(57)【要約】【課題】  従来のものよりも高放熱性を実現可能なＣＳＰ用放熱板及びその製造方法並びにチップサイズパッケージを提供する。【解決手段】  アルミ製の放熱板１のチップ搭載部２の上面には半導体チップ５が搭載され、半導体チップ５の上面には複数の半田ボール６が設けられており、一方、放熱板１のメタルバンプ形成部３の上面には、放熱板１と一体成型されたアルミバンプ４が１または複数設けられている。これらより構成されるＣＳＰが回路基盤に搭載される際、半田ボール６等の設けられた面方向においてアルミバンプ４及び半田ボール６を介して回路基盤と接触することで、アルミバンプ４は、半導体チップ５において発生した熱を当該回路基盤に伝える役割を持つ。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基盤に対向する面に半田ボールを有した半導体チップを搭載する半導体チップ搭載部と、
前記回路基盤に対向する面に前記半田ボールより熱伝導率の大きいメタルバンプを形成したメタルバンプ形成部と、を有することを特徴とするＣＳＰ用放熱板。
【請求項２】
前記メタルバンプは、前記ＣＳＰ用放熱板を一体成型することにより形成されることを特徴とする請求項１記載のＣＳＰ用放熱板。
【請求項３】
半田より熱伝導率の大きい金属材料部材を準備する金属材料部材準備ステップと、
前記金属材料部材を加工して半導体チップ搭載部を形成するチップ搭載部形成ステップと、
前記金属材料部材の前記半導体チップ搭載部が形成されていない部分を加工してメタルバンプを有したメタルバンプ形成部を形成するメタルバンプ形成部形成ステップと、を有することを特徴とするＣＳＰ用放熱板の製造方法。
【請求項４】
前記チップ搭載部形成ステップと、前記メタルバンプ形成部形成ステップとは、同時になされることを特徴とする請求項３記載のＣＳＰ用放熱板の製造方法。
【請求項５】
回路基盤に対向する面に半導体チップを搭載する半導体チップ搭載部と、前記回路基盤に対向する面に半田ボールより熱伝導率の大きいメタルバンプが一体成型により形成されたメタルバンプ形成部と、を有するＣＳＰ用放熱板と、
前記半導体チップ搭載部に搭載された前記回路基盤に対向する面に半田ボールを有する半導体チップと、からなることを特徴とするチップサイズパッケージ。
【請求項６】
前記ＣＳＰ用放熱板と前記半導体チップとの間には、薄膜状の熱伝導材料の接着剤層が挟入されていることを特徴とする請求項５記載のチップサイズパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チップサイズパッケージ（ＣＳＰ）に関し、特に、半導体チップから発生した熱をより放熱することの可能なＣＳＰ用放熱板及びその製造方法並びにチップサイズパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化が進むのに伴い、各搭載部品の小型化、及び高密度化の方法が検討、開発されている。そして、実装用回路基盤（以下、基盤という）に搭載される部品の内の主要部品ともいえる半導体パッケージ（半導体装置）についても高密度実装を可能にするための様々な実装方法が開発されている。
【０００３】
その半導体装置を小型化する方法の一つとして、チップサイズパッケージ（以下、ＣＳＰとする）と称される小型化された半導体パッケージを作成するパッケージ化技術が生まれ、ＩＣチップよりわずかに大きいにすぎない大きさの半導体パッケージが利用可能となった。
【０００４】
その基本構造としては、半導体チップの接続電極を有さない面及び側面を放熱板が覆うように構成され、当該半導体チップ及び当該放熱板からなるパッケージが当該接続電極を備える面において基盤に接続することで実装されるのである。
【０００５】
また、放熱板の代わりにリードフレームを用いるものであっても同様に構成される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
このような、従来の放熱板やリードフレームを用いたＣＳＰの構成の一例を図７に示す。放熱板２１には、図７（ａ）に示すように、半導体チップを搭載するためのチップ搭載部２２と、搭載された半導体チップの側面の一部或いは全部を覆うように放熱板の周囲に沿って構成された半田ボール搭載部２３とが設けられている。そして、半田ボール搭載部２３の上面には、複数の半田ボール２４が搭載されている。
【０００７】
また、半導体チップ２５の上面にも、半田ボール搭載部２３と同様に複数の半田ボール２６が搭載されている。そして、放熱板２１のチップ搭載部２２上に半導体チップ２５を、銀ペースト２７を挟入するように搭載することにより、図７（ｂ）に示すようなＣＳＰ３０が得られるのである。ここで、銀ペースト２７は、放熱板２１と半導体チップ２５との間に空間が生じることにより熱伝導が阻害されることを防止するために用いられる。
【０００８】
ＣＳＰ３０が回路基盤に搭載される際には、半田ボール２４及び２６の設けられた面方向において半田ボール２４及び２６を介して回路基盤と接触することになる。このとき、半田ボール２６は、バンプ電極として半導体チップ２５と当該回路基盤とを電気的に接続させる役割を持つのである。
【０００９】
また、放熱板２１は、放熱機能を有するのみでなくリードフレームとしての機能を併せ持っており、放熱板２１の半田ボール搭載部２３上に設けられた半田ボール２４もバンプ電極としてリードフレームとしての放熱板２１と回路基盤とを電気的に接続させる役割を持つ。従って、放熱板２１がリードフレームとして機能せず、放熱機能のみを有している場合においては、必ずしも放熱板２１の半田ボール搭載部２３上には半田ボール２４が設けられる必要はなく、半導体チップ２５にのみ半田ボール２６を備えるものであってもよい。
【特許文献１】米国特許第６３９１６８７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、半導体装置の高性能化が進むと、半導体装置から発せられる熱量も大きくなり、そのため、少しでも多くの熱を発散させる必要が生じることとなる。
【００１１】
通常このような半導体装置は、上述したように放熱板を備えており、これを通じて多くの熱を発散させているのであるが、放熱性能をより高めるために放熱板のサイズを拡げてしまうことは、小型化、高密度化という技術傾向に相反するものであるため、決して望ましいことではない。
【００１２】
また、上述したように、リードフレームが放熱板を兼用しているようなパッケージにおいては、当該リードフレームが基盤と接続しているので、電極を介して当該基盤に対して熱を伝達させることができる。しかし、この場合の接続は熱を伝えることが目的ではなく、当該電極の素材としては半田が用いられるのが通例であり、放熱板に用いられる素材と比較して熱伝導率はかなり小さく、また接触部の断面積も小さいため、決して充分に熱を伝えることはできなかった。
【００１３】
本発明は、以上の点を鑑みてなされたものであり、その目的は、従来のものよりも高放熱性を実現可能なＣＳＰ用放熱板及びその製造方法並びにチップサイズパッケージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
第１の発明は、上記の目的を達成するために、回路基盤に対向する面に半田ボールを有した半導体チップを搭載する半導体チップ搭載部と当該回路基盤に対向する面に当該半田ボールより熱伝導率の大きいメタルバンプを形成したメタルバンプ形成部とを有するＣＳＰ用放熱板を提供するものであり、更に、当該メタルバンプは当該ＣＳＰ用放熱板と一体成型することにより形成されたＣＳＰ用放熱板を提供するものでもある。
【００１５】
第２の発明は、上記の目的を達成するために、半田より熱伝導率の大きい金属材料部材を準備する金属材料部材準備ステップと、当該金属材料部材を加工して半導体チップ搭載部を形成するチップ搭載部形成ステップと、当該金属材料部材の当該半導体チップ搭載部が形成されていない部分を加工してメタルバンプを有したメタルバンプ形成部を形成するメタルバンプ形成部形成ステップと、を有するＣＳＰ用放熱板の製造方法を提供するものであり、更に、当該チップ搭載部形成ステップと当該メタルバンプ形成部形成ステップとは同時になされるＣＳＰ用放熱板の製造方法を提供するものである。
【００１６】
第３の発明は、上記の目的を達成するために、回路基盤に対向する面に半導体チップを搭載する半導体チップ搭載部と、当該回路基盤に対向する面に半田ボールより熱伝導率の大きいメタルバンプが一体成型により形成されたメタルバンプ形成部と、を有するＣＳＰ用放熱板と、当該半導体チップ搭載部に搭載された当該回路基盤に対向する面に半田ボールを有する半導体チップと、からなるチップサイズパッケージを提供するものであり、更に、当該ＣＳＰ用放熱板と当該半導体チップとの間には、薄膜状の熱伝導材料の接着剤層が挟入されているチップサイズパッケージを提供するものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、放熱板と回路基盤とが半田よりも熱伝導率の高いメタルバンプによって接続されることにより、放熱板と回路基盤とが半田バンプによって接続された従来のＣＳＰと比して、半導体チップから発生し当該放熱板へ伝わった熱の内より多くの熱を当該回路基盤まで伝えることが可能となるので、当該回路基盤等からも多くの放熱を行わせることによって本発明に係るパッケージを搭載した機器全体としての放熱効果を高め、半導体チップの高熱化による誤作動等を防止し、より信頼性のある安定した駆動を期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明のＣＳＰ用パッケージについて説明する。なお、図１から図５までの説明においては、その一辺のみにおいて回路基盤と接続可能な形状から成る放熱板を用いて説明を行うこととする。
【００１９】
図１は、本発明に係る放熱板を用いたＣＳＰの構成の概略を表す斜視図である。アルミニウムを材質とする放熱板１には、図１（ａ）に示すように、半導体チップを搭載するためのチップ搭載部２と、搭載された半導体チップの側面の一部或いは全部を覆うように放熱板の周囲に沿って構成されたメタルバンプ形成部３とが設けられている。そして、メタルバンプ形成部３の上面には、複数のアルミバンプ４が形成されている。
【００２０】
また、半導体チップ５の上面には、複数の半田ボール６が搭載されている。そして、放熱板１のチップ搭載部２上に半導体チップ５を、銀ペースト７を挟入するように搭載することにより、図１（ｂ）に示すようなＣＳＰ１０が得られるのである。ここで、銀ペースト７は、放熱板１と半導体チップ５との間に空間が生じることにより熱伝導が阻害されることを防止するために用いられる。
【００２１】
ＣＳＰ１０が回路基盤に搭載される際には、アルミバンプ４及び半田ボール６の設けられた面方向においてアルミバンプ４及び半田ボール６を介して回路基盤と接触することになる。このとき、半田ボール６は、バンプ電極として半導体チップ５と当該回路基盤とを電気的に接続させる役割を持つのである。
【００２２】
また、放熱板１は、放熱機能を有するのみでなくリードフレームとしての機能を併せ持つ場合もある。この場合においては、放熱板１のメタルバンプ形成部３に形成されたアルミバンプ４もバンプ電極としてリードフレームとしての放熱板１と回路基盤とを電気的に接続させる役割を持つのである。
【００２３】
なお、本実施例においては、放熱板１と回路基盤とを接続する役割を担うものとしてアルミバンプ４を用いているが、本発明に係るＣＳＰはこのようなものに限らず、銅、銀などの半田よりも熱伝導率の高い金属であればよく、更には、半田よりも熱伝導率の高い材質であれば、金属以外の材質よりなるものであってもよい。
【００２４】
また、本実施例においては、放熱板１とアルミバンプ４とが同一の素材より構成されているが、本発明に係るＣＳＰはこのようなものに限らず、それぞれ別個の素材により構成されるものであってもよい。但し、放熱板と回路基盤とを接続する役割を担う部材が当該放熱板と同一の材質から構成されるのであれば、後述するように、それぞれを別個形成するのではなく一体成型により得ることも可能であるので、より望ましいと言える。
【００２５】
また、本実施例においては、放熱板１と半導体チップ５との間に銀ペースト７が挟み込まれているものであったが、本発明はこれに限らず、その他の熱伝導シートを使用するものであってもよく、また、何も挟み込まないものであってもよい。
【００２６】
また、本発明に係るＣＳＰにおいて、アルミバンプ４の高さが半田ボール６の高さと略一定となるように構成されることにより、略平面構造を有する回路基盤に当該ＣＳＰを搭載した際には、アルミバンプ４及び半田ボール６と当該回路基盤との間に隙間が生ずることなく、すべてのアルミバンプ４及び半田ボール６が当該回路基盤と接することができることとなる。
【００２７】
更に、図１において、半導体チップ５が放熱板１に搭載された状態における半導体チップ５の上面とメタルバンプ形成部３の上面の高さは、略同一の高さとなるように描かれているが、それぞれの上面の高さは必ずしも同一でなくてもよい。それぞれの上面の高さが異なる場合には、アルミバンプ４の高さと半田ボール６の高さとを変化させることによって、アルミバンプ４及び半田ボール６を設けた状態におけるアルミバンプ４及び半田ボール６の高さが略一定の高さになるものであればよい。
【００２８】
また、図１におけるＣＳＰは、その構成の概略を示しているに過ぎず、各部品の寸法比、形状、配置位置等はこの図のものに限定されるものではなく、またこれらの部材以外のものを含むものであってもよい。
【００２９】
また、図１（ａ）及び（ｂ）の各図は、本発明に係るＣＳＰの製造工程を表すものでなく、その構成を説明するために便宜的に描かれたものに過ぎない。
【００３０】
次に、本発明に係るＣＳＰにおける、半導体チップ５より発生した熱が放熱される際の熱の伝わり方について、従来のＣＳＰと比較した際の違いを模式的に表した図を、図２に示す。
【００３１】
図２において、（ａ）は従来のＣＳＰにおける熱の伝わり方を表したものであり、（ｂ）は本発明に係るＣＳＰにおける熱の伝わり方を表したものである。ここでは、熱の伝わる様子、及び熱の放たれる様子を矢印を用いて表しており、伝わる或いは放たれる熱の量に応じて矢印の太さを変化させることによりその違いを表すものである。
【００３２】
図２（ａ）では、半導体チップ５において発生した熱の大半が放熱板１に伝わると、放熱板１に用いられる材質の高熱伝導性能により、当該熱は素早く放熱板１全体に拡がり、その表面より外部に放たれることとなる。また、一部の熱は、半導体チップ５より直接、或いは放熱板１より、半田ボール６を介することで回路基盤８に伝わることとなるが、半田における熱伝導率は、放熱板１に用いられるアルミニウムと比較するとかなり小さいので、回路基盤８に伝わる熱の総量は、半導体チップ５において発生した熱の内の極わずかに過ぎない。
【００３３】
一方の図２（ｂ）では、半導体チップ５において発生した熱が放熱板１の表面より外部に放たれる点については（ａ）と共通である。しかし、放熱板１と回路基盤８とはアルミバンプ４を介して接続しているので、（ａ）と比較してより多くの熱を回路基盤８に伝えることが可能となる。
【００３４】
このような構成をとることにより、従来のＣＳＰと比較して回路基盤８からはより多くの放熱が可能となるので、システム全体としての放熱量を多くすることが可能となるのである。
【００３５】
本発明に係るＣＳＰ用放熱板の内の１つの実施形態は、放熱板１と回路基盤８とを接続するメタルバンプが放熱板１と同一素材より成り、放熱板１と一体成型することにより放熱板１に設けられているものである。この場合におけるＣＳＰ用放熱板の製造方法の一例を図３から図５に示す。
【００３６】
なお、以下に示す例はいずれも放熱板の一辺のみにメタルバンプ形成部３が設けられた場合のものであるが、本発明はこれに限らず、二辺以上、或いは四辺ともにメタルバンプ形成部３が設けられたものであってもよい。
【００３７】
図３は、放熱板を構成するための金属板の１辺を折曲することにより得られたバンプ搭載部にメタルバンプを形成する方法を示す図である。
【００３８】
まず最初に、放熱板の原型となるアルミ製の金属板１１を用意し（図３（ａ））、その一辺について、半導体チップ５を搭載しようとする側に略直角となるよう断面Ｌ字状に折曲する（図３（ｂ））。これにより、半導体チップ５を搭載するためのチップ搭載部２及びアルミバンプ４を形成するためのバンプ搭載部１２が形成され、放熱板１の原型が作成される。このとき、最終的に得られるメタルバンプ形成部３の高さを考慮した上で、形成されたバンプ搭載部１２の高さが所望の高さとなるように曲折されるのである。
【００３９】
次に、バンプ搭載部１２の上面において更に金型１３を用いたプレス加工等の加工処理を施すことにより、アルミバンプ４が一体的に形成されたメタルバンプ形成部３を有する放熱板１が形成される（図３（ｃ））。そしてこの時点において、メタルバンプ形成部３の高さが最終的に求められる高さとなるように調整されるのである。
【００４０】
放熱板１の表面に放熱効果を高めるための別個の処理を施す場合には別途工程を追加する必要があるが、表面に放熱効果を高めるための処理を特に施さない場合には、極めて簡単に本発明に係る放熱板を形成することが可能な点において有用な方法である。
【００４１】
図４は、すでに従来のタイプの放熱板の構造が完成している状態からプレス加工等により、本発明に係る放熱板を形成する方法を示す図である。
【００４２】
この場合、最初に、既にチップ搭載部２及びバンプ搭載部１２の設けられた放熱板１を用意する（図４（ａ））。ここで、既にチップ搭載部２及びバンプ搭載部１２の設けられた放熱板１は、アルミニウム製材料を切削、鍛造、鋳造等の金属加工により予め作成しておいたものであっても、或いはその形状で製品化されているものであってもよい。
【００４３】
そして、バンプ搭載部１２の上面において金型１３を用いたプレス加工等の加工処理を施すことにより、アルミバンプ４が一体的に成型されたメタルバンプ形成部３を有する放熱板１が形成されるのである（図４（ｂ））。
【００４４】
放熱板表面に、表面積を増やすなどの放熱効果を高めるための処理がなされた放熱板の場合には、上記図３に示す製法では製造できないが、本方法によれば、従来のＣＳＰ用の放熱板の形成後に、メタルバンプを形成する工程を１つ追加することで可能であるので、比較的容易に本発明に係る放熱板に設計変更が可能である点において有用な方法である。
【００４５】
また、図５においては、プレス加工等によりメタルバンプ形成部３及びアルミバンプ４を同時に形成することで、本発明に係る放熱板を形成する方法を示す図である。
【００４６】
この場合には、放熱板を構成する材質であるアルミ製の金属板または金属塊１４を用意し（図５（ａ））、これに対して金型１５を用いたプレス加工等の加工処理を施すことにより、チップ搭載部２とアルミバンプ４が一体的に成型されたメタルバンプ形成部３とを有する放熱板１が形成されるのである（図５（ｂ））。
【００４７】
この方法の場合、原材料の状態から１工程で目的物となる放熱板が成型可能であるので、作業工程の簡素化という点において有用な方法である。
【００４８】
上記図３から図５において説明した方法においては、主としてプレス加工による加工処理を用いて説明を行ったが、本発明はプレス加工を用いた方法に限られず、その他、冷間鍛造、切削、放電加工、鋳造などの方法によっても可能であり、同一の原材料から一体化して成型されるものであればよく、その加工手段については上記例に限定されるものではない。
【００４９】
また、図３から図５に示した方法も、本発明に係る放熱板の製造方法の一例に過ぎず、放熱板１とアルミバンプ４とが同一の原材料から一体化して成型されるものであれば本明細書における説明と異なる工程を用いるものであってもよく、その製造工程を限定するものではない。
【００５０】
以上、本発明に係るＣＳＰ用放熱板及びＣＳＰについて、放熱板の一辺のみにメタルバンプ形成部３が設けられた場合のものを例に説明をしてきたが、本発明は、二辺以上、或いは四辺ともにメタルバンプ形成部３が設けられたものも包含するものであり、図６にその変形例を示す。
【００５１】
図６（ａ）は、本発明に係る放熱板１のアルミバンプ４の形状を変形した場合の実施例である。
【００５２】
また、図６（ｂ）は、本発明に係る放熱板１の四辺のうちの二辺にメタルバンプ形成部３が設けられている場合の実施例である。
【００５３】
更に、図６（ｃ）は、本発明に係る放熱板１の四辺のうちの三辺にメタルバンプ形成部３が設けられている場合の実施例である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明における放熱板を用いたＣＳＰの構成の概略を表す斜視図である。
【図２】従来及び本発明のＣＳＰにおける熱の伝わり方を示す概略図である。
【図３】本発明に係る放熱板の製造方法の第１の例を示す図である。
【図４】本発明に係る放熱板の製造方法の第２の例を示す図である。
【図５】本発明に係る放熱板の製造方法の第３の例を示す図である。
【図６】本発明に係るＣＳＰの変形例を示す斜視図である。
【図７】従来の放熱板を用いたＣＳＰの構成の概略を表す斜視図である。
【符号の説明】
【００５５】
１、２１  放熱板
２、２２  チップ搭載部
３  メタルバンプ形成部
４  アルミバンプ
５、２５  半導体チップ
６、２４、２６  半田ボール
７、２７  銀ペースト
８  回路基盤
１０、３０  ＣＳＰ
１１  金属板
１２  バンプ搭載部
１３、１５  金型
１４  金属塊
２３  半田ボール搭載部
【図１】
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【図２】
2005322741.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005322741.tif 000007
【図６】
2005322741.tif 000008
【図７】
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