JP2001274306A - 半導体装置の冷却構造 - Google Patents

半導体装置の冷却構造

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JP2001274306A JP2000084333A JP2000084333A JP2001274306A JP 2001274306 A JP2001274306 A JP 2001274306A JP 2000084333 A JP2000084333 A JP 2000084333A JP 2000084333 A JP2000084333 A JP 2000084333A JP 2001274306 A JP2001274306 A JP 2001274306A
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hole
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fan
wiring substrate
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Takeshi Kawabata
毅 川端
Takayuki Yoshida
隆幸 吉田
Kazuhiro Ishikawa
和弘 石川
Nozomi Shimoishizaka
望 下石坂
Norio Koutou
詔夫 杭東
Seiichi Kageyama
精一 影山
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高消費電力のチップを用いた半導体装置をプ
リント基板上でシステムとしてのより効果的に放熱させ
るかが問題となっている。 【解決手段】 用いる配線用基板２の下部に熱源１を要
し、さらにその基板２には貫通穴３を設けているため
に、熱源１からの発熱によって暖められた空気が貫通穴
３を通過し、上昇気流を生じて対流が起こる。そのこと
により配線用基板上部および周囲に配置される半導体装
置を、特別にその近辺に冷却装置を設けることなく効率
よく冷却できる効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は消費電力の大きい半
導体チップを実装でき、放熱特性の優れた半導体装置の
冷却構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年の電子機器の小型化、高性能化に寄
与するため機器内に搭載される半導体がその役割を担
い、半導体自体が高密度化、高速化、高機能化、低消費
電力といった要求を受けている。その中で消費電力に関
しては、低電源電圧化の技術スピードよりも高集積化お
よび動作周波数の向上の推移が早く、益々の増大が予想
されている。そのため半導体における構造面および材料
面からの放熱対策が、極めて重要と位置づけられてい
る。
【０００３】従来、半導体装置では放熱性の向上のため
に次のような実装構造面からの対策が行われてきた。図
１３の断面図では、通常のプリント基板上に実装された
ＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）と言われる半導体
装置を示している。
【０００４】図１３において、キャリア基板４１、半導
体チップ４２、封止樹脂４３、ワイヤー４４、半田ボー
ル４５を示している。キャリア基板４１は誘電体層４
６、導体層４７が交互に積層される構成からなり、通常
は基板内で半導体チップ４２の直下に設けられたサーマ
ルビア４８とそれに連結した半田ボール４５が放熱対策
となっている。半導体チップ４２から発せられた熱がサ
ーマルビア４８、半田ボール４５の経路を介して効果的
に半導体装置が実装されている通常の配線用基板４９へ
と逃げるからである。一方、このような構成を採用しな
いと、ＢＧＡ５０では、ポリイミドやＢＴレジンなどの
基板材料の熱伝導性が比較的高いために、半導体装置全
体の熱抵抗は悪化してしまう。特にトランジスタの電力
消費によりチップ温度が増大し、ジャンクション温度と
呼ばれる半導体チップの素子領域にあるｐｎ接合部の温
度が、通常の場合１２５［℃］の許容温度を越えてしま
うと信頼性は急激に低下してしまう。なお、図中、５１
はキャリア基板４１のビアを示しており、キャリア基板
４１の上面の電極と下面の電極とを電気的に接続するも
のである。
【０００５】また、リードフレームタイプのパッケージ
については放熱対策として以下の方法がよく用いられ
る。図１４はリードフレームパッケージを示す断面図で
あり、半導体チップ４２、封止樹脂４３、ワイヤー４
４、ダイパッド５２、リード５３を示している。この場
合ヒートシンクとしてダイパッド５２を露出させ外部へ
の放熱を促進している。
【０００６】ところで、一般に熱抵抗は半導体装置の内
部熱抵抗と外部熱抵抗の和で表される。ここで内部とは
樹脂等の外殻で包囲された半導体装置内部を意味し、外
部とは半導体装置外部の空気を意味する。実際の熱抵抗
は、ほとんどが外部熱抵抗に依存する。従って、消費電
力の大きい場合には、従来の技術に示した図１３および
図１４に示したように、単にプリント基板への熱伝導や
外部空気への自然放熱の促進のみならず、外部からいか
にして半導体装置を冷却するかが、熱抵抗低減の大きな
決め手となる。
【０００７】図１５に従来におけるファンを用いた半導
体装置の冷却構造の一例を挙げる。図１５の断面図中の
５４はＢＧＡ５０の上部に設けたファンであり、これに
より直下のＢＧＡ５０を冷却するものである。このよう
に現状では、消費電力の大きいチップを搭載する場合に
は、図１３に示したサーマルビア４８やヒートシンクと
して露出させたダイパッド５２のような装置内部での対
策に加え、実装時に半導体装置近傍に外部冷却器として
ファン５４を取り付け強制冷却することで外部冷却が行
われている。その他にも放熱フィン（図示せず）を半導
体装置に装着させることもよく行われる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、さらに
高消費電力のチップに対しては、先述したようにそれを
実装するパッケージにおいてのみならず、パッケージさ
れた半導体装置自体をプリント基板上でいかに効果的に
放熱させるか、つまりシステムとしてのより効果的な放
熱対策が必要となる。現状では、効果的な対策はなく、
例えば、図１５に示した従来例のように高消費電力の半
導体装置に対しそれぞれ個々にファンを用いたとする
と、実装規模および面積が増大しコスト増加を招くとい
う結果に陥ったり、高消費電力の半導体装置が複数にな
るとその結果をさらに増長させてしまったりということ
になる恐れがあり、最適な放熱システムが構築されてい
ないと言える。加えて将来的には１つの半導体装置に複
数の半導体チップを搭載する場合が数多く予想され、そ
の時には消費電力がより一層増大するために、より放熱
効率のよい冷却構造および放熱形態が必要となる。それ
に対しての対策も現状とられているとは言い難い。
【０００９】本発明はこのような従来の課題を解決する
ものであり、配線用基板上に消費電力の大きい半導体チ
ップおよび半導体装置を実装する場合に、実装面積を増
大させることなく効率よく冷却することができ、さらに
は放熱性の大きいことが特徴である。そして本発明では
以上を実現可能にできる、消費電力の大きいチップを搭
載した際の発熱を低減しかつ放熱効率に優れた半導体装
置の冷却構造を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の冷
却構造は前記従来の課題を解決するために、以下の第１
から第８の構成を有している。
【００１１】まず第１に複数の誘電体層と導体層を積層
し、前記全層を貫通する貫通穴を有した配線用基板を備
え、前記配線用基板の下部に熱源を備えた構成を有して
いる。
【００１２】前記構成によって熱源からの発熱によって
暖められた空気が貫通穴を通過して上昇し、その空気の
対流により配線用基板全体を冷却でき、さらにその対流
により周囲に配置された半導体装置やその他の実装部品
も特別にその近辺に冷却装置を設けることなく冷却する
こともできる。特に基板上にある半導体装置の発熱が下
部の熱源の発熱よりも大きい場合には、上昇気流で直接
冷却できるために有効となる。
【００１３】第２には第１の構成に加えて、貫通穴のあ
る配線用基板上に実装された半導体装置を備えている。
さらに前記の半導体装置はリードフレーム構造でチップ
を覆う樹脂には貫通穴が開いている。
【００１４】前記構成により、先の第１の効果に加え、
熱源からの上昇気流が、基板と半導体装置の双方の貫通
穴を通過して半導体装置上部にまで通り抜けることによ
って、周辺に対流が生じ基板上に実装されたリードフレ
ーム構造の半導体装置が冷却できる。
【００１５】第３には第１の構成に加えて、貫通穴のあ
る配線用基板上に実装された半導体装置を備え、さらに
前記の半導体装置は貫通穴の開いたキャリア基板を有し
その上に半導体チップを実装している。
【００１６】前記構成により、先の第１の効果に加え、
同様に配線用基板と半導体装置の双方の貫通穴を通過す
る上昇気流により、周辺に対流が生じ基板上に実装され
たキャリア基板を有する半導体装置が冷却できる。
【００１７】第４には複数の誘電体層と導体層を積層
し、前記全層を貫通する貫通穴を有した配線用基板とそ
の上に実装される半導体装置、前記配線用基板下部のフ
ァンを備えている。さらには前記の半導体装置はリード
フレーム構造で半導体チップを覆う樹脂には貫通穴が開
いている。
【００１８】前記構成により、ファンからの強制風が配
線用基板とリードフレームタイプの半導体装置の貫通穴
を通過することにより、ファン側の半導体装置だけでな
くその反対位置に実装された半導体装置も冷却できるた
め、ファンの強制風量を効率よく利用し冷却できる。さ
らに上面が高密度に実装され、ファンを設けることが困
難な場合にも、リードフレーム構造の半導体装置を下面
からファンで冷却できる。
【００１９】第５には複数の誘電体層と導体層を積層
し、前記全層を貫通する貫通穴を有した配線用基板とそ
の上に実装される半導体装置、前記配線用基板下部のフ
ァンを備えている。さらに前記の半導体装置は貫通穴の
開いたキャリア基板および半導体チップを搭載してい
る。
【００２０】前記構成により配線用基板とキャリア基板
の双方の貫通穴を通して、ファン側の半導体装置だけで
なくその反対位置に実装された半導体装置も冷却できる
ため、ファンの強制風量を効率よく利用できる。さらに
第４と同様、上面が高密度に実装されファンを設けるこ
とが困難な場合にも、キャリア基板の有する半導体装置
を下面からファンで冷却できる。
【００２１】第６には複数の誘電体層と導体層を積層
し、前記全層を貫通する貫通穴を有した配線用基板とそ
の上に実装される半導体装置を備えている。さらには前
記の半導体装置はファンを装着し、加えてリードフレー
ム構造でチップを覆う樹脂には貫通穴が開いている。
【００２２】前記構成により、ファンからの強制風が配
線用基板とリードフレームタイプの半導体装置の貫通穴
を通過することで、ファン直下の半導体装置だけでなく
その反対位置に実装された半導体装置も冷却できるた
め、ファンの強制風量を効率よく利用し冷却できる。さ
らに上面が高密度に実装された場合にも、上面の半導体
装置を下面からファンで冷却できる。
【００２３】第７には複数の誘電体層と導体層を積層
し、前記全層を貫通する貫通穴を有した配線用基板とそ
の上に実装され半導体装置を備えている。さらに前記の
半導体装置はファンを装着し、加えて貫通穴の開いたキ
ャリア基板を有しその上に半導体チップを実装してい
る。
【００２４】前記構成により配線用基板とキャリア基板
の双方の貫通穴を通して、ファン直下の半導体装置だけ
でなくその反対位置に実装された半導体装置も冷却でき
るため、ファンの強制風量を効率よく利用できる。さら
に上面が高密度に実装された場合にも、上面の半導体装
置を下面からファンで冷却できる。
【００２５】第８には、半導体装置にある貫通穴と配線
用基板の貫通穴とが一致し、１つの貫通穴を成している
ものである。
【００２６】前記構成により、さらに第２から第７の各
構成で述べた効果が促進され、熱源およびファンから貫
通穴を通過して得られる上昇気流が無駄なく上面に実装
された半導体装置にまで届き、上面に実装された半導体
装置を効率よく冷却できる。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て、図面を参照しながら説明する。
【００２８】まず、本発明の第１の実施形態について説
明する。
【００２９】最初に本実施形態の構成について説明す
る。図１は本実施形態における半導体装置の冷却構造を
示すものである。図中の１は熱源、２は配線用基板、３
は貫通穴、４は誘電体層、５は導体層、６はビアを示し
ている。
【００３０】本実施形態では配線用基板２の下部の離れ
た位置に熱源１を設けるものとする。この熱源１は、配
線用基板２とは別の基板上もしくはその他筐体にあるも
のとし、発熱の大きい半導体や電子部品等も含まれる。
一方、配線用基板２には基板上部から下部へと貫く貫通
穴３を設けることを大きな特徴とするが、配線用基板２
は通常のもので半導体パッケージ材料として用いられて
いるものやプリント基板として半導体やその他の部品を
実装するものである。配線用基板２への貫通穴開けも既
存の技術で対応が可能であり、例えば、現在、ビア形成
に用いられているドリルもしくはレーザーにより配線用
基板に貫通穴を作るのが容易であると考えられる。いず
れにせよ、一般に行なわれる配線用基板のビア形成プロ
セスの範囲内であり、本発明特有のプロセスを要さず
に、ビア６の形成過程において貫通穴３を有した配線用
基板２が製造でき、本発明に関わる半導体装置の冷却構
造を実現できる。
【００３１】次に本実施形態の動作を説明する。前記構
成の冷却構造では、まず熱源１から暖められた空気によ
り矢印７で示す上昇気流が生じる。その上昇気流が配線
用基板２の貫通穴３を通過する。通過した上昇気流は配
線用基板２の上面側へと抜けるため、配線用基板２周囲
には対流が起こる。また、特に基板上にある半導体装置
の発熱が下部の熱源の発熱よりも大きい場合には、上昇
気流で直接冷却できるために有効となる。
【００３２】以上のように本実施形態によれば、用いる
配線用基板２の下部に熱源１を要し、さらにその基板２
には貫通穴３を設けているために、熱源１からの発熱に
よって暖められた空気が貫通穴３を通過し、７のように
上昇気流を生じ、対流が起こる。そのことにより配線用
基板上部および周囲に配置される半導体装置を、特別に
その近辺に冷却装置を設けることなく効率よく冷却でき
る効果がある。
【００３３】次に、第２の実施形態について図面を用い
て説明する。図２は本実施形態における半導体装置の冷
却構造を示すものである。図１の冷却構造に加え、図中
の１０は配線基板上に実装されたリードフレーム構造の
半導体装置を示している。図２において、１１は半導体
チップ、１２は封止樹脂、１３はダイパッド、１４はリ
ード、１５はワイヤー、１６は貫通穴を示している。
【００３４】本実施形態での半導体装置の冷却構造の大
きな特徴は、配線用基板２に加え、配線用基板２上の半
導体装置１０はリードフレームタイプのもので、半導体
チップ１１を覆う樹脂１２には貫通穴１６が設けてある
ことである。前記した第１の実施形態とはこの点のみを
異にするので、この点のみ以下に説明する。
【００３５】貫通穴１６は封止樹脂の成形途中で形成さ
せても良いし、封止後の樹脂に穴を開けてもよい。
【００３６】その方法例を以下に挙げる。図３は半導体
装置の製造方法を示す図であり、封止成形途中の樹脂お
よび半導体装置を示している。図中の１７は封止金型、
１８は穴開け用ピン、１９はピン収容用の穴である。
【００３７】まず図３（ａ）では、樹脂を金型１７に注
入すると同時にピン１８を収容用穴１９より上昇させ
る。
【００３８】次に図３（ｂ）に示すように封止樹脂１２
が金型によって挟まれ、成形されている間に上昇してい
たピン１８はさらに上昇し、上金型に設けられた収容用
穴１９に一部が入る。この時点で樹脂１２には貫通穴１
６が設けられていることになる。
【００３９】最後に図３（ｃ）にて成形終了時にピンが
下降し、離形されると、図３（ｄ）のように封止樹脂に
貫通穴の開いた半導体装置１０が完成する。図３（ｄ）
では封止終了直後の貫通穴の開いた半導体装置１０のみ
を示してある。また、同時に貫通穴１６の開いた半導体
装置１０の上面の状態（内部構成）を図４に示してお
く。
【００４０】このように貫通穴１６はリードフレームを
避けて開けられるものである。以上は通常工程で行うこ
とができるため容易である。別には、封止成形後の半導
体装置にドリルもしくは穴開けを行ってもよい。以上が
主な穴開けの方法である。
【００４１】次に、半導体装置の実装方法であるが、こ
れも通常の基板への部品実装と同一の実装方法であり、
一般に知られたリフローによる半田の溶融等で接合され
る。なお、以上の半導体装置１０を実装する配線用基板
２は第１の実施形態で説明したものと同一であるため省
略する。
【００４２】最後に本実施形態の動作を図２により説明
する。ここで構成された冷却構造ではまず、熱源１から
暖められた空気により矢印７で示す上昇気流が生じる。
その上昇気流７が配線用基板２の貫通穴３を通過、さら
に半導体装置１０に設けられた貫通穴１６に入り、通過
する。通過した上昇気流７は半導体装置１０の上面側へ
と抜け、周囲に対流を起こす。この場合も、特に基板上
にある半導体装置の発熱が下部の熱源の発熱よりも大き
い場合には、上昇気流で直接冷却できるために有効なこ
とは言うまでもない。
【００４３】このように本実施形態では、先の第１の実
施形態で述べたものと同様の貫通穴を有する配線用基板
２上に、さらに貫通穴１６を有するリードフレーム構造
の半導体装置１０を有し、熱源１から貫通穴３、１６を
通過して矢印７に示す上昇気流および対流が生じる。こ
れにより、第１の実施形態の効果に加え、熱源１とは反
対面に実装されたリードフレーム構造の半導体装置１０
もより効率よく冷却できる効果を持つ。
【００４４】なお、本実施形態では熱源とは反対側の配
線用基板上部に半導体装置が実装した例を示している
が、上昇気流で直接冷却することができることも考えら
れるため、基板下部に実装しても良いものとする。従っ
て、基板上という表現はここでは基板上部に限定せず、
下部上も含めた広義の意味で以降の実施形態についても
捉えることとする。
【００４５】続いて第３の実施形態について図面を用い
て説明する。図５は本実施形態における半導体装置の冷
却構造を示している。本実施形態は、第２の実施形態と
は配線用基板上に実装される半導体装置の形態が異なっ
ているだけなので、以下はその点に絞って説明する。図
５において、２０は基板上に実装された半導体装置であ
り、２１はキャリア基板、１６はキャリア基板に開いた
貫通穴、２２はキャリア基板の導体層、２３はキャリア
基板の誘電体層、２４はキャリア基板のビア、２５は半
田ボールを示している。この半田ボール２５によりキャ
リア基板２１と配線用基板２が電気接続される。
【００４６】本実施形態での大きな特徴は配線用基板２
に加え、キャリア基板２１にも貫通穴１６を有する点で
ある。キャリア基板２１の貫通穴１６は、第１の実施形
態における配線用基板２の穴開けと同様の方法であり、
既存の技術で対応が可能であり、現在、ビア形成に用い
られているドリルもしくはレーザーによる穴開けが容易
であると考えられる。いずれにせよ、一般の配線用基板
でのビア形成プロセスの範囲内であり、特有のプロセス
を要さずに、ビア２４の形成過程において貫通穴１６を
有したキャリア基板２１が製造できる。後は本実施形態
で示したキャリアに半導体チップ１１を搭載、樹脂モー
ルドすればよい。
【００４７】なお、本実施形態で示した半導体装置では
貫通穴１６の有するキャリア基板２１と半導体チップ１
１とを金線等のワイヤーボンドにより電気的接続し、樹
脂モールドした例を示しているが、例えばフリップチッ
プ接続と呼ばれるワイヤーを用いない電極用の金属突起
であるバンプ接続や導電性樹脂による接続方法等、キャ
リア基板上に半導体チップを搭載、電気的接続するもの
であれば、その種類は問わない。
【００４８】このように本実施形態では、先の第１の実
施形態で述べたものと同様の貫通穴を有する配線用基板
２上に、さらに貫通穴１６の開いたキャリア基板２１を
持つ半導体装置を有し、熱源１から暖かい空気が発生
し、貫通穴３、１６を通過して上昇気流および対流が生
じる。これにより、第１の実施形態の効果に加え、基板
上のキャリア基板２１を有する半導体装置もより効率よ
く冷却できる効果を持つ。この場合も、特に基板上にあ
る半導体装置の発熱が下部の熱源の発熱よりも大きい場
合には、上昇気流で直接冷却できるために有効なことは
言うまでもない。
【００４９】次に第４の実施形態について図面を用いて
説明する。図６は本実施形態における半導体装置の冷却
構造を示している。図６において、２７はファン、２８
は羽根、２９はモーター等の駆動部であり、これを回転
させて風を送る仕組みになる。本実施形態においても配
線用基板２は貫通穴を有しており、前記した第１の実施
形態で説明したものと全く同一である。また半導体装置
１０はリードフレーム構造で樹脂部分に貫通穴１６を有
し、第２の実施形態で説明した方法と同様にして製造で
きる。ここではファン２７が配線用基板２の下部に設置
してあり、配線用基板２とは別の基板や筐体、その他の
箇所に備えられるものである。また図６では半導体装置
は基板片面に実装されているが、両側でもよい。但し、
実装される半導体装置には貫通穴があるものとする。さ
らにはファン２７が図７のように直接配線用基板２に実
装されるものであっても良い。いずれにせよ本実施形態
による動作は、ファン２７によって上部へと空気が強制
的に流され、配線用基板の貫通穴３とリードフレームタ
イプの半導体装置１０の貫通穴１６を通して半導体装置
１０を冷却するものである。
【００５０】このように本実施形態では、、先の第１の
実施形態で述べたものと同様の貫通穴３を有する配線用
基板２上に、さらに貫通穴１６を有するリードフレーム
構造の半導体装置１０を有し、ファン２７からの強制風
により貫通穴３、１６を通過して空気が上部へと抜け
る。これによりファン２７の強制風量を効率よく利用で
きリードフレーム構造の半導体装置１０を冷却できる効
果を持つ。
【００５１】次に第５の実施形態について図面を用いて
説明する。図８は本実施形態における半導体装置を示し
ている。本実施形態は第４の実施形態とは半導体装置２
０がキャリア基板を有し、なおかつキャリア基板には貫
通穴が設けてあることが異なる特徴であるが、半導体装
置２０についても既に第３の実施形態で説明したものと
同様である。ファン２７の位置も図８に示すように下部
で配線用基板２から離れたところであっても、図９のよ
うに基板上であっても良いものとする。いずれにせよ本
構成による動作はファン２７によって上部へと空気が強
制的に流され、配線用基板の貫通穴３と半導体装置２０
のキャリア基板の貫通穴１６を通して半導体装置を冷却
するものである。
【００５２】このように本実施形態では、先の第１の実
施形態で述べたものと同様の貫通穴を有する配線用基板
上に、さらに貫通穴を有するキャリア基板に搭載される
半導体装置を有し、ファン２７からの強制風により貫通
穴３、１６を通過して空気が上部へと抜ける。この上昇
気流によりファンの強制風量を効率よく利用できキャリ
ア基板を有する半導体装置２０を冷却できる効果を持
つ。
【００５３】続いて第６の実施形態について説明する。
図１０は本実施形態における半導体装置を示している。
図１０において、３０はファンを装着したリードフレー
ム構造の半導体装置である。第６の実施形態では、配線
用基板２に実装されたリードフレーム構造の半導体装置
がファンを装着している点が図６、図７に示した第４の
実施形態とは異なる。
【００５４】また第７の実施形態についても説明する。
図１１は本発明の第７の実施形態における半導体装置を
示し、３１はファンを装着したキャリア基板を有する半
導体装置である。配線用基板２に実装されたキャリア基
板２１を持つ半導体装置がファンを装着している点が図
８、図９に示した第５の実施形態とは異なる。
【００５５】いずれの場合も、装着したファンによって
半導体装置が強制冷却されるが、半導体装置３０、３１
には貫通穴１６が設けてあるために、強制風は半導体装
置を冷却すると共にその貫通穴を通過し、さらに配線用
基板の貫通穴を通り上面の半導体装置を冷却する。
【００５６】このように第６および第７の実施形態で
は、先の第１の実施形態で述べたものと同様の貫通穴を
有する配線用基板上に、さらに貫通穴を有する半導体装
置を有し、ファンからの強制風により貫通穴１６を通過
して空気が上部へと抜ける。これによりファンの強制風
量を効率よく利用できファン直下の１つの半導体装置の
みならず、その反対位置に実装された半導体装置も冷却
できる効果を持つ。
【００５７】最後に第８の実施形態について説明する。
図１２は本実施形態における半導体装置を示している。
本実施形態では第２から第７にて説明した冷却構造に加
えて、配線用基板の貫通穴と半導体装置の貫通穴とが一
致し、１つの貫通穴となった構成をしている。この点が
第２の実施形態から第７の実施形態にて説明した冷却構
造と異なっているだけである。従って、製造方法も貫通
穴位置を配線用基板２とその基板に実装された半導体装
置の貫通穴の位置を一致させる以外は、第２から第７の
各実施形態と同一である。そのため本実施形態では、配
線用基板２の貫通穴３とキャリア基板２１の貫通穴１６
を一例として取り上げたが、キャリア基板の場合に限る
ことなく、リードフレーム構造の場合でも同じことであ
る。
【００５８】このように本実施形態では、第２から第７
の実施形態で述べた効果をさらに向上でき、半導体装置
をより効率よく冷却できることとなる。
【００５９】
【発明の効果】本発明では、以下の構成による効果を有
する。
【００６０】第１に複数の誘電体層と導体層を積層し、
前記全層を貫通する貫通穴を有した配線用基板を備え、
前記配線用基板の下部に熱源を備えた構成を有してい
る。この構成によって熱源からの発熱によって暖められ
た空気が貫通穴を通過して上昇し、その空気の対流によ
り配線用基板全体を冷却でき、さらにその対流により周
囲に配置された半導体装置やその他の実装部品も特別に
その近辺に冷却装置を設けることなく冷却することもで
きる。特に基板上にある半導体装置の発熱が下部の熱源
の発熱よりも大きい場合には、上昇気流で直接冷却でき
るために有効となる。
【００６１】第２には第１の構成に加えて、貫通穴のあ
る配線用基板上に実装された半導体装置を備えている。
さらに前記の半導体装置はリードフレーム構造でチップ
を覆う樹脂には貫通穴が開いている。本構成により、先
の第１の効果に加え、熱源からの上昇気流が、基板と半
導体装置の双方の貫通穴を通過して半導体装置上部にま
で通り抜けることによって、周辺に対流が生じ基板上に
実装されたリードフレーム構造の半導体装置が冷却でき
る。
【００６２】第３には第１の構成に加えて、貫通穴のあ
る配線用基板上に実装された半導体装置を備え、さらに
前記の半導体装置は貫通穴の開いたキャリア基板を有し
その上に半導体チップを実装している。本構成により、
先の第１の効果に加え、同様に配線用基板と半導体装置
の双方の貫通穴を通過する上昇気流により、周辺に対流
が生じ基板上に実装されたキャリア基板を有する半導体
装置が冷却できる。
【００６３】第４には複数の誘電体層と導体層を積層
し、前記全層を貫通する貫通穴を有した配線用基板とそ
の上に実装される半導体装置、前記配線用基板下部のフ
ァンを備えている。さらには前記の半導体装置はリード
フレーム構造で半導体チップを覆う樹脂には貫通穴が開
いている。本構成により、ファンからの強制風が配線用
基板とリードフレームタイプの半導体装置の貫通穴を通
過することにより、ファン側の半導体装置だけでなくそ
の反対位置に実装された半導体装置も冷却できるため、
ファンの強制風量を効率よく利用し冷却できる。さらに
上面が高密度に実装され、ファンを設けることが困難な
場合にも、リードフレーム構造の半導体装置を下面から
ファンで冷却できる。
【００６４】第５には複数の誘電体層と導体層を積層
し、前記全層を貫通する貫通穴を有した配線用基板とそ
の上に実装される半導体装置、前記配線用基板下部のフ
ァンを備えている。さらに前記の半導体装置は貫通穴の
開いたキャリア基板および半導体チップを搭載してい
る。本構成により配線用基板とキャリア基板の双方の貫
通穴を通して、ファン側の半導体装置だけでなくその反
対位置に実装された半導体装置も冷却できるため、ファ
ンの強制風量を効率よく利用できる。さらに第４と同
様、上面が高密度に実装されファンを設けることが困難
な場合にも、キャリア基板の有する半導体装置を下面か
らファンで冷却できる。
【００６５】第６には複数の誘電体層と導体層を積層
し、前記全層を貫通する貫通穴を有した配線用基板とそ
の上に実装される半導体装置を備えている。さらには前
記の半導体装置はファンを装着し、加えてリードフレー
ム構造でチップを覆う樹脂には貫通穴が開いている。本
構成により、ファンからの強制風が配線用基板とリード
フレームタイプの半導体装置の貫通穴を通過すること
で、ファン直下の半導体装置だけでなくその反対位置に
実装された半導体装置も冷却できるため、ファンの強制
風量を効率よく利用し冷却できる。さらに上面が高密度
に実装された場合にも、上面の半導体装置を下面からフ
ァンで冷却できる。
【００６６】第７には複数の誘電体層と導体層を積層
し、前記全層を貫通する貫通穴を有した配線用基板とそ
の上に実装され半導体装置を備えている。さらに前記の
半導体装置はファンを装着し、加えて貫通穴の開いたキ
ャリア基板を有しその上に半導体チップを実装してい
る。本構成により配線用基板とキャリア基板の双方の貫
通穴を通して、ファン直下の半導体装置だけでなくその
反対位置に実装された半導体装置も冷却できるため、フ
ァンの強制風量を効率よく利用できる。さらに上面が高
密度に実装された場合にも、上面の半導体装置を下面か
らファンで冷却できる。
【００６７】第８には第２から第７の構成に加え、配線
用基板の貫通穴位置と、前記基板上の半導体装置に設け
られた貫通穴位置とが一致し、１つの貫通穴と成してい
る。本構成により、さらに第２から第７の各構成で述べ
た効果が促進され、熱源およびファンから貫通穴を通過
して得られる上昇気流が無駄なく上面に実装された半導
体装置にまで届き、上面に実装された半導体装置を効率
よく冷却できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における半導体装置の
冷却構造を示す断面図
【図２】本発明の第２の実施形態における半導体装置の
冷却構造を示す断面図
【図３】本発明の第２の実施形態における半導体装置の
製造方法を示す図
【図４】本発明の第２の実施形態における半導体装置の
上面図
【図５】本発明の第３の実施形態における半導体装置の
冷却構造を示す断面図
【図６】本発明の第４の実施形態における半導体装置の
冷却構造を示す断面図
【図７】本発明の第４の実施形態における半導体装置の
冷却構造を示す断面図
【図８】本発明の第５の実施形態における半導体装置の
冷却構造を示す断面図
【図９】本発明の第５の実施形態における半導体装置の
冷却構造を示す断面図
【図１０】本発明の第６の実施形態における半導体装置
の冷却構造を示す断面図
【図１１】本発明の第７の実施形態における半導体装置
の冷却構造を示す断面図
【図１２】本発明の第８の実施形態における半導体装置
の冷却構造を示す断面図
【図１３】従来におけるＢＧＡ構造の半導体装置の冷却
構造を示す断面図
【図１４】従来におけるリードフレーム構造の半導体装
置の冷却構造を示す断面図
【図１５】従来におけるファンを用いた半導体装置の冷
却構造を示す断面図
【符号の説明】
１ 熱源 ２ 配線用基板 ３ 配線用基板の貫通穴 ４ 配線用基板の誘電体層 ５ 配線用基板の導体層 ６ 配線用基板のビア ７ 上昇気流の方向 ８ 通常の配線用基板 ９ ＢＧＡ １０ 貫通穴を有するリードフレーム構造の半導体装置 １１ 半導体チップ １２ 封止樹脂 １３ ダイパッド １４ リード １５ ワイヤー １６ 半導体装置の貫通穴 １７ 封止金型 １８ 穴開け用ピン １９ ピン収容用の穴 ２０ 貫通穴を有するキャリア基板を持つ半導体装置 ２１ キャリア基板 ２２ キャリア基板の導体層 ２３ キャリア基板の誘電体層 ２４ キャリア基板のビア ２５ 半田ボール ２７ ファン ２８ 羽根 ２９ 羽根の駆動部 ３０ ファン付きの貫通穴を有するリードフレーム構造
の半導体装置 ３１ ファン付きの貫通穴を有するキャリア基板を持つ
半導体装置 ４１ キャリア基板 ４２ 半導体チップ ４３ 封止樹脂 ４４ ワイヤー ４５ 半田ボール ４６ 誘電体層 ４７ 導体層 ４８ サーマルビア ４９ 配線用基板 ５０ ＢＧＡ ５１ ビア ５２ ダイパッド ５３ リード ５４ ファン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 和弘 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内 (72)発明者 下石坂 望 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内 (72)発明者 杭東 詔夫 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内 (72)発明者 影山 精一 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内 Ｆターム(参考） 5E322 BA01 BA05 BB03 5F036 AA01 BA24 BB35

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の誘電体層と導体層を積層し前記全
    層を貫通する貫通穴を有した配線用基板と、前記配線用
    基板の下部に熱源を備えたことを特徴とする半導体装置
    の冷却構造。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体装置の冷却構造で
    あって、さらに前記配線用基板上に実装された半導体装
    置を備え、前記半導体装置が、リードフレームと前記リ
    ードフレームに電気接続された半導体チップと前記半導
    体チップを外囲する樹脂とから構成され、前記樹脂は貫
    通穴を有することを特徴とする半導体装置の冷却構造。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の半導体装置の冷却構造で
    あって、さらに前記配線用基板上に実装された半導体装
    置を備え、前記半導体装置が、貫通穴を有するキャリア
    基板と前記キャリア基板に電気接続された半導体チップ
    から構成されることを特徴とする半導体装置の冷却構
    造。
  4. 【請求項４】 複数の誘電体層と導体層を積層し前記全
    層を貫通する貫通穴を有した配線用基板と、前記配線用
    基板上に実装される半導体装置と前記配線用基板下部に
    あるファンとから構成され、さらに前記半導体装置が貫
    通穴を有したキャリア基板と、前記キャリア基板上に実
    装された半導体チップから構成されることを特徴とする
    半導体装置の冷却構造。
  5. 【請求項５】 複数の誘電体層と導体層を積層し前記全
    層を貫通する貫通穴を有した配線用基板と、前記配線用
    基板上に実装される半導体装置と前記配線用基板下部に
    あるファンとから構成され、前記半導体装置が、リード
    フレームと前記リードフレームに電気接続された半導体
    チップと前記半導体チップを外囲する樹脂とから構成さ
    れ、前記樹脂は貫通穴を有することを特徴とする半導体
    装置の冷却構造。
  6. 【請求項６】 複数の誘電体層と導体層を積層し前記全
    層を貫通する貫通穴を有した配線用基板と、前記配線用
    基板上に実装される半導体装置とから構成され、前記半
    導体装置が前記半導体装置上に装着したファンと、貫通
    穴を有したキャリア基板と、前記キャリア基板上に実装
    された半導体チップから構成されることを特徴とする半
    導体装置の冷却構造。
  7. 【請求項７】 複数の誘電体層と導体層を積層し前記全
    層を貫通する貫通穴を有した配線用基板と、前記配線用
    基板上に実装される半導体装置とから構成され、前記半
    導体装置が前記半導体装置上に装着したファンと、リー
    ドフレームと前記リードフレームに電気接続された半導
    体チップと前記半導体チップを外囲する樹脂とから構成
    され、前記樹脂は貫通穴を有することを特徴とする半導
    体装置の冷却構造。
  8. 【請求項８】 半導体装置にある貫通穴と配線用基板の
    貫通穴とが一致し、１つの貫通穴を成していることを特
    徴とする請求項２乃至請求項７のいずれかに記載の半導
    体装置の冷却構造。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2018085512A (ja) * 2016-11-24 2018-05-31 研能科技股▲ふん▼有限公司 空冷放熱装置
US10438868B2 (en) 2017-02-20 2019-10-08 Microjet Technology Co., Ltd. Air-cooling heat dissipation device
CN112864112A (zh) * 2021-01-19 2021-05-28 安徽安晶半导体有限公司 一种绝缘型大功率半导体模块

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