(57)【要約】【課題】  充分に半導体素子の温度上昇を抑制することができる材料を提供する。【解決手段】  蓄熱物質を含む蓄熱材粒子と、熱伝導性粒子とが、絶縁性物質マトリクス中に分散されてなることを特徴とする電気部品用蓄熱組成物。【選択図】  図１
2020043318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱物質を含む蓄熱材粒子と、熱伝導性粒子とが、絶縁性物質マトリクス中に分散されてなることを特徴とする電気部品用蓄熱組成物。
【請求項２】
蓄熱物質を含む蓄熱材粒子と、熱伝導性粒子とが、絶縁性物質マトリクス中に分散されてなる電気部品用蓄熱組成物により、半導体素子を封止してなることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
絶縁基板と配線層からなる配線基板であって、前記絶縁基板又は前記配線層の少なくとも一部は、蓄熱物質を含む蓄熱材粒子が絶縁性物質マトリクス中に分散されてなる電気部品用蓄熱組成物からなることを特徴とする配線基板。
【請求項４】
前記電気部品用蓄熱組成物が、さらに熱伝導性粒子を含む請求項３に記載の配線基板。
【請求項５】
前記配線層が、電気的機能を有さないダミー配線層を有し、前記ダミー配線層が前記電気部品用蓄熱組成物を含む請求項３又は４に記載の配線基板。
【請求項６】
封止材により封止された半導体素子の少なくとも一部が、
蓄熱物質を含む蓄熱材粒子が絶縁性物質マトリクス中に分散されてなる電気部品用蓄熱組成物により、被覆されてなることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
前記電気部品用蓄熱組成物が、さらに熱伝導性粒子を含む請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
封止材により封止された半導体素子が、
蓄熱物質を含む蓄熱材粒子が絶縁性物質マトリクス中に分散されてなる電気部品用蓄熱組成物を介してヒートシンクに接合されてなることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
前記電気部品用蓄熱組成物が、さらに熱伝導性粒子を含む請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記封止材が、蓄熱物質を含む蓄熱材粒子が絶縁性物質マトリクス中に分散されてなる電気部品用蓄熱組成物にて構成されてなる請求項８又は９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記封止材を構成する前記電気部品用蓄熱組成物が、さらに熱伝導性粒子を含む請求項１０に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気部品用蓄熱組成物、半導体装置、及び、配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバーター制御機器は、小型化および軽量化が求められている。同様に、インバーター制御機器の内部に実装される樹脂封止型パワー半導体素子は、小型化および軽量化を目指した構成となっている。このようなパワー半導体素子を内蔵した樹脂封止型半導体装置では、インバーターが制御しているモータが過負荷運転状態となった場合、半導体の発熱量が一時的に増大し、半導体が劣化、誤作動するという問題があった。
【０００３】
このような問題を解消するため、相変化物質を封入したカプセルを絶縁性樹脂のマトリクスに混合した蓄熱樹脂を用いてパワー半導体を封止し、半導体素子の温度上昇時に発生する熱をカプセル中の相変化物質に吸収させることで、半導体素子の温度上昇を抑制する技術が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５５９１４０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１にかかる蓄熱樹脂では、充分に半導体素子の温度上昇を抑制することができなかった。
このような事情を踏まえ、本発明は、充分に半導体素子の温度上昇を抑制することができる材料を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の電気部品用蓄熱組成物は、蓄熱物質を含む蓄熱材粒子と、熱伝導性粒子とが、絶縁性物質マトリクス中に分散されてなることを特徴とする。
【０００７】
本発明の電気部品用蓄熱組成物は、蓄熱物質を含む蓄熱材粒子に加えて熱伝導性粒子を含んでいる。
このような構成であると、電気部品、例えばパワー半導体素子から発生する熱が電気部品用蓄熱組成物中の熱伝導性粒子によって仲介されて迅速に蓄熱材粒子に伝達され、蓄熱材粒子内の蓄熱物質がこの熱を吸収する。このため、半導体素子から熱が発生すると同時に蓄熱材粒子内に吸熱させることができるため、充分に半導体素子の温度上昇を抑制することができる。
そして、半導体素子の温度上昇を抑制できるため、インバーターを用いたロボットなどのモータ制御において、過負荷運転時に通常より温度が上がってしまう過昇温を防止でき、電気部品の寿命を長くすることができる。
【０００８】
本発明の半導体装置は、蓄熱物質を含む蓄熱材粒子と、熱伝導性粒子とが、絶縁性物質マトリクス中に分散されてなる電気部品用蓄熱組成物により、半導体素子を封止してなることを特徴とする。
【０００９】
このような構成であると、半導体素子から発生した熱を、電気部品用蓄熱組成物中の熱伝導性粒子を介して迅速に蓄熱材粒子に伝達させることができる。
そのため、充分に半導体素子の温度上昇を抑制することができる。
【００１０】
また、本発明の半導体装置の別の態様は、封止材により封止された半導体素子の少なくとも一部が、蓄熱物質を含む蓄熱材粒子が絶縁性物質マトリクス中に分散されてなる電気部品用蓄熱組成物により、被覆されてなることを特徴とする。
封止材としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、シリコーンゲルなどを使用できる。必要に応じて、封止材に、シリカ、アルミナなどの無機粒子を加えてもよい。
この態様において、電気部品用蓄熱組成物は、さらに熱伝導性粒子を含んでいてもよい。
このような構成であっても、充分に半導体素子の温度上昇を抑制することができる。
【００１１】
また、本発明の半導体装置のさらに別の態様は、封止材により封止された半導体素子が、蓄熱物質を含む蓄熱材粒子が絶縁性物質マトリクス中に分散されてなる電気部品用蓄熱組成物を介してヒートシンクに接合されてなることを特徴とする。
この態様において、電気部品用蓄熱組成物は、さらに熱伝導性粒子を含んでいてもよい。
このような構成であっても、充分に半導体素子の温度上昇を抑制することができる。
【００１２】
また、本発明の半導体装置のさらに別の態様では、上記封止材が、蓄熱物質を含む蓄熱材粒子が絶縁性物質マトリクス中に分散されてなる電気部品用蓄熱組成物にて構成されてなることが好ましい。
また、上記封止材を構成する上記電気部品用蓄熱組成物が、さらに熱伝導性粒子を含むことが好ましい。
このような構成であると、さらに充分に半導体素子の温度上昇を抑制することができる。
【００１３】
本発明の配線基板は、絶縁基板と配線層からなる配線基板であって、上記絶縁基板又は上記配線層の少なくとも一部は、蓄熱物質を含む蓄熱材粒子が絶縁性物質マトリクス中に分散されてなる電気部品用蓄熱組成物からなることを特徴とする。
【００１４】
このような構成であると、絶縁基板又は配線層において、蓄熱物質を含む蓄熱材粒子により吸熱をすることができるので、配線基板に実装された半導体素子の温度上昇を抑制することができる。
【００１５】
本発明の配線基板においては、上記電気部品用蓄熱組成物が、さらに熱伝導性粒子を含むことが好ましい。
【００１６】
電気部品用蓄熱組成物が熱伝導性粒子を含むと、配線基板に実装された半導体素子から発生する熱が電気部品用蓄熱組成物中の熱伝導性粒子によって仲介されて迅速に蓄熱材粒子に伝達され、蓄熱材粒子内の蓄熱物質がこの熱を吸収する。このため、配線基板に実装された半導体素子から熱が発生すると同時に蓄熱材粒子内に吸熱させることができるため、充分に半導体素子の温度上昇を抑制することができる。
【００１７】
本発明の配線基板においては、上記配線層が、電気的機能を有さないダミー配線層を有し、上記ダミー配線層が上記電気部品用蓄熱組成物を含むことが好ましい。
【００１８】
ダミー配線層は電気的機能を有さない配線層であるので、電気部品用蓄熱組成物を任意の箇所に任意の量で含むことができる。そのため設計の自由度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の半導体装置の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、電気部品用蓄熱組成物の作用を模式的に示す断面図である。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、電気部品用蓄熱組成物が絶縁基板に含まれている、本発明の配線基板の一例を模式的に示す断面図である。
【図４】図４（ａ）及び図４（ｂ）は、電気部品用蓄熱組成物が配線層に含まれている、本発明の配線基板の一例を模式的に示す断面図である。
【図５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、電気部品用蓄熱組成物が配線層に含まれている、本発明の配線基板の一例を模式的に示す断面図である。
【図６】図６は、電気部品用蓄熱組成物がダミー配線層に含まれている、本発明の配線基板の一例を模式的に示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の半導体装置の別の態様の一例を模式的に示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の半導体装置の別の態様の一例を模式的に示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の半導体装置のさらに別の態様の一例を模式的に示す断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の半導体装置のさらに別の態様の一例を模式的に示す断面図である。
【図１１】図１１は、実施例１と比較例１の評価試験における半導体素子の表面温度を示すグラフである。
【００２０】
（発明の詳細な説明）
以下、本発明の電気部品用蓄熱組成物、半導体装置、及び、配線基板について具体的に説明する。しかしながら、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する本発明の個々の望ましい構成を２つ以上組み合わせたものもまた本発明である。
【００２１】
まず、本発明の半導体装置と、本発明の電気部品用蓄熱組成物について説明する。
本発明の半導体装置は、蓄熱物質を含む蓄熱材粒子と、熱伝導性粒子とが、絶縁性物質マトリクス中に分散されてなる電気部品用蓄熱組成物により、半導体素子を封止してなることを特徴とする。
【００２２】
半導体装置の実施形態の例としては、アルミニウムなどの放熱プレートに絶縁層を介して配線層が接着され、その配線層に半導体素子が半田バンプにより接続された半導体装置が挙げられる。
放熱プレートとしてはアルミニウム等の高熱伝導性の材料が挙げられる。
絶縁層としてはエポキシ樹脂層やアルミナ層が挙げられる。
配線層としては銅配線層が挙げられる。
半導体素子としては、例えばパワー半導体が挙げられる。
半田バンプとしては、例えばＡｇ−Ｓｎ半田バンプが挙げられる。
【００２３】
半導体素子は電気部品用蓄熱組成物により封止されている。電気部品用蓄熱組成物は、蓄熱物質を含む蓄熱材粒子と熱伝導性粒子が絶縁性物質マトリクス中に分散されてなる組成物であり、本発明の電気部品用蓄熱組成物である。
【００２４】
本発明の電気部品用蓄熱組成物を使用すると、半導体素子からの熱が熱伝導性粒子を介して蓄熱材粒子に迅速に伝達されて吸熱され、半導体素子の温度上昇を確実に抑制できる。
【００２５】
図１は、本発明の半導体装置の一例を模式的に示す断面図である。
図１に示す半導体装置１は、アルミニウムなどの放熱プレート１１０に絶縁層１２０を介して配線層１３０が接着され、その配線層１３０に半導体素子１００が半田バンプ１０１により接続された半導体装置である。
【００２６】
半導体素子１００は電気部品用蓄熱組成物１０により封止されている。電気部品用蓄熱組成物１０は、蓄熱物質を含む蓄熱材粒子３０と熱伝導性粒子４０が絶縁性物質マトリクス２０中に分散されてなる。
また、電気部品用蓄熱組成物１０は、半導体素子１００を覆う他、配線層１３０、絶縁層１２０及び放熱プレート１１０の側面も覆っている。
【００２７】
図２は、電気部品用蓄熱組成物の作用を模式的に示す断面図である。
図２には、半導体素子１００と、半導体素子１００を封止する電気部品用蓄熱組成物１０を示している。図２では、半導体素子１００と半導体素子１００に接している熱伝導性粒子４０、さらに熱伝導性粒子４０に接している蓄熱材粒子３０を示している。
本発明の電気部品用蓄熱組成物１０を使用すると、半導体素子１００からの熱が熱伝導性粒子４０を介して蓄熱材粒子３０に迅速に伝達されて吸熱され、半導体素子１００の温度上昇を確実に抑制できる。
【００２８】
本発明の電気部品用蓄熱組成物は、蓄熱物質を含む蓄熱材粒子と、熱伝導性粒子とが、絶縁性物質マトリクス中に分散されてなることを特徴とする。
【００２９】
以下、本発明の電気部品用蓄熱組成物の好ましい構成について説明する。
絶縁性物質マトリクスを構成する絶縁性物質としては、絶縁性を有する樹脂を用いることができる。絶縁性物質マトリクスを構成する絶縁性物質としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、無機高分子が好ましい。
エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、又は、シリコーンゲルを使用することがより好ましい。
【００３０】
蓄熱材粒子には、蓄熱物質が含まれる。
蓄熱物質は、特に限定されないが、パラフィン、糖アルコール及び無機水和塩からなる群から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
これらの物質は蓄熱量が多く、半導体素子の耐熱温度よりも低い相転移温度を有するからである。
糖アルコールとしては、エリスリトール、ソルビトール及びキシリトールからなる群から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
無機水和塩としては、硫酸ナトリウム水和物、酢酸ナトリウム水和物、塩化カルシウム水和物、硝酸マグネシウム二水和物、塩化マグネシウム六水和物からなる群から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
蓄熱物質の相転移温度は、２０〜１８０℃であることが好ましい。また、相転移温度が３０〜１５０℃であることがより好ましく、４０〜１２０℃であることがさらに好ましい。
【００３１】
また、蓄熱物質の種類は限定されるものではないが、上記温度範囲での蓄熱物質の相転移において、液体から固体への変化、又は、固体から液体への変化は体積の変化が少ないので制御しやすく、そのような特性を有する蓄熱物質が好ましく用いられる。
蓄熱物質は、相転移温度が同一の物だけを用いてもよいし、異なる相転移温度を有する複数種類の蓄熱物質を混在させて用いてもよい。相転移温度の異なる２種類以上の蓄熱物質を用いる場合、これらの蓄熱物質は、同一の蓄熱材粒子内に含まれていてもよく、蓄熱物質ごとに別の蓄熱材粒子に含まれていてもよい。
【００３２】
蓄熱材粒子が蓄熱物質を含む態様としては、蓄熱材粒子が、蓄熱物質が封入されたカプセルである（以下、カプセル型蓄熱材粒子ともいう）ことが好ましい。
【００３３】
蓄熱材粒子が、蓄熱物質が封入されたカプセルである、カプセル型蓄熱材粒子の場合、カプセルの構成材料は、有機材料もしくは無機材料である。
また、カプセルの構成材料には蓄熱物質の相転移温度に対して耐久性のある材料を用いることが好ましい。
カプセルの構成材料が有機材料としての熱硬化性樹脂、又は、無機材料であることが好ましい。熱交換の際に、熱によりカプセル壁が破壊されることを防止することができるためである。
カプセルの構成材料の熱硬化性樹脂としては、メラミン樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリウレア樹脂、ポリアミド樹脂及びポリアクリルアミド樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種の熱硬化性樹脂であることが好ましい。
また、カプセルの構成材料の無機材料としては、シリカ、アルミナ及びカーボンからなる群から選択された少なくとも１種であることが好ましい。
また、カプセルの構成材料に、熱可塑性樹脂であるポリスチレンを使用してもよい。
【００３４】
カプセルの壁の厚さは０．１〜２０μｍであることが好ましい。また、カプセルの直径は２〜３００μｍであることが好ましい。
【００３５】
熱伝導性粒子は、特に限定されないが、無機粒子、樹脂粒子及び金属粒子からなる群から選ばれる少なくとも１種の粒子を使用することが好ましい。
無機粒子（ここでは金属粒子以外の無機粒子を意味する）の構成材料としては、シリカ、アルミナ、炭化珪素、窒化アルミニウムなどが挙げられる。
樹脂粒子の構成材料としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。
金属粒子の構成材料としては、アルミニウム、銅などが挙げられる。
熱伝導性粒子の直径は特に限定されるものではないが、０．１〜１００μｍであることが望ましい。
【００３６】
電気部品用蓄熱組成物は、分散剤を含んでいてもよい。分散剤を含むことによって絶縁性物質マトリクス中における蓄熱材粒子及び熱伝導性粒子の分散性を向上させることができる。分散剤としてはエチレン共重合体及び無水カルボン酸共重合体からなる群から選ばれる少なくとも１種を使用することができる。
エチレン共重合体としてはエチレンプロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体等が挙げられる。
無水カルボン酸共重合体としては、無水マレイン酸グラフト化ポリオレフィン樹脂、無水マレイン酸ポリエチレン樹脂、無水マレイン酸高密度ポリエチレン樹脂等が挙げられる。
【００３７】
電気部品用蓄熱組成物の全重量に対して、蓄熱材粒子の配合量が３０〜７０重量％であることが好ましい。また、電気部品用蓄熱組成物の全重量に対して、熱伝導性粒子の配合量が５〜３０重量％であることが好ましい。
【００３８】
電気部品用蓄熱組成物は、密度が５０〜１００００ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。
また、比熱が１００〜１００００Ｊ・ｋｇ／Ｋであることが好ましい。
また、熱伝導率が１〜５０Ｗ／ｍ・Ｋであることが好ましい。
【００３９】
続いて、本発明の配線基板について説明する。
本発明の配線基板は、絶縁基板と配線層からなる配線基板であって、上記絶縁基板又は上記配線層の少なくとも一部は、蓄熱物質を含む蓄熱材粒子が絶縁性物質マトリクス中に分散されてなる電気部品用蓄熱組成物からなることを特徴とする。
【００４０】
まず、絶縁基板が、蓄熱物質を含む蓄熱材粒子が絶縁性物質マトリクス中に分散されてなる電気部品用蓄熱組成物からなる場合について説明する。
【００４１】
本発明の配線基板において使用する電気部品用蓄熱組成物は、蓄熱物質を含む蓄熱材粒子が絶縁性物質マトリクス中に分散されてなるものであればよい。電気部品用蓄熱組成物は熱伝導性粒子を含んでいてもよく含んでいなくてもよいが、熱伝導性粒子を含んでいることが好ましい。
【００４２】
蓄熱物質を含む蓄熱材粒子、及び、熱伝導性粒子としては、本発明の電気部品用蓄熱組成物に使用することのできる蓄熱材粒子及び熱伝導性粒子と同様のものを使用することができる。
【００４３】
絶縁性物質マトリクスを構成する絶縁性物質としては、絶縁性を有する樹脂を用いることができる。絶縁性物質マトリクスを構成する絶縁性物質としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、無機高分子が望ましい。
例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、又は、シリコーンゲル等を使用することができる。
また、通常の配線基板に使用することのできる他の樹脂材料を使用することもできる。例えば、ビスマレイミド−トリアジン樹脂、フッ素樹脂等の材料も挙げられる。
【００４４】
本発明の配線基板において、電気部品用蓄熱組成物が絶縁基板に含まれていて配線層が電気部品用蓄熱組成物を含まない場合、配線層の材料としては通常の配線基板に使用することのできる配線材料、例えば銅、ニッケル等の金属材料を使用することができる。
【００４５】
絶縁基板が蓄熱物質を含む蓄熱材粒子が絶縁性物質マトリクス中に分散されてなる電気部品用蓄熱組成物からなると、絶縁基板において、蓄熱物質を含む蓄熱材粒子により吸熱をすることができるので、配線基板に実装された半導体素子の温度上昇を抑制することができる。
また、絶縁基板が蓄熱物質を含む蓄熱材粒子及び熱伝導性粒子が絶縁性物質マトリクス中に分散されてなる電気部品用蓄熱組成物からなると、配線基板に実装された半導体素子の温度上昇を抑制する効果がさらに大きくなる。
【００４６】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、電気部品用蓄熱組成物が絶縁基板に含まれている、本発明の配線基板の一例を模式的に示す断面図である。
図３（ａ）に示す配線基板２では、絶縁基板１５０が、蓄熱物質を含む蓄熱材粒子３０と熱伝導性粒子４０が絶縁性物質マトリクス２０中に分散されてなる電気部品用蓄熱組成物１０である。
【００４７】
半導体素子１００は、ワイヤボンディング１０５により配線層１３０と電気的に接続されている。また、半導体素子１００の下面には、電気的機能を有さないダミー配線層２３０が設けられている。
半導体素子１００において発生した熱はダミー配線層２３０を介して絶縁基板１５０に伝わる。絶縁基板１５０は蓄熱物質を含む蓄熱材粒子３０及び熱伝導性粒子４０が絶縁性物質マトリクス２０中に分散されてなる電気部品用蓄熱組成物１０であるので、配線基板２に実装された半導体素子１００の温度上昇を抑制することができる。
【００４８】
図３（ｂ）に示す配線基板３では、絶縁基板１５１が、蓄熱物質を含む蓄熱材粒子３０が絶縁性物質マトリクス２０中に分散されてなる電気部品用蓄熱組成物１１である。
【００４９】
図３（ａ）に示す配線基板２と同様に、図３（ｂ）に示す配線基板３でも、半導体素子１００において発生した熱はダミー配線層２３０を介して絶縁基板１５１に伝わる。絶縁基板１５１は蓄熱物質を含む蓄熱材粒子３０が絶縁性物質マトリクス２０中に分散されてなる電気部品用蓄熱組成物１１であるので、配線基板３に実装された半導体素子１００の温度上昇を抑制することができる。
【００５０】
次に、配線層が、蓄熱物質を含む蓄熱材粒子が絶縁性物質マトリクス中に分散されてなる電気部品用蓄熱組成物を含む場合について説明する。
この場合も、電気部品用蓄熱組成物は、蓄熱物質を含む蓄熱材粒子が絶縁性物質マトリクス中に分散されてなるものであればよい。電気部品用蓄熱組成物は熱伝導性粒子を含んでいてもよく含んでいなくてもよいが、熱伝導性粒子を含んでいることが好ましい。
【００５１】
配線層の材料としては通常の配線基板に使用することのできる配線材料、例えば銅、ニッケル等の金属材料を使用することができる。
配線層の内部に電気部品用蓄熱組成物を配置する場合は、配線層をエッチングして空間を設け、その空間に未硬化の電気部品用蓄熱組成物を充填して加熱、乾燥させて硬化させてもよく、電気部品用蓄熱組成物を予め所定形状に成形した後、加熱、乾燥させて硬化した電気部品用蓄熱組成物の硬化物を配線層の空間に嵌め込んでもよい。
電気部品用蓄熱組成物は、配線層の内部の一箇所に配置されていてもよく、配線層の内部に複数の箇所に分けて配置されていてもよい。
また、配線層に電気部品用蓄熱組成物が配置される場合、配線層に半導体素子を実装する実装部位の直下に電気部品用蓄熱組成物が配置されることが好ましい。
【００５２】
図４（ａ）、図４（ｂ）、図５（ａ）及び図５（ｂ）は、電気部品用蓄熱組成物が配線層に含まれている、本発明の配線基板の一例を模式的に示す断面図である。
これらの図では、配線基板に含まれる絶縁基板は省略しており、配線層と、配線基板に実装される半導体素子を示している。
【００５３】
図４（ａ）に示す配線基板４では、配線層１３０が、蓄熱物質を含む蓄熱材粒子３０及び熱伝導性粒子４０が絶縁性物質マトリクス２０中に分散されてなる電気部品用蓄熱組成物１０を含む。
【００５４】
半導体素子１００は、半田バンプ１０１により配線層１３０と電気的に接続されている。半導体素子１００において発生した熱は半田バンプ１０１を介して配線層１３０に伝わる。配線層１３０には蓄熱物質を含む蓄熱材粒子３０及び熱伝導性粒子４０が絶縁性物質マトリクス２０中に分散されてなる電気部品用蓄熱組成物１０が含まれているので、配線基板４に実装された半導体素子１００の温度上昇を抑制することができる。
【００５５】
図４（ｂ）に示す配線基板５では、配線層１３０が、蓄熱物質を含む蓄熱材粒子３０が絶縁性物質マトリクス２０中に分散されてなる電気部品用蓄熱組成物１１を含む。
【００５６】
図４（ａ）に示す配線基板４と同様に、図４（ｂ）に示す配線基板５でも、半導体素子１００において発生した熱は半田バンプ１０１を介して配線層１３０に伝わる。配線層１３０には蓄熱物質を含む蓄熱材粒子３０が絶縁性物質マトリクス２０中に分散されてなる電気部品用蓄熱組成物１１が含まれているので、配線基板５に実装された半導体素子１００の温度上昇を抑制することができる。
【００５７】
図５（ａ）に示す配線基板６では、蓄熱物質を含む蓄熱材粒子３０及び熱伝導性粒子４０が絶縁性物質マトリクス２０中に分散されてなる電気部品用蓄熱組成物１０が配線層１３０の内部の複数の箇所に分けて配置されている。
また、図５（ｂ）に示す配線基板７では、蓄熱物質を含む蓄熱材粒子３０が絶縁性物質マトリクス２０中に分散されてなる電気部品用蓄熱組成物１１が配線層１３０の複数の箇所に分けて配置されている。
【００５８】
半導体素子１００は、半田バンプ１０１により配線層１３０と電気的に接続されている。半導体素子１００において発生した熱は半田バンプ１０１を介して配線層１３０に伝わる。配線層１３０には電気部品用蓄熱組成物１０又は電気部品用蓄熱組成物１１が含まれているので、配線基板６又は７に実装された半導体素子１００の温度上昇を抑制することができる。
【００５９】
また、本発明の配線基板において、配線層が、電気的機能を有さないダミー配線層を有し、ダミー配線層が電気部品用蓄熱組成物を含むことが好ましい。
ダミー配線層は電気的な機能を持たない金属層である。
ダミー配線層が、配線基板に半導体素子を実装する実装部位の直下に設けられていることが好ましい。電気部品用蓄熱組成物を含むダミー配線層が配線基板に半導体素子を実装する実装部位の直下に設けられていると、配線基板に実装された半導体素子の温度上昇を効率よく抑制することができる。
【００６０】
図６は、電気部品用蓄熱組成物がダミー配線層に含まれている、本発明の配線基板の一例を模式的に示す断面図である。
図６に示す配線基板８では、配線層１３０がダミー配線層２３０を含む。そして、ダミー配線層２３０が、蓄熱物質を含む蓄熱材粒子３０及び熱伝導性粒子４０が絶縁性物質マトリクス２０中に分散されてなる電気部品用蓄熱組成物１０を含む。
【００６１】
半導体素子１００は、ワイヤボンディング１０５により配線層１３０と電気的に接続されている。また、半導体素子１００の下面には、電気的機能を有さないダミー配線層２３０が設けられている。
半導体素子１００において発生した熱はダミー配線層２３０に伝わる。ダミー配線層２３０には蓄熱物質を含む蓄熱材粒子３０及び熱伝導性粒子４０が絶縁性物質マトリクス２０中に分散されてなる電気部品用蓄熱組成物１０が含まれているので、配線基板８に実装された半導体素子１００の温度上昇を抑制することができる。
なお、図６には、ダミー配線層に含まれる電気部品用蓄熱組成物が、蓄熱物質を含む蓄熱材粒子及び熱伝導性粒子が絶縁性物質マトリクス中に分散されてなる電気部品用蓄熱組成物である例を示したが、ダミー配線層に含まれる電気部品用蓄熱組成物が、蓄熱物質を含む蓄熱材粒子が絶縁性物質マトリクス中に分散されてなる電気部品用蓄熱組成物であってもよい。
【００６２】
本発明の半導体装置の別の態様では、封止材により封止された半導体素子の少なくとも一部が、蓄熱物質を含む蓄熱材粒子が絶縁性物質マトリクス中に分散されてなる電気部品用蓄熱組成物により、被覆されてなる。
図７及び図８は、本発明の半導体装置の別の態様の一例を模式的に示す断面図である。
図７に示す半導体装置１´では、半導体素子１００は絶縁層物質マトリクス２０（シリコーンゲル封止材）により封止されている。封止した絶縁層物質マトリクス２０（シリコーンゲル封止材）の外周に電気部品用蓄熱組成物１０を形成させている。
また、図８に示す半導体装置１´´では、半導体素子１００は絶縁層物質マトリクス２０（シリコーンゲル封止材）により封止されている。封止した絶縁層物質マトリクス２０の外周および上面に電気部品用蓄熱組成物１０を形成させている。
封止材としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、シリコーンゲルなどを使用できる。必要に応じて、封止材に、シリカ、アルミナなどの無機粒子を加えてもよい。
電気部品用蓄熱組成物は、さらに熱伝導性粒子を含んでいてもよい。
【００６３】
本発明の半導体装置のさらに別の態様では、封止材により封止された半導体素子が、蓄熱物質を含む蓄熱材粒子が絶縁性物質マトリクス中に分散されてなる電気部品用蓄熱組成物を介してヒートシンクに接合されてなる。
図９及び図１０は、本発明の半導体装置のさらに別の態様の一例を模式的に示す断面図である。
図９に示す半導体装置１´´´では、放熱プレート１１０上にアルミナ層（絶縁層）１２０を介して配線層１３０が形成されている。配線層１３０には半導体素子１００が半田バンプ１０１により電気的に接続されており、半導体素子１００は、絶縁層物質マトリクス２０（シリコーンゲル封止材）により封止されている。放熱プレート１１０の下部に電気部品用蓄熱組成物１０を介してヒートシンク１６０が配置されている。
図１０に示す半導体装置１´´´´の構成はほぼ図９に示す半導体装置１´´´と同じであるが、半導体素子１００は電気部品用蓄熱組成物１０により封止されている。
ヒートシンクの材質は、金属、無機材料のいずれかであり、金属であれば、銅、アルミニウムなどが用いることができる。ヒートシンクの形状は、特に限定されないが、板状、凸部を設けた形状等とすることができる。
なお、電気部品用蓄熱組成物１０は、放熱プレート１１０の表面を全て被覆してもよいし、一部分を被覆してもよい。
また、放熱プレートの下部に配置される電気部品用蓄熱組成物がさらに熱伝導性粒子を含んでいてもよく、封止材を構成する電気部品用蓄熱組成物がさらに熱伝導性粒子を含んでいてもよい。
【００６４】
なお、ここまで、本発明の配線基板において電気部品用蓄熱組成物が配線基板に含まれる場合、配線層に含まれる場合、ダミー配線層に含まれる場合を分けて説明したが、電気部品用蓄熱組成物が配線基板、配線層及びダミー配線層のうち２か所に設けられていてもよく、これら３カ所の全てに設けられていてもよい。また、熱伝導性粒子を含む電気部品用蓄熱組成物と熱伝導性粒子を含まない電気部品用蓄熱組成物を併用していてもよい。
【００６５】
なお、本発明の配線基板に実装された半導体素子は封止材によって封止される。ここで使用する封止材として、本発明の電気部品用蓄熱組成物を使用するようにしてもよい。また、従来用いられている封止材を使用することもできる。
【００６６】
本発明の電気部品用蓄熱組成物は、電気部品用蓄熱組成物を構成する蓄熱材粒子、熱伝導性粒子及び絶縁性物質と必要に応じて加える分散材等の材料を混合することにより製造することができる。
【００６７】
本発明の半導体装置は、本発明の電気部品用蓄熱組成物を得て、半導体装置の封止材として本発明の電気部品用蓄熱組成物を用いることにより製造することができる。
封止材以外の構成に関する半導体装置の製造方法、及び、封止材による半導体素子の封止方法としては従来公知の方法を用いることができる。
【００６８】
また、本発明の別の態様に係る半導体装置は、半導体素子を封止材で封止したのちに、本発明の電気部品用蓄熱組成物を用いて封止材の少なくとも一部を覆うことにより製造することができる。
【００６９】
また、本発明のさらに別の態様に係る半導体装置は、半導体素子を封止材で封止したのちに、本発明の電気部品用蓄熱組成物を用いてヒートシンクと接合することにより製造することができる。
【００７０】
本発明の配線基板は、配線基板の絶縁基板を構成する材料、又は、配線層の一部を構成する材料として、蓄熱物質を含む蓄熱材粒子が絶縁性物質マトリクス中に分散されてなる電気部品用蓄熱組成物を用いることにより製造することができる。
配線基板の製造方法としては従来公知の方法を用いることができる。
【００７１】
［実施例］
（実施例１）
＜ポリアミド蓄熱カプセルの製法＞
純水１０ｍｌにジエチレントリアミン０．５重量部、エリスリトール１０重量部、メチレンビスアクリルアミド０．３重量部、アクリルアミド０．１重量部及び過硫酸カリウム０．０５重量部を溶解し水相とした。ケロシン１２０ｍｌにソルビタンモノオレエート１．２重量部を溶解した油相に上記水相を加え、３０００ｒｐｍで撹拌を行いＷ／Ｏ分散液を調製した後、温度７０℃で撹拌速度２００ｒｐｍにて８時間ラジカル重合を行った。
その後、反応温度６０℃、１５０ｒｐｍで撹拌しつつケロシン３０ｍｌに二塩化フタロイル１．０重量部を溶解した溶液を滴下した。
更に２４時間反応を行い、濾過を行ってマイクロカプセルを取り出し水洗した後、乾燥させて、蓄熱物質を含む蓄熱材粒子を得た。
この蓄熱材粒子は、エリスリトールが封入されたポリアミド蓄熱カプセルであり、平均粒子径が１００μｍであった。
【００７２】
＜電気部品用蓄熱組成物の調製＞
未硬化のシリコーンゲル（信越シリコーン製  商品名：ＫＥ−１０５１Ｊ）３５重量部、平均粒子径１０μｍのシリカ粒子２５重量部、上記工程で得られた蓄熱材粒子４０重量部を混合して、電気部品用蓄熱組成物を調製した。
【００７３】
＜半導体装置の製造＞
アルミニウムプレート上にアルミナ接着剤（太陽金網株式会社製  Ｒｅｓｂｏｎｄ９８９）を塗布して、その上に厚さ２ｍｍの銅板をエッチングして製造した配線層のパターンを載置して室温で４８時間放置して硬化させた。さらに、その銅配線層上にモータ制御のための半導体素子をＡｇ−Ｓｎ半田を介して実装し、モータ制御用の半導体装置とした。
上記工程で得られた電気部品用蓄熱組成物を封止樹脂として、図１に示すように半導体素子を覆い、２５℃で２４時間放置してシリコーンゲルを硬化させて封止した。
上記工程によりモータ制御用の半導体装置を製造した。
【００７４】
（実施例２）
＜半導体装置の製造＞
アルミニウムプレート上にアルミナ接着剤（太陽金網株式会社製  Ｒｅｓｂｏｎｄ９８９）を塗布して、その上に厚さ２ｍｍの銅板をエッチングして製造した配線層のパターンを載置して室温で４８時間放置して硬化させた。さらに、その銅配線層上にモータ制御のための半導体素子をＡｇ−Ｓｎ半田を介して実装し、モータ制御用の半導体装置とした。
未硬化のシリコーンゲル（信越シリコーン製  商品名：ＫＥ−１０５１Ｊ）を封止材として用いて、半導体素子を覆い、２５℃で２４時間放置してシリコーンゲルを硬化させて封止した。
その後、図７に示すように半導体素子を覆った封止樹脂の外周に、実施例１で調製した電気部品用蓄熱組成物を塗布し、２５℃で２４時間放置してシリコーンゲルを硬化させた。
上記工程によりモータ制御用の半導体装置を製造した。
【００７５】
（実施例３）
＜半導体装置の製造＞
アルミニウムプレート上にアルミナ接着剤（太陽金網株式会社製  Ｒｅｓｂｏｎｄ９８９）を塗布して、その上に厚さ２ｍｍの銅板をエッチングして製造した配線層のパターンを載置して室温で４８時間放置して硬化させた。さらに、その銅配線層上にモータ制御のための半導体素子をＡｇ−Ｓｎ半田を介して実装し、モータ制御用の半導体装置とした。
未硬化のシリコーンゲル（信越シリコーン製  商品名：ＫＥ−１０５１Ｊ）を封止材として用いて、半導体素子を覆い、２５℃で２４時間放置してシリコーンゲルを硬化させて封止した。
その後、実施例１で調製した電気部品用蓄熱組成物をヒートシンク（アルミニウム製  縦２０８ｍｍ×横１２７ｍｍ×厚み１０ｍｍ）上の半導体装置を載置する部分に塗布し、電気部品用蓄熱組成物上に半導体装置を載せて、２５℃で２４時間放置してシリコーンゲルを硬化させた。
【００７６】
（比較例１）
＜電気部品用蓄熱組成物の調製＞においてシリカ粒子を添加しなかった。その他は実施例１と同様にして電気部品用蓄熱組成物を調製し、半導体装置を製造した。
【００７７】
（評価試験）
封止したモータ制御用の半導体装置の封止部に半導体素子に至る孔をあけて熱電対を挿入し、半導体素子の表面温度を測定できるようにした。
モータを駆動させて、定常運転を６０秒行い、その後過負荷運転を６０秒行い、再び定常運転を行う制御を行った。
過負荷運転とは通電した状態でモータに回転方向と逆のトルクをかけて、モータの回転を停止させる状態をいう。
【００７８】
図１１は、実施例１と比較例１の評価試験における半導体素子の表面温度を示すグラフである。
図１１に示すように、過負荷運転時（６０〜１２０ｓｅｃ）での温度は、実施例１において低くなっている。最高温度は実施例１で１０８℃、比較例１では１１２℃である。
すなわち、本発明の電気部品用蓄熱組成物を使用することにより、半導体素子の表面温度を低くすることができることが理解される。
また、実施例２においても最高温度が１１１℃となり、比較例１よりも１．０℃温度が低下した。
また、実施例３においては、最高温度が１０７．５℃となり、比較例１よりも４．５℃温度が低下した。
【符号の説明】
【００７９】
１、１´、１´´、１´´´、１´´´´  半導体装置
２、３、４、５、６、７、８  配線基板
１０、１１  電気部品用蓄熱組成物
２０  絶縁性物質マトリクス
３０  蓄熱材粒子
４０  熱伝導性粒子
１００  半導体素子
１０１  半田バンプ
１０５  ワイヤボンディング
１１０  放熱プレート
１２０  絶縁層
１３０  配線層
１５０、１５１  絶縁基板
１６０  ヒートシンク
２３０  ダミー配線層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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