JP2010135459A

JP2010135459A - 半導体パッケージおよび放熱器

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Publication number: JP2010135459A
Application number: JP2008308233A
Authority: JP
Inventors: Takashi Murakami; 崇村上
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2008-12-03
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2010-06-17

Abstract

【課題】半導体パッケージおよび放熱器の放熱効率を高めることができる手段を提供する。
【解決手段】半導体チップ１１０を有する半導体パッケージ１００において、ヒートスプレッダ２００に対向する接触面１１２を半導体パッケージ１００の外縁から中央部に向かって、ヒートスプレッダ２００側に緩やかに湾曲する凸状に形成されており、表面には熱伝導性の高いグリス１２０が塗布されている。半導体チップとヒートスプレッダに対して、相互に押しつけ合う力Ｇが加えられると、両者はグリスを介して接触する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体チップを有する半導体パッケージ、および、接触により半導体パッケージの放熱を促す放熱器に関するものである。

広く知られるように、半導体チップを有する半導体パッケージは、電子機器に利用されるプリント基板等の配線パターンに接続されて用いられる。この半導体パッケージは、電子機器の稼働に伴って発熱することから、ヒートスプレッダやヒートシンク等の放熱器を半導体パッケージに接触させて、半導体パッケージからの熱を効率的に発散させる対策が講じられている。

一般に、このような半導体パッケージおよび放熱器の接触面は平坦に形成されており、半導体パッケージと放熱器との接触にあたって、両者の間には熱伝導性の高いグリスが塗布される。このように配置された放熱器には半導体パッケージに向かって押し付ける圧力が加えられる。両者の間に押し付け力が働くと、半導体パッケージからの熱はグリスを介して放熱器に伝熱される。このようにして、半導体パッケージからの熱は放熱器から発散される。

特開２００６−１４０４０３

近年、半導体チップの処理能力が向上するにつれ、従来に比べて、半導体パッケージの発熱の度合いが高まっている。そのため、半導体パッケージおよび放熱器の放熱効率を高めることが要望されている。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、放熱効率を高めることができる半導体パッケージおよび放熱器を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る半導体パッケージは、
半導体チップを有する半導体パッケージにおいて、
放熱を促す放熱器と対向する接触面を有し、前記接触面は、半導体パッケージの外縁から中央部に向かって、放熱器側に緩やかに湾曲する凸状に形成される、という構成を特徴とする。

本発明によれば、放熱器の接触面と半導体パッケージの接触面とのうち、一方の接触面が凸状に形成されることから、両者に押し付け合う圧力が加わると、接触面の中央部には接触面の外縁に比べて大きな圧力が加わることになる。その結果、両者の接触面の中央部、つまり、半導体チップの近傍での熱伝導性が高まり、半導体パッケージの放熱を促すことができる。

以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。

図１は、本実施形態に係る半導体パッケージ１００と放熱器２００の側面図である。本実施形態の半導体パッケージ１００は、基板１０１と、基板１０１上に搭載される半導体チップ１１０とを有する。基板１０１の表面１０２には、電気回路とこれに接続される電極が形成されている（図示せず）。また、電極が設けられた基板１０１の表面１０２と相反する裏面には、電子機器に利用されるプリント基板等に接続するための複数のピン１０４が接続されている。

また、電極が設けられた基板１０１の表面１０２に対向する半導体チップ１１０の表面１１１にも、複数の電極が設けられ（図示せず）、基板１０１および半導体パッケージ１００の電極同士が半田１０３により接続されることで、両者の間で電気的な接続が確立される。

基板１０１に対向する半導体チップ１１０の表面１１１と相反する面、すなわち半導体パッケージ１００の上面側には、放熱器すなわちヒートスプレッダ２００が接触する。ヒートスプレッダ２００は、熱伝導性の高いグリス１２０を介して半導体パッケージ１００の表面と接触し、半導体パッケージ１００の発熱を吸収して発散させる。

ここで、本実施形態に係る離間状態の半導体パッケージ１００および放熱器２００の側面図を図２に示す。半導体パッケージ１００の上面は、ヒートスプレッダ２００との接触面１１２を成し、外縁から中央部に向かって、ヒートスプレッダ２００側に緩やかに湾曲する凸状に形成されている。言い換えれば、半導体チップ１１０の中央部の厚みは、外縁のそれに比べて厚く形成されている。このように湾曲した凸状の接触面１１２は、例えば、トーリック面や球面であってもよい。半導体パッケージ１００およびヒートスプレッダ２００に対して、相互に押し付け合う圧力Ｇが加えられると、両者はごく薄いグリス１２０を介して接触し合う。

前述したように、従来の半導体パッケージおよび放熱器の接触面は、平坦に形成されている。通常、半導体パッケージおよび放熱器の外縁は、段ボール箱を例にするとよく理解できるように、その中央部に比べて高い剛性を有すると考えられる。したがって、半導体パッケージおよび放熱器に対して相互に押し付け合う圧力が加わると、両者の接触面では、その外縁に比べて中央部での変形が大きくなると考察される。そのため、接触面の外縁よりもその中央部で、両者の押し付け合う力が弱まることから、半導体パッケージおよび放熱器の放熱効率を高めることができないと考えられる。

これに対し、本実施形態に係る半導体パッケージ１００によれば、接触面１１２の外縁に比べて、その中央部で大きな圧力を加えることができる。その結果、接触面１１２の中央部で熱伝導性が高まり、半導体パッケージ１００およびヒートスプレッダ２００の放熱効率を高めることができる。

次に、本発明の第二実施形態について図面を用いて説明する。

図３は、本実施形態に係る半導体パッケージ１００ａおよび放熱器３００の側面図である。また、図４は、本実施形態に係る離間状態の半導体パッケージ１００ａおよび放熱器３００の側面図である。例えば、図４に示すように、半導体パッケージ１１０ａの上面、すなわち放熱器３００との接触面１１２ａは平坦に形成されている。その他の構成は第一実施形態の半導体パッケージ１００と同様である。

本実施形態に係る放熱器すなわちヒートシンク３００には、複数枚のフィン３０１が設けられている。ヒートシンク３００は、半導体パッケージ１００ａの表面１１２ａに接触して、半導体パッケージ１００ａの放熱を促す。半導体パッケージ１００ａおよびヒートシンク３００の間には、熱伝導性の高いグリス１２０が塗布されており、半導体パッケージ１００ａおよびヒートシンク３００に対して相互に押し付け合う圧力が加えられると、両者はごく薄いグリス１２０を介して接触し合う。ヒートシンク３００は、例えばネジ（図示せず）によって半導体パッケージ１００ａの基板１０１に固定されればよい。

図４に示すように、ヒートシンク３００の表面すなわち半導体パッケージ１００ａとの接触面３０２は、ヒートシンク３００の外縁から中央部に向かって、半導体パッケージ１００ａ側に緩やかに湾曲する凸状に形成されている。言い換えれば、ヒートシンク３００の中央部の厚みは、外縁のそれに比べて厚く形成されている。このように湾曲した凸状の接触面３０２は、例えばトーリック面や球面であってもよい。

このような半導体パッケージ１００ａおよびヒートシンク３００に対して、相互に押し付け合う方向に圧力が加えられると、両者の接触面の中央部では外縁に比べて大きな圧力が加わることになる。その結果、両者の接触面の中央部で熱伝導性が高まり、半導体パッケージ１００ａおよびヒートシンク３００の放熱効率を高めることができる。

以上の第一および第二実施形態から明らかなように、半導体パッケージ１００と放熱器２００または３００との接触にあたって、凸状の接触面は、半導体パッケージ１００側に形成されてもよく（接触面１１２）、放熱器３００側に形成されてもよい（接触面３０２）。また、凸状の接触面は、半導体パッケージ１００と、放熱器２００または３００との両方に形成されていてもよい。

次に、本発明に係る第三実施形態について図面を用いて説明する。

図５は、本実施形態に係る半導体パッケージ１００および放熱器４００の側面図である。なお、前述の第一実施形態と同一の構成である半導体パッケージ１００の説明は省略する。本実施形態に係る放熱器４００は、半導体パッケージ１００の表面に接触して半導体パッケージ１００の放熱を促す熱拡散板、すなわちヒートスプレッダ２００ａと、ヒートスプレッダ２００ａの表面に接触して半導体パッケージ１００の発熱を吸収したヒートスプレッダ２００ａの放熱を促す放熱部材、すなわちヒートシンク３００ａとを有する。ヒートスプレッダ２００ａおよびヒートシンク３００ａの間には、熱伝導性の高いグリス１２１が塗布されており、ヒートスプレッダ２００ａおよびヒートシンク３００ａに対して相互に押し付け合う圧力が加えられると、両者はごく薄いグリス１２１を介して接触し合う。ヒートシンク３００ａは、例えばネジやバネ（図示せず）によって基板１０１に固定されればよい。

ここで、本実施形態に係る離間状態のヒートスプレッダ２００ａおよびヒートシンク３００ａの側面図を図６および図７に示す。図６に示すように、ヒートスプレッダ２００ａの表面すなわちヒートシンク３００ａとの接触面２０１は、ヒートスプレッダ２００ａの外縁から中央部に向かって、ヒートシンク３００ａ側に緩やかに湾曲する凸状に形成されている。言い換えれば、ヒートスプレッダ２００ａの中央部の厚みは、外縁のそれに比べて厚く形成されている。このように湾曲した凸状の接触面２０１は、例えばトーリック面や球面であってもよい。

また、図７に示すように、ヒートシンク３００ａの表面すなわちヒートスプレッダ２００ａとの接触面３０２ａが、ヒートシンク３００ａの外縁から中央部に向かって、ヒートスプレッダ２００ａ側に緩やかに湾曲する凸状に形成されてもよい。このような湾曲した凸状の接触面３０２ａは、例えばトーリック面や球面であってもよい。

このようなヒートスプレッダ２００ａおよびヒートシンク３００ａに対して、相互に押し付け合う圧力が加えられると、両者の接触面の中央部では外縁に比べて大きな圧力が加わることになる。その結果、両者の接触面の中央部で熱伝導性が高まり、ヒートスプレッダ２００ａおよびヒートシンク３００ａの放熱効率を高めることができる。

以上の第三実施形態から明らかなように、熱拡散板２００ａと放熱部材３００ａとの接触にあたって、凸状の接触面は熱拡散板２００ａ側に形成されてもよく（接触面２０１）、放熱部材３００ａ側に形成されてもよい（接触面３０２ａ）。このとき、先の第一および第二実施形態で述べたように、半導体パッケージ１００および放熱器４００の接触面のうち、一方の接触面を凸状に形成してもよく、半導体パッケージ１００および放熱器４００の両方の接触面を凸状に形成してもよい。

次に、本発明の第四実施形態について図面を用いて説明する。

図８は、本実施形態に係る半導体パッケージ１００ｂおよび放熱器３００の側面図である。また、図９は、本実施形態に係る離間状態の半導体パッケージ１００ｂおよび放熱器３００の側面図である。半導体パッケージ１００ｂは、例えばプラスチックなどのモールド樹脂１３０と、これに埋め込まれた半導体チップ１１０ｂとを有する。この半導体チップ１１０ｂには、複数のピン１０５が接続されている。これらのピン１０５は、その一端が半導体チップ１１０ｂに接続され、他端はモールド樹脂１３０の層を貫通している。

図８に示すように、半導体パッケージ１１０ｂの上面、すなわち放熱器３００との接触面１１２ｂは平坦に形成されている。また、この接触面１１２ｂ上には、熱伝導性の高いグリス１２２が塗布される。

本実施形態に係る放熱器すなわちヒートシンク３００は、前述の第二実施形態のものと同様である。ヒートシンク３００は、半導体パッケージ１００ｂの表面１１２ｂに接触して、半導体パッケージ１００ｂの放熱を促す。半導体パッケージ１００ｂおよびヒートシンク３００に対して相互に押し付け合う圧力が加えられると、両者はごく薄いグリス１２２を介して接触し合う。ヒートシンク３００は、例えばネジやバネ（図示せず）によって半導体パッケージ１００ｂに固定されればよい。

図８に示すように、ヒートシンク３００の表面すなわち半導体パッケージ１００ｂとの接触面３０２は、ヒートシンク３００の外縁から中央部に向かって、半導体パッケージ１００ｂ側に緩やかに湾曲する凸状に形成されている。言い換えれば、ヒートシンク３００の中央部の厚みは、外縁のそれに比べて厚く形成されている。このように湾曲した凸状の接触面３０２は、例えばトーリック面や球面であってもよい。

このような半導体パッケージ１００ｂおよびヒートシンク３００に対して、相互に押し付け合う方向に圧力が加えられると、両者の接触面の中央部では外縁に比べて大きな圧力が加わることになる。その結果、両者の接触面の中央部で熱伝導性が高まり、半導体パッケージ１００ｂおよびヒートシンク３００の放熱効率を高めることができる。

また、本実施形態においても、半導体パッケージ１００ｂと放熱器３００との接触にあたって、凸状の接触面は、半導体パッケージ１００ｂ側に形成されてもよく（接触面１１２ｂ）、半導体パッケージ１００ｂおよび放熱器３００の両方に形成されていてもよい。

その他、第四実施形態と同様に、第一、第三実施形態に係る半導体パッケージ１００および第二実施形態に係る半導体パッケージ１００ａは、モールド樹脂と、これに埋め込まれた半導体パッケージとで形成されていてもよい。この場合、放熱器２００と接触する半導体パッケージ１００の接触面が凸状に形成されていてもよく、放熱器３００または放熱器４００と接触する半導体パッケージ１００ａまたは１００の接触面が凸状に形成されていてもよい。

本発明の第一実施形態に係る半導体パッケージと放熱器の側面図。本発明の第一実施形態に係る離間状態の半導体パッケージおよび放熱器の側面図。本発明の第二実施形態に係る半導体パッケージおよび放熱器の側面図。本発明の第二実施形態に係る離間状態の半導体パッケージおよび放熱器の側面図。本発明の第三実施形態に係る半導体パッケージおよび放熱器の側面図。本発明の第三実施形態に係る離間状態のヒートスプレッダおよびヒートシンクの一具体例を示す側面図。本発明の第三実施形態に係る離間状態のヒートスプレッダおよびヒートシンクのその他の具体例を示す側面図。本発明の第四実施形態に係る半導体パッケージおよび放熱器の側面図。本発明の第四実施形態に係る離間状態の半導体パッケージおよび放熱器の側面図。

符号の説明

１００,１００ａ,１００ｂ…半導体パッケージ、１０１…基板、１０３…半田
１１０…半導体チップ、１２０，１２１,１２２…グリス、１３０…モールド樹脂
２００…ヒートスプレッダ、３００…ヒートシンク、圧力…Ｇ

Claims

半導体チップを有する半導体パッケージにおいて、
放熱を促す放熱器と対向する接触面を有し、
前記接触面は、半導体パッケージの外縁から中央部に向かって、放熱器側に緩やかに湾曲する凸状に形成される
ことを特徴とする半導体パッケージ。
請求項１に記載の半導体パッケージにおいて、
前記半導体パッケージの前記接触面の少なくとも一部は、トーリック面または球面である
ことを特徴とする半導体パッケージ。
半導体パッケージに対向する接触面を有し、接触により半導体パッケージの放熱を促す放熱器において、
前記接触面は、放熱器の外縁から中央部に向かって、半導体パッケージ側に緩やかに湾曲する凸状に形成される
ことを特徴とする放熱器。
請求項３に記載の放熱器において、
前記放熱器の前記接触面の少なくとも一部は、トーリック面または球面である
ことを特徴とする放熱器。
半導体パッケージに対向する熱拡散板と、該熱拡散板に対向する放熱部材と
を有する放熱器において、
前記熱拡散板および前記放熱部材は、それぞれ相互に対向する接触面を有し、
前記熱拡散板および前記放熱部材の接触面のうち、一方の接触面は、外縁から中央部に向かって、対向する他方の接触面側に緩やかに湾曲する凸状に形成される
ことを特徴とする放熱器。
請求項５に記載の放熱器において、
前記熱拡散板または前記放熱部材の前記凸状の接触面の少なくとも一部は、トーリック面または球面である
ことを特徴とする放熱器。