(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】P2024055042
(43)【公開日】2024-04-18
(54)【発明の名称】半導体装置
(51)【国際特許分類】
H01L 23/12 20060101AFI20240411BHJP
H01L 23/02 20060101ALI20240411BHJP
H01L 23/40 20060101ALI20240411BHJP
【ＦＩ】
H01L23/12 Z
H01L23/02 B
H01L23/40 F
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022161628
(22)【出願日】2022-10-06
(71)【出願人】
【識別番号】302062931
【氏名又は名称】ルネサスエレクトロニクス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002066
【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】木下 順弘
(72)【発明者】
【氏名】椀澤 光伸
【テーマコード（参考）】
5F136
【Ｆターム（参考）】
5F136BB18
5F136EA23
(57)【要約】
【課題】半導体装置の性能を向上させる。
【解決手段】一実施の形態に係る半導体装置ＰＫＧ１は、コア絶縁層を有する配線基板ＳＵＢ１と、配線基板ＳＵＢ１の上面２ｔに搭載された半導体チップＣＨＰ１と、配線基板ＳＵＢ１の下面に形成された複数の半田ボールと、接着層ＢＮＤ１を介して半導体チップＣＨＰ１の裏面３ｂに固定された部分ＬＩＤｐ１、および部分ＬＩＤｐ１の周囲に位置し、且つ、接着層ＢＮＤ２を介して配線基板ＳＵＢ１に固定された部分ＬＩＤｐ２を有する放熱板ＬＩＤと、を含でいる。複数の半田ボールのうちの一部は、部分ＬＩＤｐ２および接着層ＢＮＤ２と重畳する位置に配置されている。接着層ＢＮＤ２の厚さＴ２は、接着層ＢＮＤ１の厚さＴ１の２倍よりも大きい。
【選択図】図５
【解決手段】一実施の形態に係る半導体装置ＰＫＧ１は、コア絶縁層を有する配線基板ＳＵＢ１と、配線基板ＳＵＢ１の上面２ｔに搭載された半導体チップＣＨＰ１と、配線基板ＳＵＢ１の下面に形成された複数の半田ボールと、接着層ＢＮＤ１を介して半導体チップＣＨＰ１の裏面３ｂに固定された部分ＬＩＤｐ１、および部分ＬＩＤｐ１の周囲に位置し、且つ、接着層ＢＮＤ２を介して配線基板ＳＵＢ１に固定された部分ＬＩＤｐ２を有する放熱板ＬＩＤと、を含でいる。複数の半田ボールのうちの一部は、部分ＬＩＤｐ２および接着層ＢＮＤ２と重畳する位置に配置されている。接着層ＢＮＤ２の厚さＴ２は、接着層ＢＮＤ１の厚さＴ１の２倍よりも大きい。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
上面、前記上面とは反対側の下面、および前記上面と前記下面との間に位置するコア絶縁層を有する配線基板と、
第１面、前記第１面上に形成された複数の突起電極、および前記第１面とは反対側の第２面を有し、前記第１面が前記配線基板の前記上面と対向するように、前記複数の突起電極を介して前記配線基板上に搭載された半導体チップと、
前記配線基板の前記下面に形成された複数の半田ボールと、
第１接着層を介して前記半導体チップの前記第２面に固定された第１部分、および前記第１部分の周囲に位置し、且つ、第２接着層を介して前記配線基板に固定された第２部分を有する放熱板と、
を含み、
透過平面視において、前記複数の半田ボールのうちの一部は、前記放熱板の前記第２部分および前記第２接着層と重畳する位置に配置されており、
前記第１接着層および前記第２接着層のそれぞれは、互いに同じ種類のフィラを含み、
前記第１接着層のうちの前記放熱板との接触面から、前記第１接着層のうちの前記半導体チップの前記第２面との接触面までの最短距離を第１厚さとし、
前記第２接着層のうちの前記放熱板の前記第２部分との接触面から、前記第２接着層のうちの前記配線基板の前記上面との接触面までの最短距離を第２厚さとすると、
前記第２接着層の前記第２厚さは、前記第１厚さの２倍より大きい、半導体装置。
第１面、前記第１面上に形成された複数の突起電極、および前記第１面とは反対側の第２面を有し、前記第１面が前記配線基板の前記上面と対向するように、前記複数の突起電極を介して前記配線基板上に搭載された半導体チップと、
前記配線基板の前記下面に形成された複数の半田ボールと、
第１接着層を介して前記半導体チップの前記第２面に固定された第１部分、および前記第１部分の周囲に位置し、且つ、第２接着層を介して前記配線基板に固定された第２部分を有する放熱板と、
を含み、
透過平面視において、前記複数の半田ボールのうちの一部は、前記放熱板の前記第２部分および前記第２接着層と重畳する位置に配置されており、
前記第１接着層および前記第２接着層のそれぞれは、互いに同じ種類のフィラを含み、
前記第１接着層のうちの前記放熱板との接触面から、前記第１接着層のうちの前記半導体チップの前記第２面との接触面までの最短距離を第１厚さとし、
前記第２接着層のうちの前記放熱板の前記第２部分との接触面から、前記第２接着層のうちの前記配線基板の前記上面との接触面までの最短距離を第２厚さとすると、
前記第２接着層の前記第２厚さは、前記第１厚さの２倍より大きい、半導体装置。
【請求項2】
請求項１において、
前記第２接着層の前記第２厚さは、前記放熱板の前記第１部分から前記配線基板の前記上面までの最短距離以下である、半導体装置。
前記第２接着層の前記第２厚さは、前記放熱板の前記第１部分から前記配線基板の前記上面までの最短距離以下である、半導体装置。
【請求項3】
請求項１において、
前記放熱板は、
前記第１接着層を介して前記半導体チップの前記第２面と対向する第１下面と、
前記第２接着層を介して前記配線基板の前記上面と対向する第２下面と、
を有し、
前記第２下面から前記配線基板までの最短距離は、前記第１下面から前記配線基板の前記上面までの最短距離よりも短い、半導体装置。
前記放熱板は、
前記第１接着層を介して前記半導体チップの前記第２面と対向する第１下面と、
前記第２接着層を介して前記配線基板の前記上面と対向する第２下面と、
を有し、
前記第２下面から前記配線基板までの最短距離は、前記第１下面から前記配線基板の前記上面までの最短距離よりも短い、半導体装置。
【請求項4】
請求項３において、
前記第２接着層の前記第２厚さは、前記第１厚さの５倍以下である、半導体装置。
前記第２接着層の前記第２厚さは、前記第１厚さの５倍以下である、半導体装置。
【請求項5】
請求項１において、
前記第１接着層および前記第２接着層のそれぞれは、アルミナフィラを含んでいる、半導体装置。
前記第１接着層および前記第２接着層のそれぞれは、アルミナフィラを含んでいる、半導体装置。
【請求項6】
請求項１において、
前記第１接着層および前記第２接着層のそれぞれの貯蔵弾性率は、０より大きく、かつ、２００ＭＰａ（メガパスカル）以下である、半導体装置。
前記第１接着層および前記第２接着層のそれぞれの貯蔵弾性率は、０より大きく、かつ、２００ＭＰａ（メガパスカル）以下である、半導体装置。
【請求項7】
請求項１において、
前記放熱板は、前記第１部分の厚さと前記第２部分の厚さとが同じであり、
前記放熱板の前記第１部分の厚さは、前記配線基板の前記コア絶縁層の厚さよりも厚く、かつ、前記半導体チップの厚さよりも厚い、半導体装置。
前記放熱板は、前記第１部分の厚さと前記第２部分の厚さとが同じであり、
前記放熱板の前記第１部分の厚さは、前記配線基板の前記コア絶縁層の厚さよりも厚く、かつ、前記半導体チップの厚さよりも厚い、半導体装置。
【請求項8】
請求項１において、
前記配線基板は、平面視において四角形を成し、前記配線基板の四辺のそれぞれの長さは２０ｍｍ以上である、半導体装置。
前記配線基板は、平面視において四角形を成し、前記配線基板の四辺のそれぞれの長さは２０ｍｍ以上である、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
配線基板上にフリップチップ実装方式で半導体チップが搭載された半導体装置において、配線基板上に半導体チップを覆う放熱板（リッド）が接着固定された半導体装置がある（例えば、特許文献１（特開２０２０－４８２１号公報）参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２０－４８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
半導体チップを覆うように放熱板を設ける場合、半導体チップと放熱板とは放熱経路として機能する接着層（チップ接着層）を介して接着される。また、配線基板上に放熱板を固定するため、放熱板の周縁部（フランジ部）は配線基板上に接着層（フランジ接着層）を介して接着固定される。配線基板のチップ搭載面の反対側には外部端子としての複数の半田ボールが配列される。本願発明者の検討によれば、半導体装置の使用時の温度サイクル負荷に起因して、複数の半田ボールの一部に応力が集中し、半田ボールに破断（クラック）が発生する場合があることが判った。半田ボールの破断は、複数の半田ボールのうち、透過平面視においてフランジ接着層と重畳する位置に配置される半田ボールに発生し易いことが判った。
【0005】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【0006】
一実施の形態に係る半導体装置は、コア絶縁層を有する配線基板と、上記配線基板の上面に搭載された半導体チップと、上記配線基板の下面に形成された複数の半田ボールと、第１接着層を介して半導体チップの裏面に固定された第１部分、および上記第１部分の周囲に位置し、且つ、第２接着層を介して配線基板に固定された第２部分を有する放熱板と、を含んでいる。上記複数の半田ボールのうちの一部は、上記第２部分および上記第２接着層と重畳する位置に配置されている。上記第２接着層の第２厚さは、上記第１接着層の第１厚さの２倍よりも大きい。
【発明の効果】
【0007】
上記一実施の形態によれば、半導体装置の性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
（本願における記載形式・基本的用語・用法の説明）
本願において、実施の態様の記載は、必要に応じて、便宜上複数のセクション等に分けて記載するが、特にそうでない旨明示した場合を除き、これらは相互に独立別個のものではなく、記載の前後を問わず、単一の例の各部分、一方が他方の一部詳細または一部または全部の変形例等である。また、原則として、同様の部分は繰り返しの説明を省略する。また、実施の態様における各構成要素は、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、必須のものではない。
本願において、実施の態様の記載は、必要に応じて、便宜上複数のセクション等に分けて記載するが、特にそうでない旨明示した場合を除き、これらは相互に独立別個のものではなく、記載の前後を問わず、単一の例の各部分、一方が他方の一部詳細または一部または全部の変形例等である。また、原則として、同様の部分は繰り返しの説明を省略する。また、実施の態様における各構成要素は、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、必須のものではない。
【0010】
同様に実施の態様等の記載において、材料、組成等について、「ＡからなるＸ」等といっても、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、Ａ以外の要素を含むものを排除するものではない。たとえば、成分についていえば、「Ａを主要な成分として含むＸ」等の意味である。たとえば、「シリコン部材」等といっても、純粋なシリコンに限定されるものではなく、ＳｉＧｅ（シリコン・ゲルマニウム）合金やその他シリコンを主要な成分とする多元合金、その他の添加物等を含む部材も含むものであることはいうまでもない。また、金めっき、Ｃｕ層、ニッケル・めっき等といっても、そうでない旨、特に明示した場合を除き、純粋なものだけでなく、それぞれ金、Ｃｕ、ニッケル等を主要な成分とする部材を含むものとする。
【0011】
さらに、特定の数値、数量に言及したときも、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、その特定の数値を超える数値であってもよいし、その特定の数値未満の数値でもよい。
【0012】
また、実施の形態の各図中において、同一または同様の部分は同一または類似の記号または参照番号で示し、説明は原則として繰り返さない。
【0013】
また、添付図面においては、却って、煩雑になる場合または空隙との区別が明確である場合には、断面であってもハッチング等を省略する場合がある。これに関連して、説明等から明らかである場合等には、平面的に閉じた孔であっても、背景の輪郭線を省略する場合がある。更に、断面でなくとも、空隙でないことを明示するため、あるいは領域の境界を明示するために、ハッチングやドットパターンを付すことがある。
【0014】
また、以下の説明において、グランドプレーン、あるいは電源プレーンという用語を用いる場合がある。グランドプレーンおよび電源プレーンは、所謂配線パターンとは形状が異なる大面積の導体パターンである。大面積の導体パターンのうち、基準電位が供給されるものをグランドプレーンと呼び、電源電位が供給されるものを電源プレーンと呼ぶ。
【0015】
＜半導体装置＞
図１は、一実施の形態である半導体装置の上面図である。図２は、図１に示す半導体装置の下面図である。また、図３は、図１に示す放熱板を取り除いた状態で配線基板上の半導体装置の内部構造を示す平面図である。また、図４は、図１のＡ－Ａ線に沿った断面図である。図１では、放熱板ＬＩＤに覆われた半導体チップＣＨＰ１の輪郭を点線で示している。図２は、平面図であるが、半田ボールＳＢのレイアウトと、図１に示す放熱板ＬＩＤの部分ＬＩＤｐ２との位置関係を明示するため、部分ＬＩＤｐ２および接着層ＢＮＤ２とそれぞれ重畳する領域にハッチングを付して示している。
図１は、一実施の形態である半導体装置の上面図である。図２は、図１に示す半導体装置の下面図である。また、図３は、図１に示す放熱板を取り除いた状態で配線基板上の半導体装置の内部構造を示す平面図である。また、図４は、図１のＡ－Ａ線に沿った断面図である。図１では、放熱板ＬＩＤに覆われた半導体チップＣＨＰ１の輪郭を点線で示している。図２は、平面図であるが、半田ボールＳＢのレイアウトと、図１に示す放熱板ＬＩＤの部分ＬＩＤｐ２との位置関係を明示するため、部分ＬＩＤｐ２および接着層ＢＮＤ２とそれぞれ重畳する領域にハッチングを付して示している。
【0016】
本実施の形態の半導体装置ＰＫＧ１は、配線基板ＳＵＢ１と、配線基板ＳＵＢ１に搭載された半導体チップＣＨＰ１（図３参照）と、を有する。また、半導体装置ＰＫＧ１は、半導体チップＣＨＰ１上に配置された接着層ＢＮＤ１と、半導体チップＣＨＰ１の全体、接着層ＢＮＤ１の全体、および配線基板ＳＵＢ１の一部分を覆う放熱板ＬＩＤと、を有する。
【0017】
近年、半導体装置の高機能化に伴って、動作中の主な熱源となる半導体チップからの放熱対策が重要である。本実施の形態の半導体装置ＰＫＧ１の場合も、半導体チップＣＨＰ１の動作を安定させる観点から、半導体チップＣＨＰ１の温度が過度に上昇しないことが好ましい。このため、半導体チップＣＨＰ１で発生する熱を効率的に外部に放出することが好ましい。半導体装置ＰＫＧ１の場合、接着層ＢＮＤ１を介して半導体チップＣＨＰ１と放熱板ＬＩＤとが熱的に接続されているので、半導体チップＣＨＰ１で発生する熱の放出特性を向上させることができる。放熱板ＬＩＤは、例えば、配線基板ＳＵＢ１よりも熱伝導率が高い金属板であって、半導体チップＣＨＰ１で発生した熱を外部に排出する機能を備えている。
【0018】
図４に示すように、放熱板ＬＩＤは、配線基板ＳＵＢ１上に接着層ＢＮＤ２を介して接着固定されている。放熱板ＬＩＤは、接着層（チップ接着層）ＢＮＤ１を介して半導体チップＣＨＰ１の裏面３ｂに固定された部分（中央部）ＬＩＤｐ１と、部分ＬＩＤｐ１の周囲に位置し、且つ、接着層（フランジ接着層）ＢＮＤ２を介して配線基板ＳＵＢ１に固定された部分（周辺部、フランジ部）ＬＩＤｐ２と、を有する。なお、以下の説明において、部分ＬＩＤｐ１は、放熱板ＬＩＤのうち、半導体チップＣＨＰ１と重畳する部分として定義される。図４に示す例の場合、部分ＬＩＤｐ２は、放熱板ＬＩＤのうち、部分ＬＩＤｐ１と比較してダウンセットされた部分（言い換えれば、配線基板ＳＵＢ１の上面２ｔを基準面として、部分ＬＩＤｐ１よりも低い位置に配置され、かつ、部分ＬＩＤｐ１と平行な平面方向に延びている部分）として定義される。放熱板ＬＩＤは、上面ＬＩＤｔおよび上面ＬＩＤｔの反対側の下面ＬＩＤｂを有している。部分ＬＩＤｐ２における下面ＬＩＤｂは、接着層ＢＮＤ２に接着された被接着面に相当する。図４に示す例では、部分ＬＩＤｐ２の下面ＬＩＤｂの全体が接着層ＢＮＤ２と重畳している。ただし、部分ＬＩＤｐ２の下面ＬＩＤｂの一部が接着層ＢＮＤ２と重畳していない場合がある。この場合、重畳しない部分も、上記した部分ＬＩＤｐ２に含まれる。
【0019】
なお、図４に対する変形例として、放熱板ＬＩＤがダウンセットされていない場合がある。この場合、部分ＬＩＤｐ２は、放熱板ＬＩＤのうち、接着層ＢＮＤ２と重畳する部分として定義される。
【0020】
また、図４に対する他の変形例として、放熱板ＬＩＤの周縁のフランジ部が、部分ＬＩＤｐ１よりも高い位置にアップセットされている場合がある。この場合、部分ＬＩＤｐ２は、放熱板ＬＩＤのうち、部分ＬＩＤｐ１と比較してアップセットされた部分（言い換えれば、配線基板ＳＵＢ１の上面２ｔを基準面として、部分ＬＩＤｐ１よりも高い位置に配置され、かつ、部分ＬＩＤｐ１と平行な平面方向に延びている部分）として定義される。
【0021】
本実施の形態の場合、配線基板ＳＵＢ１の上面２ｔを基準面とすると、放熱板ＬＩＤの部分ＬＩＤｐ１の高さと、部分ＬＩＤｐ２の高さとは互いに異なる。図４の例では、部分ＬＩＤｐ２は部分ＬＩＤｐ１よりも配線基板ＳＵＢ１の上面２ｔに近い高さに配置されている。言い換えれば、放熱板ＬＩＤの部分ＬＩＤｐ２は、部分ＬＩＤｐ１に対してオフセット（図４の例ではダウンセット）されている。このため、本実施の形態の場合、放熱板ＬＩＤは、部分ＬＩＤｐ１と部分ＬＩＤｐ２との間に配置され、かつ、曲げ加工が施された部分（部、曲げ加工部、傾斜部）ＬＩＤｐ３を備えている。また、本実施の形態の場合、放熱板ＬＩＤは、部分ＬＩＤｐ１と部分ＬＩＤｐ３との間に配置された部分ＬＩＤｐ４を備えている。図４に示すように、部分ＬＩＤｐ４は、半導体チップＣＨＰ１と重畳せず、かつ、配線基板ＳＵＢ１の上面２ｔを基準面として部分ＬＩＤｐ１と同じ高さで部分ＬＩＤｐ１と部分ＬＩＤｐ３とを接続するように延びている。
【0022】
配線基板ＳＵＢ１は、半導体チップＣＨＰ１が搭載された上面（面、主面、チップ搭載面）２ｔ、上面２ｔとは反対側の下面（面、主面、実装面）２ｂを有する。また、配線基板ＳＵＢ１の上面２ｔおよび下面２ｂのそれぞれは、外縁に複数の辺２ｓ（図１～図３参照）を有する。本実施の形態の場合、配線基板ＳＵＢ１の上面２ｔ（図１参照）および下面２ｂ（図２参照）はそれぞれ四角形である。上面２ｔは、半導体チップＣＨＰ１の表面３ｔと対向するチップ搭載面である。本実施の形態の場合、配線基板ＳＵＢ１の四辺のそれぞれの長さは２０ｍｍ以上である。以下で詳述する複数の半田ボールＳＢの一部に破断が生じる課題は、比較的大型の半導体装置において顕在化し易い。以下で説明する半導体装置ＰＫＧ１の構造は、配線基板ＳＵＢ１の四辺のそれぞれの長さが２０ｍｍ未満である半導体装置に適用することもできる。ただし、複数の半田ボールＳＢの一部に破断が生じる課題が生じやすいという課題が発生し易いという点において、四辺のそれぞれの長さは２０ｍｍ以上である半導体装置ＰＫＧ１に適用して特に有効である。
【0023】
配線基板ＳＵＢ１は、チップ搭載面である上面２ｔ側の端子（パッド２ＰＤ）と実装面である下面２ｂ側の端子（ランド２ＬＤ）とを電気的に接続する複数の配線層（図４に示す例では４層）ＷＬ１、ＷＬ２、ＷＬ３、およびＷＬ４を有する。各配線層は、上面２ｔと下面２ｂとの間にある。各配線層は、電気信号や電力を供給する経路である配線などの導体パターンを有する。また各配線層の間には、絶縁層２ｅが配置されている。各配線層の間に配置される複数の絶縁層２ｅは、上面２ｔと下面２ｂとの間に配置されたコア絶縁層（絶縁層、コア材、コア絶縁層）２ＣＲを含む。コア絶縁層２ＣＲは、配線基板ＳＵＢ１の剛性を確保するためのコア部材であって、例えば、ガラス繊維に樹脂を含浸させたプリプレグからなる。
【0024】
各配線層は、絶縁層２ｅを貫通する層間導電路であるビア配線２ｖ、あるいはスルーホール配線２ＴＨＷを介して互いに、かつ、電気的に接続されている。なお、本実施の形態では、配線基板ＳＵＢ１の一例として４層の配線層を備える配線基板を例示しているが、配線基板ＳＵＢ１が備える配線層の数は４層には限定されない。例えば３層以下、あるいは５層以上の配線層を備える配線基板を変形例として用いることができる。
【0025】
また、複数の配線層のうち、最も上面２ｔ側に配置された配線層ＷＬ１は、有機絶縁膜ＳＲ１に覆われる。有機絶縁膜ＳＲ１には、開口部が設けられ、配線層ＷＬ１に設けられた複数のパッド２ＰＤは、開口部において、有機絶縁膜ＳＲ１から露出している。また、複数の配線層のうち、配線基板ＳＵＢ１の下面２ｂ側に最も近い位置に配置された配線層ＷＬ４には、複数のランド２ＬＤが設けられる、配線層ＷＬ４は、有機絶縁膜ＳＲ２に覆われる。有機絶縁膜ＳＲ１および有機絶縁膜ＳＲ２のそれぞれは、ソルダレジスト膜である。配線層ＷＬ１に設けられる複数のパッド２ＰＤと、配線層ＷＬ４に設けられる複数のランド２ＬＤのそれぞれは、配線基板ＳＵＢ１が備える各配線層に形成された導体パターン（配線２ｄや大面積の導体パターン２ＣＰ）、ビア配線２ｖ、およびスルーホール配線２ＴＨＷを介して電気的に接続されている。
【0026】
配線２ｄ、パッド２ＰＤ、ビア配線２ｖ、ビアランド（図示は省略）、スルーホールランド（図示は省略）、スルーホール配線２ＴＨＷ、ランド２ＬＤ、および導体パターン２ＣＰのそれぞれは、例えば銅または銅を主成分とする金属材料から成る。
【0027】
また、配線基板ＳＵＢ１は、例えば、コア絶縁層（絶縁層、コア材、コア絶縁層）２ＣＲの上面２Ｃｔおよび下面２Ｃｂに、それぞれ複数の配線層をビルドアップ工法により積層することで、形成されている。また、コア絶縁層２ＣＲの上面２Ｃｔ側にある配線層ＷＬ２と下面２Ｃｂ側にある配線層ＷＬ３とは、上面２Ｃｔと下面２Ｃｂのうちの一方から他方までを貫通するように設けられた複数の貫通孔（スルーホール）に埋め込まれた、複数のスルーホール配線２ＴＨＷを介して電気的に接続されている。
【0028】
また、図４に示す例では、複数のランド２ＬＤのそれぞれには、半田ボール（半田材、外部端子、電極、外部電極）ＳＢが接続されている。半田ボールＳＢは、半導体装置ＰＫＧ１を図示しないマザーボードに実装する際に、マザーボード側の複数の端子（図示は省略）と複数のランド２ＬＤを電気的に接続する、導電性部材である。半田ボールＳＢは、例えば、鉛（Ｐｂ）入りのＳｎ－Ｐｂ半田材、あるいは、Ｐｂを実質的に含まない、所謂、鉛フリー半田からなる半田材である。鉛フリー半田の例としては、例えば錫（Ｓｎ）のみ、錫－ビスマス（Ｓｎ－Ｂｉ）、または錫－銅－銀（Ｓｎ－Ｃｕ－Ａｇ）、錫－銅（Ｓｎ－Ｃｕ）などが挙げられる。ここで、鉛フリー半田とは、鉛（Ｐｂ）の含有量が０．１ｗｔ％以下のものを意味し、この含有量は、ＲｏＨＳ（Restriction of Hazardous Substances）指令の基準として定められている。
【0029】
また、図２に示すように複数の半田ボールＳＢは、行列状（アレイ状、マトリクス状）に配置されている。また、図２では図示を省略するが、複数の半田ボールＳＢが接合された複数のランド２ＬＤ（図４参照）も行列状（マトリクス状）に配置されている。このように、配線基板ＳＵＢ１の実装面側に、複数の外部端子（半田ボールＳＢ、ランド２ＬＤ）を行列状に配置する半導体装置を、エリアアレイ型の半導体装置と呼ぶ。エリアアレイ型の半導体装置は、配線基板ＳＵＢ１の実装面（下面２ｂ）側を、外部端子の配置スペースとして有効活用することができるので、外部端子数が増大しても半導体装置の実装面積の増大を抑制することが出来る点で好ましい。つまり、高機能化、高集積化に伴って、外部端子数が増大する半導体装置を省スペースで実装することができる。
【0030】
また、半導体装置ＰＫＧ１は、配線基板ＳＵＢ１上に搭載された半導体チップＣＨＰ１を備えている。図４に示すように、半導体チップＣＨＰ１のそれぞれは、複数の突起電極３ＢＰが配列された表面（主面、上面）３ｔ、表面３ｔとは反対側の裏面（主面、下面）３ｂを備える。また半導体チップＣＨＰ１の表面３ｔおよび裏面３ｂのそれぞれは、外縁部に複数の辺３ｓを備える。半導体チップＣＨＰ１は、図３に示すように平面視において配線基板ＳＵＢ１よりも平面積が小さい四角形の外形形状を成す。図３に示す例では、半導体チップＣＨＰ１が配線基板ＳＵＢ１の上面２ｔの中央部に搭載され、かつ、半導体チップＣＨＰ１の４個の辺３ｓのそれぞれが、配線基板ＳＵＢ１の４個の辺２ｓのそれぞれに沿って延びている。
【0031】
また、半導体チップＣＨＰ１の表面３ｔ側には、複数の電極（パッド、電極パッド、ボンディングパッド）３ＰＤが形成されている。図４に示す例では、半導体チップＣＨＰ１は、表面３ｔが配線基板ＳＵＢ１の上面２ｔと対向した状態で、配線基板ＳＵＢ１上に搭載されている。このような搭載方式は、フェイスダウン実装方式、あるいはフリップチップ接続方式と呼ばれる。
【0032】
図示は省略するが、半導体チップＣＨＰ１の主面（詳しくは、半導体チップＣＨＰ１の基材である半導体基板の素子形成面に設けられた半導体素子形成領域）には、複数の半導体素子（回路素子）が形成されている。複数の電極３ＰＤは、半導体チップＣＨＰ１の内部（詳しくは、表面３ｔと図示しない半導体素子形成領域の間）に配置された配線層に形成された配線（図示は省略）を介して、この複数の半導体素子と、それぞれ電気的に接続されている。
【0033】
半導体チップＣＨＰ１（詳しくは、半導体チップＣＨＰ１の基材）は、例えばシリコン（Ｓｉ）から成る。また、表面３ｔには、半導体チップＣＨＰ１の基材および配線を覆う絶縁膜（図示しないパッシベーション膜）が形成されており、複数の電極３ＰＤのそれぞれの一部は、このパッシベーション膜に形成された開口部において、パッシベーション膜から露出している。また、複数の電極３ＰＤは、それぞれ金属からなり、本実施の形態では、例えばアルミニウム（Ａｌ）からなる。
【0034】
また、図４に示すように、複数の電極３ＰＤにはそれぞれ突起電極３ＢＰが接続され、半導体チップＣＨＰ１の複数の電極３ＰＤと、配線基板ＳＵＢ１の複数のパッド２ＰＤとは、複数の突起電極３ＢＰを介して、それぞれ電気的に接続されている。突起電極（バンプ電極）３ＢＰは、半導体チップＣＨＰ１の表面３ｔ上に突出するように形成された金属部材（導電性部材）である。突起電極３ＢＰは、本実施の形態では、電極３ＰＤ上に、例えば銅から成る柱状電極（所謂カッパーピラー電極）が形成され、柱状電極の先端に半田材が積層された構造を備える。柱状電極の先端に積層された半田材としては、上記した半田ボールＳＢと同様に、鉛入りの半田材や鉛フリー半田を用いることができる。
【0035】
半導体チップＣＨＰ１を配線基板ＳＵＢ１に搭載する際には、複数のパッド２ＰＤに半田との接合性が良好な接合材（例えば下地金属膜や半田ペースト）を予め形成しておく。柱状電極の先端の半田材とパッド２ＰＤ上の接合材とを接触させた状態で加熱処理（リフロー処理）を施すことで、半田が一体化して、突起電極３ＢＰが形成されている。また、本実施の形態に対する変形例としては、ニッケル（Ｎｉ）からなる柱状電極、あるいは電極３ＰＤ上に下地金属膜を介してマイクロ半田ボールが形成された、所謂半田バンプを突起電極３ＢＰとして用いてもよい。
【0036】
また、図４に示すように半導体チップＣＨＰ１と配線基板ＳＵＢ１の間には、アンダフィル樹脂（絶縁性樹脂）ＵＦが配置されている。アンダフィル樹脂ＵＦは、半導体チップＣＨＰ１の表面３ｔと配線基板ＳＵＢ１の上面２ｔの間の空間を塞ぐように配置されている。複数の突起電極３ＢＰのそれぞれはアンダフィル樹脂ＵＦにより封止されている。また、アンダフィル樹脂ＵＦは、絶縁性（非導電性）の材料（例えば樹脂材料）から成り、半導体チップＣＨＰ１と配線基板ＳＵＢ１の電気的接続部分（複数の突起電極３ＢＰの接合部）を封止するように配置されている。このように、複数の突起電極３ＢＰと複数のパッド２ＰＤとの接合部をアンダフィル樹脂ＵＦで覆うことで、半導体チップＣＨＰ１と配線基板ＳＵＢ１の電気的接続部分に生じる応力を緩和させることができる。また、半導体チップＣＨＰ１の複数の電極３ＰＤと複数の突起電極３ＢＰとの接合部に生じる応力についても緩和させることができる。さらには、半導体チップＣＨＰ１の半導体素子（回路素子）が形成された主面を保護することもできる。
【0037】
また、上記したように半導体チップＣＨＰ１の裏面３ｂには、放熱板（リッド、ヒートスプレッダ、放熱部材）ＬＩＤが接着層ＢＮＤ１を介して接着固定されている。放熱板ＬＩＤは、接着層ＢＮＤ１を介して半導体チップＣＨＰ１と熱的に接続されている。接着層
ＢＮＤ１は、半導体チップＣＨＰ１および放熱板ＬＩＤのそれぞれと接触している。
ＢＮＤ１は、半導体チップＣＨＰ１および放熱板ＬＩＤのそれぞれと接触している。
【0038】
＜半田ボールの破断について＞
上記したように、エリアアレイ型の半導体装置は、配線基板ＳＵＢ１の実装面（下面２ｂ）側に多数の半田ボールＳＢを配列することにより、多数の外部端子を備えた半導体装置の実装スペースを小さくできる。このため、図２に示すように、配線基板ＳＵＢ１の下面２ｂの広範囲にわたって多数の半田ボールＳＢが配列されている。詳しくは、透過平面視において（図２は半導体装置ＰＫＧ１を下面２ｂ側から視た透過平面図である）、複数の半田ボールＳＢのうちの一部は、部分ＬＩＤｐ２および接着層ＢＮＤ２（図４参照）とそれぞれ重畳する位置に配置されている。
上記したように、エリアアレイ型の半導体装置は、配線基板ＳＵＢ１の実装面（下面２ｂ）側に多数の半田ボールＳＢを配列することにより、多数の外部端子を備えた半導体装置の実装スペースを小さくできる。このため、図２に示すように、配線基板ＳＵＢ１の下面２ｂの広範囲にわたって多数の半田ボールＳＢが配列されている。詳しくは、透過平面視において（図２は半導体装置ＰＫＧ１を下面２ｂ側から視た透過平面図である）、複数の半田ボールＳＢのうちの一部は、部分ＬＩＤｐ２および接着層ＢＮＤ２（図４参照）とそれぞれ重畳する位置に配置されている。
【0039】
図１に示すように放熱板ＬＩＤの部分ＬＩＤｐ２は、配線基板ＳＵＢ１の周辺領域に配置されている。図２に示す配線基板ＳＵＢ１の下面２ｂにおいて、周辺領域には、多くの半田ボールＳＢを配置することができる。このため、この周辺領域に多数の半田ボールＳＢを配置することで外部端子数を多くすることができる。また、周辺領域に配置された半田ボールを含む伝送経路は、図示しない実装基板（マザーボード）において、最上層または第２層目の配線層に配置された配線に容易に接続させることができる。このため、高周波信号等、伝送経路の特性インピーダンスを設計値にそろえる必要がある電気信号の信号伝送経路を構成する半田ボールＳＢは、配線基板ＳＵＢ１の周辺領域に配置されることが多い。
【0040】
本願発明者の検討によれば、放熱板ＬＩＤが配線基板ＳＵＢ１および半導体チップＣＨＰ１のそれぞれに接着固定されたエリアアレイ型の半導体装置において、部分ＬＩＤｐ２および接着層ＢＮＤ２とそれぞれ重畳する位置に配置された半田ボールＳＢの一部において、半導体装置の使用時の温度サイクル負荷に起因して、破断が発生する場合があることが判った。半田ボールに破断が生じた場合、電気的な接続信頼性の低下の原因になる。逆に言えば、破断が発生するまでに印加される温度サイクル負荷の回数（言い換えればサイクル数）を多くすることにより、半導体装置の製品寿命を長くすることができる。
【0041】
部分ＬＩＤｐ２および接着層ＢＮＤ２とそれぞれ重畳する領域に配置された半田ボールＳＢに破断が生じるという課題は、放熱板ＬＩＤと配線基板ＳＵＢ１との線膨張係数の差が大きいことが原因の一つと考えられる。線膨張係数の差が大きい二つの部材を接着固定した場合、温度サイクル負荷が印加されると、温度サイクル負荷に起因して大きな応力が発生する。したがって、放熱板ＬＩＤと配線基板ＳＵＢ１との線膨張係数の差を小さくすることができれば、これに比例して応力を小さくすることができるので、製品寿命を延ばすことができる。ただし、放熱板ＬＩＤの放熱部材としての機能を発揮させるためには、放熱板ＬＩＤの材料選択は、放熱特性を優先して実施される必要がある。一方、配線基板ＳＵＢ１の材料や構造を限定すれば、配線レイアウト等の設計の自由度が低下する原因になる。
【0042】
そこで、本願発明者は、放熱板ＬＩＤと配線基板ＳＵＢ１とを接着する接着層ＢＮＤ２に着目し、温度サイクル負荷により発生した応力を、この接着層ＢＮＤ２により緩和させる方法について検討を行った。ただし、半導体装置ＰＫＧ１の製造工程を考慮すると、図４に示す放熱板ＬＩＤの部分ＬＩＤｐ１およびＬＩＤｐ２は、同じタイミングで半導体チップＣＨＰ１または配線基板ＳＵＢ１に接着される必要がある。また、接着層ＢＮＤ１と接着層ＢＮＤ２とにそれぞれ異なる接着材料を用いた場合、放熱板ＬＩＤを接着させる工程の作業が煩雑になる。このため、接着層ＢＮＤ１と接着層ＢＮＤ２とは、同じ材料から成る。
【0043】
例えば、図５に示すように、接着層ＢＮＤ１は、接着機能を備えた樹脂Ｒ１中に含まれる複数のフィラＦ１を含んでいる。図５は、図４に示す放熱板に接着された接着層の周辺を拡大して示す拡大断面図である。フィラＦ１は、例えば金属酸化物であるアルミナフィラを含んでいる。アルミナフィラは、接着層ＢＮＤ１に含まれる樹脂と比較して熱伝導率が高い絶縁粒子である。接着層ＢＮＤ１にアルミナフィラを含む複数のフィラＦ１を含有させることで、接着層ＢＮＤ１の放熱特性を向上させることができる。複数のフィラＦ１は、全てがアルミナフィラである場合もあるが、アルミナフィラとは異なる粒子を含んでいる場合もある。接着層ＢＮＤ２には、接着層ＢＮＤ１のような放熱性は要求されないが、本実施の形態の場合、接着層ＢＮＤ１と接着層ＢＮＤ２とは、互いに同じ材料から成るので、接着層ＢＮＤ１および接着層ＢＮＤ２には、それぞれ同じ種類のフィラＦ１が含まれている。
【0044】
このように、接着層ＢＮＤ１と接着層ＢＮＤ２とを同じ材料により構成する場合、接着層ＢＮＤ１の放熱機能を損なわない範囲で接着層ＢＮＤ１および接着層ＢＮＤ２の材料を選択する必要がある。したがって、接着層ＢＮＤ１および接着層ＢＮＤ２の材料として、極端に柔らかい材料を適用して応力緩和機能を向上させることは難しい。言い換えれば、接着層の物性を制御することのみにより半田ボールＳＢの損傷を防止することは難しい。
【0045】
本願発明者が検討を行った結果、接着層ＢＮＤ２の厚さを厚くすることにより、接着層ＢＮＤ２の応力緩和機能を向上させられることが判った。接着層ＢＮＤ１は、放熱板ＬＩＤとの接触面Ｂ１ｔ、および半導体チップＣＨＰ１の裏面３ｂとの接触面Ｂ１ｂの一方から他方までの最短距離である厚さＴ１を有している。接着層ＢＮＤ２は、放熱板ＬＩＤの部分ＬＩＤｐ２との接触面Ｂ２ｔ、および配線基板ＳＵＢ１の上面２ｔとの接触面Ｂ２ｂの一方から他方までの最短距離である厚さＴ２を有している。厚さＴ２は、厚さＴ１の２倍より大きい。
【0046】
接着層ＢＮＤ１を介した放熱経路における放熱効率は、接着層ＢＮＤ１の厚さＴ１に反比例する。このため、厚さＴ１は、薄い方が好ましく、例えば５０μｍである。一方、接着層ＢＮＤ２の厚さＴ２を厚くすることにより、上記した温度サイクル負荷に起因して生じる応力を接着層ＢＮＤ２により緩和させることができる。厚さＴ２は少なくとも厚Ｔ１の２倍（例えば１００μｍ）よりも大きいことが好ましく、３倍（例えば１５０μｍ）以上が特に好ましい。この場合、接着層ＢＮＤ１の放熱特性を優先して接着層ＢＮＤ１および接着層ＢＮＤ２の材料を選択したとしても、製品寿命を延ばすことができる。
【0047】
図５に示す例の寸法例は、例えば以下の通りである。厚さＴ１は、上記の通り例えば５０μｍである。表面３ｔおよび裏面３ｂの一方から他方までの距離として定義される半導体チップＣＨＰ１の厚さＴＣＨ１は、例えば４００μｍである。また、半導体チップＣＨＰ１の表面３ｔと配線基板ＳＵＢ１の上面２ｔとの最短距離として定義されるギャップＧ１は、例えば７５μｍである。放熱板ＬＩＤの厚さＴＬ１は、例えば５００μｍである。本実施の形態の場合、部分ＬＩＤｐ１の厚さＴＬ１と部分ＬＩＤｐ２の厚さＴＬ１とは同じである。
【0048】
また、本実施の形態の場合、放熱板ＬＩＤは、部分ＬＩＤｐ１と部分ＬＩＤｐ２との間に、曲げ加工が施された曲げ加工部としての部分ＬＩＤｐ３を有している。図４および図５に示す放熱板ＬＩＤの構造は以下のように表現することもできる。放熱板ＬＩＤの下面ＬＩＤｂは、部分ＬＩＤｐ１の下面ＬＩＤｂ１と、部分ＬＩＤｐ２の下面ＬＩＤｂ２とを有している。下面ＬＩＤｂ１は、接着層ＢＮＤ１を介して半導体チップＣＨＰ１と対向し、下面ＬＩＤｂ２は、接着層ＢＮＤ２を介して配線基板ＳＵＢ１の上面２ｔと対向している。部分ＬＩＤｐ２の下面ＬＩＤｂ２から配線基板ＳＵＢ１の上面２ｔまでの最短距離は、部分ＬＩＤｐ１の下面ＬＩＤｂ１から配線基板ＳＵＢ１の上面２ｔまでの最短距離よりも短い。
【0049】
曲げ加工の程度、言い換えれば、部分ＬＩＤｐ１の下面ＬＩＤｂ１と部分ＬＩＤｐ２の下面ＬＩＤｂ２との高低差Ｇ２は、例えば３５０μｍ程度である。この場合、接触面Ｂ２ｔおよび接触面Ｂ２ｂの一方から他方までの最短距離として定義される接着層ＢＮＤ２の厚さＴ２は、１７５μｍである。なお、配線基板ＳＵＢ１には、製造工程時の熱影響（例えば、半導体チップＣＨＰ１を配線基板ＳＵＢ１上に搭載する際のリフロー工程等）により上面２ｔの中央領域が半導体チップＣＨＰ１方向に凸な形状を成す「反り変形」が生じる場合がある。この反り変形を考慮すると、接触面Ｂ２ｔおよび接触面Ｂ２ｂの一方から他方までの距離は一定にならず、周縁部に近づく程大きくなる場合がある。この場合、部分ＬＩＤｐ２および接着層ＢＮＤ２とそれぞれ重畳する領域における接触面Ｂ２ｔおよび接触面Ｂ２ｂの一方から他方までの距離の平均値は、２００μｍ程度である。
【0050】
＜接着層の厚さと製品寿命との関係の評価＞
次に、接着層ＢＮＤ２の厚さＴ２を厚くすることによる製品寿命の延長効果に関し、本願発明者が検討した結果について説明する。図６は、放熱板のフランジ部を接着固定する接着層の厚さと、製品寿命との相関関係を示す説明図である。図６において、横軸は、図５に示す厚さＴ２の値である。縦軸は製品寿命の指標として、図４に示す部分ＬＩＤｐ２および接着層ＢＮＤ２とそれぞれ重畳する位置に配置された半田ボールＳＢに破断が発見されるまでの温度サイクル負荷の回数である。また、図６には、接着層ＢＮＤ２（図５参照）の接着材料として、２種類の材料を用いた評価結果を示している。
次に、接着層ＢＮＤ２の厚さＴ２を厚くすることによる製品寿命の延長効果に関し、本願発明者が検討した結果について説明する。図６は、放熱板のフランジ部を接着固定する接着層の厚さと、製品寿命との相関関係を示す説明図である。図６において、横軸は、図５に示す厚さＴ２の値である。縦軸は製品寿命の指標として、図４に示す部分ＬＩＤｐ２および接着層ＢＮＤ２とそれぞれ重畳する位置に配置された半田ボールＳＢに破断が発見されるまでの温度サイクル負荷の回数である。また、図６には、接着層ＢＮＤ２（図５参照）の接着材料として、２種類の材料を用いた評価結果を示している。
【0051】
実線で示す試験区は、図５に示す接着層ＢＮＤ１の材料として用いた場合に放熱特性の要求仕様を満たす接着材料を用いて試験した結果を示している。点線で示す試験区は、実線で示す試験区の接着材料と比較して０℃の貯蔵弾性率が相対的に低い接着材料を用いて試験した結果を示している。なお、点線で示す試験区に用いた接着材料の場合、図５に示す接着層ＢＮＤ１の接着材料として用いた場合（厚さＴ１は５０μｍ）、放熱性能が目標値に達しないため接着層ＢＮＤ１と接着層ＢＮＤ２とは別の材料にする必要があるが、実線で示す試験区の試験結果の目安として記載している。例えば、本願発明者が後述する測定方法により実際に計測した値では、実線の試験区に用いた接着材料の０℃での貯蔵弾性率は１３２ＭＰａ（メガパスカル）、点線線の試験区に用いた接着材料の０℃での貯蔵弾性率は１１．１ＭＰａ（メガパスカル）であった。
【0052】
図６に示す評価結果を計測する際に用いた半導体装置の仕様は以下の通りである。すなわち、図５に示す厚さＴ１は５０μｍ、厚さＴＣＨ１は４００μｍ、ギャップＧ１は、７５μｍ、そして、厚さＴＬ１は、５００μｍである。また、厚さＴ２の値は、高低差Ｇ２の値を変化させることにより調整した。また、図３に示す配線基板ＳＵＢ１の４つの辺２ｓのそれぞれの長さは２５ｍｍである。半導体チップＣＨＰ１の表面３ｔの四辺のそれぞれの長さは、約１０ｍｍである。また、図４に示す配線基板ＳＵＢ１の厚さ（すなわち上面２ｔおよび下面２ｂの一方から他方までの距離）は、５８０μｍ程度である。
【0053】
図６に示すように、実線の試験区および点線の試験区のそれぞれにおいて、接着層ＢＮＤ２の厚さＴ２の値に比例して製品寿命を延長できることが判る。実線の試験区において、半田ボールＳＢの破断が発生するまでに印加した温度サイクル負荷の回数は、図５に示す厚さＴ２の値が厚さＴ１の値の２倍（１００μｍ）の時に２千サイクル程度、３倍（１５０μｍ）の時に３千サイクル程度であった。半田ボールＳＢの破断が発生するまでに印加した温度サイクル負荷の回数の目標値を２千サイクルとすると、厚さＴ２の値が厚さＴ１の値の２倍よりも大きければ、実験誤差によるマージンを考慮した場合でもこれを達成できる。
【0054】
なお、後述するように、図４に示す半導体チップＣＨＰ１と重畳する領域に配置された半田ボールＳＢにも破断が発生する場合がある。ただし、配線基板ＳＵＢ１の厚さを５００μｍ～１ｍｍ程度とすることにより、半導体チップＣＨＰ１と重畳する領域に配置された半田ボールＳＢの破断が発生するまでに印加した温度サイクル負荷の回数は３千サイクルから４千サイクル程度にできることが、本願発明者の検討により判っている。したがって、接着層ＢＮＤ２と重畳する領域に配置されている半田ボールＳＢについても、破断が発生するまでに印加した温度サイクル負荷の回数が３千サイクル以上になっていることが好ましい。この観点からは、厚さＴ２の値が厚さＴ１の値の３倍以上であることが特に好ましい。
【0055】
また、厚さＴ２を２５０μｍよりも大きくしたとしても温度サイクル負荷の回数が３千サイクルを下回ることはないと考えられる。したがって、部分ＬＩＤｐ２および接着層ＢＮＤ２とそれぞれ重畳する領域に配置されている半田ボールＳＢにおける製品寿命を延長させる観点からは、接着層ＢＮＤ２の厚さＴ２に上限値は特にない。例えば、図示は省略するが、本実施の形態に対する変形例として、図４に示す曲げ加工が施された部分（部、曲げ加工部、傾斜部）ＬＩＤｐ３が設けられず、図５に示す部分ＬＩＤｐ１の下面ＬＩＤｂ１と、部分ＬＩＤｐ２の下面ＬＩＤｂ２とが、配線基板ＳＵＢ１の上面２ｔを基準面として同じ高さに位置している（言い換えれば、高低差Ｇ２がゼロである）場合もある。また例えば、本実施の形態に対する別の変形例として、図５に示す部分ＬＩＤｐ２の下面ＬＩＤｂ２が、部分ＬＩＤｐ１の下面ＬＩＤｂ１に対して、配線基板ＳＵＢ１の上面２ｔを基準面として高い位置に配置されている（言い換えれば、図４に示す部分ＬＩＤｐ３がアップセットされている）場合もある。
【0056】
ただし、図６に示す実線の試験区を視て判るように、厚さＴ２の値が１５０μｍを超えた後は、厚さＴ２を厚くすることによる製品寿命の延長効果が徐々に小さくなる。また、図４に示す放熱板ＬＩＤを配線基板ＳＵＢ１の上面２ｔ上に接着固定する際の作業の容易性を考慮すると、接着層ＢＮＤ２の厚さＴ２は、極端に厚くないことが好ましい。例えば、接着層ＢＮＤ２の厚さＴ２は、放熱板ＬＩＤの部分ＬＩＤｐ１から配線基板ＳＵＢ１の上面２ｔまでの最短距離以下であることが好ましい。言い換えれば、接着層ＢＮＤ２の厚さＴ２は、配線基板ＳＵＢ１の上面２ｔと半導体チップＣＨＰ１とのギャップＧ１、半導体チップＣＨＰ１の厚さＴＣＨ１、および接着層ＢＮＤ１の厚さＴ１の合計値以下であることが好ましい。
【0057】
また、本実施の形態のように、部分ＬＩＤｐ２の下面ＬＩＤｂ２から配線基板ＳＵＢ１の上面２ｔまでの最短距離は、部分ＬＩＤｐ１の下面ＬＩＤｂ１から配線基板ＳＵＢ１の上面２ｔまでの最短距離よりも短いことが特に好ましい。
【0058】
さらに、図６に示すように、接着層ＢＮＤ２の厚さＴ２が厚さＴ１の５倍（２５０μｍ）になると、温度サイクル負荷の回数が４千サイクル弱（３千８百サイクル～４千サイクル程度）になる。温度サイクル負荷の回数が、この程度まで多くなると、図４に示す半導体チップＣＨＰ１と重畳する領域に配置された半田ボールＳＢに破断が発生する場合がある。半導体装置ＰＫＧ１の製品寿命を延ばすためには、部分ＬＩＤｐ２および接着層ＢＮＤ２とそれぞれ重畳する領域に配置された半田ボールＳＢ以外にも着目する必要がある。この観点からは、図５に示す厚さＴ２の値は厚さＴ１の値の５倍（２５０μｍ）以下であることが好ましい。これにより、特に破断が発生し易い半田ボールの損傷を抑制しつつ、かつ、放熱板ＬＩＤを安定して配線基板ＳＵＢ１上に接着固定させることができる。
【0059】
＜接着材料の貯蔵弾性率と製品寿命との関係の評価＞
次に、接着層ＢＮＤ２を構成する接着材料全体としての貯蔵弾性率と、製品寿命との関係について説明する。温度サイクル負荷が印加された時に図４に示す部分ＬＩＤｐ２および接着層ＢＮＤ２とそれぞれ重畳する領域に配置された半田ボールＳＢに生じる応力を小さくするためには、接着層ＢＮＤ２により応力を緩和させることができることが好ましい。この応力緩和特性は、上記したように接着層ＢＮＤ２の厚さを大きくすることで向上させる事ができるが、接着層ＢＮＤ２を構成する接着材料についても柔らかい（弾性変形し易い）方が好ましい。本願発明者は、接着層ＢＮＤ２を構成する接着材料の柔らかさを評価する指標として、貯蔵弾性率を採用した。
次に、接着層ＢＮＤ２を構成する接着材料全体としての貯蔵弾性率と、製品寿命との関係について説明する。温度サイクル負荷が印加された時に図４に示す部分ＬＩＤｐ２および接着層ＢＮＤ２とそれぞれ重畳する領域に配置された半田ボールＳＢに生じる応力を小さくするためには、接着層ＢＮＤ２により応力を緩和させることができることが好ましい。この応力緩和特性は、上記したように接着層ＢＮＤ２の厚さを大きくすることで向上させる事ができるが、接着層ＢＮＤ２を構成する接着材料についても柔らかい（弾性変形し易い）方が好ましい。本願発明者は、接着層ＢＮＤ２を構成する接着材料の柔らかさを評価する指標として、貯蔵弾性率を採用した。
【0060】
貯蔵弾性率とは、動的弾性率の一成分であって、物体に対する外力とひずみにより生じたエネルギーのうち、物体の内部に保存する成分である。動的弾性率のうち、物体の外部に拡散する成分は、損失弾性率である。今回は、温度サイクル負荷に対する接着層ＢＮＤ２の応力緩和特性を評価するため、引張モードにおける貯蔵弾性率を評価指標として用いた。
【0061】
まず、測定用の試験片として、試験対象の材料から成る短冊状の試験片を準備する。本願発明者が測定した試験片のサイズは、幅１０ｍｍ、長さ６０ｍｍ、厚さ５００μｍである。測定装置としては、動的粘弾性測定装置を用いた。測定では、試験片の長手方向の一方の端部を固定した状態で、他方の端部を把持したプローブが試験片の長手方向に振動する。今回の測定では振動の周波数は１Ｈｚとした。また、測定時の環境温度を－６５℃から３００℃まで５℃毎にステップ昇温させて、各温度での測定を行い、０℃での貯蔵弾性率を評価指標とした。
【0062】
まず、図６において実線で示した試験区の接着材料の場合、０℃における貯蔵弾性率は、１３２ＭＰａ（メガパスカル）であった。一方、図６において、点線で示した試験区の接着材料の場合、０℃における貯蔵弾性率は、１１．１ＭＰａであった。また、図６では図示を省略したが、図６に示す試験区で用いた接着材料よりも硬い接着材料についても貯蔵弾性率を測定した。本願発明者の検討によれば、０℃における貯蔵弾性率が２００ＭＰａ以下であれば、図６に実線で示した試験区と同等の結果が得られることが判った。
【0063】
なお、図６に示した試験区の他、０℃における貯蔵弾性率が極端に高い材料として、３．８９ＧＰａ（ギガパスカル）の材料を用いて製品寿命の評価を行った。この結果、厚さＴ２を厚くすることにより製品寿命を延長できることは確認できたが、半田ボールＳＢの破断が発生するまでに印加した温度サイクル負荷の回数は、図６に実線で示す試験区に対して７０％程度（実測値では６９．４％）であった。したがって、図５に示す接着層ＢＮＤ２を構成する接着材料の０℃における貯蔵弾性率は２００ＭＰａ以下であることが好ましい。
【0064】
また、図６において点線で示す試験区に用いた接着材料の場合、図５に示す接着層ＢＮＤ１の材料として用いた時の放熱特性が不足していた。ただし、応力緩和特性の観点からは、０℃における貯蔵弾性率は、１１．１ＭＰａである方が好ましい。したがって、放熱特性の観点からの要求仕様を満たせる材料であれば、０℃における貯蔵弾性率に特に下限値はなく、０Ｐａ（パスカル）よりも大きければ足りる。
【0065】
＜半導体チップと重畳する領域に配置された半田ボールの破断について＞
次に、図４に示す複数の半田ボールＳＢのうち、半導体チップＣＨＰ１と重畳する領域に配置された半田ボールＳＢの破断について説明する。上記の通り、本願発明者は、放熱板ＬＩＤを配線基板ＳＵＢ１に接着固定する接着層ＢＮＤ２と重畳する領域に配置された半田ボールＳＢに生じる破断に着目し、この発生を抑制する方法について検討した。ただし、上記した部分ＬＩＤｐ２および接着層ＢＮＤ２とそれぞれ重畳する領域以外に配置された半田ボールＳＢに破断が発生した場合でも、半導体装置ＰＫＧ１の信頼性低下の原因となる。特に、半導体チップＣＨＰ１の線膨張係数と配線基板ＳＵＢ１の線膨張係数との差が大きい場合、半導体チップＣＨＰ１と重畳する領域に配置された半田ボールＳＢに破断が生じやすい。
次に、図４に示す複数の半田ボールＳＢのうち、半導体チップＣＨＰ１と重畳する領域に配置された半田ボールＳＢの破断について説明する。上記の通り、本願発明者は、放熱板ＬＩＤを配線基板ＳＵＢ１に接着固定する接着層ＢＮＤ２と重畳する領域に配置された半田ボールＳＢに生じる破断に着目し、この発生を抑制する方法について検討した。ただし、上記した部分ＬＩＤｐ２および接着層ＢＮＤ２とそれぞれ重畳する領域以外に配置された半田ボールＳＢに破断が発生した場合でも、半導体装置ＰＫＧ１の信頼性低下の原因となる。特に、半導体チップＣＨＰ１の線膨張係数と配線基板ＳＵＢ１の線膨張係数との差が大きい場合、半導体チップＣＨＰ１と重畳する領域に配置された半田ボールＳＢに破断が生じやすい。
【0066】
本願発明者の検討結果によれば、図４に示す配線基板ＳＵＢ１のコア絶縁層２ＣＲの厚さおよび半導体チップＣＨＰ１の厚さを薄くすることにより、半導体チップＣＨＰ１と重畳する領域に配置された半田ボールＳＢの破断を抑制できることが判った。詳しくは、図５に示す半導体チップＣＨＰ１の厚さＴＣＨ１および図４に示すコア絶縁層２ＣＲの厚さ（上面２Ｃｔおよび下面２Ｃｂ）よりも図５に示す放熱板ＬＩＤの部分ＬＩＤｐ１の厚さＴＬ１が厚くなっていることが好ましいことが判った。例えば、図４に示す例では、コア絶縁層２ＣＲの厚さは、４１０μｍである。したがって、図５に示す放熱板ＬＩＤの部分ＬＩＤｐ１の厚さＴＬ１（例えば５００μｍ）は、半導体チップＣＨＰ１の厚さＴＣＨ１（例えば４００μｍ）および図４に示すコア絶縁層２ＣＲの厚さよりも厚い。なお、半導体チップＣＨＰ１と重畳する領域に配置された半田ボールＳＢの破断を抑制する観点からは、コア絶縁層２ＣＲの厚さは、半導体チップＣＨＰ１の厚さＴＣＨ１よりも厚い方が特に好ましい。
【0067】
上記条件を満たしていれば、半導体チップＣＨＰ１と重畳する領域に配置された半田ボールＳＢ（図４参照）に破断が生じる前に部分ＬＩＤｐ２および接着層ＢＮＤ２とそれぞれ重畳する領域に配置された半田ボールＳＢが破断する傾向がある。また、半導体チップＣＨＰ１と重畳する領域に配置された半田ボールＳＢに関しては、上記の対策により、破断発生までの温度サイクル負荷の回数を増加させることができる。したがって、本実施の形態によれば、半導体装置全体としての製品寿命を延ばすことができる。
【0068】
＜放熱板形状の変形例＞
次に、図１に示す放熱板ＬＩＤの形状の変形例について説明する。図７は、図１の放熱板に対する変形例である放熱板を備えた半導体装置を示す上面図である。図８は、図７に示す半導体装置の下面図である。なお、図７に示すＢ－Ｂ線に沿った断面図は、図４と同様なので、図示を省略し、必要に応じて図４を用いて説明する。
次に、図１に示す放熱板ＬＩＤの形状の変形例について説明する。図７は、図１の放熱板に対する変形例である放熱板を備えた半導体装置を示す上面図である。図８は、図７に示す半導体装置の下面図である。なお、図７に示すＢ－Ｂ線に沿った断面図は、図４と同様なので、図示を省略し、必要に応じて図４を用いて説明する。
【0069】
図７および図８に示す半導体装置ＰＫＧ２が有する放熱板ＬＩＤ２は、平面視において四角形を成す配線基板ＳＵＢ１の４つの角部周辺に部分ＬＩＤｐ２が形成されていない点で図１に示す放熱板ＬＩＤと相違する。詳しくは、放熱板ＬＩＤ２の場合、半導体チップＣＨＰ１と重畳する部分ＬＩＤｐ１と、部分ＬＩＤｐ１の周囲に配置され、かつ、接着層ＢＮＤ２（図４参照）を介して配線基板ＳＵＢ１の上面２ｔに接着固定された４つの部分ＬＩＤｐ２と、を有している。
【0070】
４つの部分ＬＩＤｐ２のそれぞれは、平面視において四角形を成す部分ＬＩＤｐ１の各辺に沿って配置されて、互いに離間している。また、図７に示す例では、放熱板ＬＩＤ２は、部分ＬＩＤｐ１と部分ＬＩＤｐ２との間に配置され、かつ、曲げ加工が施された部分（部、曲げ加工部、傾斜部）ＬＩＤｐ３を備えている。また、放熱板ＬＩＤ２は、部分ＬＩＤｐ１と部分ＬＩＤｐ３との間に配置された部分ＬＩＤｐ４を備えている。図４に示すように、部分ＬＩＤｐ４は、半導体チップＣＨＰ１と重畳せず、かつ、配線基板ＳＵＢ１の上面２ｔを基準面として部分ＬＩＤｐ１と同じ高さで部分ＬＩＤｐ１と部分ＬＩＤｐ３とを接続するように延びている。
【0071】
上記したように、放熱板ＬＩＤ２の場合、配線基板ＳＵＢ１の４つの角部周辺に部分ＬＩＤｐ２が形成されていない。このことは以下のように表現することができる。すなわち、放熱板ＬＩＤ２が備える４つの部分ＬＩＤｐ２のそれぞれは、Ｘ方向およびＸ方向に直交するＹ方向のうち、いずれか一つの方向に延びている。４つの部分ＬＩＤｐ２のそれぞれの延在方向の延長線上には、他の部分ＬＩＤｐ２が配置されていない。
【0072】
図示は省略するが、部分ＬＩＤｐ２の外縁の平面形状を四角形とした場合、上記した半田ボールＳＢ（図４参照）の破断は、四角形の角部の近くで発生し易い。四角形の角部には応力が集中し易いからである。本変形例の場合、図８に示すように、配線基板ＳＵＢ１の４つの角部周辺に配置された半田ボールＳＢは、接着層ＢＮＤ２と重畳していない。したがって、特に破断が発生し易い半田ボールＳＢに応力が集中することを回避できるので、破断が発生するまでの温度サイクル負荷の回数を増加させることができる。すなわち、製品寿命を延長させることができる。
【0073】
＜半田ボール配列の変形例＞
次に、図２に示す半田ボールＳＢの配列の変形例について説明する。図９は、図２に対する変形例を示す下面図である。図２では、複数の半田ボールＳＢのレイアウトの一例を示したが、半田ボールＳＢのレイアウトは、図２に示す態様の他、種々の変形例がある。例えば図９に示す半導体装置ＰＫＧ３の場合、半田ボールＳＢが行列上に等間隔で配列された、所謂フルグリッドのレイアウトになっている。図１～図８を用いて説明した技術は、図９に示すようなフルグリッドアレイの半導体装置ＰＫＧ３に適用しても有効である。
次に、図２に示す半田ボールＳＢの配列の変形例について説明する。図９は、図２に対する変形例を示す下面図である。図２では、複数の半田ボールＳＢのレイアウトの一例を示したが、半田ボールＳＢのレイアウトは、図２に示す態様の他、種々の変形例がある。例えば図９に示す半導体装置ＰＫＧ３の場合、半田ボールＳＢが行列上に等間隔で配列された、所謂フルグリッドのレイアウトになっている。図１～図８を用いて説明した技術は、図９に示すようなフルグリッドアレイの半導体装置ＰＫＧ３に適用しても有効である。
【0074】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【0075】
２ｂ 下面（面、主面、実装面）
２Ｃｂ 下面
２ＣＰ 導体パターン（導体プレーン）
２ＣＲ コア絶縁層（コア材、絶縁層）
２Ｃｔ 上面
２ｄ 配線
２ｅ 絶縁層
２ＬＤ ランド
２ＰＤ パッド
２ｓ，３ｓ 辺
２ｔ 上面（面、主面、チップ搭載面）
２ＴＨＷ スルーホール配線
２ｖ ビア配線
３ｂ 裏面（主面、下面）
３ＢＰ 突起電極（バンプ電極）
３ＰＤ 電極（パッド、電極パッド、ボンディングパッド）
３ｔ 表面（主面、上面）
Ｂ１ｂ，Ｂ１ｔ，Ｂ２ｂ，Ｂ２ｔ 接触面
ＢＮＤ１，ＢＮＤ２ 接着層
ＣＨＰ１ 半導体チップ（半導体部品、電子部品）
Ｆ１ フィラ
Ｇ１ ギャップ
Ｇ２ 高低差
ＬＩＤ 放熱板（リッド、ヒートスプレッダ、放熱部材）
ＬＩＤｔ 上面
ＬＩＤｂ、ＬＩＤｂ１，ＬＩＤｂ２ 下面
ＬＩＤｐ１，ＬＩＤｐ２，ＬＩＤｐ３，ＬＩＤｐ４ 部分
ＰＫＧ１，ＰＫＧ２，ＰＫＧ３ 半導体装置
Ｒ１ 樹脂
ＳＢ 半田ボール（半田材、外部端子、電極、外部電極）
ＳＲ１，ＳＲ２ 有機絶縁膜
ＳＵＢ１ 配線基板
Ｔ１，Ｔ２，ＴＣＨ１，ＴＬ１ 厚さ
ＵＦ アンダフィル樹脂（絶縁性樹脂）
ＷＬ１,ＷＬ２,ＷＬ３,ＷＬ４ 配線層
２Ｃｂ 下面
２ＣＰ 導体パターン（導体プレーン）
２ＣＲ コア絶縁層（コア材、絶縁層）
２Ｃｔ 上面
２ｄ 配線
２ｅ 絶縁層
２ＬＤ ランド
２ＰＤ パッド
２ｓ，３ｓ 辺
２ｔ 上面（面、主面、チップ搭載面）
２ＴＨＷ スルーホール配線
２ｖ ビア配線
３ｂ 裏面（主面、下面）
３ＢＰ 突起電極（バンプ電極）
３ＰＤ 電極（パッド、電極パッド、ボンディングパッド）
３ｔ 表面（主面、上面）
Ｂ１ｂ，Ｂ１ｔ，Ｂ２ｂ，Ｂ２ｔ 接触面
ＢＮＤ１，ＢＮＤ２ 接着層
ＣＨＰ１ 半導体チップ（半導体部品、電子部品）
Ｆ１ フィラ
Ｇ１ ギャップ
Ｇ２ 高低差
ＬＩＤ 放熱板（リッド、ヒートスプレッダ、放熱部材）
ＬＩＤｔ 上面
ＬＩＤｂ、ＬＩＤｂ１，ＬＩＤｂ２ 下面
ＬＩＤｐ１，ＬＩＤｐ２，ＬＩＤｐ３，ＬＩＤｐ４ 部分
ＰＫＧ１，ＰＫＧ２，ＰＫＧ３ 半導体装置
Ｒ１ 樹脂
ＳＢ 半田ボール（半田材、外部端子、電極、外部電極）
ＳＲ１，ＳＲ２ 有機絶縁膜
ＳＵＢ１ 配線基板
Ｔ１，Ｔ２，ＴＣＨ１，ＴＬ１ 厚さ
ＵＦ アンダフィル樹脂（絶縁性樹脂）
ＷＬ１,ＷＬ２,ＷＬ３,ＷＬ４ 配線層
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】