JP2861981B2 - 半導体装置の冷却構造 - Google Patents
半導体装置の冷却構造Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置冷却構
造に係り、特に半導体チップをフェイスダウンで実装す
る場合の半導体装置冷却構造に関する。
造に係り、特に半導体チップをフェイスダウンで実装す
る場合の半導体装置冷却構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体チップは高速化および高性
能化等により、消費電力が増加する傾向にある。この場
合、消費電力が増えてくると半導体チップの発熱量も大
きくなるため、如何にして効率的に冷却を行うかという
冷却構造の工夫が必要になってくる。
能化等により、消費電力が増加する傾向にある。この場
合、消費電力が増えてくると半導体チップの発熱量も大
きくなるため、如何にして効率的に冷却を行うかという
冷却構造の工夫が必要になってくる。
【０００３】従来、この種の半導体装置冷却構造は、フ
ェイスダウンで実装された半導体チップの裏面（回路形
成された面と反対側の面）に熱伝導性に優れた金属等か
らなる放熱装置、例えばヒートシンク、冷却用ファン等
を取り付けて基板とは反対側に放熱を行っていた。
ェイスダウンで実装された半導体チップの裏面（回路形
成された面と反対側の面）に熱伝導性に優れた金属等か
らなる放熱装置、例えばヒートシンク、冷却用ファン等
を取り付けて基板とは反対側に放熱を行っていた。
【０００４】図８は、従来の半導体装置冷却構造の一例
を示す断面図である。この図８において、半導体チップ
１０１は、金，はんだ等の金属製バンプ１０３を用いて
半導体チップ１０１の電極と基板１０５のパッドとが接
続されるように、フェイスダウンで実装されている。符
号１０４は封止樹脂を示す。この場合、半導体チップ１
０１の発熱量が多くて実装しただけでは冷却能力か不足
する場合には、半導体チップ１０１の温度が使用温度の
上限値を越えないようにしなければならない。
を示す断面図である。この図８において、半導体チップ
１０１は、金，はんだ等の金属製バンプ１０３を用いて
半導体チップ１０１の電極と基板１０５のパッドとが接
続されるように、フェイスダウンで実装されている。符
号１０４は封止樹脂を示す。この場合、半導体チップ１
０１の発熱量が多くて実装しただけでは冷却能力か不足
する場合には、半導体チップ１０１の温度が使用温度の
上限値を越えないようにしなければならない。
【０００５】この半導体チップ１０１の基板１０５に実
装された面とは反対側の面には、熱伝導性シリコーン樹
脂や熱伝導性シート等の熱伝導性部材１０２を挟んでア
ルミ等の熱伝導性に優れる金属から成る放熱装置１３０
が取り付けられる。そして、この放熱装置１３０によっ
て半導体チップ１０１は有効に冷却されるようになって
いる。
装された面とは反対側の面には、熱伝導性シリコーン樹
脂や熱伝導性シート等の熱伝導性部材１０２を挟んでア
ルミ等の熱伝導性に優れる金属から成る放熱装置１３０
が取り付けられる。そして、この放熱装置１３０によっ
て半導体チップ１０１は有効に冷却されるようになって
いる。
【０００６】また、特開平６−３４９９８４号公報に
は、半導体チップをフェイスダウンで接続する場合の他
の冷却構造が示されている。
は、半導体チップをフェイスダウンで接続する場合の他
の冷却構造が示されている。
【０００７】この特開平６−３４９９８４号公報に開示
された冷却構造の場合は、フェイスダウン実装した半導
体チップの裏面にキャップを固着させて気密封止したパ
ッケージ構造を有している。又、キャップの上面部分に
は冷却媒体の流路が形成されており、キャップを通じて
半導体チップの熱を放熱（冷却）する構造になってい
る。
された冷却構造の場合は、フェイスダウン実装した半導
体チップの裏面にキャップを固着させて気密封止したパ
ッケージ構造を有している。又、キャップの上面部分に
は冷却媒体の流路が形成されており、キャップを通じて
半導体チップの熱を放熱（冷却）する構造になってい
る。
【０００８】又、特開平６−２５２３０１号公報及び特
開平６−７７３６１号公報にも半導体チップをフェイス
ダウンで実装した場合の冷却構造が示されているが、こ
の例においても半導体チップの放熱構造としては、半導
体チップの裏面（回路形成された面と反対側の面）側に
取り付けられたキャップ等から冷却装置を介して放熱を
行うように成っている。
開平６−７７３６１号公報にも半導体チップをフェイス
ダウンで実装した場合の冷却構造が示されているが、こ
の例においても半導体チップの放熱構造としては、半導
体チップの裏面（回路形成された面と反対側の面）側に
取り付けられたキャップ等から冷却装置を介して放熱を
行うように成っている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例にあっては、半導体チップからの熱が主に当該半導
体チップの裏面方向の一方向のみから放熱される構成と
なっているため、伝達される熱量が一方向に集中し、こ
れがため、ヒートシンクやファン等の放熱装置を付けな
いと十分な冷却効果が得られないという不都合があっ
た。
来例にあっては、半導体チップからの熱が主に当該半導
体チップの裏面方向の一方向のみから放熱される構成と
なっているため、伝達される熱量が一方向に集中し、こ
れがため、ヒートシンクやファン等の放熱装置を付けな
いと十分な冷却効果が得られないという不都合があっ
た。
【００１０】また、半導体チップをフェイスダウンで基
板に実装する場合、半導体チップの裏面（つまり基板に
実装されていない面）は露出しているため熱を外部に伝
達しやすいが、基板側への放熱は接続用バンプや射止樹
脂を通しての熱伝達の形態が採られているため、冷却効
果は必ずしも良好なものとはなっていない。
板に実装する場合、半導体チップの裏面（つまり基板に
実装されていない面）は露出しているため熱を外部に伝
達しやすいが、基板側への放熱は接続用バンプや射止樹
脂を通しての熱伝達の形態が採られているため、冷却効
果は必ずしも良好なものとはなっていない。
【００１１】このため、半導体チップの回路面方向への
放熱がほとんどできず、回路と反対の裏面方向への放熱
で冷却を行っていたため、半導体装置の冷却能力として
は部分的であり不充分なものとなっていた。
放熱がほとんどできず、回路と反対の裏面方向への放熱
で冷却を行っていたため、半導体装置の冷却能力として
は部分的であり不充分なものとなっていた。
【００１２】
【発明の目的】本発明は、半導体チップをフェイスダウ
ンで実装する場合の半導体チップの冷却に際し、基板側
への放熱を行うことにより冷却性能が良好で信頼性に優
れた半導体装置の冷却構造を提供することを、その目的
とする。
ンで実装する場合の半導体チップの冷却に際し、基板側
への放熱を行うことにより冷却性能が良好で信頼性に優
れた半導体装置の冷却構造を提供することを、その目的
とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明では、基板にフェイスダウン実
装された半導体チップの背面に重ねた状態で装着され，
更にその外周部が基板に接続された放熱用治具と、基板
内に形成された熱拡散層と、放熱用治具の外周部からの
熱を熱拡散層に伝えるため基板内に形成された熱伝導路
とを備えている。そして、半導体チップの熱を基板内に
伝達し拡散することによって当該半導体チップを冷却す
る、という構成を採っている。
め、請求項１記載の発明では、基板にフェイスダウン実
装された半導体チップの背面に重ねた状態で装着され，
更にその外周部が基板に接続された放熱用治具と、基板
内に形成された熱拡散層と、放熱用治具の外周部からの
熱を熱拡散層に伝えるため基板内に形成された熱伝導路
とを備えている。そして、半導体チップの熱を基板内に
伝達し拡散することによって当該半導体チップを冷却す
る、という構成を採っている。
【００１４】このため、この請求項１記載の発明にあっ
ては、半導体チップの熱は、その一部が半導体チップの
裏面に取り付けられた放熱用治具を通して直接外気に放
熱されるが、その多くは、基板との接続部から基板内部
に形成された熱伝導路を通じて基板内部と基板の反対面
に接続された放熱装置に伝達し、この放熱装置にて外部
に放熱される。
ては、半導体チップの熱は、その一部が半導体チップの
裏面に取り付けられた放熱用治具を通して直接外気に放
熱されるが、その多くは、基板との接続部から基板内部
に形成された熱伝導路を通じて基板内部と基板の反対面
に接続された放熱装置に伝達し、この放熱装置にて外部
に放熱される。
【００１５】そして、装置全体からみると、外部的に
は、半導体チップの放熱空間が、従来の一方の面に限定
されて半球状空間と成っていたのに対して３６０°方向
の球状空間となり、このため、外部への放射放熱領域が
従来例の倍となり、経時的には半導体チップの放熱効果
を倍増することが可能となる。
は、半導体チップの放熱空間が、従来の一方の面に限定
されて半球状空間と成っていたのに対して３６０°方向
の球状空間となり、このため、外部への放射放熱領域が
従来例の倍となり、経時的には半導体チップの放熱効果
を倍増することが可能となる。
【００１６】請求項２記載の発明では、基板にフェイス
ダウン実装された半導体チップの背面に重ねた状態で装
着され，更にその外周部が基板に接続された放熱用治具
と、前記基板の半導体チップが実装された面の反対側の
面に接続された放熱装置と、放熱用治具の外周部からの
熱を放熱装置に伝えるため基板内に形成された熱伝導路
とを備えている。そして、半導体チップの熱を基板内を
通して基板裏面の放熱装置に伝達し当該放熱装置から放
熱しこれによって当該半導体チップを冷却する、という
構成を採っている。
ダウン実装された半導体チップの背面に重ねた状態で装
着され，更にその外周部が基板に接続された放熱用治具
と、前記基板の半導体チップが実装された面の反対側の
面に接続された放熱装置と、放熱用治具の外周部からの
熱を放熱装置に伝えるため基板内に形成された熱伝導路
とを備えている。そして、半導体チップの熱を基板内を
通して基板裏面の放熱装置に伝達し当該放熱装置から放
熱しこれによって当該半導体チップを冷却する、という
構成を採っている。
【００１７】このため、この請求項２記載の発明では、
前述した請求項１記載の発明とほぼ同等に機能するほ
か、半導体チップの熱の一部が半導体チップの裏面に取
り付けられた放熱用治具を通して直接外気に放熱され、
残りの多くは、基板との接続部から基板内部に形成され
た熱伝導路を通じて基板内部の熱拡散層に伝達し、この
基板全体をもって外部に放熱される。また、基板内部の
熱拡散層を介して基板内部に熱を拡散せしめるようにし
たので熱拡散の即応性を高めることができる。
前述した請求項１記載の発明とほぼ同等に機能するほ
か、半導体チップの熱の一部が半導体チップの裏面に取
り付けられた放熱用治具を通して直接外気に放熱され、
残りの多くは、基板との接続部から基板内部に形成され
た熱伝導路を通じて基板内部の熱拡散層に伝達し、この
基板全体をもって外部に放熱される。また、基板内部の
熱拡散層を介して基板内部に熱を拡散せしめるようにし
たので熱拡散の即応性を高めることができる。
【００１８】請求項３記載の発明では、前述した請求項
２記載の半導体装置の冷却構造において、基板内に熱拡
散層を設けると共に、この熱拡散層に放熱用治具の外周
部からの熱の一部を伝達する熱伝導路を当該基板内に形
成する、という構成を採っている。
２記載の半導体装置の冷却構造において、基板内に熱拡
散層を設けると共に、この熱拡散層に放熱用治具の外周
部からの熱の一部を伝達する熱伝導路を当該基板内に形
成する、という構成を採っている。
【００１９】このため、この請求項３記載の発明では、
その構造上、前述した請求項２に記載の発明が有する機
能をそのまま有すると共に、半導体チップの熱を基板内
部または基板の半導体チップの実装されていない面に接
続された放熱装置に伝えて拡散し放熱を行う点で、放熱
効果の増大を充分期待することができる。
その構造上、前述した請求項２に記載の発明が有する機
能をそのまま有すると共に、半導体チップの熱を基板内
部または基板の半導体チップの実装されていない面に接
続された放熱装置に伝えて拡散し放熱を行う点で、放熱
効果の増大を充分期待することができる。
【００２０】請求項４記載の発明では、前述した請求項
１，２又は３記載の半導体装置の冷却構造において、前
述した放熱用治具を、アルミニウム，銅等の熱伝導性に
優れた金属又はマグネシウム等の軽量性に富んだ金属に
より形成する、という構成を採っている。このため、こ
の請求項４記載の発明では、前述した請求項１，２又は
３記載の発明と同等に機能するほか、熱伝導性が良好で
且つ装置全体の軽量化を図ることが出来る点で都合がよ
い。
１，２又は３記載の半導体装置の冷却構造において、前
述した放熱用治具を、アルミニウム，銅等の熱伝導性に
優れた金属又はマグネシウム等の軽量性に富んだ金属に
より形成する、という構成を採っている。このため、こ
の請求項４記載の発明では、前述した請求項１，２又は
３記載の発明と同等に機能するほか、熱伝導性が良好で
且つ装置全体の軽量化を図ることが出来る点で都合がよ
い。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
を参照して説明する。
【００２２】（第１の実施形態）図１に、第１の実施の
形態を示す。この図１において、半導体チップ１は、基
板５に電気的に接続されるように、金属からなるバンプ
を用いて実装されている。また、半導体チップ１と基板
５との間には、基板５と半導体チップ１の熱膨張差によ
る応力を緩和する目的で、封止樹脂４が充填されてい
る。
形態を示す。この図１において、半導体チップ１は、基
板５に電気的に接続されるように、金属からなるバンプ
を用いて実装されている。また、半導体チップ１と基板
５との間には、基板５と半導体チップ１の熱膨張差によ
る応力を緩和する目的で、封止樹脂４が充填されてい
る。
【００２３】半導体チップ１の基板５に実装されている
面と反対の面には、アルミニウム等を素材とした熱伝導
性に優れた材料からなる逆Ｕ字状の放熱用治具７が、熱
伝導性部材２を介して半導体チップ１を覆うように接合
されている。更に、放熱用治具７は、その両端部の放熱
用治具端部７ａ，７ｂが熱伝導性に優れた接着剤等を介
して基板５側の接続用パッド６Ａ，６Ｂに接続されてい
る。
面と反対の面には、アルミニウム等を素材とした熱伝導
性に優れた材料からなる逆Ｕ字状の放熱用治具７が、熱
伝導性部材２を介して半導体チップ１を覆うように接合
されている。更に、放熱用治具７は、その両端部の放熱
用治具端部７ａ，７ｂが熱伝導性に優れた接着剤等を介
して基板５側の接続用パッド６Ａ，６Ｂに接続されてい
る。
【００２４】基板５の接続用パッド６Ａ，６Ｂの下側に
は、基板５の上面から下面に貫通するように穴が形成さ
れ、その穴の内部には熱伝導性に優れた金属が充填しさ
れ、これによって熱伝導路８Ａ，８Ｂがそれぞれ複数本
形成されている。そして、この熱伝導路８Ａ，８Ｂは、
基板５の半導体チップ１が実装されていない側で接続用
パッド９Ａ，９Ｂと接続されており、さらに接続用パッ
ド９Ａ，９Ｂは、熱伝導性部材１０Ａ，１０Ｂを用いて
放熱装置１１と面接触にて接続され一体化されている。
は、基板５の上面から下面に貫通するように穴が形成さ
れ、その穴の内部には熱伝導性に優れた金属が充填しさ
れ、これによって熱伝導路８Ａ，８Ｂがそれぞれ複数本
形成されている。そして、この熱伝導路８Ａ，８Ｂは、
基板５の半導体チップ１が実装されていない側で接続用
パッド９Ａ，９Ｂと接続されており、さらに接続用パッ
ド９Ａ，９Ｂは、熱伝導性部材１０Ａ，１０Ｂを用いて
放熱装置１１と面接触にて接続され一体化されている。
【００２５】次に、この第１の実施形態における装置の
冷却動作について説明する。まず、半導体チップ１で発
生した熱は、熱伝導性部材２を通って放熱用治具７に伝
わり、放熱用治具７全体に拡がる。
冷却動作について説明する。まず、半導体チップ１で発
生した熱は、熱伝導性部材２を通って放熱用治具７に伝
わり、放熱用治具７全体に拡がる。
【００２６】放熱用治具７に拡がった熱は、放熱用治具
端部７ａ，７ｂから基板５に形成された熱伝導路８Ａ，
８Ｂを介して基板５及び当該基板５の半導体チップ１が
実装されていない面に形成された接続用パッド９Ａ，９
Ｂに伝わり、この接続用パッド９Ａ，９Ｂに積層された
熱伝導性部材１０Ａ，１０Ｂを介して板状の放熱装置１
１に伝わる。そして、この放熱装置１１から放熱が行わ
れ、半導体チップ１の温度上昇が有効に抑制される。
端部７ａ，７ｂから基板５に形成された熱伝導路８Ａ，
８Ｂを介して基板５及び当該基板５の半導体チップ１が
実装されていない面に形成された接続用パッド９Ａ，９
Ｂに伝わり、この接続用パッド９Ａ，９Ｂに積層された
熱伝導性部材１０Ａ，１０Ｂを介して板状の放熱装置１
１に伝わる。そして、この放熱装置１１から放熱が行わ
れ、半導体チップ１の温度上昇が有効に抑制される。
【００２７】即ち、半導体チップ１の熱は、その一部が
半導体チップ１の裏面に取り付けられた放熱用治具７を
通して直接外気に放熱されるが、その多くは、基板５と
の接続部から基板５の内部に形成された熱伝導路８Ａ，
８Ｂを通じて基板５の内部と基板５の反対面に接続され
た放熱装置１１に伝達し、この放熱装置１１にて外部に
放熱される。
半導体チップ１の裏面に取り付けられた放熱用治具７を
通して直接外気に放熱されるが、その多くは、基板５と
の接続部から基板５の内部に形成された熱伝導路８Ａ，
８Ｂを通じて基板５の内部と基板５の反対面に接続され
た放熱装置１１に伝達し、この放熱装置１１にて外部に
放熱される。
【００２８】このため、装置全体からみると、外部的に
は、半導体チップ１の放射放熱空間が、従来の一方の面
に限定されて半球状空間と成っていたのに対して３６０
°方向の球状空間となり、このため、放熱領域が従来の
倍となり、半導体チップ１の放熱効果を倍増することが
可能となっている。
は、半導体チップ１の放射放熱空間が、従来の一方の面
に限定されて半球状空間と成っていたのに対して３６０
°方向の球状空間となり、このため、放熱領域が従来の
倍となり、半導体チップ１の放熱効果を倍増することが
可能となっている。
【００２９】このように、本発明では、半導体チップの
熱を基板内部または基板の半導体チップの実装されてい
ない面に接続された放熱装置に伝えて拡散し、放熱を行
う点で、放熱効果の増大を充分期待することができる。
熱を基板内部または基板の半導体チップの実装されてい
ない面に接続された放熱装置に伝えて拡散し、放熱を行
う点で、放熱効果の増大を充分期待することができる。
【００３０】（第２の実施形態）図２に、本発明の第２
の実施形態を示す。この図２に示す第２の実施形態は、
図１の場合と異なり、放熱装置１１を使用せず、基板５
内に熱拡散層１２Ａ，１２Ｂを設けた点に特徴を備えて
いる。
の実施形態を示す。この図２に示す第２の実施形態は、
図１の場合と異なり、放熱装置１１を使用せず、基板５
内に熱拡散層１２Ａ，１２Ｂを設けた点に特徴を備えて
いる。
【００３１】この熱拡散層１２Ａ，１２Ｂは、基板５の
両面に平行に設けられ、相互に交差することなく深さの
異なる位置に所定の広がりを持って埋設されている。図
２では、半導体チップ１が装備された領域の基板５内に
各熱拡散層１２Ａ，１２Ｂが延設され所定間隔を隔てて
層状に積層された状態となっている。
両面に平行に設けられ、相互に交差することなく深さの
異なる位置に所定の広がりを持って埋設されている。図
２では、半導体チップ１が装備された領域の基板５内に
各熱拡散層１２Ａ，１２Ｂが延設され所定間隔を隔てて
層状に積層された状態となっている。
【００３２】又、この図２においても、前述した図１の
場合と同様に、半導体チップ１は基板５に電気的に接続
されるように、金属からなるバンプを用いて実装されて
いる。又、半導体チップ１と基板５との間には、基板５
と半導体チップ１の熱膨張差による応力を緩和する目的
で封止樹脂４が充填されている。
場合と同様に、半導体チップ１は基板５に電気的に接続
されるように、金属からなるバンプを用いて実装されて
いる。又、半導体チップ１と基板５との間には、基板５
と半導体チップ１の熱膨張差による応力を緩和する目的
で封止樹脂４が充填されている。
【００３３】更に、半導体チップ１の基板５に実装され
ている面と反対の面には、前述した図１の場合と同様
に、放熱用治具７が、熱伝導性部材２を介して半導体チ
ップ１を覆うようにして接合されている。又、この放熱
用治具７は、放熱用治具端部７ａ，７ｂ部分で基板５側
の接続用パッド６Ａ，６Ｂに熱伝導性に優れた接着剤等
を用いて接続されている。
ている面と反対の面には、前述した図１の場合と同様
に、放熱用治具７が、熱伝導性部材２を介して半導体チ
ップ１を覆うようにして接合されている。又、この放熱
用治具７は、放熱用治具端部７ａ，７ｂ部分で基板５側
の接続用パッド６Ａ，６Ｂに熱伝導性に優れた接着剤等
を用いて接続されている。
【００３４】基板５の図２における左端部側の接続用パ
ッド６Ａの下側には、基板５の上面から当該基板５の内
部に形成された熱拡散層１２Ａにつながるように穴が設
けられ、その穴の内部に熱伝導性に優れた金属が充填さ
れて熱伝導路８Ａが複数形成されている。
ッド６Ａの下側には、基板５の上面から当該基板５の内
部に形成された熱拡散層１２Ａにつながるように穴が設
けられ、その穴の内部に熱伝導性に優れた金属が充填さ
れて熱伝導路８Ａが複数形成されている。
【００３５】また、基板５の図２における右端部側の接
続用パッド６Ｂの下側には、基板５の上面から当該基板
５の内部に形成された熱拡散層１２Ｂにつながるように
穴が設けられ、その穴の内部に熱伝導性に優れた金属が
充填されて熱伝導路８Ｂが複数形成されている。その他
の構成は、前述した図１の場合と同様となっている。
続用パッド６Ｂの下側には、基板５の上面から当該基板
５の内部に形成された熱拡散層１２Ｂにつながるように
穴が設けられ、その穴の内部に熱伝導性に優れた金属が
充填されて熱伝導路８Ｂが複数形成されている。その他
の構成は、前述した図１の場合と同様となっている。
【００３６】次に、上記第２の実施形態による半導体装
置の冷却作用について説明する。まず、半導体チップ１
で発生した熱は、前述した図１の場合と同様に、熱伝導
性部材２を通って放熱用治具７に伝わり、放熱用治具７
全体に拡がる。
置の冷却作用について説明する。まず、半導体チップ１
で発生した熱は、前述した図１の場合と同様に、熱伝導
性部材２を通って放熱用治具７に伝わり、放熱用治具７
全体に拡がる。
【００３７】更に、放熱用治具７に拡がった熱は、熱伝
導性接着林科を用いて基板５に接続された放熱用治具端
部７ａ，７ｂから基板５に形成された熱伝導路８Ａ，８
Ｂを介して基板５及び当該基板５内の熱拡散層１２Ａ，
１２Ｂに放熱されて当該基板５の内部に熱が拡散され、
これによって、半導体チップ１の温度上昇が有効に抑え
られる。
導性接着林科を用いて基板５に接続された放熱用治具端
部７ａ，７ｂから基板５に形成された熱伝導路８Ａ，８
Ｂを介して基板５及び当該基板５内の熱拡散層１２Ａ，
１２Ｂに放熱されて当該基板５の内部に熱が拡散され、
これによって、半導体チップ１の温度上昇が有効に抑え
られる。
【００３８】このようにしても、半導体チップ１の熱は
基板５側に効果的に伝達し拡散することができるほか、
特に、基板５の内部の熱拡散層１２Ａ，１２Ｂの作用に
よって放熱装置を装備することなく熱を効果的に拡散す
ることができる。また、上述したように、冷却効果を損
なうことなく放熱装置を省略したことから、図１に比較
してその装置全体を確実に小型化することが可能とな
る。
基板５側に効果的に伝達し拡散することができるほか、
特に、基板５の内部の熱拡散層１２Ａ，１２Ｂの作用に
よって放熱装置を装備することなく熱を効果的に拡散す
ることができる。また、上述したように、冷却効果を損
なうことなく放熱装置を省略したことから、図１に比較
してその装置全体を確実に小型化することが可能とな
る。
【００３９】また、基板５の内部に熱拡散層１２Ａ，１
２Ｂを形成したことから、基板５の内部に熱を直接且つ
迅速に拡散することができ、かかる点において冷却効果
の即応性を高めることができる。
２Ｂを形成したことから、基板５の内部に熱を直接且つ
迅速に拡散することができ、かかる点において冷却効果
の即応性を高めることができる。
【００４０】（第３の実施形態）図３に、本発明の第３
の実施形態を示す。この図３に示す第３の実施形態は、
図１と図２の各実施形態の構成を両方採用した構造を備
えている点に特徴を有する。
の実施形態を示す。この図３に示す第３の実施形態は、
図１と図２の各実施形態の構成を両方採用した構造を備
えている点に特徴を有する。
【００４１】以下これを詳述すると、基板５の図３にお
ける下面側には、所定の間隙を隔てて板状の放熱装置２
１が配設されている。又、図３において、符号２２は基
板５内に層状に設けられた熱拡散層を示す。この熱拡散
層２２は、基板５の板厚のほぼ１／２程度の深さ位置に
あって当該基板５の面にほぼ平行に広がった形態で配設
され、その端部は半導体チップ１の装備領域の下方まで
延設されている。
ける下面側には、所定の間隙を隔てて板状の放熱装置２
１が配設されている。又、図３において、符号２２は基
板５内に層状に設けられた熱拡散層を示す。この熱拡散
層２２は、基板５の板厚のほぼ１／２程度の深さ位置に
あって当該基板５の面にほぼ平行に広がった形態で配設
され、その端部は半導体チップ１の装備領域の下方まで
延設されている。
【００４２】又、この図３においても、前述した図１の
場合と同様に、半導体チップ１は基板５に電気的に接続
されるように、金属からなるバンプを用いて実装されて
いる。更に、半導体チップ１と基板５との間には、基板
５と半導体チップ１の熱膨張差による応力を緩和する目
的で封止樹脂４が充填されている。
場合と同様に、半導体チップ１は基板５に電気的に接続
されるように、金属からなるバンプを用いて実装されて
いる。更に、半導体チップ１と基板５との間には、基板
５と半導体チップ１の熱膨張差による応力を緩和する目
的で封止樹脂４が充填されている。
【００４３】半導体チップ１の基板５に実装されている
面と反対の面には、前述した図１の場合と同様に、放熱
用治具７が、熱伝導性部材２を介して半導体チップ１を
覆うようにして接合されている。又、この放熱用治具７
は、放熱用治具端部７ａ，７ｂ部分で基板５側の接続用
パッド６Ａ，６Ｂに熱伝導性に優れた接着剤等を用いて
接続されている。
面と反対の面には、前述した図１の場合と同様に、放熱
用治具７が、熱伝導性部材２を介して半導体チップ１を
覆うようにして接合されている。又、この放熱用治具７
は、放熱用治具端部７ａ，７ｂ部分で基板５側の接続用
パッド６Ａ，６Ｂに熱伝導性に優れた接着剤等を用いて
接続されている。
【００４４】基板５の接続用パッド６Ｂの下側には、基
板５の上面から当該基板５の内部に形成された熱拡散層
２２につながるように穴が設けられており、その穴の内
部には熱伝導性に優れた金属が充填されて熱伝導路８Ｂ
が複数形成され、これが熱拡散層２２に接続されてい
る。
板５の上面から当該基板５の内部に形成された熱拡散層
２２につながるように穴が設けられており、その穴の内
部には熱伝導性に優れた金属が充填されて熱伝導路８Ｂ
が複数形成され、これが熱拡散層２２に接続されてい
る。
【００４５】また、基板５の接続用パッド６Ａの下側に
は、基板５の上面から当該基板５を貫通する貫通穴を設
けると共に、その穴の内部に熱伝導性に優れた金属を充
填して熱伝導路８Ａを複数形成し、これが基板５の半導
体チップ１が実装されていない側で接続用パッド９と接
続され、更に接続用パッド９は熱伝導性部材１０を介し
て前述した板状の放熱装置２１と接続されている。その
他の構成は、前述した図１の場合と同様となっている。
は、基板５の上面から当該基板５を貫通する貫通穴を設
けると共に、その穴の内部に熱伝導性に優れた金属を充
填して熱伝導路８Ａを複数形成し、これが基板５の半導
体チップ１が実装されていない側で接続用パッド９と接
続され、更に接続用パッド９は熱伝導性部材１０を介し
て前述した板状の放熱装置２１と接続されている。その
他の構成は、前述した図１の場合と同様となっている。
【００４６】次に、上記第３の実施形態による半導体装
置の冷却作用について説明する。まず、半導体チップ１
で発生した熱は、前述した図１の場合と同様に、熱伝導
性部材２を通って放熱用治具７に伝わり、放熱用治具７
全体に拡がる。
置の冷却作用について説明する。まず、半導体チップ１
で発生した熱は、前述した図１の場合と同様に、熱伝導
性部材２を通って放熱用治具７に伝わり、放熱用治具７
全体に拡がる。
【００４７】更に、この放熱用治具７に拡がった熱は、
放熱用治具端部７ａ，７ｂから基板５に形成された熱伝
導路８Ａ，８Ｂを伝わりながら基板５内に一部放熱され
る。ここで、放熱用治具端部７ｂ側では、放熱用治具７
に拡がった熱は、熱伝導路８Ｂを介して基板５内の熱拡
散層２２に拡げられる。
放熱用治具端部７ａ，７ｂから基板５に形成された熱伝
導路８Ａ，８Ｂを伝わりながら基板５内に一部放熱され
る。ここで、放熱用治具端部７ｂ側では、放熱用治具７
に拡がった熱は、熱伝導路８Ｂを介して基板５内の熱拡
散層２２に拡げられる。
【００４８】又、放熱用治具端部７ａ側では、放熱用治
具７に拡がった熱は、熱伝導路８Ａを介して一部は基板
５に伝わり、他の一部は前述した接続用パッド９及び熱
伝導性部材１０を介して板状の放熱装置２１に伝わる。
そして、この放熱装置２１から放熱が行われ、半導体チ
ップ１の温度上昇が抑えられる。
具７に拡がった熱は、熱伝導路８Ａを介して一部は基板
５に伝わり、他の一部は前述した接続用パッド９及び熱
伝導性部材１０を介して板状の放熱装置２１に伝わる。
そして、この放熱装置２１から放熱が行われ、半導体チ
ップ１の温度上昇が抑えられる。
【００４９】この第３の実施例においては、基板５の内
部に形成した熱拡散層２２と放熱装置２１の二つの放熱
構造を有しているため、上記図１乃至図２の場合に比較
して冷却性能に優れるという特徴がある。
部に形成した熱拡散層２２と放熱装置２１の二つの放熱
構造を有しているため、上記図１乃至図２の場合に比較
して冷却性能に優れるという特徴がある。
【００５０】ここで、上記第３の実施形態にあっては、
半導体チップ１を一つ装備した場合について例示した
が、図４に示すように半導体チップ１を二つ装備したも
のであってもよい。
半導体チップ１を一つ装備した場合について例示した
が、図４に示すように半導体チップ１を二つ装備したも
のであってもよい。
【００５１】このようにしても、この第３の実施形態に
おいては、基板５の内部に形成した熱拡散層２２と放熱
装置２１の二つの放熱構造を有しているため、充分なる
冷却機能を発揮することができる。
おいては、基板５の内部に形成した熱拡散層２２と放熱
装置２１の二つの放熱構造を有しているため、充分なる
冷却機能を発揮することができる。
【００５２】
【実施例】次に、図３を用いて本発明の一実施例（具体
例）を説明する。
例）を説明する。
【００５３】プラスチック，セラミック等の材料からな
る基板５に、半導体チップ１がフェイスダウン方式で金
等の金属製バンプ３を用いて実装されている。半導体チ
ップ１と基板５との間は、例えばエポキシ系の封止樹脂
４にて封止されている。
る基板５に、半導体チップ１がフェイスダウン方式で金
等の金属製バンプ３を用いて実装されている。半導体チ
ップ１と基板５との間は、例えばエポキシ系の封止樹脂
４にて封止されている。
【００５４】又、半導体チップ１は、その図３における
上端面が熱伝導性部材２を介して放熱用治具７に当接さ
れているが、こにお場合、熱伝導性部材２はアルミナ含
有シリコーン，熱伝導シート等により形成されたものが
使用されている。また、放熱用治具７は、アルミニウ
ム，銅，マグネシウム等の熱伝導性や軽量性に富んだ金
属によって形成されたものが使用されている。
上端面が熱伝導性部材２を介して放熱用治具７に当接さ
れているが、こにお場合、熱伝導性部材２はアルミナ含
有シリコーン，熱伝導シート等により形成されたものが
使用されている。また、放熱用治具７は、アルミニウ
ム，銅，マグネシウム等の熱伝導性や軽量性に富んだ金
属によって形成されたものが使用されている。
【００５５】更に、放熱用治具７の治具端部７ａ，７ｂ
は、具体的には基板５上に形成された例えば銅等の金属
からなる接続用パッド６Ａ，６Ｂにアルミナ含有シリコ
ーン等の熱伝導性樹脂で接続されるか、又はろう接，シ
ーム溶接等により接続されている。
は、具体的には基板５上に形成された例えば銅等の金属
からなる接続用パッド６Ａ，６Ｂにアルミナ含有シリコ
ーン等の熱伝導性樹脂で接続されるか、又はろう接，シ
ーム溶接等により接続されている。
【００５６】基板５の内部には銅等の熱伝導性に優れた
材料からなる熱伝導路８Ａ，８Ｂが形成されており、基
板５の内部に形成された銅等の熱伝導性に優れた材料か
らなる熱拡散層２２に連結されている。
材料からなる熱伝導路８Ａ，８Ｂが形成されており、基
板５の内部に形成された銅等の熱伝導性に優れた材料か
らなる熱拡散層２２に連結されている。
【００５７】また、熱伝導路８Ａは、例えば基板５の外
部に形成された銅等からなる接続用パッド９に接続され
ている。更に、接続用パッド９にはアルミナ含有シリコ
ーン，銀含有樹脂，熱伝導性シート等の熱伝導性部材１
０を介し放熱装置２１が接続されるようになっている。
ここで、板状の放熱装置２１としてはアルミニウム製ヒ
ートシンク，冷却用ファン等が用いられる。
部に形成された銅等からなる接続用パッド９に接続され
ている。更に、接続用パッド９にはアルミナ含有シリコ
ーン，銀含有樹脂，熱伝導性シート等の熱伝導性部材１
０を介し放熱装置２１が接続されるようになっている。
ここで、板状の放熱装置２１としてはアルミニウム製ヒ
ートシンク，冷却用ファン等が用いられる。
【００５８】次に、放熱用治具７の例を図５乃至図７に
示す。この放熱用治具７は、多くはアルミニウム，銅，
マグネシウム等の熱伝導性や軽量性に富んだ金属からな
り、その形状は放熱用治具端部７ａ，７ｂが基板５に接
続できるように、ほぼ半導体チップ１と熱伝導性部材２
の厚さ分だけ低くなっている。
示す。この放熱用治具７は、多くはアルミニウム，銅，
マグネシウム等の熱伝導性や軽量性に富んだ金属からな
り、その形状は放熱用治具端部７ａ，７ｂが基板５に接
続できるように、ほぼ半導体チップ１と熱伝導性部材２
の厚さ分だけ低くなっている。
【００５９】例えば、放熱用治具端部７ａ，７ｂが二辺
方向に形成される場合（図５）、４辺に形成される場合
（図６）、１辺に形成される場合（図７）等があるが、
放熱用治具７の形状は、半導体チップ１が接続される部
分７ｂと基板に接続される部分７ａが形成されており
（図３）、半導体チップ１の熱を基板５に伝えることが
できる構造を有するようになっている。
方向に形成される場合（図５）、４辺に形成される場合
（図６）、１辺に形成される場合（図７）等があるが、
放熱用治具７の形状は、半導体チップ１が接続される部
分７ｂと基板に接続される部分７ａが形成されており
（図３）、半導体チップ１の熱を基板５に伝えることが
できる構造を有するようになっている。
【００６０】
【発明の効果】以上のように本発明によると、半導体チ
ップの熱を放熱用治具を用いて基板内部又は基板の半導
体チップが実装された面と反対の面に熱を伝えることが
できるため、半導体チップの熱を有効に拡散することが
でき、半導体チップの温度上昇を有効に抑制することが
できるため、全体的には高性能を長時間維持することが
でき、半導体装置の信頼性向上を図り得るという従来に
ない優れた半導体装置の冷却構造を提供することができ
る。
ップの熱を放熱用治具を用いて基板内部又は基板の半導
体チップが実装された面と反対の面に熱を伝えることが
できるため、半導体チップの熱を有効に拡散することが
でき、半導体チップの温度上昇を有効に抑制することが
できるため、全体的には高性能を長時間維持することが
でき、半導体装置の信頼性向上を図り得るという従来に
ない優れた半導体装置の冷却構造を提供することができ
る。
【００６１】又、基板の裏面側に放熱装置を付けること
により、基板に熱を拡げるだけではなく、より一層効果
的に半導体チップの冷却を行うことができる。
により、基板に熱を拡げるだけではなく、より一層効果
的に半導体チップの冷却を行うことができる。
【００６２】更に、上記基板にあっては、半導体チップ
を実装した面だけではなく反対側にもヒートシンク，フ
ァン等の放熱装置を取り付けることができるため、電子
機器等の製品の筐体内に搭載された場合、筐体内部の設
計の自由度が増し、製品の小型化が可能になる。
を実装した面だけではなく反対側にもヒートシンク，フ
ァン等の放熱装置を取り付けることができるため、電子
機器等の製品の筐体内に搭載された場合、筐体内部の設
計の自由度が増し、製品の小型化が可能になる。
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す断面図であ
る。
る。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す断面図であ
る。
る。
【図３】本発明の第３の実施の形態を示す断面図であ
る。
る。
【図４】図３の応用例を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施例における放熱用治具を示す斜
視図である。
視図である。
【図６】本発明の他の実施例における放熱用治具を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図７】本発明の更に他の実施例における放熱用治具を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図８】従来例を示す断面図である。
１ 半導体チップ ２，１０Ａ，１０Ｂ 熱伝導性部材 ５ 基板 ６Ａ，６Ｂ，９，９Ａ，９Ｂ 接続用パッド ７ 放熱用治具 ７ａ，７ｂ 放熱用治具端部 ８Ａ，８Ｂ 熱伝導路 １１，２１ 放熱装置 １２Ａ，１２Ｂ，２２ 熱拡散層
Claims (4)
- 【請求項１】 基板にフェイスダウン実装された半導体
チップの背面に重ねた状態で装着され，更にその外周部
が基板に接続された放熱用治具と、前記基板内に形成さ
れた熱拡散層と、前記放熱用治具の外周部からの熱を前
記熱拡散層に伝えるため基板内に形成された熱伝導路と
を有し、 前記半導体チップの熱を基板内に導入し拡散して冷却す
ることを特徴とした半導体装置の冷却構造。 - 【請求項２】 基板にフェイスダウン実装された半導体
チップの背面に重ねた状態で装着され，更にその外周部
が基板に接続された放熱用治具と、前記基板の半導体チ
ップが実装された面の反対側の面に接続された放熱装置
と、前記放熱用治具の外周部からの熱を放熱装置に伝え
るため基板内に形成された熱伝導路とを有し、 前記半導体チップの熱を基板内を通して基板裏面の放熱
装置に伝達し当該放熱装置から放熱し冷却することを特
徴とする半導体装置の冷却構造。 - 【請求項３】 請求項２記載の半導体装置の冷却構造に
おいて、 前記基板内に熱拡散層を設けると共に、この熱拡散層に
前記放熱用治具の外周部からの熱の一部を伝達する熱伝
導路を基板内に形成したことを特徴とする半導体装置の
冷却構造。 - 【請求項４】 前記放熱用治具を、アルミニウム，銅等
の熱伝導性に優れた金属又はマグネシウム等の軽量性に
富んだ金属により形成したことを特徴とする請求項１，
２又は３記載の半導体装置の冷却構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9093878A JP2861981B2 (ja) | 1997-04-11 | 1997-04-11 | 半導体装置の冷却構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9093878A JP2861981B2 (ja) | 1997-04-11 | 1997-04-11 | 半導体装置の冷却構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10284654A JPH10284654A (ja) | 1998-10-23 |
| JP2861981B2 true JP2861981B2 (ja) | 1999-02-24 |
Family
ID=14094742
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9093878A Expired - Fee Related JP2861981B2 (ja) | 1997-04-11 | 1997-04-11 | 半導体装置の冷却構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP2861981B2 (ja) |
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| KR101752829B1 (ko) * | 2010-11-26 | 2017-06-30 | 삼성전자주식회사 | 반도체 장치 |
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| JP6157998B2 (ja) * | 2013-09-03 | 2017-07-05 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置 |
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