專利名稱：半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，尤其涉及裝載耗電大的半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
近年來，信息通信設(shè)備、事務(wù)用電子設(shè)備、家用電子設(shè)備、測量裝置、組裝機器人等產(chǎn)業(yè)用電子設(shè)備、醫(yī)用電子設(shè)備、電子玩具等電子設(shè)備一直在進行減輕重量和小型化，強烈要求裝載的半導(dǎo)體器件實際面積小型化。作為響應(yīng)這種要求的器件，有BGA(球柵陣)型半導(dǎo)體器件。這種半導(dǎo)體器件裝載的半導(dǎo)體元件要求高密度化、小芯片化和適應(yīng)發(fā)高熱。
圖5示出應(yīng)付發(fā)高熱的BGA型半導(dǎo)體器件(參考日本國專利公開2001-28410號公報)。在布線襯底1上以散熱片2為中介地裝載半導(dǎo)體元件3，利用引線將布線襯底1的表層布線1a與半導(dǎo)體元件3進行電連接，在布線襯底1的背面形成通過通孔5連接到表層布線1a或散熱片2的外部電極6，同時還將連接散熱片2的通孔5連接到布線襯底1內(nèi)的滿布線(日文ベタ配線)7，將半導(dǎo)體元件3發(fā)的高熱通過散熱片2、通孔5、滿布線7、外部電極6，散發(fā)到連接外部電極6的安裝電路板(未示出)。這里。滿布線是指具有比通常的表層布線(信號布線)寬的面積的布線圖案。8是密封布線襯底1的元件裝載面的模壓樹脂。
在上述半導(dǎo)體器件中，將布線襯底1表面的滿布線或銅片等用作上面直接裝載半導(dǎo)體元件3的散熱片2，半導(dǎo)體元件3與散熱片2在接合面上電位相同。因此，根據(jù)半導(dǎo)體元件3的電方面的要求，也就是說，希望半導(dǎo)體元件3的背面不受電連接或形成接地(GND)電位，所以將連接到散熱片2連接的通孔5的內(nèi)部的滿布線7唯一地規(guī)定為接地層。即，散熱片2連接的通孔5只能連接到接地層，在布線襯底1內(nèi)同樣作為滿布線存在的電源層能效率等同于或大于接地層地散熱時，也不能將電源層用于散熱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的，其目的在于提供一種半導(dǎo)體元件散熱效率較高的半導(dǎo)體器件。
為了達到上述目的，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，在布線襯底上以散熱片為中介地裝載半導(dǎo)體元件，利用引線將布線襯底與半導(dǎo)體元件進行電連接，在布線襯底內(nèi)形成分別連接引線或散熱片的通孔，并且在布線襯底的背面形成連接各通孔的外部電極，其特征在于，在所述散熱片與半導(dǎo)體元件之間形成絕緣層，而且將散熱片至少分成2片。由此，半導(dǎo)體元件的背面不論散熱片的電位，都保持不受電連接的狀態(tài)，因而能使通過通孔連接到散熱片的外部電極連接安裝電路板的散熱效率高的布線等，有效散發(fā)半導(dǎo)體元件的熱。
可使散熱片與布線襯底的表層布線同時形成在該襯底上，也可在布線襯底上安裝散熱片。
絕緣層可以是焊料保護層，也可以是粘接半導(dǎo)體元件用的絕緣粘接劑層。
根據(jù)散熱效率的觀點，以將與散熱片連接的通孔連接到襯底內(nèi)布線為佳。將與所劃分的各散熱片連接的通孔連接到不同的襯底內(nèi)布線更好。最好通過通孔連接散熱片的襯底內(nèi)布線至少1條是接地布線或電源布線。


圖1是示出本發(fā)明半導(dǎo)體器件實施例的剖視圖。
圖2是示出本發(fā)明半導(dǎo)體器件另一實施例的剖視圖。
圖3是示出本發(fā)明半導(dǎo)體器件又一實施例的剖視圖。
圖4是示出本發(fā)明半導(dǎo)體器件又一實施例的剖視圖。
圖5是示出已有半導(dǎo)體器件實施例的剖視圖。
具體實施例方式
下面，參照

本發(fā)明的實施例。
在圖1所示的半導(dǎo)體器件中，以散熱片為中介，在布線襯底1上裝載半導(dǎo)體元件3，以引線接合工作法利用引線4(信號引線4a、接地引線4b和電源引線4c)將布線襯底1的表層布線1a與半導(dǎo)體元件3進行電連接，在布線襯底1的背面形成連接到設(shè)置成連接表層布線1a或散熱片2的通孔5的外部電極6，并且用模壓樹脂8密封布線襯底1的表面。作為外部電極6，一般形成焊球等金屬球。
這種半導(dǎo)體器件與已有器件的不同點是將散熱片2至少分成2片，即散熱片2a和2b，并且在散熱片2與半導(dǎo)體元件3之間介入絕緣層9。這里將焊料保護劑用作絕緣層9，該絕緣層9完全覆蓋散熱片2，同時還覆蓋散熱片2的周圍的元件裝載面和襯底表面。
將焊料保護劑用作絕緣層9是因為一般在外部電極裝載面形成焊料保護層，所以可與其同時形成，能簡化工序，較方便。只要是焊料保護劑，不限其材料，但特別注重半導(dǎo)體元3的背面與散熱片2的絕緣性時，最好形成不擔心產(chǎn)生針孔的程度的厚度，具體為10μm以上?？稍谏崞?與半導(dǎo)體元件3之間介入絕緣樹脂，以代替焊料保護劑。
作為將半導(dǎo)體元件3粘接在絕緣層9上用的粘接劑10，可用布線襯底1等襯底上裝載半導(dǎo)體元件3中通常用的粘接材料。由絕緣層9確保絕緣性時，也可用導(dǎo)電的粘接劑10，但由于只能將絕緣層9形成得薄而擔心針孔等的情況下，為了確保充分絕緣，最好使用絕緣粘接劑。作為較佳絕緣粘接劑，有例如エイプルステイツク公司制造的2025。為了謀求改善散熱特性，可采取粘接材料中采用熱傳導(dǎo)效率高的基底樹脂、或添加氧化硅和氮化鋁等無機填充劑等方法。
在上述那樣構(gòu)成的半導(dǎo)體器件中，半導(dǎo)體元件3工作產(chǎn)生的熱，從半導(dǎo)體元件3的背面通過粘接劑10和絕緣層9傳導(dǎo)到散熱片2，接著通過通孔5傳導(dǎo)到外部電極6，往連接外部電極6的母板等安裝電路板散逸。
這里，本半導(dǎo)體器件由于在半導(dǎo)體元件3與散熱片2之間形成絕緣層9，無論連接散熱片2的通孔5在襯底內(nèi)的連接和通過外部電極6的外部連接如何，半導(dǎo)體元件3的背面都保持不受電連接的狀態(tài)。換句話說，半導(dǎo)體元件3的背面不管散熱片2的電位，都保持不受電連接的狀態(tài)，因而通過通孔5連接散熱片2的外部電極6能與母板的任意布線層(例如散熱效率最高的布線層)連接。母板上進行安裝用的散熱設(shè)計中，可不進行電方面的考慮，自由進行效率高的散熱設(shè)計，并且取得大的散熱效果。
通過將散熱片2(2a、2b)分成多片，提高接合的可靠性。這是因為傳導(dǎo)半導(dǎo)體元件3的熱時，一塊塊的散熱片2a、2b小，則各片部分邊角熱膨脹造成的位移小，減少發(fā)生熱應(yīng)力。
可在布線襯底1的形成工序與表層布線1a同時形成散熱片2(2a、2b)作為滿布線。散熱片2一般以Cu等熱傳導(dǎo)率高的金屬為佳，并且將這種金屬用作布線襯底1的布線材料，所以能與表層布線1a同時形成散熱片2。因此，能減少工時，可廉價提供散熱效率高的半導(dǎo)體器件。
可從銅片進行切出等以后，將所得的散熱片2(2a、2b)安裝在布線襯底1上。這時，不受上文所述那樣在布線襯底1的形成工序中進行形成時的約束，能用與布線襯底1的布線材料不同的自由的材料，又能即使材料相同也使厚度增加得大于布線襯底1的表層布線1a，所以散熱設(shè)計的自由度加大，可實現(xiàn)散熱效率較高的半導(dǎo)體器件。
圖2所示的半導(dǎo)體器件與上述圖1的半導(dǎo)體器件的不同點是用絕緣粘接劑11直接將半導(dǎo)體元件3接合在散熱片2上。即，利用絕緣粘接劑11確保半導(dǎo)體元件3接合到散熱片2上，還同時確保散熱片2與半導(dǎo)體元件3之間的電絕緣性，而不另行介入其它絕緣層。這里，留下散熱片2的周圍的元件裝載面和背面的絕緣層9，但也可去除元件裝載面的全部絕緣層9。
絕緣粘接劑11的樹脂材料不受專門限定，但確保厚度穩(wěn)定和均勻的膜型最符合本發(fā)明目的。例如リンテツク公司制造的LE系列的電絕緣性、厚度穩(wěn)定性和均勻性良好，能適合使用。謀求改善散熱特性時，可采取采用熱傳導(dǎo)效率高的基底樹脂、或添加氧化硅和氮化鋁等無機填充劑等方法。
在上述那樣構(gòu)成的半導(dǎo)體器件中，半導(dǎo)體元件3工作產(chǎn)生的熱從半導(dǎo)體元件3的背面通過絕緣粘接劑11傳導(dǎo)到散熱片2，并從該片通過通孔5傳導(dǎo)到外部電極6，能取得比圖1的半導(dǎo)體器件高的散熱效果。圖1的半導(dǎo)體器件對粘接劑10+絕緣層9的厚度傳導(dǎo)熱；與此相反，圖2的半導(dǎo)體器件僅對絕緣粘接劑11的厚度傳導(dǎo)熱，因而可縮短熱傳導(dǎo)路徑，能提高對散熱片2的熱傳導(dǎo)效率。裝到母板時所涉及的散熱效果的提高與圖1的半導(dǎo)體器件相同。
圖3所示的半導(dǎo)體器件與上述圖2的半導(dǎo)體器件的不同點是將散熱片2連接的通孔5連接到布線襯底1的內(nèi)部布線層7的滿布線7a。
滿布線7a未必需要是具有其它電連接的布線，選擇布線中最大的滿布線、散熱效率最高的滿布線即可，通常以選擇接地布線或電源布線為佳。這里，選擇連接到接地引線4b連接的通孔5的接地布線。
在這種半導(dǎo)體器件中，半導(dǎo)體元件3工作產(chǎn)生的熱從半導(dǎo)體元件3的背面通過絕緣粘接劑11傳導(dǎo)到散熱片2(2a、2b)后，在通過通孔5傳導(dǎo)到其端部的外部電極6的傳導(dǎo)路徑、以及從通孔5經(jīng)滿布線7a傳導(dǎo)到接地引線4b連接的通孔5和外部電極6的傳導(dǎo)路徑上傳導(dǎo)。
這樣，利用滿布線7a增加熱傳導(dǎo)路徑，因而能取得比圖2的半導(dǎo)體元件更高的散熱效果。而且，由于將無滿布線7a時直接連接散熱片2(2a、2b)的通孔5的端部的外部電極6上集中的熱分散到較多的外部電極6，能減小熱疲勞，提高外部電極6的連接可靠性，使半導(dǎo)體器件的安裝可靠性提高。
圖4所示的半導(dǎo)體器件與上述圖3的半導(dǎo)體器件的不同點是將所劃分的散熱片2中的散熱片2a連接的通孔5連接到第1內(nèi)部布線層7的滿布線7a，并將散熱片2b連接的通孔5連接到第2內(nèi)部布線層12的滿布線12a。滿布線7a是接地布線，滿布線12a是電源布線。
在這種半導(dǎo)體器件中，半導(dǎo)體元件3工作產(chǎn)生的熱從半導(dǎo)體元件3的背面通過絕緣粘接劑11傳導(dǎo)到散熱片2a、2b后，在從散熱片2a通過通孔5傳導(dǎo)到其端部的外部電極6的傳導(dǎo)路徑、從散熱片2a經(jīng)通孔5和滿布線7a傳到另一通孔5和外部電極6的傳導(dǎo)路徑、從散熱片2b通過通孔5傳導(dǎo)到其端部的外部電極6的傳導(dǎo)路徑、從散熱片2b經(jīng)通孔5和滿布線12a傳到另一通孔5和外部電極6的傳導(dǎo)路徑上傳導(dǎo)。這樣增加熱傳導(dǎo)路徑，因而能取得比圖3的半導(dǎo)體器件更高的散熱效果，而且能減小外部電極6的熱疲勞，使可靠性提高。
圖4的半導(dǎo)體器件通過保持所劃分的散熱片2a、2b各自連接的通孔5在電方面獨立，即使通孔數(shù)與圖3的半導(dǎo)體器件的相同，也使熱傳導(dǎo)路徑增加。必須使散熱片2的劃分數(shù)對應(yīng)于電位不同的連接對象(滿布線7a、12a等)的數(shù)量對應(yīng)。
上述圖1～圖4的各半導(dǎo)體器件，示出保護半導(dǎo)體元件(LSI集成電路)的集成電路部而且確保與外部裝置電連接穩(wěn)定又能高密度安裝的BGA半導(dǎo)體器件。在這種BGA半導(dǎo)體器件中，并且在形成未取球狀的焊盤和焊塊當作外部電極6的同樣半導(dǎo)體器件中，尤其在裝載耗電大的半導(dǎo)體元件時，都能使熱阻減小，提高安裝可靠性。
這些半導(dǎo)體器件在信息通信設(shè)備、事務(wù)用電子設(shè)備、家用電子設(shè)備、測量裝置、組裝機器人等產(chǎn)業(yè)電子設(shè)備、醫(yī)用電子設(shè)備、電子玩具等中有用。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，在布線襯底上以散熱片為中介裝載半導(dǎo)體元件，利用引線將布線襯底與半導(dǎo)體元件進行電連接，在布線襯底內(nèi)形成分別連接引線或散熱片的通孔，并且在布線襯底的背面形成連接各通孔的外部電極，在所述散熱片與半導(dǎo)體元件之間形成絕緣層，而且將散熱片至少分成2片。
2.如權(quán)利要求1中所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，在布線襯底上與其表層布線同時形成散熱片。
3.如權(quán)利要求1中所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，將散熱片安裝在布線襯底上。
4.如權(quán)利要求1中所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，絕緣層是焊料保護層。
5.如權(quán)利要求1中所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，絕緣層是粘接半導(dǎo)體元件用的絕緣粘接劑層。
6.如權(quán)利要求1中所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，將與散熱片連接的通孔連接到襯底內(nèi)布線。
7.如權(quán)利要求6中所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，將與所劃分的各散熱片連接的通孔連接到不同的襯底內(nèi)布線。
8.如權(quán)利要求6中所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，通過通孔連接散熱片的襯底內(nèi)布線至少一條是接地布線或電源布線。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種半導(dǎo)體器件，在布線襯底(1)上以散熱片(2)為中介裝載半導(dǎo)體元件(3)，利用引線(4)將布線襯底(1)與半導(dǎo)體元件(3)進行電連接，在布線襯底(1)內(nèi)形成分別連接各引線(4)或散熱片(2)的通孔(5)，并且在布線襯底(1)的背面形成連接各通孔(5)的外部電極(6)，其中，在散熱片(2)與半導(dǎo)體元件(3)之間形成絕緣層(9)，而且將散熱片(2)至少分成2片。由此，半導(dǎo)體元件(3)的背面不論散熱片(2)的電位，都保持不電連接的狀態(tài)，使散熱設(shè)計自由度提高，因而能使通過通孔(5)連接到散熱片(2)的外部電極(6)連接安裝電路板的散熱效率高的布線等，有效散發(fā)半導(dǎo)體元件(3)的熱。
文檔編號H01L23/36GK1835220SQ20061006733
公開日2006年9月20日 申請日期2006年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月16日
發(fā)明者油井隆 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社