JP2019087716A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書に開示する技術は、半導体装置に関する。 The technology disclosed herein relates to a semiconductor device.
特許文献1に開示されている半導体装置は、半導体素子と、半導体素子の表面に接合されている放熱体とを備えている。放熱体は、半導体素子の表面に接合されている金属熱伝導体を備えている。また、放熱体は、金属熱伝導体に接合されている第1熱伝導体と、半導体素子と放熱体とが並んでいる方向において第1熱伝導体に積層されている第2熱伝導体とを備えている。第1熱伝導体は、複数の第1グラファイト層を備えている。複数の第1グラファイト層は、半導体素子と放熱体とが並んでいる方向と直交する方向である第1方向に積層されている。第2熱伝導体は、複数の第2グラファイト層を備えている。複数の第2グラファイト層は、半導体素子と放熱体とが並んでいる方向と直交する方向である第1方向に積層されている。複数の第1グラファイト層と複数の第2グラファイト層とは、同じ第1方向に積層されている。特許文献1の半導体装置では、可撓性を有する熱伝導構造体とするために、複数の第1グラファイト層の積層方向と複数の第2グラファイト層の積層方向とを一致させる必要がある。
The semiconductor device disclosed in
特許文献1の半導体装置では、半導体素子が動作すると半導体素子で熱が生じる。半導体素子で生じた熱は、放熱体によって放熱される。放熱体の金属熱伝導体と第1熱伝導体と第2熱伝導体とによって熱が伝導されて放熱される。半導体素子で生じた熱は、まず半導体素子に接合されている金属熱伝導体によって伝導され、続いて金属熱伝導体に接合されている第1熱伝導体によって伝導され、続いて第1熱伝導体に積層されている第2熱伝導体によって伝導される。
In the semiconductor device of
第1グラファイト層の熱伝導率は異方性を有している。第1グラファイト層は、複数の第1グラファイト層が積層されている方向には熱をあまり伝導しない。それに対して、第1グラファイト層は、複数の第1グラファイト層が積層されている方向と直交する方向には高い熱伝導率で熱を伝導する。そのため、第1熱伝導体では、半導体素子と放熱体とが並んでいる方向(複数の第1グラファイト層が積層されている方向と直交する方向)に高い熱伝導率で熱が伝導される。また、第1熱伝導体では、半導体素子と放熱体とが並んでいる方向と直交する方向であって第1方向と直交する第2方向(複数の第1グラファイト層が積層されている方向と直交する方向)に高い熱伝導率で熱が伝導される。 The thermal conductivity of the first graphite layer has anisotropy. The first graphite layer conducts less heat in the direction in which the plurality of first graphite layers are stacked. On the other hand, the first graphite layer conducts heat with high thermal conductivity in the direction orthogonal to the direction in which the plurality of first graphite layers are stacked. Therefore, in the first thermal conductor, heat is conducted with high thermal conductivity in the direction in which the semiconductor element and the heat sink are aligned (the direction orthogonal to the direction in which the plurality of first graphite layers are stacked). In the first thermal conductor, a second direction (a direction in which a plurality of first graphite layers are stacked) which is a direction perpendicular to the direction in which the semiconductor element and the heat sink are aligned and orthogonal to the first direction. Heat is conducted with high thermal conductivity in the orthogonal direction).
同様に、第2グラファイト層の熱伝導率は異方性を有している。第2グラファイト層は、複数の第2グラファイト層が積層されている方向には熱をあまり伝導しない。それに対して、第2グラファイト層は、複数の第2グラファイト層が積層されている方向と直交する方向には高い熱伝導率で熱を伝導する。そのため、第2熱伝導体では、半導体素子と放熱体とが並んでいる方向(複数の第2グラファイト層が積層されている方向と直交する方向)に高い熱伝導率で熱が伝導される。また、第2熱伝導体では、半導体素子と放熱体とが並んでいる方向と直交する方向であって第1方向と直交する第2方向(複数の第2グラファイト層が積層されている方向と直交する方向)に高い熱伝導率で熱が伝導される。 Similarly, the thermal conductivity of the second graphite layer is anisotropic. The second graphite layer does not conduct much heat in the direction in which the plurality of second graphite layers are stacked. On the other hand, the second graphite layer conducts heat with high thermal conductivity in the direction orthogonal to the direction in which the plurality of second graphite layers are stacked. Therefore, in the second thermal conductor, heat is conducted with high thermal conductivity in the direction in which the semiconductor element and the heat sink are aligned (the direction orthogonal to the direction in which the plurality of second graphite layers are stacked). Further, in the second heat conductor, a second direction (a direction in which a plurality of second graphite layers are stacked) which is a direction perpendicular to the direction in which the semiconductor element and the heat sink are aligned and orthogonal to the first direction. Heat is conducted with high thermal conductivity in the orthogonal direction).
特許文献1の半導体装置では、第1熱伝導体と第2熱伝導体とが、半導体素子と放熱体とが並んでいる方向に高い熱伝導率で熱を伝導する。また、第1熱伝導体と第2熱伝導体とが、半導体素子と放熱体とが並んでいる方向と直交する方向であって第1方向と直交する第2方向に高い熱伝導率で熱を伝導する。第1熱伝導体と第2熱伝導体とは、第1方向(複数の第1グラファイト層および複数の第2グラファイト層が積層されている方向)には熱をあまり伝導しない。そのため、半導体素子で生じた熱を第1方向へあまり放熱することができず、放熱性が低いという問題があった。そこで本明細書は、放熱性を向上させることができる技術を提供する。
In the semiconductor device of
本明細書に開示する半導体装置は、半導体素子と、前記半導体素子の第1表面に接合されている第1放熱体と、を備えている。前記第1放熱体は、前記半導体素子の前記第1表面に接合されている金属の第1外側熱伝導体と、前記第1外側熱伝導体の内部に配置されている第1内側熱伝導体と、前記第1外側熱伝導体の内部に配置されており、前記半導体素子と前記第1放熱体とが並んでいる方向において前記第1内側熱伝導体に積層されている第2内側熱伝導体と、を備えている。前記第1内側熱伝導体は、複数の第1グラファイト層を備えている。前記第2内側熱伝導体は、複数の第2グラファイト層を備えている。複数の前記第1グラファイト層は、前記半導体素子と前記第1放熱体とが並んでいる方向と直交する方向である第1方向に積層されている。複数の前記第2グラファイト層は、前記半導体素子と前記第1放熱体とが並んでいる方向、または、その方向と直交する方向であって前記第1方向と直交する第2方向に積層されている。 A semiconductor device disclosed in the present specification includes a semiconductor element and a first heat dissipation body joined to a first surface of the semiconductor element. The first heat radiator is a first outer heat conductor of metal joined to the first surface of the semiconductor element, and a first inner heat conductor disposed inside the first outer heat conductor. And a second inner heat conductor disposed inside the first outer heat conductor and stacked on the first inner heat conductor in the direction in which the semiconductor element and the first heat radiator are aligned. It is equipped with the body. The first inner heat conductor comprises a plurality of first graphite layers. The second inner heat conductor comprises a plurality of second graphite layers. The plurality of first graphite layers are stacked in a first direction which is a direction orthogonal to the direction in which the semiconductor element and the first heat dissipation body are arranged. The plurality of second graphite layers are stacked in a direction in which the semiconductor element and the first heat dissipating member are aligned, or in a second direction orthogonal to the direction and orthogonal to the first direction. There is.
この構成によれば、半導体素子が動作すると半導体素子で熱が生じる。半導体素子で生じた熱は、第1放熱体によって放熱される。第1放熱体の第1外側熱伝導体と第1内側熱伝導体と第2内側熱伝導体とによって熱が伝導されて放熱される。半導体素子で生じた熱は、まず半導体素子に接合されている金属の第1外側熱伝導体によって伝導され、続いて第1外側熱伝導体の内部に配置されている第1内側熱伝導体と第2内側熱伝導体とによって伝導され、再び第1外側熱伝導体によって伝導されて外部に放熱される。 According to this configuration, when the semiconductor element operates, heat is generated in the semiconductor element. The heat generated by the semiconductor element is dissipated by the first radiator. Heat is conducted and dissipated by the first outer heat conductor, the first inner heat conductor, and the second inner heat conductor of the first heat radiator. The heat generated in the semiconductor element is first conducted by the first outer thermal conductor of the metal joined to the semiconductor element, and subsequently with the first inner thermal conductor disposed inside the first outer thermal conductor It is conducted by the second inner heat conductor, conducted again by the first outer heat conductor, and dissipated to the outside.
第1内側熱伝導体は複数の第1グラファイト層を備えており、第2内側熱伝導体は複数の第2グラファイト層を備えている。グラファイトの熱伝導率は、金属の熱伝導率より高い。そのため、第1放熱体では、複数の第1グラファイト層と複数の第2グラファイト層とを備えることによって、金属のみの場合よりも効率良く熱を伝導することができる。 The first inner heat conductor comprises a plurality of first graphite layers, and the second inner heat conductor comprises a plurality of second graphite layers. The thermal conductivity of graphite is higher than the thermal conductivity of metals. Therefore, in the first heat radiator, by providing the plurality of first graphite layers and the plurality of second graphite layers, heat can be conducted more efficiently than in the case of using only metal.
各第1グラファイト層の熱伝導率は、グラファイトの炭素原子の結合の関係によって異方性を有している。第1グラファイト層は、複数の第1グラファイト層が積層されている方向には熱をあまり伝導しない。それに対して、第1グラファイト層は、複数の第1グラファイト層が積層されている方向と直交する方向には高い熱伝導率で熱を伝導する。複数の第1グラファイト層は、半導体素子と第1放熱体とが並んでいる方向と直交する方向である第1方向に積層されている。そのため、第1内側熱伝導体では、半導体素子と第1放熱体とが並んでいる方向(複数の第1グラファイト層が積層されている方向と直交する方向)に高い熱伝導率で熱が伝導される。また、第1内側熱伝導体では、第1方向と直交する第2方向(複数の第1グラファイト層が積層されている方向と直交する方向)に高い熱伝導率で熱が伝導される。 The thermal conductivity of each first graphite layer has anisotropy due to the relationship of carbon atom bonding of graphite. The first graphite layer conducts less heat in the direction in which the plurality of first graphite layers are stacked. On the other hand, the first graphite layer conducts heat with high thermal conductivity in the direction orthogonal to the direction in which the plurality of first graphite layers are stacked. The plurality of first graphite layers are stacked in a first direction which is a direction orthogonal to the direction in which the semiconductor element and the first heat dissipation body are arranged. Therefore, in the first inner heat conductor, the heat is conducted with high thermal conductivity in the direction in which the semiconductor element and the first heat sink are aligned (the direction orthogonal to the direction in which the plurality of first graphite layers are stacked) Be done. Further, in the first inner heat conductor, heat is conducted with high thermal conductivity in a second direction (direction orthogonal to the direction in which the plurality of first graphite layers are stacked) orthogonal to the first direction.
同様に、各第2グラファイト層の熱伝導率は、グラファイトの炭素原子の結合の関係によって異方性を有している。第2グラファイト層は、複数の第2グラファイト層が積層されている方向には熱をあまり伝導しない。それに対して、第2グラファイト層は、複数の第2グラファイト層が積層されている方向と直交する方向には高い熱伝導率で熱を伝導する。ある態様では、複数の第2グラファイト層は、半導体素子と第1放熱体とが並んでいる方向に積層されている。そのため、第2内側熱伝導体では、半導体素子と第1放熱体とが並んでいる方向と直交する方向である第1方向と第2方向(いずれも複数の第2グラファイト層が積層されている方向と直交する方向)に高い熱伝導率で熱が伝導される。または、他の態様では、複数の第2グラファイト層は、半導体素子と第1放熱体とが並んでいる方向と直交する方向であって第1方向と直交する第2方向に積層されている。そのため、この第2内側熱伝導体では、半導体素子と第1放熱体とが並んでいる方向(複数の第2グラファイト層が積層されている方向と直交する方向)に高い熱伝導率で熱が伝導される。また、この第2内側熱伝導体では、第2方向と直交する第1方向(複数の第2グラファイト層が積層されている方向と直交する方向)に高い熱伝導率で熱が伝導される。 Similarly, the thermal conductivity of each second graphite layer has anisotropy due to the relationship of the carbon atoms of graphite. The second graphite layer does not conduct much heat in the direction in which the plurality of second graphite layers are stacked. On the other hand, the second graphite layer conducts heat with high thermal conductivity in the direction orthogonal to the direction in which the plurality of second graphite layers are stacked. In one aspect, the plurality of second graphite layers are stacked in the direction in which the semiconductor element and the first heat dissipation body are aligned. Therefore, in the second inner heat conductor, a first direction and a second direction (a plurality of second graphite layers are stacked in a direction perpendicular to the direction in which the semiconductor element and the first heat sink are aligned) Heat is conducted with high thermal conductivity in the direction perpendicular to the direction). Alternatively, in another aspect, the plurality of second graphite layers are stacked in a second direction orthogonal to the direction in which the semiconductor element and the first heat dissipation body are aligned, and orthogonal to the first direction. Therefore, with this second inner heat conductor, heat is transmitted with high thermal conductivity in the direction in which the semiconductor element and the first heat sink are aligned (the direction orthogonal to the direction in which the plurality of second graphite layers are stacked) Conducted. Further, in the second inner heat conductor, heat is conducted with high thermal conductivity in a first direction (direction orthogonal to the direction in which the plurality of second graphite layers are stacked) orthogonal to the second direction.
上記の構成によれば、半導体素子で生じた熱を金属の第1外側熱伝導体によって第1内側熱伝導体と第2内側熱伝導体とに伝導することができる。また、その熱を第1内側熱伝導体と第2内側熱伝導体とによって、半導体素子と第1放熱体とが並んでいる方向と、第1方向と、第2方向とに高い熱伝導率で伝導することができる。また、第1内側熱伝導体と第2内側熱伝導体とによって伝導された熱を第1外側熱伝導体によって多方向に放熱することができる。そのため、上記の構成によれば、半導体素子で生じた熱を第1放熱体の第1外側熱伝導体と第1内側熱伝導体と第2内側熱伝導体とによって効率良く伝導して多方向に放熱することができるので、放熱性を向上させることができる。 According to the above configuration, the heat generated in the semiconductor element can be conducted to the first inner heat conductor and the second inner heat conductor by the metal first outer heat conductor. Moreover, the heat conductivity is high in the direction in which the semiconductor element and the first radiator are aligned, in the first direction, and in the second direction by the first inner heat conductor and the second inner heat conductor. Can be conducted. Also, the heat conducted by the first inner heat conductor and the second inner heat conductor can be dissipated in multiple directions by the first outer heat conductor. Therefore, according to the above configuration, the heat generated in the semiconductor element is efficiently conducted by the first outer heat conductor, the first inner heat conductor, and the second inner heat conductor of the first heat radiator, and the multi-directional Since the heat can be dissipated, the heat dissipation can be improved.
(第1実施例)
実施例に係る半導体装置1について図面を参照して説明する。図1に示すように、実施例に係る半導体装置1は、半導体素子2と、第1放熱体5と、第2放熱体7と、導電板3とを備えている。半導体素子2と、第1放熱体5と、第2放熱体7と、導電板3とは、Z方向に並んでいる。半導体素子2と、第1放熱体5と、第2放熱体7と、導電板3とは、封止樹脂90によって封止されている。封止樹脂90の材料としては、エポキシ樹脂を用いることができる。その他に、封止樹脂90は、硬化剤、応力緩和剤、硬化促進剤、フィラー等を含んでいてもよい。図1に示す半導体装置1は、パワーカードと呼ばれることもある。
(First embodiment)
A
半導体素子2は、例えばシリコン(Si)や炭化ケイ素(SiC)等の基板から形成されている。半導体素子2には、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等の素子構造が形成されている。素子構造が例えばIGBTである場合、半導体素子2には、エミッタ領域、コレクタ領域、ボディ領域、ドリフト領域、ゲート電極などが形成されている(図示省略)。半導体素子2は、半導体装置1の動作時に発熱する。
The
半導体素子2の表面21には、表面電極が配置されている(図示省略)。表面電極は、半導体素子2の表面21を覆っている。表面電極は、導電性を有している。表面電極は、例えばアルミシリコン合金(AlSi)から形成されている。表面電極は、例えば半導体素子2に形成されているエミッタ領域と導通している。
A front surface electrode is disposed on the
半導体素子2の裏面22には、裏面電極が形成されている(図示省略)。裏面電極は、半導体素子2の裏面22を覆っている。裏面電極は、導電性を有している。裏面電極は、例えばニッケル(Ni)から形成されている。裏面電極は、例えば半導体素子2に形成されているコレクタ領域と導通している。
A back surface electrode is formed on the
半導体素子2の裏面22(第1表面の一例)には、第1放熱体5が接合されている。第1放熱体5は、はんだ91によって半導体素子2の裏面22に接合されている。第1放熱体5は、半導体素子2の裏面22に形成されている裏面電極に接合されている。第1放熱体5は、裏面電極と導通している。はんだ91としては、例えばSn系はんだ、SnCu系はんだ、Zn系はんだ等を用いることができる。
The first
第1放熱体5は、第1外側熱伝導体53と、第1内側熱伝導体51と、第2内側熱伝導体52とを備えている。第1外側熱伝導体53は、半導体素子2の裏面22に接合されている。第1外側熱伝導体53は、はんだ91によって半導体素子2の裏面22に形成されている裏面電極に接合されている。第1外側熱伝導体53は、裏面電極と導通している。
The
第1外側熱伝導体53は、例えば銅(Cu)から形成されている。第1外側熱伝導体53は、銅(Cu)以外の金属から形成されていてもよい。第1外側熱伝導体53は、導電性を有している。第1外側熱伝導体53は、箱形に形成されている。第1外側熱伝導体53は、直方体状に形成されている。
The first
第1外側熱伝導体53は、上面536と下面537と側面538とを備えている。第1外側熱伝導体53の上面536は、Z方向において半導体素子2側を向いている。下面537は、Z方向において半導体素子2側と反対側を向いている。第1外側熱伝導体53の下面537は、冷却器201に接触している。冷却器201は、第1放熱体5を冷却する。第1外側熱伝導体53の側面538は、上面536と下面537との間に位置している。側面538は、X方向とY方向とにおいて外側を向いている(Y方向の側面538は図示省略)。
The first
図2に示すように、第1外側熱伝導体53は、第1金属体531と第2金属体532とを備えている。なお、図2では封止樹脂90を省略して示している。第1金属体531は、半導体素子2に接合されている。第1金属体531は、半導体素子2と第2金属体532との間に配置されている。第1金属体531は、第2金属体532の半導体素子2側の面に接合されている。第2金属体532は、第1金属体531に接合されている。第2金属体532は、第1金属体531の半導体素子2側と反対側の面に接合されている。
As shown in FIG. 2, the first
第1外側熱伝導体53の第1金属体531と第2金属体532との境界部56は、第1外側熱伝導体53の上面536と下面537に存在していない。第1金属体531と第2金属体532との境界部56は、第1外側熱伝導体53の側面538に存在している。
The
第1外側熱伝導体53は、第1内側熱伝導体51と第2内側熱伝導体52とを収容している。第1外側熱伝導体53は、第1内側熱伝導体51と第2内側熱伝導体52とを囲んでいる。第1外側熱伝導体53は、収容空間54を備えている。収容空間54は、第1外側熱伝導体53の内部に形成されている。
The first
第1内側熱伝導体51は、第1外側熱伝導体53の内部に配置されている。第1内側熱伝導体51は、第1外側熱伝導体53の収容空間54に配置されている。第1内側熱伝導体51は、第2内側熱伝導体52よりも半導体素子2に近い側に配置されている。
The first
第1内側熱伝導体51は、複数の第1グラファイト層511を備えている。複数の第1グラファイト層511は、半導体素子2と第1放熱体5とが並んでいる方向(Z方向)と直交する方向である第1方向(X方向)に積層されている。各第1グラファイト層511は、グラファイトから形成されている。各第1グラファイト層511は、複数のグラフェン(図示省略)が積層されることによって形成されている。グラファイトの熱伝導率は、高熱伝導率方向では金属の熱伝導率より高い。銅(Cu)の熱伝導率は、約390W/mKである。また、銀(Ag)の熱伝導率は、約420W/mKである。
The first
第1グラファイト層511の熱伝導率は、炭素原子の結合の関係によって異方性を有している。熱伝導率が比較的高い方向と、熱伝導率が比較的高い方向とが存在している。図3に示すように、第1グラファイト層511の面内方向(第1高熱伝導率方向D1及び第2高熱伝導率方向D2)における熱伝導率が、面外方向(低熱伝導率方向D3)における熱伝導率より高い。第1高熱伝導率方向D1及び第2高熱伝導率方向D2における熱伝導率は、約800〜1900W/mKである。低熱伝導率方向D3における熱伝導率は、約3〜10W/mKである。第1高熱伝導率方向D1と第2高熱伝導率方向D2と低熱伝導率方向D3とは互いに直交している。第1グラファイト層511の面外方向(低熱伝導率方向D3)は、第1グラファイト層511の厚み方向である。
The thermal conductivity of the
図2に示すように、各第1グラファイト層511は、その第1高熱伝導率方向D1が、半導体素子2と第1放熱体5とが並んでいる方向(Z方向)と一致するように配置されている。各第1グラファイト層511は、その低熱伝導率方向D3が、半導体素子2と第1放熱体5とが並んでいる方向(Z方向)と直交するように配置されている。各第1グラファイト層511は、Z方向に高い熱伝導率で熱を伝導する。各第1グラファイト層511は、Z方向と直交する方向において、複数の第1グラファイト層511が積層されている方向である第1方向(X方向)には熱をあまり伝達しない。各第1グラファイト層511は、Z方向と直交する方向であって、第1方向(X方向)と直交する第2方向(Y方向)に高い熱伝導率で熱を伝導する。
As shown in FIG. 2, each
第2内側熱伝導体52は、第1外側熱伝導体53の内部に配置されている。第2内側熱伝導体52は、第1外側熱伝導体53の収容空間54に配置されている。第2内側熱伝導体52は、第1内側熱伝導体51よりも半導体素子2から遠い側に配置されている。
The second
第2内側熱伝導体52は、複数の第2グラファイト層521を備えている。複数の第2グラファイト層521は、半導体素子2と第1放熱体5とが並んでいる方向(Z方向)に積層されている。各第2グラファイト層521は、グラファイトから形成されている。各第2グラファイト層521は、複数のグラフェン(図示省略)が積層されることによって形成されている。
The second
第2グラファイト層521の熱伝導率は、炭素原子の結合の関係によって異方性を有している。熱伝導率が比較的高い方向と、熱伝導率が比較的高い方向とが存在している。図3に示すように、第2グラファイト層521の面内方向(第1高熱伝導率方向D1及び第2高熱伝導率方向D2)における熱伝導率が、面外方向(低熱伝導率方向D3)における熱伝導率より高い。第1高熱伝導率方向D1及び第2高熱伝導率方向D2における熱伝導率は、約800〜1900W/mKである。低熱伝導率方向D3における熱伝導率は、約3〜10W/mKである。第1高熱伝導率方向D1と第2高熱伝導率方向D2と低熱伝導率方向D3とは互いに直交している。第2グラファイト層521の面外方向(低熱伝導率方向D3)は、第2グラファイト層521の厚み方向である。
The thermal conductivity of the
図2に示すように、各第2グラファイト層521は、その第1高熱伝導率方向D1が、半導体素子2と第1放熱体5とが並んでいる方向(Z方向)と直交するように配置されている。各第2グラファイト層521は、その低熱伝導率方向D3が、半導体素子2と第1放熱体5とが並んでいる方向(Z方向)と一致するように配置されている。各第2グラファイト層521は、Z方向には熱をあまり伝達しない。各第1グラファイト層511は、Z方向と直交する方向である第1方向(X方向)と第2方向(Y方向)に高い熱伝導率で熱を伝導する。
As shown in FIG. 2, each
第1内側熱伝導体51と第2内側熱伝導体52とは、Z方向に積層されている。第1外側熱伝導体53と第1内側熱伝導体51との間には、ろう材96が配置されている。第1内側熱伝導体51と第2内側熱伝導体52との間には、ろう材97が配置されている。第1外側熱伝導体53と第2内側熱伝導体52との間には、ろう材98が配置されている。第1内側熱伝導体51と第2内側熱伝導体52とは、ろう材97によって接合されている。第1外側熱伝導体53と第1内側熱伝導体51とは、ろう材96によって接合されている。第1外側熱伝導体53と第2内側熱伝導体52とは、ろう材98によって接合されている。
The first
各ろう材96、97、98としては、例えばAg系ろう材等を用いることができる。各ろう材96、97、98は、チタン(Ti)を含有している。各ろう材96、97、98のチタン(Ti)の含有率は、例えば5wt%以下である。チタン(Ti)の含有率は、3〜5wt%であってもよい。また、チタン(Ti)の含有率は、3wt%以下であってもよい。各ろう材96、97、98のZ方向の厚みは、例えば50μmである。Z方向の厚みは、50μm以下であってもよい。また、Z方向の厚みは、25μm以下であってもよい。
As each brazing
図1に示すように、半導体素子2の表面21(第2表面の一例)には、導電板3が接合されている。半導体素子2の表面21は裏面22と反対側の面である。導電板3は、はんだ92によって半導体素子2の表面21に接合されている。導電板3は、半導体素子2の表面21に形成されている表面電極に接合されている。
As shown in FIG. 1, a
導電板3は、板状に形成されている。導電板3は、例えば銅(Cu)から形成されている。導電板3は、導電性および熱伝導性を有している。導電板3は、半導体素子2と第2放熱体7の間に配置されており、両者の間のスペーサーとしての機能を有している。
The
導電板3には、第2放熱体7が接合されている。第2放熱体7は、はんだ93によって導電板3に接合されている。第2放熱体7は、はんだ92、93と導電板3を介して半導体素子2の表面21に接合されている。第2放熱体7は、半導体素子2の表面21に形成されている表面電極に接合されている。第2放熱体7は、表面電極と導通している。はんだ92、93としては、例えばSn系はんだ、SnCu系はんだ、Zn系はんだ等を用いることができる。
The second
第2放熱体7は、第2外側熱伝導体73と、第3内側熱伝導体71と、第4内側熱伝導体72とを備えている。第2外側熱伝導体73は、はんだ92、93と導電板3を介して半導体素子2の表面21に接合されている。第2外側熱伝導体73は、はんだ92、93と導電板3を介して半導体素子2の表面21に形成されている表面電極に接合されている。第2外側熱伝導体73は、表面電極と導通している。
The
第2外側熱伝導体73は、例えば銅(Cu)から形成されている。第2外側熱伝導体73は、銅(Cu)以外の金属から形成されていてもよい。第2外側熱伝導体73は、導電性を有している。第2外側熱伝導体73は、箱形に形成されている。第2外側熱伝導体73は、直方体状に形成されている。
The second
第2外側熱伝導体73は、下面736と上面737と側面738とを備えている。第2外側熱伝導体73の下面736は、Z方向において半導体素子2側を向いている。上面737は、Z方向において半導体素子2側と反対側を向いている。第2外側熱伝導体73の上面737は、冷却器202に接触している。冷却器202は、第2放熱体7を冷却する。第2外側熱伝導体73の側面738は、下面736と上面737との間に位置している。側面738は、X方向とY方向とにおいて外側を向いている(Y方向の側面738は図示省略)。
The second
図4に示すように、第2外側熱伝導体73は、第1金属体731と第2金属体732とを備えている。なお、図4では封止樹脂90を省略して示している。第1金属体731は、はんだ92、93と導電板3を介して半導体素子2に接合されている。第1金属体731は、導電板3と第2金属体732との間に配置されている。第1金属体731は、第2金属体732の導電板3側の面に接合されている。第2金属体732は、第1金属体731に接合されている。第2金属体732は、第1金属体731の導電板3側と反対側の面に接合されている。
As shown in FIG. 4, the second
第2外側熱伝導体73の第1金属体731と第2金属体732との境界部76は、第2外側熱伝導体73の下面736と上面737に存在していない。第1金属体731と第2金属体732との境界部76は、第2外側熱伝導体73の側面738に存在している。
The
第2外側熱伝導体73は、第3内側熱伝導体71と第4内側熱伝導体72とを収容している。第2外側熱伝導体73は、第3内側熱伝導体71と第4内側熱伝導体72とを囲んでいる。第2外側熱伝導体73は、収容空間74を備えている。収容空間74は、第2外側熱伝導体73の内部に形成されている。
The second
第3内側熱伝導体71は、第2外側熱伝導体73の内部に配置されている。第3内側熱伝導体71は、第2外側熱伝導体73の収容空間74に配置されている。第3内側熱伝導体71は、第4内側熱伝導体72よりも半導体素子2に近い側に配置されている。
The third
第3内側熱伝導体71は、複数の第3グラファイト層711を備えている。複数の第3グラファイト層711は、半導体素子2と第2放熱体7とが並んでいる方向(Z方向)と直交する方向である第1方向(X方向)に積層されている。各第3グラファイト層711は、グラファイトから形成されている。各第3グラファイト層711は、複数のグラフェン(図示省略)が積層されることによって形成されている。
The third
第3グラファイト層711の熱伝導率は、炭素原子の結合の関係によって異方性を有している。熱伝導率が比較的高い方向と、熱伝導率が比較的高い方向とが存在している。図3に示すように、第3グラファイト層711の面内方向(第1高熱伝導率方向D1及び第2高熱伝導率方向D2)における熱伝導率が、面外方向(低熱伝導率方向D3)における熱伝導率より高い。第1高熱伝導率方向D1及び第2高熱伝導率方向D2における熱伝導率は、約800〜1900W/mKである。低熱伝導率方向D3における熱伝導率は、約3〜10W/mKである。第1高熱伝導率方向D1と第2高熱伝導率方向D2と低熱伝導率方向D3とは互いに直交している。第3グラファイト層711の面外方向(低熱伝導率方向D3)は、第3グラファイト層711の厚み方向である。
The thermal conductivity of the
図4に示すように、各第3グラファイト層711は、その第1高熱伝導率方向D1が、半導体素子2と第2放熱体7とが並んでいる方向(Z方向)と一致するように配置されている。各第3グラファイト層711は、その低熱伝導率方向D3が、半導体素子2と第2放熱体7とが並んでいる方向(Z方向)と直交するように配置されている。各第3グラファイト層711は、Z方向に高い熱伝導率で熱を伝導する。各第3グラファイト層711は、Z方向と直交する方向において、複数の第3グラファイト層711が積層されている方向である第1方向(X方向)には熱をあまり伝達しない。各第3グラファイト層711は、Z方向と直交する方向であって、第1方向(X方向)と直交する第2方向(Y方向)に高い熱伝導率で熱を伝導する。
As shown in FIG. 4, each
第4内側熱伝導体72は、第2外側熱伝導体73の内部に配置されている。第4内側熱伝導体72は、第2外側熱伝導体73の収容空間74に配置されている。第4内側熱伝導体72は、第3内側熱伝導体71よりも半導体素子2から遠い側に配置されている。
The fourth
第4内側熱伝導体72は、複数の第4グラファイト層721を備えている。複数の第4グラファイト層721は、半導体素子2と第2放熱体7とが並んでいる方向(Z方向)に積層されている。各第4グラファイト層721は、グラファイトから形成されている。各第4グラファイト層721は、複数のグラフェン(図示省略)が積層されることによって形成されている。
The fourth
第4グラファイト層721の熱伝導率は、炭素原子の結合の関係によって異方性を有している。熱伝導率が比較的高い方向と、熱伝導率が比較的高い方向とが存在している。図3に示すように、第4グラファイト層721の面内方向(第1高熱伝導率方向D1及び第2高熱伝導率方向D2)における熱伝導率が、面外方向(低熱伝導率方向D3)における熱伝導率より高い。第1高熱伝導率方向D1及び第2高熱伝導率方向D2における熱伝導率は、約800〜1900W/mKである。低熱伝導率方向D3における熱伝導率は、約3〜10W/mKである。第1高熱伝導率方向D1と第2高熱伝導率方向D2と低熱伝導率方向D3とは互いに直交している。第4グラファイト層721の面外方向(低熱伝導率方向D3)は、第4グラファイト層721の厚み方向である。
The thermal conductivity of the
図4に示すように、各第4グラファイト層721は、その第1高熱伝導率方向D1が、半導体素子2と第2放熱体7とが並んでいる方向(Z方向)と直交するように配置されている。各第4グラファイト層721は、その低熱伝導率方向D3が、半導体素子2と第2放熱体7とが並んでいる方向(Z方向)と一致するように配置されている。各第4グラファイト層721は、Z方向には熱をあまり伝達しない。各第3グラファイト層711は、Z方向と直交する方向である第1方向(X方向)と第2方向(Y方向)に高い熱伝導率で熱を伝導する。
As shown in FIG. 4, each
第3内側熱伝導体71と第4内側熱伝導体72とは、Z方向に積層されている。第2外側熱伝導体73と第3内側熱伝導体71との間には、ろう材86が配置されている。第3内側熱伝導体71と第4内側熱伝導体72との間には、ろう材87が配置されている。第2外側熱伝導体73と第4内側熱伝導体72との間には、ろう材88が配置されている。ろう材86、87、88としては、例えばAg系ろう材等を用いることができる。第3内側熱伝導体71と第4内側熱伝導体72とは、ろう材87によって接合されている。第2外側熱伝導体73と第3内側熱伝導体71とは、ろう材86によって接合されている。第2外側熱伝導体73と第4内側熱伝導体72とは、ろう材88によって接合されている。
The third
以上、第1実施例に係る半導体装置1について説明した。上述の説明から明らかなように、半導体装置1では、第1放熱体5が、半導体素子2の裏面22に接合されている金属の第1外側熱伝導体53と、第1外側熱伝導体53の内部に配置されている第1内側熱伝導体51及び第2内側熱伝導体52とを備えている。第1内側熱伝導体51と第2内側熱伝導体52とは、半導体素子2と第1放熱体5とが並んでいる方向(Z方向)において積層されている。第1内側熱伝導体51は、複数の第1グラファイト層511を備えている。複数の第1グラファイト層511は、半導体素子2と第1放熱体5とが並んでいる方向(Z方向)と直交する方向である第1方向(X方向)に積層されている。第2内側熱伝導体52は、複数の第2グラファイト層521を備えている。複数の第2グラファイト層521は、半導体素子2と第1放熱体5とが並んでいる方向(Z方向)に積層されている。
The
この構成によれば、半導体素子2が動作することによって生じた熱が第1放熱体5によって放熱される。半導体素子2で生じた熱は、半導体素子2に接合されている第1外側熱伝導体53に伝導され、続いて第1外側熱伝導体53の内部に配置されている第1内側熱伝導体51及び第2内側熱伝導体52に伝導され、再び第1外側熱伝導体53に伝導されて外部に放熱される。
According to this configuration, the heat generated by the operation of the
グラファイトの熱伝導率は、金属の熱伝導率より高い。第1放熱体5では、複数の第1グラファイト層511と複数の第2グラファイト層521とを備えることによって、金属のみの場合よりも効率良く熱を伝導することができる。
The thermal conductivity of graphite is higher than the thermal conductivity of metals. The
第1内側熱伝導体51を構成する複数の第1グラファイト層511は、熱伝導率において異方性を有している。各第1グラファイト層511は、複数の第1グラファイト層511が積層されている第1方向(X方向)には熱をあまり伝導しない。それに対して、各第1グラファイト層511は、複数の第1グラファイト層511が積層されている第1方向(X方向)と直交する方向(Y方向とZ方向)には高い熱伝導率で熱を伝導する。そのため、第1内側熱伝導体51では、半導体素子2と第1放熱体5とが並んでいる方向(Z方向)に高い熱伝導率で熱が伝導される。また、第1内側熱伝導体51では、Z方向に直交する方向であって、第1方向(X方向)に直交する第2方向(Y方向)に高い熱伝導率で熱が伝導される。
The plurality of first graphite layers 511 constituting the first
同様に、第2内側熱伝導体52を構成する複数の第2グラファイト層521は、熱伝導率において異方性を有している。各第2グラファイト層521は、複数の第2グラファイト層521が積層されている方向(Z方向)には熱をあまり伝導しない。それに対して、各第2グラファイト層521は、複数の第2グラファイト層521が積層されている方向(Z方向)と直交する方向(X方向とY方向)には高い熱伝導率で熱を伝導する。そのため、第2内側熱伝導体52では、半導体素子2と第1放熱体5とが並んでいる方向(Z方向)と直交する方向である第1方向(X方向)と第2方向(Y方向)とに高い熱伝導率で熱が伝導される。
Similarly, the plurality of second graphite layers 521 constituting the second
上記の構成によれば、半導体素子2で生じた熱を金属の第1外側熱伝導体53によって第1内側熱伝導体51と第2内側熱伝導体52とに伝導することができる。また、その熱を第1内側熱伝導体51と第2内側熱伝導体52とによって、半導体素子2と第1放熱体5とが並んでいる方向(Z方向)と、第1方向(X方向)と、第2方向(Y方向)とに高い熱伝導率で伝導することができる。また、第1内側熱伝導体51と第2内側熱伝導体52とによって伝導された熱を第1外側熱伝導体53によって多方向に放熱することができる。そのため、上記の構成によれば、半導体素子2で生じた熱を第1放熱体5の第1外側熱伝導体53と第1内側熱伝導体51と第2内側熱伝導体52とによって効率良く伝導して多方向に放熱することができるので、放熱性を向上させることができる。なお、複数の第1グラファイト層511の積層方向と複数の第2グラファイト層521の積層方向とが一致していると、熱を伝導する方向が一致してしまうので多方向に放熱することができなくなる。
According to the above configuration, the heat generated in the
また、半導体装置1は、半導体素子2の表面21に接合されている第2放熱体7を備えている。第2放熱体7は、第1放熱体5と同様の構成を備えている。そのため、半導体素子2の裏面22側だけではなく、それとは反対側の表面21側においても放熱性を向上させることができる。
The
以上、一実施例について説明したが、具体的な態様は上記実施例に限定されるものではない。以下の説明において、上述の説明における構成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。 As mentioned above, although one Example was described, a specific aspect is not limited to the said Example. In the following description, the same components as those in the above description will be assigned the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted.
(第2実施例)
図5に示すように、第2実施例に係る半導体装置1では、第1放熱体5の第1外側熱伝導体53が、外側に突出している突出部55を付加的に備えていてもよい。突出部55は、例えば銅(Cu)から形成されている。突出部55は、銅(Cu)以外の金属から形成されていてもよい。突出部55は、第1外側熱伝導体53の第1金属体531に固定されている。突出部55は、第1外側熱伝導体53の第1金属体531と一体または別体で形成されている。突出部55は、封止樹脂90によって封止されている。突出部55は、半導体素子2と第1放熱体5とが並んでいる方向(Z方向)と直交する第1方向(X方向)に突出している。突出部55は、第1方向(X方向)と直交する第2方向(Y方向)にも突出している(図示省略)。
Second Embodiment
As shown in FIG. 5, in the
同様に、第2放熱体7の第2外側熱伝導体73が、外側に突出している突出部75を付加的に備えていてもよい。突出部75は、例えば銅(Cu)から形成されている。突出部75は、銅(Cu)以外の金属から形成されていてもよい。突出部75は、第2外側熱伝導体73の第1金属体731に固定されている。突出部75は、第2外側熱伝導体73の第1金属体731と一体または別体で形成されている。突出部75は、封止樹脂90によって封止されている。突出部75は、半導体素子2と第2放熱体7とが並んでいる方向(Z方向)と直交する第1方向(X方向)に突出している。突出部75は、第1方向(X方向)と直交する第2方向(Y方向)にも突出している(図示省略)。
Similarly, the second
また、図6に示すように、第1放熱体5における突出部55は、半導体素子2と第1放熱体5とが並んでいる方向(Z方向)に突出していてもよい。同様に、第2放熱体7における突出部75は、半導体素子2と第2放熱体7とが並んでいる方向(Z方向)に突出していてもよい。
Further, as shown in FIG. 6, the
グラファイトの熱容量は金属の熱容量より小さい。そのため、第1放熱体5が複数の第1グラファイト層511と複数の第2グラファイト層521とを備えている構成では、第1放熱体5が金属のみで構成されている場合よりも、第1放熱体5の熱容量が小さくなる。上記の構成によれば、第1外側熱伝導体53が金属の突出部55を備えているので、第1放熱体5の熱容量を向上させることができる。そのため、半導体素子2で生じた熱が第1放熱体5に伝導される際に、第1放熱体5の温度が急激に上昇することを抑制することができる。第2放熱体7についても同様である。
The heat capacity of graphite is smaller than the heat capacity of metal. Therefore, in the configuration in which the first
また、上記の半導体装置1では、第1外側熱伝導体53の第1金属体531と第2金属体532との境界部56が、第1外側熱伝導体53の上面536と下面537に存在していない。第1金属体531と第2金属体532との境界部56は、第1外側熱伝導体53の側面538に存在している。そのため、第1外側熱伝導体53の上面536と下面537を均一な面にすることができる。第2外側熱伝導体73についても同様である。
Further, in the
(その他の実施例)
上記の実施例では、第1内側熱伝導体51が、第2内側熱伝導体52よりも半導体素子2に近い側に配置されていたが、この構成に限定されるものではない。いくつかの実施例では、それとは逆に、第2内側熱伝導体52が、第1内側熱伝導体51よりも半導体素子2に近い側に配置されていてもよい。
(Other embodiments)
Although the first
同様に、上記の実施例では、第3内側熱伝導体71が、第4内側熱伝導体72よりも半導体素子2に近い側に配置されていたが、この構成に限定されるものではない。いくつかの実施例では、それとは逆に、第4内側熱伝導体72が、第3内側熱伝導体71よりも半導体素子2に近い側に配置されていてもよい。
Similarly, although the third
上記の実施例では、複数の第2グラファイト層521が、半導体素子2と第1放熱体5とが並んでいる方向(Z方向)に積層されていたが、この構成に限定されるものではない。いくつかの実施例では、複数の第2グラファイト層521が、半導体素子2と第1放熱体5とが並んでいる方向(Z方向)と直交する方向であって、第1方向(X方向)と直交する第2方向(Y方向)に積層されていてもよい。複数の第1グラファイト層511が積層されている第1方向(X方向)と、複数の第2グラファイト層521が積層されている第2方向(Y方向)とは直交している。
In the above embodiment, the plurality of second graphite layers 521 are stacked in the direction (Z direction) in which the
各第2グラファイト層521は、複数の第2グラファイト層521が積層されている方向(Y方向)には熱をあまり伝導しない。それに対して、各第2グラファイト層521は、複数の第2グラファイト層521が積層されている方向(Y方向)と直交する方向(X方向とZ方向)には高い熱伝導率で熱を伝導する。そのため、第2内側熱伝導体52では、Z方向とX方向に高い熱伝導率で熱を伝導することができる。第1内側熱伝導体51と第2内側熱伝導体52とによって、X方向とY方向とZ方向とに高い熱伝導率で熱を伝導することができる。特にZ方向に効率良く熱を伝導することができる。
Each
同様に、上記の実施例では、複数の第4グラファイト層721が、半導体素子2と第2放熱体7とが並んでいる方向(Z方向)に積層されていたが、この構成に限定されるものではない。いくつかの実施例では、複数の第4グラファイト層721が、半導体素子2と第2放熱体7とが並んでいる方向(Z方向)と直交する方向であって、第1方向(X方向)と直交する第2方向(Y方向)に積層されていてもよい。複数の第3グラファイト層711が積層されている第1方向(X方向)と、複数の第4グラファイト層721が積層されている第2方向(Y方向)とは直交している。この構成によれば、上記と同様に、第3内側熱伝導体71と第4内側熱伝導体72とによって、X方向とY方向とZ方向とに高い熱伝導率で熱を伝導することができる。特にZ方向に効率良く熱を伝導することができる。
Similarly, in the above embodiment, the plurality of fourth graphite layers 721 are stacked in the direction (Z direction) in which the
上記の実施例では、第1外側熱伝導体53の第1金属体531と第2金属体532との境界部56が、第1外側熱伝導体53の下面537に存在していない構成であったが、この構成に限定されるものではない。いくつかの実施例では、第1金属体531と第2金属体532との境界部56が、第1外側熱伝導体53の下面537に存在していてもよい。
In the above embodiment, the
同様に、上記の実施例では、第2外側熱伝導体73の第1金属体731と第2金属体732との境界部76が、第2外側熱伝導体73の上面737に存在していない構成であったが、この構成に限定されるものではない。いくつかの実施例では、第1金属体731と第2金属体732との境界部76が、第2外側熱伝導体73の上面737に存在していてもよい。
Similarly, in the above embodiment, the
上記の半導体装置1を製造する場合は、半導体素子2に第1放熱体5を接合する前または接合した後に、第1放熱体5の第1外側熱伝導体53の下面537を工作機械によって削ることがある。そのため、第1外側熱伝導体53の下面537側に削り代を設けておいてもよい。
In the case of manufacturing the
図7に示すように、第1外側熱伝導体53は、第1金属体531と第2金属体532と第3金属体533とを備えていてもよい。第1金属体531と第2金属体532と第3金属体533とは、半導体素子2に近い側から遠い側に向けてZ方向に並んでいる。なお、図7では封止樹脂90を省略して示している。第1金属体531は、半導体素子2に接合されている。第1金属体531は、半導体素子2と第2金属体532との間に配置されている。第1金属体531は、第2金属体532の半導体素子2側の面に接合されている。第2金属体532は、第1金属体531に接合されている。第2金属体532は、第1金属体531と第3金属体533との間に配置されている。第2金属体532は、第1金属体531の半導体素子2側と反対側の面に接合されている。また、第2金属体532は、第3金属体533の半導体素子2側の面に接合されている。第3金属体533は、第2金属体532に接合されている。第3金属体533は、第2金属体532の半導体素子2側と反対側の面に接合されている。
As shown in FIG. 7, the first
第1外側熱伝導体53の第1金属体531と第2金属体532との境界部56は、第1外側熱伝導体53の上面536と下面537に存在していない。第1金属体531と第2金属体532との境界部56は、第1外側熱伝導体53の側面538に存在している。
The
第1外側熱伝導体53の第2金属体532と第3金属体533との境界部57は、第1外側熱伝導体53の上面536と下面537に存在していない。第2金属体532と第3金属体533との境界部57は、第1外側熱伝導体53の側面538に存在している。
The
上記の実施例では、第2放熱体7が、第2外側熱伝導体73と、第3内側熱伝導体71と、第4内側熱伝導体72とを備えている構成であったが、この構成に限定されるものではない。他の実施例では、第2放熱体7が、これらの構成を備えておらず、金属のみから形成されていてもよい。第2放熱体7は中実の金属体であり、その内部に第3内側熱伝導体71と第4内側熱伝導体72が配置されていない。第2放熱体7を構成する金属は、例えば銅(Cu)やアルミニウム(Al)である。この第2放熱体7は、はんだ92、93と導電板3を介して半導体素子2の表面21に接合されている。第2放熱体7は、半導体素子2の表面21に形成されている表面電極に接合されている。第2放熱体7は、表面電極と導通している。この構成によれば、第2放熱体7が中実の金属体であるので、例えば超音波やX線を用いて半導体装置1を検査するときに第2放熱体7を明確に確認することができる。また、第2放熱体7にグラファイトが用いられないので、半導体装置1のコストを低減することができる。
In the above embodiment, the second
上記の実施例では、半導体素子2と第2放熱体7の間に導電板3がスペーサーとして配置されていたが、この構成に限定されるものではなく、導電板3を設けなくてもよい。この場合、第2放熱体7は、はんだ93と導電板3を介さずに、はんだ92によって半導体素子2の表面21に接合されている。この構成によれば、半導体素子2と第2放熱体7の間に導電板3が介在しないので、半導体素子2と第2放熱体7の接触面積を拡大することができる。そのため、半導体素子2で生じた熱を放熱するときの放熱面積を拡大することができ、放熱性を向上させることができる。また、半導体装置1のZ方向の厚みを薄くすることができる。
In the above embodiment, the
(第1試験例)
上記の半導体装置1における第1放熱体5の熱伝導率について試験を行った。第1試験例では、第1放熱体5における各ろう材96、97、98のチタン(Ti)の含有率を3〜5wt%とした。また、各ろう材96、97、98のZ方向の厚みを50μmとした。この場合に、第1放熱体5におけるグラファイトの割合を変えて第1放熱体5の熱伝導率を測定した。測定結果を図8に示す。図8に示すように、第1放熱体5におけるグラファイトの割合が85wt%以上である場合は、85wt%未満である場合よりも、第1放熱体5の熱伝導率が顕著に高いことが確認された。また、第1放熱体5におけるグラファイトの割合が87wt%以上である場合は、87wt%未満である場合よりも、第1放熱体5の熱伝導率が更に高いことが確認された。また、第1放熱体5におけるグラファイトの割合が93wt%以上である場合は、93wt%未満である場合よりも、第1放熱体5の熱伝導率が更に高いことが確認された。
(First test example)
A test was conducted on the thermal conductivity of the
(第2試験例)
第2試験例では、第1放熱体5における各ろう材96、97、98のチタン(Ti)の含有率を3wt%以下とした。また、各ろう材96、97、98のZ方向の厚みを25μm以下とした。この場合に、第1放熱体5におけるグラファイトの割合を変えて第1放熱体5の熱伝導率を測定した。測定結果を図9に示す。図9に示すように、第1放熱体5におけるグラファイトの割合が60wt%以上である場合は、上記の第1試験例における86wt%以上の場合と同程度の熱伝導率になることが確認された。また、第1放熱体5におけるグラファイトの割合が68wt%以上である場合は、68wt%未満である場合よりも、第1放熱体5の熱伝導率が更に高いことが確認された。また、第1放熱体5におけるグラファイトの割合が74wt%以上である場合は、74wt%未満である場合よりも、第1放熱体5の熱伝導率が更に高いことが確認された。
(Second test example)
In the second test example, the content of titanium (Ti) in each of the
本明細書が開示する技術要素について、以下に列記する。なお、以下の各技術要素は、それぞれ独立して有用なものである。 The technical elements disclosed in the present specification are listed below. The following technical elements are useful independently of one another.
半導体装置は、半導体素子の第1表面と反対側の第2表面に接合されている第2放熱体を更に備えていてもよい。第2放熱体は、半導体素子の第2表面に接合されている金属の第2外側熱伝導体と、第2外側熱伝導体の内部に配置されている第3内側熱伝導体と、第2外側熱伝導体の内部に配置されており、半導体素子と第2放熱体とが並んでいる方向において第3内側熱伝導体に積層されている第4内側熱伝導体と、を備えていてもよい。第3内側熱伝導体は、複数の第3グラファイト層を備えていてもよい。第4内側熱伝導体は、複数の第4グラファイト層を備えていてもよい。複数の第3グラファイト層は、半導体素子と第2放熱体とが並んでいる方向と直交する方向である第3方向に積層されていてもよい。複数の第4グラファイト層は、半導体素子と第2放熱体とが並んでいる方向、または、その方向と直交する方向であって第3方向と直交する第4方向に積層されていてもよい。 The semiconductor device may further include a second heat dissipator joined to a second surface opposite to the first surface of the semiconductor element. The second heat dissipating member includes a metal second outer heat conductor joined to the second surface of the semiconductor element, a third inner heat conductor disposed inside the second outer heat conductor, and And a fourth inner heat conductor disposed inside the outer heat conductor and stacked on the third inner heat conductor in the direction in which the semiconductor element and the second heat sink are aligned. Good. The third inner thermal conductor may comprise a plurality of third graphite layers. The fourth inner heat conductor may comprise a plurality of fourth graphite layers. The plurality of third graphite layers may be stacked in a third direction which is a direction orthogonal to the direction in which the semiconductor element and the second heat dissipation body are arranged. The plurality of fourth graphite layers may be stacked in a direction in which the semiconductor element and the second heat dissipating member are aligned, or in a fourth direction which is a direction perpendicular to the direction and perpendicular to the third direction.
この構成によれば、半導体素子の第1表面側だけではなく、それとは反対側の第2表面側においても放熱性を向上させることができる。 According to this configuration, the heat dissipation can be improved not only on the first surface side of the semiconductor element, but also on the second surface side opposite to that.
半導体素子と第1放熱体と第2放熱体とが封止樹脂によって封止されていてもよい。 The semiconductor element, the first radiator, and the second radiator may be sealed by a sealing resin.
第1外側熱伝導体は、外側に突出している突出部を備えていてもよい。 The first outer heat conductor may comprise an outwardly projecting projection.
この構成によれば、第1放熱体の熱容量を向上させることができる。そのため、半導体素子で生じた熱が第1放熱体に伝導される際に、第1放熱体の温度が急激に上昇することを抑制することができる。 According to this configuration, the heat capacity of the first heat radiating body can be improved. Therefore, when the heat which arose in the semiconductor element is conducted to the 1st heat dissipation body, it can control that the temperature of the 1st heat dissipation body rises rapidly.
半導体装置は、半導体素子の第1表面と反対側の第2表面に接合されている第2放熱体を更に備えていてもよい。第2放熱体は、中実の金属体であってもよい。 The semiconductor device may further include a second heat dissipator joined to a second surface opposite to the first surface of the semiconductor element. The second radiator may be a solid metal body.
この構成によれば、例えば超音波やX線を用いて半導体装置を検査するときに第2放熱体を明確に確認することができる。 According to this configuration, when the semiconductor device is inspected using, for example, ultrasonic waves or X-rays, the second radiator can be clearly confirmed.
なお、上記の実施例におけるX方向とY方向とZ方向は説明のための便宜的な方向であり、互いに変更可能である。 Note that the X direction, the Y direction, and the Z direction in the above-described embodiment are directions for convenience of description, and can be mutually changed.
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 As mentioned above, although the specific example of this invention was described in detail, these are only an illustration and do not limit a claim. The art set forth in the claims includes various variations and modifications of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness singly or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of application. In addition, the techniques exemplified in the present specification or the drawings can simultaneously achieve a plurality of purposes, and achieving one of the purposes itself has technical utility.
1 :半導体装置
2 :半導体素子
5 :第1放熱体
7 :第2放熱体
21 :表面
22 :裏面
51 :第1内側熱伝導体
52 :第2内側熱伝導体
53 :第1外側熱伝導体
55 :突出部
71 :第3内側熱伝導体
72 :第4内側熱伝導体
73 :第2外側熱伝導体
75 :突出部
90 :封止樹脂
511 :第1グラファイト層
521 :第2グラファイト層
711 :第3グラファイト層
721 :第4グラファイト層
1: Semiconductor Device 2: Semiconductor Element 5: First Radiator 7: Second Radiator 21: Surface 22: Back 51: First Inner Thermal Conductor 52: Second Inner Thermal Conductor 53: First Outer Thermal Conductor 55: projection 71: third inner heat conductor 72: fourth inner heat conductor 73: second outer heat conductor 75: protrusion 90: sealing resin 511: first graphite layer 521: second graphite layer 711 : Third graphite layer 721: Fourth graphite layer
Claims (5)
前記半導体素子の第1表面に接合されている第1放熱体と、を備えており、
前記第1放熱体は、
前記半導体素子の前記第1表面に接合されている金属の第1外側熱伝導体と、
前記第1外側熱伝導体の内部に配置されている第1内側熱伝導体と、
前記第1外側熱伝導体の内部に配置されており、前記半導体素子と前記第1放熱体とが並んでいる方向において前記第1内側熱伝導体に積層されている第2内側熱伝導体と、を備えており、
前記第1内側熱伝導体は、複数の第1グラファイト層を備えており、
前記第2内側熱伝導体は、複数の第2グラファイト層を備えており、
複数の前記第1グラファイト層は、前記半導体素子と前記第1放熱体とが並んでいる方向と直交する方向である第1方向に積層されており、
複数の前記第2グラファイト層は、前記半導体素子と前記第1放熱体とが並んでいる方向、または、その方向と直交する方向であって前記第1方向と直交する第2方向に積層されている、半導体装置。 A semiconductor element,
A first heat dissipating body joined to the first surface of the semiconductor element;
The first radiator is
A first outer thermal conductor of metal bonded to the first surface of the semiconductor element;
A first inner heat conductor disposed inside the first outer heat conductor;
A second inner heat conductor disposed inside the first outer heat conductor and stacked on the first inner heat conductor in a direction in which the semiconductor element and the first heat dissipation body are aligned , And,
The first inner heat conductor comprises a plurality of first graphite layers,
The second inner heat conductor comprises a plurality of second graphite layers,
The plurality of first graphite layers are stacked in a first direction which is a direction orthogonal to the direction in which the semiconductor element and the first heat dissipation body are arranged,
The plurality of second graphite layers are stacked in a direction in which the semiconductor element and the first heat dissipating member are aligned, or in a second direction orthogonal to the direction and orthogonal to the first direction. Semiconductor devices.
前記第2放熱体は、
前記半導体素子の前記第2表面に接合されている金属の第2外側熱伝導体と、
前記第2外側熱伝導体の内部に配置されている第3内側熱伝導体と、
前記第2外側熱伝導体の内部に配置されており、前記半導体素子と前記第2放熱体とが並んでいる方向において前記第3内側熱伝導体に積層されている第4内側熱伝導体と、を備えており、
前記第3内側熱伝導体は、複数の第3グラファイト層を備えており、
前記第4内側熱伝導体は、複数の第4グラファイト層を備えており、
複数の前記第3グラファイト層は、前記半導体素子と前記第2放熱体とが並んでいる方向と直交する方向である第3方向に積層されており、
複数の前記第4グラファイト層は、前記半導体素子と前記第2放熱体とが並んでいる方向、または、その方向と直交する方向であって前記第3方向と直交する第4方向に積層されている、請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device further includes a second heat dissipating member joined to a second surface opposite to the first surface of the semiconductor element,
The second radiator is
A second outer thermal conductor of metal bonded to the second surface of the semiconductor element;
A third inner heat conductor disposed inside the second outer heat conductor;
And a fourth inner heat conductor disposed inside the second outer heat conductor and stacked on the third inner heat conductor in a direction in which the semiconductor element and the second heat radiator are aligned. , And,
The third inner heat conductor comprises a plurality of third graphite layers,
The fourth inner heat conductor comprises a plurality of fourth graphite layers,
The plurality of third graphite layers are stacked in a third direction which is a direction orthogonal to the direction in which the semiconductor element and the second heat dissipation body are arranged,
The plurality of fourth graphite layers are stacked in a direction in which the semiconductor element and the second heat radiator are aligned, or in a direction orthogonal to the direction and a fourth direction orthogonal to the third direction. The semiconductor device according to claim 1.
前記第2放熱体は、中実の金属体である、請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device further includes a second heat dissipating member joined to a second surface opposite to the first surface of the semiconductor element,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second radiator is a solid metal body.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, wherein the first outer heat conductor includes an outwardly projecting protrusion.
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JP2017130494A (en) * | 2016-01-18 | 2017-07-27 | 株式会社豊田中央研究所 | Heat spreader |
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