(57)【要約】【課題】  半導体基板にヒートスプレッダーを取り付けたときの反りを小さくする。【解決手段】  ヒートスプレッダーにスリットを設け、ヒートスプレッダーが複数のブロックから形成されるようにする。スリットには、非常に柔軟で熱伝導性の高い物質が充填される。【選択図】図２
2005347528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部端子が設けられるパッケージ基板と、
前記パッケージ基板に装着され、かつチップ搭載部を持つヒートスプレッダーとを有する半導体装置において、
前記ヒートスプレッダーは、前記チップ搭載部の側の表面に開口を持つ格子状のスリットが形成されているものであ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であって、
前記ヒートスプレッダーは、前記スリットが当該ヒートスプレッダーを貫通することにより複数のブロックに分割されていることを特徴とする
半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載された半導体装置であって、
前記複数のブロックは、前記ヒートスプレッダーを形成する素材と同じ素材によって相互に結合されている
半導体装置。
【請求項４】
請求項１から３のうちのいずれか１項に記載された半導体装置であって、
前記スリットには、前記ヒートスプレッダーを形成する素材よりも柔軟な素材が充填されている
半導体装置。
【請求項５】
請求項１から４のうちのいずれか１項に記載された半導体装置であって、
前記スリットに充填される熱伝導性物質を有することを特徴とする
半導体装置。
【請求項６】
ヒートスプレッダーを保持シートに貼り付けるステップと、
前記ヒートスプレッダーに厚み方向に貫通するスリットを形成するステップと、
前記ヒートスプレッダーのスリットが形成された表面と外部端子が形成されるパッケージ基板とを加熱処理により溶融させた接着剤を用いて貼り合わせるステップと、
前記パッケージ基板と貼り合わせた前記ヒートスプレッダーのスリットが形成された表面にチップを搭載するステップと、
前記保持シートを前記ヒートスプレッダーから取り外すステップ
とを具備する
半導体装置の製造方法。
【請求項７】
ヒートスプレッダーの表面にスリットを形成するステップと、
前記ヒートスプレッダーの前記スリットが形成された表面と外部端子が形成されるパッケージ基板とを加熱処理により溶融させた接着剤を用いて貼り合わせるステップと、
前記パッケージ基板と貼り合わせた前記ヒートスプレッダーの前記スリットが形成された表面にチップを搭載するステップと、
前記保持シートを前記ヒートスプレッダーから取り外すステップ
とを具備する
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、半導体パッケージを低熱抵抗化する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットおよびイントラネットなどの急速な普及に伴い、使用される半導体装置も小型化、多ピン化、高出力化が進んでいる。それに伴い、各半導体装置の信頼性向上のための低熱抵抗化も進んでいる。
【０００３】
パッケージの低熱抵抗化には、パッケージ表面にヒートスプレッダーを設ける方法が一般的に知られている。図１を参照すると、半導体チップ１０４を収納するパッケージ基板１０３の表面にヒートスプレッダー１０１が装着されている。半導体パッケージ表面の熱は、熱伝導性の良いヒートスプレッダー１０１により放熱される。
【０００４】
この半導体装置を製造するのに、外部端子が形成されるパッケージ基板とヒートスプレッダーとを貼り付ける必要がある。この貼り付けには薄い接着シートが用いられる。この接着シートは薄いのでパッケージ基板、又はヒートスプレッダーのどちらかにまず貼り付けられる。次にこの接着シートを溶融するために接着シートが貼り付けられたパッケージ基板、又はヒートスプレッダーと一緒に接着シートを加熱する。パッケージ基板とヒートスプレッダーのどちらか一方を加熱しただけでは、これら両者を貼り合せた途端に加熱していない方に熱が奪われてしまう。そのため、両者を共に加熱することが行われている。この加熱により溶融した接着シートを介して両者が貼り合わされる。両者は加熱により共に熱膨張しているが、冷却が進むにつれて元の大きさに戻ろうとする。ところが、両者の熱膨張係数は異なり、熱膨張量に大きな差があるので、常温に戻った時に収縮量に大きな差が出る。その収縮量の差により発生する応力により、パッケージに反りが生じる。さらに、残留応力により製造後も経時変化が続き、ある量までは反りが増加し続ける。特に近年、多ピン化により大きいサイズのパッケージが採用される傾向があり、そうしたパッケージでは反りが大きい。
【０００５】
特許文献１には、Ｓｉチップと熱膨張差を小さくするように、チップ搭載面から反対面に貫通するＣｕ系金属とＦｅ−Ｎｉ系合金とを交互に積層され、チップ搭載面内で一方向の縞状に配置されたヒートスプレッダーを用いることが開示されている。更に図１１と段落００２９には、このヒートスプレッダーをセラミックパッケージのキャビティダウン型半導体装置に用いることが記載されている。また、段落００４８の効果欄には、このヒートスプレッダーがセラミックの熱膨張率にも近いので、セラミックパッケージにおいてもろう付けやダイボンディングでの熱歪みの問題を解消することが記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１８６２０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されたヒートスプレッダーは、比較的表面積の小さなＳｉチップとの熱膨張差を低減することを目的としているので、チップ搭載面内で一方向の縞状に配置されたもので効果あるものと考えられる。しかしながら、Ｓｉチップに比べて表面積の広いパッケージ基板と貼り合わされる場合のヒートスプレッダーは、一方向の縞状に配置されたものではその方向の熱膨張差による応力を無視できない。従って特許文献１に記載されたヒートスプレッダーを用いても、パッケージがその方向に反ってしまう問題は解消できないという課題が残る。
【０００８】
本発明の目的は、パッケージの反りが小さく、かつ放熱性の良い半導体装置とその製造方法を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、半導体パッケージの反りを小さく抑えるヒートスプレッダーを備えた半導体装置とその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１１】
本発明における半導体装置は、外部端子が設けられるパッケージ基板（３）と、パッケージ基板（３）に装着され、かつチップ搭載部を持つヒートスプレッダー（１）とを有する半導体装置において、ヒートスプレッダー（１）は、チップ搭載部の側の表面に開口を有する格子状のスリット（７）が形成されているものであることを特徴とする。
【００１２】
本発明による半導体装置において、ヒートスプレッダー（１）は、スリット（７）が当該ヒートスプレッダー（１）を貫通することにより複数のブロックに分割されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明による半導体装置において、複数のブロックは、ヒートスプレッダー（１）を形成する素材と同じ素材によって相互に結合されている。
【００１４】
本発明による半導体装置において、スリット（７）には、ヒートスプレッダー（１）を形成する素材よりも柔軟な素材（２）が充填されている。
【００１５】
本発明による半導体装置は、スリット（７）に充填される熱伝導性物質（２）を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明による半導体装置の製造方法は、ヒートスプレッダー（１）を保持シートに貼り付けるステップと、ヒートスプレッダー（１）へ厚み方向に貫通するスリット（７）を形成するステップと、ヒートスプレッダー（１）のスリットが形成された表面と外部端子（５）が形成されるパッケージ基板（３）とを加熱処理により溶融させた接着剤を用いて貼り合わせるステップと、パッケージ基板（３）と貼り合わせたヒートスプレッダー（１）のスリット（７）が形成された表面にチップ（４）を搭載するステップと、保持シートをヒートスプレッダー（１）から取り外すステップとを備えている。
【００１７】
本発明による半導体の製造方法は、ヒートスプレッダー（１）の表面にスリット（７）を形成するステップと、ヒートスプレッダー（１）のスリット（７）が形成された表面と外部端子（５）が形成されるパッケージ基板（３）とを加熱処理により溶融させた接着剤を用いて貼り合わせるステップと、パッケージ基板（３）と貼り合わせたヒートスプレッダー（１）のスリット（７）が形成された表面にチップ（４）を搭載するステップと、保持シートをヒートスプレッダー（１）から取り外すステップとを備えている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、パッケージ基板とヒートスプレッダーとを熱処理を用いて貼り合わせ、常温に戻した後でもパッケージの反りが小さく、かつ放熱性の良い半導体装置とその製造方法を提供することができる。
【００１９】
更に本発明により、半導体パッケージの反りを小さく抑えるヒートスプレッダーを備えた半導体装置とその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（実施の第１形態）
図２を参照して、本発明による半導体装置の実施の形態について説明する。図２は半導体装置を側面から見た断面図を示している。図２を参照すると、ヒートスプレッダー１にはその厚み方向に貫通している格子状のスリット２が設けられている。スリット２は、紙面の法線方向に延長している。スリット２の内部には、熱伝導性が良い熱伝導性物質２で充填されていても良い。熱伝導性物質２はヒートスプレッダーの素材よりも柔軟であり、半田ボール等の外部端子５が設けられるパッケージ基板３とヒートスプレッダー１との熱膨張率の差によりスリット２の幅が変化したとき、その幅の変化に応じて自在に幅が変化する。ヒートスプレッダー１のスリット２に熱伝導性物質２が充填されていることにより、製造上の作業性や表面への捺印性も確保される。
【００２１】
ヒートスプレッダー１は、スリット２によって複数のブロックに分割されている。そのため、ヒートスプレッダー１とパッケージ基板３との熱膨張量の差がスリットによって吸収されて減少し、パッケージの反りが減少する。
【００２２】
（実施の第２形態）
図３を参照して、実施の第２形態における半導体装置について説明する。図３は、半導体装置を側面から見た断面図を示している。ヒートスプレッダー１は、パッケージ基板のチップが搭載される側の表面に開口を有し、表面の法線方向に貫通しない格子状のスリット７を有している。こうしたスリット７を有するヒートスプレッダー１は、パッケージ基板３との熱膨張率の差がスリットにより吸収されて小さくなることで、半導体装置の反りを小さく抑えることができる。スリット７には、実施の第１形態と同じ熱伝導性物質が充填されていてもよい。
【００２３】
（実施の第３形態）
図４Ａと図４Ｂとを参照して、実施の第３形態における半導体装置について説明する。図４Ａは半導体装置を側面から見た断面図、図４Ｂは半導体装置をヒートスプレッダー１の側から見た上面図である。ヒートスプレッダー１はスリットが設けられることにより複数のブロックに分割されている。実施の第１形態と異なる点は、分割された複数のブロックが、吊りピン６によって結合されている点である。このように結合されていると、分割されたヒートスプレッダー１をパッケージ基板３に装着するときの取り扱いがしやすい。スリットには、実施の第１形態と同様の熱伝導性物質が充填されていてもよい。こうした構成の半導体装置によれば、ヒートスプレッダー１とパッケージ基板３との熱膨張率の差によるパッケージ基板３の反りが小さい。
【００２４】
（実施の第４形態）
図５Ａと図５Ｂとを参照して、実施の第４形態における半導体装置について説明する。図５Ａは半導体装置を側面から見た断面図、図５Ｂは半導体装置をヒートスプレッダー１の側から見た上面図である。ヒートスプレッダー１はスリットが設けられることにより複数のブロックに分割されている。実施の第３形態と異なる点は、隣接するブロックどうしの間が、吊りピン６に換えてヒートスプレッダー１を形成する素材により橋渡しがなされている点である。こうしたヒートスプレッダー１は、１枚の平板な素材から形成することが容易である。更に、このように結合されていると、分割されたヒートスプレッダー１をパッケージ基板３に装着するときの取り扱いがしやすい。スリットには、実施の第１形態と同様の熱伝導性物質が充填されていてもよい。こうした構成の半導体装置によれば、ヒートスプレッダー１とパッケージ基板３との熱膨張率の差によるパッケージ基板３の反りが小さい。
【００２５】
図６Ａから図６Ｅまでを参照して、本発明の実施の第１形態における半導体装置の製造方法について説明する。まず、ヒートスプレッダー１に樹脂などの保持シート８が貼り付けられる。次に保持シートに貼り付けられたままヒートスプレッダー１は格子状に複数のブロックを形成するように間隔を空けて切断され、分割される。図６Ａを参照して、分割されたヒートスプレッダー１が保持シート８により保持され、パッケージ基板３に装着されるときの形状に保持される。保持シート８としては、板状の樹脂、ガラス、又は金属を用いてもよい。次に外部端子が形成されるパッケージ基板３又はヒートスプレッダー１に接着シートが仮づけされる（図示せず）。ヒートスプレッダー１に接着シートをつける場合は、ブロックに分割する前につけておき、切断する際に接着シートを一緒に切断してもよい。図６Ｂを参照して、保持シート８に保持されたヒートスプレッダー１とパッケージ基板３とが接着シートと共に加熱されて接着シートが溶融される。次にヒートスプレッダー１とパッケージ基板３とが近づけられ、図６Ｃに示されるようにパッケージ基板３に貼り合わされる。図６Ｄを参照して、適切な加熱処理などにより保持シート８がヒートスプレッダー１から取り外される。ヒートスプレッダー１から保持シート８を取り外すタイミングについては、半導体の製造工程内でも、半導体装置の製造が終了した後でもよい。図６Ｅを参照して、半導体チップ４がヒートスプレッダー１にダイボンドされる。
【００２６】
本発明の半導体装置によれば、多ピン／大型のヒートスプレッダー付きパッケージでも、反りが減少し歩留まりが向上する。
また、実施の第１形態の半導体装置を製造するには、このように保持シート８を用いる必要があった。しかし、実施の第２、３と４形態の半導体装置を製造するには、ヒートスプレッダー１がそのままでばらばらにならないようにしているので、保持シートを用いる必要がない。そこで、まずヒートスプレッダーの表面にスリットを形成し、ヒートスプレッダーのスリットが形成された表面と外部端子が形成されるパッケージ基板とを加熱処理により溶融させた接着シートなどの接着剤を用いて貼り合わせ、パッケージ基板と貼り合わせたヒートスプレッダーのスリットが形成された表面にチップをダイボンドすることで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、関連技術におけるヒートスプレッダーを備えた半導体装置の断面図である。
【図２】図２は、本発明による半導体装置の断面図である。
【図３】図３は、本発明による半導体装置の断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明による半導体装置の断面図である
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明による半導体装置の上面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明による半導体装置の断面図である
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明による半導体装置の上面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明による半導体装置の製造方法の一ステップを示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明による半導体装置の製造方法の一ステップを示す。
【図６Ｃ】図６Ｃは、本発明による半導体装置の製造方法の一ステップを示す。
【図６Ｄ】図６Ｄは、本発明による半導体装置の製造方法の一ステップを示す。
【図６Ｅ】図６Ｅは、本発明による半導体装置の製造方法の一ステップを示す。
【符号の説明】
【００２８】
１…ヒートスプレッダー
２…熱伝導性物質
３…パッケージ基板
４…半導体チップ
５…半田ボール
６…吊りピン
７…スリット
８…保持シート
１０１…ヒートスプレッダー
【図１】
2005347528.tif 000003
【図２】
2005347528.tif 000004
【図３】
2005347528.tif 000005
【図４Ａ】
2005347528.tif 000006
【図４Ｂ】
2005347528.tif 000007
【図５Ａ】
2005347528.tif 000008
【図５Ｂ】
2005347528.tif 000009
【図６Ａ】
2005347528.tif 000010
【図６Ｂ】
2005347528.tif 000011
【図６Ｃ】
2005347528.tif 000012
【図６Ｄ】
2005347528.tif 000013
【図６Ｅ】
2005347528.tif 000014