JPH0465863A - 半導体外囲器 - Google Patents

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が必要となる
。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が形成され、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。

（発明が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
ンか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、上記外囲部に固着されるとともに上記半
導体チップに直接接触可能に設けられた熱導入部と、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機能す
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。

しかも、半導体チップがヒートシンクの熱導入部に直接
接触可能に構成されるので、半導体チップおよびヒート
シンク間の接触熱抵抗を著しく低減できる。この結果、
半導体外囲器の放熱効果をより一層向上させることがで
きる。

（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■−■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、中央部に凹部１
３が形成された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の凹部１３に配設されたヒート
シンク１２と、を有して構成される。このヒートシンク
１２は、後に後述する如く、熱導入部１４および圧電フ
ァン１５を有して構成され、この熱導入部１４がセラミ
ック基板１１に直接固着される。

セラミック基板ｌｌ内には多層配線が施され、各配線が
多数の端子ピン１６に電気的に接続される。

これらの端子ピン１６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。

上記ヒートシンク１２の熱導入部１４の第１図における
下面に、半導体チップ１７の背面（回路面と反対側の面
）が接着される。この半導体チップ１７は、ワイヤ１８
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はへ１２ｏ３セラミック、Ｓｉ
ＣセラミックあるいはＡｌＮ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、セラミック基板１１の凹部１３はキャ
ップ１４によって覆われ、この凹部１３内にガスが封入
される。キャップ１９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１７
はこの凹部１３内のガスによって防湿される。

さて、ヒートシンク１２は、前述のように熱導入部１９
および圧電ファン１５を備えて構成され、圧電ファン１
５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２２が放熱部となる。

この圧電ファン１５は、第２図に示すように、熱導入部
１４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１５は、基板２０の基部、つまり熱
導入部１４の近傍に圧電部材としての圧電セラミックス
２１が貼着されて構成される。この圧電セラミックス２
１は、基板２０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２０の先端部が、振動可能
なブレード２２となる。

このブレード２２は基板２０の幅方向に延びて幅広に形
成され、基板２０の基部よりも面積大に形成される。ま
た、基板２０と圧電セラミックス２１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２２の固有振動数と
路間−に設定される。なお、符号２３は、各圧電ファン
１５を熱導入部１４に固定するためのフィン押えである
。

上記基板２０および熱導入部１４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。このうち、熱導入８１に１４は、さらにセラ
ミック基板１１と熱膨張率の近い特質を有する金属が選
定される。熱導入部１４とセラミック基板１１との接着
は、両者の中間的な熱膨張係数を持った金属により化学
的に融合させる。

次に、作用・効果を説明する。

半導体チップ１７からの熱は、ヒートシンク１２の熱導
入部１４を経て、ヒートシンク１２の圧電ファン１５へ
至る。圧電ファン１５の圧電セラミックス２１は金属に
比べて熱伝導率が極めて低いので、この部分からの放熱
は殆ど無く、ブレード２２から放熱される。

この状態で、圧電ファン１５の基板２０および圧電セラ
ミックス２１間に交流電圧を印加すると、圧電セラミッ
クス２１が伸縮し、基板２０は熱導入部１４の軸方向に
屈曲運動する。この基板２０の屈曲運動によりブレード
２２が振動する。ブレード２２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
２２部の固有振動数と略同程度であるので、ブレード２
２は共振し、大きく振動する。このブレード２２の振動
により、各圧電ファン１５のブレード２２近傍に、第１
図矢印Ａで示す空気流（風）が形成される。この空気流
（風）は、各圧電ファン１５のブレード２２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１２の放熱部としてのブレー
ド２２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５図）におけるヒー
トシンク７のように放熱部（フィン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２またる基板２ｏの先端部は、基板２０
の基部よりも幅広で面積大に形成されているので、振動
する放熱部の面積が大きくなり、放熱効果を一層向上さ
せることができる。

また、半導体チップ１７がヒートシンク１２の熱導入部
１４の下面に直接固着されるので、半導体チップ１７お
よび熱導入部１４間の接触熱抵抗を著しく低減できる。

つまり、半導体チップ１７にて発生した熱は、ヒートシ
ンク１２の熱導入部１４へ直接伝熱され、このため、ピ
ングリッドアレイパッケージ１０の放熱効果をより一層
向上させることができる。

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１２の放熱
面（ブレード２２）の面積を小さくできる。この結果、
ヒートシンク１２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１２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１２を小型化できるので、ヒ
ートシンク１２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５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の延在方向が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１２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１２の圧電ファン１５がブレード２２
に−様な風を発生させるので、ヒートシンク１２の設置
方向を考慮する必要がなく、半導体チップ１７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図および第４図は、この発明に係る半導体外囲器の
第２および第３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２お
よび第３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２実施例のピングリッドアレイパッケージ３０が第１
実施例のピングリッドアレイパッケージ１′０と異なる
のは、ヒートシンク３１の圧電ファン３２を構成する基
板３３の形状である。つまり、基板３３は、熱導入部１
４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２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３４として機能する
基板３３の先端部が基板３３の基部より面積大に形成さ
れたので、放熱面積か増し、放熱効果を増大させること
ができる。

第３実施例におけるピングリッドアレイパッケージ４０
では、ヒートシンク４１の圧電ファン４２を構成する基
板４３は、圧電セラミックス２１が固着された基部と、
ブレード４４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３実施例では、放熱効果
は第１および第２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３実施例では、熱導入部１４の軸方向に
一段の圧電ファン１５，３２．４２が配置され、この１
段が４枚の圧電ファン１５．　３２゜４２から構成され
るものにつき説明したが、熱導入部１４に２段以上の圧
電ファン１５．　３２．　４２を取り付けてもよく、ま
た各段を５枚以上の圧電ファン１５．３２．４２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
１５，３２．４２の基板２０．　３３．　４３がそれぞ
れ別々に分離しているものにつき説明したが、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状片を
各圧電ファン１５．　３２゜４２の基板２０，３３．４
３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。しかも
、上記ヒートシンクの熱導入部が上記半導体チップに直
接接触可能に設けられたことから、これら半導体チップ
にて発生した熱を効率よく上記ヒートシンクへ伝熱でき
る。これらの結果、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より一層向上させるこ
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Ｉ−■線に沿う断面図、
第２図は第１図における■矢視図、第３図および第４図
はこの発明に係る半導体外囲器の第２および第３実施例
が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５図は従来のピングリッドアレイパッヶ
−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−・・ヒートシンク、１４・・・
熱導入部、１５・・・圧電ファン、１６・・・端子ピン
、１７・・・半導体チップ、２０・・・基板、２１・・
・圧電セラミックス、２２・・・ブレード。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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
   、上記外囲部に固着されるとともに上記半導体チップに
   直接接触可能に設けられた熱導入部と、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機能することを特徴
   とする半導体外囲器。