(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハの一側面にはんだ材を介して金属板を積層させた後、減圧雰囲気下ではんだ融点以下の温度を維持しながら加熱してプレスすることにより一体化して積層体ウエハを形成する積層体ウエハ形成工程と、
前記積層体ウエハをダイシングして個片の積層体チップを形成するダイシング工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記積層体ウエハの半導体ウエハ表面の電子回路上にバンプを形成するバンプ形成工程と、
前記積層体チップをリードフレームに前記バンプを介して接続する実装工程と、
前記リードフレームに実装された前記積層体チップの外面を封止樹脂で封止する封止工程とを備え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３】
前記積層体ウエハ形成工程は、前記ウエハと前記はんだシートと前記金属板とを重ね合わせて積層させる工程であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記積層体ウエハ形成工程は、前記金属板とはんだ板とにより形成したクラッド材と前記ウエハとを重ね合わせて積層させる工程であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記積層体ウエハ形成工程は、はんだが一側面に蒸着された前記ウエハと前記金属板とを重ね合わせて積層させる工程であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記積層体ウエハ形成工程は、前記ウエハと一側面にはんだめっきされた金属板とを重ね合わせて積層させる工程であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に放熱構造を有するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、半導体装置は、半導体素子をリードフレーム上にダイマウントするダイマウント工程と、半導体素子の電極とリードフレームの電極とを金属ワイヤにより結線する結線工程とを経て製造されている。
【０００３】
図８は上述したダイマウント工程としてはんだ蒸着法を用いた場合の半導体装置の製造方法の概要を示す図である。すなわち、半導体ウエハ５２の裏面５２ａにはんだ５１を蒸着して分離前の半導体素子５３を形成する。そして、所定の位置でダイシングすることで個別の半導体素子５３を形成する。その後、半導体素子５３をリードフレーム５４上に金属ワイヤ５５により半導体素子５３の電極とリードフレーム５４とを接続して半導体装置５６を形成している。
【０００４】
また、図９はダイマウント工程としてはんだプリコート法を用いた場合の半導体装置の製造方法の概要を示す図である。すなわち、リードフレーム５４上に溶融したはんだ５１を供給し、半導体ウエハ５２をダイシングして形成した個別の半導体素子５３を、溶融はんだ５１上にスクラブマウントする。その後、金属ワイヤ５５により半導体素子５３の電極とリードフレーム５４とを接続する結線工程を行い、半導体装置５６を形成している。スクラブマウントとは、半導体素子５３とリードフレーム５４とを擦り合わせることで、溶融はんだ５１を塗り広げて接合することをいう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した半導体装置の製造方法にあっては次のような問題があった。すなわち、ワイヤボンディングを用いた場合には、半導体素子をリードフレーム上にダイマウントした後、金属ワイヤとリードフレームとの結線を行うことになる。このため、半導体素子の周囲に金属ワイヤのループが形成されることになり、デッドエリアが生じる。例えばリードフレーム上の結線用のランドと半導体素子とを所定の寸法以上離間して配置しなければならず、また端子から上にループを形成するために要する高さ分のマージンを確保する必要がある等、半導体装置の大きさの縮小化に一定の制限があった。
【０００６】
このため、ワイヤを用いないでリードフレームと半導体素子とを接続する方法として、フリップチップボンディングで接続する方法が考えられている。フリップチップボンディングにおいては、半導体素子のボンディングパッド上にバンプを形成してリードフレームに位置合せして、熱によるはんだリフローや、加圧した状態での超音波振動を用いて接続している。
【０００７】
一方、ダイマウントにおけるはんだの供給についてみると、はんだ蒸着法では、半導体素子の裏面へのはんだ供給に長時間を要する。また、はんだプリコート法では、溶融はんだの供給タクトの高速化が困難である。
【０００８】
さらに、上述の各製造方法により製造された半導体装置を熱設計的に検討した場合、図１０に示すように、放熱板（金属板）６１を備えた半導体装置であっても、放熱板６１が個別の半導体素子５３の近傍の封止樹脂６２の内部にインサートされて設置されているため、各矢印Ｈで示すように、リードフレーム５４や封止樹脂６２を介して基板６３等の外部に放熱されることとなる。したがって、高い放熱効率は期待できない。
【０００９】
近年、半導体の高集積化と動作速度の高速化により発熱量は増大するとともに、電子機器の小型化により実装密度が高くなっている。このため、放熱板が封止樹脂内にインサートされて設置されたものでは、半導体素子の温度が正常な動作温度（種類により異なるが、一般には８０℃以下程度）を維持できない場合があり、半導体素子の動作の信頼性に問題が生じることがある。
【００１０】
そこで本発明は、半導体素子のサイズと略同等のサイズで、かつ、放熱効率が良好な半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の半導体装置の製造方法は次のように構成されている。
【００１２】
（１）半導体ウエハの電極を有する電子回路が形成されていない一側面側をはんだ材と対向配置するとともに、このはんだ材を介して金属板を積層させた後、減圧雰囲気下ではんだ融点以下の温度を維持しながら加熱してプレスすることにより一体化して積層体ウエハを形成する積層体ウエハ形成工程と、前記積層体ウエハをダイシングして個片の積層体チップを形成するダイシング工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００１３】
（２）上記（１）に記載された半導体装置の製造方法であって、前記積層体ウエハの半導体ウエハ表面の電子回路上にバンプを形成するバンプ形成工程と、前記積層体チップをリードフレームに前記バンプを介して接続する実装工程と、前記リードフレームに実装された前記積層体チップの外面を封止樹脂で封止する封止工程とを備えていることを特徴とする。
【００１４】
（３）上記（１）に記載された半導体装置の製造方法であって、前記積層体ウエハ形成工程は、前記ウエハと前記はんだシートと前記金属板とを重ね合わせて積層させる工程であることを特徴とする。
【００１５】
（４）上記（１）に記載された半導体装置の製造方法であって、前記積層体ウエハ形成工程は、前記金属板とはんだ板とにより形成したクラッド材と前記ウエハとを重ね合わせて積層させる工程であることを特徴とする。
【００１６】
（５）上記（１）に記載された半導体装置の製造方法であって、前記積層体ウエハ形成工程は、はんだが一側面に蒸着された前記ウエハと前記金属板とを重ね合わせて積層させる工程であることを特徴とする。
【００１７】
（６）上記（１）に記載された半導体装置の製造方法であって、前記積層体ウエハ形成工程は、前記ウエハと一側面にはんだめっきされた金属板とを重ね合わせて積層させる工程であることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法により製造された半導体装置１が配線基板８に実装された状態を示す断面図である。半導体装置１は、半導体素子２を備えている。半導体装置２の一側面２ａには、リードフレーム３がスタッドバンプ４を介してフリップチップ接合されている。また、半導体素子２の他側面２ｂには、はんだシート５を介して、銅もしくは４２アロイ等の材質からなるとともに、半導体素子２の面と略等しい面積を有する金属板（放熱板）６が積層されている。これら半導体素子２、はんだシート５、金属板６により積層体チップ７ａが形成されている。リードフレーム３のリード３ａはフォーミングされてその先端部が金属板６の面と略同一平面上に位置するように形成されている。また、半導体素子２の外面は封止樹脂１０により封止されている。この際、金属板６の裏面６ａ側は封止樹脂１０から露出しており放熱部を形成している。一方、配線基板８上には、電極９が形成されている。
【００１９】
半導体装置１は、リードフレーム３のリード３ａが電極９にはんだ接続されることにより、配線基板８に接合されている。また、金属板６は配線基板８に熱伝導体１１により接続される。すなわち、半導体素子２で生じた熱は金属板６及び熱伝導体１１を介して配線基板８側へ放熱される構造になっている。したがって、高集積で高速な動作速度を有する半導体素子２の場合であっても放熱を十分に行うことができるため、熱の影響によって半導体素子２の動作が損なわれることはない。なお、熱伝導体１１としてはんだ、導電性樹脂、シリコングリス等が用いられる。
【００２０】
また、半導体素子２と金属板６との間にはんだシート５を用いる点について説明する。すなわち、はんだは半導体素子２と金属板６との間で発生する熱膨張率の差に伴う熱応力の発生を緩和することができ、ＴＣＴ（温度サイクル試験）等でもクラックが入りにくく、高い信頼性を得ることができる。また、はんだは高い熱伝導率を持つため、放熱性に優れる。シート状のはんだとウエハを熱圧着（熱プレス）させる場合、はんだ蒸着等の工程よりも短時間で半導体素子２に形成することができ、製造コストを下げることができる。また、はんだを溶かすことがないので、はんだ自体の厚さが制御しやすくなるとともに、ガスが発生しないのでボイド等の不良が生じることがなく、ＴＣＴ等における高い信頼性が得られる。
【００２１】
なお、はんだの材料としてはいわゆる鉛リッチはんだと呼ばれるＳｎＰｂはんだ（Ｓｎ５％程度）が用いられる。融点は約３００℃である。この他、ＳｎＳｂはんだ（融点２４５℃）、ＳｎＡｇはんだ（融点２２１℃）、ＳｎＣｕはんだ（融点２２７℃）等がある。これらは融点が低いことから２００℃程度に熱すると固相状態で接着するという性質を有している。
【００２２】
次に、上述した半導体装置１の製造方法について説明する。半導体装置１の製造方法は、大きく分けて、積層体ウエハ７の製造工程（積層体ウエハ形成工程）と、積層体ウエハ７をリードフレーム３にマウントし組立てる組立工程とに分けられる。
【００２３】
図２の（ａ）〜（ｄ）は、積層体ウエハ７の製造工程を示す模式図である。まず、図２の（ａ）に示すように、ウエハ１２とはんだシート５と金属板６とを積み重ねた状態で位置合せして、後述するプレス装置の加圧部に載置する。このときウエハ１２の表面には電子回路が形成されており、この回路形成面が外方に露出するように積層する。プレス装置を作動させて減圧熱プレス加工（減圧雰囲気下ではんだ融点以下の温度を維持しながら加熱してプレスすること）を施し、図２の（ｂ）に示すような積層体ウエハ７を形成する。次に、図２の（ｃ）に示すように、ウエハ１２の回路形成面の電極上にＡｕのスタッドバンプ４を形成する。このスタッドバンプ４は、例えばボールボンディング法により形成する。次に、図２の（ｄ）に示すように、スタッドバンプ４の形成された積層体ウエハ７を、所定のサイズにダイシング加工して、個片の積層体チップ７ａを形成する。
【００２４】
図３は上述した減圧熱プレス加工を施す際に用いたプレス装置の加圧方法について示す説明図である。プレス装置は、相対向する下型１５と上型１６とを有しており、それぞれにヒータ（不図示）が内蔵されている。これら下型１５と上型１６との間に、上述のウエハ１２、はんだシート５、金属板６の順序で積み重ねた状態で位置合せする。これらを下型１５の側と上型１６の側からそれぞれ３層のクラフト紙１７、板厚が１．０ｍｍ程度のＳＵＳ板１８、及びＰＴＦＥ樹脂（ポリ四フッ化エチレン）の緩衝材１９を順次積層配置したもので挟み込む。なお、クラフト紙１７は傷を防止するために用いられる。
【００２５】
これらを積層状態のまま減圧下中で、かつ、２１０℃（はんだ融点以下）の温度で加圧（加圧力は、５０〜１００ｋｇ／ｃｍ２）する。加圧時間は５〜１５分である。なお、減圧熱プレス加工とは、減圧雰囲気中で加熱しながらプレスすることを意味している。
【００２６】
図４の（ａ）〜（ｃ）は、上述したようにして形成された積層体ウエハ７をリードフレーム３にマウントして組立て、その後に所定の処理を施す組立工程を示す説明図である。図４の（ａ）に示すように、マウンタ（不図示）のマウンタヘッド２２に積層体チップ７ａの金属板６を吸着して下降させ、リードフレーム３に積層体チップ７ａをスタッドバンプ４を介して超音波フリップチップボンディングして接合する。
【００２７】
次に、図４の（ｂ）に示すように、エポキシ樹脂等の封止樹脂１０により半導体素子２の外面を樹脂封止してリードフレーム３と固着する。次に、図４の（ｃ）に示すように、リードフレーム３のリード３ａをプレス成形により金属板６の方向に所定の形状にリードフォーミングする。このリードフォーミングにより形成されたリード３ａの先端部は、金属板６の面と略面一に成形されている。
【００２８】
以上に説明したように、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法においては、ウエハ１２と放熱用の金属板６とを接合させた後にダイシングして積層体チップ７ａを形成し、その積層体チップ７ａを用いて半導体装置１を形成することで、放熱用の金属板６が接合されている半導体装置１を、放熱効率がよく、かつ、半導体素子２のサイズと略同等のサイズで形成することができる。
【００２９】
また、製造の際の製造工程の個々の工程自体は、半導体装置の製造で用いられている一般的な工程を用いることにより形成することができるので、新たに特別な装置を設けることなく、放熱効率がよく小型な半導体装置を形成することができる。
【００３０】
なお、積層体ウエハ７の形成方法については、上述した方法に限られず、後述する図５〜図７に示すようにして分離しているウエハ１２と金属板６とを積層体に一体化するようにしてもよい。これらの方法においても同様の効果を得ることができる。
【００３１】
図５の（ａ），（ｂ）は、積層体ウエハ７の形成方法の第１の変形例を示す説明図である。本変形例においては、すなわち、ウエハ１２の他に、はんだ板５ａと金属板６とを積層して一体化したのクラッド材２１を配置する。なお、このクラッド材２１ははんだ板５ａと金属板６とを圧延加工することにより、所定の厚さに形成されている。ウエハ１２とクラッド材２１とをクラッド材２１のはんだ板２１がウエハ１２と対向するように積み重ねた状態で位置合せし、プレス装置の加圧部に載置し、プレス装置を作動させて減圧熱プレス加工を１０分程度の時間施して圧着し、図５（ｂ）に示すような積層体ウエハ７を形成する。
【００３２】
図６の（ａ），（ｂ）は、積層体ウエハ７の形成方法の第２の変形例を示す説明図である。本変形例においては、金属板６の他にはんだの薄膜５ｂが蒸着により形成されたウエハ１２を製造する。両者を積み重ねた状態で位置合せして、プレス装置の加圧部に載置し、プレス装置を作動させて減圧熱プレス加工を１０分程度の時間施し、図６の（ｂ）に示すような積層体ウエハ７を形成する。
【００３３】
図７の（ａ），（ｂ）は、積層体ウエハ７の形成方法の第３の変形例を示す説明図である。本変形例においては、ウエハ１２の他に、はんだめっき処理され表面にめっき層５ｃを備えた金属板６を製造する。両者を積み重ねた状態で位置合せして、プレス装置の加圧部に載置し、プレス装置を作動させて減圧熱プレス加工を１０分程度の時間施し、図７の（ｂ）に示すような積層体ウエハ７を形成する。
【００３４】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体素子のサイズと略同等のサイズで、かつ、放熱効率が良好な半導体装置を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法により製造された半導体装置が配線基板に実装された状態を示す断面図。
【図２】同半導体装置に組み込まれる積層体ウエハの製造工程を模式的に示す斜視図。
【図３】同製造方法におけるプレス装置の加圧部を模式的に示す断面図。
【図４】同製造方法における組立工程を模式的に示す断面図。
【図５】同製造方法における積層体ウエハの形成方法の第１変形例を示す説明図。
【図６】同製造方法における積層体ウエハの形成方法の第２変形例を示す説明図。
【図７】同製造方法における積層体ウエハの形成方法の第３変形例を示す説明図。
【図８】従来の半導体装置の製造方法におけるダイマウント工程の一例を示す説明図。
【図９】従来の半導体装置の製造方法におけるダイマウント工程の別の例を示す説明図。
【図１０】従来の半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置を示す断面図。
【符号の説明】
１…半導体装置
２…半導体素子
３…リードフレーム
３ａ…リード
４…スタッドバンプ
５…はんだシート
６…金属板
７…積層体ウエハ
７ａ…積層体チップ
８…配線基板
１０…封止樹脂
１２…ウエハ
１５…下型
１６…上型
２１…クラッド材
【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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