JP3015199U - 放熱体および半導体パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 放熱効率の改善。 【構成】 複数枚の円板が、互いに空間をもって配置さ
れ、その円板を支えるための芯材が、各円板を貫いて設
けられてなることを特徴とする放熱体と、この放熱体を
装着した半導体パッケージ。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本願考案は、放熱体とこの放熱体を用いた半導体パッケージに関する。

【０００２】

【従来の技術】

ＩＣチップやＬＳＩチップとマザーボードであるプリント配線板との電気的な 接続は、一般に半導体パッケージを介して行われる。 そして、近年においては樹脂封止型の半導体パッケージ（プラスチックパッケ ージ）がその主流を占めている。 このようなプラスチックパッケージを作成する場合、ＬＳＩチップの誤動作や 熱破壊を未然に防止するために、ＬＳＩチップの発する熱を確実に放散させるこ とが必要になる。 このため、従来は放熱フィンを使用した放熱体（図２（ｂ）に概念図を示す） が提案されている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、このような放熱フィンは、熱源４に直接接触した芯材８に放熱 フィン５が接続した形状となっているため、芯材８に近接した放熱フィン５から しか放熱されないため、放熱の効率が悪く、また熱が芯材８に蓄熱してしまい、 放熱の効果が十分ではなかった。 このような放熱フィンを半導体パッケージに使用すれば、ＬＳＩが誤動作を起 こしてしまう。 本願考案の目的は、より効率的な放熱体の構造を提案することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

本願考案は、複数枚の円板が、互いに空間をもって配置され、その円板を支え るための芯材が、各円板を貫いて設けられてなることを特徴とする放熱体と、こ れを用いた半導体パッケージであって、 高熱伝導性材料基板の一方に、絶縁層と導体層を交互に積層した多層配線層を 有し、その多層配線層には電子部品搭載領域がもうけられてなる板状放熱体と、 前記板状放熱体の多層配線層が設けられた側の反対側を外側に露出させるための 窓部をプリント配線基板の中央部に設け、前記窓部の周囲に複数のボンディング パッドを配設し、さらに前記ボンディングパッド形成領域の外側の領域に複数の 入出力端子を配設してなる放熱体装着用のベースユニットと、前記板状放熱体の 多層配線層が設けられた側の反対側の面に形成された放熱体とによって構成され た半導体パッケージであって、 前記放熱体は、複数枚の円板が互いに空間をもって配置され、その円板を支え るための芯材が各円板を貫いて設けられてなることを特徴とする半導体パッケー ジ、である。

【０００５】

【作用】

以下本願考案の作用について説明する。説明中の番号は、図面の番号である。 本願考案の放熱体１は、複数枚の円板３が、互いに空間をもって配置され、そ の円板を支えるための芯材２が、各円板３を貫いて設けられてなることを特徴と する。 このような構成とすることにより、図２のａに示すように芯材２を熱が伝搬し 、この熱が円板３を同心円状に伝搬する。このため、熱は、円板３の外周部に拡 散し、外周部では単位面積あたりの熱の密度が低くなるため、放熱しやすくなる 。 また、芯材２を伝搬する熱は、常に円板３に伝搬するため、芯材２のみに蓄熱 することはない。 このように、本願考案にかかる放熱体は、熱が放熱体全体に均等に伝搬するた め、放熱効率に優れた形状といえる。 これに対して、従来の放熱フィンをもつ放熱体７は、前述したように熱が偏在 して伝搬するため、放熱効率に劣るのである。

【０００６】 本願考案においては、円板３を支えるための芯材２が、各円板３の中心を貫い て設けられてなることが望ましい。 この理由は、熱が真円に近い分布で均等に円板３を伝搬するため、放熱の効率 が良いからである。

【０００７】 放熱体１を構成する円板３と芯材２は、連続一体成形された構造であることが 望ましい。 これは、境界部分が存在する場合は、熱の伝導が阻害される上、熱膨張率差に より、境界部分でクラックが発生する場合があるからでる。 このような連続一体成形としては、セラミック塊から切削加工で削り出す方法 や、金属を用いて鋳造する方法がある。

【０００８】 前記放熱体１は、窒化アルミニウムあるいは銅であることが望ましい。この理 由は、窒化アルミニウムは、熱伝導性に優れているからである。また銅は、低コ ストで熱伝導性に優れた金属だからである。

【０００９】 前記芯材２は、図１に示すように円柱状であることが好適であるが、この場合 、前記円板３の半径Ｒと前記芯材２の半径ｒは、Ｒ／ｒ＝２／１〜１０／１であ ることが望ましい。 この理由は、Ｒ／ｒ＝２／１未満では、芯材２に比べて円板３の面積が小さく なるため、放熱性が悪く、逆にＲ／ｒ＝１０／１を超えると、芯材２を熱が伝搬 しにくく、やはり放熱性が悪い。 このように、このＲ／ｒ＝２／１〜１０／１の範囲で特異的に熱の放熱性がよ いのである。

【００１０】 本願考案の放熱体は、種々の熱源の放熱体として使用できるが、特に半導体パ ッケージの放熱体として使用することが望ましい。 この半導体パッケージについて説明する。 本願考案の半導体パッケージ１１は、高熱伝導性材料基板１３の一方に、絶縁 層と導体層を交互に積層した多層配線層８を有し、その多層配線層８には電子部 品搭載領域がもうけられてなる板状放熱体１３と、前記板状放熱体の多層配線層 ８が設けられた側の反対側を外側に露出させるための窓部２６をプリント配線基 板４０の中央部に設け、前記窓部の周囲に複数のボンディングパッド３０を配設 し、さらに前記ボンディングパッド形成領域の外側の領域に複数の入出力端子２ ９を配設してなる放熱体装着用のベースユニット２５とによって構成され、前記 板状放熱体１２の多層配線層８が設けられた側の反対側の面に放熱体１が形成さ れた半導体パッケージ１１であって、 前記放熱体１は、複数枚の円板３が互いに空間をもって配置され、その円板３ を支えるための芯材２が各円板３を貫いて設けられてなることを特徴とする半導 体パッケージ１１である。

【００１１】 このような構成とすることが必要な理由は、この半導体パッケージでは、高熱 伝導性材料基板１３を用いており、この基板１３の片面側の熱を反対側の放熱面 へ良好に伝搬させることができる。さらに、この放熱面の熱を放熱体１をもって さらに空気中へ放熱せしめる構造となっており、非常に熱の放熱性に優れるので ある。 これらの考案を実施例を用いてさらに詳細に説明する。

【００１２】

【実施例】

本実施例では、窒化アルミニウムの１０ｃｍ×１０ｃｍ×１０ｃｍの焼結体を 削り出して、直径３．６ｃｍ（半径Ｒ＝１．８ｃｍ）、厚み２ｍｍの円板３を３ 枚（空間２ｍｍ）と直径６ｍｍ（半径ｒ＝３ｍｍ）、長さ２．５ｃｍの芯材８か ら構成される放熱体１を加工した。 この放熱体では、Ｒ／ｒ＝６／１である。 この放熱体は、図１のａに示す。図１のｂは、この放熱体１の平面図であり、 ｃは、この放熱体１のＡ−Ａ断面図である。また、ｄは放熱体１の正面図、左側 面図、右側面図、背面図である。これらは全て同じ形状に見える。また、ｅは、 放熱体１の底面図である。

【００１３】 また、図３に示すように、円板３部分と芯材２を接着剤１０で接着した放熱体 ９でもよい。この構造は、製造コストは安く実用的であるが、接着剤により熱伝 導性はやや劣る。

【００１４】 同様に窒化アルミニウムの焼結体を用いて、４ｃｍ×４ｃｍ×厚さ５ｍｍの板 状放熱体１３と前述の放熱体１（直径３．６ｃｍ（半径Ｒ＝１．８ｃｍ）、厚み ２ｍｍの円板３を３枚（空間２ｍｍ）と直径６ｍｍ（半径ｒ＝３ｍｍ）、長さ２ ．５ｃｍの芯材８から構成される）の連続一体成形体を加工してもよい。

【００１５】 また、このような実施例に代えて、りん青銅を鋳造してこのような放熱体１と 板状放熱体１３の連続一体成形体を製造してもよい。 また、りん青銅以外にも、タフピッチ銅やアルミニウムなどを使用することが できる。

【００１６】 さらに、放熱体１と板状放熱体１３を別々に加工あるいは鋳造した後、これら を接着させてもよい。

【００１７】 以下の半導体パッケージにかかる実施例では、りん青銅を使用して、板状放熱 体１３と放熱体１の連続一体成形体を鋳造した。 本実施例の半導体パッケージ１１は、図４に示されているように、ＰＧＡタイ プのベースユニット２５と、ビルドアップ多層プリント配線板１２により構成さ れている。 ビルドアップ多層配線板１２は、図４に示すように、高熱伝導性材料からな浮 板材としてのりん青銅板１３を主材料としている。 このりん青銅板１３は、片面側全体が放熱領域となっており、かつその反対側 全体は電子部品搭載領域となっている。

【００１８】 ビルドアップ多層配線板１２は、絶縁層１４と配線パターン１５を交互に積層 した構成を有している。 各配線パターン１５は、絶縁層１４に形成されたバイアホール１６によって互 いに接続されている。 図４に示されるように、電子部品搭載部としてダイパッド１７が複数個設けら れている。 ダイパッド１７上には、電子部品としてＬＳＩチップ１８、１９が搭載されて いる。ＬＳＩチップ１８、１９と多層配線層のボンディングパッド２０とは、ボ ンディングワイヤ２１を介して電気的に接続されている。 ＬＳＩチップ１８、１９と接続パッド２２とは、多層配線層８の内層または外 層の配線パターン１５を介して電気的に接続されている。

【００１９】 ベースユニット２５は、プラスチック製の板材から構成されるプリント配線板 ４０を用いて作成される。

【００２０】 図４におけるプリント配線板４０のピン突出面Ｓ１に形成された第１番目の導 体層はスルーホール２８のランド３１及びシール用パターン３２である。 プリント配線板４０のコアとなる内層板４１の両側には、第２、３番目の導体 層としての内層導体回路４２、４３が形成されている。 また、プリント配線板４０のピン突出面の反対側のＳ２に形成された４番目の 導体層は、スルーホール２８のランド３１、グランド４４、接続パッド４７であ る。Ｓ２は部分的にソルダーコートされている。

【００２１】 接続パッド４７には、デカップリングキャパシタのような電子部品４８を搭載 してもよい。 図４に示されるように、プリント配線板には、窓部２６が形成されている。こ の窓部２６の内壁面には、パッド用段部２７ａ及び支持用段部２７ｂの２つが階 段状に設けられている。

【００２２】 パッド用段部２７ａの上面の高さは、プリント配線板４０におけるピン突出面 Ｓ１の高さよりも０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程低くなっている。 このパッド用段部の２７ａの上面には、窓部２６を全体的に取囲むように矩形 状のボンディングパッド３０が配設されている。 各ボンディングパッド３０とスルーホール２８とは、内層導体回路４２を介し て電気的に接続されている。

【００２３】 なお、このベースユニット２５において、ボンディングパッド３０が設けられ ている。なお、このベースユニット２５において、ボンディングパッド形成領域 はＲ１、入出力端子形成領域をＲ２、その間の空白領域をＲ３とする。

【００２４】 パッド用段部２７ａの内側には、支持用段部２７ｂが配置されている。 図４に示されるように、ベースユニット２５側のボンディングパッド３０とビ ルドアップ多層配線板１２の接続パッド２２とは、ボンディングワイヤ３３を介 して電気的に接続されている。

【００２５】 そして、ＬＳＩチップ１８、１９側とビルドアップ多層配線板１２側との接続 部分や、ビルドアップ多層配線板１２側とベースユニット２５側との電気的接続 部分は、封止樹脂３６で全体的に封止されている。 本実施では封止樹脂３６として、エポキシ樹脂を使用する。 図４に示されるように、ピン突出面Ｓ１には、窓部２６の周囲に形成されたシ ール用パターン３２には、コバール等のような導電性に優れた金属材料からなる 封止キャップ４５がはんだ付けされている。この封止キャップ４５によって樹脂 封止部分が覆われる。

【００２６】 この実施例では、図４に示されるように、板状放熱体１３と本願考案にかかる 放熱体１が連続一体成形されている。 板状放熱体１３と芯材２が連続的に結合し、この芯材２に円板３が３枚連続的 に結合しているのである。 電子部品の発する熱は、多層配線層８を経由して板状放熱体１３に至り、ここ から芯材２を伝搬して円板３へ伝わり、この円板３において空気中へ放熱される のである。

【００２７】 図４に示されるように、ベースユニット２５にビルドアップ多層配線板１２を 装着すると、放熱領域および放熱体１が窓部から外側へ露出して、本願考案にか かる半導体パッケージ１１となる。 この半導体パッケージ１１は、ピン２９によって図示しないマザーボードにフ ェースダウン式に実装される。

【００２８】

【考案の効果】

この考案にかかる放熱体は放熱性に優れ、半導体パケージに使用することによ り、過熱に起因する誤動作を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１のａは、本願考案にかかる放熱体の斜視図
である。またｂは、本願考案にかかる放熱体の平面図、
ｃはＡ−Ａ断面図である。ｄは本願考案にかかる放熱体
の正面図（右側面図、左側面図、背面図全て同一）であ
る。ｅは底面図である。

【図２】図２のａは、本願考案にかかる放熱体の熱伝搬
の模式図、ｂは従来の放熱体の熱伝搬の模式図である。

【図３】図３は、本願考案にかかる放熱体の別の形態で
ある。

【図４】図４は、本願考案にかかる放熱体を使用した半
導体パッケージの断面模式図である。

【符号の簡単な説明】

１ 放熱体 ２ 芯材 ３ 円板 ４ 熱源 ５ 放熱フィン ６ 蓄熱部 ７ 従来の放熱体 ８ 多層配線層 ９ 別形態の放熱体 １０ 接着剤 １３ 板状放熱体 １４ 絶縁層 １５ 導体パターン ２５ ベースユニット ２６ 窓部 ２９ ピン（入出力端子） ３０ ボンディングパッド ４０ プリント配線板

Claims (8)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数枚の円板が、互いに空間をもって配
   置され、その円板を支えるための芯材が、各円板を貫い
   て設けられてなることを特徴とする放熱体。
2. 【請求項２】 複数枚の円板が、互いに空間をもって配
   置され、その円板を支えるための芯材が、各円板を貫い
   て設けられてなる放熱体であって、 前記放熱体を構成する円板と芯材は、連続一体成形され
   た構造であることを特徴とする放熱体。
3. 【請求項３】 複数枚の円板が、互いに空間をもって配
   置され、その円板を支えるための芯材が、各円板を貫い
   て設けられてなる放熱体であって、 前記放熱体は、窒化アルミニウム、銅、アルミニウムか
   ら選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする放熱
   体。
4. 【請求項４】 複数枚の円板が、互いに空間をもって配
   置され、その円板を支えるための芯材が、各円板を貫い
   て設けられてなる放熱体であって、 前記円板の半径Ｒと前記芯材の半径ｒは、Ｒ／ｒ＝２／
   １〜１０／１であることを特徴とする放熱体。
5. 【請求項５】 高熱伝導性材料基板の一方に、絶縁層と
   導体層を交互に積層した多層配線層を有し、その多層配
   線層には電子部品搭載領域がもうけられてなる板状放熱
   体と、 前記板状放熱体の多層配線層が設けられた側の反対側を
   外側に露出させるための窓部をプリント配線基板の中央
   部に設け、前記窓部の周囲に複数のボンディングパッド
   を配設し、さらに前記ボンディングパッド形成領域の外
   側の領域に複数の入出力端子を配設してなる放熱体装着
   用のベースユニットと、 前記板状放熱体の多層配線層が設けられた側の反対側の
   面に形成された放熱体とによって構成された半導体パッ
   ケージであって、 前記放熱体は、複数枚の円板が互いに空間をもって配置
   され、その円板を支えるための芯材が各円板を貫いて設
   けられてなることを特徴とする半導体パッケージ。
6. 【請求項６】 高熱伝導性材料基板の一方に、絶縁層と
   導体層を交互に積層した多層配線層を有し、その多層配
   線層には電子部品搭載領域がもうけられてなる板状放熱
   体と、 前記板状放熱体の多層配線層が設けられた側の反対側を
   外側に露出させるための窓部をプリント配線基板の中央
   部に設け、前記窓部の周囲に複数のボンディングパッド
   を配設し、さらに前記ボンディングパッド形成領域の外
   側の領域に複数の入出力端子を配設してなる放熱体装着
   用のベースユニットと、 前記板状放熱体の多層配線層が設けられた側の反対側の
   面に形成された放熱体とによって構成された半導体パッ
   ケージであって、 前記放熱体は、複数枚の円板が互いに空間をもって配置
   され、その円板を支えるための芯材が各円板を貫いて設
   けられてなり、前記放熱体を構成する円板、芯材および
   板状放熱体は、連続一体成形された構造であることを特
   徴とする半導体パッケージ。
7. 【請求項７】 高熱伝導性材料基板の一方に、絶縁層と
   導体層を交互に積層した多層配線層を有し、その多層配
   線層には電子部品搭載領域がもうけられてなる板状放熱
   体と、 前記板状放熱体の多層配線層が設けられた側の反対側を
   外側に露出させるための窓部をプリント配線基板の中央
   部に設け、前記窓部の周囲に複数のボンディングパッド
   を配設し、さらに前記ボンディングパッド形成領域の外
   側の領域に複数の入出力端子を配設してなる放熱体装着
   用のベースユニットと、 前記板状放熱体の多層配線層が設けられた側の反対側の
   面に形成された放熱体とによって構成された半導体パッ
   ケージであって、 前記放熱体は、複数枚の円板が互いに空間をもって配置
   され、その円板を支えるための芯材が各円板を貫いて設
   けられてなり、前記放熱体および板状放熱体は、窒化ア
   ルミニウム、銅、アルミニウムから選ばれる少なくとも
   １種であることを特徴とする半導体パッケージ。
8. 【請求項８】 高熱伝導性材料基板の一方に、絶縁層と
   導体層を交互に積層した多層配線層を有し、その多層配
   線層には電子部品搭載領域がもうけられてなる板状放熱
   体と、 前記板状放熱体の多層配線層が設けられた側の反対側を
   外側に露出させるための窓部をプリント配線基板の中央
   部に設け、前記窓部の周囲に複数のボンディングパッド
   を配設し、さらに前記ボンディングパッド形成領域の外
   側の領域に複数の入出力端子を配設してなる放熱体装着
   用のベースユニットと、 前記板状放熱体の多層配線層が設けられた側の反対側の
   面に形成された放熱体とによって構成された半導体パッ
   ケージであって、 前記放熱体は、複数枚の円板が互いに空間をもって配置
   され、その円板を支えるための芯材が各円板を貫いて設
   けられてなり、前記円板の半径Ｒと前記芯材の半径ｒ
   は、Ｒ／ｒ＝２／１〜１０／１であることを特徴とする
   半導体パッケージ。