专利名称：半导体器件的制作方法
背景技术：
1、发明领域本发明涉及所谓的基板栅格阵列(land grid array)型半导体器件中用于安装半导体芯片的散热板结构的改进，在该半导体器件中，暴露在密封树脂下表面的外部端子规则地设置为格状形式。
2、现有技术下文中，参考附图描述根据常规实例的半导体器件的结构。图6A至图6D是在JP2000-124381A中描述的常规半导体器件的结构的实例的示意图。图6A是横截面图而图6B是底视图。图6A中的横截面图示出沿着图6B的线J-J的横截面。图6C是构成半导体器件的散热板的底视图，而图6D是示出构成半导体器件的引线框架的底视图。
如图6A中所示，半导体芯片1安装在散热板2的中央处的突出部分2a，并通过诸如Ag胶的粘合剂3接合于其上。如图6D中所示，散热板2与悬置引线4一体形成并被悬置引线4紧固地支撑，悬置引线4从半导体器件的四个角的接合区(land)4a延伸。暴露于半导体器件外部的悬置引线4上的接合区4a也形成为整体。将电信号端子5以格状形式规则地设置在散热板2的外侧上并经由布线6电连接于半导体芯片1，散热板2包括用于安装芯片的突出部分2a。用密封树脂7密封上述元件。
形成在散热板2的突出部分2a周围的支撑部分2b是所谓的暴露于半导体器件外部的全金属部分，这意味着其厚度为引线框架的原始厚度，并用来支撑突出部分2a。在突出部分2a的下表面上的中央凹陷部分2c具有密封树脂不流向其中的结构，所以其不被树脂密封而是与支撑部分2b一起暴露于半导体器件的外部。围绕在支撑部分2b周围的外周边部分2d为通过半蚀刻形成的薄壁形部分，并嵌入在密封树脂7中，然而，其部分形成全金属散热端子2e，该端子暴露于半导体器件的外部。散热端子2e具有与电信号端子5相似的形状、尺寸和布置，且从外观上与半导体器件下表面上的电信号端子5没有差别。
上述常规半导体器件存在的问题是，在通过焊接将其连接于电路板时，很难在暴露的散热板2下面的电路板表面上形成布线。图7A和7B示出板表面上的布线状态。图7A是横截面图，示出了将具有图6A至图6D所示的结构的半导体器件8安装在电路板9上的情形的，而图7B是示出电路板9的表面状态的顶视图。图7A中的横截面图示出沿图7B中的线K-K的横截面。该板9是这样的一个实例，其中为了设置高密度布线需要在位于散热板2正下方的区域周围布置导体。
形成在板9上的电极10通过焊接材料11连接于半导体器件8的电信号端子5。数字12表示形成在板9的中央部分处的导体，其位于半导体器件8的下表面下方。形成导体12，从与半导体器件8的一个电信号端子5相应的板9上的电极10a延伸到形成在板9中的通孔13。通过通孔13导体12连接于板9中的内层14中的导体。
在这种情况下，板9上的导体12和半导体器件8的散热板2上的暴露的支撑部分2b形成相互面对的金属部分。在这种情况下，当用于邻近电信号端子5的焊接材料11凸出出来或过量的焊接材料被分离并变成焊球15，而且这种材料位于导体12与散热板2之间时，就会发生短路，从而电路特性有缺陷。
近些年来，在形成高密度电路时，这种板设计是普通的，但是在暴露的散热板正下方形成板布线(board wiring)会引起散热板与其正下方的板布线之间的接触，所以要避免作为危险设计的这种结构。
发明内容
本发明的目的是提供一种解决上述具有暴露散热板的结构的半导体器件的问题的半导体器件，从而能够确保散热板下面的板布线中的一定的自由度。
本发明第一个方案的半导体器件包括半导体芯片；散热板，在其上表面上安装半导体芯片并在其下表面设置多个散热端子；按照格状形式规则地设置在散热板周围的多个电信号端子；电连接于半导体芯片和电信号端子的连接部件；和密封树脂，如此密封半导体芯片、散热板、电信号端子和连接部件以使电信号端子和散热端子的下表面暴露出来。将散热板形成为集成体，包括从上表面的中央部分突出并支撑半导体芯片的突出部分；多个支撑部分，位于所述突出部分的后表面以支撑所述突出部分，并从密封树脂的后表面露出；多个散热端子；和从支撑部分和散热端子的下表面凹陷进去的薄壁形部分。突出部分和薄壁形部分的下表面由密封树脂覆盖。将多个支撑部分设置成与所述突出部分相连并且关于突出部分彼此对称。
本发明第二个方案的半导体器件具有与第一方案相似的基础结构。散热板设置有支撑半导体芯片的平坦上表面。散热板的下表面包括多个散热端子，其具有与电信号端子相同的形状和布置并暴露于密封树脂的后表面；和薄壁形部分，其相应于除散热端子之外的区域，并从散热端子的下端表面向内凹陷。薄壁形部分的下表面由密封树脂覆盖。
附图的简要描述
图1A和图1B是示出根据实施例1的半导体器件的横截面图；图1C是其底视图；图1D是构成该半导体器件的散热板的底视图；和图1E是构成该半导体器件的引线框架的底视图；图2 A和图2B是示出根据实施例2的半导体器件的横截面图；图2C是其底视图；图2D是构成该半导体器件的散热板的底视图；图3Aa是示出根据实施例3的半导体器件的横截面图；图3Ab是其底视图；图3Ac是构成该半导体器件的散热板的底视图；图3Ba是示出根据实施例3的半导体器件的改进实例的横截面图；图3Bb是其底视图；图3Bc是构成该半导体器件的散热板的底视图；图4A是示出根据实施例4的半导体器件的横截面图；图4B是其底视图；图4C是构成该半导体器件的散热板的底视图；图5Aa是示出根据实施例5的半导体器件的横截面图；图5Ab是其底视图；图5Ac是构成该半导体器件的散热板的底视图；图5Ba是示出根据实施例5的半导体器件的改进实例的横截面图；图5Bb是其底视图；图5Bc是构成该半导体器件的散热板的底视图；图5C是示出将图5Ba中示出的半导体器件安装在板上的情形的横截面图；图5Da和图5Db是示出当为了装配半导体器件而安装半导体芯片时散热板变形的情形的横截面图；图6A是示出根据常规实例的半导体器件的横截面图；图6B是其底视图；图6C是构成该半导体器件的散热板的底视图；和图6D是构成该半导体器件的引线框架的底视图；图7A是示出将图6A中示出的半导体器件安装在电路板上的结构的横截面图；而图7B是板表面的图形的平面图。
优选实施例介绍根据具有本发明结构的半导体器件，在传统中被暴露的散热板的下表面上的实体部分嵌入在密封树脂中，从而减小在散热板下表面处从密封树脂中暴露出的表面面积，因此提高了散热板下面的板布线的自由度。
在上述本发明第一个方案的结构中，关于散热板的“集成体”意味着所包含的元件互相连接以形成一个主体。此外，关于多个支撑部分的“与突出部分连接”意味着支撑部分与突出部分具有彼此连接的部分。
在根据本发明第一方案的半导体器件中，优选地，在支撑部分与散热端子之间的间隙和支撑部分之间的间隙至少与相邻电信号端子之间的间隙一样宽，且将散热端子设置成具有与电信号端子基本相同的形状和布置。
而且，优选地，将散热端子对称地仅设置在散热板的外周边部分。优选地，与突出部分连接的支撑部分至少为电信号端子厚度的一半宽，且优选地，支撑部分至少与电信号端子厚度一样长。优选地，在散热板的薄壁形部分中形成通孔。优选地，至少该通孔部分地开通到散热板的上侧。
在根据本发明的第二方案的半导体器件中，散热端子仅设置在散热板的外周边部分。在散热板的外周边部分和中央部分设置散热端子是能够做到的。优选地，在散热板的薄壁形部分中形成通孔。
下面，将参考附图详细描述根据本发明的半导体器件的实施例。
实施例1图1A至图1E示出根据本发明实施例1的半导体器件的结构。图1A和图1B是横截面图，而图1C是底视图。图1A示出沿图1C中的线A-A的横截面，而图1B示出沿图1C中的线B-B的横截面。图1D是构成该半导体器件的散热板20的底视图，而图1E是构成该半导体器件的引线框架的结构的底视图。
在该半导体器件结构中，散热板20的结构与在图6A至图6D中示出的常规实例中的散热板2的结构不同。其它部分的结构与图6A至图6D中示出的常规实例的相同。为了便于理解，相同的元件由相同的数字表示。
如常规实例中一样，散热板20的上表面设置有突出部分20a，在该突出部分上安装半导体芯片1。散热板20的下表面设置有位于突出部分20a周围的支撑部分20b。支撑部分20b是暴露于密封树脂7的下表面，并用于夹持突出部分20a的全金属部分。
此外，薄壁形半蚀刻部分20c和散热端子20d形成在散热板20的下表面。为全金属部分的具有与其周围的电信号端子5相同的形状、尺寸和布置的散热端子20d从密封树脂7中暴露出并通过焊接连接于电路板以确保散热。当散热端子20d具有与电信号端子5相同的形状、尺寸和布置时所获得的优点是，当安装在板上时可以统一提供焊接材料的图形，这使得容易设置安装参数。应该注意的是，当使用焊锡球作为连接到电路板的材料，该球可以具有与用于电信号端子5的焊锡球相同的尺寸。为了简化接合区设计，优选地这样设置散热端子20d，使它们与电信号端子5按顺序排列。例如，可以将散热端子20d仅设置在散热板20的外周边部分，如图1E中所示。
由于散射板20的支撑部分20b的这种结构，支撑部分20b周围的半蚀刻部分20c由密封树脂7覆盖，所以能够将导体放置在相应于该部分的电路板表面上。与图6A至图6D中示出的常规实例中作为支撑部分2b的一个大矩形不同，根据该实施例的支撑部分20b形成四个较小矩形形状以便于将支撑部分20b沿着彼此呈直角交叉的线设置。因此，减小了从密封树脂7暴露出的表面面积，这有利地防止了由焊接引起的短路并使得电路板的布线设计简单而规则。
优选地，支撑部分20b与散热端子20d之间的间隙L1与支撑部分20b之间的间隙L2至少与电信号端子5之间的间隙L3一样宽。因此，可以防止短路，且能够确保在电路板上设计布线的充分自由度。支撑部分20b优选具有至少为引线框架(参见图1A)的厚度L5一半宽的宽度L4和至少与引线框架宽度一样长的长度L6，以确保支撑突出部分20a的强度。
如上所述，该实施例减小了在散热板20的下表面上的暴露面积，以便于尽可能地防止散热板20的暴露部分与电路板上的导体相对。也就是说，通常暴露的散热板20的部分由树脂表面取代并被设计成使板上的导体可以设置在其下方。因此，即使当外来材料放置在导体上时，诸如短路的问题不会发生，因为在半导体器件侧上的相对表面为树脂表面。优选地，尽可能地扩大散热板20下方由树脂覆盖的区域的表面面积，以确保在所述板上的板布线的自由度。
实施例2根据图2A至图2D中示出的实施例2的半导体器件具有一散热板，该散热板构造成提高在图1A至图1E中示出的半导体器件中用密封树脂7掩埋散热板20下表面的效率。图2A和图2B是横截面图，而图2C是底视图。图2A示出沿图2C中的线C-C的横截面，而图2B示出沿图2C中的线D-D的横截面。图2D是构成该半导体器件的散热板21的底视图。
在图1A和图1B中，要嵌入在密封树脂7中的散热板20的下表面通过半蚀刻来形成。然而，由于密封树脂7通过其流动的间隙很窄，则密封树脂7的填充状态很差，以至于出现未填充部分且会出现外观上的缺陷。因此，期望促进密封树脂7向散热板20下表面的流动。图2A至图2D中示出的半导体器件的散热板21的结构解决该问题。散热板21设置有突出部分21a、支撑部分21b、半蚀刻部分21c和散热端子21d，同图1A至图1E中的结构相同。此外，通孔21e形成在散热板21中。在制造引线框架的步骤中通过蚀刻来预先形成通孔21e。
在制造半导体器件的密封步骤中，密封树脂7经过通孔21e从半导体芯片1正下方的间隙22流向散热板21的下表面23。在没有通孔21e的情况下，例如，在图2A中，树脂流经的路线为由箭头24表示的路线，即仅穿过半蚀刻部分21的下表面下方的狭窄部分在横向方向延伸的路线，以至于树脂流动得差且会出现未填充部分。另一方面，如果设置通孔21e，如图2A至图2D中所示，密封树脂7从顶部向下流动，不仅经过半蚀刻部分21c下表面下方的部分还经过通孔21e，所以提高了用树脂密封散热板21下表面23的效率。当用树脂密封三十个分别具有和没有通孔21e的半导体器件后，比较其不同，在没有通孔21e下填充缺陷出现五次，而在具有通孔21e的半导体器件中没有填充缺陷。
应该注意的是，形成通孔使它们与突出部分21a连接，如图2D中所示，从而促进树脂流到突出部分21a的下方。
实施例3图3Aa至图3Ac示出根据实施例3的半导体器件。图3Aa是横截面图，而图3Ab是底视图；图3Aa示出沿图3Ab的线E-E的横截面。图3Ac是构成该半导体器件的散热板25的底视图。
与在图1A和图2A中示出的支撑突出部分20a和21a的具有全金属暴露部分的四个支撑部分20b和21b不同，在该实施例中，支撑部分25c设置成具有与其它暴露的端子，即散热端子25d和电信号端子5相似的形状和布置，如图3Ab中所示。
如图3Ac所示，散热板25的上表面设置有圆形突出部分25a和辅助突出部分25b，在该圆形突出部分25a的中央部分上安装芯片，该辅助突出部分25b从突出部分延伸形成十字形。支撑部分25c形成在辅助突出部分25b的前端部分，且它们的形状与其它端子的形状相似。通过压模(press mold)在由虚线表示的轮廓26处切掉一半的板厚度，来形成其中央部分为圆形的突出部分25a和十字形的辅助突出部分25b，且支撑辅助突出部分的支撑部分25c具有大体与图3Ab所示的散热端子25d相似的诸如手枪子弹的形状。结果，能够确保更高的板布线自由度。而且，支撑部分25c可以通过焊接连接到所述板上以辐射热量。数字25e表示半蚀刻部分，而数字25f表示通孔。
接着，在图3Ba至图3Bc中示出一个例子，其中修改了图3Aa至图3Ac中的结构。辅助突出部分25b具有图3Aa至图3Ac中的结构中的十字形状，且由于它们的宽度狭窄，所以辅助突出部分25b的整个强度较弱，且当在其上安装芯片时存在变形的可能性。例如，为了解决该问题，可以使用图3Ba至图3Bc中示出的散热板27的形状。在该结构中突出部分27a为正方形。在图3Ba至图3Bc的结构中形成三角形通孔27b，相应于图3Aa至图3Ac的结构中的通孔25f。数字27e表示半蚀刻部分。其它部分由和图3Aa至图3Ac中的数字相同的数字表示，且省略其进一步的说明。当突出部分27a的形状从十字形改为正方形时，解决了在图3Aa至图3Ac中的辅助突出部分25b的宽度狭窄的问题，且增加了突出部分的强度。当通孔27b的形状为三角形时，树脂的流动与图3Aa至图3Ac中的一样好，且能够确保稳定的生产率和产量。
实施例4图4A是示出根据实施例4的半导体器件的横截面图，而图4B是其的底视图。图4A示出沿图4B中的线G-G的横截面。图4C是构成该半导体器件的散热板28的底视图。
在该实施例中，散热板28具有平坦结构，在其中央部分没有突出部分。通过Ag胶将半导体芯片1接合在其上表面平坦的散热板28的中央部分上。与上述实施例不同，在这种情况下，不需要形成突出部分或支撑该突出部分的支撑部分。结果，半导体器件下表面上的散热板28的暴露部分的外观是这样的，只有散热端子28b设置在半蚀刻部分28a上，如图4C中所示。由于可以尽可能地减小暴露的金属部分，所以能够确保更高的板布线自由度。
实施例5图5Aa是示出根据实施例5的半导体器件的横截面图，而图5Ab是其底视图。图5Aa示出沿图5Ab的线H-H的横截面。图5Ac是构成该半导体器件的散热板29的底视图。应该注意的是在图5Ac中还示出半导体芯片1。该实施例是图4A至图4C示出的实施例4的改进的实例。
在该实施例中，散热板29的上表面是平坦的，和图4A至图4C中所示的一样，且通孔29c设置在半蚀刻部分29a中的散热端子29b的内侧，如图5Ac中所示。因此，形成了穿过通孔29c树脂从上侧流动到下侧的树脂路径30。结果，促进了树脂流动到散热板29的下表面，且减小了由于填充缺陷而引起的外观上的缺陷发生。应该注意的是，需要将通孔29c的外部尺寸设置得大于半导体芯片1的外部轮廓，以便于能够使树脂穿过通孔29c流动。
如上所述，通过提供具有平坦上表面而没有突出部分的散热板，并向其提供通孔，能够确保电路板上布线的自由度，促进树脂流动到散热板的下表面，并省略处理突出部分的步骤。
图5Ba至图5Bc示出图5Aa至图5Ac中示出的结构的改进实例。图5Ba是横截面图，而图5Bb是其底视图。图5Ba示出沿图5Bb的线I-I的横截面。图5Bc是构成该半导体器件的散热板31的底视图。图5C是示出将图5Ba中示出的半导体器件安装在电路板上的情形的横截面。
在该实例中，散热板31的中央部分设置有中央散热端子31d。中央散热端子31d为暴露的全金属部分，且具有与电信号端子5或其它散热端子31b相同的形状和尺寸。数字31a表示半蚀刻部分，而数字31c表示通孔。
当该半导体器件安装在所述板9上时，同时通过焊接来连接中央散热端子31d，如图5C中所示。因此，在电路操作期间在半导体芯片1中产生的热通过经由中央散热端子31d的散热路线33扩散并辐射到板9，以及通过经由散热端子31b的散热路线32扩散并辐射到所述板9。因此提高了散热效率，且表示散热效率的热阻值提高10％至30％。
在图5Da和图5Db中示出当设置中央散热端子31d时获得的另一效果。图5Da和图5Db示出当在半导体器件的装配步骤中将半导体芯片1安装在引线框架上时的情形。图5Da示出具有图5Aa中所示的散热板29的情况，而图5Db示出具有包括图5Ba中所示的中央散热端子31d的散热板31的情况。
如图5Da中所示，当开始装配引线框架时，散热板29和例如形成电信号端子5的引线固定在薄片34上，并通过在由箭头35表示的方向上，即从顶部向下，施加负载来将半导体芯片1安装于其上。这时，会出现没有中央散热端子31d的散热板29变形的问题，如虚线表示那样。当散热板29变形时，会出现外观缺陷或有关于半导体器件可靠性的问题。因此，需要在不会引起变形的负载范围内安装半导体芯片1，所以芯片安装条件范围变窄。另一方面，当形成中央散热端子31d时，中央散热端子31d用以支撑施加到散热板31的负载，因而不会发生上述变形，如图5Db中所示。
如上所述，图5Ba至图5Bc中所示的结构具有两个优点提高散热效率和防止散热板在装配期间变形。
本发明在不脱离其精神或实质特征下可以以其它形式实现。在该说明书中公开的实施例在各方面都认为是示例性的而非限制性的。本发明的范围由附属的权利要求书而不是前述说明表示，且落入权利要求等同物的含义和范围内的所有改变都包含于其中。
权利要求
1.一种半导体器件，包括半导体芯片；散热板，在其上表面上安装半导体芯片而在其下表面上设置多个散热端子；多个电信号端子，以格状形式规则地设置在散热板的周围；连接部件，电连接半导体芯片与电信号端子；和密封树脂，密封半导体芯片、散热板、电信号端子和连接部件，使得暴露电信号端子和散热端子的下端表面；其中，散热板形成为集成体，该集成体包括突出部分，从上表面中央部分突出并支撑半导体芯片；多个支撑部分，位于所述突出部分的背面周围以支撑所述突出部分并暴露于密封树脂的后表面；多个散热端子；和薄壁形部分，从支撑部分和散热端子的下端表面向内凹陷；其中，所述突出部分和薄壁形部分的下表面由密封树脂覆盖；和其中，如此设置多个支撑部分使得它们与突出部分连接并关于突出部分彼此对称。
2.根据权利要求1的半导体器件，其中，支撑部分与散热端子之间的间隙和支撑部分之间的间隙至少与相邻的电信号端子之间的间隙一样宽，且散热端子具有与电信号端子基本相同的形状和布置。
3.根据权利要求1的半导体器件，其中，仅在散热板的外周边部分对称设置散热端子。
4.根据权利要求1的半导体器件，其中，与突出部分连接的支撑部分至少为电信号端子厚度的一半宽，且支撑部分至少与电信号端子的厚度一样长。
5.根据权利要求1的半导体器件，其中，通孔形成在散热板的部分薄壁形部分中。
6.根据权利要求5的半导体器件，其中，所述通孔的至少一部分在散热板的上侧打开。
7.一种半导体器件，包括半导体芯片；散热板，在其上表面上安装半导体芯片而在其下表面上设置多个散热端子；多个电信号端子，以格状形式规则地设置在所述散热板的周围；连接部件，电连接半导体芯片与电信号端子；和密封树脂，密封半导体芯片、散热板、电信号端子和连接部件，使得暴露出所述电信号端子和所述散热端子的下端表面；其中，散热板具有支撑半导体芯片的平坦上表面，其中，散热板的下表面包括具有与电信号端子相同的形状和布置并暴露于密封树脂的后表面的多个散热端子；和薄壁形部分，其相应于除散热端子之外的区域并从散热端子的下端表面向内凹进，并且其中，薄壁形部分的下表面由密封树脂覆盖。
8.根据权利要求7的半导体器件，其中，仅在散热板的外周边部分设置散热端子。
9.根据权利要求7的半导体器件，其中，在散热板的外周边部分和中央部分设置散热端子。
10.根据权利要求7至9中的任一项的半导体器件，其中，在散热板的部分薄壁形部分中形成通孔。
全文摘要
半导体芯片安装在散热板的上表面上，在该散热板的散热下表面上设置有多个散热端子。多个电信号端子以格状形式规则地设置在散热板的周围。电信号端子和散热端子的下端表面从密封树脂中暴露出并由密封树脂密封。散热板形成为集成体，该集成体包括突出部分，从上所述表面中央部分突出并支撑半导体芯片；多个支撑部分，位于突出部分的后表面周围以便于支撑突出部分，并暴露于密封树脂的后表面；多个散热端子；和薄壁形部分，从支撑部分和散热端子的下端表面向内凹进。突出部分和薄壁形部分的下表面由密封树脂覆盖。如此设置多个支撑部分使得它们与突出部分连接并关于突出部分彼此对称。提高了基板栅格阵列型封装体中的散热板下方的板布线的自由度。
文档编号H01L23/12GK1638109SQ200510003910
公开日2005年7月13日 申请日期2005年1月10日 优先权日2004年1月9日
发明者永田治人, 南尾匡纪, 堀木厚 申请人:松下电器产业株式会社