JP5246133B2 - Semiconductor module - Google Patents

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Description

本発明は、複数の半導体装置を含む半導体モジュールに関する。   The present invention relates to a semiconductor module including a plurality of semiconductor devices.

近年、電子機器の高性能化及び高機能化に伴い、電子機器に搭載される半導体チップや半導体パッケージ等の半導体装置には、大量のデータを高速処理することが要求されている。そのため、半導体装置の動作周波数や動作電流が高まっており、半導体装置の発熱量が増大している。半導体装置を安定して動作させるためには、半導体装置の温度を所定の温度以下に維持することが必要である。従って、半導体装置が発生する熱を放散する放熱/冷却手段を設けることが不可欠となっている。   2. Description of the Related Art In recent years, along with higher performance and higher functionality of electronic devices, semiconductor devices such as semiconductor chips and semiconductor packages mounted on electronic devices are required to process a large amount of data at high speed. Therefore, the operating frequency and operating current of the semiconductor device are increasing, and the amount of heat generated by the semiconductor device is increasing. In order to operate the semiconductor device stably, it is necessary to maintain the temperature of the semiconductor device below a predetermined temperature. Therefore, it is indispensable to provide a heat dissipation / cooling means for radiating the heat generated by the semiconductor device.

また、複数の半導体チップや半導体パッケージを含む例えばマルチ・チップ・モジュール(MCM)やシステム・イン・パッケージ(SiP)等の半導体モジュールが使用されるに至っている。このような半導体装置においては、典型的に、複数の半導体装置が共通の配線基板(回路基板等とも呼ぶ)上にフェイスダウン実装され、該複数の半導体装置上に共通の放熱構造が配置される。すなわち、半導体装置の裏面側を主たる放熱面とし、複数の半導体装置の放熱面上に配置された単一の放熱板又はヒートシンク等が、これら半導体素子からの熱を放散する。   In addition, semiconductor modules such as a multi-chip module (MCM) and a system-in-package (SiP) including a plurality of semiconductor chips and semiconductor packages have been used. In such a semiconductor device, typically, a plurality of semiconductor devices are mounted face-down on a common wiring board (also referred to as a circuit board or the like), and a common heat dissipation structure is disposed on the plurality of semiconductor devices. . That is, the back surface side of the semiconductor device is a main heat radiating surface, and a single heat radiating plate or a heat sink disposed on the heat radiating surfaces of the plurality of semiconductor devices dissipates heat from these semiconductor elements.

図1に、複数の半導体装置を含む従来技術に係る典型的な半導体モジュール10を例示する。図1(a)は半導体モジュール10の上面図であり、該図中の点線30は搭載される半導体装置の位置を示している。図1(b)は図1(a)の直線A−A’側から半導体モジュール10を透視的に見た断面図を示している。図1(a)は半導体モジュール10の一部のみを示しているが、半導体モジュール10は例えば、直線A−A’に関して対称な構造を有する。   FIG. 1 illustrates a typical semiconductor module 10 according to the prior art including a plurality of semiconductor devices. FIG. 1A is a top view of the semiconductor module 10, and a dotted line 30 in the drawing indicates the position of the semiconductor device to be mounted. FIG. 1B is a cross-sectional view of the semiconductor module 10 seen through from the straight line A-A ′ side of FIG. FIG. 1A shows only a part of the semiconductor module 10, but the semiconductor module 10 has, for example, a symmetric structure with respect to the straight line A-A '.

半導体モジュール10は、配線基板20と、複数の半導体装置30と、ヒートシンク40とを含んでいる。半導体モジュール10は更に、補強板60と、ヒートシンク40を配線基板20及び/又は補強板60に固定するバネ付きネジ61とを含んでいる。この例において、各半導体装置30は半導体パッケージである。半導体パッケージ30は、半導体チップ31、パッケージ基板32、パッケージ基板32のチップ搭載面と反対側の表面に形成された複数のパッド33、パッド33上に形成された複数のはんだボール34、及びヒートスプレッダ35を有する。各半導体装置30は、配線基板20表面のパッド21上でのはんだボール34のリフローによって、配線基板20上にフェイスダウン実装されている。ヒートシンク40は、必要に応じてサーマルグリース等を介して、複数の半導体装置30の放熱面36に接触しており、これら半導体装置30が発生した熱を放散することができる。   The semiconductor module 10 includes a wiring board 20, a plurality of semiconductor devices 30, and a heat sink 40. The semiconductor module 10 further includes a reinforcing plate 60 and a screw 61 with a spring that fixes the heat sink 40 to the wiring board 20 and / or the reinforcing plate 60. In this example, each semiconductor device 30 is a semiconductor package. The semiconductor package 30 includes a semiconductor chip 31, a package substrate 32, a plurality of pads 33 formed on the surface opposite to the chip mounting surface of the package substrate 32, a plurality of solder balls 34 formed on the pads 33, and a heat spreader 35. Have Each semiconductor device 30 is mounted face-down on the wiring board 20 by reflow of the solder balls 34 on the pads 21 on the surface of the wiring board 20. The heat sink 40 is in contact with the heat radiating surfaces 36 of the plurality of semiconductor devices 30 through thermal grease or the like as necessary, and can dissipate the heat generated by these semiconductor devices 30.

しかしながら、機能が異なる複数の半導体装置を搭載する半導体モジュールにおいては、半導体チップそれぞれの厚さや、半導体パッケージそれぞれのパッケージ規格(厚さを含む)などが異なり得る。また、半導体装置それぞれの厚さが同一の場合であっても、配線基板への実装時の製造誤差、配線基板の反り、及び/又はバネ付きネジの固定具合などによって、それぞれの半導体装置の実装高さや傾きにバラつきが生じ得る。   However, in a semiconductor module on which a plurality of semiconductor devices having different functions are mounted, the thickness of each semiconductor chip, the package standard (including the thickness) of each semiconductor package, and the like can be different. In addition, even when the thickness of each semiconductor device is the same, mounting of each semiconductor device may occur due to manufacturing errors when mounted on the wiring board, warping of the wiring board, and / or the fixing condition of the spring-loaded screw. Variations in height and tilt can occur.

図2は、同一パッケージ規格であるにもかかわらず実装高さに不均一が生じる例を示している。図2(a)を参照するに、2つの半導体装置30のうち一方の半導体装置において、配線基板20に対する平行性が損なわれ、その放熱面36とヒートシンク40との間に間隙70が生じている。これは、例えば、リフロー工程における製造誤差によって生じ得る。図2(b)を参照するに、配線基板20自体に反りが発生し、2つの半導体装置30それぞれの放熱面36とヒートシンク40との間に間隙70が生じている。これは、例えば、回路基板20と半導体装置30との間の熱膨張率の不整合によってリフロー工程時や使用時の熱サイクルによって生じ得る。なお、本明細書においては、半導体装置とヒートシンクとの間に間隙を生じさせるように半導体装置の放熱面が放熱体に対して傾斜することを“実装傾き”と称する。   FIG. 2 shows an example in which non-uniformity occurs in the mounting height despite the same package standard. Referring to FIG. 2A, in one of the two semiconductor devices 30, the parallelism with respect to the wiring board 20 is impaired, and a gap 70 is generated between the heat radiating surface 36 and the heat sink 40. . This can occur, for example, due to manufacturing errors in the reflow process. Referring to FIG. 2B, the wiring board 20 itself is warped, and a gap 70 is generated between the heat radiation surface 36 and the heat sink 40 of each of the two semiconductor devices 30. For example, this may be caused by a thermal cycle during a reflow process or during use due to a mismatch in thermal expansion coefficient between the circuit board 20 and the semiconductor device 30. In this specification, the fact that the heat radiation surface of the semiconductor device is inclined with respect to the heat radiator so as to generate a gap between the semiconductor device and the heat sink is referred to as “mounting inclination”.

実装傾きによる半導体装置30とヒートシンク40との間の間隙70は、半導体装置30又はその一部からの熱の放散を妨げ、半導体装置30の動作の安定性や信頼性を低下させることになる。   The gap 70 between the semiconductor device 30 and the heat sink 40 due to the mounting inclination hinders heat dissipation from the semiconductor device 30 or a part of the semiconductor device 30 and reduces the stability and reliability of the operation of the semiconductor device 30.

厚さ等が異なる複数の半導体装置を1つの放熱体で冷却する半導体モジュールにおいて、上述のような間隙の発生を回避する技術として、各半導体装置と放熱体との間に、柔軟性又は流動性を有する比較的厚い熱伝導材料の層を介在させる手法が知られている。このような介在層としては通常、グリース状又はシート状のサーマルコンパウンドが用いられ、半導体装置と放熱体との接合部において、間隙の発生が抑制されるとともに応力が緩和され得る。また、熱伝導率の向上のため、介在層にはんだを用いる手法も提案されている。はんだからなる介在層を用いる場合、その溶融時の流動性により、放熱体の実装時に半導体装置の厚さバラつき等を吸収し、各半導体装置と放熱体とを間隙なく比較的高い熱伝導率で接合することができる。   In a semiconductor module that cools a plurality of semiconductor devices having different thicknesses or the like with a single radiator, as a technique for avoiding the generation of the gap as described above, flexibility or fluidity is provided between each semiconductor device and the radiator. There are known techniques for interposing a relatively thick layer of thermally conductive material having As such an intervening layer, a grease-like or sheet-like thermal compound is usually used, and the generation of a gap can be suppressed and the stress can be relieved at the joint portion between the semiconductor device and the radiator. In order to improve thermal conductivity, a method using solder for the intervening layer has also been proposed. When using an intervening layer made of solder, due to its fluidity at the time of melting, it absorbs variations in the thickness of the semiconductor device when mounting the radiator, and each semiconductor device and the radiator have a relatively high thermal conductivity without any gaps. Can be joined.

特開平7−321257号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-32257 特開平11−26659号公報JP-A-11-26659 特開2002−261206号公報JP 2002-261206 A

しかしながら、各半導体装置と放熱体との間に熱伝導材料層を介在させる手法においては、上述のような間隙の発生を回避するのに十分な厚さの熱伝導材料を挿入すると、半導体装置と放熱体との間で熱抵抗が増大し、半導体装置の冷却能力が大幅に低下してしまう。   However, in the method of interposing a heat conductive material layer between each semiconductor device and the heat radiating body, if a heat conductive material having a thickness sufficient to avoid the occurrence of the gap as described above is inserted, the semiconductor device and The thermal resistance increases with the radiator, and the cooling capacity of the semiconductor device is greatly reduced.

この問題は、熱伝導材料にサーマルコンパウンドに代えてはんだを用いることにより軽減され得る。しかしながら、現実には、放熱体の実装時に該はんだが半導体チップ等の半導体装置の表面側に廻り込むことを防止するために、半導体装置と該はんだとの間に別個の熱伝導体を介在させる必要がある。故に、半導体モジュールの部品点数が増加するとともに、はんだを用いたことによる冷却能力の改善効果が制限される。また、該はんだは、半導体モジュールの使用時には凝固しているため、使用時の熱サイクル等によって生じる半導体装置と放熱体との間の応力を緩和する効果は、サーマルコンパウンドを用いる手法と比較して低いものとなる。さらに、はんだ接合後に放熱体を取り外すためには再度の加熱処理を要し、半導体モジュール内の半導体装置又はその他の構成要素をアップグレード/リペアする作業が困難になる等、半導体モジュールの保守性が低下するという問題もある。   This problem can be alleviated by using solder instead of a thermal compound for the thermally conductive material. However, in reality, a separate heat conductor is interposed between the semiconductor device and the solder in order to prevent the solder from wrapping around the surface side of the semiconductor device such as a semiconductor chip when the radiator is mounted. There is a need. Therefore, the number of parts of the semiconductor module increases, and the effect of improving the cooling capacity due to the use of solder is limited. Moreover, since the solder is solidified when the semiconductor module is used, the effect of relieving the stress between the semiconductor device and the heat radiating member caused by the thermal cycle during use is compared with the method using the thermal compound. It will be low. Furthermore, in order to remove the heat sink after soldering, it is necessary to perform another heat treatment, which makes it difficult to upgrade / repair the semiconductor device or other components in the semiconductor module. There is also the problem of doing.

故に、部品点数を増加させることなく、複数の半導体装置の各々と放熱体との間に間隙が発生するのを回避し、複数の半導体装置を1つの放熱体で効率的に冷却することが可能な半導体モジュール実装構造が望まれる。   Therefore, without increasing the number of parts, it is possible to avoid the generation of a gap between each of the plurality of semiconductor devices and the radiator, and to efficiently cool the plurality of semiconductor devices with one radiator. A semiconductor module mounting structure is desired.

一観点によれば、配線基板と、配線基板上に配置された複数の半導体装置と、複数の半導体装置上に配置された放熱体とを有する半導体モジュールが提供される。放熱体は、複数の半導体装置に共通の本体と、上記複数の半導体装置に熱的に接触されるように上記本体から上記複数の半導体装置の側に突出した複数の突起部とを含む。上記本体及び複数の突起部は一体的に形成されている。各突起部は、該突起部の側面から切り込まれたスリットを有する。スリットは、突起部の底面が上記複数の半導体装置のうちの対応する1つの上面に追従して変位することが可能なように形成されている。   According to one aspect, a semiconductor module is provided that includes a wiring board, a plurality of semiconductor devices arranged on the wiring board, and a heat radiating body arranged on the plurality of semiconductor devices. The radiator includes a main body common to the plurality of semiconductor devices and a plurality of protrusions protruding from the main body toward the plurality of semiconductor devices so as to be in thermal contact with the plurality of semiconductor devices. The main body and the plurality of protrusions are integrally formed. Each protrusion has a slit cut from the side surface of the protrusion. The slit is formed so that the bottom surface of the protrusion can be displaced following the corresponding top surface of the plurality of semiconductor devices.

一体的に形成された放熱体自体が複数の半導体装置間の厚さの差や各半導体装置の実装傾きを吸収する。それにより、別個の部品を用いることなく、放熱体と複数の半導体装置の各々との間の良好な接触を確保し、複数の半導体装置で発生される熱を1つの放熱体で効率的に放散させることができる。   The integrally formed radiator itself absorbs the thickness difference between the plurality of semiconductor devices and the mounting inclination of each semiconductor device. This ensures good contact between the radiator and each of the plurality of semiconductor devices without using separate components, and efficiently dissipates heat generated by the plurality of semiconductor devices with one radiator. Can be made.

複数の半導体装置を含む従来技術に係る半導体モジュールを例示する図である。It is a figure which illustrates the semiconductor module which concerns on the prior art containing a several semiconductor device. 図1の半導体モジュールにおいて生じ得る問題を例示する図である。It is a figure which illustrates the problem which may arise in the semiconductor module of FIG. 複数の半導体装置を含む一実施形態に係る半導体モジュールを例示する図である。It is a figure which illustrates the semiconductor module concerning one embodiment containing a plurality of semiconductor devices. 図3の半導体モジュールにおける変位吸収動作を例示する図である。It is a figure which illustrates the displacement absorption operation | movement in the semiconductor module of FIG. 図3の半導体モジュールにおける他の変位吸収動作を例示する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating another displacement absorbing operation in the semiconductor module of FIG. 3. 変位吸収機構の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a displacement absorption mechanism. 変位吸収機構の他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of a displacement absorption mechanism. 半導体モジュールの第1変形例を示す図である。It is a figure which shows the 1st modification of a semiconductor module. 半導体モジュールの第2変形例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd modification of a semiconductor module. 半導体モジュールの第3変形例を示す図である。It is a figure which shows the 3rd modification of a semiconductor module. 半導体モジュールの第4変形例を示す図である。It is a figure which shows the 4th modification of a semiconductor module. 変位吸収機構の製造方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing method of a displacement absorption mechanism.

以下、図面を参照しながら実施形態について詳細に説明する。なお、図面において、種々の構成要素は必ずしも同一の尺度で描かれていない。また、図面全体を通して、同一あるいは対応する構成要素には同一あるいは類似の参照符号を付する。   Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, various components are not necessarily drawn to the same scale. Throughout the drawings, the same or corresponding components are denoted by the same or similar reference numerals.

先ず、図3を参照して、複数の半導体装置を含む一実施形態に従った半導体モジュール100を説明する。図3(a)は半導体モジュール100の上面図であり、該図中の点線130は搭載される半導体装置の位置を示している。図3(b)は図3(a)の直線A−A’側から半導体モジュール100を透視的に見た断面図を示している。図3(a)は半導体モジュール100の一部のみを示しているが、半導体モジュール100は例えば、直線A−A’に関して対称な構造を有する。   First, a semiconductor module 100 according to an embodiment including a plurality of semiconductor devices will be described with reference to FIG. FIG. 3A is a top view of the semiconductor module 100, and a dotted line 130 in the drawing indicates the position of the semiconductor device to be mounted. FIG. 3B shows a cross-sectional view of the semiconductor module 100 seen through from the straight line A-A ′ side of FIG. Although FIG. 3A shows only a part of the semiconductor module 100, the semiconductor module 100 has, for example, a symmetric structure with respect to the straight line A-A ′.

半導体モジュール100は、配線基板120と、複数の半導体装置130と、放熱体140とを含んでいる。半導体モジュール100は更に、必要に応じて、補強板160と、放熱体140を固定する固定手段161とを含む。配線基板120は、特に限定されないが、例えば、エポキシ系樹脂基板であり、必要に応じて複数の樹脂絶縁層と配線層とを含み得る。なお、配線基板120は、半導体装置130及び放熱体140が実装される電子機器のマザーボードであってもよい。補強板160は、例えば金属板又は合金板であり、配線基板120の半導体装置搭載面と反対側に配置されている。固定手段161は、例えば図示のようなバネ付きネジとし得るが、バネ構造を有しないネジ等、放熱体140と配線基板120及び/又は補強板160とを固定可能なその他の手段であってもよい。   The semiconductor module 100 includes a wiring board 120, a plurality of semiconductor devices 130, and a heat radiator 140. The semiconductor module 100 further includes a reinforcing plate 160 and fixing means 161 for fixing the heat radiating body 140 as necessary. The wiring substrate 120 is not particularly limited, but is, for example, an epoxy resin substrate, and may include a plurality of resin insulating layers and wiring layers as necessary. The wiring board 120 may be a motherboard of an electronic device on which the semiconductor device 130 and the heat radiator 140 are mounted. The reinforcing plate 160 is, for example, a metal plate or an alloy plate, and is disposed on the side opposite to the semiconductor device mounting surface of the wiring substrate 120. The fixing means 161 may be a screw with a spring as shown in the figure, for example, but may be other means that can fix the heat radiator 140 and the wiring board 120 and / or the reinforcing plate 160, such as a screw without a spring structure. Good.

各半導体装置130は、例えばボール・グリッド・アレイ(BGA)型やランド・グリッド・アレイ(LGA)型など、表面にアレイ状の接続端子群を有する半導体ベアチップ又は半導体パッケージとし得る。図示の例においては、各半導体装置130は半導体パッケージである。この半導体パッケージ130は、半導体チップ131、パッケージ基板132、パッケージ基板132のチップ搭載面と反対側の表面に形成された複数のパッド133、パッド133上に形成された複数の接続端子134、及びヒートスプレッダ135を有する。パッケージ基板132は例えば樹脂基板又はセラミック基板であり、複数の接続端子134は例えばはんだボールアレイ又は金属ピン等の導電性コネクタのアレイである。各半導体装置130は、例えば、配線基板120表面のパッド121上でのはんだボール134のリフローによって、配線基板120上にフェイスダウン実装されている。   Each semiconductor device 130 may be a semiconductor bare chip or a semiconductor package having an array of connection terminals on the surface, such as a ball grid array (BGA) type or a land grid array (LGA) type. In the illustrated example, each semiconductor device 130 is a semiconductor package. The semiconductor package 130 includes a semiconductor chip 131, a package substrate 132, a plurality of pads 133 formed on the surface opposite to the chip mounting surface of the package substrate 132, a plurality of connection terminals 134 formed on the pads 133, and a heat spreader. 135. The package substrate 132 is, for example, a resin substrate or a ceramic substrate, and the plurality of connection terminals 134 are, for example, an array of conductive connectors such as a solder ball array or metal pins. Each semiconductor device 130 is mounted face-down on the wiring board 120 by, for example, reflow of the solder balls 134 on the pads 121 on the surface of the wiring board 120.

なお、半導体パッケージ130内の半導体チップ131は、好ましくは、BGA型やLGA型の半導体チップであり、パッケージ基板132上にフリップチップ実装されている。そして、半導体チップ131の上面(裏面)に配置されたヒートスプレッダ135により、半導体チップ131で発生された熱が半導体パッケージ130の放熱面136すなわちヒートスプレッダ135の上面へと伝導される。ヒートスプレッダ135は高熱伝導率材料を有し、好ましくは、銅(Cu)、Cu合金、アルミニウム(Al)、Al合金、又はカーボン・コンポジット(炭素繊維/樹脂複合材)を有する。シリコン(Si)等の半導体チップ131とヒートスプレッダ135との熱膨張率の差を吸収するよう、ヒートスプレッダ135は好ましくはグリース状又はシート状のサーマルコンパウンドを介して半導体チップ131に接触される。サーマルコンパウンドは、熱伝導性が良好な例えばアルミナフィラー等の金属酸化物粒子や金属微粒子をシリコーンオイルに混入して形成してもよい。   The semiconductor chip 131 in the semiconductor package 130 is preferably a BGA type or LGA type semiconductor chip, and is flip-chip mounted on the package substrate 132. Then, heat generated in the semiconductor chip 131 is conducted to the heat radiation surface 136 of the semiconductor package 130, that is, the upper surface of the heat spreader 135 by the heat spreader 135 disposed on the upper surface (back surface) of the semiconductor chip 131. The heat spreader 135 has a high thermal conductivity material, preferably copper (Cu), Cu alloy, aluminum (Al), Al alloy, or carbon composite (carbon fiber / resin composite). The heat spreader 135 is preferably brought into contact with the semiconductor chip 131 via a grease-like or sheet-like thermal compound so as to absorb the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor chip 131 such as silicon (Si) and the heat spreader 135. The thermal compound may be formed by mixing metal oxide particles such as alumina filler or metal fine particles having good thermal conductivity into silicone oil.

放熱体140は、例えばCu、Cu合金、Al、又はAl合金を有する放熱板やヒートシンクとし得る。図示の例においては、放熱体140は、好ましくは平面状である本体141の頂面に複数の放熱フィン142を有するヒートシンクである。ヒートシンク140は、複数の半導体装置130の放熱面136に熱的接触し、これら半導体装置130が発生した熱を放散することができる。ヒートシンク140は、必要に応じて、例えば半導体装置130が半導体ベアチップである場合などにおいて、グリース状又はシート状のサーマルコンパウンド等を介して半導体装置130に接触される。それにより、半導体装置130とヒートシンク140との熱膨張率の差が吸収され得る。サーマルコンパウンドは、例えばアルミナフィラー等の金属酸化物粒子や金属微粒子等を含んでいてもよい。   The radiator 140 can be, for example, a heat sink or a heat sink having Cu, Cu alloy, Al, or Al alloy. In the illustrated example, the heat radiating body 140 is a heat sink having a plurality of heat radiating fins 142 on the top surface of the main body 141 which is preferably planar. The heat sink 140 is in thermal contact with the heat radiation surfaces 136 of the plurality of semiconductor devices 130 and can dissipate the heat generated by the semiconductor devices 130. For example, when the semiconductor device 130 is a semiconductor bare chip, the heat sink 140 is brought into contact with the semiconductor device 130 via a grease-like or sheet-like thermal compound. Thereby, the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor device 130 and the heat sink 140 can be absorbed. The thermal compound may contain, for example, metal oxide particles such as alumina filler, metal fine particles, and the like.

ヒートシンク140は更に、複数の半導体装置130の放熱面136と接触される受熱面(底面)に、各半導体装置130に位置的に対応して、本体141から半導体装置130側に突出した複数の突起部150を有する。突起部150は本体141に一体形成されている。なお、以下では、後述する機能に鑑み、突起部150を変位吸収機構150とも称する。変位吸収機構150は、半導体装置130の放熱面136の高さや実装傾きに追従して変形する弾性構造を構成する。   The heat sink 140 further includes a plurality of protrusions protruding from the main body 141 toward the semiconductor device 130 so as to correspond to the respective heat sink surfaces (bottom surfaces) of the plurality of semiconductor devices 130 in contact with the heat receiving surfaces (bottom surfaces). Part 150. The protrusion 150 is integrally formed with the main body 141. In the following description, the projection 150 is also referred to as a displacement absorbing mechanism 150 in view of the functions described later. The displacement absorbing mechanism 150 constitutes an elastic structure that deforms following the height and mounting inclination of the heat radiation surface 136 of the semiconductor device 130.

例えば、変位吸収機構150は、当該突起部の側面から切り込まれた1つ以上のスリット151を有する。スリット151は、上下に分離された2つ以上の板状のプレート部152と、上下に隣接し合うプレート部152を接続する接続部153とを有する。なお、接続部153は、後述するようにプレート部152の変位の支点となり、以下ではヒンジ部とも称する。各スリット151は、ヒンジ部153に隣接する閉鎖端151aと、開放端151bとを有し、図示のように、閉鎖端151aにスリット高さより大きい直径を有する円柱状等の空洞部を有していてもよい。このような空洞部はヒンジ部153の支点機能を高め得る。   For example, the displacement absorbing mechanism 150 includes one or more slits 151 cut from the side surfaces of the protrusions. The slit 151 includes two or more plate-like plate portions 152 separated in the vertical direction and a connection portion 153 that connects the plate portions 152 adjacent in the vertical direction. The connecting portion 153 serves as a fulcrum for displacement of the plate portion 152 as will be described later, and is hereinafter also referred to as a hinge portion. Each slit 151 has a closed end 151a adjacent to the hinge portion 153 and an open end 151b. As shown in the figure, the closed end 151a has a hollow portion such as a column having a diameter larger than the slit height. May be. Such a hollow portion can enhance the fulcrum function of the hinge portion 153.

図示の例において、ヒートシンク140は2つのスリット151−1、2と、ヒンジ部153−1、2と、3つのプレート部152−1、2、3とを有する2段の変位吸収機構150を有している。なお、スリット151−1をヒートシンク140の本体141と突起部150との境界に形成し、最上段のプレート部152−1が存在しない構造としてもよい。一設計例として、各プレート部は1mm−2mmの厚さを有し、各スリット部は50μm−400μmの高さを有し、変位吸収機構150全体でおよそ3mm−7mmの高さを有し得る。また、半導体装置130に当接される最下段のプレート部152−3は、半導体装置130で発生された熱を受け取るのに十分な熱容量を有するよう、より上段のプレート部152−1、2より厚く形成されてもよい。各プレート部152は平面形状において、例えば、対応する半導体装置130の放熱面136と略等しい大きさ及び形状を有し、好ましくは平面方向の実装誤差を許容し得るよう、各辺が例えば1mmといった大きさだけ半導体装置130の対応する辺より大きく設計される。代替的に、各プレート部152は、半導体パッケージの許容温度に応じた十分な熱容量を有するよう、半導体装置130の放熱面136の大きさより有意に大きく設計されてもよい。   In the illustrated example, the heat sink 140 has a two-stage displacement absorbing mechanism 150 having two slits 151-1, 2, hinge portions 153-1, 2, and three plate portions 152-1, 2, 3. doing. The slit 151-1 may be formed at the boundary between the main body 141 and the protrusion 150 of the heat sink 140 so that the uppermost plate portion 152-1 does not exist. As one design example, each plate part may have a thickness of 1 mm-2 mm, each slit part may have a height of 50 μm-400 μm, and the displacement absorbing mechanism 150 may have a height of approximately 3 mm-7 mm. . Further, the lowermost plate portion 152-3 that is in contact with the semiconductor device 130 has a heat capacity sufficient to receive the heat generated by the semiconductor device 130 than the upper plate portions 152-1 and 152-2. It may be formed thick. Each plate portion 152 has a planar shape, for example, substantially the same size and shape as the heat radiation surface 136 of the corresponding semiconductor device 130, and each side is preferably 1 mm, for example, so as to allow a mounting error in the planar direction. It is designed to be larger than the corresponding side of the semiconductor device 130 by the size. Alternatively, each plate portion 152 may be designed to be significantly larger than the size of the heat dissipation surface 136 of the semiconductor device 130 so as to have a sufficient heat capacity according to the allowable temperature of the semiconductor package.

変位吸収機構150は、半導体装置130の厚さの差や実装傾きを吸収し、半導体装置130の放熱面136とヒートシンク140(最下段のプレート部152−3)との接触面に間隙が発生することを防止し得る。故に、複数の半導体装置130とヒートシンク140との間に、半導体装置130の厚さの差や実装傾きに影響を受けることがない熱伝導路が形成される。   The displacement absorbing mechanism 150 absorbs the difference in thickness and mounting inclination of the semiconductor device 130, and a gap is generated on the contact surface between the heat radiating surface 136 of the semiconductor device 130 and the heat sink 140 (lowermost plate portion 152-3). This can be prevented. Therefore, a heat conduction path is formed between the plurality of semiconductor devices 130 and the heat sink 140 that is not affected by the difference in thickness of the semiconductor device 130 or the mounting inclination.

ここで、図4及び5に、ヒートシンク140の変位吸収機構150による効果を例示する。例えば、図4(a)に示すように、固定手段161の不均一な固定などによってヒートシンク140が配線基板120ひいては半導体装置130の放熱面136に対して傾斜を有することがある。このような場合であっても、変位吸収機構150は、プレート部152がヒンジ部153を支点としてスリット151を変形させるように変位することによって、該傾斜を吸収することができる。また、図4(b)に示すように、配線基板120自体に反りが発生し、複数の半導体装置130それぞれの放熱面136に実装傾きが生じた場合であっても、変位吸収機構150は同様に該実装傾きを吸収することができる。さらに、図5に示すように、複数の半導体装置130のうちの一部の規格が異なり、例えばはんだボール134のピッチ及び高さ、ひいては半導体パッケージ130の厚さが異なることがある。このような場合であっても、変位吸収機構150は、一方が他方より大きく収縮することによって、該厚さの差を吸収することができる。故に、種々の状況において、変位吸収機構150の動作により、各半導体装置130の放熱面136とヒートシンク140との間に間隙が発生することが防止される。なお、図示した変形後のスリット151の形状は必ずしも正確に描写したものではない。   Here, FIGS. 4 and 5 illustrate the effect of the displacement absorbing mechanism 150 of the heat sink 140. For example, as shown in FIG. 4A, the heat sink 140 may be inclined with respect to the wiring board 120 and thus the heat radiation surface 136 of the semiconductor device 130 due to non-uniform fixation of the fixing means 161. Even in such a case, the displacement absorbing mechanism 150 can absorb the inclination by displacing the plate portion 152 so as to deform the slit 151 with the hinge portion 153 as a fulcrum. Further, as shown in FIG. 4B, the displacement absorbing mechanism 150 is the same even when the wiring board 120 is warped and the heat radiation surface 136 of each of the semiconductor devices 130 is inclined. The mounting inclination can be absorbed. Further, as shown in FIG. 5, some of the standards of the plurality of semiconductor devices 130 are different, and for example, the pitch and height of the solder balls 134 and the thickness of the semiconductor package 130 may be different. Even in such a case, the displacement absorbing mechanism 150 can absorb the difference in thickness by contracting one more than the other. Therefore, in various situations, the operation of the displacement absorbing mechanism 150 prevents a gap from being generated between the heat radiation surface 136 of each semiconductor device 130 and the heat sink 140. In addition, the shape of the slit 151 after the deformation shown in the drawing is not necessarily depicted accurately.

このように、各半導体装置130の厚さや実装傾きに追従して弾性変形する変位吸収機構150を放熱体140として一体形成することにより、半導体装置130で発生された熱を効率良く放散させることが可能である。故に、例えば意図的に厚化した熱伝導材料層などの別個の要素を用いることなく、放熱体と各半導体装置との間の良好な熱的接触を確保し、複数の半導体装置で発生される熱を1つの放熱体で効率的に放散させることができる。   As described above, by integrally forming the displacement absorbing mechanism 150 that elastically deforms following the thickness and mounting inclination of each semiconductor device 130 as the heat radiating body 140, the heat generated in the semiconductor device 130 can be efficiently dissipated. Is possible. Therefore, good thermal contact between the heat sink and each semiconductor device is ensured without using a separate element such as an intentionally thickened heat conducting material layer and generated in a plurality of semiconductor devices. Heat can be efficiently dissipated by a single radiator.

また、変位吸収機構150は、半導体モジュール100の動作時においても、複数の半導体装置130に掛かる荷重を均等化するので、熱サイクルによる一部の半導体装置への過大な荷重や応力の発生を抑制し、半導体モジュールの動作の安定性や信頼性を高め得る。さらに、ヒートシンク140は半導体装置130に加圧接触されるので、後にヒートシンク140を取り外して半導体装置130及び/又はその他の構成要素のアップグレード/リペアを容易に行うことができ、半導体モジュールの保守性が向上され得る。   Further, since the displacement absorbing mechanism 150 equalizes the load applied to the plurality of semiconductor devices 130 even during the operation of the semiconductor module 100, it suppresses the generation of excessive loads and stresses on some semiconductor devices due to thermal cycles. In addition, the stability and reliability of the operation of the semiconductor module can be improved. In addition, since the heat sink 140 is in pressure contact with the semiconductor device 130, the heat sink 140 can be removed later to easily upgrade / repair the semiconductor device 130 and / or other components, thereby improving the maintainability of the semiconductor module. Can be improved.

続いて、図6を参照して、図3に示した変位吸収機構150をより詳細に説明する。図6(a)はヒートシンク140の底面図、図(b)、(c)はそれぞれ図6(a)中の直線B−B’、C−C’に沿った断面図を示している。   Next, the displacement absorbing mechanism 150 shown in FIG. 3 will be described in more detail with reference to FIG. 6A is a bottom view of the heat sink 140, and FIGS. 6B and 6C are cross-sectional views taken along lines B-B ′ and C-C ′ in FIG.

この例において、四角柱形状の突起部150は、4つの側面のうち対向する2つの側面から切り込まれたスリット151−1、2を有している。この2段の変位吸収機構150においては、2つのヒンジ部153−1、2は、変位吸収機構150が当接される各半導体装置の対向する2辺上に位置し、互いに平行(直線C−C’に平行な方向)に延在している。故に、この変位吸収機構150は、1つの軸方向(図6(b)の紙面に垂直な方向)の周りで回転するような半導体装置の実装傾きを、図6(b)に矢印で示すように、ヒンジ部153−1、2を支点とするプレート部152−2、3の変位によって吸収することができる。この変位吸収機構150はまた、最下段のプレート部152−3を水平に保ったまま上方向に収縮し、複数の半導体装置間の厚さの差を吸収することも可能である。   In this example, the quadrangular prism-shaped protrusion 150 has slits 151-1 and 151-2 cut from two opposite side surfaces among the four side surfaces. In this two-stage displacement absorbing mechanism 150, the two hinge portions 153-1 and 153-2 are positioned on two opposing sides of each semiconductor device with which the displacement absorbing mechanism 150 is in contact, and are parallel to each other (straight line C- (Direction parallel to C ′). Therefore, the displacement absorbing mechanism 150 indicates the mounting inclination of the semiconductor device that rotates around one axial direction (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 6B) by an arrow in FIG. 6B. In addition, it can be absorbed by the displacement of the plate portions 152-2 and 3 with the hinge portions 153-1 and 2 as fulcrums. The displacement absorbing mechanism 150 is also capable of absorbing the difference in thickness between the plurality of semiconductor devices by contracting upward while keeping the lowermost plate portion 152-3 horizontal.

なお、図6の変位吸収機構150は、上記1つの軸方向に垂直な軸方向(図6(c)の紙面に垂直な方向)の周りで回転するような実装傾きに対しても、可動範囲は制限されるものの、ヒンジ部153−1、2の弾性変形によって吸収することができる。   Note that the displacement absorbing mechanism 150 in FIG. 6 is movable within a mounting inclination that rotates around an axial direction perpendicular to the one axial direction (a direction perpendicular to the paper surface in FIG. 6C). Can be absorbed by the elastic deformation of the hinges 153-1 and 153-2.

変位吸収機構150は、より複雑な、あるいは、より大きい変位吸収動作を実現するために種々の変形を加えることが可能である。その一例を図7に示す。図7(a)−(c)はそれぞれ図6(a)−(c)と同様の図を表している。図7の変形例において、2段の変位吸収機構150’の2つのヒンジ部153’−1、2は、変位吸収機構150’が当接される各半導体装置の隣接し合う2辺上に位置し、互いに実質的に垂直に延在している。故に、この変位吸収機構150’は、2つの軸方向(図6(b)及び(c)それぞれの紙面に垂直な方向)の周りで回転するような半導体装置の実装傾きを、ヒンジ部153’−1、2を支点とするプレート部152−2、3の合成変位によって吸収することができる。この変位吸収機構150’は故に、例えば半導体チップ130のお椀状の反りのような一層複雑な実装傾きを、図6の例より大きい可動範囲で吸収することができる。   The displacement absorbing mechanism 150 can be variously modified to realize a more complicated or larger displacement absorbing operation. An example is shown in FIG. FIGS. 7A to 7C are views similar to FIGS. 6A to 6C, respectively. In the modified example of FIG. 7, the two hinge portions 153′-1 and 153′-1, 2 of the two-stage displacement absorbing mechanism 150 ′ are positioned on two adjacent sides of each semiconductor device with which the displacement absorbing mechanism 150 ′ is in contact. And extend substantially perpendicular to each other. Therefore, the displacement absorbing mechanism 150 ′ has a mounting inclination of the semiconductor device that rotates around two axial directions (directions perpendicular to the planes of FIG. 6B and FIG. 6C) as hinge portions 153 ′. It can be absorbed by the combined displacement of the plate portions 152-2 and 3 with -1 and 2 as fulcrums. Therefore, the displacement absorbing mechanism 150 ′ can absorb a more complicated mounting inclination such as a bowl-shaped warp of the semiconductor chip 130 in a movable range larger than the example of FIG. 6.

なお、図6及び7の断面図((b)、(c))においては、各変位吸収機構150の2つのスリット151−1、2が、互いに対して且つ本体141に対して、実質的に平行であるように描かれている。しかしながら、スリット151−1、2は例えば、少なくとも一方が本体141に対して傾斜を有していてもよい。   6 and 7, the two slits 151-1 and 151-2 of each displacement absorbing mechanism 150 are substantially relative to each other and to the main body 141. It is drawn to be parallel. However, at least one of the slits 151-1 and 151-2 may have an inclination with respect to the main body 141.

また、図6及び7においては四角柱形状の突起部150として説明したが、突起部150は例えば円柱、又は六角柱等の多角柱の形状を有していてもよい。このような形状の突起部においても、その側面から例えば3つといったスリットを形成すること等により、所望の可動方向を有する変位吸収機構を構成することができる。   6 and 7, the protrusion 150 has been described as a quadrangular prism-shaped protrusion 150, but the protrusion 150 may have a shape of a polygonal column such as a column or a hexagonal column. Even in the projection portion having such a shape, a displacement absorbing mechanism having a desired movable direction can be configured by forming, for example, three slits from the side surface.

さらに、より多くの異なる軸方向及び/又は支点位置を有する変位吸収機構を組み合わせることにより、より自由度の大きい変位吸収動作を実現することができる。逆に、例えば配線基板120の反り方向が予め分かっている場合のように、所望の変位吸収動作が予め知られている場合には、例えば1段の変位吸収機構などによって製造コストを低減することができる。   Furthermore, a displacement absorbing operation with a higher degree of freedom can be realized by combining displacement absorbing mechanisms having more different axial directions and / or fulcrum positions. Conversely, when the desired displacement absorbing operation is known in advance, for example, when the warping direction of the wiring board 120 is known in advance, the manufacturing cost can be reduced by, for example, a one-stage displacement absorbing mechanism. Can do.

次に、図8−11を参照して、図3及び6に示した半導体モジュール100の変形例を説明する。なお、これらの図において、図3と対応する要素には一桁目のみを変更した参照符号を付し、重複する説明は省略する。   Next, a modification of the semiconductor module 100 shown in FIGS. 3 and 6 will be described with reference to FIGS. In these drawings, elements corresponding to those in FIG. 3 are denoted by reference numerals in which only the first digit is changed, and redundant description is omitted.

図8は第1の変形例に係る半導体モジュール200を示している。半導体モジュール200は、パッケージ規格、特に厚さ規格、の異なる複数の半導体パッケージ230−1、2を含んでおり、それに対応して、ヒートシンク240は、本体241からの突出高さの異なる複数の変位吸収機構250−1、2を有している。半導体パッケージ230−1は半導体パッケージ230−2の厚さより大きい厚さを有し、半導体パッケージ230−1に当接される変位吸収機構250−1は、半導体パッケージ230−2に当接される変位吸収機構250−2より小さい高さを有する。このように所与の半導体装置230の組み合わせに応じて変位吸収機構250の高さを当初より変更しておくことにより、放熱体240と複数の半導体装置230との間の荷重及び熱的接触をより均一に保つことが可能になる。   FIG. 8 shows a semiconductor module 200 according to the first modification. The semiconductor module 200 includes a plurality of semiconductor packages 230-1 and 2 having different package standards, particularly thickness standards, and accordingly, the heat sink 240 has a plurality of displacements having different projecting heights from the main body 241. It has absorption mechanisms 250-1 and 250-2. The semiconductor package 230-1 has a thickness larger than that of the semiconductor package 230-2, and the displacement absorbing mechanism 250-1 that is in contact with the semiconductor package 230-1 has a displacement that is in contact with the semiconductor package 230-2. It has a smaller height than the absorption mechanism 250-2. In this way, by changing the height of the displacement absorbing mechanism 250 from the beginning according to a given combination of the semiconductor devices 230, the load and thermal contact between the radiator 240 and the plurality of semiconductor devices 230 can be reduced. It becomes possible to keep more uniform.

なお、変位吸収機構250−1、2のスリット251は、図示のように変位吸収機構250−1と250−2とで異なる高さ位置に形成してもよいが、後述する製造上の観点から、変位吸収機構250−1と250−2とで同一の高さ位置に形成することが好ましい。   The slits 251 of the displacement absorbing mechanisms 250-1 and 250-2 may be formed at different height positions in the displacement absorbing mechanisms 250-1 and 250-2 as shown, but from the viewpoint of manufacturing described later. The displacement absorbing mechanisms 250-1 and 250-2 are preferably formed at the same height position.

図9は、第2の変形例に係る半導体モジュール300を示している。半導体モジュール300は、変位吸収機構350のスリット351内に挿入された熱伝導材355を有する。熱伝導材355は、スリット351によって上下方向に隔てられたプレート部352間での熱伝導を高め、半導体装置330で発生された熱を効率的にヒートシンク340の放熱側(例えば、本体341及び放熱フィン342)に伝えるよう作用する。   FIG. 9 shows a semiconductor module 300 according to the second modification. The semiconductor module 300 includes a heat conducting material 355 inserted into the slit 351 of the displacement absorbing mechanism 350. The heat conductive material 355 enhances heat conduction between the plate portions 352 vertically separated by the slits 351, and efficiently generates heat generated in the semiconductor device 330 on the heat radiation side of the heat sink 340 (for example, the main body 341 and the heat radiation). Acts to convey to the fins 342).

例えば、熱伝導材355は、グリース状のサーマルコンパウンドとすることができ、ディスペンサによってスリット351内に充填される。あるいは、熱伝導材355は、シート状のサーマルコンパウンドとしてもよく、プレート部352に挟まれるように挿入される。これらサーマルコンパウンドは好ましくは、例えばアルミナ等の金属化合物粒子や金属微粒子などの放熱用フィラーを含む。   For example, the heat conducting material 355 can be a grease-like thermal compound and is filled in the slit 351 by a dispenser. Alternatively, the heat conductive material 355 may be a sheet-like thermal compound, and is inserted so as to be sandwiched between the plate portions 352. These thermal compounds preferably include a heat-dissipating filler such as metal compound particles such as alumina and metal fine particles.

また、サーマルコンパウンド355に代えて、あるいは加えて、例えば金属線を編んだ金属メッシュ等、弾性を有する他の熱伝導材をスリット351内に挿入してもよい。金属メッシュは、プレート部352間での熱伝導を一層高めるよう作用し得る。   Further, instead of or in addition to the thermal compound 355, another heat conductive material having elasticity, such as a metal mesh knitted with a metal wire, may be inserted into the slit 351. The metal mesh can act to further increase the heat conduction between the plate portions 352.

図10は、第3の変形例に係る半導体モジュール400を示している。半導体モジュール400においては、変位吸収機構450の複数段のスリット451の少なくとも1つが、半導体装置430への当接前の初期状態において、三角形状の断面形状、すなわち、開放端451b側から閉鎖端451a側に向かって高さが減少する形状を有する。図示の例においては、変位吸収機構450の全てのスリット451が三角形状の断面形状を有している。このような三角形状のスリット451は、矩形状のスリット(例えば、図3のスリット151)より大きい変位吸収量を可能にする。   FIG. 10 shows a semiconductor module 400 according to the third modification. In the semiconductor module 400, at least one of the plurality of slits 451 of the displacement absorbing mechanism 450 has a triangular cross-sectional shape, that is, from the open end 451b side to the closed end 451a in the initial state before contact with the semiconductor device 430. It has a shape whose height decreases toward the side. In the illustrated example, all the slits 451 of the displacement absorbing mechanism 450 have a triangular cross-sectional shape. Such a triangular slit 451 enables a greater amount of displacement absorption than a rectangular slit (for example, the slit 151 in FIG. 3).

また、半導体装置430が配線基板420の反り等によって所与の実装傾きを有する場合など、三角形状のスリット451又はその他の形状のスリットと組み合わせて、最下段のプレート部の底面をヒートシンク440の本体平面に対して予め傾斜させてもよい。   Further, when the semiconductor device 430 has a given mounting inclination due to the warp of the wiring substrate 420 or the like, the bottom surface of the lowermost plate portion is used as the main body of the heat sink 440 in combination with a triangular slit 451 or other shaped slit. You may make it incline previously with respect to a plane.

図11は、第4の変形例に係る半導体モジュール500を示している。図11(a)は半導体モジュール500の断面図を示しており、図11(b)、(c)は、それぞれ、スリット551−2の高さ位置からから見た最下段のプレート部552−3の頂面、中段のプレート部552−2の底面を示している。例えば、プレート部552−3はその頂面に凹部552aを有し、プレート部552−2はその底面に凸部552bを有する。凹部552a及び凸部552bは、スリット551−2が狭まるように変位吸収機構550が収縮するときに互いに噛み合う位置に形成されており、変位吸収機構550の変位吸収量を増大させる。なお、プレート部552−2はプレート部552−3と同様に頂面に凹部を有し、最上段のプレート部552−1はプレート部552−2と同様に底面に凸部を有し得る。また、プレート部の頂面側に凹部552aを設け、図8を参照して説明したサーマルコンパウンドや金属メッシュを凹部552a内に配置することも可能である。   FIG. 11 shows a semiconductor module 500 according to a fourth modification. FIG. 11A shows a cross-sectional view of the semiconductor module 500, and FIGS. 11B and 11C respectively show the lowermost plate portion 552-3 viewed from the height position of the slit 551-2. , And the bottom surface of the middle plate portion 552-2. For example, the plate portion 552-3 has a concave portion 552a on its top surface, and the plate portion 552-2 has a convex portion 552b on its bottom surface. The concave portion 552a and the convex portion 552b are formed at positions that mesh with each other when the displacement absorbing mechanism 550 contracts so that the slit 551-2 narrows, and increases the amount of displacement absorbed by the displacement absorbing mechanism 550. The plate portion 552-2 may have a concave portion on the top surface like the plate portion 552-3, and the uppermost plate portion 552-1 may have a convex portion on the bottom surface like the plate portion 552-2. It is also possible to provide a recess 552a on the top surface side of the plate portion and arrange the thermal compound or metal mesh described with reference to FIG. 8 in the recess 552a.

次に、図12を参照して、図3等に示した放熱体140が有する変位吸収機構150の製造方法を説明する。ここでは、好適な一例として、浸漬方式のワイヤ放電加工機を用いる方法を説明するが、機械加工などのその他の方法を用いることも可能である。図12(a)、(b)は、互いに直交する2つの側面方向から見たときの様子を模式的に示している。   Next, with reference to FIG. 12, the manufacturing method of the displacement absorption mechanism 150 which the heat radiator 140 shown in FIG. 3 etc. has is demonstrated. Here, as a preferred example, a method using a dipping-type wire electric discharge machine will be described, but other methods such as machining can also be used. FIGS. 12A and 12B schematically show a state when viewed from two side directions orthogonal to each other.

先ず、機械加工によって変位吸収機構150となる突起が形成されたヒートシンク140を、浸漬槽内601内の水又はオイル等の誘電体602中に浸漬し、好ましくは水平に固定する。例えば直径50μm−300μmの黄銅系合金やタングステンなどを有する電極ワイヤ603をワイヤボビン604から引き出し、突起の側面のスリット151を形成すべき高さ位置に配置する。その後、電源605により、ヒートシンク140と電極ワイヤ603との間に電圧を印加し、それによる放電によってヒートシンク140(Cu又はAl等)の一部を溶融除去しながら、電極ワイヤ603をスリット加工方向に移動させる。そして、ヒンジ部153、すなわち、上下隣接するプレート部152の接続部を残存させる位置で移動を停止させる。これにより、電極ワイヤ603の直径に対応する高さのスリット151が形成される。必要に応じて、スリット151の閉鎖端151aにて、例えば直径数百μmから1mm程度の空洞部を、同様に放電加工により形成する。   First, the heat sink 140 on which protrusions that will become the displacement absorbing mechanism 150 are formed by machining is immersed in a dielectric 602 such as water or oil in the immersion tank 601 and preferably fixed horizontally. For example, an electrode wire 603 including a brass alloy having a diameter of 50 μm to 300 μm, tungsten, or the like is pulled out from the wire bobbin 604 and disposed at a height position where the slit 151 on the side surface of the protrusion is to be formed. Thereafter, a voltage is applied between the heat sink 140 and the electrode wire 603 by the power source 605, and a part of the heat sink 140 (Cu or Al, etc.) is melted and removed by the discharge, thereby causing the electrode wire 603 to move in the slit machining direction. Move. Then, the movement is stopped at the position where the hinge portion 153, that is, the connecting portion of the plate portion 152 adjacent to the upper and lower sides remains. Thereby, a slit 151 having a height corresponding to the diameter of the electrode wire 603 is formed. If necessary, at the closed end 151a of the slit 151, for example, a hollow portion having a diameter of about several hundred μm to 1 mm is similarly formed by electric discharge machining.

複数のスリット151を形成する場合、上述の方法を繰り返し行えばよい。なお、複数の半導体装置にそれぞれ当接される複数の変位吸収機構150が共通の高さ位置にスリット151を有する場合、図12(b)に示すように、それらスリット151の幾つかを同時に形成することが可能である。故に、製造上のスループットの観点から、放熱体の複数の変位吸収機構は、共通の高さ位置にスリットを有することが好ましい。   When the plurality of slits 151 are formed, the above-described method may be repeated. When the plurality of displacement absorbing mechanisms 150 respectively in contact with the plurality of semiconductor devices have slits 151 at a common height position, as shown in FIG. 12B, some of these slits 151 are formed at the same time. Is possible. Therefore, from the viewpoint of manufacturing throughput, it is preferable that the plurality of displacement absorbing mechanisms of the radiator have a slit at a common height position.

以上、実施形態について詳述したが、本発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。例えば、上述の種々の変形例は、必要に応じて、相互に組み合わせて適用することが可能である。また、上述の実施形態は、1つの半導体装置に1つの(1段又は複数段の)変位吸収機構を配置する構成に限定されず、一部又は全ての半導体装置に対して、例えば図6又は図7の2×2のアレイ状の変位吸収機構など、複数の変位吸収機構を配置してもよい。   Although the embodiment has been described in detail above, the present invention is not limited to the specific embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist described in the claims. For example, the various modifications described above can be applied in combination with each other as necessary. Further, the above-described embodiment is not limited to a configuration in which one (one or a plurality of stages) displacement absorbing mechanism is arranged in one semiconductor device, but for some or all semiconductor devices, for example, FIG. A plurality of displacement absorbing mechanisms such as a 2 × 2 array-like displacement absorbing mechanism in FIG. 7 may be arranged.

以上の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
配線基板と、前記配線基板上に配置された複数の半導体装置と、前記複数の半導体装置上に配置された放熱体とを有する半導体モジュールであって、
前記放熱体は、前記複数の半導体装置に共通の本体と、前記複数の半導体装置に熱的に接触されるように前記本体から前記複数の半導体装置の側に突出した、前記本体と一体的に形成された複数の突起部とを有し、
各突起部は、該突起部の底面が前記複数の半導体装置のうちの対応する1つの上面に追従して変位するように該突起部の側面から切り込まれたスリットを有する、
半導体モジュール。
(付記2)
各突起部は、相異なる面内に形成された複数の前記スリットを有する、付記1に記載の半導体モジュール。
(付記3)
前記複数のスリットは、互いに反対方向から切り込まれた2つのスリットを含む、付記2に記載の半導体モジュール。
(付記4)
前記複数のスリットは、互いに交差する方向から切り込まれた2つのスリットを含む、付記2又は3に記載の半導体モジュール。
(付記5)
前記突起部は四角柱形状を有し、前記複数のスリットは、4つの側面のうち隣接し合う2つの側面から切り込まれた2つのスリットを含む、付記4に記載の半導体モジュール。
(付記6)
前記複数の半導体装置は、第1の半導体装置と、該第1の半導体装置の厚さより小さい厚さを有する第2の半導体装置とを含み、
前記複数の突起部は、前記第1の半導体装置に熱的に接触される第1の突起部と、前記第2の半導体装置に熱的に接触される第2の突起部とを含み、前記本体からの前記第1の突起部の突出高さは、前記第2の突起部の突出高さより小さい、
付記1乃至5の何れか一に記載の半導体モジュール。
(付記7)
前記スリット内に熱伝導材が挿入されている、付記1乃至6の何れか一に記載の半導体モジュール。
(付記8)
前記熱伝導材は、サーマルコンパウンド及び金属メッシュのうちの少なくとも一方を含む、付記7に記載の半導体モジュール。
(付記9)
前記突起部は、前記スリットにより形作られた、互いに隔てられた複数のプレート部及び隣接し合う2つの前記プレート部を接続する接続部を有し、
前記スリットは、前記接続部に向かって高さが減少する三角形状を有する、
付記1乃至8の何れか一に記載の半導体モジュール。
(付記10)
前記スリットを介して対向する前記突起部内の2つの面のうち、一方の面は凸部を有し、他方の面は前記凸部に対応した位置に凹部を有する、付記1乃至9の何れか一に記載の半導体モジュール。
(付記11)
各突起部は、前記複数の突起部に共通の面内に形成された前記スリットを有する、付記1乃至10の何れか一に記載の半導体モジュール。
(付記12)
前記複数の突起部のうちの少なくとも1つの突起部において、前記複数のスリットにより互いに隔てられた該突起部の複数の板状部分のうち、該突起部の前記底面を有する最下段の板状部分の厚さは他の板状部分の厚さより大きい、付記1乃至11の何れか一に記載の半導体モジュール。
(付記13)
前記複数の突起部のうちの少なくとも1つの突起部において、該突起部の前記底面は、前記本体との境界を為す該突起部の上面に対して傾斜している、付記1乃至12の何れか一に記載の半導体モジュール。
Regarding the above description, the following additional notes are disclosed.
(Appendix 1)
A semiconductor module comprising: a wiring board; a plurality of semiconductor devices disposed on the wiring board; and a heat dissipating body disposed on the plurality of semiconductor devices,
The heat dissipator is integrally formed with the main body that is common to the plurality of semiconductor devices, and protrudes from the main body toward the plurality of semiconductor devices so as to be in thermal contact with the plurality of semiconductor devices. A plurality of protrusions formed,
Each protrusion has a slit cut from the side surface of the protrusion so that the bottom surface of the protrusion is displaced following the corresponding upper surface of the plurality of semiconductor devices.
Semiconductor module.
(Appendix 2)
The semiconductor module according to appendix 1, wherein each protrusion has a plurality of slits formed in different planes.
(Appendix 3)
The semiconductor module according to appendix 2, wherein the plurality of slits include two slits cut from opposite directions.
(Appendix 4)
4. The semiconductor module according to appendix 2 or 3, wherein the plurality of slits include two slits cut from a direction intersecting each other.
(Appendix 5)
The semiconductor module according to appendix 4, wherein the protrusion has a quadrangular prism shape, and the plurality of slits include two slits cut from two adjacent side surfaces of the four side surfaces.
(Appendix 6)
The plurality of semiconductor devices include a first semiconductor device and a second semiconductor device having a thickness smaller than the thickness of the first semiconductor device,
The plurality of protrusions include a first protrusion that is in thermal contact with the first semiconductor device, and a second protrusion that is in thermal contact with the second semiconductor device, The protrusion height of the first protrusion from the main body is smaller than the protrusion height of the second protrusion,
The semiconductor module according to any one of appendices 1 to 5.
(Appendix 7)
The semiconductor module according to any one of appendices 1 to 6, wherein a heat conductive material is inserted into the slit.
(Appendix 8)
The semiconductor module according to appendix 7, wherein the heat conductive material includes at least one of a thermal compound and a metal mesh.
(Appendix 9)
The protrusion has a plurality of plate portions formed by the slit and connected to each other and two adjacent plate portions,
The slit has a triangular shape whose height decreases toward the connection part,
The semiconductor module according to any one of appendices 1 to 8.
(Appendix 10)
Any one of appendices 1 to 9, wherein one of the two surfaces in the protruding portion facing each other through the slit has a convex portion, and the other surface has a concave portion at a position corresponding to the convex portion. The semiconductor module described in 1.
(Appendix 11)
Each projection part is a semiconductor module as described in any one of appendix 1 thru | or 10 which has the said slit formed in the surface common to these projection parts.
(Appendix 12)
At least one of the plurality of protrusions, the lowermost plate-like portion having the bottom surface of the protrusion among the plurality of plate-like portions of the protrusion separated from each other by the plurality of slits. The semiconductor module according to any one of appendices 1 to 11, wherein the thickness of is greater than the thickness of the other plate-like portion.
(Appendix 13)
Any one of appendices 1 to 12, wherein, in at least one of the plurality of protrusions, the bottom surface of the protrusion is inclined with respect to the upper surface of the protrusion that forms a boundary with the main body. The semiconductor module described in 1.

100、200、300、400、500 半導体モジュール
120、220、320、420、520 配線基板
130、230、330、430、530 半導体装置
134 接続端子
136 半導体装置の放熱面
140、240、340、440、540 放熱体
141、241、341 放熱体の本体
150、250、350、450、550 放熱体の突起部(変位吸収機構)
151、251、351、451、551 スリット
151a、451a スリットの閉鎖端
151b、451b スリットの開放端
152、352、552 プレート部
153、553 接続(ヒンジ)部
355 熱伝導材
160 補強板
161 固定手段
552a 凹部
552b 凸部
601 浸漬槽
602 誘電体(水又はオイル等)
603 電極ワイヤ
604 ワイヤボビン
605 電源
100, 200, 300, 400, 500 Semiconductor module 120, 220, 320, 420, 520 Wiring board 130, 230, 330, 430, 530 Semiconductor device 134 Connection terminal 136 Heat dissipation surface 140, 240, 340, 440 of semiconductor device, 540 Radiator 141, 241, 341 Radiator body 150, 250, 350, 450, 550 Radiator protrusion (displacement absorbing mechanism)
151, 251, 351, 451, 551 Slit 151 a, 451 a Slit closed end 151 b, 451 b Slit open end 152, 352, 552 Plate part 153, 553 Connection (hinge) part 355 Heat conduction material 160 Reinforcement plate 161 Fixing means 552 a Concave portion 552b Convex portion 601 Immersion tank 602 Dielectric (water or oil, etc.)
603 Electrode wire 604 Wire bobbin 605 Power supply

Claims (5)

配線基板と、前記配線基板上に配置された複数の半導体装置と、前記複数の半導体装置上に配置された放熱体とを有する半導体モジュールであって、
前記放熱体は、前記複数の半導体装置に共通の本体と、前記複数の半導体装置に熱的に接触されるように前記本体から前記複数の半導体装置の側に突出した、前記本体と一体的に形成された複数の突起部とを有し、
各突起部は、該突起部の底面が前記複数の半導体装置のうちの対応する1つの上面に追従して変位するように該突起部の側面から切り込まれたスリットを有する、
半導体モジュール。
A semiconductor module comprising: a wiring board; a plurality of semiconductor devices disposed on the wiring board; and a heat dissipating body disposed on the plurality of semiconductor devices,
The heat dissipator is integrally formed with the main body that is common to the plurality of semiconductor devices, and protrudes from the main body toward the plurality of semiconductor devices so as to be in thermal contact with the plurality of semiconductor devices. A plurality of protrusions formed,
Each protrusion has a slit cut from the side surface of the protrusion so that the bottom surface of the protrusion is displaced following the corresponding upper surface of the plurality of semiconductor devices.
Semiconductor module.
各突起部は、相異なる面内に形成された複数の前記スリットを有する、請求項1に記載の半導体モジュール。   The semiconductor module according to claim 1, wherein each protrusion has a plurality of slits formed in different planes. 前記複数のスリットは、互いに交差する方向から切り込まれた2つのスリットを含む、請求項2に記載の半導体モジュール。   The semiconductor module according to claim 2, wherein the plurality of slits include two slits cut from directions intersecting each other. 前記複数の半導体装置は、第1の半導体装置と、該第1の半導体装置の厚さより小さい厚さを有する第2の半導体装置とを含み、
前記複数の突起部は、前記第1の半導体装置に熱的に接触される第1の突起部と、前記第2の半導体装置に熱的に接触される第2の突起部とを含み、前記本体からの前記第1の突起部の突出高さは、前記第2の突起部の突出高さより小さい、
請求項1乃至3の何れか一項に記載の半導体モジュール。
The plurality of semiconductor devices include a first semiconductor device and a second semiconductor device having a thickness smaller than the thickness of the first semiconductor device,
The plurality of protrusions include a first protrusion that is in thermal contact with the first semiconductor device, and a second protrusion that is in thermal contact with the second semiconductor device, The protrusion height of the first protrusion from the main body is smaller than the protrusion height of the second protrusion,
The semiconductor module as described in any one of Claims 1 thru | or 3.
前記スリット内に熱伝導材が挿入されている、請求項1乃至4の何れか一項に記載の半導体モジュール。   The semiconductor module according to claim 1, wherein a heat conductive material is inserted into the slit.
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