特開 2022-154271 回路基板内に電気部品を内蔵する半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022154271

(43)【公開日】2022-10-13

(54)【発明の名称】回路基板内に電気部品を内蔵する半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/12 20060101AFI20221005BHJP

   H01L 23/36 20060101ALI20221005BHJP

   H05K 3/46 20060101ALI20221005BHJP

【ＦＩ】

H01L23/12 J

H01L23/12 N

H01L23/36 C

H05K3/46 U

H05K3/46 Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021057203

(22)【出願日】2021-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】520124752

【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】長井 彰平

(72)【発明者】

【氏名】青島 正貴

【テーマコード（参考）】

5E316

5F136

【Ｆターム（参考）】

5E316AA02

5E316AA43

5E316CC09

5E316CC32

5E316FF07

5E316HH16

5E316JJ02

5E316JJ12

5F136BB02

5F136BB03

5F136BC03

5F136CC11

5F136DA27

5F136FA01

5F136FA03

5F136FA23

(57)【要約】

【課題】回路基板内に電気部品を内蔵する半導体装置において、電気部品の温度上昇を抑制しつつ、半導体装置の大型化を回避する。
【解決手段】半導体装置１０は、第１面１２ａ及び第２面１２ｂを有する基板本体１２と、前記基板本体内に配置された電気部品２１、２２と、前記第１面と前記電気部品との間に位置する回路層Ｌ２に設けられた第１内部導体パターン６４と、前記基板本体の内部に配置されており、前記第１内部導体パターンと熱的に接続された少なくとも一つの吸熱部材９０とを備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回路基板内に電気部品を内蔵する半導体装置（１０）であって、
第１面（１２ａ）及び第２面（１２ｂ）を有する基板本体（１２）と、
前記基板本体内に配置された電気部品（２１、２２、３１、３２）と、
前記第１面と前記電気部品との間に位置する回路層（Ｌ２）に設けられた第１内部導体パターン（６４）と、
前記基板本体の内部に配置されており、前記第１内部導体パターンと熱的に接続された少なくとも一つの吸熱部材（９０）と、
を備える半導体装置。

【請求項2】

前記第１面上に位置する回路層（Ｌ１）に設けられ、前記第１内部導体パターンと熱的に接続された第１表面導体パターン（６２）をさらに備える、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記第１面上に位置する前記回路層に設けられ、前記電気部品の動作を制御する表面電気部品（５２）をさらに備える、請求項２に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記少なくとも一つの吸熱部材は、複数の吸熱部材を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記第２面と前記電気部品との間に位置する回路層（Ｌ５）に設けられた第２内部導体層（６７）をさらに備え、
前記少なくとも一つの吸熱部材は、前記第２内部導体パターン（６７）にも熱的に接続されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記第２面上に位置する回路層（Ｌ６）に設けられ、前記第２内部導体パターンと熱的に接続された第２表面導体パターン（６９）をさらに備える、請求項５に記載の半導体装置。

【請求項7】

前記少なくとも一つの吸熱部材は、金属又はグラファイトで構成されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項8】

前記少なくとも一つの吸熱部材は、その内部に流体（９１）が封入されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項9】

前記第１内部導体パターンから、前記少なくとも一つの吸熱部材へ延びる伝熱ビア（７９）をさらに備え、
前記ビアを構成する材料は、前記基板本体を構成する材料よりも、高い熱伝導性を有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項10】

前記基板本体の前記第１面又は前記第２面に設けられたグラウンド配線（６３）をさらに備え、
前記第１内部導体パターンは、前記基板本体内において、前記グラウンド配線と電気的に接続されている、請求項１から９のいずれか一項に記載の半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に開示される技術は、回路基板内に電気部品を内蔵する半導体装置に関する。

【0002】

特許文献１に、半導体装置が開示されている。この半導体装置は、基板本体と、基板本体内に配置された電気部品と、基板本体の上面に位置する導体パターンとを備える。導体パターンは、複数のビアを介して電子部品と熱的に接続されている。このような構成によると、電子部品で生じた熱が、複数のビアを介して導体パターンへ伝達され、導体パターンから基板本体の外部へ放散される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１－８５８０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記した構造では、導体パターンの面積を大きくするほど、導体パターンによる放熱効果を高めることができる。しかしながら、導体パターンの面積を大きくしていくと、基板本体の表面の大部分が、導体パターンによって大きく占有されてしまう。この場合、その他の必要な構成を、基板本体の残された表面に設けることが難しくなり、基板本体のサイズを拡大する必要が生じ得る。従来の構造では、電気部品の温度上昇を避けるためには、半導体装置の大型化を許容する必要があり、半導体装置の大型化を避けるためには、電気部品の温度上昇を許容する必要がある。

【0005】

上記を鑑み、本明細書は、回路基板内に電気部品を内蔵する半導体装置において、電気部品の温度上昇を抑制しつつ、半導体装置の大型化を回避し得る技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本明細書が開示する半導体装置（１０）は、第１面（１２ａ）及び第２面（１２ｂ）を有する基板本体（１２）と、前記基板本体内に配置された電気部品（２１、２２、３１、３２）と、前記第１面と前記電気部品との間に位置する回路層（Ｌ２）に設けられた第１内部導体パターン（６４）と、前記基板本体の内部に配置されており、前記第１内部導体パターンと熱的に接続された少なくとも一つの吸熱部材（９０）とを備える。

【0007】

上記した構成によると、電気部品で生じた熱が、基板本体内の第１内部導体パターンを通じて、同じく基板本体内の吸熱部材へ伝達される。これにより、電気部品で生じた熱の多くを、基板本体内で拡散させることができ、電気部品の温度上昇を抑制することができる。また、第１内部導体パターン及び吸熱部材が、基板本体内に設けられていることで、基板本体の第１面や第２面には、他の必要とされる構成を自由に設けることができる。これにより、半導体装置の大型化を回避することもできる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施例１の半導体装置１０を示す平面図。

【図2】実施例１の半導体装置１０の回路構造を示す回路図。

【図3】図１中のＩＩＩ－ＩＩＩ線における断面図。図示明瞭化のために、基板本体１２のハッチングは省略されている。また、一部の重なり合う構成は、意図的に位置を変更して図示されている。

【図4】表面電気部品５２に対する第２導体パターン６２の配列パターンのバリエーションを示す。

【図5】実施例２の半導体装置１１０の構成を示す断面図。

【図6】実施例３の半導体装置２１０の構成を示す断面図。

【図7】実施例４の半導体装置３１０の構成を示す断面図。

【図8】実施例５の半導体装置４１０の構成を示す断面図。

【図9】実施例６の半導体装置５１０の構成を示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本技術の一実施形態において、前記半導体装置は、前記第１面上に位置する回路層（Ｌ１）に設けられ、前記第１内部導体パターンと熱的に接続された第１表面導体パターン（６２）をさらに備えてもよい。このような構成によると、基板本体の第１面で生じた熱についても、第１表面導体パターン及び第１内部導体パターンを通じて、吸熱部材へ伝達することができる。これにより、基板本体の第１面に設けられた電気部品といった、当該第１面に位置する発熱源の温度上昇も抑制することができる。

【0010】

上記した実施形態において、前記半導体装置は、前記第１面上に位置する前記回路層に設けられ、前記電気部品の動作を制御する表面電気部品（５２）をさらに備えてもよい。この場合、前記第１表面導体パターンは、前記表面電気部品に近接して位置するとよい。このような構成によると、基板本体内の電気部品だけでなく、当該電気部品の動作を制御する表面電気部品の温度上昇も抑制することができる。

【0011】

本技術の一実施形態において、少なくとも一つの吸熱部材は、複数の吸熱部材を含んでもよい。このような構成によると、複数の吸熱部材によって、より多くの熱を吸収及び拡散することができ、電気部品の温度上昇をさらに抑制することができる。

【0012】

本技術の一実施形態において、前記半導体装置は、前記第２面と前記電気部品との間に位置する回路層（Ｌ５）に設けられた第２内部導体層（７４）をさらに備えてもよい。この場合、前記少なくとも一つの吸熱部材は、前記第２内部導体パターンにも熱的に接続されていてもよい。このような構成によると、電気部品で生じた熱が、さらに第２内部導体パターンを通じて吸熱部材へ伝達される。第１内部導体パターンと第２内部導体パターンとの間に電気部品が配置されていることで、電気部品で生じた熱を電気部品の両側から効果的に拡散させることができる。

【0013】

本技術の一実施形態において、前記半導体装置は、前記第２面上に位置する回路層（Ｌ６）に設けられ、前記第２内部導体パターンと熱的に接続された第２表面導体パターン（６９）をさらに備えてもよい。このような構成によると、電気部品で生じた熱を、第２内部導体パターンを通じて第２表面導体パターンへ伝達し、第２表面導体パターンから外部へ放散させることができる。これにより、電気部品の温度上昇をさらに抑制することができる。

【0014】

本技術の一実施形態において、前記少なくとも一つの吸熱部材は、金属又はグラファイトで構成されていてもよい。但し、吸熱部材は、金属又はグラファイトに限定されず、基板本体よりも高い熱伝導率を有する材料や構造であるとよい。

【0015】

本技術の一実施形態において、前記少なくとも一つの吸熱部材は、例えばヒートパイプやヒートスプレッダのように、その内部に流体（９１）が封入されていてもよい。このような構成によると、吸熱部材における熱の移動効率が高まることで、吸熱部材による吸熱性を効果的に高めることができる。

【0016】

本技術の一実施形態において、前記半導体装置は、第１内部導体パターンから少なくとも一つの吸熱部材へ延びる伝熱ビア（７９）をさらに備えてもよい。この場合、伝熱ビアを構成する材料は、基板本体を構成する材料よりも高い熱伝導性を有するとよい。このような構成によると、第１内部導体パターンと吸熱部材とが異なる層に位置する場合でも、第１内部導体パターンから吸熱部材への熱伝達を効果的に高めることができる。

【0017】

本技術の一実施形態において、前記半導体装置は、前記基板本体の前記第１面又は前記第２面に設けられたグラウンド配線（６３）をさらに備えてもよい。この場合、前記第１内部導体パターンは、前記基板本体内において前記グラウンド配線と電気的に接続されていてもよい。このような構成によると、第１内部導体パターンの電位が安定することで、電気部品に対向する第１内部導体パターンが、電気部品から放射される電磁ノイズを遮蔽するシールド層としても機能することができる。

【0018】

上記した実施形態において、前記伝熱ビアを構成する材料は、前記第１内部導体パターンを構成する材料と等しくてもよい。このような構成によると、半導体装置の製造工程を簡素化することができる。

【実施例0019】

（実施例１） 図面を参照して、実施例１の半導体装置１０について説明する。本実施例の半導体装置１０は、例えば電動車両の電力制御ユニットに採用され、電源と走行用モータとの間で電力変換するための電力変換回路の一部を構成することができる。ここでいう電動車両とは、車輪を駆動する走行用モータを有する車両を広く意味し、例えば、外部の電力によって充電される電気自動車、走行用モータに加えてエンジンをさらに有するハイブリッド車、及び燃料電池を電源とする燃料電池車等が含まれる。但し、本実施例の半導体装置１０の用途は、電動車両に限定されず、各種の電気機器に採用されることができる。

【0020】

図１－図３に示すように、半導体装置１０は、基板本体１２と、二つの半導体素子２１、２２と、二つのヒートシンクプレート３１、３２とを備える。基板本体１２は、板状の形状を有しており、上面１２ａと、上面１２ａの反対側に位置する下面１２ｂとを有する。基板本体１２は、例えばエポキシ樹脂といった、絶縁体で構成されている。基板本体１２は、上面１２ａから下面１２ｂに向かって、上層１４、中間層１６及び下層１８を備える。上層１４は、基板本体１２の上面１２ａを含む層である。下層１８は、基板本体１２の下面１２ｂを含む層である。そして、中間層１６は、上層１４と下層１８との間に位置する層である。

【0021】

ここで、図面におけるＸ方向及びＹ方向は、基板本体１２の上面１２ａ及び下面１２ｂに平行な方向であって、互いに垂直な方向である。Ｚ方向は、基板本体１２の上面１２ａ及び下面１２ｂに垂直な方向であって、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに垂直な方向である。即ち、上述した上層１４、中間層１６及び下層１８は、Ｚ方向に沿って積層されている。

【0022】

半導体素子２１、２２及びヒートシンクプレート３１、３２はそれぞれ、半導体装置１０において電気回路の一部を構成する電気部品である。二つの半導体素子２１、２２は、二つのヒートシンクプレート３１、３２と共に、基板本体１２の中間層１６に配置されている。各々の半導体素子２１、２２は、パワー半導体素子であって、特に、スイッチング素子である。このスイッチング素子は、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）又はＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であってよい。各々の半導体素子２１、２２は、上面電極２１ａ、２２ａと下面電極２１ｂ、２２ｂとを有しており、上面電極２１ａ、２２ａと下面電極２１ｂ、２１ｂとの間を電気的に導通したり、遮断したりすることができる。

【0023】

一例ではあるが、二つの半導体素子２１、２２には、第１半導体素子２１と第２半導体素子２２とが含まれる。第１半導体素子２１と第２半導体素子２２とは、基板本体１２の内部において、電気的に直列に接続されている。前述したように、二つの半導体素子２１、２２は、ＩＧＢＴ又はＭＯＳＦＥＴといったスイッチング素子である。本実施例の半導体装置１０は、例えばインバータ回路やＤＣ－ＤＣコンバータ回路の一部を構成することができる。なお、半導体素子２１、２２の数は、二つに限定されない。また、半導体装置１０は、半導体素子２１、２２及びヒートシンクプレート３１、３２に限られず、少なくとも一つの電気部品を備えればよい。

【0024】

二つのヒートシンクプレート３１、３２は、それぞれ板状の形状を有しており、基板本体１２と平行に配置されている。各々のヒートシンクプレート３１、３２は、例えば銅又はその他の金属といった導体で構成されている。一例ではあるが、二つのヒートシンクプレート３１、３２は、Ｘ方向に沿って配列されている。二つのヒートシンクプレート３１、３２には、第１ヒートシンクプレート３１及び第２ヒートシンクプレート３２が含まれる。第１ヒートシンクプレート３１には、第１半導体素子２１が配置されており、第１半導体素子２１の下面電極２１ｂが、第１ヒートシンクプレート３１と電気的に接続されている。第１半導体素子２１と第１ヒートシンクプレート３１とは、一体的に接合されており、一つの電気部品として解釈することができる。同様に、第２ヒートシンクプレート３２には、第２半導体素子２２が配置されており、第２半導体素子２２の下面電極２１ｂ、２２ｂが、第２ヒートシンクプレート３２と電気的に接続されている。第２半導体素子２２と第２ヒートシンクプレート３２もまた、一体的に接合されており、一つの電気部品として解釈することができる。

【0025】

半導体装置１０は、複数の端子４０、４２、４４を備える。これらの端子４０、４２、４４は、外部の回路と接続するための外部接続端子である。複数の端子４０、４２、４４は、例えば銅又はその他の金属といった導体で構成されている。一例ではあるが、複数の端子４０、４２、４４には、Ｐ端子４０と、Ｎ端子４２と、Ｏ端子４４とが含まれる。複数の端子４０、４２、４４は、基板本体１２の下面１２ｂに位置している。但し、複数の端子４０、４２、４４の一部又は全部は、基板本体１２の上面１２ａに位置してもよい。これにより、第１半導体素子２１がターンオンされると、Ｐ端子４０とＯ端子４４との間が電気的に接続される。一方、第２半導体素子２２がターンオンされると、Ｎ端子４２とＯ端子４４との間が電気的に接続される。

【0026】

Ｐ端子４０は、基板本体１２の内部において、第１ヒートシンクプレート３１と電気的に接続されており、第１ヒートシンクプレート３１を介して、第１半導体素子２１の下面電極２１ｂと電気的に接続されている。Ｎ端子４２は、基板本体１２の内部において、第２半導体素子２２の上面電極２２ａと電気的に接続されている。Ｏ端子４４は、基板本体１２の内部において、第１半導体素子２１の上面電極２１ａ及び第２ヒートシンクプレート３２と、電気的に接続されている。即ち、Ｏ端子４４は、第１半導体素子２１の上面電極２１ａと、第２半導体素子２２の下面電極２２ｂとのそれぞれと、電気的に接続されている。

【0027】

基板本体１２には、複数の回路層Ｌ１－Ｌ６が設けられており、多層基板の構造が形成されている。複数の回路層Ｌ１－Ｌ６には、第１回路層Ｌ１、第２回路層Ｌ２、第３回路層Ｌ３、第４回路層Ｌ４、第５回路層Ｌ５及び第６回路層Ｌ６が含まれる。第１回路層Ｌ１は、基板本体１２の上面１２ａに位置している。第２回路層Ｌ２は、基板本体１２の上層１４内に位置している。第３回路層Ｌ３は、基板本体１２の上層１４と中間層１６との境界に位置している。第４回路層Ｌ４は、基板本体１２と中間層１６と下層１８との境界に位置している。第５回路層Ｌ５は、基板本体１２の下層１８内に位置している。そして、第６回路層Ｌ６は、基板本体１２の下面１２ｂに位置している。

【0028】

第１回路層Ｌ１は、複数の導体パターン６１、６２、６３を有する。それぞれの導体パターン６１、６２、６３は、銅又はその他の金属といった導体で構成されている。複数の導体パターン６１、６２、６３には、第１導体パターン６１と、第２導体パターン６２と、第３導体パターン６３とが含まれる。第１導体パターン６１は、二つの半導体素子２１、２２を制御する制御回路５０を構成する。そのために、第１導体パターン６１には、複数の表面電気部品５２が実装されている。複数の表面電子部品５２には、例えば、半導体素子２１、２２のスイッチングを制御するゲート駆動回路が含まれる。

【0029】

なお、ここでいう第１導体パターン６１とは、制御回路５０を構成するのに必要とする一又は複数の導体パターンの総称である。即ち、第１導体パターン６１は、単一の導体パターンであってもよいし、複数の導体パターンの組み合わせであってもよい。以下に説明する第２導体パターン６２から第９導体パターン６９についても同様である。第２導体パターン６２から第９導体パターン６９のそれぞれは、共通の機能を有する一又は複数の導体パターンの総称であり、単一の導体パターンであってもよいし、複数の導体パターンの組み合わせであってもよい。

【0030】

第２導体パターン６２は、表面電気部品５２に隣接して設けられている。これにより、表面電気部品５２で生じた熱が、第２導体パターン６２へ伝達されるように構成されている。但し、第２導体パターン６２は、基板本体１２の上面１２ａにおいて、第１導体パターン６１や表面電気部品５２から電気的に絶縁されている。第３導体パターン６３は、制御回路５０の一部であって、グラウンド電位に接続されるグラウンド配線として機能する。

【0031】

図４（Ａ）－（Ｄ）に、第２導体パターン６２の配置について、いくつかの具体例を示す。図４の（Ａ）－（Ｄ）に示すように、第２導体パターン６２の数や、表面電気部品５２との位置関係については、特に限定されない。第２導体パターン６２は、単一の領域であってもよいし、複数の領域の組み合わせであってもよい。また、第２導体パターン６２は、隣接する二つの表面電気部品５２の間に位置してもよいし、一又は複数の表面電気部品５２を取り囲むように設けられてもよい。

【0032】

第２回路層Ｌ２は、複数の導体パターン６４、６５、６６を有する。それぞれの導体パターン６４、６５、６６は、銅又はその他の金属といった導体で構成されている。複数の導体パターン６４、６５、６６には、第４導体パターン６４と、第５導体パターン６５と、第６導体パターン６６が含まれる。ここで、複数の導体パターン６４、６５、６６は、実際には同一平面上に位置しているが、図３では図示明瞭化を目的として、第４導体パターン６４が、第５導体パターン６５及び第６導体パターン６６に対して意図的に変位されている。

【0033】

第４導体パターン６４は、第２回路層Ｌ２の大部分に亘って広がっており、複数の半導体素子２１、２２と対向するように設けられている。これにより、半導体素子２１、２２で生じた熱が、第４導体パターン６４を通じて基板本体１２の広い範囲へ拡散する。また、第４導体パターン６４は、半導体素子２１、２２から放射される電磁ノイズを遮蔽するシールド層としても機能する。第４導体パターン６４は、一又は複数の第１ビア７１を介して、第１回路層Ｌ１の第２導体パターン６２に接続されている。加えて、第４導体パターン６４は、一又は複数の第２ビア７２を介して、第１回路層Ｌ１の第３導体パターン６３にも接続されている。第１ビア７１及び第２ビア７２は、銅又はその他の金属といった導体で構成されている。これにより、第４導体パターン６４は、第１回路層Ｌ１の第２導体パターン６２及び第３導体パターン６３と電気的に、かつ、熱的に接続されている。

【0034】

前述したように、第１回路層Ｌ１の第２導体パターン６２は、表面電気部品５２に隣接して設けられている。従って、表面電気部品５２で生じた熱が、第１回路層Ｌ１の第２導体パターン６２から第１ビア７１を通じて第４導体パターン６４へと伝達される。その結果、表面電気部品５２で生じた熱もまた、第４導体パターン６４を通じて基板本体１２の広い範囲へ拡散する。加えて、第４導体パターン６４が、第１回路層Ｌ１の第３導体パターン６３、即ち、グラウンド配線と電気的に接続されていることで、第４導体パターン６４のシールド層としての機能が向上する。

【0035】

第５導体パターン６５は、第３ビア７３を介して、Ｏ端子４４に接続されている。加えて、第５導体パターン６５は、二つの第４ビア７４を介して、第１半導体素子２１の上面電極２１ａと、第２ヒートシンクプレート３２とに接続されている。第３ビア７３及び第４ビア７４は、銅又はその他の金属といった導体で構成されている。これにより、二つの半導体素子２１、２２は、第５導体パターン６５によって電気的に直列に接続され、かつ、第５導体パターン６５を介してＯ端子４４と電気的に接続されている。

【0036】

第６導体パターン６６は、第５ビア７５を介して、第２半導体素子２２の上面電極２２ａに接続されている。加えて、第６導体パターン６６は、第６ビア７６を介して、Ｎ端子４２に接続されている。第５ビア７５及び第６ビア７６は、銅又はその他の金属といった導体で構成されている。これにより、第２半導体素子２２の上面電極２２ａが、第６導体パターン６６を介して、Ｎ端子４２と電気的に接続されている。

【0037】

第３回路層Ｌ３及び第４回路層Ｌ４には、半導体素子２１、２２及びヒートシンクプレート３１、３２が配置されている。ヒートシンクプレート３１、３２は、第３回路層Ｌ３から第４回路層Ｌ４までの距離に等しい厚みを有する。ヒートシンクプレート３１、３２上に配置された半導体素子２１、２２は、第３回路層Ｌ３に位置している。

【0038】

第５回路層Ｌ５は、複数の導体パターン６７、６８を有する。それぞれの導体パターン６７、６８は、銅又はその他の金属といった導体で構成されている。複数の導体パターン６７、６８には、第７導体パターン６７と、第８導体パターン６８とが含まれる。ここで、複数の導体パターン６７、６８は、実際には同一平面上に位置しているが、図３では図示明瞭化を目的として、第７導体パターン６７が、第８導体パターン６８に対して意図的に変位されている。

【0039】

第７導体パターン６７は、第５回路層Ｌ５の大部分に亘って広がっており、複数の半導体素子２１、２２と対向するように設けられている。これにより、半導体素子２１、２２で生じた熱が、第７導体パターン６７を通じて基板本体１２の広い範囲へ拡散する。また、第７導体パターン６７は、半導体素子２１、２２から放射される電磁ノイズを遮蔽するシールド層としても機能する。図示省略するが、第７導体パターン６７は、第１回路層Ｌ１の第３導体パターン６３、即ち、グラウンド配線と電気的に接続されてもよく、それによって第７導体パターン６７のシールド層としての機能が向上する。

【0040】

第８導体パターン６８は、第７ビア７７を介して、第１ヒートシンクプレート３１に接続されている。加えて、第８導体パターン６８は、第８ビア７８を介して、Ｐ端子４０に接続されている。第７ビア７７及び第８ビア７８は、銅又はその他の金属といった導体で構成されている。これにより、第１半導体素子２１の下面電極２１ｂが、第１ヒートシンクプレート３１及び第８導体パターン６８を介して、Ｐ端子４０と電気的に接続されている。

【0041】

第６回路層Ｌ６は、第９導体パターン６９を有する。第９導体パターン６９は、第６回路層Ｌ６の大部分に亘って広がっており、第５回路層Ｌ５の第７導体パターン６７と対向している。これにより、半導体素子２１、２２で生じた熱が、先ずは第５回路層Ｌ５の第７導体パターン６７へ伝達し、次いで、第６回路層Ｌ６の第９導体パターン６９へ伝達する。これにより、半導体素子２１、２２で生じた熱は、基板本体１２において広く拡散するとともに、第９導体パターン６９から基板本体１２の外部へ放散される。

【0042】

半導体装置１０はさらに、吸熱部材９０を備える。吸熱部材９０は、基板本体１２の内部に位置している。吸熱部材９０は、熱伝導性に優れた材料で構成されるとよく、例えば、銅又はその他の金属や、グラファイトで構成されるとよい。吸熱部材９０は、半導体素子２１、２２及びヒートシンクプレート３１、３２と同じく、基板本体１２の中間層１６に位置している。但し、吸熱部材９０は、基板本体１２の内部に位置すればよく、その具体的な位置は特に限定されない。一例ではあるが、本実施例における吸熱部材９０は、第１半導体素子２１と第２半導体素子２２との間に位置している。

【0043】

吸熱部材９０は、一又は複数の第９ビア７９を介して、第４導体パターン６４に接続されている。一又は複数の第９ビア７９は、第７ビア７７及び第８ビア７８は、銅又はその他の金属といった導体で構成されている。これにより、吸熱部材９０は、一又は複数の第９ビア７９を介して、第４導体パターン６４と電気的に、かつ熱的に接続されている。第９ビア７９を構成する材料は、特に限定されず、基板本体１２を構成する材料よりも、高い熱伝導性を有するとよい。一例ではあるが、第９ビア７９を構成する材料は、第４導体パターン６４を構成する材料と等しくてもよい。吸熱部材９０は、比較的に大きな体積を有しており、例えばヒートシンクプレート３１、３２と同様に、比較的に多くの熱を吸収することができる。

【0044】

以上のように、本実施例の半導体装置１０は、基板本体１２と、基板本体１２内に配置された半導体素子２１、２２と、基板本体１２の上面１２ａと半導体素子２１、２２との間に位置する第２回路層Ｌ２に設けられた第４導体パターン６４と、基板本体１２の内部に配置されており、第４導体パターン６４と熱的に接続された少なくとも一つの吸熱部材９０とを備える。このような構成によると、半導体素子２１、２２で生じた熱が、基板本体１２内の第４導体パターン６４を通じて、同じく基板本体１２内の吸熱部材９０へ伝達される。これにより、半導体素子２１、２２で生じた熱の多くを、基板本体１２内で拡散させることができ、半導体素子２１、２２の温度上昇を抑制することができる。また、第４導体パターン６４及び吸熱部材９０が、基板本体１２内に設けられていることで、基板本体１２の上面１２ａや下面１２ｂには、制御回路５０といった他の必要とされる構成を、自由に設けることができる。これにより、半導体装置１０の大型化を回避することもできる。

【0045】

実施例１に係る半導体装置１０は、本明細書が開示する技術の一実施例であって、本技術の内容を特に限定するものではない。本実施例における基板本体１２は、本技術における基板本体の一例である。本実施例における基板本体１２の上面１２ａ及び下面１２ｂは、それぞれ本技術における基板本体の第１面及び第２面の一例である。本実施例における第１半導体素子２１と第１ヒートシンクプレート３１との組み合わせ、及び、第２半導体素子２２と第２ヒートシンクプレート３２との組み合わせは、本技術における電気部品の一例である。本実施例における第４導体パターン６４は、本技術における第１内部導体パターンの一例である。本実施例における吸熱部材９０は、本技術における吸熱部材の一例である。本実施例における第９ビアは、本技術における伝熱ビアの一例である。本実施例における第２導体パターン６２は、本技術における第１表面導体パターンの一例である。本実施例における第９ビアは、本技術における伝熱ビアの一例である。そして、本実施例における第３導体パターン６３は、本技術におけるグラウンド配線の一例である。

【0046】

（実施例２） 図５を参照して、実施例２の半導体装置１１０について説明する。本実施例の半導体装置１１０は、複数の吸熱部材９０を備えており、この点において実施例１の半導体装置１０と相違する。以下では、実施例１との相違点を主に説明し、実施例１と共通する構成については、同一の符号を付すことよって説明を省略する。

【0047】

本実施例の半導体装置１１０は、基板本体１２の内部に、複数の吸熱部材９０、９２、９４を備える。各々の吸熱部材９０、９２、９４は、熱伝導性に優れた材料で構成されるとよく、例えば、銅又はその他の金属や、グラファイトで構成されるとよい。複数の吸熱部材９０、９２、９４は、基板本体１２の中間層１６に位置している。各々の吸熱部材９０、９２、９４は、一又は複数の第９ビア７９を介して、第４導体パターン６４に接続されている。

【0048】

複数の吸熱部材９０、９２、９４には、第１吸熱部材９０、第２吸熱部材９２及び第３吸熱部材９４が含まれる。第１吸熱部材９０は、第１半導体素子２１と第２半導体素子２２との間に位置している。第２吸熱部材９２は、第１半導体素子２１を挟んで第１吸熱部材９０とは反対側に位置している。第３吸熱部材９４は、第２半導体素子２２を挟んで第１吸熱部材９０とは反対側に位置している。

【0049】

以上のように、本実施例の半導体装置１１０は、複数の吸熱部材９０、９２、９４を備える。このような構成によると、複数の吸熱部材９０、９２、９４によって、より多くの熱を吸収及び拡散することができ、半導体素子２１、２２の温度上昇をさらに抑制することができる。

【0050】

（実施例３） 図６を参照して、実施例３の半導体装置２１０について説明する。本実施例の半導体装置２１０は、吸熱部材９０が、一又は複数の第１０ビア８０を介して、第５回路層Ｌ５の第７導体パターン６７と接続されており、この点において実施例１の半導体装置１０と相違する。以下では、実施例１との相違点を主に説明し、実施例１と共通する構成については、同一の符号を付すことよって説明を省略する。

【0051】

一又は複数の第１０ビア８０は、銅又はその他の金属といった導体で構成されている。これにより、吸熱部材９０は、一又は複数の第１０ビア８０を介して、第７導体パターン６７と電気的に、かつ熱的に接続されている。第１０ビア８０を構成する材料は、特に限定されず、基板本体１２を構成する材料よりも、高い熱伝導性を有するとよい。一例ではあるが、第１０ビア８０を構成する材料は、第７導体パターン６７を構成する材料と等しくてもよい。

【0052】

以上のように、本実施例の半導体装置１１０では、吸熱部材９０が、第７導体パターン６７にも熱的に接続されている。このような構成によると、半導体素子２１、２２で生じた熱が、第７導体パターン６７を通じて拡散し、かつ、吸熱部材９０へ伝達される。第４導体パターン６４と第７導体パターン６７との間に半導体素子２１、２２が配置されていることで、半導体素子２１、２２で生じた熱は、半導体素子２１、２２の両側から効果的に拡散される。ここで、本実施例における第７導体パターン６７は、本技術における第２内部導体パターンの一例である。

【0053】

（実施例４） 図７を参照して、実施例４の半導体装置３１０について説明する。本実施例の半導体装置３１０は、実施例２の半導体装置１１０と同様に、複数の吸熱部材９０、９２、９４を備える。各々の吸熱部材９０、９２、９４は、実施例３の半導体装置２１０と同様に、一又は複数の第１０ビア８０を介して、第５回路層Ｌ５の第７導体パターン６７とも熱的に接続されている。即ち、本実施例４の半導体装置３１０は、実施例２の半導体装置１１０の特徴と、実施例３の半導体装置２１０の特徴とを併せ持つ。本実施例については、上述した実施例１－３の説明を参照することとし、重複して説明することを省略する。

【0054】

（実施例５） 図８を参照して、実施例５の半導体装置４１０について説明する。本実施例の半導体装置４１０は、第５回路層Ｌ５の第７導体パターン６７が、一又は複数の第１１ビア８１を介して、第６回路層Ｌ６の第９導体パターン６９と接続されており、この点において実施例３の半導体装置１０と相違する。以下では、実施例３との相違点を主に説明し、実施例３と共通する構成については、同一の符号を付すことよって説明を省略する。

【0055】

一又は複数の第１１ビア８１は、銅又はその他の金属といった導体で構成されている。これにより、第５回路層Ｌ５の第７導体パターン６７が、一又は複数の第１１ビア８１を介して、第６回路層Ｌ６の第９導体パターン６９と電気的に、かつ熱的に接続されている。第１１ビア８１を構成する材料は、特に限定されず、基板本体１２を構成する材料よりも、高い熱伝導性を有するとよい。一例ではあるが、第１１ビア８１を構成する材料は、第９導体パターン６９を構成する材料と等しくてもよい。特に限定されないが、一又は複数の第１１ビア８１は、一又は複数の第１０ビア８０と共に、吸熱部材９０から基板本体１２の下面１２ｂに至る最短経路に沿って設けられている。

【0056】

以上のように、本実施例の半導体装置１１０は、基板本体１２の下面１２ｂ上に位置する第９導体パターン６９が、第１１ビア８１を介して第７導体パターン６７と熱的に接続されている。このような構成によると、半導体素子２１、２２で生じた熱が、基板本体１２の内部に位置する第７導体パターンを通じて、基板本体１２の下面１２ｂに位置する第９導体パターン６９へ伝達され、第９導体パターン６９から外部へ放散させることができる。ここで、本実施例における第９導体パターン６９は、本技術における第２表面導体パターンの一例である。

【0057】

（実施例６） 図９を参照して、実施例６の半導体装置５１０について説明する。本実施例の半導体装置５１０は、実施例４の半導体装置３１０と比較して、複数の第１１ビア８１が付加されている。各々の第１１ビア８１は、銅又はその他の金属といった導体で構成されている。これにより、第５回路層Ｌ５の第７導体パターン６７が、複数の第１１ビア８１を介して、第６回路層Ｌ６の第９導体パターン６９と電気的に、かつ熱的に接続されている。これにより、本実施例の半導体装置５１０は、例えば実施例４の半導体装置３１０よりも、半導体素子２１、２２の温度上昇を効果的に抑制することができる。

【0058】

加えて、吸熱部材９０は、例えばヒートパイプやヒートスプレッダのように、その内部に流体９１が封入されていてもよい。このような構成によると、吸熱部材９０における熱の移動効率が高まることで、吸熱部材９０による吸熱性を効果的に高めることができる。なお、その内部に流体９１が封入された吸熱部材９０は、本明細書で開示されるいずれの実施例においても採用することができる。

【0059】

以上、本明細書が開示する技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書、又は、図面に説明した技術要素は、単独で、あるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。本明細書又は図面に例示した技術は、複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

【符号の説明】

【0060】

１０、１１０、２１０、３１０、４１０：半導体装置
１２：基板本体
１２ａ：上面
１２ｂ：下面
２１、２２：半導体素子
３１、３２：ヒートシンクプレート
４０、４２、４４：端子
５０：制御回路
５２：表面電気部品
６１－６９：導体パターン
７１－８１：ビア
９０、９２、９４：吸熱部材
９１：流体
Ｌ１－Ｌ６：回路層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】