JP2002158316A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
しにくい半導体装置を、少ない工数で製造する。 【解決手段】 まず、ヒートシンク7Aを、半導体チッ
プ4の背面に載置された放熱用シート6に密着させ、半
導体チップ4の周囲を取り囲み、かつ外周部の底面を基
板1のグラウンドパターン3に密着させて、基板1の主
面に載置する。次に、ノズル14を下降させて先端を注
入口9Aに挿入する。次に、ノズル14によりキャビテ
ィ13に粘性樹脂15を注入する。次に、加熱して粘性
樹脂15を硬化させて硬化樹脂8を形成する。したがっ
て、樹脂封止とヒートシンク7Aの取付とを一連の工程
で行うことにより、半導体チップ4で発生した熱が速や
かにヒートシンク7Aに伝導し、かつ、ヒートシンク7
Aのシールド効果により電磁波障害が発生しにくい半導
体装置を、少ない工数で製造することができる。
Description
ンディングにより半導体チップを基板上に樹脂封止して
なる半導体装置であって、樹脂封止と同時にヒートシン
クが取り付けられてなる半導体装置及びその製造方法に
関するものである。
して製造される半導体装置(パッケージ)を使用する際
には、必要に応じて、放熱性を向上させる目的でヒート
シンクが使用されている。特に、近年高速化が著しいC
PUパッケージの場合にはヒートシンクの使用は必須で
あり、次のようにしてパッケージにヒートシンクを取り
付けている。まず、プリント基板上に設けられたソケッ
トにパッケージを装着する。次に、パッケージ背面にシ
リコーングリースを塗布し、又は放熱用シートを載置す
る。次に、パッケージ背面にヒートシンクを載置し、更
にパッケージ背面にヒートシンクを押さえつけて、シリ
コーングリースや放熱用シートと、パッケージ背面及び
ヒートシンクとを充分になじませる。次に、例えばビス
を使用してプリント基板にヒートシンクを固定し、又は
クリップ状の金具を使用してソケットにヒートシンクを
固定する。すなわち、パッケージをプリント基板に実装
した後に、別部材であるヒートシンクを取り付けてい
る。
来のパッケージにヒートシンクを取り付ける場合には、
次のような問題があった。第1に、半導体チップが発生
した熱は、パッケージを構成する封止樹脂と、シリコー
ングリース等とを順次介して、ヒートシンクに伝導す
る。したがって、封止樹脂の部分を熱が伝導する分だけ
熱伝導に時間がかかるので、放熱性の向上に限界があ
る。第2に、パッケージ背面にシリコーングリースを塗
布し、又は放熱用シートを載置するという作業と、パッ
ケージ背面にヒートシンクを載置して押さえつけるとい
う作業とが必要であり、その工数が必要になる。第3
に、エンドユーザーがヒートシンクの取付を行うことも
あり、エンドユーザーが不慣れな作業を強いられること
になる。このことから、シリコーングリースや放熱用シ
ートと、パッケージ背面及びヒートシンクとが充分なじ
んでいない場合がある。そして、最悪の場合には、パッ
ケージ背面とヒートシンクとの間で、シリコーングリー
スにおける気泡や放熱用シートのしわが発生するおそれ
がある。したがって、放熱性の向上が不充分になるので
CPUの性能を発揮できず、誤動作が発生することさえ
ある。
されたものであり、樹脂封止と同時にヒートシンクが取
り付けられ放熱性に優れた半導体装置及びその製造方法
を提供することを目的とする。
するために、本発明に係る半導体装置は、フリップチッ
プボンディングにより基板の主面に搭載された半導体チ
ップを樹脂封止してなる半導体装置であって、基板の主
面において、半導体チップを覆うとともに該半導体チッ
プの背面に接するように載置されたヒートシンクと、ヒ
ートシンクと基板との間の空間に充填された硬化樹脂と
を備えるとともに、ヒートシンクの一部が基板の主面に
接していることを特徴とする。
プの背面に接する状態で、ヒートシンクが硬化樹脂によ
って基板に固定される。したがって、半導体チップで発
生した熱が速やかにヒートシンクに伝導するので、放熱
性に優れた半導体装置が得られる。また、樹脂封止用の
硬化樹脂によりヒートシンクの取付がなされるので、半
導体装置の製造工数が削減される。
半導体装置において、ヒートシンクは良熱伝導性部材を
介して半導体チップの背面に接することを特徴とする。
が、良熱伝導性部材を経由して確実かつ速やかにヒート
シンクに伝導するので、放熱性に優れた半導体装置が得
られる。
半導体装置において、ヒートシンクは導電性材料からな
り、基板の主面においてヒートシンクの一部が接する部
分にはグラウンドパターンが設けられているとともに、
ヒートシンクの電位がグラウンド電位に等しくなってい
ることを特徴とする。
設けられたヒートシンクの電位がグラウンド電位に等し
いので、シールド効果によって電磁波障害(電磁界干
渉;EMI)の発生を抑制することができる。
半導体装置において、基板の主面においてヒートシンク
の一部が接する部分は、半導体チップを取り囲んでいる
ことを特徴とする。
とを完全に覆うように設けられたヒートシンクの電位が
グラウンド電位に等しいので、シールド効果によって電
磁波障害の発生を更に抑制することができる。
明に係る半導体装置の製造方法は、フリップチップボン
ディングにより基板の主面に搭載された半導体チップを
樹脂封止して半導体装置を製造する方法であって、半導
体チップを覆うとともに、該半導体チップの背面と基板
の主面とにそれぞれ接するようにしてヒートシンクを載
置する工程と、ヒートシンクに設けられた開口を経由し
て該ヒートシンクと基板との間の空間に粘性樹脂を注入
する工程と、粘性樹脂を硬化させる工程とを備えたこと
を特徴とする。
トシンクを接触させ、ヒートシンクと基板との間の空間
に粘性樹脂を注入して硬化させる。したがって、半導体
チップで発生した熱が速やかにヒートシンクに伝導する
構造を有する、放熱性に優れた半導体装置を製造するこ
とができる。また、樹脂封止用の硬化樹脂によりヒート
シンクを取り付けるので、半導体装置の製造工数を削減
することができる。
は、上述の半導体装置の製造方法において、注入する工
程では、金型を使用したトランスファモールドにより粘
性樹脂を注入することを特徴とする。
り粘性樹脂を押圧して、ヒートシンクと基板との間の空
間に粘性樹脂を注入して硬化させる。したがって、低粘
度樹脂を使用することなく、放熱性に優れた半導体装置
を製造することができる。
は、上述の半導体装置の製造方法において、載置する工
程では、基板のグラウンドパターンとヒートシンクの一
部とを接触させて該ヒートシンクの電位をグラウンド電
位に等しくすることを特徴とする。
たヒートシンクの電位をグラウンド電位に等しくする。
したがって、放熱性に優れるとともに、シールド効果に
より電磁波障害が発生しにくい半導体装置を製造するこ
とができる。
は、上述の半導体装置の製造方法において、半導体チッ
プの背面又はヒートシンクにおいて背面に対向する面の
少なくともいずれか一方に、良熱伝導性部材を載置する
工程を備えたことを特徴とする。
を、良熱伝導性部材を経由して確実かつ速やかにヒート
シンクに伝導させるので、放熱性に優れた半導体装置を
製造することができる。
は、上述の半導体装置の製造方法において、ヒートシン
クの一部又は基板のグラウンドパターンの少なくともい
ずれか一方に導電性物質を載置する工程を備えたことを
特徴とする。
クと基板との間の空間から粘性樹脂が漏出することを防
ぐ。したがって、放熱性に優れるとともに、樹脂バリが
発生しない半導体装置を製造することができる。
は、上述の半導体装置の製造方法において、注入する工
程では、ヒートシンクに設けられた別の開口を経由して
該ヒートシンクと基板との間の空間を吸引することを特
徴とする。
の空間に粘性樹脂を確実に充填するとともに、ヒートシ
ンクと基板との間の空間に粘性樹脂を短時間に充填し
て、放熱性に優れた半導体装置を製造することができ
る。
の実施形態を、図1及び図2を参照して説明する。図1
は、本発明に係る半導体装置を示す断面図である。図1
において、プリント基板等からなる基板1の主面には、
後述する半導体チップに対して各信号を授受するパッド
2と、グラウンドパターン3とが、設けられている。ま
た、主面1の反対面には、半導体装置と外部との間で各
信号を授受する外部端子(図示なし)が、設けられてい
る。半導体チップ4は、CPU等の半導体素子からな
り、フリップチップボンディングにより、各端子(図示
なし)がバンプ5を介してパッド2に電気的に接続され
ている。半導体チップ4の背面には、シリコーン樹脂等
からなる放熱用シート6が載置されている。ヒートシン
ク7Aは、例えばアルミニウム等の導電性材料からな
り、ダイキャストによって製造され、片側に凹部を有す
るとともに、半導体チップ4の上方を覆い周囲を完全に
取り囲むようにして基板1の主面に載置されている。ま
た、ヒートシンク7Aは、外周部の底面がグラウンドパ
ターン3に密着するとともに、凹部の底面が放熱用シー
ト6を介して半導体チップ4の背面に密着している。硬
化樹脂8は、エポキシ樹脂等からなり、半導体チップ4
を覆うように、ヒートシンク7Aと基板1の主面との間
に充填された封止樹脂である。注入口9Aは、ヒートシ
ンク7Aに設けられ、硬化樹脂の原材料である粘性樹脂
を注入するための開口である。エアベント10は、ヒー
トシンク7Aに設けられた別の開口であって、粘性樹脂
が注入される際に、ヒートシンク7Aと基板1の主面と
の間に存在するガスを排出するために使用される。
用シート6を介して半導体チップ4の背面に密着してい
るヒートシンク7Aが、硬化樹脂8によって基板1に固
定されていることである。これにより、ヒートシンク7
Aは放熱用シート6を介して半導体チップ4の背面に、
硬化樹脂8の圧縮応力によって充分に押圧される。した
がって、半導体チップ4で発生した熱は、放熱用シート
6を介して速やかにヒートシンク7Aに伝導するので、
放熱性に優れた半導体装置が得られる。第2に、ヒート
シンク7Aが、半導体チップ4の上方と周囲とを完全に
覆い、かつ、外周部の底面がグラウンドパターン3に密
着していることである。これにより、半導体チップ4が
高速のクロックで動作する場合であっても、シールド効
果によって、半導体チップ4の外部に電磁界変動を与え
ることと、外部からの電磁界変動に影響されることとが
抑制される。したがって、電磁波障害が発生しにくい半
導体装置が得られる。
2を参照して説明する。図2(a)〜(d)は、本実施
形態によって図1の半導体装置を製造する方法を工程別
に説明する断面図である。まず、図2(a)に示すよう
に、凹部11を有するヒートシンク7Aを、半導体チッ
プ4が空隙12をはさんで装着された、基板1の主面に
載置する。ここでは、ヒートシンク7Aが半導体チップ
4の背面に載置された放熱用シート6に密着し、半導体
チップ4の周囲を取り囲み、かつ、ヒートシンク7Aの
外周部の底面がグラウンドパターン3に密着するように
して、ヒートシンク7Aを基板1の主面に載置する。
からなる空間、すなわちヒートシンク7Aと基板1とに
囲まれた空間がキャビティ13を形成した状態で、ノズ
ル14を下降させてその先端を注入口9Aに挿入する。
この工程以降では、ヒートシンク7Aを、一定の圧力で
基板1に押圧しておくことが好ましい。
4を使用して、キャビティ13に粘性樹脂15を注入す
る。キャビティ13及び半導体チップ4の体積から予め
算出された量を注入することにより、半導体チップ4と
基板1の主面との間の空隙12を含むキャビティ13
は、粘性樹脂15によって充填される。ここで、キャビ
ティ13内の余分な空気は、エアベント10から排出さ
れる。また、粘性樹脂15が多めに注入された場合であ
っても、余分な量がエアベント10内に留まるので、粘
性樹脂15はヒートシンク7Aの上面には流出しない。
ことにより、粘性樹脂15を硬化させて、硬化樹脂8を
形成する。ここまでの工程によって、図1に示された半
導体装置が完成する。
ートシンク7Aと基板1とによってキャビティ13を形
成し、ノズル14を使用して粘性樹脂15を注入し、注
入された粘性樹脂15を硬化させる。これにより、樹脂
封止とパッケージへのヒートシンク7Aの取付とを、同
一の工程で行うことができる。したがって、後工程にお
けるヒートシンクを取り付ける工数を削減して、放熱性
に優れるとともに電磁波障害が発生しにくい半導体装置
を製造することができる。
態について、図3を参照しながら説明する。図3(a)
〜(c)は、本実施形態によって図1の半導体装置を製
造する方法を工程別に説明する断面図である。本実施形
態は、粘性樹脂の注入を、下型と上型とからなる金型を
使用したトランスファモールドによって行うものであ
る。
と上型17とからなる金型を型開きした状態で、下型1
6の凹部18に基板1を載置する。その後に、第1の実
施形態と同様に、ヒートシンク7Aを基板1の主面に載
置する。ヒートシンク7Aの側面には、注入口9Bが設
けられている。ここで、下型16に設けられたポット1
9には、樹脂タブレット20が投入されている。また、
上型17には、ポット19に対向し粘性樹脂を分岐する
空間であるカル部21が設けられ、そのカル部21に順
次連通してランナ部22、ゲート部23が設けられてい
る。加えて、上型17には、ヒートシンク7Aに対応す
る寸法形状を有する凹部24と、エアベント10に対応
する位置における貫通穴25とが設けられている。
と上型17とを型締めする。この状態で、放熱用シート
6が圧縮されてヒートシンク7Aと半導体チップ4との
間で圧力を吸収し、上型17のゲート部23とヒートシ
ンク7Aの注入口9Bとが連通する。そして、金型に設
けられたヒータ(図示なし)により樹脂タブレット20
を加熱溶融して粘性樹脂15を形成し、プランジャ26
により粘性樹脂15を下方から押圧する。これにより、
カル部21,ランナ部22,ゲート部23,注入口9B
を順次経由して、キャビティ13に粘性樹脂15を充填
する。
15を更に加熱して硬化させて硬化樹脂8を形成する。
そして、下型16と上型17とを型開きした後に、例え
ばエジェクタピン(図示なし)により基板1を突き上げ
て、ゲート部23と注入口9Bとの境界でゲートブレー
クを行う。以上の工程により、基板1に装着された半導
体チップ4を樹脂封止するとともに、半導体チップ4の
背面に放熱用シート6を介してヒートシンク7Aが密着
した状態で基板1にヒートシンク7Aを取り付けて、半
導体装置を完成させることができる。
ば、ヒートシンク7Aと基板1とによりキャビティ13
を形成し、金型を使用したトランスファモールドにより
キャビティ13に粘性樹脂15を充填して硬化させる。
これにより、第1の実施形態と同様、後工程におけるヒ
ートシンクを取り付ける工数を削減して、放熱性に優れ
るとともに電磁波障害が発生しにくい半導体装置を製造
することができる。更に、トランスファモールドを使用
して、プランジャ26により粘性樹脂15を押圧して、
キャビティ13に粘性樹脂15を充填する。したがっ
て、高価な低粘度樹脂を使用することなく、ヒートシン
ク付の半導体装置を製造することができる。
態について、図4を参照しながら説明する。図4(a)
〜(c)は、本実施形態によって図1の半導体装置を製
造する方法を工程別に説明する断面図である。本実施形
態は、例えばアルミニウム製押出材からなるヒートシン
クを使用して、半導体装置を製造するものである。
示すように、半導体チップ4が装着された基板1の主面
に、アルミニウム製押出材からなるヒートシンク7Bを
載置する。第1の実施形態と同様に、ヒートシンク7B
は、半導体チップ4の背面に放熱用シート6を介して密
着し、かつ、外周部の底面が基板1のグラウンドパター
ン(図示なし)に密着している。ここで、押出材の特性
から、ヒートシンク7Bは、半導体チップ4の周囲をす
べて取り囲むことができない。
型27と他方の上型(図示なし)とからなる分割された
上型セットを下降させて、その上型セットと下型16と
を型締めするとともに、ヒートシンク7Bを基板1に押
圧する。ここで、一方の上型27は図4(b)の奥側に
設けられ、他方の上型は図4(b)の手前側に設けられ
ている。また、一方の上型27には、注入口9Aに対応
する位置における貫通穴28が、他方の上型にはエアベ
ント10に対応する位置における貫通穴(図示なし)
が、それぞれ設けられている。これにより、基板1、ヒ
ートシンク7B、一方の上型27、及び他方の上型によ
って、キャビティ13が形成される。
4を下降させて、その先端を貫通穴28を介して注入口
9Aに挿入する。以下、第1の実施形態と同様に、ノズ
ル14からキャビティ13に粘性樹脂を注入してこれを
硬化させる。
ば、アルミニウム製押出材からなるヒートシンク7Bを
使用する場合においても、凹部11からなる空間と分割
された上型セットとによってキャビティ13を形成し、
そのキャビティ13に粘性樹脂を注入して硬化させるこ
とができる。したがって、第1の実施形態と同様、後工
程におけるヒートシンクを取り付ける工数を削減して、
放熱性に優れた半導体装置を製造することができる。ま
た、半導体チップ4を覆って設けられたヒートシンク7
Bの電位がグラウンド電位に等しいので、シールド効果
によって電磁波障害の発生を抑制することができる。
して粘性樹脂を注入したが、これに代えて、図3に示す
ように、金型を使用したトランスファモールドによって
キャビティ13に粘性樹脂を注入してもよい。
逆U字形状の断面を有するヒートシンク7A,7Bを使
用して、半導体装置を構成した。その変形例として、フ
ィン付のヒートシンク7Cを使用して、図5に示される
半導体装置を構成することもできる。図5は、本発明に
係る半導体装置の変形例であって、フィン付のヒートシ
ンクを使用した半導体装置を示す断面図である。図5に
おいて、ヒートシンク7Cは、例えばアルミニウム等の
導電性材料からなり、押出材を加工して、又はダイキャ
ストによって製造される。この変形例によれば、ヒート
シンク7Cの表面積が大幅に増大するので、いっそう放
熱性に優れた半導体装置が得られる。
らなる金属板を、曲げ加工又は絞り加工して製造するこ
ともできる。
ーン樹脂等からなる放熱用シート6を載置することとし
た。これに限らず、ペースト状のシリコーン樹脂等をス
クリーン印刷等を使用して塗布することにより、半導体
チップ4の背面に予め載置してもよい。更に、これらの
良熱伝導性部材を、ヒートシンク7A,7B,7Cの凹
部の底面に予め載置してもよい。
脂15を充填する際に、エアベント10を経由してキャ
ビティ13内の雰囲気を吸引してもよい。これによれ
ば、空隙12に粘性樹脂15を確実に充填することがで
きるとともに、キャビティ13に粘性樹脂15を充填す
る時間を短縮することができる。
れぞれ有する凹部の底面が平滑であれば、放熱用シート
6を介することなく、各凹部の底面と半導体チップ4の
背面とを直接密着させてもよい。この場合には、グラウ
ンドパターン3とヒートシンク7A,7B,7Cの外周
部の底面との間に、適当な弾性を有する導電性物質、例
えば異方性導電膜や導電性樹脂等を介しておくことが好
ましい。これにより、半導体チップ4に過度の圧力を加
えることなく、半導体チップ4の背面とヒートシンク7
A,7B,7Cの凹部の底面とを、密着させることがで
きる。また、この導電性物質は、キャビティ13から粘
性樹脂15が漏出することを防ぐシール部材としても機
能するので、半導体装置における樹脂バリを防止するこ
とができる。更に、ヒートシンク7A,7B,7Cと半
導体チップ4の背面との間に放熱用シート6を介した状
態で、グラウンドパターン3とヒートシンク7A,7
B,7Cの外周部の底面との間に、適当な弾性を有する
導電性物質を使用することもできる。加えて、適当な弾
性を有するこれらの導電性物質は、半導体装置が使用さ
れる際に、熱応力を緩和する緩衝材としても機能する。
た熱が速やかにヒートシンクに伝導するので、放熱性に
優れた半導体装置が得られる。また、樹脂封止用の硬化
樹脂によりヒートシンクの取付がなされるので、半導体
装置の製造工数が削減される。また、半導体チップを覆
うように設けられたヒートシンクの電位がグラウンド電
位に等しいので、シールド効果によって電磁波障害が発
生しにくい半導体装置が得られる。したがって、放熱性
に優れ、電磁波障害が発生しにくい半導体装置と、その
半導体装置を少ない工数で製造する製造方法とを提供で
きるという、優れた実用的な効果を奏するものである。
よって図1の半導体装置を製造する方法を工程別に説明
する断面図である。
よって図1の半導体装置を製造する方法を工程別に説明
する断面図である。
よって図1の半導体装置を製造する方法を工程別に説明
する断面図である。
ィン付のヒートシンクを使用した半導体装置を示す断面
図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 フリップチップボンディングにより基板
の主面に搭載された半導体チップを樹脂封止してなる半
導体装置であって、 前記基板の主面において、前記半導体チップを覆うとと
もに該半導体チップの背面に接するように載置されたヒ
ートシンクと、 前記ヒートシンクと前記基板との間の空間に充填された
硬化樹脂とを備えるとともに、 前記ヒートシンクの一部が前記基板の主面に接している
ことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の半導体装置において、 前記ヒートシンクは良熱伝導性部材を介して前記半導体
チップの背面に接することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項3】 請求項1又は2記載の半導体装置におい
て、 前記ヒートシンクは導電性材料からなり、前記基板の主
面において前記ヒートシンクの一部が接する部分にはグ
ラウンドパターンが設けられているとともに、前記ヒー
トシンクの電位がグラウンド電位に等しくなっているこ
とを特徴とする半導体装置。 - 【請求項4】 請求項3記載の半導体装置において、 前記基板の主面において前記ヒートシンクの一部が接す
る部分は、前記半導体チップを取り囲んでいることを特
徴とする半導体装置。 - 【請求項5】 フリップチップボンディングにより基板
の主面に搭載された半導体チップを樹脂封止して半導体
装置を製造する方法であって、 前記半導体チップを覆うとともに、該半導体チップの背
面と前記基板の主面とにそれぞれ接するようにしてヒー
トシンクを載置する工程と、 前記ヒートシンクに設けられた開口を経由して該ヒート
シンクと前記基板との間の空間に粘性樹脂を注入する工
程と、 前記粘性樹脂を硬化させる工程とを備えたことを特徴と
する半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】 請求項5記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 前記注入する工程では、金型を使用したトランスファモ
ールドにより前記粘性樹脂を注入することを特徴とする
半導体装置の製造方法。 - 【請求項7】 請求項5又は6記載の半導体装置の製造
方法において、 前記載置する工程では、前記基板のグラウンドパターン
と前記ヒートシンクの一部とを接触させて該ヒートシン
クの電位をグラウンド電位に等しくすることを特徴とす
る半導体装置の製造方法。 - 【請求項8】 請求項5〜7のいずれかに記載の半導体
装置の製造方法において、 前記半導体チップの背面又は前記ヒートシンクにおいて
前記背面に対向する面の少なくともいずれか一方に良熱
伝導性部材を載置する工程を備えたことを特徴とする半
導体装置の製造方法。 - 【請求項9】 請求項5〜8のいずれかに記載の半導体
装置の製造方法において、 前記ヒートシンクの一部又は前記基板のグラウンドパタ
ーンの少なくともいずれか一方に導電性物質を載置する
工程を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項10】 請求項5〜9のいずれかに記載の半導
体装置の製造方法において、 前記注入する工程では、前記ヒートシンクに設けられた
別の開口を経由して該ヒートシンクと前記基板との間の
空間を吸引することを特徴とする半導体装置の製造方
法。
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