JP6775597B2 - 半導体装置およびその製造方法ならびに無線通信機器 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法ならびに無線通信機器に関し、特に、電磁波吸収シートと伝熱シートとを有する半導体装置と、そのような半導体装置の製造方法と、そのような半導体装置を適用した無線通信機器とに関するものである。

近年、電子機器、とりわけ、通信機器の高速通信化および小型化に伴い、半導体素子等の電子部品では、高周波化が進められている。電子部品の高周波化が進むと、電磁波ノイズによって動作不良を引き起こす問題がある。そこで、電子部品を金属カンによって覆うことで、電磁波をシールドする方法が一般に知られている。

ところが、電子部品を金属カンによって覆う手法では、電子部品の実装面積が増加してしまう問題がある。また、金属カン内において、各電子部品から発生する電磁波が相互干渉を起こしてしまう問題がある。

そこで、さらに、電磁波エネルギを熱エネルギに変換する手法が提案されている。この手法では、電磁波を吸収する作用を有する電磁波吸収材によって、個々の電子部品が覆われることになる。このような半導体装置を開示した特許文献として、特許文献１がある。

また、電子機器の小型化には電子部品を高密度に実装させる必要がある。一方、電子部品では、高周波化に伴い発熱量が増加している。このため、電磁波の吸収と放熱とを効率的に行うことができる半導体装置が求められており、特に、放熱性に優れた電磁波吸収シートの開発が進められている。このような半導体装置を開示した特許文献として、特許文献２、特許文献３、特許文献４および特許文献５がある。

特開２０００−３２８００６号公報 特開２００２−１９８６８６号公報 特開２００３−１９８１７３号公報 特開２００８−１２４２５８号公報 特開平０２−１９６４５３号公報

半導体装置では、電子部品から発生する電磁波をシールドするとともに、電磁波をシールドする際に発生する熱を含め、電子部品から発生する熱を、効率的に放熱することが求められている。

本発明は、そのような開発の一環としてなされたものであり、一つの目的は、電子部品から発生する電磁波を吸収するとともに、電子部品等から発生する熱を効率的に放熱させることができる半導体装置を提供することであり、他の目的は、そのような半導体装置の製造方法を提供することであり、さらに他の目的は、そのような半導体装置を備えた無線通信機器を提供することである。

本発明に係る半導体装置は、配線板と、電子部品と、放熱部材と、熱伝導部材とを有している。電子部品は、配線板に実装されている。放熱部材は、電子部品と距離を隔てて配置されている。熱伝導部材は、放熱部材と電子部品との間に介在し、電子部品において発生した熱を放熱部材に伝導させる。熱伝導部材は、電磁波吸収シート、と伝熱シートと、
平面部分を有する熱伝導板とを備えている。伝熱シートは、樹脂に熱伝導性粒子が添加されている。平面を有する熱伝導板は、電磁波吸収シートと伝熱シートとの間に介在する。熱伝導性粒子が、熱伝導板における平面部分に接触している。電磁波吸収シートは、電子部品の少なくとも側部に接触する態様で、電子部品を覆うように配置されている。電磁波吸収シートは、電子部品を覆うように配置されている。電磁波吸収シートは、電子部品の少なくとも側部に接触している。

本発明に係る無線通信機器は、上述した半導体装置を備えている。
本発明に係る半導体装置の製造方法は、以下の工程を有している。配線板に電子部品を実装する。電子部品に接触する態様で熱伝導部材を配置する。熱伝導部材に接触する態様で放熱部材を配置する。熱伝導部材を配置する工程は、電磁波吸収シートを配置する工程と、樹脂に熱伝導性粒子を添加した伝熱シートを配置する工程と、平面部分を有する熱伝導板を配置する工程とを備えている。電磁波吸収シートを配置する工程は、電磁波吸収シートを、電子部品を覆うように配置する工程と、電磁波吸収シートを、電子部品の少なくとも側部に接触させる工程とを含む。熱伝導板を配置する工程では、熱伝導板は、電磁波吸収シートと伝熱シートとに接触する態様で、電磁波吸収シートと伝熱シートとの間に配置される。放熱部材を配置する工程では、放熱部材によって、熱伝導部材が電子部品に向かって押圧される。

本発明に係る半導体装置によれば、電子部品から発生する電磁波を電磁波吸収シートによって吸収するとともに、電子部品から生じる熱と、電磁波を吸収することによって電磁波吸収シートから生じる熱とを、熱伝導板および伝熱シートを含む熱伝導部材を介して、効率的に放散させることができる。

本発明に係る無線通信機器によれば、電子部品から生じる熱等を効率的に放散させることができる。

本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、電子部品から発生する電磁波を電磁波吸収シートに吸収させるとともに、熱伝導板および伝熱シートを含む熱伝導部材を介して、電子部品等から発生する熱を効率的に放散させることができる半導体装置を製造することができる。

実施の形態１に係る半導体装置の断面図である。 同実施の形態において、伝熱シートを加圧する前の伝熱シートの熱伝導板との接触態様を示す部分断面図である。 同実施の形態において、伝熱シートを加圧した後の伝熱シートの熱伝導板との接触態様を示す部分断面図である。 同実施の形態において、接触熱抵抗比と荷重との関係を示すグラフである。 同実施の形態において、接触熱抵抗と熱伝導板の表面粗さとの関係を示すグラフである。 同実施の形態において、単位面積当たりの熱抵抗と測定サンプル厚さとの関係を示すグラフである。 同実施の形態において、図１に示す半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図７に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図８に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図９に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図１０に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、一変形例に係る半導体装置の断面図である。 実施の形態２に係る半導体装置の断面図である。 実施の形態３に係る半導体装置の断面図である。 同実施の形態において、図１４に示す半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図１５に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図１６に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 実施の形態４に係る半導体装置の断面図である。 実施の形態５に係る半導体装置の断面図である。 同実施の形態において、図１９に示す半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図２０に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図２１に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図２２に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 実施の形態６に係る半導体装置の断面図である。

実施の形態１．
実施の形態１に係る半導体装置について説明する。図１に示すように、半導体装置１では、配線板５が、支持部材２１の表面に接着層１９によって接合されている。接着層１９として、たとえば、導電性接着剤、または、はんだ等が適用される。

配線板５の表面には、電子部品３が実装されている。電子部品３は、はんだ接合部７によって、配線板５に形成された配線（図示せず）に電気的に接続されている。はんだ接合部７の周囲の電子部品３と配線板５との間の領域には、たとえば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂９が充填されている。熱硬化性樹脂９は、はんだ接合部７の接合信頼性を向上させる作用を有する。

電子部品３の上面と側面とに接触するように、電磁波吸収シート１１が配置されている。電磁波吸収シート１１のうち、電子部品３の上面を覆っている部分に接触するように、熱伝導板１３が配置されている。その熱伝導板１３に接触するように、伝熱シート１５が配置されている。伝熱シート１５に接触するように、放熱部材１７が配置されている。

電磁波吸収シート１１、熱伝導板１３および伝熱シート１５は、電子部品３において発生した熱と、電磁波吸収シート１１が電磁波を吸収することによって発生する熱とを、放熱部材１７へ伝導させる熱伝導部材１０として、電子部品３と放熱部材１７との間に介在するように配置されている。

その放熱部材１７は、ネジ３１によって支持部材２１に固定されている。ネジ３１を締めることによって、伝熱シート１５および電磁波吸収シート１１が、放熱部材１７を介して電子部品３に向かって押圧される。このとき、押圧する圧力として、たとえば、約５×１０ ^４ Ｐａ〜５０×１０ ^４ Ｐａ程度の範囲にて、押圧されることが望ましいが、この範囲に限られるものではない。

押圧される際に、電子部品３と配線板５との間に充填された熱硬化性樹脂９は、はんだ接合部７への荷重を軽減して、はんだ接合部７にクラックが生じるのを抑制する作用を有する。また、過度に押圧されることがないように、放熱部材１７と支持部材２１との間には、スペーサ３３が配置されている。

電子部品３において発生した熱の放熱経路として、上述のように、熱伝導部材１０を経て放熱部材１７に伝導される放熱経路（第１放熱経路）の他に、電子部品３から、はんだ接合部７、配線板５および接着層１９を経て支持部材２１に伝導される放熱経路（第２放熱経路）がある。

しかしながら、第２放熱経路では、はんだ接合部７の断面積が小さいこと、そして、熱硬化性樹脂９の熱伝導性が良好ではないことから、電子部品３において発生した熱は、主に、第１放熱経路を経て放熱されることになる。

熱伝導板１３のサイズとしては、熱を放散させる観点から、配線板５に実装された電子部品３を上から平面視した場合に、電子部品３のサイズと同じか、そのサイズよりも大きいサイズが望ましい。

また、放熱部材１７および支持部材２１としては、主に第１放熱経路を伝導してきた、電子部品３において発生した熱を放散できるものであれば、特に限定されず、たとえば、アルミニウム、または、マグネシウム等の金属によって作製されたヒートシンク、または、筺体等が望ましい。

第１放熱経路に位置する、電磁波吸収シート１１、熱伝導板１３、伝熱シート１５および放熱部材１７では、互いに接合されておらず、また、互いに接着されていない。このため、電磁波吸収シート１１、熱伝導板１３、伝熱シート１５および放熱部材１７のそれぞれの熱膨張（係数）が異なっても、それぞれの界面において剥離が生じることはない。

これにより、電磁波吸収シート１１、熱伝導板１３、伝熱シート１５および放熱部材１７のそれぞれが接触した状態が維持されて、電磁波を吸収する効果が損なわれることはなく、また、放熱経路が途中で遮断されるようなこともない。

また、第１放熱経路に位置する電磁波吸収シート１１は、電子部品の上面と側面とに接触するように配置されている。これにより、電子部品３から外部へ電磁波が放出されるのを阻止することができるとともに、外部から電磁波が侵入して電子部品３に影響を及ぼすのを抑制することができる。

電磁波吸収シート１１に吸収された電磁波のエネルギは、熱エネルギに変換されて、電子部品３から発生した熱とともに、主に第１放熱経路を経て放熱部材１７に伝導され、その後、放熱されることになる。

次に、その第１放熱経路に位置する熱伝導部材１０を構成する各部材について、より詳しく説明する。

まず、電磁波吸収シート１１について説明する。電磁波吸収シート１１として、樹脂に磁性体の粒子を混入させたものが適用される。樹脂としては、たとえば、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂またはポリエチレン樹脂等が望ましい。磁性体としては、たとえば、フェライトまたはセンダスト等が望ましい。

磁性体として、フェライトを適用する場合、フェライトの熱伝導率は、樹脂の熱伝導率よりも高く、１〜５Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。フェライトの粒子を樹脂に充填した電磁波吸収シート１１の熱伝導率は約０．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。一方、フェライトよりも熱伝導のよい酸化アルミニウムの粒子を樹脂に充填した伝熱シート１５の熱伝導率は、電磁波吸収シート１１の熱伝導率よりも５倍以上高い。電磁波吸収シート１１の熱伝導は、伝熱シート１５の熱伝導よりも悪いことになる。

ここで、熱伝導による放熱性能について説明する。放熱性能は、熱抵抗を用いて評価される。熱抵抗とは、熱の伝えにくさを表す指標であり、単位発熱量当たりの温度上昇を意味する。熱伝導経路における部材ｉにおける熱抵抗Ｒｉは、その部材ｉの厚さをｔｉ、部材ｉの熱伝導率をλｉ、部材ｉの伝熱面積をＡｉとすると、次の式（１）と式（２）とによって表される。

Ｒｉ＝Ｒｂｉ＋Ｒｃｉ ・・・式（１）
Ｒｂｉ＝ｔｉ／（λｉＡｉ） ・・・式（２）
式（１）および式（２）において、Ｒｂｉは、部材ｉ内の熱抵抗であり、バルク熱抵抗と呼ばれる。Ｒｃｉは、部材ｉの界面における熱抵抗を示し、接触熱抵抗と呼ばれる。部材ｉを通過する熱量を大きくするには、熱抵抗Ｒｉを小さくする必要がある。

したがって、伝熱シート１５の熱伝導よりも劣る電磁波吸収シート１１の熱伝導を向上させるには、電磁波吸収シート１１における熱抵抗Ｒｉを小さくする必要がある。式（１）および式（２）より、電磁波吸収シート１１における熱抵抗Ｒｉを小さくするには、電磁波吸収シート１１の厚さｔｉを薄くして、バルク熱抵抗Ｒｂｉを小さくすることが望ましいことがわかる。そこで、この半導体装置１では、電磁波吸収シート１１の厚さを、たとえば、約０．５ｍｍとした。なお、この電磁波吸収シート１１の厚さは、一例であって、この厚さに限られるものではない。

また、電磁波吸収シート１１の熱伝導を向上させるために、磁性体の粒子の他に、熱伝導の高いアルミナ粒子を混入させてもよい。アルミナ粒子が混入した電磁波吸収シート１１では、熱伝導率を、たとえば、２Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度にまで上げることができる。発明者らは、アルミナ粒子を混入させた電磁波吸収シート１１のアスカーＣ硬度を測定したところ、その値は、６０から９０になり、電磁波吸収シート１１の硬さは、より硬くなることが確認された。なお、アスカーＣ硬度とは、たとえば、高分子計器株式会社のアスカーゴム硬度計Ｃ型を使用して測定された硬度をいう。

次に、伝熱シート１５について説明する。伝熱シート１５は、熱硬化性のシリコーンゲルの樹脂に、セラミック系の粒子または金属粒子を混入させたものをシート状に塗布した後、加熱（約７０〜１５０℃程度）し、シリコーンゲルの樹脂を硬化することによって形成される。セラミック系の粒子としては、たとえば、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウム等の粒子が望ましい。金属粒子としては、たとえば、銅またはアルミニウム等の熱伝導性の比較的高い金属粒子が望ましい。

伝熱シート１５では、熱は、熱伝導性粒子を経由して伝導する。そのため、放熱部材１７によって、伝熱シート１５を含む熱伝導部材１０を押圧することで、熱伝導性粒子間の距離を短くするか、または、熱伝導性粒子同士を接触させること望ましい。そのためには、シリコーンゲルの樹脂として、硬化した後の樹脂が比較的軟らかい樹脂が望ましい。この半導体装置１では、日本工業規格（ＪＩＳ Ｋ２２２０）に規定される測定方法によって、針入度３０以上の樹脂を適用した伝熱シート１５を用いた。

そのシリコーンゲルの樹脂に混入させる熱伝導性粒子としては、樹脂に熱伝導性粒子を緻密に充填させるために、数種類程度のサイズの異なる熱伝導性粒子（たとえば、長径：約１０〜８０μｍ程度）を混入させるのが望ましい。発明者らは、作製された伝熱シート１５のアスカーＣ硬度を測定したところ、その値は３０以下であることがわかり、比較的軟らかいことが確認された。

また、発明者らは、伝熱シート１５の表面を分析した。その結果、伝熱シート１５の表面には、熱伝導を担う熱伝導性粒子は露出しておらず、樹脂（シリコーンゲル）で覆われており、その樹脂の厚さは、約１０μｍ程度であることがわかった。

さらに、発明者らは、伝熱シートを押圧した際の樹脂中の熱伝導性粒子の挙動について評価を行った。具体的には、熱伝導板上に配置した伝熱シートを押圧すると、樹脂の表面のシリコーンゲルが流動して、熱伝導性粒子を熱伝導板に直に接触させることができることを実験的に検証した。

まず、図２に、熱伝導板１３上に配置させた伝熱シート１５に荷重を印加する前の伝熱シート１５の状態を模式的な断面図として示し、図３に、伝熱シート１５に荷重を印加した後の伝熱シートの状態を模式的な断面図として示す。

図２に示すように、伝熱シート１５に荷重を印加する前では、各熱伝導性粒子４１は、シリコーンゲル４３中に位置している。図３に示すように、伝熱シート１５に荷重を印加（矢印参照）すると、熱伝導板１３と伝熱シート１５との界面では、シリコーンゲル４３が流動して、熱伝導性粒子４１が熱伝導板１３の平面部分に接触する。また、熱伝導性粒子４１同士も接触する。

これにより、伝熱シート１５と熱伝導板１３との界面における接触熱抵抗（Ｒｃ）と、伝熱シート１５内のバルク熱抵抗（Ｒｂ）との双方を同時に下げることができる。その結果、熱伝導が良好になり、放熱性能を向上させることができる。

次に、熱伝導板として、銅の熱伝導板を用い、その熱伝導板に配置された伝熱シートに荷重を印加して、伝熱シートを熱伝導板に押し付けた場合の、印加する荷重と伝熱シートの熱抵抗との関係を評価したグラフを、図４に示す。

伝熱シートのサイズは、１５ｍｍ×１５ｍｍであり、その厚さは１ｍｍである。熱抵抗の測定は、日本工業規格（ＪＩＳ Ｈ７９０３）に準拠した一方向熱流定常比較法を用いた測定装置により測定した。

測定装置では、上部に加熱ブロックが設置され、下部に冷却ブロックが設置されており、その加熱ブロックと冷却ブロックとの間に、伝熱シートを挟み込んだロッドが配置される。ロッドには、伝熱シートを挟み込む高熱伝導率の銅片と、熱電対とが設けられている。発明者らは、高温側のロッドと低温側のロッドとの間の温度差と、伝熱シートを通過する熱流束とから、伝熱シートの熱抵抗を測定した。

グラフの横軸は荷重であり、縦軸は熱抵抗である。熱抵抗は、伝熱シートとロッドを、１５ｍｍ×１５ｍｍあたり２０Ｎの荷重（＝９×１０ ^４ Ｐａ）で接触させたときの熱抵抗を１とした相対値（接触熱抵抗比）として示されている。グラフに示されるように、荷重が比較的低い場合の熱抵抗は、接触状態の熱抵抗の約５０％程度にまで大幅に低下する傾向が認められる。

この傾向は、熱伝導板との界面に位置するシリコーンゲルが流動し、熱伝導性粒子が熱伝導板に接触することで、熱抵抗が下がることによるものと考えられる。この結果から、シリコーンゲル４３を流動させるには、伝熱シート１５は、熱伝導板１３の表面に接触し、接触界面で固定されてないことが重要であることがわかる。また、シリコーンゲル４３を効率よく流動させるためには、熱伝導板１３として、剛性があり、表面に凹凸のない平面部分を有しているものを適用するのが望ましいと考えられる。

次に、熱伝導板１３の平面部分の表面粗さが、熱伝導板１３と伝熱シート１５との界面の接触熱抵抗（Ｒｃ）に与える影響について行った評価結果について説明する。その評価結果のグラフを、図５に示す。グラフの横軸は熱伝導板の平面部分の表面粗さであり、縦軸は接触熱抵抗である。接触熱抵抗は、図４の評価に使用した測定装置と同じ測定装置を用いて測定した。また、測定方法として、文献（「定常法による厚さ方向および面内方向熱伝導率測定法」エレクトロニクス実装学会誌 Vol.18,No.1(2015)）に開示されている測定方法を用いた。

まず、図６に示すように、厚さの異なる伝熱シートを複数用意し、その伝熱シートの厚さと熱抵抗との関係を実験により求め、その結果から、伝熱シートの厚さと熱抵抗との関係を、一次関数（Ｒ _ｔｈ ＝ａ×ｔ _ｓ ＋ｂ）によって近似した。次に、外挿法によって、伝熱シート１５の厚さが０の場合の熱抵抗の値を接触熱抵抗（Ｒｃ）として求めた。すなわち、一次関数のｂの値を、接触熱抵抗の値として求めた。発明者らは、厚さ１ｍｍ、２ｍｍおよび３ｍｍの伝熱シートをそれぞれ用いて、それぞれの熱抵抗を測定し、その測定結果に基づいて、接触熱抵抗の値を算出した。

接触熱抵抗の表面粗さの依存性を検討するために、伝熱シート１５として、酸化アルミニウムが７０体積％充填され、アスカーＣ硬度の値が２０の伝熱シートを用いた。熱伝導板１３として、平面部分の表面粗さの異なる複数の銅板を用いた。表面粗さの値として、日本工業規格（ＪＩＳ Ｂ００３１）に規定される方法によって測定される、山頂線と谷底線との間隔（Ｒｙ）を用いた。

図５に示すように、接触熱抵抗（Ｒｃ）は、熱伝導板１３における平面部分の表面粗さの影響を受けており、表面粗さ（Ｒｙ）が小さいほど、接触熱抵抗（Ｒｃ）が小さくなることがわかった。表面粗さが５μｍの場合の接触熱抵抗の値は、表面粗さが６０μｍの場合の接触熱抵抗の値と比べて、約２５％程度低くなっていることがわかる。

これは、表面粗さが小さいほど、シリコーンゲル４３が流動しやすくなり、熱伝導性粒子４１と熱伝導板１３における平面部分と接触する面積が増加することを示していると考えられる。なお、表面粗さが大きい場合には、シリコーンゲルの流動性が悪くなることは、実験の観察結果からも確認することができた。

以上の評価結果から、熱伝導を良好にするには、伝熱シート１５と電磁波吸収シート１１との間に、平面部分を有する熱伝導板１３を配置し、その平面部分の表面粗さ（Ｒｙ）を５μｍ以下に設定することが望ましいことがわかった。また、その平面部分では、日本工業規格（ＪＩＳ Ｂ０６２１）に規定される平面度が、±１０μｍ以内とされる。

実施の形態１に係る半導体装置１では、熱伝導板１３として、剛性を有し、熱伝導の良好な、厚さ０．２ｍｍの銅板を用いた。熱伝導板１３として、銅を用いる場合には、伝熱シート１５中の熱伝導性粒子４１の影響を受けないようにするため、熱伝導板１３の厚さとしては、０．２ｍｍ以上の厚さを有していればよい。

また、伝熱シート１５は、熱伝導板１３の他に放熱部材１７にも接触している。そのため、熱伝導を良好にするには、放熱部材１７の表面についても、熱伝導板１３の平面部分と同様に、放熱部材１７の表面が平面であって、その表面粗さ（Ｒｙ）は５μｍ以下にされていることが望ましい。

実施の形態１に係る半導体装置１では、電磁波吸収シート１１の樹脂として、磁性体粒子の分散性をよくするために、アクリルゴムを用いたが、シリコーンゲルを用いてもよい。シリコーンゲルに熱伝導性粒子を充填した場合、電磁波吸収シート１１と熱伝導板１３の平面部分との界面において、熱伝導性粒子４１を熱伝導板１３の平面部分に直に接触させることができるので、放熱性能を大きく向上させることができる。

また、電磁波吸収シート１１の樹脂としてシリコーンゲルを用いた場合には、熱伝導を良好にするために、電磁波吸収シート１１が接触する電子部品３における表面部分の表面粗さを５μｍ以下にすることが望ましい。

次に、図１に示す半導体装置の製造方法の一例について説明する。まず、図７に示すように、配線板５の表面上に、一般的なはんだペーストを用いた方法によって、電子部品３を接合（はんだ接合部７）する。次に、そのはんだ接合部７を、はんだの熱膨張と整合性を図った熱硬化性樹脂９によって覆う。次に、図８に示すように、フェライトを充填した厚さ約０．２ｍｍのアクリル樹脂シートを適用した電磁波吸収シート１１を、電子部品３の上面と側面とに接触するように配置する。

次に、図９に示すように、厚さ０．２ｍｍ、表面粗さ（Ｒｙ）５μｍ以下の銅平板を用いた熱伝導板１３を、電磁波吸収シート１１の上面に接触するように配置する。次に、図１０に示すように、熱伝導性粒子として、酸化アルミニウムの粒子を７０体積％程度充填した厚さ１ｍｍの伝熱シート１５を、熱伝導板１３に接触するように配置する。その後、電子部品３が実装された配線板５を、たとえば、導電性の接着層１９によって支持部材２１に固定する（図１１参照）。

次に、図１１に示すように、伝熱シート１５に接触するように、アルミニウム製の放熱部材１７を配置する。次に、ネジ３１を締めることによって、放熱部材１７と支持部材２１との間に電子部品３等が挟み込まれた状態で、放熱部材１７によって伝熱シート１５が押圧される（矢印参照）。伝熱シート１５は、その厚さＴが、１．０ｍｍから０．７ｍｍ程度になるまで、放熱部材１７によって押圧される。こうして、半導体装置１の主要部分が完成する。

上述した半導体装置１では、電子部品３への電磁波の影響を抑制することができるとともに、電子部品３から生じる熱と、電磁波吸収シート１１から生じる熱とを、熱伝導板１３および伝熱シート１５を含む熱伝導部材１０を介して、効率的に放散させることができる。

一方、実施の形態１に係る半導体装置１に対する比較例として、たとえば、特許文献５に記載されている半導体装置に対して、特許文献１に記載された電磁波吸収ペーストを配置させた半導体装置が想定される。そのような半導体装置では、電磁波吸収ペーストに含まれるフェライト粒子の熱伝導率（λ）は、１〜５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、伝熱材に通常用いられるアルミナの熱伝導率に比べて１／６以下である。そのため、上述した式（１）におけるバルクの熱抵抗（Ｒｂ）が大きくなり、放熱性が悪くなることが考えられる。

また、比較例として、特許文献２に記載されている半導体装置が想定される。この半導体装置に適用されているシートでは、金属箔の両面に電磁波吸収放熱層が接着されている。ところが、この電磁波吸収放熱層は、熱伝導粒子と熱伝導が劣る磁性体粉末とを含有するため、熱伝導粒子のみの場合と比べて、熱伝導が悪くなることが考えられる。

また、貼り付けに用いられる接着剤の熱伝導率は、熱伝導粒子の１／１００であり、熱伝導率が悪いために、熱伝導がさらに悪くなることが考えられる。そのため、上述した式（１）におけるバルクの熱抵抗（Ｒｂ）が大きくなるとともに、接触界面が多いため接触熱抵抗（Ｒｃ）も大きくなり、放熱性能を向上させることは難しいことが考えられる。

さらに、比較例として、特許文献３に記載されている半導体装置が想定される。この半導体装置に適用されている電磁波吸収放熱シートでは、シリコーン樹脂に熱伝導粒子を混入させた熱伝導シートの表面に、金属蒸着膜（膜厚０．０１〜０．１μｍ）が剥がれないように積層されている。この電磁波吸収放熱シートを放熱部材で加圧した際には、金属蒸着膜が剥がれないように積層されているため、金属蒸着膜の界面においてシリコーン樹脂の流動が起こり難いことが考えられる。また、金属蒸着膜の剛性がないため、熱伝導シートに含まれる熱伝導性粒子と金属蒸着膜とが直に接触しにくくなる。その結果、接着界面における接触熱抵抗（Ｒｃ）が大きくなり、放熱性能が悪くなることが考えられる。

さらに、比較例として、特許文献４に記載されている半導体装置が想定される。この半導体装置に適用されているシートは、熱伝導層、導電層および絶縁層の積層体で構成されている。そのため、接触界面の数が多く、各積層部材間の接触熱抵抗の合算値（ΣＲｃｉ）が大きくなってしまう。また、絶縁層として、ポリイミドなどの熱伝導の悪い（熱伝導粒子の１／１００）樹脂シートによって形成されている。その結果、放熱性能が悪くなることが考えられる。

（変形例）
上述した半導体装置１では、電子部品３として、電子部品３の下面に外部と電気的な接続を行うための電極（図示せず）が配置された電子部品を例に挙げて説明した。電子部品としては、この種のものに限られず、たとえば、電子部品（ボディー）の側面からリード電極が突出した電子部品についても適用することが可能である。

図１２に、この種の電子部品４を適用した半導体装置１を示す。図１２に示すように、電子部品４の側面から突出したリード電極６は、はんだ接合部８によって配線板５に接合されている。リード電極６のはんだ接合部８と電子部品４（下面）との間には、熱硬化性樹脂９が充填されている。電子部品４およびリード電極６を覆うように、電磁波吸収シート１１が配置されている。熱伝導板１３が、電磁波吸収シート１１に接触するように配置され、その熱伝導板１３に接触するように、伝熱シート１５が配置されている。その伝熱シート１５等が放熱部材１７によって押圧されている。

この種の電子部品４を適用した半導体装置１においても、電子部品４への電磁波の影響を抑制することができるとともに、電子部品４から生じる熱と、電磁波吸収シート１１から生じる熱とを、熱伝導板１３および伝熱シート１５を含む熱伝導部材１０を介して、効率的に放散させることができる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る半導体装置として、複数の電子部品が配線板に搭載された半導体装置の一例について説明する。

図１３に示すように、半導体装置１では、配線板５の上に、複数の電子部品３が実装されている。ここでは、その一例として、２つの電子部品３ａと電子部品３ｂとが実装されている。２つの電子部品３ａ、３ｂのそれぞれの上面と側面とに接触するように、電磁波吸収シート１１が配置されている。電子部品３ａと電子部品３ｂとを跨ぐ態様で、電磁波吸収シート１１の上面に接触するように熱伝導板１３が配置されている。その熱伝導板１３に接触するように、伝熱シート１５が配置されている。

伝熱シート１５に接触するように、放熱部材１７が配置されている。また、この半導体装置１においても、図１に示す半導体装置と同様に、配線板５は支持部材（図示せず）に接合されている。また、伝熱シート１５および電磁波吸収シート１１が、放熱部材１７を介して電子部品３ａ、３ｂに向かって押圧される。なお、図１に示す半導体装置１と同一部材については同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。

上述した半導体装置１では、２つの電子部品３ａおよび電子部品３ｂのそれぞれを覆うように電磁波吸収シート１１が配置されている。これにより、電子部品３ａと電子部品３ｂとの間で電磁波の干渉が生じるのを阻止することができる。

電子部品３ａ、３ｂにおいて発生した熱は、電磁波吸収シート１１に伝導した後、熱伝導板１３に伝導する。熱伝導板１３は、熱伝導の良好な銅またはアルミニウム等の金属から形成されている。このため、熱は、熱伝導板１３の面内に拡がる。熱伝導板１３の面内に伝導した熱は、伝熱シート１５を伝導する。

特に、熱伝導板１３は、距離を隔てて配置されている２つの電子部品３ａと電子部品３ｂとを跨ぐように配置されていることで、熱伝導板１３と伝熱シート１５との接触面積（伝熱面積）が増加する。熱が、熱伝導板１３の面内に拡がることで、前述した式（１）におけるバルク熱抵抗（Ｒｂ）の伝熱面積Ａが大きくなる。これにより、熱伝導板１３および伝熱シート１５のそれぞれの熱抵抗Ｒｂを小さくすることができる。その結果、電子部品３ａ、ｂ等において発生した熱を、さらに効率よく放散することができる。

なお、上述した半導体装置１では、複数の電子部品として、２つの電子部品３ａ、３ｂを例に挙げて説明したが、３つ以上の電子部品を配線板５に配置し、その３つ以上の電子部品を跨ぐように熱伝導板１３を配置してもよい。

実施の形態３．
実施の形態３に係る半導体装置として、電子部品の側面と上面を覆う熱伝導板を有する半導体装置の一例について説明する。

図１４に示すように、半導体装置１では、配線板５の上に、電子部品３が実装されている。電子部品３の上面と側面とに接触するように、電磁波吸収シート１１が配置されている。電子部品３の側面と上面とを覆う電磁波吸収シート１１の部分に接触するように、熱伝導板１４が配置されている。熱伝導板１４に接触するように、伝熱シート１５が配置されている。

次に、上述した半導体装置１の製造方法の一例について説明する。基本的な製造方法は、実施の形態１と同様である。まず、図７に示す工程と同様の工程を経て、図１５に示すように、電子部品３が、配線板５の表面に実装される。電子部品の上面と側面とに接触するように、電磁波吸収シート１１が配置される。

次に、図１６に示すように、電子部品３の側面と上面とをそれぞれ覆う部分を有する熱伝導板１４が用意される。その熱伝導板１４が、電子部品３の側面と上面とを覆う電磁波吸収シート１１の部分に接触するように配置される。

次に、図１０および図１１に示す工程と同様の工程を経て、図１７に示すように、放熱部材１７と支持部材２１との間に電子部品３等が挟み込まれた状態で、放熱部材１７によって伝熱シート１５が押圧される（矢印参照）。このとき、伝熱シート１５は、たとえば、約０．７ｍｍ程度になるまで押圧される。こうして、半導体装置１の主要部分が完成する。

上述した半導体装置１では、実施の形態１において説明した半導体装置１と同様に、電子部品３から生じる熱と、電磁波吸収シート１１から生じる熱とを、熱伝導板１４および伝熱シート１５を含む熱伝導部材１０を介して、効率的に放散させることができる。

さらに、上述した半導体装置１では、熱伝導板１４が、電子部品３の上面を覆う電磁波吸収シート１１の部分に接触する部分に加えて、電子部品３の対向する側面を覆う電磁波吸収シート１１の部分に接触する部分も備えている。これにより、電子部品３を覆う電磁波吸収シート１１が、熱伝導板１４によって抑え込まれることになる。その結果、電磁波吸収シート１１が電子部品３に対して位置ずれを起こしてしまうことが抑制されて、半導体装置１の生産性を向上させることができる。

実施の形態４．
実施の形態４に係る半導体装置として、金属粒子を含有した伝熱シートを適用した半導体装置の一例について説明する。

図１８に示すように、半導体装置１では、配線板５に実装された電子部品３の上面と側面とに接触するように、電磁波吸収シート１１が配置されている。電子部品３の側面と上面とを覆う電磁波吸収シート１１の部分に接触するように、熱伝導板１４が配置されている。その熱伝導板１４に接触するように、伝熱シート１６が配置されている。伝熱シート１６は、熱伝導性粒子として、銅またはアルミニウム等の金属粒子を含有する。

その伝熱シート１６に接触するように、放熱部材１７が配置されている。なお、この半導体装置１においても、図１に示す半導体装置と同様に、配線板５は支持部材（図示せず）に接合されている。また、伝熱シート１６および電磁波吸収シート１１が、放熱部材１７を介して電子部品３に向かって押圧される。なお、図１または図１４に示す半導体装置１と同一部材については同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。

上述した半導体装置１の製造方法は、伝熱シート１６が金属粒子を含有している点を除いて、実施の形態３において説明した半導体装置１の製造方法と実質的に同じである。

上述した半導体装置１では、実施の形態１等において説明した半導体装置１と同様に、電子部品３から生じる熱と、電磁波吸収シート１１から生じる熱とを、熱伝導板１４および伝熱シート１６を含む熱伝導部材１０を介して、効率的に放散させることができる。

さらに、上述した半導体装置１では、伝熱シート１６として、金属粒子を含有した伝熱シート１６が適用されていることで、伝熱シート１６は、導電性を有する。また、放熱部材１７は、金属から形成される。そこで、放熱部材１７を接地電位に設定することで、導電性を有する伝熱シート１６を介して、熱伝導板１４が接地電位に固定されて、熱伝導板１４は、電磁シールド効果を有することになる。

その熱伝導板１４は、電子部品の上面と両側面とを覆うように配置されている。これにより、電子部品３から発生する電磁波のうち、電磁波吸収シート１１によって吸収されなかった電磁波の成分を、熱伝導板１４によって遮蔽することができる。また、他の電子部品（図示せず）から発生した電磁波も遮蔽することができる。その結果、電磁波をシールドする効果をさらに向上させることができる。

実施の形態５．
実施の形態５に係る半導体装置について説明する。図１９に示すように、半導体装置１では、配線板５に実装された電子部品３の上面に接触するように、伝熱シート１５が配置されている。その伝熱シート１５に接触するように、熱伝導板１３が配置されている。その熱伝導板１３に接触するとともに、電子部品３の側面に接触する態様で、電子部品３および熱伝導板１３等を覆うように、電磁波吸収シート１１が配置されている。電磁波吸収シート１１に接触するように、放熱部材１７が配置されている。

また、この半導体装置１においても、図１に示す半導体装置と同様に、配線板５は支持部材（図示せず）に接合されている。また、伝熱シート１５および電磁波吸収シート１１が、放熱部材１７を介して電子部品３に向かって押圧される。なお、図１に示す半導体装置１と同一部材については同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。

次に、上述した半導体装置１の製造方法の一例について説明する。まず、図７に示す工程と同様の工程を経て、図２０に示すように、電子部品３が、配線板５の表面に実装される。次に、電子部品３の上面に接触するように、伝熱シート１５が配置される。次に、図２１に示すように、伝熱シート１５に接触するように、熱伝導板１３が配置される。次に、図２２に示すように、電子部品３の側面および熱伝導板１３等に接触する態様で、電子部品３および熱伝導板１３等を覆うように、電磁波吸収シート１１が配置される。

次に、図１０および図１１に示す工程と同様の工程を経て、図２３に示すように、放熱部材１７と支持部材２１との間に電子部品３等が挟み込まれた状態で、放熱部材１７によって伝熱シート１５等が押圧される。このとき、伝熱シート１５の厚さが、当初の厚さの７０％程度になるように押圧される。こうして、半導体装置１の主要部分が完成する。

上述した半導体装置１では、実施の形態１において説明した半導体装置１と同様に、電子部品３から生じる熱と、電磁波吸収シート１１から生じる熱とを、熱伝導板１３および伝熱シート１５を含む熱伝導部材１０を介して、効率的に放散させることができる。

さらに、上述した半導体装置では、電子部品３の上面に接触するように、電磁波吸収シート１１よりも熱伝導の良好な伝熱シート１５が配置されている。これにより、電子部品３の上面において局所的に発生した熱を、伝熱シート１５の面内に拡げることができ、伝熱の面積がより大きくなる。その結果、実施の形態１において説明した式（１）式におけるバルク熱抵抗（Ｒｂ）を小さくすることができ、放熱性能をさらに向上させることができる。

また、電子部品３では、伝熱シート１５が接触する電子部品３の上面の表面粗さ（Ｒｙ）を５μｍ以下にすることが望ましい。これにより、実施の形態１において説明したように、式（１）における接触熱抵抗（Ｒｃ）を、さらに小さくすることができ、放熱性能を向上させることができる。

なお、上述した熱伝導部材１０の配置構造は、図１２に示される、電子部品（ボディー）の側面からリード電極が突出した電子部品についても適用することができる。

実施の形態６．
実施の形態６に係る半導体装置として、電子部品の側面および上面と、配線板の上面とに接触するように伝熱シートを適用した半導体装置の一例について説明する。

図２４に示すように、半導体装置１では、配線板５に実装された電子部品３の上面および側面に接触するように、電磁波吸収シート１１が配置されている。電子部品３の上面および側面を覆い、電磁波吸収シート１１の部分に接触するように、熱伝導板１４が配置されている。熱伝導板１４および配線板５に接触するように、伝熱シート１５が配置されている。その伝熱シート１５に接触するように、放熱部材１７が配置されている。

なお、この半導体装置１においても、図１に示す半導体装置と同様に、配線板５は支持部材（図示せず）に接合されている。また、伝熱シート１５および電磁波吸収シート１１が、放熱部材１７を介して電子部品３に向かって押圧される。図１または図１４に示す半導体装置１と同一部材については同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。

上述した半導体装置１の製造方法は、伝熱シート１５が配線板５に接触するように配置されることを除いて、実施の形態３において説明した半導体装置１の製造方法と実質的に同じである。

上述した半導体装置１では、実施の形態１において説明した半導体装置１と同様に、電磁シールド性能を有する。また、上述した半導体装置１では、電子部品３から生じる熱と、電磁波吸収シート１１から生じる熱と、配線板５から生じる熱とを、熱伝導板１４、伝熱シート１５を含む熱伝導部材１０および配線板５を介して、効率的に放散させることができる。さらに、日光または外気温に起因する外部からの熱に対しても効率的に放散させることができる。

また、上述した半導体装置１では、伝熱シート１５が熱伝導板１４の側面と配線板５の上面の部分とにも接触する部分を備えている。これにより、伝熱シート１５が放熱部材１７と配線板５とによって押さえ込まれることになる。このため、半導体装置１を製造する際に、たとえば、電子部品３にせん断方向に力が作用するような場合には、伝熱シート１５は、補強材として機能し、電子部品３が位置ずれを起こしてしまうのを抑制することができる。その結果、半導体装置１の生産性を向上させることができる。

各実施の形態において説明した半導体装置については、必要に応じて種々組み合わせることが可能である。

今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、電子部品が電磁波吸収シートによって覆われる半導体装置に有効に利用される。特に、携帯基地局、大電力送信機または携帯電話機等の送信部をはじめ、無線通信機器の送信部に有効に利用される。

１ 半導体装置、３、４ 電子部品、５ 配線板、６ リード電極、７ はんだ接合部、８ はんだ接合部、９ 熱硬化性樹脂、１０ 熱伝導部材、１１ 電磁波吸収シート、１３、１４ 熱伝導板、１５、１６ 伝熱シート、１７ 放熱部材、１９ 接着層、２１ 支持部材、３１ ネジ、３３ スペーサ、４１ 熱伝導性粒子、４３ シリコーンゲル。

Claims (12)

1. 配線板と、
   前記配線板に実装された電子部品と、
   前記電子部品と距離を隔てて配置された放熱部材と、
   前記放熱部材と前記電子部品との間に介在し、前記電子部品において発生した熱を前記放熱部材に伝導させる熱伝導部材と
   を有し、
   前記熱伝導部材は、
   電磁波吸収シートと、
   樹脂に熱伝導性粒子を添加した伝熱シートと、
   前記電磁波吸収シートと前記伝熱シートとの間に介在する、平面部分を有する熱伝導板と
   を備え、
   前記熱伝導性粒子が、前記熱伝導板における前記平面部分に接触し、
   前記電磁波吸収シートは、前記電子部品を覆うように配置され、
   前記電磁波吸収シートは、前記電子部品の少なくとも側部に接触している、半導体装置。
2. 前記熱伝導板は、前記電子部品を、前記配線板に前記電子部品が実装された状態で上から平面視した場合の面積よりも大きく、
   前記伝熱シートに接触する前記熱伝導板の前記平面部分の表面粗さ、および、前記伝熱シートに接触する前記放熱部材の接触面の表面粗さは、５μｍ以下である、請求項１記載の半導体装置。
3. 前記電磁波吸収シートは、前記電子部品の上部に接触するように配置された、請求項１記載の半導体装置。
4. 前記熱伝導板は、前記電子部品の上部を覆う前記電磁波吸収シートの部分に接触するように配置された、請求項３記載の半導体装置。
5. 前記熱伝導板は、前記電子部品の上部を覆う前記電磁波吸収シートの部分、および、前記電子部品の側部を覆う前記電磁波吸収シートの部分に接触するように配置された、請求項３記載の半導体装置。
6. 前記伝熱シートは、前記配線板、前記熱伝導板の上部および前記熱伝導板の側部ならびに前記放熱部材に接触するように配置された、請求項３記載の半導体装置。
7. 前記伝熱シートは、金属粒子を含有する、請求項１記載の半導体装置。
8. 前記伝熱シートは、前記電子部品の上部に接触するように配置され、
   前記熱伝導板は、前記伝熱シートに接触するように配置され、
   前記電磁波吸収シートは、前記熱伝導板に接触するように配置された、請求項１記載の半導体装置。
9. 前記伝熱シートが接触している前記電子部品の前記上部における接触面の表面粗さは５μｍ以下である、請求項８記載の半導体装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体装置を備えた、無線通信機器。
11. 配線板に電子部品を実装する工程と、
    前記電子部品に接触する態様で熱伝導部材を配置する工程と、
    前記熱伝導部材に接触する態様で放熱部材を配置する工程と
    を有し、
    前記熱伝導部材を配置する工程は、
    電磁波吸収シートを配置する工程と、
    樹脂に熱伝導性粒子を添加した伝熱シートを配置する工程と、
    平面部分を有する熱伝導板を配置する工程と
    を備え、
    前記電磁波吸収シートを配置する工程は、
    前記電磁波吸収シートを、前記電子部品を覆うように配置する工程と、
    前記電磁波吸収シートを、前記電子部品の少なくとも側部に接触させる工程と
    を含み、
    前記熱伝導板を配置する工程では、前記熱伝導板は、前記電磁波吸収シートと前記伝熱シートとに接触する態様で、前記電磁波吸収シートと前記伝熱シートとの間に配置され、
    前記放熱部材を配置する工程では、前記放熱部材によって、前記熱伝導部材が前記電子部品に向かって押圧される、半導体装置の製造方法。
12. 前記熱伝導板は、０．２ｍｍ以上の厚さを有する銅板である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体装置。

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