JPH05136303A - 電子デバイス用ヒートシンク - Google Patents
電子デバイス用ヒートシンクInfo
- Publication number
- JPH05136303A JPH05136303A JP3293364A JP29336491A JPH05136303A JP H05136303 A JPH05136303 A JP H05136303A JP 3293364 A JP3293364 A JP 3293364A JP 29336491 A JP29336491 A JP 29336491A JP H05136303 A JPH05136303 A JP H05136303A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat sink
- package
- heat
- thermal expansion
- coefficient
- Prior art date
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- Pending
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/4805—Shape
- H01L2224/4809—Loop shape
- H01L2224/48091—Arched
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/481—Disposition
- H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
- H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 熱膨張係数の違いによって生ずる熱応力を低
減し、また放熱特性を改善する。 【構成】 ヒートシンク１ａは、マトリックスである金
属とフィラー１ｂからなる複合系である。パッケージ２
に固定されてパッケージ内で生じる熱をパッケージ外に
放出する。したがって、電子デバイス用のパッケージと
して、そのデバイスの信頼性を高める効果がある。すな
わち、熱応力によって内部デバイス構成間に起きる歪や
破壊を抑制することができる。
減し、また放熱特性を改善する。 【構成】 ヒートシンク１ａは、マトリックスである金
属とフィラー１ｂからなる複合系である。パッケージ２
に固定されてパッケージ内で生じる熱をパッケージ外に
放出する。したがって、電子デバイス用のパッケージと
して、そのデバイスの信頼性を高める効果がある。すな
わち、熱応力によって内部デバイス構成間に起きる歪や
破壊を抑制することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子デバイス用のヒー
トシンク（放熱板，フィン）に関するものである。
トシンク（放熱板，フィン）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の素子集積度が比較的小さいデバイ
スでは、発生熱が比較的小さく、またパッケージが大型
・厚型であった。放熱を図るための方法として、金属製
ヒートシンクのパッケージへの付加がある。
スでは、発生熱が比較的小さく、またパッケージが大型
・厚型であった。放熱を図るための方法として、金属製
ヒートシンクのパッケージへの付加がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、素子の集積度
は年々上昇しており、特に１枚の基板上に複数のチップ
を搭載するマルチチップモジュールにおいては、発生熱
量の増加が激しく、素子の特性上及び信頼性の点から冷
却処置が必要である。パッケージ及び内部構造に生じる
応力及び歪は、熱膨張係数の異なる多種の材料から構成
されているデバイスを組立中あるいは使用中に生じる温
度差による。
は年々上昇しており、特に１枚の基板上に複数のチップ
を搭載するマルチチップモジュールにおいては、発生熱
量の増加が激しく、素子の特性上及び信頼性の点から冷
却処置が必要である。パッケージ及び内部構造に生じる
応力及び歪は、熱膨張係数の異なる多種の材料から構成
されているデバイスを組立中あるいは使用中に生じる温
度差による。
【０００４】ところが消費者の要望に応じてパッケージ
が薄型化・小型化しているため、発生した応力による影
響が従来の厚型パッケージよりも深刻で、クラック，剥
がれや破壊，断線が顕著となるという問題がある。
が薄型化・小型化しているため、発生した応力による影
響が従来の厚型パッケージよりも深刻で、クラック，剥
がれや破壊，断線が顕著となるという問題がある。
【０００５】そこで、放熱を図るための方法として、良
熱伝導性材料のヒートシンクをパッケージへ取り付ける
ことが考えられる。しかし、望ましい熱膨張係数と熱伝
導性との両方を兼ね備えた材料は一般にはなく、放熱効
果の高いヒートシンクでは、発生熱応力によるパッケー
ジ内外への影響はさらに大きくなるという欠点がある。
熱伝導性材料のヒートシンクをパッケージへ取り付ける
ことが考えられる。しかし、望ましい熱膨張係数と熱伝
導性との両方を兼ね備えた材料は一般にはなく、放熱効
果の高いヒートシンクでは、発生熱応力によるパッケー
ジ内外への影響はさらに大きくなるという欠点がある。
【０００６】本発明の目的は、パッケージ間で発生する
熱応力が極めて小さく、しかも良好な熱伝導性を備えた
電子デバイス用ヒートシンクを提供することにある。
熱応力が極めて小さく、しかも良好な熱伝導性を備えた
電子デバイス用ヒートシンクを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による電子デバイス用ヒートシンクにおいて
は、熱伝導が良好なアルミニウム，銅などの金属に、熱
膨張係数が小さい炭素繊維や炭化ケイ素粒子などを充填
し、かつその充填量を厚み方向に傾斜的に変化させたも
のである。
め、本発明による電子デバイス用ヒートシンクにおいて
は、熱伝導が良好なアルミニウム，銅などの金属に、熱
膨張係数が小さい炭素繊維や炭化ケイ素粒子などを充填
し、かつその充填量を厚み方向に傾斜的に変化させたも
のである。
【０００８】
【作用】一般に、ヒートシンクに用いられる放熱性の高
い金属材料は、パッケージ材料であるセラミックスなど
の材料よりも熱膨張係数が高いという特徴がある。そこ
で熱膨張係数が小さいフィラー、例えば係数が負である
炭素繊維などを金属材料に充填して複合材料を構成する
ことによって、熱膨張係数を調節することが可能であ
る。
い金属材料は、パッケージ材料であるセラミックスなど
の材料よりも熱膨張係数が高いという特徴がある。そこ
で熱膨張係数が小さいフィラー、例えば係数が負である
炭素繊維などを金属材料に充填して複合材料を構成する
ことによって、熱膨張係数を調節することが可能であ
る。
【０００９】繊維を一方向に配向したときの繊維と平行
方向の熱膨張係数α//は、 α//＝｛αf ＥfＶf＋αmＥm（１−Ｖm）｝ ／｛ＥfＶf＋Ｅm（１−Ｖm）｝ で表される。ここで、αf：繊維の熱膨張係数 Ｅf：繊維のヤング率 Ｖf：繊維の体積含有比 αm：金属の熱膨張係数 Ｅm：金属のヤング率 である。したがって銅／炭素繊維複合系の場合、炭素繊
維の体積含有比が増加するにつれて熱膨張係数は減少す
る。
方向の熱膨張係数α//は、 α//＝｛αf ＥfＶf＋αmＥm（１−Ｖm）｝ ／｛ＥfＶf＋Ｅm（１−Ｖm）｝ で表される。ここで、αf：繊維の熱膨張係数 Ｅf：繊維のヤング率 Ｖf：繊維の体積含有比 αm：金属の熱膨張係数 Ｅm：金属のヤング率 である。したがって銅／炭素繊維複合系の場合、炭素繊
維の体積含有比が増加するにつれて熱膨張係数は減少す
る。
【００１０】一方、複合系の熱伝導率Ｋは、 Ｋ＝Ｋm・｛２Ｋm＋Ｋf−２（Ｋm−Ｋf）Ｖf｝ ／｛２Ｋm＋Ｋf−（Ｋm−Ｋf）Ｖf｝ で表される。ここで、Ｋm：金属の熱伝導率 Ｋf：繊維の熱伝導率 Ｖf：繊維の体積含有比 である。したがって、銅／炭素繊維複合系の場合、繊維
の熱伝導率が銅よりも小さいので炭素繊維の体積含有比
が増加するにつれて熱伝導率は減少する。
の熱伝導率が銅よりも小さいので炭素繊維の体積含有比
が増加するにつれて熱伝導率は減少する。
【００１１】以上の結果から、フィラーの含有を傾斜的
に変化することによって、熱膨張係数及び熱伝導率など
の特性が傾斜的に変化する材料を得ることができる。
に変化することによって、熱膨張係数及び熱伝導率など
の特性が傾斜的に変化する材料を得ることができる。
【００１２】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は、本発明の一実施例であるヒートシンクを備
えたマルチチップモジュールの縦断面図である。図にお
いて、ヒートシンク１ａは、マトリックスである銅と、
一方向に配向した高強度炭素繊維であるフィラー１ｂ
（「トレカＴ８００」（東レ（株）製））からなる複合
系で、コバールのパッケージ２に固定されてパッケージ
２内で生じる熱を伝導，輻射などによって放出する。
る。図１は、本発明の一実施例であるヒートシンクを備
えたマルチチップモジュールの縦断面図である。図にお
いて、ヒートシンク１ａは、マトリックスである銅と、
一方向に配向した高強度炭素繊維であるフィラー１ｂ
（「トレカＴ８００」（東レ（株）製））からなる複合
系で、コバールのパッケージ２に固定されてパッケージ
２内で生じる熱を伝導，輻射などによって放出する。
【００１３】フィラー１ｂの繊維含有比は、パッケージ
２面側で約３４．６％，反対面側で０％である。ここ
で、銅の熱膨張係数は１７×１０-6（１／℃），熱伝導
率は４０７（Ｗ／℃・ｍ），炭素繊維の熱膨張係数は−
３×１０-6（１／℃）（ただし繊維と平行方向），熱伝
導率は１１０（Ｗ／℃・ｍ）である。
２面側で約３４．６％，反対面側で０％である。ここ
で、銅の熱膨張係数は１７×１０-6（１／℃），熱伝導
率は４０７（Ｗ／℃・ｍ），炭素繊維の熱膨張係数は−
３×１０-6（１／℃）（ただし繊維と平行方向），熱伝
導率は１１０（Ｗ／℃・ｍ）である。
【００１４】したがって図２（ｂ）のヒートシンクの配
置に対し、（ａ），（ｃ）のグラフに示すように、ヒー
トシンク１ａはパッケージ２面側ではパッケージ２と一
致した熱膨張係数を持つ一方、反対面側では良好な熱伝
導性を持つ。この特性の変化は傾斜的であるため、材料
内部で生ずる応力は、たとえ生じても微小である。
置に対し、（ａ），（ｃ）のグラフに示すように、ヒー
トシンク１ａはパッケージ２面側ではパッケージ２と一
致した熱膨張係数を持つ一方、反対面側では良好な熱伝
導性を持つ。この特性の変化は傾斜的であるため、材料
内部で生ずる応力は、たとえ生じても微小である。
【００１５】また、ＩＣチップ３は、はんだバンプ４に
よって基板５に搭載されており、基板５は、リードフレ
ーム６とボンディング７されている。ここで、従来の銅
ヒートシンクと本発明のヒートシンクを用いたときにバ
ンプ４にかかる応力を比較すると、銅ヒートシンクでは
５．９ｋｇｆ／ｍｍ2であるのに対し、本発明のヒート
シンクでは約３ｋｇｆ／ｍｍ2であった。
よって基板５に搭載されており、基板５は、リードフレ
ーム６とボンディング７されている。ここで、従来の銅
ヒートシンクと本発明のヒートシンクを用いたときにバ
ンプ４にかかる応力を比較すると、銅ヒートシンクでは
５．９ｋｇｆ／ｍｍ2であるのに対し、本発明のヒート
シンクでは約３ｋｇｆ／ｍｍ2であった。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、熱膨張係
数がパッケージ側ではパッケージと一致し、反対面側で
は放熱効率が良好なヒートシンクであるため、薄型で発
生熱量の大きいマルチチップモジュールなどの電子デバ
イス用のヒートシンクとして、そのデバイスの信頼性を
高める効果がある。すなわち、温度差によってパッケー
ジに生じる熱応力を低減し、その熱応力によって内部デ
バイス構成間に起きる歪や破壊を抑制することができ
る。
数がパッケージ側ではパッケージと一致し、反対面側で
は放熱効率が良好なヒートシンクであるため、薄型で発
生熱量の大きいマルチチップモジュールなどの電子デバ
イス用のヒートシンクとして、そのデバイスの信頼性を
高める効果がある。すなわち、温度差によってパッケー
ジに生じる熱応力を低減し、その熱応力によって内部デ
バイス構成間に起きる歪や破壊を抑制することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるヒートシンクを用いた
マルチチップモジュールの縦断面図である。
マルチチップモジュールの縦断面図である。
【図２】（ａ），（ｃ）は、（ｂ）に示す銅／炭素繊維
複合系ヒートシンクの部分に対する熱膨張係数と熱伝導
率の変化を示したグラフである。
複合系ヒートシンクの部分に対する熱膨張係数と熱伝導
率の変化を示したグラフである。
１ａ ヒートシンク １ｂ フィラー ２ パッケージ ３ ＩＣチップ ４ はんだバンプ ５ 基板 ６ リードフレーム ７ ボンディング
Claims (1)
- 【請求項１】 熱伝導が良好なアルミニウム，銅などの
金属に、熱膨張係数が小さい炭素繊維や炭化ケイ素粒子
などを充填し、かつその充填量を厚み方向に傾斜的に変
化させたことを特徴とする電子デバイス用ヒートシン
ク。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3293364A JPH05136303A (ja) | 1991-11-08 | 1991-11-08 | 電子デバイス用ヒートシンク |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3293364A JPH05136303A (ja) | 1991-11-08 | 1991-11-08 | 電子デバイス用ヒートシンク |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05136303A true JPH05136303A (ja) | 1993-06-01 |
Family
ID=17793834
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3293364A Pending JPH05136303A (ja) | 1991-11-08 | 1991-11-08 | 電子デバイス用ヒートシンク |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05136303A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5719436A (en) * | 1995-03-13 | 1998-02-17 | Intel Corporation | Package housing multiple semiconductor dies |
| JP2001230358A (ja) * | 2000-02-18 | 2001-08-24 | Agilent Technol Inc | 吸熱器 |
| JP2015185688A (ja) * | 2014-03-24 | 2015-10-22 | 日産自動車株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP2016027595A (ja) * | 2014-07-02 | 2016-02-18 | 住友電工焼結合金株式会社 | ヒートシンクおよびその製法 |
-
1991
- 1991-11-08 JP JP3293364A patent/JPH05136303A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5719436A (en) * | 1995-03-13 | 1998-02-17 | Intel Corporation | Package housing multiple semiconductor dies |
| JP2001230358A (ja) * | 2000-02-18 | 2001-08-24 | Agilent Technol Inc | 吸熱器 |
| JP2015185688A (ja) * | 2014-03-24 | 2015-10-22 | 日産自動車株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP2016027595A (ja) * | 2014-07-02 | 2016-02-18 | 住友電工焼結合金株式会社 | ヒートシンクおよびその製法 |
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