JPH0465862A

JPH0465862A - 半導体外囲器

Info

Publication number: JPH0465862A
Application number: JP90178919A
Authority: JP
Inventors: Noboru Aoki; 登青木
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1990-07-06
Filing date: 1990-07-06
Publication date: 1992-03-02

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）この発明は、半導体チップを支持し、かつ冷却する半導
体外囲器に関する。

（従来の技術）半導体チップは発熱体であるため、電子機器中において
、この半導体チップを支持し冷却する装置か必要となる
。例えば、論理回路を含む超ＬＳＩは、収納する回路規
模か大きいために発熱量も大きく、ピングリッドアレイ
パッケージと呼ばれる半導体外囲器によって支持されて
いる。

第６図は、従来のピングリッドアレイパッケージを示す
断面図である。

発熱体としての半導体チップ１は、多層配線を施したセ
ラミック基板２上に設置され、このセラミック基板２に
多数の端子ピン３が埋設されている。半導体チップ１は
、ワイヤ４を用いてワイヤボンディングにより端子ピン
３と電気的に接続される。また、半導体チップ１は、下
部接続部材５および上部接続部材６を介してヒートシン
ク７に連接される。このヒートシンク７には多数のフィ
ン８か形成され、このフィン８を通して、半導体チップ
１にて発生した熱か大気中に放散される。

（発明か解決しようとする課題）上述のようなセラミックピングリッドアレイパッケージ
では、ヒートシンク７のフィン８へ、図示しない送風機
等を用いて強制風を送る必要がある。あるいは、送風機
を設置しない場合には、フィン８の面積を大きくしなけ
ればならない。

ところが、半導体チップ１を内蔵する電子機器等の小型
化の要請に伴い送風機を設置できない場合、あるいは送
風機を設置できても充分な流路設計ができず、ヒートシ
ンク７のフィン８へ−様な冷却風を供給できない場合、
さらには送風機１を設置しない場合にフィン８を大型化
し得るに足る充分なスペースを確保できない場合には、
放熱効果が不充分となるおそれがある。

この発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、
送風機を設置できない狭隘な場所でも放熱効果を向上さ
せることかできる半導体外囲器を提供することを目的と
する。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）この発明は、半導体チップを設置可能とし多数の端子ピ
ンが埋設された外囲部と、この外囲部および上記半導体
チップに接続部材を介して連接されて上記半導体チップ
からの熱を大気中へ放散するヒートシンクと、を有して
構成され、上記ヒートシンクは、上記接続部材に固着さ
れた熱導入部と、この熱導入部に取り付けられた圧電フ
ァンとを備えて成り、上記圧電ファンは、基板の基部に
圧電部材が貼着され、上記基板の先端部が振動可能なブ
レードとして熱を放散する機能を有することを特徴とす
るものである。

（作用）したがって、この発明に係る半導体外囲器によれば、ヒ
ートシンクを構成する圧電ファンのブレードが振動して
風を起こすので、半導体チップからの熱は、このブレー
ドが起こす風によってブレードより効率よく放熱され、
放熱効果が向上する。

（実施例）以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図はこの発明に係る半導体外囲器の第１実施例か適
用されたピングリッドアレイパッケージを半導体チップ
等と共に示し、第２図におけるＩ−■線に沿う断面図で
ある。

ピングリッドアレイパッケージ１０は、外囲部としての
セラミック基板１１と、このセラミック基板１１の中央
部に設置された接続部材１２と、この接続部材１２に接
着されたヒートシンク１３と、を有して構成される。

セラミック基板１１の中央部には凹部１４が形成され、
上記接続部材１２は、この凹部１４に配設される。また
、セラミック基板１１内には多層配線が施され、各配線
が多数の端子ピン１５に電気的に接続される。これらの
端子ピン１５は、セラミック基板１１の第１図における
下面に植設されて、回路基板の端子に接続される。

上記接続部材１２の第１図における下面に、半導体チッ
プ１６の背面（回路面と反対側の面）か接着される。こ
の半導体チップ１６は、ワイヤ１７を用いて、セラミッ
ク基板１１内の多層配線にワイヤボンディングにより電
気的に接続される。

上記セラミック基板１１はＡｆ１２０３セラミック、Ｓ
ｉＣセラミックあるいはＩＮセラミック等のように、絶
縁性に富み、かつ熱伝導性の良好なセラミック材から構
成される。また、接続部材１２はＣｕ−Ｗ合金、その他
のＣｕ合金あるいはＣｕ単体金属等から構成され、熱伝
導性が良好であると共に、セラミック基板１１と熱膨張
率が近い金属が選択される。

また、セラミック基板１１の凹部１４はキャップ１８に
よって覆われ、この凹部１４内にガスが封入される。キ
ャップ１８はセラミック基板１１にシールウェルドされ
てガスの漏洩が防止され、半導体チップ１６はこの凹部
１４内のガスによって防湿される。

さて、ヒートシンク１３は熱導入部１９および圧電ファ
ン２０を備えて構成され、熱導入部１９が接続部材１２
に直接接着される。また、圧電ファン２０は一般的なヒ
ートシンクのフィンに相当し、後述のブレード２３が放
熱部となる。

この圧電ファン２０は、第２図に示すように、熱導入部
１９の周方向例えば４ケ所から放射状に延出して配置さ
れる。各圧電ファン２０は、基板２１の基部、つまり熱
導入部１９の近傍に圧電部材としての圧電セラミックス
２２が貼着されて構成される。この圧電セラミックス２
２は、基板２１の表面および裏面に貼着されて、バイモ
ルフ構造に構成される。基板２１の先端部が、振動可能
なブレード２３となる。

このブレード２３は基板２１の幅方向に延びて幅広に形
成され、基板２１の基部よりも面積大に形成される。ま
た、基板２１と圧電セラミックス２２との間に、図示し
ない交流電圧が印加される。

この交流電圧の周波数は、ブレード２３の固有振動数と
路間−に設定される。なお、符号２４は、各圧電ファン
２０を熱導入部１９に固定するための基板押えである。

上記基板２１および熱導入部１９はＣｕ−Ｗ合金、Ｃｕ
合金あるいはＡ１合金等の熱伝導性の良好な材料から構
成される。また、熱導入部１９を接続部材１２に接着す
る接着剤は、半導体チップ１６を接続部材１２に接着す
る接着剤と同様に、熱伝導性の良好な特性を有するもの
、例えば東芝シリコーン社製シリコングリース（ＹＧ６
２６０）か用いられる。

次に、作用・効果を説明する。

半導体チップ１６からの熱は、接続部材１２およびヒー
トシンク１３の熱導入部１９を経て、ヒートシンク１３
の圧電ファン２０へ至る。圧電ファン２０の圧電セラミ
ックス２２は金属に比べて熱伝導率か極めて低いので、
この部分からの放熱は殆ど無く、ブレード２３から放熱
される。

この状態で、圧電ファン２０の基板２１および圧電セラ
ミックス２２間に交流電圧を印加すると、圧電セラミッ
クス２２か伸縮し、基板２１は熱導入部１９の軸方向に
屈曲運動する。この基板２１の屈曲運動によりブレード
２３か振動する。ブレード２３の振動数は、上記交流電
圧の周波数と−致し、この交流電圧の周波数はブレード
２３部の固有振動数と略同程度であるので、ブレード２
３は共振し、大きく振動する。このブレード２３の振動
により、各圧電ファン２０のブレート２３近傍に、第１
図矢印Ａで示す空気流（風）か形成される。この空気流
（風）は、各圧電ファン２０のブレード２３において一
様に発生し、約２〜３ｍ／秒の風速となる。

このように、ヒートシンク１３の放熱部としてのブレー
ド２３の表面および裏面に一様に空気流が形成され、こ
の空気流が約２〜３ｍ／秒の風速を有するので、従来の
ピングリッドアレイパッケージ（第６図）におけるヒー
トシンク７のように放熱部（）オン８）が振動しないも
のに比べ、極めて大きな放熱効果を発揮できる。

特に、ブレード２３たる基板２１の先端部は、基板２１
の基部よりも幅広で面積大に形成されているので、振動
する放熱部の面積か大きくなり、放熱効果を一層向上さ
せることができる。

また、ヒートシンク１３の熱導入部１９は接続部材１２
を介してセラミック基板１１に連接され、セラミック基
板１１に直接接着されていないので、このセラミック基
板１１との間で熱膨張率の相違を考慮する必要がない。

この結果、熱伝導率を考慮して熱導入部１９の材質を決
定すればよいので、この熱導入部１９の熱伝導性を良好
にてきる。

また、上述のように放熱効果が大きいので、同一程度の
放熱効果を発揮させるために、ヒートシンク１３の放熱
面（ブレード２３）の面積を小さくてきる。この結果、
ヒートシンク１３を小型化でき、送風機等の設置できな
い狭隘な場所でも、このヒートシンク１３を備えたピン
グリッドアレイパッケージ１０を設置できる。

このように、ヒートシンク１３を小型化できるので、ヒ
ートシンク１３の消費電力も送風機の場合に比べ著しく
節約でき、ひいてはピングリッドアレイパッケージ１０
を取り付けた電子機器の小型化および節電も達成できる
。

さらに、従来のピングリッドアレイパッケージ（第６図
）では、自然対流を用いてヒートシンク７を機能させる
場合に、フィン８の延在方向か垂直になるように設定す
る必要がある。これに対し、この第１実施例のヒートシ
ンク１３を備えたピングリッドアレイパッケージ１０で
は、ヒートシンク１３の圧電ファン２０がブレード２３
に−様な風を発生させるので、ヒートシンク１３の設置
方向を考慮する必要がなく、半導体チップ１６を固定し
たピングリッドアレイパッケージ１０（ピングリッドア
レイ）をどのような方向に取り付けることもできる。

第３図は、この発明に係る半導体外囲器の第２実施例が
適用されたピングリッドアレイパッケージを半導体チッ
プと共に示す断面図である。この第２実施例において、
前記第１実施例と同様な部分は、同一の符号を付すこと
により説明を省略する。

この第２実施例のピングリッドアレイパッケージ３０が
前記第１実施例のピングリッドアレイパッケージ１０と
異なるのは、接続部材の構成である。つまり、この第２
実施例では、接続部材は上部接続部材３１および下部接
続部材３２から構成される。上部接続部材３１は平板形
状であり、この接続部材３１の下面に下部接続部材３２
が接着され、この下部接続部材３２の下面に半導体チッ
プ１６の背面が貼着される。上部接続部材３１は、凹部
１４を臨むセラミック基板１１に架は渡されるようにし
て固着され、この上部接続部材３１の上面にヒートシン
ク１３の熱導入部１９が接着される。半導体チップ１６
、上部接続部材３１、下部接続部材３２および熱導入部
１９を接着する接着剤は、熱伝導′性の良好なものが選
択される。また、上部接続部材３１および下部接続部材
３２はＣｕ合金、Ｃｕ−Ｗ合金等あるいはＣｕ単体金属
から構成され、このうち上部接続部材３１は、セラミッ
ク基板１１と熱膨張率の近い材質が選択される。

この第２実施例においても、前記第１実施例と同様な効
果を奏し、特にヒートシンク１３の熱導入部１９が上部
接続部材３１および下部接続部材３２を介してセラミッ
ク基板１１に連接されたので、熱導入部１９はセラミッ
ク基板１１との熱膨張率を考慮せず、熱伝導性の良好な
材質を選択できる。

第４図および第５図は、この発明に係る半導体外囲器の
第３および第４実施例をそれぞれ適用したピングリッド
アレイパッケージを示す平面図である。これらの第３お
よび第４実施例において、前記第１実施例と同様な部分
は、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

第３実施例のピングリッドアレイパッケージ４０が第１
実施例のピングリッドアレイパッケージ１０と異なるの
は、ヒートシンク４１の圧電ファン４２を構成する基板
４３の形状である。つまり、基板４３は、熱導入部１９
の側（基部）から先端部へ向って、その幅が漸次拡大し
て形成される。

したがって、この第３実施例の場合にも前記第１実施例
と同様の効果を奏し、特にブレード４４として機能する
基板４３の先端部が基板４３の基部より面積大に形成さ
れたので、パッケージ上の面積を有効に利用でき、放熱
面積が増し、放熱効果を増大させることができる。

第４実施例におけるピングリッドアレイパッケージ５０
では、ヒートシンク５１の圧電ファン５２を構成する基
板５３は、圧電セラミックス２２が固着された基部と、
ブレード５４として機能する先端部とがほぼ同一幅に形
成される。したがって、この第４実施例では、放熱効果
は第１〜第３実施例に比べて低いものの、その他の点で
はこれらの実施例と同様な効果を奏する。

なお、第１〜第４実施例では、熱導入部１９の軸方向に
一段の圧電ファン２０，４２．５２が配置され、この−
段が４枚の圧電ファン２０．４２゜５２から構成される
ものにつき説明したが、熱導入部２２に２段以上の圧電
ファン２０．　４２．　５２を取り付けてもよく、また
各段を５枚以上の圧電ファン２０．４２．５２で構成し
てもよい。

さらに、上記第１〜第４実施例によれば、各圧電ファン
２０，４２．５２の基板２ｉ、　　４３．　５３がそれ
ぞれ別々に分離しているものにつき説明したか、１枚の
金属板を正面略十字形状とし、この金属板の各放射上片
を各圧電ファン２０．　４２゜５２の基板２１，４３．
５３とするように構成してもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明に係る半導体外囲器によれば、
半導体チップを設置可能とし、多数の端子ピンが埋設さ
れた外囲部と、この外囲部および上記半導体チップに接
続部材を介して連接されて上記半導体チップからの熱を
大気中へ放散するヒートシンクと、を有して構成され、
上記ヒートシンクの圧電ファンは、基板の基部に圧電部
材が貼着され、上記基板の先端が振動可能なブレードと
して機能するよう構成されたことから、半導体チップに
て発生した熱をブレードが起こす風によって効率よく放
熱できる。この結果、送風機等を設置できない狭隘な場
所でも、半導体外囲器の放熱効果を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る半導体外囲器の第１実施例が適
用されたピングリッドアレイパッケージを半導体チップ
等と共に示し、第２図におけるＩＩ線に沿う断面図、第
２図は第１図における■矢視図、第３図はこの発明に係
る半導体外囲器の第２実施例が適用されたピングリッド
アレイパッケージを半導体チップ等と共に示す断面図、
第４図および第５図はこの発明に係る半導体外囲器の第
３および第４実施例かそれぞれ適用されたピングリッド
アレイパッケージを示す平面図、第６図は従来のピング
リッドアレイパッケージを半導体チップ等と共に示す断
面図である。１０・・・ピングリッドアレイパッケージ、１１・・・
セラミック基板、１２・・・接続部材、１３・・・ヒー
トシンク、１５・・・端子ピン、１６・・・半導体チッ
プ、１９・・・熱導入部、２０・・・圧電ファン、２１
・・・基板、２２・・・圧電セラミックス、２３・・・
ブレード。第２ＩＩ＄６１！１

Claims

【特許請求の範囲】

　半導体チップを設置可能とし多数の端子ピンが埋設さ
れた外囲部と、この外囲部および上記半導体チップに接
続部材を介して連接されて上記半導体チップからの熱を
大気中へ放散するヒートシンクと、を有して構成され、
上記ヒートシンクは、上記接続部材に固着された熱導入
部と、この熱導入部に取り付けられた圧電ファンとを備
えて成り、上記圧電ファンは、基板の基部に圧電部材が
貼着され、上記基板の先端部が振動可能なブレードとし
て熱を放散する機能を有することを特徴とする半導体外
囲器。