JP2017011021A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱干渉を低減しつつ放熱効率の低下が抑制された半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置は、隣接して配置される少なくとも２つの電子部品１２と、電子部品１２を搭載する搭載部１６とを有する。２つの電子部品１２間に位置する搭載部に凹部１４を備えており、凹部１４の深さは、二つの電子部品１２のうちの少なくとも一方に近づくほど浅い領域を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱干渉を低減しつつ放熱効率の低下が抑制された半導体装置に関する。

発熱する回路素子を搭載する基板に、熱の伝播を遮蔽する凹部を形成し、回路素子間相互の熱干渉を抑制する技術がある。

特開平１０−４１４４０号公報

しかし、単に凹部を形成したのでは、発熱源となる回路素子自身の放熱を妨げることになるため、回路素子間の熱干渉を抑制できても、当該回路素子を含む半導体装置の放熱を阻害してしまう場合がある。そのため、半導体装置が高温となってしまい、ひいては半導体装置の熱暴走や物理的な破壊などの弊害を招来する。

本発明は、上記課題に鑑みたものであり、その目的は、回路素子間の熱干渉を低減しつつ放熱効率の低下が抑制された半導体装置を提供することにある。

請求項１に記載する半導体装置は、隣接して配置される少なくとも２つの電子部品と、電子部品を搭載する搭載部とを有する。２つの電子部品間に位置する搭載部に凹部を備えており、凹部の深さは、二つの電子部品のうちの少なくとも一方に近づくほど浅い領域を有する。

この構成によれば、電子部品間の熱抵抗を大きくすることができるため、もらい熱抵抗を大きくすることができ、これにより相互の熱干渉を低減することができる。また、電子部品自身からの放熱経路が凹部により遮蔽されることがないため、自己熱抵抗の上昇が抑制される。

（ａ）は第１実施形態に係る半導体装置の構成の一例を示す上面図、（ｂ）は図１（ａ）のＡＡ線における縦断面図、（ｃ）は図１（ａ）のＢＢ線における縦断面図 （ａ）自己熱抵抗の比較を示す図、（ｂ）もらい熱抵抗の比較を示す図 （ａ）、（ｂ）ともに、第２実施形態に係る半導体装置の構成の一例を示す縦断面図であり、図１のＡＡ線における縦断面図に相当する図 第３実施形態に係る半導体装置の構成の一例を示すための図であり、第１方向における縦断面図 第４実施形態に係る半導体装置の構成の一例を示す縦断面図であり、図１のＡＡ線における縦断面図に相当する図 第５実施形態に係る半導体装置の構成の一例を示す縦断面図であり、図１のＢＢ線における縦断面図に相当する図

以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各実施形態で実質的に同一の要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
以下に第１実施形態について説明する。図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施形態に係る半導体装置１０は、リードフレーム１６、及びリードフレーム１６上に隣接して配置される電子部品１２ａ及び１２ｂを搭載している。電子部品１２ａ、１２ｂは例えば半田２０を介してリードフレーム１６上に固定されている。リードフレーム１６は電子部品１２の搭載部である。リードフレーム１６は、例えば回路基板であってもよい。

電子部品１２ａと１２ｂは、第１方向（図１（ａ）、（ｂ）において左右方向）に所定間隔を有して配置されている。電子部品１２ａ−１２ｂ間のリードフレーム１６には、複数の凹部１４が形成されている。凹部１４は図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、それぞれが例えば矩形形状を呈しており、例えば複数の凹部１４１、１４２、１４３、１４４、１４５が、電子部品１２ａ−１２ｂ間に並んで配置されている。以下、個々の凹部１４を特定して示す場合には、凹部１４１、１４２、のように記述し、総称して示す場合には凹部１４のように記述する。

凹部１４は、例えば第１方向に略直交する第２方向に延在して形成される。それぞれの凹部１４間の距離は任意であり、適用するデバイスに求められる熱特性に応じて適宜設定することができる。凹部１４は図において、リードフレーム１６上面から下方途中まで凹部となるように形成され、内部には例えば樹脂１５のように、リードフレーム１６よりも熱伝導率が低い材料が充填されている。

また、凹部１４内部には樹脂１５などを充填することなく、空気を存在させてもよい。これにより、熱が凹部１４内部に伝播しにくくなり、電子部品１２ａ−１２ｂ間の熱抵抗が大きくなる。本実施形態においては５つの凹部１４が形成された例を示しているが、凹部１４の数は任意であり、適用するデバイスに求められる熱特性に応じて適宜設定することができる。

凹部１４は、中心の凹部１４３の深さが最も深い。凹部１４は第１方向に向かって、それぞれの深さが異なっている。凹部１４は、電子部品１２ａに近づくにつれて凹部１４３→１４２→１４１のように浅く形成される領域を有しており、電子部品１２ｂに近づくにつれて凹部１４３→１４４→１４５のように浅く形成される領域を有している。

図中、実線の矢印は大きな熱の流れを示しており、破線の矢印は小さな熱の流れを示している。電子部品１２ａが大きな熱を発生する熱源となっている場合に、熱は電子部品１２ａから放射状に伝播して放熱されていくが、第１方向については、凹部１４によって遮蔽され、電子部品１２ｂへの熱の伝播が抑制される。

すなわち、電子部品１２ａと１２ｂの間の熱抵抗が大きくなるため、相互の熱干渉を低減することができる。これは、熱抵抗が大きい部分への熱伝導が抑制されるためである。また、凹部１４を複数設けることにより、電子部品１２ａ−１２ｂ間の熱抵抗をさらに大きくすることができる。

また、凹部１４は電子部品１２ａに近づくにつれて浅くなっているので、電子部品１２ａから下方向に伝播する熱は、凹部１４に遮蔽されることなくリードフレーム１６の裏面に到達し、放熱される。凹部１４は電子部品１２ａに近づくにつれて浅くなっている。

これにより電子部品１２ａからリードフレーム１６底面に向かって伝播する熱の経路を遮蔽することがない。このため、放熱面積の低下を防ぐことができる。リードフレーム１６底面には、例えばヒートシンクのような熱の放熱を促す手段が備えられていてもよい。

また、凹部１４には熱伝導率が小さな材料により充填されているため、凹部１４に伝播する熱は少ないが、ここに伝播した熱は、凹部１４上方向に向かって放熱される。凹部１４上部には例えば樹脂１８が設けられていてもよいし、また、樹脂１８を設けることなく空気が存在していてもよい。

複数の凹部１４を設けたことにより、凹部１４内部の樹脂１５とリードフレーム１６との接触面積が大きくなり、樹脂１５への放熱性能が向上する。これにより、本来は隣の電子部品１２ｂへ伝搬していた熱を、樹脂部へ逃がすことが可能になり、電子部品１２ａ−１２ｂ相互の熱干渉を低減できる。

このような構成により、図２（ａ）に示すように、電子部品１２の自己熱抵抗については、凹部１４を設けた場合、すなわち本実施形態の場合は、凹部１４がない場合に比較して、２％増加となり、ほぼ同じ値となっている。すなわち、自己熱抵抗の上昇が抑制される。本実施形態によれば、電子部品１２ａからの熱伝播経路が凹部１４により遮蔽されていないため、凹部１４がない場合とほぼ同様のレベルで電子部品１２ａからの放熱効率が達成されている。

また、図２（ｂ）によれば、もらい熱抵抗については、凹部１４を設けた場合、すなわち本実施形態の場合は、凹部１４がない場合に比較して、温度上昇値が９１％減少となっている。すなわち、もらい熱抵抗が大きくなり、熱干渉を低減する効果が向上している。

以上に説明したように、本実施形態の半導体装置１０によれば、電子部品１２ａと１２ｂの間に位置するリードフレーム１６に、凹部１４が複数設けられている。この構成により、凹部１４が電子部品１２間を遮蔽し、一方の電子部品１２ａからの放熱が他方の電子部品１２ｂに伝播することを抑制する。すなわち、もらい熱抵抗が大きくなる。これにより、電子部品１２間の熱干渉を減少させることができる。また、凹部１４が複数設けられていることにより、遮蔽効果が増加し、さらに電子部品１２間の熱干渉を抑制する効果を向上させている。

また、凹部１４は複数が設けられており、電子部品１２に接近するにつれて、凹部１４の深さが浅く形成されている。この構成により、電子部品１２から放熱面（リードフレーム１６の底面）に向けての放熱経路が、凹部１４により遮蔽されることがないため、放熱面積の減少が抑制され、自己熱抵抗の上昇を回避することができ、放熱効率の減少が抑制される。

（第２実施形態）
次に第２実施形態について説明する。ここでは、電子部品１２ａの発熱量が、電子部品１２ｂよりも大きく、電子部品１２ｂの発熱量はそれほど大きくない場合を想定して説明する。図３（ａ）に示すように、複数の凹部１４が設けられている。

ここでは、凹部１４が５つ設けられたものを例示する。真ん中の凹部１４３から、電子部品１２ａに近接するにつれて、凹部１４２、１４１は、その深さが徐々に浅くなるように構成されている。電子部品１２ｂに近接する凹部１４４、１４５は凹部１４３と同じ深さとなるように構成されている。

このように、発熱量が大きい電子部品１２ａに近接するにつれて、凹部１４の深さを浅く構成することにより、電子部品１２ａからの放熱経路を遮蔽することがないようにし、自己熱抵抗の増大を極力小さくするようにしている。これにより、電子部品１２ａからの発熱については、第１実施形態と同様の効果を奏する。

一方、発熱が少ない電子部品１２ｂについては、極力電子部品１２ａからの熱干渉を受けないようにするため、これに近接する凹部１４の深さは深いままとして構成されている。これにより、電子部品１２ｂに対する熱干渉をさらに低減させることができる。

次に図３（ｂ）に示す構成は、凹部１４の深さが、電子部品１２ｂに近接する凹部１４５から、電子部品１２ａに近接する方向に向かって、徐々に浅くなっていくように構成されている例である。この構成によれば、電子部品１２ａの発熱に関しては第１実施形態と同様の効果を奏するとともに、発熱の大きい電子部品１２ａからの放熱経路をより遮蔽しないように構成できるため、電子部品１２ａの自己熱抵抗をより低減させることができる。

（第３実施形態）
次に第３実施形態について説明する。第３実施形態では、図４（ａ）から（ｃ）に示すように、凹部１４の個々の凹部の断面形状が異なっている。図４（ａ）に示す凹部１４ａの断面は矩形を呈している。図４（ｂ）に示す凹部１４ｂの断面は、リードフレーム１６下方に向けて狭くなるように構成された逆三角形状となるように構成されている。図４（ｃ）に示す凹部１４ｃの断面はリードフレーム１６下方に向けて広がるように構成された四角形若しくは台形となるように構成されている。
第３実施形態によれば、第１及び第２実施形態と同様の効果を奏することができる。

（第４実施形態）
次に第４実施形態について説明する。図６に示すように、凹部１４ｄは一つの凹部として形成されており、第１方向における断面において、下に凸の逆三角形を呈することにより、電子部品１２ａ及び１２ｂに近接する方向に向かってその深さが徐々に浅くなっていくように構成されている。この構成により、第１実施形態と同様の効果を奏する。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態について説明する。図６に示すように、凹部１４ｅは第２方向の断面において、底面が中心部から両端にかけて、上方向に丸くラウンドする曲面となっている。この構成により、凹部１４ｅの深さが、電子部品１２から遠ざかるにつれて浅くなるように構成される。

これにより、電子部品１２ｂの放熱性を良好に保つことが可能となる。すなわち、この構成により、凹部１４が存在することによる電子部品１２の自己熱抵抗の上昇が抑制され、放熱効率を向上させることができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。例えば、上述の例では、電子部品１２を二つ並べた例を示したが、これに限定される意図はなく、さらに多くの電子部品１２が配置されていてもよい。また、凹部１４は５つとして説明したが、これに限るものではない。必要に応じて個数を減少、又は増加させることができる。

図面中、１０は半導体装置、１２、１２ａ、１２ｂは電子部品、１４、１４１、１４２，１４３，１４４，１４５、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅは凹部、１５は樹脂、１６はリードフレーム、を示す。

Claims (8)

1. 隣接して配置される少なくとも２つの電子部品（１２、１２ａ、１２ｂ）と、
   前記電子部品を搭載する搭載部（１６）と、を有し、
   前記２つの電子部品間に位置する前記搭載部に凹部（１４、１４１、１４２，１４３，１４４，１４５、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ）を備えており、
   前記凹部の深さは、前記二つの電子部品のうちの少なくとも一方に近づくほど浅い領域を有することを特徴とする半導体装置（１０）。
2. 前記凹部は複数の凹部で構成されており、
   前記電子部品のうち少なくとも一方に近接する前記複数の凹部のうち少なくとも２以上の凹部の深さは、前記電子部品に近づくほど浅いことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記二つの電子部品のうち一方を第１の電子部品、他方を第２の電子部品とした場合に、前記第１の電子部品の発熱量は前記第２の電子部品の発熱量よりも大きく、前記凹部の深さは、少なくとも前記第１の電子部品に近づくほど浅いことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
4. 前記凹部内の少なくとも一部には、前記搭載部を構成する材料よりも熱伝導率が低い材料が充填されていることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の半導体装置。
5. 前記熱伝導率が低い材料は樹脂（１５）であることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
6. 前記凹部内の少なくとも一部には空気が充填されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体装置。
7. 前記搭載部はリードフレームであることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体装置。
8. 前記搭載部は回路基板であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体装置。

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