KR20190084318A - 반도체 장치 - Google Patents

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다츠오 구무라
히로유키 료손
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데쿠세리아루즈 가부시키가이샤
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Abstract

우수한 방열성 및 전자파 억제 효과를 갖는 반도체 장치를 제공한다. 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 반도체 장치(1)는 기판(50) 상에 형성된 반도체 소자(30)와, 개구부(21)를 갖고, 상기 반도체 소자(30)의 적어도 일부를 덮도록 마련되고, 그라운드(60)에 접속된 도전 실드 캔(20)과, 해당 도전 실드 캔(20)의 상부에 마련된 냉각 부재(40)와, 적어도 상기 도전 실드 캔(20)의 개구부(21)를 통해서, 상기 반도체 소자(30)와, 상기 냉각 부재(40) 사이에 형성된 전자파 흡수 열전도 시트(10)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 장치
본 발명은, 우수한 방열성 및 전자파 억제 효과를 갖는 반도체 장치에 관한 것이다.
근년, 전자 기기는, 소형화의 경향을 따라가는 반면, 애플리케이션의 다양성을 위해서 전력 소비량을 그 만큼 변화시킬 수 없기 때문에, 기기 내에 있어서의 방열 대책이 한층 더 중요시되고 있다.
상술한 전자 기기에 있어서의 방열 대책으로서, 구리나 알루미늄 등과 같은 열전도율이 높은 금속 재료로 제작된 방열판이나, 히트 파이프, 히트 싱크 등이 널리 이용되고 있다. 이들 열전도성이 우수한 방열 부품은, 방열 효과 또는 기기 내의 온도 완화를 도모하기 위해서, 전자 기기 내에 있어서의 발열부인 반도체 패키지 등의 전자 부품에 근접하도록 해서 배치된다. 또한, 이들 열전도성이 우수한 방열 부품은, 발열부인 전자 부품으로부터 저온의 장소에 걸쳐서 배치된다.
단, 전자 기기 내에 있어서의 발열부는, 전류 밀도가 높은 반도체 소자 등의 전자 부품이며, 전류 밀도가 높다고 하는 것은, 불필요 복사의 성분이 될 수 있는 전계 강도 또는 자계 강도가 클 것을 생각할 수 있다. 이 때문에, 금속으로 제작된 방열 부품을 전자 부품의 부근에 배치하면, 열의 흡수를 행함과 함께, 전자 부품 내를 흐르는 전기 신호의 고조파 성분도 거두어 버린다고 하는 문제가 있었다. 구체적으로는, 방열 부품이 금속 재료로 제작되고 있기 때문에, 그 자체가 고조파 성분의 안테나로서 기능하거나, 고조파 노이즈 성분의 전달 경로로서 작용해 버리는 경우이다.
그 때문에, 방열성과 전자파 억제 효과의 양립이 도모된 기술의 개발이 요망되고 있다.
예를 들어 특허문헌 1에는, 핀용 구멍을 갖는 프린트 기판에 실장된 전자 부품을 덮는 실드 케이스와, 방열 핀을 구비하고, 상기 핀용 구멍으로부터 방열 핀의 일부를 실드 케이스의 외측에 노출시킨다고 하는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 특허문헌 1의 기술에서는, 어느 정도의 방열성을 확보할 수 있기는 하지만, 실드 케이스에 핀용 구멍이 마련되어 있는 것에 의해, 전자파 억제 효과를 충분히 얻을 수 없어, 방열성과 전자파 억제 효과의 양립을 도모할 수는 없다고 생각된다.
일본특허공개 제2011-155056호 공보
본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 우수한 방열성 및 전자파 억제 효과를 갖는 반도체 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기의 과제를 해결하기 위해 검토를 거듭하여, 그라운드에 접속된 도전 실드 캔을, 반도체 소자를 덮도록 마련함으로써, 우수한 전자파 흡수 성능을 실현할 수 있는 것에 착안했다. 단, 실드 캔을 마련하는 것만으로는 충분한 방열성을 얻을 수 없는 점에서, 더욱 예의 연구를 거듭한 결과, 도전 실드 캔에 개구부를 마련함과 함께, 적어도 그 개구부를 통하도록 전자파 흡수 열전도 시트를 형성하여, 반도체 소자와 냉각 부재를 연결함으로써, 전자파 흡수 성능을 저하시키지 않고, 방열성에 대해서도 향상시킬 수 있는 것을 발견했다. 그 결과, 본 발명의 반도체 장치는, 종래에는 없는 높은 레벨로 방열성 및 전자파 억제 효과를 양립할 수 있다.
본 발명은, 상기 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 그 요지는 이하와 같다.
(1) 기판 상에 형성된 반도체 소자와, 개구부를 갖고, 상기 반도체 소자의 적어도 일부를 덮도록 마련되고, 그라운드에 접속된 도전 실드 캔과, 상기 도전 실드 캔의 상부에 마련된 냉각 부재와, 적어도 상기 도전 실드 캔의 개구부를 통해서, 상기 반도체 소자와 상기 냉각 부재 사이에 형성된 전자파 흡수 열전도 시트를 구비하는 것을 특징으로 하는, 반도체 장치.
상기 구성에 의해, 우수한 방열성 및 전자파 억제 효과를 실현할 수 있다.
(2) 상기 전자파 흡수 열전도 시트가, 상기 도전 실드 캔의 상면 및/또는 하면의 일부를 덮고 있는 것을 특징으로 하는, 상기 (1)에 기재된 반도체 장치.
(3) 상기 전자파 흡수 열전도 시트가, 상기 도전 실드 캔의 상면의 일부를 덮고 있는 것을 특징으로 하는, 상기 (2)에 기재된 반도체 장치.
(4) 상기 전자파 흡수 열전도 시트가, 상기 도전 실드 캔의 상면 및 하면의 일부를 덮고 있는 것을 특징으로 하는, 상기 (2)에 기재된 반도체 장치.
(5) 상기 전자파 흡수 열전도 시트의 피복 면적이, 상기 도전 실드 캔의 개구부의 면적에 대하여 110% 이상인 것을 특징으로 하는, 상기 (2)에 기재된 반도체 장치.
(6) 상기 전자파 흡수 열전도 시트가, 복수매의 시트로 구성되는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치.
(7) 상기 전자파 흡수 열전도 시트가, 섬유상의 열전도성 충전제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치.
(8) 상기 섬유상의 열전도성 충전제가, 탄소 섬유인 것을 특징으로 하는, 상기 (7)에 기재된 반도체 장치.
(9) 상기 전자파 흡수 열전도 시트가, 자성 금속분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 상기 (7) 또는 (8)에 기재된 반도체 장치.
(10) 상기 전자파 흡수 열전도 시트는, 시트 중심부의 열전도율이, 시트 외주부의 열전도율에 비해서 큰 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치.
본 발명에 따르면, 우수한 방열성 및 전자파 억제 효과를 갖는 반도체 장치를 제공하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 반도체 장치의 일 실시 형태에 대해서, 단면의 상태를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 반도체 장치의 다른 실시 형태에 대해서, 단면의 상태를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 반도체 장치의 다른 실시 형태에 대해서, 단면의 상태를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 반도체 장치의 일 실시 형태에 대해서, 조립 상태를 모식적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 실시예에 있어서의 주파수 특성의 해석에 사용한 반도체 장치의 모델을 모식적으로 도시한 도면이며, (a)는 반도체 장치의 모델의 표면측에서 본 상태, (b)는 반도체 장치의 모델의 이면측에서 본 상태를 나타낸다.
도 6은 실시예 1에서 얻어진, 조건을 바꾼 전자파 흡수 열전도 시트마다의, 주파수에 따른 전계 강도를 나타내는 그래프이다.
도 7은 실시예 2에서 얻어진, 조건을 바꾼 전자파 흡수 열전도 시트마다의, 주파수에 따른 전계 강도를 나타내는 그래프이다.
도 8은 실시예 3에서 얻어진, 조건을 바꾼 전자파 흡수 열전도 시트마다의, 주파수에 따른 전계 강도를 나타내는 그래프이다.
도 9는 종래 기술의 반도체 장치에 대해서, 단면의 상태를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 10은 도전 실드 캔 및 전자파 흡수 열전도 시트의 상면의 상태를 모식적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태의 일례를, 도면을 사용해서 구체적으로 설명한다.
여기서, 도 1 내지 3은, 본 발명의 반도체 장치의 3개의 실시 형태에 대해서, 단면을 모식적으로 도시한 도면이다. 또한, 각 도면에 대해서는, 설명의 편의를 위해서, 각 부재의 형상이나 스케일이 실제의 것과는 상이한 상태로 나타나 있다. 각 부재의 형상이나 스케일에 대해서는, 본 명세서 중에서 규정되어 있는 것 이외에는, 반도체 장치마다 적절히 변경하는 것이 가능하다.
본 발명의 반도체 장치(1)는, 도 1 내지 3에 도시하는 바와 같이, 반도체 소자(30)와, 도전 실드 캔(20)과, 냉각 부재(40)와, 전자파 흡수 열전도 시트(10)를 구비한다.
그리고, 본 발명의 반도체 장치(1)에서는, 상기 도전 실드 캔(20)이 개구부(21)를 갖고, 해당 개구부(21)를 통해서, 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)가, 상기 반도체 소자(30)와, 상기 냉각 부재(40) 사이에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 반도체 소자(30)는, 열 및 전자파의 발생원이 되지만, 해당 반도체 소자(30)를 덮도록 도전 실드 캔(20)을 마련함으로써, 전자파 차폐가 가능해지기 때문에, 우수한 전자파 억제 효과가 얻어진다. 또한, 상기 도전 실드 캔(20)에 개구부(21)를 마련하고, 적어도 그 개구부(21)를 통해서, 전자파 흡수 성능을 갖고 또한 열전도성이 높은 시트 부재(전자파 흡수 열전도 시트(10))를 반도체 소자(30)와 냉각 부재(40) 사이에 마련함으로써, 개구부(21)를 마련한 경우에도 전자파 억제 효과를 갖고, 냉각 부재(40)에 대한 열전도가 크게 개선되는 결과, 우수한 방열성에 대해서도 실현할 수 있다.
또한, 도 9는 종래 기술에 따른 전자파 흡수 열전도 시트를 구비한 반도체 장치의 일례를 나타낸 것이다. 종래의 반도체 장치(100)에서는, 반도체 소자(30)와 냉각 부재(40) 사이에 전자파 흡수 열전도 시트(10)를 마련하고 있기 때문에, 우수한 열도전도성, 전자파 흡수 효과가 얻어진다. 그러나, 본 발명의 반도체 장치(1)의 실드 캔(20)과 같은 전자파 차폐재를 구비하고 있지 않은 점에서, 전자파 억제 효과가 충분한 레벨에 달하지 않는 경우가 있다.
이어서, 본 발명의 반도체 장치를 구성하는 각 부재에 대해서 설명한다.
(반도체 소자)
본 발명의 반도체 장치(1)는, 도 1 내지 3에 도시하는 바와 같이, 기판(50) 상에 형성된 반도체 소자(30)를 구비한다.
여기서, 상기 반도체 소자에 대해서는, 반도체에 의한 전자 부품이면 특별히 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, IC나 LSI 등의 집적 회로, CPU, MPU, 그래픽 연산 소자, 이미지 센서 등을 들 수 있다.
상기 반도체 소자(30)가 형성되는 기판(50)에 대해서도, 특별히 한정되지는 않고, 반도체 장치의 종류에 따라, 적합한 것을 사용할 수 있다. 상기 기판(50)에는, 그라운드(GND)(60)가 마련되어 있다. 그라운드(60)는 기판(50)의 내층, 혹은 이면(도 1 내지 3에서는 기판의 이면)에 형성된다.
도 1 내지 3에서는, 설명의 편의를 위해서, 도전 실드 캔(20)이 상기 기판(50)을 관통해서 상기 그라운드(60)에 직접 접속되도록 도시되어 있다. 단, 일반적인 실용 시에 있어서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 기판(50)의 면 상에, 상기 반도체 소자(30)의 둘레를 둘러싸도록, 전체 둘레 혹은 부분적으로 랜드(51)를 마련하고, 이 부분에 상기 도전 실드 캔(20)을 땜납 등에 의해 접속한다. 상기 랜드(51)는, 상기 기판(50)에 형성된 스루홀(도시하지 않음)에 의해 상기 그라운드(60)와 전기적으로 접속되어 있고, 이에 의해 상기 도전 실드 캔(20)은 그라운드(60)와 전기적으로 접합된다.
(실드 캔)
본 발명의 반도체 장치(1)는, 도 1 내지 3에 도시하는 바와 같이, 개구부(21)를 갖고, 상기 반도체 소자(30)의 적어도 일부를 덮도록 마련되고, 상기 그라운드(60)에 접속된 도전 실드 캔(20)을 구비한다.
상기 그라운드(60)에 접속된 도전 실드 캔(20)에 의해, 전자파의 실드가 가능하게 되어, 본 발명의 반도체 장치(1)의 전자파 억제 효과를 향상시킬 수 있다.
여기서, 상기 실드 캔(20)을 구성하는 재료로서는, 전자파의 실드 효과가 높은 것이면 특별히 한정되지는 않는다. 예를 들어, 알루미늄, 구리, 스테인리스 등의 도전율이 높은 금속이나, 도전성이 높은 자성체 등을 사용할 수 있다. 상기 도전성이 높은 자성체 재료로서는, 퍼멀로이, 센더스트, Fe계 혹은 Co계의 비정질 재료, 미결정 재료 등을 들 수 있다. 상기 실드 캔(20)을 구성하는 재료로서, 상술한 바와 같은 자성체 재료를 사용한 경우에는, 전기적 실드 효과 외에, 자기적 실드 효과 및 자기적 흡수 효과에 대해서도 기대할 수 있다.
상기 실드 캔에 마련된 개구부(21)는, 상기 실드 캔에 마련된 관통 구멍이다. 또한, 상기 개구부(21)는, 내부에 후술하는 전자파 흡수 열전도 시트(10)가 충전되어, 반도체 소자(30)와 냉각 부재(40) 사이를 연결하기 때문에, 도 1 내지 3에 도시하는 바와 같이, 상기 반도체 소자(30)와 상기 냉각 부재(40)를 연결하는 방향(도 1 내지 3에서는 각 부재의 적층 방향)으로 형성된다.
상기 개구부(21)의 크기에 대해서는, 특별히 한정되지는 않고, 반도체 소자(30)의 크기 등에 따라서 적절히 변경할 수 있다. 상기 개구부(21)는, 개구 면적이 작은 쪽이, 전자파의 방출을 적게 할 수 있어, 방사 전자계를 작게 하는 것이 가능하다. 단, 반도체 소자(30)로부터의 열을 발산시킨다는 관점에서는, 상기 개구부(21)를 크게 해서 큰 전자파 흡수 열전도 시트(10)를 사용하는 것이 바람직하다. 그 때문에, 개구부(21)의 크기는, 본 발명의 반도체 장치(1)에 요구되는 열전도성이나 전자 노이즈 억제 효과에 따라서 적절히 변경하게 된다.
(냉각 부재)
본 발명의 반도체 장치(1)는, 도 1 내지 3에 도시하는 바와 같이, 상기 도전 실드 캔(20)의 상부에 냉각 부재(40)를 구비한다.
여기서, 상기 냉각 부재(40)는, 상기 열원(반도체 소자(30))으로부터 발생하는 열을 흡수하고, 외부로 방산시키기 위한 부재이다. 후술하는 전자파 흡수 열전도 시트(10)를 개재하여, 상기 반도체 소자(30)와 접속됨으로써, 반도체 소자(30)가 발생한 열을 외부로 확산시켜서, 반도체 장치의 방열성을 확보할 수 있다.
상기 냉각 부재(40)의 종류에 대해서는, 특별히 한정되지는 않고, 본 발명의 반도체 장치(1)의 종류에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 방열기, 냉각기, 히트 싱크, 히트 스프레더, 다이 패드, 냉각 팬, 히트 파이프, 금속 커버, 하우징 등을 들 수 있다. 이들의 방열 부재 중에서도, 보다 우수한 방열성이 얻어진다는 점에서는, 방열기, 냉각기 또는 히트 싱크를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 냉각 부재(40)는, 도 1 내지 3에 도시하는 바와 같이, 상기 도전 실드 캔(20)의 상부에 마련되지만, 상기 도전 실드 캔과는 접해 있지 않고, 일정한 거리를 두고 마련되는 것이 바람직하다. 후술하는 전자파 흡수 열전도 시트(10)가, 상기 도전 실드 캔(20)의 상면(20a)과, 상기 냉각 부재(40) 사이에 충전되는 경우가 있기 때문이다.
(전자파 흡수 열전도 시트)
본 발명의 반도체 장치(1)는, 도 1 내지 3에 도시하는 바와 같이, 적어도 상기 도전 실드 캔(20)의 개구부(21)를 통해서, 상기 반도체 소자(30)와, 상기 냉각 부재(40) 사이에 형성된 전자파 흡수 열전도 시트(10)를 구비한다.
전자파 흡수 성능을 갖고 또한 열전도성이 높은 전자파 흡수 열전도 시트(10)가, 반도체 소자(30)와 냉각 부재(40) 사이에 마련됨으로써, 전자파 억제 효과를 저하시키지 않고, 방열성에 대해서도 향상시키는 것이 가능해진다.
상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)의 사이즈에 대해서는, 특별히 한정되지는 않지만, 도 1 내지 3에 도시하는 바와 같이, 상기 실드 캔(20)의 개구부(21) 내에 충전되기 때문에, 적어도 개구부의 면적과 동등 이상의 피복 면적을 가질 필요가 있다. 여기서, 도 10은 전자파 흡수 열전도 시트 및 도전 실드 캔을 위에서 본 상태를 도시하는 도면인데, 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)의 피복 면적이란, 도 10에 도시한 바와 같이, 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)에 의해 덮인 상기 실드 캔(20)(개구부(21)도 포함한다)의 면적(도 10의 사선부의 면적(S))이고, 상기 도전 실드 캔의 상면(20a) 및 하면(20b)의 모두 덮고 있는 경우에는, 합계 면적이 아닌, 각각의 면에서의 피복 면적을 의미한다.
여기서, 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)는, 도 2 또는 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 도전 실드 캔(20)의 상면(20a) 및/또는 하면(20b)의 일부를 덮고 있는(바꿔 말하면, 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)의 피복 면적이, 상기 도전 실드 캔(20)의 개구부(21)의 면적보다 큰) 것이 바람직하다. 보다 우수한 방열성 및 전자파 억제 효과가 얻어지기 때문이다.
또한, 도 1 내지 3에 도시하는 바와 같이, 상기 도전 실드 캔(20)의 상면(20a)은, 상기 도전 실드 캔(20)의 냉각 부재(40)측의 면을 나타내고, 상기 도전 실드 캔(20)의 하면(20b)은, 상기 도전 실드 캔(20)의 반도체 소자(30)측의 면을 나타낸다.
또한, 더욱 우수한 방열성 및 전자파 억제 효과가 얻어진다는 점에서는, 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)가, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 도전 실드 캔(20)의 상면(20a)의 일부를 덮고 있는 것(즉, 상기 도전 실드 캔(20)의 냉각 부재(40)측에 있어서의 상기 전자파 흡수 열전도 시트의 피복 면적이, 상기 도전 실드 캔(20)의 개구부(21)의 면적보다 큰 것)이 바람직하다.
그리고, 특히 우수한 전자파 억제 효과가 얻어진다는 점에서는, 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)가, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 도전 실드 캔(20)의 상면(20a) 및 하면(20b)의 일부를 덮고 있는 것(즉, 상기 도전 실드 캔(20)의 냉각 부재(40)측 및 반도체 소자(30)측에 있어서의 상기 전자파 흡수 열전도 시트의 피복 면적이, 모두 상기 도전 실드 캔(20)의 개구부(21)의 면적보다 큰 것)이 바람직하다.
또한, 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)의 피복 면적에 대해서는, 보다 우수한 방열성 및 전자파 억제 효과가 얻어지는 점에서, 상기 도전 실드 캔(20)의 개구부(21)의 면적에 대하여 110% 이상인 것이 바람직하고, 120% 이상인 것이 보다 바람직하고, 140% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)의 피복 면적의 상한값에 대해서는 특별히 한정은 없지만, 실질적으로는, 실드 캔(20)의 전체의 면적이 상한값이 된다.
또한, 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)는, 한 층의 시트로 구성해도 되고, 복수매의 시트로 구성할 수도 있다.
예를 들어, 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)가 상기 실드 캔(20)의 상면(20a) 또는 하면(20b)을 덮지 않는 경우(즉, 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)의 피복 면적이 상기 개구부(21)의 면적과 동일한 경우)에는, 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)를 한 층의 시트에 의해 구성할 수 있다. 단, 시트의 두께를 조정하기 쉽다는 등의 관점에서, 복수의 시트로 구성할 수도 있다.
또한, 도 2 및 3에 도시하는 바와 같이, 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)가 상기 실드 캔(20)의 상면(20a)이나 하면(20b)의 일부를 덮는 경우(즉, 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)의 피복 면적이 상기 실드 캔(20)의 개구부(21)의 면적보다 큰 경우)에는, 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)를 한 층의 시트에 의해 구성해도 되고, 복수의 시트에 의해 구성할 수도 있다. 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)를 한 층의 시트로 구성하는 경우에는, 전자파 흡수 열전도 시트(10)와 부재(도 2 및 3에서는, 반도체 소자(30) 및 냉각 부재(40))를 압착함으로써, 시트의 일부가 압출되어, 상기 실드 캔(20)의 상면(20a)이나 하면(20b)의 일부를 덮을 수 있다. 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)를 복수매의 시트로 구성하는 경우에는, 크기가 다른 시트를 조합함으로써, 원하는 형상의 전자파 흡수 열전도 시트(10)를 얻을 수 있다.
단, 도 2 및 3에 도시하는 바와 같이, 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)가 상기 실드 캔(20)의 상면(20a)이나 하면(20b)의 일부를 덮는 경우(즉, 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)의 피복 면적이 상기 실드 캔(20)의 개구부(21)의 면적보다 큰 경우)에는, 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)를 복수의 시트로 구성하는 것이 바람직하다. 압착 등의 공정이 없기 때문에, 후술하는 섬유상의 열전도성 충전재를 배향시킨 상태에서 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)를 형성할 수 있는 결과, 보다 우수한 방열성 및 전자파 억제 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)의 두께(T)에 대해서는, 특별히 한정되지는 않고, 반도체 소자(30)와 냉각 부재(40)와의 거리나 상기 실드 캔(20)의 사이즈 등에 따라서 적절히 변경될 수 있다. 단, 방열성 및 전자파 억제 효과를 보다 높은 레벨로 실현할 수 있는 점에서는, 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)의 두께(T)가 50㎛ 내지 4㎜인 것이 바람직하고, 100㎛ 내지 4㎜인 것이 보다 바람직하고, 200㎛ 내지 3㎜인 것이 특히 바람직하다. 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)의 두께(T)가 4㎜를 초과하면, 상기 반도체 소자(30)와 상기 냉각 부재(40)와의 거리가 길어지기 때문에, 전열 특성이 저하될 우려가 있고, 반면에 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)의 두께(T)가 50㎛ 미만인 경우에는, 전자파 억제 효과가 작아질 우려가 있다.
여기서, 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)의 두께(T)는, 도 1 내지 3에 도시하는 바와 같이, 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)의 가장 두께가 큰 부분의 두께(T)를 의미하며, 한 층의 시트로 형성될지, 복수의 시트로 형성될지에는 관여하지 않는다.
또한, 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)는, 표면에 점착성을 갖는 것이 바람직하다. 전자파 흡수 열전도 시트(10)와 다른 부재와의 접착성을 향상시킬 수 있기 때문이다. 또한, 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)가 복수의 시트로 구성되는 경우에는, 시트끼리의 접착성에 대해서도 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)의 표면에 점착성을 부여하는 방법에 대해서는 특별히 한정되지는 않는다. 예를 들어, 후술하는 전자파 흡수 열전도 시트(10)를 구성하는 결합제 수지의 적정화를 도모하여 점착성을 갖게 할 수도 있고, 해당 전자파 흡수 열전도 시트(10)의 표면에 점착성이 있는 접착층을 별도로 마련할 수도 있다.
또한, 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)는, 시트 중심부의 열전도율이, 시트 외주부의 열전도율에 비하여 커짐으로써, 반도체 소자(30)와 접하는 부분에 대해서 열전도성을 높일 수 있다. 한편, 상기 반도체 소자(30)와 접하는 면적이 작은 시트 외주부에 대해서는, 열전도성보다 전자파 흡수 성능을 우선시킬 수 있다. 그 결과, 본 발명의 반도체 장치(1)는, 보다 우수한 방열성 및 전자파 억제 효과를 실현할 수 있다.
여기서, 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)의 시트 중심부란, 전자파 흡수 열전도 시트(10)가 상기 반도체 소자(30)와 접하는 부분이며, 그 중에서도 특히, 발열량이 많은 부분(일반적으로 핫스폿이라 일컫는 부분)에 상당하는 부분을 의미한다. 또한, 시트 외주부란, 상기 중심부 이외의 부분을 의미한다.
또한, 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)의 열전도율을 변경시키는 방법으로서는 특별히 한정되지는 않지만, 후술하는 바와 같이, 시트 중심부와 시트 외주부에서, 섬유상의 열전도성 충전재의 재료, 배합량 및 배향 방향 등을 바꿈으로써, 열전도율을 변경하는 것이 가능하다.
또한, 상기 전자파 흡수 열전도 시트(10)를 구성하는 재료에 대해서는, 우수한 전자파 흡수 성능 및 열전도성을 갖는 것이면 특별히 한정되지는 않는다.
예를 들어, 높은 레벨로, 전자파 흡수 성능 및 열전도성을 실현할 수 있는 점에서는, 상기 전자파 흡수 열전도 시트로서, 결합제 수지와, 열전도성 충전제를 포함하는, 전자파 흡수 열전도 시트를 사용할 수 있다.
이하, 전자파 흡수 열전도 시트(10)를 구성하는 재료에 대해서 기재한다.
·결합제 수지
상기 전자파 흡수 열전도 시트를 구성하는 결합제 수지란, 열전도 시트의 기재가 되는 수지 성분이다. 그 종류에 대해서는, 특별히 한정되지 않고, 공지된 결합제 수지를 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 결합제 수지 중 하나로서, 열경화성 수지를 들 수 있다.
상기 열경화성 수지로서는, 예를 들어 가교성 고무, 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 비스말레이미드 수지, 벤조시클로부텐 수지, 페놀 수지, 불포화 폴리에스테르, 디알릴프탈레이트 수지, 실리콘, 폴리우레탄, 폴리이미드실리콘, 열경화형 폴리페닐렌에테르, 열경화형 변성 폴리페닐렌에테르 등을 들 수 있다. 이들은, 1종 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
또한, 상기 가교성 고무로서는, 예를 들어 천연 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 니트릴 고무, 수소 첨가 니트릴 고무, 클로로프렌 고무, 에틸렌프로필렌 고무, 염소화 폴리에틸렌, 클로로술폰화 폴리에틸렌, 부틸 고무, 할로겐화 부틸 고무, 불소 고무, 우레탄 고무, 아크릴 고무, 폴리이소부틸렌 고무, 실리콘 고무 등을 들 수 있다. 이들은, 1종 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
또한, 상술한 열경화성 수지 중에서도, 성형 가공성 및 내후성이 우수함과 함께, 전자 부품에 대한 밀착성 및 추종성의 관점에서, 실리콘을 사용하는 것이 바람직하다. 실리콘으로서는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 실리콘의 종류를 적절히 선택할 수 있다.
상술한 성형 가공성, 내후성, 밀착성 등을 얻는 관점에서는, 상기 실리콘으로서, 액상 실리콘 겔의 주제와, 경화제로 구성되는 실리콘인 것이 바람직하다. 그러한 실리콘으로서는, 예를 들어 부가 반응형 액상 실리콘, 과산화물을 가황에 사용하는 열가황형 밀러블(millable) 타입의 실리콘 등을 들 수 있다.
상기 부가 반응형 액상 실리콘으로서는, 비닐기를 갖는 폴리오르가노실록산을 주제, Si-H기를 갖는 폴리오르가노실록산을 경화제로 한, 2액성의 부가 반응형 실리콘 등을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 액상 실리콘 겔의 주제와, 경화제와의 조합에 있어서, 상기 주제와 상기 경화제의 배합 비율로서는, 질량비로, 주제:경화제=35:65 내지 65:35인 것이 바람직하다.
또한, 상기 전자파 흡수 열전도 시트에 있어서의 상기 결합제 수지의 함유량은, 특별히 제한되지 않고, 목적에 따라서 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 시트의 성형 가공성이나, 시트의 밀착성 등을 확보하는 관점에서는, 상기 전자파 흡수 열전도 시트의 20체적% 내지 50체적% 정도인 것이 바람직하고, 30체적% 내지 40체적%인 것이 보다 바람직하다.
·열전도성 충전제
상기 전자파 흡수 열전도 시트는, 상기 결합제 수지 내에 열전도성 충전제를 포함한다. 해당 열전도성 충전제는, 시트의 열전도성을 향상시키기 위한 성분이다.
여기서, 열전도성 충전제의 종류에 대해서는, 특별히 한정되지는 않지만, 더 높은 열전도성을 실현할 수 있는 점에서는, 섬유상의 열전도성 충전제를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 섬유상의 열전도성 충전제의 「섬유상」이란, 애스펙트비가 높은(약 6 이상) 형상을 의미한다. 그 때문에, 본 발명에서는, 섬유상이나 막대상 등의 열도전성 충전제뿐만 아니라, 애스펙트비가 높은 입상의 충전재나, 플레이크상의 열도전성 충전제 등도 섬유상의 열도전성 충전제에 포함된다.
여기서, 상기 섬유상의 열전도성 충전제의 종류에 대해서는, 섬유상이고 또한 열전도성이 높은 재료이면 특별히 한정되지는 않고, 예를 들어 은, 구리, 알루미늄 등의 금속, 알루미나, 질화알루미늄, 탄화규소, 그래파이트 등의 세라믹스, 탄소 섬유 등을 들 수 있다.
이들 섬유상의 열전도성 충전제 중에서도, 더 높은 열전도성이 얻어진다는 점에서는, 탄소 섬유를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 열전도성 충전제에 대해서는, 1종 단독이어도 되고, 2종 이상을 혼합하여 사용해도 된다. 또한, 2종 이상의 열전도성 충전제를 사용하는 경우에는, 모두 섬유상의 열전도성 충전제여도 되고, 섬유상의 열전도성 충전제와 다른 형상의 열전도성 충전제를 혼합하여 사용해도 된다.
상기 탄소 섬유의 종류에 대해서 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 피치계, PAN계, PBO 섬유를 흑연화한 것, 아크 방전법, 레이저 증발법, CVD법(화학 기상 성장법), CCVD법(촉매 화학 기상 성장법) 등으로 합성된 것을 사용할 수 있다. 이들 중에서도, 높은 열전도성이 얻어지는 점에서, PBO 섬유를 흑연화한 탄소 섬유, 피치계 탄소 섬유가 보다 바람직하다.
또한, 상기 탄소 섬유는, 필요에 따라, 그의 일부 또는 전부를 표면 처리해서 사용할 수 있다. 상기 표면 처리로서는, 예를 들어 산화 처리, 질화 처리, 니트로화, 술폰화, 혹은 이들 처리에 의해 표면에 도입된 관능기 혹은 탄소 섬유의 표면에, 금속, 금속 화합물, 유기 화합물 등을 부착 혹은 결합시키는 처리 등을 들 수 있다. 상기 관능기로서는, 예를 들어 수산기, 카르복실기, 카르보닐기, 니트로기, 아미노기 등을 들 수 있다.
또한, 상기 섬유상의 열전도성 충전제의 평균 섬유 길이(평균 장축 길이)에 대해서도, 특별히 제한은 없이 적절히 선택할 수 있지만, 확실하게 높은 열전도성을 얻는 점에서, 50㎛ 내지 300㎛의 범위인 것이 바람직하고, 75㎛ 내지 275㎛의 범위인 것이 보다 바람직하고, 90㎛ 내지 250㎛의 범위인 것이 특히 바람직하다.
또한, 상기 섬유상의 열전도성 충전제의 평균 섬유 직경(평균 단축 길이)에 대해서도, 특별히 제한은 없이 적절히 선택할 수 있지만, 확실하게 높은 열전도성을 얻는 점에서, 4㎛ 내지 20㎛의 범위인 것이 바람직하고, 5㎛ 내지 14㎛의 범위인 것이 보다 바람직하다.
상기 섬유상의 열전도성 충전제의 애스펙트비(평균 장축 길이/평균 단축 길이)에 대해서는, 확실하게 높은 열전도성을 얻는 점에서, 6 이상인 것이 사용되고, 7 내지 30인 것이 바람직하다. 상기 애스펙트비가 작은 경우에도 열전도율 등의 개선 효과는 보이지만, 배향성이 저하되는 등에 의해 큰 특성 개선 효과가 얻어지지 않기 때문에, 애스펙트비는 6 이상으로 한다. 한편, 30을 초과하면, 전자파 흡수 열전도 시트 중에서의 분산성이 저하되기 때문에, 충분한 열전도율을 얻지 못할 우려가 있다.
여기서, 상기 섬유상의 열전도성 충전제의 평균 장축 길이 및 평균 단축 길이는, 예를 들어 현미경, 주사형 전자 현미경(SEM) 등에 의해 측정하여, 복수의 샘플로부터 평균을 산출할 수 있다.
또한, 상기 전자파 흡수 열전도 시트에 있어서의 상기 섬유상의 열전도성 충전제의 함유량으로서는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적절히 선택할 수 있지만, 4체적% 내지 40체적%인 것이 바람직하고, 5체적% 내지 30체적%인 것이 보다 바람직하고, 6체적% 내지 20체적%인 것이 특히 바람직하다. 상기 함유량이 4체적% 미만이면, 충분히 낮은 열저항을 얻는 것이 곤란해질 우려가 있고, 40체적%를 초과하면, 상기 열전도 시트의 성형성 및 상기 섬유상의 열전도성 충전제의 배향성에 영향을 미치게 될 우려가 있다.
또한, 상기 전자파 흡수 열전도 시트에서는, 상기 열전도성 충전제가 일 방향 또는 복수의 방향으로 배향하고 있는 것이 바람직하다. 상기 열전도성 충전제를 배향시킴으로써, 보다 높은 열전도성이나 전자파 흡수성을 실현할 수 있기 때문이다.
예를 들어, 상기 전자파 흡수 열전도 시트에 의한 열전도성을 높이고, 본 발명의 반도체 장치의 방열성을 향상시키고자 하는 경우에는, 상기 열전도성 충전제를 시트면에 대하여 대략 수직 형상으로 배향시킬 수 있다. 한편, 상기 전자파 흡수 열전도 시트에 의한 전자파 실드 성능을 높이고, 본 발명의 반도체 장치의 전자파 억제 효과를 향상시키고자 하는 경우에는, 상기 열전도성 충전제를 시트면에 대하여 대략 평행 형상으로 배향시킬 수 있다.
여기서, 상기 시트면에 대하여 대략 수직 형상이나, 대략 평행인 방향은, 상기 시트면 방향에 대하여 거의 수직인 방향이나 거의 평행한 방향을 의미한다. 단, 상기 열전도성 충전제의 배향 방향은, 제조 시에 다소의 변동은 있기 때문에, 본 발명에서는, 상술한 시트면의 방향에 대하여 수직인 방향이나 평행한 방향으로부터 ±20° 정도의 어긋남은 허용된다.
또한, 상기 열전도성 충전제의 배향 각도를 조정하는 방법에 대해서는, 특별히 한정되지는 않는다. 예를 들어, 상기 전자파 흡수 열전도 시트의 기본이 되는 시트용 성형체를 제작하여, 섬유상의 열전도성 충전제를 배향시킨 상태에서, 잘라내기 각도를 조정함으로써, 배향 각도의 조정이 가능해진다.
·무기물 필러
또한, 상기 전자파 흡수 열전도 시트는, 상술한 결합제 수지 및 열전도성 섬유에 더하여, 무기물 필러를 더 포함할 수 있다. 전자파 흡수 열전도 시트의 열전도성을 보다 높여서, 시트의 강도를 향상할 수 있기 때문이다.
상기 무기물 필러로서는, 형상, 재질, 평균 입경 등에 대해서는 특별히 제한되지 않고, 목적에 따라서 적절히 선택할 수 있다. 상기 형상으로서는, 예를 들어 구상, 타원 구상, 괴상, 입상, 편평상, 침상 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 구상, 타원 형상이 충전성의 점에서 바람직하고, 구상이 특히 바람직하다.
상기 무기물 필러의 재료로서는, 예를 들어 질화알루미늄(질화알루미늄: AlN), 실리카, 알루미나(산화알루미늄), 질화붕소, 티타니아, 유리, 산화아연, 탄화규소, 규소(실리콘), 산화규소, 산화알루미늄, 금속 입자 등을 들 수 있다. 이들은, 1종 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다. 이들 중에서도, 알루미나, 질화붕소, 질화알루미늄, 산화아연, 실리카가 바람직하고, 열전도율의 관점에서, 알루미나, 질화알루미늄이 특히 바람직하다.
또한, 상기 무기물 필러는, 표면 처리가 실시된 것을 사용할 수도 있다. 상기 표면 처리로서 커플링제로 상기 무기물 필러를 처리하면, 상기 무기물 필러의 분산성이 향상되고, 전자파 흡수 열전도 시트의 유연성이 향상된다.
상기 무기물 필러의 평균 입경에 대해서는, 무기물의 종류 등에 따라서 적절히 선택할 수 있다.
상기 무기물 필러가 알루미나인 경우, 그의 평균 입경은, 1㎛ 내지 10㎛인 것이 바람직하고, 1㎛ 내지 5㎛인 것이 보다 바람직하고, 4㎛ 내지 5㎛인 것이 특히 바람직하다. 상기 평균 입경이 1㎛ 미만이면, 점도가 커져서, 혼합되기 어려워질 우려가 있다. 한편, 상기 평균 입경이 10㎛를 초과하면, 상기 열전도 시트의 열저항이 커질 우려가 있다.
또한, 상기 무기물 필러가 질화알루미늄인 경우, 그의 평균 입경은, 0.3㎛ 내지 6.0㎛인 것이 바람직하고, 0.3㎛ 내지 2.0㎛인 것이 보다 바람직하고, 0.5㎛ 내지 1.5㎛인 것이 특히 바람직하다. 상기 평균 입경이, 0.3㎛ 미만이면, 점도가 커져서, 혼합되기 어려워질 우려가 있고, 6.0㎛를 초과하면, 상기 열전도 시트의 열저항이 커질 우려가 있다.
또한, 상기 무기물 필러의 평균 입경에 대해서는, 예를 들어 입도 분포계, 주사형 전자 현미경(SEM)에 의해 측정할 수 있다.
·자성 금속분
또한, 상기 전자파 흡수 열전도 시트는, 상술한 결합제 수지, 섬유상의 열전도성 섬유 및 무기물 필러에 더하여, 자성 금속분을 더 포함하는 것이 바람직하다. 해당 자성 금속분을 포함함으로써, 전자파 흡수 열전도 시트의 전자파 흡수성을 향상시킬 수 있다.
상기 자성 금속분의 종류에 대해서는, 전자파 흡수성을 갖는 것 이외에는, 특별히 한정되지 않고, 공지된 자성 금속분을 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 비정질 금속분이나, 결정질의 금속 분말을 사용할 수 있다. 비정질 금속분으로서는, 예를 들어 Fe-Si-B-Cr계, Fe-Si-B계, Co-Si-B계, Co-Zr계, Co-Nb계, Co-Ta계의 것 등을 들 수 있고, 결정질의 금속분으로서는, 예를 들어 순철, Fe계, Co계, Ni계, Fe-Ni계, Fe-Co계, Fe-Al계, Fe-Si계, Fe-Si-Al계, Fe-Ni-Si-Al계의 것 등을 들 수 있다. 또한, 상기 결정질의 금속분으로서는, 결정질의 금속분에, N(질소), C(탄소), O(산소), B(붕소) 등을 미량 첨가해서 미세화시킨 미결정질 금속분을 사용해도 된다.
또한, 상기 자성 금속분에 대해서는, 재료가 상이한 것이나, 평균 입경이 상이한 것을 2종 이상 혼합한 것을 사용해도 된다.
또한, 상기 자성 금속분에 대해서는, 구상, 편평상 등의 형상을 조정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 충전성을 높게 하는 경우에는, 입경이 수㎛ 내지 수십㎛이며, 구상인 자성 금속분을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 자성 금속 분말은, 예를 들어 아토마이즈법이나, 금속 카르보닐을 열분해하는 방법에 의해 제조할 수 있다. 아토마이즈법이란, 구상의 분말을 만들기 쉬운 이점을 가지며, 용융 금속을 노즐로부터 유출시키고, 유출시킨 용융 금속에 공기, 물, 불활성 가스 등의 제트류를 분사해서 액적으로서 응고시켜서 분말을 만드는 방법이다. 아토마이즈법에 의해 비정질 자성 금속 분말을 제조할 때에는, 용융 금속이 결정화하지 않도록 하기 위해서, 냉각 속도를 1×106(K/s) 정도로 하는 것이 바람직하다.
상술한 아토마이즈법에 의해, 비정질 합금분을 제조한 경우에는, 비정질 합금분의 표면을 매끄러운 상태로 할 수 있다. 이와 같이 표면 요철이 적고, 비표면적이 작은 비정질 합금분을 자성 금속분으로서 사용하면, 결합제 수지에 대하여 충전성을 높일 수 있다. 또한, 커플링 처리를 행함으로써 충전성을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 전자파 흡수 열전도 시트는, 상술한, 결합제 수지, 섬유상의 열전도성 충전제, 무기물 필러 및 자성 금속분에 더하여, 목적에 따라 그 밖의 성분을 적절히 포함하는 것도 가능하다.
그 밖의 성분으로서는, 예를 들어 틱소트로피성 부여제, 분산제, 경화 촉진제, 지연제, 미(微)점착 부여제, 가소제, 난연제, 산화 방지제, 안정제, 착색제 등을 들 수 있다.
실시예
이어서, 본 발명을 실시예에 기초하여 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명은 하기의 실시예에 전혀 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
실시예 1에서는, 3차원 전자계 시뮬레이터 ANSYS HFSS(앤시스사제)를 사용해서, 도 5의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같은 반도체 장치의 해석 모델을 제작하여, 전자파 억제 효과의 평가를 행하였다.
여기서, 반도체 장치의 모델에 사용한 전자파 흡수 열전도 시트(10)는, 수지 결합제로서 2액성의 부가 반응형 액상 실리콘을 사용하고, 자성 금속분으로서 평균 입경 5㎛의 Fe-Si-B-Cr 비정질 자성 입자를 사용하고, 섬유상 열전도성 충전제로서 평균 섬유 길이 200㎛의 피치계 탄소 섬유(「열전도성 섬유」 닛폰 그래파이트 파이버 가부시키가이샤제)를 사용하여, 2액성의 부가 반응형 액상 실리콘:비정질 자성 입자:피치계 탄소 섬유=35vol%:53vol%:12vol%의 체적비가 되도록 분산시켜서, 실리콘 조성물(시트용 조성물)을 제조한 것을 사용했다. 얻어진 전자파 흡수 열전도 시트는, 수직 방향의 평균 열전도율(계면의 열저항과 내부의 열저항을 합쳐서 산출하고 있다)이, ASTM D5470에 준거한 측정으로 9.2W/m.K를 나타내고, 해당 시트의 자기 특성 및 유전 특성에 대해서는, S 파라미터법으로 측정한 값을 사용했다. 또한, 전자파 흡수 열전도 시트(10)의 두께(T)는, 0.7㎜로 했다.
또한, 반도체 장치의 모델에 사용한 히트 싱크(40)는, 알루미늄판을 재료로서 사용하고, 크기는 60×120㎜로, 두께는, 0.3㎜로 했다.
또한, 실드 캔(20)은, 두께 0.2㎜의 스테인리스이며, 외경 치수는, 20㎜×20㎜×1.2㎜로 하여 중앙에 개구부(21)를 마련했다. 개구부(21)의 크기는, □10㎜ (10㎜×10㎜)로 했다.
도 5의 (a) 및 (b)는, 반도체 장치의 해석 모델을 나타낸 것이며, 각각 상면부측(표면측)에서, 하면부측(이면측)에서 본 상태를 나타낸 것이다. 또한, 도 5의 (a) 및 (b)에서는, 반도체 장치를 구성하는 각 부재의 위치 관계를 알 수 있도록, 투과시켜서 그리고 있다. 또한, 상기 해석 모델의 단면 구조는, 도 1 내지 3과 마찬가지이며, 반도체 소자(30)는, 도 5의 (a) 및 (b)에 도시하는 바와 같이, 마이크로스트립 라인(MSL)(31)을 수지 몰드로 덮은 것으로 하고, 해당 MSL(31)에 대해서는, 유전체 기판(50)(기판 사이즈: 60㎜×120㎜×0.65㎜) 표면측에 구리의 신호선(신호선 사이즈: 1㎜×14㎜×0.02㎜), 이면측에 그라운드(60)를 배치한 것으로 했다. 반도체 소자(30)의 신호원은, 이 MSL(31)로 간략화하여 양 단을 신호의 입출력단으로 설정하고 있다. 또한, 상술한 반도체 소자(30)의 본체(수지로 몰드한 부분)는, 비유전율 4, 유전 정접 0.01의 유전체로 했다. 또한, 반도체 소자(30)의 본체 크기는 16㎜×16㎜×0.7㎜로 했다.
그리고, 전자파 억제 효과의 평가에 대해서는, 반도체 장치로부터 3m 떨어진 위치에 있어서의 최대 전계 강도를 산출하여, 주파수에 따른 전계 강도(dBμV/m)로서 표기했다. 얻어진 전계 강도 산출 결과를 도 6에 나타낸다.
도 6에서는, 도 1에 도시한 바와 같은 구성의 반도체 장치가 되도록, 개구부(21)와 동일한 10㎜×10㎜의 피복 면적을 갖는 전자파 흡수 열전도 시트(10)를 사용한 것을, □10㎜로서 나타내고 있다. 또한, 도 1에 도시한 바와 같은 구성의 반도체 장치이며, 10㎜×10㎜의 피복 면적을 갖지만, 전자 노이즈 억제 열전도 시트 대신에 전자파 흡수 효과가 낮은 열전도 시트(비유전율 6, 유전 정접 0.01)를 사용한 것을, □10㎜(열전도 시트)로서 나타내고 있다.
또한, 도 2에 도시한 바와 같은 구성의 반도체 장치가 되도록, 개구부(21)보다 큰 12㎜×12㎜의 피복 면적을 갖는 전자파 흡수 열전도 시트(10)를 사용한 것을, □12㎜로서 나타내고, 14㎜×14㎜의 피복 면적을 갖는 전자파 흡수 열전도 시트(10)를 사용한 것을, □14㎜로서 나타내고 있다.
도 6의 결과에서, 본 발명의 범위에 포함되는 □10㎜, □12㎜ 및 □14㎜의 해석 모델에서는, □10㎜(열전도 시트)의 해석 모델에 비하여, 양호한 전자파 억제 효과(전계 강도 저감)가 확인되었다. 특히, 도 2에 도시한 바와 같은, 전자파 흡수 열전도 시트(10)가 도전 실드 캔(20)의 상면(20a) 및 하면(20b)의 일부를 덮는 구성(□12㎜ 및 □14㎜의 해석 모델)에 대해서는, 더욱 우수한 전자파 억제 효과를 확인할 수 있었다.
(실시예 2)
실시예 2에서는, 실시예 1과 마찬가지 조건으로, 상기 3차원 전자계 시뮬레이터를 사용하여, 도 5의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같은 반도체 장치의 해석 모델을 제작하여, 전자파 억제 효과의 평가를 행하였다.
그리고, 전자파 억제 효과의 평가는, 실시예 1과 마찬가지로, 주파수에 따른 전계 강도(dBμV/m)를 산출했다. 산출 결과를 도 7에 나타낸다.
도 7에서는, 도 2에 도시한 바와 같은 구성의 반도체 장치가 되도록, 개구부(21)보다 큰 14㎜×14㎜의 피복 면적을 갖는 전자파 흡수 열전도 시트(10)를 사용한 것을, □14㎜의 해석 모델로서 나타냈다.
또한, 도 3에 도시한 바와 같은 구성의 반도체 장치가 되도록, 2매의 시트(14㎜×14㎜의 피복 면적을 갖는 시트(도전 실드 캔(20)의 상면(20a)을 덮는 시트)+10㎜×10㎜의 피복 면적을 갖는 시트 1매(개구부 내에 충전되는 시트))를 조합해서 구성한 전자파 흡수 열전도 시트(10)를 사용한 것을, □10㎜+□14㎜의 해석 모델로서 나타내고 있다.
도 7의 결과에서, □10㎜+□14㎜ 및 □14㎜의 해석 모델에 대해서는, 모두 우수한 전자파 억제 효과가 확인되었다. 그 때문에, 1매의 시트로부터 전자파 흡수 열전도 시트(10)를 구성한 경우도, 복수매의 시트로부터 전자파 흡수 열전도 시트(10)를 구성한 경우도, 마찬가지로 우수한 전자파 억제 효과가 얻어지는 것을 알 수 있다.
(실시예 3)
실시예 3에서는, 실시예 1과 마찬가지 조건으로, 상기 3차원 전자계 시뮬레이터를 사용하여, 도 5의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같은 반도체 장치의 해석 모델을 제작하여, 전자파 억제 효과의 평가를 행하였다. 단, 도전 실드 캔(20)의 개구부(21)의 크기에 대해서는, □10㎜:10㎜×10㎜ 및 □14㎜:14㎜×14㎜의 2종류를 준비했다.
그리고, 전자파 억제 효과의 평가는, 주파수에 따른 전계 강도(dBμV/m)를 산출했다. 산출 결과를 도 8에 나타낸다.
도 8에서는, 도 1에 도시한 바와 같은 구성의 반도체 장치가 되도록, 개구부(21)와 동일한 10㎜×10㎜의 피복 면적을 갖는 전자파 흡수 열전도 시트(10)를 사용한 것을, □10㎜의 해석 모델로서 나타내고, 개구부(21)와 동일한 14㎜×14㎜의 피복 면적을 갖는 전자파 흡수 열전도 시트(10)를 사용한 것을, □14㎜의 해석 모델로서 나타냈다.
또한, 도 3에 도시한 바와 같은 구성의 반도체 장치가 되도록, 2매의 시트(14㎜×14㎜의 피복 면적을 갖는 시트(도전 실드 캔(20)의 상면(20a)을 덮는 시트)+10㎜×10㎜의 피복 면적을 갖는 시트 1매(□10㎜의 개구부 내에 충전되는 시트))를 조합해서 구성한 전자파 흡수 열전도 시트(10)를 사용한 것을, □10㎜+□14㎜의 해석 모델로서 나타내고, 2매의 시트(18㎜×18㎜의 피복 면적을 갖는 시트(도전 실드 캔(20)의 상면(20a)을 덮는 시트)+14㎜×14㎜의 피복 면적을 갖는 시트 1매(□14㎜의 개구부 내에 충전되는 시트))를 조합해서 구성한 전자파 흡수 열전도 시트(10)를 사용한 것을, □14㎜+□18㎜의 해석 모델로서 나타내고 있다.
도 8의 결과에서, 도전 실드 캔(20)의 개구부(21)의 크기가 □10㎜인 경우와 □14㎜인 경우는, 전자파 억제 효과에 대해서 큰 차이는 보이지 않았다. 한편, 도 3에 도시하는 반도체 장치의 해석 모델로서, □10㎜+□14㎜ 및 □14㎜+□18㎜의 해석 모델이, □10㎜ 및 □14㎜의 것보다 우수한 전자파 억제 효과를 나타내는 점에서, 적어도 도전 실드 캔(20)의 상면(20a)의 일부를 덮도록 전자파 흡수 열전도 시트(10)를 마련하는 것이 중요하다고 생각된다.
본 발명에 따르면, 우수한 방열성 및 전자파 억제 효과를 갖는 반도체 장치를 제공하는 것이 가능해진다.
1 : 반도체 장치
10 : 전자파 흡수 열전도 시트
20 : 도전 실드 캔
20a : 도전 실드 캔의 상면
20b : 도전 실드 캔의 상면
21 : 개구부
30 : 반도체 소자
31 : MSL
40 : 냉각 부재
50 : 기판
51 : 랜드
60 : 그라운드
100 : 종래의 반도체 장치
S : 전자파 흡수 열전도 시트의 피복 면적
T : 전자파 흡수 열전도 시트의 두께

Claims (10)

  1. 기판 상에 형성된 반도체 소자와,
    개구부를 갖고, 상기 반도체 소자의 적어도 일부를 덮도록 마련되고, 그라운드에 접속된 도전 실드 캔과,
    상기 도전 실드 캔의 상부에 마련된 냉각 부재와,
    적어도 상기 도전 실드 캔의 개구부를 통해서, 상기 반도체 소자와 상기 냉각 부재 사이에 형성된 전자파 흡수 열전도 시트
    를 구비하는 것을 특징으로 하는, 반도체 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전자파 흡수 열전도 시트가, 상기 도전 실드 캔의 상면 및/또는 하면의 일부를 덮고 있는 것을 특징으로 하는, 반도체 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전자파 흡수 열전도 시트가, 상기 도전 실드 캔의 상면의 일부를 덮고 있는 것을 특징으로 하는, 반도체 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 전자파 흡수 열전도 시트가, 상기 도전 실드 캔의 상면 및 하면의 일부를 덮고 있는 것을 특징으로 하는, 반도체 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 전자파 흡수 열전도 시트의 피복 면적이, 상기 도전 실드 캔의 개구부의 면적에 대하여 110% 이상인 것을 특징으로 하는, 반도체 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자파 흡수 열전도 시트가, 복수매의 시트로 구성되는 것을 특징으로 하는, 반도체 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자파 흡수 열전도 시트가, 섬유상의 열전도성 충전제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 섬유상의 열전도성 충전제가, 탄소 섬유인 것을 특징으로 하는, 반도체 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 전자파 흡수 열전도 시트가, 자성 금속분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 장치.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자파 흡수 열전도 시트는, 시트 중심부의 열전도율이, 시트 외주부의 열전도율에 비해서 큰 것을 특징으로 하는, 반도체 장치.
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