JP3706558B2 - 半導体装置および半導体モジュール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置および半導体モジュールに関し、特に半導体素子からの熱を良好に放出でき、且つ半田電極に作用する応力を緩衝する半導体装置および半導体モジュールの構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置は携帯機器や小型・高密度実装機器への採用が進み、軽薄短小でしかも放熱性が求められている。しかも半導体装置は、色々な基板に実装され、この基板も含めた半導体モジュールとして、色々な機器に実装されている。基板は、セラミック基板、プリント基板、フレキシブルシート、金属基板またはガラス基板等が考えられ、ここではフレキシブルシートに実装された半導体モジュールとして以下にその一例を述べる。
【０００３】
図２３に、フレキシブルシートを使った半導体モジュールがハードディスク１００に実装されたものを示した。このハードディスク１００は、例えば、日経エレクトロニクス １９９７年６月１６日（Ｎｏ．６９１）Ｐ９２〜に詳しく述べられている。
【０００４】
このハードディスク１００は、金属から成る箱体１０１に実装されて成り、複数枚の記録ディスク１０２がスピンドルモータ１０３に一体で取り付けられ、それぞれの記録ディスク１０２の表面には、磁気ヘッド１０４がほんの隙間を介して配置されている。この磁気ヘッド１０４は、アーム１０５の先に固定されたサスペンション１０６の先端に取り付けられている。そして磁気ヘッド１０４、サスペンション１０６、アーム１０５が一体となり、この一体物が、アクチュエータ１０７に取り付けられている。
【０００５】
記録ディスク１０２は、この磁気ヘッド１０４を介して書き込み、読み出しを行うため、読み書き増幅用ＩＣ１０８と電気的に接続される必要がある。そのため、フレキシブルシート１０９にこの読み書き増幅用ＩＣ１０８が実装された半導体モジュール１１０が用いられ、フレキシブルシート１１０の上に設けられた配線が最終的には、磁気ヘッド１０４と電気的に接続される。この半導体モジュール１１０は、フレキシブル・サーキット・アッセンブリと呼ばれ、一般にＦＣＡと略称される。
【０００６】
そして箱体１０１の裏面には、半導体モジュール１１０に取り付けられたコネクタ１１１が顔を出し、このコネクタ（オス型またはメス型）１１１とメインボード１１２に取り付けられたコネクタ（メス型またはオス型）が接続される。またこのメインボード１１２には、配線が設けられ、スピンドルモータ１０３の駆動用ＩＣ、バッファーメモリ、その他駆動のためのＩＣ、例えばＡＳＩＣ等が実装されている。
【０００７】
例えば、記録ディスク１０２は、スピンドルモータ１０３を介して４５００ｒｐｍで回転し、磁気ヘッド１０４は、アクチュエータ１０７により、その位置が決定される。この回転機構は、箱体１０１に設けられる蓋体で密閉されるため、どうしても熱がこもり、読み書き増幅用ＩＣ１０８が温度上昇する。それ故、読み書き増幅用ＩＣ１０８は、アクチュエータ１０７、箱体１０１等の熱伝導が優れた部分に取り付けられる。またスピンドルモータ１０３の回転は、５４００、７２００、１００００ｒｐｍと高速傾向にあり、この放熱が益々重要となる。
【０００８】
前述したＦＣＡを更に説明するため、その構造を図２４に示す。図２４Ａがその平面図であり、図２４Ｂは断面図であり、先端に設けられた読み書き増幅用ＩＣ１０８の部分をＡ−Ａ線で切ったものである。このＦＣＡ１１０は、折り曲げられて箱体１０１内の一部に取り付けられるため、折り曲げ加工しやすい平面形状を取った第１のフレキシブルシート１０９が採用される。
【０００９】
このＦＣＡ１１０の左端には、コネクタ１１１が取り付けられ、第１の接続部となる。このコネクタ１１１と電気的に接続された第１の配線１２１が、第１のフレキシブルシート１０９上に貼り合わされ右端まで延在されている。そして前記第１の配線１２１が、読み書き増幅用ＩＣ１０８と電気的に接続される。また、磁気ヘッド１０４と接続される増幅用ＩＣ１０８のリード１２２は、第２の配線１２３と接続され、この第２の配線１２３は、アーム１０５、サスペンション１０６の上設けられた第２のフレキシブルシート１２４上の第３の配線１２６と電気的に接続される。つまり第１のフレキシブルシート１０９の右端は、第２の接続部１２７と成り、ここで第２のフレキシブルシート１２４と接続される。尚、第１のフレキシブルシート１０９と第２のフレキシブルシート１２４は、一体で設けられても良い。この場合、第２の配線１２３と第３の配線１２６は、一体で設けられる。
【００１０】
また読み書き増幅用ＩＣ１０８が設けられる第１のフレキシブルシート１０９の裏面には、支持部材１２８が設けられる。この支持部材１２８は、セラミック基板、Ａｌ基板が用いられる。この支持部材１２８を介して、箱体１０１内部に露出する金属と熱的に結合され、読み書き増幅用ＩＣ１０８の熱が外部に放出される。
【００１１】
続いて図２４Ｂを参照して、読み書き増幅用ＩＣ１０８と第１のフレキシブルシート１０９の接続構造を説明する。
【００１２】
このフレキシブルシート１０９は、下層から第１のポリイミドシート１３０（以下第１のＰＩシートと呼ぶ。）、第１の接着層１３１、導電パターン１３２、第２の接着層１３３および第２のポリイミドシート１３４（以下第２のＰＩシートと呼ぶ）が積層され、第１、第２のＰＩシート１３０、１３４に導電パターン１３２がサンドウィッチされている。
【００１３】
また読み書き増幅用ＩＣ１０８が接続されるために、所望の箇所の第２のＰＩシート１３４と第２の接着層１３３が取り除かれ、開口部１３５が形成され、そこには導電パターン１３２が露出される。そして図に示すように、リード１２２を介して読み書き増幅用ＩＣ１０８が電気的に接続される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
図２４Ｂに於いて、絶縁性樹脂１３６でパッケージされた半導体装置は、矢印で示した放熱経路で外部に放出され、特に、絶縁性樹脂１３６が熱抵抗となり、トータルで見ると読み書き増幅用ＩＣ１０８から発生する熱を効率良く外部に放出できない構造であった。
【００１５】
更にハードディスクで説明する。このハードディスクの読み書き転送レートは、５００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ、更にはそれ以上の周波数が求められ、読み書き増幅用ＩＣ１０８の読み書きスピードを高速にしなければならない。そのためには、読み書き増幅用ＩＣ１０８と接続されるフレキシブルシート上の配線の経路を短くし、読み書き増幅用ＩＣ１０８の温度上昇を防止しなければならない。
【００１６】
特に記録ディスク１０２が高速で回転し、しかも箱体１０１と蓋体で密閉された空間となるため、内部は、７０度〜８０度程度に温度が上昇する。一方、一般のＩＣの動作許容温度は、約１２５度であり、読み書き増幅用ＩＣ１２５は、内部温度８０度から約４５度の温度上昇が許される。しかし図に示すように、半導体装置自身の熱抵抗、ＦＣＡの熱抵抗が大きいと、読み書き増幅用ＩＣ１０８は、すぐに動作許容温度を超えてしまい、本来の能力を出し切れない。そのため、放熱性の優れた半導体装置、ＦＣＡが求められている。
【００１７】
しかも動作周波数が、今後更に高まるため、読み書き増幅用ＩＣ１０８自身も、演算処理により発生する熱で、温度上昇してしまう問題があった。常温では、目的の動作周波数を実現できるにもかかわらず、ハードディスクの内部では、その温度上昇のために、動作周波数を低下させなければならなかった。
【００１８】
以上、今後の動作周波数の増加に伴い、半導体装置、半導体モジュール（ＦＣＡ）は、より放熱性が求められていた。
【００１９】
一方、アクチュエータ１０７自身、またこれに取り付けられるアーム１０５、サスペンション１０６および磁気ヘッド１０４は、慣性モーメントを少なくするために、出来るだけ軽くしなければならない。特に、図１７に示すように、読み書き増幅用ＩＣ１０８をアクチュエータ１０７の表面に実装される場合、このＩＣ１０８の軽量化、ＦＣＡ１１０の軽量化も求められていた。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述した課題に鑑みて成され、第１に、半導体素子がフェイスダウンで絶縁性樹脂と一体に封止され、その裏面に、前記半導体素子のボンディング電極と電気的に接続されたパッドと前記半導体素子の表面に位置する放熱用の電極が露出した半導体装置であり、
前記放熱用の電極の露出部に、前記パッドの裏面よりも突出するように金属板が設けられることで解決するものである。
【００２１】
この突出された金属板が、第１の支持部材であるフレキシブルシート裏面と面位置に成るため、筐体の内部、特に平面を有する部分、放熱板等に金属板が接着または当接できる構造となる。よって、半導体素子の熱を放熱板に伝えることができる。
【００２２】
第２に、前記パッドの裏面と前記放熱用の電極の裏面は、実質同一平面に配置されることで解決するものである。
【００２３】
第３に、前記半導体素子と前記放熱用の電極は、絶縁材料で固着されることで解決するものである。
【００２４】
第４に、前記放熱用の電極と前記金属板は、絶縁材料または導電材料で固着されることで解決するものである。
【００２５】
第５に、前記放熱用の電極と前記金属板は、同一材料で一体で形成されることで解決するものである。
【００２６】
第６に、前記パッドの裏面よりも前記絶縁性樹脂の裏面が突出することで解決するものである。
【００２７】
第７に、前記パッドの側面と前記パッドの側面から延在される前記絶縁性樹脂の裏面は、同一曲面を描くことで解決するものである。
【００２８】
第８に、導電パターンが設けられた第１の支持部材と、
前記導電パターンと電気的に接続される半導体素子がフェイスダウンで絶縁性樹脂と一体に封止され、その裏面に、前記半導体素子のボンディング電極と電気的に接続されたパッドと前記半導体素子の表面に位置する放熱用の電極が露出した半導体装置とを有する半導体モジュールであり
前記第１の支持部材の上に設けられた導電パターンと前記パッドが電気的に接続され、前記放熱用の電極に対応する前記第１の支持部材には、開口部が設けられ、前記開口部には、前記放熱用の電極と固着された金属板が設けられることで解決するものである。
【００２９】
第９に、前記第１の支持部材の裏面には、前記金属板が固着された第２の支持部材が貼着されることで解決するものである。
【００３０】
第１０に、前記放熱用の電極と前記金属板は、同一材料で一体で形成されることで解決するものである。
【００３１】
第１１に、前記金属板に対応する前記第２の支持部材には、導電材料から成る固着板が設けられ、前記固着板と前記金属板が熱的に結合されることで解決するものである。
【００３２】
第１２に、前記金属板は、Ｃｕを主材料とし、前記第２の支持部材は、Ａｌを主材料とし、前記固着板は、前記第２の支持部材に形成されたＣｕを主材料とするメッキ膜から成ることで解決するものである。
【００３３】
第１３に、前記パッドの裏面よりも前記絶縁性樹脂の裏面が突出することで解決するものである。
【００３４】
第１４に、前記パッドの側面と前記パッドの側面から延在される前記絶縁性樹脂の裏面は、同一曲面を描くことで解決するものである。
【００３５】
第１５に、前記半導体素子は、ハードディスクの読み書き増幅用ＩＣであることで解決するものである。
【００３６】
第１６に、半導体素子がフェイスダウンで絶縁性樹脂と一体に封止され、その裏面に、前記半導体素子のボンディング電極と電気的に接続されたパッドと、前記パッドと一体の配線を介して延在された外部接続電極と、前記半導体素子の表面に配置された放熱用の電極が露出した半導体装置であり、
前記放熱用の電極の露出部に、前記外部接続電極の裏面よりも突出するように金属板が設けられることで解決するものである。
【００３７】
第１７に、前記外部接続電極の裏面と前記放熱用の電極の裏面は、実質同一平面に配置されることで解決するものである。
【００３８】
第１８に、前記半導体素子と前記放熱用の電極は、絶縁材料で固着されることで解決するものである。
【００３９】
第１９に、前記放熱用の電極と前記金属板は、絶縁材料または導電材料で固着されることで解決するものである。
【００４０】
第２０に、前記放熱用の電極と前記金属板は、同一材料で一体で形成されることで解決するものである。
【００４１】
第２１に、前記外部接続電極の裏面よりも前記絶縁性樹脂の裏面が突出することで解決するものである。
【００４２】
第２２に、前記外部接続電極の側面と前記外部接続電極の側面から延在される前記絶縁材料の裏面は、同一曲面を描くことで解決するものである。
【００４３】
第２３に、導電パターンが設けられた第１の支持部材と、
前記導電パターンと電気的に接続される半導体素子がフェイスダウンで絶縁性樹脂と一体に封止され、その裏面に、前記半導体素子のボンディング電極と電気的に接続されたパッドと、前記パッドと一体の配線を介して設けられた外部接続電極と、前記半導体素子の表面に位置する放熱用の電極が露出した半導体装置とを有する半導体モジュールであり、
前記第１の支持部材の上に設けられた導電パターンと前記外部接続電極が電気的に接続され、前記放熱用の電極に対応する前記第１の支持部材には、開口部が設けられ、前記開口部には、前記放熱用の電極と固着された金属板が設けられることで解決するものである。
【００４４】
第２４に、前記第１の支持部材の裏面には、前記金属板が固着された第２の支持部材が貼着されることで解決するものである。
【００４５】
第２５に、前記放熱用の電極と前記金属板は、同一材料で一体で形成されることで解決するものである。
【００４６】
第２６に、前記金属板に対応する前記第２の支持部材には、導電材料から成る固着板が設けられ、前記固着板と前記金属板が熱的に結合されることで解決するものである。
【００４７】
第２７に、前記金属板は、Ｃｕを主材料とし、前記第２の支持部材は、Ａｌを主材料とし、前記固着板は、前記第２の支持部材に形成されたＣｕを主材料とするメッキ膜から成ることで解決するものである。
【００４８】
第２８に、前記外部接続電極の裏面よりも前記絶縁性接着手段の裏面が突出することで解決するものである。
【００４９】
第２９に、前記外部接続電極の側面と前記前記外部接続電極と接着された絶縁性接着手段の裏面は、同一曲面を描くことで解決するものである。
【００５０】
第３０に、前記半導体素子は、ハードディスクの読み書き増幅用ＩＣであることで解決するものである。
【００５１】
第３１に、本発明の半導体装置は、半導体素子のボンディング電極と対応して設けられたボンディングパッドと、前記ボンディングパッドの裏面に設けられた外部接続電極と、前記半導体素子の配置領域に設けられたパッドと、前記パッドの裏面に設けられた応力緩衝用の外部接続電極と、前記パッド上に設けられた接着手段と、前記接着手段に固着され、前記ボンディングパッドと電気的に接続された前記半導体素子と、前記パッドの裏面、前記外部接続電極の裏面および前記接着手段の裏面を露出して一体化するように前記半導体素子を封止する絶縁性樹脂とを有し、
前記応力緩衝用の外部接続電極は、前記外部接続電極より充分に大きく形成され、前記絶縁性樹脂の熱膨張による応力が、前記外部接続電極に緩衝して伝わることで解決するものである。
【００５２】
第３２に、前記パッドおよび前記応力緩衝用の外部接続電極は、４つに分割されることで解決するものである。
【００５３】
第３３に、本発明の半導体装置は、半導体素子のボンディング電極と対応して設けられたボンディングパッドと、前記ボンディングパッドの裏面に設けられた外部接続電極と、前記半導体素子の配置領域に設けられたパッドと、前記パッド上に設けられた接着手段と、前記接着手段に固着され、前記ボンディングパッドと電気的に接続された前記半導体素子と、前記パッドの裏面、前記外部接続電極の裏面および前記接着手段の裏面を露出して一体化するように前記半導体素子を封止する絶縁性樹脂とを有し、
前記外部接続電極は細長に形成されることで解決するものである。
【００５４】
第３４に、本発明の半導体装置は、半導体素子のボンディング電極と対応して設けられたボンディングパッドと、前記ボンディングパッドの裏面に設けられた外部接続電極と、前記半導体素子の配置領域に設けられたパッドと、前記パッド上に設けられた接着手段と、前記接着手段に固着され、前記ボンディングパッドと電気的に接続された前記半導体素子と、前記パッドの裏面、前記外部接続電極の裏面および前記接着手段の裏面を露出して一体化するように前記半導体素子を封止する絶縁性樹脂とを有し、
前記外部接続電極の側面が同一の曲面を有することで解決するものである。
【００５５】
第３５に、前記外部接続電極は半田電極であることで解決するものである。
【００５６】
【発明の実施の形態】
本発明は、高放熱性で且つ軽薄短小の半導体装置を提供すると同時に、この半導体装置を実装した半導体モジュール、例えばフレキシブルシートに実装された半導体モジュール（以下ＦＣＡと呼ぶ）を提供し、このＦＣＡが実装された機器、例えばハードディスクの特性改善を実現するものである。
【００５７】
また、本発明は、半導体装置の中央部に応力緩衝用の電極を設け、更に外部接続電極をくびれの無い形状にすることによって、外部接続電極にクラックが発生するのを防止するものである。
【００５８】
まずＦＣＡが実装される機器の一例として、ハードディスク１００を図１７で参照し、ＦＣＡを、図１に示す。またこのＦＣＡに実装される半導体装置、またはその製造方法を図２〜図１６に示す。
ＦＣＡが実装される機器を説明する第１の実施の形態
この機器として、従来の技術の欄で説明した図１７のハードディスク１００を再度説明する。
【００５９】
ハードディスク１００は、コンピュータ等に実装されるため、必要によってメインボード１１２に実装される。このメインボード１１２は、メス型（またはオス型）のコネクタが実装される。そしてＦＣＡに実装され、箱体１０１の裏面から露出したオス型（またはメス型）のコネクタ１１１と前記メインボード１１２上のコネクタが接続される。また箱体１０１の中には、記録媒体である記録ディスク１０２がその容量に従い複数枚積層されている。磁気ヘッド１０４は、２０〜３０ｎｍ前後で記録ディスク１０２の上を浮上し、走査されるため、記録ディスク１０２間の間隔は、この走査に問題が発生しない間隔に設定される。そしてこの間隔でスピンドルモータ１０３に取り付けられる。尚、このスピンドルモータ１０３は、実装用基板に取り付けられ、実装基板の裏面に配置されたコネクタが箱体１０１の裏面から顔を出している。そしてこのコネクタもメインボード１１２のコネクタと接続される。よってメインボード１１２には、磁気ヘッド１０４の読み書き増幅用ＩＣ１０８を駆動するＩＣ、スピンドルモータ１０３を駆動するＩＣ、アクチュエータを駆動するＩＣ、データを一時保管するバッファーメモリ、メーカー独自の駆動を実現するＡＳＩＣ等が実装される。当然、その他の受動素子、能動素子が実装されても良い。
【００６０】
そして磁気ヘッド１０４と読み書き増幅用ＩＣ１０８とをつなぐ配線ができる限り短くなるように考慮され、読み書き増幅用ＩＣ１０８は、アクチュエータ１０７に配置される。しかしこれから説明する本発明の半導体装置は、非常に薄型で且つ軽量であるので、アクチュエータ以外にも、アーム１０５やサスペンション１０６の上に実装されても良い。この場合、図１Ｂに示すように、半導体装置１０の裏面が第１の支持部材１１の開口部１２から露出されるので、半導体装置１０の裏面がアーム１０５またはサスペンション１０６と熱的に結合され、半導体装置１０の熱がアーム１０５、箱体１０１を介して外部に放出される。
【００６１】
図１７の様に、アクチュエータ１０７に実装される場合、読み書き増幅用ＩＣ１０８は、複数の磁気センサが読み書き出来るように、各チャンネル毎の読み書き用の回路が１チップで形成されている。しかし、このサスペンション１０６毎に取り付けられた磁気ヘッド１０４専用の読み書き用回路がそれぞれのサスペンションに実装されていればよい。この様にすれば、磁気ヘッド１０４と読み書き増幅用ＩＣ１０８との配線距離を図１８の構造よりも遙かに短くでき、その分インピーダンスの低下が実現でき、読み書き速度の向上が可能となる。
半導体装置を説明する第２の実施の形態
まず本発明の半導体装置について図２を参照しながら説明する。尚、図２Ａは、半導体装置の平面図であり、図２Ｂは、Ａ−Ａ線の断面図である。
【００６２】
図２には、絶縁性樹脂１３に以下の構成要素が埋め込まれている。つまりパッド１４…と、このパッド１４に囲まれた領域に設けられた放熱用の電極１５と、この放熱用の電極１５の上に設けられた半導体素子１６が埋め込まれている。尚、半導体素子１６は、フェイスダウンで実装され、絶縁性接着手段１７を介して前記放熱用の電極１５と固着され、接着性が考慮されて４分割されている。この４分割により形成される分離溝が符号１８Ａで示されている。また半導体素子１６と放熱用の電極１５の隙間が狭く、絶縁性接着手段１７が浸入しにくい場合は、１８Ｂのように、その表面に、前記分離溝１８Ａよりも浅い溝を放熱用の電極１５の表面に形成しても良い。
【００６３】
また半導体素子１６のボンディング電極１９とパッド１４は、半田等のロウ材を介して電気的に接続されている。尚、半田の代わりにＡｕのスタッドバンプを使用しても良い。
【００６４】
尚、この接続方法は、他にもある。例えば、半導体素子のボンディング電極１９にバンプを付け、このバンプを超音波や圧接により接続しても良い。また、圧接されたバンプの周囲に、半田、導電ペースト、異方性導電性粒子を設けても良い。これらの構造は、発明の実施の形態の欄の最後に、図１６を使って詳述する。
【００６５】
またパッド１４の裏面は、絶縁性樹脂１３から露出し、そのまま外部接続電極２１となり、パッド１４…の側面は、非異方性でエッチングされ、ここではウェットエッチンクで形成されるため湾曲構造を有し、この湾曲構造によりアンカー効果を発生している。
【００６６】
本構造は、半導体素子１６と、複数の導電パターン１４、放熱用の電極１５と、絶縁性接着手段１７、これらを埋め込む絶縁性樹脂１３の５つの材料で構成される。また半導体素子１６の配置領域に於いて、放熱用の電極１５の上、パッド１４の上およびその間には、前記絶縁性接着手段１７が形成され、特にエッチングにより形成された分離溝１８に前記絶縁性接着手段１７が設けられ、絶縁性接着手段の裏面が半導体装置１０Ａの裏面から露出されている。またこれらを含む全てが絶縁性樹脂１３で封止されている。そして絶縁性樹脂１３、絶縁性接着手段１７により前記パッド１４…、放熱用の電極１５、半導体素子１６が支持されている。
【００６７】
絶縁性接着手段１７としては、絶縁材料から成る接着剤、またはアンダーフィル材が好ましい。接着剤の場合は、予め半導体素子１６の表面に塗布し、半田２０の代わりにＡｕバンプを用いパッド１４を接続する際に固着すればよい。またアンダーフィル材１７は、半田２０（またはバンプ）とパッド１４を接続した後、その隙間へ浸透させればよい。
【００６８】
絶縁性樹脂としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性樹脂を用いることができる。
【００６９】
また絶縁性樹脂１３は、金型を用いて固める樹脂、ディップ、塗布して被覆できる樹脂であれば、全ての樹脂が採用できる。また導電パターン１４としては、Ｃｕを主材料とした導電箔、Ａｌを主材料とした導電箔、またはＦｅ−Ｎｉ合金、Ａｌ−Ｃｕの積層体、Ａｌ−Ｃｕ−Ａｌの積層体等を用いることができる。もちろん、他の導電材料でも可能であり、特にエッチングできる導電材、レーザで蒸発する導電材が好ましい。またハーフエッチング性、メッキの形成性、熱応力を考慮すると圧延で形成されたＣｕを主材料とする導電材料が好ましい。
【００７０】
本発明では、絶縁性樹脂１３および絶縁性接着手段１７が前記分離溝１８にも充填されているために、導電パターンの抜けを防止できる特徴を有する。またエッチングとしてドライエッチング、あるいはウェットエッチングを採用して非異方性的なエッチングを施すことにより、パッド１４…の側面を湾曲構造とし、アンカー効果を発生させることもできる。その結果、パッド１４、放熱用の電極１５が絶縁性樹脂１３から抜けない構造を実現できる。
【００７１】
しかも放熱用の電極１５の裏面は、パッケージの裏面に露出している。よって、放熱用の電極１５の裏面は、後ほど説明する金属板２３、第２の支持部材２４または第２の支持部材２４に形成された固着板２５と当接または固着できる構造となる。よってこの構造により、半導体素子１６から発生する熱を放熱でき、半導体素子１６の温度上昇を防止でき、その分半導体素子１６の駆動電流や駆動周波数を増大させることができる。
【００７２】
本半導体装置１０Ａは、パッド１４、放熱用の電極１５を封止樹脂である絶縁性樹脂１３で支持しているため、支持基板が不要となる。この構成は、本発明の特徴である。従来の半導体装置の導電路は、支持基板（フレキシブルシート、プリント基板またはセラミック基板）で支持されていたり、リードフレームで支持されているため、本来不要にしても良い構成が付加されている。しかし、本回路装置は、必要最小限の構成要素で構成され、支持基板を不要としているため、薄型・軽量となり、しかも材料費が抑制できるために安価となる特徴を有する。よって、第１の実施の形態でも説明したように、ハードディスクのアームやサスペンションにも実装可能となる。
【００７３】
また、パッケージの裏面は、パッド１４、放熱用の電極１５が露出している。この領域に例えば半田等のロウ材を被覆すると、放熱用の電極１５の方が面積が広いため、ロウ材の膜厚が異なって濡れる。そのため、半導体装置１０Ａの裏面に絶縁被膜２６を形成し、ロウ材の膜厚を均一にしている。図２Ａで示した点線２７は、絶縁被膜２６から露出した露出部を示し、ここでは、パッド１４の裏面が矩形で露出されているため、これと同一サイズが絶縁被膜２６から露出されている。
【００７４】
よってロウ材の濡れる部分が実質同一サイズであるため、ここに形成されたロウ材の厚みは実質同一になる。これは、半田印刷後、リフロー後でも同様である。またＡｇ、Ａｕ、Ａｇ−Ｐｄ等の導電ペーストでも同様のことが言える。この構造により、金属板２３の裏面がパッド１４の裏面よりもどれだけ突出するか精度良く計算できる。
【００７５】
また金属板２３と導電パターン３２を同一面で設定しておけば、パッド１４と放熱用の電極１５の両方を一度に半田付けできる。 また放熱用の電極１５の露出部２７は、半導体素子の放熱性が考慮され、パッド１４の露出サイズよりも大きく形成されても良い。
【００７６】
また絶縁被膜２６を設けることにより、第１の支持部材１１に設けられる導電パターンを本半導体装置１０Ａの裏面に延在させることができる。一般に、第１の支持部材１１側に設けられた配線は、短絡を防止するために、前記半導体装置１０Ａの固着領域を迂回して配置されるが、前記絶縁被膜２６の形成により導電パターンを迂回せずに配置できる。しかも絶縁性樹脂１３、絶縁性接着手段１７が導電パターンよりも飛び出しているため、半導体装置１０Ａ裏面に設けられた半田ＳＤは、それぞれ短絡することがない。
半導体装置１０Ｂを説明する第３の実施の形態
図３に本半導体装置１０Ｂを示す。図３Ａは、その平面図であり、図３Ｂは、Ａ−Ａ線に於ける断面図である。尚、図２の構造と類似しているため、ここでは異なった部分のみを説明する。
【００７７】
図２では、パッド１４の裏面がそのまま外部接続電極２１として機能したが、本実施の形態では、パッド１４には、一体で形成された配線３０、配線３０と一体で形成された外部接続電極３１が形成されている。
【００７８】
尚、点線で示す矩形が半導体素子１６であり、半導体素子１６の裏面に前記外部接続電極３１が配置され、外部接続電極３１は、図のようにリング状に配置される。この配置は、公知のＢＧＡと同一または類似の構造となる。
【００７９】
また半導体素子１６をそのまま導電パターン１４、３０、３１および放熱用の電極１５上に配置すると、両者は半導体素子１６の裏面を介して短絡する可能性がある。よって絶縁性接着手段１７は、絶縁材料のみを採用すべきであり、導電材料は使用できない。
【００８０】
また第１の支持部材１１の導電パターン３２は、外部接続電極３１と接続され、パッド１４の裏面、配線３０の裏面は、絶縁被膜２６で被覆される。外部接続電極３１に点線で示した丸印、放熱用の電極１５に示した点線の○印は、絶縁被膜２６から露出する部分である。
【００８１】
更に放熱用の電極１５は、外部接続電極３１が半導体素子１６の裏面に延在されるため、その分、図２の放熱用の電極１５よりも小さく形成される。また絶縁性接着手段１７は、放熱用の電極１５、外部接続電極３１および配線３０を覆う。そして絶縁性樹脂１３は、パッド１４、配線３０、半導体素子１６、金属細線２０を被覆する。
【００８２】
本実施の形態は、パッド１４の数が非常に多く、そのサイズが小さくなる場合、配線を介して外部接続電極として再配置でき、外部接続電極３１のサイズを大きくできるメリットを有する。また配線を設けることで、ボンディング部に加わる歪みを緩和することが出来る。とくに波状に形成すると良い。また半導体素子１６と放熱用の電極１５は、絶縁性接着手段１７で固着され、絶縁材であるため、その熱抵抗が問題となる。しかしＳｉ酸化物や酸化アルミニウム等の熱伝導に寄与するフィラーを混入したシリコーン樹脂で絶縁性接着手段を構成すれば、半導体素子１６の熱を放熱用の電極１５に良好に伝えることが出来る。
【００８３】
また放熱用の電極１５と半導体素子１６の裏面の間隔は、前記フィラーの径を統一させることで均一に形成できる。よって熱伝導を考慮した微小の隙間を形成する場合、絶縁性接着手段が軟化状態の時に半導体素子１６を軽く押圧し、そのまま硬化する事で、その隙間を形成することができる。
半導体装置１０Ａ、１０Ｂの製造方法を説明する第４の実施の形態
本製造方法は、パッド１４、放熱用の電極１５で構成されるパターンか、またこれに配線３０、外部接続電極３１が追加されたパターンかで異なるだけである。いずれにしてもハーフエッチングにより凸状に形成されるので、このパターン形状以外は、実質同じである。
【００８４】
ここでは、図３の半導体装置１０Ｂを使ってその製造方法を説明する。尚、図４から図９は、図３ＡのＡ−Ａ線に対応する断面図である。
【００８５】
まず図４の様に導電箔４０を用意する。厚さは、１０μｍ〜３００μｍ程度が好ましく、ここでは７０μｍの圧延銅箔を採用した。続いてこの導電箔４０の表面に、耐エッチングマスクとして導電被膜４１またはホトレジストを形成する。尚、このパターンは、図３Ａのパッド１４…、配線３０…、外部接続電極３１…、放熱用の電極１５と同一パターンである。また導電被膜４１の代わりにホトレジストを採用する場合、ホトレジストの下層には、少なくともパッドに対応する部分にＡｕ、Ａｇ、ＰｄまたはＮｉ等の導電被膜が形成される。これは、ボンディングを可能とするために設けられるものである。（以上図４を参照）
続いて、前記導電被膜４１またはホトレジストを介して導電箔４０をハーフエッチングする。エッチング深さは、導電箔４０の厚みよりも浅ければよい。尚、エッチングの深さが浅ければ浅いほど、微細パターンの形成が可能である。
【００８６】
そしてハーフエッチングすることにより、導電パターン１４、３０、３１、放熱用の電極１５が導電箔４０の表面に凸状に現れる。尚、導電箔４０は、前述したように、ここでは圧延で形成されたＣｕを主材料とするＣｕ箔を採用した。しかしＡｌから成る導電箔、Ｆｅ−Ｎｉ合金から成る導電箔、Ｃｕ−Ａｌの積層体、Ａｌ−Ｃｕ−Ａｌの積層体でも良い。特に、Ａｌ−Ｃｕ−ＡｌまたはＣｕ−Ａｌ−Ｃｕの積層体は、熱膨張係数の差により発生する反りを防止できる。
【００８７】
そして図３の矩形の点線で対応する部分に、絶縁性接着手段１７を設ける。この絶縁性接着手段１７は、放熱用の電極１５と外部接続電極３１の分離溝２２、放熱用の電極１５と配線３０の間の分離溝、配線３０間の分離溝およびこれらの上に設けられる。また符号ＤＭは、ここに固着される半田ＳＤ１の流れ防止膜である。この流れ防止膜ＤＭを設けないと、半導体素子１６が斜めにつき、半導体素子と導電箔の間に絶縁性接着手段１７が注入できなかったり、洗浄が出来なかったりする。（以上図５を参照）
続いて絶縁性接着手段１７が設けられた領域に半導体素子１６を固着し、半導体素子１６のボンディング電極１９とパッド１４を電気的に接続する。図面では、半導体素子１６がフェィスダウンで実装されるため、接続手段として半田ＳＤ１が採用される。
【００８８】
このボンデイングに於いて、パッド１４…は導電箔４０と一体であり、しかも導電箔４０の裏面は、フラットであるため、ボンディングマシーンのテーブルに面で当接される。従って導電箔４０がボンディングテーブルに完全に固定されれば、全てのパッド１４…と半導体素子１６に形成された半田ボールが全て当接され、半田不良もなく固着できる。またボンディングテーブルの固定は、例えばテーブル全面に複数の真空吸引孔を設けることで可能となる。尚、接続方法は、他にもあり、この構造については、最後に、図１６を参照しながら説明する。
【００８９】
また、支持基板を採用するしない点、金属細線の代わりに半田ボールを使う点により、半導体素子１６の高さは、その分低く配置される。よって後述するパッケージ外形の厚さを薄くすることが出来る。
【００９０】
また絶縁性接着手段１７としてアンダーフィルを使う場合は、半導体素子１６とパッド１４を固着し、この後でアンダーフィルを浸透させる。（以上図６を参照）
そして半導体素子１６を含む全領域に絶縁性樹脂１３が形成される。絶縁性樹脂としては、熱可塑性、熱硬化性のどちらでも良い。
【００９１】
また、トランスファーモールド、インジェクションモールド、ディッピングまたは塗布により実現できる。樹脂材料としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂がトランスファーモールドで実現でき、液晶ポリマー、ポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性樹脂はインジェクションモールドで実現できる。
【００９２】
本実施の形態では、絶縁性樹脂の厚さは、半導体素子の裏面から上に約１００μｍが被覆されるように調整されている。この厚みは、半導体装置の強度を考慮して厚くすることも、薄くすることも可能である。また図１４Ｂの様に、半導体素子１６の裏面を露出させても良い。この場合、放熱フィンを取り付けたり、直接半導体素子の熱を外部に放出できる。
【００９３】
尚、樹脂注入に於いて、パッド１４、配線３０、外部接続電極３１および放熱用の電極１５は、シート状の導電箔４０と一体で成るため、導電箔４０のずれが無い限り、これら銅箔パターンの位置ずれは全くない。しかもリードフレームと異なり、これらの導電パターンの間からは、全く樹脂バリを発生しない。
【００９４】
以上、絶縁性樹脂１３には、凸部として形成されたパッド１４、配線３０、外部接続電極３１、放熱用の電極１５、半導体素子１６が埋め込まれ、凸部よりも下方の導電箔４０が裏面から露出されている。（以上図７を参照）
続いて、前記絶縁性樹脂１３の裏面に露出している導電箔４０を取り除き、パッド１４、配線３０、外部接続電極３１、放熱用の電極１５を個々に分離する。
【００９５】
ここの分離工程は、色々な方法が考えられ、裏面をエッチングにより取り除いて分離しても良いし、研磨や研削で削り込んでも分離しても良い。また、両方を採用しても良い。例えば、絶縁性樹脂１３が露出するまで削り込んでいくと、導電箔４０の削りカスや外側に薄くのばされたバリ状の金属が、絶縁性樹脂１３や絶縁性接着手段１７に食い込んでしまう問題がある。そのため、エッチングにより分離すれば、Ｃｕのパターンの間に位置する絶縁性樹脂１３や絶縁性接着手段１７の表面に、導電箔４０の金属が食い込むこと無く形成できる。これにより、微細間隔のパターン同士の短絡を防止することができる。
【００９６】
また半導体装置１０Ｂと成る１ユニットが複数一体で形成されている場合は、この分離の工程の後に、ダイシング工程が追加される。
【００９７】
ここではダイシング装置を採用して個々に分離しているが、チョコレートブレークでも、プレスやカットでも可能である。
【００９８】
ここでは、Ｃｕのパターンを分離した後、分離され裏面に露出したパターン１４、３０、３１、１５に絶縁被膜２６を形成し、図３Ａの点線の丸で示した部分が露出されるように絶縁被膜２６がパターニングされる。そしてこの後、矢印で示す部分でダイシングされ半導体装置１０Ｂとして切り出される。
【００９９】
尚、半田４２は、ダイシングされる前、またはダイシングされた後に形成されても良い。
【０１００】
以上の製造方法によりパッド、配線、外部接続電極、放熱用の電極、半導体素子が絶縁性樹脂に埋め込まれ、軽薄短小で且つ放熱性の優れたパッケージが実現できる。
【０１０１】
尚、図９に示すように、絶縁性樹脂１３を用いず、絶縁性接着手段１７を使って封止しても良い。また図１０に示すパターンＰＴＮは、バッド、配線、外部接続電極を示し、この上にハッチングで示した部分は、半田流れ防止膜の形成パターンを示すものである。半田の流れを防止すると同時に、他の領域にも被着させ、絶縁性接着手段の密着性を向上させているものである。タイプとしてＡ〜Ｅまで示したが、これ以外のパターンを採用しても良い。また半田の接続部を除いて導電箔全域に流れ防止膜を形成しても良い。
次に、以上の製造方法により発生する効果を説明する。
【０１０２】
まず第１に、導電パターンは、ハーフエッチングされ、導電箔と一体となって支持されているため、従来支持用に用いた基板を無くすことができる。
【０１０３】
第２に、導電箔には、ハーフエッチングされて凸部となった導電パターンが形成されるため、この導電パターンの微細化が可能となる。従って幅、間隔を狭くすることができ、より平面サイズの小さいパッケージが形成できる。
【０１０４】
第３に、導電パターン、半導体素子、接続手段および封止材で構成されるため、必要最小限で構成でき、極力無駄な材料を無くすことができ、コストを大幅に抑えた軽薄短小の半導体装置が実現できる。
【０１０５】
第４に、パッド、配線、外部接続電極、放熱用の電極は、ハーフエッチングで凸部と成って形成され、個別分離は封止の後に行われるため、タイバー、吊りリードは不要となる。よって、タイバー（吊りリード）の形成、タイバー（吊りリード）のカットは、本発明では全く不要となる。
【０１０６】
第５に、凸部となった導電パターンが絶縁性樹脂に埋め込まれた後、絶縁性樹脂の裏面から導電箔を取り除いて、導電パターンを分離しているため、従来のリードフレームのように、リードとリードの間に発生する樹脂バリを無くすことができる。
【０１０７】
第６に、半導体素子は、絶縁性接着手段を介して放熱用の電極と固着され、この放熱用の電極が裏面から露出するので、本半導体装置から発生する熱を、本半導体装置の表面から放熱用の電極へ効率よく放出することができる。更には、絶縁性接着手段にＳｉ酸化膜や酸化アルミニウム等のフィラーが混入されることで更にその放熱性を向上させることができる。またフィラーサイズを統一すれば、半導体素子１６と導電パターンとの隙間を一定に保つことが出来る。
【０１０８】
金属板２３が固定された半導体装置１０Ａ、１０Ｂ、およびこれを用いた半導体モジュールを説明する第５の実施の形態
図１にこの半導体モジュール（ＦＣＡ）５０を示す。尚、実装された半導体装置は、図３に示す半導体装置１０Ｂである。
【０１０９】
まずフレキシブルシートから成る第１の支持部材１１について説明する。ここでは、下層から第１のＰＩシート５１、第１の接着層５２、導電パターン５３、第２の接着層５４および第２のＰＩシート５５が順に積層されている。尚、導電パターンを多層にする場合、接着層が更に使用され、上と下の導電パターンはスルーホールを介して電気的に接続される場合もある。そしてこの第１の支持部材１１には、図１Ｃに示すように、少なくとも金属板２３が露出できるだけの第１の開口部１２が形成される。
【０１１０】
そして導電パターンが露出されるように、第２の開口部５６が形成される。この第２の開口部５６に対応する導電パターン３２が全て露出されても良いし、接続される部分だけを露出して良い。例えば、第２のＰＩシート５５、第２の接着層５４を全て取り除いても良いし、また図に示すように、第２のＰＩシート５５は、全て除き、第２の接着層５４だけ露出する部分を取り除いても良い。このようにすれば、半田２７が流れずにすむ。
【０１１１】
本発明の半導体装置は、放熱用の電極１５の裏面に金属板２３を貼り合わせることにある。また本発明の半導体モジュールは、第１の支持部材の裏面と金属板２３がほぼ面位置と成ることにある。
【０１１２】
金属板２３は、第１の支持部材１１と固着板２５の厚みが考慮されてその厚みが決定される。そして、パッド１４と導電パターン３２が半田２７を介して固着された時、第１の開口部１２から露出する金属板２３が第１の支持部材１１の裏面と実質同一面をなす様にそれぞれの厚みが決定されている。よって第２の支持部材と当接させることも可能となり、更には固着板２５のある第２の支持部材と当接固着することも可能となる。
【０１１３】
この接続構造を具体的に何例か説明する。
【０１１４】
第１の例は、第２の支持部材２４として、Ａｌ、ステンレス等の軽量金属板またはセラミック基板を採用し、この上に半導体装置１０の裏面に固着された前記金属板２３を当接させる構造である。つまり固着板２５を介さず直接第２の支持部材２４に当接させる構造である。そして放熱用の電極１５と金属板２３、金属板２３と第２の支持部材２４は、半田等のロウ材、またはフィラー入りの熱伝導性の優れた絶縁性接着手段が選択されて固着される。
【０１１５】
第２の例は、第２の支持部材２４として、Ａｌ、ステンレス等の軽量金属板またはセラミック基板を採用し、この上に固着板２５を形成し、この固着板２５と金属板２３を固着する構造である。
【０１１６】
例えばＡｌを第２の支持部材２４として採用する場合、固着板２５は、Ｃｕが好ましい。これはＡｌの上にＣｕメッキが可能であるからである。膜厚は、〜１０μｍ程度で良い。しかもメッキ膜であるため、第２の支持部材２４上に密着して形成でき、固着板２５と第２の支持部材２４の間の熱抵抗は非常に小さくできる。また固着板２５として導電ペーストを塗布し、その代用としても良い。
【０１１７】
一方、Ｃｕの固着板２５とＡｌ基板は、接着剤を介して固着することも可能であるが、この場合、熱抵抗が大きくなる。
【０１１８】
また第２の支持部材２４としてセラミック基板を採用する場合、固着板２５は、導電ペーストの印刷焼成で形成された電極の上に形成される。
【０１１９】
尚、第２の支持部材２４と第１の支持部材１１は、第３の接着層５７で固着される。
【０１２０】
例えば、
第１のＰＩシート５１：２５μｍ
第２のＰＩシート５５：２５μｍ
第１〜第３の接着層５２、５４、５７：２５μｍ（焼成後）
材料としてアクリル系の接着剤を採用
半田２７：５０μｍ
また第３の接着層５７：２５μｍ
材料としてアクリル系の接着剤を採用
固着板２５：約２５μｍとする。
このように、それぞれの膜厚を調整して決定すれば、第１の支持部材１１に半導体装置１０Ａを固着した後、簡単に固着板２５が設け競れた第２の支持部材２４を貼り合わせることが出来る。
【０１２１】
また第２の支持部材２４が第１の支持部材１１に貼り合わされたモジュールを用意し、このモジュールに形成されている開口部５６に半導体装置１０を配置し、その後半田溶融すれば、一度に半田溶融でき、しかも接続不良無く固着できる。
【０１２２】
従って、半導体素子１６から発生する熱は、放熱用の電極１５、金属板２３、固着板２５を介して第２の支持部材２４へ放出することが出来る。しかも従来の構造（図１７Ｂ）と比べ大幅に熱抵抗が小さくなるため、半導体素子１６の駆動電流、駆動周波数を高めることが出来る。またこの第２の支持部材２４の裏面を、図１７に示すアクチュエータ１０７、箱体１０１の底面またはアーム１０５にも取り付け可能である。よって最終的には、この箱体１０１を介して半導体素子の熱を外部に放出することが可能となる。従ってハードディスク１００に半導体モジュールが実装されても、半導体素子自身は、比較的高温に成らず、ハードディスク１００としての読み書き速度を更にアップすることが可能となる。尚、このＦＣＡは、ハードディスク以外の機器に実装されても良い。この場合、第２の支持部材は、熱抵抗の小さい部材に当接される。また他の機器に実装される場合、フレキシブルシートの代わりにプリント基板やセラミック基板を採用しても良い。
金属板２３の代わりに放熱用の電極１５を飛び出させた半導体装置１０Ｃおよびその半導体モジュール５０Ａを説明する第６の実施の形態
図１１に放熱用の電極１５Ａがパッド１４の裏面よりも突出し、あたかも放熱用の電極１５と固着板２５が一体になった構造を示す。
【０１２３】
まず、この製造方法を図１２〜図１４で説明する。尚、図４〜図８までは同一の製造方法であるため、ここまでの説明は、省略する。
【０１２４】
図１２は、導電箔４０の上に絶縁性樹脂１３が被覆された状態を示し、放熱用の電極１５に対応する部分にホトレジストＰＲを被覆している。このホトレジストＰＲを介して導電箔４０をエッチングすれば、図１３に示すように、放熱用の電極１５Ａは、パッド１４の裏面よりも突出した構造にできる。尚、ホトレジストＰＲの代わりに、Ａｇ、Ａｕ等の導電被膜を選択的に形成し、これをマスクとしても良い。この被膜は、酸化防止膜としても機能する。
【０１２５】
図１に示す様な金属板２３を貼り合わせる構造では、金属板２３が１２５μｍ前後と非常に薄いため、作業性が非常に悪い。しかし、この様に、エッチングにより突出された放熱用の電極１５Ａを形成すると、前述した金属板２３の張り合わせが不要となる。
【０１２６】
そして図１４に示す如く、パッド１４、配線３０、外部接続電極３１が完全に分離された後、絶縁被膜２６が被覆され、半田が配置される部分が露出される。そして半田４２が固着された後、矢印で示す部分でダイシングされる。
【０１２７】
そしてここに分離された半導体装置は、図１１の如く、第１の支持部材１１に実装される。そして前にも述べたように、第２の支持部材２４が固着される。この時、放熱用の電極１５Ａが突出しているので、固着板２５とも簡単に半田等を介して接合できる。
【０１２８】
尚、図１４Ｂは、絶縁性樹脂から半導体素子１６の裏面を露出させたものである。例えば上金型に半導体素子の裏面が当接されてモールドすれば、図のような封止構造が実現できる。
半導体装置を説明する第７の実施の形態
図１５Ａは、本発明による半導体装置の平面図であり、図１５Ｂは、図１５ＡのＡ−Ａ線に対応する断面図である。
【０１２９】
本発明は、第１の放熱用の電極７０Ａと第２の放熱用の電極７０Ｂが実質同一平面に配置され、この周囲には、パッド１４が設けられている。このパッド１４は、裏面がそのまま外部接続電極となり、また半導体チップのボンディング電極１９の真下に位置する。また、図３に示すように再配置用の配線を採用しても良い。そしてチップとチップの間には、少なくとも１つのブリッヂ７１が設けられている。このブリッヂ７１の両端には、パッド１４が一体で形成され、このパッド１４もボンディング電極１９と接続される。
【０１３０】
また第１の放熱用の電極７０Ａの上には、第１の半導体チップ１６Ａが固着され、第２の放熱用の電極７０Ｂには第２の半導体チップ１６Ｂが固着され、半田を介して接続されている。
【０１３１】
前述した製造方法の説明からも明らかな様に、導電箔をハーフエッチングし、完全に分離する前に絶縁性樹脂１３でモールドして支持するため、ブリッヂ７１の落下、脱離は全く不要となる。
【０１３２】
本実施例のように、本発明は、複数のチップを１パッケージにすることも可能となる。
【０１３３】
この様に、今までの実施例は、読み書き増幅用ＩＣ１つの熱放出を考えて、その構造を説明してきた。しかし色々な機器を想定した場合、その特性を向上させるのに、複数の半導体素子の放熱を考慮しなければならない場合も想定できる。当然、それぞれをパッケージしてもよいが、複数の半導体素子を図１５のように１パッケージにしても良い。
【０１３４】
当然、金属板は、図１の様に前記放熱用の電極と接続される場合と、図１１の様に、放熱用の電極自身が突出した構造を採用できる。そしてこれらは、フレキシブルシートに実装されたり、第２の支持部材が取り付けられたフレキシブルシートに実装される。
【０１３５】
図１６は、全実施例に於いて、応用できるもので、半導体素子１６に形成されたバンプＢとパッド１４との接続方法を示すものである。尚、Ｐは、Ａｕ、Ａｇ等のメッキ膜を示し、必要によって形成される。
【０１３６】
Ａは、ＡＣＰ方式（アニソトロピック・コンダクティブ・ペースト／フィルム）で、バンプＢとパッド１４（またはメッキ膜Ｐ）の間に導電性粒子を介在させ、押圧により電気的導通を取るものである。
【０１３７】
Ｂは、ＳＢＢ方式（スタンド・バンプ・ボンディング）で、バンプＢとパッド１４（またはメッキ膜）が接続されると同時に、周囲に導電ペーストＣＰが配置されるものである。
【０１３８】
Ｃは、ＥＳＰ方式（エポキシ・エンキャブシュレーテド・ソルダー・コネクション）で、バンプＢの圧接固定の時に、その周囲に半田ＳＤも溶かして配置するものである。
【０１３９】
Ｄは、ＮＣＰ方式（ノン・コンダクティブ・ペースト）で圧接導通されたバンプの周囲に、絶縁性接着手段を配置するものである。
【０１４０】
Ｅは、ＧＧＩ方式（ゴールド・ゴールド・インターコネクション）で、ＡｕのバンプとＡｕメッキ膜Ｐとを超音波で接合するものである。
【０１４１】
最後のＦは、ソルダーバンプ方式で、半田接合し、間に絶縁性接着手段やアンダーフィルを浸入させるものである。本願は、この方式を採用している。
【０１４２】
以上、接続方法は色々あるが、接続強度を考慮し、これらの中から選択される。また外部接続電極の裏面と第１の支持部材１１との間もこの様な構造が採用できる。
半導体装置を説明する第８の実施の形態
本実施の形態に係る半導体装置を図１７に示す。図１７Ａはその平面図であり、図１７Ｂは半導体装置１０Ｅを実装基板４３に実装した際のＡ−Ａ線に於ける断面図である。
【０１４３】
前述の説明では、半導体素子１６の領域の裏面に設けられる電極は、放熱作用を高めるために設けられていた。しかし、これらの電極は放熱作用を有すると共に、半導体装置の周辺部に設けられた外部接続電極２１に作用する応力を緩衝する働きも有する。
【０１４４】
図１７に示す如く、この半導体装置１０Ｅの特徴は、外部接続電極２１に囲まれた放熱用の電極１５の裏面に、裏面全域を覆うように応力緩衝用の電極２１Ｂが設けられていることである。つまり、外部接続電極２１よりも大きいサイズの半田電極２１Ｂが設けられている。また、このサイズは半導体素子と同等、あるいはそれ以上でも良い。また若干小さくても良い。このことによる作用を以下に説明する。なお、この外部接続電極は、半田、半田バンプ、導電性接着剤でも良い。
【０１４５】
本発明に係る半導体装置１０Ｅは、絶縁性樹脂１３で装置全体が支持されている。実装基板４３と絶縁性樹脂１３の熱膨張係数は違うことが多いので、なるべくその差を小さくするが、同一にすることは非常に難しいので両者の熱膨張係数はどうしても異なってしまう。従って、半導体装置１０Ｅと実装基板４３の両方の温度が上昇すると、両者を接続する外部接続電極２１に応力が作用する。例えば、外部接続電極のみで半導体装置が半田固着された場合、この応力の大きさはパッケージサイズが大きくなる程、大きくなる。具体的には、半導体素子の中央から半導体装置の周辺までの距離に比例する。
【０１４６】
本願は、応力緩衝用の電極２１Ｂを半導体素子１６と実質同等のサイズにすることで、前述した応力の緩和が可能となる。応力緩衝用の電極２１Ｂによってその領域は実装基板と強固に固定される。従って、外部接続電極２１に作用する応力は、応力緩衝用の電極２１Ｂ周辺から外部接続電極２１の中央までの距離に比例することになる。応力シミュレーションの結果では、２５〜３０％程の外部接続電極２１に加わる最大応力が低減される。よって、外部接続電極２１にクラックが発生するのを防止することができる。尚、この応力緩衝用の電極２１Ｂは、半導体素子１６よりも若干大きいか、若干小さくても良い。
【０１４７】
図２２は、ヒートサイクル試験によるサイクル数（横軸）とクラック発生率（縦軸）の関係を示したグラフである。ここで、ヒートサイクル試験の手法を説明する。先ず、半田電極を介して実装基板に実装した半導体装置を気相に晒す。次に、その気相の温度を変化させ、温度変化により半田電極にクラックが発生した半導体装置の個数を計測する。以上の作業を行うことにより、半田電極の温度変化に対する寿命を評価することができる。なお、気相の温度変化の範囲は−４０℃〜１２５℃であり、１サイクルの時間は、約１時間である。
【０１４８】
以下に図２２のケース１およびケース２の構造について説明する。
【０１４９】
ケース１：絶縁被膜を介して露出したパッド裏面と放熱用電極の大きさが同じものである。従って、放熱用電極の露出部には、半田が多数設けられ、この半田電極が図３のように実装基板に実装された構造になる。
【０１５０】
ケース２：ケース１に於いて、放熱用電極の裏面が実質全域に渡り露出し、この放熱電極と実装基板の電極が全面で固着されたものである。
【０１５１】
ケース１の場合は、サイクル数が２５０回を越えた時点からクラック発生率が上昇し、サイクル数が４００回になった時点でクラック発生率が１００％になった。つまり、サイクル数が４００回になった時点で全ての半導体装置の半田電極にクラックが発生したことになる。
【０１５２】
ケース２の場合は、サイクル数が４５０回を越えた時点からクラック発生率が上昇し、サイクル数が６００回になった時点でクラック発生率は１００％と成った。
【０１５３】
このことから、ケース２の半導体装置がケース１の半導体装置よりも半田クラックが発生しにくい構造であると言える。従って、応力緩衝用の電極としては、チップと実質同程度のサイズの大型の半田電極を用いたほうが効果的である。これは、前述した様に半田電極の離間距離が短縮されたからである。
【０１５４】
ここで半田電極は、半田材料から成るが、ここの材料は、一般に言われるロウ材、Ａｇ、金等の導電ペースト、導電性接着剤でも良い。また放熱用電極と実装基板とを固着する材料は、放熱用の電極１５がチップ裏面と電気的に接続されなければ、絶縁性接着剤でも良い。
半導体装置を説明する第９の実施の形態
本実施の形態に係る半導体装置を図１８に示す。図１８Ａはその平面図であり、図１８Ｂは半導体装置１０Ｆを実装基板４３に実装した際のＡ−Ａ線に於ける断面図である。
【０１５５】
図１８Ａおよび図１８Ｂに示す如く、この半導体装置１０Ｆの特徴は、溝４４で分割された放熱用の電極１５に、応力緩和用の電極２１Ｂが設けられていることである。つまり、応力緩衝用の電極２１Ｂを介して半導体装置１０Ｆの裏面と実装基板４３が強固に結合される。従って、外部接続電極２１に作用する応力は、応力緩衝用の電極２１Ｂの周辺から外部接続電極２１の中央部までの距離に比例することにある。このことから、半導体装置１０Ｆが熱膨張した際に、外部接続電極２１に作用する応力を緩衝することができ、外部接続電極２１にクラックが発生するのを防止することができる。
【０１５６】
更に、溝４４を設けることにより、絶縁性接着手段１７と放熱用の電極１５との接着力を向上させることができる。
【０１５７】
なお、この構造のサイクル試験は実施していないが、図１７の構造と同等の効果が発生すると思われる。応力緩衝用の電極２１Ｂの分割数が増加していくと図２の構造になるが、本効果を有する分割数はせいぜい２〜８分割程度である。この分割を行うことにより、全面ベタで固着される構造に比べ、塗布した半田の量（厚み）が薄くなり、実装性が向上する。
半導体装置を説明する第１０の実施の形態
本実施の形態に係る半導体装置を図１９に示す。図１９Ａはその平面図であり、図１９Ｂは半導体装置１０Ｆを実装基板４３に実装した際のＡ−Ａ線に於ける断面図である。
【０１５８】
図１９Ａに示す如く、この半導体装置の特徴は、外部接続電極２１が細長の形状を有していることである。ここでも応力の緩衝の原因は２つある。
１つ目は外部接続電極２１の接着面積が大きくなったこと、
２つ目はクラックの発生箇所ＣＫが、半田の外周部で且つ半導体素子側に発生するため、その発生箇所ＣＫの離間距離を短くしたことである。
【０１５９】
また、電極間の半田ブリッジの防止を考えると、放熱用の電極１５とパッド１４との離間距離は０．３ｍ程度が必要である。しかし、ボンディングに必要な金属細線２０の最短長は、半導体素子１６の厚みにも依るが１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度必要である。例えば、０．３３ｍｍ厚の半導体素子１６では、金属細線の最短長は、１ｍｍである。また半導体素子の厚みが、０．１ｍｍ厚の時は、０．５ｍｍ程度の最短長が必要と成る。従って、パッド１４のボンディング部から内側に０．２〜０．４ｍｍ程度パッド１４が入る必要がある。つまりできる限りクラックの発生箇所ＣＫは、できる限り内側である必要があるが、ワイヤーボンディングの制約から有る程度長さが必要となる。しかもまた図面ではパッド１４の数が少ないので、正方形でも可能となるが、２００ピンを超えるパッドが必要となる場合、ボンデイングパッドの幅が狭くする必要がある。よってパッド１４の形状は必然的に細長の形状となる。
【０１６０】
このことにより、接着面積が増加すると同時にクラックの発生箇所が内側になり、クラックの発生が抑制されることになる。
半導体装置を説明する第１１の実施の形態
本実施の形態に係る半導体装置を図２０および図２１に示す。図２０Ａはその平面図であり、図２０Ｂは半導体装置１０Ｇを実装基板４３に実装した際のＡ−Ａ線に於ける断面図である。図２１Ａ〜図２１Ｃは外部接続電極２１の構造を示す。
【０１６１】
図２１Ａ、Ｂに示す如く、半導体装置１０Ｊの特徴は、外部接続電極２１の構造にある。問題となる点は、図２１Ｃに示すように、半田延面に絶縁被膜２６が当たり、くびれＮＫを形成しないことである。外部接続電極２１がくびれＮＫを有さない構造であれば、図２１Ａ、図２１Ｂの如き構造でも良い。
【０１６２】
このくびれＮＫは応力が集中し易く、従ってクラックも発生しやすいことが判った。また、厚さが０．５ｍｍ以下の薄型パッケージでは、薄型故に半導体装置の構成材料に対して絶縁性樹脂の構成比率が少なく、極端ではあるが半導体素子１６を直づけにした様なものである。半導体素子１６の材料であるシリコンと、実装基板の熱膨張率は大きく異なるので、両者を接続する外部接続電極２１に作用する応力は大きくなる。従って、全ての発明の実施の形態で半田延面はくびれの無いスムーズな曲面を有することが重要である。
【０１６３】
次に、ヒートサイクル試験の結果を図２２を用いて説明する。先ず、ケース３とケース４の試験に用いた半導体装置の構造を説明する。
【０１６４】
ケース３とケース４の両方の半導体装置の外部接続電極も、くびれを有しない構造である。両者の違いは、応力緩衝用の電極の構造にある。ケース３の半導体装置の応力緩衝用の電極は、外部接続電極と同じ大きさの電極が複数設けられている。ケース４の半導体装置の応力緩衝用の電極は、半導体素子と同程度の大きさである。
【０１６５】
ケース３の場合は、現在試験中であるが、サイクル数が７５０回を超えても半田クラックは発生していない。
【０１６６】
ケース４の場合は、サイクル数が１４００回になった時点でもクラック発生率は０％である。つまり、サイクル数が１４００回になっても半田電極にクラックが全く発生しないことになる。
【０１６７】
次に、ケース１〜ケース４の構造の違いについて説明する。
【０１６８】
ケース１とケース２の構造の違いは、応力緩衝用の電極の形状にある。ケース１の応力緩衝用の電極は、外部接続電極２１と同じ大きさである。それに対して、ケース２の応力緩衝用の電極は、半導体素子とほぼ同じ大きさを有している。つまり、ケース２の応力緩衝用の電極の方がケース１のものよりも大きい。
【０１６９】
ケース１とケース３の構造の違いは、外部接続電極の形状にある。ケース１の外部接続電極は、円形で且つくびれを有する構造である。それに対して、ケース２の外部接続電極は、細長で且つくびれを有さない構造である。
【０１７０】
ケース２とケース４の構造の違いは、両者ともに半導体素子とほぼ同等の大きさの応力緩衝用の電極を有しているが、外部接続電極の形状にある。ケース２の外部接続電極は、円形で且つくびれを有する構造である。それに対して、ケース４の外部接続電極は、細長で且つくびれを有さない構造である。
【０１７１】
このことから、応力緩衝用の電極の形状の特徴と、外部接続電極の形状の特徴の２つの特徴を組み合わせることにより半田クラックを防止できることが判る。つまり、応力緩衝用の電極の大きさを半導体素子と同じ程度の大きさとし、外部接続電極の形状を細長にし、且つくびれのない形状にすることである。
【０１７２】
以上、説明したように、本発明の特徴は本来放熱用の電極として有効であった電極が、半田を介して実装基板にベタ付けで強固に固着されることで、外部接続電極のクラック防止に有効であることが判った。
【０１７３】
また、外部接続電極をくびれを有さない構造にすることにより、外部接続電極の強度を向上させることができることが判った。
【０１７４】
それにより、薄型パッケージの実装性の著しい向上を実現し、軽薄短小のパッケージの実用化に大きく寄与する。
【０１７５】
なお、上記した全ての実施例では、半導体素子１６と放熱用の電極１５との接着手段として絶縁性接着手段１７を用いた。しかし、この接着手段は絶縁性のものに限られない。半導体装置の裏面電極がショートしなければ、導電性の接着手段をもちいてもよい。
【０１７６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明では、パッケージの裏面に露出した放熱用の電極に金属板を固着し、外部接続電極またはパッドの裏面よりも金属板が突出した半導体装置を提供することにより、ＦＣＡへの実装が容易になるメリットを有する。
【０１７７】
特に、ＦＣＡに開口部を設け、このＦＣＡの裏面と前記半導体装置の放熱用の電極が面位置に成ることで、第２の支持部材との当接が容易になる特徴を有する。
【０１７８】
また第２の支持部材としてＡｌを用い、ここにＣｕから成る固着板を形成し、この固着板に放熱用の電極、または金属板を固着することにより、半導体素子から発生する熱を第２の支持部材を介して外部に放出することが出来る。
【０１７９】
よって、半導体素子の温度上昇を防止でき、本来の能力に近い性能を引き出せる。特にハードディスクの中に実装されたＦＣＡは、その熱を効率よく外部に放出できるため、ハードディスクの読み書き速度をアップさせることが出来る。
【０１８０】
更に、半導体装置の中央部のパッドの裏面に、半導体素子と同等の大きさを有する応力緩衝用の電極を設けることによって、外部接続電極に作用するストレスを小さくすることができる。このことにより、半田クラックが発生するのを防止することができる。
【０１８１】
更に、半導体装置の外部接続電極を細長の形状にし、且つくびれを有さない構造にすることにより、半田電極に作用する応力を緩衝できると同時に、半田電極自体の強度を向上させることができる。従って、半田クラックを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体モジュールを説明する図である。
【図２】本発明の半導体装置を説明する図である。
【図３】本発明の半導体装置を説明する図である。
【図４】本発明の半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図５】本発明の半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図６】本発明の半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図７】本発明の半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図８】本発明の半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図９】本発明の半導体装置を説明する図である。
【図１０】導電パターンに形成される流れ防止膜を説明する図である。
【図１１】本発明の半導体モジュールを説明する図である。
【図１２】本発明の半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１３】本発明の半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１４】本発明の半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１５】本発明の半導体装置を説明する図である。
【図１６】半導体素子とパッドの接続構造を説明する図である。
【図１７】本発明の半導体装置を説明する図である。
【図１８】本発明の半導体装置を説明する図である。
【図１９】本発明の半導体装置を説明する図である。
【図２０】本発明の半導体装置を説明する図である。
【図２１】本発明の半導体装置を説明する図である。
【図２２】本発明の半導体装置を用いたヒートサイクルの実験結果を説明する図である。
【図２３】ハードディスクを説明する図である。
【図２４】図２３に採用される従来の半導体モジュールを説明する図である。
【符号の説明】
１０ 半導体装置
１１ 第１の支持部材
１２ 第１の開口部
１４ パッド
１６ 半導体素子
２３ 金属板
２４ 第２の支持部材
５６ 第２の開口部

Claims (30)

1. 半導体素子がフェイスダウンで絶縁性樹脂と一体に封止され、その裏面に、前記半導体素子のボンディング電極と電気的に接続されたパッドと前記半導体素子の表面に位置する放熱用の電極が露出した半導体装置であり、
   前記半導体素子の下方には前記絶縁性樹脂とは異なる絶縁性接着手段が設けられ、
   前記絶縁性接着手段が前記パッドよりも外部に突出することを特徴とした半導体装置。
2. 半導体素子がフェイスダウンで絶縁性樹脂と一体に封止され、その裏面に、前記半導体素子のボンディング電極と電気的に接続されたパッドと前記半導体素子の表面に位置する放熱用の電極が露出した半導体装置であり、
   前記放熱用の電極の露出部に、前記パッドの裏面よりも突出するように金属板が設けられ、
   前記パッドの裏面よりも前記絶縁性樹脂の裏面が突出することを特徴とした半導体装置。
3. 前記パッドの裏面と前記放熱用の電極の裏面は、実質同一平面に配置されることを特徴とした請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記半導体素子と前記放熱用の電極は、前記絶縁性接着手段で固着されることを特徴とした請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
5. 前記放熱用の電極と前記金属板は、絶縁材料または導電材料で固着されることを特徴とした請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
6. 前記放熱用の電極と前記金属板は、同一材料で一体で形成されることを特徴とした請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
7. 前記パッドの側面と前記パッドの側面から延在される前記絶縁性樹脂の裏面は、同一曲面を描くことを特徴とした請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
8. 導電パターンが設けられた第１の支持部材と、前記導電パターンと電気的に接続される半導体素子がフェイスダウンで絶縁性樹脂と一体に封止され、その裏面に、前記半導体素子のボンディング電極と電気的に接続されたパッドと前記半導体素子の表面に位置する放熱用の電極が露出した半導体装置とを有する半導体モジュールであり、
   前記第１の支持部材の上に設けられた導電パターンと前記パッドが電気的に接続され、前記放熱用の電極に対応する前記第１の支持部材には、開口部が設けられ、前記開口部には、前記放熱用の電極と固着された金属板が設けられることを特徴とした半導体モジュール。
9. 前記第１の支持部材の裏面には、前記金属板が固着された第２の支持部材が貼着されることを特徴とした請求項８に記載の半導体モジュール。
10. 前記放熱用の電極と前記金属板は、同一材料で一体で形成されることを特徴とした請求項８または請求項９に記載の半導体モジュール。
11. 前記金属板に対応する前記第２の支持部材には、導電材料から成る固着板が設けられ、前記固着板と前記金属板が熱的に結合されることを特徴とした請求項９または請求項１０に記載の半導体モジュール。
12. 前記金属板は、Ｃｕを主材料とし、前記第２の支持部材は、Ａｌを主材料とし、前記固着板は、前記第２の支持部材に形成されたＣｕを主材料とするメッキ膜から成ることを特徴とした請求項１１に記載の半導体モジュール。
13. 前記パッドの裏面よりも前記絶縁性樹脂の裏面が突出することを特徴とした請求項８から請求項１２のいずれかに記載の半導体モジュール。
14. 前記パッドの側面と前記パッドの側面から延在される前記絶縁性樹脂の裏面は、同一曲面を描くことを特徴とした請求項８に記載の半導体モジュール。
15. 前記半導体素子は、ハードディスクの読み書き増幅用ＩＣであることを特徴とした請求項８から請求項１４のいずれかに記載の半導体モジュール。
16. 半導体素子がフェイスダウンで絶縁性樹脂と一体に封止され、その裏面に、前記半導体素子のボンディング電極と電気的に接続されたパッドと、前記パッドと一体の配線を介して延在された外部接続電極と、前記半導体素子の表面に配置された放熱用の電極が露出した半導体装置であり、
    前記半導体素子の下方には前記絶縁性樹脂とは異なる絶縁性接着手段が設けられ、
    前記絶縁性接着手段が前記パッドよりも外部に突出することを特徴とした半導体装置。
17. 半導体素子がフェイスダウンで絶縁性樹脂と一体に封止され、その裏面に、前記半導体素子のボンディング電極と電気的に接続されたパッドと、前記パッドと一体の配線を介して延在された外部接続電極と、前記半導体素子の表面に配置された放熱用の電極が露出した半導体装置であり、前記放熱用の電極の露出部に、前記外部接続電極の裏面よりも突出するように金属板を設け、
    前記外部接続電極の裏面よりも前記絶縁性樹脂の裏面が突出することを特徴とした半導体装置。
18. 前記外部接続電極の裏面と前記放熱用の電極の裏面は、実質同一平面に配置されることを特徴とした請求項１６または請求項１７に記載の半導体装置。
19. 前記半導体素子と前記放熱用の電極は、前記絶縁性接着手段で固着されることを特徴とした請求項１６または請求項１７に記載の半導体装置。
20. 前記放熱用の電極と前記金属板は、絶縁材料または導電材料で固着されることを特徴とした請求項１６または請求項１７に記載の半導体装置。
21. 前記放熱用の電極と前記金属板は、同一材料で一体で形成されることを特徴とした請求項１６または請求項１７に記載の半導体装置。
22. 前記外部接続電極の側面と前記外部接続電極の側面から延在される前記絶縁材料の裏面は、同一曲面を描くことを特徴とした請求項１６または請求項１７に記載の半導体装置。
23. 導電パターンが設けられた第１の支持部材と、前記導電パターンと電気的に接続される半導体素子がフェイスダウンで絶縁性樹脂と一体に封止され、その裏面に、前記半導体素子のボンディング電極と電気的に接続されたパッドと、前記パッドと一体の配線を介して設けられた外部接続電極と、前記半導体素子の表面に位置する放熱用の電極が露出した半導体装置とを有する半導体モジュールであり、
    前記第１の支持部材の上に設けられた導電パターンと前記外部接続電極が電気的に接続され、前記放熱用の電極に対応する前記第１の支持部材には、開口部が設けられ、前記開口部には、前記放熱用の電極と固着された金属板が設けられることを特徴とした半導体モジュール。
24. 前記第１の支持部材の裏面には、前記金属板が固着された第２の支持部材が貼着されることを特徴とした請求項２３に記載の半導体モジュール。
25. 前記放熱用の電極と前記金属板は、同一材料で一体で形成されることを特徴とした請求項２３または請求項２４に記載の半導体モジュール。
26. 前記金属板に対応する前記第２の支持部材には、導電材料から成る固着板が設けられ、前記固着板と前記金属板が熱的に結合されることを特徴とした請求項２４または請求項２５に記載の半導体モジュール。
27. 前記金属板は、Ｃｕを主材料とし、前記第２の支持部材は、Ａｌを主材料とし、前記固着板は、前記第２の支持部材に形成されたＣｕを主材料とするメッキ膜から成ることを特徴とした請求項２６に記載の半導体モジュール。
28. 前記外部接続電極の裏面よりも前記絶縁性接着手段の裏面が突出することを特徴とした請求項２３から請求項２７のいずれかに記載の半導体モジュール。
29. 前記外部接続電極の側面と前記前記外部接続電極と接着された絶縁性接着手段の裏面は、同一曲面を描くことを特徴とした請求項２３に記載の半導体モジュール。
30. 前記半導体素子は、ハードディスクの読み書き増幅用ＩＣであることを特徴とした請求項２３から請求項２９のいずれかに記載の半導体モジュール。

Images