JP2022154932A - 回路基板内に電気部品を備える半導体装置 - Google Patents

Abstract

【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、電気部品の絶縁性を維持しつつ、基板本体における熱伝導性と機械的特性とを向上する。【解決手段】半導体装置は 、第１面１２ａ及び第２面１２ｂを有する基板本体１２と、基板本体内に配置された電気部品２１、２２、３１、３２と、前記第２面上に位置する回路層Ｌ６に設けられた表面導体パターン７０と、前記電気部品と前記第２面との間に位置する回路層Ｌ５に設けられ、互いに絶縁された第１内部導体パターン６８及び第２内部導体パターン６９と、前記電気部品から前記第１内部導体パターンまで延びる少なくとも一つの第１伝熱ビア７７と、前記表面導体パターンから第２内部導体パターンまで延びる少なくとも一つの第２伝熱ビア７８ａ、７８ｂとを備える。【選択図】図３

Description

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。

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（コア基材）とを備える。基板本体の下面には、表面導体パターンが設けられており、電気部品と第２面との間には、内部導体パターンが設けられている。そして、電気部品と第１内部導体パターンとの間が、複数の伝熱ビアによって接続されている。このような構成によると、電気部品の熱は、複数の伝熱ビアを介して内部導体パターンへ伝達され、さらに内部導体パターンから表面導体パターンへ伝達されて、基板本体の外部へ放散される。

特開２０２０－９８７９号公報

上記した半導体装置では、内部導体パターンと表面導体パターンとの間に、基板本体の材料によって構成された絶縁層が設けられている。このような構成によると、内部導体パターンと表面導体パターンとの間を、電気的に絶縁することができる。しかしながら、内部導体パターンから表面導体パターンへの熱伝導が、絶縁層によって阻害されるという問題がある。また、内部導体パターンの一方側に位置する層には、複数の伝熱ビアが存在する一方で、内部導体パターンの他方側に位置する絶縁層には、そのような伝熱ビアが存在しておらず、内部導体パターンに隣接する二つの層の間で機械的特性が大きく相違する。その結果、基板本体の温度が上昇したときに、例えば基板本体の反りやうねりといった、基板本体の不均一な熱変形を招くおそれがある。

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、電気部品の絶縁性を維持しつつ、基板本体における熱伝導性と機械的特性とを向上し得る技術を提供する。

本明細書が開示する半導体装置は、第１面（１２ａ）及び第２面（１２ｂ）を有する基板本体（１２）と、基板本体内に配置された電気部品（２１、２２、３１、３２）と、前記第２面上に位置する回路層（Ｌ６）に設けられた表面導体パターン（７０）と、前記電気部品と前記第２面との間に位置する回路層（Ｌ５）に設けられ、互いに絶縁された第１内部導体パターン（６８）及び第２内部導体パターン（６９）と、前記電気部品から前記第１内部導体パターンまで延びる少なくとも一つの第１伝熱ビア（７７）と、前記表面導体パターンから第２内部導体パターンまで延びる少なくとも一つの第２伝熱ビア（７８ａ、７８ｂ）とを備える。

上記した構成では、電気部品と第２面との間に位置する回路層に、互いに絶縁された第１内部導体パターン及び第２内部導体パターンが設けられている。第１内部導体パターンは、少なくとも一つの第１伝熱ビアを介して、電気部品と接続されている。第２内部導体パターンは、少なくとも一つの第２伝熱ビアを介して、第２面上の表面導体パターンと接続されている。これにより、電気部品で生じた熱は、第１伝熱ビアを介して第１内部導体パターンへ伝達され、さらに第２内部導体パターンへ伝達される。そして、第２内部導体パターンの熱は、第２伝熱ビアを介して表面導体パターンへ伝達され、表面導体パターンから基板本体の外部へ放散される。第１内部導体パターンと第２内部導体パターンは、互いに絶縁されているものの、同じ回路層に位置することから、それらの間の熱伝達性は比較的に高い。また、当該回路層に隣接する二つの層に、第１伝熱ビアと第２伝熱ビアとがそれぞれ存在することで、それら二つの層の間で機械的特性が大きく相違することもない。以上により、電気部品の絶縁性を維持しつつ、基板本体における熱伝導と機械的特性とを向上することができる。

実施例１の半導体装置１０を示す平面図。 実施例１の半導体装置１０の回路構造を示す回路図。 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。 実施例２の半導体装置１１０の構成を示す断面図。 実施例３の半導体装置２１０の構成を示す断面図。

本技術の一実施形態において、前記少なくとも一つの第２伝熱ビアは、前記電気部品と前記第２面とが対向する領域に位置する内側伝熱ビア（７８ａ）と、前記対向する領域の外側に位置する外側伝熱ビア（７８ｂ）とを含んでもよい。このような構成によると、電気部品で生じた熱が、基板本体内を拡散しながら通過する範囲に合わせて、第２伝熱ビアを効果的に配置することができる。

本技術の一実施形態において、前記半導体装置は、前記電気部品と同じ深さ範囲に位置する回路層（Ｌ４）に設けられ、前記電気部品から電気的に絶縁された第３内部導体パターン（６６）と、前記第２導体パターンから前記第３内部導体パターンまで延びる少なくとも一つの第３ビア（７９）と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、電気部品に対してより多くの方向から、基板本体の第２面へ導くことができる。

本技術の一実施形態において、前記基板本体は、第１の材料で構成された第１層（１３）と、前記第１の材料よりも熱伝導性の高い第２の材料で構成された第２層（１５）とを有してもよい。この場合、第２層は、電気部品と第２面との間に位置してもよい。このような構成によると、電気部品で生じた熱を、第２層を通じて基板本体の広範囲に拡散させることができる。

上記した実施形態において、前記第２層は、前記第２面に露出していてもよい。このような構成によると、第２層を通じて基板本体に拡散させた熱を、基板本体の第２面から基板本体の外部へ放散させることができる。

上記した実施形態において、前記第２の材料は、紙、ガラス布、ガラス不織布、ガラス織布及びガラス繊維を含む群から選択される少なくとも一つと、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂及びテフロン（登録商標）樹脂を含む群から選択される少なくとも一つとを含んでもよい。このような構成によると、基板本体に必要とされる本来の特性を維持しながら、第２層の熱伝導性を効果的に高めることができる。

本技術の一実施形態において、半導体装置は、前記第１面上に設けられ、前記電気部品の動作を制御する表面電気部品をさらに備えてもよい。本技術に係る構成によると、電気部品で生じた熱の多くを、基板本体の第２面へ導くことができ、基板本体の第１面における温度上昇が抑制される。その第１面に表面電気部品を配置することで、表面電気部品の温度上昇も抑制することができる。

本技術の一実施形態において、前記第１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、半導体装置を製造する過程において、例えば、第１伝熱ビアと第１内部導体パターンとを同時に、又は連続して形成することができる。

本技術の一実施形態において、前記第２伝熱ビアを構成する材料は、前記表面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、半導体装置を製造する過程において、例えば、第２伝熱ビアと表面導体パターンとを同時に、又は連続して形成することができる。

本技術の一実施形態において、前記電気部品は、パワー半導体素子（２１、２２）と、前記パワー半導体素子が接合されたヒートシンクプレート（３１、３２）とを含んでもよい。パワー半導体素子では、比較的に大きな電流が流れることから、その発熱量も比較的に大きい。本明細書で開示される構成は、そのようなパワー半導体素子を含む半導体装置に対して、好適に採用することができる。

（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することができる。

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又はその他の樹脂材料といった、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。

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。

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。

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に代えて、他の少なくとも一つの電気部品を備えてもよい。

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、一つの電気部品のとして解釈することができる。

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。

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。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。

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。

第１回路層Ｌ１は、第１導体パターン６１を有する。第１導体パターン６１は、銅又はその他の金属といった導体で構成されている。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。複数の表面電気部品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。

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１０導体パターン７０についても同様である。第２導体パターン６２から第１０導体パターン７０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。

第２回路層Ｌ２は、複数の導体パターン６２、６３、６４を有する。それぞれの導体パターン６２、６３、６４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６２、６３、６４には、第２導体パターン６２と、第３導体パターン６３と、第４導体パターン６４が含まれる。ここで、複数の導体パターン６２、６３、６４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２導体パターン６２が、第３導体パターン６３及び第４導体パターン６４に対して意図的に変位されている。

第２導体パターン６２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と対向している。これにより、半導体素子２１、２２で生じた熱が、第２導体パターン６２を通じて基板本体１２の広い範囲へ拡散する。また、第２導体パターン６２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。特に限定されないが、第２導体パターン６２は、グラウンド電位に接続されてもよく、それによって第２導体パターン６２のシールド層としての機能が向上する。

第３導体パターン６３は、第１ビア７１を介して、Ｏ端子４４に接続されている。加えて、第３導体パターン６３は、二つの第２ビア７２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、二つの半導体素子２１、２２は、第２導体パターン６２によって電気的に直列に接続され、かつ、第２導体パターン６２を介してＯ端子４４と電気的に接続されている。

第４導体パターン６４は、第３ビア７３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４導体パターン６４は、第４ビア７４を介して、Ｎ端子４２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、第２半導体素子２２の上面電極２２ａが、第４導体パターン６４を介して、Ｎ端子４２と電気的に接続されている。

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。加えて、第３回路層Ｌ３及び第４回路層Ｌ４には、それぞれ第５導体パターン６５及び第６導体パターン６６が設けられている。第５導体パターン６５及び第６導体パターン６６の用途は、特に限定されない。第５導体パターン６５及び第６導体パターン６６は、例えば、グラウンド電位に接続されてもよい。

第５回路層Ｌ５は、複数の導体パターン６７、６８、６９を有する。それぞれの導体パターン６７、６８、６９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、６９には、第７導体パターン６７と、第８導体パターン６８と、第９導体パターン６９とが含まれる。ここで、複数の導体パターン６７、６８、６９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及び第９導体パターン６９に対して意図的に変位されている。

第７導体パターン６７は、第５ビア７５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７導体パターン６７は、第６ビア７６を介して、Ｐ端子４０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７導体パターン６７を介して、Ｐ端子４０と電気的に接続されている。

第８導体パターン６８は、第１ヒートシンクプレート３１又は第２ヒートシンクプレート３２と対向する範囲に設けられている。第８導体パターン６８は、複数の第７ビア７７を介して、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に接続されている。複数の第７ビア７７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８導体パターン６８は、複数の第７ビア７７を介して、第１ヒートシンクプレート３１及び第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。特に限定されないが、複数の第７ビア７７を構成する材料は、第８導体パターン６８を構成する材料と等しくてもよく、例えば銅又はアルミニウムであってよい。

第９導体パターン６９は、第９導体パターン６９は、第８導体パターン６８に隣接して設けられており、第８導体パターン６８の熱が、第９導体パターン６９へ効率よく伝達されるように構成されている。但し、第８導体パターン６８と第９導体パターン６９との間は、基板本体１２を構成する材料によって隔てられており、第８導体パターン６８と第９導体パターン６９との間は電気的に絶縁されている。第９導体パターン６９の一部は、第１ヒートシンクプレート３１又は第２ヒートシンクプレート３２と対向する範囲に位置しており、第９導体パターン６９の他の一部は、当該対向する範囲の外側に位置している。

第９導体パターン６９には、複数の第８ビア７８ａ、７８ｂが接続されている。複数の第８ビア７８ａ、７８ｂは、第９導体パターン６９から、基板本体１２の下面１２ｂに位置する第６回路層Ｌ６まで延びている。複数の第８ビア７８ａ、７８ｂ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９導体パターン６９は、複数の第８ビア７８ａ、７８ｂを介して、第６回路層Ｌ６と電気的に、かつ熱的に接続されている。

複数の第８ビア７８ａ、７８ｂには、少なくとも一つの内側ビア７８ａと、少なくとも一つの外側ビア７８ｂとが含まれる。内側ビア７８ａは、第１ヒートシンクプレート３１又は第２ヒートシンクプレート３２と、基板本体１２の下面１２ｂとが対向する領域に位置している。一方、外側ビア７８ｂは、当該対向する領域の外側に位置している。複数の第８ビア７８ａ、７８ｂが配置された範囲は、第１ヒートシンクプレート３１又は第２ヒートシンクプレート３２の熱が、基板本体１２内を拡散しながら通過する範囲に合わせて設計されている。

第６回路層Ｌ６は、第１０導体パターン７０を有する。第１０導体パターン７０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９導体パターン６９と対向するように設けられている。第１０導体パターン７０は、銅又はその他の金属といった導体で構成されている。第１０導体パターン７０には、複数の第８ビア７８ａ、７８ｂが接続されている。これにより、第１０導体パターン７０は、複数の第８ビア７８ａ、７８ｂを介して、第５回路層Ｌ５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。特に限定されないが、第１０導体パターン７０を構成する材料は、複数の第８ビア７８ａ。７８ｂを構成する材料と等しくてもよく、例えば銅又はアルミニウムであってよい。

以上のように、本実施例の半導体装置１０では、基板本体１２の下面１２ｂ上に位置する回路層Ｌ６に、第１０導体パターン７０が設けられている。ヒートシンクプレート３１、３２と、基板本体１２の下面１２ｂとの間に位置する回路層Ｌ５に、互いに絶縁された第８導体パターン６８及び第９導体パターン６９とが設けられている。ヒートシンクプレート３１、３２と第８導体パターン６８との間は、少なくとも一つの第７ビア７７を介して接続されている。第９導体パターン６９と第１０導体パターン７０との間は、少なくとも一つの第８ビア７８ａ、７８ｂを介して接続されている。

上記した構成によると、半導体素子２１、２２及びヒートシンクプレート３１、３２で生じた熱は、第７ビア７７を介して第８導体パターン６８へ伝達され、さらに、第８導体パターン６８に隣接する第９導体パターン６９へ伝達される。そして、第９導体パターン６９の熱は、第８ビア７８ａ、７８ｂを介して、第１０導体パターン７０へ伝達され、第１０導体パターン７０から基板本体１２の外部へ放散される。第８導体パターン６８と第９導体パターン６９は、互いに絶縁されているものの、同じ第５回路層Ｌ５に位置することから、それらの間の熱伝達性は比較的に高い。また、第５回路層Ｌ５に隣接する上下の二つの層には、第７ビア７７と第８ビア７８ａ、７８ｂとがそれぞれ存在することで、それら二つの層の間で機械的特性が大きく相違することもない。以上により、半導体素子２１、２２及びヒートシンクプレート３１、３２の絶縁性を維持しつつ、基板本体１２における熱伝導性と機械的特性とを向上することができる。

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１０導体パターン７０は、本技術における表面導体パターンの一例である。本実施例における第８導体パターン６８は、本技術における第１内部導体パターンの一例である。本実施例における第９導体パターン６９は、本技術における第２内部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。本実施例における第７ビア７７は、本技術における第１伝熱ビアの一例である。本実施例における第８ビア７８ａ、７８ｂは、本技術における第２伝熱ビアの一例である。本実施例における第８ビア７８ａ、７８ｂのうち、内側ビア７８ａは、本技術における内側伝熱ビアの一例であって、外側ビア７８ｂは、本技術における外側伝熱ビアの一例である。実施例における第７ビア７７は、本技術における第１伝熱ビアの一例である。そして、本実施例における表面電気部品５２は、本技術における表面電気部品の一例である。

（実施例２） 図４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、複数の第９ビア７９が付加されており、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。

複数の第９ビア７９は、第４回路層Ｌ４から第５回路層Ｌ５へと延びており、第４回路層Ｌ４の第６導体パターン６６と、第５回路層Ｌ５の第９導体パターン６９とを互いに接続している。複数の第９ビア７９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６導体パターン６６は、複数の第９ビア７９を介して、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４回路層Ｌ４に位置する第６導体パターン６６は、ヒートシンクプレート３１、３２と同じ深さ範囲に位置している。従って、第６導体パターン６６は、ヒートシンクプレート３１、３２から基板本体１２と平行な方向（即ち、Ｘ方向又はＹ方向）へ拡散する熱を受け入れる。第６導体パターン６６の熱は、第９ビア７９を介して第９導体パターンへ伝達され、さらに、第８ビア７８ａ、７８ｂのうちの外側ビア７８ｂを介して、第１０導体パターン７０へ伝達される。これにより、半導体素子２１、２２及びヒートシンクプレート３１、３２の熱が、第１０導体パターン７０から基板本体１２の外部へ放散される。なお、第６導体パターン６６は、半導体素子２１、２２及びヒートシンクプレート３１、３２から電気的に絶縁されている。

本実施例に係る半導体装置１１０も、本明細書が開示する技術の例示的な一実施例であって、本技術の内容を特に限定するものではない。本実施例における第６導体パターン６６は、本技術における第３内部導体パターンの一例である。本実施例における第９ビア７９は、本技術における第３ビアの一例である。

（実施例３） 図５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、基板本体１２が、材料の異なる二つの層１３、１５を有しており、この点において実施例２の半導体装置１１０と相違する。以下では、実施例２との相違点を主に説明し、実施例１、２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。

本実施例における基板本体１２は、第１の材料で構成された第１層１３と、第２の材料で構成された第２層１５とを有する。第１層１３には、前述した上層１４及び中間層１６と、下層１８の一部が含まれる。第２層１５は、下層１８の残余の部分であって、特に、第５回路層Ｌ５と第６回路層Ｌ６との間を満たす部分である。即ち、第２層１５は、基板本体１２の下面１２ｂを含む最下層に位置する。第２層１５を構成する第２の材料は、第１層１３を構成する第１の材料よりも、高い熱伝導性を有する。熱伝導性に優れた第２層１５が、ヒートシンクプレート３１、３２と基板本体１２の下面１２ｂとの間に位置することで、半導体素子２１、２２及びヒートシンクプレート３１、３２の温度上昇がさらに抑制される。

第１の材料及び第２の材料については、特に限定されない。一例ではあるが、第２の材料は、繊維質を含有する複合材料であってよく、例えば、紙、ガラス布、ガラス不織布、ガラス織布及びガラス繊維を含む群から選択される少なくとも一つと、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂及びテフロン（登録商標）樹脂を含む群から選択される少なくとも一つとを含んでもよい。第１の材料についても、例えばここで例示した樹脂材料を採用することができ、さらに第２の材料と同様に繊維質を含んでもよい。第１の材料の熱伝導性よりも、第２の材料の熱伝導性の方が高い限りにおいて、第１の材料と第２の材料との組み合わせは特に限定されない。

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。

１０、１１０、２１０：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
６１－７０：導体パターン
７１－７９：ビア
Ｌ１－Ｌ６：回路層

Claims (10)

1. 回路基板内に電気部品を内蔵する半導体装置であって 、
   第１面（１２ａ）及び第２面（１２ｂ）を有する基板本体（１２）と、
   基板本体内に配置された電気部品（２１、２２、３１、３２）と、
   前記第２面上に位置する回路層（Ｌ６）に設けられた表面導体パターン（７０）と、
   前記電気部品と前記第２面との間に位置する回路層（Ｌ５）に設けられ、互いに絶縁された第１内部導体パターン（６８）及び第２内部導体パターン（６９）と、
   前記電気部品から前記第１内部導体パターンまで延びる少なくとも一つの第１伝熱ビア（７７）と、
   前記表面導体パターンから前記第２内部導体パターンまで延びる少なくとも一つの第２伝熱ビア（７８ａ、７８ｂ）と、
   を備える半導体装置。
2. 前記少なくとも一つの第２伝熱ビアは、前記電気部品と前記第２面とが対向する領域に位置する内側伝熱ビア（７８ａ）と、前記対向する領域の外側に位置する外側伝熱ビア（７８ｂ）とを含む、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記電気部品と同じ深さ範囲に位置する回路層（Ｌ４）に設けられ、前記電気部品から電気的に絶縁された第３内部導体パターン（６６）と、
   前記第２内部導体パターンから前記第３内部導体パターンまで延びる少なくとも一つの第３ビア（７９）とをさらに備える、請求項１又は２に記載の半導体装置。
4. 前記基板本体は、第１の材料で構成された第１層（１３）と、前記第１の材料よりも熱伝導性の高い第２の材料で構成された第２層（１５）とを有し、
   前記第２層は、前記電気部品と前記第２面との間に位置する、請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置。
5. 前記第２層は、前記第２面に露出している、請求項４に記載の半導体装置。
6. 前記第２の材料は、
   紙、ガラス布、ガラス不織布、ガラス織布及びガラス繊維を含む群から選択される少なくとも一つと、
   フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂及びテフロン（登録商標）樹脂を含む群から選択される少なくとも一つとを含む、請求項４又は５に記載の半導体装置。
7. 前記第１面上に設けられ、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１から６のいずれか一項に記載の半導体装置。
8. 前記第１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い、請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体装置。
9. 前記第２伝熱ビアを構成する材料は、前記表面導体パターンを構成する材料と等しい、請求項１から８のいずれか一項に記載の半導体装置。
10. 前記電気部品は、パワー半導体素子（２１、２２）と、前記パワー半導体素子が接合されたヒートシンクプレート（３１、３２）とを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の半導体装置。
    

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