CN110140207B - 半导体装置 - Google Patents

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Abstract

提供具有优异的散热性和电磁波抑制效果的半导体装置。为了解决上述课题，本发明的半导体装置(1)的特征在于，具备：半导体元件(30)，形成于基板(50)上；导电屏蔽罩(20)，具有开口部(21)，并以覆盖所述半导体元件(30)的至少一部分的方式设置，且与地线(60)连接；冷却部件(40)，设置在该导电屏蔽罩(20)的上部；以及电磁波吸收导热片(10)，至少通过所述导电屏蔽罩(20)的开口部(21)而形成在所述半导体元件(30)与所述冷却部件(40)之间。

Description

半导体装置
技术领域
本发明涉及具有优异的散热性和电磁波抑制效果的半导体装置。
背景技术
近年来，电子设备跟随小型化的趋势的同时，由于应用程序的多样性而无法使耗电量产生太大变化，因此更加重视设备内的散热对策。
作为对于上述电子设备的散热对策，广泛利用由铜和/或铝等这样的导热率高的金属材料制成的散热板、热管、或者散热片等。这些导热性优异的散热部件为了实现散热效果或设备内的温度缓解，被配置为接近作为电子设备内的发热部的半导体封装等电子部件。另外，这些导热性优异的散热部件被从作为发热部的电子部件一直配置到低温的场所。
但是，电子设备内的发热部是电流密度高的半导体元件等电子部件，电流密度高被认为是能够成为不必要的辐射的成分的电场强度或磁场强度大的情况。因此，如果将由金属制成的散热部件配置在电子部件的附近，则进行吸收热量的同时存在也会拾取在电子部件内流通的电信号的高次谐波分量的问题。具体而言，因为散热部件是利用金属材料制成，所以存在其自身作为高次谐波分量的天线而发挥功能，或者作为高次谐波噪声分量的传递路径而起作用的情况。
因此，期望开发实现了散热性与电磁波抑制效果兼顾的技术。
例如在专利文献1中公开了如下技术：具备具有鳍片用孔的覆盖实际安装在印制基板的电子部件的屏蔽壳体和散热鳍片，并使散热鳍片的一部分从所述鳍片用孔向屏蔽壳体的外侧露出。
然而，专利文献1的技术中，虽然能够确保某种程度的散热性，但由于在屏蔽壳体设置有鳍片用孔，所以可认为无法充分获得电磁波抑制效果，无法实现散热性与电磁波抑制效果的兼顾。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-155056号公报
发明内容
技术问题
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供具有优异的散热性和电磁波抑制效果的半导体装置。
技术方案
本发明人为了解决上述课题而进行反复研究，并着眼于通过将连接于地线的导电屏蔽罩以覆盖半导体元件的方式设置而能够实现优异的电磁波吸收性能。但是，由于仅设置屏蔽罩则无法获得足够的散热性，所以进一步反复深入研究的结果发现通过在导电屏蔽罩设置开口部，并以至少通过该开口部的方式形成电磁波吸收导热片而将半导体元件与冷却部件连接起来，从而能够不使电磁波吸收性能降低，而提高散热性。其结果是本发明的半导体装置能够以前所未有的高水平兼顾散热性和电磁波抑制效果。
本发明是基于上述见解而完成的，其主旨如下。
(1)一种半导体装置，其特征在于，具备：半导体元件，形成于基板上；导电屏蔽罩，具有开口部，并以覆盖所述半导体元件的至少一部分的方式设置，且与地线连接；冷却部件，设置在所述导电屏蔽罩的上部；以及电磁波吸收导热片，至少通过所述导电屏蔽罩的开口部而形成在所述半导体元件与所述冷却部件之间。
通过上述构成，能够实现优异的散热性和电磁波抑制效果。
(2)上述(1)所述的半导体装置，其特征在于，所述电磁波吸收导热片覆盖所述导电屏蔽罩的上表面的一部分和/或下表面的一部分。
(3)上述(2)所述的半导体装置，其特征在于，所述电磁波吸收导热片覆盖所述导电屏蔽罩的上表面的一部分。
(4)上述(2)所述的半导体装置，其特征在于，所述电磁波吸收导热片覆盖所述导电屏蔽罩的上表面的一部分和下表面的一部分。
(5)上述(2)所述的半导体装置，其特征在于，所述电磁波吸收导热片的覆盖面积相对于所述导电屏蔽罩的开口部的面积为110％以上。
(6)上述(1)～(5)中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述电磁波吸收导热片由多层片材构成。
(7)上述(1)～(6)中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述电磁波吸收导热片含有纤维状的导热性填充剂。
(8)上述(7)所述的半导体装置，其特征在于，所述纤维状的导热性填充剂为碳纤维。
(9)上述(7)或(8)所述的半导体装置，其特征在于，所述电磁波吸收导热片还含有磁性金属粉。
(10)上述(1)～(9)中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述电磁波吸收导热片的片材中心部的导热率比片材外周部的导热率大。
技术效果
根据本发明，能够提供具有优异的散热性和电磁波抑制效果的半导体装置。
附图说明
图1是针对本发明的半导体装置的一个实施方式而示意性地示出截面的状态的图。
图2是针对本发明的半导体装置的另一个实施方式而示意性地示出截面的状态的图。
图3是针对本发明的半导体装置的另一个实施方式而示意性地示出截面的状态的图。
图4是针对本发明的半导体装置的一个实施方式而示意性地示出组装状态的立体图。
图5是示意性地示出实施例中的用于频率特性分析的半导体装置的模型，图5的(a)示出从半导体装置的模型的表面侧观察到的状态，图5的(b)示出从半导体装置的模型的背面侧观察到的状态。
图6是示出从实施例1得到的改变了条件的每个电磁波吸收导热片的与频率对应的电场强度的图表。
图7是示出从实施例2得到的改变了条件的每个电磁波吸收导热片的与频率对应的电场强度的图表。
图8是示出从实施例3得到的改变了条件的每个电磁波吸收导热片的与频率对应的电场强度的图表。
图9是针对现有技术的半导体装置而示意性地示出截面的状态的图。
图10是示意性地示出导电屏蔽罩和电磁波吸收导热片的上表面的状态的图。
符号说明
1：半导体装置
10：电磁波吸收导热片
20：导电屏蔽罩
20a：导电屏蔽罩的上表面
20b：导电屏蔽罩的下表面
21：开口部
30：半导体元件
31：MSL
40：冷却部件
50：基板
51：接合部
60：地线
100：现有的半导体装置
S：电磁波吸收导热片的覆盖面积
T：电磁波吸收导热片的厚度
具体实施方式
以下，利用附图具体地说明本发明的实施方式的一例。
这里，图1～图3是针对本发明的半导体装置的三个实施方式而示意性地示出截面的图。应予说明，对于各附图，为了便于说明而将各部件的形状和/或比例以与实际不同的状态来表示。对于各部件的形状和/或比例，除了本说明书中规定的情况以外，每个半导体装置都能够进行适当变更。
如图1～图3所示，本发明的半导体装置1具备半导体元件30、导电屏蔽罩20、冷却部件40和电磁波吸收导热片10。
并且，在本发明的半导体装置1中，特征在于：所述导电屏蔽罩20具有开口部21，所述电磁波吸收导热片10以通过该开口部21的方式形成在所述半导体元件30与所述冷却部件40之间。
所述半导体元件30成为热量和电磁波的产生源，但通过以覆盖该半导体元件30的方式设置导电屏蔽罩20，从而能够屏蔽电磁波，因此能得到优异的电磁波抑制效果。此外，通过在所述导电屏蔽罩20设置开口部21，并以至少通过该开口部21的方式将具有电磁波吸收性能且导热性高的片材部件(电磁波吸收导热片10)设置在半导体元件30与冷却部件40之间，从而即使在设置了开口部21的情况下也具有电磁波抑制效果，大幅改善向冷却部件40的热传导的结果是也能够实现优异的散热性。
应予说明，图9是示出现有技术的具备电磁波吸收导热片的半导体装置的一例的图。在现有的半导体装置100中，在半导体元件30与冷却部件40之间设置有电磁波吸收导热片10，因此，能得到优异的导热性、电磁波吸收效果。然而，由于不具备本发明的半导体装置1的屏蔽罩20那样的电磁波屏蔽材料，所以有时电磁波抑制效果达不到足够的水平。
接下来，对构成本发明的半导体装置的各部件进行说明。
(半导体元件)
如图1～图3所示，本发明的半导体装置1具备形成在基板50上的半导体元件30。
这里，对于所述半导体元件，只要是由半导体形成的电子部件即可，没有特别限定。例如，可列举：IC或LSI等集成电路、CPU、MPU、图形处理元件、图像传感器等。
对于形成有所述半导体元件30的基板50，也没有特别限定，可以根据半导体装置的种类来使用适合的基板。在所述基板50设置有地线(GND)60。地线60形成于基板50的内层或背面(在图1～图3中为基板的背面)。
在图1～图3中，为了便于说明，表示为导电屏蔽罩20贯通所述基板50而直接与所述地线60连接。但是，在通常的实际应用时，如图4所示，在所述基板50的面上以包围所述半导体元件30的周围的方式在整周或部分设置接合部51，并在该部分通过焊料等将所述导电屏蔽罩20连接。所述接合部51通过形成在所述基板50的通孔(未图示)来与所述地线60电连接，由此，所述导电屏蔽罩20与地线60电接合。
(屏蔽罩)
如图1～图3所示，本发明的半导体装置1具备导电屏蔽罩20，该导电屏蔽罩20具有开口部21，并以覆盖所述半导体元件30的至少一部分的方式设置，与所述地线60连接。
通过与所述地线60连接的导电屏蔽罩20，能够进行电磁波的屏蔽，并能够提高本发明的半导体装置1的电磁波抑制效果。
这里，作为构成所述屏蔽罩20的材料，只要是电磁波的屏蔽效果好的材料即可，没有特别限定。例如，可以使用铝、铜、不锈钢等导电率高的金属和/或导电性高的磁性体等。作为该导电性高的磁性体材料，可列举：坡莫合金、山达斯特合金、Fe系或Co系的非晶材料、微晶材料等。在使用上述那样的磁性体材料作为构成所述屏蔽罩20的材料的情况下，除了电屏蔽效果之外，还能够期待磁屏蔽效果和磁吸收效果。
设置于所述屏蔽罩的开口部21是设置于所述屏蔽罩的贯通孔。应予说明，所述开口部21的内部填充有后述的电磁波吸收导热片10，将半导体元件30与冷却部件40之间连接，因此，如图1～图3所示，所述开口部21形成在将所述半导体元件30与所述冷却部件40连结的方向(在图1～图3中为各部件的层叠方向)上。
对于所述开口部21的大小，没有特别限定，可以根据半导体元件30的大小等进行适当变更。如果所述开口部21的开口面积小，则能够减少电磁波的发射，并能够减小辐射电磁场。但是，从释放来自半导体元件30的热量的观点来看，优选增大所述开口部21而使用大的电磁波吸收导热片10。因此，开口部21的大小根据本发明的半导体装置1所要求的导热性和/或电磁噪声抑制效果来适当变更。
(冷却部件)
如图1～图3所示，本发明的半导体装置1在所述导电屏蔽罩20的上部具备冷却部件40。
这里，所述冷却部件40是用于吸收从所述热源(半导体元件30)产生的热量，并使热量释放到外部的部件。通过介由后述的电磁波吸收导热片10而与所述半导体元件30连接，能够使半导体元件30所产生的热量扩散到外部，并确保半导体装置的散热性。
对于所述冷却部件40的种类，没有特别限定，可以根据本发明的半导体装置1的种类来进行适当选择。例如，可列举：散热器、冷却器、散热片、均热器、芯片焊盘、冷却风扇、热管、金属罩、壳体等。在这些散热部件之中，从能够得到更优异的散热性的方面考虑，优选使用散热器、冷却器或散热片。
应予说明，如图1～图3所示，所述冷却部件40设置于所述导电屏蔽罩20的上部，但优选与所述导电屏蔽罩不接触，并隔开一定距离地设置。这是因为后述的电磁波吸收导热片10会填充到所述导电屏蔽罩20的上表面20a与所述冷却部件40之间。
(电磁波吸收导热片)
如图1～图3所示，本发明的半导体装置1具备电磁波吸收导热片10，该电磁波吸收导热片10以至少通过所述导电屏蔽罩20的开口部21的方式形成在所述半导体元件30与所述冷却部件40之间。
通过将具有电磁波吸收性能且导热性高的电磁波吸收导热片10设置在半导体元件30与冷却部件40之间，能够不使电磁波抑制效果下降，还提高散热性。
对于所述电磁波吸收导热片10的尺寸，没有特别限定，但如图1～图3所示，由于被填充到所述屏蔽罩20的开口部21内，所以需要至少具有与开口部的面积同等以上的覆盖面积。这里，图10是示出从上方观察电磁波吸收导热片和导电屏蔽罩而得到的状态的图，但所述电磁波吸收导热片10的覆盖面积如图10所示，是指所述屏蔽罩20(还包括开口部21)的被所述电磁波吸收导热片10覆盖的面积(图10的斜线部的面积S)，在所述导电屏蔽罩的上表面20a和下表面20b都被覆盖的情况下，并不是合计面积，而是在各个面上的覆盖面积。
这里，如图2或图3所示，所述电磁波吸收导热片10优选覆盖所述导电屏蔽罩20的上表面20a的一部分和/或下表面20b的一部分(换言之，所述电磁波吸收导热片10的覆盖面积比所述导电屏蔽罩20的开口部21的面积大)。这是因为能够得到更优异的散热性和电磁波抑制效果。
应予说明，如图1～图3所示，所述导电屏蔽罩20的上表面20a表示所述导电屏蔽罩20的冷却部件40侧的面，所述导电屏蔽罩20的下表面20b表示所述导电屏蔽罩20的半导体元件30侧的面。
此外，从能够得到更加优异的散热性和电磁波抑制效果的方面考虑，如图3所示，所述电磁波吸收导热片10优选覆盖所述导电屏蔽罩20的上表面20a的一部分(即，所述电磁波吸收导热片在所述导电屏蔽罩20的冷却部件40侧的覆盖面积比所述导电屏蔽罩20的开口部21的面积大)。
并且，从能够得到特别优异的电磁波抑制效果的方面考虑，如图2所示，所述电磁波吸收导热片10优选覆盖所述导电屏蔽罩20的上表面20a和下表面20b的一部分(即，所述电磁波吸收导热片在所述导电屏蔽罩20的冷却部件40侧和半导体元件30侧的覆盖面积都比所述导电屏蔽罩20的开口部21的面积大)。
进一步地，对于所述电磁波吸收导热片10的覆盖面积，从能够得到更优异的散热性和电磁波抑制效果的方面考虑，优选相对于所述导电屏蔽罩20的开口部21的面积为110％以上，更优选为120％以上，进一步优选为140％以上。应予说明，对于所述电磁波吸收导热片10的覆盖面积的上限值没有特别限定，但实质上整个屏蔽罩20的面积成为其上限值。
应予说明，所述电磁波吸收导热片10可以由一层片材构成，也可以由多层片材构成。
例如，如图1所示，在所述电磁波吸收导热片10不覆盖所述屏蔽罩20的上表面20a和下表面20b的情况下(即，所述电磁波吸收导热片10的覆盖面积与所述开口部21的面积相同的情况下)，能够通过一层片材来构成所述电磁波吸收导热片10。但是，从易于调整片材的厚度等的观点来看也可以由多层片材构成。
此外，如图2和图3所示，在所述电磁波吸收导热片10覆盖所述屏蔽罩20的上表面20a的一部分和/或下表面20b的一部分的情况下(即，所述电磁波吸收导热片10的覆盖面积比所述屏蔽罩20的开口部21的面积大的情况下)，既可以通过一层片材来构成所述电磁波吸收导热片10，也可以通过多层片材来构成所述电磁波吸收导热片10。在由一层片材构成所述电磁波吸收导热片10的情况下，通过将电磁波吸收导热片10与部件(在图2和图3中为半导体元件30和冷却部件40)压接，从而能够将片材的一部分挤出，覆盖所述屏蔽罩20的上表面20a的一部分和/或下表面20b的一部分。在由多层片材构成所述电磁波吸收导热片10的情况下，通过将大小不同的片材进行组合，从而能够得到所期望的形状的电磁波吸收导热片10。
但是，如图2和图3所示，在所述电磁波吸收导热片10覆盖所述屏蔽罩20的上表面20a的一部分和/或下表面20b的一部分的情况下(即，所述电磁波吸收导热片10的覆盖面积比所述屏蔽罩20的开口部21的面积大的情况下)，优选由多层片材构成所述电磁波吸收导热片10。由于没有压接等的工序，所以能够以使后述的纤维状的导热性填充剂取向的状态形成所述电磁波吸收导热片10，其结果是能够得到更优异的散热性和电磁波抑制效果。
此外，对于所述电磁波吸收导热片10的厚度T，没有特别限定，可以根据半导体元件30与冷却部件40之间的距离和/或所述屏蔽罩20的尺寸等进行适当变更。但是，从能够以更高水平实现散热性和电磁波抑制效果的方面考虑，所述电磁波吸收导热片10的厚度T优选为50μm～4mm，更优选为100μm～4mm，特别优选为200μm～3mm。如果所述电磁波吸收导热片10的厚度T超过4mm，则所述半导体元件30与所述冷却部件40之间的距离变长，因此，有可能导致传热特性下降，另一方面，在所述电磁波吸收导热片10的厚度T小于50μm的情况下，有可能使电磁波抑制效果变小。
这里，如图1～图3所示，所述电磁波吸收导热片10的厚度T是指所述电磁波吸收导热片10的厚度最大的部分的厚度T，与是由一层片材形成，还是由多层片材形成无关。
此外，所述电磁波吸收导热片10优选在表面具有粘性。这是因为能够提高电磁波吸收导热片10与其他部件之间的粘接性。进一步地，在所述电磁波吸收导热片10由多层片材构成的情况下，还能够提高片材彼此的粘接性。
应予说明，对于对所述电磁波吸收导热片10的表面赋予粘性的方法，没有特别限定。例如，既可以谋求后述的构成电磁波吸收导热片10的粘合剂树脂的优化而使其具有粘性，也可以在该电磁波吸收导热片10的表面另外设置具有粘性的粘接层。
进一步地，所述电磁波吸收导热片10通过使片材中心部的导热率比片材外周部的导热率大，从而能够针对与半导体元件30接触的部分提高导热性。另一方面，针对与所述半导体元件30接触的面积小的片材外周部，能够使电磁波吸收性能优先于导热性。其结果是本发明的半导体装置1能够实现更优异的散热性和电磁波抑制效果。
这里，所述电磁波吸收导热片10的片材中心部是电磁波吸收导热片10与所述半导体元件30接触的部分，其中，特别指与发热量大的部分(通常被称为热点的部分)相当的部分。此外，片材外周部是指所述中心部以外的部分。
应予说明，作为改变所述电磁波吸收导热片10的导热率的方法，没有特别限定，但如后所述，通过在片材中心部和片材外周部改变纤维状的导热性填充剂的材料、配合量和取向方向等，能够改变导热率。
此外，对于构成所述电磁波吸收导热片10的材料，只要是具有优异的电磁波吸收性能和导热性的材料即可，没有特别限定。
例如，从能够以高水平实现电磁波吸收性能和导热性的方面考虑，作为所述电磁波吸收导热片可以使用包含粘合剂树脂和导热性填充剂的电磁波吸收导热片。
以下，记载构成电磁波吸收导热片10的材料。
粘合剂树脂
构成所述电磁波吸收导热片的粘合剂树脂是成为导热片的基材的树脂成分。对于其种类，没有特别限定，可以适当选择公知的粘合剂树脂。例如，作为粘合剂树脂之一可列举热固性树脂。
作为所述热固性树脂，例如，可列举：交联性橡胶、环氧树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂、苯并环丁烯树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯、邻苯二甲酸二烯丙酯树脂、硅酮、聚氨酯、聚酰亚胺硅酮、热固性聚苯醚、热固性改性聚苯醚等。它们可以单独使用一种，也可以同时使用两种以上。
应予说明，作为所述交联性橡胶，例如，可列举：天然橡胶、丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、氯丁橡胶、乙烯丙烯橡胶、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、丁基橡胶、卤化丁基橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶、丙烯酸橡胶、聚异丁烯橡胶、硅酮橡胶等。它们可以单独使用一种，也可以同时使用两种以上。
此外，在上述的热固性树脂中，从成形加工性及耐候性优异，并且对电子部件的紧密贴合性及跟随性的方面考虑，优选使用硅酮。作为硅酮，没有特别限制，可以根据目的适当选择硅酮的种类。
从获得上述的成形加工性、耐候性、紧密贴合性等的观点来看，作为所述硅酮，优选是由液态硅酮凝胶的主剂和固化剂构成的硅酮。作为这样的硅酮，例如，可列举：加成反应型液态硅酮、将过氧化物用于硫化的热硫化混炼型的硅酮等。
作为所述加成反应型液态硅酮，优选使用将具有乙烯基的聚硅氧烷作为主剂、将具有Si-H基的聚硅氧烷作为固化剂的双液性的加成反应型硅酮等。
应予说明，在所述液态硅酮凝胶的主剂与固化剂的组合中，作为所述主剂与所述固化剂的配合比例，以质量比计，优选为主剂：固化剂＝35：65～65：35。
此外，所述电磁波吸收导热片中的所述粘合剂树脂的含量没有特别限制，可以根据目的适当地选择。例如，从确保片材的成形加工性、片材的紧密贴合性等的观点来看，优选为所述电磁波吸收导热片的20体积％～50体积％程度，更优选为所述电磁波吸收导热片的30体积％～40体积％。
导热性填充剂
所述电磁波吸收导热片在所述粘合剂树脂内包含导热性填充剂。该导热性填充剂是用于提高片材的导热性的成分。
这里，对于导热性填充剂的种类，没有特别限定，但从能够实现更高的导热性的方面考虑，优选使用纤维状的导热性填充剂。
应予说明，所述纤维状的导热性填充剂的“纤维状”是指长宽比高(大约6以上)的形状。因此，在本发明中，不仅纤维状和/或棒状等的导热性填充剂，长宽比高的粒状的填充剂和/或片状的导热性填充剂等也包含在纤维状的导热性填充剂中。
这里，对于所述纤维状的导热性填充剂的种类，只要是纤维状且导热性高的材料即可，没有特别限定，例如，可列举：银、铜、铝等金属；氧化铝、氮化铝、碳化硅、石墨等陶瓷；碳纤维等。
在这些纤维状的导热性填充剂中，从获得更高的导热性的方面考虑，更优选使用碳纤维。
应予说明，对于所述导热性填充剂，可以单独使用一种，也可以将两种以上混合使用。另外，在使用两种以上的导热性填充剂的情况下，可以都是纤维状的导热性填充剂，也可以将纤维状的导热性填充剂和其他形状的导热性填充剂混合使用。
对于所述碳纤维的种类，没有特别限制，可以根据目的进行适当选择。例如，可以使用沥青系碳纤维、PAN系碳纤维、将PBO纤维石墨化而得的碳纤维、通过电弧放电法、激光蒸发法、CVD法(化学气相沉积法)、CCVD法(催化化学气相沉积法)等合成的碳纤维。其中，从获得高导热性的方面考虑，更优选的是将PBO纤维石墨化而得的碳纤维、沥青系碳纤维。
另外，所述碳纤维可以根据需要对其一部分或全部进行表面处理而使用。作为所述表面处理，例如，可列举：氧化处理、氮化处理、硝化、磺化或者在通过这些处理而导入到表面的官能团或者碳纤维的表面附着或结合金属、金属化合物、有机化合物等的处理等。作为所述官能团，例如，可列举：羟基、羧基、羰基、硝基、氨基等。
进一步地，对于所述纤维状的导热性填充剂的平均纤维长度(平均长轴长度)，也没有特别限制，可以适当地选择，但是从可靠地获得高导热性的方面考虑，优选为50μm～300μm的范围，更优选为75μm～275μm的范围，特别优选为90μm～250μm的范围。
此外，对于所述纤维状的导热性填充剂的平均纤维直径(平均短轴长度)，也没有特别限制，可以适当地选择，但是从可靠地获得高导热性的方面考虑，优选为4μm～20μm的范围，更优选为5μm～14μm的范围。
对于所述纤维状的导热性填充剂的长宽比(平均长轴长度/平均短轴长度)，从可靠地获得高导热性的方面考虑，使用长宽比为6以上的导热性填充剂，优选为7～30。虽然在所述长宽比小的情况下，也能够看到导热率等的改善效果，但是因取向性降低等而无法获得大的特性改善效果，因此长宽比设为6以上。另一方面，如果超过30，则因为在电磁波吸收导热片中的分散性降低，所以存在无法获得足够的导热率的隐患。
这里，所述纤维状的导热性填充剂的平均长轴长度及平均短轴长度可以利用例如显微镜、扫描式电子显微镜(SEM)等进行测定，并根据多个样品计算出平均值。
另外，作为所述电磁波吸收导热片中的所述纤维状的导热性填充剂的含量，没有特别限制，可以根据目的进行适当选择，但是优选为4体积％～40体积％，更优选为5体积％～30体积％，特别优选为6体积％～20体积％。所述含量如果小于4体积％，则存在难以获得足够低的热阻的隐患，如果超过40体积％，则存在对所述导热片的成型性及所述纤维状的导热性填充剂的取向性会带来影响的隐患。
进一步地，在所述电磁波吸收导热片中，优选所述导热性填充剂在一个方向或多个方向上取向。这是因为通过使所述导热性填充剂取向，能够实现更高的导热性和/或电磁波吸收性。
例如，在想要提高所述电磁波吸收导热片的导热性，并提高本发明的半导体装置的散热性的情况下，可以使所述导热性填充剂相对于片材表面大致垂直地取向。另一方面，在想要提高所述电磁波吸收导热片的电磁波屏蔽性能，并提高本发明的半导体装置的电磁波抑制效果的情况下，可以使所述导热性填充剂相对于片材表面大致平行地取向。
这里，所述相对于片材表面大致垂直、大致平行的方向是指相对于所述片材表面方向基本垂直的方向、基本平行的方向。但是，所述导热性填充剂的取向方向在制造时会稍微存在偏差，因此，在本发明中，容许从相对于上述的片材表面方向垂直的方向、平行的方向偏离±20°左右。
应予说明，对于调整所述导热性填充剂的取向角度的方法，没有特别限定。例如，制作成为所述电磁波吸收导热片的原料的片材用成形体，并通过在使纤维状的导热性填充剂取向的状态下调整切割角度，从而能够调整取向角度。
无机物填料
此外，所述电磁波吸收导热片除了上述的粘合剂树脂和导热性填充剂之外，可以还含有无机物填料。这是因为能够进一步提高电磁波吸收导热片的导热性，并提高片材的强度。
作为所述无机物填料，对形状、材质、平均粒径等没有特别限制，可以根据目的进行适当选择。作为所述形状，例如，可列举：球状、椭圆球状、块状、粒状、扁平状、针状等。其中，从填充性的方面考虑，优选为球状、椭圆形状，特别优选为球状。
作为所述无机物填料的材料，例如，可列举：氮化铝(AlN)、二氧化硅、矾土(氧化铝)、氮化硼、二氧化钛、玻璃、氧化锌、碳化硅、硅(Silicon)、氧化硅、氧化铝、金属粒子等。它们可以单独使用一种，也可以同时使用两种以上。其中，优选为矾土、氮化硼、氮化铝、氧化锌、二氧化硅，从导热率的方面考虑，特别优选为矾土、氮化铝。
另外，所述无机物填料也可以使用实施了表面处理的填料。如果作为所述表面处理而利用偶联剂对所述无机物填料进行处理，则所述无机物填料的分散性提高，并且电磁波吸收导热片的柔软性提高。
对于所述无机物填料的平均粒径，可以根据无机物的种类等而适当地选择。
在所述无机物填料为矾土的情况下，其平均粒径优选为1μm～10μm，更优选为1μm～5μm，特别优选为4μm～5μm。如果所述平均粒径小于1μm，则粘度变大，存在变得难以混合的隐患。另一方面，如果所述平均粒径超过10μm，则存在所述导热片的热阻变大的隐患。
进一步地，在所述无机物填料为氮化铝的情况下，其平均粒径优选为0.3μm～6.0μm，更优选为0.3μm～2.0μm，特别优选为0.5μm～1.5μm。所述平均粒径如果小于0.3μm，则粘度变大，存在变得难以混合的隐患，如果超过6.0μm，则存在所述导热片的热阻变大的隐患。
应予说明，对于所述无机物填料的平均粒径，可以通过例如粒度分布计、扫描式电子显微镜(SEM)来测定。
·磁性金属粉
进一步地，所述电磁波吸收导热片优选除了上述的粘合剂树脂、纤维状的导热性填充剂和无机物填料之外，还含有磁性金属粉。通过含有该磁性金属粉，能够提高电磁波吸收导热片的电磁波吸收性。
对于所述磁性金属粉的种类，除了具有电磁波吸收性以外，没有特别限定，可以适当地选择公知的磁性金属粉。例如可以使用非晶质金属粉、晶质的金属粉末。作为非晶质金属粉，例如，可列举：Fe-Si-B-Cr系、Fe-Si-B系、Co-Si-B系、Co-Zr系、Co-Nb系、Co-Ta系的金属粉等，作为晶质的金属粉，例如，可列举：纯铁、Fe系、Co系、Ni系、Fe-Ni系、Fe-Co系、Fe-Al系、Fe-Si系、Fe-Si-Al系、Fe-Ni-Si-Al系的金属粉等。而且，作为所述晶质的金属粉，也可以使用在晶质的金属粉中加入微量N(氮)、C(碳)、O(氧)、B(硼)等而使其微细化而成的微晶金属粉。
应予说明，对于所述磁性金属粉，可以使用将两种以上材料不同和/或平均粒径不同的磁性金属粉混合而成的磁性金属粉。
另外，对于所述磁性金属粉，优选调整为球状、扁平状等形状。例如，在提高填充性的情况下，优选使用粒径是数μm～数十μm且是球状的磁性金属粉。这样的磁性金属粉末能够通过例如雾化法、对金属羰基进行热分解的方法而制造。雾化法是指具有容易制作球状的粉末的优点，使熔融金属从喷嘴流出，并向流出的熔融金属喷施空气、水、惰性气体等喷流使其凝固为液滴而制成粉末的方法。在利用雾化法制造非晶质磁性金属粉末时，为了不使熔融金属结晶，优选将冷却速度设为1×106(K/s)左右。
在通过上述的雾化法制造了非晶质合金粉的情况下，能够使非晶质合金粉的表面为光滑的状态。这样，如果将表面凹凸少、比表面积小的非晶质合金粉用作磁性金属粉，则能够对粘合剂树脂提高填充性。而且，通过进行偶联处理能够进一步提高填充性。
应予说明，所述电磁波吸收导热片除了含有上述的粘合剂树脂、纤维状的导热性填充剂、无机物填料及磁性金属粉以外，也可以根据目的适当地含有其他成分。
作为其他成分，例如，可列举：触变性赋予剂、分散剂、固化促进剂、缓凝剂、微粘赋予剂、增塑剂、阻燃剂、抗氧化剂、稳定剂、着色剂等。
【实施例】
接下来，基于实施例对本发明进行具体说明。但是，本发明不限于下述实施例。
(实施例1)
在实施例1中，利用三维电磁场模拟器ANSYS HFSS(ANSYS公司制作)，制作如图5的(a)和(b)所示的半导体装置的分析模型，并进行了电磁波抑制效果的评价。
这里，半导体装置的模型所使用的电磁波吸收导热片10使用双液性的加成反应型液态硅酮作为粘合剂树脂，使用平均粒径5μm的Fe-Si-B-Cr非晶质磁性粒子作为磁性金属粉，使用平均纤维长度200μm的沥青系碳纤维(“导热性纤维”，日本グラファイトファイバー株式会社制造)作为纤维状导热性填充剂，并使用以使体积比成为双液性的加成反应型液态硅酮：非晶质磁性粒子：沥青系碳纤维＝35vol％：53vol％：12vol％的方式使它们分散而调制成的硅酮组合物(片材用组合物)。获得的电磁波吸收导热片的垂直方向的平均导热率(结合界面的热阻和内部的热阻而计算出)按根据ASTM D5470的测定表示为9.2W/m.K，对于该片材的磁特性和介电特性，使用由S参数法测定出的值。应予说明，电磁波吸收导热片10的厚度T设为0.7mm。
此外，半导体装置的模型所使用的散热片40使用铝板作为材料，大小设为60×120mm，厚度设为0.3mm。
进一步地，屏蔽罩20是壁厚0.2mm的不锈钢，外径尺寸设为20mm×20mm×1.2mm并在中央设有开口部21。开口部21的大小设为□10mm(10mm×10mm)。
图5的(a)和图5的(b)示出了半导体装置的分析模型，并分别示出了从上表面部侧(正面侧)、下表面部侧(背面侧)观察到的状态。应予说明。在图5的(a)和图5的(b)中，为了明确构成半导体装置的各部件的位置关系，而以透视的方式绘制。应予说明，所述分析模型的截面结构与图1～图3相同，如图5的(a)和图5的(b)所示，半导体元件30为利用树脂模覆盖微带线(MSL)31而成，对于该MSL31而言，是在电介质基板50(基板尺寸：60mm×120mm×0.65mm)正面侧配置铜信号线(信号线尺寸：1mm×14mm×0.02mm)，在背面侧配置地线60而成。半导体元件30的信号源通过该MSL31进行简化，并将两端设定为信号的输入输出端。应予说明，上述的半导体元件30的主体(利用树脂模塑而成的部分)设为相对介电常数4、介电损耗角正切0.01的电介质。应予说明，半导体元件30的主体的大小设为16mm×16mm×0.7mm。
然后，对于电磁波抑制效果的评价，计算在距离半导体装置3m的位置处的最大电场强度，并记载为与频率对应的电场强度(dBμV/m)。将得到的电场强度计算结果示于图6。
在图6中，将为了成为图1所示的构成的半导体装置而使用了具有与开口部21相同的10mm×10mm的覆盖面积的电磁波吸收导热片10的半导体装置表示为□10mm。此外，将代替电磁噪声抑制导热片而使用了具有10mm×10mm的覆盖面积，但电磁波吸收效果差的导热片(相对介电常数6、介电损耗角正切0.01)的图1所示的构成的半导体装置表示为□10mm(导热片)。
进而，将为了成为图2所示的构成的半导体装置而使用了具有比开口部21大的12mm×12mm的覆盖面积的电磁波吸收导热片10的半导体装置表示为□12mm，并将使用了具有14mm×14mm的覆盖面积的电磁波吸收导热片10的半导体装置表示为□14mm。
根据图6的结果，包含在本发明的范围内的□10mm、□12mm和□14mm的分析模型与□10mm(导热片)的分析模型相比，确认到了良好的电磁波抑制效果(电场强度降低)。特别地，对于如图2所示的电磁波吸收导热片10覆盖导电屏蔽罩20的上表面20a的一部分和下表面20b的一部分的构成(□12mm和□14mm的分析模型)，能够确认更加优异的电磁波抑制效果。
(实施例2)
在实施例2中，在与实施例1同样的条件下，利用所述三维电磁场模拟器，制作图5的(a)和图5的(b)所示的半导体装置的分析模型，并进行了电磁波抑制效果的评价。
然后，电磁波抑制效果的评价与实施例1同样地，计算了与频率对应的电场强度(dBμV/m)。将计算结果示于图7。
在图7中，将为了成为图2所示的构成的半导体装置而使用了具有比开口部21大的14mm×14mm的覆盖面积的电磁波吸收导热片10的半导体装置表示为□14mm的分析模型。
此外，将为了成为图3所示的构成的半导体装置而使用了将两层的片材(具有14mm×14mm的覆盖面积的片材(覆盖导电屏蔽罩20的上表面20a的片材)+一层具有10mm×10mm的覆盖面积的片材(填充到开口部内的片材))组合而构成的电磁波吸收导热片10的半导体装置表示为□10mm+□14mm的分析模型。
根据图7的结果，对于□10mm+□14mm和□14mm的分析模型，都确认到了优异的电磁波抑制效果。因此，可知在由一层片材构成电磁波吸收导热片10的情况和由多层片材构成电磁波吸收导热片10的情况下，都同样能够获得优异的电磁波抑制效果。
(实施例3)
在实施例3中，在与实施例1同样的条件下，利用所述三维电磁场模拟器，制作图5的(a)和图5的(b)所示的半导体装置的分析模型，并进行了电磁波抑制效果的评价。但是，对于导电屏蔽罩20的开口部21的大小，准备了□10mm：10mm×10mm和□14mm：14mm×14mm这两种。
然后，对于电磁波抑制效果的评价，计算了与频率对应的电场强度(dBμV/m)。将计算结果示于图8。
在图8中，将为了成为图1所示的构成的半导体装置而使用了具有与开口部21相同的10mm×10mm的覆盖面积的电磁波吸收导热片10的半导体装置表示为□10mm的分析模型，并将使用了具有与开口部21相同的14mm×14mm的覆盖面积的电磁波吸收导热片10的半导体装置表示为□14mm的分析模型。
此外，将为了成为图3所示的构成的半导体装置而使用了将两层的片材(具有14mm×14mm的覆盖面积的片材(覆盖导电屏蔽罩20的上表面20a的片材)+一层具有10mm×10mm的覆盖面积的片材(填充到□10mm的开口部内的片材))组合而构成的电磁波吸收导热片10的半导体装置表示为□10mm+□14mm的分析模型，并将使用了将两层的片材(具有18mm×18mm的覆盖面积的片材(覆盖导电屏蔽罩20的上表面20a的片材)+一层具有14mm×14mm的覆盖面积的片材(填充到□14mm的开口部内的片材))组合而构成的电磁波吸收导热片10的半导体装置表示为□14mm+□18mm的分析模型。
根据图8的结果，在导电屏蔽罩20的开口部21的大小为□10mm的情况和导电屏蔽罩20的开口部21的大小为□14mm的情况之间，对于电磁波抑制效果没有发现大的差异。另一方面，由于□10mm+□14mm和□14mm+□18mm的图3所示的半导体装置的分析模型与□10mm和□14mm的分析模型相比表示出优异的电磁波抑制效果，因此，可认为重要的是以至少覆盖导电屏蔽罩20的上表面20a的一部分的方式设置电磁波吸收导热片10。
工业上的可利用性
根据本发明，能够提供具有优异的散热性和电磁波抑制效果的半导体装置。

Claims (14)

1.一种半导体装置，其特征在于，具备：
半导体元件，形成于基板上；
导电屏蔽罩，具有开口部，并以覆盖所述半导体元件的至少一部分的方式设置，且与地线电连接；
冷却部件，设置在所述导电屏蔽罩的上部；以及
电磁波吸收导热片，至少通过所述导电屏蔽罩的开口部而形成在所述半导体元件与所述冷却部件之间，
其中，所述电磁波吸收导热片覆盖所述导电屏蔽罩的上表面的一部分和下表面的一部分，并且所述电磁波吸收导热片的覆盖面积大于所述导电屏蔽罩的开口部的面积。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
所述电磁波吸收导热片覆盖所述导电屏蔽罩的上表面的一部分。
3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
所述电磁波吸收导热片由多层片材构成。
4.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
所述电磁波吸收导热片含有纤维状的导热性填充剂。
5.根据权利要求4所述的半导体装置，其特征在于，
所述纤维状的导热性填充剂为碳纤维。
6.根据权利要求5所述的半导体装置，其特征在于，
所述电磁波吸收导热片还含有磁性金属粉。
7.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
所述电磁波吸收导热片的片材中心部的导热率比片材外周部的导热率大。
8.一种电磁波吸收导热片，其是半导体装置中的电磁波吸收导热片，其特征在于，所述半导体装置具备：
半导体元件，形成于基板上；
导电屏蔽罩，具有开口部，并以覆盖所述半导体元件的至少一部分的方式设置，且与地线电连接；以及
冷却部件，设置在所述导电屏蔽罩的上部，
其中，所述电磁波吸收导热片至少通过所述导电屏蔽罩的开口部而形成在所述半导体元件与所述冷却部件之间，
所述电磁波吸收导热片覆盖所述导电屏蔽罩的上表面的一部分和下表面的一部分，并且所述电磁波吸收导热片的覆盖面积大于所述导电屏蔽罩的开口部的面积。
9.根据权利要求8所述的电磁波吸收导热片，其特征在于，
所述电磁波吸收导热片覆盖所述导电屏蔽罩的上表面的一部分。
10.根据权利要求8或9所述的电磁波吸收导热片，其特征在于，
所述电磁波吸收导热片由多层片材构成。
11.根据权利要求8或9所述的电磁波吸收导热片，其特征在于，
所述电磁波吸收导热片含有纤维状的导热性填充剂。
12.根据权利要求11所述的电磁波吸收导热片，其特征在于，
所述纤维状的导热性填充剂为碳纤维。
13.根据权利要求12所述的电磁波吸收导热片，其特征在于，
所述电磁波吸收导热片还含有磁性金属粉。
14.根据权利要求8或9所述的电磁波吸收导热片，其特征在于，
所述电磁波吸收导热片的片材中心部的导热率比片材外周部的导热率大。
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