(57)【要約】  半導体装置は、基板と、基板に搭載された半導体素子と、半導体素子を覆って基板に取り付けられた熱拡散部材と、半導体素子を覆う封止樹脂とを含む。集積コンデンサが半導体素子と対向して熱拡散部材に取り付けられ且つ半導体素子と電気的に接続される。集積コンデンサの端子と半導体素子の端子とが最短距離で接続される。さらに、熱拡散部材は絶縁層で分離された第１の金属板と第２の金属板とを含み、集積コンデンサの一部端子は第１の金属板を介して基板の対応する端子に接続され、集積コンデンサの別の一部の端子は第２の金属板を介して基板の対応する端子に接続される。これによって、コンデンサ追加によるインダクタンスの増加を抑えることができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板に搭載された半導体素子と、該半導体素子を覆って該基板に取り付けられた熱拡散部材と、該半導体素子と対向して該熱拡散部材に取り付けられ且つ該半導体素子と電気的に接続された集積コンデンサと、該半導体素子を覆う封止樹脂とからなることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
該集積コンデンサは複数の第１のグランド端子及び複数の第１の電位端子を有し、該集積コンデンサの第１のグランド端子は該半導体素子のグランド端子に接続され、該集積コンデンサの第１の電位端子は該半導体素子の電位端子に接続され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】
該集積コンデンサはさらに複数の第２のグランド端子及び複数の第２の電位端子を有し、該集積コンデンサの第２のグランド端子及び第２の電位端子は該熱拡散部材を介して該基板のグランド端子及び電位端子に接続されることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
該熱拡散部材は絶縁層で分離された第１の導体層及び第２の導体層を有し、該集積コンデンサの第２のグランド端子は該熱拡散部材の第１の導体層を介して該基板のグランド端子に接続され、該集積コンデンサの第２の電位端子は該熱拡散部材の第２の導体層を介して該基板の電位端子に接続されることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
該集積コンデンサは導電性接合部材により該熱拡散部材の第１の導体層に取り付けられることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
該集積コンデンサの第２のグランド端子は第１のワイヤにより該熱拡散部材の第１の導体層に接続され、該集積コンデンサの第２の電位端子は第２のワイヤにより該熱拡散部材の第２の導体層に接続されることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
該半導体素子の電位端子を該集積コンデンサの第１の電位端子に接続する導電性接合部材及び該半導体素子のグランド端子を該集積コンデンサの第１のグランド端子に接続する導電性接合部材は、集積コンデンサの端子に設けられたワイヤと、半導体素子の端子に設けられたバンプからなることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
該熱拡散部材の第１及び第２の導体層はそれぞれに金属板からなり、該絶縁層は２枚の金属板を接合させる絶縁性接着テープからなることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項９】
該熱拡散部材の第１及び第２の導体層及び該絶縁層は樹脂封止時の樹脂充填ためのスロットを有することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項１０】
該熱拡散部材の第１の導体層は該第２の導体層よりも該半導体素子から遠い側にあり、該第２の導体層は該集積コンデンサを位置させる開口部を有し、該集積コンデンサは第２の導体層の開口部を通って第１の導体層に固定されることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電源安定のためのコンデンサ及び熱拡散部材を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子が基板に搭載され、樹脂封止されてなる半導体装置は例えばＢＧＡ又はＰＢＧＡと呼ばれている。さらに、半導体素子を覆って熱拡散部材（放熱板）が設けられ、半導体素子が発生した熱を熱拡散部材を介して半導体装置の外部へ排出する提案がある（例えば、特開２０００−７７５７５号公報、実用新案登録第３０７４７７９号公報参照）。【０００３】
さらに、半導体装置には電源電位の安定のために複数のコンデンサが設けられる。従来は、複数のコンデンサは基板の表面又は裏面にそれぞれ別々に設けられていた。このため、半導体素子とコンデンサの間の距離が長くなり、インダクタンスが大きくなるという問題があった。最近、半導体装置の動作が高速化されるにつれて、半導体装置の電源ライン及びグランドラインにおけるインダクタンスが問題となっている。
【発明の開示】
【０００４】
本発明の目的は、電源安定のためコンデンサを追加し、さらにコンデンサ追加によるインダクタンスの増加を抑えることができるようにした半導体装置を提供することである。
【０００５】
本発明による半導体装置は、基板と、該基板に搭載された半導体素子と、該半導体素子を覆って該基板に取り付けられた熱拡散部材と、該半導体素子と対向して該熱拡散部材に取り付けられ且つ該半導体素子と電気的に接続された集積コンデンサと、該半導体素子を覆う封止樹脂とからなることを特徴とするものである。
【０００６】
この構成によれば、複数のコンデンサが集積コンデンサとして１つの基板にまとめて設けられており、集積コンデンサは半導体素子と対向して熱拡散部材に搭載される。集積コンデンサは半導体素子と電気的に接続される。従って、集積コンデンサと半導体素子とは最短距離で電気的に接続され、さらに集合コンデンサは熱拡散部材を導通路として実装基板に電気的に接続されるため、集積コンデンサを取り付けたことによるインダクタンスの影響を低下させることができる。また、複数のコンデンサが集積コンデンサとして構成されているので、電源安定の効果も大きい。また、製造においても、１つの集積コンデンサを熱拡散部材に取り付けるだけでよいため、コストダウンも図れる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は本発明の１実施例による半導体装置を示す断面図である。
【図２】図２は図１の集積コンデンサを示す平面図である。
【図３】図３は図１の熱拡散部材の第１の導体層を形成する第１の金属板を示す平面図である。
【図４】図４は図３の線IV−IVに沿った第１の金属板を示す断面図である。
【図５】図５は図１の熱拡散部材の第２の導体層を形成する第２の金属板を示す平面図である。
【図６】図６は図５の線VI−VIに沿った第２の金属板を示す断面図である。
【図７】図７は絶縁テープを貼った図３の第１の導体層を形成する金属板を示す底面図である。
【図８】図８は図７の線VIII−VIIIに沿った第１の金属板を示す断面図である。
【図９】図９は絶縁性接着テープによって接合された第１及び第２の金属板を示す底面図である。
【図１０】図１０は図９の線Ｘ−Ｘに沿った第１及び第２の金属板を示す断面図である。
【図１１】図１１は集積コンデンサが搭載された第１及び第２の金属板を示す底面図である。
【図１２】図１２は図１１の線ＸII−ＸIIに沿った第１及び第２の金属板を示す断面図である。
【図１３】図１３は図１１の線ＸIII −ＸIII に沿った第１及び第２の金属板を示す断面図である。
【図１４】図１４は図１の半導体装置の製造過程において半導体素子が搭載された基板を示す断面図である。
【図１５】図１５は図１の半導体装置の製造過程において集積コンデンサが搭載された熱拡散部材を示す断面図である。
【図１６】図１６は本発明の他の実施例による半導体装置を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。【０００９】
図１は本発明による半導体装置を示す断面図である。半導体装置１０は、基板１２と、基板１２に搭載された半導体素子（半導体チップ）１４と、半導体素子１４を覆って基板に取り付けられた熱拡散部材１６と、半導体素子１４と対向して熱拡散部材１６に取り付けられ且つ半導体素子１４と電気的に接続された集積コンデンサ１８と、半導体素子１４を覆う封止樹脂２０とからなる。封止樹脂２０は熱拡散部材１６を部分的に覆っている。半導体素子１４の上方に位置する熱拡散部材１６の中央部分は封止樹脂２０から外部に露出しており、熱拡散部材１６の周辺部分は封止樹脂２０の内部にある。【００１０】
基板１２は、多層回路基板からなり、図示しない導体により形成された回路パターンを有する。基板１２は、その表面側に、信号端子２２と、グランド端子２４と、所定の電位レベル（電源電位）にある電位端子２６を有し、その裏面側に、はんだボールなどの外部端子２８を有する。【００１１】
半導体素子１４はダイボンド材３０によって基板１２に固定される。半導体素子１４は、半導体素子１４の周辺部に設けられた複数の信号端子３２と、半導体素子１４の中央部に設けられた一群のグランド端子３４及び電位端子３６を有する。半導体素子１４の信号端子３２はワイヤ（ボンディングワイヤ）３８によって基板１２の信号端子２２に接続される。半導体素子１４は半導体素子１４の周辺部にも信号端子３２に混じってグランド端子及び電位端子をもつことができ、そのような半導体素子１４のグランド端子及び電位端子はワイヤによって基板１２の図示しないグランド端子及び電位端子に接続される。【００１２】
図２は図１の集積コンデンサ１８を示す平面図である。集積コンデンサ１８及び関連するワイヤ等については、図１は図２の線Ｉ−Ｉに沿った断面図である（図１３の断面図にも相当する）。集積コンデンサ１８は複数のコンデンサをシリコン基板に集積して設けてなるものである。コンデンサは例えばバイパスコンデンサとして作用する。集積コンデンサ１８の表面には複数のコンデンサにそれぞれ接続された複数のグランド端子及び複数の電位端子が設けられている。図２に黒塗りして示されている端子がグランド端子であり、白抜きで示されている端子が電位端子である。【００１３】
集積コンデンサ１８の中央部には複数の第１のグランド端子４０及び複数の第１の電位端子４２があり、集積コンデンサ１８の周辺部には複数の第２のグランド端子４４及び複数の第２の電位端子４６がある。集積コンデンサ１８は例えば１０〜２０のコンデンサを含む。図示の例においては、集積コンデンサ１８は８つのコンデンサを含む。各コンデンサは２つの電極を有し、各コンデンサの１つの電極は、１つの第１のグランド端子４０及び１つの第２のグランド端子４４に接続され、各コンデンサのもう１つの電極は第１の電位端子４２及び第２の電位端子４６に接続される。【００１４】
第１のグランド端子４０及び第１の電位端子４２は導電性接合部材４８，５０により半導体素子１４のグランド端子３４及び電位端子３６に接続される。導電性接合部材４８，５０は例えばスタッドバンプ、ワイヤ及び導電性ペーストなどの１つ又はその組み合わせとすることができる。第２のグランド端子４４及び第２の電位端子４６は熱拡散部材１６を介して基板１２のグランド端子２４及び電位端子２６に接続される。【００１５】
熱拡散部材１６は、第１の導体層を形成する銅などの第１の金属板５２と、第２の導体層を形成する第２の金属板５４からなる。第１及び第２の金属板５２，５４はポリイミドやエポキシ樹脂などの絶縁性接着テープ（両面テープ）５６によって互いに接合され、且つ電気的に分離されている。第１及び第２の金属板５２，５４はともに集積コンデンサ１８を覆う形状に形成されている。第１の金属板５２は第２の金属板５４より半導体素子１４から遠い側（外側）にある。【００１６】
図３から図１３は熱拡散部材１６の第１の金属板５２及び第２の金属板５４を示している。図３及び図４は熱拡散部材１６の第１の金属板５２を示している。第１の金属板５２は、ほぼ平坦な中央部分５２Ａと、中央部分５２Ａの外側に段部５２Ｂを介して接続されたほぼ平坦な環状部分５２Ｃと、環状部分５２Ｃの各辺に段部５２Ｄを介して接続された出っ張り部分５２Ｅとを有する。第１の金属板５２は段部５２Ｂの４つのコーナー部にスロット５８を有する。【００１７】
図５及び図６は熱拡散部材１６の第２の金属板５４を示している。第２の金属板５４は、ほぼ平坦な中央部分５４Ａと、中央部分５４Ａの外側に段部５４Ｂを介して接続されたほぼ平坦な環状部分５４Ｃとを有する。第２の金属板５４は段部５２Ｂの４つのコーナー部にスロット６０を有する。さらに、第２の金属板５４は中央部分５４Ａに矩形状の開口部６２を有する。【００１８】
図７及び図８は絶縁性接着テープ５６を貼った第１の金属板５２を示している。図７は第１の金属板５２の内面側を示しており、１つの矩形環状の絶縁性接着テープ５６が第１の金属板５２の環状部分５２Ｃに貼りつけられ、一対の帯状の絶縁性接着テープ５６が第１の金属板５２の中央部分５２Ａに貼りつけられる。【００１９】
図９及び図１０は絶縁性接着テープ５６によって接合された第１及び第２の金属板５２，５４を示す。図７及び図８に示される第１の金属板５２の上に第２の金属板５４を配置し、圧力を加えると第１及び第２の金属板５２，５４が絶縁性接着テープ５６によって互いに接合される。図９は接合された第１及び第２の金属板５２，５４を第２の金属板５４の内面側から見た図である。図７に示される一対の帯状の絶縁性接着テープ５６は第１及び第２の金属板５２，５４が互いに接合されたときに第２の金属板５４の開口部６２の両側にくるようになっている。【００２０】
第１の金属板５２のスロット５８と第２の金属板５４のスロット６０とは互いに連通するように配置されており、樹脂封止を行って図１の封止樹脂２０を形成する時に溶融樹脂が熱拡散部材１６の外部から熱拡散部材１６の内部へよく流れ、樹脂充填性を高めるようになっている。【００２１】
図１１から図１３は集積コンデンサ１８が搭載された第１及び第２の金属板５２，５４を示す。図１１は接合された第１及び第２の金属板５２，５４を第２の金属板５４の内面側から見た図である。図１も同時に参照すると、集積コンデンサ１８は第２の金属板５４の開口部６２を通り、導電性ペーストなどの導電性接合部材によって第１の金属板５２の中央部分５２Ａに固定される。【００２２】
集積コンデンサ１８は、図２に示すように、中央部に位置する複数の第１のグランド端子４０及び複数の第１の電位端子４２、並びに周辺部に位置する複数の第２のグランド端子４４及び複数の第２の電位端子４６を有する。図１１から図１３においては中央部に位置するグランド端子及び電位端子は図示省略されている。周辺部に位置する複数の第２のグランド端子４４及び複数の第２の電位端子４６は、図２と同様に配置されている。【００２３】
図１１及び図１２に示されるように、集積コンデンサ１８の第２のグランド端子４４はワイヤ（ボンディングワイヤ）６４によって熱拡散部材１６の第１の金属板５２に接続される。図１１及び図１３に示されるように、集積コンデンサ１８の第２の電位端子４６はワイヤ（ボンディングワイヤ）６６によって熱拡散部材１６の第２の金属板５４に接続される。図１には、電位端子４６と第２の金属板５４とを接続するワイヤ６６のみが示されている。【００２４】
図１において、熱拡散部材１６の第１の金属板５２は導電性接合部材６８によって基板１２のグランド端子２４に接続され、熱拡散部材１６の第２の金属板５４は導電性接合部材７０によって基板１２の電位端子２６に接続される。従って、集積コンデンサ１８の第２のグランド端子４４及び第２の電位端子４６はワイヤ６４，６６及び第１及び第２の金属板５２，５４を介して基板１２のグランド端子２４及び電位端子２６に接続される。ワイヤ６４，６６は比較的に短いのでインダクタンスは小さく、第１及び第２の金属板５２，５４は大きな面積を有し、第１及び第２の金属板５２，５４における電圧降下は小さい。【００２５】
以上の構成によれば、複数のコンデンサが集積コンデンサ１８として１つのシリコン基板にまとめて設けられており、集積コンデンサ１８は半導体素子１４と対向して熱拡散部材１６に搭載される。集積コンデンサ１８と半導体素子１４とは最短距離で電気的に接続され、各コンデンサについてインダクタンスを低下させることができる。また、複数のコンデンサが集積コンデンサ１８として集積して構成されているので、１つの集積コンデンサ１８を熱拡散部材１６に取り付けるだけでよく、製造のコストダウンに寄与することができる。【００２６】
図１４は図１の半導体装置１０の製造過程において半導体素子１４が搭載された基板１２を示す断面図である。図１５は図１の半導体装置１０の製造過程において集積コンデンサ１８が搭載された熱拡散部材１６を示す断面図である。図１に示す半導体装置１０は例えば図１４及び図１５に示す製造方法によって製造される。【００２７】
図１４において、半導体素子１４が搭載された基板１２を準備する。基板１２には、信号端子２２と、グランド端子２４と、電位端子２６と、外部端子２８とが形成される。半導体素子１４はダイボンド材３０によって基板１２に固定される。半導体素子１４には、信号端子３２と、グランド端子３４と、電位端子３６とが形成されている。半導体素子１４の信号端子３２はワイヤ３８によって基板１２の信号端子２２に接続される。グランド端子２４及び電位端子２６には導電性ペーストなどの導電性接合部材６８，７０が塗布又は形成されている。【００２８】
図１５において、集積コンデンサ１８が搭載された熱拡散部材１６を準備する。熱拡散部材１６は絶縁層である絶縁性接着テープ５６で分離された第１の導体層である第１の金属板５２及び第２の導体層である第２の金属板５４からなる。集積コンデンサ１８が搭載された熱拡散部材１６は例えば図３から図１３を参照して説明したようにして製造される。第２の金属板５４は中央部に開口部６２を有し、集積コンデンサ１８はその開口部６２を通って導電性ペーストなどの導電性接合部材によって第１の金属板５２に固定される。【００２９】
集積コンデンサ１８の第２のグランド端子４４はワイヤ６４によって熱拡散部材１６の第１の金属板５２に接続され、第２の電位端子４６はワイヤ６６によって熱拡散部材１６の第２の金属板５４に接続される。第１のグランド端子４０及び第１の電位端子４２には導電性接合部材４８，５０が塗布され又は形成されている。【００３０】
そこで、図１５に示す熱拡散部材１６を逆にした状態で、熱拡散部材１６を図１４の基板１２に向かって押しつける。集積コンデンサ１８の第１のグランド端子４０及び第１の電位端子４２は、半導体素子１４のグランド端子３４及び電位端子３６に対して押しつけられ、導電性接合部材４８，５０によって固定される。第１及び第２の金属板５２，５４は基板１２のグランド端子２４及び電位端子２６に対して押しつけられ、導電性接合部材６８，７０によって固定される。この後で、封止樹脂２０で樹脂モールドを行うと、図１に示す半導体装置１０が得られる。なお、外部端子２８は樹脂モールドの後で基板１２に設けてもよい。【００３１】
なお、実施例においては、導電性接合部材４８，５０は集積コンデンサ１８に設けられているが、導電性接合部材４８，５０を半導体素子１４に設けておくこともできる。同様に、導電性接合部材６８，７０は基板１２に設けられているが、導電性接合部材６８，７０を熱拡散部材１６の第１及び第２の金属板５２，５４に設けておくこともできる。さらに、導電性接合部材４８，５０，６８，７０は、導電性ペーストとすることができるが、導電性ペーストの代わりに例えば金線などのボールボンディングワイヤによるスタッドバンプとすることができる。または、これらの導電性接合部材は導電性ペースト等の接合材とスタッドバンプの組み合わせとすることができる。【００３２】
図１６は本発明の他の実施例による半導体装置を示す断面図である。図１の実施例と同様に、半導体装置１０は、基板１２と、基板１２に搭載された半導体素子（半導体チップ）１４と、半導体素子１４を覆って基板に取り付けられた熱拡散部材１６と、熱拡散部材１６に半導体素子１４と対向して取り付けられ且つ半導体素子１４と電気的に接続された集積コンデンサ１８と、半導体素子１４を覆う封止樹脂２０とからなる。封止樹脂２０は熱拡散部材１６を部分的に覆っている。【００３３】
基板１２は、多層回路基板からなり、信号端子２２と、グランド端子２４と、所定の電位レベル（電源電位）にある電位端子２６と、外部端子２８を有する。半導体素子１４はダイボンド材３０によって基板１２に固定される。半導体素子１４は、半導体素子１４の周辺部に設けられた信号端子３２と、半導体素子１４の中央部に設けられた一群のグランド端子３４及び電位端子３６を有する。半導体素子１４の信号端子３２はワイヤ３８によって基板１２の信号端子２２に接続される。集積コンデンサ１８は、図２に示されるように、複数の第１のグランド端子４０及び複数の第１の電位端子４２、並びに複数の第２のグランド端子４４及び複数の第２の電位端子４６を有する。【００３４】
この実施例においては、半導体素子１４のグランド端子３４及び電位端子３６と、集積コンデンサ１８の第１のグランド端子４０及び第１の電位端子４２とを接続する導電性接合部材は、半導体素子１４に設けたはんだバンプ７２と、集積コンデンサ１８に設けたループ状ワイヤ７４とで構成される。【００３５】
図１６のその他の構成は図１に示す構成と同様である。すなわち、第２のグランド端子４４及び第２の電位端子４６は熱拡散部材１６を介して基板１２のグランド端子２４及び電位端子２６に接続される。熱拡散部材１６は、絶縁性接着テープ（両面テープ）５６によって互いに接合され、且つ電気的に分離された第１の金属板５２と第２の金属板５４からなる。集積コンデンサ１８を搭載した熱拡散部材１６は図３から図１３に示したものと同様である。第１の金属板５２はスロット５８を有し、第２の金属板５４はスロット６０及び開口部６２を有する。集積コンデンサ１８は第２の金属板５４の開口部６２を通って導電性ペーストなどの導電性接合部材によって第１の金属板５２に固定される。第１及び第２の金属板５２，５４のスロット５８，６０は封止樹脂２０を形成する時に溶融樹脂が熱拡散部材１６の内部へよく流れ、樹脂充填性を高めるために設けられている。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上説明したように、本発明によれば、電源電位安定のためのコンデンサ追加によるインダクタンスの影響が低い半導体装置を提供することができる。また、複数のコンデンサが集積コンデンサとして構成され、熱拡散部材を導通路として実装基板に電気的に接続されているので、電源電位安定の効果が大きい。また、製造においても、１つの集積コンデンサを熱拡散部材に取り付けるだけでよいのでコストダウンに寄与することができる。
【図１】
2006054339.tif 000002
【図２】
2006054339.tif 000003
【図３】
2006054339.tif 000004
【図４】
2006054339.tif 000005
【図５】
2006054339.tif 000006
【図６】
2006054339.tif 000007
【図７】
2006054339.tif 000008
【図８】
2006054339.tif 000009
【図９】
2006054339.tif 000010
【図１０】
2006054339.tif 000011
【図１１】
2006054339.tif 000012
【図１２】
2006054339.tif 000013
【図１３】
2006054339.tif 000014
【図１４】
2006054339.tif 000015
【図１５】
2006054339.tif 000016
【図１６】
2006054339.tif 000017
【国際調査報告】
2006054339.tif 000018
2006054339.tif 000019
2006054339.tif 000020
2006054339.tif 000021