专利名称：半导体器件及其制造方法
技术领域：
本文讨论的实施例涉及半导体器件及其制造方法。
背景技术：
在一些技术中，使用热连接至半导体元件的 诸如散热器(heat spreader)、热沉(heat sink)和散热器盖(radiator cap)之类的散热体(heat radiator)(散热体与半导体元件之间插入有导热构件)来将半导体器件中包括的半导体元件处产生的热散发。从减小由于电磁噪声造成半导体元件故障的风险的角度来看，可以在半导体元件周边布置屏蔽构件，或者诸如热沉和散热器盖之类的散热体可以用作屏蔽构件(例如，参见日本特许专利公开号2009-105366、2002-158317以及2005-026373和国际专利申请的日本国家公开号2006-510235)。屏蔽构件或者用作屏蔽构件的散热体布置在半导体元件上或布置为覆盖半导体元件，并且电连接至导电部，例如半导体元件所安装的衬底的处于地(GND)电位的部分。然而，这些屏蔽构件或散热体的制作可能导致半导体器件的部件数量增多或者导致相对重大的设计变更，并且可能引起例如成本增加以及组装步骤的数量增多。
发明内容
根据本发明的一个方案，一种半导体器件包括衬底(substrate);电极部，布置在所述衬底上；半导体元件，布置在所述衬底上；导热构件，由焊接材料(soldermaterial)组成，所述导热构件覆盖所述半导体元件并且连接至所述电极部；以及散热体，布置在所述导热构件上。根据本发明的另一个方案，一种制造半导体器件的方法包括如下步骤在衬底上配设(placing)半导体元件，所述衬底上形成有电极部；在所述半导体元件上配设散热体，导热构件插入在所述散热体与所述半导体元件之间，所述导热构件由焊接材料组成；以及按压所述散热体从而使得所述导热构件覆盖所述半导体元件，并且使得所述导热构件连接至所述电极部。利用本发明，能够促成具有散热功能和电磁屏蔽功能的半导体器件，而没有成本增加的风险，还能够使得半导体器件的制造效率提高。
图I示出了根据第一实施例的示例半导体器件；图2是根据第一实施例的示例半导体器件的主要部分的示意性平面图；图3是从散热体的凹部上方看去的示意性平面图；图4A和图4B示出了根据第一实施例的示例衬底制备步骤；图5A和图5B示出了根据第一实施例的示例半导体元件安装步骤；图6A和图6B示出了根据第一实施例的示例底填树脂涂敷步骤；
图7示出了根据第一实施例的示例密封构件配设步骤；图8A和图8B不出了根据第一实施例的不例密封步骤；图9A和图9B示出了根据第一实施例的示例球附着(ball attachment)步骤；图IOA和图IOB示出了示例导热构件；图11示出了另一种形式的示例半导体器件；图12A和图12B示出了如何形成其他形式的半导体器件的示例；图13A和图13B示出了如何形成其他形式的半导体器件的另一个示例；
图14A和图14B示出了根据第二实施例的示例半导体器件；图15A和图15B不出了根据第三实施例的不例半导体器件；图16A和图16B示出了根据第三实施例的示例衬底制备步骤；图17A和图17B示出了根据第三实施例的示例半导体元件安装步骤；图18示出了根据第三实施例的示例密封构件配设步骤；图19A和图19B示出了根据第三实施例的示例密封步骤；图20A和图20B示出了根据第三实施例的示例底填树脂涂敷步骤；图21A和图21B示出了另一个示例半导体器件形成步骤；图22A和图22B示出了根据第四实施例的示例半导体器件；图23A和图23B示出了根据第四实施例的半导体器件的第一变型例；图24A和图24B示出了根据第四实施例的半导体器件的第二变型例；图25A和图25B示出了另一个示例半导体器件形成步骤；图26A和图26B示出了其他形式的半导体器件；图27A和图27B示出了根据第五实施例的示例半导体器件；图28A和图28B示出了根据第六实施例的示例半导体器件；图29是示出导热构件的粘附(adhesiveness)的第一说明图；图30A和图30B是示出导热构件的粘附的第二说明图；以及图31A和图31B是示出导热构件的粘附的第三说明图。
具体实施例方式将参照附图描述一些实施例，其中，贯穿始终以相似的附图标记指代相似的元件。(a)第一实施例现在将描述第一实施例。图I示出了根据第一实施例的示例半导体器件。根据第一实施例的半导体器件IOA包括衬底(配线板)11和布置在衬底11上的半导体元件(半导体芯片)12。衬底11具有布置在与半导体元件12相对的表面上的电极部(衬底电极焊垫)lla。衬底电极焊垫Ila通过孔(via) Ild电连接至处于地(GND)电位的内部配线Ilc和布置在衬底11内部的信号线(未示出)。半导体元件12具有电极部(芯片电极焊垫)12a，所述电极部12a布置在与衬底11相对的表面上，位于对应于衬底电极焊垫Ila的位置。半导体元件12通过连接至相对的衬底电极焊垫Ila的芯片电极焊垫12a而安装(以倒装芯片方式安装)在衬底11上，凸块(bump) 13插入在芯片电极焊垫12a与相对的衬底电极焊垫Ila之间。
底填树脂14布置在衬底11与半导体元件12之间并且围绕半导体元件12的外围。半导体器件IOA包括覆盖安装在衬底11上的半导体元件12的导热构件15。该导热构件15可以由具有高度可加工性(workability)的导热且导电的材料组成。例如，导热构件15可以由焊接材料组成。半导体元件12的上表面和导热构件15通过插入在它们之间的接合层16a而彼此接合在一起。可以使用金属化层作为接合层16a。该金属化层可以是例如包括钛(Ti)层和金(Au)层的层叠结构(Ti/Au)。此外，该金属化层可以是例如包括Ti层、镍-钒(Ni-V)层和Au层的层叠结构(Ti/Ni-V/Au)。这些层叠结构可以通过例如溅射来形成。而且，可以使用基于Ni的镀层(Ni-based plated layer)来作为用作接合层16a的金属化层,只要该金属化层可以连接至导热构件15即可。导热构件15覆盖半导体元件12的上表面，沿着半导体元件12的侧表面和底填树 脂14的侧表面(倒角部(fillet portion))延伸，并且连接至布置在衬底11上的电极部(连接焊垫)lib。图2是根据第一实施例的示例半导体器件的主要部分的示意性平面图。在图2中未示出导热构件15。在半导体器件IOA中，在上表面上布置有接合层16a的半导体元件12安装在衬底11上，底填树脂14布置在衬底11与半导体元件12之间并且围绕半导体元件12的外围。连接焊垫Ilb布置在衬底11上从而包围安装有半导体元件12的区域。导热构件15覆盖安装在连接焊垫Ilb内的区域中的半导体元件12，并且连接至连接焊垫lib。如图I所示，连接至导热构件15的连接焊垫Ilb通过孔Ild电连接至布置在衬底11内处于GND电位的内部配线11c。如上所述连接至连接焊垫Ilb的导热构件15起到了屏蔽构件的作用，即减小了从半导体元件12发出电磁噪声的风险或者电磁噪声从外部入射到半导体元件12的风险。散热体17布置在衬底11的安装有半导体元件12的表面上。图3是从散热体17的凹部17a上方看去的示意性平面图。散热体17具有如图I和图3所示的凹部17a。该散热体17布置在衬底11上，使得半导体元件12和覆盖半导体元件12的导热构件15被容纳在凹部17a中。接合层16b布置在散热体17的凹部17a中。如图I所示，散热体17通过接合层16b接合至导热构件15，并通过粘合剂18连附至衬底11。散热体17可以由具有高度导热性和优秀散热特性的材料组成。例如，散热体17可以由铜(Cu)、铝(Al)、铝硅碳化物(AlSiC)、碳化铝(AlC)或硅橡胶组成。布置在散热体17的凹部17a中的接合层16b可以是金属化层。该金属化层可以是例如包括Ni层和Au层的层叠结构(Ni/Au)。该Ni/Au层叠结构可以通过例如电镀(plating)形成。而且，通过例如电镀形成的锡(Sn)层、银(Ag)层或Ni层可以用作作为接合层16b的金属化层，只要该金属化层可以连接至导热构件15即可。此外，依赖于散热体17的材料，例如Cu层或Al层也可以用作金属化层。电极部(球焊垫)IIe布置在衬底11的与半导体元件12所安装的表面相对的表面上。球焊垫lie通过孔Ild电连接至处于GND电位的内部配线Ilc并电连接至信号线(未示出)。焊接球19附着至球焊垫lie。使用焊接球19和球焊垫lie，半导体器件IOA可以安装在另ー个衬底(配线板)上，例如，母板和插入件(interposer)。为衬底11设置的包括衬底电极焊垫I la、连接焊垫lib、内部配线11c、孔I IcU球焊垫lie以及信号线(未示出)的导电部可以由诸如Cu和Al等导电材料組成。具有上述结构的半导体器件IOA经由导热构件15将在半导体元件12处产生的热有效地转移(transfer)至散热体17。这减小了半导体元件12过热的风险,进而减小了由于过热造成的半导体元件12故障或损坏的风险。此外，将半导体元件12热连接至散热体17的导热构件15覆盖半导体元件12，并且连接至半导体器件IOA中处于GND电位的连接焊垫lib。因此，导热构件15起到了屏蔽构件的作用，有效地减小了可能从半导体元件12发出电磁噪声的风险或者电磁噪声可能入射到半导体元件12的风险，进而减小了半导体元件12发生故障的风险。而且，由于起到屏蔽构件作用的导热构件15是处于地电位，因此衬底11的重大设 计或结构上的变更是不必要的。这就使得能够以最小的成本増加来制造具有散热功能和电磁屏蔽功能的半导体器件10A。接下来，将描述半导体器件IOA的形成(组装)方法。图4A和图4B示出了根据第一实施例的示例衬底制备步骤。图4A是沿着图4B中线Ll-Ll截取的示意性截面图，图4B是示意性平面图。关于半导体器件IOA的形成，首先制备如图4A和图4B所示的衬底11。该衬底11具有处于GND电位的内部配线Ilc和连接至布置在绝缘部Ilf内的内部配线Ilc的孔lid。该衬底11具有位于衬底Ila主表面中的ー个表面上的衬底电极焊垫Ila和连接焊垫lib。衬底电极焊垫Ila布置在待安装半导体元件12的区域中，连接焊垫Ilb包围该区域。衬底11具有位于另ー个主表面上的球焊垫He，焊接球19可以附着至球焊垫lie。此处，未示出衬底11内的信号线。半导体元件12安装在该衬底11上。图5A和图5B示出了根据第一实施例的示例半导体元件安装步骤。图5A是沿着图5B中线L2-L2截取的示意性截面图，图5B是示意性平面图。待安装的半导体元件12具有芯片电极焊垫12a、附着至芯片电极焊垫12a的凸块13、以及位干与凸块13所附着的表面相対的表面上的接合层16a。附着至芯片电极焊垫12a的凸块13与衬底电极焊垫Ila对准(aligned),并且芯片电极焊垫12a和衬底电极焊垫Ila利用插入在它们之间的凸块13而彼此连接。依照这种方式，半导体元件12以倒装芯片的方式安装在衬底11上。该半导体元件12可以用例如倒装芯片接合机(flip-chip bonder)而安装在衬底11上。在将半导体元件12安装在衬底11上之后，进行底填树脂14的涂敷。图6A和图6B示出了根据第一实施例的示例底填树脂涂敷步骤。图6A是沿着图6B中线L3-L3截取的示意性截面图，图6B是示意性平面图。将底填树脂14涂敷至衬底11与安装在衬底11上的半导体元件12之间的空间，并将底填树脂14在该空间中固化。底填树脂14还可以围绕半导体元件12的外围而形成。底填树脂14的涂敷将衬底11和半导体元件12牢固地连接起来，并且提高了它们之间的连接的可靠性。接下来，将用作用来密封半导体元件12周边的密封构件的导热构件15以及散热体17布置在如上所述安装有半导体元件12的衬底11上。图7示出了根据第一实施例的示例密封构件配设步骤。此处，覆盖半导体元件12的导热构件15具有例如凹部15a和待连接至连接焊垫Ilb的连接部15b，该凹部15a具有对应于半导体元件12的形状(对应于半导体元件12的外形的形状)。下文中将详细描述导热构件15。散热体17具有能够容纳半导体元件12和导热构件15的凹部17a，并且设置有布置在凹部17a中的接合层16b，接合层16b位于该接合层16b待接合至导热构件15的位置。导热构件15布置在半导体元件12上，散热体17布置在导热构件15上。粘合剂 18布置在散热体17与衬底11之间。然后通过导热构件15、设置有接合层16b的散热体17以及如上布置的粘合剂18将半导体元件12密封。图8A和图8B示出了根据第一实施例的示例密封步骤。图8A是沿着图8B中线L4-L4截取的示意性截面图，图8B是示意性平面图。为了密封半导体元件12，朝向衬底11按压散热体17，导热构件15插入在散热体17与安装在衬底11上的半导体元件12之间。借助于此，就将散热体17通过粘合剂18连附到了衬底11上，将导热构件15连接到了接合层16a和16b，并将导热构件15的连接部15b连接到了连接焊垫lib。通过如上所述按压散热体17，半导体元件12被导热构件15覆盖。在按压散热体17期间，导热构件15与接合层16a和16b以及连接焊垫Ilb紧密接触。此外，为了使得导热构件15与半导体元件12和底填树脂14的侧表面紧密接触，可以优选地加热导热构件15从而使其熔化或软化。在下文中将详细描述散热体17的按压和导热构件15的粘附。密封之后，将焊接球19附着到衬底11。图9A和图9B示出了根据第一实施例的示例球附着步骤。图9A是沿着图9B中线L5-L5截取的示意性截面图，图9B是从球所附着的表面上方看去的示意性平面图。将焊接球19附着至布置在衬底11的与半导体元件12所安装的表面相反的表面上的球焊垫He。这就完成了球栅阵列(BGA)类型半导体器件IOA的形成。半导体器件IOA可以是不具有附着至其上的焊接球19的触点栅格阵列(LGA)类型(參见图8)。现在将更详细地描述导热构件15。导热构件15可以由焊接材料組成。用作焊接材料的材料的性质和组分可以差异很大。例如，可以使用基于铟(In)、铟-银(In-Ag)、锡-铅(Sn-Pb)、锡-铋(Sn-Bi)、锡-银(Sn-Ag)、锡-锑(Sn-Sb)以及锡-锌(Sn-Zn)的材料作为焊接材料。由上述焊接材料组成并且具有预定尺寸和形状的导热构件15例如可以在组装半导体器件IOA之前制备。现在将描述导热构件15的尺寸和形状。图IOA和图IOB示出了示例导热构件。图IOA是组装之前的导热构件的示意性截面图，图IOB是组装之后的半导体器件的示意性截面图。如图IOA所示，导热构件15是由具有预定厚度T的板状体(tabular body)形成的，并且具有凹部15a，在组装半导体器件IOA之前该凹部15a具有预定平面大小S和高度H。凹部15a的平面大小S和高度H可以基于如图IOB所示待安装到衬底11上的半导体元件12的外部大小Sa和安装高度Ha来设定。此处，安装高度Ha定义为从衬底电极焊垫Ila(或连接焊垫lib)到布置在半导体元件12上的接合层16a的表面的高度。例如，将导热构件15的凹部15a的平面大小S设定为半导体元件12的外部大小Sa，并且将凹部15a的高度H设定为安装高度Ha。此处，例如，半导体元件12具有20. OmmX 20. Omm的外部大小Sa和O. 610mm的安装高度Ha(半导体元件12的厚度是O. 550mm，凸块13的厚度是O. 060mm)。在这种情况下，组装之前的导热构件15可以具有O. 350mm的厚度T，凹部15a可以具有20. OmmX20. Omm的平面大小S和O. 610mm的高度H。
对于待组装的每个半导体器件IOA而言，实际安装高度Ha可能变化。这可能引起的结果是，在每个半导体器件IOA中，实际安装高度Ha与提前制备好以具有预定尺寸和形 状的导热构件15的凹部15a的高度之间有差异。当有这种高度差异时，通过调节对于散热体17的压カ(推按量)来调节导热构件15的位于半导体元件12上表面与散热体17之间的部分的高度(厚度Ta)。这种调节消除了组装之前凹部15a的高度与实际安装高度Ha之间的差异。当朝向衬底11按压散热体17时，由焊接材料组成的导热构件15可以通过加热而被熔化或软化。该导热构件15也可以不被加热而保持固体化。从例如从半导体元件12到散热体17的热转移性(transferability)、依赖于半导体元件12的形式的可加工性以及至接合层16a和16b以及连接焊垫Ilb的连接性的角度来看，导热构件15优选地由上述焊接材料组成。为了消除高度差异，安装高度Ha和对于散热体17的推按量之间的关系可以提前确定，并且可以基于实际安装高度Ha来调节对于散热体17的推按量。此外，可以提前调节将散热体17连附至衬底11的粘合剂18的厚度、弾性或其他參数，从而消除高度差异。尽管此处的导热构件15具有可以在组装期间与连接焊垫Ilb面接触的连接部15b，然而在组装之前导热构件15并不必然需要具有连接部15b，只要导热构件15在组装后连接至连接焊垫Ilb即可。具有依赖于半导体元件12外部大小的尺寸的导热构件15的凹部15a可以减小半导体器件IOA组装期间导热构件15与散热体17之间移位的风险。为了比较，图11示出了另ー种形式的示例半导体器件，图12A到图13B示出了如何形成其他形式的半导体器件的例子。图11是示意性截面图。图12A是沿着图12B中线L6-L6截取的示意性截面图，图13A是沿着图13B中线L7-L7截取的示意性截面图。图12B和图13B是示意性平面图。在半导体元件12安装到衬底11上之后，半导体元件12邻近接合层16a的表面不一定是平的。由于半导体元件12与衬底11之间的热膨胀和热收缩差异，半导体元件12可能弯曲(warp)。当图12A到图13B中所示的板状导热构件150布置在如上述弯曲的半导体元件12上吋，导热构件150或散热体17可能被移位。例如，将板状导热构件150布置在设置有接合层16a的半导体元件12与设置有接合层16b的散热体17之间，并且将散热体17连附至衬底11。此时，布置在半导体元件12上的导热构件150可能围绕弯曲的半导体元件12的突出部旋转，并且可能如图12A和图12B所示那样被移位。此外，布置在导热构件150上的散热体17可能与导热构件150—起旋转，并且导热构件150和散热体17可能如图13A和图13B所示那样被移位。如果导热构件150在移位的同时被固定，则半导体元件12的上表面部分保持未被导热构件150覆盖，进而无法形成如图11所示的半导体器件100。未被导热构件150覆盖的半导体元件12上表面的部分可能引起至散热体17的热阻増大，并且可能阻碍半导体元件12处产生的热充分地转移至散热体17并从散热体17释放。这可能引起的结果是半导体元件12过热，从而导致半导体元件12发生故障。此外，这可能造成半导体器件100的产量(yield)減少。相反，上述半导体器件IOA包括具有凹部15a的导热构件15，并且凹部15a的尺寸和形状是基于安装后的半导体元件12的外部尺寸和安装高度来设定的。如此ー来，在组装期间凹部15a的每ー个内侧(或内表面)均与半导体元件12的对应外侧(或侧表面)相对，进而减小了导热构件15旋转的风险。因此，导热构件15准确地定位于半导体元件12的上表面上，并且除了覆盖底填树脂14的侧表面之外还覆盖半导体元件12的上表面和侧表面。此外，如图7、图8A和图8B所示，具有凹部15a的导热构件15布置在半导体元件 12上，并且在例如加热导热构件15的同时朝向衬底11按压散热体17。此时，导热构件15与为半导体元件12设置的接合层16a之间的连接、导热构件15与为散热体17设置的接合层16b之间的连接、以及导热构件15与处于GND电位的连接焊垫Ilb之间的连接均在单个步骤中进行。通过这种方式就有效地组装好了具有散热和电磁屏蔽功能的半导体器件10A。(b)第二实施例现在将描述第二实施例。图14A和图14B示出了根据第二实施例的示例半导体器件。图14A是沿着图14B中线L8-L8截取的示意性截面图，图14B是示意性平面图。根据第二实施例的半导体器件IOB与根据第一实施例的半导体器件IOA的不同之处在于，半导体器件IOB包括小型衬底11和小型板状散热体17。在半导体器件IOB中，与根据第一实施例的半导体器件IOA不同，散热体17不需要具有包围半导体元件12外围且待连接至衬底11的结构、即凹部17a。由于使用了这种小型板状散热体17，因此衬底11不需要具有散热体17所连附的区域，并且用于将散热体17连附至衬底11的粘合剂18也是不必要的。图14A和图14B中所示的散热体17和衬底11的使用允许实现小型半导体器件10B，其使用将半导体元件12热连接至散热体17的导热构件15作为屏蔽构件。这种半导体器件IOB可以以与第一实施例中所描述的类似的方式形成。S卩，首先，设置有接合层16a的半导体元件12以倒装芯片的方式安装在小型衬底11上，凸块13插入在半导体元件12与小型衬底11之间。随后，在衬底11和半导体元件12之间涂敷底填树脂14。然后将板状导热构件15布置在半导体元件12和接合层16a上，并且将设置有接合层16b的散热体17布置在导热构件15上。在例如加热导热构件15的同时朝向衬底11按压散热体17。此时，导热构件15与接合层16a之间的连接、导热构件15与接合层16b之间的连接、以及导热构件15与连接焊垫IIb之间的连接在单个步骤中进行。通过这种方式就有效地形成了半导体器件10B。尽管在图14A和图14B中示出了具有附着至球焊垫Ile的焊接球19的BGA类型的半导体器件10B，然而半导体器件IOB也可以是不附着有焊接球19的LGA类型。(C)第三实施例现在将描述第三实施例。图15A和图15B示出了根据第三实施例的示例半导体器件。图15A是沿着图15B中线L9-L9截取的示意性截面图，图15B是示意性平面图。根据第三实施例的半导体器件IOC与根据第二实施例的半导体器件IOB的区别之处在于，半导体器件IOC包括具有开ロ 15c的导热构件15。导热构件15的开ロ 15c可以用于底填树脂14的涂敷(下文描述)。现在将描述包括具有开ロ 15c的导热构件15的半导体器件IOC的形成方法。图16A和图16B示出了根据第三实施例的示例衬底制备步骤。图16A是沿着图16B中线L10-L10截取的示意性截面图，图16B是示意性平面图。首先，制备如图16A和图16B所示的小型衬底11。此处，衬底11没有散热体17所连附的区域。衬底11包括衬底电极焊垫11a、连接焊垫lib、内部配线11c、孔lid、球焊垫lie、诸如信号线(未示出)等导电部件、以及绝缘部件Ilf。内部配线Ilc处于GND电位。衬底电极焊垫Ila布置在待安装半导体元件12的区域中，并且连接焊垫Ilb围绕该区域。 图17A和图17B示出了根据第三实施例的示例半导体元件安装步骤。图17A是沿着图17B中线Lll-Lll截取的示意性截面图，图17B是示意性平面图。半导体元件12具有布置在其表面上的芯片电极焊垫12a和布置在与芯片电极焊垫12a所布置的表面相対的表面上的接合层16a。凸块13附着至芯片电极焊垫12a，并且半导体元件12是以倒装芯片方式安装在衬底11上。图18示出了根据第三实施例的示例密封构件配设步骤。在将半导体元件12安装到衬底11上之后，将板状导热构件15布置在为半导体元件12设置的接合层16a上，并且将设置有接合层16b的散热体17布置在导热构件15上。此处，导热构件15具有凹部15a、连接部15b以及与凹部15a连通的开ロ 15c。图19A和图19B示出了根据第三实施例的示例密封步骤。图19A是沿着图19B中线L12-L12截取的示意性截面图，图19B是示意性平面图。在如上所述布置了导热构件15和散热体17之后，在例如加热导热构件15的同时朝向衬底11按压散热体17，从而使得导热构件15连接至接合层16a和16b以及连接焊垫lib。此时，导热构件15的开ロ 15c与半导体元件12和衬底11之间的空间连通。在将导热构件15连接至接合层16a和16b以及连接焊垫Ilb之后，进行底填树脂14的涂敷。图20A和图20B示出了根据第三实施例的示例底填树脂涂敷步骤。图20A是沿着图20B中线L13-L13截取的示意性截面图，图20B是示意性平面图。可以使用例如分液器(dispenser)来涂敷底填树脂14。例如，可以使用预定针管50将底填树脂14从导热构件15的开ロ 15c涂敷到半导体元件12和衬底11之间的空间。在底填树脂14涂敷期间，覆盖半导体元件12并连接至连接焊垫Ilb的导热构件15可以起到坝(dam)的作用，该坝防止底填树脂14弄湿(wet)并扩散(spread)至半导体元件12所安装的区域的外部。导热构件15的开ロ 15c的大小和形状没有特别的限制，只要针管50的端部可以插入到开ロ 15c中并且只要具有开ロ 15c的导热构件15对于半导体元件12具有电磁屏蔽效果即可。通过上述步骤可以形成LGA类型的半导体器件10C。可以在涂敷底填树脂14之后通过将焊接球19附着至球焊垫Ile来形成BGA类型的半导体器件10C。
通过上述步骤，导热构件15减小了在形成半导体器件IOC期间底填树脂14可能弄湿并扩散至半导体元件12所安装区域的外部的风险。例如，在将导热构件15连接至接合层16a和16b以及连接焊垫Ilb之前将底填树脂14涂敷至衬底11与安装在衬底11上的半导体元件12之间的空间的情况下，底填树脂14可能如图2IA和图2IB所示的那样弄湿和扩散。图21A和图21B示出了另ー个示例半导体器件形成步骤。图21A示出了另ー个示例底填树脂涂敷步骤，图21B示出了另ー个示例密封构件配设步骤。当将底填树脂14涂敷至衬底11与安装在衬底11上的半导体元件12之间的空间时，底填树脂14可能弄湿并扩散至半导体元件12所安装区域的外部。由于例如底填树脂14的粘度(viscosity)、待提供的底填树脂14的量以及底填树脂14对于衬底11的可湿性(wettability)，底填树脂14可能会弄湿并扩散。如果底填树脂14弄湿并扩散，则连接焊垫Ilb可能如图21A所示的那样被底填树脂14覆盖，或者底填树脂14可能流出到例如衬 底11的侧表面。在这些情况下，在配设导热构件15和散热体17期间，如图21B所示，导热构件15可能没有连接至连接焊垫lib。如果导热构件15没有连接至衬底11，则导热构件15可能不能施加电磁屏蔽效果。此外，如果底填树脂14流出到例如衬底11的侧表面，则完成的产品(半导体器件)可能具有异常外形或异常外观。相反，在半导体器件IOC中，在具有开ロ 15c的导热构件15连接至例如连接焊垫Ilb之后，从导热构件15的开ロ 15c将底填树脂14涂敷到半导体元件12与衬底11之间的空间。这减小了底填树脂14可能流出到半导体元件12所安装区域的外部的风险，从而能够避免如图21A和图21B所示的导热构件15与连接焊垫Ilb之间的不良连接。而且，这减小了底填树脂14可能流出到例如衬底11的侧表面的风险，从而能够避免半导体器件IOC的异常外形或异常外观。(d)第四实施例现在将描述第四实施例。图22A和图22B示出了根据第四实施例的示例半导体器件。图22A和图22B示出了在半导体器件IOD组装期间使用设置有用于使得导热构件15成形的形成模具(forming die)(凹部)17b的散热体17使得导热构件15成形的同时将板状导热构件15连接至例如连接焊垫Ilb的方法，以及所形成的半导体器件10D。在半导体器件IOD组装期间，首先将设置有接合层16a的半导体元件12以倒装芯片方式安装在衬底11上。接下来，将板状导热构件15、设置有用于使得导热构件15成形的形成模具17b的散热体17以及粘合剂18布置在衬底11上的预定位置。随后，在例如加热导热构件15的同时朝向衬底11按压散热体17。在按压散热体17期间，布置在半导体元件12与散热体17之间的导热构件15在受到半导体元件12支撑的同时沿着散热体17的形成模具17b而变形(deform)，并且覆盖半导体元件12 (接合层16a)和底填树脂14的表面。此时，导热构件15连接至接合层16a、接合层16b以及连接焊垫11b，并且散热体17连附至衬底11，粘合剂18插入在散热体17与衬底11之间。这就完成了 LGA类型半导体器件IOD的形成。此后，如上描述的焊接球可以被附着至半导体器件IOD以形成BGA类型的半导体器件10D。使用该方法，不需要在半导体器件IOD组装之前制备具有基于半导体元件12的外部大小和安装高 度的形状的导热构件15，并且减小了导热构件15成本(加工成本)增加的风险。此外，在使用该方法形成的半导体器件IOD中，由于散热体17也是位于邻近半导体元件12周边的位置，因此半导体元件12处产生的热除了被有效地向上转移之外，还被有效地侧向转移，引起的结果是热释放效果提升。除了半导体元件12之外，在衬底11上也可以安装包括诸如电阻器和电容器之类的无源部件的其它电子组件。使用设置有形成模具17b的散热体17的方法也可以应用于衬底11上安装有这些电子组件的情況。图23A和图23B示出了根据第四实施例的半导体器件的第一变型例。图23A和图23B示出了使用安装有半导体元件12和电子组件20的衬底11以及设置有形成模具17b的散热体17的板状导热构件15的成形及连接方法，以及所形成的半导体器件IODl。可以通过与用于组装半导体器件IOD类似的过程来组装半导体器件10D1。在按压散热体17期间，可以调节粘合剂18的厚度，从而避免散热体17的下表面与电子组件20之间的接触。此外，散热体17的下表面的形状可以改变，从而避免散热体17与电子组件20之间的接触。图24A和图24B示出了根据第四实施例的半导体器件的第二变型例。如图24A和图24B所示的半导体器件10D2中，散热体17也可以具有位于与电子组件20相対的位置处的凹部17c，从而在将散热体17连附至衬底11之后，在散热体17与电子组件20之间留出了预定空间。这就能够避免散热体17与电子组件20之间的接触。此夕卜，这些凹部17c可以提高待与半导体元件12—起安装在衬底11上的电子组件20的形式(安装高度、类型等)的灵活性。如果对于板状导热构件15使用不具有形成模具17b的散热体17，则当导热构件15连接至安装有半导体元件12和电子组件20的衬底11吋，导热构件15可能如图25A和图25B所示那样扩展。图25A和图25B示出了另ー个示例半导体器件形成步骤。图25A是示意性截面图，图25B是不意性平面图。此处，板状导热构件15布置在设置有凹部17a的散热体17与安装有半导体元件12和电子组件20的衬底11之间，并且散热体17被朝向衬底11按压。当在加热导热构件15的同时按压散热体17时,导热构件15可能由于压カ而从散热体17与半导体兀件12之间被挤压出来，并且可能如图25A和图25B所示扩展至安装在半导体元件12周边的电子组件20。如果导热构件15如上所述扩展并例如与电子组件20接触，则电子组件20可能无法正常工作。例如，当如上所述扩展的导热构件15与用作电子组件20的芯片电容器接触时，芯片电容器可能短路。为了避免诸如电子组件20短路之类的故障，可以采用如图26A和图26B所示的结构。
图26A和图26B示出了其他形式的半导体器件。例如，在如图26A所示的结构中，电子组件20布置在散热体17的外部。在如图26B所示的结构中，安装在散热体17内部的电子组件20被树脂30所涂覆。然而，在如图26A所示的结构中，由于半导体元件12与电子组件20之间的距离长，因此衬底11内部的配线的电感或电阻可能増大，这可能导致开关噪声(switchingnoise)増大。此外，对于图26B所示的结构而言，形成树脂30的步骤是必需的，树脂30的制作可能导致成本増加。
同时，设置有形成模具17b的散热体17减小了在电子组件20安装在半导体元件12周边的情况下导热构件15可能扩展至电子组件20的风险。这就能够避免导热构件15与电子组件20之间的接触，从而避免由于接触造成的故障。上述电子组件20可以安装在第一实施例中描述的半导体器件IOA的衬底11上。由于半导体器件IOA包括具有预定大小和形状的导热构件15，因此可以避免导热构件15与电子组件20之间的接触以及由于接触造成的故障。(e)第五实施例接下来，将描述第五实施例。图27A和图27B示出了根据第五实施例的示例半导体器件。尽管根据第一实施例和第二实施例的半导体器件包括布置在衬底11与安装在衬底11上的半导体元件12之间的底填树脂14，然而在第五实施例中这种底填树脂就不总是必要的了。如图27A所示的半导体器件IOAl和如图27B所示的半导体器件IOBl中，半导体元件12可以被导热构件15覆盖而没有底填树脂，并且半导体元件12可以热连接至散热体17，导热构件15插入在半导体元件12与散热体17之间。在图27A所示的半导体器件IOAl和图27B所示的半导体器件IOBl中，半导体元件12被导热构件15覆盖，并且导热构件15连接至连接焊垫I Ib和接合层16a。即，导热构件15強化了半导体元件12与衬底11之间经由凸块13的连接。因此，例如，即使在安装半导体元件12之后进行加热和冷却期间半导体元件12与衬底11之间的热膨胀和热收缩差异造成了半导体元件12的弯曲，导热构件15仍然可以强化半导体元件12与衬底11之间的连接，并且保证了一定的连接可靠性。即使对于半导体器件IOAl和IOBl从外部施加了冲击，但是导热构件15仍然类似地保证了一定的连接可靠性。对于半导体器件IOAl和IOBl而言，底填树脂14的材料成本和底填树脂14的形成步骤是不必要的。已经示出了分别与半导体器件IOA和IOB具有相同结构只是从中省略了底填树脂14的半导体器件IOAl和IOBl作为例子。类似地，也可以采用通过从第四实施例中描述的半导体器件10DU0D1以及10D2中省略底填树脂14而获得的结构。(f)第六实施例现在将描述第六实施例。图28A和图28B示出了根据第六实施例的示例半导体器件。在第四实施例中，板状导热构件15连接至接合层16a和16b以及连接焊垫11b，从而在通过设置有形成模具17b的散热体17而成形的同时覆盖半导体元件12。可以使用如图28A和图28B所示的糊状(paste form)导热构件15来代替板状导热构件15。在这种情况下，将糊状导热构件15布置在安装于衬底11上的半导体元件12的接合层16a上，并将设置有形成模具17b和接合层16b的散热体17以及粘合剂18布置在预定位置。朝向村底11按压散热体17从而使得导热构件15沿着形成模具17b变形以覆盖半导体元件12 (接合层16a)和底填树脂14的表面。导热构件15连接至接合层16a和16b以及连接焊垫11b，并且散热体17通过粘合剂18连附至衬底11。这就完成了 LGA类型半导体器件IOD的形成。此后，如上描述的焊接球可以被附着至半导体器件IOD以形成BGA类型的半导体 器件10D。上述方法的使用产生与第四实施例所描述的类似的效果。而且，与使用板状导热构件15或150的情况相比，糊状导热构件15的使用可以减少材料和加工成本。当第四实施例中描述的电子组件20安装在衬底11上时，也可以使用糊状导热构件15。在这种情况下，散热体17可以具有位干与电子组件20相対的位置处的凹部17c。接下来，将參照图29到图31B描述导热构件15与半导体元件12之间的粘附以及导热构件15与底填树脂14之间的粘附。如图29所不,在半导体兀件12的后表面(与凸块13所附着的表面相对的表面)上可能存在不平坦部12b。这种不平坦部12b是通过在半导体元件12形成期间进行的半导体衬底的背面研磨(back-grinding)而形成的。即使是当接合层16a形成在具有不平坦部12b的表面上时，在半导体元件12邻近后表面的ー侧也可能留有不平坦部16aa。此外，底填树脂14包括位于半导体元件12侧端的倒角部14a，所述倒角部14a的高度可以依赖于待提供的底填树脂14的量而改变(高倒角部14aa或低倒角部14ab)。将导热构件15布置为覆盖半导体元件12上的接合层16a和底填树脂14，接合层16a可能(potentially)具有不平坦部16aa，并且底填树脂14具有形状可能改变的倒角部14a。考虑到从半导体元件12到散热体17的热转移效率，导热构件15优选地与接合层16a的表面、半导体元件12的侧表面以及底填树脂14的表面紧密接触，从而使得在这些组件之间留下最小的间隙。就此而言，在第一实施例到第六实施例中，散热体17布置在设置有接合层16a的半导体元件12上(导热构件15插入其间)，并且在组装期间，朝向半导体元件12所安装的衬底11按压散热体17。这减小了导热构件15与设置有接合层16a的半导体元件12之间以及导热构件15与底填树脂14之间可能留下间隙的风险。例如，图30A和图30B示出了导热构件15连接至连接焊垫Ilb等，同时导热构件15通过设置有形成模具17b的散热体17而成形。在这种情况下，如图30A所示，在按压散热体17期间，在导热构件15与接合层16a的不平坦部16aa之间、导热构件15与半导体元件12的侧表面之间以及导热构件15与底填树脂14之间留下了间隙40。然而，如图30B所示，通过进ー步按压散热体17，导热构件15沿着接合层16a的不平坦部16aa的表面、半导体元件12的侧表面以及底填树脂14的倒角部14a的表面而变形。通过这种方式，导热构件15与接合层16a、半导体元件12以及底填树脂14的表面紧密接触。为此，待使用的导热构件15的厚度以及对于紧密接触而言必要的对散热体17的压カ(负载)可以提前确定。
由于通过加热熔化的导热构件15和糊状导热构件15是流体，因此导热构件15可以沿着接合层16a、半导体元件12以及底填树脂14的表面流动并且与接合层16a、半导体元件12以及底填树脂14的表面紧密接触。然而，此时，如图31A所示，在导热构件15与接合层16a、半导体元件12以及底填树脂14的表面之间可能形成空气间隙(空隙)41。在这种情况下，通过使用压カ炉(pressure oven)等在加热导热构件15的同时向导热构件15施加压カ从而挤破空气间隙41，然后冷却和硬化导热构件15，可以消除或減少空气间隙41，如图31B所示。可替代地，可以通过加热导热构件15从而软化或熔化导热构件15、通过在该状态下抽真空、然后冷却和硬化导热构件15，来消除或减少空气间隙41，如图31B所示。通过这种方式，将导热构件15配设在散热体17与衬底11上的半导体元件12之间，并且在按照需要加热的同时朝向村底11按压散热体17，可以增大导热构件15与接合层16a之间、导热构件15与半导体元件12之间以及导热构件15与底填树脂14之间的粘 附性。这就允许半导体元件12处产生的热经由导热构件15被有效地转移至散热体17，进而有效地减小了由过热造成的半导体元件12故障或损坏的风险。尽管已经參照图30A到图31B描述了散热体17具有形成模具17b的情况下导热构件15的粘附性，然而在散热体17具有凹部17a或散热体17是板状的情况下也可以获得导热构件15的一定的粘附性。例如，使用设置有凹部17a的散热体17或使用板状散热体17来按压设置有大小和形状适当设定的凹部15a的导热构件15，确保了导热构件15与接合层16a之间、导热构件15与半导体元件12之间以及导热构件15与底填树脂14之间的一定的粘附性。在第一实施例到第六实施例中，半导体元件热连接至散热体，导热构件插入在半导体元件与散热体之间，并且导热构件连接至衬底的处于GND电位的电极部同时覆盖半导体元件。这就允许半导体元件处产生的热经由导热构件被有效地转移至散热体，同时半导体元件周边被导热构件电磁屏蔽。通过朝向衬底按压散热体而不增加部件数量或处理步骤的数量，可以形成覆盖半导体元件并连接至衬底的预定电极部的导热构件。这就促成了具有散热功能和电磁屏蔽功能的半导体器件，而没有成本増加的风险。这还使得半导体器件的制造效率提闻。本文所述的全部示例和条件性语言均是为了教示性的目的，以帮助读者理解本发明以及发明人为了促进技术而贡献的概念，并应解释为不限制于这些具体描述的示例和条件，说明书中这些示例的组织也不是为了显示本发明的优劣。尽管已详细描述了本发明的各实施例，然而应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下可以对其进行各种变化、替换和更动。
权利要求
1.一种半导体器件，包括 衬底； 电极部，布置在所述衬底上； 半导体元件，布置在所述衬底上； 导热构件，由焊接材料组成，所述导热构件覆盖所述半导体元件并且连接至所述电极部；以及 散热体，布置在所述导热构件上。
2.根据权利要求I所述的半导体器件，其中，所述导热构件沿着所述半导体元件的上表面和多个侧表面而布置。
3.根据权利要求I所述的半导体器件，其中，所述电极部处于地电位。
4.根据权利要求I所述的半导体器件，其中，所述电极部包围所述半导体元件。
5.根据权利要求I所述的半导体器件，还包括 树脂层，布置在所述衬底与所述半导体元件之间。
6.根据权利要求I所述的半导体器件，还包括 树脂层，布置在所述衬底与所述半导体元件之间，其中， 所述导热构件具有与所述树脂层连通的开ロ。
7.根据权利要求I所述的半导体器件，其中， 所述散热体具有用于容纳所述导热构件的凹部，并且 所述导热构件沿着所述凹部的内表面而布置。
8.根据权利要求I所述的半导体器件，还包括 第一接合层，布置在所述半导体元件的上表面与所述导热构件之间；以及 第二接合层，布置在所述导热构件的上表面与所述散热体之间。
9.一种制造半导体器件的方法，所述方法包括如下步骤 在衬底上配设半导体元件，所述衬底上形成有电极部； 在所述半导体元件上配设散热体，导热构件插入在所述散热体与所述半导体元件之间，所述导热构件由焊接材料组成；以及 按压所述散热体从而使得所述导热构件覆盖所述半导体元件，并且使得所述导热构件连接至所述电极部。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述配设散热体将所述散热体配设在所述半导体元件上，所述导热构件插入在所述散热体与所述半导体元件之间，所述导热构件覆盖所述半导体元件。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述导热构件与所述电极部相接触。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述配设散热体将所述散热体配设在所述半导体元件上，所述导热构件插入在所述散热体与所述半导体元件之间，所述导热构件具有开ロ，所述方法还包括 在按压所述散热体之后经所述导热构件的所述开ロ提供树脂。
13.根据权利要求9所述的方法，其中， 所述配设散热体配设具有凹部的散热体，使得所述凹部面对所述导热构件，以及 所述按压所述散热体利用所述凹部使所述导热构件成形，从而使得所述导热构件覆盖所述半导体元件并且使得所述导热构件连接至所述电极部。
14.根据权利要求9所述的方法，其中所述按压所述散热体包括加热所述导热构件。
全文摘要
本发明提供一种半导体器件及其制造方法，所述半导体器件包括衬底；半导体元件，布置在所述衬底上；以及由焊接材料组成的导热构件。所述导热构件覆盖所述半导体元件，并且连接至形成在所述衬底上的连接焊垫。在所述导热构件上布置有散热体。所述导热构件将所述半导体元件热连接至所述散热体，减小了可能从半导体元件发出电磁噪声或电磁噪声可能入射到半导体元件上的风险。
文档编号H01L21/50GK102693963SQ20121003315
公开日2012年9月26日 申请日期2012年2月13日 优先权日2011年3月25日
发明者井原匠 申请人:富士通半导体股份有限公司