WO2016079921A1 - 半導体装置およびそれを用いた電子部品 - Google Patents

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WO2016079921A1
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heat
heat spreader
spreader
semiconductor element
spreaders
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PCT/JP2015/005230
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武雄 山本
杉浦　和彦
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株式会社デンソー
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Definitions

  • This disclosure relates to a semiconductor device in which a semiconductor element is mounted on a heat spreader, and an electronic component in which the semiconductor device is mounted on a heat sink.
  • a concave portion is formed in a longitudinally anisotropic conductive sheet, and a transversely anisotropic conductive sheet is arranged in the concave portion to constitute a heat spreader.
  • a semiconductor device in which a semiconductor element is mounted on an anisotropic conductive sheet has been proposed.
  • a longitudinal direction anisotropic conductive sheet is a sheet whose thermal conductivity in the vertical direction is higher than that in the horizontal direction.
  • the transversely anisotropic conductive sheet is a sheet having a higher thermal conductivity in the horizontal direction than that in the vertical direction.
  • the heat when heat is generated in the semiconductor element, the heat is first transmitted to the transversely anisotropic conductive sheet in the heat spreader. And if heat is transmitted to the horizontal direction (surface direction of a heat spreader) of a transverse direction anisotropic conductive sheet, the heat concerned will be transmitted to the longitudinal direction anisotropic conductive sheet located in the side of a crevice. Thereafter, the heat is transferred in the longitudinal direction of the longitudinal anisotropic conductive sheet (the thickness direction of the heat spreader) and released to the outside.
  • the semiconductor device actually has a problem that heat dissipation may be lowered at a portion located on the bottom surface side of the recess in the longitudinal heat conductive sheet, that is, below the semiconductor element. That is, in the part opposite to the semiconductor element side in the heat spreader, the part located below the bottom surface of the recess has lower heat dissipation than the part around the part, and can effectively dissipate the heat generated in the semiconductor element. There is a problem that it may not be possible.
  • This disclosure aims to provide a semiconductor device capable of improving heat dissipation and an electronic component using the same.
  • a semiconductor device in the first aspect of the present disclosure, includes a heat spreader having one surface, a semiconductor element mounted on one surface of the heat spreader, the heat spreader and the semiconductor element, and the heat spreader and the semiconductor element. And a bonding material for thermally and electrically connecting the two.
  • the heat spreader includes at least two first heat spreaders and at least one second heat spreader. The first and second heat spreaders are arranged in the order of the first heat spreader, the second heat spreader, and the first heat spreader in one direction in the surface direction of the one surface of the heat spreader.
  • Each of the first and second heat spreaders is configured by laminating a plurality of layers in which the thermal conductivity in a certain plane direction is higher than the thermal conductivity in a direction orthogonal to the plane direction.
  • Each of the first and second heat spreaders has a plurality of heat conduction anisotropic surfaces when the surface having high heat conductivity is a heat conduction anisotropic surface.
  • Each of the first heat spreaders is disposed such that the heat conduction anisotropic surface is parallel to a stacking direction of the heat spreader and the semiconductor element and a first direction orthogonal to the stacking direction.
  • the second heat spreader is disposed so that the thermally conductive anisotropic surface is parallel to the stacking direction and a direction orthogonal to the stacking direction and different from the first direction.
  • a region obtained by projecting the semiconductor element onto one surface of the heat spreader is defined as a projection region.
  • the projection area overlaps at least the second heat spreader.
  • the heat generated in the semiconductor element can be efficiently transferred to a portion facing the semiconductor element on the other surface opposite to the one surface of the heat spreader, and the heat can also be efficiently transmitted from the portion. Can be released. For this reason, it can be set as the semiconductor device which improved heat dissipation.
  • a semiconductor device in a second aspect of the present disclosure, includes a heat spreader having one surface, a semiconductor element mounted on one surface of the heat spreader, the heat spreader and the semiconductor element, and the heat spreader and the semiconductor element. And a bonding material for thermally and electrically connecting the two.
  • the heat spreader includes at least one first heat spreader and at least one second heat spreader.
  • the first and second heat spreaders are arranged in the order of the first heat spreader and the second heat spreader in one direction in the surface direction of one surface of the heat spreader.
  • Each of the first and second heat spreaders is configured by laminating a plurality of layers in which the thermal conductivity in a certain plane direction is higher than the thermal conductivity in a direction orthogonal to the plane direction.
  • Each of the first and second heat spreaders has a plurality of heat conduction anisotropic surfaces when the surface having high heat conductivity is a heat conduction anisotropic surface.
  • the first heat spreader is disposed such that the heat conduction anisotropic surface is parallel to a stacking direction of the heat spreader and the semiconductor element and a first direction orthogonal to the stacking direction.
  • the second heat spreader is disposed so that the thermally conductive anisotropic surface is parallel to the stacking direction and a direction orthogonal to the stacking direction and different from the first direction.
  • a region obtained by projecting the semiconductor element onto one surface of the heat spreader is defined as a projection region. The projection area overlaps the first and second heat spreaders.
  • the heat generated in the semiconductor element can be efficiently transferred to a portion facing the semiconductor element on the other surface opposite to the one surface of the heat spreader, and the heat can also be efficiently transmitted from the portion. Can be released. For this reason, it can be set as the semiconductor device which improved heat dissipation.
  • an electronic component is disposed on the semiconductor device according to the first or second aspect and the other surface of the heat spreader opposite to the one surface, and is thermally connected to the heat spreader. Heat sink.
  • an electronic component having a high heat dissipation can be obtained by configuring an electronic component including a heat sink using a semiconductor device.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the semiconductor device shown in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a heat transfer path of the heat spreader shown in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the thickness of the heat spreader and the thermal resistance ratio
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the semiconductor device according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of the semiconductor device according to the third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a heat transfer path of the heat spreader shown in FIG.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of an electronic component according to the fifth embodiment of the present disclosure.
  • the semiconductor device according to the present embodiment has a semiconductor element 20 mounted on one surface 10 a of a heat spreader 10 via a bonding material 30.
  • the stacking direction of the heat spreader 10, the semiconductor element 20, and the bonding material 30 (the vertical direction in the drawing in FIG. 1) is the z direction, and the first direction (left and right in the drawing in FIG. 1) orthogonal to the z direction.
  • (Direction) is the x direction, the z direction, and the second direction (the depth direction in FIG. 1) perpendicular to the x direction is the y direction.
  • the heat spreader 10 includes two rectangular parallelepiped first heat spreaders 11 having one surface 11a and another surface 11b, and a rectangular parallelepiped second heat spreader 12 having one surface 12a and another surface 12b.
  • the first and second heat spreaders 11 and 12 are arranged in the order of the first heat spreader 11, the second heat spreader 12, and the first heat spreader 11 in the x direction. That is, the second heat spreader 12 is disposed between the two first heat spreaders 11.
  • the lengths of the first and second heat spreaders 11 and 12 in the z direction and the y direction are made equal, and the length of the first heat spreader 11 in the x direction is shorter than the length of the second heat spreader 12 in the x direction.
  • the one surface 10a of the heat spreader 10 is composed of the first surfaces 11a and 12a of the first and second heat spreaders 11 and 12, and the other surface 10b of the heat spreader 10 is formed on the other surfaces 11b and 12b of the first and second heat spreaders 11 and 12.
  • the first and second heat spreaders 11 and 12 are connected by brazing or the like. That is, the heat spreader 10 is configured by arranging the first and second heat spreaders 11 and 12 so as to form one rectangular parallelepiped. In the present embodiment, each side surface orthogonal to the one surface 10a of the heat spreader 10 is parallel to the xz plane or the yz plane.
  • the first and second heat spreaders 11 and 12 will be specifically described.
  • the first and second heat spreaders 11 and 12 are made of highly oriented graphite in which graphite crystals are laminated in layers.
  • the heat conductivity along the surface direction of a layer is made higher than the heat conductivity along the lamination direction of a layer, respectively. That is, the first and second heat spreaders 11 and 12 are heat conduction anisotropic bodies having high heat conductivity in a predetermined plane direction.
  • the first and second heat spreaders 11 and 12 have a thermal conductivity of 1700 [W / m ⁇ K] in the plane direction of the layer and a thermal conductivity of 7 in the layer stacking direction.
  • [W / m ⁇ K] electrical resistivity in the plane direction of the layer is 5 ⁇ 10 ⁇ 4 [ ⁇ ⁇ cm]
  • electrical resistivity in the stacking direction of the layer is 0.6 [ ⁇ ⁇ cm] Is done.
  • Cu used as a general heat dissipation material or heat transfer material has a thermal conductivity of 400 [W / m ⁇ K] and an electrical resistivity of 1.7 ⁇ 10 ⁇ 6 [ ⁇ ⁇ cm]. .
  • the 1st heat spreader 11 makes a surface with high heat conductivity (surface of each layer which constitutes the 1st heat spreader 11) a heat conduction anisotropic surface
  • the heat conduction anisotropic surface is z direction and x direction. They are arranged in parallel. That is, the first heat spreader 11 is arranged such that the heat conduction anisotropic surface is parallel to the one surface 11a (xy surface) and a surface orthogonal to the one surface (yz surface). In other words, the first heat spreader 11 is arranged such that the heat conduction anisotropic surface is parallel to the xz plane.
  • the second heat spreader 12 is parallel to the z direction and the y direction orthogonal to the z direction when the surface having high thermal conductivity (the surface of each layer constituting the first heat spreader 11) is a different heat conduction plane. It is arranged to be. That is, the second heat spreader 12 is arranged so that the heat conduction anisotropic surface is parallel to the one surface 11a (xy surface) and a surface orthogonal to the one surface (xz surface). In other words, the second heat spreader 12 is disposed such that the heat conduction anisotropic surface is parallel to the yz surface. That is, in this embodiment, the 1st, 2nd heat spreaders 11 and 12 are arrange
  • the semiconductor element 20 is formed by forming a diode element, a MOSFET element or the like on a silicon carbide (SiC) substrate capable of obtaining a low loss and a high breakdown voltage. Then, as shown in FIG. 2, the semiconductor element 20 is arranged so that the center of the projection region 21 coincides with the substantially center of the one surface 10 a of the heat spreader 11 when the semiconductor element 20 is projected onto the one surface 10 a of the heat spreader 10. Has been. Further, the semiconductor element 20 has a size in which the projection region 21 extends over the second heat spreader 12 and the two first heat spreaders 11 sandwiching the second heat spreader 12.
  • the lengths in the x direction of the first and second heat spreaders 11 and 12 are appropriately adjusted so that the projection region 21 extends over the two first heat spreaders 11 and the second heat spreader 12.
  • a projection area 21 in which the semiconductor element 20 is projected onto one surface 10 a of the heat spreader 10 is indicated by a dotted line.
  • the bonding material 30 is disposed between the heat spreader 10 and the semiconductor element 20 and connects the heat spreader 10 and the semiconductor element 20 thermally and electrically.
  • the bonding material 30 is configured to include a first bonding material 31 and a second bonding material 32, and the first bonding material 30 is disposed on the heat spreader 10 side.
  • the first bonding material 31 is made of a metal film such as Cu, Al, Mo, Ni, Au, or Ag, or a plating film
  • the second bonding material 32 is made of Sn, Sn solder, Ag, Cu, Zn, Pb or the like is used.
  • the bonding material 30 is disposed over the entire surface of the semiconductor element 20 on the heat spreader 10 side, and similarly to the projection region 21 of the semiconductor element 20, the bonding material 30 sandwiches the second heat spreader 12 and the second heat spreader 12. It arrange
  • FIG. 3 is a plan view of the heat spreader 10, in which a projection region 21 in which the semiconductor element 20 is projected onto one surface 10 a of the heat spreader 10 is indicated by a dotted line, and a heat flow is indicated by an arrow.
  • the heat is transmitted to the heat spreader 10 through the bonding material 30.
  • the projection region 21 extends over the first and second heat spreaders 11 and 12, and is thermally connected to the two first heat spreaders 11 and the second heat spreader 12. ing. For this reason, the heat generated in the semiconductor element 20 is transmitted to the two first heat spreaders 11 and the second heat spreader 12, respectively.
  • the heat transferred to the first heat spreader 11 is transferred along the heat conduction anisotropic surface (xz plane).
  • the heat transferred to the second heat spreader 12 is also transferred along the heat conduction anisotropic surface (yz plane). That is, according to the semiconductor device of the present embodiment, when heat is generated in the semiconductor element 20, the heat is transmitted along the heat conduction anisotropic surfaces of the first and second heat spreaders 11 and 12, thereby causing the heat spreader. 10 is quickly transmitted to the portion facing the semiconductor element 20 and the surrounding portion of the other surface 10b. For this reason, heat can be efficiently released from the other surface 10 b of the heat spreader 10.
  • FIG. 4 shows the heat spreader 10 made of graphite, and shows the thermal resistance when the thickness is 0.2 mm as the standard (the thermal resistance ratio when the thickness is 0.2 mm is 1). ing.
  • the heat spreader 10 of this embodiment has a high thermal conductivity in the z direction (a low thermal resistance), but as shown in FIG. It becomes the lowest when the thickness is 4 mm. This is because the influence of the resistance of the heat spreader 10 itself becomes large when the thickness is greater than 4 mm (the length in the z direction becomes too long). Further, as the heat spreader 10 becomes thicker, the stress applied to the bonding material 30 increases, and the member cost also increases. Therefore, the heat spreader 10 of this embodiment is set to 4 mm or less so that the thermal resistance is lowered and the stress on the bonding material 30 is reduced.
  • the heat spreader 10 includes the first heat spreader 11 in which the heat conduction anisotropic surface is parallel to the xz plane and the second heat spreader in which the heat conduction anisotropic surface is parallel to the yz plane. 12.
  • the semiconductor element 20 is disposed so that the projection region 21 straddles the two first heat spreaders 11 and the second heat spreader 12, and is directly thermally connected to the two first heat spreaders 11 and the second heat spreader 12. For this reason, the heat generated in the semiconductor element 20 can be efficiently transferred in each of the x direction, the y direction, and the z direction. Therefore, heat can also be efficiently released from a portion of the other surface 11b of the heat spreader 10 facing the semiconductor element 20 (a portion located below the semiconductor element 20).
  • first and second heat spreaders 11 and 12 have heat conduction anisotropic surfaces orthogonal to each other. For this reason, the heat generated in the semiconductor element 20 can be evenly transferred inside the heat spreader 10.
  • the heat spreader 10 has a thickness of 4 mm or less. For this reason, the stress with respect to the bonding material 30 can be reduced while lowering the thermal resistance of the heat spreader 10.
  • a conductive member 13 made of a metal such as Cu or Al having a lower electrical resistivity than the heat spreader 10 (graphite) is disposed in the second heat spreader 12. .
  • a recess 12c is formed on the one surface 10a side of the heat spreader 10 so as to include the projection region 21 of the second heat spreader 12, and the conductive member 13 is disposed in the recess 12c. That is, a part of the portion that overlaps the projection region 21 on the one surface 10 a of the heat spreader 10 is configured by the conductive member 13.
  • the second heat spreader 12 and the conductive member 13 are connected by brazing or the like.
  • the recess 12 c is configured not to penetrate the second heat spreader 12, but the recess 12 c may pass through the second heat spreader 12.
  • the conductive member 13 having a lower electrical resistivity than the second heat spreader 12 is disposed in the second heat spreader 12. For this reason, a current path in the heat spreader 10 can be secured, and a power element or the like that allows a large current to flow can be used as the semiconductor element 20.
  • the first heat spreader 11 has a triangular prism shape
  • the second heat spreader 12 has a hexagonal column shape.
  • the first heat spreader 11 has a thermally conductive anisotropic surface inclined by 45 ° with respect to the xz plane and the yz plane.
  • the second heat spreader 12 is also in a state where the heat conduction anisotropic surface is inclined by 45 ° with respect to the xz plane and the yz plane.
  • the heat conduction anisotropic surfaces in the first and second heat spreaders 11 and 12 are not parallel to the respective side surfaces orthogonal to the one surface 10 a in the heat spreader 10. Also in this embodiment, the heat conduction anisotropic surfaces of the first and second heat spreaders 11 and 12 are orthogonal to each other, and the heat spreader 10 is a single rectangular parallelepiped.
  • the present disclosure can also be applied to a semiconductor device in which the heat conduction anisotropic surfaces in the first and second heat spreaders 11 and 12 are not parallel to the side surfaces orthogonal to the one surface 10a in the heat spreader 10. The same effect as that of the first embodiment can be obtained.
  • the heat spreader 10 includes one first heat spreader 11 and one second heat spreader 12. And the 1st heat spreader 11 and the 2nd heat spreader 12 are connected by brazing etc., and the heat spreader 10 is comprised, The heat spreader 10 is made into the rectangular parallelepiped shape. Also in this embodiment, the heat conduction anisotropic surfaces of the first and second heat spreaders 11 and 12 are orthogonal to each other.
  • the semiconductor element 20 is arranged so that the center of the projection region 21 coincides with the substantially center of the one surface 10 a of the heat spreader 10 when the semiconductor element 20 is projected onto the one surface 10 a of the heat spreader 10.
  • the semiconductor element 20 is disposed so that the projection region 21 extends over the first heat spreader 11 and the second heat spreader 12.
  • a projection area 21 in which the semiconductor element 20 is projected onto one surface 10 a of the heat spreader 10 is indicated by a dotted line.
  • FIG. 8 is a plan view of the heat spreader 10, in which a projection region 21 where the semiconductor element 20 is projected on one surface 10a of the heat spreader 10 is indicated by a dotted line, and the heat flow is indicated by an arrow.
  • the semiconductor element 20 When heat is generated in the semiconductor element 20, the heat is transmitted to the heat spreader 10 through the bonding material 30.
  • the semiconductor element 20 has the projection region 21 straddling the first and second heat spreaders 11 and 12 and is directly thermally connected to the first heat spreader 11 and the second heat spreader 12. Yes. For this reason, the heat generated in the semiconductor element 20 is transmitted to the first heat spreader 11 and the second heat spreader 12, respectively.
  • the heat transferred to the first heat spreader 11 is transferred along the heat conduction anisotropic surface (xz plane).
  • the heat transferred to the second heat spreader 12 is also transferred along the heat conduction anisotropic surface (yz plane). That is, when heat is generated in the semiconductor element 20, the heat is transmitted along the heat conduction anisotropic surfaces of the first and second heat spreaders 11, 12, so that the semiconductor element on the other surface 10 b of the heat spreader 10. 20 is quickly transmitted to the portion facing 20 and the surrounding portion. For this reason, heat can be efficiently released from the other surface 10 b of the heat spreader 10.
  • the semiconductor device is configured by one first heat spreader 11 and one second heat spreader 12, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
  • the other surface 10 b of the heat spreader 10 is provided with a heat sink 50 via an insulating member 40 to constitute an electronic component. That is, the semiconductor device is mounted on the one surface 50 a of the heat sink 50 via the insulating member 40.
  • the insulating member 40 is configured using Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , AlN, other ceramic substrates, insulating sheets, and the like.
  • the heat sink 50 is composed of highly oriented graphite in which graphite crystals are laminated in layers like the first and second heat spreaders 11 and 12 described above. That is, like the first and second heat spreaders 11 and 12, the thermal conductivity along the layer surface direction is higher than the thermal conductivity along the layer stacking direction.
  • the heat sink 50 has a high heat conductivity surface (each layer surface constituting the heat sink 50) as a heat conduction anisotropic surface
  • the heat conduction anisotropic surface is parallel to the z direction.
  • the heat sink 50 shows the heat conduction anisotropic surface parallel to the yz plane, but the heat conduction anisotropic surface may be parallel to the xz plane.
  • an electronic component can also be configured using the semiconductor device of the present disclosure.
  • the heat sink 50 is arrange
  • the heat sink 50 when heat is transmitted from the heat spreader 10 to the heat sink 50, heat spreads radially from the transmitted portion inside the Cu. For this reason, when the heat sink 50 is made of Cu, the planar shape of the heat sink 50 is generally larger than the planar shape of the heat spreader 10 in order to improve the heat radiation efficiency.
  • the heat conductivity of the heat conduction anisotropic surface as the heat sink 50 is higher than that of Cu, even if the heat spreader 10 has the same size as the planar shape of the heat spreader 10, heat can be efficiently radiated. Therefore, according to the electronic component of the present embodiment, the size can be reduced.
  • the heat conduction anisotropic surfaces of the first and second heat spreaders 11 and 12 have been described as being orthogonal to each other, but the heat conduction anisotropic surfaces of the first and second heat spreaders 11 and 12 are described. May not be orthogonal. That is, if the anisotropic heat conduction surfaces of the first and second heat spreaders 11 and 12 are both orthogonal to the one surface 10a of the heat spreader 10 and are not parallel to each other, the effect of the present disclosure can be obtained. .
  • the first and second bonding materials 31 are the same size as the semiconductor element 20, but the first and second bonding materials 31 are semiconductors. The size may be different from that of the element 20.
  • the first and second heat spreaders 11 and 12 may be constituted by carbon nanotubes or the like.
  • the projection area 21 of the semiconductor element 20 has been described as straddling the two first heat spreaders 11 and the second heat spreader 12.
  • the projection area 21 has two first heat spreaders 11. It does not have to straddle. That is, the projection area 21 may be accommodated in the second heat spreader 12. Even in such a semiconductor device, heat can be efficiently released from the portion of the other surface 11b of the heat spreader 10 facing the semiconductor element 20.
  • the second heat spreader 12 has a low thermal conductivity in the direction orthogonal to the heat conduction anisotropic surface, but after the heat in the orthogonal direction is transferred, the first heat spreader 11 quickly heats the heat. Can communicate.
  • the recessed part 12c was formed in the one surface 10a side of the heat spreader 10 so that the projection area
  • a recess 12c may be formed in a portion different from the projection region 21, and the conductive member 13 may be disposed in the recess 12c.
  • all of the portions overlapping the projection region 21 may be configured by the conductive member 13. That is, the conductive member 13 may be disposed on the one surface 10 a of the heat spreader 10 so as to coincide with the projection region 21. In this case, on the one surface 10a side of the heat spreader 10, since the current is concentrated most in the portion located in the projection region 21 (below the semiconductor element 20), the current path is changed by using all of the portion as the conductive member 13.
  • the conductive member 13 may be disposed only in the portion overlapping the projection region 21. preferable. This is because the thermal conductivity of the heat spreader 10 may be too low if the conductive member 13 is arranged around the projection area 21 and includes all of the overlapping area.
  • a recess 12c may be formed on the surface of the heat spreader 10 opposite to the one surface 10a, and the conductive member 13 may be disposed in the recess 12c. That is, a part of the other surface 12 b of the heat spreader 10 may be configured by the conductive member 13.
  • a plurality of conductive members 13 may be arranged.
  • a plurality of heat spreaders 10 may be disposed on the one surface 10a side, or a plurality of heat spreaders 10 may be disposed on the other surface 10b side.
  • the planar shape of the insulating member 40 and the heat sink 50 may be larger than the planar shape of the heat spreader 10, and the size of the planar shape can be changed as appropriate. Further, a metal member such as Cu or Al may be used as the heat sink 50.
  • the above embodiments may be appropriately combined.
  • the second embodiment may be combined with the third to fifth embodiments to have a configuration having the conductive member 13.
  • the third embodiment or the fourth embodiment may include the heat sink 50 of the fifth embodiment to constitute an electronic component. And you may make it further combine what combined said each embodiment.

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Abstract

　半導体装置は、ヒートスプレッダ（１０）と、前記ヒートスプレッダ上の半導体素子（２０）と、前記ヒートスプレッダと前記半導体素子との間に配置された接合材（３０）とを備える。前記ヒートスプレッダの面内一方向において、第１ヒートスプレッダ（１１）、第２ヒートスプレッダ（１２）、第１ヒートスプレッダの順に配置される。第１、第２ヒートスプレッダの各々は、熱伝導率が高い、複数の熱伝導異方性面を有している。前記第１ヒートスプレッダの前記熱伝導異方性面は、積層方向および当該積層方向と直交する第１方向と平行となる。第２ヒートスプレッダの前記熱伝導異方性面は、前記積層方向および当該積層方向と直交する第２方向と平行となる。前記半導体素子の投影領域（２１）は、前記第２ヒートスプレッダと重なっている。

Description

半導体装置およびそれを用いた電子部品 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１４年１１月１９日に出願された日本特許出願番号２０１４－２３４５７３号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、ヒートスプレッダに半導体素子が搭載された半導体装置、および当該半導体装置がヒートシンクに搭載された電子部品に関するものである。
　従来より、例えば、特許文献１には、縦方向異方性導電性シートに凹部を形成すると共に、当該凹部に横方向異方性導電性シートを配置してヒートスプレッダを構成し、ヒートスプレッダにおける横方向異方性導電性シート上に半導体素子を搭載した半導体装置が提案されている。なお、縦方向異方性導電性シートとは、縦方向への熱伝導率が横方向への熱伝導率より高いシートのことである。また、横方向異方性導電性シートとは、横方向への熱伝導率が縦方向への熱伝導率より高いシートのことである。
　このような半導体装置では、半導体素子にて熱が発生すると、当該熱はまずヒートスプレッダにおける横方向異方性導電性シートに伝達される。そして、横方向異方性導電性シートの横方向（ヒートスプレッダの面方向）に熱が伝達されると、当該熱は凹部の側面に位置する縦方向異方性導電シートに伝達される。その後、熱は縦方向異方性導電性シートの縦方向（ヒートスプレッダの厚さ方向）に伝達されて外部に放出される。
　しかしながら、このような半導体装置では、半導体素子で発生した熱は横方向異方性導電性シートに伝達されると、当該横方向異方性導電性シート内の横方向には伝達されるが、当該横方向異方性導電性シート内の縦方向へは伝達され難い。このため、上記半導体装置では、実際には、縦方向伝熱性シートにおける凹部の底面側に位置する部分、つまり、半導体素子の下方では、放熱性が低くなる可能性があるという問題がある。すなわち、ヒートスプレッダにおける半導体素子側と反対側の部分では、凹部の底面の下方に位置する部分では当該部分の周囲の部分より放熱性が低く、効果的に半導体素子に発生した熱を放熱することができない可能性があるという問題がある。
特開２００８－１５９９９５号公報
　本開示は、放熱性を向上できる半導体装置およびそれを用いた電子部品を提供することを目的とする。
　本開示の第一の態様において、半導体装置は、一面を有するヒートスプレッダと、前記ヒートスプレッダの一面に搭載される半導体素子と、前記ヒートスプレッダと前記半導体素子との間に配置され、前記ヒートスプレッダと前記半導体素子とを熱的および電気的に接続する接合材と、を備える。前記ヒートスプレッダは、少なくとも二つの第１ヒートスプレッダと少なくとも一つの第２ヒートスプレッダを有する。前記第１、第２ヒートスプレッダは、前記ヒートスプレッダの一面の面方向における一方向において、第１ヒートスプレッダ、第２ヒートスプレッダ、第１ヒートスプレッダの順に配置される。第１、第２ヒートスプレッダの各々は、ある面方向への熱伝導率が前記面方向と直交する方向への熱伝導率より高くされた複数の層が積層されて構成されている。第１、第２ヒートスプレッダの各々は、前記熱伝導率が高い面を熱伝導異方性面としたとき、複数の前記熱伝導異方性面を有している。前記第１ヒートスプレッダの各々は、前記熱伝導異方性面が前記ヒートスプレッダと前記半導体素子との積層方向および当該積層方向と直交する第１方向と平行となるように配置される。第２ヒートスプレッダは、前記熱伝導異方性面が前記積層方向および当該積層方向と直交する方向であって前記第１方向と異なる第２方向と平行となるように配置されている。前記半導体素子を前記ヒートスプレッダの一面に投影した領域を投影領域する。前記投影領域は、少なくとも前記第２ヒートスプレッダと重なっている。
　上記の半導体装置において、半導体素子に発生した熱をヒートスプレッダの一面と反対側の他面のうちの半導体素子と対向する部分にも効率的に熱を伝達でき、当該部分からも効率的に熱を放出することができる。このため、放熱性を向上した半導体装置とできる。
　本開示の第二の態様において、半導体装置は、一面を有するヒートスプレッダと、前記ヒートスプレッダの一面に搭載される半導体素子と、前記ヒートスプレッダと前記半導体素子との間に配置され、前記ヒートスプレッダと前記半導体素子とを熱的および電気的に接続する接合材と、を備える。前記ヒートスプレッダは、少なくとも一つの第１ヒートスプレッダと少なくとも一つの第２ヒートスプレッダを有する。前記第１、第２ヒートスプレッダは、前記ヒートスプレッダの一面の面方向における一方向において、第１ヒートスプレッダ、第２ヒートスプレッダの順に配置される。第１、第２ヒートスプレッダの各々は、ある面方向への熱伝導率が前記面方向と直交する方向への熱伝導率より高くされた複数の層が積層されて構成されている。前記第１、第２ヒートスプレッダの各々は、前記熱伝導率が高い面を熱伝導異方性面としたとき、複数の前記熱伝導異方性面を有している。前記第１ヒートスプレッダは、前記熱伝導異方性面が前記ヒートスプレッダと前記半導体素子との積層方向および当該積層方向と直交する第１方向と平行となるように配置される。第２ヒートスプレッダは、前記熱伝導異方性面が前記積層方向および当該積層方向と直交する方向であって前記第１方向と異なる第２方向と平行となるように配置されている。前記半導体素子を前記ヒートスプレッダの一面に投影した領域を投影領域とする。前記投影領域は、前記第１、第２ヒートスプレッダと重なっている。
　上記の半導体装置において、半導体素子に発生した熱をヒートスプレッダの一面と反対側の他面のうちの半導体素子と対向する部分にも効率的に熱を伝達でき、当該部分からも効率的に熱を放出することができる。このため、放熱性を向上した半導体装置とできる。
　本開示の第三の態様において、電子部品は、第一または第二の態様に記載の半導体装置と、前記ヒートスプレッダにおける前記一面と反対側の他面に配置され、前記ヒートスプレッダと熱的に接続されるヒートシンクとを備える。
　上記の電子部品において、半導体装置を用いてヒートシンクを備える電子部品を構成することにより、放熱性の高い電子部品とすることができる。
　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、本開示の第１実施形態における半導体装置の断面図であり、 図２は、図１に示す半導体装置の分解斜視図であり、 図３は、図１に示すヒートスプレッダの熱の移動経路を示す模式図であり、 図４は、ヒートスプレッダの厚さと熱抵抗比との関係を示す図であり、 図５は、本開示の第２実施形態における半導体装置の分解斜視図であり、 図６は、本開示の第３実施形態における半導体装置の分解斜視図であり、 図７は、本開示の第４実施形態における半導体装置の分解斜視図であり、 図８は、図７に示すヒートスプレッダの熱の移動経路を示す模式図であり、 図９は、本開示の第５実施形態における電子部品の断面図である。
　以下、本開示の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
　（第１実施形態）
　本開示の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態の半導体装置は、図１および図２に示されるように、ヒートスプレッダ１０の一面１０ａに半導体素子２０が接合材３０を介して搭載されたものである。なお、図１および図２中では、ヒートスプレッダ１０、半導体素子２０、接合材３０の積層方向（図１中紙面上下方向）をｚ方向、当該ｚ方向と直交する第１方向（図１中紙面左右方向）をｘ方向、ｚ方向およびｘ方向と直交する第２方向（図１中紙面奥行き方向）をｙ方向として説明する。
　ヒートスプレッダ１０は、本実施形態では、一面１１ａおよび他面１１ｂを有する直方体状の２つの第１ヒートスプレッダ１１と、一面１２ａおよび他面１２ｂを有する直方体状の第２ヒートスプレッダ１２とを有している。そして、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２は、ｘ方向において、第１ヒートスプレッダ１１、第２ヒートスプレッダ１２、第１ヒートスプレッダ１１の順に配置されている。つまり、２つの第１ヒートスプレッダ１１の間に第２ヒートスプレッダ１２が配置された構成とされている。
　また、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２のｚ方向およびｙ方向の長さは等しくされ、第１ヒートスプレッダ１１のｘ方向の長さは第２ヒートスプレッダ１２のｘ方向の長さより短くされている。そして、ヒートスプレッダ１０の一面１０ａが第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２の一面１１ａ、１２ａにて構成され、ヒートスプレッダ１０の他面１０ｂが第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２の他面１１ｂ、１２ｂにて構成されるように、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２がろう付け等によって接続されている。つまり、ヒートスプレッダ１０は、１つの直方体が構成されるように、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２が配置されて構成されている。なお、本実施形態では、ヒートスプレッダ１０における一面１０ａと直交する各側面は、ｘｚ面またはｙｚ面と平行とされている。
　ここで、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２について具体的に説明する。本実施形態では、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２は黒鉛結晶が層状に積層された高配向グラファイトによって構成されている。このため、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２は、それぞれ層の面方向に沿った熱伝導率が層の積層方向に沿った熱伝導率より高くされている。つまり、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２は、所定の面方向に高い熱伝導率を有する熱伝導異方性体とされている。特に限定されるものではないが、例えば、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２は、層の面方向に対する熱伝導率が１７００［Ｗ／ｍ・Ｋ］、層の積層方向に対する熱伝導率が７［Ｗ／ｍ・Ｋ］、層の面方向に対する電気抵抗率が５×１０－４［Ω・ｃｍ］、層の積層方向に対する電気抵抗率が０．６［Ω・ｃｍ］であるもので構成される。なお、例えば、一般的な放熱材や伝熱材として用いられるＣｕは、熱伝導率が４００[Ｗ／ｍ・Ｋ]、電気抵抗率が１．７×１０－６［Ω・ｃｍ］である。
　そして、第１ヒートスプレッダ１１は、熱伝導率が高い面（第１ヒートスプレッダ１１を構成する各層の面）を熱伝導異方性面としたとき、熱伝導異方性面がｚ方向およびｘ方向と平行となるように配置されている。つまり、第１ヒートスプレッダ１１は、熱伝導異方性面が一面１１ａ（ｘｙ面）および当該一面と直交する面（ｙｚ面）と平行となるように配置されている。言い換えると、第１ヒートスプレッダ１１は、熱伝導異方性面がｘｚ面と平行となるように配置されている。
　また、第２ヒートスプレッダ１２は、熱伝導率が高い面（第１ヒートスプレッダ１１を構成する各層の面）を異熱伝導方性面としたとき、ｚ方向およびｚ方向と直交するｙ方向と平行となるように配置されている。つまり、第２ヒートスプレッダ１２は、熱伝導異方性面が一面１１ａ（ｘｙ面）および当該一面と直交する面（ｘｚ面）と平行となるように配置されている。言い換えると、第２ヒートスプレッダ１２は、熱伝導異方性面がｙｚ面と平行となるように配置されている。すなわち、本実施形態では、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２は、互いの熱伝導異方性面が直交するように配置されている。
　半導体素子２０は、本実施形態では、低損失かつ高耐圧を得ることのできる炭化珪素（ＳｉＣ）基板にダイオード素子やＭＯＳＦＥＴ素子等が形成されたものが用いられる。そして、図２に示されるように、半導体素子２０は、当該半導体素子２０をヒートスプレッダ１０の一面１０ａに投影したとき、投影領域２１の中心がヒートスプレッダ１１の一面１０ａにおける略中心と一致するように配置されている。また、半導体素子２０は、投影領域２１が第２ヒートスプレッダ１２および当該第２ヒートスプレッダ１２を挟む２つの第１ヒートスプレッダ１１に跨る大きさとされている。言い換えると、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２は、投影領域２１が２つの第１ヒートスプレッダ１１および第２ヒートスプレッダ１２に跨るように、ｘ方向の長さが適宜調整されている。なお、図２では、ヒートスプレッダ１０の一面１０ａに半導体素子２０を投影した投影領域２１を点線で示している。
　接合材３０は、ヒートスプレッダ１０と半導体素子２０との間に配置され、ヒートスプレッダ１０と半導体素子２０とを熱的および電気的に接続するものである。本実施形態では、接合材３０は、第１接合材３１と第２接合材３２とを有する構成とされ、第１接合材３０がヒートスプレッダ１０側に配置されている。特に限定されるものではないが、第１接合材３１は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ等の金属膜やメッキ膜等が用いられ、第２接合材３２はＳｎ、Ｓｎはんだ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ等が用いられる。
　なお、接合材３０は、半導体素子２０のうちのヒートスプレッダ１０側の部分の全面に配置されており、半導体素子２０の投影領域２１と同様に、第２ヒートスプレッダ１２および当該第２ヒートスプレッダ１２を挟む２つの第１ヒートスプレッダ１１に跨るように配置されている。つまり、半導体素子２０は、２つの第１ヒートスプレッダ１１および第２ヒートスプレッダ１２と熱的および電気的に接続されている。
　以上が本実施形態における半導体装置の構成である。次に、このような半導体装置において、半導体素子２０に発生する熱の流れについて図３を参照しつつ説明する。なお、図３は、ヒートスプレッダ１０の平面図であり、半導体素子２０をヒートスプレッダ１０の一面１０ａに投影した投影領域２１を点線で示し、熱の流れを矢印で示している。
　半導体素子２０に熱が発生すると、当該熱が接合材３０を介してヒートスプレッダ１０に伝達される。本実施形態では、上記のように、半導体素子２０は、投影領域２１が第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２に跨っており、２つの第１ヒートスプレッダ１１および第２ヒートスプレッダ１２と熱的に接続されている。このため、半導体素子２０に発生した熱は２つの第１ヒートスプレッダ１１および第２ヒートスプレッダ１２にそれぞれ伝達される。
　そして、第１ヒートスプレッダ１１に伝達された熱は、熱伝導異方性面（ｘｚ面）に沿って伝達される。同様に、第２ヒートスプレッダ１２に伝達された熱も、熱伝導異方性面（ｙｚ面）に沿って伝達される。つまり、本実施形態の半導体装置によれば、半導体素子２０に熱が発生すると、当該熱は、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２の熱伝導異方性面に沿って伝達されることによってヒートスプレッダ１０の他面１０ｂのうちの半導体素子２０と対向する部分およびその周囲の部分に素早く伝達される。このため、ヒートスプレッダ１０の他面１０ｂから効率的に熱を放出することができる。
　ここで、ヒートスプレッダ１０のｚ方向の長さ（厚さ）について図４を参照しつつ説明する。なお、図４は、ヒートスプレッダ１０をグラファイトを用いて構成したものであり、厚さが０．２ｍｍのときの熱抵抗を基準（厚さが０．２ｍｍのときの熱抵抗比を１）として示している。
　本実施形態のヒートスプレッダ１０は、上記のように、ｚ方向への熱伝導率が高くされている（熱抵抗が低くされている）が、図４に示されるように、ヒートスプレッダ１０の熱抵抗は厚さが４ｍｍのときに最も低くなる。これは厚さが４ｍｍより厚くなる（ｚ方向の長さが長くなりすぎる）と、ヒートスプレッダ１０自身の抵抗の影響が大きくなるためである。また、ヒートスプレッダ１０は、厚くなるほど接合材３０に対して印加する応力が大きくなるし、部材コストも高くなる。したがって、本実施形態のヒートスプレッダ１０は、熱抵抗を低くしつつ、かつ接合材３０に対する応力が小さくなるように、４ｍｍ以下とされている。
　以上説明したように、本実施形態では、ヒートスプレッダ１０は、熱伝導異方性面がｘｚ面と平行となる第１ヒートスプレッダ１１と、熱伝導異方性面がｙｚ面と平行となる第２ヒートスプレッダ１２とによって構成されている。そして、半導体素子２０は、投影領域２１が２つの第１ヒートスプレッダ１１および第２ヒートスプレッダ１２を跨ぐように配置され、２つの第１ヒートスプレッダ１１および第２ヒートスプレッダ１２と直接熱的に接続されている。このため、半導体素子２０に発生した熱をｘ方向、ｙ方向、ｚ方向の各方向に効率的に伝達することができる。したがって、ヒートスプレッダ１０の他面１１ｂのうちの半導体素子２０と対向する部分（半導体素子２０の下方に位置する部分）からも効率的に熱を放出することができる。
　また、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２は、熱伝導異方性面が互いに直交している。このため、半導体素子２０に発生した熱をヒートスプレッダ１０の内部で均等に伝達することができる。
　さらに、ヒートスプレッダ１０は、厚さが４ｍｍ以下とされている。このため、ヒートスプレッダ１０の熱抵抗を低くしつつ、接合材３０に対する応力も小さくできる。
　（第２実施形態）
　本開示の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して第２ヒートスプレッダ１２に導電性部材を備えたものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
　本実施形態では、図５に示されるように、第２ヒートスプレッダ１２内に、ヒートスプレッダ１０（グラファイト）より電気抵抗率の低いＣｕやＡｌ等の金属で構成される導電性部材１３が配置されている。
　具体的には、ヒートスプレッダ１０の一面１０ａ側において、第２ヒートスプレッダ１２のうちの投影領域２１を含むように凹部１２ｃが形成されており、当該凹部１２ｃに導電性部材１３が配置されている。つまり、ヒートスプレッダ１０の一面１０ａにおける投影領域２１と重なる部分の一部が導電性部材１３によって構成されている。
　なお、第２ヒートスプレッダ１２と導電性部材１３とは、ろうづけ等によって接続されている。また、図５では、凹部１２ｃが第２ヒートスプレッダ１２を貫通しないものを構成しているが、凹部１２ｃは第２ヒートスプレッダ１２を貫通していてもてよい。
　これによれば、第２ヒートスプレッダ１２内に第２ヒートスプレッダ１２よりも電気抵抗率の低い導電性部材１３が配置されている。このため、ヒートスプレッダ１０内における電流経路を確保することができ、半導体素子２０として大電流を流すパワー素子等を用いることもできる。
　（第３実施形態）
　本開示の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２の形状を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
　本実施形態では、図６に示されるように、第１ヒートスプレッダ１１は、三角柱状とされ、第２ヒートスプレッダ１２は六角柱状とされている。そして、第１ヒートスプレッダ１１は、熱伝導異方性面がｘｚ面およびｙｚ面に対して４５°傾いた状態とされている。同様に、第２ヒートスプレッダ１２も、熱伝導異方性面がｘｚ面およびｙｚ面に対して４５°傾いた状態とされている。
　つまり、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２における熱伝導異方性面は、ヒートスプレッダ１０における一面１０ａと直交する各側面と非平行とされている。なお、本実施形態においても、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２の熱伝導異方性面は、互いに直交しており、ヒートスプレッダ１０は１つの直方体とされている。
　このように、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２における熱伝導異方性面がヒートスプレッダ１０における一面１０ａと直交する各側面と非平行とされている半導体装置にも本開示を適用でき、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
　（第４実施形態）
　本開示の第４実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して第１ヒートスプレッダ１１を１つにしたものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
　本実施形態では、図７に示されるように、ヒートスプレッダ１０は、１つの第１ヒートスプレッダ１１と１つの第２ヒートスプレッダ１２とにより構成されている。そして、第１ヒートスプレッダ１１と第２ヒートスプレッダ１２がろう付け等によって接続されることによってヒートスプレッダ１０が構成され、ヒートスプレッダ１０は直方体状とされている。なお、本実施形態においても、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２の熱伝導異方性面は、互いに直交している。
　そして、半導体素子２０は、図７に示されるように、当該半導体素子２０をヒートスプレッダ１０の一面１０ａに投影したとき、投影領域２１の中心がヒートスプレッダ１０の一面１０ａにおける略中心と一致するように配置されている。すなわち、半導体素子２０は、投影領域２１が第１ヒートスプレッダ１１および第２ヒートスプレッダ１２に跨るように配置されている。なお、図７では、ヒートスプレッダ１０の一面１０ａに半導体素子２０を投影した投影領域２１を点線で示している。
　以上が本実施形態における半導体装置の構成である。次に、このような半導体装置において、半導体素子２０に発生する熱の流れについて図８を参照しつつ説明する。なお、図８は、ヒートスプレッダ１０の平面図であり、半導体素子２０をヒートスプレッダ１０の一面１０ａに投影した投影領域２１を点線で示し、熱の流れを矢印で示している。
　半導体素子２０に熱が発生すると、当該熱が接合材３０を介してヒートスプレッダ１０に伝達される。本実施形態では、上記のように、半導体素子２０は、投影領域２１が第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２に跨っており、第１ヒートスプレッダ１１および第２ヒートスプレッダ１２と直接熱的に接続されている。このため、半導体素子２０に発生した熱は第１ヒートスプレッダ１１および第２ヒートスプレッダ１２にそれぞれ伝達される。
　そして、第１ヒートスプレッダ１１に伝達された熱は、熱伝導異方性面（ｘｚ面）に沿って伝達される。同様に、第２ヒートスプレッダ１２に伝達された熱も、熱伝導異方性面（ｙｚ面）に沿って伝達される。つまり、半導体素子２０に熱が発生すると、当該熱は、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２の熱伝導異方性面に沿って伝達されることによってヒートスプレッダ１０の他面１０ｂのうちの半導体素子２０と対向する部分およびその周囲の部分に素早く伝達される。このため、ヒートスプレッダ１０の他面１０ｂから効率的に熱を放出することができる。
　このように、１つの第１ヒートスプレッダ１１と１つの第２ヒートスプレッダ１２によって半導体装置を構成しても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
　（第５実施形態）
　本開示の第５実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態の半導体装置を用いて電子部品を構成したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
　本実施形態では、図９に示されるように、ヒートスプレッダ１０の他面１０ｂには、絶縁部材４０を介してヒートシンク５０が備えられることによって電子部品が構成されている。つまり、ヒートシンク５０の一面５０ａに絶縁部材４０を介して上記半導体装置が搭載されている。
　絶縁部材４０は、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、その他セラミック基板、絶縁シート等を用いて構成されている。
　ヒートシンク５０は、上記第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２と同様に、黒鉛結晶が層状に積層された高配向グラファイトによって構成されている。つまり、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２と同様に、層の面方向に沿った熱伝導率が層の積層方向に沿った熱伝導率より高くされている。そして、本実施形態では、ヒートシンク５０は、熱伝導率が高い面（ヒートシンク５０を構成する各層面）を熱伝導異方性面としたとき、熱伝導異方性面がｚ方向と平行となるように配置されている。なお、図９では、ヒートシンク５０は、熱伝導異方性面がｙｚ面と平行となるものを示しているが、熱伝導異方性面がｘｚ面と平行とされていてもよい。
　以上説明したように、本開示の半導体装置を用いて電子部品を構成することもできる。そして、本実施形態では、ヒートシンク５０は、熱伝導異方性面がｚ方向と平行となるように配置されている。このため、本実施形態では、ヒートシンク５０のうちの半導体素子２０側と反対側の面に素早く熱を伝達することができる。
　ここで、ヒートシンク５０を一般的なＣｕで構成した場合、ヒートスプレッダ１０からヒートシンク５０に熱が伝達されると、Ｃｕの内部では伝達された部分から熱が放射状に広がる。このため、ヒートシンク５０をＣｕで構成した場合、放熱効率を向上させるためにヒートシンク５０の平面形状をヒートスプレッダ１０の平面形状より大きくすることが一般的である。これに対し、本実施形態では、ヒートシンク５０として熱伝導異方性面の熱伝導率がＣｕより高いため、ヒートスプレッダ１０の平面形状と同じ大きさとしても放熱を効率よく行うことができる。したがって、本実施形態の電子部品によれば、小型化を図ることもできる。
　（他の実施形態）
　例えば、上記各実施形態では、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２の熱伝導異方性面が互いに直交するものを説明したが、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２の熱伝導異方性面は直交していなくてもよい。つまり、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２の熱伝導異方性面は、ヒートスプレッダ１０の一面１０ａに対して共に直交すると共に、互いに非平行とされていれば本開示の効果を得ることができる。
　また、上記各実施形態において、例えば、図２等には、第１、第２接合材３１が半導体素子２０と同じサイズのものを図示しているが、第１、第２接合材３１は半導体素子２０と異なるサイズであってもよい。
　さらに、上記各実施形態において、第１、第２ヒートスプレッダ１１、１２をカーボンナノチューブ等で構成してもよい。
　そして、上記各実施形態において、半導体素子２０として、Ｓｉ基板にダイオード素子やＭＯＳＦＥＴ素子等が形成されたものを用いてもよい。
　さらに、上記各実施形態において、第１、第２接合材３１、３２を１つの金属膜等によって構成するようにしてもよい。
　また、上記第１～第３実施形態では、半導体素子２０の投影領域２１が２つの第１ヒートスプレッダ１１と第２ヒートスプレッダ１２とに跨るものを説明したが、投影領域２１は２つの第１ヒートスプレッダ１１に跨っていなくてもよい。すなわち、投影領域２１が第２ヒートスプレッダ１２内に収まるようにしてもよい。このような半導体装置としてもヒートスプレッダ１０の他面１１ｂのうちの半導体素子２０と対向する部分から効率的に熱を放出することができる。また、第２ヒートスプレッダ１２は、熱伝導異方性面と直交する方向に対しては熱伝導率が低いが、当該直交する方向への熱が伝達された後は第１ヒートスプレッダ１１によって素早く熱を伝達することができる。
　そして、上記第２実施形態では、ヒートスプレッダ１０の一面１０ａ側において、投影領域２１を含むように凹部１２ｃを形成し、当該凹部１２ｃに導電性部材１３を配置する例について説明したが、次のようにしてもよい。
　例えば、ヒートスプレッダ１０の一面１０ａ側において、投影領域２１と異なる部分に凹部１２ｃを形成し、当該凹部１２ｃに導電性部材１３を配置するようにしてもよい。また、ヒートスプレッダ１０の一面１０ａ側において、投影領域２１と重なる部分の全てが導電性部材１３で構成されるようにしてもよい。つまり、導電性部材１３は、ヒートスプレッダ１０の一面１０ａにおいて、投影領域２１と一致するように配置されていてもよい。この場合、ヒートスプレッダ１０の一面１０ａ側において、投影領域２１（半導体素子２０の下方）に位置する部分に最も電流が集中するため、当該部分の全てを導電性部材１３とすることにより、電流経路をさらに確保し易くなると共に、当該部分での発熱を抑制できる。なお、ヒートスプレッダ１０の一面１０ａ側において、投影領域２１と重なる部分の全てが導電性部材１３で構成されるようにする場合は、投影領域２１と重なる部分のみに導電性部材１３が配置することが好ましい。投影領域２１と重なる部分の全てを含み、かつ当該領域の周辺にも導電性部材１３が配置されるようにすると、ヒートスプレッダ１０の熱伝導率が低くなりすぎる可能性があるためである。
　また、ヒートスプレッダ１０のうちの一面１０ａと反対側の面に凹部１２ｃを形成し、当該凹部１２ｃに導電性部材１３を配置するようにしてもよい。つまり、ヒートスプレッダ１０の他面１２ｂの一部が導電性部材１３で構成されるようにしてもよい。
　さらに、導電性部材１３を複数配置するようにしてもよい。この場合は、ヒートスプレッダ１０の一面１０ａ側に複数配置するようにしてもよいし、他面１０ｂ側に複数配置するようにしてもよい。また、一面１０ａ側および他面１０ｂにそれぞれ配置するようにしてもよい。
　また、上記第４実施形態において、絶縁部材４０およびヒートシンク５０の平面形状がヒートスプレッダ１０の平面形状より大きくされていてもよく、平面形状の大きさは適宜変更可能である。また、ヒートシンク５０としてＣｕやＡｌ等の金属部材を用いてもよい。
　さらに、上記各実施形態を適宜組み合わせてもよい。例えば、上記第２実施形態を第３～第５実施形態に組み合わせ、導電性部材１３を有する構成としてもよい。また、上記第３実施形態または上記第４実施形態に上記第５実施形態のヒートシンク５０を備えて電子部品を構成するようにしてもよい。そして、上記各実施形態同士を組み合わせたもの同士をさらに組み合わせるようにしてもよい。
　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (12)

  1. 　一面（１０ａ）を有するヒートスプレッダ（１０）と、
    　前記ヒートスプレッダの一面に搭載される半導体素子（２０）と、
    　前記ヒートスプレッダと前記半導体素子との間に配置され、前記ヒートスプレッダと前記半導体素子とを熱的および電気的に接続する接合材（３０）と、を備え、
    　前記ヒートスプレッダは、少なくとも二つの第１ヒートスプレッダ（１１）と少なくとも一つの第２ヒートスプレッダ（１２）を有し、
    　前記第１、第２ヒートスプレッダは、前記ヒートスプレッダの一面の面方向における一方向において、第１ヒートスプレッダ、第２ヒートスプレッダ、第１ヒートスプレッダの順に配置され、
    　第１、第２ヒートスプレッダの各々は、ある面方向への熱伝導率が前記面方向と直交する方向への熱伝導率より高くされた複数の層が積層されて構成されており、
    　第１、第２ヒートスプレッダの各々は、前記熱伝導率が高い面を熱伝導異方性面としたとき、複数の前記熱伝導異方性面を有しており、
    　前記第１ヒートスプレッダの各々は、前記熱伝導異方性面が前記ヒートスプレッダと前記半導体素子との積層方向および当該積層方向と直交する第１方向と平行となるように配置され、
    　第２ヒートスプレッダは、前記熱伝導異方性面が前記積層方向および当該積層方向と直交する方向であって前記第１方向と異なる第２方向と平行となるように配置されており、
    　前記半導体素子を前記ヒートスプレッダの一面に投影した領域を投影領域（２１）とし、
    　前記投影領域は、少なくとも前記第２ヒートスプレッダと重なっている半導体装置。
  2. 　前記投影領域は、前記第２ヒートスプレッダ、および当該第２ヒートスプレッダを挟む２つの前記第１ヒートスプレッダと重なっている請求項１に記載の半導体装置。
  3. 　一面（１０ａ）を有するヒートスプレッダ（１０）と、
    　前記ヒートスプレッダの一面に搭載される半導体素子（２０）と、
    　前記ヒートスプレッダと前記半導体素子との間に配置され、前記ヒートスプレッダと前記半導体素子とを熱的および電気的に接続する接合材（３０）と、を備え、
    　前記ヒートスプレッダは、少なくとも一つの第１ヒートスプレッダ（１１）と少なくとも一つの第２ヒートスプレッダ（１２）を有し、
    　前記第１、第２ヒートスプレッダは、前記ヒートスプレッダの一面の面方向における一方向において、第１ヒートスプレッダ、第２ヒートスプレッダの順に配置され、
    　第１、第２ヒートスプレッダの各々は、ある面方向への熱伝導率が前記面方向と直交する方向への熱伝導率より高くされた複数の層が積層されて構成されており、
    　前記第１、第２ヒートスプレッダの各々は、前記熱伝導率が高い面を熱伝導異方性面としたとき、複数の前記熱伝導異方性面を有しており、
    　前記第１ヒートスプレッダは、前記熱伝導異方性面が前記ヒートスプレッダと前記半導体素子との積層方向および当該積層方向と直交する第１方向と平行となるように配置され、
    　第２ヒートスプレッダは、前記熱伝導異方性面が前記積層方向および当該積層方向と直交する方向であって前記第１方向と異なる第２方向と平行となるように配置されており、
    　前記半導体素子を前記ヒートスプレッダの一面に投影した領域を投影領域（２１）とし、
    　前記投影領域は、前記第１、第２ヒートスプレッダと重なっている半導体装置。
  4. 　前記第１、第２ヒートスプレッダは、前記熱伝導異方性面が互いに直交している請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体装置。
  5. 　前記ヒートスプレッダは、前記複数の層よりも電気抵抗率が低い導電性部材（１３）をさらに有している請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体装置。
  6. 　前記導電性部材は、前記ヒートスプレッダの一面側に配置され、
    　前記導電性部材は、前記積層方向の前記ヒートスプレッダ方面に垂直な面内にて、少なくとも一部が前記投影領域内に位置している請求項５に記載の半導体装置。
  7. 　前記導電性部材は、前記ヒートスプレッダの一面側に配置され、
    　前記導電性部材は、前記積層方向の前記ヒートスプレッダ方面に垂直な面内にて、前記投影領域と一致している請求項５に記載の半導体装置。
  8. 　前記第１、第２ヒートスプレッダの各々は、グラファイトで形成されている請求項１ないし７のいずれか１つに記載の半導体装置。
  9. 　前記ヒートスプレッダは、板状とされ、前記積層方向の長さが４ｍｍ以下とされている請求項８に記載の半導体装置。
  10. 　前記半導体素子は、炭化珪素半導体基板を用いて構成されている請求項１ないし９のいずれか１つに記載の半導体装置。
  11. 　請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の半導体装置と、
    　前記ヒートスプレッダにおける前記一面と反対側の他面（１０ｂ）に配置され、前記ヒートスプレッダと熱的に接続されるヒートシンク（５０）と、を備える電子部品。
  12. 　前記ヒートシンクは、ある面方向への熱伝導率が前記面方向と直交する方向への熱伝導率より高くされた複数の層を積層して構成されており、
    　前記ヒートシンクは、前記熱伝導率が高い面を熱伝導異方性面としたとき、複数の前記熱伝導異方性面を有しており、
    　前記ヒートシンクの前記熱伝導異方性面が、前記ヒートシンクと前記半導体装置との積層方向と平行とされている請求項１１に記載の電子部品。
     
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