(57)【要約】【課題】半導体装置において、放熱装置を封止樹脂上に一定の高さおよび姿勢で取り付ける。また封止樹脂と接着剤との接続を強固にする。【解決手段】配線基板２と、配線基板２上に搭載されて電気的に接続された半導体チップ７と、半導体チップ７およびその電気的接続部を覆うように配線基板２上に形成された封止樹脂３と、封止樹脂３上に接着剤５により固着された放熱装置４とを有する半導体装置において、封止樹脂３と放熱装置４の互いに対向した一方の面に２個以上の同一高さの突起部１４が形成され、これらの突起部１４が他方の面に接触する構造とする。【選択図】図２
2009105350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板と、前記配線基板上に搭載されて電気的に接続された半導体チップと、前記半導体チップおよびその電気的接続部を覆うように配線基板上に形成された封止樹脂と、前記封止樹脂上に接着剤により固着された放熱装置とを有する半導体装置において、
前記封止樹脂と放熱装置の互いに対向した一方の面に２個以上の同一高さの突起部が形成されていて、これらの突起部が他方の面に接触していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
突起部は半導体チップの周辺に相応する領域に配置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３】
配線基板と、前記配線基板上に搭載されて電気的に接続された半導体チップと、前記半導体チップおよびその電気的接続部を覆うように配線基板上に形成された封止樹脂と、前記封止樹脂上に接着剤により固着された放熱装置とを有する半導体装置において、
前記封止樹脂の上面に溝が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
溝は半導体チップの周辺に相応する領域に配置されていることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
放熱装置がＣｕあるいはＡｌからなることを特徴とする請求項１または請求項３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
放熱装置の表面にＮｉめっき処理が施されていることを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
【請求項７】
接着剤が熱伝導率の高い接着剤であることを特徴とする請求項１または請求項３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項８】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
（ａ）配線基板上に半導体チップを搭載し電気的に接続する工程と、
（ｂ）前記配線基板上に前記半導体チップおよびその電気的接続部を覆う封止樹脂を成型金型を用いて形成する工程と、
（ｃ）前記封止樹脂の上面に接着剤を塗布する工程と、
（ｄ）前記接着剤が塗布された封止樹脂上に放熱装置を互い対向する一方の面に予め形成された２個以上の突起部が他方の面に接触するように配置する工程と、
（ｅ）前記封止樹脂と放熱装置との間の接着剤を硬化させる工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
（ｂ）の工程の後、封止樹脂の表面をプラズマ洗浄することを特徴とする請求項８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、半導体装置およびその製造方法に関し、特にその熱対策技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体装置（半導体集積回路装置）は、高集積化、高速動作化に伴って、発熱量が増加する一方である。そのため半導体装置に、たとえばＢＧＡ（Ball Grid Array）パッケージ形態の半導体装置に、半導体チップで発生した熱を効率よく逃がすことが求められている。ＢＧＡパッケージ形態の半導体装置におけるこれまでの熱対策は、配線基板上に半導体チップを搭載して電気的に接続した後に、放熱装置を装着し、樹脂封止の際に前記放熱装置を一体にモールドするという、放熱装置を内蔵するものがほとんどであった。他には、図１４に示すように、半導体チップ７等を封止した封止樹脂３上に放熱装置４を取り付けて外気に放熱させるものがある（たとえば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−２６００５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述のように封止樹脂上に放熱装置を外付けする場合、封止樹脂の上面（以下、樹脂面という）に塗布する接着剤の粘度や量、放熱装置を取り付けるマウンタの実装押し込み量や実装荷重、樹脂面に残るトップゲート痕のバリなどの種々の要因で、半導体装置の全体高さに影響する樹脂面と放熱装置との間隔を一定にすることは難しく、放熱装置の傾きも生じ易い。
【０００４】
また樹脂面には離型剤が残存するため、樹脂面と接着剤との接続は強固ではなく、熱衝撃試験で接着剤と放熱装置とが一体となって樹脂面から剥がれることもあり、放熱装置を外付けする構造における深刻な問題となっている。
【０００５】
本発明は上記問題を解決するもので、放熱装置を封止樹脂上に一定の高さおよび姿勢で取り付けることを目的とする。また封止樹脂と接着剤との接続を強固にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の半導体装置は、配線基板と、前記配線基板上に搭載されて電気的に接続された半導体チップと、前記半導体チップおよびその電気的接続部を覆うように配線基板上に形成された封止樹脂と、前記封止樹脂上に接着剤により固着された放熱装置とを有する半導体装置において、前記封止樹脂と放熱装置の互いに対向した一方の面に２個以上の同一高さの突起部が形成されていて、これらの突起部が他方の面に接触していることを特徴とする。この構成によれば、対向面間に突起部の高さで規定される一定間隙が形成されるので、放熱装置は封止樹脂上に一定の高さおよび姿勢で固着される。よって、半導体装置の全体高さは一定となり、放熱装置の傾きも生じない。封止樹脂側に突起部が形成されている場合は、この突起部が接着剤に埋め込まれるので、封止樹脂と接着剤との接続強度が増す。
【０００７】
突起部は半導体チップの周辺に相応する領域に配置されているのが好ましい。突起部は封止樹脂の上面に一体に成形されていてよい。あるいは、突起部は放熱装置の下面に金属加工によって形成されていてよい。また、放熱装置は厚み1.0mm以下の放熱板であって、突起部を有するように金型あるいは鋳型により形成されていてよい。
【０００８】
本発明の他の半導体装置は、配線基板と、前記配線基板上に搭載されて電気的に接続された半導体チップと、前記半導体チップおよびその電気的接続部を覆うように配線基板上に形成された封止樹脂と、前記封止樹脂上に接着剤により固着された放熱装置とを有する半導体装置において、前記封止樹脂の上面に溝が形成されていることを特徴とする。この構成によれば、封止樹脂側の溝に接着剤が埋め込まれるので、封止樹脂と接着剤との接続強度が増す。
【０００９】
溝は半導体チップの周辺に相応する領域に配置されているのが好ましい。また溝は封止樹脂を成形する封止金型により形成されていてよい。
放熱装置はＣｕあるいはＡｌからなるのが好ましい。放熱装置の表面にＮｉめっき処理が施されているのが好ましい。接着剤が熱伝導率の高い接着剤であるのが好ましい。
【００１０】
上述の第１の構成の半導体装置は、（ａ）配線基板上に半導体チップを搭載し電気的に接続する工程と、（ｂ）前記配線基板上に前記半導体チップおよびその電気的接続部を覆う封止樹脂を成型金型を用いて形成する工程と、（ｃ）前記封止樹脂の上面に接着剤を塗布する工程と、（ｄ）前記接着剤が塗布された封止樹脂上に放熱装置を、互い対向する一方の面に予め形成された２個以上の突起部が他方の面に接触するように配置する工程と、（ｅ）前記封止樹脂と放熱装置との間の接着剤を硬化させる工程と、を含む製造工程によって製造することができる。（ｂ）の工程の後、封止樹脂の表面をプラズマ洗浄するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の半導体装置は、封止樹脂と放熱装置の互いに対向した一方の面に２個以上の同一高さの突起部を形成したことにより、製造する際に、対向面間に突起部の高さで規定される一定間隙が形成され、半導体装置の全体高さは一定となり、放熱装置の傾きも生じない。封止樹脂側に突起部が形成されている場合は、この突起部が接着剤に埋め込まれるので、封止樹脂と接着剤との接続強度が増し、熱衝撃などによって放熱装置が接着剤と一体に封止樹脂との界面から脱落することを防止できる。
【００１２】
また本発明の半導体装置は、封止樹脂の上面に溝を形成したことにより、この溝に接着剤が埋め込まれることとなり、封止樹脂と接着剤との接続強度が増し、熱衝撃などによって放熱装置が接着剤と一体に封止樹脂との界面から脱落することを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の半導体装置であって、放熱装置付きのＢＧＡパッケージ形態の半導体装置の全体構成を示す断面図である。
【００１４】
この半導体装置は、両面に配線９が形成された配線基板２と、配線基板２の片面のチップ搭載領域にダイボンディング材８を介して搭載された半導体チップ７と、配線基板２の電極部と半導体チップ７とを電気的に接続した金属細線６と、半導体チップ３と金属細線６とを覆うように配線基板２の前記片面に形成された封止樹脂３と、封止樹脂３上に接着剤５により固着された板状の放熱装置４と、配線基板２のもう片面のランド１０（簡略に図示している）上に設けられた半田ボール１とを有している。
【００１５】
図２に模式的に示すように、封止樹脂３の上面には複数個の同一高さの突起部１４が形成されており、これらの突起部１４が放熱装置４の下面に接触している。突起部１４は接着剤５に埋め込まれている。
【００１６】
また突起部１４は、図３にも示すように、円柱形のものが半導体チップ７の周辺に相応する領域に４個、半導体チップ７の各辺の中央から一定距離だけ離れて配置されている。突起部１４が半導体チップ７の周辺に配置されるのは放熱性をよくするためである。つまり、半導体チップ７の直上は突起部１４が存在しない分だけ接着剤５との接触面積が広くなるので、接着剤５として、Ａｇなどの金属が含まれている熱伝導率の高いもの、例えばいわゆる銀ペーストを用いれば、放熱効率が高まり、半導体チップ７からの熱が効率よく逃がされる。放熱装置４を搭載する際の圧力が半導体チップ７に影響することも避けられる。
【００１７】
放熱装置４は、放熱性が高いＣｕかＡｌを材料としたものが望ましいが、Ａｇなどの金属であってもかまわない。放熱装置４にめっきを施す場合は、マーキングの視認性をよくするために、Ｎｉめっきなどが望ましい。
【００１８】
上記の半導体装置の製造方法を説明する。
図４（ａ）に示すように、配線基板２の片面の半導体チップ搭載領域にダイボンディング材８を介して半導体チップ７を搭載し、図４（ｂ）に示すように、半導体チップ７と配線基板２の配線９の電極部とを金ワイヤなどの金属細線６で電気的に接続する。
【００１９】
次に、図４（ｃ）に示すように、封止金型（図示せず）を用いて、配線基板２上に半導体チップ７と金属細線６と配線９とを覆うように封止樹脂３をモールド成形する。封止樹脂３の上面には突起部１４を一体成形しておく。封止樹脂３の材料はたとえばエポキシ樹脂である。
【００２０】
次に、図４（ｄ）に示すように、封止樹脂３の上面にディスペンサーＤにより接着剤５を塗布し、図４（ｅ）に示すように、接着剤５の上に放熱装置４をマウンタＭにより位置合わせして搭載する。
【００２１】
この際に、マウンタＭにより放熱装置４を封止樹脂３の上面の突起部１４に接触するまで押せば、放熱装置４の下面と封止樹脂３の上面との間に突起部１４の高さで規定される一定間隙が形成され、その一定間隙内で接着剤５が押し広げられる。封止樹脂３の上面に対する放熱装置４の高さおよび姿勢を一定にすることが可能である。
【００２２】
その状態で、図４（ｆ）に示すように、接着剤５を熱硬化させる。接着剤５の硬化後に、図４（ｇ）に示すように、配線基板２のランド１０に半田ボール１を搭載する。
以上のようにすると、上述のように封止樹脂３の上面に対する放熱装置４の高さおよび姿勢を一定にできるため、半導体装置の全体高さは一定になり、放熱装置４の傾きも生じない。また封止樹脂３側に形成された突起部１４が接着剤５に埋め込まれた状態となるので、封止樹脂３と接着剤５との界面での接続強度が増し、放熱装置４の脱落を防ぐことが出来る。放熱装置４によって半導体チップ７からの熱が効率よく逃がされるのは上述の通りである。
【００２３】
放熱装置４には、上述の円柱形の突起部１４のほか、図３に示す半球形の突起部１５を同様に配置することも望ましい。円柱形、半球形であれば加工しやすい。図６に示すように、平面視してＬ形畝状の突起部１１を２個、半導体チップ７の周辺に配置しても構わない。放熱装置４の下面を封止樹脂３の上面に平行な向きに支持できれば突起部の形状や個数は問わないが、２個以上とするのが都合よい。
【００２４】
（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態の半導体装置であって、放熱装置付きのＢＧＡパッケージ形態の半導体装置の全体構成を示す断面模式図である。
【００２５】
この半導体装置は、放熱装置４の下面に複数個の同一高さの突起部１６が形成されており、これらの突起部１６が封止樹脂３の上面に接触している。封止樹脂３の上面は平坦である。突起部１６は、図８にも示すように、半球形で、半導体チップ７の周辺に相応する領域に２個以上、ここでは４個配置されている。そのほかは第１の実施形態のものと同じである。
【００２６】
この半導体装置の製造方法は、第１の実施形態のものと概ね同じなので図示を省略するが、接着剤５を塗布した封止樹脂３に放熱装置４を押し付ければ、放熱装置４の下面の突起部１６が封止樹脂３の上面に接触して両面間に突起部１６の高さで規定される一定間隙が形成され、その一定間隙内で接着剤５が押し広げられることになり、封止樹脂４の上面に対する放熱装置４の高さおよび姿勢を一定にすることができる。
【００２７】
放熱装置４には、ここに示した半球形の突起部１６のほか、図９に示す円柱形の突起部１７を同様に配置することも好ましい。これら図７、図９に示す放熱装置４は、突起部１６あるいは突起部１７を鋳型を用いて一体成型する、あるいは金属バンプを溶接するという方法で形成される。図１０、図１１に示す放熱装置４のように、半球形の突起部１６あるいは円柱形の突起部１７を金型により形成することもできる。
【００２８】
（第３の実施形態）
図１２は、本発明の第３の実施形態の半導体装置であって、放熱装置付きのＢＧＡパッケージ形態の半導体装置の全体構成を示す断面模式図である。
【００２９】
この半導体装置は、封止樹脂４の上面に溝１３が形成されており、この上面に塗布された接着剤５を介して放熱装置４が固着されている。封止樹脂４，放熱装置４には上述したような突起部は形成されていない。そのほかは第１の実施形態のものと同じである。溝１３の形状は、平面視で、図１３に示す四角形などの多角形あるいは円形であったほうがよい。半導体チップ７はほとんど四角形であるため、封止樹脂４の上面という限られた面において、半導体チップ７や金属細線６の直上の領域への溝１３の配置を避けるためには（直上の領域に溝１３を配置すると金属細線６が露出する可能性がある）、多角形あるいは円形が望ましいのである。円形であれば加工もしやすい。
【００３０】
この半導体装置を製造するときに、接着剤５を塗布した封止樹脂３に放熱装置４を押し付ければ、図示したように接着剤５が溝１３に入り込む。接着剤５の硬化後には、この溝１３内の接着剤５による接着面積の増大およびアンカー効果により、封止樹脂３と接着剤５との界面での接続強度が増し、熱衝撃などで放熱装置４が樹脂面から脱落することを防ぐことが出来る。
【００３１】
なお、放熱装置４を各図に示したように板状体（放熱板）とする場合は、実装性を確保するために、厚みを１．０ｍｍ以下とすることが望ましい。放熱装置４は、放熱板のほか、放熱フィン、放熱ファンなどであってもよい。
【００３２】
樹脂封止工程の後に封止樹脂３の表面、特に上面をプラズマ洗浄することも、接着剤５との接続強度を増やすために望ましい。
半導体チップ７を各図に示したように金属細線６を介して配線基板２に接続するのでなく、フリップチップ接続しても構わない。
【００３３】
第１〜第３の実施形態で説明した放熱構造は、作動する際に熱が発生する半導体装置であれば特に限定なく適用することができるが、特にＢＧＡパッケージ形態の半導体装置に有用である。ＱＦＰタイプなどのパッケージであれば下面に放熱装置を配置することが可能であるが、ＢＧＡタイプのパッケージは下面に放熱装置を配置することは不可能で、上面に配置するしかないためである。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の半導体装置及びその製造方法は、効率よい放熱構造を実現できるとともに、半導体装置の全体高さが一定になり、放熱装置の傾きや脱落も防ぎ得るものであり、作動する際に発熱する各種の半導体装置、特にＢＧＡパッケージ形態の半導体装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる半導体装置の構成を示す断面図
【図２】図１の半導体装置の断面模式図
【図３】図１の半導体装置を放熱装置を除いて示す上面図
【図４】図１の半導体装置の製造方法を示す工程断面図
【図５】図１の半導体装置の変形例を示す断面模式図
【図６】図１の半導体装置の他の変形例を放熱装置を除いて示す上面図
【図７】本発明の第２の実施形態にかかる半導体装置の構成を示す断面模式図
【図８】図７の半導体装置の放熱装置の下面図
【図９】図７の半導体装置の変形例を示す断面模式図
【図１０】図７の半導体装置の他の変形例を示す断面模式図
【図１１】図７の半導体装置のさらに他の変形例を示す断面模式図
【図１２】本発明の第３の実施形態にかかる半導体装置の構成を示す断面模式図
【図１３】図１２の半導体装置を放熱装置を除いて示す上面図
【図１４】従来の半導体装置を示す断面図
【符号の説明】
【００３６】
２    配線基板
３    封止樹脂
４    放熱装置
５    接着剤
６    金属細線
７    半導体チップ
８    ダイボンディング材
１３  溝
１４，１５，１６，１７  突起部
【図１】
2009105350.tif 000003
【図２】
2009105350.tif 000004
【図３】
2009105350.tif 000005
【図４】
2009105350.tif 000006
【図５】
2009105350.tif 000007
【図６】
2009105350.tif 000008
【図７】
2009105350.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2009105350.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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