JP2016219535A - 電子回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 放熱フィン等を省略し、電子回路装置として薄さを保ちつつ、半導体素子から発生する熱を良好に外部放出させることを目的とする。【解決手段】 半導体素子１１の周りに金属の枠体１２を配置し、枠体１２の上面には、前記半導体素子１１と前記枠体１２を熱的につないだ熱伝導体１３を設け、前記枠体１２の下面には、枠体１２と熱的に接続された放熱電極１４を設ける。この電子回路装置１０を実装基板１７に設ける事で、枠体１２から実装基板１７側に熱を伝える事が出来る。【選択図】図１

Description

本発明は、電子回路装置に関する。

かつて半導体装置というと、リードフレームにベアチップが実装されたパッケージが主流であった。このパッケージは、アイランドと一緒にベアチップが封止されるもので、ＳＩＰ、ＤＩＰまたはＱＦＰなどが有名である。これらのパッケージは、封止樹脂から出るリードが変形する事で、マザー基板とチップの熱膨張係数の差を緩和させるため、今でも多用されている。

しかし軽薄短小が進み、例えば携帯機器（スマートホーンやタブレットなど）では、小型、薄型、高機能が要求され、その半導体パッケージの形態も進化して来ている。例えば、プリント基板のインターポーザを採用し、面実装の形態で実装面積を減少させたＢＧＡ、更には、三次元実装により小型化を可能としたＭＣＰやＰＯＰなどが盛んに使われるようになってきた。どれも、半田ボールが採用された面実装タイプで、リードの張り出しが無い為、実装面積が少なくて済むものである。後者のＰＯＰなどは、チップが高さ方向に積んであるため、更に実装面積を減らせるものである。

並行して、これら半導体パッケージを搭載するインターポーザやマザーボードも、軽薄短小の要求から、盛んに開発が行われ、薄型の基板が開発されるようになってきた。例えば、現在のスマートホンでは、配線が１０〜１２層で、厚みが８００μｍのプリント基板が採用されている。

これら多層のプリント基板は、殆どが、表面に半導体パッケージを搭載したものであった。しかしながら、これでもセットメーカーの要求は、厳しく、最近では、プリント基板の中に素子を埋め込んだ部品内蔵基板をインターポーザや実装基板として採用した半導体モジュールも開発されている。（下記引用文献の図２等を参照）

これは、実装基板にキャビティが形成され、その中に半導体素子や受動部品が埋め込まれるため、この半導体モジュール自体を更に薄型にするものである。

一方、図８（非特許文献１）を参照すると、最近の電子機器の動作状態を知る事ができ、自然空冷の限界ギリギリで使っている事が判る。

斜めの直線は、自然空冷領域と強制空冷領域の境界を示すものである。従来から、ファン等を採用して空冷しているセットは、デスクトップなど沢山あるが、最近のスマートホン等の小型携帯機器は、自然空冷で、この限界ラインのギリギリで動作させている事が判ると思う。

携帯機器は、多機能で高速処理の為、どうしても半導体ＩＣから熱が発生する。そのため、放熱手段を採用して熱を下げたいところであるが、軽薄短小の要求から、なかなか採用できない場合が有る。これは、ファンを採用すると逆にセットが厚くなってしまう事も一因である。

特に、熱が発生して破壊に到る前に、半導体ＩＣの処理スピードを遅くして、熱を下げるなどの工夫が必要になる。よって構造的な工夫で、半導体素子等から発生する熱を放出させて半導体素子自体の熱を下げる工夫が施されれば、この問題は解決される。

図９は、特許文献１で開示された電子部品であり、半導体素子が内蔵された部品本体１００と、部品本体を囲むように設けられた金属枠体１０１と、前記部品本体１００と前記金属枠体１０１間に充填された樹脂部１０２とを有する。そしてこれら電子部品は、多層基板のコアに埋め込まれる。

特開２０１４−１５４９４１号公報 日経エレクトロニクス（2013.9.16発行）図２）

この構造では、部品本体１００の熱は、金属枠１０１にゆっくりと伝わる。その理由は、部品本体１００と金属枠１０１の間に存在する樹脂部が絶縁材料で、熱伝導に劣るからである。

しかもこの部品本体１００は、部品内蔵用の基板の中に入れられる為、主な熱は、部品本体１００の電極からこの基板へ伝わるだけで、部品本体１００から金属枠体１０１への放熱は、考慮されていなかった。

本発明は、パワー半導体などを、効率よく外部に放出できる薄型の電子回路装置を提供するものである。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされ、

第１に、半導体素子の裏面と枠体の上面を一体で覆い、前記半導体素子と前記枠体を熱的につないだ熱伝導体と、

前記半導体素子の表面に設けられた電極と電気的に接続して設けられた再配置電極と、

前記枠体の下面と熱的に接続された放熱電極と、

を有する事で解決するものである。

第２に、枠体側の第２コンタクト孔を介して熱的に結合され、前記半導体素子の周囲の一領域に放熱電極を設ける事で解決するものである。

第３に、 前記再配置電極および／または前記放熱電極は、一層以上の導体パターンでなる事で解決するものである。

第４に、前記熱伝導体は、前記半導体素子の裏面と前記枠体の上面を一体で覆うメッキ膜でなるか、または前記半導体素子の裏面と前記枠体の上面を一体で覆う金属板が貼り合わされる事で解決するものである。

第５に、前記半導体素子の裏面には、金属板が設けられ、前記半導体素子と前記金属板は、前記キャビティ内に充填され、前記金属板表面と前記枠体表面には、金属材料から成る膜が熱的に結合されて設けられる事で解決するものである。

第６に、前記枠体の外側面は、半田が濡れる厚みを有する事で解決するものである。

第７に、前記放熱電極は、半導体素子を囲んで形成され、前記枠体の外周と対応する前記放熱電極の側辺は、実質一致して形成される事で解決するものである。

前述した手段により、半導体素子から発生する熱を電極から下方に、半導体素子裏面から枠体に、枠体から下方に逃がす事が出来る。また枠体の側面から半田を介して実装基板側に逃がす事が出来る。更には、キャビティと半導体素子の間の間隔をフィラーが１０個程度が入れられる間隔とし、半導体素子側面から枠体の内壁へと逃がす事も可能と成る。

本発明の半導体モジュールを説明する図である。 本発明の半導体モジュールを説明する図である。 本発明の半導体モジュールを説明する図である。 本発明の半導体モジュールの製造方法を説明する図である。 本発明の半導体モジュールの製造方法を説明する図である。 本発明の半導体モジュールの製造方法を説明する図である。 本発明の半導体モジュールの製造方法を説明する図である。 冷却方法から見た半導体モジュールの使用実態を説明する図である。 従来の半導体モジュールを説明する図である。 本発明の半導体モジュールを説明する図である。

本発明の電子回路装置１０は、半導体素子１１と、この素子１１の周りに設けられた、金属から成るリング状の枠体１２と、前記半導体素子１１の一方の面と枠体１２の一方の面およびその間に設けられた金属材料からなる熱伝導体１３とを有し、枠体１２の他方の面には、少なくとも一側辺に沿って前記枠体１２裏面とコンタクトする放熱電極１４を有するものである。

また別の見方をすれば、平面視で矩形の金属コア材１２（枠体と同符号とする）の中央に、表から裏側に貫通するキャビティ１５が設けられ、このキャビティ１５に半導体素子１１が内蔵されたものである。またキャビティ１５中央に位置する半導体素子１１の裏面と金属コア材１２の表面とは、金属から成る熱伝導体１３が、別途メッキで形成されて被覆されており、金属コア材の下面には、少なくとも一側辺に沿って、金属コア材１２裏面とコンタクトする放熱電極１４を有するものである。

この結果、

Ａ：半導体素子１１の電極１６から実装基板１７側に伝わる第１の経路

Ｂ：半導体素子１１裏面から熱伝導体１３を通じて枠体１２、そして枠体の１２下端の放熱電極１４、更には実装基板１７へと伝わる第２の経路、

Ｃ：枠体（または金属コア材）１２の側面に形成された半田１８（ここでは半田フィレットとも呼ぶ）を介して実装基板１７へと伝わる第３の経路、

Ｄ：半導体素子１１の側面から枠体１２の内壁へ伝わる第４の経路

などを有する。

枠体１２は、半導体素子１１から発生する熱を過渡的には貯留し、貯留された熱は、時間の経過とともに放熱電極１４、熱伝導体１３および／または半田フィレット１８の部分を介して実装基板１４または外部雰囲気へと放出される。

例えば、放熱電極１４を実装基板１７の導体パターンにつなぐ事で、実装基板側へ熱を伝える事が出来るが、特にグランドライン(または電源ライン)につなぐことで、より以上の熱を、実装基板１７側へと伝える事が出来る。グランドラインや電源ラインは、実装基板１７の中で、電流容量が大きく、この点が考慮されて、グランドライン(または電源ライン)以外の配線（信号ラインなど）よりも、幅が広く形成されたり、または厚みが厚く形成される。そのため、実装基板１７側に熱を逃がすには、グランドライン全体の体積から考えて好適である。

更に熱伝導体１３は、メッキで形成されるか、または／および直接、金属板が貼り合わされて構成される。またこの熱伝導体１３は、半導体素子１１の一方の面を平面視すると、半導体素子を中心にして外側に広がっている。ちょうどファンアウト構造と成っており、熱を外部雰囲気に逃がすのに好都合な形状と成っている。

更に、キャビティ１５内壁と半導体素子１１外壁との間の離間距離もポイントになっている。つまり加工精度が高くなっており、この離間距離が５０μｍと極めて狭く加工できる。例えば５μｍの粒径のフィラーが１０個程度が入れられる間隔で、ここには、このフィラー入り封止樹脂Ｒ１が設けられる。

この状態になると、第４の経路も無視できず、この経路を通過する熱が放熱電極１４を介して実装基板１７へ、または熱伝導体１３を介して外部雰囲気に放出される。この第４の経路は、半導体素子１１の４側面から、それぞれ対向する枠体１２の４つの内壁に向かうため、４倍の面積となり、更にセミパワー以上のパワーチップは、チップの厚みが一般のＩＣ等から比べて厚い為、枠体１２内壁の厚さも厚くなり、その効果は更に大である。

では、具体的に説明して行く。まず平面視で、外形が実質リング状の枠体１２がある。ここで、リング状とは、半導体素子１１を囲んでいればよく、平面視で、矩形、円形または楕円などで良い。この枠体１２は、熱伝導性の優れた金属から成り、中央に表から裏に貫通したキャビティ１５が設けられている。図面では、矩形の金属コア材の中央に矩形のキャビティが形成されている。更に枠体１２の材料は、Ｃｕ、ＡｌまたはＦｅ等でなり、更にはＣｕ、ＡｌまたはＦｅを主材料とした合金でも良い。更にはＢＮなどの熱伝導性の優れた絶縁材料でも良い。

続いてこのキャビティ１５には、半導体素子１１が内蔵されている。この半導体素子１１は、フェイスダウンで設けられている。温度が高い活性層が実装基板１７側になり、活性層と実装基板との距離が短くなるからである。またパワー系の半導体素子であると、電極２０は、ソース電極、ドレイン電極およびゲート電極(別の表現では、電流の流出電極、流入電極および制御電極)を有する。この場合、電流は、横方向に流れ、横型ＦＥＴと呼ばれる。

一方、電流が厚み方向に流れる場合もあり、縦型ＦＥＴと呼ばれる。その場合、ソース電極（またはドレイン電極）とゲート電極が表側に形成され、裏側は、ドレイン電極（またはソース電極）が形成される。この場合、チップ裏面の電極がグランド（または電源Ｖｃｃ）なので、放熱電極１４は、実装基板側のグランド（または電源Ｖｃｃ）に接続できる。

更に、キャビティ１５も含めた枠体１２の裏面には、絶縁層２１が全面に形成され、電極１４、２０が形成される。再配置電極２０は、半導体素子１１の電極１６を露出する第１コンタクト孔を介して電気的に接続されて設けられ、半導体素子１１の配置領域から外側に、特にここでは枠体１２の領域まで延在される。また電極１４は、放熱電極であり、枠体２１裏面を露出する第２コンタクト孔を介して、枠体と熱的に接続され、枠体１２の配置領域内に設けられている。

図１（Ｃ）は、実装基板側から上に向かって見た図であり、×印で、放熱電極１４の第２コンタクト孔２５Ａ〜２５Ｄを示した。再配置電極２０の形状にも影響されるが、枠体１２自体が半導体素子１１の４側辺を囲む為、それぞれの辺にコンタクト孔２５Ａ〜Ｄを設けた方が、効率よく実装基板１７側へ放出できる。しかしながら、少なくとも１辺に設けてあれば良い。尚、符号２０Ｃは、半導体素子１１側の第２コンタクト孔である。

ここで、放熱電極１４は、枠体１２に直接コンタクトしており、枠体の熱を実装基板側に伝えるのに適している。一方、再配置電極２０は、半導体素子１１と接続されているため、半導体素子１１の熱を実装基板側へ伝える。更には、この再配置電極２０は、枠体１２の一部にまで延在しており、再配線とその先に設けられる再配置電極は、半導体素子の電極１６よりもその面積が大である為、より効率的に実装基板側へ熱を伝える事が出来る。

またキャビティ１５も含めた枠体１２の表面には、絶縁層２３が全面に形成され、熱伝導体１３が設けられている。絶縁層２３は、前記枠体１２の上面および半導体素子１１の

裏面を露出したコンタクト孔２６Ａ、２６Ｂが設けられ、このコンタクト孔２６Ａ、２６Ｂを介して熱伝導体１３が形成されている。ここでは、メッキで形成される為、コンタクト孔の凹部も含め同一材料で形成されている。また絶縁層２３上面からの厚みは、１０μｍ程度〜２５μｍ程度である。リング状のコンタクト孔２６Ａは、図１（Ａ）に於いて、ハッチングした部分であり、コンタクト孔２６Ｂは、×印で示している。尚、図面の都合でコンタクト孔２６Ａは、上側と下側の幅が、左右の幅よりも狭くなっているが、同じ幅で成っても良い。

尚、電子回路装置１１の表も裏も、絶縁層で絶縁処理された一層の導体パターンで形成されているが、複数層の導体パターンが絶縁層で絶縁処理されて設けられても良い。

一方、図２に示す様に、熱伝導体を金属板１３Ａで代用する場合、コンタクト孔２６Ａ、２６Ｂに半田等のろう材２７、または導電ペーストを設ける必要がある。尚、簡単に製造方法を説明すれば、電子回路装置と成る１ユニットの構成物がマトリックス状に配置されており、金属板１３Ａに相当する部分は、全てのユニットを覆う１枚の大板から成る。そして大板と枠体１２がフルカットされる。そのフルカットで製造されるため、枠体１２側面と金属板１３Ａの側面は、一致している。

尚、図２で示した金属板１３Ａは、Ｃｕ、Ａｌ、ＦｅとＮｉの合金（Ｉｎｖａｒ）等が良いが、アルミナ、窒化アルミニウム、ＳｉＣ等でも良い。

また図２の応用例を図１０に示す。図１０（Ａ）で示す様に、予め半導体素子１１の裏面に、この金属板１３Ａが取りつけられた組立体が用意され、この組立体が図面のキャビティ１５に配置される。この金属板１３Ａのサイズおよび半導体素子１１のサイズにより、図１０（Ｂ）〜図１０（Ｄ）の展開が可能である。

まず図１０（Ｂ）は、キャビティ１５の平面サイズよりも金属板１３Ａの平面サイズの方が小さく、更に、この金属板１３Ａよりも半導体素子１１の方がほぼ同等または小さく、組立体全体の厚みは、枠体の厚みよりも薄く形成されているもので、組立体の全体がキャビティ１５に内蔵されるタイプである。尚、枠体１２と金属板１３Ａが熱的に結合されるために、絶縁層２３のコンタクト孔２６Ａ、２６Ｂを介してメッキ１３Ｂが表側に被覆形成される。

続いて図１０（Ｃ）を説明する。この場合、金属板１３Ａの裏面が枠体１２の表面と熱的に結合するものである。そのため金属板１３Ａは、キャビティ１５よりも大きく、枠体１２の外形よりも小さいものである。また半導体素子１１の平面サイズは、キャビティの平面サイズよりも小さく、厚みは枠体の厚みよりも薄く、半導体素子１１の殆どは、キャビティ１５に内蔵される。

この構造は、図２で説明したフルカットでなるものと異なり、組立体を1個1個キャビティに実装している。ダイシングの際には、金属板１３Ａのカットを回避させて、枠体１２をカットしており、金属板１３Ａの金属バリの発生を防止している。よって金属板１３Ａの外周は、枠体１２よりも内側に入っている。

更に図１０（Ｄ）に於いては、金属板１３Ａは、コンタクト孔２６Ａまで到達しておらず、このコンタクト孔の内側で金属板１３Ａの両端が終結している。金属板１３Ａの厚みによっては、反りの問題が発生するため、敢えて金属基板１３Ａを小さなサイズとし、メッキ膜１３Ｂで熱的に結合させている。

続いて、図１に戻り説明する。電子回路装置１０の４つの側面は、枠材１２の側面が露出している。ここでは、金属材料として銅を用いているので、半田に濡れやすく、枠体１２の側面から実装基板１７側の電極２８Ａに向かって半田フィレット１８が形成される。ここで、半田フィレット１８が形成される事で、その半田の量が確保され、熱容量も大きくなり、半導体素子１１から発生する熱は、枠体１２の側面から半田フィレット１８を介して下方に伝える事が出来る。尚、枠体１２の厚みは、半田フィレットが形成できる厚みが必要であり、ここでは、１０μｍ〜１００μｍは必要である。

実装基板１７は、通常のＰＣＢで、絶縁層により絶縁処理された１層以上の導体パターンを有する（ここで、導体パターンとは、電極、この電極を別の電極につなぐ配線等から成る。）。そして、放熱電極１４は、この導体パターンと半田等のろう材や導電ペーストを介して固定される。またこの半田による固着により、半田フィレット１８も形成される。

尚、電子回路装置１０と一緒に回路を構成する為、電源用導体パターン、グランド用導体パターン、これら以外の、例えば信号系の導体パターンに分かれる。そして電源用導体パターン、グランド用導体パターンは、電流容量により、一般には幅が広かったり、または厚みが厚かったりする。この点が考慮され、放熱電極１４は、グランド用の電極または電源用の電極と半田１８を介して接続されても良い。

尚、実装基板１７側に電気的に孤立したダミー電極を用意し、このダミー電極に放熱電極１４が接続されても良い。このダミー電極は、実装基板の表面あるいは、実装基板の中に埋め込まれ、その体積（熱容量）が大きいものが好ましい。

続いて、図３を用いて、半田フィレット１８が枠体１２の側面から形成し易い構造について述べる。図１、図２および図１０では、枠体１２裏側に於いて、放熱電極１４が、枠体外周から内側に入っている為、枠体外周から放熱電極１４までの間に、絶縁層２１が存在している。その為、半田１８は、ここの絶縁層２１の上に延在する必要があるため、枠体１２側面の濡れ性を阻害している。

一方、図３に於いて、枠体１２裏面の外周と、この外周に対応する所の放熱電極１４は、一致している。これにより、濡れ性を阻害する絶縁層の存在を無くす事が出来る。

後の製造方法で明らかになるが、図３（Ａ）の左側の放熱電極１４を見ると、まず絶縁層２１は、枠体１２の裏面全域に形成され、その後、枠体１２の外周から少し入った内側の所まで、エッチング処理によって取り除かれ、その結果、枠体１２裏面の外周部が露出している。この露出部３０ＢがＣｕであり、更に放熱電極１４がこの露出部３０Ｂからメッキ成長して一体でなって構成されている。しかもここの側面は、ダイシングでフルカットされるため、枠体１２の側面とここに対応する放熱電極は、面いちになる。よって放熱電極１４に濡れた半田は、枠体１２側面に向かって濡れ、半田フィレットが形成されることになる。

図３（Ｂ）で、平面形状について説明する。まず右側Ｒ１から上側Ｕ１に伸びる放熱電極１４Ａが形成されている。これは、複数の側辺に渡って一体で構成された一つの放熱電極を示すものである。そして左側Ｌ１や下側Ｄ１には、アイランド状または個片状の放熱電極１４Ｂが図示されている。これは、一側辺に少なくとも一つの放熱電極が形成された例である。ここでは、図面の都合で二つのタイプの放熱電極を一緒に示したが、どちらか一方が採用される場合と、本願の様に混合して採用する場合でもよい。

第１のタイプの放熱電極１４Ａは、少なくとも２側辺Ｒ１からＵ１に沿って形成されている。絶縁層２１を取り除いて形成される露出部３０Ａは、枠体１２の外周Ｒ１およびＵ１から所定の幅で内側まで露出され、この露出部３０Ａと熱的にコンタクトした放熱電極１４Ａが形成される。後述の製造方法で明らかになるが、枠体１２と放熱電極１４Ａは、ダイシングでカットされるため、図３（Ａ）に示す様に、露出している枠体１２の側面と放熱電極１４Ａの側面は、面いちと成っている。

第２のタイプの放熱電極１４Ｂは、一つの側辺に沿って、アイランド状または個片状で、少なくとも一つ形成される。例えば左側辺Ｌ１に、側辺Ｌ１から内側に矩形状の露出部が形成され、この露出部と熱的にコンタクトした放熱電極１４Ｂが形成される。これも第１のタイプと同様にダイシングでカットされる為、図３（Ａ）に示す様に、側面に於いて露出している枠体１２の側面と放熱電極１４Ａの側面は、面いちと成っている。

どちらにしても、放熱電極１４Ａ、１４Ｂは、枠体裏面からメッキ成長し、半田に濡れるため、（ここでは、銅でなり、)、更には、放熱電極の側面と枠体１２の側面が同一面で形成されている為、実装基板に設けられた半田は、放熱電極に濡れ、更には枠体１２の側面まで濡れ上がる。

図３（Ｃ）は、図１の若干の改良である。コンタクト３０Ｃが枠体１２裏面の左側辺に於いて内側に入って形成されている。そのため、コンタクト３０Ｃと枠体左側辺との間には、絶縁層２１があるが、メッキ成長の際に、この絶縁層２１表面の端部まで形成されている。これも、厚み方向に於いて、放熱電極１４と枠体１２の間に絶縁層２１が残るが、絶縁層２１自体の厚みが薄い為に、半田１８は、放熱電極１４から枠体１２の側面まで濡れ上がり、半田フィレットが形成される。

以上、図１〜図３、および図１０に説明したように、半導体素子から発生する熱は、半導体素子の表と裏へ伝えられ、表側は、枠体まで広がった再配置電極により、実装基板側へ伝えられ、裏側も枠体まで広がった熱伝導体１３を介して枠体へと伝えられる。そして枠体の熱は、放熱電極と半田フィレットで実装基板側へ伝えられる。

続いて図４〜図７を使って製造方法を説明して行く。尚、ここでは、能動素子と受動素子がそれぞれのキャビティに収納される形で説明するが、左側のキャビティの部分をフローに沿って見続ければ、図１の製造方法と成る。

先ず図４（Ａ）に示す様に、金属コア材１２を用意する。これは、後に枠体と成るものである。この金属コア材１２は、ここでは、銅で成り、電解銅箔や圧延銅である。またＣｕ、ＡｌまたはＦｅなどを主材料とした合金でも良い。厚みは、５０μｍ〜１０００μｍ程度である。

続いて図４（Ｂ）に示す様に、前記金属コア材１２にキャビティを作る工程が有る。ここは、能動素子１１と受動素子１１Ａの収容部になり、通常のホトリソグラフィー技術を採用する。感光性樹脂を全面に塗布した後にキャビティ１５に対応する部分を露光開口し、この開口部を介して金属コア材１２をエッチングして取り除き、表から裏に貫通したキャビティ１５を形成する。ここで金属コア材１２は、キャビティを囲む様な枠体として形成される。

続いて図４（Ｃ）に示す様に、キャビティ１５に素子を配置する工程が有る。尚、上側の図は、断面図で、下側は平面図である。

ここでは、枠体１２の裏面全域に落下防止用の支持フィルム４０を貼り付け、キャビティ１５裏面側に底面を形成した。キャビティ１５Ａの底面には、例えば能動素子として、半導体素子をフェイスダウンで固定し、キャビティ１５Ｂの底面には、チップ素子１１Ａ（チップコンデンサ、チップ抵抗またはチップインダクタなど）を固着した。特にキャビティ１５Ａの内壁と半導体素子１１の側面の間の離間距離は、５０μｍ〜１００μｍである。この間隔が狭くなる事で、半導体素子の熱は、枠体側に伝わりやすくなる。

続いて図５（Ｄ）に示す様に、キャビティ１５に封止樹脂Ｒ１が設けられる。この樹脂Ｒ１は、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などから成り、２μｍ〜５μｍ程度のフィラーが混入されたもので、少なくともキャビティの空きスペースに充填される。ここでは、この封止樹脂Ｒ１は、シートから成る封止樹脂を採用し、溶融加圧により軟化させて、キャビティ１５内に充填させているため、どうしても枠体１２の表面に残存する場合がある。

続いて、この封止樹脂Ｒ１を固化し、支持フィルム４０が取り除かれる。その結果、キャビティに封止樹脂Ｒ１が充填され、素子が内蔵された枠体１２が形成できる。

続いて、この枠体１２の両面に絶縁層で絶縁処理された導体パターンを形成する。ここでは、表も裏も一層で形成したが複数層で構成されても良い。

裏には絶縁層２１が被覆され、枠体１２、半導体素子１１の電極１６または受動素子の電極を露出するコンタクト孔２５Ｃ、２０Ｃ、４２が形成される。また表面には、絶縁層２３が被覆され、半導体素子１１の裏面電極を露出するコンタクト孔２６Ｂ、枠体表面のコンタクト２６Ａが形成される。

図５（Ｄ）下の平面図は、電子回路装置１０を裏面から見た図であり、点線で示す１５Ａが半導体素子１１のキャビティで、１５Ｂがチップ素子１１Ａのキャビティである。半導体素子１１は、パワーＭＯＳ、ＳｉＣやＧａＮ等からなるディスクリート型のパワー素子１１であり、制御電極、電流流入電極、電流流出電極の３つの電極が表面に形成されているものである。よって３つの電極のコンタクト孔が２０Ｃである。更にチップ素子１１Ａは、両端に電極を有し、このコンタクト孔が４２である。

ここでは、アイランド状のコンタクト孔２５Ａ〜２５Ｄを形成した。尚、チップ素子１１Ａと半導体素子１１の間は配線が設けられる為、半導体素子１１の右側は、間を離間させた二つのコンタクト孔２５Ａが用意されている。ここでチップ素子１１Ａと半導体素子１１の間は、スペースを削減する為、放熱電極のコンタクト孔は共用し、チップ素子１１Ａの右側に、別途コンタクト孔２５Ｅを設けた。もし半導体素子と同じように熱的な問題が有る場合は、チップ素子を囲むように設けても良い。

更に、図５（Ｅ）の様に、コンタクト孔を介して表と裏に導電材から成るメッキ膜を形成し、表面は、熱伝導体１３を、裏面に放熱電１４、半導体素子の再配置電極２０およびチップコンの電極を形成する。これらの電極は、銅または銅を主材料とするメッキ電極でなる。そのため枠体が銅であるので、枠体に直接Ｃｕメッキ処理ですむが、材料の選択によっては、間に仲介層（またはバリア膜）を必要とする場合が有る。

半導体素子１１の電極がＡｌ、Ａｕ等であると銅メッキ膜の間には仲介層（またはバリア膜）が必要と成る。

最後に、ダイシングの工程を経て個々の電子回路装置１０に分離する。Ｄ１で示すラインは、図１の形状を、ラインＤ２が図３（Ａ）を、更にはラインＤ３は図３（Ｃ）を実現する。

続いて、図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ１）〜図７（Ｄ１）で、若干異なる製造方法について説明する。

先ずキャビティ１５Ａ、１５Ｂの形成から支持フィルム４０の貼り合わせまでは、図４（Ａ）〜（Ｃ）の説明と同じである。続いて、図６（Ａ）に示す様に、半導体素子１１は、フェイスアップで実装され、支持フィルム４０には、半導体素子１１の裏面、チップ素子１１Ａが固着される。図４とは、半導体素子の上下が逆になっている。

続いて、キャビティの空きスペースにフィラー入り封止樹脂Ｒ１を充填する。ここは、図５（Ｄ）で説明したように、シート状の封止樹脂Ｒ１であるため、枠体１２およびキャビティの上には、薄く樹脂Ｒ１が残ることがある。

続いて封止樹脂Ｒ１の固化の後で、支持フィルム４０を取り除き、更には枠体の上の樹脂Ｒ１を取り除く。尚、枠体の樹脂Ｒ１は、そのまま残しておいても良い。

続いて、図６（Ｃ１）に示す様に、枠体１２の表と裏に絶縁層２１、２３を形成し、コンタクト孔２５Ｃ、２５Ｅ、２６Ａ、２６Ｂ、４１、４２を形成する。

ここでは、図４（Ｃ）と同じ様に、半導体素子１１のコンタクト孔が下を向くように図示したため、図６（Ｂ）を１８０度回転させている。そのため、半導体素子１１の裏面が、枠体１２の表面と一致しており、半導体素子１１の電極は、枠体１２の裏面から中に入っている。

続いて、図７（Ｄ１）に示す様に、枠体の表と裏に、メッキ処理を行い、熱伝導体１３、放熱電極１４、再配置電極２０を形成する。

最後に、図面は省略したがダイシングして、電子回路装置として個片化する。

また熱伝導体１３の形成方法として、図６（Ｃ２）、図７（Ｄ２）を参照して説明する。これは、全実施例に当てはまる事であるが、図６（Ｃ２）の様に、電子回路装置１０の熱伝導体１３が形成される面は、絶縁層は、何も形成せず、直接熱伝導体１３を形成しても良い。つまり図６（Ｃ２）の様に、枠体１２の表面、半導体素子の裏面およびキャビティに相当する領域の絶縁層を全て取り除き、枠体１２の表面、半導体素子の裏面およびキャビティの表面を露出させる。

続いて、図７（Ｄ２）の様に、Ｃｕでメッキ処理を行うと、コンタクトの様な限られたエリアに限定されず、枠体の表面全域、および半導体素子裏面全域を熱伝導体とコンタクトさせる事ができる。熱抵抗分としてなる絶縁層が無い為、半導体素子から発生する熱は、熱伝導体１３を介して枠体側に伝える事が出来る。

１０：電子回路装置
１１：半導体素子
１２：枠体（金属コア材）
１３：熱伝導体
１４：放熱電極
１５：キャビティ
１６：電極
１７：実装基板
１８：半田
２０：電極

Claims (7)

1. 半導体素子の収納領域となるキャビティを有し、前記キャビティを囲んで形成された金属材料から成る枠体と前記キャビティに設けられた半導体素子と、前記キャビティ内壁と前記半導体素子の間の空間を充填した封止樹脂と、前記半導体素子の裏面と前記枠体の上面を一体で覆い、前記半導体素子と前記枠体を熱的につないだ熱伝導体と、前記半導体素子の表面に設けられた電極と電気的に接続して設けられた再配置電極と、前記枠体の下面と熱的に接続された放熱電極と、を有する事を特徴とした電子回路装置。
2. 前記枠体の裏面に設けられた絶縁層と、前記半導体素子の電極および前記枠体の裏面が露出した第1コンタクト孔および第２コンタクト孔と、前記半導体素子側の第１コンタクト孔を介して前記電極と電気的に接続された前記再配置電極と、前記枠体側の第２コンタクト孔を介して熱的に結合され、前記半導体素子の周囲の一領域に設けられた放熱電極を有する請求項１に記載の電子回路装置。
3. 前記再配置電極および／または前記放熱電極は、絶縁処理された一層以上の導体パターンでなる請求項１に記載の電子回路装置。
4. 前記熱伝導体は、前記半導体素子の裏面と前記枠体の上面を一体で覆うメッキ膜でなるか、または前記半導体素子の裏面と前記枠体の上面を一体で覆う金属板が貼り合わされる請求項１、請求項２または請求項３に記載の電子回路装置。
5. 前記半導体素子の裏面には、金属板が設けられ、前記半導体素子と前記金属板は、前記キャビティ内に充填され、前記金属板表面と前記枠体表面には、金属材料から成る膜が熱的に結合されて設けられ、前記熱伝導体は、前記金属板および前記金属材料から成る膜で構成される請求項１、請求項２または請求項３に記載の電子回路装置。
6. 前記枠体の外側面は、半田が濡れる厚みを有する請求項１、請求項２、請求項３、請求項４または請求項５に記載の電子回路装置。
7. 前記放熱電極は、半導体素子を囲んで形成され、前記枠体の外周と対応する前記放熱電極の側辺は、実質一致して形成される請求項１〜請求項６のいずれかに記載の電子回路装置。
   

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