JP2010212520A - Electronic device and method of manufacturing the same - Google Patents

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尚孝 黒田
Akio Wakejima
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electronic device having an electronic element mounted on a heat sink, having anisotropic thermal conductivity, with good heat dissipation. <P>SOLUTION: The electronic device includes the heat sink with the anisotropic thermal conductivity, and the electronic element mounted on the heat sink and having a quadrilateral plane shape projected on a mounting surface of the heat sink. The electronic element is disposed on the heat sink such that the heat dissipation is higher in one diagonal direction of the plane shape than in a side direction. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、電子素子が実装された電子装置及びその製造方法に関する。例えば、本発明は、半導体素子がヒートシンク上に実装された半導体装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to an electronic device on which an electronic element is mounted and a method for manufacturing the same. For example, the present invention relates to a semiconductor device in which a semiconductor element is mounted on a heat sink and a manufacturing method thereof.

シリコン(Si)、ガリウム砒素(GaAs)、ガリウムナイトライド(GaN)などの半導体を用いた高出力電力増幅器は携帯電話基地局用電力増幅器や衛星搭載用電力増幅器などに広く応用されている。これらの用途では小型・高出力化の要請が強く、高い出力電力密度が要求される。出力電力密度が増大すると増幅器を構成する電界効果トランジスタ(FET;Field Effect Transistor)のチャネル温度が増大し、FETの長期信頼性に悪影響を与える。そこで、FETにおいて発生した熱を放散させるために、発熱源であるFETが形成されたチップは、熱伝導率の良い金属材料で形成された金属系ヒートシンクを備えたパッケージ上に搭載される。   High output power amplifiers using semiconductors such as silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), and gallium nitride (GaN) are widely applied to mobile phone base station power amplifiers, satellite mounted power amplifiers, and the like. In these applications, there is a strong demand for small size and high output, and high output power density is required. As the output power density increases, the channel temperature of a field effect transistor (FET) constituting the amplifier increases, which adversely affects the long-term reliability of the FET. Therefore, in order to dissipate the heat generated in the FET, the chip on which the FET serving as the heat source is formed is mounted on a package including a metal heat sink formed of a metal material having good thermal conductivity.

金属系ヒートシンクとしては、一般には、安価でかつ熱伝導率の良い銅(Cu)が用いられている。しかしながら、Cuの熱膨張係数は、約17ppm/Kと大きいので、Cuと半導体基板、例えばシリコンやガリウム砒素、とは、熱膨張係数が3倍から6倍程度異なる。そのため、ヒートシンクとしてCuを用いると、その熱膨張係数差によりアセンブリ工程で熱応力が半導体基板に加わり、信頼性を損なうという問題があった。   Generally, copper (Cu) that is inexpensive and has good thermal conductivity is used as the metal heat sink. However, since the thermal expansion coefficient of Cu is as large as about 17 ppm / K, Cu and a semiconductor substrate such as silicon and gallium arsenide differ in thermal expansion coefficient by about 3 to 6 times. Therefore, when Cu is used as a heat sink, there is a problem that due to the difference in thermal expansion coefficient, thermal stress is applied to the semiconductor substrate in the assembly process, thereby impairing reliability.

そこで、一般にCuにタングステン(W)やモリブデン(Mo)などの熱膨張係数の小さな材料を混合して、金属系ヒートシンクの熱膨張係数を低下させることが行われている。しかしながら、CuWやCuMoのヒートシンクにおいては、熱膨張係数を低下させるためにWやMoの含有率を高めるほど、その熱伝導率も低下することになる。そのため、高出力密度化されている近年の電力増幅器においては、CuWやCuMoなどのヒートシンク材では、FETのチャネル温度を保証温度(例えばGaAsやSiにおいては120℃から150℃程度)以下にすることが困難になりつつあるという問題が生じている。このように金属系ヒートシンクでは、半導体装置に対して好適な高熱伝導率と小さな熱応力を両立することが困難となっている。   Therefore, generally, a material having a small thermal expansion coefficient such as tungsten (W) or molybdenum (Mo) is mixed with Cu to reduce the thermal expansion coefficient of the metal heat sink. However, in the heat sink of CuW or CuMo, the thermal conductivity is lowered as the content of W or Mo is increased in order to reduce the thermal expansion coefficient. Therefore, in recent power amplifiers with high power density, the heat sink material such as CuW or CuMo, the channel temperature of the FET should be lower than the guaranteed temperature (for example, about 120 ° C. to 150 ° C. for GaAs and Si). There is a problem that is becoming difficult. As described above, it is difficult for a metal heat sink to achieve both high thermal conductivity suitable for a semiconductor device and small thermal stress.

そこで、高い熱伝導率と小さな熱応力を両立するために、ヒートシンクとして、例えば黒鉛材料が使用されている(例えば特許文献1参照)。一方で、黒鉛材料のような炭素系材料は、熱伝導率について大きな異方性を有する。そのため、炭素系ヒートシンクに対する半導体素子等の発熱源の形状及び配置方向によって、その放熱性も大きく異なることになる。そこで、放熱性を高めるために、発熱源とヒートシンクの3次元の方位関係が規定される(例えば特許文献2参照)。特許文献2に記載の半導体装置は、矩形の平面形状を有し発熱源となる半導体素子と、半導体素子が実装されたヒートシンク部と、を有する。特許文献2に記載の半導体装置においては、半導体素子の長辺方向をX方向、短辺方向をY方向、厚み方向をZ方向とし、ヒートシンク部のX、Y、Z方向の熱伝導率をそれぞれKxx、Kyy、Kzzとしたときに、熱伝導率がKzz≧Kyy>Kxxとなっている。   Therefore, in order to achieve both high thermal conductivity and small thermal stress, for example, a graphite material is used as a heat sink (see, for example, Patent Document 1). On the other hand, carbon-based materials such as graphite materials have great anisotropy with respect to thermal conductivity. For this reason, the heat radiation performance varies greatly depending on the shape and arrangement direction of a heat source such as a semiconductor element with respect to the carbon-based heat sink. Therefore, in order to improve heat dissipation, a three-dimensional orientation relationship between the heat source and the heat sink is defined (for example, see Patent Document 2). The semiconductor device described in Patent Literature 2 includes a semiconductor element that has a rectangular planar shape and serves as a heat generation source, and a heat sink portion on which the semiconductor element is mounted. In the semiconductor device described in Patent Document 2, the long side direction of the semiconductor element is the X direction, the short side direction is the Y direction, the thickness direction is the Z direction, and the heat conductivities in the X, Y, and Z directions of the heat sink are respectively shown. When Kxx, Kyy and Kzz are set, the thermal conductivity is Kzz ≧ Kyy> Kxx.

特開2005−200239号公報JP 2005-200239 A 国際公開第2008/053586号International Publication No. 2008/053586

以下の分析は、本発明の観点から与えられる。   The following analysis is given from the perspective of the present invention.

特許文献2に記載の半導体装置においては、半導体素子の長辺(一方の辺)がヒートシンクの熱伝導率の高い方位に面するように半導体素子を配置することにより、放熱性を改善している。しかしながら、この配置によると、他方の辺が熱伝導率の低い方位に面することになるので、一方の辺と他方の辺の差が小さい場合、例えば正方形又は正方形に近い矩形の場合には、他方の辺からの放熱性が低下することもある。   In the semiconductor device described in Patent Document 2, the heat dissipation is improved by arranging the semiconductor element so that the long side (one side) of the semiconductor element faces the direction of high heat conductivity of the heat sink. . However, according to this arrangement, the other side faces the direction with low thermal conductivity, so when the difference between one side and the other side is small, for example, in the case of a square or a rectangle close to a square, The heat dissipation from the other side may be reduced.

本発明の目的は、熱伝導率が異方的なヒートシンクに、電子素子が放熱性良く実装された電子装置及びその製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide an electronic device in which an electronic element is mounted on a heat sink having an anisotropic thermal conductivity with good heat dissipation and a method for manufacturing the same.

本発明の第1視点によれば、熱伝導率が異方的な第1ヒートシンクと、第1ヒートシンクに実装され、第1ヒートシンクの実装面に投影した平面形状が四辺形の電子素子と、を備える電子装置が提供される。電子素子は、実装面において、平面形状の一方の対角線の延在の放熱性方向又は対角線の延在方向に対して垂直方向の放熱性が、辺方向の放熱性よりも高くなるように第1ヒートシンクに配置されている。   According to a first aspect of the present invention, a first heat sink having an anisotropic thermal conductivity, and an electronic element mounted on the first heat sink and having a quadrangular planar shape projected onto the mounting surface of the first heat sink, An electronic device is provided. The electronic device has a first heat radiation direction in which the heat radiation direction in the direction perpendicular to the extending direction of one diagonal line in the planar shape or the diagonal line extending direction is higher than the heat radiation characteristic in the side direction on the mounting surface. Located on the heat sink.

本発明の第2視点によれば、熱伝導率が異方的な第1ヒートシンクと、第1ヒートシンクに実装され、第1ヒートシンクの実装面に投影した平面形状が四辺形の電子素子と、を備える電子装置が提供される。第1ヒートシンクの実装面における平面形状の一方の対角線の延在方向の熱伝導率又は対角線の延在方向に対して垂直方向の熱伝導率のほうが第1ヒートシンクの実装面における平面形状の一辺の延在方向の熱伝導率よりも高い。   According to a second aspect of the present invention, there are provided a first heat sink having anisotropic thermal conductivity, and an electronic element mounted on the first heat sink and having a quadrangular planar shape projected on the mounting surface of the first heat sink. An electronic device is provided. The thermal conductivity in the extending direction of one diagonal line of the planar shape on the mounting surface of the first heat sink or the thermal conductivity in the direction perpendicular to the extending direction of the diagonal line is one side of the planar shape on the mounting surface of the first heat sink. It is higher than the thermal conductivity in the extending direction.

本発明の第3視点によれば、熱伝導率が異方的な第1ヒートシンクと、第1ヒートシンクに実装され、第1ヒートシンクの実装面に投影した平面形状が四辺形の電子素子と、を備える電子装置が提供される。実装面において、第1ヒートシンクの熱伝導率が最も高い方向と、平面形状の一方の対角線の延在方向又は対角線の延在方向に対して垂直方向とのなす角度とのなす角度が−30°〜30°である。   According to a third aspect of the present invention, there are provided a first heat sink having an anisotropic thermal conductivity, and an electronic element mounted on the first heat sink and having a quadrangular planar shape projected on the mounting surface of the first heat sink. An electronic device is provided. On the mounting surface, an angle formed between the direction in which the first heat sink has the highest thermal conductivity and the angle formed by one of the diagonal lines extending in the plane or the direction perpendicular to the diagonal line extending direction is −30 °. ~ 30 °.

本発明の第4視点によれば、熱伝導率が異方的な第1ヒートシンクと、第1ヒートシンクに実装され、第1ヒートシンクの実装面に投影した平面形状が四辺形の電子素子と、を備える電子装置が提供される。第1ヒートシンクにおいて、直交する3方向を第1方向、第2方向及び第3方向とし、第1方向の熱伝導率をKa、第2方向の熱伝導率をKb及び第3方向の熱伝導率をKcとし、Ka≧Kb>Kc又はKb≧Ka>Kcの関係にあるとき、第1方向又は第2方向のうち、一方の方向と、第1ヒートシンクの実装面に垂直な方向とのなす角度が−30°〜30°である。第1方向及び第2方向のうち、他方の方向と、平面形状の一方の対角線の延在方向又は対角線の延在方向に対して垂直方向とのなす角度が−30°〜30°である。   According to a fourth aspect of the present invention, there are provided a first heat sink having anisotropic thermal conductivity, and an electronic element mounted on the first heat sink and having a quadrangular planar shape projected on the mounting surface of the first heat sink. An electronic device is provided. In the first heat sink, the three orthogonal directions are the first direction, the second direction, and the third direction, the thermal conductivity in the first direction is Ka, the thermal conductivity in the second direction is Kb, and the thermal conductivity in the third direction. Is the angle between one direction of the first direction or the second direction and the direction perpendicular to the mounting surface of the first heat sink when K ≧ Kb> Kc or Kb ≧ Ka> Kc Is −30 ° to 30 °. Of the first direction and the second direction, an angle formed between the other direction and one of the diagonal lines extending in the plane shape or a direction perpendicular to the diagonal line extending direction is −30 ° to 30 °.

本発明の第5視点によれば、熱伝導率が異方的な第1ヒートシンクの実装面上に、平面形状が四辺形の電子素子を、実装面における平面形状の一方の対角線の延在方向の放熱性又は対角線の延在方向に対して垂直方向の放熱性が、辺方向の放熱性よりも高くなるように実装する電子装置の製造方法が提供される。   According to the fifth aspect of the present invention, on the mounting surface of the first heat sink having an anisotropic thermal conductivity, the electronic element having a quadrilateral planar shape is extended in one diagonal line of the planar shape on the mounting surface. There is provided a method for manufacturing an electronic device that is mounted such that the heat dissipation property in the direction perpendicular to the direction in which the diagonal lines extend is higher than the heat dissipation property in the side direction.

本発明の第6視点によれば、熱伝導率が異方的な第1ヒートシンクの実装面上に、平面形状が四辺形の電子素子を、第1ヒートシンクの実装面における平面形状の一方の対角線の延在方向の熱伝導率又は対角線の延在方向に対して垂直方向の熱伝導率のほうが第1ヒートシンクの実装面における平面形状の一辺の延在方向の熱伝導率よりも高くなるように実装する電子装置の製造方法が提供される。   According to the sixth aspect of the present invention, on the mounting surface of the first heat sink having an anisotropic thermal conductivity, the electronic element having a quadrilateral planar shape is arranged on one diagonal line of the planar shape on the mounting surface of the first heat sink. So that the thermal conductivity in the direction perpendicular to the extending direction of the diagonal line or the extending direction of the diagonal line is higher than the thermal conductivity in the extending direction of one side of the planar shape on the mounting surface of the first heat sink. A method for manufacturing an electronic device to be mounted is provided.

本発明の第7視点によれば、熱伝導率が異方的な第1ヒートシンクの実装面上に、平面形状が四辺形の電子素子を、実装面において、第1ヒートシンクの熱伝導率が最も高い方向と、平面形状の一方の対角線の延在方向とのなす角度又は対角線の延在方向に対して垂直方向とのなす角度が−30°〜30°となるように実装する電子装置の製造方法が提供される。   According to the seventh aspect of the present invention, an electronic element having a quadrilateral planar shape is formed on the mounting surface of the first heat sink with anisotropic thermal conductivity, and the first heat sink has the highest thermal conductivity on the mounting surface. Manufacture of an electronic device to be mounted so that an angle formed between the high direction and the extending direction of one diagonal line of the planar shape or an angle formed between the vertical direction and the extending direction of the diagonal line is −30 ° to 30 ° A method is provided.

本発明の第8視点によれば、熱伝導率が異方的な第1ヒートシンクにおいて、直交する3方向を第1方向、第2方向及び第3方向とし、第1方向の熱伝導率をKa、第2方向の熱伝導率をKb及び第3方向の熱伝導率をKcとし、Ka≧Kb>Kc又はKb≧Ka>Kcの関係にあるとき、第1ヒートシンクの実装面上に、平面形状が四辺形の電子素子を、第1方向及び第2方向のうち、一方の方向と、第1ヒートシンクの実装面に垂直な方向とのなす角度が−30°〜30°となり、第1方向及び第2方向のうち、他方の方向と、平面形状の一方の対角線の延在方向又は対角線の延在方向に対して垂直方向とのなす角度が−30°〜30°となるように実装する電子装置の製造方法が提供される。   According to the eighth aspect of the present invention, in the first heat sink with anisotropic thermal conductivity, the three orthogonal directions are defined as the first direction, the second direction, and the third direction, and the thermal conductivity in the first direction is Ka. When the thermal conductivity in the second direction is Kb, the thermal conductivity in the third direction is Kc, and Ka ≧ Kb> Kc or Kb ≧ Ka> Kc, the planar shape is formed on the mounting surface of the first heat sink. Is an angle formed between one direction of the first direction and the second direction and a direction perpendicular to the mounting surface of the first heat sink between −30 ° and 30 °, and the first direction and Electrons to be mounted so that an angle formed between the other direction of the second direction and the direction in which one of the diagonal lines in the planar shape extends or the direction perpendicular to the direction in which the diagonal lines extend is −30 ° to 30 °. A method of manufacturing a device is provided.

本発明によれば、熱的異方性を有するヒートシンクの熱伝導率の高い方向を、実装する電子素子の平面投影における対角線の延在方向と平行方向もしくは近似する方向又は対角線の延在方向に対して垂直方向もしくは近似する方向に向けることにより、電子素子の各辺を、熱伝導率の高い方向に面することができる。これにより、電子装置において、電子素子が発した熱の放熱性を高めることができる。   According to the present invention, the direction of high thermal conductivity of the heat sink having thermal anisotropy is set in a direction parallel to or approximating the diagonal extension direction or the diagonal extension direction in the planar projection of the electronic device to be mounted. On the other hand, each side of the electronic element can be faced in a direction having a high thermal conductivity by being directed in a vertical direction or an approximate direction. Thereby, in an electronic device, the heat dissipation of the heat | fever which the electronic element emitted can be improved.

本発明の第1〜第3実施形態に係る電子装置の概略斜視図。The schematic perspective view of the electronic device which concerns on the 1st-3rd embodiment of this invention. 本発明の第1〜第3実施形態に係る電子装置を説明するための概略平面図。The schematic plan view for demonstrating the electronic device which concerns on the 1st-3rd embodiment of this invention. 本発明の第1〜第3実施形態に係る電子装置を説明するための概略平面図。The schematic plan view for demonstrating the electronic device which concerns on the 1st-3rd embodiment of this invention. 本発明の第1〜第3実施形態に係る電子装置を説明するための概略平面図。The schematic plan view for demonstrating the electronic device which concerns on the 1st-3rd embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態に係る電子装置を説明するための概略斜視図。The schematic perspective view for demonstrating the electronic device which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態に係る電子装置を説明するための概略平面図。The schematic plan view for demonstrating the electronic device which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態に係る電子装置を説明するための概略平面図。The schematic plan view for demonstrating the electronic device which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態に係る電子装置を説明するための概略斜視図。The schematic perspective view for demonstrating the electronic device which concerns on 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態に係る電子装置を説明するための概略平面図。The schematic plan view for demonstrating the electronic device which concerns on 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態に係る電子装置を説明するための概略平面図。The schematic plan view for demonstrating the electronic device which concerns on 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態に係る電子装置を説明するための概略平面図。The schematic plan view for demonstrating the electronic device which concerns on 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態に係る電子装置を説明するための概略平面図。The schematic plan view for demonstrating the electronic device which concerns on 5th Embodiment of this invention. 実施例1に係る半導体装置の概略断面図。1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to Example 1. FIG. 実施例1に係る半導体装置の概略断面図。1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to Example 1. FIG. 実施例2に係る半導体装置の概略断面図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to a second embodiment. 実施例2に係る半導体装置の概略断面図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to a second embodiment.

以下に上記第1視点〜第4視点の好ましい形態を記載する。   Hereinafter, preferred forms of the first to fourth viewpoints will be described.

上記第1視点の好ましい形態によれば、平面形状が正方形以外の矩形であるとき、電子素子は、実装面において、対角線の延在方向に対して垂直方向の放熱性が、辺方向の放熱性よりも高くなるように第1ヒートシンクに配置されている。   According to a preferred form of the first aspect, when the planar shape is a rectangle other than a square, the electronic element has a heat dissipation property in a direction perpendicular to the diagonal direction on the mounting surface, and a heat dissipation property in the side direction. It arrange | positions at a 1st heat sink so that it may become higher.

上記第2視点の好ましい形態によれば、平面形状が正方形以外の矩形であるとき、第1ヒートシンクの実装面における対角線の延在方向に対して垂直方向の熱伝導率のほうが第1ヒートシンクの実装面における平面形状の一辺の延在方向の熱伝導率よりも高い。   According to a preferred form of the second viewpoint, when the planar shape is a rectangle other than a square, the thermal conductivity in the direction perpendicular to the direction in which the diagonal line extends on the mounting surface of the first heat sink is mounted on the first heat sink. It is higher than the thermal conductivity in the extending direction of one side of the planar shape on the surface.

上記第3視点の好ましい形態によれば、平面形状が正方形以外の矩形であるとき、実装面において、第1ヒートシンクの熱伝導率が最も高い方向と、対角線の延在方向に対して垂直方向とのなす角度が−30°〜30°である。   According to a preferred embodiment of the third aspect, when the planar shape is a rectangle other than a square, the mounting surface has a direction in which the first heat sink has the highest thermal conductivity and a direction perpendicular to the diagonal extension direction. Is an angle of −30 ° to 30 °.

上記第4視点の好ましい形態によれば、平面形状が正方形以外の矩形であるとき、他方の方向と、対角線の延在方向に対して垂直方向とのなす角度が−30°〜30°である。   According to a preferred form of the fourth viewpoint, when the planar shape is a rectangle other than a square, the angle formed between the other direction and the direction perpendicular to the diagonal direction is −30 ° to 30 °. .

上記第4視点の好ましい形態によれば、Ka及びKbは、Kcの10倍以上である。   According to a preferred form of the fourth aspect, Ka and Kb are 10 times or more of Kc.

上記第4視点の好ましい形態によれば、Ka及びKbは、600W/mK以上である。   According to the preferable form of the fourth viewpoint, Ka and Kb are 600 W / mK or more.

上記第4視点の好ましい形態によれば、電子装置は、第1ヒートシンクと少なくとも一部が接し、熱伝導率が異方的な第2ヒートシンクをさらに備える。第2ヒートシンクにおいて、直交する3方向を第4方向、第5方向及び第6方向とし、第4方向の熱伝導率をKd、第5方向の熱伝導率をKe及び第6方向の熱伝導率をKfとし、Kd≧Ke>Kf又はKe≧Kd>Kfの関係にあるとき、第2ヒートシンクの第4方向又は第5方向と、第1ヒートシンクの第3方向とのなす角度は、−30°〜30°である。   According to a preferred form of the fourth aspect, the electronic device further includes a second heat sink that is at least partially in contact with the first heat sink and has an anisotropic thermal conductivity. In the second heat sink, the three orthogonal directions are the fourth direction, the fifth direction, and the sixth direction, the thermal conductivity in the fourth direction is Kd, the thermal conductivity in the fifth direction is Ke, and the thermal conductivity in the sixth direction. Is Kf, and when Kd ≧ Ke> Kf or Ke ≧ Kd> Kf, the angle formed between the fourth direction or the fifth direction of the second heat sink and the third direction of the first heat sink is −30 °. ~ 30 °.

上記第4視点の好ましい形態によれば、Kd及びKeは、Kfの10倍以上である。   According to the preferable form of the fourth viewpoint, Kd and Ke are 10 times or more of Kf.

上記第4視点の好ましい形態によれば、第2ヒートシンクは、凹部又は貫通孔を有する。第1ヒートシンクは、凹部又は貫通孔に配置されている。   According to the preferable form of the fourth aspect, the second heat sink has a recess or a through hole. The first heat sink is disposed in the recess or the through hole.

上記第4視点の好ましい形態によれば、第2ヒートシンクの第6方向と、第1ヒートシンクの第3方向とのなす角度は、−30°〜30°である。   According to the preferable form of the fourth viewpoint, the angle formed by the sixth direction of the second heat sink and the third direction of the first heat sink is −30 ° to 30 °.

上記第4視点の好ましい形態によれば、Kd及びKeは、600W/mK以上である。   According to the preferable form of the fourth viewpoint, Kd and Ke are 600 W / mK or more.

上記第1〜4視点の好ましい形態によれば、電子素子の実装面における平面形状は矩形である。平面形状における矩形の一方の辺の長さと他方の辺の長さの比は、0.65〜1.5である。   According to the preferable form of the said 1st-4th viewpoint, the planar shape in the mounting surface of an electronic element is a rectangle. The ratio of the length of one side of the rectangle in the planar shape to the length of the other side is 0.65 to 1.5.

上記第1〜4視点の好ましい形態によれば、第1ヒートシンク又は第1ヒートシンク及び第2ヒートシンクは、少なくとも第1ヒートシンクの実装面及び実装面とは反対側の面に、金属層を有する。電子素子は、金属層上に実装されている。   According to the preferable form of the said 1st-4th viewpoint, a 1st heat sink or a 1st heat sink, and a 2nd heat sink have a metal layer in the surface on the opposite side to the mounting surface and mounting surface of a 1st heat sink. The electronic element is mounted on the metal layer.

上記第8視点の好ましい形態によれば、熱伝導率が異方的な第2ヒートシンクにおいて、直交する3方向を第4方向、第5方向及び第6方向とし、第4方向の熱伝導率をKd、第5方向の熱伝導率をKe及び第6方向の熱伝導率をKfとし、Kd≧Ke>Kf又はKe≧Kd>Kfの関係にあるとき、第1ヒートシンクと少なくとも一部が接すると共に、第2ヒートシンクの第4方向又は第5方向と、第1ヒートシンクの第3方向とのなす角度が−30°〜30°となるように第2ヒートシンクを配置する。   According to the preferred form of the eighth aspect, in the second heat sink with anisotropic heat conductivity, the three orthogonal directions are the fourth direction, the fifth direction, and the sixth direction, and the thermal conductivity in the fourth direction is When Kd, the thermal conductivity in the fifth direction is Ke, and the thermal conductivity in the sixth direction is Kf, and Kd ≧ Ke> Kf or Ke ≧ Kd> Kf, the first heat sink is at least partially in contact with it. The second heat sink is arranged so that an angle formed between the fourth direction or the fifth direction of the second heat sink and the third direction of the first heat sink is −30 ° to 30 °.

本発明の第1実施形態に係る電子装置について説明する。図1に、本発明の第1実施形態に係る電子装置の概略斜視図を示す。図2に、本発明の第1実施形態に係る電子装置の概略平面図を示す。電子装置1は、熱伝導率が異方的なヒートシンク2と、発熱源となる電子素子3と、を備える。電子素子3は、ヒートシンク2上に実装されている。   An electronic device according to a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic perspective view of an electronic device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic plan view of the electronic device according to the first embodiment of the present invention. The electronic device 1 includes a heat sink 2 having an anisotropic thermal conductivity and an electronic element 3 serving as a heat source. The electronic element 3 is mounted on the heat sink 2.

ヒートシンク2は、異方性熱伝導率を有するものであればよく、例えば、炭素系材料で形成されたヒートシンクを使用することができる。炭素系ヒートシンクとしては、例えば、炭素及び炭素繊維を有する炭素系複合材料に、CuやAl等の金属を含浸させた複合材料を使用することができる。炭素材料としては、例えば、黒鉛、炭素繊維、カーボンナノチューブ、カーボンナノワイヤ、炭化ケイ素(SiC)単結晶などを用いてもよい。このような炭素系ヒートシンクにおいては、例えば、ある平面方向については熱伝導率が高くなり、該平面に垂直方向については該平面方向に比べて熱伝導率が低くなる。例えば、炭素系複合材料では、直交する3方向の熱伝導率の比は、500〜750:400〜700:1〜150となっている。   The heat sink 2 only needs to have an anisotropic thermal conductivity, and for example, a heat sink formed of a carbon-based material can be used. As the carbon-based heat sink, for example, a composite material obtained by impregnating a carbon-based composite material having carbon and carbon fibers with a metal such as Cu or Al can be used. As the carbon material, for example, graphite, carbon fiber, carbon nanotube, carbon nanowire, silicon carbide (SiC) single crystal, or the like may be used. In such a carbon-based heat sink, for example, the thermal conductivity is higher in a certain plane direction, and the thermal conductivity is lower in the direction perpendicular to the plane than in the plane direction. For example, in the carbon-based composite material, the ratio of thermal conductivity in three orthogonal directions is 500 to 750: 400 to 700: 1 to 150.

ヒートシンク2の熱伝導率は、レーザフラッシュ法を用いて測定することができる。ヒートシンク2がセラミックの場合、ヒートシンク2の熱伝導率は、JISR1611に準拠して測定すると好ましく、ヒートシンク2が金属の場合、ヒートシンク2の熱伝導率は、JISH7801に準拠して測定すると好ましい。   The thermal conductivity of the heat sink 2 can be measured using a laser flash method. When the heat sink 2 is ceramic, the thermal conductivity of the heat sink 2 is preferably measured in accordance with JISR1611. When the heat sink 2 is metal, the thermal conductivity of the heat sink 2 is preferably measured in accordance with JISH7801.

電子素子3とヒートシンク2との間には、Cu薄層等の金属層(不図示)を介在させてもよい。また、ヒートシンク2の実装面2aとは反対側の面にも、金属層を形成してもよい。金属層により、ヒートシンク2の表面を平坦化することができる。   A metal layer (not shown) such as a Cu thin layer may be interposed between the electronic element 3 and the heat sink 2. Also, a metal layer may be formed on the surface of the heat sink 2 opposite to the mounting surface 2a. The surface of the heat sink 2 can be flattened by the metal layer.

ヒートシンク2の実装面2aに投影した電子素子3の平面形状は、四辺形(図2においては四辺形OPQR)であると好ましく、より好ましくは矩形である。本発明においては、一方の辺3aの長さと、一方の辺3aと交差する他方の辺3bの長さの比(例えば、図2においては、辺OPの長さLと辺PQの長さLの比)が、0.5〜2であると好ましく、0.65〜1.5であるとより好ましく、1により近いほうがさらに好ましい。これにより、本発明によれば放熱性をより高めることができる。本発明の電子装置1に適用可能な電子素子3は、特に限定されるものではなく種々の電子素子を使用することができ、例えば電子素子として半導体素子を使用することができる。 The planar shape of the electronic element 3 projected onto the mounting surface 2a of the heat sink 2 is preferably a quadrilateral (a quadrangle OPQR in FIG. 2), and more preferably a rectangle. In the present invention, the length of one side 3a, the ratio of the length of the other side 3b which intersects the one side 3a (e.g., in FIG. 2, the length of the length L 1 and the side PQ side OP L 2 ratio) is preferably 0.5 to 2, more preferably 0.65 to 1.5, and even more preferably closer to 1. Thereby, according to this invention, heat dissipation can be improved more. The electronic element 3 applicable to the electronic device 1 of the present invention is not particularly limited, and various electronic elements can be used. For example, a semiconductor element can be used as the electronic element.

第1実施形態においては、実装面2aにおいて、ヒートシンク2の最も低い熱伝導率の方向と、実装面2aにおける電子素子3の一辺の延在方向とのなす角度が−10°〜10°でないと好ましい。例えば、図2において、ヒートシンク2の最も低い熱伝導率の方向5(黒矢印)と、電子素子3の辺3b(例えば辺AB)とのなす角度が−10°〜10°でないようにする。   In the first embodiment, on the mounting surface 2a, the angle formed between the direction of the lowest thermal conductivity of the heat sink 2 and the extending direction of one side of the electronic element 3 on the mounting surface 2a is not −10 ° to 10 °. preferable. For example, in FIG. 2, the angle formed between the direction 5 (black arrow) of the lowest thermal conductivity of the heat sink 2 and the side 3 b (for example, side AB) of the electronic element 3 is not −10 ° to 10 °.

四辺形OPQRが矩形であり、最も低い熱伝導率の方向5と辺OPの延在方向が同一であるとすると、辺PQ及び辺ROが熱伝率の低い方向に面することになる。この場合、辺PQ及び辺ROから効率よく放熱することができず、電子素子3からの放熱性が低下することになる。第1実施形態によれば、このような放熱性の低下を抑制することができる。   If the quadrangle OPQR is rectangular and the direction 5 of the lowest thermal conductivity and the extending direction of the side OP are the same, the side PQ and the side RO face the direction of low thermal conductivity. In this case, heat cannot be efficiently radiated from the side PQ and the side RO, and the heat dissipation from the electronic element 3 is reduced. According to the first embodiment, such a decrease in heat dissipation can be suppressed.

次に、本発明の第2実施形態に係る電子装置について、図1、図3及び図4を用いて説明する。図3及び図4は、図1に示す電子装置1の概略平面図である。第2実施形態においては、実装面2aにおいて、ヒートシンク2の最も高い熱伝導率の方向と、実装面2aにおける電子素子3の平面形状OPQRの一方の対角線の延在方向又は一方の対角線の延在方向に対して垂直方向とのなす角が−30°〜30°であると好ましく、−10°〜10°であるとより好ましく、0°(すなわち対角線の延在方向4aと平行)であるとさらに好ましい。例えば、図3に示すように、最も高い熱伝導率の方向6(白抜矢印)と、電子素子3の対角線(例えば対角線PR)の延在方向4aとのなす角度が−30°〜30°、より好ましくは−10°〜10°、さらに好ましくは0°となるようにする。または、図4に示すように、最も高い熱伝導率の方向6(白抜矢印)と、電子素子3の対角線(例えば対角線PR)の延在方向4aに対して垂直方向4bとのなす角度が−30°〜30°、より好ましくは−10°〜10°、さらに好ましくは0°(すなわち対角線の延在方向4aに対して垂直方向と平行)となるようにする。   Next, an electronic device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4 are schematic plan views of the electronic device 1 shown in FIG. In the second embodiment, on the mounting surface 2a, the direction of the highest thermal conductivity of the heat sink 2 and the extension direction of one diagonal line or the extension of one diagonal line of the planar shape OPQR of the electronic element 3 on the mounting surface 2a. The angle formed by the direction perpendicular to the direction is preferably −30 ° to 30 °, more preferably −10 ° to 10 °, and 0 ° (that is, parallel to the diagonal extending direction 4a). Further preferred. For example, as shown in FIG. 3, the angle formed between the direction 6 (the white arrow) having the highest thermal conductivity and the extending direction 4a of the diagonal line (for example, the diagonal line PR) of the electronic element 3 is −30 ° to 30 °. More preferably, it is −10 ° to 10 °, and more preferably 0 °. Alternatively, as shown in FIG. 4, the angle formed between the direction 6 (the white arrow) having the highest thermal conductivity and the vertical direction 4 b with respect to the extending direction 4 a of the diagonal line (for example, the diagonal line PR) of the electronic element 3 is It is set to −30 ° to 30 °, more preferably −10 ° to 10 °, and still more preferably 0 ° (that is, parallel to the direction perpendicular to the diagonal extension direction 4a).

また、電子素子3の平面形状が正方形以外の矩形であるときは、図3に示す形態よりも図4に示す形態であるほうがより好ましい。放熱性を高めるためには、電子素子3の平面形状において、短い辺からの放熱性よりも長い辺からの放熱性を高めたほうよい。そこで、長い辺からの放熱性を高めるためには、最も高い熱伝導率の方向6は、短い辺よりも長い辺の方と垂直に近づいたほうがよい。例えば、図3に示す形態において、辺PQの長さLが辺OPの長さLよりも長いとき、最も高い熱伝導率の方向6と短い辺OPとのなす角度と、最も高い熱伝導率の方向6と長い辺PQとのなす角度を比較すると、最も高い熱伝導率の方向6と辺OPとのなす角度のほうがより垂直に近くなる。一方、図4に示す形態において、最も高い熱伝導率の方向6と短い辺OPとのなす角度と、最も高い熱伝導率の方向6と長い辺PQとのなす角度を比較すると、最も高い熱伝導率の方向6と辺PQとのなす角度のほうがより垂直に近くなる。この場合、図4に示す形態のほうが、辺PQからの放熱性を辺OPからの放熱性よりも高めることができる。したがって、電子素子3の平面形状が正方形以外の矩形であるとき、最も高い熱伝導率の方向6と、電子素子3の対角線(例えば対角線PR)の延在方向4aに対して垂直方向4bとのなす角度が−30°〜30°、より好ましくは−10°〜10°、さらに好ましくは0°(すなわち対角線の延在方向4aに対して垂直方向と平行)となるようにすると好ましい。 Moreover, when the planar shape of the electronic element 3 is a rectangle other than a square, the form shown in FIG. 4 is more preferable than the form shown in FIG. In order to improve the heat dissipation, it is better to improve the heat dissipation from the longer side than the heat dissipation from the shorter side in the planar shape of the electronic element 3. Therefore, in order to enhance the heat dissipation from the long side, the direction 6 with the highest thermal conductivity should be closer to the longer side than the shorter side. For example, in the embodiment shown in FIG. 3, when the length L 2 of the side PQ is longer than the length L 1 of the side OP, the angle between the short side OP and direction 6 of the highest thermal conductivity, highest thermal Comparing the angle formed between the conductivity direction 6 and the long side PQ, the angle formed between the direction 6 having the highest thermal conductivity and the side OP is closer to the vertical. On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 4, when the angle formed between the direction 6 of the highest thermal conductivity and the short side OP is compared with the angle formed between the direction 6 of the highest thermal conductivity and the long side PQ, the highest heat conductivity is obtained. The angle formed by the conductivity direction 6 and the side PQ is closer to the vertical. In this case, the form shown in FIG. 4 can improve the heat dissipation from the side PQ more than the heat dissipation from the side OP. Therefore, when the planar shape of the electronic element 3 is a rectangle other than a square, the direction 6 of the highest thermal conductivity and the direction 4b perpendicular to the extending direction 4a of the diagonal line (for example, the diagonal line PR) of the electronic element 3 It is preferable that the angle formed is −30 ° to 30 °, more preferably −10 ° to 10 °, and still more preferably 0 ° (that is, parallel to the direction perpendicular to the diagonal direction 4a).

本実施形態によれば、電子素子3の各辺が放熱性の高い方向に面することになる。これにより、例えば、図3において、電子素子3において発生した熱を、各辺から熱伝導率が高い方向に逃がすことができ、放熱性を高めることができる。   According to this embodiment, each side of the electronic element 3 faces in a direction with high heat dissipation. Thereby, for example, in FIG. 3, heat generated in the electronic element 3 can be released from each side in a direction with high thermal conductivity, and heat dissipation can be improved.

上記形態以外は、第1実施形態と同様である。本実施形態は、第1実施形態と組み合わせることもできる。   Except for the above embodiment, the second embodiment is the same as the first embodiment. This embodiment can also be combined with the first embodiment.

次に、本発明の第3実施形態に係る電子装置について、図1、図3及び図4を用いて説明する。第3実施形態においては、実装面2aにおいて、電子素子3の平面形状の一方の対角線の延在方向4aの熱伝導率又は電子素子3の平面形状の一方の対角線の延在方向4aに対して垂直方向4bの熱伝導率は、電子素子3の一辺3a,3bの延在方向の熱伝導率よりも高い。   Next, an electronic device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the third embodiment, on the mounting surface 2a, the thermal conductivity in the extending direction 4a of one diagonal of the planar shape of the electronic element 3 or the extending direction 4a of one diagonal of the planar shape of the electronic element 3 is compared. The thermal conductivity in the vertical direction 4 b is higher than the thermal conductivity in the extending direction of the sides 3 a and 3 b of the electronic element 3.

例えば、図3において、対角線PR方向の熱伝導率は、電子素子3の平面形状の辺OP方向の熱伝導率及び辺PQ方向の熱伝導率よりも高くすると好ましい。または、図4において、対角線PR方向に対して垂直方向の熱伝導率は、電子素子3の平面形状の辺OP方向の熱伝導率及び辺PQ方向の熱伝導率よりも高くすると好ましい。   For example, in FIG. 3, the thermal conductivity in the diagonal PR direction is preferably higher than the thermal conductivity in the side OP direction and the thermal conductivity in the side PQ direction of the planar shape of the electronic element 3. Alternatively, in FIG. 4, the thermal conductivity in the direction perpendicular to the diagonal PR direction is preferably higher than the thermal conductivity in the side OP direction and the thermal conductivity in the side PQ direction of the planar shape of the electronic element 3.

また、電子素子3の平面形状が正方形以外の矩形であるときは、対角線の延在方向4aの熱伝導率よりも対角線の延在方向4aに対して垂直方向4bの熱伝導率のほうを、電子素子3の平面形状の辺3a,3b方向の熱伝導率よりも高くすると好ましい。例えば、図4において、辺PQの長さLが辺OPの長さLよりも長いとき、対角線PRの延在方向の熱伝導率よりも対角線PRの延在方向に対して垂直方向の熱伝導率のほうを、電子素子3の平面形状の辺OP方向の熱伝導率及び辺PQ方向の熱伝導率よりも高くしたほうが、長い辺PQ方向からの放熱性を高めることができる。これにより、上記第2実施形態で説明したように、より放熱性を高めることができるからである。 Further, when the planar shape of the electronic element 3 is a rectangle other than a square, the thermal conductivity in the direction 4b perpendicular to the diagonal extension direction 4a is greater than the thermal conductivity in the diagonal extension direction 4a. It is preferable that the electronic element 3 has a higher thermal conductivity in the direction of the sides 3a and 3b of the planar shape. For example, in FIG. 4, the length L 2 of the side PQ is time longer than the length L 1 of the side OP, diagonal PR extending direction of the diagonal PR than the thermal conductivity of the extending direction with respect to the vertical direction The heat conductivity from the long side PQ direction can be improved by setting the thermal conductivity higher than the thermal conductivity in the side OP direction and the thermal conductivity in the side PQ direction of the planar shape of the electronic element 3. Thereby, as described in the second embodiment, the heat dissipation can be further improved.

本実施形態によれば、電子素子3の4辺が、放熱性の高い方向により広く面することになる。これにより、電子素子3の一方の対角線の延在方向の熱伝導率が電子素子2の一辺の延在方向の熱伝導率よりも低い場合に比べて、より放熱性を高めることができる。   According to the present embodiment, the four sides of the electronic element 3 face more widely in the direction of high heat dissipation. Thereby, compared with the case where the heat conductivity of the extension direction of one diagonal of the electronic element 3 is lower than the heat conductivity of the extension direction of one side of the electronic element 2, heat dissipation can be improved more.

上記形態以外は、第1実施形態と同様である。本実施形態は、第1実施形態及び第2実施形態のうち少なくとも一方と組み合わせることもできる。   Except for the above embodiment, the second embodiment is the same as the first embodiment. This embodiment can also be combined with at least one of the first embodiment and the second embodiment.

次に、本発明の第4実施形態に係る電子装置について説明する。図5に、本発明の第4実施形態に係る電子装置を説明するための概略斜視図を示す。図6及び図7に、本発明の第4実施形態に係る電子装置を説明するための概略平面図を示す。なお、図5〜図7に示す方向A,B,Cの矢印方向は、一例であり、これに限定されるものではない。   Next, an electronic device according to a fourth embodiment of the invention will be described. FIG. 5 is a schematic perspective view for explaining an electronic apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. 6 and 7 are schematic plan views for explaining an electronic device according to the fourth embodiment of the present invention. In addition, the arrow directions of directions A, B, and C shown in FIGS. 5 to 7 are examples, and are not limited thereto.

第4実施形態においては、ヒートシンク2の直交する3方向を第1方向A、第2方向B及び第3方向Cとし、第1方向A、第2方向B及び第3方向Cの熱伝導率をそれぞれKa,Kb,Kcとする。また、Ka、Kb及びKcは、Ka≧Kb>Kc又はKb≧Ka>Kcの関係にあるとする。Ka及びKbは、Kcの10倍以上であると好ましい。また、Ka及びKbは、600W/mK以上であると好ましい。   In the fourth embodiment, three orthogonal directions of the heat sink 2 are defined as a first direction A, a second direction B, and a third direction C, and the thermal conductivities in the first direction A, the second direction B, and the third direction C are set. Let Ka, Kb, and Kc respectively. Further, Ka, Kb, and Kc are in a relationship of Ka ≧ Kb> Kc or Kb ≧ Ka> Kc. Ka and Kb are preferably 10 times or more of Kc. Further, Ka and Kb are preferably 600 W / mK or more.

高い熱伝導率Kaを有する第1方向Aは、電子素子3の実装面2aに垂直な方向(電子素子3の厚さ方向)と同方向となると好ましい。第1方向Aは、電子素子3の実装面2aに垂直な方向に対して±30°であると好ましく、±10°であるとより好ましく、0°(すなわち実装面2aに垂直な方向と平行)であるとさらに好ましい。熱伝導率が高い第1方向Aを電子素子3とヒートシンク2の接触面に対して略垂直とすることにより、電子素子3の熱を効率よく放熱することができる。   The first direction A having a high thermal conductivity Ka is preferably the same as the direction perpendicular to the mounting surface 2a of the electronic element 3 (the thickness direction of the electronic element 3). The first direction A is preferably ± 30 ° with respect to the direction perpendicular to the mounting surface 2a of the electronic element 3, more preferably ± 10 °, and 0 ° (that is, parallel to the direction perpendicular to the mounting surface 2a). ). By making the first direction A having high thermal conductivity substantially perpendicular to the contact surface between the electronic element 3 and the heat sink 2, the heat of the electronic element 3 can be efficiently radiated.

第1方向Aを電子素子3の実装面2aに対して略垂直にすると、第1方向X及び第2方向Yは、電子素子3の実装面2aと略平行となる。このとき、熱伝導率のより高い第2方向Bは、図6に示すように、電子素子3の一辺3a,3bの延在方向よりも、電子素子3の一方の対角線の延在方向4aに向ける(より近づける)と好ましい。または、図7に示すように、電子素子3の一辺3a,3bの延在方向よりも、電子素子3の一方の対角線の延在方向4aに対して垂直方向4bに向ける(より近づける)と好ましい。好ましくは、実装面2aに対する電子素子3の平面投影において、第2方向Bは、電子素子3の対角線(図6において例えば対角線PR)の延在方向4a又は対角線の延在方向4aに対して垂直方向4bに対して±30°であると好ましく、−10°〜10°であるとより好ましく、0°(すなわち対角線の延在方向4a又は対角線の延在方向4aに対して垂直方向4bと平行)であるとさらに好ましい。これにより、実装面2aにおいて、電子素子3の4辺がいずれも、より熱伝導率の高い第2方向Bに面することになり、電子素子3で発生した熱を実装面に平行な方向にも効率よく逃がすことができる。   When the first direction A is substantially perpendicular to the mounting surface 2 a of the electronic element 3, the first direction X and the second direction Y are substantially parallel to the mounting surface 2 a of the electronic element 3. At this time, as shown in FIG. 6, the second direction B having a higher thermal conductivity is in the extension direction 4 a of one diagonal line of the electronic element 3 than the extension direction of the sides 3 a and 3 b of the electronic element 3. It is preferable to turn it (closer). Alternatively, as shown in FIG. 7, it is preferable that the one of the sides 3a and 3b of the electronic element 3 is oriented in the direction 4b perpendicular to the extending direction 4a of one diagonal line of the electronic element 3 (is closer). . Preferably, in the planar projection of the electronic element 3 on the mounting surface 2a, the second direction B is perpendicular to the extending direction 4a of the diagonal line (for example, the diagonal line PR in FIG. 6) of the electronic element 3 or the extending direction 4a of the diagonal line. It is preferably ± 30 ° with respect to the direction 4b, more preferably −10 ° to 10 °, and 0 ° (that is, parallel to the perpendicular direction 4b with respect to the diagonal direction 4a or the diagonal direction 4a). ). As a result, on the mounting surface 2a, all four sides of the electronic element 3 face the second direction B, which has higher thermal conductivity, and heat generated by the electronic element 3 is directed in a direction parallel to the mounting surface. Can also escape efficiently.

また、電子素子3の平面形状が正方形以外の矩形であるときは、図6に示す形態よりも図7に示す形態であるほうが好ましい。すなわち、第2方向Bは、対角線の延在方向4aよりも対角線の延在方向4aに対して垂直方向4bの方とより平行になると好ましい。例えば、図6において、辺PQの長さLが辺OPの長さLよりも長いとき、第2方向Bが、対角線PRの延在方向4aよりも対角線PRの延在方向4aに対して垂直方向4bとより平行になったほうが、長い辺PQ方向からの放熱性を高めることができる。これにより、上記第2実施形態で説明したように、より放熱性を高めることができるからである。 Further, when the planar shape of the electronic element 3 is a rectangle other than a square, the form shown in FIG. 7 is preferable to the form shown in FIG. That is, it is preferable that the second direction B is more parallel to the direction 4b perpendicular to the diagonal direction 4a than to the diagonal direction 4a. For example, in FIG. 6, when the length L 2 of the side PQ is longer than the length L 1 of the side OP, the second direction B is, with respect to the extending direction 4a of the diagonal PR than extending direction 4a of the diagonal PR Therefore, the heat radiation from the long side PQ direction can be improved by being more parallel to the vertical direction 4b. Thereby, as described in the second embodiment, the heat dissipation can be further improved.

上記形態以外は、第1実施形態と同様である。本実施形態は、第1実施形態〜第3実施形態のうちの少なくとも一形態と組み合わせることもできる。   Except for the above embodiment, the second embodiment is the same as the first embodiment. This embodiment can also be combined with at least one of the first to third embodiments.

次に、本発明の第5実施形態に係る電子装置について説明する。図8に、本発明の第5実施形態に係る電子装置を説明するための概略斜視図を示す。図9及び図12に、本発明の第5実施形態に係る電子装置を説明するための概略平面図を示す。図8〜図12においては、図1〜図6に示す同じ要素には同じ符号を付してある。なお、図8〜図12に示す方向A,B,C,D,E,Fの矢印方向は、一例であり、これに限定されるものではない。   Next, an electronic device according to a fifth embodiment of the invention will be described. FIG. 8 is a schematic perspective view for explaining an electronic apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. 9 and 12 are schematic plan views for explaining an electronic apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. 8-12, the same code | symbol is attached | subjected to the same element shown in FIGS. 1-6. In addition, the arrow directions of directions A, B, C, D, E, and F shown in FIGS. 8 to 12 are examples, and are not limited thereto.

本実施形態に係る電子装置21は、電子素子3、第1ヒートシンク2及び第2ヒートシンク22を有する。第1ヒートシンク2及び電子素子3は、第1実施形態〜第4実施形態におけるヒートシンク及び電子素子3と同様である。以下においては、第2ヒートシンク22を中心に説明する。   The electronic device 21 according to this embodiment includes an electronic element 3, a first heat sink 2, and a second heat sink 22. The first heat sink 2 and the electronic element 3 are the same as the heat sink and the electronic element 3 in the first to fourth embodiments. Hereinafter, the second heat sink 22 will be mainly described.

第2ヒートシンク22も第1ヒートシンク2と同様に熱的異方性を有する。第2ヒートシンク22は、第1ヒートシンク2と少なくとも一部が接して配されている。例えば、第2ヒートシンク22は、実装面2aに対して垂直な第1ヒートシンク2面に接するようにする。図8及び図9においては、第ヒートシンク2は、第2ヒートシンク22の凹部ないしは貫通孔に嵌め込むように配されている。また、第1ヒートシンク2の熱を第2ヒートシンク22により効率的に伝導できるように、第1ヒートシンク2と第2ヒートシンク22の接触面積はより大きくなるようにする。   Similar to the first heat sink 2, the second heat sink 22 has thermal anisotropy. The second heat sink 22 is arranged in contact with at least a part of the first heat sink 2. For example, the second heat sink 22 is in contact with the surface of the first heat sink 2 perpendicular to the mounting surface 2a. 8 and 9, the second heat sink 2 is disposed so as to be fitted into the recess or the through hole of the second heat sink 22. Further, the contact area between the first heat sink 2 and the second heat sink 22 is made larger so that the heat of the first heat sink 2 can be efficiently conducted by the second heat sink 22.

第2ヒートシンク22の熱伝導率の低い方向と、第1ヒートシンク2の熱伝導率が低い方向とは、同一方向とならないようにすると好ましい。第2ヒートシンク22の熱伝導率の高い方向と、第1ヒートシンク2の熱伝導率が低い方向とが、同一方向となると好ましい。   It is preferable that the direction in which the thermal conductivity of the second heat sink 22 is low and the direction in which the thermal conductivity of the first heat sink 2 is low are not the same direction. The direction in which the heat conductivity of the second heat sink 22 is high and the direction in which the heat conductivity of the first heat sink 2 is low are preferably the same direction.

第2ヒートシンク22の直交する3方向を第4方向D、第5方向E及び第6方向Fとし、第4方向D、第5方向E及び第6方向Fの熱伝導率をそれぞれKd,Ke,Kfとする。また、Kd、Ke及びKfは、Kd≧Ke>Kf又はKe≧Kd>Kfの関係にあるとする。このとき、Kd及びKeは、Kfの10倍以上であると好ましい。また、Kd及びKeは、600W/mK以上であると好ましい。   The three orthogonal directions of the second heat sink 22 are the fourth direction D, the fifth direction E, and the sixth direction F, and the thermal conductivities in the fourth direction D, the fifth direction E, and the sixth direction F are Kd, Ke, Let it be Kf. Further, it is assumed that Kd, Ke, and Kf have a relationship of Kd ≧ Ke> Kf or Ke ≧ Kd> Kf. At this time, Kd and Ke are preferably 10 times or more of Kf. Further, Kd and Ke are preferably 600 W / mK or more.

熱伝導率の低いKfを有する第6方向Fは、実装面2aに垂直な方向(電子素子3の厚さ方向)と同方向となると好ましい。第6方向Fは、電子素子3の実装面2aに垂直な方向に対して±30°であると好ましく、±10°であるとより好ましく、0°であるとさらに好ましい。これにより、熱伝導率の高い第4方向Dと第5方向Eが実装面2aの延在方向に向くことになり、第1ヒートシンク2に伝導された熱を効率よく拡散することができるようになる。   The sixth direction F having a low thermal conductivity Kf is preferably the same direction as the direction perpendicular to the mounting surface 2a (the thickness direction of the electronic element 3). The sixth direction F is preferably ± 30 ° with respect to the direction perpendicular to the mounting surface 2a of the electronic element 3, more preferably ± 10 °, and even more preferably 0 °. Accordingly, the fourth direction D and the fifth direction E having high thermal conductivity are directed to the extending direction of the mounting surface 2a, so that the heat conducted to the first heat sink 2 can be efficiently diffused. Become.

また、図9〜図12に示すように、熱伝導率の高い第4方向Dと第5方向Eのうち、少なくとも一方が、第1ヒートシンク2の熱伝導率の低い第3方向Cに対して、±30°となると好ましく、±10°となるとより好ましく、0°であるとさらに好ましい。これにより、第1ヒートシンク2の熱伝導率の低い方向への放熱性を、第2ヒートシンク22で補完することができ、放熱性を高めることができる。   As shown in FIGS. 9 to 12, at least one of the fourth direction D and the fifth direction E with high thermal conductivity is in the third direction C with low thermal conductivity of the first heat sink 2. , Preferably ± 30 °, more preferably ± 10 °, and even more preferably 0 °. Thereby, the heat dissipation in the direction where the thermal conductivity of the first heat sink 2 is low can be supplemented by the second heat sink 22, and the heat dissipation can be enhanced.

上記形態以外は、第1実施形態と同様である。第5実施形態は、第1実施形態〜第4実施形態のうち、少なくとも1つの実施形態を組み合わせることができる。   Except for the above embodiment, the second embodiment is the same as the first embodiment. The fifth embodiment can be combined with at least one of the first to fourth embodiments.

図1〜図12に示す内容は、一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、対角線PRを用いて本発明を説明したが、対角線OQであってもよいことはいうまでもない。   The content shown in FIGS. 1 to 12 is an example, and the present invention is not limited to this. For example, in the above embodiment, the present invention has been described using the diagonal line PR, but it goes without saying that the diagonal line OQ may be used.

本発明の電子装置の一例について説明する。電子装置は、電子素子として半導体素子を搭載した半導体装置である。図13及び図14に、実施例1に係る半導体装置の概略断面図を示す。図13と図14とでは異なる形態を示す。実施例1は、第1実施形態〜第4実施形態の実施例である。   An example of the electronic device of the present invention will be described. An electronic device is a semiconductor device in which a semiconductor element is mounted as an electronic element. 13 and 14 are schematic cross-sectional views of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 13 and FIG. 14 show different forms. Example 1 is an example of the first to fourth embodiments.

半導体装置100,200は、熱伝導率が異方的なヒートシンク101、ヒートシンク101上に搭載された半導体素子102、ヒートシンク101上に搭載された整合回路基板103、半導体素子102及び整合回路基板103を封止する封止樹脂105及び封止蓋106、入力端子107及び出力端子108、及び各要素間(例えば、半導体素子102と整合回路基板103間、半導体素子102と入力端子107間)を電気的に接続するボンディングワイヤ104を備える。ヒートシンク101の少なくとも半導体素子102実装面には、半導体素子102とヒートシンク101とを融着するために、めっき(例えばAuめっき)が施されている。   The semiconductor devices 100 and 200 include a heat sink 101 having an anisotropic thermal conductivity, a semiconductor element 102 mounted on the heat sink 101, a matching circuit board 103 mounted on the heat sink 101, the semiconductor element 102, and the matching circuit board 103. The sealing resin 105 and the sealing lid 106 to be sealed, the input terminal 107 and the output terminal 108, and each element (for example, between the semiconductor element 102 and the matching circuit substrate 103, between the semiconductor element 102 and the input terminal 107) are electrically connected. A bonding wire 104 is provided for connection. At least the mounting surface of the semiconductor element 102 of the heat sink 101 is plated (for example, Au plating) in order to fuse the semiconductor element 102 and the heat sink 101.

半導体装置100,200において、発熱源である半導体素子102とヒートシンク101の相対的配置関係は、上記第1実施形態〜第4実施形態のうち少なくとも一形態を満たすようにする。これにより、半導体素子102で発生した熱を効率よく逃がすことができる。   In the semiconductor devices 100 and 200, the relative arrangement relationship between the semiconductor element 102 that is a heat source and the heat sink 101 satisfies at least one of the first to fourth embodiments. Thereby, the heat generated in the semiconductor element 102 can be efficiently released.

また、図14に示す半導体装置200は、ヒートシンク101の少なくとも両面に、ヒートシンク101表面を平坦化するために、金属層(例えばCu薄層)109を有している。金属層109は、例えば金属からなる接合層(不図示)を用いて貼り付けることができる。金属層109は、例えば100μm〜150μmとすることができる。   A semiconductor device 200 shown in FIG. 14 has a metal layer (for example, a Cu thin layer) 109 on at least both surfaces of the heat sink 101 in order to flatten the surface of the heat sink 101. The metal layer 109 can be attached by using, for example, a bonding layer (not shown) made of metal. The metal layer 109 can be, for example, 100 μm to 150 μm.

次に、半導体装置100,200の製造方法について説明する。まず、プロセス前工程においてシリコン(Si)、ガリウム砒素(GaAs)、ガリウムナイトライド(GaN)、炭化ケイ素(SiC)などの半導体材料で形成されたFETなどの半導体デバイスに電極や配線などの表面プロセスが行われる。続いて、裏面プロセスにおいてウエハ裏面にPHS(Plated Heat Sink)メッキ処理がされ、エッチングなどが行われた後、ダイシングにより個々にチップ化される。これにより半導体素子102が得られる。これらの前工程は公知の技術と同様であるので、その説明は省略する。続いて、作製された半導体素子102をパッケージ化する後工程を行う。半導体素子102及び整合回路基板103は、例えば300℃に保たれたマウント装置上に保持されたヒートシンク101上に例えばAuSn半田(Sn20%含有)により融着される。半導体素子102は、上記第1実施形態〜第4実施形態のうち少なくとも一形態を満たすようにヒートシンク101上に実装する。半導体装置200を製造する場合には、ヒートシンク101にあらかじめ金属層109を形成しておく。続いてワイヤボンディング装置により、ボンディングワイヤ104を用いて、半導体素子102の入力側パッド電極と整合回路基板103のパッド電極とが、さらに整合回路基板103とパッケージの入力端子107とが電気的に接続される。出力側も同様にして、半導体素子102の出力側電極パッドとパッケージの出力端子108とがボンディングワイヤ104を用いて電気的に接続される。最後に封止蓋106を被せて半導体素子102を封止し、半導体素子102が実装されたヒートシンク101を有する半導体装置100,200が作製される。   Next, a method for manufacturing the semiconductor devices 100 and 200 will be described. First, surface processes such as electrodes and wiring on semiconductor devices such as FETs formed of semiconductor materials such as silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), gallium nitride (GaN), and silicon carbide (SiC) in the pre-process. Is done. Subsequently, a PHS (Plated Heat Sink) plating process is performed on the back surface of the wafer in the back surface process, and after etching or the like, the chips are individually formed by dicing. Thereby, the semiconductor element 102 is obtained. Since these pre-processes are the same as known techniques, their description is omitted. Subsequently, a post-process for packaging the manufactured semiconductor element 102 is performed. The semiconductor element 102 and the matching circuit substrate 103 are fused by, for example, AuSn solder (containing 20% Sn) on the heat sink 101 held on a mounting device maintained at 300 ° C., for example. The semiconductor element 102 is mounted on the heat sink 101 so as to satisfy at least one of the first to fourth embodiments. When the semiconductor device 200 is manufactured, the metal layer 109 is formed on the heat sink 101 in advance. Subsequently, the bonding wire 104 is used to electrically connect the input-side pad electrode of the semiconductor element 102 and the pad electrode of the matching circuit board 103, and the matching circuit board 103 and the input terminal 107 of the package. Is done. Similarly, on the output side, the output-side electrode pad of the semiconductor element 102 and the output terminal 108 of the package are electrically connected using the bonding wire 104. Finally, the semiconductor lid 102 is covered and the semiconductor element 102 is sealed, and the semiconductor devices 100 and 200 including the heat sink 101 on which the semiconductor element 102 is mounted are manufactured.

本発明の電子装置の一例について説明する。図15及び図16に、実施例2に係る半導体装置の概略断面図を示す。図13と図14とでは異なる形態を示す。実施例2は、第5実施形態の実施例である。   An example of the electronic device of the present invention will be described. 15 and 16 are schematic cross-sectional views of the semiconductor device according to the second embodiment. FIG. 13 and FIG. 14 show different forms. Example 2 is an example of the fifth embodiment.

図15に示す半導体装置300は、図8及び図9に示す第5実施形態と同様に第2ヒートシンクを備える以外は、図13に示す半導体装置100と同様である。また、図16に示す半導体装置400は、図8及び図9に示す第5実施形態と同様に第2ヒートシンクを備える以外は、図14に示す半導体装置200と同様である。   The semiconductor device 300 shown in FIG. 15 is the same as the semiconductor device 100 shown in FIG. 13 except that the second heat sink is provided as in the fifth embodiment shown in FIGS. Also, the semiconductor device 400 shown in FIG. 16 is the same as the semiconductor device 200 shown in FIG. 14 except that the second heat sink is provided as in the fifth embodiment shown in FIGS.

以下の実施例1〜4及び比較例1〜4において、ヒートシンクと電子素子の相対的位置関係が放熱性に及ぼす影響について試験した。実施例においては、(第1)ヒートシンクの熱伝導率の高い2方向が、電子素子の厚さ方向、及び電子素子の平面形状の対角線方向に対して垂直方向に向くようにした。一方、比較例においては、(第1)ヒートシンクの熱伝導率の高い2方向が、電子素子の厚さ方向及び短辺方向に向くようにした。   In the following Examples 1-4 and Comparative Examples 1-4, it tested about the influence which the relative positional relationship of a heat sink and an electronic element exerts on heat dissipation. In the examples, the two directions (1) where the heat conductivity of the heat sink is high are oriented in the direction perpendicular to the thickness direction of the electronic element and the diagonal direction of the planar shape of the electronic element. On the other hand, in the comparative example, the two directions in which the heat conductivity of the (first) heat sink is high are directed to the thickness direction and the short side direction of the electronic element.

電子素子である半導体素子としては、GaN FETを用いた。ヒートシンクとしては、炭素及び炭素繊維からなる炭素系複合材料にCuを含浸させた複合材料を用いた。下記表1に、各実施例及び比較例におけるヒートシンクの各方向の熱伝導率Ka〜Kfの値及び半導体素子に対する方向を示す。Ka〜Kfは上記実施形態における説明と同様であり、(第1)ヒートシンクにおいて、直交する3方向の熱伝導率をそれぞれKa,Kb,Kcとし、第2ヒートシンクにおいて、直交する3方向の熱伝導率をそれぞれKd,Ke,Kfとした。表1において、「厚」は、半導体素子の厚さ方向(半導体素子の実装面に垂直な方向)と平行であることを意味し、「対」は、実装面に対する半導体素子の平面投影における半導体素子の対角線方向に対して垂直方向と平行であることを意味する。また、「長」は、実装面に対する半導体素子の平面投影における半導体素子の長辺方向と平行であること、「短」は短辺方向と平行であること、「辺」は辺方向と平行であることを意味する。このとき、第2方向の熱伝導率Kbは、第1ヒートシンクの実装面における最大値となり、第3方向の熱伝導率Kcは、第1ヒートシンクの実装面における最小値となった。   A GaN FET was used as a semiconductor element which is an electronic element. As the heat sink, a composite material obtained by impregnating a carbon-based composite material made of carbon and carbon fibers with Cu was used. Table 1 below shows the values of the thermal conductivities Ka to Kf in each direction of the heat sink and the direction with respect to the semiconductor element in each example and comparative example. Ka to Kf are the same as those described in the above embodiment. In the (first) heat sink, the thermal conductivities in the three orthogonal directions are Ka, Kb, and Kc, respectively, and in the second heat sink, the orthogonal three-directional heat conduction is performed. The rates were Kd, Ke, and Kf, respectively. In Table 1, “thickness” means parallel to the thickness direction of the semiconductor element (direction perpendicular to the mounting surface of the semiconductor element), and “pair” means the semiconductor in the planar projection of the semiconductor element with respect to the mounting surface. It means that it is parallel to the vertical direction with respect to the diagonal direction of the element. In addition, “long” is parallel to the long side direction of the semiconductor element in the planar projection of the semiconductor element with respect to the mounting surface, “short” is parallel to the short side direction, and “side” is parallel to the side direction. It means that there is. At this time, the thermal conductivity Kb in the second direction was the maximum value on the mounting surface of the first heat sink, and the thermal conductivity Kc in the third direction was the minimum value on the mounting surface of the first heat sink.

以下の各実施例及び比較例において、半導体素子の消費電力を5Wとした場合の半導体素子駆動前後におけるチャネル温度の差を測定した。チャネル温度は、赤外線熱解析方法を用いて直接測定した。予め所定の温度に昇温したステージに乗せた半導体素子の表面から放射される赤外線量と表面温度=ステージ温度から半導体素子表面の放射率を求めた。その後、半導体素子に通電した状態(半導体素子表面温度が上昇した状態)で赤外線量を測定し、これと予め測定した放射率を用いて半導体素子の表面温度を求め、チャネル温度とした。チャネルの温度上昇を下記表1に示す。   In each of the following examples and comparative examples, the difference in channel temperature before and after driving the semiconductor element when the power consumption of the semiconductor element was 5 W was measured. Channel temperature was measured directly using an infrared thermal analysis method. The emissivity of the surface of the semiconductor element was determined from the amount of infrared rays radiated from the surface of the semiconductor element placed on the stage that had been previously heated to a predetermined temperature and the surface temperature = stage temperature. Thereafter, the amount of infrared rays was measured in a state where the semiconductor element was energized (in a state where the surface temperature of the semiconductor element was increased), and the surface temperature of the semiconductor element was determined using this and the pre-measured emissivity, and used as the channel temperature. The temperature rise of the channel is shown in Table 1 below.

[実施例1及び比較例1]
実施例1及び比較例1においては、図13に示すような半導体装置について試験した。半導体素子の平面形状は、1.0mm(短辺)×1.2mm(長辺)の矩形であり、ヒートシンクの厚さは1.3mmであった。
[Example 1 and Comparative Example 1]
In Example 1 and Comparative Example 1, a semiconductor device as shown in FIG. 13 was tested. The planar shape of the semiconductor element was a rectangle of 1.0 mm (short side) × 1.2 mm (long side), and the thickness of the heat sink was 1.3 mm.

[実施例2及び比較例2]
実施例2及び比較例2においては、図14に示すような半導体装置について試験した。半導体素子の平面形状は、1.0mm×1.0mmの正方形であり、ヒートシンクの厚さは1.3mmであった。また、ヒートシンクの両面には、厚さ100μmの銅薄層を貼り付けた。
[Example 2 and Comparative Example 2]
In Example 2 and Comparative Example 2, a semiconductor device as shown in FIG. 14 was tested. The planar shape of the semiconductor element was a square of 1.0 mm × 1.0 mm, and the thickness of the heat sink was 1.3 mm. Further, a thin copper layer having a thickness of 100 μm was attached to both surfaces of the heat sink.

[実施例3及び比較例3]
実施例3及び比較例3においては、図15に示すような半導体装置について試験した。半導体素子の平面形状は、1.0mm(短辺)×2.0mm(長辺)の矩形であり、ヒートシンクの厚さは1.3mmであった。
[Example 3 and Comparative Example 3]
In Example 3 and Comparative Example 3, a semiconductor device as shown in FIG. 15 was tested. The planar shape of the semiconductor element was a rectangle of 1.0 mm (short side) × 2.0 mm (long side), and the thickness of the heat sink was 1.3 mm.

[実施例4及び比較例4]
実施例4及び比較例4においては、図16に示すような半導体装置について試験した。半導体素子の平面形状は、1.0mm(短辺)×1.2mm(長辺)の矩形であり、ヒートシンクの厚さは1.5mmであった。また、ヒートシンクの両面には、厚さ100μmの銅薄層を貼り付けた。
[Example 4 and Comparative Example 4]
In Example 4 and Comparative Example 4, a semiconductor device as shown in FIG. 16 was tested. The planar shape of the semiconductor element was a rectangle of 1.0 mm (short side) × 1.2 mm (long side), and the thickness of the heat sink was 1.5 mm. Further, a thin copper layer having a thickness of 100 μm was attached to both surfaces of the heat sink.

Figure 2010212520
Figure 2010212520

本発明を適用した実施例によれば、いずれも温度上昇が比較例よりも低くなっており、本発明のほうが放熱性がより優れていることが分かる。また、実施例3と比較例3とを比較することにより、本発明によれば、平面形状における短辺と長辺の比が1:2(一方の辺の長さと他方の辺の長さの比が0.5〜2)であるような長方形の電子素子であっても放熱性を高めることができることが分かった。   According to the examples to which the present invention is applied, the temperature rise is lower than that of the comparative example, and it can be seen that the present invention is more excellent in heat dissipation. Further, by comparing Example 3 with Comparative Example 3, according to the present invention, the ratio of the short side to the long side in the planar shape is 1: 2 (the length of one side and the length of the other side. It has been found that even a rectangular electronic device having a ratio of 0.5 to 2) can improve heat dissipation.

本発明における電子素子は、発熱体となるものであれば、半導体素子等の能動素子であっても、受動素子であってもよい。電子素子の例としては、例えば、GaN FET、Si LDMOS、GaAs FET、SiやSiCを用いた絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT;Insulated Gate Bipolar Transistor)等を挙げることができる。また、電子素子は、単体素子以外にも、MMIC(Microwave Monolithic Integrated Circuit)にも本発明を適用することができる。この場合、単体素子の場合と異なり、半導体チップ全体の平面形状とそれに含まれる各半導体素子の形状とは、必ずしも一致しないが、最も発熱量の大きな半導体素子の平面形状を基礎として、本発明における方向を定めればよい。   The electronic element in the present invention may be an active element such as a semiconductor element or a passive element as long as it serves as a heating element. Examples of the electronic element include GaN FET, Si LDMOS, GaAs FET, insulated gate bipolar transistor (IGBT) using Si and SiC, and the like. Moreover, the present invention can be applied to an MMIC (Microwave Monolithic Integrated Circuit) as well as a single element. In this case, unlike the case of a single element, the planar shape of the entire semiconductor chip and the shape of each semiconductor element included in the semiconductor chip do not necessarily match, but the present invention is based on the planar shape of the semiconductor element having the largest amount of heat generation. The direction should be determined.

本発明の電子装置は、上記実施形態に基づいて説明されているが、上記実施形態に限定されることなく、本発明の範囲内において、かつ本発明の基本的技術思想に基づいて、上記実施形態に対し種々の変形、変更及び改良を含むことができることはいうまでもない。また、本発明の請求の範囲の枠内において、種々の開示要素の多様な組み合わせ・置換ないし選択が可能である。   The electronic device of the present invention has been described based on the above-described embodiment, but is not limited to the above-described embodiment, and the above-described implementation is within the scope of the present invention and based on the basic technical idea of the present invention. It cannot be overemphasized that various deformation | transformation, a change, and improvement with respect to a form can be included. Further, various combinations, substitutions, or selections of various disclosed elements are possible within the scope of the claims of the present invention.

本発明のさらなる課題、目的及び展開形態は、請求の範囲を含む本発明の全開示事項からも明らかにされる。   Further problems, objects, and developments of the present invention will become apparent from the entire disclosure of the present invention including the claims.

本発明は、例えば、高周波・高出力電力増幅器、特に携帯電話基地局用電力増幅器、各種レーダ用電力増幅器といった用途に適用することができる。   The present invention can be applied to, for example, high frequency / high output power amplifiers, in particular, mobile phone base station power amplifiers and various radar power amplifiers.

1,21 電子装置
2 (第1)ヒートシンク
2a 電子素子実装面
3 電子素子
3a,3b 辺
4a 対角線の延在方向
4b 対角線の延在方向に対して垂直方向
5 熱伝導率の低い方向
6 熱伝導率の高い方向
22 第2ヒートシンク
100,200,300,400 半導体装置
101 (第1)ヒートシンク
102 半導体素子
103 整合回路基板
104 ボンディングワイヤ
105 封止樹脂
106 封止蓋
107 入力端子
108 出力端子
109 金属層
110 第2ヒートシンク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,21 Electronic device 2 (1st) Heat sink 2a Electronic element mounting surface 3 Electronic element 3a, 3b Side 4a Diagonal extension direction 4b Direction perpendicular to diagonal extension direction 5 Low thermal conductivity 6 Thermal conductivity Higher rate 22 Second heat sink 100, 200, 300, 400 Semiconductor device 101 (First) heat sink 102 Semiconductor element 103 Matching circuit board 104 Bonding wire 105 Sealing resin 106 Sealing lid 107 Input terminal 108 Output terminal 109 Metal layer 110 Second heat sink

Claims (22)

熱伝導率が異方的な第1ヒートシンクと、
前記第1ヒートシンクに実装され、前記第1ヒートシンクの実装面に投影した平面形状が四辺形の電子素子と、を備え、
前記電子素子は、前記実装面において、前記平面形状の一方の対角線の延在方向の放熱性又は前記対角線の延在方向に対して垂直方向の放熱性が、辺方向の放熱性よりも高くなるように前記第1ヒートシンクに配置されていることを特徴とする電子装置。
A first heat sink with anisotropic thermal conductivity;
An electronic element mounted on the first heat sink and having a quadrilateral planar shape projected onto the mounting surface of the first heat sink;
The electronic element has higher heat dissipation in the direction of extension of one diagonal of the planar shape or heat dissipation in the direction perpendicular to the direction of extension of the diagonal on the mounting surface than heat dissipation in the side direction. As described above, the electronic device is arranged on the first heat sink.
前記平面形状が正方形以外の矩形であるとき、
前記電子素子は、前記実装面において、前記対角線の延在方向に対して垂直方向の放熱性が、辺方向の放熱性よりも高くなるように前記第1ヒートシンクに配置されていることを特徴とする請求項1に記載の電子装置。
When the planar shape is a rectangle other than a square,
The electronic element is disposed on the first heat sink so that heat dissipation in a direction perpendicular to an extending direction of the diagonal line is higher than heat dissipation in a side direction on the mounting surface. The electronic device according to claim 1.
熱伝導率が異方的な第1ヒートシンクと、
前記第1ヒートシンクに実装され、前記第1ヒートシンクの実装面に投影した平面形状が四辺形の電子素子と、を備え、
前記第1ヒートシンクの前記実装面における前記平面形状の一方の対角線の延在方向の熱伝導率又は前記対角線の延在方向に対して垂直方向の熱伝導率のほうが前記第1ヒートシンクの前記実装面における前記平面形状の一辺の延在方向の熱伝導率よりも高いことを特徴とする電子装置。
A first heat sink with anisotropic thermal conductivity;
An electronic element mounted on the first heat sink and having a quadrilateral planar shape projected onto the mounting surface of the first heat sink;
The mounting surface of the first heat sink has a thermal conductivity in the direction in which one of the diagonal lines of the planar shape on the mounting surface of the first heat sink is perpendicular to the direction in which the diagonal extends. An electronic device having a higher thermal conductivity in the extending direction of one side of the planar shape.
前記平面形状が正方形以外の矩形であるとき、
前記第1ヒートシンクの前記実装面における前記第1ヒートシンクにおける前記対角線の延在方向に対して垂直方向の熱伝導率のほうが前記第1ヒートシンクの前記実装面における前記平面形状の一辺の延在方向の熱伝導率よりも高いことを特徴とする請求項3に記載の電子装置。
When the planar shape is a rectangle other than a square,
The thermal conductivity in the direction perpendicular to the extending direction of the diagonal line in the first heat sink on the mounting surface of the first heat sink is the extending direction of one side of the planar shape on the mounting surface of the first heat sink. The electronic device according to claim 3, wherein the electronic device has a higher thermal conductivity.
熱伝導率が異方的な第1ヒートシンクと、
前記第1ヒートシンクに実装され、前記第1ヒートシンクの実装面に投影した平面形状が四辺形の電子素子と、を備え、
前記実装面において、前記第1ヒートシンクの熱伝導率が最も高い方向と、前記平面形状の一方の対角線の延在方向とのなす角度又は前記対角線の延在方向に対して垂直方向とのなす角度が−30°〜30°であることを特徴とする電子装置。
A first heat sink with anisotropic thermal conductivity;
An electronic element mounted on the first heat sink and having a quadrilateral planar shape projected onto the mounting surface of the first heat sink;
In the mounting surface, an angle formed by a direction in which the first heat sink has the highest thermal conductivity and an extension direction of one of the diagonal lines of the planar shape, or an angle formed by a direction perpendicular to the extension direction of the diagonal line. Is an electronic device characterized by being -30 ° to 30 °.
前記平面形状が正方形以外の矩形であるとき、
前記実装面において、前記第1ヒートシンクの熱伝導率が最も高い方向と、前記対角線の延在方向に対して垂直方向とのなす角度が−30°〜30°であることを特徴とする請求項5に記載の電子装置。
When the planar shape is a rectangle other than a square,
The angle between the direction in which the thermal conductivity of the first heat sink is highest and the direction perpendicular to the extending direction of the diagonal line is -30 ° to 30 ° on the mounting surface. 5. The electronic device according to 5.
熱伝導率が異方的な第1ヒートシンクと、
前記第1ヒートシンクに実装され、前記第1ヒートシンクの実装面に投影した平面形状が四辺形の電子素子と、を備え、
前記第1ヒートシンクにおいて、直交する3方向を第1方向、第2方向及び第3方向とし、第1方向の熱伝導率をKa、第2方向の熱伝導率をKb及び第3方向の熱伝導率をKcとし、Ka≧Kb>Kc又はKb≧Ka>Kcの関係にあるとき、
前記第1方向及び前記第2方向のうち、一方の方向と、前記第1ヒートシンクの前記実装面に垂直な方向とのなす角度が−30°〜30°であり、
前記第1方向及び前記第2方向のうち、他方の方向と、前記平面形状の一方の対角線の延在方向又は前記対角線の延在方向に対して垂直方向とのなす角度が−30°〜30°であることを特徴とする電子装置。
A first heat sink with anisotropic thermal conductivity;
An electronic element mounted on the first heat sink and having a quadrilateral planar shape projected onto the mounting surface of the first heat sink;
In the first heat sink, three orthogonal directions are defined as a first direction, a second direction, and a third direction, the thermal conductivity in the first direction is Ka, the thermal conductivity in the second direction is Kb, and the thermal conductivity in the third direction. When the rate is Kc and Ka ≧ Kb> Kc or Kb ≧ Ka> Kc,
An angle formed between one direction of the first direction and the second direction and a direction perpendicular to the mounting surface of the first heat sink is −30 ° to 30 °.
Of the first direction and the second direction, an angle formed between the other direction and the extending direction of one diagonal line of the planar shape or a direction perpendicular to the extending direction of the diagonal line is -30 ° to 30 °. An electronic device characterized in that it is °.
前記平面形状が正方形以外の矩形であるとき、
前記他方の方向と、前記対角線の延在方向に対して垂直方向とのなす角度が−30°〜30°であることを特徴とする請求項7に記載の電子装置。
When the planar shape is a rectangle other than a square,
The electronic device according to claim 7, wherein an angle formed between the other direction and a direction perpendicular to the extending direction of the diagonal line is −30 ° to 30 °.
Ka及びKbは、Kcの10倍以上であることを特徴とする請求項7又は8に記載の電子装置。   9. The electronic device according to claim 7, wherein Ka and Kb are 10 times or more of Kc. Ka及びKbは、600W/mK以上であることを特徴とする請求項7〜9のいずれか一項に記載の電子装置。   The electronic device according to claim 7, wherein Ka and Kb are 600 W / mK or more. 前記第1ヒートシンクと少なくとも一部が接し、熱伝導率が異方的な第2ヒートシンクをさらに備え、
前記第2ヒートシンクにおいて、直交する3方向を第4方向、第5方向及び第6方向とし、第4方向の熱伝導率をKd、第5方向の熱伝導率をKe及び第6方向の熱伝導率をKfとし、Kd≧Ke>Kf又はKe≧Kd>Kfの関係にあるとき、
前記第2ヒートシンクの前記第4方向又は前記第5方向と、前記第1ヒートシンクの前記第3方向とのなす角度は、−30°〜30°であることを特徴とする請求項7〜10のいずれか一項に記載の電子装置。
A second heat sink that is at least partially in contact with the first heat sink and has an anisotropic thermal conductivity;
In the second heat sink, the three orthogonal directions are the fourth direction, the fifth direction, and the sixth direction, the thermal conductivity in the fourth direction is Kd, the thermal conductivity in the fifth direction is Ke, and the thermal conductivity in the sixth direction. When the rate is Kf and Kd ≧ Ke> Kf or Ke ≧ Kd> Kf,
The angle formed between the fourth direction or the fifth direction of the second heat sink and the third direction of the first heat sink is -30 ° to 30 °. The electronic device as described in any one.
Kd及びKeは、Kfの10倍以上であることを特徴とする請求項11に記載の電子装置。   12. The electronic device according to claim 11, wherein Kd and Ke are 10 times or more of Kf. 前記第2ヒートシンクは、凹部又は貫通孔を有し、
前記第1ヒートシンクは、前記凹部又は貫通孔に配置されていることを特徴とする請求項11又は12に記載の電子装置。
The second heat sink has a recess or a through hole,
The electronic device according to claim 11, wherein the first heat sink is disposed in the recess or the through hole.
前記第2ヒートシンクの前記第6方向と、前記第1ヒートシンクの前記第3方向とのなす角度は、−30°〜30°であることを特徴とする請求項11〜13のいずれか一項に記載の電子装置。   The angle formed by the sixth direction of the second heat sink and the third direction of the first heat sink is -30 ° to 30 °. The electronic device described. Kd及びKeは、600W/mK以上であることを特徴とする請求項11〜14のいずれか一項に記載の電子装置。   Kd and Ke are 600 W / mK or more, The electronic device as described in any one of Claims 11-14 characterized by the above-mentioned. 前記電子素子の前記実装面における平面形状は矩形であり、
前記平面形状における前記矩形の一方の辺の長さと他方の辺の長さの比は、0.65〜1.5であることを特徴とする請求項1〜15のいずれか一項に記載の電子装置。
The planar shape of the mounting surface of the electronic element is a rectangle,
The ratio of the length of one side and the length of the other side of the rectangle in the planar shape is 0.65 to 1.5, according to any one of claims 1 to 15. Electronic equipment.
前記第1ヒートシンク又は前記第1ヒートシンク及び前記第2ヒートシンクは、少なくとも前記第1ヒートシンクの前記実装面及び前記実装面とは反対側の面に、金属層を有し、
前記電子素子は、前記金属層上に実装されていることを特徴とする請求項1〜16のいずれか一項に記載の電子装置。
The first heat sink or the first heat sink and the second heat sink have a metal layer on at least a surface of the first heat sink opposite to the mounting surface and the mounting surface,
The electronic device according to claim 1, wherein the electronic element is mounted on the metal layer.
熱伝導率が異方的な第1ヒートシンクの実装面上に、平面形状が四辺形の電子素子を、前記実装面における前記平面形状の一方の対角線の延在方向の放熱性又は前記対角線の延在方向に対して垂直方向の放熱性が、辺方向の放熱性よりも高くなるように実装することを特徴とする電子装置の製造方法。   On the mounting surface of the first heat sink having an anisotropic thermal conductivity, an electronic element having a quadrilateral planar shape is arranged to dissipate heat in the extending direction of one diagonal line of the planar shape on the mounting surface or to extend the diagonal line. A method of manufacturing an electronic device, wherein mounting is performed such that heat dissipation in a direction perpendicular to a current direction is higher than heat dissipation in a side direction. 熱伝導率が異方的な第1ヒートシンクの実装面上に、平面形状が四辺形の電子素子を、前記第1ヒートシンクの前記実装面における前記平面形状の一方の対角線の延在方向の熱伝導率又は前記対角線の延在方向に対して垂直方向の熱伝導率のほうが前記第1ヒートシンクの前記実装面における前記平面形状の一辺の延在方向の熱伝導率よりも高くなるように実装することを特徴とする電子装置の製造方法。   On the mounting surface of the first heat sink having an anisotropic thermal conductivity, an electronic element having a quadrilateral planar shape is transferred in the extending direction of one diagonal line of the planar shape on the mounting surface of the first heat sink. Or mounting so that the thermal conductivity in the direction perpendicular to the extending direction of the diagonal line is higher than the thermal conductivity in the extending direction of one side of the planar shape on the mounting surface of the first heat sink. A method for manufacturing an electronic device. 熱伝導率が異方的な第1ヒートシンクの実装面上に、平面形状が四辺形の電子素子を、 前記実装面において、前記第1ヒートシンクの熱伝導率が最も高い方向と、前記平面形状の一方の対角線の延在方向とのなす角度又は前記対角線の延在方向に対して垂直方向とのなす角度が−30°〜30°となるように実装することを特徴とする電子装置の製造方法。   On the mounting surface of the first heat sink having an anisotropic thermal conductivity, an electronic element having a quadrangular planar shape is formed on the mounting surface. The direction in which the thermal conductivity of the first heat sink is the highest on the mounting surface, A method of manufacturing an electronic device, characterized in that mounting is performed such that an angle formed with one diagonal line extending direction or an angle formed with a direction perpendicular to the diagonal line extending direction is -30 ° to 30 °. . 熱伝導率が異方的な第1ヒートシンクにおいて、直交する3方向を第1方向、第2方向及び第3方向とし、第1方向の熱伝導率をKa、第2方向の熱伝導率をKb及び第3方向の熱伝導率をKcとし、Ka≧Kb>Kc又はKb≧Ka>Kcの関係にあるとき、
前記第1ヒートシンクの実装面上に、平面形状が四辺形の電子素子を、
前記第1方向及び前記第2方向のうち、一方の方向と、前記第1ヒートシンクの前記実装面に垂直な方向とのなす角度が−30°〜30°となり、
前記第1方向及び前記第2方向のうち、他方の方向と、前記平面形状の一方の対角線の延在方向又は前記対角線の延在方向に対して垂直方向とのなす角度が−30°〜30°となるように実装することを特徴とする電子装置の製造方法。
In the first heat sink with anisotropic thermal conductivity, the three orthogonal directions are defined as the first direction, the second direction, and the third direction, the thermal conductivity in the first direction is Ka, and the thermal conductivity in the second direction is Kb. And when the thermal conductivity in the third direction is Kc, and Ka ≧ Kb> Kc or Kb ≧ Ka> Kc,
On the mounting surface of the first heat sink, an electronic element having a quadrilateral planar shape is provided.
Of the first direction and the second direction, an angle between one direction and a direction perpendicular to the mounting surface of the first heat sink is −30 ° to 30 °,
Of the first direction and the second direction, an angle formed between the other direction and the extending direction of one diagonal line of the planar shape or a direction perpendicular to the extending direction of the diagonal line is -30 ° to 30 °. A method of manufacturing an electronic device, wherein the electronic device is mounted so as to be at an angle.
熱伝導率が異方的な第2ヒートシンクにおいて、直交する3方向を第4方向、第5方向及び第6方向とし、第4方向の熱伝導率をKd、第5方向の熱伝導率をKe及び第6方向の熱伝導率をKfとし、Kd≧Ke>Kf又はKe≧Kd>Kfの関係にあるとき、
前記第1ヒートシンクと少なくとも一部が接すると共に、前記第2ヒートシンクの前記第4方向又は前記第5方向と、前記第1ヒートシンクの前記第3方向とのなす角度が−30°〜30°となるように前記第2ヒートシンクを配置することを特徴とする請求項21に記載の電子装置の製造方法。
In the second heat sink with anisotropic thermal conductivity, the three orthogonal directions are the fourth direction, the fifth direction, and the sixth direction, the thermal conductivity in the fourth direction is Kd, and the thermal conductivity in the fifth direction is Ke. And when the thermal conductivity in the sixth direction is Kf and Kd ≧ Ke> Kf or Ke ≧ Kd> Kf,
The first heat sink is at least partially in contact, and an angle between the fourth direction or the fifth direction of the second heat sink and the third direction of the first heat sink is −30 ° to 30 °. The method of manufacturing an electronic device according to claim 21, wherein the second heat sink is arranged as described above.
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