WO2021181649A1 - 半導体モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

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WO2021181649A1
WO2021181649A1 PCT/JP2020/011026 JP2020011026W WO2021181649A1 WO 2021181649 A1 WO2021181649 A1 WO 2021181649A1 JP 2020011026 W JP2020011026 W JP 2020011026W WO 2021181649 A1 WO2021181649 A1 WO 2021181649A1
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WO
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insulating layer
layer
semiconductor component
metal
heat
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/011026
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English (en)
French (fr)
Inventor
夏目真志
河野満治
Original Assignee
太陽誘電株式会社
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Publication date
Application filed by 太陽誘電株式会社 filed Critical 太陽誘電株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/29—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the material, e.g. carbon

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor module and a method for manufacturing the same, for example, a semiconductor module having a semiconductor component and a method for manufacturing the same.
  • a semiconductor module in which an adhesive is applied on an insulating layer, a semiconductor component is placed on the insulating layer, and a metal layer is provided which connects to the semiconductor component through a through hole penetrating the adhesive and the insulating layer (for example, a patent).
  • Document 1 A semiconductor module is known in which an adhesive is applied on an insulating layer, a semiconductor component is placed on the insulating layer, and a metal layer is provided which connects to the semiconductor component through a through hole penetrating the adhesive and the insulating layer (for example, a patent). Document 1).
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to improve heat dissipation from semiconductor parts.
  • the present invention includes a first insulating layer, a semiconductor component bonded on the first insulating layer, a metal frame bonded on the first insulating layer and surrounding the semiconductor component, the semiconductor component and the metal.
  • a resin layer provided between the frame and having a thermal conductivity higher than that of the first insulating layer, and a heat radiating plate bonded to the semiconductor component and the metal frame via a bonding layer.
  • the distance between the semiconductor component and the metal frame via the resin layer can be not more than twice the thickness of the semiconductor component.
  • a second metal layer provided under the first insulating layer and connected to the semiconductor component via a through hole penetrating the first insulating layer can be provided.
  • the resin layer can be configured to be a heat-transmitting gel or a heat-transmitting grease.
  • an adhesive for adhering the first insulating layer to the semiconductor component and the metal frame may be provided, and the thermal conductivity of the resin layer may be larger than the thermal conductivity of the adhesive. ..
  • the configuration may include a third metal layer connected to the first metal layer.
  • the resin layer can be configured to be in contact with the side surface of the metal frame and the side surface of the semiconductor component.
  • the present invention includes a step of joining a semiconductor component and a metal frame on an insulating layer so that a gap is formed between the semiconductor component and the metal frame, and a through hole penetrating the insulating layer under the insulating layer.
  • a step of forming a metal layer to be connected to the metal frame body via By the step of forming and introducing the resin into the voids through the holes, a resin layer having a thermal conductivity higher than that of the insulating layer is formed between the semiconductor component and the metal frame. It is a manufacturing method of a semiconductor module including the process of performing.
  • a heat-transmitting gel or heat-transferring grease is introduced as the resin into the voids through the holes. It can be configured to be.
  • heat dissipation from semiconductor parts can be improved.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the semiconductor module according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view of the semiconductor module according to the first embodiment.
  • 3A and 3B are cross-sectional views of the semiconductor module according to Comparative Example 1 and Example 1.
  • 4 (a) to 4 (c) are cross-sectional views (No. 1) showing a method of manufacturing a semiconductor module according to the first embodiment.
  • 5 (a) to 5 (c) are cross-sectional views (No. 2) showing a method of manufacturing a semiconductor module according to the first embodiment.
  • 6 (a) and 6 (b) are cross-sectional views (No. 3) showing a method of manufacturing a semiconductor module according to the first embodiment.
  • 7 (a) and 7 (b) are cross-sectional views (No. 4) showing a method of manufacturing the semiconductor module according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is an example in which the semiconductor module according to the first embodiment is mounted.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the semiconductor module
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the semiconductor module according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view of the semiconductor module according to the first embodiment.
  • FIG. 1 corresponds to a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
  • FIG. 2 mainly shows the through hole 16b, the hole 25, the insulating layer 10, the sealing portion 32, the hole 25, the frame body 36, and the resin layer 38.
  • an adhesive 12 (first adhesive) is provided on the upper surface of the insulating layer 10 (first insulating layer).
  • the insulating layer 10 is a resin insulating layer whose main material is a resin such as a polyimide resin, and has flexibility.
  • the insulating layer 10 may be an epoxy resin or a high molecular polymer.
  • the thickness of the insulating layer 10 is, for example, 10 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the adhesive 12 is a resin adhesive such as an epoxy resin adhesive.
  • the thickness of the adhesive 12 is, for example, 5 ⁇ m to 100 ⁇ m after curing.
  • the adhesive 12 is thinner than, for example, the insulating layer 10.
  • the adhesive 12 is preferably a resin material having excellent heat resistance and low dielectric properties.
  • the adhesive 12 may be selectively provided only in the region overlapping the semiconductor component 40 and in the vicinity thereof.
  • the semiconductor component 40 and the frame 36 are adhered to the upper surface of the insulating layer 10 via an adhesive 12.
  • the lower surface of the semiconductor component 40 is a surface (front surface) provided with an active portion such as a transistor 44.
  • An electrode 42 is provided on the lower surface of the semiconductor component 40.
  • the semiconductor component 40 is, for example, a power transistor such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a bipolar transistor, or a FET (Field Effect Transistor).
  • a semiconductor material such as Si, GaN or SiC is used for the transistor.
  • the semiconductor component 40 is, for example, a bare chip or a package in which a bare chip is sealed and mounted.
  • the package on which the bare chip is mounted is a package such as WLP (Wafer Level Package) or SIP (Single Inline Package).
  • the semiconductor component 40 is a bare chip of a horizontal transistor such as a GaN FET.
  • a transistor 44 is provided between the electrodes 42 on the lower surface of the semiconductor component 40.
  • the thickness D3 of the semiconductor component 40 is, for example, 10 ⁇ m to 900 ⁇ m, for example, several hundred ⁇ m.
  • the electrode 42 is mainly made of, for example, copper, silver, gold or aluminum.
  • the frame body 36 is a metal frame body made of a metal material, and for example, copper, aluminum, or iron is used as a main material.
  • the height of the frame body 36 is substantially the same as the height of the semiconductor component 40.
  • the width D2 of the frame body 36 is, for example, 100 ⁇ m to 900 ⁇ m.
  • the frame body 36 is provided so as to surround the semiconductor component 40.
  • a resin layer 38 is provided between the semiconductor component 40 and the frame body 36.
  • the thermal conductivity of the resin layer 38 is larger than the thermal conductivity of the insulating layer 10 and the adhesive 12.
  • the resin layer 38 is made of, for example, silicone gel or silicone grease, and contains inorganic insulator particles such as aluminum nitride, aluminum oxide, and diamond.
  • the resin layer 38 has improved thermal conductivity by containing inorganic insulator particles having high thermal conductivity.
  • the resin layer 38 comes into contact with the side surfaces of the semiconductor component 40 and the frame 36 and the lower surface of the heat radiating plate 30.
  • the width D2 of the frame body 36 is, for example, 100 ⁇ m to several mm.
  • Through holes 16a and 16b (vias) penetrating the insulating layer 10 and the adhesive 12 are provided, and metal layers 14a and 14b are provided on the inner surfaces of the through holes 16a and 16b and under the insulating layer 10.
  • the metal layer 14a (second metal layer) is electrically connected to the electrode 42 of the semiconductor component 40 via the through hole 16a (second through hole).
  • the metal layer 14b (first metal layer) is connected to the frame body 36 via the through hole 16b (first through hole).
  • the metal layers 14a and 14b are formed, for example, at the same time, and the materials and thicknesses are substantially the same as each other.
  • the metal layers 14a and 14b are mainly made of copper, for example.
  • the thickness of the metal layers 14a and 14b is, for example, 10 ⁇ m to several hundred ⁇ m, which is the thickness at which the through holes 16a and 16b are embedded.
  • the metal layers 14a and 14b are thicker than the insulating layer 10.
  • the metal layers 14a and 14b may be thinner than the insulating layer 10.
  • the metal layers 14a and 14b are not electrically connected.
  • the sizes of the through holes 16a and 16b are, for example, 50 ⁇ m to several mm, and are appropriately set according to the sizes of the electrode 42 and the frame body 36.
  • An adhesive 22 (second adhesive) is provided under the insulating layer 10 so as to cover the metal layers 14a and 14b.
  • the insulating layer 20 (second insulating layer) is adhered to the insulating layer 10, the metal layers 14a and 14b via an adhesive 22.
  • the insulating layer 20 is a resin insulating layer whose main material is a resin such as a polyimide resin, an epoxy resin, or a polymer polymer, and has flexibility.
  • the thickness of the insulating layer 20 is, for example, 10 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the adhesive 22 is a resin adhesive such as an epoxy resin adhesive.
  • the thickness of the adhesive 12 is a thickness capable of covering the metal layers 14a and 14b from, for example, 5 ⁇ m after curing.
  • a metal layer 24a is provided on the inner surface of the through hole 26a and the lower surface of the insulating layer 20, and a metal layer 24b (third metal layer) is provided on the inner surface of the through hole 26b and the lower surface of the insulating layer 20.
  • the metal layers 24a and 24b are electrically connected to the metal layers 14a and 14b through the through holes 26a and 26b, respectively.
  • the metal layers 24a and 24b are formed, for example, at the same time, and the materials and thicknesses are substantially the same as each other.
  • the metal layers 24a and 24b are mainly made of copper, for example.
  • the thickness of the metal layers 24a and 24b is, for example, 10 ⁇ m to several hundred ⁇ m, which is the thickness at which the through holes 26a and 26b are embedded.
  • the size of the through holes 26a and 26b is, for example, 50 ⁇ m to several mm.
  • Holes 25 and 25a are provided that penetrate the insulating layers 10 and 20, the adhesives 12 and 22, and lead to the resin layer 38.
  • a resin layer 23 is provided in the hole 25.
  • the resin layer 23 is an adhesive such as an epoxy resin.
  • the holes 25a are provided at the corners of the resin layer 38.
  • An insulating layer 28 is provided under the insulating layer 20 so as to cover the metal layers 24a and 24b. A part of the lower surfaces of the metal layers 24a and 24b is exposed from the opening 27 of the insulating layer 28.
  • the insulating layer 28 is, for example, a solder resist or a coverlay, and is a resin such as an epoxy resin.
  • the metal layers 24a and 24b exposed from the opening 27 function as terminals for connecting to the outside.
  • the thickness of the insulating layer 28 is, for example, several tens of ⁇ m.
  • a heat radiating plate 30 (heat radiating member) is bonded to the upper surfaces of the semiconductor component 40 and the frame 36 via a bonding layer 34.
  • the bonding layer 34 is, for example, a sintered metal layer in which a conductive paste such as silver paste is sintered, a brazing material such as solder, or a thermally conductive grease.
  • the heat radiating plate 30 is a metal layer such as a copper layer or an aluminum layer, or an insulating layer such as aluminum oxide.
  • the heat radiating plate 30 may be a heat radiating plate in which an insulating layer such as DBC (Direct Bonded Cupper) or DBA (Direct Bonded Aluminum) is sandwiched between metal layers.
  • the thickness of the bonding layer 34 is, for example, several tens of ⁇ m, and the thickness of the heat radiating plate 30 is, for example, 100 ⁇ m to several mm.
  • a sealing portion 32 is provided on the insulating layer 10 so as to surround the frame body 36 and the heat radiating plate 30. The upper surface of the heat radiating plate 30 is exposed from the sealing portion 32.
  • the sealing portion 32 is a thermosetting resin such as an epoxy resin or a thermoplastic resin.
  • the sealing portion 32 may contain an additive such as an inorganic filler. The sealing portion 32 may not be provided.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view of the semiconductor module according to Comparative Example 1.
  • the frame body 36, the resin layer 38, the metal layers 14b and 24b, and the through holes 16b and 26b are not provided.
  • a part of the heat generated in the semiconductor component 40 is discharged to the outside of the semiconductor module from the upper surface (back surface) of the semiconductor component 40 via the bonding layer 34 and the heat radiating plate 30 like the path 50.
  • a part of the heat generated in the semiconductor component 40 is discharged to the outside of the semiconductor module from the electrode 42 on the lower surface (surface) of the semiconductor component 40 via the metal layers 14a and 24a like the path 52.
  • heat dissipation may not be sufficient in the heat dissipation paths of the paths 50 and 52. If the heat dissipation is insufficient, the temperature of the lower surface of the semiconductor component 40 rises. For example, when the semiconductor component 40 is a power transistor, the on-resistance of the transistor increases as the temperature rises, and the efficiency decreases.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view of the semiconductor module according to the first embodiment.
  • the semiconductor component 40 and the frame body 36 are joined on the insulating layer 10 (first insulating layer), and the frame body 36 is provided so as to surround the semiconductor component 40. ing.
  • the resin layer 38 is provided between the semiconductor component 40 and the frame body 36.
  • the resin layer 38 has a thermal conductivity higher than that of the insulating layer 10. As a result, the heat of the semiconductor component 40 is conducted from the side surface of the semiconductor component 40 to the frame body 36 via the resin layer 38 as in the path 54.
  • the heat radiating plate 30 (heat radiating member) is joined to the semiconductor component 40 and the frame body 36 via a joining layer 34. As a result, heat is conducted from the frame body 36 to the heat radiating plate 30 as in the path 56.
  • the metal layer 14b (first metal layer) is provided under the insulating layer 10 and is connected to the frame body 36 via the through hole 16b (first through hole).
  • the metal layer 24b (third metal layer) is provided under the insulating layer 20 (second insulating layer) and is connected to the metal layer 14b via the through hole 26b (third through hole).
  • heat is conducted from the frame body 36 to the metal layer 24b via the metal layer 14b as in the path 58.
  • the temperature of the semiconductor component 40 can be lowered. For example, when the semiconductor component 40 is a power transistor, the temperature of the semiconductor component 40 can be lowered, so that the on-resistance can be lowered and the efficiency can be improved.
  • the metal layer 14a (second metal layer) is provided under the insulating layer 10 and is connected to the semiconductor component 40 via the through hole 16a (second through hole).
  • the metal layer 24a is provided under the insulating layer 20 and is connected to the metal layer 14a via a through hole 26a.
  • the resin layer 38 may be an epoxy resin containing an inorganic insulator filler having high thermal conductivity such as aluminum nitride or aluminum oxide. Further, a heat-conducting gel or a heat-conducting grease containing inorganic insulator particles having high thermal conductivity such as aluminum nitride or aluminum oxide in a resin such as silicone may be used.
  • the gel is a solid state with no fluidity but high viscosity.
  • Grease is a semi-fluid body having fluidity but high viscosity and low fluidity.
  • the heat-dissipating property can be further improved due to the fluidity of the heat-conducting grease. Further, when the resin layer 38 is a heat-conducting grease or a heat-conducting gel, the thermal stress applied to the frame body 36 and the semiconductor component 40 can be relaxed. When the bonding layer 34 is a heat-conducting grease, the thermal stress applied to the heat radiating plate 30, the frame body 36, and the semiconductor component 40 can be suppressed.
  • the thermal conductivity of the polyimide used as the insulating layers 10 and 20 and the epoxy resin used as the adhesives 12 and 22 is, for example, 0.2 W / m ⁇ K.
  • the thermal conductivity of the serialcon resin containing the inorganic insulator particles used as the resin layer 38 is 5 W / m ⁇ K.
  • the thermal conductivity of the high thermal conductive layer is preferably larger than the thermal conductivity of the insulating layers 10 and 20, and the adhesives 12 and 22, and the insulating layers 10 and 20 are preferable.
  • the thermal conductivity of the adhesives 12 and 22 is preferably 2 times or more, more preferably 10 times or more.
  • the distance D1 between the semiconductor component 40 and the frame body 36 is small. Further, in order to dissipate heat from the side surface of the semiconductor component 40, it is preferable that the thickness D3 of the semiconductor component 40 is thick. From these viewpoints, the distance D1 is preferably 5 times or less, more preferably 2 times or less, and further preferably 1 time or less of the thickness D3 of the semiconductor component 40. From the viewpoint of filling the resin layer 38, the distance D1 is preferably 0.1 times or more, more preferably 0.5 times or more the thickness D3.
  • the resin layer 38 contacts the side surface of the frame body 36 and the side surface of the semiconductor component 40.
  • the frame body 36 completely surrounds the semiconductor component 40 in the plane direction, but the frame body 36 may completely surround at least a part of the semiconductor component 40.
  • the metal layers 14b and 24b, the frame body 36 and the heat radiating plate 30 are made of copper
  • the insulating layers 10 and 20 are made of polyimide
  • the adhesives 12 and 22 are made of epoxy resin
  • the resin layer 38 has a thermal conductivity of 5 W / m ⁇ K.
  • the thermal resistance was simulated using a silicone-based resin containing the inorganic insulator particles of.
  • the thermal resistances between the semiconductor component 40 and the upper surface of the heat sink 30 and the lower surfaces of the metal layers 24a and 24b (or 24) in Comparative Examples 1 and 1 are 1.92 K / W and 1.65 K / W, respectively. It was W.
  • the adhesive 12 is applied to the upper surface of the insulating layer 10.
  • the adhesive 12 for example, a spin coating method, a spray coating method, an inkjet method or a screen printing method is used.
  • the adhesive 12 is applied to the entire surface on the insulating layer 10, but the adhesive 12 may be selectively applied to the region overlapping the semiconductor component 40 and its vicinity.
  • the semiconductor component 40 is mounted on the upper surface of the adhesive 12.
  • the frame body 36 is mounted on the upper surface of the adhesive 12 so as to surround the semiconductor component 40.
  • the adhesive 12 is cured to bond the semiconductor component 40, the frame body 36, and the insulating layer 10.
  • the heat treatment is carried out at a temperature of, for example, 100 ° C to 300 ° C.
  • through holes 16a and 16b are formed through the insulating layer 10 and the adhesive 12.
  • the through holes 16a and 16b are formed, for example, by irradiating a laser beam. As a result, the lower surfaces of the electrode 42 and the frame 36 are exposed from the through holes 16a and 16b.
  • the through holes 16a and 16b may be formed before mounting the semiconductor component 40 and the frame body 36 on the adhesive 12.
  • metal layers 14a and 14b are formed on the lower surface of the insulating layer 10 and the inner surfaces of the through holes 16a and 16b.
  • the metal layer 14a is connected to the electrode 42 via the through hole 16a
  • the metal layer 14b is connected to the frame body 36 via the through hole 16b.
  • the metal layers 14a and 14b are formed by, for example, the following method.
  • a seed layer is formed on the lower surface of the insulating layer 10 and the inner surfaces of the through holes 16a and 16b.
  • the seed layer is formed by, for example, a sputtering method or an electroless plating method.
  • the seed layer is used as an electrode, and a plating layer is formed on the lower surface of the seed layer by an electrolytic plating method.
  • the plating layer is processed into a desired conductive pattern using a photolithography method and an etching method.
  • the metal layers 14a and 14b form a pad electrode, a wiring, and a wiring integrally formed with the pad electrode.
  • the adhesive 22 is applied on the insulating layer 20.
  • the method of applying the adhesive 22 is the same as that shown in FIG. 4 (a).
  • the insulating layer 20 is attached under the insulating layer 10 and the metal layers 14a and 14b via an adhesive 22.
  • the adhesive 22 is cured and the metal layers 14a and 14b and the insulating layer 10 and the insulating layer 20 are adhered to each other.
  • through holes 26a and 26b penetrating the insulating layer 20 and the adhesive 22 are formed in the same manner as in FIG. 4 (c). Similar to FIG. 5A, metal layers 24a and 24b are formed on the lower surface of the insulating layer 20 and the inner surfaces of the through holes 26a and 26b. The metal layers 24a and 24b are connected to the metal layers 14a and 14b through the through holes 26a and 26b.
  • the heat radiating plate 30 is joined to the upper surfaces of the semiconductor component 40 and the frame body 36 via the joining layer 34.
  • the bonding layer 34 is a sintered metal layer or a brazing material
  • the semiconductor component 40 and the frame body 36 and the bonding layer 34 are bonded by performing a heat treatment at 200 ° C. to 300 ° C.
  • a hole 25 is formed that penetrates the insulating layers 10 and 20, the adhesives 12 and 22, and leads to the gap 37.
  • the holes 25a are provided so as to overlap the four corners of the side surface in the frame body 36.
  • the resin layer 38 is introduced through the holes 25.
  • Voids 37 are likely to remain at the four corners of the resin layer 38 in the frame body 36 of FIG. By discharging the air from the hole 25a, the residual void 37 at the corner can be suppressed.
  • the holes 25 are filled with a highly fluid resin layer 23 such as an adhesive.
  • the resin layer 23 is cured by heat treatment.
  • an insulating layer 28 having an opening 27 is formed under the insulating layer 20.
  • the lower surfaces of the metal layers 24a and 24b are exposed from the opening 27.
  • a sealing portion 32 for sealing the semiconductor component 40 is formed on the insulating layer 10.
  • a transfer molding method for example, a transfer molding method, an injection method or a compression method is used.
  • the semiconductor module of the first embodiment shown in FIG. 1 is manufactured.
  • holes 25 leading to the voids 37 are formed in the insulating layers 10 and 20, the adhesives 12 and 22. After that, the resin is introduced into the gap 37 through the hole 25 to form the resin layer 38 between the semiconductor component 40 and the frame body 36. As a result, the void 37 can be filled with the resin layer 38.
  • heat treatment is performed at 200 ° C to 300 ° C. If the gap 37 is filled with the heat-transmitting gel or the heat-transmitting grease before the heat-dissipating plate 30 is joined to the semiconductor component 40 and the frame body 36, the heat-treating gel or the heat-transmitting grease may swell or pop. There is sex. Therefore, as shown in FIG. 7A, after the heat treatment in the step of joining the heat radiating plate 30 on the semiconductor component 40 and the frame 36 via the bonding layer 34, the heat transfer property as a resin in the gap 37 through the holes 25. Introduce gel or heat transfer grease. As a result, it is possible to suppress the damage of the heat-transmitting gel or the heat-transmitting grease due to the heat treatment of the bonding layer 34.
  • the voids 37 are filled with an inorganic insulator filler or inorganic insulator particles, and in FIG. 7 (a), The voids 37 may be filled with an inorganic insulator filler or a resin containing no inorganic insulator particles. As a result, the volume density of the inorganic insulator filler or the inorganic insulator particles in the void 37 is improved. Therefore, the thermal resistance of the path 54 in FIG. 3B can be reduced.
  • FIG. 8 is an example in which the semiconductor module according to the first embodiment is mounted.
  • the heat radiating plate 30 is, for example, a DBC or a DBA, and an insulating layer 30b is provided between the metal layers 30a and 30c.
  • the metal layer 60c is patterned, and the metal layers 24a and 24b are bonded onto the metal layer 30c via a solder 61.
  • the coolers 62 and 64 are in contact with each other on the heat radiating plate 30 and under the heat radiating plate 30, respectively.
  • the heat of the semiconductor component 40 is conducted to the cooler 62 through the heat sink 30, and is conducted to the cooler 64 through the metal layers 24a and 24b and the heat sink 62.
  • the coolers 60 and 64 are, for example, air-cooled coolers or water-cooled coolers.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the semiconductor module according to the first modification of the first embodiment.
  • the insulating layer 20, the adhesive 22, and the metal layers 24a and 24b are not provided.
  • the insulating layer 28 is provided under the insulating layer 10 so as to cover the metal layers 14a and 14b.
  • the lower surfaces of the metal layers 14a and 14b are exposed from the opening 27 of the insulating layer 28.
  • Other configurations are the same as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
  • the metal layer is one layer, and the insulating layer 20 and the metal layers 24a and 24b may not be provided.

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Abstract

第１絶縁層と、前記第１絶縁層１０上に接合された半導体部品４０と、前記第１絶縁層上に接合され、前記半導体部品を囲む金属枠体３６と、前記半導体部品と前記金属枠体との間に設けられ、前記第１絶縁層の熱伝導率より大きな熱伝導率を有する樹脂層３８と、前記半導体部品および前記金属枠体上に接合層３４を介し接合された放熱板３０と、前記第１絶縁層下に設けられ、前記第１絶縁層を貫通する第１貫通孔を介し前記金属枠体と接続された第１金属層２４ａと、を備える半導体モジュール。　

Description

半導体モジュールおよびその製造方法
　本発明は、半導体モジュールおよびその製造方法に関し、例えば半導体部品を有する半導体モジュールおよびその製造方法に関する。
　絶縁層上に接着剤を塗布後、その上に半導体部品を配置し、接着剤および絶縁層を貫通する貫通孔を介し半導体部品に接続する金属層を設ける半導体モジュールが知られている（例えば特許文献１）。
特開２０１６－４６５２３号公報
　半導体部品において発生した熱を効率的に放出するため、半導体部品上に放熱板を設け、半導体部品の上面（半導体チップの基板面すなわち裏面）から放熱することが考えられる。しかし、半導体部品の上面からだけでは放熱経路を十分に確保できない。
　本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、半導体部品からの放熱性を向上させることを目的とする。
　本発明は、第１絶縁層と、前記第１絶縁層上に接合された半導体部品と、前記第１絶縁層上に接合され、前記半導体部品を囲む金属枠体と、前記半導体部品と前記金属枠体との間に設けられ、前記第１絶縁層の熱伝導率より大きな熱伝導率を有する樹脂層と、前記半導体部品および前記金属枠体上に接合層を介し接合された放熱板と、前記第１絶縁層下に設けられ、前記第１絶縁層を貫通する第１貫通孔を介し前記金属枠体と接続された第１金属層と、を備える半導体モジュールである。
　上記構成において、前記樹脂層を介した前記半導体部品と前記金属枠体との距離は前記半導体部品の厚さの２倍以下である構成とすることができる。
　上記構成において、前記第１絶縁層下に設けられ、前記第１絶縁層を貫通する貫通孔を介し前記半導体部品と接続された第２金属層を備える構成とすることができる。
　上記構成において、前記樹脂層は伝熱性ゲルまたは伝熱性グリースである構成とすることができる。
　上記構成において、前記第１絶縁層と前記半導体部品および前記金属枠体とを接着する接着剤を備え、前記樹脂層の熱伝導率は前記接着剤の熱伝導率より大きい構成とすることができる。
　上記構成において、前記第１絶縁層および前記第１金属層下に設けられた第２絶縁層と、前記第２絶縁層下に設けられ、前記第２絶縁層を貫通する第３貫通孔を介し前記第１金属層と接続された第３金属層を備える構成とすることができる。
　上記構成において、前記樹脂層は前記金属枠体の側面および前記半導体部品の側面に接触する構成とすることができる。
　本発明は、半導体部品と金属枠体との間が空隙となるように、絶縁層上に半導体部品および金属枠体を接合する工程と、前記絶縁層下に、前記絶縁層を貫通する貫通孔を介し前記金属枠体と接続する金属層を形成する工程と、前記半導体部品および前記金属枠体上に放熱板を、接合層を介し接合する工程と、前記絶縁層に前記空隙に通じる孔を形成する工程と、前記孔を介し前記空隙内に樹脂を導入することで、前記半導体部品と前記金属枠体との間に前記絶縁層の熱伝導率より大きな熱伝導率を有する樹脂層を形成する工程と、を備える半導体モジュールの製造方法である。
　上記構成において、前記半導体部品および前記金属枠体上に放熱板を、接合層を介し接合する工程における熱処理の後に、前記孔を介し前記空隙内に前記樹脂として伝熱性ゲルまたは伝熱性グリースを導入する構成とすることができる。
　本発明によれば、半導体部品からの放熱性を向上させることができる。
図１は、実施例１に係る半導体モジュールの断面図である。 図２は、実施例１に係る半導体モジュールの平面図である。 図３（ａ）および図３（ｂ）は、比較例１および実施例１に係る半導体モジュールの断面図である。 図４（ａ）から図４（ｃ）は、実施例１に係る半導体モジュールの製造方法を示す断面図（その１）である。 図５（ａ）から図５（ｃ）は、実施例１に係る半導体モジュールの製造方法を示す断面図（その２）である。 図６（ａ）および図６（ｂ）は、実施例１に係る半導体モジュールの製造方法を示す断面図（その３）である。 図７（ａ）および図７（ｂ）は、実施例１に係る半導体モジュールの製造方法を示す断面図（その４）である。 図８は、実施例１に係る半導体モジュールを実装した例である。 図９は、実施例１の変形例１に係る半導体モジュールの断面図である。
　以下、図面を参照し本発明の実施例について説明する。
　図１は、実施例１に係る半導体モジュールの断面図である。図２は、実施例１に係る半導体モジュールの平面図である。図１は、図２のＡ－Ａ断面図に対応する。図２は、貫通孔１６ｂ、孔２５、絶縁層１０、封止部３２、孔２５、枠体３６および樹脂層３８を主に示している。
　図１および図２に示すように、絶縁層１０（第１絶縁層）の上面に接着剤１２（第１接着剤）が設けられている。絶縁層１０は、例えばポリイミド樹脂等の樹脂を主材料とする樹脂絶縁層であり、可撓性を有する。絶縁層１０は、エポキシ樹脂または高分子ポリマーでもよい。絶縁層１０の厚さは例えば１０μｍから１００μｍである。接着剤１２は例えばエポキシ樹脂接着剤等の樹脂接着剤である。接着剤１２の厚さは硬化後で例えば５μｍから１００μｍである。接着剤１２は例えば絶縁層１０より薄い。接着剤１２は耐熱性および低誘電特性に優れた樹脂材料が好ましい。接着剤１２は半導体部品４０と重なる領域およびその近傍にのみ選択的に設けられていてもよい。
　絶縁層１０の上面に接着剤１２を介し半導体部品４０および枠体３６が接着されている。半導体部品４０の下面はトランジスタ４４等の能動部が設けられた表面（表の面）である。半導体部品４０の下面に電極４２が設けられている。半導体部品４０は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、バイポーラトランジスタまたはＦＥＴ（Field Effect Transistor）等のパワートランジスタである。トランジスタには、Ｓｉ、ＧａＮまたはＳｉＣ等の半導体材料が用いられる。半導体部品４０は、例えばベアチップまたはベアチップが封止実装されたパッケージである。ベアチップが実装されたパッケージは、ＷＬＰ（Wafer Level Package）またはＳＩＰ（Single Inline Package）等のパッケージである。実施例１では、半導体部品４０はＧａＮＦＥＴ等の横型トランジスタのベアチップである。この場合、半導体部品４０の下面の電極４２の間にはトランジスタ４４が設けられている。半導体部品４０の厚さＤ３は例えば１０μｍから９００μｍであり、例えば数１００μｍである。電極４２は例えば銅、銀、金またはアルミニウムを主材料とする。
　枠体３６は、金属材料からなる金属枠体であり、例えば銅、アルミニウムまたは鉄を主材料とする。枠体３６の高さは半導体部品４０の高さと略同じである。枠体３６の幅Ｄ２は例えば１００μｍから９００μｍである。枠体３６は半導体部品４０を囲むように設けられている。半導体部品４０と枠体３６との間には樹脂層３８が設けられている。樹脂層３８の熱伝導率は絶縁層１０および接着剤１２の熱伝導率より大きい。樹脂層３８は、例えばシリコーンゲルまたはシリコーングリースを材料とし、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムまたはダイヤモンド等の無機絶縁体粒子を含む。樹脂層３８は、熱伝導率の高い無機絶縁体粒子を含むことで熱伝導性が向上する。樹脂層３８は半導体部品４０および枠体３６の側面並びに放熱板３０の下面に接触する。枠体３６の幅Ｄ２は例えば１００μｍから数ｍｍである。
　絶縁層１０および接着剤１２を貫通する貫通孔１６ａおよび１６ｂ（ビア）が設けられ、貫通孔１６ａおよび１６ｂの内面および絶縁層１０下に金属層１４ａおよび１４ｂが設けられている。金属層１４ａ（第２金属層）は、貫通孔１６ａ（第２貫通孔）を介し半導体部品４０の電極４２に電気的に接続する。金属層１４ｂ（第１金属層）は、貫通孔１６ｂ（第１貫通孔）を介し枠体３６に接続する。金属層１４ａおよび１４ｂは例えば同時に形成されており、材料および厚さは互いにほぼ同じである。金属層１４ａおよび１４ｂは例えば銅を主材料とする。金属層１４ａおよび１４ｂの厚さは例えば１０μｍから数１００μｍであり、貫通孔１６ａおよび１６ｂが埋め込まれる厚さである。金属層１４ａおよび１４ｂは絶縁層１０より厚い。金属層１４ａおよび１４ｂは絶縁層１０より薄くてもよい。金属層１４ａと１４ｂとは電気的に接続されていない。貫通孔１６ａおよび１６ｂの大きさは、例えば５０μｍから数ｍｍであり、電極４２および枠体３６の大きさにより適宜設定される。
　絶縁層１０下に金属層１４ａおよび１４ｂを覆うように接着剤２２（第２接着剤）が設けられている。絶縁層２０（第２絶縁層）は、絶縁層１０、金属層１４ａおよび１４ｂに接着剤２２を介し接着されている。絶縁層２０は、例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂または高分子ポリマー等の樹脂を主材料とする樹脂絶縁層であり、可撓性を有する。絶縁層２０の厚さは例えば１０μｍから１００μｍである。接着剤２２は例えばエポキシ樹脂接着剤等の樹脂接着剤である。接着剤１２の厚さは硬化後で例えば５μｍから金属層１４ａおよび１４ｂを覆うことのできる厚さである。
　絶縁層２０および接着剤２２を貫通する貫通孔２６ａおよび２６ｂ（第３貫通孔）が設けられている。貫通孔２６ａの内面および絶縁層２０の下面に金属層２４ａが設けられ、貫通孔２６ｂの内面および絶縁層２０の下面に金属層２４ｂ（第３金属層）が設けられている。金属層２４ａおよび２４ｂは、それぞれ貫通孔２６ａおよび２６ｂを介し金属層１４ａおよび１４ｂに電気的に接続する。金属層２４ａおよび２４ｂは例えば同時に形成されており、材料および厚さは互いにほぼ同じである。金属層２４ａおよび２４ｂは例えば銅を主材料とする。金属層２４ａおよび２４ｂの厚さは例えば１０μｍから数１００μｍであり、貫通孔２６ａおよび２６ｂが埋め込まれる厚さである。貫通孔２６ａおよび２６ｂの大きさは、例えば５０μｍから数ｍｍである。
　絶縁層１０、２０、接着剤１２および２２を貫通し樹脂層３８に通じる孔２５および２５ａが設けられている。孔２５内に樹脂層２３が設けられている。樹脂層２３は、例えばエポキシ樹脂等の接着剤である。孔２５ａは樹脂層３８の角部に設けられている。
　絶縁層２０下に金属層２４ａおよび２４ｂを覆うように絶縁層２８が設けられている。金属層２４ａおよび２４ｂの下面の一部が絶縁層２８の開口２７から露出する。絶縁層２８は例えばソルダーレジストまたはカバーレイであり、エポキシ樹脂等の樹脂である。開口２７から露出する金属層２４ａおよび２４ｂは外部と接続するための端子として機能する。絶縁層２８の厚さは例えば数１０μｍである。
　半導体部品４０および枠体３６の上面に接合層３４を介し放熱板３０（放熱部材）が接合されている。接合層３４は、例えば銀ペースト等の導電性ペーストが焼結された焼結金属層、はんだ等のロウ材、または熱伝導性グリースである。放熱板３０は、銅層またはアルミニウム層等の金属層または酸化アルミニウム等の絶縁層である。放熱板３０は、ＤＢＣ（Direct Bonded Cupper）またはＤＢＡ（Direct Bonded Aluminum）等の絶縁層を金属層で挟んだ放熱板でもよい。接合層３４の厚さは例えば数１０μｍであり、放熱板３０の厚さは例えば１００μｍから数ｍｍである。
　絶縁層１０上に枠体３６および放熱板３０を囲むように封止部３２が設けられている。放熱板３０の上面は封止部３２から露出する。封止部３２は、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂である。封止部３２は無機フィラー等の添加物を含んでもよい。封止部３２は設けられていなくてもよい。
［比較例１］
　図３（ａ）は、比較例１に係る半導体モジュールの断面図である。図３（ａ）に示すように、比較例１では、枠体３６、樹脂層３８、金属層１４ｂ、２４ｂ、貫通孔１６ｂおよび２６ｂが設けられていない。半導体部品４０において発生した熱の一部は、経路５０のように、半導体部品４０の上面（裏面）から接合層３４および放熱板３０を介し半導体モジュールの外に放出される。また、半導体部品４０において発生した熱の一部は、経路５２のように、半導体部品４０の下面（表面）の電極４２から金属層１４ａおよび２４ａを介し半導体モジュールの外に放出される。しかし、経路５０および５２の放熱経路では放熱が十分でない場合がある。放熱が十分でない場合、半導体部品４０の下面の温度が上昇する。例えば半導体部品４０がパワートランジスタの場合、温度が高くなるとトランジスタのオン抵抗が高くなり効率が低下する。
［実施例１］
　図３（ｂ）は、実施例１に係る半導体モジュールの断面図である。図３（ｂ）に示すように、実施例１では、半導体部品４０および枠体３６は絶縁層１０（第１絶縁層）上に接合され、枠体３６は半導体部品４０を囲むように設けられている。樹脂層３８は半導体部品４０と枠体３６との間に設けられている。樹脂層３８は絶縁層１０の熱伝導率より大きな熱伝導率を有する。これにより、経路５４のように、半導体部品４０の熱は半導体部品４０の側面から樹脂層３８を介し枠体３６に伝導する。放熱板３０（放熱部材）は半導体部品４０および枠体３６上に接合層３４を介し接合されている。これにより、経路５６のように枠体３６から放熱板３０に熱が伝導する。金属層１４ｂ（第１金属層）は、絶縁層１０下に設けられ、貫通孔１６ｂ（第１貫通孔）を介し枠体３６と接続されている。金属層２４ｂ（第３金属層）は絶縁層２０（第２絶縁層）下に設けられ、貫通孔２６ｂ（第３貫通孔）を介し金属層１４ｂに接続されている。これにより、経路５８のように枠体３６から金属層１４ｂを介し金属層２４ｂに熱が伝導する。これにより半導体部品４０の温度を低くできる。例えば半導体部品４０がパワートランジスタの場合、半導体部品４０の温度を低くできるため、オン抵抗を低くでき効率を向上できる。
　さらに、金属層１４ａ（第２金属層）は絶縁層１０下に設けられ、貫通孔１６ａ（第２貫通孔）を介し半導体部品４０と接続されている。金属層２４ａは絶縁層２０下に設けられ、貫通孔２６ａを介し金属層１４ａと接続されている。これにより、経路５２のように半導体部品４０から金属層１４ａおよび２４ａを介し放熱できる。
　樹脂層３８は、窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウム等の熱伝導性の高い無機絶縁体フィラーを含むエポキシ樹脂でもよい。また、シリコーン等の樹脂に窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウム等の熱伝導性の高い無機絶縁体粒子を含む伝熱性ゲルまたは伝熱性グリースでもよい。ゲルは流動性を有さないが高い粘性を有する固体状態であり。グリースは流動性を有するが、粘性が高く流動性が低い半流動体である。
　樹脂層３８が伝熱性グリースの場合、伝熱性グリースの流動性により、より放熱性を高めることができる。また、樹脂層３８が伝熱性グリースまたは伝熱性ゲルの場合、枠体３６と半導体部品４０とに加わる熱応力を緩和することができる。接合層３４が伝熱性グリースの場合、放熱板３０と枠体３６と半導体部品４０とに加わる熱応力を抑制できる。
　例えば、絶縁層１０および２０として用いるポリイミドおよび接着剤１２および２２として用いるエポキシ樹脂の熱伝導率は、例えば０．２Ｗ／ｍ・Ｋである。これに対し樹脂層３８として用いる無機絶縁体粒子を含むシリーコン樹脂の熱伝導率は５Ｗ／ｍ・Ｋである。高熱伝導層を介して半導体部品４０から放熱する観点から、高熱伝導層の熱伝導率は、絶縁層１０、２０、接着剤１２および２２の熱伝導率より大きいことが好ましく、絶縁層１０、２０、接着剤１２および２２の熱伝導率の２倍以上が好ましく、１０倍以上がより好ましい。
　半導体部品４０側面から樹脂層３８を介し枠体３６の側面に熱を伝導させるため、半導体部品４０と枠体３６のとの距離Ｄ１は小さいことが好ましい。また半導体部品４０の側面から放熱させるため半導体部品４０の厚さＤ３は厚い方が好ましい。これらの観点から距離Ｄ１は半導体部品４０の厚さＤ３の５倍以下が好ましく、２倍以下がより好ましく、１倍以下がさらに好ましい。樹脂層３８を充填する観点から、距離Ｄ１は厚さＤ３の０．１倍以上が好ましく、０．５倍以上がより好ましい。
　半導体部品４０側面から樹脂層３８を介し枠体３６の側面に熱を伝導させるため、樹脂層３８は枠体３６の側面および半導体部品４０の側面に接触することが好ましい。
　実施例１では、図２のように、枠体３６は平面方向において半導体部品４０を完全に囲っているが、枠体３６は半導体部品４０の少なくとも一部を囲めばよい。
　一例として、金属層１４ｂ、２４ｂ、枠体３６および放熱板３０を銅とし、絶縁層１０および２０をポリイミド、接着剤１２および２２をエポキシ樹脂、樹脂層３８を熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋの無機絶縁体粒子を含むシリコーン系樹脂とし、熱抵抗をシミュレーションした。この結果、比較例１および実施例１における半導体部品４０と放熱板３０の上面および金属層２４ａおよび２４ｂ（または２４）の下面との間の熱抵抗はそれぞれ１．９２Ｋ／Ｗおよび１．６５Ｋ／Ｗであった。
［実施例１の製造方法］
　図４（ａ）から図７（ｂ）は、実施例１に係る半導体モジュールの製造方法を示す断面図である。
　図４（ａ）に示すように、絶縁層１０の上面に接着剤１２を塗布する。接着剤１２の塗布には、例えばスピンコート法、スプレコート法、インクジェット法またはスクリーン印刷法を用いる。図４（ａ）では、接着剤１２は絶縁層１０上の全面に塗布されているが、接着剤１２は半導体部品４０と重なる領域およびその近傍に選択的に塗布されていてもよい。接着剤１２の上面に半導体部品４０を実装する。
　図４（ｂ）に示すように、接着剤１２の上面に半導体部品４０を囲むように枠体３６を実装する。熱処理することにより、接着剤１２を硬化させ半導体部品４０および枠体３６と絶縁層１０とを接着させる。熱処理は例えば１００℃から３００℃の温度で実施する。半導体部品４０と枠体３６との間は空隙３７となる。
　図４（ｃ）に示すように、絶縁層１０および接着剤１２を貫通する貫通孔１６ａおよび１６ｂを形成する。貫通孔１６ａおよび１６ｂは、例えばレーザ光を照射することにより形成する。これにより、電極４２および枠体３６の下面が貫通孔１６ａおよび１６ｂから露出する。貫通孔１６ａおよび１６ｂは、接着剤１２上に半導体部品４０および枠体３６を搭載する前に形成してもよい。
　図５（ａ）に示すように、絶縁層１０の下面および貫通孔１６ａおよび１６ｂの内面に金属層１４ａおよび１４ｂを形成する。金属層１４ａは貫通孔１６ａを介し電極４２に接続し、金属層１４ｂは貫通孔１６ｂを介し枠体３６に接続する。金属層１４ａおよび１４ｂの形成は例えば以下の方法により行う。絶縁層１０の下面および貫通孔１６ａおよび１６ｂの内面にシード層を形成する。シード層は、例えばスパッタリング法または無電解めっき法を用い形成する。シード層を電極とし、シード層の下面にめっき層を電解めっき法で形成する。フォトリソグラフィー法およびエッチング法を用い、めっき層を所望の導電パターンに加工する。金属層１４ａおよび１４ｂによりパッド電極、配線、およびパッド電極と一体に形成された配線が形成される。
　図５（ｂ）に示すように、絶縁層２０上に接着剤２２を塗布する。接着剤２２の塗布方法は図４（ａ）と同じである。絶縁層１０および金属層１４ａおよび１４ｂ下に接着剤２２を介し絶縁層２０を貼り付ける。図４（ａ）と同様に熱処理することにより、接着剤２２を硬化させ金属層１４ａ、１４ｂおよび絶縁層１０と絶縁層２０とを接着させる。
　図５（ｃ）に示すように、図４（ｃ）と同様に、絶縁層２０および接着剤２２を貫通する貫通孔２６ａおよび２６ｂを形成する。図５（ａ）と同様に、絶縁層２０の下面および貫通孔２６ａおよび２６ｂの内面に金属層２４ａおよび２４ｂを形成する。金属層２４ａおよび２４ｂは貫通孔２６ａおよび２６ｂを介し金属層１４ａおよび１４ｂに接続する。
　図６（ａ）に示すように、半導体部品４０および枠体３６の上面に接合層３４を介し放熱板３０を接合する。接合層３４が焼結金属層またはロウ材の場合、２００℃～３００℃の熱処理を行うことで、半導体部品４０および枠体３６と接合層３４とが接合される。
　図６（ｂ）に示すように、絶縁層１０、２０、接着剤１２および２２を貫通し空隙３７に通じる孔２５を形成する。このとき、図２のように孔２５ａは枠体３６内の側面の４つの角部に重なるように設けられている。
　図７（ａ）に示すように、孔２５を介し樹脂層３８を導入する。図２の枠体３６内の樹脂層３８の４つの角部には空隙３７が残存し易い。孔２５ａから空気が排出されることで、角部における空隙３７の残存を抑制できる。孔２５内に接着剤等の流動性の高い樹脂層２３を充填する。熱処理することで、樹脂層２３を硬化させる。
　図７（ｂ）に示すように、絶縁層２０下に開口２７を有する絶縁層２８を形成する。開口２７から金属層２４ａおよび２４ｂの下面が露出する。
　その後、絶縁層１０上に半導体部品４０を封止する封止部３２を形成する。封止部３２の形成には、例えばトランスファモールド法、インジェクション法またはコンプレッション法を用いる。これにより、図１に示す実施例１の半導体モジュールが製造される。
　実施例１によれば、図６（ｂ）のように、絶縁層１０、２０、接着剤１２および２２に空隙３７に通じる孔２５を形成する。その後、孔２５を介し空隙３７内に樹脂を導入することで、半導体部品４０と枠体３６との間に樹脂層３８を形成する。これにより、空隙３７に樹脂層３８を充填できる。
　放熱板３０を焼結金属層またはロウ材を用い半導体部品４０および枠体３６に接合する場合、２００℃～３００℃の熱処理を行う。放熱板３０を半導体部品４０および枠体３６に接合する前に空隙３７内に伝熱性ゲルまたは伝熱性グリースを充填すると、熱処理により伝熱性ゲルまたは伝熱性グリースが膨らむまたは弾ける等の障害が生じる可能性がある。そこで、図７（ａ）のように、半導体部品４０および枠体３６上に放熱板３０を、接合層３４を介し接合する工程における熱処理の後に、孔２５を介し空隙３７内に樹脂として伝熱性ゲルまたは伝熱性グリースを導入する。これにより、接合層３４の熱処理による伝熱性ゲルまたは伝熱性グリースの障害を抑制できる。
　図６（ａ）において放熱板３０を半導体部品４０および枠体３６上に接合する前に、空隙３７内に無機絶縁体フィラーまたは無機絶縁体粒子を充填しておき、図７（ａ）において、無機絶縁体フィラーまたは無機絶縁体粒子を含まない樹脂を空隙３７内に充填してもよい。これにより、空隙３７内の無機絶縁体フィラーまたは無機絶縁体粒子の体積密度が向上する。よって、図３（ｂ）における経路５４の熱抵抗を低減できる。
　図８は、実施例１に係る半導体モジュールを実装した例である。図８に示すように、放熱板３０は例えばＤＢＣまたはＤＢＡであり、金属層３０ａと３０ｃとの間に絶縁層３０ｂが設けられている。金属層６０ｃはパターニングされており、金属層３０ｃ上に半田６１を介し金属層２４ａおよび２４ｂが接合されている。放熱板３０上および放熱板３０下にそれぞれ冷却器６２および６４が接触している。半導体部品４０の熱は、放熱板３０を介し冷却器６２に伝導し、金属層２４ａおよび２４ｂ、並びに放熱板６２を介し冷却器６４に伝導する。これにより、半導体部品４０において発生した熱を放熱できる。冷却器６０および６４は、例えば空冷冷却器または水冷冷却器である。
［実施例１の変形例１］
　図９は、実施例１の変形例１に係る半導体モジュールの断面図である。図９に示すように、絶縁層２０、接着剤２２、金属層２４ａおよび２４ｂが設けられていない。絶縁層２８は金属層１４ａおよび１４ｂを覆うように絶縁層１０下に設けられている。金属層１４ａおよび１４ｂの下面は絶縁層２８の開口２７から露出する。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。実施例１の変形例１のように、金属層は１層であり、絶縁層２０および金属層２４ａおよび２４ｂは設けられていなくてもよい。
　以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
　１０、２０　絶縁層
　１２、２２　接着剤
　１４ａ、１４ｂ、２４ａ、２４ｂ　金属層
　１６ａ、１６ｂ、２６ａ、２６ｂ　貫通孔
　２３、３８　樹脂層
　２５　孔
　２８　絶縁層
　３０　放熱板
　３２　封止部
　３４　接合層
　３６　枠体
　４０　半導体部品
　４２　電極
　４４　トランジスタ
　

Claims (9)

  1. 　第１絶縁層と、
    　前記第１絶縁層上に接合された半導体部品と、
    　前記第１絶縁層上に接合され、前記半導体部品を囲む金属枠体と、
    　前記半導体部品と前記金属枠体との間に設けられ、前記第１絶縁層の熱伝導率より大きな熱伝導率を有する樹脂層と、
    　前記半導体部品および前記金属枠体上に接合層を介し接合された放熱板と、
    　前記第１絶縁層下に設けられ、前記第１絶縁層を貫通する第１貫通孔を介し前記金属枠体と接続された第１金属層と、
    を備える半導体モジュール。
  2. 　前記樹脂層を介した前記半導体部品と前記金属枠体との距離は前記半導体部品の厚さの２倍以下である請求項１に記載の半導体モジュール。
  3. 　前記第１絶縁層下に設けられ、前記第１絶縁層を貫通する貫通孔を介し前記半導体部品と接続された第２金属層を備える請求項１または２に記載の半導体モジュール。
  4. 　前記樹脂層は伝熱性ゲルまたは伝熱性グリースである請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
  5. 　前記第１絶縁層と前記半導体部品および前記金属枠体とを接着する接着剤を備え、
    　前記樹脂層の熱伝導率は前記接着剤の熱伝導率より大きい請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
  6. 　前記第１絶縁層および前記第１金属層下に設けられた第２絶縁層と、
    　前記第２絶縁層下に設けられ、前記第２絶縁層を貫通する第３貫通孔を介し前記第１金属層と接続された第３金属層を備える請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
  7. 　前記樹脂層は前記金属枠体の側面および前記半導体部品の側面に接触する請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
  8. 　半導体部品と金属枠体との間が空隙となるように、絶縁層上に半導体部品および金属枠体を接合する工程と、
    　前記絶縁層下に、前記絶縁層を貫通する貫通孔を介し前記金属枠体と接続する金属層を形成する工程と、
    　前記半導体部品および前記金属枠体上に放熱板を、接合層を介し接合する工程と、
    　前記絶縁層に前記空隙に通じる孔を形成する工程と、
    　前記孔を介し前記空隙内に樹脂を導入することで、前記半導体部品と前記金属枠体との間に前記絶縁層の熱伝導率より大きな熱伝導率を有する樹脂層を形成する工程と、
    を備える半導体モジュールの製造方法。
  9. 　前記半導体部品および前記金属枠体上に放熱板を、接合層を介し接合する工程における熱処理の後に、前記孔を介し前記空隙内に前記樹脂として伝熱性ゲルまたは伝熱性グリースを導入する請求項８に記載の半導体モジュールの製造方法。
    　
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