JP3127885B2 - 半導体パッケージのヒートシンク - Google Patents

半導体パッケージのヒートシンク

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JP3127885B2 JP10147884A JP14788498A JP3127885B2 JP 3127885 B2 JP3127885 B2 JP 3127885B2 JP 10147884 A JP10147884 A JP 10147884A JP 14788498 A JP14788498 A JP 14788498A JP 3127885 B2 JP3127885 B2 JP 3127885B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体パッケージの
放熱に使用する半導体パッケージのヒートシンクに関す
る。
【0002】
【従来の技術】近時、半導体素子が高集積化されること
により半導体チップの消費電力が増加し、半導体装置の
発熱量が増加している。この熱を冷却するために半導体
パッケージ上にはヒートシンクが固着されている。
【0003】図7は従来の半導体パッケージのヒートシ
ンクの一例を示すものであり、(a)はその側面図であ
り、(b)はその平面図である。パッケージ本体25の
上にアルミニウム板23が接着剤24により接着されて
いる。アルミニウム板23の中心部にはヒートシンク板
支柱22が立設されており、ヒートシンク板支柱22に
は6枚の平板状ヒートシンク板21がパッケージ本体2
5上面と平行に配列されて固定されている。
【0004】以上のように構成された従来の半導体パッ
ケージのヒートシンクにおいては、パッケージ本体25
で蓄積された熱がパッケージ本体25に接着されている
アルミニウム板23に伝達され、更にヒートシンク板支
柱22及びヒートシンク板21に伝達されて放熱され
る。これにより、パッケージ本体25が冷却される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の半導体パッケージのヒートシンクは、ヒートシ
ンク板の表面積が十分ではないため、大きな冷却効果が
得られないという欠点を有している。このように冷却効
果が不十分であると、半導体チップの温度上昇により、
半導体装置の動作速度が低下するという問題が生ずる。
【0006】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、発熱量が大きな半導体装置に対しても放熱
効果が十分に高く、信頼性を向上させることができる半
導体パッケージのヒートシンクを提供することを目的と
する。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体パッ
ケージのヒートシンクは、半導体パッケージ上に設けら
その横断面が上方が小さく下方が大きくなる形状を有
する支柱と、中央部に大きさが相互に異なる孔が形成さ
れていて前記孔を前記支柱に嵌合することにより前記
柱に支持された複数枚の放熱板とを有し、前記放熱板は
その表面が非平坦になるように湾曲又は屈曲してその表
面積がその投影面積よりも大きいことを特徴とする。
お、前記放熱板は圧延又はプレスにより成形することが
できる。
【0008】本発明に係る他の半導体パッケージのヒー
トシンクは、半導体パッケージ上に設けられた支柱と、
この支柱に支持された1又は複数枚の放熱板とを有し、
前記放熱板はその表面が非平坦になるように湾曲又は屈
曲してその表面積がその投影面積よりも大きく、相互間
が平行になるように配置されていて、前記放熱板及び支
柱は、1対の分割鋳型を合わせてそのキャビティ内に溶
湯を注入して鋳造することにより一体成形されたもので
あり、前記分割鋳型は、その合わせ面に開口しこの開口
部側断面積が大きく内部に向かって小さくなる放熱板用
キャビティと、その合わせ面に設けられた支柱用キャビ
ティとを有するものであることを特徴とする。なお、
記放熱板は正弦曲線に沿って湾曲していて、前記放熱板
のうち最下層のものが前記半導体パッケージに接着剤に
より接着されるように構成することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例に係る半導
体パッケージのヒートシンクについて、添付の図面を参
照して具体的に説明する。図1は本発明の第1の実施例
に係る半導体パッケージのヒートシンクを示す図であ
り、(a)はその側面図、(b)はその平面図である。
また、図2はヒートシンクのアルミニウム板3を示す斜
視図である。
【0010】図1(a)に示すように、パッケージ本体
5の上にアルミニウム板3が接着剤4により接着されて
いる。そして、アルミニウム板3の中心部にはヒートシ
ンク板支柱2が立設されており、6枚のヒートシンク板
1がヒートシンク板支柱2に支持されてパッケージ本体
5上面と平行に配列されて固定されている。このヒート
シンク板1は正弦曲線に沿って湾曲して波状をなしてお
り、アルミニウム板3はその上面が正弦曲線に沿って湾
曲するように凹凸を有している。なお、アルミニウム板
3の下面は平坦になっている。そして、このアルミニウ
ム板3の下面をパッケージ本体5の上面に接着剤4によ
り固定することにより、ヒートシンクが半導体パッケー
ジに固定される。
【0011】以上のように構成された本実施例の半導体
パッケージのヒートシンクにおいては、パッケージ本体
5で蓄積された熱がパッケージ本体5に接着されている
アルミニウム板3に伝達され、更にヒートシンク板支柱
2及びヒートシンク板1に伝達されることによりパッケ
ージ本体5が冷却される。そして、本実施例において
は、ヒートシンク板1が正弦曲線に沿って湾曲している
ため、その表面積が大きい。このため、このヒートシン
クは放熱効果が極めて高い。また、このように湾曲した
ヒートシンク板1においては、流体の運動規則性が生じ
易く、送風による放熱効果が更に増加する。
【0012】次に、本実施例のヒートシンクが従来の平
板状のヒートシンクよりも表面積が大きく、放熱性が優
れている理由について説明する。図3はヒートシンク板
1が湾曲した表面の正弦曲線を示す模式図であり、図4
はヒートシンク板1の上面の投影面積を示す模式的平面
図である。なお、図3は実際のヒートシンク板1/2の
長さ部分を示し、図4は1/4の領域を示している。本
実施例のヒートシンク板1は従来のヒートシンク板と同
様に一辺の長さがhの正方形をなす投影面を有するとす
る。また、本実施例のヒートシンク板の湾曲形状が従う
正弦波の振幅をaとする。図3に示すように、ヒートシ
ンク板1の高さをx(t)、横幅をy(t)とすると、
x(t)及びy(t)はtを変数として夫々、数式1及
び数式2により表現できる。
【0013】
【数1】x(t)=t
【0014】
【数2】y(t)=a・sint
【0015】本実施例のヒートシンク板1のx−y断面
の辺の長さの1/2は数式3を0からh/2まで積分し
たものである。
【0016】
【数3】{(x’(t))2+(y’(t))21/2
【0017】つまり、数式4を0からh/2まで積分し
たものであり、これはh/2以上の値をとる。
【0018】
【数4】(1+a2cos2t)1/2
【0019】従来の平板状ヒートシンク板のヒートシン
ク板の表面積はh2であり、本実施例のヒートシンク板
の表面積はh以上の値とhとの積であるから、本実施例
のヒートシンクが従来の平板状ヒートシンク板のヒート
シンクよりも表面積が大きいことが分かる。
【0020】本実施例のヒートシンクは、鋳造によりヒ
ートシンク板1と支柱2を一体的に成形する方法、ヒー
トシンク板1をプレスにより成形し、ヒートシンク板
1、ヒートシンク板支柱2及びアルミニウム板3を別々
に成形する方法又はこれらをアルミニウムの鋳塊から削
り出す方法等によって製造することができる。
【0021】本実施例のヒートシンクを鋳造によって製
造する場合には、以下の方法によって製造することがで
きる。図5はヒートシンクの鋳造に使用する鋳型の断面
図であり、(a)は鋳型の縦断面図であり、(b)は
(a)の右側面図である。ヒートシンクの鋳型は、図1
(b)に示したパッケージ本体5のA−B間の中点Mで
二分され、A−M間のヒートシンクを形成する第1の鋳
型とM−B間のヒートシンクを形成する第2の鋳型とを
作成する。この第1の鋳型と第2の鋳型とを中央部Mで
合わせてそのキャビティ内に溶湯を流し込むことにより
ヒートシンク板1及び支柱2を一体成形することができ
る。
【0022】この分割鋳型は、図5(a)に示すよう
に、ヒートシンク板1に相当するキャビティ7とヒート
シンク支柱2に相当するキャビティ8とを有し、ヒート
シンク板1のキャビティ7は支柱2に相当するキャビテ
ィ8に近いほど断面が大きくなるように設計してあるた
め、鋳造後のヒートシンク製品を鋳型から容易に取り出
すことができる。
【0023】一方、本実施例のヒートシンクがヒートシ
ンク板1、ヒーシンク板支柱2及びアルミニウム板3を
別々に成形して製造される場合には以下の方法によって
製造することができる。図6はヒートシンク板及びヒー
トシンク板支柱の模式図である。ヒートシンク支柱12
は、アルミニウム棒を削り出すことにより作成し、ヒー
トシンク板10は圧延又はプレスにより成形する。その
際、ヒートシンク支柱12は、図6に示すように、上方
の横断面が下方の横断面よりも小さくなるように成形
し、ヒートシンク板10を固定する位置にわずかな段差
12a,12b,12c,12dを形成する。段差12
a,12b,12c,12dには夫々ヒートシンク板1
0a,10b,10c,10dを嵌合して固定する。即
ち、ヒートシンク板10a,10b,10c,10dの
中央には夫々が固定される位置のヒートシンク板支柱1
2の横断面よりもわずかに大きな孔を設け、ヒートシン
ク板10d,10c,10b,10aの順にヒートシン
ク板支柱12の段差12a,12b,12c,12dに
接着剤により固定していく。ヒートシンク最下部のアル
ミニウム板13はアルミニウム板材を削り出すことによ
り成形され、図2に示すように、中央部にヒートシンク
板支柱2を支持するための支柱用孔6を設ける。このア
ルミニウム板3にヒートシンク板支柱12を取りつける
ことによりヒートシンクが作成される。
【0024】なお、ヒートシンク板1は正弦曲線に沿っ
て湾曲しているものに限定されるものではなく、平板よ
りも表面積が増やせる断面構造であるとする。例えば、
矩形波状、のこぎり形波状、不規則な波の形状(但し、
縦断面に不規則な波の形状があり、横断面に対しては一
定の断面を持つもの)及び円弧状であることができる。
【0025】これにより、従来の平板状ヒートシンク板
よりもヒートシンク板の表面積が増大し、放熱効果が増
大する。また、上方の横断面が下方の横断面よりも小さ
いヒートシンク支柱12に、相互に異なる大きさの孔を
設けたヒートシンク板10を順次嵌合していくことによ
り、ヒートシンクを効率良く製造することができる。
【0026】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
通常の平板状ヒートシンク板よりもヒートシンク板の表
面積が増大し、放熱効果が増大する。また、規則的な正
弦曲線状の断面に成形した場合、流体の運動規則性が生
じ易いことにより、送風による放熱効果が更に増加す
る。その結果、従来のヒートシンクと比べて、少ないス
ペースで効率よく半導体パッケージの温度を低下させる
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)及び(b)は夫々本発明の第1の実施例
に係る半導体パッケージのヒートシンクを示す側面図及
び平面図である。
【図2】図1のアルミニウム板を示す斜視図である。
【図3】図1のヒートシンク板の湾曲した表面の正弦曲
線を示す模式図である。
【図4】図1のヒートシンク板の投影面を示す模式的平
面図である。
【図5】(a)及び(b)は夫々本発明の実施例に係る
半導体パッケージのヒートシンクを製造するための鋳型
を示す断面図である。
【図6】本発明の実施例に係る半導体パッケージのヒー
トシンクの他の製造方法を示す模式図である。
【図7】(a)及び(b)は夫々従来の半導体パッケー
ジのヒートシンクを示す側面図及び平面図である。
【符号の説明】
1,10,10a,10b,10c,10d,21;ヒ
ートシンク板 2,12,22;ヒートシンク板支柱 3,13,23;アルミニウム板 4,24;接着剤 5,25;パッケージ本体 6;ヒートシンク支柱用孔 7,8;キャビティ 12a,12b,12c,12d;ヒートシンク板支持
用段差

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体パッケージ上に設けられその横断
    面が上方が小さく下方が大きくなる形状を有する支柱
    と、中央部に大きさが相互に異なる孔が形成されていて
    前記孔を前記支柱に嵌合することにより前記支柱に支持
    された複数枚の放熱板とを有し、前記放熱板はその表面
    が非平坦になるように湾曲又は屈曲してその表面積がそ
    の投影面積よりも大きいことを特徴とする半導体パッケ
    ージのヒートシンク。
  2. 【請求項2】 前記放熱板は複数枚が前記半導体パッケ
    ージと平行になるように、また相互間が平行になるよう
    に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の半
    導体パッケージのヒートシンク。
  3. 【請求項3】 半導体パッケージ上に設けられた支柱
    と、この支柱に支持された1又は複数枚の放熱板とを有
    し、前記放熱板はその表面が非平坦になるように湾曲又
    は屈曲してその表面積がその投影面積よりも大きく、相
    互間が平行になるように配置されていて、前記放熱板及
    び支柱は、1対の分割鋳型を合わせてそのキャビティ内
    に溶湯を注入して鋳造することにより一体成形されたも
    のであり、前記分割鋳型は、その合わせ面に開口しこの
    開口部側断面積が大きく内部に向かって小さくなる放熱
    板用キャビティと、その合わせ面に設けられた支柱用キ
    ャビティとを有するものであることを特徴とする半導体
    パッケージのヒートシンク。
  4. 【請求項4】 前記放熱板は圧延又はプレスにより成形
    されたものであることを特徴とする請求項1又は2に記
    載の半導体パッケージのヒートシンク。
  5. 【請求項5】 前記放熱板は正弦曲線に沿って湾曲して
    いることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に
    記載の半導体パッケージのヒートシンク。
  6. 【請求項6】 前記放熱板のうち最下層のものが前記半
    導体パッケージに接着剤により接着されていることを特
    徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の半導体
    パッケージのヒートシンク。
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