JP2012151172A - Semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently radiate heat generated in a semiconductor device to the exterior.SOLUTION: A semiconductor device 1 comprises: a semiconductor element 3 mounted on a lead frame 2; a first heat transfer layer 4 provided in the semiconductor element 3; a second heat transfer layer 5 connecting with the first heat transfer layer 4; a third heat transfer layer 6 connecting with the second heat transfer layer 5; and a resin layer 7. The resin layer 7 seals the semiconductor element 3, the first heat transfer layer 4, and the second heat transfer layer 5, and the third heat transfer layer 6 is exposed from the resin layer 7. Heat generated from the semiconductor element 3 is efficiently transferred to the first heat transfer layer 4, the second heat transfer layer 5, and the third heat transfer layer 6 to be radiated to the exterior from the third heat transfer layer 6 exposed from the resin layer 7.

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.

従来、半導体装置の熱抵抗を低減し、過熱を抑制する方法が提案されている。
例えば、リードフレームに実装した半導体素子を樹脂層で封止する半導体装置に関し、比較的熱伝導率の高いフィラーを含有させた樹脂層で半導体素子を封止する技術、半導体素子を封止する樹脂層を薄型化する技術が知られている。このほか、半導体素子が実装されたリードフレームに放熱板を接続し、その放熱板を表出させるように樹脂層で封止する技術、放熱板に設けた突起面を半導体素子上に樹脂膜を介して接着し、その放熱板を表出させるように樹脂層で封止する技術も知られている。
Conventionally, methods for reducing the thermal resistance of a semiconductor device and suppressing overheating have been proposed.
For example, the present invention relates to a semiconductor device in which a semiconductor element mounted on a lead frame is sealed with a resin layer, a technique for sealing a semiconductor element with a resin layer containing a filler having relatively high thermal conductivity, and a resin for sealing a semiconductor element A technique for thinning the layer is known. In addition, a technology for connecting a heat sink to a lead frame on which a semiconductor element is mounted and sealing the resin plate with a resin layer so that the heat sink is exposed, and a projection surface provided on the heat sink is a resin film on the semiconductor element. There is also known a technique of sealing with a resin layer so that the heat dissipation plate is exposed.

また、半導体装置の熱抵抗低減に関し、セラミック基板上の第1多層配線層に半導体素子を埋設し、それらの上に第2多層配線層を接着し、その上に形成したヒートシンクを、第2多層配線層を貫通するリード電極で半導体素子と接続する技術も知られている。   Further, regarding the reduction of thermal resistance of a semiconductor device, a semiconductor element is embedded in a first multilayer wiring layer on a ceramic substrate, a second multilayer wiring layer is bonded thereon, and a heat sink formed thereon is used as a second multilayer. A technique of connecting to a semiconductor element with a lead electrode penetrating the wiring layer is also known.

特開2000−269388号公報JP 2000-269388 A 特開平5−63113号公報JP-A-5-63113 特開平7−183433号公報JP-A-7-183433

リードフレームに実装した半導体素子を樹脂層で封止する半導体装置において、上記のような技術では、半導体素子で発生する熱を効率的に外部に放熱することができない場合がある。例えば、高集積化に伴う半導体素子の単位面積当たりの発熱量の増加、パワー半導体素子を用いたときの発熱量の増加に対し、十分な放熱を行えない可能性がある。   In a semiconductor device in which a semiconductor element mounted on a lead frame is sealed with a resin layer, in some cases, heat generated in the semiconductor element cannot be efficiently radiated to the outside by the above-described technology. For example, there is a possibility that sufficient heat dissipation cannot be performed for an increase in the amount of heat generated per unit area of the semiconductor element due to high integration and an increase in the amount of heat generated when a power semiconductor element is used.

本発明の一観点によれば、リードフレームと、前記リードフレームに実装された半導体素子と、前記半導体素子内に設けられた第1伝熱層と、前記第1伝熱層に接続された第2伝熱層と、前記第2伝熱層に接続された第3伝熱層と、前記半導体素子、前記第1伝熱層及び前記第2伝熱層を封止し、前記第3伝熱層が表出する樹脂層とを含む半導体装置が提供される。   According to an aspect of the present invention, a lead frame, a semiconductor element mounted on the lead frame, a first heat transfer layer provided in the semiconductor element, and a first heat transfer layer connected to the first heat transfer layer. 2 heat transfer layers, a third heat transfer layer connected to the second heat transfer layer, the semiconductor element, the first heat transfer layer, and the second heat transfer layer are sealed, and the third heat transfer layer is sealed. A semiconductor device is provided that includes a resin layer from which the layer is exposed.

開示の半導体装置によれば、半導体素子で発生した熱を効率的に外部へ放熱することが可能になる。   According to the disclosed semiconductor device, it is possible to efficiently dissipate heat generated in the semiconductor element to the outside.

半導体装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a semiconductor device. 第1の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。It is a figure showing an example of a semiconductor device concerning a 1st embodiment. 第1の実施の形態に係る半導体装置の別例を示す図である。It is a figure which shows another example of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. モデル計算の説明図(その1)である。It is explanatory drawing (the 1) of model calculation. モデル計算の説明図(その2)である。It is explanatory drawing (the 2) of model calculation. 伝熱面積と等価熱伝導率の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a heat-transfer area and an equivalent thermal conductivity. 第1の実施の形態に係る半導体装置の形成方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the formation method of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 半導体装置の内部構造の例を示す図(その1)である。It is FIG. (1) which shows the example of the internal structure of a semiconductor device. 半導体装置の内部構造の例を示す図(その2)である。FIG. 3 is a second diagram illustrating an example of the internal structure of a semiconductor device. 第2の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施の形態に係る半導体装置の形成方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the formation method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施の形態に係る半導体装置の別例を示す図である。It is a figure which shows another example of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 伝熱層の変形例を示す図(その1)である。It is a figure (the 1) which shows the modification of a heat exchanger layer. 伝熱層の変形例を示す図(その2)である。It is a figure (the 2) which shows the modification of a heat exchanger layer. 伝熱層の変形例を示す図(その3)である。It is a figure (the 3) which shows the modification of a heat exchanger layer. 伝熱層の変形例を示す図(その4)である。It is a figure (the 4) which shows the modification of a heat exchanger layer.

図1は半導体装置の構成例を示す図である。
図1に示す半導体装置1は、リードフレーム2、半導体素子3、第1伝熱層4、第2伝熱層5、第3伝熱層6、及び樹脂層7を有している。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a semiconductor device.
A semiconductor device 1 shown in FIG. 1 includes a lead frame 2, a semiconductor element 3, a first heat transfer layer 4, a second heat transfer layer 5, a third heat transfer layer 6, and a resin layer 7.

半導体素子3は、リードフレーム2に実装されている。第1伝熱層4は、リードフレーム2に実装された半導体素子3内の、例えばその表面に、設けられている。尚、第1伝熱層4は、半導体素子3の、より内部に設けられた、更に別の伝熱層に接続されていてもよい。第2伝熱層5は、第1伝熱層4に接続されており、第3伝熱層6は、第2伝熱層5に接続されている。樹脂層7は、第3伝熱層6の表面が露出するように、リードフレーム2上の半導体素子3、第1伝熱層4及び第2伝熱層5を封止している。   The semiconductor element 3 is mounted on the lead frame 2. The first heat transfer layer 4 is provided, for example, on the surface of the semiconductor element 3 mounted on the lead frame 2. The first heat transfer layer 4 may be connected to a further heat transfer layer provided further inside the semiconductor element 3. The second heat transfer layer 5 is connected to the first heat transfer layer 4, and the third heat transfer layer 6 is connected to the second heat transfer layer 5. The resin layer 7 seals the semiconductor element 3, the first heat transfer layer 4, and the second heat transfer layer 5 on the lead frame 2 so that the surface of the third heat transfer layer 6 is exposed.

尚、第1伝熱層4、第2伝熱層5及び第3伝熱層6には、樹脂層7の材料よりも熱伝導率の高い材料が用いられる。
このような構成を有する半導体装置1において、半導体素子3で発生した熱は、例えば、第1伝熱層4に伝熱され、第1伝熱層4に伝熱された熱は、第2伝熱層5に伝熱され、第2伝熱層5に伝熱された熱は、第3伝熱層6に伝熱される。半導体装置1では、半導体素子3に設けた第1伝熱層4に第2伝熱層5が接続され、第2伝熱層5に第3伝熱層6が接続されているため、半導体素子3で発生した熱を第3伝熱層6まで効率的に伝熱させることができる。更に、半導体装置1では、第3伝熱層6を樹脂層7から表出させているため、第3伝熱層6まで伝熱された熱を、効率的に外部に放熱させることができる。
The first heat transfer layer 4, the second heat transfer layer 5, and the third heat transfer layer 6 are made of a material having a higher thermal conductivity than that of the resin layer 7.
In the semiconductor device 1 having such a configuration, for example, heat generated in the semiconductor element 3 is transferred to the first heat transfer layer 4, and heat transferred to the first heat transfer layer 4 is transferred to the second heat transfer layer 4. The heat transferred to the heat layer 5 and transferred to the second heat transfer layer 5 is transferred to the third heat transfer layer 6. In the semiconductor device 1, the second heat transfer layer 5 is connected to the first heat transfer layer 4 provided in the semiconductor element 3, and the third heat transfer layer 6 is connected to the second heat transfer layer 5. 3 can be efficiently transferred to the third heat transfer layer 6. Furthermore, since the third heat transfer layer 6 is exposed from the resin layer 7 in the semiconductor device 1, the heat transferred to the third heat transfer layer 6 can be efficiently radiated to the outside.

尚、半導体素子3で発生した熱の伝熱、放熱の経路は、このように第1伝熱層4、第2伝熱層5、第3伝熱層6を順に伝熱されて第3伝熱層6から外部に放熱される経路に限らない。例えば、半導体素子3、第1伝熱層4、或いは第2伝熱層5から樹脂層7に伝熱され、樹脂層7から第3伝熱層6に伝熱されて、そこから外部に放熱される経路もある。また、樹脂層7に伝熱された熱が、樹脂層7から外部に放熱される経路もある。   Note that the heat transfer and heat release paths of the heat generated in the semiconductor element 3 are transferred in this order through the first heat transfer layer 4, the second heat transfer layer 5, and the third heat transfer layer 6 in this order. The path is not limited to the heat radiation from the heat layer 6 to the outside. For example, heat is transferred from the semiconductor element 3, the first heat transfer layer 4, or the second heat transfer layer 5 to the resin layer 7, transferred from the resin layer 7 to the third heat transfer layer 6, and radiated from there to the outside. There is also a route to be done. There is also a path through which the heat transferred to the resin layer 7 is radiated from the resin layer 7 to the outside.

半導体装置1では、半導体素子3と、樹脂層7から表出する第3伝熱層6との間を、第1伝熱層4及び第2伝熱層5を用いて接続しているため、半導体素子3の熱を第3伝熱層6へと効率的に伝熱させ、外部に放熱させることが可能になっている。   In the semiconductor device 1, since the semiconductor element 3 and the third heat transfer layer 6 exposed from the resin layer 7 are connected using the first heat transfer layer 4 and the second heat transfer layer 5, The heat of the semiconductor element 3 can be efficiently transferred to the third heat transfer layer 6 and radiated to the outside.

また、半導体素子3内に第1伝熱層4を設けることにより、半導体素子3で発生した熱を効率的に第2伝熱層5、第3伝熱層6へと伝熱することができる。更にまた、第2伝熱層5と第3伝熱層6を別体とすることにより、第2伝熱層5として、例えば後述のような様々な形態のものを適用することができる。   Further, by providing the first heat transfer layer 4 in the semiconductor element 3, the heat generated in the semiconductor element 3 can be efficiently transferred to the second heat transfer layer 5 and the third heat transfer layer 6. . Furthermore, by making the 2nd heat transfer layer 5 and the 3rd heat transfer layer 6 into a different body, the thing of the various forms as mentioned later is applicable as the 2nd heat transfer layer 5, for example.

以下、半導体装置について、より詳細に説明する。
図2は第1の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。尚、図2は、第1の実施の形態に係る半導体装置の一例の要部を模式的に示す図であって、(A)は断面図、(B)は平面図である。
Hereinafter, the semiconductor device will be described in more detail.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the semiconductor device according to the first embodiment. 2A and 2B are diagrams schematically illustrating a main part of an example of the semiconductor device according to the first embodiment, in which FIG. 2A is a cross-sectional view and FIG. 2B is a plan view.

図2に示す半導体装置(半導体パッケージ)10Aは、リードフレーム11、及びリードフレーム11に実装された半導体素子(チップ)12(図2(B)では点線で図示)を有している。半導体素子12は、ダイボンド材13を用いてリードフレーム11上に接着されている。半導体素子12の表面に設けられている電極パッド12aは、ワイヤ14でリードフレーム11に接続され、半導体素子12とリードフレーム11とが電気的に接続されている。ダイボンド材13には、例えば、銀(Ag)ペーストやはんだ等、接着性と熱伝導性を有する材料を用いることができる。ワイヤ14には、例えば、金(Au)やアルミニウム(Al)等の材料を用いることができる。   A semiconductor device (semiconductor package) 10A illustrated in FIG. 2 includes a lead frame 11 and a semiconductor element (chip) 12 (illustrated by a dotted line in FIG. 2B) mounted on the lead frame 11. The semiconductor element 12 is bonded onto the lead frame 11 using a die bond material 13. The electrode pad 12a provided on the surface of the semiconductor element 12 is connected to the lead frame 11 by a wire 14, and the semiconductor element 12 and the lead frame 11 are electrically connected. For the die bond material 13, for example, a material having adhesiveness and thermal conductivity such as silver (Ag) paste or solder can be used. For the wire 14, for example, a material such as gold (Au) or aluminum (Al) can be used.

半導体素子12の内部には、第1伝熱層15(図2(B)では点線で図示)が設けられている。第1伝熱層15は、半導体素子12の上面側に、電極パッド12aの配設領域を避けて、設けられている。第1伝熱層15には、シート状の伝熱部材を用いることができる。第1伝熱層15には、金属材料、カーボン材料、セラミックス材料を用いることができる。例えば、第1伝熱層15には、封止樹脂に比べて熱伝導性の高い材料が用いられる。   A first heat transfer layer 15 (illustrated by a dotted line in FIG. 2B) is provided inside the semiconductor element 12. The first heat transfer layer 15 is provided on the upper surface side of the semiconductor element 12, avoiding the region where the electrode pads 12 a are disposed. A sheet-like heat transfer member can be used for the first heat transfer layer 15. For the first heat transfer layer 15, a metal material, a carbon material, or a ceramic material can be used. For example, the first heat transfer layer 15 is made of a material having higher thermal conductivity than the sealing resin.

第1伝熱層15は、例えば、半導体素子12を形成するときに、その内部に作り込むことで、形成することができる。例えば、電極パッド12aの形成時に、電極パッド12aと同じ層の所定領域に、電極パッド12aと同じ材料を用いて、第1伝熱層15を形成しておく。尚、その際、第1伝熱層15の下層に別の伝熱層を、例えば配線やビアと共に形成しておき、当該伝熱層と接続されるように、第1伝熱層15を形成するようにしてもよい。   The first heat transfer layer 15 can be formed, for example, by forming the semiconductor element 12 inside the semiconductor element 12. For example, when the electrode pad 12a is formed, the first heat transfer layer 15 is formed in the predetermined region of the same layer as the electrode pad 12a using the same material as the electrode pad 12a. At this time, another heat transfer layer is formed below the first heat transfer layer 15 together with, for example, wiring and vias, and the first heat transfer layer 15 is formed so as to be connected to the heat transfer layer. You may make it do.

第1伝熱層15には、第2伝熱層16(図2(B)では点線で図示)が接続されている。第2伝熱層16は、例えば図2に示すように、第1接着層18を用いて第1伝熱層15に接続される。   A second heat transfer layer 16 (illustrated by a dotted line in FIG. 2B) is connected to the first heat transfer layer 15. For example, as shown in FIG. 2, the second heat transfer layer 16 is connected to the first heat transfer layer 15 using a first adhesive layer 18.

第2伝熱層16には、例えば、金属材料、カーボン材料、セラミックス材料を用いることができる。例えば、第2伝熱層16には、封止樹脂に比べて高い熱伝導性を有する材料を用いることができる。   For the second heat transfer layer 16, for example, a metal material, a carbon material, or a ceramic material can be used. For example, a material having higher thermal conductivity than the sealing resin can be used for the second heat transfer layer 16.

また、第1接着層18には、例えば、Agペーストやはんだ等、接着性と熱伝導性を有する材料を用いることができる。尚、第1伝熱層15と第2伝熱層16の材質の組み合わせによっては、このような第1接着層18を用いずに第1伝熱層15と第2伝熱層16とを接続することも可能である。   The first adhesive layer 18 can be made of a material having adhesiveness and thermal conductivity, such as Ag paste or solder. Depending on the combination of materials of the first heat transfer layer 15 and the second heat transfer layer 16, the first heat transfer layer 15 and the second heat transfer layer 16 are connected without using the first adhesive layer 18. It is also possible to do.

第2伝熱層16には、様々な形状のものを用いることができる。ここでは一例として、所定の材料からなるフレキシブルシートのような柔軟性のあるシート状の伝熱部材を2つ折りに折り返した形状(U字形状)の第2伝熱層16を1つ用いている。このような折り返し形状を有する第2伝熱層16の一方の端部側(下側)が、第1接着層18を介して第1伝熱層15の上面に接続されている。   Various shapes can be used for the second heat transfer layer 16. Here, as an example, one second heat transfer layer 16 having a shape (U-shape) in which a flexible sheet-like heat transfer member such as a flexible sheet made of a predetermined material is folded in two is used. . One end side (lower side) of the second heat transfer layer 16 having such a folded shape is connected to the upper surface of the first heat transfer layer 15 via the first adhesive layer 18.

折り返し形状を有する第2伝熱層16のもう一方の端部側(上側)には、第3伝熱層17が接続されている。第3伝熱層17は、例えば図2に示すように、第2接着層19を用いて第2伝熱層16に接続される。   A third heat transfer layer 17 is connected to the other end side (upper side) of the second heat transfer layer 16 having a folded shape. For example, as shown in FIG. 2, the third heat transfer layer 17 is connected to the second heat transfer layer 16 using a second adhesive layer 19.

第3伝熱層17には、シート状の伝熱部材を用いることができる。第3伝熱層17には、例えば、金属材料、カーボン材料、セラミックス材料を用いることができる。例えば、第3伝熱層17には、封止樹脂に比べて高い熱伝導性を有する材料を用いることができる。   A sheet-like heat transfer member can be used for the third heat transfer layer 17. For the third heat transfer layer 17, for example, a metal material, a carbon material, or a ceramic material can be used. For example, a material having higher thermal conductivity than the sealing resin can be used for the third heat transfer layer 17.

また、第2接着層19には、例えば、Agペーストやはんだ等、接着性と熱伝導性を有する材料を用いることができる。尚、第2伝熱層16と第3伝熱層17の材質の組み合わせによっては、このような第2接着層19を用いずに第2伝熱層16と第3伝熱層17とを接続することも可能である。   The second adhesive layer 19 can be made of a material having adhesiveness and thermal conductivity such as Ag paste or solder. Depending on the combination of materials of the second heat transfer layer 16 and the third heat transfer layer 17, the second heat transfer layer 16 and the third heat transfer layer 17 are connected without using the second adhesive layer 19. It is also possible to do.

このように、リードフレーム11に実装された半導体素子12に、第1伝熱層15、第2伝熱層16及び第3伝熱層17が熱的に接続されている。
リードフレーム11にダイボンド材13で接着された半導体素子12、ワイヤ14、第1伝熱層15、第2伝熱層16は、樹脂層20によって封止されている。樹脂層20は、第3伝熱層17の、例えばその上面が表出するように、設けられている。樹脂層20には、例えば、所定の非導電性フィラーを含有する樹脂(封止樹脂)を用いることができる。尚、フィラーには、熱伝導性の高いものを用いてもよい。樹脂層20は、所定の金型を用いたモールド法によって形成することができる。
As described above, the first heat transfer layer 15, the second heat transfer layer 16, and the third heat transfer layer 17 are thermally connected to the semiconductor element 12 mounted on the lead frame 11.
The semiconductor element 12, the wire 14, the first heat transfer layer 15, and the second heat transfer layer 16 bonded to the lead frame 11 with the die bond material 13 are sealed with a resin layer 20. The resin layer 20 is provided so that, for example, the upper surface of the third heat transfer layer 17 is exposed. For the resin layer 20, for example, a resin (sealing resin) containing a predetermined non-conductive filler can be used. Note that a filler having high thermal conductivity may be used. The resin layer 20 can be formed by a molding method using a predetermined mold.

上記構成を有する半導体装置10Aでは、半導体素子12で発生した熱を、第1伝熱層15、第2伝熱層16、第3伝熱層17へと効率的に伝熱させ、樹脂層20から表出する第3伝熱層17から効率的に外部へと放熱させることができる。   In the semiconductor device 10 </ b> A having the above-described configuration, the heat generated in the semiconductor element 12 is efficiently transferred to the first heat transfer layer 15, the second heat transfer layer 16, and the third heat transfer layer 17, and the resin layer 20. It is possible to efficiently dissipate heat from the third heat transfer layer 17 exposed from the outside.

半導体装置10Aでは、第2伝熱層16を折り返し形状とし、折り返した両端部の外側の表面でそれぞれ第1伝熱層15及び第3伝熱層17と接続させる。そのため、第2伝熱層16の湾曲或いは屈曲した部分(折り返し部分)で積層方向の伝熱経路を確保しつつ、両端部の表面で第1伝熱層15及び第3伝熱層17との接触面積(伝熱面積)を比較的大きく確保することができる。これにより、半導体素子12から第3伝熱層17への効率的な伝熱が実現されている。   In the semiconductor device 10 </ b> A, the second heat transfer layer 16 has a folded shape and is connected to the first heat transfer layer 15 and the third heat transfer layer 17 on the outer surfaces of the folded ends. Therefore, while securing the heat transfer path in the stacking direction at the curved or bent portion (folded portion) of the second heat transfer layer 16, the first heat transfer layer 15 and the third heat transfer layer 17 are formed on the surfaces of both ends. A relatively large contact area (heat transfer area) can be secured. Thereby, efficient heat transfer from the semiconductor element 12 to the third heat transfer layer 17 is realized.

更に、第1伝熱層15と第3伝熱層17の間を繋ぐ第2伝熱層16に比較的柔軟な材料を用いることで、樹脂層20を形成する際に、第2伝熱層16がクッション性を発揮し、樹脂封止時の樹脂流動による半導体素子12への衝撃が抑制される。   Furthermore, when the resin layer 20 is formed by using a relatively flexible material for the second heat transfer layer 16 connecting the first heat transfer layer 15 and the third heat transfer layer 17, the second heat transfer layer 16 is used. 16 exhibits cushioning properties, and the impact on the semiconductor element 12 due to resin flow during resin sealing is suppressed.

例えば、樹脂封止時には、封止前の組立体が金型の上型と下型の間に挟まれ、その間の空間に封止樹脂が圧入され、横方向に封止樹脂が流動し、組立体が封止樹脂で封止される。このときの横方向の樹脂流動により、第3伝熱層17や第2伝熱層17には、ある程度の荷重がかかる。その荷重に応じ、第2伝熱層16が、その柔軟性により、一端部を第1伝熱層15と半導体素子12の側に固定された状態で、横方向に変形する。   For example, at the time of resin sealing, the assembly before sealing is sandwiched between the upper mold and the lower mold of the mold, the sealing resin is press-fitted into the space between them, and the sealing resin flows in the lateral direction. The solid is sealed with a sealing resin. Due to the resin flow in the lateral direction at this time, a certain amount of load is applied to the third heat transfer layer 17 and the second heat transfer layer 17. In response to the load, the second heat transfer layer 16 deforms in the lateral direction due to its flexibility, with one end fixed to the first heat transfer layer 15 and the semiconductor element 12 side.

仮に、第2伝熱層16に柔軟性のない材料を用いていると、樹脂封止時の樹脂流動による荷重が、半導体素子12側にかかってしまい、半導体素子12の損傷、破損を招く恐れがある。   If an inflexible material is used for the second heat transfer layer 16, a load due to resin flow at the time of resin sealing is applied to the semiconductor element 12 side, which may cause damage or breakage of the semiconductor element 12. There is.

これに対し、上記のような柔軟性を有する第2伝熱層16を用いると、その変形によるクッション効果により、樹脂封止時の樹脂流動によって半導体素子12にかかる荷重負担を低減することが可能になる。それにより、半導体素子12の損傷、破損を抑制し、半導体装置10Aの信頼性向上、歩留まり向上を図ることが可能になる。   On the other hand, when the second heat transfer layer 16 having flexibility as described above is used, it is possible to reduce the load applied to the semiconductor element 12 due to the resin flow at the time of resin sealing due to the cushion effect due to the deformation. become. Thereby, damage and breakage of the semiconductor element 12 can be suppressed, and the reliability and yield of the semiconductor device 10A can be improved.

尚、ここでは、第2伝熱層16を、第1伝熱層15と第3伝熱層17の間に1つ設ける場合を例示したが、複数の第2伝熱層16を設けることも可能である。
図3は第1の実施の形態に係る半導体装置の別例を示す図である。尚、図3は、第1の実施の形態に係る半導体装置の別例の要部を模式的に示す図であって、(A)は断面図、(B)は平面図である。
In addition, although the case where one second heat transfer layer 16 is provided between the first heat transfer layer 15 and the third heat transfer layer 17 is illustrated here, a plurality of second heat transfer layers 16 may be provided. Is possible.
FIG. 3 is a diagram showing another example of the semiconductor device according to the first embodiment. FIGS. 3A and 3B are diagrams schematically showing main parts of another example of the semiconductor device according to the first embodiment, in which FIG. 3A is a cross-sectional view and FIG. 3B is a plan view.

図3に示す半導体装置10Aaは、第1伝熱層15と第3伝熱層17の間に、複数の第2伝熱層16を設けた構造を有している。この場合、各第2伝熱層16には、上記のような形状、材質のものを用いることができ、各第2伝熱層16が、第1接着層18を介して第1伝熱層15に接続され、第2接着層19を介して第3伝熱層17に接続される。   The semiconductor device 10 </ b> Aa shown in FIG. 3 has a structure in which a plurality of second heat transfer layers 16 are provided between the first heat transfer layer 15 and the third heat transfer layer 17. In this case, each of the second heat transfer layers 16 can have the shape and material as described above, and each second heat transfer layer 16 is connected to the first heat transfer layer via the first adhesive layer 18. 15 and connected to the third heat transfer layer 17 via the second adhesive layer 19.

このように複数の第2伝熱層16を設けた場合にも、上記同様の伝熱、放熱効果と、樹脂封止時の半導体素子12への荷重低減効果を得ることができる。
ところで、上記のような第2伝熱層16を用いず、第1伝熱層15と第3伝熱層17とをビアで接続した場合には、伝熱、放熱効果に制約が生じ得る。ここで、上記のような第2伝熱層16を用いた構造の場合と、ビアを用いた構造の場合について、それらの熱伝導を比較する。そこで、それぞれの場合について、次のようなモデル計算を行う。
As described above, even when the plurality of second heat transfer layers 16 are provided, the same heat transfer and heat dissipation effects as those described above and a load reduction effect on the semiconductor element 12 during resin sealing can be obtained.
By the way, when the first heat transfer layer 15 and the third heat transfer layer 17 are connected by vias without using the second heat transfer layer 16 as described above, there may be restrictions on the heat transfer and heat dissipation effects. Here, the thermal conductivity of the structure using the second heat transfer layer 16 as described above is compared with the case of the structure using the via. Therefore, the following model calculation is performed for each case.

図4及び図5はモデル計算の説明図である。図4及び図5において、(A)は第2伝熱層を用いた構造のモデルの説明図、(B)はビアを用いた構造のモデルの説明図である。
ここでは、まず、図4(A)に示すように、第2伝熱層16とそれを封止している樹脂層20の領域の、一断面の構造について、式(1)を用い、等価熱伝導率を算出する。比較のため、ビア構造についても、上記第2伝熱層16をビアに置き換え、図4(B)に示したように樹脂層20内にビア100が配置された構造の一断面を想定し、式(1)を用い、等価熱伝導率を算出する。尚、第2伝熱層16とビア100の材質は同じとする。
4 and 5 are explanatory diagrams of model calculation. 4 and 5, (A) is an explanatory diagram of a model of a structure using a second heat transfer layer, and (B) is an explanatory diagram of a model of a structure using vias.
Here, first, as shown in FIG. 4 (A), the structure of one section of the region of the second heat transfer layer 16 and the resin layer 20 sealing it is equivalent using the equation (1). Calculate the thermal conductivity. For comparison, also for the via structure, assuming the cross section of the structure in which the second heat transfer layer 16 is replaced with a via and the via 100 is disposed in the resin layer 20 as shown in FIG. Using equation (1), the equivalent thermal conductivity is calculated. The second heat transfer layer 16 and the via 100 are made of the same material.

λeq=(λP×AP+λR×AR)/(AP+AR)・・・(1)
この式(1)において、λeqは等価熱伝導率、λPは第2伝熱層16又はビア100の熱伝導率、λRは樹脂層20の熱伝導率、APは第2伝熱層16又はビア100の断面積、ARは樹脂層20の断面積である。
λ eq = (λ P × A P + λ R × A R ) / (A P + A R ) (1)
In this equation (1), λ eq is the equivalent thermal conductivity, λ P is the thermal conductivity of the second heat transfer layer 16 or the via 100, λ R is the thermal conductivity of the resin layer 20, and A P is the second heat transfer. sectional area of the layer 16 or via 100, a R is the cross-sectional area of the resin layer 20.

尚、第2伝熱層16が第1伝熱層15、第3伝熱層17とそれぞれ接続される部分(折り返した両端部)の厚さが十分薄いと仮定する。その場合、伝熱経路の体積は、図5(A)に示すような折り返し部分の断面積A1(伝熱面積)×高さH(第1伝熱層15と第2伝熱層16の間の樹脂層20の厚さ)と考えることができる。第2伝熱層16を、単に図5(B)に示すようなビア100に置き換えれば、両者は高さHが同じになるため、体積によらず断面積A1,A2(伝熱面積)によって熱伝導率を比較することができる。   It is assumed that the thicknesses of the portions (the folded ends) where the second heat transfer layer 16 is connected to the first heat transfer layer 15 and the third heat transfer layer 17 are sufficiently thin. In that case, the volume of the heat transfer path is the sectional area A1 (heat transfer area) × height H (between the first heat transfer layer 15 and the second heat transfer layer 16) as shown in FIG. The thickness of the resin layer 20 can be considered. If the second heat transfer layer 16 is simply replaced with a via 100 as shown in FIG. 5 (B), both have the same height H. Therefore, depending on the cross-sectional areas A1 and A2 (heat transfer area) regardless of the volume. Thermal conductivity can be compared.

具体的なモデル計算例として、第2伝熱層16の厚さ(シート厚)が150μm、幅(シート幅)が300μmであるとし、平面サイズ5mm×5mmの半導体素子12の上に、ピッチ400μmで、折り返し形状の第2伝熱層16を複数配置するものとする。この場合、縦に7個、横に7個、合計49個(約50個)の第2伝熱層16を配置することができる。   As a specific model calculation example, the thickness (sheet thickness) of the second heat transfer layer 16 is 150 μm, the width (sheet width) is 300 μm, and the pitch is 400 μm on the semiconductor element 12 having a planar size of 5 mm × 5 mm. Thus, a plurality of folded second heat transfer layers 16 are arranged. In this case, a total of 49 (about 50) second heat transfer layers 16 can be arranged, 7 vertically and 7 horizontally.

ビア100については、例えば、半導体素子12上への樹脂シート(樹脂層20の一部に相当)の貼り付け、レーザ加工による穴開け、めっきによる充填、というプロセスを繰り返すビルドアッププロセスで形成する場合を想定する。穴開け加工が可能で、且つ平坦なめっき充填が可能なビア100の最大径は200μmである。このようなサイズのビア100を、平面サイズ5mm×5mmの半導体素子12の上に、ピッチ400μmで配置するものとすると、縦に7個、横に7個、合計49個(約50個)のビア100が配置できることになる。   The via 100 is formed by, for example, a build-up process in which a process of attaching a resin sheet (corresponding to a part of the resin layer 20) on the semiconductor element 12, drilling by laser processing, and filling by plating is repeated. Is assumed. The maximum diameter of the via 100 that can be drilled and can be filled with flat plating is 200 μm. If the vias 100 having such a size are arranged on the semiconductor element 12 having a planar size of 5 mm × 5 mm at a pitch of 400 μm, the vertical number of the vias is 7 and the horizontal is 7, for a total of 49 (about 50). The via 100 can be arranged.

図6に伝熱面積と等価熱伝導率の関係を示す。尚、図6では、第2伝熱層16の伝熱面積と等価熱伝導率の関係を実線(伝熱層構造)で示し、ビア100の伝熱面積と等価熱伝導率の関係を点線(ビア構造)で示している。図6に示した12,25,50の数字は、第2伝熱層16の個数、ビア100の個数を示している。   FIG. 6 shows the relationship between the heat transfer area and the equivalent thermal conductivity. In FIG. 6, the relationship between the heat transfer area of the second heat transfer layer 16 and the equivalent heat conductivity is indicated by a solid line (heat transfer layer structure), and the relationship between the heat transfer area of the via 100 and the equivalent heat conductivity is indicated by a dotted line ( (Via structure). The numbers 12, 25, and 50 shown in FIG. 6 indicate the number of second heat transfer layers 16 and the number of vias 100, respectively.

図6より、第2伝熱層16は、同じ個数のビア100を用いたときよりも、大きな伝熱面積を得ることができ、高い熱伝導率を得ることができる。ビア100の場合、上記モデル計算では、形成ルール上、50個分のビア100の伝熱面積である1.6mm2までしか伝熱面積を確保することができない。これに対し、第2伝熱層16の場合には、同じ50個を配置したときでも、より大きな伝熱面積を確保することができる。 From FIG. 6, the second heat transfer layer 16 can obtain a larger heat transfer area and higher heat conductivity than when the same number of vias 100 are used. In the case of the via 100, in the above model calculation, the heat transfer area can be secured only up to 1.6 mm 2 which is the heat transfer area of 50 vias 100 according to the formation rule. On the other hand, in the case of the second heat transfer layer 16, a larger heat transfer area can be secured even when the same 50 pieces are arranged.

従って、第2伝熱層16は、半導体素子12にパワー半導体等の発熱量の大きいものを用いる場合にも、好適に利用することができる。また、第2伝熱層16は、シート厚、シート幅、個数の自由度が高いため、用いる半導体素子12の種類や、要求される放熱特性等に応じて、最適な形態を選択することができる。   Therefore, the second heat transfer layer 16 can be suitably used even when a semiconductor element 12 having a large heat generation amount such as a power semiconductor is used. Further, since the second heat transfer layer 16 has a high degree of freedom in sheet thickness, sheet width, and number, it is possible to select an optimal form according to the type of semiconductor element 12 to be used, required heat dissipation characteristics, and the like. it can.

続いて、第1の実施の形態に係る半導体装置の形成方法について説明する。
図7は第1の実施の形態に係る半導体装置の形成方法の一例を示す図である。
まず、図7(A)に示すように、第1伝熱層15を所定領域に設けた半導体素子12を、ダイボンド材13を用いて、リードフレーム11上にフェースアップでダイボンディングする。次いで、半導体素子12の電極パッド12aと、リードフレーム11(リード部(アウターリード))の間を、ワイヤ14で電気的に接続する。尚、電極パッド12aとリードフレーム11の間は、ウェッジボンディング法を用いて電気的に接続してもよい。
Next, a method for forming a semiconductor device according to the first embodiment will be described.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a method for forming a semiconductor device according to the first embodiment.
First, as shown in FIG. 7A, the semiconductor element 12 having the first heat transfer layer 15 provided in a predetermined region is die-bonded face-up on the lead frame 11 using a die bonding material 13. Next, the wire 14 is electrically connected between the electrode pad 12 a of the semiconductor element 12 and the lead frame 11 (lead portion (outer lead)). The electrode pad 12a and the lead frame 11 may be electrically connected using a wedge bonding method.

次いで、予め折り返し形状としている第2伝熱層16、及び、その上に設けるシート状の第3伝熱層17を接続していく。その際は、例えば、図7(B)に示すように、第1伝熱層15の上面に第1接着層18を設け、第3伝熱層17の下面に第2接着層19を設ける。そして、図7(C)に示すように、折り返し形状としている第2伝熱層16の一方の端部側を、第1接着層18を介して第1伝熱層15に接続し、もう一方の端部側に、第2接着層19を介して第3伝熱層17を接続する。   Next, the second heat transfer layer 16 which has been folded in advance and the sheet-like third heat transfer layer 17 provided thereon are connected. In that case, for example, as shown in FIG. 7B, the first adhesive layer 18 is provided on the upper surface of the first heat transfer layer 15, and the second adhesive layer 19 is provided on the lower surface of the third heat transfer layer 17. Then, as shown in FIG. 7C, one end side of the folded second heat transfer layer 16 is connected to the first heat transfer layer 15 via the first adhesive layer 18, and the other The third heat transfer layer 17 is connected to the end portion side through the second adhesive layer 19.

図7(C)のように第3伝熱層17の接続まで行った後は、得られた組立体を、樹脂封止(モールド)装置の金型(上型と下型の間)にセットし、半導体素子12、ワイヤ14、リードフレーム11(アウターリード)、第1伝熱層15及び第2伝熱層16を、熱硬化性の封止樹脂によって封止する。その際は、第3伝熱層17の上面が表出するように、封止する。封止後、金型を取り外すことで、図7(D)に示すような樹脂層20で封止された組立体が得られる。   After the process up to the connection of the third heat transfer layer 17 as shown in FIG. 7C, the obtained assembly is set in the mold (between the upper mold and the lower mold) of the resin sealing (molding) device. Then, the semiconductor element 12, the wire 14, the lead frame 11 (outer lead), the first heat transfer layer 15 and the second heat transfer layer 16 are sealed with a thermosetting sealing resin. In that case, sealing is performed so that the upper surface of the third heat transfer layer 17 is exposed. After sealing, by removing the mold, an assembly sealed with the resin layer 20 as shown in FIG. 7D is obtained.

封止の際、樹脂は、例えば、上型と下型の間に圧入され、横方向に流動しながら組立体を埋めていく。この樹脂の流動により、第2伝熱層16や第3伝熱層17には荷重がかかり得るが、そのような荷重を第2伝熱層16が変形により吸収し、半導体素子12側にかかる荷重負担を低減することができる。   At the time of sealing, for example, the resin is press-fitted between the upper mold and the lower mold, and fills the assembly while flowing in the lateral direction. Due to the flow of the resin, a load may be applied to the second heat transfer layer 16 and the third heat transfer layer 17, but the second heat transfer layer 16 absorbs such a load by deformation and is applied to the semiconductor element 12 side. The load burden can be reduced.

封止後、金型を取り外した後は、リードフレーム11のアウターリードを切断することで、半導体装置10Aを得る。
尚、ここでは1個の半導体装置10Aを図示している。勿論、1枚のリードフレーム11に複数の半導体素子12を実装し、それぞれに第1伝熱層15、第2伝熱層16、第3伝熱層17を接続し、全体を封止し、リードの切断を行って個々に分離し、複数の半導体装置10Aを得るようにしてもよい。
After sealing, after removing the mold, the outer lead of the lead frame 11 is cut to obtain the semiconductor device 10A.
Here, one semiconductor device 10A is illustrated. Of course, a plurality of semiconductor elements 12 are mounted on one lead frame 11, and the first heat transfer layer 15, the second heat transfer layer 16, and the third heat transfer layer 17 are connected to each, and the whole is sealed, A plurality of semiconductor devices 10A may be obtained by cutting the leads and separating them individually.

また、図7には、1つの第2伝熱層16を設ける半導体装置10A(図2)の形成方法を例示したが、複数の第2伝熱層16を設ける半導体装置10Aa(図3)も、この図7に示したような例に従って形成することが可能である。   7 illustrates the method of forming the semiconductor device 10A (FIG. 2) provided with one second heat transfer layer 16, the semiconductor device 10Aa (FIG. 3) provided with a plurality of second heat transfer layers 16 is also illustrated. It can be formed according to the example shown in FIG.

尚、図7に示したような方法を用いて形成される半導体装置の内部構造の例を図8及び図9に示す。図8及び図9では、リードフレーム11の半導体素子12の搭載領域を模式的に図示している。   An example of the internal structure of a semiconductor device formed by using the method shown in FIG. 7 is shown in FIGS. 8 and 9 schematically show the mounting region of the semiconductor element 12 of the lead frame 11.

半導体素子12は、2つのトランジスタ部12b、及び、ゲート、ソース、ドレイン用の電極パッド12aを備えている。ゲート用の電極パッド12aは、リードフレーム11のゲート用のリード部11aにゲート配線14a(ワイヤ14)で接続される。ソース用の電極パッド12aは、リードフレーム11のソース用のリード部11bにソース配線14b(ワイヤ14)で接続される。ドレイン用の電極パッド12aは、リードフレーム11のドレイン用のリード部11cにドレイン配線14cで接続される。   The semiconductor element 12 includes two transistor portions 12b and gate, source, and drain electrode pads 12a. The gate electrode pad 12 a is connected to the gate lead portion 11 a of the lead frame 11 by a gate wiring 14 a (wire 14). The source electrode pad 12 a is connected to the source lead portion 11 b of the lead frame 11 by a source wiring 14 b (wire 14). The drain electrode pad 12a is connected to the drain lead portion 11c of the lead frame 11 by a drain wiring 14c.

図8には、各トランジスタ部12bの上にそれぞれ第1伝熱層15が設けられ、その上にそれぞれ第2伝熱層16が接続された構造を例示している。そして、ここでは図示を省略するが、各第2伝熱層16の上にそれぞれ第3伝熱層17が接続される。   FIG. 8 illustrates a structure in which the first heat transfer layer 15 is provided on each transistor portion 12b and the second heat transfer layer 16 is connected thereto. And although illustration is abbreviate | omitted here, the 3rd heat transfer layer 17 is connected on each 2nd heat transfer layer 16, respectively.

図9には、各トランジスタ部12b上に設けられた第1伝熱層15の上にそれぞれ、複数の第2伝熱層16が接続された構造を例示している。そして、ここでは図示を省略するが、各第1伝熱層15上の複数の第2伝熱層16を覆うように、それぞれ第3伝熱層17が接続される。   FIG. 9 illustrates a structure in which a plurality of second heat transfer layers 16 are connected to the first heat transfer layer 15 provided on each transistor portion 12b. And although illustration is abbreviate | omitted here, the 3rd heat transfer layer 17 is each connected so that the some 2nd heat transfer layer 16 on each 1st heat transfer layer 15 may be covered.

以上、第1の実施の形態に係る半導体装置について説明した。以上の説明では、第2伝熱層16を第1伝熱層15及び第3伝熱層17と接続する場合について述べたが、第2伝熱層16は、更にリードフレーム11と接続することも可能である。   The semiconductor device according to the first embodiment has been described above. In the above description, the case where the second heat transfer layer 16 is connected to the first heat transfer layer 15 and the third heat transfer layer 17 has been described, but the second heat transfer layer 16 is further connected to the lead frame 11. Is also possible.

図10は第2の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。
図10に示す半導体装置(半導体パッケージ)10Bは、第2伝熱層16が、樹脂層20の端部まで引き延ばされ、伝熱部材21を介してリードフレーム11に接続された構造を有している。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a semiconductor device according to the second embodiment.
The semiconductor device (semiconductor package) 10B shown in FIG. 10 has a structure in which the second heat transfer layer 16 is extended to the end of the resin layer 20 and connected to the lead frame 11 via the heat transfer member 21. is doing.

樹脂層20の端部に引き延ばされた第2伝熱層16と伝熱部材21の一端部は、例えば図10に示すように、第3接着層22を用いて接続される。また、伝熱部材21の他端部とリードフレーム11は、例えば図10に示すように、第4接着層23を用いて接続される。尚、第2伝熱層16と伝熱部材21の材質の組み合わせによっては、第3接着層22を用いずに第2伝熱層16と伝熱部材21を接続することも可能である。また、伝熱部材21とリードフレーム11の材質の組み合わせによっては、第4接着層23を用いずに伝熱部材21とリードフレーム11を接続することも可能である。   The second heat transfer layer 16 extended to the end of the resin layer 20 and one end of the heat transfer member 21 are connected using a third adhesive layer 22, for example, as shown in FIG. Moreover, the other end part of the heat-transfer member 21 and the lead frame 11 are connected using the 4th contact bonding layer 23, as shown, for example in FIG. Depending on the combination of the materials of the second heat transfer layer 16 and the heat transfer member 21, the second heat transfer layer 16 and the heat transfer member 21 can be connected without using the third adhesive layer 22. Further, depending on the combination of the materials of the heat transfer member 21 and the lead frame 11, it is possible to connect the heat transfer member 21 and the lead frame 11 without using the fourth adhesive layer 23.

このような半導体装置10Bによれば、半導体素子12で発生した熱を、第1伝熱層15、第2伝熱層16、第3伝熱層17へと順に伝熱させるほか、第2伝熱層16から伝熱部材21を介してリードフレーム11へと伝熱させることができる。これにより、半導体素子12から第2伝熱層16に伝熱された熱を、樹脂層20から表出する第3伝熱層17のほか、リードフレーム11から、或いは樹脂層20から表出する伝熱部材21から、外部へと放熱することができ、放熱効果を更に高めることができる。   According to such a semiconductor device 10B, the heat generated in the semiconductor element 12 is sequentially transferred to the first heat transfer layer 15, the second heat transfer layer 16, and the third heat transfer layer 17, and the second heat transfer layer 17 is also transferred. Heat can be transferred from the heat layer 16 to the lead frame 11 via the heat transfer member 21. Thus, the heat transferred from the semiconductor element 12 to the second heat transfer layer 16 is exposed from the lead frame 11 or from the resin layer 20 in addition to the third heat transfer layer 17 exposed from the resin layer 20. Heat can be radiated from the heat transfer member 21 to the outside, and the heat dissipation effect can be further enhanced.

上記構成を有する半導体装置10Bは、例えば、次のようにして形成することができる。
図11は第2の実施の形態に係る半導体装置の形成方法の一例を示す図である。
The semiconductor device 10B having the above configuration can be formed as follows, for example.
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a method of forming a semiconductor device according to the second embodiment.

図11(A)に示すように、第1伝熱層15を所定領域に設けた半導体素子12を、ダイボンド材13でリードフレーム11上にダイボンディングした後、半導体素子12の電極パッド12aとリードフレーム11の間を、ワイヤ14で電気的に接続する。   As shown in FIG. 11A, after the semiconductor element 12 provided with the first heat transfer layer 15 in a predetermined region is die-bonded on the lead frame 11 with the die bonding material 13, the electrode pads 12a of the semiconductor element 12 and the leads The frames 11 are electrically connected by wires 14.

次いで、予め一方の端部側が長くなるような折り返し形状とした第2伝熱層16、シート状の第3伝熱層17を接続していく。例えば、図11(A)に示すように、第1伝熱層15、第3伝熱層17にそれぞれ第1接着層18、第2接着層19を設ける。そして、図11(B)に示すように、折り返し形状の第2伝熱層16の短い方の端部側を、第1接着層18を介して第1伝熱層15に接続し、長い方の端部側に、第2接着層19を介して第3伝熱層17を接続する。   Next, the second heat transfer layer 16 and the sheet-like third heat transfer layer 17 which are formed in a folded shape so that one end side is long in advance are connected. For example, as shown in FIG. 11A, a first adhesive layer 18 and a second adhesive layer 19 are provided on the first heat transfer layer 15 and the third heat transfer layer 17, respectively. Then, as shown in FIG. 11B, the shorter end of the folded second heat transfer layer 16 is connected to the first heat transfer layer 15 via the first adhesive layer 18, and the longer one is connected. The third heat transfer layer 17 is connected to the end portion side through the second adhesive layer 19.

更に、図11(B)に示すように、第2伝熱層16の長い方の端部側先端部に、犠牲層24を形成する。犠牲層24は、例えば、レジストを用いて形成することができる。尚、犠牲層24は、第1伝熱層15及び第3伝熱層17との接続前に、予め第2伝熱層16の所定部分に形成しておくこともできる。   Furthermore, as shown in FIG. 11B, a sacrificial layer 24 is formed at the end portion on the longer end side of the second heat transfer layer 16. The sacrificial layer 24 can be formed using, for example, a resist. The sacrificial layer 24 may be formed in advance on a predetermined portion of the second heat transfer layer 16 before connection with the first heat transfer layer 15 and the third heat transfer layer 17.

次いで、上記のようにして得られた組立体を、モールド装置の金型(上型と下型の間)にセットし、半導体素子12、ワイヤ14、リードフレーム11(アウターリード)、第1伝熱層15及び第2伝熱層16を、封止樹脂によって封止する。その際は、第3伝熱層17及び犠牲層24が表出するように、封止する。封止後、金型を取り外すことで、図11(C)に示すような樹脂層20で封止された組立体が得られる。   Next, the assembly obtained as described above is set in a mold (between the upper mold and the lower mold) of the molding apparatus, and the semiconductor element 12, the wire 14, the lead frame 11 (outer lead), and the first transmission. The heat layer 15 and the second heat transfer layer 16 are sealed with a sealing resin. In that case, sealing is performed so that the third heat transfer layer 17 and the sacrificial layer 24 are exposed. After sealing, the assembly sealed with the resin layer 20 as shown in FIG. 11C is obtained by removing the mold.

次いで、封止後の組立体に表出する犠牲層24を除去する。そして、犠牲層24の除去後に露出する第2伝熱層16の先端部と、リードフレーム11とを、図11(D)に示すように、伝熱部材21によって接続する。ここでは、露出する第2伝熱層16の先端部に第3接着層22を設け、リードフレーム11に第4接着層23を設けて、伝熱部材21の両端部を、第3接着層22及び第4接着層23を介して、第2伝熱層16及びリードフレーム11にそれぞれ接続する。   Next, the sacrificial layer 24 exposed in the assembly after sealing is removed. Then, the leading end portion of the second heat transfer layer 16 exposed after removal of the sacrificial layer 24 and the lead frame 11 are connected by the heat transfer member 21 as shown in FIG. Here, the third adhesive layer 22 is provided at the tip of the exposed second heat transfer layer 16, the fourth adhesive layer 23 is provided on the lead frame 11, and both ends of the heat transfer member 21 are connected to the third adhesive layer 22. The second heat transfer layer 16 and the lead frame 11 are connected to each other through the fourth adhesive layer 23.

以後は、リードフレーム11のアウターリードを切断することで、半導体装置10Bを得る。
尚、ここでは、樹脂層20の形成後、伝熱部材21で第2伝熱層16とリードフレーム11を接続するようにした。このほか、樹脂層20の形成前に、伝熱部材21で第2伝熱層16とリードフレーム11を接続しておき、その後、その伝熱部材21も封止されるように、樹脂層20を形成するようにしてもよい。このようにして得られる構造であっても、樹脂層20内で、第2伝熱層16が伝熱部材21を介してリードフレーム11に接続されていることで、高い放熱効果を得ることが可能である。
Thereafter, the outer lead of the lead frame 11 is cut to obtain the semiconductor device 10B.
Here, after the resin layer 20 is formed, the second heat transfer layer 16 and the lead frame 11 are connected by the heat transfer member 21. In addition, the resin layer 20 is formed so that the second heat transfer layer 16 and the lead frame 11 are connected by the heat transfer member 21 before the resin layer 20 is formed, and then the heat transfer member 21 is also sealed. May be formed. Even in the structure thus obtained, the second heat transfer layer 16 is connected to the lead frame 11 through the heat transfer member 21 in the resin layer 20, so that a high heat dissipation effect can be obtained. Is possible.

また、ここでは、伝熱部材21を用いて第2伝熱層16をリードフレーム11に接続するようにしたが、伝熱部材21を用いず、第2伝熱層16の一端部をリードフレーム11まで引き延ばし、リードフレーム11と接続することもできる。   Here, the second heat transfer layer 16 is connected to the lead frame 11 using the heat transfer member 21, but one end of the second heat transfer layer 16 is connected to the lead frame without using the heat transfer member 21. It can be extended to 11 and connected to the lead frame 11.

図12は第2の実施の形態に係る半導体装置の別例を示す図である。
図12に示す半導体装置10Baは、折り返し形状の第2伝熱層16の一方の端部側(先端部)を、更に折り曲げた形状とし、その折り曲げた部分をリードフレーム11に第4接着層23を介して接続した構造を有している。
FIG. 12 is a diagram illustrating another example of the semiconductor device according to the second embodiment.
In the semiconductor device 10Ba shown in FIG. 12, one end portion (tip portion) of the folded second heat transfer layer 16 is further bent, and the bent portion is formed on the lead frame 11 with the fourth adhesive layer 23. It has the structure connected via.

このような構造とする場合には、予め図12に示したような形状となるように折り返しと先端部の折り曲げを行った第2伝熱層16を、第1伝熱層15、第3伝熱層17、リードフレーム11にそれぞれ接続し、折り曲げられた先端部が表出するように封止を行う。或いは、折り返しまで行った(先端部折り曲げ前の)第2伝熱層16を、第1伝熱層15、第3伝熱層17にそれぞれ接続し、折り曲げを行う先端部が表出するように封止を行った後、その表出する先端部を折り曲げ、リードフレーム11に接続する。   In the case of such a structure, the second heat transfer layer 16 that has been folded and bent at the tip so as to have a shape as shown in FIG. 12 is used as the first heat transfer layer 15 and the third heat transfer layer. It connects to the thermal layer 17 and the lead frame 11, respectively, and seals so that the bent tip part may be exposed. Alternatively, the second heat transfer layer 16 (before bending the tip end portion) that has been folded up is connected to the first heat transfer layer 15 and the third heat transfer layer 17 so that the tip end portion to be bent is exposed. After sealing, the exposed tip is bent and connected to the lead frame 11.

尚、図12には、第2伝熱層16の先端部を樹脂層20から表出させてリードフレーム11と接続する場合を例示したが、リードフレーム11との接続部を含む第2伝熱層16の全体を樹脂層20で封止してもよい。このような構造であっても、第2伝熱層16がリードフレーム11に接続されていることで、高い放熱効果を得ることが可能である。   12 illustrates the case where the tip of the second heat transfer layer 16 is exposed from the resin layer 20 and connected to the lead frame 11, but the second heat transfer including the connection portion with the lead frame 11 is illustrated. The entire layer 16 may be sealed with the resin layer 20. Even with such a structure, it is possible to obtain a high heat dissipation effect by connecting the second heat transfer layer 16 to the lead frame 11.

以上、第1,第2の実施の形態に係る半導体装置について説明したが、これらの半導体装置に用いる第2伝熱層16は、上記のようなシート状の材料を折り返したもの、或いは折り返した部分を含むものには限定されない。例えば、線状の材料を折り返した形状にしたものや、折り返した部分を含んだ形状にしたものを、第1伝熱層15及び第3伝熱層17と接続する第2伝熱層として設けてもよい。   Although the semiconductor devices according to the first and second embodiments have been described above, the second heat transfer layer 16 used for these semiconductor devices is a folded or folded sheet-like material as described above. It is not limited to what includes a part. For example, a material in which a linear material is folded or a shape including a folded portion is provided as a second heat transfer layer connected to the first heat transfer layer 15 and the third heat transfer layer 17. May be.

また、このように第1伝熱層15及び第3伝熱層17と接続する第2伝熱層は、上記のような折り返し形状、或いはそのような形状部分を含んだ形状のものには限定されない。例えば、第1伝熱層15及び第3伝熱層17と接続する第2伝熱層として、以下の図13〜図16に示すような形態のものを用いることもできる。   Further, the second heat transfer layer connected to the first heat transfer layer 15 and the third heat transfer layer 17 in this way is limited to the folded shape as described above or a shape including such a shape portion. Not. For example, the second heat transfer layer connected to the first heat transfer layer 15 and the third heat transfer layer 17 may have a form as shown in FIGS. 13 to 16 below.

例えば、第1伝熱層15及び第3伝熱層17と接続する第2伝熱層としては、図13に示すような、折り返しのない、ステップ形状の第2伝熱層16aを用いたり、図14に示すような複数回折り返した形状の第2伝熱層16bを用いたりすることもできる。このような第2伝熱層16a,16bは、シート状の材料、又は線状の材料を用いて、形成することができる。   For example, as the second heat transfer layer connected to the first heat transfer layer 15 and the third heat transfer layer 17, a step-shaped second heat transfer layer 16a without folding as shown in FIG. A second heat transfer layer 16b having a plurality of folded shapes as shown in FIG. 14 may be used. Such 2nd heat transfer layers 16a and 16b can be formed using a sheet-like material or a linear material.

また、第1伝熱層15及び第3伝熱層17と接続する第2伝熱層としては、図15及び図16に示すような、封止樹脂が流入可能な多孔質型の第2伝熱層16c,16dを用いることもできる。例えば、図15に示す第2伝熱層16cは、線状の材料をメッシュ状に編んだものである。図16に示す第2伝熱層16dは、ブロック状の材料に多数の細孔を形成したものである。   Further, as the second heat transfer layer connected to the first heat transfer layer 15 and the third heat transfer layer 17, as shown in FIGS. 15 and 16, a porous second transfer layer into which the sealing resin can flow is used. Thermal layers 16c and 16d can also be used. For example, the second heat transfer layer 16c shown in FIG. 15 is obtained by knitting a linear material into a mesh shape. The second heat transfer layer 16d shown in FIG. 16 is obtained by forming a large number of pores in a block-shaped material.

以上例示したような第2伝熱層16a〜16dを、第1伝熱層15と第3伝熱層17の間に設け、それらと接続するようにしても、上記同様、半導体素子12で発生した熱を、効率的に外部に放熱させることができる。   Even if the second heat transfer layers 16a to 16d as exemplified above are provided between the first heat transfer layer 15 and the third heat transfer layer 17 and connected to them, they are generated in the semiconductor element 12 as described above. Heat can be efficiently radiated to the outside.

尚、第2伝熱層16a〜16dのいずれの場合にも、更にリードフレーム11と接続するための伝熱部材を用い、樹脂層20の外部或いは内部でリードフレーム11と接続することも可能である。また、第2伝熱層16a〜16dのいずれの場合にも、その一部を樹脂層20の外部に引き延ばし、或いは内部で引き延ばし、その引き延ばした先端部をリードフレーム11と接続することも可能である。   In any of the second heat transfer layers 16a to 16d, a heat transfer member for connecting to the lead frame 11 can be used to connect to the lead frame 11 outside or inside the resin layer 20. is there. Further, in any case of the second heat transfer layers 16 a to 16 d, a part of the second heat transfer layers 16 a to 16 d can be extended to the outside of the resin layer 20, or extended inside, and the extended tip can be connected to the lead frame 11. is there.

第2伝熱層としては、以上例示したもののほか、スパイラル型(コイル形状)のものや、ベローズ型のもの等を用いることも可能である。
第2伝熱層には、第1伝熱層15から第3伝熱層17への伝熱が可能で、樹脂封止時の樹脂流動による荷重を吸収するようなクッション性を発揮するもの、或いはクッション性は発揮しなくとも樹脂流動を妨げないものを、広く適用することが可能である。
As the second heat transfer layer, a spiral type (coil shape), a bellows type, or the like can be used in addition to those exemplified above.
In the second heat transfer layer, heat transfer from the first heat transfer layer 15 to the third heat transfer layer 17 is possible, and a cushioning property that absorbs a load caused by resin flow at the time of resin sealing, Alternatively, it is possible to apply a wide range of materials that do not hinder the resin flow even if they do not exhibit cushioning properties.

第2伝熱層には、金属や合金の箔、リボン、ワイヤ、或いはカーボンファイバやカーボンナノチューブ、或いはまた各種セラミックスを利用することができる。
以下、実施例及び比較例について述べる。
<実施例>
複数の第2伝熱層16を有する半導体装置10Aa(図3)を形成した。ここでは、平面サイズ5mm×5mmの半導体素子12を用い、第1伝熱層15と第3伝熱層17の間に、シート厚150μm、シート幅300μmの銅(Cu)のフレキシブルシートを、高さ1mmの折り返し形状とした第2伝熱層16をピッチ400μmで49個配置した。半導体素子12の動作時における半導体装置10Aa全体の熱抵抗を測定した結果、0.5℃/W以下であった。半導体装置10Aa全体の等価熱伝導率を試算した結果、61(任意単位)であった。
<比較例>
上記実施例の第2伝熱層16をビアに替えた半導体装置を形成した。ここでは、厚さ200μmの樹脂シートの貼り付け、レーザによる直径200μm、ピッチ400μmの穴開け加工、穴のめっき充填というビルドアッププロセスを5回繰り返し、第1伝熱層15上に49個のビアを形成し、その上に第3伝熱層17を配置した。半導体素子12の動作時における半導体装置全体の熱抵抗を測定した結果、1.5℃/Wと、上記実施例の3倍以上であった。半導体装置10A全体の等価熱伝導率を試算した結果、43(任意単位)となり、上記実施例よりも30%低下した。
For the second heat transfer layer, metal or alloy foil, ribbon, wire, carbon fiber, carbon nanotube, or various ceramics can be used.
Examples and comparative examples are described below.
<Example>
A semiconductor device 10Aa (FIG. 3) having a plurality of second heat transfer layers 16 was formed. Here, a semiconductor element 12 having a planar size of 5 mm × 5 mm is used, and a copper (Cu) flexible sheet having a sheet thickness of 150 μm and a sheet width of 300 μm is formed between the first heat transfer layer 15 and the third heat transfer layer 17. Forty-eight second heat transfer layers 16 having a folded shape of 1 mm were arranged at a pitch of 400 μm. As a result of measuring the thermal resistance of the entire semiconductor device 10Aa during the operation of the semiconductor element 12, it was 0.5 ° C./W or less. As a result of trial calculation of the equivalent thermal conductivity of the entire semiconductor device 10Aa, it was 61 (arbitrary unit).
<Comparative example>
A semiconductor device was formed by replacing the second heat transfer layer 16 of the above example with a via. Here, a build-up process of applying a resin sheet having a thickness of 200 μm, drilling with a laser having a diameter of 200 μm, a pitch of 400 μm, and filling a hole with plating is repeated five times, and 49 vias are formed on the first heat transfer layer 15. And the third heat transfer layer 17 was disposed thereon. As a result of measuring the thermal resistance of the entire semiconductor device during the operation of the semiconductor element 12, it was 1.5 ° C./W, which is more than three times the above example. As a result of a trial calculation of the equivalent thermal conductivity of the entire semiconductor device 10A, it was 43 (arbitrary unit), which was 30% lower than that of the above example.

ビルドアッププロセスではなく、第1伝熱層15上にビアを形成した後に、樹脂層20(封止樹脂)で封止した半導体装置の場合にも、この比較例と同様の結果が得られた。
上記したような第2伝熱層を用いた半導体装置によれば、低熱抵抗化、高熱伝導率化が可能になり、更に、信頼性の向上、歩留まりの向上を図ることが可能になる。
The result similar to this comparative example was obtained not in the build-up process but in the case of the semiconductor device sealed with the resin layer 20 (sealing resin) after forming the via on the first heat transfer layer 15. .
According to the semiconductor device using the second heat transfer layer as described above, it is possible to achieve low thermal resistance and high thermal conductivity, and it is possible to improve reliability and yield.

以上説明した実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1) リードフレームと、
前記リードフレームに実装された半導体素子と、
前記半導体素子内に設けられた第1伝熱層と、
前記第1伝熱層に接続された第2伝熱層と、
前記第2伝熱層に接続された第3伝熱層と、
前記半導体素子、前記第1伝熱層及び前記第2伝熱層を封止し、前記第3伝熱層が表出する樹脂層と、
を含むことを特徴とする半導体装置。
Regarding the embodiment described above, the following additional notes are further disclosed.
(Appendix 1) Lead frame,
A semiconductor element mounted on the lead frame;
A first heat transfer layer provided in the semiconductor element;
A second heat transfer layer connected to the first heat transfer layer;
A third heat transfer layer connected to the second heat transfer layer;
A resin layer that seals the semiconductor element, the first heat transfer layer, and the second heat transfer layer, and the third heat transfer layer is exposed;
A semiconductor device comprising:

(付記2) 前記第1伝熱層と前記第2伝熱層とは、第1接着層を用いて接続され、前記第2伝熱層と前記第3伝熱層とは、第2接着層を用いて接続されていることを特徴とする付記1に記載の半導体装置。   (Supplementary Note 2) The first heat transfer layer and the second heat transfer layer are connected using a first adhesive layer, and the second heat transfer layer and the third heat transfer layer are a second adhesive layer. The semiconductor device according to appendix 1, wherein the semiconductor device is connected using

(付記3) 前記第2伝熱層は、前記リードフレームに接続されていることを特徴とする付記1又は2に記載の半導体装置。
(付記4) 前記第2伝熱層は、折れ曲がり部分を有するシート状の伝熱部材であることを特徴とする付記1乃至3のいずれかに記載の半導体装置。
(Supplementary Note 3) The semiconductor device according to Supplementary Note 1 or 2, wherein the second heat transfer layer is connected to the lead frame.
(Supplementary note 4) The semiconductor device according to any one of supplementary notes 1 to 3, wherein the second heat transfer layer is a sheet-like heat transfer member having a bent portion.

(付記5) 前記第2伝熱層は、折れ曲がり部分を有する線状の伝熱部材であることを特徴とする付記1乃至3のいずれかに記載の半導体装置。
(付記6) 前記第2伝熱層は、多孔質の伝熱部材であることを特徴とする付記1乃至3のいずれかに記載の半導体装置。
(Supplementary note 5) The semiconductor device according to any one of supplementary notes 1 to 3, wherein the second heat transfer layer is a linear heat transfer member having a bent portion.
(Supplementary note 6) The semiconductor device according to any one of supplementary notes 1 to 3, wherein the second heat transfer layer is a porous heat transfer member.

(付記7) 前記第2伝熱層は、前記第1伝熱層と前記第3伝熱層の間に複数設けられていることを特徴とする付記1乃至6のいずれかに記載の半導体装置。
(付記8) 前記半導体素子は、前記リードフレームにワイヤを用いて電気的に接続され、前記樹脂層は、前記半導体素子、前記第1伝熱層、前記第2伝熱層及び前記ワイヤを封止することを特徴とする付記1乃至7のいずれかに記載の半導体装置。
(Appendix 7) The semiconductor device according to any one of appendices 1 to 6, wherein a plurality of the second heat transfer layers are provided between the first heat transfer layer and the third heat transfer layer. .
(Supplementary Note 8) The semiconductor element is electrically connected to the lead frame using a wire, and the resin layer seals the semiconductor element, the first heat transfer layer, the second heat transfer layer, and the wire. The semiconductor device according to any one of appendices 1 to 7, wherein the semiconductor device is stopped.

(付記9) 半導体素子内に第1伝熱層を設ける工程と、
リードフレームに前記半導体素子を実装する工程と、
前記第1伝熱層に第2伝熱層を接続する工程と、
前記第2伝熱層に第3伝熱層を接続する工程と、
前記半導体素子、前記第1伝熱層及び前記第2伝熱層を封止し、前記第3伝熱層が表出する樹脂層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Appendix 9) A step of providing a first heat transfer layer in a semiconductor element;
Mounting the semiconductor element on a lead frame;
Connecting a second heat transfer layer to the first heat transfer layer;
Connecting a third heat transfer layer to the second heat transfer layer;
Sealing the semiconductor element, the first heat transfer layer, and the second heat transfer layer, and forming a resin layer exposed by the third heat transfer layer;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:

(付記10) 前記第1伝熱層に第1接着層を用いて前記第2伝熱層を接続し、前記第2伝熱層に第2接着層を用いて前記第3伝熱層を接続することを特徴とする付記9に記載の半導体装置の製造方法。   (Supplementary Note 10) The second heat transfer layer is connected to the first heat transfer layer using the first adhesive layer, and the third heat transfer layer is connected to the second heat transfer layer using the second adhesive layer. The manufacturing method of a semiconductor device according to appendix 9, wherein:

1,10A,10Aa,10B,10Ba 半導体装置
2,11 リードフレーム
3,12 半導体素子
4,15 第1伝熱層
5,16,16a,16b,16c,16d 第2伝熱層
6,17 第3伝熱層
7,20 樹脂層
11a,11b,11c リード部
12a 電極パッド
12b トランジスタ部
13 ダイボンド材
14 ワイヤ
14a ゲート配線
14b ソース配線
14c ドレイン配線
18 第1接着層
19 第2接着層
21 伝熱部材
22 第3接着層
23 第4接着層
24 犠牲層
100 ビア
1, 10A, 10Aa, 10B, 10Ba Semiconductor device 2, 11 Lead frame 3, 12 Semiconductor element 4, 15 First heat transfer layer 5, 16, 16a, 16b, 16c, 16d Second heat transfer layer 6, 17 Third Heat transfer layer 7, 20 Resin layer 11a, 11b, 11c Lead portion 12a Electrode pad 12b Transistor portion 13 Die bond material 14 Wire 14a Gate wire 14b Source wire 14c Drain wire 18 First adhesive layer 19 Second adhesive layer 21 Heat transfer member 22 Third adhesive layer 23 Fourth adhesive layer 24 Sacrificial layer 100 Via

Claims (5)

リードフレームと、
前記リードフレームに実装された半導体素子と、
前記半導体素子内に設けられた第1伝熱層と、
前記第1伝熱層に接続された第2伝熱層と、
前記第2伝熱層に接続された第3伝熱層と、
前記半導体素子、前記第1伝熱層及び前記第2伝熱層を封止し、前記第3伝熱層が表出する樹脂層と、
を含むことを特徴とする半導体装置。
A lead frame;
A semiconductor element mounted on the lead frame;
A first heat transfer layer provided in the semiconductor element;
A second heat transfer layer connected to the first heat transfer layer;
A third heat transfer layer connected to the second heat transfer layer;
A resin layer that seals the semiconductor element, the first heat transfer layer, and the second heat transfer layer, and the third heat transfer layer is exposed;
A semiconductor device comprising:
前記第1伝熱層と前記第2伝熱層とは、第1接着層を用いて接続され、前記第2伝熱層と前記第3伝熱層とは、第2接着層を用いて接続されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The first heat transfer layer and the second heat transfer layer are connected using a first adhesive layer, and the second heat transfer layer and the third heat transfer layer are connected using a second adhesive layer. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed. 前記第2伝熱層は、前記リードフレームに接続されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the second heat transfer layer is connected to the lead frame. 前記第2伝熱層は、折れ曲がり部分を有するシート状の伝熱部材であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the second heat transfer layer is a sheet-like heat transfer member having a bent portion. 半導体素子内に第1伝熱層を設ける工程と、
リードフレームに前記半導体素子を実装する工程と、
前記第1伝熱層に第2伝熱層を接続する工程と、
前記第2伝熱層に第3伝熱層を接続する工程と、
前記半導体素子、前記第1伝熱層及び前記第2伝熱層を封止し、前記第3伝熱層が表出する樹脂層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Providing a first heat transfer layer in the semiconductor element;
Mounting the semiconductor element on a lead frame;
Connecting a second heat transfer layer to the first heat transfer layer;
Connecting a third heat transfer layer to the second heat transfer layer;
Sealing the semiconductor element, the first heat transfer layer, and the second heat transfer layer, and forming a resin layer exposed by the third heat transfer layer;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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