダイパッド１０２、半導体素子１０５、ワイヤ１０７が樹脂部材１０８により封止されている。また、外部に露出している端子部１０３の外部端子面１０３ｃには、半田ボール１０９が取り付けられている。
【０００５】
この半導体装置の製造に当たっては、図示しない導電性基板、又は表面に導電性層を備えた絶縁性基板上の半導体素子１０５、ワイヤ１０７等を樹脂封止した後、樹脂封止された半導体装置を導電性基板から剥離するが、前記剥離工程において前記基板からの半導体装置の剥離を容易に行うため、（１）サンドプラストによるプラスト処理により、導電性基板の表面に凹凸を形成する処理を行う、（２）導電性基板の表面に酸化膜を形成する。（３）基板上にめっきなどにより溶解可能な金属面（例えば銅）を予め形成しておく、のいずれかの方法を採用するものである（特許文献２参照）。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された半導体装置用の回路部材では、支持基板は軟質樹脂又は熱可塑性樹脂フィルム８１で構成されているため、固着電極８４と半導体チップ８８のダイボンディングのはんだ接続時、取出し電極のワイヤボンディング時、樹脂封止時等の熱工程で変形し、電極の位置がずれることがあるという問題がある。
また、半導体チップ８８が高機能化するに伴ってその発熱量も大きくなるが、第２の電極８６は、プリント基板へはんだ付けされる接続電極として用いており、接続電極はプリント基板にはんだ付けされる際にブリッジが形成されないように離間して配置することが必要であることから、対応する固着電極や取出し電極よりも小さく形成されている。つまり、固着電極下の第２電極（接続電極）は、半導体素子と大きさで対応が取れておらず、従って、半導体装置を回路基板に実装したときにその放熱が十分に行えないという問題がある。
更に、熱可塑性樹脂フィルムは強度等の制約から同文献１に記載されているように約５０μmの厚みは必要であり、それ以上薄型化することは困難である。
【０００７】
前記特許文献２の半導体装置では、前記支持基板を廃したことから薄型化は可能であるが、半導体素子が内部端子上に電気絶縁材料１０６を介して搭載されているため、そもそも半導体素子で発生した熱の放熱性が良好ではなく、また、その製造工程において、導電性基板上に形成され樹脂封止された半導体装置を前記導電性基板から容易に剥離するための前記方法のうち、（１）の方法では、凹凸処理すると実際には逆に基板と回路部が剥離し難くなり、（２）の方法では、予め表面を酸化処理しておく前処理が必要であり、（３）の方法では、めっき処理が必要となるばかりではなく、導電性基板が金属でありかつその上に銅層が形成されている場合には、銅層のみを溶解させることは困難である等の製作上の問題がある。
【０００８】
更に、剥離性が良好でないことに起因して、半導体装置を導電性基板から剥離する際、加わる力によって封止用樹脂部分と回路部が剥離したり、回路部にクラックが入り易いことから、特許文献２の半導体装置では回路部の基板接触面と反対側の表面の周囲に突起部を形成しているが、横方向の突起部を設けることで面積が大きくなり、ファインピッチ、多ピン対応製品には向かず、しかも、横方向の突起部を厚膜レジストの高さより多くめっきすることにより形成してため、突起部の面積の制御が難しく製造は容易ではない、という本半導体装置固有の問題もある。
【特許文献１】特開２００２−１７６１２１号公報
【特許文献２】特開２００２−２８９７３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、これら従来技術が有する問題を解決すべくなされたものであって、その目的は放熱性が良好であると共に薄型化でき、しかも製造工程中の熱の影響を受け難く、かつ簡易に製造できるようにしてコスト面でも有利な半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、絶縁フィルムの一方側に、前記絶縁フィルム上に形成された固着電極及び取出し電極と、前記固着電極上に導電性材料で接続された半導体素子と、前記半導体素子の電極と前記取出し電極を接続するワイヤと、これらを被覆する絶縁樹脂とを有する半導体装置において、絶縁フィルムの他方側に、前記固着電極の熱を放熱するための放熱板と、前記取出し電極に接続されたはんだボールとを有することを特徴とする半導体装置である。
請求項２の発明は、請求項１に記載された半導体装置において、前記放熱板は、前記絶縁フィルムの開口部を介して前記固着電極と導電性でかつ熱伝導性物質により接続されていることを特徴とする半導体装置である。
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載された半導体装置において、
前記絶縁フィルムがアラミド不織布エポキシであることを特徴とする半導体装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の半導体装置は、絶縁フィルムの固着電極に対応する裏面側に放熱板を設けているので高放熱性である。しかも、この放熱板は大きさについての自由度があるから、高性能な半導体素子に対応した放熱板を設けることができる。
絶縁フィルム上に固着電極、取出し電極を形成しているので薄型にでき、特に、アラミド不織布エポキシ樹脂フィルムは、例えば１０μｍ厚と薄くできるので、これを絶縁フィルムとして用いることにより薄型の半導体装置を提供することができる。
両面の銅箔を同時にエッチングすることにより、固着電極、取出し電極、放熱板を形成しているので短時間に製造でき、製造コストを下げることができる。
アラミド不織布エポキシ樹脂フィルムは、耐熱性であるアラミド不織布に、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂を浸潤させたものであるので、熱がかかる工程でも形状が安定しており、電極位置のずれが生じない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の半導体装置の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の１実施形態に係る半導体装置の断面図である。本半導体装置は、例えばアラミド不織布エポキシフィルムからなる絶縁フィルム６１の上に形成された銅箔をエッチングして形成した固着電極６４と、この固着電極６４の周りを囲うように、固着電極６４と同様に銅箔から形成された複数の取出し電極６５を備え、この固着電極６４及び取出し電極６５上には、はんだ付け及び金ワイヤボンディングが可能なめっき層、例えばニッケル／金膜が形成されており、固着電極６４のニッケル／金膜上には高融点はんだ層６９を介して半導体素子７０が取り付けられている。また、半導体素子７０上の電極と取出し電極６５間は金ワイヤ６８で接続されている。これら絶縁フィルム上の各要素は図示のように、エポキシ樹脂７３によって樹脂封止されている。
【００１３】
絶縁フィルム６１の半導体装置７０が設けられた側と反対側でかつ固着電極６４に対応する区域には、半導体装置７０で発生した熱を外部に放出するための前記電極と同様に銅箔をエッチングして形成した放熱板６６が設けられている。
また、絶縁フィルム６１の固着電極６４及び取出し電極６５が形成された部分にはそれぞれ開口部が形成されており、放熱板６６と前記開口部に露出した固着電極６４と取出し電極６５の裏面にはニッケル／金膜７１ｂが形成されている。
前記開口部には半導体装置を回路基板に実装する際に、回路基板の回路とこれらの電極６４、６５とを接続するための、例えばＳｎ、Ｃｕ、Ａｇから成るＰｂフリーはんだでできたはんだボール７２が装着されている。また、放熱板６６は前記開口部に装着したはんだボール７２、ニッケル／金膜７１ｂを介して、固着電極６４と金属接続されている。
この構成により、半導体素子７０で発生した熱は高融点はんだ６９、固着電極６４、ニッケル／金膜７１ｂ、はんだボール７２を介して放熱板６６に熱伝導され良好な放熱が可能である。
【００１４】
図２は、本発明の半導体装置の別の実施形態を示す図であり、図２Ａは同装置の断面図、図２Ｂは平面図である。
図２Ａ、２Ｂに示すように、この半導体装置では、固着電極６４を囲む複数の取出し電極６５の、例えば一方（図示例では左側面方向）には取出し電極６５を設けずに空けておき、絶縁フィルム６１のこの部分の反対側全面に放熱板６６を設けている。
この実施形態では、図１に示す第１の実施形態の半導体装置の放熱板６６よりも放熱板６６の面積が広いため、放熱板６６の回路基板との接触面積の増加と共にヒートシンクとしての機能も向上する結果、放熱性は一層良好である。
【００１５】
次に、本発明に係る半導体装置の製造方法について説明する。
実施例１：
（１）銅貼り積層板の準備：
図３は、本発明の実施に用いる銅貼り積層板の構造を示す断面図である。図示のように、銅貼り積層板６０として、例えばアラミド不織布エポキシフィルムからなる絶縁フィルム６１の上下に、２層の銅箔６２ａ、６２ｂを貼り合わせたものを使用する。ここで、アラミド不織布エポキシフィルムとは、アラミド不織布にエポキシ樹脂を含浸させた後、熱間プレスしフィルム状にしたものであり、アラミド不織布エポキシフィルムの膜厚は例えば５０μｍであり、かつ銅箔６２は電解銅箔で厚さ１８μｍのものを用いる。
【００１６】
（２）ドライフィルムレジストの貼り合せ工程：
準備した銅貼り積層板６０の上下より、貼り合わせ装置を用いてドライフィルムレジスト６３ａ、６３ｂを貼りあわせる。図４はこの工程で得られる中間製品の断面図である。
この工程で使用するドライフィルムレジストとしては、例えば厚さ６μｍのものを用い、貼り合せ装置として、ホットロール式ラミネータを用いる。貼り合わせ温度は５０℃、貼り合せ速度は１．５ｍ／ｍｉｎ、エアシリンダの圧力は０．４Ｍｐａとし、貼り合せ後、室温で１時間保持する。
【００１７】
（３）露光工程：
この工程では、ドライフィルムレジストに対しそれぞれ所望のパターンを有するネガ型のマスクを用いて上下より露光を行う。この工程で使用する露光装置として、例えば平行光線露光装置を用い、使用する露光方式はプロキシ露光方式であり、露光量は８０ｍＪ／ｃｍ２である。
【００１８】
（４）現像工程：
露光工程を終了した中間製品をコンベア式スプレー現像機を用い現像する。使用する現像液は１％炭酸ナトリウム溶液で、液温３０℃で、２００秒現像した後、水洗、乾燥されて現像済み製品をコンベアより排出する。
図５は現像工程を終了した状態の中間品の断面図を示す。図示のように、銅箔６２ａ及び６２ｂ上にはそれぞれ所望のパターンを有するドライフィルムレジスト６３ａ、６３ｂが形成されている。
【００１９】
（５）エッチング工程：
本工程では、現像工程を終了した中間品をコンベア・スプレー式エッチング装置を用いエッチングを行う。即ち、現像済みの中間製品を塩化第二鉄を主成分とした塩酸を含むエッチング液（５０℃）に約２分通す。これによりドライフィルムレジスト６３ａ、６３ｂ下の部分の銅箔を残し、ドライフィルムレジスト６３ａ、６３ｂに覆われていない部分の銅箔はエッチングされる。続いて室温で塩酸５％の槽を通した後、水洗、乾燥する。
【００２０】
（６）剥離工程：
この工程では、ドライフィルムレジスト６３ａ、６３ｂを絶縁フィルム６１から剥離する。
即ち、３％カ性ソーダ剥離液を用い、液温６０℃で、８０秒間浸漬することでドライフィルムレジスト６３ａ、６３ｂを絶縁フィルム６１から剥離する。
図６Ａはこのようにして剥離した中間製品の断面図である。図示のように、絶縁フィルム６１の一方側には銅箔よりなる固着電極６４及び取出し電極６５が、絶縁フィルム６１の他方側には放熱板６６が形成される。図６Ｂは図６Ａに対応する平面図の一例であって、この図から明らかなように固着電極６４の周りを囲うように多数の取出し電極が設けられている。
【００２１】
（７）レーザによる開口部形成（穴あけ）工程：
次に、このようにして形成された取出し電極６５及び固着電極６４下の絶縁フィルム６１の所望の位置で、炭酸ガス・レーザにより銅箔の面に達するまで絶縁フィルム６１を蒸発させて開口部６７を形成する。
図７は開口部６７を備えた中間製品の断面図である。なお、炭酸ガスレーザはアラミド不織布エポキシ６３ｂの所望の部分を蒸発させ、銅箔面により遮断される。
【００２２】
（８）めっき工程：
この工程では、絶縁フィルム６１の両側の銅箔６２に、例えば厚さ４μｍのニッケルと厚さ０．５μｍの金から成るめっき膜を形成する。ここで用いるメッキ方法は無電解めっき法である。めっき膜の形成は、先ず脱脂を行い、過硫酸ナトリウムで銅箔の表面のソフトエッチングを行う。次に希硫酸でスマットを除去し、水洗後希塩酸にプリディップし、続いて活性化処理を行い、希塩酸にポストディップする。その後、８０℃１０分間無電解ニッケルめっき行い、厚さ約４μｍのニッケルめっき膜を形成する。水洗後希硫酸で活性化処理を行い、更に置換金めっきを行う。置換金メッキを行った後水洗し、中性無電解金めっき液を用いて６０℃で２０分間金めっきを行い厚さ０．５μｍの金めっき膜を形成する。続いて水洗、乾燥を行う。
図８はこのようにしてめっきを施した中間製品の断面図である。図示するように、絶縁フィルム６１の両側の銅箔６４，６５上にニッケル／金膜７１ａ、７１ｂが形成される。
【００２３】
（９）ダイボンディング工程：
この工程では、高融点はんだ６９により半導体素子７０をダイボンディングする。ここではＳｎＰｂ系（例えば、Ｓｎ１０％Ｐｂ９０％）の高融点はんだ６９を用いて、これをその融点以上（例えば３００℃）の温度に加熱し、固着電極６４上にはんだ６９を介して半導体素子７０を搭載する。
【００２４】
（１０）ワイヤボンディング工程：
半導体素子７０上のパッド電極と、取出し電極６５を金ワイヤ６８で結合する。このワイヤボンディング方法は例えば超音波併用熱圧着法を用いる。即ち、例えばφ３０μｍの金ワイヤ６８を、温度１５０℃〜２５０℃の範囲（例えば２３０℃）で超音波を作用させて前記パッドと取出し電極６５に接合した。
図９は、ワイヤボンディングを施した中間製品の断面図である。
【００２５】
（１１）樹脂モールド工程：
この工程では回路形成面全体を樹脂封止する。即ち、図１０に示すように、印刷法またはトランスファー法にて、回路形成面全体を絶縁樹脂７３で封止する。使用した樹脂は、半導体封止用のエポキシ樹脂であり、印刷法によるときは、真空脱泡（例えば真空度１０−３Ｔｏｒｒ）を実施後、スキージを用い、均一の厚さに印刷する。印刷後、１２５℃〜１５０℃でキュアを実施してエポキシ樹脂６７を固める。トランスファー法によるときは、１５０℃〜１８０℃で、トランスファー成形し、１３０℃〜１８０℃でキュアを実施して樹脂７３を固める。
【００２６】
（１２）固着電極と放熱板との接続、並びにはんだバンプの形成工程：
図１１に示すように、固着電極６４と放熱板６６とをニッケル／金めっき膜７１ｂを介してはんだ形成することにより接続を行い、同時に、取出し電極６５下に形成されたニッケル／金めっき膜７１ｂ上のはんだボール７２の形成を行う。はんだの材質はＰｂが含まれているものを用いても良いが、本実施例ではＳｎ−３％Ｃｕ−０．５％ＡｇのＰｂフリーはんだを用いた。
はんだ接続並びにはんだボール７２の形成は次のように行う。即ち、真空ではんだボールを治具に吸着し、固着電極６４並びに取出し電極６５の開口部６７の所定の位置に配置する。次に、２６０℃、１０分間の条件ではんだフローを行う。本リフロー工程で、固着電極６４と放熱板６６は、ニッケル／金めっき膜７１ｂ及びはんだを介して金属接合され、取出し電極６５にははんだボールが接続形成される。半導体素子７０で発生した熱は、金属導体を伝わり放熱板６６から容易に放熱される。
【００２７】
（１３）ダイシング工程：
最後に、以上のようにして形成された支持基板上の複数の半導体装置を図１に示すものを単位とした半導体装置１個ずつに切り出して半導体装置を得る。
【００２８】
実施例２
実施例２は、放熱性向上のため、放熱板を延長させたものである。
即ち、実施例１の製造工程において、放熱板６６を半導体素子６８の固着電極６４の直下の位置だけではなく図１２に示すように図中左側に延長して形成してもよい。図１３は実施例２の工程により作成した半導体装置の断面図であって、半導体装置の製造方法そのものは、実施例１と同一である。この構成では、放熱板６６の面積が第１の実施例よりも大きく放熱効果が一層向上する。
なお、本発明の実施例の図１、図２、図７、図１２等に示したものでは、Ｎｉ／Ａｕめっきが放熱板の表面全面を覆うように示したが、めっき時にマスクを用い、はんだ７２が接続される部分に形成されるようにし、他の部分ははんだめっきを施すようにしてもよい。
また、絶縁フィルムがアラミド不織布エポキシの場合につき詳述したが、ポリイミドなどを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の半導体装置の１実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明の半導体装置の他の実施形態を図であり、図２Ａはその断面図、図２Ｂはその平面図である。
【図３】本発明に用いた銅貼り積層板の断面図である。
【図４】本発明の半導体装置製造のドライフィルムレジストの貼り合わせ工程で得られる中間製品の断面図である。
【図５】本発明の半導体装置製造の現像工程で得られる中間製品の断面図である。
【図６】本発明の半導体装置製造の剥離工程で得られる中間製品を説明するための図であり、図６Ａは断面図、図６Ｂは平面図である。
【図７】本発明の半導体装置製造の穴あけ工程で得られる中間製品の断面図である。
【図８】本発明の半導体装置製造のめっき工程で得られる中間製品の断面図である。
【図９】本発明の半導体装置製造のワイヤボンディング工程で得られる中間製品の断面図である。
【図１０】本発明の樹脂モールド工程で得られる中間製品の断面図である。
【図１１】本発明の半導体装置のはんだバンプ等の形成工程で得られる中間製品の断面図である。
【図１２】本発明の他の半導体装置製造の剥離工程で得られる中間製品を説明するための図である。
【図１３】本発明の他の半導体装置の製造工程で得られた半導体装置の断面図である。
【図１４】従来の半導体装置の断面図である。
【図１５】従来の他の半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
６０・・・支持基板、６１・・・絶縁フィルム、６２ａ、６２ｂ・・・銅箔、６３ａ、６３ｂ・・・ドライフィルムレジスト、６４・・・固着電極、６５・・・取出し電極、６６・・・放熱板、６７・・・開口部、６８・・・金ワイヤ、７０・・・半導体素子、７１ａ、７１ｂ・・・ニッケル／金膜、７２・・・はんだ、７３・・・封止樹脂。
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2005183672.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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