(57)【要約】【課題】放熱グリスを介しての半導体素子から放熱板への熱伝導を安定化させて、熱的理由による半導体素子の動作不良を抑制する。【解決手段】少なくとも一表面に凹部３ａを有する放熱板３と、放熱板３の凹部３ａ内に充填された放熱グリス６と、放熱グリス６と接触した状態で、少なくともその一部が凹部３ａ内に配置された半導体素子１と、半導体素子１に電気的に接続されるとともに、凹部３ａの外周部に配置された配線部材２とを備える。更に、半導体素子１に対して、放熱板３の凹部３ａとは反対側に配置され、半導体素子１を凹部３ａ内に向かって付勢する付勢体４を備え、付勢体４は、放熱板３における凹部３ａの外周部分に取付具５により取り付けられている。【選択図】図３
2010109091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一表面に凹部を有する放熱板と、
前記放熱板の前記凹部内に充填された放熱グリスと、
前記放熱グリスと接触した状態で、少なくともその一部が前記凹部内に配置された半導体素子と、
前記半導体素子に電気的に接続されるとともに、前記凹部の外周部に配置された配線部材とを備えた半導体装置において、
前記半導体素子に対して、前記放熱板の凹部とは反対側に配置され、前記半導体素子を前記凹部内に向かって付勢する付勢体を備え、
前記付勢体は、前記放熱板における前記凹部の外周部分に取付具により取り付けられたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記配線部材は前記付勢体とともに、前記取付具により前記放熱板における前記凹部の外周部分に取り付けられた請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記取付具はネジにより構成され、前記ネジをネジ止めするネジ穴は、前記放熱板における前記凹部の外周部分に形成された請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記ネジ穴は、前記凹部の両側に形成された請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記凹部及び前記半導体素子は長形形状であり、前記付勢体は、前記凹部の長形形状とは直交する方向に延在する長形形状である請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記付勢体の前記凹部の長手方向に対応する寸法が、前記凹部の長手方向の寸法よりも小さく、前記凹部の長手方向両端部が前記付勢体から露出している請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記半導体素子と前記配線部材の電気的接続部分が保護樹脂体で被覆され、前記半導体素子は、前記保護樹脂体を介して前記凹部内に向かって付勢された請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記保護樹脂体は、前記半導体素子の前記凹部とは反対側を被覆し、前記保護樹脂体の外周形状が前記凹部の内周形状よりも小さい請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記付勢体及び前記取付具は熱伝導性材料により形成された請求項１〜８のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記付勢体、前記取付具、及び前記放熱板は金属により構成された請求項１〜９のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
少なくとも一表面に凹部を有する放熱板と、前記放熱板の前記凹部内に充填された放熱グリスと、前記放熱グリスと接触した状態で、少なくともその一部が前記凹部内に配置された半導体素子と、前記半導体素子に電気的に接続されるとともに、前記凹部の外周部に配置された配線部材とを備えた半導体装置の製造方法において、
前記配線部材に搭載された前記半導体素子を、前記放熱グリスと接触するように前記放熱板の前記凹部内に配置し、
前記半導体素子に対して、前記放熱板の凹部とは反対側に付勢体を配置し、
前記付勢体を、前記放熱板における前記凹部の外周部分に前記取付具により取り付けることにより、前記半導体素子を前記凹部内に向かって付勢することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記取付具としてネジを用い、前記ネジを、前記放熱板における前記凹部の外周部分に形成したネジ穴にネジ止めする請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記配線部材を前記付勢体とともに、前記取付具により前記放熱板における前記凹部の外周部分に取り付ける請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の半導体装置を複数個備え、前記複数個の半導体装置が平面状に配置された電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線部材に搭載された半導体素子からの放熱効率を高めた半導体装置の構成及びその製造方法、並びにそれを用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子は、大きな電流を流すことが可能になったことから、発熱が非常に大きくなる場合があり、そのため放熱対策が重要になってきた。
【０００３】
例えば、特許文献１の図３に記載された半導体装置では、次のような放熱対策をとっていた。すなわち、凹部を有する放熱板を設け、この凹部内に放熱グリスを充填して、半導体素子を放熱グリスに接触するように配置する。それにより、放熱グリスを介して半導体素子と放熱板が熱伝導可能状態に結合された構造とし、放熱効率を向上させる。
【特許文献１】特開平４−９９０５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記従来例の放熱対策の場合、放熱グリスを介しての半導体素子から放熱板への熱伝導は不安定であり、その結果として、半導体素子の動作不良が発生する惧れがあるという問題があった。
【０００５】
このような、放熱グリスを介しての半導体素子から放熱板への熱伝導を安定化するためには、半導体素子と放熱グリスとの接触が安定していることが非常に重要である。しかし、単に放熱グリスに半導体素子を当接させた状態では、個々の製品（半導体装置）ごとに半導体素子と放熱グリスとの接触面積が異なるために、この接触面積が小さなものは熱伝導がスムーズに行われず、その結果として半導体素子の動作不良が発生する場合があった。
【０００６】
そこで本発明は、放熱グリスを介しての半導体素子から放熱板への熱伝導を安定化させて、熱的理由による半導体素子の動作不良を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体装置は、少なくとも一表面に凹部を有する放熱板と、前記放熱板の前記凹部内に充填された放熱グリスと、前記放熱グリスと接触した状態で、少なくともその一部が前記凹部内に配置された半導体素子と、前記半導体素子に電気的に接続されるとともに、前記凹部の外周部に配置された配線部材とを備え、上記課題を解決するために、前記半導体素子に対して、前記放熱板の凹部とは反対側に配置され、前記半導体素子を前記凹部内に向かって付勢する付勢体を備え、前記付勢体は、前記放熱板における前記凹部の外周部分に取付具により取り付けられたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、少なくとも一表面に凹部を有する放熱板と、前記放熱板の前記凹部内に充填された放熱グリスと、前記放熱グリスと接触した状態で、少なくともその一部が前記凹部内に配置された半導体素子と、前記半導体素子に電気的に接続されるとともに、前記凹部の外周部に配置された配線部材とを備えた半導体装置の製造方法であって、前記配線部材に搭載された前記半導体素子を、前記放熱グリスと接触するように前記放熱板の前記凹部内に配置し、前記半導体素子に対して、前記放熱板の凹部とは反対側に付勢体を配置し、前記付勢体を、前記放熱板における前記凹部の外周部分に前記取付具により取り付けることにより、前記半導体素子を前記凹部内に向かって付勢することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成の半導体装置およびその製造方法によれば、半導体素子を凹部内に向かって付勢する付勢体が、放熱板における凹部の外周部分に取り付けられることにより、半導体素子が凹部内の放熱グリスに押し付けられる。そのため、半導体素子と放熱グリスとの接触状態が安定化し、その結果として半導体素子の熱は放熱グリスを介して放熱板に効率的に伝達される。これにより、熱的理由による半導体素子の動作不良を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の半導体装置およびその製造方法は、上記構成を基本として、以下のような態様をとることができる。
【００１１】
すなわち、上記構成の半導体装置において、前記配線部材は前記付勢体とともに、前記取付具により前記放熱板における前記凹部の外周部分に取り付けられることが好ましい。
【００１２】
また、前記取付具はネジにより構成され、前記ネジをネジ止めするネジ穴は、前記放熱板における前記凹部の外周部分に形成された構成とすることができる。前記ネジ穴は、前記凹部の両側に形成されることが好ましい。
【００１３】
また、前記凹部及び前記半導体素子は長形形状であり、前記付勢体は、前記凹部の長形形状とは直交する方向に延在する長形形状である構成とすることができる。その場合、前記付勢体の前記凹部の長手方向に対応する寸法が、前記凹部の長手方向の寸法よりも小さく、前記凹部の長手方向両端部が前記付勢体から露出している構成とすることが好ましい。
【００１４】
また、前記半導体素子と前記配線部材の電気的接続部分が保護樹脂体で被覆され、前記半導体素子は、前記保護樹脂体を介して前記凹部内に向かって付勢された構成とすることができる。前記保護樹脂体は、前記半導体素子の前記凹部とは反対側を被覆し、前記保護樹脂体の外周形状が前記凹部の内周形状よりも小さいことが好ましい。
【００１５】
前記付勢体及び前記取付具は熱伝導性材料により形成されることが好ましい。また、前記付勢体、前記取付具、及び前記放熱板は金属により構成することができる。
【００１６】
上記構成の半導体装置の製造方法において、前記取付具としてネジを用い、前記ネジを、前記放熱板における前記凹部の外周部分に形成したネジ穴にネジ止めすることができる。
【００１７】
また、前記配線部材を前記付勢体とともに、前記取付具により前記放熱板における前記凹部の外周部分に取り付けることが好ましい。
【００１８】
上記いずれかの構成の半導体装置を複数個備え、前記複数個の半導体装置が平面状に配置された電子機器を構成することができる。
【００１９】
以下、本発明の一実施の形態における半導体装置及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は、本実施の形態の半導体装置を示す平面図である。この半導体装置は、ＴＶ用の駆動回路として用いられる場合の例であり、これがＴＶ画面の全周に複数個、平面状に配置され、画像を形成すべく駆動される。
【００２１】
図１に示す半導体装置は、半導体素子１と、半導体素子１に電気的に接続された配線部材２と、少なくとも一表面に凹部３ａを有する金属製の放熱板３と、半導体素子１及び配線部材２を介在させて放熱板３に取り付けられた付勢体４とを備えている。
【００２２】
配線部材２は、平面形状が略四角形状であり、図１における上側の端部にはＴＶ画面内に向けた表示部接続端子２ａが設けられ、図１における下側の端部にはＴＶ画面外に向けた外部接続端子２ｂが設けられている。配線部材２は、放熱板３の凹部３ａの外周部に配置されている。
【００２３】
放熱板３は、図１における左右方向に長くなった長形形状を有し、その左右の中心部分に凹部３ａが設けられている。凹部３ａは、図１における上下方向に長くなった長形形状を有する。半導体素子１も図１における上下方向に長くなった長形形状を有し、その下部が凹部３ａ内に収納されている。放熱板３には、電子機器への取付のための取付孔３ｂが設けられている。
【００２４】
付勢体４は、放熱板３の凹部３ａの外周部に取付具５により取り付けられ、それにより、
半導体素子１を凹部３ａ内下方向に付勢している。
【００２５】
図１における円Ａで示した領域の拡大平面図を、付勢体４を除去した状態で図２に示す。また、図２におけるＢ−Ｂ線に沿った拡大断面図を図３に示す。
【００２６】
図２、図３に示すように、放熱板３の凹部３ａ内には放熱グリス６が充填されている。半導体素子１は、この放熱グリス６に下部が浸漬状態で接触するように、少なくともその下部が凹部３ａ内に配置されている。
【００２７】
また、図２、図３に示すように、半導体素子１はその上面側に電極１ａを有し、電極１ａにはバンプ７を介して、配線部材２を構成する配線８の先端のインナーリード８ａが電気的に接続されている。この電気的接続部分を覆うように、半導体素子１の上部は保護樹脂体９で覆われている。この保護樹脂体９の外周形状は、凹部３ａの内周形状よりも小さい長形形状（半導体素子１と同じく図２における上下方向の長形形状）である。
【００２８】
平面形状が略四角形状の配線部材２は、図３に示すように、可撓性のテープ基材２ｃ上に複数の配線８が配置され、その上面がレジスト２ｄで覆われた構成となっており、全体としても十分な可撓性を有する。凹部３ａの外周部には接着シート１０が貼り付けられており、テープ基材２ｃにおける凹部３ａの外周部は、接着シート１０により放熱板３に接合されている。
【００２９】
取付具５は、金属製のネジ５ａにより構成され、放熱板３には、このネジ５ａをネジ止めするネジ穴３ｃが設けられている。
【００３０】
次に、図１〜図３に示した構成を有する半導体装置を製造する工程について、図４〜図６を参照して説明する。
【００３１】
先ず、図４に示すように、放熱板３の凹部３ａの外周部に接着シート１０が貼り付けられたものを用意する。そして、凹部３ａ内に、流動状態の放熱グリス６を充填する。
【００３２】
次に、図５に示すように、配線部材２に搭載された半導体素子１を、凹部３ａ内において、未だ流動状態にある放熱グリス６を押しつぶしながら、凹部３ａ内下方へと軽く押し込んで降下させる。この時、半導体素子１は、上述したように配線部材２のインナーリード８ａと電気的に接続され、その電気的接続部分を覆うように、半導体素子１の上部は保護樹脂体９で覆われている。
【００３３】
その後、図６に示すように、保護樹脂体９上に、半導体素子１を凹部３ａ内下方向に付勢するように付勢体４を戴置する。次に、図６には示されていないが、この付勢体４を、取付具５により前記凹部３ａ外周の放熱板３部分に取り付ける。ネジ５ａをネジ穴３ｃにネジ止めした完成状態は、図１、図３に示されている。
【００３４】
次に、以上のような半導体装置の構成、およびその製造工程によって得られる効果について説明する。
【００３５】
先ず、図３に示すようにネジ５ａをネジ穴３ｃにネジ止めすると、半導体素子１は保護樹脂体９を介して、付勢体４によって凹部３ａ内の放熱グリス６に押圧付勢される。半導体素子１に電気的に接続された配線部材２では、半導体素子１を覆った保護樹脂体９の外方には、十分な可撓性が保持されている。そのため、半導体素子１が保護樹脂体９を介し付勢体４によって凹部３ａ内下方に押圧されると、配線部材２の保護樹脂体９外方が下方向に撓む。これによって半導体素子１は図６のように、放熱グリス６に押圧付勢されることになる。
【００３６】
また、付勢体４は、図１からも理解されるように、長形形状の凹部３ａとは直交する方向（図１の左右方向）に延在した長形形状となっている。従って、この長形形状の左右部分をネジ５ａでネジ穴３ｃにネジ止めすると、この平板状の付勢体４によって、半導体素子１は図３のように、水平状態が略保たれた状態で放熱グリス６に押圧付勢される。
【００３７】
この結果、半導体素子１と放熱グリス６の接触面積が広い状態で安定し、これにより半導体素子１の発熱は、放熱グリス６を介して放熱板３に効果的に伝達される。そのため、熱的理由による半導体素子１の動作不良を抑制することができる。
【００３８】
また、付勢体４自身も金属製とし、これを止めるネジ５ａも金属製とすることにより、付勢体４に伝達された半導体素子１の熱も、この付勢体４、ネジ５ａを介して放熱板３に伝達させることができる。この点からも、熱的理由による半導体素子１の動作不良を抑制することができる。
【００３９】
なお、ネジ５ａをネジ穴３ｃにネジ止めする時には、このネジ５ａが配線部材２を貫通する状態となる。これに対して、配線部材２のネジ５ａ貫通部においては、配線８を避けた状態になるように構成されている。そのため、熱伝達を考慮してネジ５ａを金属製としても、電気的な短絡を回避することができる。
【００４０】
また、ネジ５ａをネジ穴３ｃにネジ止めすれば、図１に示すように、放熱板３に配線部材２と付勢体４を同時に取り付けることが出来る。従って、作業性がよく、しかも上述のように付勢体４を介しての放熱効果も得られので、この構成とすることにより、同時に複数の特有の効果が得られる。
【００４１】
さらに、ネジ５ａをネジ穴３ｃにネジ止めするときには、例えば電動ドライバーを使用することができ、その際、電動ドライバーの振動が付勢体４を介して半導体素子１に伝わる。それにより、半導体素子１は振動を受けながら放熱グリス６に浸漬されることとなるので、この半導体素子１の底面と下部外周面に放熱グリス６がより密着し易くなる。この結果、半導体素子１の発熱を効果的に、放熱グリス６を介して放熱板３に伝達することが出来、熱的理由による半導体素子１の動作不良を抑制する効果が十分に得られる。
【００４２】
さらに、このような組み立て完成状態において、図１に示すように、長形形状の凹部３ａとは直交する方向に配置された長形形状の付勢体４の、凹部３ａの長手方向に対応する寸法は、凹部３ａの長手方向寸法よりも小さく設定されている。従って、凹部３ａの長手方向における付勢体４の両側には、凹部３ａが露出することとなる。このため、凹部３ａ内に放熱グリス６を充填しすぎた場合でも、この充填しすぎた放熱グリス６は凹部３ａの露出部から流出することとなる。その結果、上述のとおり平板状の付勢体４により半導体素子１を、図３に示すように水平状態が略保たれた状態で、放熱グリス６に押圧付勢することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の半導体装置及びその製造方法によれば、半導体素子と放熱グリスとの接触状態が安定化し、その結果として半導体素子の熱は放熱グリスを介して放熱板に効率的に伝達されて、熱的理由による半導体素子の動作不良を抑制することができるので、各種電子機器に活用される半導体装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態における半導体装置を示す平面図
【図２】同半導体装置の図１における円Ａで示す一部を付勢体４を除去して示す拡大平面図
【図３】同半導体装置の図２のＢ−Ｂ線に沿った拡大断面図
【図４】同半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図
【図５】同製造方法の図４の後の工程を示す断面図
【図６】同製造方法の図５の後の工程を示す断面図
【符号の説明】
【００４５】
１    半導体素子
２    配線部材
３    放熱板
３ａ    凹部
３ｂ    取付孔
３ｃ    ネジ穴
４    付勢体
５    取付具
５ａ    ネジ
６    放熱グリス
７    バンプ
８ａ    インナーリード
９    保護樹脂体
１０    接着シート
【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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