(57)【要約】【課題】本発明は、半導体チップへのダメージを回避し、放熱特性の劣化を防止し、カバーフィルム剥離を容易化する半導体装置を提供することを目的とする。【解決手段】基板の第１の面上に、バンプを介して接合された半導体チップと、上記基板の第１の面上で上記半導体チップの一部を囲うリング部材と、上記リング部材の上面及び下面に配置された第１接着用テープ及び第２接着用テープと、上記リング部材及び第１接着用テープの上部に積層され上記半導体チップの裏面上部の一部を覆うヒートスプレッダー板と、上記半導体チップ裏面と上記ヒートスプレッダー板との間を充填する放熱性樹脂を有する。上記リング部材は、上記第２接着用テープにより上記基板の第１の面上に接着され、上記半導体チップは中空部内に配置され、上記第１接着用テープに一箇所のみ設けられたスリットを介して上記中空部が外部に開放される。【選択図】図１
2009302556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面および第２の面を有する基板と、
上記基板の第１の面上に、バンプを介してフリップチップ接合された半導体チップと、
上記基板の第１の面上に、上記半導体チップの周囲の少なくとも一部を囲うように配置されたリング部材と、
上記リング部材の上面及び下面にそれぞれ配置された第１接着用テープ、および第２接着用テープと、
上記リング部材および第１接着用テープの上部に積層され、上記半導体チップの裏面の上部の少なくとも一部を覆うヒートスプレッダー板と、
上記半導体チップの裏面と、上記ヒートスプレッダー板との間を充填する放熱性樹脂とを有しており、
上記リング部材は、上記第２接着用テープにより、上記基板の第１の面上に接着され、
上記半導体チップは、上記基板、リング部材、第１及び第２接着用テープ、およびヒートスプレッダー板により形成される中空部内に配置されており、
上記第１接着用テープに設けられたスリットを介して、上記中空部が外部に開放され、
上記第２接着用テープには、スリットが設けられていなく、
上記第１接着用テープのスリットは、一箇所のみである
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
上記基板の第２面上には、外部との電気的接続を得るための半田ボールが形成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。
【請求項３】
上記ヒートスプレッダー板が、上記半導体チップの裏面全面を覆う形状であることを特徴とする請求項１〜２の何れかに記載の半導体装置。
【請求項４】
上記リング部材が、上記半導体チップの周囲を完全に囲う枠状の形状となっていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の半導体装置。
【請求項５】
上記半導体チップと、上記基板の第１面との間を充填する封止部材を有することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体素子をパッケージ構造で収納した半導体装置に関するものである。さらに詳しくは、例えばヒートスプレッダーやキャップを有し半導体素子を中空層に収納した半導体装置の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は、従来のパッケージ構造の半導体装置の構造の一例を示す図である。
従来の半導体装置は、例えば、ＢＧＡ基板７と、ＢＧＡ基板７と半田バンプを介してフリップチップ接合された半導体チップ５と、その接合信頼性を向上しうる封止部材と、外部と電気的接続を得るためにＢＧＡ基板７の裏面に配列された半田ボール８と、半導体チップ５において発生した熱を外部に放熱するヒートスプレッダー１と、半導体チップ５とヒートスプレッダー１との熱伝導を促進する放熱性樹脂６と、ＢＧＡ基板７及びヒートスプレッダー１間に所定の間隔を設けかつ両者を接合するためのリング２および接着用テープ３とからなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような半導体装置の製造工程においては、銅等の金属、もしくはセラミック、有機材料等からできた、ヒートスププレッダーやキャップを封止する際の昇温時と、その後、リフローにより例えば半田ボールを搭載する際や、該半導体装置を実装ボードに搭載するときなど半田が溶融する温度以上に昇温するが、その際、密閉された空気が熱膨張することにより、ヒートスプレッダーの変形及び剥離が発生する問題がある。
図９はこのような状態を示したもので、ヒートスプレッダー１と放熱性樹脂６、又は、放熱性樹脂６と半導体チップ５との剥離が発生し、該半導体装置の放熱特性が劣化する問題がある。
【０００４】
また、半導体装置上に放熱フィンを取り付けて外部へ放熱効果を上げる際に、半導体装置から放熱フィンへの熱伝導を更に向上させる必要がある。
【０００５】
また、半導体装置の製造時、加圧ヘッドを用いた熱圧着により取り付ける際、ヒートスプレッダーとリングを取り付けるが、その際、半導体チップにダメージを与える問題がある。また、上記放熱性樹脂の硬化が瞬時に始まることにより放熱性樹脂内にボイドが発生し、放熱特性が劣化する。
【０００６】
また、半導体装置の製造時、ヒートスプレッダーとリングの、例えば熱硬化性の接着テープが付着している側の表面にあるカバーフィルムを取り剥がす必要がある。
この発明は上述のような従来の課題を解決するためになされたもので、半導体チップへのダメージを回避し、放熱特性の劣化を防止できる半導体装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の発明にかかる半導体装置は、第１の面および第２の面を有する基板と、該基板の第１の面上に、バンプを介してフリップチップ接合された半導体チップと、該基板の第１の面上に、該半導体チップの周囲の少なくとも一部を囲うように配置されたリング部材と、該リング部材の上面及び下面にそれぞれ配置された第１接着用テープ、および第２接着用テープと、該リング部材および第１接着用テープの上部に積層され、該半導体チップの裏面の上部の少なくとも一部を覆うヒートスプレッダー板と、該半導体チップの裏面と、該ヒートスプレッダー板との間を充填する放熱性樹脂とを有しており、該リング部材は、該第２接着用テープにより、該基板の第１の面上に接着され、該半導体チップは、該基板、リング部材、第１及び第２接着用テープ、およびヒートスプレッダー板により形成される中空部内に配置されており、該第１接着用テープに設けられたスリットを介して、該中空部が外部に開放され、該第２接着用テープには、スリットが設けられていなく、該第１接着用テープのスリットは、一箇所のみであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明は以上のように構成されているので、半導体装置の半導体チップへのダメージを回避することができる。また、放熱特性の劣化を防止することができる。あるいは、カバーフィルムの剥離を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１による半導体装置の構造を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１による接着用テープおよびリング部材を示す平面図である。
【図３】この発明の実施の形態１による接着用テープの他の例を示す平面図である。
【図４】この発明の実施の形態２による半導体装置のリング部材の形状を示す平面図である。
【図５】この発明の実施の形態３による半導体装置の中央部切断斜視図、及び他の半導体装置の例の中央部断面図である。
【図６】この発明の実施の形態４による、半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図７】この発明の実施の形態５による、半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図８】従来のパッケージ構造の半導体装置の一例を示す断面図である。
【図９】従来の半導体装置にて発生する課題を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図中、同一又は相当部分には同一の符号を付してその説明を適宜簡略化ないし省略する。
実施の形態1．
図１及び図２は、この発明の実施の形態１による半導体装置について説明するための図である。図１は、この実施の形態によるエアーベントを備えた半導体装置の構造を示す断面図、図２（ａ）は接着用テープのスリットを示す平面図、図２（ｂ）はリング部材を示す平面図である。
図１において、１は平面状のヒートスプレッダー（ヒートスプレッダー板）、２は四角環状のリング（リング部材）、３はスリットを有する四角環状の接着用テープ、４は接着用テープ３に設けられたエアーベントとして機能するスリット、５は半導体チップ、６は放熱性樹脂、７はＢＧＡ基板、８は半田ボールを示す。
【００１１】
この半導体装置は、ＢＧＡ基板７に半田バンプを介して半導体チップ５がフリップチップ接合され、半導体チップ５は封止部材で封止されている。半導体チップ５とヒートスプレッダー１との間には熱伝導を促進する放熱性樹脂６が充填され接着されている。ヒートスプレッダー１は、半導体チップ５において発生した熱を外部に放熱する。
ＢＧＡ基板７とヒートスプレッダー１の間には、その四周において両者間に所定の間隔を設けかつ両者を接合するためのリング２および接着用テープ３が積層されている。そして、この接着用テープ３には、エアーベントとして機能するスリット４が形成されている。
なお、ＢＧＡ基板７の裏面には外部と電気的接続を得るために半田ボール８が配列されている。
【００１２】
図２（ａ）は、ヒートスプレッダー１と接着用テープ３との接合状態を、図１の下側（半導体チップ５側）からみた状態を示す。図に示すように、ヒートスプレッダー１の上に、四角環状の接着用テープ３が接合されており、接着用テープ３の一つの角部にはスリット４が設けられている。
図２（ｂ）は、接着用テープ３とリング２との接合状態を、図１の下側（半導体チップ５側）からみた状態を示す。図に示すように、四角環状の接着用テープ３の上に、リング２が接合されている。
図２（ａ），（ｂ）の例えば熱硬化性、耐熱性、絶縁性を有する接着用テープ３のスリット４は、図１に示す半導体装置の製造後のエアーベント部となる。
【００１３】
この実施の形態によれば、半導体装置がエアーベント部を有しているので、図９の従来例として説明したような、例えば接着用テープ３のキュア時やリフローによる加熱によって中空層の空気が膨張し、ヒートスプレッダー１の変形や、ヒートスプレッダー１やリング２の剥がれを生じるということがない。
なお、スリット４を入れる接着用テープ３は、ヒートスプレッダー１側に接着しているものでも、ＢＧＡ基板７側に接着しているものでもよい。どちらか一方でもよく、また、両方にいれてもよい。
【００１４】
また、図２（ａ），（ｂ）に示すように、接着用テープ３の形状とリング２の形状は一致しており、また、ヒートスプレッダー１の外形とも一致している。従って、図１に示すようにヒートスプレッダー１の中央部には、半導体装置製造時に放熱性樹脂６を介して半導体チップ５と接着させることにより、半導体チップ５において発生した熱を外部に放熱しやすくすることができる。
【００１５】
図３は、接着用テープ３のスリットの他の配置例を示す平面図である。
図３に示すように、接着用テープ３のスリットを２コーナー、４コーナー、もしくは、辺上に設けてもよい。
【００１６】
以上のように、この実施の形態によれば、ヒートスプレッダー１と半導体チップ５を接着し熱伝導を担う放熱性樹脂６との剥離、もしくは、放熱性樹脂６と半導体チップ５との剥離による、半導体装置の放熱特性の劣化を防ぐことができる。
また、半導体装置の変形による例えばＢＧＡ基板７等のクラックや内部配線の断線を防ぐことができる。
また、接着用テープ３のスリット４は、半導体装置製造後の製品にも残存するため、複数回の加熱においてもエアーベント部として作用する。
【００１７】
また、この実施の形態によれば、ヒートスプレッダー１の基材に穴やスリット等ベント部を設ける必要がない。従って、放熱領域を広く確保することができることにより、半導体装置の放熱特性を向上することができ有利である。
加えて、例えば、半導体装置のヒートスプレッダー１上に放熱フィン（図示せず）を搭載する際に放熱フィンとの接着領域を広く確保でき放熱特性の向上に有利であり、また、放熱フィンとの接着力を高めることができる。
【００１８】
以上のように、この実施の形態によれば、平板状の基板のほぼ中央部に半導体チップをマウントし、この上に環状のリング部材および接着用テープと、平板状のヒートスプレッダー板とを積層して半導体チップを収容する中空部を形成した半導体装置において、上記接着用テープにスリットを設けてエアーベントを形成する。
【００１９】
以上説明したように、この実施の形態によれば、半導体装置の製造工程で昇温される場合にも、半導体装置内に密閉された空気がエアーベントを通して外気と連通しているので、内部空気の熱膨張により、ヒートスプレッダーを変形させたり剥離させたりすることがない。従って、半導体装置の特性劣化を防止できる。
【００２０】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２による半導体装置について説明するための図であり、図１におけるリング部材２の他の形状を示す平面図である。
この実施の形態では、実施の形態１のように接着テープ３にスリットを設けるのに代えて、リング部材２にスリット４を設ける。リング部材２のスリット４の位置、形状は、図４に示すように、リング２のコーナーであっても、また、辺上の一部を抜くことにより、形状をＣ形状としてもよく、これを半導体装置製造後のエアーベント部とする。
また、リング部材２に設けるスリット４は２個所以上あってもよい。
半導体装置としてのその他の構成は、実施の形態１で説明したものと同様であるから、重複した説明は省略する。    
【００２１】
このように、この実施の形態においては、平板状の基板のほぼ中央部に半導体チップをマウントし、この上に環状のリング部材および接着用テープと、平板状のヒートスプレッダー板とを積層して上記半導体チップを収容する中空部を形成した半導体装置において、上記リング部材にスリットを設けてエアーベントを形成する。
この実施の形態においても、実施の形態1と同様の効果が得られる。
【００２２】
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３による半導体装置について説明するための図であり、図５（ａ）は半導体装置の中央部を切断した斜視図、図５（ｂ）は半導体装置の他の例の中央部の断面図である。
図５（ａ）に示すように、この実施の形態では、ヒートスプレッダー１とリング２の２層構造により中空層を有する半導体装置において、ヒートスプレッダー１の半導体チップ５と接着する部位に、比較的大きいが半導体チップ５よりは面積が小さい抜き穴９（開口部）を形成している。この抜き穴９には、半導体チップ５を覆う放熱性樹脂６が露出している。
【００２３】
また、図５（ｂ）の例では、ヒートスプレッダー１とリング２の２層構造により中空層を有する半導体装置において、ヒートスプレッダー１の半導体チップ５と接着する部位に、比較的小さな抜き穴９（開口部）を複数個形成している。この抜き穴９には、半導体チップ５を覆う放熱性樹脂６が露出している。
【００２４】
このような構造によれば、放熱フィン（図示せず）をヒートスプレッダー１上に搭載したとき、半導体チップ５から放熱フィンへの熱伝導を促進できる。また、放熱フィンの搭載でヒートスプレッダー１の穴が塞がった後も、接着用テープ３のスリット４によりエアーベントを保有している。
【００２５】
以上のように、この実施の形態によれば、平板状の基板のほぼ中央部に半導体チップをマウントし、この上に環状のリング部材および接着用テープと、平板状のヒートスプレッダー板とを積層して半導体チップを収容する中空部を形成した半導体装置において、上記接着用テープにスリットを設けてエアーベントを形成する。
さらに、ヒートスプレッダーのほぼ中央部にに抜き穴を設け、半導体チップとヒートスプレッダーとの間を充填する放熱性樹脂を露出させている。
これにより、半導体装置の耐熱特性を向上させるとともに、放熱性の向上を図ることができる。
【００２６】
実施の形態４．
図６は、この発明の実施の形態４による半導体装置製造方法を説明するための図である。
図６（ａ）にも示されるように、この半導体装置の製造方法は、平板状の基板７のほぼ中央部に半導体チップ５をマウントし、この上に環状のリング部材２および接着用テープ３と、平板状のヒートスプレッダー板１とを積層して接着させる。
この実施の形態では、この工程において、図６（ｂ）に示すような環状の凸部を有する加圧ヘッド１０により、半導体チップ５の外側で、環状の接着テープ３部分のみを加圧する。
【００２７】
このように、この実施の形態では、半導体装置の製造におけるヒートスプレッダー１及びリング２を熱圧着するための加圧ヘッド１０の面をリング状にしたことを特徴とする。
これにより、半導体チップ５への加圧によるダメージを回避できる。また、放熱性樹脂６の加熱を回避できるため、放熱性樹脂６の瞬時の硬化を防ぐことで放熱性樹脂６内のボイドの発生を防ぐことができる。
【００２８】
実施の形態５．
図７は、この発明の実施の形態５による、半導体装置の製造方法を説明するための図である。
一般に、ヒートスプレッダー１やリング２などの部材は、使用前にはその表面にカバーフィルムが接着されて保護されている。半導体装置の製造工程では、このカバーフィルムを剥がす必要がある。
これを、この実施の形態では、まず図７（ａ）に示すように、剥離ステージ１３の上に剥離用テープ１２を載せ、図７（ｂ）に示すように、その上からカバーフィルム１１を有するヒートスプレッダー１を押圧する。その後、剥離用テープ１２をスライドさせ、ヒートスプレッダー１を例えば吸着ツール等を利用して引き離すと、カバーフィルム１１は剥離用テープ１２に強固に接着しているため、カバーフィルム１１をヒートスプレッダー１から剥がすことができる。
【００２９】
このように、この実施の形態においては、平板状の基板７のほぼ中央部に半導体チップ５をマウントし、この上に環状のリング部材２および接着用テープ３と、平板状のヒートスプレッダー板１とを積層して接着させる工程において、カバーフィルム１１が装着されたヒートスプレッダー１およびリング部材２のカバーフィルム１１をそれぞれ剥離用テープ１２に接着する。その後、剥離用テープ１２の送りと、ヒートスプレッダー１およびリング部材２の吸着ツール等の引き上げによる力を利用して、上記ヒートスプレッダー１およびリング部材２を、それぞれ剥離用テープ１２に接着したカバーフィルム１１からを引き離すようにする。
すなわち、ヒートスプレッダー１及びリング２等のキヤップの接着テープが貼り付いている面上に付着しているカバーフィルム１１を、剥離用テープ１２を用いて、接着力の差を利用して、剥離ステージ１３上で剥離することを特徴とする。
【００３０】
以上のように、この実施の形態では、平板状の基板のほぼ中央部に半導体チップをマウントし、この上に環状のリング部材および接着用テープと、平板状のヒートスプレッダー板とを積層して接着させる工程において、カバーフィルムが装着されたヒートスプレッダーおよびリング部材のカバーフィルムを剥離用テープに接着した後、上記剥離用テープに接着した上記カバーフィルムから上記ヒートスプレッダーおよびリング部材を引き離す。
これにより、カバーフィルムを容易に剥離することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１  ヒートスプレッダー、  ２  リング、  ３  接着用テープ、  ４  スリット、  ５  半導体チップ、  ６  放熱性樹脂、  ７  ＢＧＡ基板、  ８  半田ボール、  ９  抜き穴、  １０  加圧ヘッド、  １１  カバーフィルム、  １２  剥離用テープ、  １３  剥離ステージ。  
【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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