JP5069876B2 - 半導体モジュールおよび放熱板 - Google Patents
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Description
図6は、メモリー素子が搭載された半導体モジュールの熱放散性を向上させる従来の放熱構造を示す(特許文献3)。図6(a)、(b)、(c)は、半導体モジュールの正面図、横断面図、縦断面図である。この半導体モジュールは、回路基板100の両面に複数個のメモリ素子102が搭載され、メモリ素子102に接触させるように放熱板104a、104bを取り付けて構成されている。
すなわち、動作時の発熱量が異なる複数種の半導体装置が混在して、基板に搭載されたモジュール本体に、前記半導体装置の外面との間に熱伝導シートを介装し、2個以上の半導体装置にわたり半導体装置の外面を覆って放熱板が装着された半導体モジュールであって、前記半導体装置のうち発熱量の大きな半導体装置については、該半導体装置よりも発熱量の小さな半導体装置に用いられる熱伝導シートにくらべて、熱伝導性の高い熱伝導シートが用いられ、前記放熱板は、外方に突出し、前記発熱量の大きな半導体装置を収納する凹部が形成され、前記熱伝導性の高い熱伝導シートを介して前記発熱量の大きな半導体装置が、前記凹部内で前記放熱板の内面と接触し、前記発熱量の小さな半導体装置は、前記基板に複数個搭載され、前記発熱量の小さな半導体装置に用いられる熱伝導シートは、複数個の前記発熱量の小さな半導体装置にわたるように形成され、前記発熱量の小さな半導体装置に用いられる熱伝導シートを介して複数個の前記発熱量の小さな半導体装置のそれぞれが、前記凹部外で前記放熱板の内面と接触していることを特徴とする。
なお、基板に搭載する半導体装置の形態はとくに限定されるものではなく、半導体素子を樹脂封止して形成した半導体装置、半導体素子をフリップチップ接続により搭載した半導体装置等が利用できる。
また、前記モジュール本体と放熱板とが、側面形状がコの字形に弾性板材を折曲して形成したクリップにより厚さ方向に弾性的に挟圧して保持されていることにより、半導体モジュールの組み立てが容易になり、半導体モジュールの熱放散性を向上させることができる。
また、前記モジュール本体に搭載された半導体装置が、メモリ素子と該メモリ素子よりも動作時の発熱量が大きなメモリバッファ用の制御素子である製品については、とくに有効である。
また、前記メモリバッファ用の制御素子と放熱板との離間間隔を0.05mm以下としたことにより、制御素子からの熱放散性をさらに向上させることができる。
また、前記放熱板は、半導体装置としてメモリ素子と、メモリバッファ用の制御素子が搭載されたモジュール本体に搭載して効果的に用いることができる。
図1(a)および(b)は、本発明に係る半導体モジュールを構成するモジュール本体10の一実施形態の構成を示す平面図および正面図である。モジュール本体10は、長方形に形成された基板12と、基板12の両面に実装されたメモリ素子14と、基板12の一方の面に実装された制御素子16とを備える。基板12の長手方向に沿った一方の端縁には、コネクタ13が設けられている。
なお、図1は、メモリバッファを備えた半導体モジュールの構成として最も一般的な構成である。製品によっては、メモリ素子14が基板12の長手方向に2列に配置されるといったものもある。
放熱板20a、20bは、基板12の平面形状に合わせて、基板12の平面領域を覆う大きさの長方形状に形成される。
また、放熱板20a、20bの長手方向の両端には、放熱板20a、20bを基板面から浮かせて支持するための支持突起26a、26bが各々形成される。支持突起26a、26bは、放熱板20a、20bの短手方向の全長にわたって設けられる。
放熱板20a、20bに基板12と位置合わせするための突起を設けたり、基板12との面間隔を保持するためのスペーサ突起を設けたりしてもよい。位置合わせ用の突起は、たとえば、基板12の端縁に形成された切欠あるいは貫通孔に位置合わせして形成することができる。
図4は、第1の熱伝導シート41と第2の熱伝導シート42をモジュール本体10と放熱板20a、20bとの間に介装して組み立てた状態を正面方向から見た状態を示す。メモリ素子14と放熱板20a、20bとの間に第1の熱伝導シート41が介装され、制御素子16と放熱板20aとの間に第2の熱伝導シート42が介装され、クリップ30a、30bにより、放熱板20a、20bによりモジュール本体10が挟圧されている。
本実施形態の半導体モジュールでは、モジュール本体10の両面に平板状に形成された放熱板20a、20bを被せた形態となっているから、半導体モジュールの幅方向の空間部分については幅方向に貫通する形態となる。すなわち、半導体モジュールは幅方向に気流が通流する形態で、これによって熱放散性を向上させている。
放熱板20a、20bに設ける支持突起26a、26b、および収納凹部24の段差は、放熱板20a、20bを基板12に取り付けた際に、メモリ素子14および制御素子16が第1の熱伝導シート41と第2の熱伝導シートを介して接触するように高さ寸法が設定される。
一般に、熱伝導シートを介して発熱体に放熱板を接触させ、発熱体から熱放散させる場合には、熱伝導シートとしてはなるべく熱伝導性が高い熱伝導材を使用することが効率的である。したがって、本実施形態においても、第1の熱伝導シート41と第2の熱伝導シート42として、できるだけ熱伝導性の高い熱伝導シートを使用することが効率的と考えられる。しかしながら、本実施形態における半導体モジュールのように、発熱量が異なる半導体装置(素子)が搭載されていて、これらに共通に放熱板を取り付ける場合には、動作時の発熱量の大きな半導体装置(素子)には熱伝導性の高い熱伝導シートを介装させ、発熱量が小さな半導体装置(素子)についてはそれよりも熱伝導性が劣る熱伝導シートを介装させることが実際には有効である。
本実施形態の第1の熱伝導シート41と第2の熱伝導シート42として熱伝導性が異なる熱伝導シートを使用した場合と、第1の熱伝導シート41と第2の熱伝導シート42の双方に高熱伝導シート(熱伝導率約3.0(W/m/K)の熱伝導シート)を使用した比較例について、制御素子16の動作温度を測定したところ、本実施形態の場合は比較例に対して、制御素子16の温度上昇を33%低減することができた。
このことは、第1の熱伝導シート41と第2の熱伝導シート42として熱伝導性の異なる熱伝導シートを使用し、発熱量が大きな制御素子16については熱伝導性の高い熱伝導シートを使用することが有効であることを示す。
このことは、放熱板20a、20bを一定圧力で挟圧することが制御素子16の動作温度を低減させる上で大きく寄与することを示す。したがって、クリップ30a、30bを設計する際には、クリップ30a、30bによる挟圧位置、挟圧面積と、クリップ30a、30bの材厚、材質を選択することが有効となる。
12 基板
13 コネクタ
14 メモリ素子
16 制御素子
17 回路基板
20a、20b 放熱板
24 収納凹部
24a 内面
26a、26b 支持突起
30a、30b クリップ
41 第1の熱伝導シート
42 第2の熱伝導シート
Claims (5)
- 動作時の発熱量が異なる複数種の半導体装置が混在して、基板に搭載されたモジュール本体に、前記半導体装置の外面との間に熱伝導シートを介装し、2個以上の半導体装置にわたり半導体装置の外面を覆って放熱板が装着された半導体モジュールであって、
前記半導体装置のうち発熱量の大きな半導体装置については、該半導体装置よりも発熱量の小さな半導体装置に用いられる熱伝導シートにくらべて、熱伝導性の高い熱伝導シートが用いられ、
前記放熱板は、外方に突出し、前記発熱量の大きな半導体装置を収納する凹部が形成され、
前記熱伝導性の高い熱伝導シートを介して前記発熱量の大きな半導体装置が、前記凹部内で前記放熱板の内面と接触し、
前記発熱量の小さな半導体装置は、前記基板に複数個搭載され、
前記発熱量の小さな半導体装置に用いられる熱伝導シートは、複数個の前記発熱量の小さな半導体装置にわたるように形成され、
前記発熱量の小さな半導体装置に用いられる熱伝導シートを介して複数個の前記発熱量の小さな半導体装置のそれぞれが、前記凹部外で前記放熱板の内面と接触していることを特徴とする半導体モジュール。 - 前記放熱板は、前記基板の平面領域を覆う平面視長方形状に形成され、前記基板に搭載されたすべての半導体装置を覆って装着されていることを特徴とする請求項1記載の半導体モジュール。
- 前記モジュール本体と放熱板とが、側面形状がコの字形に弾性板材を折曲して形成したクリップにより厚さ方向に弾性的に挟圧して保持されていることを特徴とする請求項1または2記載の半導体モジュール。
- 前記モジュール本体に搭載された半導体装置が、メモリ素子と該メモリ素子よりも動作時の発熱量が大きなメモリバッファ用の制御素子であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の半導体モジュール。
- 前記メモリバッファ用の制御素子と放熱板との離間間隔を0.05mm以下としたことを特徴とする請求項4記載の半導体モジュール。
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