JP2009076813A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 表面実装型電子部品が表面実装により半田付けされている場合は、半田部分である半田ボールとボール形成ランドによる結合力が弱い為、振動や衝撃の多い環境での使用については長時間の使用により、半田クラックやパターン剥がれが発生する等の問題が生ずる。
【解決手段】 熱伝導シートの角部を面取りにすることにより、振動や衝撃による応力や、および、熱膨張及び熱収縮によって発生するヒートシンクと表面実装型電子部品の相対移動を少なくすることで、半田クラックおよび冷却能力の低下や電気特性の劣化の問題を抑制することを目的とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子部品と放熱体とを熱伝導シートを介して取り付けた半導体装置に関するものである。

近年、半導体装置で代表される電子部品は、低電力で動作するＭＯＳ型トランジスタからなるＣＭＯＳ、あるいはこのＣＭＯＳを主要部に用いたＢｉＣＭＯＳなどで構成されるのが主流になってきているが、高集積化や小型化が急速に進むとともに表面実装型のものが主流となってきている。表面実装型のものとは主に、パッケージが半導体チップの裏面に放熱体を取り付けたＢＧＡ（Ｂａｌｌ
Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）やＰＧＡ（Ｐｉｎ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）が挙げられる。

前記電子部品の表面実装型のものは、比較的に消費電力の大きい表面実装型電子部品を高密度に実装したとき、これらの電子部品を動作保証温度以下に保つよう冷却手段を備える必要がある。このような場合に、従来においては主に、電子部品が発する熱を外部端子から配線基板に、あるいは、表面実装型電子部品のパッケージ表面に放熱体である金属製のヒートシンクや熱伝導シート、または両方を使用して発生した熱を放熱体によって放出するようにしている。

熱伝導シートを使用する場合、図５に示すように、平板状の熱伝導シート１をプリント配線基板８に搭載された表面実装型電子部品４のパッケージ表面上に配置し、その上にヒートシンク５などを配置することによって放熱している。
特開平９−１７９２３号公報 特開平１１−１２１６６０号公報

しかしながら、パッケージ表面上にヒートシンクを搭載した表面実装型電子部品は、動作保証温度以下に安定に保つことができる反面、以下の問題がある。

例えば、図４に示すように、表面実装型電子部品４が表面実装により半田付けされている場合は、半田部分である半田ボール６とボール形成ランド７による結合力が弱い為、特にプリント配線基板８を縦に実装する場合や、振動や衝撃の多い環境で使用する場合は長時間の使用により、半田ボール６の半田クラックや、ボール形成ランド７のパターン剥がれが発生する等の問題が生ずる。

また、ヒートシンク５及び発熱源の表面実装型電子部品４の熱膨張係数が異なるので、熱膨張及び熱収縮を繰り返すことにより、両者の固定力が弱くなり、ヒートシンク５の一部が表面実装型電子部品４から剥離して、ヒートシンク５と表面実装型電子部品４との間の熱伝導性が悪化することがある。

ヒートシンク５と発熱源の密着性が低下し、この熱伝導性が悪化することにより、ヒートシンク５の放熱効率は大幅に低下することになり、さらに、電気特性の劣化など、表面実装型電子部品４の信頼性が損なわれることになる。

かかる問題を解決するため、ヒートシンク５と表面実装型電子部品４が相対移動しない様に、つまり、ヒートシンク５と表面実装型電子部品４を強固に固定することが考えられるが、複雑な構造となってしまうだけでなく、このため、固定に時間と労力を必要とし、ひいては部品や製造のコストアップになるという問題が生じる。

本発明は、前記した全ての問題点に鑑みてなされたものであり、熱伝導シートの角を面取りにすることにより、振動や衝撃による応力や、熱膨張及び熱収縮によって発生するヒートシンクと表面実装型電子部品の相対移動を少なくすることで、半田クラックおよび冷却能力の低下や電気特性の劣化の問題を抑制することを目的とする。

本発明は、表面実装型電子部品に搭載する放熱体とを効率よく接続するのに有用な、熱伝導シートを用いた半導体装置に関するものである。

本発明の熱伝導シートは弾性部材からなる平板状であり、少なくとも片面が接着性を有し（接着性なしでも問題としない）、角の部分（角部）は面取り形状となっている。

従来は、表面実装型電子部品のヒートシンクを配置する時には、表面実装型電子部品のパッケージ表面全面に熱伝導シートを密着させていた。

このため、ヒートシンクに振動や衝撃等の応力を受けたり、熱膨張及び熱収縮によりヒートシンクと表面実装型電子部品の相対移動が発生した場合、表面実装型電子部品の角部は、半田ボールとボール形成ランドの結合力が弱いので、表面実装型電子部品の角部の半田ボールの半田クラックやボール形成ランドのパターン剥がれによる問題が発生していた。

しかし、前記熱伝導シートの角部を面取り形状にすることで、ヒートシンクに振動や衝撃による応力がかかった際、応力を受けやすい表面実装型電子部品の角部には、熱伝導シートが密着していない分、直接半田ボールとボール形成ランドには応力を受けず、応力を受ける影響が少なく結合力が強い部分である、複数に実装する半田ボールとボール形成ランドにて応力を受けるので、応力が集中せずに均等に応力を分散することができる。

その結果、ヒートシンクと表面実装型電子部品の相対移動を少なくすることができ、半田ボールの半田クラックや、ボール形成ランドのパターン剥がれを抑制することができる。

また前記熱伝導シートを使用することにより、表面実装型電子部品から発する熱による熱膨張及び熱収縮によって発生する、ヒートシンクと表面実装型電子部品の相対移動を少なくすることができ、これにより、上記効果を奏するだけでなく、冷却能力の低下や電気特性の劣化の問題を抑制することができる。

前記熱伝導シートの面取りは、Ｃ面またはＲ面取りであることが好ましい。

前記熱伝導シートのＣ面取りの寸法は、前記半田ボールのピッチサイズの２倍以上であることが好ましい。

前記熱伝導シートのＲ面取りの寸法は、前記半田ボールのピッチサイズの２倍以上の半径であることが好ましい。

熱伝導シートは、熱伝導性を有する柔軟な弾性体が好ましく、とくに材質がゴム、シリコン、ゲルが好ましい。

また前記熱伝導シートは、厚さ方向に気体を通すための通気部が形成することで、通気性を向上できるので、さらに冷却効果を高めることができる。

以上より、半田クラックおよび冷却能力の低下や電気特性の劣化の問題を抑制する熱伝導シートを提供することができる。

本発明は、半田クラックやパターン剥がれおよび冷却能力の低下や電気特性の劣化の問題を抑制することができるという効果を奏する。

図１〜図５を用いて、本発明を詳細に説明する。

図１に本発明に係る表面実装型電子部品に搭載する熱伝導シートの構造の一実施例を示す。なお、従来より一般的に使用されている表面実装型電子部品の構成については、前記した説明により省略する。（図５参照）

図１は本実施例１に係る表面実装型電子部品に搭載する熱伝導シートを表した平面図である。

図１に示すように、熱伝導シート１は弾性部材からなる平面板であり、角の部分は面取り形状であるＣ面２に形成されている。

そして、この熱伝導シート１は、図５に示すように表面実装型電子部品４のパッケージ表面上と放熱体であるヒートシンク５との間に配置するように形成されている。

この熱伝導シート１には、接着性を有しているので、表面実装型電子部品４のパッケージ表面とヒートシンク５は、熱伝導シート１によって密着した状態に形成されている。

前記のような熱伝導シート１を使用することにより、図３に示すように、前記熱伝導シート１の角部を面取り形状にすることで、ヒートシンク５に振動や衝撃による応力がかかった際、応力を受けやすい表面実装型電子部品の角部には、熱伝導シート１が密着していない分、直接半田ボール６とボール形成ランド７には応力を受けず、応力を受ける影響が少なく結合力が強い部分である、複数に実装する半田ボール６とボール形成ランド７にて応力を受けるので、応力が集中せずに均等に応力を分散することができる。

その結果、ヒートシンク５と表面実装型電子部品４の相対移動を少なくすることができ、プリント配線基板８の半田付け部分である半田ボール６の半田クラックや、ボール形成ランド７のパターン剥がれを抑制することができる。

また表面実装型電子部品４から発する熱による熱膨張及び熱収縮によって発生する、ヒートシンク５と表面実装型電子部品４の相対移動も少なくすることができ、これにより、上記効果を奏するだけでなく、冷却能力の低下や電気特性の劣化の問題を抑制することができる。

また図２に示すように、熱伝導シート１は弾性部材からなる平板状であり、角部は面取り形状であるＲ面３に形成されている。

前記面取り形状がＲ面３のように形成しても、前記同様の効果を奏することができる。

以上より、前記する熱伝導シートを使用することにより、半田クラックおよび冷却能力の低下や電気特性の劣化の問題を抑制する熱伝導シートを提供することができる。

前記した実施例は、説明のために例示したものであって、本発明としてはそれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。

例えば、実施例記載の熱伝導シートの角部のＣ面取りの寸法は、前記半田ボールのピッチサイズの２倍以上であることが好ましく、またＲ面取りの寸法は、前記半田ボールのピッチサイズの２倍以上の半径であることが好ましい。

また実施例記載の熱伝導シートの角部の面取り形状については、図４に示すように、段部または円弧状にする形状にしてもよく、前記実施例の同様の効果を奏することができる。

つまり、前記熱伝導シート１の角部を面取り形状にする目的として、結合力の弱い、表面実装型電子部品の角部に、直接ヒートシンクにかかる応力を受けないようする、熱伝導シートを形状であればよい。だから、熱伝導シートの角部の面取りの寸法は、半田ボールのピッチサイズの２倍以上であるのは、前記の理由からである。

また実施例記載の熱伝導シートは、熱伝導性を有する柔軟な弾性体が好ましく、とくに材質がゴム、シリコン、ゲルが好ましい。

また実施例記載の熱伝導シートは、厚さ方向に気体を通すための通気部を形成することで、さらに冷却効果を高めることができる。

本発明に係る熱伝導シートを表した平面図である。（実施例１） 本発明に係る熱伝導シートを表した平面図である。（実施例１） 本発明に係る熱伝導シートの角部を表した平面図である。（実施例１） 本発明に係る熱伝導シートを表した平面図である。 ヒートシンクおよび熱伝導シートを搭載した表面実装型電子部品の概略断面図である。

符号の説明

１ 熱伝導シート
２ Ｃ面
３ Ｒ面
４ 表面実装型電子部品
５ ヒートシンク
６ 半田ボール
７ ボール形成ランド
８ プリント配線基板

Claims (6)

1. プリント配線基板と、
   該プリント配線基板に実装された電子部品と、
   該電子部品に熱伝導シートを介して取り付けられた放熱体とからなる半導体装置において、
   該熱伝導シートの角部が面取りされていることを特徴とする半導体装置
2. 前記面取りが、Ｃ面またはＲ面取りであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置
3. 前記Ｃ面取りの寸法は、前記半田ボールのピッチサイズの２倍以上である請求項２に記載の半導体装置
4. 前記Ｒ面取りの寸法は、前記半田ボールのピッチサイズの２倍以上の半径である請求項２に記載の半導体装置
5. 前記熱伝導シートは、
   熱伝導性を有する柔軟な弾性体にて形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つの請求項に記載の半導体装置
6. 前記熱伝導シートは、
   厚さ方向に気体を通すための通気部が形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つの請求項に記載の半導体装置