CN111937135A - 半导体装置 - Google Patents

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CN111937135A CN201980021370.4A CN201980021370A CN111937135A CN 111937135 A CN111937135 A CN 111937135A CN 201980021370 A CN201980021370 A CN 201980021370A CN 111937135 A CN111937135 A CN 111937135A
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Abstract

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。为了解决上述课题，本发明的半导体装置(1)具备：半导体元件(30)，形成在基板(50)上；导电屏蔽罩(20)，具有开口部(21)；导电冷却构件(40)，设置在该导电屏蔽罩(20)的上部；导热片(10)，至少通过开口部(21)而被形成在所述半导体元件(30)与所述导电冷却构件(40)之间；以及导电性构件(11)，将所述导电屏蔽罩(20)与所述导电冷却构件(40)电连接。

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，电子设备趋向于小型化，另一方面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。
作为上述电子设备中的散热对策，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。为了实现散热效果或设备内的温度缓解，这些导热性优异的散热部件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位置。
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：在开口大的屏蔽构件内设置安装有盖(lid)的半导体封装并且设置与盖的上表面周缘部电接触的环状的盖接触部，使该盖接触部与屏蔽构件电连接。
然而，在专利文献1的技术中，虽然可得到一定的散热性和电磁波抑制效果，但是认为在基板、冷却构件大的情况下，会引起电磁共振，不能得到充分的电磁波抑制效果。另外，关于散热性，也希望得到进一步的改进。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-1654852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，并着眼于通过以覆盖半导体元件的方式设置连接于地线的导电屏蔽罩从而能够实现优异的电磁波吸收性能。但是，由于仅设置导电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，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导热片来将半导体元件与导电冷却构件连接，从而能够不使电磁波吸收性能降低还使散热性提高。并且发现通过进一步在导电屏蔽罩的上表面与导电冷却构件的下表面之间设置导电性构件，并使导电屏蔽罩与导电冷却构件电连接，从而即使在导电屏蔽罩设置有开口部的情况下，也能够提高电磁波抑制效果。
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。
本发明是基于上述认知而完成的，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，形成在基板上；导电屏蔽罩，具有开口部，与地线连接且具有开口部；导电冷却构件，设置在所述导电屏蔽罩的上部；导热片，至少通过所述导电屏蔽罩的开口部而被形成在所述半导体元件与所述导电冷却构件之间；以及导电性构件，被形成在所述导电屏蔽罩的上表面与所述导电冷却构件的下表面之间，将所述导电屏蔽罩与所述导电冷却构件电连接。
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，所述导电性构件的隔着所述导热片相对的导电性构件彼此的间隔为所述半导体元件的最大频率下的波长的1/10以下。
(3)上述(2)所述的半导体装置，其特征在于，所述导电性构件与所述导电屏蔽罩和所述导电冷却构件连结，并形成电封闭的区域。
(4)上述(1)～(3)中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述导电性构件的电阻值为2Ω以下。
(5)上述(1)～(4)中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述导电性构件在表面具有粘附性或粘接性。
(6)上述(1)～(5)中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述导电性构件包含树脂的固化物。
(7)上述(1)～(6)中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述导电性构件包含导电性填充剂。
(8)上述(1)～(7)中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述导热片包含碳纤维。
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的图，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7是示出在实施例1中半导体装置的导电性构件的电阻值不同的每个样品的与频率对应的电场强度的图表。
符号说明
1：半导体装置
10：导热片
11：导电性构件
20：导电屏蔽罩
20a：导电屏蔽罩的上表面
20b：导电屏蔽罩的上表面
21：开口部
30：半导体元件
31：MSL
40：导电冷却构件
40b：导电冷却构件的下表面
50：基板
51：接合部
52：导电处理通孔
60：地线
100：现有的半导体装置
A：电封闭的空间
T：导热片的厚度
P：隔着导热片相对的导电性构件彼此的间隔
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实施方式而示意性地示出截面的图。此外，图4是用于说明本发明的半导体装置的一个实施方式的组装状态的立体图。应予说明，对于各附图，为了便于说明而将各构件的形状和/或比例以与实际不同的状态来表示。对于各构件的形状和/或比例而言，除了本说明书中规定的情况以外，能够按每个半导体装置进行适当变更。
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、导电导电冷却构件40、导热片10和导电性构件11。
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与所述导电导电冷却构件40之间；以及所述导电性构件11形成在所述导电屏蔽罩20的上表面20a与所述导电冷却构件的下表面40b之间，将所述导电屏蔽罩20与所述导电冷却构件40电连接。
所述半导体元件30成为热和电磁波的产生源，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。进而，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构件(导热片10)设置在半导体元件30与导电冷却构件40之间，从而大幅改善向导电冷却构件40的热传导，其结果是能够实现优异的散热性。
此外，通过所述导电性构件11将所述导电屏蔽罩20与所述导电冷却构件40电连接，从而在本发明的半导体装置1中形成电封闭的空间，其结果是能够提高导电屏蔽罩20的电磁波阻断效果，即使在导电屏蔽罩20设置有开口部21的情况下，也能够获得高电磁波抑制效果。
应予说明，图6是示出现有技术的具备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与导电冷却构件40之间设置有导热片10，因此，能得到优异的导热性。然而，由于不具备本发明的半导体装置1的屏蔽罩20那样的电磁波屏蔽件和/或导电性构件11那样的用于提高电磁波屏蔽效果的构件，所以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构件进行说明。
(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，关于所述半导体元件30而言，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、图形运算元件、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)。
此外，在本发明的半导体装置1中，例如如图1～图3所示，能够在所述基板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，并可以在该部分通过焊料等连接所述导电屏蔽罩20。所述接合部51通过形成在所述基板50之中的导电处理通孔52来与所述地线60电连接，由此能够使所述导电屏蔽罩20与地线60电接合。应予说明，在图1～图3中，通过将所述导电屏蔽罩20设置在所述接合部51上来与所述地线60电连接，但是也可以构成为所述导电屏蔽罩20贯通所述基板50内部，直接与地线60连接。
(屏蔽罩)
如图1～图3所示，本发明的半导体装置1具备与地线60连接且具有开口部21的导电屏蔽罩20。
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，使用电磁波的屏蔽效果好的材料，并没有特别限定。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、森达斯特合金、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，为了在所述开口部21的内部填充后述的导热片10且将半导体元件30与导电冷却构件40之间连接，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与所述导电冷却构件40连结的方向(在图1～图3中为各构件的层叠方向)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放出，并能够减小辐射电磁场。但是，从释放来自半导体元件30的热的观点来看，优选增大所述开口部21而使用大的导热片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。
(导电冷却构件)
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的上部具备导电冷却构件40。
这里，所述导电冷却构件40是吸收从所述热源(半导体元件30)产生的热，并使热释放到外部的构件。所述导电冷却构件40通过经由后述的导热片10而与所述半导体元件30连接，能够使半导体元件30所产生的热扩散到外部，确保半导体装置的散热性。
此外，所述导电冷却构件40具有导电性，因此，通过经由后述的导电性构件21与所述导电屏蔽罩20电连接，从而能够形成电封闭的空间(图1的虚线所包围的区域A)，提高半导体装置1的电磁波抑制效果。
对于所述导电冷却构件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。在这些导电冷却构件之中，从能够得到更优异的散热性的方面考虑，优选使用具有导电性的散热器、冷却器或散热片。此外，对于构成上述的导电冷却构件40的材料，从提高导热率的方面考虑，优选包含铝、铜、不锈钢等金属和/或石墨等。
应予说明，如图1～图3所示，所述导电冷却构件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。这是为了将后述的导热片10和/或导电性构件11填充到所述导电屏蔽罩20的上表面20a与所述导电冷却构件40之间。
此外，所述导电冷却构件40也可以在其背面40b中与后述的导电性构件11接触的部分设置突起(未图示)。通过设置突起，从而能够使所述导电冷却构件40与导电性构件11及隔着该导电性构件11而设置的导电屏蔽罩20之间的间隔变窄，并且即使在由薄膜等构成所述导电性构件11的情况下也能够进行牢固的连接。
(导热片)
如图1～图3所示，本发明的半导体装置1具备导热片10，该导热片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与所述导电冷却构件40之间。
通过将导热性高的导热片10设置在半导体元件30与导电冷却构件40之间，从而能够提高散热性。此外，在所述导热片10具有电磁波吸收性能的情况下，还能够得到电磁波抑制效果。
这里，对于所述导热片10的形状也没有特别限定，可以根据所述导电屏蔽罩20的开口部21的形状等进行适当变更。
此外，对于所述导热片10的尺寸也没有特别限定。例如，既可以如图1所示，所述导热片10具有比所述导电屏蔽罩20的开口部21的面积小的截面积，又可以如图2或图3所示，设为所述导热片10覆盖所述导电屏蔽罩20的上表面20a的一部分那样的尺寸。
此外，从能够得到更加优异的散热性和/或电磁波抑制效果的方面考虑，优选如图3所示，所述导热片10覆盖所述导电屏蔽罩20的上表面20a的一部分。
进一步地，从能够得到特别优异的电磁波抑制效果的方面考虑，优选如图2所示，所述导热片10覆盖所述导电屏蔽罩20的上表面20a和下表面20b的一部分。
应予说明，所述导热片10可以由一层片材构成，也可以由多片片材构成。
例如，如图1所示，在所述导热片10不覆盖所述屏蔽罩20的上表面20a或下表面20b的情况下，能够通过一层片材来构成所述导热片10。但是，从易于调整片材的厚度等的观点来看也可以由多个片材构成。
此外，如图2和图3所示，在所述导热片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，既可以通过一层片材来构成所述导热片10，也可以通过多个片材来构成所述导热片10。在由一层片材构成所述导热片10的情况下，通过将导热片10与构件(在图2和图3中为半导体元件30和导电冷却构件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。在由多片片材构成所述导热片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导热片10。
但是，如图2和图3所示，在所述导热片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，优选由多个片材构成所述导热片10。由于没有压接等工序，所以能够以使后述的纤维状的导热性填充料取向的状态形成所述导热片10，其结果是能够得到更优异的散热性和电磁波抑制效果。
应予说明，在实际安装时的干涉变小的方面和/或能够降低制造成本的方面，优选如图1所示，所述导热片10具有比所述导电屏蔽罩20的开口部21的面积小的截面积(在所述导热片10与所述导电屏蔽罩20的端部之间形成间隙)的情况。
但是，如果所述导热片10与所述导电屏蔽罩20的端部之间的间隙变得过大，则考虑到散热效果会降低，因此从散热效果的观点来看，优选所述导热片10与所述导电屏蔽罩20的端部之间的间隙的大小X设置得小。
此外，对于所述导热片10的厚度T，没有特别限定，可以根据半导体元件30与导电冷却构件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。如果所述导热片10的厚度T超过4mm，则所述半导体元件30与所述导电冷却构件40之间的距离变长，因此，有可能导致导热特性下降，另一方面，在所述导热片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，所述导热片10的厚度T是指所述导热片10的厚度最大的部分的厚度T，既包括由一层片材形成的情况，也包括由多个片材形成的情况。
进一步地，所述导热片10优选在其表面具有粘性。这是因为能够提高导热片10与其他构件之间的粘接性。进一步地，在所述导热片10由多个片材构成的情况下，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，也可以在该导热片10的表面另外设置具有粘性的粘接层。
应予说明，作为改变所述导热片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料的材料、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，作为所述导热片，可以使用包含粘合剂树脂和导热性填充剂的导热片。
以下，记载构成导热片10的材料。
粘合剂树脂
构成所述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有机硅氧烷作为主剂、将具有Si-H基的聚有机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，所述导热片中的所述粘合剂树脂的含量优选为所述导热片的20体积％～50体积％左右，更优选为所述导热片的30体积％～40体积％。
导热性填充剂
所述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。
应予说明，对于导热性填充剂的形状、材料、平均粒径等，只要能够提高片材的导热性即可，没有特别限定。
例如，对于形状，可以设为球状、椭圆球状、块状、粒状扁平状、针状、纤维状、线圈状等。其中，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，在纤维状的热导电性填充剂中，不仅包含纤维状和/或棒状等的热导电性填充剂，而且也包含长宽比高的粒状的填充料和/或薄片状的热导电性填充剂等。
此外，对于所述纤维状的导热性填充剂的材料，也只要是导热性高的材料即可，没有特别限定，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、碳纤维等。
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，可以使用均为相同形状的导热性填充剂，也可以将各自不同形状的导热性填充剂混合使用。
在这些纤维状的导热性填充剂中，从能够获得更高的导热性的方面来看，优选使用纤维状的金属粉和/或碳纤维，更优选使用碳纤维。
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，从能够获得高的导热性的方面考虑，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，可以根据需要对所述碳纤维的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引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，优选长宽比为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，如果长宽比超过30，则因为在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，但是所述纤维状的导热性填充剂的含量优选为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带来影响的隐患。
进一步地，在所述导热片中，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，有效的是使所述导热性填充剂相对于片材表面大致垂直状地取向(沿将所述半导体元件与所述导电冷却构件连结的方向取向)。另一方面，在想要提高所述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状地取向。
这里，所述相对于片材表面大致垂直状的方向、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存在些许偏差，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，通过制作成为所述导热片的原料的片材用成形体，并在使纤维状的导热性填充剂取向的状态下调整裁切角度，从而能够调整取向角度。
无机物填料
此外，所述导热片除了上述的粘合剂树脂和导热性纤维之外，可以还含有无机物填料。这是因为能够进一步提高导热片的导热性，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，所述无机物填料的所述形状优选为球状、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。如果利用偶联剂对所述无机物填料进行处理来作为所述表面处理，则所述无机物填料的分散性提高，并且导热片的柔软性提高。
关于所述无机物填料的平均粒径而言，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。如果所述平均粒径小于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，所述导热片优选除了上述的粘合剂树脂、纤维状的导热性纤维和无机物填料之外，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的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、惰性气体等喷射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，则能够针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。
(导电性构件)
如图1～图3所示，本发明的半导体装置1具备形成在所述导电屏蔽罩20的上表面20a与所述导电冷却构件40的下表面40b之间的导电性构件11。
通过所述导电性构件11将所述导电屏蔽罩20与所述导电冷却构件40电连接，即使在所述导电屏蔽罩20具有开口部21的情况下，也能够形成电封闭的空间(图1的虚线所包围的区域A)，因此，能够提高电磁噪声抑制效果。
这里，对于所述导电性构件11，只要如上所述形成在所述导电屏蔽罩20的上表面20a与所述导电冷却构件40的下表面40b之间，且具有导电性，则不对形状、材料做特别限定。
作为所述导电性构件11的形状，例如，如图4所示，也可以采用在中央开孔的片状。由此，如图1～图3所示，能够以包围所述导电屏蔽罩20的开口部21的方式配设所述导电性构件11，并将所述导电屏蔽罩20与所述导电冷却构件40电连接。
另外，关于所述导电性构件11而言，除了图4所示的片状以外，还可以采用海绵状、糊状、凝胶状、线状等各种形状，能够考虑所述导电屏蔽罩20的开口部21的形状、所述导电屏蔽罩20的上表面20a与所述导电冷却构件40的下表面40b之间的距离等，进行适当选择。
应予说明，所述导电性构件11，如图1～图3所示，在沿着层叠方向的截面中观察时，隔着所述导热片10相对的导电性构件11彼此的间隔P优选为所述半导体元件的最大频率下的波长的1/10以下。这是因为能够更可靠地获得高的电磁波抑制效果。例如，在频率为1GHz的情况下，波长为300mm(光速/频率)，因此，所述间隔P优选为30mm以下。
进一步地，如图4所示，所述导电性构件11既可以形成为一个构件，也可以由多个构件构成。由多个构件构成的导电性构件11可以自由地改变其形状，在制造性方面是优选的。
应予说明，各构件的形状可以相同，也可以组合使用不同形状的构件。
但是，在所述导电性构件11由多个构件构成的情况下，从可靠地获得高的电磁波抑制效果的方面考虑，与上述的隔着导热片10相对的导电性构件11彼此的间隔P同样地，各构件彼此的间隔优选为所述半导体元件的最大频率下的波长的1/10以下。
此外，所述导电性构件11优选与所述导电屏蔽罩20和所述导电冷却构件40连结，如图1所示形成电封闭的空间(虚线所包围的区域)。这是因为能够获得更优异的电磁波抑制效果。
此外，对于构成所述导电性构件11的材料，只要具有导电性即可，没有特别限定。
例如，从能够可靠地实现所述导电屏蔽罩20与所述导电冷却构件40之间的电连接的方面考虑，所述导电性构件11的材料优选至少含有粘合剂树脂和导电性填充剂。
关于所述导电性构件11的材料中包含的粘合剂树脂而言，是树脂的固化物，且是所述导电性构件11的基础材料，从成型性、柔韧性的观点等考虑，可以使用与上述的导热片10所使用的粘合剂树脂相同的材料。
应予说明，如图2所示，在所述导电性构件11与所述导热片10接触的实施方式的情况下，也可以由与所述导电性构件11相同的材料来构成所述导热片10(即，使导热片10发挥导电性构件11的作用)。
此外，关于所述导电性构件11的材料中包含的热导电性填充剂而言，优选具有高导电性，例如，可以使用：金属粉、金属膜树脂、导电性高分子、导电性粒子、金属纤维、金属膜纤维，以及石墨(graphite)、黑铅、碳纤维这样的碳系填料等。
进一步地，对于所述热导电性填充剂的形状，没有特别限定。例如，可以使用球状、椭圆球状、块状、粒状、扁平状、针状、纤维状、线圈状、网眼状等的热导电性填充剂。
此外，所述导电性构件11的材料中除了上述的粘合剂树脂和热导电性填充剂之外，还可以含有各种添加剂。
作为所述添加剂，例如可列举：磁性粉、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、稳定剂等。
应予说明，关于所述导电性构件11的材料而言，也可以使用市场上销售的产品。例如，可列举作为低电阻率且以硅酮为基础的片材的信越化学工业公司的EC系列(体积电阻率0.009、0.025、0.05Ωm)等，进一步地，可以使用多用于电极间的电连接的各向异性导电片(例如，迪睿合公司的CP系列)。
应予说明，关于所述导电性构件11而言，从实现优异的电磁波抑制效果的方面考虑，优选导电性比所述导热片10的导电性高。
具体地，所述导电性构件11的电阻值优选为2Ω以下，更优选为0.2Ω以下，进一步优选为0.1Ω以下，特别优选为0.01Ω以下，最优选为0.001Ω以下。这是因为通过将所述导电性构件11的电阻值设为2Ω以下，能获得更优异的电磁波抑制效果。
应予说明，作为改变所述导电性构件11的导热性(电阻值)的方法，没有特别限制，但可以通过改变粘合剂树脂的种类、导热性填充料的材料、配合量和取向方向等来改变。
进一步地，关于所述导电性构件11而言，优选在表面具有粘附性或粘接性。这是为了提高所述导电性构件11的与其他构件的粘接力(具体地，与所述导电屏蔽罩20和所述导电冷却构件40的粘接力)，并且即使在受到来自外部的冲击的情况下，也能够维持电连接状态，并能够抑制电磁波抑制效果的降低。
应予说明，关于对所述导电性构件11的表面赋予粘附性或粘接性的方法，没有特别限制。例如，既可以调制构成所述导电性构件11的粘合剂树脂而提高粘接力，又可以在该导电性构件11的表面涂覆具有粘附性的材料。
另外，对于设置所述导电性构件11的位置，只要是所述导电屏蔽罩20的上表面20a与所述导电冷却构件40的下表面40b之间即可，没有特别限定。
例如，既可以如图1和图3所示，所述导电性构件11设置在与所述导热片10分开的位置，此外，也可以如图2所示，所述导电性构件11设置在与所述导热片10接触那样的位置。
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)，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导热片10使用如下所述得到的物质，即，使用双液性的加成反应型液态硅酮作为树脂粘合剂，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，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硅酮组合物(片材用组合物)。所获得的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)在遵照ASTM D5470的测定中呈现为9.2W/m.K，对于该片材的磁特性和介电特性，使用以S参数法测定出的值。应予说明，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冷却构件40(散热片)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。
·进一步地，对于导电性构件11，使用了如下的片状的导电性构件，即该片状的导电性构件使用与导热片10同样的硅酮作为粘合剂树脂，使用碳纤维作为导电性填充剂，且外径尺寸设为16mm×16mm×0.2mm，并具有□12mm的开口。并且，通过改变上述导电性填充剂的含量，制作出了导电性构件11的电阻值如图7所示为180Ω、18Ω、1.8Ω、0.18Ω和0.018Ω的样品。
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构件的位置关系，以透视的方式而绘制。
应予说明，所述分析模型的截面结构与图1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MSL 31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的信号源以该MSL 31来简化，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)设为相对介电常数为4、介电损耗角正切为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。
并且，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7。
在图7中，分别示出使用了导电性构件11的电阻值为180Ω、18Ω、1.8Ω、0.18Ω和0.018Ω的样品的情况下的结果。
根据图7的结果，确认了通过设置导电性构件11能够实现电磁波抑制效果、以及导电性构件11的电阻值越小则电磁波抑制效果越优异。
其中，特别是具备电阻值为0.18Ω、0.018Ω的导电性构件11的样品的电场强度小，能够确认到进一步优异的电磁波抑制效果。
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 (8)

1.一种半导体装置，其特征在于，具备：
半导体元件，形成在基板上；
导电屏蔽罩，与地线连接且具有开口部；
导电冷却构件，设置在所述导电屏蔽罩的上部；
导热片，至少通过所述导电屏蔽罩的开口部而被形成在所述半导体元件与所述导电冷却构件之间；以及
导电性构件，被形成在所述导电屏蔽罩的上表面与所述导电冷却构件的下表面之间，将所述导电屏蔽罩与所述导电冷却构件电连接。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
所述导电性构件的隔着所述导热片相对的导电性构件彼此的间隔为所述半导体元件的最大频率下的波长的1/10以下。
3.根据权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，
所述导电性构件与所述导电屏蔽罩和所述导电冷却构件连结，并形成电封闭的区域。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述导电性构件的电阻值为2Ω以下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述导电性构件在表面具有粘附性或粘接性。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述导电性构件包含树脂的固化物。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述导电性构件包含导电性填充剂。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述导热片包含碳纤维。
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