(57)【要約】【課題】放熱効率の高い半導体装置を提供する。【解決手段】半導体素子と内部整合回路部品がパッケージのベースとパッケージキャップとによって封止される半導体装置において、半導体素子とパッケージキャップとに接する放熱部材を設ける。放熱部材は空気より熱伝導率の高い材質によって形成される。放熱部材の形状は問わず、略柱体又は略錐台であっても良い。また、放熱部材はパッケージ内の空間に充填されていても良い。パッケージキャップに放熱用フィンを設けることもできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と内部整合回路部品がパッケージのベースとパッケージの側壁とキャップとによって封止される半導体装置であって、
前記半導体素子と、前記パッケージの側壁又は前記キャップとに接する放熱部材を設けたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記放熱部材の形状が略柱体であ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】
前記放熱部材の形状が、前記キャップに接する底面が前記半導体素子と接する底面よりも大きい略錐台であ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４】
前記放熱部材がパッケージ内の空間に充填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５】
前記放熱部材の熱伝導率が空気より高いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記放熱部材が絶縁性樹脂により形成されることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記キャップに放熱用フィンが設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパッケージ内部に放熱部材を設けた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置はパッケージ内部が中空であり、半導体素子のベースに接していない面は空気と接していた。空気は熱伝導率が低く、これらの面は断熱された状態にあった。そのため、半導体素子表面において生じた熱は半導体内に伝わり、パッケージのベースを介してパッケージの下面から放熱していた。しかし、半導体装置の高出力化に伴って半導体装置が生じる熱量が多くなると、パッケージの下面からの放熱だけでは間に合わなくなり、半導体素子の温度が許容温度を超えてしまうことが起きるようになってきた。このような場合、半導体素子の性能を十分に引き出せないという問題があった。
【０００３】
この点に関し、特許文献１には半導体素子の近傍に熱伝導性の高い絶縁部材を設け、半導体素子とこの絶縁部材との間の間隙に絶縁性樹脂を充填し、半導体素子の側面の熱を、絶縁部材を介してパッケージのベースに伝えることにより放熱効率を高める技術が記載されている。
【特許文献１】特開２００６−１９０７１１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、特許文献１に記載の技術は熱をパッケージの下面から放熱するにとどまるため、より高出力の半導体装置においては放熱が追いつかないという問題点があった。
【０００５】
本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、より放熱効率の高い半導体装置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】
この目的を達成するために、請求項１に記載の発明は半導体素子と内部整合回路部品がパッケージのベースとパッケージの側壁とキャップとによって封止される半導体装置において、半導体素子と、パッケージの側壁又はキャップとに接する放熱部材を設けたことを特徴とする半導体装置を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、半導体素子と、パッケージの側壁又はキャップとに接する放熱部材を設けたため、半導体素子において生じた熱がパッケージの側壁又はキャップを介して放熱され、放熱効率を高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１は第１の実施形態の半導体装置の断面を表した図である。本実施形態の半導体装置は半導体素子１４と、内部整合回路部品１３と、これらを封止するパッケージのベース１０及びパッケージの側壁１１ａ，１１ｂ及びパッケージキャップ１２と、半導体素子１４とパッケージキャップ１２とに接する放熱部材１５と、入力用リード線３０と、出力用リード線３１と、線路３２と、回路パターン３３と、ワイヤー３４と、を備える。
【０００９】
パッケージキャップ１２は半導体素子１４と内部整合回路部品１３とをパッケージのベース１０及びパッケージの側壁１１ａ，１１ｂとともに封止する部材である。パッケージのベース１０及びパッケージの側壁１１ａ，１１ｂ及びパッケージキャップ１２は公知又はパッケージ用に新たに開発される材質によって形成される。
【００１０】
放熱部材１５は半導体素子１４とパッケージキャップ１２とに接していればよく、その形状を問わない。本実施形態においては放熱部材１５の形状は、その底面が放熱部材１５と接する半導体素子１４の面と略等しい略柱体をなしている。ここで、柱体とは二つの略平行な底面を有する立体をいう。側面に凹凸や歪みや気泡があっても柱体であり、底面は略平面をなしていれば凹凸や歪みや気泡があっても柱体であるものとする。
【００１１】
図２及び図３は本実施形態における放熱部材１５の他の形状の例である。図２の放熱部材１７は放熱部材１５に比べ底面の大きさが小さく、略柱体をなしている。底面はどのような形をしていても良い。図３の放熱部材１８は略柱体をなしており、底面は半導体素子１４の放熱部位１９を略覆う形状をなしている。
【００１２】
放熱部材１５，１７，１８は熱伝導率が空気よりも高い材質を用いる。なかでも、熱伝導率が空気よりも高い絶縁性樹脂が好適である。例えば、ポリフェニレンスルフィドに銀（Ａｇ）、ビスマス（Ｂｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、黒鉛（Ｇｒ）などの無機物質を１種類以上混合した絶縁性熱伝導性樹脂などを使用できる。放熱部材１５，１７，１８は、予め形成された後に半導体素子１４及びパッケージキャップ１２と接着しても、半導体素子１４上において形成しても良い。
【００１３】
以上のように、本実施形態の半導体装置においては、半導体素子１４とパッケージキャップ１２とに接する放熱部材１５，１７，１８を設けた。このため、半導体素子１４からパッケージのベース１０を介しての放熱に加え、矢印１６に示すように半導体素子１４のベース１０に接触していない面から熱が放熱部材１５，１７，１８を伝わり、パッケージキャップ１２を介した放熱が行われる。このため、放熱効率を高めることができる。
【００１４】
図４は第２の実施形態の半導体装置の断面を表した図である。本実施形態の半導体装置は半導体素子１４と、内部整合回路部品１３と、これらを封止するパッケージのベース１０及びパッケージの側壁１１ａ，１１ｂ及びパッケージキャップ１２と、半導体素子１４とパッケージキャップ１２とに接する放熱部材２０と、入力用リード線３０と、出力用リード線３１と、線路３２と、回路パターン３３と、ワイヤー３４と、を備える。第１の実施形態においては放熱部材１５が柱体をなしているが、本実施形態においては放熱部材２０が錐台をなしている。
【００１５】
放熱部材２０は半導体素子１４とパッケージキャップ１２とに接していればよく、その形状を問わない。本実施形態においては放熱部材２０の形状は、その底面が放熱部材２０と接する半導体素子１４の面と略等しく、パッケージキャップ１２に接する底面が半導体素子１４と接する底面よりも大きい略錐台をなしている。
【００１６】
ここで、錐台とは錐体を底面に略平行な平面で切断し、切断してできた錐体の部分を除いた立体をいう。このような形状をなしていれば、側面に凹凸や歪みや気泡があっても錐台であり、底面は略平面をなしていれば凹凸や歪みや気泡があっても錐台であるものとする。
【００１７】
なお、放熱部材２０の材質は放熱部材１５と同じである。  放熱部材２０は予め形成された後に半導体素子１４及びパッケージキャップ１２と接着しても、半導体素子１４及びベース１０の一部及び内部整合回路部品１３の一部の上において形成しても良い。
【００１８】
以上のように、本実施形態の半導体装置においては、半導体素子１４とパッケージキャップ１２とに接する放熱部材２０をパッケージキャップ１２の方向に向かって広がる略錐台に設けた。このため、第１の実施形態の放熱に加え、半導体素子１４のベース１０に接触していない面から熱が放熱部材２０の内部を矢印２１に示すように広がって伝わり、パッケージキャップ１２のより広い範囲を介した放熱が行われる。このため、さらに放熱効率を高めることができる。
【００１９】
図５は第３の実施形態の半導体装置の断面を表した図である。本実施形態の半導体装置は半導体素子１４と、内部整合回路部品１３と、これらを封止するパッケージのベース１０及びパッケージの側壁１１ａ，１１ｂ及びパッケージキャップ１２と、半導体素子１４とパッケージキャップ１２とに接する放熱部材２３と、入力用リード線３０と、出力用リード線３１と、線路３２と、回路パターン３３と、ワイヤー３４と、を備える。第１の実施形態においては放熱部材１５が柱体をなしているが、本実施形態においては放熱部材２３がパッケージ内の空間に充填されている。
【００２０】
放熱部材２３は半導体素子１４とパッケージキャップ１２とに接していればよく、その形状を問わない。ここでパッケージ内の空間とはパッケージのベース１０とパッケージキャップ１２によって区画された空間のうち半導体素子１４と内部整合回路部品１３とが占める空間を除いた空間をさすが、配線部材などの他の部品がある場合にはそれらが占める空間を更にのぞいた空間をさす。
【００２１】
充填されているとは、放熱部材２３が半導体素子１４とパッケージキャップ１２とに接するように満たされている状態をさすが、気泡が含まれていても充填されているものとする。また、放熱部材２３がパッケージキャップ１２に接しておらず、パッケージの側壁１１ａ，１１ｂに接している場合も充填されているものとする。さらに、図６の放熱部材２４のように半導体素子１４および内部整合回路部品１３の一部を覆うように形成しても充填されているものとする。
【００２２】
放熱部材２３は、予め形成された後に半導体素子１４及びパッケージキャップ１２と接着しても、パッケージのベース１０にあらかじめ取り付けられているパッケージの側壁１１ａ，１１ｂの内部に液体の放熱部材を注ぎ、パッケージキャップ１２を載置して硬化させても良い。
【００２３】
放熱部材２４は、予め形成された後に半導体素子１４及びパッケージキャップ１２と接着しても、半導体素子１４及びベース１０の一部及び内部整合回路部品１３の一部の上において形成しても良い。
【００２４】
以上のように、本実施形態の半導体装置においては、半導体素子１４とパッケージキャップ１２とに接する放熱部材２３，２４をパッケージ内の空間に充填されているように設けた。このため、第２の実施形態の放熱に加え、矢印２２に示すように放熱部材２３に伝達された熱がパッケージキャップ１２のより広い範囲及びパッケージの側壁１１ａ，１１ｂからも放熱され、さらに放熱効率を高めることができる。また、放熱部材２４のように充填した場合、放熱部材の材料を節約することができる。
【００２５】
図７は第４の実施形態の半導体装置の断面を表した図である。本実施形態の半導体装置は半導体素子１４と、内部整合回路部品１３と、これらを封止するパッケージのベース１０及びパッケージの側壁１１ａ，１１ｂ及びパッケージキャップ１２と、半導体素子１４とパッケージキャップ１２とに接する放熱部材２３とを備える。第１の実施形態においてはパッケージキャップ１２は略直方体をなしているが、本実施形態においてはパッケージキャップ１２に放熱用フィン２５が設けられている。
【００２６】
ここで、放熱用フィンとは放熱可能な突起をさし、その数、設置角度、形状を問わない。放熱用フィン２５はパッケージキャップ１２に一体に設けられていても、別体であっても良い。
【００２７】
このように、本実施形態の半導体装置においては、半導体素子１４のベース１０と接しない面とパッケージキャップ１２とに接する放熱部材２３をパッケージ内の空間に充填されているように設け、さらに放熱用フィン２５を設けた。このため、第３の実施形態の放熱に加え、放熱部材２３に伝達された熱が放熱用フィン２５から放熱され、さらに放熱効率を高めることができる。
【００２８】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１の実施形態の半導体装置の断面を表した図である。
【図２】第１の実施形態の半導体装置における放熱部材の他の形状の例を示す図である。
【図３】第１の実施形態の半導体装置における放熱部材の他の形状の例を示す図である。
【図４】第２の実施形態の半導体装置の断面を表した図である。
【図５】第３の実施形態の半導体装置の断面を表した図である。
【図６】第３の実施形態の半導体装置における放熱部材の他の充填例を示した図である。
【図７】第４の実施形態の半導体装置の断面を表した図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０：パッケージのベース、
１１ａ，１１ｂ：パッケージの側壁、
１２：パッケージキャップ、
１３：内部整合回路部品、
１４：半導体素子、
１５，１７，１８，２０，２３，２４：放熱部材、
２５：放熱用フィン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2008130751.tif 000006
【図５】
2008130751.tif 000007
【図６】
2008130751.tif 000008
【図７】
2008130751.tif 000009