特開 2024-168120 半導体装置および半導体装置の製造方法

(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】P2024168120

(43)【公開日】2024-12-05

(54)【発明の名称】半導体装置および半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20241128BHJP

【ＦＩ】

H01L23/36 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023084551

(22)【出願日】2023-05-23

(71)【出願人】

【識別番号】318010018

【氏名又は名称】キオクシア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】脇坂 雅志

【テーマコード（参考）】

5F136

【Ｆターム（参考）】

5F136BC05

5F136EA38

5F136FA23

5F136FA82

(57)【要約】

【課題】半導体装置の放熱性を高める。
【解決手段】半導体装置は、第１のはんだボールを有する第１の領域と、第１の領域の周りに設けられた第２の領域と、を含む第１の表面を有する半導体チップと、第２の領域に接して設けられ、グラファイトを有し、使用温度範囲において４００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する熱伝導体と、を具備する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のはんだボールを有する第１の領域と、前記第１の領域の周りに設けられた第２の領域と、を含む第１の表面を有する半導体パッケージと、
前記第２の領域に接して設けられ、グラファイトを有し、使用温度範囲において４００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する熱伝導体と、
を具備する、半導体装置。

【請求項2】

前記熱伝導体は、前記使用温度範囲において、１×１０^－６Ｓ／ｍ以下の電気抵抗率を有する、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記熱伝導体は、７０μｍ以上１００μｍ以下の厚さを有する、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記熱伝導体は、前記半導体パッケージの厚さ方向から見て前記第１の領域と重なる第１の開口を有し、
前記第１のはんだボールは、前記第１の開口の内側に配置される、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記第２の領域は、第２のはんだボールを有し、
前記熱伝導体は、前記第２の領域と重なる第２の開口を有し、
前記第２のはんだボールは、前記第２の開口の内側に配置される、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記第２の開口の直径は、前記第２のはんだボールの直径よりも大きい、請求項５に記載の半導体装置。

【請求項7】

前記第２のはんだボールは、前記第２の開口の内壁面から離れている、請求項５または請求項６に記載の半導体装置。

【請求項8】

第２の表面を有する基板をさらに具備し、
前記熱伝導体は、前記第２の領域と前記第２の表面との間に設けられ、前記第２の領域および前記第２の表面のそれぞれと接触する、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項9】

前記半導体装置は、車両に搭載された電気制御ユニットに含まれる、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項10】

前記第１の領域は、前記第２の領域よりも発熱性が高い、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項11】

前記熱伝導体の厚さは、前記第１のはんだボールの直径よりも小さい、請求項３に記載の半導体装置。

【請求項12】

基板と、
第１のはんだボールを有するとともに通信線を含む第１の領域と、前記第１の領域の周りに設けられるとともに第２のはんだボールを有する第２の領域と、を有する半導体パッケージと、
前記基板と前記半導体パッケージの間で、前記第２のはんだボールによって前記第２の領域に接して固定され、前記基板の厚さ方向から見たときに前記第１の領域と重ならない熱伝導体と、
を具備する、半導体装置。

【請求項13】

半導体パッケージと、基板と、を接合する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体パッケージは、第１のはんだボールを有する第１の領域と、前記第１の領域の周りに設けられた第２の領域と、を含む第１の表面を有し、
前記基板は、第２の表面を有し、
前記方法は、
前記半導体パッケージと前記基板とを前記第２の領域と前記第２の表面との間に熱伝導体を挟んで積層することにより積層体を形成し、
前記積層体を加熱して前記第１のはんだボールを加工することにより前記第１のはんだボールにより前記半導体パッケージと前記基板とを接合し、
前記熱伝導体は、グラファイトを有し、使用温度範囲において４００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する、
半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、メモリと、コントローラと、を配線基板上に有するメモリシステムが知られている。このようなメモリシステムでは、メモリやコントローラ等の電子部品は、はんだボール等の接続部材を介して配線板に実装されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許出願公開第２００９／０１６５３０２号明細書

【特許文献2】米国特許出願公開第２０２１／０３０５１２１号明細書

【特許文献3】米国特許出願公開第２０２０／００２４４９６号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

実施形態において解決しようとする課題の一つは、半導体装置の放熱性を高めることである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態の半導体装置は、第１のはんだボールを有する第１の領域と、第１の領域の周りに設けられた第２の領域と、を含む第１の表面を有する半導体パッケージと、第２の領域に接して設けられ、グラファイトを有し、使用温度範囲において４００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する熱伝導体と、を具備する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】メモリシステムの構成例を示すブロック図である。

【図2】メモリシステムの第１の構造例を示す模式図である。

【図3】メモリシステムの第１の構造例を示す模式図である。

【図4】メモリシステムの第１の構造例を示す模式図である。

【図5】第１の構造例の製造方法例を説明するための模式図である。

【図6】第１の構造例の製造方法例を説明するための模式図である。

【図7】メモリシステムの第２の構造例を示す模式図である。

【図8】メモリシステムの第２の構造例を示す模式図である。

【図9】メモリシステムの第２の構造例を示す模式図である。

【図10】メモリシステムの第３の構造例を示す模式図である。

【図11】メモリシステムの第３の構造例を示す模式図である。

【図12】メモリシステムの第３の構造例を示す模式図である。

【図13】メモリシステムを有する半導体モジュールの構成例を示す模式図である。

【図14】メモリシステムを有する半導体モジュールの構成例を示す模式図である。

【図15】半導体モジュールを有する車両の構成例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。図面に記載された各構成要素の厚さと平面寸法との関係、各構成要素の厚さの比率等は現物と異なる場合がある。また、実施形態において、実質的に同一の構成要素には同一の符号を付し適宜説明を省略または簡略化する。

【0008】

本実施形態において「接続する」とは、特に記述する場合を除き、物理的に接続することだけでなく、電気的に接続することも含む。

【0009】

（半導体装置の構成例）
図１は、半導体装置の一例である、メモリシステムの構成例を示すブロック図である。メモリシステム１は、ホスト装置２に接続可能に構成される。

【0010】

メモリシステム１は、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）等のストレージデバイスを含む。ストレージデバイスは、例えばパーソナルコンピュータ、スマートフォン、タブレット等の様々な電子機器や自動車等の車両に用いることができる。

【0011】

ホスト装置２は、メモリシステム１を制御する機能を有する。ホスト装置２の例は、サーバー、パーソナルコンピュータ、中央演算ユニット（ＣＰＵ）等が挙げられる。

【0012】

メモリシステム１は、メモリコントローラ１１と、ＮＡＮＤメモリ１２と、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）１３と、を具備する。メモリシステム１は、メモリコントローラ１１、ＮＡＮＤメモリ１２、ＤＲＡＭ１３等の電子部品を配線板に接続することにより形成可能である。

【0013】

メモリコントローラ１１は、例えばホスト装置２からのアクセス要求に基づいて、ＮＡＮＤメモリ１２およびＤＲＡＭ１３に対するデータの書き込み、読み出し、および消去等の動作の実行を制御する。メモリコントローラ１１は、電子部品の一例である。メモリコントローラ１１は、例えばＳｏＣとして構成される半導体デバイスである。

【0014】

ＮＡＮＤメモリ１２は、ＮＡＮＤ型のフラッシュメモリである。ＮＡＮＤメモリ１２は、データを不揮発に記憶する。図１は、３つのＮＡＮＤメモリ１２を示すが、ＮＡＮＤメモリ１２の数は、３つに限定されない。ＮＡＮＤメモリ１２は、電子部品の一例である。

【0015】

ＤＲＡＭ１３は、例えばホスト装置２から受信してＮＡＮＤメモリ１２に書き込まれる前のデータ、およびＮＡＮＤメモリ１２から読み出されてホスト装置２に送信する前のデータ等を一時的に記憶する。図１は、３つのＤＲＡＭ１３を示すが、ＤＲＡＭ１３の数は、３つに限定されない。ＤＲＡＭ１３は、電子部品の一例である。

【0016】

（メモリシステム１の第１の構造例）
図２、図３、図４は、メモリシステム１の第１の構造例を示す模式図である。図２、図３、図４は、第１方向に沿うＸ軸と、Ｘ軸に垂直な第２方向に沿うＹ軸と、Ｘ軸およびＹ軸のそれぞれに垂直な第３方向に沿うＺ軸と、を示す。図２は、メモリシステム１のＸ－Ｚ断面の一部を示す。図３は、メモリシステム１のＸ－Ｙ平面の一部を示す。図４は、図２に示すメモリシステム１のＸ－Ｚ断面の一部を拡大した図である。

【0017】

メモリシステム１の第１の構造例は、半導体パッケージ１００と、配線基板２００と、熱伝導体３００と、を有する。なお、図３は、メモリシステム１を配線基板２００側から見たときのＸ－Ｙ平面の一部を示し、便宜のため、配線基板２００を一点鎖線で示す。Ｚ軸は、半導体パッケージ１００の厚さ方向および配線基板２００の厚さ方向と同じ方向である。

【0018】

半導体パッケージ１００は、例えばボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッケージである。半導体パッケージ１００は、例えば、図１に示す、メモリコントローラ１１と、ＮＡＮＤメモリ１２と、ＤＲＡＭ１３と、を有していてもよい。また、メモリシステム１の第１の構造例は、複数の半導体パッケージ１００を有し、複数の半導体パッケージ１００がそれぞれメモリコントローラ１１と、ＮＡＮＤメモリ１２と、ＤＲＡＭ１３を有してもよい。

【0019】

半導体パッケージ１００は、表面１００ａを有する。表面１００ａは、半導体パッケージ１００の露出面である。図２および図３に示すように、表面１００ａは、領域Ｒ１１と、領域Ｒ１２と、を有する。領域Ｒ１１は、Ｘ－Ｙ平面において、領域Ｒ１２の内側に設けられる。領域Ｒ１１は、例えば、Ｘ－Ｙ平面において、領域Ｒ１２に囲まれる。領域Ｒ１２は、領域Ｒ１１の外側に設けられる。領域Ｒ１２は、例えば、Ｘ－Ｙ平面において、領域Ｒ１１の周りに設けられ、領域Ｒ１１を囲む。領域Ｒ１１には、半導体パッケージ１００の外部と通信を行う通信線が多く配置されている。外部とは例えば、ホスト装置２である。領域Ｒ１１は、領域Ｒ１２よりも発熱性が高い。すなわち、領域Ｒ１１の単位時間当たりの発熱量は、領域Ｒ１２の単位時間当たりの発熱量よりも多い。

【0020】

半導体パッケージ１００の第１の構造例について図４を参照してさらに説明する。半導体パッケージ１００は、図４に示すように、内部層１０１と、導電性パッド１０２と、導電性パッド１０３と、絶縁層１０４と、を有する。

【0021】

内部層１０１は、絶縁層および配線層が交互に積層された積層である。絶縁層の例は、例えばガラスクロス、ガラス基板、セラミック基板、ガラスエポキシ基板、プリプレグ等の絶縁体や、ソルダーレジスト層等の絶縁樹脂層を含む。配線層は、例えば銅等の金属材料を用いて形成可能である。内部層１０１は、複数の絶縁層と複数の配線層とを有していてもよい。

【0022】

導電性パッド１０２は、領域Ｒ１１において内部層１０１の絶縁層の表面に設けられる。導電性パッド１０２は、例えば、内部層１０１の配線層の一つに電気的に接続され、当該配線層を介して半導体パッケージ１００に設けられるメモリコントローラ１１、ＮＡＮＤメモリ１２、ＤＲＡＭ１３等の電子部品に電気的に接続される。

【0023】

導電性パッド１０３は、領域Ｒ１２において内部層１０１の絶縁層の表面に設けられる。導電性パッド１０３は、例えば、内部層１０１の配線層の他の一つに電気的に接続され、当該配線層を介して、接地電圧を供給する配線に接続される。

【0024】

導電性パッド１０２および導電性パッド１０３は、絶縁層１０４から露出する。半導体パッケージ１００は、複数の導電性パッド１０２と複数の導電性パッド１０３とを有する。導電性パッド１０２および導電性パッド１０３は、例えば、導電性パッド１０２および導電性パッド１０３を覆うように内部層１０１の上に絶縁層１０４を形成し、その後絶縁層１０４を部分的にエッチングすることにより、絶縁層１０４から露出可能である。

【0025】

絶縁層１０４は、内部層１０１の表面に設けられる。絶縁層１０４は、導電性パッド１０２および導電性パッド１０３の表面の一部に接していてもよい。絶縁層１０４の例は、ソルダーレジスト層等を含む。

【0026】

配線基板２００の例は、プリント配線板（ＰＷＢ）等を含む。図２および図３に示すように、配線基板２００は、表面２００ａを有する。表面２００ａは、配線基板２００の露出面である。表面２００ａは、領域Ｒ２１と、領域Ｒ２２と、を有する。領域Ｒ２１は、Ｘ－Ｙ平面において、領域Ｒ２２の内側に設けられる。領域Ｒ２１は、例えば、Ｘ－Ｙ平面において、領域Ｒ２２に囲まれる。領域Ｒ２２は、Ｘ－Ｙ平面において、領域Ｒ２１の外側に設けられる。領域Ｒ２２は、例えば、Ｘ－Ｙ平面において、領域Ｒ２１の周りに設けられ、領域Ｒ２１を囲む。

【0027】

配線基板２００の構造例について図４を参照してさらに説明する。配線基板２００は、内部層２０１と、導電性パッド２０２と、導電性パッド２０３と、絶縁層２０４と、を有する。

【0028】

内部層２０１は、絶縁層および配線層が交互に積層された積層である。絶縁層の例は、例えばガラスクロス、ガラス基板、セラミック基板、ガラスエポキシ基板、プリプレグ等の絶縁体や、ソルダーレジスト層等の絶縁樹脂層を含む。配線層は、例えば銅等の金属材料を用いて形成可能である。

【0029】

導電性パッド２０２は、領域Ｒ２１において内部層２０１の絶縁層の表面に設けられる。導電性パッド２０２は、例えば、内部層２０１の配線層に電気的に接続され、当該配線層を介して電源電圧や電気信号を供給するための端子に接続される。

【0030】

導電性パッド２０３は、領域Ｒ２２において内部層２０１の絶縁層の表面に設けられる。導電性パッド２０３は、例えば、内部層２０１の配線層の他の一つに電気的に接続され、当該配線層を介して、接地電圧を供給するための端子に接続される。

【0031】

導電性パッド２０２および導電性パッド２０３は、絶縁層２０４から露出する。配線基板２００は、複数の導電性パッド２０２と複数の導電性パッド２０３とを有する。導電性パッド２０２および導電性パッド２０３は、例えば、導電性パッド２０２および導電性パッド２０３を覆うように内部層２０１の上に絶縁層２０４を形成し、その後絶縁層２０４を部分的にエッチングすることにより、絶縁層２０４から露出可能である。

【0032】

絶縁層２０４は、内部層２０１の表面に設けられる。絶縁層２０４は、導電性パッド２０２および導電性パッド２０３の表面の一部に接していてもよい。絶縁層２０４の例は、ソルダーレジスト層等を含む。

【0033】

メモリシステム１は、導電性パッド１０２と導電性パッド２０２とを接続するはんだボール４０１を有する。図２および図３に示すように、はんだボール４０１は、例えば、領域Ｒ１１に配置され、導電性パッド１０２の表面に設けられる。はんだボール４０１は、例えば、Ｘ－Ｙ平面において、円形を有していてもよい。はんだボール４０１のＺ軸方向の最大直径は、例えば、１００μｍ以上３００μｍ以下である。はんだボール４０１のＸ軸方向またはＹ軸方向の最大直径は、３００μｍ以上５５０μｍ以下である。メモリシステム１は、複数のはんだボール４０１を有する。はんだボール４０１は、例えば、錫－銀系、錫－銀－銅系の鉛フリーはんだを用いて形成可能である。はんだボール４０１により、半導体パッケージ１００と配線基板２００は接合される。

【0034】

メモリシステム１が表面１００ａと表面２００ａとの間に空間Ｓを有する場合、空間Ｓは、アンダーフィル樹脂等の樹脂材料で埋められてもよい。空間Ｓは、例えば、複数のはんだボール４０１の間に延在する。

【0035】

熱伝導体３００は、領域Ｒ１２と領域Ｒ２２との間に設けられ、領域Ｒ１２および領域Ｒ２２のそれぞれと接触する。換言すれば、熱伝導体３００は、半導体パッケージ１００と配線基板２００の間に設けられ、半導体パッケージ１００と配線基板２００のそれぞれと接触する。熱伝導体３００は、導電性パッド１０３と接触する表面３００ａと、導電性パッド２０３と接触する表面３００ｂと、を有する。熱伝導体３００の形状は、特に限定されないが、例えば、Ｘ－Ｙ平面において、開口３０１を有する矩形状である。開口３０１は、Ｚ軸方向から見て領域Ｒ１１と重なり、Ｚ軸方向に熱伝導体３００を貫通する。よって、熱伝導体３００は、熱伝導体３００は、配線基板２００の厚さ方向（Ｚ軸方向）から見たときに領域Ｒ１１と重ならず、領域Ｒ１１に接していない。はんだボール４０１は、例えば開口３０１の内側に配置され、開口３０１において、導電性パッド１０２と導電性パッド２０２とを接続する。

【0036】

熱伝導体３００は、グラファイトを有する。熱伝導体３００は、メモリシステム１の使用温度範囲において、４００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する。使用温度範囲は、例えば、－４０℃以上１０５℃以下である。上記熱伝導率の上限は、例えば、１０００Ｗ／ｍ・Ｋ以下である。熱伝導体３００の厚さは、例えば、はんだボール４０１のＺ軸方向の最大直径よりも小さい。熱伝導体３００の厚さは、例えば、７０μｍ以上１００μｍ以下である。上記使用温度範囲において、熱伝導体３００の電気伝導率は、例えば、１×１０^５Ｓ／ｍ以上５×１０^６Ｓ／ｍ以下である。

【0037】

熱伝導体３００の例は、Ｇｒａｐｈｉｔｅ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ（Ｇｒａｐｈｉｔｅ ＴＩＭ（登録商標））等を含む。Ｇｒａｐｈｉｔｅ ＴＩＭは、Ｚ軸向に積層された複数のグラフェン層を含む多層グラフェンを有するグラファイト製シートである。各グラフェン層は、Ｘ－Ｙ平面に沿って炭素六員環で形成された二次元構造を有する。Ｇｒａｐｈｉｔｅ ＴＩＭは、上記使用温度範囲において、例えば、アンダーフィル樹脂の熱伝導率やシリコーン製のＴＩＭの熱伝導率よりも高い４００Ｗ／ｍ・Ｋ以上１０００Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を有する。

【0038】

半導体パッケージ１００と配線基板２００とを複数のはんだボール４０１により接続する場合、Ｘ－Ｙ平面において、半導体パッケージ１００と配線基板２００との接触は点接触である。これにより、半導体パッケージ１００と配線基板２００との間に空気層が存在ため、大きな熱抵抗が形成され、半導体パッケージ１００から配線基板２００に熱を逃がしにくくなる。

【0039】

本構造例では、Ｘ－Ｙ平面において、複数のはんだボール４０１が表面１００ａおよび表面２００ａに接触する領域の総面積よりも、熱伝導体３００が表面１００ａとおよび表面２００ａに接触する領域の総面積を大きくすることが容易である。換言すれば、半導体パッケージ１００と配線基板２００との間に熱伝導体３００を設けることにより、複数のはんだボール４０１による半導体パッケージ１００と配線基板２００との総接触面積よりも、熱伝導体３００による半導体パッケージ１００と配線基板２００との総接触面積を大きくすることが可能である。例えば、Ｘ－Ｙ平面において、熱伝導体３００の面積を、複数のはんだボール４０１の総面積の２５倍以上にすることができる。

【0040】

熱伝導体３００は、空気層の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する。半導体パッケージ１００と配線基板２００との空気層を熱伝導体３００で埋めることにより、半導体パッケージ１００から配線基板２００に熱を逃がしやすくできる。

【0041】

次に、メモリシステム１の第１の構造例の製造方法例について図５および図６を参照して説明する。図５および図６は、第１の構造例の製造方法例を説明するための模式図である。図５および図６は、メモリシステム１の斜視図を示す。

【0042】

第１の構造例の製造方法例では、図５に示すように、半導体パッケージ１００と、配線基板２００と、熱伝導体３００と、を準備する。半導体パッケージ１００、配線基板２００、および熱伝導体３００は、Ｚ軸方向に重なるように配置される。

【0043】

次に、半導体パッケージ１００と、配線基板２００と、を熱伝導体３００を挟んで積層することにより、図６に示すように、積層体１ａを形成する。このとき、熱伝導体３００は、図２ないし図４に示すように、表面１００ａの導電性パッド１０３および表面２００ａの導電性パッド２０３のそれぞれと接触するように配置され、半導体パッケージ１００と配線基板２００との間で固定される。また、はんだボール４０１は、図４に示すように、表面１００ａの導電性パッド１０２および表面２００ａの導電性パッド２０２のそれぞれと接触するように配置される。その後、図６に示す積層体１ａを加熱して、はんだボール４０１をリフロー加工し、はんだボール４０１を溶かすことにより半導体パッケージ１００と配線基板２００とを接合する。リフロー後、半導体パッケージ１００と配線基板２００の間隙は、熱伝導体３００を挟んで固定するのに十分な狭さとなる。間隙は、例えば１６０μｍである。以上の工程により、メモリシステム１を製造できる。

【0044】

以上のように、メモリシステム１の第１の構造例は、半導体パッケージ１００と配線基板２００との間に熱伝導体３００を有することにより、Ｘ－Ｙ平面において、複数のはんだボール４０１の総面積よりも放熱面積を大きくすることができる。よって、メモリシステム１の放熱性を向上できる。

【0045】

また、上記構造例は、半導体パッケージ１００と配線基板２００とを接合するために、はんだボールを使用する例を示す。このとき、熱伝導体３００は、半導体パッケージ１００と配線基板２００に挟まれて固定される。しかし、はんだボールを使用する方法以外の方法で半導体パッケージ１００と配線基板２００を接合する場合、例えばアンダーフィルやコーナーフィル、コーナーボンド等の接着剤を用いて、半導体パッケージ１００および配線基板２００の間に熱伝導体３００を固定してもよい。

【0046】

（メモリシステム１の第２の構造例）
メモリシステム１の構造例は、第１の構造例に限定されない。図７、図８、図９は、メモリシステム１の第２の構造例を示す模式図である。図７は、メモリシステム１のＸ－Ｚ断面の一部を示す。図８は、メモリシステム１のＸ－Ｙ平面の一部を示す。図９は、図７に示すメモリシステム１のＸ－Ｚ断面の一部を拡大した図である。

【0047】

第２の構造例は、第１の構造例と比較して、Ｘ－Ｙ平面において、熱伝導体３００が半導体パッケージ１００からはみ出して延在し、熱伝導体３００がネジ５００により配線基板２００に固定される構成が異なる。以下では、第２の構造例の、第１の構造例とは異なる部分について説明する。第１の構造例と同じ部分については、第１の構造例の説明を適宜援用できる。

【0048】

熱伝導体３００は、Ｘ－Ｙ平面において、半導体パッケージ１００の外側にはみ出すように延在する。熱伝導体３００は、熱伝導体３００のはみ出し部および配線基板２００をＺ軸方向に貫通するネジ５００により配線基板２００に固定される。

【0049】

ネジ５００は、領域Ｒ１２および領域Ｒ２２において、内部層２０１および絶縁層２０４をＺ軸方向に貫通する。ネジ５００は、例えば金属を含む。第２の構造例は、複数のネジ５００を有する。複数のネジ５００は、例えば、Ｘ－Ｙ平面において、熱伝導体３００の周縁に沿って半導体パッケージ１００とＺ軸方向で重ならない部分に設けられる。ネジ５００の数は、図８に示す６個に限定されない。

【0050】

以上により、第２の構造例では、Ｘ－Ｙ平面において、熱伝導体３００が表面１００ａおよび表面２００ａにそれぞれ接触する領域の総面積を、第１の構造例の上記領域の総面積よりも大きくすることが容易である。換言すれば、熱伝導体３００による半導体パッケージ１００と配線基板２００との総接触面積を第１の構造例の上記総接触面積よりも大きくすることが可能である。

【0051】

熱伝導体３００は、空気層の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有している。半導体パッケージ１００と配線基板２００との間の空気層を熱伝導体３００で埋めることにより、半導体パッケージ１００から配線基板２００に熱を逃がしやすくできる。

【0052】

次に、メモリシステム１の第２の構造例の製造方法例について説明する。第２の構造例の製造方法例では、第１の構造例の製造方法例と同様に、半導体パッケージ１００と、配線基板２００と、熱伝導体３００と、を準備する。次に、熱伝導体３００を挟むように、半導体パッケージ１００と配線基板２００とを積層して積層体１ａを形成する。次に、積層体１ａを加熱してはんだボール４０１をリフロー加工し、はんだボール４０１を溶かすことにより半導体パッケージ１００と配線基板２００とを接合する。その後ネジ５００を用いて熱伝導体３００を配線基板２００に固定する。熱伝導体３００および配線基板２００にネジ５００のための開口を予め形成してもよい。以上の工程により、メモリシステム１を製造できる。

【0053】

以上のように、メモリシステム１の第２の構造例では、第１の構造例と同様に、半導体パッケージ１００と配線基板２００との間に熱伝導体３００を有することにより、Ｘ－Ｙ平面において、複数のはんだボール４０１の総面積よりも放熱面積を大きくすることができる。よって、メモリシステム１の放熱性を向上できる。

【0054】

さらに、第２の構造例では、ネジ５００が熱伝導体３００および配線基板２００を貫通することにより、熱伝導体３００から配線基板２００に熱を逃がしやすくできる。よって、メモリシステム１の放熱性をさらに向上できる。

【0055】

（メモリシステム１の第３の構造例）
メモリシステム１の構造例は、第１の構造例および第２の構造例に限定されない。図１０、図１１、図１２は、メモリシステム１の第３の構造例を示す模式図である。図１０は、メモリシステム１のＸ－Ｚ断面の一部を示す。図１１は、メモリシステム１のＸ－Ｙ平面の一部を示す。図１２は、図１０に示すＸ－Ｚ断面の一部を拡大した図である。

【0056】

第３の構造例は、第１の構造例と比較して、熱伝導体３００が開口３０２を有し、開口３０２の内側にはんだボール４０２が配置される点が異なる。これにより、第３の構造例は導電性パッド１０３と導電性パッド２０３とを接続する構成が、第１の構造例とは異なる。以下では、第３の構造例の第１の構造例と異なる部分について説明する。第１の構成例と同じ部分については、第１の構造例の説明を適宜援用できる。

【0057】

熱伝導体３００は、開口３０２をさらに有する。開口３０２は、Ｘ－Ｙ平面において、領域Ｒ２２と重なり、Ｚ軸方向に熱伝導体３００を貫通する。熱伝導体３００は、複数の開口３０２を有する。複数の開口３０２は、Ｘ－Ｙ平面において、熱伝導体３００の開口３０１の外周に沿って半導体パッケージ１００とＺ軸方向で重ならない部分に設けられる。開口３０２の数は、図１１に示す数に限定されない。

【0058】

メモリシステム１は、導電性パッド１０３と導電性パッド２０３とを接続するはんだボール４０２をさらに有する。はんだボール４０２は、例えば、導電性パッド１０３の表面に設けられる。はんだボール４０２は、図１２に示すように、開口３０２の内部に設けられ、導電性パッド１０３および導電性パッド２０３のそれぞれと接触する。はんだボール４０２は、例えば、Ｘ－Ｙ平面において、円形を有していてもよい。はんだボール４０２のＺ軸方向の最大厚さは、例えば、１００μｍ以上２００μｍ以下である。はんだボール４０２のＸ軸方向またはＹ軸方向の最大幅は、３００μｍ以上４５０μｍ以下である。メモリシステム１は、複数のはんだボール４０２を有する。はんだボール４０２は、例えば、錫－銀系、錫－銀－銅系の鉛フリーはんだを用いることができ、はんだボール４０１と同一工程により形成可能である。

【0059】

Ｘ－Ｙ平面において、開口３０２の直径は、はんだボール４０２の直径よりも大きいことが好ましい。これにより、はんだボール４０２を開口３０２の内壁面から離すことができ、はんだボール４０２と熱伝導体３００との短絡を防止できる。

【0060】

熱伝導体３００は、半導体パッケージ１００と配線基板２００との間で、はんだボール４０２によって領域Ｒ１２に接して固定される。熱伝導体３００は、配線基板２００の厚さ方向（Ｚ軸方向）から見たときに領域Ｒ１１と重ならない。

【0061】

以上により、第３の構造例ではＸ－Ｙ平面において、熱伝導体３００による半導体パッケージ１００および配線基板２００との接触面積を増やすことが可能である。よって、半導体パッケージ１００と配線基板２００との間の空気層を熱伝導体３００で埋めることにより、半導体パッケージ１００から配線基板２００に熱を逃がしやすくできる。また、はんだボール４０２を設けることにより、第１の構造例よりも熱伝導体３００を安定して固定することが可能である。

【0062】

次に、メモリシステム１の第３の構造例の製造方法例について説明する。第３の構造例は、第１の構造例の製造方法例と同様に、半導体パッケージ１００と、配線基板２００と、熱伝導体３００と、を準備する。次に、熱伝導体３００を挟むように、半導体パッケージ１００と配線基板２００とを積層して積層体１ａを形成する。次に、積層体１ａを加熱してはんだボール４０１およびはんだボール４０２をリフロー加工し、はんだボール４０１およびはんだボール４０２を溶かすことにより半導体パッケージ１００と配線基板２００とを接合する。以上の工程により、メモリシステム１を製造できる。

【0063】

以上のように、第３の構造例では、第１の構造例と同様に、半導体パッケージ１００と配線基板２００との間に熱伝導体３００を有することにより、Ｘ－Ｙ平面において、複数のはんだボール４０１の総面積よりも放熱面積を大きくすることができる。よって、メモリシステム１の放熱性を向上できる。

【0064】

さらに、第３の構造例では、はんだボール４０１に加え、はんだボール４０２により半導体パッケージ１００と配線基板２００とを接合する。これにより、熱伝導体３００のずれを抑制できる。

【0065】

第３の構造例は、第１の構造例および第２の構造例と適宜組み合わせることができる。例えば、Ｘ－Ｙ平面において、熱伝導体３００が半導体パッケージ１００からはみ出して延在し、熱伝導体３００がネジ５００により配線基板２００に固定されてもよい。ネジ５００が熱伝導体３００および配線基板２００を貫通することにより、熱伝導体３００から配線基板２００に熱を逃がしやすくできる。よって、メモリシステム１の放熱性をさらに向上できる。

【0066】

（メモリシステムを有する半導体モジュールの構成例）
次に、半導体装置の一例である、メモリシステム１を有する半導体モジュールの構成例について説明する。図１３、図１４は、メモリシステム１を有する半導体モジュール１０の構成例を示す模式図である。図１３は、半導体モジュール１０の斜視図を示す。図１４は、半導体モジュール１０のＸ－Ｚ断面の一部を拡大した図を示す。

【0067】

半導体モジュール１０は、半導体パッケージ１００と、配線基板２００と、熱伝導体３００と、を有するメモリシステム１と、回路基板６００と、を有する。図１３は、マルチチップ構造を有する半導体モジュール１０の例を示す。

【0068】

半導体モジュール１０は、複数の半導体パッケージ１００を有する。複数の半導体パッケージ１００は、複数の熱伝導体３００を挟んで配線基板２００の上に設けられる。複数の半導体パッケージ１００は、それぞれ図１に示すメモリコントローラ１１と、ＮＡＮＤメモリ１２と、ＤＲＡＭ１３を有する。図１４は、メモリシステム１の第１の構造例の熱伝導体３００を一例として図示するが、これに限定されず、メモリシステム１の第２の構造例、第３の構造例の熱伝導体３００のいずれかを半導体モジュール１０に適用してもよい。

【0069】

配線基板２００は、回路基板６００の上に設けられ、回路基板６００に設けられた接続部６０１における接続端子より回路基板６００に電気的に接続される。回路基板６００の例は、マザーボード等を含む。回路基板６００は、中央演算ユニット（ＣＰＵ）等の演算装置を有してもよい。

【0070】

半導体パッケージ１００、配線基板２００、熱伝導体３００のその他の説明は、メモリシステム１の第１の構造例ないし第３の構造例における半導体パッケージ１００、配線基板２００、熱伝導体３００の説明を適宜援用できる。

【0071】

メモリシステムを有する半導体モジュールでは、メモリシステム１の第１の構造例ないし第３の構造例のいずれかを適用して半導体パッケージ１００と配線基板２００との間に熱伝導体３００を有することにより、Ｘ－Ｙ平面において、複数のはんだボール４０１の総面積よりも放熱面積を大きくすることができる。よって、半導体モジュールの放熱性を向上できる。

【0072】

（車両に搭載される半導体モジュールの構成例）
次に、車両に搭載される半導体モジュールの構成例について説明する。図１５は、半導体モジュール１０を有する車両の構成例を示す模式図である。図１５は、ハイブリッド自動車や電気自動車等の自動車の例を示す。

【0073】

自動車７００は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）７０１を有する。ＥＣＵ７０１は、自動車７００の各機能を電子制御することができる。ＥＣＵ７０１は、例えばＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓ（ＰＣＩｅ：登録商標）の拡張機能である、Ｓｉｎｇｌｅ Ｒｏｏｔ Ｉ／Ｏ Ｖｉｒｔｕａｌｉｚａｔｉｏｎ（ＳＲ－ＩＯＶ）機能を使用する。ＥＣＵ７０１は、半導体モジュール１０を有する。

【0074】

自動車７００は、複数のＥＣＵ７０１を有する。複数のＥＣＵ７０１は、例えばエンジンを制御するＥＣＵ、車体を制御するＥＣＵ、先進運転支援システムを制御するＥＣＵ、パワートレインを制御するＥＣＵ、車載インフォテインメント（ＩＶＩ）や運転席を制御するＥＣＵ等を含む。複数のＥＣＵ７０１は、例えば自動車７００の座席の下部に設けられることが好ましい。

【0075】

自動車７００に設けられた半導体モジュール１０は、例えば気温の上昇により高温環境下に曝されやすい。このため、ＥＣＵ７０１のサーマルスロットリングがなるべく作動しないように、半導体パッケージ１００の放熱性を向上させることが好ましい。そこで、第１の構造例ないし第３の構造例のいずれかのメモリシステム１を有する半導体モジュール１０をＥＣＵ７０１のストレージとして用いることにより、例えばＥＣＵ７０１の放熱性を向上できる。

【0076】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0077】

１…メモリシステム、１ａ…積層体、２…ホスト装置、１０…半導体モジュール、１１…メモリコントローラ、１２…ＮＡＮＤメモリ、１３…ＤＲＡＭ、１００…半導体パッケージ、１００ａ…表面、１０１…内部層、１０２…導電性パッド、１０３…導電性パッド、１０４…絶縁層、２００…配線基板、２００ａ…表面、２０１…内部層、２０２…導電性パッド、２０３…導電性パッド、２０４…絶縁層、３００…熱伝導体、３００ａ…表面、３００ｂ…表面、３０１…開口、３０２…開口、４０１…はんだボール、４０２…はんだボール、５００…ネジ、６００…回路基板、６０１…接続部、７００…自動車、７０１…ＥＣＵ、Ｒ１１…領域、Ｒ１２…領域、Ｒ２１…領域、Ｒ２２…領域、Ｓ…空間。

【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】

【図15】