JP3157541B2 - ヒートシンク付半導体パッケージ - Google Patents

ヒートシンク付半導体パッケージ

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JP3157541B2
JP3157541B2 JP15014991A JP15014991A JP3157541B2 JP 3157541 B2 JP3157541 B2 JP 3157541B2 JP 15014991 A JP15014991 A JP 15014991A JP 15014991 A JP15014991 A JP 15014991A JP 3157541 B2 JP3157541 B2 JP 3157541B2
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heat sink
case
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fins
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栄 北城
泰弘 黒川
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ICチップやLSIチ
ップなどのチッフを搭載するヒートシンク付半導体パッ
ケージに関するものである。
【0002】
【従来の技術】高度な半導体素子技術は、理論素子から
理解されるように、ゲート当りのスピード、電力積が逐
次減少していると共に、微細加工技術の発達により、ゲ
ート当りの占有面積も次第に減少している。このため、
半導体チップは高速化ならびに高集積化される傾向にあ
る。一方、この半導体チップを保護し、信頼性を向上さ
せるパッケージは、半導体チップのボンディング技術な
どを考慮して実装の領域へと発展してきている。これに
伴い、近年のコンピュータ装置などにおいては、装置の
処理性能や信頼性の向上などのためにLSI化された半
導体素子や高密度で且つ小型化されたLSIチップ搭載
用の各種半導体パッケージが次第に取り入れられるよう
になってきた。
【0003】ところで、このように素子の高集積化の度
合が大きくなると、半導体チップの消費電力も増大する
ことになる。このため、消費電力の大きなLSIチップ
は、プラスチックに比べ熱伝導率の大きいセラミックな
どのパッケージに搭載し、さらにボードのみによる放熱
では、当然LSIチップの冷却に対して限界がある。
【0004】そこで、前述の高速でかつ高集積化された
LSIチップを搭載する従来の半導体パッケージにおい
ては、LSIチップからの放熱に対し冷却の観点から、
放熱効率の高いアルミニウムや銅の材料からなるヒート
シンクを、半導体パッケージの上面に、熱伝導性の優れ
た半田や接着剤により一体的に固着させ放熱させるよう
にしている。
【0005】図5は、従来のヒートシンク付半導体パッ
ケージの一例の斜視図、図6は、その断面図である。
【0006】図において、ケース1の内底面には、チッ
プ固着剤を用いてチップ2が搭載されている。チップ2
は、ケース1上の配線と、配線部材3によって結線され
ている。ケース1の下側には、複数個のピン4が付けら
れている。ケース1の下面には、チップ2を覆うように
キャップ5が接着されており、ケース1内の気密を保っ
ている。ケース1の上面には、ヒートシンク6がヒート
シンク固着剤によって接着されている。ヒートシンク6
は、中央に支柱6aがあり、その周辺に平板状のフィン
6bが横に複数個並んだ構造となっている。現在、この
ような構造のヒートシンク付半導体パッケージが製作さ
れている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような構造のヒートシンク付半導体パッケージでは、ヒ
ートシンクの放熱効率があまり良くなく、十分な冷却効
果が得られないという欠点を有していた。これにより、
チップそのものの温度上昇によりデバイスの動作速度が
低下するなどの問題があった。
【0008】本発明の目的は、発熱量の大きな高集積化
LSIチップを搭載しても放熱効果が十分であるような
信頼性の高いヒートシンク付半導体パッケージを提供す
ることにある。
【0009】上記目的を達成するため、本発明によるヒ
ートシンク付半導体パッケージにおいては、ケースと、
キャップと、ヒートシンクと、ダクトとを有するヒート
シンク付半導体パッケージであって、ケースは、チップ
を搭載するものであり、キャップは、チップを搭載した
ケースを気密に封止するものであり、ヒートシンクは、
ケース上に取付けられ、ケースを放熱させるものであ
り、複数のフィンを有し、複数のフィンは、支柱によっ
て支持されつつ互いに間隔を置いて形成されたものであ
り、ダクトは、ベース面と最上面のフィンの長さをその
他のフィンの長さよりも長くすることによって四方向に
形成され、フィン間へ受け入れる風を収束してフィンに
よる放熱効率を増大させるものである。
【0010】本発明におけるケースは、アルミナ・窒化
アルミニウム・炭化ケイ素等のセラミック系材料やガラ
スエポキシ樹脂等の樹脂と種々の金属とを複合化したハ
イブリッド型構造の一般的に公知な材料が適用可能であ
る。また、ケースに接着されたチップの数は、1個また
は複数個である。すなわち、本発明は、パッケージとし
てはシングルチップパッケージやマルチチップパッケー
ジへも適用できる特徴がある。
【0011】
【作用】超LSIのように素子の高集積化の度合が大き
くなると、半導体チップの消費電力が増大し、そのた
め、消費電力の大きなLSIチップは、LSIチップか
らの放熱に対する冷却の観点から、放熱効率の高いアル
ミニウムや銅の材料からなるヒートシンクを、LSIチ
ップの固着面と対向する反対側の表面に、熱伝導性の優
れた半田や接着剤により一体的に固着させ放熱させるよ
うにしている。ヒートシンクの形状は様々であるが、ヒ
ートシンク単独での放熱効率の高さと、強制空冷時の風
の方向の依存性がないことから、中央に支柱があり、そ
の周辺に平板状のフィンが横に複数個並んだ構造のもの
が用いられる。
【0012】本発明のヒートシンク付半導体パッケージ
では、ヒートシンクの構造が、複数個の平板状のフィン
が横に並べてあり、フィンの横側にはダクトが設けてあ
るため、ヒートシンクの手前の風がヒートシンク直前で
収束されるため、風速が大きくなり、放熱効率は大きく
なる。この構造により、上述のように高放熱性で高信頼
性のヒートシンク付半導体パッケージが実現可能とな
る。
【0013】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0014】図1は、本発明のヒートシンク付半導体パ
ッケージの一例の斜視図、図2は、同断面図である。
【0015】図において、1はアルミナのケースであ
り、その内底面にはチップ固着剤を用いてチップ2が搭
載されている。4は、前記チップ2をポードに接続する
ための複数個のピンであり、このピン4は、前記ケース
1の下面周縁部に立設されている。ケース1の中央の下
面のくぼみの周辺部には、ピン4とチップ2とを接続す
る接続パッドが設けられており、この接続パッドと前記
ピン4とは、ケース1の表面あるいは内層を通じて電気
的に接続されている。チップ2の端子部は、ワイヤなど
の配線部材3で、ピン4に接続された接続パッドに接続
されている。ケース1の下面は、チップ2を覆うように
低融点ガラス等の接着剤によりキャップ5が接着されて
おり、ケース1内の気密を保っている。ケース1の上面
には、アルミニウムのヒートシンク6が、ヒートシンク
固着剤によって接着されている。ヒートシンク6は、中
央の支柱6aがあり、支柱6aには、その周辺に張り出
し、間隔を置いて上下多段に水平にプレート6b,6b
…が形成されており、さらにヒートシンク6の基部に
は、ケース1の各側面を覆って斜下方に下傾するダクト
7が取付けられている。なお、各段のフィン6b,6b
…のうち、最上段のフィン6bの張り出し量は大きくな
っている。
【0016】図3は、参考例のヒートシンク付半導体パ
ッケージの斜視図、図4は、同断面図である。
【0017】図において、1はアルミナのケースであ
り、2はチップ、3は配線部材、4はピン、5はキャッ
プ、6はヒートシンク、7はダクトである。本実施例に
おいては、ケース1上に取付けられたヒートシンク6
は、ケース1上に複数のフィン6b,6b…を垂直姿勢
で並列に設置したものであり、各フィン6b,6b…間
の隙間を囲んでその周辺に側方に拡開したダクト7を取
付けたものである。本発明において、ダクト7は、フィ
ンの間隔内に風を集めるためのものであり、図1の実施
例では、最上段のフィン6bもダクト7の機能を兼ねて
いる。図3の実施例では、ダクト7はフィン6b,6b
…の一側全周に取付けられている。
【0018】図3,図4に示す側面にダクトを搭載した
本発明による構造のパッケージと、同形状のヒートシン
クで側面にダクトを搭載しない従来の構造のパッケージ
との熱抵抗を実験で比較した。本発明のパッケージによ
れば、風速5m/sのとき熱抵抗は1.5℃/Wであっ
たのに対し、従来のパッケージでは、風速5m/sのと
き熱抵抗は2.5℃/Wであった。以上より、ヒートシ
ンクの側面にダクトが搭載されていないパッケージより
も、ヒートシンクの側面にダクトが搭載されているパッ
ケージの方が、熱抵抗が小さくなることがわかった。図
1,図2のパッケージであっても、基本的に同じ効果が
期待される。
【0019】なお、上記実施例においては、ヒートシン
ク材料としてはアルミニウムの場合の例を説明してきた
が、これに限らず熱伝導率の良い材料であれば本発明の
効果を十分に満足できることは明らかである。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
通電した時の発熱によるチップ及びセラミックパッケー
ジの温度上昇を抑えることが可能となるため、高速動作
で高信頼性の半導体パッケージを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すヒートシンク付半導体
パッケージの斜視図である。
【図2】本発明の一実施例を示すヒートシンク付半導体
パッケージの断面図である。
【図3】参考例を示すヒートシンク付半導体パッケージ
の斜視図である。
【図4】参考例を示すヒートシンク付半導体パッケージ
の断面図である。
【図5】従来のヒートシンク付半導体パッケージの一例
の斜視図である。
【図6】従来のヒートシンク付半導体パッケージの一例
の断面図である。
【符号の説明】
1 ケース 2 チップ 3 配線部材 4 ピン 5 キャップ 6 ヒートシンク 6b フィン 7 ダクト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 平2−84392(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 23/36 H01L 23/467

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ケースと、キャップと、ヒートシンク
    と、ダクトとを有するヒートシンク付半導体パッケージ
    であって、 ケースは、チップを搭載するものであり、 キャップは、チップを搭載したケースを気密に封止する
    ものであり、 ヒートシンクは、ケース上に取付けられ、ケースを放熱
    させるものであり、複数のフィンを有し、複数のフィン
    は、支柱によって支持されつつ互いに間隔を置いて形成
    されたものであり、 ダクトは、ベース面と最上面のフィンの長さをその他の
    フィンの長さよりも長くすることによって四方向に形成
    され、フィン間へ受け入れる風を収束してフィンによる
    放熱効率を増大させるものであることを特徴とするヒー
    トシンク付半導体パッケージ。
JP15014991A 1991-06-21 1991-06-21 ヒートシンク付半導体パッケージ Expired - Lifetime JP3157541B2 (ja)

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CN112585409B (zh) * 2018-08-29 2022-04-26 三菱电机株式会社 室外机及空气调节机

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