JP3696060B2 - 放熱構造、及び、その形成方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気部品が発する熱を外部に放出する放熱構造及びその形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置を構成するシステム電源回路やパワートランジスタ等のＩＣ（集積回路）は、その動作時に熱を発生させる。ＩＣが発する熱は、回路の特性劣化等を引き起こし、半導体装置の動作信頼性を低下させる場合がある。このため、半導体装置は、ＩＣが発生する熱を、効率よく外部に放出するための以下に示すような放熱構造を備えている。
ＩＣが組み込まれたパッケージをプリント基板の表面に平行に実装する場合、パッケージは、例えば図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように実装される。なお、図５（ａ）は、パッケージが実装されている状態を示す斜視図であり、図５（ｂ）は、その断面図である。
【０００３】
具体的には、プリント基板１０１は、所定位置に形成された凹部１１１と、パッド１１２と、を備えている。凹部１１１内には、パッケージ１０２（具体的には、ＩＣ）の熱を外部に放出する放熱器１０３が設置されている。
パッケージ１０２は、ＩＣと外部回路とを接続するための外部端子１２１を備え、凹部１１１内に設置された放熱器１０３上に載置されている。そして、外部端子１２１は、プリント基板１０１に形成されたパッド１１２に半田付けされている。
以上のような放熱構造は、例えば図６（ａ）から図６（ｃ）に示すようにして形成される。
【０００４】
始めに、図６（ａ）に示すように、割取溝１４１を有するボード１０４上の所定位置にパッケージ１０２が載置される。そして、パッケージ１０２の外部端子１２１がボード１０４上に設けられたパッド１１２に半田付けされる。
そして、ボード１０４が、図６（ｂ）に示すように、割取溝１４１に沿って切断され、凹部１１１を有するプリント基板１０１が形成される。
その後、図６（ｃ）に示すように、放熱器１０３が、その表面がパッケージ１０２の底面に接触するように、凹部１１１内に設置される。
以上のようにして、パッケージ１０２が、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示したように、プリント基板１０１に実装される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すような放熱構造を備える半導体装置は、以下に示す理由から、誤動作しやすく、壊れやすいという問題がある。
上記パッケージ１０２をボード１０４上に設置した後、ボード１０４を、図６（ｂ）に示すように切断すると、図７の断面図で示すように、パッケージ１０２の本体が宙に浮いた状態となる。この際、パッケージ１０２の本体は、パッド１１２に半田付けされた外部端子１２１によって支えられる。これにより、パッケージ１０２の全重量が、外部端子１２１とパッド１１２との接合部分にかかってしまう。このため、外部端子１２１とパッド１１２との接合部分に、クラック等が生じ、製造される半導体装置が誤動作したり、破壊されてしまう場合がある。
【０００６】
以上のような問題を解決するため、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、パッケージ１０２の重量を支える支持金具１０５が、凹部１１１を跨ぐように設置されている場合がある。
しかし、支持金具１０５を図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように設置すると、パッケージ１０２と放熱器１０３との間に支持金具１０５が介在するため、パッケージ１０２から放熱器１０３への熱伝導率が低く、放熱効率が悪という問題がある。結果として、製造される半導体装置が熱により誤動作してしまう場合がある。
以上のことから、図５（ａ）及び図５（ｂ）、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すような放熱構造を備える半導体装置の動作信頼性は低いという問題がある。また、同様の問題は、基板上に設置され、その動作時に熱を放出する電気部品を備える一般の装置にも生じる。
【０００７】
従って、本発明は、製造される装置の高い動作信頼性を実現する放熱構造及びその形成方法を提供することを目的とする。また、本発明は、電気部品の重量によって生じる破損を防止する放熱構造の形成方法を提供することを目的とする。また、本発明は、電気部品の重量による破損がない放熱構造を提供することを目的とする。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の第１の観点にかかる放熱構造の形成方法は、パッドを有する基板上の所定位置に、外部端子を有する電気部品を載置し、該パッドと該外部端子とを電気的に接続する搭載工程と、
前記基板の一側面から、前記基板の少なくとも前記電気部品の本体が載置されている部分を除去し、開口部を形成する開口工程と、
前記電気部品が発する熱を前記開口部から外部に放出する放熱部品を設置する放熱部品設置工程と、を備え、
前記開口工程は、前記電気部品の両端部が前記基板上に載置されるように前記電気部品の幅よりも狭い幅を有する前記開口部を形成する工程である、ことを特徴とする。
この発明によれば、電気部品の重量が基板により支持されるため、電気部品の重量によって生じる破損が防止される。このため、製造される装置の高い動作信頼性を実現することができる。
【０００９】
前記放熱部品設置工程で、前記放熱部品は、前記放熱部品の前記電気部品と接する面と前記基板のパッドが形成された面と、ほぼ同一平面となり、且つ前記基板から突出するように設置されてもよい。
【００１０】
本発明の第２の観点にかかる放熱構造の形成方法は、
パッド（２２）と凹部（２１）とを有する基板（２）を形成する工程と、
前記基板に外部端子を備える電気部品を載置し、前記パッドと該外部端子とを電気的に接続する搭載工程と、
前記電気部品が発する熱を前記開口部から外部に放出する放熱部品を設置する放熱部品設置工程と、を備える放熱構造の形成方法であって、
前記凹部は、前記基板の一側辺部から基板内側向かって形成されており、一側辺部近傍に突起部（２３）を有しており、
前記電気部品は前記突起部（２３）により、前記基板の一側辺側の両端部が支持されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の第３の観点にかかる放熱構造は、
電気部品実装領域（実装位置）とパッド（２２）と、前記電気部品実装領域に形成された凹部（２１）とを有する基板（２）と、
前記パッド（２２）に電気的に接続された外部端子を備え、本体が前記凹部（２１）上に設置される電気部品と、
前記電気部品が放出する熱を外部に放出する放熱部品と、から構成され、
前記凹部は、前記基板の一側辺部から基板内側に向かって形成されており、一側辺部近傍よりも内部が広く形成されており、
前記電気部品は前記凹部（２１）を跨いで配置され、前記基板の一側辺側の両端部が前記突起部（２３）により支持されていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態にかかる半導体パッケージの実装方法について図面を参照して説明する。
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本発明の実施の形態にかかる実装方法により実現される放熱構造を示している。具体的には、図１（ａ）は、半導体パッケージ１が、本発明の実施の形態にかかる実装方法により、プリント基板２及び放熱器３上に設置された状態を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、その平面図である。
【００１５】
半導体パッケージ１は、システム電源回路やパワートランジスタ等のＩＣ（集積回路）を内部に納めている。また、半導体パッケージ１は、ＩＣと外部回路とを電気的に接続するための複数の外部端子１１を備えている。
プリント基板２は、半導体パッケージ１の実装位置に形成された凹部２１と、外部端子１１を接続する（具体的には、半田付けする）ための複数のパッド２２と、を備えている。また、図１（ｂ）に示すように、凹部２１の幅Ｗ１は、半導体パッケージ１の長さＬよりも狭く設定されている。これにより、半導体パッケージ１の両端部は、プリント基板２上に載置される。
【００１６】
放熱器３は、例えば高い熱伝導率を有する金属等から形成された金属板であり、プリント基板２の凹部２１内に設置され、半導体パッケージ１（具体的には、ＩＣ）が発する熱を外部に放出する。なお、放熱器３の表面はプリント基板２の表面に平行であり、その高さはプリント基板２表面の高さと実質的に同一である。
【００１７】
次に、半導体パッケージ１を、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、プリント基板２上に実装する方法を説明する。
始めに、図２（ａ）に示すようなボード４が用意される。ボード４には、図２（ａ）に示すように、ボード４を切断して、凹部２１を有するプリント基板２を形成するための割取溝４１が形成されている。
そして、図２（ｂ）に示すように、半導体パッケージ１が、ボード４上の所定位置に配置され、外部端子１１がボード４上のパッド２２に半田付けされる。
【００１８】
その後、図２（ｃ）に示すように、ボード４が割取溝４１に沿って切断され、凹部２１を有するプリント基板２が形成される。この際、半導体パッケージ１の両端部は、プリント基板２上に載置されている。これにより、半導体パッケージ１の重量は、外部端子１１とプリント基板２の両方に分散される。言い換えると、外部端子１１とパッド２２との接合部分にかかるストレスが小さく、接合部分にクラック等が生じることを防止できる。
続いて、図２（ｄ）に示すように、放熱器３が、その表面が半導体パッケージ１の底面に接触するように、凹部２１内に設置され、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示した放熱構造が形成される。
【００１９】
以上のように、半導体パッケージ１の両端部がプリント基板２上に載置されるように凹部２１を形成することにより、半導体パッケージ１の実装時に、外部端子１１とパッド２２との接合部分に印加される負荷を軽減することができる。また、半導体パッケージ１の両端部のみがプリント基板２上に載置されるため、放熱器３を半導体パッケージ１に直接接触させることができ、放熱効率の低下を防止することができる。結果として、製造される半導体装置の高い歩留まり、及び、高い動作信頼性等を実現することができる。
【００２０】
なお、上記実施の形態では、半導体パッケージ１の両端部がプリント基板２上に載置される場合を示した。しかし、外部端子１１とパッド２２との接合部分にかかる負荷を軽減し、高い放熱効率を保つことができれば、半導体パッケージ１のどの部分がプリント基板２上に載置されてもよい。言い換えると、外部端子１１とパッド２２との接合部にかかる負荷を軽減することができ、高い放熱効率を保つことができれば、凹部２１はどのような形でもよい。例えば、図３（ａ）に示すように、凹部２１の奥行きＤを半導体パッケージ１の幅Ｗ２より小さく設定し、凹部２１の縁全体で半導体パッケージ１を支えてもよい。また、図３（ｂ）に示すように、凹部２１の幅Ｗ１を半導体パッケージ１の長さＬよりも大きく設定し、凹部２１の底部だけで半導体パッケージ１を支えてもよい。また、図３（ｃ）に示すように、凹部２１に突起部２３を形成し、突起部２３で半導体パッケージ１を支えてもよい。但し、上記実施の形態や図３（ａ）及び３（ｃ）に示したように、半導体パッケージ１が凹部２１を跨ぐ場合の方が、図３（ｂ）に示したような場合よりも、外部端子１１とパッド２２との接合部分にかかる負荷をより軽減することができる。
【００２１】
また、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、放熱器３の代わりにファン５を用いてもよく、開口部として凹部２１の代わりに穴を形成してもよい。但し、この場合も、外部端子１１とパッド２２との接合部にかかる負荷を軽減するため、半導体パッケージ１の一部をプリント基板２で支えなければならない。
【００２２】
また、上記実施の形態では、プリント基板上に設置され、その動作時に熱を放出する半導体パッケージを備える半導体装置を例として説明した。しかし、本発明は、半導体装置に限らず、基板上に設置され、その動作時に熱を放出する電気部品を備える一般の装置に適用することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によって、電気部品の重量による破損がない放熱構造を提供することができる。このため、製造される装置の高い動作信頼性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、半導体パッケージがプリント基板及び放熱器上に設置された状態を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の平面図である。
【図２】図１に示した状態を完成するための各実装工程を示す図である。
【図３】プリント基板の他の形状を示す図である。
【図４】放熱器の代わりにファンを用いた場合の実装方法を示す図である。
【図５】従来の放熱構造を示す図である。
【図６】図５に示した放熱構造の形成方法を示す図である。
【図７】図６に示す形成方法によりパッケージが宙に浮いた状態を示す図である。
【図８】半導体パッケージの重量を支えるための支持金具を備える放熱構造を示す図である。
【符号の説明】
１ 半導体パッケージ
２ プリント基板
３ 放熱器
４ ボード
５ ファン
１１ 外部端子
２１ 凹部
２２ パッド
２３ 突起部
４１ 割取溝

Claims (4)

1. パッドを有する基板上の所定位置に、外部端子を有する電気部品を載置し、該パッドと該外部端子とを電気的に接続する搭載工程と、
   前記基板の一側面から、前記基板の、少なくとも前記電気部品の本体が載置されている部分を除去し、開口部を形成する開口工程と、
   前記電気部品が発する熱を前記開口部から外部に放出する放熱部品を設置する放熱部品設置工程と、を備え、
   前記開口工程は、前記電気部品の両端部が前記基板上に載置されるように前記電気部品の幅よりも狭い幅を有する前記開口部を形成する工程である、ことを特徴とする放熱構造の形成方法。
2. 前記放熱部品設置工程で、前記放熱部品は、前記放熱部品の前記電気部品と接する面と前記基板のパッドが形成された面と、ほぼ同一平面となり、且つ前記基板から突出するように設置されることを特徴とする請求項１に記載の放熱構造の形成方法。
3. パッド（２２）と凹部（２１）とを有する基板（２）を形成する工程と、
   前記基板に外部端子を備える電気部品を載置し、前記パッドと該外部端子とを電気的に接続する搭載工程と、
   前記電気部品が発する熱を前記開口部から外部に放出する放熱部品を設置する放熱部品設置工程と、を備える放熱構造の形成方法であって、
   前記凹部は、前記基板の一側辺部から基板内側に向かって形成されており、一側辺部近傍に突起部（２３）を有しており、
   前記電気部品は前記突起部（２３）により、前記基板の一側辺側の両端部が支持されていることを特徴とする放熱構造の形成方法。
4. 電気部品実装領域（実装位置）とパッド（２２）と、前記電気部品実装領域に形成された凹部（２１）とを有する基板（２）と、
   前記パッド（２２）に電気的に接続された外部端子を備え、本体が前記凹部（２１）上に設置される電気部品と、
   前記電気部品が放出する熱を外部に放出する放熱部品と、から構成され、
   前記凹部は、前記基板の一側辺部から基板内側に向かって形成されており、一側辺部近傍よりも内部が広く形成されており、
   前記電気部品は前記凹部（２１）を跨いで配置され、前記基板の一側辺側の両端部が前記突起部（２３）により支持されていることを特徴とする放熱構造。

Images