半導体放熱構造

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体の放熱構造、特に、高熱伝導性サーマルビアを埋設した基板に半導体素子及び放熱フィンを接着する際、接着膜の厚さを薄く、かつ、均一化させ、放熱度を向上せしめた半導体放熱構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体パッケージは、半導体からの発生熱を放散させるための手段として、放熱フィンを基板に接着する方法が採用されていた。図４はこの種半導体放熱構造の従来例を示す断面図である。すなわち、半導体素子１は基板２に接着剤３によって接着され、ボンデングワイヤ４によってリード５に電気的接続がなされ、外部に導き出されている。６はキャップで、７は封止材である。また、基板２の半導体素子１の接着面と、反対側の下面には、半導体素子１の発生熱を外部に放散するために、放熱フィン８が接着剤９によって接着固定されている。したがって、接着剤９には次の特性が要求される。すなわち、熱伝導性が良いこと、十分な接着強度を有すること、適度な弾性があり基板２と放熱フィン８の熱膨張差を有効に吸収できるものであること、及び、耐熱性が良いこと等である。ところが、上記の各特性をすべて満足する接着剤はなかなか得がたいというのが実情であり、半導体素子１から放熱フィン８に至るまでの熱抵抗を低くするためには、特に接着剤９の塗布膜の厚さをでき得る限り薄くかつ、均一にすることが重要となってくる。
【０００３】そこで、まず、基板２の熱抵抗を下げるための手段として、近年、図５に示される如く、半導体素子１と対向する基板２の部分に、板厚方向に熱伝導性の良好な物質（例えば厚膜の金属ペースト等）を埋め込んだ複数本のサーマルビヤ１０を設けることが行なわれてきている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構成の半導体放熱構造では、サーマルビア１０による放熱率向上は期待できるが、放熱フィン接着面として、５０〜１００ｍｍ²に達する広い全面に亘つて、接着剤９を均一の厚さに塗布することは困難であるという問題点が残る。これは、接着膜を薄小化すると、気泡や隙間が生じ易くなり、この気泡や隙間が熱伝導性を最悪にする原因となっているからである。
【０００５】本発明は、このような従来の技術の有していた問題点を解決するためになされたもので、基板２と放熱フィン８との間の広い面へ接着剤を薄く塗布しても、気泡等の発生しない構成の半導体放熱構造を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するための本発明の構成を、実施例に対応する図１〜３を用いて説明すると、本発明は、基板１２において、高発熱半導体１１を搭載した部分に、貫通する複数のサーマルビア１３を配列するとともに、基板１２の下面に放熱フィン１４を接着した半導体放熱構造であって、接着剤１５の逃げ溝１２ａを少なくとも基板１２のサーマルビア１３間上下面に配設したことを特徴とするものである。
【０００７】
【作用】本発明は、上記構成により、半導体素子１１を搭載した基板１２の部分に設けたサーマルビア１３と、このサーマルビア１３間の基板１２上下面に設けた逃げ溝１２ａとにより、サーマルビア１３と放熱フィン１４間に塗布した接着剤１５はその不要分が逃げ溝１２ａ内に収容されるため、接着剤１５の塗布厚が均一化される。したがって、この基板１２のサーマルビア１３の下面１３ａと放熱フィン１４間を接着する接着剤１５は塗布厚を薄小化できると共に、気泡や隙間を含まず、良好な放熱特性を発揮し、前記問題点を除去できるようになる。
【０００８】
【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施例を示す要部断面図である。同図において、１１は半導体素子、１２は基板、１３は基板１２の半導体素子１１搭載部分に貫通する高熱伝導性のサーマルビアで、厚膜形成又は金属スタッド充填などにより形成されている。１４は基板１２の下面に接着剤１５によって接着固定されている放熱フィンで、１６は図示せぬリード線と半導体素子１１とを電気的に接続するボンデングワイヤである。なお、１２ａはサーマルビア１３間又は外側の基板１２の上下面に設けられた接着剤１５の逃げ溝で、任意パターンで形成されており、図２，３はそれぞれその実施例を示す横断面図である。
【０００９】上記構成の実施例の作用を以下に説明する。まず、基板１２側又は放熱フィン１４側に接着剤１５を塗布後、基板１２をサーマルビア１３の先端１３ａが放熱フィン１４と略当接するまで圧接する。これにより、接着剤１５の不要部分は多数の逃げ溝１２ａ内に流入し収容されるので、外部にはみ出すことがなく、図１に示す状態になる。また、半導体素子１１側の基板１２との接着構造も、同様の構成にすることにより、両者間の接着膜は均一化される。なお、熱伝導率が０．００２２ｋＣａｌ／ｍｍｈ℃のガラスセラミック基板に対して、サーマルビアは厚膜Ａｕペースト（５０％Ａｕ）を用いたとき、熱伝導は０．１２ｋＣａｌ／ｍｍｈ℃となり、サーマルビアの熱伝導率は基板に比べて２桁の向上を実現させることができた。
【００１０】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によれば、次のような効果を奏する。サーマルビアと基板を比べると、その熱伝導率は略２桁の差があり、また、サーマルビアと放熱フィン間の隙間が実施的な基板と放熱フィン間の隙間となるから、放熱フィンを基板とほぼ接するまで圧接することにより、接着剤の不要分は逃げ溝内に流入するので、外部への接着剤のはみ出しを防止することができ、熱抵抗を大きくする気泡などの混入がなく、薄くてかつ均一な接着層が得られるとともに、半導体素子の良好な放熱構造が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す要部側断面図。
【図２】本発明の接着剤逃げ溝の具体的パターン図。
【図３】本発明の接着剤逃げ溝の他の具体例パターン図。
【図４】従来例を示す側断面図。
【図５】サーマルビアを設けた従来例の要部側断面図。
【符号の説明】
１１半導体素子
１２基板
１２ａ逃げ溝
１３サーマルビア
１４放熱フィン
１５接着剤
１６ボンデングワイヤ

【特許請求の範囲】
【請求項１】高発熱半導体素子を搭載した基板部分に、貫通する複数のサーマルビアを配列するとともに、基板下面に放熱フィンを接着する半導体放熱構造において、接着剤の逃げ溝を基板の少なくともサーマルビア間上下面に配設したことを特徴とする半導体放熱構造。

【図１】