(57)【要約】【課題】放熱部材の形状が限定されることなく、放熱効果を高めつつ、半導体装置全体の大型化を防止することが可能な半導体装置を提供することを目的とする。【解決手段】ベース板７１と絶縁層７２と導体７３とからなる金属絶縁基板７４と、金属絶縁基板７４の上方に形成される半導体チップ７５と、半導体チップ７５と電極７６とを電気的に接続する配線７７と、金属絶縁基板７４と半導体チップ７５との間に形成され、半導体チップ７５に生じる熱を吸収し放熱するヒートスプレッダ１１と、ヒートスプレッダ１１上に半導体チップ７５を覆うように形成されるヒートスプレッダ１２とを備えて構成される。【選択図】  図１
2004363330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上方に形成される半導体チップと、
前記半導体チップと前記基板上に形成される電極とを電気的に接続する配線と、
前記半導体チップに接し、前記半導体チップで生じる熱を吸収し放熱する第１の放熱部材と、
を備え、
前記第１の放熱部材は、前記配線が通る溝又は孔が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記第１の放熱部材は、前記基板と前記半導体チップとの間に形成される第２の放熱部材と、該第２の放熱部材上に形成される第３の放熱部材とで構成され、前記第２の放熱部材に前記配線が通る溝が形成されることにより、前記第１の放熱部材に前記配線が通る孔が形成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記第１の放熱部材は、前記基板と前記半導体チップとの間に形成される第２の放熱部材と、該第２の放熱部材上に形成される第３の放熱部材とで構成され、前記第３の放熱部材に前記配線が通る溝が形成されることにより、前記第１の放熱部材に前記配線が通る孔が形成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記第１の放熱部材は、前記半導体チップの所定の上面の一部又は全部を覆うと共に、前記半導体チップの所定の側面の一部又は全部を囲むように形成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記第１の放熱部材は、前記半導体チップの所定の側面のみを囲むように形成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体装置であって、
前記基板は、セラミック製の部材を備えることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に関し、特には、半導体装置の放熱構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体チップの集積化又は小型化に伴い、半導体チップで発生する熱を効率良く放出するために様々な技術が考えられている。
図８は、従来の半導体装置７０を示す図であり、図８（ａ）は、半導体装置７０の上面図を、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ１−Ａ２断面図をそれぞれ示している。
【０００３】
図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、半導体装置７０は、ベース板７１（例えば、アルミなど）とベース板７１上に形成される絶縁層７２と絶縁層７２上に形成される導体７３とからなる金属絶縁基板７４と、金属絶縁基板７４の上方に形成される半導体チップ７５と、半導体チップ７５と電極７６とを電気的に接続する配線７７（例えば、アルミなど）と、金属絶縁基板７４と半導体チップ７５との間に形成され、半導体チップ７５に生じる熱を吸収し放熱するヒートスプレッダ７８とを備えて構成される。また、半導体チップ７５の周囲は、ケース７９（例えば、樹脂などで形成されるケース）により囲まれており、半導体チップ７５の上方は、カバー８０で覆われている。そして、金属絶縁基板７４、ケース７９、及びカバー８０により形成される空間には、配線７７や半導体チップ７５の表面を保護するための保護用樹脂８１が充填されている。なお、図８（ａ）は、カバー８０及び保護用樹脂８１を示していない。
【０００４】
このように、ヒートスプレッダ７８を半導体装置７０に備えることにより、半導体チップ７５で発生する熱を吸収し放熱している。
そして、この放熱効果を更に高める場合、従来では、ヒートスプレッダ７８を大きくすることが行われている。
【０００５】
しかしながら、半導体チップ７５の放熱効果を高めるために、ヒートスプレッダ７８を大きくすることは、結果的に、半導体装置７０全体を大きくしてしまうという問題がある。
図８（ｃ）は、図８（ａ）及び（ｂ）に示すヒートスプレッダ７８を大きくした場合の半導体装置７０のＡ１−Ａ２断面図を示す図である。
【０００６】
図８（ｃ）に示すように、ヒートスプレッダ７８を大きくすると、すなわち、ヒートスプレッダ７８の厚みを厚くすると、半導体チップ７５が搭載される位置の高さが、図８（ｂ）の半導体チップ７５が搭載される位置の高さよりも高くなり、それに伴い、ループ形状の配線７７の最も高い部分も高くなり半導体装置７０全体が大型化してしまう。また、配線７７の最も高い部分が高くなるため、配線７７が他の金属部材と接触して短絡などを起こさないように、半導体装置７０、ケース７９、カバー８０、及び保護用樹脂８１を含む半導体モジュール全体も大型化するおそれがある。
【０００７】
この問題を解決するための方法の１つとして、ヒートスプレッダ７８の上に第２のヒートスプレッダ（上部放熱板７）を設けることにより、金属絶縁基板７４（回路基板１）上の占有面積を縮減し、半導体装置７０全体の小型化を可能としているものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
また、放熱効果の向上を考慮せず、単に、半導体装置７０全体の小型化を目的とするものとしては、ヒートスプレッダ７８（ヒートスプレッダ３５）に凹部（素子搭載部３３）を形成し、そこに半導体チップ７５（ＩＣチップ５１）を搭載するものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平５−１０９９４５号  （第２〜４頁、第４図）
【００１０】
【特許文献２】
特開平７−３０７４１５号  （第２〜３頁、第１図）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１において、例えば、下部放熱板６の側部６ｂ及び６ｃを形成するためのスペースが回路基板１にない場合は、第２のヒートスプレッダである上放熱板７を設けることができず、放熱効果を高めることができないという問題がある。
【００１２】
また、特許文献２では、放熱効果を高めるために、ヒートスプレッダ３５を大きくすると、上記半導体装置７０と同様に、装置全体が大型化してしまうという問題がある。
そこで、本発明は、上記問題点を考慮し、放熱部材の形状が限定されることなく、放熱効果を高めつつ、半導体装置全体の大型化を防止することが可能な半導体装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明では、以下のような構成を採用した。
すなわち、本発明の半導体装置は、基板と、前記基板の上方に形成される半導体チップと、前記半導体チップと前記基板上に形成される電極とを電気的に接続する配線と、前記半導体チップに接し、前記半導体チップで生じる熱を吸収し放熱する第１の放熱部材とを備え、前記第１の放熱部材は、前記配線が通る溝又は孔が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
これより、放熱効果を高めるために、単に、第１の放熱部材を大きくしていた従来の半導体装置と比べて、第１の放熱部材の形状が限定されることなく、放熱部材を大きくすることができるので、放熱効果を高めることができる。また、第１の放熱部材に溝又は孔が形成されることにより、配線の形状を変えないようにすることができるので、半導体装置全体の大型化を防止することが可能となる。
【００１５】
また、上記半導体装置の第１の放熱部材は、前記基板と前記半導体チップとの間に形成される第２の放熱部材と、該第２の放熱部材上に形成される第３の放熱部材とで構成され、前記第２の放熱部材に前記配線が通る溝が形成されることにより、前記第１の放熱部材に前記配線が通る孔が形成されるように構成してもよい。
【００１６】
また、上記半導体装置の第１の放熱部材は、前記基板と前記半導体チップとの間に形成される第２の放熱部材と、該第２の放熱部材上に形成される第３の放熱部材とで構成され、前記第３の放熱部材に前記配線が通る溝が形成されることにより、前記第１の放熱部材に前記配線が通る孔が形成されるように構成してもよい。
【００１７】
また、上記半導体装置の第１の放熱部材は、前記半導体チップの所定の上面の一部又は全部を覆うと共に、前記半導体チップの所定の側面の一部又は全部を囲むように形成されるように構成してもよい。
また、上記半導体装置の第１の放熱部材は、前記半導体チップの所定の側面のみを囲むように形成されるように構成してもよい。
【００１８】
また、上記半導体装置の基板は、セラミック製の部材を備えるように構成してもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施形態の半導体装置１０を示す図であり、図１（ａ）は、半導体装置１０を上から見た図を、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ３−Ａ４断面図を、図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＡ５−Ａ６断面図をそれぞれ示している。なお、図８に示す半導体装置７０と同一の構成については、同一の符号を付す。
【００２０】
図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、半導体装置１０は、ベース板７１とベース板７１上に形成される絶縁層７２と絶縁層７２上に形成される導体７３とからなる金属絶縁基板７４と、金属絶縁基板７４の上方に形成される半導体チップ７５と、半導体チップ７５と電極７６とを電気的に接続する配線７７と、金属絶縁基板７４と半導体チップ７５との間に形成され、半導体チップ７５に生じる熱を吸収し放熱するヒートスプレッダ１１（第１の放熱部材、第２の放熱部材）と、ヒートスプレッダ１１上に半導体チップ７５を覆うように形成されるヒートスプレッダ１２（第１の放熱部材、第３の放熱部材）とを備えて構成される。また、半導体チップ７５の周囲は、ケース７９により囲まれており、半導体チップ７５の上方は、カバー８０で覆われている。そして、金属絶縁基板７４、ケース７９、及びカバー８０により形成される空間には、配線７７や半導体チップ７５の表面を保護するための保護用樹脂８１が充填されている。なお、図１（ａ）は、カバー８０及び保護用樹脂８１を示していない。また、本発明における半導体チップとは、例えば、トランジスタやＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ‐Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの半導体素子で構成される半導体集積回路のことを示す。
【００２１】
まず、半導体装置１０の半導体チップ７５で発生する熱は、ヒートスプレッダ１１により吸収される。そして、その熱は、ヒートスプレッダ１１で放出されると共に、ヒートスプレッダ１２に伝導しヒートスプレッダ１２においても放出される。
【００２２】
このように、本実施形態の半導体装置１０の特徴の１つは、金属絶縁基板７４と半導体チップ７５との間に形成されるヒートスプレッダ１１以外に、半導体チップ７５を覆うように、ヒートスプレッダ１１上にヒートスプレッダ１２を形成している点である。なお、ヒートスプレッダ１２に凹部を形成する方法は、例えば、特許文献２に記載されるように、エッチングにより形成してもよく、その形成方法は特には限定されない。また、ヒートスプレッダ１１及び１２は、接着剤で接合してもよいし、単に、カバー８０で上から押さえつけるように構成してもよい。
【００２３】
そして、半導体装置１０が備える２つのヒートスプレッダ１１及び１２の合計の体積は、図８（ａ）及び（ｂ）に示すヒートスプレッダ７８の体積よりも大きくなるので、半導体装置１０は、半導体装置７０よりも放熱効果を高めることができる。
【００２４】
また、半導体装置１０は、ヒートスプレッダの体積を大きくし放熱効果を高めても、半導体チップ７５が搭載される位置の高さを変えないようにすることができる。これより、ループ形状の配線７７の最も高い部分の高さも変えないようにすることができるので、半導体装置１０全体の大型化を防止することが可能となる。
【００２５】
また、半導体装置１０は、ループ形状の配線７７の最も高い位置の高さを変えないようにすることができるので、半導体装置１０、ケース７９、カバー８０、及び保護用樹脂８１を含む半導体モジュール全体の大型化も防止することが可能となる。
【００２６】
また、半導体装置１０のその他の特徴としては、ヒートスプレッダ１２に配線７７が通る溝１３が形成されている点である。すなわち、ヒートスプレッダ１１とヒートスプレッダ１２との接合部分に配線７７を通すための孔を形成している点である。
【００２７】
これより、第２のヒートスプレッダであるヒートスプレッダ１２を備えても、配線７７の形状を変えることなく金属絶縁基板７４上にヒートスプレッダ１１及び１２を形成することができるので、放熱効果を高めつつ、半導体装置１０全体の大型化を防止することが可能となる。
【００２８】
＜その他の実施形態＞
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲において、種々の構成を採用可能である。例えば、以下のような構成変更も可能である。
【００２９】
（１）図２は、本発明の他の実施形態の半導体装置２０を示す図であり、図２（ａ）は、半導体装置２０を上から見た図を、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ７−Ａ８断面図を、図２（ｃ）は、図２（ｂ）のＡ９−Ａ１０断面図をそれぞれ示している。なお、図８に示す半導体装置７０と同一の構成については、同一の符号を付す。
【００３０】
半導体装置２０では、半導体チップ７５で発生する熱は、ヒートスプレッダ２１（第１の放熱部材、第２の放熱部材）で吸収される。そして、その熱は、ヒートスプレッダ２１で放出されると共に、ヒートスプレッダ２２（第１の放熱部材、第３の放熱部材）に伝導しヒートスプレッダ２２においても放出される。
【００３１】
このように、本実施形態の半導体装置２０の特徴の１つは、金属絶縁基板７４と半導体チップ７５との間に形成されるヒートスプレッダ２１以外に、半導体チップ７５を覆うように、ヒートスプレッダ２１上にヒートスプレッダ２２を形成している点である。
【００３２】
そして、半導体装置２０が備える２つのヒートスプレッダ２１及び２２の合計の体積は、図８（ａ）及び（ｂ）に示すヒートスプレッダ７８の体積よりも大きくなるので、半導体装置２０は、半導体装置７０よりも放熱効果を高めることができる。
【００３３】
また、半導体装置２０は、ヒートスプレッダの体積を大きくし放熱効果を高めても、半導体チップ７５が搭載される位置の高さを変えないようすることができる。これより、ループ形状の配線７７の最も高い部分の高さも変えないようにすることができるので、半導体装置２０全体の大型化を防止することが可能となる。
【００３４】
また、半導体装置２０は、ループ形状の配線７７の最も高い位置の高さを変えないようにすることができるので、半導体装置２０、ケース７９、カバー８０、及び保護用樹脂８１を含む半導体モジュール全体の大型化も防止することが可能となる。
【００３５】
また、半導体装置２０のその他の特徴としては、ヒートスプレッダ２１に配線７７が通る溝２３が形成されている点である。すなわち、ヒートスプレッダ２１とヒートスプレッダ２２との接合部分に配線７７を通すための孔を形成している点である。
【００３６】
これより、第２のヒートスプレッダであるヒートスプレッダ２２を備えても、配線７７の形状を変えることなく金属絶縁基板７４上にヒートスプレッダ２１及び２２を形成することができるので、放熱効果を高めつつ、半導体装置２０全体の大型化を防止することが可能となる。
【００３７】
（２）図３は、本発明の実施形態の半導体装置３０を示す図であり、図３（ａ）は、半導体装置３０を上から見た図を、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ１１−Ａ１２断面図を、図３（ｃ）は、図３（ｂ）のＡ１３−Ａ１４断面図をそれぞれ示している。なお、図８に示す半導体装置７０と同一の構成については、同一の符号を付す。
【００３８】
半導体装置３０では、半導体チップ７５で発生する熱は、ヒートスプレッダ３１（第１の放熱部材）で吸収される。そして、その熱は、ヒートスプレッダ３１により放出される。
ここで、図５は、配線７７と半導体チップ７５とを電気的に接続すると共に、配線７７と電極７６とを電気的に接続するための配線ツールの動作を説明するための図である。
【００３９】
図５に示すように、配線ツール５０は、例えば、配線供給チューブ５１から供給される配線７７の先端部分を半導体チップ７５の所定の電極に接続した後、配線７７を伸ばして配線７７の他方の先端部分を電極７６に接続する工程を行うものである。
【００４０】
また、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、ヒートスプレッダ３１は、図１に示すヒートスプレッダ１１及び１２を一体化したような形状をしている。また、ヒートスプレッダ３１は、配線ツール５０の移動経路を確保するために、ヒートスプレッダ３１の上面部の一部が空いており、その上面には配線７７を通すため、所定の溝３２が形成されている。
【００４１】
本実施形態の半導体装置３０の特徴の１つは、半導体チップ７５の上面の一部を覆うと共に、半導体チップ７５の側面の一部を囲むように、ヒートスプレッダ３１を形成している点である。
これより、半導体装置３０は、ヒートスプレッダ３１の体積を、図８（ａ）及び（ｂ）に示すヒートスプレッダ７８の体積よりも大きくし放熱効果を高めても、半導体チップ７５が搭載される位置の高さを変えないようにすることができる。これより、ループ形状の配線７７の最も高い部分の高さも変えないようにすることができるので、半導体装置３０全体の大型化を防止することが可能となる。
【００４２】
また、半導体装置３０は、ループ形状の配線７７の最も高い位置の高さを変えないようにすることができるので、半導体装置２０、ケース７９、カバー８０、及び保護用樹脂８１を含む半導体モジュール全体の大型化も防止することが可能となる。
【００４３】
また、半導体装置３０のその他の特徴としては、ヒートスプレッダ３１に配線７７を通すための溝３２が形成されている点である。
これより、配線７７の形状を変えることなく金属絶縁基板７４上にヒートスプレッダ３１を形成することができるので、放熱効果を高めつつ、半導体装置３０全体の大型化を防止することが可能となる。
【００４４】
（３）図４は、本発明の実施形態の半導体装置４０を示す図であり、図３（ａ）は、半導体装置４０を上から見た図を、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ１５−Ａ１６断面図を、図４（ｃ）は、図４（ｂ）のＡ１７−Ａ１８断面図をそれぞれ示している。なお、図８に示す半導体装置７０と同一の構成については、同一の符号を付す。
【００４５】
半導体装置４０では、半導体チップ７５で発生する熱は、ヒートスプレッダ４１（第１の放熱部材）で吸収される。そして、その熱は、ヒートスプレッダ４１により放出される。
また、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、ヒートスプレッダ４１は、ヒートスプレッダ３１から半導体チップ７５の上面の一部を覆う部分を取り除いたものと同様な形状である。また、ヒートスプレッダ４１は、図３のヒートスプレッダ３１と同様に、配線ツール５０の移動経路を確保するために、ヒートスプレッダ４１の上面部が空いており、その上面には配線７７を通すため、所定の溝４２が形成されている。
【００４６】
本実施形態の半導体装置４０の特徴の１つは、半導体チップ７５の側面の一部のみを囲むように、ヒートスプレッダ４１を形成している点である。
これより、半導体装置４０は、ヒートスプレッダ４１の体積を、図８（ａ）及び（ｂ）に示すヒートスプレッダ７８の体積よりも大きくし放熱効果を高めても、半導体チップ７５が搭載される位置の高さを変えないようにすることができる。これより、ループ形状の配線７７の最も高い部分の高さも変えないようにすることができるので、半導体装置４０全体の大型化を防止することが可能となる。
【００４７】
また、半導体装置４０は、ループ形状の配線７７の最も高い位置の高さを変えないようにすることができるので、半導体装置２０、ケース７９、カバー８０、及び保護用樹脂８１を含む半導体モジュール全体の大型化も防止することが可能となる。
【００４８】
また、半導体装置４０のその他の特徴としては、ヒートスプレッダ４１に配線７７を通すための溝４２が形成されている点である。
これより、配線７７の形状を変えることなく金属絶縁基板７４上にヒートスプレッダ４１を形成することができるので、放熱効果を高めつつ、半導体装置４０全体の大型化を防止することが可能となる。
【００４９】
（４）上記実施形態では、金属絶縁基板７４を、ベース板７１、絶縁層７２、及び導体７３とから構成しているが、例えば、図６（ａ）〜（ｄ）に示すように、導体６１、セラミック製絶縁板６２、及び導体６３とから構成されるセラミック製基板６４を半導体装置１０、２０、３０、及び４０の基板として構成してもよく、その基板の材質は特には限定されない。
【００５０】
（５）上記実施形態のヒートスプレッダ３１は、半導体チップ７５の上面の一部を覆うと共に、半導体チップ７５の側面の一部を囲むように形成されているが、ヒートスプレッダ３１は、半導体チップ７５の上面の全部を覆うように形成されてもよいし、半導体チップ７５の側面の全部を囲むように形成されてもよい。
【００５１】
（６）上記実施形態のヒートスプレッダ４１は、半導体チップ７５の側面の一部のみを囲むように形成されているが、ヒートスプレッダ４１は、半導体チップ７５の側面の全部のみを囲むように形成されてもよい。
（７）また、例えば、図７（ａ）〜（ｄ）に示すように、導体６１、セラミック製絶縁板６２、及び導体６３とから構成されるセラミック製基板６４と金属板（例えば、銅やアルミなどで形成される金属板）９０とを備える基板９１を半導体装置１０、２０、３０、及び４０の基板としてもよい。
【００５２】
（８）また、上記金属絶縁基板７４、セラミック製基板６４、又は基板９１の上に電極７６がはんだ付け等で固着されていてもよい。
（９）また、上記金属絶縁基板７４、セラミック製基板６４、又は基板９１の上にケース７９があり、電極７６はこのケース７９上に固着されていてもよい。
【００５３】
（１０）また、上記金属絶縁基板７４、セラミック製基板６４、又は基板９１の上にケース７９があり、電極７６はこのケース７９にインサート形成されていてもよい。
【００５４】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、放熱効果を高めるために、単に、放熱部材を大きくしていた従来の半導体装置と比べて、放熱部材の形状が限定されることなく、放熱部材を大きくすることができるので、放熱効果を高めることができる。
【００５５】
また、放熱部材に溝又は孔が形成されることにより、配線の形状を変えないようにすることができるので、半導体装置全体の大型化を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の半導体装置を示す図である。
【図２】本発明の他の実施形態の半導体装置を示す図である。
【図３】本発明の他の実施形態の半導体装置を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態の半導体装置を示す図である。
【図５】配線ツールの動作を説明するための図である。
【図６】本発明の他の実施形態の半導体装置を示す図である。
【図７】本発明の他の実施形態の半導体装置を示す図である。
【図８】従来の半導体装置を示す図である。
【符号の説明】
１０  半導体装置
１１、１２  ヒートスプレッダ
１３  溝
２０  半導体装置
２１、２２  ヒートスプレッダ
２３  溝
３０  半導体装置
３１  ヒートスプレッダ
３２  溝
４０  半導体装置
４１  ヒートスプレッダ
４２  溝
５０  配線ツール
５１  配線供給チューブ
６０  半導体装置
６１  導体
６２  セラミック製絶縁板
６３  導体
６４  セラミック製基板
６５〜６７  半導体装置
７０  半導体装置
７１  ベース板
７２  絶縁層
７３  導体
７４  金属絶縁基板
７５  半導体チップ
７６  電極
７７  配線
７８  ヒートスプレッダ
９０  金属板
９１  基板
【図１】
2004363330.tif 000003
【図２】
2004363330.tif 000004
【図３】
2004363330.tif 000005
【図４】
2004363330.tif 000006
【図５】
2004363330.tif 000007
【図６】
2004363330.tif 000008
【図７】
2004363330.tif 000009
【図８】
2004363330.tif 000010