特開 2022-91491 放熱板、半導体装置及び放熱板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022091491

(43)【公開日】2022-06-21

(54)【発明の名称】放熱板、半導体装置及び放熱板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/373 20060101AFI20220614BHJP

   H01L 23/02 20060101ALI20220614BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20220614BHJP

【ＦＩ】

H01L23/36 M

H01L23/02 J

H05K7/20 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020204355

(22)【出願日】2020-12-09

(71)【出願人】

【識別番号】000190688

【氏名又は名称】新光電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】黒澤 卓也

【テーマコード（参考）】

5E322

5F136

【Ｆターム（参考）】

5E322AA03

5E322AB11

5E322FA04

5E322FA09

5F136BB14

5F136BC01

5F136BC04

5F136BC05

5F136FA02

5F136FA03

5F136FA32

5F136FA33

(57)【要約】

【課題】大型化を抑制しつつも、機械的強度を向上できる放熱板を提供する。
【解決手段】放熱板５０は、半導体素子３０に接続される第１面５０Ａと、第１面５０Ａと反対側の第２面５０Ｂとを有する。放熱板５０は、第１金属により構成される第１金属部６１と、第１金属とは異なる第２金属により構成される第２金属部６２とが固相接合により接合された構造体を有する。第１金属は、第２金属よりも熱伝導率の高い金属であり、第２金属は、第１金属よりも機械的強度の高い金属である。放熱板５０の第２面５０Ｂは、第１金属部６１の上面６１Ｂと第２金属部６２の上面６２Ｂとを有している。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体素子に接続される第１面と、前記第１面と反対側の第２面とを有する放熱板であって、
第１金属により構成される第１金属部と、前記第１金属とは異なる第２金属により構成される第２金属部とが固相接合により接合された構造体を有し、
前記第１金属は、前記第２金属よりも熱伝導率の高い金属であり、
前記第２金属は、前記第１金属よりも機械的強度の高い金属であり、
前記第２面は、前記第１金属部の上面と前記第２金属部の上面とを有している放熱板。

【請求項2】

前記第１面を有する本体部と、
前記本体部の外周に設けられ、前記本体部と一体に形成された側壁と、を有し、
前記第２金属部は、前記側壁のみに設けられている請求項１に記載の放熱板。

【請求項3】

前記第２金属部は、前記本体部の外周に沿って前記本体部の周方向全周にわたって連続して形成されている請求項２に記載の放熱板。

【請求項4】

前記第２金属部の上面は、前記本体部を構成する前記第１金属部の上面と面一に形成されている請求項２又は請求項３に記載の放熱板。

【請求項5】

前記側壁は、前記第１面である前記本体部の下面よりも下方に突出するように形成されており、
前記放熱板は、前記本体部の下面と前記側壁とによって形成された凹部を有する請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の放熱板。

【請求項6】

前記凹部の内面は、前記第１金属部のみによって構成されている請求項５に記載の放熱板。

【請求項7】

前記第２金属部は、前記側壁の高さ方向の全長にわたって延びるように形成されている請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の放熱板。

【請求項8】

請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の放熱板と、
配線基板と、
前記配線基板に実装された前記半導体素子と、を有し、
前記放熱板の前記第１面は、前記半導体素子の上面に接着剤を介して接続されている半導体装置。

【請求項9】

第１金属により構成される第１金属部の上面に、前記第１金属とは異なる第２金属により構成される第２金属部を重ね合わせる工程と、
前記第１金属部と前記第２金属部とを固相接合により接合した構造体を形成する工程と、
プレス加工により、前記構造体の中央部に配置された前記第１金属部の下面に凹部を形成するとともに、前記構造体の外周部に配置された前記第２金属部の上面よりも上方に突出する突出部を形成する工程と、
切削加工により、前記突出部における前記第２金属部を除去する工程と、
を有し、
前記第１金属は、前記第２金属よりも熱伝導率の高い金属であり、
前記第２金属は、前記第１金属よりも機械的強度の高い金属である放熱板の製造方法。

【請求項10】

前記切削加工は、前記構造体の外周部に配置された前記第２金属部の上面と、前記構造体の中央部に配置された前記第１金属部の上面とが面一になるように、前記突出部を切削する請求項９に記載の放熱板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、放熱板、半導体装置及び放熱板の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等に使用される半導体素子の高性能化・高速度化に伴って、その半導体素子から発熱する発熱量が年々増大している。この発熱量の増大に伴って半導体素子の温度が上昇すると、動作速度の低下や故障などの問題が生じる。

【0003】

そこで、このような問題の発生を回避するために、半導体素子を放熱・冷却する技術が様々提案されている（例えば、特許文献１参照）。例えば、配線基板に実装された半導体素子上に、接着剤を介して、高熱伝導性の金属からなる放熱板を接続した構造を有する半導体装置が提案されている。この場合、冷却するべき半導体素子の発する熱は、接着剤を通じて放熱板に拡散されて大気中に放熱される。これにより、半導体素子の発する熱が効率良く放熱され、半導体素子の温度上昇が抑制される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３－７７５９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところが、放熱板の機械的強度が低い場合には、配線基板の反りに追従して放熱板も変形するという問題がある。一方、放熱板の機械的強度を十分に確保するために、放熱板を厚く形成すると、半導体装置全体が大型化するという問題が生じる。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一観点によれば、半導体素子に接続される第１面と、前記第１面と反対側の第２面とを有する放熱板であって、第１金属により構成される第１金属部と、前記第１金属とは異なる第２金属により構成される第２金属部とが固相接合により接合された構造体を有し、前記第１金属は、前記第２金属よりも熱伝導率の高い金属であり、前記第２金属は、前記第１金属よりも機械的強度の高い金属であり、前記第２面は、前記第１金属部の上面と前記第２金属部の上面とを有している。

【発明の効果】

【0007】

本発明の一観点によれば、大型化を抑制しつつも、機械的強度を向上できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】一実施形態の半導体装置を示す概略断面図である。

【図2】一実施形態の放熱板を示す概略斜視図である。

【図3】（ａ）は、一実施形態の放熱板の製造方法を示す概略斜視図、（ｂ）は、一実施形態の放熱板の製造方法を示す概略断面図である。

【図4】（ａ）は、一実施形態の放熱板の製造方法を示す概略斜視図、（ｂ）は、一実施形態の放熱板の製造方法を示す概略断面図である。

【図5】（ａ）は、一実施形態の放熱板の製造方法を示す概略斜視図、（ｂ）は、一実施形態の放熱板の製造方法を示す概略断面図である。

【図6】一実施形態の半導体装置の製造方法を示す概略断面図である。

【図7】変更例の半導体装置を示す概略断面図である。

【図8】変更例の半導体装置を示す概略断面図である。

【図9】変更例の半導体装置を示す概略断面図である。

【図10】変更例の半導体装置を示す概略断面図である。

【図11】変更例の半導体装置を示す概略断面図である。

【図12】変更例の放熱板を示す概略斜視図である。

【図13】変更例の放熱板を示す概略斜視図である。

【図14】変更例の放熱板の製造方法を示す概略斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、一実施形態について添付図面を参照して説明する。
なお、添付図面は、便宜上、特徴を分かりやすくするために特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率については各図面で異なる場合がある。また、断面図では、各部材の断面構造を分かりやすくするために、一部の部材のハッチングを梨地模様に代えて示し、一部の部材のハッチングを省略している。

【0010】

まず、図１に従って、半導体装置１０の構造について説明する。
半導体装置１０は、配線基板２０と、配線基板２０の上面に実装された１つ又は複数（ここでは、１つ）の半導体素子３０と、半導体素子３０の上方に接着剤４０を介して配置された放熱板５０とを有している。

【0011】

配線基板２０は、例えば、基板本体２１と、接続用パッド２２と、はんだボール２３とを有している。基板本体２１としては、接続用パッド２２とはんだボール２３とが基板内部を通じて相互に電気的に接続された構造を有していれば十分である。このため、基板本体２１の内部には配線層が形成されていてもよく、配線層が形成されていなくてもよい。なお、基板本体２１の内部に配線層が形成される場合には、例えば、複数の配線層が層間絶縁層を介して積層され、各配線層と各層間絶縁層に形成されたビア配線とによって接続用パッド２２とはんだボール２３とが電気的に接続されている。また、基板本体２１の内部に配線層が形成されない場合には、例えば、基板本体２１を厚さ方向に貫通する貫通電極によって接続用パッド２２とはんだボール２３とが電気的に接続されている。基板本体２１としては、例えば、コア基板を有するコア付きビルドアップ基板やコア基板を有さないコアレス基板等を用いることができる。なお、基板本体２１の厚さは、例えば、５０μｍ～２００μｍ程度とすることができる。

【0012】

接続用パッド２２は、基板本体２１の上面に形成されている。接続用パッド２２の材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）や銅合金を用いることができる。
はんだボール２３は、基板本体２１の下面に形成されている。はんだボール２３の材料としては、例えば、鉛（Ｐｂ）を含む合金、錫（Ｓｎ）とＣｕの合金、Ｓｎと銀（Ａｇ）の合金、ＳｎとＡｇとＣｕの合金などを用いることができる。はんだボール２３は、例えば、マザーボード等と接続される外部接続端子として機能する。

【0013】

半導体素子３０は、例えば、シリコン（Ｓｉ）等からなる薄板化された半導体基板上に、半導体集積回路（図示略）が形成された回路形成面（ここでは、下面）側がパッシベーション膜で覆われ、その回路形成面に接続端子３１が設けられた構造を有している。

【0014】

半導体素子３０としては、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）チップやＧＰＵ（Graphics Processing Unit）チップなどのロジックチップを用いることができる。また、半導体素子３０としては、例えば、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）チップやフラッシュメモリチップなどのメモリチップを用いることができる。半導体素子３０の平面形状は、任意の形状及び任意の大きさとすることができる。半導体素子３０の平面形状は、例えば、正方形状に形成されている。半導体素子３０の大きさは、例えば、平面視において１０ｍｍ×１０ｍｍ程度とすることができる。半導体素子３０の厚さは、例えば、１０μｍ～１００μｍ程度とすることができる。

【0015】

半導体素子３０は、例えば、配線基板２０にフリップチップ実装されている。すなわち、半導体素子３０は、接続端子３１を介して、配線基板２０の接続用パッド２２と電気的に接続されている。接続端子３１としては、例えば、金（Ａｕ）バンプやはんだバンプを用いることができる。はんだバンプの材料としては、例えば、Ｐｂを含む合金、ＳｎとＣｕの合金、ＳｎとＡｇの合金、ＳｎとＡｇとＣｕの合金などを用いることができる。

【0016】

半導体素子３０の下面（回路形成面）と基板本体２１の上面との間には、アンダーフィル樹脂３５が充填されている。アンダーフィル樹脂３５の材料としては、例えば、エポキシ系樹脂などの絶縁性樹脂を用いることができる。

【0017】

半導体素子３０の回路形成面と反対側の背面（ここでは、上面）には、接着剤４０が形成されている。接着剤４０としては、例えば、シリコンポリマー系の樹脂や、熱伝導部材（ＴＩＭ：Thermal Interface Material）を用いることができる。熱伝導部材の材料としては、例えば、熱伝導性の良い高電気伝導材であるインジウム（Ｉｎ）等を用いることができる。また、熱伝導部材の他の例としては、高電気伝導材を含有するシリコングリース、又は金属フィラーやグラファイト等を含有した有機系の樹脂バインダー等を用いることができる。接着剤４０は、半導体素子３０と放熱板５０とを接着する機能と、半導体素子３０と放熱板５０とを熱的に接続する機能とを有している。接着剤４０を熱伝導率の高い材料で構成することにより、半導体素子３０で生じた熱を放熱板５０に効率良く伝導することができる。なお、接着剤４０の厚さは、例えば、２０μｍ～３０μｍ程度とすることができる。

【0018】

放熱板５０は、半導体素子３０の背面上に接着剤４０を介して設けられている。放熱板５０は、ヒートスプレッダとも呼ばれる。放熱板５０は、半導体素子３０が発する熱の密度を分散させる機能を有する。放熱板５０は、例えば、半導体素子３０上に設けられているため、半導体素子３０を機械的に保護する機能も有する。放熱板５０は、半導体素子３０に接続される第１面５０Ａと、第１面５０Ａと反対側の第２面５０Ｂ（ここでは、上面）とを有している。

【0019】

放熱板５０は、例えば、配線基板２０上に接合されている。例えば、配線基板２０は、基板本体２１の上面に接合部材２５によって接合されている。配線基板２０は、例えば、半導体素子３０を取り囲むように基板本体２１の上面の外周部に接合部材２５によって接合されている。接合部材２５の材料としては、例えば、シリコンポリマー系の樹脂を用いることができる。

【0020】

放熱板５０は、例えば、平板状に形成された本体部５１と、本体部５１と一体に形成された側壁５２とを有している。本体部５１は、放熱板５０の第１面５０Ａを有している。すなわち、本体部５１の下面５１Ａが放熱板５０の第１面５０Ａとなる。本体部５１の下面５１Ａは、接着剤４０を介して半導体素子３０の背面に熱的に結合されている。本体部５１の平面形状は、例えば、半導体素子３０の平面形状よりも一回り大きく形成されている。本体部５１の平面形状は、例えば、基板本体２１の平面形状よりも一回り小さく形成されている。

【0021】

側壁５２は、本体部５１の外周に設けられている。側壁５２は、本体部５１の外側面に一体的に形成されている。側壁５２は、例えば、本体部５１の厚さ方向と直交する本体部５１の平面方向（図中左右方向）と交差する方向（ここでは、図中上下方向）に延びるように形成されている。本例の側壁５２は、本体部５１の上面に対して垂直に延びるように形成されている。側壁５２は、本体部５１の外側面を覆うように形成されている。側壁５２は、例えば、本体部５１の外側面全面を覆うように形成されている。側壁５２の下端部は、本体部５１の下面５１Ａよりも下方に突出するように形成されている。側壁５２の下面は、接合部材２５を介して基板本体２１に接合されている。

【0022】

図２に示すように、側壁５２は、例えば、本体部５１の外周の全周にわたって連続して形成されている。側壁５２は、例えば、枠状に形成されている。側壁５２は、例えば、図１に示した半導体素子３０を外側から取り囲むように形成されている。

【0023】

図１に示すように、放熱板５０は、本体部５１の下面５１Ａと側壁５２とによって構成された凹部５３を有している。凹部５３と配線基板２０とによって形成された収容部に半導体素子３０が収容されている。半導体素子３０の背面は、本体部５１の下面５１Ａによって構成される凹部５３の底面に接着剤４０を介して熱的に結合されている。これにより、半導体素子３０において発生する熱は、接着剤４０を介して放熱板５０に放熱される。

【0024】

放熱板５０は、第１金属部６１と第２金属部６２とが固相接合により互いに直接接合された構造体を有している。第１金属部６１と第２金属部６２とは固相接合により一体化されている。固相接合とは、接合対象物同士を溶融させることなく固相（固体）状態のまま加熱して軟化させ、更に加熱して塑性変形を与えて接合する方法である。固相接合としては、例えば、拡散接合、圧接、摩擦圧接や超音波接合などを挙げることができる。なお、各図面では、第１金属部６１と第２金属部６２を判り易くするため、実線にて区別している。例えば、第１金属部６１と第２金属部６２とを拡散接合により一体化した場合には、第１金属部６１と第２金属部６２との界面は消失していることがあり、境界は明確でないことがある。

【0025】

第１金属部６１と第２金属部６２とは、互いに異なる金属材料によって構成されている。第１金属部６１は、第１金属により構成されている。第２金属部６２は、第１金属とは異なる第２金属により構成されている。第１金属は、第２金属よりも熱伝導率の高い金属である。第１金属としては、例えば、銅やアルミニウムなどの金属、又はこれら金属から選択される少なくとも一種の金属を含む合金を用いることができる。第２金属は、第１金属よりも機械的強度（剛性や硬度等）の高い金属である。第２金属としては、例えば、鉄などの金属、又は銅合金や鉄合金などの合金を用いることができる。第２金属としては、例えば、青銅、ステンレス鋼などを用いることができる。

【0026】

放熱板５０の大部分は、第１金属部６１によって構成されている。第２金属部６２は、補強材として放熱板５０の一部に設けられている。第２金属部６２は、例えば、放熱板５０の第２面５０Ｂに設けられている。第２金属部６２は、放熱板５０の第２面５０Ｂに露出されている。

【0027】

第２金属部６２は、例えば、本体部５１及び側壁５２のうち側壁５２のみに設けられている。換言すると、本体部５１は、第１金属部６１のみによって構成されている。第２金属部６２は、例えば、側壁５２の上端部に設けられている。側壁５２は、その上端部が第２金属部６２によって構成されており、上端部以外の部分が第１金属部６１によって構成されている。すなわち、側壁５２では、第１金属部６１の上面に第２金属部６２が接合されている。第２金属部６２は、側壁５２を構成する第１金属部６１の上面と一体に形成されている。

【0028】

放熱板５０では、側壁５２のうち上端部以外の部分と本体部５１とが第１金属部６１によって構成されている。側壁５２の下端部を構成する第１金属部６１は、接合部材２５を介して基板本体２１に接合されている。ここで、凹部５３の底面（つまり、本体部５１の下面５１Ａ）は第１金属部６１によって構成されており、凹部５３の内側面（つまり、側壁５２の下端部の側面）は第１金属部６１によって構成されている。すなわち、凹部５３の内面は第１金属部６１のみによって構成されている。

【0029】

本例の側壁５２の上面は、本体部５１の上面と面一に形成されている。このため、本例の第２金属部６２の上面６２Ｂは、本体部５１を構成する第１金属部６１の上面６１Ｂと面一に形成されている。これら第１金属部６１の上面６１Ｂと第２金属部６２の上面６２Ｂとによって、放熱板５０の第２面５０Ｂが構成されている。換言すると、放熱板５０の第２面５０Ｂは、第１金属部６１の上面６１Ｂと第２金属部６２の上面６２Ｂとを有している。

【0030】

第２金属部６２は、第１金属部６１によって構成される本体部５１の外側面の一部を覆うように形成されている。第２金属部６２は、本体部５１の外側面を構成する第１金属部６１と一体に形成されている。第２金属部６２の厚さは、例えば、本体部５１の厚さよりも薄く形成されている。第２金属部６２の厚さは、例えば、凹部５３の深さよりも薄く形成されている。第２金属部６２の厚さは、例えば、０．５ｍｍ～１．０ｍｍ程度とすることができる。本体部５１の厚さは、例えば、１．０ｍｍ～２．０ｍｍ程度とすることができる。凹部５３の深さは、例えば、０．６ｍｍ～１．２ｍｍ程度とすることができる。

【0031】

図２に示すように、第２金属部６２は、例えば、側壁５２の全周にわたって連続して形成されている。第２金属部６２は、例えば、本体部５１の外周に沿って本体部５１の周方向全周にわたって連続して形成されている。第２金属部６２は、例えば、枠状に形成されている。第２金属部６２は、平面視において、本体部５１を外側から取り囲むように形成されている。第２金属部６２の幅は、側壁５２の幅と同じ大きさに形成されている。換言すると、側壁５２の上端部は、第２金属部６２のみによって構成されている。第２金属部６２の外側面は、例えば、側壁５２を構成する第１金属部６１の外側面と面一に形成されている。

【0032】

図１に示すように、側壁５２を構成する第１金属部６１の一部は、第１金属部６１によって構成される本体部５１の外側面の一部を被覆するように形成されている。側壁５２を構成する第１金属部６１は、本体部５１の下部を構成する第１金属部６１と接続されている。側壁５２を構成する第１金属部６１の厚さは、例えば、本体部５１の厚さと同じ厚さ、又は本体部５１の厚さよりも厚く形成されている。側壁５２を構成する第１金属部６１の厚さは、例えば、１．０ｍｍ～２．５ｍｍ程度とすることができる。

【0033】

（半導体装置１０の製造方法）
次に、半導体装置１０の製造方法について説明する。なお、説明の便宜上、最終的に半導体装置１０の各構成要素となる部分には、最終的な構成要素の符号を付して説明する。

【0034】

まず、図３～図５に従って、放熱板５０の製造方法について説明する。
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、平板状の第１金属部６１の上面に平板状の第２金属部６２を重ね合わせる。このとき、第１金属部６１の厚さは、例えば、１．０ｍｍ～２．５ｍｍ程度とすることができる。また、第２金属部６２の厚さは、例えば、０．５ｍｍ～１．０ｍｍ程度とすることができる。

【0035】

続いて、重ね合わせた第１金属部６１及び第２金属部６２を所定温度（例えば、９００℃程度）に加熱しながらプレスすることにより、固相接合にて第１金属部６１と第２金属部６２とを接合する。これにより、第１金属部６１の上面と第２金属部６２の下面とが直接接合され、平板状の第１金属部６１と平板状の第２金属部６２とが一体化される。以下の説明では、第１金属部６１と第２金属部６２とが固相接合により一体化された構造体を構造体７０と称する。なお、構造体７０は、クラッド材又はクラッドメタルとも呼ばれる。

【0036】

次に、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す工程では、例えば金型を使用するプレス加工により、構造体７０の外周部を構造体７０の中央部よりも下方に突出させる。本工程では、図４（ｂ）に示すように、金型として、下型８０と上型８１とを準備する。下型８０は、下型８０の上面に凸部８０Ａを有している。上型８１は、上型８１の下面に凹部８１Ａを有している。凸部８０Ａと凹部８１Ａとは、平面視において互いに重なる位置に設けられている。凸部８０Ａ及び凹部８１Ａの平面形状の大きさは、構造体７０の外周部を除く中央部の平面形状の大きさに対応している。そして、下型８０と上型８１との間に構造体７０を配置した状態で、下型８０の凸部８０Ａにより構造体７０の中央部を上方に向かって押圧する。これにより、構造体７０の中央部が外周部よりも上側に押し上げられる。換言すると、構造体７０の外周部が中央部よりも下側に押し下げられる。このとき、構造体７０の上面には、構造体７０の外周部に配置された第２金属部６２の上面６２Ｂから上方に突出する突出部７１が形成される。また、構造体７０の下面には、構造体７０の中央部に配置された第１金属部６１の下面に凹部５３が形成される。凹部５３は、構造体７０の外周部に配置された第１金属部６１の下面から上方に凹むように形成される。ここで、突出部７１は、構造体７０の外周部に配置された第２金属部６２の上面６２Ｂから凹部５３の深さの分だけ上方に突出している。本例の突出部７１は、構造体７０の中央部に配置された第１金属部６１の上部が構造体７０の外周部に配置された第２金属部６２の上面６２Ｂよりも上方に突出するように形成されている。すなわち、突出部７１の形成によって、構造体７０の中央部に配置された第２金属部６２と構造体７０の外周部に配置された第２金属部６２とが互いに分離される。

【0037】

続いて、例えば切削加工により、構造体７０から突出部７１を除去する。例えば、切削加工により、突出部７１における第２金属部６２を除去する。例えば、切削加工により、突出部７１全体を除去する。本例では、構造体７０の外周部に配置された第２金属部６２の上面６２Ｂと構造体７０の中央部に配置された第１金属部６１の上面６１Ｂとが面一になるように、突出部７１が切削される（図中破線参照）。このとき、構造体７０の外周部に配置された第２金属部６２の上面６２Ｂの一部を切削するようにしてもよい。

【0038】

本工程により、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、構造体７０の中央部に配置された第１金属部６１の上面６１Ｂが、構造体７０の外周部に配置された第２金属部６２の上面６２Ｂから露出される。本例では、構造体７０の中央部に配置された第１金属部６１の上面６１Ｂと、構造体７０の外周部に配置された第２金属部６２の上面６２Ｂとが面一に形成される。

【0039】

以上の製造工程により、図１及び図２に示した放熱板５０を製造することができる。すなわち、第１金属部６１と第２金属部６２とが固相接合により一体化された構造を有し、本体部５１と側壁５２と凹部５３とを有する放熱板５０を製造することができる。

【0040】

次に、図６に示す工程では、半導体素子３０が実装された配線基板２０を準備する。ここでは、図示を省略して詳細な説明を割愛するが、配線基板２０は例えば以下のような方法で製造される。すなわち、接続用パッド２２を有する配線基板２０を形成し、その配線基板２０の上面に形成された接続用パッド２２に半導体素子３０の接続端子３１をフリップチップ接合する。次に、配線基板２０と半導体素子３０との間にアンダーフィル樹脂３５を形成する。

【0041】

続いて、図６に示す工程では、配線基板２０の上面の外周縁に沿って枠状に熱硬化型の接合部材２５を塗布する。また、半導体素子３０の背面上に接着剤４０を形成する。例えば、半導体素子３０の背面上に熱硬化型の接着剤４０を塗布する。その後、配線基板２０及び半導体素子３０上に放熱板５０を配置する。具体的には、放熱板５０の側壁５２の下面が接合部材２５に対向するように、且つ本体部５１の下面５１Ａが接着剤４０に対向するように、配線基板２０及び半導体素子３０上に放熱板５０を配置する。

【0042】

次に、上述のように配置した配線基板２０、放熱板５０及び接着剤４０を加熱及び加圧する。これにより、図１に示すように、放熱板５０が接合部材２５を介して配線基板２０に接合されるとともに、放熱板５０が接着剤４０を介して半導体素子３０に接合される。その後、配線基板２０の下面にはんだボール２３を形成することにより、図１に示した半導体装置１０を製造することができる。

【0043】

次に、本実施形態の作用効果を説明する。
（１）熱伝導率の高い第１金属からなる第１金属部６１と、第１金属よりも機械的強度の高い第２金属からなる第２金属部６２とを固相接合により接合した構造体によって放熱板５０を構成するようにした。この構成によれば、第２金属部６２を設けたことにより、第１金属部６１のみによって放熱板５０を構成する場合に比べて、放熱板５０全体の機械的強度を向上させることができる。また、放熱板５０を厚く形成せずに、第２金属部６２を設けることによって放熱板５０全体の機械的強度を向上させることができる。このため、放熱板５０の大型化を抑制しつつも、放熱板５０の機械的強度を向上させることができる。

【0044】

（２）第１金属部６１と第２金属部６２とを固相接合により接合するようにした。このため、第１金属部６１と第２金属部６２とを接着剤等で接着する場合に比べて、その接着剤の分だけ放熱板５０が大型化することを抑制できる。

【0045】

（３）第２金属部６２を、本体部５１及び側壁５２のうち側壁５２のみに設けるようにした。換言すると、半導体素子３０と接続される第１面５０Ａを有する本体部５１には、第１金属部６１よりも熱伝導率の低い第２金属部６２を設けないようにした。このため、第２金属部６２を設けたことに起因して、放熱板５０における放熱性能が低下することを好適に抑制できる。

【0046】

（４）第２金属部６２を、本体部５１の外周に沿って本体部５１の周方向全周にわたって連続して形成するようにした。この構成によれば、機械的強度の高い第２金属部６２を、本体部５１の周方向全周に配置することができる。これにより、半導体装置１０を種々の方向に反らす応力に効果的に対抗でき、半導体装置１０の反りを効果的に低減できる。

【0047】

（５）第２金属部６２の上面６２Ｂを、本体部５１を構成する第１金属部６１の上面６１Ｂと面一に形成した。この構成によれば、放熱板５０の第２面５０Ｂに放熱フィンなどの放熱部品を設けた際に、第２金属部６２の上面６２Ｂを放熱部品に接触させることができる。これにより、第１金属部６１を通じて放熱部品に熱を伝導できるとともに、第２金属部６２を通じて放熱部品に熱を伝導することができる。したがって、放熱部品に効率良く熱を伝導することができる。

【0048】

（他の実施形態）
上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

【0049】

・図７に示すように、半導体装置１０は、放熱部品９０を更に有していてもよい。放熱部品９０は、例えば、接着剤９１を介して放熱板５０の第２面５０Ｂに接続されている。本変更例の放熱部品９０は、熱を大気中に効率良く発散させるためのフィン構造を有する、所謂放熱フィンである。放熱部品９０の材料としては、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金を用いることができる。接着剤９１としては、例えば、接着剤４０と同様の接着剤を用いることができる。

【0050】

放熱部品９０は、例えば、放熱板５０の第２面５０Ｂ全面を覆うように設けられている。放熱部品９０は、例えば、接着剤９１を介して第１金属部６１の上面６１Ｂと接続されるとともに、接着剤９１を介して第２金属部６２の上面６２Ｂと接続されている。

【0051】

この構成によれば、半導体素子３０で生じた熱が放熱板５０を通じて放熱部品９０に伝導され、その放熱部品９０において熱が大気中に放熱される。これにより、半導体素子３０の発する熱を効率よく放熱することができ、半導体素子３０の温度上昇を好適に抑制できる。

【0052】

・図７に示した放熱部品９０としては、放熱フィンの他に、ヒートパイプやベーパチャンバなどを用いることができる。
・上記実施形態では、凹部５３の内側面を、本体部５１の上面に対して垂直に延びるように形成したが、これに限定されない。

【0053】

例えば図８に示すように、凹部５３の内側面を傾斜面に形成してもよい。例えば、凹部５３の内側面を、本体部５１の下面５１Ａから側壁５２の下面に向かうに連れて放熱板５０の外周縁に近づくように傾斜する傾斜面に形成してもよい。換言すると、凹部５３の内側面を、本体部５１の下面５１Ａから側壁５２の下面に向かうに連れて半導体素子３０から離れるように傾斜する傾斜面に形成してもよい。

【0054】

・上記実施形態では、側壁５２の外側面を、本体部５１の上面に対して垂直に延びるように形成したが、これに限定されない。例えば、側壁５２の外側面を傾斜面に形成してもよい。例えば、側壁５２の外側面を、側壁５２の上面から側壁５２の下面に向かうに連れて半導体素子３０から離れるように傾斜する傾斜面に形成してもよい。

【0055】

・図９に示すように、本体部５１の下面５１Ａ（つまり、凹部５３の底面）に、その下面５１Ａから下方に突出する凸部５５を設けるようにしてもよい。凸部５５は、本体部５１の下面５１Ａから半導体素子３０に向かって突出するように形成されている。この場合には、凸部５５の下面５５Ａが接着剤４０を介して半導体素子３０に接合されている。

【0056】

・上記実施形態では、配線基板２０に半導体素子３０をフリップチップ実装するようにしたが、半導体素子３０の実装の形態は特に限定されない。例えば、半導体素子３０の実装の形態としては、例えば、フリップチップ実装の他に、ワイヤボンディング実装やはんだ実装などが挙げられる。

【0057】

・図１０に示すように、配線基板２０に複数の電子部品を実装するようにしてもよい。例えば、高さの異なる複数の電子部品を配線基板２０に実装するようにしてもよい。本変更例では、半導体素子３０と、半導体素子３０よりも高さの低い電子部品３２とが配線基板２０に実装されている。電子部品３２は、例えば、基板本体２１の上面にはんだ３３を介して実装されている。電子部品３２の上面は、接着剤４０を介して放熱板５０の第１面５０Ａに接続されている。電子部品３２の実装の形態としては、例えば、はんだ実装の他に、フリップチップ実装やワイヤボンディング実装などが挙げられる。電子部品３２としては、例えば、半導体チップ、トランジスタやダイオードなどの能動部品や、チップコンデンサ、チップインダクタやチップ抵抗などの受動部品を用いることができる。

【0058】

ここで、本変更例の放熱板５０の第１面５０Ａには、本体部５１の下面５１Ａから上方に凹む凹部５４が設けられている。凹部５４には、電子部品３２よりも高さの高い半導体素子３０が収容されている。そして、半導体素子３０の上面は、接着剤４０を介して凹部５４の底面に接続されている。なお、本変更例では、本体部５１の下面５１Ａと凹部５４の底面とが放熱板５０の第１面５０Ａとして機能する。

【0059】

・上記実施形態では、放熱板５０の第２面５０Ｂにおいて、第２金属部６２の上面６２Ｂを第１金属部６１の上面６１Ｂと面一に形成するようにしたが、これに限定されない。
例えば図１１に示すように、放熱板５０の第２面５０Ｂにおいて、第２金属部６２の上面６２Ｂを、本体部５１を構成する第１金属部６１の上面６１Ｂよりも低い位置に設けるようにしてもよい。この場合には、本体部５１の上部が第２金属部６２の上面６２Ｂよりも上方に突出するように形成される。このため、本体部５１の上部における外側面は、第２金属部６２から露出される。本変更例では、放熱板５０の第２面５０Ｂにおいて、本体部５１を構成する第１金属部６１の上面６１Ｂと、第２金属部６２の上面６２Ｂとによって段差が形成されている。

【0060】

・上記実施形態では、第２金属部６２を、放熱板５０の外周部の全周にわたって連続して形成するようにしたが、これに限定されない。例えば、第２金属部６２を、放熱板５０の外周部の一部のみに設けるようにしてもよい。

【0061】

例えば図１２に示すように、第２金属部６２を、放熱板５０の外形を構成する四辺のうち二辺のみに設けるようにしてもよい。本変更例では、放熱板５０の外形を構成する四辺のうち互いに対向する二辺の各々に沿って延びるように第２金属部６２を設けるようにした。また、第２金属部６２を、放熱板５０の外形を構成する四辺のうち一辺のみに設けるようにしてもよい。

【0062】

・上記実施形態では、第２金属部６２を、本体部５１及び側壁５２のうち側壁５２のみに設けるようにしたが、これに限定されない。例えば、第２金属部６２を、本体部５１及び側壁５２の両方に設けるようにしてもよい。

【0063】

・上記実施形態では、放熱板５０の厚さ方向において第１金属部６１と第２金属部６２とを重ね合わせて、第１金属部６１の上面に第２金属部６２を接合するようにしたが、これに限定されない。

【0064】

例えば図１３に示すように、放熱板１００の幅方向において第１金属部６１と第２金属部６２とを重ね合わせて、第１金属部６１の外側面に第２金属部６２を固相接合により直接接合するようにしてもよい。ここで、本変更例の放熱板１００の平面形状は、長辺と短辺とを有する長方形状に形成されている。なお、放熱板１００の短辺の延びる方向が放熱板１００の幅方向となり、放熱板１００の長辺の延びる方向が放熱板１００の長手方向となる。本変更例の第１金属部６１の平面形状は、長辺と短辺とを有する長方形状に形成されている。第２金属部６２は、例えば、第１金属部６１の外側面のうち長辺を構成する外側面に接合されている。すなわち、第２金属部６２は、第１金属部６１の外側面のうち放熱板１００の長手方向に延びる外側面に接合されている。本変更例では、放熱板１００の幅方向において、第１金属部６１を両側から挟むように２つの第２金属部６２が第１金属部６１の外側面に接合されている。なお、第１金属部６１の外側面のうち短辺を構成する外側面には第２金属部６２が接合されていない。

【0065】

本変更例の放熱板１００は、本体部１０１と、放熱板１００の長手方向の両端部に設けられた２つの側壁１０２とを有している。本体部１０１は、放熱板１００の長手方向において、２つの側壁１０２の間に設けられている。本体部１０１は、放熱板１００の幅方向の両側に設けられた２つの第２金属部６２と、それら２つの第２金属部６２の間に設けられた第１金属部６１とによって構成されている。このとき、本体部１０１を構成する第２金属部６２は、本体部１０１の上面から本体部１０１の下面まで延びるように形成されている。すなわち、本体部１０１を構成する第２金属部６２は、本体部１０１の厚さ方向の全長にわたって延びるように形成されている。

【0066】

各側壁１０２は、放熱板１００の幅方向の両側に設けられた２つの第２金属部６２と、それら２つの第２金属部６２の間に設けられた第１金属部６１とによって構成されている。このとき、各側壁１０２を構成する第２金属部６２は、側壁１０２の上面から側壁１０２の下面まで延びるように形成されている。すなわち、各側壁１０２を構成する第２金属部６２は、側壁１０２の高さ方向の全長にわたって延びるように形成されている。

【0067】

この構成であっても、第１金属部６１の外側面に第２金属部６２を接合したことにより、放熱板１００の機械的強度を向上させることができる。ここで、放熱板１００が接合される配線基板は、長手方向に反りが生じやすい。これに対し、本変更例の放熱板１００では、第１金属部６１の長手方向に延びる外側面に第２金属部６２を接合するようにした。このため、放熱板１００を長手方向に反らす応力に効果的に対抗でき、放熱板１００の反りを効果的に低減できる。

【0068】

次に、放熱板１００の製造方法について説明する。
まず、図１４に示すように、平板状の第１金属部６１の外側面に平板状の第２金属部６２を重ね合わせる。具体的には、第１金属部６１の幅方向において、第１金属部６１を両側から挟むように、第１金属部６１の外側面に２つの第２金属部６２を重ね合わせる。

【0069】

続いて、重ね合わせた第１金属部６１及び２つの第２金属部６２を所定温度（例えば、９００℃程度）に加熱しながらプレスすることにより、固相接合にて第１金属部６１と２つの第２金属部６２とを接合する。これにより、第１金属部６１の一方の外側面と一方の第２金属部６２とが直接接合されるとともに、第１金属部６１の他方の外側面と他方の第２金属部６２とが直接接合される。本工程により、第１金属部６１の幅方向において、第１金属部６１と２つの第２金属部６２とが固相接合により一体化された構造体（クラッド材）を得ることができる。

【0070】

その後、例えば金型を使用するプレス加工により、図１４に示した構造体の長手方向の両端部を長手方向の中央部よりも下方に突出させる。これにより、図１３に示した放熱板１００を製造することができる。

【0071】

・図１３に示した変更例では、放熱板１００の幅方向の両側に第２金属部６２を設けるようにしたが、これに限定されない。例えば、放熱板１００の幅方向の片側に第２金属部６２を設けるようにしてもよい。

【0072】

・図１３に示した変更例では、第１金属部６１の外側面のうち放熱板１００の長手方向に延びる外側面に第２金属部６２を接合するようにしたが、これに限定されない。例えば、第１金属部６１の外側面のうち放熱板１００の幅方向に延びる外側面に第２金属部６２を接合するようにしてもよい。

【0073】

・上記実施形態では、２種類の金属からなる第１金属部６１及び第２金属部６２が固相接合により接合された構造体により放熱板５０を構成するようにしたが、これに限定されない。例えば、３種類以上の金属からなる金属部が固相接合により接合された構造体により放熱板５０を構成するようにしてもよい。

【0074】

・上記実施形態では、配線基板２０を、ＢＧＡ（Ball Grid Array）型の配線基板に具体化したが、これに限定されない。例えば、配線基板２０を、ＰＧＡ（Pin Grid Array）型の配線基板やＬＧＡ（Land Grid Array）型の配線基板に具体化してもよい。

【符号の説明】

【0075】

１０ 半導体装置
２０ 配線基板
３０ 半導体素子
４０ 接着剤
５０，１００ 放熱板
５０Ａ 第１面
５０Ｂ 第２面
５１，１０１ 本体部
５２，１０２ 側壁
５３ 凹部
６１ 第１金属部
６１Ｂ 上面
６２ 第２金属部
６２Ｂ 上面
７０ 構造体
７１ 突出部
９０ 放熱部品

【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】