TW201943034A - 半導體裝置 - Google Patents

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久村達雄
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日商迪睿合股份有限公司
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Abstract

本發明的目的在於提供一種具有優異的散熱性及電磁波抑制效果的半導體裝置。為了解決所述課題，本發明的半導體裝置1包括：半導體元件30，形成於基板50上；導電屏蔽罩20，具有開口部21；導電冷卻構件40，設置於所述導電屏蔽罩20的上部；導熱薄片10，至少通過開口部21，形成於所述半導體元件30與所述導電冷卻構件40之間；以及導電性構件11，將所述導電屏蔽罩20與所述導電冷卻構件40加以電性連接。

Description

半導體裝置
本發明是有關於一種具有優異的散熱性及電磁波抑制效果的半導體裝置。
近年來，電子設備處於小型化的傾向，另一方面因應用程式的多樣性而無法使電力消耗量產生如此變化，因此設備內的散熱措施更進一步受到重視。
作為所述電子設備中的散熱措施，廣泛使用由銅或鋁等導熱率高的金屬材料製作的散熱板、或熱管（heat pipe）、散熱座（heat sink）等。該些導熱性優異的散熱零件是以與電子設備內的發熱部即半導體封裝體等電子零件接近的方式而配置，以實現散熱效果或設備內的溫度緩和。又，該些導熱性優異的散熱零件是自發熱部即電子零件至低溫的場所而配置。
但是，電子設備內的發熱部是電流密度高的半導體元件等電子零件，所謂電流密度高，可認為是可能成為多餘輻射的成分的電場強度或磁場強度大。因此，若將由金屬製作的散熱零件配置在電子零件的附近，則存在如下的問題：進行熱的吸收，並且亦拾取在電子零件內流動的電信號的諧波成分。具體而言，由於散熱零件是由金屬材料製作，因此有其自身作為諧波成分的天線（antenna）而發揮作用，或作為諧波雜訊成分的傳遞路徑而起作用的情況。
因此，期望開發出同時實現散熱性與電磁波抑制效果的技術。
例如在專利文獻1中，已揭示如下的技術：在大幅開口的屏蔽構件內，設置安裝有蓋（lid）的半導體封裝體，並且設置與蓋的上表面周緣部電性接觸的環狀的蓋接觸部，使所述蓋接觸部與屏蔽構件電性連接。
但是，在專利文獻1的技術中，雖可獲得固定的散熱性及電磁波抑制效果，但當基板或冷卻構件大時，可認為會引起電磁共振，而無法獲得充分的電磁波抑制效果。又，關於散熱性，亦期望更進一步的改良。
[現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2012-1654852號公報
[發明所欲解決之課題]
本發明是鑒於所述情況而完成的，其目的在於提供一種具有優異的散熱性及電磁波抑制效果的半導體裝置。
[解決課題之手段]
本發明者等人為了解決所述課題而反覆探討，注意到藉由以覆蓋半導體元件的方式設置與地線連接的導電屏蔽罩（shield can），可實現優異的電磁波吸收性能。但是，僅設置有導電屏蔽罩，無法獲得充分的散熱性，因此經進一步反覆潛心研究，結果發現，藉由在導電屏蔽罩上設置開口部，並且以至少通過所述開口部的方式形成導熱薄片，將半導體元件與導電導電冷卻構件加以連接，可不使電磁波吸收性能降低，而使散熱性亦提高。並且發現，藉由進而在導電屏蔽罩的上表面與導電冷卻構件的下表面之間設置導電性構件，使導電屏蔽罩與導電冷卻構件電性連接，即使在導電屏蔽罩上設置有開口部的情況下，亦可提高電磁波抑制效果。
其結果為，本發明的半導體裝置能夠以前所未有的高水準同時實現散熱性及電磁波抑制效果。
本發明是基於所述見解而完成的，其主旨如以下所述。
（1）一種半導體裝置，其特徵在於包括：半導體元件，形成於基板上；導電屏蔽罩，具有開口部，與地線連接，具有開口部；導電冷卻構件，設置於所述導電屏蔽罩的上部；導熱薄片，至少通過所述導電屏蔽罩的開口部，形成於所述半導體元件與所述導電冷卻構件之間；以及導電性構件，形成於所述導電屏蔽罩的上表面與所述導電冷卻構件的下表面之間，將所述導電屏蔽罩與所述導電冷卻構件加以電性連接。
藉由所述結構，可實現優異的散熱性及電磁波抑制效果。
（2）如所述（1）所述的半導體裝置，其中所述導電性構件中，經由所述導熱薄片而相向的導電性構件彼此的間隔為所述半導體元件的最大頻率下的波長的1/10以下。
（3）如所述（2）所述的半導體裝置，其中所述導電性構件與所述導電屏蔽罩及所述導電冷卻構件連結，形成電性封閉的區域。
（4）如所述（1）～（3）中任一項所述的半導體裝置，其中所述導電性構件的電阻值為2 Ω以下。
（5）如所述（1）～（4）中任一項所述的半導體裝置，其中所述導電性構件在表面上具有黏著性或黏接性。
（6）如所述（1）～（5）中任一項所述的半導體裝置，其中所述導電性構件包含樹脂的硬化物。
（7）如所述（1）～（6）中任一項所述的半導體裝置，其中所述導電性構件包含導電性填充劑。
（8）如所述（1）～（7）中任一項所述的半導體裝置，其中所述導熱薄片包含碳纖維。
[發明的效果]
根據本發明，能夠提供一種具有優異的散熱性及電磁波抑制效果的半導體裝置。
以下，利用圖式，具體地說明本發明的實施形態的一例。
此處，圖1～圖3是關於本發明的半導體裝置的實施形態，示意性地表示剖面的圖。又，圖4是關於本發明的半導體裝置的一實施形態，用以說明組裝狀態的立體圖。再者，關於各圖式，為了便於說明，是以各構件的形狀或比例（scale）與實際的形狀或比例不同的狀態表示。關於各構件的形狀或比例，除了本說明書中所規定的以外，可針對每個半導體裝置而適當變更。
本發明的半導體裝置1如圖1～圖3所示，包括半導體元件30、導電屏蔽罩20、導電導電冷卻構件40、導熱薄片10及導電性構件11。
並且，在本發明的半導體裝置1中，其特徵在於：所述導電屏蔽罩20具有開口部21，通過所述開口部21，所述導熱薄片10形成於所述半導體元件30與所述導電導電冷卻構件40之間；以及所述導電性構件11形成於所述導電屏蔽罩20的上表面20a與所述導電冷卻構件的下表面40b之間，將所述導電屏蔽罩20與所述導電冷卻構件40加以電性連接。
所述半導體元件30成為熱及電磁波的產生源，藉由以覆蓋所述半導體元件30的方式設置導電屏蔽罩20，可屏蔽電磁波，因此可獲得優異的電磁波抑制效果。進而，藉由在所述導電屏蔽罩20上設置開口部21，至少通過所述開口部21，將具有電磁波吸收性能且導熱性高的薄片構件（導熱薄片10）設置於半導體元件30與導電冷卻構件40之間，可大幅改善對導電冷卻構件40的導熱，結果可實現優異的散熱性。
又，藉由所述導電性構件11將所述導電屏蔽罩20與所述導電冷卻構件40加以電性連接，而在本發明的半導體裝置1中形成電性封閉的空間，結果可提高導電屏蔽罩20的電磁波遮斷效果，即使在導電屏蔽罩20上設置有開口部21的情況下，亦可獲得高電磁波抑制效果。
再者，圖6是表示包括現有技術的導熱薄片的半導體裝置的一例的圖。在現有的半導體裝置100中，在半導體元件30與導電冷卻構件40之間設置有導熱薄片10，因此可獲得優異的熱導傳導性。但是，由於不包括如本發明的半導體裝置1的屏蔽罩20的電磁波屏蔽材料、或如導電性構件11的用以提高電磁波屏蔽效果的構件，因此電磁波抑制效果未達到充分的水準。
其次，對構成本發明的半導體裝置的各構件進行說明。
（半導體元件）
本發明的半導體裝置1如圖1～圖3所示，包括形成於基板50上的半導體元件30。
此處，關於所述半導體元件30，只要是由半導體構成的電子零件，即無特別限定。例如，可列舉積體電路（integrated circuit，IC）或大規模積體電路（Large Scale Integrated circuit，LSI）等積體電路、中央處理單元（central processing unit，CPU）、微處理單元（Microprocessor Unit，MPU）、圖形（graphic）運算元件、影像感測器（image sensor）等。
關於形成所述半導體元件30的基板50，亦無特別限定，可根據半導體裝置的種類，使用適當的基板。在所述基板50上，設置有地線（GND）60。地線60形成於基板50的內層或背面（圖1～圖3中為基板的背面）。
又，在本發明的半導體裝置1中，例如，如圖1～圖3所示，可在所述基板50的面上，以包圍所述半導體元件30的周圍的方式，全周或局部地設置焊盤（land）51，亦可藉由焊料等而在所述部分上連接所述導電屏蔽罩20。所述焊盤51經由形成於所述基板50之中的導電處理貫通孔（through hole）52而與所述地線60電性連接，藉此可使所述導電屏蔽罩20與地線60電性接合。再者，在圖1～圖3中，是藉由將所述導電屏蔽罩20設置於所述焊盤51上，而與所述地線60電性連接，但亦可設為所述導電屏蔽罩20貫通於所述基板50內，直接與地線60連接的結構。
（屏蔽罩）
本發明的半導體裝置1如圖1～圖3所示，包括與地線60連接的具有開口部21的導電屏蔽罩20。
藉由與所述地線60連接的導電屏蔽罩20，可屏蔽電磁波，從而可提高本發明的半導體裝置1的電磁波抑制效果。
此處，作為構成所述屏蔽罩20的材料，可使用電磁波的屏蔽效果高的材料，並無特別限定。例如，可使用鋁、銅、不鏽鋼等導電率高的金屬、導電性高的磁性體等。作為所述導電性高的磁性體材料，可列舉高導磁合金（Permalloy）、鋁矽鐵粉（sendust）、Fe系或Co系的非晶材料、微晶材料等。作為構成所述屏蔽罩20的材料，在使用如上所述的磁性體材料的情況下，除了電屏蔽效果以外，亦可期待磁屏蔽效果及磁吸收效果。
設置於所述屏蔽罩上的開口部21是設置於所述屏蔽罩上的貫通孔。再者，所述開口部21是為了在內部填充後述導熱薄片10以對半導體元件30與導電冷卻構件與40之間加以連接，而如圖1～圖3所示形成於連結所述半導體元件30與所述導電冷卻構件40的方向（圖1～圖3中為各構件的積層方向）上。
以上，關於所述開口部21的大小，並無特別限定，可根據半導體元件30的大小等而適當變更。關於所述開口部21，開口面積小者可減少電磁波的釋放，從而可減小輻射電磁場。但是，自散出來自半導體元件30的熱的觀點而言，較佳為增大所述開口部21而使用大的導熱薄片10。因此，開口部21的大小是根據本發明的半導體裝置1所要求的導熱性及電磁雜訊抑制效果而適當變更。
（導電冷卻構件）
本發明的半導體裝置1如圖1～圖3所示，在所述導電屏蔽罩20的上部包括導電冷卻構件40。
此處，所述導電冷卻構件40是吸收自所述熱源（半導體元件30）產生的熱，並使其散出至外部的構件。藉由經由後述導熱薄片10，與所述半導體元件30連接，可使半導體元件30所產生的熱擴散至外部，而確保半導體裝置的散熱性。
又，所述導電冷卻構件40具有導電性，故藉由經由後述導電性構件21，與所述導電屏蔽罩20電性連接，可形成電性封閉的空間（由圖1的虛線包圍的區域A），提高半導體裝置1的電磁波抑制效果。
關於所述導電冷卻構件40的種類，並無特別限定，可根據本發明的半導體裝置1的種類而適當選擇。例如，可列舉散熱器、冷卻器、散熱座、均熱片（heat spreader）、晶片座（die pad）、冷卻風扇、熱管、金屬封蓋（metal cover）、框體等。在該些導電冷卻構件之中，自可獲得更優異的散熱性的方面而言，較佳為使用具有導電性的散熱器、冷卻器或散熱座。又，關於構成所述導電冷卻構件40的材料，自提高導熱率的方面而言，較佳為包含鋁、銅、不鏽鋼等金屬或石墨（graphite）等。
再者，所述導電冷卻構件40如圖1～圖3所示，設置於所述導電屏蔽罩20的上部，但較佳為未與所述導電屏蔽罩相接，隔開固定的距離而設置。其原因在於，可將後述導熱薄片10或導電性構件11填充於所述導電屏蔽罩20的上表面20a與所述導電冷卻構件40之間。
又，所述導電冷卻構件40亦可在其背面40b上，在與後述導電性構件11接觸的部分設置突起（未圖示）。藉由設置突起，可減小與導電性構件11及經由所述導電性構件11而設置的導電屏蔽罩20之間的間價格，即使在由薄膜等構成所述導電性構件11的情況下，亦可牢固地連接。
（導熱薄片）
本發明的半導體裝置1如圖1～圖3所示，包括至少通過所述導電屏蔽罩20的開口部21，形成於所述半導體元件30與所述導電冷卻構件40之間的導熱薄片10。
藉由將導熱性高的導熱薄片10設置於半導體元件30與導電冷卻構件40之間，可提高散熱性。又，當所述導熱薄片10具有電磁波吸收性能時，亦可獲得電磁波抑制效果。
此處，關於所述導熱薄片10形狀，並無特別限定，可根據所述導電屏蔽罩20的開口部21的形狀等而適當變更。
又，關於所述導熱薄片10的尺寸，亦無特別限定。例如，既可如圖1所示，具有小於所述導電屏蔽罩20的開口部21的面積的剖面積，亦可如圖2或圖3所示，將所述導熱薄片10設為覆蓋所述導電屏蔽罩20的上表面20a的一部分的尺寸。
又，自可獲得更優異的散熱性或電磁波抑制效果的方面而言，較佳為所述導熱薄片10如圖3所示，覆蓋著所述導電屏蔽罩20的上表面20a的一部分。
進而，自可獲得特別優異的電磁波抑制效果的方面而言，較佳為所述導熱薄片10如圖2所示，覆蓋著所述導電屏蔽罩20的上表面20a及下表面20b的一部分。
再者，所述導熱薄片10既可包含一層薄片，亦可包含多塊薄片。
例如，如圖1所示，當所述導熱薄片10不覆蓋所述屏蔽罩20的上表面20a或下表面20b時，可利用一層薄片構成所述導熱薄片10。但是，自容易調整薄片的厚度等的觀點而言，亦可包含多塊薄片。
又，如圖2及圖3所示，當所述導熱薄片10覆蓋所述屏蔽罩20的上表面20a或下表面20b的一部分時，既可利用一層薄片構成所述導熱薄片10，亦可利用多塊薄片構成所述導熱薄片10。當利用一層薄片構成所述導熱薄片10時，藉由將導熱薄片10與構件（在圖2及圖3中，半導體元件30及導電冷卻構件40）加以壓接，可推出薄片的一部分，而覆蓋所述屏蔽罩20的上表面20a或下表面20b的一部分。當利用多塊薄片構成所述導熱薄片10時，藉由使大小不同的薄片組合起來，可獲得所需形狀的導熱薄片10。
但是，如圖2及圖3所示，當所述導熱薄片10覆蓋所述屏蔽罩20的上表面20a或下表面20b的一部分時，較佳為利用多塊薄片構成所述導熱薄片10。由於無壓接等的步驟，故可在已使後述纖維狀的導熱性填充材料配向的狀態下形成所述導熱薄片10，其結果可獲得更優異的散熱性及電磁波抑制效果。
再者，如圖1所示，當所述導熱薄片10具有小於所述導電屏蔽罩20的開口部21的面積的剖面積（在所述導熱薄片10與所述導電屏蔽罩20的端部之間形成間隙）時，在封裝時的干擾變小的方面、可降低製造成本成本的方面而言較佳。
但是，若所述導熱薄片10與所述導電屏蔽罩20的端部之間的間隙變得過大，則可認為散熱效果下降，因此自散熱效果的觀點而言，較佳為減小所述導熱薄片10與所述導電屏蔽罩20的端部之間的間隙的大小X。
又，關於所述導熱薄片10的厚度T，並無特別限定，半導體元件30與導電冷卻構件40的距離可根據所述屏蔽罩20的尺寸等而適當變更。但是，自能夠以更高水準實現散熱性及電磁波抑制效果的方面而言，所述導熱薄片10的厚度T較佳為50 μm～4 mm，更佳為100 μm～4 mm，特佳為200 μm～3 mm。若所述導熱薄片10的厚度T超過4 mm，則所述半導體元件30與所述導電冷卻構件40的距離延長，因此導熱特性有可能下降，另一方面，當所述導熱薄片10的厚度T未達50 μm時，電磁波抑制效果有可能減小。
此處，所述導熱薄片10的厚度T如圖1～圖3所示，是指所述導熱薄片10的厚度最大的部分的厚度T，既包含由一層薄片形成的情況，亦包含由多塊薄片形成的情況。
進而，所述導熱薄片10較佳為在其表面上具有黏性。其原因在於，可提高導熱薄片10與其他構件的黏接性。進而，當所述導熱薄片10包含多塊薄片時，亦可提高薄片彼此的黏接性。
再者，關於對所述導熱薄片10的表面賦予黏性的方法，並無特別限定。例如，既可使後述構成導熱薄片10的黏合劑樹脂（binder resin）優化而具有黏性，亦可在所述導熱薄片10的表面上另行設置具有黏性的黏接層。
再者，作為使所述導熱薄片10的導熱率變更的方法，並無特別限定，可如後所述，藉由在薄片中心部及薄片外周部，改變纖維狀的導熱性填充材料的材料、調配量及配向方向等，而變更導熱率。
又，關於構成所述導熱薄片10的材料，只要是具有優異的電磁波吸收性能及導熱性的材料，即無特別限定。
例如，自能夠以高水準實現電磁波吸收性能及導熱性的方面而言，可使用包含黏合劑樹脂及導熱性填充劑的導熱薄片，作為所述導熱薄片。
以下，對構成導熱薄片10的材料進行描述。
･黏合劑樹脂
所謂構成所述導熱薄片的黏合劑樹脂，是指成為導熱薄片的基材的樹脂成分。關於其種類，並無特別限定，可適當選擇公知的黏合劑樹脂。例如，作為黏合劑樹脂之一，可列舉熱硬化性樹脂。
作為所述熱硬化性樹脂，例如，可列舉交聯性橡膠、環氧樹脂、聚醯亞胺樹脂、雙馬來亞醯胺（bismaleimide）樹脂、苯環丁烯樹脂、酚樹脂、不飽和聚酯、鄰苯二甲酸二烯丙酯樹脂、矽酮、聚氨基甲酸酯、聚醯亞胺矽酮、熱硬化型聚苯醚、熱硬化型變性聚苯醚等。該些樹脂既可單獨使用一種，亦可併用兩種以上。
再者，作為所述交聯性橡膠，例如，可列舉天然橡膠、丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠、丁腈橡膠、氫化丁腈橡膠、氯丁二烯橡膠、乙烯丙烯橡膠、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、丁基橡膠、鹵化丁基橡膠、氟橡膠、氨基甲酸酯橡膠、丙烯酸橡膠、聚異丁烯橡膠等。該些橡膠既可單獨使用一種，亦可併用兩種以上。
又，在所述熱硬化性樹脂之中，自成形加工性及耐候性優異，並且相對於電子零件的密接性及追蹤性的方面而言，較佳為使用矽酮。作為矽酮，並無特別限制，可根據目的適當選擇矽酮的種類。
自獲得所述成形加工性、耐候性、密接性等的觀點而言，作為所述矽酮，較佳為包含液狀矽酮凝膠的主劑及硬化劑的矽酮。作為此種矽酮，例如，可列舉附加反應型液狀矽酮、將過氧化物用於加硫的熱加硫型輥練型的矽酮等。
作為所述附加反應型液狀矽酮，較佳為使用將具有乙烯基的聚有機矽氧烷作為主劑，將具有Si-H基的聚有機矽氧烷作為硬化劑的雙液性的附加反應型矽酮等。
再者，在所述液狀矽酮凝膠的主劑與硬化劑的組合中，作為所述主劑與所述硬化劑的調配比例，較佳為以質量比計，主劑：硬化劑＝35：65～65：35。
又，所述導熱薄片中的所述黏合劑樹脂的含量並無特別限制，可根據目的適當選擇。例如，自確保薄片的成形加工性或薄片的密接性等的觀點而言，較佳為所述導熱薄片的20體積%～50體積%左右，更佳為30體積%～40體積%。
･導熱性填充劑
所述導熱薄片是在所述黏合劑樹脂內包含導熱性填充劑。所述導熱性填充劑是用以使薄片的導熱性提高的成分。
再者，關於導熱性填充劑的形狀、材料、平均粒徑等，只要是可使薄片的導熱性提高者，即無特別限定。
例如，關於形狀，可設為球狀、橢圓球狀、塊狀、粒狀扁平狀、針狀、纖維狀、線圈（coil）狀等。在該些形狀之中，自可實現更高的導熱性的方面而言，較佳為使用纖維狀的導熱性填充劑。
再者，所謂所述纖維狀的導熱性填充劑的「纖維狀」，是指縱橫比（aspect ratio）高的（約6以上）的形狀。因此，在本發明中，不僅纖維狀或棒狀等的熱導電性填充劑，而且縱橫比高的粒狀的填充材料、片（flake）狀的熱導電性填充劑等亦包含於纖維狀的熱導電性填充劑中。
又，關於所述纖維狀的導熱性填充劑的材料，亦只要是導熱性高的材料，即無特別限定，例如，可列舉氮化鋁（AlN）、二氧化矽（silica）、氧化鋁（aluminium oxide）、氮化硼、二氧化鈦、玻璃、氧化鋅、碳化矽、矽（silicon）、氧化矽、氧化鋁、金屬粒子、碳纖維等。
再者，關於所述導熱性填充劑，既可單獨使用一種，亦可混合使用兩種以上。又，當使用兩種以上的導熱性填充劑時，既可均為相同的形狀，亦可混合使用分別為不同形狀的導熱性填充劑。
在該些纖維狀的導熱性填充劑之中，自可獲得更高的導熱性的方面而言，較佳為使用纖維狀的金屬粉或碳纖維，更佳為使用碳纖維。
關於所述碳纖維的種類，並無特別限制，可根據目的適當選擇。例如，可使用瀝青（pitch）系、聚丙烯腈（polyacrylonitrile，PAN）系、使聚苯并噁唑（polybenzoxazole，PBO）纖維黑鉛化而成的碳纖維，藉由電弧放電法、雷射蒸發法、化學氣相沈積（chemical vapor deposition，CVD）法（化學氣相成長法）、催化劑化學氣相沈積（catalytic chemical vapor deposition，CCVD）法（催化劑化學氣相成長法）等而合成的碳纖維。該些物質之中，自可獲得高導熱性的方面而言，更佳為使PBO纖維黑鉛化而成的碳纖維、瀝青系碳纖維。
又，所述碳纖維可根據需要，對其一部分或全部進行表面處理而使用。作為所述表面處理，例如，可列舉氧化處理、氮化處理、硝化、磺化、或使金屬、金屬化合物、有機化合物等附著或鍵結於藉由該些處理而導入至表面的官能基或碳纖維的表面的處理等。作為所述官能基，例如，可列舉羥基、羧基、羰基、硝基、胺基等。
進而，關於所述纖維狀的導熱性填充劑的平均纖維長（平均長軸長度），亦無特別限制而可適當選擇，但自確實地獲得高導熱性的方面而言，較佳為50 μm～300 μm的範圍，更佳為75 μm～275 μm的範圍，特佳為90 μm～250 μm的範圍。
進而又，關於所述纖維狀的導熱性填充劑的平均纖維徑（平均短軸長度），亦無特別限制而可適當選擇，但自確實地獲得高導熱性的方面而言，較佳為4 μm～20 μm的範圍，更佳為5 μm～14 μm的範圍。
關於所述纖維狀的導熱性填充劑的縱橫比（平均長軸長度/平均短軸長度），自確實地獲得高導熱性的方面而言，可使用6以上的縱橫比，較佳為7～30。即使在所述縱橫比小的情況下，亦可觀察到導熱率等的改善效果，但因配向性下降等而無法獲得大的特性改善效果，因此縱橫比是設為6以上。另一方面，若超過30，則導熱薄片中的分散性下降，因此有可能無法獲得充分的導熱率。
此處，所述纖維狀的導熱性填充劑的平均長軸長度、及平均短軸長度例如可藉由顯微鏡（microscope）、掃描式電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM）等來測定，自多個樣品算出平均值。
又，作為所述導熱薄片中的所述纖維狀的導熱性填充劑的含量，並無特別限制，可根據目的適當選擇，但較佳為4體積%～40體積%，更佳為5體積%～30體積%，特佳為6體積%～20體積%。若所述含量未達4體積%，則有可能難以獲得充分低的熱電阻，若超過40體積%，則有可能對所述導熱薄片的成型性及所述纖維狀的導熱性填充劑的配向性造成影響。
進而，在所述導熱薄片中，較佳為所述導熱性填充劑在一個方向或多個方向上配向。藉由使所述導熱性填充劑配向，可實現更高的導熱性或電磁波吸收性。
例如，當欲提高所述導熱薄片的導熱性，而使本發明的半導體裝置的散熱性提高時，有效的是使所述導熱性填充劑相對於薄片面呈大致垂直狀配向（在連結所述半導體元件與所述導電冷卻構件的方向上配向）。另一方面，當欲提高所述導熱薄片的電磁波屏蔽性能，而使本發明的半導體裝置的電磁波抑制效果提高時，可使所述導熱性填充劑相對於薄片面呈大致平行狀配向。
此處，相對於所述薄片面呈大致垂直狀或大致平行的方向，是指相對於所述薄片面方向為大致垂直的方向或大致平行的方向。但是，所述導熱性填充劑的配向方向由於在製造時存在若干不均，故在本發明中，容許自相對於所述薄片面的方向為垂直的方向或平行的方向±20°左右的偏差。
再者，關於調整所述導熱性填充劑的配向角度的方法，並無特別限定。例如，藉由製作成為所述導熱薄片的基礎的薄片用成形體，在使纖維狀的導熱性填充劑配向的狀態下，調整切取角度，可調整配向角度。
･無機物填料
又，所述導熱薄片除了所述黏合劑樹脂及導熱性纖維以外，亦可進而包含無機物填料。其原因在於，可進一步提高導熱薄片的導熱性，提昇薄片的強度。
作為所述無機物填料，關於形狀、材質、平均粒徑等並無特別限制，可根據目的適當選擇。作為所述形狀，例如，可列舉球狀、橢圓球狀、塊狀、粒狀、扁平狀、針狀等。在該些形狀之中，球狀、橢圓形狀自填充性的方面而言較佳，特佳為球狀。
作為所述無機物填料的材料，例如，可列舉氮化鋁（aluminium nitride，AlN）、二氧化矽、氧化鋁（aluminium oxide）、氮化硼、二氧化鈦、玻璃、氧化鋅、碳化矽、矽（silicon）、氧化矽、氧化鋁、金屬粒子等。該些材料既可單獨使用一種，亦可併用兩種以上。在該些材料之中，較佳為氧化鋁、氮化硼、氮化鋁、氧化鋅、二氧化矽，自導熱率的方面而言，特佳為氧化鋁、氮化鋁。
又，所述無機物填料亦可使用實施有表面處理的填料。若作為所述表面處理而利用偶聯劑（coupling agent）對所述無機物填料進行處理，則所述無機物填料的分散性提高，導熱薄片的柔軟性提高。
關於所述無機物填料的平均粒徑，可根據無機物的種類等而適當選擇。
在所述無機物填料為氧化鋁的情況下，其平均粒徑較佳為1 μm～10 μm，更佳為1 μm～5 μm，特佳為4 μm～5 μm。若所述平均粒徑未達1 μm，則有可能黏度增大，而難以混合。另一方面，若所述平均粒徑超過10 μm，則有可能所述導熱薄片的熱電阻增大。
進而，在所述無機物填料為氮化鋁的情況下，其平均粒徑較佳為0.3 μm～6.0 μm，更佳為0.3 μm～2.0 μm，特佳為0.5 μm～1.5 μm。若所述平均粒徑未達0.3 μm，則有可能黏度增大，而難以混合，若超過6.0 μm，則有可能所述導熱薄片的熱電阻增大。
再者，關於所述無機物填料的平均粒徑，例如，可藉由粒度分佈計、掃描式電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM）而測定。
･磁性金屬粉
進而，所述導熱薄片較佳為除了所述黏合劑樹脂、纖維狀的導熱性纖維及無機物填料以外，進而包含磁性金屬粉。藉由包含所述磁性金屬粉，可提高導熱薄片的電磁波吸收性。
關於所述磁性金屬粉的種類，除了具有電磁波吸收性以外，並無特別限定，可適當選擇公知的磁性金屬粉。例如，可使用非晶金屬粉、晶質的金屬粉末。作為非晶金屬粉，例如，可列舉Fe-Si-B-Cr系、Fe-Si-B系、Co-Si-B系、Co-Zr系、Co-Nb系、Co-Ta系的金屬粉等，作為晶質的金屬粉，例如，可列舉純鐵、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系的金屬粉等。進而，作為所述晶質的金屬粉，亦可使用在晶質的金屬粉中，添加微量的N（氮）、C（碳）、O（氧）、B（硼）等並使其微細化的微晶質金屬粉。
再者，關於所述磁性金屬粉，亦可使用混合有兩種以上的材料不同的金屬粉、或平均粒徑不同的金屬粉的物質。
又，關於所述磁性金屬粉，較佳為調整球狀、扁平狀等形狀。例如，在提高填充性的情況下，較佳為粒徑為數μm～數十μm，呈球狀的磁性金屬粉。此種磁性金屬粉末例如可藉由霧化法、或使金屬羰基熱分解的方法而製造。所謂霧化法，具有容易製作球狀的粉末的優點，是使熔融金屬自噴嘴流出，在流出的熔融金屬上噴附空氣、水、惰性氣體等的噴流（jet flow）並使其凝固為液滴而製作粉末的方法。當藉由霧化法來製造非晶磁性金屬粉末時，為了使熔融金屬不結晶化，較佳為將冷卻速度設為1×106 （K/s）左右。
當藉由所述霧化法，而製造非晶合金粉時，可將非晶合金粉的表面設為光滑的狀態。若使用如上所述表面凹凸少，比表面積小的非晶合金粉作為磁性金屬粉，則可相對於黏合劑樹脂提高填充性。進而，可藉由進行偶聯處理來進一步提高填充性。
再者，所述導熱薄片中，除了所述黏合劑樹脂、纖維狀的導熱性填充劑、無機物填料及磁性金屬粉以外，亦可根據目的適當包含其他成分。
作為其他成分，例如，可列舉觸變性賦予劑、分散劑、硬化促進劑，延遲劑、微黏著賦予劑、塑化劑、阻燃劑、抗氧化劑、穩定劑、著色劑等。
（導電性構件）
本發明的半導體裝置1如圖1～圖3所示，包括形成於所述導電屏蔽罩20的上表面20a與所述導電冷卻構件40的下表面40b之間的導電性構件11。
藉由所述導電性構件11將所述導電屏蔽罩20與所述導電冷卻構件40加以電性連接，即使在所述導電屏蔽罩20具有開口部21的情況下，亦可形成電性封閉的空間（圖1的由虛線包圍的區域A），因此可提高電磁雜訊抑制效果。
此處，關於所述導電性構件11，只要是如上所述，形成於所述導電屏蔽罩20的上表面20a與所述導電冷卻構件40的下表面40b之間，具有導電性的構件，即對形狀、或材料無特別限定。
作為所述導電性構件11的形狀，例如，亦可如圖4所示，採用在中央開孔的薄片狀。藉此，如圖1～圖3所示，能夠以包圍所述導電屏蔽罩20的開口部21的方式，配設所述導電性構件11，將所述導電屏蔽罩20與所述導電冷卻構件40加以電性連接。
又，關於所述導電性構件11，除了如圖4所示的薄片狀以外，亦可採用海綿狀、糊狀、凝膠狀、線狀等各種形狀，可考慮所述導電屏蔽罩20的開口部21的形狀、或所述導電屏蔽罩20的上表面20a與所述導電冷卻構件40的下表面40b的距離等，而適當選擇。
再者，所述導電性構件11較佳為如圖1～圖3所示，當以沿積層方向的剖面觀察時，經由所述導熱薄片10而相向的導電性構件11彼此的間隔P為所述半導體元件的最大頻率下的波長的1/10以下。其原因在於，可更確實地獲得高電磁波抑制效果。例如，當頻率為1 GHz時，波長變為300 mm（光的速度/頻率），因此所述間隔P較佳為30 mm以下。
進而，所述導電性構件11如圖4所示，既可設為一個構件，亦可包含多個構件。包含多個構件的導電性構件11可使其形狀自由地變化，自製造性的方面而言較佳。
再者，各構件的形狀既可為相同形狀，亦可組合使用不同形狀的構件。
但是，在所述導電性構件11包含多個構件的情況下，較佳為與上述經由導熱薄片10而相向的導電性構件11彼此的間隔P同樣，自確實地獲得高電磁波抑制效果的方面而言，各構件彼此的間隔為所述半導體元件的最大頻率下的波長的1/10以下。
又，所述導電性構件11較佳為與所述導電屏蔽罩20及所述導電冷卻構件40連結，如圖1所示，形成有電性封閉的空間（由虛線包圍的區域）。其原因在於，可獲得更優異的電磁波抑制效果。
又，關於構成所述導電性構件11的材料，只要是具有導電性的材料，即無特別限定。
例如，自可確實地使所述導電屏蔽罩20與所述導電冷卻構件40的電性連接成為可能的方面而言，所述導電性構件11的材料較佳為至少包含黏合劑樹脂及導電性填充劑。
關於所述導電性構件11的材料中所含的黏合劑樹脂，是樹脂的硬化物，是成為所述導電性構件11的基底的材料，自成形性或柔軟性的觀點等而言，可使用與所述導熱薄片10中所使用的黏合劑樹脂同樣的樹脂。
再者，如圖2所示，在所述導電性構件11與所述導熱薄片10相接的實施形態的情況下，亦可利用與所述導電性構件11相同的材料構成所述導熱薄片10（即，使導熱薄片10發揮導電性構件11的作用）。
又，關於所述導電性構件11的材料中所含的熱導電性填充劑，較佳為具有高導電性的物質，例如，可使用金屬粉、金屬皮膜樹脂、導電性高分子、導電性粒子、金屬纖維、金屬皮膜纖維、石墨或黑鉛或碳纖維等碳系填料等。
進而，關於所述熱導電性填充劑的形狀，並無特別限定。例如，可使用球狀、橢圓球狀、塊狀、粒狀、扁平狀、針狀、纖維狀、線圈狀、網狀等的熱導電性填充劑。
進而又，在所述導電性構件11的材料中，除了所述黏合劑樹脂及熱導電性填充劑以外，亦可含有各種添加劑。
作為所述添加劑，例如，可列舉磁性粉、觸變性賦予劑、分散劑、硬化促進劑、延遲劑、微黏著賦予劑、塑化劑、阻燃劑、抗氧化劑、穩定劑等。
再者，關於所述導電性構件11的材料，亦可使用市售品。例如，可列舉低電阻率且矽酮基底的薄片即信越化學工業公司的EC系列（體積電阻率0.009 Ωm、0.025 Ωm、0.05 Ωm）等，進而，可使用多用於電極間的電性連接的各向異性導電薄片（例如，迪睿合（Dexerials）公司的CP系列）。
再者，關於所述導電性構件11，自實現優異的電磁波抑制效果的方面而言，較佳為導電性高於所述導熱薄片10。
具體而言，所述導電性構件11的電阻值較佳為2 Ω以下，更佳為0.2 Ω以下，進而更佳為0.1 Ω以下，特佳為0.01 Ω以下，最佳為0.001 Ω以下。其原因在於，藉由將所述導電性構件11的電阻值設為2 Ω以下，可獲得更優異的電磁波抑制效果。
再者，作為使所述導電性構件11的導熱性（熱電阻值）變更的方法，並無特別限定，可藉由改變黏合劑樹脂的種類、或導熱性填充材料的材料、調配量及配向方向等，來進行變更。
進而，關於所述導電性構件11，較佳為在表面上具有黏著性或黏接性。其原因在於，所述導電性構件11與其他構件的黏接力（具體而言，是與所述導電屏蔽罩20及所述導電冷卻構件40的黏接力）升高，即使在受到來自外部的衝擊的情況下，亦可維持電性連接狀態，可抑制電磁波抑制效果的降低。
再者，關於對所述導電性構件11的表面賦予黏著性或黏接性的方法，並無特別限定。例如，既可進行構成所述導電性構件11的黏合劑樹脂的製備而提高黏接力，亦可在所述導電性構件11的表面上塗佈具有黏著性的材料。
又，關於設置所述導電性構件11的位置，只要是在所述導電屏蔽罩20的上表面20a與所述導電冷卻構件40的下表面40b之間，即無特別限定。
例如，如圖1及圖3所示，所述導電性構件11既可設置於遠離所述導熱薄片10的位置上，又，如圖2所示，所述導電性構件11亦可設置於與所述導熱薄片10接觸的位置上。
[實施例]
其次，基於實施例對本發明進行具體說明。但是，本發明絲毫不限定於下述實施例。
（實施例1）
在實施例1中，使用三維電磁場模擬器（simulator）ANSYS HFSS（安西斯（ANSYS）公司製），製作如圖5（a）及圖5（b）所示的半導體裝置的分析模型，並進行電磁波抑制效果的評估。
･此處，用於半導體裝置的模型的導熱薄片10是使用如下的薄片：使用雙液性的附加反應型液狀矽酮作為樹脂黏合劑，使用平均粒徑5 μm的Fe-Si-B-Cr非晶磁性粒子作為磁性金屬粉，使用平均纖維長200 μm的瀝青系碳纖維（「導熱性纖維」日本石墨纖維（graphite fiber）股份有限公司製）作為纖維狀導熱性填充劑，以達到雙液性的附加反應型液狀矽酮：非晶磁性粒子：瀝青系碳纖維＝35 vol%：53 vol%：12 vol%的體積比的方式使其分散，而製備有矽酮組成物（薄片用組成物）。所獲得的導熱薄片中，垂直方向上的平均導熱率（使界面的熱電阻與內部的熱電阻相加而算出）在依據ASTM D5470的測定中顯示9.2 W/m.K，關於所述薄片的磁氣特性及介電特性，是使用藉由S參數法而測定的值。再者，導熱薄片10的厚度T設為0.7 mm。
･又，用於半導體裝置的模型的冷卻構件40（散熱座）是使用鋁板作為材料，大小設為60 mm×120 mm，厚度設為0.3 mm。
進而，屏蔽罩20是壁厚0.2 mm的不鏽鋼，外徑尺寸設為20 mm×20 mm×1.2 mm，在中央設有開口部21。開口部21的大小設為□10 mm：10 mm×10 mm。
･進而，關於導電性構件11，是使用如下的薄片狀的構件：使用與導熱薄片10同樣的矽酮作為黏合劑樹脂，使用碳纖維作為導電性填充劑，將外徑尺寸設為16 mm×16 mm×0.2 mm，具有□12 mm的開口。並且，藉由改變所述導電性填充劑的含量，而針對導電性構件11的電阻值，如圖7所示，製作180 Ω、18 Ω、1.8 Ω、0.18 Ω及0.018 Ω的樣品。
圖5（a）及圖5（b）是表示半導體裝置的分析模型的圖，分別表示自上表面部側（表面側）、自下表面部側（背面側）觀察的狀態。再者，在圖5（a）及圖5（b）中，以可知構成半導體裝置的各構件的位置關係的方式，透視而描繪。
再者，所述分析模型的剖面結構與圖1相同，半導體元件30如圖5（a）及圖5（b）所示，是設為利用樹脂模具包覆著微帶線（microstrip line，MSL）31的元件，關於所述MSL31，是設為在介電質基板50（基板尺寸：60 mm×120 mm×0.65 mm）表面側配置有銅的信號線（信號線尺寸：1 mm×14 mm×0.02 mm），在背面側配置有地線60的元件。半導體元件30的信號源藉由所述MSL31而簡化，將兩端設定於信號的輸入輸出端。再者，所述半導體元件30的本體（由樹脂注塑而成的部分）是設為比介電常數4、介電損耗正切（dielectric loss tangent）0.01的介電質。再者，半導體元件30的本體的大小是設為16 mm×16 mm×0.7 mm。
並且，關於電磁波抑制效果的評估，是算出與半導體裝置相距3 m的位置上的最大電場強度，記作與頻率相應的電場強度（dBμV/m）。將所獲得的電場強度計算結果示於圖7中。
圖7中，分別表示使用導電性構件11的電阻值為180 Ω、18 Ω、1.8 Ω、0.18 Ω及0.018 Ω者時的結果。
由圖7的結果，可確認藉由設置導電性構件11，可獲得電磁波抑制效果，以及導電性構件11的電阻值越小，電磁波抑制效果越優異。
其中尤其是包括電阻值為0.18 Ω、0.018 Ω的導電性構件11的樣品的電場強度小，可確認到更進一步優異的電磁波抑制效果。
[產業上的可利用性]
根據本發明，可提供一種具有優異的散熱性及電磁波抑制效果的半導體裝置。
1‧‧‧半導體裝置
10‧‧‧導熱薄片
11‧‧‧導電性構件
20‧‧‧導電屏蔽罩（屏蔽罩）
20a‧‧‧導電屏蔽罩的上表面
20b‧‧‧導電屏蔽罩的上表面
21‧‧‧開口部
30‧‧‧半導體元件
31‧‧‧MSL
40‧‧‧導電冷卻構件（冷卻構件）
40b‧‧‧導電冷卻構件的下表面
50‧‧‧基板
51‧‧‧焊盤
52‧‧‧導電處理貫通孔
60‧‧‧地線
100‧‧‧現有的半導體裝置
A‧‧‧電性封閉的空間
P‧‧‧經由導熱薄片而相向的導電性構件彼此的間隔
T‧‧‧導熱薄片的厚度
X‧‧‧大小
圖1是關於本發明的半導體裝置的一實施形態，示意性地表示剖面的狀態的圖。
圖2是關於本發明的半導體裝置的另一實施形態，示意性地表示剖面的狀態的圖。
圖3是關於本發明的半導體裝置的又一實施形態，示意性地表示剖面的狀態的圖。
圖4是關於本發明的半導體裝置的一實施形態，示意性地表示組裝狀態的立體圖。
圖5（a）及圖5（b）是示意性地表示用於實施例中的頻率特性的分析的半導體裝置的模型（model）的圖，圖5（a）表示自半導體裝置的模型的表面側觀察的狀態，圖5（b）表示自半導體裝置的模型的背面側觀察的狀態。
圖6是關於現有技術的半導體裝置，示意性地表示剖面的狀態的圖。
圖7是表示在實施例1中，半導體裝置的導電性構件的電阻值不同的各個樣品的與頻率相應的電場強度的曲線圖。

Claims (8)

  1. 一種半導體裝置，其特徵在於包括： 半導體元件，形成於基板上； 導電屏蔽罩，與地線連接，具有開口部； 導電冷卻構件，設置於所述導電屏蔽罩的上部； 導熱薄片，至少通過所述導電屏蔽罩的開口部，形成於所述半導體元件與所述導電冷卻構件之間；以及 導電性構件，形成於所述導電屏蔽罩的上表面與所述導電冷卻構件的下表面之間，將所述導電屏蔽罩與所述導電冷卻構件加以電性連接。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的半導體裝置，其中所述導電性構件中，經由所述導熱薄片而相向的所述導電性構件彼此的間隔為所述半導體元件的最大頻率下的波長的1/10以下。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的半導體裝置，其中所述導電性構件與所述導電屏蔽罩及所述導電冷卻構件連結，形成電性封閉的區域。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的半導體裝置，其中所述導電性構件的電阻值為2 Ω以下。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的半導體裝置，其中所述導電性構件在表面具有黏著性或黏接性。
  6. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的半導體裝置，其中所述導電性構件包含樹脂的硬化物。
  7. 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述的半導體裝置，其中所述導電性構件包含導電性填充劑。
  8. 如申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述的半導體裝置，其中所述導熱薄片包含碳纖維。
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