JP2012253073A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体素子の熱劣化を抑制する構成を具備することにより、高寿命および高信頼性を有する半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体素子１が搭載される支持基板２であって、支持基板２の少なくとも一面２ｆに熱伝導部３が形成されており、熱伝導部３に半導体素子１が高熱伝導接着剤６を介して搭載されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子が搭載される支持基板を具備する半導体装置に関する。

バックライト装置等の半導体装置は周知である。特許文献１には、放熱特性を向上させ、熱による発光効率低下を抑制させるバックライト装置及び、そのバックライト装置を用いた液晶表示装置が開示されている。

図５は、従来のバックライト装置を示す断面図である。図５に示すように、従来のバックライト装置１１０は、半導体素子である発光素子１０２が、セラミック基板１０４上において、セラミック基板１０４の内部を高さ方向Ｚに貫通するように形成された放熱領域となるサーマルビアホール１０３上に配置されており、サーマルビアホール１０３の直下にはプリント基板１０５に形成された銅薄膜１０６が配置された構成、即ち、銅薄膜１０６にサーマルビアホール１０３内の導電性部材が接続されるよう、プリント基板１０５上にセラミック基板１０４が配置された構成を有している。

このバックライト装置１１０においては、発光素子１０２の熱は、サーマルビアホール１０３に放熱され、サーマルビアホール１０３内の導電性部材に伝わった熱は、プリント基板１０５に形成された銅薄膜１０６に放熱され、銅薄膜１０６に伝わった熱は、プリント基板１０５の外側へ放熱されることにより、発光素子１０２の熱を放熱する構成を有している。

特開２００９−９４０１７号公報

しかしながら、図５に示すバックライト装置１１０の構成においては、サーマルビアホール１０３はセラミック基板１０４内部を高さ方向Ｚに貫通するように形成されているため、セラミック基板１０４内部で発光素子１０２からの熱が蓄積してしまうことから、発光素子１０２に熱劣化が発生してしまう可能性があるといった問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、半導体素子の熱劣化を抑制する構成を具備することにより、高寿命および高信頼性を有する半導体装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の一態様による半導体装置は、半導体素子が搭載される支持基板を具備する半導体装置であって、前記支持基板の少なくとも一面に熱伝導部が形成されており、前記熱伝導部に前記半導体素子が高熱伝導接着剤を介して搭載されている。

本発明によれば、半導体素子の熱劣化を抑制する構成を具備することにより、高寿命および高信頼性を有する半導体装置を提供することができる。具体的には、半導体素子の熱が支持基板の内部に伝わらないため、支持基板に熱が蓄積することなく放熱することが可能である。そのため、半導体素子の熱劣化を抑制することができる。また、半導体素子周辺部の温度上昇を防止することができ、高寿命および高信頼性を有する半導体装置を提供することができる。

第１実施の形態の半導体装置を示す斜視図 図１中のII-II線に沿う半導体装置の断面図 第２実施の形態の半導体装置を示す斜視図 図３中のIV-IV線に沿う半導体装置の断面図 従来のバックライト装置を示す断面図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。尚、図面は模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、それぞれの部材の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態の半導体装置を示す斜視図、図２は、図１中のII-II線に沿う半導体装置の断面図である。

図１、図２に示すように、半導体装置１０は、半導体素子１が搭載される支持基板２を具備している。

支持基板２は、半導体素子１より大きく形成されており、望ましくはセラミック、窒化アルミから構成されている。尚、支持基板２は、ガラスエポキシ、ポリイミド、プラスチック、アルミ、銅等から構成されていても構わない。

支持基板２の一面２ｆに、熱伝導部３と回路配線４とが、印刷工法またはフォトリソエッチング工法等によって形成されている。

熱伝導部３は、一面２ｆにおいて、半導体素子１の熱を支持基板２の、例えば外周縁部まで伝熱して放熱するものであり、例えば方向Ｘにそれぞれ所定の幅、具体的には、半導体素子１以上の幅を有するとともに、方向Ｙに沿って直線状に形成されている。

また、熱伝導部３は、半導体素子１が搭載される領域３ａと、半導体素子１が非搭載の領域３ｂとを具備しており、支持基板２よりも高熱伝導性を有する材質、例えばカーボングラファイト複合材、アルミチタン複合材、銅、ダイヤモンド等から構成されている。尚、領域３ａと領域３ｂとは一体的に形成されている。

また、熱伝導部３は、直線形状に限らず曲線形状等、どのような平面形状を有していても良く、さらに、形成本数は１本に限らず複数本であっても良い。また、放熱性を向上させるため、支持基板２の一面２ｆにおける熱伝導部３が形成される領域は、放熱面積を大きくする目的から凹凸状等に形成されていても構わない。

熱伝導部３の領域３ａに、半導体素子１が、高熱伝導接着剤６を介して搭載されている。尚、領域３ａは、半導体素子１の底部１ｔ全体が接触される大きさに形成されている。即ち、半導体素子１は、底部１ｔの全体が領域３ａに貼着されている。

半導体素子１は、LED (Light Emitting Diode)、LD (Laser Diode)、IC(Integrated Circuit)、LSI(Large Scale Integration)等の駆動により発熱するものから構成されており、チップサイズや、チップ形状、チップ電極の取り出し方法は特に限定されない。

高熱伝導接着剤６は、Agペースト入りエポキシ樹脂、Agペースト入りシリコーン樹脂、半田等から構成されている。

熱伝導部３の領域３ｂは、図１に示すように、例えば支持基板２の一面２ｆにおける外周縁部まで方向Ｙに延出された大きさに形成されている。

尚、領域３ｂは、放熱面積を大きくする目的から、一面２ｆにおいて、回路配線４を除く全ての領域に形成されていても構わないし、支持基板２の一面２ｆと裏面２ｒとを高さ方向Ｚに結ぶ側面２ｓにも形成されていても構わない。

さらには、領域３ｂは、側面２ｓを介して裏面２ｒまで形成されていても構わない。この場合、半導体素子１の熱は側面２ｓまたは裏面２ｒまで伝熱された後、放熱される。尚、支持基板２の側面２ｓもしくは裏面２ｒまで伝わった半導体素子１の熱は、別途設けられた冷却機構により冷却されている構造を有していても良い。冷却機構としては、ペルチェ素子、空冷ファン等が挙げられるが、これらに限定されず、冷却できる手段であればどんなものであっても良い。

回路配線４は、支持基板２の一面２ｆにおいて、例えば方向Ｘにそれぞれ所定の幅を有するとともに、方向Ｙに沿って直線状に形成されており、金、アルミ、銀、銅等の金属により構成されている。尚、回路配線４は電気的に導通するとともに、熱伝導部３と同等の放熱機能を有していれば、どのようなものから構成されていても良い。

回路配線４には、半導体素子１に一端が電気的に接続されたボンディングワイヤ５の他端が電気的に接続されている。尚、ボンディングワイヤ５の材質としては、金、アルミなどの金属が挙げられる。また、回路配線４に対する半導体素子１の接続は、ボンディングワイヤ５に限定されず、フリップチップ、半田付け等であっても良い。

このように、本実施の形態においては、支持基板２の一面２ｆに、熱伝導部３が形成されており、熱伝導部３の領域３ａに、高熱伝導接着剤６を介して半導体素子１が実装されていると示した。

このことによれば、駆動に伴い半導体素子１が発熱すると、半導体素子１の熱は、先ず、高熱伝導接着剤６に伝わり、その後、支持基板２の一面２ｆに形成された熱伝導部３に放熱され、該熱伝導部３から支持基板２外に放熱されることから、支持基板２の内部で熱が蓄積しないため、半導体素子１が実装される部材が熱されることに起因する半導体素子１の熱劣化を抑制することができる他、半導体素子１周辺部の温度上昇を防止することができる。よって、高寿命および高信頼性を有する半導体装置１０を提供することができる。

（第２の実施の形態）
図３は、本実施の形態の半導体装置を示す斜視図、図４は、図３中のIV-IV線に沿う半導体装置の断面図である。

この第２実施の形態の半導体装置の構成は、上述した図１、図２に示した第１実施の形態の半導体装置と比して、回路配線が支持基板内に形成されている点が異なる。よって、この相違点のみを説明し、第１実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し、その説明は省略する。

図４に示すように、半導体装置２０の支持基板１１は、半導体素子１より大きく形成されており、ベース基板１２と、該ベース基板１２よりも高さ方向Ｚの上層に形成された回路配線層１３と、該回路配線層１３よりも高さ方向Ｚの上層に形成された一面１１ｆに露出する熱伝導部１５の層と、ベース基板１２と回路配線層１３とを絶縁するとともに回路配線層１３と熱伝導部１５とを絶縁する絶縁層１４と、半導体素子１及び回路配線層１３が電気的に接続される一面１１ｆに形成された電極パッド１６とを具備する積層構造を有している。

尚、熱伝導部１５は、図３に示すように、一面１１ｆにおいて、電極パッド１６を除いた全面に形成されている。また、本実施の形態においても、熱伝導部１５は、半導体素子１の底部１ｔ全体が接触される大きさに形成された半導体素子１が搭載される領域１５ａと、非搭載の領域１５ｂとを有している。

半導体素子１は、上述した第１実施の形態と同様に、高熱伝導接着剤６を介して熱伝導部１５に搭載されている。

また、半導体素子１と電極パッド１６との電気的な接続も、上述した第１実施の形態と同様にボンディングワイヤ５が用いられている。電極パッド１６は、ビアホール１７に埋め込まれた導電性部材を介して回路配線層１３に電気的に接続されている。

ベース基板１２は、半導体素子１より大きく形成されており、望ましくはセラミック、窒化アルミから形成されている。尚、ベース基板１２は、ガラスエポキシ、ポリイミド、プラスチック、アルミ、銅等から構成されていても構わない。

回路配線層１３は、電気的に導通できる材質、例えば金、アルミ、銀、銅などの金属から構成されている。また、回路配線層１３は、絶縁層１４によりベース基板１２および熱伝導部１５と電気的に絶縁されていれば多層構造を有していても良い。

絶縁層１４は、エポキシ樹脂、メラニン樹脂、ガラス等から構成されており、絶縁機能および断熱機能を有している。

熱伝導部１５は、ベース基板１２よりも高熱伝導性を有する材質、例えばカーボングラファイト複合材、アルミチタン複合材、銅、ダイヤモンド等から構成されている。

電極パッド１６及びビアホール１７は、回路配線層１３と同等の金属で構成されていることが望ましいが、電気的に導通すればどのような材質から構成されていても構わない。

尚、その他の構成は、上述した第１実施の形態と同様である。

このような構成によれば、回路配線層１３を、支持基板１１の内部に形成できるため、第１実施の形態のように、支持基板１１の一面１１ｆに回路配線のスペースを設けなくて良い。

よって、熱伝導部１５を、支持基板１１の一面１１ｆにおいて電極パッド１６を除いた全面に形成することができることから、熱伝導部１５の表面積を大きくすることができるため、放熱面積を大きくすることができ、第１の実施の形態と同等以上の放熱効果を得ることができる。

尚、その他の効果は、上述した第１実施の形態と同様である。

１…半導体素子
１ｔ…半導体素子の底部
２…支持基板
２ｆ…支持基板の一面
２ｒ…支持基板の裏面
２ｓ…支持基板の側面
３…熱伝導部
３ａ…熱伝導部の半導体素子が搭載される領域
３ｂ…熱伝導部の半導体素子が非搭載の領域
６…高熱伝導接着剤
１０…半導体装置
１１…支持基板
１１ｆ…支持基板の一面
１２…ベース基板
１３…回路配線層
１４…絶縁層
１５…熱伝導部
１５ａ…熱伝導部の半導体素子が搭載される領域
１５ｂ…熱伝導部の半導体素子が非搭載の領域
１６…電極パッド
２０…半導体装置

Claims (5)

1. 半導体素子が搭載される支持基板を具備する半導体装置であって、
   前記支持基板の少なくとも一面に熱伝導部が形成されており、
   前記熱伝導部に前記半導体素子が高熱伝導接着剤を介して搭載されていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記熱伝導部は、前記半導体素子が搭載される領域と、前記半導体素子が非搭載の領域とを具備し、
   前記半導体素子が搭載される領域は、前記半導体素子の底部全体が接触される大きさに形成されており、
   前記半導体素子が非搭載の領域は、前記支持基板の前記一面における外周縁部まで延出された大きさに形成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。
3. 前記熱伝導部は、前記支持基板より高熱伝導性を有する材質から構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記熱伝導部は、さらに、前記支持基板の前記一面と該一面の裏面とを連結する側面、または前記側面を介して前記裏面まで形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 支持基板は、ベース基板と、該ベース基板よりも上層に形成された回路配線層と、該回路配線層よりも上層に形成された前記一面に露出する前記熱伝導部の層と、前記ベース基板と前記回路配線層とを絶縁するとともに前記回路配線層と前記熱伝導部とを絶縁する絶縁層と、前記一面に形成され前記半導体素子及び前記回路配線層が電気的に接続される電極パッドとを具備する積層構造を有し、
   前記熱伝導部は、前記一面において、前記電極パッドを除いた全面に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。

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