(57)【要約】【課題】この発明は、半導体素子等の発熱体との間に発生する熱応力を緩和することができる放熱部材を提供することを課題とする。【解決手段】Ｃｕからなる平板状の板部７にＣｕ線からなる複数の柱部８が立設されており、それぞれの柱部８は所定の間隔を隔てて配置されている。熱膨張時には、放熱部材６の板部７及び基板１等の幅方向の熱変形量が半導体素子４の幅方向の熱変形量よりも大きくなるが、放熱部材６の複数の柱部８が撓むことにより、半導体素子４と放熱部材６との間に発生する熱応力が吸収されて緩和される。【選択図】　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板部と、
それぞれ前記板部に立設されると共にその先端で発熱体を支持するための複数の柱部と
を備え、
前記板部は伝熱材料からなり、前記柱部は前記板部と同じまたは異なる伝熱材料からなることを特徴とする放熱部材。
【請求項２】
前記板部の伝熱材料と前記柱部の伝熱材料はＣｕまたはＡｌからなる請求項１に記載の放熱部材。
【請求項３】
請求項１または２に記載の放熱部材と、
前記放熱部材の複数の柱部の先端に接合された半導体素子と
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】
この発明は、放熱部材に係り、特に半導体装置のヒートスプレッダ等として利用される放熱部材に関する。
また、この発明は、このような放熱部材を用いた半導体装置にも関している。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体装置の構成を図６に示す。Ａｌから形成された基板１の表面上に絶縁層２が形成され、この絶縁層２の表面に形成された図示しない配線層の上にはんだ３を介して半導体素子４が接合されている。
基板１は熱伝導率の優れたＡｌから形成されているため、半導体素子４で発生した熱は絶縁層２を経て基板１へ伝わった後、この基板１から効率よく外部へ放散される。
【０００３】
ところが、半導体素子４に使用されているＳｉ等の半導体材料が小さな熱膨張係数を有しているのに対して、基板１を形成するＡｌは熱膨張係数が大きく、このため温度変化に対して基板１と半導体素子４との間に熱応力が発生することが知られている。熱応力が大きくなると、半導体素子４に反りが発生したり、半導体素子４を接合するはんだ３に亀裂を生じる虞がある。
そこで、図７に示されるように、半導体素子４を構成しているＳｉ等の半導体材料の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する板状のヒートスプレッダ５を半導体素子４と絶縁層２との間に組み付けることにより熱応力の緩和を図ることが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなヒートスプレッダ５を用いても、例えば自動車等、特に温度差が激しい環境で使用すると、半導体素子４とヒートスプレッダ５との熱膨張差が大きくなって半導体素子４とヒートスプレッダ５との間に熱応力が発生することがある。その場合、半導体素子４に反りが発生したり、半導体素子４とヒートスプレッダ５とを接合しているはんだ３に亀裂発生の虞が生じてしまう。
【０００５】
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、半導体素子等の発熱体との間に発生する熱応力を緩和することができる放熱部材を提供することを目的とする。
また、この発明は、このような放熱部材を用いた半導体装置を提供することも目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る放熱部材は、板部と、それぞれ板部に立設されると共にその先端で発熱体を支持するための複数の柱部とを備え、板部は伝熱材料からなり、柱部は板部と同じまたは異なる伝熱材料からなるものである。
なお、板部の伝熱材料と柱部の伝熱材料はＣｕまたはＡｌから構成することが好ましい。
【０００７】
また、この発明に係る半導体装置は、上記の放熱部材と、放熱部材の複数の柱部の先端に接合された半導体素子とを備えるものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に実施の形態に係る放熱部材６の側面を示す。Ｃｕからなる平板状の板部７にＣｕ線からなる複数の柱部８が立設されており、それぞれの柱部８は所定の間隔を隔てて配置されている。
【０００９】
このような構造の放熱部材６をヒートスプレッダとして使用した半導体装置の構成を図２に示す。Ａｌから形成された基板１の表面上に絶縁層２が形成され、この絶縁層２の表面に形成された図示しない配線層の上にはんだ３を介して放熱部材６の板部７の下面が接合されている。さらに、放熱部材６の複数の柱部８の先端にはんだ３を介して半導体素子４が接合されている。なお、放熱部材６の複数の柱部８の強度は、はんだ３の強度よりも小さく設定されている。
【００１０】
放熱部材６を構成するＣｕ及び基板１を構成するＡｌは半導体素子４を構成しているＳｉ等の半導体材料に比べて大きな熱膨張係数を有しているため、昇温時には、放熱部材６の板部７及び基板１等の幅方向の熱変形量が半導体素子４の幅方向の熱変形量よりも大きくなる。このとき、放熱部材６の複数の柱部８の強度がはんだ３の強度よりも小さく設定されているため、図３に示されるように、複数の柱部８が撓んだ状態で半導体素子４が支持される。このため、半導体素子４と放熱部材６との間には熱応力がほとんど発生せず、熱応力に起因した半導体素子４の反りの発生や、半導体素子４と複数の柱部８とを接合しているはんだ３の亀裂の発生が未然に防止される。
【００１１】
また、放熱部材６の板部７及び複数の柱部８を構成しているＣｕは優れた熱伝導率を有しているので、半導体素子４で発生した熱は、はんだ３を介して半導体素子４に接合されている複数の柱部８に伝わると共に板部７に伝わり、さらに板部７にはんだ３を介して接合されている絶縁層２を通って基板１へと伝わる。基板１も熱伝導率の優れたＡｌから形成されているため、この基板１から効率よく外部へ放熱される。加えて、Ｃｕは優れた導電性を有しているので、放熱部材６を介して効率よく電気を流すことができる。
【００１２】
また、本発明の放熱部材６は複数の柱部８を有するため、従来の板状のヒートスプレッダに比べて表面積が大きくなり、その結果、半導体素子４において発生した熱をこれら複数の柱部８において効率よく放熱することができる。
さらに、半導体素子４と放熱部材６とが複数の柱部８を介して接合されていることから、熱膨張時に半導体素子４と複数の柱部８との間のはんだ付け部位に生じるはんだひずみ量を低減させることが可能となり、信頼性の高いはんだ付けを実現することができる。
また、半導体素子４は放熱部材６の複数の柱部８で支持されているので、熱膨張時にたとえ半導体素子４に反りが発生しても、半導体素子４と放熱部材６との間に厚み方向のせん断応力が発生せず、これにより半導体素子４と複数の柱部８との間のはんだ３の信頼性が向上する。
【００１３】
なお、図４に示されるように、例えば半導体素子４の下面が７ｍｍ×７ｍｍの正方形で、放熱部材６の複数の柱部８を構成しているＣｕ線の直径が１ｍｍの場合、この柱部８を半導体素子４の下面に接するように最密に並べると、５２本の柱部８を配置することが可能である。ここで、Ｃｕの熱伝導率が３９４Ｗ／ｍ・Ｋであるので、例えば、複数の柱部８の先端面が半導体素子４に接する面積率が５１％以上であれば、熱伝導率２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上を確保することができることとなる。面積率を５１％以上にするためには、１本のＣｕ線の先端面積が０．７８ｍｍ２であるので、面積４９ｍｍ２の半導体素子４の下面に対して柱部８を３２本以上並べればよい。すなわち、半導体素子４が７ｍｍ×７ｍｍの正方形でそれぞれの柱部８の直径が１ｍｍの場合、半導体素子４の下部に並べる柱部８の本数を３２本から５２本の間で選択することができる。
【００１４】
次に、このような放熱部材６の製造方法について説明する。図５（ａ）に示されるように、予め板部７に所定の間隔を隔てて複数の貫通孔９を形成しておく。次に、図５（ｂ）に示されるように、これら複数の貫通孔９にそれぞれ同一長さのＣｕ線１０を通し、これらＣｕ線１０の下端を板部７の貫通孔９の周縁部１１にはんだ等により接合する。これにより、図１に示したように、板部７とこの板部７に立設された複数の柱部８とを有する放熱部材６が製造される。
また、放熱部材６は、複数の貫通孔９が形成されたＣｕ製の板部７にＣｕを押し出し加工することにより複数の柱部８を同時に形成して製造することもできる。
このように、放熱部材６は常温で成形が可能であると共に、その製造は流れ作業により連続して行うことができる。
【００１５】
なお、上記の実施の形態では、本発明に係る放熱部材を半導体装置のヒートスプレッダとして利用していたが、その代わりに、この放熱部材を半導体装置の基板として利用することもできる。
また、放熱部材６の板部７及び複数の柱部８を構成している伝熱材料は、Ｃｕに限られないが、半導体装置のヒートスプレッダや基板として利用する場合には、優れた熱伝導率を有する伝熱材料であることが好ましく、例えばＡｌ材を使用することもできる。さらに、これら板部７と複数の柱部８とを互いに異なる伝熱材料から構成することもできる。
また、放熱部材６の柱部８、及び板部７の貫通孔９の断面形状は円形に限らない。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る放熱部材は、板部と、それぞれ板部に立設されると共にその先端で発熱体を支持するための複数の柱部とを備え、板部は伝熱材料からなり、柱部は板部と同じまたは異なる伝熱材料からなるので、温度変化に対して放熱部材の複数の柱部が撓むことにより発熱体と放熱部材との間に発生する熱応力を緩和することができる。
また、この発明に係る半導体装置は、上記の放熱部材と、放熱部材の複数の柱部の先端に接合された半導体素子とを備えるものであるため、発熱体と放熱部材との間に発生する熱応力が緩和され、接合のためのはんだに亀裂を生じる虞がなくなるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る放熱部材の構成を示す側面図である。
【図２】実施の形態に係る放熱部材を用いた半導体装置の構成を示す断面図である。
【図３】実施の形態に係る放熱部材の昇温時の様子を示す断面図である。
【図４】半導体素子に対して放熱部材の柱部を最密に並べた状態を示す図である。
【図５】実施の形態に係る放熱部材の製造方法を工程順に示す図である。
【図６】従来の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図７】従来の他の半導体装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１　基板、２　絶縁層、３　はんだ、４　半導体素子、６　放熱部材、７　板部、８　柱部、９　貫通孔、１０　Ｃｕ線，１１　周縁部。
【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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