JP6875514B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は半導体装置に関し、特に、電子部品から発生した熱に対する優れた放熱性を有する半導体装置に関するものである。

車載（自動車・産業用建機）、車両用（鉄道車両）、産業機器（加工機・ロボット・産業用インバータ）および家庭用電子機器に用いられる半導体を用いた電子回路、電源装置、モータなどの駆動用電気回路が存在するが、これらを総称して以下、半導体装置と記載する。半導体装置においては、高出力化、薄型化、および小型化の要請が強い。これに伴い、半導体装置に実装される電子部品の単位体積当たりの発熱量は大きく上昇しており、高放熱を可能とする半導体装置が強く望まれている。

電子部品から発生する熱を放熱する半導体装置は、たとえば特開平６−７７６７９号公報（特許文献１）および特開平１１−３４５９２１号公報（特許文献２）に開示されている。これらの特許文献においては、プリント基板の上方に電子部品が、下方にヒートシンクが接合された構成となっている。プリント基板には、その一方の主表面から他方の主表面まで貫通するように形成された熱伝導チャネルが形成されている。この熱伝導チャネルにより、電子部品から発生する熱が、熱伝導チャネルを経由してヒートシンクに伝わり、ヒートシンクから外部に放熱可能となっている。

特開平６−７７６７９号公報 特開平１１−３４５９２１号公報

特開平６−７７６７９号公報の装置においてはプリント基板のうち電子部品の真下から離れたところのみに熱伝導チャネルが設けられて特開平１１−３４５９２１号公報においてはプリント基板のうち電子部品の真下のみに熱伝導用の孔部が設けられている。このためいずれもプリント基板のうち伝熱可能な領域の面積が小さく、電子部品から伝導できる熱量が少ないため、電子部品からその下方のヒートシンクまでの領域の放熱性が十分でない。さらに、特開平６−７７６７９号公報の装置の締結プレートは冶具によりプリント基板に固定されているだけであり、プリント基板とヒートシンクとの間に空気層が生じ、両者間の放熱性が乏しくなる可能性もある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電子部品を中心として放射状に熱を拡散でき、電子部品から発生する熱に対する放熱性をいっそう向上させることが可能な半導体装置を提供することである。

本発明の半導体装置は、プリント基板と、電子部品および熱拡散部とを備えている。電子部品および熱拡散部は、プリント基板の一方の主表面上に接合されている。電子部品と熱拡散部とは接合材により電気的かつ熱的に接合される。プリント基板は、絶縁層と、その一方の主表面から他方の主表面まで貫通する複数の放熱用ビアとを含む。複数の放熱用ビアの少なくとも一部は電子部品と重なり、少なくとも他の一部は熱拡散部と重なる。複数の放熱用ビアの少なくとも一部は、プリント基板の他方の主表面からの透過視点において放熱部と重なるように配置される。電子部品は、リード端子と、半導体部と、モールド部と、放熱板とを含む。放熱板は、半導体部とプリント基板との間に配置される。放熱板と熱拡散部とは接合材により電気的かつ熱的に接続される。プリント基板の一方の主表面上に凸部が配置される。電子部品および熱拡散部は、プリント基板の一方の主表面からの透過視点において凸部と重なるように配置される。凸部と放熱板または熱拡散部との間に接合材が配置される。
本発明の半導体装置は、プリント基板と、電子部品および熱拡散部とを備えている。電子部品および熱拡散部は、プリント基板の一方の主表面上に接合されている。電子部品と熱拡散部とは接合材により電気的かつ熱的に接合される。プリント基板は、絶縁層と、その一方の主表面から他方の主表面まで貫通する複数の放熱用ビアとを含む。複数の放熱用ビアの少なくとも一部は電子部品と重なり、少なくとも他の一部は熱拡散部と重なる。複数の放熱用ビアの少なくとも一部は、プリント基板の他方の主表面からの透過視点において放熱部と重なるように配置される。電子部品は、リード端子と、半導体部と、モールド部と、放熱板とを含む。放熱板は、半導体部とプリント基板との間に配置される。放熱板と熱拡散部とは接合材により電気的かつ熱的に接続される。熱拡散部は、プリント基板の一方の主表面からの透過視点において電子部品の周囲に複数配置される。
本発明の半導体装置は、プリント基板と、電子部品および熱拡散部とを備えている。電子部品および熱拡散部は、プリント基板の一方の主表面上に接合されている。電子部品と熱拡散部とは接合材により電気的かつ熱的に接合される。プリント基板は、絶縁層と、そ
の一方の主表面から他方の主表面まで貫通する複数の放熱用ビアとを含む。複数の放熱用ビアの少なくとも一部は電子部品と重なり、少なくとも他の一部は熱拡散部と重なる。複数の放熱用ビアの少なくとも一部は、プリント基板の他方の主表面からの透過視点において放熱部と重なるように配置される。

本発明によれば、電子部品を中心として放射状に熱を拡散でき、かつ電子部品の真下へも放熱させることができる。このため電子部品から発生する熱に対する放熱性をいっそう向上させることが可能な半導体装置を提供することができる。

実施の形態１の第１例の半導体装置の概略平面図である。 実施の形態１の第１例の半導体装置の概略断面図である。 実施の形態１の第１例における、電子部品および熱拡散部が実装される前のプリント基板の概略平面図である。 実施の形態１の第２例の半導体装置の概略平面図である。 実施の形態１の第２例の半導体装置の概略断面図である。 実施の形態１の第１例の半導体装置の製造方法の第１工程を示す概略断面図である。 実施の形態１の第１例の半導体装置の製造方法の第２工程を示す概略断面図である。 実施の形態１の第１例の半導体装置の製造方法の第３工程を示す概略断面図である。 実施の形態１における電子部品からの伝熱経路を示す概略平面図である。 実施の形態１における電子部品からの伝熱経路を示す概略断面図である。 実施の形態１と比較例との半導体装置における熱抵抗値を比較したグラフである。 図１１のグラフの導出に用いた、実施の形態１の半導体装置のモデルの各部寸法を示す概略平面図である。 図１１のグラフの導出に用いた、実施の形態１の半導体装置のモデルを示す概略平面図である。 電子部品の縁部から、熱拡散板に接合される最外部の放熱用ビアまでの間隔と、当該半導体装置の熱抵抗との関係を示すグラフである。 実施の形態２〜５の各例の半導体装置の概略平面図である。 実施の形態２の半導体装置の概略断面図である。 実施の形態３の半導体装置の概略断面図である。 実施の形態３の半導体装置の製造方法の第１工程を示す概略断面図である。 実施の形態３の半導体装置の製造方法の第２工程を示す概略断面図である。 実施の形態３の半導体装置の製造方法の第３工程を示す概略断面図である。 実施の形態３の半導体装置の製造方法の第４工程を示す概略断面図である。 実施の形態４の半導体装置の、図１５のＡ−Ａ線に沿う部分の概略断面図である。 実施の形態４の半導体装置の、図１５のＢ−Ｂ線に沿う部分の概略断面図である。 実施の形態５の第１例の半導体装置の概略断面図である。 実施の形態５の第２例の半導体装置の概略断面図である。 図２４中の点線で囲まれた領域ＸＸＶＩのより好ましい態様を示す、概略拡大断面図である。 実施の形態６の各例の半導体装置の概略平面図である。 実施の形態６の第１例の半導体装置の概略断面図である。 実施の形態６の第２例の半導体装置の概略断面図である。 実施の形態７の半導体装置の一部を拡大して示す概略拡大断面図である。 図３０中の点線で囲まれた領域ＸＸＸＩの態様を示す概略拡大断面図である。 実施の形態８の半導体装置の一部を拡大して示す概略拡大平面図である。 実施の形態８の半導体装置の一部を拡大して示す概略拡大断面図である。 実施の形態９の半導体装置の概略平面図である。 実施の形態１０の第１例の半導体装置の概略断面図である。 実施の形態１０の第２例の半導体装置の概略断面図である。 実施の形態１０の第１例に対する比較例の半導体装置の概略断面図である。 実施の形態１０の第２例に対する比較例の半導体装置の概略断面図である。 実施の形態１１の第１例の半導体装置の概略断面図である。 実施の形態１１の第２例の半導体装置の概略断面図である。 実施の形態１１の第３例の半導体装置の概略断面図である。 実施の形態１１の第４例の半導体装置の概略断面図である。 実施の形態１２の各例の半導体装置の概略平面図である。 実施の形態１２の第１例の半導体装置の概略断面図である。 実施の形態１２の第２例の半導体装置の概略断面図である。

以下、一実施の形態について図に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は本実施の形態の第１例の半導体装置全体または一部の、上方からの透過視点すなわち上方からの平面視における態様を示している。また図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う部分の概略断面図であり、後述する電子部品２と熱拡散部３とが配置された領域における、プリント基板１と放熱部４との積層構造を示している。すなわち図１が半導体装置の一部である場合には、図１は半導体装置全体の一部のみを切り取った態様を示している。図１および図２を参照して、本実施の形態の第１例の半導体装置１０１は、ハイブリッド自動車、電気自動車、電化製品、産業機器などに搭載される電力変換装置に用いられる装置である。半導体装置１０１は、プリント基板１と、電子部品２と、熱拡散部３と、放熱部４とを主に有している。以下に示すように、半導体装置１０１は、電子部品２で発生した熱をその真下のプリント基板１の放熱用ビア１５を介してその下方の放熱部４から外部に放熱される経路と、その周囲の熱拡散部３に放散された後に放熱部４から外部に放熱される経路とを有する。以下、詳細に説明する。まずプリント基板１について説明する。

プリント基板１は、半導体装置１００全体の土台をなす、たとえば平面視において矩形状を有する平板状の部材である。特に図２に示すように、プリント基板１は、絶縁層１１と、複数の導体層としての上側導体層１２および下側導体層１３と、さらに他の複数の導体層としての内部導体層１４とを有している。

絶縁層１１は、プリント基板１全体の土台をなす部材である。絶縁層１１は本実施の形態においては矩形の平板形状を有し、たとえばガラス繊維とエポキシ樹脂とにより構成されている。しかしこれに限定することなく、たとえばアラミド樹脂とエポキシ樹脂とにより構成されていてもよい。

絶縁層１１の一方の主表面、すなわち図２の上側の主表面には上側導体層１２が形成されている。また絶縁層１１の一方の主表面と反対側の他方の主表面、すなわち図２の下側の主表面には下側導体層１３が形成されている。ただしここでは上記の絶縁層１１の一方の主表面１１ａおよび他方の主表面１１ｂのみならず、上側導体層１２の上側の表面をプリント基板１全体の最上面すなわち一方の主表面１１ａとし、下側導体層１３の下側の表面をプリント基板１全体の最下面すなわち他方の主表面１１ｂとしてもよい。

さらに絶縁層１１の内部には、内部導体層１４が形成されている。内部導体層１４は、上側導体層１２および下側導体層１３のそれぞれと上下方向に関して互いに間隔をあけるように配置されている。内部導体層１４は、上側導体層１２および下側導体層１３のそれぞれとほぼ平行となるように対向している。すなわち内部導体層１４は、絶縁層１１の一方および他方の主表面のそれぞれとほぼ平行となるように対向している。内部導体層１４は、図２においては２層形成されている。ただし内部導体層１４の形成される層数はこれに限定されず２層以外の層数であってもよいし、内部導体層１４は形成されなくてもよい。ただし内部導体層１４は絶縁層１１よりも熱伝導率が高いため、内部導体層１４を配置した方が配置しない場合に比べてプリント基板１全体の熱伝導率を高めることができる。

以上のようにプリント基板１には複数の導体層として、一方の主表面上の１層の上側導体層１２と、他方の主表面上の１層の下側導体層１３と、これらの間に配置される２層の内部導体層１４との合計４層の導体層が配置されているがこれに限られない。このことは以降の各実施の形態においても同様である。これらの導体層１２，１３，１４はいずれも、プリント基板１の一方および他方の主表面に沿うように（ほぼ平行となるように）拡がっている。導体層１２，１３，１４は銅などの熱伝導性の良い材料により構成され、厚さはそれぞれ１５μｍ以上５００μｍ以下程度である。逆に言えば、プリント基板１は導体層１２，１３，１４により区画される複数の絶縁層１１を含んでいる。

プリント基板１には、絶縁層１１の一方の主表面から他方の主表面までこれを貫通するように、複数の放熱用ビア１５が形成されている。複数の放熱用ビア１５は、プリント基板１の一方の主表面１１ａからの透過視点において電子部品２と重なる領域、および熱拡散部３と重なる領域に、プリント基板１の一方の主表面１１ａに沿う方向に関して互いに間隔をあけて形成されている。ここでプリント基板１を、第１の領域と第２の領域とに分けて考える。第１の領域とは、プリント基板１の一方の主表面側からの透過視点において電子部品２と重なる領域であり、第２の領域とはその周囲の領域、すなわちプリント基板１の一方の主表面側からの透過視点において第１の領域の外側に配置された領域である。このとき、複数の放熱用ビア１５は、第１の領域に形成された複数の第１放熱用ビア１５ａと、第２の領域に形成された複数の第２放熱用ビア１５ｂとに分類される。

すなわち放熱用ビア１５は、上記の第１の領域と第２の領域との双方に形成されている。複数の放熱用ビア１５の少なくとも一部は、プリント基板１の一方の主表面１１ａからの透過視点において電子部品２と重なる第１放熱用ビア１５ａである。また複数の放熱用ビア１５の少なくとも他の一部は、プリント基板１の一方の主表面１１ａからの透過視点において熱拡散部３と重なる第２放熱用ビア１５ｂである。

第１放熱用ビア１５ａおよび第２放熱用ビア１５ｂは、絶縁層１１内の一部に設けられた孔部であるが、その孔部の内壁面上に銅などの導体膜１５ｃが形成されている。ここでは放熱用ビア１５（第１放熱用ビア１５ａおよび第２放熱用ビア１５ｂ）は、場合に応じて孔部およびその内部の導体膜１５ｃの双方を含むものと考えてもよいし、孔部または導体膜１５ｃのいずれかのみを示すものと考えても特に支障はない。つまり図２においては第１放熱用ビア１５ａおよび第２放熱用ビア１５ｂは、導体膜１５ｃの部分を除き孔部（中空）である。しかし図２の第１放熱用ビア１５ａおよび第２放熱用ビア１５ｂは熱伝導性の良い材料、たとえば銀フィラーを混入させた導電性接着剤またははんだにより当該孔部内が充填されたものであってもよい。後者の場合、孔部内に充填された導電性接着剤などの部材を放熱用ビア１５の構成要素に含めることができる。このように導電性接着剤などを充填させることにより形成された放熱用ビア１５は、孔部が中空である放熱用ビア１５に比べて放熱性を向上することができる。空気に比べて導電性接着剤などの導電性部材は熱伝導性が高いためである。なお放熱用ビア１５の孔部内をはんだで充填した半導体装置は後述の実施の形態３に示される。

上記の放熱用ビア１５の孔部は、平面視においてたとえば直径が０．６ｍｍの円柱形状であり、その内壁面上の導体膜１５ｃの厚さはたとえば０．０５ｍｍである。ただし当該孔部は円柱形状に限らず、たとえば四角柱であってもよく、その上方からの透過視点における形状が多角形状であってもよい。

第１放熱用ビア１５ａおよび第２放熱用ビア１５ｂは、上記のプリント基板１の一方の主表面１１ａおよび他方の主表面１１ｂにたとえば直交するように交差している。また導体層１２，１３，１４はいずれもプリント基板１の上記第１の領域から第２の領域まで平面状に拡がるように配置され、プリント基板１の一方および他方の主表面に沿うように、すなわちほぼ平行に、設けられている。このため第１放熱用ビア１５ａおよび第２放熱用ビア１５ｂは、いずれも導体層１２，１３，１４のそれぞれと交差接続する。逆に言えば複数の導体層１２，１３，１４は複数の放熱用ビア１５のそれぞれと交差接続している。より具体的には、放熱用ビア１５の孔部の内壁面上に形成された導体膜１５ｃと、導体層１２，１３，１４とが、互いに交差接続されている。ここで交差接続とは、導体同士が接合されており、電気的に繋がっていることを意味する。

上記の導体層１２，１３，１４は、プリント基板１と重なる領域（正確にはプリント基板１のうち放熱用ビア１５の孔部と重なる領域以外の領域）の全体に平面状に広がるように配置されてもよい。また導体層１２，１３，１４は、第１および第２の領域のうち特に放熱用ビア１５が設けられる領域と重なる領域（正確には隣り合う１対の放熱用ビア１５に挟まれた領域）に少なくとも配置され、放熱用ビア１５と交差接続されていることが好ましい。つまり複数の導体層１２，１３，１４は、たとえば図１の領域１Ａなどの、放熱用ビア１５が形成されない領域と重なる領域にまで広がっておらず、放熱用ビア１５が設けられる領域（正確には隣り合う１対の放熱用ビア１５に挟まれた領域）と重なる領域のみに配置された構成であってもよい。

図３は、後述する電子部品２および熱拡散部３が実装される前のプリント基板１の一方の主表面１１ａ側からの透過視点における平面態様を示している。図３を参照して、放熱用ビア１５はプリント基板１の一方の主表面１１ａ上の全領域に形成されているわけではない。つまり図３の左側の領域１Ａ、すなわち後述の電子部品２を構成するリード端子２１が接続される領域においては放熱用ビア１５が形成されていない。しかし領域１Ａとそれ以外の放熱用ビア１５が形成された領域との双方に平面状に広がるように、導体層１２，１３，１４が形成されることが好ましい。これにより、電子部品２の熱を導体層において拡散させる効果が高められる。

プリント基板１の一方の主表面１１ａ上における領域１Ａは、電子部品２のリード端子２１が接続されるため、図示されない配線が配置される領域である。この配線は、電子部品２と他部品とを電気的に接続するためのものである。またプリント基板１の領域１Ａにおける一方の主表面１１ａには、上側導体層１２と同一の層として形成された電極１９が形成されている。そして、プリント基板１の領域１Ａの一部の領域に設けられた電極１９に、電子部品２のリード端子２１が、たとえばはんだなどの接合材７ａにより接合されている。ここで接合とは、はんだなどにより複数の部材が繋ぎ合わせられることを意味する。

なお図１、図２および図３の間で放熱用ビア１５の数が一致していないが、これら各図の放熱用ビア１５は互いに対応しているものとする。以降の各図においても同様である。

再度図１および図２を参照して、上記のプリント基板１の一方の主表面１１ａ上、すなわち上側導体層１２の上側の表面上には、電子部品２および熱拡散部３が接合されている。次に電子部品２および熱拡散部３（一部、接合材７ａに関する記載を含む）について説明する。

電子部品２は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＰＮＰトランジスタ、ＮＰＮトランジスタ、ダイオード、制御ＩＣ（Integrated Circuit）などからなる群から選択されるいずれか１つ以上を含む半導体チップ２２が、樹脂モールド部２３で封止されたパッケージである。電子部品２はたとえば矩形の平面形状を有している。このような半導体チップ２２を含むために、電子部品２の発熱量は非常に大きい。このため図２に示すように電子部品２は放熱板２４を有する。そしてこの放熱板２４が、たとえばはんだなどの接合材７ａにより、プリント基板１の一方の主表面１１ａ上、すなわち上側導体層１２に接合されている。このようにすれば、電子部品２の半導体チップ２２からの発熱を、放熱板２４を介して効率的に放熱することができる。半導体装置１０１のように放熱板２４を有する場合、電子部品２は、リード端子２１と、半導体チップ２２と、樹脂モールド部２３と、放熱板２４とを有する。

放熱板２４は、半導体チップ２２からの熱を外部に伝えることが目的の一つである。このため、たとえば半導体チップ２２の熱をリード端子２１側から外部に伝えることができるのであれば、リード端子２１を放熱板２４として配置し、リード端子２１を放熱板２４として機能させることもできる。また図２の放熱板２４は、たとえ半導体チップ２２との間に絶縁材料が挟まれることにより半導体チップ２２と電気的に絶縁されていたとしても、半導体チップ２２の熱を外部に伝えることができるものであれば問題はない。

図２においては、放熱板２４は、その上面の一部および図２の左側の側面が樹脂モールド部２３に覆われるように配置されている。これにより放熱板２４は樹脂モールド部２３に対して固定されている。ただしこれは一例でありこのような態様に限られない。

図４は本実施の形態の第２例の半導体装置全体または一部の、上方からの透過視点すなわち上方からの平面視における態様を示している。また図５は図４のＶ−Ｖ線に沿う部分の概略断面図であり、電子部品２と熱拡散部３とが配置された領域における、プリント基板１と放熱部４との積層構造を示している。図４および図５を参照して、本実施の形態の第２例の半導体装置１０２は大筋で半導体装置１０１と同様の構成を有するため同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただし半導体装置１０２においては電子部品２が放熱板２４を有しておらず、電子部品２はリード端子２１の部分を除く樹脂モールド部２３の最下面の全面が放熱板２４を介さずにその下層の接合材７ａと接触するいわゆるフルモールドの構成を有している。この点において半導体装置１０２は半導体装置１０１と異なっている。すなわち半導体装置１０２の電子部品２は、リード端子２１と、半導体チップ２２と、樹脂モールド部２３とを有する。樹脂モールド部２３は下層の接合材であるたとえばはんだにより接合しにくいため、当該接合材と単に接触するように密着した構成となっている。電子部品２の樹脂モールド部２３は少なくとも接合材と接触した状態を有すれば、ある程度そこからプリント基板１側への放熱性を確保できる。ここで密着とは、複数の部材間が互いに接触し、接合よりも弱い吸引力を互いに及ぼしあうことを意味する。

再度図１および図２を参照して、熱拡散部３は、電子部品２からの熱を電子部品２の上側からの透過視点において外側に放射状に拡散させる役割を有している。このため熱拡散部３は、矩形の電子部品２のリード端子２１側すなわち図１の左側以外の三方の側面を取り囲む形状を有している。このような形状にすることにより、熱拡散部３は、電子部品２からの熱を放射状に拡散させる効率を高めることができる。ただし熱拡散部３は必ずしもこのような形状に限定されない。

熱拡散部３は、熱拡散板３１により構成される。熱拡散板３１は、たとえば銅により形成されることが好ましい。このようにすれば、熱拡散板３１の熱伝導性すなわち放熱性を高めることができる。熱拡散板３１は、表面に銅などの金属膜が形成された酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムなどの熱伝導性の良いセラミック材料からなってもよい。また熱拡散板３１は、銅合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金からなる群から選択されるいずれかの合金材料の表面にニッケルめっき膜および金めっき膜が形成された金属材料により形成されてもよい。この熱拡散板３１は、たとえばはんだなどの接合材７ａにより、プリント基板１の一方の主表面１１ａ上、すなわち上側導体層１２に接合されている。また熱拡散板３１が接合されている上側導体層１２上には電子部品２が接合材７ａにより接合されている。熱拡散板３１が接合される上側導体層１２の部分と電子部品２が接合される上側導体層１２の部分とは一体である。このため熱拡散板３１が接合されている上側導体層１２の部分と同一の上側導体層１２に電子部品２が接合されている。ただし上方からの透過視点において熱拡散板３１が接合される位置とは異なる位置に電子部品２が接合される。そして熱拡散板３１と電子部品２とは電気的に接続されている。

図２に示すように、接合材７ａにはんだを用いた場合、電子部品２と熱拡散部３との間の接合材７ａは、電子部品２の熱拡散部３側の端部および熱拡散部３の電子部品２側の端部のそれぞれで、フィレットを形成する。その結果、電子部品２と上側導体層１２との間の接合材７ａの厚み、および熱拡散部３と上側導体層１２との間の接合材７ａの厚みに比べて、放熱板２４と熱拡散板３１との間の領域の接合材７ａの厚みを大きくすることができる。

電子部品２すなわち放熱板２４と熱拡散部３すなわち熱拡散板３１とは、たとえばはんだなどの接合材７ａにより電気的かつ熱的に接続されている。なお電子部品２と熱拡散部３とが電気的に接続されているとは、両者が絶縁材料ではなく、電気抵抗値が低いたとえばはんだなどの導電性材料といわれる部材により接続されていることを意味する。また電子部品２と熱拡散部３とが熱的に接続されているとは、両者が断熱材料ではなく、たとえばはんだなどの熱抵抗値が低いといわれる材料により接続されていることを意味する。

より具体的には、電子部品２の放熱板２４と熱拡散部３の熱拡散板３１とは、接合材７ａを介して、図２の左右方向に並ぶように接合されている。熱拡散板３１をたとえば金属材料のような導電性材料とすれば、電子部品２とはんだなどの接合材７ａで接合される熱拡散板３１に電気が通るため、プリント基板１での上側導体層１２などの抵抗値を下げることができる。これにより熱拡散板３１は、電子部品２からの熱を拡散することができるだけでなく、プリント基板１に形成された上側導体層１２などの導通損失を低減することもできる。また電子部品２と熱拡散部３との双方が同一の表面上すなわちプリント基板１の一方の主表面１１ａ上に接合されることにより、たとえば両者を同じ自動部品実装機（マウンタ）などを用いて、両者を接合する順序を問わず、両者を自動で接合することができる。このため両者のプリント基板１上への実装工程を単純化させ、低コストで高効率に当該工程を行なうことができる。

ところで、電子部品２のパッケージがたとえば半導体パッケージ型番ＴＯ−２５２である場合、その大きさが±０．２ｍｍ程度ばらつく。上記型番に限らず、一般的に電子部品２のパッケージはその大きさが±０．０１ｍｍ以上１ｍｍ以下程度ばらつく。このため、自動部品実装機の駆動寸法の誤差を含め、電子部品２と熱拡散部３との間隔は０．０５ｍｍ以上５ｍｍ以下を想定することが好ましい。電子部品２と熱拡散部３との間の距離が５ｍｍを超えれば、電子部品２と熱拡散部３との間の熱抵抗が大きくなり熱拡散部３が熱拡散する効果が少なくなる。このため電子部品２と熱拡散部３との間隔は５ｍｍ以下であることが好ましい。自動部品実装機の駆動寸法の誤差が大きい場合、電子部品２と熱拡散部３との間隔が５ｍｍを超えるおそれがある。そこでこのような不具合を防ぐ観点から、プリント基板１に電子部品２および熱拡散部３を実装する前に、電子部品２と熱拡散部３とを仮固定したうえで、電子部品２と熱拡散部３とを同時に自動部品実装機で実装することが好ましい。このようにすれば、電子部品２と熱拡散部３との間隔を５ｍｍ以下にすることができ、実装工程の歩留りを向上させることができる。

以上より、熱拡散部３は、はんだなどの接合材７ａにより電子部品２と接合されるとともに、プリント基板１の一方の主表面１１ａに接合される。これにより、電子部品２から発する熱を接合材７ａを介して熱拡散部３に放射状に伝えるよう、一方の主表面１１ａ方向へ拡散させることができる。また電子部品２は接合材７ａにより一方の主表面１１ａに接合されている。このため電子部品２からその真下の放熱部４へ直接伝熱することと、電子部品２から熱拡散部３へ拡散させたのち熱拡散部３からその真下の放熱部４へ伝熱することとの双方を可能としている。

また熱拡散板３１は、プリント基板１の複数の放熱用ビア１５のうち電子部品２と重なる領域以外の上記第２の領域における複数の第２放熱用ビア１５ｂの孔部をその上方から塞ぐように、接合材７ａにより、プリント基板１の一方の主表面１１ａに接合される。一方電子部品２の放熱板２４は、プリント基板１の複数の放熱用ビア１５のうち電子部品２と重なる領域の上記第１の領域における複数の第１放熱用ビア１５ａの孔部をその上方から塞ぐように、接合材７ａにより、プリント基板１の一方の主表面１１ａに接合される。図１および図２においては領域１Ａには放熱用ビア１５が形成されないため、熱拡散板３１も配置されていないが、これに限られない。

以上の各部材間を接合する接合材７ａとしてはんだを用いた場合、接合材７ａとこれに接合される電子部品２、上側導体層１２および熱拡散板３１のそれぞれとの接合界面で金属間化合物が形成され、当該接合界面における接触熱抵抗を小さくできる。このため接合材７ａとしてははんだが用いられることが好ましいが、導電性接着剤またはナノ銀などのはんだ以外の熱伝導性の良好な材料が用いられてもよい。

熱拡散部３は、プリント基板１よりも曲げ剛性が高い、つまりヤング率と断面二次モーメントとの積が大きいことが好ましい。これにより、半導体装置１０１におけるプリント基板１と熱拡散板３１とからなる構造体の剛性を高め、固定および振動などの外力に対してプリント基板１を変形しにくくすることができる。

熱拡散板３１は、その厚さが薄くなると熱伝導性が低下し、電子部品２に対する放熱性が十分でなくなる。一方、熱拡散板３１が厚すぎれば、熱拡散板３１を、電子部品２を実装するマウンタと同じマウンタを用いて実装することができなくなる。熱拡散板３１の厚さが、当該マウンタが実装可能な部品の厚さの上限値を超えてしまうためである。このようになれば自動機を用いた熱拡散板３１の実装ができなくなるため実装コストが高騰する。以上を考慮し、熱拡散板３１の厚さは、０．１ｍｍ以上１００ｍｍ以下とすることが好ましく、たとえば０．５ｍｍとすることが好ましい。

厚い熱拡散板３１は、板状ではなくブロック状となるように形成されてもよい。また熱拡散部３は、複数の熱拡散板３１が重ね合わせられた構成であってもよい。汎用的に使用されている板を重ね合わせて熱拡散部３を形成することにより、その製造コストを低減することができ、かつ熱拡散部３の放熱性を向上させることができる。

次に放熱部４について説明する。放熱部４はプリント基板１の他方の主表面１１ｂ側のたとえば全面に積層されており、放熱部材４１と、冷却体４２とを有している。プリント基板１と放熱部４とはたとえば接合材７ａにより互いに接合されてもよいし、たとえば単に接触するように密着していてもよい。図２の半導体装置１０１においては一例として、図２の上側から下側に向けて、電子部品２、プリント基板１、放熱部材４１、冷却体４２の順に積層されている。しかし放熱部４においては上記と逆に、たとえば図２の上側から下側に向けて冷却体４２、放熱部材４１の順に積層されてもよい。つまり放熱部４における放熱部材４１と冷却体４２との積層順序は問わない。

放熱部４がプリント基板１の他方の主表面１１ｂ側の全面に積層される場合、放熱部４はプリント基板１のすべての第１放熱用ビア１５ａおよび第２放熱用ビア１５ｂと平面視において重なるように配置される。ただし本実施の形態においては、複数の放熱用ビア１５の少なくとも一部が、プリント基板１の他方の主表面１１ｂからの透過視点において放熱部４と重なるように配置される。この意味では放熱部４は、プリント基板１の他方の主表面１１ｂの少なくとも一部のみと重なる態様であってもよい。たとえば、電子部品２と平面視において重なる領域およびそれに隣接する領域のみにおける他方の主表面１１ｂに放熱部材４１および冷却体４２が密着するように配置される構成であってもよい。

放熱部材４１は、電気絶縁性を有し、熱伝導性の良い材料により構成されることが好ましい。具体的には、放熱部材４１は、シリコーン樹脂に酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムなどの粒子を混入させたシートにより形成されることが好ましい。酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムは、熱伝導性が良く電気絶縁性を有するためである。ただし放熱部材４１は、上記の代わりにグリスまたは接着剤であってもよい。また放熱部材４１は、熱伝導性が高ければ非シリコーン系であってもよい。

放熱部材４１は、熱伝導率の良い導体層と電気絶縁層とで構成されていてもよい。放熱部材４１は、電子部品２からの熱を熱拡散板３１により電子部品２の外側に拡散させて、拡散された熱を放熱用ビア１５により、プリント基板１の下側導体層１３に伝熱する。放熱部材４１が熱拡散できる導体層を有していれば、導体層にて熱をさらに平面視における外側に放射状に拡散させることができる。

冷却体４２は、熱伝導性の良い金属材料からなる矩形の平板形状の部材である。冷却体４２はたとえば筐体であってもよいし、ヒートパイプまたは放熱フィンなどであってもよい。具体的には、冷却体４２は、たとえばアルミニウムにより構成されることが好ましいが、他に銅、アルミニウム合金、またはマグネシウム合金により構成されてもよい。冷却体４２は放熱部材４１の真下または真上に配置される。このため図２において冷却体４２は、放熱部材４１を介して、プリント基板１と熱的に接続されている。これを言い換えると、冷却体４２の上側または下側の主表面上に放熱部材４１が接触し密着、または接合されている。なお図示されないが、冷却体４２のさらに下側には、水冷または空冷の冷却機構が接触するように設けられていることが好ましい。

図６〜図８は、本実施の形態の第１例の半導体装置１０１の各製造工程における態様を示す概略断面図である。次に、図６〜図８を用いて、特に電子部品２および熱拡散部３の実装工程を中心に、半導体装置１０１の製造方法の概略を説明する。

図６を参照して、上記の図２に示す態様を有するプリント基板１が準備され、その一方の主表面１１ａ上、すなわち上側導体層１２上に、はんだペースト６ａが供給される。はんだペースト６ａはたとえばプリント基板１に形成された互いに隣り合う１対の放熱用ビア１５の間に挟まれた領域のそれぞれに、平面視においてドット状に複数供給されることが好ましい。はんだペースト６ａは、複数の放熱用ビア１５のそれぞれの孔部の外縁からプリント基板１の一方の主表面１１ａに沿う方向に１００μｍ以上離れた領域に、たとえば一般公知の印刷法により印刷されることが好ましい。

はんだペースト６ａは、メタルマスクを用いて、一般公知のはんだ印刷工程を行なうことにより、図６に示すようにプリント基板１上に供給される。

図７を参照して、はんだペースト６ａの上に電子部品２および熱拡散部３すなわち熱拡散板３１が搭載され、その状態で一般公知の加熱リフロー処理がなされる。なお電子部品２および熱拡散部３を搭載する工程は上記のマウンタにより自動工程としてなされる。リフロー処理によりはんだペースト６ａは溶融して上側導体層１２の表面すなわち一方の主表面１１ａに沿うように流動し、層状の接合材７ａとして形成される。なおこのとき溶融して流動する接合材７ａは、第１放熱用ビア１５ａおよび第２放熱用ビア１５ｂ内には流入しない。図６の工程において第１放熱用ビア１５ａおよび第２放熱用ビア１５ｂから離れた領域にはんだペースト６ａを印刷しているためである。また電子部品２の樹脂モールド部２３の真下にも接合材７ａは流入するが、樹脂材料に対しては接合せず単に接合材７ａが樹脂モールド部２３に接触し密着する態様となる。接合材７ａは電子部品２の放熱板２４と熱拡散板３１と上側導体層１２とを互いに接合する。また当該接合材７ａは電子部品２のリード端子２１とプリント基板１の電極１９とを互いに接合する。接合材７ａによる接合後、その実装状態を検査する外観検査工程がなされる。

図８を参照して、プリント基板１の下側導体層１３と接するように、たとえば放熱部材４１と冷却体４２とが上側から下側へこの順に配置され、互いに密着するように設置されることにより、放熱部４が設けられる。なお上記とは逆に冷却体４２が上側に、放熱部材４１が下側に配置されるように積層され、放熱部４が設けられてもよい。あるいはこれらの各部材が接合材７ａなどにより接合されてもよい。以上により図２に示す半導体装置１０１が形成される。

次に、図９〜図１４を用いて、本実施の形態の作用効果について説明する。なお既述の各部材の効果記載と部分的に内容が重複する場合がある。

図９は、半導体装置１０１全体の上方からの透過視点における熱の伝導経路を示している。図１０は、図９のＸ−Ｘ線に沿う部分の半導体装置１０１の断面図における熱の伝導経路を示している。図９および図１０を参照して、半導体装置１０１の駆動により電子部品２から発生した熱の一部は、図１０中に矢印で表された熱Ｈ１で示すように、電子部品２の下方のプリント基板１に形成された第１放熱用ビア１５ａを通って下方（放熱部４側）に伝導する。これとともに、図示されないが、当該熱Ｈ１は上側導体層１２、下側導体層１３または内部導体層１４を通ることにより、図１０における電子部品２を中心としてその周囲（外側）の第２の領域に向けて放射状に熱を拡散する。

また電子部品２から発生した熱の他の一部は、図９および図１０中に矢印で表された熱Ｈ２で示す主表面に沿う方向に関して電子部品２と接合材７ａを介して接合される熱拡散板３１に伝導され、熱拡散板３１内を主表面に沿う方向に外側へ放射状に拡散される。これは電子部品２と熱拡散板３１とを接合する接合材７ａがはんだなどの導電材であり、熱伝導性に優れるためである。また当該熱拡散板３１に伝わった熱はその下方のプリント基板１に形成された第２放熱用ビア１５ｂを通って下方（放熱部４側）に伝導する。第２放熱用ビア１５ｂを通った熱Ｈ２についても、その一部は上側導体層１２、下側導体層１３または内部導体層１４を通ることにより、図１０における電子部品２を中心としてその周囲（外側）の第２の領域に向けて放射状に熱を拡散する。

このように本実施の形態においては、電子部品２の熱が第１放熱用ビア１５ａを介して下方（放熱部４側）に伝わるルート（矢印で表される熱Ｈ１の経路）と、第２放熱用ビア１５ｂを介して外側（第２の領域側）に伝わるルート（矢印で表される熱Ｈ２の経路）との２つのルートを経由して伝導できる。このように２つのルートで熱伝導できるのは、熱拡散板３１が電子部品２と同じく一方の主表面１１ａ上に接合されていることにより、電子部品２から発生した熱Ｈ２が接合材７ａを経由して高効率に熱拡散板３１を伝わり、当該熱Ｈ２をそこから高効率に放熱部４に伝導させることができるためである。またプリント基板１の主表面に交差する方向に延びる放熱用ビア１５ａ，１５ｂと主表面に沿うように拡がる導体層１２，１３，１４とが互いに交差接続しているためである。この効果は、熱拡散板３１と、プリント基板１の他方の主表面１１ｂ上に配置される放熱部４の存在により、いっそう高められる。

プリント基板１内を下方に移動した熱Ｈ１および熱Ｈ２は、電子部品２と熱拡散板３１との真下、およびその外側の双方の領域において、下側導体層１３に到達する。次に熱Ｈ１および熱Ｈ２は、その下側の放熱部材４１を通って冷却体４２に伝導される。冷却体４２に伝導された熱Ｈ１および熱Ｈ２は図示されないがたとえば図１０のさらに下側に設けられた水冷または空冷の冷却機構に放熱される。

以上のように本実施の形態の半導体装置１０１は、熱拡散板３１が電子部品２と同じく一方の主表面１１ａ上に接合され、電子部品２の熱を第１放熱用ビア１５ａを通るルートおよび第２放熱用ビア１５ｂを通るルートの双方から下方へ放熱させることを可能とする構成を有している。このため、たとえば電子部品２の真下の第１放熱用ビア１５ａのみから放熱可能な場合、またはたとえば電子部品２から離れた第２放熱用ビア１５ｂのみから放熱可能な場合に比べて、下方への放熱の効率を大幅に高めることができる。

特に本実施の形態の半導体装置１０１における第２放熱用ビア１５ｂからの放熱効率を高める効果は、熱拡散板３１が配置されることによるところが非常に大きい。熱拡散板３１が配置されることにより、これが配置されない場合に比べて、放熱部材４１を介して冷却体４２に効率的に放熱することができる。

なお本実施の形態の半導体装置１０１は、たとえば図１および図９に示すように、熱拡散板３１の真下の領域だけでなく、熱拡散板３１の外側にも放熱用ビア１５が形成されていてもよい。このようにすれば、電子部品２から発生する熱を電子部品２と熱拡散板３１とのそれぞれの真下の領域の放熱用ビア１５を通って下方に伝えるのみならず、熱拡散板３１からその外側に向けて拡散させた熱をその真下の放熱用ビア１５を通って下方に伝えることができる。

さらに上記のように、導体層１２，１３，１４は熱拡散板３１と同様に、電子部品２の熱Ｈ１および熱Ｈ２を外周側に向けて放射状に拡散させることができる。

以上により、外部へ放熱されるため、放熱可能な領域の面積が大きくなり、放熱性を高める効果がより大きくなる。したがって放熱用の冷却体４２とプリント基板１との接触面積を十分に大きくすれば、放熱性をさらに向上させることができる。

ここで、放熱用ビア１５および熱拡散板３１の双方が存在することにより、放熱用ビア１５のみを有する場合に比べて放熱の効率がどの程度向上するかについて、図１１を用いて説明する。具体的には、半導体装置１０１のように放熱用ビア１５および熱拡散板３１の双方を有する構成と、その比較例として第２放熱用ビア１５ｂおよび熱拡散板３１を有さない（第１放熱用ビア１５ａのみを有する）構成との熱伝導による放熱抵抗について、熱抵抗値を用いて考察した結果を示す。

ここで「熱抵抗」とは温度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値を意味する。本実施の形態の半導体装置１０１において、電子部品２から筐体までの上下方向の領域の熱抵抗（Ｒ_th）は、以下の式（１）により表される。なお式（１）において、各部材の伝熱面積をＳ_i（ｍ²）、各部材の厚さをｌ_i（ｍ）、各部材の熱伝導率をλ_i（Ｗ／（ｍ・Ｋ））とし、通過熱量をＱ（Ｗ）、高温側および低温側の温度をそれぞれＴｈ_i（Ｋ）、Ｔｌ_i（Ｋ）とする。

ここで熱抵抗の計算に用いたモデルを示す。プリント基板１の上方からの透過視点における寸法は２５×２５ｍｍ、厚さは１．６５ｍｍである。電子部品２の上方からの透過視点における寸法は１０×１０ｍｍであり、（図１および図４などとは異なるが）プリント基板１の中央部に接合されている。すなわち電子部品２を上方から見たときの各縁部と、それにほぼ平行に対向するプリント基板１を上方から見たときの各縁部との間隔はいずれもほぼ等しい。上側導体層１２、下側導体層１３および内部導体層１４はいずれも厚さが１０５μｍの４層構造である（図２参照）。プリント基板１においては、電子部品２の真下に２５か所の第１放熱用ビア１５ａが、その周囲に６３か所の第２放熱用ビア１５ｂが、いずれも等間隔に配置されている。放熱用ビア１５は円柱形状であり、その孔部を上方から見た直径は０．６ｍｍ、孔部の内壁面上の導体膜の厚さは０．０５ｍｍである。

また上記モデルにおける熱拡散部３の熱拡散板３１は、上方からの透過視点における外形寸法が５×１５ｍｍ、厚さは１ｍｍで、電子部品２を取り囲むように配置されており、第２放熱用ビア１５ｂを上方から覆っている。また互いに主表面に沿う方向に並ぶ電子部品２と熱拡散板３１とは、はんだの接合材７ａで接合されている。放熱部材４１は、上方からの透過視点における寸法が５×１５ｍｍ、厚さは０．４ｍｍである。

上記モデルにおける上側導体層１２、下側導体層１３、内部導体層１４、導体膜１５ｃ、および熱拡散板３１は銅で構成され、熱伝導率は３９８Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。また放熱部材４１の熱伝導率は２．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。

本実施の形態の半導体装置１０１のモデルおよび比較例のモデルは、放熱用ビア１５の数（比較例は第１放熱用ビア１５ａのみであるのに対し、本実施の形態では第１放熱用ビア１５ａと第２放熱用ビア１５ｂとを有する）および熱拡散板３１の有無においてのみ異なっており、上記の寸法を含む他の構成はすべて同一となっている。

上記モデルを用いて、半導体装置１０１と比較例とについて、式（１）に基づく熱解析ソフトウェアを用いて熱抵抗値をシミュレーションした。図１１にその結果を示す。図１１における「ｒｅｆ」は比較例のモデルを、「ビア＋熱拡散板」は本実施の形態の半導体装置１０１のモデルを意味し、縦軸は熱抵抗のシミュレーション結果を示す。図１１を参照して、本実施の形態の半導体装置１０１のように第２放熱用ビア１５ｂおよび熱拡散板３１を設けることにより、これらを設けない比較例に比べて、熱抵抗を約５３％低減することができる。熱抵抗が小さいことは放熱性が高いことを意味するため、この結果から、本実施の形態の半導体装置１０１のように第２放熱用ビア１５ｂおよび熱拡散板３１を設けることにより、これらを設けない比較例に比べて、放熱性を向上できることがわかる。

次に、図１２〜図１４を用いて、熱拡散板３１に接合される放熱用ビア１５の配置されるべき領域について検討した結果を説明する。図１２および図１３を参照して、これらは基本的に上記熱抵抗の計算に用いた本実施の形態の半導体装置１０１と同様のモデルを示しており、電子部品２を上方から見たときの各方向の縁部と、その上方から見たときの外側に隣り合う熱拡散板３１の各方向の最外縁部との間隔をＬ１，Ｌ２，Ｌ３で示している。上記のように本モデルにおいては電子部品２を上方から見たときの各方向の縁部と、それに隣り合う熱拡散板３１の各方向の縁部との距離はほぼ等しいため、距離Ｌ１〜Ｌ３はいずれもほぼ等しい。なお半導体装置１０１においては基本的に領域１Ａ（図１参照）には第２放熱用ビア１５ｂが形成されず、図１２および図１３のＬ４の側には第２放熱用ビア１５ｂが存在しないが、参考用にこの方向においても他方向と同様に寸法Ｌ４を示している。

図１４のグラフの横軸は、電子部品２の平面視における各縁部（矩形状の辺に相当）から熱拡散板３１が配置されるＬ１〜Ｌ３の３方向の側における熱拡散板３１の最外部との距離を示し、グラフの縦軸は、それぞれのモデルの半導体装置１０１の熱抵抗値を示している。図１４を参照して、Ｌ１〜Ｌ３の寸法が大きくなるにつれて（つまり熱拡散板３１と第２放熱用ビア１５ｂとの形成される領域が広くなるにつれて）熱抵抗が小さくなり放熱効率が向上する。しかしＬ１〜Ｌ３の値が２０ｍｍになれば熱抵抗値の低下が飽和し、それ以上Ｌ１〜Ｌ３を大きくし、Ｌ１〜Ｌ３が２０ｍｍ以上の領域の熱拡散板３１と放熱用ビア１５とを接合材７ａで接合させても、Ｌ１〜Ｌ３が２０ｍｍ以下の領域に比べて熱抵抗値の変化量が小さくなっていることがわかる。

このことから、熱拡散板３１は、上記Ｌ１〜Ｌ３の寸法、すなわち電子部品２の縁部からの距離が２０ｍｍ以内の範囲において、第２放熱用ビア１５ｂと接合されるように配置されることが好ましいといえる。

さらに、本実施の形態においてはプリント基板１の第１の領域の第１放熱用ビア１５ａのみならずその周囲の第２の領域にも第２放熱用ビア１５ｂが形成されている。このため第２放熱用ビア１５ｂが形成されない場合に比べてプリント基板１の機械的な剛性が低下する。しかしプリント基板１の一方の主表面１１ａ上の上側導体層１２に熱拡散板３１を接合材７ａで接合することにより、プリント基板１と熱拡散板３１とからなる構造体の曲げ剛性がプリント基板１単体の曲げ剛性よりも高くなる。このためプリント基板１の変形を抑制することができる。

実施の形態２．
図１５は実施の形態２〜５の各例の半導体装置全体または一部の、上方からの透過視点すなわち上方からの平面視における態様を総括して示している。図１６は実施の形態２における、図１５のＡ−Ａ線に沿う部分の概略断面図であり、電子部品２と熱拡散部３とが配置された領域における、プリント基板１と放熱部４との積層構造を示している。図１５および図１６を参照して、本実施の形態の半導体装置２０１は大筋で半導体装置１０１と同様の構成を有するため同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただし半導体装置２０１においては、上側導体層１２上の、平面視において第１放熱用ビア１５ａおよび第２放熱用ビア１５ｂに隣接する領域に、第１放熱用ビア１５ａおよび第２放熱用ビア１５ｂの周りを囲むように、たとえば円形状の凸部８が形成される。この点において半導体装置２０１は、このような凸部８を有さない半導体装置１０１と異なっている。

凸部８はたとえばソルダーレジストにより形成されており、上側導体層１２よりも図１６の上方に延びる形状を有している。このように本実施の形態においては、プリント基板１の一方の主表面１１ａ上に凸部８が配置されている。そして電子部品２および熱拡散部３は、プリント基板１の一方の主表面１１ａからの透過視点において凸部８と重なるように配置されている。なお凸部８は図１６の断面図において円形状または楕円形状を有するよう、放熱用ビア１５の平面視における周囲に形成されている。しかしこれに限らず、凸部８はたとえば図１６の断面図において矩形状を有するように形成されてもよい。

本実施の形態の半導体装置２０１の製造方法、特に凸部８の製造方法について簡潔に説明する。凸部８は、たとえばプリント基板の製造工程において一般公知のレジスト印刷により形成されるソルダーレジストであってもよいし、一般公知のシルク印刷またはシンボル印刷により形成されるパターンであってもよい。これらを用いれば、一般的なプリント基板製造工程により凸部８を形成できるため、特殊な工程を必要とせず安価に製造可能である。また凸部８としてはソルダーレジスト、シルク、シンボルマーク以外に樹脂シートが形成されたものであってもよいし、それらが適宜組み合わせられてもよい。さらに凸部８として上記以外の、上側導体層１２から図１６の上方へ延び厚さを有する形状とすることができ、はんだの接合材７ａが濡れにくい材料が用いられてもよい。プリント基板１の一方の主表面１１ａ上に形成された凸部８上にこれと重なるように電子部品２および熱拡散板３１が載置され接合される。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。本実施の形態は実施の形態１と同様の効果の他、以下の作用効果を奏する。

半導体装置２０１のように凸部８が形成されれば、はんだペースト６ａ（図６参照）が第１放熱用ビア１５ａなどの孔部内に進入する不具合を凸部８が抑制する効果を奏する。凸部８が形成されることにより、これが形成されない場合に比べて、上側導体層１２と、放熱板２４および熱拡散板３１との、図１６の上下方向に関する間隔が広くなる。このため上記間隔の領域において、はんだペースト６ａが溶融された接合材７ａは上側すなわち放熱板２４および熱拡散板３１側に引っ張られるように応力を受けながら放熱板２４および熱拡散板３１に接合される。このため上側導体層１２と放熱板２４および熱拡散板３１との間の領域において、接合材７ａが放熱用ビア１５内に流入し、放熱用ビア１５の内壁面を流動する可能性を低減することができる。その結果、接合材７ａが上側導体層１２とその真下の冷却体４２とを短絡させる可能性を低減することができ、半導体装置２０１全体の信頼性を高めることができる。

次に、上側導体層１２上の凸部８と重なるように電子部品２および熱拡散板３１が載置されることにより、上側導体層１２と、放熱板２４および熱拡散板３１との間の領域の、図１６の上下方向に関する間隔を制御することができる。すなわちプリント基板１に接合される電子部品２および熱拡散板３１の、上側導体層１２との間隔は、凸部８としてのソルダーレジストまたはシルクなどの印刷位置または印刷厚さを変更することにより制御することができる。このように凸部８により上側導体層１２上における接合材７ａの厚さが管理でき、接合材７ａによるはんだ付けの品質を向上させることができる。接合材７ａは上側導体層１２と、放熱板２４および熱拡散板３１との間の領域を主表面に沿って拡がるが放熱用ビア１５内には流入せず、その結果下側導体層１３側には接合材７ａが到達しない。このため接合材７ａにより、電子部品２の放熱板２４および熱拡散部３の熱拡散板３１と、プリント基板１との接合部分が良好なフィレットを形成することができる。その結果、外観検査により接合材７ａの接合状態の良否を容易に判定できるようになる。特に自動機により電子部品２などを搭載させた場合において、その実装状態を検査する外観検査の効率を大幅に向上させることができる。

次に、仮に放熱用ビア１５に隣接する領域に、放熱用ビア１５の周囲を囲むように小径のレジストの凸部８が形成されれば、凸部８は撥水効果を発揮する。これはレジストは、接合材７ａとしてのはんだに対する濡れ性の良好な放熱板２４、熱拡散板３１および上側導体層１２に比べてはんだが濡れないためである。放熱用ビア１５を取り囲む凸部８がはんだに濡れないことからも、溶融されたはんだである接合材７ａが放熱用ビア１５内に流入し、一方の主表面１１ａから他方の主表面１１ｂまでこれが流入することを抑制することができる。このことにより、上記のようにはんだによる短絡を抑制できるばかりでなく、放熱用ビア１５としての孔部がそのまま残存することにより、接合材７ａに含まれるフラックスガスを放熱用ビア１５から外部へスムーズに排出することができる。このため接合材７ａ内におけるフラックスガスによるボイドの残存が抑制できる。

なお凸部８は、放熱用ビア１５に隣接するだけでなく、たとえば放熱板２４および熱拡散板３１と上側導体層１２との間における任意の位置に形成されてもよい。これにより、プリント基板１上に実装される電子部品２および熱拡散部３のプリント基板１に対する実装高さを一定に保つことができる。また、プリント基板１の一方の主表面１１ａからの透過視点において電子部品２および熱拡散部３が実装される領域の四隅に凸部８をシンボルマークとして設けることにより、電子部品２および熱拡散板３１をプリント基板１の上側導体層１２と、それぞれの主表面が互いにほぼ平行となるように配置し実装することができる。

実施の形態３．
図１７は実施の形態３における、図１５のＡ−Ａ線に沿う部分の概略断面図である。図１７を参照して、本実施の形態の半導体装置３０１は大筋で半導体装置１０１と同様の構成を有するため同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただし半導体装置３０１においては、導体層１２，１３，１４を介して電子部品２と重なる複数の第１放熱用ビア１５ａおよび熱拡散板３１と重なる第２放熱用ビア１５ｂの少なくとも一部の内部には、その内部の容積の１／３以上の体積分の接合材７ａが配置されている。ただし電子部品２および熱拡散板３１のいずれとも重ならない第２放熱用ビア１５ｂ（図１５参照）の内部にも同様に接合材７ａが配置されてもよい。この点において半導体装置３０１は、第１放熱用ビア１５ａなどの孔部内には内壁面上の導体膜１５ｃ以外の導電性材料が配置されない半導体装置１０１と異なっている。

図１８〜図２１は、本実施の形態の半導体装置３０１の各製造工程における態様を示す概略断面図である。次に、図１８〜図２１を用いて、特に電子部品２および熱拡散部３の実装工程を中心に、半導体装置３０１の製造方法の概略を説明する。

図１８を参照して、プリント基板１の上側導体層１２上に、はんだの酸化膜を除去するフラックスを介して、はんだ板６ｂが配置される。はんだ板６ｂは、その載置により放熱用ビア１５を真上から覆う態様となる。またプリント基板１の第１の領域、および第２の領域の一部における下側導体層１３上（図の下側）に、ポリイミドなどの耐熱テープ６ｃが貼り付けられる。耐熱テープ６ｃは、特に放熱用ビア１５の孔部を他方の主表面１１ｂ側から塞ぐように貼り付けられる。

図１９を参照して、はんだ板６ｂ上に電子部品２が搭載され、その状態で一般公知の加熱リフロー処理がなされる。これにより図２０を参照して、はんだ板６ｂが溶融して接合材７ｂとなったものが上側導体層１２の表面に沿うように流動し、放熱用ビア１５内を充填する。これははんだ板６ｂが放熱用ビア１５の孔部を覆うように配置されているためである。また第１および第２の領域における下側導体層１３上には耐熱テープ６ｃが貼られているため、はんだ板６ｂの溶融したものは耐熱テープ６ｃの下側まで漏出することはなく、放熱用ビア１５の内部に充填される。

なお放熱用ビア１５内の全体に接合材７ａが充填されてもよいが、図２０に示すように、その内部の容積の１／３以上の体積分の接合材７ａが配置されることが好ましい。

図２１を参照して、放熱用ビア１５の内部のはんだが固化された後に耐熱テープ６ｃが除去される。その後、図８の工程と同様に、プリント基板１の下側導体層１３と接するように、たとえば放熱部材４１と冷却体４２とが上側から下側へこの順に配置され、互いに密着するように設置される。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。本実施の形態は実施の形態１と同様の効果の他、以下の作用効果を奏する。

半導体装置３０１のように放熱用ビア１５の内部に接合材７ａが配置された構成とすることにより、電子部品２の発する熱の、第１放熱用ビア１５ａおよび第２放熱用ビア１５ｂの内部における熱拡散板３１側への伝熱量を増加することができる。これは上記のように、中空よりもはんだなどの導電性部材の方が高い熱伝導性を持つため、第１放熱用ビア１５ａなどの内部がはんだで充填されることにより、第１放熱用ビア１５ａの延在方向に交差する断面のうち、より高い熱伝導が可能な領域の面積が増加するためである。

上記の加熱リフロー処理においてプリント基板１を加熱した際に、放熱用ビア１５の内壁面上の導体膜１５ｃよりも先にはんだ板６ｂが溶融すれば、その溶融したはんだは放熱用ビア１５の内壁面に沿って流動しにくくなる。その結果当該溶融はんだが塊状はんだとなって放熱用ビア１５内を塞ぎ、図２０、図２１、図１７に示すようにその一部の領域を充填しない態様となる。供給するはんだ量が少なければ、より放熱用ビア１５内に配置されるはんだの割合が少なくなる。

しかし図２０、図２１、図１７の態様においても、少なくとも上側導体層１２および下側導体層１３に隣接する接合材７ａの塊状はんだ７１の部分においては、放熱用ビア１５の延在方向に交差する断面が塊状はんだ７１に充填されるためその断面積のうち熱伝導性の高いはんだが占める割合が大きくなる。このため、たとえば半導体装置１０１のように放熱用ビア１５内がまったくはんだで充填されない場合に比べてその放熱性を向上させることができる。このような放熱性を向上させる効果は、その上側導体層１２側から延びる塊状はんだ７１が、放熱用ビア１５の延在方向の長さの１／３以上の高さｈを有すれば、十分に得られる。このことは上側導体層１２側または下側導体層１３側のいずれか一方からのみ塊状はんだ７１が延びる場合においても、あるいは上側導体層１２側および下側導体層１３側の双方から塊状はんだ７１が延びる場合においても、同様である。すなわち少なくとも熱拡散板３１の一方（上側）の主表面に塞がれた複数の放熱用ビア１５内にはんだが当該放熱用ビア１５の容積の１／３以上の体積分充填するように存在することが好ましい。

なお実施の形態２においては凸部８により放熱用ビア１５内への接合材７ａの流入を抑制し、それにより上側導体層１２とその真下の冷却体４２とを短絡させる可能性を低減している。これに対し本実施の形態においては積極的に放熱用ビア１５内へ接合材７ａを流入させている。しかし本実施の形態においては放熱用ビア１５の孔部を他方の主表面１１ｂ側から塞ぐように耐熱テープ６ｃが予め貼り付けられた状態で放熱用ビア１５内へ接合材７ａが流入される。耐熱テープ６ｃは放熱用ビア１５の内部のはんだが固化された後に除去される。耐熱テープ６ｃが孔部を塞ぐことにより放熱用ビア１５から冷却体４２側への接合材７ａの流入を防ぐため、本実施の形態においても上記短絡の問題を回避することができる。

実施の形態４．
図２２は実施の形態４における、図１５のＡ−Ａ線に沿う部分の概略断面図である。図２３は実施の形態４における、図１５のＢ−Ｂ線に沿う部分の概略断面図である。図２２および図２３を参照して、本実施の形態の半導体装置４０１は大筋で半導体装置１０１と同様の構成を有するため同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただし半導体装置４０１においては、熱拡散部３の熱拡散板３１が、第１熱拡散板部分３１ａ（第１の部分）と、第２熱拡散板部分３１ｂ（第２の部分）との２つの部分を含む構成となっている。第１熱拡散板部分３１ａはプリント基板１の一方の主表面１１ａに沿う方向に延び当該一方の主表面１１ａに接合される部分であり、図２２および図２３の左右方向に延びている。第２熱拡散板部分３１ｂは第１熱拡散板部分３１ａに連なっており、第１熱拡散板部分に交差する方向すなわち図２２および図２３の上方に向けて延びている。したがって第２熱拡散板部分３１ｂはプリント基板１に接合されていない。

図２２および図２３の断面図においては、第１熱拡散板部分３１ａと第２熱拡散板部分３１ｂとの境界部においてその延在方向が約９０°変わるように屈曲している。しかしこれに限らず、たとえば第１熱拡散板部分３１ａと第２熱拡散板部分３１ｂとの延在方向のなす角度は９０°未満であっても９０°超えであってもよい。つまり半導体装置４０１の熱拡散板３１は、その一部の領域のみが一方の主表面１１ａに接合されている。この点において半導体装置４０１は、このような２つの部分を有さずその全体がプリント基板１の一方の主表面１１ａに接合される半導体装置１０１と異なっている。

なお図２２および図２３においては実施の形態２と同様に凸部８があるが、この凸部８は形成されなくてもよい。このことは以降の各実施の形態においても同様である。

本実施の形態の熱拡散板３１は、たとえば空冷に適するフィンが付いたヒートシンクであってもよい。ヒートシンクは、ＴＯ−２２０のようなリード部品と共に、鉛直方向に沿って延びるように立てて使用されるのが通例であるが、本実施の形態においては水平方向に沿って延びるように横向きに使用されてもよい。なお汎用的に使用されているヒートシンクを熱拡散板３１に使用すれば、その製造コストを削減することができる。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。本実施の形態は実施の形態１と同様の効果の他、以下の作用効果を奏する。

熱拡散板３１は、第２熱拡散板部分３１ｂを有することにより、熱拡散効果だけでなく、放熱性の効果も高くなる。つまりプリント基板１に接合された第１熱拡散板部分３１ａが熱拡散の効果を奏し、表面全体が外気に触れる第２熱拡散板部分３１ｂが放熱性の効果を奏する。したがって、電子部品２の発熱を外部に放出する効果を、実施の形態１などよりいっそう高めることができる。

また電子部品２がたとえばＭＯＳＦＥＴのようなスイッチング素子の場合は、スイッチング時に放射ノイズを出すが、熱拡散板３１の第２熱拡散板部分３１ｂにより外部への放射ノイズを低減させることが出来る。また電子部品２がたとえば制御ＩＣや微小信号を処理するＩＣなどの場合、外部からの放射ノイズを低減させる効果があり、ＩＣの誤作動を防ぐことが出来る。また熱拡散板３１の第２熱拡散板部分３１ｂにより、外部からの粉塵などの防塵効果を有する。熱拡散板３１の第２熱拡散板部分３１ｂにより、プリント基板１に加わる応力を第２熱拡散板部分３１ｂが吸収するためプリント基板１が反りにくくなる効果が高められ、プリント基板１の強度が増す。また熱拡散板３１が第２熱拡散板部分３１ｂを有することにより、接合材７ａのヒートサイクル性も高めることが出来るので、半導体装置４０１の信頼性が向上する。

実施の形態５．
図２４は実施の形態５の第１例における、図１５のＡ−Ａ線に沿う部分の概略断面図である。図２５は実施の形態５の第２例における、図１５のＡ−Ａ線に沿う部分の概略断面図である。図２４および図２５を参照して、本実施の形態の第１例に係る半導体装置５０１および同第２例に係る半導体装置５０２は大筋で半導体装置１０１と同様の構成を有するため同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただし半導体装置５０１，５０２においては、電子部品２の特に放熱板２４が、プリント基板１の一方の主表面１１ａに沿う左右方向に拡がる部分（表面）である水平延在部分２４ｃ（第３の部分）と、当該一方の主表面１１ａに交差する上下方向に拡がる部分（表面）である鉛直延在部分２４ｄ（第４の部分）とを有している。そして熱拡散板３１が、水平延在部分２４ｃの少なくとも一部と、鉛直延在部分２４ｄの少なくとも一部との双方と、接合材７ａにより接合されている。

つまり、たとえば半導体装置５０１においては、熱拡散板３１が、実施の形態４と同様のプリント基板１に接合される第１熱拡散板部分３１ａと、これと同じく一方の主表面１１ａに沿う方向に拡がる部分である第３熱拡散板部分３１ｃと、一方の主表面１１ａに交差する上下方向に拡がる部分である第４熱拡散板部分３１ｄとの３つの部分を含んでいる。これらが図の右側から左側へ、第１熱拡散板部分３１ａ、第４熱拡散板部分３１ｄ、第３熱拡散板部分３１ｃの順に連なっている。

半導体装置５０１においては、第１熱拡散板部分３１ａが上側導体層１２上に接合されているのに対し、第３熱拡散板部分３１ｃおよび第４熱拡散板部分３１ｄがそこから放熱板２４の表面上に乗り上げるように屈曲した形状を有している。そして第３熱拡散板部分３１ｃが平面視において水平延在部分２４ｃと対向するように重なり、かつ第４熱拡散板部分３１ｄが平面視において鉛直延在部分２４ｄと対向するように配置されている。

半導体装置５０２は大筋で半導体装置５０１と同様の構成であるが、熱拡散板３１の断面形状において若干の相違がある。具体的には、熱拡散板３１は半導体装置５０１と同様に熱拡散板部分３１ａ，３１ｃ，３１ｄを有している。半導体装置５０２の第１熱拡散板部分３１ａは上側導体層１２上に接合されているが、半導体装置５０１の第１熱拡散板部分３１ａよりもやや厚い。熱拡散板３１が図の左側にて部分的に切欠きを有しており、この切欠きにより第３熱拡散板部分３１ｃおよび第４熱拡散板部分３１ｄが形成される。ここでは水平延在部分２４ｃに対向するように一方の主表面１１ａに沿って拡がる切欠きの表面を含む部分を第３熱拡散板部分３１ｃとし、鉛直延在部分２４ｄに対向するように一方の主表面１１ａに交差する方向に沿って拡がる切欠きの表面を含む部分を第４熱拡散板部分３１ｄとしている。結果として半導体装置５０２においても、第３熱拡散板部分３１ｃが水平延在部分２４ｃに乗り上げるように重なっている。

以上のように本実施の形態においては、電子部品２の放熱板２４と熱拡散部３の熱拡散板３１とが２つの面において接合されている。この点において本実施の形態は、放熱板２４と熱拡散板３１とが１つの面において接合される半導体装置１０１と異なっている。なお本実施の形態においては、放熱板２４と熱拡散板３１とが３つ以上の面において接合されてもよい。

本実施の形態の製造方法において、半導体装置５０１における熱拡散板３１の形状は、たとえば銅板を一般公知のプレス加工することにより、少ない製造コストで形成可能である。また半導体装置５０２における熱拡散板３１の形状は、たとえば銅板を一般公知の削り出し加工または押し出し加工することで切欠きを形成することにより得られる。この場合、電子部品２と熱拡散板３１との間の熱抵抗を小さくすることができ、熱拡散板３１の熱拡散効率をより高めることができる。

次に、図２６を用いながら、本実施の形態の作用効果について説明する。本実施の形態は実施の形態１と同様の効果の他、以下の作用効果を奏する。

本実施の形態の構成を有することにより、放熱板２４と熱拡散板３１との間の接合熱抵抗を低減することができ、熱拡散効果が高くなる。また上記構成により、プリント基板１に加わる応力が吸収されやすくなりプリント基板１が反りにくくなるため、プリント基板１の強度が増す。また接合材７ａのヒートサイクル性も高めることが出来るので、半導体装置４０１の信頼性が向上する。

図２４においては第１熱拡散板部分３１ａと第４熱拡散板部分３１ｄとの境界部、および第４熱拡散板部分３１ｄと第３熱拡散板部分３１ｃとの境界部においてその延在方向が約９０°変わるように屈曲している。しかしこれに限らず、これらの境界部に挟まれる２つの部分の延在方向のなす角度は９０°未満であっても９０°超えであってもよい。たとえば図２６は、図２４中の点線で囲まれた領域ＸＸＶＩのより好ましい態様を示している。図２６を参照して、ここでは第３熱拡散板部分３１ｃと第４熱拡散板部分３１ｄとのなす角度が９０°を超えている。これにより、第３熱拡散板部分３１ｃと水平延在部分２４ｃとの間の領域の空気が抜けやすくなる。これにより両者間の空気層が薄くなり、両者間の熱伝導率が高くなる。第３熱拡散板部分３１ｃと水平延在部分２４ｃとの間の領域の空気を抜けやすくする観点から、両者間を可能な限り接近させるか、あるいは上記のように第３熱拡散板部分３１ｃの延在方向を一方の主表面１１ａに沿う方向に対して傾斜させることが好ましい。

実施の形態６．
図２７は実施の形態６の各例の半導体装置全体または一部の、上方からの透過視点すなわち上方からの平面視における態様を総括して示している。図２８は実施の形態６の第１例における、図２７のＣ−Ｃ線に沿う部分の概略断面図である。図２９は実施の形態６の第２例における、図２７のＣ−Ｃ線に沿う部分の概略断面図である。図２８および図２９においては、図１５のＢ−Ｂ線に対応する方向からみた概略断面図が示される。図２７、図２８および図２９を参照して、本実施の形態の第１例に係る半導体装置６０１および同第２例に係る半導体装置６０２は大筋で半導体装置１０１と同様の構成を有するため同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただし半導体装置６０１，６０２においては、電子部品２のたとえば樹脂モールド部２３がプリント基板１の一方の主表面１１ａと対向する下向きモールド面２３ｅ（第１の面）と、その反対側の上向きモールド面２３ｆ（第２の面）を考える。このとき熱拡散板３１の一部が、上向きモールド面２３ｆを覆うように配置されている。

つまり、たとえば半導体装置６０１においては、熱拡散板３１が、実施の形態４，５と同様のプリント基板１に接合される第１熱拡散板部分３１ａと、これと同じく一方の主表面１１ａに沿う方向に拡がる部分である第５熱拡散板部分３１ｆと、一方の主表面１１ａに交差する上下方向に拡がる部分である第６熱拡散板部分３１ｇとの３つの部分を含んでいる。これらが図の左側から右側へ、第１熱拡散板部分３１ａ、第６熱拡散板部分３１ｇ、第５熱拡散板部分３１ｆ、第６熱拡散板部分３１ｇ、第１熱拡散板部分３１ａの順に連なっている。

半導体装置６０１においては、第１熱拡散板部分３１ａが上側導体層１２上に接合されているのに対し、第５熱拡散板部分３１ｆおよび第６熱拡散板部分３１ｇがそこから樹脂モールド部２３を上側から跨ぐように屈曲した形状を有している。そして第５熱拡散板部分３１ｆが平面視において上向きモールド面２３ｆと対向するように重なり、かつ第６熱拡散板部分３１ｇが樹脂モールド部２３のモールド側面２３ｇと対向するように配置されている。

半導体装置６０２は大筋で半導体装置６０１と同様の構成であるが、熱拡散板３１の断面形状において若干の相違がある。具体的には、熱拡散板３１は半導体装置６０１と同様に熱拡散板部分３１ａ，３１ｇ，３１ｆを有している。半導体装置６０２において一方の主表面１１ａに接合される第１熱拡散板部分３１ａは真上に延びるが、その真上に延びた部分が第６熱拡散板部分３１ｇとなっており、モールド側面２３ｇと対向している。ここではモールド側面２３ｇに対向するように一方の主表面１１ａに交差する方向に拡がる部分を第６熱拡散板部分３１ｇとし、第６熱拡散板部分３１ｇの最下部のプリント基板１と接合される領域を第１熱拡散板部分３１ａとしている。結果として半導体装置６０２においても、第５熱拡散板部分３１ｆおよび第６熱拡散板部分３１ｇがそこから樹脂モールド部２３を上側から跨ぐように屈曲した形状を有している。

以上のように本実施の形態においては、熱拡散板３１が、電子部品２を跨ぐようにプリント基板１と接合されている。熱拡散板３１は電子部品２の上面を覆いこれと重なるように配置される領域を含んでいる。この点において本実施の形態は、そのような構成を有さない半導体装置１０１と異なっている。なお熱拡散板３１の第５熱拡散板部分３１ｆと上向きモールド面２３ｆとは接合されていてもよい。

本実施の形態の製造方法において、半導体装置６０１における熱拡散板３１の形状は、上記半導体装置５０１と同様に形成可能である。また半導体装置６０２における熱拡散板３１の形状は、上記半導体装置５０２と同様に形成可能である。

本実施の形態の作用効果については以下のとおりである。本実施の形態のように熱拡散板３１が熱拡散板部分３１ｆ，３１ｇを有することにより、実施の形態１と同様の効果の他、実施の形態４と同様の効果を奏する。このため、ここではその詳細な説明を繰り返さない。なお図２８および図２９においては熱拡散板３１と樹脂モールド部２３との間に空気層を有しているが、この空気層がなく両者が接合される場合には、両者間の熱伝導率がより高くなる。

実施の形態７．
図３０は実施の形態７の半導体装置の特にプリント基板１の一部の領域を拡大して示している。図３１は図３０中の点線で囲まれた領域ＸＸＸＩ、すなわち絶縁層１１の態様をより拡大して示している。図３０および図３１を参照して、本実施の形態の半導体装置７０１は大筋で半導体装置１０１と同様の構成を有するため同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただし半導体装置７０１においては、プリント基板１の絶縁層１１が、フィラー１６を有している点において、半導体装置１０１と異なっている。なお図３１に示すように、絶縁層１１は、ガラス繊維１７と、エポキシ樹脂１８とを含んでいる。

フィラー１６は無機フィラー粒子であり、酸化アルミニウム粒子が用いられることが好ましいが、これに限らず、窒化アルミニウムまたは窒化ホウ素などのセラミック粒子であってもよい。またフィラー１６は数種類の粒子が混ぜられた構成であってもよく、たとえば酸化アルミニウムに水酸化アルミニウムを混合した構成であってもよい。

すなわち半導体装置７０１においては、プリント基板１に含まれる複数の絶縁層１１のそれぞれが無機フィラー粒子を含んでいる。このようにすれば、絶縁層１１の熱伝導性および耐熱性を向上させることができる。絶縁層１１が無機フィラー粒子としてのフィラー１６を含むことにより、フィラー１６を経由して熱を伝導させることができる。このため絶縁層１１の熱伝導を大きくすることができ、プリント基板１の熱抵抗を小さくすることができる。

酸化アルミニウムのフィラー１６を７０重量％含有した絶縁層１１からなるプリント基板１を有する半導体装置７０１に対して、式（１）および実施の形態１と同様のモデルを用いて熱抵抗値をシミュレーションした。なおこのモデルにおいては、上記のフィラー１６の有無を除きすべて実施の形態１の半導体装置１０１のモデルと同一の寸法および構成となっている。その結果、図１１の半導体装置１０１の例に比べて熱抵抗値をさらに約５％低減させることができることが分かった。

また本実施の形態において、放熱の効果を大きくするためには、絶縁層１１に含有するフィラー１６の充填密度を大きくすることが重要である。具体的には、フィラー１６の充填密度を８０重量％まで大きくすることがより好ましい。このためフィラー１６の形状は図３１に示されるような球形に近い形状に限らず、四面体または六方晶のような多角形を基にした立体形状であってもよい。

さらに本実施の形態においては、絶縁層１１内に充填されるフィラー１６のサイズは一定でなくてもよい。つまり、たとえ絶縁層１１内に単一種類のフィラー１６の粒子のみが含まれている場合であっても、数種類のサイズの粒子の混合によりフィラー１６が構成されていてもよい。この場合には、サイズの大きい複数のフィラー１６の粒子の間に挟まれた領域にサイズの小さいフィラー１６の粒子が入り込むため、フィラー１６をより高密度で充填することができる。このため絶縁層１１の放熱性をさらに向上させることができる。

実施の形態８．
図３２は実施の形態８の半導体装置の特に第１放熱用ビア１５ａの領域を拡大しその平面態様を示している。図３３は図３２のＸＸＸＩＩＩ−ＸＸＸＩＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。図３２および図３３を参照して、本実施の形態の半導体装置８０１は大筋で半導体装置１０１と同様の構成を有するため同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただし半導体装置８０１においては、上側導体層１２における複数（特に１対）の隣り合う第１放熱用ビア１５ａの間に挟まれた領域において、当該第１放熱用ビア１５ａの孔部同士を繋ぐように溝１５ｄが形成されている。この点において半導体装置８０１は、このような溝１５ｄが形成されない半導体装置１０１と異なっている。

なお図３２および図３３においては溝１５ｄは第１の領域のみに形成されているが、これに限らず、第２の領域においても互いに隣り合う放熱用ビア１５の孔部同士を繋ぐように溝１５ｄが形成されてもよい。言い換えれば半導体装置８０１のプリント基板１には、複数の放熱用ビア１５のうち、プリント基板１の一方の主表面１１ａからの透過視点において互いに隣り合う放熱用ビア１５同士を接続する溝１５ｄが形成されている。

なお上記の溝１５ｄは、プリント基板１の上側導体層１２をパターニングする際に、通常の写真製版技術およびエッチングにより形成することができる。

上記のような溝１５ｄを設けることにより、半導体装置８０１においては、その製造時にはんだを溶融するための加熱により、第１放熱用ビア１５ａ内の膨張した空気を、溝１５ｄを経由して外部に放出することができる。このため第１放熱用ビア１５ａ内の圧力の上昇を抑えることにより、はんだの充填を容易に実現することができる。

実施の形態９．
図３４は実施の形態９の半導体装置全体または一部の、上方からの透過視点における態様を示している。図３４を参照して、本実施の形態に係る半導体装置９０１は大筋で半導体装置１０１と同様の構成を有するため同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただし半導体装置９０１においては、プリント基板１の一方の主表面１１ａからの透過視点において電子部品２の周囲に配置される熱拡散板３１が、３つの熱拡散板３１ｘ，３１ｙ，３１ｚに分かれている。これらの熱拡散板３１ｘ，３１ｙ，３１ｚは互いに間隔をあけて配置されることが好ましいがこれに限られない。この点において半導体装置９０１は、熱拡散板３１が単一のものとして電子部品２の周囲の三方向側に配置される半導体装置１０１と異なっている。

図３４においては一例として熱拡散板３１は互いに間隔をあけた３つの領域に分かれている。しかし熱拡散板３１は３つ以外、たとえば２つまたは４つなど、任意の複数の領域に分かれていてもよい。複数の熱拡散板３１ｘ、３１ｙ、３１ｚのそれぞれは、電子部品２と接合材７ａであるはんだにより接合されている。

たとえば半導体装置１０１の熱拡散板３１のようにそのサイズが大きくなると、これをマウンタで実装することが困難となる。また熱拡散板３１が中心と重心が同じ点である長方形または正方形の平面形状であるほうが、熱拡散板３１が非対称な平面形状である場合に比べて、マウンタでの実装工程の不良率が減少する。このため本実施の形態のように熱拡散板３１を複数の長方形に分割させて配置することにより、熱拡散板３１を容易にマウンタで実装し、実装コストを低減することができる。すなわち本実施の形態によれば、熱拡散板３１を自動実装に適する態様とすることができる。

実施の形態１０．
図３５は実施の形態１０の第１例の半導体装置全体または一部の、上方からの透過視点における態様を示している。また図３６は実施の形態１０の第２例の半導体装置全体または一部の、上方からの透過視点における態様を示している。図３５および図３６を参照して、本実施の形態に係る半導体装置１００１および同第２例に係る半導体装置１００２は大筋で半導体装置１０１と同様の構成を有するため同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただし半導体装置１００１，１００２においては、いずれも電子部品２が、プリント基板１の一方の主表面１１ａからの透過視点において互いに間隔をあけて４つの電子部品２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄとして配置されている。半導体装置１００１においては４つの電子部品２ａ〜２ｄが図の左右方向に１列に並ぶように配置されるのに対し、半導体装置１００２においては４つの電子部品２ａ〜２ｄが図の左右方向に２列、図の上下方向に２列の行列状に配置される。

以上のように本実施の形態の半導体装置においては、互いに間隔をあけて複数の電子部品２が配置される。この点において本実施の形態は、単一の電子部品２のみが配置される半導体装置１０１と異なっている。なお電子部品２の配置される数は半導体装置１００１，１００２に示す４つに限らず任意の複数である。また複数の電子部品２ａ〜２ｄのそれぞれの平面視における周囲に、単一の熱拡散部３として連なった熱拡散板３１が配置されている。

次に、比較例である図３７および図３８を参照しながら本実施の形態の作用効果を説明する。

図３７は実施の形態１０の第１例に対する比較例の半導体装置全体または一部の、上方からの透過視点における態様を示している。また図３８は実施の形態１０の第２例に対する比較例の半導体装置全体または一部の、上方からの透過視点における態様を示している。図３７および図３８を参照して、半導体装置１００３および半導体装置１００４は大筋で半導体装置１００１，１００２と同様の構成を有するため同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。

ただし半導体装置１００３，１００４においては、実施の形態９の半導体装置９０１と同様に、熱拡散板３１が複数の熱拡散板に分かれている。具体的には、図３７において、熱拡散板３１は、電子部品２の上側の熱拡散板３１ｘと、図の左右方向に関して電子部品２ａ〜２ｄのそれぞれの間に挟まれる（電子部品２ａ，２ｄに隣り合う）５つの熱拡散板３１ｙとに分かれている。また図３８において、熱拡散板３１は、図の上下方向の中央部に拡がる熱拡散板３１ｘと、熱拡散板３１ｘの上側の領域にて電子部品２ａ，２ｂに隣り合う３つの熱拡散板３１ｙと、熱拡散板３１ｘの下側の領域にて電子部品２ｃ，２ｄに隣り合う３つの熱拡散板３１ｚとに分かれている。

たとえば図３８のように１つの半導体装置内に複数の電子部品２が並列接続される場合、電子部品２の内部抵抗などのばらつきにより、発熱量もばらつく可能性がある。並列接続時に複数たとえば４つの電子部品２ａ〜２ｄのそれぞれに対し４つの熱拡散板を配置した場合、発熱量の大きい電子部品が、自らの発熱による温度上昇でさらに発熱量を増して熱暴走する可能性がある。図３７のように１つの半導体装置内に複数の電子部品２が並列接続される場合も上記と同様である。

しかし本実施の形態のように、複数の電子部品２ａ〜２ｄの単一の熱拡散板３１だけを配置することで、それぞれの電子部品２ａ〜２ｄの温度がバランスされ、熱暴走しにくい、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。これは、電子部品２ａ〜２ｄが複数配置されるのに対し熱拡散板３１が１つだけ配置されることにより、複数の電子部品２ａ〜２ｄのそれぞれに対し複数の熱拡散板が配置される場合に比べ、電子部品２ａ〜２ｄのそれぞれから同一の熱拡散板３１への放熱を均一化することができるためである。

実施の形態１１．
図３９は実施の形態１１の第１例における、図２７のＣ−Ｃ線に沿う部分の概略断面図である。図４０は実施の形態１１の第２例における、図１５のＡ−Ａ線に沿う部分の概略断面図である。図４１は実施の形態１１の第３例における、図１５のＡ−Ａ線に沿う部分の概略断面図である。

図３９を参照して、本実施の形態の第１例の半導体装置１１０１は、実施の形態６の半導体装置６０１の熱拡散板３１の第５熱拡散板部分３１ｆに筐体５１が密着するように配置されている。図４０を参照して、本実施の形態の第２例の半導体装置１１０２は、実施の形態５の半導体装置５０２の熱拡散板３１の第３熱拡散板部分３１ｃおよび第４熱拡散板部分３１ｄに筐体５１が密着するように配置されている。図４１を参照して、本実施の形態の第３例の半導体装置１１０３は、実施の形態４の半導体装置４０１の熱拡散板３１の第２熱拡散板部分３１ｂに筐体５１が密着するように配置されている。このように筐体５１が配置される点において本実施の形態は、これが配置されない半導体装置６０１，５０２，４０１と異なっているが他の点については基本的に同様である。このため本実施の形態において記述の半導体装置と同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。

筐体５１は、半導体装置１１０１〜１１０３全体を外側から保護する部材であり、図３９〜図４１にはその一部分であるたとえば平板形状の部分が図示されている。筐体５１はアルミニウムにより形成されることが好ましい。アルミニウムは半導体装置の内部の熱を外部に伝えることができ、かつアルミニウムは銅などよりも軽いためである。また筐体５１は、表面に銅などの金属膜が形成された酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムなどの熱伝導性の良いセラミック材料からなってもよい。さらに筐体５１は、銅合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金からなる群から選択されるいずれかの合金材料の表面にニッケルめっき膜および金めっき膜が形成された金属材料により形成されてもよい。筐体５１としてこのような熱伝導性の良い材料を用いることで、半導体装置１１０１〜１１０３の熱伝導性（放熱性）を高めることができる。

なおここに挙げない記述の各実施の形態（各例）に係る半導体装置の熱拡散板３１に、上記と同様に筐体５１が密着するように配置されてもよい。

本実施の形態においては、電子部品２が発する熱を図１０の熱拡散板３１から第２放熱用ビア１５ｂを経由して放熱部４側へ放熱させる実施の形態１のルートに加え、さらに熱拡散板３１から筐体５１を経由して外部へ放熱させるルートを有する。このため筐体５１を有さない構成に比べていっそう放熱性の優れた半導体装置１１０１〜１１０３を提供することができる。

図４２は実施の形態１１の第４例における、図２７のＣ−Ｃ線に沿う部分の概略断面図である。図４２を参照して、本実施の形態の第４例の半導体装置１１０４は、半導体装置１１０１の熱拡散板３１（第５熱拡散板部分３１ｆ）と筐体５１との間に放熱部材５２が挟まれており、放熱部材５２は熱拡散板３１および筐体５１の双方に密着するように配置されている。放熱部材５２は放熱部材４１と同様の材質により形成されたシート状部材であることが好ましい。この点において半導体装置１１０４は放熱部材５２を有さない半導体装置１１０１と異なるが他の点については基本的に同様である。このため本実施の形態において半導体装置１１０１と同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。熱拡散板３１と筐体５１との電位が異なる場合は、両者の間に電気絶縁性を有する放熱部材５２を挟み込むことが好ましい。これにより、熱拡散板３１と筐体５１との短絡を防ぎつつ、電子部品２の発熱を熱拡散板３１および筐体５１からその外側へ、より高効率に放熱することができる。

実施の形態１２．
図４３は実施の形態１２の各例の半導体装置の概略平面図である。図４４は実施の形態１２の第１例における、図４３のＡ−Ａ線に沿う部分の概略断面図である。図４５は実施の形態１２の第２例における、図４３のＢ−Ｂ線に沿う部分の概略断面図である。図４３〜図４４を参照して、これらの図に示す半導体装置１２０１は大筋で図１５および図１６と同様の構成を有するため同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただし半導体装置１２０１においては、電子部品２および熱拡散部３の少なくとも一部を覆うように熱拡散材料６０を有している。

熱拡散材料６０としては、電気的特性および機械的特性に優れており、熱伝導率が高く発熱量が高い部位の熱放散性に優れる材料が用いられることが好ましい。また熱拡散材料６０は、熱膨張係数が低く、耐クラック性に優れていて、低粘度で作業性が良好である材料であることが好ましい。熱拡散材料６０は、加熱硬化時の低応力化によりプリント基板１等の反り量を低減する材料であることが好ましい。また熱拡散材料６０は、高温保存下での重量減少量が少なく、耐熱性に優れる材料であることが好ましい。さらに熱拡散材料６０は、不純物イオン濃度が少なく信頼性に優れる材料であることが好ましい。以上の観点から、熱拡散材料６０にはエポキシ樹脂系のポッティング材が代表例として用いられる。ただし熱拡散材料６０は、アクリル樹脂、シリコン、ウレタン、ポリウレタン、エポキシ樹脂、フッ素からなる群から選択されるいずれかであってもよい。さらに熱拡散材料６０としては上記各材料の代わりにグリス、接着剤または放熱シードのいずれかが用いられてもよい。ただし熱拡散材料６０は上記に限定されない。

図４５を参照して、本実施の形態の第２例の半導体装置１２０２は大筋で図２３の半導体装置４０１と同様の構成を有するため、同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただし半導体装置１２０２においては、電子部品２および熱拡散部３の少なくとも一部を覆うように熱拡散材料６０を有している。

図４５においては、熱拡散板３１の第２熱拡散板部分３１ｂに囲まれた領域に熱拡散材料６０が充填されている。言い換えれば、第１熱拡散板部分３１ａおよび電子部品２を覆うように、熱拡散材料６０が形成されている。

次に本実施の形態の作用効果を説明する。本実施の形態においては、電子部品２および熱拡散部３の少なくとも一部が熱拡散材料６０に覆われる。これにより、電子部品２からの発熱をより効率良く熱拡散部３へ伝達させることができる。また熱拡散材料６０による放熱性を向上させることもできる。また熱拡散材料６０に覆われたプリント基板１および電子部品２の外部に対する絶縁性、防湿性、防水性、耐塩素性、耐油性を高める効果を得ることができる。さらに熱拡散材料６０に覆われたプリント基板１および電子部品２の部分への異物の混入を抑制することができる。

なお図４５の構成においては、熱拡散板３１が第１熱拡散板部分３１ａとそれに対して延在方向が約９０°異なる第２熱拡散板部分３１ｂとを有する。このため、熱拡散材料６０を供給したくない領域への熱拡散材料６０の流出を抑制することができる。また図４５においては、電子部品２の一部または全部を最小限の量の熱拡散材料６０により覆うことができる。このように図４５においては、熱拡散板３１の形状の特徴を利用して電子部品２を熱拡散材料６０で覆うことができる。これにより、低コストで高い放熱性を得ることができる。

以上においては一例として実施の形態２，４の構成に対し熱拡散材料６０を導入した例を示している。しかし上記の実施の形態１〜１１のいずれの例に対しても熱拡散材料６０を用いることができる。

以上に述べた各実施の形態（に含まれる各例）に記載した特徴を、技術的に矛盾のない範囲内で適宜組み合わせるように適用してもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ プリント基板、１Ａ 領域、２ 電子部品、３ 熱拡散部、４ 放熱部、５１ 筐体、６ａ はんだペースト、６ｂ はんだ板、６ｃ 耐熱テープ、７ａ，７ｂ 接合材、８ 凸部、１１ 絶縁層、１１ａ 一方の主表面、１１ｂ 他方の主表面、１２ 上側導体層、１３ 下側導体層、１４ 内部導体層、１５ 放熱用ビア、１５ａ 第１放熱用ビア、１５ｂ 第２放熱用ビア、１５ｃ 導体膜、１５ｄ 溝、１６ フィラー、１７ ガラス繊維、１８ エポキシ樹脂、２１ リード端子、２２ 半導体チップ、２３ 樹脂モールド部、２３ｅ 下向きモールド面、２３ｆ 上向きモールド面、２３ｇ モールド側面、２４ 放熱板、２４ｃ 水平延在部分、２４ｄ 鉛直延在部分、３１，３１ｘ，３１ｙ，３１ｚ 熱拡散板、３１ａ 第１熱拡散板部分、３１ｂ 第２熱拡散板部分、３１ｃ 第３熱拡散板部分、３１ｄ 第４熱拡散板部分、３１ｆ 第５熱拡散板部分、３１ｇ 第６熱拡散板部分、４１，５２ 放熱部材、４２ 冷却体、６０ 熱拡散材料、７１ 塊状はんだ、１０１，１０２，２０１，３０１，４０１，５０１，５０２，６０１，６０２，７０１，８０１，９０１，１００１，１００２，１１０１，１１０２，１１０３，１１０４，１２０１，１２０２ 半導体装置、Ｈ１，Ｈ２ 熱。

Claims (11)

1. プリント基板と、
   前記プリント基板の一方の主表面上に接合された、電子部品および熱拡散部とを備え、
   前記電子部品と前記熱拡散部とは接合材により電気的かつ熱的に接続され、
   前記プリント基板は、絶縁層と、前記絶縁層の一方および他方の主表面上のそれぞれに配置される複数の導体層と、前記絶縁層の一方の主表面から他方の主表面まで貫通する複数の放熱用ビアとを含み、
   前記複数の放熱用ビアの少なくとも一部は、前記プリント基板の一方の主表面からの透過視点において前記電子部品と重なり、前記複数の放熱用ビアの少なくとも他の一部は、前記プリント基板の一方の主表面からの透過視点において前記熱拡散部と重なり、
   前記複数の放熱用ビアの少なくとも一部は、前記プリント基板の他方の主表面からの透過視点において、放熱部と重なるように配置され、
   前記電子部品は、リード端子と、半導体部と、モールド部と、放熱板とを含み、
   前記放熱板は、前記半導体部と前記プリント基板との間に配置され、
   前記放熱板と前記熱拡散部とは前記接合材により電気的かつ熱的に接続され、
   前記プリント基板の一方の主表面上に凸部が配置され、
   前記電子部品および前記熱拡散部は、前記プリント基板の一方の主表面からの透過視点において前記凸部と重なるように配置され、
   前記凸部と前記放熱板または前記熱拡散部との間に前記接合材が配置され、
   前記熱拡散部は、前記電子部品の前記一方の主表面に沿う方向に拡がる第１の部分の少なくとも一部と、前記電子部品の前記一方の主表面に交差する方向に拡がる第２の部分の少なくとも一部との双方と、前記接合材により接合される、半導体装置。
2. 前記熱拡散部は、前記プリント基板の一方の主表面からの透過視点において前記電子部品の周囲に複数配置される、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記電子部品は、前記プリント基板の一方の主表面からの透過視点において互いに間隔をあけて複数配置され、
   前記複数の電子部品のそれぞれの周囲に単一の前記熱拡散部が配置される、請求項１に記載の半導体装置。
4. プリント基板と、
   前記プリント基板の一方の主表面上に接合された、電子部品および熱拡散部とを備え、
   前記電子部品と前記熱拡散部とは接合材により電気的かつ熱的に接続され、
   前記プリント基板は、絶縁層と、前記絶縁層の一方および他方の主表面上のそれぞれに配置される複数の導体層と、前記絶縁層の一方の主表面から他方の主表面まで貫通する複数の放熱用ビアとを含み、
   前記複数の放熱用ビアの少なくとも一部は、前記プリント基板の一方の主表面からの透過視点において前記電子部品と重なり、前記複数の放熱用ビアの少なくとも他の一部は、前記プリント基板の一方の主表面からの透過視点において前記熱拡散部と重なり、
   前記複数の放熱用ビアの少なくとも一部は、前記プリント基板の他方の主表面からの透過視点において、放熱部と重なるように配置され、
   前記電子部品は、リード端子と、半導体部と、モールド部と、放熱板とを含み、
   前記放熱板は、前記半導体部と前記プリント基板との間に配置され、
   前記放熱板と前記熱拡散部とは前記接合材により電気的かつ熱的に接続され、
   前記熱拡散部は、前記プリント基板の一方の主表面からの透過視点において前記電子部品の周囲に複数配置される、半導体装置。
5. 前記複数の導体層を介して前記電子部品または前記熱拡散部と重なる前記複数の放熱用ビアの少なくとも一部の内部には、前記内部の容積の１／３以上の体積分の前記接合材が配置されている、請求項４に記載の半導体装置。
6. 前記熱拡散部は、前記プリント基板の一方の主表面に沿う方向に延び前記プリント基板の一方の主表面に接合される第３の部分と、前記第３の部分に交差する方向に延びる第４の部分とを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。
7. 前記電子部品の前記プリント基板の一方の主表面と対向する第１の面と反対側の第２の面を覆うように前記熱拡散部の一部が配置される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体装置。
8. 前記プリント基板は複数の前記絶縁層を含み、
   前記複数の絶縁層のそれぞれは無機フィラー粒子を含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体装置。
9. 前記プリント基板には、前記複数の放熱用ビアのうち、前記プリント基板の一方の主表面からの透過視点において互いに隣り合う放熱用ビアを接続する溝が形成される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体装置。
10. 前記熱拡散部は、前記プリント基板よりも曲げ剛性が高い、請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体装置。
11. 前記電子部品および前記熱拡散部の少なくとも一部が熱拡散材料に覆われている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置。

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