(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、無機質フィラー７０〜９５重量部と熱硬化性樹脂組成物５〜３０重量部を少なくとも含み、前記半導体チップの電極面と前記電極面に隣接した端面に接着して一体化された熱伝導混合物と、前記熱伝導混合物に形成された貫通孔と、前記貫通孔に充填された導電性樹脂組成物と、前記熱伝導混合物上に形成された外部取り出し電極とを備え、前記半導体チップの電極と前記外部取り出し電極とが、前記半導体チップの電極上に形成されたバンプと前記導電性樹脂組成物とをこの順に介し、前記熱伝導混合物を貫通して電気的に接続されており、前記熱伝導混合物と前記半導体チップの電極面とは反対側の面とが同一平面上にある半導体パッケージ。
【請求項２】
無機質フィラーが、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＢＮ及びＡｌＮからなる群から選ばれた少なくとも１種類を含むフィラーである請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項３】
無機質フィラーの粒径が０．１〜１００μｍの範囲にある請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項４】
熱硬化性樹脂組成物が、その主成分として、エポキシ樹脂、フェノール樹脂及びシアネート樹脂からなる群から選ばれた少なくとも１種類の樹脂を含む請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項５】
熱硬化性樹脂組成物が臭素化された多官能エポキシ樹脂を主成分として含み、さらに硬化剤としてのビスフェノールＡ型ノボラック樹脂と、硬化促進剤としてのイミダゾールとを含む請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項６】
熱伝導混合物に、さらにカップリング剤、分散剤、着色剤及び離型剤からなる群から選ばれた少なくとも１種類が添加された請求項１に記載の半導体パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種電気・電子機器に使用される半導体パッケージ及びその製造方法に関し、特に半導体チップとほぼ同等のサイズを有し、放熱性に優れた半導体パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体チップの高密度化、高機能化が進み、半導体チップの大型化や多電極化が顕著であるが、一方、電子機器の高性能化、小型化の要求に伴い、半導体パッケージの小型化が求められている。このため、半導体パッケージは、リードをパッケージの周辺に配置したＱＦＰ（Quad Flat Package ）型から、下面に電極をエリアアレイ状に配置したＢＧＡ（Ball Grid Array ）型や、さらに小型化を進めたＣＳＰ（Chip Scale Package）型へと移行しつつある。ＣＳＰ型の半導体パッケージとしては、例えば、図１０に示すような構成のものがある。すなわち、図１０に示すように、半導体チップ１０１の電極にはバンプ１０２が形成されており、半導体チップ１０１はフェースダウンで配線基板１０５の電極１０４に導電性樹脂１０３を介して接続されている。また、気密性を確保するために、半導体チップ１０１と配線基板１０５との間には封止樹脂１０７が充填されている。尚、図１０中、１０６は外部取り出し電極である。
【０００３】
このＣＳＰ型の半導体パッケージを用いれば、パッケージを小型化することによって基板効率を向上させることができ、高速、低ノイズの実装が可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のように構成された従来のＣＳＰ型の半導体パッケージには、以下のような問題点がある。すなわち、熱衝撃などの信頼性評価を行った場合に、半導体チップと基板との熱膨張係数の違いによって封止部分に亀裂が生じ、気密性が損なわれる虞れがある。また、樹脂封止あるいはコーティングを施すことによって製造のコストやタクトが増加してしまう。さらに、半導体チップと基板との間の熱伝導性が低く、半導体チップに発生する熱を逃がすことが難しい。
【０００５】
本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、樹脂によって封止する必要がなく、しかも信頼性や気密性に優れ、低コストで容易に製造することができ、さらに熱伝導性の良好な半導体パッケージを提供することを目的とする。
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明に係る半導体パッケージの構成は、半導体チップと、無機質フィラー７０〜９５重量部と熱硬化性樹脂組成物５〜３０重量部を少なくとも含み、前記半導体チップの電極面と前記電極面に隣接した端面に接着して一体化された熱伝導混合物と、前記熱伝導混合物に形成された貫通孔と、前記貫通孔に充填された導電性樹脂組成物と、前記熱伝導混合物上に形成された外部取り出し電極とを備え、前記半導体チップの電極と前記外部取り出し電極とが、前記半導体チップの電極上に形成されたバンプと前記導電性樹脂組成物とをこの順に介し、前記熱伝導混合物を貫通して電気的に接続されており、前記熱伝導混合物と前記半導体チップの電極面とは反対側の面とが同一平面上にあることを特徴とする。この半導体パッケージの構成によれば、樹脂によって封止する必要がなく、しかも熱伝導性の良好な半導体パッケージを実現することができる。また、基板としての熱伝導混合物の平面方向における熱膨張係数が半導体チップのそれに近いため、リフロー試験を行った後においても、半導体チップとパッケージとの界面に特に異常は認められず、このときの半導体チップと外部取り出し電極との接続部を含んだ電気抵抗値の変化も非常に小さい。従って、信頼性に優れた半導体パッケージを実現することができる。
【０００９】
また、前記本発明の半導体パッケージの構成においては、無機質フィラーが、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＢＮ及びＡｌＮからなる群から選ばれた少なくとも１種類を含むフィラーであるのが好ましい。これらは熱伝導率が高いからである。
【００１０】
また、前記本発明の半導体パッケージの構成においては、無機質フィラーの粒径が０．１〜１００μｍの範囲にあるのが好ましい。
【００１１】
また、前記本発明の半導体パッケージの構成においては、熱硬化性樹脂組成物が、その主成分として、エポキシ樹脂、フェノール樹脂及びシアネート樹脂からなる群から選ばれた少なくとも１種類の樹脂を含むのが好ましい。これらは電気的特性、機械的特性に優れているからである。
【００１２】
また、前記本発明の半導体パッケージの構成においては、熱硬化性樹脂組成物が臭素化された多官能エポキシ樹脂を主成分として含み、さらに硬化剤としてのビスフェノールＡ型ノボラック樹脂と、硬化促進剤としてのイミダゾールとを含むのが好ましい。
【００１３】
また、前記本発明の半導体パッケージの構成においては、熱伝導混合物に、さらにカップリング剤、分散剤、着色剤及び離型剤からなる群から選ばれた少なくとも１種類が添加されているのが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は、熱硬化性樹脂組成物に高濃度に無機質フィラーが添加され、平面方向の熱膨張係数が半導体チップとほぼ同一で、しかも熱伝導性が高く、かつ未硬化状態で可撓性を有する熱伝導シート状物を基本とする。この熱伝導シート状物は、未硬化状態で可撓性を有するため、この熱伝導シート状物を低温低圧状態で所望の形に成型することができる。また、前記熱伝導シート状物中の熱硬化性樹脂組成物は、加熱加圧することによって硬化するため、この熱伝導シート状物をリジットな基板とすることができる。従って、前記熱伝導シート状物を用いれば、内部に半導体チップが実装された熱伝導性半導体パッケージを容易に実現することができる。
【００１５】
本発明の第１の態様は、上記熱伝導シート状物に半導体チップの電極と対応した貫通孔を形成し、前記貫通孔に導電性樹脂組成物を充填し、前記熱伝導シート状物と半導体チップを、前記熱伝導シート状物の前記貫通孔と前記半導体チップの電極との平面方向の位置を合わせて重ねた後、加熱加圧することにより、前記熱伝導シート状物を硬化させて半導体チップと一体化すると共に、前記半導体チップと外部取り出し電極とを一体化したものである。本発明の第１の態様によれば、半導体チップを基板に直接実装することができ、かつ放熱性に優れた半導体パッケージを実現することができる。
【００１６】
本発明の第２の態様は、上記熱伝導シート状物にバンプの付いた半導体チップをフェースダウンで重ねた後、加熱加圧することにより、前記熱伝導シート状物を硬化させて前記半導体チップと一体化すると共に、前記バンプを前記熱伝導シート状物に貫通させて外部取り出し電極と一体化したものである。
【００１７】
本発明の第３の態様は、上記熱伝導シート状物に貫通孔を形成し、前記熱伝導シート状物とバンプの付いた半導体チップを、前記熱伝導シート状物の前記貫通孔と前記半導体チップの前記バンプとの平面方向の位置を合わせて重ねた後、加熱加圧することにより、前記熱伝導シート状物を硬化させて前記半導体チップと一体化すると共に、前記バンプを前記熱伝導シート状物の前記貫通孔に貫通させて外部取り出し電極と一体化したものである。
【００１８】
本発明の第４の態様は、上記熱伝導シート状物と半導体チップとを重ね合わせて、加熱加圧することにより、前記熱伝導シート状物を硬化させて半導体チップと一体化すると共に、予め作製しておいた最外層に電極を形成した配線基板を前記熱伝導シート状物と一体化させて外部取り出し電極としたものである。上記熱伝導シート状物と半導体チップとの一体化の態様としては、上記第１〜第３の態様を用いることができる。
【００１９】
以下、実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
【００２０】
図１は本発明に係る半導体パッケージの構成を示す断面図である。図１に示すように、半導体チップ１２には、その電極面（下面）とそれに隣接した端面に、無機質フィラーと熱硬化性樹脂組成物を少なくとも含む熱伝導混合物１１が接着されて一体化されている。また、半導体チップ１２には、その電極にバンプ１４が形成されており、バンプ１４は導電性樹脂組成物１３を介して外部取り出し電極１５と接続されている。
【００２１】
図２は本発明に係る半導体パッケージの基本となる熱伝導シート状物を示す断面図である。図２に示すように、熱伝導シート状物２１は、離型性フィルム２２の上に造膜されている。この場合、まず、無機質フィラーと、熱硬化性樹脂組成物と、１５０℃以上の沸点を有する溶剤と、１００℃以下の沸点を有する溶剤とを少なくとも含む混合物スラリーを準備し、この混合物スラリーを離型性フィルム２２の上に造膜する。造膜の方法は特に限定されるものではなく、公知のドクターブレード法、コーター法、押し出し成形法などを利用することができる。次いで、離型性フィルム２２の上に造膜された前記混合物スラリー中の前記１００℃以下の沸点を有する溶剤のみを乾燥させる。これにより、未硬化状態で可撓性を有する熱伝導シート状物２１が得られる。
【００２２】
熱硬化性樹脂組成物の主成分としては、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂又はシアネート樹脂を用いることができ、特に臭素化されたエポキシ樹脂を用いるのが好ましい。臭素化されたエポキシ樹脂は難燃性を有するからである。熱硬化性樹脂組成物中の硬化剤としては、例えばビスフェノールＡ型ノボラック樹脂を用いることができ、硬化促進剤としては、例えばイミダゾールを用いることができる。
【００２３】
熱伝導シート状物及び熱硬化後の熱伝導混合物中の無機質フィラーの充填率は７０〜９５重量部が好ましく、さらには８５〜９５重量部が好ましい。無機質フィラーの充填率が７０重量部よりも低い場合には、熱伝導性が低下し、無機質フィラーの充填率が９５重量部よりも高い場合には、可撓性を付与する熱硬化性樹脂組成物の量が低下し、成形性が悪くなる。尚、この無機質フィラーの充填率は、１００℃以下の沸点を有する溶剤を含まない配合組成で計算される。無機質フィラーとしては、例えばＡｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＢＮ、ＡｌＮを用いることができ、これらは熱伝導率が高い点で好ましい。また、無機質フィラーの粒径は０．１〜１００μｍであるのが好ましい。粒径が小さすぎても大きすぎても、無機質フィラーの充填率が低下し、熱伝導性が悪化するだけでなく熱膨張係数も半導体チップとの差が大きくなり、半導体パッケージの材料として適さなくなる。
【００２４】
１５０℃以上の沸点を有する溶剤としては、例えばエチルカルビトール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテートを用いることができる。また、１００℃以下の沸点を有する溶剤としては、例えばメチルエチルケトン、イソプロパノール、トルエンを用いることができる。また、必要に応じて、熱伝導シート状物の組成物に、さらにカップリング剤、分散剤、着色剤、離型剤を添加してもよい。
【００２５】
尚、上記混合物スラリー中には、１５０℃以上の沸点を有する溶剤や１００℃以下の沸点を有する溶剤が含まれているが、熱硬化性樹脂組成物が未硬化の状態で熱伝導シート状物に可撓性があれば、上記の溶剤は含まれていなくてもよい。
【００２６】
上記熱伝導シート状物を硬化させた熱伝導混合物は、無機質フィラーを高濃度に充填することができるので、この熱伝導混合物を用いれば、熱膨張係数が半導体チップとほぼ同一で、放熱性に優れた半導体パッケージを実現することができる。
【００２７】
次に、上記のような構成を有する半導体パッケージの製造方法について説明する。
【００２８】
図３は本発明に係る半導体パッケージの製造方法を示す工程別断面図である。まず、図３（ａ）に示すように、離型性フィルム３２の上に、上記のようにして熱伝導シート状物３１を造膜する（図２、及びその説明を参照）。次いで、図３（ｂ）に示すように、離型性フィルム３２及び熱伝導シート状物３１に貫通孔３３を形成する。貫通孔３３の形成は、例えば炭酸ガスレーザーやエキシマーレーザーなどを用いたレーザー加工、ドリル加工、パンチング加工などによって行われる。特に、レーザー加工法は簡便で精度が高いため好ましい。次いで、図３（ｃ）に示すように、貫通孔３３に導電性樹脂組成物３４を充填する。導電性樹脂組成物３４としては、金属粉と熱硬化性樹脂と樹脂の硬化剤を混合してなる導電性ペーストを用いることができる。金属粉としては、例えば金、銀、銅、パラジウム又はニッケルを用いることができ、これらは電気抵抗値や信頼性の点で好ましい。熱硬化性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂を用いることができ、樹脂の硬化剤としては、例えばイミダゾールを用いることができる。次いで、図３（ｄ）に示すように、熱伝導シート状物３１から離型性フィルム３２を剥がした後、熱伝導シート状物３１と半導体チップ３５を、熱伝導シート状物３１の貫通孔３３と半導体チップ３５の電極との平面方向の位置を合わせて重ねる。次いで、図３（ｅ）に示すように、これを加熱加圧することにより、熱伝導シート状物３１を硬化させて半導体チップ３５と一体化する。加熱加圧は金型を用いて行われ、熱伝導シート状物３１中の熱硬化性樹脂組成物が一旦軟化した後、硬化することにより、半導体チップ３５の電極面とそれに隣接した端面に、熱伝導シート状物３１が硬化した後の熱伝導混合物３７が接着した状態となる。このため、外部から半導体チップ３５の電極までの沿面距離が長くなり、吸湿などの影響が小さくなる。最後に、熱伝導混合物３７の半導体チップ３５と反対側の面に、導電性樹脂組成物３４と接続した状態で外部取り出し電極３６を形成する。外部取り出し電極３６の形成方法としては、例えばスクリーン印刷法、転写法、エッチング法を用いることができるが、一体成型できる点でエッチング法や転写法を用いるのが好ましい。以上の工程により、半導体パッケージが得られる。
【００２９】
図４は本発明に係る半導体パッケージの他の製造方法を示す工程別断面図である。
【００３０】
図４（ａ）は、図３（ａ）、（ｂ）と同様の工程により、熱伝導シート状物４１に貫通孔４３を設けた状態を示している。尚、図４（ａ）中、４２は離型性フィルムである。
【００３１】
図４（ｂ）に示すように、貫通孔４３に導電性樹脂組成物４４を充填する。この場合、貫通孔４３の片側の開口部４５に面した部分にのみ導電性樹脂組成物４４を充填し、反対側の開口部４６に面した部分には導電性樹脂組成物４４を充填しない。次いで、図４（ｃ）に示すように、熱伝導シート状物４１と半導体チップ４７を、熱伝導シート状物４１の貫通孔４３の導電性樹脂組成物４４が充填されていない開口部４６を有する面が半導体チップ４７の電極面と向かい合わせとなるようにして、貫通孔４３と半導体チップ４７の電極との平面方向の位置を合わせて重ねる。次いで、図４（ｄ）に示すように、これを加熱加圧することにより、熱伝導シート状物４１を硬化させて半導体チップ４７と一体化する。加熱加圧は金型を用いて行われ、熱伝導シート状物４１中の熱硬化性樹脂組成物が一旦軟化した後、硬化することにより、半導体チップ４７の電極面とそれに隣接した端面に、熱伝導シート状物４１が硬化した後の熱伝導混合物４８が接着した状態となる。最後に、熱伝導混合物４８の半導体チップ４７と反対側の面に、導電性樹脂組成物４４と接続した状態で上記と同様に外部取り出し電極４９を形成する。以上の工程により、半導体パッケージが得られる。このとき、熱伝導シート状物４１の半導体チップ４７に面した側には、導電性樹脂組成物４４が存在しないため、半導体チップ４７の埋め込みによって熱伝導シート状物４１が流動しても、半導体チップ４７と電気的に接続される導電性樹脂組成物４４は流動せず、ショートなどが発生し難くなる。さらに、半導体チップ４７の電極にバンプを形成した場合、貫通孔４３とバンプとの凹凸によって熱伝導シート状物４１と半導体チップ４７との平面方向の位置合わせが容易になる。
【００３２】
次に、外部取り出し電極の形成方法について説明する。
【００３３】
図５はエッチング法による外部取り出し電極の形成方法を示す工程別断面図である。まず、図５（ａ）に示すように、貫通孔に導電性樹脂組成物５４を充填した熱伝導シート状物５１の上下面に、半導体チップ５２と金属箔５３をそれぞれ重ねる。金属箔５３としては、例えば銅箔を用いることができる。次いで、図５（ｂ）に示すように、これを加熱加圧することにより、熱伝導シート状物５１を硬化させて半導体チップ５２及び金属箔５３と一体化する。加熱加圧は金型を用いて行われ、熱伝導シート状物５１中の熱硬化性樹脂組成物が一旦軟化した後、硬化することにより、半導体チップ５２の電極面とそれに隣接した端面に、熱伝導シート状物５１が硬化した後の熱伝導混合物５５が接着した状態になると共に、熱伝導混合物５５の半導体チップ５２と反対側の面に金属箔５３が接着した状態となる。次いで、図５（ｃ）に示すように、エッチング法を用いて金属箔５３をパターニングし、外部取り出し電極５６を形成する。以上の工程により、外部取り出し電極５６が熱伝導混合物５５に一体成形される。エッチング法としては、一般に、例えば塩化第二鉄をエッチング液として用いたウェットエッチングが用いられる。さらに、必要に応じて、ニッケルめっきや金めっきが施される。また、はんだボールを形成することも可能である。
【００３４】
図６は転写法による外部取り出し電極の形成方法を示す工程別断面図である。まず、図６（ａ）に示すように、ベースフィルム６２の上に金属箔６１を形成し、パターニングを行う。金属箔６１としては、例えば銅箔を用いることができる。次いで、図６（ｂ）に示すように、貫通孔に導電性樹脂組成物６６が充填された熱伝導シート状物６３の上に半導体チップ６５を重ね、それと反対側の面に図６（ａ）の電極パターン６４を積層する。次いで、図６（ｃ）に示すように、これを加圧加熱することにより、熱伝導シート状物６３を硬化させて半導体チップ６５及び電極パターン６４と一体化する。加熱加圧は金型を用いて行われ、熱伝導シート状物６３中の熱硬化性樹脂組成物が一旦軟化した後、硬化することにより、半導体チップ６５の電極面とそれに隣接した端面に、熱伝導シート状物６３が硬化した後の熱伝導混合物６７が接着した状態になると共に、熱伝導混合物６７の半導体チップ６５と反対側の面に電極パターン６４が接着した状態となる。最後に、ベースフィルム６２を剥がす。以上の工程により、電極パターン６４が外部取り出し電極として熱伝導混合物６７に一体成形される。
【００３５】
図７は本発明に係る半導体パッケージの他の製造方法を示す工程別断面図である。まず、図７（ａ）に示すように、離型性フィルム７２の上に、上記のようにして熱伝導シート状物７１を造膜する（図２、及びその説明を参照）。次いで、図７（ｂ）に示すように、電極にバンプ７４の付いた半導体チップ７３を用意する。バンプとしては、例えば金やアルミニウムを公知の方法でボンディングしたものや、はんだボールを形成したものを用いることができる。次いで、図７（ｃ）に示すように、熱伝導シート状物７１から離型性フィルム７２を剥がした後、熱伝導シート状物７１の上に、電極にバンプ７４の付いた半導体チップ７３をフェースダウンで重ねる。次いで、図７（ｄ）に示すように、これを加熱加圧することにより、熱伝導シート状物７１を硬化させて半導体チップ７３と一体化する。加熱加圧は金型を用いて行われ、熱伝導シート状物７１中の熱硬化性樹脂組成物が一旦軟化した後、硬化することにより、半導体チップ７３の電極面とそれに隣接した端面に、熱伝導シート状物７１が硬化した後の熱伝導混合物７６が接着した状態となる。また、このとき、半導体チップ７３のバンプ７４は熱伝導シート状物７１を貫通し、熱伝導シート状物７１（すなわち、熱伝導混合物７６）の裏側に露出した状態となる。最後に、熱伝導混合物７６の裏面に、半導体チップ７３のバンプ７４と接続した状態で外部取り出し電極７５を形成する。以上の工程により、半導体パッケージが得られる。尚、外部取り出し電極７５の形成方法は、上記と同様である。以上の方法によって半導体パッケージを作製すれば、貫通孔を加工する工程や導電性樹脂組成物を充填する工程を省略することができるので、生産性が向上する。また、導電性樹脂組成物を介さないため、外部取り出し電極７５と半導体チップ７３との間の電気抵抗が小さくなる。
【００３６】
図８は本発明に係る半導体パッケージのさらに他の製造方法を示す工程別断面図である。まず、図８（ａ）に示すように、離型性フィルム８３の上に、上記のようにして熱伝導シート状物８１を造膜し（図２、及びその説明を参照）、離型性フィルム８３及び熱伝導シート状物８１に貫通孔８２を形成する。次いで、図８（ｂ）に示すように、電極にバンプ８５の付いた半導体チップ８４を用意する。次いで、図８（ｃ）に示すように、熱伝導シート状物８１から離型性フィルム８３を剥がした後、熱伝導シート状物８１の貫通孔８２と半導体チップ８４のバンプ８５との平面方向の位置を合わせて重ねる。次いで、図８（ｄ）に示すように、これを加熱加圧することにより、熱伝導シート状物８１を硬化させて半導体チップ８４と一体化する。加熱加圧は金型を用いて行われ、熱伝導シート状物８１の熱硬化性樹脂組成物が一旦軟化した後、硬化することにより、半導体チップ８４の電極面とそれに隣接した端面に、熱伝導シート状物８１が硬化した後の熱伝導混合物８７が接着した状態となる。また、このとき、半導体チップ８４のバンプ８５は、熱伝導シート状物８１の貫通孔８２を貫通し、熱伝導シート状物８１（すなわち、熱伝導混合物８７）の裏側に露出した状態となる。最後に、熱伝導混合物８７の裏面に、半導体チップ８４のバンプ８５と接続した状態で外部取り出し電極８６を形成する。以上の工程により、半導体パッケージが得られる。以上の方法によって半導体パッケージを作製すれば、導電性樹脂組成物を充填する工程を省略することができるので、生産性が向上する。また、熱伝導シート状物８１には貫通孔８２が形成され、半導体チップ８４にはバンプ８５が形成されているため、熱伝導シート状物８１と半導体チップ８４の平面方向の位置合わせが容易となる。尚、貫通孔８２に導電性樹脂組成物を充填した後に、熱伝導シート状物８１と半導体チップ８４を位置合わせして重ね、一体成型してもよい。
【００３７】
図９は本発明に係る半導体パッケージのさらに他の製造方法を示す工程別断面図である。
【００３８】
まず、図９（ａ）に示すように、図３（ａ）〜（ｃ）と同様の工程によって作製された、貫通孔９３に導電性樹脂組成物９４が充填された熱伝導シート状物９１を用意し、さらに、図９（ｂ）に示すように、最外層に電極パターン９５が形成された配線基板９６を用意する。尚、図９（ａ）中、９２は離型性フィルムである。配線基板９６としては、例えば、ガラス−エポキシ基板、アルミナやＡｌＮなどのセラミック基板、ガラス−セラミック低温焼成基板などを用いることができるが、特に、主成分が熱伝導混合物である基板が好ましい。熱伝導シート状物９１が硬化した後の熱伝導混合物との熱膨張係数がほぼ等しくなり、信頼性が高くなるからである。また、同じ材料同士であるため、接着力が高くなるからである。次いで、図９（ｃ）に示すように、熱伝導シート状物９１と半導体チップ９７を、熱伝導シート状物９１の貫通孔９３と半導体チップ９７の電極の平面方向の位置を合わせて重ねると共に、熱伝導シート状物９１と配線基板９６を、熱伝導シート状物９１の貫通孔９３と配線基板９６上の電極パターン９５の平面方向の位置を合わせて重ねる。次いで、図９（ｄ）に示すように、これを加熱加圧することにより、熱伝導シート状物９１を硬化させて半導体チップ９７及び配線基板９６と一体化する。加熱加圧は金型を用いて行われ、熱伝導シート状物９１の熱硬化性樹脂組成物が一旦軟化した後、硬化することにより、半導体チップ９７の電極面とそれに隣接した端面に、熱伝導シート状物９１が硬化した後の熱伝導混合物９８が接着すると共に、配線基板９６が接着した状態となる。また、このとき、半導体チップ９７の電極と配線基板９６上の電極パターン９５が導電性樹脂組成物９４を介して電気的に接続される。以上の工程により、半導体パッケージが得られる。以上の方法によって半導体パッケージを作製すれば、配線基板９６を用いて、外部と接続する電極の間隔を半導体チップ９７の電極間隔よりも広げることが可能となるため、半導体パッケージの実装が容易になる。また、配線基板９６による電極の再配列が可能となるため、半導体パッケージを接続する基板の配線設計が容易となり、汎用性が増す。
【００３９】
尚、この例では、図３で説明した方法を用いて半導体チップ９７と電極パターン９５とを電気的に接続させているが、半導体チップ９７と配線基板９６上の電極パターンとを接続させる方法はこれに限定されるものではなく、例えば、図４、図７、図８で説明した方法を用いた場合でも同様の効果を得ることができる。
【００４０】
また、上記のそれぞれの製造方法においては、１個の半導体チップを用いて半導体パッケージを作製する場合を例に挙げて説明したが、以下のようにして半導体パッケージを作製してもよい。すなわち、まず、複数個の半導体チップを用意し、熱伝導シート状物に必要に応じて複数個分の加工を施した後、前記複数個の半導体チップを前記熱伝導シート状物に重ね合わせる。次いで、これを加熱加圧することにより、前記熱伝導シート状物を硬化させて前記複数個の半導体チップと一体化する。次いで、外部取り出し電極を形成する。最後に、一体化された複数個の半導体パッケージを個々に分割する。以上の方法によって半導体パッケージを作製すれば、一度に多数の半導体パッケージを得ることができる。
【００４１】
また、上記のそれぞれの製造方法において、加熱加圧時の温度は１７０〜２６０℃の範囲にあるのが好ましい。温度が低すぎると、熱硬化性樹脂組成物の硬化が不十分となり、温度が高すぎると、熱硬化性樹脂組成物が分解し始めるからである。また、加熱加圧時の圧力は１〜２０ＭＰａの範囲にあるのが好ましい。
【００４２】
【実施例】
以下に、具体的実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
【００４３】
（実施例１）
本発明の基本となる熱伝導シート状物の作製に際し、無機質フィラーと熱硬化性樹脂組成物と溶剤を混合し、十分な分散状態が得られるように混合作用を促進するアルミナボールを混合してスラリーを作製した。実施した熱伝導シート状物の組成を下記（表１）に示す。
【００４４】
【表１】
0004231229.tif 000002
【００４５】
ここで、Ａｌ2 Ｏ3 としては住友化学（株）製ＡＬ−３３（平均粒径１２μｍ）を用い、エポキシ樹脂としては日本レック（株）製ＮＶＲ−１０１０（硬化剤を含む）を用い、１５０℃以上の沸点を有する溶剤としてはブチルカルビトールアセテート（関東化学（株）製、沸点２４０℃）を用いた。
【００４６】
まず、上記（表１）の組成を秤量し、メチルエチルケトン（ＭＥＫ、沸点７９．６℃、関東化学（株）製）溶剤を、スラリー粘度が約２０Ｐａ・ｓになるまで加え、さらに上記のアルミナボールを加え、ポット中で、４８時間、５００ｒｐｍの速度で回転混合させた。このときのＭＥＫは粘度調整用であり、高濃度の無機質フィラーを添加する上で重要な構成要素となるが、後の乾燥工程で揮発してしまい樹脂組成物中には残らないので、上記（表１）には記載されていない。次いで、離型性フィルムとして厚み７５μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを準備し、その上に上記スラリーをドクターブレード法を用いてブレードギャップ（ブレードと離型性フィルムとの隙間）約１．４ｍｍで造膜した。次いで、前記スラリー中のＭＥＫ溶剤を１００℃の温度で１時間放置して乾燥させた。これにより、可撓性を有する熱伝導シート状物（厚み約７５０μｍ）が得られた。
【００４７】
上記のようにして作製された実験番号１ｄの離型性フィルム付き熱伝導シート状物（無機質フィラー：９０重量％）を所定の大きさにカットし、前記離型性フィルム面から、炭酸ガスレーザーを用いて半導体チップの電極と同じ２５０μｍピッチの等間隔の位置に直径１５０μｍの貫通孔を形成した。
【００４８】
この貫通孔に、導電性樹脂組成物として、球状の銅粉末：８５重量部と、樹脂組成としてのビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エピコート８２８、油化シェルエポキシ製）：３重量部、グルシジルエステル系エポキシ樹脂（ＹＤ−１７１、東都化成製）：９重量部と、硬化剤としてのアミンアダクト硬化剤（ＭＹ−２４、味の素（株）製）：３重量部とを３本ロールによって混練したペーストを、スクリーン印刷法によって充填した。次いで、貫通孔にペーストが充填された熱伝導シート状物からＰＥＴフィルムを剥がした後、熱伝導シート状物の一方側の面に１０ｍｍ角の半導体チップをその電極と貫通孔との位置を合わせながら重ね、その反対側の面に厚さ３５μｍの片面を粗化した銅箔を粗化面を熱伝導シート状物側に向けて張り合わせた。次いで、これを一定の厚さとなるように金型に入れ、熱プレスを用いてプレス温度１７５℃、圧力３ＭＰａで１時間加熱加圧することにより、熱伝導シート状物を硬化させて半導体チップ及び銅箔と一体化した。この場合、熱伝導シート状物中の熱硬化性樹脂組成物が一旦軟化した後、硬化するので、半導体チップの電極面とそれに隣接した端面に、熱伝導シート状物が硬化した後の熱伝導混合物が接着した状態となり、熱伝導混合物（熱伝導シート状物）と半導体チップが強固に一体化される。また、銅箔の粗化面にも、熱伝導シート状物が硬化した後の熱伝導混合物が強固に接着した状態となる。また、導電性樹脂組成物（ペースト）中のエポキシ樹脂も硬化し、半導体チップと銅箔との機械的、電気的接続が行われる。最後に、エッチング技術を用いて銅箔をパターニングして、外部取り出し電極を形成した。以上の工程により、図１に示す半導体パッケージが得られた。
【００４９】
信頼性の評価として、最高温度が２６０℃で１０秒のリフロー試験を２０回行った。このとき、半導体チップとパッケージとの界面に特に異常は認められず、強固な接着が得られていることが確認された。また、このときの半導体チップと外部取り出し電極との接続部を含んだ電気抵抗値の変化を測定したところ、リフロー試験前の初期の接続抵抗が３５ｍΩ／ビアであるのに対し、リフロー試験後の接続抵抗は４０ｍΩ／ビアとなり、その変化量は非常に小さかった。
【００５０】
比較例として、従来のガラスエポキシ基板上にはんだバンプと封止樹脂を介して半導体チップを実装した半導体パッケージを作製した。この半導体パッケージにおいては、半導体チップと基板の熱膨張係数が異なるため、半導体チップと基板との接合部で抵抗値が増大し、１０回のリフロー試験で断線した。これに対し、本実施例の半導体パッケージにおいては、基板としての熱伝導混合物の平面方向の熱膨張係数が半導体チップに近いため、リフロー試験による抵抗値の変化はわずかであった。
【００５１】
また、半導体チップに一定電流を流し、連続的に１Ｗの発熱を起こさせた場合にも、半導体パッケージの外観に変化は認められず、半導体チップと外部取り出し電極との接続部を含んだ電気抵抗値の変化も非常に小さかった。
【００５２】
次に、熱伝導混合物の基本特性を評価するために、上記（表１）に示した組成で作製した熱伝導シート状物を離型性フィルムから剥離し、再度耐熱性離型性フィルム（ポリフェニレンサルファイド：ＰＰＳ、厚み７５μｍ）で挟んで、温度２００℃、圧力５ＭＰａで硬化させた。その後、ＰＰＳ離型性フィルムを剥離し、所定の寸法に加工して、熱伝導性、熱膨張係数、絶縁耐圧を測定した。その結果を下記（表２）に示す。
【００５３】
【表２】
0004231229.tif 000003
【００５４】
ここで、熱伝導性は、１０ｍｍ角に切断した試料の表面を加熱ヒータに接触させて加熱し、反対側の面の温度上昇を測定することによって求めた。また、上記（表２）の絶縁耐圧は、熱伝導混合物の厚み方向のＡＣ耐圧を単位厚み当たりのＡＣ耐圧に換算したものである。絶縁耐圧は、熱伝導混合物中の熱硬化性樹脂組成物と無機質フィラーとの接着性によって影響を受ける。すなわち、無機質フィラーと熱硬化性樹脂組成物との濡れ性が悪いと、その間にミクロな隙間が生じ、その結果、熱伝導混合物の強度や絶縁耐圧の低下を招いてしまう。一般に、樹脂のみの絶縁耐圧は１５ｋＶ／ｍｍ程度とされており、１０ｋＶ／ｍｍ以上であれば、良好な接着が得られていると判断される。
【００５５】
上記（表２）の結果から、上記のような方法で作製された熱伝導シート状物から得られる熱伝導混合物は、従来のガラスエポキシ基板に比べ、約２０倍以上の熱伝導性を有する。また、Ａｌ2 Ｏ3 を９０重量部以上添加して得られた熱伝導混合物の熱膨張係数は、シリコンのそれに近いものであった。以上のことから、上記のような方法で作製された熱伝導シート状物から得られる熱伝導混合物は、半導体チップを直接実装するパッケージに適していることが分かる。
【００５６】
（実施例２）
上記実施例１と同様の方法で作製された熱伝導シート状物を用い、導電性樹脂組成物を用いずに半導体チップと一体化した半導体パッケージの他の実施例を示す。以下に、本実施例で使用した熱伝導シート状物の組成を示す。
（１）無機質フィラー：Ａｌ2 Ｏ3 （昭和電工（株）製「ＡＳ−４０」（商品名）、球状、平均粒子径１２μｍ）９０重量部
（２）熱硬化性樹脂：シアネートエステル樹脂（旭チバ（株）製「ＡｒｏＣｙ  Ｍ３０」（商品名））９重量部
（３）溶剤：ブチルカルビトール（関東化学（株）製、沸点２２８℃）０．５重量部
（４）その他の添加物：カーボンブラック（東洋カーボン（株）製）０．３重量部、分散剤（第一工業製薬（株）製「プライサーフＡ２０８Ｆ」（商品名））０．２重量部
まず、１０ｍｍ角の大きさの半導体チップの電極上に、公知のワイヤーボンディング法を用いてＡｕバンプを形成した。次いで、この半導体チップを、上記の組成で作製された熱伝導シート状物（厚さ５５０μｍ）の上に重ね合わせ、その反対側の面に、離型性ＰＰＳフィルム上にエッチング法によって作製された厚さ３５μｍの片面が粗化された銅箔からなる外部電極パターンを半導体チップの電極と位置合わせして重ね合わせた。次いで、これを一定の厚さとなるように金型に入れ、熱プレスを用いてプレス温度１８０℃、圧力５ＭＰａで１時間加熱加圧することにより、熱伝導シート状物を硬化させて半導体チップ及び外部電極パターン（外部取り出し電極）と一体化した。最後に、離型性フィルムを剥がして、半導体パッケージを完成させた。
【００５７】
半導体チップと外部取り出し電極の導電性を確認したところ、ほぼすべての電極に導電性があり、半導体チップと外部取り出し電極との接続は良好であることが確認された。
【００５８】
また、信頼性の評価として、最高温度が２６０℃で１０秒のリフロー試験を２０回行った。このとき、半導体チップと半導体パッケージとの界面に特に異常は認められず、強固な接着が得られていることが確認された。また、電気的接続にも変化はなく、半導体チップと外部取り出し電極との間の断線は発生しないことが確認された。
【００５９】
（実施例３）
上記実施例１と同様の方法で作製された熱伝導シート状物を用い、半導体チップと一体化した半導体パッケージのさらに他の実施例を示す。以下に、本実施例で使用した熱伝導シート状物の組成を示す。
（１）無機質フィラー：Ａｌ2 Ｏ3 （住友化学（株）製「ＡＭ−２８」（商品名）、球状、平均粒子径１２μｍ）８７重量部
（２）熱硬化性樹脂：フェノール樹脂（大日本インキ化学工業製「フェノライト、ＶＨ４１５０」（商品名））１１重量部
（３）溶剤：エチルカルビトール（関東化学（株）製、沸点２０２℃）１．５重量部
（４）その他の添加物：カーボンブラック（東洋カーボン（株）製）０．３重量部、カップリング剤（味の素（株）製「プレンアクトＫＲ−５５」（商品名））０．２重量部
まず、上記の組成で作製された熱伝導シート状物（厚み６００μｍ）を所定の大きさにカットし、上記実施例１と同様の方法で貫通孔を形成した。次いで、この熱伝導シート状物の上に、上記実施例２と同様の方法でパンプが形成された半導体チップをパンプと貫通孔の位置を合わせながら重ね、その反対側の面に、貫通孔に対応した電極を有するガラス−アルミナ低温焼成基板（配線層＝４層、厚さ０．４ｍｍ）を、位置を合わせながら重ねた。次いで、これを一定の厚さとなるように金型に入れ、熱プレスを用いてプレス温度１８０℃、圧力５ＭＰａで１時間加熱加圧することにより、熱伝導シート状物を硬化させて半導体チップ及びガラス−アルミナ低温焼成基板と一体化した。以上の工程により、半導体パッケージを作製した。
【００６０】
半導体と外部取り出し電極の導電性を確認したところ、ほぼすべての電極に導電性があり、半導体チップと外部取り出し電極との接続は良好であることが確認された。
【００６１】
また、信頼性の評価として、最高温度が２６０℃で１０秒のリフロー試験を２０回行った。このとき、半導体チップと熱伝導混合物との界面及び配線基板と熱伝導混合物との界面に特に異常は認められず、強固な接着が得られていることが確認された。また、電気的接続にも変化はなく、半導体チップと外部取り出し電極との間の断線は発生しないことが確認された。
【００６２】
（実施例４）
上記実施例１と同様の方法で作製された熱伝導シート状物を用い、半導体チップと一体化した半導体パッケージのさらに他の実施例を示す。以下に、本実施例で使用した熱伝導シート状物の組成を示す。
（１）無機質フィラー：Ａｌ2 Ｏ3 （昭和電工（株）製「ＡＳ−４０」（商品名）、球状、平均粒子径１２μｍ）８９重量部
（２）熱硬化性樹脂：臭素化されたエポキシ樹脂（日本レック（株）製「ＥＦ−１３４」）１０重量部
（３）その他の添加物：カーボンブラック（東洋カーボン（株）製）０．４重量部、カップリング剤（味の素（株）製「プレンアクトＫＲ−４６Ｂ」（商品名））０．６重量部
まず、ＰＥＴフィルムの上に上記の組成で作製された熱伝導シート状物（厚み７００μｍ）を所定の大きさにカットし、上記実施例１と同様の方法で平面方向にグリッド状に縦３個×横３個分の半導体チップの電極に対応する貫通孔を形成し、前記貫通孔に上記実施例１と同一の導電性樹脂組成物（ペースト）を同一の方法で充填した。次いで、貫通孔にペーストが充填された熱伝導シート状物からＰＥＴフィルムを剥がした後、１０ｍｍ角の半導体チップをその電極と貫通孔との位置を合わせながら縦横にグリッド状に３個ずつ重ね、その反対側の面に厚さ３５μｍの片面を粗化した銅箔を粗化面を熱伝導シート状物側に向けて張り合わせた。次いで、これを一定の厚さとなるように金型に入れ、熱プレスを用いてプレス温度１７５℃、圧力３ＭＰａで１時間加熱加圧することにより、熱伝導シート状物を硬化させて半導体チップ及び銅箔と一体化した。次いで、エッチング技術を用いて銅箔をパターニングして、外部取り出し電極を形成した。最後に、一体化された複数個の半導体パッケージをダイアモンドロータリーカッターで個々に分割した。
【００６３】
これらの半導体パッケージは、外観上、上記実施例１で作製したパッケージと変わりがなく、最高温度が２６０℃で１０秒のリフロー試験を２０回行って信頼性を評価したところ、外観に異常は認められなかった。また、このときのリフロー前後での電気抵抗値の変化は非常に小さかった。
【００６４】
尚、上記実施例１及び実施例４においては、導電性樹脂組成物の導電フィラーとして銅粉末を用いたが、導電フィラーは必ずしも銅粉末に限定されるものではなく、金、銀、パラジウム、ニッケルなどの他の金属粉を用いることもできる。特に銀やニッケルを用いた場合には、導電部の電気伝導性を高く維持することができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、未硬化状態で可撓性を有する熱伝導シート状物を用いて、半導体チップと基板と外部取り出し電極とを一体化した半導体パッケージを得ることができる。この熱伝導シート状物を硬化させた熱伝導混合物は、無機質フィラーを高濃度に充填することが可能であり、そのために熱伝導性に優れているので、この熱伝導混合物を半導体パッケージとして用いれば、半導体チップの放熱性が向上する。また、この熱伝導シート状物を硬化させた熱伝導混合物は、熱膨張係数が半導体チップに近いため、半導体パッケージとしての信頼性に優れている。
【００６６】
さらに、この熱伝導シート状物は可撓性を有するので、半導体チップを容易に一体化することができる。このため、封止樹脂が不要であり、また、気密性や熱伝導性に優れた半導体パッケージを得ることができる。また、この熱伝導シート状物を用いれば、金属箔の張り合わせやパターン転写法により、成型硬化と同時に外部取り出し電極を一体化することができるので、外部取り出し電極の形成が容易となる。さらに、電極を最外層に形成した配線基板を外部取り出し電極として利用することができるので、実装性に優れた半導体パッケージを得ることができる。
【００６７】
さらに、本発明によれば、信頼性が高く抵抗変化の少ない良好な電気的接続が可能な半導体パッケージを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における半導体パッケージの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態における熱伝導シート状物の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態における半導体パッケージの製造方法を示す工程図である。
【図４】本発明の一実施の形態における半導体パッケージの他の製造方法を示す工程別断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態における半導体パッケージの外部取り出し電極の形成方法を示す工程別断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態における半導体パッケージの外部取り出し電極の他の形成方法を示す工程別断面図である。
【図７】本発明の一実施の形態における半導体パッケージのさらに他の製造方法を示す工程別断面図である。
【図８】本発明の一実施の形態における半導体パッケージのさらに他の製造方法を示す工程別断面図である。
【図９】本発明の一実施の形態における半導体パッケージのさらに他の製造方法を示す工程別断面図である。
【図１０】従来技術における半導体パッケージを示す断面図である。
【符号の説明】
１１、３７、４８、５５、６７、７６、８７、９８  熱伝導混合物
１２、３５、４７、５２、６５、７３、８４、９７、１０１  半導体チップ
１３、３４、４４、５４、６６、９４、１０３  導電性樹脂組成物
１４、７４、８５、１０２  バンプ
１５、３６、４９、５６、７５、８６、９５、１０６  外部取り出し電極
２１、３１、４１、５１、６３、７１、８１、９１  熱伝導シート状物
２２、３２、４２、７２、８３、９２  離型性フィルム
３３、４３、８２  貫通孔
５３、６１  金属箔
６２  ベースフィルム
６４  外部取り出し電極パターン
９５、１０４  電極
９６、１０５  配線基板
１０７  封止樹脂
【図１】
0004231229.tif 000004
【図２】
0004231229.tif 000005
【図３】
0004231229.tif 000006
【図４】
0004231229.tif 000007
【図５】
0004231229.tif 000008
【図６】
0004231229.tif 000009
【図７】
0004231229.tif 000010
【図８】
0004231229.tif 000011
【図９】
0004231229.tif 000012
【図１０】
0004231229.tif 000013