半導体装置及びその製造方法
【課題】放熱及び電磁シールドの機能を有する半導体装置を、部材数を抑えて実現する。
【解決手段】半導体装置１０Ａは、基板１１と、基板１１の上方に設けられた半導体素子１２を含み、更に、半導体素子１２を被覆し、且つ、基板１１に設けられた接続パッド１１ｂに接続された、はんだ材料からなる熱伝導材１５を含む。このような熱伝導材１５の上方に放熱体１７が設けられる。半導体素子１２と放熱体１７の間を熱的に接続する熱伝導材１５によって、半導体素子１２からの電磁的ノイズの放射や半導体素子１２への電磁的ノイズの入射を抑制する。
【解決手段】半導体装置１０Ａは、基板１１と、基板１１の上方に設けられた半導体素子１２を含み、更に、半導体素子１２を被覆し、且つ、基板１１に設けられた接続パッド１１ｂに接続された、はんだ材料からなる熱伝導材１５を含む。このような熱伝導材１５の上方に放熱体１７が設けられる。半導体素子１２と放熱体１７の間を熱的に接続する熱伝導材１５によって、半導体素子１２からの電磁的ノイズの放射や半導体素子１２への電磁的ノイズの入射を抑制する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を含む半導体装置において、半導体素子に熱伝導材を介してヒートスプレッダ、ヒートシンク、放熱キャップ等の放熱体を熱的に接続し、その放熱体を利用して、半導体素子で発生する熱を放熱する技術が知られている。また、電磁的ノイズによる半導体素子の誤動作を抑制する観点から、半導体素子の周辺にシールド材を設ける技術、ヒートシンクや放熱キャップ等の放熱体をシールド材として利用する技術等が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１０５３６６号公報
【特許文献２】特開２００２−１５８３１７号公報
【特許文献３】特開２００５−０２６３７３号公報
【特許文献４】特表２００６−５１０２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
シールド材、或いはシールド材として利用される放熱体は、半導体素子の上や、半導体素子を被覆するように設けられ、半導体素子が搭載される基板の導電部、例えばグランド（ＧＮＤ）電位とされる部分に、電気的に接続される。しかし、このようにシールド材（放熱体）を設けるにあたり、半導体装置の部材数の増加、比較的大幅な設計変更等が生じる場合があり、その結果、コストの増加、組み立て工数の増加等が生じてしまう場合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一観点によれば、基板と、前記基板に配設された電極部と、前記基板の上方に配設された半導体素子と、前記半導体素子を被覆し且つ前記電極部に接続された、はんだ材料からなる熱伝導材と、前記熱伝導材の上方に配設された放熱体とを含む半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
放熱及び電磁シールドの機能を有する半導体装置を実現することができ、そのような半導体装置を部品数の増加を抑えて低コストで実現することが可能になる。また、そのような半導体装置の製造の効率化を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係る半導体装置の一例の要部平面模式図である。
【図３】放熱体の凹部側から見た平面模式図である。
【図４】第１の実施の形態に係る基板準備工程の一例の説明図である。
【図５】第１の実施の形態に係る半導体素子実装工程の一例の説明図である。
【図６】第１の実施の形態に係るアンダーフィル樹脂充填工程の一例の説明図である。
【図７】第１の実施の形態に係る封止材配置工程の一例の説明図である。
【図８】第１の実施の形態に係る封止工程の一例の説明図である。
【図９】第１の実施の形態に係るボール搭載工程の一例の説明図である。
【図１０】熱伝導材の一例の説明図である。
【図１１】別形態の半導体装置の一例を示す図である。
【図１２】別形態の半導体装置の形成例を示す図（その１）である。
【図１３】別形態の半導体装置の形成例を示す図（その２）である。
【図１４】第２の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。
【図１５】第３の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。
【図１６】第３の実施の形態に係る基板準備工程の一例の説明図である。
【図１７】第３の実施の形態に係る半導体素子実装工程の一例の説明図である。
【図１８】第３の実施の形態に係る封止材配置工程の一例の説明図である。
【図１９】第３の実施の形態に係る封止工程の一例の説明図である。
【図２０】第３の実施の形態に係るアンダーフィル樹脂充填工程の一例の説明図である。
【図２１】半導体装置形成工程の別例の説明図（その１）である。
【図２２】第４の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。
【図２３】第４の実施の形態に係る半導体装置の第１変形例を示す図である。
【図２４】第４の実施の形態に係る半導体装置の第２変形例を示す図である。
【図２５】半導体装置形成工程の別例の説明図（その２）である。
【図２６】別形態の半導体装置の説明図である。
【図２７】第５の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。
【図２８】第６の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。
【図２９】熱伝導材の密着性の説明図（その１）である。
【図３０】熱伝導材の密着性の説明図（その２）である。
【図３１】熱伝導材の密着性の説明図（その３）である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
まず、第１の実施の形態について説明する。
図１は第１の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。
第１の実施の形態に係る半導体装置１０Ａは、基板（配線基板）１１、及び基板１１の上に設けられた半導体素子（半導体チップ）１２を有している。
【０００９】
基板１１は、半導体素子１２との対向面に電極部（基板電極パッド）１１ａを備えている。基板電極パッド１１ａは、基板１１内の、ＧＮＤ電位とされる内部配線１１ｃや図示しない信号配線に、ビア１１ｄを介して電気的に接続されている。
【００１０】
半導体素子１２は、基板１１との対向面で、基板電極パッド１１ａに対応する位置に、電極部（チップ電極パッド）１２ａを備えている。半導体素子１２は、そのチップ電極パッド１２ａが、対向する基板電極パッド１１ａにバンプ１３を介して接続され、基板１１に実装（フリップチップ実装）されている。
【００１１】
基板１１と半導体素子１２の間、及び半導体素子１２の外周部には、アンダーフィル樹脂１４が設けられている。
半導体装置１０Ａは、基板１１に実装された半導体素子１２を被覆するように設けられた熱伝導材１５を有している。この熱伝導材１５には、熱伝導性及び導電性を有しており、更に、加工性の良い材料を用いることが好ましい。熱伝導材１５には、例えば、はんだ材料が用いられる。
【００１２】
半導体素子１２の上面と熱伝導材１５は、それらの間に設けられた接合層１６ａによって接合されている。接合層１６ａには、メタライズ層を用いることができる。メタライズ層としては、例えば、チタン（Ｔｉ）層と金（Ａｕ）層の積層構造（Ｔｉ／Ａｕ）を用いることができる。このほかメタライズ層としては、Ｔｉ層、ニッケル−バナジウム（Ｎｉ−Ｖ）層及びＡｕ層の積層構造（Ｔｉ／Ｎｉ−Ｖ／Ａｕ）を用いることができる。これらの積層構造は、スパッタリング等の方法により形成することができる。また、熱伝導材１５との接合が可能であれば、接合層１６ａとするメタライズ層には、ニッケル（Ｎｉ）系メッキ層を用いることもできる。
【００１３】
熱伝導材１５は、半導体素子１２の上面から、半導体素子１２の側面及びアンダーフィル樹脂１４の側面（フィレット部）に沿って延在され、基板１１上に設けられた電極部（接続パッド）１１ｂに接続されている。
【００１４】
ここで、図２は第１の実施の形態に係る半導体装置の一例の要部平面模式図である。尚、図２では、上記の熱伝導材１５の図示を省略している。
上記のように半導体装置１０Ａでは、上面に接合層１６ａが設けられた半導体素子１２が基板１１に実装されており、基板１１と半導体素子１２の間、及び半導体素子１２の外周部に、アンダーフィル樹脂１４が設けられている。接続パッド１１ｂは、半導体素子１２が実装される領域を取り囲むように、基板１１上に周設されている。上記の熱伝導材１５は、このような接続パッド１１ｂの内側の領域に実装された半導体素子１２を被覆するように設けられると共に、当該接続パッド１１ｂに接続される。
【００１５】
熱伝導材１５が接続される接続パッド１１ｂは、図１に示したように、基板１１の内部に設けられた、ＧＮＤ電位とされる内部配線１１ｃに、ビア１１ｄを介して電気的に接続されている。このような接続パッド１１ｂに接続された熱伝導材１５は、半導体素子１２からの電磁的ノイズの放射や、外部から半導体素子１２への電磁的ノイズの入射を抑えるシールド材として機能するようになる。
【００１６】
基板１１の、半導体素子１２の実装面側には、放熱体１７が設けられている。図３は放熱体１７の凹部１７ａ側から見た平面模式図である。
放熱体１７は、図１及び図３に示すような凹部１７ａを備えている。放熱体１７は、その凹部１７ａに半導体素子１２及びそれを被覆する熱伝導材１５が収容されるように、基板１１の上に設けられる。放熱体１７の凹部１７ａには、接合層１６ｂが設けられる。放熱体１７は、図１に示したように、接合層１６ｂで熱伝導材１５と接合されると共に、接着剤１８で基板１１と接着される。
【００１７】
放熱体１７には、熱伝導性、放熱性の良い材料が用いられる。例えば、放熱体１７には、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウムシリコンカーバイド（ＡｌＳｉＣ）、アルミニウムカーボン（ＡｌＣ）、シリコンゴム等を用いることができる。
【００１８】
放熱体１７の凹部１７ａに設ける接合層１６ｂには、メタライズ層を用いることができる。メタライズ層としては、例えば、Ｎｉ層とＡｕ層の積層構造（Ｎｉ／Ａｕ）を用いることができる。Ｎｉ／Ａｕ積層構造は、メッキ法等で形成することができる。また、熱伝導材１５との接合が可能であれば、接合層１６ｂとするメタライズ層には、メッキ法等で形成されるスズ（Ｓｎ）層、銀（Ａｇ）層、又はＮｉ層を用いてもよい。更に、放熱体１７の材質によっては、Ｃｕ層、Ａｌ層等を用いてもよい。
【００１９】
基板１１の、半導体素子１２の実装面と反対側の面には、電極部（ボールパッド）１１ｅが設けられている。ボールパッド１１ｅは、ビア１１ｄを介して、ＧＮＤ電位とされる内部配線１１ｃや図示しない信号配線に電気的に接続されている。ボールパッド１１ｅには、はんだボール１９が搭載されるようになっている。半導体装置１０Ａは、このようなはんだボール１９及びボールパッド１１ｅを介して、マザーボードやインターポーザ等、他の基板（配線基板）に実装することが可能になっている。
【００２０】
尚、基板１１が備える基板電極パッド１１ａ、接続パッド１１ｂ、内部配線１１ｃ、ビア１１ｄ、ボールパッド１１ｅ、及び図示しない信号配線等の導電部には、Ｃｕ、Ａｌ等の導電材料を用いることができる。
【００２１】
上記のような構成を有する半導体装置１０Ａでは、半導体素子１２で発生した熱を、熱伝導材１５を介して放熱体１７に効率的に伝熱することができる。これにより、半導体素子１２の過熱を抑え、過熱による半導体素子１２の誤動作や破損の発生を抑えることができる。
【００２２】
更に、この半導体装置１０Ａでは、半導体素子１２と放熱体１７を熱的に接続する熱伝導材１５によって半導体素子１２を被覆すると共に、その熱伝導材１５をＧＮＤ電位とされる接続パッド１１ｂに接続する。これにより、熱伝導材１５をシールド材として用い、半導体素子１２からの電磁的ノイズの放射や半導体素子１２への電磁的ノイズの入射を効果的に抑制し、半導体素子１２の誤動作の発生を抑えることができる。
【００２３】
更に、このようにシールド材として機能させる熱伝導材１５をＧＮＤ電位にするために、基板１１について設計上、構造上の大幅な変更は不要であり、放熱及び電磁シールドの機能を有する半導体装置１０Ａを、コストの増加を抑えて形成することができる。
【００２４】
続いて、半導体装置１０Ａの形成方法（組み立て）について説明する。
図４は第１の実施の形態に係る基板準備工程の一例の説明図である。尚、図４において、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＬ１−Ｌ１断面模式図である。
【００２５】
半導体装置１０Ａの形成にあたり、まず図４に示すような基板１１を準備する。基板１１は、絶縁部１１ｆ内に設けられた、ＧＮＤ電位とされる内部配線１１ｃ、及び内部配線１１ｃに接続されたビア１１ｄを有している。
【００２６】
基板１１の一方の主面には、基板電極パッド１１ａ及び接続パッド１１ｂが設けられている。基板電極パッド１１ａは、半導体素子１２が実装される領域に設けられる。接続パッド１１ｂは、半導体素子１２が実装される領域を囲むように設けられる。基板１１の他方の主面には、はんだボール１９が搭載可能なボールパッド１１ｅが設けられている。
【００２７】
尚、ここでは、基板１１内部の信号配線についてはその図示を省略している。
このような基板１１の上に、半導体素子１２を実装する。
図５は第１の実施の形態に係る半導体素子実装工程の一例の説明図である。尚、図５において、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＬ２−Ｌ２断面模式図である。
【００２８】
実装する半導体素子１２として、チップ電極パッド１２ａにバンプ１３が搭載され、バンプ１３の搭載面側と反対の面側に接合層１６ａが設けられたものを準備する。
半導体素子１２は、そのチップ電極パッド１２ａに搭載されたバンプ１３と、基板電極パッド１１ａの位置合わせを行い、バンプ１３を介してチップ電極パッド１２ａと基板電極パッド１１ａを接続することにより、基板１１にフリップチップ実装される。このような半導体素子１２の実装には、例えば、フリップチップボンダを用いることができる。
【００２９】
半導体素子１２の実装後は、アンダーフィル樹脂１４の充填を行う。
図６は第１の実施の形態に係るアンダーフィル樹脂充填工程の一例の説明図である。尚、図６において、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＬ３−Ｌ３断面模式図である。
【００３０】
基板１１と、その基板１１に実装された半導体素子１２の間に、アンダーフィル樹脂１４を供給、充填し、硬化させる。アンダーフィル樹脂１４は、半導体素子１２の外周部にも形成され得る。アンダーフィル樹脂１４を設けることで、基板１１と半導体素子１２を強固に接続し、両者間の接続信頼性の向上が図られる。
【００３１】
次いで、このようにして半導体素子１２が実装された基板１１の上に、半導体素子１２の周りを封止する封止材となる熱伝導材１５及び放熱体１７を配置する。
図７は第１の実施の形態に係る封止材配置工程の一例の説明図である。
【００３２】
半導体素子１２を被覆するための熱伝導材１５として、ここでは一例として、予め半導体素子１２に対応した形状（半導体素子１２の外形に対応した形状）の凹部１５ａ、及び接続パッド１１ｂに接続される接続部１５ｂが設けられた熱伝導材１５を用いる。尚、このような熱伝導材１５の詳細については後述する。
【００３３】
また、放熱体１７としては、半導体素子１２や熱伝導材１５が収容可能な凹部１７ａが設けられたものを用い、その凹部１７ａの、熱伝導材１５と接合される位置に、予め接合層１６ｂを設けておく。
【００３４】
このような熱伝導材１５を半導体素子１２の上に配置し、熱伝導材１５の上に放熱体１７を配置する。放熱体１７と基板１１の間には接着剤１８を設けるようにする。このようにして熱伝導材１５、接合層１６ｂを設けた放熱体１７、及び接着剤１８を配置した後、それらによる封止を行う。
【００３５】
図８は第１の実施の形態に係る封止工程の一例の説明図である。尚、図８において、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＬ４−Ｌ４断面模式図である。
【００３６】
封止の際は、上記のように基板１１に実装した半導体素子１２との間に熱伝導材１５を介在させて配置した放熱体１７を、基板１１側に押圧する。放熱体１７の押圧を行うことにより、放熱体１７を接着剤１８で基板１１に接着すると共に、熱伝導材１５と接合層１６ａ，１６ｂを接続し、熱伝導材１５（ここではその接続部１５ｂ）と接続パッド１１ｂを接続する。
【００３７】
このように放熱体１７の押圧を行うことで、半導体素子１２を熱伝導材１５で被覆する。放熱体１７の押圧時には、熱伝導材１５を、接合層１６ａ，１６ｂ及び接続パッド１１ｂと密着させ、更に、半導体素子１２及びアンダーフィル樹脂１４の側面と密着させるために、加熱によって熱伝導材１５を溶融或いは軟化させることが好ましい。尚、放熱体１７の押圧と熱伝導材１５の密着性についての詳細は後述する。
【００３８】
このようにして封止を行った後は、はんだボール１９の搭載を行う。
図９は第１の実施の形態に係るボール搭載工程の一例の説明図である。尚、図９において、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）はボール搭載面側から見た平面模式図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＬ５−Ｌ５断面模式図である。
【００３９】
基板１１の、半導体素子１２の実装面と反対側の面に設けられた、ボールパッド１１ｅに、はんだボール１９が搭載される。これにより、ＢＧＡ（Ball Grid Array）型の半導体装置１０Ａを得る。尚、このようなはんだボール１９の搭載を行わず、ＬＧＡ（Land Grid Array）型の半導体装置１０Ａ（図８）を得るようにしてもよい。
【００４０】
ここで、熱伝導材１５について更に説明する。
熱伝導材１５には、はんだ材料を用いることができる。はんだ材料には、様々な材質、組成のものを用いることができる。例えば、インジウム（Ｉｎ）系、インジウム−銀（Ｉｎ−Ａｇ）系、スズ−鉛（Ｓｎ−Ｐｂ）系、スズ−ビスマス（Ｓｎ−Ｂｉ）系、スズ−銀（Ｓｎ−Ａｇ）系、スズ−アンチモン（Ｓｎ−Ｓｂ）系、スズ−亜鉛（Ｓｎ−Ｚｎ）系等のはんだ材料を用いることができる。
【００４１】
半導体装置１０Ａの組み立て前には、例えば、上記のようなはんだ材料を用いた所定の寸法、形状の熱伝導材１５を予め準備しておき、半導体装置１０Ａの組み立てを行うことができる。
【００４２】
熱伝導材１５の寸法、形状について述べる。
図１０は熱伝導材の一例の説明図である。尚、図１０において、（Ａ）は組み立て前の熱伝導材の断面模式図、（Ｂ）は組み立て後の半導体装置の断面模式図である。
【００４３】
図１０（Ａ）に示すように、半導体装置１０Ａを組み立てる前の熱伝導材１５には、所定の厚みＴの板状体に、所定の平面サイズＳ及び高さＨの凹部１５ａを設けたものを用いる。凹部１５ａの平面サイズＳ及び高さＨは、図１０（Ｂ）に示すように基板１１に実装される半導体素子１２の外形サイズＳａ及び実装高さＨａを基に、設定することができる。尚、ここでは実装高さＨａを、基板電極パッド１１ａ（又は接続パッド１１ｂ）から、半導体素子１２上に設けた接合層１６ａの表面までの高さとしている。
【００４４】
例えば、熱伝導材１５の凹部１５ａの平面サイズＳを半導体素子１２の外形サイズＳａに設定し、凹部１５ａの高さＨを実装高さＨａに設定する。一例として、半導体素子１２の外形サイズＳａが２０．０ｍｍ×２０．０ｍｍで、実装高さＨａが０．６１０ｍｍ（半導体素子１２の厚み０．５５０ｍｍ，バンプ１３の厚み０．０６０ｍｍ）になる場合を想定する。このような場合に、組み立て前の熱伝導材１５として、厚みＴが０．３５０ｍｍで、凹部１５ａの平面サイズＳが２０．０ｍｍ×２０．０ｍｍ、凹部１５ａの高さＨが０．６１０ｍｍのものを用いることができる。
【００４５】
ところで、実際の実装高さＨａには、組み立てる半導体装置１０Ａによってばらつきが生じる場合がある。そのため、予め所定の寸法、形状で準備した熱伝導材１５の凹部１５ａの高さと、実際の実装高さＨａとの間には、半導体装置１０Ａによってずれが生じる場合がある。
【００４６】
このような高さのずれに対しては、放熱体１７の押圧量（押し込み量）を調整することで、半導体素子１２の上面と放熱体１７の間に挟まれる部分の熱伝導材１５の高さ（厚みＴａ）を調整する。それにより、組み立て前の凹部１５ａの高さと、実際の実装高さＨａとの間の高さのずれを相殺する。
【００４７】
放熱体１７の基板１１側への押し込みは、熱伝導材１５にはんだ材料を用いることで、加熱により熱伝導材１５を溶融或いは軟化させた状態で行うことができるほか、そのような加熱を行わずに熱伝導材１５が固化した状態のままでも行うことが可能である。
【００４８】
熱伝導材１５には、半導体素子１２から放熱体１７への伝熱のし易さ、半導体素子１２の形態に応じた加工のし易さ、接合層１６ａ，１６ｂや接続パッド１１ｂへの接続のし易さ等の観点から、上記のようなはんだ材料が好適である。
【００４９】
尚、上記のような高さのずれに対応できるよう、予め実装高さＨａと放熱体１７の押し込み量との関係を求めておき、実際の実装高さＨａに基づき、放熱体１７の押し込み量を調整するようにしてもよい。また、上記のような高さのずれに対応できるよう、放熱体１７を基板１１に接着する接着剤１８の厚み、弾性等を調整しておいてもよい。
【００５０】
ここでは熱伝導材１５に、組み立て時に接続パッド１１ｂと面接触し得る形状の接続部１５ｂを設けたが、組み立て後に接続パッド１１ｂに接続された熱伝導材１５が得られれば、必ずしも組み立て前にこのような接続部１５ｂを設けておくことを要しない。
【００５１】
また、上記のように熱伝導材１５に半導体素子１２の外形サイズに応じた凹部１５ａを設けておくことにより、半導体装置１０Ａの組み立て時に熱伝導材１５や放熱体１７に位置ずれが発生するのを抑えることができる。
【００５２】
そこで、比較のため、図１１に別形態の半導体装置の一例を示し、図１２及び図１３に別形態の半導体装置の形成例を示す。尚、図１１、図１２（Ａ）及び図１３（Ａ）は断面模式図、図１２（Ｂ）及び図１３（Ｂ）は平面模式図であり、図１２（Ａ）は図１２（Ｂ）のＬ６−Ｌ６断面模式図、図１３（Ａ）は図１３（Ｂ）のＬ７−Ｌ７断面模式図である。
【００５３】
半導体素子１２の接合層１６ａの面側は、必ずしも平坦でなく、半導体素子１２の基板１１への実装後には、半導体素子１２と基板１１との熱膨張、熱収縮の程度の違いから、半導体素子１２に反りが生じる場合がある。半導体素子１２にこのような反りが生じている場合に、図１２及び図１３に示すような平板状（ペレット状）の熱伝導材１５０を用いた場合には、熱伝導材１５０や放熱体１７に位置ずれが生じ得る。
【００５４】
例えば、接合層１６ａを設けた半導体素子１２と、接合層１６ｂを設けた放熱体１７の間に、平板状の熱伝導材１５０を配置し、放熱体１７を基板１１側に接着する。その際、図１２に示したように、反りが生じている半導体素子１２の凸部を中心にして、その上に配置した熱伝導材１５０が回転し、熱伝導材１５０の位置ずれが発生してしまう場合がある。また、図１３に示したように、熱伝導材１５０と共に、その上に配置した放熱体１７も回転してしまい、熱伝導材１５０及び放熱体１７の位置ずれが発生してしまう場合もある。
【００５５】
このような位置ずれが発生した状態で熱伝導材１５０が固定されてしまうと、半導体素子１２の上面側に、熱伝導材１５０で被覆されない領域ができてしまい、図１１に示したような半導体装置１００を得ることができなくなる。半導体素子１２の上面側に熱伝導材１５０で被覆されない領域ができてしまうと、放熱体１７までの熱抵抗が高くなり、半導体素子１２で発生した熱を十分に放熱体１７に伝熱し、放熱することができなくなる可能性がある。その結果、半導体素子１２の過熱が起こり、半導体素子１２の動作不良が発生し得る。また、半導体装置１００の組み立ての歩留まりも低下する。
【００５６】
これに対し、上記の半導体装置１０Ａでは、凹部１５ａを有する熱伝導材１５を用い、その凹部１５ａの寸法、形状を、半導体素子１２の外形サイズ、実装後の実装高さに基づいて設定しておく。それにより、組み立て時に、凹部１５ａの内側の各辺（又は内面）が、半導体素子１２の外周の各辺（又は側面）と対向し、熱伝導材１５の回転が抑えられるようになる。その結果、熱伝導材１５を精度良く半導体素子１２の上面側に配置することが可能になると共に、アンダーフィル樹脂１４の側面も含め、半導体素子１２の上面側及び側面を、熱伝導材１５で被覆することが可能になる。
【００５７】
また、上記の半導体装置１０Ａでは、図７及び図８に示したように、凹部１５ａを有する熱伝導材１５を、半導体素子１２の上に被せるようにして配置し、放熱体１７を、例えば加熱を行いながら、基板１１側に押圧する。その際には、熱伝導材１５と半導体素子１２に設けた接合層１６ａとの接続、熱伝導材１５と放熱体１７に設けた接合層１６ｂとの接続、及び熱伝導材１５とＧＮＤ電位とされる接続パッド１１ｂとの接続を、一括で行うことができる。そのため、放熱及び電磁シールドの機能を有する半導体装置１０Ａを、効率的に組み立てることが可能になる。
【００５８】
次に、第２の実施の形態について説明する。
図１４は第２の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。尚、図１４において、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＬ８−Ｌ８断面模式図である。
【００５９】
第２の実施の形態に係る半導体装置１０Ｂは、小型の基板１１を用いると共に、平板状で小型の放熱体１７を用いている点で、上記第１の実施の形態に係る半導体装置１０Ａと相違する。
【００６０】
半導体装置１０Ｂでは、放熱体１７に、上記第１の実施の形態で述べたような、半導体素子１２の周りを覆い且つ基板１１に接着させるための構造、即ち凹部１７ａを設けることが不要になる。このような平板状で小型の放熱体１７を用いるため、基板１１には、放熱体１７を接着するための領域が不要になり、更に、基板１１と放熱体１７を接着するための接着剤１８も不要になる。
【００６１】
図１４に示したような放熱体１７及び基板１１を用いることで、半導体素子１２と放熱体１７を熱的に接続する熱伝導材１５をシールド材として用いる、小型の半導体装置１０Ｂを実現することが可能になる。
【００６２】
このような半導体装置１０Ｂは、上記第１の実施の形態で述べたのと同様にして形成することが可能である。
即ち、まず、小型の基板１１に、接合層１６ａを設けた半導体素子１２を、バンプ１３を介してフリップチップ実装した後、基板１１と半導体素子１２の間にアンダーフィル樹脂１４を充填する。そして、半導体素子１２及び接合層１６ａの上に熱伝導材１５を配置し、その熱伝導材１５の上に、接合層１６ｂを設けた平板状の放熱体１７を配置して、放熱体１７を基板１１側に、例えば加熱を行いながら押圧する。このとき、熱伝導材１５と、接合層１６ａ，１６ｂ及び接続パッド１１ｂとの接続を、一括で行う。これにより、半導体装置１０Ｂを、効率的に形成することが可能になる。
【００６３】
尚、図１４には、ボールパッド１１ｅにはんだボール１９を搭載したＢＧＡ型の半導体装置１０Ｂを例示したが、はんだボール１９を搭載せずに、ＬＧＡ型の半導体装置１０Ｂを得ることもできる。
【００６４】
次に、第３の実施の形態について説明する。
図１５は第３の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。尚、図１５において、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＬ９−Ｌ９断面模式図である。
【００６５】
第３の実施の形態に係る半導体装置１０Ｃは、開口部１５ｃを設けた熱伝導材１５を用いている点で、上記第２の実施の形態に係る半導体装置１０Ｂと相違する。熱伝導材１５の開口部１５ｃは、後述のように、アンダーフィル樹脂１４の充填に用いることができる。
【００６６】
このような開口部１５ｃを有する熱伝導材１５を用いた半導体装置１０Ｃの形成方法について説明する。
図１６は第３の実施の形態に係る基板準備工程の一例の説明図である。尚、図１６において、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＬ１０−Ｌ１０断面模式図である。
【００６７】
まず、図１６に示すような基板１１を準備する。ここでは、放熱体１７を接着する領域を設けていない、小型の基板１１を準備する。基板１１には、基板電極パッド１１ａ、接続パッド１１ｂ、内部配線１１ｃ、ビア１１ｄ、ボールパッド１１ｅ、及び図示しない信号配線等の導電部、並びに絶縁部１１ｆが含まれる。内部配線１１ｃは、ＧＮＤ電位とされる。基板電極パッド１１ａは、半導体素子１２が実装される領域に設けられ、接続パッド１１ｂは、半導体素子１２が実装される領域を囲むように設けられる。
【００６８】
図１７は第３の実施の形態に係る半導体素子実装工程の一例の説明図である。尚、図１７において、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＬ１１−Ｌ１１断面模式図である。
【００６９】
上記のような基板１１の上に、チップ電極パッド１２ａにバンプ１３が搭載され且つバンプ１３の搭載面側と反対の面側に接合層１６ａが設けられた半導体素子１２を、基板電極パッド１１ａが設けられた実装領域にフリップチップ実装する。
【００７０】
図１８は第３の実施の形態に係る封止材配置工程の一例の説明図である。
半導体素子１２の実装後、半導体素子１２に設けた接合層１６ａの上に、凹部１５ａ、接続部１５ｂ、及び凹部１５ａに連通する開口部１５ｃを設けた熱伝導材１５を配置し、その熱伝導材１５の上に、接合層１６ｂを設けた平板状の放熱体１７を配置する。
【００７１】
図１９は第３の実施の形態に係る封止工程の一例の説明図である。尚、図１９において、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＬ１２−Ｌ１２断面模式図である。
【００７２】
熱伝導材１５及び放熱体１７の配置後は、例えば加熱を行いながら、放熱体１７を基板１１側に押圧し、熱伝導材１５と接合層１６ａ，１６ｂを接続すると共に、熱伝導材１５と接続パッド１１ｂを接続する。このとき、熱伝導材１５の開口部１５ｃは、半導体素子１２と基板１１の間の空間と連通するようになる。
【００７３】
このように熱伝導材１５を接合層１６ａ，１６ｂ及び接続パッド１１ｂに接続した後、アンダーフィル樹脂１４の充填を行う。
図２０は第３の実施の形態に係るアンダーフィル樹脂充填工程の一例の説明図である。尚、図２０において、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＬ１３−Ｌ１３断面模式図である。
【００７４】
アンダーフィル樹脂１４の充填は、ディスペンス方式で行うことができる。例えば、所定のニードル５０を用いて、熱伝導材１５の開口部１５ｃから、半導体素子１２と基板１１の間の空間にアンダーフィル樹脂１４を供給し、充填する。このようなアンダーフィル樹脂１４の充填の際、既に半導体素子１２を被覆し且つ接続パッド１１ｂに接続されている熱伝導材１５は、アンダーフィル樹脂１４が半導体素子１２の実装領域外へ濡れ広がるのを抑えるダムの役割を果たす。
【００７５】
尚、熱伝導材１５の開口部１５ｃは、用いるニードル５０の先端が挿入でき、開口部１５ｃを設けた熱伝導材１５で半導体素子１２に対する電磁シールド効果を得ることができれば、その大きさ、形状は特に限定されない。
【００７６】
以上のような方法により、ＬＧＡ型の半導体装置１０Ｃを得ることができる。また、アンダーフィル樹脂１４の充填後、ボールパッド１１ｅにはんだボール１９を搭載し、ＢＧＡ型の半導体装置１０Ｃを得ることもできる。
【００７７】
半導体装置１０Ｃの形成にあたり、上記のような方法を用いると、熱伝導材１５によってアンダーフィル樹脂１４が半導体素子１２の実装領域外へ濡れ広がるのを抑えることができる。
【００７８】
例えば、熱伝導材１５の接合層１６ａ，１６ｂ及び接続パッド１１ｂとの接続を行う前に、基板１１とそれに実装された半導体素子１２の間の空間にアンダーフィル樹脂１４を充填しておく場合には、次の図２１に示すようなことが起こり得る。
【００７９】
図２１は半導体装置形成工程の別例の説明図であって、（Ａ）はアンダーフィル樹脂充填工程の別例の説明図、（Ｂ）は封止材配置工程の別例の説明図である。
基板１１とそれに実装された半導体素子１２の間の空間にアンダーフィル樹脂１４を充填する際には、アンダーフィル樹脂１４が半導体素子１２の実装領域外へ濡れ広がってしまう場合がある。このようなアンダーフィル樹脂１４の濡れ広がりは、アンダーフィル樹脂１４の粘度、供給量、基板１１との濡れ性等によって生じ得る。アンダーフィル樹脂１４が濡れ広がる結果、図２１（Ａ）に示したように、アンダーフィル樹脂１４で接続パッド１１ｂが覆われてしまったり、アンダーフィル樹脂１４が基板１１の側面等にまで流出してしまったりすることが起こり得る。
【００８０】
このような状態から、図２１（Ｂ）に示すように、熱伝導材１５及び放熱体１７の配置を行うと、熱伝導材１５と接続パッド１１ｂを接続できない場合がある。接続できなかった場合には、熱伝導材１５による電磁シールド効果が得られなくなってしまう。また、基板１１の側面等にまでアンダーフィル樹脂１４が流出してしまった場合には、完成体（半導体装置）の外形異常、外観異常等の不具合を招く可能性がある。
【００８１】
これに対し、上記の半導体装置１０Ｃでは、開口部１５ｃを設けた熱伝導材１５を接続パッド１１ｂ等に接続した後、その熱伝導材１５の開口部１５ｃから、半導体素子１２と基板１１の間の空間にアンダーフィル樹脂１４を充填する。このような方法を用いると、アンダーフィル樹脂１４の、半導体素子１２の実装領域外への流出が抑制可能になるため、図２１で述べたような熱伝導材１５と接続パッド１１ｂとの接続不良の発生を回避することが可能になる。更に、アンダーフィル樹脂１４の、基板１１の側面等への流出が抑制可能になるため、半導体装置１０Ｃの外形異常、外観異常等の不具合の発生を回避することが可能になる。
【００８２】
次に、第４の実施の形態について説明する。
図２２は第４の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。
図２２には、放熱体１７に熱伝導材１５を成形する成形型（凹部）１７ｂを設けておき、半導体装置１０Ｄの組み立て時に、平板状の熱伝導材１５を成形しながら接続パッド１１ｂ等に接続する方法、及びそれによって得られる半導体装置１０Ｄを示す。
【００８３】
半導体装置１０Ｄの組み立てでは、まず、基板１１に、接合層１６ａを設けた半導体素子１２をフリップチップ実装する。次いで、その基板１１の上方に、平板状の熱伝導材１５、熱伝導材１５の成形型１７ｂを設けた放熱体１７、及び接着剤１８を、それぞれ所定の位置に配置する。そして、例えば加熱を行いながら、放熱体１７を基板１１側に押圧する。
【００８４】
この放熱体１７の押圧に伴い、半導体素子１２と放熱体１７の間に配置された熱伝導材１５が、半導体素子１２に支持されながら、放熱体１７の成形型１７ｂに沿って変形し、半導体素子１２（接合層１６ａ）及びアンダーフィル樹脂１４の表面を被覆する。また、その際、熱伝導材１５は、接合層１６ａ，１６ｂ及び接続パッド１１ｂと接続され、放熱体１７は、接着剤１８を介して基板１１に接着される。
【００８５】
これにより、ＬＧＡ型の半導体装置１０Ｄが得られる。この後、上記のようなはんだボール１９を搭載してＢＧＡ型の半導体装置１０Ｄを得るようにしてもよい。
このような方法を用いることにより、半導体装置１０Ｄの組み立て前に熱伝導材１５を半導体素子１２の外形サイズやその実装高さに基づいた形状で準備しておくことが不要になり、熱伝導材１５のコスト（加工コスト）を抑えることが可能になる。
【００８６】
また、このような方法を用いて形成される半導体装置１０Ｄでは、放熱体１７が半導体素子１２の側方にも配置されるようになるため、半導体素子１２で発生した熱を、上方のほか側方にも効果的に伝熱させ、放熱効果を高めることが可能になる。
【００８７】
基板１１には、半導体素子１２のほか、抵抗やコンデンサ等の受動部品をはじめとする他の電子部品が実装されていてもよい。そのような電子部品が基板１１に実装される場合にも、上記のような成形型１７ｂを備える放熱体１７を用いた方法を適用することは可能である。
【００８８】
図２３は第４の実施の形態に係る半導体装置の第１変形例を示す図である。
図２３には、半導体素子１２及び電子部品２０が実装された基板１１、平板状の熱伝導材１５、並びに成形型１７ｂを設けた放熱体１７を用いて、熱伝導材１５の成形及び接続を行う方法、及びそれによって得られる半導体装置１０Ｄ１を示す。
【００８９】
半導体装置１０Ｄ１の組み立ては、上記半導体装置１０Ｄについて述べたのと同様の手順で行うことができる。
尚、放熱体１７の押圧時に、その下面と電子部品２０との接触を回避するように、接着剤１８の厚みを調整してもよい。また、放熱体１７と電子部品２０との接触を回避するように、放熱体１７の下面の形状を変更することも可能である。
【００９０】
図２４は第４の実施の形態に係る半導体装置の第２変形例を示す図である。
この図２４に示す半導体装置１０Ｄ２のように、放熱体１７の、電子部品２０との対向位置に、更に凹部１７ｃを設けておき、放熱体１７を押圧して基板１１に接着したときに、放熱体１７と電子部品２０との間に一定の空間が確保されるようにしてもよい。これにより、放熱体１７と電子部品２０との接触を回避することが可能になる。また、このような凹部１７ｃを設けることで、半導体素子１２と共に基板１１に実装することのできる電子部品２０の形態（実装高さ、種類等）の自由度を高めることが可能になる。
【００９１】
ところで、上記のように基板１１に半導体素子１２と共に電子部品２０が実装される場合において、成形型１７ｂを設けていない放熱体１７と、平板状の熱伝導材１５を用いると、次の図２５に示すようなことが起こり得る。
【００９２】
図２５は半導体装置形成工程の別例の説明図であって、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図である。
ここでは、凹部１７ａを設けた放熱体１７と、半導体素子１２及び電子部品２０が実装された基板１１の間に、平板状の熱伝導材１５を配置し、放熱体１７を基板１１側に押圧する場合を想定する。この場合、加熱を行いながら放熱体１７を押圧すると、図２５に示したように、押圧によって放熱体１７と半導体素子１２の間から押し出された熱伝導材１５が、半導体素子１２の周辺に実装されている電子部品２０の方まで広がってしまうことが起こり得る。
【００９３】
このような熱伝導材１５の広がりが起こり、熱伝導材１５が電子部品２０に接触すると、電子部品２０が正常に動作しなくなる等の不具合が生じる可能性がある。例えば、電子部品２０としてチップコンデンサを用いている場合において、上記のように広がった熱伝導材１５が接触することで、チップコンデンサが短絡してしまう、といったことが起こり得る。
【００９４】
尚、電子部品２０の短絡等の不具合を回避するために、図２６に示すような構造を採用することも考えられる。
図２６は別形態の半導体装置の説明図である。
【００９５】
例えば、図２６（Ａ）に示す構造は、電子部品２０を放熱体１７の外側に配置するものである。また、図２６（Ｂ）に示す構造は、放熱体１７の内部に実装される電子部品２０を樹脂３０でコーティングするものである。
【００９６】
しかし、図２６（Ａ）のような構造では、半導体素子１２と電子部品２０の間の距離が長くなるため、基板１１内部の配線のインダクタンスや抵抗が大きくなり、スイッチングノイズが増加してしまう可能性がある。また、図２６（Ｂ）のような構造では、樹脂３０を設ける工程が増え、樹脂３０を設けることによるコストの増加を招く可能性がある。
【００９７】
一方、上記のような成形型１７ｂを設けた放熱体１７を用いると、半導体素子１２の周辺に電子部品２０が実装されているような場合にも、熱伝導材１５が電子部品２０の方へ広がってしまうのを抑えることができる。それにより、熱伝導材１５と電子部品２０の接触、接触によって生じる不具合を回避することが可能になる。
【００９８】
尚、上記のような電子部品２０は、上記第１の実施の形態で述べた半導体装置１０Ａの基板１１に実装されていてもよい。半導体装置１０Ａにおいても、予め所定の寸法、形状とした熱伝導材１５を用いるため、熱伝導材１５と電子部品２０の接触、接触によって生じる不具合を回避することが可能である。
【００９９】
次に、第５の実施の形態について説明する。
図２７は第５の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。
上記第１，第２の実施の形態においては、基板１１とそれに実装された半導体素子１２の間にアンダーフィル樹脂１４を充填するようにしたが、このようなアンダーフィル樹脂１４は、必ずしも設けることを要しない。図２７（Ａ），（Ｂ）に示す半導体装置１０Ａ１，１０Ｂ１のように、アンダーフィル樹脂１４を設けずに、半導体素子１２を熱伝導材１５で被覆し、熱伝導材１５を介して半導体素子１２と放熱体１７を熱的に接続してもよい。
【０１００】
図２７（Ａ），（Ｂ）に示す半導体装置１０Ａ１，１０Ｂ１では、いずれも半導体素子１２が熱伝導材１５で被覆され、その熱伝導材１５は、接続パッド１１ｂ及び接合層１６ａに接続されている。即ち、半導体素子１２と基板１１の間のバンプ１３を介した接続が、熱伝導材１５によって補強されている。
【０１０１】
そのため、例えば、半導体素子１２の実装後に行われる加熱、冷却の際、半導体素子１２と基板１１の間の熱膨張、熱収縮の程度の違いから歪みが生じたとしても、両者の接続を熱伝導材１５で補強し、一定の接続信頼性を確保することができる。半導体装置１０Ａ１，１０Ｂ１に対して外部から衝撃が加わったような場合も同様に、熱伝導材１５によって一定の接続信頼性を確保することができる。
【０１０２】
半導体装置１０Ａ１，１０Ｂ１では、アンダーフィル樹脂１４の材料コスト、アンダーフィル樹脂１４を設けるための工程を削減することができる。
尚、ここでは上記第１，第２の実施の形態で述べた半導体装置１０Ａ，１０Ｂのアンダーフィル樹脂１４を省略した構造を有する半導体装置１０Ａ１，１０Ｂ１を例示した。このほか、上記第４の実施の形態で述べた半導体装置１０Ｄ，１０Ｄ１，１０Ｄ２においても同様に、アンダーフィル樹脂１４を省略した構造を採用することが可能である。
【０１０３】
次に、第６の実施の形態について説明する。
図２８は第６の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。
上記第４の実施の形態においては、成形型１７ｂを設けた放熱体１７を用い、平板状の熱伝導材１５を成形しながら、熱伝導材１５の接合層１６ａ，１６ｂ及び接続パッド１１ｂとの接続、熱伝導材１５による半導体素子１２の被覆を行う場合を例示した。このほか、平板状の熱伝導材１５に替えて、図２８に示すようなペースト状の熱伝導材１５を用いることもできる。
【０１０４】
その場合は、基板１１に実装された半導体素子１２の接合層１６ａ上に、ペースト状の熱伝導材１５を配置し、成形型１７ｂ及び接合層１６ｂを設けた放熱体１７並びに接着剤１８をそれぞれ所定の位置に配置する。そして、放熱体１７を基板１１側に押圧することで、半導体素子１２（接合層１６ａ）及びアンダーフィル樹脂１４の表面を、成形型１７ｂに沿って変形する熱伝導材１５で被覆する。熱伝導材１５は、接合層１６ａ，１６ｂ及び接続パッド１１ｂと接続され、放熱体１７は、接着剤１８で基板１１に接着される。
【０１０５】
これにより、ＬＧＡ型の半導体装置１０Ｄが得られる。この後、上記のようなはんだボール１９を搭載してＢＧＡ型の半導体装置１０Ｄを得るようにしてもよい。
このような方法を用いることにより、上記第４の実施の形態で述べたのと同様の効果が得られる。更に、ペースト状の熱伝導材１５を用いることにより、平板状（ペレット状）の熱伝導材１５，１５０を用いる場合に比べて、材料コスト、加工コストを低減することが可能になる。
【０１０６】
尚、このようなペースト状の熱伝導材１５を用いる場合にも、基板１１には上記第４の実施の形態で述べたような電子部品２０が実装されていてもよく、放熱体１７には電子部品２０との対向位置に凹部１７ｃが設けられたものを用いてもよい。
【０１０７】
次に、熱伝導材１５と半導体素子１２及びアンダーフィル樹脂１４との密着性について、図２９〜図３１を参照して更に説明する。
図２９に示すように、半導体素子１２の背面（バンプ１３が搭載される側の反対側の面）には、凹凸１２ｂが存在し得る。このような凹凸１２ｂは、例えば、半導体素子１２の形成時に行われる、その半導体基板のバックグラインドによって形成される。凹凸１２ｂが形成されている面上に接合層１６ａを形成するとしても、半導体素子１２の背面側に凹凸１６ａａが残り得る。また、半導体素子１２の側端部のアンダーフィル樹脂１４には、フィレット部１４ａが形成され、アンダーフィル樹脂１４の供給量によって、高いフィレット部１４ａａ、或いは低いフィレット部１４ａｂが形成され得る。
【０１０８】
このような凹凸１６ａａが存在し得る半導体素子１２上の接合層１６ａ、及びフィレット部１４ａの形状にばらつきが存在し得るアンダーフィル樹脂１４を被覆するように、熱伝導材１５が設けられる。半導体素子１２から放熱体１７への伝熱効率の観点からは、熱伝導材１５を接合層１６ａの表面、半導体素子１２の側面、及びアンダーフィル樹脂１４の表面に密着させ、それらとの間にできるだけ空隙を発生させないようにすることが好ましい。
【０１０９】
この点に関し、上記第１〜第６の実施の形態ではいずれも、組み立ての際、接合層１６ａを設けた半導体素子１２との間に熱伝導材１５を介在させて放熱体１７を配置し、この放熱体１７を半導体素子１２が実装されている基板１１側に押圧する。それにより、接合層１６ａが設けられた半導体素子１２と熱伝導材１５との間の空隙の発生、アンダーフィル樹脂１４と熱伝導材１５との間の空隙の発生を抑えることが可能になっている。
【０１１０】
一例として図３０には、成形型１７ｂを設けた放熱体１７で熱伝導材１５を成形しながら接続パッド１１ｂ等に接続を行う場合を示している。
この場合において、放熱体１７の押圧途中では、図３０（Ａ）に示したように、接合層１６ａの凹凸１６ａａと熱伝導材１５との間、半導体素子１２の側面と熱伝導材１５との間、アンダーフィル樹脂１４と熱伝導材１５との間に、空隙４０が生じ得る。しかし、放熱体１７を更に押圧することで、図３０（Ｂ）に示したように、熱伝導材１５が、接合層１６ａの凹凸１６ａａの表面、半導体素子１２の側面、アンダーフィル樹脂１４のフィレット部１４ａの表面に追従して変形するようになる。それにより、熱伝導材１５を、接合層１６ａ、半導体素子１２、アンダーフィル樹脂１４の各表面に密着させることができる。
【０１１１】
尚、このような熱伝導材１５の密着が行えるように、用いる熱伝導材１５の厚みを調整しておいたり、密着させるのに要する放熱体１７の押圧量（荷重）を求めておいたりしてもよい。
【０１１２】
加熱により熱伝導材１５を溶融させる場合や、ペースト状の熱伝導材１５を用いる場合には、流動性を有する熱伝導材１５を、接合層１６ａ、半導体素子１２、アンダーフィル樹脂１４の各表面に追従させ、密着させることが可能である。
【０１１３】
但し、その際、図３１（Ａ）に示すように、熱伝導材１５と、接合層１６ａ、半導体素子１２、アンダーフィル樹脂１４の各表面との間に、空隙４１（ボイド）が生じてしまうことも起こり得る。しかし、そのような場合でも、加圧オーブン等を使用し、加熱を行いながら加圧を行うことで空隙４１を押し潰し、その後、熱伝導材１５を冷却し固化させることで、図３１（Ｂ）に示すように、空隙４１を消滅又は縮小化させることができる。或いは、加熱を行って熱伝導材１５を軟化又は溶融させ、その状態で真空引きを行い、その後、熱伝導材１５を冷却し固化させることで、図３１（Ｂ）に示すように、空隙４１を消滅又は縮小化させることもできる。
【０１１４】
このように、基板１１上の半導体素子１２との間に、熱伝導材１５を介在させ、必要に応じて加熱を行って、放熱体１７を基板１１側に押圧することで、熱伝導材１５と、接合層１６ａ、半導体素子１２、アンダーフィル樹脂１４との密着性を高めることができる。これにより、半導体素子１２で発生した熱を、熱伝導材１５を介して、効率的に放熱体１７へと伝熱することが可能になり、過熱による半導体素子１２の誤動作や破損を効果的に抑えることが可能になる。
【０１１５】
尚、図３０及び図３１には、成形型１７ｂを設けた放熱体１７を用いた場合を例に、熱伝導材１５の密着性について説明した。このほか、凹部１７ａを設けた放熱体１７や平板状の放熱体１７を用いた場合であっても、熱伝導材１５の一定の密着性を得ることが可能になっている。例えば、熱伝導材１５に設ける凹部１５ａのサイズや形状を適切に設定し、それを、凹部１７ａを設けた放熱体１７や平板状の放熱体１７で押圧する。それにより、熱伝導材１５と、接合層１６ａ、半導体素子１２、アンダーフィル樹脂１４との間の一定の密着性を確保することができる。
【０１１６】
以上説明したように、第１〜第６の実施の形態では、半導体素子と放熱体を、熱伝導材を介して熱的に接続すると共に、その熱伝導材で半導体素子を被覆し、且つ、熱伝導材を基板のＧＮＤ電位とされる電極部に接続する。これにより、半導体素子で発生した熱を、熱伝導材を介して効率的に放熱体へと伝熱することができると共に、その熱伝導材によって半導体素子の周囲を電磁シールドすることができる。また、このように半導体素子を被覆し、且つ、基板の所定の電極部に接続される熱伝導材を、部品数や工数の増加を抑えて、放熱体の基板側への押圧によって、得ることができる。放熱及び電磁シールドの機能を有する半導体装置を、コストの増加を抑えて実現することができる。
【０１１７】
以上説明した実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１） 基板と、
前記基板に配設された電極部と、
前記基板の上方に配設された半導体素子と、
前記半導体素子を被覆し且つ前記電極部に接続された、はんだ材料からなる熱伝導材と、
前記熱伝導材の上方に配設された放熱体と、
を含むことを特徴とする半導体装置。
【０１１８】
（付記２） 前記熱伝導材は、前記半導体素子の上面及び側面に沿って配設されることを特徴とする付記１に記載の半導体装置。
（付記３） 前記電極部は、前記基板のグランド電位とされる電極部であることを特徴とする付記１又は２に記載の半導体装置。
【０１１９】
（付記４） 前記電極部は、前記半導体素子を囲むように周設されることを特徴とする付記１乃至３のいずれかに記載の半導体装置。
（付記５） 前記基板と前記半導体素子の間に配設された樹脂層を含むことを特徴とする付記１乃至４のいずれかに記載の半導体装置。
【０１２０】
（付記６） 前記基板と前記半導体素子の間に配設された樹脂層を含み、
前記熱伝導材は、前記樹脂層に通じる開口部を有することを特徴とする付記１乃至４のいずれかに記載の半導体装置。
【０１２１】
（付記７） 前記放熱体は、前記半導体素子及び前記熱伝導材を収容する凹部を有し、
前記熱伝導材は、前記凹部の内面に沿って配設されることを特徴とする付記１乃至５のいずれかに記載の半導体装置。
【０１２２】
（付記８） 前記半導体素子の上面と前記熱伝導材の間に配設された第１接合層と、
前記熱伝導材の上面と放熱体の間に配設された第２接合層と、
を含むことを特徴とする付記１乃至７のいずれかに記載の半導体装置。
【０１２３】
（付記９） 電極部が配設された基板の上方に半導体素子を配設する工程と、
前記半導体素子の上方に、はんだ材料からなる熱伝導材を介して、放熱体を配設する工程と、
前記放熱体を押圧し、前記半導体素子を前記熱伝導材で被覆すると共に、前記熱伝導材を前記電極部に接続する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１２４】
（付記１０） 前記放熱体を配設する工程においては、前記半導体素子の上方に、前記半導体素子を被覆する前記熱伝導材を介して、前記放熱体を配設することを特徴とする付記９に記載の半導体装置の製造方法。
【０１２５】
（付記１１） 前記熱伝導材は、前記電極部に接触することを特徴とする付記１０に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１２） 前記放熱体を配設する工程においては、前記半導体素子の上方に、開口部を有する前記熱伝導材を介して、前記放熱体を配設し、
前記放熱体を押圧する工程後に、前記開口部から樹脂を供給する工程を更に含む、
ことを特徴とする付記９乃至１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【０１２６】
（付記１３） 前記放熱体を配設する工程においては、前記半導体素子側に凹部を有する前記放熱体を配設し、
前記放熱体を押圧する工程においては、前記凹部によって前記熱伝導材を成形し、前記半導体素子を前記熱伝導材で被覆すると共に、前記熱伝導材を前記電極部に接続する、
ことを特徴とする付記９乃至１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【０１２７】
（付記１４） 前記放熱体を押圧する工程は、前記熱伝導材を加熱する工程を含むことを特徴とする付記９乃至１３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【０１２８】
１０Ａ，１０Ａ１，１０Ｂ，１０Ｂ１，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｄ１，１０Ｄ２，１００ 半導体装置
１１ 基板
１１ａ 基板電極パッド
１１ｂ 接続パッド
１１ｃ 内部配線
１１ｄ ビア
１１ｅ ボールパッド
１１ｆ 絶縁部
１２ 半導体素子
１２ａ チップ電極パッド
１２ｂ，１６ａａ 凹凸
１３ バンプ
１４ アンダーフィル樹脂
１４ａ，１４ａａ，１４ａｂ フィレット部
１５，１５０ 熱伝導材
１５ａ，１７ａ，１７ｃ 凹部
１５ｂ 接続部
１５ｃ 開口部
１６ａ，１６ｂ 接合層
１７ 放熱体
１７ｂ 成形型
１８ 接着剤
１９ はんだボール
２０ 電子部品
３０ 樹脂
４０，４１ 空隙
５０ ニードル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を含む半導体装置において、半導体素子に熱伝導材を介してヒートスプレッダ、ヒートシンク、放熱キャップ等の放熱体を熱的に接続し、その放熱体を利用して、半導体素子で発生する熱を放熱する技術が知られている。また、電磁的ノイズによる半導体素子の誤動作を抑制する観点から、半導体素子の周辺にシールド材を設ける技術、ヒートシンクや放熱キャップ等の放熱体をシールド材として利用する技術等が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１０５３６６号公報
【特許文献２】特開２００２−１５８３１７号公報
【特許文献３】特開２００５−０２６３７３号公報
【特許文献４】特表２００６−５１０２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
シールド材、或いはシールド材として利用される放熱体は、半導体素子の上や、半導体素子を被覆するように設けられ、半導体素子が搭載される基板の導電部、例えばグランド（ＧＮＤ）電位とされる部分に、電気的に接続される。しかし、このようにシールド材（放熱体）を設けるにあたり、半導体装置の部材数の増加、比較的大幅な設計変更等が生じる場合があり、その結果、コストの増加、組み立て工数の増加等が生じてしまう場合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一観点によれば、基板と、前記基板に配設された電極部と、前記基板の上方に配設された半導体素子と、前記半導体素子を被覆し且つ前記電極部に接続された、はんだ材料からなる熱伝導材と、前記熱伝導材の上方に配設された放熱体とを含む半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
放熱及び電磁シールドの機能を有する半導体装置を実現することができ、そのような半導体装置を部品数の増加を抑えて低コストで実現することが可能になる。また、そのような半導体装置の製造の効率化を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係る半導体装置の一例の要部平面模式図である。
【図３】放熱体の凹部側から見た平面模式図である。
【図４】第１の実施の形態に係る基板準備工程の一例の説明図である。
【図５】第１の実施の形態に係る半導体素子実装工程の一例の説明図である。
【図６】第１の実施の形態に係るアンダーフィル樹脂充填工程の一例の説明図である。
【図７】第１の実施の形態に係る封止材配置工程の一例の説明図である。
【図８】第１の実施の形態に係る封止工程の一例の説明図である。
【図９】第１の実施の形態に係るボール搭載工程の一例の説明図である。
【図１０】熱伝導材の一例の説明図である。
【図１１】別形態の半導体装置の一例を示す図である。
【図１２】別形態の半導体装置の形成例を示す図（その１）である。
【図１３】別形態の半導体装置の形成例を示す図（その２）である。
【図１４】第２の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。
【図１５】第３の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。
【図１６】第３の実施の形態に係る基板準備工程の一例の説明図である。
【図１７】第３の実施の形態に係る半導体素子実装工程の一例の説明図である。
【図１８】第３の実施の形態に係る封止材配置工程の一例の説明図である。
【図１９】第３の実施の形態に係る封止工程の一例の説明図である。
【図２０】第３の実施の形態に係るアンダーフィル樹脂充填工程の一例の説明図である。
【図２１】半導体装置形成工程の別例の説明図（その１）である。
【図２２】第４の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。
【図２３】第４の実施の形態に係る半導体装置の第１変形例を示す図である。
【図２４】第４の実施の形態に係る半導体装置の第２変形例を示す図である。
【図２５】半導体装置形成工程の別例の説明図（その２）である。
【図２６】別形態の半導体装置の説明図である。
【図２７】第５の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。
【図２８】第６の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。
【図２９】熱伝導材の密着性の説明図（その１）である。
【図３０】熱伝導材の密着性の説明図（その２）である。
【図３１】熱伝導材の密着性の説明図（その３）である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
まず、第１の実施の形態について説明する。
図１は第１の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。
第１の実施の形態に係る半導体装置１０Ａは、基板（配線基板）１１、及び基板１１の上に設けられた半導体素子（半導体チップ）１２を有している。
【０００９】
基板１１は、半導体素子１２との対向面に電極部（基板電極パッド）１１ａを備えている。基板電極パッド１１ａは、基板１１内の、ＧＮＤ電位とされる内部配線１１ｃや図示しない信号配線に、ビア１１ｄを介して電気的に接続されている。
【００１０】
半導体素子１２は、基板１１との対向面で、基板電極パッド１１ａに対応する位置に、電極部（チップ電極パッド）１２ａを備えている。半導体素子１２は、そのチップ電極パッド１２ａが、対向する基板電極パッド１１ａにバンプ１３を介して接続され、基板１１に実装（フリップチップ実装）されている。
【００１１】
基板１１と半導体素子１２の間、及び半導体素子１２の外周部には、アンダーフィル樹脂１４が設けられている。
半導体装置１０Ａは、基板１１に実装された半導体素子１２を被覆するように設けられた熱伝導材１５を有している。この熱伝導材１５には、熱伝導性及び導電性を有しており、更に、加工性の良い材料を用いることが好ましい。熱伝導材１５には、例えば、はんだ材料が用いられる。
【００１２】
半導体素子１２の上面と熱伝導材１５は、それらの間に設けられた接合層１６ａによって接合されている。接合層１６ａには、メタライズ層を用いることができる。メタライズ層としては、例えば、チタン（Ｔｉ）層と金（Ａｕ）層の積層構造（Ｔｉ／Ａｕ）を用いることができる。このほかメタライズ層としては、Ｔｉ層、ニッケル−バナジウム（Ｎｉ−Ｖ）層及びＡｕ層の積層構造（Ｔｉ／Ｎｉ−Ｖ／Ａｕ）を用いることができる。これらの積層構造は、スパッタリング等の方法により形成することができる。また、熱伝導材１５との接合が可能であれば、接合層１６ａとするメタライズ層には、ニッケル（Ｎｉ）系メッキ層を用いることもできる。
【００１３】
熱伝導材１５は、半導体素子１２の上面から、半導体素子１２の側面及びアンダーフィル樹脂１４の側面（フィレット部）に沿って延在され、基板１１上に設けられた電極部（接続パッド）１１ｂに接続されている。
【００１４】
ここで、図２は第１の実施の形態に係る半導体装置の一例の要部平面模式図である。尚、図２では、上記の熱伝導材１５の図示を省略している。
上記のように半導体装置１０Ａでは、上面に接合層１６ａが設けられた半導体素子１２が基板１１に実装されており、基板１１と半導体素子１２の間、及び半導体素子１２の外周部に、アンダーフィル樹脂１４が設けられている。接続パッド１１ｂは、半導体素子１２が実装される領域を取り囲むように、基板１１上に周設されている。上記の熱伝導材１５は、このような接続パッド１１ｂの内側の領域に実装された半導体素子１２を被覆するように設けられると共に、当該接続パッド１１ｂに接続される。
【００１５】
熱伝導材１５が接続される接続パッド１１ｂは、図１に示したように、基板１１の内部に設けられた、ＧＮＤ電位とされる内部配線１１ｃに、ビア１１ｄを介して電気的に接続されている。このような接続パッド１１ｂに接続された熱伝導材１５は、半導体素子１２からの電磁的ノイズの放射や、外部から半導体素子１２への電磁的ノイズの入射を抑えるシールド材として機能するようになる。
【００１６】
基板１１の、半導体素子１２の実装面側には、放熱体１７が設けられている。図３は放熱体１７の凹部１７ａ側から見た平面模式図である。
放熱体１７は、図１及び図３に示すような凹部１７ａを備えている。放熱体１７は、その凹部１７ａに半導体素子１２及びそれを被覆する熱伝導材１５が収容されるように、基板１１の上に設けられる。放熱体１７の凹部１７ａには、接合層１６ｂが設けられる。放熱体１７は、図１に示したように、接合層１６ｂで熱伝導材１５と接合されると共に、接着剤１８で基板１１と接着される。
【００１７】
放熱体１７には、熱伝導性、放熱性の良い材料が用いられる。例えば、放熱体１７には、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウムシリコンカーバイド（ＡｌＳｉＣ）、アルミニウムカーボン（ＡｌＣ）、シリコンゴム等を用いることができる。
【００１８】
放熱体１７の凹部１７ａに設ける接合層１６ｂには、メタライズ層を用いることができる。メタライズ層としては、例えば、Ｎｉ層とＡｕ層の積層構造（Ｎｉ／Ａｕ）を用いることができる。Ｎｉ／Ａｕ積層構造は、メッキ法等で形成することができる。また、熱伝導材１５との接合が可能であれば、接合層１６ｂとするメタライズ層には、メッキ法等で形成されるスズ（Ｓｎ）層、銀（Ａｇ）層、又はＮｉ層を用いてもよい。更に、放熱体１７の材質によっては、Ｃｕ層、Ａｌ層等を用いてもよい。
【００１９】
基板１１の、半導体素子１２の実装面と反対側の面には、電極部（ボールパッド）１１ｅが設けられている。ボールパッド１１ｅは、ビア１１ｄを介して、ＧＮＤ電位とされる内部配線１１ｃや図示しない信号配線に電気的に接続されている。ボールパッド１１ｅには、はんだボール１９が搭載されるようになっている。半導体装置１０Ａは、このようなはんだボール１９及びボールパッド１１ｅを介して、マザーボードやインターポーザ等、他の基板（配線基板）に実装することが可能になっている。
【００２０】
尚、基板１１が備える基板電極パッド１１ａ、接続パッド１１ｂ、内部配線１１ｃ、ビア１１ｄ、ボールパッド１１ｅ、及び図示しない信号配線等の導電部には、Ｃｕ、Ａｌ等の導電材料を用いることができる。
【００２１】
上記のような構成を有する半導体装置１０Ａでは、半導体素子１２で発生した熱を、熱伝導材１５を介して放熱体１７に効率的に伝熱することができる。これにより、半導体素子１２の過熱を抑え、過熱による半導体素子１２の誤動作や破損の発生を抑えることができる。
【００２２】
更に、この半導体装置１０Ａでは、半導体素子１２と放熱体１７を熱的に接続する熱伝導材１５によって半導体素子１２を被覆すると共に、その熱伝導材１５をＧＮＤ電位とされる接続パッド１１ｂに接続する。これにより、熱伝導材１５をシールド材として用い、半導体素子１２からの電磁的ノイズの放射や半導体素子１２への電磁的ノイズの入射を効果的に抑制し、半導体素子１２の誤動作の発生を抑えることができる。
【００２３】
更に、このようにシールド材として機能させる熱伝導材１５をＧＮＤ電位にするために、基板１１について設計上、構造上の大幅な変更は不要であり、放熱及び電磁シールドの機能を有する半導体装置１０Ａを、コストの増加を抑えて形成することができる。
【００２４】
続いて、半導体装置１０Ａの形成方法（組み立て）について説明する。
図４は第１の実施の形態に係る基板準備工程の一例の説明図である。尚、図４において、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＬ１−Ｌ１断面模式図である。
【００２５】
半導体装置１０Ａの形成にあたり、まず図４に示すような基板１１を準備する。基板１１は、絶縁部１１ｆ内に設けられた、ＧＮＤ電位とされる内部配線１１ｃ、及び内部配線１１ｃに接続されたビア１１ｄを有している。
【００２６】
基板１１の一方の主面には、基板電極パッド１１ａ及び接続パッド１１ｂが設けられている。基板電極パッド１１ａは、半導体素子１２が実装される領域に設けられる。接続パッド１１ｂは、半導体素子１２が実装される領域を囲むように設けられる。基板１１の他方の主面には、はんだボール１９が搭載可能なボールパッド１１ｅが設けられている。
【００２７】
尚、ここでは、基板１１内部の信号配線についてはその図示を省略している。
このような基板１１の上に、半導体素子１２を実装する。
図５は第１の実施の形態に係る半導体素子実装工程の一例の説明図である。尚、図５において、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＬ２−Ｌ２断面模式図である。
【００２８】
実装する半導体素子１２として、チップ電極パッド１２ａにバンプ１３が搭載され、バンプ１３の搭載面側と反対の面側に接合層１６ａが設けられたものを準備する。
半導体素子１２は、そのチップ電極パッド１２ａに搭載されたバンプ１３と、基板電極パッド１１ａの位置合わせを行い、バンプ１３を介してチップ電極パッド１２ａと基板電極パッド１１ａを接続することにより、基板１１にフリップチップ実装される。このような半導体素子１２の実装には、例えば、フリップチップボンダを用いることができる。
【００２９】
半導体素子１２の実装後は、アンダーフィル樹脂１４の充填を行う。
図６は第１の実施の形態に係るアンダーフィル樹脂充填工程の一例の説明図である。尚、図６において、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＬ３−Ｌ３断面模式図である。
【００３０】
基板１１と、その基板１１に実装された半導体素子１２の間に、アンダーフィル樹脂１４を供給、充填し、硬化させる。アンダーフィル樹脂１４は、半導体素子１２の外周部にも形成され得る。アンダーフィル樹脂１４を設けることで、基板１１と半導体素子１２を強固に接続し、両者間の接続信頼性の向上が図られる。
【００３１】
次いで、このようにして半導体素子１２が実装された基板１１の上に、半導体素子１２の周りを封止する封止材となる熱伝導材１５及び放熱体１７を配置する。
図７は第１の実施の形態に係る封止材配置工程の一例の説明図である。
【００３２】
半導体素子１２を被覆するための熱伝導材１５として、ここでは一例として、予め半導体素子１２に対応した形状（半導体素子１２の外形に対応した形状）の凹部１５ａ、及び接続パッド１１ｂに接続される接続部１５ｂが設けられた熱伝導材１５を用いる。尚、このような熱伝導材１５の詳細については後述する。
【００３３】
また、放熱体１７としては、半導体素子１２や熱伝導材１５が収容可能な凹部１７ａが設けられたものを用い、その凹部１７ａの、熱伝導材１５と接合される位置に、予め接合層１６ｂを設けておく。
【００３４】
このような熱伝導材１５を半導体素子１２の上に配置し、熱伝導材１５の上に放熱体１７を配置する。放熱体１７と基板１１の間には接着剤１８を設けるようにする。このようにして熱伝導材１５、接合層１６ｂを設けた放熱体１７、及び接着剤１８を配置した後、それらによる封止を行う。
【００３５】
図８は第１の実施の形態に係る封止工程の一例の説明図である。尚、図８において、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＬ４−Ｌ４断面模式図である。
【００３６】
封止の際は、上記のように基板１１に実装した半導体素子１２との間に熱伝導材１５を介在させて配置した放熱体１７を、基板１１側に押圧する。放熱体１７の押圧を行うことにより、放熱体１７を接着剤１８で基板１１に接着すると共に、熱伝導材１５と接合層１６ａ，１６ｂを接続し、熱伝導材１５（ここではその接続部１５ｂ）と接続パッド１１ｂを接続する。
【００３７】
このように放熱体１７の押圧を行うことで、半導体素子１２を熱伝導材１５で被覆する。放熱体１７の押圧時には、熱伝導材１５を、接合層１６ａ，１６ｂ及び接続パッド１１ｂと密着させ、更に、半導体素子１２及びアンダーフィル樹脂１４の側面と密着させるために、加熱によって熱伝導材１５を溶融或いは軟化させることが好ましい。尚、放熱体１７の押圧と熱伝導材１５の密着性についての詳細は後述する。
【００３８】
このようにして封止を行った後は、はんだボール１９の搭載を行う。
図９は第１の実施の形態に係るボール搭載工程の一例の説明図である。尚、図９において、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）はボール搭載面側から見た平面模式図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＬ５−Ｌ５断面模式図である。
【００３９】
基板１１の、半導体素子１２の実装面と反対側の面に設けられた、ボールパッド１１ｅに、はんだボール１９が搭載される。これにより、ＢＧＡ（Ball Grid Array）型の半導体装置１０Ａを得る。尚、このようなはんだボール１９の搭載を行わず、ＬＧＡ（Land Grid Array）型の半導体装置１０Ａ（図８）を得るようにしてもよい。
【００４０】
ここで、熱伝導材１５について更に説明する。
熱伝導材１５には、はんだ材料を用いることができる。はんだ材料には、様々な材質、組成のものを用いることができる。例えば、インジウム（Ｉｎ）系、インジウム−銀（Ｉｎ−Ａｇ）系、スズ−鉛（Ｓｎ−Ｐｂ）系、スズ−ビスマス（Ｓｎ−Ｂｉ）系、スズ−銀（Ｓｎ−Ａｇ）系、スズ−アンチモン（Ｓｎ−Ｓｂ）系、スズ−亜鉛（Ｓｎ−Ｚｎ）系等のはんだ材料を用いることができる。
【００４１】
半導体装置１０Ａの組み立て前には、例えば、上記のようなはんだ材料を用いた所定の寸法、形状の熱伝導材１５を予め準備しておき、半導体装置１０Ａの組み立てを行うことができる。
【００４２】
熱伝導材１５の寸法、形状について述べる。
図１０は熱伝導材の一例の説明図である。尚、図１０において、（Ａ）は組み立て前の熱伝導材の断面模式図、（Ｂ）は組み立て後の半導体装置の断面模式図である。
【００４３】
図１０（Ａ）に示すように、半導体装置１０Ａを組み立てる前の熱伝導材１５には、所定の厚みＴの板状体に、所定の平面サイズＳ及び高さＨの凹部１５ａを設けたものを用いる。凹部１５ａの平面サイズＳ及び高さＨは、図１０（Ｂ）に示すように基板１１に実装される半導体素子１２の外形サイズＳａ及び実装高さＨａを基に、設定することができる。尚、ここでは実装高さＨａを、基板電極パッド１１ａ（又は接続パッド１１ｂ）から、半導体素子１２上に設けた接合層１６ａの表面までの高さとしている。
【００４４】
例えば、熱伝導材１５の凹部１５ａの平面サイズＳを半導体素子１２の外形サイズＳａに設定し、凹部１５ａの高さＨを実装高さＨａに設定する。一例として、半導体素子１２の外形サイズＳａが２０．０ｍｍ×２０．０ｍｍで、実装高さＨａが０．６１０ｍｍ（半導体素子１２の厚み０．５５０ｍｍ，バンプ１３の厚み０．０６０ｍｍ）になる場合を想定する。このような場合に、組み立て前の熱伝導材１５として、厚みＴが０．３５０ｍｍで、凹部１５ａの平面サイズＳが２０．０ｍｍ×２０．０ｍｍ、凹部１５ａの高さＨが０．６１０ｍｍのものを用いることができる。
【００４５】
ところで、実際の実装高さＨａには、組み立てる半導体装置１０Ａによってばらつきが生じる場合がある。そのため、予め所定の寸法、形状で準備した熱伝導材１５の凹部１５ａの高さと、実際の実装高さＨａとの間には、半導体装置１０Ａによってずれが生じる場合がある。
【００４６】
このような高さのずれに対しては、放熱体１７の押圧量（押し込み量）を調整することで、半導体素子１２の上面と放熱体１７の間に挟まれる部分の熱伝導材１５の高さ（厚みＴａ）を調整する。それにより、組み立て前の凹部１５ａの高さと、実際の実装高さＨａとの間の高さのずれを相殺する。
【００４７】
放熱体１７の基板１１側への押し込みは、熱伝導材１５にはんだ材料を用いることで、加熱により熱伝導材１５を溶融或いは軟化させた状態で行うことができるほか、そのような加熱を行わずに熱伝導材１５が固化した状態のままでも行うことが可能である。
【００４８】
熱伝導材１５には、半導体素子１２から放熱体１７への伝熱のし易さ、半導体素子１２の形態に応じた加工のし易さ、接合層１６ａ，１６ｂや接続パッド１１ｂへの接続のし易さ等の観点から、上記のようなはんだ材料が好適である。
【００４９】
尚、上記のような高さのずれに対応できるよう、予め実装高さＨａと放熱体１７の押し込み量との関係を求めておき、実際の実装高さＨａに基づき、放熱体１７の押し込み量を調整するようにしてもよい。また、上記のような高さのずれに対応できるよう、放熱体１７を基板１１に接着する接着剤１８の厚み、弾性等を調整しておいてもよい。
【００５０】
ここでは熱伝導材１５に、組み立て時に接続パッド１１ｂと面接触し得る形状の接続部１５ｂを設けたが、組み立て後に接続パッド１１ｂに接続された熱伝導材１５が得られれば、必ずしも組み立て前にこのような接続部１５ｂを設けておくことを要しない。
【００５１】
また、上記のように熱伝導材１５に半導体素子１２の外形サイズに応じた凹部１５ａを設けておくことにより、半導体装置１０Ａの組み立て時に熱伝導材１５や放熱体１７に位置ずれが発生するのを抑えることができる。
【００５２】
そこで、比較のため、図１１に別形態の半導体装置の一例を示し、図１２及び図１３に別形態の半導体装置の形成例を示す。尚、図１１、図１２（Ａ）及び図１３（Ａ）は断面模式図、図１２（Ｂ）及び図１３（Ｂ）は平面模式図であり、図１２（Ａ）は図１２（Ｂ）のＬ６−Ｌ６断面模式図、図１３（Ａ）は図１３（Ｂ）のＬ７−Ｌ７断面模式図である。
【００５３】
半導体素子１２の接合層１６ａの面側は、必ずしも平坦でなく、半導体素子１２の基板１１への実装後には、半導体素子１２と基板１１との熱膨張、熱収縮の程度の違いから、半導体素子１２に反りが生じる場合がある。半導体素子１２にこのような反りが生じている場合に、図１２及び図１３に示すような平板状（ペレット状）の熱伝導材１５０を用いた場合には、熱伝導材１５０や放熱体１７に位置ずれが生じ得る。
【００５４】
例えば、接合層１６ａを設けた半導体素子１２と、接合層１６ｂを設けた放熱体１７の間に、平板状の熱伝導材１５０を配置し、放熱体１７を基板１１側に接着する。その際、図１２に示したように、反りが生じている半導体素子１２の凸部を中心にして、その上に配置した熱伝導材１５０が回転し、熱伝導材１５０の位置ずれが発生してしまう場合がある。また、図１３に示したように、熱伝導材１５０と共に、その上に配置した放熱体１７も回転してしまい、熱伝導材１５０及び放熱体１７の位置ずれが発生してしまう場合もある。
【００５５】
このような位置ずれが発生した状態で熱伝導材１５０が固定されてしまうと、半導体素子１２の上面側に、熱伝導材１５０で被覆されない領域ができてしまい、図１１に示したような半導体装置１００を得ることができなくなる。半導体素子１２の上面側に熱伝導材１５０で被覆されない領域ができてしまうと、放熱体１７までの熱抵抗が高くなり、半導体素子１２で発生した熱を十分に放熱体１７に伝熱し、放熱することができなくなる可能性がある。その結果、半導体素子１２の過熱が起こり、半導体素子１２の動作不良が発生し得る。また、半導体装置１００の組み立ての歩留まりも低下する。
【００５６】
これに対し、上記の半導体装置１０Ａでは、凹部１５ａを有する熱伝導材１５を用い、その凹部１５ａの寸法、形状を、半導体素子１２の外形サイズ、実装後の実装高さに基づいて設定しておく。それにより、組み立て時に、凹部１５ａの内側の各辺（又は内面）が、半導体素子１２の外周の各辺（又は側面）と対向し、熱伝導材１５の回転が抑えられるようになる。その結果、熱伝導材１５を精度良く半導体素子１２の上面側に配置することが可能になると共に、アンダーフィル樹脂１４の側面も含め、半導体素子１２の上面側及び側面を、熱伝導材１５で被覆することが可能になる。
【００５７】
また、上記の半導体装置１０Ａでは、図７及び図８に示したように、凹部１５ａを有する熱伝導材１５を、半導体素子１２の上に被せるようにして配置し、放熱体１７を、例えば加熱を行いながら、基板１１側に押圧する。その際には、熱伝導材１５と半導体素子１２に設けた接合層１６ａとの接続、熱伝導材１５と放熱体１７に設けた接合層１６ｂとの接続、及び熱伝導材１５とＧＮＤ電位とされる接続パッド１１ｂとの接続を、一括で行うことができる。そのため、放熱及び電磁シールドの機能を有する半導体装置１０Ａを、効率的に組み立てることが可能になる。
【００５８】
次に、第２の実施の形態について説明する。
図１４は第２の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。尚、図１４において、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＬ８−Ｌ８断面模式図である。
【００５９】
第２の実施の形態に係る半導体装置１０Ｂは、小型の基板１１を用いると共に、平板状で小型の放熱体１７を用いている点で、上記第１の実施の形態に係る半導体装置１０Ａと相違する。
【００６０】
半導体装置１０Ｂでは、放熱体１７に、上記第１の実施の形態で述べたような、半導体素子１２の周りを覆い且つ基板１１に接着させるための構造、即ち凹部１７ａを設けることが不要になる。このような平板状で小型の放熱体１７を用いるため、基板１１には、放熱体１７を接着するための領域が不要になり、更に、基板１１と放熱体１７を接着するための接着剤１８も不要になる。
【００６１】
図１４に示したような放熱体１７及び基板１１を用いることで、半導体素子１２と放熱体１７を熱的に接続する熱伝導材１５をシールド材として用いる、小型の半導体装置１０Ｂを実現することが可能になる。
【００６２】
このような半導体装置１０Ｂは、上記第１の実施の形態で述べたのと同様にして形成することが可能である。
即ち、まず、小型の基板１１に、接合層１６ａを設けた半導体素子１２を、バンプ１３を介してフリップチップ実装した後、基板１１と半導体素子１２の間にアンダーフィル樹脂１４を充填する。そして、半導体素子１２及び接合層１６ａの上に熱伝導材１５を配置し、その熱伝導材１５の上に、接合層１６ｂを設けた平板状の放熱体１７を配置して、放熱体１７を基板１１側に、例えば加熱を行いながら押圧する。このとき、熱伝導材１５と、接合層１６ａ，１６ｂ及び接続パッド１１ｂとの接続を、一括で行う。これにより、半導体装置１０Ｂを、効率的に形成することが可能になる。
【００６３】
尚、図１４には、ボールパッド１１ｅにはんだボール１９を搭載したＢＧＡ型の半導体装置１０Ｂを例示したが、はんだボール１９を搭載せずに、ＬＧＡ型の半導体装置１０Ｂを得ることもできる。
【００６４】
次に、第３の実施の形態について説明する。
図１５は第３の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。尚、図１５において、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＬ９−Ｌ９断面模式図である。
【００６５】
第３の実施の形態に係る半導体装置１０Ｃは、開口部１５ｃを設けた熱伝導材１５を用いている点で、上記第２の実施の形態に係る半導体装置１０Ｂと相違する。熱伝導材１５の開口部１５ｃは、後述のように、アンダーフィル樹脂１４の充填に用いることができる。
【００６６】
このような開口部１５ｃを有する熱伝導材１５を用いた半導体装置１０Ｃの形成方法について説明する。
図１６は第３の実施の形態に係る基板準備工程の一例の説明図である。尚、図１６において、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＬ１０−Ｌ１０断面模式図である。
【００６７】
まず、図１６に示すような基板１１を準備する。ここでは、放熱体１７を接着する領域を設けていない、小型の基板１１を準備する。基板１１には、基板電極パッド１１ａ、接続パッド１１ｂ、内部配線１１ｃ、ビア１１ｄ、ボールパッド１１ｅ、及び図示しない信号配線等の導電部、並びに絶縁部１１ｆが含まれる。内部配線１１ｃは、ＧＮＤ電位とされる。基板電極パッド１１ａは、半導体素子１２が実装される領域に設けられ、接続パッド１１ｂは、半導体素子１２が実装される領域を囲むように設けられる。
【００６８】
図１７は第３の実施の形態に係る半導体素子実装工程の一例の説明図である。尚、図１７において、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＬ１１−Ｌ１１断面模式図である。
【００６９】
上記のような基板１１の上に、チップ電極パッド１２ａにバンプ１３が搭載され且つバンプ１３の搭載面側と反対の面側に接合層１６ａが設けられた半導体素子１２を、基板電極パッド１１ａが設けられた実装領域にフリップチップ実装する。
【００７０】
図１８は第３の実施の形態に係る封止材配置工程の一例の説明図である。
半導体素子１２の実装後、半導体素子１２に設けた接合層１６ａの上に、凹部１５ａ、接続部１５ｂ、及び凹部１５ａに連通する開口部１５ｃを設けた熱伝導材１５を配置し、その熱伝導材１５の上に、接合層１６ｂを設けた平板状の放熱体１７を配置する。
【００７１】
図１９は第３の実施の形態に係る封止工程の一例の説明図である。尚、図１９において、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＬ１２−Ｌ１２断面模式図である。
【００７２】
熱伝導材１５及び放熱体１７の配置後は、例えば加熱を行いながら、放熱体１７を基板１１側に押圧し、熱伝導材１５と接合層１６ａ，１６ｂを接続すると共に、熱伝導材１５と接続パッド１１ｂを接続する。このとき、熱伝導材１５の開口部１５ｃは、半導体素子１２と基板１１の間の空間と連通するようになる。
【００７３】
このように熱伝導材１５を接合層１６ａ，１６ｂ及び接続パッド１１ｂに接続した後、アンダーフィル樹脂１４の充填を行う。
図２０は第３の実施の形態に係るアンダーフィル樹脂充填工程の一例の説明図である。尚、図２０において、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＬ１３−Ｌ１３断面模式図である。
【００７４】
アンダーフィル樹脂１４の充填は、ディスペンス方式で行うことができる。例えば、所定のニードル５０を用いて、熱伝導材１５の開口部１５ｃから、半導体素子１２と基板１１の間の空間にアンダーフィル樹脂１４を供給し、充填する。このようなアンダーフィル樹脂１４の充填の際、既に半導体素子１２を被覆し且つ接続パッド１１ｂに接続されている熱伝導材１５は、アンダーフィル樹脂１４が半導体素子１２の実装領域外へ濡れ広がるのを抑えるダムの役割を果たす。
【００７５】
尚、熱伝導材１５の開口部１５ｃは、用いるニードル５０の先端が挿入でき、開口部１５ｃを設けた熱伝導材１５で半導体素子１２に対する電磁シールド効果を得ることができれば、その大きさ、形状は特に限定されない。
【００７６】
以上のような方法により、ＬＧＡ型の半導体装置１０Ｃを得ることができる。また、アンダーフィル樹脂１４の充填後、ボールパッド１１ｅにはんだボール１９を搭載し、ＢＧＡ型の半導体装置１０Ｃを得ることもできる。
【００７７】
半導体装置１０Ｃの形成にあたり、上記のような方法を用いると、熱伝導材１５によってアンダーフィル樹脂１４が半導体素子１２の実装領域外へ濡れ広がるのを抑えることができる。
【００７８】
例えば、熱伝導材１５の接合層１６ａ，１６ｂ及び接続パッド１１ｂとの接続を行う前に、基板１１とそれに実装された半導体素子１２の間の空間にアンダーフィル樹脂１４を充填しておく場合には、次の図２１に示すようなことが起こり得る。
【００７９】
図２１は半導体装置形成工程の別例の説明図であって、（Ａ）はアンダーフィル樹脂充填工程の別例の説明図、（Ｂ）は封止材配置工程の別例の説明図である。
基板１１とそれに実装された半導体素子１２の間の空間にアンダーフィル樹脂１４を充填する際には、アンダーフィル樹脂１４が半導体素子１２の実装領域外へ濡れ広がってしまう場合がある。このようなアンダーフィル樹脂１４の濡れ広がりは、アンダーフィル樹脂１４の粘度、供給量、基板１１との濡れ性等によって生じ得る。アンダーフィル樹脂１４が濡れ広がる結果、図２１（Ａ）に示したように、アンダーフィル樹脂１４で接続パッド１１ｂが覆われてしまったり、アンダーフィル樹脂１４が基板１１の側面等にまで流出してしまったりすることが起こり得る。
【００８０】
このような状態から、図２１（Ｂ）に示すように、熱伝導材１５及び放熱体１７の配置を行うと、熱伝導材１５と接続パッド１１ｂを接続できない場合がある。接続できなかった場合には、熱伝導材１５による電磁シールド効果が得られなくなってしまう。また、基板１１の側面等にまでアンダーフィル樹脂１４が流出してしまった場合には、完成体（半導体装置）の外形異常、外観異常等の不具合を招く可能性がある。
【００８１】
これに対し、上記の半導体装置１０Ｃでは、開口部１５ｃを設けた熱伝導材１５を接続パッド１１ｂ等に接続した後、その熱伝導材１５の開口部１５ｃから、半導体素子１２と基板１１の間の空間にアンダーフィル樹脂１４を充填する。このような方法を用いると、アンダーフィル樹脂１４の、半導体素子１２の実装領域外への流出が抑制可能になるため、図２１で述べたような熱伝導材１５と接続パッド１１ｂとの接続不良の発生を回避することが可能になる。更に、アンダーフィル樹脂１４の、基板１１の側面等への流出が抑制可能になるため、半導体装置１０Ｃの外形異常、外観異常等の不具合の発生を回避することが可能になる。
【００８２】
次に、第４の実施の形態について説明する。
図２２は第４の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。
図２２には、放熱体１７に熱伝導材１５を成形する成形型（凹部）１７ｂを設けておき、半導体装置１０Ｄの組み立て時に、平板状の熱伝導材１５を成形しながら接続パッド１１ｂ等に接続する方法、及びそれによって得られる半導体装置１０Ｄを示す。
【００８３】
半導体装置１０Ｄの組み立てでは、まず、基板１１に、接合層１６ａを設けた半導体素子１２をフリップチップ実装する。次いで、その基板１１の上方に、平板状の熱伝導材１５、熱伝導材１５の成形型１７ｂを設けた放熱体１７、及び接着剤１８を、それぞれ所定の位置に配置する。そして、例えば加熱を行いながら、放熱体１７を基板１１側に押圧する。
【００８４】
この放熱体１７の押圧に伴い、半導体素子１２と放熱体１７の間に配置された熱伝導材１５が、半導体素子１２に支持されながら、放熱体１７の成形型１７ｂに沿って変形し、半導体素子１２（接合層１６ａ）及びアンダーフィル樹脂１４の表面を被覆する。また、その際、熱伝導材１５は、接合層１６ａ，１６ｂ及び接続パッド１１ｂと接続され、放熱体１７は、接着剤１８を介して基板１１に接着される。
【００８５】
これにより、ＬＧＡ型の半導体装置１０Ｄが得られる。この後、上記のようなはんだボール１９を搭載してＢＧＡ型の半導体装置１０Ｄを得るようにしてもよい。
このような方法を用いることにより、半導体装置１０Ｄの組み立て前に熱伝導材１５を半導体素子１２の外形サイズやその実装高さに基づいた形状で準備しておくことが不要になり、熱伝導材１５のコスト（加工コスト）を抑えることが可能になる。
【００８６】
また、このような方法を用いて形成される半導体装置１０Ｄでは、放熱体１７が半導体素子１２の側方にも配置されるようになるため、半導体素子１２で発生した熱を、上方のほか側方にも効果的に伝熱させ、放熱効果を高めることが可能になる。
【００８７】
基板１１には、半導体素子１２のほか、抵抗やコンデンサ等の受動部品をはじめとする他の電子部品が実装されていてもよい。そのような電子部品が基板１１に実装される場合にも、上記のような成形型１７ｂを備える放熱体１７を用いた方法を適用することは可能である。
【００８８】
図２３は第４の実施の形態に係る半導体装置の第１変形例を示す図である。
図２３には、半導体素子１２及び電子部品２０が実装された基板１１、平板状の熱伝導材１５、並びに成形型１７ｂを設けた放熱体１７を用いて、熱伝導材１５の成形及び接続を行う方法、及びそれによって得られる半導体装置１０Ｄ１を示す。
【００８９】
半導体装置１０Ｄ１の組み立ては、上記半導体装置１０Ｄについて述べたのと同様の手順で行うことができる。
尚、放熱体１７の押圧時に、その下面と電子部品２０との接触を回避するように、接着剤１８の厚みを調整してもよい。また、放熱体１７と電子部品２０との接触を回避するように、放熱体１７の下面の形状を変更することも可能である。
【００９０】
図２４は第４の実施の形態に係る半導体装置の第２変形例を示す図である。
この図２４に示す半導体装置１０Ｄ２のように、放熱体１７の、電子部品２０との対向位置に、更に凹部１７ｃを設けておき、放熱体１７を押圧して基板１１に接着したときに、放熱体１７と電子部品２０との間に一定の空間が確保されるようにしてもよい。これにより、放熱体１７と電子部品２０との接触を回避することが可能になる。また、このような凹部１７ｃを設けることで、半導体素子１２と共に基板１１に実装することのできる電子部品２０の形態（実装高さ、種類等）の自由度を高めることが可能になる。
【００９１】
ところで、上記のように基板１１に半導体素子１２と共に電子部品２０が実装される場合において、成形型１７ｂを設けていない放熱体１７と、平板状の熱伝導材１５を用いると、次の図２５に示すようなことが起こり得る。
【００９２】
図２５は半導体装置形成工程の別例の説明図であって、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図である。
ここでは、凹部１７ａを設けた放熱体１７と、半導体素子１２及び電子部品２０が実装された基板１１の間に、平板状の熱伝導材１５を配置し、放熱体１７を基板１１側に押圧する場合を想定する。この場合、加熱を行いながら放熱体１７を押圧すると、図２５に示したように、押圧によって放熱体１７と半導体素子１２の間から押し出された熱伝導材１５が、半導体素子１２の周辺に実装されている電子部品２０の方まで広がってしまうことが起こり得る。
【００９３】
このような熱伝導材１５の広がりが起こり、熱伝導材１５が電子部品２０に接触すると、電子部品２０が正常に動作しなくなる等の不具合が生じる可能性がある。例えば、電子部品２０としてチップコンデンサを用いている場合において、上記のように広がった熱伝導材１５が接触することで、チップコンデンサが短絡してしまう、といったことが起こり得る。
【００９４】
尚、電子部品２０の短絡等の不具合を回避するために、図２６に示すような構造を採用することも考えられる。
図２６は別形態の半導体装置の説明図である。
【００９５】
例えば、図２６（Ａ）に示す構造は、電子部品２０を放熱体１７の外側に配置するものである。また、図２６（Ｂ）に示す構造は、放熱体１７の内部に実装される電子部品２０を樹脂３０でコーティングするものである。
【００９６】
しかし、図２６（Ａ）のような構造では、半導体素子１２と電子部品２０の間の距離が長くなるため、基板１１内部の配線のインダクタンスや抵抗が大きくなり、スイッチングノイズが増加してしまう可能性がある。また、図２６（Ｂ）のような構造では、樹脂３０を設ける工程が増え、樹脂３０を設けることによるコストの増加を招く可能性がある。
【００９７】
一方、上記のような成形型１７ｂを設けた放熱体１７を用いると、半導体素子１２の周辺に電子部品２０が実装されているような場合にも、熱伝導材１５が電子部品２０の方へ広がってしまうのを抑えることができる。それにより、熱伝導材１５と電子部品２０の接触、接触によって生じる不具合を回避することが可能になる。
【００９８】
尚、上記のような電子部品２０は、上記第１の実施の形態で述べた半導体装置１０Ａの基板１１に実装されていてもよい。半導体装置１０Ａにおいても、予め所定の寸法、形状とした熱伝導材１５を用いるため、熱伝導材１５と電子部品２０の接触、接触によって生じる不具合を回避することが可能である。
【００９９】
次に、第５の実施の形態について説明する。
図２７は第５の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。
上記第１，第２の実施の形態においては、基板１１とそれに実装された半導体素子１２の間にアンダーフィル樹脂１４を充填するようにしたが、このようなアンダーフィル樹脂１４は、必ずしも設けることを要しない。図２７（Ａ），（Ｂ）に示す半導体装置１０Ａ１，１０Ｂ１のように、アンダーフィル樹脂１４を設けずに、半導体素子１２を熱伝導材１５で被覆し、熱伝導材１５を介して半導体素子１２と放熱体１７を熱的に接続してもよい。
【０１００】
図２７（Ａ），（Ｂ）に示す半導体装置１０Ａ１，１０Ｂ１では、いずれも半導体素子１２が熱伝導材１５で被覆され、その熱伝導材１５は、接続パッド１１ｂ及び接合層１６ａに接続されている。即ち、半導体素子１２と基板１１の間のバンプ１３を介した接続が、熱伝導材１５によって補強されている。
【０１０１】
そのため、例えば、半導体素子１２の実装後に行われる加熱、冷却の際、半導体素子１２と基板１１の間の熱膨張、熱収縮の程度の違いから歪みが生じたとしても、両者の接続を熱伝導材１５で補強し、一定の接続信頼性を確保することができる。半導体装置１０Ａ１，１０Ｂ１に対して外部から衝撃が加わったような場合も同様に、熱伝導材１５によって一定の接続信頼性を確保することができる。
【０１０２】
半導体装置１０Ａ１，１０Ｂ１では、アンダーフィル樹脂１４の材料コスト、アンダーフィル樹脂１４を設けるための工程を削減することができる。
尚、ここでは上記第１，第２の実施の形態で述べた半導体装置１０Ａ，１０Ｂのアンダーフィル樹脂１４を省略した構造を有する半導体装置１０Ａ１，１０Ｂ１を例示した。このほか、上記第４の実施の形態で述べた半導体装置１０Ｄ，１０Ｄ１，１０Ｄ２においても同様に、アンダーフィル樹脂１４を省略した構造を採用することが可能である。
【０１０３】
次に、第６の実施の形態について説明する。
図２８は第６の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。
上記第４の実施の形態においては、成形型１７ｂを設けた放熱体１７を用い、平板状の熱伝導材１５を成形しながら、熱伝導材１５の接合層１６ａ，１６ｂ及び接続パッド１１ｂとの接続、熱伝導材１５による半導体素子１２の被覆を行う場合を例示した。このほか、平板状の熱伝導材１５に替えて、図２８に示すようなペースト状の熱伝導材１５を用いることもできる。
【０１０４】
その場合は、基板１１に実装された半導体素子１２の接合層１６ａ上に、ペースト状の熱伝導材１５を配置し、成形型１７ｂ及び接合層１６ｂを設けた放熱体１７並びに接着剤１８をそれぞれ所定の位置に配置する。そして、放熱体１７を基板１１側に押圧することで、半導体素子１２（接合層１６ａ）及びアンダーフィル樹脂１４の表面を、成形型１７ｂに沿って変形する熱伝導材１５で被覆する。熱伝導材１５は、接合層１６ａ，１６ｂ及び接続パッド１１ｂと接続され、放熱体１７は、接着剤１８で基板１１に接着される。
【０１０５】
これにより、ＬＧＡ型の半導体装置１０Ｄが得られる。この後、上記のようなはんだボール１９を搭載してＢＧＡ型の半導体装置１０Ｄを得るようにしてもよい。
このような方法を用いることにより、上記第４の実施の形態で述べたのと同様の効果が得られる。更に、ペースト状の熱伝導材１５を用いることにより、平板状（ペレット状）の熱伝導材１５，１５０を用いる場合に比べて、材料コスト、加工コストを低減することが可能になる。
【０１０６】
尚、このようなペースト状の熱伝導材１５を用いる場合にも、基板１１には上記第４の実施の形態で述べたような電子部品２０が実装されていてもよく、放熱体１７には電子部品２０との対向位置に凹部１７ｃが設けられたものを用いてもよい。
【０１０７】
次に、熱伝導材１５と半導体素子１２及びアンダーフィル樹脂１４との密着性について、図２９〜図３１を参照して更に説明する。
図２９に示すように、半導体素子１２の背面（バンプ１３が搭載される側の反対側の面）には、凹凸１２ｂが存在し得る。このような凹凸１２ｂは、例えば、半導体素子１２の形成時に行われる、その半導体基板のバックグラインドによって形成される。凹凸１２ｂが形成されている面上に接合層１６ａを形成するとしても、半導体素子１２の背面側に凹凸１６ａａが残り得る。また、半導体素子１２の側端部のアンダーフィル樹脂１４には、フィレット部１４ａが形成され、アンダーフィル樹脂１４の供給量によって、高いフィレット部１４ａａ、或いは低いフィレット部１４ａｂが形成され得る。
【０１０８】
このような凹凸１６ａａが存在し得る半導体素子１２上の接合層１６ａ、及びフィレット部１４ａの形状にばらつきが存在し得るアンダーフィル樹脂１４を被覆するように、熱伝導材１５が設けられる。半導体素子１２から放熱体１７への伝熱効率の観点からは、熱伝導材１５を接合層１６ａの表面、半導体素子１２の側面、及びアンダーフィル樹脂１４の表面に密着させ、それらとの間にできるだけ空隙を発生させないようにすることが好ましい。
【０１０９】
この点に関し、上記第１〜第６の実施の形態ではいずれも、組み立ての際、接合層１６ａを設けた半導体素子１２との間に熱伝導材１５を介在させて放熱体１７を配置し、この放熱体１７を半導体素子１２が実装されている基板１１側に押圧する。それにより、接合層１６ａが設けられた半導体素子１２と熱伝導材１５との間の空隙の発生、アンダーフィル樹脂１４と熱伝導材１５との間の空隙の発生を抑えることが可能になっている。
【０１１０】
一例として図３０には、成形型１７ｂを設けた放熱体１７で熱伝導材１５を成形しながら接続パッド１１ｂ等に接続を行う場合を示している。
この場合において、放熱体１７の押圧途中では、図３０（Ａ）に示したように、接合層１６ａの凹凸１６ａａと熱伝導材１５との間、半導体素子１２の側面と熱伝導材１５との間、アンダーフィル樹脂１４と熱伝導材１５との間に、空隙４０が生じ得る。しかし、放熱体１７を更に押圧することで、図３０（Ｂ）に示したように、熱伝導材１５が、接合層１６ａの凹凸１６ａａの表面、半導体素子１２の側面、アンダーフィル樹脂１４のフィレット部１４ａの表面に追従して変形するようになる。それにより、熱伝導材１５を、接合層１６ａ、半導体素子１２、アンダーフィル樹脂１４の各表面に密着させることができる。
【０１１１】
尚、このような熱伝導材１５の密着が行えるように、用いる熱伝導材１５の厚みを調整しておいたり、密着させるのに要する放熱体１７の押圧量（荷重）を求めておいたりしてもよい。
【０１１２】
加熱により熱伝導材１５を溶融させる場合や、ペースト状の熱伝導材１５を用いる場合には、流動性を有する熱伝導材１５を、接合層１６ａ、半導体素子１２、アンダーフィル樹脂１４の各表面に追従させ、密着させることが可能である。
【０１１３】
但し、その際、図３１（Ａ）に示すように、熱伝導材１５と、接合層１６ａ、半導体素子１２、アンダーフィル樹脂１４の各表面との間に、空隙４１（ボイド）が生じてしまうことも起こり得る。しかし、そのような場合でも、加圧オーブン等を使用し、加熱を行いながら加圧を行うことで空隙４１を押し潰し、その後、熱伝導材１５を冷却し固化させることで、図３１（Ｂ）に示すように、空隙４１を消滅又は縮小化させることができる。或いは、加熱を行って熱伝導材１５を軟化又は溶融させ、その状態で真空引きを行い、その後、熱伝導材１５を冷却し固化させることで、図３１（Ｂ）に示すように、空隙４１を消滅又は縮小化させることもできる。
【０１１４】
このように、基板１１上の半導体素子１２との間に、熱伝導材１５を介在させ、必要に応じて加熱を行って、放熱体１７を基板１１側に押圧することで、熱伝導材１５と、接合層１６ａ、半導体素子１２、アンダーフィル樹脂１４との密着性を高めることができる。これにより、半導体素子１２で発生した熱を、熱伝導材１５を介して、効率的に放熱体１７へと伝熱することが可能になり、過熱による半導体素子１２の誤動作や破損を効果的に抑えることが可能になる。
【０１１５】
尚、図３０及び図３１には、成形型１７ｂを設けた放熱体１７を用いた場合を例に、熱伝導材１５の密着性について説明した。このほか、凹部１７ａを設けた放熱体１７や平板状の放熱体１７を用いた場合であっても、熱伝導材１５の一定の密着性を得ることが可能になっている。例えば、熱伝導材１５に設ける凹部１５ａのサイズや形状を適切に設定し、それを、凹部１７ａを設けた放熱体１７や平板状の放熱体１７で押圧する。それにより、熱伝導材１５と、接合層１６ａ、半導体素子１２、アンダーフィル樹脂１４との間の一定の密着性を確保することができる。
【０１１６】
以上説明したように、第１〜第６の実施の形態では、半導体素子と放熱体を、熱伝導材を介して熱的に接続すると共に、その熱伝導材で半導体素子を被覆し、且つ、熱伝導材を基板のＧＮＤ電位とされる電極部に接続する。これにより、半導体素子で発生した熱を、熱伝導材を介して効率的に放熱体へと伝熱することができると共に、その熱伝導材によって半導体素子の周囲を電磁シールドすることができる。また、このように半導体素子を被覆し、且つ、基板の所定の電極部に接続される熱伝導材を、部品数や工数の増加を抑えて、放熱体の基板側への押圧によって、得ることができる。放熱及び電磁シールドの機能を有する半導体装置を、コストの増加を抑えて実現することができる。
【０１１７】
以上説明した実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１） 基板と、
前記基板に配設された電極部と、
前記基板の上方に配設された半導体素子と、
前記半導体素子を被覆し且つ前記電極部に接続された、はんだ材料からなる熱伝導材と、
前記熱伝導材の上方に配設された放熱体と、
を含むことを特徴とする半導体装置。
【０１１８】
（付記２） 前記熱伝導材は、前記半導体素子の上面及び側面に沿って配設されることを特徴とする付記１に記載の半導体装置。
（付記３） 前記電極部は、前記基板のグランド電位とされる電極部であることを特徴とする付記１又は２に記載の半導体装置。
【０１１９】
（付記４） 前記電極部は、前記半導体素子を囲むように周設されることを特徴とする付記１乃至３のいずれかに記載の半導体装置。
（付記５） 前記基板と前記半導体素子の間に配設された樹脂層を含むことを特徴とする付記１乃至４のいずれかに記載の半導体装置。
【０１２０】
（付記６） 前記基板と前記半導体素子の間に配設された樹脂層を含み、
前記熱伝導材は、前記樹脂層に通じる開口部を有することを特徴とする付記１乃至４のいずれかに記載の半導体装置。
【０１２１】
（付記７） 前記放熱体は、前記半導体素子及び前記熱伝導材を収容する凹部を有し、
前記熱伝導材は、前記凹部の内面に沿って配設されることを特徴とする付記１乃至５のいずれかに記載の半導体装置。
【０１２２】
（付記８） 前記半導体素子の上面と前記熱伝導材の間に配設された第１接合層と、
前記熱伝導材の上面と放熱体の間に配設された第２接合層と、
を含むことを特徴とする付記１乃至７のいずれかに記載の半導体装置。
【０１２３】
（付記９） 電極部が配設された基板の上方に半導体素子を配設する工程と、
前記半導体素子の上方に、はんだ材料からなる熱伝導材を介して、放熱体を配設する工程と、
前記放熱体を押圧し、前記半導体素子を前記熱伝導材で被覆すると共に、前記熱伝導材を前記電極部に接続する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１２４】
（付記１０） 前記放熱体を配設する工程においては、前記半導体素子の上方に、前記半導体素子を被覆する前記熱伝導材を介して、前記放熱体を配設することを特徴とする付記９に記載の半導体装置の製造方法。
【０１２５】
（付記１１） 前記熱伝導材は、前記電極部に接触することを特徴とする付記１０に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１２） 前記放熱体を配設する工程においては、前記半導体素子の上方に、開口部を有する前記熱伝導材を介して、前記放熱体を配設し、
前記放熱体を押圧する工程後に、前記開口部から樹脂を供給する工程を更に含む、
ことを特徴とする付記９乃至１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【０１２６】
（付記１３） 前記放熱体を配設する工程においては、前記半導体素子側に凹部を有する前記放熱体を配設し、
前記放熱体を押圧する工程においては、前記凹部によって前記熱伝導材を成形し、前記半導体素子を前記熱伝導材で被覆すると共に、前記熱伝導材を前記電極部に接続する、
ことを特徴とする付記９乃至１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【０１２７】
（付記１４） 前記放熱体を押圧する工程は、前記熱伝導材を加熱する工程を含むことを特徴とする付記９乃至１３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【０１２８】
１０Ａ，１０Ａ１，１０Ｂ，１０Ｂ１，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｄ１，１０Ｄ２，１００ 半導体装置
１１ 基板
１１ａ 基板電極パッド
１１ｂ 接続パッド
１１ｃ 内部配線
１１ｄ ビア
１１ｅ ボールパッド
１１ｆ 絶縁部
１２ 半導体素子
１２ａ チップ電極パッド
１２ｂ，１６ａａ 凹凸
１３ バンプ
１４ アンダーフィル樹脂
１４ａ，１４ａａ，１４ａｂ フィレット部
１５，１５０ 熱伝導材
１５ａ，１７ａ，１７ｃ 凹部
１５ｂ 接続部
１５ｃ 開口部
１６ａ，１６ｂ 接合層
１７ 放熱体
１７ｂ 成形型
１８ 接着剤
１９ はんだボール
２０ 電子部品
３０ 樹脂
４０，４１ 空隙
５０ ニードル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に配設された電極部と、
前記基板の上方に配設された半導体素子と、
前記半導体素子を被覆し且つ前記電極部に接続された、はんだ材料からなる熱伝導材と、
前記熱伝導材の上方に配設された放熱体と、
を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記電極部は、前記基板のグランド電位とされる電極部であ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】
前記基板と前記半導体素子の間に配設された樹脂層を含み、
前記熱伝導材は、前記樹脂層に通じる開口部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記放熱体は、前記半導体素子及び前記熱伝導材を収容する凹部を有し、
前記熱伝導材は、前記凹部の内面に沿って配設されることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項５】
電極部が配設された基板の上方に半導体素子を配設する工程と、
前記半導体素子の上方に、はんだ材料からなる熱伝導材を介して、放熱体を配設する工程と、
前記放熱体を押圧し、前記半導体素子を前記熱伝導材で被覆すると共に、前記熱伝導材を前記電極部に接続する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記放熱体を配設する工程においては、前記半導体素子の上方に、開口部を有する前記熱伝導材を介して、前記放熱体を配設し、
前記放熱体を押圧する工程後に、前記開口部から樹脂を供給する工程を更に含む、
ことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記放熱体を配設する工程においては、前記半導体素子側に凹部を有する前記放熱体を配設し、
前記放熱体を押圧する工程においては、前記凹部によって前記熱伝導材を成形し、前記半導体素子を前記熱伝導材で被覆すると共に、前記熱伝導材を前記電極部に接続する、
ことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
基板と、
前記基板に配設された電極部と、
前記基板の上方に配設された半導体素子と、
前記半導体素子を被覆し且つ前記電極部に接続された、はんだ材料からなる熱伝導材と、
前記熱伝導材の上方に配設された放熱体と、
を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記電極部は、前記基板のグランド電位とされる電極部であ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】
前記基板と前記半導体素子の間に配設された樹脂層を含み、
前記熱伝導材は、前記樹脂層に通じる開口部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記放熱体は、前記半導体素子及び前記熱伝導材を収容する凹部を有し、
前記熱伝導材は、前記凹部の内面に沿って配設されることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項５】
電極部が配設された基板の上方に半導体素子を配設する工程と、
前記半導体素子の上方に、はんだ材料からなる熱伝導材を介して、放熱体を配設する工程と、
前記放熱体を押圧し、前記半導体素子を前記熱伝導材で被覆すると共に、前記熱伝導材を前記電極部に接続する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記放熱体を配設する工程においては、前記半導体素子の上方に、開口部を有する前記熱伝導材を介して、前記放熱体を配設し、
前記放熱体を押圧する工程後に、前記開口部から樹脂を供給する工程を更に含む、
ことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記放熱体を配設する工程においては、前記半導体素子側に凹部を有する前記放熱体を配設し、
前記放熱体を押圧する工程においては、前記凹部によって前記熱伝導材を成形し、前記半導体素子を前記熱伝導材で被覆すると共に、前記熱伝導材を前記電極部に接続する、
ことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【公開番号】特開２０１２−２０４６３２（Ｐ２０１２−２０４６３２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６８１７６（Ｐ２０１１−６８１７６）
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（３０８０１４３４１）富士通セミコンダクター株式会社 (2,507)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（３０８０１４３４１）富士通セミコンダクター株式会社 (2,507)
【Ｆターム（参考）】
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