JP2007273726A - 半導体素子パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも高い放熱性能を発揮することが出来、しかも従来よりも大型化しない半導体素子パッケージを提供することである。
【解決手段】半導体素子パッケージ１０は：半導体素子１２を収容し開口１４ａを有した空洞１４ｂを含んでおり、少なくとも半導体素子１２の発熱部に対応した部分が熱伝導性を有しているベース１４と；ベースの空洞の開口を覆い、熱伝導性を有している蓋１６と；ベース及び蓋の少なくともいずれか一方から上記空洞中に突出する熱伝導部材２０と；を備えていることを特徴としている。
【選択図】 図２

Description

この発明は、高い放熱性能を発揮する半導体素子パッケージに関係している。

動作時に発生する熱が高い半導体素子が続々開発されている。このため、半導体素子パッケージにおける放熱対策もますます重要になってきている。

従来、半導体パッケージのキャップ又はベースの少なくとも一方に凹凸形状やハニカム形状などの放熱構造を持った高熱伝導率の窒化アルミニウム質セラミック製フィンを接合一体化することが実開平５−６９９５４号公報から知られている。
実開平５−６９９５４号公報

しかしながら、近年では上述した実開平５−６９９５４号公報から知られている従来の半導体素子パッケージのような構造では十分放熱させることが出来ないような高熱を発生する半導体素子も開発されてきている。

この発明は上記事情の下でなされ、この発明の目的は、従来よりも高い放熱性能を発揮することが出来、しかも従来よりも大型化しない半導体素子パッケージを提供することである。

上述した目的を達成するために、この発明に従った半導体素子パッケージは：半導体素子を収容し開口を有した空洞を含んでおり、少なくとも半導体素子の発熱部に対応した部分が熱伝導性を有しているベースと；ベースの空洞の開口を覆い、熱伝導性を有している蓋と；ベース及び蓋の少なくともいずれか一方から上記空洞中に突出する熱伝導部材と；を備えていることを特徴としている。

このように構成されていることを特徴とするこの発明に従った半導体素子パッケージでは、半導体素子の発熱部において発生された熱は、ベースにおいて少なくとも半導体素子の発熱部に対応し熱伝導性を有している部分を介してベースが接している物体に拡散されるばかりでなく、ベース及び蓋の少なくともいずれか一方から上記空洞中に突出する熱伝導部材を介してもベース及び蓋の少なくともいずれか一方に伝導されてベース及び蓋の少なくともいずれか一方が接している物体に拡散され、さらに、ベースの空洞内の媒体の対流や輻射により熱伝導性を有している蓋に伝導されて蓋が接している物体に拡散されるので、従来よりも高い放熱性能を発揮することが出来る。しかも、ベース及び蓋の少なくともいずれか一方から上記空洞中に突出しているだけなので、従来よりも大型化しない。

以下、この発明の一実施形態に従った半導体素子パッケージを添付の図面中の図１及び図２を参照しながら詳細に説明する。

なお図１は、この発明の一実施形態に従った半導体素子パッケージの使用時の外観を概略的に示す斜視図であり；そして、図２は、図１の半導体素子パッケージの図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った断面を示す概略的な断面図である。

一実施形態に従った半導体素子パッケージ１０は：半導体素子１２を収容し開口１４ａを有した空洞１４ｂを含んでおり、少なくとも半導体素子１２の発熱部に対応した部分が熱伝導性を有しているベース１４と；ベース１４の空洞１４ｂの開口１４ａを覆い、熱伝導性を有している蓋１６と；を備えている。空洞１４ｂ中で半導体素子１２は回路基板に実装されている。

ベース１４は製造の容易性のために全体が熱伝導性を有している単一の材料により形成されていることが好ましく、しかも上記材料は当然のことながらその空洞１４ｂの内部に収容されている半導体素子１２及び半導体素子１２が実装されている回路基板の正常な動作を損なわないような材料でなければならない。そのような材料の一例は、公知の熱伝導性が高められているセラミック、例えば窒化アルミニウム質セラミックである。

蓋１６もまた製造の容易性のために全体が熱伝導性を有している単一の材料により形成されていることが好ましく、しかも上記材料も当然のことながらベース１４の空洞１４ｂの内部に収容されている半導体素子１２及び半導体素子１２が実装されている回路基板の正常な動作を損なわないような材料でなければならない。蓋１６の材料はベース１４の材料と同一であることが出来るし、同一でなくともかまわない。

この実施の形態の蓋１６の表面において、蓋１６がベース１４の空洞１４ｂの開口１４ａを覆ったときに外部空間に向いている領域には、外部空間に熱を放熱する放熱部材１６ａが形成されている。放熱部材１６ａは蓋１６とは別体に形成された後に蓋１６に取り付けられることが出来るが、製造の容易性及び蓋１６からの熱伝導性の向上の為に蓋１６と一体に形成されることが好ましい。この実施の形態において放熱部材１６ａは、蓋１６の上記領域に一体に形成された多数の放熱突起を含んでおり、多数の放熱突起の夫々は外部空間中の媒体、例えば空気の如き気体、に対する夫々の接触面積を大きくするとともに夫々から熱が放散される外部空間中の媒体が多数の放熱突起間を流れる流動性を良くするような形状にされている。

ベース１４の外表面、この実施の形態ではベース１４の外表面において空洞１４ｂの側面に対応した部位、に半導体素子１２が実装された回路基板の為の端子部材１８が露出されている。

一実施形態に従った半導体素子パッケージ１０はさらに、ベース１４において空洞１４ｂ中に突出した熱伝導部材２０を備えている。熱伝導部材２０の突出端は、ベース１４の空洞１４ｂの開口１４ａを覆っている蓋１６に接していて、ベース１４と蓋１６との間で熱伝導する。なお、熱伝導部材２０の突出端は蓋１６と実際に接していなくても、ベース１４と蓋１６との間で、実際に接している場合のように、高い効率で熱伝導できれば良い。熱伝導部材２０は、ベース１４の空洞１４ｂ中に収容されている半導体素子１２や回路基板に干渉しないよう空洞１４ｂ中に配置されている。熱伝導部材２０は、空洞１４ｂの内部に収容されている半導体素子１２や回路基板の正常な動作を損なわないような材料により形成されていて、ベース１４とは別体に製造された後にベース１４に取り付けることが出来るが、この実施の形態では、製造の容易性及びベース１４との間の熱伝導性の向上の為にベース１４と一体に形成されることが好ましい。

熱伝導部材２０は、ベース１４の空洞１４ｂ中において例えば半導体素子１２の発熱部の近傍に設けられている。熱伝導部材２０は複数であることが出来る。

ベース１４は、少なくとも半導体素子１２の発熱部に対応した部分の外表面部位を良熱伝導性の台座２２に接触させるよう台座２２に取り付けられる。台座２２は、ベース１４とは反対側に図示しない放熱要素、例えば放熱フィン、を備えていて、上記放熱要素に冷却媒体、例えば冷却空気や冷却ガスや冷却液、が接することにより上記冷却媒体に放熱する。

熱伝導部材２０はその突出方向に沿い貫通した貫通孔２０ａを有していることが出来、熱伝達部材２０の貫通孔２０ａには蓋１６からベース１４まで貫通した固定要素２４が挿通される。

貫通孔２０ａを有した熱伝導部材２０は空洞１４ｂの開口１４ａの実質的な中央に配置されていることが好ましい。

固定要素２４はベース１４から台座２２中に突出して台座２２に固定され、半導体素子パッケージ１０の蓋１６及びベース１４を台座２２に固定する。この実施の形態において固定要素２４は固定ねじにより構成されているが、その他の種々の公知の固定要素、例えば台座２２に形成されている嵌合穴に摩擦や係止により固定されるような固定ピン、であることが出来る。

固定要素２４が台座２２に固定されることにより、ベース１４において少なくとも半導体素子１２の発熱部に対応した部分の外表面部位を台座２２に密着させることが出来、ひいては、ベース１４において少なくとも半導体素子１２の発熱部に対応した部分の外表面部位から台座２２への熱伝導効率が高まる。さらに、ベース１４の空洞１４ｂ中の熱伝導部材２０の突出端を蓋１６に密着させることが出来、ひいては、ベース１４の空洞１４ｂ中の熱伝導部材２０の突出端から蓋１６への熱伝導効率が高まる。

図２中に示されているように、熱伝導部材２０が複数あり、複数の熱伝導部材２０の中の少なくとも１つ、そして好ましくは空洞１４ｂの開口１４ａの実質的な中央に配置されている熱伝導部材２０に固定要素２４が上述した如く挿通される貫通孔２０ａが形成されている場合には、固定要素２４が台座２２に固定されることにより、複数の熱伝導部材２０の夫々の突出端もまた同時に蓋１６に密着させることが出来、ひいては、ベース１４の空洞１４ｂ中の複数の熱伝導部材２０の突出端から蓋１６への熱伝導効率が高まる。

また、固定要素２４を熱伝導性の良い材料で形成することにより固定要素２４そのものもベース１４と蓋１６との間の熱伝導部材として機能する。

固定要素２４が台座２２に固定されることはさらに、ベース１４や蓋１６に製造時に生じた機械的な歪や熱により生じる熱歪を抑制する。この結果として、ベース１４の機械歪や熱歪による台座２２に対するベース１４の密着度の低下や、ベース１４や蓋１６の機械歪や熱歪によるベース１４の開口１４ａの周辺部や熱伝導部材２０の突出端に対する蓋１６の密着度の低下が防止され、ひいては、ベース１４から台座２２への熱伝導効率の低下や、ベース１４の開口１４ａの周辺部や熱伝導部材２０の突出端から蓋１６への熱伝導効率の低下が防止される。

この発明の一実施形態に従った半導体素子パッケージ１０ではさらに、半導体素子１２の表面，半導体素子１２が実装された回路基板の表面，ベース１４の空洞１４ｂの表面において少なくとも半導体素子１２に接触しない領域，そして蓋１６の表面においてベース１４の空洞１４ｂの開口１４ａに対面する領域の少なくともいずれか１つに、半導体素子１２の発熱部から発生された輻射熱の吸収を向上させる輻射熱吸収膜２６が形成されている。

輻射熱吸収膜２６は半導体素子１２や回路基板の動作に影響を与えなければ如何なる材料でも良いが、例えば電気絶縁性を有しているとともに輻射熱吸収性を有しているエポキシ樹脂やウレタン樹脂の被膜であることが出来る。なお、輻射熱吸収性を高めるには輻射熱吸収膜２６は放射率が１．０に出来る限り近いことが好ましく、例えばつや消しの黒色などの暗い色であることがより好ましいが、図２においては、図面の明確化の為に輻射熱吸収膜２６には着色されていない。

この発明の一実施形態に従った半導体素子パッケージ１０ではさらに、蓋１６の表面においてベース１４の空洞１４ｂの開口１４ａに対面する領域に、ベース１４の熱伝導部材２０に干渉しないようベース１４の空洞１４ｂ内に突出した副熱伝導部材２８が形成されている。

副熱伝導部材２８は蓋１６とは別体に形成された後に蓋１６の表面の上記領域に取り付けることができるが、この実施の形態では製造の容易性と蓋１６との熱伝導性の向上の為に蓋１６と同じ材料で蓋１６と一体的に形成されている。

図２中に示されている如く、副熱伝導部材２８は複数であることが出来、上述した放射熱吸収膜２６により覆われていることが好ましい。

以上詳述したことから明らかなように、この実施の形態に従った半導体素子パッケージ１０では、べース１４の空洞１４ｂ中に収容されている半導体素子１２から発生した熱は、ベース１４及びベース１４に接触している台座２２を介して台座２２の図示されていない放熱要素へと熱伝導により拡散されるとともに、ベース１４の空洞１４ｂの開口１４ａの周辺部に接触している蓋１６を介して蓋１６の放熱部材１６ａへと熱伝導により拡散される。

上記熱はさらには、ベース１４の熱伝導部材２０を介して、熱伝導部材２０の突出端が接触している蓋１６及び蓋１６の放熱部材１６ａへと熱伝導により拡散される。

さらに、ベース１４及び蓋１６が熱伝導部材２０に形成されている貫通孔２０ａに挿通されている固定要素２４により台座２２に固定されていて、台座２２に対するベース１４の密着度（即ち、熱伝導度）及びベース１４の開口１４ａの周辺部及び熱伝導部材２０の突出端面の密着度（即ち、熱伝導度）が増大されているとともに、上記熱によるベース１４及び蓋１６の熱歪やベース１４及び蓋１６の製造時に生じた機械的な歪が抑制されて、これらの熱歪や機械的な歪による上述した密着度（即ち、熱伝導度）の低下が抑止されている。

またさらに、輻射熱吸収膜２６が、半導体素子１２の発熱部から発生された輻射熱がベース１４及び蓋１６に吸収されるのを促進させ、ひいては上記輻射熱を台座２２の図示されていない放熱要素及び蓋１６の放熱部材１６ａへと熱伝導により拡散させる。

またさらに、副熱伝導部材２８が、半導体素子１２の発熱部から発生され空洞１４ｂ中の媒体に対流を生じさせている対流熱を効率よく捕らえ、蓋１６を介して蓋１６の放熱部材１６ａへと熱伝導により拡散させる。

副熱伝導部材２８を輻射熱吸収膜２６により覆うことにより、上記輻射熱の吸収をさらに効率よく行なうことが出来る。

なお、この実施の形態においては、固定要素２４が挿通される貫通孔２０ａを有した熱伝導部材２０は１つしか示されていないが、固定要素２４が挿通される貫通孔２０ａを有した熱伝導部材２０は複数あっても良い。

また、固定要素２４を熱伝導性の良い材料で形成し、熱伝導部材２０から独立して配置し、蓋１６及びベース１４を台座２２に固定するようにすることも出来る。この場合には、固定要素２４が熱伝導部材２０から独立した熱伝導部材として機能する。

さらに、熱伝導部材２０は、空洞１４ｂ中でベース１４から突出する代わりに、蓋１６から突出することも出来る。この場合にも、熱伝導部材２０は、蓋１６とは別体に製造された後に蓋１６に取り付ることが出来るが、製造の容易性及び蓋１６との間の熱伝導性の向上の為に蓋１６と一体に形成されることが好ましい。そして、熱伝導部材２０の突出端は、蓋１６とベース１４との間で良好に熱伝導させるようベース１４に接するか、又はベース１４に接しなくと非常に接近される。蓋１６から突出した熱伝導部材２０にも、前述したベース１４から突出した熱伝導部材２０と同様に、蓋１６からベース１４まで固定要素２４を貫通させる貫通孔２０ａを形成することも出来る。

またさらに、熱伝導部材２０は、空洞１４ｂ中でベース１４及び蓋１６の両方から突出することも出来る。

図１は、この発明の一実施形態に従った半導体素子パッケージの使用時の外観を概略的に示す斜視図である。 図２は、図１の半導体素子パッケージの図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った断面を示す概略的な断面図である。

符号の説明

１０…半導体素子パッケージ、１２…半導体素子、１４…ベース、１４ａ…開口、１４ｂ…空洞、１６…蓋、１６ａ…放熱部材、２０…熱伝導部材、２０ａ…貫通孔、２４…固定要素、２６…輻射熱吸収膜、２８…副熱伝導部材。

Claims (7)

1. 半導体素子を収容し開口を有した空洞を含んでおり、少なくとも半導体素子の発熱部に対応した部分が熱伝導性を有しているベースと；
   ベースの空洞の開口を覆い、熱伝導性を有している蓋と；
   ベース及び蓋の少なくともいずれか一方から上記空洞中に突出する熱伝導部材と；
   を備えていることを特徴とする半導体素子パッケージ。
2. 熱伝導部材は、ベースと蓋との間で熱伝導させることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子パッケージ。
3. 熱伝導部材が、空洞中において半導体素子の発熱部の近傍に設けられている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体素子パッケージ。
4. 熱伝導部材は、ベースと蓋とを機械的に固定する固定要素を含む、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体素子パッケージ。
5. 熱伝導部材はその突出方向に沿い貫通した貫通孔を有しており、熱伝達部材の貫通孔には蓋からベースまで貫通した固定要素が挿通されている、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体素子パッケージ。
6. 半導体素子が回路基板に実装されていて、半導体素子が実装された回路基板がベースの空洞に収容されており、半導体素子の表面，回路基板の表面，ベースの空洞の表面において少なくとも半導体素子に接触しない領域，そして蓋の表面においてベースの空洞の開口に対面する領域の少なくともいずれか１つに、半導体素子の発熱部から発生された輻射熱の吸収を向上させる輻射熱吸収膜が形成されている、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体素子パッケージ。
7. 蓋の表面において、蓋がベースの空洞の開口を覆ったときに外部空間に向いている領域に外部空間に熱を放熱する放熱部材が形成されている、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体素子パッケージ。

Images