JP6380037B2 - 半導体装置およびそれを用いた電子部品 - Google Patents

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Description

本発明は、ヒートスプレッダに半導体素子が搭載された半導体装置、および当該半導体装置がヒートシンクに搭載された電子部品に関するものである。
従来より、例えば、特許文献１には、縦方向異方性導電性シートに凹部を形成すると共に、当該凹部に横方向異方性導電性シートを配置してヒートスプレッダを構成し、ヒートスプレッダにおける横方向異方性導電性シート上に半導体素子を搭載した半導体装置が提案されている。なお、縦方向異方性導電性シートとは、縦方向への熱伝導率が横方向への熱伝導率より高いシートのことである。また、横方向異方性導電性シートとは、横方向への熱伝導率が縦方向への熱伝導率より高いシートのことである。
このような半導体装置では、半導体素子にて熱が発生すると、当該熱はまずヒートスプレッダにおける横方向異方性導電性シートに伝達される。そして、横方向異方性導電性シートの横方向（ヒートスプレッダの面方向）に熱が伝達されると、当該熱は凹部の側面に位置する縦方向異方性導電シートに伝達される。その後、熱は縦方向異方性導電性シートの縦方向（ヒートスプレッダの厚さ方向）に伝達されて外部に放出される。
特開２００８−１５９９９５号公報
しかしながら、このような半導体装置では、半導体素子で発生した熱は横方向異方性導電性シートに伝達されると、当該横方向異方性導電性シート内の横方向には伝達されるが、当該横方向異方性導電性シート内の縦方向へは伝達され難い。このため、上記半導体装置では、実際には、縦方向伝熱性シートにおける凹部の底面側に位置する部分、つまり、半導体素子の下方では、放熱性が低くなる可能性があるという問題がある。すなわち、ヒートスプレッダにおける半導体素子側と反対側の部分では、凹部の底面の下方に位置する部分では当該部分の周囲の部分より放熱性が低く、効果的に半導体素子に発生した熱を放熱することができない可能性があるという問題がある。
本発明は上記点に鑑みて、放熱性を向上できる半導体装置およびそれを用いた電子部品を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項１、２、４および５に記載の発明では、一面（１０ａ）を有するヒートスプレッダ（１０）と、ヒートスプレッダの一面に搭載される半導体素子（２０）と、ヒートスプレッダと半導体素子との間に配置され、ヒートスプレッダと半導体素子とを熱的および電気的に接続する接合材（３０）と、を備え、以下の点を特徴としている。
すなわち、請求項１および２に記載の発明では、ヒートスプレッダは、面方向への熱伝導率が面方向と直交する方向への熱伝導率より高くされた層が複数積層されて構成された第１、第２ヒートスプレッダ（１１、１２）を有し、第１、第２ヒートスプレッダは、ヒートスプレッダの一面の面方向における一方向において、第１ヒートスプレッダ、第２ヒートスプレッダ、第１ヒートスプレッダの順に配置され、かつ、熱伝導率が高い面を熱伝導異方性面としたとき、それぞれ複数の熱伝導異方性面を有しており、第１ヒートスプレッダは、熱伝導異方性面がヒートスプレッダと半導体素子との積層方向および当該積層方向と直交する第１方向と平行となるように配置され、第２ヒートスプレッダは、熱伝導異方性面が積層方向および当該積層方向と直交する方向であって第１方向と異なる第２方向と平行となるように配置されており、半導体素子をヒートスプレッダの一面に投影した領域を投影領域（２１）としたとき、投影領域は、少なくとも第２ヒートスプレッダと重なっており、ヒートスプレッダは、層よりも電気抵抗率が低い導電性部材（１３）を有していることを特徴としている。また、請求項１に記載の発明では、導電性部材は、ヒートスプレッダの一面側に配置され、かつ、積層方向からヒートスプレッダを視たとき、投影領域と一致していることを特徴としている。請求項２に記載の発明では、導電性部材は、ヒートスプレッダの一面側に配置され、かつ、積層方向からヒートスプレッダを視たとき、投影領域内のみに配置されていることを特徴としている。
また、請求項４および５に記載の発明では、ヒートスプレッダは、面方向への熱伝導率が面方向と直交する方向への熱伝導率より高くされた層が複数積層されて構成された第１、第２ヒートスプレッダ（１１、１２）を有し、第１、第２ヒートスプレッダは、ヒートスプレッダの一面の面方向における一方向において、第１ヒートスプレッダ、第２ヒートスプレッダの順に配置され、かつ、熱伝導率が高い面を熱伝導異方性面としたとき、それぞれ複数の熱伝導異方性面を有しており、第１ヒートスプレッダは、熱伝導異方性面がヒートスプレッダと半導体素子との積層方向および当該積層方向と直交する第１方向と平行となるように配置され、第２ヒートスプレッダは、熱伝導異方性面が積層方向および当該積層方向と直交する方向であって第１方向と異なる第２方向と平行となるように配置されており、半導体素子をヒートスプレッダの一面に投影した領域を投影領域（２１）としたとき、投影領域は、第１、第２ヒートスプレッダと重なっており、ヒートスプレッダは、層よりも電気抵抗率が低い導電性部材（１３）を有していることを特徴としている。また、請求項４に記載の発明では、導電性部材は、ヒートスプレッダの一面側に配置され、かつ、積層方向からヒートスプレッダを視たとき、投影領域と一致していることを特徴としている。請求項５に記載の発明では、導電性部材は、ヒートスプレッダの一面側に配置され、かつ、積層方向からヒートスプレッダを視たとき、投影領域内のみに配置されていることを特徴としている。
これら請求項１、２、４および５に記載の発明によれば、半導体素子に発生した熱をヒートスプレッダの一面と反対側の他面のうちの半導体素子と対向する部分にも効率的に熱を伝達でき、当該部分からも効率的に熱を放出することができる。このため、放熱性を向上した半導体装置とできる。
また、請求項１０に記載の発明では、請求項１ないし９のいずれか１つに記載の半導体装置と、ヒートスプレッダにおける一面と反対側の他面（１０ｂ）に配置され、ヒートスプレッダと熱的に接続されるヒートシンク（５０）と、を備えることを特徴としている。
このように、本発明の半導体装置を用いてヒートシンクを備える電子部品を構成することにより、放熱性の高い電子部品とすることができる。
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
本発明の第１実施形態における半導体装置の断面図である。 図１に示す半導体装置の分解斜視図である。 図１に示すヒートスプレッダの熱の移動経路を示す模式図である。 ヒートスプレッダの厚さと熱抵抗比との関係を示す図である。 本発明の第２実施形態における半導体装置の分解斜視図である。 本発明の第３実施形態における半導体装置の分解斜視図である。 本発明の第４実施形態における半導体装置の分解斜視図である。 図７に示すヒートスプレッダの熱の移動経路を示す模式図である。 本発明の第５実施形態における電子部品の断面図である。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態の半導体装置は、図１および図２に示されるように、ヒートスプレッダ１０の一面１０ａに半導体素子２０が接合材３０を介して搭載されたものである。なお、図１および図２中では、ヒートスプレッダ１０、半導体素子２０、接合材３０の積層方向（図１中紙面上下方向）をｚ方向、当該ｚ方向と直交する第１方向（図１中紙面左右方向）をｘ方向、ｚ方向およびｘ方向と直交する第２方向（図１中紙面奥行き方向）をｙ方向として説明する。
ヒートスプレッダ１０は、本実施形態では、一面１１ａおよび他面１１ｂを有する直方体状の２つの第１ヒートスプレッダ１１と、一面１２ａおよび他面１２ｂを有する直方体状の第２ヒートスプレッダ１２とを有している。そして、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２は、ｘ方向において、第１ヒートスプレッダ１１、第２ヒートスプレッダ１２、第１ヒートスプレッダ１１の順に配置されている。つまり、２つの第１ヒートスプレッダ１１の間に第２ヒートスプレッダ１２が配置された構成とされている。
また、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２のｚ方向およびｙ方向の長さは等しくされ、第１ヒートスプレッダ１１のｘ方向の長さは第２ヒートスプレッダ１２のｘ方向の長さより短くされている。そして、ヒートスプレッダ１０の一面１０ａが第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２の一面１１ａ、１２ａにて構成され、ヒートスプレッダ１０の他面１０ｂが第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２の他面１１ｂ、１２ｂにて構成されるように、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２がろう付け等によって接続されている。つまり、ヒートスプレッダ１０は、１つの直方体が構成されるように、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２が配置されて構成されている。なお、本実施形態では、ヒートスプレッダ１０における一面１０ａと直交する各側面は、ｘｚ面またはｙｚ面と平行とされている。
ここで、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２について具体的に説明する。本実施形態では、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２は黒鉛結晶が層状に積層された高配向グラファイトによって構成されている。このため、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２は、それぞれ層の面方向に沿った熱伝導率が層の積層方向に沿った熱伝導率より高くされている。つまり、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２は、所定の面方向に高い熱伝導率を有する熱伝導異方性体とされている。特に限定されるものではないが、例えば、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２は、層の面方向に対する熱伝導率が１７００［Ｗ／ｍ・Ｋ］、層の積層方向に対する熱伝導率が７［Ｗ／ｍ・Ｋ］、層の面方向に対する電気抵抗率が５×１０−４［Ω・ｃｍ］、層の積層方向に対する電気抵抗率が０．６［Ω・ｃｍ］であるもので構成される。なお、例えば、一般的な放熱材や伝熱材として用いられるＣｕは、熱伝導率が４００[Ｗ／ｍ・Ｋ]、電気抵抗率が１．７×１０−６［Ω・ｃｍ］である。
そして、第１ヒートスプレッダ１１は、熱伝導率が高い面（第１ヒートスプレッダ１１を構成する各層の面）を熱伝導異方性面としたとき、熱伝導異方性面がｚ方向およびｘ方向と平行となるように配置されている。つまり、第１ヒートスプレッダ１１は、熱伝導異方性面が一面１１ａ（ｘｙ面）および当該一面と直交する面（ｙｚ面）と平行となるように配置されている。言い換えると、第１ヒートスプレッダ１１は、熱伝導異方性面がｘｚ面と平行となるように配置されている。
また、第２ヒートスプレッダ１２は、熱伝導率が高い面（第１ヒートスプレッダ１１を構成する各層の面）を異熱伝導方性面としたとき、ｚ方向およびｚ方向と直交するｙ方向と平行となるように配置されている。つまり、第２ヒートスプレッダ１２は、熱伝導異方性面が一面１１ａ（ｘｙ面）および当該一面と直交する面（ｘｚ面）と平行となるように配置されている。言い換えると、第２ヒートスプレッダ１２は、熱伝導異方性面がｙｚ面と平行となるように配置されている。すなわち、本実施形態では、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２は、互いの熱伝導異方性面が直交するように配置されている。
半導体素子２０は、本実施形態では、低損失かつ高耐圧を得ることのできる炭化珪素（ＳｉＣ）基板にダイオード素子やＭＯＳＦＥＴ素子等が形成されたものが用いられる。そして、図２に示されるように、半導体素子２０は、当該半導体素子２０をヒートスプレッダ１０の一面１０ａに投影したとき、投影領域２１の中心がヒートスプレッダ１１の一面１０ａにおける略中心と一致するように配置されている。また、半導体素子２０は、投影領域２１が第２ヒートスプレッダ１２および当該第２ヒートスプレッダ１２を挟む２つの第１ヒートスプレッダ１１に跨る大きさとされている。言い換えると、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２は、投影領域２１が２つの第１ヒートスプレッダ１１および第２ヒートスプレッダ１２に跨るように、ｘ方向の長さが適宜調整されている。なお、図２では、ヒートスプレッダ１０の一面１０ａに半導体素子２０を投影した投影領域２１を点線で示している。
接合材３０は、ヒートスプレッダ１０と半導体素子２０との間に配置され、ヒートスプレッダ１０と半導体素子２０とを熱的および電気的に接続するものである。本実施形態では、接合材３０は、第１接合材３１と第２接合材３２とを有する構成とされ、第１接合材３０がヒートスプレッダ１０側に配置されている。特に限定されるものではないが、第１接合材３１は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ等の金属膜やメッキ膜等が用いられ、第２接合材３２はＳｎ、Ｓｎはんだ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ等が用いられる。
なお、接合材３０は、半導体素子２０のうちのヒートスプレッダ１０側の部分の全面に配置されており、半導体素子２０の投影領域２１と同様に、第２ヒートスプレッダ１２および当該第２ヒートスプレッダ１２を挟む２つの第１ヒートスプレッダ１１に跨るように配置されている。つまり、半導体素子２０は、２つの第１ヒートスプレッダ１１および第２ヒートスプレッダ１２と熱的および電気的に接続されている。
以上が本実施形態における半導体装置の構成である。次に、このような半導体装置において、半導体素子２０に発生する熱の流れについて図３を参照しつつ説明する。なお、図３は、ヒートスプレッダ１０の平面図であり、半導体素子２０をヒートスプレッダ１０の一面１０ａに投影した投影領域２１を点線で示し、熱の流れを矢印で示している。
半導体素子２０に熱が発生すると、当該熱が接合材３０を介してヒートスプレッダ１０に伝達される。本実施形態では、上記のように、半導体素子２０は、投影領域２１が第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２に跨っており、２つの第１ヒートスプレッダ１１および第２ヒートスプレッダ１２と熱的に接続されている。このため、半導体素子２０に発生した熱は２つの第１ヒートスプレッダ１１および第２ヒートスプレッダ１２にそれぞれ伝達される。
そして、第１ヒートスプレッダ１１に伝達された熱は、熱伝導異方性面（ｘｚ面）に沿って伝達される。同様に、第２ヒートスプレッダ１２に伝達された熱も、熱伝導異方性面（ｙｚ面）に沿って伝達される。つまり、本実施形態の半導体装置によれば、半導体素子２０に熱が発生すると、当該熱は、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２の熱伝導異方性面に沿って伝達されることによってヒートスプレッダ１０の他面１０ｂのうちの半導体素子２０と対向する部分およびその周囲の部分に素早く伝達される。このため、ヒートスプレッダ１０の他面１０ｂから効率的に熱を放出することができる。
ここで、ヒートスプレッダ１０のｚ方向の長さ（厚さ）について図４を参照しつつ説明する。なお、図４は、ヒートスプレッダ１０をグラファイトを用いて構成したものであり、厚さが０．２ｍｍのときの熱抵抗を基準（厚さが０．２ｍｍのときの熱抵抗比を１）として示している。
本実施形態のヒートスプレッダ１０は、上記のように、ｚ方向への熱伝導率が高くされている（熱抵抗が低くされている）が、図４に示されるように、ヒートスプレッダ１０の熱抵抗は厚さが４ｍｍのときに最も低くなる。これは厚さが４ｍｍより厚くなる（ｚ方向の長さが長くなりすぎる）と、ヒートスプレッダ１０自身の抵抗の影響が大きくなるためである。また、ヒートスプレッダ１０は、厚くなるほど接合材３０に対して印加する応力が大きくなるし、部材コストも高くなる。したがって、本実施形態のヒートスプレッダ１０は、熱抵抗を低くしつつ、かつ接合材３０に対する応力が小さくなるように、４ｍｍ以下とされている。
以上説明したように、本実施形態では、ヒートスプレッダ１０は、熱伝導異方性面がｘｚ面と平行となる第１ヒートスプレッダ１１と、熱伝導異方性面がｙｚ面と平行となる第２ヒートスプレッダ１２とによって構成されている。そして、半導体素子２０は、投影領域２１が２つの第１ヒートスプレッダ１１および第２ヒートスプレッダ１２を跨ぐように配置され、２つの第１ヒートスプレッダ１１および第２ヒートスプレッダ１２と直接熱的に接続されている。このため、半導体素子２０に発生した熱をｘ方向、ｙ方向、ｚ方向の各方向に効率的に伝達することができる。したがって、ヒートスプレッダ１０の他面１１ｂのうちの半導体素子２０と対向する部分（半導体素子２０の下方に位置する部分）からも効率的に熱を放出することができる。
また、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２は、熱伝導異方性面が互いに直交している。このため、半導体素子２０に発生した熱をヒートスプレッダ１０の内部で均等に伝達することができる。
さらに、ヒートスプレッダ１０は、厚さが４ｍｍ以下とされている。このため、ヒートスプレッダ１０の熱抵抗を低くしつつ、接合材３０に対する応力も小さくできる。
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して第２ヒートスプレッダ１２に導電性部材を備えたものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
本実施形態では、図５に示されるように、第２ヒートスプレッダ１２内に、ヒートスプレッダ１０（グラファイト）より電気抵抗率の低いＣｕやＡｌ等の金属で構成される導電性部材１３が配置されている。
具体的には、ヒートスプレッダ１０の一面１０ａ側において、第２ヒートスプレッダ１２のうちの投影領域２１を含むように凹部１２ｃが形成されており、当該凹部１２ｃに導電性部材１３が配置されている。つまり、ヒートスプレッダ１０の一面１０ａにおける投影領域２１と重なる部分の一部が導電性部材１３によって構成されている。
なお、第２ヒートスプレッダ１２と導電性部材１３とは、ろうづけ等によって接続されている。また、図５では、凹部１２ｃが第２ヒートスプレッダ１２を貫通しないものを構成しているが、凹部１２ｃは第２ヒートスプレッダ１２を貫通していてもてよい。
これによれば、第２ヒートスプレッダ１２内に第２ヒートスプレッダ１２よりも電気抵抗率の低い導電性部材１３が配置されている。このため、ヒートスプレッダ１０内における電流経路を確保することができ、半導体素子２０として大電流を流すパワー素子等を用いることもできる。
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２の形状を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
本実施形態では、図６に示されるように、第１ヒートスプレッダ１１は、三角柱状とされ、第２ヒートスプレッダ１２は六角柱状とされている。そして、第１ヒートスプレッダ１１は、熱伝導異方性面がｘｚ面およびｙｚ面に対して４５°傾いた状態とされている。同様に、第２ヒートスプレッダ１２も、熱伝導異方性面がｘｚ面およびｙｚ面に対して４５°傾いた状態とされている。
つまり、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２における熱伝導異方性面は、ヒートスプレッダ１０における一面１０ａと直交する各側面と非平行とされている。なお、本実施形態においても、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２の熱伝導異方性面は、互いに直交しており、ヒートスプレッダ１０は１つの直方体とされている。
このように、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２における熱伝導異方性面がヒートスプレッダ１０における一面１０ａと直交する各側面と非平行とされている半導体装置にも本発明を適用でき、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して第１ヒートスプレッダ１１を１つにしたものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
本実施形態では、図７に示されるように、ヒートスプレッダ１０は、１つの第１ヒートスプレッダ１１と１つの第２ヒートスプレッダ１２とにより構成されている。そして、第１ヒートスプレッダ１１と第２ヒートスプレッダ１２がろう付け等によって接続されることによってヒートスプレッダ１０が構成され、ヒートスプレッダ１０は直方体状とされている。なお、本実施形態においても、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２の熱伝導異方性面は、互いに直交している。
そして、半導体素子２０は、図７に示されるように、当該半導体素子２０をヒートスプレッダ１０の一面１０ａに投影したとき、投影領域２１の中心がヒートスプレッダ１０の一面１０ａにおける略中心と一致するように配置されている。すなわち、半導体素子２０は、投影領域２１が第１ヒートスプレッダ１１および第２ヒートスプレッダ１２に跨るように配置されている。なお、図７では、ヒートスプレッダ１０の一面１０ａに半導体素子２０を投影した投影領域２１を点線で示している。
以上が本実施形態における半導体装置の構成である。次に、このような半導体装置において、半導体素子２０に発生する熱の流れについて図８を参照しつつ説明する。なお、図８は、ヒートスプレッダ１０の平面図であり、半導体素子２０をヒートスプレッダ１０の一面１０ａに投影した投影領域２１を点線で示し、熱の流れを矢印で示している。
半導体素子２０に熱が発生すると、当該熱が接合材３０を介してヒートスプレッダ１０に伝達される。本実施形態では、上記のように、半導体素子２０は、投影領域２１が第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２に跨っており、第１ヒートスプレッダ１１および第２ヒートスプレッダ１２と直接熱的に接続されている。このため、半導体素子２０に発生した熱は第１ヒートスプレッダ１１および第２ヒートスプレッダ１２にそれぞれ伝達される。
そして、第１ヒートスプレッダ１１に伝達された熱は、熱伝導異方性面（ｘｚ面）に沿って伝達される。同様に、第２ヒートスプレッダ１２に伝達された熱も、熱伝導異方性面（ｙｚ面）に沿って伝達される。つまり、半導体素子２０に熱が発生すると、当該熱は、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２の熱伝導異方性面に沿って伝達されることによってヒートスプレッダ１０の他面１０ｂのうちの半導体素子２０と対向する部分およびその周囲の部分に素早く伝達される。このため、ヒートスプレッダ１０の他面１０ｂから効率的に熱を放出することができる。
このように、１つの第１ヒートスプレッダ１１と１つの第２ヒートスプレッダ１２によって半導体装置を構成しても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態の半導体装置を用いて電子部品を構成したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
本実施形態では、図９に示されるように、ヒートスプレッダ１０の他面１０ｂには、絶縁部材４０を介してヒートシンク５０が備えられることによって電子部品が構成されている。つまり、ヒートシンク５０の一面５０ａに絶縁部材４０を介して上記半導体装置が搭載されている。
絶縁部材４０は、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、その他セラミック基板、絶縁シート等を用いて構成されている。
ヒートシンク５０は、上記第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２と同様に、黒鉛結晶が層状に積層された高配向グラファイトによって構成されている。つまり、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２と同様に、層の面方向に沿った熱伝導率が層の積層方向に沿った熱伝導率より高くされている。そして、本実施形態では、ヒートシンク５０は、熱伝導率が高い面（ヒートシンク５０を構成する各層面）を熱伝導異方性面としたとき、熱伝導異方性面がｚ方向と平行となるように配置されている。なお、図９では、ヒートシンク５０は、熱伝導異方性面がｙｚ面と平行となるものを示しているが、熱伝導異方性面がｘｚ面と平行とされていてもよい。
以上説明したように、本発明の半導体装置を用いて電子部品を構成することもできる。そして、本実施形態では、ヒートシンク５０は、熱伝導異方性面がｚ方向と平行となるように配置されている。このため、本実施形態では、ヒートシンク５０のうちの半導体素子２０側と反対側の面に素早く熱を伝達することができる。
ここで、ヒートシンク５０を一般的なＣｕで構成した場合、ヒートスプレッダ１０からヒートシンク５０に熱が伝達されると、Ｃｕの内部では伝達された部分から熱が放射状に広がる。このため、ヒートシンク５０をＣｕで構成した場合、放熱効率を向上させるためにヒートシンク５０の平面形状をヒートスプレッダ１０の平面形状より大きくすることが一般的である。これに対し、本実施形態では、ヒートシンク５０として熱伝導異方性面の熱伝導率がＣｕより高いため、ヒートスプレッダ１０の平面形状と同じ大きさとしても放熱を効率よく行うことができる。したがって、本実施形態の電子部品によれば、小型化を図ることもできる。
（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
例えば、上記各実施形態では、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２の熱伝導異方性面が互いに直交するものを説明したが、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２の熱伝導異方性面は直交していなくてもよい。つまり、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２の熱伝導異方性面は、ヒートスプレッダ１０の一面１０ａに対して共に直交すると共に、互いに非平行とされていれば本発明の効果を得ることができる。
また、上記各実施形態において、例えば、図２等には、第１、第２接合材３１が半導体素子２０と同じサイズのものを図示しているが、第１、第２接合材３１は半導体素子２０と異なるサイズであってもよい。
さらに、上記各実施形態において、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２をカーボンナノチューブ等で構成してもよい。
そして、上記各実施形態において、半導体素子２０として、Ｓｉ基板にダイオード素子やＭＯＳＦＥＴ素子等が形成されたものを用いてもよい。
さらに、上記各実施形態において、第１、第２接合材３１、３２を１つの金属膜等によって構成するようにしてもよい。
また、上記第１〜第３実施形態では、半導体素子２０の投影領域２１が２つの第１ヒートスプレッダ１１と第２ヒートスプレッダ１２とに跨るものを説明したが、投影領域２１は２つの第１ヒートスプレッダ１１に跨っていなくてもよい。すなわち、投影領域２１が第２ヒートスプレッダ１２内に収まるようにしてもよい。このような半導体装置としてもヒートスプレッダ１０の他面１１ｂのうちの半導体素子２０と対向する部分から効率的に熱を放出することができる。また、第２ヒートスプレッダ１２は、熱伝導異方性面と直交する方向に対しては熱伝導率が低いが、当該直交する方向への熱が伝達された後は第１ヒートスプレッダ１１によって素早く熱を伝達することができる。
そして、上記第２実施形態では、ヒートスプレッダ１０の一面１０ａ側において、投影領域２１を含むように凹部１２ｃを形成し、当該凹部１２ｃに導電性部材１３を配置する例について説明したが、次のようにしてもよい。
例えば、ヒートスプレッダ１０の一面１０ａ側において、投影領域２１と異なる部分に凹部１２ｃを形成し、当該凹部１２ｃに導電性部材１３を配置するようにしてもよい。また、ヒートスプレッダ１０の一面１０ａ側において、投影領域２１と重なる部分の全てが導電性部材１３で構成されるようにしてもよい。つまり、導電性部材１３は、ヒートスプレッダ１０の一面１０ａにおいて、投影領域２１と一致するように配置されていてもよい。この場合、ヒートスプレッダ１０の一面１０ａ側において、投影領域２１（半導体素子２０の下方）に位置する部分に最も電流が集中するため、当該部分の全てを導電性部材１３とすることにより、電流経路をさらに確保し易くなると共に、当該部分での発熱を抑制できる。なお、ヒートスプレッダ１０の一面１０ａ側において、投影領域２１と重なる部分の全てが導電性部材１３で構成されるようにする場合は、投影領域２１と重なる部分のみに導電性部材１３が配置することが好ましい。投影領域２１と重なる部分の全てを含み、かつ当該領域の周辺にも導電性部材１３が配置されるようにすると、ヒートスプレッダ１０の熱伝導率が低くなりすぎる可能性があるためである。
また、ヒートスプレッダ１０のうちの一面１０ａと反対側の面に凹部１２ｃを形成し、当該凹部１２ｃに導電性部材１３を配置するようにしてもよい。つまり、ヒートスプレッダ１０の他面１２ｂの一部が導電性部材１３で構成されるようにしてもよい。
さらに、導電性部材１３を複数配置するようにしてもよい。この場合は、ヒートスプレッダ１０の一面１０ａ側に複数配置するようにしてもよいし、他面１０ｂ側に複数配置するようにしてもよい。また、一面１０ａ側および他面１０ｂにそれぞれ配置するようにしてもよい。
また、上記第４実施形態において、絶縁部材４０およびヒートシンク５０の平面形状がヒートスプレッダ１０の平面形状より大きくされていてもよく、平面形状の大きさは適宜変更可能である。また、ヒートシンク５０としてＣｕやＡｌ等の金属部材を用いてもよい。
さらに、上記各実施形態を適宜組み合わせてもよい。例えば、上記第２実施形態を第３〜第５実施形態に組み合わせ、導電性部材１３を有する構成としてもよい。また、上記第３実施形態または上記第４実施形態に上記第５実施形態のヒートシンク５０を備えて電子部品を構成するようにしてもよい。そして、上記各実施形態同士を組み合わせたもの同士をさらに組み合わせるようにしてもよい。
１０ ヒートスプレッダ
１０ａ 一面
１１ 第１ヒートスプレッダ
１１ａ 一面
１２ 第２ヒートスプレッダ
１２ａ 一面
２０ 半導体素子
２１ 投影領域

Claims (11)

  1. 一面（１０ａ）を有するヒートスプレッダ（１０）と、
    前記ヒートスプレッダの一面に搭載される半導体素子（２０）と、
    前記ヒートスプレッダと前記半導体素子との間に配置され、前記ヒートスプレッダと前記半導体素子とを熱的および電気的に接続する接合材（３０）と、を備え、
    前記ヒートスプレッダは、面方向への熱伝導率が前記面方向と直交する方向への熱伝導率より高くされた層が複数積層されて構成された第１、第２ヒートスプレッダ（１１、１２）を有し、
    前記第１、第２ヒートスプレッダは、前記ヒートスプレッダの一面の面方向における一方向において、第１ヒートスプレッダ、第２ヒートスプレッダ、第１ヒートスプレッダの順に配置され、かつ、前記熱伝導率が高い面を熱伝導異方性面としたとき、それぞれ複数の前記熱伝導異方性面を有しており、
    前記第１ヒートスプレッダは、前記熱伝導異方性面が前記ヒートスプレッダと前記半導体素子との積層方向および当該積層方向と直交する第１方向と平行となるように配置され、第２ヒートスプレッダは、前記熱伝導異方性面が前記積層方向および当該積層方向と直交する方向であって前記第１方向と異なる第２方向と平行となるように配置されており、
    前記半導体素子を前記ヒートスプレッダの一面に投影した領域を投影領域（２１）としたとき、前記投影領域は、少なくとも前記第２ヒートスプレッダと重なっており、
    前記ヒートスプレッダは、前記層よりも電気抵抗率が低い導電性部材（１３）を有しており、
    前記導電性部材は、前記ヒートスプレッダの一面側に配置され、かつ、前記積層方向から前記ヒートスプレッダを視たとき、前記投影領域と一致していることを特徴とする半導体装置。
  2. 一面（１０ａ）を有するヒートスプレッダ（１０）と、
    前記ヒートスプレッダの一面に搭載される半導体素子（２０）と、
    前記ヒートスプレッダと前記半導体素子との間に配置され、前記ヒートスプレッダと前記半導体素子とを熱的および電気的に接続する接合材（３０）と、を備え、
    前記ヒートスプレッダは、面方向への熱伝導率が前記面方向と直交する方向への熱伝導率より高くされた層が複数積層されて構成された第１、第２ヒートスプレッダ（１１、１２）を有し、
    前記第１、第２ヒートスプレッダは、前記ヒートスプレッダの一面の面方向における一方向において、第１ヒートスプレッダ、第２ヒートスプレッダ、第１ヒートスプレッダの順に配置され、かつ、前記熱伝導率が高い面を熱伝導異方性面としたとき、それぞれ複数の前記熱伝導異方性面を有しており、
    前記第１ヒートスプレッダは、前記熱伝導異方性面が前記ヒートスプレッダと前記半導体素子との積層方向および当該積層方向と直交する第１方向と平行となるように配置され、第２ヒートスプレッダは、前記熱伝導異方性面が前記積層方向および当該積層方向と直交する方向であって前記第１方向と異なる第２方向と平行となるように配置されており、
    前記半導体素子を前記ヒートスプレッダの一面に投影した領域を投影領域（２１）としたとき、前記投影領域は、少なくとも前記第２ヒートスプレッダと重なっており、
    前記ヒートスプレッダは、前記層よりも電気抵抗率が低い導電性部材（１３）を有しており、
    前記導電性部材は、前記ヒートスプレッダの一面側に配置され、かつ、前記積層方向から前記ヒートスプレッダを視たとき、前記投影領域内のみに配置されていることを特徴とする半導体装置。
  3. 前記投影領域は、前記第２ヒートスプレッダ、および当該第２ヒートスプレッダを挟む２つの前記第１ヒートスプレッダと重なっ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。
  4. 一面（１０ａ）を有するヒートスプレッダ（１０）と、
    前記ヒートスプレッダの一面に搭載される半導体素子（２０）と、
    前記ヒートスプレッダと前記半導体素子との間に配置され、前記ヒートスプレッダと前記半導体素子とを熱的および電気的に接続する接合材（３０）と、を備え、
    前記ヒートスプレッダは、面方向への熱伝導率が前記面方向と直交する方向への熱伝導率より高くされた層が複数積層されて構成された第１、第２ヒートスプレッダ（１１、１２）を有し、
    前記第１、第２ヒートスプレッダは、前記ヒートスプレッダの一面の面方向における一方向において、第１ヒートスプレッダ、第２ヒートスプレッダの順に配置され、かつ、前記熱伝導率が高い面を熱伝導異方性面としたとき、それぞれ複数の前記熱伝導異方性面を有しており、
    前記第１ヒートスプレッダは、前記熱伝導異方性面が前記ヒートスプレッダと前記半導体素子との積層方向および当該積層方向と直交する第１方向と平行となるように配置され、第２ヒートスプレッダは、前記熱伝導異方性面が前記積層方向および当該積層方向と直交する方向であって前記第１方向と異なる第２方向と平行となるように配置されており、
    前記半導体素子を前記ヒートスプレッダの一面に投影した領域を投影領域（２１）としたとき、前記投影領域は、前記第１、第２ヒートスプレッダと重なっており、
    前記ヒートスプレッダは、前記層よりも電気抵抗率が低い導電性部材（１３）を有しており、
    前記導電性部材は、前記ヒートスプレッダの一面側に配置され、かつ、前記積層方向から前記ヒートスプレッダを視たとき、前記投影領域内のみに配置されていることを特徴とする半導体装置。
  5. 一面（１０ａ）を有するヒートスプレッダ（１０）と、
    前記ヒートスプレッダの一面に搭載される半導体素子（２０）と、
    前記ヒートスプレッダと前記半導体素子との間に配置され、前記ヒートスプレッダと前記半導体素子とを熱的および電気的に接続する接合材（３０）と、を備え、
    前記ヒートスプレッダは、面方向への熱伝導率が前記面方向と直交する方向への熱伝導率より高くされた層が複数積層されて構成された第１、第２ヒートスプレッダ（１１、１２）を有し、
    前記第１、第２ヒートスプレッダは、前記ヒートスプレッダの一面の面方向における一方向において、第１ヒートスプレッダ、第２ヒートスプレッダの順に配置され、かつ、前記熱伝導率が高い面を熱伝導異方性面としたとき、それぞれ複数の前記熱伝導異方性面を有しており、
    前記第１ヒートスプレッダは、前記熱伝導異方性面が前記ヒートスプレッダと前記半導体素子との積層方向および当該積層方向と直交する第１方向と平行となるように配置され、第２ヒートスプレッダは、前記熱伝導異方性面が前記積層方向および当該積層方向と直交する方向であって前記第１方向と異なる第２方向と平行となるように配置されており、
    前記半導体素子を前記ヒートスプレッダの一面に投影した領域を投影領域（２１）としたとき、前記投影領域は、前記第１、第２ヒートスプレッダと重なっており、
    前記ヒートスプレッダは、前記層よりも電気抵抗率が低い導電性部材（１３）を有しており、
    前記導電性部材は、前記ヒートスプレッダの一面側に配置され、かつ、前記積層方向から前記ヒートスプレッダを視たとき、前記投影領域内のみに配置されていることを特徴とする半導体装置。
  6. 前記第１、第２ヒートスプレッダは、前記熱伝導異方性面が互いに直交していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の半導体装置。
  7. 前記第１、第２ヒートスプレッダは、グラファイトを用いて構成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の半導体装置。
  8. 前記ヒートスプレッダは、板状とされ、前記積層方向の長さが４ｍｍ以下とされていることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
  9. 前記半導体素子は、炭化珪素半導体基板を用いて構成されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の半導体装置。
  10. 請求項１ないし９のいずれか１つに記載の半導体装置と、
    前記ヒートスプレッダにおける前記一面と反対側の他面（１０ｂ）に配置され、前記ヒートスプレッダと熱的に接続されるヒートシンク（５０）と、を備えることを特徴とする電子部品。
  11. 前記ヒートシンクは、面方向への熱伝導率が前記面方向と直交する方向への熱伝導率より高くされた層が複数積層されて構成されており、前記熱伝導率が高い面を熱伝導異方性面としたとき、複数の前記熱伝導異方性面を有しており、前記熱伝導異方性面が前記ヒートシンクと前記半導体装置との積層方向と平行とされていることを特徴とする請求項１０に記載の電子部品。
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