特開 2024-117924 半導体装置及び実装方法

(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】P2024117924

(43)【公開日】2024-08-30

(54)【発明の名称】半導体装置及び実装方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20240823BHJP

   H01L 23/12 20060101ALI20240823BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20240823BHJP

   H05K 1/02 20060101ALI20240823BHJP

【ＦＩ】

H01L23/36 D

H01L23/36 C

H01L23/12 J

H05K7/20 F

H05K1/02 Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023024019

(22)【出願日】2023-02-20

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和３年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「ポスト５Ｇ情報通信システム基盤強化研究開発事業／ポスト５Ｇ情報通信システムの開発／高周波帯アンプ一体型アレイアンテナ実装技術の開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】000005223

【氏名又は名称】富士通株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002918

【氏名又は名称】弁理士法人扶桑国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】池田 淳也

(72)【発明者】

【氏名】中田 義弘

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 伸也

(72)【発明者】

【氏名】森田 将

【テーマコード（参考）】

5E322

5E338

5F136

【Ｆターム（参考）】

5E322AA01

5E322AA11

5E322AB06

5E322AB09

5E322AB11

5E322FA04

5E322FA06

5E338AA02

5E338AA03

5E338BB05

5E338BB75

5E338CD32

5E338EE02

5F136BA03

5F136BB03

5F136BC06

5F136DA25

5F136FA02

5F136FA03

5F136FA14

5F136FA52

(57)【要約】

【課題】半導体チップの排熱を効率よく行う。
【解決手段】プリント基板１１には、金属板１２が埋め込まれている。半導体パッケージ１３は、半導体チップ１３ａを含み、半導体チップ１３ａとプリント基板１１とを電気的に接続する接続端子１３ｇ１～１３ｇ４を、プリント基板１１の面１１ａに対向する面１３ｉに備えている。面１１ａと面１３ｉとの間の間隙のうち、接続端子１３ｇ１～１３ｇ４を覆う第１領域には、第１充填材１４が充填されており、当該間隙のうち、平面視で半導体チップ１３ａと金属板１２とが重なる第２領域の少なくとも一部に、第１充填材１４よりも高い熱伝導率をもつ第２充填材１５が充填されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

プリント基板と、
前記プリント基板に埋め込まれた金属板と、
半導体チップを含み、前記半導体チップと前記プリント基板とを電気的に接続する第１接続端子を、前記プリント基板の第１面に対向する第２面に備えた半導体パッケージと、
前記第１面と前記第２面との間の間隙のうち、前記第１接続端子を覆う第１領域に充填された第１充填材と、
前記第１充填材よりも高い熱伝導率をもち、前記間隙のうちの、平面視で前記半導体チップと前記金属板とが重なる第２領域の少なくとも一部に充填された第２充填材と、
を有する半導体装置。

【請求項2】

前記半導体パッケージは、前記第２面に、前記金属板に接触し、前記半導体チップに対して絶縁された第２接続端子を有する、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

平面視で、前記プリント基板と前記金属板の境界部分の、前記第１接続端子または前記第２接続端子の配置密度は、前記境界部分以外の前記第１接続端子または前記第２接続端子の配置密度より低い、請求項２に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記第１接続端子及び前記第２接続端子は、ボールグリッドアレイの接続端子群に含まれる、請求項２に記載の半導体装置。

【請求項5】

平面視で、前記プリント基板と前記金属板の境界に沿って金膜が設けられている、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記第２充填材は、導電材料である、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項7】

前記金属板は、前記第１面と、前記第１面に対向する前記プリント基板の第３面において、露出している、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項8】

半導体チップを含み、前記半導体チップとプリント基板とを電気的に接続する第１接続端子を、前記プリント基板の第１面に対向する第２面に備えた半導体パッケージを、金属板が埋め込まれた前記プリント基板上に配置し、
前記第１面と前記第２面との間の間隙のうち、前記第１接続端子を覆う第１領域に第１充填材を充填するとともに、前記間隙のうちの、平面視で前記半導体チップと前記金属板とが重なる第２領域の少なくとも一部に、前記第１充填材よりも高い熱伝導率をもつ第２充填材を充填する、
実装方法。

【請求項9】

前記金属板は貫通孔を有し、前記第２充填材は、前記貫通孔を介して、前記第２領域の少なくとも一部に充填される、請求項８に記載の実装方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置及び実装方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体チップを含む半導体パッケージを、ＢＧＡ（Ball Grid Array）などの接続端子によりプリント基板に搭載した半導体装置がある。接合の強度や信頼性を確保するため、半導体パッケージとプリント基板との間の間隙にアンダーフィル材と呼ばれる樹脂系材料が充填されることがある。

【0003】

なお、半導体チップと放熱基板とをバンプ接続し、発熱集中箇所である能動領域の中央部を、外周部を覆う封止材よりも熱伝導率が大きい封止材で覆った半導体装置が提案されている。また、ＢＧＡで接続した半導体チップと配線基板との間の間隙に、バンプの熱伝導率より高い熱伝導率をもつ材料からなるフィラーを多数混入した樹脂を充填した半導体装置が提案されている。さらに、高周波対応のチップと第１基板とをフリップチップ接合し、第２基板がチップと対向するように、はんだボールを用いて第１基板と第２基板とを電気的に接続し、第２基板に設けたサーマルビアで熱を放熱させる半導体装置が提案されている。さらにまた、プリント基板に内蔵したコインと、熱源に熱的に結合されコインの一方の面に直接接続されたビアと、ヒートシンクに熱的に接続されコインの他方の面に直接接続されたビアとを含む放熱装置が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０２０－０１２６０４号

【特許文献2】特開平１１－６７８３１号公報

【特許文献3】特開２００９－１５８７４２号公報

【特許文献4】米国特許９６６１７３８号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、近年、ＡｉＰ（Antenna in Package）など、高出力の半導体チップを含む半導体パッケージが登場している。このような半導体パッケージをプリント基板に搭載した従来の半導体装置では、半導体チップの発熱に対する排熱効率が十分ではない。

【0006】

１つの側面では、本発明は、半導体チップの排熱を効率よく行える半導体装置及び実装方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

１つの実施態様では、プリント基板と、プリント基板に埋め込まれた金属板と、半導体パッケージと、第１充填材と第２充填材とを有する半導体装置が提供される。半導体パッケージは、半導体チップを含み、半導体チップとプリント基板とを電気的に接続する第１接続端子を、プリント基板の第１面に対向する第２面に備えている。第１充填材は、半導体パッケージと、第１面と第２面との間の間隙のうち、第１接続端子を覆う第１領域に充填されている。第２充填材は、第１充填材よりも高い熱伝導率をもち、上記間隙のうちの、平面視で半導体チップと金属板とが重なる第２領域の少なくとも一部に充填されている。

【0008】

また、１つの実施態様では、実装方法が提供される。

【発明の効果】

【0009】

１つの側面では、本発明は、半導体チップの排熱を効率よく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１の実施の形態の半導体装置の一例の断面図である。

【図2】第１の実施の形態の半導体装置の一例の上面図である。

【図3】比較例の半導体装置の断面図である。

【図4】ヒートシンクの設置例を示す図である。

【図5】第１の実施の形態の半導体装置の変形例を示す図である。

【図6】第２の実施の形態の半導体装置の一例の上面図である。

【図7】第３の実施の形態の半導体装置の一例の上面図である。

【図8】実装方法の第１の工程を説明する図である。

【図9】実装方法の第２の工程を説明する図である。

【図10】他の実装方法の工程を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、発明を実施するための形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において、「上面」とは、図１の半導体装置１０などにおいて、上側（＋Ｚ方向）を向いたＸ－Ｙ面を表す。同様に、「上」とは、図１の半導体装置１０などにおいて、上側（＋Ｚ方向）の方向を表す。「下面」とは、図１の半導体装置１０などにおいて、下側（－Ｚ方向）を向いたＸ－Ｙ面を表す。同様に、「下」とは、図１の半導体装置１０などにおいて、下側（－Ｚ方向）の方向を表す。必要に応じて他の図面でも同様の方向性を意味する。また、平面視とはＸＹ面視することをいう。「上面」、「上」、「下面」、「下」、「側面」は、相対的な位置関係を特定する便宜的な表現に過ぎず、本発明の技術的思想を限定するものではない。たとえば、「上」及び「下」は、必ずしも地面に対する鉛直方向を意味しない。つまり、「上」及び「下」の方向は、重力方向に限定されない。

【0012】

図１は、第１の実施の形態の半導体装置の一例の断面図である。図２は、第１の実施の形態の半導体装置の一例の上面図である。なお、図１は、図２のＩ－Ｉ線における断面図である。また、図２では、半導体パッケージ１３の上面の下方にある要素の一部が破線で示されている。また、図３は、比較例の半導体装置の断面図である。図３において、図１、図２と同一の要素については同一符号が付されている。

【0013】

半導体装置１０は、プリント基板１１と、金属板１２と、プリント基板１１上に搭載された半導体パッケージ１３、第１充填材１４、第２充填材１５を有する。
プリント基板１１は、上面である面１１ａに図示しないプリント配線やパッドが形成されている。なお、プリント基板１１は、ＰＣＢ（Printed Circuit Board）と呼ばれることもある。

【0014】

金属板１２は、プリント基板１１に埋め込まれている。金属板１２は、図２に示されているように、平面視で円形に形成されている。金属板１２の平面視の形状は円形に限定されるわけではない。ただし、当該形状を円形に形成することで、プリント基板１１と金属板１２との間の熱膨張係数の差を吸収することができ、プリント基板１１から金属板１２が脱落することが防げる。金属板１２は、熱伝導性の高い金属で形成されていることが好ましい。たとえば、金属板１２は、銅（Ｃｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）などの金属により形成される。

【0015】

金属板１２には、半導体パッケージ１３の半導体チップ１３ａで発生した熱が、後述の要素を介して伝達される。そして、金属板１２は、その熱を金属板１２の下方側に放熱する。半導体チップ１３ａと金属板１２との間の熱抵抗を小さくするため、金属板１２は、平面視で半導体チップ１３ａの少なくとも一部（たとえば、増幅回路などが設けられている発熱集中箇所）と重なっている。

【0016】

また、効率のよい排熱のため、図１に示されているように、金属板１２は、プリント基板１１の面１１ａと、面１１ａに対向するプリント基板１１の下面である面１１ｂにおいて、露出していることが好ましい。ただ、そのような形態に限定されるわけではない。たとえば、金属板１２の上面または下面の一部が、プリント基板１１の面１１ａまたは面１１ｂにおいて露出していてもよい。また、金属板１２は、１つに限定されず、複数の金属板が、プリント基板１１に埋め込まれていてもよい。

【0017】

半導体パッケージ１３は、半導体チップ１３ａ、再配線層１３ｂ，１３ｄ、モールド層１３ｃ、バリア層１３ｅ、ヒートスプレッダ層１３ｆを有する。さらに、半導体パッケージ１３は、第１接続端子（たとえば、図１～図３の接続端子１３ｇ１～１３ｇ４）と、第２接続端子（たとえば、図１～図３の接続端子１３ｈ１～１３ｈ８）を有する。

【0018】

なお、図１～図３の例では、半導体パッケージ１３は、ＢＧＡパッケージである。ＢＧＡパッケージは高密度に、はんだボールである接続端子を配置することができ、小面積で多端子化が可能である。

【0019】

半導体チップ１３ａは、半導体製造工程によって作製されるＩＣ（Integrated Circuit）である。半導体パッケージ１３が、ＡｉＰである場合、半導体チップ１３ａは、増幅回路などの発熱部を内包するＲＦ（Radio Frequency）チップである。半導体チップ１３ａの上面１３ａ１に図示しない端子が設けられている。

【0020】

再配線層１３ｂは、半導体チップ１３ａの上方に設けられている。再配線層１３ｂは、平面視で、半導体チップ１３ａよりもサイズが大きい。再配線層１３ｂは、配線層と絶縁層が交互に積層され、複数の配線層間をビアで接続した構成であってよい。図１の例では、再配線層１３ｂは、半導体チップ１３ａの上面１３ａ１に設けられた図示しない端子と電気的に接続する配線１３ｂ２を含む。半導体パッケージ１３が、ＡｉＰである場合、再配線層１３ｂの最上層の配線１３ｂ１は、パッチ・アンテナであってもよい。

【0021】

モールド層１３ｃは、半導体チップ１３ａの側面を覆うように設けられている。モールド層１３ｃは、たとえば、エポキシ樹脂などにアルミナなどのフィラーを混入したモールド材、ポリイミドフィルムなどの樹脂系材料を用いて作製可能である。モールド層１３ｃには、再配線層１３ｂに含まれる配線（たとえば、配線１３ｂ２）と、再配線層１３ｄに含まれる配線（たとえば、配線１３ｄ１）とを電気的に接続するビア（たとえば、ビア１３ｃ１）が設けられている。

【0022】

再配線層１３ｄは、モールド層１３ｃの下面に設けられている。再配線層１３ｄは、モールド層１３ｃのビアを介して再配線層１３ｂに含まれる配線（たとえば、配線１３ｂ２）に電気的に接続される配線（たとえば、配線１３ｄ１）を含む。

【0023】

バリア層１３ｅは、半導体チップ１３ａの下面１３ａ２に設けられている。バリア層１３ｅとして、たとえば、スパッタリング法により、０．０２～０．２μｍの厚さで作製されたチタン（Ｔｉ）膜などを用いることができる。

【0024】

ヒートスプレッダ層１３ｆは、上面がバリア層１３ｅの下面に接し、下面が半導体パッケージ１３の下面である面１３ｉから露出するように作製されている。ヒートスプレッダ層１３ｆの側面は再配線層１３ｄで覆われている。ヒートスプレッダ層１３ｆは、熱伝導性の高い金属で形成されていることが好ましい。熱伝導性の高い金属として、たとえば、アルミニウムや銅などがある。なお、ヒートスプレッダ層１３ｆは、再配線層１３ｄを作製する工程と同一工程で形成できる。

【0025】

なお、バリア層１３ｅを設けずに、ヒートスプレッダ層１３ｆの上面が直接、半導体チップ１３ａの下面１３ａ２に接するようにしてもよい。
第１接続端子及び第２接続端子のそれぞれは、図１～図３の例では、ＢＧＡの接続端子群に含まれる。

【0026】

第１接続端子（たとえば、接続端子１３ｇ１～１３ｇ４）は、図１～図３に示すように、金属板１２に接触しない。第１接続端子は、たとえば、図１に示すように、半導体パッケージ１３の面１３ｉに設けられており、半導体チップ１３ａとプリント基板１１とを電気的に接続する。たとえば、接続端子１３ｇ２は、再配線層１３ｄの配線１３ｄ１、モールド層１３ｃのビア１３ｃ１、再配線層１３ｂの配線１３ｂ２を介して、半導体チップ１３ａの図示しない端子と電気的に接続される。

【0027】

第２接続端子（たとえば、接続端子１３ｈ１～１３ｈ８）は、図１～図３に示すように、金属板１２に接触しているが、半導体チップ１３ａに対しては絶縁されている。つまり、第２接続端子は、半導体チップ１３ａの端子とは電気的に接続されていない。

【0028】

第１充填材１４は、プリント基板１１の面１１ａと半導体パッケージ１３の面１３ｉとの間の間隙のうち、第１接続端子を覆う領域に充填されている。第１接続端子を覆う領域は、図２のように、平面視で、第２充填材１５が充填される領域の外側の領域であるともいえる。なお、平面視で、第２充填材１５が充填される領域のサイズが、金属板１２のサイズよりも小さい場合、第１充填材１４は、金属板１２上の一部（たとえば、外縁部分）に多少は入り込んでいてもよい。

【0029】

第１充填材１４として、たとえば、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ程度のエポキシ樹脂などによる一般的なアンダーフィル材を用いてもよいが、高熱伝導性のアンダーフィル材を用いることもできる。たとえば、エポキシ樹脂に、シリカフィラーやアルミナフィラーを多量混入させたアンダーフィル材を用いることができる。このようなアンダーフィル材は、熱伝導率が１．５～２．０Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。

【0030】

第２充填材１５は、プリント基板１１の面１１ａと半導体パッケージ１３の面１３ｉとの間の間隙のうち、平面視で、半導体チップ１３ａと金属板１２とが重なる領域の少なくとも一部に充填されている。第２充填材１５は、第１充填材１４よりも高い熱伝導率をもつ。

【0031】

第２充填材１５として、たとえば、銀ペースト材や銅ペースト材などの導電材料を用いることができる。銀ペースト材の熱伝導率は、３０～５０Ｗ／ｍ・Ｋ程度、銅ペースト材の熱伝導率は、８０～１８０Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。なお、第１充填材１４として、エポキシ樹脂、または、エポキシ樹脂にシリカフィラーを混入させたアンダーフィル材を用いた場合、第２充填材１５として、それらよりも熱伝導率が高い、アルミナフィラーを混入させたアンダーフィル材を用いてもよい。

【0032】

第２充填材１５は、半導体チップ１３ａと金属板１２との間の熱抵抗をより小さくするために、図２に示すように、平面視で、金属板１２に重なる領域全体に充填されていることが好ましい。

【0033】

図３に示すように、比較例の半導体装置２０は、面１１ａと面１３ｉとの間の間隙全体に、接合の強度及び信頼性を確保するために、充填材２１が充填されている。このような充填材２１として、各第１接続端子の間、及び各第１接続端子と各第２接続端子との間の絶縁を図るために絶縁性の高い材料が用いられることなる。このため、熱伝導率が十分に高い材料を用いることが困難であり、半導体装置２０の排熱効率の高さは、十分ではない。

【0034】

以上説明したように、第１の実施の形態の半導体装置１０は、プリント基板１１、プリント基板１１に埋め込まれた金属板１２、半導体パッケージ１３、第１充填材１４、第２充填材１５を有する。半導体パッケージ１３は、半導体チップ１３ａを含み半導体チップ１３ａとプリント基板１１とを電気的に接続する第１接続端子を、プリント基板１１の面１１ａに対向する面１３ｉに備えている。第１充填材１４は、面１１ａと面１３ｉとの間の間隙のうち、第１接続端子を覆う領域に充填されている。第２充填材１５は、上記間隙のうち、平面視で半導体チップ１３ａと金属板１２とが重なる領域の少なくとも一部に充填されている。第２充填材１５は、第１充填材１４よりも高い熱伝導率をもつ。

【0035】

これにより、半導体チップ１３ａで発生した熱が、第２充填材１５を介してプリント基板１１に埋め込まれた金属板１２に伝わる。このため、半導体チップ１３ａと金属板１２間の熱抵抗を小さくでき、半導体チップ１３ａの排熱を効率よく行うことができる。

【0036】

なお、面１１ａと面１３ｉとの間の間隙のうち、第１接続端子を覆う領域には、第１充填材１４が充填されているため、プリント基板１１と半導体パッケージ１３との間の全体の接合強度は保たれる。

【0037】

また、半導体装置１０は、半導体パッケージ１３の面１３ｉに、金属板１２に接触し、半導体チップ１３ａに対して絶縁された第２接続端子（たとえば、接続端子１３ｈ１～１３ｈ８）が設けられている。

【0038】

これにより、プリント基板１１と半導体パッケージ１３の間の接合強度を高めることができる。さらに、第２接続端子として第２充填材１５よりも高い熱伝導率の材料を用いることができる場合、半導体チップ１３ａと金属板１２間の熱抵抗を、さらに小さくできる。

【0039】

また、第２充填材１５は、半導体チップ１３ａとプリント基板１１との間の熱的な接続に関与するものであって、電気的な接続には関与しない。そのため、第２充填材１５として、前述のような導電材料を用いることができる。これにより、半導体チップ１３ａと金属板１２間の熱抵抗を、さらに小さくできる。

【0040】

なお、半導体装置１０は、以下に示すようなヒートシンクを有していてもよい。
図４は、ヒートシンクの設置例を示す図である。
図４の例では、プリント基板１１の下面である面１１ｂにＴＩＭ（Thermal Interface Material）１６を介して、ヒートシンク１７が取り付けられている。ＴＩＭ１６は、プリント基板１１及び金属板１２と、ヒートシンク１７との間に生じる可能性のある隙間を埋め、接触熱抵抗を下げるために設けられている。ＴＩＭ１６として、たとえば、熱伝導グリースなどが用いられる。なお、ＴＩＭ１６を設けずに、ヒートシンク１７を面１１ｂに隙間なく、直接接触させてもよい。

【0041】

ヒートシンク１７は、半導体チップ１３ａで発生し、第２充填材１５（及び第２接続端子）を介して金属板１２に伝わった熱を、半導体装置１０の外部へ放熱させる。ヒートシンク１７として、鋼、アルミニウム、またはこれらの組合せによる材料が用いられる。

【0042】

半導体装置１０において金属板１２は、プリント基板１１の下面である面１１ｂにおいて露出していることから、上記のようなヒートシンク１７を設けることで、さらに排熱効率を上げることができる。

【0043】

（変形例）
図１、図２に示した半導体装置１０は、第２接続端子（たとえば、接続端子１３ｈ１～１３ｈ８など）を有していたが、第２接続端子はなくてもよい。

【0044】

図５は、第１の実施の形態の半導体装置の変形例を示す図である。図５において図１に示した要素と同じ要素については同一符号が付されている。
図５に示した半導体装置１０ａは、半導体装置１０と異なり、第２接続端子が設けられていない。このような半導体装置１０ａであっても、第２充填材１５を有することで、半導体チップ１３ａと金属板１２間の熱抵抗を小さくでき、半導体チップ１３ａの排熱を効率よく行うことができるという、半導体装置１０と同様の効果が得られる。

【0045】

以上説明したような半導体装置１０，１０ａは、たとえば、基地局のフロントエンドの無線ユニットに搭載可能な無線通信装置に適用可能である。その場合、プリント基板１１は、たとえば、基地局のマザーボードであり、半導体パッケージ１３は、たとえば、ＡｉＰである。半導体パッケージ１３がＡｉＰである場合、半導体チップ１３ａによって高周波信号が増幅され、たとえば、再配線層１３ｂの最上層に設けられるアレイ状に配置されたパッチ・アンテナを介して電波が空間に放出される。

【0046】

近年の５Ｇ以降の用途では、超高速通信、超低遅延、多数同時接続に対応するためにミリ波帯周波数の活用が進んでいる。このような状況において、アレイ状に配置されたパッチ・アンテナを介して電波を空間に放出する機構は、信号の減衰を低減するため近接範囲に設けられることが好ましい。また、ＡｉＰには短波長に応じた小面積のパッチ・アンテナが配置されることになる。そのため、ＡｉＰを含む装置全体の小型化が求められている。このような小型化が求められている装置において、ＡｉＰは高出力の増幅回路を含むため、より排熱効率を上げることが望ましい。

【0047】

排熱効率を上げるために、図１、図３、図５に示すように、半導体チップ１３ａの下面側を放熱経路とすることが望ましい。半導体チップ１３ａの上面側に放熱経路を設け、その放熱経路や、モールド層を貫通するビアなどを介してプリント基板１１側に排熱する場合、放熱経路が狭くて長くなり、熱抵抗が大きくなるためである。ただ、図３に示したような比較例の半導体装置２０では、充填材２１の熱伝導率が低いため、排熱効率の高さが十分ではなく、装置のさらなる小型化や、半導体チップ１３ａの発熱が増大する事態に対応できなくなる可能性がある。

【0048】

半導体装置１０，１０ａでは、第１接続端子を覆う領域に充填された第１充填材１４とは別に、平面視で、半導体チップ１３ａと金属板１２とが重なる領域の少なくとも一部に充填された第２充填材１５を有する。第２充填材１５は、第１充填材１４よりも高い熱伝導率をもち、導電材料を用いることもできる。このため、半導体装置１０，１０ａは、比較例の半導体装置２０よりも効率よく排熱が行える。したがって、半導体装置１０，１０ａは、高い排熱効率が求められるＡｉＰを含む無線通信装置に好適である。

【0049】

ただ、半導体パッケージ１３は、ＡｉＰに好適な上記のような構造に限定されるわけではない。また、半導体パッケージ１３は、ＢＧＡパッケージに限定されない。たとえば、平面視で金属板１２の位置と、第１接続端子の位置とが重ならないようにすれば、ウェハレベルＣＳＰ（Chip Size Package）や、半導体チップ１３ａの端子面が下方であるフリップチップパッケージなども用いることもできる。

【0050】

（第２の実施の形態）
前述のように第２充填材１５は、第１充填材１４よりも熱伝導率が高い。熱伝導率が高い材料は多くの場合、導電性が高い材料である。導電性が高い第２充填材１５が、プリント基板１１と半導体チップ１３ａとを電気的に接続する第１接続端子に接触すると、装置全体の信頼性が低下する。以下に示す第２の実施の形態の半導体装置は、このような状況の発生を防止する構造を有する。

【0051】

図６は、第２の実施の形態の半導体装置の一例の上面図である。図６において、図２に示した要素と同じ要素については同一符号が付されている。
第２の実施の形態の半導体装置１０ｂでは、平面視でプリント基板１１と金属板１２の境界部分の、第１接続端子または第２接続端子の配置密度が、境界部分以外の第１接続端子または第２接続端子の配置密度よりも低い。

【0052】

図６の半導体装置１０ｂの例では、図２において、プリント基板１１と金属板１２の境界の近傍に設けられていた接続端子１３ｇ２，１３ｇ３，１３ｈ１，１３ｈ８などが設けられていない。

【0053】

第１接続端子や第２接続端子の配置密度が高い領域は、第１接続端子や第２接続端子の配置密度が低い領域よりも、第１充填材１４と第２充填材１５が広がりやすい。第１接続端子や第２接続端子の配置密度が高い領域は、第１接続端子や第２接続端子の表面の濡れ性によって、第１充填材１４と第２充填材１５が充填されやすくなるためである。

【0054】

図６に示す半導体装置１０ｂでは、プリント基板１１と金属板１２の境界部分では第１接続端子または第２接続端子の配置密度が低いため、第１充填材１４と第２充填材１５が広がりにくくなる。これにより、第２充填材１５が、第１接続端子の配置領域に流出して第１接続端子に接触することを防げる。このため、半導体装置１０ｂを含む装置全体の信頼性を向上させることができる。また、熱伝導率が低い第１充填材１４が、金属板１２上に流出して、排熱性能を悪化させることも防止できる。

【0055】

（第３の実施の形態）
図７は、第３の実施の形態の半導体装置の一例の上面図である。図７において、図３に示した要素と同じ要素については同一符号が付されている。

【0056】

第３の実施の形態の半導体装置１０ｃでは、平面視で、プリント基板１１と金属板１２の境界に沿って金（Ａｕ）膜３０が設けられている。なお、金膜３０は、プリント基板１１と金属板１２の境界に跨って形成されていてもよいし、境界の内側である金属板１２上に形成されていてもよいし、境界の外側であるプリント基板１１上に形成されていてもよい。また、金膜３０は、図１などに示した半導体パッケージ１３の面１３ｉにおいて、平面視で、プリント基板１１と金属板１２の境界に沿った位置に形成されていてもよい。また、プリント基板１１（または金属板１２）と、半導体パッケージ１３の両方に、金膜３０が形成されていてもよい。

【0057】

金は、アンダーフィル材、銀ペースト材、銅ペースト材などの液状材料が濡れにくい（これらの液状材料を定常的にはじく）性質を有する。このため、金膜３０を設けることで、第２充填材１５が、第１接続端子の配置領域に流出して第１接続端子に接触することを防げる。また、熱伝導率が低い第１充填材１４が、金属板１２上に流出して、排熱性能を悪化させることも防止できる。

【0058】

金膜３０は、無電解メッキ法やスパッタリング法などによって形成することができる。なお、第１充填材１４と第２充填材１５が、金膜３０を乗り越えることを防ぐために、金膜３０は、たとえば、幅が１００μｍ程度以上、高さが５０μｍ程度以上であることが好ましい。

【0059】

なお、上記の半導体装置１０ｃでは、第２の実施の形態の半導体装置１０ｂと同様に、平面視でプリント基板１１と金属板１２の境界部分の、第１接続端子または第２接続端子の配置密度が、境界部分以外の第１接続端子または第２接続端子の配置密度よりも低い。ただ、第１の実施の形態の半導体装置１０において、上記のような金膜３０を設けるようにしてもよい。

【0060】

（実装方法）
次に、実装方法の例を説明する。以下では、例として、第１の実施の形態の半導体装置１０の実装方法を説明する。

【0061】

図８は、実装方法の第１の工程を説明する図である。図８において、図１に示した要素と同じ要素については同一符号が付されている。
図８に示すように、金属板１２が埋め込まれたプリント基板１１上の適切な位置に半導体パッケージ１３が配置される。たとえば、第１接続端子（接続端子１３ｇ１～１３ｇ４など）が、プリント基板１１の面１１ａ上の図示しないパッドに接触し、第２接続端子（接続端子１３ｈ１～１３ｈ８など）が、金属板１２に接触するように位置合わせされる。そして、加熱により、プリント基板１１と半導体パッケージ１３とが、はんだ接合される。

【0062】

その後、面１１ａと面１３ｉとの間の間隙のうち、平面視で半導体チップ１３ａと金属板１２が重なる領域の少なくとも一部に第２充填材１５が充填される。第２充填材１５は、たとえば、管状の治具４０を用いて、上記領域の中心付近から適量注入される。このとき、第２充填材１５が、プリント基板１１上に流出しないように、注入量が調整される。

【0063】

図９は、実装方法の第２の工程を説明する図である。図９において、図１に示した要素と同じ要素については同一符号が付されている。
第２充填材１５の充填後、面１１ａと面１３ｉとの間の間隙のうち、第１接続端子を覆う領域に第１充填材１４が充填される。第１充填材１４は、たとえば、管状の治具４０を用いて、第１接続端子を覆う領域の外縁付近から適量注入される。このとき、第１充填材１４が、金属板１２上に流出しないように、注入量が調整される。

【0064】

その後、高温焼成工程により、液状の第１充填材１４及び第２充填材１５が固化され、固定される。上記のような工程により、半導体装置１０が製造される。
なお、半導体装置１０は、以下のような工程により製造することもできる。

【0065】

図１０は、他の実装方法の工程を説明する図である。図１０において、図１に示した要素と同じ要素については同一符号が付されている。
図１０に示すように、金属板１２には、管状の治具４０を差し込み可能な、貫通孔５０が設けられている。貫通孔５０は、たとえば、平面視で、金属板１２の中心付近に設けられる。そして、第２充填材１５は、この貫通孔５０を介して、金属板１２の中心付近に適量注入される。

【0066】

第１充填材１４は、図９に示したように注入されるが、図１０に示す実装方法では、第１充填材１４の注入は、第２充填材１５の注入前でも注入後でもよい。つまり、本実装方法では、第１充填材１４と第２充填材１５の注入順序の制約はない。また、貫通孔５０の直径を、面１１ａと面１３ｉ間の距離よりも大きくすれば、面１１ａと面１３ｉとの間の間隙に差し込むことが難しい比較的太い管状の治具４０であっても、使用可能である。

【0067】

上記の説明では半導体装置１０の実装方法の例を説明したが、図５に示した変形例の半導体装置１０ａや、第２の実施の形態の半導体装置１０ｂについても、第１接続端子または第２接続端子の配置が異なるだけで、同様の方法で製造できる。また、図７に示した第３の実施の形態の半導体装置１０ｃについても、平面視で、プリント基板１１と金属板１２の境界に沿って金膜３０が形成される工程が加わるだけで、その他は上記と同様の方法で製造できる。

【0068】

以上、実施の形態に基づき、本発明の半導体装置及びその実装方法の一観点について説明してきたが、これらは一例にすぎず、上記の記載に限定されるものではない。

【符号の説明】

【0069】

１０ 半導体装置
１１ プリント基板
１１ａ，１１ｂ，１３ｉ 面
１２ 金属板
１３ 半導体パッケージ
１３ａ 半導体チップ
１３ａ１ 上面
１３ａ２ 下面
１３ｂ，１３ｄ 再配線層
１３ｂ１，１３ｂ２，１３ｄ１ 配線
１３ｃ モールド層
１３ｃ１ ビア
１３ｅ バリア層
１３ｆ ヒートスプレッダ層
１３ｇ１～１３ｇ４，１３ｈ１～１３ｈ８ 接続端子
１４ 第１充填材
１５ 第２充填材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】