JP2004079949A - メモリモジュール内発熱半導体素子の放熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱装置が簡素で、しかも、熱が十分に放散されるメモリモジュール内発熱半導体素子の放熱装置を提供する。
【解決手段】メモリモジュール１におけるプリント基板２の表裏両面に、それぞれ複数の半導体素子３が実装される。各半導体素子は、それぞれカバー４によって被覆されている。各半導体素子に対向するカバーの部分には、それぞれ数本の放熱用スリット４Ａが形成されている。プリント基板に実装された各半導体素子から各カバーへの放熱を促進するために、各半導体素子と各カバーとの間に熱伝導率の高いヒートパス５を挟み込む。各ヒートパスが各半導体素子と各カバーとに密着することによって各半導体素子→各ヒートパス→各カバーの各放熱用スリット及び各カバーの全体という矢印方向の熱伝達経路が構成される。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メモリモジュール内における半導体素子から発生する熱を放散する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化及び高密度化が進展しているから、半導体素子が電子機器に取り付けられるスペースが制限されている。また、半導体素子が電子機器の不十分な冷却環境の箇所に設置される場合には、半導体素子は高い冷却能力を要求される。一般的に半導体素子が局部的に発熱すると、その発熱は半導体素子の表面から放熱されることによって、半導体素子は冷却される。その際、発熱が半導体素子の周辺に適切に伝達されると、放熱に寄与できる半導体素子の表面積は増大するので、半導体素子は一層効果的に冷却される。しかし、ガラスエポキシ基板に代表されるプリント基板は、熱を伝達する能力が低く、メモリモジュール等は、プリント基板からの放熱を配慮して設計されていない。
【０００３】
一方、ＴＣＰ（Ｔａｐｅ　Ｃａｒｒｉｅｒ　Ｐａｃｋａｇｅ）又はＢＧＡ（Ｂａｌｌ　Ｇｒｉｄ　Ａｒｒａｙ）等は、機械的保護の目的で保護カバーを装着することを要求される。更に、プリント基板と保護カバーとの間には、支えのための部品（現状は熱伝導率の低いポリカーボネート樹脂又はチップ部品等）が、挿入されている。
【０００４】
更に、２ＧＢ　Ｒｅｇｉｓｔｅｒｅｄ　ＤＩＭＭ（Ｄｕａｌ　Ｉｎ−ｌｉｎｅＭｅｍｏｒｙ　Ｍｏｄｕｌｅ）は、その製品化に際し、大容量のため、積層技術を必要とする。他方、電子機器における半導体素子の高速動作化、高密度実装化及び消費電力の増加に伴い、メモリモジュールの温度上昇による特性劣化に起因して、電子機器に誤動作が発生する。
【０００５】
誤動作の具体的原因としては、保護カバーが、従来から使用されている熱伝導率の低いステンレス製で、更に保護カバーの表面は輻射効率が低い銀色であること、及び、保護カバーと半導体素子との間にクリアランス（空気層のため熱伝導が低い。）が存在することによって、発熱が保護カバー内にこもって外部の空気中に放散されないため、特に最高温度に達する前記ＤＩＭＭの中央部の半導体素子の特性劣化を、指摘することができる。
【０００６】
従来の技術の一例として、特開平１１−３５４７０１号公報に記載されたメモリモジュールについて図５を参照して説明する。
【０００７】
プリント基板３２の両側には、メモリＩＣ３３やチップコンデンサ（図示せず）等が搭載され、各メモリＩＣ３３の外側には、高熱伝導性ラバー３４が重畳される。このように構成されるメモリモジュール３１を、カバー状ヒートシンク３５によって被覆する。カバー状ヒートシンク３５は、断面コ字形状に構成され、その表面に放熱効率を向上するために多数の凹凸が設けられている。カバー状ヒートシンク３５を可撓性を有するバインダ・クリップ式に構成すると、メモリＩＣ３３等と高熱伝導性ラバー３４とカバー状ヒートシンク３５との密着性が強くなり、メモリＩＣ３３等から発生した熱が高い効率で放散することができる。
【０００８】
なお、特開２０００−１６４７９２号公報（段落番号００１２−００１７，００８１の説明および図１３の記載）には、次の半導体装置およびその製造方法が、記載されている。放熱板には、複数のスリット状の貫通孔が形成され、各貫通孔は隣接するメモリチップ構造体の間の位置に対応するように配置される。したがって、放熱板をモジュール基板に実装した後、各貫通孔を介してアンダーフィル用の封止用樹脂を供給すると、封止用樹脂は、メモリチップ構造体の側面を経て、メモリチップ構造体とモジュール基板との間のバンプ電極による接続部に回り込む。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の技術では、放熱装置が複雑であり、また、半導体素子から発生した熱の放散は、十分には行われない。
【００１０】
そこで、本発明は、前記従来の技術の欠点を改良し、放熱装置が簡素で、しかも、熱の放散が十分に行われるメモリモジュール内発熱半導体素子の放熱装置を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するため、次の手段を採用する。
【００１２】
１．プリント基板と、前記プリント基板上に実装される半導体素子と、前記半導体素子を被覆するカバーと、前記半導体素子と前記カバーとの間に密着して挟み込まれるヒートパスとから構成され、前記半導体素子に対向する前記カバーの部分には、放熱用スリットが形成されているメモリモジュール内発熱半導体素子の放熱装置。
【００１３】
２．プリント基板と、前記プリント基板上に設けられるヒートパスと、前記ヒートパス上に実装される半導体素子と、前記半導体素子を被覆するカバーとから構成され、前記プリント基板及び前記ヒートパスは、前記カバーよりも外側に延出するメモリモジュール内発熱半導体素子の放熱装置。
【００１４】
３．前記ヒートパスは、グラファイト系、シリコン系又はレジン系シートが前記プリント基板上に貼付されることによって構成される前記２記載のメモリモジュール内発熱半導体素子の放熱装置。
【００１５】
４．前記ヒートパスは、レジンが前記プリント基板上に塗布されることによって構成される前記２記載のメモリモジュール内発熱半導体素子の放熱装置。
【００１６】
５．プリント基板と、前記プリント基板上に実装される半導体素子と、前記半導体素子を被覆するカバーと、前記プリント基板上に形成される銅パターンと、前記銅パターンと前記カバーとの間に介在するカバー支え兼放熱部材とから構成されるメモリモジュール内発熱半導体素子の放熱装置。
【００１７】
６．前記半導体素子及び銅パターンは、前記プリント基板に設けられるスルーホール及び内層プレーンを経由して、前記プリント基板の端部に設けられる他のスルーホールに接続する前記５記載のメモリモジュール内発熱半導体素子の放熱装置。
【００１８】
７．プリント基板と、前記プリント基板上に実装される半導体素子と、前記半導体素子を被覆するカバーと、前記カバーの外側に密着するヒートパスとから構成され、前記半導体素子に対向する前記カバーの部分には、放熱用スリットが形成され、前記放熱用スリット内で前記ヒートパスは前記半導体素子に密着するメモリモジュール内発熱半導体素子の放熱装置。
【００１９】
８．前記カバーは、その表面が黒色で、黒体放射を行う前記１〜７のいずれか１項記載のメモリモジュール内発熱半導体素子の放熱装置。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の５つの実施の形態例のメモリモジュール内発熱半導体素子の放熱装置について説明する。
【００２１】
まず、本発明の第１実施の形態例のカバーにスリットを設けたタイプについて図１を参照して説明する。
【００２２】
メモリモジュール１におけるプリント基板２の表裏両面に、それぞれ複数の半導体素子３が実装される。各半導体素子３は、プリント基板２の表裏両側において、それぞれカバー４によって被覆されている。カバー４は、外部から及ぼされる機械的ストレスから各半導体素子３を保護する。カバー４は、その表面が黒色で、黒体放射（高熱伝導及び高輻射）を行う。
【００２３】
各半導体素子３に対向するカバー４の部分には、それぞれ数本の放熱用スリット４Ａが形成されている。
【００２４】
プリント基板２に実装された各半導体素子３から各カバー４への放熱を促進するために、各半導体素子３と各カバー４との間に熱伝導率の高いヒートパス５を挟み込む。各ヒートパス５は、長方形状の板又はシートで、金属よりも熱伝導率が高く、一例としてグラファイトシート（８００Ｗ／Ｋ・ｍ）であり、Ｃｕ（４００Ｗ／Ｋ・ｍ）と対比して熱伝導率が高い。
【００２５】
各ヒートパス５が各半導体素子３と各カバー４とに密着することによって、各半導体素子３→各ヒートパス５→各カバー４の各放熱用スリット４Ａ及び各カバー４の全体という矢印方向の熱伝達経路が、構成される。各半導体素子３から発生する熱は、各ヒートパス５及び各カバー４を経由して外部空気中に輻射されるので、各半導体素子３の放熱の拡散及び効率は、向上する。
【００２６】
次に、本発明の第２実施の形態例のヒートパスがプリント基板に密着したタイプについて図２を参照して説明する。第２実施の形態例以下については、第１実施の形態例と同様な点の説明を省略し、相違する点の説明のみを行う。
【００２７】
ヒートパス５は、プリント基板２よりも一回り小さいサイズの長方形状に構成される。ヒートパス５は、プリント基板２の表裏両面に貼付されたグラファイト系、シリコン系又はレジン系のシートであり、各半導体素子３は、各ヒートパス５上に実装される。熱伝達経路は、各半導体素子３から各ヒートパス５を経由して矢印方向に、また、各半導体素子３から各ヒートパス５とプリント基板２を経由して矢印方向に、それぞれ構成され、各半導体素子３から発生した熱は、メモリモジュール１の内側から外側の外部空気中に輻射される。
【００２８】
続いて、本発明の第３実施の形態例のカバー支え兼放熱部材を採用したタイプについて図３を参照して説明する。
【００２９】
プリント基板２に実装された各半導体素子３からプリント基板２への放熱を促進するために、プリント基板２の表裏両面における随所に銅パターン２Ａを設置する。そして、プリント基板２の表裏両面における各銅パターン２Ａが設置された箇所を連絡するために、プリント基板２の随所にそれぞれ数本のスルーホール２Ｂを設ける。各スルーホール２Ｂは、プリント基板２における銅箔製の内層プレーン２Ｃに接続し、内層プレーン２Ｃは、プリント基板２における部品集中の少ない端部にて他の各スルーホールに接続する。このように構成することによって、各半導体素子３から発生した熱は、プリント基板２の端部へ拡散し、他の各スルーホールを介して高い効率で外部空気中に輻射する。
【００３０】
また、各銅パターン２Ａとカバー４との間に、カバー支え兼放熱部材６を介在させる。すると、各半導体素子３→各銅パターン２Ａ→各カバー支え兼放熱部材６→カバー４の全体という矢印方向の熱伝達経路が、構成される。
【００３１】
更に、本発明の第４実施の形態例のヒートパスがカバーの外側に密着したタイプについて図４を参照して説明する。
【００３２】
第４実施の形態例は、第１実施の形態例におけるヒートパスとカバーとの位置関係を逆に改造したものである。すなわち、第４実施の形態例では、ヒートパス５は、カバー４の外側に密着する。また、ヒートパス５は、カバー４の放熱用スリット４Ａ内で各半導体素子３に密着する。したがって、各半導体素子３→ヒートパス５という熱伝達経路と、各半導体素子３→カバー４→ヒートパス５という熱伝達経路とが、それぞれ構成される。
【００３３】
更に、本発明の第５実施の形態例について説明する。
【００３４】
第５実施の形態例のヒートパスは、第２実施の形態例のシートのヒートパス５とは工程が異なり、従来からプリント基板の表面に塗布されている絶縁用レジンを採用したものであり、メモリモジュールの組立時にプリント基板にシートを貼付する工程が、不要である。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、次の効果が、奏される。
【００３６】
１．ヒートパス、銅パターン及びカバー支え兼放熱部材、銅パターン並びにプリント基板に設けられるスルーホール及び内層プレーン、カバー、並びに、プリント基板を経由して、半導体素子から発生した熱は、十分に放散される。
【００３７】
２．放熱装置は簡素であり、また製作は容易であり、更に、コストは安価である。
【００３８】
３．高さの異なる半導体素子の表面を柔軟性を有するヒートパスで被覆することにより放熱を促進することができ、また、ヒートパスが半導体素子の表面と完全に密着していなくても、接触していることにより放熱効果を営むことができる。
【００３９】
４．半導体素子に対向するカバーの部分には、放熱用スリットが形成されているので、半導体素子から発生した熱がカバーにより遮断されずにヒートパスから直接外気に放散される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のメモリモジュール内発熱半導体素子の放熱装置の第１実施の形態例であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図（ただし、プリント基板を除く。）を、それぞれ示す。
【図２】本発明の第２実施の形態例であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図（ただし、カバーを除く。）を、それぞれ示す。
【図３】本発明の第３実施の形態例の断面図である。
【図４】本発明の第４実施の形態例であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図（ただし、プリント基板を除く。）を、それぞれ示す。
【図５】従来のメモリモジュール内発熱半導体素子の放熱装置の諸図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は（ｂ）における線Ａ−Ａによる断面図を、それぞれ示す。
【符号の説明】
１　　メモリモジュール
２　　プリント基板
２Ａ　　銅パターン
２Ｂ　　スルーホール
２Ｃ　　内層プレーン
３　　半導体素子
４　　カバー
４Ａ　　放熱用スリット
５　　ヒートパス
６　　カバー支え兼放熱部材

Claims (8)

1. プリント基板と、前記プリント基板上に実装される半導体素子と、前記半導体素子を被覆するカバーと、前記半導体素子と前記カバーとの間に密着して挟み込まれるヒートパスとから構成され、
   前記半導体素子に対向する前記カバーの部分には、放熱用スリットが形成されていることを特徴とするメモリモジュール内発熱半導体素子の放熱装置。
2. プリント基板と、前記プリント基板上に設けられるヒートパスと、前記ヒートパス上に実装される半導体素子と、前記半導体素子を被覆するカバーとから構成され、
   前記プリント基板及び前記ヒートパスは、前記カバーよりも外側に延出することを特徴とするメモリモジュール内発熱半導体素子の放熱装置。
3. 前記ヒートパスは、グラファイト系、シリコン系又はレジン系シートが前記プリント基板上に貼付されることによって構成されることを特徴とする請求項２記載のメモリモジュール内発熱半導体素子の放熱装置。
4. 前記ヒートパスは、レジンが前記プリント基板上に塗布されることによって構成されることを特徴とする請求項２記載のメモリモジュール内発熱半導体素子の放熱装置。
5. プリント基板と、前記プリント基板上に実装される半導体素子と、前記半導体素子を被覆するカバーと、前記プリント基板上に形成される銅パターンと、前記銅パターンと前記カバーとの間に介在するカバー支え兼放熱部材とから構成されることを特徴とするメモリモジュール内発熱半導体素子の放熱装置。
6. 前記半導体素子及び銅パターンは、前記プリント基板に設けられるスルーホール及び内層プレーンを経由して、前記プリント基板の端部に設けられる他のスルーホールに接続することを特徴とする請求項５記載のメモリモジュール内発熱半導体素子の放熱装置。
7. プリント基板と、前記プリント基板上に実装される半導体素子と、前記半導体素子を被覆するカバーと、前記カバーの外側に密着するヒートパスとから構成され、
   前記半導体素子に対向する前記カバーの部分には、放熱用スリットが形成され、前記放熱用スリット内で前記ヒートパスは前記半導体素子に密着することを特徴とするメモリモジュール内発熱半導体素子の放熱装置。
8. 前記カバーは、その表面が黒色で、黒体放射を行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載のメモリモジュール内発熱半導体素子の放熱装置。

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