(57)【要約】【課題】収縮率の差などが原因して被覆樹脂の中央部が凹んだ形状の半導体装置に対して、被覆用の樹脂表面と放熱用の金属板との間隙を最小限し、両者を接続するための接着剤との密着性を高めることを可能にする。【解決手段】金属放熱板８に、あらかじめ被覆樹脂３の表面における凹みと同程度に被覆樹脂３側に凸になるように湾曲部８ａを形成させることにより、金属放熱板８と被覆樹脂３との間隙を一定にする。また、凸状の金属放熱板８は、スプリングバック現象が生じにくい構成であるため、両者を接続する接着剤７との密着性が高まる。【選択図】図１
2009130019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板上に搭載された半導体素子の一部または全てを被覆する樹脂の上面に、接着剤を介して金属板が貼付された構造の半導体装置において、
前記金属板を、前記樹脂側に突出するように湾曲させたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
配線基板上に搭載された半導体素子の一部または全てを被覆する樹脂の上面に、接着剤を介して金属板が貼付された構造の半導体装置において、
前記金属板を、厚みが周辺部分よりも中央部分の方が厚くなるように形成したことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
配線基板上に搭載された半導体素子の一部または全てを被覆する樹脂の上面に、接着剤を介して金属板が貼付された構造の半導体装置において、
前記金属板の中央部分に、前記樹脂との間隙を埋めるための突起形状を少なくとも１つ設けたことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線基板上の半導体素子を覆う被覆樹脂上に放熱用の金属板が貼付されている半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＯＡ機器や家電機器などに組み込まれる電子機器などのセット機器において、その大型化、さらには一般ユーザからの幅広い要望に応えた多種多機能化が進むにつれ、その部品として使用される半導体装置には、信号端子の多ピン化、および高放熱化の要求が強まっている。
【０００３】
これらの要求に対して、従来から主流となっていた金属放熱板内蔵型の半導体装置において、金属放熱板とボンディングワイヤとの隙間が狭くなるため、内部の半導体素子を被覆するための被覆樹脂の注入条件を誤ると、ボンディングワイヤを倒してしまうことや、金属放熱板そのものがボンディングワイヤと接触するおそれがあるという課題がある。
【０００４】
これらの課題を解決する従来技術として、例えば、特許文献１に記載されている半導体装置が知られている。該半導体装置は、配線基板上に半導体素子が搭載され、さらに半導体素子と配線基板上の配線パターンとがワイヤボンディングで電気的に接続され、成型金型を用いて被覆樹脂が形成され、その被覆樹脂の上面に接着剤を介して金属放熱板が貼り付けられた構成のものである。
【０００５】
このような構成を採用することにより、前記課題を解決することができ、さらに従来からの設備インフラを最大限に利用できるということから、比較的低コストで高放熱化を実現している。
【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】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された構成に代表されるような従来の半導体装置においては、被覆樹脂上面の形状と金属放熱板の形状との違いにより、両者の接着面に間隙が生じてしまい様々な不具合を発生させる場合がある。
【０００７】
例えば、特許文献１に代表されるＢＧＡ（ボールグリッドアレイパッケージ）型半導体装置は、配線基板上の一方の面にのみ被覆樹脂が存在するため、被覆樹脂の収縮率の差により、被覆樹脂の中央部が凹んだ形状となることが多い。これは配線基板の片側の被覆樹脂のみが収縮するために生じる現象であり、ＢＧＡ型半導体装置においては避けられない課題となっている。
【０００８】
この湾曲した被覆樹脂の表面に平坦な金属板を貼り付けた場合、被覆樹脂と金属板の間隙が大きく、両者を接続させるための接着剤が良好に濡れ拡がらないという不具合が発生する。
【０００９】
ここで、発明者らが実験した従来構造の半導体装置を組み立てた際の不具合事例について説明する。
【００１０】
図４（ａ）〜（ｇ）は従来の半導体装置の組立工程の流れを説明するための半導体構造を示す側面一部断面図であって、１は配線基板、２は半導体素子、３は被覆樹脂、４は外部電極部、５は金属ボール、６はＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）半導体装置、７は接着剤、８は金属放熱板を示す。
【００１１】
図４（ａ）に示す配線パターン（図示せず）が形成された配線基板１の一方の面に、図４（ｂ）に示すように半導体素子２が搭載され、図４（ｃ）に示すようにワイヤボンディングが施され、その後、図４（ｄ）に示すように半導体素子２の一部または全てを被覆樹脂３を被覆し、配線基板１の他方の面に形成され配線パターンを通じて半導体素子２に、少なくとも１つ以上の外部電極部（形状は図示せず）４を電気的に接続する。
【００１２】
外部電極部４上には、図４（ｇ）に示すように、金属ボール５が形成される。このような構成の半導体装置は、通常、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）と呼ばれる（以下、ＢＧＡ半導体装置と記載する）。
【００１３】
このＢＧＡ半導体装置６において、図４（ｅ），（ｆ）に示すように、被覆樹脂３の表面の一部に接着剤７を介して金属放熱板８を貼り付けることにより、放熱性が高い半導体装置、すなわち、例えば特許文献１に記載された半導体装置であるヒートシンク（ＨＳ）型のＢＧＡ半導体装置が完成する。
【００１４】
図５はＨＳ型のＢＧＡ半導体装置の完成品の側面一部断面図である。このＨＳ型ＢＧＡ半導体装置６に用いられる接着剤７としては、ＨＳ型ＢＧＡが発熱する熱を金属放熱板８に効率良く伝導させるため、金属粒子を含む接着剤を用いるのが望ましい。
【００１５】
図６（ａ）〜（ｃ）は金属放熱板貼り付け工程の流れを説明するための半導体構造を示す側面一部断面図である。
【００１６】
本例ではＢＧＡ半導体装置６における被覆樹脂３の面上の形状は、上述したように凹んだ形状となっている。この凹形状の発生は、ＢＧＡ半導体装置６を構成する配線基板１、半導体素子２、被覆樹脂３における材料が持つ物性値，各々の材料の大きさや容量，組立工程における製造条件などのバランスの違いによって生じる。
【００１７】
金属放熱板８を貼り付けるとき、まず、図６（ａ）に示すように、金属放熱板８を持ち運ぶための吸着ツール９を用いて金属放熱板８を吸着して、金属放熱板８を接着剤７が塗布されている被覆樹脂３の上面へ運ぶ。
【００１８】
次に、図６（ｂ）に示すように、吸着ツール９を用いて金属放熱板８を被覆樹脂３の面上へ押し付けることにより、金属放熱板８は、被覆樹脂３の表面形状に沿って、一旦、機械的に湾曲しながら密着され、これによって接着剤７が広く濡れ広がる。そして、吸着ツール９が離れＢＧＡ半導体装置６が完成する。しかし、このとき、図６（ｃ）に示すように、金属放熱板８が元の平坦な形状へ戻る現象、すなわち、スプリングバック現象が起こるため、接着剤７が引き伸ばされる状態となる。この現象により被覆樹脂３と金属放熱板８を接続する接着剤７の接着面積が極度に小さくなるため、接続上の信頼性が悪くなるという結果になる。
【００１９】
本発明は、前記従来の技術の課題を解決するものであり、収縮率の差などが原因して被覆樹脂の中央部が凹んだ形状の半導体装置に対しても、被覆樹脂表面と金属放熱板との間隙を最小限にでき、両者を接続するための接着剤との密着性を高めることができる半導体装置が提供できる。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
前記課題を解決するため、本発明の半導体装置は、配線基板上に搭載された半導体素子の一部または全てを被覆する樹脂の上面に、接着剤を介して金属板が貼付された構造の半導体装置において、前記金属板を、前記樹脂側に突出するように湾曲させたことを特徴としている。
【００２１】
また、配線基板上に搭載された半導体素子の一部または全てを被覆する樹脂の上面に、接着剤を介して金属板が貼付された構造の半導体装置において、前記金属板を、厚みが周辺部分よりも中央部分の方が厚くなるように形成したことを特徴としている。
【００２２】
また、配線基板上に搭載された半導体素子の一部または全てを被覆する樹脂の上面に、接着剤を介して金属板が貼付された構造の半導体装置において、前記金属板の中央部分に、前記樹脂との間隙を埋めるための突起形状を少なくとも１つ設けたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、収縮率の差により被覆用の樹脂の中央部が凹んだ形状の半導体装置に対しても、その樹脂表面と放熱用の金属板との間隙を最小限にでき、両者を接続させるための接着剤との密着性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態である半導体装置について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下の説明において、実質的に同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
【００２５】
図６にて説明したＨＳ型ＢＧＡ半導体装置におけるスプリングバック現象の発生に対して、金属放熱板８に関する工夫が必要となるが、発明者らは、金属放熱板８と被覆樹脂３との間隙を埋めるための工夫、すなわち、あらかじめ金属放熱板８を被覆樹脂３の対向面の形状に合わせて湾曲させること、あるいは金属放熱板８の中央部分を周辺部分よりも厚くすること、あるいは金属放熱板８の中央に少なくとも１つ以上の突起形状を形成することが最も効果的であることを導出した。
【００２６】
図１および図２および図３は、それぞれ本実施の形態１，２，３の半導体装置の概略構成を示す側面一部断面図である。通常、配線基板１は厚みが０．１〜０．５ｍｍ程度のものが多く、その層構成は、銅貼り両面有機基板のような２層導体あるいは４層導体であって、配線密度あるいは放熱性など必要に応じて使い分けられる。
【００２７】
外部電極ランド（図示せず）は、直径が約０．１５ｍｍ〜０．８０ｍｍが一般的であり電気的接続を有利に行うため表層から順に、金，ニッケルなどのめっき処理が施されていることが好ましい。金属ボール５は、直径が０．３ｍｍ〜０．７６ｍｍが一般的である。
【００２８】
また、図示しないが、被覆樹脂３の内部構造としては、半導体素子２と配線基板１を金属細線でつなぐワイヤボンディング方式、あるいは、半導体素子の配線面と配線基板とを向かい合わせて接合することができるバンプ接合方式などがある。
【００２９】
金属放熱板８は、放熱効果が期待できる銅材などが望ましく、酸化防止や外観を考慮して、Ｎｉ（ニッケル）などのメッキを施すことが好ましい。被覆樹脂３と金属放熱板８とを接続する接着剤７は、数〜数十μｍ程度の厚みがあればよいが、過度に塗布した場合、金属放熱板８よりも広くはみ出すと外観がよくないため、接着剤７の使用量には注意が必要である。
【００３０】
図１に示す実施の形態１の構成では、金属放熱板８に、あらかじめ被覆樹脂３の表面における凹みと同程度に、被覆樹脂３側に凸になる湾曲部８ａを形成させることにより、被覆樹脂３との間隙が一定となり、また、凸状の金属放熱板８はスプリングバック現象が生じにくいため、被覆樹脂３と金属放熱板８とを接続する接着剤７との密着性は高まる。
【００３１】
実施の形態１の金属放熱板８の作製は、例えば金属プレス加工する際に、金属放熱板８の形状を打ち抜くのと同時に、湾曲させるための押し込み圧力を加えることで容易に形成することができる。
【００３２】
図２に示す実施の形態２の構成では、金属放熱板８の中央部分８ｂを周辺部分よりも肉厚に形成した構造としている。この構造により、金属放熱板８の中央部分８ｂにおいて被覆樹脂３との間隙を狭くすることができるため、吸着ツールによって金属放熱板８を押し込んだ場合でも金属放熱板８の変形を抑制することができ、しかも接着剤７の濡れ拡がりを期待することができ、また、金属放熱板８の実質的な表面積が広くなるため、接着剤７の密着強度が高まる。
【００３３】
図３に示す実施の形態３の構成では、金属放熱板８の中央部分において、被覆樹脂３側に向かって突起する突出形状８ｃを設けた構造としている。この構造により、金属放熱板８の中央部分において被覆樹脂３との間隙を狭くすることができるため、吸着ツールによって金属放熱板８を押し込んだ場合でも金属放熱板８の変形を抑制することができ、しかも接着剤７の濡れ拡がりも期待でき、また、金属放熱板８の実質的な表面積が広くなるため、接着剤７の密着強度が高まる。
【００３４】
前記突出形状８ｃは１つでなく、仕様に応じて複数個を設けるようにしてもよい。
【００３５】
金属放熱板８の加工方法の他の例として、例えば金属放熱板８の一方の面のみにディンプル加工を行うことにより、金属の特性上、湾曲形状が得られる。
【００３６】
また、金属放熱板８の原材料段階におけるロール加工条件を工夫することにより、実質的な湾曲形状を得ることもできる。
【００３７】
前記各実施の形態の構造を採用することによって、金属放熱板８のスプリングバック現象を抑制できることになるため、接着剤７の濡れ拡がり面積が小さくならず、よって、金属放熱板８が剥がれにくい構造のＢＧＡ半導体装置６を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の半導体装置は、被覆樹脂表面と金属放熱板との間隙を最小限にでき、両者を接続するための接着剤との密着性を高めることができる構造となるため、収縮率の差により被覆樹脂中央部が凹んだ形状のＢＧＡ半導体装置などに実施して有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態１である半導体装置の概略構成を示す模式的な側面一部断面図
【図２】本発明の実施の形態２である半導体装置の概略構成を示す模式的な側面一部断面図
【図３】本発明の実施の形態３である半導体装置の概略構成を示す模式的な側面一部断面図
【図４】（ａ）〜（ｇ）は従来の半導体装置の組立工程の流れを説明するための半導体構造を示す側面一部断面図
【図５】従来の半導体装置の構造を示す側面一部断面図
【図６】（ａ）〜（ｃ）は従来の金属放熱板貼り付け工程の流れを説明するための半導体構造を示す側面一部断面図
【符号の説明】
【００４０】
１  配線基板
２  半導体素子
３  被覆樹脂
４  外部電極部
５  金属ボール
６  ＢＧＡ半導体装置
７  接着剤
８  金属放熱板
８ａ  湾曲部
８ｂ  肉厚の中央部分
８ｃ  突出部
９  吸着ツール
【図１】
2009130019.tif 000003
【図２】
2009130019.tif 000004
【図３】
2009130019.tif 000005
【図４】
2009130019.tif 000006
【図５】
2009130019.tif 000007
【図６】
2009130019.tif 000008