(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードフレームと、
前記リードフレーム上に実装された半導体素子と、
前記半導体素子の上面の第１領域に設けられた電極パッドと、
前記半導体素子内に設けられ、前記上面の第２領域に位置する表層部を有し少なくとも前記表層部が前記電極パッドと同じ層内に設けられた第１伝熱層と、
前記第１伝熱層に接続された第２伝熱層と、
前記第２伝熱層に接続された第３伝熱層と、
前記半導体素子、前記第１伝熱層及び前記第２伝熱層を封止し、前記第３伝熱層が表出する樹脂層と、
を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１伝熱層と前記第２伝熱層とは、第１接着層を用いて接続され、前記第２伝熱層と前記第３伝熱層とは、第２接着層を用いて接続されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２伝熱層は、前記リードフレームに接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２伝熱層は、折れ曲がり部分を有するシート状の伝熱部材であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
上面の第１領域に設けられた電極パッドと、前記上面の第２領域に位置する表層部を有し少なくとも前記表層部が前記電極パッドと同じ層内に設けられた第１伝熱層とを備える半導体素子を、リードフレーム上に実装する工程と、
前記第１伝熱層に第２伝熱層を接続する工程と、
前記第２伝熱層に第３伝熱層を接続する工程と、
前記半導体素子、前記第１伝熱層及び前記第２伝熱層を封止し、前記第３伝熱層が表出する樹脂層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置の熱抵抗を低減し、過熱を抑制する方法が提案されている。
例えば、リードフレームに実装した半導体素子を樹脂層で封止する半導体装置に関し、比較的熱伝導率の高いフィラーを含有させた樹脂層で半導体素子を封止する技術、半導体素子を封止する樹脂層を薄型化する技術が知られている。このほか、半導体素子が実装されたリードフレームに放熱板を接続し、その放熱板を表出させるように樹脂層で封止する技術、放熱板に設けた突起面を半導体素子上に樹脂膜を介して接着し、その放熱板を表出させるように樹脂層で封止する技術も知られている。
【０００３】
また、半導体装置の熱抵抗低減に関し、セラミック基板上の第１多層配線層に半導体素子を埋設し、それらの上に第２多層配線層を接着し、その上に形成したヒートシンクを、第２多層配線層を貫通するリード電極で半導体素子と接続する技術も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２６９３８８号公報
【特許文献２】特開平５−６３１１３号公報
【特許文献３】特開平７−１８３４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
リードフレームに実装した半導体素子を樹脂層で封止する半導体装置において、上記のような技術では、半導体素子で発生する熱を効率的に外部に放熱することができない場合がある。例えば、高集積化に伴う半導体素子の単位面積当たりの発熱量の増加、パワー半導体素子を用いたときの発熱量の増加に対し、十分な放熱を行えない可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一観点によれば、リードフレームと、前記リードフレーム上に実装された半導体素子と、前記半導体素子の上面の第１領域に設けられた電極パッドと、前記半導体素子内に設けられ、前記上面の第２領域に位置する表層部を有し少なくとも前記表層部が前記電極パッドと同じ層内に設けられた第１伝熱層と、前記第１伝熱層に接続された第２伝熱層と、前記第２伝熱層に接続された第３伝熱層と、前記半導体素子、前記第１伝熱層及び前記第２伝熱層を封止し、前記第３伝熱層が表出する樹脂層とを含む半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
開示の半導体装置によれば、半導体素子で発生した熱を効率的に外部へ放熱することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】半導体装置の構成例を示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。
【図３】第１の実施の形態に係る半導体装置の別例を示す図である。
【図４】モデル計算の説明図（その１）である。
【図５】モデル計算の説明図（その２）である。
【図６】伝熱面積と等価熱伝導率の関係を示す図である。
【図７】第１の実施の形態に係る半導体装置の形成方法の一例を示す図である。
【図８】半導体装置の内部構造の例を示す図（その１）である。
【図９】半導体装置の内部構造の例を示す図（その２）である。
【図１０】第２の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。
【図１１】第２の実施の形態に係る半導体装置の形成方法の一例を示す図である。
【図１２】第２の実施の形態に係る半導体装置の別例を示す図である。
【図１３】伝熱層の変形例を示す図（その１）である。
【図１４】伝熱層の変形例を示す図（その２）である。
【図１５】伝熱層の変形例を示す図（その３）である。
【図１６】伝熱層の変形例を示す図（その４）である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は半導体装置の構成例を示す図である。
図１に示す半導体装置１は、リードフレーム２、半導体素子３、第１伝熱層４、第２伝熱層５、第３伝熱層６、及び樹脂層７を有している。
【００１０】
半導体素子３は、リードフレーム２に実装されている。第１伝熱層４は、リードフレーム２に実装された半導体素子３内の、例えばその表面に、設けられている。尚、第１伝熱層４は、半導体素子３の、より内部に設けられた、更に別の伝熱層に接続されていてもよい。第２伝熱層５は、第１伝熱層４に接続されており、第３伝熱層６は、第２伝熱層５に接続されている。樹脂層７は、第３伝熱層６の表面が露出するように、リードフレーム２上の半導体素子３、第１伝熱層４及び第２伝熱層５を封止している。
【００１１】
尚、第１伝熱層４、第２伝熱層５及び第３伝熱層６には、樹脂層７の材料よりも熱伝導率の高い材料が用いられる。
このような構成を有する半導体装置１において、半導体素子３で発生した熱は、例えば、第１伝熱層４に伝熱され、第１伝熱層４に伝熱された熱は、第２伝熱層５に伝熱され、第２伝熱層５に伝熱された熱は、第３伝熱層６に伝熱される。半導体装置１では、半導体素子３に設けた第１伝熱層４に第２伝熱層５が接続され、第２伝熱層５に第３伝熱層６が接続されているため、半導体素子３で発生した熱を第３伝熱層６まで効率的に伝熱させることができる。更に、半導体装置１では、第３伝熱層６を樹脂層７から表出させているため、第３伝熱層６まで伝熱された熱を、効率的に外部に放熱させることができる。
【００１２】
尚、半導体素子３で発生した熱の伝熱、放熱の経路は、このように第１伝熱層４、第２伝熱層５、第３伝熱層６を順に伝熱されて第３伝熱層６から外部に放熱される経路に限らない。例えば、半導体素子３、第１伝熱層４、或いは第２伝熱層５から樹脂層７に伝熱され、樹脂層７から第３伝熱層６に伝熱されて、そこから外部に放熱される経路もある。また、樹脂層７に伝熱された熱が、樹脂層７から外部に放熱される経路もある。
【００１３】
半導体装置１では、半導体素子３と、樹脂層７から表出する第３伝熱層６との間を、第１伝熱層４及び第２伝熱層５を用いて接続しているため、半導体素子３の熱を第３伝熱層６へと効率的に伝熱させ、外部に放熱させることが可能になっている。
【００１４】
また、半導体素子３内に第１伝熱層４を設けることにより、半導体素子３で発生した熱を効率的に第２伝熱層５、第３伝熱層６へと伝熱することができる。更にまた、第２伝熱層５と第３伝熱層６を別体とすることにより、第２伝熱層５として、例えば後述のような様々な形態のものを適用することができる。
【００１５】
以下、半導体装置について、より詳細に説明する。
図２は第１の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。尚、図２は、第１の実施の形態に係る半導体装置の一例の要部を模式的に示す図であって、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図である。
【００１６】
図２に示す半導体装置（半導体パッケージ）１０Ａは、リードフレーム１１、及びリードフレーム１１に実装された半導体素子（チップ）１２（図２（Ｂ）では点線で図示）を有している。半導体素子１２は、ダイボンド材１３を用いてリードフレーム１１上に接着されている。半導体素子１２の表面に設けられている電極パッド１２ａは、ワイヤ１４でリードフレーム１１に接続され、半導体素子１２とリードフレーム１１とが電気的に接続されている。ダイボンド材１３には、例えば、銀（Ａｇ）ペーストやはんだ等、接着性と熱伝導性を有する材料を用いることができる。ワイヤ１４には、例えば、金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等の材料を用いることができる。
【００１７】
半導体素子１２の内部には、第１伝熱層１５（図２（Ｂ）では点線で図示）が設けられている。第１伝熱層１５は、半導体素子１２の上面側に、電極パッド１２ａの配設領域を避けて、設けられている。第１伝熱層１５には、シート状の伝熱部材を用いることができる。第１伝熱層１５には、金属材料、カーボン材料、セラミックス材料を用いることができる。例えば、第１伝熱層１５には、封止樹脂に比べて熱伝導性の高い材料が用いられる。
【００１８】
第１伝熱層１５は、例えば、半導体素子１２を形成するときに、その内部に作り込むことで、形成することができる。例えば、電極パッド１２ａの形成時に、電極パッド１２ａと同じ層の所定領域に、電極パッド１２ａと同じ材料を用いて、第１伝熱層１５を形成しておく。尚、その際、第１伝熱層１５の下層に別の伝熱層を、例えば配線やビアと共に形成しておき、当該伝熱層と接続されるように、第１伝熱層１５を形成するようにしてもよい。
【００１９】
第１伝熱層１５には、第２伝熱層１６（図２（Ｂ）では点線で図示）が接続されている。第２伝熱層１６は、例えば図２に示すように、第１接着層１８を用いて第１伝熱層１５に接続される。
【００２０】
第２伝熱層１６には、例えば、金属材料、カーボン材料、セラミックス材料を用いることができる。例えば、第２伝熱層１６には、封止樹脂に比べて高い熱伝導性を有する材料を用いることができる。
【００２１】
また、第１接着層１８には、例えば、Ａｇペーストやはんだ等、接着性と熱伝導性を有する材料を用いることができる。尚、第１伝熱層１５と第２伝熱層１６の材質の組み合わせによっては、このような第１接着層１８を用いずに第１伝熱層１５と第２伝熱層１６とを接続することも可能である。
【００２２】
第２伝熱層１６には、様々な形状のものを用いることができる。ここでは一例として、所定の材料からなるフレキシブルシートのような柔軟性のあるシート状の伝熱部材を２つ折りに折り返した形状（Ｕ字形状）の第２伝熱層１６を１つ用いている。このような折り返し形状を有する第２伝熱層１６の一方の端部側（下側）が、第１接着層１８を介して第１伝熱層１５の上面に接続されている。
【００２３】
折り返し形状を有する第２伝熱層１６のもう一方の端部側（上側）には、第３伝熱層１７が接続されている。第３伝熱層１７は、例えば図２に示すように、第２接着層１９を用いて第２伝熱層１６に接続される。
【００２４】
第３伝熱層１７には、シート状の伝熱部材を用いることができる。第３伝熱層１７には、例えば、金属材料、カーボン材料、セラミックス材料を用いることができる。例えば、第３伝熱層１７には、封止樹脂に比べて高い熱伝導性を有する材料を用いることができる。
【００２５】
また、第２接着層１９には、例えば、Ａｇペーストやはんだ等、接着性と熱伝導性を有する材料を用いることができる。尚、第２伝熱層１６と第３伝熱層１７の材質の組み合わせによっては、このような第２接着層１９を用いずに第２伝熱層１６と第３伝熱層１７とを接続することも可能である。
【００２６】
このように、リードフレーム１１に実装された半導体素子１２に、第１伝熱層１５、第２伝熱層１６及び第３伝熱層１７が熱的に接続されている。
リードフレーム１１にダイボンド材１３で接着された半導体素子１２、ワイヤ１４、第１伝熱層１５、第２伝熱層１６は、樹脂層２０によって封止されている。樹脂層２０は、第３伝熱層１７の、例えばその上面が表出するように、設けられている。樹脂層２０には、例えば、所定の非導電性フィラーを含有する樹脂（封止樹脂）を用いることができる。尚、フィラーには、熱伝導性の高いものを用いてもよい。樹脂層２０は、所定の金型を用いたモールド法によって形成することができる。
【００２７】
上記構成を有する半導体装置１０Ａでは、半導体素子１２で発生した熱を、第１伝熱層１５、第２伝熱層１６、第３伝熱層１７へと効率的に伝熱させ、樹脂層２０から表出する第３伝熱層１７から効率的に外部へと放熱させることができる。
【００２８】
半導体装置１０Ａでは、第２伝熱層１６を折り返し形状とし、折り返した両端部の外側の表面でそれぞれ第１伝熱層１５及び第３伝熱層１７と接続させる。そのため、第２伝熱層１６の湾曲或いは屈曲した部分（折り返し部分）で積層方向の伝熱経路を確保しつつ、両端部の表面で第１伝熱層１５及び第３伝熱層１７との接触面積（伝熱面積）を比較的大きく確保することができる。これにより、半導体素子１２から第３伝熱層１７への効率的な伝熱が実現されている。
【００２９】
更に、第１伝熱層１５と第３伝熱層１７の間を繋ぐ第２伝熱層１６に比較的柔軟な材料を用いることで、樹脂層２０を形成する際に、第２伝熱層１６がクッション性を発揮し、樹脂封止時の樹脂流動による半導体素子１２への衝撃が抑制される。
【００３０】
例えば、樹脂封止時には、封止前の組立体が金型の上型と下型の間に挟まれ、その間の空間に封止樹脂が圧入され、横方向に封止樹脂が流動し、組立体が封止樹脂で封止される。このときの横方向の樹脂流動により、第３伝熱層１７や第２伝熱層１７には、ある程度の荷重がかかる。その荷重に応じ、第２伝熱層１６が、その柔軟性により、一端部を第１伝熱層１５と半導体素子１２の側に固定された状態で、横方向に変形する。
【００３１】
仮に、第２伝熱層１６に柔軟性のない材料を用いていると、樹脂封止時の樹脂流動による荷重が、半導体素子１２側にかかってしまい、半導体素子１２の損傷、破損を招く恐れがある。
【００３２】
これに対し、上記のような柔軟性を有する第２伝熱層１６を用いると、その変形によるクッション効果により、樹脂封止時の樹脂流動によって半導体素子１２にかかる荷重負担を低減することが可能になる。それにより、半導体素子１２の損傷、破損を抑制し、半導体装置１０Ａの信頼性向上、歩留まり向上を図ることが可能になる。
【００３３】
尚、ここでは、第２伝熱層１６を、第１伝熱層１５と第３伝熱層１７の間に１つ設ける場合を例示したが、複数の第２伝熱層１６を設けることも可能である。
図３は第１の実施の形態に係る半導体装置の別例を示す図である。尚、図３は、第１の実施の形態に係る半導体装置の別例の要部を模式的に示す図であって、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図である。
【００３４】
図３に示す半導体装置１０Ａａは、第１伝熱層１５と第３伝熱層１７の間に、複数の第２伝熱層１６を設けた構造を有している。この場合、各第２伝熱層１６には、上記のような形状、材質のものを用いることができ、各第２伝熱層１６が、第１接着層１８を介して第１伝熱層１５に接続され、第２接着層１９を介して第３伝熱層１７に接続される。
【００３５】
このように複数の第２伝熱層１６を設けた場合にも、上記同様の伝熱、放熱効果と、樹脂封止時の半導体素子１２への荷重低減効果を得ることができる。
ところで、上記のような第２伝熱層１６を用いず、第１伝熱層１５と第３伝熱層１７とをビアで接続した場合には、伝熱、放熱効果に制約が生じ得る。ここで、上記のような第２伝熱層１６を用いた構造の場合と、ビアを用いた構造の場合について、それらの熱伝導を比較する。そこで、それぞれの場合について、次のようなモデル計算を行う。
【００３６】
図４及び図５はモデル計算の説明図である。図４及び図５において、（Ａ）は第２伝熱層を用いた構造のモデルの説明図、（Ｂ）はビアを用いた構造のモデルの説明図である。
ここでは、まず、図４（Ａ）に示すように、第２伝熱層１６とそれを封止している樹脂層２０の領域の、一断面の構造について、式（１）を用い、等価熱伝導率を算出する。比較のため、ビア構造についても、上記第２伝熱層１６をビアに置き換え、図４（Ｂ）に示したように樹脂層２０内にビア１００が配置された構造の一断面を想定し、式（１）を用い、等価熱伝導率を算出する。尚、第２伝熱層１６とビア１００の材質は同じとする。
【００３７】
λeq＝（λP×ＡP＋λR×ＡR）／（ＡP＋ＡR）・・・（１）
この式（１）において、λeqは等価熱伝導率、λPは第２伝熱層１６又はビア１００の熱伝導率、λRは樹脂層２０の熱伝導率、ＡPは第２伝熱層１６又はビア１００の断面積、ＡRは樹脂層２０の断面積である。
【００３８】
尚、第２伝熱層１６が第１伝熱層１５、第３伝熱層１７とそれぞれ接続される部分（折り返した両端部）の厚さが十分薄いと仮定する。その場合、伝熱経路の体積は、図５（Ａ）に示すような折り返し部分の断面積Ａ１（伝熱面積）×高さＨ（第１伝熱層１５と第２伝熱層１６の間の樹脂層２０の厚さ）と考えることができる。第２伝熱層１６を、単に図５（Ｂ）に示すようなビア１００に置き換えれば、両者は高さＨが同じになるため、体積によらず断面積Ａ１，Ａ２（伝熱面積）によって熱伝導率を比較することができる。
【００３９】
具体的なモデル計算例として、第２伝熱層１６の厚さ（シート厚）が１５０μｍ、幅（シート幅）が３００μｍであるとし、平面サイズ５ｍｍ×５ｍｍの半導体素子１２の上に、ピッチ４００μｍで、折り返し形状の第２伝熱層１６を複数配置するものとする。この場合、縦に７個、横に７個、合計４９個（約５０個）の第２伝熱層１６を配置することができる。
【００４０】
ビア１００については、例えば、半導体素子１２上への樹脂シート（樹脂層２０の一部に相当）の貼り付け、レーザ加工による穴開け、めっきによる充填、というプロセスを繰り返すビルドアッププロセスで形成する場合を想定する。穴開け加工が可能で、且つ平坦なめっき充填が可能なビア１００の最大径は２００μｍである。このようなサイズのビア１００を、平面サイズ５ｍｍ×５ｍｍの半導体素子１２の上に、ピッチ４００μｍで配置するものとすると、縦に７個、横に７個、合計４９個（約５０個）のビア１００が配置できることになる。
【００４１】
図６に伝熱面積と等価熱伝導率の関係を示す。尚、図６では、第２伝熱層１６の伝熱面積と等価熱伝導率の関係を実線（伝熱層構造）で示し、ビア１００の伝熱面積と等価熱伝導率の関係を点線（ビア構造）で示している。図６に示した１２，２５，５０の数字は、第２伝熱層１６の個数、ビア１００の個数を示している。
【００４２】
図６より、第２伝熱層１６は、同じ個数のビア１００を用いたときよりも、大きな伝熱面積を得ることができ、高い熱伝導率を得ることができる。ビア１００の場合、上記モデル計算では、形成ルール上、５０個分のビア１００の伝熱面積である１．６ｍｍ2までしか伝熱面積を確保することができない。これに対し、第２伝熱層１６の場合には、同じ５０個を配置したときでも、より大きな伝熱面積を確保することができる。
【００４３】
従って、第２伝熱層１６は、半導体素子１２にパワー半導体等の発熱量の大きいものを用いる場合にも、好適に利用することができる。また、第２伝熱層１６は、シート厚、シート幅、個数の自由度が高いため、用いる半導体素子１２の種類や、要求される放熱特性等に応じて、最適な形態を選択することができる。
【００４４】
続いて、第１の実施の形態に係る半導体装置の形成方法について説明する。
図７は第１の実施の形態に係る半導体装置の形成方法の一例を示す図である。
まず、図７（Ａ）に示すように、第１伝熱層１５を所定領域に設けた半導体素子１２を、ダイボンド材１３を用いて、リードフレーム１１上にフェースアップでダイボンディングする。次いで、半導体素子１２の電極パッド１２ａと、リードフレーム１１（リード部（アウターリード））の間を、ワイヤ１４で電気的に接続する。尚、電極パッド１２ａとリードフレーム１１の間は、ウェッジボンディング法を用いて電気的に接続してもよい。
【００４５】
次いで、予め折り返し形状としている第２伝熱層１６、及び、その上に設けるシート状の第３伝熱層１７を接続していく。その際は、例えば、図７（Ｂ）に示すように、第１伝熱層１５の上面に第１接着層１８を設け、第３伝熱層１７の下面に第２接着層１９を設ける。そして、図７（Ｃ）に示すように、折り返し形状としている第２伝熱層１６の一方の端部側を、第１接着層１８を介して第１伝熱層１５に接続し、もう一方の端部側に、第２接着層１９を介して第３伝熱層１７を接続する。
【００４６】
図７（Ｃ）のように第３伝熱層１７の接続まで行った後は、得られた組立体を、樹脂封止（モールド）装置の金型（上型と下型の間）にセットし、半導体素子１２、ワイヤ１４、リードフレーム１１（アウターリード）、第１伝熱層１５及び第２伝熱層１６を、熱硬化性の封止樹脂によって封止する。その際は、第３伝熱層１７の上面が表出するように、封止する。封止後、金型を取り外すことで、図７（Ｄ）に示すような樹脂層２０で封止された組立体が得られる。
【００４７】
封止の際、樹脂は、例えば、上型と下型の間に圧入され、横方向に流動しながら組立体を埋めていく。この樹脂の流動により、第２伝熱層１６や第３伝熱層１７には荷重がかかり得るが、そのような荷重を第２伝熱層１６が変形により吸収し、半導体素子１２側にかかる荷重負担を低減することができる。
【００４８】
封止後、金型を取り外した後は、リードフレーム１１のアウターリードを切断することで、半導体装置１０Ａを得る。
尚、ここでは１個の半導体装置１０Ａを図示している。勿論、１枚のリードフレーム１１に複数の半導体素子１２を実装し、それぞれに第１伝熱層１５、第２伝熱層１６、第３伝熱層１７を接続し、全体を封止し、リードの切断を行って個々に分離し、複数の半導体装置１０Ａを得るようにしてもよい。
【００４９】
また、図７には、１つの第２伝熱層１６を設ける半導体装置１０Ａ（図２）の形成方法を例示したが、複数の第２伝熱層１６を設ける半導体装置１０Ａａ（図３）も、この図７に示したような例に従って形成することが可能である。
【００５０】
尚、図７に示したような方法を用いて形成される半導体装置の内部構造の例を図８及び図９に示す。図８及び図９では、リードフレーム１１の半導体素子１２の搭載領域を模式的に図示している。
【００５１】
半導体素子１２は、２つのトランジスタ部１２ｂ、及び、ゲート、ソース、ドレイン用の電極パッド１２ａを備えている。ゲート用の電極パッド１２ａは、リードフレーム１１のゲート用のリード部１１ａにゲート配線１４ａ（ワイヤ１４）で接続される。ソース用の電極パッド１２ａは、リードフレーム１１のソース用のリード部１１ｂにソース配線１４ｂ（ワイヤ１４）で接続される。ドレイン用の電極パッド１２ａは、リードフレーム１１のドレイン用のリード部１１ｃにドレイン配線１４ｃで接続される。
【００５２】
図８には、各トランジスタ部１２ｂの上にそれぞれ第１伝熱層１５が設けられ、その上にそれぞれ第２伝熱層１６が接続された構造を例示している。そして、ここでは図示を省略するが、各第２伝熱層１６の上にそれぞれ第３伝熱層１７が接続される。
【００５３】
図９には、各トランジスタ部１２ｂ上に設けられた第１伝熱層１５の上にそれぞれ、複数の第２伝熱層１６が接続された構造を例示している。そして、ここでは図示を省略するが、各第１伝熱層１５上の複数の第２伝熱層１６を覆うように、それぞれ第３伝熱層１７が接続される。
【００５４】
以上、第１の実施の形態に係る半導体装置について説明した。以上の説明では、第２伝熱層１６を第１伝熱層１５及び第３伝熱層１７と接続する場合について述べたが、第２伝熱層１６は、更にリードフレーム１１と接続することも可能である。
【００５５】
図１０は第２の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。
図１０に示す半導体装置（半導体パッケージ）１０Ｂは、第２伝熱層１６が、樹脂層２０の端部まで引き延ばされ、伝熱部材２１を介してリードフレーム１１に接続された構造を有している。
【００５６】
樹脂層２０の端部に引き延ばされた第２伝熱層１６と伝熱部材２１の一端部は、例えば図１０に示すように、第３接着層２２を用いて接続される。また、伝熱部材２１の他端部とリードフレーム１１は、例えば図１０に示すように、第４接着層２３を用いて接続される。尚、第２伝熱層１６と伝熱部材２１の材質の組み合わせによっては、第３接着層２２を用いずに第２伝熱層１６と伝熱部材２１を接続することも可能である。また、伝熱部材２１とリードフレーム１１の材質の組み合わせによっては、第４接着層２３を用いずに伝熱部材２１とリードフレーム１１を接続することも可能である。
【００５７】
このような半導体装置１０Ｂによれば、半導体素子１２で発生した熱を、第１伝熱層１５、第２伝熱層１６、第３伝熱層１７へと順に伝熱させるほか、第２伝熱層１６から伝熱部材２１を介してリードフレーム１１へと伝熱させることができる。これにより、半導体素子１２から第２伝熱層１６に伝熱された熱を、樹脂層２０から表出する第３伝熱層１７のほか、リードフレーム１１から、或いは樹脂層２０から表出する伝熱部材２１から、外部へと放熱することができ、放熱効果を更に高めることができる。
【００５８】
上記構成を有する半導体装置１０Ｂは、例えば、次のようにして形成することができる。
図１１は第２の実施の形態に係る半導体装置の形成方法の一例を示す図である。
【００５９】
図１１（Ａ）に示すように、第１伝熱層１５を所定領域に設けた半導体素子１２を、ダイボンド材１３でリードフレーム１１上にダイボンディングした後、半導体素子１２の電極パッド１２ａとリードフレーム１１の間を、ワイヤ１４で電気的に接続する。
【００６０】
次いで、予め一方の端部側が長くなるような折り返し形状とした第２伝熱層１６、シート状の第３伝熱層１７を接続していく。例えば、図１１（Ａ）に示すように、第１伝熱層１５、第３伝熱層１７にそれぞれ第１接着層１８、第２接着層１９を設ける。そして、図１１（Ｂ）に示すように、折り返し形状の第２伝熱層１６の短い方の端部側を、第１接着層１８を介して第１伝熱層１５に接続し、長い方の端部側に、第２接着層１９を介して第３伝熱層１７を接続する。
【００６１】
更に、図１１（Ｂ）に示すように、第２伝熱層１６の長い方の端部側先端部に、犠牲層２４を形成する。犠牲層２４は、例えば、レジストを用いて形成することができる。尚、犠牲層２４は、第１伝熱層１５及び第３伝熱層１７との接続前に、予め第２伝熱層１６の所定部分に形成しておくこともできる。
【００６２】
次いで、上記のようにして得られた組立体を、モールド装置の金型（上型と下型の間）にセットし、半導体素子１２、ワイヤ１４、リードフレーム１１（アウターリード）、第１伝熱層１５及び第２伝熱層１６を、封止樹脂によって封止する。その際は、第３伝熱層１７及び犠牲層２４が表出するように、封止する。封止後、金型を取り外すことで、図１１（Ｃ）に示すような樹脂層２０で封止された組立体が得られる。
【００６３】
次いで、封止後の組立体に表出する犠牲層２４を除去する。そして、犠牲層２４の除去後に露出する第２伝熱層１６の先端部と、リードフレーム１１とを、図１１（Ｄ）に示すように、伝熱部材２１によって接続する。ここでは、露出する第２伝熱層１６の先端部に第３接着層２２を設け、リードフレーム１１に第４接着層２３を設けて、伝熱部材２１の両端部を、第３接着層２２及び第４接着層２３を介して、第２伝熱層１６及びリードフレーム１１にそれぞれ接続する。
【００６４】
以後は、リードフレーム１１のアウターリードを切断することで、半導体装置１０Ｂを得る。
尚、ここでは、樹脂層２０の形成後、伝熱部材２１で第２伝熱層１６とリードフレーム１１を接続するようにした。このほか、樹脂層２０の形成前に、伝熱部材２１で第２伝熱層１６とリードフレーム１１を接続しておき、その後、その伝熱部材２１も封止されるように、樹脂層２０を形成するようにしてもよい。このようにして得られる構造であっても、樹脂層２０内で、第２伝熱層１６が伝熱部材２１を介してリードフレーム１１に接続されていることで、高い放熱効果を得ることが可能である。
【００６５】
また、ここでは、伝熱部材２１を用いて第２伝熱層１６をリードフレーム１１に接続するようにしたが、伝熱部材２１を用いず、第２伝熱層１６の一端部をリードフレーム１１まで引き延ばし、リードフレーム１１と接続することもできる。
【００６６】
図１２は第２の実施の形態に係る半導体装置の別例を示す図である。
図１２に示す半導体装置１０Ｂａは、折り返し形状の第２伝熱層１６の一方の端部側（先端部）を、更に折り曲げた形状とし、その折り曲げた部分をリードフレーム１１に第４接着層２３を介して接続した構造を有している。
【００６７】
このような構造とする場合には、予め図１２に示したような形状となるように折り返しと先端部の折り曲げを行った第２伝熱層１６を、第１伝熱層１５、第３伝熱層１７、リードフレーム１１にそれぞれ接続し、折り曲げられた先端部が表出するように封止を行う。或いは、折り返しまで行った（先端部折り曲げ前の）第２伝熱層１６を、第１伝熱層１５、第３伝熱層１７にそれぞれ接続し、折り曲げを行う先端部が表出するように封止を行った後、その表出する先端部を折り曲げ、リードフレーム１１に接続する。
【００６８】
尚、図１２には、第２伝熱層１６の先端部を樹脂層２０から表出させてリードフレーム１１と接続する場合を例示したが、リードフレーム１１との接続部を含む第２伝熱層１６の全体を樹脂層２０で封止してもよい。このような構造であっても、第２伝熱層１６がリードフレーム１１に接続されていることで、高い放熱効果を得ることが可能である。
【００６９】
以上、第１，第２の実施の形態に係る半導体装置について説明したが、これらの半導体装置に用いる第２伝熱層１６は、上記のようなシート状の材料を折り返したもの、或いは折り返した部分を含むものには限定されない。例えば、線状の材料を折り返した形状にしたものや、折り返した部分を含んだ形状にしたものを、第１伝熱層１５及び第３伝熱層１７と接続する第２伝熱層として設けてもよい。
【００７０】
また、このように第１伝熱層１５及び第３伝熱層１７と接続する第２伝熱層は、上記のような折り返し形状、或いはそのような形状部分を含んだ形状のものには限定されない。例えば、第１伝熱層１５及び第３伝熱層１７と接続する第２伝熱層として、以下の図１３〜図１６に示すような形態のものを用いることもできる。
【００７１】
例えば、第１伝熱層１５及び第３伝熱層１７と接続する第２伝熱層としては、図１３に示すような、折り返しのない、ステップ形状の第２伝熱層１６ａを用いたり、図１４に示すような複数回折り返した形状の第２伝熱層１６ｂを用いたりすることもできる。このような第２伝熱層１６ａ，１６ｂは、シート状の材料、又は線状の材料を用いて、形成することができる。
【００７２】
また、第１伝熱層１５及び第３伝熱層１７と接続する第２伝熱層としては、図１５及び図１６に示すような、封止樹脂が流入可能な多孔質型の第２伝熱層１６ｃ，１６ｄを用いることもできる。例えば、図１５に示す第２伝熱層１６ｃは、線状の材料をメッシュ状に編んだものである。図１６に示す第２伝熱層１６ｄは、ブロック状の材料に多数の細孔を形成したものである。
【００７３】
以上例示したような第２伝熱層１６ａ〜１６ｄを、第１伝熱層１５と第３伝熱層１７の間に設け、それらと接続するようにしても、上記同様、半導体素子１２で発生した熱を、効率的に外部に放熱させることができる。
【００７４】
尚、第２伝熱層１６ａ〜１６ｄのいずれの場合にも、更にリードフレーム１１と接続するための伝熱部材を用い、樹脂層２０の外部或いは内部でリードフレーム１１と接続することも可能である。また、第２伝熱層１６ａ〜１６ｄのいずれの場合にも、その一部を樹脂層２０の外部に引き延ばし、或いは内部で引き延ばし、その引き延ばした先端部をリードフレーム１１と接続することも可能である。
【００７５】
第２伝熱層としては、以上例示したもののほか、スパイラル型（コイル形状）のものや、ベローズ型のもの等を用いることも可能である。
第２伝熱層には、第１伝熱層１５から第３伝熱層１７への伝熱が可能で、樹脂封止時の樹脂流動による荷重を吸収するようなクッション性を発揮するもの、或いはクッション性は発揮しなくとも樹脂流動を妨げないものを、広く適用することが可能である。
【００７６】
第２伝熱層には、金属や合金の箔、リボン、ワイヤ、或いはカーボンファイバやカーボンナノチューブ、或いはまた各種セラミックスを利用することができる。
以下、実施例及び比較例について述べる。
＜実施例＞
複数の第２伝熱層１６を有する半導体装置１０Ａａ（図３）を形成した。ここでは、平面サイズ５ｍｍ×５ｍｍの半導体素子１２を用い、第１伝熱層１５と第３伝熱層１７の間に、シート厚１５０μｍ、シート幅３００μｍの銅（Ｃｕ）のフレキシブルシートを、高さ１ｍｍの折り返し形状とした第２伝熱層１６をピッチ４００μｍで４９個配置した。半導体素子１２の動作時における半導体装置１０Ａａ全体の熱抵抗を測定した結果、０．５℃／Ｗ以下であった。半導体装置１０Ａａ全体の等価熱伝導率を試算した結果、６１（任意単位）であった。
＜比較例＞
上記実施例の第２伝熱層１６をビアに替えた半導体装置を形成した。ここでは、厚さ２００μｍの樹脂シートの貼り付け、レーザによる直径２００μｍ、ピッチ４００μｍの穴開け加工、穴のめっき充填というビルドアッププロセスを５回繰り返し、第１伝熱層１５上に４９個のビアを形成し、その上に第３伝熱層１７を配置した。半導体素子１２の動作時における半導体装置全体の熱抵抗を測定した結果、１．５℃／Ｗと、上記実施例の３倍以上であった。半導体装置１０Ａ全体の等価熱伝導率を試算した結果、４３（任意単位）となり、上記実施例よりも３０％低下した。
【００７７】
ビルドアッププロセスではなく、第１伝熱層１５上にビアを形成した後に、樹脂層２０（封止樹脂）で封止した半導体装置の場合にも、この比較例と同様の結果が得られた。
上記したような第２伝熱層を用いた半導体装置によれば、低熱抵抗化、高熱伝導率化が可能になり、更に、信頼性の向上、歩留まりの向上を図ることが可能になる。
【００７８】
以上説明した実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）  リードフレームと、
前記リードフレームに実装された半導体素子と、
前記半導体素子内に設けられた第１伝熱層と、
前記第１伝熱層に接続された第２伝熱層と、
前記第２伝熱層に接続された第３伝熱層と、
前記半導体素子、前記第１伝熱層及び前記第２伝熱層を封止し、前記第３伝熱層が表出する樹脂層と、
を含むことを特徴とする半導体装置。
【００７９】
（付記２）  前記第１伝熱層と前記第２伝熱層とは、第１接着層を用いて接続され、前記第２伝熱層と前記第３伝熱層とは、第２接着層を用いて接続されていることを特徴とする付記１に記載の半導体装置。
【００８０】
（付記３）  前記第２伝熱層は、前記リードフレームに接続されていることを特徴とする付記１又は２に記載の半導体装置。
（付記４）  前記第２伝熱層は、折れ曲がり部分を有するシート状の伝熱部材であることを特徴とする付記１乃至３のいずれかに記載の半導体装置。
【００８１】
（付記５）  前記第２伝熱層は、折れ曲がり部分を有する線状の伝熱部材であることを特徴とする付記１乃至３のいずれかに記載の半導体装置。
（付記６）  前記第２伝熱層は、多孔質の伝熱部材であることを特徴とする付記１乃至３のいずれかに記載の半導体装置。
【００８２】
（付記７）  前記第２伝熱層は、前記第１伝熱層と前記第３伝熱層の間に複数設けられていることを特徴とする付記１乃至６のいずれかに記載の半導体装置。
（付記８）  前記半導体素子は、前記リードフレームにワイヤを用いて電気的に接続され、前記樹脂層は、前記半導体素子、前記第１伝熱層、前記第２伝熱層及び前記ワイヤを封止することを特徴とする付記１乃至７のいずれかに記載の半導体装置。
【００８３】
（付記９）  半導体素子内に第１伝熱層を設ける工程と、
リードフレームに前記半導体素子を実装する工程と、
前記第１伝熱層に第２伝熱層を接続する工程と、
前記第２伝熱層に第３伝熱層を接続する工程と、
前記半導体素子、前記第１伝熱層及び前記第２伝熱層を封止し、前記第３伝熱層が表出する樹脂層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００８４】
（付記１０）  前記第１伝熱層に第１接着層を用いて前記第２伝熱層を接続し、前記第２伝熱層に第２接着層を用いて前記第３伝熱層を接続することを特徴とする付記９に記載の半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００８５】
１，１０Ａ，１０Ａａ，１０Ｂ，１０Ｂａ  半導体装置
２，１１  リードフレーム
３，１２  半導体素子
４，１５  第１伝熱層
５，１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ  第２伝熱層
６，１７  第３伝熱層
７，２０  樹脂層
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ  リード部
１２ａ  電極パッド
１２ｂ  トランジスタ部
１３  ダイボンド材
１４  ワイヤ
１４ａ  ゲート配線
１４ｂ  ソース配線
１４ｃ  ドレイン配線
１８  第１接着層
１９  第２接着層
２１  伝熱部材
２２  第３接着層
２３  第４接着層
２４  犠牲層
１００  ビア
【図１】
0005740995.tif 000002
【図２】
0005740995.tif 000003
【図３】
0005740995.tif 000004
【図４】
0005740995.tif 000005
【図５】
0005740995.tif 000006
【図６】
0005740995.tif 000007
【図７】
0005740995.tif 000008
【図８】
0005740995.tif 000009
【図９】
0005740995.tif 000010
【図１０】
0005740995.tif 000011
【図１１】
0005740995.tif 000012
【図１２】
0005740995.tif 000013
【図１３】
0005740995.tif 000014
【図１４】
0005740995.tif 000015
【図１５】
0005740995.tif 000016
【図１６】
0005740995.tif 000017