JP6379319B1 - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
【課題】優れた放熱性及び電磁波抑制効果を有する半導体装置を提供する。【解決手段】上記課題を解決するべく、本発明の半導体装置1は基板50上に形成された半導体素子30と、開口部21を有し、前記半導体素子30の少なくとも一部を覆うように設けられ、グラウンド60に接続された導電シールドカン20と、該導電シールドカン20の上部に設けられた冷却部材40と、少なくとも前記導電シールドカン20の開口部21を通して、前記半導体素子30と、前記冷却部材40との間に形成された電磁波吸収熱伝導シート10と、備えることを特徴とする。【選択図】図1A semiconductor device having excellent heat dissipation and electromagnetic wave suppression effects is provided. In order to solve the above problems, a semiconductor device according to the present invention has a semiconductor element formed on a substrate and an opening, and is provided so as to cover at least a part of the semiconductor element. The semiconductor element 30 and the cooling through the conductive shield can 20 connected to the ground 60, the cooling member 40 provided on the conductive shield can 20, and at least the opening 21 of the conductive shield can 20. An electromagnetic wave absorbing heat conductive sheet 10 formed between the member 40 and the member 40 is provided. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、優れた放熱性及び電磁波抑制効果を有する半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device having excellent heat dissipation and electromagnetic wave suppression effects.
近年、電子機器は、小型化の傾向をたどる一方、アプリケーションの多様性のために電力消費量をそれほど変化させることができないため、機器内における放熱対策がより一層重要視されている。 In recent years, electronic devices have been trending toward miniaturization, but the power consumption cannot be changed so much due to the variety of applications, and therefore heat radiation countermeasures in the devices have become more important.
上述した電子機器における放熱対策として、銅やアルミ等といった熱伝導率の高い金属材料で作製された放熱板や、ヒートパイプ、ヒートシンク等が広く利用されている。これらの熱伝導性に優れた放熱部品は、放熱効果又は機器内の温度緩和を図るため、電子機器内における発熱部である半導体パッケージ等の電子部品に近接するようにして配置される。また、これらの熱伝導性に優れた放熱部品は、発熱部である電子部品から低温の場所に亘って配置される。 As heat dissipation measures in the electronic devices described above, heat sinks made of metal materials having high thermal conductivity such as copper and aluminum, heat pipes, heat sinks, and the like are widely used. These heat dissipating parts having excellent thermal conductivity are arranged so as to be close to electronic parts such as a semiconductor package, which is a heat generating part in the electronic equipment, in order to achieve a heat radiation effect or temperature relaxation in the equipment. Moreover, these heat dissipation components excellent in thermal conductivity are arranged from the electronic component which is a heat generating portion to a low temperature place.
ただし、電子機器内における発熱部は、電流密度が高い半導体素子等の電子部品であり、電流密度が高いということは、不要輻射の成分となり得る電界強度又は磁界強度が大きいことが考えられる。このため、金属で作製された放熱部品を電子部品の近辺に配置すると、熱の吸収を行うとともに、電子部品内を流れる電気信号の高調波成分をも拾ってしまうという問題があった。具体的には、放熱部品が金属材料で作製されているため、それ自体が高調波成分のアンテナとして機能したり、高調波ノイズ成分の伝達経路として働いてしまうような場合である。 However, the heat generating part in the electronic device is an electronic component such as a semiconductor element having a high current density, and the high current density is considered to have a large electric field strength or magnetic field strength that can be a component of unnecessary radiation. For this reason, when a heat dissipating part made of metal is disposed in the vicinity of the electronic component, there is a problem that heat is absorbed and harmonic components of an electric signal flowing through the electronic component are picked up. Specifically, since the heat dissipating part is made of a metal material, it itself functions as a harmonic component antenna or acts as a transmission path for harmonic noise components.
そのため、放熱性と電磁波抑制効果の両立が図られた技術の開発が望まれている。
例えば特許文献1には、フィン用穴を有するプリント基板に実装された電子部品を覆うシールドケースと、放熱フィンとを備え、前記フィン用穴から放熱フィンの一部をシールドケースの外側に露出させる、という技術が開示されている。
しかしながら、特許文献1の技術では、ある程度の放熱性を確保できるものの、シールドケースにフィン用穴が設けられていることによって、電磁波抑制効果を十分に得ることができず、放熱性と電磁波抑制効果の両立を図ることはできないと考えられる。
Therefore, the development of a technology that achieves both heat dissipation and electromagnetic wave suppression effects is desired.
For example,
However, in the technique of
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、優れた放熱性及び電磁波抑制効果を有する半導体装置を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of this situation, Comprising: It aims at providing the semiconductor device which has the outstanding heat dissipation and electromagnetic wave suppression effect.
本発明者らは、上記の課題を解決するべく検討を重ね、グラウンドに接続された導電シールドカンを、半導体素子を覆うように設けることによって、優れた電磁波吸収性能を実現できることに着目した。ただし、シールドカンを設けただけでは十分な放熱性を得ることができないことから、さらに鋭意研究を重ねた結果、導電シールドカンに開口部を設けるとともに、少なくともその開口部を通るように電磁波吸収熱伝導シートを形成して、半導体素子と冷却部材とを繋ぐことによって、電磁波吸収性能を低下させることなく、放熱性についても向上させることができることを見出した。その結果、本発明の半導体装置は、従来にはない高いレベルで放熱性及び電磁波抑制効果を両立できる。 The present inventors have repeatedly studied to solve the above problems, and have focused on the fact that an excellent electromagnetic wave absorption performance can be realized by providing a conductive shield can connected to the ground so as to cover the semiconductor element. However, since sufficient heat dissipation cannot be obtained simply by providing a shield can, as a result of further earnest research, an opening was formed in the conductive shield can and at least the electromagnetic wave absorbing heat passed through the opening. It has been found that by forming a conductive sheet and connecting a semiconductor element and a cooling member, heat dissipation can be improved without deteriorating electromagnetic wave absorption performance. As a result, the semiconductor device of the present invention can achieve both heat dissipation and electromagnetic wave suppression effects at a high level that has never been achieved.
本発明は、上記知見に基づきなされたものであり、その要旨は以下の通りである。
(1)基板上に形成された半導体素子と、開口部を有し、前記半導体素子の少なくとも一部を覆うように設けられ、グラウンドに接続された導電シールドカンと、前記導電シールドカンの上部に設けられた冷却部材と、を備えた半導体装置において、少なくとも前記導電シールドカンの開口部を通して、前記半導体素子と前記冷却部材との間に形成された電磁波吸収熱伝導シートであって、
前記電磁波吸収熱伝導シートが、前記導電シールドカンの上面及び/又は下面の一部を覆っており、該電磁波吸収熱伝導シートによる被覆面積が、前記導電シールドカンの開口部の面積よりも大きいことを特徴とする、電磁波吸収熱伝導シート。
上記構成によって、優れた放熱性及び電磁波抑制効果を実現できる。
(2)前記電磁波吸収熱伝導シートが、前記導電シールドカンの上面の一部を覆っていることを特徴とする、上記(1)に記載の電磁波吸収熱伝導シート。
(3)前記電磁波吸収熱伝導シートが、前記導電シールドカンの上面及び下面の一部を覆っていることを特徴とする、上記(1)に記載の電磁波吸収熱伝導シート。
(4)前記電磁波吸収熱伝導シートが、複数枚のシートから構成されることを特徴とする、上記(1)〜(3)のいずれか1項に記載の電磁波吸収熱伝導シート。
(5)前記電磁波吸収熱伝導シートが、繊維状の熱伝導性充填剤を含むことを特徴とする、上記(1)〜(4)のいずれか1項に記載の電磁波吸収熱伝導シート。
(6)前記繊維状の熱伝導性充填剤が、炭素繊維であることを特徴とする、上記(5)に記載の電磁波吸収熱伝導シート。
(7)前記電磁波吸収熱伝導シートが、磁性金属粉をさらに含むことを特徴とする、前記(5)又は(6)に記載の電磁波吸収熱伝導シート。
(8)前記電磁波吸収熱伝導シートは、シート中心部の熱伝導率が、シート外周部の熱伝導率に比べて大きいことを特徴とする、上記(1)〜(7)のいずれか1項に記載の電磁波吸収熱伝導シート。
The present invention has been made based on the above findings, and the gist thereof is as follows.
(1) A semiconductor element formed on a substrate, a conductive shield can which has an opening and is provided so as to cover at least a part of the semiconductor element and is connected to the ground, and an upper part of the conductive shield can An electromagnetic wave absorbing heat conductive sheet formed between the semiconductor element and the cooling member, at least through the opening of the conductive shield can, in a semiconductor device comprising a provided cooling member,
The electromagnetic wave absorbing heat conductive sheet covers a part of the upper surface and / or the lower surface of the conductive shield can, and the area covered by the electromagnetic wave absorbing heat conductive sheet is larger than the area of the opening of the conductive shield can. An electromagnetic wave absorbing heat conducting sheet.
By the said structure, the outstanding heat dissipation and electromagnetic wave suppression effect are realizable.
(2) The electromagnetic wave absorbing heat conductive sheet according to (1), wherein the electromagnetic wave absorbing heat conductive sheet covers a part of the upper surface of the conductive shield can.
(3) The electromagnetic wave absorbing heat conductive sheet according to (1), wherein the electromagnetic wave absorbing heat conductive sheet covers a part of the upper surface and the lower surface of the conductive shield can.
(4) The electromagnetic wave absorbing heat conductive sheet according to any one of (1) to (3), wherein the electromagnetic wave absorbing heat conductive sheet is composed of a plurality of sheets.
(5) The electromagnetic wave absorbing heat conductive sheet according to any one of (1) to (4), wherein the electromagnetic wave absorbing heat conductive sheet includes a fibrous heat conductive filler.
(6) The electromagnetic wave absorbing heat conductive sheet according to (5), wherein the fibrous heat conductive filler is carbon fiber.
(7) The electromagnetic wave absorbing heat conductive sheet according to (5) or (6), wherein the electromagnetic wave absorbing heat conductive sheet further includes magnetic metal powder.
(8) The electromagnetic wave-absorbing heat conductive sheet has any one of the above (1) to (7), characterized in that the heat conductivity at the center of the sheet is larger than the heat conductivity at the outer periphery of the sheet. The electromagnetic wave absorbing heat conductive sheet according to 1.
本発明によれば、優れた放熱性及び電磁波抑制効果を有する半導体装置を提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the semiconductor device which has the outstanding heat dissipation and electromagnetic wave suppression effect.
以下、本発明の実施形態の一例を、図面を用いて具体的に説明する。
ここで、図1〜3は、本発明の半導体装置の3つの実施形態について、断面を模式的に示した図である。なお、各図面については、説明の便宜のため、各部材の形状やスケールが実際のものとは異なる状態で示されている。各部材の形状やスケールについては、本明細書の中で規定されていること以外は、半導体装置ごとに適宜変更することが可能である。
Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
Here, FIGS. 1 to 3 are diagrams schematically showing cross sections of three embodiments of the semiconductor device of the present invention. In addition, about each drawing, the shape and scale of each member are shown in the state different from an actual thing for convenience of explanation. The shape and scale of each member can be changed as appropriate for each semiconductor device, except as defined in this specification.
本発明の半導体装置1は、図1〜3に示すように、半導体素子30と、導電シールドカン20と、冷却部材40と、電磁波吸収熱伝導シート10と、を備える。
そして、本発明の半導体装置1では、前記導電シールドカン20が開口部21を有し、該開口部21を通して、前記電磁波吸収熱伝導シート10が、前記半導体素子30と、前記冷却部材40との間に形成されていることを特徴とする。
The
And in the
前記半導体素子30は、熱及び電磁波の発生源となるが、該半導体素子30を覆うように導電シールドカン20を設けることによって、電磁波遮蔽が可能となるため、優れた電磁波抑制効果が得られる。さらに、前記導電シールドカン20に開口部21を設け、少なくともその開口部21を通して、電磁波吸収性能を有し且つ熱伝導性の高いシート部材(電磁波吸収熱伝導シート10)を半導体素子30と冷却部材40との間に設けることによって、開口部21を設けた場合であっても電磁波抑制効果を有し、冷却部材40への熱伝導が大きく改善される結果、優れた放熱性についても実現できる。
The
なお、図9は、従来技術による電磁波吸収熱伝導シートを備えた半導体装置の一例を示したものである。従来の半導体装置100では、半導体素子30と冷却部材40との間に電磁波吸収熱伝導シート10を設けているため、優れた熱導伝導性、電磁波吸収効果が得られる。しかしながら、本発明の半導体装置1のシールドカン20のような電磁波遮蔽材を備えていないことから、電磁波抑制効果が十分なレベルに達しない場合がある。
FIG. 9 shows an example of a semiconductor device provided with an electromagnetic wave absorption heat conduction sheet according to the prior art. In the
次に、本発明の半導体装置を構成する各部材について説明する。
(半導体素子)
本発明の半導体装置1は、図1〜3に示すように、基板50上に形成された半導体素子30を備える。
ここで、前記半導体素子については、半導体による電子部品であれば特に限定されるものではない。例えば、ICやLSI等の集積回路、CPU、MPU、グラフィック演算素子、イメージセンサなどが挙げられる。
Next, each member constituting the semiconductor device of the present invention will be described.
(Semiconductor element)
The
Here, the semiconductor element is not particularly limited as long as it is an electronic component made of a semiconductor. For example, an integrated circuit such as an IC or LSI, a CPU, an MPU, a graphic arithmetic element, an image sensor, and the like can be given.
前記半導体素子30が形成される基板50についても、特に限定はされず、半導体装置の種類に応じて、適したものを使用することができる。前記基板50には、グラウンド(GND)60が設けられている。グラウンド60は、基板50の内層、あるいは裏面(図1〜3では基板の裏面)に形成される。
The
図1〜3では、説明の便宜のために、導電シールドカン20が前記基板50を貫通して前記グラウンド60に直接接続するように示されている。ただし、一般的な実用に際しては、図4に示すように、前記基板50の面上に、前記半導体素子30の周りを囲むように、全周あるいは部分的にランド51を設け、この部分に前記導電シールドカン20を半田等により接続する。前記ランド51は、前記基板50に形成されたスルーホール(図示せず)により前記グラウンド60と電気的に接続されており、これにより前記導電シールドカン20はグラウンド60と電気的に接合される。
1 to 3, for convenience of explanation, the conductive shield can 20 is illustrated as penetrating the
(シールドカン)
本発明の半導体装置1は、図1〜3に示すように、開口部21を有し、前記半導体素子30の少なくとも一部を覆うように設けられ、前記グラウンド60に接続された導電シールドカン20を備える。
前記グラウンド60に接続された導電シールドカン20によって、電磁波のシールドが可能となり、本発明の半導体装置1の電磁波抑制効果を向上できる。
(Shield can)
As shown in FIGS. 1 to 3, the
The conductive shield can 20 connected to the
ここで、前記シールドカン20を構成する材料としては、電磁波のシールド効果が高いものであれば特に限定はされない。例えば、アルミ、銅、ステンレス等の導電率の高い金属や、導電性の高い磁性体等を用いることができる。該導電性の高い磁性体材料としては、パーマロイ、センダスト、Fe系若しくはCo系のアモルファス材料、微結晶材料等が挙げられる。前記シールドカン20を構成する材料として、上述のような磁性体材料を用いた場合には、電気的シールド効果のほかに、磁気的シールド効果及び磁気的吸収効果についても期待できる。 Here, the material constituting the shield can 20 is not particularly limited as long as it has a high electromagnetic shielding effect. For example, a highly conductive metal such as aluminum, copper, or stainless steel, a highly conductive magnetic material, or the like can be used. Examples of the highly conductive magnetic material include permalloy, sendust, Fe-based or Co-based amorphous material, and microcrystalline material. When the magnetic material as described above is used as the material constituting the shield can 20, in addition to the electric shield effect, a magnetic shield effect and a magnetic absorption effect can be expected.
前記シールドカンに設けられた開口部21は、前記シールドカンに設けられた貫通孔のことである。なお、前記開口部21は、内部に後述する電磁波吸収熱伝導シート10が充填され、半導体素子30と冷却部材と40との間を繋ぐため、図1〜3に示すように、前記半導体素子30と前記冷却部材40とを結ぶ方向(図1〜3では各部材の積層方向)に形成される。
前記、前記開口部21の大きさについては、特に限定はされず、半導体素子30の大きさ等に応じて適宜変更することができる。前記開口部21は、開口面積が小さい方が、電磁波の放出を少なくでき、放射電磁界を小さくすることが可能である。ただし、半導体素子30からの熱を逃がすという観点からは、前記開口部21を大きくして大きな電磁波吸収熱伝導シート10を用いることが好ましい。そのため、開口部21の大きさは、本発明の半導体装置1に要求される熱伝導性や電磁ノイズ抑制効果に応じて適宜変更することになる。
The
The size of the
(冷却部材)
本発明の半導体装置1は、図1〜3に示すように、前記導電シールドカン20の上部に冷却部材40を備える。
ここで、前記冷却部材40は、前記熱源(半導体素子30)から発生する熱を吸収し、外部に放散させるための部材である。後述する電磁波吸収熱伝導シート10を介して、前記半導体素子30と接続されることによって、半導体素子30が発生した熱を外部に拡散させ、半導体装置の放熱性を確保できる。
前記冷却部材40の種類については、特に限定はされず、本発明の半導体装置1の種類に応じて適宜選択することができる。例えば、放熱器、冷却器、ヒートシンク、ヒートスプレッダ、ダイパッド、冷却ファン、ヒートパイプ、金属カバー、筐体等が挙げられる。これらの放熱部材の中でも、より優れた放熱性が得られる点からは、放熱器、冷却器又はヒートシンクを用いることが好ましい。
(Cooling member)
The
Here, the cooling
The type of the cooling
なお、前記冷却部材40は、図1〜3に示すように、前記導電シールドカン20の上部に設けられるが、前記導電シールドカンとは接しておらず、一定の距離を開けて設けられることが好ましい。後述する電磁波吸収熱伝導シート10が、前記導電シールドカン20の上面20aと、前記冷却部材40との間に充填されることがあるためである。
As shown in FIGS. 1 to 3, the cooling
(電磁波吸収熱伝導シート)
本発明の半導体装置1は、図1〜3に示すように、少なくとも前記導電シールドカン20の開口部21を通して、前記半導体素子30と、前記冷却部材40との間に形成された電磁波吸収熱伝導シート10を備える。
電磁波吸収性能を有し且つ熱伝導性の高い電磁波吸収熱伝導シート10が、半導体素子30と冷却部材40との間に設けられることで、電磁波抑制効果を低下させることなく、放熱性についても向上させることが可能となる。
(Electromagnetic wave absorbing heat conduction sheet)
As shown in FIGS. 1 to 3, the
The electromagnetic wave absorbing heat
前記電磁波吸収熱伝導シート10のサイズについては、特に限定はされないが、図1〜3に示すように、前記シールドカン20の開口部21内に充填されるため、少なくとも開口部の面積と同等以上の被覆面積を有する必要がある。ここで、図10は、電磁波吸収熱伝導シート及び導電シールドカンを上から見た状態を示す図であるが、前記電磁波吸収熱伝導シート10の被覆面積とは、図10に示すように、前記電磁波吸収熱伝導シート10によって覆われた前記シールドカン20(開口部21も含む)の面積(図10の斜線部の面積S)のことであり、前記導電シールドカンの上面20a及び下面20bのいずれも覆っている場合には、合計面積ではなく、それぞれの面での被覆面積のことを意味する。
Although it does not specifically limit about the size of the said electromagnetic wave absorption heat
ここで、前記電磁波吸収熱伝導シート10は、図2又は図3に示すように、前記導電シールドカン20の上面20a及び/又は下面20bの一部を覆っている(言い換えれば、前記電磁波吸収熱伝導シート10の被覆面積が、前記導電シールドカン20の開口部21の面積よりも大きい)ことが好ましい。より優れた放熱性及び電磁波抑制効果が得られるためである。
なお、図1〜3に示すように、前記導電シールドカン20の上面20aとは、前記導電シールドカン20の冷却部材40側の面のことを示し、前記導電シールドカン20の下面20bとは、前記導電シールドカン20の半導体素子30側の面のことを示す。
Here, as shown in FIG. 2 or FIG. 3, the electromagnetic wave absorbing heat
1 to 3, the
また、さらに優れた放熱性及び電磁波抑制効果が得られる点からは、前記電磁波吸収熱伝導シート10が、図3に示すように、前記導電シールドカン20の上面20aの一部を覆っていること(つまり、前記導電シールドカン20の冷却部材40側における前記電磁波吸収熱伝導シートの被覆面積が、前記導電シールドカン20の開口部21の面積よりも大きいこと)が好ましい。
そして、特に優れた電磁波抑制効果が得られる点からは、前記電磁波吸収熱伝導シート10が、図2に示すように、前記導電シールドカン20の上面20a及び下面20bの一部を覆っていること(つまり、前記導電シールドカン20の冷却部材40側及び半導体素子30側における前記電磁波吸収熱伝導シートの被覆面積が、いずれも前記導電シールドカン20の開口部21の面積よりも大きいこと)が好ましい。
Moreover, from the point which can obtain the further outstanding heat dissipation and electromagnetic wave suppression effect, the said electromagnetic wave absorption heat
And from the point from which the especially outstanding electromagnetic wave suppression effect is acquired, the said electromagnetic wave absorption heat
さらに、前記電磁波吸収熱伝導シート10の被覆面積については、より優れた放熱性及び電磁波抑制効果が得られる点から、前記導電シールドカン20の開口部21の面積に対して110%以上であることが好ましく、120%以上であることがより好ましく、140%以上であることがさらに好ましい。なお、前記電磁波吸収熱伝導シート10の被覆面積の上限値については特に限定はないが、実質的には、シールドカン20の全体の面積が上限値になる。
Furthermore, the covering area of the electromagnetic wave absorbing heat
なお、前記電磁波吸収熱伝導シート10は、一層のシートから構成しても良いし、複数枚のシートから構成することもできる。
例えば、図1に示すように、前記電磁波吸収熱伝導シート10が前記シールドカン20の上面20a又は下面20bを覆わない場合(つまり、前記電磁波吸収熱伝導シート10の被覆面積が前記開口部21の面積と同一の場合)には、前記電磁波吸収熱伝導シート10を一層のシートにより構成することができる。ただし、シートの厚さを調整しやすい等の観点から、複数のシートから構成することもできる。
また、図2及び3に示すように、前記電磁波吸収熱伝導シート10が前記シールドカン20の上面20aや下面20bの一部を覆う場合(つまり、前記電磁波吸収熱伝導シート10の被覆面積が前記シールドカン20の開口部21の面積よりも大きい場合)には、前記電磁波吸収熱伝導シート10を一層のシートにより構成してもよいし、複数のシートにより構成することもできる。前記電磁波吸収熱伝導シート10を一層のシートから構成する場合には、電磁波吸収熱伝導シート10と部材(図2及び3では、半導体素子30及び冷却部材40)とを圧着することによって、シートの一部が押し出され、前記シールドカン20の上面20aや下面20bの一部を覆うことができる。前記電磁波吸収熱伝導シート10を複数枚のシートから構成する場合には、大きさが異なるシートを組み合わせることによって、所望の形状の電磁波吸収熱伝導シート10を得ることができる。
The electromagnetic wave absorbing heat
For example, as shown in FIG. 1, when the electromagnetic wave absorbing heat
2 and 3, when the electromagnetic wave absorbing heat
ただし、図2及び3に示すように、前記電磁波吸収熱伝導シート10が前記シールドカン20の上面20aや下面20bの一部を覆う場合(つまり、前記電磁波吸収熱伝導シート10の被覆面積が前記シールドカン20の開口部21の面積よりも大きい場合)には、前記電磁波吸収熱伝導シート10を複数のシートから構成することが好ましい。圧着等の工程がないため、後述する繊維状の熱伝導性充填材を配向させた状態で前記電磁波吸収熱伝導シート10を形成することができる結果、より優れた放熱性及び電磁波抑制効果を得ることができる。
However, as shown in FIGS. 2 and 3, when the electromagnetic wave absorbing heat
また、前記電磁波吸収熱伝導シート10の厚さTについては、特に限定はされず、半導体素子30と冷却部材40との距離や、が前記シールドカン20のサイズ等に応じて適宜変更することができる。ただし、放熱性及び電磁波抑制効果をより高いレベルで実現できる点からは、前記電磁波吸収熱伝導シート10の厚さTが50μm〜4mmであることが好ましく、100μm〜4mmであることがより好ましく、200μm〜3mmであることが特に好ましい。前記電磁波吸収熱伝導シート10の厚さTが4mmを超えると、前記半導体素子30と前記冷却部材40との距離が長くなるため、伝熱特性が低下するおそれがあり、一方、前記電磁波吸収熱伝導シート10の厚さTが50μm未満の場合には、電磁波抑制効果が小さくなるおそれがある。
ここで、前記電磁波吸収熱伝導シート10の厚さTは、図1〜3に示すように、前記電磁波吸収熱伝導シート10の最も厚さが大きな部分の厚さTのことを意味し、一層のシートから形成されるか、複数のシートから形成されるかには関わらない。
Further, the thickness T of the electromagnetic wave absorbing heat
Here, as shown in FIGS. 1 to 3, the thickness T of the electromagnetic wave absorbing heat
また、前記電磁波吸収熱伝導シート10は、表面にタック性を有することが好ましい。電磁波吸収熱伝導シート10と他の部材との接着性を向上できるからである。さらに、前記電磁波吸収熱伝導シート10が複数のシートから構成される場合には、シート同士の接着性についても向上できる。
なお、前記電磁波吸収熱伝導シート10の表面にタック性を付与する方法については特に限定はされない。例えば、後述する電磁波吸収熱伝導シート10を構成するバインダ樹脂の適正化を図ってタック性を持たせることもできるし、該電磁波吸収熱伝導シート10の表面にタック性のある接着層を別途設けることもできる。
Moreover, it is preferable that the said electromagnetic wave absorption heat
The method for imparting tackiness to the surface of the electromagnetic wave absorbing
さらに、前記電磁波吸収熱伝導シート10は、シート中心部の熱伝導率が、シート外周部の熱伝導率に比べて大きくなることで、半導体素子30と接する部分について熱伝導性を高めることができる。一方、前記半導体素子30と接する面積が小さいシート外周部については、熱伝導性よりも電磁波吸収性能を優先させることができる。その結果、本発明の半導体装置1は、より優れた放熱性及び電磁波抑制効果を実現できる。
ここで、前記電磁波吸収熱伝導シート10のシート中心部とは、電磁波吸収熱伝導シート10が前記半導体素子30と接する部分であり、その中でも特に、発熱量の多い部分(一般的にホットスポットといわれる部分)に相当する部分のことをいう。また、シート外周部とは、前記中心部以外の部分のことをいう。
Further, the electromagnetic wave absorbing heat
Here, the sheet central portion of the electromagnetic wave absorbing heat
なお、前記電磁波吸収熱伝導シート10の熱伝導率を変更させる方法としては特に限定はされないが、後述するように、シート中心部とシート外周部とで、繊維状の熱伝導性充填材の材料、配合量及び配向方向等を変えることによって、熱伝導率を変更することが可能である。
The method for changing the thermal conductivity of the electromagnetic wave absorbing heat
また、前記電磁波吸収熱伝導シート10を構成する材料については、優れた電磁波吸収性能及び熱伝導性を有するものであれば特に限定はされない。
例えば、高いレベルで、電磁波吸収性能及び熱伝導性を実現できる点からは、前記電磁波吸収熱伝導シートとして、バインダ樹脂と、熱伝導性充填剤とを含む、電磁波吸収熱伝導シートを用いることができる。
Moreover, about the material which comprises the said electromagnetic wave absorption heat
For example, from the point that electromagnetic wave absorbing performance and thermal conductivity can be realized at a high level, an electromagnetic wave absorbing heat conductive sheet containing a binder resin and a heat conductive filler is used as the electromagnetic wave absorbing heat conductive sheet. it can.
以下、電磁波吸収熱伝導シート10を構成する材料について記載する。
・バインダ樹脂
前記電磁波吸収熱伝導シートを構成するバインダ樹脂とは、熱伝導シートの基材となる樹脂成分のことである。その種類については、特に限定されず、公知のバインダ樹脂を適宜選択することができる。例えば、バインダ樹脂の一つとして、熱硬化性樹脂が挙げられる。
Hereinafter, the material which comprises the electromagnetic wave absorption heat
-Binder resin The binder resin which comprises the said electromagnetic wave absorption heat conductive sheet is a resin component used as the base material of a heat conductive sheet. The type is not particularly limited, and a known binder resin can be appropriately selected. For example, one of the binder resins is a thermosetting resin.
前記熱硬化性樹脂としては、例えば、架橋性ゴム、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン、ポリウレタン、ポリイミドシリコーン、熱硬化型ポリフェニレンエーテル、熱硬化型変性ポリフェニレンエーテル等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 Examples of the thermosetting resin include crosslinkable rubber, epoxy resin, polyimide resin, bismaleimide resin, benzocyclobutene resin, phenol resin, unsaturated polyester, diallyl phthalate resin, silicone, polyurethane, polyimide silicone, and thermosetting type. Examples include polyphenylene ether and thermosetting modified polyphenylene ether. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
なお、前記架橋性ゴムとしては、例えば、天然ゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ニトリルゴム、水添ニトリルゴム、クロロプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレン、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、ポリイソブチレンゴム、シリコーンゴム等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 Examples of the crosslinkable rubber include natural rubber, butadiene rubber, isoprene rubber, nitrile rubber, hydrogenated nitrile rubber, chloroprene rubber, ethylene propylene rubber, chlorinated polyethylene, chlorosulfonated polyethylene, butyl rubber, halogenated butyl rubber, Examples thereof include fluorine rubber, urethane rubber, acrylic rubber, polyisobutylene rubber, and silicone rubber. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
また、上述した熱硬化性樹脂の中でも、成形加工性及び耐候性に優れるとともに、電子部品に対する密着性及び追従性の点から、シリコーンを用いることが好ましい。シリコーンとしては、特に制限はなく、目的に応じてシリコーンの種類を適宜選択することができる。
上述した成形加工性、耐候性、密着性等を得る観点からは、前記シリコーンとして、液状シリコーンゲルの主剤と、硬化剤とから構成されるシリコーンであることが好ましい。そのようなシリコーンとしては、例えば、付加反応型液状シリコーン、過酸化物を加硫に用いる熱加硫型ミラブルタイプのシリコーン等が挙げられる。
Moreover, among the thermosetting resins described above, it is preferable to use silicone from the viewpoints of excellent molding processability and weather resistance, and adhesion and followability to electronic components. There is no restriction | limiting in particular as silicone, According to the objective, the kind of silicone can be selected suitably.
From the viewpoint of obtaining the above-described molding processability, weather resistance, adhesion, and the like, the silicone is preferably a silicone composed of a liquid silicone gel main ingredient and a curing agent. Examples of such silicone include addition reaction type liquid silicone, heat vulcanization type millable type silicone using peroxide for vulcanization, and the like.
前記付加反応型液状シリコーンとしては、ビニル基を有するポリオルガノシロキサンを主剤、Si−H基を有するポリオルガノシロキサンを硬化剤とした、2液性の付加反応型シリコーン等を用いることが好ましい。
なお、前記液状シリコーンゲルの主剤と、硬化剤との組合せにおいて、前記主剤と前記硬化剤との配合割合としては、質量比で、主剤:硬化剤=35:65〜65:35であることが好ましい。
As the addition reaction type liquid silicone, it is preferable to use a two-component addition reaction type silicone using a polyorganosiloxane having a vinyl group as a main agent and a polyorganosiloxane having a Si-H group as a curing agent.
In addition, in the combination of the main agent of the liquid silicone gel and the curing agent, the blending ratio of the main agent and the curing agent is, as a mass ratio, main agent: curing agent = 35: 65 to 65:35. preferable.
また、前記電磁波吸収熱伝導シートにおける前記バインダ樹脂の含有量は、特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、シートの成形加工性や、シートの密着性等を確保する観点からは、前記電磁波吸収熱伝導シートの20体積%〜50体積%程度であることが好ましく、30体積%〜40体積%であることがより好ましい。 Moreover, the content of the binder resin in the electromagnetic wave absorbing heat conductive sheet is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, from the viewpoint of ensuring sheet formability, sheet adhesion, and the like, it is preferably about 20% to 50% by volume of the electromagnetic wave absorbing heat conductive sheet, and 30% to 40% by volume. More preferably.
・熱伝導性充填剤
前記電磁波吸収熱伝導シートは、前記バインダ樹脂内に熱伝導性充填剤を含む。該熱伝導性充填剤は、シートの熱伝導性を向上させるための成分である。
ここで、熱伝導性充填剤の種類については、特に限定はされないが、より高い熱伝導性を実現できる点からは、繊維状の熱伝導性充填剤を用いることが好ましい。
なお、前記繊維状の熱伝導性充填剤の「繊維状」とは、アスペクト比の高い(およそ6以上)の形状のことをいう。そのため、本発明では、繊維状や棒状等の熱導電性充填剤だけでなく、アスペクト比の高い粒状の充填材や、フレーク状の熱導電性充填剤等も繊維状の熱導電性充填剤に含まれる。
-Thermally conductive filler The electromagnetic wave absorbing thermal conductive sheet contains a thermally conductive filler in the binder resin. The thermally conductive filler is a component for improving the thermal conductivity of the sheet.
Here, the type of the thermally conductive filler is not particularly limited, but it is preferable to use a fibrous thermal conductive filler from the viewpoint of realizing higher thermal conductivity.
The “fibrous” of the fibrous thermally conductive filler means a shape having a high aspect ratio (approximately 6 or more). Therefore, in the present invention, not only thermal conductive fillers such as fibers and rods, but also granular fillers having a high aspect ratio, flaky thermal conductive fillers, and the like are used as fibrous thermal conductive fillers. included.
ここで、前記繊維状の熱伝導性充填剤の種類については、繊維状で且つ熱伝導性の高い材料であれば特に限定はされず、例えば、銀、銅、アルミニウム等の金属、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、グラファイト等のセラミックス、炭素繊維等が挙げられる。
これらの繊維状の熱伝導性充填剤の中でも、より高い熱伝導性を得られる点からは、炭素繊維を用いることがより好ましい。
なお、前記熱伝導性充填剤については、一種単独でもよいし、二種以上を混合して用いてもよい。また、二種以上の熱伝導性充填剤を用いる場合には、いずれも繊維状の熱伝導性充填剤であってもよいし、繊維状の熱伝導性充填剤と別の形状の熱伝導性充填剤とを混合して用いてもよい。
Here, the type of the fibrous thermally conductive filler is not particularly limited as long as it is a fibrous and highly thermally conductive material. For example, metals such as silver, copper, and aluminum, alumina, and nitriding Examples thereof include ceramics such as aluminum, silicon carbide, and graphite, and carbon fibers.
Among these fibrous thermally conductive fillers, it is more preferable to use carbon fibers from the viewpoint of obtaining higher thermal conductivity.
In addition, about the said heat conductive filler, you may use individually by 1 type, and may mix and
前記炭素繊維の種類について特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、ピッチ系、PAN系、PBO繊維を黒鉛化したもの、アーク放電法、レーザー蒸発法、CVD法(化学気相成長法)、CCVD法(触媒化学気相成長法)等で合成されたものを用いることができる。これらの中でも、高い熱伝導性が得られる点から、PBO繊維を黒鉛化した炭素繊維、ピッチ系炭素繊維がより好ましい。 There is no restriction | limiting in particular about the kind of said carbon fiber, According to the objective, it can select suitably. For example, pitch, PAN, graphitized PBO fiber, synthesized by arc discharge method, laser evaporation method, CVD method (chemical vapor deposition method), CCVD method (catalytic chemical vapor deposition method), etc. Can be used. Among these, carbon fibers obtained by graphitizing PBO fibers and pitch-based carbon fibers are more preferable because high thermal conductivity can be obtained.
また、前記炭素繊維は、必要に応じて、その一部又は全部を表面処理して用いることができる。前記表面処理としては、例えば、酸化処理、窒化処理、ニトロ化、スルホン化、あるいはこれらの処理によって表面に導入された官能基若しくは炭素繊維の表面に、金属、金属化合物、有機化合物等を付着あるいは結合させる処理等が挙げられる。前記官能基としては、例えば、水酸基、カルボキシル基、カルボニル基、ニトロ基、アミノ基等が挙げられる。 Moreover, the said carbon fiber can surface-treat the one part or all part as needed, and can use it. Examples of the surface treatment include oxidation treatment, nitriding treatment, nitration, sulfonation, or attaching a metal, a metal compound, an organic compound, or the like to the surface of a functional group or carbon fiber introduced to the surface by these treatments. The process etc. which are combined are mentioned. Examples of the functional group include a hydroxyl group, a carboxyl group, a carbonyl group, a nitro group, and an amino group.
さらに、前記繊維状の熱伝導性充填剤の平均繊維長(平均長軸長さ)についても、特に制限はなく適宜選択することができるが、確実に高い熱伝導性を得る点から、50μm〜300μmの範囲であることが好ましく、75μm〜275μmの範囲であることがより好ましく、90μm〜250μmの範囲であることが特に好ましい。
さらにまた、前記繊維状の熱伝導性充填剤の平均繊維径(平均短軸長さ)についても、特に制限はなく適宜選択することができるが、確実に高い熱伝導性を得る点から、4μm〜20μmの範囲であることが好ましく、5μm〜14μmの範囲であることがより好ましい。
Furthermore, the average fiber length (average major axis length) of the fibrous thermal conductive filler is not particularly limited and may be appropriately selected. From the viewpoint of surely obtaining high thermal conductivity, 50 μm to It is preferably in the range of 300 μm, more preferably in the range of 75 μm to 275 μm, and particularly preferably in the range of 90 μm to 250 μm.
Furthermore, the average fiber diameter (average minor axis length) of the fibrous thermal conductive filler is not particularly limited and can be appropriately selected. However, 4 μm can be surely obtained from high thermal conductivity. It is preferably in the range of ˜20 μm, more preferably in the range of 5 μm to 14 μm.
前記繊維状の熱伝導性充填剤のアスペクト比(平均長軸長さ/平均短軸長さ)については、確実に高い熱伝導性を得る点から、6以上であるものが用いられ、7〜30であることが好ましい。前記アスペクト比が小さい場合でも熱伝導率等の改善効果はみられるが、配向性が低下するなどにより大きな特性改善効果が得られないため、アスペクト比は6以上とする。一方、30を超えると、電磁波吸収熱伝導シート中での分散性が低下するため、十分な熱伝導率を得られないおそれがある。
ここで、前記繊維状の熱伝導性充填剤の平均長軸長さ、及び平均短軸長さは、例えばマイクロスコープ、走査型電子顕微鏡(SEM)等によって測定し、複数のサンプルから平均を算出することができる。
The aspect ratio (average major axis length / average minor axis length) of the fibrous thermal conductive filler is 6 or more from the viewpoint of surely obtaining high thermal conductivity. 30 is preferred. Even when the aspect ratio is small, an effect of improving thermal conductivity and the like is observed, but a large characteristic improvement effect cannot be obtained due to a decrease in orientation, and therefore the aspect ratio is set to 6 or more. On the other hand, when it exceeds 30, the dispersibility in the electromagnetic wave absorbing heat conductive sheet is lowered, so that there is a possibility that sufficient heat conductivity cannot be obtained.
Here, the average major axis length and the average minor axis length of the fibrous thermal conductive filler are measured by, for example, a microscope, a scanning electron microscope (SEM), etc., and an average is calculated from a plurality of samples. can do.
また、前記電磁波吸収熱伝導シートにおける前記繊維状の熱伝導性充填剤の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、4体積%〜40体積%であることが好ましく、5体積%〜30体積%であることがより好ましく、6体積%〜20体積%であることが特に好ましい。前記含有量が4体積%未満であると、十分に低い熱抵抗を得ることが困難になるおそれがあり、40体積%を超えると、前記熱伝導シートの成型性及び前記繊維状の熱伝導性充填剤の配向性に影響を与えてしまうおそれがある。 The content of the fibrous heat conductive filler in the electromagnetic wave absorbing heat conductive sheet is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but is 4 vol% to 40 vol%. It is preferably 5% by volume to 30% by volume, more preferably 6% by volume to 20% by volume. When the content is less than 4% by volume, it may be difficult to obtain a sufficiently low thermal resistance. When the content exceeds 40% by volume, the moldability of the heat conductive sheet and the fibrous heat conductivity may be obtained. There is a risk of affecting the orientation of the filler.
さらに、前記電磁波吸収熱伝導シートでは、前記熱伝導性充填剤が一方向又は複数の方向に配向していることが好ましい。前記熱伝導性充填剤を配向させることによって、より高い熱伝導性や電磁波吸収性を実現できるためである。
例えば、前記電磁波吸収熱伝導シートによる熱伝導性を高め、本発明の半導体装置の放熱性を向上させたい場合には、前記熱伝導性充填剤をシート面に対して略垂直状に配向させることができる。一方、前記電磁波吸収熱伝導シートによる電磁波シールド性能を高め、本発明の半導体装置の電磁波抑制効果を向上させたい場合には、前記熱伝導性充填剤をシート面に対して略平行状に配向させることができる。
ここで、前記シート面に対して略垂直状や、略平行の方向は、前記シート面方向に対してほぼ垂直な方向やほぼ平行な方向を意味する。ただし、前記熱伝導性充填剤の配向方向は、製造時に多少のばらつきはあるため、本発明では、上述したシート面の方向に対して垂直な方向や平行な方向から±20°程度のズレは許容される。
Furthermore, in the electromagnetic wave absorbing heat conductive sheet, it is preferable that the heat conductive filler is oriented in one direction or a plurality of directions. This is because higher thermal conductivity and electromagnetic wave absorption can be realized by orienting the thermal conductive filler.
For example, when it is desired to increase the thermal conductivity of the electromagnetic wave absorbing heat conductive sheet and improve the heat dissipation of the semiconductor device of the present invention, the heat conductive filler is oriented substantially perpendicularly to the sheet surface. Can do. On the other hand, when it is desired to improve the electromagnetic wave shielding performance of the electromagnetic wave absorbing heat conductive sheet and improve the electromagnetic wave suppressing effect of the semiconductor device of the present invention, the heat conductive filler is oriented substantially parallel to the sheet surface. be able to.
Here, the direction substantially perpendicular or substantially parallel to the sheet surface means a direction substantially perpendicular or substantially parallel to the sheet surface direction. However, since the orientation direction of the thermally conductive filler varies slightly during production, in the present invention, a deviation of about ± 20 ° from a direction perpendicular to or parallel to the above-described sheet surface direction is Permissible.
なお、前記熱伝導性充填剤の配向角度を整える方法については、特に限定はされない。例えば、前記電磁波吸収熱伝導シートの元になるシート用成形体を作製し、繊維状の熱伝導性充填剤を配向させた状態で、切り出し角度を調整することによって、配向角度の調整が可能となる。 The method for adjusting the orientation angle of the thermally conductive filler is not particularly limited. For example, it is possible to adjust the orientation angle by preparing a molded body for a sheet that is the basis of the electromagnetic wave absorbing heat conductive sheet and adjusting the cut-out angle in a state where the fibrous heat conductive filler is oriented. Become.
・無機物フィラー
また、前記電磁波吸収熱伝導シートは、上述したバインダ樹脂及び熱伝導性繊維に加えて、無機物フィラーをさらに含むことができる。電磁波吸収熱伝導シートの熱伝導性をより高め、シートの強度を向上できるからである。
前記無機物フィラーとしては、形状、材質、平均粒径等については特に制限がされず、目的に応じて適宜選択することができる。前記形状としては、例えば、球状、楕円球状、塊状、粒状、扁平状、針状等が挙げられる。これらの中でも、球状、楕円形状が充填性の点から好ましく、球状が特に好ましい。
-Inorganic filler Moreover, in addition to the binder resin and heat conductive fiber which were mentioned above, the said electromagnetic wave absorption heat conductive sheet can further contain an inorganic filler. This is because the heat conductivity of the electromagnetic wave absorbing heat conductive sheet can be further increased and the strength of the sheet can be improved.
The inorganic filler is not particularly limited with respect to shape, material, average particle diameter, and the like, and can be appropriately selected according to the purpose. Examples of the shape include a spherical shape, an elliptical spherical shape, a lump shape, a granular shape, a flat shape, and a needle shape. Among these, spherical and elliptical shapes are preferable from the viewpoint of filling properties, and spherical shapes are particularly preferable.
前記無機物フィラーの材料としては、例えば、窒化アルミニウム(窒化アルミ:AlN)、シリカ、アルミナ(酸化アルミニウム)、窒化ホウ素、チタニア、ガラス、酸化亜鉛、炭化ケイ素、ケイ素(シリコン)、酸化珪素、酸化アルミニウム、金属粒子等が挙げられる。これらは、一種単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。これらの中でも、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、シリカが好ましく、熱伝導率の点から、アルミナ、窒化アルミニウムが特に好ましい。 Examples of the inorganic filler material include aluminum nitride (aluminum nitride: AlN), silica, alumina (aluminum oxide), boron nitride, titania, glass, zinc oxide, silicon carbide, silicon (silicon), silicon oxide, and aluminum oxide. And metal particles. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together. Among these, alumina, boron nitride, aluminum nitride, zinc oxide, and silica are preferable, and alumina and aluminum nitride are particularly preferable from the viewpoint of thermal conductivity.
また、前記無機物フィラーは、表面処理が施されたものを用いることもできる。前記表面処理としてカップリング剤で前記無機物フィラーを処理すると、前記無機物フィラーの分散性が向上し、電磁波吸収熱伝導シートの柔軟性が向上する。 In addition, the inorganic filler may be a surface-treated one. When the inorganic filler is treated with a coupling agent as the surface treatment, the dispersibility of the inorganic filler is improved and the flexibility of the electromagnetic wave absorbing heat conducting sheet is improved.
前記無機物フィラーの平均粒径については、無機物の種類等に応じて適宜選択することができる。
前記無機物フィラーがアルミナの場合、その平均粒径は、1μm〜10μmであることが好ましく、1μm〜5μmであることがより好ましく、4μm〜5μmであることが特に好ましい。前記平均粒径が1μm未満であると、粘度が大きくなり、混合しにくくなるおそれがある。一方、前記平均粒径が10μmを超えると、前記熱伝導シートの熱抵抗が大きくなるおそれがある。
さらに、前記無機物フィラーが窒化アルミニウムの場合、その平均粒径は、0.3μm〜6.0μmであることが好ましく、0.3μm〜2.0μmであることがより好ましく、0.5μm〜1.5μmであることが特に好ましい。前記平均粒径が、0.3μm未満であると、粘度が大きくなり、混合しにくくなるおそれがあり、6.0μmを超えると、前記熱伝導シートの熱抵抗が大きくなるおそれがある。
なお、前記無機物フィラーの平均粒径については、例えば、粒度分布計、走査型電子顕微鏡(SEM)により測定することができる。
About the average particle diameter of the said inorganic filler, it can select suitably according to the kind etc. of an inorganic substance.
When the inorganic filler is alumina, the average particle size is preferably 1 μm to 10 μm, more preferably 1 μm to 5 μm, and particularly preferably 4 μm to 5 μm. When the average particle size is less than 1 μm, the viscosity increases and mixing may be difficult. On the other hand, when the average particle size exceeds 10 μm, the thermal resistance of the heat conductive sheet may increase.
Further, when the inorganic filler is aluminum nitride, the average particle size is preferably 0.3 μm to 6.0 μm, more preferably 0.3 μm to 2.0 μm, and particularly preferably 0.5 μm to 1.5 μm. preferable. If the average particle size is less than 0.3 μm, the viscosity may increase and mixing may be difficult, and if it exceeds 6.0 μm, the thermal resistance of the heat conductive sheet may increase.
In addition, about the average particle diameter of the said inorganic filler, it can measure with a particle size distribution meter and a scanning electron microscope (SEM), for example.
・磁性金属粉
さらに、前記電磁波吸収熱伝導シートは、上述したバインダ樹脂、繊維状の熱伝導性繊維及び無機物フィラーに加えて、磁性金属粉をさらに含むことが好ましい。該磁性金属粉を含むことで、電磁波吸収熱伝導シートの電磁波吸収性を向上させることができる。
-Magnetic metal powder Furthermore, it is preferable that the said electromagnetic wave absorption heat conductive sheet further contains magnetic metal powder in addition to the binder resin mentioned above, a fibrous heat conductive fiber, and an inorganic filler. By including the magnetic metal powder, the electromagnetic wave absorbability of the electromagnetic wave absorbing heat conducting sheet can be improved.
前記磁性金属粉の種類については、電磁波吸収性有すること以外は、特に限定されず、公知の磁性金属粉を適宜選択することができる。例えば、アモルファス金属粉や、結晶質の金属粉末を用いることができる。アモルファス金属粉としては、例えば、Fe−Si−B−Cr系、Fe−Si−B系、Co−Si−B系、Co−Zr系、Co−Nb系、Co−Ta系のもの等が挙げられ、結晶質の金属粉としては、例えば、純鉄、Fe系、Co系、Ni系、Fe−Ni系、Fe−Co系、Fe−Al系、Fe−Si系、Fe−Si−Al系、Fe−Ni−Si−Al系のもの等が挙げられる。さらに、前記結晶質の金属粉としては、結晶質の金属粉に、N(窒素)、C(炭素)、O(酸素)、B(ホウ素)等を微量加えて微細化させた微結晶質金属粉を用いてもよい。
なお、前記磁性金属粉については、材料が異なるものや、平均粒径が異なるものを二種以上混合したものを用いてもよい。
The kind of the magnetic metal powder is not particularly limited except that it has electromagnetic wave absorptivity, and a known magnetic metal powder can be appropriately selected. For example, amorphous metal powder or crystalline metal powder can be used. Examples of amorphous metal powders include Fe-Si-B-Cr, Fe-Si-B, Co-Si-B, Co-Zr, Co-Nb, and Co-Ta. As the crystalline metal powder, for example, pure iron, Fe-based, Co-based, Ni-based, Fe-Ni-based, Fe-Co-based, Fe-Al-based, Fe-Si-based, Fe-Si-Al-based , Fe-Ni-Si-Al type and the like. Further, the crystalline metal powder is a microcrystalline metal obtained by adding a small amount of N (nitrogen), C (carbon), O (oxygen), B (boron), etc. to the crystalline metal powder. Powder may be used.
In addition, about the said magnetic metal powder, you may use what mixed the thing from which a material differs, or the thing from which an average particle diameter differs 2 or more types.
また、前記磁性金属粉については、球状、扁平状等の形状を調整することが好ましい。例えば、充填性を高くする場合には、粒径が数μm〜数十μmであって、球状である磁性金属粉を用いることが好ましい。このような磁性金属粉末は、例えばアトマイズ法や、金属カルボニルを熱分解する方法により製造することができる。アトマイズ法とは、球状の粉末が作りやすい利点を有し、溶融金属をノズルから流出させ、流出させた溶融金属に空気、水、不活性ガス等のジェット流を吹き付けて液滴として凝固させて粉末を作る方法である。アトマイズ法によりアモルファス磁性金属粉末を製造する際には、溶融金属が結晶化しないようにするために、冷却速度を1×106(K/s)程度にすることが好ましい。 Moreover, about the said magnetic metal powder, it is preferable to adjust shapes, such as spherical shape and flat shape. For example, in order to increase the filling property, it is preferable to use a magnetic metal powder having a particle size of several μm to several tens of μm and having a spherical shape. Such a magnetic metal powder can be produced by, for example, an atomizing method or a method of thermally decomposing metal carbonyl. The atomizing method has the advantage that a spherical powder is easy to make. The molten metal flows out from the nozzle, and a jet stream of air, water, inert gas, etc. is sprayed on the molten metal and solidified as droplets. It is a method of making a powder. When the amorphous magnetic metal powder is produced by the atomizing method, the cooling rate is preferably about 1 × 10 6 (K / s) in order to prevent the molten metal from crystallizing.
上述したアトマイズ法により、アモルファス合金粉を製造した場合には、アモルファス合金粉の表面を滑らかな状態とすることができる。このように表面凹凸が少なく、比表面積が小さいアモルファス合金粉を磁性金属粉として用いると、バインダ樹脂に対して充填性を高めることができる。さらに、カップリング処理を行うことで充填性をより向上できる。 When the amorphous alloy powder is manufactured by the atomizing method described above, the surface of the amorphous alloy powder can be made smooth. Thus, when amorphous alloy powder with few surface unevenness | corrugations and a small specific surface area is used as magnetic metal powder, a filling property can be improved with respect to binder resin. Furthermore, the filling property can be further improved by performing the coupling treatment.
なお、前記電磁波吸収熱伝導シートは、上述した、バインダ樹脂、繊維状の熱伝導性充填剤、無機物フィラー及び磁性金属粉に加えて、目的に応じてその他の成分を適宜含むことも可能である。
その他の成分としては、例えば、チキソトロピー性付与剤、分散剤、硬化促進剤、遅延剤、微粘着付与剤、可塑剤、難燃剤、酸化防止剤、安定剤、着色剤等が挙げられる。
In addition to the binder resin, the fibrous heat conductive filler, the inorganic filler, and the magnetic metal powder, the electromagnetic wave absorbing heat conductive sheet may appropriately include other components depending on the purpose. .
Examples of other components include a thixotropic agent, a dispersant, a curing accelerator, a retarder, a slightly tackifier, a plasticizer, a flame retardant, an antioxidant, a stabilizer, and a colorant.
次に、本発明を実施例に基づき具体的に説明する。ただし、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。 Next, the present invention will be specifically described based on examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
(実施例1)
実施例1では、3次元電磁界シミュレータANSYS HFSS(アンシス社製)を用いて、図5(a)及び(b)に示すような半導体装置の解析モデルを作製し、電磁波抑制効果の評価を行った。
ここで、半導体装置のモデルに用いた電磁波吸収熱伝導シート10は、樹脂バインダとして2液性の付加反応型液状シリコーンを用い、磁性金属粉として平均粒径5μmのFe-Si-B-Crアモルファス磁性粒子を用い、繊維状熱伝導性充填剤として平均繊維長200μmのピッチ系炭素繊維(「熱伝導性繊維」 日本グラファイトファイバー株式会社製)を用い、2液性の付加反応型液状シリコーン:アモルファス磁性粒子:ピッチ系炭素繊維=35vol%:53vol%:12vol%の体積比となるように分散させて、シリコーン組成物(シート用組成物)を調製したものを用いた。得られた電磁波吸収熱伝導シートは、垂直方向の平均熱伝導率(界面の熱抵抗と内部の熱抵抗を合わせて算出している)が、ASTM D5470に準拠した測定で9.2 W/m.Kを示し、該シートの磁気特性及び誘電特性については、Sパラメータ法で測定した値を用いた。なお、電磁波吸収熱伝導シート10の厚さTは、0.7mmとした。
また、半導体装置のモデルに用いたヒートシンク40は、アルミ板を材料として用い、大きさは60×120mmで、厚さは、0.3mmとした。
さらに、シールドカン20は、肉厚0.2mmのステンレスであり、外径寸法は、20mm×20mm×1.2mmとして中央に開口部21を設けた。開口部21の大きさは、□10mm:10mm×10mmとした。
図5(a)及び(b)は、半導体装置の解析モデルを示したものであり、それぞれ上面部側(表面側)から、下面部側(裏面側)から見た状態を示したものである。なお、図5(a)及び(b)では、半導体装置を構成する各部材の位置関係がわかるように、透過させて描いている。なお、前記解析モデルの断面構造は、図1〜3と同様であり、半導体素子30は、図5(a)及び(b)に示すように、マイクロストリップライン(MSL)31を樹脂モールドで覆ったものとし、該MSL31については、誘電体基板50(基板サイズ:60 mm×120 mm×0.65 mm)表面側に銅の信号線(信号線サイズ:1mm×14 mm×0.02 mm)、裏面側にグラウンド60を配したものとした。半導体素子30の信号源は、このMSL31で簡略化し両端を信号の入出力端に設定している。なお、上述の半導体素子30の本体(樹脂でモールドした部分)は、比誘電率4、誘電正接0.01の誘電体とした。なお、半導体素子30の本体の大きさは16mm×16mm×0.7mmとした。
Example 1
In Example 1, a three-dimensional electromagnetic field simulator ANSYS HFSS (manufactured by Ansys) was used to create an analysis model of a semiconductor device as shown in FIGS. 5A and 5B and to evaluate the electromagnetic wave suppression effect. It was.
Here, the electromagnetic wave absorbing heat
Further, the
Further, the shield can 20 is made of stainless steel having a wall thickness of 0.2 mm, the outer diameter is 20 mm × 20 mm × 1.2 mm, and an
FIGS. 5A and 5B show an analysis model of a semiconductor device, and show a state viewed from the upper surface side (front surface side) and the lower surface portion side (back surface side), respectively. . Note that in FIGS. 5A and 5B, the drawing is made transparent so that the positional relationship of each member constituting the semiconductor device can be understood. The cross-sectional structure of the analysis model is the same as that shown in FIGS. 1 to 3, and the
そして、電磁波抑制効果の評価については、半導体装置から3m離れた位置における最大電界強度を算出し、周波数に応じた電界強度(dBμV/m)として表記した。得られた電界強度算出結果を図6に示す。
図6では、図1に示すような構成の半導体装置となるように、開口部21と同じ10mm×10mmの被覆面積を有する電磁波吸収熱伝導シート10を用いたものを、□10mmとして示している。また、図1に示すような構成の半導体装置であり、10mm×10mmの被覆面積を有するが、電磁ノイズ抑制熱伝導シートの代わりに、電磁波吸収効果が低い熱伝導シート(比誘電率6、誘電正接0.01)を用いたものを、□10mm(熱伝導シート)として示している。
さらに、図2に示すような構成の半導体装置となるように、開口部21よりも大きな12mm×12mmの被覆面積を有する電磁波吸収熱伝導シート10を用いたものを、□12mmとして示し、14mm×14mmの被覆面積を有する電磁波吸収熱伝導シート10を用いたものを、□14mmとして示している。
For the evaluation of the electromagnetic wave suppression effect, the maximum electric field strength at a position 3 m away from the semiconductor device was calculated and expressed as the electric field strength (dBμV / m) corresponding to the frequency. The obtained electric field strength calculation results are shown in FIG.
In FIG. 6, the one using the electromagnetic wave absorbing heat
Further, a sheet using the electromagnetic wave absorbing heat
図6の結果から、本発明の範囲に含まれる□10mm、□12mm及び□14mmの解析モデルでは、□10mm(熱伝導シート)の解析モデルに比べて、良好な電磁波抑制効果(電界強度低減)が確認された。特に、図2に示すような、電磁波吸収熱伝導シート10が導電シールドカン20の上面20a及びは下面20bの一部を覆う構成(□12mm及び□14mmの解析モデル)については、さらに優れた電磁波抑制効果を確認できた。
From the results shown in FIG. 6, the □ 10 mm, □ 12 mm, and □ 14 mm analysis models included in the scope of the present invention have a better electromagnetic wave suppression effect (electric field strength reduction) than the □ 10 mm (heat conduction sheet) analysis model. Was confirmed. In particular, as shown in FIG. 2, the electromagnetic wave absorbing heat
(実施例2)
実施例2では、実施例1と同様の条件で、前記3次元電磁界シミュレータを用いて、図5(a)及び(b)に示すような半導体装置の解析モデルを作製し、電磁波抑制効果の評価を行った。
(Example 2)
In Example 2, an analysis model of the semiconductor device as shown in FIGS. 5A and 5B is prepared using the three-dimensional electromagnetic simulator under the same conditions as in Example 1, and the electromagnetic wave suppression effect is improved. Evaluation was performed.
そして、電磁波抑制効果の評価は、実施例1と同様に、周波数に応じた電界強度(dBμV/m)を算出した。算出結果を図7に示す。
図7では、図2に示すような構成の半導体装置となるように、開口部21よりも大きな14mm×14mmの被覆面積を有する電磁波吸収熱伝導シート10を用いたものを、□14mmの解析モデルとして示した。
また、図3に示すような構成の半導体装置となるように、2枚のシート(14mm×14mmの被覆面積を有するシート(導電シールドカン20の上面20aを覆うシート)+10mm×10mmの被覆面積を有するシート1枚(開口部内に充填されるシート))を組み合わせて構成した電磁波吸収熱伝導シート10を用いたものを、□10mm+□14mmの解析モデルとして示している。
And evaluation of the electromagnetic wave suppression effect computed the electric field strength (dBmicrovolt / m) according to the frequency similarly to Example 1. FIG. The calculation results are shown in FIG.
In FIG. 7, a □ 14 mm analytical model using an electromagnetic wave absorbing heat
In addition, two sheets (14 mm × 14 mm covering area (sheet covering the
図7の結果から、□10mm+□14mm及び□14mmの解析モデルについては、いずれも優れた電磁波抑制効果が確認された。そのため、1枚のシートから電磁波吸収熱伝導シート10を構成した場合も、複数枚のシートから電磁波吸収熱伝導シート10を構成した場合も、同様に優れた電磁波抑制効果が得られることがわかる。
From the results shown in FIG. 7, excellent electromagnetic wave suppression effects were confirmed for the analytical models of □ 10 mm + □ 14 mm and □ 14 mm. Therefore, it can be seen that the excellent electromagnetic wave suppression effect is obtained both when the electromagnetic wave absorbing
(実施例3)
実施例3では、実施例1と同様の条件で、前記3次元電磁界シミュレータを用いて、図5(a)及び(b)に示すような半導体装置の解析モデルを作製し、電磁波抑制効果の評価を行った。ただし、導電シールドカン20の開口部21の大きさについては、□10mm:10mm×10mm及び□14mm:14mm×14mmの二種類を準備した。
(Example 3)
In the third embodiment, an analysis model of the semiconductor device as shown in FIGS. 5A and 5B is produced using the three-dimensional electromagnetic simulator under the same conditions as in the first embodiment. Evaluation was performed. However, two types of □ 10 mm: 10 mm × 10 mm and □ 14 mm: 14 mm × 14 mm were prepared for the size of the
そして、電磁波抑制効果の評価は、周波数に応じた電界強度(dBμV/m)を算出した。算出結果を図8に示す。
図8では、図1に示すような構成の半導体装置となるように、開口部21と同じ10mm×10mmの被覆面積を有する電磁波吸収熱伝導シート10を用いたものを、□10mmの解析モデルとして示し、開口部21と同じ14mm×14mmの被覆面積を有する電磁波吸収熱伝導シート10を用いたものを、□14mmの解析モデルとして示した。
また、図3に示すような構成の半導体装置となるように、2枚のシート(14mm×14mmの被覆面積を有するシート(導電シールドカン20の上面20aを覆うシート)+10mm×10mmの被覆面積を有するシート1枚(□10mmの開口部内に充填されるシート))を組み合わせて構成した電磁波吸収熱伝導シート10を用いたものを、□10mm+□14mmの解析モデルとして示し、2枚のシート(18mm×18mmの被覆面積を有するシート(導電シールドカン20の上面20aを覆うシート)+14mm×14mmの被覆面積を有するシート1枚(□14mmの開口部内に充填されるシート))を組み合わせて構成した電磁波吸収熱伝導シート10を用いたものを、□14mm+□18mmの解析モデルとして示している。
And evaluation of the electromagnetic wave suppression effect computed the electric field strength (dBmicrovolt / m) according to the frequency. The calculation results are shown in FIG.
In FIG. 8, an analysis model of 10 mm is used as the □ 10 mm analysis model using the electromagnetic wave absorbing heat
In addition, two sheets (14 mm × 14 mm covering area (sheet covering the
図8の結果から、導電シールドカン20の開口部21の大さが□10mmの場合と□14mmの場合とでは、電磁波抑制効果について大きな差は見られなかった。一方、図3に示す半導体装置の解析モデルであって、□10mm+□14mm及び□14mm+□18mmの解析モデルが、□10mm及び□14mmのものよりも優れた電磁波抑制効果を示すことから、少なくとも導電シールドカン20の上面20aの一部を覆うように電磁波吸収熱伝導シート10を設けることが重要であると考えられる。
From the results of FIG. 8, there was no significant difference in the electromagnetic wave suppression effect between the case where the
本発明によれば、優れた放熱性及び電磁波抑制効果を有する半導体装置を提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the semiconductor device which has the outstanding heat dissipation and electromagnetic wave suppression effect.
1 半導体装置
10 電磁波吸収熱伝導シート
20 導電シールドカン
20a 導電シールドカンの上面
20b 導電シールドカンの上面
21 開口部
30 半導体素子
31 MSL
40 冷却部材
50 基板
51 ランド
60 グラウンド
100 従来の半導体装置
S 電磁波吸収熱伝導シートの被覆面積
T 電磁波吸収熱伝導シートの厚さ
DESCRIPTION OF
40 Cooling
Claims (8)
前記電磁波吸収熱伝導シートが、前記導電シールドカンの上面及び/又は下面の一部を覆っており、該電磁波吸収熱伝導シートによる被覆面積が、前記導電シールドカンの開口部の面積よりも大きいことを特徴とする、電磁波吸収熱伝導シート。 A semiconductor element formed on the substrate, and having an opening, provided to cover at least a part of the semiconductor element, and connected to the ground, and provided above the conductive shield can In a semiconductor device comprising a cooling member, an electromagnetic wave absorbing heat conductive sheet formed between the semiconductor element and the cooling member through at least an opening of the conductive shield can,
The electromagnetic wave absorbing heat conductive sheet covers a part of the upper surface and / or the lower surface of the conductive shield can, and the area covered by the electromagnetic wave absorbing heat conductive sheet is larger than the area of the opening of the conductive shield can. An electromagnetic wave absorbing heat conducting sheet.
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