半導体装置及びその製造方法
【課題】組み立て時の熱伝導材の飛散に起因した不具合の発生を抑えた半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置１０は、基板１１に搭載された半導体素子１２、その半導体素子１２を覆う放熱体１３、及び半導体素子１２の上面と該上面に対向する放熱体１３の接続領域１３ａとを接続する熱伝導材１４を含む。放熱体１３は、その接続領域１３ａに突起１３ｂを有する。放熱体１３が熱伝導材１４を挟んで半導体素子１２側に押圧されると、突起１３ｂで熱伝導材１４の酸化膜１４ａが破られ、そこから熱伝導材１４が濡れ広がり、酸化膜１４ａで覆われた熱伝導材１４の破裂、飛散が抑制される。
【解決手段】半導体装置１０は、基板１１に搭載された半導体素子１２、その半導体素子１２を覆う放熱体１３、及び半導体素子１２の上面と該上面に対向する放熱体１３の接続領域１３ａとを接続する熱伝導材１４を含む。放熱体１３は、その接続領域１３ａに突起１３ｂを有する。放熱体１３が熱伝導材１４を挟んで半導体素子１２側に押圧されると、突起１３ｂで熱伝導材１４の酸化膜１４ａが破られ、そこから熱伝導材１４が濡れ広がり、酸化膜１４ａで覆われた熱伝導材１４の破裂、飛散が抑制される。
【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】
半導体装置の一形態として、基板に搭載された半導体素子の上に放熱体を設ける形態が知られている。このような半導体装置においては、例えば、半導体素子と放熱板の間を熱伝導接合材により接合する技術、突起を設けたリッドを接着樹脂で接着或いはバンプ等で接続する技術等が知られている。また、放熱板に突起状部分が形成された半田部材を載置し、その突起状部分の酸化膜を半導体素子で破壊することによって、半導体素子と放熱板の間に半田部材を供給する技術等も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４４１１１２３号公報
【特許文献２】特開２００２−２６１２１４号公報
【特許文献３】特開昭５４−１３７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
基板上に搭載した半導体素子と放熱体の間に熱伝導材を設ける半導体装置は、例えば、半導体素子と放熱体の間に熱伝導材を介在させ、加熱を行いながら放熱体を半導体素子側に押圧し、放熱体と半導体素子の間を熱伝導材で接合することで組み立てられる。しかし、このような組み立ての際、熱伝導材の表面が酸化膜で覆われているような場合には、熱伝導材が加熱により溶融しても、その表面の酸化膜のために濡れ広がらず、放熱体の押圧により破裂し、半導体素子周辺の基板上等に飛散してしまう場合があった。このように半導体素子の周辺に飛散した熱伝導材は、その飛散箇所によっては、ショート等、半導体装置の不具合を発生させる可能性がある。
【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、前記基板上に搭載された半導体素子と、前記半導体素子を覆う放熱体と、前記半導体素子の上面と該上面に対向する前記放熱体の接続領域とを接続する熱伝導材とを含み、前記放熱体が、前記接続領域に突起を有している半導体装置が提供される。また、このような半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
開示の技術によれば、熱伝導材の半導体素子周辺への飛散を抑制し、熱伝導材の飛散による不具合の発生を抑えた半導体装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】半導体装置の組み立て工程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組み立て工程の一例を示す図である。
【図３】半導体素子及びチップ部品の搭載面側から見た配線基板の平面模式図である。
【図４】第１の実施の形態に係る放熱体の構成例を示す図（その１）である。
【図５】第１の実施の形態に係る放熱体の構成例を示す図（その２）である。
【図６】第１の実施の形態に係る部材配置工程の別例の断面模式図である。
【図７】放熱体の別例を示す図である。
【図８】半導体装置の組み立て工程の別例を示す図である。
【図９】第１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１０】第１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１１】第２の実施の形態に係る半導体装置の組み立て工程の一例を示す図である。
【図１２】第２の実施の形態に係る放熱体の構成例を示す図である。
【図１３】第２の実施の形態に係る部材配置工程の別例の断面模式図である。
【図１４】第２の実施の形態に係る半導体装置の変形例を示す図である。
【図１５】第２の実施の形態に係る放熱体の第１変形例を示す図である。
【図１６】第２の実施の形態に係る放熱体の第２変形例を示す図である。
【図１７】第３の実施の形態に係る半導体装置の組み立て工程の一例を示す図である。
【図１８】第３の実施の形態に係る放熱体の構成例を示す図である。
【図１９】第３の実施の形態に係る放熱体押圧時の状態の一例を示す図である。
【図２０】第３の実施の形態に係る半導体装置の変形例を示す図である。
【図２１】熱伝導材の流出状態の一例を示す図である。
【図２２】第４の実施の形態に係る半導体装置の組み立て工程の一例を示す図である。
【図２３】第４の実施の形態に係る放熱体の構成例を示す図である。
【図２４】第４の実施の形態に係る半導体装置の変形例を示す図である。
【図２５】第５の実施の形態に係る半導体装置の組み立て工程の一例を示す図である。
【図２６】第５の実施の形態に係る放熱体の構成例を示す図である。
【図２７】第５の実施の形態に係る半導体装置の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は半導体装置の組み立て工程の一例を示す図である。図１において、（Ａ）は部材配置工程の一例の断面模式図、（Ｂ）は封止工程の一例の断面模式図、（Ｃ）は封止後の一例の断面模式図である。
【０００９】
まず、組み立てられる半導体装置の構成について、図１（Ｃ）を参照して説明する。図１（Ｃ）に示すように、半導体装置１０は、基板１１、半導体素子１２、放熱体１３、及び熱伝導材１４を有している。
【００１０】
基板１１は、絶縁部、及びその絶縁部内に設けられた配線、ビア等の導電部を含んでいる。基板１１の両主面（表裏面）にはそれぞれ、内部の導電部と電気的に接続された電極パッド１１ａ，１１ｂが設けられている。
【００１１】
半導体素子１２は、その一方の面に設けられた電極パッド１２ａを有している。電極パッド１２ａは、基板１１の電極パッド１１ａと対応する位置に設けられている。半導体素子１２は、その電極パッド１２ａが、基板１１の電極パッド１１ａとバンプ１５を介して接続（フリップチップ実装）され、基板１１上に搭載されている。
【００１２】
放熱体１３は、例えば、基板１１上に搭載された半導体素子１２を覆う形状とされる。放熱体１３は、半導体素子１２との間に設けられた熱伝導材１４を介して、半導体素子１２と接続されている。また、放熱体１３は、その端部で基板１１と接続されている。放熱体１３は、半導体素子１２と対向する接続領域（熱伝導材１４の接合領域）１３ａに、半導体素子１２側に突出する、少なくとも１つの突起１３ｂを有している。突起１３ｂは、熱伝導材１４の内部に達するようなサイズで設けられている。
【００１３】
図１（Ｃ）に示したような構成を有する半導体装置１０は、例えば、図１（Ａ），（Ｂ）のような工程を経て組み立てることができる。組み立ての際は、まず、図１（Ａ）に示すように、基板１１上に搭載された半導体素子１２の上に、熱伝導材１４を介して放熱体１３を配置する。そして、熱伝導材１４が溶融する温度で加熱を行いながら、図１（Ｂ）に示すように、放熱体１３を熱伝導材１４側（半導体素子１２及び基板１１側）に押圧する。
【００１４】
この押圧時には、まず放熱体１３に設けた突起１３ｂが熱伝導材１４に接触する。加熱により溶融した熱伝導材１４は、例えば、放熱体１３の突起１３ｂから接続領域１３ａの表面に濡れ広がり、更に半導体素子１２の上面へと濡れ広がる。たとえ押圧前の熱伝導材１４の表面が、図１（Ａ）に示したような酸化膜１４ａで覆われている場合でも、その酸化膜１４ａを、放熱体１３の突起１３ｂで破ることができる。突起１３ｂは、熱伝導材１４の、酸化膜１４ａが破られた、より内部の酸化されていない清浄な領域（清浄領域）１４ｂに達するようになる。加熱により溶融した熱伝導材１４は、そのような酸化膜１４ａの破れた所から、放熱体１３の接続領域１３ａの表面や半導体素子１２の上面に濡れ広がるようになる。
【００１５】
酸化膜１４ａで覆われた熱伝導材１４を、突起１３ｂを設けない放熱体で押圧する場合、熱伝導材１４は、その酸化膜１４ａのために、溶融しても接続領域１３ａの表面等に濡れ広がらず、押圧が進むにつれて側方へ押し出され、破裂してしまう場合がある。破裂した熱伝導材１４が半導体素子１２の周辺の基板１１上等に飛散すると、飛散した熱伝導材１４によってショート等の不具合が発生する可能性がある。
【００１６】
これに対し、突起１３ｂを設けた放熱体１３を用いると、熱伝導材１４を覆う酸化膜１４ａが突起１３ｂで破られるため、溶融した熱伝導材１４は、その酸化膜１４ａが破れた所から、接続領域１３ａの表面等に濡れ広がるようになる。このように、放熱体１３に突起１３ｂを設けることにより、上記のように酸化膜１４ａで覆われた熱伝導材１４が押し出されて破裂してしまうのを抑制することが可能になる。それにより、破裂した熱伝導材１４が半導体素子１２の周辺に飛散してしまうのを抑制し、飛散した熱伝導材１４に起因したショート等の不具合の発生を抑制することが可能になる。
【００１７】
以下、半導体装置及びその形成（組み立て）方法について、より詳細に説明する。
まず、第１の実施の形態について説明する。
図２は第１の実施の形態に係る半導体装置の組み立て工程の一例を示す図である。図２において、（Ａ）は部材配置工程の一例の断面模式図、（Ｂ）は封止工程の一例の断面模式図、（Ｃ）は封止後の一例の断面模式図である。
【００１８】
図２（Ａ）に示すように、組み立ての際には、半導体素子１２０が搭載された配線基板１１０、放熱体１３０Ａ、及び熱伝導材１４０が準備される。
配線基板１１０は、絶縁部、及びその絶縁部内に設けられた導電部（配線、ビア等）を含んでいる。配線基板１１０の一方の面（表面）には、電極パッド１１１が設けられ、他方の面（裏面）には、半田ボール等が搭載される電極パッド１１２が設けられている。
【００１９】
半導体素子１２０は、配線基板１１０との対向面における、配線基板１１０の電極パッド１１１に対応する位置に、電極パッド１２１を有している。半導体素子１２０は、電極パッド１１１，１２１間がバンプ１５０で接続（フリップチップ実装）され、配線基板１１０上に搭載されている。配線基板１１０と半導体素子１２０の接続部（電極パッド１１１，１２１及びバンプ１５０）は、アンダーフィル材１６０で被覆されている。
【００２０】
また、配線基板１１０上には、半導体素子１２０と共に、他の電子部品、例えばチップ抵抗やチップコンデンサ等のチップ部品１７０が搭載されている。
図３は半導体素子及びチップ部品の搭載面側から見た配線基板の平面模式図である。
【００２１】
前述のように、配線基板１１０上には、半導体素子１２０がフリップチップ実装されており、それらの接続部は、アンダーフィル材１６０で被覆されている。このように配線基板１１０上に搭載された半導体素子１２０の周辺に、例えば、図３に示したように、半導体素子１２０を取り囲んで、複数（ここでは一例として１６個）のチップ部品１７０が配線基板１１０上に搭載されている。
【００２２】
半導体素子１２０の上面（配線基板１１０側と反対の面（背面））には、加熱により溶融される熱伝導材１４０の濡れ性の観点から、図２（Ａ）及び図３に示したように、メッキ層１２２が設けられている。このメッキ層１２２には、例えば、チタン（Ｔｉ）メッキ層上に金（Ａｕ）メッキ層を積層したＴｉ／Ａｕメッキ層、或いはＴｉメッキ層上にニッケル（Ｎｉ）メッキ層及びＡｕメッキ層を順に積層したＴｉ／Ｎｉ／Ａｕメッキ層を用いることができる。
【００２３】
組み立て時には、このようにして配線基板１１０上にチップ部品１７０と共に搭載された半導体素子１２０の上に、熱伝導材１４０が配置される。
熱伝導材１４０には、例えば、図２（Ａ）に示したように、シート状のものが用いられる。例えば、厚さ約３５０μｍのシート状の熱伝導材１４０が用いられる。熱伝導材１４０には、半導体素子１２０と放熱体１３０Ａの間を接合することができ、半導体素子１２０で発生した熱を放熱体１３０Ａに効率的に伝熱することができる材料を用いる。熱伝導材１４０には、例えば、半田材料を用いることができる。熱伝導材１４０に用い得る半田材料としては、スズ鉛（ＳｎＰｂ）系、スズ銀（ＳｎＡｇ）系、インジウム（Ｉｎ）系、インジウム銀（ＩｎＡｇ）系、スズアンチモン（ＳｎＳｂ）系、スズビスマス（ＳｎＢｉ）系等の半田材料を挙げることができる。
【００２４】
上記のような半田材料を用いた場合等、熱伝導材１４０の材質によっては、図２（Ａ）に示したように、その表面に酸化膜１４１が形成され得る。酸化膜１４１は、例えば、熱伝導材１４０を大気中で取り扱う際等にその表面に薄く形成され得る（自然酸化膜）。ここでは、このような酸化膜１４１が形成されている熱伝導材１４０を用いた組み立てを例に説明する。
【００２５】
図２（Ａ）に示したように、半導体素子１２０の上方に配置する熱伝導材１４０の更に上方には、放熱体１３０Ａが配置される。放熱体１３０Ａは、例えば、配線基板１１０上に搭載された半導体素子１２０及びチップ部品１７０を覆う（封止する）ことができるような形状とされる。放熱体１３０Ａには、半導体素子１２０から熱伝導材１４０を介して伝熱されてくる熱を、効率的に外部へ放熱することができる材料を用いる。放熱体１３０Ａには、例えば、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）等の材料を用いることができる。放熱体１３０Ａの外周端部には、接着剤１８０が設けられ、放熱体１３０Ａは、この接着剤１８０を介して配線基板１１０の外周端部に接着固定されるようになっている。
【００２６】
放熱体１３０Ａの内側の、熱伝導材１４０や半導体素子１２０と対向する接続領域（熱伝導材１４０の接合領域）１３１は、その周囲よりも高くなる（熱伝導材１４０及び半導体素子１２０側に突出する）ように、凸状に形成されている。このような放熱体１３０Ａの接続領域１３１には、熱伝導材１４０及び半導体素子１２０側に突出する、複数の突起１３２が設けられている。突起１３２が設けられた接続領域１３１は、続く図２（Ｂ）に示す封止工程において溶融される熱伝導材１４０の濡れ性の観点から、図２（Ａ）に示したように、その表面がメッキ層１３３で被覆されている。メッキ層１３３には、例えば、Ｎｉメッキ層上にＡｕメッキ層を積層したＮｉ／Ａｕメッキ層を用いることができる。
【００２７】
図４及び図５は第１の実施の形態に係る放熱体の構成例を示す図である。図４及び図５には、第１の実施の形態に係る放熱体の突起側から見た平面を模式的に図示している。尚、図４（Ａ）〜（Ｃ）及び図５には、放熱体の突起の配置例を示している。
【００２８】
放熱体１３０Ａの突起１３２は、接続領域１３１に分散して配置する。例えば、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、５個（図４（Ａ））、９個（図４（Ｂ））、１６個（図４（Ｃ））、２５個といったように、接続領域１３１のサイズに応じ、一定の間隔（密度）で、突起１３２を接続領域１３１に配置する（均等配置）。
【００２９】
また、図５に示すように、接続領域１３１の中央部よりもその周辺部で突起１３２が密になるような配置とすることもできる（一部密集配置）。このように突起１３２の一部を密集させた配置とした場合には、溶融した熱伝導材１４０の、接続領域１３１外への流出を抑制することが可能になる。
【００３０】
尚、突起１３２は、その配置によって、封止工程（図２（Ｂ））で溶融される熱伝導材１４０の、接続領域１３１での均一性の良い濡れ広がりを阻害しないように、一定以上の間隔で配置しておくことが好ましい。
【００３１】
放熱体１３０Ａに設ける各突起１３２の形状は、封止工程（図２（Ｂ））において、熱伝導材１４０の表面に形成されている酸化膜１４１を突き破ることができるものであれば、特に限定されない。突起１３２は、円錐や角錐等、先端が鋭角になるような錐状とすることができる。また、突起１３２は、必ずしも先端が鋭角であることを要せず、円錐台や角錐台のような錐台状とすることもできる。
【００３２】
また、各突起１３２のサイズは、例えば、熱伝導材１４０の表面に形成される酸化膜１４１の厚さ、及び放熱体１３０Ａと半導体素子１２０のギャップ（組み立て後の半導体装置１００Ａにおける熱伝導材１４０の厚さ）に基づいて、設定することができる。
【００３３】
例えば、当該ギャップが約２５０μｍであるとすれば、突起１３２の底面の径を約２００μｍ、高さを約２００μｍ〜約２５０μｍとし、隣接する突起１３２の間隔を少なくとも約３ｍｍ確保して、均等或いは一部を密集させて突起１３２を配置することができる。
【００３４】
組み立て時には、図２（Ａ）に示したように、半導体素子１２０及びチップ部品１７０を搭載した配線基板１１０、熱伝導材１４０、並びに接着剤１８０を設けた放熱体１３０Ａの各部材が配置される。各部材の配置後は、図２（Ｂ）に示すように、各部材間を接合し、封止する。
【００３５】
封止工程では、放熱体１３０Ａを、半導体素子１２０及びチップ部品１７０を搭載した配線基板１１０側に、間に熱伝導材１４０を介在させた状態で、加熱を行いながら押圧する。加熱温度は、例えば、熱伝導材１４０が溶融する温度に設定する。
【００３６】
押圧される放熱体１３０Ａは、まずその突起１３２が熱伝導材１４０に接触する。熱伝導材１４０の表面に酸化膜１４１が形成されている場合、酸化膜１４１は、半導体素子１２０のメッキ層１２２や、放熱体１３０Ａのメッキ層１３３への濡れ性を低下させ得る。放熱体１３０Ａに設けた突起１３２は、熱伝導材１４０との接触後、更に押圧が進むことで、熱伝導材１４０の表面の酸化膜１４１を破り、より内部の酸化されていない清浄な領域（清浄領域）１４２に達するようになる。加熱により溶融した熱伝導材１４０は、突起１３２により酸化膜１４１が破られた所から、接続領域１３１の表面に濡れ広がり、更に半導体素子１２０の上面にも濡れ広がるようになる。
【００３７】
これと共に、放熱体１３０Ａは、その端部に設けられた接着剤１８０を介して、配線基板１１０の端部に接着される。接着剤１８０が硬化され、溶融して放熱体１３０Ａ及び半導体素子１２０の所定領域に濡れ広がった熱伝導材１４０が冷却、固化されることで、放熱体１３０Ａが配線基板１１０に接続され、放熱体１３０Ａと半導体素子１２０の間が熱伝導材１４０で接続される。尚、熱伝導材１４０を覆っていた酸化膜１４１は、例えば、図２（Ｃ）に示したように、放熱体１３０Ａや半導体素子１２０に接合された熱伝導材１４０の側端面等に残り得る。
【００３８】
このように熱伝導材１４０の加熱、溶融を行いながら放熱体１３０Ａを押圧することにより、図２（Ｃ）に示したようなＬＧＡ（Land Grid Array）タイプの半導体装置１００Ａが得られるようになる。
【００３９】
尚、熱伝導材１４０は、上記のような封止工程（図２（Ｂ））前に、図６に示すように、放熱体１３０Ａの接続領域１３１に仮付けしておいてもよい。
図６は第１の実施の形態に係る部材配置工程の別例の断面模式図である。
【００４０】
封止工程に先立ち、例えば、熱伝導材１４０を、その融点以下の温度で加熱しながら接続領域１３１に圧着し、接続領域１３１に設けた突起１３２を、熱伝導材１４０の酸化膜１４１を貫通させ、内部の清浄領域１４２に到達させる。例えば、０．２５ＭＰａ±０．０５ＭＰａの加重で、熱伝導材１４０の材質に応じた８０℃〜１６０℃の融点以下の温度で加熱を行いながら、１５秒以下で加熱圧着を行い、熱伝導材１４０を放熱体１３０Ａに仮付けする。
【００４１】
このようにして熱伝導材１４０を仮付けした放熱体１３０Ａを、上記の図２（Ｂ）の例に従い、加熱を行いながら配線基板１１０側に押圧する。突起１３２が予め熱伝導材１４０の酸化膜１４１を貫通して内部の清浄領域１４２に達しているため、溶融した熱伝導材１４０は、その酸化膜１４１を貫通している突起１３２の所から、接続領域１３１の表面等へ濡れ広がるようになる。そして、接着剤１８０の硬化、及び熱伝導材１４０の固化を行うことで、図２（Ｃ）に示したような半導体装置１００Ａを得ることができる。
【００４２】
ところで、上記のような熱伝導材表面に形成された酸化膜は、フラックスを用いて除去することも可能であり、それにより、熱伝導材の放熱体や半導体素子等との濡れ性を確保することができる。但し、フラックスを使用した場合には、フラックスの揮発によって熱伝導材にボイドが発生し、組み立て後の半導体装置において、半導体素子から放熱体への熱伝導効率が低下してしまう可能性がある。更に、フラックスの使用は、環境面への影響も懸念されている。
【００４３】
一方、第１の実施の形態に係る半導体装置１００Ａの組み立てにおいては、放熱体１３０Ａに設けられた突起１３２により熱伝導材１４０の酸化膜１４１が破られ、そこから熱伝導材１４０が接続領域１３１の表面等に濡れ広がるようになる。そのため、フラックスレスで、また、熱伝導材１４０のボイドの発生を抑えて、半導体装置１００Ａの組み立てを行うことができる。
【００４４】
更に、放熱体１３０Ａの突起１３２で酸化膜１４１が破られた熱伝導材１４０は、比較的速やかに接続領域１３１の表面等に濡れ広がっていくため、押圧時に、酸化膜１４１で覆われた熱伝導材１４０が破裂するといった事態を回避することが可能になる。またそれにより、破裂した熱伝導材１４０が半導体素子１２０の周辺に飛散するといった事態を回避することが可能になる。
【００４５】
ここで、上記のような突起を設けない放熱体を用い、フラックスレスで半導体装置を組み立てる方法の一例について説明する。
図７は放熱体の別例を示す図であって、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図である。また、図８は半導体装置の組み立て工程の別例を示す図であって、（Ａ）は部材配置工程の別例の断面模式図、（Ｂ）は封止工程の別例の断面模式図、（Ｃ）は封止後の別例の断面模式図である。
【００４６】
ここでは、図７（Ａ），（Ｂ）に示すような、突起を有しない放熱体１３０ａを用いる。このような放熱体１３０ａの接続領域１３１に熱伝導材１４０を仮付けする。熱伝導材１４０の表面には、酸化膜１４１が形成されている。
【００４７】
熱伝導材１４０を仮付けし、端部に接着剤１８０を設けた放熱体１３０ａを、図８（Ａ）に示すように、半導体素子１２０及びチップ部品１７０を搭載した配線基板１１０の上方に配置する。そして、その放熱体１３０ａを、加熱を行いながら、図８（Ｂ）に示すように、配線基板１１０側に押圧する。加熱温度は、例えば、熱伝導材１４０が溶融する温度に設定する。
【００４８】
このとき、加熱により熱伝導材１４０は溶融するが、表面を覆っている酸化膜１４１が破れないと、放熱体１３０ａの押圧と共に、図８（Ｂ）に示したように、熱伝導材１４０が側方に押し出される。そして、押圧が進み、熱伝導材１４０に更に圧力が加わると、その圧力によって、熱伝導材１４０の側方に押し出された部分の酸化膜１４１が破れてしまう場合がある。
【００４９】
このような熱伝導材１４０の破裂が起こると、図８（Ｃ）に示すように、熱伝導材１４０が半導体素子１２０の周辺に飛散してしまう。仮に、飛散した熱伝導材１４０が、半導体素子１２０と共に配線基板１１０上に搭載されているチップ部品１７０に接触してしまうと、チップ部品１７０の種類や飛散した熱伝導材１４０の接触箇所によっては、ショート等の電気的な不具合が発生する場合がある。
【００５０】
これに対し、第１の実施の形態に係る半導体装置１００Ａでは、その放熱体１３０Ａに突起１３２を設ける。そのため、半導体装置１００Ａを組み立てる際、放熱体１３０Ａの突起１３２によって、熱伝導材１４０を覆う酸化膜１４１を破ることができ、上記のような熱伝導材１４０の破裂、及び破裂による熱伝導材１４０の飛散を効果的に抑制することができる。このような熱伝導材１４０の破裂、それによる飛散を抑制した半導体装置１００Ａの組み立てを、フラックスレスで実現することができる。
【００５１】
尚、ここでは、図２（Ｃ）に示したようなＬＧＡタイプの半導体装置１００Ａを例示したが、ＢＧＡ（Ball Grid Array）タイプの半導体装置を形成することもできる。
図９は第１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９には、第１の実施の形態に係る半導体装置の第１変形例の断面を模式的に図示している。
【００５２】
上記のようにして封止を行った後（図２）、この図９に示すように、配線基板１１０の裏面（半導体素子１２０の搭載面側と反対の面）に設けられている電極パッド１１２に、半田ボール１９０を搭載する。このようにしてＢＧＡタイプの半導体装置１００Ａａを得るようにしてもよい。
【００５３】
また、熱伝導材１４０の酸化膜１４１を破る突起１３２は、放熱体１３０Ａと半導体素子１２０の間の、ギャップの確保に利用することもできる。
図１０は第１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１０には、第１の実施の形態に係る半導体装置の第２変形例の断面を模式的に図示している。
【００５４】
図１０に示す半導体装置１００Ａｂでは、放熱体１３０Ａの接続領域１３１に、半導体素子１２０との間に確保されるべきギャップ（組み立て後の半導体装置１００Ａｂにおける熱伝導材１４０の厚さ）と同等サイズ（高さ）の突起１３２が設けられる。これにより、放熱体１３０Ａの押圧時には、突起１３２で熱伝導材１４０の酸化膜１４１が破られるほか、突起１３２がスペーサとなって放熱体１３０Ａの半導体素子１２０側への過剰な押圧が抑制される。これにより、放熱体１３０Ａの押圧後に得られる熱伝導材１４０の厚さのばらつき、放熱体１３０Ａの過剰な押圧による熱伝導材１４０の側方への流出を抑制することが可能になる。
【００５５】
尚、この図１０に示したような半導体装置１００Ａｂについても、その電極パッド１１２に半田ボール１９０を搭載し、ＢＧＡタイプの半導体装置を得ることができる。また、ＬＧＡタイプの半導体装置１００Ａｂ、ＢＧＡタイプの半導体装置において、その放熱体１３０Ａに、上記のようなギャップに合わせた高さの突起１３２に加え、それより低い突起１３２を混在させて配置するようにしてもよい。
【００５６】
次に、第２の実施の形態について説明する。
図１１は第２の実施の形態に係る半導体装置の組み立て工程の一例を示す図である。図１１において、（Ａ）は部材配置工程の一例の断面模式図、（Ｂ）は封止工程の一例の断面模式図、（Ｃ）は封止後の一例の断面模式図である。また、図１２は第２の実施の形態に係る放熱体の構成例を示す図である。図１２には、放熱体の凹部側から見た平面を模式的に図示している。尚、図１２（Ａ）〜（Ｃ）には、放熱体の凹部の配置例を示している。
【００５７】
第２の実施の形態に係る半導体装置１００Ｂでは、図１１及び図１２に示すような、接続領域１３１に複数の凹部１３４を設けた放熱体１３０Ｂが用いられる。凹部１３４が設けられた接続領域１３１は、その表面がメッキ層１３３で被覆されている。
【００５８】
凹部１３４は、上記の突起１３２と同様に、接続領域１３１に分散して配置する。例えば、５個（図１２（Ａ））、９個（図１２（Ｂ））、１６個、２５個といったように、接続領域１３１のサイズに応じ、一定の間隔（密度）で、凹部１３４を接続領域１３１に配置する。また、接続領域１３１の中央部よりもその周辺部で凹部１３４が密になるような配置とすることもできる（図１２（Ｃ））。
【００５９】
各凹部１３４の形状及びサイズは、封止工程（図１１（Ｂ））において、凹部１３４のエッジ１３４ａで熱伝導材１４０の酸化膜１４１を破ることができ、また、凹部１３４内に一定量の熱伝導材１４０を収容することができるものであれば、特に限定されない。例えば、深さが約２００μｍの凹部１３４を、隣接する凹部１３４の間隔を少なくとも約３ｍｍ確保して、均等或いは一部を密集させて配置する。
【００６０】
組み立て時には、図１１（Ａ）に示したように、半導体素子１２０及びチップ部品１７０を搭載した配線基板１１０、熱伝導材１４０、並びに接着剤１８０を設けた放熱体１３０Ｂの各部材が配置される。各部材の配置後は、図１１（Ｂ）に示すように、各部材間を接合し、封止する。
【００６１】
封止工程では、放熱体１３０Ｂを、半導体素子１２０及びチップ部品１７０を搭載した配線基板１１０側に、間に熱伝導材１４０を介在させた状態で、熱伝導材１４０が溶融する温度で加熱を行いながら、押圧する。表面に酸化膜１４１が形成された熱伝導材１４０は、押圧される放熱体１３０Ｂの凹部１３４に接触する。そして、その酸化膜１４１が凹部１３４のエッジ１３４ａで破られると、清浄領域１４２が露出し、熱伝導材１４０が接続領域１３１の表面や半導体素子１２０の上面に濡れ広がるようになる。このように濡れ広がる熱伝導材１４０は、凹部１３４の内部にも進入する。
【００６２】
これと共に、放熱体１３０Ｂは、その端部に設けられた接着剤１８０を介して、配線基板１１０の端部に接着される。接着剤１８０が硬化され、濡れ広がった熱伝導材１４０が冷却、固化されることで、放熱体１３０Ｂが配線基板１１０に接続され、放熱体１３０Ｂと半導体素子１２０の間が熱伝導材１４０で接続される。
【００６３】
このように熱伝導材１４０の加熱、溶融を行いながら放熱体１３０Ｂを押圧することにより、図１１（Ｃ）に示したようなＬＧＡタイプの半導体装置１００Ｂが得られるようになる。
【００６４】
第２の実施の形態に係る半導体装置１００Ｂでは、上記のように、その組み立ての際、放熱体１３０Ｂに設けた凹部１３４により、熱伝導材１４０の表面を覆う酸化膜１４１を破り、熱伝導材１４０が接続領域１３１の表面等に濡れ広がるようにする。これにより、表面を酸化膜１４１で覆われた熱伝導材１４０の破裂、破裂による熱伝導材１４０の飛散を抑制することができる。また、放熱体１３０Ｂに設けた凹部１３４には、一定量の熱伝導材１４０を収容することができるため、余剰の熱伝導材１４０が側方に押し出されるのを抑制し、そのような部分での酸化膜１４１の破裂、破裂による熱伝導材１４０の飛散を抑制することができる。
【００６５】
尚、図１１（Ｃ）に示したような半導体装置１００Ｂの組み立てにおいては、図１１（Ｂ）に示した封止工程前に、図１３に示すように、放熱体１３０Ｂの接続領域１３１に熱伝導材１４０を仮付けしておいてもよい。
【００６６】
図１３は第２の実施の形態に係る部材配置工程の別例の断面模式図である。
封止工程に先立ち、例えば、熱伝導材１４０を、その融点以下の温度で加熱しながら接続領域１３１に圧着し、接続領域１３１に設けた凹部１３４のエッジ１３４ａで熱伝導材１４０の酸化膜１４１を破り、清浄領域１４２を露出させる。更に、酸化膜１４１が破られた熱伝導材１４０の一部を凹部１３４内に進入させる。このようにして熱伝導材１４０を仮付けした放熱体１３０Ｂを、上記の図１１（Ｂ）の例に従い、加熱を行いながら配線基板１１０側に押圧して、図１１（Ｃ）に示したような半導体装置１００Ｂを得るようにしてもよい。
【００６７】
ここでは、ＬＧＡタイプの半導体装置１００Ｂを例示したが、ＢＧＡタイプの半導体装置を形成することもできる。
図１４は第２の実施の形態に係る半導体装置の変形例を示す図である。図１４には、第２の実施の形態に係る半導体装置の変形例の断面を模式的に図示している。
【００６８】
図１１に示したようにして封止を行った後、この図１４に示すように、配線基板１１０の電極パッド１１２に半田ボール１９０を搭載し、ＢＧＡタイプの半導体装置１００Ｂａを得るようにしてもよい。
【００６９】
また、以上の説明では、半導体装置１００Ｂの放熱体１３０Ｂとして凹部１３４を設けたものを用いる場合を例示したが、凹部１３４に加え、上記第１の実施の形態で述べたような突起１３２を設けた放熱体を用いることもできる。このような放熱体の例を、図１５及び図１６に示す。
【００７０】
図１５は第２の実施の形態に係る放熱体の第１変形例を示す図である。図１５には、第１変形例の放熱体の突起及び凹部側から見た平面を模式的に図示している。図１５（Ａ）には、放熱体の突起及び凹部の配置例を示している。
【００７１】
図１５に示す放熱体１３０Ｂａでは、その接続領域１３１に、突起１３２と凹部１３４が混在して配置されている。突起１３２と凹部１３４は、例えば、図１５に示したように、縦方向及び横方向に交互に並ぶように、一定の間隔で、配置することができる。尚、図１５に示した突起１３２と凹部１３４の配置及び個数は一例であって、これに限定されるものではない。
【００７２】
図１５に示したような放熱体１３０Ｂａによれば、半導体装置の組み立てにおける封止工程の際、まず突起１３２で熱伝導材１４０の酸化膜１４１が破られ、そこから熱伝導材１４０が接続領域１３１の表面等に濡れ広がる。また、酸化膜１４１が、凹部１３４のエッジ１３４ａで破られる場合もある。酸化膜１４１が突起１３２或いは凹部１３４で破られて濡れ広がる熱伝導材１４０は、一部が凹部１３４内に収容される。このような放熱体１３０Ｂａを用いることで、酸化膜１４１で覆われた熱伝導材１４０の破裂、破裂による熱伝導材１４０の飛散を効果的に抑制することができる。
【００７３】
図１６は第２の実施の形態に係る放熱体の第２変形例を示す図である。図１６には、第２変形例の放熱体の突起及び凹部側から見た平面を模式的に図示している。
図１６に示す放熱体１３０Ｂｂでは、その接続領域１３１に配置された複数の凹部１３４の各々に、突起１３２が設けられている。各突起１３２は、その先端部が凹部１３４から突出するようなサイズ（高さ）で設けられることが好ましい。尚、図１６に示した凹部１３４（及びその中の突起１３２）の配置及び個数は一例であって、これに限定されるものではない。
【００７４】
図１６に示したような放熱体１３０Ｂｂによれば、半導体装置の組み立てにおける封止工程の際、熱伝導材１４０の酸化膜１４１を突起１３２で破ることができるほか、凹部１３４のエッジ１３４ａでも破ることができる。また、余剰の熱伝導材１４０を、凹部１３４に残る隙間に収容することもできる。これにより、酸化膜１４１で覆われた熱伝導材１４０の破裂、破裂による熱伝導材１４０の飛散を効果的に抑制することができる。
【００７５】
尚、図１６には、複数の凹部１３４の各々に突起１３２が設けられた放熱体１３０Ｂｂを例示したが、突起１３２が設けられた凹部１３４と、突起１３２が設けられていない単体の凹部１３４とが均等又は一部密集して配置された放熱体を用いてもよい。また、突起１３２が設けられた凹部１３４と、凹部１３４に設けられていない単体の突起１３２とが均等又は一部密集して配置された放熱体を用いることもできる。
【００７６】
次に、第３の実施の形態について説明する。
図１７は第３の実施の形態に係る半導体装置の組み立て工程の一例を示す図である。図１７において、（Ａ）は部材配置工程の一例の断面模式図、（Ｂ）は封止工程の一例の断面模式図、（Ｃ）は封止後の一例の断面模式図である。また、図１８は第３の実施の形態に係る放熱体の構成例を示す図である。図１８には、放熱体の突起側から見た平面を模式的に図示している。尚、図１８には、放熱体の突起の配置例を示している。
【００７７】
第３の実施の形態に係る半導体装置１００Ｃでは、図１７及び図１８に示すような、接続領域１３１に設けられる複数の突起１３２のうち、一部が接続領域１３１の外周に沿って配置された放熱体１３０Ｃが用いられる。接続領域１３１の外周部に配置された突起１３２は、例えば、その先端部が半導体素子１２０の側端面より外側に位置するように、配置される。尚、図１７及び図１８に示した突起１３２の個数は一例であって、これに限定されるものではない。
【００７８】
組み立て時には、図１７（Ａ）に示したように、半導体素子１２０及びチップ部品１７０を搭載した配線基板１１０、熱伝導材１４０、並びに接着剤１８０を設けた放熱体１３０Ｃの各部材が配置される。各部材の配置後は、図１７（Ｂ）に示すように、各部材間を接合し、封止する。
【００７９】
封止工程では、放熱体１３０Ｃを、半導体素子１２０及びチップ部品１７０を搭載した配線基板１１０側に、間に熱伝導材１４０を介在させた状態で、熱伝導材１４０が溶融する温度で加熱を行いながら、押圧する。
【００８０】
ここで、図１９は第３の実施の形態に係る放熱体押圧時の状態の一例を示す図である。図１９は、図１７（Ｂ）のＸ部の拡大図である。
放熱体１３０Ｃを配線基板１１０側に押圧すると、接続領域１３１の外周部よりも内側に配置された突起１３２は、上記同様、熱伝導材１４０の表面を覆っている酸化膜１４１を破り、より内部の酸化されていない清浄領域１４２へと進入する。
【００８１】
一方、接続領域１３１の外周部に配置された突起１３２は、図１７及び図１９に示したように、熱伝導材１４０の平面サイズが半導体素子１２０の平面サイズよりも大きい場合、半導体素子１２０よりも外側の熱伝導材１４０の端部を配線基板１１０側に押し込む。熱伝導材１４０の端部は、突起１３２に押されて折れ曲がり、また、熱伝導材１４０の端部と突起１３２とが擦れる。このとき、熱伝導材１４０の折れ曲がった部分、突起１３２と擦れた部分の酸化膜１４１が破れ、内部の清浄領域１４２が露出する。
【００８２】
このようにして放熱体１３０Ｃの突起１３２で熱伝導材１４０の酸化膜１４１が破られることで、加熱により溶融した熱伝導材１４０が接続領域１３１の表面等に濡れ広がるようになる。
【００８３】
尚、熱伝導材１４０の平面サイズが半導体素子１２０の平面サイズと同じか或いは小さい場合には、放熱体１３０Ｃの接続領域１３１の外周部に配置された突起１３２が、溶融した熱伝導材１４０の側方への流出を抑制するダムとして機能し得る。接続領域１３１の外周部に配置する突起１３２にこのようなダムの機能を持たせる場合には、当該外周部の突起１３２を、それより内側に配置する突起１３２よりも大きなサイズ（高さ）としてもよい。
【００８４】
封止工程では、上記のようにして熱伝導材１４０が濡れ広がると共に、放熱体１３０Ｃの端部が接着剤１８０を介して配線基板１１０の端部に接着される。接着剤１８０が硬化され、濡れ広がった熱伝導材１４０が冷却、固化されることで、放熱体１３０Ｃが配線基板１１０に接続され、放熱体１３０Ｃと半導体素子１２０の間が熱伝導材１４０で接続される。
【００８５】
このように熱伝導材１４０の加熱、溶融を行いながら放熱体１３０Ｃを押圧することにより、図１７（Ｃ）に示したようなＬＧＡタイプの半導体装置１００Ｃが得られるようになる。
【００８６】
ここでは、ＬＧＡタイプの半導体装置１００Ｃを例示したが、ＢＧＡタイプの半導体装置を形成することもできる。
図２０は第３の実施の形態に係る半導体装置の変形例を示す図である。図２０には、第３の実施の形態に係る半導体装置の変形例の断面を模式的に図示している。
【００８７】
図１７に示したようにして封止を行った後、この図２０に示すように、配線基板１１０の電極パッド１１２に半田ボール１９０を搭載し、ＢＧＡタイプの半導体装置１００Ｃａを得るようにしてもよい。
【００８８】
次に、第４の実施の形態について説明する。
まず、上記のような突起や凹部を設けていない放熱体を用いた場合に起こり得る熱伝導材の側方への流出について述べる。
【００８９】
図２１は熱伝導材の流出状態の一例を示す図である。図２１には、配線基板の上面側から見た平面を模式的に図示しており、放熱体についてはその図示を省略している。
例えば、接続領域１３１に突起も凹部も設けていない放熱体１３０ａ（図７）を用いた場合、加熱により溶融した熱伝導材１４０は、側方全体に均一に流動するとは限らず、図２１のＹ部のような熱伝導材１４０の局所的な流出が起こり得る。熱伝導材１４０のこのような局所的な流出が起こると、その箇所で熱伝導材１４０とチップ部品１７０との距離が近くなるため、両者の接触、それによるショートの発生の可能性が高まる。また、このように局所的に流出した熱伝導材１４０が、その表面を覆っている酸化膜の影響で破裂し、飛散すると、飛散した熱伝導材１４０とチップ部品１７０との接触、それによるショートの発生の可能性が高まる。
【００９０】
そこで、この第４の実施の形態では、半導体装置に、上記のような熱伝導材１４０の流出が抑制可能な放熱体を用いる。
図２２は第４の実施の形態に係る半導体装置の組み立て工程の一例を示す図である。図２２において、（Ａ）は部材配置工程の一例の断面模式図、（Ｂ）は封止工程の一例の断面模式図、（Ｃ）は封止後の一例の断面模式図である。また、図２３は第４の実施の形態に係る放熱体の構成例を示す図である。図２３には、放熱体の突起側から見た平面を模式的に図示している。尚、図２３（Ａ），（Ｂ）には、放熱体の突起の配置例を示している。
【００９１】
第４の実施の形態に係る半導体装置１００Ｄでは、図２２及び図２３に示すような、接続領域１３１平面を複数に分割する仕切り状の突起１３２を備える放熱体１３０Ｄが用いられる。仕切り状の突起１３２は、例えば、図２３（Ａ）に示すように、矩形状の接続領域１３１平面の対向する辺の中点同士を結ぶような十字状に配置したり、図２３（Ｂ）に示すように、対角線上に十字状に配置したりすることができる。
【００９２】
尚、図２３（Ａ），（Ｂ）には、仕切り状の突起１３２によって接続領域１３１平面を４分割する場合を例示したが、分割数はこれに限定されるものではない。例えば、図２３（Ａ），（Ｂ）の構成を組み合わせ、接続領域１３１平面を８分割するような仕切り状の突起１３２を設けることもできる。
【００９３】
組み立て時には、図２２（Ａ）に示したように、半導体素子１２０及びチップ部品１７０を搭載した配線基板１１０、熱伝導材１４０、並びに接着剤１８０を設けた放熱体１３０Ｄの各部材が配置される。続く封止工程では、図２２（Ｂ）に示すように、放熱体１３０Ｄを、半導体素子１２０及びチップ部品１７０を搭載した配線基板１１０側に、間に熱伝導材１４０を介在させた状態で、熱伝導材１４０が溶融する温度で加熱を行いながら、押圧する。
【００９４】
放熱体１３０Ｄを配線基板１１０側に押圧すると、仕切り状の突起１３２は、熱伝導材１４０の表面を覆っている酸化膜１４１を破り、より内部の酸化されていない清浄領域１４２へと進入する。このとき、熱伝導材１４０の酸化膜１４１は、仕切り状の突起１３２に沿って破られ、熱伝導材１４０にはそれを分割するような切れ目が入る。熱伝導材１４０は、このようにしてその表面の酸化膜１４１が破られ、仕切り状の突起１３２の所から均一性良く接続領域１３１の表面等に濡れ広がる。更に、濡れ広がる熱伝導材１４０は、仕切り状の突起１３２が存在することで、その流動方向に一定の制約を受ける。
【００９５】
このように仕切り状の突起１３２で酸化膜１４１を破り、更に、仕切り状の突起１３２で熱伝導材１４０の流動を制御することで、熱伝導材１４０の側方への流出、その際の局所的な流出を、効果的に抑制することができる。
【００９６】
封止工程では、上記のようにして熱伝導材１４０が濡れ広がると共に、放熱体１３０Ｄの端部が接着剤１８０を介して配線基板１１０の端部に接着される。接着剤１８０が硬化され、濡れ広がった熱伝導材１４０が冷却、固化されることで、放熱体１３０Ｄが配線基板１１０に接続され、放熱体１３０Ｄと半導体素子１２０の間が熱伝導材１４０で接続される。
【００９７】
このように熱伝導材１４０の加熱、溶融を行いながら放熱体１３０Ｄを押圧することにより、図２２（Ｃ）に示したようなＬＧＡタイプの半導体装置１００Ｄが得られるようになる。
【００９８】
尚、放熱体１３０Ｄに設ける仕切り状の突起１３２の高さは、放熱体１３０Ｄと半導体素子１２０の間に設けるギャップ（組み立て後の半導体装置１００Ｄにおける熱伝導材１４０の厚さ）以下に設定することができる。例えば、仕切り状の突起１３２の高さを、放熱体１３０Ｄと半導体素子１２０のギャップ（例えば２５０μｍ）と同等にする。仕切り状の突起１３２が高くなるほど、加熱により溶融した熱伝導材１４０の流動制御、流出抑制の効果は高くなる。
【００９９】
ここでは、ＬＧＡタイプの半導体装置１００Ｄを例示したが、ＢＧＡタイプの半導体装置を形成することもできる。
図２４は第４の実施の形態に係る半導体装置の変形例を示す図である。図２４には、第４の実施の形態に係る半導体装置の変形例の断面を模式的に図示している。
【０１００】
図２２に示したようにして封止を行った後、この図２４に示すように、配線基板１１０の電極パッド１１２に半田ボール１９０を搭載し、ＢＧＡタイプの半導体装置１００Ｄａを得るようにしてもよい。
【０１０１】
次に、第５の実施の形態について説明する。
図２５は第５の実施の形態に係る半導体装置の組み立て工程の一例を示す図である。図２５において、（Ａ）は部材配置工程の一例の断面模式図、（Ｂ）は封止工程の一例の断面模式図、（Ｃ）は封止後の一例の断面模式図である。また、図２６は第５の実施の形態に係る放熱体の構成例を示す図である。図２６には、放熱体の突起側から見た平面を模式的に図示している。尚、図２６（Ａ），（Ｂ）には、放熱体の突起の配置例を示している。
【０１０２】
第５の実施の形態に係る半導体装置１００Ｅでは、図２５及び図２６に示すような、接続領域１３１平面を複数に分割する仕切り状の突起１３２を備えていて、その突起１３２が接続領域１３１の外側まで延在している放熱体１３０Ｅが用いられる。第５の実施の形態に係る放熱体１３０Ｅは、このような点で、上記第４の実施の形態に係る放熱体１３０Ｄと相違する。例えば、仕切り状の突起１３２を、放熱体１３０Ｄのときと比べて、接続領域１３１の外側に約１．５ｍｍ延長する。
【０１０３】
放熱体１３０Ｅの仕切り状の突起１３２は、例えば、図２６（Ａ）に示すように、矩形状の接続領域１３１平面の対向する辺の中点同士を通るような十字状に配置したり、図２６（Ｂ）に示すように、対角線上を通るような十字状に配置したりすることができる。尚、図２６（Ａ），（Ｂ）には、仕切り状の突起１３２によって接続領域１３１平面を４分割する場合を例示したが、分割数はこれに限定されるものではない。
【０１０４】
組み立て時には、図２５（Ａ）に示したように、半導体素子１２０及びチップ部品１７０を搭載した配線基板１１０、熱伝導材１４０、並びに接着剤１８０を設けた放熱体１３０Ｅの各部材が配置される。続く封止工程では、図２５（Ｂ）に示すように、放熱体１３０Ｅを配線基板１１０側に、熱伝導材１４０が溶融する温度で加熱を行いながら、押圧する。
【０１０５】
放熱体１３０Ｅの押圧に伴い、熱伝導材１４０は、その表面の酸化膜１４１が仕切り状の突起１３２で破られ、仕切り状の突起１３２で流動を制御されて、接続領域１３１の表面等に濡れ広がる。更に、放熱体１３０Ｅでは、仕切り状の突起１３２が接続領域１３１の外側まで延在しているため、余剰の熱伝導材１４０が仕切り状の突起１３２の延在部分にも濡れ広がるようになる。このような放熱体１３０Ｅによれば、熱伝導材１４０の側方への流出、それに起因した飛散、ショート等の不具合を、効果的に抑制することができる。
【０１０６】
封止工程では、上記のようにして熱伝導材１４０が濡れ広がると共に、放熱体１３０Ｅの端部が接着剤１８０を介して配線基板１１０の端部に接着される。接着剤１８０が硬化され、濡れ広がった熱伝導材１４０が冷却、固化されることで、放熱体１３０Ｅが配線基板１１０に接続され、放熱体１３０Ｅと半導体素子１２０の間が熱伝導材１４０で接続される。
【０１０７】
このように熱伝導材１４０の加熱、溶融を行いながら放熱体１３０Ｅを押圧することにより、図２５（Ｃ）に示したようなＬＧＡタイプの半導体装置１００Ｅが得られるようになる。
【０１０８】
ここでは、ＬＧＡタイプの半導体装置１００Ｅを例示したが、ＢＧＡタイプの半導体装置を形成することもできる。
図２７は第５の実施の形態に係る半導体装置の変形例を示す図である。図２７には、第５の実施の形態に係る半導体装置の変形例の断面を模式的に図示している。
【０１０９】
図２５に示したようにして封止を行った後、この図２７に示すように、配線基板１１０の電極パッド１１２に半田ボール１９０を搭載し、ＢＧＡタイプの半導体装置１００Ｅａを得るようにしてもよい。
【０１１０】
以上説明したように、配線基板に搭載された半導体素子と熱伝導材を介して接続される放熱体に、突起若しくは凹部、又は突起と凹部の両方を設ける。これにより、半導体装置の組み立て時には、熱伝導材の表面が酸化膜で覆われているような場合であっても、その酸化膜を放熱体の突起や凹部で破ることができる。その結果、熱伝導材は、酸化膜の破れた所から濡れ広がるようになるため、酸化膜で覆われた熱伝導材が押し出されて破裂し、飛散する事態を回避することができ、そのような熱伝導材の飛散に起因した不具合の発生を抑えた半導体装置を実現することが可能になる。
【０１１１】
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、
前記基板上に搭載された半導体素子と、
前記半導体素子を覆う放熱体と、
前記半導体素子の上面と該上面に対向する前記放熱体の接続領域とを接続する熱伝導材と、
を含み、
前記放熱体が、前記接続領域に突起を有することを特徴とする半導体装置。
【０１１２】
（付記２） 前記放熱体は、前記接続領域に凹部を有することを特徴とする付記１に記載の半導体装置。
（付記３） 前記突起は、前記凹部に設けられていることを特徴とする付記２に記載の半導体装置。
【０１１３】
（付記４） 前記放熱体は、前記接続領域の外周部に第２の突起を有す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） 前記突起は、前記接続領域を複数に分割する仕切り状であることを特徴とする付記１に記載の半導体装置。
【０１１４】
（付記６） 前記突起は、前記接続領域の外側まで延在していることを特徴とする付記５に記載の半導体装置。
（付記７） 前記突起を複数有し、
複数の前記突起は、前記接続領域の中央部よりも該中央部の周辺部で密に配置されていることを特徴とする付記１に記載の半導体装置。
【０１１５】
（付記８） 基板と、
前記基板上に搭載された半導体素子と、
前記半導体素子を覆う放熱体と、
前記半導体素子の上面と該上面に対向する前記放熱体の接続領域とを接続する熱伝導材と、
を含み、
前記放熱体が、前記接続領域に複数の凹部を有することを特徴とする半導体装置。
【０１１６】
（付記９） 前記放熱体は、前記接続領域に突起を有することを特徴とする付記８に記載の半導体装置。
（付記１０） 前記突起を複数有し、
複数の前記突起は、複数の前記凹部にそれぞれ設けられていることを特徴とする付記９に記載の半導体装置。
【０１１７】
（付記１１） 複数の前記凹部は、前記接続領域の中央部よりも該中央部の周辺部で密に配置されていることを特徴とする付記８に記載の半導体装置。
（付記１２） 基板上に半導体素子を搭載する工程と、
前記半導体素子の上方に、熱伝導材を介して、前記半導体素子を覆い且つ前記半導体素子の上面に対向する接続領域に突起を有する放熱体を配置する工程と、
前記放熱体を、加熱を行いながら前記半導体素子側に押圧し、前記熱伝導材によって前記上面と前記接続領域とを接続する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１１８】
（付記１３） 前記放熱体を押圧する工程では、前記突起によって、前記熱伝導材を被覆する酸化膜を破ることを特徴とする付記１２に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１４） 基板上に半導体素子を搭載する工程と、
前記半導体素子の上方に、熱伝導材を介して、前記半導体素子を覆い且つ前記半導体素子の上面に対向する接続領域に複数の凹部を有する放熱体を配置する工程と、
前記放熱体を、加熱を行いながら前記半導体素子側に押圧し、前記熱伝導材によって前記上面と前記接続領域とを接続する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１１９】
（付記１５） 前記放熱体を押圧する工程では、前記凹部によって、前記熱伝導材を被覆する酸化膜を破ることを特徴とする付記１４に記載の半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【０１２０】
１０，１００Ａ，１００Ａａ，１００Ａｂ，１００Ｂ，１００Ｂａ，１００Ｃ，１００Ｃａ，１００Ｄ，１００Ｄａ，１００Ｅ，１００Ｅａ 半導体装置
１１ 基板
１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１１１，１１２，１２１ 電極パッド
１２，１２０ 半導体素子
１３，１３０ａ，１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｂａ，１３０Ｂｂ，１３０Ｃ，１３０Ｄ，１３０Ｅ 放熱体
１３ａ，１３１ 接続領域
１３ｂ，１３２ 突起
１４，１４０ 熱伝導材
１４ａ，１４１ 酸化膜
１４ｂ，１４２ 清浄領域
１５，１５０ バンプ
１１０ 配線基板
１２２，１３３ メッキ層
１３４ 凹部
１３４ａ エッジ
１６０ アンダーフィル材
１７０ チップ部品
１８０ 接着剤
１９０ 半田ボール
【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】
半導体装置の一形態として、基板に搭載された半導体素子の上に放熱体を設ける形態が知られている。このような半導体装置においては、例えば、半導体素子と放熱板の間を熱伝導接合材により接合する技術、突起を設けたリッドを接着樹脂で接着或いはバンプ等で接続する技術等が知られている。また、放熱板に突起状部分が形成された半田部材を載置し、その突起状部分の酸化膜を半導体素子で破壊することによって、半導体素子と放熱板の間に半田部材を供給する技術等も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４４１１１２３号公報
【特許文献２】特開２００２−２６１２１４号公報
【特許文献３】特開昭５４−１３７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
基板上に搭載した半導体素子と放熱体の間に熱伝導材を設ける半導体装置は、例えば、半導体素子と放熱体の間に熱伝導材を介在させ、加熱を行いながら放熱体を半導体素子側に押圧し、放熱体と半導体素子の間を熱伝導材で接合することで組み立てられる。しかし、このような組み立ての際、熱伝導材の表面が酸化膜で覆われているような場合には、熱伝導材が加熱により溶融しても、その表面の酸化膜のために濡れ広がらず、放熱体の押圧により破裂し、半導体素子周辺の基板上等に飛散してしまう場合があった。このように半導体素子の周辺に飛散した熱伝導材は、その飛散箇所によっては、ショート等、半導体装置の不具合を発生させる可能性がある。
【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、前記基板上に搭載された半導体素子と、前記半導体素子を覆う放熱体と、前記半導体素子の上面と該上面に対向する前記放熱体の接続領域とを接続する熱伝導材とを含み、前記放熱体が、前記接続領域に突起を有している半導体装置が提供される。また、このような半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
開示の技術によれば、熱伝導材の半導体素子周辺への飛散を抑制し、熱伝導材の飛散による不具合の発生を抑えた半導体装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】半導体装置の組み立て工程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組み立て工程の一例を示す図である。
【図３】半導体素子及びチップ部品の搭載面側から見た配線基板の平面模式図である。
【図４】第１の実施の形態に係る放熱体の構成例を示す図（その１）である。
【図５】第１の実施の形態に係る放熱体の構成例を示す図（その２）である。
【図６】第１の実施の形態に係る部材配置工程の別例の断面模式図である。
【図７】放熱体の別例を示す図である。
【図８】半導体装置の組み立て工程の別例を示す図である。
【図９】第１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１０】第１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１１】第２の実施の形態に係る半導体装置の組み立て工程の一例を示す図である。
【図１２】第２の実施の形態に係る放熱体の構成例を示す図である。
【図１３】第２の実施の形態に係る部材配置工程の別例の断面模式図である。
【図１４】第２の実施の形態に係る半導体装置の変形例を示す図である。
【図１５】第２の実施の形態に係る放熱体の第１変形例を示す図である。
【図１６】第２の実施の形態に係る放熱体の第２変形例を示す図である。
【図１７】第３の実施の形態に係る半導体装置の組み立て工程の一例を示す図である。
【図１８】第３の実施の形態に係る放熱体の構成例を示す図である。
【図１９】第３の実施の形態に係る放熱体押圧時の状態の一例を示す図である。
【図２０】第３の実施の形態に係る半導体装置の変形例を示す図である。
【図２１】熱伝導材の流出状態の一例を示す図である。
【図２２】第４の実施の形態に係る半導体装置の組み立て工程の一例を示す図である。
【図２３】第４の実施の形態に係る放熱体の構成例を示す図である。
【図２４】第４の実施の形態に係る半導体装置の変形例を示す図である。
【図２５】第５の実施の形態に係る半導体装置の組み立て工程の一例を示す図である。
【図２６】第５の実施の形態に係る放熱体の構成例を示す図である。
【図２７】第５の実施の形態に係る半導体装置の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は半導体装置の組み立て工程の一例を示す図である。図１において、（Ａ）は部材配置工程の一例の断面模式図、（Ｂ）は封止工程の一例の断面模式図、（Ｃ）は封止後の一例の断面模式図である。
【０００９】
まず、組み立てられる半導体装置の構成について、図１（Ｃ）を参照して説明する。図１（Ｃ）に示すように、半導体装置１０は、基板１１、半導体素子１２、放熱体１３、及び熱伝導材１４を有している。
【００１０】
基板１１は、絶縁部、及びその絶縁部内に設けられた配線、ビア等の導電部を含んでいる。基板１１の両主面（表裏面）にはそれぞれ、内部の導電部と電気的に接続された電極パッド１１ａ，１１ｂが設けられている。
【００１１】
半導体素子１２は、その一方の面に設けられた電極パッド１２ａを有している。電極パッド１２ａは、基板１１の電極パッド１１ａと対応する位置に設けられている。半導体素子１２は、その電極パッド１２ａが、基板１１の電極パッド１１ａとバンプ１５を介して接続（フリップチップ実装）され、基板１１上に搭載されている。
【００１２】
放熱体１３は、例えば、基板１１上に搭載された半導体素子１２を覆う形状とされる。放熱体１３は、半導体素子１２との間に設けられた熱伝導材１４を介して、半導体素子１２と接続されている。また、放熱体１３は、その端部で基板１１と接続されている。放熱体１３は、半導体素子１２と対向する接続領域（熱伝導材１４の接合領域）１３ａに、半導体素子１２側に突出する、少なくとも１つの突起１３ｂを有している。突起１３ｂは、熱伝導材１４の内部に達するようなサイズで設けられている。
【００１３】
図１（Ｃ）に示したような構成を有する半導体装置１０は、例えば、図１（Ａ），（Ｂ）のような工程を経て組み立てることができる。組み立ての際は、まず、図１（Ａ）に示すように、基板１１上に搭載された半導体素子１２の上に、熱伝導材１４を介して放熱体１３を配置する。そして、熱伝導材１４が溶融する温度で加熱を行いながら、図１（Ｂ）に示すように、放熱体１３を熱伝導材１４側（半導体素子１２及び基板１１側）に押圧する。
【００１４】
この押圧時には、まず放熱体１３に設けた突起１３ｂが熱伝導材１４に接触する。加熱により溶融した熱伝導材１４は、例えば、放熱体１３の突起１３ｂから接続領域１３ａの表面に濡れ広がり、更に半導体素子１２の上面へと濡れ広がる。たとえ押圧前の熱伝導材１４の表面が、図１（Ａ）に示したような酸化膜１４ａで覆われている場合でも、その酸化膜１４ａを、放熱体１３の突起１３ｂで破ることができる。突起１３ｂは、熱伝導材１４の、酸化膜１４ａが破られた、より内部の酸化されていない清浄な領域（清浄領域）１４ｂに達するようになる。加熱により溶融した熱伝導材１４は、そのような酸化膜１４ａの破れた所から、放熱体１３の接続領域１３ａの表面や半導体素子１２の上面に濡れ広がるようになる。
【００１５】
酸化膜１４ａで覆われた熱伝導材１４を、突起１３ｂを設けない放熱体で押圧する場合、熱伝導材１４は、その酸化膜１４ａのために、溶融しても接続領域１３ａの表面等に濡れ広がらず、押圧が進むにつれて側方へ押し出され、破裂してしまう場合がある。破裂した熱伝導材１４が半導体素子１２の周辺の基板１１上等に飛散すると、飛散した熱伝導材１４によってショート等の不具合が発生する可能性がある。
【００１６】
これに対し、突起１３ｂを設けた放熱体１３を用いると、熱伝導材１４を覆う酸化膜１４ａが突起１３ｂで破られるため、溶融した熱伝導材１４は、その酸化膜１４ａが破れた所から、接続領域１３ａの表面等に濡れ広がるようになる。このように、放熱体１３に突起１３ｂを設けることにより、上記のように酸化膜１４ａで覆われた熱伝導材１４が押し出されて破裂してしまうのを抑制することが可能になる。それにより、破裂した熱伝導材１４が半導体素子１２の周辺に飛散してしまうのを抑制し、飛散した熱伝導材１４に起因したショート等の不具合の発生を抑制することが可能になる。
【００１７】
以下、半導体装置及びその形成（組み立て）方法について、より詳細に説明する。
まず、第１の実施の形態について説明する。
図２は第１の実施の形態に係る半導体装置の組み立て工程の一例を示す図である。図２において、（Ａ）は部材配置工程の一例の断面模式図、（Ｂ）は封止工程の一例の断面模式図、（Ｃ）は封止後の一例の断面模式図である。
【００１８】
図２（Ａ）に示すように、組み立ての際には、半導体素子１２０が搭載された配線基板１１０、放熱体１３０Ａ、及び熱伝導材１４０が準備される。
配線基板１１０は、絶縁部、及びその絶縁部内に設けられた導電部（配線、ビア等）を含んでいる。配線基板１１０の一方の面（表面）には、電極パッド１１１が設けられ、他方の面（裏面）には、半田ボール等が搭載される電極パッド１１２が設けられている。
【００１９】
半導体素子１２０は、配線基板１１０との対向面における、配線基板１１０の電極パッド１１１に対応する位置に、電極パッド１２１を有している。半導体素子１２０は、電極パッド１１１，１２１間がバンプ１５０で接続（フリップチップ実装）され、配線基板１１０上に搭載されている。配線基板１１０と半導体素子１２０の接続部（電極パッド１１１，１２１及びバンプ１５０）は、アンダーフィル材１６０で被覆されている。
【００２０】
また、配線基板１１０上には、半導体素子１２０と共に、他の電子部品、例えばチップ抵抗やチップコンデンサ等のチップ部品１７０が搭載されている。
図３は半導体素子及びチップ部品の搭載面側から見た配線基板の平面模式図である。
【００２１】
前述のように、配線基板１１０上には、半導体素子１２０がフリップチップ実装されており、それらの接続部は、アンダーフィル材１６０で被覆されている。このように配線基板１１０上に搭載された半導体素子１２０の周辺に、例えば、図３に示したように、半導体素子１２０を取り囲んで、複数（ここでは一例として１６個）のチップ部品１７０が配線基板１１０上に搭載されている。
【００２２】
半導体素子１２０の上面（配線基板１１０側と反対の面（背面））には、加熱により溶融される熱伝導材１４０の濡れ性の観点から、図２（Ａ）及び図３に示したように、メッキ層１２２が設けられている。このメッキ層１２２には、例えば、チタン（Ｔｉ）メッキ層上に金（Ａｕ）メッキ層を積層したＴｉ／Ａｕメッキ層、或いはＴｉメッキ層上にニッケル（Ｎｉ）メッキ層及びＡｕメッキ層を順に積層したＴｉ／Ｎｉ／Ａｕメッキ層を用いることができる。
【００２３】
組み立て時には、このようにして配線基板１１０上にチップ部品１７０と共に搭載された半導体素子１２０の上に、熱伝導材１４０が配置される。
熱伝導材１４０には、例えば、図２（Ａ）に示したように、シート状のものが用いられる。例えば、厚さ約３５０μｍのシート状の熱伝導材１４０が用いられる。熱伝導材１４０には、半導体素子１２０と放熱体１３０Ａの間を接合することができ、半導体素子１２０で発生した熱を放熱体１３０Ａに効率的に伝熱することができる材料を用いる。熱伝導材１４０には、例えば、半田材料を用いることができる。熱伝導材１４０に用い得る半田材料としては、スズ鉛（ＳｎＰｂ）系、スズ銀（ＳｎＡｇ）系、インジウム（Ｉｎ）系、インジウム銀（ＩｎＡｇ）系、スズアンチモン（ＳｎＳｂ）系、スズビスマス（ＳｎＢｉ）系等の半田材料を挙げることができる。
【００２４】
上記のような半田材料を用いた場合等、熱伝導材１４０の材質によっては、図２（Ａ）に示したように、その表面に酸化膜１４１が形成され得る。酸化膜１４１は、例えば、熱伝導材１４０を大気中で取り扱う際等にその表面に薄く形成され得る（自然酸化膜）。ここでは、このような酸化膜１４１が形成されている熱伝導材１４０を用いた組み立てを例に説明する。
【００２５】
図２（Ａ）に示したように、半導体素子１２０の上方に配置する熱伝導材１４０の更に上方には、放熱体１３０Ａが配置される。放熱体１３０Ａは、例えば、配線基板１１０上に搭載された半導体素子１２０及びチップ部品１７０を覆う（封止する）ことができるような形状とされる。放熱体１３０Ａには、半導体素子１２０から熱伝導材１４０を介して伝熱されてくる熱を、効率的に外部へ放熱することができる材料を用いる。放熱体１３０Ａには、例えば、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）等の材料を用いることができる。放熱体１３０Ａの外周端部には、接着剤１８０が設けられ、放熱体１３０Ａは、この接着剤１８０を介して配線基板１１０の外周端部に接着固定されるようになっている。
【００２６】
放熱体１３０Ａの内側の、熱伝導材１４０や半導体素子１２０と対向する接続領域（熱伝導材１４０の接合領域）１３１は、その周囲よりも高くなる（熱伝導材１４０及び半導体素子１２０側に突出する）ように、凸状に形成されている。このような放熱体１３０Ａの接続領域１３１には、熱伝導材１４０及び半導体素子１２０側に突出する、複数の突起１３２が設けられている。突起１３２が設けられた接続領域１３１は、続く図２（Ｂ）に示す封止工程において溶融される熱伝導材１４０の濡れ性の観点から、図２（Ａ）に示したように、その表面がメッキ層１３３で被覆されている。メッキ層１３３には、例えば、Ｎｉメッキ層上にＡｕメッキ層を積層したＮｉ／Ａｕメッキ層を用いることができる。
【００２７】
図４及び図５は第１の実施の形態に係る放熱体の構成例を示す図である。図４及び図５には、第１の実施の形態に係る放熱体の突起側から見た平面を模式的に図示している。尚、図４（Ａ）〜（Ｃ）及び図５には、放熱体の突起の配置例を示している。
【００２８】
放熱体１３０Ａの突起１３２は、接続領域１３１に分散して配置する。例えば、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、５個（図４（Ａ））、９個（図４（Ｂ））、１６個（図４（Ｃ））、２５個といったように、接続領域１３１のサイズに応じ、一定の間隔（密度）で、突起１３２を接続領域１３１に配置する（均等配置）。
【００２９】
また、図５に示すように、接続領域１３１の中央部よりもその周辺部で突起１３２が密になるような配置とすることもできる（一部密集配置）。このように突起１３２の一部を密集させた配置とした場合には、溶融した熱伝導材１４０の、接続領域１３１外への流出を抑制することが可能になる。
【００３０】
尚、突起１３２は、その配置によって、封止工程（図２（Ｂ））で溶融される熱伝導材１４０の、接続領域１３１での均一性の良い濡れ広がりを阻害しないように、一定以上の間隔で配置しておくことが好ましい。
【００３１】
放熱体１３０Ａに設ける各突起１３２の形状は、封止工程（図２（Ｂ））において、熱伝導材１４０の表面に形成されている酸化膜１４１を突き破ることができるものであれば、特に限定されない。突起１３２は、円錐や角錐等、先端が鋭角になるような錐状とすることができる。また、突起１３２は、必ずしも先端が鋭角であることを要せず、円錐台や角錐台のような錐台状とすることもできる。
【００３２】
また、各突起１３２のサイズは、例えば、熱伝導材１４０の表面に形成される酸化膜１４１の厚さ、及び放熱体１３０Ａと半導体素子１２０のギャップ（組み立て後の半導体装置１００Ａにおける熱伝導材１４０の厚さ）に基づいて、設定することができる。
【００３３】
例えば、当該ギャップが約２５０μｍであるとすれば、突起１３２の底面の径を約２００μｍ、高さを約２００μｍ〜約２５０μｍとし、隣接する突起１３２の間隔を少なくとも約３ｍｍ確保して、均等或いは一部を密集させて突起１３２を配置することができる。
【００３４】
組み立て時には、図２（Ａ）に示したように、半導体素子１２０及びチップ部品１７０を搭載した配線基板１１０、熱伝導材１４０、並びに接着剤１８０を設けた放熱体１３０Ａの各部材が配置される。各部材の配置後は、図２（Ｂ）に示すように、各部材間を接合し、封止する。
【００３５】
封止工程では、放熱体１３０Ａを、半導体素子１２０及びチップ部品１７０を搭載した配線基板１１０側に、間に熱伝導材１４０を介在させた状態で、加熱を行いながら押圧する。加熱温度は、例えば、熱伝導材１４０が溶融する温度に設定する。
【００３６】
押圧される放熱体１３０Ａは、まずその突起１３２が熱伝導材１４０に接触する。熱伝導材１４０の表面に酸化膜１４１が形成されている場合、酸化膜１４１は、半導体素子１２０のメッキ層１２２や、放熱体１３０Ａのメッキ層１３３への濡れ性を低下させ得る。放熱体１３０Ａに設けた突起１３２は、熱伝導材１４０との接触後、更に押圧が進むことで、熱伝導材１４０の表面の酸化膜１４１を破り、より内部の酸化されていない清浄な領域（清浄領域）１４２に達するようになる。加熱により溶融した熱伝導材１４０は、突起１３２により酸化膜１４１が破られた所から、接続領域１３１の表面に濡れ広がり、更に半導体素子１２０の上面にも濡れ広がるようになる。
【００３７】
これと共に、放熱体１３０Ａは、その端部に設けられた接着剤１８０を介して、配線基板１１０の端部に接着される。接着剤１８０が硬化され、溶融して放熱体１３０Ａ及び半導体素子１２０の所定領域に濡れ広がった熱伝導材１４０が冷却、固化されることで、放熱体１３０Ａが配線基板１１０に接続され、放熱体１３０Ａと半導体素子１２０の間が熱伝導材１４０で接続される。尚、熱伝導材１４０を覆っていた酸化膜１４１は、例えば、図２（Ｃ）に示したように、放熱体１３０Ａや半導体素子１２０に接合された熱伝導材１４０の側端面等に残り得る。
【００３８】
このように熱伝導材１４０の加熱、溶融を行いながら放熱体１３０Ａを押圧することにより、図２（Ｃ）に示したようなＬＧＡ（Land Grid Array）タイプの半導体装置１００Ａが得られるようになる。
【００３９】
尚、熱伝導材１４０は、上記のような封止工程（図２（Ｂ））前に、図６に示すように、放熱体１３０Ａの接続領域１３１に仮付けしておいてもよい。
図６は第１の実施の形態に係る部材配置工程の別例の断面模式図である。
【００４０】
封止工程に先立ち、例えば、熱伝導材１４０を、その融点以下の温度で加熱しながら接続領域１３１に圧着し、接続領域１３１に設けた突起１３２を、熱伝導材１４０の酸化膜１４１を貫通させ、内部の清浄領域１４２に到達させる。例えば、０．２５ＭＰａ±０．０５ＭＰａの加重で、熱伝導材１４０の材質に応じた８０℃〜１６０℃の融点以下の温度で加熱を行いながら、１５秒以下で加熱圧着を行い、熱伝導材１４０を放熱体１３０Ａに仮付けする。
【００４１】
このようにして熱伝導材１４０を仮付けした放熱体１３０Ａを、上記の図２（Ｂ）の例に従い、加熱を行いながら配線基板１１０側に押圧する。突起１３２が予め熱伝導材１４０の酸化膜１４１を貫通して内部の清浄領域１４２に達しているため、溶融した熱伝導材１４０は、その酸化膜１４１を貫通している突起１３２の所から、接続領域１３１の表面等へ濡れ広がるようになる。そして、接着剤１８０の硬化、及び熱伝導材１４０の固化を行うことで、図２（Ｃ）に示したような半導体装置１００Ａを得ることができる。
【００４２】
ところで、上記のような熱伝導材表面に形成された酸化膜は、フラックスを用いて除去することも可能であり、それにより、熱伝導材の放熱体や半導体素子等との濡れ性を確保することができる。但し、フラックスを使用した場合には、フラックスの揮発によって熱伝導材にボイドが発生し、組み立て後の半導体装置において、半導体素子から放熱体への熱伝導効率が低下してしまう可能性がある。更に、フラックスの使用は、環境面への影響も懸念されている。
【００４３】
一方、第１の実施の形態に係る半導体装置１００Ａの組み立てにおいては、放熱体１３０Ａに設けられた突起１３２により熱伝導材１４０の酸化膜１４１が破られ、そこから熱伝導材１４０が接続領域１３１の表面等に濡れ広がるようになる。そのため、フラックスレスで、また、熱伝導材１４０のボイドの発生を抑えて、半導体装置１００Ａの組み立てを行うことができる。
【００４４】
更に、放熱体１３０Ａの突起１３２で酸化膜１４１が破られた熱伝導材１４０は、比較的速やかに接続領域１３１の表面等に濡れ広がっていくため、押圧時に、酸化膜１４１で覆われた熱伝導材１４０が破裂するといった事態を回避することが可能になる。またそれにより、破裂した熱伝導材１４０が半導体素子１２０の周辺に飛散するといった事態を回避することが可能になる。
【００４５】
ここで、上記のような突起を設けない放熱体を用い、フラックスレスで半導体装置を組み立てる方法の一例について説明する。
図７は放熱体の別例を示す図であって、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は平面模式図である。また、図８は半導体装置の組み立て工程の別例を示す図であって、（Ａ）は部材配置工程の別例の断面模式図、（Ｂ）は封止工程の別例の断面模式図、（Ｃ）は封止後の別例の断面模式図である。
【００４６】
ここでは、図７（Ａ），（Ｂ）に示すような、突起を有しない放熱体１３０ａを用いる。このような放熱体１３０ａの接続領域１３１に熱伝導材１４０を仮付けする。熱伝導材１４０の表面には、酸化膜１４１が形成されている。
【００４７】
熱伝導材１４０を仮付けし、端部に接着剤１８０を設けた放熱体１３０ａを、図８（Ａ）に示すように、半導体素子１２０及びチップ部品１７０を搭載した配線基板１１０の上方に配置する。そして、その放熱体１３０ａを、加熱を行いながら、図８（Ｂ）に示すように、配線基板１１０側に押圧する。加熱温度は、例えば、熱伝導材１４０が溶融する温度に設定する。
【００４８】
このとき、加熱により熱伝導材１４０は溶融するが、表面を覆っている酸化膜１４１が破れないと、放熱体１３０ａの押圧と共に、図８（Ｂ）に示したように、熱伝導材１４０が側方に押し出される。そして、押圧が進み、熱伝導材１４０に更に圧力が加わると、その圧力によって、熱伝導材１４０の側方に押し出された部分の酸化膜１４１が破れてしまう場合がある。
【００４９】
このような熱伝導材１４０の破裂が起こると、図８（Ｃ）に示すように、熱伝導材１４０が半導体素子１２０の周辺に飛散してしまう。仮に、飛散した熱伝導材１４０が、半導体素子１２０と共に配線基板１１０上に搭載されているチップ部品１７０に接触してしまうと、チップ部品１７０の種類や飛散した熱伝導材１４０の接触箇所によっては、ショート等の電気的な不具合が発生する場合がある。
【００５０】
これに対し、第１の実施の形態に係る半導体装置１００Ａでは、その放熱体１３０Ａに突起１３２を設ける。そのため、半導体装置１００Ａを組み立てる際、放熱体１３０Ａの突起１３２によって、熱伝導材１４０を覆う酸化膜１４１を破ることができ、上記のような熱伝導材１４０の破裂、及び破裂による熱伝導材１４０の飛散を効果的に抑制することができる。このような熱伝導材１４０の破裂、それによる飛散を抑制した半導体装置１００Ａの組み立てを、フラックスレスで実現することができる。
【００５１】
尚、ここでは、図２（Ｃ）に示したようなＬＧＡタイプの半導体装置１００Ａを例示したが、ＢＧＡ（Ball Grid Array）タイプの半導体装置を形成することもできる。
図９は第１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９には、第１の実施の形態に係る半導体装置の第１変形例の断面を模式的に図示している。
【００５２】
上記のようにして封止を行った後（図２）、この図９に示すように、配線基板１１０の裏面（半導体素子１２０の搭載面側と反対の面）に設けられている電極パッド１１２に、半田ボール１９０を搭載する。このようにしてＢＧＡタイプの半導体装置１００Ａａを得るようにしてもよい。
【００５３】
また、熱伝導材１４０の酸化膜１４１を破る突起１３２は、放熱体１３０Ａと半導体素子１２０の間の、ギャップの確保に利用することもできる。
図１０は第１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１０には、第１の実施の形態に係る半導体装置の第２変形例の断面を模式的に図示している。
【００５４】
図１０に示す半導体装置１００Ａｂでは、放熱体１３０Ａの接続領域１３１に、半導体素子１２０との間に確保されるべきギャップ（組み立て後の半導体装置１００Ａｂにおける熱伝導材１４０の厚さ）と同等サイズ（高さ）の突起１３２が設けられる。これにより、放熱体１３０Ａの押圧時には、突起１３２で熱伝導材１４０の酸化膜１４１が破られるほか、突起１３２がスペーサとなって放熱体１３０Ａの半導体素子１２０側への過剰な押圧が抑制される。これにより、放熱体１３０Ａの押圧後に得られる熱伝導材１４０の厚さのばらつき、放熱体１３０Ａの過剰な押圧による熱伝導材１４０の側方への流出を抑制することが可能になる。
【００５５】
尚、この図１０に示したような半導体装置１００Ａｂについても、その電極パッド１１２に半田ボール１９０を搭載し、ＢＧＡタイプの半導体装置を得ることができる。また、ＬＧＡタイプの半導体装置１００Ａｂ、ＢＧＡタイプの半導体装置において、その放熱体１３０Ａに、上記のようなギャップに合わせた高さの突起１３２に加え、それより低い突起１３２を混在させて配置するようにしてもよい。
【００５６】
次に、第２の実施の形態について説明する。
図１１は第２の実施の形態に係る半導体装置の組み立て工程の一例を示す図である。図１１において、（Ａ）は部材配置工程の一例の断面模式図、（Ｂ）は封止工程の一例の断面模式図、（Ｃ）は封止後の一例の断面模式図である。また、図１２は第２の実施の形態に係る放熱体の構成例を示す図である。図１２には、放熱体の凹部側から見た平面を模式的に図示している。尚、図１２（Ａ）〜（Ｃ）には、放熱体の凹部の配置例を示している。
【００５７】
第２の実施の形態に係る半導体装置１００Ｂでは、図１１及び図１２に示すような、接続領域１３１に複数の凹部１３４を設けた放熱体１３０Ｂが用いられる。凹部１３４が設けられた接続領域１３１は、その表面がメッキ層１３３で被覆されている。
【００５８】
凹部１３４は、上記の突起１３２と同様に、接続領域１３１に分散して配置する。例えば、５個（図１２（Ａ））、９個（図１２（Ｂ））、１６個、２５個といったように、接続領域１３１のサイズに応じ、一定の間隔（密度）で、凹部１３４を接続領域１３１に配置する。また、接続領域１３１の中央部よりもその周辺部で凹部１３４が密になるような配置とすることもできる（図１２（Ｃ））。
【００５９】
各凹部１３４の形状及びサイズは、封止工程（図１１（Ｂ））において、凹部１３４のエッジ１３４ａで熱伝導材１４０の酸化膜１４１を破ることができ、また、凹部１３４内に一定量の熱伝導材１４０を収容することができるものであれば、特に限定されない。例えば、深さが約２００μｍの凹部１３４を、隣接する凹部１３４の間隔を少なくとも約３ｍｍ確保して、均等或いは一部を密集させて配置する。
【００６０】
組み立て時には、図１１（Ａ）に示したように、半導体素子１２０及びチップ部品１７０を搭載した配線基板１１０、熱伝導材１４０、並びに接着剤１８０を設けた放熱体１３０Ｂの各部材が配置される。各部材の配置後は、図１１（Ｂ）に示すように、各部材間を接合し、封止する。
【００６１】
封止工程では、放熱体１３０Ｂを、半導体素子１２０及びチップ部品１７０を搭載した配線基板１１０側に、間に熱伝導材１４０を介在させた状態で、熱伝導材１４０が溶融する温度で加熱を行いながら、押圧する。表面に酸化膜１４１が形成された熱伝導材１４０は、押圧される放熱体１３０Ｂの凹部１３４に接触する。そして、その酸化膜１４１が凹部１３４のエッジ１３４ａで破られると、清浄領域１４２が露出し、熱伝導材１４０が接続領域１３１の表面や半導体素子１２０の上面に濡れ広がるようになる。このように濡れ広がる熱伝導材１４０は、凹部１３４の内部にも進入する。
【００６２】
これと共に、放熱体１３０Ｂは、その端部に設けられた接着剤１８０を介して、配線基板１１０の端部に接着される。接着剤１８０が硬化され、濡れ広がった熱伝導材１４０が冷却、固化されることで、放熱体１３０Ｂが配線基板１１０に接続され、放熱体１３０Ｂと半導体素子１２０の間が熱伝導材１４０で接続される。
【００６３】
このように熱伝導材１４０の加熱、溶融を行いながら放熱体１３０Ｂを押圧することにより、図１１（Ｃ）に示したようなＬＧＡタイプの半導体装置１００Ｂが得られるようになる。
【００６４】
第２の実施の形態に係る半導体装置１００Ｂでは、上記のように、その組み立ての際、放熱体１３０Ｂに設けた凹部１３４により、熱伝導材１４０の表面を覆う酸化膜１４１を破り、熱伝導材１４０が接続領域１３１の表面等に濡れ広がるようにする。これにより、表面を酸化膜１４１で覆われた熱伝導材１４０の破裂、破裂による熱伝導材１４０の飛散を抑制することができる。また、放熱体１３０Ｂに設けた凹部１３４には、一定量の熱伝導材１４０を収容することができるため、余剰の熱伝導材１４０が側方に押し出されるのを抑制し、そのような部分での酸化膜１４１の破裂、破裂による熱伝導材１４０の飛散を抑制することができる。
【００６５】
尚、図１１（Ｃ）に示したような半導体装置１００Ｂの組み立てにおいては、図１１（Ｂ）に示した封止工程前に、図１３に示すように、放熱体１３０Ｂの接続領域１３１に熱伝導材１４０を仮付けしておいてもよい。
【００６６】
図１３は第２の実施の形態に係る部材配置工程の別例の断面模式図である。
封止工程に先立ち、例えば、熱伝導材１４０を、その融点以下の温度で加熱しながら接続領域１３１に圧着し、接続領域１３１に設けた凹部１３４のエッジ１３４ａで熱伝導材１４０の酸化膜１４１を破り、清浄領域１４２を露出させる。更に、酸化膜１４１が破られた熱伝導材１４０の一部を凹部１３４内に進入させる。このようにして熱伝導材１４０を仮付けした放熱体１３０Ｂを、上記の図１１（Ｂ）の例に従い、加熱を行いながら配線基板１１０側に押圧して、図１１（Ｃ）に示したような半導体装置１００Ｂを得るようにしてもよい。
【００６７】
ここでは、ＬＧＡタイプの半導体装置１００Ｂを例示したが、ＢＧＡタイプの半導体装置を形成することもできる。
図１４は第２の実施の形態に係る半導体装置の変形例を示す図である。図１４には、第２の実施の形態に係る半導体装置の変形例の断面を模式的に図示している。
【００６８】
図１１に示したようにして封止を行った後、この図１４に示すように、配線基板１１０の電極パッド１１２に半田ボール１９０を搭載し、ＢＧＡタイプの半導体装置１００Ｂａを得るようにしてもよい。
【００６９】
また、以上の説明では、半導体装置１００Ｂの放熱体１３０Ｂとして凹部１３４を設けたものを用いる場合を例示したが、凹部１３４に加え、上記第１の実施の形態で述べたような突起１３２を設けた放熱体を用いることもできる。このような放熱体の例を、図１５及び図１６に示す。
【００７０】
図１５は第２の実施の形態に係る放熱体の第１変形例を示す図である。図１５には、第１変形例の放熱体の突起及び凹部側から見た平面を模式的に図示している。図１５（Ａ）には、放熱体の突起及び凹部の配置例を示している。
【００７１】
図１５に示す放熱体１３０Ｂａでは、その接続領域１３１に、突起１３２と凹部１３４が混在して配置されている。突起１３２と凹部１３４は、例えば、図１５に示したように、縦方向及び横方向に交互に並ぶように、一定の間隔で、配置することができる。尚、図１５に示した突起１３２と凹部１３４の配置及び個数は一例であって、これに限定されるものではない。
【００７２】
図１５に示したような放熱体１３０Ｂａによれば、半導体装置の組み立てにおける封止工程の際、まず突起１３２で熱伝導材１４０の酸化膜１４１が破られ、そこから熱伝導材１４０が接続領域１３１の表面等に濡れ広がる。また、酸化膜１４１が、凹部１３４のエッジ１３４ａで破られる場合もある。酸化膜１４１が突起１３２或いは凹部１３４で破られて濡れ広がる熱伝導材１４０は、一部が凹部１３４内に収容される。このような放熱体１３０Ｂａを用いることで、酸化膜１４１で覆われた熱伝導材１４０の破裂、破裂による熱伝導材１４０の飛散を効果的に抑制することができる。
【００７３】
図１６は第２の実施の形態に係る放熱体の第２変形例を示す図である。図１６には、第２変形例の放熱体の突起及び凹部側から見た平面を模式的に図示している。
図１６に示す放熱体１３０Ｂｂでは、その接続領域１３１に配置された複数の凹部１３４の各々に、突起１３２が設けられている。各突起１３２は、その先端部が凹部１３４から突出するようなサイズ（高さ）で設けられることが好ましい。尚、図１６に示した凹部１３４（及びその中の突起１３２）の配置及び個数は一例であって、これに限定されるものではない。
【００７４】
図１６に示したような放熱体１３０Ｂｂによれば、半導体装置の組み立てにおける封止工程の際、熱伝導材１４０の酸化膜１４１を突起１３２で破ることができるほか、凹部１３４のエッジ１３４ａでも破ることができる。また、余剰の熱伝導材１４０を、凹部１３４に残る隙間に収容することもできる。これにより、酸化膜１４１で覆われた熱伝導材１４０の破裂、破裂による熱伝導材１４０の飛散を効果的に抑制することができる。
【００７５】
尚、図１６には、複数の凹部１３４の各々に突起１３２が設けられた放熱体１３０Ｂｂを例示したが、突起１３２が設けられた凹部１３４と、突起１３２が設けられていない単体の凹部１３４とが均等又は一部密集して配置された放熱体を用いてもよい。また、突起１３２が設けられた凹部１３４と、凹部１３４に設けられていない単体の突起１３２とが均等又は一部密集して配置された放熱体を用いることもできる。
【００７６】
次に、第３の実施の形態について説明する。
図１７は第３の実施の形態に係る半導体装置の組み立て工程の一例を示す図である。図１７において、（Ａ）は部材配置工程の一例の断面模式図、（Ｂ）は封止工程の一例の断面模式図、（Ｃ）は封止後の一例の断面模式図である。また、図１８は第３の実施の形態に係る放熱体の構成例を示す図である。図１８には、放熱体の突起側から見た平面を模式的に図示している。尚、図１８には、放熱体の突起の配置例を示している。
【００７７】
第３の実施の形態に係る半導体装置１００Ｃでは、図１７及び図１８に示すような、接続領域１３１に設けられる複数の突起１３２のうち、一部が接続領域１３１の外周に沿って配置された放熱体１３０Ｃが用いられる。接続領域１３１の外周部に配置された突起１３２は、例えば、その先端部が半導体素子１２０の側端面より外側に位置するように、配置される。尚、図１７及び図１８に示した突起１３２の個数は一例であって、これに限定されるものではない。
【００７８】
組み立て時には、図１７（Ａ）に示したように、半導体素子１２０及びチップ部品１７０を搭載した配線基板１１０、熱伝導材１４０、並びに接着剤１８０を設けた放熱体１３０Ｃの各部材が配置される。各部材の配置後は、図１７（Ｂ）に示すように、各部材間を接合し、封止する。
【００７９】
封止工程では、放熱体１３０Ｃを、半導体素子１２０及びチップ部品１７０を搭載した配線基板１１０側に、間に熱伝導材１４０を介在させた状態で、熱伝導材１４０が溶融する温度で加熱を行いながら、押圧する。
【００８０】
ここで、図１９は第３の実施の形態に係る放熱体押圧時の状態の一例を示す図である。図１９は、図１７（Ｂ）のＸ部の拡大図である。
放熱体１３０Ｃを配線基板１１０側に押圧すると、接続領域１３１の外周部よりも内側に配置された突起１３２は、上記同様、熱伝導材１４０の表面を覆っている酸化膜１４１を破り、より内部の酸化されていない清浄領域１４２へと進入する。
【００８１】
一方、接続領域１３１の外周部に配置された突起１３２は、図１７及び図１９に示したように、熱伝導材１４０の平面サイズが半導体素子１２０の平面サイズよりも大きい場合、半導体素子１２０よりも外側の熱伝導材１４０の端部を配線基板１１０側に押し込む。熱伝導材１４０の端部は、突起１３２に押されて折れ曲がり、また、熱伝導材１４０の端部と突起１３２とが擦れる。このとき、熱伝導材１４０の折れ曲がった部分、突起１３２と擦れた部分の酸化膜１４１が破れ、内部の清浄領域１４２が露出する。
【００８２】
このようにして放熱体１３０Ｃの突起１３２で熱伝導材１４０の酸化膜１４１が破られることで、加熱により溶融した熱伝導材１４０が接続領域１３１の表面等に濡れ広がるようになる。
【００８３】
尚、熱伝導材１４０の平面サイズが半導体素子１２０の平面サイズと同じか或いは小さい場合には、放熱体１３０Ｃの接続領域１３１の外周部に配置された突起１３２が、溶融した熱伝導材１４０の側方への流出を抑制するダムとして機能し得る。接続領域１３１の外周部に配置する突起１３２にこのようなダムの機能を持たせる場合には、当該外周部の突起１３２を、それより内側に配置する突起１３２よりも大きなサイズ（高さ）としてもよい。
【００８４】
封止工程では、上記のようにして熱伝導材１４０が濡れ広がると共に、放熱体１３０Ｃの端部が接着剤１８０を介して配線基板１１０の端部に接着される。接着剤１８０が硬化され、濡れ広がった熱伝導材１４０が冷却、固化されることで、放熱体１３０Ｃが配線基板１１０に接続され、放熱体１３０Ｃと半導体素子１２０の間が熱伝導材１４０で接続される。
【００８５】
このように熱伝導材１４０の加熱、溶融を行いながら放熱体１３０Ｃを押圧することにより、図１７（Ｃ）に示したようなＬＧＡタイプの半導体装置１００Ｃが得られるようになる。
【００８６】
ここでは、ＬＧＡタイプの半導体装置１００Ｃを例示したが、ＢＧＡタイプの半導体装置を形成することもできる。
図２０は第３の実施の形態に係る半導体装置の変形例を示す図である。図２０には、第３の実施の形態に係る半導体装置の変形例の断面を模式的に図示している。
【００８７】
図１７に示したようにして封止を行った後、この図２０に示すように、配線基板１１０の電極パッド１１２に半田ボール１９０を搭載し、ＢＧＡタイプの半導体装置１００Ｃａを得るようにしてもよい。
【００８８】
次に、第４の実施の形態について説明する。
まず、上記のような突起や凹部を設けていない放熱体を用いた場合に起こり得る熱伝導材の側方への流出について述べる。
【００８９】
図２１は熱伝導材の流出状態の一例を示す図である。図２１には、配線基板の上面側から見た平面を模式的に図示しており、放熱体についてはその図示を省略している。
例えば、接続領域１３１に突起も凹部も設けていない放熱体１３０ａ（図７）を用いた場合、加熱により溶融した熱伝導材１４０は、側方全体に均一に流動するとは限らず、図２１のＹ部のような熱伝導材１４０の局所的な流出が起こり得る。熱伝導材１４０のこのような局所的な流出が起こると、その箇所で熱伝導材１４０とチップ部品１７０との距離が近くなるため、両者の接触、それによるショートの発生の可能性が高まる。また、このように局所的に流出した熱伝導材１４０が、その表面を覆っている酸化膜の影響で破裂し、飛散すると、飛散した熱伝導材１４０とチップ部品１７０との接触、それによるショートの発生の可能性が高まる。
【００９０】
そこで、この第４の実施の形態では、半導体装置に、上記のような熱伝導材１４０の流出が抑制可能な放熱体を用いる。
図２２は第４の実施の形態に係る半導体装置の組み立て工程の一例を示す図である。図２２において、（Ａ）は部材配置工程の一例の断面模式図、（Ｂ）は封止工程の一例の断面模式図、（Ｃ）は封止後の一例の断面模式図である。また、図２３は第４の実施の形態に係る放熱体の構成例を示す図である。図２３には、放熱体の突起側から見た平面を模式的に図示している。尚、図２３（Ａ），（Ｂ）には、放熱体の突起の配置例を示している。
【００９１】
第４の実施の形態に係る半導体装置１００Ｄでは、図２２及び図２３に示すような、接続領域１３１平面を複数に分割する仕切り状の突起１３２を備える放熱体１３０Ｄが用いられる。仕切り状の突起１３２は、例えば、図２３（Ａ）に示すように、矩形状の接続領域１３１平面の対向する辺の中点同士を結ぶような十字状に配置したり、図２３（Ｂ）に示すように、対角線上に十字状に配置したりすることができる。
【００９２】
尚、図２３（Ａ），（Ｂ）には、仕切り状の突起１３２によって接続領域１３１平面を４分割する場合を例示したが、分割数はこれに限定されるものではない。例えば、図２３（Ａ），（Ｂ）の構成を組み合わせ、接続領域１３１平面を８分割するような仕切り状の突起１３２を設けることもできる。
【００９３】
組み立て時には、図２２（Ａ）に示したように、半導体素子１２０及びチップ部品１７０を搭載した配線基板１１０、熱伝導材１４０、並びに接着剤１８０を設けた放熱体１３０Ｄの各部材が配置される。続く封止工程では、図２２（Ｂ）に示すように、放熱体１３０Ｄを、半導体素子１２０及びチップ部品１７０を搭載した配線基板１１０側に、間に熱伝導材１４０を介在させた状態で、熱伝導材１４０が溶融する温度で加熱を行いながら、押圧する。
【００９４】
放熱体１３０Ｄを配線基板１１０側に押圧すると、仕切り状の突起１３２は、熱伝導材１４０の表面を覆っている酸化膜１４１を破り、より内部の酸化されていない清浄領域１４２へと進入する。このとき、熱伝導材１４０の酸化膜１４１は、仕切り状の突起１３２に沿って破られ、熱伝導材１４０にはそれを分割するような切れ目が入る。熱伝導材１４０は、このようにしてその表面の酸化膜１４１が破られ、仕切り状の突起１３２の所から均一性良く接続領域１３１の表面等に濡れ広がる。更に、濡れ広がる熱伝導材１４０は、仕切り状の突起１３２が存在することで、その流動方向に一定の制約を受ける。
【００９５】
このように仕切り状の突起１３２で酸化膜１４１を破り、更に、仕切り状の突起１３２で熱伝導材１４０の流動を制御することで、熱伝導材１４０の側方への流出、その際の局所的な流出を、効果的に抑制することができる。
【００９６】
封止工程では、上記のようにして熱伝導材１４０が濡れ広がると共に、放熱体１３０Ｄの端部が接着剤１８０を介して配線基板１１０の端部に接着される。接着剤１８０が硬化され、濡れ広がった熱伝導材１４０が冷却、固化されることで、放熱体１３０Ｄが配線基板１１０に接続され、放熱体１３０Ｄと半導体素子１２０の間が熱伝導材１４０で接続される。
【００９７】
このように熱伝導材１４０の加熱、溶融を行いながら放熱体１３０Ｄを押圧することにより、図２２（Ｃ）に示したようなＬＧＡタイプの半導体装置１００Ｄが得られるようになる。
【００９８】
尚、放熱体１３０Ｄに設ける仕切り状の突起１３２の高さは、放熱体１３０Ｄと半導体素子１２０の間に設けるギャップ（組み立て後の半導体装置１００Ｄにおける熱伝導材１４０の厚さ）以下に設定することができる。例えば、仕切り状の突起１３２の高さを、放熱体１３０Ｄと半導体素子１２０のギャップ（例えば２５０μｍ）と同等にする。仕切り状の突起１３２が高くなるほど、加熱により溶融した熱伝導材１４０の流動制御、流出抑制の効果は高くなる。
【００９９】
ここでは、ＬＧＡタイプの半導体装置１００Ｄを例示したが、ＢＧＡタイプの半導体装置を形成することもできる。
図２４は第４の実施の形態に係る半導体装置の変形例を示す図である。図２４には、第４の実施の形態に係る半導体装置の変形例の断面を模式的に図示している。
【０１００】
図２２に示したようにして封止を行った後、この図２４に示すように、配線基板１１０の電極パッド１１２に半田ボール１９０を搭載し、ＢＧＡタイプの半導体装置１００Ｄａを得るようにしてもよい。
【０１０１】
次に、第５の実施の形態について説明する。
図２５は第５の実施の形態に係る半導体装置の組み立て工程の一例を示す図である。図２５において、（Ａ）は部材配置工程の一例の断面模式図、（Ｂ）は封止工程の一例の断面模式図、（Ｃ）は封止後の一例の断面模式図である。また、図２６は第５の実施の形態に係る放熱体の構成例を示す図である。図２６には、放熱体の突起側から見た平面を模式的に図示している。尚、図２６（Ａ），（Ｂ）には、放熱体の突起の配置例を示している。
【０１０２】
第５の実施の形態に係る半導体装置１００Ｅでは、図２５及び図２６に示すような、接続領域１３１平面を複数に分割する仕切り状の突起１３２を備えていて、その突起１３２が接続領域１３１の外側まで延在している放熱体１３０Ｅが用いられる。第５の実施の形態に係る放熱体１３０Ｅは、このような点で、上記第４の実施の形態に係る放熱体１３０Ｄと相違する。例えば、仕切り状の突起１３２を、放熱体１３０Ｄのときと比べて、接続領域１３１の外側に約１．５ｍｍ延長する。
【０１０３】
放熱体１３０Ｅの仕切り状の突起１３２は、例えば、図２６（Ａ）に示すように、矩形状の接続領域１３１平面の対向する辺の中点同士を通るような十字状に配置したり、図２６（Ｂ）に示すように、対角線上を通るような十字状に配置したりすることができる。尚、図２６（Ａ），（Ｂ）には、仕切り状の突起１３２によって接続領域１３１平面を４分割する場合を例示したが、分割数はこれに限定されるものではない。
【０１０４】
組み立て時には、図２５（Ａ）に示したように、半導体素子１２０及びチップ部品１７０を搭載した配線基板１１０、熱伝導材１４０、並びに接着剤１８０を設けた放熱体１３０Ｅの各部材が配置される。続く封止工程では、図２５（Ｂ）に示すように、放熱体１３０Ｅを配線基板１１０側に、熱伝導材１４０が溶融する温度で加熱を行いながら、押圧する。
【０１０５】
放熱体１３０Ｅの押圧に伴い、熱伝導材１４０は、その表面の酸化膜１４１が仕切り状の突起１３２で破られ、仕切り状の突起１３２で流動を制御されて、接続領域１３１の表面等に濡れ広がる。更に、放熱体１３０Ｅでは、仕切り状の突起１３２が接続領域１３１の外側まで延在しているため、余剰の熱伝導材１４０が仕切り状の突起１３２の延在部分にも濡れ広がるようになる。このような放熱体１３０Ｅによれば、熱伝導材１４０の側方への流出、それに起因した飛散、ショート等の不具合を、効果的に抑制することができる。
【０１０６】
封止工程では、上記のようにして熱伝導材１４０が濡れ広がると共に、放熱体１３０Ｅの端部が接着剤１８０を介して配線基板１１０の端部に接着される。接着剤１８０が硬化され、濡れ広がった熱伝導材１４０が冷却、固化されることで、放熱体１３０Ｅが配線基板１１０に接続され、放熱体１３０Ｅと半導体素子１２０の間が熱伝導材１４０で接続される。
【０１０７】
このように熱伝導材１４０の加熱、溶融を行いながら放熱体１３０Ｅを押圧することにより、図２５（Ｃ）に示したようなＬＧＡタイプの半導体装置１００Ｅが得られるようになる。
【０１０８】
ここでは、ＬＧＡタイプの半導体装置１００Ｅを例示したが、ＢＧＡタイプの半導体装置を形成することもできる。
図２７は第５の実施の形態に係る半導体装置の変形例を示す図である。図２７には、第５の実施の形態に係る半導体装置の変形例の断面を模式的に図示している。
【０１０９】
図２５に示したようにして封止を行った後、この図２７に示すように、配線基板１１０の電極パッド１１２に半田ボール１９０を搭載し、ＢＧＡタイプの半導体装置１００Ｅａを得るようにしてもよい。
【０１１０】
以上説明したように、配線基板に搭載された半導体素子と熱伝導材を介して接続される放熱体に、突起若しくは凹部、又は突起と凹部の両方を設ける。これにより、半導体装置の組み立て時には、熱伝導材の表面が酸化膜で覆われているような場合であっても、その酸化膜を放熱体の突起や凹部で破ることができる。その結果、熱伝導材は、酸化膜の破れた所から濡れ広がるようになるため、酸化膜で覆われた熱伝導材が押し出されて破裂し、飛散する事態を回避することができ、そのような熱伝導材の飛散に起因した不具合の発生を抑えた半導体装置を実現することが可能になる。
【０１１１】
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、
前記基板上に搭載された半導体素子と、
前記半導体素子を覆う放熱体と、
前記半導体素子の上面と該上面に対向する前記放熱体の接続領域とを接続する熱伝導材と、
を含み、
前記放熱体が、前記接続領域に突起を有することを特徴とする半導体装置。
【０１１２】
（付記２） 前記放熱体は、前記接続領域に凹部を有することを特徴とする付記１に記載の半導体装置。
（付記３） 前記突起は、前記凹部に設けられていることを特徴とする付記２に記載の半導体装置。
【０１１３】
（付記４） 前記放熱体は、前記接続領域の外周部に第２の突起を有す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） 前記突起は、前記接続領域を複数に分割する仕切り状であることを特徴とする付記１に記載の半導体装置。
【０１１４】
（付記６） 前記突起は、前記接続領域の外側まで延在していることを特徴とする付記５に記載の半導体装置。
（付記７） 前記突起を複数有し、
複数の前記突起は、前記接続領域の中央部よりも該中央部の周辺部で密に配置されていることを特徴とする付記１に記載の半導体装置。
【０１１５】
（付記８） 基板と、
前記基板上に搭載された半導体素子と、
前記半導体素子を覆う放熱体と、
前記半導体素子の上面と該上面に対向する前記放熱体の接続領域とを接続する熱伝導材と、
を含み、
前記放熱体が、前記接続領域に複数の凹部を有することを特徴とする半導体装置。
【０１１６】
（付記９） 前記放熱体は、前記接続領域に突起を有することを特徴とする付記８に記載の半導体装置。
（付記１０） 前記突起を複数有し、
複数の前記突起は、複数の前記凹部にそれぞれ設けられていることを特徴とする付記９に記載の半導体装置。
【０１１７】
（付記１１） 複数の前記凹部は、前記接続領域の中央部よりも該中央部の周辺部で密に配置されていることを特徴とする付記８に記載の半導体装置。
（付記１２） 基板上に半導体素子を搭載する工程と、
前記半導体素子の上方に、熱伝導材を介して、前記半導体素子を覆い且つ前記半導体素子の上面に対向する接続領域に突起を有する放熱体を配置する工程と、
前記放熱体を、加熱を行いながら前記半導体素子側に押圧し、前記熱伝導材によって前記上面と前記接続領域とを接続する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１１８】
（付記１３） 前記放熱体を押圧する工程では、前記突起によって、前記熱伝導材を被覆する酸化膜を破ることを特徴とする付記１２に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１４） 基板上に半導体素子を搭載する工程と、
前記半導体素子の上方に、熱伝導材を介して、前記半導体素子を覆い且つ前記半導体素子の上面に対向する接続領域に複数の凹部を有する放熱体を配置する工程と、
前記放熱体を、加熱を行いながら前記半導体素子側に押圧し、前記熱伝導材によって前記上面と前記接続領域とを接続する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１１９】
（付記１５） 前記放熱体を押圧する工程では、前記凹部によって、前記熱伝導材を被覆する酸化膜を破ることを特徴とする付記１４に記載の半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【０１２０】
１０，１００Ａ，１００Ａａ，１００Ａｂ，１００Ｂ，１００Ｂａ，１００Ｃ，１００Ｃａ，１００Ｄ，１００Ｄａ，１００Ｅ，１００Ｅａ 半導体装置
１１ 基板
１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１１１，１１２，１２１ 電極パッド
１２，１２０ 半導体素子
１３，１３０ａ，１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｂａ，１３０Ｂｂ，１３０Ｃ，１３０Ｄ，１３０Ｅ 放熱体
１３ａ，１３１ 接続領域
１３ｂ，１３２ 突起
１４，１４０ 熱伝導材
１４ａ，１４１ 酸化膜
１４ｂ，１４２ 清浄領域
１５，１５０ バンプ
１１０ 配線基板
１２２，１３３ メッキ層
１３４ 凹部
１３４ａ エッジ
１６０ アンダーフィル材
１７０ チップ部品
１８０ 接着剤
１９０ 半田ボール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に搭載された半導体素子と、
前記半導体素子を覆う放熱体と、
前記半導体素子の上面と該上面に対向する前記放熱体の接続領域とを接続する熱伝導材と、
を含み、
前記放熱体が、前記接続領域に突起を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記放熱体は、前記接続領域に凹部を有す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】
前記突起は、前記凹部に設けられてい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】
前記放熱体は、前記接続領域の外周部に第２の突起を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記突起は、前記接続領域を複数に分割する仕切り状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６】
前記突起は、前記接続領域の外側まで延在してい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】
基板上に半導体素子を搭載する工程と、
前記半導体素子の上方に、熱伝導材を介して、前記半導体素子を覆い且つ前記半導体素子の上面に対向する接続領域に突起を有する放熱体を配置する工程と、
前記放熱体を、加熱を行いながら前記半導体素子側に押圧し、前記熱伝導材によって前記上面と前記接続領域とを接続する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１】
基板と、
前記基板上に搭載された半導体素子と、
前記半導体素子を覆う放熱体と、
前記半導体素子の上面と該上面に対向する前記放熱体の接続領域とを接続する熱伝導材と、
を含み、
前記放熱体が、前記接続領域に突起を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記放熱体は、前記接続領域に凹部を有す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】
前記突起は、前記凹部に設けられてい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】
前記放熱体は、前記接続領域の外周部に第２の突起を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記突起は、前記接続領域を複数に分割する仕切り状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６】
前記突起は、前記接続領域の外側まで延在してい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】
基板上に半導体素子を搭載する工程と、
前記半導体素子の上方に、熱伝導材を介して、前記半導体素子を覆い且つ前記半導体素子の上面に対向する接続領域に突起を有する放熱体を配置する工程と、
前記放熱体を、加熱を行いながら前記半導体素子側に押圧し、前記熱伝導材によって前記上面と前記接続領域とを接続する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【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】
【公開番号】特開２０１２−２２７４８４（Ｐ２０１２−２２７４８４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９６３０４（Ｐ２０１１−９６３０４）
【出願日】平成２３年４月２２日（２０１１．４．２２）
【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１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２２日（２０１１．４．２２）
【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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