JP5783865B2 - 半導体装置 - Google Patents
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また、従来では、この薄膜に代えて、容易に変形可能な熱伝導性グリスを用いることもある。この場合には、特許文献2に記載された半導体装置の接合材のように、互いに対向するように配置された一対の平面間に熱伝導性グリスを配して用いることが考えられる。熱伝導性グリスを用いることで、平面に凹凸があっても熱伝導性グリスがその凹凸形状に追従して、一対の平面間で熱を効果的に伝えることができる。
本発明の半導体装置は、熱伝導体と、前記熱伝導体の一方の面に設けられた半導体チップと、前記熱伝導体の他方の面に、自身の接続平面が対向するように配された放熱部材と、前記熱伝導体の一方の面、および前記半導体チップを封止するモールド樹脂と、前記熱伝導体の他方の面と前記放熱部材の前記接続平面との間に設けられた熱伝導性グリスと、を備え、前記熱伝導体の他方の面は、前記接続平面から離間した中央領域と、前記中央領域を囲うとともに前記接続平面に少なくとも一部が当接した縁領域とを有し、前記縁領域は、縁平面と、前記縁平面から突出する複数の縁側突出部と、によって形成され、隣り合う前記縁側突出部の間には、隙間が形成されていることを特徴としている。
また、上記の半導体装置において、前記縁側突出部は、球面を有するドーム状に形成されていることがより好ましい。
また、上記の半導体装置において、前記縁側突出部は、円錐台状に形成されていることがより好ましい。
また、上記の半導体装置において、前記縁側突出部は、円柱状に形成されていることがより好ましい。
また、上記の半導体装置において、前記縁側突出部は、角柱状に形成されていることがより好ましい。
以下、本発明に係る半導体装置の第1実施形態を、図1から図9を参照しながら説明する。
図1に示すように、本半導体装置1は、熱伝導シート(熱伝導体)10と、熱伝導シート10の一方の面11上に設けられた半導体チップ21と、熱伝導シート10の他方の面12に配された放熱フィン(放熱部材)22と、熱伝導シート10の一方の面11および半導体チップ21を封止するモールド樹脂23と、熱伝導シート10の他方の面12と放熱フィン22との間に設けられた熱伝導性グリス24とを備えている。
放熱フィン22は、アルミニウムや銅などの熱伝導率の高い材料によって形成されている。放熱フィン22としては、図示はしないが、熱伝導シート10に接合される板状の基板部と、この基板部における熱伝導シート10に接合される面とは反対側の面から立設された複数のフィン部材とで構成されたものを用いることができる。
放熱フィン22は、基板部の主面となる接続平面22aが、熱伝導シート10の他方の面12に対向するように配置されている。
熱伝導シート10としては、アルミニウム以外にも、銅などの熱伝導率の高い金属や樹脂などを適宜用いることができる。
図2および図3に示すように、縁領域14は、縁平面16と、縁平面16から突出する複数の縁側突出部17と、によって形成されている。なお、図3および、後述する図11、図13においては、放熱フィン22および熱伝導性グリス24は説明の便宜のため示していない。
縁側突出部17は、本実施形態では、球面を有するドーム状に形成されている。縁側突出部17が縁平面16から突出する高さH1は、縁側突出部17の半径R1より小さく設定されている。縁側突出部17における厚さ方向Dの先端は、接続平面22aに当接している。
縁側突出部17は、縁平面16に2列となるように配置され、隣り合う縁側突出部17の間には、隙間S1が形成されている。すなわち、中央領域13と接続平面22aとの間に配置された熱伝導性グリス24が隙間S1を通して外部に出て行くときに、2つの縁側突出部17に当たるように構成されている。
中央領域13は、縁平面16とともに同一平面をなす平面状に形成されている。すなわち、常温の状態においては、中央領域13は接続平面22aに対して平行となっている。
絶縁シート26には、例えば、エポキシ樹脂や、フィラー入りのエポキシ樹脂を用いることができるが、絶縁シート26を薄く形成するには、ポリイミドで形成することが好ましい。絶縁シート26がポリイミドで形成されている場合には、その厚さは、例えば、25μm以上150μm以下に設定することができる。
絶縁シート26および熱伝導シート10は、厚さ方向Dに見たときに、同じ形状になるように形成されている。
リード28は、例えば、銅などのように電気抵抗が少なく、かつ、熱伝導率の高い金属材料を帯板状に形成して構成されている。リード28の一端部28aは、モールド樹脂23内に埋設された状態で金属箔27に接合されている。リード28の他端部28bは、モールド樹脂23から外部に露出している。半導体装置1には、複数のリード28が設けられている。
モールド樹脂23は、金属箔27、リード28の一端部28a、および半導体チップ21を封止している。
予め互いに接合されて一体に形成された、厚さ方向Dに見て同一形状の金属箔、絶縁シート26、および熱伝導シート10からなる放熱部材を用意する。この放熱部材のうち、金属箔について、リード28の一端部28aを搭載する領域を残すようにエッチング加工を施し、金属箔27を形成する。
金属箔27上にハンダペーストを塗布してリード28の一端部28aを載置し、さらに、リード28の一端部28a上の所定の領域にハンダペーストを塗布して半導体チップ21を載置する。
この状態で、リフローを実施することにより、溶融するハンダを介して、リード28の一端部28aが金属箔27に固定され、半導体チップ21がリード28の一端部28aに固定される。
以上の手順により、半導体チップ21に関する電気的接続が完了する。
熱伝導シート10の中央領域13に所定の量の熱伝導性グリス24を配置し、熱伝導シート10の他方の面12に放熱フィン22の接続平面22aを当接させる。このとき、中央領域13と接続平面22aとの間に空気が入らないように熱伝導性グリス24を充填させることが好ましい。
なお、熱伝導シート10と放熱フィン22とは、不図示のネジ部材などにより接続されてもよい。
以上の工程により、半導体装置1が製造される。
複数のリード28の一部から所定の電圧波形などを入力すると、その電圧波形は半導体チップ21で整流などが行われて、リード28の残部から出力される。整流などが行われるときに、半導体チップ21で熱が発生する。半導体チップ21で発生した熱の一部は、リード28の一端部28a、金属箔27、絶縁シート26、熱伝導シート10、および熱伝導性グリス24を介して放熱フィン22に伝導され、放熱フィン22の複数のフィン部材から外部に伝達される。
また、半導体チップ21で発生した熱の残りの一部は、モールド樹脂23を加熱する。
押し出された熱伝導性グリス24は、縁側突出部17に当たることで移動を遮られるが、熱伝導性グリス24の一部は、隣り合う縁側突出部17の間の隙間S1を通して、熱伝導シート10と放熱フィン22との間から外部に押し出される。
このとき、縁側突出部17の表面と外部に押し出された熱伝導性グリス24との間に作用する表面張力によって熱伝導性グリス24が表面積が最小になるように変形することで、外部に押し出された熱伝導性グリス24は縁側突出部17側に移動し、隣り合う縁側突出部17の間の隙間S1を通して再び中央領域13と接続平面22aとの間に配される。
中央領域13は平面状に形成されているため、中央領域13と接続平面22aとの間に熱伝導性グリス24を充填するときに、中央領域13近傍に空気が残るのを抑えることができる。
例えば、図5に示す半導体装置1Aのように、中央領域31が、縁平面16とともに同一平面をなす中央平面32と、中央平面32から突出する複数の中央側突出部33と、によって形成されてもよい。
この例では、中央側突出部33は、球面を有するドーム状に形成されているとともに、中央側突出部33が中央平面32から突出する高さH2は、前述の高さH1より小さく設定されている。このため、中央側突出部33は接続平面22aに当接しない。
このように構成された半導体装置1Aによれば、本実施形態の半導体装置1よりも中央領域31の面積を増加させることで、半導体チップ21で発生した熱を熱伝導シート10から熱伝導性グリス24に効果的に伝達させることができる。
また、図8に示すように、縁側突出部38は円柱状に形成されていてもよいし、図9に示すように、縁側突出部39は角柱状に形成されていてもよい。縁側突出部39は四角柱状に形成されているが、これに限ることなく、三角柱状や五角柱状などでもよい。
縁側突出部38は、隣り合う縁側突出部38の間に隙間S2が形成されるように、互いに離間した状態に配置されている(図8参照。)。隣り合う縁側突出部39の間にも、隙間S3が形成される(図9参照。)。
また、縁側突出部の形状を円錐台状から円柱状にすることで、縁側突出部における接続平面22a側の表面積が増加する。このため、外部に押し出された熱伝導性グリス24を、中央領域13と接続平面22aとの間において、より接続平面22a側に戻すことができる。縁側突出部を円柱状にすることで、縁側突出部が接続平面22aに面接触するため、半導体チップ21で発生した熱を縁側突出部から放熱フィン22に直接伝導させやすくすることができる。
縁側突出部の形状を角錐台状から角柱状にすることでも、同様の効果を奏することができる。
次に、本発明の第2実施形態について図10および図11を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図10および図11に示すように、本実施形態の半導体装置2は、第1実施形態の半導体装置1の中央領域13および縁領域14に代えて、中央領域41および縁領域42を備えている。
縁領域42は、他方の面12の縁に全周にわたり設けられていて、接続平面22aに当接している。この例では、縁領域42は線状に形成されている。
中央領域41は、縁領域42に向かうにしたがって接続平面22aに近づく傾斜面43〜47を有している。
さらに、縁領域42は、他方の面12の全周にわたり接続平面22aに当接しているため、熱伝導シート10と放熱フィン22との間から熱伝導性グリス24が外部に押し出されるのを、より確実に抑えることができる。
次に、本発明の第3実施形態について図12および図13を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図12および図13に示すように、本実施形態の半導体装置3は、第1実施形態の半導体装置1の中央領域13および縁領域14に代えて、中央領域51および縁領域52を備えている。
縁領域52は、他方の面12の縁部に全周にわたり設けられていて、接続平面22aに当接している。縁領域52の幅は、第2実施形態の縁領域42の幅より広く設定されている。
中央領域51は、接続平面22aに平行に形成された底面51aを有する凹部として構成されている。
さらに、縁領域52の幅が第2実施形態の縁領域42の幅より広く設定されているため、熱伝導性グリス24が外部に押し出されるのを、さらに確実に抑えることができる。
中央領域51が底面51aを有する凹部として構成されているため、中央領域51と接続平面22aとの間に収容される熱伝導性グリス24の厚さが等しくなる。これにより、中央領域51全体にわたり、熱伝導性グリス24を介して熱伝導シート10から放熱フィン22に伝導される経路の熱抵抗をほぼ等しくすることができる。
10 熱伝導シート(熱伝導体)
11 一方の面
12 他方の面
13、31、41、51 中央領域
14、42、52 縁領域
16 縁平面
17、36、37、38、39 縁側突出部
21 半導体チップ
22 放熱フィン(放熱部材)
22a 接続平面
23 モールド樹脂
24 熱伝導性グリス
32 中央平面
33 中央側突出部
43、44、45、46、47 傾斜面
51a 底面
S1、S2、S3 隙間
Claims (8)
- 熱伝導体と、
前記熱伝導体の一方の面に設けられた半導体チップと、
前記熱伝導体の他方の面に、自身の接続平面が対向するように配された放熱部材と、
前記熱伝導体の一方の面、および前記半導体チップを封止するモールド樹脂と、
前記熱伝導体の他方の面と前記放熱部材の前記接続平面との間に設けられた熱伝導性グリスと、を備え、
前記熱伝導体の他方の面は、前記接続平面から離間した中央領域と、前記中央領域を囲うとともに前記接続平面に少なくとも一部が当接した縁領域とを有し、
前記縁領域は、
縁平面と、
前記縁平面から突出する複数の縁側突出部と、によって形成され、
隣り合う前記縁側突出部の間には、隙間が形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 前記中央領域は、前記縁平面とともに同一平面をなす平面状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記縁側突出部は、球面を有するドーム状に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記縁側突出部は、球面を有するドーム状に形成され、
前記中央領域は、
前記縁平面とともに同一平面をなす中央平面と、
前記中央平面から突出する複数の中央側突出部と、によって形成され、
前記中央側突出部は、球面を有するドーム状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記縁側突出部は、円錐台状に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記縁側突出部は、円柱状に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記縁側突出部は、角柱状に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記縁側突出部は、角錐台状に形成されていることを特徴とする請求項1また2に記載の半導体装置。
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