JP2010050170A - Heat conduction sheet, semiconductor device, and method for manufacturing the device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体チップとヒートシンクとの間に設けられる熱伝導シート、半導体チップと熱伝導シートとヒートシンクとを有する半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a heat conductive sheet provided between a semiconductor chip and a heat sink, a semiconductor device having a semiconductor chip, a heat conductive sheet, and a heat sink, and a method for manufacturing the same.
コンピュータや電子機能デバイスを駆動する電流は、その一部の電流のみがデジタル情報処理に利用し、残りの電流は熱に変換される。電子機能デバイス（半導体チップ）では、発生する熱の量と発散する熱の量とに依存してその機能やスピードの限界が決まられる。発生した熱をヒートシンクやファンなどを用いて、空中に拡散することによって半導体チップの動作機能を向上することができる。電子機能デバイスの微細化や動作速度は急激に変化している。電子機能デバイスの微細化や動作速度の向上につれて発生する熱の量も増加する。 Only a part of the current for driving the computer or the electronic functional device is used for digital information processing, and the remaining current is converted into heat. In an electronic functional device (semiconductor chip), the function and speed limit are determined depending on the amount of heat generated and the amount of heat dissipated. The operating function of the semiconductor chip can be improved by diffusing the generated heat into the air using a heat sink or a fan. The miniaturization and operation speed of electronic functional devices are changing rapidly. As the electronic functional device is miniaturized and the operation speed is increased, the amount of heat generated is also increased.
図１４は、従来技術におけるヒートシンクと半導体チップを示す図である。従来のヒートシンクと半導体チップの表面には凹凸があるため、半導体チップとヒートシンクの間には微小な空間が残る為、半導体チップからヒートシンクへの熱拡散効率が悪くなる。また、半導体チップとヒートシンクの間にサーマルグリスが充填されることや、熱拡散シートを挟むことも従来からなされているが、サーマルグリスや熱拡散シートの熱伝導率は良好とはいえない。 FIG. 14 is a diagram showing a heat sink and a semiconductor chip in the prior art. Since the surfaces of the conventional heat sink and the semiconductor chip are uneven, a minute space remains between the semiconductor chip and the heat sink, so that the efficiency of heat diffusion from the semiconductor chip to the heat sink is deteriorated. In addition, thermal grease has been filled between the semiconductor chip and the heat sink, and a thermal diffusion sheet has been conventionally sandwiched, but the thermal conductivity of the thermal grease and the thermal diffusion sheet is not good.
特許文献１には、シリコン基板の両面に、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ：Carbon Nano Tube）の集合体と熱触媒としての金属粒子とを有する熱拡散シートを提案している。ＣＮＴは、炭素６員環が連なったグラファイトの１層（グラフェンシートと呼ばれる）を丸めた円筒状の物質である。特許文献１の熱拡散シートは、カーボンナノチューブは熱伝導率が高いので、金属粒子とあいまって熱拡散効率の向上を図っている。 Patent Document 1 proposes a thermal diffusion sheet having carbon nanotube (CNT) aggregates and metal particles as a thermal catalyst on both sides of a silicon substrate. CNT is a cylindrical substance obtained by rounding one layer of graphite (called a graphene sheet) in which carbon 6-membered rings are connected. In the thermal diffusion sheet of Patent Document 1, since carbon nanotubes have high thermal conductivity, the thermal diffusion efficiency is improved in combination with metal particles.
ＣＮＴやカーボンナノウォール（ＣＮＷ：Carbon Nano Wall）層を成長するにはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法が使われている。この方法にはＮｉ、Ｆｅ、Ｚｎなどのナノドットを触媒として使うことによって数ｎｍから数１０μｍの長さのＣＮＴやＣＮＷ層を成長することができる。ＣＮＴ、ＣＮＷなどカーボンナノ構造はまだまだ本格的に利用されていない。その１つの理由はＣＮＴの成長する基板との密着性が良くないことである。そして密度も成長条件により異なる。 A CVD (Chemical Vapor Deposition) method is used to grow a CNT or carbon nanowall (CNW) layer. In this method, a CNT or CNW layer having a length of several nanometers to several tens of micrometers can be grown by using nanodots such as Ni, Fe, and Zn as a catalyst. Carbon nanostructures such as CNT and CNW have not yet been used in earnest. One reason is that the adhesion with the substrate on which CNT grows is not good. The density also depends on the growth conditions.
非特許文献１は、ＳｉＣ基板を１２００℃から１７００℃にアニールすることによって高密度のＣＮＴ層をＳｉＣのＣ面に成長させることを開示している。この方法で成長したＣＮＴ層は基板の密着性が良い。
しかしながら、上記従来技術によれば、カーボンナノチューブの熱伝導率が２００（Ｗ／ｃｍ Ｋ）以上であるのに対してシリコン基板の熱伝導率は約１．５（Ｗ／ｃｍ Ｋ）であること、シリコン基板とカーボンナノチューブの密着性の点で熱拡散効率を十分に向上させているとはいえない。 However, according to the above prior art, the thermal conductivity of the carbon nanotube is 200 (W / cm K) or more, whereas the thermal conductivity of the silicon substrate is about 1.5 (W / cm K). However, it cannot be said that the thermal diffusion efficiency is sufficiently improved in terms of adhesion between the silicon substrate and the carbon nanotube.
本発明は、熱拡散効率をより一層向上させた熱伝導シート、それを用いた半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the heat conductive sheet which improved the thermal-diffusion efficiency further, the semiconductor device using the same, and its manufacturing method.
上記課題を解決するために本発明の熱伝導シートは、半導体チップとヒートシンクとの間に設けられる熱伝導シートであって、ＳｉＣ基板と、前記半導体チップとの接触面を構成し前記ＳｉＣ基板の一方の面から成長した第１のカーボンナノ構造層と、前記ヒートシンクとの接触面を構成し前記ＳｉＣ基板の他方の面から成長した第２のカーボンナノ構造層とを備える。カーボンナノ構造層はやわらかいため、半導体チップの表面の凹凸、およびヒートシンク表面の凹凸に対しても隙間なく密着させることができ、熱伝導率が極めて高い。ＳｉＣ基板はＳｉ基板よりも熱伝導率に優れ、第１および第２カーボンナノ構造層とＳｉＣ基板と密着性が高いことから、この間の熱伝導率も優れている。したがって、本発明の熱伝導シートは、熱伝導効率をより一層向上させることができる。 In order to solve the above-mentioned problems, a heat conductive sheet of the present invention is a heat conductive sheet provided between a semiconductor chip and a heat sink, and constitutes a contact surface between the SiC substrate and the semiconductor chip, A first carbon nanostructure layer grown from one surface, and a second carbon nanostructure layer that forms a contact surface with the heat sink and grows from the other surface of the SiC substrate. Since the carbon nanostructure layer is soft, the carbon nanostructure layer can be brought into close contact with the irregularities on the surface of the semiconductor chip and the irregularities on the surface of the heat sink, and the thermal conductivity is extremely high. The SiC substrate has a higher thermal conductivity than the Si substrate, and the first and second carbon nanostructure layers and the SiC substrate have high adhesion, so that the thermal conductivity therebetween is also excellent. Therefore, the heat conduction sheet of the present invention can further improve the heat conduction efficiency.
ここで、前記第１のカーボンナノ構造層および前記第２のカーボンナノ構造層の少なくとも一方は、カーボンナノウォールを含む構成としてもよい。カーボンナノウォール（ＣＮＷ：Carbon Nano Wall）は、逆Ｕ字形状に丸まったグラフェンシートがＳｉＣ基板から立つウォールの形状を有し、ウォールの高さが長さ以下であるものとする。このＣＮＷは強くて、高結晶性の為熱伝導率は高い。 Here, at least one of the first carbon nanostructure layer and the second carbon nanostructure layer may include a carbon nanowall. The carbon nanowall (CNW) has a shape of a wall in which a graphene sheet rounded in an inverted U shape stands from an SiC substrate, and the height of the wall is equal to or less than the length. This CNW is strong and has a high thermal conductivity because of its high crystallinity.
ここで、前記第１のカーボンナノ構造層および前記第２のカーボンナノ構造層の少なくとも一方は、カーボンナノフレークを含む構成としてもよい。カーボンナノフレーク（ＣＮＦ：Carbon Nano Flake）は、逆Ｕ字形状に丸まったグラフェンシートがＳｉＣ基板から立つフレークの形状を有し、フレークの高さが長さより大きいものとする。このＣＮＦは強くて、高結晶性の為熱伝導率は高い。 Here, at least one of the first carbon nanostructure layer and the second carbon nanostructure layer may include carbon nanoflakes. Carbon nano flakes (CNF: Carbon Nano Flake) have a flake shape in which a graphene sheet rounded in an inverted U shape stands from a SiC substrate, and the height of the flakes is greater than the length. This CNF is strong and has high thermal conductivity due to its high crystallinity.
ここで、前記第１のカーボンナノ構造層および前記第２のカーボンナノ構造層の少なくとも一方は、カーボンナノチューブを含む構成としてもよい。カーボンナノチューブは、グラフェンシートが円筒状に閉じた形状を有する。ＣＮＴは強くて、高結晶性の為熱伝導率は高い。 Here, at least one of the first carbon nanostructure layer and the second carbon nanostructure layer may include a carbon nanotube. The carbon nanotube has a shape in which a graphene sheet is closed in a cylindrical shape. CNT is strong and has high thermal conductivity due to its high crystallinity.
ここで、前記第１のカーボンナノ構造層および前記第２のカーボンナノ構造層の少なくとも一方は、カーボンナノリーフを含む構成としてもよい。カーボンナノリーフ（ＣＮＬ：Carbon Nano Leaf）は、グラフェンシートがＳｉＣ基板から立ち、さらにグラフェンシート上端が丸まりつつ枝を広げて形成される。このＣＮＬは強くて、高結晶性の為熱伝導率は高い。 Here, at least one of the first carbon nanostructure layer and the second carbon nanostructure layer may include a carbon nanoleaf. Carbon nanoleaf (CNL) is formed by extending a branch while a graphene sheet stands from an SiC substrate and the upper end of the graphene sheet is rounded. This CNL is strong and has high thermal conductivity due to its high crystallinity.
ここで、前記第１のカーボンナノ構造層および前記第２のカーボンナノ構造層の少なくとも一方は、グラファイトを含む構成としてもよい。グラファイト層は、積層されたグラフェンシートである。グラファイト層は高結晶性の為高い熱伝導率を有する。 Here, at least one of the first carbon nanostructure layer and the second carbon nanostructure layer may include graphite. The graphite layer is a laminated graphene sheet. The graphite layer has high thermal conductivity because of its high crystallinity.
ここで、前記第１のカーボンナノ構造層および前記第２のカーボンナノ構造層の少なくとも一方は、カーボンナノウォール、カーボンナノフレーク、カーボンナノチューブ、カーボンナノリーフおよびグラファイトのうち少なくとも２つを含む構成としてもよい。 Here, at least one of the first carbon nanostructure layer and the second carbon nanostructure layer includes at least two of carbon nanowalls, carbon nanoflakes, carbon nanotubes, carbon nanoleafs, and graphite. Also good.
ここで、前記熱伝導シートの端部は、前記ヒートシンクに固定するための半田付け用めっき領域を有する構成としてもよい。この構成によれば、半田付けにより、熱伝導シートとヒートシンクとを隙間なく密着させたまま、熱伝導シートをヒートシンクに固定することが容易になる。 Here, the edge part of the said heat conductive sheet is good also as a structure which has the plating area | region for soldering for fixing to the said heat sink. According to this configuration, it becomes easy to fix the heat conductive sheet to the heat sink by soldering while keeping the heat conductive sheet and the heat sink in close contact with each other without any gap.
ここで、前記ＳｉＣ基板の一方の面は、さらに、リセスを有し、前記第１のカーボンナノ構造層は、前記リセスの底面および側面から成長して形成され、前記リセスの底面および側面における前記第１のカーボンナノ構造層は前記半導体チップとの接触面を構成するようにしてもよい。この構成によれば、半導体チップは、前記リセスの底面だけでなく側面とも接触可能なので、半導体チップからの熱をより効率よく拡散させることができる。 Here, one surface of the SiC substrate further includes a recess, and the first carbon nanostructure layer is formed by growing from a bottom surface and a side surface of the recess, and the first carbon nanostructure layer is formed on the bottom surface and the side surface of the recess. The first carbon nanostructure layer may constitute a contact surface with the semiconductor chip. According to this configuration, since the semiconductor chip can contact not only the bottom surface of the recess but also the side surface, the heat from the semiconductor chip can be diffused more efficiently.
ここで、前記リセス内部に、前記半導体チップに固定するための半田付け用めっき領域を有する構成としてもよい。この構成によれば、半田付けにより、半導体チップと熱伝導シートとを隙間なく密着させたまま、半導体チップを熱伝導シートに固定することが容易になる。 Here, it is good also as a structure which has the plating area | region for soldering for fixing to the said semiconductor chip inside the said recess. According to this configuration, it becomes easy to fix the semiconductor chip to the heat conductive sheet by soldering while keeping the semiconductor chip and the heat conductive sheet in close contact with each other without a gap.
また、本発明の半導体装置は、半導体チップと、ヒートシンクと、前記半導体チップと前記ヒートシンクとの間に設けられる熱伝導シートとを備え、前記熱伝導シートは、ＳｉＣ基板と、前記半導体チップとの接触面を構成し前記ＳｉＣ基板の一方の面から成長した第１のカーボンナノ構造層と、前記ヒートシンクとの接触面を構成し前記ＳｉＣ基板の他方の面から成長した第２のカーボンナノ構造層とを備える。この構成によれば、半導体チップで発生した熱を熱伝導シートを介してヒートシンクに拡散させることをより高効率で実現することができる。 The semiconductor device of the present invention includes a semiconductor chip, a heat sink, and a heat conductive sheet provided between the semiconductor chip and the heat sink, and the heat conductive sheet includes an SiC substrate and the semiconductor chip. A first carbon nanostructure layer that forms a contact surface and grows from one surface of the SiC substrate, and a second carbon nanostructure layer that forms a contact surface with the heat sink and grows from the other surface of the SiC substrate With. According to this configuration, it is possible to more efficiently realize the diffusion of the heat generated in the semiconductor chip to the heat sink via the heat conductive sheet.
ここで、前記第１のカーボンナノ構造層および前記第２のカーボンナノ構造層の少なくとも一方は、カーボンナノウォール、カーボンナノフレーク、カーボンナノチューブ、カーボンナノリーフおよびグラファイトのうち少なくとも１つを含む構成としてもよい。 Here, at least one of the first carbon nanostructure layer and the second carbon nanostructure layer includes at least one of carbon nanowalls, carbon nanoflakes, carbon nanotubes, carbon nanoleaf, and graphite. Also good.
ここで、前記熱伝導シートの端部の少なくとも２箇所は、前記ヒートシンクに半田付けされていてもよい。この構成によれば、熱伝導シートとヒートシンクとを隙間なく密着させたまま、熱伝導シートをヒートシンクに固定することが容易であり、密着性を半永久的に維持することができる。 Here, at least two portions of the end portion of the heat conductive sheet may be soldered to the heat sink. According to this configuration, it is easy to fix the heat conductive sheet to the heat sink while keeping the heat conductive sheet and the heat sink in close contact with each other, and the adhesion can be maintained semipermanently.
ここで、前記半導体チップの端部の少なくとも２箇所は、前記ヒートシンクに半田付けされていてもよい。この構成によれば、半導体チップ、熱伝導シートおよびヒートシンクを隙間なく密着させたまま、半導体チップをヒートシンクに固定することが容易であり、密着性を半永久的に維持することができる。 Here, at least two portions of the end portion of the semiconductor chip may be soldered to the heat sink. According to this configuration, it is easy to fix the semiconductor chip to the heat sink while keeping the semiconductor chip, the heat conductive sheet, and the heat sink in close contact with each other, and the adhesion can be maintained semipermanently.
ここで、前記半導体チップの端部の少なくとも２箇所は、前記ヒートシンクに半田付けされ、前記熱伝導シートの端部の少なくとも２箇所は、前記ヒートシンクに半田付けされていてもよい。 Here, at least two portions of the end portions of the semiconductor chip may be soldered to the heat sink, and at least two portions of the end portions of the heat conductive sheet may be soldered to the heat sink.
ここで、前記ヒートシンクはリセスを有し、前記熱伝導シートはリセスの底部に接触し、前記熱伝導シートの端部の少なくとも２箇所は、前記リセスの側面に半田付けされてもよい。 Here, the heat sink may have a recess, the heat conductive sheet may be in contact with the bottom of the recess, and at least two of the end portions of the heat conductive sheet may be soldered to the side surface of the recess.
ここで、前記ＳｉＣ基板の一方の面は、さらに、リセスを有し、前記第１のカーボンナノ構造層は、前記リセスの底面および側面から成長して形成され、前記半導体チップは、前記リセスの底面における前記第１のカーボンナノ構造層との接触する構成としてもよい。 Here, one surface of the SiC substrate further includes a recess, the first carbon nanostructure layer is formed by growing from a bottom surface and a side surface of the recess, and the semiconductor chip is formed of the recess. It is good also as a structure which contacts the said 1st carbon nanostructure layer in a bottom face.
ここで、前記半導体チップは、前記リセス内部で半田付けされていてもよい。この構成によれば、リセスの側面にも熱伝導の経路ができるので、熱伝導率をより向上させることができる。 Here, the semiconductor chip may be soldered inside the recess. According to this configuration, since a heat conduction path can be formed on the side surface of the recess, the heat conductivity can be further improved.
また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体チップと、ヒートシンクと、前記半導体チップと前記ヒートシンクとの間に設けられる熱伝導シートとを備える半導体装置の製造方法であって、前記熱伝導シートは、ＳｉＣ基板と、前記半導体チップとの接触面を構成し前記ＳｉＣ基板の一方の面から成長した第１のカーボンナノ構造層と、前記ヒートシンクとの接触面を構成し前記ＳｉＣ基板の他方の面から成長した第２のカーボンナノ構造層とを備え、前記製造方法は、前記ヒートシンクの少なくとも２つの所定領域を半田めっきするめっきステップと、前記ヒートシンク、前記熱伝導シート、前記半導体チップを重ねるように配置する配置ステップと、前記熱伝導シートまたは前記半導体チップの端部の少なくとも２箇所と、半田付めっきされた前記少なくとも２つの所定領域とを半田付けする半田付けステップとを有する。この構成によれば、半導体チップ、熱伝導シートおよびヒートシンクを隙間なく密着させたまま、半導体チップをヒートシンクに固定することが容易であり、密着性を半永久的に維持することができる。 The semiconductor device manufacturing method of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device comprising a semiconductor chip, a heat sink, and a heat conductive sheet provided between the semiconductor chip and the heat sink. Comprises a contact surface between the SiC substrate and the semiconductor chip and is grown from one surface of the SiC substrate, and a contact surface between the heat sink and the other surface of the SiC substrate. A second carbon nanostructure layer grown from the surface, wherein the manufacturing method includes a plating step of solder plating at least two predetermined regions of the heat sink, and the heat sink, the heat conductive sheet, and the semiconductor chip. An arrangement step of arranging at least two positions of the heat conductive sheet or the end of the semiconductor chip, and soldering Wherein is come and a soldering step to solder the at least two predetermined regions. According to this configuration, it is easy to fix the semiconductor chip to the heat sink while keeping the semiconductor chip, the heat conductive sheet, and the heat sink in close contact with each other, and the adhesion can be maintained semipermanently.
本発明の熱伝導シート、半導体装置およびその製造方法によれば、熱伝導効率をより一層向上させることができる。 According to the heat conduction sheet, the semiconductor device, and the manufacturing method thereof of the present invention, the heat conduction efficiency can be further improved.
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における熱伝導シートおよび、それを含む半導体装置の構成を示す図である。同図の半導体装置は、熱伝導シート１０と半導体チップ２０とヒートシンク３０とを備える。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a heat conductive sheet and a semiconductor device including the heat conductive sheet according to Embodiment 1 of the present invention. The semiconductor device shown in the figure includes a heat conductive sheet 10, a semiconductor chip 20, and a heat sink 30.
前記熱伝導シート１０は、カーボンナノ構造層１１と、ＳｉＣ（炭化珪素、シリコンカーバイド）基板１２と、カーボンナノ構造層１３とを有し、半導体チップ２０とヒートシンク３０の間に配置される。カーボンナノ構造層１１は、半導体チップ２０との接触面を構成し、ＳｉＣ基板１２の一方の面から成長して形成されたものである。カーボンナノ構造層１３は、半導体チップ２０との接触面を構成し、ＳｉＣ基板１２の他方の面から成長して形成されたものである。 The heat conductive sheet 10 includes a carbon nanostructure layer 11, a SiC (silicon carbide, silicon carbide) substrate 12, and a carbon nanostructure layer 13, and is disposed between the semiconductor chip 20 and the heat sink 30. The carbon nanostructure layer 11 constitutes a contact surface with the semiconductor chip 20 and is formed by growing from one surface of the SiC substrate 12. The carbon nanostructure layer 13 constitutes a contact surface with the semiconductor chip 20 and is formed by growing from the other surface of the SiC substrate 12.
図２は、種々の材料の熱伝導率を示す図である。同図は、ガリウム砒素ＧａＡｓ、窒化ガリウムＧａＮ、シリコンＳｉ、炭化珪素ＳｉＣ、ダイアモンド、カーボンナノ構造の熱伝導率を示す。同図のように、炭化珪素ＳｉＣは、ガリウム砒素ＧａＡｓ、窒化ガリウムＧａＮ、シリコンＳｉよりも熱伝導率が優れている。また、カーボンナノ構造（ＣＮＳ：Carbon Nano Structure）は、もっと優れた熱伝導率を有している。したがって、ＳｉＣ基板の両面にＣＮＳを成長により形成された熱伝導シートは、優れた熱伝導特性を有する。 FIG. 2 is a diagram showing the thermal conductivity of various materials. The figure shows the thermal conductivity of gallium arsenide GaAs, gallium nitride GaN, silicon Si, silicon carbide SiC, diamond, and carbon nanostructure. As shown in the figure, silicon carbide SiC has better thermal conductivity than gallium arsenide GaAs, gallium nitride GaN, and silicon Si. Carbon nanostructures (CNS) have much better thermal conductivity. Therefore, the heat conductive sheet formed by growing CNS on both surfaces of the SiC substrate has excellent heat conduction characteristics.
カーボンナノ構造（ＣＮＳ）には、グラフェンシートが積層したグラファイト、グラフェンシートが円筒状に丸まったカーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴ:Carbon Nano Tube）、カーボンナノフレーク（以下、ＣＮＦ:Carbon Nano Flake）、カーボンナノウォール（以下、ＣＮＷ:Carbon Nano Wall）、カーボンナノリーフ（以下、ＣＮＬ:Carbon Nano Leaf）等がある。 Carbon nanostructures (CNS) include graphite with graphene sheets laminated, carbon nanotubes with graphene sheets rounded into a cylindrical shape (CNT: Carbon Nano Tube), carbon nano flakes (hereinafter CNF: Carbon Nano Flake), carbon There are nanowalls (hereinafter referred to as CNW: Carbon Nano Wall), carbon nanoleafs (hereinafter referred to as CNL: Carbon Nano Leaf), and the like.
グラフェンシートは、周知のように、炭素原子を頂点とする炭素６員環が連なった六角網目状のシート、つまり、複数の炭素原子がｓｐ2混成軌道における共有結合によって六角形に面状に整列している。ＣＮＴは、これも周知のように、グラフェンシートが円筒状に丸まって形成される。 As is well known, a graphene sheet is a hexagonal network sheet in which carbon 6-membered rings with carbon atoms at the top are connected, that is, a plurality of carbon atoms are arranged in a hexagonal plane by covalent bonds in sp 2 hybrid orbitals. is doing. As is well known, CNT is formed by rounding a graphene sheet into a cylindrical shape.
ＣＮＦ、ＣＮＷ、ＣＮＬについは、本明細書では、次のように定義する。
図３は、ＣＮＦの形状を定義する図である。ＣＮＦ３０１は、グラフェンシートが同図に示されるように丸まって形成される。ＣＮＦ３０１の長さに対する高さの比は１よりも大きく、かつグラフェンシートとＳｉＣ基板７０３の主面とは平行でない。言い換えれば、カーボンナノフレークは、逆Ｕ字形状に丸まったグラフェンシートがＳｉＣ基板から立つフレークの形状を有し、ＣＮＦの高さは長さより大きいものとする。
In this specification, CNF, CNW, and CNL are defined as follows.
FIG. 3 is a diagram for defining the shape of the CNF. The CNF 301 is formed by curving a graphene sheet as shown in FIG. The ratio of the height to the length of CNF 301 is greater than 1, and the graphene sheet and the main surface of SiC substrate 703 are not parallel. In other words, the carbon nanoflakes have a flake shape in which a graphene sheet rounded in an inverted U shape stands from the SiC substrate, and the height of CNF is larger than the length.
図４は、ＣＮＷの形状を定義する図である。ＣＮＷ５０１は、グラフェンシートが同図に示されるように丸まって形成される。このＣＮＷは強くて、高結晶性の為熱伝導率は高い。ＣＮＷの長さに対する高さの比は１以下であり、かつグラフェンシートとＳｉＣ基板７０３の主面とは平行でない。言い換えれば、カーボンナノウォールは、逆Ｕ字形状に丸まったグラフェンシートがＳｉＣ基板から立つウォールの形状を有し、ウォールの高さが長さ以下であるものとする。 FIG. 4 is a diagram for defining the shape of the CNW. The CNW 501 is formed by curling a graphene sheet as shown in FIG. This CNW is strong and has a high thermal conductivity because of its high crystallinity. The ratio of the height to the length of the CNW is 1 or less, and the graphene sheet and the main surface of the SiC substrate 703 are not parallel. In other words, the carbon nanowall has a shape of a wall in which a graphene sheet rounded in an inverted U shape stands from the SiC substrate, and the height of the wall is equal to or less than the length.
図５は、ＣＮＬの形状を定義する図である。ＣＮＬ４０１は、グラフェンシートが同図に示されるように丸まりつつ枝を広げて形成される。グラフェンシートとＳｉＣ基板７０３の主面とは平行でない。 FIG. 5 is a diagram for defining the shape of the CNL. The CNL 401 is formed by expanding a branch while the graphene sheet is rounded as shown in FIG. The graphene sheet and the main surface of the SiC substrate 703 are not parallel.
図６は、周知のように、グラファイト（黒鉛）の形状を定義する図である。グラファイト７０１は、グラフェンシートが同図に示されるようにＳｉＣ基板７０３の主面にほぼ平行に横たわって形成される。 FIG. 6 is a diagram for defining the shape of graphite (graphite) as is well known. Graphite 701 is formed such that a graphene sheet lies substantially parallel to the main surface of SiC substrate 703 as shown in FIG.
次に、ＳｉＣウェハーの両面にカーボンナノ構造層の成長させる方法については、例えば、本願発明者による特開２００７−２８４３１１号公報に記載のカーボンナノ材料の製造方法がある。以下、カーボンナノ構造層の成長させる方法について具体的に説明する。 Next, as a method for growing a carbon nanostructure layer on both surfaces of a SiC wafer, for example, there is a method for producing a carbon nanomaterial described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-284111 by the present inventor. Hereinafter, a method for growing the carbon nanostructure layer will be specifically described.
カーボンナノ構造層は、ＳｉＣウェハーを、１５００℃から２０００℃の範囲に含まれる温度、かつ１０-2Ｐａよりも小さい圧力の気中でアニールするアニールステップにより、ＣＮＦ、ＣＮＷ、ＣＮＬ、及びグラファイトのうちの一つ以上から成るカーボンナノ構造をＳｉＣウェハーの表面に成長させることができる。 The carbon nanostructure layer is formed by the annealing step of annealing the SiC wafer in the air at a temperature in the range of 1500 ° C. to 2000 ° C. and a pressure of less than 10 −2 Pa, so that CNF, CNW, CNL, and graphite Carbon nanostructures consisting of one or more of these can be grown on the surface of the SiC wafer.
これにより、ＳｉＣウェハーに、ＣＮＦ、ＣＮＷ、ＣＮＬ、及びグラファイトのうちの一つ以上から成るＣＮＳを、アニールによって成長させるので、従来のＣＶＤによって成長させたＣＮＳと比べて、基板へのより強い付着が得られる。 As a result, a CNS made of one or more of CNF, CNW, CNL, and graphite is grown on the SiC wafer by annealing, so that it adheres more strongly to the substrate than a CNS grown by conventional CVD. Is obtained.
また、上記のアニールステップで、アニールを行うチェンバーの中でＳｉＣウェハーを蓋部に孔のあいた蓋付きの黒鉛筒で囲い、ＳｉＣウェハーの表面から出るガスを、孔を通してチェンバー内へ逃がしつつアニールすることが望ましい。蓋部の孔はＣＮＳ成長時に成長面から発生するガスの排出用であり、孔の径は、黒鉛筒の径の１／１３０倍から１倍程度でよい。こうすれば、孔の径に応じて、ＣＮＳの成長速度や特性を制御できる。 Further, in the annealing step, the SiC wafer is enclosed in a graphite tube with a lid having a hole in the lid in the chamber to be annealed, and the gas exiting from the surface of the SiC wafer is annealed while being released into the chamber through the hole. It is desirable. The hole in the lid is for discharging gas generated from the growth surface during CNS growth, and the diameter of the hole may be about 1/130 times to 1 time the diameter of the graphite tube. In this way, the growth rate and characteristics of the CNS can be controlled according to the diameter of the holes.
また、上記のアニールステップで、ＳｉＣウェハーのＣ面とＳｉ面の両面を気中に曝してアニールする。こうすれば、両面にＣＮＳを成長させることができる。あるいは、上記のアニールステップで、ＳｉＣウェハーのＣ面とＳｉ面の片面をそれぞれ気中に曝してアニールする。こうすれば、片面ずつ別個にＣＮＳを成長させることもできる。 In the annealing step, the C surface and the Si surface of the SiC wafer are both exposed to the air and annealed. In this way, CNS can be grown on both sides. Alternatively, in the annealing step, the C surface and the Si surface of the SiC wafer are respectively exposed to the air and annealed. In this way, the CNS can be grown separately for each side.
また、上記のアニールステップで、ＳｉＣウェハーを、１５５０℃から１６００℃の範囲に含まれる温度で、３０分よりも長くアニールすれば、ＣＮＦを成長させることができ、１６００℃から１６５０℃の範囲に含まれる温度で、３０分よりも長くアニールすれば、ＣＮＷを成長させることができ、また、１６５０℃から１７００℃の範囲に含まれる温度で、３０分よりも長くアニールすれば、ＣＮＬを成長させることができる。 Further, if the SiC wafer is annealed at a temperature included in the range of 1550 ° C. to 1600 ° C. for longer than 30 minutes in the above annealing step, CNF can be grown, and in the range of 1600 ° C. to 1650 ° C. CNW can be grown by annealing at a contained temperature for longer than 30 minutes, and CNL can be grown by annealing at a temperature in the range of 1650 ° C. to 1700 ° C. for longer than 30 minutes. be able to.
また、上記アニールステップで、ＳｉＣウェハーを、蓋部に孔の開いた蓋付きの黒鉛筒であって、その孔の径がその黒鉛筒の径の５／１３０よりも小さいもので囲い、１７００℃から２０００℃の範囲に含まれる温度で、３０分よりも長くアニールすれば、グラファイトを成長させることができ、また、ＳｉＣウェハーを、黒鉛筒で囲わずに、１７００℃から２０００℃の範囲に含まれる温度で、３０分よりも長くアニールすれば、乱れたＣＮＳを成長させることができる。 In the annealing step, the SiC wafer is surrounded by a graphite tube with a lid having a hole in the lid, the diameter of the hole being smaller than 5/130 of the diameter of the graphite tube, and 1700 ° C. If the annealing is carried out at a temperature in the range of from 1 to 2000 ° C. for longer than 30 minutes, the graphite can be grown, and the SiC wafer is included in the range of from 1700 ° C. to 2000 ° C. without being surrounded by the graphite tube. If the annealing is performed at a temperature higher than 30 minutes, a disordered CNS can be grown.
上記のカーボンナノ構造層の成長方法によれば、最適条件下でのアニールによってＳｉＣ基板にＣＮＴ以外のＣＮＳを成長させるので、ＣＮＳを従来よりも強く母材の基板へ付着して成長させることができる。 According to the growth method of the carbon nanostructure layer described above, CNS other than CNT is grown on the SiC substrate by annealing under optimum conditions. Therefore, it is possible to grow the CNS by attaching to the base material substrate stronger than before. it can.
図７は、ＳｉＣウェハーのＣ面に成長したカーボンナノ構造層（ここではグラファイト）の一例を示すＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）象である。この例は、真空中(１０-2Ｐａ)で、６０分かけて温度１７００℃にまで上昇し、さらに温度１７００℃で３０分間アニールした結果であり、カーボンナノ構造層（グラファイト）は１５ｎｍ成長形成している。 FIG. 7 is a TEM (Transmission Electron Microscope) image showing an example of a carbon nanostructure layer (here, graphite) grown on the C-plane of the SiC wafer. This example is the result of increasing the temperature to 1700 ° C. over 60 minutes in vacuum (10 −2 Pa), and further annealing at 1700 ° C. for 30 minutes, and the carbon nanostructure layer (graphite) is grown to 15 nm. is doing.
図８は、ＳｉＣウェハーのＣ面に成長したカーボンナノ構造層（ここではグラファイト）の他の一例を示すＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）象である。この例は、温度１３００℃で６０分アニールした後、さらに４０分かけて温度を１３００度から１７００℃に上昇し、１７００℃で６０分間アニールした結果である。ただし、径１ｍｍの排出孔を持つ黒鉛筒でＳｉＣウェハーを囲ってアニールしている。この場合、カーボンナノ構造層（グラファイト）は１００ｎｍまで成長している。 FIG. 8 is an SEM (Scanning Electron Microscope) image showing another example of the carbon nanostructure layer (here, graphite) grown on the C-plane of the SiC wafer. In this example, after annealing at a temperature of 1300 ° C. for 60 minutes, the temperature was further increased from 1300 ° C. to 1700 ° C. over 40 minutes, and annealing was performed at 1700 ° C. for 60 minutes. However, annealing is performed by surrounding the SiC wafer with a graphite cylinder having a discharge hole with a diameter of 1 mm. In this case, the carbon nanostructure layer (graphite) has grown to 100 nm.
図７、図８のように、アニール時間が長いほど、また、アニール温度が高いほど、ＣＮＳ層の成長が速い。また、アニール温度が高いほどＣＮＳ層の成長が速い。成長条件の設定により、カーボンナノ構造層の厚さ及び種類を適切に設定することができる。 As shown in FIGS. 7 and 8, the longer the annealing time and the higher the annealing temperature, the faster the CNS layer grows. Further, the higher the annealing temperature, the faster the growth of the CNS layer. By setting the growth conditions, the thickness and type of the carbon nanostructure layer can be appropriately set.
以上説明してきたように本実施の形態における熱伝導シートにおけるカーボンナノ構造層は半導体チップの表面の凹凸、およびヒートシンク表面の凹凸に対しても隙間なく密着させることができ、熱伝導率が極めて高い。ＳｉＣ基板はＳｉ基板よりも熱伝導率に優れ、第１および第２カーボンナノ構造層とＳｉＣ基板と密着性が高いことから、この間の熱伝導率も優れている。したがって、本発明の熱伝導シートは、熱伝導効率をより一層向上させることができる。 As described above, the carbon nanostructure layer in the heat conductive sheet in the present embodiment can be closely adhered to the unevenness on the surface of the semiconductor chip and the unevenness on the surface of the heat sink, and the heat conductivity is extremely high. . The SiC substrate has a higher thermal conductivity than the Si substrate, and the first and second carbon nanostructure layers and the SiC substrate have high adhesion, so that the thermal conductivity therebetween is also excellent. Therefore, the heat conduction sheet of the present invention can further improve the heat conduction efficiency.
図９は、本実施の形態における熱伝導シートの変形例を示す図である。同図の熱伝導シート１０ａは、図１と比べて、ＳｉＣ基板１２が薄く、カーボンナノ構造層１１、１３が厚い点が異なっている。カーボンナノ構造層１１、１３の厚さは、上記のように成長条件を調整することにより決定される。また、カーボンナノ構造層１１、１３およびＳｉＣ基板のそれぞれの厚さの合計、つまり熱伝導シートの厚さについては、元のＳｉＣウェハーの厚さと同程度になる。例えば、元のＳｉＣウェハーの厚さが４００μｍであれば、ＳｉＣウェハーの両面にカーボンナノ構造層１１、１３を成長させて得られる熱伝導シート１０の厚さもほぼ同じになる。したがって、図１の熱伝導シートと図９の熱伝導シートのどちらを製造するかは、成長条件に依存して設計可能である。図９のような構成にすることにより、より大きな凹凸への密着性を高めることができ、また、より熱伝導率を高めることができる。 FIG. 9 is a view showing a modification of the heat conductive sheet in the present embodiment. The heat conductive sheet 10a in the figure is different from that in FIG. 1 in that the SiC substrate 12 is thin and the carbon nanostructure layers 11 and 13 are thick. The thickness of the carbon nanostructure layers 11 and 13 is determined by adjusting the growth conditions as described above. Further, the total thickness of each of the carbon nanostructure layers 11 and 13 and the SiC substrate, that is, the thickness of the heat conductive sheet is approximately the same as the thickness of the original SiC wafer. For example, if the thickness of the original SiC wafer is 400 μm, the thickness of the heat conductive sheet 10 obtained by growing the carbon nanostructure layers 11 and 13 on both sides of the SiC wafer is substantially the same. Therefore, it can be designed depending on growth conditions whether to manufacture the heat conductive sheet of FIG. 1 or the heat conductive sheet of FIG. By adopting the configuration as shown in FIG. 9, it is possible to increase the adhesion to larger irregularities and to further increase the thermal conductivity.
なお、図１および図９の熱伝導シートの厚さは、数ｍｍ以下、例えば１ｍｍ以下でよい。また、カーボンナノ構造層１１の厚さは、半導体チップ２０の接触面の凹凸の高低差以上にすべきである。カーボンナノ構造層１３の厚さは、ヒートシンク３０の接触面の凹凸の高低差以上にすべきである。一般に半導体チップ２０の接触面の方がヒートシンク３０の接触面よりも凹凸の高低差が小さい。例えば、通常、半導体チップの接触面の凹凸の高低差は数１０ｎｍ〜数１００ｎｍ、ヒートシンクの接触面の凹凸の高低差は数μｍ〜数１００μｍ程度である。この場合、カーボンナノ構造層１１の厚さは、数１０ｎｍ〜数１００ｎｍ以上、カーボンナノ構造層１３の厚さは、数１０μｍ〜数１００μｍ以上であることが望ましい。カーボンナノ構造層１１および１３の厚みは、半導体チップおよびヒートシンクの接触面の凹凸の高低差が既知である場合には既知の高低差以上の厚みにすればよいし、未知である場合には数１００μｍ以上の厚みにすればよい。 In addition, the thickness of the heat conductive sheet of FIG. 1 and FIG. 9 may be several mm or less, for example, 1 mm or less. Further, the thickness of the carbon nanostructure layer 11 should be equal to or higher than the level difference of the unevenness of the contact surface of the semiconductor chip 20. The thickness of the carbon nanostructure layer 13 should be greater than or equal to the height difference of the unevenness of the contact surface of the heat sink 30. In general, the contact surface of the semiconductor chip 20 has a smaller unevenness of the unevenness than the contact surface of the heat sink 30. For example, the height difference of the unevenness on the contact surface of the semiconductor chip is usually several tens nm to several hundred nm, and the height difference of the unevenness on the contact surface of the heat sink is about several μm to several hundred μm. In this case, the thickness of the carbon nanostructure layer 11 is preferably several tens of nm to several hundreds of nm or more, and the thickness of the carbon nanostructure layer 13 is preferably several tens of μm to several hundreds of μm or more. The thickness of the carbon nanostructure layers 11 and 13 may be set to a thickness greater than or equal to the known height difference when the unevenness of the contact surface of the semiconductor chip and the heat sink is known, and is several when not known. The thickness may be 100 μm or more.
図１０は、本実施の形態における熱伝導シートの他の変形例を示す図である。同図の熱伝導シート１０ｂは、図１と比較して、カーボンナノ構造層１１が形成されていない点が異なっている。このような構成にすることにより、より熱伝導率は若干低下するが、簡易な構成とすることができる。 FIG. 10 is a diagram showing another modification of the heat conductive sheet in the present embodiment. The heat conductive sheet 10b of the figure is different from that of FIG. 1 in that the carbon nanostructure layer 11 is not formed. By adopting such a configuration, the thermal conductivity is slightly reduced, but a simple configuration can be obtained.
（実施の形態２）
図１１は、本発明の実施の形態２における熱伝導シートおよび、それを含む半導体装置の構成を示す図である。
(Embodiment 2)
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of a heat conductive sheet and a semiconductor device including the heat conductive sheet according to the second embodiment of the present invention.
同図の半導体装置は、図１と比べて、ヒートシンク３０がリセスを有する点と、ヒートシンクのリセス底部に接触する熱伝導シート１０の端部がリセスの側面に半田付けされる点と、半導体チップ２０の端部がリセスの側面に半田付けされる点とが異なっている。 Compared to FIG. 1, the semiconductor device shown in FIG. 1 has a point where the heat sink 30 has a recess, a point where the end of the heat conductive sheet 10 contacting the recess bottom of the heat sink is soldered to the side surface of the recess, and a semiconductor chip. The difference is that the end of 20 is soldered to the side surface of the recess.
実施の形態１と同じ点は説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
熱伝導シート１０の端部は、ヒートシンク３０に固定するための半田付け用めっき領域を有し、ヒートシンク３０に半田付けされる。この半田付け用めっき領域は、少なくとも対向する２箇所にあればよい。
Description of the same points as in the first embodiment will be omitted, and different points will be mainly described.
The end portion of the heat conductive sheet 10 has a soldering plating area for fixing to the heat sink 30 and is soldered to the heat sink 30. The soldering plating regions may be at least at two opposing locations.
半導体チップ２０の端部も、前記ヒートシンクに固定するための半田付け用めっき領域を有し、ヒートシンクに半田付けされる。この半田付け用めっき領域は、少なくとも対向する２箇所にあればよい。 The end portion of the semiconductor chip 20 also has a soldering plating area for fixing to the heat sink, and is soldered to the heat sink. The soldering plating regions may be at least at two opposing locations.
こうすることにより、ヒートシンク３０に熱伝導シート１０をしっかりと密着させたまま固定することを容易に実現でき、密着性を半永久的に維持することができる。 By carrying out like this, it can implement | achieve easily that the heat conductive sheet 10 is fixed to the heat sink 30 in close contact, and it can maintain adhesiveness semipermanently.
なお、半導体チップ２０の端部が半田付け用めっき領域を有する場合は、熱伝導シート１０の端部は半田付け用めっき領域を有していなくてもよい。 In addition, when the edge part of the semiconductor chip 20 has a soldering plating area | region, the edge part of the heat conductive sheet 10 does not need to have a soldering plating area | region.
以下、本実施の形態における半導体装置の製造方法について説明する。
図１２Ａ〜図１２Ｅは、半導体装置の製造方法を示す図である。
Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device in the present embodiment will be described.
12A to 12E are views showing a method for manufacturing a semiconductor device.
まず、ヒートシンク３０（図１２Ａ）の所定領域を半田めっきする（図１２Ｂ）。ここで、所定領域は、少なくとも、半導体チップ２０の端部の半田付け用めっき領域、および、熱伝導シート１０の端部の半田付け用めっき領域に対応する領域である。もちろん、所定領域は、リセスの側面全部であってもよい。 First, a predetermined region of the heat sink 30 (FIG. 12A) is solder-plated (FIG. 12B). Here, the predetermined region is a region corresponding to at least the soldering plating region at the end of the semiconductor chip 20 and the soldering plating region at the end of the thermal conductive sheet 10. Of course, the predetermined area may be the entire side surface of the recess.
半田めっきの後、ヒートシンク３０の底面に、熱伝導シート１０を配置し（図１２Ｃ）、さらに、半導体チップ２０を重ねるように配置する（図１２Ｄ）。 After the solder plating, the heat conductive sheet 10 is disposed on the bottom surface of the heat sink 30 (FIG. 12C), and further, the semiconductor chip 20 is disposed so as to overlap (FIG. 12D).
さらに、熱伝導シート１０の端部の半田付け用めっき領域および半導体チップ２０の端部の半田付け用めっき領域と、半田付めっきされたリセス側面とを半田付けする（図１２Ｅ）。 Furthermore, the soldering plating region at the end of the heat conductive sheet 10 and the soldering plating region at the end of the semiconductor chip 20 are soldered to the recess side surface subjected to solder plating (FIG. 12E).
こうすることにより、ヒートシンク３０に熱伝導シート１０をしっかりと密着させたまま固定することを容易に実現でき、密着性を半永久的に維持することができる。また、半導体チップ２０と熱伝導シートとの接触面だけでなく、半導体チップ２０の端部からヒートシンクのリセス側面への熱拡散経路が増えるので、熱伝導効率を向上させることができる。さらに、熱伝導シート１０とヒートシンクとの接触面だけでなく、熱伝導シート１０の端部からヒートシンクのリセスの側面への熱拡散経路が増えるので、熱伝導効率を向上させることができる。 By carrying out like this, it can implement | achieve easily that the heat conductive sheet 10 is fixed to the heat sink 30 in close contact, and it can maintain adhesiveness semipermanently. Moreover, since not only the contact surface between the semiconductor chip 20 and the heat conductive sheet but also the heat diffusion path from the end of the semiconductor chip 20 to the recess side surface of the heat sink increases, the heat conduction efficiency can be improved. Furthermore, since not only the contact surface of the heat conductive sheet 10 and the heat sink but also the heat diffusion path from the end of the heat conductive sheet 10 to the side surface of the recess of the heat sink increases, the heat conduction efficiency can be improved.
なお、半導体チップ２０の端部の半田付け用めっき領域と、リセス側面とを半田付けし、熱伝導シート１０を半田付けしないようにしてもよい。この場合でも、ヒートシンク３０に熱伝導シート１０をしっかりと密着させたまま固定することができるからである。 Note that the solder plating area at the end of the semiconductor chip 20 and the recess side surface may be soldered so that the heat conductive sheet 10 is not soldered. This is because even in this case, the heat conductive sheet 10 can be fixed with the heat sink 30 firmly attached.
また、半導体チップ２０の端部の半田付け用めっき領域は、４隅の４箇所、４隅のうち対向する２箇所、対向する２辺、または対向する２辺中の一部分でもよく、少なくとも２箇所あればよい。 Further, the plating area for soldering at the end of the semiconductor chip 20 may be four places at four corners, two opposite faces of the four corners, two opposite faces, or a part of the two opposite faces, and at least two places. I just need it.
図１３は、本実施の形態における半導体装置の変形例を示す図である。同図の半導体装置は、図１１と比べて、熱伝導シート１０の代わりに熱伝導シート１０ｃを備える点、ヒートシンク３０の変わりにヒートシンク３０ｃを備える点とが異なっている。 FIG. 13 is a diagram illustrating a modification of the semiconductor device in this embodiment. Compared with FIG. 11, the semiconductor device of FIG. 11 is different from that of FIG. 11 in that a heat conductive sheet 10 c is provided instead of the heat conductive sheet 10 and a heat sink 30 c is provided instead of the heat sink 30.
熱伝導シート１０ｃにおいてＳｉＣ基板の一方の面はリセスを有している。ＳｉＣ基板の一方の面のカーボンナノ構造層は、ＳｉＣ基板のリセス底面および側面から成長して形成される。熱伝導シート１０ｃのリセス底面および側面における前記カーボンナノ構造層は、半導体チップ２０と接触している。 In the heat conductive sheet 10c, one surface of the SiC substrate has a recess. The carbon nanostructure layer on one surface of the SiC substrate is formed by growing from the recess bottom surface and side surfaces of the SiC substrate. The carbon nanostructure layer on the recess bottom surface and side surface of the heat conductive sheet 10 c is in contact with the semiconductor chip 20.
また、熱伝導シート１０ｃのリセス内部は、半導体チップ２０に固定するための半田付け用めっき領域を有し、半導体チップ２０は、リセス内部で熱伝導シートと半田付けされている。 Moreover, the inside of the recess of the heat conductive sheet 10c has a soldering plating area for fixing to the semiconductor chip 20, and the semiconductor chip 20 is soldered to the heat conductive sheet inside the recess.
本実施の形態における半導体装置によれば、熱伝導シート１０ｃと半導体チップ２０との接触面積を増加させるので、熱伝導効率をさらに高めることができる。 According to the semiconductor device in the present embodiment, since the contact area between the heat conductive sheet 10c and the semiconductor chip 20 is increased, the heat conduction efficiency can be further increased.
なお、半導体チップ２０は、熱伝導シート１０ｃのリセス底面と接触し、さらに、リセス側面のうち少なくとも一部分と接触していればよい。もちろん、半導体チップ２０と熱伝導シート１０ｃのリセス側面との接触面積が大きいほうが望ましい。 In addition, the semiconductor chip 20 should just contact the recess bottom face of the heat conductive sheet 10c, and may contact at least one part among the recess side surfaces. Of course, it is desirable that the contact area between the semiconductor chip 20 and the recess side surface of the heat conductive sheet 10c is large.
また、熱伝導シート１０ｃのリセス内部の半田付け用めっき領域は、リセス底面における、４隅の４箇所、当該４隅のうち対向する２箇所、対向する２辺、または対向する２辺中の一部分でもよい。 Moreover, the plating area | region for soldering inside the recess of the heat conductive sheet 10c has four places of four corners in the bottom face of the recess, two opposing faces among the four corners, two opposing faces, or a part of the two opposing faces. But you can.
本発明は、半導体チップとヒートシンクとの間に設けられる熱伝導シートに適している。 The present invention is suitable for a heat conductive sheet provided between a semiconductor chip and a heat sink.
１０ 熱伝導シート
１１ カーボンナノ構造層
１２ ＳｉＣ基板
１３ カーボンナノ構造層
２０ 半導体チップ
３０ ヒートシンク
３０１ カーボンナノフレーク
４０１ カーボンナノリーフ
５０１ カーボンナノウォール
７０１ グラファイト
７０３ ＳｉＣ基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Thermal conductive sheet 11 Carbon nano structure layer 12 SiC substrate 13 Carbon nano structure layer 20 Semiconductor chip 30 Heat sink 301 Carbon nano flake 401 Carbon nano leaf 501 Carbon nano wall 701 Graphite 703 SiC substrate
Claims (21)
ＳｉＣ基板と、
前記半導体チップとの接触面を構成し前記ＳｉＣ基板の一方の面から成長した第１のカーボンナノ構造層と、
前記ヒートシンクとの接触面を構成し前記ＳｉＣ基板の他方の面から成長した第２のカーボンナノ構造層と
を備える熱伝導シート。 A heat conductive sheet provided between a semiconductor chip and a heat sink,
A SiC substrate;
A first carbon nanostructure layer that forms a contact surface with the semiconductor chip and is grown from one surface of the SiC substrate;
A heat conductive sheet comprising a second carbon nanostructure layer that forms a contact surface with the heat sink and grows from the other surface of the SiC substrate.
前記第１のカーボンナノ構造層は、前記リセスの底面および側面から成長して形成され、
前記リセスの底面および側面における前記第１のカーボンナノ構造層は前記半導体チップとの接触面を構成する請求項１記載の熱伝導シート。 One surface of the SiC substrate further has a recess,
The first carbon nanostructure layer is formed by growing from a bottom surface and a side surface of the recess,
The heat conductive sheet according to claim 1, wherein the first carbon nanostructure layer on the bottom surface and the side surface of the recess constitutes a contact surface with the semiconductor chip.
ヒートシンクと、
前記半導体チップと前記ヒートシンクとの間に設けられる熱伝導シートとを備え、
前記熱伝導シートは、
ＳｉＣ基板と、
前記半導体チップとの接触面を構成し前記ＳｉＣ基板の一方の面から成長した第１のカーボンナノ構造層と、
前記ヒートシンクとの接触面を構成し前記ＳｉＣ基板の他方の面から成長した第２のカーボンナノ構造層と
を備える半導体装置。 A semiconductor chip;
A heat sink,
A heat conductive sheet provided between the semiconductor chip and the heat sink;
The heat conductive sheet is
A SiC substrate;
A first carbon nanostructure layer that forms a contact surface with the semiconductor chip and that is grown from one surface of the SiC substrate;
A semiconductor device comprising: a second carbon nanostructure layer that forms a contact surface with the heat sink and that is grown from the other surface of the SiC substrate.
前記熱伝導シートの端部の少なくとも２箇所は、前記ヒートシンクに半田付けされている請求項１１記載の半導体装置。 At least two locations of the end of the semiconductor chip are soldered to the heat sink,
The semiconductor device according to claim 11, wherein at least two portions of the end portion of the heat conductive sheet are soldered to the heat sink.
前記熱伝導シートはリセスの底部に接触し、
前記熱伝導シートの端部の少なくとも２箇所は、前記リセスの側面に半田付けされる請求項１１または１２記載の半導体装置。 The heat sink has a recess;
The thermal conductive sheet contacts the bottom of the recess;
The semiconductor device according to claim 11 or 12, wherein at least two portions of the end portion of the heat conductive sheet are soldered to a side surface of the recess.
前記第１のカーボンナノ構造層は、前記リセスの底面および側面から成長して形成され、
前記半導体チップは、前記リセスの底面における前記第１のカーボンナノ構造層との接触する請求項１１記載の半導体装置。 One surface of the SiC substrate further has a recess,
The first carbon nanostructure layer is formed by growing from a bottom surface and a side surface of the recess,
The semiconductor device according to claim 11, wherein the semiconductor chip is in contact with the first carbon nanostructure layer on a bottom surface of the recess.
前記熱伝導シートは、ＳｉＣ基板と、前記半導体チップとの接触面を構成し前記ＳｉＣ基板の一方の面から成長した第１のカーボンナノ構造層と、前記ヒートシンクとの接触面を構成し前記ＳｉＣ基板の他方の面から成長した第２のカーボンナノ構造層とを備え、
前記製造方法は、
前記ヒートシンクの少なくとも２つの所定領域を半田めっきするめっきステップと、
前記ヒートシンク、前記熱伝導シート、前記半導体チップを重ねるように配置する配置ステップと、
前記熱伝導シートまたは前記半導体チップの端部の少なくとも２箇所と、半田付めっきされた前記少なくとも２つの所定領域とを半田付けする半田付けステップと
を有する半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device comprising a semiconductor chip, a heat sink, and a heat conductive sheet provided between the semiconductor chip and the heat sink,
The heat conductive sheet constitutes a contact surface between the SiC substrate and the semiconductor chip and forms a contact surface between the first carbon nanostructure layer grown from one surface of the SiC substrate and the heat sink, and the SiC. A second carbon nanostructure layer grown from the other side of the substrate,
The manufacturing method includes:
A plating step of solder plating at least two predetermined regions of the heat sink;
An arrangement step of arranging the heat sink, the heat conductive sheet, and the semiconductor chip to overlap each other;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a soldering step of soldering at least two portions of the heat conductive sheet or the end portion of the semiconductor chip and the at least two predetermined regions subjected to solder plating.
前記配置ステップにおいて、前記熱伝導シートは前記リセスの底部に接触するよう配置し、
前記半田付けステップにおいて、前記熱伝導シートの端部の少なくとも２箇所を、前記リセスの側面に半田付けする
請求項１９記載の半導体装置の製造方法。 The heat sink has a recess;
In the arranging step, the heat conductive sheet is arranged so as to contact the bottom of the recess,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 19, wherein, in the soldering step, at least two portions of the end portion of the heat conductive sheet are soldered to a side surface of the recess.
前記第１のカーボンナノ構造層は、前記リセスの底面および側面から成長して形成され、
前記配置ステップにおいて、前記半導体チップを前記リセスの底面における前記第１のカーボンナノ構造層と、側面の少なくとも一部における前記第1のカーボンナノ構造層とに接触するように配置する
請求項１９または２０記載の半導体装置の製造方法。 One surface of the SiC substrate further has a recess,
The first carbon nanostructure layer is formed by growing from a bottom surface and a side surface of the recess,
The arrangement step includes arranging the semiconductor chip in contact with the first carbon nanostructure layer on the bottom surface of the recess and the first carbon nanostructure layer on at least a part of the side surface. 20. A method for manufacturing a semiconductor device according to 20.
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| JP2008211211A JP2010050170A (en) | 2008-08-19 | 2008-08-19 | Heat conduction sheet, semiconductor device, and method for manufacturing the device |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102446872A (en) * | 2010-10-13 | 2012-05-09 | 上海灵昊环保科技发展有限公司 | Sandwich-type planar radiator with printed circuit |
| US9991187B2 (en) | 2013-01-18 | 2018-06-05 | Fujitsu Limited | Electronic device and method for manufacturing the same, and substrate structure and method for manufacturing the same |
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2008
- 2008-08-19 JP JP2008211211A patent/JP2010050170A/en not_active Withdrawn
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