JP2011176121A - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】平板状の半導体モジュール2,3と半導体モジュールを冷却するための平板状の冷却体4,5,6とが交互に積層されてなる積層モジュール1を有している半導体装置であって、積層モジュールの半導体モジュールと冷却体とが、液晶ポリマーがベースポリマーとして用いられてなるホットメルト接着剤によって接着されて積層されていることを特徴とする半導体装置。
【選択図】図1
Description
この半導体モジュールにおいて、特に、上記のようなパワー制御に用いられるような用途においては、動作時における内部発熱が大きくなることから、より素早い放熱を行うことが求められている。
なお、この半導体モジュールへの冷却体の取り付けは、放熱シートなどと呼ばれる無機フィラーが高充填された弾性体シートや放熱グリースを介して実施されており、このような場合における放熱性には、放熱シートや放熱グリースの熱伝導率とともに放熱シートや放熱グリースと半導体モジュール、あるいは、冷却体との接触界面における熱伝達率が大きな影響を与えることが知られている。
しかし、放熱グリースは、半固形状であり、しかも、高温において粘度を低下させやすいことなどから必要箇所以外に付着物を発生させるおそれを有する。
すなわち、放熱グリースを用いる場合には、半導体モジュールと放熱器との固定をより確実に実施させることが求められることになり、確実な固定のための慎重な作業が要求されることになる。
このように複数の半導体モジュールを冷却体と交互に積層させる場合には、放熱グリースを用いる場合に求められる作業の慎重さがより顕著なものとなって、その作製に多くの手間を発生させるおそれを有する。
そして、このような積層モジュールでは、半導体モジュールと冷却体とが交互に積層されていることから、例えば、一旦積層モジュールを形成させた後に中央部の半導体モジュールにおいて放熱シートとの接触状態を改善すべく位置あわせや、接触界面における圧力の加わり方を調整しようとすると、この冷却体の次に積層されている半導体モジュールとの間の接触状態に影響を与えるおそれがあり、結局、全体を再調整しなければならなくなるおそれを有する。
ただし、このような接着剤は、当然それ自体の熱伝導率において優れた値を有していることが重要な要素となる。
また、仮に熱伝導性に優れているような接着剤を用いるような場合でも、常温で液体のようなものは放熱グリースと同様に取り扱いに慎重な作業を要する。
従来、このような用途に適した接着剤が見出されていないため積層モジュールを有する半導体装置は、その信頼性の低下を抑制しつつ作製に要する手間を削減することが難しい状況となっている。
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、信頼性の低下を抑制しつつ作製に要する手間を削減しうる半導体装置と半導体装置の製造方法との提供を課題としている。
このホットメルト接着剤は、加熱することで接着性が発揮されるもので、通常、加熱する前においては接着性が発揮されるものではない。
したがって、液状の接着剤などと違って、予期せぬ箇所に付着したりする可能性が低く、該付着を防止するために慎重に作業する必要性も低減させ得る。
しかも、このホットメルト接着剤をシート状に形成させたホットメルト接着シートを用いるような場合には、予め接着領域と同じ形になるように外形加工を施しておけば、接着させる部材間において加熱するだけで所望の接着状態を形成させることができ、接着に要する手間の簡略化を図ることができるものである。
したがって、放熱グリースを用いる従来の場合などに比べて積層モジュールの作製に要する手間を軽減させうるとともに、半導体モジュールや冷却体の表面との間に隙間が形成されて十分な放熱がなされなくなるおそれを抑制させ得る。
すなわち、ポリマーの配向性が高いことによって分子振動による熱伝導が良好となって、半導体モジュールと冷却体との間において良好なる熱伝導状態が形成され得る。
このことからも、動作時における半導体モジュールの過度の温度上昇を防止でき、故障の発生を抑制することができる。
したがって、本発明によれば信頼性の低下を抑制しつつ作製に要する手間が削減されうる半導体装置を提供しうる。
しかも、半導体モジュールと冷却体との間にホットメルト接着シートを介装させて積層体を作製し、該積層体を前記液晶ポリマーの融点以上の温度で、その積層方向に加圧された状態となるようにして、前記半導体モジュールと前記冷却体との接着を実施することによって複数の半導体モジュールと冷却体との接着が一括して実施されることとなり、作業の手間がより一層簡略化されうる。
また、ホットメルト接着シートのベースポリマーに液晶ポリマーが採用されていることから半導体モジュールと冷却体との間に良好なる熱伝導を実施させることができ、過度に温度上昇することが抑制された半導体装置とすることができる。
図1(a)は、本実施形態に係る半導体装置に備えられている積層モジュールを示す平面図であり、(b)は正面図である。
また、図2は、図1(b)中の破線Xで示される箇所における積層モジュールの部分断面を示す断面図(図1(a)中のX−X’線矢視断面図)である。
これらの半導体モジュール2,3と冷却体4,5,6とは、交互に積層されて積層モジュール1を形成しており、しかも、半導体モジュール2,3と冷却体4,5,6とがホットメルト接着シートADによって接着されて積層されて前記積層モジュール1を形成している。
前記一対のエンドプレートP1,P2は、ともに同形の矩形板状に形成されており、前記冷却体4,5,6は、前記エンドプレートP1,P2よりも一回り小さな矩形板状に形成されている。
なお、3つの冷却体4,5,6どうしは同形に形成されている。
前記2つの半導体モジュール2,3は、前記冷却体4,5,6よりも一回り小さな矩形板状に形成されている。
そして、図1(b)正面図に示すように、本実施形態の積層モジュール1は、一方のエンドプレートP2を最下位に位置させ、該エンドプレートP2の上に、下から順番に冷却体6、半導体モジュール3、冷却体5、半導体モジュール2、冷却体4の順に積層体Lを形成し、この積層体Lの上にもう一方のエンドプレートP1を配して、前記連結棒Cとナットによって2枚のエンドプレートP1,P2の間に加圧状態で前記積層体を挟持させて形成されている。
また、厚みについては、通常、10〜500μmとされる。
なお、液晶ポリマーは、溶融時に液晶性を示す芳香族ポリエステルが代表的であり、通常、芳香族ジオール、芳香族カルボン酸、ヒドロキシカルボン酸等のモノマーから合成されるものである。
この液晶ポリマーとしては、パラヒドロキシ安息香酸、テレフタル酸、及び4,4’−ビフェノール(下記一般式(1))を主たる構成単位とするもの、パラヒドロキシ安息香酸、及び2,6−ヒドロキシナフトエ酸を主たる構成単位とするもの(下記一般式(2))、ならびに、エチレンテレフタレートとパラヒドロキシ安息香酸を主たる構成単位とするもの(下記一般式(3))などが挙げられる。
また、結晶化した際の熱伝導率が0.3W/mK以上となるものが好適である。
なお、重合反応によって上記液晶ポリマーとなるモノマーやオリゴマーを、この液晶ポリマーの一部又は全部に変えてホットメルト接着シートADを構成させて使用時に前記重合反応を生じさせることも可能である。
さらに、液晶ポリマーは、熱可塑性のものであっても熱硬化性のものであってもよく、該熱硬化性の液晶ポリマーを採用する場合においては、前記結晶化の状態を硬化反応によって保持させることができる点において好適である。
また、熱硬化性の液晶ポリマーを採用する場合には、このホットメルト接着シートADは、硬化前の液晶ポリマーで構成させてもよく、例えば、180℃程度の温度以上に加熱することによってある程度の弾性や粘着性がホットメルト接着シートに発揮されるようであれば、液晶ポリマーが硬化された状態でホットメルト接着シートを構成させても良い。
無機フィラーとして窒化ホウ素粒子を採用する場合には、ホットメルト接着シートADに対して上記のような優れた熱伝導性をより確実に発揮させうる点において液晶ポリマー100重量部に対して250重量部以上となる配合割合で使用することが好適である。
例えば、単軸又は二軸混練機によって上記成分を加熱混合してホットメルト接着剤を調整し、該ホットメルト接着剤を離型処理の施されたキャリアフィルム状にフラットダイで連続的に押出してホットメルト接着シートADを形成させる方法などを採用することができる。
例えば、ポリマーフィルムの両面に上記成分による接着層を形成させ、接着層/ポリマーフィルム層/接着層となる積層構造を有するホットメルト接着シートとすることも可能である。
なお、その場合には、基材シートを上記のようなポリマーフィルムではなく、セラミックスシートなどを採用することでホットメルト接着シートADに、より優れた熱伝導性を発揮させ得る点において好適である。
例えば、アルミナペーパーやアルミナ繊維織物などを基材シートとして採用し、この基材シートの表面に上記成分からなるホットメルト接着剤を担持させたり、基材シートの内部に含浸させたりしてホットメルト接着シートADを形成させることも可能である。
また、前記冷却体としては、例えば、内部に冷媒の流通路を形成させたアルミニウムブロックなどが上げられる。
まず、積層モジュール1の下方に位置させるエンドプレートP2を平置きして、その上面中央部に冷却体6を載置し、該冷却体6の中央部に、半導体モジュールと略同形に形成されたホットメルト接着シートADを載置する。
そして、当該ホットメルト接着シートADと、その外縁を揃えるようにして半導体モジュール3を載置し、次いで、ホットメルト接着シートAD、冷却体5、ホットメルト接着シートAD、半導体モジュール2、ホットメルト接着シートAD、冷却体4の順に積層して、3つの冷却体4,5,6と2つの半導体モジュール2,3とを間にホットメルト接着シートADを介装させつつ交互に積層した積層体Lを形成させ、最後に、上部のエンドプレートP1を載置し、連結棒Cによって固定を行う。
このとき、エンドプレートP1,P2どうしが近接する方向に前記積層体Lを上下から加圧する状態となるように連結棒Cによる固定を実施する。
そして、冷却時にその配向状態が保持されることによってホットメルト接着シートADの中を分子振動によって効率よく熱を伝達することが可能となって半導体モジュールから冷却体へと優れた熱の伝導が行われることとなる。
特に、液晶ポリマーは、薄肉な状態において配向性が顕著になり、全体に占める配向部分の割合が向上される傾向にあることからも半導体モジュールと冷却体との間における熱伝導に有利である。
すなわち、半導体モジュールや冷却体の表面に十分接着され、しかも、熱伝導性が良好となることから半導体モジュールから冷却体への放熱もスムーズに行われることとなり、半導体装置の信頼性向上を図ることができる。
このとき従来の放熱グリースや放熱シートには、その歪みを抑制する作用を期待することができず、例えば、放熱シートと半導体モジュールとの間に予期せぬ隙間を形成させるおそれを有するが、このホットメルト接着剤を用いる場合は、その接着力によって歪みの発生を抑制させ得る。
したがって、従来の半導体装置に比べて、信頼性向上を期待することができる。
2,3 半導体モジュール
4,5,6 冷却体
AD ホットメルト接着シート
BC バスケーブル
C 連結棒
CD 配管
EL 電源コード
L 積層体
P1,P2 エンドプレート
Claims (2)
- 平板状の半導体モジュールと該半導体モジュールを冷却するための平板状の冷却体とが交互に積層されてなる積層モジュールを有している半導体装置であって、
前記積層モジュールの前記半導体モジュールと前記冷却体とが、液晶ポリマーがベースポリマーとして用いられてなるホットメルト接着剤によって接着されて積層されていることを特徴とする半導体装置。 - 平板状の半導体モジュールと該半導体モジュールを冷却するための平板状の冷却体とを交互に積層させてなる積層モジュールを有する半導体装置の製造方法であって、
液晶ポリマーがベースポリマーとして用いられてなるホットメルト接着剤がシート状に形成されてなるホットメルト接着シートを、前記半導体モジュールと前記冷却体との間に介装させて積層体を作製し、該積層体が前記液晶ポリマーの融点以上の温度で、その積層方向に加圧された状態となるようにして、前記半導体モジュールと前記冷却体との接着を実施して前記積層モジュールを作製することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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