(57)【要約】【課題】導体素子の冷却及びノイズの抑制が可能な半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置１０は、基板１と、第１半導体素子２と、第１ヒートスプレッダ３と、接続導体５とを備える。第１ヒートスプレッダ３は、基板１の第１の面１ｂに接合される一対の接合部３ａ、３ｂを含み、一対の接合部３ａ、３ｂの間に架け渡される導体で形成される。第１ヒートスプレッダ３の一対の接合部３ａ、３ｂの間における基板１に対向する面が、第１半導体素子２に接合される。貫通導体４ａ、４ｂは、第１ヒートスプレッダ３の一対の接合部３ａ、３ｂそれぞれに接続され、基板１を貫通する。接続導体５は、基板１の第１の面１ｂと反対側の第２の面１ｃ又は基板１の内部において、第１ヒートスプレッダ３の一対の接合部３ａ、３ｂにそれぞれ接続された前記一対の貫通導体４ａ、４ｂの間を接続する導体である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の第１の面に設けられる第１半導体素子と、
前記基板の第１の面に接合され、前記第１半導体素子を挟む位置に配置される一対の第１接合部を含み、前記一対の第１接合部の間に架け渡される導体で形成され、前記一対の第１接合部の間における前記基板に対向する面が前記第１半導体素子に接合される第１ヒートスプレッダと、
前記一対の第１接合部それぞれに接続され、前記基板を貫通する一対の貫通導体と、
前記基板の前記第１の面と反対側の第２の面又は前記基板の内部において、前記一対の第１接合部にそれぞれ接続された前記一対の貫通導体の間を接続する導体である接続導体と、を備える、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、
前記基板の前記第２の面に設けられる第２半導体素子をさらに備え、
前記接続導体は、前記基板の第２の面に接合され、前記第２半導体素子を挟む位置に配置される一対の第２接合部を含み、前記一対の第２接合部の間に架け渡される導体で形成され、前記一対の第２接合部の間における前記基板に対向する面が前記第２半導体素子に接合される第２ヒートスプレッダである、半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の半導体装置であって、
前記第１ヒートスプレッダは、前記基板に垂直な方向から見て、前記第１半導体素子の全体を覆うように設けられる、半導体装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置であって、
前記第１半導体素子は、インバータのスイッチング素子である、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートスプレッダを有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、冷却装置を備えた半導体装置が存在する。例えば、特開２００８−１９３０１７号公報（特許文献１）に記載の半導体装置は、半導体素子と、半導体素子が搭載されるヒートシンクと、半導体素子に対してヒートシンクの反対側に取り付けられた蓄熱部材を備える。また、特開２００９−２８３８６１号公報（特許文献２）に記載の半導体装置には、溶融物質が封止されている。溶融物質は、半導体装置の発熱部に対してその半導体装置を基板に接合する接合層と反対側に配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１９３０１７号公報
【特許文献２】特開２００９−２８３８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の従来技術では、半導体素子の発熱を抑える仕組みが開示されているが、半導体装置から発生する電磁波のノイズについては考慮されていない。そこで、本願は、半導体素子の冷却及びノイズの抑制が可能な半導体装置を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態における半導体装置は、基板と、第１半導体素子と、第１ヒートスプレッダと、一対の貫通導体と、接続導体とを備える。前記第１半導体素子は、前記基板の第１の面に接合される。前記第１ヒートスプレッダは、前記第１半導体素子を挟む位置に配置される一対の第１接合部を含み、前記一対の第１接合部の間に架け渡される導体で形成される。前記一対の第１接合部の間における前記第１ヒートスプレッダの前記基板に対向する面が前記第１半導体素子に接合される。前記一対の貫通導体は、前記第１ヒートスプレッダの前記一対の第１接合部それぞれに接続され、前記基板を貫通する。前記接続導体は、前記基板の前記第１の面と反対側の第２の面又は前記基板の内部において、前記第１ヒートスプレッダの前記一対の第１接合部にそれぞれ接続された前記一対の貫通導体の間を接続する導体である。
【発明の効果】
【０００６】
本願開示によれば、導体素子の冷却及びノイズの抑制が可能な半導体装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本実施形態における半導体装置の構成例を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１における１組の半導体素子及びヒートスプレッダの部分を拡大し分解して示す分解斜視図である。
【図３】図３は、図２の半導体素子付近のＡ−Ａ線に沿う断面の構成を示す断面図である。
【図４】図４は、図３に示す半導体素子を含む部分を、基板に垂直な方向から見た構成を示す上面図である。
【図５】図５は、図４に示す構成の変形例を示す上面図である。
【図６】図６は、実施形態２における半導体装置の構成例を示す斜視図である。
【図７】図７は、図６における１組の半導体素子及びヒートスプレッダの部分を拡大し分解して示す分解斜視図である。
【図８】図８は、図７の半導体素子付近のＡ−Ａ線に沿う断面の構成を示す断面図である。
【図９】図９は、図８に示すヒートスプレッダの変形例を示す断面図である。
【図１０】図１０は、図８に示す半導体装置の変形例を示す断面図である。
【図１１】図１１は、インバータの構成例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の実施形態における半導体装置は、基板と、第１半導体素子と、第１ヒートスプレッダと、一対の貫通導体と、接続導体とを備える。前記第１半導体素子は、前記基板の第１の面に接合される。前記第１ヒートスプレッダは、前記第１半導体素子を挟む位置に配置される一対の第１接合部を含み、前記一対の第１接合部の間に架け渡される導体で形成される。前記一対の第１接合部の間における前記ヒートスプレッダの前記基板に対向する面が前記第１半導体素子に接合される。前記一対の貫通導体は、前記一対の第１接合部それぞれに接続され、前記基板を貫通する。前記接続導体は、前記基板の前記第１の面と反対側の第２の面又は前記基板の内部において、前記一対の第１接合部にそれぞれ接続された前記一対の貫通導体の間を接続する導体である（第１の構成）。
【０００９】
上記第１の構成において、第１半導体素子は、第１ヒートスプレッダの前記基板に対向する面に接合される。そのため、第１半導体素子の発熱は、前記第１ヒートスプレッダへ伝わり、放熱される。これにより、第１半導体素子が冷却される。また、第１半導体素子は、第１ヒートスプレッダ、貫通導体、及び接続導体によって囲まれる。すなわち、第１半導体素子は、導体で囲まれる。第１半導体素子で発生した磁界により、第１半導体素子を囲む第１ヒートスプレッダ、貫通導体、及び接続導体に、誘導電流が流れる。この誘導電流は、第１ヒートスプレッダ、貫通導体、及び接続導体で囲まれた領域に磁界を発生する。この誘導電流による磁界の向きは、第１半導体素子で発生した磁界と反対向きになる。そのため、第１半導体素子で発生した磁界は、第１ヒートスプレッダ、貫通導体、及び接続導体の誘導電流による磁界で打ち消される。この磁気遮蔽によって、第１半導体素子からの電磁波ノイズが軽減される。その結果、第１ヒートスプレッダ、貫通導体、及び接続導体により、第１半導体素子の冷却及びノイズ抑制の双方を達成できる。
【００１０】
上記第１の構成において、前記半導体装置は、前記基板の前記第２の面に設けられる第２半導体素子をさらに備えてもよい。この場合、前記接続導体は、前記基板の第２の面に接合される一対の第２接合部を含み、前記一対の第２接合部の間に架け渡される導体で形成される第２ヒートスプレッダで構成することができる。前記第２ヒートスプレッダの前記一対の第２接合部の間の部分が、前記第２半導体素子に接合される（第２の構成）。
【００１１】
上記第２の構成のように、基板の互いに対向する２面に半導体素子を設けることで、装置の小型化が可能になる。一般的に、装置の小型化によって、配置される半導体素子の密度が高くなる。半導体素子の密度が高くなると、半導体素子の発熱及び放射ノイズの問題がより顕著になる。これに対して、上記第２の構成では、第１ヒートスプレッダ、貫通導体、及び第２ヒートスプレッダによって、基板の互いに対向する２面に設けられた第１半導体素子及び第２半導体素子を効率良く冷却することができる。また、第１ヒートスプレッダ、貫通導体、及び第２ヒートスプレッダは、第１半導体素子及び第２半導体素子を囲む。そのため、第１半導体素子及び第２半導体素子で発生した磁界は、第１ヒートスプレッダ、貫通導体、及び第２ヒートスプレッダを流れる誘導電流による磁界で打ち消される。そのため、第１半導体素子及び第２半導体素子からの電磁波ノイズを低減することができる。そのため、装置の小型化を図りながらも、半導体素子の冷却及び放射ノイズ対策が可能になる。
【００１２】
上記第１又は第２の構成において、前記第１ヒートスプレッダは、前記基板に垂直な方向から見て、前記第１半導体素子の全体を覆うように設けられてもよい（第３の構成）。これにより、第１ヒートスプレッダで第１半導体素子の全体を覆う電磁シールドを形成することができる。そのため、よりノイズを低減することができる。
【００１３】
上記第１〜第３のいずれかの構成において、前記第１半導体素子は、インバータのスイッチング素子とすることができる（第４の構成）。
【００１４】
以下、実施形態について図面を参照しつつ説明する。図中同一及び相当する構成については同一の符号を付し、同じ説明を繰り返さない。説明の便宜上、各図において、構成を簡略化又は模式化して示したり、一部の構成を省略して示したりする場合がある。
【００１５】
（実施形態１）
図１は、本実施形態における半導体装置の構成例を示す斜視図である。図１に示す半導体装置１０は、基板１と、基板１の面に設けられる半導体素子２（第１半導体素子の一例）と、半導体素子２に接するヒートスプレッダ３（第１ヒートスプレッダの一例）を含む。図１に示す例では、複数の半導体素子２と、これら複数の半導体素子２の各々に対応する複数のヒートスプレッダ３が設けられる。
【００１６】
半導体素子２は、基板１の表面に露出するよう実装される。半導体素子２は、例えば、トランジスタ、ダイオード又はこれらを含む半導体チップとすることができる。半導体素子２は、対向する２面のうち片面に電極部を有する横型半導体素子、又は、対向する２面両面に電極部を有する縦型半導体素子のいずれであってもよい。例えば、半導体素子２の電極（図示せず）が、基板１に設けられた配線パターン等の導体（図示せず）に接続される。
【００１７】
ヒートスプレッダ３は、基板１の第１の面１ｂに接合される一対の接合部３ａ、３ｂ（一対の第１接合部の一例）を含む。一対の接合部３ａ、３ｂは、第１の方向（図１のｘ方向）において半導体素子２を挟むよう配置される。ヒートスプレッダ３は、一対の接合部３ａ、３ｂの間に架け渡される導体で形成される。ヒートスプレッダ３は、一対の接合部３ａ、３ｂの一方の接合部３ａから他方の接合部３ｂへ、基板１から離れた位置において延びて形成される。具体的には、ヒートスプレッダ３は、一対の接合部３ａ、３ｂから基板１に垂直な方向に延びる一対の支持部３ｅ、３ｆと、一対の支持部３ｅ、３ｆの間を繋ぐ架橋部３ｄを含む。架橋部３ｄは、基板１の第１の面１ｂに対して離間している。これにより、一対の接合部３ａ、３ｂの間において、基板１の第１の面１ｂとヒートスプレッダ３との間に空間が形成される。この空間に、半導体素子３が配置される。
【００１８】
ヒートスプレッダ３の一対の接合部３ａ、３ｂの間における基板１に対向する面は、半導体素子２に接合される。すなわち、ヒートスプレッダ３の架橋部３ｄの基板１に向く面が半導体素子２に接合される。これにより、ヒートスプレッダ３は、一対の接合部３ａ、３ｂの間において半導体素子２に接合される伝熱面３ｃを有する。
【００１９】
図２は、図１における１組の半導体素子２及びヒートスプレッダ３を拡大し分解して示す分解斜視図である。図２では、ヒートスプレッダ３を基板１から分離した状態を示している。図２では、半導体素子２の電極及び、半導体素子２に接続される配線の図示を省略している。
【００２０】
基板１の内部には、基板１を貫通する一対の貫通導体４ａ、４ｂが設けられる。一対の貫通導体４ａ、４ｂには、ヒートスプレッダ３の一対の接合部３ａ、３ｂが、それぞれ、接合される。すなわち、一対の貫通導体４ａ、４ｂは、一対の接合部３ａ、３ｂに対応する位置に設けられる。そのため、一対の貫通導体４ａ、４ｂは、半導体素子２を挟むように配置される。言い換えれば、基板１の第１の面１ｂにおいて、一対の貫通導体４ａ、４ｂの間に、半導体素子２が設けられる。
【００２１】
貫通導体４ａ、４ｂは、基板１の内部において、基板１の第１の面１ｂからその反対側の第２に面１ｃにかけて形成される導体である。貫通導体４ａ、４ｂは、例えば、基板１の貫通孔に設けられる金属ビアで形成することができる。
【００２２】
図２に示す例では、貫通導体４ａ、４ｂの各々は、複数の金属ビアを含む。すなわち、一対の貫通導体４ａ、４ｂの一方の貫通導体４ａは、半導体素子２の第１の辺に沿って並んで配置される複数の金属ビアで構成され、他方の貫通導体４ｂは、半導体素子２の第１の辺に対向する第２の辺に沿って並んで配置される複数の金属ビアで構成される。本例では、貫通導体４ａ、４ｂの各々は、１列の金属ビアであるが、２列以上の金属ビアであってもよい。また、貫通導体４ａ、４ｂの各々は、１又は複数のインレイであってもよい。
【００２３】
基板１の第２の面１ｃにおいて、一対の貫通導体４ａ、４ｂの双方に接続される接続導体５が設けられる。図２では、説明のために、接続導体５が基板１から分離した状態を示している。このように、ヒートスプレッダ３、一対の貫通導体４ａ、４ｂ及び接続導体５によって、半導体素子２が囲まれる。
【００２４】
基板１の第１の面１ｂには、貫通導体４ａ、４ｂと、ヒートスプレッダ３の接合部３ａ、３ｂとを接続するためのランド６ａ、６ｂが設けられる。ランド６ａ、６ｂは、基板１の第１の面１ｂ上で、貫通導体４ａ、４ｂと接続される導体で形成される。基板１の第２の面１ｃには、貫通導体４ａ、４ｂと、接続導体５とを接続するためのランド７ａ、７ｂが設けられる。ランド７ａ、７ｂは、基板１の第２の面１ｃ上で、貫通導体４ａ、４ｂと接続される導体で形成される。なお、ランド６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂは、省略することもできる。
【００２５】
図３は、図２の半導体素子２付近のＡ−Ａ線に沿う断面の構成を示す断面図である。図３は、図２のヒートスプレッダ３及び接続導体５が、基板１に接合された状態を示している。図３に示すように、ヒートスプレッダ３は、一対の接合部３ａ、３ｂにおいて、基板１と接合される。ヒートスプレッダ３を形成する導体は、一対の接合部３ａ、３ｂの間を橋渡しするように形成される。ヒートスプレッダ３の一対の接合部３ａ、３ｂの間の部分は、基板１から離れている。具体的には、ヒートスプレッダ３は、一対の接合部３ａ、３ｂをそれぞれ含む一対の支持部３ｅ、３ｆと、支持部３ｅ、３ｆの間を繋ぐ架橋部３ｄを含む。架橋部３ｄは、基板１から離れている。架橋部３ｄの基板１に対向する面が、半導体素子２を接合される。架橋部３ｄと半導体素子２との接合面が伝熱面３ｃとなる。
【００２６】
ヒートスプレッダ３を基準にすると、一対の支持部３ｅ、３ｆは、基板１に対して突出している。これにより、支持部３ｅ、３ｆの間に凹部が形成される。この凹部に、半導体素子２が接合される。
【００２７】
半導体素子２は、ヒートスプレッダ３と基板１の間であって、かつ、ヒートスプレッダ３の一対の接合部３ａ、３ｂの間に配置される。半導体素子２の互いに対向する２面のうち１一方の面２ｂが基板１に対向し、他方の面２ｃがヒートスプレッダ３に接合される。すなわち、ヒートスプレッダ３は、半導体素子２に対して、基板１と反対側に接合される。
【００２８】
基板１の第２の面１ｃにおいて、接続導体５は、ランド７ａ、７ｂを介して、一対の貫通導体４ａ、４ｂの双方に接続される。すなわち、接続導体５は、基板１の第２の面１ｃにおいて、一対の貫通導体４ａ、４ｂが設けられる位置を含む領域に形成される。また、接続導体５は、基板１の第１の面１ｂと平行に延びて形成される。
【００２９】
なお、本実施形態では、接続導体５は、基板１の第１の面１ｃにおいて、一対の貫通導体４ａ、４ｂを接続する形態であるが、接続導体５は、基板１の内部において、一対の貫通導体４ａ、４ｂを接続する形態であってもよい。例えば、接続導体５は、第１の面１ｂと平行に配置され、基板１の内層に設けられた導体で形成されてもよい。
【００３０】
図３に示すように、基板１に垂直な断面において、ヒートスプレッダ３、貫通導体４ａ、４ｂ及び接続導体５によって、半導体素子２が囲まれる。すなわち、基板１に垂直な断面において、半導体素子２は、環状の導体に囲まれる。この構成により、半導体素子２で発生した磁界により、ヒートスプレッダ３、貫通導体４ａ、４ｂ及び接続導体５で形成される導体に誘導電流が流れる。この誘導電流は、半導体素子２で発生した磁界を打ち消す向きの磁界を発生させる。その結果、ヒートスプレッダ３、貫通導体４ａ、４ｂ及び接続導体５の外へ漏れる磁界が抑制される。すなわち、漏れ磁束の輻射を抑制し、半導体装置１０から出るノイズを低減することができる。
【００３１】
また、ヒートスプレッダ３は、半導体素子２で発生した熱を空気よりも迅速に伝達する。そのため、半導体素子２の放熱が促進される。すなわち、ヒートスプレッダ３は、半導体素子２の冷却装置として働く。半導体素子２の冷却するためのヒートスプレッダ３が、ノイズ低減装置を兼ねることができる。これにより、半導体装置１０の小型化及び高機能化が容易になる。
【００３２】
ヒートスプレッダ３の半導体素子２に接する部分の基板１に垂直な方向の厚みｔ１は、半導体素子２で発生した熱を放熱するのに十分な厚みとすることが好ましい。このように厚みｔ１を、放熱の観点から十分な厚みとすることにより、磁気遮蔽の観点からも十分な厚みとすることができる。例えば、ヒートスプレッダ３の厚みｔ１は、基板１の厚みの２倍以上とすることができる。一例として、ｔ１≧１ｍｍとすることができる。
【００３３】
本実施形態のように接続導体５を板状に形成した場合、接続導体５の厚みｔ２は、基板１の厚みの０．０７倍以上とすることができる。一例として、ｔ２≧０．０３５とすることができる。接続導体５の厚みｔ２を大きくすることで、磁気遮蔽の効果を高めることができる。
【００３４】
図４は、図３に示すヒートスプレッダ３を基板１に垂直な方向（ｚ方向）から見た構成を示す上面図である。図４は、基板の第１の面１ｂ側から見た半導体素子２、ヒートスプレッダ３、及び貫通導体４ａ、４ｂの配置を示している。図４に示す例では、ヒートスプレッダ３は、半導体素子２の全体を覆うように設けられる。すなわち、ヒートスプレッダ３は、基板１に垂直な方向から見て、半導体素子２全体と重なるように設けられる。これにより、ヒートスプレッダ３によるノイズ低減効果をより高めることができる。
【００３５】
なお、図５に示すように、ヒートスプレッダ３は、基板１に垂直な方向から見て、半導体素子２の一部と重なるように設けることもできる。ヒートスプレッダ３を、基板１に垂直な方向から見て、半導体素子２の少なくとも一部と重なるよう設けることで、上記のノイズ低減効果を得ることができる。
【００３６】
（実施形態２）
図６は、実施形態２における半導体装置の構成例を示す斜視図である。図６に示す半導体装置１０ａは、基板１の互いに対向する２つの面それぞれに設けられた半導体素子２１、２２を備える。また、基板１の２つの面それぞれに、ヒートスプレッダ３１、３２が接合される。半導体素子２１、２２の構成は、実施形態１における半導体素子２と同様にすることができる。また、ヒートスプレッダ３１、３２の構成は、実施形態１におけるヒートスプレッダ３と同様にすることができる。
【００３７】
図７は、図６における１組の半導体素子２１、２２及びヒートスプレッダ３１、３２を拡大し分解して示す分解斜視図である。図７では、ヒートスプレッダ３１、３２を基板１から分離した状態を示している。図７では、半導体素子２１、２２の電極及び、半導体素子２１、２２に接続される配線の図示を省略している。
【００３８】
基板１の第１の面１ｂに設けられる半導体素子２１（第１半導体素子の一例）とヒートスプレッダ３１（第１ヒートスプレッダの一例）の配置は、図２に示す半導体素子２とヒートスプレッダ３の配置と同様にすることができる。すなわち、ヒートスプレッダ３１は、基板１の第１の面１ｂに接合される一対の接合部３１ａ、３１ｂ（第１接合部の一例）を含む。ヒートスプレッダ３１は、一対の接合部３１ａ、３１ｂの間に架け渡される導体で形成される。一対の接合部３１ａ、３１ｂは、第１の方向（ｘ方向）において半導体素子２１を挟むよう配置される。一対の接合部３１ａ、３１ｂの間において、ヒートスプレッダ３１の基板１に対向する面が、半導体素子２１に接合される。
【００３９】
基板１の第２の面１ｃに設けられるヒートスプレッダ３２（第２ヒートスプレッダの一例）は、基板１の第２の面１ｃに接合される一対の接合部３２ａ、３２ｂ（第２接合部の一例）を含む。ヒートスプレッダ３２は、一対の接合部３２ａ、３２ｂの間に架け渡される導体で形成される。一対の接合部３２ａ、３２ｂは、第１の方向（ｘ方向）において、半導体素子２２（第２半導体素子の一例）を挟むよう配置される。一対の接合部３２ａ、３２ｂの間において、ヒートスプレッダ３２の基板１に対向する面が半導体素子２２に接合される。すなわち、ヒートスプレッダ３２は、一対の接合部３２ａ、３２ｂの間に、半導体素子２２に接合される伝熱面３２ｃを有する。
【００４０】
第１の面１ｂに設けられる半導体素子２１は、第２の面１ｃに設けられる半導体素子２２と、基板１に垂直な方向から見て重なる位置に配置される。第１の面１ｂに設けられるヒートスプレッダ３１は、第２の面１ｃに設けられるヒートスプレッダ３２と、基板１に垂直な方向から見て重なる位置に配置される。具体的には、ヒートスプレッダ３１の一対の接合部３１ａ、３１ｂと、ヒートスプレッダ３２の一対の接合部３２ａ、３２ｂが、基板１に垂直な方向から見て、重なるように配置される。例えば、第１の面１ｂに設けられる半導体素子２１及びヒートスプレッダ３１と、第２の面１ｃに設けられる半導体素子２２及びヒートスプレッダ３２とは、基板１を中心として対称になるように配置することができる。
【００４１】
基板１の両面１ｂ、１ｃのヒートスプレッダ３１、３２は、基板１の両面１ｂ、１ｃに設けられた半導体素子２１、２２を上下方向（基板１に垂直な方向）において挟むよう配置される。
【００４２】
基板１の内部には、基板１を貫通する一対の貫通導体４ａ、４ｂが設けられる。基板１の第１の面１ｂにおける一対の貫通導体４ａ、４ｂの間には、半導体素子２１が設けられる。基板１の第１の面１ｂにおいて、一対の貫通導体４ａ、４ｂには、ヒートスプレッダ３１の一対の接合部３１ａ、３１ｂが、それぞれ、接合される。
【００４３】
基板１の第２の面１ｃにおける一対の貫通導体４ａ、４ｂの間には、半導体素子２２が設けられる。基板１の第２の面１ｃにおいて、一対の貫通導体４ａ、４ｂには、ヒートスプレッダ３２の一対の接合部３２ａ、３２ｂが、それぞれ、接合される。
【００４４】
基板１の第１の面１ｂには、貫通導体４ａ、４ｂと、ヒートスプレッダ３１の接合部３１ａ、３１ｂとを接続するためのランド６ａ、６ｂが設けられる。基板１の第２の面１ｃには、貫通導体４ａ、４ｂと、ヒートスプレッダ３２の接合部３２ａ、３２ｂとを接続するためのランド７ａ、７ｂが設けられる。貫通導体４ａ、４ｂ及びランド６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂは、実施形態１と同様に構成することができる。なお、ランド６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂは、省略することもできる。
【００４５】
図８は、図７の半導体素子２１、２２付近のＢ−Ｂ線に沿う断面の構成を示す断面図である。図８は、図７のヒートスプレッダ３１及びヒートスプレッダ３２が、基板１に接合された状態を示している。
【００４６】
図８に示すように、基板１は、多層基板である。基板１は、第１層１１、第２層１２、第３層１３、及び第４層１４を含む。基板１の第１の面１ｂに、半導体素子２１が実装される。第１の面１ｂと反対側の第２の面１ｃに、半導体素子２２が実装される。本実施形態では、説明のため、基板１の積層方向を上下方向とし、第４層１４から第１層１１へ向かう方向を上方向とする。図８に示す例では、基板１の複数層のうち最上層の上面すなわち第１層１１の表面に半導体素子２１が実装され、最下層の下面すなわち第４層１４の表面に半導体素子２２が実装される。
【００４７】
図８に示す例では、ヒートスプレッダ３１の一対の接合部３１ａ、３１ｂは、基板１の第１の面１ｂに接合される。ヒートスプレッダ３１を形成する導体は、一対の接合部３１ａ、３１ｂの間を橋渡しするように形成される。一対の接合部３１ａ、３１ｂの間において、ヒートスプレッダ３１の基板１に対向する面が、半導体素子２１に接合される。具体的には、ヒートスプレッダ３１は、一対の接合部３１ａ、３１ｂそれぞれから基板１に垂直な方向に延びる一対の支持部３１ｅ、３１ｆと、一対の支持部３１ｅ、３１ｆの間をつなぐ架橋部３１ｄを含む。架橋部３１ｄは、基板１から離れている。架橋部３１ｄと基板１との間に、半導体素子２１が配置される。半導体素子２１は、架橋部３１ｄの基板１に対向する面に接合される。この面が、伝熱面３１ｃとなる。
【００４８】
ヒートスプレッダ３２の一対の接合部３２ａ、３２ｂは、基板１の第２の面１ｃに接合される。ヒートスプレッダ３２を形成する導体は、一対の接合部３２ａ、３２ｂの間を橋渡しするように形成される。一対の接合部３２ａ、３２ｂの間において、ヒートスプレッダ３２の基板１に対向する面が、半導体素子２２に接合される。具体的には、ヒートスプレッダ３２は、一対の接合部３２ａ、３２ｂそれぞれから基板１に垂直な方向に延びる一対の支持部３２ｅ、３２ｆと、一対の支持部３２ｅ、３２ｆの間をつなぐ架橋部３２ｄを含む。架橋部３２ｄは、基板１から離れている。架橋部３２と基板１との間に、半導体素子２２が配置される。半導体素子２２は、架橋部３２ｄの基板１に対向する面に接合される。この面が、伝熱面３２ｃとなる。
【００４９】
第１の面１ｂのヒートスプレッダ３１の一対の接合部３１ａ、３１ｂは、第２の面１ｃのヒートスプレッダ３２の一対の接合部３２ａ、３２ｂと、貫通導体４ａ、４ｂを介して、それぞれ、接続される。すなわち、一対の貫通導体４ａ、４ｂは、基板１の内部に設けられ、第１の面１ｂの一対の接合部３１ａ、３１ｂと、第２の面の一対の接合部３２ａ、３２ｂとを接続する。図８に示す例では、第１の面１ｂにおいて、ヒートスプレッダ３１の一対の接合部３１ａ、３１ｂが、ランド６ａ、６ｂを介して一対の貫通導体４ａ、４ｂとそれぞれ接続される。第２の面１ｃにおいて、ヒートスプレッダ３２の一対の接合部３２ａ、３２ｂが、ランド７ａ、７ｂを介して一対の貫通導体４ａ、４ｂとそれぞれ接続される。
【００５０】
図８に示すように、基板１に垂直な断面において、基板１の上下のヒートスプレッダ３１、３２、及び、基板１内の貫通導体４ａ、４ｂによって、半導体素子２１、２２が囲まれる。すなわち、基板１に垂直な断面において、基板１の両面に設けられた半導体素子２１、２２は、環状の導体に囲まれる。この構成により、半導体素子２１、２２で発生した磁界により、ヒートスプレッダ３１、３２、及び貫通導体４ａ、４ｂで形成される環状の導体に誘導電流が流れる。この誘導電流は、半導体素子２１、２２で発生した磁界を打ち消す向きの磁界を発生させる。その結果、ヒートスプレッダ３１、３２、及び貫通導体４ａ、４ｂの外へ漏れる磁界が抑制される。すなわち、漏れ磁束の輻射を抑制し、半導体装置１０ａから出るノイズを低減することができる。
【００５１】
また、ヒートスプレッダ３１、３２は、半導体素子２１、２２で発生した熱を空気よりも迅速に伝達する。そのため、半導体素子２１、２２の放熱が促進される。すなわち、ヒートスプレッダ３１、３２は、半導体素子２１、２２の冷却装置として働く。また、基板１の両面１ｂ、１ｃのヒートスプレッダ３１、３２が、貫通導体４ａ、４ｂを介して接続されているため、放熱効率が良くなる。
【００５２】
図８に示す構成では、半導体素子２１、２２の冷却するためのヒートスプレッダ３１、３２が、ノイズ低減装置を兼ねることができる。また、基板１の外の部品の追加をせずにノイズ低減措置をすることができる。そのため、半導体装置１０の小型化がより容易になる。
【００５３】
図８に示すように、基板１の互いに対向する両面に半導体素子２１、２２を配置することで、回路の構成要素を高密度化して装置の小型化を図ることができる。この構成において、構成要素の高密度化に伴って増加する温度上昇及びノイズを、ヒートスプレッダ３１、３２及び貫通孔４ａ、４ｂにより抑制することができる。
【００５４】
＜変形例＞
本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、ヒートスプレッダ３、３１、３２の形状は、上記例の他、任意の形状とすることができる。上記例ではヒートスプレッダ３、３１、３２の表面は、平面で構成されているが、ヒートスプレッダ３、３１、３２の表面の一部を曲面としてもよい。また、ヒートスプレッダ３、３１、３２の表面に凹凸が設けられてもよい。
【００５５】
図９は、図８に示すヒートスプレッダ３１、３２の変形例を示す断面図である。図９に示す例では、ヒートスプレッダ３１、３２の基板１と反対側の表面は曲面に形成されている。具体的には、ヒートスプレッダ３１、３２の基板１と反対側の表面が、基板１に垂直な方向に凸となる曲面となっている。このように、ヒートスプレッダ３１、３２の基板１に接していない角部に丸み（Ｒ）を付けることができる。これにより、半導体素子１から発生する磁界によるヒートスプレッダ３１、３２の誘電電流を流れやすくすることができる。そのため、ノイズ抑制効果を向上させることができる。なお、図３に示すヒートスプレッダ３１も、図９に示すヒートスプレッダ３１と同様に、曲線の表面を含む構成とすることができる。
【００５６】
ヒートスプレッダ３、３１、３２は、蓄熱材を包含する構成であってもよい。この場合、蓄熱材は、半導体素子２から受けた熱を固相から液相への相変化に伴う潜熱として蓄熱する。すなわち、蓄熱材は、物質の相変化による潜熱により蓄熱する。
【００５７】
また、ヒートスプレッダ３、３１、３２と基板１との接合部を樹脂で封止してもよい。図１０は、図８に示すヒートスプレッダ３１、３２と基板１との接合部３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂを樹脂で封止した場合の構成例を示す断面図である。図１０に示す例では、樹脂８は、接合部３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂを覆い、基板１とヒートスプレッダ３１、３２の双方に接するように形成される。樹脂８は、基板１の第１の面１ｂ及び第２の面１ｃの両面に渡って一体的に形成される。また、樹脂８は、基板１の第１の面１ｂとヒートスプレッダ３１の間の空間及び、第２の面１ｃとヒートスプレッダ３２の間の空間に充填される。すなわち、樹脂８は、半導体素子２１、２２に接するように形成される。樹脂８は、基板１の全体を覆うように形成されてもよいし、基板１の一部を覆うように形成されてもよい。また、図１０に示す例では、樹脂８は、ヒートスプレッダ３１、３２の一部を覆うように形成されているが、ヒートスプレッダ３１、３２の全体を覆うように形成されてもよい。なお、図３に示す構成においても図１０と同様に、結合部３ａ、３ｂを覆う樹脂を形成することができる。
【００５８】
上記実施形態１及び２では、１つの半導体素子２、２１、２２に対して、１つのヒートスプレッダ３、３１、３２が配置される。これに対して、複数の半導体素子に対して、１つのヒートスプレッダを配置することもできる。すなわち、ヒートスプレッダの一対の接合部の間に、複数の半導体素子を配置することもできる。
【００５９】
＜適用例＞
実施形態１、２の半導体装置１０、１０ａは、一例として、モータを制御するインバータのスイッチング素子を備える半導体装置に適用することができる。この場合、インバータのスイッチング素子は、上記の基板１に実装された半導体素子２、２１、２２で構成することができる。
【００６０】
例えば、電動パワースステアリング（ＥＰＳ）において、操舵系の回転をアシストするトルクを出力するモータが設けられる。このモータを制御するインバータを、上記の半導体装置１０、１０ａで構成することができる。ＥＰＳのモータを制御するインバータのスイッチング素子は、ハンドル操作時に短時間で発熱する場合がある。そのため、スイッチング素子を構成する半導体素子を効率よく冷却することが好ましい。また、このようなインバータは、他の車載装置へ影響を与え得るノイズの放射が少ないことが好ましい。
【００６１】
本実施形態１、２の半導体装置１０、１０ａでは、ヒートスプレッダ３、３１、３２が、半導体素子を冷却する機能に加えて、ノイズ低減の機能も有する。そのため、上記実施形態１、２の半導体装置１０、１０ａをインバータとして用いることで、モータの制御部（例えば、ＥＣＵ）の熱対策及びノイズ対策の両方が可能になる。
【００６２】
一例として、上記実施形態１又は２の半導体装置１０、１０ａを、インバータに用いる場合、半導体素子２、２１、２２として、パワー半導体素子を基板１に配置することができる。パワー半導体素子は、例えば、インバータのブリッジ回路の上アームのスイッチング素子及び下アームのスイッチング素子とすることができる。
【００６３】
図１１は、モータを制御するインバータの一例を示す回路図である。図１１に示すインバータ２０は、直流電源３０の正負極間に直列に接続された上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子の組を、複数組（Ｔ１とＴ２、Ｔ３とＴ４、及び、Ｔ５とＴ６）、並列に接続したブリッジ回路を含む。インバータ２０の上アームスイッチング素子Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５と下アームスイッチング素子Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６の間のノードＰｕ、Ｐｖ、Ｐｗはモータ（図示せず）の各相のコイルに接続される。また、インバータ２０は、直流電源３０の正負極間に接続されたキャパシタＣ１を備える。
【００６４】
上記のスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６が、スイッチングされることにより、直流電源３０から供給される直流電圧が三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電圧に変換される。この変換された三相交流電圧が、ノードＰｕ、Ｐｖ、Ｐｗを介してモータの各相コイルに供給されることによりモータが回転する。
【００６５】
例えば、実施形態１の半導体装置１０で、インバータ２０を構成することができる。この場合、インバータ２０のスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６を、基板１の第１の面１ｃに設けられた半導体素子２とすることができる。
【００６６】
また、実施形態２の半導体装置１０ａで、２系統のインバータ２０を構成してもよい。すなわち、２つのインバータ２０（以下、第１インバータ及び第２インバータを称する）を、半導体装置１０ａで構成することができる。この場合、基板１の第１の面１ｂに設けられた半導体素子２１で、第１インバータのスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６を形成し、基板１の第２の面１ｃに設けられた半導体素子２２で第２インバータのスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６を形成することができる。
【００６７】
具体的には、第１インバータのスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６を形成する半導体素子２１を基板１の第１層１１に配置し、第２インバータのスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６を形成する半導体素子２２を、基板１の第４層１４に配置することができる。第２層１２に、第１インバータの回路配線を形成し、第３層１３に第２インバータの回路配線を形成することができる。これにより、２系統のインバータの小型化を図ることができる。また、インバータの発熱及びノイズの抑制も可能になる。
【００６８】
なお、本発明の半導体装置は、インバータに限られない。その他の任意の半導体装置に、本発明の半導体装置を用いることができる。
【符号の説明】
【００６９】
１：基板、２，２１，２２：半導体素子、３，３１，３２：ヒートスプレッダ、４ａ、４ｂ：貫通導体、５：接続導体
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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