JP6711098B2 - 半導体装置の放熱構造 - Google Patents

半導体装置の放熱構造 Download PDF

Info

Publication number
JP6711098B2
JP6711098B2 JP2016081964A JP2016081964A JP6711098B2 JP 6711098 B2 JP6711098 B2 JP 6711098B2 JP 2016081964 A JP2016081964 A JP 2016081964A JP 2016081964 A JP2016081964 A JP 2016081964A JP 6711098 B2 JP6711098 B2 JP 6711098B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat dissipation
semiconductor device
dissipation structure
insulating
heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2016081964A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2017191904A (ja
Inventor
英一 大村
英一 大村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Omron Corp filed Critical Omron Corp
Priority to JP2016081964A priority Critical patent/JP6711098B2/ja
Priority to PT171519721T priority patent/PT3232468T/pt
Priority to EP17151972.1A priority patent/EP3232468B1/en
Priority to US15/410,781 priority patent/US9997430B2/en
Priority to CN201710045272.7A priority patent/CN107301987B/zh
Priority to TW106109642A priority patent/TWI648829B/zh
Priority to KR1020170039895A priority patent/KR101946467B1/ko
Publication of JP2017191904A publication Critical patent/JP2017191904A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6711098B2 publication Critical patent/JP6711098B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3672—Foil-like cooling fins or heat sinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3677—Wire-like or pin-like cooling fins or heat sinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H01L23/3107—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
    • H01L23/3114—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed the device being a chip scale package, e.g. CSP
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3675—Cooling facilitated by shape of device characterised by the shape of the housing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
    • H01L23/4006—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/433—Auxiliary members in containers characterised by their shape, e.g. pistons
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/498—Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
    • H01L23/49827—Via connections through the substrates, e.g. pins going through the substrate, coaxial cables
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/498—Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
    • H01L23/49838—Geometry or layout
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L24/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
    • H01L23/4006—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws
    • H01L2023/4037—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws characterised by thermal path or place of attachment of heatsink
    • H01L2023/405—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws characterised by thermal path or place of attachment of heatsink heatsink to package
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
    • H01L23/4006—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws
    • H01L2023/4037—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws characterised by thermal path or place of attachment of heatsink
    • H01L2023/4062—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws characterised by thermal path or place of attachment of heatsink heatsink to or through board or cabinet
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
    • H01L23/4006—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws
    • H01L2023/4037—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws characterised by thermal path or place of attachment of heatsink
    • H01L2023/4068—Heatconductors between device and heatsink, e.g. compliant heat-spreaders, heat-conducting bands
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
    • H01L23/4006—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws
    • H01L2023/4075—Mechanical elements
    • H01L2023/4087—Mounting accessories, interposers, clamping or screwing parts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/32227—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation the layer connector connecting to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/832—Applying energy for connecting
    • H01L2224/83232—Applying energy for connecting using an autocatalytic reaction, e.g. exothermic brazing

Description

本発明は、表面実装型の半導体装置（半導体デバイス）の放熱構造（冷却構造ともいう）に関し、特に、薄型パッケージの半導体装置に適用できる放熱性や絶縁信頼性を備える放熱構造に関する。
図４（ａ）は従来のリードタイプのディスクリート部品１を例示する概略斜視図であり、図４（ｂ）は近年開発されている表面実装型の半導体デバイス１０を例示する概略斜視図である。
半導体スイッチングデバイスの高速化に伴って、デバイス自体の寄生インダクタンスを小さくすることが必要となる。図４（ａ）に示すような従来のディスクリート部品１（例えば、リードタイプのＩＧＢＴ）とは異なり、例えば、図４（ｂ）に示すような半導体デバイス１０では、スイッチング速度が非常に高速であるため、可能な限り小さい寄生インダクタンスを実現するためにデバイスパッケージの薄型化が進んでいる。
このような半導体デバイス１０は、図４（ｂ）に示すように、超薄型のパッケージ１１に収められており、例えば、基板と電気的に接続される１以上の電極（端子）１２が配置された電気的接合面１１ａと、その反対側に広い放熱電極１３が配置された放熱面１１ｂとを有している。この半導体デバイス１０の実装時には、優れた放熱性や絶縁信頼性を備える必要があり、例えば、特許文献１〜３などの技術が提案されている。
特開２０１４−２４１３４０号公報 特開２０００−３１１９７１号公報 特開２００８−０２８１６３号公報
図５（ａ）は従来の放熱構造２０１の概略を例示する断面図であり、図５（ｂ）はその変形例である放熱構造２０１Ａの概略を例示する断面図である。
図５（ａ）に示す放熱構造２０１では、導電性を有する放熱・冷却部品（以下では単に「放熱部品」という）の一例であるヒートシンク３０上に、絶縁部品４１を介して半導体デバイス１０がその放熱面１１ｂを下にして接合または接触するように搭載されるとともに、その電気的接合面１１ａの電極１２が基板２０の下面パターン２２にはんだ付けされている。
このような放熱構造２０１によれば、半導体デバイス１０で発生した熱は、その放熱面１１ｂから絶縁部品４１を介してヒートシンク３０に伝わる。
また、図５（ｂ）に示す放熱構造２０１Ａでは、ヒートシンク３０上に絶縁部品４１を介して基板２０の下面パターン２２が接触するとともに、基板２０の上面パターン２１と半導体デバイス１０の電気的接合面１１ａの電極１２とがはんだ付けされている。
このような放熱構造２０１Ａによれば、半導体デバイス１０で発生した熱は、その電気的接合面１１ａの電極１２から基板２０に設けられたサーマルビアまたはインレイと絶縁部品４１とを介してヒートシンク３０に伝わる。
これらの放熱構造２０１、２０１Ａには、次のような課題があるが、少なくとも１）の課題の解消、すなわち、発熱体である半導体デバイス１０とヒートシンク３０との間の熱抵抗を最小にすることが必要である。さらに、２）〜４）の課題も解消できることが好ましい。
１）発熱体（半導体デバイス１０）の放熱（冷却）性能（絶縁部品４１の熱伝導）
２）パッケージ１１上の上面電極と下面電極の絶縁
３）パッケージ１１と放熱部品との絶縁
４）基板２０の電気配線と放熱部品との絶縁
従来技術のこのような課題に鑑み、本発明の目的は、表面実装用の薄型半導体装置に適用できる優れた放熱性を備える半導体装置の放熱構造、好ましくは優れた絶縁信頼性も兼ね備える半導体装置の放熱構造を提供することである。
上記目的を達成するため、本発明の半導体装置の放熱構造は、基板と電気的に接続される電気的接合面と、その反対側の放熱面とを有する半導体装置の放熱構造であって、前記放熱面が非絶縁部材を介して導電性高熱伝導部材に接合または接触するとともに、この導電性高熱伝導部材が第１絶縁部材を介して放熱部品に接合または接触していることを特徴とする。
ここで、前記導電性高熱伝導部材の厚みは、前記半導体装置の厚みよりも大きく、前記導電性高熱伝導部材は、平面視で前記放熱部品よりも小さいことが好ましい。前記半導体装置および前記導電性高熱伝導部材が、例えば平面視でいずれも略矩形状とした場合、前記導電性高熱伝導部材の各辺の長さは、前記導電性高熱伝導部材の厚みの２倍と前記半導体装置の各辺の長さとの和よりも大きいことが好ましい。ただし、前記導電性高熱伝導部材は、平面視で略矩形状に限るわけではなく、例えば略円形状であってもよいし、その大きさは、略矩形状の場合に準じて定めればよい。また、前記第１絶縁部材は、平面視で前記導電性高熱伝導部材よりも大きいことが好ましい。
このような構成の半導体装置の放熱構造によれば、半導体装置で発生した熱は、その放熱面から非絶縁部材を介して導電性高熱伝導部材に伝わって拡散され、さらに第１絶縁部材を介して放熱部品に伝わるので、優れた放熱性を備える。
本発明の半導体装置の放熱構造において、前記基板と前記導電性高熱伝導部材との間で前記半導体装置の外周および前記基板のパターンの少なくとも一部を覆うように第２絶縁部材が配置されてもよい。さらに、前記第２絶縁部材が前記基板と前記放熱部品との間の空間を占めるように配置されてもよい。
ここで、前記第２絶縁部材は、前記放熱部品への固定用の貫通穴を有してもよい。前記第２絶縁部材は、例えば、絶縁耐熱性樹脂による成形もしくは切削加工品、絶縁耐熱性のテープ、絶縁耐熱性の樹脂による封止、またはこれらのいずれか２つ以上の組み合わせによって配置されてもよい。
このような構成の半導体装置の放熱構造によれば、優れた放熱性を備えるとともに、絶縁破壊の発生も回避することができる。
本発明の半導体装置の放熱構造によれば、半導体装置で発生した熱は、その放熱面から非絶縁部材を介して導電性高熱伝導部材に伝わって拡散され、さらに第１絶縁部材を介して放熱部品に伝わるので、優れた放熱性を備える。
さらに、前記基板と前記導電性高熱伝導部材との間で前記半導体装置の外周および前記基板のパターンの少なくとも一部を覆うように第２絶縁部材が配置されている場合には、優れた放熱性を備えるとともに、絶縁破壊の発生も回避することができる。
本発明の第１実施形態に係る放熱構造１０１の概略を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る放熱構造１０２の概略を示す断面図である。 本発明の第２実施形態の変形例に係る放熱構造１０２Ａの概略を示す断面図である。 （ａ）は従来のリードタイプのディスクリート部品１を例示する概略斜視図であり、（ｂ）は近年開発されている表面実装型の半導体デバイス１０を例示する概略斜視図である。 （ａ）は従来の放熱構造２０１の概略を例示する断面図であり、（ｂ）はその変形例である放熱構造２０１Ａの概略を例示する断面図である。
以下、本発明のいくつかの実施形態を、図面を参照して説明する。
＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態に係る放熱構造１０１の概略を示す断面図である。
図１に示すように、この放熱構造１０１では、導電性を有する放熱部品の一例であるヒートシンク３０（例えば熱伝導率１９０Ｗ／ｍｋ以上）上に、薄いシート状の絶縁部品４１を介して、非絶縁の熱拡散素子（導電性を有する高熱伝導部品）の一例であるヒートスプレッダ３１が接合または接触するように搭載されている。このヒートスプレッダ３１上には、薄い非絶縁部品３２を介して、発熱体の一例であって超薄型のパッケージ１１に収められた半導体デバイス１０がその放熱面１１ｂを下にして接合または接触するように搭載されている。その電気的接合面１１ａの電極１２は、基板２０の下面パターン２２にはんだ付けなどによって電気的に接続されている。
半導体デバイス１０は、各電極１２および放熱電極１３がいずれもパッケージ１１の外形より内側に配置されており、ほぼパッケージの厚みＴ１におさまっている。パッケージ厚みＴ１は、例えば２ｍｍ以下が好ましい。
ヒートスプレッダ３１は、その厚みＴ２が例えば２ｍｍ以上が好ましく、そのサイズは半導体デバイス１０よりも大きく、ヒートシンク３０より小さい。ヒートスプレッダ３１の各辺の長さＬ２は、半導体デバイス１０の１辺の長さをＬ１とすると、Ｌ１＋２×Ｔ２以上とすることが好ましい。その材料としては、例えば熱伝導率１９０Ｗ／ｍｋ以上の高熱伝導性金属、具体的には銅またはアルミが挙げられるが、これらに限らない。
非絶縁部品３２としては、例えば熱伝導率２０Ｗ／ｍｋ以上の材料、具体的にははんだまたはグラファイトが挙げられるが、これらに限らない。
絶縁部品４１としては、例えば熱伝導率が１〜１０Ｗ／ｍｋで耐電圧が１５００V以上の部材とするとともに、絶縁距離を確保するためにヒートスプレッダ３１より大きいことが好ましい。
このような放熱構造１０１によれば、半導体デバイス１０の放熱面１１ｂが非絶縁でヒートスプレッダ３１に接触するとともに、このヒートスプレッダ３１がヒートシンク３０と絶縁で接触している。これにより、半導体デバイス１０で発生した熱は、その放熱面１１ｂから非絶縁部品３２を介してヒートスプレッダ３１に伝わって拡散され、さらに絶縁部品４１を介してヒートシンク３０に伝わるので、優れた放熱性を備える。
＜第２実施形態＞
図２は本発明の第２実施形態に係る放熱構造１０２の概略を示す断面図である。なお、第１実施形態と同じ構成部材には同じ参照符号を付し、以下では主として相違点について説明する。
図２に示すように、この放熱構造１０２では、第１実施形態の放熱構造１０１の構成に加えて、基板２０とヒートスプレッダ３１との間で、半導体デバイス１０の外周および基板２０のパターン（少なくともヒートスプレッダ３１と高電圧差になり得るパターン）を覆うように断面横Ｌ字状の絶縁部品４２が挿入されている。ただし、このような絶縁部品４２の挿入に限らず、同じ絶縁材料の塗布などによって、半導体デバイス１０の外周にこの絶縁材料が存在するように配置すればよい。つまり、半導体デバイス１０の外周上の基板２０とヒートスプレッダ３１に挟まれた空間に絶縁材料による絶縁層を有する構造とする。
絶縁部品４２としては、例えば絶縁耐熱性樹脂（例えばＰＰＳ）による成形もしくは切削加工品、絶縁耐熱性のテープ、絶縁耐熱性の樹脂（例えばエポキシやシリコーンなど）による封止、またはいずれか２つ以上の組み合わせが挙げられるが、これらに限らない。
ヒートスプレッダ３１は、半導体デバイス１０のパッケージ１１との接合または接触部が周囲よりも高くなっていることが好ましい。
このような放熱構造１０２によれば、半導体デバイス１０の放熱面１１ｂが非絶縁でヒートスプレッダ３１に接触するとともに、このヒートスプレッダ３１がヒートシンク３０と絶縁で接触しており、さらに、半導体デバイス１０の外周および基板２０のパターンが絶縁部品４２によって覆われる。これにより、優れた放熱性を備えるとともに、絶縁破壊の発生も回避することができる。
＜第２実施形態の変形例＞
図３は本発明の第２実施形態の変形例に係る半導体デバイス１０の放熱構造１０２Ａの概略を示す断面図である。なお、第２実施形態と同じ構成部材には同じ参照符号を付し、以下では主として相違点について説明する。
図３に示すように、この放熱構造１０２Ａでは、第２実施形態の放熱構造１０２の構成における絶縁部品４２に代えて、基板２０とヒートシンク３０との間で残りの空間を占めるような絶縁部品４２Ａが挿入され、ヒートシンク３０上に設けられたネジ穴３０ａにネジ５０で固定されている。この絶縁部品４２Ａは、基板２０とヒートシンク３０との間で半導体デバイス１０だけでなく、基板２０の下面（下面パターン２２も含む）、非絶縁部品３２、ヒートスプレッダ３１および絶縁部品４１も含めた全体の外周を覆う。
非絶縁部品３２としては、例えば、はんだやグラファイトシートなどが挙げられるが、これらに限らない。
ヒートスプレッダ３１としては、例えば、銅製のものが挙げられるが、これに限らない。その厚みＴ２は、例えば２ｍｍ以上が好ましい。そのサイズ（各辺の長さをＬ２とする）は、半導体デバイス１０の１辺の長さをＬ１とすると、Ｌ１＋２×Ｔ２より大きく、ヒートシンク３０よりは小さくすることが好ましい。
絶縁部品４１としては、例えば、絶縁シート（例えば熱伝導率が５Ｗ／ｍｋ）が挙げられるが、これに限らない。
ヒートシンク３０としては、例えば、アルミ製のものが挙げられるが、これに限らない。
このような放熱構造１０２Ａによれば、第２実施形態の放熱構造１０２と同様に、半導体デバイス１０の放熱面１１ｂが非絶縁でヒートスプレッダ３１に接触するとともに、このヒートスプレッダ３１がヒートシンク３０と絶縁で接触しており、さらに、半導体デバイス１０の各電極１２の周囲が絶縁部品４２Ａによって覆われる。これにより、優れた放熱性を備えるとともに、絶縁破壊の発生を回避することができる。
以上で説明した各実施形態およびその変形例などの各構成は、阻害要因などが特に無い限り、相互に組み合わせてもよい。
なお、本発明は、その主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の各実施形態や各実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文にはなんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
１０ 半導体デバイス
１１ パッケージ
１２ 電極
１３ 放熱電極
２０ 基板
３０ ヒートシンク
３１ ヒートスプレッダ
３２ 非絶縁部品
４１ 絶縁部品
４２ 絶縁部品
４２Ａ 絶縁部品
５０ ネジ

Claims (6)

  1. 基板と電気的に接続される電気的接合面と、その反対側の放熱面とを有する半導体装置の放熱構造であって、
    前記放熱面が非絶縁部材を介して導電性高熱伝導部材に接合または接触するとともに、
    この導電性高熱伝導部材が第１絶縁部材を介して放熱部品に接合または接触しており、
    前記導電性高熱伝導部材の厚みは、前記半導体装置の厚みよりも大きく、
    前記導電性高熱伝導部材は、平面視で前記放熱部品よりも小さく、
    前記半導体装置および前記導電性高熱伝導部材が平面視でいずれも略矩形状とした場合、前記導電性高熱伝導部材の各辺の長さは、前記導電性高熱伝導部材の厚みの２倍と前記半導体装置の各辺の長さとの和よりも大きいことを特徴とする、半導体装置の放熱構造。
  2. 請求項１に記載の半導体装置の放熱構造において、
    前記第１絶縁部材は、平面視で前記導電性高熱伝導部材よりも大きいことを特徴とする、半導体装置の放熱構造。
  3. 請求項１または２に記載の半導体装置の放熱構造において、
    前記基板と前記導電性高熱伝導部材との間で前記半導体装置の外周および前記基板のパターンの少なくとも一部を覆うように第２絶縁部材が配置されていることを特徴とする、半導体装置の放熱構造。
  4. 請求項３に記載の半導体装置の放熱構造において、
    前記第２絶縁部材が前記基板と前記放熱部品との間の空間を占めるように配置されていることを特徴とする、半導体装置の放熱構造。
  5. 請求項４に記載の半導体装置の放熱構造において、
    前記第２絶縁部材は、前記放熱部品への固定用の貫通穴を有することを特徴とする、半導体装置の放熱構造。
  6. 請求項３〜５のいずれか１項に記載の半導体装置の放熱構造において、
    前記第２絶縁部材は、絶縁耐熱性樹脂による成形もしくは切削加工品、絶縁耐熱性のテープ、絶縁耐熱性の樹脂による封止、またはこれらのいずれか２つ以上の組み合わせによって配置されることを特徴とする、半導体装置の放熱構造。
JP2016081964A 2016-04-15 2016-04-15 半導体装置の放熱構造 Expired - Fee Related JP6711098B2 (ja)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016081964A JP6711098B2 (ja) 2016-04-15 2016-04-15 半導体装置の放熱構造
EP17151972.1A EP3232468B1 (en) 2016-04-15 2017-01-18 Heat dissipation structure of a semiconductor device
PT171519721T PT3232468T (pt) 2016-04-15 2017-01-18 Estrutura de dissipação de calor de um dispositivo semicondutor
CN201710045272.7A CN107301987B (zh) 2016-04-15 2017-01-20 半导体装置的散热结构
US15/410,781 US9997430B2 (en) 2016-04-15 2017-01-20 Heat dissipation structure of semiconductor device
TW106109642A TWI648829B (zh) 2016-04-15 2017-03-23 半導體裝置的散熱結構
KR1020170039895A KR101946467B1 (ko) 2016-04-15 2017-03-29 반도체 장치의 방열구조

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016081964A JP6711098B2 (ja) 2016-04-15 2016-04-15 半導体装置の放熱構造

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017191904A JP2017191904A (ja) 2017-10-19
JP6711098B2 true JP6711098B2 (ja) 2020-06-17

Family

ID=57838279

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016081964A Expired - Fee Related JP6711098B2 (ja) 2016-04-15 2016-04-15 半導体装置の放熱構造

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9997430B2 (ja)
EP (1) EP3232468B1 (ja)
JP (1) JP6711098B2 (ja)
KR (1) KR101946467B1 (ja)
CN (1) CN107301987B (ja)
PT (1) PT3232468T (ja)
TW (1) TWI648829B (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6693441B2 (ja) * 2017-02-27 2020-05-13 オムロン株式会社 電子装置およびその製造方法
CN110137720B (zh) * 2018-02-09 2022-07-26 富士康(昆山)电脑接插件有限公司 一种用来固定散热器的固定装置及其抵压装置
KR102185824B1 (ko) 2019-01-04 2020-12-02 강병혁 전력변환용 반도체 패키지의 방열구조
EP4297080A1 (de) * 2022-06-20 2023-12-27 Siemens Aktiengesellschaft Schaltungsanordnung mit einem schaltungsträger und einem halbleiterbauelement

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0458551A (ja) * 1990-06-28 1992-02-25 Nec Corp マルチチップモジュール
JPH08264688A (ja) * 1995-03-28 1996-10-11 Sumitomo Kinzoku Electro Device:Kk 半導体用セラミックパッケージ
JPH09139451A (ja) * 1995-11-15 1997-05-27 Hitachi Ltd 放熱フィン付半導体装置およびその実装方法ならびに取り外し方法
JPH09213847A (ja) * 1996-02-01 1997-08-15 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置及びこの製造方法並びにそれを用いた電子装置
JPH09306954A (ja) * 1996-05-20 1997-11-28 Hitachi Ltd 半導体装置及びその実装方法並びに実装構造体
JP3451979B2 (ja) 1999-04-28 2003-09-29 株式会社日立製作所 半導体装置
US6292367B1 (en) * 2000-06-22 2001-09-18 International Business Machines Corporation Thermally efficient semiconductor chip
JP3855726B2 (ja) 2001-10-23 2006-12-13 松下電器産業株式会社 パワーモジュール
JP3934565B2 (ja) * 2003-02-21 2007-06-20 富士通株式会社 半導体装置
JP4173751B2 (ja) * 2003-02-28 2008-10-29 株式会社ルネサステクノロジ 半導体装置
TWI242863B (en) * 2003-09-15 2005-11-01 Siliconware Precision Industries Co Ltd Heat dissipating structure and semiconductor package with the heat dissipating structure
ATE369724T1 (de) * 2003-10-29 2007-08-15 Power One Italy Spa Wärmeableiteinsatz, schaltung mit einem solchen einsatz und verfahren zur herstellung
US20050133908A1 (en) * 2003-12-18 2005-06-23 Advanced Thermal Technologies Chip assembly with glue-strengthening holes
JP4986435B2 (ja) * 2005-10-12 2012-07-25 株式会社ソニー・コンピュータエンタテインメント 半導体装置、半導体装置の作成方法
JP4935220B2 (ja) 2006-07-21 2012-05-23 三菱マテリアル株式会社 パワーモジュール装置
TW200824073A (en) * 2006-11-24 2008-06-01 Siliconware Precision Industries Co Ltd Heat-dissipation semiconductor package and fabrication method thereof
TWI355048B (en) * 2006-12-13 2011-12-21 Siliconware Precision Industries Co Ltd Heat-dissipation semiconductor package and heat-di
TWI353047B (en) * 2006-12-28 2011-11-21 Siliconware Precision Industries Co Ltd Heat-dissipating-type semiconductor package
JP4539773B2 (ja) * 2008-03-07 2010-09-08 株式会社デンソー 半導体装置およびその製造方法
CN101960591A (zh) * 2008-03-28 2011-01-26 日本电气株式会社 半导体装置、其制造方法、印刷电路板及电子设备
US8304291B2 (en) * 2009-06-29 2012-11-06 Advanced Micro Devices, Inc. Semiconductor chip thermal interface structures
CN102714195B (zh) * 2009-12-14 2015-05-06 松下电器产业株式会社 半导体装置
US20110240279A1 (en) * 2010-03-30 2011-10-06 International Business Machines Corporation Hybrid liquid metal-solder thermal interface
JP2012033559A (ja) * 2010-07-28 2012-02-16 J Devices:Kk 半導体装置
JP2012074425A (ja) * 2010-09-28 2012-04-12 Daikin Ind Ltd パワーモジュール
KR101198848B1 (ko) * 2010-12-22 2012-11-07 (주)포인트엔지니어링 반도체 디바이스 및 그 제조 방법
JP2013004953A (ja) * 2011-06-22 2013-01-07 Denso Corp 電子制御装置
WO2013051387A1 (ja) * 2011-10-07 2013-04-11 富士電機株式会社 プリント基板の取り付け構造およびその構造を用いた半導体装置
JP5983032B2 (ja) * 2012-05-28 2016-08-31 富士通株式会社 半導体パッケージ及び配線基板ユニット
US8952503B2 (en) * 2013-01-29 2015-02-10 International Business Machines Corporation Organic module EMI shielding structures and methods
JP2014165231A (ja) * 2013-02-22 2014-09-08 Fujitsu Ltd 電子部品ユニット及び固定構造
US9236323B2 (en) * 2013-02-26 2016-01-12 Intel Corporation Integrated heat spreader for multi-chip packages
JP6075218B2 (ja) 2013-06-11 2017-02-08 株式会社デンソー 半導体装置
US9576930B2 (en) * 2013-11-08 2017-02-21 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Thermally conductive structure for heat dissipation in semiconductor packages
WO2015072428A1 (ja) * 2013-11-12 2015-05-21 Jnc株式会社 ヒートシンク
DE102014205958A1 (de) * 2014-03-31 2015-10-01 Lemförder Electronic GmbH Halbleiterschaltelementanordnung und Steuergeräteinrichtung für ein Fahrzeug

Also Published As

Publication number Publication date
CN107301987A (zh) 2017-10-27
US9997430B2 (en) 2018-06-12
US20170301602A1 (en) 2017-10-19
CN107301987B (zh) 2019-11-05
KR101946467B1 (ko) 2019-02-08
TW201803049A (zh) 2018-01-16
EP3232468A1 (en) 2017-10-18
EP3232468B1 (en) 2021-01-06
JP2017191904A (ja) 2017-10-19
TWI648829B (zh) 2019-01-21
KR20170118599A (ko) 2017-10-25
PT3232468T (pt) 2021-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6711098B2 (ja) 半導体装置の放熱構造
JPWO2015174158A1 (ja) パワー半導体モジュールおよび複合モジュール
CN111261598B (zh) 封装结构及其适用的电源模块
JP7006812B2 (ja) 半導体装置
US10959333B2 (en) Semiconductor device
JP5851599B2 (ja) パワーモジュール
JP4146888B2 (ja) 半導体モジュールと半導体モジュールの製造方法
EP3796374A1 (en) Semiconductor device
CN110933900B (zh) 电气设备和散热器
JP4046623B2 (ja) パワー半導体モジュールおよびその固定方法
JP2015122453A (ja) パワーモジュール
US9099451B2 (en) Power module package and method of manufacturing the same
JP6790432B2 (ja) 半導体装置の放熱構造
JP5717922B1 (ja) 電力変換装置
US20150179540A1 (en) Semiconductor device
US20170303385A1 (en) Heat dissipating structure
JP2017005129A (ja) 半導体装置
JP2023100126A (ja) 半導体装置
WO2017110540A1 (ja) 回路構成体
JP2015041748A (ja) パワー半導体装置
JP2011192689A (ja) パワーモジュール
JP2017117902A (ja) 回路構成体
JP2017034131A (ja) 半導体装置及びそれを有する実装基板
JP2016039264A (ja) 半導体装置
JP2017034211A (ja) 放熱器、電子機器、および電子機器の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190207

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20191015

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20191029

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191224

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200428

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200511

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6711098

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees