JPH0964099A - 半導体装置及びその実装構造 - Google Patents

半導体装置及びその実装構造

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 搭載した半導体素子の両面側から放熱するこ
とができる、放熱性が改善された半導体装置を提供す
る。 【解決手段】 基板１０に搭載された半導体素子１４の
一面側に設けられた接続端子１６と、半導体素子１４の
搭載面近傍の基板面に配設された外部接続端子とが、前
記基板面に形成された導体パターン１２を介して接合さ
れ、且つ半導体素子１４の接続端子１６と導体パターン
１２の一端との接続部が封止樹脂によって封止されて成
る半導体装置において、該半導体素子１４の一面側に形
成された接続端子１６と、前記基板面に形成された導体
パターン１２の一端とがフリップチップボンディング方
式で接続され、且つ半導体素子１４の他面側が封止樹脂
によって形成された樹脂封止層１７から露出することを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する利用分野】本発明は半導体装置及びその
実装構造に関し、更に詳細には、基板に搭載された半導
体素子の一面側に設けられた接続端子と、前記半導体素
子の搭載部近傍の基板面に配設された外部接続端子とを
連結する導体パターンが前記基板面に形成され、且つ半
導体素子の接続端子と導体パターンの一端との接続部が
封止樹脂によって封止されて成る半導体装置半導体装置
及びその実装構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の半導体装置は、図７に示す如く、
ＢＴレジン等を用いたプリント回路基板を多層に積層し
て得られたパッケージ１００に設けられたキャビティ内
に、銀ペーストや耐熱性樹脂等の接着剤を介して搭載さ
れた半導体素子１０２の接続端子と、半導体素子１０２
を搭載した多層プリント回路基板１０４の内部導体パタ
ーン１０５の一端とがワイヤ１０６でボンディングされ
て成るものである。更に、この内部導体パターン１０５
とパッケージ１００に設けられたキャビティの開口部周
縁のプリント回路基板に形成された導体パターン１０８
とは、スルーホール１０７、１０７によって連通されて
おり、導体パターン１０８に形成された外部接続端子用
接続パッドには、外部接続端子としてのはんだボール１
１０が装着されている。かかる半導体装置においては、
半導体素子１０２及びワイヤ１０６は、ポッティングさ
れた封止樹脂から成る封止樹脂層１１２によって封止さ
れ、外部接続端子用接続パッドを除く、キャビティの開
口部周縁の導体パターン１０８は、ソルダーレジスト１
１４が塗布されて保護されている。この半導体装置のは
んだボール１１０と実装基板１１６の回路パターンに設
けられた接続パッド１２０とを当接し、はんだボールを
一括リフローして半導体装置を実装基板１１６に実装す
ると、実装基板１１６と半導体装置との間に空間１１８
が形成される。このため、半導体素子１０２で発生する
殆どの熱は、半導体素子１０２と直接接触しているパッ
ケージ１００を介して放熱される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、かかる半導
体装置においては、半導体素子１０２から発生する熱を
効率よくパッケージ１００の外部に放熱すべく、半導体
素子１０２の搭載部分（パッケージ１００のキャビティ
底面）を銅板等の金属板で形成し、半導体素子１０２と
パッケージ１００との伝熱特性を向上することがなされ
ている。しかしながら、図７に示す如く、半導体素子１
０２がパッケージ１００及び封止樹脂層１１２によって
覆われているため、半導体素子１０２のパッケージ１０
０側の一面が伝熱に寄与するのみである。また、封止樹
脂層１１２の表面からの放熱性を向上し、半導体素子１
０２の他面側（ワイヤボンディングされた面）からの放
熱性を向上すべく、放熱フィン等の放熱手段を封止樹脂
層１１２の表面に設けることは、半導体装置を実装した
ときに形成される空間１１８が極めて狭いため、不可能
である。唯、半導体装置においては、搭載した半導体素
子１０２の両面側から放熱することができれば、半導体
装置の放熱性を著しく向上することができる。そこで、
本発明の課題は、搭載した半導体素子の両面側から放熱
することができる半導体装置、及びその実装構造を提案
することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、前記目的
を達成すべく検討を重ねた結果、基板に搭載された半導
体素子の一面側に形成された接続端子と、半導体素子の
搭載部近傍の基板面に形成された導体パターンの一端と
をフリップチップボンディング方式で接続することによ
って、搭載した半導体素子の他面側を樹脂封止層から露
出させることができ、半導体装置の放熱性を向上し得る
ことを見出し、本発明に到達した。すなわち、本発明
は、基板に搭載された半導体素子の一面側に設けられた
接続端子と、前記半導体素子の搭載部近傍の基板面に配
設された外部接続端子とが、前記基板面に形成された導
体パターンを介して接続され、且つ半導体素子の接続端
子と導体パターンの一端との接続部が封止樹脂によって
封止されて成る半導体装置において、該半導体素子の一
面側に設けられた接続端子と、前記基板面に形成された
導体パターンの一端とがフリップチップボンディング方
式で接続され、且つ半導体素子の他面側が封止樹脂によ
って形成された樹脂封止層から露出することを特徴とす
る半導体装置にある。また、本発明は、基板に搭載され
た半導体素子の一面側に設けられた接続端子と、前記半
導体素子の搭載部近傍の基板面に配設された外部接続端
子とが、前記基板面に形成された導体パターンを介して
接続され、且つ半導体素子の接続端子と導体パターンの
一端との接続部が封止樹脂によって封止されて成る半導
体装置が、実装基板に実装されて成る半導体装置の実装
構造において、該実装基板に実装された半導体装置が、
半導体素子の一面側に形成された接続端子と、前記基板
面に形成された導体パターンの一端とがフリップチップ
ボンディング方式で接続された半導体装置であって、前
記半導体装置の外部接続端子が実装基板の回路パターン
と接続されていると共に、前記封止樹脂によって形成さ
れた樹脂封止層から露出する半導体素子の他面側が実装
基板面に実質的に当接していることを特徴とする半導体
装置の実装構造でもある。
【０００５】かかる構成を有する本発明において、外部
接続端子をはんだボールとすることによって、半導体装
置の実装を容易に行うことができる。また、基板とし
て、可撓性フィルムによって形成したフレキシブル配線
基板を使用し、一面側に半導体素子の搭載部を形成した
フレキシブル配線基板の他面側に、前記搭載部に相当す
る部分に空間部を形成した枠体を放熱体として被着する
することによって、半導体装置を実装基板面に実装した
とき、フレキシブル配線基板が変形可能であるため、外
部接続端子の長さ調整を緩和できる。この枠体を金属枠
体とすることによって、半導体装置の放熱性を更に向上
することができる。更に、半導体素子の他面側と実装基
板の基板面との間に、金属粉を混合した熱伝導性接着剤
層を形成することにより、半導体装置の熱放散性を向上
しつつ半導体素子を実装基板に固着できる。かかる半導
体素子の端面が当接する実装基板の領域にも、金属層を
設けることによって、半導体装置の放熱性を更に一層向
上できる。尚、本発明において、「実質的に当接」と
は、半導体素子の端面を実装基板面に固着すべく、半導
体素子の端面と実装基板面との間に接着剤層を介して当
接させてもよいことを意味する。
【０００６】
【作用】本発明によれば、半導体素子の一面側に形成さ
れた接続端子と、基板の一面側に形成された導体パター
ンの一端とをフリップチップボンディング方式で接続す
ることにより、半導体素子の他面側を封止樹脂層から露
出させることができる。このため、半導体素子で発生し
た熱は、半導体素子の一面側から基板側に放熱できると
共に、封止樹脂層から露出している半導体素子の他面側
からも放熱できる結果、半導体装置の放熱性を向上させ
ることができる。特に、半導体装置を実装基板に実装し
たとき、封止樹脂層から露出する半導体素子の他面側が
実装基板面に実質的に当接する場合には、半導体素子の
端面と実装基板面との間に空間部が形成される場合より
も、半導体装置の放熱性を向上できる。つまり、この場
合には、半導体装置の基板と、半導体装置の基板の面積
よりも大きく且つ熱容量も大である実装基板とを介して
放熱できるからである。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明を図面によって更に詳細に
説明する。図１は、本発明の一実施態様を示す半導体装
置の縦断面図であり、放熱性に優れた窒化アルミニウム
成分を含むセラミック製等の基板１０の一面側に形成さ
れた導体パターン１２の一端と、半導体素子１４の一面
側に設けられたはんだバンプ１６とが、フリップチップ
ボンディング方式によって接続されている。はんだバン
プ１６は、半導体素子１４の接続端子である。また、導
体パターン１２の他端に形成された外部接続端子用パッ
ドには、外部接続端子としてのはんだボール１８、１８
・・が配設されている。更に、導体パターン１２の一端
と半導体素子１４のはんだバンプ１６との接合部は、ポ
ッティングされたアンダーフィル材（例えばエポキシ樹
脂）によって樹脂封止されている。図１の半導体装置で
は、半導体素子１４の他面側及び導体パターン１２の大
部分が、封止樹脂層としてのアンダーフィル材層１７か
ら露出している。但し、導体パターン１２の露出部分
は、外部端子用接続パッドを除き、ソルダーレジスト２
０が塗布されており、外部端子用接続パッドと半導体素
子１４の他面側とが露出面となっている。かかる半導体
装置について、はんだボール１８側から見た概略底面図
を図２に示す。図２は、外部端子用接続パッドを除いて
塗布したソルダーレジスト２０の一部を切り欠いたもの
である。図２に示す様に、基板１０に搭載された半導体
素子１４のはんだバンプ１６と一端が接続された導体パ
ターン１２の他端側は、基板１０の周縁方向に延出され
て導体パターン１２の他端に形成された外部接続端子用
パッドには、はんだボール１８が装着される。
【０００８】図１及び図２に示す半導体装置では、実装
基板に実装した際に、はんだボール１８、１８・・が実
装基板の回路パターンに接続され、且つ半導体素子１４
の露出面が実装基板面に実質的に当接されるように、は
んだボール１８、１８・・が高さ調整されている。この
ため、図３に示す様に、はんだボール１８、１８・・を
実装基板２２の回路パターンに設けられた接続パッド２
６に接続することによって、半導体装置を実装基板２２
に実装すると、半導体素子１４の露出面は実装基板面に
当接しつつ銅粉等の金属粉が混合された熱伝導性接着剤
層２５によって固着される。このため、半導体素子１４
で発生する熱は、はんだバンプ１６を介して半導体装置
の基板１０と、熱伝導性接着剤層２５を介して実装基板
２２とから放熱される。しかも、実装基板２２は、通
常、複数の電子部品を搭載するため、半導体装置を構成
する基板１０の面積に比較して大きく且つ熱容量も大き
いため、半導体装置の放熱性を、図７に示す従来の半導
体装置よりも向上できる。
【０００９】図１及び図２に示す半導体装置を実装基板
２２に実装する際には、半導体装置のはんだボール１
８、１８・・の各々を、実装基板２２の回路パターンに
形成された所定の接続パッド２６に載置した後、一括し
てリフローする。この際に、半導体素子１４が支柱の役
目をするため、はんだボール１８、１８・・の潰れ量を
一定とすることができる。この様に、はんだボール１８
を一括してリフローする際に、半導体素子１４の一面側
に形成されたはんだバンプ１６がリフローされないよう
に、半導体素子１４の接続端子としてのはんだバンプ１
６は、はんだボール１８、１８・・を形成するはんだよ
りも高融点のはんだによって形成する。尚、はんだバン
プ１６に代えて金バンプ等の他の金属製バンプを用い、
導電性接着剤によって導体パターンの一端と接合しても
よい。
【００１０】図１〜図３に示す半導体装置は、基板１０
として、放熱性に優れた窒化アルミニウム成分を含むセ
ラミック製の基板を使用したが、放熱性に優れた基板と
しては、アルミニウム板の表面をアルマイト処理（陽極
酸化処理）させて絶縁皮膜を形成した後、導体パターン
をスパッタリングや蒸着によって形成した基板、或いは
銅板の表面を樹脂層で覆った後、導体パターンを形成し
た、いわゆるメタルコア基板を使用できる。これら基板
１０は剛体であり、実質的に変形しないものであるた
め、はんだボール１８、１８・・の高さ調整を厳密に行
うことが必要である。この点、図４に示す様に、基板と
して、ポリイミドフィルム等の可撓性フィルムを用いた
フレキシブル配線基板３０を使用することによって、外
部接続端子としてのはんだボール３２の高さ調整におい
て、その厳密さの程度を緩和することができる。つま
り、図４に示す半導体装置は、フレキシブル基板３０の
一面側に形成された導体パターン３４の一端と、半導体
素子３６のはんだバンプ３８とがフリップチップボンデ
ィング方式で接続され、且つ導体パターン３４の一端と
半導体素子３６のはんだバンプ３８との接続部を封止す
るアンダーフィル材層４０から半導体素子３６の他面側
が露出しているものである。この半導体装置において
も、アンダーフィル材層４０から露出する導体パターン
３４の露出部には、外部端子用接続パッドを除き、ソル
ダーレジスト４２が塗布されて保護されている。
【００１１】また、フレキシブル配線基板３０の他面側
には、金属製、セラミック製、或いは樹脂製（好ましく
は金属製）の剛体から成る、放熱体としての枠体４４が
被着されている。この枠体４４は、フレキシブル配線基
板３０の他面側において、その枠部分４５がはんだボー
ル３２、３２・・（外部接続端子）を覆う位置にあり、
且つ空間部４６も半導体素子３６の搭載部に相当する位
置に在る。このため、半導体装置の実装基板への実装
を、枠体４４を押圧することによって行うことができ
る。すなわち、実装基板の所定位置に載置された半導体
装置の枠体４４を押圧することによって、はんだボール
３２、３２・・を実装基板の回路パターンに形成された
所定の接続パッドに接合できるからである。しかも、こ
の際に、枠体４４の押圧力によってフレキシブル配線基
板３０の一面側に搭載された半導体素子３６の露出面
が、実装基板の基板面に当接してフレキシブル配線基板
３０の他面側方向への押圧力を受け、フレキシブル配線
基板３０の搭載部が湾曲されても、半導体素子３６の一
部と共に枠体４４の空間部４６内に逃げ込むことができ
る。
【００１２】かかる図４に示す半導体装置は、はんだボ
ール３２、３２・・の高さが、フレキシブル配線基板３
０の一面側に搭載された半導体素子３６よりも低くなっ
ても半導体素子３６の露出面を実装基板面に当接させる
ことができる。つまり、図４に示す様に、はんだボール
３２、３２・・の高さが、フレキシブル配線基板３０の
一面側に搭載された半導体素子３６よりも低い半導体装
置を実装基板に実装すると、図５に示す様に、実装基板
２２の基板面に露出面が当接した半導体素子３６がフレ
キシブル配線基板３０の他面側方向に押される。この押
圧力によって、フレキシブル回路基板３０の搭載部が湾
曲され、半導体素子３６の一部と共に枠体４４の空間部
４６内に逃げ込むことができる。この様に、図４の半導
体装置は、枠体４４によってフレキシブル回路基板３０
を変形可能とすることができるため、はんだボール３
２、３２・・の高さ調整を、図１〜図３に示す半導体装
置に比較して緩和できるのである。尚、図４の半導体装
置の半導体素子３６の端面も、銅粉等の金属粉が混合さ
れた熱伝導性接着剤層２５を介して実装基板面に固着さ
れている。
【００１３】図３及び図５においては、半導体装置を実
装基板２２に実装したとき、アンダーフィル材層１７か
ら露出する半導体素子１４の他面側が実装基板２２に当
接しているが、図６に示す様に、半導体素子１４の他面
側が実装基板２２に当接しなくても、図７に示す半導体
装置の実装構造よりも半導体装置の放熱性を向上するこ
とができる。半導体素子１４の他面側がアンダーフィル
材層１７から露出しているため、半導体素子１４で発生
した熱は、アンダーフィル材層１７から露出する半導体
素子１４の露出面から放熱されると共に、はんだバンプ
１６を介して半導体装置の基板１０にも放熱されるため
である。尚、半導体素子１４の露出面からの放熱性を向
上すべく、半導体素子１４の露出面側に冷却風を流すこ
とも好ましい。
【００１４】以上、述べてきた実施態様において、実装
基板２２からの放熱性を向上するためには、図３及び図
５に示す様に、半導体素子１４又は半導体素子３６の端
面が当接する実装基板２２の領域に、銅箔や銅板等の金
属層２４を設けることが好ましい。また、図３及び図５
に示す実施態様においては、半導体装置の半導体素子を
実装基板面に熱伝導性接着剤層２５を介して実装基板面
に固着しているが、熱伝導性接着剤層２５を介すること
なく直接接触させてもよいことは勿論である。更に、外
部接続用端子としてのはんだボールも、中心部の銅ボー
ル等の導電性剛体にはんだ等の低融点金属めっきが施さ
れたものであってもよく、長さ調整されたピンを用いる
こともできる。
【００１５】
【発明の効果】本発明によれば、半導体装置に搭載され
た半導体素子で発生した熱を、半導体素子の基板側面と
実装基板側面とから放熱でき、実質的に半導体素子の基
板側面のみから放熱していた従来の半導体装置に比較し
て、半導体装置の放熱性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施態様を説明するための縦断
面図である。
【図２】図１に示す半導体装置のはんだボール１８側か
らの概略底面図である。
【図３】図１に示す半導体装置を実装基板に実装した状
態を説明するための断面図である。
【図４】本発明に係る他の実施態様を説明するための縦
断面図である。
【図５】図４に示す半導体装置を実装基板に実装した状
態を説明するための断面図である。
【図６】本発明に係る他の実施態様を説明するための縦
断面図である。
【図７】従来の半導体装置を説明するための縦断面図で
ある。
【符号の説明】
１０ 基板 １２、３４ 導体パターン １４、３６ 半導体素子 １７、４０ アンダーフィル材層（封止樹脂層） １８、３２ はんだボール（外部接続端子） ２２ 実装基板 ２４ 金属層 ２５ 熱伝導性接着剤層 ２６ 接続パッド ３０ フレキシブル配線基板 ４４ 枠体 ４５ 枠部分 ４６ 空間部

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板に搭載された半導体素子の一面側に
    設けられた接続端子と、前記半導体素子の搭載部近傍の
    基板面に配設された外部接続端子とが、前記基板面に形
    成された導体パターンを介して接続され、 且つ半導体素子の接続端子と導体パターンの一端との接
    続部が封止樹脂によって封止されて成る半導体装置にお
    いて、 該半導体素子の一面側に設けられた接続端子と、前記基
    板面に形成された導体パターンの一端とがフリップチッ
    プボンディング方式で接続され、 且つ半導体素子の他面側が封止樹脂によって形成された
    樹脂封止層から露出することを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項２】 外部接続端子が、はんだボールである請
    求項１記載の半導体装置。
  3. 【請求項３】 外部接続端子が、外部接続端子を実装基
    板の回路に接続して半導体装置を実装した際に、半導体
    素子の露出面が実装基板面に実質的に当接するように、
    高さ調整されている請求項１又は請求項２記載の半導体
    装置。
  4. 【請求項４】 基板が可撓性フィルムによって形成され
    たフレキシブル配線基板であって、一面側に半導体素子
    の搭載部が形成されたフレキシブル配線基板の他面側
    に、前記搭載部に相当する部分に空間部が形成された枠
    体が放熱体として被着されている請求項１〜３のいずれ
    か一項記載の半導体装置。
  5. 【請求項５】 枠体が金属枠体である請求項請求項１〜
    ４のいずれか一項記載の半導体装置。
  6. 【請求項６】 基板に搭載された半導体素子の一面側に
    設けられた接続端子と、前記半導体素子の搭載部近傍の
    基板面に配設された外部接続端子とが、前記基板面に形
    成された導体パターンを介して接続され、 且つ半導体素子の接続端子と導体パターンの一端との接
    続部が封止樹脂によって封止されて成る半導体装置が、
    実装基板に実装された半導体装置の実装構造において、 該実装基板に実装された半導体装置が、半導体素子の一
    面側に形成された接続端子と、前記基板面に形成された
    導体パターンの一端とがフリップチップボンディング方
    式で接続された半導体装置であって、 前記半導体装置の外部接続端子が実装基板の回路パター
    ンと接続されていると共に、前記封止樹脂によって形成
    された封止樹脂層から露出する半導体素子の他面側が実
    装基板面に実質的に当接していることを特徴とする半導
    体装置の実装構造。
  7. 【請求項７】 外部接続端子が、はんだボールである請
    求項６記載の半導体装置の実装構造。
  8. 【請求項８】 基板が可撓性フィルムによって形成され
    たフレキシブル配線基板であって、一面側に半導体素子
    の搭載部が形成されたフレキシブル配線基板の他面側
    に、前記搭載部に相当する部分に空間部が形成された枠
    体が放熱体として被着された半導体装置が使用されてい
    る請求項６又は請求項７記載の半導体装置の実装構造。
  9. 【請求項９】 半導体素子の他面側と実装基板の基板面
    との間に、金属粉が混合された熱伝導性接着剤層が形成
    されている請求項６〜８のいずれか一項記載の半導体装
    置の実装構造。
  10. 【請求項１０】 半導体素子の他面側が当接する実装基
    板の領域に、金属層が設けられている請求項６〜９のい
    ずれか一項記載の半導体装置の実装構造。
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