(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）第一押圧面を有する第一金型と、第二押圧面を含む凹部を有する第二金型と、を接合することにより、キャビティを形成するモールド金型を準備する工程と、
（ｂ）前記（ａ）の工程の後、少なくとも１つの半導体チップが搭載された基板を前記第一押圧面に設置し、前記凹部の内面に金属製のシート材を設置する工程と、
（ｃ）前記（ｂ）の工程の後、前記第一金型と前記第二金型とを互いに押圧して、前記キャビティの内部に充填されたモールド樹脂に前記半導体チップを封入するとともに前記シート材を前記モールド樹脂に圧接して半導体装置を成形する押圧工程と、を含み、
前記半導体装置は、平面視において、第１辺と、前記第１辺と交差し、前記第１辺と同じ長さであるか又は前記第１辺よりも長さが短い第２辺を有し、
前記モールド金型は、平面視において、前記第二金型の前記凹部の内面に前記半導体装置の前記第２辺の長さよりも小さな間隔で分散形成された複数の開口部を有し、前記開口部の外径は前記シート材の膜厚の５倍から５０倍の大きさを有し、圧接される前記シート材および前記モールド樹脂に、前記開口部に対応する凸部を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第二金型の前記複数の開口部同士の中心間距離は前記シート材の膜厚の１０倍から１００倍であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記複数の開口の少なくとも一部を前記キャビティの外部から吸引して、前記シート材を前記キャビティ内面に吸着した状態で前記圧接を行う請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記押圧工程では、前記モールド樹脂のガラス転移温度以上に前記モールド樹脂を加熱した状態で前記モールド金型に高圧の封止圧を負荷することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記モールド樹脂のガラス転移温度は１７０〜１８０℃であることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
（ｄ）前記（ｃ）の工程の後、封止圧を負荷したまま前記モールド樹脂をガラス転移温度以下に冷却して硬化させ、前記モールド樹脂と前記シート材とを接合させることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
（ｅ）前記（ｄ）の工程の後、前記モールド金型に負荷されていた前記封止圧を除去し、前記第一金型と前記第二金型とのクランプを解除して、一体成形された複数の前記半導体装置を離型することを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
（ｆ）前記（ｅ）の工程の後、一体成形された複数の前記半導体装置をダイシングにより個片化することを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記開口部は、格子状又は千鳥状の規則的パターン、或いはランダムパターンにて、前記凹部の内面に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記シート材は、膜厚が０．０５ｍｍから０．５ｍｍまでの金属材料からなること特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記シート材は、膜厚が０．１２５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下の金属材料からなること特徴とする請求項１に記載の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、半導体装置の製造方法、半導体装置およびモールド金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術に関し、下記特許文献１には、ＢＧＡ（Ball Grid Array）パッケージをモールド樹脂で封止成形するためのモールド金型の発明が記載されている。
このモールド金型は、キャビティの天井面を半導体チップの上部において膨出させ、放熱板（ヒートスプレッダ）を湾曲させた状態でモールド樹脂に接合することで、経時的なモールド樹脂のシュリンクによる半導体基板の反りを防止している。
このため、半導体チップの封止成形時には、ヒートスプレッダの中央が膨らんで全体に湾曲するよう、上金型のキャビティ内面を上に凸形状としたうえで、ヒートスプレッダの中央に対向する一つの吸着孔を真空吸引してヒートスプレッダを撓ませている。
【０００３】
下記特許文献２には、いわゆるフリップチップタイプの半導体装置において、ヒートスプレッダの下面のうち、フリップチップと当接する領域の周囲に予め凹凸を形成しておくことにより、モールド樹脂とヒートスプレッダとの接合強度を向上する発明が記載されている（特に、同文献の図１１を参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−９６０９４号公報
【特許文献２】特開２０００−３４９２０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の発明は、ヒートスプレッダの全体を弓形に反らせることでモールド樹脂の全体的なシュリンクを吸収するものであるが、ヒートスプレッダとモールド樹脂との間に十分な密着性を得ることはできなかった。
上記特許文献２に記載の発明はフリップチップタイプの半導体装置に関するものである。このため、ヒートスプレッダはフリップチップの上面に接合され、その周囲の一部のみに凹凸が形成されている。また、モールド樹脂はフリップチップの全体を封止するものではなく、一般にヒートスプレッダとの接合圧も高いものではない。したがって、上記特許文献２の発明によっても、ヒートスプレッダとモールド樹脂との間に十分な密着性を得ることはできなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の半導体装置の製造方法は、平板状のヒートスプレッダを、封止成形される半導体装置の単位パッケージサイズよりも小さな間隔で複数の開口が分散形成されたキャビティ内面に設置し、
前記キャビティの内部に充填されて半導体チップを封止した樹脂に前記ヒートスプレッダを圧接することにより、前記ヒートスプレッダおよび前記樹脂に、前記開口に対応する凸部を形成することを特徴とする。
【０００７】
上記発明によれば、キャビティに充填された樹脂とヒートスプレッダを圧接した場合に、開口に対応する局所的な領域においてヒートスプレッダが樹脂とともに膨出して凸部が形成される。これにより、ヒートスプレッダと樹脂との接合面には、膨出した凸部と、これを除く平坦な部分とが存在することになる。よって、ヒートスプレッダと樹脂とは大きな接合面積をもって互いに接合され、また、ヒートスプレッダの剥離の伸展が凸部によって停止されることとなるため、ヒートスプレッダと樹脂とは高い接合力をもって強固に接合される。したがって、本発明により製造される半導体装置は、ヒートスプレッダと樹脂との間に高い剥離強度と良好な熱伝導性が得られる。
【０００８】
また、本発明の半導体装置は、半導体チップと、前記半導体チップを封止したモールド樹脂と、前記半導体チップに対向して前記モールド樹脂に接合されたヒートスプレッダとを備え、
前記ヒートスプレッダが、膨出形成された複数の凸部を備えることを特徴とする。
【０００９】
上記発明によれば、樹脂とヒートスプレッダとの接触面積が増大するため、平坦なヒートスプレッダに比べて放熱面積が拡大し、良好な熱拡散力や放熱力を得ることができる。また、ヒートスプレッダの剥離が凸部によって防止されるため、取扱工程における外力負荷や、経時的な使用環境下における熱サイクル負荷などの要因に対しても、安定した放熱能力を持続することのできる半導体装置を得ることができる。
【００１０】
本発明のモールド金型は、半導体チップが搭載された基板をセットする第一金型と、前記第一金型と組み合わせることでキャビティが形成される第二金型と、を含み、前記キャビティに充填したモールド樹脂で前記半導体チップを封止して一つまたは複数の半導体装置を封止成形するモールド金型であって、
前記第二金型のキャビティ内面に、複数の開口が、前記成形される半導体装置の単位パッケージサイズよりも小さな間隔で分散形成されていることを特徴とする。
【００１１】
上記のモールド金型を用いることにより、上記発明にかかる半導体装置の製造方法が実現される。また、かかるモールド金型を用いることにより、ヒートスプレッダと樹脂との良好な接合が実現される。これにより、本発明によれば、半導体装置のパッケージサイズによらずモールド金型を汎用的に用いることができるため、半導体装置の種類ごとにモールド金型を個別に設計・製造したり、封止成形工程においてモールド金型をその都度交換したりする必要がない。
【００１２】
なお、上記発明において開口が対向面に均等に分散されているとは、封止成形される半導体装置のパッケージごとに、対応する開口の個数に極端なアンバランスのない状態をいい、本発明の効果を奏する限りにおいて、開口の形成位置に厳密な規則性や均一性を要するものではない。
【００１３】
なお、モールド金型をはじめとする本発明の各種の構成要素は、個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、ある構成要素が他の構成要素の一部であること、ある構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等でもよい。
【００１４】
また、本発明による半導体装置の製造方法を説明するにあたり、複数の工程を順番に記載することがあるが、明示の場合を除き、その記載の順番は工程を実行する順番を必ずしも限定するものではない。また、複数の工程は、明示の場合を除き、個々に相違するタイミングで実行されることに限定されず、ある工程の実行中に他の工程が発生すること、ある工程の実行タイミングと他の工程の実行タイミングとの一部ないし全部が重複していること、等でもよい。例えば、基板を第一金型にセットする工程とヒートスプレッダを第二金型にセットする工程の前後関係や、基板を第一金型にセットする工程とキャビティの内部にモールド樹脂を充填する工程の前後関係などがこれにあたる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の半導体装置の製造方法およびこれに用いるモールド金型によれば、ヒートスプレッダとモールド樹脂との間に高い接合力を得ることができる。また、本発明の半導体装置は、かかる高い接合力をもってヒートスプレッダとモールド樹脂とが接合されているため、両者の剥離に対する耐性に優れ、また高い熱伝導性が得られることから半導体チップにおける発熱をヒートスプレッダによって良好に拡散および放熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１７】
＜第一実施形態＞
図１（ａ）は、本実施形態のモールド金型１０の一例を示す斜視図である。モールド金型１０は、第一金型１２と第二金型１４とを組み合わせて用いられる。
図２は第一金型１２と第二金型１４とを接合したモールド金型１０の側面図である。
図３（ａ）は、本実施形態の第二金型１４の平面図であり、同図（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図である。
図４（ａ）は、本実施形態のモールド金型１０により封止成形される半導体チップ５０が搭載された基板５４の側面図であり、同図（ｂ）はその平面図（下面図）である。
【００１８】
はじめに、本実施形態のモールド金型１０の概要について説明する。
モールド金型１０は、半導体チップ５０が搭載された基板５４をセットする第一金型１２と、第一金型１２と組み合わせることでキャビティ２０が形成される第二金型１４と、を含み、キャビティ２０に充填したモールド樹脂７０（図５を参照）で半導体チップ５０を封止して、一つまたは複数の半導体装置８０（図５を参照）を封止成形する金型である。
そして、モールド金型１０は、第二金型１４のキャビティ内面２４に、複数の開口２２が、成形される半導体装置８０の単位パッケージサイズＬよりも小さな間隔で分散形成されている。
【００１９】
次に、本実施形態のモールド金型１０、これを用いた半導体装置８０の製造方法、および半導体装置８０について詳細に説明する。
【００２０】
＜モールド金型＞
第一金型１２と第二金型１４は、それぞれ鉄系などの金属材料からなり、第一金型１２の押圧面（第一押圧面３２）と第二金型１４の押圧面（第二押圧面３４）とを接合することでキャビティ２０がモールド金型１０の内部に形成される。第一金型１２と第二金型１４の両方がキャビティ凹部を備えてもよく、一方が平板状で他方のみがキャビティ凹部を備えてもよい。
【００２１】
本実施形態では、第二金型１４に直方体状のキャビティ凹部２１が設けられ、第一金型１２は平板状に構成されている。
第二金型１４のキャビティ内面２４は、キャビティ凹部２１の底面である対向面２４ａと、その周囲に立設された周面２４ｂとから構成されている。そして、第一金型１２と第二金型１４とを接合することにより、第一金型１２の平坦な第一押圧面３２と、第二金型１４のキャビティ内面２４とで囲まれる空間領域としてキャビティ２０が形成される。
かかるキャビティ２０の内部に半導体チップ５０およびヒートスプレッダ６０とともにモールド樹脂７０を収容して、モールド金型１０に封止圧を負荷することで、半導体パッケージが成形される。
【００２２】
本実施形態のモールド金型１０は、ＭＡＰ（Mold Array Package）方式で複数の半導体チップ５０を一括封止成型して複数の半導体パッケージを一体として成形するものである。
ＭＡＰ方式とは、複数の半導体チップをモールド樹脂で同時に封止して複数の半導体パッケージを一体に成形し、後の工程にてこれらをダイシングにより個片化する半導体装置の製造方法をいう。
そして本実施形態のヒートスプレッダ６０は、半導体パッケージの上面、すなわち半導体チップ５０に対向する位置に接合される。
【００２３】
本実施形態では第二金型１４のキャビティ内面２４のうち、半導体チップ５０に対向する対向面２４ａに、複数の開口２２が均等に分散形成されている。
そして、複数の開口２２のうちの一部または全部は、第二金型１４のキャビティ外部と連通している。すなわち、第二金型１４には通気孔２６が設けられ、通気孔２６の一端は第二金型１４の外部に設けられ、他端はキャビティ凹部２１の対向面２４ａに開口２２として形成されている。
【００２４】
開口２２は、ヒートスプレッダ６０に負荷される封止圧を逃がすことにより、モールド樹脂７０とともにヒートスプレッダ６０を局所的に膨出させるものである。すなわち、所定の封止圧が負荷されたヒートスプレッダ６０は、平坦な対向面２４ａに全体を当接させつつ、開口２２に面した領域のみ局所的に膨出する。そして、ヒートスプレッダ６０は、封止圧と弾性復元力とが釣り合うだけの歪を開口２２において生じる。
【００２５】
なお、ヒートスプレッダ６０は、対向面２４ａの開口２２を覆って設置される。これにより、開口２２からモールド樹脂７０が漏出することはない。
また、ヒートスプレッダ６０は対向面２４ａに直接載置されてもよく、またはヒートスプレッダ６０を接合したフィルム材を対向面２４ａに載置してもよい。
そして、第二金型１４の外部と連通した通気孔２６を吸引することで、ヒートスプレッダ６０を開口２２に吸着保持することができる。
なお、第二金型１４に設けられる通気孔２６は、図２に示すように分岐のない一本管路でもよく、または途中で分岐して複数の開口２２と互いに連通する分岐管路でもよい。
【００２６】
開口２２は、キャビティ内面２４のうち、ヒートスプレッダ６０を吸着保持する面に設けられる。本実施形態の場合、平板状のヒートスプレッダ６０は対向面２４ａにのみ設置されてモールド樹脂７０と圧接されることから、開口２２は対向面２４ａのみに設けられている。
これに対し、半導体パッケージを個別封止成形する場合などで、モールド樹脂７０のうち半導体チップ５０と対向する上面のみならず、その側面にもヒートスプレッダ６０を接合する場合には、第二金型１４の対向面２４ａと周面２４ｂに対してヒートスプレッダ６０を予め設置してからモールド樹脂７０と圧接する。したがって、かかる場合は、キャビティ内面２４のうち対向面２４ａと周面２４ｂに対して、開口２２をともに形成しておくとよい。
なお、開口２２の具体的な位置や形状、寸法などの形成態様については後述する。
【００２７】
＜半導体チップおよび基板＞
図４に示す基板５４には製品エリア５４ａと、その周囲のクランプエリア５４ｂとが区画形成されている。本実施形態の場合、製品エリア５４ａは縦横ともさらに複数の単位製品エリア５５に区画形成されている。単位製品エリア５５は正方形状であり、その一辺の長さが単位パッケージサイズＬにあたる。
本実施形態の製品エリア５４ａは、図４に示すように単位パッケージサイズＬの２倍の縦寸法と、６倍の横寸法を有している。ただし、本発明においては、半導体チップ５０を個別封止成形する場合、製品エリア５４ａが唯一の単位製品エリア５５を備えていればよい。また、複数の半導体チップ５０を一括封止成形する場合には、上記以外の複数個の単位製品エリア５５を備えていてもよい。なお、本発明においては、単位製品エリア５５は正方形状に限られず、例えば短辺と長辺とを有する長方形状であってもよい。この場合、短辺の長さを単位パッケージサイズＬとする。
単位パッケージサイズＬは半導体装置８０によって様々であるが、５〜５０ｍｍ程度が一般的である。
【００２８】
基板５４には、個々の単位製品エリア５５ごとにリード配線や金属パッド（いずれも図示せず）が形成されている。そして、半導体チップ５０は単位製品エリア５５ごとに搭載され、ワイヤ５２によって基板５４とボンディングされている。
したがって、本実施形態のモールド金型１０により封止成形される半導体装置８０は、いわゆるワイヤボンディングタイプである。
基板５４には、例えばガラスエポキシ樹脂やアラミド樹脂などの樹脂材料を用いることができる。
【００２９】
＜半導体装置の製造方法＞
図５（ａ）から（ｃ）は、本実施形態の半導体装置８０の製造方法を示す説明図である。
図６は、キャビティ内面２４に分散形成された開口２２と、基板５４の単位製品エリア５５とを位置あわせした状態を示す模式図である。
【００３０】
はじめに、本実施形態による半導体装置８０の製造方法の概要について説明する。
本実施形態の半導体装置８０の製造方法は、平板状のヒートスプレッダ６０を、封止成形される半導体装置８０の単位パッケージサイズＬよりも小さな間隔Ｐで複数の開口２２が分散形成されたキャビティ内面２４に設置し、キャビティ２０の内部に充填されて半導体チップ５０を封止した樹脂（モールド樹脂７０）に圧接することにより、ヒートスプレッダ６０およびモールド樹脂７０に、開口２２に対応する凸部６６を形成するものである。
【００３１】
次に、本実施形態による半導体装置８０の製造方法について詳細に説明する。
図５（ａ）は、半導体チップ５０が搭載された基板５４を第一金型１２に配置する基板配置工程と、平板状のヒートスプレッダ６０をキャビティ２０の内面（対向面２４ａ）に設置する設置工程とをおこなった状態を示す図である。
【００３２】
第一金型１２の第一押圧面３２は、基板５４を内包する寸法を備えている。そして基板５４は、製品エリア５４ａとクランプエリア５４ｂ（図４を参照）の全体が第一押圧面３２にセットされる（配置工程）。なお、第一金型１２の内部には、図示しない吸着孔を設けて基板５４を第一押圧面３２に吸着保持してもよい。
【００３３】
第二金型１４のキャビティ凹部２１は、製品エリア５４ａを内包する寸法である。そして平板状のヒートスプレッダ６０を対向面２４ａにセットする（設置工程）。ヒートスプレッダ６０の具体的な寸法は、対向面２４ａと同等またはこれよりも小さく、すべての開口２２を掩蔽する寸法である。
このとき、通気孔２６を真空ポンプなどの吸引装置（図示せず）で吸引して内部を負圧とすることで、ヒートスプレッダ６０は開口２２に吸着され、対向面２４ａに対して位置決めされる。
【００３４】
図５（ｂ）は、第一金型１２と第二金型１４とを互いに押圧して、キャビティ２０の内部に充填されたモールド樹脂７０に半導体チップ５０を封入するとともにヒートスプレッダ６０をモールド樹脂７０に圧接して半導体装置８０を成形する押圧工程を行う状態を示す図である。
かかる押圧工程により、圧接されるヒートスプレッダ６０およびモールド樹脂７０には、開口２２に対応する凸部６６が形成される。
【００３５】
ヒートスプレッダ６０には、高い熱伝導性を得る観点から、銅などの金属材料を用いる。また、個々の半導体装置８０ごとに均一な熱拡散力および放熱力を得るため、ヒートスプレッダ６０には板厚（ｔ）が均一な平板状のものを用いるとよい。また、ヒートスプレッダ６０には、表面にめっき処理や粗面化処理などの表面処理をおこなってもよい。
【００３６】
ヒートスプレッダ６０の板厚（ｔ）は特に限定されないが、０．０５ｍｍから０．５ｍｍのシート材を用いるとよい。このうち、十分な熱容量を確保する観点からは０．１２５ｍｍ以上が好ましく、押圧工程にて局所的に膨出変形して凸部６６が形成される程度の可撓性を得る観点からは０．３ｍｍ以下が好ましい。
【００３７】
モールド樹脂７０には、エポキシ系樹脂などの熱硬化性樹脂を用い、硬化剤や、シリカなどのフィラーを混合して用いるとよい。
【００３８】
半導体チップ５０をモールド樹脂７０に封入する態様としては、大別してトランスファー成型法と圧縮成型法の二通りの方法をいずれも用いることができる。
トランスファー成型法では、第一金型１２と第二金型１４とを互いにクランプしてキャビティ２０を形成し、キャビティ２０と連通するランナーを通じて溶融状態のモールド樹脂７０を供給してから、第一金型１２と第二金型１４とを押圧する。
圧縮成型法では、プリフォーミングした半溶融状態のモールド樹脂７０を予めキャビティ凹部２１にセットした状態で、第一金型１２と第二金型１４とをクランプして両者を押圧する。
【００３９】
半導体チップ５０が搭載された基板５４のクランプエリア５４ｂを第一押圧面３２と第二押圧面３４によって挟持された状態で、第一金型１２と第二金型１４とはクランプされる。これにより、製品エリア５４ａに搭載された半導体チップ５０およびワイヤ５２はキャビティ２０の内部にセットされて、ヒートスプレッダ６０と対向する。また、クランプエリア５４ｂがシールとなるため、第一押圧面３２と第二押圧面３４との間からモールド樹脂７０が漏出することはない。
そして、基板５４とヒートスプレッダ６０との間をモールド樹脂７０で充填することにより、半導体チップ５０とワイヤ５２はモールド樹脂７０で絶縁保護され、単位製品エリア５５の数量に相当する複数の半導体装置８０（半導体パッケージ）が一体成型される。
【００４０】
なお、押圧工程は、熱硬化性樹脂のガラス転移温度以上にモールド樹脂７０を加熱した状態で行う。一例として、１７０〜１８０℃程度の温度を上げることができる。かかる加熱状態でモールド樹脂７０を溶融させ、モールド金型１０に高圧の封止圧（PSL）を負荷することでモールド樹脂７０の内部にボイドが生じることを防ぐ。
【００４１】
そして、封止圧（PSL）を負荷したままモールド樹脂７０をガラス転移温度以下に冷却して硬化させことにより、モールド樹脂７０とヒートスプレッダ６０とが接合されるとともに、半導体パッケージが成型される。
その後、モールド金型１０に負荷されていた封止圧を除去し、第一金型１２と第二金型１４とのクランプを解除して、半導体パッケージを離型する。
【００４２】
このとき、本実施形態による半導体装置８０の製造方法によれば、封止圧を除去したことで、通気孔２６の内部に膨出していたヒートスプレッダ６０が弾性復元力により平坦に回復しようとする。しかし、凸部６６の内部ではモールド樹脂７０が膨出して既に硬化しているため、ヒートスプレッダ６０は膨出部７２（図５（ｃ）を参照）を凝集させる方向に付勢力を与えるとともに、膨出部７２に対して密着する。
【００４３】
本実施形態では、複数の開口２２の少なくとも一部をキャビティ２０の外部から吸引して、ヒートスプレッダ６０をキャビティ内面２４に吸着した状態で上記の圧接を行う。
図５（ｂ）に示すように、通気孔２６を真空吸引することにより、開口２２から露出したヒートスプレッダ６０には吸引圧（PVC）が負荷される。なお、本実施形態において通気孔２６を真空吸引するとは、雰囲気圧に対して負圧を形成することを意味するものであり、真空度の高低は任意である。
【００４４】
このように本実施形態では、モールド金型１０に負荷する封止圧（PSL）と、通気孔２６を吸引する吸引圧（PVC）により、開口２２から露出したヒートスプレッダ６０を通気孔２６の内部に膨出させて凸部６６を形成し、ヒートスプレッダ６０とモールド樹脂７０との高い接合力を得ている。
【００４５】
＜半導体装置＞
図５（ｃ）は、ＭＡＰ方式により一括封止成型された半導体パッケージを、ダイシングにより単位製品エリア５５ごとに個片化してなる半導体装置８０の断面図である。同図（ｂ）とは上下を反転させている。
【００４６】
本実施形態の製造方法により得られる半導体装置８０は、半導体チップ５０と、これを封止したモールド樹脂７０と、半導体チップ５０に対向してモールド樹脂７０に接合されたヒートスプレッダ６０とを備え、ヒートスプレッダ６０が、膨出形成された複数の凸部６６を備えている。
また、ヒートスプレッダ６０には、膨出部６２同士の間にはフラットな平坦部６４が形成されている。
半導体チップ５０は、いわゆるワイヤボンディングタイプであり、基板５４側の下面を除く全体がモールド樹脂７０により封止されている。
【００４７】
本実施形態の半導体装置８０においては、モールド樹脂７０が、ヒートスプレッダ６０の凸部６６に対応して膨出し、膨出部７２が形成されている。
そして、ヒートスプレッダ６０の表面側に突出する膨出部６２，７２によって、半導体装置８０には凸部６６が構成されている。凸部６６は、ヒートスプレッダ６０の全面に分散して形成されている。
【００４８】
かかる半導体装置８０は、一例として、上述の製造方法により製造することができる。
【００４９】
このほか、本実施形態の半導体装置８０は、プレス絞り加工等によって予め膨出部６２を形成したヒートスプレッダ６０をモールド樹脂７０に接合することによっても作成することができる。
【００５０】
本実施形態の半導体装置８０には、それぞれ４個以上の凸部６６が形成されている。このように単位パッケージごとに４個以上の凸部６６を設け、特にこれを二次元平面的に、すなわち一直線状以外の配置で分散形成することにより、ヒートスプレッダ６０とモールド樹脂７０との高い接合力をヒートスプレッダ６０の全面に亘って得ることができる。
【００５１】
図５（ｃ）に示す本実施形態の半導体装置８０の場合、単位パッケージの各辺に３個、合計９個の凸部６６が分散形成されている。
【００５２】
また、凸部６６の外径（Ｄ）は、ヒートスプレッダ６０の板厚（ｔ）の５〜５０倍が好ましい。また、凸部６６同士の間隔（Ｐ）、すなわち凸部６６同士の中心間距離は、ヒートスプレッダ６０の板厚（ｔ）の１０〜１００倍が好ましい。
【００５３】
＜開口の形成態様＞
半導体装置８０に好適な凸部６６を形成することのできる第二金型１４の開口２２の形成態様について以下説明する。
【００５４】
開口２２の形状は円形が好ましい。開口２２が円形であることによって、すなわちコーナー部を有さないことによって、ヒートスプレッダ６０が膨出してなる凸部６６にはボイドが生じにくい。また、開口２２が円形であることにより、封止成形時にヒートスプレッダ６０の膨出部６２に作用する応力集中が円形に平準化されてヒートスプレッダ６０の破断が防止される。また、半導体装置８０に形成される凸部６６が円形であることにより、これがヒートスプレッダ６０とモールド樹脂７０との剥離の開始点となることが防止される。
【００５５】
また、隣接する開口２２同士の間隔（Ｐ）、すなわち開口２２同士の中心間距離は、これらが互いに接することのないよう、開口２２の直径（φ）の１．１倍以上であることが好ましい。また、封止圧（PSL）の負荷に対する第二金型１４の強度を十分に確保し、また、平坦部６４と膨出部６２とをバランスよく形成してヒートスプレッダ６０の高い接合力を得る観点からは、開口２２同士の中心間距離を、開口２２の直径（φ）の２倍以上とするとよい。なお、第二金型１４の開口２２同士の間隔は、半導体装置８０の凸部６６同士の間隔に相当する。
【００５６】
開口２２は、格子状や千鳥状などの規則的パターン、またはランダムパターンにて、キャビティ内面２４の対向面２４ａに、過度の偏りなく均等に分散配置される。
【００５７】
本実施形態の第二金型１４には、その対向面２４ａに、単位パッケージサイズＬあたり３個以上の開口２２が、互いに交差する方向にそれぞれ分散形成されている。
具体的には、図６に示すように、本実施形態のキャビティ内面２４には、直交格子状に開口２２が配置されている。そして、開口２２を単位パッケージサイズＬあたり３個以上の数密度で分散させることにより、単位製品エリア５５と対向面２４ａとのあわせ位置や角度によらず、単位製品エリア５５には少なくとも４個の開口２２が包含されることとなる。
【００５８】
すなわち、矩形状の単位製品エリア５５ａのように、辺５６と開口２２の並び方向とを一致させるとともに、辺５６を開口２２とずらした場合は、各辺３個、合計９個の開口２２が単位製品エリア５５ａに包含されている。これに対し、単位製品エリア５５ｂのように、辺５６と開口２２の並び方向とを一致させるとともに、辺５６を開口２２と重ねた場合でも、各辺２個、合計４個の開口２２が単位製品エリア５５ｂに完全に包含されている。
また、単位製品エリア５５ｃのように、辺５６と開口２２の並び方向とを交差する方向とし、さらに辺５６を開口２２と重ねた場合でも、同様に合計４個の開口２２が単位製品エリア５５ｃに完全に包含されている。
以上より、開口２２の配置密度を、各方向につき単位パッケージサイズＬあたり３個以上とすることにより、封止成形される個々の半導体装置８０のヒートスプレッダ６０には、二方向について少なくとも２個ずつ、合計４個以上の凸部６６が形成されることとなる。
【００５９】
上記本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態の半導体装置８０は、半導体チップ５０と、これを封止したモールド樹脂７０と、半導体チップ５０に対向してモールド樹脂７０に接合されたヒートスプレッダ６０とを備え、ヒートスプレッダ６０が、膨出形成された複数の凸部６６を備えている。かかる構成を備える半導体装置８０は、平坦なヒートスプレッダに比べて放熱面積が拡大するため、良好な熱拡散力や放熱力を得ることができる。
【００６０】
また、本実施形態の半導体装置８０は、モールド樹脂７０が、ヒートスプレッダ６０の凸部６６に対応して膨出している。これにより、ヒートスプレッダ６０とモールド樹脂７０とはアンカリング効果によって良好に接合される。また、ヒートスプレッダ６０とモールド樹脂７０との界面が、平坦部６４と膨出部６２とで交差することから、平坦部６４におけるヒートスプレッダ６０の剥離の伸展が膨出部６２において停止されるという利点がある。
さらに、平坦なヒートスプレッダを設ける場合に比べて、モールド樹脂７０とヒートスプレッダ６０との接触面積が増大し、良好な熱拡散力や放熱力を得ることができる。
【００６１】
また、本実施形態の半導体装置８０は、凸部６６の外径（Ｄ）が、ヒートスプレッダ６０の板厚（ｔ）の５〜５０倍である。かかる範囲を選択することにより、一般的な金属材料のヒートスプレッダ６０に対して標準的な封止力でモールド樹脂７０を押圧した場合に、凸部６６にてヒートスプレッダ６０を好適に膨出させることができる。外径Ｄが板厚ｔに対して過剰であると、膨出量が過大となってヒートスプレッダ６０が破断するおそれがある。また、外径Ｄが板厚ｔに対して過小であると、ヒートスプレッダ６０を十分に膨出させることができず、上記の効果を得ることが困難となる。
【００６２】
本実施形態のモールド金型１０を構成する第二金型１４は、成形される半導体装置８０の単位パッケージサイズＬよりも小さな間隔Ｐで複数の開口２２がキャビティ内面２４に分散形成されている。かかる構成により、キャビティ内面２４にヒートスプレッダ６０を設置した第二金型１４と、半導体チップ５０がセットされた第一金型１２とを組み合わせ、キャビティ２０に充填されたモールド樹脂７０とヒートスプレッダ６０とを圧接した場合に、開口２２に対応する局所的な領域においてヒートスプレッダ６０がモールド樹脂７０とともに膨出する。
すなわち、本実施形態のモールド金型１０によれば、半導体装置８０の封止成形時に、ヒートスプレッダ６０とモールド樹脂７０に凸部６６を形成することができる。
そして、封止成形後の半導体装置８０における凸部６６では、膨出したヒートスプレッダ６０の弾性復元力によってモールド樹脂７０の膨出部７２を凝集させる方向に、すなわち膨出部６２，７２同士が互いにより密着する方向に付勢力を受ける。これにより、例えば凹凸を予め形成したヒートスプレッダ６０に対してモールド樹脂を接合する場合と比べて、より高い接合力が得られる。
【００６３】
また、本実施形態のモールド金型１０では、キャビティ内面２４に設置された平板状のヒートスプレッダ６０をモールド樹脂７０によって開口２２の内部に押し出すことによって凸部６６が形成される。すなわち、モールド樹脂７０と当初接触するヒートスプレッダ６０は平坦であり、凸部６６にはヒートスプレッダ６０とモールド樹脂７０との接触不良に起因するボイドが形成されるおそれがない。また、半導体装置８０への凸部６６の形成と、ヒートスプレッダ６０とモールド樹脂７０との接合を同時におこなう本実施形態によれば、成形前にヒートスプレッダ６０に予め膨出部６２を形成しておく必要がないため、少ない工程数にて半導体装置８０の封止成形を行うことができる。
【００６４】
以上により、本実施形態のモールド金型１０によれば、ヒートスプレッダ６０とモールド樹脂７０とを強固に接合することが可能である。したがって、成形された半導体装置８０は、両者の剥離に対する耐性に優れ、また高い熱伝導性が得られることから半導体チップ５０における発熱をヒートスプレッダ６０によって良好に拡散することができる。また、本実施形態のモールド金型１０によれば、モールド樹脂７０の上部全面にヒートスプレッダ６０が形成されるという観点からも、熱拡散・放熱面を更に大きく確保することができる。
【００６５】
また、本実施形態のモールド金型１０では、キャビティ内面２４に設けられる開口２２同士の間隔Ｐを、単位パッケージサイズＬよりも小さいものとしている。これにより、例えば一般的な矩形の半導体パッケージ（半導体装置８０）をモールド成形する場合を想定すると、半導体チップ５０とヒートスプレッダ６０との間に位置ずれが生じたとしても、半導体パッケージには各辺方向に常に複数個の凸部６６が形成されることとなる。言い換えると、半導体チップ５０と第一金型１２、ヒートスプレッダ６０と第二金型１４、および第一金型１２と第二金型１４の位置あわせをそれぞれ高い精度で行わずとも、成形される半導体パッケージには常に４個以上の凸部６６が与えられる。
これにより、複数の半導体チップ５０をＭＡＰ方式により一括封止して複数の半導体パッケージを同時成形する場合も、半導体チップ５０を搭載した基板５４やヒートスプレッダ６０を厳密に位置あわせすることなく、モールド樹脂７０の上部全面にヒートスプレッダ６０を良好に接合することができる。したがって、半導体チップ５０の封止成形工程をきわめて迅速に行うことができる。
【００６６】
さらに、本実施形態のモールド金型１０は、開口２２同士の間隔Ｐよりも大きな単位パッケージサイズの半導体装置８０を成形する場合には、半導体チップ５０や半導体装置８０の寸法によらず汎用的に用いることができる。これもまた、上述のように半導体チップ５０とヒートスプレッダ６０との厳密な位置あわせをすることなくモールド樹脂７０の上部全面にヒートスプレッダ６０を良好に設けることができることに起因している。そして、モールド金型１０が汎用化されることにより、半導体チップ５０や半導体装置８０の種類ごとにモールド金型１０を個別に設計・製造したり、封止成形工程においてモールド金型１０をその都度交換したりする必要がないというメリットがある。
【００６７】
また、本実施形態のモールド金型１０は、開口２２が、第二金型１４のキャビティ内面２４のうち、半導体チップ５０に対向する対向面２４ａに均等に分散形成されている。これにより、複数の半導体チップ５０がＭＡＰ方式で一括封止成形される場合にも、または個別の半導体チップ５０が個別封止成形される場合にも、各半導体パッケージに凸部６６がバランスよく分散される。
【００６８】
また、本実施形態のモールド金型１０には、第二金型１４の対向面２４ａに、単位パッケージサイズＬあたり３個以上の開口２２が、互いに交差する方向にそれぞれ分散形成されている。かかる構成を備えることにより、第一金型１２にセットされた半導体チップ５０と第二金型１４にセットされたヒートスプレッダ６０とのあわせ位置や角度によらず、半導体パッケージには各方向に少なくとも２個の凸部６６が形成されることとなる。
【００６９】
また、本実施形態のモールド金型１０は、複数の開口２２の少なくとも一部が第二金型１４のキャビティ外部と連通している。これにより、外部連通した当該開口２２を真空吸引することが可能である。そして、開口２２を真空吸引することにより、ヒートスプレッダ６０を第二金型１４のキャビティ内面２４に吸着固定した状態でモールド樹脂７０に押圧することができる。また、開口２２を真空吸引することにより、ヒートスプレッダ６０の表面を局所的に吸引して凸部６６の膨出形成を促進することができる。
【００７０】
また、本実施形態のモールド金型１０は、隣接する開口２２同士の間隔（Ｐ）が、開口２２の直径（φ）の１．１倍以上である。また、本実施形態の半導体装置８０は、凸部６６同士の間隔（Ｐ）が、ヒートスプレッダ６０の板厚（ｔ）の１０〜１００倍である。かかる範囲を選択することにより、第二金型１４の強度が過小となることがない。また、かかる範囲を選択することにより、ヒートスプレッダ６０の凸部６６の歪が、隣接する他の凸部６６に与える影響が実質的に無視され、ヒートスプレッダ６０とモールド樹脂７０との接合不良によるボイドが平坦部６４に形成されることがない。
【００７１】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成される限りにおける種々の変形、改良等の態様も含む。
【００７２】
＜第二実施形態＞
図７（ａ）は、本実施形態の第二金型１４の平面図であり、同図（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図である。
【００７３】
本実施形態の第二金型１４は、開口２２が、キャビティ２０（キャビティ凹部２１）に向かって拡径するテーパー２８を備えている。これにより、押圧工程においてヒートスプレッダ６０はテーパー２８に沿って膨出変形することになるため、その初期変形が容易になる。また、押圧工程において膨出変形が開始されたヒートスプレッダ６０は、テーパー２８の深部にあたる通気孔２６の細径部において膨出が抑制される。したがって、開口２２においてヒートスプレッダ６０が過大に膨出して破断することが防止される。
【００７４】
また、開口２２の一部は第二金型１４の外部に連通しておらず、止まり穴である凹穴２９の開口端を構成している。これにより、通気孔２６によってヒートスプレッダ６０を吸着保持しつつ、凹穴２９においては第二金型１４を貫通させないことで第二金型１４の強度が過小となることを防止している。なお、凹穴２９を所定以上の深さとしておくことにより、封止圧力（PSL）によって凹穴２９の内部に膨出するヒートスプレッダ６０の変形が、凹穴２９の内部に残留する空気の反発力によって妨げられることはない。
なお、上記実施形態には以下の発明が開示されている。
（付記１）
平板状のヒートスプレッダを、封止成形される半導体装置の単位パッケージサイズよりも小さな間隔で複数の開口が分散形成されたキャビティ内面に設置し、
前記キャビティの内部に充填されて半導体チップを封止した樹脂に前記ヒートスプレッダを圧接することにより、前記ヒートスプレッダおよび前記樹脂に、前記開口に対応する凸部を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記２）
前記半導体装置ごとにそれぞれ４個以上の前記凸部を形成する付記１に記載の半導体装置の製造方法。
（付記３）
前記複数の開口の少なくとも一部を前記キャビティの外部から吸引して、前記ヒートスプレッダを前記キャビティ内面に吸着した状態で前記圧接を行う付記１または２に記載の半導体装置の製造方法。
（付記４）
半導体チップが搭載された基板をセットする第一金型と、
前記第一金型と組み合わせることで形成されるキャビティの内面に、封止成形される半導体装置の単位パッケージサイズよりも小さな間隔で複数の開口が分散形成された第二金型と、を用いた半導体装置の製造方法であって、
前記基板を前記第一金型に配置する基板配置工程と、
平板状のヒートスプレッダを前記キャビティの前記内面に設置する設置工程と、
前記第一金型と前記第二金型とを互いに押圧して、前記キャビティの内部に充填されたモールド樹脂に前記半導体チップを封入するとともに前記ヒートスプレッダを前記モールド樹脂に圧接して半導体装置を成形する押圧工程と、
を含み、
圧接される前記ヒートスプレッダおよび前記モールド樹脂に、前記開口に対応する凸部を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記５）
付記１から４のいずれか１つに記載の製造方法によって製造される半導体装置。
（付記６）
半導体チップと、前記半導体チップを封止したモールド樹脂と、前記半導体チップに対向して前記モールド樹脂に接合されたヒートスプレッダとを備え、
前記ヒートスプレッダが、膨出形成された複数の凸部を備えることを特徴とする半導体装置。
（付記７）
前記モールド樹脂が、前記ヒートスプレッダの前記凸部に対応して膨出している付記６に記載の半導体装置。
（付記８）
前記凸部の外径（Ｄ）が、前記ヒートスプレッダの板厚（ｔ）の５〜５０倍である付記６に記載の半導体装置。
（付記９）
前記凸部同士の間隔（Ｐ）が、前記ヒートスプレッダの板厚（ｔ）の１０〜１００倍である付記６から８のいずれか１つに記載の半導体装置。
（付記１０）
半導体チップが搭載された基板をセットする第一金型と、前記第一金型と組み合わせることでキャビティが形成される第二金型と、を含み、前記キャビティに充填したモールド樹脂で前記半導体チップを封止して一つまたは複数の半導体装置を封止成形するモールド金型であって、
前記第二金型のキャビティ内面に、複数の開口が、前記成形される半導体装置の単位パッケージサイズよりも小さな間隔で分散形成されていることを特徴とするモールド金型。
（付記１１）
前記開口が、前記第二金型の前記キャビティ内面のうち前記半導体チップに対向する対向面に、均等に分散形成されている付記１０に記載のモールド金型。
（付記１２）
前記対向面に、前記単位パッケージサイズあたり３個以上の前記開口が、互いに交差する方向にそれぞれ分散形成されている付記１１に記載のモールド金型。
（付記１３）
前記複数の開口の少なくとも一部は、前記第二金型のキャビティ外部と連通している付記１０から１２のいずれか１つに記載のモールド金型。
（付記１４）
隣接する前記開口同士の間隔（Ｐ）が、前記開口の直径（φ）の１．１倍以上である付記１０から１３のいずれか１つに記載のモールド金型。
（付記１５）
前記開口が、前記キャビティに向かって拡径するテーパーを備える付記１０から１４のいずれか１つに記載のモールド金型。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第一実施形態にかかるモールド金型の一例を示す斜視図である。
【図２】第一実施形態のモールド金型の側面図である。
【図３】（ａ）は第一実施形態にかかる第二金型の平面図であり、（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図である。
【図４】（ａ）は半導体チップが搭載された基板の側面図であり、（ｂ）はその平面図である。
【図５】（ａ）から（ｃ）は本実施形態の半導体装置の製造方法を示す説明図である。
【図６】キャビティ内面に分散形成された開口と、単位製品エリアとが位置あわせされた状態を示す模式図である。
【図７】（ａ）は本発明の第二実施形態にかかる第二金型の平面図であり、（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０    モールド金型
１２    第一金型
１４    第二金型
２０    キャビティ
２１    キャビティ凹部
２２    開口
２４    キャビティ内面
２４ａ    対向面
２４ｂ    周面
２６    通気孔
２８    テーパー
２９    凹穴
３２    第一押圧面
３４    第二押圧面
５０    半導体チップ
５２    ワイヤ
５４    基板
５４ａ    製品エリア
５４ｂ    クランプエリア
５５    単位製品エリア
６０    ヒートスプレッダ
６２，７２    膨出部
６４    平坦部
６６    凸部
７０    モールド樹脂
８０    半導体装置
【図１】
0005280102.tif 000002
【図２】
0005280102.tif 000003
【図３】
0005280102.tif 000004
【図４】
0005280102.tif 000005
【図５】
0005280102.tif 000006
【図６】
0005280102.tif 000007
【図７】
0005280102.tif 000008