半导体装置的制作方法

1.本发明涉及半导体装置。


背景技术：

2.利用具有半导体模块的半导体装置。在以片上系统(system on a chip，soc)、封装系统(system in a package，sip)等系统lsi为核心的半导体模块中，由于其所具备的处理器等元件随着运行而发热，因此需要通过空冷等进行冷却。因此，在半导体装置中，存在具备用于通过驱动产生气流的风扇装置的情况。
3.具备半导体模块和风扇装置的半导体装置的一例在日本特开2018
‑
113402号公报(专利文献1)中被公开。在专利文献1的半导体装置中，通过风扇42吸入空气，在壳体20的内部形成气流。安装于基板50的发热器件52以及其他器件53被配置为在气流的流动方向上发热器件52位于上游侧而其他器件53位于下游侧(参照专利文献1的图11)。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2018
‑
113402号公报


技术实现要素：

7.发明要解决的问题
8.然而，在专利文献1的半导体装置的结构中，通过与发热器件52之间的热交换而被加热的气流被供给至其他器件53。因此，例如在其他器件的耐热性较低的情况下，必须较大地确保与发热器件52之间的间隔，这成为装置大型化的主要原因。相反，若要避免大型化，则必须采用耐热性高的高价的元件，这成为高成本化的主要原因。
9.因此，在具备半导体模块和风扇装置的半导体装置中，期望能够避免大型化和高成本化，并且适当地冷却安装于模块基板的各元件。
10.用于解决问题的手段
11.本公开的半导体装置具有半导体模块和风扇装置，其中，
12.所述半导体模块包括模块基板和安装于所述模块基板的一方的元件配置面的第一元件和第二元件，
13.所述第二元件是与所述第一元件相比发热量小且耐热性低的元件，
14.在通过所述风扇装置的驱动而形成的气流的流动方向上，所述风扇装置配置于比所述第一元件和所述第二元件更靠下游侧，并且所述第一元件配置于比所述第二元件更靠下游侧。
15.根据该结构，由于发热量相对较大的第一元件配置于比第二元件更靠下游侧，通过风扇装置的驱动而形成的气流即使因与第一元件的热交换而被加热，对第二元件产生的影响也较小。因此，作为第二元件，能够采用耐热性不太高的便宜的元件、也能将第二元件靠近第一元件配置。另外，由于仅冷却了发热量相对较小的第二元件的气流被供给至第一
元件，因此，也能够确保第一元件的冷却性能。因此，在具备半导体模块和风扇装置的半导体装置中，能够避免大型化和高成本化，并且适当地冷却安装于模块基板的各个元件。
16.本公开的技术的进一步特征和优点，通过参照附图进行描述的以下示例性且非限制性的实施方式的说明变得更明确。
附图说明
17.图1是第一实施方式的半导体装置的立体图
18.图2是半导体装置的俯视图
19.图3是半导体装置的剖视图
20.图4是半导体装置的立体图
21.图5是第二实施方式的半导体装置的立体图
22.图6是半导体装置的剖视图
具体实施方式
23.(第一实施方式)
24.参照附图说明半导体装置的第一实施方式。在本实施方式中，该半导体装置例如以搭载于车辆并构成为控制车载信息设备的电子控制单元(electronic control unit，ecu)的方式为例进行了说明，但当然，半导体装置的用途并不限于此。
25.如图1所示，半导体装置1包括主基板10、半导体模块20和风扇装置30。另外，半导体装置1还包括散热器40(参照图2和图3)。如图3和图4所示，这些被容纳在壳体50的内部。壳体50优选形成为长方体状。需要说明的是，图4是在卸下盖部以容易目视确认壳体50的内部的状态下的立体图。
26.主基板10例如为主板。在主基板10的一个面即第一面10a上至少安装有半导体模块20。另外，在主基板10的第一面10a上安装有主电源ic11和电路12。主电源ic11构成为具有能够产生多种电力的电源功能块。电路12与半导体模块20所具备的系统lsi22连接。
27.半导体模块20包括模块基板21、系统lsi22、存储器23和模块电源ic24。模块基板21比主基板10小型地形成。在模块基板21的一个面即第一面21a上安装有系统lsi22、存储器23和模块电源ic24。另外，半导体模块20具有作为存储器23的第一存储器23a和第二存储器23b，这些第一存储器23a和第二存储器23b均安装于模块基板21的第一面21a。
28.需要说明的是，系统lsi22计划伴随着运行而发热，与其相对应地耐热性高。另一方面，在系统lsi22运行时，仅与该系统lsi22协作的存储器23(第一存储器23a和第二存储器23b)与系统lsi22相比发热量小且耐热性也低。在本实施方式中，系统lsi22相当于“第一元件”，第一存储器23a相当于“第二元件”，第二存储器23b相当于“第三元件”。另外，系统lsi22、第一存储器23a和第二存储器23b所共同安装的第一面21a相当于“元件载置面”。
29.系统lsi22是进行各种运算处理的处理器。在本实施方式中，如图2所示，作为系统lsi22而使用了soc(system on a chip)。但是，并不限于这种结构，作为系统lsi22也可以使用sip(system in a package)。
30.另外，作为存储器23(第一存储器23a和第二存储器23b)，使用两个同步动态随机存取存储器(synchronous dynamic random access memory，sdram)。sdram例如优选为
ddr3(double data rate 3，第三代双倍数据速率)sdram、ddr4(double data rate 4，第四代双倍数据速率)sdram等。但是，并不限于如上所述的结构，作为存储器23，也可以使用闪速存储器(flash memory)、静态随机存取存储器(static ram，sram)等。
31.模块电源ic24构成为具有能够生成至少一种电力的电源功能块。
32.如图3所示，系统lsi22、第一存储器23a和第二存储器23b经由在模块基板21的第一面21a上规则地配置的半球状的芯片端子26而被安装至模块基板21的第一面21a。即，半导体模块20构成为在模块基板21上具有处理器即系统lsi22和与该系统lsi22协作的存储器23(第一存储器23a、第二存储器23b)的多芯片模块。
33.半导体模块20经由在主基板10的第一面10a和模块基板21中的与载置有系统lsi22等的面相反侧的面即第二面21b之间规则地配置的半球状的模块端子27而被安装至主基板10的第一面10a。
34.散热器40以覆盖系统lsi22、第一存储器23a和第二存储器23b的方式形成。在本实施方式中，如图2所示，散热器40形成为与模块基板21相同程度的大小(稍小程度的大小)。
35.散热器40相对于系统lsi22、第一存储器23a和第二存储器23b，配置于与模块基板21侧相反的一侧。而且，散热器40在与系统lsi22中设置有芯片端子26的一侧的相反一侧，以与系统lsi22接触的状态配置。散热器40具有朝向系统lsi22侧突出的隆起部41，并且该隆起部41的突出端面与系统lsi22接触。
36.需要说明的是，散热器40不与第一存储器23a和第二存储器23b接触。即，散热器40相对于第一存储器23a和第二存储器23b以在上下方向(与模块基板21正交的方向)上隔开间隙的状态配置。优选在散热器40中的与系统lsi22以及存储器23侧相反的一侧的面上设置有多个翅片。
37.风扇装置30是用于将壳体50内的空气排出至该壳体50的外部的排气装置。风扇装置30例如由风扇马达等旋转驱动，并由将壳体50内的空气排出至外部的排气风扇构成。如图3和图4所示，在壳体50上还设置有用于将外部的空气取入至壳体50内的吸气口52。在本实施方式中，壳体50具有包围半导体模块20和散热器40的周壁部51，吸气口52设置于该周壁部51。需要说明的是，像本实施方式那样，在壳体50形成为长方体状的情况下，优选，在周壁部51中的隔着半导体模块20而相向的部分分开地设置有吸气口52和风扇装置30。换言之，优选为，吸气口52设置于周壁部51中的与设置有风扇装置30的壁部隔着半导体模块20而相向的壁部。
38.如图1和图2所示，风扇装置30配置在与主基板10中的半导体模块20的设置区域相对应的位置。风扇装置30被配置为形成排气风扇的旋转轴心通过半导体模块20的设置区域的位置关系。
39.这样，如图2所示，通过风扇装置30的驱动而从吸气口52流入至壳体50内并形成在壳体50内的气流f纵贯半导体模块20和散热器40。
40.而且，吸气口52和风扇装置30设置在半导体模块20中的配置有系统lsi22的一侧的位置。另外，吸气口52在半导体模块20中设置于靠近第一存储器23a的位置，风扇装置30在半导体模块20中设置于靠近系统lsi22的位置。通过这样，由风扇装置30的驱动而形成的气流f容易地被引导至发热量多的系统lsi22的周围。因此，能够有效地冷却系统lsi22。
41.如图2和图3所示，将壳体50内的空气排出至外部的风扇装置30理所当然地在气流
f的流动方向上配置在比系统lsi22和第一存储器23a更靠下游侧。在本实施方式中，系统lsi22在气流f的流动方向上，配置在比第一存储器23a更靠下游侧(风扇装置30侧)。由于发热量相对较大的系统lsi22配置在比第一存储器23a更靠下游侧，因此，即使气流f因系统lsi22而被加热，对第一存储器23a产生的影响也较小。因此，作为第一存储器23a，能够采用耐热性不太高的便宜的元件，从而能够实现低成本化。
42.如图2所示，第二存储器23b相对于系统lsi22在与气流f的流动方向正交的方向上排列配置。在此，“在与气流f的流动方向正交的方向上排列配置”是指，分别具有占据规定范围的大小的系统lsi22和第二存储器23b作为整体在气流f的流动方向上的相同程度的位置处夹着气流f的通路而配置。因此，第二存储器23b可以如图2所示的示例与系统lsi22相比稍靠近风扇装置30侧地配置，也可以与系统lsi22相比稍远离风扇装置30侧地配置。
43.比系统lsi22更靠上游侧配置的第一存储器23a与相对于系统lsi22横向地排列配置的第二存储器23b相比，更难以受到系统lsi22的热的影响。因此，在本实施方式中，系统lsi22与第一存储器23a之间的配置间隔d1被设定为比系统lsi22与第二存储器23b之间的配置间隔d2窄(d1＜d2)。即，相对难以受到系统lsi22的热的影响的第一存储器23a与第二存储器23b相比，更靠近系统lsi22地配置。由此，能够实现半导体模块20进而半导体装置1的整体的小型化。
44.需要说明的是，通过使系统lsi22与第二存储器23b之间的配置间隔d2相对较宽，能够在它们之间的区域设置用于填充底层填料(例如环氧树脂等液状固化性树脂)的喷嘴插入口。优选地，该喷嘴插入口兼用于对系统lsi22的芯片端子26的填充和对第二存储器23b的芯片端子26的填充的构件。
45.如图3所示，由风扇装置30的驱动而形成的气流f被分为通过散热器40上方的气流和通过其下方的气流。对于通过散热器40上方的气流f，不存在任何物体阻挡该气流通过，或者即使存在也只有挡散热器40的多个翅片，由此该部分气流f成为朝向风扇装置30直线状地延伸的气流(图2中的虚线箭头的右侧部分)。另一方面，通过散热器40下方的气流f的一部分在流过第一存储器23a与散热器40之间的间隙之后，被第一存储器23a和散热器40的隆起部41阻挡住流动，从而这部分气流f绕过该隆起部41而成为朝向风扇装置30的俯视下曲柄状的气流(图2中的虚线箭头的左侧部分)。
46.(第二实施方式)
47.参照附图说明半导体装置的第二实施方式。在本实施方式的半导体装置1中，壳体50中的风扇装置30的设置位置与第一实施方式不同。以下，主要说明本实施方式的半导体装置1与第一实施方式的不同之处。需要说明的是，未特别说明的点与第一实施方式相同，标记相同的附图说明并省略详细的说明。
48.如图5所示，本实施方式的壳体50也具有半导体模块20以及包围散热器40的周壁部51。需要说明的是，在图5中，也示出了覆盖周壁部51的上部开口的盖部53。在本实施方式的半导体装置1中，吸气口52设置于周壁部51，并且风扇装置30设置于盖部53。吸气口52设置于周壁部51中的靠近半导体模块20中的第一存储器23a的位置。如图6所示，风扇装置30设置于盖部53中的系统lsi22的上方(在俯视下具有与系统lsi22重叠的部分的位置)。
49.在这种结构中，如图6所示，通过风扇装置30的驱动而形成的气流f沿着散热器40流动之后，向上方弯曲并朝向风扇装置30，成为侧视观察下大致l字状的气流。
50.(其他实施方式)
51.(1)在上述的实施方式中，以半导体模块20具备第一存储器23a和第二存储器23b这两者作为存储器23的结构为例进行了说明。然而，并不限于这种结构，例如也可以仅具备第一存储器23a而不具备第二存储器23b来作为存储器23。
52.(2)在上述的实施方式中，以将系统lsi22与第一存储器23a之间的配置间隔d1设定为比系统lsi22与第二存储器23b之间的配置间隔d2窄的结构为例进行了说明。然而，并不限于这种结构，例如也可以将系统lsi22与第一存储器23a之间的配置间隔d1设定为与系统lsi22与第二存储器23b之间的配置间隔d2相等。或者，根据其他的条件，也可以将系统lsi22与第一存储器23a之间的配置间隔d1设定为比系统lsi22与第二存储器23b之间的配置间隔d2宽。
53.(3)在上述的实施方式中，以半导体模块20为具有系统lsi22、与该系统lsi22协作的存储器23的多芯片模块的结构为例进行了说明。然而，并不限于这种结构，例如半导体模块20也可以为将具备系统lsi22的单芯片模块和具备存储器23的单芯片模块组合而构成。
54.(4)在上述的实施方式中，以半导体装置1具备以与系统lsi22接触但不与存储器23接触的状态配置的散热器40的结构为例进行了说明。然而，并不限于这种结构，例如也可以为使散热器40与系统lsi22和存储器23两者接触的状态配置。或者，也可以为半导体装置1不具备散热器40的结构。
55.(5)在上述的各实施方式(包括上述的实施方式以及其他实施方式；以下相同)中公开的结构，只要不产生矛盾就也能够与在其他实施方式中公开的结构组合使用。关于其他的结构，本说明书中公开的实施方式在所有方面均为例示，在不脱离本公开的精神的范围内能够进行适当改变。
56.(实施方式的概要)
57.综上所述，本公开的半导体装置优选具有以下的各种结构。
58.一种具有半导体模块(20)和风扇装置(30)的半导体装置(1)，其中，
59.所述半导体模块(20)包括模块基板(21)和安装于所述模块基板(21)的一方的元件配置面(21a)的第一元件(22)以及第二元件(23a)，
60.所述第二元件(23a)是与所述第一元件(22)相比，发热量小且耐热性低的元件，
61.在通过所述风扇装置(30)的驱动而形成的气流(f)的流动方向上，所述风扇装置(30)配置于比所述第一元件(22)和所述第二元件(23a)更靠下游侧，并且所述第一元件(22)配置于比所述第二元件(23a)更靠下游侧。
62.根据该结构，由于发热量相对较大的第一元件(22)配置于比第二元件(23a)更靠下游侧，即使通过风扇装置(30)的驱动而形成的气流(f)因与第一元件(22)之间的热交换而被加热，对第二元件(23a)产生的影响也较小。因此，作为第二元件(23a)，能够采用耐热性不太高的便宜的元件，也能够将第二元件(23a)靠近第一元件(22)配置。另外，由于仅冷却了发热量相对较小的第二元件(23a)的气流(f)被供给至第一元件(22)，因此，也能够确保第一元件(22)的冷却性能。因此，在具有半导体模块(20)和风扇装置(30)的半导体装置(1)中，能够避免大型化和高成本化，并且适当地冷却安装于模块基板(21)的各个元件。
63.作为一实施方式，
64.优选为，所述半导体模块(20)还包括与所述第一元件(22)相比发热量小且耐热性
低的第三元件(23b)，该第三元件(23b)安装于所述元件配置面(21a)，
65.所述第三元件(23b)与所述第一元件(22)在与所述气流(f)的流动方向正交的方向上排列配置，
66.所述第一元件(22)与所述第二元件(23a)之间的配置间隔(d1)被设定为比所述第一元件(22)与所述第三元件(23b)之间的配置间隔(d2)窄。
67.第三元件(23b)与第一元件(22)在与气流(f)的流动方向正交的方向上排列配置，第二元件(23a)相对于第一元件(22)在气流(f)的流动方向的上游侧配置，与第三元件(23b)相比，第二元件(23a)更难以被传递来自第一元件(22)的热。因此，如上述的结构，通过使第一元件(22)与第二元件(23a)之间的配置间隔(d1)比第一元件(22)与第三元件(23b)之间的配置间隔(d2)窄，能够适当地抑制半导体装置(1)的大型化。
68.作为一实施方式，
69.优选为，还包括以与所述第一元件(22)接触状态配置的散热器(40)。
70.根据该结构，能够使伴随着第一元件(22)的运行而产生的热迅速地向散热器(40)扩散。而且，通过气流(f)与散热器(40)之间的热交换，能够更适当地冷却第一元件(22)。
71.作为一实施方式，
72.优选为，所述半导体模块(20)为在所述模块基板(21)上具备作为所述第一元件(22)的处理器和与所述处理器协作的作为所述第二元件(23a)的存储器的多芯片模块。
73.根据该结构，能够使由多芯片模块构成的半导体模块(20)小型化。因此，能够实现半导体装置(1)的小型化。
74.作为一实施方式，
75.优选为，还包括容纳所述半导体模块(20)的壳体(50)和设置于所述壳体(50)的吸气口(52)，
76.所述壳体(50)具有包围所述半导体模块(20)的周壁部(51)，
77.在所述周壁部(51)中的隔着所述第一元件(22)和所述第二元件(23a)而相向的部分分开地设置所述吸气口(52)和所述风扇装置(30)。
78.根据该结构，能够使从吸气口(52)朝向风扇装置(30)的气流(f)适当地朝向半导体模块(20)。因此，能够适当地冷却第一元件(22)和第二元件(23a)。
79.作为一实施方式，
80.优选为，还包括容纳所述半导体模块(20)的壳体(50)和设置于所述壳体(50)的吸气口(52)，
81.所述壳体(50)具有包围所述半导体模块(20)的周壁部(51)和覆盖所述周壁部(51)的上部开口的盖部(53)，
82.所述吸气口(52)设置于所述周壁部(51)，并且所述风扇装置(30)设置于所述盖部(53)。
83.根据该结构，例如通过将风扇装置(30)设置于盖部(53)中的半导体模块(20)的上方，能够使从吸气口(52)朝向风扇装置(30)的气流(f)适当地朝向半导体模块(20)。因此，能够适当地冷却第一元件(22)和第二元件(23a)。
84.本公开的半导体装置能够实现上述的各个效果中的至少一个即可。
85.附图标记说明：
[0086]1ꢀꢀꢀ
半导体装置
[0087]
20
ꢀꢀ
半导体模块
[0088]
21
ꢀꢀ
模块基板
[0089]
21a 第一面(元件载置面)
[0090]
22
ꢀꢀ
系统lsi(第一元件)
[0091]
23a 第一存储器(第二元件)
[0092]
23b 第二存储器(第三元件)
[0093]
30
ꢀꢀ
风扇装置
[0094]
40
ꢀꢀ
散热器
[0095]
50
ꢀꢀ
壳体
[0096]
51
ꢀꢀ
周壁部
[0097]
52
ꢀꢀ
吸气口
[0098]
53
ꢀꢀ
盖部
[0099]
f
ꢀꢀꢀ
气流