JP5326509B2 - 電子部品及び電子部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品及び電子部品の製造方法に関し、特に、回路基板に実装された半導体素子を備える電子部品及びその製造方法に関する。

ＬＳＩ（Large Scale Integration）等のチップ或いはそのようなチップを含んだ半導体パッケージ等の半導体素子で発生した熱を放熱する方法として、半導体素子近傍にヒートスプレッダやヒートシンクを配置するものがある。

このほか、半導体素子を実装する回路基板内に金属層を設けたメタルコア基板を用い、半導体素子で発生した熱の放熱を行う方法も提案されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。また、回路基板の半導体素子実装領域にサーマルビアを設ける方法（例えば、特許文献４，５参照。）、半導体素子と回路基板との間に配線接続に無関係なバンプを設ける方法（例えば、特許文献６参照。）等も提案されている。
特開２００４−４７８９７号公報 特開２００２−３３５０５７号公報 特許第３９３８０１７号公報 特開平１１−１２１６４３号公報 特開２００３−９２３７２号公報 特開平１１−２３３６９５号公報

しかし、半導体素子の高集積化、高機能化に伴う発熱量増加に対応するため、ヒートスプレッダやヒートシンクを大型化したり形状を複雑化したりすると、電子部品或いはそれを搭載する電子機器の設計自由度が低下してしまう場合がある。また、メタルコア基板やサーマルビアを設けた回路基板等を用いる場合には、基板自体或いはそれに実装する半導体素子の設計自由度が低下してしまう場合がある。

本発明の一観点によれば、回路基板と、前記回路基板の上方に配置された、貫通孔を有する第１伝熱部材と、前記第１伝熱部材の上方に配置され、前記貫通孔において前記回路基板と電気的に接続された半導体素子と、前記半導体素子の上方に配置され、前記第１伝熱部材と熱的に接続された第２伝熱部材と、を含む電子部品が提供される。

開示の電子部品によれば、設計自由度の低下を抑えると共に、効率的な半導体素子の冷却が可能になる。

以下、図面を参照して詳細に説明する。
まず、第１の実施の形態について説明する。
図１は第１の実施の形態に係る電子部品の要部断面模式図、図２は第１の実施の形態に係る電子部品の要部平面模式図である。

図１に示すように、電子部品１０は、所定の配線が形成されている回路基板１１、及びＢＧＡ（Ball Grid Array）型の半導体素子１２を備えている。回路基板１１には、樹脂を用いた単層或いは多層のプリント基板やセラミック基板等、様々な基板を用いることができる。また、半導体素子１２には、ＬＳＩ等のチップ、或いはチップをパッケージ基板に実装した半導体パッケージを用いることができる。

回路基板１１及び半導体素子１２には、互いに対応する位置にそれぞれ電極１１ａ，１２ａが形成されており、これら電極１１ａ，１２ａ間が、はんだ等を用いたバンプ１３で接続されている。これにより、回路基板１１と半導体素子１２とが電気的に接続された状態になっている。

回路基板１１と半導体素子１２との間には、熱伝導率の高い材料、例えば金属材料を用いた第１伝熱部材１４が配置されている。図２には、半導体素子１２の側から見た第１伝熱部材１４の要部平面を模式的に図示している。

図１及び図２に示したように、第１伝熱部材１４には、回路基板１１及び半導体素子１２の電極１１ａ，１２ａの位置に貫通孔１４ａが形成されている。貫通孔１４ａの側壁は、樹脂等を用いて形成された薄い絶縁層１４ｂによって被覆されている。回路基板１１と半導体素子１２とは、このような側壁に絶縁層１４ｂが形成された貫通孔１４ａにおいて、バンプ１３を介して電気的に接続されている。また、第１伝熱部材１４は、半導体素子１２の直下から側方へ延在するような平面サイズとされ、さらに、その延在部分の上部が半導体素子１２の側面を取り囲むような形状とされている。

半導体素子１２及びその周りの第１伝熱部材１４の上には、ヒートスプレッダ１５ａに多数のフィンを備えたヒートシンク１５ｂが接続された第２伝熱部材１５が配置されている。ヒートスプレッダ１５ａ及びヒートシンク１５ｂは、熱伝導率の高い材料、例えば金属材料を用いて形成されている。第１伝熱部材１４及び半導体素子１２と、第２伝熱部材１５のヒートスプレッダ１５ａとは、直接、又はサーマルグリース等の熱接合材（Thermal Interface Material，ＴＩＭ）を介して、熱的に接続されている。図１には、第１伝熱部材１４及び半導体素子１２と、ヒートスプレッダ１５ａとを、熱接合材１６を介して熱的に接続した場合を例示している。

なお、このような電子部品１０の外部には、例えば、第２伝熱部材１５の熱を電子部品１０の外部へ効率的に放熱するため、図示しないファン等の送風装置が設けられる。
上記のような構成を有する電子部品１０においては、半導体素子１２で発生した熱を、第１伝熱部材１４及び第２伝熱部材１５へと伝え、外部に放熱することができる。

即ち、半導体素子１２の回路基板１１との実装面（下面）側（バンプ１３側）と反対の面（上面）側については、半導体素子１２で発生した熱が、第２伝熱部材１５に伝わり、そこから電子部品１０の外部へと放熱される。さらに、電子部品１０内の温度分布によっては、第２伝熱部材１５に伝わった熱が、それと熱的に接続されている下方の第１伝熱部材１４に伝わり、そこから電子部品１０の外部へと放熱される。

また、半導体素子１２の下面側及び側面側については、半導体素子１２で発生した熱が、第１伝熱部材１４に伝わり、そこから電子部品１０の外部へと放熱される。さらに、電子部品１０内の温度分布によっては、第１伝熱部材１４に伝わった熱が、それと熱的に接続されている上方の第２伝熱部材１５に伝わり、そこから電子部品１０の外部へと放熱される。半導体素子１２からバンプ１３へと伝わった熱は、その周囲の絶縁層１４ｂを介して第１伝熱部材１４に伝わり、第１伝熱部材１４或いは第２伝熱部材１５から電子部品１０の外部へと放熱される。

ここで、上記のような第１伝熱部材１４を設けない、別形態の電子部品について説明する。
図３は別形態の電子部品の要部断面模式図である。

図３に示す電子部品１００は、回路基板１０１と半導体素子１０２とが、電極１０１ａ，１０２ａ及びバンプ１０３を介して電気的に接続されており、回路基板１０１と半導体素子１０２との間には、アンダーフィル材１０４が充填されている。半導体素子１０２の回路基板１０１との実装面（下面）側と反対の面（上面）側には、熱伝導率の高い金属材料等を用いたヒートスプレッダ１０５ａとヒートシンク１０５ｂとを接続した伝熱部材１０５が、熱接合材１０６を介して半導体素子１０２と熱的に接続されている。ここでは、伝熱部材１０５が半導体素子１０２全体を上面側から覆うようにして配置された場合を例示している。電子部品１００の外部には、例えば、図示しないファン等の送風装置が設けられる。

このような電子部品１００では、半導体素子１０２で発生した熱の主要な伝熱経路が、半導体素子１０２の上面側に設けた伝熱部材１０５への経路となる。半導体素子１０２の下面のアンダーフィル材１０４は、通常、樹脂を主成分としているため伝熱部材１０５に比べて熱伝導率が低く、また、伝熱部材１０５のような熱伝導率の高い部材に熱的に接続されるような構成ともされない。電子部品１００の場合、伝熱経路が限られてくるために、半導体素子１０２の発熱量によっては、それを十分に冷却することができないことが起こり得る。

半導体素子１０２の冷却効率を高めるためには、伝熱部材１０５をより大型のものに変更したり、表面積が大きくなるような形状に変更したりすることが考えられる。しかし、その場合、電子部品１００或いはこれを搭載する電子機器の設計自由度を低下させてしまう可能性が生じてくる。伝熱部材１０５を変更せず、送風装置からの風量を増加することによって伝熱部材１０５からの放熱量を増加させ、半導体素子１０２の冷却効率を高めることも考えられる。しかし、その場合には、送風装置の消費電力が増加し、結果的に電子部品１００を搭載する電子機器の消費電力を増加させてしまう可能性が生じてくる。

これに対し、上記図１に示した電子部品１０では、半導体素子１２で発生した熱を、その上面側の第２伝熱部材１５に伝える伝熱経路のほか、半導体素子１２の下面側及び側面側の第１伝熱部材１４に伝える伝熱経路も設けている。

そのため、半導体素子１２で発生した熱を、第１伝熱部材１４及び第２伝熱部材１５のそれぞれに伝え、第１伝熱部材１４及び第２伝熱部材１５から外部に放熱することができる。また、第１伝熱部材１４に伝わった熱を第２伝熱部材１５に伝え、或いは第２伝熱部材１５に伝わった熱を第１伝熱部材１４に伝えて、第１伝熱部材１４及び第２伝熱部材１５から外部に放熱することができる。このように、電子部品１０では、半導体素子１２で発生した熱を、その上面側、下面側及び側面側へと、その周囲に伝え、半導体素子１２を効率的に冷却することが可能になっている。

このようにして半導体素子１２で発生した熱をその周囲に伝熱するために、電子部品１０では、回路基板１１と半導体素子１２との間に第１伝熱部材１４を設けている。この場合、回路基板１１と半導体素子１２とを電気的に接続する電極１１ａ，１２ａ及びバンプ１３の位置に合わせて貫通孔１４ａを設けた第１伝熱部材１４を形成し、それを回路基板１１と半導体素子１２との間に配置する。

そのため、第１伝熱部材１４を設けるために、回路基板１１及び半導体素子１２の構成を変更すること、或いは大幅に変更することを要しない。即ち、回路基板１１及び半導体素子１２は、それらに最適な設計で形成し、それらの構成に合わせて第１伝熱部材１４を形成すれば、第１伝熱部材１４を設けるために回路基板１１及び半導体素子１２の設計自由度が低下するのを回避することができる。また、第１伝熱部材１４を設けることで半導体素子１２の冷却効率を高めることができるため、第２伝熱部材１５を大型化したり形状を複雑にしたりすることが不要になる。

従って、上記のような第１伝熱部材１４によれば、回路基板１１、半導体素子１２及び第２伝熱部材１５の設計を変更することなく、或いは大幅に変更することなく、半導体素子１２の冷却効率に優れた電子部品１０を形成することが可能になる。また、冷却効率を高めることにより、ファン等の冷却装置の消費電力を抑えるといった効果を得ることも可能になる。

なお、半導体素子を実装する回路基板として、内部に金属層を設けたメタルコア基板を用い、半導体素子で発生した熱をその実装面側から放熱する方法も試みられている。しかしながら、メタルコア基板は、その製造方法の複雑化や製造コストの増加を招く場合がある。また、配線設計や、実装する半導体素子或いはそれを搭載する電子機器の設計自由度を低下させてしまう場合もある。このようなメタルコア基板を用いる方法のほか、半導体素子の実装面側から放熱するために、回路基板上の半導体素子の実装領域に回路基板を貫通するサーマルビアを設ける方法も試みられている。しかしながら、この方法の場合にも、サーマルビアを配置するために、基板内の配線、実装する半導体素子、それを搭載する電子機器等の設計自由度を低下させてしまう場合がある。

上記図１に示した電子部品１０では、回路基板１１と半導体素子１２との間に第１伝熱部材１４を設けることにより、設計自由度の低下を抑えると共に、製造面や運用面でのコストを抑えて、半導体素子１２の冷却効率を高めることが可能になっている。

なお、以上の説明において、第１伝熱部材１４に金属材料を用いる場合には、例えば、アルミニウムを用いることができる。アルミニウムは、熱伝導率が高く、また、比較的安価であり、さらに加工が比較的容易であるため、第１伝熱部材１４の材料として好適である。さらに、回路基板１１には、アルミニウムと同程度の熱膨張率を示す構成のものを用いることも可能であり、第１伝熱部材１４にアルミニウムを用いた場合にも接続信頼性を確保することが可能である。

第１伝熱部材１４には、このようなアルミニウムのほかにも、銅、その他様々な金属材料を用いることが可能である。また、単一金属のほか、合金、金属とセラミックスの複合材料、金属と樹脂の複合材料、金属と炭素材料（カーボンナノチューブ等）の複合材料等を用いることも可能である。

また、貫通孔１４ａに形成する絶縁層１４ｂに樹脂を用いる場合には、例えば、エポキシ樹脂を用いることができる。また、エポキシ樹脂単体のほか、フィラーとしてシリカ（酸化シリコン）やアルミナ（酸化アルミニウム）等のセラミックスを含有させたエポキシ樹脂を用いて絶縁層１４ｂを形成することもできる。このようにセラミックスを含有させることで、エポキシ樹脂単体に比べ、熱伝導率を向上させることが可能になる。

貫通孔１４ａに形成する絶縁層１４ｂとしては、このような樹脂を用いた層のほか、アルミナ等のセラミックスの層を用いることも可能である。また、絶縁層１４ｂとして、酸化シリコン膜、炭素や窒素を含有する炭化シリコン膜、窒化シリコン膜といった絶縁膜の層を用いることも可能である。

続いて、上記のような構成を有する電子部品１０における伝熱現象をシミュレーションした結果について述べる。
図４は半導体素子上面側にのみ伝熱部材を設けた場合のシミュレーション結果の一例を模式的に示した図である。図５は半導体素子上面側及び下面側・側面側に伝熱部材を設けた場合のシミュレーション結果の一例を模式的に示した図である。図６は図５の部分拡大図である。

シミュレーションでは、図４及び図５のいずれの場合も、横２００ｍｍ×縦５０ｍｍ×長さ４００ｍｍの筐体３０の中央に、３０ｍｍ角、厚さ２ｍｍの半導体素子４２を配置する。半導体素子４２の発熱量は１００Ｗとした。半導体素子４２と回路基板４１との接合部にはスズ−銀−銅（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）はんだバンプ４３が使用されているものとしている。

さらに、図４の場合には、半導体素子４２上面側のみにヒートスプレッダ４５ａ及びヒートシンク４５ｂを配置する（モデルＡ）。また、図５の場合には、半導体素子４２上面側にヒートスプレッダ４５ａ及びヒートシンク４５ｂを配置すると共に、下面側及び側面側にアルミニウム板４４を配置する（モデルＢ）。アルミニウム板４４とヒートスプレッダ４５ａとは熱的に接続された状態としている。

このような２種類の電子部品のモデルＡ，Ｂを作成し、それぞれ筐体３０内に図面左側から右側に向かって（筐体３０の長さ方向に）風量２ｍ³／ｍｉｎの送風を行ったときの、温度分布をシミュレーションした。

ここで、図４に示したシミュレーション結果と、図５及び図６に示したシミュレーション結果とを比較する。図５及び図６に示したように、ヒートスプレッダ４５ａ及びヒートシンク４５ｂと共にアルミニウム板４４を配置した場合（モデルＢ）には、図４の場合（モデルＡ）と異なり、熱が半導体素子４２からアルミニウム板４４へと伝わっている。さらに、図５及び図６の場合には、図４の場合に比べ、半導体素子４２の冷却がより進んでいる。

図７は風量と半導体素子温度との関係の一例を示す図である。
風量を変化させて上記同様のシミュレーションを行い、風量とそのときの半導体素子４２の温度との関係を調査した結果の一例を図７に示す。

図７に示すように、伝熱部材としてヒートスプレッダ４５ａ及びヒートシンク４５ｂのみを設けた場合（モデルＡ）と、さらにアルミニウム板４４を設けた場合（モデルＢ）のいずれも、風量の増加に伴い半導体素子４２の温度が低下していく傾向が認められている。但し、アルミニウム板４４を設けた場合の方が、より風量増加に伴う半導体素子４２の冷却効果が大きいと言える。

ここで、半導体素子４２の温度が６５℃であるときの風量を比較する。伝熱部材としてヒートスプレッダ４５ａ及びヒートシンク４５ｂのみを設けた場合（モデルＡ）には、図７より、２ｍ³／ｍｉｎの風量が必要である。一方、ヒートスプレッダ４５ａ及びヒートシンク４５ｂに、さらにアルミニウム板４４を設けた場合（モデルＢ）には、図７より、１．６ｍ³／ｍｉｎの風量で足りる。

このように、アルミニウム板４４を設けることで、風量を２０％低減することができる。その結果、ファン等の送風装置の消費電力を低減することが可能になる。あるファンでは、このように風量を２０％低減することによって消費電力を少なくとも３０％以上低減することが可能であった。アルミニウム板４４を設けることにより、半導体素子１２の冷却効率を高めると共に、ファン等の冷却装置の消費電力低下といったコスト削減を図ることも可能になる。

次に、上記のような構成を有する電子部品１０の形成方法について説明する。
まず、電子部品１０に用いる第１伝熱部材１４の形成方法について説明する。
図８は第１伝熱部材の形成フローの一例を説明する図であって、（Ａ）は伝熱部材用基板の断面模式図、（Ｂ）は凹部形成工程の断面模式図、（Ｃ）は絶縁層形成工程の断面模式図、（Ｄ）は絶縁層一部除去工程の断面模式図、（Ｅ）はレーザ加工工程の断面模式図、（Ｆ）は機械加工工程の断面模式図である。

まず、図８（Ａ）に示すように、第１伝熱部材１４を形成するための、例えばアルミニウム板等の所定厚さの基板１４ｃを用意する。
次いで、図８（Ｂ）に示すように、基板１４ｃに第１凹部１４ｄを形成する。第１凹部１４ｄは、回路基板１１と半導体素子１２の電極１１ａ，１２ａ及びバンプ１３に対応する位置に、ウェットエッチング又はドライエッチングによって形成する。例えば、電極１１ａ，１２ａ及びバンプ１３に対応する位置にレジストパターンを形成し、それをマスクにしたエッチングにより、第１凹部１４ｄを形成する。

なお、ウェットエッチングでは、ドライエッチングに比べて、第１凹部１４ｄがよりテーパ状になる傾向がある。ウェットエッチングによるかドライエッチングによるかは、基板１４ｃの材質や、形成する第１凹部１４ｄの深さ、隣接する第１凹部１４ｄの間隔（バンプ１３のピッチ）等を基に選択することができる。

基板１４ｃへの第１凹部１４ｄの形成後は、図８（Ｃ）に示すように、基板１４ｃの第１凹部１４ｄ形成面側に絶縁層１４ｂを形成する。ここでの絶縁層１４ｂは、例えば、基板１４ｃの第１凹部１４ｄ形成面側にエポキシ樹脂シートを真空熱圧着して形成する。これにより、絶縁層１４ｂとなるエポキシ樹脂シートを第１凹部１４ｄ内に充填する。

なお、絶縁層１４ｂは、その熱伝導率を向上させるため、セラミックスがフィラーとして含有されているエポキシ樹脂シートを用いて形成してもよい。また、ここでは、シート状のエポキシ樹脂を用いたが、セラミックスを含む或いは含まない液状のエポキシ樹脂を基板１４ｃの第１凹部１４ｄ形成面側に塗布し、それを硬化することで、図８（Ｃ）に示したような絶縁層１４ｂを形成するようにしてもよい。

次いで、図８（Ｄ）に示すように、第１凹部１４ｄ内への形成時に基板１４ｃ上面に形成された絶縁層１４ｂの部分を、切削加工によって除去し、絶縁層１４ｂを第１凹部１４ｄ内にのみ残す。

次いで、図８（Ｅ）に示すように、第１凹部１４ｄの内壁に絶縁層１４ｂが残るようにして、第１凹部１４ｄ内の絶縁層１４ｂの中央部に、第１凹部１４ｄ内の絶縁層１４ｂを貫通する孔１４ｅを形成する。孔１４ｅは、例えば、二酸化炭素（ＣＯ₂）レーザ等を用いたレーザ加工（レーザビア加工）によって形成する。ここで形成する孔１４ｅは、図８（Ｅ）に示したように、絶縁層１４ｂを貫通し、さらに基板１４ｃに達するように形成されても構わない。

最後に、図８（Ｆ）に示すように、基板１４ｃの孔１４ｅ形成面側と反対の面側に対し、一部分に或いは全体に機械加工を施し、それによって孔１４ｅに達する第２凹部１４ｆを形成し、側壁に絶縁層１４ｂが残された貫通孔１４ａを形成する。第２凹部１４ｆ形成後の貫通孔１４ａの深さは、回路基板１１と半導体素子１２との接合部（電極１１ａ，１２ａ及びバンプ１３）の高さを基に設定する。また、第２凹部１４ｆは、半導体素子１２のサイズ（平面サイズ及び厚さ）を基に、必要ならば貫通孔１４ａを形成しない基板１４ｃ端部も薄く加工して、形成する。

この図８（Ａ）〜（Ｆ）に示したような工程を経ることにより、回路基板１１と半導体素子１２との間に配置する第１伝熱部材１４を形成する。
なお、絶縁層１４ｂとして、上記のような樹脂材料に替えて、セラミックス層を形成しようとするような場合には、例えば、第１凹部１４ｄの形成後に、セラミックスコーティング技術を用い、基板１４ｃ表面にセラミックス層を形成することが可能である。また、絶縁層１４ｂとして、酸化シリコン膜や炭化シリコン膜等の絶縁膜を形成しようとするような場合には、例えば、第１凹部１４ｄの形成後に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等の成膜技術を用い、基板１４ｃ表面に絶縁膜を形成することが可能である。このようにセラミックス層や絶縁膜を形成する場合には、それらで第１凹部１４ｄを完全に充填することは必ずしも必要でなく、少なくとも第１凹部１４ｄの内壁が被覆されるように形成すればよい。例えば、第１凹部１４ｄ形成後の基板１４ｃ全面を被覆するようにセラミックス層や絶縁膜を形成したり、第１凹部１４ｄのエッチング形成で用いたレジストパターン等を利用して第１凹部１４ｄの内壁に選択的にセラミックス層や絶縁膜を形成したりしてもよい。セラミックス層や絶縁膜の形成後は、必要に応じて基板１４ｃ上面の切削加工を施した後、レーザビア加工によって第１凹部１４ｄの底部にあるセラミックス層や絶縁膜を貫通する孔１４ｅを形成し、機械加工によって第２凹部１４ｆを形成すればよい。

続いて、上記のようにして形成された第１伝熱部材１４を用いた電子部品１０の形成方法について説明する。
図９は第１伝熱部材配置工程の要部断面模式図、図１０は半導体素子配置工程の要部断面模式図、図１１はリフロー処理工程の要部断面模式図、図１２は第２伝熱部材配置工程の要部断面模式図である。

まず、図９に示すように、所定の配線、電極１１ａ及びはんだ等のバンプ１３が形成された回路基板１１上に、電極１１ａ及びバンプ１３と、貫通孔１４ａとの位置を対応させ、電極１１ａ及びバンプ１３を貫通孔１４ａに挿入して第１伝熱部材１４を配置する。なお、第１伝熱部材１４と回路基板１１との間は、接着剤等を用いて接着するようにしてもよい。

次いで、図１０に示すように、回路基板１１上に配置した第１伝熱部材１４の第２凹部１４ｆに、半導体素子１２を配置する。半導体素子１２には、回路基板１１側の電極１１ａ及びバンプ１３に対応する位置に、予め電極１２ａが形成されている。また、第１伝熱部材１４には、前述のように、この半導体素子１２のサイズに合わせて、第１伝熱部材１４の第２凹部１４ｆが形成されている。

次いで、所定温度でリフロー処理を行うことにより、図１１に示すように、溶融したバンプ１３によって貫通孔１４ａ内の電極１１ａ，１２ａ間が接合される。なお、リフロー処理温度は、バンプ１３の材料の融点等を基に設定すればよい。

このリフロー処理の際、第１伝熱部材１４は、ステンシルの役割を果たし、隣接する接合部同士の接触が回避される。また、第１伝熱部材１４の貫通孔１４ａの側壁には絶縁層１４ｂが形成されているため、第１伝熱部材１４を導電性の基板１４ｃを用いて形成している場合でも、溶融したバンプ１３が第１伝熱部材１４の基板１４ｃと直接接触せず、隣接する接合部同士の電気的な接続が回避される。

次いで、図１２に示すように、半導体素子１２及び第１伝熱部材１４の上に、第２伝熱部材１５を配置する。このとき、第１伝熱部材１４及び半導体素子１２と、第２伝熱部材１５との間に熱接合材１６が形成されるように、例えば、まず半導体素子１２及び第１伝熱部材１４の上面に熱接合材１６を形成し、そこに第２伝熱部材１５を配置する。

この図９〜図１２に示したような工程を経ることにより、上記図１に示したような構成を有する電子部品１０が形成される。
なお、ここでは予め回路基板１１の電極１１ａにバンプ１３を接続しておくようにしたが、半導体素子１２の電極１２ａの方に予めバンプ１３を接続しておいてもよい。その場合は、第１伝熱部材１４を、その貫通孔１４ａを回路基板１１の電極１１ａの位置に対応させて配置し、その後、その貫通孔１４ａに電極１２ａ及びバンプ１３を挿入するようにして半導体素子１２を第２凹部１４ｆに配置するようにすればよい。

また、ここでは熱接合材１６を半導体素子１２及び第１伝熱部材１４の上面に形成し、そこに第２伝熱部材１５を配置するようにした。このほか、第２伝熱部材１５側に熱接合材１６を形成しておき、それを半導体素子１２及び第１伝熱部材１４の上面に配置するようにしても構わない。

続いて、上記図８〜図１２に例示した電子部品１０の形成方法の具体例について述べる。
まず、厚さ４ｍｍのアルミニウムの基板１４ｃ上に、ＬＳＩパッケージ等の厚さ２ｍｍの半導体素子１２に形成される電極１２ａ（或いは回路基板１１の電極１１ａ）、及びはんだボール等のバンプ１３に対応する位置に直径０．８ｍｍの開口を有するレジストパターンを形成する。そして、そのレジストパターンをマスクにしたウェットエッチングを行い、深さ３ｍｍ程度の第１凹部１４ｄを形成する。

次いで、基板１４ｃの第１凹部１４ｄ形成面側に、シリカを含有したエポキシ樹脂シートを配置し、それを減圧下、１５０℃、０．６ＭＰａの条件で加圧（真空ラミネート）する。それにより、第１凹部１４ｄ内にシリカ含有エポキシ樹脂を充填し、絶縁層１４ｂを形成する。

次いで、基板１４ｃ上面の絶縁層１４ｂを切削加工によって除去し、さらに、第１凹部１４ｄ内に残る絶縁層１４ｂに対し、ＣＯ₂レーザを用いたレーザビア加工を行い、絶縁層１４ｂを貫通する孔１４ｅを形成する。

次いで、孔１４ｅ形成面と反対の面側に対して機械加工を行い、半導体素子１２のサイズに合わせた第２凹部１４ｆを形成し、それにより、貫通孔１４ａを形成する。貫通孔１４ａの深さは、回路基板１１と半導体素子１２との接合部（電極１１ａ，１２ａ及びバンプ１３）の高さを基に、１ｍｍ程度とする。第２凹部１４ｆの深さは、半導体素子１２の厚さを基に設定する。厚さ２ｍｍの半導体素子１２を用いる場合、第２凹部１４ｆの深さは２ｍｍ程度とし、第２凹部１４ｆ周囲の部分の厚さは３ｍｍ程度（回路基板１１と第２伝熱部材１５との間の距離に相当）とする。

このようにして形成した第１伝熱部材１４を、回路基板１１の上に、電極１２ａ及びバンプ１３と、貫通孔１４ａとを対応させて配置する。電極１１ａ及びバンプ１３は、第１伝熱部材１４の貫通孔１４ａ内に挿入される。次いで、第１伝熱部材１４の第２凹部１４ｆに、電極１２ａが形成された半導体素子１２を配置する。そして、リフロー処理を行うことで、電極１１ａ，１２ａ及びバンプ１３を接合する。最後に、半導体素子１２と第１伝熱部材１４上に熱接合材１６を介して第２伝熱部材１５を配置する。これにより、上記図１に示したような構成を有する電子部品１０が形成される。

次に、第２の実施の形態について説明する。
図１３は第２の実施の形態に係る電子部品の要部断面模式図である。
図１３に示す電子部品２０は、平板状の第１伝熱部材２１を有し、第２伝熱部材２２が半導体素子１２の側面側を覆って第１伝熱部材２１に熱的に接続されている点で、上記第１の実施の形態に係る電子部品１０と相違する。図１３には、第１伝熱部材２１及び半導体素子１２と、第２伝熱部材２２とが、熱接合材１６を介して熱的に接続された場合を図示している。

この電子部品２０の第１伝熱部材２１には、上記電子部品１０の第１伝熱部材１４と同様、貫通孔２１ａの側壁に絶縁層２１ｂが形成されており、この貫通孔２１ａにおいて、回路基板１１と半導体素子１２の電極１１ａ，１２ａがバンプ１３を介して電気的に接続されている。

また、電子部品２０の第２伝熱部材２２は、ヒートスプレッダ２２ａの上に、多数のフィンを備えたヒートシンク２２ｂが接続されている。第２伝熱部材２２は、そのヒートスプレッダ２２ａが半導体素子１２の上面に熱的に接続されると共に、半導体素子１２の側面側を取り囲む端部が第１伝熱部材２１に熱的に接続されている。

このような構成を有する電子部品２０の平板状の第１伝熱部材２１は、上記図８に例示したようなフローに従って形成することができる。即ち、アルミニウム板等の基板を図８（Ａ）〜（Ｅ）の例に従って処理し、続く機械加工工程において、回路基板１１と半導体素子１２との接合部（電極１１ａ，１２ａ及びバンプ１３）の高さに合わせた厚みに基板全面を加工すればよい。

図１４は第１伝熱部材の断面模式図である。
第１伝熱部材２１用の基板２１ｃを、図８（Ａ）〜（Ｅ）の例に従って処理した後、回路基板１１と半導体素子１２との接合部の高さに合わせた厚みに全面機械加工する。それにより、図１４に示すような貫通孔２１ａ及びその側壁に絶縁層２１ｂが形成された平板状の第１伝熱部材２１を形成することができる。

上記のような構成を有する電子部品２０によっても、半導体素子１２で発生した熱を第１伝熱部材２１及び第２伝熱部材２２へ、また第１伝熱部材２１から第２伝熱部材２２へと伝え、外部に放熱することができる。半導体素子１２で発生した熱を、その上面側及び下面側に伝えることができるため、半導体素子１２を効率的に冷却することが可能になる。また、それにより、ファン等の送風装置の消費電力を抑えることが可能になる。

第１の実施の形態に係る電子部品の要部断面模式図である。 第１の実施の形態に係る電子部品の要部平面模式図である。 別形態の電子部品の要部断面模式図である。 半導体素子上面側にのみ伝熱部材を設けた場合のシミュレーション結果の一例を模式的に示した図である。 半導体素子上面側及び下面側・側面側に伝熱部材を設けた場合のシミュレーション結果の一例を模式的に示した図である。 図５の部分拡大図である。 風量と半導体素子温度との関係の一例を示す図である。 第１伝熱部材の形成フローの一例を説明する図であって、（Ａ）は伝熱部材用基板の断面模式図、（Ｂ）は凹部形成工程の断面模式図、（Ｃ）は絶縁層形成工程の断面模式図、（Ｄ）は絶縁層一部除去工程の断面模式図、（Ｅ）はレーザ加工工程の断面模式図、（Ｆ）は機械加工工程の断面模式図である。 第１伝熱部材配置工程の要部断面模式図である。 半導体素子配置工程の要部断面模式図である。 リフロー処理工程の要部断面模式図である。 第２伝熱部材配置工程の要部断面模式図である。 第２の実施の形態に係る電子部品の要部断面模式図である。 第１伝熱部材の断面模式図である。

符号の説明

１０，２０，１００ 電子部品
１１，４１，１０１ 回路基板
１２，４２，１０２ 半導体素子
１１ａ，１２ａ，１０１ａ，１０２ａ 電極
１３，４３，１０３ バンプ
１４，２１ 第１伝熱部材
１４ａ，２１ａ 貫通孔
１４ｂ，２１ｂ 絶縁層
１４ｃ，２１ｃ 基板
１４ｄ 第１凹部
１４ｅ 孔
１４ｆ 第２凹部
１５，２２ 第２伝熱部材
１５ａ，２２ａ，４５ａ，１０５ａ ヒートスプレッダ
１５ｂ，２２ｂ，４５ｂ，１０５ｂ ヒートシンク
１６，１０６ 熱接合材
３０ 筐体
４４ アルミニウム板
１０４ アンダーフィル材
１０５ 伝熱部材

Claims (4)

1. 回路基板と、
   金属を含み、前記回路基板の上方に配置された、貫通孔を有する第１伝熱部材と、
   前記第１伝熱部材の上方に、電極が形成されている面が前記第１伝熱部材に接触するように配置され、前記貫通孔において前記回路基板と電気的に接続された半導体素子と、
   前記半導体素子の上方に配置され、前記第１伝熱部材と熱的に接続された第２伝熱部材と、
   を有し、
   前記第１伝熱部材は、前記貫通孔の側壁に絶縁層が形成されていることを特徴とする電子部品。
2. 前記第１伝熱部材は、前記半導体素子の側方に延在し、前記半導体素子の側方に延在する部分において前記第２伝熱部材と熱的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の電子部品。
3. 回路基板の上方に、金属を含み、貫通孔を有する第１伝熱部材を配置する工程と、
   前記第１伝熱部材の上方に、電極が形成されている面が前記第１伝熱部材に接触するように半導体素子を配置する工程と、
   前記貫通孔において前記半導体素子と前記回路基板とを電気的に接続する工程と、
   前記半導体素子の上方に、前記第１伝熱部材に熱的に接続させて第２伝熱部材を配置する工程と、
   を含むことを特徴とする電子部品の製造方法。
4. 前記第１伝熱部材を配置する工程前に、
   基板の一方の面側に凹部を形成する工程と、
   前記凹部に絶縁材料を形成する工程と、
   前記絶縁材料を貫通する孔を形成する工程と、
   前記基板の他方の面側を前記孔まで除去して前記第１伝熱部材を形成する工程と、
   をさらに含むことを特徴とする請求項３記載の電子部品の製造方法。

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