JPH098185A - 電子部品冷却構造を備えたパッケージ及びその製造方法 - Google Patents
電子部品冷却構造を備えたパッケージ及びその製造方法Info
- Publication number
- JPH098185A JPH098185A JP7157263A JP15726395A JPH098185A JP H098185 A JPH098185 A JP H098185A JP 7157263 A JP7157263 A JP 7157263A JP 15726395 A JP15726395 A JP 15726395A JP H098185 A JPH098185 A JP H098185A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat transfer
- electronic component
- package
- circuit board
- transfer layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- 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
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
-
- 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
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
- H01L2224/161—Disposition
- H01L2224/16151—Disposition the bump connector 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
- H01L2224/16221—Disposition the bump connector 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
- H01L2224/16225—Disposition the bump connector 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 non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
-
- 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
- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
- H01L2224/73253—Bump and layer connectors
-
- 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
- H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
- H01L2224/75—Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors
- H01L2224/7525—Means for applying energy, e.g. heating means
- H01L2224/753—Means for applying energy, e.g. heating means by means of pressure
- H01L2224/75301—Bonding head
- H01L2224/75314—Auxiliary members on the pressing surface
- H01L2224/75315—Elastomer inlay
-
- 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
- H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
- H01L2224/75—Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors
- H01L2224/7598—Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors specially adapted for batch processes
-
- 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
- H01L2224/93—Batch processes
- H01L2224/95—Batch processes at chip-level, i.e. with connecting carried out on a plurality of singulated devices, i.e. on diced chips
- H01L2224/95001—Batch processes at chip-level, i.e. with connecting carried out on a plurality of singulated devices, i.e. on diced chips involving a temporary auxiliary member not forming part of the bonding apparatus, e.g. removable or sacrificial coating, film or substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/151—Die mounting substrate
- H01L2924/153—Connection portion
- H01L2924/1531—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
- H01L2924/15312—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface being a pin array, e.g. PGA
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/161—Cap
- H01L2924/1615—Shape
- H01L2924/16152—Cap comprising a cavity for hosting the device, e.g. U-shaped cap
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】放熱性および接続信頼性に優れた電子部品冷却
構造を備えたパッケージを得る。 【構成】回路基板１０上に半田ボール等の接続手段１２
で搭載された電子部品１１は、均一な一定間隔の間隙ｄ
に充填された潤滑性伝熱材料１６を介して非可塑性材料
からなる伝熱ブロック１５に接触する。可塑性伝熱材料
からなる型取りされた伝熱層１４は、伝熱ブロック１５
に接着されると共に、熱伝導率の大きな冷却手段１３に
接着される。冷却手段１３と回路基板１０は周縁部で間
隙ｄと同じ厚さのＯリング等の封止材２３で封止接続さ
れる。 【効果】伝熱ブロックと電子部品の間の間隙ｄが均一で
一定なので、局所的な温度上昇がない。潤滑性伝熱材料
が、接続手段に加わる水平方向の力を低減する。
構造を備えたパッケージを得る。 【構成】回路基板１０上に半田ボール等の接続手段１２
で搭載された電子部品１１は、均一な一定間隔の間隙ｄ
に充填された潤滑性伝熱材料１６を介して非可塑性材料
からなる伝熱ブロック１５に接触する。可塑性伝熱材料
からなる型取りされた伝熱層１４は、伝熱ブロック１５
に接着されると共に、熱伝導率の大きな冷却手段１３に
接着される。冷却手段１３と回路基板１０は周縁部で間
隙ｄと同じ厚さのＯリング等の封止材２３で封止接続さ
れる。 【効果】伝熱ブロックと電子部品の間の間隙ｄが均一で
一定なので、局所的な温度上昇がない。潤滑性伝熱材料
が、接続手段に加わる水平方向の力を低減する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電子部品冷却構造を備え
たパッケージ及びその製造方法に係り、特に放熱性及び
接続信頼性に優れた電子部品冷却構造を備えたパッケー
ジ及びその製造方法に関する。
たパッケージ及びその製造方法に係り、特に放熱性及び
接続信頼性に優れた電子部品冷却構造を備えたパッケー
ジ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の電子部品は、大規模集積回路（Ｌ
ＳＩ）チップに見られるように発熱量の増大が著しく、
これら電子部品を冷却するために、簡便かつ放熱性に優
れた冷却構造を備えたパッケージが必要とされている。
ＳＩ）チップに見られるように発熱量の増大が著しく、
これら電子部品を冷却するために、簡便かつ放熱性に優
れた冷却構造を備えたパッケージが必要とされている。
【０００３】従来、この種の電子部品冷却構造を備えた
パッケージとしては、例えば特開昭６３−３２９５６号
公報に開示されているものがあり、その構造を図９に示
す。図９において参照符号１０は回路基板を示し、この
回路基板１０の上面には複数の電子部品１１が接続手段
１２を用いて搭載されると共に、下面には外部装置との
電気的接続に用いられる入出力端子１７が固着されてい
る。回路基板１０の周辺部には、この回路基板１０の周
囲を覆う枠体２１が固定され、裏面に凹状の収納部２２
が形成されているキャップ１８が電子部品１１を覆うよ
うにして枠体２１に固着されている。収納部２２の内部
には、各電子部品１１との接着部以外の箇所に複数の凸
部２０ａが型取りされて形成された低融点金属からなる
放熱ブロック２０が設けられ、各電子部品１１と放熱ブ
ロック２０との間の５０μｍ程度の間隙には硬化しない
熱伝導性コンパウンド１９が設けられている。
パッケージとしては、例えば特開昭６３−３２９５６号
公報に開示されているものがあり、その構造を図９に示
す。図９において参照符号１０は回路基板を示し、この
回路基板１０の上面には複数の電子部品１１が接続手段
１２を用いて搭載されると共に、下面には外部装置との
電気的接続に用いられる入出力端子１７が固着されてい
る。回路基板１０の周辺部には、この回路基板１０の周
囲を覆う枠体２１が固定され、裏面に凹状の収納部２２
が形成されているキャップ１８が電子部品１１を覆うよ
うにして枠体２１に固着されている。収納部２２の内部
には、各電子部品１１との接着部以外の箇所に複数の凸
部２０ａが型取りされて形成された低融点金属からなる
放熱ブロック２０が設けられ、各電子部品１１と放熱ブ
ロック２０との間の５０μｍ程度の間隙には硬化しない
熱伝導性コンパウンド１９が設けられている。
【０００４】このように構成されるパッケージにおい
て、電子部品１１で発生する熱は熱伝導性コンパウンド
１９を伝わり、放熱ブロック２０で垂直及び斜め上方に
伝導して、キャップ１８に達する。キャップ１８の上方
にヒートシンク（図示略）を設けておけば、電子部品１
１の放熱が促進される。一方、動作時または非動作時に
生じる膨張および収縮に伴う電子部品１１への応力は、
変形可能な熱伝導性コンパウンド１９で吸収される。
て、電子部品１１で発生する熱は熱伝導性コンパウンド
１９を伝わり、放熱ブロック２０で垂直及び斜め上方に
伝導して、キャップ１８に達する。キャップ１８の上方
にヒートシンク（図示略）を設けておけば、電子部品１
１の放熱が促進される。一方、動作時または非動作時に
生じる膨張および収縮に伴う電子部品１１への応力は、
変形可能な熱伝導性コンパウンド１９で吸収される。
【０００５】また、特開平７−１０６４７７号公報に
は、図１２に示す構造の電子部品冷却構造を備えたパッ
ケージが開示されている。図１２において、参照符号１
０は回路基板、１１は集積回路チップなどの電子部品、
１２は半田バンプなどの接続手段、４０は回路基板の電
子部品等が搭載される表面、４１は半田或いはシリコン
オイル中に金属または金属酸化物の粒子を混ぜた熱ペー
ストなどの第１の熱伝達部材、４２は炭化珪素や銅タン
グステン合金からなる非可塑性の熱伝導板、４３は熱ペ
ーストなどの第２の熱伝達部材、４４はヒートシンク、
４５は扁平フレキシブルケーブル、４６は支持板、４７
は支持板とヒートシンクで形成する空洞、をそれぞれ示
す。
は、図１２に示す構造の電子部品冷却構造を備えたパッ
ケージが開示されている。図１２において、参照符号１
０は回路基板、１１は集積回路チップなどの電子部品、
１２は半田バンプなどの接続手段、４０は回路基板の電
子部品等が搭載される表面、４１は半田或いはシリコン
オイル中に金属または金属酸化物の粒子を混ぜた熱ペー
ストなどの第１の熱伝達部材、４２は炭化珪素や銅タン
グステン合金からなる非可塑性の熱伝導板、４３は熱ペ
ーストなどの第２の熱伝達部材、４４はヒートシンク、
４５は扁平フレキシブルケーブル、４６は支持板、４７
は支持板とヒートシンクで形成する空洞、をそれぞれ示
す。
【０００６】この従来例は、非可塑性の熱伝導板４２
を、可塑性伝熱材料の第１の熱伝達部材４１を用いて電
子部品１１背面と結合し、更に熱伝導板４２とヒートシ
ンク４４とを熱ペーストからなる第２の熱伝達部材４３
を用いて結合する構造である。電子部品１１が高電力チ
ップ（例えば、マイクロプロセッサ）の場合は、熱伝導
度を極大にするよう熱伝導板４２に半田付けできるよう
に電子部品１１の背面が金属化されている。低電力チッ
プ（たとえば、ＳＲＡＭ）の場合は、金属化されていな
くて熱ペースト４１で熱伝導板４２に結合され、これに
より横方向移動を吸収して半田バンプ１２を機械的応力
から保護している。また、炭化珪素や銅タングステン合
金は、チップに比較的近い熱膨張係数を有するので、熱
膨張率の差によるチップの横方向の応力を最小にする。
なお、熱伝導板４２は分割して各部分が異なるチップに
接触するようにすることができる。
を、可塑性伝熱材料の第１の熱伝達部材４１を用いて電
子部品１１背面と結合し、更に熱伝導板４２とヒートシ
ンク４４とを熱ペーストからなる第２の熱伝達部材４３
を用いて結合する構造である。電子部品１１が高電力チ
ップ（例えば、マイクロプロセッサ）の場合は、熱伝導
度を極大にするよう熱伝導板４２に半田付けできるよう
に電子部品１１の背面が金属化されている。低電力チッ
プ（たとえば、ＳＲＡＭ）の場合は、金属化されていな
くて熱ペースト４１で熱伝導板４２に結合され、これに
より横方向移動を吸収して半田バンプ１２を機械的応力
から保護している。また、炭化珪素や銅タングステン合
金は、チップに比較的近い熱膨張係数を有するので、熱
膨張率の差によるチップの横方向の応力を最小にする。
なお、熱伝導板４２は分割して各部分が異なるチップに
接触するようにすることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前述した前者の従来例
の構造によれば、放熱ブロック２０の材料として低融点
金属を用いているので、例えば、接続手段１２が溶融し
ない温度まで全体を一括して加熱し、放熱ブロック２０
を溶融状態に保持することにより、各電子部品１１の高
さバラツキに対応するように放熱ブロック２０を変形す
ることができる。しかし、低融点金属は凝固時に体積が
収縮するので、放熱ブロック２０の一部に空洞が発生し
たり、または放熱ブロック２０に形成される表面酸化膜
にしわがよる現象によって、各電子部品１１と放熱ブロ
ック２０の間隙内の間隔は不均一となり、間隙内を一様
な一定間隔に保持することが困難である。これらの現象
は、間隙に設けられた熱伝導コンパウンド１９の厚みを
部分的に増大させる要因となり、電子部品１１の一部に
温度上昇を引き起こす。
の構造によれば、放熱ブロック２０の材料として低融点
金属を用いているので、例えば、接続手段１２が溶融し
ない温度まで全体を一括して加熱し、放熱ブロック２０
を溶融状態に保持することにより、各電子部品１１の高
さバラツキに対応するように放熱ブロック２０を変形す
ることができる。しかし、低融点金属は凝固時に体積が
収縮するので、放熱ブロック２０の一部に空洞が発生し
たり、または放熱ブロック２０に形成される表面酸化膜
にしわがよる現象によって、各電子部品１１と放熱ブロ
ック２０の間隙内の間隔は不均一となり、間隙内を一様
な一定間隔に保持することが困難である。これらの現象
は、間隙に設けられた熱伝導コンパウンド１９の厚みを
部分的に増大させる要因となり、電子部品１１の一部に
温度上昇を引き起こす。
【０００８】また、溶融中の上記放熱ブロック２０に対
して荷重を加えれば、放熱ブロック２０と各電子部品１
１が更に密着して、熱伝導コンパウンド１９を更に薄膜
化することが可能であるが、しかしこの荷重により低融
点金属が各電子部品１１同士の間に更に流動し、凸部２
０ａが電子部品１１の側面に沿って必然的に形成され
る。この冷却構造は、電子部品１１の動作／非動作状態
に応じて必ず熱膨張／収縮が生じるが、特に放熱ブロッ
ク２０と回路基板１０は熱膨張／収縮量が異なるので、
両者の間に相対的なずれが生じる。回路基板１０に対し
て垂直方向のずれは、変形可能な熱伝導性コンパウンド
１９により吸収される。ところが回路基板１０に対して
水平方向のずれは、凸部２０ａのために吸収が困難とな
り、各電子部品１１を介して接続手段１２に水平方向の
力が加わる。近年のＬＳＩパッケージでは、多端子接続
のために接続手段１２として半田ボールを用いている。
半田ボールは水平方向の力に対して脆弱で亀裂を生じや
すいため、上記凸部２０ａが電子部品１１の側面に沿っ
て形成される場合には、電子部品１１の信頼性に対して
致命的な影響をもたらす。
して荷重を加えれば、放熱ブロック２０と各電子部品１
１が更に密着して、熱伝導コンパウンド１９を更に薄膜
化することが可能であるが、しかしこの荷重により低融
点金属が各電子部品１１同士の間に更に流動し、凸部２
０ａが電子部品１１の側面に沿って必然的に形成され
る。この冷却構造は、電子部品１１の動作／非動作状態
に応じて必ず熱膨張／収縮が生じるが、特に放熱ブロッ
ク２０と回路基板１０は熱膨張／収縮量が異なるので、
両者の間に相対的なずれが生じる。回路基板１０に対し
て垂直方向のずれは、変形可能な熱伝導性コンパウンド
１９により吸収される。ところが回路基板１０に対して
水平方向のずれは、凸部２０ａのために吸収が困難とな
り、各電子部品１１を介して接続手段１２に水平方向の
力が加わる。近年のＬＳＩパッケージでは、多端子接続
のために接続手段１２として半田ボールを用いている。
半田ボールは水平方向の力に対して脆弱で亀裂を生じや
すいため、上記凸部２０ａが電子部品１１の側面に沿っ
て形成される場合には、電子部品１１の信頼性に対して
致命的な影響をもたらす。
【０００９】また、放熱ブロック２０の下面を予め各電
子部品１１の高さにそれぞれ合うように加工するとした
場合、回路基板１０の反り、接続手段１２の高さバラツ
キ、更に各電子部品１１の厚みバラツキのために、各電
子部品１１の上面には約１００〜５００μｍの高さバラ
ツキおよび約０．１〜０．５°の傾きバラツキが生じ、
これらのバラツキに対応するように放熱ブロック２０の
下面を加工して５０μｍの一様な間隙を保持することは
きわめて困難である。放熱ブロック２０を治具により型
取りする場合には、回路基板１０に傾きバラツキがある
と、各電子部品１１と放熱ブロック２０間の熱伝導性コ
ンパウンド１９の厚さにバラツキが生じ、やはり一様な
間隙を保持することが困難である。
子部品１１の高さにそれぞれ合うように加工するとした
場合、回路基板１０の反り、接続手段１２の高さバラツ
キ、更に各電子部品１１の厚みバラツキのために、各電
子部品１１の上面には約１００〜５００μｍの高さバラ
ツキおよび約０．１〜０．５°の傾きバラツキが生じ、
これらのバラツキに対応するように放熱ブロック２０の
下面を加工して５０μｍの一様な間隙を保持することは
きわめて困難である。放熱ブロック２０を治具により型
取りする場合には、回路基板１０に傾きバラツキがある
と、各電子部品１１と放熱ブロック２０間の熱伝導性コ
ンパウンド１９の厚さにバラツキが生じ、やはり一様な
間隙を保持することが困難である。
【００１０】更に、前述した後者の従来例によれば、チ
ップと非可塑性の熱伝導板とを、熱ペーストあるいは半
田などの可塑性伝熱材料を用いて結合している。しか
し、半田を用いるためにはチップの背面を金属化処理す
る必要があり、ウェーハプロセスが増えて製造コストの
上昇を招く難点がある。そして、一度半田付けした後に
リペアのためにチップと熱伝導板とを剥離すると、チッ
プ背面に存在した金属はすでに半田に溶けてしまってい
るので、再び半田と良好に接合しずらいのでリペア性に
難点がある。また、この従来例は熱伝導板とチップを結
合する場合には、熱ペーストは低電力チップにしか用い
ていない。高電力チップにも熱ペーストを用いる場合に
は、半田バンプの高さバラツキなどによりチップの高さ
がバラついたり、回路基板の反りなどによる傾きがあっ
ても、熱ペースト厚さのバラツキが生じないように熱伝
導板とチップ背面間の間隙を均一な薄い厚さに制御する
工夫が必要であるが、これが成されていないので高電力
チップには適用できない難点もある。従って、半田付け
だけで行なう場合には製造コストの上昇とリペア性に問
題があり、半田付けと熱ペーストをそれぞれ高電力チッ
プと低電力チップによって使いわけて用いる場合には更
にプロセスが煩雑になるという問題点がある。
ップと非可塑性の熱伝導板とを、熱ペーストあるいは半
田などの可塑性伝熱材料を用いて結合している。しか
し、半田を用いるためにはチップの背面を金属化処理す
る必要があり、ウェーハプロセスが増えて製造コストの
上昇を招く難点がある。そして、一度半田付けした後に
リペアのためにチップと熱伝導板とを剥離すると、チッ
プ背面に存在した金属はすでに半田に溶けてしまってい
るので、再び半田と良好に接合しずらいのでリペア性に
難点がある。また、この従来例は熱伝導板とチップを結
合する場合には、熱ペーストは低電力チップにしか用い
ていない。高電力チップにも熱ペーストを用いる場合に
は、半田バンプの高さバラツキなどによりチップの高さ
がバラついたり、回路基板の反りなどによる傾きがあっ
ても、熱ペースト厚さのバラツキが生じないように熱伝
導板とチップ背面間の間隙を均一な薄い厚さに制御する
工夫が必要であるが、これが成されていないので高電力
チップには適用できない難点もある。従って、半田付け
だけで行なう場合には製造コストの上昇とリペア性に問
題があり、半田付けと熱ペーストをそれぞれ高電力チッ
プと低電力チップによって使いわけて用いる場合には更
にプロセスが煩雑になるという問題点がある。
【００１１】そこで、本発明の目的は、簡便で、かつ、
放熱性及び接続信頼性に優れた電子部品冷却構造を備え
たパッケージ及びその製造方法を提供することにある。
放熱性及び接続信頼性に優れた電子部品冷却構造を備え
たパッケージ及びその製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明に係る電子部品冷却構造を備えたパッケージ
は、電子部品が装着されている回路基板と、電子部品を
冷却する冷却手段と、該冷却手段と前記電子部品の間に
配置され可塑性伝熱材料からなる型取りされた伝熱層と
からなる電子部品冷却構造を備えたパッケージにおい
て、前記冷却手段の周縁部が凸状に形成されて成り、前
記伝熱層と前記電子部品との間に、前記伝熱層と接着し
かつ前記電子部品の上面との間に均一な一定間隔の間隙
を保持した非可塑性伝熱材からなる伝熱ブロックが設け
られると共に、前記冷却手段の凸状周縁部が前記回路基
板の周縁部で、前記間隙の厚さを規定する封止材により
封止接続されて構成されることを特徴とするものであ
る。
に、本発明に係る電子部品冷却構造を備えたパッケージ
は、電子部品が装着されている回路基板と、電子部品を
冷却する冷却手段と、該冷却手段と前記電子部品の間に
配置され可塑性伝熱材料からなる型取りされた伝熱層と
からなる電子部品冷却構造を備えたパッケージにおい
て、前記冷却手段の周縁部が凸状に形成されて成り、前
記伝熱層と前記電子部品との間に、前記伝熱層と接着し
かつ前記電子部品の上面との間に均一な一定間隔の間隙
を保持した非可塑性伝熱材からなる伝熱ブロックが設け
られると共に、前記冷却手段の凸状周縁部が前記回路基
板の周縁部で、前記間隙の厚さを規定する封止材により
封止接続されて構成されることを特徴とするものであ
る。
【００１３】この場合、前記封止材は、前記所定間隙と
同じ一定の厚さを有するＯリングまたはＣリングとすれ
ば好適である。また、前記伝熱ブロックを、前記電子部
品の上面より大きく、かつ、前記電子部品の上面を覆う
ように配置すれば好適である。更に、前記伝熱層は低融
点金属とすれば好適である。
同じ一定の厚さを有するＯリングまたはＣリングとすれ
ば好適である。また、前記伝熱ブロックを、前記電子部
品の上面より大きく、かつ、前記電子部品の上面を覆う
ように配置すれば好適である。更に、前記伝熱層は低融
点金属とすれば好適である。
【００１４】そして、前記間隙、あるいは前記冷却手段
と回路基板とで囲まれた前記間隙を含む全領域、に潤滑
性伝熱材料を充填することができる。この場合、前記潤
滑性伝熱材料は、熱伝導コンパウンド、シリコンオイ
ル、鉱物油のいずれかから選択すればよい。
と回路基板とで囲まれた前記間隙を含む全領域、に潤滑
性伝熱材料を充填することができる。この場合、前記潤
滑性伝熱材料は、熱伝導コンパウンド、シリコンオイ
ル、鉱物油のいずれかから選択すればよい。
【００１５】本発明に係る電子部品冷却構造を備えたパ
ッケージの製造方法は、凸状周縁部に囲まれた冷却手段
の表面中央部に可塑性伝熱材料からなる伝熱層を形成す
るステップと、非可塑性伝熱材料からなる伝熱ブロック
を前記冷却手段上に形成された伝熱層に接着するステッ
プと、回路基板上に予め接続された電子部品を前記伝熱
層に接着された伝熱ブロックの上面に当接するステップ
と、前記伝熱層を加熱して溶融状態に保ちながら前記回
路基板に荷重を加えて前記伝熱ブロックと前記電子部品
とを互いに押圧するステップと、前記伝熱層を凝固する
ステップと、前記電子部品と前記伝熱ブロックとの間に
一定の所定間隙を保つようにして回路基板の周縁部と冷
却手段の前記凸状周縁部とを封止接続するステップと、
を含むことを特徴とするものである。
ッケージの製造方法は、凸状周縁部に囲まれた冷却手段
の表面中央部に可塑性伝熱材料からなる伝熱層を形成す
るステップと、非可塑性伝熱材料からなる伝熱ブロック
を前記冷却手段上に形成された伝熱層に接着するステッ
プと、回路基板上に予め接続された電子部品を前記伝熱
層に接着された伝熱ブロックの上面に当接するステップ
と、前記伝熱層を加熱して溶融状態に保ちながら前記回
路基板に荷重を加えて前記伝熱ブロックと前記電子部品
とを互いに押圧するステップと、前記伝熱層を凝固する
ステップと、前記電子部品と前記伝熱ブロックとの間に
一定の所定間隙を保つようにして回路基板の周縁部と冷
却手段の前記凸状周縁部とを封止接続するステップと、
を含むことを特徴とするものである。
【００１６】ここで、前記回路基板の周縁部と冷却手段
の前記凸状周縁部とを封止接続するステップは、前記所
定間隙と同じ一定の厚さを有するＯリングまたはＣリン
グにより封止接続するステップとすれば好適である。
の前記凸状周縁部とを封止接続するステップは、前記所
定間隙と同じ一定の厚さを有するＯリングまたはＣリン
グにより封止接続するステップとすれば好適である。
【００１７】また、前記伝熱層を凝固するステップは、
前記伝熱ブロックと前記電子部品を互いに押圧した状態
で凝固するステップとすれば好適である。さらに、前記
伝熱層を凝固するステップの後に、前記伝熱ブロックの
上面に潤滑性伝熱材料を塗布するステップ、あるいは回
路基板と冷却手段の前記凸状周縁部で囲まれた領域に潤
滑性伝熱材料を充填するステップ、を追加することがで
きる。
前記伝熱ブロックと前記電子部品を互いに押圧した状態
で凝固するステップとすれば好適である。さらに、前記
伝熱層を凝固するステップの後に、前記伝熱ブロックの
上面に潤滑性伝熱材料を塗布するステップ、あるいは回
路基板と冷却手段の前記凸状周縁部で囲まれた領域に潤
滑性伝熱材料を充填するステップ、を追加することがで
きる。
【００１８】
【作用】本発明に係る電子部品冷却構造を備えたパッケ
ージによれば、伝熱層と接着しかつ電子部品の上面との
間に間隙を保持する伝熱ブロックが、非可塑性伝熱材料
からなるので、この伝熱層を溶融、凝固させても、伝熱
ブロックの表面の平坦性は保たれる。このため、電子部
品の上面と伝熱ブロックの下面との間に薄い均一な一定
間隔の間隙が保持できる。従って、この間隙に充填され
る潤滑性伝熱材料の厚さも薄い均一な一定厚さとなり、
電子部品の局所的な温度上昇を招くことなく、温度上昇
を低くかつ均一に抑えることができる。
ージによれば、伝熱層と接着しかつ電子部品の上面との
間に間隙を保持する伝熱ブロックが、非可塑性伝熱材料
からなるので、この伝熱層を溶融、凝固させても、伝熱
ブロックの表面の平坦性は保たれる。このため、電子部
品の上面と伝熱ブロックの下面との間に薄い均一な一定
間隔の間隙が保持できる。従って、この間隙に充填され
る潤滑性伝熱材料の厚さも薄い均一な一定厚さとなり、
電子部品の局所的な温度上昇を招くことなく、温度上昇
を低くかつ均一に抑えることができる。
【００１９】また、伝熱ブロックと電子部品とは潤滑性
伝熱材料を介して接触しているため、冷却構造の熱膨張
および収縮の際に各電子部品の回路基板との接続手段に
対して水平方向に加わる力が低減し、電子部品の接続信
頼性を十分確保することができる。
伝熱材料を介して接触しているため、冷却構造の熱膨張
および収縮の際に各電子部品の回路基板との接続手段に
対して水平方向に加わる力が低減し、電子部品の接続信
頼性を十分確保することができる。
【００２０】本発明に係る電子部品冷却構造を備えたパ
ッケージの製造方法によれば、回路基板に搭載された電
子部品を伝熱層に接着された非可塑性伝熱材料からなる
伝熱ブロックの上面に当接させて、荷重を加えながら伝
熱層を加熱溶融して型取りするため、伝熱ブロックと電
子部品の上面とは、回路基板が反ったりしていても平行
性が保たれる。そして伝熱ブロックと電子部品の上面と
の間隙は、回路基板の周縁部と冷却手段の凸状周縁部と
の間に挿入される封止材の厚さにより決定されるので、
封止材の厚さを変えることにより微小な間隙の均一な厚
さを平行性を保ったまま簡単に調整できる。
ッケージの製造方法によれば、回路基板に搭載された電
子部品を伝熱層に接着された非可塑性伝熱材料からなる
伝熱ブロックの上面に当接させて、荷重を加えながら伝
熱層を加熱溶融して型取りするため、伝熱ブロックと電
子部品の上面とは、回路基板が反ったりしていても平行
性が保たれる。そして伝熱ブロックと電子部品の上面と
の間隙は、回路基板の周縁部と冷却手段の凸状周縁部と
の間に挿入される封止材の厚さにより決定されるので、
封止材の厚さを変えることにより微小な間隙の均一な厚
さを平行性を保ったまま簡単に調整できる。
【００２１】
【実施例】次に、本発明に係る電子部品冷却構造を備え
たパッケージ及びその製造方法の実施例につき、添付図
面を参照しながら以下詳細に説明する。
たパッケージ及びその製造方法の実施例につき、添付図
面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００２２】＜実施例１＞図１は、本発明に係る電子部
品冷却構造を備えたパッケージの一実施例を示す断面図
である。図１において、参照符号１０は回路基板を示
し、この回路基板１０としては例えばアルミナまたはム
ライト製のセラミクス基板を用いることができる。回路
基板１０の上面には、接続手段１２としてＰｂ／Ｓｎ
（９５／５ｗｔ％）からなる半田ボールにより、複数の
電子部品１１が搭載されている。電子部品１１は、通常
プラスチックモールドあるいはセラミクス製キャップに
より封止されたＬＳＩチップであるが、直接ＬＳＩチッ
プを回路基板１０に搭載してもよい。回路基板１０の下
面には、入出力端子１７として、金メッキ等が施された
コバール製のＩ／Ｏピンが半田またはＡｕ／Ｇｅ等のろ
う材により固着され、外部装置との電気的接続に用いら
れる。
品冷却構造を備えたパッケージの一実施例を示す断面図
である。図１において、参照符号１０は回路基板を示
し、この回路基板１０としては例えばアルミナまたはム
ライト製のセラミクス基板を用いることができる。回路
基板１０の上面には、接続手段１２としてＰｂ／Ｓｎ
（９５／５ｗｔ％）からなる半田ボールにより、複数の
電子部品１１が搭載されている。電子部品１１は、通常
プラスチックモールドあるいはセラミクス製キャップに
より封止されたＬＳＩチップであるが、直接ＬＳＩチッ
プを回路基板１０に搭載してもよい。回路基板１０の下
面には、入出力端子１７として、金メッキ等が施された
コバール製のＩ／Ｏピンが半田またはＡｕ／Ｇｅ等のろ
う材により固着され、外部装置との電気的接続に用いら
れる。
【００２３】電子部品１１の上部には、冷却手段１３が
電子部品１１を覆うように配置される。この冷却手段１
３としては、熱伝導率が大きく、かつ空冷のための冷却
フィンや液冷のための冷媒流路を成形しやすい材料であ
るアルミニウムナイトライド等のセラミクスで構成すれ
ば好適である。更に、生産コストを低減する必要がある
場合には、アルミニウムや銅などの金属が望ましい。冷
却手段１３の周縁部は凸状に加工されており、回路基板
１０の周縁部に封止材２３を介して固定されている。封
止材２３としては、ＯリングやＣリング、或いはＯリン
グやＣリングと共に、伝熱層より融点の低い半田、低融
点ガラス、または樹脂封止材等を一緒に使用できる。Ｏ
リングやＣリングと一緒に用いる場合は、ＯリングやＣ
リングは封止すると共に後述する間隙ｄの厚さを規定す
る目的に使用し、半田や低融点ガラス等は溶融して回路
基板１０と冷却手段１３とを接続する目的に使用して間
隙ｄの厚さに影響を与えないように用いる。
電子部品１１を覆うように配置される。この冷却手段１
３としては、熱伝導率が大きく、かつ空冷のための冷却
フィンや液冷のための冷媒流路を成形しやすい材料であ
るアルミニウムナイトライド等のセラミクスで構成すれ
ば好適である。更に、生産コストを低減する必要がある
場合には、アルミニウムや銅などの金属が望ましい。冷
却手段１３の周縁部は凸状に加工されており、回路基板
１０の周縁部に封止材２３を介して固定されている。封
止材２３としては、ＯリングやＣリング、或いはＯリン
グやＣリングと共に、伝熱層より融点の低い半田、低融
点ガラス、または樹脂封止材等を一緒に使用できる。Ｏ
リングやＣリングと一緒に用いる場合は、ＯリングやＣ
リングは封止すると共に後述する間隙ｄの厚さを規定す
る目的に使用し、半田や低融点ガラス等は溶融して回路
基板１０と冷却手段１３とを接続する目的に使用して間
隙ｄの厚さに影響を与えないように用いる。
【００２４】冷却手段１３の凹部３０の中央には、可塑
性伝熱材料からなる伝熱層１４が設けられている。この
伝熱層１４としては、接続手段１２よりも融点が低い材
料、例えばＰｂ／Ｓｎ（３７／６３ｗｔ％）からなる低
融点半田が好適である。これは、製造方法において後述
するように、接続手段１２が溶融しない温度において伝
熱層１４を溶融状態に保持するためである。また、後述
する潤滑性伝熱材料１６の厚みを約５０μｍに保つため
に、封止材２３の厚みも約５０μｍ程度のものを用い
る。なお、伝熱層１４に低融点半田を用いる場合には、
冷却手段１３と低融点半田との接着性を確保するため
に、冷却手段１３側にＣｒ／Ｎｉ／ＡｕまたはＮｉ／Ａ
ｕ等からなる金属膜を形成しておく（図示略）。
性伝熱材料からなる伝熱層１４が設けられている。この
伝熱層１４としては、接続手段１２よりも融点が低い材
料、例えばＰｂ／Ｓｎ（３７／６３ｗｔ％）からなる低
融点半田が好適である。これは、製造方法において後述
するように、接続手段１２が溶融しない温度において伝
熱層１４を溶融状態に保持するためである。また、後述
する潤滑性伝熱材料１６の厚みを約５０μｍに保つため
に、封止材２３の厚みも約５０μｍ程度のものを用い
る。なお、伝熱層１４に低融点半田を用いる場合には、
冷却手段１３と低融点半田との接着性を確保するため
に、冷却手段１３側にＣｒ／Ｎｉ／ＡｕまたはＮｉ／Ａ
ｕ等からなる金属膜を形成しておく（図示略）。
【００２５】さらに、伝熱層１４と電子部品１１との間
には、伝熱層１４と接するように、非可塑性伝熱材料か
らなる伝熱ブロック１５が配置されている。伝熱ブロッ
ク１５としては、伝熱層１４を溶融状態に保持しても変
形せず、かつ熱伝導率の高い材料、例えばアルミニウム
や銅等の金属材料、或いはアルミニウムナイトライド、
シリコン等の無機材料が好適である。なお、伝熱ブロッ
ク１５にアルミニウムやアルミニウムナイトライドのよ
うに低融点半田と接着しにくい材料を用いる場合には、
低融点半田と接着性の良い上記金属膜を伝熱層１４との
接触面側に形成しておく。逆に、銅のように低融点半田
と接着しやすい材料を用いる場合には、低融点半田が過
度に流動して電子部品１１や回路基板１０と接触しない
ように、伝熱ブロック１５の側面に予め低融点半田と濡
れにくい膜、例えば熱酸化膜を形成しておく（図示
略）。
には、伝熱層１４と接するように、非可塑性伝熱材料か
らなる伝熱ブロック１５が配置されている。伝熱ブロッ
ク１５としては、伝熱層１４を溶融状態に保持しても変
形せず、かつ熱伝導率の高い材料、例えばアルミニウム
や銅等の金属材料、或いはアルミニウムナイトライド、
シリコン等の無機材料が好適である。なお、伝熱ブロッ
ク１５にアルミニウムやアルミニウムナイトライドのよ
うに低融点半田と接着しにくい材料を用いる場合には、
低融点半田と接着性の良い上記金属膜を伝熱層１４との
接触面側に形成しておく。逆に、銅のように低融点半田
と接着しやすい材料を用いる場合には、低融点半田が過
度に流動して電子部品１１や回路基板１０と接触しない
ように、伝熱ブロック１５の側面に予め低融点半田と濡
れにくい膜、例えば熱酸化膜を形成しておく（図示
略）。
【００２６】伝熱ブロック１５と電子部品１１との間に
形成される５０μｍ程度の微小な間隙ｄには、流動性を
有しかつ熱伝導率の高い潤滑性伝熱材料１６が充填され
ている。この潤滑性伝熱材料１６としては、熱伝導コン
パウンド、シリコンオイル、または鉱物油などが好適で
ある。なお、間隙ｄが更に数μｍと十分小さい場合に
は、冷却手段１３と回路基板１０で封止された空間を、
熱伝導率の良いヘリウムや、不活性ガスである窒素など
の気体を充填、或いは湿度を低くコントロールした空気
を充填しても良い。この低湿度にコントロールした空気
の場合には、湿度の影響による半田等の劣化が少なくな
り信頼性が向上する。
形成される５０μｍ程度の微小な間隙ｄには、流動性を
有しかつ熱伝導率の高い潤滑性伝熱材料１６が充填され
ている。この潤滑性伝熱材料１６としては、熱伝導コン
パウンド、シリコンオイル、または鉱物油などが好適で
ある。なお、間隙ｄが更に数μｍと十分小さい場合に
は、冷却手段１３と回路基板１０で封止された空間を、
熱伝導率の良いヘリウムや、不活性ガスである窒素など
の気体を充填、或いは湿度を低くコントロールした空気
を充填しても良い。この低湿度にコントロールした空気
の場合には、湿度の影響による半田等の劣化が少なくな
り信頼性が向上する。
【００２７】図１に示した構成とすることにより、伝熱
層１４を溶融し、凝固させても伝熱ブロック１５は非可
塑性伝熱材料から形成されているので、伝熱ブロック１
５の表面の平坦性は保たれる。このため、電子部品１１
の上面と伝熱ブロック１５の下面との間には、前述した
ような凝固収縮に伴う空洞やしわがよる現象の発生がな
く、間隙ｄ内に凹凸のない一様で微小な一定間隔を保持
でき、従って、この微小間隙ｄに充填される潤滑性伝熱
材料１６の厚さも微小かつ均一な一定厚さになる。この
結果、電子部品１１と冷却手段１３の間の伝熱効率が高
まり、電子部品１１の温度上昇を低くかつ均一に抑える
ことができる。前述したように図９の従来構造で上記空
洞やしわが発生した場合、放熱ブロック２０の表面に凹
凸ができ、熱伝導コンパウンド１９は局所的に数１００
μｍの厚さに達することがあった。電子部品１１の消費
電力が数１０Ｗのレベルに達すると、局所的な温度上昇
も数１０℃に達し、電子部品１１の回路の誤動作を引き
起こしたり、接続手段１２の接続信頼性も低下させる。
これに対して、本実施例の構造により、潤滑性伝熱材料
１６の厚さを、５０±５μｍの均一な厚さに制御するこ
とが容易となり、電子部品１１の局所的な温度上昇を１
０℃以下に抑えることができる。
層１４を溶融し、凝固させても伝熱ブロック１５は非可
塑性伝熱材料から形成されているので、伝熱ブロック１
５の表面の平坦性は保たれる。このため、電子部品１１
の上面と伝熱ブロック１５の下面との間には、前述した
ような凝固収縮に伴う空洞やしわがよる現象の発生がな
く、間隙ｄ内に凹凸のない一様で微小な一定間隔を保持
でき、従って、この微小間隙ｄに充填される潤滑性伝熱
材料１６の厚さも微小かつ均一な一定厚さになる。この
結果、電子部品１１と冷却手段１３の間の伝熱効率が高
まり、電子部品１１の温度上昇を低くかつ均一に抑える
ことができる。前述したように図９の従来構造で上記空
洞やしわが発生した場合、放熱ブロック２０の表面に凹
凸ができ、熱伝導コンパウンド１９は局所的に数１００
μｍの厚さに達することがあった。電子部品１１の消費
電力が数１０Ｗのレベルに達すると、局所的な温度上昇
も数１０℃に達し、電子部品１１の回路の誤動作を引き
起こしたり、接続手段１２の接続信頼性も低下させる。
これに対して、本実施例の構造により、潤滑性伝熱材料
１６の厚さを、５０±５μｍの均一な厚さに制御するこ
とが容易となり、電子部品１１の局所的な温度上昇を１
０℃以下に抑えることができる。
【００２８】伝熱層１４の凸部１４ａは、図１に示した
伝熱ブロック１５の場合、電子部品１１の側面よりも伝
熱ブロック１５が張り出しているため、電子部品１１の
側面と機械的に接触することはなく、しかも伝熱ブロッ
ク１５と電子部品１１とは潤滑性伝熱材料１６を介して
いるので、接続手段１２に水平方向に加わる力を大幅に
低減することが可能となり、電子部品１１の信頼性を十
分確保することができる。尚、伝熱ブロック１５が張出
す長さは、冷却手段１３の熱膨張分２０〜３０μｍ、伝
熱ブロック１４と電子部品１１との組立て精度の５０μ
ｍ程度、部品寸法バラツキなどを見込んだ距離であり、
少なくとも１００μｍ程度である。
伝熱ブロック１５の場合、電子部品１１の側面よりも伝
熱ブロック１５が張り出しているため、電子部品１１の
側面と機械的に接触することはなく、しかも伝熱ブロッ
ク１５と電子部品１１とは潤滑性伝熱材料１６を介して
いるので、接続手段１２に水平方向に加わる力を大幅に
低減することが可能となり、電子部品１１の信頼性を十
分確保することができる。尚、伝熱ブロック１５が張出
す長さは、冷却手段１３の熱膨張分２０〜３０μｍ、伝
熱ブロック１４と電子部品１１との組立て精度の５０μ
ｍ程度、部品寸法バラツキなどを見込んだ距離であり、
少なくとも１００μｍ程度である。
【００２９】また、伝熱ブロック１５の大きさが、図１
０に示したように電子部品１１と同じ大きさの場合、或
いは図１１に示したように電子部品１１の側面よりも内
側に入る大きさの場合は、半田が過度に流動しないよう
に伝熱ブロック１５の側面に熱酸化膜（不図示）を形成
しておくと共に半田の量を適切な量にすることにより、
凸部１４ａの突出具合は小さくなるので、凸部１４ａが
機械的に電子部品の側面と接触することはない。
０に示したように電子部品１１と同じ大きさの場合、或
いは図１１に示したように電子部品１１の側面よりも内
側に入る大きさの場合は、半田が過度に流動しないよう
に伝熱ブロック１５の側面に熱酸化膜（不図示）を形成
しておくと共に半田の量を適切な量にすることにより、
凸部１４ａの突出具合は小さくなるので、凸部１４ａが
機械的に電子部品の側面と接触することはない。
【００３０】次に、このような本発明に係る電子部品冷
却構造を備えたパッケージの製造方法について、図２乃
至図７を用いて説明する。図２乃至図７は、本発明に係
る電子部品冷却構造を備えたパッケージの製造方法の主
要工程を順に示した断面図である。
却構造を備えたパッケージの製造方法について、図２乃
至図７を用いて説明する。図２乃至図７は、本発明に係
る電子部品冷却構造を備えたパッケージの製造方法の主
要工程を順に示した断面図である。
【００３１】図２において、冷却手段１３中央の凹部３
０には、半田との接着性を確保するための前述したＣｒ
／Ｎｉ／ＡｕまたはＮｉ／Ａｕなどの金属膜が予め形成
されている（不図示）。この冷却手段１３の凹部３０の
中央には低融点のプリホーム半田を配置し、ヒータによ
り半田の融点以上に加熱して伝熱層１４を形成する。こ
のとき、伝熱層１４となるプリホーム半田の体積は、図
１に示したように回路基板１０に搭載された各電子部品
１１上面の高さバラツキ１００〜５００μｍに追従でき
るだけの十分な厚みが必要なので、少なくとも６００μ
ｍの厚みとなるように設定する。
０には、半田との接着性を確保するための前述したＣｒ
／Ｎｉ／ＡｕまたはＮｉ／Ａｕなどの金属膜が予め形成
されている（不図示）。この冷却手段１３の凹部３０の
中央には低融点のプリホーム半田を配置し、ヒータによ
り半田の融点以上に加熱して伝熱層１４を形成する。こ
のとき、伝熱層１４となるプリホーム半田の体積は、図
１に示したように回路基板１０に搭載された各電子部品
１１上面の高さバラツキ１００〜５００μｍに追従でき
るだけの十分な厚みが必要なので、少なくとも６００μ
ｍの厚みとなるように設定する。
【００３２】次に、図３に示すように、位置合わせ治具
２６の上面に金属またはセラミクスからなる伝熱ブロッ
ク１５を、後述する電子部品１１と対向する部分にそれ
ぞれ配置した後、それらの上方から図２の工程で形成さ
れた伝熱層１４を有する冷却手段１３を被せる。そし
て、位置合わせ治具２６の下面からヒータで全体を加熱
し、伝熱層１４となる低融点半田を再溶融して、伝熱ブ
ロック１５と伝熱層１４を接続する。尚、前述したよう
に予め伝熱ブロック１５の表面には、半田との接着性を
確保するための金属膜を伝熱層１４との接触面側に形成
しておく。また、伝熱層１４が次の工程で過度に流動し
て電子部品１１の側面に接することのないように、予め
伝熱ブロック１５の側面に熱酸化膜を形成しておくとよ
い。特に、伝熱ブロック１５の大きさが、図１０に示し
たように電子部品１１と同じ場合、或いは図１１に示し
たように小さい場合には、予め伝熱ブロック１５の側面
に熱酸化膜を形成した方がよい。
２６の上面に金属またはセラミクスからなる伝熱ブロッ
ク１５を、後述する電子部品１１と対向する部分にそれ
ぞれ配置した後、それらの上方から図２の工程で形成さ
れた伝熱層１４を有する冷却手段１３を被せる。そし
て、位置合わせ治具２６の下面からヒータで全体を加熱
し、伝熱層１４となる低融点半田を再溶融して、伝熱ブ
ロック１５と伝熱層１４を接続する。尚、前述したよう
に予め伝熱ブロック１５の表面には、半田との接着性を
確保するための金属膜を伝熱層１４との接触面側に形成
しておく。また、伝熱層１４が次の工程で過度に流動し
て電子部品１１の側面に接することのないように、予め
伝熱ブロック１５の側面に熱酸化膜を形成しておくとよ
い。特に、伝熱ブロック１５の大きさが、図１０に示し
たように電子部品１１と同じ場合、或いは図１１に示し
たように小さい場合には、予め伝熱ブロック１５の側面
に熱酸化膜を形成した方がよい。
【００３３】次に、図４に示すように、予め電子部品１
１が搭載された回路基板１０を用意し、この回路基板１
０を、図３までの工程で形成した、伝熱ブロック１５が
所要箇所に接着された伝熱層１４を内部に有する冷却手
段１３の上に被せる。
１が搭載された回路基板１０を用意し、この回路基板１
０を、図３までの工程で形成した、伝熱ブロック１５が
所要箇所に接着された伝熱層１４を内部に有する冷却手
段１３の上に被せる。
【００３４】次に、図５において、ヒータを用いて全体
を加熱し、伝熱層１４となる半田のみ（すなわち、回路
基板１０と電子部品１１との接続手段１２が溶融しない
温度とする）を再溶融する。伝熱層１４が溶融状態にあ
るとき、伝熱ブロック１５は溶融半田の表面張力により
上向きの力を受ける。この力に対向するように、回路基
板１０の上方から荷重Ｆを加えると、非可塑性伝熱材料
からなる伝熱ブロック１５は各電子部品１１の上面と完
全に接触し、その結果各電子部品１１の高さや傾きに正
確に追従するように上下方向に変位する。このとき同時
に伝熱ブロック１５同士の間に溶融半田が流動し、凸部
１４ａが形成される。次いで、ヒータを停止して伝熱層
１４となる半田を凝固させる。ここで、伝熱層１４の凝
固速度が場所によって異なること、最後に凝固する領域
は体積収縮による空洞や凹部が集積しやすくなることか
ら、このような現象を避けるために、半田が液相から固
相に遷移する間は、前記空洞や凹部を圧縮するように上
方からの荷重Ｆを継続して加える。
を加熱し、伝熱層１４となる半田のみ（すなわち、回路
基板１０と電子部品１１との接続手段１２が溶融しない
温度とする）を再溶融する。伝熱層１４が溶融状態にあ
るとき、伝熱ブロック１５は溶融半田の表面張力により
上向きの力を受ける。この力に対向するように、回路基
板１０の上方から荷重Ｆを加えると、非可塑性伝熱材料
からなる伝熱ブロック１５は各電子部品１１の上面と完
全に接触し、その結果各電子部品１１の高さや傾きに正
確に追従するように上下方向に変位する。このとき同時
に伝熱ブロック１５同士の間に溶融半田が流動し、凸部
１４ａが形成される。次いで、ヒータを停止して伝熱層
１４となる半田を凝固させる。ここで、伝熱層１４の凝
固速度が場所によって異なること、最後に凝固する領域
は体積収縮による空洞や凹部が集積しやすくなることか
ら、このような現象を避けるために、半田が液相から固
相に遷移する間は、前記空洞や凹部を圧縮するように上
方からの荷重Ｆを継続して加える。
【００３５】次に、図６に示すように、いったん回路基
板１０を冷却手段１３から分離し、伝熱ブロック１５の
上面に潤滑性伝熱材料１６を塗布する。冷却手段１３の
凸状の周縁部と回路基板１０の周縁部との間に、厚さ５
０μｍ程度のＯリング等の封止材２３を挿入する。
板１０を冷却手段１３から分離し、伝熱ブロック１５の
上面に潤滑性伝熱材料１６を塗布する。冷却手段１３の
凸状の周縁部と回路基板１０の周縁部との間に、厚さ５
０μｍ程度のＯリング等の封止材２３を挿入する。
【００３６】最後に、図７に示すように、封止材２３を
介して回路基板１０を冷却手段１３の上方に被せ、常温
において各電子部品１１と伝熱ブロック１５の上面を潤
滑性伝熱材料１６を介して当接させる。伝熱ブロック１
５は、図５の工程においてすでに各電子部品１１の高さ
バラツキや傾きバラツキに追従して変位しており、表面
の平坦性及び平行性は保たれているので、電子部品１１
の表面と伝熱ブロック１５の上面との間に凹凸のない一
定間隔の微小な間隙ｄが保持される。よって、この間隙
ｄに充填される潤滑性伝熱材料１６の厚さも微小かつ一
定になり、電子部品１１の温度上昇を低くかつ局所的な
温度バラツキなく均一に抑えることができる。また、伝
熱ブロック１５の表面は、各電子部品１１の表面を覆う
ように図３の工程において位置合わせ治具２６により配
置されており、各電子部品１１の側面と凸部１４ａとの
間に少なくとも１００μｍ以上の十分な間隙が確保され
ている。このため、回路基板１０と冷却手段１３の間に
水平方向に相対的なずれが生じても、凸部１４ａと各電
子部品１１の接触を避けることができる。尚、伝熱ブロ
ック１５の側面に熱酸化膜を形成して図１０及び図１１
に示したように伝熱層１４の凸部１４ａを小さく形成し
た場合には、伝熱ブロック１５が電子部品１１と同じ大
きさまたは小さくても、凸部１４ａと各電子部品１１の
接触を避けることができる。従って、接続手段１２に水
平方向に加わる力は潤滑性伝熱材料１６により緩和され
て大幅に低減すると共に、電子部品１１表面での局所的
な温度バラツキなく放熱できるので、電子部品１１の信
頼性を十分確保することができる。
介して回路基板１０を冷却手段１３の上方に被せ、常温
において各電子部品１１と伝熱ブロック１５の上面を潤
滑性伝熱材料１６を介して当接させる。伝熱ブロック１
５は、図５の工程においてすでに各電子部品１１の高さ
バラツキや傾きバラツキに追従して変位しており、表面
の平坦性及び平行性は保たれているので、電子部品１１
の表面と伝熱ブロック１５の上面との間に凹凸のない一
定間隔の微小な間隙ｄが保持される。よって、この間隙
ｄに充填される潤滑性伝熱材料１６の厚さも微小かつ一
定になり、電子部品１１の温度上昇を低くかつ局所的な
温度バラツキなく均一に抑えることができる。また、伝
熱ブロック１５の表面は、各電子部品１１の表面を覆う
ように図３の工程において位置合わせ治具２６により配
置されており、各電子部品１１の側面と凸部１４ａとの
間に少なくとも１００μｍ以上の十分な間隙が確保され
ている。このため、回路基板１０と冷却手段１３の間に
水平方向に相対的なずれが生じても、凸部１４ａと各電
子部品１１の接触を避けることができる。尚、伝熱ブロ
ック１５の側面に熱酸化膜を形成して図１０及び図１１
に示したように伝熱層１４の凸部１４ａを小さく形成し
た場合には、伝熱ブロック１５が電子部品１１と同じ大
きさまたは小さくても、凸部１４ａと各電子部品１１の
接触を避けることができる。従って、接続手段１２に水
平方向に加わる力は潤滑性伝熱材料１６により緩和され
て大幅に低減すると共に、電子部品１１表面での局所的
な温度バラツキなく放熱できるので、電子部品１１の信
頼性を十分確保することができる。
【００３７】＜実施例２＞図８は、本発明に係る電子部
品冷却構造を備えたパッケージの別の実施例を示す断面
図である。本実施例のパッケージは、実施例１の図２乃
至図５に示した製造方法により組立後、冷却手段１３と
回路基板１０で囲まれた空間全体に、潤滑性伝熱材料１
６を充填している点が実施例１と相違する。
品冷却構造を備えたパッケージの別の実施例を示す断面
図である。本実施例のパッケージは、実施例１の図２乃
至図５に示した製造方法により組立後、冷却手段１３と
回路基板１０で囲まれた空間全体に、潤滑性伝熱材料１
６を充填している点が実施例１と相違する。
【００３８】前述した実施例１では、冷却手段１３の熱
膨張／収縮に伴い、各電子部品１１と伝熱ブロック１５
との間隙ｄが拡大すると、接続手段１２である半田ボー
ルに対して垂直方向に引っ張り応力が加わり、各電子部
品１１の接続信頼性が低下する可能性がある。これに対
して、本実施例の構造は、間隙ｄの周囲に潤滑性伝熱材
料１６が満たされているので、間隙ｄの拡大に伴い潤滑
性伝熱材料１６が容易に間隙内に流動して、上記引っ張
り応力が緩和される利点がある。
膨張／収縮に伴い、各電子部品１１と伝熱ブロック１５
との間隙ｄが拡大すると、接続手段１２である半田ボー
ルに対して垂直方向に引っ張り応力が加わり、各電子部
品１１の接続信頼性が低下する可能性がある。これに対
して、本実施例の構造は、間隙ｄの周囲に潤滑性伝熱材
料１６が満たされているので、間隙ｄの拡大に伴い潤滑
性伝熱材料１６が容易に間隙内に流動して、上記引っ張
り応力が緩和される利点がある。
【００３９】以上、本発明の好適な実施例について説明
したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本
発明の精神を逸脱しない範囲内において種々の設計変更
をなし得ることは勿論である。例えば、非可塑性伝熱材
料からなる伝熱ブロック１５は、単純な平板である必要
はなく、電子部品１１の上面と伝熱ブロック１５の下面
との間に均一で微小な一定間隔の間隙を保持し、電子部
品１１の側面が伝熱層１４の凸部１４aと機械的に接触
しなければ、別の形状でもかまわない。例えば、図１に
示した実施例において、各電子部品１１と伝熱ブロック
１５が当接する面において、伝熱ブロック１５側に、各
電子部品１１よりも外形の大きな凹部を形成してキャッ
プのような形状にしてもよい。尚、その場合には、電子
部品１１の側面と対向する伝熱ブロック１５の面との間
隔は少なくとも１００μｍ以上は必要である。
したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本
発明の精神を逸脱しない範囲内において種々の設計変更
をなし得ることは勿論である。例えば、非可塑性伝熱材
料からなる伝熱ブロック１５は、単純な平板である必要
はなく、電子部品１１の上面と伝熱ブロック１５の下面
との間に均一で微小な一定間隔の間隙を保持し、電子部
品１１の側面が伝熱層１４の凸部１４aと機械的に接触
しなければ、別の形状でもかまわない。例えば、図１に
示した実施例において、各電子部品１１と伝熱ブロック
１５が当接する面において、伝熱ブロック１５側に、各
電子部品１１よりも外形の大きな凹部を形成してキャッ
プのような形状にしてもよい。尚、その場合には、電子
部品１１の側面と対向する伝熱ブロック１５の面との間
隔は少なくとも１００μｍ以上は必要である。
【００４０】
【発明の効果】前述した実施例から明らかなように、本
発明によれば、回路基板上に搭載された電子部品の上面
と、非可塑性の伝熱ブロックの下面との間が均一で一様
な間隙に保持されているため局所的な熱バラツキの発生
がなく、しかも伝熱ブロックと電子部品とは潤滑性伝熱
材料を介して接触していることにより回路基板との接続
手段に対して水平方向の力が加わるのを低減するため信
頼性も向上する。
発明によれば、回路基板上に搭載された電子部品の上面
と、非可塑性の伝熱ブロックの下面との間が均一で一様
な間隙に保持されているため局所的な熱バラツキの発生
がなく、しかも伝熱ブロックと電子部品とは潤滑性伝熱
材料を介して接触していることにより回路基板との接続
手段に対して水平方向の力が加わるのを低減するため信
頼性も向上する。
【００４１】また、可塑性伝熱材料からなる伝熱層に接
着された非可塑性伝熱材料からなる伝熱ブロックが、回
路基板に搭載された電子部品を直接押圧しながら型取り
する製造方法であるため、伝熱ブロックの下面を電子部
品の高さに合うように型取りできると共に、回路基板に
反り等があって電子部品が傾いていても伝熱ブロックの
下面と電子部品の上面との平行性を得ることができる結
果、容易に伝熱ブロックの下面と電子部品の上面との間
の微小な間隙を一定に保持することができ、電子部品の
局所的な温度上昇を回避することができる。
着された非可塑性伝熱材料からなる伝熱ブロックが、回
路基板に搭載された電子部品を直接押圧しながら型取り
する製造方法であるため、伝熱ブロックの下面を電子部
品の高さに合うように型取りできると共に、回路基板に
反り等があって電子部品が傾いていても伝熱ブロックの
下面と電子部品の上面との平行性を得ることができる結
果、容易に伝熱ブロックの下面と電子部品の上面との間
の微小な間隙を一定に保持することができ、電子部品の
局所的な温度上昇を回避することができる。
【００４２】従って、伝熱性能が高く、電子部品の信頼
性が十分に確保され、かつ生産性に優れた電子部品冷却
構造を備えたパッケージを実現することができる。
性が十分に確保され、かつ生産性に優れた電子部品冷却
構造を備えたパッケージを実現することができる。
【図１】本発明に係る電子部品冷却構造を備えたパッケ
ージの一実施例を示す断面図である。
ージの一実施例を示す断面図である。
【図２】図１に示した電子部品冷却構造を備えたパッケ
ージの製造方法を示す工程断面図である。
ージの製造方法を示す工程断面図である。
【図３】図２に示した次の製造工程を示す断面図であ
る。
る。
【図４】図３に示した次の製造工程を示す断面図であ
る。
る。
【図５】図４に示した次の製造工程を示す断面図であ
る。
る。
【図６】図５に示した次の製造工程を示す断面図であ
る。
る。
【図７】図６に示した次の工程を示す断面図である。
【図８】本発明に係る電子部品冷却構造を備えたパッケ
ージの別の実施例を示す断面図である。
ージの別の実施例を示す断面図である。
【図９】電子部品冷却構造を備えたパッケージの従来例
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図１０】本発明に係る電子部品冷却構造を備えたパッ
ケージの別の実施例を示す断面図である。
ケージの別の実施例を示す断面図である。
【図１１】本発明に係る電子部品冷却構造を備えたパッ
ケージの別の実施例を示す断面図である。
ケージの別の実施例を示す断面図である。
【図１２】電子部品冷却構造を備えたパッケージの別の
従来例を示す断面図である。
従来例を示す断面図である。
１０…回路基板、 １１…電子部品、 １２…接続手段、 １３…冷却手段、 １４…伝熱層、 １４a…凸部、 １５…伝熱ブロック、 １６…潤滑性伝熱材料、 １７…入出力端子、 ２３…封止材、 ２６…位置合わせ治具、 ３０…冷却手段の凹部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 徳田 正秀 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (12)
- 【請求項１】電子部品が装着されている回路基板と、電
子部品を冷却する冷却手段と、該冷却手段と前記電子部
品の間に配置され可塑性伝熱材料からなる型取りされた
伝熱層とからなる電子部品冷却構造を備えたパッケージ
において、 前記冷却手段の周縁部が凸状に形成されて成り、 前記伝熱層と前記電子部品との間に、前記伝熱層と接着
しかつ前記電子部品の上面との間に均一な一定間隔の間
隙を保持した非可塑性伝熱材からなる伝熱ブロックが設
けられると共に、 前記冷却手段の凸状周縁部が前記回路基板の周縁部で、
前記間隙の厚さを規定する封止材により封止接続されて
構成されることを特徴とする電子部品冷却構造を備えた
パッケージ。 - 【請求項２】前記封止材は、前記所定間隙と同じ一定の
厚さを有するＯリングまたはＣリングである請求項１記
載の電子部品冷却構造を備えたパッケージ。 - 【請求項３】前記伝熱ブロックが、前記電子部品の上面
より大きく、かつ、前記電子部品の上面を覆うように配
置されて成る請求項１または請求項２に記載の電子部品
冷却構造を備えたパッケージ。 - 【請求項４】前記伝熱層が低融点金属からなる請求項１
〜３のいずれか１項に記載の電子部品冷却構造を備えた
パッケージ。 - 【請求項５】前記間隙に潤滑性伝熱材料が充填されて成
る請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子部品冷却構
造を備えたパッケージ。 - 【請求項６】前記冷却手段と回路基板とで囲まれた前記
間隙を含む全領域に潤滑性伝熱材料が充填されて成る請
求項１〜４記載の電子部品冷却構造を備えたパッケー
ジ。 - 【請求項７】前記潤滑性伝熱材料は、熱伝導コンパウン
ド、シリコンオイル、鉱物油のいずれかから成る請求項
５または請求項６に記載の電子部品冷却構造を備えたパ
ッケージ。 - 【請求項８】凸状周縁部に囲まれた冷却手段の表面中央
部に可塑性伝熱材料からなる伝熱層を形成するステップ
と、 非可塑性伝熱材料からなる伝熱ブロックを前記冷却手段
上に形成された伝熱層に接着するステップと、 回路基板上に予め接続された電子部品を前記伝熱層に接
着された伝熱ブロックの上面に当接するステップと、 前記伝熱層を加熱して溶融状態に保ちながら前記回路基
板に荷重を加えて前記伝熱ブロックと前記電子部品とを
互いに押圧するステップと、 前記伝熱層を凝固するステップと、 前記電子部品と前記伝熱ブロックとの間に一定の所定間
隙を保つようにして回路基板の周縁部と冷却手段の前記
凸状周縁部とを封止接続するステップと、を含むことを
特徴とする電子部品冷却構造を備えたパッケージの製造
方法。 - 【請求項９】前記回路基板の周縁部と冷却手段の前記凸
状周縁部とを封止接続するステップは、前記所定間隙と
同じ一定の厚さを有するＯリングまたはＣリングにより
封止接続するステップからなる請求項８記載の電子部品
冷却構造を備えたパッケージの製造方法。 - 【請求項１０】前記伝熱層を凝固するステップは、前記
伝熱ブロックと前記電子部品を互いに押圧した状態で凝
固するステップからなる請求項８または請求項９に記載
の電子部品冷却構造を備えたパッケージの製造方法。 - 【請求項１１】前記伝熱層を凝固するステップの後に、
前記伝熱ブロックの上面に潤滑性伝熱材料を塗布するス
テップを追加して成る請求項８〜１０のいずれか１項に
記載の電子部品冷却構造を備えたパッケージの製造方
法。 - 【請求項１２】前記伝熱層を凝固するステップの後に、
回路基板と冷却手段の前記凸状周縁部で囲まれた領域に
潤滑性伝熱材料を充填するステップを追加して成る請求
項８〜１０のいずれか１項に記載の電子部品冷却構造を
備えたパッケージの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7157263A JPH098185A (ja) | 1995-06-23 | 1995-06-23 | 電子部品冷却構造を備えたパッケージ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7157263A JPH098185A (ja) | 1995-06-23 | 1995-06-23 | 電子部品冷却構造を備えたパッケージ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH098185A true JPH098185A (ja) | 1997-01-10 |
Family
ID=15645838
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7157263A Pending JPH098185A (ja) | 1995-06-23 | 1995-06-23 | 電子部品冷却構造を備えたパッケージ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH098185A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002353388A (ja) * | 2001-05-30 | 2002-12-06 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
| WO2007080956A1 (ja) * | 2006-01-13 | 2007-07-19 | Sony Chemical & Information Device Corporation | 圧着装置及び実装方法 |
| JP2009059760A (ja) * | 2007-08-30 | 2009-03-19 | Toshiba Corp | 電子回路基板の放熱構造体 |
-
1995
- 1995-06-23 JP JP7157263A patent/JPH098185A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002353388A (ja) * | 2001-05-30 | 2002-12-06 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
| WO2007080956A1 (ja) * | 2006-01-13 | 2007-07-19 | Sony Chemical & Information Device Corporation | 圧着装置及び実装方法 |
| JP2007189100A (ja) * | 2006-01-13 | 2007-07-26 | Sony Chemical & Information Device Corp | 圧着装置及び実装方法 |
| US7736459B2 (en) | 2006-01-13 | 2010-06-15 | Sony Corporation | Compression bonding device and a mounting method |
| US8011407B2 (en) | 2006-01-13 | 2011-09-06 | Sony Corporation | Compression bonding device |
| JP2009059760A (ja) * | 2007-08-30 | 2009-03-19 | Toshiba Corp | 電子回路基板の放熱構造体 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6091603A (en) | Customizable lid for improved thermal performance of modules using flip chips | |
| US4561011A (en) | Dimensionally stable semiconductor device | |
| US6292369B1 (en) | Methods for customizing lid for improved thermal performance of modules using flip chips | |
| US5981310A (en) | Multi-chip heat-sink cap assembly | |
| US5821161A (en) | Cast metal seal for semiconductor substrates and process thereof | |
| US7291913B2 (en) | System and method for high performance heat sink for multiple chip devices | |
| US5982038A (en) | Cast metal seal for semiconductor substrates | |
| US7061080B2 (en) | Power module package having improved heat dissipating capability | |
| US5972736A (en) | Integrated circuit package and method | |
| KR100957078B1 (ko) | 전기적으로 절연된 전력 장치 패키지 | |
| JPS5928989B2 (ja) | 回路パツケ−ジ及びその製造方法 | |
| JPH06224316A (ja) | 電力回路パッケージを形成する方法 | |
| US12027433B2 (en) | Semiconductor package and method for making the same | |
| CN103811437A (zh) | 有直接接触散热片的微电子封装及其制造方法 | |
| JP3070579B2 (ja) | 半導体装置の実装構造および実装方法 | |
| US20060273467A1 (en) | Flip chip package and method of conducting heat therefrom | |
| JP4757880B2 (ja) | 電子部品の製造方法および熱伝導部材の製造方法並びに電子部品用熱伝導部材の実装方法 | |
| US20230282611A1 (en) | Semiconductor device manufacturing method | |
| US5465481A (en) | Method for fabricating a semiconductor package | |
| JPH11121662A (ja) | 半導体装置の冷却構造 | |
| JPH098185A (ja) | 電子部品冷却構造を備えたパッケージ及びその製造方法 | |
| US7075174B2 (en) | Semiconductor packaging techniques for use with non-ceramic packages | |
| JP4833678B2 (ja) | 圧電発振器の製造方法 | |
| JPH09219473A (ja) | 電子部品冷却構造を備えたパッケージおよびその製造方法 | |
| WO1999016128A1 (en) | Semiconductor module |