(57)【要約】【課題】半導体パッケージの基板の機械的強度を低下させることなく、半導体素子を確実に冷却することができる構成を具備する半導体装置を提供する。【解決手段】半導体素子５が半導体パッケージ１０に搭載された半導体装置１であって、半導体パッケージ１０は、半導体素子５が実装される基板２を具備し、基板２内に、多孔質部材から構成された冷却層４が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が半導体パッケージに搭載された半導体装置であって、
前記半導体パッケージは、前記半導体素子が実装される基板を具備し、
前記基板内に、多孔質部材から構成された冷却層が設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記基板に、前記冷却層に冷却剤を供給する流体流入部材と、前記冷却層から前記冷却剤を排出する流体排出部材とが接続されており、
前記冷却層は、前記流体流入部材から前記流体排出部材に向かって前記冷却剤が流れる層を構成し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】
前記半導体素子は、発光素子であることを特徴とする請求項１または２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、半導体素子が半導体パッケージに搭載された半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子等の半導体素子が、半導体パッケージの基板に実装された半導体装置は周知である。
【０００３】
ここで、特許文献１には、半導体パッケージの基板に、ダイボンドやワイヤーホンド等によって発光素子が実装され、発光素子が蛍光体を混合した樹脂で封止された半導体装置において、発光素子の放熱性を向上させるため、基板に冷却媒体が通過する大きな空間からなる流路が設けられ、流路を流れる冷却媒体により、発光素子を冷却する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−８８０７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の構成では、基板に大きな空間からなる流路が形成されているため基板の機械的強度が弱く、基板に割れや反りが発生しやすいことから半導体装置の信頼性が低下してしまうといった問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、半導体パッケージの基板の機械的強度を低下させることなく、半導体素子を確実に冷却することができる構成を具備する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】
【０００７】
上記目的を達成するため本発明の一態様による半導体装置は、半導体素子が半導体パッケージに搭載された半導体装置であって、前記半導体パッケージは、前記半導体素子が実装される基板を具備し、前記基板内に、多孔質部材から構成された冷却層が設けられている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、半導体パッケージの基板の機械的強度を低下させることなく、半導体素子を確実に冷却することができる構成を具備する半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態の半導体装置の断面図
【図２】図１の半導体素子と冷却層との間にサーマルビアを設けるとともに、封止枠の内周面に傾斜面を設けた変形例を示す断面図
【図３】封止樹脂を用いずに、平板にて封止枠内に半導体素子を封止する変形例を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。尚、図面は模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、それぞれの部材の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１１】
図１は、本実施の形態の半導体装置の断面図、図２は、図１の半導体素子と冷却層との間にサーマルビアを設けるとともに、封止枠の内周面に傾斜面を設けた変形例を示す断面図、図３は、封止樹脂を用いずに、平板にて封止枠内に半導体素子を封止する変形例を示す断面図である。
【００１２】
図１に示すように、半導体装置１は、基板２と封止枠３とを有する半導体パッケージ１０と、該半導体パッケージ１０に搭載された半導体素子５とを具備して主要部が構成されている。
【００１３】
基板２は、熱伝導性の良い部材、例えばセラミックやガラスエポキシ樹脂から構成されており、高さ方向Ｈの上面２ｊにおいて幅方向Ｂの中央領域を除く部位、側面２ｓ、高さ方向Ｈの底面２ｔにおける幅方向Ｂの中央領域を除く部位に電極６が形成されている。
【００１４】
封止枠３は、例えばセラミックやガラスエポキシ樹脂から構成されており、基板２の上面２ｊにおいて、電極６が形成された領域、具体的には上面２ｊにおける外周縁の近傍に固定されている。
【００１５】
尚、封止枠３の内周面３ｎは、半導体素子５が発光素子等の光を出射するものから構成されている場合には、発光素子から発光された光のリフレクタとして機能させるため、図２に示すように傾斜面に形成されていても構わない。
【００１６】
半導体素子５としては、例えば、発光素子や、フォトダイオード、固体撮像素子、パワー半導体等が挙げられるがこれらに限定されない。半導体素子５は、封止枠３内において、基板２の上面２ｊにおける電極６の非形成領域に実装されている。
【００１７】
具体的には、半導体素子５は、基板２の上面２ｊに対して、透明樹脂接着剤、白色樹脂接着剤、Ａｇペースト、共晶等により、ダイボンドによって固定されている。尚、半導体素子５の固定方法はダイボンドに限定されない。また、基板２の上面２ｊには、同一種類の半導体素子５を複数個実装しても構わないし、異なる種類の半導体素子を複数個実装しても構わない。
【００１８】
また、半導体素子５に形成された図示しないボンディングパッドは、電極６に対して、例えばボンディングワイヤ７によって電気的に接続されている。尚、ボンディングワイヤ７の材質としては、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ等の金属細線が挙げられる。
【００１９】
また、電極６に対する半導体素子５のボンディングパッドの接続は、ボンディングワイヤ７に限定されず、フリップチップ方式や、ＴＡＢ（Tape Automated Bonding）等であっても良い。
【００２０】
さらに、半導体素子５は、封止枠３内において、封止枠３内に充填された封止樹脂８によって封止されている。尚、封止樹脂８は、透明樹脂、遮光樹脂のどちらでも良く、樹脂の材質としては、エポキシ系、シリコーン系、アクリル系等が挙げられる。
【００２１】
尚、半導体素子５が、発光素子や、フォトダイオード、固体撮像素子等から構成されている場合には、封止樹脂８は透明樹脂から構成されていることが好ましく、また、封止樹脂８上に、光学部品としてレンズやプリズム等が設けられていても構わない。
【００２２】
また、封止枠３内における半導体素子５の封止は、封止樹脂８を用いずに、図３に示すように、封止枠３の高さ方向Ｈの上端に設けられる平板１５を用いた気密封止であっても構わない。
【００２３】
また、半導体素子５が発光素子の場合には、封止樹脂８内に、黄色蛍光体またはＲＧＢ蛍光体を混合しても良く、さらには、上述した平板１５に蛍光体を混合した蛍光体混合平板または透明平板等によって、半導体素子５を封止しても良い。
【００２４】
基板２の内部における高さ方向Ｈ及び幅方向Ｂの略中心部に、無数の微細な孔が連結して形成された多孔質部材から構成された、断面が幅方向Ｂに沿って細長な略矩形状の冷却層４が設けられている。
【００２５】
尚、冷却層４は、積層等によって基板２と一体的に形成されていても構わないし、基板２と冷却層４とを別体で形成し、基板２内の孔に冷却層４を嵌め込んで、その後、孔に基板２と同じ材質で蓋をすることにより、別体に形成されていても良い。
【００２６】
冷却層４は、後述する冷却剤Ｒが流れる層を構成しており、基板２を介して伝熱された半導体素子５の熱を放熱する機能を有している。
【００２７】
尚、図２に示すように、基板２の半導体素子５が実装された部位の高さ方向Ｈの直下に、半導体素子５から冷却層４まで達するサーマルビア１４を設け、該サーマルビア１４を用いて半導体素子５の熱を、冷却層４に効率良く放熱する構成であっても良い。
【００２８】
また、多孔質部材の材質としては、セラミック、炭化ケイ素、ステンレス、チタン、銅、ニッケル、アルミニウム、ポリエチレン、ポリプロピレン等が挙げられる。また、多孔質部材の孔は、例えば１μｍ〜１ｍｍ程度の大きさに形成されている。
【００２９】
さらに、冷却層４は、基板２の略中心部に限らず、半導体素子５の高さ方向Ｈの直下等、基板２の内部であればどこに形成されていても構わない。さらに、冷却層４の形状は、冷却効果が得られる形状であれば断面略矩形状に限らず、断面が凹凸状や曲線形状等、どのような形状に形成されていても構わない。
【００３０】
基板２の底面２ｔにおいて、電極６が形成されていない領域に、底面２ｔから冷却層４まで貫通する２本の孔が高さ方向Ｈに沿って形成されており、該２本の孔に、それぞれ流体流入部材である冷却剤供給パイプ１１と、流体排出部材である冷却剤排出パイプ１２とが嵌入されて接着剤等で固定されている。尚、冷却剤供給パイプ１１及び冷却剤排出パイプ１２の各端部１１ｒ、１２ｒは、冷却層４の幅方向Ｂの一端及び他端にて開口されている。
【００３１】
尚、冷却剤供給パイプ１１及び冷却剤排出パイプ１２の固定は、接着剤に限定されず、ロウ付けや、半田付け等であっても構わない。また、冷却剤供給パイプ１１、冷却剤排出パイプ１２は、それぞれ、金属、樹脂等から構成されている。例えば、金属としては、アルミ、銅、ＳＵＳ、真鍮等が挙げられ、樹脂としては、テフロン（登録商標）、ポリカーボネイト、アクリル、ＡＢＳ、ポリ塩化ビニール等が挙げられる。
【００３２】
さらに、冷却剤供給パイプ１１、冷却剤排出パイプ１２が設けられる位置は、基板２の底面２ｔに限定されず、側面２ｓや上面２ｊ等、基板２の外周面から冷却層４まで連通できる位置であればどこでも良い。
【００３３】
冷却剤供給パイプ１１は、冷却層４に開口する端部１１ｒとは反対側の端部に、冷却剤Ｒの流入口１１ｓが形成されており、冷却剤排出パイプ１２は、冷却層４に開口する端部１２ｒとは反対側の端部に、冷却剤Ｒの排出口１２ｓが形成されている。
【００３４】
尚、冷却剤Ｒとしては、水、空気、窒素等の流体が好ましいが、これらに限らず、流体であればどのようなものであっても構わない。
【００３５】
このような構成を有する半導体装置１においては、冷却剤供給パイプ１１の流入口１１ｓから流入された冷却剤Ｒは、端部１１ｒの開口を介して冷却層４に供給され、冷却層４内を冷却剤供給パイプ１１から冷却剤排出パイプ１２に向かって幅方向Ｂに沿って通過した後、冷却剤排出パイプ１２の端部１２ｒの開口及び排出口１２ｓを介して、外部に排出されるか、再度、流入口１１ｓを介して冷却層４に供給される。
【００３６】
この際、冷却層４を流れる冷却剤Ｒによって、基板２またはサーマルビア１４介して半導体素子５が冷却される、即ち、半導体層素子５の熱を確実に放熱できることにより、半導体素子５を確実に冷却することができる。
【００３７】
このように、本実施の形態においては、基板２の内部に、冷却剤Ｒが流れることにより、半導体素子５を冷却する多孔質部材から構成された冷却層４が形成されていると示した。
【００３８】
このような構成によれば、冷却層４は、従来のように大きな空間からなる流路では無く、多孔質部材から構成された流路であることから、基板２内に冷却層４を設けても基板２の機械的な強度が低下してしまうことがない。
【００３９】
よって、半導体パッケージ１０の基板２の機械的強度を低下させることなく、即ち、半導体装置１の信頼性を低下させることなく、半導体素子５を確実に冷却することができる構成を具備する半導体装置１を提供することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１…半導体装置
２…基板
４…冷却層
５…半導体素子
１０…半導体パッケージ
１１…冷却剤供給パイプ（流体流入部材）
１２…冷却剤排出パイプ（流体排出部材）
Ｒ…冷却剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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