CN101361185B - 半导体封装的安装装置 - Google Patents

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Abstract

一种半导体封装的安装装置，在形成于高频接地和散热面相同的筐体(11)上的凹部(12)中，在将以散热基座面成为高频接地的方式安装有功率放大用半导体元件的封装(13)上下反转的状态下进行倒装安装。由于封装(13)的散热面朝向上方，所以在此可设置与筐体(11)热独立的冷却机构(14)。冷却机构(14)由散热片(15)和热管(16)构成。由于功率放大用半导体元件的冷却装置独立，所以可防止与其他电子部件的热影响，不能够可大幅提高冷却系统的设计自由度。

Description

半导体封装的安装装置
技术领域
本发明涉及一种半导体封装的安装装置，特别是关于向微波带的高频用放大装置安装功率放大用半导体元件用的封装的装置。
背景技术
随着近年在卫星通信领域等中的通信的大容量化，对功率放大用半导体元件的高输出化的要求提高。目前，在Ku带(12～15GHz)应用中其输出超过100W、在C带(4～8GHz)中其输出超过500W。但是，在此以上的高输出化中，重要的是如何高效地对功率放大用半导体元件产生的热量进行散热。该高输出化具有今后进一步增大的趋势，因此半导体装置的散热成为课题。
如图1所示，现有的安装装置为，功率放大用半导体元件封装41与其他的电子部件43一起安装在组装有水冷或空冷装置的系统筐体42的基座基板上，并一体地散热。如上所述，由于从功率放大用半导体元件的发热增大，因此周围的电子部件也暴露在高温中，对安装在周围的电子部件的特性产生不良影响。在目前的安装方法中，由于功率放大用半导体元件封装的散热面与系统筐体成为一体，所以没有对散热的设计自由度成为问题。因此，需要采用能够与系统筐体独立地冷却功率半导体的安装装置。
作为单独、且不通过筐体面冷却半导体芯片的结构，例如存在一种安装装置，直接通过弹簧力，使冷却翅片与半导体芯片或焊接有半导体芯片的金属基座，隔着热传导弹性体或热传导润滑脂机械接触，而使其散热。该安装装置可在CPU芯片的散热结构或专利文献中看到(参照日本公开专利公报H7-94912号)。
但是，使用这些安装技术的对象半导体装置是不能从栅极阵列面进行冷却的反转芯片针脚栅格阵列(FC-PGA：Flip Chip Pin Grid Array)或球栅格阵列(BGA：Ball Grid Array)型封装，关于对高输出的高频功率放大用半导体元件的安装还是未解决。
发明内容
因此，本发明是鉴于上述问题而进行的，其目的在于提供一种半导体封装的安装装置，通过与组装在系统筐体中的冷却系统相独立的散热结构，可防止对其他电子部件装置的热影响，并且可大幅度提高冷却系统的设计自由度。
为了解决上述课题，根据本发明的一个方式，可得到一种半导体封装的安装装置，其特征在于，具有：凹部，形成在具有高频接地功能和散热功能的筐体上；半导体封装，收容在该凹部内；以及冷却机构，设置在上述封装上；上述半导体封装设置有：具有高频接地功能的散热基座面；安装在该散热基座面上的半导体元件；包围该半导体元件周围的框架；以及气密地覆盖该框架所包围的空间的盖体；上述散热基座面以设置在上述盖体的上方的方式收容在形成于上述筐体上的凹部内，并且上述冷却机构设置在配置于上述凹部外侧的散热基座面上。
根据本发明的半导体封装的安装装置，通过使功率半导体的发热面与系统筐体相独立，可设计具有自由度的独立的散热系统。由此，可容易地设计具有不损害高频的电气特性、散热特性良好的安装装置的系统。而且，通过使发热面与系统筐体相独立，由此可抑制热向周围电子部件传导，而且，在使用热管作为冷却机构时，发热面为筐体上表面，因此可将热管的散热面配置在上方、受热面配置在下方，因此可有效地发挥其效果。
附图说明
图1是表示现有半导体装置的安装装置的剖面图。
图2是表示本发明一个实施方式的半导体封装的安装装置的剖面图。
图3是表示本发明一个实施方式使用的半导体封装的结构的立体图。
图4A是表示图2所示的半导体装置的安装装置的、封装的高频接地和筐体接地的连接状态的侧视图。
图4B是表示图2所示的半导体器件的安装装置的、封装的高频接地和筐体接地的连接状态的俯视图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式进行详细说明。图2是表示本发明一个实施方式的半导体封装的安装装置的剖面图。
系统筐体11是由兼作形成高频接地的导体和形成散热面的散热体的块体构成的系统筐体，使用热传导率好的Cu、Al等便宜材料。在该系统筐体11的一部分形成有凹部12，并使收容了功率放大用半导体元件的封装13上下反转而倒装安装在其内部。即，在封装13上，在兼作高频接地导体的散热用金属基座面上安装功率放大用半导体元件，但在系统筐体11的凹部12中被安装为，封装13的散热用金属基座20的底面朝上、其主体位于凹部12内。在封装13的散热用金属基座20的底面上设置与系统筐体11热独立的冷却机构14。冷却机构14包括散热片15、热管16以及该热管16所埋入的铜块16’。而且，在该系统筐体11上同时安装有其他电子部件17。
图3是表示本发明一个实施方式使用的半导体元件安装用的封装13的结构的一部分切除立体图。在该封装13中，在被镀金的Cu(铜)等散热用金属基座20上安装有功率放大用半导体芯片21、输出侧匹配电路22、或者未图示的输入侧匹配电路等，输入侧匹配电路或输出侧匹配电路22分别连接连通型输出输入端子23、24。为了确保功率放大用半导体芯片21的可靠性，而由框架25和盖26将其不透气地密封。为了将该封装13固定在系统筐体11上，与散热用金属基座20一体地形成有固定法兰27。在该固定法兰27上形成有螺钉固定用的半圆形的切口部28。通过在该部分用螺钉18对固定法兰27进行固定，由此可确保系统筐体11的高频接地和散热。
这样，安装有功率放大用半导体芯片21、输出侧匹配电路22等的封装13，如图2所示，将封装13的输出输入方向直接上下反转而倒装安装在形成于系统筐体11的凹部12内。这时，封装13在形成于固定用法兰27上的半圆形的切槽28中通过螺钉18而固定在系统筐体11上。
这时，作为封装下表面的盖26被设置为不与凹部12的底面19接触，而具有间隙。当作为封装下表面的盖26与凹部12的底面19接触时，在将封装13的散热用金属基座20螺钉固定在凹部12的上端时，螺钉18可能不能完全拧入。在螺钉18不能完全拧入时，两者的电导通变得不完全，包含凹部12的系统筐体11不能维持以封装13的散热用金属基座20为基准的高频接地电位，对整体的特性产生不良影响。因此，凹部12的深度需要比封装13的散热用金属基座20距离下表面的高度稍大。在该间隙中也可以插入具有散热效果的润滑脂或凝胶状弹性体。作为封装13的散热面的散热用金属基座20朝上，因此，可在此处设置与系统筐体11热独立的冷却机构14。
如上所述，该冷却机构14是与系统筐体11热独立的冷却机构。即，该冷却机构14不仅可从系统筐体11热分离、而且冷却机构14可设置在上部，由此提高散热效果。散热片15的热量可转变为空气热量并上升，在热对流原理的热管16中，能够更期待散热效果的提高。
如上所述，在该系统筐体11上还安装有分波器、合波器、输出输入匹配电路、控制电路等其他电子部件17。这样，通过采用可独立地冷却高输出的半导体元件的机构，可与其他电子部件热分离，可防止发热对特性产生不良影响。
图4A是表示图2所示的实施方式的、封装13的散热用金属基座20和系统筐体11的接地面的连接状态的侧视图，并且图4B是俯视图。
如这些图所示，反转安装的封装13的输出输入端子23、24与形成于系统筐体11上的微波传输线路34连接。封装13的散热用金属基座20和系统筐体11的接地面，在输入端子23的两侧通过连接导体35电连接。即，在微波传输线路34的端部两侧，微波传输线路34下侧的绝缘体层36的一部分被除去，基底系统筐体11表面露出。在该露出部，连接导体35的一端与系统筐体11电连接。由此防止高频特性的劣化。另外，优选在封装13的输出端子24侧，与上述输出端子23侧同样，也进行这种封装13的散热用金属基座20和系统筐体11的接地面的连接。因此，在图中，对于与上述输入端子23侧的构成部分相对应的部分，用带上标“’”的相同符号表示，并省略其详细的说明。
根据这样构成的本发明一个实施方式的半导体封装的安装装置，通过与系统筐体相独立地形成功率半导体的发热面，可设计具有自由度的独立的散热系统。由此，可容易地设计具有不损害高频的电气特性、散热特性良好的安装装置的系统。而且，由于发热面与系统筐体相独立，因此可抑制热向周围电子部件传递，而且由于在使用热管作为冷却机构时，发热面为筐体上表面，因此可有效地发挥其效果。
另外，本发明不直接局限于上述实施方式，在不脱离其宗旨的范围内，可在实施阶段具体化。例如，作为半导体封装向系统筐体固定的方法，除了螺钉固定之外还可以提高其他适当的固定方法、例如钎焊进行固定。

Claims (6)

1.一种半导体封装的安装装置，其特征在于，具有：
筐体，具有凹部；
半导体封装，安装在上述筐体上，具有基座以及该基座的一个面上的半导体元件，该半导体元件朝向上述凹部侧；以及
冷却机构，在上述基座的另一个面上设置在上述筐体外侧，
上述半导体封装还具有与上述半导体元件连接的输入侧匹配电路、输出侧匹配电路、与上述输入侧匹配电路连接的输入端子以及与上述输出侧匹配电路连接的输出端子，
上述筐体还具有隔着绝缘层形成在上述凹部周围的微波传输线路，
上述半导体封装的上述基座与上述筐体通过接地连接导体相连接，
上述接地连接导体的一端与通过除去上述绝缘层而露出的上述筐体的表面连接。
2.如权利要求1所述的半导体封装的安装装置，其特征在于，
上述半导体封装在上述基座的端部螺钉固定于上述筐体。
3.如权利要求1所述的半导体封装的安装装置，其特征在于，
上述半导体封装被设置为，在上述凹部内、与上述筐体之间具有间隙。
4.如权利要求1所述的半导体封装的安装装置，其特征在于，
上述冷却机构包括散热片和热管。
5.如权利要求1所述的半导体封装的安装装置，其特征在于，
上述基座具有高频接地功能，上述半导体封装还具有包围上述半导体元件的框架和覆盖该框架所包围的空间的盖体。
6.如权利要求5所述的半导体封装的安装装置，其特征在于，
上述半导体封装的高频接地和上述筐体的高频接地相互连接。
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