JP2011003718A - 半導体パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、且つ、熱接触面積の拡大化を図り得るようにして、放熱効率の向上を実現する。
【解決手段】ベースプレート１１の半導体素子１４が実装されるフレーム部材１２を囲む周囲に押圧領域Ｍを設け、この押圧領域Ｍ（特に、フレーム部材１２を囲む周囲）を押圧することにより、ベースプレート１１を全面的に押圧することができ、効率的にベースプレート１１をヒートシンクに圧接固定させて熱的に結合させるように構成した。
【選択図】図４

Description

この発明は、例えば高周波増幅器等の各種の電子部品を構成する半導体素子が収容配置される半導体パッケージに関する。

一般に、半導体パッケージは、パッケージ本体を構成するベースプレートを熱伝導率の高い銅や銅合金で形成して、このベースプレートには、Ｓｉ（シリコン）基板等の半導体用基板材料製の基板上に回路パターンを実装した各種の電子部品を構成する半導体素子が熱的に結合されて収容配置される。また、このベースプレートには、外部接続用の接続端子が突設され、この接続端子が、半導体素子を構成する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。

ところで、このような半導体パッケージは、その半導体素子が作動されて発熱され、温度が許容値を超えると、所望の部品性能を確保することが困難となる。このため、半導体パッケージにおいては、半導体素子の熱をベースプレートに伝達した後、このベースプレートからヒートシンク等の放熱板に熱移送させて排熱することにより、半導体素子の温度を許容値に保つように熱制御する方法が採られている。

一方、このような半導体パッケージは、その半導体素子の高出力化の要請と共に、小型化の要請により、その発熱密度が増加されていることで、十分な放熱面積を確保することが困難なために、半導体素子の熱制御が大きな課題の一つとなっている。

そこで、このような半導体パッケージには、例えば半導体素子の壁面を、Ｌ字形金具を用いて放熱板に圧接させて接触熱抵抗を小さくするように構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、特許文献２には、半導体装置のベースプレートを構成するパッケージ基体を、そのネジ止め部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載置し、その四隅に設けた貫通孔を利用して放熱体に圧接固定することにより、パッケージ基体の製作精度に影響を受けることなく、高効率な熱移送を実現するように構成したものが提案されている。

そして、上記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。

実開平３−５９６８８号公報 特開２００４−２８８９４９号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示される半導体パッケージでは、半導体素子構造及びＬ字形金具を用いる構成上、その取付作業が面倒なうえ、半導体素子の放熱板との熱接触面積に比べて設置面積が大形となるという問題を有する。

また、特許文献２に開示される半導体パッケージでは、引用文献１の構成に比して十分な熱接触面積を確保することが可能であるが、パッケージ基体の取付側全面にグラファイトシートを介在させたり、あるいは放熱用グリースを介在して組付け配置していることで、高効率な放熱が可能となるが、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、その電気性能が低下されるという問題を有する。このため、パッケージ自体を電極として用いる半導体パッケージ構成に適用するのが困難であるという問題を有する。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、簡易な構成で、且つ、熱接触面積の拡大化を図り得るようにして、放熱効率の向上を実現した半導体パッケージを提供することを目的とする。

この発明は、半導体素子と、この半導体素子が実装される素子収容部と、一方の面に前記素子収容部が設けられると共に、該素子収容部の周りを囲む周囲に押圧領域が設けられ、他方の面が放熱体に圧接固定されて熱的に結合されるベースプレートとを具備して半導体パッケージを構成した。

上記構成によれば、ベースプレートは、放熱体に設置された状態で、素子収容部の押圧領域が放熱体に圧接されて熱的に結合されることにより、その熱接触面積を広く採ることができて、その熱接触抵抗を小さく設定することができる。これにより、半導体素子からの発熱を素子収容部、ベースプレートを経由して放熱体に効率よく放熱することができて、半導体素子の温度上昇を効率よく抑えて、許容温度に保つことが可能となり、パッケージの小型化を確保したうえで、半導体素子の高出力化の促進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、簡易な構成で、且つ、熱接触面積の拡大化を図り得るようにして、放熱効率の向上を実現した半導体パッケージを提供することができる。

この発明の一実施の形態に係る半導体パッケージの構成を説明するために示した斜視図である。 図１をベースプレートの長辺側から見た状態を示した平面図である。 図１をベースプレートの短辺側から見た状態を示した平面図である。 図１から蓋体を取外して上面側から見た状態を示した平面図である。 図１のＡ−Ａ断面を示した断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面を示した断面図である。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１乃至図３は、この発明の一実施の形態に係る半導体パッケージを示すもので、図１は、外観構成を投影して示し、図２及び図３は、図１のパッケージ本体１０を直交する異なる側面方向から見た状態を示す。

上記パッケージ本体１０は、例えば銅合金、銅等の金属材料製のベースプレート１１と、素子収容部を構成する、例えば四辺形形状をした枠状のフレーム部材１２及び蓋体１３で形成される。

このうちベースプレート１１は、例えば矩形状に形成され、その一方の面上に、例えば上記フレーム部材１２が、周囲壁面をプレート側面より内方向に、いわゆる逃がして設けられ、該フレーム部材１２を囲む周囲に押圧領域Ｍが形成されている（図４参照）。そして、このフレーム部材１２内には、発熱体である半導体素子１４が収容配置され、その上記ベースプレート１１の例えば短辺方向の両側壁に凹部１２１がそれぞれ半導体素子１４の外部接続端子１４１に対応して設けられる。この凹部１２１には、上記外部接続端子１４１が、絶縁性材料、例えばセラミックス製の受け台１５を用いて外部接続可能に突設配置される。そして、このフレーム部材１２の開口側には、上記蓋体１３が被着されて、その開口が閉塞される。

ここで、上記ベースプレート１１の一方の面上に形成される押圧領域Ｍは、フレーム部材１２の４辺を囲む周囲を垂直状に押圧可能に、そのプレート短辺側の幅寸法が設定される。このベースプレート１１の押圧領域Ｍにおける短辺側の幅寸法としては、例えば図示しない固定具を用いて垂直状に押圧可能な、少なくともフレーム部材の側壁から受け台１５の先端以上の寸法に設定される。

また、上記ベースプレート１１には、そのフレーム部材１２の凹部１２１を有しない長辺方向の両端部に、例えば凹状の取付用切欠き部１１１がそれぞれ設けられる。これにより、ベースプレート１１は、その切欠き部１１１が、例えば図５及び図６に示すように放熱体であるヒートシンク１６の例えば図示しない螺子孔に対向されて載置され、この切欠き部１１１を利用してヒートシンク１６に熱的に結合されて取付けられる。

この結果、上記ベースプレート１１上に設けるフレーム部材１２は、圧接固定時、ベースプレート１１の押圧領域Ｍのみがヒートシンク１６上に押圧されて、直接的に押圧力が付与されることがないため、その材質として、金属材料は、勿論のこと、取扱い性の優れたセラミックス等を用いて形成することが可能となる。これにより、その設計を含むパッケージ製作性の自由度が向上される。

なお、上記ベースプレート１１は、そのプレート面の中間部、例えば押圧領域Ｍを中心としてヒートシンク１６への取付面方向に球面形状に湾曲させて形成するようにしてもよい。このようにすると、ベースプレート１１は、上述したようにその切欠き部１１１を利用してヒートシンク１６上に圧接固定されると、その球面状に湾曲した頂点から徐々にヒートシンク１６に接触されて、その押圧領域Ｍが圧接されることで、さらに良好な熱的結合が可能となる。

また、上記ベースプレート１１は、例えば銅等の一種の材料で形成するだけでなく、銅とモリブデンの如く異なる複数の材料層を積層して構成するようにしてもよい。この積層構造のベースプレート１１を用いると、その熱膨張係数の高精度な設定が容易に可能となり、さらに熱制御特性の向上を図ることが可能となる。

上記構成により、ヒートシンク１６上に設置する場合には、ベースプレート１１を、その切欠き部１１１をヒートシンク１６の螺子孔（図示せず）に対向させて載置し、その上から図示しない固定具の押圧部がベースプレート１１上の押圧領域Ｍに対向するように被着される。この状態で、上記固定具（図示せず）が螺子部材等を用いてヒートシンク１６に螺着されて締め付けられる。

ここで、ベースプレート１１は、そのフレーム部材１２の周囲の押圧領域Ｍの取付面側が固定具（図示せず）の押圧部によりヒートシンク１６上に均一的に押圧されて圧接固定され、熱的に結合される。これにより、半導体素子１４で発生された熱量は、ベースプレート１１に熱移送されると、該ベースプレート１１のフレーム部材１２の周囲を囲む押圧領域Ｍの取付面側からヒートシンク１６に熱移動されて放熱され、半導体素子１４が所望の温度に熱制御される。

このように、上記半導体パッケージは、ベースプレート１１の半導体素子１４が実装されるフレーム部材１２を囲む周囲に押圧領域Ｍを設け、この押圧領域Ｍ（特に、フレーム部材１２を囲む周囲）を押圧することにより、ベースプレート１１を全面的に押圧することができ、効率的にベースプレート１１をヒートシンク１６に圧接固定させて熱的に結合させるように構成した。

これによれば、ベースプレート１１は、ヒートシンク１６に設置された状態で、フレーム部材１２の周囲の押圧領域Ｍが押圧されて圧接固定されて熱的に結合されることにより、その熱接触面積を広く採ることができて、その熱接触抵抗を小さく設定することができる。これにより、半導体素子１４からの発熱が直接的及びフレーム部材１２を介してベースプレート１１に熱移送されると、その熱がヒートシンク１６に効率よく熱移送することができて、半導体素子１４の温度上昇を効率よく抑えて、許容温度に保つことが可能となる。この結果、パッケージの小型化を確保したうえで、半導体素子１４の高出力化の促進を図ることができる。

そして、これによれば、圧接固定時、ベースプレート１１の押圧領域Ｍがヒートシンク１６上に押圧されて、フレーム部材１２に対して押圧力が直接的に付与されることなく、高効率な熱制御が可能となる。これにより、フレーム部材１２の材質として、金属材料は勿論のこと、例えば比較的脆く、加工性に優れたセラミックス等の各種の材料を用いて形成することが可能となり、その設計を含むパッケージ製作上における自由度の向上を図ることが可能となる。

なお、上記実施の形態では、素子収容部を構成するフレーム部材１２を、四辺形形状に形成したフレーム構造に適用した場合について説明したが、このフレーム構造に限ることなく、その他、各種フレーム形状のものにおいても適用可能で、いずれも同様の効果が期待される。

また、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、上記実施の形態におけるベースプレート１１の短辺方向と長辺方向の関係を入れ替えるように構成してもよい。

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。

１０…パッケージ本体、１１…ベースプレート、１１１…切欠き部、１２…フレーム部材、１２１…凹部、１３…蓋体、１４…半導体素子、１４１…外部接続端子、１５…受け台、１６…ヒートシンク。

Claims (5)

1. 半導体素子と、
   この半導体素子が実装される素子収容部と、
   一方の面に前記素子収容部が設けられると共に、該素子収容部の周りを囲む周囲に押圧領域が設けられ、他方の面が放熱体に圧接固定されて熱的に結合されるベースプレートと、
   を具備することを特徴とする半導体パッケージ。
2. 前記押圧領域は、少なくとも前記素子収容部の側壁から前記半導体素子の外部接続端子の受け台の突出寸法以上の幅間隔を有することを特徴とする請求項１記載の半導体パッケージ。
3. 前記素子収容部は、セラミックスで形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体パッケージ。
4. 前記ベースプレートは、プレート面の中間部が他方の面方向に球面形状に湾曲させて形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の半導体パッケージ。
5. 前記ベースプレートは、異なる材質を有する複数層が積層されて形成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の半導体パッケージ。

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