JP2009212390A - 発熱体搭載部品の取付構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】この発明は、小形化を確保したうえで、熱伝導効率を向上し得るようにして、放熱効率の向上を図ることにある。
【解決手段】ベースプレート１０の背面に複数の突起１５を形成して、このベースプレート１０を、該ベースプレート１０に比して柔らかい材料で形成した熱伝導シート１８を介在させて放熱部材１７に取付け配置するように構成したものである。
【選択図】 図４

Description

この発明は、例えば各種の電子部品を構成する半導体素子等の発熱体を搭載する半導体パッケージ等の発熱体搭載部品の取付構造に関する。
一般に、半導体装置は、発熱体搭載部品である半導体パッケージ内に、発熱体である電子部品を構成する半導体素子が収容配置され、この半導体パッケージの周壁には、外部接続用の接続端子が突設されている。そして、このような半導体パッケージは、その外部接続用接続端子が印刷配線基板の回路に電気的に接続されて使用に供される。この使用により、半導体パッケージは、その半導体素子が、熱を発生して温度が上昇すると、その性能の低下を招くため、発生した熱を外部に排熱して、その温度を許容値に保つ方法が採られている。
そこで、半導体パッケージにおいては、その駆動に伴う熱を効率よく排熱して、半導体素子の温度を許容値に熱制御するための各種の冷却構造が開発されている。このような冷却構造としては、パッケージ基体を、例えば熱伝導効率の優れたグラファイトシートを介在して放熱体に取付け配置することにより、高効率な熱移送を可能とした構成のものが提案されている（例えば，特許文献１参照）。また、グラファイトシートに代えて放熱用グリースをパッケージ基体と放熱体との間に塗布する構成のものもある。
特開２００４−２８８９４９号公報
しかしながら、上記半導体パッケージ構成では、パッケージ基体の取付面にグラファイトシートを介在したり、あるいは放熱用グリースを介在して組付け配置する構成のために、熱伝導の効率化を図ることが可能であるが、これらグラファイトシートや放熱用グリースが電気的な導通の障害となり、電気性能の低下を招くという問題を有する。また、パッケージ基体の熱伝導効率が、該パッケージ基体のグラファイトシートとの熱伝達面積により決まるため、熱伝導効率の更なる向上を図る場合、その熱伝達面積を大きくしなければならないことで、大形となるという問題を有する。
係る事情は、半導体パッケージに限ることなく、電子部品等の発熱体を収容する各種の発熱体搭載部品においても同様である。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、小形化を確保したうえで、熱伝導効率を向上し得るようにして、放熱効率の向上を図った発熱体搭載部品の取付構造を提供することを目的とする。
この発明は、取付面に複数の突起が設けられた発熱体の搭載される発熱体搭載部品と、この発熱体搭載部品が熱的に結合されて取付け配置される放熱部材と、前記発熱体搭載部品に比して柔らかい材料で形成され、前記発熱体搭載部品の取付面と前記放熱部材との間に介在される熱伝導シートとを備えて発熱体搭載部品の取付構造を構成した。
上記構成によれば、発熱体搭載部品は、その取付面が熱伝導シートを介して放熱部材に対向されて該放熱部材に取付けられると、その取付面の複数の突起が、材質的に柔らかい熱伝導シートに押し込まれた状態で、この熱伝導シートを介して放熱部材と熱的に結合されて取付け配置される。
これにより、発熱体搭載部品の熱伝導シートとの熱伝達面積（接触面積）が、その取付面における複数の突起部の外周壁を含む表面積が加算されて、取付面自体の面積を大きくすることなく、広く採ることができる。従って、小形化を確保したうえで、熱伝達面積を大きく採ることが可能となり、放熱効率の向上を図ることができる。
以上述べたように、この発明によれば、小形化を確保したうえで、熱伝導効率を向上し得るようにして、放熱効率の向上を図った発熱体搭載部品の取付構造を提供することができる。
以下、この発明の実施の形態に係る発熱体搭載部品の取付構造について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施の形態に係る発熱体搭載部品の取付構造に適用される発熱体搭載部品である半導体パッケージの外観構成を示すもので、ベースプレート１０は、例えば矩形状に形成され、その上面に素子収容部を構成する枠体１１が一体的に設けられている。
このベースプレート１０上の枠体１１内には、図２に示すように半導体素子１２が搭載され、枠体１１上には、蓋体１３が被着されている。そして、枠体１１の互いに対向する両側壁には、上記半導体素子１２に電気的に接続された外部接続用接続端子１４がそれぞれ外部接続可能に突設される。
上記ベースプレート１０、枠体１１及び蓋体１３は、例えば銅等の熱伝導性の優れた金属材料で形成されている。そして、ベースプレート１０の取付面の全面には、例えば四角錐形状の複数の突起１５が直並列状に配列されて形成されている（図３参照）。
また、ベースプレート１０には、その両端部に取付凹部１６が設けられている（図１参照）。この取付凹部１６は、ベースプレート１０の背面を被取付体を構成する金属体であるヒートシンク等の放熱部材１７上に熱伝導シート１８を介在して載置された状態で（図２参照）、例えば図示しない螺子部材が挿通されて該螺子部材（図示せず）の放熱部材１７への螺着を可能とする。
この熱伝導シート１８は、ベースプレート１０を例えば銅で形成した場合、銅よりも柔らかく、熱伝導性に優れた、金（Ａｕ）、錫（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）等の金属材料やグラファイトシートや高分子熱伝導材等の材料で形成される。この熱伝導シート１８は、例えば厚さ寸法が、上記ベースプレート１０の複数の突起１５が押し込まれた状態で、上記放熱部材１７との間に密着可能に設定される。
そして、熱伝導シート１８は、上記螺子部材（図示せず）がベースプレート１０の取付凹部１６に挿通されて放熱部材１７に螺着されると、その一方の面にベースプレート１０が圧接されることにより、該ベースプレート１０の複数の突起１５が押し込まれた状態で、放熱部材１７との間に密着されて配置される（図４参照）。
上記構成により、半導体素子１２を組込んだベースプレート１０は、図２に示すように熱伝導シート１８を介在して放熱部材１７上に載置され、上記螺子部材（図示せず）を用いて放熱部材１７上に締結されて取付けられる。すると、ベースプレート１０は、その複数の突起１５が、図４に示すように熱伝導シート１８の一方の面に当接して押圧され、該熱伝導シート１８の面に押し込まれた状態で、該複数の突起１５の基部の背面が、熱伝導シート１８の一方の面に密着され、該熱伝導シート１８を介して放熱部材１７と熱的に結合される。
ここで、ベースプレート１０は、熱伝導シート１８との熱伝達面積（接触面積）が、その背面における複数の突起１５の表面積を含む部位となり、該背面面積に比して広い面積となる。これにより、半導体素子１２からベースプレート１０に熱移送されて熱は、背面における複数の突起１５の表面積を含む部位から熱伝導シート１８に熱移送され、該熱伝導シート１８を経由して放熱部材１７に導かれて効率よく放熱され、半導体素子１２の熱制御が行われる。
上記熱伝導シート１８は、特に、金属材料で形成した場合、上述したベースプレート１０との熱伝達面積を向上することの他、ベースプレート１０の電気的な導通阻害を小さく保つことが可能となるため、さらに、ベースプレート１０上に搭載した半導体素子１２の高性能な電気性能を確保することが可能となる。
このように、上記発熱体搭載部品の取付構造は、ベースプレート１０の背面に複数の突起１５を形成して、このベースプレート１０を、該ベースプレート１０に比して柔らかい材料で形成した熱伝導シート１８を介在させて放熱部材１７に取付け配置するように構成した。
これによれば、ベースプレート１０は、その背面が熱伝導シート１８を介して放熱部材１７に取付けられると、その背面の複数の突起１５が、材質的に柔らかい熱伝導シート１８に押し込まれた状態で、この熱伝導シート１８を介して放熱部材１７と熱的に結合されて取付け配置される。この結果、熱伝導シート１８との熱伝達面積が、複数の突起１５の外周壁を含む表面積を含む背面となり、ベースプレート１０の取付面である背面面積を大きくすることなく、熱伝達面積の拡大が図れるため、小形化を確保したうえで、放熱効率の向上を図ることができる。
なお、上記実施の形態では、ベースプレート１０の背面に形成する四角錐形状の複数の突起１５を設けて構成した場合について説明したが、これに限ることなく、その他、三角錐以上の多角錐形状、円錐形状、湾曲状、針状、リング状等各種の形状のものを構成可能で、同様に有効な効果が期待される。
例えば図５に示すように湾曲状に突出した複数の突起１５１を、上記ベースプレート１０の背面に設けて構成したり、図６に示すように円形をしたリング状の複数の突起１５２を、上記ベースプレート１０の背面に設けて構成したり、図７に示すように矩形をしたリング状の複数の突起１５３を、ベースプレート１０の背面に設けて構成される。
また、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、図８乃至図１１に示すように構成するようにしてよく、同様に有効な効果が期待される。但し、この図８乃至図１１に示す各実施の形態では、上記図１乃至図４と同一部分について、同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
図８に示す実施の形態では、ベースプレート１０の背面及び放熱部材１７の取付面にそれぞれ、例えば四角錐形状の複数の突起１５４，１７１を設け、このベースプレート１０及び放熱部材１７の複数の突起１５４，１７１で熱伝導シート１８を挟持するように構成したものである。この実施の形態においては、熱伝導シート１８がベースプレート１０及び放熱部材１７の双方の材質より柔らかい材料で形成される。
上記構成により、熱伝導シート１８は、放熱部材１７の複数の突起１７１上に載置されて、その上からベースプレート１０の複数の突起１５４が載置されて、上述したようにベースプレート１０が螺子部材（図示せず）を介して放熱部材１７に取付けられる。これにより、熱伝導シート１８は、その両面に双方の複数の突起１５４，１７１が押し込まれた状態で、ベースプレート１０及び放熱部材１７間に密着される。
この結果、ベースプレート１０の背面側及び放熱部材１７の取付面側における熱伝導シート１８との熱伝達面積が、複数の突起１５４，１７１の外周壁を含む表面積を含む背面となり、その背面面積より大きくなることで、さらに良好な熱伝導性能が得られる。
また、図９に示す実施の形態では、熱伝導シート１８をベースプレート１０及び放熱部材１７に比して硬度の高い材料で形成し、この熱伝導シート１８の両面に、例えば四角錐形状の複数の突起１８１，１８２をベースプレート１０の背面及び放熱部材１７の取付面に対応して設けるように構成したものである。
上記構成により、熱伝導シート１８は、ベースプレート１０と放熱部材１７との間に介在されて、ベースプレート１０と放熱部材１７とが上記螺子部材（図示せず）を介して取付けられる。すると、熱伝導シート１８は、その両面の複数の突起１８１，１８２が、ベースプレート１０の背面及び放熱部材１７の取付面に当接してそれぞれ押し込まれた状態で相互間に密着される。
この結果、ベースプレート１０の背面側及び放熱部材１７の取付面側における熱伝導シート１８との熱伝達面積が、該熱伝導シート１８の複数の突起１８１，１８２の外周壁を含む表面積を含む背面及び取付面となり、その背面及び取付面面積より大きくなることで、さらに良好な熱伝導性能が得られる。
また、図１０の実施の形態では、ベースプレート１０の背面及び放熱部材１７の取付面にそれぞれ、例えば四角錐形状の複数の突起１５５，１７２を設け、且つ、熱伝導シート１８の両面に、例えば四角錐形状の複数の突起１８３，１８４を、上記ベースプレート１０及び放熱部材１７の複数の突起１５５，１７２に対応して設けるように構成したものである。
上記構成により、熱伝導シート１８は、その一方の面の複数の突起１８４が、放熱部材１７の複数の突起１７２に、例えば噛み合う如く嵌合されて載置されて、その他方の面の複数の突起１８３にベースプレート１０の複数の突起１５５が、例えば噛み合う如く嵌合されて載置される。そして、ベースプレート１０が、上述したように螺子部材（図示せず）を介して放熱部材１７に取付けられると、熱伝導シート１８は、その両面の複数の突起１８４，１８３が、放熱部材１７及びベースプレート１０の各複数の突起１７２，１５５と噛み合った状態で、放熱部材１７及びベースプレート１０間に密着される。
この結果、ベースプレート１０の背面側及び放熱部材１７の取付面側における熱伝導シート１８の両面の熱伝達面積が、各複数の突起１５５，１７２の外周壁を含む表面積を含む背面及び取付面となり、その背面及び取付面面積より、それぞれ大きくなることで、さらに良好な熱伝導性能が得られる。
また、図１１の実施の形態では、ベースプレート１０の背面及び放熱部材１７の取付面にそれぞれ、例えば四角錐形状の複数の突起１５６，１７３を設け、ベースプレート１０の複数の突起１５６を、放熱部材１７の複数の突起１７３に噛み合う如く嵌合させた状態で、相互間を、上記螺子部材（図示せず）を介して取付けて密着させるように構成したものである。
上記構成により、ベースプレート１０及び放熱部材１７は、互いの複数の突起１５６，１７３が噛み合う如く嵌合された状態で、相互間が上記螺子部材（図示せず）を介して取付けられる。これにより、ベースプレート１０は、その背面が放熱部材１７の取付面に密着されて熱的に結合される。
この結果、ベースプレート１０の放熱部材１７に対する熱伝達面積が、複数の突起１５６の外周壁を含む表面積を含む背面となり、その背面面積より大きくなることで、同様に良好な熱伝導性能を得ることが可能となる。
なお、これら図８乃至図１１の各実施の形態において、複数の突起１５４（１５５，１５６）、１７１（１７２，１７３）、１８１，１８２（１８３，１８４）の形状としては、同様に四角錐形状に限るものでなく、その他、三角錐以上の多角錐形状、円錐形状、湾曲状、針状、リング状等の各種の形状のものを用いて構成可能で、同様に有効な効果が期待される。
また、上記各実施の形態においては、発熱体搭載部品として、半導体パッケージに適用した場合について説明したが、これに限ることなく、その他、発熱体である各種の電子ユニットを収容配置してなる発熱体搭載部品においても適用可能で、同様に有効な効果が期待される。
よって、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。
例えば実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
この発明の一実施の形態に係る発熱体搭載部品の取付構造の適用される半導体パッケージの外観構成を示した斜視図である。 図１の半導体パッケージを放熱部材に取付けた状態を示した断面図である。 図１のベースプレートを取出して背面の一部を拡大して示した平面図である。 図２の一部を拡大して示した要部断面図である。 この発明の他の実施の形態に係る発熱体搭載部品の取付構造を説明するために示した要部断面図である。 この発明の他の実施の形態に係る発熱体搭載部品の取付構造を説明するために示した要部断面図である。 この発明の他の実施の形態に係る発熱体搭載部品の取付構造を説明するために示した要部断面図である。 この発明の他の実施の形態に係る発熱体搭載部品の取付構造を説明するために示した要部断面図である。 この発明の他の実施の形態に係る発熱体搭載部品の取付構造を説明するために示した要部断面図である。 この発明の他の実施の形態に係る発熱体搭載部品の取付構造を説明するために示した要部断面図である。 この発明の他の実施の形態に係る発熱体搭載部品の取付構造を説明するために示した要部断面図である。
符号の説明
１０…ベースプレート、１１…枠体、１２…半導体素子、１３…蓋体、１４…外部接続用接続端子、１５、５１，１５２，１５３，１５４，１５５，１５６…突起、１６…取付凹部、１７…放熱部材、１７１，１７２，１７３…突起、１８…熱伝導シート、１８１，１８２，１８３，１８４…突起。

Claims (12)

  1. 取付面に複数の突起が設けられた発熱体の搭載される発熱体搭載部品と、
    この発熱体搭載部品が熱的に結合されて取付け配置される放熱部材と、
    前記発熱体搭載部品に比して柔らかい材料で形成され、前記発熱体搭載部品の取付面と前記放熱部材との間に介在される熱伝導シートと、
    を具備することを特徴とする発熱体搭載部品の取付構造。
  2. 前記発熱体搭載部品の複数の突起は、前記取付面の全面に設けられることを特徴とする請求項１記載の発熱体搭載部品の取付構造。
  3. 取付面に複数の突起が設けられた発熱体の搭載される発熱体搭載部品と、
    この発熱体搭載部品が熱的に結合される取付面に複数の突起が設けられた放熱部材と、
    前記発熱体搭載部品の複数の突起及び前記放熱部材の複数の突起と間に介在されるものであって、前記発熱体搭載部品及び放熱部材に比して柔らかい材料で形成された熱伝導シートと、
    を具備することを特徴とする発熱体搭載部品の取付構造。
  4. 前記熱伝導シートの複数の突起は、両面の全面に設けられることを特徴とする請求項３記載の発熱体搭載部品の取付構造。
  5. 取付面に複数の突起が設けられた発熱体の搭載される発熱体搭載部品と、
    この発熱体搭載部品の取付面が熱的に結合される取付面に複数の突起が設けられた放熱部材と、
    前記発熱体搭載部品と前記放熱部材との間に介在されるものであって、前記発熱体搭載部品の複数の突起及び前記放熱部材の複数の突起に嵌合される複数の突起が設けられた熱伝導シートと、
    を具備することを特徴とする発熱体搭載部品の取付構造。
  6. 前記発熱体搭載部品の複数の突起、前記放熱部材の複数の突起及び前記熱伝導シートの複数の突起は、それぞれ取付面の全面及び両面の全面に設けられることを特徴とする請求項５記載の発熱体搭載部品の取付構造。
  7. 発熱体の搭載される発熱体搭載部品と、
    この発熱体搭載部品の取付面が熱的に結合される放熱部材と、
    前記発熱体搭載部品と前記放熱部材との間に介在されるものであって、両面に複数の突起が前記発熱体搭載部品の取付面及び前記放熱部材の取付面に対向して設けられ、前記発熱体搭載部品及び前記放熱部材に比して硬度の高い材料で形成される熱伝導シートと、
    を具備することを特徴とする発熱体搭載部品の取付構造。
  8. 前記熱伝導シートの複数の突起は、発熱体搭載部品及び前記放熱部材の各取付面に対応して設けられることを特徴とする請求項７記載の発熱体搭載部品の取付構造。
  9. 前記熱伝導シートは、金属材料で形成されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか記載の発熱体搭載部品の取付構造。
  10. 取付面に複数の突起が設けられた発熱体の搭載される発熱体搭載部品と、
    取付面に複数の突起が設けられ、該複数の突起に対して前記発熱体搭載部品の複数の突起が嵌合されて熱的に結合される放熱部材と、
    を具備したことを特徴とする発熱体搭載部品の取付構造。
  11. 前記発熱体搭載部品及び前記放熱部材の各複数の突起は、それぞれ取付面の全面に設けられることを特徴とする請求項１０記載の発熱体搭載部品の取付構造。
  12. 前記発熱体搭載部品は、半導体パッケージであることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか記載の発熱体搭載部品の取付構造。
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