半導体装置
【課題】回路基板上に搭載された半導体素子の上面と回路基板とを接続部材を介して電気的に接続するとともに、半導体素子の上面に放熱用のヒートシンクを設けてなる半導体装置において、ヒートシンクの樹脂バリ付着を防止しつつ、半導体素子の上面と回路基板の一面側との電気的接続、および、半導体素子の上面からの放熱を適切に行う。
【解決手段】接続部材は、板状をなすリードフレーム３０であり、リードフレーム３０は、一端部３１側が半導体素子２０の上面２１の周辺部に電気的に接続され、他端部３２側が回路基板１０の一面１１まで延びて当該他端部３２が回路基板１０の一面１１側に電気的に接続されたものであり、ヒートシンク３０は、半導体素子２０の上面２１の中央部、および、リードフレーム３０の一端部３１側の上面３０ｂに放熱性接続材５０を介して接続されている。
【解決手段】接続部材は、板状をなすリードフレーム３０であり、リードフレーム３０は、一端部３１側が半導体素子２０の上面２１の周辺部に電気的に接続され、他端部３２側が回路基板１０の一面１１まで延びて当該他端部３２が回路基板１０の一面１１側に電気的に接続されたものであり、ヒートシンク３０は、半導体素子２０の上面２１の中央部、および、リードフレーム３０の一端部３１側の上面３０ｂに放熱性接続材５０を介して接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板上に搭載された半導体素子の上面と回路基板とを接続部材を介して電気的に接続するとともに、半導体素子の上面に放熱用のヒートシンクを設けてなる半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の半導体装置としては、特許文献１に記載のものが提案されている。このものは、回路基板と、回路基板の一面上に搭載された半導体素子と、半導体素子の上面と回路基板の一面側とを結線して電気的に接続するボンディングワイヤと、半導体素子の上面にてボンディングワイヤを避けた位置に接続されて半導体素子の熱を放熱するヒートシンクと、ボンディングワイヤを封止するモールド樹脂とを備えて構成されているものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３８５４０５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように、従来のこの種の半導体装置では、半導体素子の上面と回路基板の一面側とを電気的に接続する接続部材として、機械的強度の低いボンディングワイヤを採用しているため、そのボンディングワイヤを保護する等の目的で、ボンディングワイヤをモールド樹脂で封止している。
【０００５】
ここで、このモールド樹脂による封止工程において、ヒートシンクの上面に余分なモールド樹脂、つまり樹脂バリが付着するのを避けるべく、ヒートシンクの上面を確実に金型に密着させる必要がある。そのために、金型をヒートシンクに押し付ける力を大きくすることになり、ヒートシンクの下面に接続されている半導体素子にダメージが発生する恐れがある。
【０００６】
また、仮に上記樹脂バリがヒートシンクの上面に付着した場合、この樹脂バリを除去するためには、たとえばヒートシンクの上面の樹脂バリを切削して除去することが必要になる。しかしながら、このような樹脂バリの除去においては、切削等による力がヒートシンクに対して加わるため、ヒートシンクの下面に接続されている半導体素子にダメージが発生する恐れがある。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、回路基板上に搭載された半導体素子の上面と回路基板とを接続部材を介して電気的に接続するとともに、半導体素子の上面に放熱用のヒートシンクを設けてなる半導体装置において、ヒートシンクの樹脂バリ付着を防止しつつ、半導体素子の上面と回路基板の一面側との電気的接続、および、半導体素子の上面からの放熱を適切に行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、回路基板（１０）と、
回路基板（１０）の一面（１１）上に搭載された半導体素子（２０）と、
半導体素子（２０）の上面（２１）と回路基板（１０）の前記一面（１１）側とを電気的に接続する接続部材（３０）と、
半導体素子（２０）の上面（２１）に接続されて半導体素子（２０）の熱を放熱するヒートシンク（４０）と、を備える半導体装置において、
接続部材は、板状をなすリードフレーム（３０）であり、
リードフレーム（３０）は、一端部（３１）側が半導体素子（２０）の上面（２１）の周辺部に電気的に接続され、他端部（３２）側が回路基板（１０）の一面（１１）まで延びて当該他端部（３２）が回路基板（１０）の一面（１１）側に電気的に接続されたものであり、
ヒートシンク（４０）は、半導体素子（２０）の上面（２１）の中央部、および、リードフレーム（３０）の一端部（３１）側の上面（３０ｂ）に放熱性接続材（５０〜５２）を介して接続されていることを特徴とする。
【０００９】
それによれば、板状のリードフレーム（３０）を、半導体素子（２０）の上面（２１）と回路基板（１０）の一面（１１）側とを電気的に接続する接続部材としているから、当該接続部材をモールド樹脂で封止することが不要となり、そもそも樹脂バリの問題は生じない。
【００１０】
また、半導体素子（２０）の上面（２１）側にて、ヒートシンク（４０）を半導体素子（２０）だけでなく、リードフレーム（３０）にも接続しているから、ヒートシンク（４０）をリードフレーム（３０）まで覆う大きなものにすることができ、半導体素子（２０）の上面（２１）側にてリードフレーム（３０）からもヒートシンク（４０）への放熱が行える。
【００１１】
よって、本発明によれば、ヒートシンク（４０）の樹脂バリ付着を防止しつつ、半導体素子（２０）の上面（２１）と回路基板（１０）の一面（１１）側との電気的接続、および、半導体素子（２０）の上面（２１）からの放熱を適切に行うことができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の半導体装置において、半導体素子（２０）の上面（２１）の中央部とヒートシンク（４０）とは、放熱性を有する板材（６０）を介して、接続されていることを特徴とする。
【００１３】
それによれば、半導体素子（２０）の上面（２１）上におけるリードフレーム（３０）の厚さ分の段差を、板材（６０）の厚さにより調整できるから、ヒートシンク（４０）が、当該ヒートシンク（４０）における半導体素子（２０）の上面（２１）との対向面である下面（４１）を平坦面とした構成であっても、半導体素子（２０）およびリードフレーム（３０）とヒートシンク（４０）とを適切に接続しやすくなる。
【００１４】
さらに、請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の半導体装置において、板材（６０）とリードフレーム（３０）とは同一の厚さであることを特徴とする。
【００１５】
それによれば、板材（６０）とリードフレーム（３０）とが同一厚さであるから、半導体素子（２０）の上面（２１）上におけるリードフレーム（３０）の厚さ分の段差を、より調整しやすい。
【００１６】
さらに、請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の半導体装置において、板材（６０）とリードフレーム（３０）とは、同一材料よりなることを特徴とする。
【００１７】
それによれば、板材（６０）を、リードフレーム（３０）のアイランドなどにより構成することができ、板材（６０）およびリードフレーム（３０）の形成が容易になる。
【００１８】
また、請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体装置において、リードフレーム（３０）よりもヒートシンク（４０）の方が熱伝導性に優れた材料よりなることを特徴とする。それによれば、放熱性向上の点で好ましい。
【００１９】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
【図２】第１実施形態の他の例としての半導体装置の概略断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
【図６】本発明の第５実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
【図７】本発明の第６実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
【図８】第６実施形態の他の例としての半導体装置の概略断面図である。
【図９】本発明の第７実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
【図１０】本発明の第８実施形態に係る半導体装置の製造方法の第１の方法を示す工程図である。
【図１１】図１０に続く第１の方法を示す工程図である。
【図１２】第８実施形態に係る半導体装置の製造方法の第２の方法を示す工程図である。
【図１３】図１２に続く第１の方法を示す工程図である。
【図１４】図１３に続く第１の方法を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００２２】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置Ｓ１の概略断面構成を示す図である。
【００２３】
本実施形態の半導体装置Ｓ１は、大きくは、回路基板１０と、回路基板１０の一面１１上に搭載された半導体素子２０と、半導体素子２０の上面２１と回路基板１０の一面１１側とを電気的に接続する接続部材としてのリードフレーム３０と、半導体素子２０の上面２１に接続されて半導体素子２０の熱を放熱するヒートシンク４０と、を備えて構成されている。
【００２４】
回路基板１０は、一方の板面１１を半導体素子２０が搭載される素子搭載面である一面１１とする板状のもので、プリント基板などの樹脂基板やセラミック基板などよりなる。このような回路基板１０は、典型的には矩形板状をなす。
【００２５】
また、ここでは、回路基板１０はインターポーザとして機能するものである。具体的には、回路基板１０の他方の板面１２である他面１２側には、はんだなどよりなるバンプ１３が設けられており、回路基板１０は、このバンプ１３を介して、図示しない別の基板に電気的および機械的に接続されるようになっている。
【００２６】
半導体素子２０は、シリコン半導体などよりなり、下面２２を回路基板１０の一面１１に対向させつつ上面２１を回路基板１０の一面１１の上方に向けた状態で、回路基板１０の一面１１上に搭載されている。このような半導体素子２０としては、ベアチップでもよいし、ＣＳＰ（チップサイズパッケージ）などであってもよい。
【００２７】
ここでは、半導体素子２０は矩形板状のベアチップである。また、ここでは、半導体素子２０は、表裏の関係にある上下面２１、２２の両方に図示しない電極を有し、当該両面２１、２２側から電気的な取り出しを行うもの、いわゆる両面電極タイプのＩＣチップとして構成されている。
【００２８】
そして、半導体素子２０は、下面２２側の当該電極に対応する位置にて、フリップチップ接続部２３を介して、回路基板１０の一面１１に電気的および機械的に接続されている。ここで、フリップチップ接続部２３は、たとえば、はんだ、バンプあるいは導電性接着剤などの導電性材料よりなる。
【００２９】
接続部材としてのリードフレーム３０は、４２アロイやＣｕ合金などの導電性金属よりなる一般的な板状をなすリードフレーム３０であり、典型的には一端部３１から他端部３２に延びる矩形の短冊形状をなすものである。
【００３０】
ここで、リードフレーム３０は、複数個設けられており、個々のリードフレーム３０は、回路基板１０の一面１１に対して、一方の板面である下面３０ａを対向させつつ、他方の板面である上面３０ｂを回路基板１０の一面１１の上方に向けた状態で、回路基板１０の一面１１上に配置されている。
【００３１】
そして、リードフレーム３０は、一端部３１側の下面３０ａが半導体素子２０の上面２１の周辺部に対向して電気的に接続され、中間部が半導体素子２０の外郭からはみだして回路基板１０側にディプレス加工により曲げられている。そして、リードフレーム３０の他端部３２側が回路基板１０の一面１１まで延び、当該他端部３２の下面３０ａが回路基板１０の一面１１に対向して電気的に接続されている。
【００３２】
ここで、リードフレーム３０の一端部３１側と半導体素子２０の上面２１の周辺部に備えられている図示しない電極との間は、導電性接着剤やはんだなどの導電性接続材２４を介して電気的に接続されている。
【００３３】
また、リードフレーム３０の他端部３２側と回路基板１０の一面１１の図示しない電極との間も、図示しないけれども、同じく上記導電性接続材２４を介して電気的に接続されている。なお、このリードフレーム３０の他端部３２側と回路基板１０の一面１１側との電気的接続は、回路基板１０の一面１１から他面１２に貫通するビアに、リードフレーム３０の他端部３２側を挿入することにより行ってもよい。
【００３４】
ヒートシンク４０は、当該ヒートシンク４０の下面４１を半導体素子２０の上面２１に対向させた状態で、半導体素子２０の上に搭載されている。ヒートシンク４０は、下面４１側から半導体素子２０の熱を受け取り、下面４１とは反対側の放熱面である上面４２側から放熱するものである。
【００３５】
ここでは、ヒートシンク４０は、上下面４１、４２を表裏の板面として、半導体素子２０よりも一回り大きく、回路基板１０よりは小さい矩形板状を成すものである。また、ここでは、半導体素子２０の上面２１に対向するヒートシンク４０の下面４１は、平坦面とされている。
【００３６】
このようなヒートシンク４０は、Ｃｕ合金やアルミ等の金属やＡｌＮ等のセラミックからなるが、放熱性向上の点で、リードフレーム３０よりも、ヒートシンク４０の方が熱伝導性に優れた材料よりなることが望ましい。たとえばリードフレーム３０が４２アロイである場合に、ヒートシンク４０をＣｕよりなるものにすればよい。
【００３７】
そして、ヒートシンク４０は、その下面４１にて、半導体素子２０の上面２１の中央部、および、リードフレーム３０の一端部３１側の上面３０ｂに、放熱性接続材５０を介して接続されている。
【００３８】
ここでは、放熱性接続材５０は、樹脂中に熱伝導性に優れたセラミックなどのフィラーやビーズを分散してなる一般的な電気絶縁性の放熱シート５０よりなる。この放熱シート５０は、ヒートシンク４０と実質同一の平面サイズを有し、ヒートシンク４０の下面４１の全体に貼り付けられた平面矩形の単一シートである。
【００３９】
これにより、リードフレーム３０とヒートシンク４０とは放熱シート５０を介して、電気的に絶縁しつつ熱伝達が可能な状態で接続されている。そのため、各リードフレーム３０同士は、ヒートシンク４０を介して電気的に導通することはない。
【００４０】
一方、半導体素子２０の上面２１の中央部とヒートシンク４０とは、さらに放熱性を有する板材６０を介して、接続されている。具体的には、板材６０は、当該板材６０の板面を半導体素子２０の上面２１と平行にした状態で、放熱シート４０と半導体素子２０の上面２１との間に介在している。
【００４１】
この板材６０は、リードフレーム３０よりも内周側の半導体素子２０の中央部に配置されるもので、たとえば半導体素子２０よりも一回り小さい矩形平板状を成す。ここで、板材６０と半導体素子２０の上面２１とは、上記リードフレーム３０の一端部３１と同様の導電性接続材２４により接続されている。
【００４２】
そして、板材６０とヒートシンク４０とは、放熱シート５０を介して、電気的に絶縁しつつ熱伝達が可能な状態で接続されている。なお、板材６０と半導体素子２０との接続については、導電性接続材２４に代えて、一般的な電気絶縁性の接着剤で行ってもよい。
【００４３】
つまり、本実施形態では、半導体素子２０の上面２１側にて、半導体素子２０およびリードフレーム３０は、共通の単一のヒートシンク３０に接続されている。そして、これにより半導体素子２０からの熱は、リードフレーム３０を介在しない第１の経路と、リードフレーム３０を介在する第２の経路とにより、ヒートシンク４０に伝わるようになっている。
【００４４】
このような本実施形態の半導体装置Ｓ１は、回路基板１０の一面１１上に、半導体素子２０を搭載し、リードフレーム３０および板材６０の接続を行い、さらに放熱シート５０を介してヒートシンク４０を搭載することにより製造される。
【００４５】
ところで、本実施形態によれば、板状のリードフレーム３０を、半導体素子２０の上面２１と回路基板１０の一面１１側とを電気的に接続する接続部材としているから、当該接続部材をモールド樹脂で封止することが不要となり、そもそもヒートシンク４０に樹脂が付着することはなく、従来構成にて発生するような樹脂バリの問題は生じない。
【００４６】
また、半導体素子２０の上面２１側にて、ヒートシンク４０を半導体素子２０だけでなく、リードフレーム３０にも接続しているから、ヒートシンク４０をリードフレーム３０まで覆う大きなものにすることができ、半導体素子２０の上面２１側にてリードフレーム３０からもヒートシンク４０への放熱が行える。
【００４７】
よって、本実施形態によれば、ヒートシンク４０の樹脂バリ付着を防止しつつ、半導体素子２０の上面２１と回路基板１０の一面１１との電気的接続、および、半導体素子２０の上面２１からの放熱を適切に行うことができる。
【００４８】
また、本実施形態では、半導体素子２０の上面２１の中央部とヒートシンク４０とは、放熱性を有する板材６０を介して、接続されているため、半導体素子２０の上面２１上におけるリードフレーム３０の厚さ分の段差を、板材６０の厚さにより調整できる。そのため、ヒートシンク４０が、下面４１を平坦面とした構成であっても、半導体素子２０およびリードフレーム３０とヒートシンク４０とを適切に接続しやすくなる。
【００４９】
さらに、この場合、板材６０とリードフレーム３０とは、厚さが異なっていても、たとえば導電性接続材２４の厚さにより、その厚さの差異は吸収可能であるが、できるならば同一の厚さであることが望ましい。
【００５０】
それによれば、板材６０とリードフレーム３０とが同一厚さであるから、半導体素子２０の上面２１上におけるリードフレーム３０の厚さ分の段差が、板材６０により吸収されやすく、当該段差の調整がより行いやすくなる。
【００５１】
また、板材６０とリードフレーム３０とは、異種材料であってもよいが、同一材料よりなることが望ましい。たとえば、ともに４２アロイまたはＣｕ合金よりなるものとする。それによれば、板材６０を、リードフレーム３０のアイランドなどにより構成することができ、板材６０およびリードフレーム３０の形成が容易になる。
【００５２】
さらに言うならば、板材６０は、放熱性を有するものであればリードフレーム３０となるリードフレーム素材とは別体のものよりなるものであってもよいが、同一材料とすることで、同一のリードフレーム素材から、板材６０およびリードフレーム３０を形成することができ、製造工程の簡素化が図れる．
たとえば、板材６０をアイランド、リードフレーム３０をリード部とするリードフレーム素材を用いて、これら板材６０、リードフレーム３０を形成する場合、典型的なリードフレーム素材と同様に、矩形板状のアイランド６０の各辺の外側に、複数個のリード部３０が放射状に配置されたリードフレーム素材を用いる。
【００５３】
なお、図１の例では、放熱シート５０は、ヒートシンク４０と実質同一の平面サイズを有する単一シートであったが、複数個の放熱シート５０を、ヒートシンク４０のうち板材６０および個々のリードフレーム３０と対向する部分にのみ配置してもよい。
【００５４】
図２は、本第１実施形態の他の例としての半導体装置Ｓ２の概略断面構成を示す図である。本例の半導体装置Ｓ２のように、両面電極タイプの半導体素子２０の下面２２と回路基板１０の一面１１との間に、エポキシ樹脂などよりなるアンダーフィル７０を充填し、フリップチップ接続部２３による接続の補強を行ってもよい。
【００５５】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置Ｓ３の概略断面構成を示す図である。ここでは、本実施形態と上記第１実施形態との相違点を中心に述べることとする。
【００５６】
上記第１実施形態では、上記図１に示されるように、ヒートシンク４０と、板材６０およびリードフレーム３０とを、放熱性接続材としての単一の放熱シート５０を介して熱的に接続していた。
【００５７】
それに対して、図３に示されるように、本実施形態では、ヒートシンク４０と板材６０との接続、および、ヒートシンク４０とリードフレーム３０との接続を別体の放熱性接続材５１、５２を用いて行っている。つまり、板材６０接続用の放熱性接続材５１と、リードフレーム３０接続用の放熱性接続材５２とは、分離して配置されている。
【００５８】
この場合、リードフレーム３０接続用の放熱性接続材５２は、リードフレーム３０とヒートシンク４０との電気的絶縁を確保するために電気絶縁性である必要がある。そのため、このリードフレーム３０接続用の放熱性接続材５２は、上記放熱シート５０であってもよいが、ここでは、電気絶縁性且つ熱伝導性の樹脂部材５２よりなる。
【００５９】
この樹脂部材５２には、具体的には、シリカ、アルミナなどの電気絶縁性のフィラーを含有するエポキシ樹脂などよりなるポッティング樹脂が用いられる。また、図３に示されるように、この樹脂部材５２は、リードフレーム３０の一端部３１とヒートシンク４０との間に介在するだけでなく、さらに、リードフレーム３０全体を封止して、リードフレーム３０を保護するようにしてもよい。
【００６０】
一方、板材６０接続用の放熱性接続材５１は、樹脂部材５２とは離れており電気的に絶縁されているから、導電性でも電気絶縁性でもよい。それゆえ、この板材６０接続用の放熱性接続材５１は、上記放熱シート５０であってもよいが、ここでは、導電性接続材２４と同様の材料よりなるものとされている。
【００６１】
このような本実施形態の半導体装置Ｓ３は、半導体素子２０の搭載、リードフレーム３０および板材６０の接続後、樹脂部材５２によるリードフレーム３０の封止を行い、その後は、ヒートシンク４０の搭載を行うことにより製造される。
【００６２】
そして、本実施形態によっても、上記同様、ヒートシンク４０の樹脂バリ付着を防止しつつ、半導体素子２０の上面２１と回路基板１０の一面１１との電気的接続、および、半導体素子２０の上面２１からの放熱を適切に行うことができる。
【００６３】
（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置Ｓ４の概略断面構成を示す図である。ここでは、本実施形態と上記第１実施形態との相違点を中心に述べることとする。
【００６４】
図４に示されるように、本実施形態では、リードフレーム３０の他端部３２側と回路基板１０の一面１１側との電気的接続は、回路基板１０の一面１１から他面１２に貫通する図示しないビアに、リードフレーム３０の他端部３２側を挿入することにより行われている。
【００６５】
さらに、本実施形態では、このリードフレーム３０の他端部３２を回路基板１０の他面１２より突出させている。この場合、回路基板１０を他面１２側にて別の基板に接続した場合に、この突出するリードフレーム３０の他端部３２を当該別の基板に電気的に接続することが可能となる。
【００６６】
なお、本実施形態においても、上記第２実施形態のように、ヒートシンク４０と板材６０との接続、および、ヒートシンク４０とリードフレーム３０との接続を別体の放熱性接続材５１、５２を用いて行ってもよい。
【００６７】
（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態に係る半導体装置Ｓ５の概略断面構成を示す図である。ここでは、本実施形態と上記第１実施形態との相違点を中心に述べることとする。
【００６８】
上記第１実施形態では、回路基板１０の一面１１上に直接、半導体素子２０を搭載したが、本実施形態の図５に示されるように、回路基板１０の一面１１と半導体素子２０との間に、再配線用部材８０を介して、半導体素子２０の搭載を行ってもよい。
【００６９】
この再配線用部材８０は、半導体素子２０と回路基板１０とを電気的に接続する再配線の機能を果たすものであり、たとえば、上記第１実施形態に示したインターポーザとしての回路基板と同様の構成を有するものとして構成される。
【００７０】
つまり、半導体素子２０と再配線用部材８０とは、フリップチップ接続部２３を介して電気的に接続され、再配線用部材８０と回路基板１０とは、バンプ８１を介して電気的および機械的に接続されている。そして、ここでは、回路基板１０はプリント基板やセラミック基板などよりなり、たとえばマザーボードとして機能するものである。
【００７１】
なお、本実施形態は、回路基板１０の一面１１と半導体素子２０との間に、さらに再配線用部材８０を介在させたものであるから、上記第２実施形態および上記第３実施形態とも組み合わせることが可能であることはもちろんである。
【００７２】
（第５実施形態）
図６は、本発明の第５実施形態に係る半導体装置Ｓ６の概略断面構成を示す図である。上記各実施形態では、リードフレーム３０の中間部は、ディプレス加工により曲げられた形状とされていたが、本実施形態のように、リードフレーム３０はエッチングにより形成され、このエッチングにより当該曲げられた形状を形成しているものでもよい。
【００７３】
この場合、エッチング加工の典型的な形状として、曲げ部分が曲線状ではなく角部とされて曲げられた形状とされている。
【００７４】
（第６実施形態）
図７は、本発明の第６実施形態に係る半導体装置Ｓ７の概略断面構成を示す図である。ここでは、本実施形態と上記第１実施形態との相違点を中心に述べることとする。
【００７５】
上記第１実施形態では、図１に示されるように、板材６０は平板形状のものであったが、本実施形態の図７に示されるように、ディプレス加工により曲げられることで平板のものに比べて実質的な高さを大きくした板材６０であってもよい。
【００７６】
また、図８は、本第６実施形態に係る他の例としての半導体装置Ｓ８の概略断面構成を示す図である。上記第１実施形態の図１では、板材６０はリードフレーム３０と同じ厚さの平板であったが、この図８に示されるように、板材６０は、リードフレーム３０よりも厚い平板とされたものでもよい。
【００７７】
これら図７および図８に示される板材６０は、リードフレーム３０と同じリードフレーム素材のアイランドとして構成されたものであって、当該アイランドにディプレス加工を施したものや、もともと当該アイランドの方が厚い一般的な異形フレームを用いて形成される。また、これら板材６０は、リードフレーム３０とは別部材より形成されたものであってもよいことは、上記第１実施形態と同様である。
【００７８】
本実施形態によれば、ヒートシンク４０と板材６０との距離に比べて、ヒートシンク４０とリードフレーム３０の一端部３１側との距離を大きくできるから、ヒートシンク４０とリードフレーム３０との電気的な短絡の防止に好適である。
【００７９】
なお、図７、図８では、ヒートシンク４０と板材６０との接続、および、ヒートシンク４０とリードフレーム３０との接続を、上記第２実施形態と同様に、別体の放熱性接続材５１、５２を用いて行っていたが、本実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、ヒートシンク４０と板材６０およびリードフレーム３０とを、単一の放熱シート５０を介して熱的に接続してもよい。
【００８０】
この場合、板材６０では、リードフレーム３０よりも放熱シート５０の凹み度合を大きくすることで、対応が可能となることはもちろんである。また、本実施形態は、板材６０の形状や厚さを変えるだけのものであるから、第１および第２実施形態以外の上記各実施形態とも組み合わせ可能であることは言うまでもない。
【００８１】
（第７実施形態）
図９は、本発明の第７実施形態に係る半導体装置Ｓ９の概略断面構成を示す図である。上記各実施形態では、半導体素子２０の上面２１の中央部とヒートシンク４０とは板材６０を介して接続されていた。
【００８２】
それに対して、図９に示されるように、本実施形態では、板材６０に代えて、ヒートシンク４０の下面４１に凸部４０ａを設けることにより、当該板材６０が無い分、凸部４０ａの厚さで吸収するようにしている。
【００８３】
このような凸部４０ａは、プレス加工などにより形成できる。そして、本実施形態は、ヒートシンク４０に凸部４０ａを設けて、板材６０を省略したものであるから、上記各実施形態と組み合わせて適用が可能であることはもちろんである。
【００８４】
（第８実施形態）
本発明の第８実施形態では、上記図１に示した半導体装置Ｓ１の製造方法について、より具体的な方法を示すものである。ここでは、回路基板１０およびリードフレーム素材として多連状態のものを用い、これらを組み付けた後、最終的に分断して、半導体装置Ｓ１を製造する方法を提供する。
【００８５】
図１０、図１１は、本実施形態に係る半導体装置Ｓ１の製造方法の第１の方法を示す工程図であり、図１０および図１１において、それぞれ（ａ）、（ｃ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）の概略断面図、（ｄ）は（ｃ）の概略断面図である。
【００８６】
なお、図１０、図１１および後述する図１２〜図１４中の平面図においては、リードフレーム３０のうち当該平面図中の破線に重なる部位が曲げられた部位を示している。また、これら図１０〜図１４においては、半導体装置Ｓ１の細部を省略している。
【００８７】
［図１０（ａ）、（ｂ）の工程］
まず、個々の回路基板１０が連結された多連状態の回路基板１０を用意し、その一面１１上に半導体素子２０を搭載する（半導体素子搭載工程）。
【００８８】
［図１０（ｃ）、（ｄ）の工程］
次に、矩形板状のアイランドとしての板材６０とリード部としてのリードフレーム３０とが、吊りリードを含むフレーム部１０１により一体に連結されたリードフレーム素材１００を用意し、このリードフレーム素材１００を、回路基板１０の一面１１上にて導電性接続材２４を介して、半導体素子２０の上面２１の上に搭載する（リードフレーム接続工程）。
【００８９】
［図１１（ａ）、（ｂ）の工程］
次に、半導体素子２０の上面２１上にて、板材６０およびリードフレーム３０の上に、放熱シート５０を介してヒートシンク４０を搭載し、放熱シート５０の接合力によりヒートシンク４０を固定する（ヒートシンク搭載工程）。また、半田ボールなどを用いてバンプ１３を形成する。
【００９０】
［図１１（ｃ）、（ｄ）の工程］
次に、ダイシングカットにより、多連状態のリードフレーム素材１００および回路基板１０をカットし、半導体装置Ｓ１の単位に個片化する（カット工程）。こうして、半導体装置Ｓ１ができあがる。以上が第１の方法である。
【００９１】
また、図１２、図１３、図１４は、本実施形態に係る半導体装置Ｓ１の製造方法の第２の方法を示す工程図であり、図１２および図１３において、それぞれ（ａ）、（ｃ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）の概略断面図、（ｄ）は（ｃ）の概略断面図であり、図１４において、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）の概略断面図である。
【００９２】
［図１２（ａ）、（ｂ）の工程］
この第２の方法では、まず、多連状態のリードフレーム素材１００に対して、導電性接続材２４を介して、半導体素子２０の上面２１を接続する（リードフレーム接続工程）。
【００９３】
［図１２（ｃ）、（ｄ）の工程］
次に、プレス加工などにより、リードフレーム素材１００を個々の半導体装置Ｓ１の単位にカットする（リードフレームカット工程）。
【００９４】
［図１３（ａ）、（ｂ）の工程］
その後、個々の半導体装置Ｓ１の単位にて半導体素子２０と板材６０およびリードフレーム３０とが組み付けられたワークを、多連状態の回路基板１０の一面１１上に搭載する（半導体素子搭載工程）。
【００９５】
［図１３（ｃ）、（ｄ）の工程］
次に、半導体素子２０の上面２１上にて、板材６０およびリードフレーム３０の上に、放熱シート５０を介してヒートシンク４０を搭載し、放熱シート５０の接合力によりヒートシンク４０を固定する（ヒートシンク搭載工程）。また、半田ボールなどを用いてバンプ１３を形成する。
【００９６】
［図１４（ｃ）、（ｄ）の工程］
次に、ダイシングカットにより、多連状態の回路基板１０をカットし、半導体装置Ｓ１の単位に個片化する（回路基板カット工程）。こうして、半導体装置Ｓ１ができあがる。以上が第２の方法である。
【００９７】
上記第１の方法では、カット工程においてリードフレーム素材１００および回路基板１０の両方を一括してダイシングカットするため、特にリードフレーム素材１００の方がダンシングしにくい場合がある。しかし、の第２の方法によれば、リードフレーム素材１００をプレスなどの一般的な方法で予めカットするため、回路基板１０のカットをスムーズに行いやすくなる。
【００９８】
また、上記第１実施形態の半導体装置Ｓ１以外の上記各実施形態の半導体装置についても、本実施形態の製造方法を準用することによって容易に製造できることはもちろんである。
【００９９】
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、半導体素子２０は、両面電極タイプのＩＣチップとして構成されていたが、上面２１のみに電極を有し、上面２１側からのみ電気的な取り出しを行う、いわゆる片面電極タイプのものであってもよい。この場合には、半導体素子２０の下面２２とこれに対向する回路基板１０の一面１１とは、非導電性の接着剤を介して接続されたものにできる。
【符号の説明】
【０１００】
１０ 回路基板
１１ 回路基板の一面
２０ 半導体素子
２１ 半導体素子の上面
３０ 接続部材としてのリードフレーム
３０ｂ リードフレームの上面
３１ リードフレームの一端部
３２ リードフレームの他端部
４０ ヒートシンク
５０ 放熱性接続材としての放熱シート
５１ 板材接続用の放熱性接続材
５２ 放熱性接続材としての樹脂部材
６０ 板材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板上に搭載された半導体素子の上面と回路基板とを接続部材を介して電気的に接続するとともに、半導体素子の上面に放熱用のヒートシンクを設けてなる半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の半導体装置としては、特許文献１に記載のものが提案されている。このものは、回路基板と、回路基板の一面上に搭載された半導体素子と、半導体素子の上面と回路基板の一面側とを結線して電気的に接続するボンディングワイヤと、半導体素子の上面にてボンディングワイヤを避けた位置に接続されて半導体素子の熱を放熱するヒートシンクと、ボンディングワイヤを封止するモールド樹脂とを備えて構成されているものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３８５４０５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように、従来のこの種の半導体装置では、半導体素子の上面と回路基板の一面側とを電気的に接続する接続部材として、機械的強度の低いボンディングワイヤを採用しているため、そのボンディングワイヤを保護する等の目的で、ボンディングワイヤをモールド樹脂で封止している。
【０００５】
ここで、このモールド樹脂による封止工程において、ヒートシンクの上面に余分なモールド樹脂、つまり樹脂バリが付着するのを避けるべく、ヒートシンクの上面を確実に金型に密着させる必要がある。そのために、金型をヒートシンクに押し付ける力を大きくすることになり、ヒートシンクの下面に接続されている半導体素子にダメージが発生する恐れがある。
【０００６】
また、仮に上記樹脂バリがヒートシンクの上面に付着した場合、この樹脂バリを除去するためには、たとえばヒートシンクの上面の樹脂バリを切削して除去することが必要になる。しかしながら、このような樹脂バリの除去においては、切削等による力がヒートシンクに対して加わるため、ヒートシンクの下面に接続されている半導体素子にダメージが発生する恐れがある。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、回路基板上に搭載された半導体素子の上面と回路基板とを接続部材を介して電気的に接続するとともに、半導体素子の上面に放熱用のヒートシンクを設けてなる半導体装置において、ヒートシンクの樹脂バリ付着を防止しつつ、半導体素子の上面と回路基板の一面側との電気的接続、および、半導体素子の上面からの放熱を適切に行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、回路基板（１０）と、
回路基板（１０）の一面（１１）上に搭載された半導体素子（２０）と、
半導体素子（２０）の上面（２１）と回路基板（１０）の前記一面（１１）側とを電気的に接続する接続部材（３０）と、
半導体素子（２０）の上面（２１）に接続されて半導体素子（２０）の熱を放熱するヒートシンク（４０）と、を備える半導体装置において、
接続部材は、板状をなすリードフレーム（３０）であり、
リードフレーム（３０）は、一端部（３１）側が半導体素子（２０）の上面（２１）の周辺部に電気的に接続され、他端部（３２）側が回路基板（１０）の一面（１１）まで延びて当該他端部（３２）が回路基板（１０）の一面（１１）側に電気的に接続されたものであり、
ヒートシンク（４０）は、半導体素子（２０）の上面（２１）の中央部、および、リードフレーム（３０）の一端部（３１）側の上面（３０ｂ）に放熱性接続材（５０〜５２）を介して接続されていることを特徴とする。
【０００９】
それによれば、板状のリードフレーム（３０）を、半導体素子（２０）の上面（２１）と回路基板（１０）の一面（１１）側とを電気的に接続する接続部材としているから、当該接続部材をモールド樹脂で封止することが不要となり、そもそも樹脂バリの問題は生じない。
【００１０】
また、半導体素子（２０）の上面（２１）側にて、ヒートシンク（４０）を半導体素子（２０）だけでなく、リードフレーム（３０）にも接続しているから、ヒートシンク（４０）をリードフレーム（３０）まで覆う大きなものにすることができ、半導体素子（２０）の上面（２１）側にてリードフレーム（３０）からもヒートシンク（４０）への放熱が行える。
【００１１】
よって、本発明によれば、ヒートシンク（４０）の樹脂バリ付着を防止しつつ、半導体素子（２０）の上面（２１）と回路基板（１０）の一面（１１）側との電気的接続、および、半導体素子（２０）の上面（２１）からの放熱を適切に行うことができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の半導体装置において、半導体素子（２０）の上面（２１）の中央部とヒートシンク（４０）とは、放熱性を有する板材（６０）を介して、接続されていることを特徴とする。
【００１３】
それによれば、半導体素子（２０）の上面（２１）上におけるリードフレーム（３０）の厚さ分の段差を、板材（６０）の厚さにより調整できるから、ヒートシンク（４０）が、当該ヒートシンク（４０）における半導体素子（２０）の上面（２１）との対向面である下面（４１）を平坦面とした構成であっても、半導体素子（２０）およびリードフレーム（３０）とヒートシンク（４０）とを適切に接続しやすくなる。
【００１４】
さらに、請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の半導体装置において、板材（６０）とリードフレーム（３０）とは同一の厚さであることを特徴とする。
【００１５】
それによれば、板材（６０）とリードフレーム（３０）とが同一厚さであるから、半導体素子（２０）の上面（２１）上におけるリードフレーム（３０）の厚さ分の段差を、より調整しやすい。
【００１６】
さらに、請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の半導体装置において、板材（６０）とリードフレーム（３０）とは、同一材料よりなることを特徴とする。
【００１７】
それによれば、板材（６０）を、リードフレーム（３０）のアイランドなどにより構成することができ、板材（６０）およびリードフレーム（３０）の形成が容易になる。
【００１８】
また、請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体装置において、リードフレーム（３０）よりもヒートシンク（４０）の方が熱伝導性に優れた材料よりなることを特徴とする。それによれば、放熱性向上の点で好ましい。
【００１９】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
【図２】第１実施形態の他の例としての半導体装置の概略断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
【図６】本発明の第５実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
【図７】本発明の第６実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
【図８】第６実施形態の他の例としての半導体装置の概略断面図である。
【図９】本発明の第７実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
【図１０】本発明の第８実施形態に係る半導体装置の製造方法の第１の方法を示す工程図である。
【図１１】図１０に続く第１の方法を示す工程図である。
【図１２】第８実施形態に係る半導体装置の製造方法の第２の方法を示す工程図である。
【図１３】図１２に続く第１の方法を示す工程図である。
【図１４】図１３に続く第１の方法を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００２２】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置Ｓ１の概略断面構成を示す図である。
【００２３】
本実施形態の半導体装置Ｓ１は、大きくは、回路基板１０と、回路基板１０の一面１１上に搭載された半導体素子２０と、半導体素子２０の上面２１と回路基板１０の一面１１側とを電気的に接続する接続部材としてのリードフレーム３０と、半導体素子２０の上面２１に接続されて半導体素子２０の熱を放熱するヒートシンク４０と、を備えて構成されている。
【００２４】
回路基板１０は、一方の板面１１を半導体素子２０が搭載される素子搭載面である一面１１とする板状のもので、プリント基板などの樹脂基板やセラミック基板などよりなる。このような回路基板１０は、典型的には矩形板状をなす。
【００２５】
また、ここでは、回路基板１０はインターポーザとして機能するものである。具体的には、回路基板１０の他方の板面１２である他面１２側には、はんだなどよりなるバンプ１３が設けられており、回路基板１０は、このバンプ１３を介して、図示しない別の基板に電気的および機械的に接続されるようになっている。
【００２６】
半導体素子２０は、シリコン半導体などよりなり、下面２２を回路基板１０の一面１１に対向させつつ上面２１を回路基板１０の一面１１の上方に向けた状態で、回路基板１０の一面１１上に搭載されている。このような半導体素子２０としては、ベアチップでもよいし、ＣＳＰ（チップサイズパッケージ）などであってもよい。
【００２７】
ここでは、半導体素子２０は矩形板状のベアチップである。また、ここでは、半導体素子２０は、表裏の関係にある上下面２１、２２の両方に図示しない電極を有し、当該両面２１、２２側から電気的な取り出しを行うもの、いわゆる両面電極タイプのＩＣチップとして構成されている。
【００２８】
そして、半導体素子２０は、下面２２側の当該電極に対応する位置にて、フリップチップ接続部２３を介して、回路基板１０の一面１１に電気的および機械的に接続されている。ここで、フリップチップ接続部２３は、たとえば、はんだ、バンプあるいは導電性接着剤などの導電性材料よりなる。
【００２９】
接続部材としてのリードフレーム３０は、４２アロイやＣｕ合金などの導電性金属よりなる一般的な板状をなすリードフレーム３０であり、典型的には一端部３１から他端部３２に延びる矩形の短冊形状をなすものである。
【００３０】
ここで、リードフレーム３０は、複数個設けられており、個々のリードフレーム３０は、回路基板１０の一面１１に対して、一方の板面である下面３０ａを対向させつつ、他方の板面である上面３０ｂを回路基板１０の一面１１の上方に向けた状態で、回路基板１０の一面１１上に配置されている。
【００３１】
そして、リードフレーム３０は、一端部３１側の下面３０ａが半導体素子２０の上面２１の周辺部に対向して電気的に接続され、中間部が半導体素子２０の外郭からはみだして回路基板１０側にディプレス加工により曲げられている。そして、リードフレーム３０の他端部３２側が回路基板１０の一面１１まで延び、当該他端部３２の下面３０ａが回路基板１０の一面１１に対向して電気的に接続されている。
【００３２】
ここで、リードフレーム３０の一端部３１側と半導体素子２０の上面２１の周辺部に備えられている図示しない電極との間は、導電性接着剤やはんだなどの導電性接続材２４を介して電気的に接続されている。
【００３３】
また、リードフレーム３０の他端部３２側と回路基板１０の一面１１の図示しない電極との間も、図示しないけれども、同じく上記導電性接続材２４を介して電気的に接続されている。なお、このリードフレーム３０の他端部３２側と回路基板１０の一面１１側との電気的接続は、回路基板１０の一面１１から他面１２に貫通するビアに、リードフレーム３０の他端部３２側を挿入することにより行ってもよい。
【００３４】
ヒートシンク４０は、当該ヒートシンク４０の下面４１を半導体素子２０の上面２１に対向させた状態で、半導体素子２０の上に搭載されている。ヒートシンク４０は、下面４１側から半導体素子２０の熱を受け取り、下面４１とは反対側の放熱面である上面４２側から放熱するものである。
【００３５】
ここでは、ヒートシンク４０は、上下面４１、４２を表裏の板面として、半導体素子２０よりも一回り大きく、回路基板１０よりは小さい矩形板状を成すものである。また、ここでは、半導体素子２０の上面２１に対向するヒートシンク４０の下面４１は、平坦面とされている。
【００３６】
このようなヒートシンク４０は、Ｃｕ合金やアルミ等の金属やＡｌＮ等のセラミックからなるが、放熱性向上の点で、リードフレーム３０よりも、ヒートシンク４０の方が熱伝導性に優れた材料よりなることが望ましい。たとえばリードフレーム３０が４２アロイである場合に、ヒートシンク４０をＣｕよりなるものにすればよい。
【００３７】
そして、ヒートシンク４０は、その下面４１にて、半導体素子２０の上面２１の中央部、および、リードフレーム３０の一端部３１側の上面３０ｂに、放熱性接続材５０を介して接続されている。
【００３８】
ここでは、放熱性接続材５０は、樹脂中に熱伝導性に優れたセラミックなどのフィラーやビーズを分散してなる一般的な電気絶縁性の放熱シート５０よりなる。この放熱シート５０は、ヒートシンク４０と実質同一の平面サイズを有し、ヒートシンク４０の下面４１の全体に貼り付けられた平面矩形の単一シートである。
【００３９】
これにより、リードフレーム３０とヒートシンク４０とは放熱シート５０を介して、電気的に絶縁しつつ熱伝達が可能な状態で接続されている。そのため、各リードフレーム３０同士は、ヒートシンク４０を介して電気的に導通することはない。
【００４０】
一方、半導体素子２０の上面２１の中央部とヒートシンク４０とは、さらに放熱性を有する板材６０を介して、接続されている。具体的には、板材６０は、当該板材６０の板面を半導体素子２０の上面２１と平行にした状態で、放熱シート４０と半導体素子２０の上面２１との間に介在している。
【００４１】
この板材６０は、リードフレーム３０よりも内周側の半導体素子２０の中央部に配置されるもので、たとえば半導体素子２０よりも一回り小さい矩形平板状を成す。ここで、板材６０と半導体素子２０の上面２１とは、上記リードフレーム３０の一端部３１と同様の導電性接続材２４により接続されている。
【００４２】
そして、板材６０とヒートシンク４０とは、放熱シート５０を介して、電気的に絶縁しつつ熱伝達が可能な状態で接続されている。なお、板材６０と半導体素子２０との接続については、導電性接続材２４に代えて、一般的な電気絶縁性の接着剤で行ってもよい。
【００４３】
つまり、本実施形態では、半導体素子２０の上面２１側にて、半導体素子２０およびリードフレーム３０は、共通の単一のヒートシンク３０に接続されている。そして、これにより半導体素子２０からの熱は、リードフレーム３０を介在しない第１の経路と、リードフレーム３０を介在する第２の経路とにより、ヒートシンク４０に伝わるようになっている。
【００４４】
このような本実施形態の半導体装置Ｓ１は、回路基板１０の一面１１上に、半導体素子２０を搭載し、リードフレーム３０および板材６０の接続を行い、さらに放熱シート５０を介してヒートシンク４０を搭載することにより製造される。
【００４５】
ところで、本実施形態によれば、板状のリードフレーム３０を、半導体素子２０の上面２１と回路基板１０の一面１１側とを電気的に接続する接続部材としているから、当該接続部材をモールド樹脂で封止することが不要となり、そもそもヒートシンク４０に樹脂が付着することはなく、従来構成にて発生するような樹脂バリの問題は生じない。
【００４６】
また、半導体素子２０の上面２１側にて、ヒートシンク４０を半導体素子２０だけでなく、リードフレーム３０にも接続しているから、ヒートシンク４０をリードフレーム３０まで覆う大きなものにすることができ、半導体素子２０の上面２１側にてリードフレーム３０からもヒートシンク４０への放熱が行える。
【００４７】
よって、本実施形態によれば、ヒートシンク４０の樹脂バリ付着を防止しつつ、半導体素子２０の上面２１と回路基板１０の一面１１との電気的接続、および、半導体素子２０の上面２１からの放熱を適切に行うことができる。
【００４８】
また、本実施形態では、半導体素子２０の上面２１の中央部とヒートシンク４０とは、放熱性を有する板材６０を介して、接続されているため、半導体素子２０の上面２１上におけるリードフレーム３０の厚さ分の段差を、板材６０の厚さにより調整できる。そのため、ヒートシンク４０が、下面４１を平坦面とした構成であっても、半導体素子２０およびリードフレーム３０とヒートシンク４０とを適切に接続しやすくなる。
【００４９】
さらに、この場合、板材６０とリードフレーム３０とは、厚さが異なっていても、たとえば導電性接続材２４の厚さにより、その厚さの差異は吸収可能であるが、できるならば同一の厚さであることが望ましい。
【００５０】
それによれば、板材６０とリードフレーム３０とが同一厚さであるから、半導体素子２０の上面２１上におけるリードフレーム３０の厚さ分の段差が、板材６０により吸収されやすく、当該段差の調整がより行いやすくなる。
【００５１】
また、板材６０とリードフレーム３０とは、異種材料であってもよいが、同一材料よりなることが望ましい。たとえば、ともに４２アロイまたはＣｕ合金よりなるものとする。それによれば、板材６０を、リードフレーム３０のアイランドなどにより構成することができ、板材６０およびリードフレーム３０の形成が容易になる。
【００５２】
さらに言うならば、板材６０は、放熱性を有するものであればリードフレーム３０となるリードフレーム素材とは別体のものよりなるものであってもよいが、同一材料とすることで、同一のリードフレーム素材から、板材６０およびリードフレーム３０を形成することができ、製造工程の簡素化が図れる．
たとえば、板材６０をアイランド、リードフレーム３０をリード部とするリードフレーム素材を用いて、これら板材６０、リードフレーム３０を形成する場合、典型的なリードフレーム素材と同様に、矩形板状のアイランド６０の各辺の外側に、複数個のリード部３０が放射状に配置されたリードフレーム素材を用いる。
【００５３】
なお、図１の例では、放熱シート５０は、ヒートシンク４０と実質同一の平面サイズを有する単一シートであったが、複数個の放熱シート５０を、ヒートシンク４０のうち板材６０および個々のリードフレーム３０と対向する部分にのみ配置してもよい。
【００５４】
図２は、本第１実施形態の他の例としての半導体装置Ｓ２の概略断面構成を示す図である。本例の半導体装置Ｓ２のように、両面電極タイプの半導体素子２０の下面２２と回路基板１０の一面１１との間に、エポキシ樹脂などよりなるアンダーフィル７０を充填し、フリップチップ接続部２３による接続の補強を行ってもよい。
【００５５】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置Ｓ３の概略断面構成を示す図である。ここでは、本実施形態と上記第１実施形態との相違点を中心に述べることとする。
【００５６】
上記第１実施形態では、上記図１に示されるように、ヒートシンク４０と、板材６０およびリードフレーム３０とを、放熱性接続材としての単一の放熱シート５０を介して熱的に接続していた。
【００５７】
それに対して、図３に示されるように、本実施形態では、ヒートシンク４０と板材６０との接続、および、ヒートシンク４０とリードフレーム３０との接続を別体の放熱性接続材５１、５２を用いて行っている。つまり、板材６０接続用の放熱性接続材５１と、リードフレーム３０接続用の放熱性接続材５２とは、分離して配置されている。
【００５８】
この場合、リードフレーム３０接続用の放熱性接続材５２は、リードフレーム３０とヒートシンク４０との電気的絶縁を確保するために電気絶縁性である必要がある。そのため、このリードフレーム３０接続用の放熱性接続材５２は、上記放熱シート５０であってもよいが、ここでは、電気絶縁性且つ熱伝導性の樹脂部材５２よりなる。
【００５９】
この樹脂部材５２には、具体的には、シリカ、アルミナなどの電気絶縁性のフィラーを含有するエポキシ樹脂などよりなるポッティング樹脂が用いられる。また、図３に示されるように、この樹脂部材５２は、リードフレーム３０の一端部３１とヒートシンク４０との間に介在するだけでなく、さらに、リードフレーム３０全体を封止して、リードフレーム３０を保護するようにしてもよい。
【００６０】
一方、板材６０接続用の放熱性接続材５１は、樹脂部材５２とは離れており電気的に絶縁されているから、導電性でも電気絶縁性でもよい。それゆえ、この板材６０接続用の放熱性接続材５１は、上記放熱シート５０であってもよいが、ここでは、導電性接続材２４と同様の材料よりなるものとされている。
【００６１】
このような本実施形態の半導体装置Ｓ３は、半導体素子２０の搭載、リードフレーム３０および板材６０の接続後、樹脂部材５２によるリードフレーム３０の封止を行い、その後は、ヒートシンク４０の搭載を行うことにより製造される。
【００６２】
そして、本実施形態によっても、上記同様、ヒートシンク４０の樹脂バリ付着を防止しつつ、半導体素子２０の上面２１と回路基板１０の一面１１との電気的接続、および、半導体素子２０の上面２１からの放熱を適切に行うことができる。
【００６３】
（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置Ｓ４の概略断面構成を示す図である。ここでは、本実施形態と上記第１実施形態との相違点を中心に述べることとする。
【００６４】
図４に示されるように、本実施形態では、リードフレーム３０の他端部３２側と回路基板１０の一面１１側との電気的接続は、回路基板１０の一面１１から他面１２に貫通する図示しないビアに、リードフレーム３０の他端部３２側を挿入することにより行われている。
【００６５】
さらに、本実施形態では、このリードフレーム３０の他端部３２を回路基板１０の他面１２より突出させている。この場合、回路基板１０を他面１２側にて別の基板に接続した場合に、この突出するリードフレーム３０の他端部３２を当該別の基板に電気的に接続することが可能となる。
【００６６】
なお、本実施形態においても、上記第２実施形態のように、ヒートシンク４０と板材６０との接続、および、ヒートシンク４０とリードフレーム３０との接続を別体の放熱性接続材５１、５２を用いて行ってもよい。
【００６７】
（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態に係る半導体装置Ｓ５の概略断面構成を示す図である。ここでは、本実施形態と上記第１実施形態との相違点を中心に述べることとする。
【００６８】
上記第１実施形態では、回路基板１０の一面１１上に直接、半導体素子２０を搭載したが、本実施形態の図５に示されるように、回路基板１０の一面１１と半導体素子２０との間に、再配線用部材８０を介して、半導体素子２０の搭載を行ってもよい。
【００６９】
この再配線用部材８０は、半導体素子２０と回路基板１０とを電気的に接続する再配線の機能を果たすものであり、たとえば、上記第１実施形態に示したインターポーザとしての回路基板と同様の構成を有するものとして構成される。
【００７０】
つまり、半導体素子２０と再配線用部材８０とは、フリップチップ接続部２３を介して電気的に接続され、再配線用部材８０と回路基板１０とは、バンプ８１を介して電気的および機械的に接続されている。そして、ここでは、回路基板１０はプリント基板やセラミック基板などよりなり、たとえばマザーボードとして機能するものである。
【００７１】
なお、本実施形態は、回路基板１０の一面１１と半導体素子２０との間に、さらに再配線用部材８０を介在させたものであるから、上記第２実施形態および上記第３実施形態とも組み合わせることが可能であることはもちろんである。
【００７２】
（第５実施形態）
図６は、本発明の第５実施形態に係る半導体装置Ｓ６の概略断面構成を示す図である。上記各実施形態では、リードフレーム３０の中間部は、ディプレス加工により曲げられた形状とされていたが、本実施形態のように、リードフレーム３０はエッチングにより形成され、このエッチングにより当該曲げられた形状を形成しているものでもよい。
【００７３】
この場合、エッチング加工の典型的な形状として、曲げ部分が曲線状ではなく角部とされて曲げられた形状とされている。
【００７４】
（第６実施形態）
図７は、本発明の第６実施形態に係る半導体装置Ｓ７の概略断面構成を示す図である。ここでは、本実施形態と上記第１実施形態との相違点を中心に述べることとする。
【００７５】
上記第１実施形態では、図１に示されるように、板材６０は平板形状のものであったが、本実施形態の図７に示されるように、ディプレス加工により曲げられることで平板のものに比べて実質的な高さを大きくした板材６０であってもよい。
【００７６】
また、図８は、本第６実施形態に係る他の例としての半導体装置Ｓ８の概略断面構成を示す図である。上記第１実施形態の図１では、板材６０はリードフレーム３０と同じ厚さの平板であったが、この図８に示されるように、板材６０は、リードフレーム３０よりも厚い平板とされたものでもよい。
【００７７】
これら図７および図８に示される板材６０は、リードフレーム３０と同じリードフレーム素材のアイランドとして構成されたものであって、当該アイランドにディプレス加工を施したものや、もともと当該アイランドの方が厚い一般的な異形フレームを用いて形成される。また、これら板材６０は、リードフレーム３０とは別部材より形成されたものであってもよいことは、上記第１実施形態と同様である。
【００７８】
本実施形態によれば、ヒートシンク４０と板材６０との距離に比べて、ヒートシンク４０とリードフレーム３０の一端部３１側との距離を大きくできるから、ヒートシンク４０とリードフレーム３０との電気的な短絡の防止に好適である。
【００７９】
なお、図７、図８では、ヒートシンク４０と板材６０との接続、および、ヒートシンク４０とリードフレーム３０との接続を、上記第２実施形態と同様に、別体の放熱性接続材５１、５２を用いて行っていたが、本実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、ヒートシンク４０と板材６０およびリードフレーム３０とを、単一の放熱シート５０を介して熱的に接続してもよい。
【００８０】
この場合、板材６０では、リードフレーム３０よりも放熱シート５０の凹み度合を大きくすることで、対応が可能となることはもちろんである。また、本実施形態は、板材６０の形状や厚さを変えるだけのものであるから、第１および第２実施形態以外の上記各実施形態とも組み合わせ可能であることは言うまでもない。
【００８１】
（第７実施形態）
図９は、本発明の第７実施形態に係る半導体装置Ｓ９の概略断面構成を示す図である。上記各実施形態では、半導体素子２０の上面２１の中央部とヒートシンク４０とは板材６０を介して接続されていた。
【００８２】
それに対して、図９に示されるように、本実施形態では、板材６０に代えて、ヒートシンク４０の下面４１に凸部４０ａを設けることにより、当該板材６０が無い分、凸部４０ａの厚さで吸収するようにしている。
【００８３】
このような凸部４０ａは、プレス加工などにより形成できる。そして、本実施形態は、ヒートシンク４０に凸部４０ａを設けて、板材６０を省略したものであるから、上記各実施形態と組み合わせて適用が可能であることはもちろんである。
【００８４】
（第８実施形態）
本発明の第８実施形態では、上記図１に示した半導体装置Ｓ１の製造方法について、より具体的な方法を示すものである。ここでは、回路基板１０およびリードフレーム素材として多連状態のものを用い、これらを組み付けた後、最終的に分断して、半導体装置Ｓ１を製造する方法を提供する。
【００８５】
図１０、図１１は、本実施形態に係る半導体装置Ｓ１の製造方法の第１の方法を示す工程図であり、図１０および図１１において、それぞれ（ａ）、（ｃ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）の概略断面図、（ｄ）は（ｃ）の概略断面図である。
【００８６】
なお、図１０、図１１および後述する図１２〜図１４中の平面図においては、リードフレーム３０のうち当該平面図中の破線に重なる部位が曲げられた部位を示している。また、これら図１０〜図１４においては、半導体装置Ｓ１の細部を省略している。
【００８７】
［図１０（ａ）、（ｂ）の工程］
まず、個々の回路基板１０が連結された多連状態の回路基板１０を用意し、その一面１１上に半導体素子２０を搭載する（半導体素子搭載工程）。
【００８８】
［図１０（ｃ）、（ｄ）の工程］
次に、矩形板状のアイランドとしての板材６０とリード部としてのリードフレーム３０とが、吊りリードを含むフレーム部１０１により一体に連結されたリードフレーム素材１００を用意し、このリードフレーム素材１００を、回路基板１０の一面１１上にて導電性接続材２４を介して、半導体素子２０の上面２１の上に搭載する（リードフレーム接続工程）。
【００８９】
［図１１（ａ）、（ｂ）の工程］
次に、半導体素子２０の上面２１上にて、板材６０およびリードフレーム３０の上に、放熱シート５０を介してヒートシンク４０を搭載し、放熱シート５０の接合力によりヒートシンク４０を固定する（ヒートシンク搭載工程）。また、半田ボールなどを用いてバンプ１３を形成する。
【００９０】
［図１１（ｃ）、（ｄ）の工程］
次に、ダイシングカットにより、多連状態のリードフレーム素材１００および回路基板１０をカットし、半導体装置Ｓ１の単位に個片化する（カット工程）。こうして、半導体装置Ｓ１ができあがる。以上が第１の方法である。
【００９１】
また、図１２、図１３、図１４は、本実施形態に係る半導体装置Ｓ１の製造方法の第２の方法を示す工程図であり、図１２および図１３において、それぞれ（ａ）、（ｃ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）の概略断面図、（ｄ）は（ｃ）の概略断面図であり、図１４において、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）の概略断面図である。
【００９２】
［図１２（ａ）、（ｂ）の工程］
この第２の方法では、まず、多連状態のリードフレーム素材１００に対して、導電性接続材２４を介して、半導体素子２０の上面２１を接続する（リードフレーム接続工程）。
【００９３】
［図１２（ｃ）、（ｄ）の工程］
次に、プレス加工などにより、リードフレーム素材１００を個々の半導体装置Ｓ１の単位にカットする（リードフレームカット工程）。
【００９４】
［図１３（ａ）、（ｂ）の工程］
その後、個々の半導体装置Ｓ１の単位にて半導体素子２０と板材６０およびリードフレーム３０とが組み付けられたワークを、多連状態の回路基板１０の一面１１上に搭載する（半導体素子搭載工程）。
【００９５】
［図１３（ｃ）、（ｄ）の工程］
次に、半導体素子２０の上面２１上にて、板材６０およびリードフレーム３０の上に、放熱シート５０を介してヒートシンク４０を搭載し、放熱シート５０の接合力によりヒートシンク４０を固定する（ヒートシンク搭載工程）。また、半田ボールなどを用いてバンプ１３を形成する。
【００９６】
［図１４（ｃ）、（ｄ）の工程］
次に、ダイシングカットにより、多連状態の回路基板１０をカットし、半導体装置Ｓ１の単位に個片化する（回路基板カット工程）。こうして、半導体装置Ｓ１ができあがる。以上が第２の方法である。
【００９７】
上記第１の方法では、カット工程においてリードフレーム素材１００および回路基板１０の両方を一括してダイシングカットするため、特にリードフレーム素材１００の方がダンシングしにくい場合がある。しかし、の第２の方法によれば、リードフレーム素材１００をプレスなどの一般的な方法で予めカットするため、回路基板１０のカットをスムーズに行いやすくなる。
【００９８】
また、上記第１実施形態の半導体装置Ｓ１以外の上記各実施形態の半導体装置についても、本実施形態の製造方法を準用することによって容易に製造できることはもちろんである。
【００９９】
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、半導体素子２０は、両面電極タイプのＩＣチップとして構成されていたが、上面２１のみに電極を有し、上面２１側からのみ電気的な取り出しを行う、いわゆる片面電極タイプのものであってもよい。この場合には、半導体素子２０の下面２２とこれに対向する回路基板１０の一面１１とは、非導電性の接着剤を介して接続されたものにできる。
【符号の説明】
【０１００】
１０ 回路基板
１１ 回路基板の一面
２０ 半導体素子
２１ 半導体素子の上面
３０ 接続部材としてのリードフレーム
３０ｂ リードフレームの上面
３１ リードフレームの一端部
３２ リードフレームの他端部
４０ ヒートシンク
５０ 放熱性接続材としての放熱シート
５１ 板材接続用の放熱性接続材
５２ 放熱性接続材としての樹脂部材
６０ 板材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板（１０）と、
前記回路基板（１０）の一面（１１）上に搭載された半導体素子（２０）と、
前記半導体素子（２０）の上面（２１）と前記回路基板（１０）の一面（１１）側とを電気的に接続する接続部材（３０）と、
前記半導体素子（２０）の上面（２１）に接続されて前記半導体素子（２０）の熱を放熱するヒートシンク（４０）と、を備える半導体装置において、
前記接続部材は、板状をなすリードフレーム（３０）であり、
前記リードフレーム（３０）は、一端部（３１）側が前記半導体素子（２０）の上面（２１）の周辺部に電気的に接続され、他端部（３２）側が前記回路基板（１０）の一面（１１）まで延びて当該他端部（３２）が前記回路基板（１０）の一面（１１）側に電気的に接続されたものであり、
前記ヒートシンク（４０）は、前記半導体素子（２０）の上面（２１）の中央部、および、前記リードフレーム（３０）の一端部（３１）側の上面（３０ｂ）に放熱性接続材（５０〜５２）を介して接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体素子（２０）の上面（２１）の中央部と前記ヒートシンク（４０）とは、放熱性を有する板材（６０）を介して、接続されてい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】
前記板材（６０）と前記リードフレーム（３０）とは同一の厚さであ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】
前記板材（６０）と前記リードフレーム（３０）とは、同一材料よりなることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記リードフレーム（３０）よりも前記ヒートシンク（４０）の方が熱伝導性に優れた材料よりなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項１】
回路基板（１０）と、
前記回路基板（１０）の一面（１１）上に搭載された半導体素子（２０）と、
前記半導体素子（２０）の上面（２１）と前記回路基板（１０）の一面（１１）側とを電気的に接続する接続部材（３０）と、
前記半導体素子（２０）の上面（２１）に接続されて前記半導体素子（２０）の熱を放熱するヒートシンク（４０）と、を備える半導体装置において、
前記接続部材は、板状をなすリードフレーム（３０）であり、
前記リードフレーム（３０）は、一端部（３１）側が前記半導体素子（２０）の上面（２１）の周辺部に電気的に接続され、他端部（３２）側が前記回路基板（１０）の一面（１１）まで延びて当該他端部（３２）が前記回路基板（１０）の一面（１１）側に電気的に接続されたものであり、
前記ヒートシンク（４０）は、前記半導体素子（２０）の上面（２１）の中央部、および、前記リードフレーム（３０）の一端部（３１）側の上面（３０ｂ）に放熱性接続材（５０〜５２）を介して接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体素子（２０）の上面（２１）の中央部と前記ヒートシンク（４０）とは、放熱性を有する板材（６０）を介して、接続されてい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】
前記板材（６０）と前記リードフレーム（３０）とは同一の厚さであ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】
前記板材（６０）と前記リードフレーム（３０）とは、同一材料よりなることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記リードフレーム（３０）よりも前記ヒートシンク（４０）の方が熱伝導性に優れた材料よりなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体装置。
【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】
【公開番号】特開２０１２−２５３１１８（Ｐ２０１２−２５３１１８Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２３２００（Ｐ２０１１−１２３２００）
【出願日】平成２３年６月１日（２０１１．６．１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１日（２０１１．６．１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]