JP6299066B2 - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。

例えばＢＧＡ（Ball Grid Array）型半導体装置のようにパッケージ基板の裏面に外部端子を有する半導体装置では、パッケージ基板に搭載された半導体チップが発生する熱は、主にパッケージ基板を覆うキャップから放出される。

このような半導体装置では、キャップと半導体チップの間に熱伝導材が充填され、半導体チップが発生する熱は、この熱伝導材を介してキャップから放出される。

特開２００１‐２６７４７３号公報

半導体チップを覆うキャップはパッケージ基板に、接着剤により固定される。この接着剤の強度不足により、キャップがパッケージ基板から剥がれてしまうことがある。

このようなキャップ剥離は、パッケージ基板が大型化するほど顕著になる。

上記の問題を解決するために、本製造装置の一観点によれば、チップ搭載領域の周囲に接合パッドが配置された基板と、第１面を前記基板に向けた状態で前記チップ搭載領域に搭載された半導体チップと、前記半導体チップの前記第１面とは反対側の第２面に接続され平面視において前記半導体チップと前記接合パッドを覆う放熱板と、前記放熱板と前記接合パッドを半田接合する接合部と、前記基板と前記放熱板との間に配置され、前記半導体チップを封止するモールド樹脂とを有する半導体装置が提供される。

開示の装置によれば、放熱板がパッケージ基板から剥がれ難くなる。

図１は、実施の形態１の半導体装置の断面図である。 図２は、基板の表面の平面図である。 図３は、半導体チップの断面図である。 図４は、接着剤により放熱部材が固定された半導体装置の断面図である。 図５は、実施の形態１の半導体装置の製造方法のフローチャートである。 図６は、実施の形態１の半導体装置の製造方法の工程断面図である。 図７は、実施の形態１の半導体装置の製造方法の工程断面図である。 図８は、図４に示す半導体装置の製造方法の工程断面図である。 図９は、加重等の調整に失敗した半導体装置の断面図の一例である。 図１０は、実施の形態１の半導体装置の変形例に含まれる基板の平面図である。 図１１は、実施の形態２の半導体装置の断面図である。 図１２は、基板の表面の平面図である。 図１３は、実施の形態２の半導体装置の製造方法のフローチャートである。 図１４は、実施の形態２の半導体装置の製造方法の工程断面図である。 図１５は、実施の形態２の半導体装置の製造方法の工程断面図である。 図１６は、モールド樹脂を形成するための金型の平面図の一例である。 図１７は、図１６のXVII-XVII線に沿った断面図である。 図１８は、図１６及び１７の金型を用いるモールド樹脂の形成方法を説明する工程断面図である。 図１９は、図１６及び１７の金型を用いるモールド樹脂の形成方法を説明する工程断面図である。 図２０は、実施の形態２の半導体装置の変形例１に含まれる基板の平面図である。 図２１は、変形例２を説明する断面図である。 図２２は、変形例３〜５を説明する断面図である。

以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。尚、図面が異なっても対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

（実施の形態１）
（１）構造
図１は、実施の形態１の半導体装置２の断面図である。

図１に示すように半導体装置２は、基板（パッケージ基板）４と、基板４に搭載された半導体チップ６とを有する。

半導体装置２はさらに、半導体チップ６の裏面に接続された放熱板８と、放熱板８と基板４を半田接合する接合部１０とを有している。この半田接合により、放熱板８は基板４に固定される。

半田接合は、ろう接（brazing and soldering）の一種である。ろう接とは、接合する部材（例えば、金属）よりも融点が低いろう（例えば、合金）を用いて、母材を溶融させずに接合する方法の総称である。融点が４５０℃未満の「ろう」を用いるろう接は、半田接合と呼ばれる。半田接合に用いられる「ろう」は、半田と呼ばれる。

半導体装置２はさらに、半導体チップ６を封止するモールド樹脂１２を有する。

半導体装置２はさらに、半導体チップ６と基板４の間に充填されたアンダーフィル樹脂１４を有している。半導体装置２はさらに、基板４に搭載された受動素子１６を 有している。

―基板―
図２は、基板４の表面の平面図である。図１は、図２のI-I線に沿った半導体装置２の断面図である。

図２に示すように、基板４のチップ搭載領域１８の周囲には、接合パッド２０が形成（配置）されている。接合パッド２０は好ましくは、チップ搭載領域１８を包囲するように配置される。

基板４の内部には、信号配線、電源配線およびグランド配線などの配線（以下、基板配線と呼ぶ）が形成されている。基板４は、例えばセラミックおよび／または樹脂で形成されたビルドアップ基板である。図１には、グランド配線２２の一部が示されている。

基板４の裏面には、基板配線に接続された複数の電極パッド２３が形成されている。電極パッド２３は、半導体装置２の外部端子である。基板４の表面には、基板配線に接続された複数の電極パッド（図示せず、例えばＣ４（Controlled Collapse Chip Connection）パターン））が形成されている。

図２に示す接合パッド２０は例えば、図１にい示すように、グランド線２２を介してグランド端子２５に接続されたグランド・パッドである。グランド端子２５は、基板裏面に形成された複数の電極パッド２３のうちプリント基板（配線基板）のグランド線に接続される端子である。

基板配線、電極パッド、および接合パッドの材料は、例えばＷ（タングステン）やＣｕ（銅）などの金属である。電極パッドの表面には、例えばＮｉ（ニッケル）やＡｕ（金）がメッキされている。

基板４の裏面側の各電極パッド２３は例えば、半田（例えば、半田バンプ）によりプリント基板に接続される。半田は各電極パッド２３上に形成されてもよいし、プリント基板の電極パッドに形成されてもよい。すなわち半導体装置２は、ＢＧＡ（Ball Grid Array）型半導体装置であってもよいし、ＬＧＡ（LandGrid Array）型半導体装置であってもよい。

チップ搭載領域１８と接合パッド２０の間には、受動素子１６が配置されている。受動素子１６は例えば、基板４の電源配線とグラン配線の間に接続され半導体チップ６が発生するノイズを低減するチップコンデンサである。

―半導体チップ―
図３は、半導体チップ６の断面図である。半導体チップ６は、半導体基板２４と、半導体基板２４の表面に形成された集積回路２６とを有している。集積回路（例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit））２６は、半導体基板２４の表面に形成された半導体素子（図示せず）と、半導体基板２４の表面上に形成された多層配線層２７を有している。集積回路２６の表面には、パッド状の複数の外部端子２８が設けられている。

半導体チップ６は図１に示すように、集積回路２６が形成された表面を基板４に向けた状態で、基板４のチップ搭載領域１８（図２参照）に搭載されている。半導体チップ６は例えば、その外部端子２８（図３参照）に接続された半田バンプ３０（図１参照）により、チップ搭載領域１８内の電極パッド（図示せず）に接続されている。すなわち半導体チップ６は、基板４にフリップチップ実装されている。

半導体チップ６と基板４の間には、半田バンプ３０を保護するアンダーフィル樹脂１４が充填されている。アンダーフィル樹脂１４は、例えばフィラ（例えば、シリコン粒子）が充填された絶縁性の樹脂（例えば、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂）である。

―モールド樹脂―
図１に示すようにモールド樹脂１２は、基板４と放熱板８との間に配置され、半導体チップ６と受動素子１６とを封止する。

モールド樹脂１２は、好ましくは図１に示すように、半導体チップ６を包囲する内壁部３２と、内壁部３２および接合部１０を包囲する外壁部３４とを有する。受動素子１６は、例えば内壁部３２に埋め込まれている。

モールド樹脂１２は例えば、フィラ（例えば、シリコン粒子）が充填された熱硬化性樹脂（例えば、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂）である。モールド樹脂１２は、絶縁性である。

モールド樹脂１２のフィラ密度は好ましくは、アンダーフィル樹脂１４のフィラ密度より高い。モールド樹脂１２は、その高いフィラ密度により、半導体チップ６と同程度の低い熱膨張係数を有する。したがって半導体チップ６は、熱膨張係数の差に基づく応力を受けに難い。

一方、硬化前のアンダーフィル樹脂１４は、その低いフィラ密度により、高い流動性を有する。このためアンダーフィル樹脂１４は、半導体チップ６と基板４の間に容易に充填される。

―放熱板―
放熱板８（図１参照）は、平面視において半導体チップ６と接合パッド２０とを覆っている。放熱板８は、放熱パッド２０の上方に貫通孔４７（後述する図６（ｃ）参照）を有している。貫通孔４７が占める領域は平面視において接合パッド２０の一部であり、残りの部分は放熱板８に覆われている。

放熱板８は、熱の良導体である。放熱板８は例えば、Ｃｕ（銅）板またはＡｌ（アルミニウム）板である。或いは、放熱板８は、ＳｉＣ（炭化ケイ素）板の一面にＡｌ層が形成されたＡｌ−ＳｉＣ複合板である。放熱板８は、好ましくは平板状である。

放熱板８は例えば、熱伝導部３６により半導体チップ６に接続される。熱伝導部３６の材料は、例えば半田である。

―接合部―
接合部１０は、放熱板８と接合パッド２０（図１及び２参照）を半田接合する。

接合部１０は好ましくは導電性であり、図１に示すように、半導体チップ６の側方を包囲するように配置されている。

接合部１０の材料は例えば、ＳｎＰｂ、ＳｎＡｇ，Ｉｎ，ＩｎＡｇ、ＳｎＳｂ，ＳｎＢｉ等の低融点金属を主成分とする半田である。

（２）接着剤により放熱部材が固定された半導体装置
図４は、接着剤により放熱部材が固定された半導体装置３８の断面図である。

図４の半導体装置３８では、半導体チップ６が発生する熱は、半導体チップ６を覆う蓋状の放熱部材４０（以下、キャップと呼ぶ）から放出される。キャップ４０は例えば、セラミック製である。半導体チップ６は、熱伝導部３６によりキャップ４０に接続されている。

キャップ４０は、その側部底面に配置された接着剤４２により基板４に固定されている。接着剤４２は、例えばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂を主成分とする接着剤である。このような、接着剤４２の接着強度は必ずしも高くない。このため経時変化により、キャップ４０が基板４から剥がれてしまうことがある。

キャップ４０と基板４の接着面積は、概ね基板４の外周の長さに比例する。一方、基板４の面積は、基板４の外周の２乗に比例する。このため基板４が大型化するほど、キャップ４０は基板４から剥がれ易くなる。

一方、実施の形態１の半導体装置２（図１参照）では放熱板８は、半田接合により基板４に強固に固定されるので、基板４から剥がれ難い。半田接合は、接着剤より強固に２つの物体を接続する。したがって、基板４が大型化（例えば、一辺が５０ｍｍ以上）しても、放熱板８は基板４から容易には剥がれない。

基板４の表面にはしばしば、半導体チップ６を囲むようにグランド・パッドが形成される。このグランド・パッドを、接合パッド２０として用いることができる。この場合、接合部１０専用のパッドを設けなくてもよい。

図４の放熱部材すなわちキャップ４０は、複雑な形状をしている。このようなキャップ４０の製造は、簡単ではない。一方、実施の形態１の放熱板８（図１参照）は平板状である。このような放熱板２の製造は、容易である。

図４のキャップ４０は、セラミック製である。このため図４の半導体チップ６は、別の半導体装置が発生する電磁波ノイズにより誤動作しやすい。一方、実施の形態１の半導体装置２の接合部１０（図１参照）は、導電性で且つ半導体チップ６の側方を包囲している。この接合部１０のシールド効果により、実施の形態１の半導体チップ６は電磁波ノイズによる誤動作を起こし難い。このシールド効果を確実にするため、放熱板８も導電性であることが好ましい。

図４の基板４には、半導体装置３８の形成過程で加えられる加熱処理（半田バンプ３０のリフロー処理やアンダーフィル樹脂１４の熱硬化処理）により、半導体チップ６とキャップ４０の間にうねりが生じる。このため、経年変化によりアンダーフィル樹脂１４や半田バンプ３０が基板４から剥離することがある。

したがって、半導体装置３８の信頼性は必ずしも高くない。この傾向は、基板４が大型化するほど顕著である。

一方、実施の形態１の半導体装置２（図１参照）では、基板４の表面が、アンダーフィル樹脂１４とモールド樹脂１２と接合部１０により隙間なく覆われている。このため実施の形態１の半導体装置２では、基板４にうねりが生じ難い。したがって、実施の形態１の半導体装置２の信頼性は高い。

（３）製造方法
図５は、実施の形態１の半導体装置２の製造方法のフローチャートである。図６及び７は、実施の形態１の半導体装置２の製造方法の工程断面図である。

―半導体チップ６の搭載（Ｓ２）―
図６（ａ）に示すように、半導体チップ６の表面を基板４の表面に向け、そのままの状態で半導体チップ６をチップ搭載領域１８（図２参照）に搭載する。

具体的には例えば、まず半導体チップ６表面の外部端子２８（図３参照）に半田バンプ３０（図１参照）を接続する。この半田バンプ３０と基板４の表面側の電極パッド（図示せず、例えばＣ４パッド）とを接触させた後、リフロー処理により該電極パッドに半導体チップ６を接続する。さらに基板４の表面側の別の電極パッドに半田ペーストを塗布し、リフロー処理により該電極パッドに受動素子１６を接続する。

次に、例えば半導体チップ６の一辺に沿って液体状のアンダーフィル樹脂を供給し、毛細管現象により半導体チップ６と基板４の間に液体状のアンダーフィル樹脂を充填する。その後、このアンダーフィル樹脂を例えば１７０〜１８０℃でベークして熱硬化させる。

―モールド樹脂の形成（Ｓ４）―
次に図６（ｂ）に示すように、半導体チップ６および接合パッド２０を包囲し、半導体チップ６の裏面より基板４から遠い位置に上面を有する外壁部３４を有するモールド樹脂１２を形成する。

具体的には例えば、半導体チップ６と内壁部３２と外壁部３４に対応する凹部を有する金型で基板４の表面を覆う。この凹部の内部に、加熱され流動化した樹脂を充填する。その後も加熱処理を継続して、充填された樹脂を硬化させる。最後に、モールド樹脂１２が形成された基板４を金型から外す。この工程により、受動素子１６は内壁部３２に埋め込まれる。

外壁部３４と内壁部３２の高さ（基板からの距離）は、略同じである。モールド樹脂１２は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂である。加熱温度は例えば、１７０〜１８０℃である。

―熱伝導材の加重（Ｓ６）―
次に図６（ｃ）に示すように、半導体チップ６およびモールド樹脂１２を覆う放熱板８と半導体チップ６との間に配置した熱伝導材（熱伝導材料）３７に、放熱板８を押し付ける。

具体的には例えば、例えば熱伝導材３７が裏面に仮接続された放熱板８をモールド樹脂１２の上に配置する。この時、熱伝導材３７が半導体チップ６の裏面に接触するようにする。

熱伝導材３７の厚さ（例えば、０．３５０ｍｍ程度）は、内壁部３２および外壁部３４それぞれの上面と半導体チップ６の裏面の高低差（例えば、０．２８０ｍｍ程度）より大きい。内壁部３２および外壁部３４の高さは、例えば０.８９０ｍｍ程度である。

その後、半田クリップ（図示せず）で基板４と放熱板８を挟んで、熱伝導材３７にクリップ加重を加える。

熱伝導材３７は例えば、放熱板８に熱圧着された半田シートまたは放熱板８に印刷された半田ペーストである。半導体チップ６の裏面と放熱板８の裏面（基板４側の面）は、半田によく濡れる材料（例えば、Ａｕ）により覆われていることが好ましい。

―熱伝導材の加熱・溶融（Ｓ８）―
熱伝導材３７に放熱板８を押し付けた状態で、熱伝導材３７を溶融する。これにより、熱伝導材３７はモールド樹脂１２の内壁部３２の内側に広がるとともに、放熱板８と半導体チップ６を接続する。

具体的には例えば、クリップ加重された状態の熱伝導材３７を例えばリフロー炉で熱伝導材３７の融点以上に加熱して、熱伝導材３７を溶融する。すると溶融した熱伝導材３７が内壁部３２の内側に広がり、放熱板８と半導体チップ６を接続する。内壁部３２の内側に広がった熱伝導材は、熱伝導部３６になる。

―放熱板と接合パッドの半田接合（Ｓ１０）―
図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、放熱板８と接合パッド２０を半田接合する。

具体的には例えば、まず図７（ａ）に示すように、放熱板８に開けられた貫通孔４７（図６（ｃ）参照）からペースト状の半田４６を、接合パッド２０と放熱板８の間に充填する。半田ペーストの代わりに、微細な半田ボールを充填してもよい。

次に、例えばリフロー炉で半田４６を融解する。溶融した半田４６が冷えて固化すると、図７（ｂ）に示すように、放熱板８と接合パッド２０を半田接合する接合部１０になる。接合部１０は、接合パッド２０上方の放熱板８裏面のうち貫通孔４７（図示せず）以外の領域で、放熱板８に半田接合される。

半導体装置２がＢＧＡ型半導体装置の場合には、基板１０４の裏面側の電極パッド２３に例えば半田ボール（半田バンプ）が接続される。

以上により、半導体装置２が完成する。

図８は、図４に示す半導体装置３８の製造方法の工程断面図である。

まず図５のステップＳ２と略同じ手順で、図８（ａ）に示すように、半導体チップ６と受動素子１６を基板４に搭載する。

次に半田クリップ（図示せず）でキャップ４０と基板４を挟んで、図８（ｂ）に示すように、キャップ４０に仮接続した熱伝導材３７を半導体チップ６に押し付ける。キャップ４０の側部の底面には、例えばフィルム状の接着剤４８が貼り付けられている。

この状態でリフロー炉により熱伝導材３７を溶融して、図８（ｃ）に示すように、キャップ４０と半導体チップ６を半田接続する。この時の加熱処理により、接着剤４８が硬化してキャップ４０と基板４を接続する。

熱伝導材３７が加圧された状態で溶融すると、熱伝導材３７は図８（ｃ）に示すように、キャップ４０と半導体チップ６の間から食み出す。熱伝導材３７が過剰に食み出さないように、熱伝導材３７の厚さ、接着剤４８の厚さ、およびクリップ加重の大きさが調整されている。

図９は、加重等の調整に失敗した半導体装置３８の断面図の一例である。例えば熱伝導材３７が厚すぎると、図９に示すように、キャップ４０と半導体チップ６の間から熱伝導材３７が大量に食み出して受動素子１６に接触することがある。或いは、キャップ４０と半導体チップ６の間から熱伝導材３７が飛散して、受動素子１６に接触することがある。このような場合には、例えば受動素子１６に接続された電源線がショートして、半導体装置３８が故障する。

一方、実施の形態１の半導体装置２（図１参照）では、受動素子１６はモールド樹脂１２に埋め込まれているので、このような故障は起き難い。

また、実施の形態１の半導体装置２では、半導体チップ６と放熱板８の間隔はモールド樹脂１２の厚さにより決まるので、熱伝導材３７の厚さやクリップ加重の大きさの調整が容易となる。

（４）変形例
図１０は、実施の形態１の半導体装置の変形例に含まれる基板５０の平面図である。

図１に示す半導体装置２では図２に示すように、単一の接合パッド２０がチップ搭載領域１８を包囲している。しかし、図１０を参照して説明する変形例では、孤立した複数の接合パッド５２がチップ搭載領域１８の周囲に配置されている。

このため変形例では、半導体チップ６を封止するモールド樹脂１２は、内壁部と外壁部には分離していない。この点を除けば、変形例の半導体装置は図１及び２を参照して説明した半導体装置２と略同じ構造を有する。

以上の例では、モールド樹脂１２に直接、放熱板８が接している。しかしモールド樹脂１２と放熱板８の間に接着剤層を配置し、モールド樹脂１２放熱板８を接着してもよい。この接着剤層により、放熱板８と基板４の接合が補強される。

（実施の形態２）
実施の形態１と共通する部分については、説明を省略または簡単にする。

（１）構造
図１１は、実施の形態２の半導体装置１０２の断面図である。図１２は、基板１０４の表面の平面図である。図１１は、図１２のXI-XI線に沿った半導体装置１０２の断面図である。基板１０４は、パッケージ基板である。

図１１及び１２に示すように、実施の形態２の半導体装置１０２は実施の形態１の半導体装置２（図１参照）に類似している。

但し、モールド樹脂１１２のうちチップ搭載領域１８（図１２参照）と接続パッド１２０とに挟まれた内壁部１３２（図１１参照）は、外壁部１３４の上面より基板１０４に近い位置に上面を有している。

さらに、放熱板１０８と接続パッド１２０を半田接合する接合部１１０が、半導体チップ６と放熱板１０８の間に広がって放熱板１０８を半導体チップ６の裏面に接続している。

さらに、モールド樹脂１１２は、半導体チップ６と接合部１１０とを封止している。

さらに、放熱板１０８の裏面には、例えばＡｕ層７２がメッキにより形成されている。これにより、接合部１１０と放熱板１０８の密着性が良くなる。

さらに、半導体チップ６の裏面には、例えばＡｕ層（図示せず）がメッキにより形成されている。これにより、接合部１１０と半導体チップ６の密着性が良くなる。但し、放熱板１０８のＡｕ層７２および半導体チップ６のＡｕ層は省略してもよい。

図１及び１１から明らかなように、基板１０４は、実施の形態１の基板４に対応する。放熱板１０８は、実施の形態１の放熱板８に対応する。接合部１１０は、実施の形態１の接合部１０に対応する。モールド樹脂１１２は、実施の形態１のモールド樹脂１２に対応する。接合パッド１２０は、実施の形態１の接合パッド２０に対応する。 さらに図２及び１２から明らかなように、内壁部１３２は、実施の形態１の内壁部３２に対応する。外壁部１３４は、実施の形態１の外壁部３４に対応する。

（２）製造方法
図１３は、実施の形態２の半導体装置１０２の製造方法のフローチャートである。図１４及び１５は、実施の形態２の半導体装置１０２の製造方法の工程断面図である。

―半導体チップの搭載（Ｓ１２）―
図１４（ａ）に示すように、実施の形態１のステップＳ２と略同じ手順で、半導体チップ６の表面を基板１０４に向け、そのままの状態で半導体チップ６をチップ搭載領域１８に搭載する。

―モールド樹脂の形成（Ｓ１４）―
次に図１４（ｂ）に示すように、外壁部１３４と内壁部１３２とを有するモールド樹脂１１２を形成する。外壁部１３４は、半導体チップ６および接合パッド１２０を包囲し、半導体チップ６の裏面より基板１０４から遠い位置に上面（一面）を有する。内壁部１３２は、接合パッド１２０の内側で半導体チップ６を包囲し外壁部１３４より基板１０４に近い位置に上面を有する。

図１６は、モールド樹脂１１２を形成するための金型５４の平面図の一例である。図１７は、図１６のXVII-XVII線に沿った分解断面図である。図１６には、金型５４の内部構造が破線で示されている。

図１７に示すように金型５４は、上型５６と下型５８を有する。

上型５６は図１６及び１７に示すように、半導体チップ６および内壁部１３２に対応する第１凹部６０ａ（キャビティ）と外壁部１３４に対応する第２凹部６０ｂ（キャビティ）とを有している。

上型５６はさらに、モールド樹脂タブレットが装填される注入室６２（ポット）を有している。上型５６はさらに、注入室６２と第１凹部６０ａの間および注入室６２と第２凹部６０ｂの間に設けられた樹脂注入流路６４を有している。

下型５６は図１７に示すように、基板１０４に対応する第３凹部６０ｃ（キャビティ）を有している。

図１８及び１９は、金型５４を用いるモールド樹脂１１２の形成方法を説明する工程断面図である。

まず図１８（ａ）に示すように、半導体チップ６と受動素子１６を実装した基板１０４を、上型５６と下型５８の間に装着する。この時、基板１０４は下型５８の第３凹部６０ｃに嵌め込まれる。基板１０４の表面は、上型５６で覆われる。

次にモールド樹脂タブレット（例えば、エポキシ樹脂）６６を、注入室６２に装填する。

次にモールド樹脂タブレット６６および金型５４を例えば１７０〜１８０℃に加熱しながら、図１８（ｂ）に示すように、モールド樹脂タブレット６６が液化したモールド樹脂６７にピストン６８で圧力を加える。すると液化したモールド樹脂６７は、樹脂注入流路６４（図１７参照）を通って、第１凹部６０ａおよび第２凹部６０ｂに注入される。その後、注入されたモールド樹脂６７が熱硬化するまで金型５４の加熱を継続する。

モールド樹脂６７の熱硬化後、図１９に示すように、内壁部１３２および外壁部１３４が形成された基板１０４を金型５４から外す。すると、モールド樹脂１１２が形成された基板１０４が現れる。

―接合材の加重（Ｓ１６）―
次に図１５（ａ）に示すように、半導体チップ６およびモールド樹脂１１２を覆う放熱板１０８と半導体チップ６の間に配置した接合材７０に、放熱板１０８を押し付ける。

具体的には例えば、接合材７０が裏面に仮接続された放熱板１０８をモールド樹脂１１２の上に配置する。

接合材７０の厚さ（例えば、０．３５０ｍｍ程度）は、モールド樹脂１１２の外壁部１３４の上面と半導体チップ６の裏面の高低差（例えば、０．２８０ｍｍ程度）より大きい。内壁部１３２の高さは、例えば０．６１０ｍｍ程度である。外壁部１３４の高さは、例えば０．８９０ｍｍ程度である。

その後、半田クリップ（図示せず）で基板１０４と放熱板１０８を挟んで、接合材７０にクリップ加重を加える。

接合材７０は例えば、放熱板１０８に印刷された半田ペーストまたは放熱板１０８に熱圧着された半田シートである。半田の材料は例えば、ＳｎＰｂ、ＳｎＡｇ，Ｉｎ，ＩｎＡｇ、ＳｎＳｂ，ＳｎＢｉ等の低融点金属を主成分とする半田である。接合材７０の融点は、例えば１４０℃以上２５０℃以下が好ましい。さらにこの好ましくは、接合材７０の融点は１６０℃以上２３０℃以下である。

―接合材の加熱・溶融（Ｓ１８）―
次に図１５（ｂ）に示すように、接合材７０に放熱板１０８を押し付けた状態で、接合材７０を溶融する。この時モールド樹脂１１２の内側に広がった接合材７０により、放熱板１０８と接合パッド１２０を半田接合する。さらに、放熱板１０８と半導体チップ６を接続する。

具体的には例えば、クリップ加重された状態の接合材７０を例えばリフロー炉で接合材７０の融点以上に加熱して、接合材７０を溶融する。すると、溶融した接合材７０が内壁部１３２を越えて外壁部１３４の内側に広がる。

溶融した接合材７０が冷えて固化すると、放熱板１０８と接合パッド１２０を半田接合する接合部１１０になる。接合部１１０は、放熱板１０８と半導体チップ６を接続する。

半導体装置１０２がＢＧＡ型半導体装置の場合には、基板１０４の裏面側の電極パッド２３に例えば半田ボール（半田バンプ）が接続される。

以上により、半導体装置１０２が完成する。

実施の形態２によれば、放熱板１０８と基板１０４の半田接合と同時に放熱板１０８と基板１０４の接続が行われる。

（３）変形例１
図２０は、実施の形態２の半導体装置の変形例１に含まれる基板１５０の平面図である。

図１１に示す半導体装置１０２では図１２に示すように、単一の接合パッド１２０がチップ搭載領域１８を包囲している。しかし、変形例１では図２０に示すように、孤立した複数の接合パッド１５２がチップ搭載領域１８の周囲に配置されている。

変形例１のモールド樹脂１１２は連続体であり、内壁部と外壁部には分離していない。

ただし接合パッド１５２（図２０参照）より内側の内部領域１３６上のモールド樹脂１１２は、内部領域１３６より外側の外部領域１３８上のモールド樹脂１１２の上面より、基板１５０に近い位置に上面を有する。

モールド樹脂１１２が基板１５０に近づいた部分（内部領域１３６上のモールド樹脂１１２）を越えて、放熱板１０８と接合パッド１５２を半田接合する接合部１１０が半導体チップ６の上に広がっている。

（４）変形例２〜５
図２１は、変形例２を説明する断面図である。図２１（ａ）は、接合部１１０が形成される前の変形例２の断面図である。図２１（ｂ）は、変形例２の断面図である。

図１１に示す半導体装置１０２では、モールド樹脂１１２は直接、接合部１１０に接している。しかし変形例２では、図２１（ａ）に示すように、モールド樹脂１１２の表面はメッキ層７４（例えば、Ａｕ層）で覆われている。メッキ層７４は例えば、無電解めっきにより形成される。

図２１（ｂ）に示すように、接合部１１０はこのメッキ層７４に半田接合されるので、接合部１１０とモールド樹脂１１２の密着性が良くなる。

図２２は、変形例３〜５を説明する断面図である。

図２２（ａ）は、接合部１１０が形成される前の変形例３の断面図である。

変形例３では、図２２（ａ）に示すように、変形例２においてさらに外壁部１３４上のメッキ層７４に接着剤７６が塗布される。変形例３によれば、放熱板（図示せず）と基板１０４の接合強度がさらに高くなる。なお、接着剤７６の代わりに、接着フィルムが外壁部１３４上に接着されてもよい。

図２２（ｂ）は、接合部１１０が形成される前の変形例４の断面図である。

変形例４では、図２２（ｂ）に示すように、外壁部１３４上に直接、接着剤７６が塗布される。変形例４によっても、放熱板（図示せず）と基板１０４の接合強度が高くなる。なお、接着剤７６の代わりに、接着フィルムが外壁部１３４上に接着されてもよい。

図２２（ｃ）は、接合部１１０が形成される前の変形例５の断面図である。

変形例５では、図２２（ｃ）に示すように、基板１０４に受動素子１６は搭載されない。受動素子１６が搭載されない分、半導体チップ６と接合材１１０の間隔が狭くなり、接合材１１０のシールド効果が高くなる。

さらにモールド樹脂の内壁部１３２によりアンダーフィル樹脂１４の側面を覆われているので、溶融した接合材がモールド樹脂の内部に広がってもアンダーフィル樹脂１４が劣化することはない。

以上の例では言及しなかったが、接合材７０および熱伝導材３７はフラックスを含んでいてもよい。

以上の例では、半導体チップ６およびアンダーフィル樹脂１４の側面はモールド樹脂１２，１１２に接している。しかし、半導体チップ６およびアンダーフィル樹脂１４の側面は接合部１０，１１０に接していてもよい。すなわちモールド樹脂１２，１１２は、内壁部３２，１３２を有さなくてもよい。

以上の例では、接合パッドはグラウンド配線に接続されている。しかし、接合パッドはグラウンド配線に接続されなくてもよい。

以上の実施の形態１及び２に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１）
チップ搭載領域の周囲に接合パッドが配置された基板と、
第１面を前記基板に向けた状態で、前記チップ搭載領域に搭載された半導体チップと、
前記半導体チップの前記第1面とは反対側の第２面に接続され、平面視において前記半導体チップと前記接合パッドを覆う放熱板と、
前記放熱板と前記接合パッドを半田接合する接合部と、
前記基板と前記放熱板との間に配置され、前記半導体チップを封止するモールド樹脂とを
有する半導体装置。

（付記２）
付記１に記載の半導体装置において、
前記接合部は、前記半導体チップの前記第２面と前記放熱板との間に広がって前記放熱板を前記半導体チップの前記第２面に接続することを
特徴とする半導体装置。

（付記３）
付記１又は２に記載の半導体装置において、
前記モールド樹脂は、前記半導体チップを包囲する内壁部と、前記内壁部および前記接合部を包囲する外壁部とを有することを
特徴とする半導体装置。

（付記４）
付記３に記載の半導体装置において、
前記内壁部は、前記外壁部の上面より前記基板に近い位置に上面を有することを
特徴とする半導体装置。

（付記５）
付記３又は４に記載の半導体装置において、さらに
前記内壁部に埋め込まれた受動素子を有する
ことを特徴とする半導体装置。

（付記６）
付記１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置において、
導電性の前記接合部が、前記半導体チップを包囲するように配置されていることを
特徴とする半導体装置。

（付記７）
付記１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置において、さらに、
前記半導体チップと前記基板の間に充填されたアンダーフィル樹脂を有し、
前記基板の表面が、前記アンダーフィル樹脂と前記モールド樹脂と前記接合部により覆われていることを
特徴とする半導体装置。

（付記８）
付記１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記放熱板は、平板状であることを
特徴とする半導体装置。

（付記９）
付記１乃至８のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記接合パッドは、前記基板のグランド端子に電気的に接続されていることを
特徴とする半導体装置。

（付記１０）
基板の表面のうち周囲に接合パッドが配置されたチップ搭載領域に、第１面を前記基板に向けた半導体チップを搭載する工程と、
前記半導体チップおよび前記接合パッドを包囲し前記半導体チップの前記第1面の反対側の第２面より前記基板から遠い位置に上面を有する外壁部を含むモールド樹脂を形成する工程と、
前記半導体チップおよび前記モールド樹脂を覆う放熱板と前記半導体チップとの間に配置した接合材に前記放熱板を押し付けた状態で前記接合材を溶融して、前記モールド樹脂の内側に広がった前記接合材により前記放熱板と前記接合パッドを半田接合する工程とを有する
半導体装置の製造方法。

（付記１１）
付記１０に記載の半導体装置の製造方法において、
前記モールド樹脂を形成する工程は、
前記外壁部と前記半導体チップ）との間の前記基板上に、前記基板から、前記半導体チップの前記第２面と同じか遠くに位置し、前記外壁部の前記上面よりも前記基板に近く位置する上面を有する内壁部を形成する工程を有することを
特徴とする半導体装置の製造方法。

（付記１２）
付記１１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記内壁部を形成する工程の前に、前記基板上に受動素子を形成する工程を有し、
前記内壁部は前記受動素子を覆うことを特徴とする
半導体装置の製造方法。

２・・・半導体装置 ４・・・基板
６・・・半導体チップ ８・・・放熱板
１０・・・接合部 １２・・・モールド樹脂
１４・・・アンダーフィル樹脂 １８・・・チップ搭載領域
２０・・・接合パッド ２６・・・集積回路
３２・・・内壁部 ３４・・・外壁部
３６・・・熱伝導部 ５０・・・基板
５２・・・接合パッド ７０・・・接合材
１０２・・・半導体装置 １０４・・・基板
１０８・・・放熱板 １１０・・・接合部
１１２・・・モールド樹脂 １２０・・・接合パッド
１３２・・・内壁部 １３４・・・外壁部
１５０・・・基板 １５２・・・接合パッド

Claims (5)

1. 基板と、
   第１面を前記基板に向けて前記基板に搭載された半導体チップと、
   前記基板に設けられ、前記半導体チップの周囲に位置する接合パッドと、
   前記半導体チップの前記第１面とは反対側の第２面に接続され、平面視において前記半導体チップと前記接合パッドを覆う放熱板と、
   前記放熱板と前記接合パッドを半田接合し、前記放熱板と電気的に接続する接合部と、
   前記基板と前記放熱板との間に配置され、前記半導体チップを封止するモールド樹脂と、
   前記モールド樹脂上に形成されためっき層と、を有し
   前記モールド樹脂は、前記接合部と前記半導体チップとの間に位置する第１の部分と、前記半導体チップから前記接合部よりも離れて位置し前記放熱板に接続する第２の部分とを有し、
   前記第１の部分は前記めっき層の一部を介して前記接合部に接続する
   半導体装置。
2. 前記接合部は、前記半導体チップの前記第２面及び前記放熱板に接続する部分を有する
   請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第１の部分は、前記第２の部分の上面より前記基板に近い位置に上面を有する
   請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記接合部は導電性であり、
   前記接合部は平面視で前記半導体チップを囲んで配置される
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 接合パッドを有する基板に、前記接合パッドが周囲に位置するように、第１面を前記基板に向けて半導体チップを搭載する工程と、
   前記半導体チップと前記接合パッドとの間に位置する第１の部分と、前記半導体チップから前記接合パッドよりも離れて位置し、前記半導体チップの前記第１面の反対側の第２面より前記基板から遠い位置に上面を有する第２の部分とを含むモールド樹脂を形成する工程と、
   前記半導体チップおよび前記モールド樹脂を覆う放熱板と前記半導体チップとの間に配置した接合材を溶融して、前記接合材と前記接合パッドとを接続するとともに、前記接合材と前記放熱板とを電気的に接続する工程とを有し、
   前記第２の部分の上面は前記放熱板に接続する
   半導体装置の製造方法。

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