JP2008227473A - 半導体パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】従来の熱伝達効率向上構造に比べ熱伝達効率が良く、厚さを薄く出来、製造容易である、熱伝達効率向上構造を含む半導体パッケージを提供することである。
【解決手段】半導体パッケージは、複数の薄板１２，１４を相互に密着させ接合することにより構成されたベース部１０と、ベース部の第１表面１０ａに設けられ半導体素子１６が収容される半導体素子収容部１８と、を含むパッケージ本体２０と、上記収容部中の半導体素子と電気接続され上記収容部の外表面に露出した電気端子２２と、ベース部中に設けられパッケージ本体の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有し、ベース部中において半導体素子の発熱部位に対応した発熱部位対応位置から発熱部位対応位置の外側の位置まで配置され、半導体素子の熱をベース部において発熱部位対応位置から外側の位置まで伝達する熱高伝達要素２６と、を備えたことを特徴としている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、半導体素子を収容した半導体パッケージに関係している。

第１表面と上記第１表面とは反対側の第２表面とを有するベース部と、上記第１表面に設けられ半導体素子が収容される半導体素子収容部と、を含んでいるパッケージ本体と、そして、上記半導体素子収容部に設けられ、上記半導体素子収容部に収容された半導体素子と電気接続されるとともに上記半導体素子収容部の外表面に露出した電気端子と、を備えた半導体パッケージは従来から知られている。

半導体素子は、シリコンに代表される基板用材料により形成された基板の表面上に所望の回路パターンを実装することにより形成されていて、動作時に回路パターンから大量の熱を発生させる。回路パターンの温度がある温度を越えると、回路パターンは所望の性能を発揮することが出来なくなる。

このような従来の半導体パッケージにおいては、半導体素子が発生させる熱を放熱するために、少なくともパッケージ本体のベース部が熱伝導率の高い材料、例えば銅又はアルミニウム又は銅合金又はアルミニウム合金、により構成されている。半導体素子収容部に収容された半導体素子が発生させた熱はパッケージ本体、主にベース部、に伝達され、さらにパッケージ本体、主にベース部、が接する物体、例えばベース部が載置され支持される半導体パッケージ支持体やパッケージ本体の周囲の空気やその他、に放熱される。

半導体素子に実装される回路パターンの高集積化が進み、半導体素子が発生させる熱量が増加している近年では、半導体パッケージの熱伝達効率を向上させる種々の構造が提案されている。

特開２００４−２８８９４９号公報（特許文献１）は、上述した如き熱伝達効率向上構造の一例を開示している。特開２００４−２８８９４９号公報に開示されている半導体パッケージでは、パッケージ本体のベース部の第２の表面にグラファイトシートが密着されている。グラファイトシートは高い熱伝導率を有しており、パッケージ本体のベース部の第２の表面から伝達された熱を第２の表面に沿った方向に速やかに拡散させ、その結果としてパッケージ本体のベース部からそれに隣接する物体への熱伝達効率を高めている。

特開２００１−１４４２３７号公報（特許文献２）は、上述した如き熱伝達効率向上構造の別の例を開示している。この熱伝達効率向上構造では、複数枚のグラファイトシートと複数枚の金属薄板とが交互に積層されている。金属薄板はその大きな熱容量により熱の移動量を増加させ、そしてグラファイトシートはその大きな熱伝導率により金属薄板からの放熱を向上させている。

特開２００５−１７５００６号公報（特許文献３）は、上述した如き熱伝達効率向上構造のさらに別の例を開示している。この熱伝達効率向上構造では、金属製の母材中にダイヤモンドの粒子が分散されているとともに母材の表面が母材と同じ材料のコーティング層により覆われていて、コーティング層が母材の表面からのダイヤモンドの粒子の露出を阻止している。
特開２００４−２８８９４９号公報 特開２００１−１４４２３７号公報 特開２００５−１７５００６号公報

特開２００４−２８８９４９号公報（特許文献１）に記載の熱伝達効率向上構造では、半導体パッケージ支持体の表面の所定の位置に対し半導体パッケージのパッケージ本体のベース部をねじにより固定する際にベース部の第２の表面と半導体パッケージ支持体の表面の所定の位置との間にグラファイトシートが挟持されることにより、ベース部の第２の表面と半導体パッケージ支持体の表面の所定の位置とに対しグラファイトシートが密着される。

とはいうものの、上述した如きねじによる固定では、半導体パッケージのパッケージ本体のベース部の第２の表面と半導体パッケージ支持体の表面の所定の位置とに対するグラファイトシートの密着度の均一性が損なわれ易い。即ち、ベース部の第２の表面から半導体パッケージ支持体の表面の所定の位置への熱伝達効率がこれらの表面において不均一になり易い。しかも、グラファイトシートはその厚さ方向における熱伝達効率はその表面に沿った方向における熱伝達効率よりも小さい。

従って、特開２００４−２８８９４９号公報（特許文献１）に記載されている熱伝達効率向上構造では、近年における半導体素子の発生熱量の増加に対し十分な冷却効果を発揮することが出来なくなってきている。

特開２００１−１４４２３７号公報（特許文献２）に記載されている熱伝達効率向上構造でも、交互に積層された複数枚のグラファイトシートと複数枚の金属薄板とはねじ或いは接着剤または粘着剤を使用して相互に密着され相互に固定されている。

特開２００１−１４４２３７号公報（特許文献２）に記載されている熱伝達効率向上構造は、特開２００４−２８８９４９号公報（特許文献１）に記載の熱伝達効率向上構造に比べ、使用しているグラファイトシートの枚数の増加や複数枚の金属薄板の使用のお陰により、放熱効率は向上されている。しかし、上述した如きねじや接着剤や粘着剤による固定では、複数枚のグラファイトシートと複数枚の金属薄板との相互間の密着度の均一性が損なわれ易いことには変わりない。即ち、複数枚のグラファイトシートと複数枚の金属薄板との相互間の熱伝達効率が不均一になり易い。しかも、グラファイトシートはその厚さ方向における熱伝達効率はその表面に沿った方向における熱伝達効率よりも小さい。

従って、特開２００１−１４４２３７号公報（特許文献２）に記載されている熱伝達効率向上構造でも、近年における半導体素子の発生熱量の増加に対し十分な冷却効果を発揮することが出来なくなってきている。また、ねじや接着剤や粘着剤を使用して複数枚のグラファイトシートと相互に固定される複数枚の金属薄板は比較的厚さが大きいので、上記構造の厚さが比較的大きくなる。

特開２００５−１７５００６号公報（特許文献３）に記載されている熱伝達効率向上構造では、金属製の母材中にダイヤモンドの粒子をどのようにして分散させるのかが不明である。１枚の母材中にダイヤモンドの粒子を分散させる場合、通常は上記母材が溶融されている間にダイヤモンドの粒子を分散させる。しかし、母材の溶融を含むこのような熱伝達効率向上構造の製造法は煩雑でエネルギー効率が悪い。また、上記構造の厚さは比較的厚くなる。

この発明は上記事情の下で為され、この発明の目的は、上述した如き種々の熱伝達効率向上構造に比べ、さらに熱伝達効率が良く、しかも厚さを薄くすることが出来るとともに製造が容易である、熱伝達効率向上構造を含む半導体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為に、この発明に従った半導体パッケージは、第１表面と上記第１表面とは反対側の第２表面とを有し複数枚の薄板を相互に密着させて一体的に接合することにより構成されているベース部と、上記第１表面に設けられ半導体素子が収容される半導体素子収容部と、を含んでいるパッケージ本体と、上記半導体素子収容部に設けられ、上記半導体素子と電気接続されるとともに上記半導体素子収容部の外表面に露出した電気端子と、上記ベース部中に設けられ、上記パッケージ本体の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有しており、上記ベース部中に上記半導体素子の発熱部位に対応した発熱部位対応位置から上記発熱部位対応位置の外側の位置まで配置され、上記半導体素子の発熱部位から発生した熱を上記ベース部において上記発熱部位対応位置から上記外側の位置まで伝達する熱高伝達要素と、を備えたことを特徴としている。

このような構成によれば、パッケージ本体の半導体素子収容部に収容された半導体素子の発熱部位から発生した熱は、パッケージ本体のベース部中に設けられ上記ベース部の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有しベース部中において半導体素子の発熱部位に対応した発熱部位対応位置から発熱部位対応位置の外側の位置まで配置された熱高伝達要素によりベース部において発熱部位対応位置から外側の位置まで速やかに伝達される。この結果、上記熱は、ベース部において発熱部位対応位置から外側の位置まで速やかに拡散され、さらに、パッケージ本体が接する物体、例えばパッケージ本体が載置され支持される半導体パッケージ支持体やパッケージ本体の周囲の空気やその他、に速やかに放熱される。このような構成によれば、近年における半導体素子の発生熱量の増加に対し十分な冷却効果を発揮することが出来る。

そして、パッケージ本体のベース部が複数枚の薄板を相互に密着させて一体的に接合することにより構成されていて熱高伝達要素がベース部中に設けられていることにより、ベース部に対する熱高伝達要素の密着度の均一性が高められ、従ってベース部と熱高伝達要素との相互間の熱伝達効率が高められる。しかも、パッケージ本体のベース部の厚さを薄くすることが出来るし、製造も容易である。

［第１の実施の形態］
図１及び図２を参照しながら、この発明の第１の実施の形態に従った半導体パッケージＳＰ１の構成を説明する。

第１の実施の形態に従った半導体パッケージＳＰ１は、第１表面１０ａと第１表面１０ａとは反対側の第２表面１０ｂとを有し複数枚の薄板１２，１４を相互に密着させて一体的に接合（例えば、拡散接合）することにより構成されているベース部１０と、第１表面１０ａに設けられ半導体素子１６が収容される半導体素子収容部１８と、を含んでいるパッケージ本体２０を備えている。

そして、半導体素子収容部１８には、半導体素子収容部１８に収容された半導体素子１６と電気接続されるとともに半導体素子収容部１８の外表面に露出した電気端子２２が設けられている。

この実施の形態では、半導体素子収容部１８には半導体素子１６の為の周辺回路を実装した周辺回路実装基板２３も収容されていて、半導体素子１６は周辺回路実装基板２３上の配線を介して電気端子２２と接続されている。

詳細には、複数枚の薄板１２，１４は、熱伝導率の高い金属材料（例えば、銅やアルミニウムや銅合金やアルミニウム合金やこれらと同程度の熱伝導率を有する金属材料が含まれ、銅の熱伝導率は４００Ｗ／ｍＫ程度である）により形成されている。図１では２枚の薄板１２，１４のみが図示されているが、この発明の趣旨に従えば相互に密着されて一体的に接合されることによりベース部１０を構成する薄板の枚数は２枚以上であることが出来る。

半導体素子収容部１８は、半導体素子１６や半導体素子１６に関連する周辺回路を実装した周辺回路実装基板２３を収納した内部空間を提供する筒形状を有していて、ベース部１０の第１表面１０ａの所定の領域を取り囲んでいる。第１表面１０ａにおいて上記所定の領域に半導体素子１６や周辺回路実装基板２３が載置されている。半導体素子収容部１８は、ベース部１０の第１表面１０ａの所定の領域とは反対側の開口を覆う蓋２４を含む。蓋２４は、第１表面１０ａの所定の領域に半導体素子１６や周辺回路実装基板２３が載置され、半導体素子１６、周辺回路実装基板２３、そして電気端子２２の相互間の接続が終了した後に閉じられ上記内部空間を外部空間から密封する。

ベース部１０中には、ベース部１０の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有しており、ベース部１０中において半導体素子収容部１８中に収容された半導体素子１６の発熱部位に対応した発熱部位対応位置（ベース部１０の第１の表面１０ａにおいて半導体素子１６の発熱部位に隣接した領域）からベース部１０において発熱部位対応位置の外側、この実施の形態では半導体素子収容部１８の外側、の位置まで配置された熱高伝達要素２６が設けられている。熱高伝達要素２６は、半導体素子１６の発熱部位から発生した熱をベース部２０において発熱部位対応位置から外側の位置まで速やかに伝達する。

この実施の形態において、熱高伝達要素２６は、ベース部２０中において前記発熱部位対応位置から前記外側の位置まで延出した流路２８と、この流路２８中に密封され相変化により熱を移送する熱移送流体と、の組み合わせを少なくとも１つ含む。

熱移送流体は、ベース部２０中の前記発熱部位対応位置にて液体から半導体素子１６からの熱を吸収して気体へと相変化し、その後に流路２８中を前記外側の位置まで対流する。気体化し対流した熱移送流体は、前記発熱部位対応位置から遠く前記発熱部位対応位置よりも温度が低い前記外側の位置において放熱して液体へと相変化し、その後に流路２８中を前記発熱部位対応位置まで流れる。このような熱移送流体は、既に種々の種類が広く知られている。

ベース部１０の複数枚の薄板１２、１４は、流路２８に対応した形状の開口を有しており、夫々の開口の少なくとも一部を重複させた状態で相互に密着させて一体的に接合されている。このようにしてベース部１０中に構成された流路２８は、ベース部１０中において種々の任意の個数と配列にすることが容易である。即ち、ベース部１０の所望の外側の位置に発熱部位対応位置から熱を効果的に移動させることが可能である。

半導体素子１６の発熱量が大きくなると、半導体素子１６の基板（通常は、シリコン製）や周辺回路実装基板２３（通常はセラミック製）の熱膨張率とベース部１０の熱膨張率との差異により半導体素子１６の基板又は周辺回路実装基板２３又はその両者にひびや割れが生じる可能性も大きくなる。このような半導体素子１６の基板又は周辺回路実装基板２３又はその両者のひびや割れの発生を防止する為に、ベース部１０を構成する複数枚の薄板の中に半導体素子１６の基板又は周辺回路実装基板２３の熱膨張係数と等しいか又はそれ以下の熱膨張係数を有した少なくとも１枚の薄板３０を含ませることが出来る。このような薄板３０の材料としては、例えばモリブデンが知られている。このような薄板３０の厚さや形状やベース部１０中における配置は、熱膨張率の差異による半導体素子１６の基板又は周辺回路実装基板２３又はその両者のひびや割れの発生を防止することが出来るばかりでなく、ベース部１０における所望の伝熱機能を損なわないよう設定される。

［第１の実施の形態の変形例］
次に、図１及び図２を参照しながら前述した第１の実施の形態の変形例に従った半導体パッケージＳＰ１´を、図３を参照しながら説明する。

この変形例において図１及び図２を参照しながら前述した第１の実施の形態の半導体パッケージＳＰ１の構成部材と同じ構成部材には、第１の実施の形態の半導体パッケージＳＰ１の対応する構成部材に付されていた参照符号と同じ参照符号を付し、詳細な説明は省略する。

この変形例が前述した第１の実施の形態と異なっているのは、パッケージ本体２０のベース部１０´の放熱機能を増大させる為に、第１の実施の形態のパッケージ本体２０における導電体素子収容部１８に対するベース部１０の第１表面１０ａ及び第２表面１０ｂの表面積の割合に比べ、ベース部１０´の第１表面１０´ａ及び第２表面１０´ｂの表面積を大きく拡大させていることである。そして、ベース部１０´の第１表面１０´ａ及び第２表面１０´ｂの表面積の拡大に対応させるよう、ベース部１０´内における第１の実施の形態のパッケージ本体２０のベース部１０における熱高伝達要素２６の流路２８´とこの流路２８´中に密封されている熱移送流体との組み合わせの個数や配列密度や、夫々の組み合わせの発熱部位対応位置から外側の位置までの延出長さが、増大されている。

ここにおいては、ベース部１０´の第１表面１０´ａ及び第２表面１０´ｂの表面積が拡大されていることに加えて、ベース部１０´内における熱高伝達要素２６の流路２８´とこの流路２８´中に密封されている熱移送流体との組み合わせの個数や配列密度や、夫々の組み合わせの延出長さの増大が、ベース部１０´の放熱機能を大きく増大させている。

この変形例においても、図１及び図２を参照しながら前述した第１の実施の形態に従った半導体パッケージＳＰ１の場合と同様に、半導体素子１６の基板（通常は、シリコン製）や周辺回路実装基板２３（通常は、セラミック製）の夫々の熱膨張率とベース部１０の熱膨張率との差異による半導体素子１６の基板又は周辺回路実装基板２３又はその両者のひびや割れの発生を防止する為に、ベース部１０´を構成する複数枚の薄板の中に半導体素子１６の基板又は周辺回路実装基板２３の熱膨張係数と等しいか又はそれ以下の熱膨張係数を有した少なくとも１枚の薄板３０を含ませることが出来る。

パッケージ本体２０のベース部１０´の放熱機能をさらに増大させる為に、図３の変形例に従った半導体パッケージＳＰ１´を図４中に図示されている如く従来の放熱効果増大機構３２と組み合わせることが出来る。

図４中に図示されている放熱効果増大機構３２は、半導体パッケージＳＰ１´のパッケージ本体２０のベース部１０´の第２表面１０´ｂが密着した状態で載置され公知の固定手段、例えば固定ねじ、好ましくは高い熱伝導率を有する金属（例えば銅，アルミニウム，銅合金，アルミニウム合金，そしてこれらと同程度の熱伝導率を有する金属材料）により形成されている固定ねじ、或いは半田、により固定される半導体パッケージ支持体３２ａと、半導体パッケージ支持体３２ａに向かい送風する冷却ファン３２ｂと、を含む。この半導体パッケージ支持体３２ａは冷却ファン３２ｂによる冷却をより効果的にするために、冷却ファン３２ｂからの送風を受ける多数の放熱フィンＲＦを含んでいる。

図３の変形例に従った半導体パッケージＳＰ１´は、ベース部１０´の第１表面１０´ａ及び第２表面１０´ｂの表面積が拡大されている。このことにより、半導体パッケージ収容部１８の電気端子２２の露出部に対する図示されていない配線の接続が困難になる場合がある。このような場合の為に、図３の変形例に従った半導体パッケージＳＰ１´のベース部１０´の複数の薄板１２´，１４´において半導体素子収納部１８の外側で電気端子２２の露出部の延長線に沿って、図５中に図示されている如く切り欠き３４を形成することが出来る。当然のことながら、ベース部１０´において切り欠き３４が形成されている領域には、熱高伝達要素２６の為の流路２８´は配置されていない。

［第２の実施の形態］
次に、図６を参照しながら、この発明の第２の実施の形態に従った半導体パッケージＳＰ２を説明する。

この実施の形態において図１及び図２を参照しながら前述した第１の実施の形態の半導体パッケージＳＰ１の構成部材と同じ構成部材には、第１の実施の形態の半導体パッケージＳＰの対応する構成部材に付されていた参照符号と同じ参照符号を付し、詳細な説明は省略する。

この実施の形態が前述した第１の実施の形態と異なっているのは、熱高伝達要素２６が、ベース部１０から独立して構成されているとともにベース部１０中に前述した発熱部位対応位置から前述した外側の位置まで延出して配置されているヒートパイプ３６を少なくとも１つ含むことである。

そして、ベース部１０の複数枚の薄板１２，１４は、ヒートパイプ３６に対応した形状の開口ＯＰを有しており、夫々の開口ＯＰを重複させた状態で相互に密着させて一体的に接合されている。

ヒートパイプ３６もまた、そのパイプ本体３６ａの内部に熱移送流体を格納している。そしてパイプ本体３６ａ中において熱移送流体は、ベース部２０中の前記発熱部位対応位置にて液体から半導体素子１６からの熱を吸収して気体へと相変化し、その後にパイプ本体３６ａ中を前記外側の位置まで対流する。気体化し対流した熱移送流体は、パイプ本体３６ａ中において前記発熱部位対応位置から遠く前記発熱部位対応位置よりも温度が低い前記外側の位置において放熱して液体へと相変化し、その後にパイプ本体３６ａ中を前記発熱部位対応位置まで流れる。このような熱移送流体は、既に種々の種類が広く知られている。

ヒートパイプ３６は、ベース部１０中において種々の任意の個数と配列にすることが容易である。即ち、ベース部１０の所望の外側の位置に発熱部位対応位置から熱を効果的に移動させることが可能である。

［第３の実施の形態］
次に、図７乃至図９を参照しながら、この発明の第３の実施の形態に従った半導体パッケージＳＰ３を説明する。

この実施の形態において図１及び図２を参照しながら前述した第１の実施の形態の半導体パッケージＳＰ１の構成部材と同じ構成部材には、第１の実施の形態の半導体パッケージＳＰの対応する構成部材に付されていた参照符号と同じ参照符号を付し、詳細な説明は省略する。

この実施の形態が前述した第１の実施の形態と異なっているのは、パッケージ本体２０のベース部１０´´の放熱機能を増大させる為に、第１の実施の形態のパッケージ本体２０における導電体素子収容部１８に対するベース部１０の第１表面１０ａ及び第２表面１０ｂの表面積の割合に比べ、ベース部１０´´の第１表面１０´´ａ及び第２表面１０´´ｂの表面積を大きく拡大させていることである。さらには、熱高伝達要素２６が、ベース部１０´´の熱伝達効率よりも高い熱伝達効率を有する材料によりベース部１０´´から独立して構成されているとともにベース部１０´´中に発熱部位対応位置から外側の位置まで延出して配置されている層形状部材３８を少なくとも１つ含んでいる。

この実施の形態において層形状部材３８は，グラファイトシート（熱伝導率：１５００Ｗ／ｍＫ）により構成されている。

ベース部１０´´の複数枚の薄板１２´´，１４´´は、層形状部材３８に対応した形状の開口４０を有しており、夫々の開口４０を重複させた状態で相互に密着させて一体的に接合（例えば、拡散接合）されている。

複数枚の薄板１２´´，１４´´は、熱伝導率の高い金属材料（例えば、銅やアルミニウムや銅合金やアルミニウム合金やこれらと同程度の熱伝導率を有する金属材料が含まれ、銅の熱伝導率は４００Ｗ／ｍＫ程度である）により形成されている。図７乃至図９では２枚の薄板１２´´，１４´´のみが図示されているが、この発明の趣旨に従えば相互に密着されて一体的に接合されることによりベース部１０´´を構成する薄板の枚数は２枚以上であることが出来る。

ベース部１０´´の複数枚の薄板１２´´，１４´´中の層形状部材３８に対応した形状の開口４０中に層形状部材３８が配置されていて、そして複数枚の薄板１２´´，１４´´が夫々の開口４０を重複させた状態で相互に密着させて一体的に接合されているので、複数枚の薄板１２´´，１４´´の開口４０中の層形状部材３８は、開口４０の内表面と確実に密着される。

ベース部１０´´の第１表面１０´´ａ及び第２表面１０´´ｂの表面積が拡大されていることに加えて、ベース部１０´´の複数枚の薄板１２´´，１４´´の開口４０内の熱高伝達要素２６の層形状部材３８が開口４０の内表面と確実に均一に密着されるので、ベース部１０´´の放熱機能を大きく増大させている。しかも上記確実で均一な密着は複数枚の薄板１２´´，１４´´を夫々の開口４０を重複させた状態で相互に密着させて一体的に接合することにより容易に達成できる。層形状部材３８を開口４０中に伴った複数枚の薄板１２´´，１４´´を相互に密着させて一体的に接合することによりベース部１０´´を構成することによりベース部１０´´の厚さを薄くすることが出来る。

層形状部材３８は、ベース部１０´´中において種々の任意の形状と個数と配列にすることが容易である。即ち、ベース部１０´´の所望の外側の位置に発熱部位対応位置から熱を効果的に移動させることが可能である。

この実施の形態においても、図１及び図２を参照しながら前述した第１の実施の形態に従った半導体パッケージＳＰ１の場合と同様に、半導体素子１６の基板（通常は、シリコン製）や周辺回路実装基板２３（通常は、セラミック製）の夫々の熱膨張率とベース部１０´´の熱膨張率との差異による半導体素子１６の基板又は周辺回路実装基板２３又はそれらの両者のひびや割れの発生を防止する為に、ベース部１０´´を構成する複数枚の薄板の中に半導体素子１６の基板又は周辺回路実装基板２３の熱膨張係数と等しいか、又はそれ以下の熱膨張係数を有した少なくとも１枚の薄板３０を含ませることが出来る。そして、このような薄板３０の厚さや形状やベース部１０´´中における配置は、熱膨張率の差異による半導体素子１６の基板又は周辺回路実装基板２３又はそれらの両者のひびや割れの発生を防止することが出来るばかりでなくベース部１０´´における所望の伝熱機能を損なわないよう設定される。

［第３の実施の形態の変形例］
次に、図７乃至図９を参照した第３の実施の形態に従った半導体パッケージＳＰ３の変形例を、図１０を参照しながら説明する。

変形例に従った半導体パッケージＳＰ３´の構成部材の大部分は図７乃至図９を参照した第３の実施の形態に従った半導体パッケージＳＰ３の構成部材の大部分と同じである。それゆえに、変形例に従った半導体パッケージＳＰ３´において第３の実施の形態に従った半導体パッケージＳＰ３の構成部材と同じ構成部材には第３の実施の形態に従った半導体パッケージＳＰ３の対応する構成部材に付されていた参照符号と同じ参照符号を付し、それらについての詳細な説明は省略する。

図７乃至図９を参照した第３の実施の形態に従った半導体パッケージＳＰ３では、パッケージ本体２０のベース部１０´´の放熱機能を増大させる為に、パッケージ本体２０における導電体素子収容部１８に対するベース部１０´´の第１表面１０´´ａ及び第２表面１０´´ｂの表面積の割合が大きく設定されていた。しかしながら、変形例の半導体パッケージＳＰ３´において半導体素子収容部１８に収容されている半導体素子１６´の発熱量は上述した第３の実施の形態に従った半導体パッケージＳＰ３において使用されている半導体素子１６の発熱量よりもかなり小さい。

従って図１０中に図示されている変形例の半導体パッケージＳＰ３´においては、パッケージ本体２０´における導電体素子収容部１８に対するベース部１０´´´の第１表面１０´´´ａ及び第２表面（図１０中で第１表面１０´´´ａとは反対側を向いていて図１０中では図示されていない）の表面積の割合が遥かに小さく設定されている。そして、このことに対応して、ベース部１０´´´中に熱高伝達要素２６´の層形状部材３８´を収容するために形成されている開口４０´及びその中に収容される層形状部材３８´の夫々の平面積も、第３の実施の形態の半導体パッケージＳＰ３においてベース部１０´´中に熱高伝達要素２６の層形状部材３８を収容するために形成されている開口４０及びその中に収容される層形状部材３８の夫々の平面積よりも遥かに小さく設定されている。

［第４の実施の形態］
次に、図１１、図１２（Ａ）、そして図１２（Ｂ）を参照しながら、この発明の第４の実施の形態に従った半導体パッケージＳＰ４を説明する。

第４の実施の形態に従った半導体パッケージＳＰ４は、第１表面５０ａと第１表面５０ａとは反対側の第２表面５０ｂとを有し複数枚の薄板５２，５４，５６，５８を相互に密着させて一体的に接合（例えば、拡散接合）することにより構成されているベース部５０と、第１表面５０ａに設けられ半導体素子６０が収容される半導体素子収容部６２と、を含んでいるパッケージ本体６４を備えている。

そして、半導体素子収容部６２には、半導体素子収容部６２に収容された半導体素子６０と電気接続されるとともに半導体素子収容部６２の外表面に露出した電気端子６６が設けられている。

この実施の形態では、半導体素子収容部６２には半導体素子６０の為の周辺回路を実装した周辺回路実装基板６７も収容されていて、半導体素子６０は周辺回路実装基板６７上の配線を介して電気端子６６と接続されている。

この実施の形態においてベース部５０は、熱伝導率の高い金属材料（例えば、銅やアルミニウムや銅合金やアルミニウム合金やこれらと同程度の熱伝導率を有する金属材料が含まれ、銅の熱伝導率は４００Ｗ／ｍＫ程度である）により形成されている複数枚の薄板５２と、半導体素子６０の基板又は周辺回路実装基板６７の熱膨張係数と等しいか、或いはそれ以下の熱膨張係数を有した少なくとも１枚の薄板５４と、第１表面５０ａを含む第１の薄板５６と、そして、第２表面５０ｂを含む第２の薄板５８と、を含む。

半導体素子収容部６２は、半導体素子６０や半導体素子６０に関連する周辺回路実装基板６７を収納した内部空間を提供する筒形状を有していて、ベース部５０の第１表面５０ａの所定の領域を取り囲んでいる。第１表面５０ａにおいて上記所定の領域に半導体素子６０や周辺回路実装基板６７が載置されている。半導体素子収容部６２は、ベース部５０の第１表面５０ａの所定の領域とは反対側の開口を覆う蓋６８を含む。蓋６８は、第１表面５０ａの所定の領域に半導体素子６０や周辺回路実装基板６７が載置され、半導体素子６０、周辺回路実装基板６７、そして電気端子６６の相互間の接続が終了した後に閉じられ上記内部空間を外部空間から密封する。

ベース部５０中には、ベース部５０の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有しており、ベース部５０中において半導体素子収容部６２中に収容された半導体素子６０の発熱部位に対応した発熱部位対応位置（ベース部５０の第１の表面５０ａにおいて半導体素子６０の発熱部位に隣接した領域）からベース部５０において発熱部位対応位置の外側、この実施の形態では半導体素子収容部６２の外側、の位置まで配置された熱高伝達要素７０が設けられている。熱高伝達要素７０は、半導体素子６０の発熱部位から発生した熱をベース部５０において発熱部位対応位置から外側の位置まで伝達する。

この実施の形態において、熱高伝達要素７０は、例えばカーボンナノチューブやダイヤモンドの粒体を含んでいる。熱高伝達要素７０の粒体は、ベース部５０の複数枚の薄板５２，５４，５６，５８の中の相互に隣接した２枚の間に分散している。そして、この分散は種々のパターンであることが出来る。即ち、ベース部５０の所望の外側の位置に発熱部位対応位置から熱を効果的に移動させることが可能である。さらに、高価なカーボンナノチューブやダイヤモンドの粒体の使用量を必要最少限度に抑制することが出来る。

例えば、図１２の（Ａ）及び（Ｂ）中に２点鎖線で図示されている如く、ベース部５０の第１表面５０ａから第２表面５０ｂへとベース部５０の厚さ方向に向かう間に第１表面５０ａにおける発熱部位対応位置から第２表面５０ｂにおける外側の領域へとベース部５０の第１表面５０ａ及び第２表面５０ｂに沿い拡がるよう分布させることが出来る。

半導体素子６０の発熱量が大きくなると、半導体素子６０の基板（通常は、シリコン製）や周辺回路実装基板６７の熱膨張率とベース部５０の熱膨張率との差異により半導体素子６０の基板又は周辺回路実装基板６７又はそれらの両者にひびや割れが生じる可能性も大きくなる。このような半導体素子６０の基板又は周辺回路実装基板６７又はそれらの両者にひびや割れが発生することを防止する為に、この実施の形態においては、ベース部５０を構成する複数枚の薄板の中に半導体素子６０の基板又は周辺回路実装基板６７の熱膨張係数と等しいか、或いはそれ以下の熱膨張係数を有した少なくとも１枚の薄板５４が含まれている。このような薄板５４の材料としては、例えばモリブデンが知られている。このような薄板５４の厚さや形状やベース部５０中における配置は、熱膨張率の差異により半導体素子６０の基板又は周辺回路実装基板６７又はそれらの両者にひびや割れが発生することを防止することが出来るばかりでなくベース部５０における所望の伝熱機能を損なわないよう設定される。

ベース部５０の複数枚の薄板５２，５４，５６，５８の中の第１表面５０ａを含む第１の薄板５８及び第２表面５０ｂを含む第２の薄板５８は、第１表面５０ａ及び第２表面５０ｂから熱高伝達要素７０の粒体を露出させない。

この実施の形態では、ベース部５０の複数枚の薄板５２，５４，５６，５８は、相互に隣接した２枚の間に熱高伝達要素７０の粒体を所望のパターンで分散させた後に、図１２の（Ｂ）中に矢印で示されている如く第１表面５０ａ及び第２表面５０ｂからベース部５０の厚さ方向に高温で高圧力をかけることにより、それらの間に高熱伝達要素７０を所望のパターンで配置された状態で相互に密着して一体的に接合（拡散接合）される。そしてこの接合の間に熱高伝達要素７０の粒体は隣接する２枚の薄板に対し食い込む。第１表面５０ａを含む第１の薄板５８及び第２表面５０ｂを含む第２の薄板５８は、第１表面５０ａ及び第２表面５０ｂが外部空間に露出されていて熱高伝達要素７０の粒体に接していない。

従って、第１及び第２の薄板５８の夫々の厚さを熱高伝達要素７０の粒体の径よりも大きく設定することにより、ベース部５０中の第１及び第２の薄板５８は、第１表面５０ａ及び第２表面５０ｂから熱高伝達要素７０の粒体を露出させない。

図１は、この発明の第１の実施の形態に従った半導体パッケージを、パッケージ本体の半導体収容部の蓋の一部を切り欠いて示す概略的な斜視図である。 図２は、図１の半導体パッケージの概略的な平面図である。 図３は、図１及び図２中に図示されている第１の実施の形態の変形例に従った半導体パッケージを、パッケージ本体の半導体収容部の蓋の一部を切り欠いて示す概略的な斜視図である。 図４は、図３の変形例に従った半導体パッケージを、従来の放熱効果増大機構と組み合わせて示す概略的な斜視図である。 図５は、小変更を伴った図３の変形例に従った半導体パッケージの概略的な斜視図である。 図６は、この発明の第２の実施の形態に従った半導体パッケージを、パッケージ本体の半導体収容部の一部及びベース部の一部を切り欠いて示す概略的な斜視図である。 図７は、この発明の第３の実施の形態に従った半導体パッケージを、パッケージ本体の半導体収容部の蓋の一部を切り欠いて示す概略的な斜視図である。 図８は、図７の半導体パッケージの概略的な平面図である。 図９は、図８の線ＩＸ−ＩＸに沿った概略的な縦断面図である。 図１０は、図７乃至図９中に図示されている第３の実施の形態の変形例に従った半導体パッケージを、パッケージ本体の半導体収容部の蓋の一部を切り欠いて示す概略的な平面図である。 図１１は、この発明の第４の実施の形態に従った半導体パッケージを、パッケージ本体の半導体収容部の蓋の一部を切り欠いて示す概略的な斜視図である。 図１２（Ａ）は、図１１の線ＸＩＩＡ−ＸＩＩＡに沿った概略的な縦断面図であり；そして、 図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）中に概略的に図示されている縦断面の複数の構成要素を相互に分離して示す図である。

符号の説明

ＳＰ１…半導体パッケージ、１０…ベース部、１０ａ…第１表面、１０ｂ…第２表面、１２，１４…薄板、１６…半導体素子、１８…半導体素子収容部、２０…パッケージ本体、２２…電気端子、２３…周辺回路実装基板、２４…蓋、２６…熱高伝達要素、２８…流路、３０…薄板、
ＳＰ１´…半導体パッケージ、１０´…ベース部、１０´ａ…第１表面、１０´ｂ…第２表面、１２´，１４´…薄板、３２…放熱効果増大機構、３２ａ…半導体パッケージ支持体、３２ｂ…冷却ファン、ＲＦ…放熱フィン、３４…切り欠き、
ＳＰ２…半導体パッケージ、０Ｐ…開口、３６…ヒートパイプ、３６ａ…パイプ本体、
ＳＰ３…半導体パッケージ、１０´´…ベース部、１０´´ａ…第１表面、１０´´ｂ…第２表面、１２´´，１４´´…薄板、３８……層状部材、４０…開口、
ＳＰ３´…半導体パッケージ、１０´´´…ベース部、１０´´´ａ…第１表面、１６´…半導体素子、２０´…パッケージ本体、２６´…熱高伝達要素、３８´層状部材、４０´…開口、
ＳＰ４…半導体パッケージ、５０…ベース部、５０ａ…第１表面、５０ｂ…第２表面、５２，５４，５６，５８…薄板、６０…半導体素子、６２…半導体素子収容部、６４…パッケージ本体、６６…電気端子、６７…周辺回路実装基板、６８…蓋、７０…熱高伝達要素

Claims (14)

1. 第１表面と上記第１表面とは反対側の第２表面とを有し複数枚の薄板を相互に密着させて一体的に接合することにより構成されているベース部と、上記第１表面に設けられ半導体素子が収容される半導体素子収容部と、を含んでいるパッケージ本体と、
   上記半導体素子収容部に設けられ、上記半導体素子と電気接続されるとともに上記半導体素子収容部の外表面に露出した電気端子と、
   上記ベース部中に設けられ、上記ベース部の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有しており、上記ベース部中に上記半導体素子の発熱部位に対応した発熱部位対応位置から上記発熱部位対応位置の外側の位置まで配置され、上記半導体素子の発熱部位から発生した熱を上記ベース部において上記発熱部位対応位置から上記外側の位置まで伝達する熱高伝達要素と、
   を備えたことを特徴とする半導体パッケージ。
2. 前記熱高伝達要素が、前記ベース部中において前記発熱部位対応位置から前記外側の位置まで延出した流路と、この流路中に密封され相変化により熱を移送する熱移送流体と、の組み合わせを少なくとも１つ含む、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ。
3. 前記ベース部の前記複数枚の薄板は、前記流路に対応した形状の開口を有しており、夫々の開口の少なくとも一部を重複させた状態で相互に密着させて一体的に接合されている、ことを特徴とする請求項２に記載の半導体パッケージ。
4. 前記半導体素子収容部中には前記半導体素子の為の周辺回路を実装した周辺回路実装基板がさらに収容されていて、
   前記ベース部の前記複数枚の薄板は、前記半導体素子の基板又は上記周辺回路実装基板の熱膨張係数と等しいか又はそれ以下の熱膨張係数を有した少なくとも１枚の薄板を含む、ことを特徴とする請求項３に記載の半導体パッケージ。
5. 前記熱高伝達要素が、前記ベース部から独立して構成されているとともに前記ベース部中に前記発熱部位対応位置から前記外側の位置まで延出して配置されているヒートパイプを少なくとも１つ含む、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ。
6. 前記ベース部の前記複数枚の薄板は、前記ヒートパイプに対応した形状の開口を有しており、夫々の開口を重複させた状態で相互に密着させて一体的に接合されている、ことを特徴とする請求項５に記載の半導体パッケージ。
7. 前記半導体素子収容部中には前記半導体素子の為の周辺回路を実装した周辺回路実装基板がさらに収容されていて、
   前記ベース部の前記複数枚の薄板は、前記半導体素子の基板又は上記周辺回路実装基板の熱膨張係数と等しいか又はそれ以下の熱膨張係数を有した少なくとも１枚の薄板を含む、ことを特徴とする請求項６に記載の半導体パッケージ。
8. 前記高熱伝達要素が、前記ベース部の熱伝達効率よりも高い熱伝達効率を有する材料により前記ベース部から独立して構成されているとともに前記ベース部中に前記発熱部位対応位置から前記外側の位置まで延出して配置されている層形状部材を少なくとも１つ含む、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ。
9. 前記ベース部の前記複数枚の薄板は、前記層形状部材に対応した形状の開口を有しており、夫々の開口を重複させた状態で相互に密着させて一体的に接合されている、ことを特徴とする請求項８に記載の半導体パッケージ。
10. 前記半導体素子収容部中には前記半導体素子の為の周辺回路を実装した周辺回路実装基板がさらに収容されていて、
    前記ベース部の前記複数枚の薄板は、前記半導体素子の基板又は上記周辺回路実装基板の熱膨張係数と等しいか又はそれ以下の熱膨張係数を有した少なくとも１枚の薄板を含む、ことを特徴とする請求項９に記載の半導体パッケージ。
11. 前記熱高伝達要素が、前記ベース部の熱伝達効率よりも高い熱伝達効率を有する材料により構成され前記ベース部中に分散された粒体を含んでおり、
    前記熱高伝達要素の前記粒体が、前記ベース部の前記複数枚の薄板の中の相互に隣接した２枚の間に分散している、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ。
12. 前記ベース部の前記複数枚の薄板の中の前記第１表面を含む第１の薄板及び前記第２表面を含む第２の薄板は、前記第１表面及び前記第２表面から前記熱高伝達要素の前記粒体を露出させない、ことを特徴とする請求項１１に記載の半導体パッケージ。
13. 前記半導体素子収容部中には前記半導体素子の為の周辺回路を実装した周辺回路実装基板がさらに収容されていて、
    前記ベース部の前記複数枚の薄板は、前記半導体素子の基板又は上記周辺回路実装基板の熱膨張係数と等しいか又はそれ以下の熱膨張係数を有した少なくとも１枚の薄板を含む、ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の半導体パッケージ。
14. 前記熱高伝達要素の前記粒体がダイヤモンドの粒体を含む、ことを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の半導体パッケージ。

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