JP2002026208A - 半導体装置用ヒートシンク - Google Patents

半導体装置用ヒートシンク

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JP2002026208A
JP2002026208A JP2000211675A JP2000211675A JP2002026208A JP 2002026208 A JP2002026208 A JP 2002026208A JP 2000211675 A JP2000211675 A JP 2000211675A JP 2000211675 A JP2000211675 A JP 2000211675A JP 2002026208 A JP2002026208 A JP 2002026208A
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JP
Japan
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heat sink
base portion
semiconductor device
copper plate
copper
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JP2000211675A
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English (en)
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Tsugio Yamazaki
次夫 山崎
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YAMAZAKI SEISAKUSHO KK
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YAMAZAKI SEISAKUSHO KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 優れた冷却性能を有する安価な半導体装置用
ヒートシンクを提供すること。 【解決手段】 ベース部11とその上にプレート状のフ
ィンが櫛状に複数個配列されているフィン部12とを有
する半導体装置用ヒートシンク10である。ベース部1
1とフィン部12とがアルミニウムで形成され、ベース
部11の裏面に銅板13を埋め込む。銅板13は、締り
嵌めによりベース部11の裏面に取り付けられている
が、更に螺合や螺子止めにより固定すると確実である。 【効果】 本発明によれば、この種のヒートシンクにお
いて異なる形成材料を併用し、高い熱伝導率で半導体チ
ップからヒートシンクへ熱を伝達することができるとと
もに、実質的なコストを低く抑えることができる。これ
により優れたコスト性と冷却性能を有効に両立させるこ
とができる等の利点を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ICチップやLS
Iチップなどの半導体素子を搭載する半導体装置用ヒー
トシンクに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体素子の高密度化が益々進ん
でいる。このような素子の高集積化の度合いが大きくな
ると、必然的に半導体チップの消費電力も増大し発熱量
も多くなる。そのため消費電力の大きなLSIチップ
は、プラスチックと比べて熱伝導率の大きいセラミック
などのパッケージに搭載されている。しかし、パッケー
ジのボードのみによる放熱ではLSIチップの冷却効果
に限界がある。
【0003】そこで従来において、LSIチップを冷却
するため放熱効率の高い金属材料からなるヒートシンク
が開発されている。図7はそのヒートシンクの一例を示
す。このヒートシンクは、全体が単独の銅材で形成され
ており、そのため熱伝導性が良い。ベース部1の上にプ
レート状のフィン2が櫛状に複数個配列された構造を有
しており、フィン部の表面積を極力広く取ることにより
放熱効果を高めている。
【0004】そして、このようなヒートシンクは、図示
のように半導体チップ100に搭載され、自然冷却また
は装置内部に取り付けられた冷却ファンによって、適宜
冷却されるようになっている。しかし、このように銅材
を用いるヒートシンクは、銅自体が高価な材料のためコ
ストが高くつく。
【0005】更に、電子機器等に搭載されているLSI
チップ等の高集積化が進むと、その冷却のためにヒート
シンクの容量をより大きくすることが必要で、銅材を使
ったヒートシンクは、コスト的に不利となる。そのた
め、銅より熱伝導性が劣り、銅に比べて良好な放熱性は
得られないが、コスト的に安いアルミニウム材で形成し
たヒートシンクが、むしろ有用されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来のヒ
ートシンクにおいては、熱伝導性が良いとコストが高く
なり、コストが安いと、どうしても熱伝導性が落ちるも
のとなる。このようなコスト性と冷却性能を両立させる
のは容易ではなかった。
【0007】本発明はかかる実情に鑑み、優れた冷却性
能を有する安価な半導体装置用ヒートシンクを提供する
ことを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】かくして、本発明者は、
このような課題背景に対して鋭意研究を重ねた結果、一
つのヒートシンクに対して異種の材料を使用すること、
すなわち、アルミニウムのヒートシンクにおいてチップ
からの熱の伝達部に限定して銅材を使用することで、従
来の欠点を一挙に解決できることを見出し、この知見に
基づいて本発明を完成させたものである。
【0009】すなわち、本発明は、(1)、ベース部と
その上にプレート状のフィンが櫛状に複数個配列されて
いるフィン部とを有する半導体装置用ヒートシンクであ
って、前記ベース部と前記フィン部とがアルミニウムで
形成され、ベース部におけるチップとの接触部のみに銅
材を用いた半導体装置用ヒートシンクに存する。
【0010】そして、(2)、ベース部とその上にプレ
ート状のフィンが櫛状に複数個配列されているフィン部
とを有する半導体装置用ヒートシンクであって、前記ベ
ース部と前記フィン部とがアルミニウムで形成され、前
記ベース部の裏面に銅板を埋め込んだ半導体装置用ヒー
トシンクに存する。
【0011】そしてまた、(3)、前記銅板は、締り嵌
めにより前記ベース部の裏面に取り付けられている半導
体装置用ヒートシンクに存する。
【0012】そしてまた、(4)、前記銅板は、螺子止
めにより前記ベース部の裏面に取り付けられている半導
体装置用ヒートシンクに存する。
【0013】そしてまた、(5)、前記銅板は、螺合に
より前記ベース部の裏面に取り付けられている半導体装
置用ヒートシンクに存する。
【0014】そしてまた、(6)、前記銅板は、複数個
分割して埋め込まれている半導体装置用ヒートシンクに
存する。
【0015】そしてまた、(7)、前記銅板の内側に熱
伝達媒体を封入した半導体装置用ヒートシンクに存す
る。
【0016】そしてまた、(8)、ベース部とその上に
プレート状のフィンが櫛状に複数個配列されているフィ
ン部とを有する半導体装置用ヒートシンクであって、前
記ベース部と前記フィン部とがアルミニウムで形成さ
れ、前記ベース部の裏面に円板状の銅板を複数個埋め込
み、該銅板を前記ベース部に螺合により取り付けた半導
体装置用ヒートシンクに存する。
【0017】そしてまた、(9)、前記フィン部に冷却
用ファンを備えた半導体装置用ヒートシンク。
【0018】本発明は、上記請求項1〜7から選ばれた
2つ以上を組み合わせた構成も採用可能である。本発明
によれば、典型的にはアルミニウムと銅の異なる形成材
料を併用し、すなわちアルミニウムでなるベース部の一
部に銅板を埋め込んだ構造を有する。半導体チップとの
接触部に銅材を使用することで、より高い熱伝導で半導
体チップからヒートシンクへ熱を伝達することができ
る。この場合、ベース部の一部に銅を使用することによ
りコストを低く抑えることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、図1〜図5に基づき、本発
明による半導体装置用ヒートシンクの好適な実施の形態
を説明する。図1は、第1の実施形態におけるヒートシ
ンク10を示している。このヒートシンク10は、ベー
ス部11とその上にプレート状のフィンが櫛状に複数個
配列されているフィン部12とを有する。ベース部11
とフィン部12とがアルミニウムで形成される。
【0020】本実施形態では、ベース部11のチップと
の接触部にアルミニウムより熱伝導率(熱伝達)の高い
銅板13が埋め込まれた構成となっている。この例で
は、銅板13は、締り嵌めによりベース部11の裏面に
取り付けられる。ベース部11の裏面に深さが銅板の厚
みに近い埋込み用凹部14を設け、銅板13はベース部
11の裏面と面一化するようにその埋込み用凹部14に
締り嵌め、すなわち圧入される。この圧入によって銅板
13をベース部11に極めて強固かつ正確に圧接状態に
取り付けることができる。
【0021】ベース部11あるいは銅板13のサイズ等
は、搭載される半導体チップのサイズ等によるが、たと
えば、一例としてベース部11は50×50mm、それ
に対する銅板13の直径は36mm程度とする。銅板を
このように円形にするのは、埋込み用凹部14の加工や
銅板の製造加工が容易であるからである。
【0022】上記構成のヒートシンク10において、そ
の実使用では図6のように取付け用ブラケット21を介
して、フィン部12に冷却用ファン20が装着される。
そして、図示のようにベース部11の裏面にて半導体チ
ップ100に搭載される。この放熱に際しては、前述し
たように、冷却用ファン20の働きでさらにその放熱作
用を高めることができる。
【0023】半導体チップ100は、ベース部11の裏
面で銅板13と接触している。このように半導体チップ
100との接触部に限定して銅板13を使用すること
で、高い熱伝導率(熱伝達)を確保し半導体チップ10
0からヒートシンク10(詳しくはベース部)へ熱を効
率良く伝達することができる。半導体チップ100から
伝達された熱は、ベース部11からフィン部12に伝達
され、フィン部12の表面から空気中に放熱される。
【0024】ここで、銅板13は、埋込み用凹部14に
圧入することにより取り付けられるが、螺子止めにより
ベース部11の裏面に確実に固定することができる。こ
の場合、例えば、図2(A)のように銅板13に座ぐり
15を形成し、ビス螺子16をベース部11と螺合させ
る。なお、螺子止めは銅板13の中央部で1箇所(図1
(B)参照)行なっているが、必要に応じて複数箇所で
行なってもよい。また例えば、図2(B)のように銅板
13の外周面とベース部の埋込み用凹部14の内周面と
を互いに螺合して固定する。このように銅板13を螺子
止め又は螺合することにより、銅板13をベース部11
に対して高い結合強度で圧接、結合させることができ、
熱伝達効率を有効に高めることができる。
【0025】つぎに図3は、第2の実施形態におけるヒ
ートシンク10を示している。このヒートシンク10
は、ベース部11とその上にプレート状のフィンが櫛状
に複数個配列されているフィン部12とを有し、ベース
部11とフィン部12とがアルミニウムで形成されてい
るのは第1の実施の形態と同じである。
【0026】この実施形態では、ベース部11の裏面に
銅板13が埋め込まれるとともに、銅板13の内側に空
間部Sが形成され熱伝達媒体17が封入された構造とな
っている。この例では、ベース部11における銅板13
の圧入部分に、より深い埋込み用凹部14を形成し、銅
板13はその埋込み用凹部14の内周面にて圧入状態で
取り付けられる。この場合、埋込み用凹部14の中央部
に設けた突部18にビス螺子16を螺合させて銅板を取
り付ける構造となっている。また銅板13の外周面とベ
ース部の埋込み用凹部14の内周面とを互いに螺合によ
って固定することも可能である。そのため、取り付けた
銅板の固定強度も出て且つ強度も補強される。
【0027】この第2の実施形態において、熱伝達媒体
17としては、たとえば、水、フロン等が好適である。
いま、半導体チップ側から熱が伝達されると、銅板13
を通じて該埋込み用凹部14内(空間部S)に存在する
熱伝達媒体17に伝わる。すると、空間部Sで対流が生
じ、この熱対流によってチップの接触部からベース部の
基部19に熱を効率よく伝達することができる。
【0028】つぎに図4は、第3の実施形態におけるヒ
ートシンク10を示している。このヒートシンク10
は、ベース部11とその上にプレート状のフィンが櫛状
に複数個配列されているフィン部12とを有し、ベース
部11とフィン部12とがアルミニウムで形成されてい
る。
【0029】この実施形態では、ベース部11の形が長
方形をしており、一つの円形の銅板13では、その面積
を十分カバーできないため、銅板が複数個分割して埋め
込まれている。すなわち、ベース部11の裏面に円板状
の銅板13を複数個(ここでは3個)埋め込み、該銅板
13をベース部11に螺子止めした構造となっている。
また銅板13の外周面とベース部の埋込み用凹部14の
内周面とを互いに螺合によって固定することも可能であ
る。
【0030】この例でも複数の銅板13を埋め込んで螺
合又は螺子止めすることにより、銅板13をベース部1
1に対して高い結合強度で圧接、結合させ、熱伝達効率
を有効に高めることができる。
【0031】つぎに図5は、第4の実施形態におけるヒ
ートシンク10を示している。このヒートシンク10
は、ベース部11とその上にプレート状のフィンが櫛状
に複数個配列されているフィン部12とを有し、ベース
部11とフィン部12とがアルミニウムで形成されてい
る。この実施形態では、ベース部11の形が長方形をし
ており、ベース部11の裏面に矩形状の銅板13を複数
個(ここでは2個)埋め込み、該銅板13をベース部1
1に螺子止めした構造となっている。銅板13の内側に
埋込み用凹部14内空間部Sが形成され熱伝達媒体17
が封入された構造となっている。
【0032】この例では、各銅板13に対応して独立し
た2つの埋込み用凹部14が設けられて空間部Sが形成
されている。この各凹部には内周に段部19が設けられ
ており、これにビス螺子16を螺合させて銅板13を固
定する。この場合、熱伝達媒体17を有しているため、
第2の実施の形態と同じ作用効果を期待できる。
【0033】以上、本発明を説明してきたが、本発明は
上記実施形態にのみ限定されるものでなく、本発明の範
囲内で種々の変形等が可能である。たとえば、銅板13
の形状、寸法等はベース部の形に応じた形状のもの、例
えば、角形等が採用されることも可能である。また、銅
板13を複数個用いる場合、その数量、配置構成は、同
様にベース部の形を考慮して適宜設定できるものであ
る。また、アルミニウムより熱伝導率が高く価格が高い
ものであれば銅板の代わりに適用可能である。
【0034】
【発明の効果】以上、本発明によれば、この種のヒート
シンクにおいて異なる形成材料を併用し、高い熱伝導率
で半導体チップからヒートシンクへ熱を伝達することが
できるとともに、実質的なコストを低く抑えることがで
きる。これにより優れたコスト性と冷却性能を有効に両
立させることができる等の利点を有する。銅板内側に熱
伝達媒体を含む空間部を設けた場合は、対流のよる熱伝
達が加わり全体の放熱が効率よく行われる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の第1の実施形態におけるヒー
トシンクの側断面図および平面図である。
【図2】図2は、本発明の実施形態における銅板の螺子
止め構造の例を示す部分拡大断面図である。
【図3】図3は、本発明の第2の実施形態におけるヒー
トシンクの側断面図および平面図である。
【図4】図4は、本発明の第3の実施形態におけるヒー
トシンクの側断面図および平面図である。
【図5】図5は、本発明の第4の実施形態におけるヒー
トシンクの側断面図および平面図である。
【図6】図6は、本発明のヒートシンクの実使用例を示
す斜視図である。
【図7】図7は、従来のヒートシンクを示す斜視図であ
る。
【符号の説明】
1…ベース部 10…ヒートシンク 11…ベース部 12…フィン部 13…銅板 14…埋込み用凹部 15…座ぐり 16…ビス 17…熱伝達媒体 19…段部 20…冷却用ファン 21…取付け用ブラケット 100…半導体チップ S…空間部

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ベース部とその上にプレート状のフィン
    が櫛状に複数個配列されているフィン部とを有する半導
    体装置用ヒートシンクであって、 前記ベース部と前記フィン部とがアルミニウムで形成さ
    れ、ベース部におけるチップとの接触部のみに銅材を用
    いたことを特徴とする半導体装置用ヒートシンク。
  2. 【請求項2】 ベース部とその上にプレート状のフィン
    が櫛状に複数個配列されているフィン部とを有する半導
    体装置用ヒートシンクであって、 前記ベース部と前記フィン部とがアルミニウムで形成さ
    れ、前記ベース部の裏面に銅板を埋め込んだことを特徴
    とする半導体装置用ヒートシンク。
  3. 【請求項3】 前記銅板は、締り嵌めにより前記ベース
    部の裏面に取り付けられていることを特徴とする請求項
    2に記載の半導体装置用ヒートシンク。
  4. 【請求項4】 前記銅板は、螺子止めにより前記ベース
    部の裏面に取り付けられていることを特徴とする請求項
    2に記載の半導体装置用ヒートシンク。
  5. 【請求項5】 前記銅板は、螺合により前記ベース部の
    裏面に取り付けられていることを特徴とする請求項2に
    記載の半導体装置用ヒートシンク。
  6. 【請求項6】 前記銅板は、複数個分割して埋め込まれ
    ていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置用
    ヒートシンク。
  7. 【請求項7】 前記銅板の内側に熱伝達媒体を封入した
    ことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置用ヒート
    シンク。
  8. 【請求項8】 ベース部とその上にプレート状のフィン
    が櫛状に複数個配列されているフィン部とを有する半導
    体装置用ヒートシンクであって、 前記ベース部と前記フィン部とがアルミニウムで形成さ
    れ、前記ベース部の裏面に円板状の銅板を複数個埋め込
    み、該銅板を前記ベース部に螺合により取り付けたこと
    を特徴とする半導体装置用ヒートシンク。
  9. 【請求項9】 前記フィン部に冷却用ファンを備えたこ
    とを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の半
    導体装置用ヒートシンク。
JP2000211675A 2000-07-12 2000-07-12 半導体装置用ヒートシンク Pending JP2002026208A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109561638A (zh) * 2018-12-18 2019-04-02 东莞市金太阳精密技术有限责任公司 一种铝镶铜基板及其加工方法

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