JPH088563A - Icパッケージの放熱実装装置及びこれを用いた電子装置 - Google Patents

Icパッケージの放熱実装装置及びこれを用いた電子装置

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JPH088563A
JPH088563A JP6134263A JP13426394A JPH088563A JP H088563 A JPH088563 A JP H088563A JP 6134263 A JP6134263 A JP 6134263A JP 13426394 A JP13426394 A JP 13426394A JP H088563 A JPH088563 A JP H088563A
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heat sink
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heat
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JP6134263A
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Tatsuya Nagata
達也 永田
Shoji Masukawa
庄司 益川
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】振動及び熱膨張に対して信頼性の高いICパッ
ケージの放熱実装装置及び放熱及び信頼性の優れた電子
装置を得る。 【構成】ヒートシンク30と配線基板10の熱膨張の差
によって発生する力を箔状支持部材40の曲げ剛性が小
さい板厚方向に作用させて該支持部材を湾曲させること
により該熱膨張の差を吸収するようにして大きな応力発
生を防止し、振動は板の幅方向の高い剛性で受け止める
ようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ICパッケージの放熱
実装装置及びこれを用いたコンピュータや交換機等の電
子装置に関する。
【0002】
【従来の技術】高い放熱効果が得られるようにICパッ
ケージを配線基板に実装する実装手段としては、例え
ば、実開昭62−26042号公報や特開昭63−31
8762号公報に記載されたように、ICで発生する熱
を放熱するヒートシンクを接着やねじ止め或いはバネで
ICパッケージに取り付ける構造やヒートシンクをIC
パッケージに取り付けるねじを用いて該ヒートシンクと
ICパッケージを配線基板に固定する構造が提案されて
いる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ICパッケージにヒー
トシンクを搭載する放熱実装装置では、アルミニウムな
どで形成されるヒートシンクの重量をICパッケージの
リードが支えるため、発熱量が大きなICのように実装
するヒートシンクが大きくなってその重量が大きくなる
と、運搬時の振動などでリードが破損し易くなる問題が
ある。また、ヒートシンクをねじで配線基板に取り付け
た場合には、ヒートシンクやICパッケージと基板との
熱膨張差により大きな応力が発生し、これが繰り返され
ると、ねじの破損やねじのゆるみなどが発生し易い問題
が生まれる。
【0004】一方、電子装置は、回路動作の高速化及び
高密度実装が求められており、そのために使用するIC
の発熱量が多くなる傾向にあり、放熱性を確保すること
はもちろんであるが、運搬時の振動に耐えると共にヒー
トシンクとICパッケージと配線基板の間の熱膨張の差
により発生する応力(疲労)に対しても十分な信頼性を
確保できるようにすることが大きな課題となっている。
特に、大きなヒートシンクを実装して放熱作用を高める
ためには、これらの課題解決は避けられないものであ
る。
【0005】また、高密度の実装に有利なテープキャリ
アを用いたICパッケージは、リードの機械的強度が小
さいため、ヒートシンクの重量を支えるためにリード以
外の支持部材が必要であり、支持部の応力対策が必要と
なる。
【0006】本発明の目的は、振動及び熱膨張に対して
信頼性の高いICパッケージの放熱実装装置及びこれを
用いた放熱及び信頼性の優れた電子装置を提供すること
にある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の特徴は、
配線基板に実装されるICパッケージと、このICパッ
ケージと熱的に接続されたヒートシンクと、このヒート
シンクの外周縁部に配置され、前記配線基板に取り付け
られて該ヒートシンクを支持する複数の支持部材とを備
えたICパッケージの放熱実装装置において、前記支持
部材を薄板部材で構成し、前記ヒートシンクの中心部か
ら各支持部材に向かう放射線方向に対して該支持部材の
板厚方向が一致するような向きに該支持部材を固定した
ことを特徴とし、第2の特徴は、配線基板に実装される
テープキャリア型ICパッケージと、このICパッケー
ジと熱的に接続されたヒートシンクと、このヒートシン
クの外周縁部に配置され、前記配線基板に取り付けられ
て該ヒートシンクを支持する複数の支持部材とを備えた
ICパッケージの放熱実装装置において、前記支持部材
を薄板部材で構成して前記ヒートシンクの中心部から各
支持部材に向かう放射線方向に対して該支持部材の板厚
方向が一致するような向きに該支持部材を固定すると共
に前記配線基板の該ICパッケージと対向する位置に貫
通穴を形成したことを特徴とし、第3の特徴は、配線基
板に実装されるテープキャリア型ICパッケージと、こ
のICパッケージと熱的に接続されたヒートシンクと、
このヒートシンクの外周縁部に配置され、前記配線基板
に取り付けられて該ヒートシンクを支持する複数の支持
部材とを備えたICパッケージの放熱実装装置におい
て、前記支持部材を薄板部材で構成して前記ヒートシン
クの中心部から各支持部材に向かう放射線方向に対して
該支持部材の板厚方向が一致するような向きに該支持部
材を固定すると共に前記配線基板とICパッケージの間
に弾性部材を圧縮状態で介在させたことを特徴とし、第
4の特徴は、配線基板に実装されるテープキャリア型I
Cパッケージと、その外周縁部に固定された複数の支持
部材によって前記配線基板に取り付けられ、前記ICパ
ッケージと熱的に接続されたヒートシンクとを備えた電
子装置において、前記支持部材を薄板部材で構成して前
記ヒートシンクの中心部から各支持部材に向かう放射線
方向に対して該支持部材の板厚方向が一致するような向
きに固定されたことを特徴とする。
【0008】
【作用】ヒートシンクと配線基板の熱膨張の差によって
発生する力は、支持部材の曲げ剛性が小さい板厚方向に
作用するので、該支持部材が容易に湾曲して該熱膨張の
差を吸収し、大きな応力発生を防止する。
【0009】そして、振動に対しては支持部材の曲げ剛
性が大きい幅方向を作用させてヒートシンクを支える。
【0010】テープキャリア型ICパッケージに対向さ
せて配線基板に設けた貫通穴は、棒状の治具を用いて該
ICパッケージをヒートシンクに押し付けて熱的な接続
抵抗を小さくする作業を容易にし、また、配線基板とI
Cパッケージの間に圧縮状態で介在させた弾性部材は該
ICパッケージをヒートシンクに押し付けて熱的接続抵
抗を小さな値に維持する。
【0011】また、しかも放熱実装されたテープキャリ
ア型ICパッケージを搭載する配線基板は、高密度配線
が可能となり、電子装置の小型化する。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
【0013】図1及び図2は、第1の実施例を示してお
り、配線基板10の上にICパッケージ20を配置して
回路接続を行ない、該ICパッケージ20の上に接触さ
せて熱的接続状態にヒートシンク30を配置し、支持部
材40を用いて該ヒートシンク30を配線基板10に取
り付けて支持した構成である。
【0014】前記支持部材40は、短冊状の箔片(薄板
部材)を折り曲げてL字型の断面形状としたものであ
り、上部40aの端部をヒートシンク30に固定し、下
部40bを基板20に固定している。そして該支持部材
40は、ヒートシンク30の中心部から該ヒートシンク
30の該外周縁部に向かう放射線方向に対して該支持部
材40の上部40aの板厚方向が一致するような向きで
該放射線上に設置されており、この実施例では、4角形
のヒートシンク30の各辺と各角部を切り落して形成し
た固定辺の8方向に等間隔に配置されている。
【0015】この実施例における前記ICパッケージ2
0は、ICチップ21の端子とリード22をワイヤ23
で接続し、これらをレジン24でモールドして外力及び
腐食から保護するようにした構成であり、配線基板10
に対する電気的な配線及び機械的な支持は、リード22
によって行なわれる。レジン24は、ICチップ21で
発生した熱を伝導して外部に放出するために熱伝導率の
高い材料であることが望ましい。
【0016】ヒートシンク30は、ICチップ21で発
生した熱を空気中に放出し、該ICチップ21の温度を
動作保証温度以下に冷却するために設けられる。従っ
て、ICチップ21の発熱量が多くなれば、放熱面積を
大きくして放熱作用を高める必要があるため、ヒートシ
ンク30は大きくなり、重量も重くなる。更に、ヒート
シンク30は、一般には、放熱面積を大きくするために
フィン30aが形成されるので、安価な押出し加工に適
し、且つ内部での熱伝導抵抗を小さくするために熱伝導
率が高い材料であることが望ましく、アルミニウム合金
が好適である。
【0017】支持部材40は、ヒートシンク30をIC
パッケージ20と熱的に接続した状態で回路基板10に
取り付けて支持する機能部品であり、従って、ICパッ
ケージ20の実装高さ以上の身長が必要であり、下部4
0bを配線基板10に固定して起立させた上部40bの
先端部にヒートシンク30を固定して片持ち梁状態で支
える形態となる。ヒートシンク30に対する支持部材4
0の固定には、ねじ止め、接着、溶接などの手段を採用
することができ、配線基板10に対する該支持部材40
の固定には、半田付け、ねじ止め、接着などの手段を採
用することができる。また、ICパッケージ20とヒー
トシンク30の間の熱的な接続は、押し付けによる機械
的接触の他に両者の間に熱伝導性グリス、熱伝導性ゴ
ム、高沸点のエーテル等の油脂類を介在させて行なうこ
ともできる。
【0018】通常、配線基板10はガラスエポキシが用
いられるためにアルミニウム合金のヒートシンク30と
は線膨張係数に差があり、ICチップ21の稼働及び停
止に伴う温度変動により、配線基板10とヒートシンク
30の間には熱膨張量(伸縮量)の差による相対的な位
置ずれが発生し、支持部材10には熱膨張量の差方向に
曲げ歪が発生する。ヒートシンク30の熱膨張は、該ヒ
ートシンク30の中心部から回収縁部に向かう放射線方
向に発生するから、熱膨張量の差に基づく支持部材40
の前記曲げ歪の方向も該放射線方向に発生する。従っ
て、支持部材40が配線基板20とヒートシンク30の
間を高剛性状態で結合していると、該支持部材40には
大きな応力が発生し、該支持部材40及び該支持部材4
0と配線基板10或いはヒートシンク30との結合部分
の破損を招く危険がある。
【0019】しかしながら、この実施例における支持部
材40は、ヒートシンク30の中心部から外周縁部に向
かう放射線方向に対してその板厚方向が一致しているの
で、熱膨張方向に対する曲げ剛性が小さい状態となり、
配線基板10とヒートシンク30の間の熱膨張差の応じ
て容易に湾曲して大きな応力の発生を防止し、破損の危
険性を回避する。
【0020】そして、この支持部材40は、運搬時に加
わる横方向の振動などに対して該振動方向に対して十分
な曲げ剛性を発揮する幅方向が一致するような向きでヒ
ートシンク30を支持し、あるいは複数の支持部材40
の幅方向成分の合成がそのようにヒートシンク支持に作
用するので、振動に対しても十分な機械的支持強度を発
揮することができる。
【0021】このように機能させる支持部材40は、必
要な機械的強度を有し、配線基板10に対して半田付け
で取り付けて実装するためには、銅または燐青銅などの
金属の短冊状の箔片(薄板部材)であることが望まし
い。この支持部材40の板厚は、熱膨張に対する曲げ剛
性を小さくするためは薄い方が良いが、振動に対しては
曲げ剛性を大きくするためには厚い方が良い。両者を満
足する厚さは、ヒートシンク30の大きさ、使用する該
支持部材40の数、該支持部材40の幅(例えば5mm
〜10mm)により変化するが、凡そ50μm〜100
μmが好ましい。この実施例では、8個の支持部材40
を使用した実装例を示しているが、3個以上あれば熱膨
張対策と振動対策を施した実装を実現することができ
る。
【0022】この実施例は、ヒートシンク30の中心部
から該ヒートシンク30の該外周縁部に向かう放射線方
向に対してその板厚方向が一致するような向きで該放射
線上に支持部材40を設置したので、ヒートシンク30
の振動及び熱膨張に対して十分な信頼性を持ち、且つI
Cパッケージ20のリード22に負荷をかけない高信頼
性のICパッケージ放熱実装装置が得られた。平な箔片
を折り曲げて構成される支持部材40は幅をもっている
ので、微視的に観察すると、該支持部材40の幅方向の
全域においてその板厚方向が放射線方向と完全に一致す
るようにはならない。例えば40mm四方の正方形のヒ
ートシンク30の場合、5mm幅の支持部材40をその
外周縁に固定すると数度の角度で傾く領域が発生する。
また、ヒートシンク30の外周縁の形状や取り付け位置
及び取り付け誤差などによって全体的な傾きが発生する
場合があるが、ある程度(例えば、10度程度)の傾き
は許容できる。
【0023】次に、図3を用いて第2の実施例を説明す
る。なお、前述した実施例と対応する構成手段には同一
の参照符号を付して重複する説明を省略する。
【0024】この実施例の新たな特徴は、テープキャリ
ア型ICパッケージ20に対する放熱実装にあり、該テ
ープキャリア型ICパッケージ20を実装した配線基板
10には、該ICパッケージ20の直下に位置して貫通
穴10aを形成し、該ICパッケージ20をヒートシン
ク30に押し付ける作業に利用できるようにしたことに
ある。
【0025】テープキャリア型ICパッケージ20は、
ポリイミドテープ25上に銅箔を貼り付けて回路パター
ンを形成したフレキシブルプリントサーキットの前記銅
箔を延長してリード26として用いている。リード26
はICチップ21に対してバンプ27で接続され、IC
チップ21付近がレジン24で封止されているが、IC
チップ21の上面は封止せずに該部からは小さい熱抵抗
で放熱できるようにしている。このテープキャリア型I
Cパッケージ20は、高密度の配線が可能となる特徴が
あが、銅箔で形成されたリード26は、機械的な強度が
弱く、外力に対して変形し易い欠点がある。
【0026】ICパッケージ20とヒートシンク30を
熱的に接続するためには、両者を押し付けることによっ
て密着させて接触による熱的接続抵抗を低減することが
必要である。この実施例においては、接触による熱的接
続抵抗を小さくするために、配線基板10にICパッケ
ージ20を実装し、その上に前記実施例と同様に支持部
材10を用いてヒートシンク30を取り付け、ICパッ
ケージ20の直下に設けた穴10aから棒状の治具を用
いて該ICパッケージ20をヒートシンク30に押し付
けることができるようにしている。更に好ましくは、I
Cパッケージ20とヒートシンク30との間に、熱伝導
性が空気よりも良好な粘性のある液体を塗布しておくよ
うにすることにより、熱伝達性が良好になる。粘性材を
介在させると、ICパッケージ20をヒートシンク30
に一旦押し付けた後は、押し付け力を解除しても、粘性
のため両者の密着を維持できる効果がある。また、両者
間の滑りが容易になるので、ICパッケージ20とヒー
トシンク30の熱膨張係数が異って熱膨張差が生じても
ICパッケージ20には熱膨張力が伝達されず、リード
26に大きな負荷を掛けて信頼性を低下させるようなこ
とがなくなる効果が得られる。このようにICパッケー
ジ20とヒートシンク30の間に介在させる部材として
は、熱伝導性グリス、熱伝導性ゴム、高沸点のエーテル
等の油脂類を提案することができる。
【0027】次に、図4を用いて第3の実施例を説明す
る。なお、前述した実施例と対応する構成手段には同一
の参照符号を付して重複する説明を省略する。
【0028】この実施例の新たな特徴は、配線基板10
とテープキャリア型ICパッケージ20の間に弾性部材
50を圧縮状態で介在させ、該弾性部材50の伸長力で
ICパッケージ20をヒートシンク30に押し付ける構
成としたことにある。
【0029】ヒートシンク30は、前述した実施例と同
様に支持部材40によって配線基板10に取り付けられ
ており、該ヒートシンク30に対するICパッケージ2
0の接触は、弾性部材50の伸長力で圧接状態とされる
ので、接触による熱的接続抵抗を一層小さくすることが
できる。この実施例においても、ICパッケージ20と
ヒートシンク30との間に、熱伝導性が空気よりも良好
で粘性のある液体を塗布しておくことにより、熱伝達性
を一層向上することができる。
【0030】次に、図5を用いて第4の実施例を説明す
る。なお、前述した実施例と対応する構成手段には同一
の参照符号を付して重複する説明を省略する。
【0031】この実施例の新たな特徴は、支持部材40
をガルウイング型に折り曲げたことにある。
【0032】ガルウイング型の支持部材40は、剛性の
高いリード22を接続して実装されたICパッケージ2
0に対して、ヒートシンク30を該ICパッケージ20
に押し付けるように支持することができる。ガルウイン
グ型支持部材40の水平方向に折り曲げられた先端部4
0cにヒートシンク30を結合すれば、該水平先端部4
0cの板厚方向の弾性力を利用して該ヒートシンク30
をICパッケージ20の方向に押し付けることができ、
両者間の接触による熱的接続抵抗を低減できる効果があ
る。好ましくは、ICパッケージ20とヒートシンク3
0との間に空気よりも熱伝導性が良好な粘性のある液体
を塗布しておくと、一層熱伝達性が良好になる。
【0033】次に、図6を用いて第5の実施例を説明す
る。この実施例は、前述したような手法でICパッケー
ジを実装した印刷配線基板を用いた電子装置である。
【0034】この電子装置は、電源装置100と、前述
した実施例のような放熱実装構造で実装された発熱量の
多いICパッケージ200と普通に実装された発熱量の
少ないICパッケージ300などを搭載した印刷配線基
板400を筐体500に固定して構成されている。
【0035】そして、印刷配線基板400に実装された
ICパッケージ200,300は、他の回路要素と共に
演算(情報)処理回路を構成し、電源装置100から給
電を受けて電気信号の入出力や演算処理あるいは記憶処
理を実行する。
【0036】この実施例におけるICパッケージ200
は、印刷配線基板400に多数のスルーホールを形成す
る必要のないテープキャリア型のICパッケージを使用
している。ピングリッドアレイ型ICパッケージを印刷
配線基板400に実装しようとすると、該印刷配線基板
400にはピンに相当する位置にスルーホールが必要と
なる。ピングリッドアレイ型ICパッケージのピンは
2.54mmピッチで設けられており、印刷配線基板4
00は、このピッチ内に9本の印刷配線回路を配置する
ことができるが、このピンに対応させてスルーホールを
形成すると、その間に設置できる印刷配線回路は4本に
減少してしまい、高密度の配線が困難になる。しかしな
がら、この実施例のように、放熱実装したテープキャリ
ア型のICパッケージ200によれば、該ICパッケー
ジ200のためのスルーホールは不要となるので、高密
度の印刷配線を行なうことが可能となり、電子装置の小
型化に有効である。
【0037】
【発明の効果】本発明は、ヒートシンクと配線基板の熱
膨張の差によって発生する力を支持部材の曲げ剛性が小
さい板厚方向に作用させて該支持部材を湾曲させること
により該熱膨張の差を吸収しているので、大きな応力発
生を防止できる。
【0038】そして、振動に対しては支持部材の曲げ剛
性が大きい幅方向を作用させてヒートシンクを支えるこ
とができる。
【0039】また、テープキャリア型ICパッケージに
対向させて配線基板に設けた貫通穴は、棒状の治具を用
いて該ICパッケージをヒートシンクに押し付けて熱的
な接続抵抗を小さくする作業を容易にし、また、配線基
板とICパッケージの間に圧縮状態で介在させた弾性部
材は該ICパッケージをヒートシンクに押し付けて熱的
接続抵抗を小さな値に維持する効果がある。
【0040】しかも放熱実装されたテープキャリア型I
Cパッケージを搭載する配線基板は、高密度配線が可能
となり、電子装置の小型化を容易にする。
【0041】従って、振動及び熱膨張に対して信頼性の
高いICパッケージの放熱実装装置及び放熱及び信頼性
の優れた電子装置を提供でる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例のICパッケージの放熱
実装装置の平面図である。
【図2】図1に示したICパッケージの放熱実装装置の
一部縦断側面図である。
【図3】本発明の第2の実施例のICパッケージの放熱
実装装置の一部縦断側面図である。
【図4】本発明の第3の実施例のICパッケージの放熱
実装装置の一部縦断側面図である。
【図5】本発明の第3の実施例のICパッケージの放熱
実装装置の一部縦断側面図である。
【図6】本発明になる放熱実装装置でICパッケージを
実装した電子装置の一部断面斜視図である
【符号の説明】
10…配線基板、10a…貫通穴、20…ICパッケー
ジ、21…ICチップ、22…リード、30…ヒートシ
ンク、40…支持部材、41…リード、50…弾性部
材、200…放熱実装ICパッケージ、400…印刷配
線基板。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】配線基板に実装されるICパッケージと、
    このICパッケージと熱的に接続されたヒートシンク
    と、このヒートシンクの外周縁部に配置され、前記配線
    基板に取り付けられて該ヒートシンクを支持する複数の
    支持部材とを備えたICパッケージの放熱実装装置にお
    いて、 前記支持部材は薄板部材で構成し、前記ヒートシンクの
    中心部から各支持部材に向かう放射線方向に対して該支
    持部材の板厚方向が一致するような向きに該支持部材を
    固定したことを特徴とするICパッケージの放熱実装装
    置。
  2. 【請求項2】請求項1において、3個以上の前記支持部
    材が前記ヒートシンクの外周縁部に均等に配置されたこ
    とを特徴とするICパッケージの実装装置。
  3. 【請求項3】請求項1において、前記ヒートシンクの中
    心部は該ヒートシンクの熱膨張の中心部であることを特
    徴とするICパッケージの放熱実装装置。
  4. 【請求項4】請求項1において、前記支持部材は、板厚
    が50μm〜100μmの金属板であることを特徴とす
    るICパッケージの放熱実装装置。
  5. 【請求項5】請求項1において、前記支持部材は、ガル
    ウイング形状としたことを特徴とするICパッケージの
    放熱実装装置。
  6. 【請求項6】請求項1において、前記ICパッケージ
    は、テープキャリア型ICパッケージであることを特徴
    とするICパッケージの放熱実装装置。
  7. 【請求項7】配線基板に実装されるテープキャリア型I
    Cパッケージと、このICパッケージと熱的に接続され
    たヒートシンクと、このヒートシンクの外周縁部に配置
    され、前記配線基板に取り付けられて該ヒートシンクを
    支持する複数の支持部材とを備えたICパッケージの放
    熱実装装置において、 前記支持部材は薄板部材で構成して前記ヒートシンクの
    中心部から各支持部材に向かう放射線方向に対して該支
    持部材の板厚方向が一致するような向きに該支持部材を
    固定すると共に前記配線基板の該ICパッケージと対向
    する位置に貫通穴を形成したことを特徴とするICパッ
    ケージの放熱実装装置。
  8. 【請求項8】配線基板に実装されるテープキャリア型I
    Cパッケージと、このICパッケージと熱的に接続され
    たヒートシンクと、このヒートシンクの外周縁部に配置
    され、前記配線基板に取り付けられて該ヒートシンクを
    支持する複数の支持部材とを備えたICパッケージの放
    熱実装装置において、 前記支持部材は薄板部材で構成して前記ヒートシンクの
    中心部から各支持部材に向かう放射線方向に対して該支
    持部材の板厚方向が一致するような向きに該支持部材を
    固定すると共に前記配線基板とICパッケージの間に弾
    性部材を圧縮状態で介在させたことを特徴とするICパ
    ッケージの放熱実装装置。
  9. 【請求項9】配線基板に実装されるテープキャリア型I
    Cパッケージと、その外周縁部に固定された複数の支持
    部材によって前記配線基板に取り付けられ、前記ICパ
    ッケージと熱的に接続されたヒートシンクとを備えた電
    子装置において、 前記支持部材は薄板部材で構成して前記ヒートシンクの
    中心部から各支持部材に向かう放射線方向に対して該支
    持部材の板厚方向が一致するような向きに固定されたこ
    とを特徴とする電子装置。
JP6134263A 1994-06-16 1994-06-16 Icパッケージの放熱実装装置及びこれを用いた電子装置 Pending JPH088563A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013038209A (ja) * 2011-08-08 2013-02-21 Denso Corp 半導体装置の製造方法および半導体装置

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