本发明涉及半导体装置，尤其是涉及将从印制基板上的电子部件产生的热经由散热构件进行散热的半导体装置。
背景技术：
近年来，车载或车辆用的大容量工业设备所使用的半导体装置倾向于多功能化、高输出化及薄型化。伴随于此，安装于半导体装置的电子部件的每单位体积的发热量较大地上升，强烈需求能够进行高散热的半导体装置。
例如在日本特开平6-77679号公报(专利文献1)及日本特开平11-345921号公报(专利文献2)中公开有对从电子部件产生的热进行散热的半导体装置。在这些专利文献中，成为在印制电路基板的上方接合有电子部件并在下方接合有散热器的结构。在印制电路基板上形成有导热通道，该导热通道形成为将印制电路基板从一方主表面贯通至另一方主表面。通过该导热通道，从电子部件产生的热经由导热通道向散热器传递，并能够从散热器向外部散热。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平6-77679号公报
专利文献2：日本特开平11-345921号公报
技术实现要素：
发明要解决的课题
在日本特开平6-77679号公报的装置中，仅在印制电路基板中的从电子部件的正下方离开的位置设置有导热通道，在日本特开平11-345921号公报中，仅在印制基板中的电子部件的正下方设置有导热用的孔部。因此，在上述任意文献中均为印制电路基板中的能够传热的区域的面积小且能够从电子部件传导的热少，所以从电子部件到电子部件下方的散热器为止的区域的散热性不充分。
本发明鉴于上述课题而作出，其目的在于提供一种能够使热以电子部件为中心呈放射状地扩散并能够进一步提高针对从电子部件产生的热的散热性的半导体装置。
用于解决课题的方案
本发明的半导体装置具备印制基板、印制基板上的电子部件及印制基板下的扩散散热部。印制基板包括绝缘层，在与电子部件重叠的第一区域和第一区域外侧的第二区域双方形成有贯通印制基板的散热用通孔。印制基板包括的多个导体层与多个散热用通孔中的每一个交叉连接。在印制基板的另一方主表面上配置有多个导体层中的一个。扩散散热部包括热扩散板、散热构件及冷却体。在冷却体的一方主表面上紧贴有散热构件，在散热构件的与冷却体相反的一侧的一方主表面上紧贴有热扩散板。将热扩散板的与散热构件相反的一侧的一方主表面接合于印制基板的另一方主表面上的导体层，以便闭塞多个散热用通孔。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能够使热以电子部件为中心呈放射状地扩散并能够进一步提高针对从电子部件产生的热的散热性的半导体装置。
附图说明
图1是实施方式1的第一例的半导体装置的概略立体图。
图2是沿着图1中的iia-iia线的部分的概略剖视图(a)和实施方式1的第一例的由图2(a)中的虚线包围的区域s的放大概略剖视图(b)。
图3是示出从图1中的箭头所示的方向iii观察图1所示的区域的整体得到的形态的概略俯视图。
图4是示出使实施方式1的印制基板的散热用通孔为中空而将电子部件与热扩散板进行焊料接合的方法的第一工序(a)、第二工序(b)、第三工序(c)及第四工序(d)的概略剖视图。
图5是示出在实施方式1中为了使将电子部件与热扩散板接合的焊料接合层的厚度一定而形成在印制基板的导体层上的突起的概略俯视图(a)和概略剖视图(b)。
图6是包括实施方式1的图5的突起的电子部件及热扩散板的接合部的概略剖视图。
图7是实施方式1的第一例的热扩散板的概略立体图。
图8是沿着图1中的viii-viii线的部分的、包括热扩散板的突起的概略剖视图。
图9是实施方式1的第二例的半导体装置的概略立体图。
图10是沿着图9中的x-x线的部分的概略剖视图。
图11是示出实施方式1的第一例的半导体装置的热的传热路径的概略剖视图(a)和示出实施方式1的第一例的半导体装置的热的传热路径的概略俯视图(b)。
图12是将实施方式1与比较例的半导体装置的热阻值进行比较得到的图表。
图13是在图12的图表的导出中使用的实施方式1的半导体装置的模型的概略立体图。
图14是从图13中的箭头所示的方向xiv观察在图12的图表的导出中使用的实施方式1的半导体装置的模型得到的概略俯视图。
图15是示出从电子部件的边缘部到接合于热扩散板的最外部的散热用通孔为止的间隔与该半导体装置的热阻的关系的图表。
图16是实施方式2的半导体装置的概略立体图。
图17是示出透视实施方式2的半导体装置时的俯视形态的概略图。
图18是沿着图17中的xviii-xviii线的部分的概略剖视图。
图19是实施方式3的第一例的半导体装置的概略剖视图。
图20是示出以用焊料填充实施方式3的印制基板的散热用通孔的方式将电子部件与热扩散板进行焊料接合的方法的第一工序(a)、第二工序(b)、第三工序(c)、第四工序(d)及第五工序(e)的概略剖视图。
图21是实施方式3的第二例的半导体装置的概略剖视图。
图22是示出实施方式3的第三例的半导体装置的特征部分的概略俯视图(a)和沿着图22(a)中的xxiib-xxiib线的部分的概略剖视图(b)。
图23是实施方式3的第四例的半导体装置的概略剖视图。
图24是实施方式4的由图2(a)中的虚线包围的区域s的放大概略剖视图(a)和由图24(a)中的虚线包围的区域xxivb的放大概略剖视图(b)。
图25是实施方式5的热扩散板的概略立体图。
图26是实施方式5的由图2(a)中的虚线包围的区域s的放大概略剖视图。
图27是实施方式6的由图2(a)中的虚线包围的区域s的放大概略剖视图。
具体实施方式
以下，基于附图，说明一实施方式。
实施方式1.
图1示出本实施方式的第一例的半导体装置整体或一部分的外观形态。即，在图1为半导体装置的一部分的情况下，图1示出仅切下了半导体装置整体的一部分得到的形态。参照图1，本实施方式的第一例的半导体装置101是在搭载于混合动力车或电动汽车等的电力转换装置中使用的装置。半导体装置101主要具有印制基板1、电子部件2及扩散散热部3。由电子部件2产生的热经由印制基板1向扩散散热部3传递，并由扩散散热部3包括的后述的冷却体33冷却。
在半导体装置101构成有用于通过配线将电子部件2等连接的印制基板1。在印制基板1上，相互空出间隔地形成有多个散热用通孔15，所述散热用通孔15将印制基板1从图1中用矩形形状示出的一方主表面贯通至与之相向的另一方主表面。其中，印制基板1的一方主表面上的一部分的由虚线包围的区域1a是用于供接合在印制基板1上的电子部件2的引线端子21连接的未图示的配线所配置的区域。该配线用于将电子部件2与其他部件进行电连接。因此，在该区域1a未设置散热用通孔15，但是并不特别限定于此。此外，引线端子21接合于电极22，所述电极22设置在印制基板1的区域1a的一部分的区域。
电子部件2是将包括mosfet(metaloxidesemiconductorfieldeffecttransistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)或igbt(insulatedgatebipolartransistor：绝缘栅双极型晶体管)等的半导体芯片用树脂密封而成的封装体。由于包括这样的半导体芯片，所以电子部件2的发热量非常大。
扩散散热部3包括热扩散板31、散热构件32及冷却体33，它们按照上述顺序从图的上方、即接近电子部件2的一侧朝向图的下方层叠。此外，散热构件32和冷却体33在从印制基板1的一方主表面侧(图1的上侧)的透视点下(换言之在俯视印制基板1时)配置于与散热用通孔15重叠的区域的大致整体，该区域包括与电子部件2重叠的区域，所述散热用通孔15配置在电子部件2的正下方及其周围，但热扩散板31未配置在与区域1a重叠的区域而配置在除此以外的区域。因此，印制基板1的另一方主表面(与作为图1的上侧的主表面的一方主表面相反的一侧的主表面、即图1中的下侧的主表面)的一部分的区域接合于热扩散板31的上侧的主表面，印制基板1的另一方主表面的另一部分的区域接合于散热构件32的上侧的主表面。但是，并不特别限定于此。
图2(a)是概略性地放大包括电子部件2的印制基板1和扩散散热部3的层叠构造的图，图2(b)是进一步放大图2(a)的包括电子部件2的印制基板1和扩散散热部3的一部分的区域s的图。另外，图3示出图1所示的区域整体的从印制基板1的一方主表面侧的透视点下(从图1的上方的俯视时)的俯视形态。
参照图2(a)、(b)，印制基板1包括绝缘层11。在本实施方式中，绝缘层11具有矩形的平板形状。优选绝缘层11例如由玻璃纤维和环氧树脂构成，但并不限定于此，例如也可以由芳族聚酰胺树脂和环氧树脂构成。
在绝缘层11的一方主表面(上侧的主表面)形成有上侧导体层12，在绝缘层11的另一方主表面(下侧的主表面)形成有下侧导体层13。另外，在绝缘层11的内部形成有内部导体层14。内部导体层14配置成在上下方向上与上侧导体层12及下侧导体层13中的每一个相互空出间隔。内部导体层14与上侧导体层12及下侧导体层13中的每一个大致平行地相向。即内部导体层14与绝缘层11的一方及另一方主表面中的每一个大致平行地相向。内部导体层14在图2中形成有两层。但是，内部导体层14形成的层数并不限定于此。
如上所述，在印制基板1(绝缘层11)上配置有一方主表面上的一层上侧导体层12、另一方主表面上的一层下侧导体层13、配置于它们之间的两层内部导体层14这合计四层导体层作为多个导体层。这些导体层12、13、14均以沿着印制基板1的一方及另一方主表面的方式(以大致平行的方式)扩展。导体层12、13、14由铜等导热性良好的材料构成，厚度分别为100μm左右。反而言之，印制基板1包括由导体层12、13、14划分的多个绝缘层11。
此外，电子部件2利用接合材料7a接合于印制基板1的一方主表面上的上侧导体层12。作为接合材料7a，优选例如使用焊料，但也可以使用导电性粘接剂或纳米银等焊料以外的导热性和导电性良好的材料。
在印制基板1上，以将印制基板1从绝缘层11的一方主表面贯通至另一方主表面的方式形成有多个散热用通孔15。多个散热用通孔15在沿着印制基板1的一方及另一方主表面的方向上相互空出间隔地形成。在此，将印制基板1分为第一区域和第二区域来进行考虑。第一区域是指在从印制基板1的一方主表面侧的透视点下与电子部件2重叠的区域，第二区域是指第一区域周围的区域，即在从印制基板1的一方主表面侧的透视点下配置于第一区域的外侧的区域。此时，多个散热用通孔15被分类成形成于第一区域的第一散热用通孔15a和形成于第二区域的第二散热用通孔15b。即，散热用通孔15形成于上述的第一区域和第二区域双方。
第一散热用通孔15a及第二散热用通孔15b是在绝缘层11内的一部分设置的孔部，在该孔部的内壁面上形成有铜等的导体膜。在此，根据情况的不同，散热用通孔15(第一散热用通孔15a及第二散热用通孔15b)可以考虑为包括孔部及其内部的导体膜双方，另外，即使考虑为仅包括孔部和导体膜中的任一方也没有特别的问题。即，在图2中，第一散热用通孔15a及第二散热用通孔15b是除了导体膜的部分以外的孔部(中空)。但是，图2的第一散热用通孔15a及第二散热用通孔15b可以是利用导热性良好的材料、例如混入有银填料的导电性粘接剂或焊料将该孔部内部填充的结构。在后者的情况下，能够将填充于孔部内部的导电性粘接剂等构件包括在散热用通孔15的构成要素中。通过这样填充导电性粘接剂等而形成的散热用通孔15与中空的情况相比能够进一步增大由导热性高的导电性构件构成的区域，能够进一步有助于散热性的提高。此外，用焊料填充散热用通孔15得到的半导体装置在后述的实施方式3中示出。
此外，上述的孔部在俯视时是例如直径为0.6mm的圆柱形状，其内壁面上的导体膜的厚度为例如0.05mm。但是，该孔部并不限于圆柱形状，例如也可以是四棱柱，从其上方的透视点下的形状也可以是多边形。
第一散热用通孔15a及第二散热用通孔15b例如以正交的方式与上述印制基板1的一方及另一方主表面交叉。另外，导体层12、13、14均以呈平面状地从印制基板1的上述第一区域扩展至第二区域的方式配置，并以沿着印制基板1的一方及另一方主表面的方式即大致平行地设置。因此，第一散热用通孔15a及第二散热用通孔15b均与导体层12、13、14中的每一个交叉连接。反而言之，多个导体层12、13、14与多个散热用通孔15中的每一个交叉连接。更具体而言，形成在散热用通孔15的孔部的内壁面上的导体膜与导体层12、13、14相互交叉连接。
上述的导体层12、13、14也可以以在与印制基板1重叠的区域(准确而言，印制基板1中的与散热用通孔15重叠的区域以外的区域)的整体呈平面状地扩展的方式配置。另外，优选的是，导体层12、13、14至少配置在第一及第二区域中的尤其是与设置有散热用通孔15的区域重叠的区域(准确而言，相邻的一对散热用通孔15夹着的区域)，并与散热用通孔15交叉连接。即，多个导体层12、13、14例如也可以是未扩展至与图1的区域1a等未形成散热用通孔15的区域重叠的区域而仅配置在与设置有散热用通孔15的区域(准确而言，相邻的一对散热用通孔15夹着的区域)重叠的区域的结构。
此外，虽然图1与图2(a)的散热用通孔15的数量不一致，但上述各图的散热用通孔15相互对应。在之后的各图中也同样如此。
接着，构成扩散散热部3的热扩散板31通过与形成于印制基板1的下侧导体层13接合，从而接合在印制基板1的另一方主表面上。图1的热扩散板31的一方主表面(与散热构件32相反的一侧的图2的上侧的主表面)利用接合材料7b接合于下侧导体层13，以便将设置有多个第一散热用通孔15a及第二散热用通孔15b的区域的孔部从其下方闭塞。其中，由于在区域1a未形成散热用通孔，所以未配置热扩散板31，但不限于此。作为接合材料7b，使用焊料。在使用焊料作为接合材料7a及接合材料7b的情况下，在它们与电子部件2、上侧导体层12、下侧导体层13及热扩散板31中的每一个接合的接合界面处形成金属间化合物，能够减小该界面处的接触热阻。因此，优选使用焊料作为接合材料7a、7b，但除此之外，也可以使用导电性粘接剂或纳米银等焊料以外的导热性良好的材料。
热扩散板31具有如后述那样使来自电子部件2的热向电子部件2的外侧(第二区域侧)扩散的作用。除此之外，优选的是，热扩散板31的弯曲刚性比印制基板1高，即热扩散板31的杨氏模量与截面二次力矩之积比印制基板1大。即，热扩散板31通过接合在印制基板1的另一方主表面上，从而发挥使来自印制基板1侧的热向下方传递并使其向主表面方向扩散的作用，并且通过接合于印制基板1，从而具有提高由印制基板1和热扩散板31构成的构造体的刚性的效果。另外，其结果是，具有使印制基板1在固定及振动等外力的作用下不易变形的效果。
优选的是，热扩散板31例如由厚度为0.5mm的铜形成。这样一来，能够提高刚性和导热性(散热性)双方。但是，热扩散板31也可以由在表面形成有铜等的金属膜的氧化铝或氮化铝等导热性良好的陶瓷材料构成，还可以由对铜合金、铝合金、镁合金等实施了镍及金的镀敷得到的金属材料形成。另外，热扩散板31的厚度不限定于0.5mm。
接着，优选的是，散热构件32由具有电绝缘性且导热性良好的材料构成。具体而言，优选的是，散热构件32由在硅酮树脂中混入氧化铝或氮化铝等的粒子得到的片材形成。这是因为，氧化铝或氮化铝的导热性良好且具有电绝缘性。但是，散热构件32也可以是润滑脂或粘接剂来代替上述片材。
冷却体33是由导热性良好的金属材料构成的矩形的平板形状的构件。冷却体33例如可以为框体，或者也可以为热管或散热翅片等。具体而言，优选的是，冷却体33例如由铝构成，但除此之外也可以由铜、铝合金或镁合金构成。冷却体33配置在散热构件32的正下方。因此，冷却体33经由散热构件32与印制基板1及热扩散板31热连接。换言之，在冷却体33的一方主表面上(上侧的主表面上)紧贴有散热构件32，在散热构件32的与冷却体33相反的一侧的一方主表面上(上侧的主表面上)紧贴有热扩散板31。
基本上在印制基板1的图中的下侧区域中，可认为图中的下侧的构件从下侧紧贴(覆盖)上侧的构件。另外，此处的紧贴是指与其表面的至少一部分接合。但是，如图1及图2所示，更优选的是，散热构件32覆盖热扩散板31的另一方主表面(与一方主表面相反的一侧即图中的下侧的主表面)。这样一来，能够从热扩散板31向散热构件32良好地传递热。此处的覆盖是指与另一方主表面的整个面接合。
在具有以上那样的结构构件的本实施方式的第一例的半导体装置101中，散热用通孔15为中空。在此，使用图4，说明使用焊料作为接合材料7a、7b的情况下的图2(a)所示的结构的制造方法。
参照图4(a)，在第一区域的上侧导体层12上，在沿着印制基板1的主表面的方向上从第一散热用通孔15a的孔部离开100μm以上的区域印刷有焊膏5a。因此，优选的是，焊膏5a的图案在俯视时呈点状地形成多个。
参照图4(b)，在上述焊膏5a上搭载电子部件2，在该状态下进行一般公知的加热回流焊处理。由此，焊膏5a熔化而以沿着上侧导体层12的表面的方式流动，形成为层状的接合材料7a。接合材料7a将电子部件2与上侧导体层12接合。通过如图4(a)那样将焊膏5a印刷于从第一散热用通孔15a的孔部离开的区域，从而能够抑制焊料向第一散热用通孔15a的孔部内部的进入。
参照图4(c)，在第一及第二区域双方的下侧导体层13上，在沿着印制基板1的主表面的方向上从第一散热用通孔15a及第二散热用通孔15b的孔部离开100μm以上的区域印刷有焊膏5a。
参照图4(d)，在上述焊膏5a上搭载热扩散板31，在该状态下进行一般公知的加热回流焊处理。由此，焊膏5a熔化而以沿着下侧导体层13的表面的方式流动，形成为层状的接合材料7b。接合材料7b将电子部件2与下侧导体层13接合。在此也通过如图4(c)那样将焊膏5a印刷于从第一散热用通孔15a等的孔部离开的区域，从而能够抑制焊料向第一散热用通孔15a等的孔部内部的进入。
图5(a)、(b)示出基于与图4不同的方法的图2(a)所示的结构的制造方法。参照图5(a)、(b)，在上侧导体层12上及下侧导体层13上的在俯视时与第一散热用通孔15a及第二散热用通孔15b相邻的区域，以包围第一散热用通孔15a及第二散热用通孔15b的周围的方式形成有例如圆形形状的凸部8。凸部8例如由阻焊剂形成。其结果是，参照示出使用图5的工序制造的图2(a)的结构的例子的图6，印制基板1在上侧导体层12上和下侧导体层13上形成有作为第一突起的凸部8。
参照图6，并且，向上侧导体层12上的彼此相邻的一对凸部8之间夹着的区域供给焊膏5a(参照图4)，在焊膏5a上搭载电子部件2。同样地，向下侧导体层13上的彼此相邻的一对凸部8之间夹着的区域供给焊膏5a(参照图4)，在焊膏5a上载置热扩散板31。通过在该状态下进行一般公知的加热回流焊处理，从而上述焊膏5a形成为将电子部件2与上侧导体层12接合的接合材料7a、以及将下侧导体层13与热扩散板31接合的接合材料7b。
若如图5及图6那样使用凸部8，则可发挥如下效果：凸部8抑制焊膏5a向第一散热用通孔15a等的孔部内部进入的不良情况。
图7是示出实施方式1的热扩散板31的整体形态的图。图8是在比图2(a)宽的范围内(遍及图1的进深方向的整体)示出包括图7的热扩散板31的半导体装置101的截面形状的图。参照图7，本实施方式的半导体装置101的热扩散板31具有朝向其上方(印制基板1侧)延伸的多个突起31a(第二突起)。该突起31a形成于矩形形状的4个角部中的每一个，但突起31a的设置部位及个数不限于此。此外，在图7中从上方的透视点下的形状与图1不同是因为以仅与图1的除了区域1a之外的区域重叠的方式构成热扩散板31的缘故。优选的是，突起31a基本上由与除了其之外的热扩散板31主体的部分相同的材料形成。
由此，参照图8，特别是以与印制基板1的端部相接的方式配置突起31a，并以在沿着印制基板1的主表面的方向上与突起31a相邻的方式供给接合材料7b，由此，热扩散板31接合于印制基板1(的下侧导体层13)。
图9是示出本实施方式的第二例的半导体装置整体或一部分的外观形态的图。图10是将图9中的半导体装置的包括电子部件2的印制基板1和扩散散热部3的层叠构造概略性地放大得到的图。参照图9及图10，由于本实施方式的第二例的半导体装置102具有基本上与半导体装置101相同的结构，所以省略详细的说明，但热扩散板31以从下方仅覆盖印制基板1的第一散热用通孔15a的形成区域的整体及第二散热用通孔15b的形成区域的一部分的方式配置。在这一点上，半导体装置102与以覆盖第一散热用通孔15a及第二散热用通孔15b的形成区域的全部的方式配置热扩散板31的半导体装置101不同。这样，热扩散板31只要至少覆盖设置有第一散热用通孔15a的区域即可。因此，此处的“设置有散热用通孔15的区域”是指设置有散热用通孔15的区域的一部分或全部(至少一部分)。
另外，与上述的图9及图10相反地，热扩散板31也可以具有配置于与印制基板1重叠的区域的整体这种程度的大小，所述与印制基板1重叠的区域不仅包括形成第一散热用通孔15a及第二散热用通孔15b的区域的正下方的区域还包括例如区域1a的正下方的区域。
在本实施方式中，图1的半导体装置101及图9的半导体装置102均以至少散热构件32及冷却体33在从上方的透视点下重叠于与印制基板1重叠的区域的整体的方式扩展。即，扩散散热部3的至少一部分以在从上方的透视点下重叠于与印制基板1重叠的区域的整体的方式扩展。但是，如上所述，也可以是，通过使热扩散板31也配置于与印制基板1重叠的区域的整体，从而构成扩散散热部3的全部的构件以在从上方的透视点下重叠于与印制基板1重叠的区域的整体的方式扩展。
接着，说明具有以上的结构的本实施方式的半导体装置的作用效果及追加的更优选的结构。
图11(a)示出半导体装置101的尤其是与图2(b)的放大剖视图所示的区域s相同的区域处的热的传导路径。另外，图11(b)示出半导体装置101整体的从上方的透视点下的热的传导路径。
参照图11(a)、(b)，通过半导体装置101的驱动而从电子部件2产生的热如图11中的箭头h所示的那样通过在电子部件2的下方的印制基板1上形成的第一散热用通孔15a向下方(扩散散热部3侧)传导。伴随于此，该热h通过上侧导体层12、下侧导体层13或内部导体层14，由此热以图11(b)中的电子部件2为中心朝向其周围(外侧)的第二区域呈放射状地扩散。另外，到达第二区域的热h的一部分在这以后通过第二散热用通孔15b向下方(扩散散热部3侧)传导。这样，电子部件2的热能够向下方(扩散散热部3侧)和外侧(第二区域侧)这双方向传导是因为在与印制基板1的主表面交叉的方向上延伸的散热用通孔15a、15b与以沿着主表面的方式扩展的导体层12、13、14相互交叉连接的缘故。
在印制基板1内向下方移动的热h在电子部件2的正下方及其外侧这双方的区域中，到达下侧导体层13，并从此处到达利用接合材料7b接合的扩散散热部3。接着，热h在热扩散板31中向下方传递，进而通过其下侧的散热构件32向冷却体33传导。虽未图示，但传导到冷却体33的热h例如向设置于图11(a)的更下侧的水冷或空冷的冷却机构散热。另外，在热扩散板31中，也能够与导体层12、13、14同样地使热h以从电子部件2离开的方式(朝向第二区域)呈放射状地扩散。
如上所述，本实施方式的半导体装置101通过利用上侧导体层12等导体层和热扩散板31使从电子部件2产生的热从第一区域呈放射状地扩散至第二区域，从而能够经由散热构件32向冷却体33高效地散热。另外，本实施方式的半导体装置101在第一区域和第二区域这双方形成有散热用通孔15。因此，不仅能够使从电子部件2产生的热通过电子部件2正下方的第一区域的第一散热用通孔15a向下方移动，还能够使从电子部件2朝向外侧扩散的热通过第二区域的第二散热用通孔15b向下方移动。另外，通过利用导体层12、13、14使热h在印制基板1中呈放射状地扩散，从而能够进行热从第一区域向第二区域的移动。因此，能够使传递到第二区域的热从第二散热用通孔15b向下方散热。
另外，在作为印制基板1的最下部的另一方主表面(下侧导体层13)上接合有热扩散板31。由此，传递至另一方主表面(下侧导体层13)的热h高效地向作为其出口的热扩散板31传递，所以能够使该热h从此处高效地向半导体装置101的外部散热。该效果由于包括热扩散板31、接合于热扩散板31的散热构件32及冷却体33(水冷或空冷)的扩散散热部3的存在而进一步提高。
与导体层12、13、14同样地，热扩散板31能够使电子部件2正下方的第一区域的热h朝向第二区域侧呈放射状地扩散。
综上，由于从第一区域和第二区域这双方向外部散热，所以能够散热的区域的面积增大，提高散热性的效果进一步增大。另外，在本实施方式中，扩散散热部3(至少散热构件32及冷却体33)以在从上方观察时重叠于与印制基板1重叠的区域的整体的方式扩展。因此，能够充分地增大散热用的冷却体33与印制基板1的接触面积，能够进一步提高散热性。
在此，使用图12说明关于由于第二散热用通孔15b及热扩散板31的存在而散热效率提高何种程度的情况。具体而言，示出使用热阻值对以下结构的热传导中的散热阻力进行考察得到的结果，所述以下结构是如半导体装置101那样除了第一散热用通孔15a之外还具有第二散热用通孔15b及热扩散板31的结构和作为其比较例的不具有第二散热用通孔15b及热扩散板31(仅具有第一散热用通孔15a)的结构。
此处的“热阻”是指表示温度的传递困难度的指标，且是指每单位发热量的温度上升值。在本实施方式的半导体装置101中，从电子部件2至冷却体33的上下方向的区域的热阻(rth)由下式(1)示出。需要说明的是，在式(1)中，将各构件的传热面积设为si(m2)，将各构件的厚度设为li(m)，将各构件的导热率设为λi(w/(m·k))，将通过热量设为q(w)，将高温侧及低温侧的温度分别设为thi(k)、tli(k)。
[数学式1]
在此示出在热阻的计算中使用的模型。印制基板1的从上方的透视点下的尺寸为50×50mm，厚度为1.3mm。电子部件2的从上方的透视点下的尺寸为7×7mm，并接合于印制基板1的中央部。即，电子部件2的从上方观察时的各边缘部和与之大致平行地相向的、印制基板1的从上方观察时的各边缘部的间隔均大致相等。上侧导体层12、下侧导体层13及内部导体层14的厚度均为105μm而构成四层构造(参照图2)。在印制基板1中，在电子部件2的正下方等间隔地配置有49处第一散热用通孔15a，在其周围等间隔地配置有217处第二散热用通孔15b。第一散热用通孔15a及第二散热用通孔15b为圆柱形状，其孔部的从上方观察时的直径为0.6mm，孔部的内壁面上的导体膜的厚度为0.05mm。
另外，上述模型中的扩散散热部3的热扩散板31的从上方的透视点下的尺寸为50×35mm，厚度为0.5mm，从下方覆盖第一散热用通孔15a和第二散热用通孔15b这双方。另外，散热构件32的从上方的透视点下的尺寸为50×35mm，厚度为0.5mm。
上述模型中的上侧导体层12、下侧导体层13、内部导体层14、散热用通孔15的内壁面上的导体膜、以及热扩散板31由铜构成，导热率为398w/(m·k)。另外，散热构件32的导热率为2.0w/(m·k)。
本实施方式的半导体装置101的模型及比较例的模型仅在有无第二散热用通孔15b及热扩散板31这方面不同，包括上述尺寸在内的其他结构全部相同。
使用以上的模型，针对半导体装置101和比较例，使用基于式(1)的热解析软件对热阻值进行了模拟。在图12中示出该结果。参照图12，通过如本实施方式的半导体装置101那样设置第二散热用通孔15b及热扩散板31，与未设置第二散热用通孔15b及热扩散板31的比较例相比，能够将热阻降低约25％。由于热阻小意味着散热性高，所以根据该结果可知，通过如本实施方式的半导体装置101那样设置第二散热用通孔15b及热扩散板31，与未设置第二散热用通孔15b及热扩散板31的比较例相比，能够提高散热性。
接着，使用图13～图15，说明对应配置与热扩散板31接合的散热用通孔15的区域进行研究得到的结果。参照图13及图14，它们示出基本上与上述模型相同的模型，用l1、l2、l3示出电子部件2的从上方观察时的各边缘部与在与之大致平行地相向的印制基板1的各边缘部侧形成的第二散热用通孔15b的最外部的间隔。如上所述，在本模型中，由于电子部件2的从上方观察时的各边缘部和与之相向的印制基板1的各边缘部的距离大致相等，所以距离l1～l3均大致相等。此外，在半导体装置101中，基本上在区域1a(参照图1)未形成第二散热用通孔15b，在图13及图14的l4侧不存在第二散热用通孔15b，但为了供参考，在该方向上也与其他方向同样地示出尺寸l4。
图15的图表的横轴示出从电子部件2至特别地形成有第二散热用通孔15b的l1～l3的3方向侧的第二散热用通孔15b的最外部的距离，图表的纵轴示出各个模型的半导体装置101的热阻值。参照图15，随着l1～l3的尺寸增大(即随着形成有第二散热用通孔15b的区域变大)，热阻减小，散热效率提高。但是，可知：如果l1～l3的值成为20mm，则热阻值的降低达到饱和，即使进一步增大l1～l3并将l1～l3为20mm以上的区域的散热用通孔15与热扩散板31接合，热阻值也不会变化。
由此，可以说优选的是，热扩散板31覆盖印制基板1的第一区域的第一散热用通孔15a、以及在第二区域中的距第一区域的最外部的距离为20mm以内的区域形成的多个第二散热用通孔15b，并接合于这些散热用通孔15a、15b。
此外，如图7及图8所示，本实施方式的热扩散板31具有突起31a。由此，能够使图8所示的接合材料7b的厚度均匀，能够使从下侧导体层13向热扩散板31的传热在热扩散板31内均匀地向第二区域侧扩散。由此，也能够进一步提高散热的效率。
而且，在本实施方式中，不仅在印制基板1的第一区域形成有第二散热用通孔15b，而且在第一区域周围的第二区域也形成有第二散热用通孔15b。因此，与未形成第二散热用通孔15b的情况相比，印制基板1的机械刚性降低。但是，通过将热扩散板31接合于印制基板1的另一方主表面上的下侧导体层13，从而由印制基板1和热扩散板31构成的构造体的弯曲刚性比印制基板1单体的弯曲刚性高。因此，能够抑制印制基板1的变形。
实施方式2.
图16示出本实施方式的半导体装置整体或一部分的外观形态。图17是从图16中的箭头所示的上方观察图16所示的半导体装置201得到的透视图。图18是用于更容易理解本实施方式的半导体装置的特征的剖视图。参照图16，由于本实施方式的半导体装置201具有基本上与图1所示的半导体装置101相同的结构，所以对相同的构成要素标注相同的附图标记，并不重复其说明。其中，在半导体装置201中，与电子部件2的引线端子21连接的电极22连接于第三散热用通孔15c，但该第三散热用通孔15c至少不与电子部件2正下方的热扩散板31电连接。即，与引线端子21连接的电极22由于在半导体装置101中属于区域1a，所以配置成与在未形成散热用通孔15a、15b的区域形成的第三散热用通孔15c相邻。由此，电极22与第三散热用通孔15c的孔部内部的导体膜电连接。
如图17所示，在本实施方式中，在半导体装置101的属于区域1a的区域也配置有作为热扩散板31的一部分的热扩散板31c。这是因为在区域1a也形成有第三散热用通孔15c的缘故。
如图18所示，在半导体装置201中，电极22不与利用接合材料7a与电子部件2接合的上侧导体层12电连接。与第三散热用通孔15c连接的下侧导体层13和与散热用通孔15a、15b连接的下侧导体层13利用阻焊剂4进行电绝缘。另外，为了在沿着主表面的方向上将上侧导体层12局部地断开，与第三散热用通孔15c连接的上侧导体层12和与散热用通孔15a、15b连接的下侧导体层13利用绝缘层11进行电绝缘。即，第三散热用通孔15c及电极22不与下侧导体层13正下方的热扩散板31的部分电连接，所述下侧导体层13与散热用通孔15a、15b连接。与散热用通孔15a、15b连接的下侧导体层13正下方的热扩散板31的部分包括电子部件2正下方(在俯视时与电子部件2重叠的部分)的热扩散板31。而且，图17的热扩散板31c与除此以外的尤其是电子部件2正下方的热扩散板31的部分分离。散热构件32具有电绝缘性。因此，电极22及第三散热用通孔15c不与热扩散板31(中的尤其是配置在电子部件2正下方的部分)电连接。
当电极22与热扩散板31(中的尤其是配置在电子部件2的正下方的部分)电连接时，在两者之间会发生短路而成为不良情况。因此，当在区域1a形成有散热用通孔15c的情况下，其设为至少不与电子部件2正下方的热扩散板31连接的结构。此外，关于电极22与区域1a的热扩散板31c电连接这点没有特别问题。
热扩散板31c利用由焊料构成的接合材料7c(与接合材料7b为同一层)相互接合。如上所述，在本实施方式中，由于来自电子部件2的热不仅能够从散热用通孔15a、15b散热，还能够从散热用通孔15c及与电极22连接的引线端子21向下方散热，所以与实施方式1相比能够进一步提高散热性能。
实施方式3.
图19是本实施方式的第一例的半导体装置的图2(a)所示的部分、即与沿着图1中的iia-iia线的部分对应的部分的概略剖视图。参照图19，由于本实施方式的第一例的半导体装置301具有基本上与图1所示的半导体装置101相同的结构，所以对相同的构成要素标注相同的附图标记，并不重复其说明。但是，在半导体装置301中，第一散热用通孔15a及第二散热用通孔15b用构成接合材料7a及接合材料7b的焊料填充。在这方面，本实施方式与在第一散热用通孔15a等的孔部内部未配置内壁面上的导体膜以外的导电性材料的半导体装置101不同。
通过设为这样的结构，能够增加电子部件2产生的热的向第一散热用通孔15a及第二散热用通孔15b的内部的热扩散板31侧的传热量。这是因为，如上所述，由于与中空的情况相比焊料等导电性构件的导热性更高，所以通过用焊料填充第一散热用通孔15a等的内部，从而与第一散热用通孔15a的延伸方向交叉的截面中的能够进行更高的热传导的区域的面积增加。
在此，使用图20，说明图19所示的结构的制造方法。参照图20(a)，在印制基板1的第一区域的上侧导体层12上经由除去焊料的氧化膜的焊剂配置焊料板5b。在此，如上所述，尤其是在印制基板1的该第一区域中的未图示的电极上配置焊料板5b。焊料板5b具有与第一区域大致相等的俯视面积，通过该载置，从而成为焊料板5b从正上方覆盖第一散热用通孔15a的形态。此外，优选的是，在上侧导体层12上以包围焊料板5b的周围的方式形成与图5及图6相同的凸部8。另外，在印制基板1的第一区域及第二区域的一部分中的下侧导体层13上(图的下侧)贴附有聚酰亚胺等的耐热胶带6a。
参照图20(b)，在焊料板5b上搭载电子部件2，在该状态下进行一般公知的加热回流焊处理。由此，参照图20(c)，焊料板5b熔化而以沿着上侧导体层12的表面的方式流动，填充到第一散热用通孔15a内。这是因为焊料板5b以覆盖第一散热用通孔15a的孔部的方式配置的缘故。在此，由于在上侧导体层12上配置有凸部8，所以可抑制焊料板5b熔化产生的焊料进入到比该凸部8靠外侧的区域即第二区域的情形。另外，由于在第一区域中的下侧导体层13上贴附有耐热胶带6a，所以焊料板5b熔化产生的焊料不会漏出到耐热胶带6a的下侧，而填充于第一散热用通孔15a的内部。另外，配置焊料板5b的区域与实施方式1同样地成为焊料的接合材料7a。
参照图20(d)，在第一散热用通孔15a内部的焊料固化后除去耐热胶带6a，然后在下侧导体层13上印刷焊膏5a。但印刷有焊膏5a的区域比图4(c)的工序大，也可以以与第一散热用通孔15a及第二散热用通孔15b部分地重叠的方式印刷焊膏5a。另外，在不是这样的情况下，也可以在距第一散热用通孔15a及第二散热用通孔15b的孔部的、沿着印制基板1的主表面的方向上的距离为100μm以下的区域印刷焊膏5a。并且，在该焊膏5a上搭载热扩散板31。
参照图20(e)，在上述状态下进行一般公知的加热回流焊处理。由此，焊膏5a熔化而以沿着下侧导体层13的表面的方式流动。由于焊膏5a以包括与第一散热用通孔15a及第二散热用通孔15b的孔部重叠的区域或与之相邻的区域的方式进行印刷，所以熔化的焊膏5a在第二散热用通孔15b的孔部内部蔓延。由此，用焊料填充第二散热用通孔15b。
图21的半导体装置302大体上与图20的半导体装置301相同，但散热用通孔15内部的焊料的填充形态与半导体装置301不同。具体而言，参照图21，在半导体装置302中，构成接合材料7a的焊料仅填充散热用通孔15的孔部内部的一部分。具体而言，仅在第一散热用通孔15a及第二散热用通孔15b的孔部内部中的、与上侧导体层12及下侧导体层13比较近的区域填充焊料，在各散热用通孔15的延伸方向上的中央部未填充焊料。在这方面，半导体装置302与散热用通孔15的孔部内部的整体用内壁面的导体膜及焊料填充的半导体装置301不同。
当在上述加热回流焊处理中对印制基板1进行加热时，如果焊膏5a或焊料板5b比散热用通孔15的内壁面上的导体膜9先熔化，则该熔化的焊料难以沿着散热用通孔15的内壁面流动。其结果是，该熔化的焊料成为块状焊料7d而将散热用通孔15内部堵塞，如图21所示成为未填充其一部分的区域的形态。如果供给的焊料量少，则配置在散热用通孔15内部的焊料的比例更少。
但是，在图21的形态中，至少在与上侧导体层12及下侧导体层13相邻的块状焊料7d的部分，由于与散热用通孔15的延伸方向交叉的截面也被块状焊料7d填充，所以该截面积中的导热性高的焊料所占的比例增大。因此，例如与如半导体装置101那样散热用通孔15内部完全未用焊料填充的情况相比，能够在一定程度上提高其散热性。如果从该上侧导体层12侧延伸的块状焊料7d及从下侧导体层12侧延伸的块状焊料7d具有散热用通孔15的延伸方向上的长度的1/3以上的高度h，则能够充分地得到提高这样的散热性的效果。这点在块状焊料7d仅从上侧导体层12侧和下侧导体层13侧中的任一方延伸的情况下也同样如此。即，优选的是，焊料以填充该散热用通孔15的容积的1/3以上的体积量的方式存在于至少被热扩散板31的一方(上侧)的主表面闭塞的多个散热用通孔15内。
接着，使用图22说明本实施方式的第三例的半导体装置。图22(a)是示出本实施方式的第三例的半导体装置303的、尤其是印制基板1的第一区域中的第一散热用通孔15a的俯视形态的图。另外，图22(b)是沿着图22(a)的xxiib-xxiib线的部分的概略剖视图。参照图22(a)、(b)，在半导体装置303中，在上侧导体层12的多个(尤其是一对)相邻的第一散热用通孔15a之间夹着的区域内，以将该第一散热用通孔15a的孔部彼此连接的方式形成有槽15d。在这方面，半导体装置303与未形成这样的槽15d的半导体装置301不同，但其他方面为基本上与半导体装置301相同的结构，不重复其说明。
此外，在对印制基板1的上侧导体层12进行图案形成时，上述槽15d能够通过通常的光刻技术(photolithographytechnique)及蚀刻来形成。
在半导体装置303中，通过设置上述那样的槽15d，从而由于用于在其制造时熔化焊料的加热而在第一散热用通孔15a内膨胀的空气能够经由槽15d向外部放出。因此，通过抑制第一散热用通孔15a内的压力的上升，能够容易地实现焊料的填充。
接着，使用图23，说明本实施方式的第四例的半导体装置。参照图23，本实施方式的第四例的半导体装置304基本上与具有图6所示的实施方式1的凸部8的结构相同。但是，在半导体装置304中，焊料沿着在第一散热用通孔15a及第二散热用通孔15b的孔部的内壁面上形成的导体膜9流动，其结果是，导体膜9形成为比图6厚。由此，与第一散热用通孔15a及第二散热用通孔15b的延伸方向交叉的截面中的、导热性比中空的情况高的导体膜9的部分的截面积进一步增大。因此，半导体装置304与实施方式1相比，能够增加电子部件2产生的热的向第一散热用通孔15a及第二散热用通孔15b的内部的热扩散板31侧的传热量。
此外，只要相对于散热用通孔15的孔部内部的容积，该孔部内部的焊料的体积(形成为导体膜9的焊料的量)成为1/3以上，就能够充分地得到上述那样的散热用通孔15处的传热量增加的作用效果。
实施方式4.
图24(a)是示出实施方式4的半导体装置的与实施方式1的图2(b)及图11(a)的区域s相同的区域的结构的放大剖视图。另外，图24(b)示出图24(a)的印制基板1包括的绝缘层11的结构。参照图24(a)、(b)，由于本实施方式的半导体装置401具有基本上与半导体装置101相同的结构，所以对相同的构成要素标注相同的附图标记，并省略详细的说明。但是，本实施方式的半导体装置401在印制基板1的绝缘层11具有填料16这方面与半导体装置101不同。此外，如图24(b)所示，绝缘层11包括玻璃纤维17和环氧树脂18。
填料16是无机填料粒子，优选使用氧化铝粒子，但不限于此，也可以是氮化铝或氮化硼等的陶瓷粒子。另外，填料16可以是混合有多种粒子的结构，例如可以是在氧化铝中混合有氢氧化铝的结构。这样一来，能够提高绝缘层11的导热性及耐热性。通过使绝缘层11包括作为无机填料粒子的填料16，能够使热经由填料16传导。因此，能够增大绝缘层11的热传导，能够减小印制基板1的热阻。
针对具有由含有70％重量的氧化铝的填料16的绝缘层11构成的印制基板1的半导体装置401，使用式(1)及与实施方式1相同的模型对热阻值进行了模拟。此外，在该模型中，除了有无上述填料16之外，全部为与实施方式1的半导体装置101的模型相同的尺寸及结构。结果，可知：与图12的半导体装置101的例子相比能够使热阻值进一步降低约5％。
另外，在本实施方式中，为了增大散热的效果，重要的是增大绝缘层11含有的填料16的填充密度。具体而言，更优选的是，将填料16的填充密度增大至80％重量。因此，填料16的形状不限于图24(b)所示那样的接近于球形的形状，也可以是基于四面体或六方晶那样的多边形的立体形状。
而且，在本实施方式中，填充到绝缘层11内的填料16的尺寸可以不固定。即，即使当在绝缘层11内仅含有单一种类的填料16的粒子的情况下，也可以通过多种尺寸的粒子的混合来构成填料16。在该情况下，由于尺寸小的填料16的粒子进入到尺寸大的多个填料16的粒子之间夹着的区域，所以能够更高密度地填充填料16。因此，能够进一步提高绝缘层11的散热性。
实施方式5.
图25是示出实施方式5的热扩散板31的整体形态的图。图26是示出实施方式3的半导体装置的与实施方式1的图2(b)及图11(a)的区域s相同的区域的结构的放大剖视图。由于本实施方式的半导体装置501具有基本上与半导体装置101相同的结构，所以对相同的构成要素标注相同的附图标记，并省略详细的说明。但是，参照图25，本实施方式的热扩散板31的突起31a的数量比实施方式1的图7所示的热扩散板31多，在从上方的透视点下在与第一散热用通孔15a及第二散热用通孔15b重叠的区域的大致整个区域形成有作为第二突起的突起31a。
因此，参照图26，形成于本实施方式的热扩散板31的多个突起31a各自插入并收容于构成多个散热用通孔15(配置于第一区域的第一散热用通孔15a及配置于第二区域的第二散热用通孔15b)中的每一个的孔部的内部。插入到散热用通孔15内的多个突起31a各自利用焊料或导电性粘接剂等接合材料7b粘接于散热用通孔15(包括散热用通孔15的印制基板1)。
通过如上述那样在多个第一散热用通孔15a及第二散热用通孔15b各自的孔部内部插入突起31a，能够用由导热性良好的材料构成的突起31a填充第一散热用通孔15a及第二散热用通孔15b的孔部内部。因此，在第一散热用通孔15a及第二散热用通孔15b中传导的热增大，能够减小热阻。
此外，可以在全部的散热用通孔15中插入突起31a，但也可以仅在一部分的散热用通孔15中插入突起31a。在仅在一部分的散热用通孔15中插入突起31a的情况下，优选的是，插入有突起31a的散热用通孔15的从上方观察的孔部的尺寸比例如未插入突起31a的散热用通孔15的该尺寸大。这样，可以使一部分的散热用通孔15的孔部的从上方观察的尺寸与其他一部分的散热用通孔15的孔部的该尺寸不同。这样一来，当在印制基板1的另一方主表面侧设置热扩散板31时，容易将突起31a插入到散热用通孔15的孔部内部，能够提高组装工序的作业性。
另外，在本实施方式中，突起31a的立体形状能够根据散热用通孔15的立体形状而设为圆柱形状、圆锥形状、四角锥形状等任意的形状。这样，通过使突起31a的立体形状适当变更，也容易将突起31a插入到散热用通孔15的孔部内部，能够提高组装工序的作业性。
实施方式6.
图27是示出实施方式6的半导体装置的与实施方式1的图2(b)及图11(a)的区域s相同的区域的结构的放大剖视图。由于本实施方式的半导体装置601具有基本上与半导体装置101相同的结构，所以对相同的构成要素标注相同的附图标记，并省略详细的说明。但是，参照图27，在本实施方式的半导体装置601中，多个导体层12、13、14各自在沿着印制基板1的一方及另一方主表面的图中的左右方向上彼此相邻的一对散热用通孔15之间的区域中，具有将多个导体层12、13、14中的每一个从一方主表面侧(上侧)贯通至另一方主表面侧(下侧)的小孔部19。
优选的是，小孔部19形成于例如相邻的一对散热用通孔15夹着的导体层12、13、14的小部分的中央部，但不限于此。优选的是，在从上方观察小孔部19时，小孔部19例如为圆形，其直径例如约为100μm，但不限于此。在图27中，上侧导体层12的小孔部19、下侧导体层13的小孔部19及内部导体层14的小孔部19以在俯视时相互重叠的方式(以各自的中心位置大体一致的方式)形成，但不限定于此，各自的中心位置彼此之间也可以存在偏移。此外，小孔部19能够通过通常的光刻技术及蚀刻来形成。
通过在导体层12、13、14设置这样的小孔部19，从而能够使由于用焊料将电子部件2或热扩散板31接合时的加热而从绝缘层11内含有的水分产生的水蒸气通过小孔部19向印制基板1的外部逃逸。因此，能够抑制绝缘层11的水分气化时的绝缘层11内的压力高涨所导致的导体层12、13、14从绝缘层11的剥离。因此，在用焊料将电子部件2或热扩散板31接合之前不需要对印制基板1进行脱水处理，通过工序削减，从而能够以低成本制造半导体装置601。
此外，通过设置小孔部19，从而从上方观察时的导体层12、13、14的面积缩小，但其缩小的比率微小。伴随着该导体层12、13、14的面积缩小，它们的沿着主表面的方向上的热阻的增加为2％左右。因此，通过热传导从印制基板1向扩散散热部3传递的热量与实施方式1的半导体装置101相同。因此，通过设置小孔部19，能够抑制导体层12、13、14从绝缘层11的剥离而不会对散热的效率带来影响。
可以以在技术上不矛盾的范围内适当组合的方式应用以上所述的各实施方式(包括的各例)所记载的特征。
应当认为，此次公开的实施方式在所有方面均是例示而不是限制性的内容。本发明的范围不是由上述说明示出，而是由权利要求书示出，意在包括与权利要求书均等的含义以及范围内的所有变更。
附图标记的说明
1印制基板，2电子部件，3扩散散热部，5a焊膏，5b焊料板，6a耐热胶带，7a、7b、7c接合材料，7d块状焊料，8凸部，11绝缘层，12上侧导体层，13下侧导体层，14内部导体层，15散热用通孔，15a第一散热用通孔，15b第二散热用通孔，15c第三散热用通孔，15d槽，16填料，17玻璃纤维，18环氧树脂，19小孔部，21引线端子，22电极，31热扩散板，31a突起，32散热构件，33冷却体，101、102、201、301、302、303、304半导体装置，h热。