JP2016127279A - 配線基板および配線基板を含む半導体パッケージ - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、半導体素子と冷却面との間に介在する構成を減らすと、パッケージ熱抵抗を小さくすることができるため、冷却性能の向上には有利になる。しかしながら、半導体素子と冷却面との距離が近くなると、半導体素子で発生した熱を冷却面に伝達するまでに拡散することが困難となる。半導体素子で発生した熱が拡散されない場合、熱抵抗が大きくなり、結果的には冷却性能が著しく低下して不利になってしまう。また、冷却面の一部が局所的に高温となり、冷却媒体が沸騰する可能性があった。
図1は、第1実施形態の配線基板および半導体パッケージの構成の一例を説明するための断面図である。
伝熱領域部分35は、パッド部20が接合する絶縁基板部30の部分であって、パッド部20が接合した面と、パッド部20が接合した面と対向した冷却面36とを含む。伝熱領域部分35は、パッド部20と接触した絶縁基板部30の面と冷却面36との間に位置する絶縁基板部30の部分である。
従来は、半導体素子10で発生する熱を基板面方向に広げて放熱していたが、配線基板を小型化すると基板面方向に十分熱を広げて放熱することができなくなる。そこで、本実施形態では、配線基板の伝熱性を高くして熱を冷却媒体へ伝達しなければならない。さらに、冷却媒体による冷却性能を上げるために冷却媒体の圧力を高くし、流速をより速くしなければならない。このことから、絶縁基板部30の材料は、伝熱性が高く、強度が高く、かつ、耐食性に優れているものを選ぶべきである。
窒化珪素は抗折強度が高く、高温環境においても安定性が高い。また、窒化珪素は、アルミナ(Al2O3)や樹脂等と比較して熱伝導率が高い。したがって、内部に流路32を有する絶縁基板部30は、冷却媒体の流速向上や沸騰現象に対する十分な耐量を有する。
図4は、積層方向と略直交した方向において、半導体素子10の幅L1を10[mm]、伝熱領域部分35の幅を30[mm]、熱伝達率を6000[W/(m2K)]、絶縁基板部30の伝熱領域部分35の厚さH2を0.25[mm]として、パッド部20の厚さH1[mm]を0.5[mm]以上10[mm]以下の範囲で変化させてシミュレーションを行った結果を示している。ここでは横軸をパッド部20の厚さH1[mm]とし、縦軸を最大の放熱能力を1としたときの放熱能力[W/W]としている。なお放熱能力とは、半導体素子が許容される最大放熱量[W]を基準とした値である。最大の放熱能力を1とすることで、半導体素子の許容温度の影響が除去される。
図4は、積層方向と直交した方向において、半導体素子10の幅L1を10[mm]、伝熱領域部分35の幅を30[mm]、熱伝達率を6000[W/(m2K)]、パッド部20の厚さH1を2[mm]として、絶縁基板部30の伝熱領域部分35の厚さH2を0.1[mm]以上2[mm]以下の範囲で変化させてシミュレーションを行った結果を示している。ここでは横軸をパッド部20の厚さH1[mm]とし、縦軸を最大の放熱能力を1としたときの放熱能力としている。なお放熱能力とは、半導体素子が許容される最大放熱量[W]を基準とした値である。最大の放熱能力を1とすることで、半導体素子の許容温度の影響が除去される。
なお、以下の複数の例の説明において、上述の第1実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態では絶縁基板部30の構成が図1の例と異なり、他の構成は図1に示す例と同様である。本実施形態の半導体パッケージは、流路ジャケット50に取り付けられている。
また、伝熱領域部分35の厚さH2は必要最小限の厚さであればよく、伝熱領域部分35の厚さH2は、例えば、0.2[mm]以上1[mm]以下とすることが望ましい。
本実施形態では絶縁基板部30および封止構造部40の構成が図1の例と異なり、他の構成は図1に示す例と同様である。本実施形態の半導体パッケージは、流路ジャケット50に取り付けられている。
封止構造部40は半導体素子10を覆い、パッド部20の一部は封止構造部40から露出している。パッド部20が露出した部分には、リードやバスバーを接続可能である。
また、伝熱領域部分35の厚さH2は必要最小限の厚さであればよく、伝熱領域部分35の厚さH2は、例えば、0.2[mm]以上1[mm]以下とすることが望ましい。
Claims (6)
- 窒化珪素で形成された厚さ0.2mm以上1mm以下の伝熱領域部分を含む絶縁基板部と、
前記伝熱領域部分上に積層された厚さ1.5mm以上の金属材料により形成されたパッド部を含む配線層部と、を備えたことを特徴とする配線基板。 - 前記パッド部の厚さが2mm以上5mm以下であることを特徴とする請求項1記載の配線基板。
- 前記絶縁基板部は、前記パッド部が積層されている面と対向した面を内壁面の一部とする筒形状部を有することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の配線基板。
- 前記伝熱領域部分は、前記パッド部が積層されている面と対向した面に複数の突出形状部分を有することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の配線基板。
- 前記絶縁基板部は、前記複数の突出形状部分の各々の端部と連続して形成されている面形状部を更に備えたことを特徴とする請求項4記載の配線基板。
- 請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の配線基板と、
前記配線基板の前記パッド部上に接合された半導体素子と、
前記半導体素子を封止する封止構造部と、を具備することを特徴とする半導体パッケージ。
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