JP7107766B2 - 電子機器 - Google Patents

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Description

本技術は、優れた放熱性と電磁波抑制及び静電放電対策が施された電子機器に関し、特に半導体装置に好適に適用できるものである。
近年、電子機器は、小型化の傾向をたどる一方、アプリケーションの多様性のために電力消費量をそれほど変化させることができないため、機器内における放熱対策がより一層重要視されている。
上述した電子機器における放熱対策として、銅やアルミ等といった熱伝導率の高い金属材料で作製された放熱板や、ヒートパイプ、ヒートシンク等が広く利用されている。これらの熱伝導性に優れた放熱部品は、放熱効果又は機器内の温度緩和を図るため、電子機器内における発熱部である半導体パッケージ等の電子部品に近接するようにして配置される。また、これらの熱伝導性に優れた放熱部品は、発熱部である電子部品から低温の場所に亘って配置される。
ただし、電子機器内における発熱部は、電流密度が高い半導体素子等の電子部品であり、電流密度が高いということは、不要輻射の成分となり得る電界強度又は磁界強度が大きいことが考えられる。このため、金属で作製された放熱部品を電子部品の近辺に配置すると、熱の吸収を行うとともに、電子部品内を流れる電気信号の高調波成分をも拾ってしまうという問題があった。具体的には、放熱部品が金属材料で作製されているため、それ自体が高調波成分のアンテナとして機能したり、高調波ノイズ成分の伝達経路として働いてしまうような場合である。
そのため、放熱性と電磁波抑制効果の両立が図られた技術の開発が望まれている。例えば特許文献１には、フィン用穴を有するプリント基板に実装された電子部品を覆うシールドケースと、放熱フィンとを備え、前記フィン用穴から放熱フィンの一部をシールドケースの外側に露出させる、という技術が開示されている。
しかしながら、特許文献１の技術では、ある程度の放熱性を確保できるものの、シールドケースにフィン用穴が設けられていることによって、電磁波抑制効果を十分に得ることができず、放熱性と電磁波抑制効果の両立を図ることはできないと考えられる。
また、帯電した人体が電子機器に接触する際に蓄積された静電気が電子機器内部に放電されることにより、半導体素子などの電子部品に誤動作や損傷をもたらす可能性があることから、上述した放熱対策と電磁波抑制対策に加えてＥＳＤ(electro-static discharge;静電気放電)対策を同時に施すことが求められている。
特開２０１１－１５５０５６号公報
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、優れた放熱性、電磁波抑制効果を有するとともに、ＥＳＤ対策が施された電子機器を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記の課題を解決するべく検討を重ね、グラウンドに接続された導電シールドカンを、電子部品を覆うように設けることによって、優れた電磁波吸収性能を実現できるとともに、導電シールドカンに開口部を設けるとともに、少なくともその開口部を介して導電性熱伝導シートを形成して、電子部品と冷却部材とを繋ぐことによって、電磁波吸収性能を低下させることなく、放熱性についても向上させることができることに着目した。さらに、有効なＥＳＤ対策を施すべく絶縁部材を所定の位置に配置することで、放熱対策と電磁波抑制対策に加えてＥＳＤ対策を同時に実現することができることを見出した。その結果、本技術に係る電子機器は、放熱性、電磁波抑制効果及びＥＳＤ対策を同時に高いレベルで実現できる。
本技術は上記知見に基づきなされたものであり、本技術に係る電子機器は、基板上に設けられた電子部品と、開口部を有し、上記電子部品を囲うように設けられ、グラウンドに接続された導電シールドカンと、上記導電シールドカンの上部に設けられた導電性冷却部材と、上記電子部品と上記導電性冷却部材との間に設けられた導電性熱伝導シートと、上記導電性熱伝導シートと上記導電性冷却部材との間に設けられ、上記開口部を介して上記電子部品と対向する絶縁部材とを備え、上記絶縁部材は、上記開口部を介して対向する上記電子部品の領域以上の大きさを有し、上記導電性熱伝導シートを介して上記導電シールドカンと上記導電性冷却部材とが電気的に接続されているものである。
本技術によれば、放熱性、電磁波抑制及びＥＳＤ対策を同時に高いレベルで実現できる電子機器を提供することが可能となる。
図１は、本技術が適用された電子機器の一例として示す半導体装置の断面図である。 図２は、図１に示す半導体装置の分解斜視図である。 図３は、導電性熱伝導シートの製造工程を示す図である。 図４は、導電シールドカン及び導電性熱伝導シートの上面の状態を模式的に示した図である。 図５は、本技術が適用された電子機器の一例として示す他の半導体装置の断面図である。 図６は、本技術が適用された電子機器の一例として示すさらに他の半導体装置の断面図である。 図７は、本技術の参考例に係る半導体装置を示す断面図である。 図８は、本技術の参考例に係る半導体装置を示す断面図である。 図９は、本技術の参考例に係る半導体装置を示す断面図である。 図１０は、本技術の参考例に係る半導体装置を示す断面図である。 図１１は、参考例１及び参考例３に係る半導体装置の電界強度特性を示すグラフである。 図１２は、参考例４に係る半導体装置の電界強度特性を示すグラフである。 図１３は、実施例１に係る半導体装置の電界強度特性を示すグラフである。
以下、本技術が適用された電子機器について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本技術は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることがある。具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
以下では、本技術が適用された電子機器の一例を、電子部品として半導体素子を用いた半導体装置を例に説明する。本技術が適用された半導体装置１は、図１に示すように、半導体素子３０と、導電シールドカン２０と、導電性冷却部材４０と、絶縁部材５０と、導電性熱伝導シート１０とを備える。
この半導体装置１では、開口部２１を有し、半導体素子３０を囲うように設けられた導電シールドカン２０を有し、また、導電性熱伝導シート１０が、半導体素子３０と、導電性冷却部材４０との間に形成されている。
半導体素子３０は、熱及び電磁波の発生源となるが、該半導体素子３０を囲うように導電シールドカン２０を設けていること、導電シールドカン２０はグラウンド３２に接続されていること、導電シールドカン２０の開口部２１の周囲に導電性熱伝導シート１０が設けられるとともに導電性熱伝導シート１０を介して導電性冷却部材４０と接続されることによって、これらグラウンド３２、導電シールドカン２０、導電性熱伝導シート１０及び導電性冷却部材４０によって半導体素子３０を遮蔽する仮想的なシールドカンが形成され、電磁波遮蔽が可能となるため、優れた電磁波抑制効果が得られる。
さらに、導電シールドカン２０に開口部２１を形成し、熱伝導性の高い導電性熱伝導シート１０を半導体素子３０と導電性冷却部材４０との間に設けることによって、導電性冷却部材４０への熱伝導が大きく改善される結果、優れた放熱性についても実現できる。
また、半導体装置１は、半導体素子３０と導電性冷却部材４０との間に絶縁部材５０が設けられることにより、開口部２１を介して半導体素子３０と絶縁部材５０とが対向することを特徴とする。
導電性熱伝導シート１０は、半導体素子３０の発熱を効率よく導電性冷却部材４０に伝えるが、一方で導電性冷却部材４０に放電された静電気が半導体素子３０に伝わる恐れもある。しかし、半導体装置１は、導電性熱伝導シート１０と導電性冷却部材４０との間に絶縁部材５０設けることにより絶縁部材５０を導電シールドカン２０の開口部２１を介して半導体素子３０と対向させている。且つ、半導体装置１は、導電性熱伝導シート１０を介して導電シールドカン２０と導電性冷却部材４０とが電気的に接続されている。これにより、半導体装置１は、導電性冷却部材４０に放電された静電気Ｓが、絶縁部材５０を回避して導電性熱伝導シート１０を流れ、導電シールドカン２０を介してグラウンド３２に流すことができる。したがって、半導体装置１は、導電性冷却部材４０に放電された静電気が半導体素子３０などの電子部品に伝わることを防止でき、誤動作や損傷が生じることを防止することができる。
ここで、開口部２１を介して半導体素子３０と絶縁部材５０とが対向するとは、絶縁部材５０が開口部２１から導電性冷却部材４０側に臨む半導体素子３０の全領域と正対する場合の他、有効なＥＳＤ(electro-static discharge;静電気放電)対策の効果を奏する限り、絶縁部材５０が開口部２１から導電性冷却部材４０側に臨む半導体素子３０の一部と重畳する場合も含むものである。
次に、半導体装置１を構成する各部材について説明する。
［半導体素子］
半導体装置１は、図１に示すように、基板３１上に形成された半導体素子３０を備える。ここで、半導体素子３０については、半導体による電子部品であれば特に限定されるものではない。例えば、ＩＣやＬＳＩ等の集積回路、ＣＰＵ、ＭＰＵ、グラフィック演算素子、イメージセンサなどが挙げられる。
半導体素子３０が形成される基板３１についても、特に限定はされず、半導体装置の種類に応じて、適したものを使用することができる。基板３１には、グラウンド（ＧＮＤ）３２が設けられている。グラウンド３２は、基板３１の内層、あるいは図１に示すように基板３１の裏面に形成される。
図１では、説明の便宜のために、導電シールドカン２０が基板３１を貫通してグラウンド３２に直接接続するように示されている。ただし、一般的な実用に際しては、図２に示すように、基板３１の面上に、半導体素子３０の周りを囲むように、全周あるいは部分的にランド３３を設け、この部分に導電シールドカン２０を半田等により接続する。ランド３３は、基板３１に形成されたスルーホール（図示せず）によりグラウンド３２と電気的に接続されており、これにより導電シールドカン２０はグラウンド３２と電気的に接合される。
なお、基板３１は、半導体素子３０が実装される位置に、マイクロストリップライン３５が設けられている。
［シールドカン］
半導体装置１は、図１に示すように、開口部２１を有し、半導体素子３０の少なくとも一部を導電性冷却部材４０側に臨ませるとともに、グラウンド３２に接続された導電シールドカン２０を備える。半導体装置１は、グラウンド３２に接続された導電シールドカン２０が、導電性熱伝導シート１０及び導電性冷却部材４０とともに半導体素子３０を遮蔽することにより、電磁波のシールドが可能となり、電磁波抑制効果を奏する。なお、後述するように、半導体装置１は、開口部２１より臨む半導体素子３０と導電性冷却部材４０とを導電性熱伝導シート１０を介して熱的に接続することにより、半導体素子３０の熱を効率よく導電性冷却部材４０へ放熱することができる。
導電シールドカン２０を構成する材料としては、導電率が高く、且つ電磁波のシールド効果が高いものであれば特に限定はされない。例えば、アルミ、銅、ステンレス等の導電率の高い金属や、導電性の高い磁性体等を用いることができる。導電性の高い磁性体材料としては、パーマロイ、センダスト、Ｆｅ系若しくはＣｏ系のアモルファス材料、微結晶材料等が挙げられる。シールドカン２０を構成する材料として、上述のような磁性体材料を用いた場合には、電気的シールド効果のほかに、磁気的シールド効果及び磁気的吸収効果についても期待できる。
導電シールドカン２０に設けられた開口部２１は、導電シールドカン２０に設けられた貫通孔のことである。導電シールドカン２０は、開口部２１を介して半導体素子３０と絶縁部材５０及び導電性冷却部材４０とが対向されるとともに、後述する導電性熱伝導シート１０が、半導体素子３０と冷却部材と４０との間に設けられている。すなわち、導電性熱伝導シート１０は、図１に示すように、半導体素子３０と導電性冷却部材４０とを結ぶ方向（図１では各部材の積層方向）に形成される。
開口部２１の大きさについては、特に限定はされず、半導体素子３０の大きさ等に応じて適宜変更することができる。開口部２１は、開口面積が小さい方が、電磁波の放出を少なくでき、放射電磁界を小さくすることが可能である。ただし、半導体素子３０からの熱を逃がすという観点からは、開口部２１を大きくして大きな導電性熱伝導シート１０を用いることが好ましい。そのため、開口部２１の大きさは、半導体装置１に要求される熱伝導性や電磁ノイズ抑制効果に応じて適宜変更することになる。
［導電性冷却部材］
半導体装置１は、図１に示すように、導電シールドカン２０の上部に導電性冷却部材４０を備える。導電性冷却部材４０は、熱源となる半導体素子３０から発生する熱を吸収し、外部に放散させるための部材である。導電性冷却部材４０は、後述する導電性熱伝導シート１０を介して、半導体素子３０と接続されることによって、半導体素子３０が発生した熱を外部に拡散させ、半導体装置１の放熱性を確保できる。
導電性冷却部材４０の種類については、特に限定はされず、半導体装置１の種類に応じて適宜選択することができる。例えば、放熱器、冷却器、ヒートシンク、ヒートスプレッダ、ダイパッド、冷却ファン、ヒートパイプ、金属カバー、電子機器筐体等が挙げられる。これらの放熱部材の中でも、より優れた放熱性が得られる点からは、放熱器、冷却器又はヒートシンクを用いることが好ましい。
なお、導電性冷却部材４０は、図１に示すように、導電シールドカン２０の上部に設けられるが、導電シールドカン２０とは接しておらず、一定の距離を開けて設けられる。後述する導電性熱伝導シート１０を、導電シールドカン２０の上面２０ａと、導電性冷却部材４０との間に設け、導電性熱伝導シート１０を介して導電シールドカン２０と導電性冷却部材４０とを電気的に接続するためである。
［導電性熱伝導シート］
半導体装置１は、図１に示すように、導電シールドカン２０及び導電性冷却部材４０の間に挟持されるとともに、半導体素子３０及び導電性冷却部材４０に接触された導電性を有する熱伝導シート１０を備える。そして、半導体装置１は、導電性熱伝導シート１０を介して導電シールドカン２０と導電性冷却部材４０とが電気的に接続されるとともに、導電性熱伝導シート１０を介して半導体素子３０と導電性冷却部材４０が熱的に接続される。
導電性を有し且つ熱伝導性の高い導電性熱伝導シート１０が、半導体素子３０と導電性冷却部材４０との間に設けられることで、半導体素子３０の熱を導電性熱伝導シート１０を介して導電性冷却部材４０へ伝達し放熱性を向上させることが可能となる。また、導電性熱伝導シート１０を介して導電シールドカン２０と導電性冷却部材４０とが電気的に接続されることで、導電性冷却部材４０に放電された静電気をグラウンド３２に接続された導電シールドカン２０に流すことができる。
導電性熱伝導シート１０は、柔軟性や粘着性を有することが好ましい。柔軟性を有することにより、取り扱いが容易となるとともに、半導体素子３０や導電シールドカン２０、導電性冷却部材４０との密着性が向上され、良好な熱伝導及び導通が図られる。また、柔軟性を有することにより、導電性冷却部材４０による加圧が可能となり、より密着性を確保することができ、また膨張や収縮が生じた場合にも密着性を維持することができる。
導電性熱伝導シート１０を構成する材料については、優れた導電性及び熱伝導性を有するものであれば特に限定はされない。例えば、高いレベルで、導電性及び熱伝導性を実現できる点からは、導電性熱伝導シート１０として、バインダ樹脂と、熱伝導性充填剤と、導電性充填剤とを含む、熱伝導シートを用いることができる。以下、導電性熱伝導シート１０を構成する材料について記載する。
［バインダ樹脂］
導電性熱伝導シート１０を構成するバインダ樹脂とは、導電性熱伝導シート１０の基材となる樹脂成分のことである。その種類については、特に限定されず、公知のバインダ樹脂を適宜選択することができる。例えば、バインダ樹脂の一つとして、熱硬化性樹脂が挙げられる。
前記熱硬化性樹脂としては、例えば、架橋性ゴム、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン、ポリウレタン、ポリイミドシリコーン、熱硬化型ポリフェニレンエーテル、熱硬化型変性ポリフェニレンエーテル等が挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
なお、前記架橋性ゴムとしては、例えば、天然ゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ニトリルゴム、水添ニトリルゴム、クロロプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレン、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、ポリイソブチレンゴム、シリコーンゴム等が挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
また、上述した熱硬化性樹脂の中でも、成形加工性及び耐候性に優れるとともに、電子部品に対する密着性及び追従性の点から、シリコーンを用いることが好ましい。シリコーンとしては、特に制限はなく、目的に応じてシリコーンの種類を適宜選択することができる。
上述した成形加工性、耐候性、密着性等を得る観点からは、前記シリコーンとして、液状シリコーンゲルの主剤と、硬化剤とから構成されるシリコーンであることが好ましい。そのようなシリコーンとしては、例えば、付加反応型液状シリコーン、過酸化物を加硫に用いる熱加硫型ミラブルタイプのシリコーン等が挙げられる。
前記付加反応型液状シリコーンとしては、ビニル基を有するポリオルガノシロキサンを主剤、Ｓｉ－Ｈ基を有するポリオルガノシロキサンを硬化剤とした、２液性の付加反応型シリコーン等を用いることが好ましい。なお、前記液状シリコーンゲルの主剤と、硬化剤との組合せにおいて、前記主剤と前記硬化剤との配合割合としては、質量比で、主剤：硬化剤＝３５：６５～６５：３５であることが好ましい。
また、導電性熱伝導シート１０における前記バインダ樹脂の含有量は、特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、シートの成形加工性や、シートの密着性等を確保する観点からは、導電性熱伝導シート１０の２０体積％～５０体積％程度であることが好ましく、３０体積％～４０体積％であることがより好ましい。
［熱伝導性充填剤］
導電性熱伝導シート１０は、バインダ樹脂内に熱伝導性充填剤を含む。該熱伝導性充填剤は、シートの熱伝導性を向上させるための成分である。熱伝導性充填剤の種類については、特に限定はされないが、より高い熱伝導性を実現できる点からは、繊維状の熱伝導性充填剤を用いることが好ましい。
なお、繊維状の熱伝導性充填剤の「繊維状」とは、アスペクト比の高い（およそ６以上）の形状のことをいう。そのため、本発明では、繊維状や棒状等の熱導電性充填剤だけでなく、アスペクト比の高い粒状の充填材や、フレーク状の熱導電性充填剤等も繊維状の熱伝導性充填剤に含まれる。
前記繊維状の熱伝導性充填剤の種類については、繊維状で且つ熱伝導性の高い材料であれば特に限定はされず、例えば、銀、銅、アルミニウム等の金属、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、グラファイト等のセラミックス、炭素繊維等が挙げられる。これらの繊維状の熱伝導性充填剤の中でも、より高い熱伝導性を得られる点からは、炭素繊維を用いることがより好ましい。
なお、前記熱伝導性充填剤については、一種単独でもよいし、二種以上を混合して用いてもよい。また、二種以上の熱伝導性充填剤を用いる場合には、いずれも繊維状の熱伝導性充填剤であってもよいし、繊維状の熱伝導性充填剤と別の形状の熱伝導性充填剤とを混合して用いてもよい。
前記炭素繊維の種類について特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、ピッチ系、ＰＡＮ系、ＰＢＯ繊維を黒鉛化したもの、アーク放電法、レーザー蒸発法、ＣＶＤ法（化学気相成長法）、ＣＣＶＤ法（触媒化学気相成長法）等で合成されたものを用いることができる。これらの中でも、高い熱伝導性が得られる点から、ＰＢＯ繊維を黒鉛化した炭素繊維、ピッチ系炭素繊維がより好ましい。
また、前記炭素繊維は、必要に応じて、その一部又は全部を表面処理して用いることができる。前記表面処理としては、例えば、酸化処理、窒化処理、ニトロ化、スルホン化、あるいはこれらの処理によって表面に導入された官能基若しくは炭素繊維の表面に、金属、金属化合物、有機化合物等を付着あるいは結合させる処理等が挙げられる。前記官能基としては、例えば、水酸基、カルボキシル基、カルボニル基、ニトロ基、アミノ基等が挙げられる。
さらに、前記繊維状の熱伝導性充填剤の平均繊維長（平均長軸長さ）についても、特に制限はなく適宜選択することができるが、確実に高い熱伝導性を得る点から、５０μｍ～３００μｍの範囲であることが好ましく、７５μｍ～２７５μｍの範囲であることがより好ましく、９０μｍ～２５０μｍの範囲であることが特に好ましい。さらにまた、前記繊維状の熱伝導性充填剤の平均繊維径（平均短軸長さ）についても、特に制限はなく適宜選択することができるが、確実に高い熱伝導性を得る点から、４μｍ～２０μｍの範囲であることが好ましく、５μｍ～１４μｍの範囲であることがより好ましい。
前記繊維状の熱伝導性充填剤のアスペクト比（平均長軸長さ／平均短軸長さ）については、確実に高い熱伝導性を得る点から、６以上であるものが用いられ、７～３０であることが好ましい。前記アスペクト比が小さい場合でも熱伝導率等の改善効果はみられるが、配向性が低下するなどにより大きな特性改善効果が得られないため、アスペクト比は６以上とする。一方、３０を超えると、導電性熱伝導シート１０中での分散性が低下するため、十分な熱伝導率を得られないおそれがある。
ここで、前記繊維状の熱伝導性充填剤の平均長軸長さ、及び平均短軸長さは、例えばマイクロスコープ、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等によって測定し、複数のサンプルから平均を算出することができる。
また、導電性熱伝導シート１０における前記繊維状の熱伝導性充填剤の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、４体積％～４０体積％であることが好ましく、５体積％～３０体積％であることがより好ましく、６体積％～２０体積％であることが特に好ましい。前記含有量が４体積％未満であると、十分に低い熱抵抗を得ることが困難になるおそれがあり、４０体積％を超えると、導電性熱伝導シート１０の成型性及び前記繊維状の熱伝導性充填剤の配向性に影響を与えてしまうおそれがある。
さらに、導電性熱伝導シート１０では、前記熱伝導性充填剤が一方向又は複数の方向に配向していることが好ましい。前記熱伝導性充填剤を配向させることによって、より高い熱伝導性や電磁波吸収性を実現できるためである。
例えば、導電性熱伝導シート１０による熱伝導性を高め、半導体装置の放熱性を向上させたい場合には、前記熱伝導性充填剤をシート面に対して略垂直状に配向させることができる。一方、導電性熱伝導シート１０による電磁波シールド性能を高め、半導体装置の電磁波抑制効果を向上させたい場合には、前記熱伝導性充填剤をシート面に対して略平行状に配向させることができる。
ここで、前記シート面に対して略垂直状や、略平行の方向は、前記シート面方向に対してほぼ垂直な方向やほぼ平行な方向を意味する。ただし、前記熱伝導性充填剤の配向方向は、製造時に多少のばらつきはあるため、本発明では、上述したシート面の方向に対して垂直な方向や平行な方向から±２０°程度のズレは許容される。
なお、前記熱伝導性充填剤の配向角度を整える方法については、特に限定はされない。例えば、導電性熱伝導シート１０の元になるシート用成形体を作製し、繊維状の熱伝導性充填剤を配向させた状態で、切り出し角度を調整することによって、配向角度の調整が可能となる。
［導電性充填剤］
導電性熱伝導シート１０は、バインダ樹脂内に導電性充填剤を含む。該導電性充填剤は、シートの導電性を向上させるための成分である。導電性充填剤の種類については、特に限定はされないが、より高い導電性を実現するとともに、シートの厚さ方向に導通しやすく、シートの面方向に導通しにくい導電異方性を備える点からは、繊維状の導電性充填剤を用いることが好ましい。
この種の導電性充填剤は、上述した熱伝導性充填剤のうち、導電性を有する材料により兼用させることができる。なかでも、炭素繊維は、高い熱伝導性及び導電性を備えることから好適に用いることができる。
そして、繊維状の導電性充填剤をシート面に対して略垂直状に配向させることにより、導電性熱伝導シート１０は、シートの厚さ方向に導通しやすく、シートの面方向に導通しにくい導電異方性を備えることが好ましい。導電性熱伝導シート１０は、導電シールドカン２０と導電性冷却部材４０とに挟持されることにより、導電性冷却部材４０に放電された静電気を導電シールドカン２０に流すものであり、後述する絶縁部材５０を回避して導電性熱伝導シート１０に流入した静電気は、基本的には、相対的に電気抵抗の低い導電シールドカン２０側に流れるが、導電異方性を備えることにより、絶縁部材５０の下方に回り込むことが抑制され、より確実に半導体素子３０に伝わることを防止できる。導電性熱伝導シート１０は、厚さ方向に対する面内方向の電気抵抗比が高いほど良く、例えば、１００倍以上とする。
［無機物フィラー］
また、導電性熱伝導シート１０は、上述したバインダ樹脂、熱伝導性充填剤及び導電性充填剤に加えて、無機物フィラーをさらに含むことができる。導電性熱伝導シート１０の熱伝導性をより高め、シートの強度を向上できるからである。
前記無機物フィラーとしては、形状、材質、平均粒径等については特に制限がされず、目的に応じて適宜選択することができる。前記形状としては、例えば、球状、楕円球状、塊状、粒状、扁平状、針状等が挙げられる。これらの中でも、球状、楕円形状が充填性の点から好ましく、球状が特に好ましい。
前記無機物フィラーの材料としては、例えば、窒化アルミニウム（窒化アルミ：ＡｌＮ）、シリカ、アルミナ（酸化アルミニウム）、窒化ホウ素、チタニア、ガラス、酸化亜鉛、炭化ケイ素、ケイ素（シリコン）、酸化珪素、酸化アルミニウム、金属粒子等が挙げられる。これらは、一種単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。これらの中でも、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、シリカが好ましく、熱伝導率の点から、アルミナ、窒化アルミニウムが特に好ましい。
また、前記無機物フィラーは、表面処理が施されたものを用いることもできる。前記表面処理としてカップリング剤で前記無機物フィラーを処理すると、前記無機物フィラーの分散性が向上し、導電性熱伝導シート１０の柔軟性が向上する。
前記無機物フィラーの平均粒径については、無機物の種類等に応じて適宜選択することができる。前記無機物フィラーがアルミナの場合、その平均粒径は、１μｍ～１０μｍであることが好ましく、１μｍ～５μｍであることがより好ましく、４μｍ～５μｍであることが特に好ましい。前記平均粒径が１μｍ未満であると、粘度が大きくなり、混合しにくくなるおそれがある。一方、前記平均粒径が１０μｍを超えると、導電性熱伝導シート１０の熱抵抗が大きくなるおそれがある。
さらに、前記無機物フィラーが窒化アルミニウムの場合、その平均粒径は、０．３μｍ～６．０μｍであることが好ましく、０．３μｍ～２．０μｍであることがより好ましく、０．５μｍ～１．５μｍであることが特に好ましい。前記平均粒径が、０．３μｍ未満であると、粘度が大きくなり、混合しにくくなるおそれがあり、６．０μｍを超えると、導電性熱伝導シート１０の熱抵抗が大きくなるおそれがある。
なお、前記無機物フィラーの平均粒径については、例えば、粒度分布計、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により測定することができる。
［磁性金属粉］
さらに、導電性熱伝導シート１０は、上述したバインダ樹脂、繊維状の熱伝導性繊維及び無機物フィラーに加えて、磁性金属粉をさらに含むことが好ましい。該磁性金属粉を含むことで、導電性熱伝導シート１０に電磁波吸収性を付与させることができる。
前記磁性金属粉の種類については、電磁波吸収性を有すること以外は、特に限定されず、公知の磁性金属粉を適宜選択することができる。例えば、アモルファス金属粉や、結晶質の金属粉末を用いることができる。アモルファス金属粉としては、例えば、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃｒ系、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ系、Ｃｏ－Ｓｉ－Ｂ系、Ｃｏ－Ｚｒ系、Ｃｏ－Ｎｂ系、Ｃｏ－Ｔａ系のもの等が挙げられ、結晶質の金属粉としては、例えば、純鉄、Ｆｅ系、Ｃｏ系、Ｎｉ系、Ｆｅ－Ｎｉ系、Ｆｅ－Ｃｏ系、Ｆｅ－Ａｌ系、Ｆｅ－Ｓｉ系、Ｆｅ－Ｓｉ－Ａｌ系、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｓｉ－Ａｌ系のもの等が挙げられる。さらに、前記結晶質の金属粉としては、結晶質の金属粉に、Ｎ（窒素）、Ｃ（炭素）、Ｏ（酸素）、Ｂ（ホウ素）等を微量加えて微細化させた微結晶質金属粉を用いてもよい。
なお、前記磁性金属粉については、材料が異なるものや、平均粒径が異なるものを二種以上混合したものを用いてもよい。
また、前記磁性金属粉については、球状、扁平状等の形状を調整することが好ましい。例えば、充填性を高くする場合には、粒径が数μｍ～数十μｍであって、球状である磁性金属粉を用いることが好ましい。このような磁性金属粉末は、例えばアトマイズ法や、金属カルボニルを熱分解する方法により製造することができる。アトマイズ法とは、球状の粉末が作りやすい利点を有し、溶融金属をノズルから流出させ、流出させた溶融金属に空気、水、不活性ガス等のジェット流を吹き付けて液滴として凝固させて粉末を作る方法である。アトマイズ法によりアモルファス磁性金属粉末を製造する際には、溶融金属が結晶化しないようにするために、冷却速度を１×１０6（Ｋ／ｓ）程度にすることが好ましい。
上述したアトマイズ法により、アモルファス合金粉を製造した場合には、アモルファス合金粉の表面を滑らかな状態とすることができる。このように表面凹凸が少なく、比表面積が小さいアモルファス合金粉を磁性金属粉として用いると、バインダ樹脂に対して充填性を高めることができる。さらに、カップリング処理を行うことで充填性をより向上できる。
なお、導電性熱伝導シート１０は、上述した、バインダ樹脂、熱伝導性充填剤、導電性充填剤、無機物フィラー及び磁性金属粉に加えて、目的に応じてその他の成分を適宜含むことも可能である。その他の成分としては、例えば、チキソトロピー性付与剤、分散剤、硬化促進剤、遅延剤、微粘着付与剤、可塑剤、難燃剤、酸化防止剤、安定剤、着色剤等が挙げられる。
図３は導電性熱伝導シート１０の製造工程の一例を示す模式図である。図３に示すように、導電性熱伝導シート１０は、押出し、成形、硬化、切断（スライス）などの一連の工程を経て製造される。まず、バインダ樹脂、充填剤、無機物フィラー、磁性金属粉を混合、及び撹拌し熱伝導性樹脂組成物を調製する。次に、調製した熱伝導性樹脂組成物を直方体等の所定の形状に押出し成型して硬化することにより、熱伝導性樹脂組成物の成形体を得る。この時、調製した熱伝導性樹脂組成物を押出し成型する際に、複数のスリットを通過させることで熱伝導性樹脂組成物中に配合された炭素繊維等の充填剤を押出し方向に配向させることができる。次に、得られた成型体を硬化させた後、硬化した成型体を押出し方向に対し垂直方向に超音波カッターで所定の厚みに切断することにより、導電性熱伝導シート１０が作製できる。この導電性熱伝導シート１０は、厚さ方向に炭素繊維等の充填剤が配向されることにより、厚さ方向に熱伝導性及び導電性が高く、面方向に熱伝導性及び導電性が低い、熱的及び電気的異方性を備える。
導電性熱伝導シート１０のサイズについては、特に限定はされないが、シールドカン２０の開口部２１を介して対向する半導体素子３０と冷却部材４０との間に設けられるとともに、導電シールドカン２０と導電性冷却部材４０とを電気的に接続するため、図１に示すように、少なくとも開口部２１の面積よりも大きな被覆面積を有する。また、導電性熱伝導シート１０の被覆面積の上限値については特に限定はないが、導電シールドカン２０の上面２０ａに設けられることから、実質的には、導電シールドカン２０の上面２０ａの面積が上限値になる。
ここで、図４は、導電性熱伝導シート１０及び導電シールドカン２０を上から見た状態を示す図である。導電性熱伝導シート１０の被覆面積とは、図４に示すように、導電性熱伝導シート１０によって覆われた導電シールドカン２０（開口部２１も含む）の面積（図４の斜線部の面積Ｓ）のことである。
図４に示すように、導電性熱伝導シート１０は、導電シールドカン２０の開口部２１を含む上面２０ａ上に設けられる。なお、導電性熱伝導シート１０は、導電シールドカン２０の開口部２１を含む上面２０ａ及び下面２０ｂを覆ってもよい。導電シールドカン２０の上面２０ａとは、導電シールドカン２０の導電性冷却部材４０側の面をいい、導電シールドカン２０の下面２０ｂとは、導電シールドカン２０の半導体素子３０側の面をいう。導電性熱伝導シート１０が導電シールドカン２０の上面２０ａ及び下面２０ｂのいずれも覆っている場合には、被覆面積とは、上面２０ａ及び下面２０ｂにおける被覆面積の合計ではなく、それぞれの面での被覆面積のことを意味する。導電性熱伝導シート１０は、導電シールドカン２０の上面２０ａ及び下面２０ｂの一部を覆うことにより、より優れた放熱性が得られるためである。
なお、導電性熱伝導シート１０は、複数枚のシートを積層、一体化させることにより構成することができる。例えば、図１に示すように、導電性熱伝導シート１０が導電シールドカン２０の開口部２１を介して対向する半導体素子３０と冷却部材４０との間に設けられるとともに導電シールドカン２０の上面２０ａを覆う場合（つまり、導電性熱伝導シート１０の被覆面積がシールドカン２０の開口部２１の面積よりも大きい場合）には、導電性熱伝導シート１０を大きさが異なる複数のシートにより構成することが好ましい。導電性熱伝導シート１０は、大きさが異なるシートを組み合わせることによって、所望の形状の導電性熱伝導シート１０を得ることができる。導電性熱伝導シート１０は、例えば図１に示すように、開口部２１内に進入し半導体素子３０と接触させる凸部１０ａと、導電シールドカン２０の上面２０ａ及び導電性冷却部材４０とに接触する本体部１０ｂとを形成することができる。
なお、導電性熱伝導シート１０を一層のシートから構成してもよい。この場合、導電性熱伝導シート１０を半導体素子３０及び導電性冷却部材４０で挟持し、圧着することによって、シールドカン２０の上面２０ａの一部を覆うとともに、シートの一部が開口部２１より導電シールドカン２０内に押し出され、半導体素子３０に接触させることができる。
ただし、導電性熱伝導シート１０を大きさが異なる複数のシートにより構成する方が、圧着等の工程がないため、後述する繊維状の熱伝導性充填材を配向させた状態で導電性熱伝導シート１０を形成することができる結果、より優れた放熱性を得ることができる。
また、導電性熱伝導シート１０の厚さについては、特に限定はされず、半導体素子３０と導電性冷却部材４０との距離や、シールドカン２０のサイズ等に応じて適宜変更することができる。ただし、放熱性、電磁波抑制効果及び導電性冷却部材４０と導電シールドカン２０との導通性をより高いレベルで実現できる点からは、導電性熱伝導シート１０の厚さが５０μｍ～４ｍｍであることが好ましく、１００μｍ～４ｍｍであることがより好ましく、２００μｍ～３ｍｍであることが特に好ましい。導電性熱伝導シート１０の厚さが４ｍｍを超えると、半導体素子３０と導電性冷却部材４０との距離が長くなるため、伝熱特性が低下するおそれがあり、一方、導電性熱伝導シート１０の厚さが５０μｍ未満の場合には、電磁波抑制効果が小さくなるおそれがある。
ここで、導電性熱伝導シート１０の厚さは、図１に示すように、導電性熱伝導シート１０の最も厚さが大きな部分の厚さのことを意味し、一層のシートから形成されるか、複数のシートから形成されるかには関わらない。
また、導電性熱伝導シート１０は、表面にタック性を有することが好ましい。導電性熱伝導シート１０と他の部材との接着性を向上でき、また、導電シールドカン２０や半導体素子３０上に配置した際の位置からズレることを防止できるからである。さらに、導電性熱伝導シート１０が複数のシートから構成される場合には、シート同士の接着性についても向上できる。なお、導電性熱伝導シート１０の表面にタック性を付与する方法については特に限定はされない。例えば、導電性熱伝導シート１０を構成するバインダ樹脂の適正化を図ってタック性を持たせることもできるし、導電性熱伝導シート１０の表面にタック性のある接着層を別途設けることもできる。
さらに、導電性熱伝導シート１０は、シート中心部の熱伝導率が、シート外周部の熱伝導率に比べて大きくなることで、半導体素子３０と接する部分について熱伝導性を高めることができる。一方、半導体素子３０と接する面積が小さいシート外周部については、熱伝導性よりも電磁波吸収性能を優先させることができる。その結果、半導体装置１は、より優れた放熱性及び電磁波抑制効果を実現できる。
ここで、導電性熱伝導シート１０のシート中心部とは、導電性熱伝導シート１０が前記半導体素子３０と接する部分であり、その中でも特に、発熱量の多い部分（一般的にホットスポットといわれる部分）に相当する部分のことをいう。また、シート外周部とは、前記中心部以外の部分のことをいう。
なお、導電性熱伝導シート１０の熱伝導率を変更させる方法としては特に限定はされないが、例えば、シート中心部とシート外周部とで、繊維状の熱伝導性充填材の材料、配合量及び配向方向等を変えることによって、熱伝導率を変更することが可能である。
［絶縁部材］
絶縁部材５０は、導電シールドカン２０の開口部２１より導電性冷却部材４０側に現れる半導体素子３０と導電性冷却部材４０との間に設けられ、開口部２１を介して半導体素子３０と対向する。これにより、絶縁部材５０は、導電性冷却部材４０に放電された静電気が半導体素子３０に伝わることを防止する。
絶縁部材５０は、電気抵抗が導電性熱伝導シート１０よりも高い材料であれば特に制限はなく、公知のいかなる材料によって形成することができる。また、絶縁部材５０は、半導体素子３０と導電性冷却部材４０との間に設けられていることから、高い電気抵抗率に加え、半導体素子３０の熱を効率よく導電性冷却部材４０に伝達する観点からは、熱伝導性に優れる材料によって形成されることが好ましい。このように高い熱伝導率と高い電気抵抗率を有する材料としては、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の熱伝導性セラミックスが挙げられる。
なお、絶縁部材５０は、導電性冷却部材４０の半導体素子３０と対向する一面４０ａに接着などにより設けられる。ここで、図１に示すように、絶縁部材５０は、導電性熱伝導シート１０の面積よりも小さい面積を有し、当該一面４０ａ側に設けられる導電性熱伝導シート１０によって全体が覆われることが好ましい。このように、半導体装置１は、導電性熱伝導シート１０が、開口部２１を介して半導体素子３０と対向する絶縁部材５０を覆うことにより、導電シールドカン２０の上面２０ａの開口部２１の周囲において、導電性熱伝導シート１０を介して導電シールドカン２０と導電性冷却部材４０とが電気的に接続される。
これにより、半導体装置１の導電性冷却部材４０に放電された静電気は、絶縁部材５０によって絶縁部材５０を覆う導電性熱伝導シート１０の外縁部に誘導され、当該導電性熱伝導シート１０の外縁部と接続する開口部２１の周囲に設けられた導電シールドカン２０の上面２０ａを介してグラウンド３２に流れる。導電シールドカン２０は電気抵抗が低く、かつグラウンド３２と接続されているため、導電性熱伝導シート１０の外縁部に流れる静電気を積極的に導電シールドカン２０及びグラウンド３２へ流すことができる。これにより、半導体素子３０と絶縁部材５０とを重畳させることにより静電気を半導体素子３０上から回避させるとともに、導電性に優れる導電シールドカン２０の開口部２１周囲の上面２０ａに誘導することができるため、半導体素子３０に静電気が伝わることを防止して、誤動作や損傷が生じることを防止することができる。
また、導電性熱伝導シート１０に、厚さ方向、ここでは導電性冷却部材４０と導電シールドカン２０の上面２０ａとの間にわたる方向へ電気が流れやすく、面方向、ここでは導電シールドカン２０の上面２０ａと開口部２１との間にわたる方向へ電気が流れにくい電気的異方性を備えたものとすることにより、導電性熱伝導シート１０の外縁部から半導体素子３０側へ静電気が伝わりにくくなり、より誤動作や損傷が生じることを防止することができる。
ここで、図１に示す半導体装置１は、開口部２１は、半導体素子３０の大きさよりも小さく形成され、開口部２１を介して半導体素子３０の一部が絶縁部材５０と対向している。
このとき、図１に示すように、絶縁部材５０は、開口部２１の面積以上の面積を有し、開口部２１を介して対向する半導体素子３０の全領域と重畳することが好ましい。絶縁部材５０と重畳する領域においては静電気が流れにくくされているため、絶縁部材５０が開口部２１の面積以上の面積を有し、開口部２１から導電性冷却部材４０側に露出する半導体素子３０の全領域と重畳することにより、より半導体素子３０に静電気が流れにくくすることができる。
［半導体装置１の製造工程]
このような半導体装置１は、マイクロストリップライン３５及びグラウンド３２が形成された基板３１に半導体素子３０を実装した後、導電シールドカン２０、導電性熱伝導シート１０、導電性冷却部材４０をこの順に配置し、その後、導電性冷却部材４０を加圧することにより形成することができる。
導電性冷却部材４０には、導電シールドカン２０の開口部２１と対向する所定の位置に、予め絶縁部材５０が設けられている。したがって、導電性冷却部材４０を基板３１上に配置することにより、絶縁部材５０は、半導体素子３０と導電性冷却部材４０との間に設けられ、開口部２１を介して半導体素子３０と対向されることとなる。
導電シールドカン２０は、上述したように、半導体素子３０の周りを囲むように、全周あるいは部分的に設けられたランド３３に半田等により接続される。ランド３３は、基板３１に形成されたスルーホール（図示せず）によりグラウンド３２と電気的に接続されており、これにより導電シールドカン２０はグラウンド３２と電気的に接合される。
また、導電性熱伝導シート１０は、導電性冷却部材４０が加圧されることにより導電性冷却部材４０と導電シールドカン２０の上面２０ａとの間に挟持される。これにより、導電性熱伝導シート１０を介してグラウンド３２に接続された導電シールドカン２０と導電性冷却部材４０とが電気的に接続される。
［変形例１］
次いで、本技術が適用された半導体装置の変形例について説明する。なお、以下の説明において、上述した半導体装置１と同一の部材については同一の符号を付してその詳細を省略する。図５に示すように、本技術が適用された半導体装置２は、開口部２１の大きさを半導体素子３０よりも大きく形成し、半導体素子３０の全体を導電性冷却部材４０と対向させてもよい。図５に示す半導体装置２では、絶縁部材５０は、半導体素子３０の面積以上の面積を有し、開口部２１を介して対向する半導体素子３０の全領域と重畳することが好ましい。これにより、半導体装置２においても、絶縁部材５０が半導体素子３０の全領域と重畳することにより、より半導体素子３０に静電気が流れにくくすることができる。
また、半導体装置２は、導電シールドカン２０の開口部２１を半導体素子３０よりも大きく形成していることから、導電シールドカン２０の上面２０ａを半導体素子３０と面一とすることができ、電磁波抑制効果を維持しつつ導電シールドカン２０の高さを半導体素子３０の高さと同等の高さに抑えることができる。また、導電性熱伝導シート１０も開口部２１内に進入させる必要もなく、全体として半導体装置２の低背化を図ることができる。
［変形例２］
また、図６に示すように、導電シールドカン２０に代えて、半導体素子３０の周囲に設けられた開口部６１を有するグラウンドパターン６０を設けてもよい。図６に示す半導体装置３は、基板３１に、半導体素子３０を囲むようにグラウンドパターン６０が形成されている。すなわち、半導体装置３は、グラウンドパターン６０に半導体素子３０を囲む開口部６１が設けられ、この開口部６１を介して半導体素子３０が絶縁部材５０と対向されている。また、グラウンドパターン６０は、スルーホールを介して基板３１の裏面に形成されたグラウンド３２と接続されている。なお、グラウンド３２は基板３１の内層に形成されていてもよい。
そして、半導体装置３は、半導体素子３０と導電性冷却部材４０との間に設けられた導電性熱伝導シート１０が、基板３１の表面に形成されたグラウンドパターン６０と接続され、これにより導電性熱伝導シート１０を介してグラウンドパターン６０と導電性冷却部材４０とが電気的に接続されている。
半導体装置３においても、上述した半導体装置２と同様に、絶縁部材５０は、半導体素子３０の面積以上の面積を有し、開口部２１を介して対向する半導体素子３０の全領域と重畳することが好ましい。これにより、半導体装置３においても、絶縁部材５０が半導体素子３０の全領域と重畳することにより、より半導体素子３０に静電気が流れにくくすることができる。
また、半導体装置３は、導電シールドカン２０に代えて、半導体素子３０の周囲に設けられた開口部６１を有するグラウンドパターン６０を設けていることから、電磁波抑制効果を維持しつつ、全体として半導体装置３の低背化を図ることができる。
次いで、本技術の実施例ついて説明する。なお、本技術は、以下に説明する実施例の構成に限定されるものではない。本実施例では、以下の実施例１、実施例２、参考例１～３に係る各半導体装置を用意し、放熱対策、ノイズ対策、ＥＳＤ対策、半導体装置の厚さ、熱伝導シートの熱抵抗について評価した。また、参考例４に係る半導体装置を用意し、参考例４を参照して実施例１のノイズ抑制効果について、検討した。
なお、実施例１，２、参考例１～４の説明において、同一の部材については同一の符号を付してその詳細を省略する。また、実施例１，２、参考例１～４において、熱抵抗、電界強度の測定方法は共通である。
［実施例１］
実施例１は、図１に示す半導体装置１の構成であり、各部の配置、寸法は以下の通りとした。
導電性熱伝導シート１０：導電シールドカン２０上；１８ｍｍ×１８ｍｍ×０．２７ｍｍ厚、半導体素子上；１６ｍｍ×１６ｍｍ×０．９５ｍｍ厚
導電シールドカン２０：２０ｍｍ×２０ｍｍ×０．２ｍｍ厚、開口部：１６ｍｍ×１６ｍｍ、高さ：１．３ｍｍ
半導体素子３０：１６ｍｍ×１６ｍｍ×０．７ｍｍ厚
基板３１：３０ｍｍ×３０ｍｍ×０．６５ｍｍ厚
グラウンド３２：３０ｍｍ×３０ｍｍ×０．０２ｍｍ厚
マイクロストリップライン３５：２ｍｍ×１ｍｍ×０．０２ｍｍ厚
導電性冷却部材４０：３０ｍｍ×３０ｍｍ×０．３ｍｍ厚
絶縁部材５０：１６ｍｍ×１６ｍｍ×０．０５ｍｍ厚
導電性冷却部材４０と基板３１との距離は１．７ｍｍである。
導電性熱伝導シート１０は、樹脂バインダとして２液性の付加反応型液状シリコーンを用い、磁性金属粉として平均粒径５μｍのＦｅ-Ｓｉ-Ｂ-Ｃｒアモルファス磁性粒子を用い、繊維状熱伝導性充填剤として平均繊維長２００μｍのピッチ系炭素繊維（「熱伝導性繊維」 日本グラファイトファイバー株式会社製）を用い、２液性の付加反応型液状シリコーン：アモルファス磁性粒子：ピッチ系炭素繊維＝３５ｖｏｌ％：５３ｖｏｌ％：１２ｖｏｌ％の体積比となるように分散させて、シリコーン組成物（シート用組成物）を調製したものを用いた（バルク熱伝導率：５Ｗ／ｍｋ）。得られた導電性熱伝導シート１０は、垂直方向の熱抵抗（界面の熱抵抗と内部の熱抵抗を合わせて算出している）が、ＡＳＴＭ Ｄ５４７０に準拠して測定した。
導電性冷却部材４０は、アルミ板を材料として用いた。また、導電シールドカン２０は、ステンレスを材料として用いた。グラウンド３２及びマイクロストリップライン３５は、いずれも銅配線である。半導体素子３０の信号線は、マイクロストリップライン３５で簡略化し両端を信号の入出力端に設定している。なお、半導体素子３０の本体（樹脂でモールドした部分）は、比誘電率４、誘電正接０．０１の誘電体とした。
電磁波抑制効果の評価は、３次元電磁界シミュレータＡＮＳＹＳ ＨＦＳＳ（アンシス社製）を用いて、半導体装置から３ｍ離れた位置における最大電界強度を算出し、周波数に応じた電界強度（ｄＢμＶ／ｍ）として表記した。
［実施例２］
実施例２は、図５に示す半導体装置２の構成であり、各部の配置、寸法は以下の通りとした。
導電性熱伝導シート１０：半導体素子及び導電シールドカン２０上；１８ｍｍ×１８ｍｍ×０．２７ｍｍ厚
導電シールドカン２０：２０ｍｍ×２０ｍｍ×０．２ｍｍ厚、開口部；１６ｍｍ×１６ｍｍ
半導体素子３０：１６ｍｍ×１６ｍｍ×０．７ｍｍ厚
基板３１：３０ｍｍ×３０ｍｍ×０．６５ｍｍ厚
グラウンド３２：３０ｍｍ×３０ｍｍ×０．０２ｍｍ厚
マイクロストリップライン３５：２ｍｍ×１ｍｍ×０．０２ｍｍ厚
導電性冷却部材４０：３０ｍｍ×３０ｍｍ×０．３ｍｍ厚
絶縁部材５０：１６ｍｍ×１６ｍｍ×０．０５ｍｍ厚
導電性冷却部材４０と基板３１との距離は０．３２ｍｍである。
［参考例１］
参考例１として、図７に半導体装置７０を示す。半導体装置７０は、裏面にグラウンド３２が設けられた基板３１の表面にマイクロストリップライン３５が形成されるとともに半導体素子３０が実装されている。この半導体素子３０は、ノイズ抑制熱伝導シート７５（バルク熱伝導率：３Ｗ／ｍｋ、透磁率μr''＝５）を介して導電性冷却部材４０と接続されている。ノイズ抑制熱伝導シート７５は、上述した炭素繊維（導電性充填剤）が配合されていない点、及び磁性金属粉を主として配合した点を除き、導電性熱伝導シート１０と同様の構成を有する。
半導体装置７０の各部の配置、寸法は以下の通りとした。
ノイズ抑制熱伝導シート７５：半導体素子及び導電シールドカン２０上；１６ｍｍ×１６ｍｍ×１．０ｍｍ厚
半導体素子３０：１６ｍｍ×１６ｍｍ×０．７ｍｍ厚
基板３１：３０ｍｍ×３０ｍｍ×０．６５ｍｍ厚
グラウンド３２：３０ｍｍ×３０ｍｍ×０．０２ｍｍ厚
マイクロストリップライン３５：２ｍｍ×１ｍｍ×０．０２ｍｍ厚
導電性冷却部材４０：３０ｍｍ×３０ｍｍ×０．３ｍｍ厚
導電性冷却部材４０と基板７１との距離は１．７ｍｍである。
［参考例２］
参考例２として、図８に半導体装置８０を示す。半導体装置８０は、裏面にグラウンド３２が設けられた基板３１の表面にマイクロストリップライン３５が形成されるとともに半導体素子３０が実装されている。また、半導体装置８０は、半導体素子３０が開口部が設けられていない導電シールドカン８６によって覆われている。導電シールドカン８６は開口部が設けられていない点を除き、上記導電シールドカン２０と同様の構成を有し、グラウンド３２と接続されている。また、半導体装置８０は、絶縁性熱伝導シート７６（バルク熱伝導率：３Ｗ／ｍｋ）が半導体素子３０と導電シールドカン８６との間、及び導電シールドカン８６と導電性冷却部材４０との間に設けられている。前記絶縁性熱伝導シート７６は上述した炭素繊維（導電性充填剤）が配合されていない点、及び無機物フィラーを主として配合した点を除き、導電性熱伝導シート１０と同様の構成を有する。
半導体装置８０の各部の配置、寸法は以下の通りとした。
絶縁性熱伝導シート７６：半導体素子及び導電シールドカン上の夫々；１６ｍｍ×１６ｍｍ×０．４ｍｍ厚
導電シールドカン８６：２０ｍｍ×２０ｍｍ×０．２ｍｍ厚
半導体素子３０：１６ｍｍ×１６ｍｍ×０．７ｍｍ厚
基板３１：３０ｍｍ×３０ｍｍ×０．６５ｍｍ厚
グラウンド３２：３０ｍｍ×３０ｍｍ×０．０２ｍｍ厚
マイクロストリップライン３５：２ｍｍ×１ｍｍ×０．０２ｍｍ厚
導電性冷却部材４０：３０ｍｍ×３０ｍｍ×０．３ｍｍ厚
導電性冷却部材４０と基板３１との距離は１．７ｍｍである。
［参考例３］
参考例３として、図９に半導体装置９０を示す。半導体装置９０は、裏面にグラウンド３２が設けられた基板３１の表面にマイクロストリップライン３５が形成されるとともに半導体素子３０が実装されている。また、半導体装置９０は、半導体素子３０が開口部が設けられていない導電シールドカン８６によって覆われている。導電シールドカン８６はグラウンド３２と接続されている。また、半導体装置９０は、導電性冷却部材４０の導電シールドカン８６と対向する面に、全面にわたって絶縁部材５０が設けられている。また、半導体装置９０は、導電性熱伝導シート１０（バルク熱伝導率：５Ｗ／ｍｋ）が半導体素子３０と導電シールドカン８６との間、及び導電シールドカン８６と絶縁部材５０との間に設けられている。
半導体装置９０の各部の配置、寸法は以下の通りとした。
導電性熱伝導シート１０：導電シールドカン上：１６ｍｍ×１６ｍｍ×０．３５ｍｍ厚
半導体素子上：１６ｍｍ×１６ｍｍ×０．４ｍｍ厚
導電シールドカン８６：２０ｍｍ×２０ｍｍ×０．０５ｍｍ厚
半導体素子３０：１６ｍｍ×１６ｍｍ×０．７ｍｍ厚
基板３１：３０ｍｍ×３０ｍｍ×０．６５ｍｍ厚
グラウンド３２：３０ｍｍ×３０ｍｍ×０．０２ｍｍ厚
マイクロストリップライン３５：２ｍｍ×１ｍｍ×０．０２ｍｍ厚
導電性冷却部材４０：３０ｍｍ×３０ｍｍ×０．３ｍｍ厚
絶縁部材５０：３０ｍｍ×３０ｍｍ×０．０５ｍｍ厚
導電性冷却部材４０と基板３１との距離は１．７ｍｍである。
［参考例４］
参考例４として、図１０に半導体装置１００を示す。半導体装置１００は、絶縁部材５０を設けていない点を除き、実施例１と同様の構成を有し、裏面にグラウンド３２が設けられた基板３１の表面にマイクロストリップライン３５が形成されるとともに半導体素子３０が実装されている。また、半導体装置１００は、半導体素子３０が開口部２１が設けられた導電シールドカン２０によって覆われている。導電シールドカン２０はグラウンド３２と接続されている。また、半導体装置１００は、導電性熱伝導シート１０が半導体素子３０と導電性冷却部材４０との間、及び導電シールドカン２０と導電性冷却部材４０との間に設けられている。
半導体装置１００の各部の配置、寸法は以下の通りとした。
導電性熱伝導シート１０：導電シールドカン２０上；１８ｍｍ×１８ｍｍ×０．２７ｍｍ厚、半導体素子上；１６ｍｍ×１６ｍｍ×１．０ｍｍ厚
導電シールドカン２０：２０ｍｍ×２０ｍｍ×０．２ｍｍ厚、開口部；１６ｍｍ×１６ｍｍ
半導体素子３０：１６ｍｍ×１６ｍｍ×０．７ｍｍ厚
基板３１：３０ｍｍ×３０ｍｍ×０．６５ｍｍ厚
グラウンド３２：３０ｍｍ×３０ｍｍ×０．０２ｍｍ厚
マイクロストリップライン３５：２ｍｍ×１ｍｍ×０．０２ｍｍ厚
導電性冷却部材４０：３０ｍｍ×３０ｍｍ×０．３ｍｍ厚
導電性冷却部材４０と基板３１との距離は１．７ｍｍである。
Figure 0007107766000001
表１に示すように、実施例１、２では、放熱対策、ノイズ対策、ＥＳＤ対策のいずれも良好（〇）であった。すなわち、実施例１、２は、導電シールドカン２０に開口部２１を形成し、熱伝導性の高い導電性熱伝導シート１０を半導体素子３０と導電性冷却部材４０との間に設け、さらに絶縁部材５０も高い熱伝導率を有する材料を用いることによって、導電性冷却部材４０への熱伝導が大きく改善される結果、優れた放熱性を実現できる。
また、実施例１、２は、グラウンド３２、導電シールドカン２０、導電性熱伝導シート１０及び導電性冷却部材４０によって半導体素子３０を遮蔽する仮想的なシールドカンが形成され、電磁波遮蔽が可能となるため、優れた電磁波抑制効果が得られる。
さらに、実施例１、２は、導電性熱伝導シート１０を介して導電シールドカン２０と導電性冷却部材４０とが電気的に接続されているため、導電性冷却部材４０に放電された静電気が、絶縁部材５０を回避して導電性熱伝導シート１０を流れ、導電シールドカン２０を介してグラウンド３２に流れる。したがって、実施例１、２は、導電性冷却部材４０に放電された静電気が半導体素子３０などの電子部品に伝わることを防止でき、優れたＥＳＤ対策が施されている。
また、半導体素子３０から導電性冷却部材４０までの最小厚さＴを考えたとき、実施例１は、導電シールドカン２０の上面２０ａ上の導電性熱伝導シート１０の厚さ（０．２７ｍｍ）及び導電シールドカン２０の厚さ（０．０５ｍｍ）の計０．３２ｍｍを少なくとも有し、さらに導電シールドカン２０の開口部２１と半導体素子３０間の高さ（ｈ）分が加わる（０．３２ｍｍ＋ｈ）。この時の半導体素子３０と導電性冷却部材４０との間の熱抵抗は１０．５８℃／Ｗに厚みｈ成分の熱抵抗値αを加えた値（１０．５８＋α℃／Ｗ）となる。実施例２では、半導体素子３０と導電シールドカン２０の上面２０ａが面一とされているため、導電シールドカン２０の上面２０ａ上の導電性熱伝導シート１０の厚さ（０．２７ｍｍ）及び導電シールドカン２０の厚さ（０．０５ｍｍ）の計０．３２ｍｍとなる。この時の半導体素子３０と導電性冷却部材４０との間の熱抵抗は１０．５８℃／Ｗであった。
この点、参考例１では、ノイズ抑制熱伝導シート７５によって半導体素子３０の熱が導電性冷却部材４０に放熱可能であるため熱対策は取られている。しかし、導電シールドカン２０を備えず、さらにノイズ抑制熱伝導シート７５が薄くなることで電磁波抑制効果は小さくなることから電磁波抑制対策が十分であるとはいえない。（×）。また、導電性冷却部材４０に放電された静電気がノイズ抑制熱伝導シート７５を介して半導体素子３０に伝わるため、必要なＥＳＤ対策は取られていないといえる（×）。なお、最小厚さＴとしては、ノイズ抑制熱伝導シート７５分の厚さ（０．２７ｍｍ）となる。この時の半導体素子３０と導電性冷却部材４０との間の熱抵抗は１２．７４℃／Ｗであった。
また、参考例２では、導電シールドカン２０に開口部が設けられておらず、絶縁性熱伝導シート７６と導電性シールドカン２０との接触面積が増え、熱伝導性が阻害されている。また、絶縁性熱伝導シート７６は、導電性熱伝導シート１０に比して熱伝導率が低い。そのため、半導体素子３０の発した熱が導電性冷却部材４０に伝わりにくくなり、必要な放熱対策は取られていないといえる（×）。なお、参考例２は、導電シールドカン２０を備えることで電磁波抑制対策は足りており（〇）、また、絶縁性熱伝導シート７６を用いることでＥＳＤ対策も取られている（〇）。ただし、参考例２では、導電シールドカン２０の上下に絶縁性熱伝導シート７６を配することで、最小厚さＴは、２枚の導電性熱伝導シート１０の厚さ（０．２７ｍｍ×２）及び導電シールドカン２０の厚さ（０．０５ｍｍ）の計０．５９ｍｍとなる。この時の半導体素子３０と導電性冷却部材４０との間の熱抵抗は１５．１２℃／Ｗであった。
参考例３では、導電シールドカン２０に開口部が設けられておらず、絶縁性熱伝導シート７６と導電性シールドカン２０との接触面積が増え、熱伝導性が阻害されている。そのため、絶縁性熱伝導シート７６に比して熱伝導率が高い導電性熱伝導シート１０を用いているものの、放熱対策としては、不十分（△）である。また、参考例３は、グラウンド３２と接続されている導電シールドカン２０と導電性冷却部材４０とが、導電性冷却部材４０の全面に設けられた絶縁部材５０によって絶縁されているため、導電性冷却部材４０自体がアンテナとして機能し得る。そのため電磁波抑制対策としては不十分（△）といえる。なお、参考例３は、導電性冷却部材４０の全面に絶縁部材５０が設けられているため、ＥＳＤ対策は取られている（〇）。ただし、参考例３においては、導電シールドカン２０の上下に絶縁性熱伝導シート７６を配し、さらに導電性冷却部材４０の全面に絶縁部材５０を設けることで、最小厚さＴは、２枚の導電性熱伝導シート１０の厚さ（０．２７ｍｍ×２）、導電シールドカン２０の厚さ（０．０５ｍｍ）及び絶縁部材５０の厚さ（０．０５ｍｍ）の計０．６４ｍｍとなる。この時の半導体素子３０と導電性冷却部材４０との間の熱抵抗は１４．９０℃／Ｗであった。
参考例４に示す半導体装置１００は、絶縁部材５０を設けていない点を除き、実施例１と同様の構成を有することから、ＥＳＤ対策以外の熱対策及び電磁波抑制対策は取られている（〇）。
次いで、図１１～図１３を参照して実施例及び参考例に係る半導体装置の電界特性について説明する。
図１１は、参考例１のノイズ抑制熱伝導シート７５の透磁率μｒ''＝５（５００ＭＨｚ）、及び参考例３の導電性熱伝導シート１０の体積抵抗率を０．０１５［Ω・ｍ］に設定して計測した電界強度特性のシミュレーション結果を示すグラフである。上述したように、参考例１は電磁波抑制対策が不十分であり、高い電界強度が計測されノイズが抑制できていないことが分かる。また、参考例３は、シールドカン２０を設けているものの、導電性冷却部材４０自体がアンテナとして機能するため、周波数帯よっては電界強度が下がるものの、一貫して高い電界強度が計測され、ノイズ抑制としては不十分であることが分かる。
図１２は、参考列４の導電性熱伝導シート１０の体積抵抗率を０．１５［Ω・ｍ］、０．０１５［Ω・ｍ］、０．００１５［Ω・ｍ］に設定して計測した電界強度特性のシミュレーション結果を示すグラフである。参考例１，３に比して電界強度が下がり、ノイズが抑制されていることが分かる。また、導電性熱伝導シート１０の体積抵抗率が低くなるにつれて、電界強度も下がり、ノイズが抑制できることが分かる。
図１３は、実施例１の導電性熱伝導シート１０の体積抵抗率を０．１５［Ω・ｍ］、０．０１５［Ω・ｍ］、０．００１５［Ω・ｍ］に設定して計測した電界強度特性のシミュレーション結果を示すグラフである。実施例１においても、図１２に示す参考例４と同等の電界強度‐周波数特性を有し、導電性熱伝導シート１０の体積抵抗率が、０．１５Ω・ｍ以下において、特に良好な電磁波抑制効果を奏することが分かる。
１～３ 半導体装置、１０ 導電性熱伝導シート、１０ａ 凸部、１０ｂ 本体部、２０ 導電シールドカン、２１ 開口部、３０ 半導体素子、３１ 基板、３２ グラウンド、３３ ランド、３５ マイクロストリップライン、４０ 導電性冷却部材、５０ 絶縁部材、６０ グラウンド、６１ 開口部、７０ 半導体装置、７６ 絶縁性熱伝導シート、８０ 半導体装置、８６ 導電シールドカン、９０ 半導体装置、１００、半導体装置

Claims (16)

  1. 基板上に設けられた電子部品と、
    開口部を有し、上記電子部品を囲うように設けられ、グラウンドに接続された導電シールドカンと、
    上記導電シールドカンの上部に設けられた導電性冷却部材と、
    上記電子部品と上記導電性冷却部材との間に設けられた導電性熱伝導シートと、
    上記導電性熱伝導シートと上記導電性冷却部材との間に設けられ、上記開口部を介して上記電子部品と対向する絶縁部材とを備え、
    上記絶縁部材は、上記開口部を介して対向する上記電子部品の領域以上の大きさを有し、
    上記導電性熱伝導シートを介して上記導電シールドカンと上記導電性冷却部材とが電気的に接続されている電子機器。
  2. 上記導電性熱伝導シートは、上記導電シールドカンの上記開口部が設けられた上面に設けられ、
    上記導電性熱伝導シートは、上記絶縁部材及び上記開口部よりも大きい請求項１に記載の電子機器。
  3. 上記開口部は、上記電子部品よりも小さく、上記電子部品の一部を外方に臨ませている請求項１又は２に記載の電子機器。
  4. 上記開口部は、上記電子部品以上の大きさを有し、上記電子部品の全部を外方に臨ませている請求項１又は２に記載の電子機器。
  5. 上記絶縁部材は、上記開口部を介して対向する上記電子部品の全領域を覆う請求項１～４のいずれか１項に記載の電子機器。
  6. 上記導電性熱伝導シートは、上記導電シールドカンと上記導電性冷却部材との間にわたる厚さ方向よりも面内方向の電気抵抗が大きい請求項１～５のいずれか１項に記載の電子機器。
  7. 上記導電性熱伝導シートは、磁性金属粉を含む請求項１～６のいずれか１項に記載の電子機器。
  8. 上記絶縁部材は、熱伝導セラミックスである請求項１～７のいずれか１項に記載の電子機器。
  9. 上記絶縁部材は、上記導電性冷却部材に形成されている請求項１～８のいずれか１項に記載の電子機器。
  10. 上記導電シールドカンに代えて、上記電子部品の周囲に設けられた開口部を有するグラウンドパターンが設けられ、
    上記導電性熱伝導シートが上記電子部品と上記導電性冷却部材との間に設けられ、
    上記導電性熱伝導シートを介して上記グラウンドパターンと上記導電性冷却部材とが電気的に接続されている請求項１～９のいずれか１項に記載の電子機器。
  11. 上記電子部品は、上記基板上に形成された半導体素子である請求項１～１０のいずれか１項に記載の電子機器。
  12. 上記導電性冷却部材は、ヒートシンク又は電子機器筐体である請求項１～１１のいずれか１項に記載の電子機器。
  13. 上記導電性熱伝導シートは、柔軟性、タック性を有する請求項１～１２のいずれか１項に記載の電子機器。
  14. 上記導電性熱伝導シートの体積抵抗率が、０．１５Ω・ｍ以下である請求項１～１３のいずれか１項に記載の電子機器。
  15. 上記導電性熱伝導シートは、厚さ方向に対する面内方向の電気抵抗比が１００倍以上である請求項６に記載の電子機器。
  16. 上記導電性熱伝導シートは、熱伝導率は５Ｗ・ｍｋ以上である請求項１～１５のいずれか１項に記載の電子機器。
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