專利名稱：半導體模塊、便攜式設備及半導體模塊的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體模塊，特別是涉及具有散熱材料的半導體模塊。
技術背景在便攜式電話、PDA、 DVC、 DSC這些便攜式電子設備的多功能化急 速發(fā)展中，為使這些產(chǎn)品被市場接受、小型、輕型化是必須的，為了實現(xiàn) 該目標需要高集成電路系統(tǒng)LSI。另一方面，對于這些電子設備，需要使用 更加方便，對于使用在設備中的LSI,要求多功能化、高性能化。因此，伴 隨著LSI芯片的高集成化，其I/0數(shù)量增加，另一方面，也要求封裝自身的 小型化，為了使這兩者并存，適應于半導體部件的高密度的基板安裝的半 導體封裝的開發(fā)也被強烈要求。為了對應這些要求，被稱為CSP( Chip Size Package:芯片尺寸封裝)的各種各樣的封裝技術被開發(fā)。在CSP中，通過將在一主面上形成有LSI (電路元件)及與其連接的 外部連接電極的半導體晶片(半導體基板)進行切割而單個化來形成封裝。 因此，CSP能夠以與LSI芯片相同的尺寸固定在安裝基板上，使安裝有CSP 一側的安裝基板小型化成為可能。因此，通過采用CSP,也可以使電子設 備等全套設備整體小型化。另外，近些年，伴隨著LSI的進一步的高性能化、多功能化，其消耗 的電能有增加的趨勢。因此，設置有LSI的CSP (半導體模塊)的單位體 積的消耗電能(熱密度)上升，其散熱對策的必要性提高。作為對策，提 出以下的方法，在構成CSP (半導體模塊)的半導體基板的背面形成散熱 率高的散熱膜(例如含有陶瓷粉末的覆蓋膜)或熱傳導率高的傳熱膜(例 如銅或鋁)，使由CSP (半導體模塊)產(chǎn)生的熱量有效地排出到外部(參照 專利文獻1 )。專利文獻1:(曰本)特開2004-172542號公報一般，在CSP (半導體模塊)中采用的散熱材料(特別是傳熱膜)中 具有在形成過程中產(chǎn)生的內(nèi)應力(散熱材料伸長方向的應力)，作為CSP， 即使在單個化的狀態(tài)下，散熱材料中殘留也有內(nèi)應力。因此，在半導體基板與散熱材料之間產(chǎn)生剝落，損壞CSP (半導體模塊)的可靠性。特別是 在對CSP (半導體模塊)加熱時其可能性進一步增大。另外，今后，為了實現(xiàn)CSP (半導體模塊)的薄型化而發(fā)展半導體基板的薄膜化時，殘留在該散熱材料中的內(nèi)應力的影響相對變強。因此，例 如，當散熱材料的殘余應力超過半導體基板的剛性時，半導體基板與散熱材料之間即使不產(chǎn)生剝落，含有半導體基板的CSP (半導體模塊)也有可能會翹曲產(chǎn)生變形。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是鑒于上述狀況而提出的，其目的在于提供一種抑制由于散熱 材料引起的可靠性的惡化、提高半導體模塊的散熱性。為了解決上述課題，本發(fā)明的一種方式的半導體模塊具有半導體基 板，其具有設置有電路元件的第一主表面和與該第一主表面相對的第二主 表面；電極，其設置在所述第一主表面上，與所述電路元件電連接；絕緣 層，其設置在所述第二主表面上；散熱部，其設置在所述絕緣層上；突起 部，其與所述散熱部設置為一體，貫通所述絕緣層與所述第二主表面連接。根據(jù)該結構，利用與散熱部一體設置的突起部降低散熱部的內(nèi)應力(散 熱部伸長的方向的應力)，因此，抑制散熱部自身的翹曲。因此，在將這樣 的^i熱部設置到半導體基板的半導體模塊中，與以往相比，可以抑制從半 導體基板的剝落或半導體基板的翹曲(變形)的問題。另外，由于經(jīng)由突 起部可以使來自半導體基板的熱量傳遞到散熱部，并能使熱量排出到外部， 因此，與經(jīng)由絕緣層在半導體基板上設置散熱部(沒有突起部的散熱部) 的情況相比，可以謀求提高半導體模塊的散熱性。因此，可以抑制由于散 熱部引起的可靠性的惡化，同時，提高半導體模塊的散熱性。在上述結構中，優(yōu)選突起部設置成多個，相對散熱部平面排列成矩陣 狀。由此，可以有效地降低散熱部的內(nèi)應力，可以進一步提高半導體模塊 的可靠性。在上述結構中，優(yōu)選突起部其前端埋入到半導體基板內(nèi)。由此，在對 半導體基板與散熱部之間施加剪切應力時，通過埋入到半導體基板內(nèi)的突 起部可以防止兩者的錯位，因此，可以進一步提高半導體基板與散熱部之間的連接可靠性。在上述結構中，也可以在除去突起部的散熱部與絕緣層之間形成間隙。 在上述結構中，散熱部也可以以有選擇地覆蓋所述半導體基板的特定區(qū)域的方式構圖。這時，圖形的一部分也可以作為配線而被利用。這時，由于可以將散熱部的一部分作為配線利用，能提高配線的設計自由度，實現(xiàn)半導體模塊的小型化。本發(fā)明的其他的方式為便攜式設備。該便攜式設備具有框體和收納在框體的上述任意一項的結構的半導體模塊。在上述結構的便攜式設備中，半導體模塊的散熱部也可以與框體的內(nèi)面連接。本發(fā)明的其他的方式為半導體模塊的制造方法，該半導體模塊的制造 方法具有準備半導體基板的工序，該半導體基板在第一主表面上設置有電路元件；形成絕緣層的工序，在半導體基板的第二主表面形成具有開口 部的絕纟彖層；形成散熱部的工序，在所述開口部的內(nèi)部埋入金屬，而且， 通過在所述開口部及所述絕緣層的上部覆蓋金屬，形成與突起部一體設置 的散熱部。本發(fā)明其他的方式為半導體模塊的制造方法。該半導體模塊的制造方 法具有準備半導體基板的工序，該半導體基板在第一主表面上設置有電 路元件；形成絕緣層的工序，在半導體基板的第二主表面形成絕緣層；接 觸工序，將與突起部一體設置的散熱部相對所述半導體基板的第二主表面 壓接，使貫通所述絕緣層的所述突起部接觸到所述半導體基板的第二主表 面。在上述結構的半導體模塊的制造方法中，絕緣層也可以具有粘接性。在上述結構的半導體模塊的制造方法中，絕緣層也可以由通過加壓引 起可塑流動性的絕緣樹脂形成。另外，在上述結構的半導體模塊的制造方 法中也可以進一步具有有選擇地去除所述散熱部形成圖形的工序。另外， 在上述結構的半導體模塊的制造方法中也可以在相對所述半導體基板的第 二主表面而被壓接的所述散熱部上預先形成圖形。另外，在上述結構的半 導體模塊的制造方法中所述絕緣層也可以具有粘接性。根據(jù)本發(fā)明，提供能抑制由于散熱部而引起的可靠性的惡化，同時、 提高散熱性的半導體模塊。


圖l是本發(fā)明的第一實施方式的半導體模塊的簡略剖面圖； 圖2 (A)、 (B)是表示圖1中的散熱部上設置的突起部的排列狀態(tài)的 平面圖；圖3 (A) ~ (D)是用于說明本發(fā)明第一實施方式的半導體模塊的制造工藝的簡略剖面圖；圖4(A) ~ (C)是用于說明本發(fā)明第一實施方式的半導體模塊的制造工藝的簡略剖面圖；圖5是本發(fā)明的第二實施方式的半導體模塊的簡略剖面圖；圖6 (A) ~ (D)是用于說明本發(fā)明第二實施方式的半導體模塊的一體形成有突起部的銅板的形成方法的簡略剖面圖；圖7 (A) ~ (D)是用于說明本發(fā)明第二實施方式的半導體模塊的制造工藝的簡略剖面圖；圖8 (A) ~ (D)是用于說明本發(fā)明第二實施方式的半導體模塊的制造工藝的簡略剖面圖；圖9是本發(fā)明的第三實施方式的半導體模塊的筒略剖面圖；圖10是本發(fā)明的第四實施方式的半導體模塊的筒略剖面圖；圖11是本發(fā)明的第五實施方式的半導體模塊的簡略剖面圖；圖12是本發(fā)明的第六實施方式的便攜式電話的簡略剖面圖；圖13是圖12所示的便攜式電話的局部剖面圖(第一框體的剖面圖)。附圖標記1:半導體基板2:電^各元件2a:電極3:保護膜4:再配線圖形4a:與再配線圖形一體化形成的電極 7:絕緣層 8:散熱部8a:與散熱部一體化形成的突起部
具體實施方式
下面，基于附圖對具體實現(xiàn)本發(fā)明的實施方式進行說明。另外，在全 部附圖中，同樣的構成要素附上相同的附圖標記，適當省略說明。 第一實施方式圖1是本發(fā)明的第一實施方式的半導體模塊簡略剖面圖?；趫Dl對 第一實施方式的半導體^^莫塊進行說明。半導體基板1采用P型硅基板等，在其表面S (下面?zhèn)?利用公知的技術形成規(guī)定的電氣電路等電路元件2，在作為安裝面的表面S (特別是周 邊部)上形成有電路元件2的電極2a。在除該電極2a之外的半導體基板1 的表面上的區(qū)域形成有保護膜3。進而，為進一步拓寬電極2a的間距，連 接電極2a的露出面形成有再配線圖形4及與該再配線圖形4 一體設置的電 極4a。另外，半導體基板1為本發(fā)明的半導體基板、電路元件2為本發(fā)明 的電路元件、表面S為本發(fā)明的第一主表面、電極4a為本發(fā)明的電極的一 實施例。絕緣層7形成在半導體基板1的背面R (上面?zhèn)?上。絕緣層7釆用 以環(huán)氧樹脂為主要成分的膜，其厚度例如大約為100wm。在此，作為以環(huán) 氧樹脂為主要成分的絕緣層7，可以是在編織的玻璃纖維中浸漬有樹脂類型 的膜，或者，也可以是在絕緣層7添加直徑大約為2jum 10lim左右的填 料的膜。作為該填料，為氧化鋁(A1203)、氧化硅(Si02)、氮化鋁(A1N)、 氮化硅(SiN)及氮化硼(BN)等。這樣的填料的重量填充率優(yōu)選為大約 30%~80%。另外，優(yōu)選絕緣層7具有粘接性。由此，抑制后述的散熱部8 從半導體基板l剝離。在絕緣層7上形成有直徑大約為60 p m且在厚度方向貫通絕緣層7的 多個開口部7a，該開口部7a以A見定的間隔(例如，約300jum)而形成。 為了有效地降低散熱部8的內(nèi)應力，該多個開口部7a相對散熱部8設置成 平面矩陣狀。作為矩陣排列，例如列舉有正方格柵狀或蜂窩狀(配置成正 六方形及其中心的狀態(tài))。另外，背面R是本發(fā)明的第二主表面、絕緣層7 是本發(fā)明的絕緣層的 一 實施例。散熱部形成在絕緣層7上，貫通絕緣層7的開口部7a內(nèi)形成的突起部 8a —體設置在散熱部8上。在散熱部8及突起部8a上，例如采用銅或鋁等 金屬膜，散熱部8的厚度例如為大約10nm，散熱部8以覆蓋半導體基板1 的背面R的方式在整個面設置，突起部8a的前端直接與半導體基板1的背 面R連接而形成。這樣，突起部8a與半導體基板l處于熱接合狀態(tài)，來自 半導體基板1的熱量經(jīng)由突起部8a傳遞到散熱部8,半導體基板1的熱量 有效地被排出。突起部8a設置為具有大約為60jam的直徑的圓型，對應各 個開口部7a而設置。因此，多個突起部8a與開口部7a相同，具有平面的 矩陣狀排列，如圖2所示，相對散熱部8以(A)正方格柵狀或(B)蜂窩 狀等間隔(間隔X)排列。另外，散熱部8為本發(fā)明的散熱部、突起部8a 為本發(fā)明的突起部的 一 實施例。 制造方法圖3及圖4是用于說明圖1所示的第一實施方式的半導體模塊的制造 工藝的簡略剖面圖。接著，參照圖1、圖3及圖4對第一實施方式的半導體 模塊的制造工藝進行說明。如圖3 ( A)所示，準備半導體基板1形成為矩陣狀的半導體晶片，該 半導體基板1在表面S具有電路元件2的電極2a及保護膜3。另外，半導 體晶片通過多個劃線5劃分成多個半導體模塊形成區(qū)域6。該半導體模塊形 成區(qū)域6為前面所述的形成半導體模塊的區(qū)域。具體地，相對P型硅基板 等半導體晶片內(nèi)的各自的半導體基板1,在其表面S (下面?zhèn)?利用公知的 技術形成規(guī)定的電路等電路元件2，并在其周邊部或者上部形成電極2a。電 極2a的材料一般采用鋁(Al)等金屬。在除該電極2a之外的半導體基板1 的表面S上的區(qū)域，形成用于保護半導體基板1的絕緣性保護膜3。作為保 護膜3采用氧化硅膜(Si02)或氮化硅膜(SiN)等。如圖3(B)所示，為了拓寬電極2a的間距，與電極2a的露出面連接， 形成由銅(Cu)構成的再配線圖形4及與該再配線圖形4一體化的電極4a。 在此，重復兩次抗蝕劑圖形的形成、鍍銅處理及抗蝕劑的去除過程，形成 所希望的再配線圖形4及電極4a。這樣，由于再配線圖形4與電極4a—體 化形成，從電路元件2的電極2a到電極4a之間的路徑?jīng)]有不同材料之間的 連接部。因此，由于半導體模塊的使用狀況下的溫度變化，在該部分即使 作用熱應力，斷線等的可能性也小。如圖3 ( C )所示，將附有銅箔8z的絕緣層7從半導體基板1 (半導體 晶片)的背面R(上面?zhèn)?在真空下或減壓狀態(tài)下進行熱壓接。在此，絕緣 層7的厚度例如大約為100jum，銅箔8z的厚度例如大約為10nm。作為絕
緣層7采用以上所示的材料。另外，作為絕緣層7，在采用編織的玻璃纖維 中浸漬有樹脂的類型的膜或添加填料的膜時，由于絕緣層7的熱導率高， 因此，來自半導體基板1的熱量經(jīng)由絕緣層7傳遞到散熱部8上，可以提 高半導體模塊的散熱性。如圖3 (D)所示，利用光刻技術及蝕刻技術除去位于開口部7a (參照 圖1)的形成區(qū)域的銅箔8z。由此，使絕緣層7的開口部7a的形成區(qū)域露出。接著，如圖4 (A)所示，通過從銅箔8z的上方照射碳酸氣體激光或 UV激光，除去自絕緣層7的露出表面直到半導體基板1的背面R的區(qū)域。 由此，在絕緣層7上形成直徑大約為60nm、貫通絕緣層7的開口部7a。如圖4 (B)所示，使用無電解電鍍法，在銅箔8z的表面及開口部7a 的內(nèi)面上以大約1 jam的厚度鍍銅。接著，使用電解電鍍法，在銅箔8z的 表面及開口部7a的內(nèi)部鍍銅。另夕卜，在本實施方式中，通過在電鍍液中添 加抑制液及促進劑，使抑制劑吸附在銅箔8z的表面上，而且，使促進劑吸 附在開口部7a的內(nèi)面上。由此，由于能夠使開口部7a的內(nèi)面上鍍銅的厚度 厚，因此，可以將銅埋入到開口部7a內(nèi)。其結果，如圖4(B)所示，具有 大約為100nm的厚度的散熱部8以覆蓋半導體基板l (半導體晶片)整個 面的方式形成在絕緣層7上，而且，在開口部7a內(nèi)埋入形成有突起部8a。 即、突起部8a與散熱部8形成為一體，而且，突起部8a貫通絕緣層7，其 前端與半導體基板l(半導體晶片)的背面R直接連接而形成。如圖4 ( C )所示，通過沿著劃分多個半導體才莫塊形成區(qū)域6的劃線5 、 從半導體晶片的背面R (上面?zhèn)?切割半導體晶片，單個形成具有與半導體基板1相同的外形尺寸的半導體模塊。然后，通過藥液進行洗凈處理，除 去切割時產(chǎn)生的殘渣等。這時，半導體模塊的側壁露出的絕緣層7僅被除 去少許，散熱部8的表面積增加，因此，與沒有進行藥液處理的情況相比， 散熱部8的散熱性提高。另外，當切割時在散熱部8的側面及半導體基板1 的側面分別形成凹凸時，各自的側面的表面積增加，由于該部分的散熱性 增加，因此，可以提高作為半導體模塊的散熱性。通過這些工序，制造前面的圖1所示的第一實施方式的半導體模塊。 根據(jù)以上說明的第 一 實施方式的半導體模塊及其制造方法，可以得到 以下的效果。(1 )由于通過與散熱部8 —體設置的突起部8a降低散熱部8的內(nèi)應 力(散熱部8伸長方向的應力)，抑制散熱部8自身的翹曲。因此，在將這 樣的散熱部8設置到半導體基板1的半導體模塊中，與以往相比，可以抑 制從半導體基板1的剝落或半導體基板1的翹曲(變形)的問題。另外， 由于經(jīng)由突起部8a可以使來自半導體基板1的熱量傳遞到散熱部8,并能 使熱量排出到外部，因此，與經(jīng)由絕緣層在半導體基板上設置散熱部(沒 有突起部的散熱部)的情況相比，可以謀求提高半導體模塊的散熱性。因 此，可以抑制由于散熱部8引起的可靠性的惡化，同時，提高半導體模塊 的散熱性。(2)通過將突起部8a相對散熱部8排列成平面矩陣狀。由此，可以 有效地降低散熱部8的內(nèi)應力，可以進一步提高半導體模塊的可靠性。(3 )通過將散熱部8與半導體基板1經(jīng)由突起部8a連接，即使在熱 量從半導體基板1傳遞到散熱部8,散熱部伸長的情況下，突起部8a緩和 該伸長對半導體基板1的影響(散熱部8與半導體基板1的伸長量的差)， 與以往相比，可以提高半導體模塊的可靠性。(4 )由于是在半導體模塊單個化之前的半導體晶片的狀態(tài)下一并形成 散熱部8，因此，與在每個半導體模塊上分別形成散熱部8等的情況相比， 可以降低半導體模塊的制造成本。 第二實施方式圖5是本發(fā)明的第二實施方式的半導體模塊的簡略剖面圖?；趫D5 對第二實施方式的半導體模塊進行說明。半導體基板11采用P型硅基板等，在其表面S2 (下面?zhèn)?利用公知的 技術形成所規(guī)定的電路等電路元件12,在作為安裝面的表面S2 (特別是周 邊部)上形成有電路元件12的電極12a。在除該電極12a之外的半導體基 板11的表面上的區(qū)域形成有保護膜13。另外，半導體基板11為本發(fā)明的 半導體基板、電路元件12為本發(fā)明的電路元件、表面S2為本發(fā)明的第一 主表面的一實施例。絕緣層17形成在半導體基板1的背面R2 (上面?zhèn)?上，其厚度例如 大約為100pm。絕緣層17由加壓時引起塑性流動的材料構成。作為加壓 時引起塑性流動的材料，列舉有環(huán)氧類熱固性樹脂。絕緣層17中所采用的 環(huán)氧類熱固性樹脂，例如只要是具有在溫度為160°C、壓力為8MPa的條件 下、粘度為lkPa.s的特性的材料就可以。另外，在溫度為160。C的條件下， 在該材料以15MPa加壓的情況下，與沒有加壓的情況相比，樹脂的粘度約 下降為1/8。對此，熱固化之前的B級的環(huán)氧樹脂，在?；瘻囟萒g以下的 條件下，與樹脂沒有加壓時相同水平，沒有粘性，即使加壓也不產(chǎn)生粘性。 另外，背面R2為本發(fā)明的第二主表面、絕緣層17為本發(fā)明的絕緣層的一 實施例。散熱部18在絕緣層17上形成，貫通該絕緣層17的突起部18a —體設 置在散熱部18上。散熱部18及突起部18a例如采用銅等金屬膜，散熱部 18的厚度例如大約為100jum，突起部18a的高度例如大約為100|um。散 熱部18以覆蓋半導體基板11的背面R2的方式設置在整個面。突起部18a 設置成圓型，具有與半導體基板11的接觸面平行的前端部18al和伴隨著靠 近前端部18al直徑變細而形成的側面部18a2。突起部18a的前端(前端部 18al )的直徑及其基面的直徑分別大約為(j) 40 m m及小60 m m。另夕卜，多個 突起部18a相對散熱部18平面設置成矩陣狀。作為矩陣狀的排列列舉有例 如前面第一實施方式中的圖2所示的正方格柵狀或蜂窩狀。多個突起部18a 隔開所規(guī)定的間隔(例如大約為300jam)而形成。突起部18a的前端(18al ) 與半導體基板11的背面R2直接連接而形成。這樣，突起部18a與半導體 基板11處于熱接合狀態(tài)，來自半導體基板11的熱量經(jīng)由突起部18a傳遞到 散熱部18，半導體基板11的熱量有效地被放出。另外，散熱部18是本發(fā) 明的散熱部、突起部18a為本發(fā)明的突起部的一實施例。在半導體基板11的表面S2 (下面?zhèn)?，為了進一步拓寬電極12a的間 距，在電極12a及保護膜13上形成絕緣層19,形成有貫通該絕緣層19并 與電極12a的露出面連接的突起狀的導體部14a，和一體設置有該導體部14a 的再配線圖形14。經(jīng)由導體部14a與電極12a連接的部分的再配線圖形14 上，在其外面?zhèn)?下面?zhèn)?設置有電極(焊錫凸起)20。另外，電極20為 本發(fā)明的電^L的一實施例。絕緣層19采用與絕緣層17相同的材料，其厚度例如大約為60|Lim。再配線圖形14形成在絕緣層19上，在再配線圖形14上一體設置有貫 通該絕緣層19的突起狀的導體部14a。在再配線圖形14及導體部14a上， 例如采用由軋制的銅構成的軋制金屬。由銅構成的軋制金屬與由電鍍處理 形成的銅構成的金屬膜比較時，機械強度變強，很適于作為用于再配線的
材料。再配線圖形14的厚度例如大約為30ym，導體部14a的高度(厚度) 例如大約為60)um。導體部14a設置成圓型，具有與半導體基板11的電極 12a的接觸面平行的前端部14al和伴隨著靠近前端部14al直徑變細而形成 的側面部14a2。導體部14a的前端(前端部14al )的直徑及其基面的直徑 分別大約為(j)40]um及(])60pm。另外，導體部14a分別對應電極12a而設 置。導體部14a的前端(前端部14al )與半導體基板11的電極12a直接連 接而形成，電極12a與再配線圖形14電連接。 制造方法圖6是用于說明一體形成突起部的銅板的形成方法的剖面圖。圖7及 圖8是用于說明圖6所示的第二實施方式的半導體模塊的制造工藝的剖面 圖。接著，參照圖5 圖8，對第二實施方式的半導體模塊的制造工藝進行說明。如圖6 (A)所示，準備厚度至少比突起部18a的高度與散熱部18的 厚度之和更大的銅板18z。在此，銅板18z的厚度大約為300|am。作為銅 板18z釆用被軋制的銅構成的軋制金屬。如圖6(B)所示，使用通常的光刻法，在突起部形成區(qū)域形成抗蝕劑 掩模21。突起部形成區(qū)域的排列為如上所述。如圖6 (C)所示，將該抗蝕劑掩模21作為掩模進行蝕刻處理，在銅 板18z上形成所規(guī)定圖形的突起部18a。這時，通過調整蝕刻條件，形成具 有隨著靠近突起部的前端部18al、直徑變細的側面部18a2。在此，突起部 18a的高度大約為100pm,突起部18a的前端(前端部18al )的直徑及其 基面的直徑分別大約為(!) 40 iu m及4) 60 ju m。如圖6(D)所示，除去抗蝕劑掩模21。由此，相對銅板18z形成具有 前端部18al及側面部18a2的突起部18a，該側面部18a2伴隨著靠近前端 部18al、直徑變細而形成。另外，代替抗蝕劑掩模21也可以采用銀(Ag) 等金屬掩模。在這種情況下，由于充分確保與銅板18z的蝕刻選擇比，因此， 可以實現(xiàn)突起部18a的構圖的進一步精細化。另外，對于一體形成突起狀的導體部14a的銅板14z也可以采用上述 方法形成。由此，相對銅板14z形成具有前端部14al及側面部14a2的導體 部14a，該側面部14a2伴隨著靠近前端部14al、直徑變細而形成。另外， 突起狀的導體部14a的高度大約為60jLim,導體部14a的前端(前端部18al ) 的直徑及其基面的直徑分別大約為(f) 40 ji m及(f) 60 ia m。另外，分別準備用上述工序制造的銅板18z及銅板14z，用于下面說明 的第二實施方式的半導體模塊的制造工藝。首先，如圖7 (A)所示，準備在表面S2上具有電極12a及保護膜13 的半導體基板ll形成為矩陣狀的半導體晶片。另外，半導體晶片由多個劃 線15劃分成多個半導體模塊形成區(qū)域16。該半導體模塊形成區(qū)域16為前 面所述的形成半導體模塊的區(qū)域。具體地，相對P型硅基板等半導體晶片 內(nèi)的各自的半導體基板11，在其表面S2 (下面?zhèn)?利用公知的技術在規(guī)定 的電路等電路元件12及其周邊部或上部形成電極12a。電極12a的材料一 般采用鋁等金屬。在除該電極12a之外的半導體基板11的表面S2上的區(qū)域 形成用于保護半導體基板11的絕緣性保護膜13。作為保護膜13采用氧化 硅膜(Si02)或氮化硅膜(SiN)等。如圖7 (B)所示，在半導體晶片(半導體基板11)的背面R2 (上面 側)，在半導體基板11和一體形成有突起部18a的銅板18z之間夾持有絕緣 層17。絕緣層17的厚度與突起部18a的高度為相同水平，大約為100jam。 進而，在半導體晶片(半導體基板11)的表面S2 (下面?zhèn)?，在半導體基 板11和一體形成有突起狀導體部14a的銅板14z之間夾持有絕緣層19。絕 緣層19的厚度與導體部14a的高度為相同水平，大約為60ym。另外，一 體形成有突起部18a的銅才反18z及一體形成有導體部14a的銅氺反14z的形成 方法為如上所述。另外，優(yōu)選絕緣層17及絕緣層19具有粘接性。據(jù)此， 抑制后述的散熱部18及再配線圖形14從半導體基板11剝離的情況。如圖7(C)所示，在上述的夾持的基礎上，由利用沖壓裝置進行加壓 成形，使銅板18z、絕緣層17、半導體基板ll、絕緣層19及銅板14z—體 化。沖壓加工時的壓力及溫度分別為15MPa及180°C。通過沖壓加工，突 起部18a貫通絕緣層17,突起部18a與半導體基板11的背面R2連接。與 此同時，突起狀的導體部14a貫通絕緣層19，導體部14a與半導體基板11 的電極12a電連接。由于突起部18a (導體部14a)具有伴隨著前端部18al (前端部14al )直徑變細而形成的側面部18a2 (側面部14a2)，突起部18a (導體部14a)順暢地貫通絕緣層17 (絕緣層19 )。利用沖壓加工時的壓力，使絕緣層17 (絕緣層19)的粘度降低，絕緣 層17 (絕緣層19)引起塑性流動。由此，絕緣層17 (絕緣層19)從突起
部18a (導體部14a)與半導體基板11的背面R2 (半導體基板11的電極 12)的界面^皮擠出，絕緣層17 (絕緣層19)的一部分難于殘留在界面。如圖7(D)所示，通過對銅板18z整體進行蝕刻，將銅板18z調整到 散熱部18的厚度。本實施方式中的散熱部18的厚度大約為lOOMm。由此， 在絕緣層17上形成與貫通該絕緣層17的突起部18a—體設置的散熱部18。接著，如圖8 (A)所示，通過對銅板14z整體進行蝕刻，將銅板14z 調整到再配線圖形14的厚度。本實施方式中的再配線圖形14的厚度大約 為30 |im。如圖8(B)所示，使用光刻技術及蝕刻技術，以生成再配線圖形14 的方式而構圖。如圖8(C)所示，使用焊錫印刷法，經(jīng)由導體部14a相對于與電極12a 連接的部分的再配線圖形14形成作為外部連接端子而起作用的電極(焊錫 柱)20。具體地，將用樹脂與焊錫材料作為膏狀的"焊錫膏"，通過網(wǎng)版印 刷到所希望的部位，通過加熱到焊錫熔化溫度，形成電極(焊錫柱)20。 或者，作為另外的方法，預先也可以在再配線圖形14側涂布焊劑，將焊錫 柱固定在再配線圖形14上。如圖8 (D)所示，沿著劃分多個半導體模塊形成區(qū)域16的劃線15， 通過從半導體晶片的背面R2 (上面?zhèn)?切割半導體晶片，從而使具有與半 導體基板11相同外形尺寸的半導體模塊單個化。然后，通過由藥液進行洗 滌處理，除去切割時產(chǎn)生的殘渣等。利用上迷的工序，制造所述圖4所示的第二實施方式的半導體模塊。根據(jù)該第二實施方式的半導體模塊及其制造方法，可以得到以下的效果。(5 )由于通過與散熱部18 —體設置的突起部18a降低散熱部18的內(nèi) 應力(散熱部18伸長方向的應力)，抑制散熱部18自身的翹曲。因此，在 將這樣的散熱部18設置到半導體基板11的半導體模塊中，與以往相比， 可以抑制從半導體基板11的剝落或半導體基板11的翹曲(變形)的問題。 另外，由于經(jīng)由突起部8a可以使來自半導體基板11的熱量傳遞到散熱部， 并能使熱量排出到外部，因此，與經(jīng)由絕緣層在半導體基板上設置散熱部 (沒有突起部的散熱部)的情況相比，可以謀求提高半導體模塊的散熱性。 因此，可以抑制由于散熱部18引起的可靠性的惡化，同時，提高半導體模塊的散熱性。(6) 通過將突起部18a相對散熱部18排列成平面矩陣狀。由此，可 以有效地降低散熱部18的內(nèi)應力，可以進一步提高半導體模塊的可靠性。(7) 通過將散熱部18與半導體基板11經(jīng)由突起部18a連接，即使在 熱量從半導體基板11傳遞到散熱部18從而散熱部伸長的情況下，突起部 18a緩和該伸長對半導體基板11的影響(散熱部18與半導體基板11的伸 長量的差)，與以往相比，可以提高半導體模塊的可靠性。(8) —體形成有突起部18a的銅板18z (散熱部18)通過另外的工序 進行制造，可以只選擇合格品進行貼附，另外，僅通過一個工序(沖壓加 工)就可以自配合地形成貫通絕緣層17的突起部18a，與所述的第一實施 方式相比，可以實現(xiàn)高的與突起部一體化的散熱部的制造成品率。因此， 能實現(xiàn)半導體模塊的低成本化。(9) 通過在半導體模塊11的背面S2 (下面?zhèn)?設置與導體部14a — 體化的再配線圖形14,可以利用再配線圖形14作用到半導體基板11的應 力(由導體部14a降低的再配線圖形14的應力)來抵消散熱部18作用到半 導體基板ll的應力(由突起部18a降低的散熱部18的應力)。因此，在由 突起部18a引起的散熱部18的內(nèi)應力降低的效果的基礎上，利用兩者產(chǎn)生 的應力抵消效果，可以抑制半導體模塊整體的翹曲，進一步提高半導體模 塊的可靠性。(10) 通過將以散熱部18及再配線圖形14為基礎的銅板18z及銅板 14z的沖壓加工同時進行，可以在以后的工序中降低、抑制半導體模塊的內(nèi) 應力的影響，因此，可以實現(xiàn)高的半導體模塊的制造成品率。因此，能實 現(xiàn)半導體模塊的低成本化。(11 )由于是在半導體模塊單個化之前的半導體晶片的狀態(tài)下一次形 成散熱部18及再配線圖形14等，因此，與在每個半導體模塊上分別形成 散熱部8及再配線圖形14等的情況相比，可以降低半導體模塊的制造成本。 第三實施方式圖9是本發(fā)明的第三實施方式的半導體模塊的簡略剖面圖。與第二實 施方式不同之處為突起部18a的一部分埋入半導體基板11的背面R2(上面 側)。除此之外，與第二實施方式相同。相對前面的圖7 (A)中準備的半導體晶片(半導體基板11)的背面R2(上面?zhèn)?，利用光刻技術及蝕刻技術，通過在連接突起部18a的區(qū)域預 先形成凹部22 ，可以實現(xiàn)這樣的突起部18a的埋入結構。凹部22的形狀對 應突起部18a的埋入部分形成為錐狀。另外，凹部22的深度D例如大約為 20|am，與此相對應，突起部18a的高度形成為較高。根據(jù)該第三實施方式的半導體模塊及其制造方法，在第二實施方式上 述的(5) ~ (11)的效果的基礎上，還可以得到下面的效果。(12 )通過使突起部18a的前端部埋入到半導體基板11內(nèi)而形成，增 加半導體基板11與突起部18a的接觸面積，提高兩者之間的密封性，因此， 可以進一步提高半導體基板11與散熱部18a(突起部18a)之間的連接可靠 性。另外，通過增加半導體基板11與突起部18a的接觸面積，由于來自半 導體基板11的熱量有效地傳遞到突起部18a,因此，可以進一步提高半導 體模塊的散熱性。(13) 在半導體基板11與散熱部18之間施加有剪切應力的情況下， 由于利用埋入到半導體基板11部分的突起部18a,可以防止兩者之間的錯 位，因此，可以進一步提高半導體基板11與散熱部18a之間的連接可靠性。(14) 通過在半導體基板11的背面R2 (上面?zhèn)?設置凹部22,在對 一體形成有突起部18a的銅板18z進行沖壓加工的工序中，相對凹部22可 以自配合地對準位置，因此，可以容易地制造半導體才莫塊。第四實施方式圖IO是本發(fā)明的第四實施方式的半導體模塊的簡略剖面圖。與第二實 施方式的不同之處是在絕緣層17與散熱部18之間設置間隙H。除此之外， 與第二實施方式相同。另外，間隙H只要設置在除突起部18a之外的散熱 部18與絕緣層17之間的至少一部分就可以。間隙H也可以在半導體^^莫塊 的截面方向與外部空氣連通。由此，在半導體模塊發(fā)熱的情況下，通過將 間隙H中被加熱的空氣與外部空氣交換，可以提高半導體模塊的散熱性。 另外，間隙H也可以是密封的空間。由此，在從外部給半導體才莫塊施加力 時，由于間隙H作為沖擊緩沖層而發(fā)揮作用，可以抑制半導體模塊的損傷。在對一體形成有突起部I8a的銅板18z進行沖壓加工的工序中，通過 使絕緣層17的膜厚比突起部18a的高度薄、可以實現(xiàn)這樣的結構。作為絕 緣層17的厚度，例如大約為75 iam。由此，絕緣層17與散熱部18之間的 間隙H大約為25 jum。 根據(jù)該第四實施方式的半導體模塊及其制造方法，在第二實施方式上述的(5) ~ (11)的效果的基礎上，還可以得到下面的效果。(15 )通過在絕緣層17與散熱部18之間設置間隙，由于增加散熱部 18與外部環(huán)境(大氣)的接觸面積，因此，可以進一步提高半導體模塊的 散熱性。第五實施方式圖ll是本發(fā)明的第五實施方式的半導體模塊的簡略剖面圖。與第二實 施方式的不同之處是通過使絕緣層17與散熱部18的厚度與半導體基板11 的表面S2 (下面?zhèn)?設置的絕緣層19及再配線圖形14的厚度相同，圖形 加工散熱部18。除此之外，與第二實施方式相同。另外，只要是半導體基 板11的表面、背面的熱膨脹系數(shù)相同，絕緣層17及散熱部18的厚度沒有 必要在表面背面都相同。接著圖7 (A)所示的工序，在散熱部18壓接在半導體基板11之前， 利用光刻技術及蝕刻技術，通過預先進行構圖使散熱部18成為所規(guī)定的圖 形而實現(xiàn)這樣的結構。另外，也可以在散熱部18半蝕刻加工之后將散熱部 18壓接在半導體基板11上，進而對散熱部18進行全蝕刻加工。另外，接著圖7 (B)所示的工序，利用光刻技術及蝕刻技術，通過進 行圖形加工使散熱部18為所規(guī)定的圖形而實現(xiàn)這樣的結構。根據(jù)該第五實施方式的半導體模塊及其制造方法，在第二實施方式上 述的(5) ~ (11)的效果的基礎上，還可以得到下面的效果。(16)通過將散熱部18加工成所規(guī)定的圖形，由于可以將散熱部18 的一部分作為配線(例如接地配線)而利用，可以提高配線的設計自由度， 實現(xiàn)半導體^^莫塊的小型化。第六實施方式接著，對具有上述任意 一 項實施方式的半導體模塊的便攜式設備進行 說明。另外，作為便攜式設備舉出搭在在便攜式電話的例子進行說明，但 是，也可以是例如個人用便攜式信息終端(PDA)、數(shù)碼攝像機(DVC)、 音樂播放器及數(shù)碼相機等電子設備。圖12是表示本發(fā)明的第六實施方式的便攜式電路的構成的圖。便攜式 電話110是第一框體112與第二框體114由活動部120連結的結構。第一框 體112與第二框體114以活動部120為軸可以轉動。在第一框體112上設置
有顯示文字或圖像等信息的顯示部118或揚聲器124。在第二框體114上設 置有操作用按鈕等操作部122或話筒部126。另外，在本實施方式中，在便 攜式電話110的內(nèi)部搭載有第二實施方式的半導體模塊(參照圖5)。另夕卜， 作為搭載在便攜式電話中的半導體模塊，可以采用用于驅動各電路的電源電路、產(chǎn)生RF的RF發(fā)生電路、DAC、編碼電路、作為使用在便攜式電話 的顯示部的液晶面板的光源的背光燈的驅動電路等。圖13是圖12所示的便攜式電話的局部剖面圖(第一框體112的剖面 圖)。本發(fā)明的第六實施方式的半導體模塊130經(jīng)由電極20搭載在印刷基 板128上，經(jīng)由該印刷基板128與顯示部118等電連接。另外，在半導體 模塊130的背面?zhèn)?與電極20相反側的面)設置有具有突起部的散熱部18。 散熱部18的一側的面連接在第一框體112連接。由此，從半導體模塊130 產(chǎn)生的熱量不會停滯在第一框體112的內(nèi)部，可以有效地排出到第一框體 112的外部。根據(jù)本發(fā)明的第六實施方式的便攜式設備，可以得到以下的效果。 (17)由于經(jīng)由散熱部18可以將來自半導體模塊130的熱量有效地排 出到外部，因此，抑制半導體模塊130的溫度上升，降低再配線圖形14與 絕緣層19之間的熱應力及散熱部18與絕緣層17之間的熱應力。因此，防 止半導體模塊內(nèi)的從絕緣層19剝落再配線圖形14及從絕緣層17剝落散熱 部18的情況，提高半導體模塊130的可靠性(耐熱可靠性)。其結果使便 攜式電話的可靠性(耐熱可靠性)提高。(18 )由于利用上述實施方式所示的晶片水平CSP( Chip Size Package ) 工藝制造的半導體模塊130薄型化、小型化，因此，可以實現(xiàn)搭載有這樣 的半導體模塊130的便攜式設備的薄型化、小型化。另外，在第一實施方式中，以覆蓋半導體基板1的背面R的方式全面 設置散熱部8為例進行了說明，本發(fā)明并不限于此，例如，如第五實施方 式那樣，也可以對散熱部8進行構圖加工僅僅有選擇地覆蓋半導體基板1 的特定區(qū)域。在這種情況下，也可以在設置散熱部8及突起部8a的區(qū)域上 得到上述效果。該例也同樣適用于第二實施方式，可以得到同樣的效果。在上述第一實施方式中，舉例說明了包括在劃線5上形成的散熱部8 在內(nèi)進行切割而制造半導體^^莫塊，本發(fā)明并不限于此，例如，也可以在切 割前蝕刻除去劃線5內(nèi)的散熱部8，然后，利用切割進行單個化而制造半導 體模塊。在這種情況下，抑制切割散熱部8時產(chǎn)生的應力載荷(從散熱部8傳遞到突起部8a的應力載荷)，由于提高半導體模塊的制造穩(wěn)定性，因此， 可以降低半導體模塊的制造成本。另外，從第二實施方式到第五實施方式都相同。在上述第一實施方式中，以突起部8a相對散熱部8的整體而平面設置 成矩陣狀的例進行了說明，本發(fā)明并不限于此，例如，相對散熱部8可以 平面設置在任意的位置。特別是在具有作為半導體基板1內(nèi)的散熱部的電 路元件的區(qū)域有選擇地設置突起部8a的情況下，在半導體模塊內(nèi)可以有效 地散熱，同時提高連接可靠性。另外，從第二實施方式到第五實施方式都 相同。在上述第一實施方式中，以將在散熱部上一體化形成的突起部8a與半 導體基板1的背面R直接連接而設置的例進行了說明，但是，本發(fā)明并不 限于此，例如，也可以使絕緣層的一部分介于半導體基板1的背面R與突 起部8a之間。在這種情況下，雖然降低了半導體模塊的散熱性能的提高效 果，但由突起部8a抑制散熱部8自身的翹曲，因此，與以往相比，可以抑 制從半導體基板1的剝落或半導體基板1的翹曲(變形)的問題。在上述第二實施方式中，相對半導體基板ll,以一體形成有突起部18a 的銅板18z和一體形成有突起狀的導體部14a的銅板14z同時進行沖壓加工 的例進行了說明，但是，也可以是在一個銅板進行沖壓加工之后再對另一 個銅板進行沖壓加工的兩個階段沖壓加工。在這種情況下，也可以得到上 述同樣的效果。另外，也可以相對圖3 (B)所示的第一實施方式的形成再 配線圖形4的半導體晶片，對一體形成有該突起部18a的銅板18z進行沖壓 加工，形成散熱部18。在這種情況下，至少可以得到上述(5) ~ (8)的 效果。在上述第二實施方式中，以突起部18為圓型、伴隨著靠近其前端部 18al直徑變細而形成的例進行了說明，但是，本發(fā)明并不限于此，例如也 可以是具有所規(guī)定的直徑的圓柱狀的突起部。另外，作為突起部18，采用 圓型，也可以采用四方形等多邊形。在這種情況下，經(jīng)由突起部有效地散 熱，同時，提高該部分的連接可靠性。在上述第三實施方式中，以使凹部22與突起部18a的形狀一致的例進 行了說明，但是，本發(fā)明并不限于此，例如，相對凹部22的大小(開口部
的尺寸)也可以使突起部18a (特別是前端部)大。突起部18a的前端部由 于沖壓加工時的壓力而被壓變形。在這種情況下，突起部18a埋入在凹部 22內(nèi)，進而與其周邊的半導體基板ll接觸而設置。因此，進一步增加突起 部18a與半導體基板11的接觸面積，提高半導體模塊的連接可靠性及散熱 性。另一方面，與此相反，在相對凹部22的大小(開口部的尺寸)也使突 起部18a (特別是前端部)小的情況下，即使突起部18a的前端部由于沖壓 加工時的壓力而被壓變形，由于可以將其仫 f又控制在凹部22內(nèi)，因此，通 過突起部18a的接觸面積的偏差可以減少連接可靠性及散熱性的制造偏差。 在上述第三實施方式中，以相對全部的突起部18a設置凹部22的例進 行了說明，但是，本發(fā)明并不限于此，例如，相對半導體晶片內(nèi)的各個半 導體基板11，設置有凹部22的部分和沒有凹部的部分，通過調整突起部 18a的高度，可以^使埋入突起部18a部分與沒有埋入突起部18a部分混在一 起。在這種情況下，至少在埋入突起部18a的部分，可以得到上述(12) ~ (14)的效果。
權利要求
1.一種半導體模塊，其特征在于，具有半導體基板，其具有設置有電路元件的第一主表面和與該第一主表面相對的第二主表面；電極，其設置在所述第一主表面上，與所述電路元件電連接；絕緣層，其設置在所述第二主表面上；散熱部，其設置在所述絕緣層上；突起部，其與所述散熱部設置為一體，貫通所述絕緣層與所述第二主表面連接。
2. 如權利要求1所述的半導體模塊，其特征在于，所述突起部設置成 多個，相對所述散熱部平面地排列成矩陣狀。
3. 如權利要求1或2所述的半導體模塊，其特征在于，所述突起部其 前端埋入到所述半導體基板內(nèi)。
4. 如權利要求1~3中任意一項所述的半導體模塊，其特征在于，在除 去所述突起部的所述散熱部與所述絕緣層之間形成有間隙。
5. 如權利要求1 ~4中任意一項所述的半導體模塊，其特征在于，以有 選擇地覆蓋所述半導體基板的特定區(qū)域的方式對所述散熱部構圖。
6. 如權利要求1-5中任意一項所述的半導體模塊，其特征在于，所述 絕緣層由通過加壓引起可塑流動性的絕緣樹脂形成，通過將所述散熱部壓 接在所述絕緣層上，所述突起部貫通所述絕緣層，所述突起部與所述電路 元件熱連接。
7. —種便攜式設備，其特征在于，具有框體和收納在所述框體的權利 要求1 ~ 6中任意一項所述的半導體模塊。
8. 如權利要求7所述的便攜式設備，其特征在于，所述半導體模塊的 所述散熱部與所述框體的內(nèi)面連接。
9. 一種半導體模塊的制造方法，其特征在于，具有 準備半導體基板的工序，該半導體基板在第一主表面設置有電路元件； 形成絕緣層的工序，在半導體基板的第二主表面形成具有開口部的絕緣層；形成散熱部的工序，在所述開口部的內(nèi)部埋入金屬，而且，通過在所述開口部及所述絕緣層的上部覆蓋金屬，形成與突起部一體設置的散熱部。
10. —種半導體模塊的制造方法，其特征在于，具有 準備半導體基板的工序，該半導體基板在第一主表面上設置有電路元件；形成絕緣層的工序，在所述半導體基板的第二主表面形成絕緣層； 接觸工序，將與突起部一體設置的散熱部相對所述半導體基板的第二主表面壓接，使貫通所述絕緣層的所述突起部接觸到所述半導體基板的第二主表面。
11. 如權利要求10所述的半導體模塊的制造方法，其特征在于，所述 絕緣層由通過加壓引起可塑流動性的絕緣樹脂形成。
12. 如權利要求10或11所述的半導體模塊的制造方法，其特征在于， 還具有有選擇地去除所述散熱部以進行圖形形成的工序。
13. 如權利要求10或11所述的半導體模塊的制造方法，其特征在于， 在相對所述半導體基板的第二主表面而被壓接的所述散熱部上預先形成圖 形。
14. 如權利要求9 13中任意一項所述的半導體模塊的制造方法，其特 征在于，所述絕緣層具有粘接性。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導體模塊、便攜式設備及半導體模塊的制造方法，該半導體模塊能抑制由于散熱部引起可靠性的惡化，而且，提高散熱性。該半導體模塊具有半導體基板(1)，其表面(S)上形成有電路元件(2)的電極(2a)；再配線圖形(4)，其為了進一步拓寬電極(2a)的間距而與電極(2a)連接；電極(4a)，其與該再配線圖形(4)形成為一體；絕緣層(7)，其形成在半導體基板(1)的背面(R)；散熱部(8)，其形成在該絕緣層7上；突起部(8a)，其與該散熱部(8)設置在一起，貫通絕緣層(7)與半導體基板(1)的背面(R)連接。
文檔編號H01L23/367GK101154638SQ20071013718
公開日2008年4月2日 申請日期2007年7月30日 優(yōu)先權日2006年7月28日
發(fā)明者井上恭典, 臼井良輔, 長松正幸 申請人:三洋電機株式會社