JP2016009771A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、素子の放熱性を高めた小型化に好適な半導体装置を提供することを目的とする。【解決手段】多層基板と、該多層基板の下面に形成された金属パターンと、該多層基板の上面に形成された第１、第２パッドと、本体部、該本体部の一端につながる第１端子、及び該本体部の他端につながる第２端子を有し、該第１端子が該第１パッドに固定され、該第２端子が該第２パッドに固定された素子と、該多層基板の中の、該第１パッドの直下に、該第１パッドとはつながらず該金属パターンとつながるように設けられた第１放熱金属と、該多層基板の中の、該第２パッドの直下に、該第２パッドとはつながらず該金属パターンとつながるように設けられた第２放熱金属と、を備え、該第１放熱金属と該第２放熱金属は、該本体部の直下で接触しない。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば高周波モジュールなどに用いられる半導体装置に関する。

特許文献１には、多層基板と、多層基板に実装された半導体素子を備える半導体装置が開示されている。

特開２００４−２５３５７９号公報

多層基板に発熱する素子を実装する場合、当該素子の放熱性を十分に高めなければならない。しかし、素子の放熱性を高めるために大型の放熱手段を用いると、半導体装置を小型化できない問題があった。素子の放熱性を高めた小型化に好適な半導体装置が求められていた。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、素子の放熱性を高めた小型化に好適な半導体装置を提供することを目的とする。

本願の発明に係る半導体装置は、多層基板と、該多層基板の下面に形成された金属パターンと、該多層基板の上面に形成された第１パッドと、該多層基板の上面に該第１パッドと離れて形成された第２パッドと、本体部、該本体部の一端につながる第１端子、及び該本体部の他端につながる第２端子を有し、該第１端子が該第１パッドに固定され、該第２端子が該第２パッドに固定された素子と、該多層基板の中の、該第１パッドの直下に、該第１パッドとはつながらず該金属パターンとつながるように設けられた第１放熱金属と、該多層基板の中の、該第２パッドの直下に、該第２パッドとはつながらず該金属パターンとつながるように設けられた第２放熱金属と、を備え、該第１放熱金属と該第２放熱金属は、該本体部の直下で接触しないことを特徴とする。
を特徴とする。

本願の発明に係る他の半導体装置は、多層基板と、該多層基板の下面に形成された金属パターンと、該多層基板の上面に形成された第１パッドと、該多層基板の上面に該第１パッドと離れて形成された第２パッドと、本体部、該本体部の一端につながる第１端子、及び該本体部の他端につながる第２端子を有し、該第１端子が該第１パッドに固定され、該第２端子が該第２パッドに固定された素子と、該多層基板の上面に、該第１パッドと該第２パッドに接触せず、平面視で該素子と重ならないように形成された放熱パッドと、該多層基板の中の、該放熱パッドの直下で、該放熱パッドと該金属パターンをつなぐ放熱金属と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、多層基板の中に配線スペースを確保しつつ多層基板の中に放熱金属を設けるので、素子の放熱性を高めた小型化に好適な半導体装置を提供することができる。

実施の形態１に係る半導体装置を示す図である。 半導体装置の断面図である。 第１放熱金属と第２放熱金属等の平面図である。 配線領域に、配線を設けたことを示す半導体装置の断面図である。 実施の形態２に係る半導体装置の断面図である。 第１放熱金属と第２放熱金属等の平面図である。 実施の形態３に係る半導体装置を示す図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における断面図である。 図７のＩＸ−ＩＸ線における断面図である。 変形例に係る半導体装置を示す図である。 実施の形態４に係る半導体装置を示す図である。 変形例に係る半導体装置を示す図である。

本発明の実施の形態に係る半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置１０を示す図である。半導体装置１０は、例えばエポキシ樹脂層などの誘電体層が複数形成された多層基板１２を備えている。多層基板１２の厚さは例えば２００μｍである。図１では、多層基板１２の内部が表示されている。なお、図１の半導体装置１０は、ｘ正負方向及びｙ正負方向に大きく広がる半導体装置の一部を示すものである。

多層基板１２の下面には金属パターン１４が形成されている。多層基板１２の上面には第１パッド１６と第２パッド１８が形成されている。第１パッド１６と第２パッド１８は離れている。第１パッド１６と第２パッド１８には高周波信号が伝送する。

半導体装置１０は、インダクタが形成された表面実装部品である素子２０を備えている。素子２０は、本体部２０ａ、本体部２０ａの一端につながる第１端子２０ｂ及び本体部２０ａの他端につながる第２端子２０ｃを有している。第１端子２０ｂは例えばはんだで第１パッド１６に固定され、第２端子２０ｃは例えばはんだで第２パッド１８に固定されている。そのため、高周波信号は、素子２０を経由して、第１パッド１６−第２パッド１８間を伝送する。

多層基板１２の中の、第１パッド１６の直下に、第１放熱金属２２が形成されている。第１放熱金属２２は第１パッド１６とはつながらず金属パターン１４とつながっている。第１放熱金属２２は、４つの第１平坦金属２２ａと、第１平坦金属２２ａの下面と接する４つの第１ビア金属２２ｂを有している。

多層基板１２の中の、第２パッド１８の直下に、第２放熱金属２４が形成されている。第２放熱金属２４は第２パッド１８とはつながらず金属パターン１４とつながっている。第２放熱金属２４は、４つの第２平坦金属２４ａと、第２平坦金属２４ａの下面と接する４つの第２ビア金属２４ｂを有している。なお、第１放熱金属２２と第２放熱金属２４は例えば銅などの放熱性のよい金属で形成することが好ましい。

第１放熱金属２２と第２放熱金属２４は、本体部２０ａの直下で接触しない。そのため、本体部２０ａの直下には第１放熱金属２２と第２放熱金属２４が形成されていない。図２は、半導体装置１０の断面図である。本体部２０ａの直下で第１放熱金属２２と第２放熱金属２４が接触しないので、本体部２０ａの直下には幅ｘ１に渡って、第１放熱金属２２も第２放熱金属２４も形成されない配線領域２９がある。配線領域２９には、高周波信号を伝送する配線を形成することができる。

図３は、第１放熱金属２２と第２放熱金属２４等の平面図である。第１平坦金属２２ａ、第１ビア金属２２ｂ、第２平坦金属２４ａ及び第２ビア金属２４ｂの輪郭が破線で示されている。第１平坦金属２２ａは第１パッド１６の直下にだけ形成されている。また、第１ビア金属２２ｂは第１端子２０ｂの直下にだけ形成されている。従って、第１放熱金属２２は、第１パッド１６の直下にだけ形成されている。

第２平坦金属２４ａは第２パッド１８の直下にだけ形成されている。また、第２ビア金属２４ｂは第２端子２０ｃの直下にだけ形成されている。従って、第２放熱金属２４は、第２パッド１８の直下にだけ形成されている。

本発明の実施の形態１に係る半導体装置１０によれば、素子２０で生じた熱を、第１パッド１６及び第２パッド１８、並びに第１放熱金属２２及び第２放熱金属２４を経由して、多層基板１２の下面に放出することができる。第１放熱金属２２を第１パッド１６の直下に形成し、第２放熱金属２４は第２パッド１８の直下に形成することで、放熱経路を短くできる。これにより素子２０の放熱性を高めることができる。

また、第１放熱金属２２は第１パッド１６の直下にだけ形成し、第２放熱金属２４は第２パッド１８の直下にだけ形成することで、第１放熱金属２２と第２放熱金属２４を小さくできる。さらに、配線領域２９を設けたので、この領域に配線を設けることができる。図４は、配線領域２９に、配線５０、５２を設けたことを示す半導体装置の断面図である。第１放熱金属２２と第２放熱金属２４を小さくすることと、配線領域２９を設けることは、多層基板１２内での配線の自由度を向上させる。配線の自由度を高めることにより、半導体装置１０は小型化に好適な装置となっている。

ところで、半導体装置１０は、インダクタが形成された表面実装部品（素子２０）を有する高周波モジュールである。例えば携帯端末などの高周波モジュールの整合回路に１ｎＨを超えるインダクタが必要な場合、スパイラルインダクタを採用するよりは、表面実装部品で構成されたインダクタを採用する方が実装面積を低減できる。

表面実装部品で構成されたインダクタを採用する場合、ある程度電力の大きい高周波信号と、インダクタの寄生抵抗とによって当該インダクタが高温になる問題があった。しかしながら、半導体装置１０によれば、第１放熱金属２２と第２放熱金属２４により素子２０が高温になることを防止できる。

多層基板１２の中には多数の能動素子と受動素子が形成され、多層基板１２の上には多数の表面実装部品が実装されることが一般的である。そのため、インダクタが形成された素子２０以外の素子の放熱を促進するために、第１放熱金属と第２放熱金属を形成してもよい。従って素子２０は、インダクタが形成された表面実装部品に限定されない。

第１放熱金属２２と第２放熱金属２４の構成は、平坦金属とビア金属の組み合わせに限定されない。例えば第１放熱金属２２と第２放熱金属２４を角柱又は円柱形状の金属で形成してもよい。これらの変形は、以下の実施の形態に係る半導体装置に適宜応用できる。なお、以下の実施の形態に係る半導体装置は、実施の形態１との共通点が多いので実施の形態１との相違点を中心に説明する。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置の断面図である。第１放熱金属６０は、第１端子２０ｂの直下にだけ形成されている。第１放熱金属６０は、４つの第１平坦金属６０ａと４つの第１ビア金属６０ｂを有している。第２放熱金属６２は、第２端子２０ｃの直下にだけ形成されている。第２放熱金属６２は、４つの第２平坦金属６２ａと４つの第２ビア金属６２ｂを有している。

本体部２０ａの直下には、幅ｘ２に渡って、第１放熱金属６０も第２放熱金属６２も形成されない配線領域６３が形成される。この配線領域６３には高周波信号を伝送する配線を形成することができる。

図６は、第１放熱金属６０と第２放熱金属６２等の平面図である。第１平坦金属６０ａと第１端子２０ｂの外形寸法は一致している。第１ビア金属６０ｂは第１端子２０ｂの直下にある。第２平坦金属６２ａと第２端子２０ｃの外形寸法は一致している。また、第２ビア金属６２ｂは第２端子２０ｃの直下にある。

第１放熱金属６０は第１端子２０ｂの直下にだけ形成されるので、第１放熱金属６０は実施の形態１の第１放熱金属２２より小さい。また、第２放熱金属６２は第２端子２０ｃの直下にだけ形成されるので、第２放熱金属６２は実施の形態１の第２放熱金属２４より小さい。従って、実施の形態２に係る半導体装置は小型化に好適である。

実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す図である。多層基板１２の上面に放熱パッド１００、１０２が形成されている。放熱パッド１００、１０２は、第１パッド１６と第２パッド１８に接触せず、平面視で素子２０と重ならないように形成されている。放熱パッド１００、１０２は平面視で素子２０を挟むように設けられている。放熱パッド１００、１０２は素子２０の長手方向と平行に素子２０よりも長くなるように形成されている。

多層基板１２の中には放熱金属１０４が形成されている。放熱金属１０４は、４つの平坦金属１０４ａと５つのビア金属１０４ｂにより、放熱パッド１００の直下で、放熱パッド１００と金属パターン１４をつないでいる。

多層基板１２の中には放熱金属１０６が形成されている。放熱金属１０６は、４つの平坦金属１０６ａと５つのビア金属１０６ｂにより、放熱パッド１０２の直下で、放熱パッド１０２と金属パターン１４をつないでいる。

図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における断面図である。本体部２０ａの直下には放熱金属１０４、１０６が形成されない配線領域１０７が形成されている。図９は、図７のＩＸ−ＩＸ線における断面図である。素子２０、第１パッド１６及び第２パッド１８の直下には配線領域１０７がある。配線領域１０７は、放熱金属１０４、１０６に挟まれた、ｘ方向に長く伸びる領域である。

実施の形態３に係る半導体装置では、素子２０全体の直下が配線領域１０７となっているので、この領域に高周波信号が伝送する配線を設けることができる。しかも、素子２０の熱は、放熱パッド１００、１０２と放熱金属１０４、１０６により多層基板１２の下面に放出できる。

図１０は、変形例に係る半導体装置を示す図である。図１０は図８に対応する図である。放熱パッド１００、１０２と素子２０をつなぐ放熱樹脂１１０が設けられている。放熱樹脂１１０は多層基板１２よりも高い熱伝導率を有する。放熱樹脂１１０により、素子２０から放熱パッド１００、１０２への熱伝導が促進されるので、素子２０の放熱性能を高めることができる。

その他にも様々な変形が可能である。例えば、放熱パッドの数は２つに限定されない。レイアウトの都合上、放熱パッドを２つ形成できない場合は放熱パッドを１つだけ形成してもよい。他方、放熱パッドは３つ以上形成してもよい。また、素子２０の直下をｙ方向に配線形成できるように、放熱金属のｘ方向長さを調整してもよい。

実施の形態４．
図１１は、本発明の実施の形態４に係る半導体装置を示す図である。この半導体装置は多層基板１２の上に接続部１２０を備えている。接続部１２０は、本体部２０ａと多層基板１２の間をとおって、２つの放熱パッド１００、１０２を接続している。接続部１２０は、本体部２０ａと多層基板１２の間をとおるので、放熱パッド１００、１０２よりも素子２０に近い。よって、素子２０の熱は効率的に接続部１２０に伝わり、接続部１２０から放熱パッド１００、１０２に熱を逃がすことができる。

このように、接続部１２０を設けることで素子２０の放熱を促進できるので、放熱パッド１００、１０２を、図７の放熱パッド１００、１０２よりも小さくした。つまり、図１１の放熱パッド１００、１０２は、素子２０の長手方向の長さより短く形成した。言い換えれば放熱パッド１００、１０２のｘ方向長さは、素子２０のｘ方向長さより短い。このように、放熱パッド１００、１０２を小さくすることで空いたスペースに配線パターンを設けることができる。

図１２は、変形例に係る半導体装置を示す図である。この変形例は、放熱金属１３０、１３２を放熱パッド１００、１０２の直下にだけ形成したものである。これにより、良好な素子２０の放熱性を維持しつつ、放熱金属１３０、１３２を図７の放熱金属１０４、１０６より小さくできる。

なお、接続部１２０と素子２０をつなぐ放熱樹脂を設けてもよい。放熱樹脂は、多層基板１２よりも高い熱伝導率を有することが好ましい。

ここまでで説明した各実施の形態に係る半導体装置の特徴は、適宜に組み合わせて用いてもよい。

１０ 半導体装置、 １２ 多層基板、 １４ 金属パターン、 １６ 第１パッド、 １８ 第２パッド、 ２０ 素子、 ２０ａ 本体部、 ２０ｂ 第１端子、 ２０ｃ 第２端子、 ２２ 第１放熱金属、 ２２ａ 第１平坦金属、 ２２ｂ 第１ビア金属、 ２４ 第２放熱金属、 ２４ａ 第２平坦金属、 ２４ｂ 第２ビア金属、 ２９ 配線領域、 ５０,５２ 配線、 ６０ 第１放熱金属、 ６２ 第２放熱金属、 ６３ 配線領域、 １００,１０２ 放熱パッド、 １０４,１０６ 放熱金属、 １０７ 配線領域、 １１０ 放熱樹脂、 １２０ 接続部、 １３０,１３２ 放熱金属

Claims (12)

1. 多層基板と、
   前記多層基板の下面に形成された金属パターンと、
   前記多層基板の上面に形成された第１パッドと、
   前記多層基板の上面に前記第１パッドと離れて形成された第２パッドと、
   本体部、前記本体部の一端につながる第１端子、及び前記本体部の他端につながる第２端子を有し、前記第１端子が前記第１パッドに固定され、前記第２端子が前記第２パッドに固定された素子と、
   前記多層基板の中の、前記第１パッドの直下に、前記第１パッドとはつながらず前記金属パターンとつながるように設けられた第１放熱金属と、
   前記多層基板の中の、前記第２パッドの直下に、前記第２パッドとはつながらず前記金属パターンとつながるように設けられた第２放熱金属と、を備え、
   前記第１放熱金属と前記第２放熱金属は、前記本体部の直下で接触しないことを特徴とする半導体装置。
2. 前記第１放熱金属は、前記第１パッドの直下にだけ形成され、
   前記第２放熱金属は、前記第２パッドの直下にだけ形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第１放熱金属は、前記第１端子の直下にだけ形成され、
   前記第２放熱金属は、前記第２端子の直下にだけ形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
4. 前記第１放熱金属は、第１平坦金属と、前記第１平坦金属の下面と接する第１ビア金属と、を有し、
   前記第２放熱金属は、第２平坦金属と、前記第２平坦金属の下面と接する第２ビア金属と、を有す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. 多層基板と、
   前記多層基板の下面に形成された金属パターンと、
   前記多層基板の上面に形成された第１パッドと、
   前記多層基板の上面に前記第１パッドと離れて形成された第２パッドと、
   本体部、前記本体部の一端につながる第１端子、及び前記本体部の他端につながる第２端子を有し、前記第１端子が前記第１パッドに固定され、前記第２端子が前記第２パッドに固定された素子と、
   前記多層基板の上面に、前記第１パッドと前記第２パッドに接触せず、平面視で前記素子と重ならないように形成された放熱パッドと、
   前記多層基板の中の、前記放熱パッドの直下で、前記放熱パッドと前記金属パターンをつなぐ放熱金属と、を備えたことを特徴とする半導体装置。
6. 前記放熱パッドは、平面視で前記素子を挟むように２つ設けられたことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
7. 前記放熱パッドは、前記素子の長手方向と平行に前記素子よりも長く形成されたことを特徴とする請求項５又は６に記載の半導体装置。
8. 前記本体部と前記多層基板の間をとおって、２つの前記放熱パッドを接続する接続部を備えたことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
9. 前記接続部と前記素子をつなぐ、前記多層基板よりも高い熱伝導率を有する放熱樹脂を備えたことを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
10. 前記放熱パッドと前記素子をつなぐ、前記多層基板よりも高い熱伝導率を有する放熱樹脂を備えたことを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の半導体装置。
11. 前記放熱金属は前記放熱パッドの直下にだけ形成されたことを特徴とする請求項５〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置。
12. 前記素子は、インダクタが形成された表面実装部品であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の半導体装置。

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