(57)【要約】  本発明は基板上に半導体素子と他の電子部品が配設されており、かつ半導体素子と熱的に接続されるリッドを有した半導体装置に関し、パッケージ基板と、半導体素子と、パッケージ基板に半導体素子と共に搭載されるチップ部品と、パッケージ基板と対向するよう配設され半導体素子の熱を放熱するリッドと、半導体素子とリッドとを熱的に接続する熱接続部材とを有する半導体装置であって、熱接続部材としてはんだを用い、かつ、加熱時に溶融流出した熱接続部材がチップ部品に付着するのを防止する付着防止シートをチップ部品と離間して配設する。
2007096975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板に搭載される半導体素子と、
前記基板に前記半導体素子と共に搭載される電子部品と、
前記基板と対向するよう配設され前記半導体素子の熱を放熱する放熱部材と、
該放熱部材と前記半導体素子とを熱的に接続する熱接続部材とを有する半導体装置であって、
前記熱接続部材として金属材料を用い、
かつ、加熱時に溶融流出した前記金属材料が前記電子部品に付着するのを防止する付着防止手段を、前記電子部品と離間するよう配置したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記金属材料としてはんだを用いたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記付着防止手段は、前記電子部品を覆うシート状の被覆部材であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記付着防止手段は、前記電子部品を覆うシート状の被覆部材であり、
かつ、該被覆部材は、一端が前記基板に固定され、他端が自由端とされていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
前記付着防止手段は、前記電子部品を覆うシート状の被覆部材であり、
かつ、前記被覆部材は、両端が前記基板に固定されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項６】
前記付着防止手段は、前記電子部品を覆うシート状の被覆部材であり、
かつ、前記被覆部材は、ポリイミドよりなることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】
前記付着防止手段は、前記放熱部材の前記熱接続部材と熱接合する位置の外周位置で、かつ少なくとも前記電子部品と対向する位置に設けられ、前記熱接続部材の溶融時において、該熱接続部材の前記放熱部材上の流動を阻止する構成であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項８】
前記付着防止手段は、前記放熱部材の前記熱接続部材と熱接合する位置の外周位置で、かつ少なくとも前記電子部品と対向する位置に設けられ、前記熱接続部材の溶融時において、該熱接続部材の前記放熱部材上の流動を阻止する構成であり、
かつ、該付着防止手段は、樹脂シートであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項９】
前記付着防止手段は、前記放熱部材の前記熱接続部材と熱接合する位置の外周位置で、かつ少なくとも前記電子部品と対向する位置に設けられ、前記熱接続部材の溶融時において、該熱接続部材の前記放熱部材上の流動を阻止する構成であり、
かつ、該放熱部材の前記熱接続部材と熱接合する面には、金メッキがされていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置に係り、特に基板上に半導体素子と他の電子部品が配設されており、かつ半導体素子と熱的に接続されるリッドを有した半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来の一例である半導体装置１を示している。この半導体装置１は、パッケージ基板３の上面に半導体素子２と共にチップ部品４を配設した構成とされている。このチップ部品４は、例えば表面端子型キャパシタである。【０００３】
また、パッケージ基板３の上面には、半導体素子２及びチップ部品４を覆うようにリッド５が配設されている。このリッド５は、熱接続部材７を介して半導体素子２と熱的に接続された構成とされている。半導体素子２で発生した熱は、熱接続部材７を介してリッド５において放熱される。また、パッケージ基板３の背面には、外部接続端子となる複数のはんだボール６が設けられている。【０００４】
ここで熱接続部材７に注目すると、従来では熱接続部材７として絶縁性を有した樹脂が一般に用いられていた。しかしながら、近年の半導体素子２の高密度化に伴い半導体素子２で発生する熱が増大し、樹脂よりなる熱接続部材７では熱伝導性が十分でなく、半導体素子２を有効に放熱できないという問題点が生じた。【０００５】
そこで、絶縁性樹脂に代えて、これよりも熱伝導性が良好な金属材料によりなる熱接続部材７が用いられるようになってきている。この金属材料としては、具体的にははんだが用いられている。【０００６】
しかしながら、熱接続部材７を構成する金属材料としてはんだを用いた場合、外部接続端子であるはんだボール６もはんだよりなるため、半導体装置１を実装する際に加熱すると、はんだボール６と共に熱接続部材７も溶融してしまう。熱接続部材７が溶融すると、熱接続部材７はリッド５の内面に沿って流れ出し、その一部は図１に矢印のように落下してチップ部品４に付着する現象が発生した。このように、チップ部品４に熱接続部材７が付着すると、チップ部品４において電気的なショートが発生し半導体装置１が適正に動作しなくなってしまう。【０００７】
そこで、熱接続部材７が溶融流動してリッド５から落下しても、チップ部品４に影響を与えない方法として、チップ部品４を封止樹脂９で封止する方法（特許文献１に開示されている方法）が考えられる。図２Ａは、チップ部品４を封止樹脂９により封止した状態を拡大して示す図である。【０００８】
この方法によれば、熱接続部材７が落下しても、チップ部品４は封止樹脂９により保護されているため、熱接続部材７によりチップ部品４に電気的なショートが発生することを防止することができる。
【特許文献１】特開昭６０−２４２６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、チップ部品４（例えば、表面端子型キャパシタ）は、その表面に一般に複数のはんだ配設部８が設けられている。このはんだ配設部８はパッケージ基板３にはんだ付けされる部位であり、このはんだ付けによりチップ部品４はパッケージ基板３に実装される。そして、このはんだ配設部８も、前記した半導体装置１の実装時に加熱が行われた際に、はんだボール６及び熱接続部材７と共に溶融するものである。【００１０】
しかしながら、チップ部品４（はんだ配設部８）が封止樹脂９により封止された構成であると、はんだ配設部８において溶融したはんだは、その流路が断たれた状態となる。また、はんだは加熱されることにより膨張して体積が大きくなる。【００１１】
このため、はんだ配設部８で溶融したはんだは、はんだ配設部８と封止樹脂９との界面を流れようとし、はんだ配設部８と封止樹脂９との密着性が弱い部分においては、図２Ｂに矢印Ａで示すようにはんだ配設部８間で電気的なショートが発生してしまう。よって、封止樹脂９を設けた場合には、熱接続部材７による電気的なショートは防止できるものの、封止樹脂９内において電気的なショートが発生してしまうという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上述した従来技術の問題を解決する、改良された有用な半導体装置を提供することを総括的な目的とする。【００１３】
本発明のより詳細な目的は、熱接続部材を金属材料としても装置内部で電気的なショートの発生を防止することにある。【００１４】
この目的を達成するために、本発明は、基板と、該基板に搭載される半導体素子と、前記基板に前記半導体素子と共に搭載される電子部品と、前記基板と対向するよう配設され前記半導体素子の熱を放熱する放熱部材と、該放熱部材と前記半導体素子とを熱的に接続する熱接続部材とを有する半導体装置であって、前記熱接続部材として金属材料を用い、かつ、加熱時に溶融流出した前記金属材料が前記電子部品に付着するのを防止する付着防止手段を、前記電子部品と離間するよう配置したことを特徴とする。【００１５】
上記発明によれば、熱接続部材として金属材料を用いることにより、放熱部材と半導体素子間の熱伝導を良好なものとすることができる。また、半導体装置の実装時等の加熱により熱接続部材（金属材料）が溶融したとしても、付着防止手段により溶融し流出した金属材料が電子部品に付着するのを防止できる。また、付着防止手段が電子部品と離間して配置されているため、上記の電子部品と基板とを接合する接合部材（例えば、はんだ）により電子部品上で電気的なショートが発生することを防止できる。【００１６】
また、上記発明において、前記金属材料としてはんだを用いる構成としてもよい。【００１７】
この構成とすることにより、金属材料としてはんだを用いたことにより、放熱部材と半導体素子とをはんだ付け処理により熱的に接続できるため、簡単な処理で放熱部材と半導体素子とを熱的に接続することが可能となる。【００１８】
また、上記発明において、前記付着防止手段を前記電子部品を覆うシート状の被覆部材とした構成としてもよい。【００１９】
この構成とすることにより、簡単な構成で電子部品に金属部材（熱接続部材）が到達することを防止できると共に、シート状の被覆部材は薄いためこれを設けても半導体装置の大型化（特に高背化）を防止することができる。【００２０】
また、前記被覆部材は、一端が前記基板に固定され他端が自由端とされた構成としてもよい。また、前記被覆部材は、両端が前記基板に固定された構成としてもよい。更に、前記被覆部材をポリイミドよりなる構成としてもよい。【００２１】
また、上記発明において、前記付着防止手段は、前記放熱部材の前記熱接続部材と熱接合する位置の外周位置で、かつ少なくとも前記電子部品と対向する位置に設けられ、前記熱接続部材の溶融時において、該熱接続部材の前記放熱部材上の流動を阻止する構成としてもよい。【００２２】
この構成とすることにより、半導体装置の実装時等の加熱により金属材料が溶融したとしても、この金属材料の流れは付着防止手段により阻止され、電子部品と対向する位置まで流れることはない。このため、熱接続部材が溶融したとしても、これが電子部品に付着することを防止できる。また、付着防止手段が電子部品と離間して配置されているため、上記の電子部品と基板とを接合する接合部材（例えば、はんだ）により電子部品上で電気的なショートが発生することを防止できる。【００２３】
また、上記発明において、前記付着防止手段として樹脂シートを用いることができる。また、前記放熱部材の前記熱接続部材と熱接合する面に金メッキを行ってもよい。
【発明の効果】
【００２４】
上述の如く本発明によれば、放熱部材と半導体素子間の熱伝導を良好なものとすることができ、また溶融し流出した金属材料が電子部品に付着するのを防止でき、更に電子部品と基板とを接合する接合部材により電子部品上で電気的なショートが発生することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、従来の一例である半導体装置の断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、チップ部品を封止樹脂で封止した構成を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、従来発生した問題点を説明するための図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施例である半導体装置の断面図である。
【図４】図４は、第１実施例の第１変形例である半導体装置の断面図である。
【図５】図５は、第１実施例の第２変形例である半導体装置の断面図である。
【図６】図６は、本発明の第２実施例である半導体装置の断面図である。
【図７】図７は、図６における熱接合部材近傍を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０Ａ〜１０Ｄ  半導体装置
１２  半導体素子
１３  パッケージ基板
１４  チップ部品
１５  リッド
１７  熱接続部材
２０Ａ〜２０Ｄ  付着防止シート
２２  金メッキ膜
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。【００２８】
図３は、本発明の第１実施例である半導体装置１０Ａを示している。半導体装置１０Ａは、大略すると半導体素子１２、パッケージ基板１３、チップ部品１４、リッド１５、１７、及び付着防止シート２０Ａ等により構成されている。【００２９】
半導体素子１２は高密度化された素子であり、発熱量も大きいものである。この半導体素子１２は、パッケージ基板１３にフリップチップ実装されている。具体的には、半導体素子１２の主面にははんだバンプ１８が設けられており、このはんだバンプ１８をパッケージ基板１３の表面に形成されているボンディングパッド（図示せず）に接合することにより、半導体素子１２はパッケージ基板１３に実装される。また、半導体素子１２とパッケージ基板１３との間には、はんだバンプ１８を補強するためにアンダーフィルレジン１９が配設される。【００３０】
パッケージ基板１３は例えば多層プリント配線基板であり、その上面には前記した半導体素子１２と共に、チップ部品１４、リッド１５、及び付着防止シート２０Ａが配設されている。また、パッケージ基板１３の背面には、外部接続端子となるはんだボール１６が配設されている。半導体素子１２とはんだボール１６は、パッケージ基板１３に設けられた層間配線等により電気的に接続される。【００３１】
チップ部品１４は例えば表面端子型キャパシタ等の電子部品であり、半導体素子１２の外周位置に配設されている。このチップ部品１４は、図２（Ａ）に示したチップ部品４と同様の構成であり、よって半導体素子１２に実装するためにはんだ配設部が設けられている。【００３２】
リッド１５は熱伝導性が高い金属材料により形成されており、放熱部材として機能するものである。このリッド１５は、例えば接着剤を用いてパッケージ基板１３に固定される。また、リッド１５は、パッケージ基板１３の上面の略全体を覆うキャップ状形状とされている。よって、リッド１５がパッケージ基板１３に固定された状態で、半導体素子１２及びチップ部品１４はリッド１５内に封止された状態となる。【００３３】
熱接続部材１７は、半導体素子１２とリッド１５との間に配設されている。この熱接続部材１７は半導体素子１２とリッド１５とを熱的に接続するものであり、熱伝導性の良好な金属材料が用いられている。本実施例では、熱接続部材１７を構成する金属材料としてはんだを用いている。このように、熱接続部材１７を構成する金属材料としてはんだを用いたことにより、半導体素子１２とリッド１５とをはんだ付け処理により熱的に接続できるため、簡単な処理で半導体素子１２とリッド１５とを熱的に接続することができる。【００３４】
上記のように、半導体素子１２とリッド１５を熱伝導性の高い熱接続部材１７で熱的に接続することにより、半導体素子１２で発生する熱を効率よくリッド１５に熱伝導させて放熱することができる。しかしながら、熱接続部材１７としてはんだを用いた場合、実装時の加熱によりはんだボール１６と共に熱接続部材１７も溶融し、リッド１５の内面に沿って流れ出し、その一部は落下してチップ部品１４に付着するおそれがあることは前述したとおりである。【００３５】
そこで半導体装置１０Ａは、加熱時に溶融流出した熱接続部材１７（はんだ）がチップ部品１４に付着するのを防止する付着防止手段を設けた構成としている。本実施例では、この付着防止手段として付着防止シート２０Ａを設けた構成としている。この付着防止シート２０Ａはポリイミド等の樹脂製シートであり、略逆Ｌ字条に折り曲がった形状とされている。また、付着防止シート２０Ａの一端は接着等によりパッケージ基板１３に固定されており、他端は自由端とされた構成とされている。また、付着防止シート２０Ａがパッケージ基板１３に固定される位置は、チップ部品１４の配設位置に対して半導体素子１２に近い位置に設定されている。この付着防止シート２０Ａは、チップ部品１４と離間しつつ、かつ少なくともチップ部品１４の上面全面を覆うよう構成されている。【００３６】
上記構成の付着防止シート２０Ａを設けることにより、熱接続部材１７としてはんだを用いても、実装時等の加熱時により熱接続部材１７が溶融しリッド１５からチップ部品１４上に落下しても、落下した熱接続部材１７は付着防止シート２０Ａにより受けられ、チップ部品１４に付着することを防止できる。【００３７】
また、付着防止シート２０Ａは、チップ部品１４と離間して配置されている。このため、図２を用いて説明したチップ部品４を封止樹脂９で完全に封止する構成とことなり、加熱によりチップ部品１４のはんだ配設部が溶融すると共に体積が膨張したとしても、隣接するはんだ配設部間で電気的なショートが発生することを防止できる。【００３８】
よって、本実施例に係る半導体装置１０Ａによれば、熱接続部材１７に起因した電気的なショート及びはんだ配設部に起因した電気的なショートのいずれも有効に防止できるため、半導体装置１０Ａの信頼性を高めることができる。また、付着防止手段としてシート状の付着防止シート２０Ａを用いることにより、簡単な構成でチップ部品１４に熱接続部材１７が付着することを防止できる。【００３９】
また、シート状の付着防止シート２０Ａは薄いためこれを設けても半導体装置１０Ａの大型化（特に高背化）を防止することができる。更に、付着防止シート２０Ａは、一端のみがパッケージ基板１３に固定されているため、接着剤の使用量を少なくすることができる。【００４０】
図４は上記した第１実施例に係る半導体装置１０Ａの第１変形例を示しており、また図５は半導体装置１０Ａの第２変形例を示している。なお、図４及び図５において、図３に示した構成同一構成については同一符号を付してその説明を省略する。また、後述する第２実施例の説明に用いる図６及び図７においても同様とする。【００４１】
前記した第１実施例に係る半導体装置１０Ａは、付着防止シート２０Ａの一端側のみをパッケージ基板１３に固定した構成とした。これに対し、図４に示す第１変形例に係る半導体装置１０Ｂは、付着防止シート２０Ｂの両端をパッケージ基板１３に固定した構成としたものである。この構成とすることにより、第１実施例に比べて付着防止シート２０Ｂをパッケージ基板１３により強固に固定することができる。よって、溶融した熱接続部材１７が多量に落下した場合においても、電気的なショートが発生することを防止することができる。【００４２】
また、図５に示す第２変形例に係る半導体装置１０Ｃは、付着防止シート２０Ｃをパッケージ基板１３に立設された支柱２１に支持する構成とすると共に、半導体素子１２の配設位置と対応する部位に開口を形成したことを特徴とするものである。この構成とすることにより、付着防止シート２０Ｃは前記した半導体装置１０Ａ，１０Ｂに比べ、パッケージ基板１３上の広い範囲を覆うこととなる。このため、１枚の付着防止シート２０Ｃにより、チップ部品１４と共にパッケージ基板１３に配設されている他の電子部品２３に対しても熱接続部材１７の付着を防止することが可能となる。【００４３】
次に、本発明の第２実施例に係る半導体装置１０Ｄについて説明する。【００４４】
図６及び図７は、第２実施例である半導体装置１０Ｃを示している。本実施例では、付着防止手段としてリッド１５に付着防止シート２０Ｄを設けたことを特徴とするものである。【００４５】
この付着防止シート２０Ｄは、第１実施例と同様にシート状のポリイミド樹脂により形成されている。また、付着防止シート２０Ｄは、リッド１５の内面に接着等により固定される。このように、付着防止シート２０Ｄをリッド１５の内面に配設することにより、本実施例においても付着防止シート２０Ｄはチップ部品１４と離間した構成となる。更に、付着防止シート２０Ｄのリッド１５への配設位置は、リッド１５が熱接続部材１７と熱接合する領域の外周位置で、かつ、少なくともチップ部品１４と対向する位置を含む領域に設定されている。【００４６】
前記したように、熱接続部材１７は実装時に加熱されて溶融する可能性がある。また、熱接続部材１７はリッド１５の内面にはんだ付けにより装着されるため、リッド１５の内面にははんだよりなる熱接続部材１７との接合性（いわゆる、濡れ性）を高めるため金メッキ膜２２が形成されている（図７参照）。この金メッキ膜２２を設けることにより、リッド１５に対する熱接続部材１７の形成性は良好となるものの、実装時における加熱により熱接続部材１７が溶融した場合には、濡れ性の高い金メッキ膜２２により熱接続部材１７はリッド１５の内面を容易に流れてしまう。【００４７】
しかしながら、本実施例に係る半導体装置１０Ｂは、リッド１５の内面、即ち金メッキ膜２２の上部に付着防止シート２０Ｄを設けたことにより、熱接続部材１７のリッド１５の内面における流れは、付着防止シート２０Ｄにより阻止される。即ち、付着防止シート２０Ｄは、溶融した熱接続部材１７の流れを阻止するダム部材として機能する。図７は、熱接続部材１７の流れが付着防止シート２０Ｄにより阻止された状態を示している。【００４８】
このように、本実施例においても熱接続部材１７がチップ部品１４に落下することを防止することができる。また、付着防止シート２０Ｄは、チップ部品１４の上部まで広く配設されているため、多く熱接続部材１７が溶融し一部付着防止シート２０Ｄの上部まで進行しても、これがチップ部品１４の上部まで流れることを防止できる。【００４９】
なお、第２実施例では付着防止手段としてリッド１５に付着防止シート２０Ｄを固定した構成としたが、この構成に変えて、ソルダーレジストをリッド１５に塗布する構成しても同様の効果を実現することができる。
【図１】
2007096975.tif 000003
【図２Ａ】
2007096975.tif 000004
【図２Ｂ】
2007096975.tif 000005
【図３】
2007096975.tif 000006
【図４】
2007096975.tif 000007
【図５】
2007096975.tif 000008
【図６】
2007096975.tif 000009
【図７】
2007096975.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成20年8月4日(2008.8.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板に搭載される半導体素子と、
前記基板に前記半導体素子と共に搭載される電子部品と、
前記基板と対向するよう配設され前記半導体素子の熱を放熱する放熱部材と、
該放熱部材と前記半導体素子とを熱的に接続する熱接続部材とを有する半導体装置であって、
前記熱接続部材として金属材料を用い、
かつ、加熱時に溶融流出した前記金属材料が前記電子部品に付着するのを防止する付着防止手段を、前記電子部品と離間するよう配置したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記金属材料としてはんだを用いたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記付着防止手段は、前記電子部品を覆うシート状の被覆部材であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記付着防止手段は、前記放熱部材の前記熱接続部材と熱接合する位置の外周位置で、かつ少なくとも前記電子部品と対向する位置に設けられ、前記熱接続部材の溶融時において、該熱接続部材の前記放熱部材上の流動を阻止する構成であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【国際調査報告】
2007096975.tif 000011
2007096975.tif 000012
2007096975.tif 000013
2007096975.tif 000014