JPH11220078A - 半導体パッケージの熱抵抗計算方法および記録媒体および熱抵抗計算装置 - Google Patents
半導体パッケージの熱抵抗計算方法および記録媒体および熱抵抗計算装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 放熱フィンが一体化された状態の半導体パッ
ケージの熱抵抗Ｒｊａを算出する。 【解決手段】 半導体チップ１が収納された半導体パッ
ケージの、ケース７裏面、リードフレーム２、リードフ
レーム２以外の側部をそれぞれ通る３つの放熱経路の熱
抵抗値Ｒｊｂ，Ｒｊｌ，Ｒｊｓと、半導体チップ１とケ
ース７表面との間の樹脂３の熱抵抗Ｒｊｃと、放熱フィ
ン１１の単体の熱抵抗Ｒｃａから、 【数１】 として、放熱フィンが一体化された状態の半導体パッケ
ージ全体の熱抵抗Ｒｊａを求める。また、熱抵抗Ｒｊｃ
は、 【数２】 により算出する。
ケージの熱抵抗Ｒｊａを算出する。 【解決手段】 半導体チップ１が収納された半導体パッ
ケージの、ケース７裏面、リードフレーム２、リードフ
レーム２以外の側部をそれぞれ通る３つの放熱経路の熱
抵抗値Ｒｊｂ，Ｒｊｌ，Ｒｊｓと、半導体チップ１とケ
ース７表面との間の樹脂３の熱抵抗Ｒｊｃと、放熱フィ
ン１１の単体の熱抵抗Ｒｃａから、 【数１】 として、放熱フィンが一体化された状態の半導体パッケ
ージ全体の熱抵抗Ｒｊａを求める。また、熱抵抗Ｒｊｃ
は、 【数２】 により算出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、放熱フィンが搭載
された状態の半導体パッケージの熱抵抗を計算する熱抵
抗計算方法および記録媒体および熱抵抗計算装置に関す
る。
された状態の半導体パッケージの熱抵抗を計算する熱抵
抗計算方法および記録媒体および熱抵抗計算装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、電子機器に発生する動作不良等の
トラブルのうち、熱に起因するトラブルは電子機器の局
所的な温度上昇により問題が生じる場合が多い。これ
は、近年の電子機器の小型化に伴う電気部品の高密度化
により、狭い範囲で温度が上昇する、いわゆる発熱密度
の上昇に起因するものである。従来より、各電気部品
は、設計段階で大まかな温度予測を行ない、温度変動を
考慮した上で製造されているが、このように発熱密度が
上昇すると、設計段階の温度予測を越えた加熱状態とな
り動作不良等のトラブルを生じることがある。
トラブルのうち、熱に起因するトラブルは電子機器の局
所的な温度上昇により問題が生じる場合が多い。これ
は、近年の電子機器の小型化に伴う電気部品の高密度化
により、狭い範囲で温度が上昇する、いわゆる発熱密度
の上昇に起因するものである。従来より、各電気部品
は、設計段階で大まかな温度予測を行ない、温度変動を
考慮した上で製造されているが、このように発熱密度が
上昇すると、設計段階の温度予測を越えた加熱状態とな
り動作不良等のトラブルを生じることがある。
【０００３】そこで、電子機器に搭載される電気部品
は、従来よりも厳密に個々の製品についてそれぞれ温度
予測を行ない、その温度予測に基づいて冷却装置の設計
（放熱フィンの選択や送風機の選択および配置など）を
行う必要がある。発熱を生じる電気部品である半導体パ
ッケージは、温度予測のために熱抵抗を精度よく求めな
ければならない。従来、半導体パッケージの熱抵抗を厳
密に求める方法として、まず、熱電対を用いて部品、基
板、放熱器などの表面温度を測定して求め、熱抵抗素子
のベース・エミッタ間の電圧降下を利用して半導体パッ
ケージのジャンクション温度を推定する。そして、「IE
EE 1996 Electronic Components andTechnology C
onference」の第１６５〜１７１頁に発表されている論
文「Validation Study of Compact Thermal Resis
tance Models of IC Packages （Zemo Yang ,Yo
ung Kwon）」に開示されている各種の熱抵抗コンパク
トモデル（図１１参照）に、これらの温度を代入して熱
抵抗を求めるという方法が知られている。
は、従来よりも厳密に個々の製品についてそれぞれ温度
予測を行ない、その温度予測に基づいて冷却装置の設計
（放熱フィンの選択や送風機の選択および配置など）を
行う必要がある。発熱を生じる電気部品である半導体パ
ッケージは、温度予測のために熱抵抗を精度よく求めな
ければならない。従来、半導体パッケージの熱抵抗を厳
密に求める方法として、まず、熱電対を用いて部品、基
板、放熱器などの表面温度を測定して求め、熱抵抗素子
のベース・エミッタ間の電圧降下を利用して半導体パッ
ケージのジャンクション温度を推定する。そして、「IE
EE 1996 Electronic Components andTechnology C
onference」の第１６５〜１７１頁に発表されている論
文「Validation Study of Compact Thermal Resis
tance Models of IC Packages （Zemo Yang ,Yo
ung Kwon）」に開示されている各種の熱抵抗コンパク
トモデル（図１１参照）に、これらの温度を代入して熱
抵抗を求めるという方法が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記した通り、半導体
パッケージなどの電気部品の発熱が電子機器のトラブル
となることがあるため、半導体パッケージの熱を逃すた
めに放熱フィンを半導体パッケージのケース表面に搭載
することが多い。ところで、前記のように、半導体パッ
ケージ自体の熱抵抗を求めて冷却装置等の設計に反映さ
せる方法は従来から行われているが、従来は放熱フィン
を搭載した状態の半導体パッケージの熱抵抗が求められ
ることはなかった。つまり、従来は、半導体パッケージ
単体の熱抵抗と放熱フィン単体の熱抵抗とがそれぞれ求
められることはあったが、両者が一体化した状態におけ
る熱抵抗については考慮されず、算出方法は見出されて
いなかった。実際は、ケース表面に放熱フィンが搭載さ
れることにより、搭載面を通る経路の熱抵抗に変化を生
じているはずであるが、この変動した熱抵抗を求めるこ
とは従来行われていなかった。従って、半導体パッケー
ジ単体の熱抵抗および放熱フィン単体の熱抵抗に基づい
て冷却装置の設計等が行われても、実際に即した最適な
設計が行われないおそれがあった。
パッケージなどの電気部品の発熱が電子機器のトラブル
となることがあるため、半導体パッケージの熱を逃すた
めに放熱フィンを半導体パッケージのケース表面に搭載
することが多い。ところで、前記のように、半導体パッ
ケージ自体の熱抵抗を求めて冷却装置等の設計に反映さ
せる方法は従来から行われているが、従来は放熱フィン
を搭載した状態の半導体パッケージの熱抵抗が求められ
ることはなかった。つまり、従来は、半導体パッケージ
単体の熱抵抗と放熱フィン単体の熱抵抗とがそれぞれ求
められることはあったが、両者が一体化した状態におけ
る熱抵抗については考慮されず、算出方法は見出されて
いなかった。実際は、ケース表面に放熱フィンが搭載さ
れることにより、搭載面を通る経路の熱抵抗に変化を生
じているはずであるが、この変動した熱抵抗を求めるこ
とは従来行われていなかった。従って、半導体パッケー
ジ単体の熱抵抗および放熱フィン単体の熱抵抗に基づい
て冷却装置の設計等が行われても、実際に即した最適な
設計が行われないおそれがあった。
【０００５】また、前記した従来の方法は、単一の半導
体パッケージに対してそれぞれ各所の温度等を実測した
上で半導体パッケージの熱抵抗を求めるものであり、半
導体パッケージのサイズ、半導体チップのサイズ、半導
体パッケージ内に充填される樹脂の材質などの熱抵抗に
影響を及ぼすファクターのうち、一つでも異なると、温
度等の測定や計算等をすべてやり直さなければならな
い。従って、１種類の半導体パッケージに関する熱抵抗
計算のための測定結果や計算結果を、他の種類の半導体
パッケージに応用することは不可能である。半導体パッ
ケージが同一のものでない限り全ての電子機器を設計す
るたびに、半導体パッケージの各所の温度等の測定や計
算等を逐一行わなければならないので、作業が極めて煩
雑であり、実験コストの増大を招くとともに、電子機器
を完成させるまでの時間的なロスが大きくなる。従っ
て、昨今の商品サイクル短期化に対応できないという問
題がある。
体パッケージに対してそれぞれ各所の温度等を実測した
上で半導体パッケージの熱抵抗を求めるものであり、半
導体パッケージのサイズ、半導体チップのサイズ、半導
体パッケージ内に充填される樹脂の材質などの熱抵抗に
影響を及ぼすファクターのうち、一つでも異なると、温
度等の測定や計算等をすべてやり直さなければならな
い。従って、１種類の半導体パッケージに関する熱抵抗
計算のための測定結果や計算結果を、他の種類の半導体
パッケージに応用することは不可能である。半導体パッ
ケージが同一のものでない限り全ての電子機器を設計す
るたびに、半導体パッケージの各所の温度等の測定や計
算等を逐一行わなければならないので、作業が極めて煩
雑であり、実験コストの増大を招くとともに、電子機器
を完成させるまでの時間的なロスが大きくなる。従っ
て、昨今の商品サイクル短期化に対応できないという問
題がある。
【０００６】また、詳述しないが、質量保存則（連続の
式）、運動量保存則（ナビエ・ストークスの式）、エネ
ルギー保存則（エネルギー保存式）に基づいて、差分法
や有限要素法を駆使して熱と流体の三次元問題を解く三
次元熱流体シミュレーションによって半導体パッケージ
の熱抵抗をもとめる方法がある。この方法を応用する
と、放熱フィンを搭載した状態の半導体パッケージの熱
抵抗を求めることが可能であるが、この方法は、前記の
従来例と同様に、半導体パッケージや半導体チップのサ
イズ、樹脂の材質などの熱抵抗に影響を及ぼすファクタ
ーのうち、一つでも異なると、三次元熱流体シミュレー
ションをすべてやり直さなければならなず、作業が極め
て煩雑であり、時間的なロスが大きく、商品サイクル短
期化に対応できない。特に、この三次元熱流体シミュレ
ーションを行なう方法は、差分法や有限要素法を駆使し
てメッシュ分割や境界条件設定を行なうために専門的知
識が必要なため、手軽に誰でも行なえるわけではないの
で、電子機器を設計するたびに逐一行うことは困難であ
る。
式）、運動量保存則（ナビエ・ストークスの式）、エネ
ルギー保存則（エネルギー保存式）に基づいて、差分法
や有限要素法を駆使して熱と流体の三次元問題を解く三
次元熱流体シミュレーションによって半導体パッケージ
の熱抵抗をもとめる方法がある。この方法を応用する
と、放熱フィンを搭載した状態の半導体パッケージの熱
抵抗を求めることが可能であるが、この方法は、前記の
従来例と同様に、半導体パッケージや半導体チップのサ
イズ、樹脂の材質などの熱抵抗に影響を及ぼすファクタ
ーのうち、一つでも異なると、三次元熱流体シミュレー
ションをすべてやり直さなければならなず、作業が極め
て煩雑であり、時間的なロスが大きく、商品サイクル短
期化に対応できない。特に、この三次元熱流体シミュレ
ーションを行なう方法は、差分法や有限要素法を駆使し
てメッシュ分割や境界条件設定を行なうために専門的知
識が必要なため、手軽に誰でも行なえるわけではないの
で、電子機器を設計するたびに逐一行うことは困難であ
る。
【０００７】そこで本発明の目的は、放熱フィンが搭載
された状態の半導体パッケージの熱抵抗を求め得るよう
にし、しかも半導体パッケージの形状などの条件が変わ
っても、専門知識を要することなく手軽に誰でも迅速か
つ容易に熱抵抗を求められるようにすることにある。
された状態の半導体パッケージの熱抵抗を求め得るよう
にし、しかも半導体パッケージの形状などの条件が変わ
っても、専門知識を要することなく手軽に誰でも迅速か
つ容易に熱抵抗を求められるようにすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、ケース内に半
導体チップが収納された半導体パッケージの熱抵抗計算
方法であって、前記ケース裏面を通る放熱経路の熱抵抗
Ｒｊｂと、前記リードフレームを通る放熱経路の熱抵抗
Ｒｊｌと、前記リードフレーム以外の側部を通る放熱経
路の熱抵抗Ｒｊｓと、前記半導体チップと前記ケース表
面との間の熱抵抗Ｒｊｃと、放熱フィン単体の熱抵抗Ｒ
ｃａとから、前記ケース表面に前記放熱フィンが搭載さ
れた状態の半導体パッケージの熱抵抗Ｒｊａを求めるこ
とを特徴とする。
導体チップが収納された半導体パッケージの熱抵抗計算
方法であって、前記ケース裏面を通る放熱経路の熱抵抗
Ｒｊｂと、前記リードフレームを通る放熱経路の熱抵抗
Ｒｊｌと、前記リードフレーム以外の側部を通る放熱経
路の熱抵抗Ｒｊｓと、前記半導体チップと前記ケース表
面との間の熱抵抗Ｒｊｃと、放熱フィン単体の熱抵抗Ｒ
ｃａとから、前記ケース表面に前記放熱フィンが搭載さ
れた状態の半導体パッケージの熱抵抗Ｒｊａを求めるこ
とを特徴とする。
【０００９】この時、
【００１０】
【数４】 により前記放熱フィンが搭載された状態の前記半導体パ
ッケージの熱抵抗Ｒｊａを求める。
ッケージの熱抵抗Ｒｊａを求める。
【００１１】また、前記半導体チップと前記ケース表面
との間に介在する部材の熱伝導率λ１と、前記半導体チ
ップと前記リードフレームとの間に介在する部材の熱伝
導率λ２とから、前記半導体チップと前記ケース表面と
の間の熱抵抗Ｒｊｃを求める。
との間に介在する部材の熱伝導率λ１と、前記半導体チ
ップと前記リードフレームとの間に介在する部材の熱伝
導率λ２とから、前記半導体チップと前記ケース表面と
の間の熱抵抗Ｒｊｃを求める。
【００１２】この時、
【００１３】
【数５】 により前記半導体チップと前記ケース表面との間の熱抵
抗Ｒｊｃを求める。
抗Ｒｊｃを求める。
【００１４】好ましくは、−０．２５＜α＜０．０３か
つ０．５＜β＜１．４である。そして、βの値が大きく
なるほどαの値が小さくなる。
つ０．５＜β＜１．４である。そして、βの値が大きく
なるほどαの値が小さくなる。
【００１５】これにより、放熱フィンが搭載された状態
の半導体パッケージの熱抵抗が、迅速かつ容易に求めら
れる。
の半導体パッケージの熱抵抗が、迅速かつ容易に求めら
れる。
【００１６】サイズの異なる複数の前記半導体パッケー
ジをサンプルとして、前記ケース裏面と、前記リードフ
レームと、前記リードフレーム以外の側部とをそれぞれ
通る３つの放熱経路の熱抵抗Ｒｊｂ、Ｒｊｌ、Ｒｊｓを
実測や熱解析により予め求めておき、前記サンプルのい
ずれともサイズの異なる前記半導体パッケージの３つの
放熱経路の熱抵抗Ｒｊｂ、Ｒｊｌ、Ｒｊｓについては、
前記サンプルの熱抵抗に基づいて補間することにより求
めてもよい。
ジをサンプルとして、前記ケース裏面と、前記リードフ
レームと、前記リードフレーム以外の側部とをそれぞれ
通る３つの放熱経路の熱抵抗Ｒｊｂ、Ｒｊｌ、Ｒｊｓを
実測や熱解析により予め求めておき、前記サンプルのい
ずれともサイズの異なる前記半導体パッケージの３つの
放熱経路の熱抵抗Ｒｊｂ、Ｒｊｌ、Ｒｊｓについては、
前記サンプルの熱抵抗に基づいて補間することにより求
めてもよい。
【００１７】冷却用送風の流速が異なる複数の条件下に
おける前記半導体パッケージの、前記ケース裏面と、前
記リードフレームと、前記リードフレーム以外の側部と
をそれぞれ通る３つの放熱経路の熱抵抗Ｒｊｂ、Ｒｊ
ｌ、Ｒｊｓをサンプルデータとして実測や熱解析により
予め求めておき、前記サンプルデータのいずれとも流速
の異なる条件下における前記半導体パッケージの３つの
放熱経路の熱抵抗Ｒｊｂ、Ｒｊｌ、Ｒｊｓについては、
前記サンプルデータに基づいて補間することにより求め
てもよい。
おける前記半導体パッケージの、前記ケース裏面と、前
記リードフレームと、前記リードフレーム以外の側部と
をそれぞれ通る３つの放熱経路の熱抵抗Ｒｊｂ、Ｒｊ
ｌ、Ｒｊｓをサンプルデータとして実測や熱解析により
予め求めておき、前記サンプルデータのいずれとも流速
の異なる条件下における前記半導体パッケージの３つの
放熱経路の熱抵抗Ｒｊｂ、Ｒｊｌ、Ｒｊｓについては、
前記サンプルデータに基づいて補間することにより求め
てもよい。
【００１８】これによると、代表的ないくつかのサンプ
ルについて実測や熱解析を行っておけば、様々な種類の
半導体パッケージに対して、また様々な実験条件下にお
ける熱抵抗を、ごく簡単な計算により求めることができ
る。
ルについて実測や熱解析を行っておけば、様々な種類の
半導体パッケージに対して、また様々な実験条件下にお
ける熱抵抗を、ごく簡単な計算により求めることができ
る。
【００１９】また、正方形以外の形状の前記半導体パッ
ケージについては、同一体積の正方形に換算して前記半
導体パッケージの熱抵抗Ｒｊａを求めてもよい。。
ケージについては、同一体積の正方形に換算して前記半
導体パッケージの熱抵抗Ｒｊａを求めてもよい。。
【００２０】前記半導体パッケージが、ヒートスプレッ
ダーをもたない場合と、内蔵型ヒートスプレッダーを有
する場合と、露出型ヒートスプレッダーを有する場合と
の、前記放熱フィンが搭載された状態の前記半導体パッ
ケージの熱抵抗Ｒｊａをそれぞれ求めてもよい。さら
に、前記半導体パッケージがヒートスプレッダーをもた
ない場合について、前記リードフレームが４２−鉄ニッ
ケル合金からなる場合と、前記リードフレームが銅合金
からなる場合との、前記放熱フィンが搭載された状態の
前記半導体パッケージの熱抵抗Ｒｊａをそれぞれ求めて
もよい。
ダーをもたない場合と、内蔵型ヒートスプレッダーを有
する場合と、露出型ヒートスプレッダーを有する場合と
の、前記放熱フィンが搭載された状態の前記半導体パッ
ケージの熱抵抗Ｒｊａをそれぞれ求めてもよい。さら
に、前記半導体パッケージがヒートスプレッダーをもた
ない場合について、前記リードフレームが４２−鉄ニッ
ケル合金からなる場合と、前記リードフレームが銅合金
からなる場合との、前記放熱フィンが搭載された状態の
前記半導体パッケージの熱抵抗Ｒｊａをそれぞれ求めて
もよい。
【００２１】本発明の記録媒体は、前記したいずれかの
計算方法をコンピュータに実行させるためのプログラム
を格納している。
計算方法をコンピュータに実行させるためのプログラム
を格納している。
【００２２】この記録媒体によると、パーソナルコンピ
ューター等で簡単に熱抵抗算出が行える。
ューター等で簡単に熱抵抗算出が行える。
【００２３】本発明の熱抵抗計算装置は、少なくとも前
記半導体パッケージのサイズと前記半導体チップのサイ
ズと前記放熱フィン単体の熱抵抗Ｒｃａとが入力される
入力部と、前記したいずれかの計算方法に基づいて前記
放熱フィンが搭載された状態の前記半導体パッケージの
熱抵抗Ｒｊａを求める演算処理部と、前記演算処理部に
て求めた前記導体パッケージの熱抵抗Ｒｊａを表示する
表示部とを有する。
記半導体パッケージのサイズと前記半導体チップのサイ
ズと前記放熱フィン単体の熱抵抗Ｒｃａとが入力される
入力部と、前記したいずれかの計算方法に基づいて前記
放熱フィンが搭載された状態の前記半導体パッケージの
熱抵抗Ｒｊａを求める演算処理部と、前記演算処理部に
て求めた前記導体パッケージの熱抵抗Ｒｊａを表示する
表示部とを有する。
【００２４】この熱抵抗計算装置によると、いくつかの
条件を入力するとその条件下での半導体パッケージの熱
抵抗が表示されるため、実際に製造していない製品につ
いても熱抵抗が予測でき、最適な製品設計が行える。
条件を入力するとその条件下での半導体パッケージの熱
抵抗が表示されるため、実際に製造していない製品につ
いても熱抵抗が予測でき、最適な製品設計が行える。
【００２５】また本発明の他の熱抵抗計算方法は、ケー
ス内に半導体チップが収納された半導体パッケージの熱
抵抗計算方法であって、半導体チップと前記ケース表面
との間に介在する部材の熱伝導率λ１と、前記半導体チ
ップとリードフレームとの間に介在する部材の熱伝導率
λ２とから、前記半導体チップと前記ケース表面との間
の熱抵抗Ｒｊｃを求めることを特徴とする。
ス内に半導体チップが収納された半導体パッケージの熱
抵抗計算方法であって、半導体チップと前記ケース表面
との間に介在する部材の熱伝導率λ１と、前記半導体チ
ップとリードフレームとの間に介在する部材の熱伝導率
λ２とから、前記半導体チップと前記ケース表面との間
の熱抵抗Ｒｊｃを求めることを特徴とする。
【００２６】この時、
【００２７】
【数６】 により前記半導体チップと前記ケース表面との間の熱抵
抗Ｒｊｃを求める。
抗Ｒｊｃを求める。
【００２８】好ましくは、−０．２５＜α＜０．０３か
つ０．５＜β＜１．４である。そして、βの値が大きく
なるほどαの値が小さくなる。
つ０．５＜β＜１．４である。そして、βの値が大きく
なるほどαの値が小さくなる。
【００２９】この熱抵抗計算方法によると、ヒートスプ
レッダーを有する半導体パッケージについて熱抵抗を従
来より正確に求めることができる。
レッダーを有する半導体パッケージについて熱抵抗を従
来より正確に求めることができる。
【００３０】本発明の他の記録媒体は、前記の計算方法
をコンピュータに実行させるためのプログラムを格納し
ている。
をコンピュータに実行させるためのプログラムを格納し
ている。
【００３１】本発明の他の熱抵抗計算装置は、少なくと
も前記半導体チップのサイズが入力される入力部と、前
記の計算方法に基づいて前記半導体チップと前記ケース
表面との間の熱抵抗Ｒｊｃを求める演算処理部とを有す
る。
も前記半導体チップのサイズが入力される入力部と、前
記の計算方法に基づいて前記半導体チップと前記ケース
表面との間の熱抵抗Ｒｊｃを求める演算処理部とを有す
る。
【００３２】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して詳細に説明する。まず、一般的な半導体
パッケージの種類について説明する。
図面を参照して詳細に説明する。まず、一般的な半導体
パッケージの種類について説明する。
【００３３】図１に示されるように、半導体パッケージ
の基本構造は、アイランド８上に搭載された半導体チッ
プ１がケース７内で樹脂３にモールドされている。ま
た、ケース７内部から四方に延出するリードフレーム２
と半導体チップ１とが、ボンディングワイヤ９により接
続されている。このような半導体パッケージは、一般的
にクワッドフラットパッケージ（以下「ＱＦＰ」とい
う）と呼ばれている。そして、このＱＦＰは、配線基板
４上に配置され、導通パターンをなす銅箔６上にリード
フレーム２がはんだ付けされて固定される。なお、銅箔
６はスルーホール５を介して配設基板４の裏面のパター
ンとも導通し、両面基板が形成される。
の基本構造は、アイランド８上に搭載された半導体チッ
プ１がケース７内で樹脂３にモールドされている。ま
た、ケース７内部から四方に延出するリードフレーム２
と半導体チップ１とが、ボンディングワイヤ９により接
続されている。このような半導体パッケージは、一般的
にクワッドフラットパッケージ（以下「ＱＦＰ」とい
う）と呼ばれている。そして、このＱＦＰは、配線基板
４上に配置され、導通パターンをなす銅箔６上にリード
フレーム２がはんだ付けされて固定される。なお、銅箔
６はスルーホール５を介して配設基板４の裏面のパター
ンとも導通し、両面基板が形成される。
【００３４】このような、ＱＦＰの内部構造は、大別し
て２つの種類が存在する。その一つは、図２（ａ），
（ｂ）に示すように、ケース７内においてアイランド８
上の半導体チップ１とリードフレーム２のみが樹脂３に
モールドされている構成がスタンダードタイプである。
これをさらに細かく分類すると、図２（ａ）に示すよう
に４２合金（鉄−ニッケル合金）からなるリードフレー
ム２ａを有する低消費電力向きのタイプと、図２（ｂ）
に示すように銅合金からなるリードフレーム２ｂを有す
る中規模消費電力向きのタイプとがある。
て２つの種類が存在する。その一つは、図２（ａ），
（ｂ）に示すように、ケース７内においてアイランド８
上の半導体チップ１とリードフレーム２のみが樹脂３に
モールドされている構成がスタンダードタイプである。
これをさらに細かく分類すると、図２（ａ）に示すよう
に４２合金（鉄−ニッケル合金）からなるリードフレー
ム２ａを有する低消費電力向きのタイプと、図２（ｂ）
に示すように銅合金からなるリードフレーム２ｂを有す
る中規模消費電力向きのタイプとがある。
【００３５】また、ＱＦＰのもうひとつのタイプは、図
２（ｃ），（ｄ）に示すように、半導体チップ１および
リードフレーム２との間に、これらの熱を効率的に放熱
させるための金属プレート製のヒートスプレッダー１０
が介在し、これらがケース７内に設けられ樹脂３でモー
ルドされている高消費電力向きのヒートスプレッダータ
イプである。さらにこのヒートスプレッダータイプに
は、図２（ｃ）に示すようにヒートスプレッダー１０が
ケース７内に内蔵されているタイプと、図２（ｄ）に示
すようにヒートスプレッダー１０が外部に露出している
タイプとがある。
２（ｃ），（ｄ）に示すように、半導体チップ１および
リードフレーム２との間に、これらの熱を効率的に放熱
させるための金属プレート製のヒートスプレッダー１０
が介在し、これらがケース７内に設けられ樹脂３でモー
ルドされている高消費電力向きのヒートスプレッダータ
イプである。さらにこのヒートスプレッダータイプに
は、図２（ｃ）に示すようにヒートスプレッダー１０が
ケース７内に内蔵されているタイプと、図２（ｄ）に示
すようにヒートスプレッダー１０が外部に露出している
タイプとがある。
【００３６】このようなＱＦＰにおいて、通常は半導体
チップからの熱を逃して外部の他部品などに影響を及ぼ
さないように、図３に示すように放熱フィン１１がケー
ス７表面に搭載されている。ここでは放熱フィン１１を
含むＱＦＰについて、熱抵抗を算出するための計算方法
を考察する。図３に示すように、ＱＦＰの半導体チップ
１が発する熱は様々な方向へ伝わり複雑な放熱を行って
いる。そこで、この放熱経路をいくつかの領域に分割し
た。すなわち、半導体チップ１からの発熱に対し最終的
に空気中へ熱が逃げる経路として、ＱＦＰの上面へ向か
う経路（ＴＯＰ経路）と、下面へ向かう経路（ＢＯＴＴ
ＯＭ経路）と、リードフレームへ伝わる経路（ＬＥＡＤ
経路）と、リードフレーム以外の側方へ伝わる経路（Ｓ
ＩＤＥ経路）との４つの放熱経路に区別した。このう
ち、ＱＦＰの上面へ向かうＴＯＰ経路を、半導体チップ
１の放熱部（図３においては明確に図示されていないが
チップ１の放熱部を、以下「ＩＣジャンクション」とい
う。）からケース７の表面までの経路と、ケース７上の
放熱フィン１１内部を通って外部へ放熱する経路とがつ
ながったものとして考える。
チップからの熱を逃して外部の他部品などに影響を及ぼ
さないように、図３に示すように放熱フィン１１がケー
ス７表面に搭載されている。ここでは放熱フィン１１を
含むＱＦＰについて、熱抵抗を算出するための計算方法
を考察する。図３に示すように、ＱＦＰの半導体チップ
１が発する熱は様々な方向へ伝わり複雑な放熱を行って
いる。そこで、この放熱経路をいくつかの領域に分割し
た。すなわち、半導体チップ１からの発熱に対し最終的
に空気中へ熱が逃げる経路として、ＱＦＰの上面へ向か
う経路（ＴＯＰ経路）と、下面へ向かう経路（ＢＯＴＴ
ＯＭ経路）と、リードフレームへ伝わる経路（ＬＥＡＤ
経路）と、リードフレーム以外の側方へ伝わる経路（Ｓ
ＩＤＥ経路）との４つの放熱経路に区別した。このう
ち、ＱＦＰの上面へ向かうＴＯＰ経路を、半導体チップ
１の放熱部（図３においては明確に図示されていないが
チップ１の放熱部を、以下「ＩＣジャンクション」とい
う。）からケース７の表面までの経路と、ケース７上の
放熱フィン１１内部を通って外部へ放熱する経路とがつ
ながったものとして考える。
【００３７】本発明において設定した放熱経路を図１１
の従来例と対比させてモデル化して示したものが、図４
である。ここで、各部の温度をＴ、各区間の熱抵抗をＲ
と表し、その部所を表す添え字を添えて示す。すなわ
ち、ＴｊはＩＣジャンクション温度、Ｔｃはケース表面
温度、Ｔａは周囲の空気温度であり、ＩＣジャンクショ
ンから下方へのＢＯＴＴＯＭ経路の熱抵抗はＲｊｂ、Ｉ
ＣジャンクションからリードフレームへのＬＥＡＤ経路
の熱抵抗はＲｊｌ、ＩＣジャンクションから側方へのＳ
ＩＤＥ経路の熱抵抗はＲｊｓであり、ＴＯＰ経路に関し
てはＩＣジャンクションからケース７表面の間の熱抵抗
はＲｊｃ、ケース７表面から周囲空気との間の熱抵抗は
Ｒｃａである。なお、この熱抵抗Ｒｃａは放熱フィン１
１単体の熱抵抗である。
の従来例と対比させてモデル化して示したものが、図４
である。ここで、各部の温度をＴ、各区間の熱抵抗をＲ
と表し、その部所を表す添え字を添えて示す。すなわ
ち、ＴｊはＩＣジャンクション温度、Ｔｃはケース表面
温度、Ｔａは周囲の空気温度であり、ＩＣジャンクショ
ンから下方へのＢＯＴＴＯＭ経路の熱抵抗はＲｊｂ、Ｉ
ＣジャンクションからリードフレームへのＬＥＡＤ経路
の熱抵抗はＲｊｌ、ＩＣジャンクションから側方へのＳ
ＩＤＥ経路の熱抵抗はＲｊｓであり、ＴＯＰ経路に関し
てはＩＣジャンクションからケース７表面の間の熱抵抗
はＲｊｃ、ケース７表面から周囲空気との間の熱抵抗は
Ｒｃａである。なお、この熱抵抗Ｒｃａは放熱フィン１
１単体の熱抵抗である。
【００３８】従来は放熱フィンを取り付けない状態のＱ
ＦＰを独立した１つの部品として考え、ＴＯＰ経路の熱
抵抗Ｒｊｔが、ＩＣジャンクションからケース７表面の
間の熱抵抗Ｒｊｃであるとみなして、ＱＦＰの熱抵抗Ｒ
ｊａを求めている。放熱フィン１１に関してはＱＦＰと
は別部品とみなして、単独の熱抵抗を求めることはあっ
ても、放熱フィンを取り付けない状態のＱＦＰの熱抵抗
と放熱フィン単体の熱抵抗とを関連づけて考察すること
はなかった。しかし、実際には放熱フィンを取り付ける
ことによりＱＦＰの熱抵抗に影響を及ぼすため、両者の
熱抵抗をそれぞれ単独に求めてもこの電気部品の熱的な
性能を正確に知ることはできない。これに対し本発明で
は、熱抵抗の考察を行う上では、放熱フィン１１が取り
付けられてはじめて１個のＱＦＰが完成するものととみ
なしている。すなわち、本発明では半導体チップ１やリ
ードフレーム２を含むケース７と放熱フィン１１とを一
体化した状態で一つの電気部品（半導体パッケージ）と
みなし、熱抵抗に関する計算を行う。
ＦＰを独立した１つの部品として考え、ＴＯＰ経路の熱
抵抗Ｒｊｔが、ＩＣジャンクションからケース７表面の
間の熱抵抗Ｒｊｃであるとみなして、ＱＦＰの熱抵抗Ｒ
ｊａを求めている。放熱フィン１１に関してはＱＦＰと
は別部品とみなして、単独の熱抵抗を求めることはあっ
ても、放熱フィンを取り付けない状態のＱＦＰの熱抵抗
と放熱フィン単体の熱抵抗とを関連づけて考察すること
はなかった。しかし、実際には放熱フィンを取り付ける
ことによりＱＦＰの熱抵抗に影響を及ぼすため、両者の
熱抵抗をそれぞれ単独に求めてもこの電気部品の熱的な
性能を正確に知ることはできない。これに対し本発明で
は、熱抵抗の考察を行う上では、放熱フィン１１が取り
付けられてはじめて１個のＱＦＰが完成するものととみ
なしている。すなわち、本発明では半導体チップ１やリ
ードフレーム２を含むケース７と放熱フィン１１とを一
体化した状態で一つの電気部品（半導体パッケージ）と
みなし、熱抵抗に関する計算を行う。
【００３９】以上説明した本発明の考え方に基づいて、
ＱＦＰのＩＣジャンクションから周囲空気までの全放熱
経路を総合した熱抵抗Ｒｊａは、
ＱＦＰのＩＣジャンクションから周囲空気までの全放熱
経路を総合した熱抵抗Ｒｊａは、
【００４０】
【数７】 で求められる。
【００４１】なお、この式（１）は試行錯誤的に求めた
ものであり、パッケージの種類や特性の異なったいくつ
かのＱＦＰについて、専門的知識をを駆使して熱と流体
の三次元問題を解く三次元熱流体シミュレーションを行
って熱抵抗Ｒｊｃを求めた結果と、式（１）により熱抵
抗Ｒｊｃを求めた結果とを比較したところ、試行した全
てのＱＦＰに関して両者の誤差が無視できる程度の小さ
さであったことから、様々なＱＦＰに広く適用可能であ
るとみなしたものである。式（１）に基づくＱＦＰの熱
抵抗算出の一例について、以下に具体的に説明する。
ものであり、パッケージの種類や特性の異なったいくつ
かのＱＦＰについて、専門的知識をを駆使して熱と流体
の三次元問題を解く三次元熱流体シミュレーションを行
って熱抵抗Ｒｊｃを求めた結果と、式（１）により熱抵
抗Ｒｊｃを求めた結果とを比較したところ、試行した全
てのＱＦＰに関して両者の誤差が無視できる程度の小さ
さであったことから、様々なＱＦＰに広く適用可能であ
るとみなしたものである。式（１）に基づくＱＦＰの熱
抵抗算出の一例について、以下に具体的に説明する。
【００４２】本例では、図２（ｂ）に示すような、銅合
金からなるリードフレーム２ｂを有し放熱フィン１１を
搭載したスタンダードタイプのＱＦＰの熱抵抗Ｒｊａを
算出する。まず、実測温度等に基づきＴＯＰ経路以外の
各放熱経路Ｒｊｂ、Ｒｊｌ、Ｒｊｓを調べる。その結果
を以下に示す。
金からなるリードフレーム２ｂを有し放熱フィン１１を
搭載したスタンダードタイプのＱＦＰの熱抵抗Ｒｊａを
算出する。まず、実測温度等に基づきＴＯＰ経路以外の
各放熱経路Ｒｊｂ、Ｒｊｌ、Ｒｊｓを調べる。その結果
を以下に示す。
【００４３】
【表１】 なお、ＢＯＴＴＯＭ、ＬＥＡＤ、ＳＩＤＥの３つの放熱
経路は、放熱フィン１１の有無にかかわらず絶対熱抵抗
はあまり変化せず、ＱＦＰ全体の熱抵抗Ｒｊａを求める
上では、放熱フィン有りの状態の３経路の熱抵抗を用い
て計算しても、放熱フィン無しの状態の３経路の熱抵抗
を用いて計算しても、放熱フィン有りの状態と無しの状
態の熱抵抗の平均値を用いて計算しても、いずれでも許
容される。ここでは、放熱フィン有りの状態と無しの状
態のほぼ平均値をとって、 Ｒｊｂ＝６０（℃／Ｗ）、 Ｒｊｌ＝１２１０（℃／Ｗ）、 Ｒｊｓ＝２１８（℃／Ｗ）としている。
経路は、放熱フィン１１の有無にかかわらず絶対熱抵抗
はあまり変化せず、ＱＦＰ全体の熱抵抗Ｒｊａを求める
上では、放熱フィン有りの状態の３経路の熱抵抗を用い
て計算しても、放熱フィン無しの状態の３経路の熱抵抗
を用いて計算しても、放熱フィン有りの状態と無しの状
態の熱抵抗の平均値を用いて計算しても、いずれでも許
容される。ここでは、放熱フィン有りの状態と無しの状
態のほぼ平均値をとって、 Ｒｊｂ＝６０（℃／Ｗ）、 Ｒｊｌ＝１２１０（℃／Ｗ）、 Ｒｊｓ＝２１８（℃／Ｗ）としている。
【００４４】つぎに、このＱＦＰについて熱抵抗Ｒｊｃ
を求める。
を求める。
【００４５】一般的に、固体内の対向する２面間の熱抵
抗Ｒは、２面間に介在する部材の熱伝導率λ、２面間の
距離Ｌ、面積Ａから、
抗Ｒは、２面間に介在する部材の熱伝導率λ、２面間の
距離Ｌ、面積Ａから、
【００４６】
【数８】 により求められる。
【００４７】ここで用いているＱＦＰは、距離Ｌ＝０．
０００９４５（ｍ）、熱伝導率λ＝０．６（Ｗ／ｍｋ）
（これはプラスチックの熱伝導率である）、半導体チッ
プ一辺＝１３．６ｍｍより面積Ａ＝０．０１３６
2（ｍ2）である。これを式（２）に代入すると、Ｒｊｃ
＝８．５２（℃／Ｗ）となる。
０００９４５（ｍ）、熱伝導率λ＝０．６（Ｗ／ｍｋ）
（これはプラスチックの熱伝導率である）、半導体チッ
プ一辺＝１３．６ｍｍより面積Ａ＝０．０１３６
2（ｍ2）である。これを式（２）に代入すると、Ｒｊｃ
＝８．５２（℃／Ｗ）となる。
【００４８】また、放熱フィン単独での熱抵抗Ｒｃａは
１３．７（℃／Ｗ）である。
１３．７（℃／Ｗ）である。
【００４９】以上のようにして求められた各所の熱抵抗
Ｒｊｃ、Ｒｊａ、Ｒｊｂ、Ｒｊｌ、Ｒｊｓを式（１）に
代入することにより、放熱フィン搭載時の熱抵抗が計算
できる。その結果、Ｒｊａ＝１４．９（℃／Ｗ）であっ
た。
Ｒｊｃ、Ｒｊａ、Ｒｊｂ、Ｒｊｌ、Ｒｊｓを式（１）に
代入することにより、放熱フィン搭載時の熱抵抗が計算
できる。その結果、Ｒｊａ＝１４．９（℃／Ｗ）であっ
た。
【００５０】一方、詳述しないが、このＱＦＰについて
三次元熱流体シミュレーションを行って求めた熱抵抗値
は、Ｒｊａ＝１４．７℃／Ｗであった。従って、本発明
の式（１）により求めた熱抵抗Ｒｊａの誤差は１．３％
程度であり、十分な精度が得られたことがわかった。
三次元熱流体シミュレーションを行って求めた熱抵抗値
は、Ｒｊａ＝１４．７℃／Ｗであった。従って、本発明
の式（１）により求めた熱抵抗Ｒｊａの誤差は１．３％
程度であり、十分な精度が得られたことがわかった。
【００５１】ところで、ヒートスプレッダータイプのＱ
ＦＰについては、ＩＣジャンクションからケース７表面
の間の熱抵抗Ｒｊｃを、式（２）により単純に求めるこ
とができない。すなわち、半導体チップ１とリードフレ
ーム２との間に良熱伝導性の銅板からなるヒートスプレ
ッダー１０が熱的に結合すると、ＱＦＰ全体に熱拡散
し、熱抵抗が小さくなる。図５に示すように、ヒートス
プレッダータイプでは、チップ１とリードフレーム２と
の間の銅（ヒートスプレッダー１０）を介しての放熱が
無視できないので、式（２）では単純に求められない。
ＦＰについては、ＩＣジャンクションからケース７表面
の間の熱抵抗Ｒｊｃを、式（２）により単純に求めるこ
とができない。すなわち、半導体チップ１とリードフレ
ーム２との間に良熱伝導性の銅板からなるヒートスプレ
ッダー１０が熱的に結合すると、ＱＦＰ全体に熱拡散
し、熱抵抗が小さくなる。図５に示すように、ヒートス
プレッダータイプでは、チップ１とリードフレーム２と
の間の銅（ヒートスプレッダー１０）を介しての放熱が
無視できないので、式（２）では単純に求められない。
【００５２】そこで、ヒートスプレッダータイプを含む
様々な内部構造を有するＱＦＰの半導体チップ１からケ
ース７表面の間の熱抵抗Ｒｊｃを求め得るように、次の
式（３）により熱抵抗Ｒｊｃを求める。
様々な内部構造を有するＱＦＰの半導体チップ１からケ
ース７表面の間の熱抵抗Ｒｊｃを求め得るように、次の
式（３）により熱抵抗Ｒｊｃを求める。
【００５３】
【数９】 ここで、熱伝導率λ１は半導体チップ１とケース７表面
の間に介在する部材の熱伝導率、Ｌは２面間の距離、Ａ
は半導体チップ面積、λ２は半導体チップ１とリードフ
レーム２との間に介在する部材の熱伝導率である。従っ
て、スタンダードタイプ（図２（ａ），（ｂ）参照）の
場合は熱伝導率λ１、λ２とも樹脂３の熱伝導率であ
り、内蔵型ヒートスプレッダータイプ（図２（ｃ）参
照）の場合は熱伝導率λ１が樹脂３の熱伝導率で、熱伝
導率λ２がヒートスプレッダー１０をなす銅板の熱伝導
率である。そして、露出型ヒートスプレッダータイプ
（図２（ｄ）参照）の場合は熱伝導率λ１，λ２ともヒ
ートスプレッダー１０をなす銅板の熱伝導率である。ま
た、β（定数）およびα（乗数）は高精度化のための補
正値である。
の間に介在する部材の熱伝導率、Ｌは２面間の距離、Ａ
は半導体チップ面積、λ２は半導体チップ１とリードフ
レーム２との間に介在する部材の熱伝導率である。従っ
て、スタンダードタイプ（図２（ａ），（ｂ）参照）の
場合は熱伝導率λ１、λ２とも樹脂３の熱伝導率であ
り、内蔵型ヒートスプレッダータイプ（図２（ｃ）参
照）の場合は熱伝導率λ１が樹脂３の熱伝導率で、熱伝
導率λ２がヒートスプレッダー１０をなす銅板の熱伝導
率である。そして、露出型ヒートスプレッダータイプ
（図２（ｄ）参照）の場合は熱伝導率λ１，λ２ともヒ
ートスプレッダー１０をなす銅板の熱伝導率である。ま
た、β（定数）およびα（乗数）は高精度化のための補
正値である。
【００５４】この式（３）で求めた熱抵抗値Ｒｊｃを前
記式（１）に代入することにより、スタンダードタイプ
およびヒートスプレッダータイプの双方に関して精度よ
く熱抵抗Ｒｊａを求めることができる。定数α、乗数β
については、０．５＜β＜１．４かつ−０．４５＜α＜
０．２の範囲、好ましくは、０．５＜β＜１．４かつ−
０．２５＜α＜０．０３の範囲内で設定される。なお、
この定数αおよび乗数βは、一般的な条件の下で最終的
な計算結果である熱抵抗Ｒｊａが誤差２０％以下となる
ような値を、実験により試行錯誤的に求めた結果であ
る。定数βが大きくなるほどに乗数αを小さくすること
が好ましく、定数βに対応する乗数αの最適範囲を以下
に示す。
記式（１）に代入することにより、スタンダードタイプ
およびヒートスプレッダータイプの双方に関して精度よ
く熱抵抗Ｒｊａを求めることができる。定数α、乗数β
については、０．５＜β＜１．４かつ−０．４５＜α＜
０．２の範囲、好ましくは、０．５＜β＜１．４かつ−
０．２５＜α＜０．０３の範囲内で設定される。なお、
この定数αおよび乗数βは、一般的な条件の下で最終的
な計算結果である熱抵抗Ｒｊａが誤差２０％以下となる
ような値を、実験により試行錯誤的に求めた結果であ
る。定数βが大きくなるほどに乗数αを小さくすること
が好ましく、定数βに対応する乗数αの最適範囲を以下
に示す。
【００５５】
【表２】 つぎに、図示しないがＱＦＰ形状および半導体チップ形
状が長方形状の場合の計算方法について述べる。
状が長方形状の場合の計算方法について述べる。
【００５６】上述したパッケージ形態は、正方形状であ
ることを前提としてきたが、現状では長方形状のＱＦ
Ｐ、半導体チップ１も多く用いられている。そこで、長
方形ＱＦＰについて、各所の温度等を実測してその値に
基づき従来例（図１１参照）と同様にモデル化して熱抵
抗Ｒｊａを求めた。また、この長方形状のＱＦＰおよび
半導体チップ１を、体積が同一となる正方形に換算して
モデル化し、前記式（１）および式（３）を用いて熱抵
抗Ｒｊａを算出した。さらに、この長方形状のＱＦＰに
ついて、三次元熱流体シミュレーションを行い熱抵抗Ｒ
ｊａを求めた。そして、これら３通りの方法で求めた熱
抵抗Ｒｊａを比較したところ、３者ともほとんど同じ結
果が得られた。
ることを前提としてきたが、現状では長方形状のＱＦ
Ｐ、半導体チップ１も多く用いられている。そこで、長
方形ＱＦＰについて、各所の温度等を実測してその値に
基づき従来例（図１１参照）と同様にモデル化して熱抵
抗Ｒｊａを求めた。また、この長方形状のＱＦＰおよび
半導体チップ１を、体積が同一となる正方形に換算して
モデル化し、前記式（１）および式（３）を用いて熱抵
抗Ｒｊａを算出した。さらに、この長方形状のＱＦＰに
ついて、三次元熱流体シミュレーションを行い熱抵抗Ｒ
ｊａを求めた。そして、これら３通りの方法で求めた熱
抵抗Ｒｊａを比較したところ、３者ともほとんど同じ結
果が得られた。
【００５７】このことから、内部構造や体積が同一であ
れば熱抵抗Ｒｊａは変化しないことがわかる。すなわ
ち、長方形状など正方形以外の形状の半導体チップやＱ
ＦＰについては、同体積の正方形に換算して、前記した
式（１），（３）を用いて熱抵抗Ｒｊａを算出すること
により簡単に精度よく求めることができる。
れば熱抵抗Ｒｊａは変化しないことがわかる。すなわ
ち、長方形状など正方形以外の形状の半導体チップやＱ
ＦＰについては、同体積の正方形に換算して、前記した
式（１），（３）を用いて熱抵抗Ｒｊａを算出すること
により簡単に精度よく求めることができる。
【００５８】次に、以上説明した熱抵抗計算を実際に行
なうための熱抵抗計算装置について説明する。図６はこ
の熱抵抗計算装置の概略を示すブロック図であり、図７
はこの熱抵抗計算装置の初期設定を行う準備工程を示す
フローチャートであり、図８は、準備工程完了後に行わ
れる、様々なタイプのＱＦＰの熱抵抗Ｒｊａを求める実
際の熱抵抗計算工程を示すフローチャートである。
なうための熱抵抗計算装置について説明する。図６はこ
の熱抵抗計算装置の概略を示すブロック図であり、図７
はこの熱抵抗計算装置の初期設定を行う準備工程を示す
フローチャートであり、図８は、準備工程完了後に行わ
れる、様々なタイプのＱＦＰの熱抵抗Ｒｊａを求める実
際の熱抵抗計算工程を示すフローチャートである。
【００５９】この熱抵抗計算装置は、様々なタイプおよ
び性能の放熱フィン付きＱＦＰが、様々な条件下で用い
られる場合の熱抵抗Ｒｊａを求め得るものであり、キー
ボードなどの入力部２１と、熱抵抗を求めるための演算
処理部２２と、演算結果を表示するディスプレイ等の表
示部２３と、演算を行うためのデータや数式を記憶する
記憶部２４とからなる。以下に、この熱抵抗計算装置を
用いてＱＦＰの熱抵抗を求めるための工程について詳細
に説明する。
び性能の放熱フィン付きＱＦＰが、様々な条件下で用い
られる場合の熱抵抗Ｒｊａを求め得るものであり、キー
ボードなどの入力部２１と、熱抵抗を求めるための演算
処理部２２と、演算結果を表示するディスプレイ等の表
示部２３と、演算を行うためのデータや数式を記憶する
記憶部２４とからなる。以下に、この熱抵抗計算装置を
用いてＱＦＰの熱抵抗を求めるための工程について詳細
に説明する。
【００６０】前記した通り、式（１），式（３）を用い
ることにより様々なＱＦＰの熱抵抗Ｒｊａを精度よく求
めることができるが、式（１）に代入するＢＯＴＴＯ
Ｍ、ＬＥＡＤ、ＳＩＤＥの３つの放熱経路の各熱抵抗Ｒ
ｊｂ、Ｒｊｌ、Ｒｊｓを求めるために、その都度温度等
の実測や熱解析を行うのでは、汎用性に乏しく、作業が
煩雑で時間的なロスが大きく商品サイクル短期化に対応
できないという従来の問題点を十分解消したとはいえな
い。そこで、この熱抵抗計算装置では、３放熱経路の各
抵抗Ｒｊｂ、Ｒｊｌ、Ｒｊｓについても、逐一温度実測
等を行う必要をなくし、より簡単に算出できるようにし
ている。この熱抵抗計算装置は、予めいくつかのＱＦＰ
をサンプルとして熱抵抗Ｒｊｂ、Ｒｊｌ、Ｒｊｓを求め
てそのデータを記憶しておき、その後の熱抵抗計算で
は、サンプルのデータに基づいて補間することにより、
温度実測等を不要にしている。
ることにより様々なＱＦＰの熱抵抗Ｒｊａを精度よく求
めることができるが、式（１）に代入するＢＯＴＴＯ
Ｍ、ＬＥＡＤ、ＳＩＤＥの３つの放熱経路の各熱抵抗Ｒ
ｊｂ、Ｒｊｌ、Ｒｊｓを求めるために、その都度温度等
の実測や熱解析を行うのでは、汎用性に乏しく、作業が
煩雑で時間的なロスが大きく商品サイクル短期化に対応
できないという従来の問題点を十分解消したとはいえな
い。そこで、この熱抵抗計算装置では、３放熱経路の各
抵抗Ｒｊｂ、Ｒｊｌ、Ｒｊｓについても、逐一温度実測
等を行う必要をなくし、より簡単に算出できるようにし
ている。この熱抵抗計算装置は、予めいくつかのＱＦＰ
をサンプルとして熱抵抗Ｒｊｂ、Ｒｊｌ、Ｒｊｓを求め
てそのデータを記憶しておき、その後の熱抵抗計算で
は、サンプルのデータに基づいて補間することにより、
温度実測等を不要にしている。
【００６１】まず、図７に示す準備工程において、サン
プルのデータをとる。例えば、スタンダードタイプやヒ
ートスプレッダータイプなどのパッケージの種類と、Ｑ
ＦＰのサイズと、冷却用に別設する送風機からの冷却用
送風の流速と、放熱フィン１１の有無といった条件を変
えて、各条件における熱抵抗Ｒｊｂ、Ｒｊｌ、Ｒｊｓを
求める。ここでは、パッケージタイプは前述した４種類
（図２（ａ）〜（ｄ）参照）、ＱＦＰサイズは正方形の
１辺が１０（ｍｍ），２０（ｍｍ），３０（ｍｍ），４
０（ｍｍ）の４種類、流速は１（ｍ／ｓｅｃ），２（ｍ
／ｓｅｃ），３（ｍ／ｓｅｃ）の３種類、放熱フィン有
無の２種類の組み合わせからなる９６通りの条件下で、
温度実測や熱解析によりＢＯＴＴＯＭ、ＬＥＡＤ、ＳＩ
ＤＥの３つの放熱経路の熱量比を求める（ステップ１０
１）。また、この９６通りの条件下で、３次元熱流体シ
ュミレーションによりＱＦＰ全体の熱抵抗Ｒｊａも求め
てしまう。そのうち銅合金リードフレーム２ａを有する
スタンダードタイプＱＦＰの流速１（ｍ／ｓｅｃ）の条
件に関する結果を以下に示す。
プルのデータをとる。例えば、スタンダードタイプやヒ
ートスプレッダータイプなどのパッケージの種類と、Ｑ
ＦＰのサイズと、冷却用に別設する送風機からの冷却用
送風の流速と、放熱フィン１１の有無といった条件を変
えて、各条件における熱抵抗Ｒｊｂ、Ｒｊｌ、Ｒｊｓを
求める。ここでは、パッケージタイプは前述した４種類
（図２（ａ）〜（ｄ）参照）、ＱＦＰサイズは正方形の
１辺が１０（ｍｍ），２０（ｍｍ），３０（ｍｍ），４
０（ｍｍ）の４種類、流速は１（ｍ／ｓｅｃ），２（ｍ
／ｓｅｃ），３（ｍ／ｓｅｃ）の３種類、放熱フィン有
無の２種類の組み合わせからなる９６通りの条件下で、
温度実測や熱解析によりＢＯＴＴＯＭ、ＬＥＡＤ、ＳＩ
ＤＥの３つの放熱経路の熱量比を求める（ステップ１０
１）。また、この９６通りの条件下で、３次元熱流体シ
ュミレーションによりＱＦＰ全体の熱抵抗Ｒｊａも求め
てしまう。そのうち銅合金リードフレーム２ａを有する
スタンダードタイプＱＦＰの流速１（ｍ／ｓｅｃ）の条
件に関する結果を以下に示す。
【００６２】
【表３】 次に、各条件における熱抵抗Ｒｊｂ、Ｒｊｌ、Ｒｊｓを
求める（ステップ１０２）。これは、ＱＦＰ全体の熱抵
抗Ｒｊａを各熱量比で割ることによってそれぞれ求めら
れる。その結果を以下に示す。
求める（ステップ１０２）。これは、ＱＦＰ全体の熱抵
抗Ｒｊａを各熱量比で割ることによってそれぞれ求めら
れる。その結果を以下に示す。
【００６３】
【表４】 本実施形態では、放熱フィン１１が取り付けられた状態
の熱抵抗と取り付けられていない状態の熱抵抗との平均
値を取る（ステップ１０３）。この結果を以下に示す。
の熱抵抗と取り付けられていない状態の熱抵抗との平均
値を取る（ステップ１０３）。この結果を以下に示す。
【００６４】
【表５】 そこで、４通りのＱＦＰサイズと各熱抵抗Ｒｊｂ、Ｒｊ
ｌ、Ｒｊｓとの関係（図９のグラフにて示す）を求め、
サンプルと異なるサイズの熱抵抗を補間により求めるた
めの近似式を求める（ステップ１０４）。ここでは、Ｑ
ＦＰサイズ（正方形の１辺）をｙ（ｍｍ）とすると、 Ｒｊｂ（ｙ）＝−３．７５ｙ＋２１２．５ Ｒｊｌ（ｙ）＝−７．５ｙ＋４２５ Ｒｊｓ（ｙ）＝−１０ｙ＋６００ となる。この近似式は記憶部２４に記憶される。なお、
他のパッケージタイプについても同様の処理が行われ
る。
ｌ、Ｒｊｓとの関係（図９のグラフにて示す）を求め、
サンプルと異なるサイズの熱抵抗を補間により求めるた
めの近似式を求める（ステップ１０４）。ここでは、Ｑ
ＦＰサイズ（正方形の１辺）をｙ（ｍｍ）とすると、 Ｒｊｂ（ｙ）＝−３．７５ｙ＋２１２．５ Ｒｊｌ（ｙ）＝−７．５ｙ＋４２５ Ｒｊｓ（ｙ）＝−１０ｙ＋６００ となる。この近似式は記憶部２４に記憶される。なお、
他のパッケージタイプについても同様の処理が行われ
る。
【００６５】以上で熱抵抗計算装置の初期設定が完了し
準備工程が終了する。この時点で熱抵抗計算装置が完成
したといえる。
準備工程が終了する。この時点で熱抵抗計算装置が完成
したといえる。
【００６６】次に、前記準備工程（図７参照）を経て完
成した熱抵抗計算装置を用いて、実際の測定対象物であ
るＱＦＰの熱抵抗Ｒｊａを求める熱抵抗計算工程（図８
参照）について説明する。
成した熱抵抗計算装置を用いて、実際の測定対象物であ
るＱＦＰの熱抵抗Ｒｊａを求める熱抵抗計算工程（図８
参照）について説明する。
【００６７】まず、入力部２１よりデータ入力を行う
（ステップ１０５）。本実施形態では、熱抵抗計算の対
象となるＱＦＰを使用する環境温度と、そのＱＦＰの消
費電力と、冷却用送風の流速と、取り付けられる放熱フ
ィンの単体の熱抵抗Ｒｃａと、ＱＦＰのサイズ（同体積
の正方形に換算した時の１辺の長さ）と、半導体チップ
１のサイズとが入力される。また、ケース７内に充填さ
れる樹脂３の熱伝導率と、ヒートスプレッダー１０を用
いる場合のヒートスプレッダー１０の熱伝導率とも、必
要に応じて入力される。これらの熱伝導率は、すでに記
憶されている熱伝導率と一致する場合は入力不要であ
り、記憶されている熱伝導率と異なる場合または熱伝導
率が記憶されていない場合にのみ入力される。ここで
は、ＱＦＰサイズ３５（ｍｍ）、流速１．５（ｍ／ｓｅ
ｃ）、ケース７内の樹脂３の熱伝導率が０．６（Ｗ／ｍ
ｋ）、ヒートスプレッダー１０を用いる場合その熱伝導
率が３９５（Ｗ／ｍｋ）とする。
（ステップ１０５）。本実施形態では、熱抵抗計算の対
象となるＱＦＰを使用する環境温度と、そのＱＦＰの消
費電力と、冷却用送風の流速と、取り付けられる放熱フ
ィンの単体の熱抵抗Ｒｃａと、ＱＦＰのサイズ（同体積
の正方形に換算した時の１辺の長さ）と、半導体チップ
１のサイズとが入力される。また、ケース７内に充填さ
れる樹脂３の熱伝導率と、ヒートスプレッダー１０を用
いる場合のヒートスプレッダー１０の熱伝導率とも、必
要に応じて入力される。これらの熱伝導率は、すでに記
憶されている熱伝導率と一致する場合は入力不要であ
り、記憶されている熱伝導率と異なる場合または熱伝導
率が記憶されていない場合にのみ入力される。ここで
は、ＱＦＰサイズ３５（ｍｍ）、流速１．５（ｍ／ｓｅ
ｃ）、ケース７内の樹脂３の熱伝導率が０．６（Ｗ／ｍ
ｋ）、ヒートスプレッダー１０を用いる場合その熱伝導
率が３９５（Ｗ／ｍｋ）とする。
【００６８】入力データのうちＱＦＰサイズがサンプル
データ（１０ｍｍ，２０ｍｍ，３０ｍｍ，４０ｍｍ）と
一致していない場合（ステップ１０６）、ステップ１０
４にて求められ記憶部２４に記憶されている近似式を用
いて補間することにより、各熱抵抗Ｒｊｂ（ｙ），Ｒｊ
ｌ（ｙ），Ｒｊｓ（ｙ）が求められる（ステップ１０
７）。例えば、ＱＦＰサイズが３５ｍｍの場合、 Ｒｊｂ（ｙ）＝−３．７５×３５＋２１２．５＝８１．
２５（℃／Ｗ） Ｒｊｌ（ｙ）＝−７．５×３５＋４２５＝１６２．５
（℃／Ｗ） Ｒｊｓ（ｙ）＝−１０×３５＋６００＝２５０（℃／
Ｗ） である。
データ（１０ｍｍ，２０ｍｍ，３０ｍｍ，４０ｍｍ）と
一致していない場合（ステップ１０６）、ステップ１０
４にて求められ記憶部２４に記憶されている近似式を用
いて補間することにより、各熱抵抗Ｒｊｂ（ｙ），Ｒｊ
ｌ（ｙ），Ｒｊｓ（ｙ）が求められる（ステップ１０
７）。例えば、ＱＦＰサイズが３５ｍｍの場合、 Ｒｊｂ（ｙ）＝−３．７５×３５＋２１２．５＝８１．
２５（℃／Ｗ） Ｒｊｌ（ｙ）＝−７．５×３５＋４２５＝１６２．５
（℃／Ｗ） Ｒｊｓ（ｙ）＝−１０×３５＋６００＝２５０（℃／
Ｗ） である。
【００６９】なお、これは流速１（ｍ／ｓｅｃ）の場合
であるので、流速が異なる場合についても補間する必要
がある。図示していないが、準備工程のステップ１０１
〜１０３において、ＱＦＰサイズ１０（ｍｍ），２０
（ｍｍ），３０（ｍｍ），４０（ｍｍ）の４種類に対
し、流速１（ｍ／ｓｅｃ），２（ｍ／ｓｅｃ），３（ｍ
／ｓｅｃ）の場合のデータが取られている。それらから
類推して、このＱＦＰサイズ（３５ｍｍ）において、流
速が１（ｍ／ｓｅｃ），２（ｍ／ｓｅｃ），３（ｍ／ｓ
ｅｃ）の時の熱抵抗Ｒｊｂ、Ｒｊｌ、Ｒｊｓを導き出す
と以下の通りである。
であるので、流速が異なる場合についても補間する必要
がある。図示していないが、準備工程のステップ１０１
〜１０３において、ＱＦＰサイズ１０（ｍｍ），２０
（ｍｍ），３０（ｍｍ），４０（ｍｍ）の４種類に対
し、流速１（ｍ／ｓｅｃ），２（ｍ／ｓｅｃ），３（ｍ
／ｓｅｃ）の場合のデータが取られている。それらから
類推して、このＱＦＰサイズ（３５ｍｍ）において、流
速が１（ｍ／ｓｅｃ），２（ｍ／ｓｅｃ），３（ｍ／ｓ
ｅｃ）の時の熱抵抗Ｒｊｂ、Ｒｊｌ、Ｒｊｓを導き出す
と以下の通りである。
【００７０】
【表６】 この表から流速ｘに対する熱抵抗Ｒｊｂ、Ｒｊｌ、Ｒｊ
ｓの近似式が求められる（ステップ１０８）。これは、 Ｒｊｂ＝１・１０-13・ｘ2−ｘ＋８２．２５ Ｒｊｌ＝２・１０-13・ｘ2−ｘ＋１６３．５ Ｒｊｓ＝−１０ｘ＋２６０ である。
ｓの近似式が求められる（ステップ１０８）。これは、 Ｒｊｂ＝１・１０-13・ｘ2−ｘ＋８２．２５ Ｒｊｌ＝２・１０-13・ｘ2−ｘ＋１６３．５ Ｒｊｓ＝−１０ｘ＋２６０ である。
【００７１】そこで、流速がサンプルデータ（１ｍ／ｓ
ｅｃ，２ｍ／ｓｅｃ，３ｍ／ｓｅｃ）と一致していない
場合（ステップ１０９）、ステップ１０７にて求められ
た近似式を用いて補間することにより、熱抵抗Ｒｊｂ，
Ｒｊｌ，Ｒｊｓが求められる（ステップ１１０）。ここ
で流速１．５（ｍ／ｓｅｃ）の場合を補間すると、 Ｒｊｂ＝１・１０-13・１．５2−１．５＋８２．２５＝
８０．７５ Ｒｊｌ＝２・１０-13・１．５2−１．５＋１６３．５＝
１６２ Ｒｊｓ＝−１０・１．５＋２６０＝２４５ である。こうして、ＢＯＴＴＯＭ、ＬＥＡＤ、ＳＩＤＥ
の３つの放熱経路の熱抵抗Ｒｊｂ，Ｒｊｌ，Ｒｊｓがわ
かる。
ｅｃ，２ｍ／ｓｅｃ，３ｍ／ｓｅｃ）と一致していない
場合（ステップ１０９）、ステップ１０７にて求められ
た近似式を用いて補間することにより、熱抵抗Ｒｊｂ，
Ｒｊｌ，Ｒｊｓが求められる（ステップ１１０）。ここ
で流速１．５（ｍ／ｓｅｃ）の場合を補間すると、 Ｒｊｂ＝１・１０-13・１．５2−１．５＋８２．２５＝
８０．７５ Ｒｊｌ＝２・１０-13・１．５2−１．５＋１６３．５＝
１６２ Ｒｊｓ＝−１０・１．５＋２６０＝２４５ である。こうして、ＢＯＴＴＯＭ、ＬＥＡＤ、ＳＩＤＥ
の３つの放熱経路の熱抵抗Ｒｊｂ，Ｒｊｌ，Ｒｊｓがわ
かる。
【００７２】なお、ステップ１０６においてＱＦＰサイ
ズがサンプルデータ（１０ｍｍ，２０ｍｍ，３０ｍｍ，
４０ｍｍ）と一致している場合は、記憶部２４に記憶さ
れているデータがそのまま使えるのでステップ１０７を
行う必要がない。同様に、ステップ１０９において流速
がサンプルデータ（１ｍ／ｓｅｃ，２ｍ／ｓｅｃ，３ｍ
／ｓｅｃ）と一致している場合は、記憶部２４に記憶さ
れているデータがそのまま使えるのでステップ１１０を
行う必要がない。
ズがサンプルデータ（１０ｍｍ，２０ｍｍ，３０ｍｍ，
４０ｍｍ）と一致している場合は、記憶部２４に記憶さ
れているデータがそのまま使えるのでステップ１０７を
行う必要がない。同様に、ステップ１０９において流速
がサンプルデータ（１ｍ／ｓｅｃ，２ｍ／ｓｅｃ，３ｍ
／ｓｅｃ）と一致している場合は、記憶部２４に記憶さ
れているデータがそのまま使えるのでステップ１１０を
行う必要がない。
【００７３】また、記憶回路に記憶されている式（３）
により、演算処理部２２により熱抵抗Ｒｊｃが求められ
る（ステップ１１１）。ここでは、α＝１．０、β＝−
０．０９と設定されている。このα，βは、０．５＜β
＜１．４かつ−０．４５＜β＜０．２を満たす範囲で予
め設定されている。また、ステップ１０５にて入力され
た半導体チップサイズより、半導体チップ１上面とケー
ス７表面との間の距離Ｌ＝０．００１（ｍ）と、半導体
チップ面積Ａ＝０．０００１（ｍ2）が判明している。
したがって、
により、演算処理部２２により熱抵抗Ｒｊｃが求められ
る（ステップ１１１）。ここでは、α＝１．０、β＝−
０．０９と設定されている。このα，βは、０．５＜β
＜１．４かつ−０．４５＜β＜０．２を満たす範囲で予
め設定されている。また、ステップ１０５にて入力され
た半導体チップサイズより、半導体チップ１上面とケー
ス７表面との間の距離Ｌ＝０．００１（ｍ）と、半導体
チップ面積Ａ＝０．０００１（ｍ2）が判明している。
したがって、
【００７４】
【数１０】 となる。
【００７５】さらに、記憶回路に記憶されている式
（１）により、演算処理部２３によりＱＦＰ全体の熱抵
抗Ｒｊａが求められる（ステップ１１２）。前記の通
り、ステップ１０５にて放熱フィン１１の単体の熱抵抗
Ｒｃａ＝１３．７が入力され、ステップ１１０にてＲｊ
ｂ＝８０．７５、Ｒｊｌ＝１６２、Ｒｊｓ＝２４５が算
出され、ステップ１１１にてチップ３上面とケース７表
面との間の熱抵抗Ｒｊｃ＝１７．４が算出されている。
従って、
（１）により、演算処理部２３によりＱＦＰ全体の熱抵
抗Ｒｊａが求められる（ステップ１１２）。前記の通
り、ステップ１０５にて放熱フィン１１の単体の熱抵抗
Ｒｃａ＝１３．７が入力され、ステップ１１０にてＲｊ
ｂ＝８０．７５、Ｒｊｌ＝１６２、Ｒｊｓ＝２４５が算
出され、ステップ１１１にてチップ３上面とケース７表
面との間の熱抵抗Ｒｊｃ＝１７．４が算出されている。
従って、
【００７６】
【数１１】 となる。
【００７７】以上で放熱フィン１１を搭載した状態のＱ
ＦＰの熱抵抗Ｒｊａが求められる。なお、以上説明した
のは銅合金リードフレーム２ｂを有するスタンダードタ
イプＱＦＰ（図２（ｂ）参照）に関する例であるが、同
様にして、４２合金リードフレーム２ａを有するスタン
ダードタイプＱＦＰ（図２（ａ）参照）や、内蔵型ヒー
トスプレッダータイプＱＦＰ（図２（ｃ）参照）や、露
出型ヒートスプレッダータイプＱＦＰ（図２（ｄ）参
照）についても熱抵抗Ｒｊａを求める。そして、表示部
２３にこれら４種類のタイプのＱＦＰについて、ＱＦＰ
サイズ３５ｍｍ、流速１．５ｍ／ｓｅｃの場合の熱抵抗
Ｒｊａが表示される。
ＦＰの熱抵抗Ｒｊａが求められる。なお、以上説明した
のは銅合金リードフレーム２ｂを有するスタンダードタ
イプＱＦＰ（図２（ｂ）参照）に関する例であるが、同
様にして、４２合金リードフレーム２ａを有するスタン
ダードタイプＱＦＰ（図２（ａ）参照）や、内蔵型ヒー
トスプレッダータイプＱＦＰ（図２（ｃ）参照）や、露
出型ヒートスプレッダータイプＱＦＰ（図２（ｄ）参
照）についても熱抵抗Ｒｊａを求める。そして、表示部
２３にこれら４種類のタイプのＱＦＰについて、ＱＦＰ
サイズ３５ｍｍ、流速１．５ｍ／ｓｅｃの場合の熱抵抗
Ｒｊａが表示される。
【００７８】なお、本実施形態では、さらに、ＩＣジャ
ンクション（チップの発熱部）の最大温度Ｔｊｍａｘも
求めている（ステップ１１３）。ここでは詳述しない
が、最大温度Ｔｊｍａｘは、流速の１次または高次の方
程式で求められるものであり、ステップ１０５にて入力
されている環境温度および消費電力と、ステップ１１２
にて求められた熱抵抗Ｒｊａとに応じて決まる。この最
大温度Ｔｊｍａｘも、熱抵抗Ｒｊａと同様に、４種類の
タイプのＱＦＰについて表示部に表示される。
ンクション（チップの発熱部）の最大温度Ｔｊｍａｘも
求めている（ステップ１１３）。ここでは詳述しない
が、最大温度Ｔｊｍａｘは、流速の１次または高次の方
程式で求められるものであり、ステップ１０５にて入力
されている環境温度および消費電力と、ステップ１１２
にて求められた熱抵抗Ｒｊａとに応じて決まる。この最
大温度Ｔｊｍａｘも、熱抵抗Ｒｊａと同様に、４種類の
タイプのＱＦＰについて表示部に表示される。
【００７９】本実施形態では、準備工程において、サン
プルデータとなるＢＯＴＴＯＭ、ＬＥＡＤ、ＳＩＤＥの
３つの放熱経路の熱抵抗を求めるために、各放熱経路の
熱量比をＱＦＰ全体の熱抵抗で割っているが、サンプル
データとなるＢＯＴＴＯＭ、ＬＥＡＤ、ＳＩＤＥの３つ
の放熱経路の熱抵抗を直接求めることができれば、熱量
比やＱＦＰ全体の熱抵抗を３次元熱流体シミュレーショ
ンにて求める必要がなく、ステップ１０１〜１０３が簡
略化できる。また、本実施形態では、放熱フィンありの
状態となしの状態との熱抵抗の平均をサンプルデータと
しているが、放熱フィンありの状態となしの状態のうち
いずれか一方をサンプルデータと設定して、他方を求め
なくてもよい。この場合、データ取得が半分で済み、作
業が簡単になる。
プルデータとなるＢＯＴＴＯＭ、ＬＥＡＤ、ＳＩＤＥの
３つの放熱経路の熱抵抗を求めるために、各放熱経路の
熱量比をＱＦＰ全体の熱抵抗で割っているが、サンプル
データとなるＢＯＴＴＯＭ、ＬＥＡＤ、ＳＩＤＥの３つ
の放熱経路の熱抵抗を直接求めることができれば、熱量
比やＱＦＰ全体の熱抵抗を３次元熱流体シミュレーショ
ンにて求める必要がなく、ステップ１０１〜１０３が簡
略化できる。また、本実施形態では、放熱フィンありの
状態となしの状態との熱抵抗の平均をサンプルデータと
しているが、放熱フィンありの状態となしの状態のうち
いずれか一方をサンプルデータと設定して、他方を求め
なくてもよい。この場合、データ取得が半分で済み、作
業が簡単になる。
【００８０】次に、前記した熱抵抗計算をパーソナルコ
ンピューターで実行可能にした構成を、図１０を参照し
て説明する。
ンピューターで実行可能にした構成を、図１０を参照し
て説明する。
【００８１】このパーソナルコンピューター３１は、キ
ーボードである入力部３２と、図示しないが一般的な計
算が行える演算処理部と、ディスプレイである表示部３
３と、ディスクドライブ３４とを備えている。そして、
このディスクドライブ３４に挿入されて読み出されるフ
ロッピーディスク（記録媒体）３５に、予め行われた前
記準備工程（図７参照）の結果であるサンプルデータ
と、式（１）、（３）および補間のための近似式と、こ
れらの式に基づいて演算処理部に計算を実行させるため
のプログラムとが格納されている。従って、まずステッ
プ１０１と同様に、使用者が入力部３２からＱＦＰサイ
ズ、流速、消費電力、環境温度などの条件を入力する
と、プログラムに制御されてパーソナルコンピューター
３１の演算処理部が、記録媒体３５に記録されているサ
ンプルデータや各式に基づいて、ステップ１１２，１１
３と同様に熱抵抗ＲｊａやＩＣジャンクションの最大温
度Ｔｊｍａｘを算出し、表示部３３に表示させる。この
記録媒体３５を用いると、専用の熱抵抗計算装置を必要
とせず一般に普及しているあらゆるパーソナルコンピュ
ーター３１を用いて簡単に熱抵抗計算ができる。しかも
記録媒体３５に記録するデータ量が比較的少なくて済む
ので、通常用いられる一般的なフロッピーディスクが使
用可能である。
ーボードである入力部３２と、図示しないが一般的な計
算が行える演算処理部と、ディスプレイである表示部３
３と、ディスクドライブ３４とを備えている。そして、
このディスクドライブ３４に挿入されて読み出されるフ
ロッピーディスク（記録媒体）３５に、予め行われた前
記準備工程（図７参照）の結果であるサンプルデータ
と、式（１）、（３）および補間のための近似式と、こ
れらの式に基づいて演算処理部に計算を実行させるため
のプログラムとが格納されている。従って、まずステッ
プ１０１と同様に、使用者が入力部３２からＱＦＰサイ
ズ、流速、消費電力、環境温度などの条件を入力する
と、プログラムに制御されてパーソナルコンピューター
３１の演算処理部が、記録媒体３５に記録されているサ
ンプルデータや各式に基づいて、ステップ１１２，１１
３と同様に熱抵抗ＲｊａやＩＣジャンクションの最大温
度Ｔｊｍａｘを算出し、表示部３３に表示させる。この
記録媒体３５を用いると、専用の熱抵抗計算装置を必要
とせず一般に普及しているあらゆるパーソナルコンピュ
ーター３１を用いて簡単に熱抵抗計算ができる。しかも
記録媒体３５に記録するデータ量が比較的少なくて済む
ので、通常用いられる一般的なフロッピーディスクが使
用可能である。
【００８２】
【発明の効果】本発明によると、放熱フィンを一体化し
た状態のＱＦＰの熱抵抗を求めることができ、電気部品
や冷却装置の適切な設計が行える。
た状態のＱＦＰの熱抵抗を求めることができ、電気部品
や冷却装置の適切な設計が行える。
【００８３】また、予めいくつかのサンプルについて実
測や熱解析を行いサンプルデータを求めておけば、様々
な構造のＱＦＰに関し、ＱＦＰサイズ、冷却用送風の流
速などわずかな数の条件を入力するだけで、放熱フィン
を搭載したＱＦＰの熱抵抗を簡単かつ迅速に算出可能に
できる。従って、実際の製品を製造することなく、また
３次元熱流体シミュレーションのような複雑な解析を行
うことなく、専門的知識を持たない者でも手軽に放熱フ
ィンを搭載したＱＦＰの熱抵抗が計算できる。これによ
り、ＱＦＰの実物がなくても、ＱＦＰのサイズや材質、
冷却用送風の流速などのパラメータの熱抵抗に対する依
存性の解析や、適正な放熱フィンの選択などが可能で、
適切な冷却手段設計が行なえる。
測や熱解析を行いサンプルデータを求めておけば、様々
な構造のＱＦＰに関し、ＱＦＰサイズ、冷却用送風の流
速などわずかな数の条件を入力するだけで、放熱フィン
を搭載したＱＦＰの熱抵抗を簡単かつ迅速に算出可能に
できる。従って、実際の製品を製造することなく、また
３次元熱流体シミュレーションのような複雑な解析を行
うことなく、専門的知識を持たない者でも手軽に放熱フ
ィンを搭載したＱＦＰの熱抵抗が計算できる。これによ
り、ＱＦＰの実物がなくても、ＱＦＰのサイズや材質、
冷却用送風の流速などのパラメータの熱抵抗に対する依
存性の解析や、適正な放熱フィンの選択などが可能で、
適切な冷却手段設計が行なえる。
【００８４】なお、この熱抵抗計算に必要なデータやプ
ログラム等は比較的容量が小さいため、一般的な記録媒
体に格納することができ、この記録媒体を用いると、一
般に普及しているパーソナルコンピューターにて手軽に
熱抵抗計算が可能になる。
ログラム等は比較的容量が小さいため、一般的な記録媒
体に格納することができ、この記録媒体を用いると、一
般に普及しているパーソナルコンピューターにて手軽に
熱抵抗計算が可能になる。
【図１】ＱＦＰの基本構造を示す断面図である。
【図２】ＱＦＰの種類を説明する断面図である。
【図３】放熱フィンを搭載したＱＦＰの放熱状態を示す
断面図である。
断面図である。
【図４】本発明の熱抵抗計算方法を説明する熱抵抗コン
パクトモデルである。
パクトモデルである。
【図５】ヒートスプレッダータイプのＱＦＰの放熱状態
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図６】本発明の熱抵抗計算装置のブロック図である。
【図７】本発明の熱抵抗計算装置の準備工程を示すフロ
ーチャートである。
ーチャートである。
【図８】本発明の熱抵抗計算装置の熱抵抗計算工程を示
すフローチャートである。
すフローチャートである。
【図９】ＱＦＰサイズと熱抵抗との関係を示すグラフで
ある。
ある。
【図１０】本発明の記録媒体とそれを用いるパーソナル
コンピューターの縮小斜視図である。
コンピューターの縮小斜視図である。
【図１１】従来の半導体パッケージの温度を求めるため
の熱抵抗コンパクトモデルである。
の熱抵抗コンパクトモデルである。
１ 半導体チップ ２ リードフレーム ２ａ ４２合金（鉄ニッケル合金）からなるリードフ
レーム ２ｂ 銅合金からなるリードフレーム ３ 樹脂 ４ 配線基板 ５ スルーホール ６ 銅箔 ７ ケース ８ アイランド ９ ボンディングワイヤ １０ ヒートスプレッダー １１ 放熱フィン ２１ 入力部（キーボード） ２２ 演算処理部 ２３ 表示部（ディスプレイ） ２４ 記憶部 ３１ パーソナルコンピューター ３２ 入力部（キーボード） ３３ 表示部（ディスプレイ） ３４ ディスクドライブ ３５ 記録媒体（フロッピーディスク）
レーム ２ｂ 銅合金からなるリードフレーム ３ 樹脂 ４ 配線基板 ５ スルーホール ６ 銅箔 ７ ケース ８ アイランド ９ ボンディングワイヤ １０ ヒートスプレッダー １１ 放熱フィン ２１ 入力部（キーボード） ２２ 演算処理部 ２３ 表示部（ディスプレイ） ２４ 記憶部 ３１ パーソナルコンピューター ３２ 入力部（キーボード） ３３ 表示部（ディスプレイ） ３４ ディスクドライブ ３５ 記録媒体（フロッピーディスク）
Claims (19)
- 【請求項１】 ケース内に半導体チップが収納された半
導体パッケージの熱抵抗計算方法であって、 前記ケース裏面を通る放熱経路の熱抵抗Ｒｊｂと、前記
リードフレームを通る放熱経路の熱抵抗Ｒｊｌと、前記
リードフレーム以外の側部を通る放熱経路の熱抵抗Ｒｊ
ｓと、前記半導体チップと前記ケース表面との間の熱抵
抗Ｒｊｃと、放熱フィン単体の熱抵抗Ｒｃａとから、前
記ケース表面に前記放熱フィンが搭載された状態の半導
体パッケージの熱抵抗Ｒｊａを求めることを特徴とする
熱抵抗計算方法。 - 【請求項２】 【数１】 により前記放熱フィンが搭載された状態の前記半導体パ
ッケージの熱抵抗Ｒｊａを求める請求項１に記載の熱抵
抗計算方法。 - 【請求項３】 前記半導体チップと前記ケース表面との
間に介在する部材の熱伝導率λ１と、前記半導体チップ
と前記リードフレームとの間に介在する部材の熱伝導率
λ２とから、前記半導体チップと前記ケース表面との間
の熱抵抗Ｒｊｃを求める請求項１または２に記載の熱抵
抗計算方法。 - 【請求項４】 【数２】 により前記半導体チップと前記ケース表面との間の熱抵
抗Ｒｊｃを求める請求項３に記載の熱抵抗計算方法。 - 【請求項５】 −０．２５＜α＜０．０３かつ０．５＜
β＜１．４である請求項４に記載の熱抵抗計算方法。 - 【請求項６】 βの値が大きくなるほどαの値が小さく
なる請求項４に記載の熱抵抗計算方法。 - 【請求項７】 サイズの異なる複数の前記半導体パッケ
ージをサンプルとして、前記ケース裏面と、前記リード
フレームと、前記リードフレーム以外の側部とをそれぞ
れ通る３つの放熱経路の熱抵抗Ｒｊｂ、Ｒｊｌ、Ｒｊｓ
を実測や熱解析により予め求めておき、 前記サンプルのいずれともサイズの異なる前記半導体パ
ッケージの３つの放熱経路の熱抵抗Ｒｊｂ、Ｒｊｌ、Ｒ
ｊｓについては、前記サンプルの熱抵抗に基づいて補間
することにより求める請求項１〜６のいずれか１項に記
載の熱抵抗計算方法。 - 【請求項８】 冷却用送風の流速が異なる複数の条件下
における前記半導体パッケージの、前記ケース裏面と、
前記リードフレームと、前記リードフレーム以外の側部
とをそれぞれ通る３つの放熱経路の熱抵抗Ｒｊｂ、Ｒｊ
ｌ、Ｒｊｓをサンプルデータとして実測や熱解析により
予め求めておき、 前記サンプルデータのいずれとも流速の異なる条件下に
おける前記半導体パッケージの３つの放熱経路の熱抵抗
Ｒｊｂ、Ｒｊｌ、Ｒｊｓについては、前記サンプルデー
タに基づいて補間することにより求める請求項１〜７の
いずれか１項に記載の熱抵抗計算方法。 - 【請求項９】 正方形以外の形状の前記半導体パッケー
ジについては、同一体積の正方形に換算して前記半導体
パッケージの熱抵抗Ｒｊａを求める請求項１〜８のいず
れか１項に記載の熱抵抗計算方法。 - 【請求項１０】 前記半導体パッケージが、ヒートスプ
レッダーをもたない場合と、内蔵型ヒートスプレッダー
を有する場合と、露出型ヒートスプレッダーを有する場
合との、前記放熱フィンが搭載された状態の前記半導体
パッケージの熱抵抗Ｒｊａをそれぞれ求める請求項１〜
９のいずれか１項に記載の熱抵抗計算方法。 - 【請求項１１】 前記半導体パッケージがヒートスプレ
ッダーをもたない場合について、前記リードフレームが
４２−鉄ニッケル合金からなる場合と、前記リードフレ
ームが銅合金からなる場合との、前記放熱フィンが搭載
された状態の前記半導体パッケージの熱抵抗Ｒｊａをそ
れぞれ求める請求項１０に記載の熱抵抗計算方法。 - 【請求項１２】 請求項１〜１１のいずれか１項に記載
の熱抵抗計算方法をコンピュータに実行させるためのプ
ログラムを格納した記録媒体。 - 【請求項１３】 少なくとも前記半導体パッケージのサ
イズと前記半導体チップのサイズと前記放熱フィン単体
の熱抵抗Ｒｃａとが入力される入力部と、 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の計算方法に基づ
いて前記放熱フィンが搭載された状態の前記半導体パッ
ケージの熱抵抗Ｒｊａを求める演算処理部と、 前記演算処理部にて求めた前記導体パッケージの熱抵抗
Ｒｊａを表示する表示部とを有する熱抵抗計算装置。 - 【請求項１４】 ケース内に半導体チップが収納され
た半導体パッケージの熱抵抗計算方法であって、 半導体チップと前記ケース表面との間に介在する部材の
熱伝導率λ１と、前記半導体チップとリードフレームと
の間に介在する部材の熱伝導率λ２とから、前記半導体
チップと前記ケース表面との間の熱抵抗Ｒｊｃを求める
ことを特徴とする熱抵抗計算方法。 - 【請求項１５】 【数３】 により前記半導体チップと前記ケース表面との間の熱抵
抗Ｒｊｃを求める請求項１４に記載の熱抵抗計算方法。 - 【請求項１６】 −０．２５＜α＜０．０３かつ０．５
＜β＜１．４である請求項１５に記載の熱抵抗計算方
法。 - 【請求項１７】 βの値が大きくなるほどαの値が小さ
くなる請求項１６に記載の熱抵抗計算方法。 - 【請求項１８】 請求項１４〜１７のいずれか１項に記
載の計算方法をコンピュータに実行させるためのプログ
ラムを格納した記録媒体。 - 【請求項１９】 少なくとも前記半導体チップのサイズ
が入力される入力部と、 請求項１４〜１８に記載の計算方法に基づいて前記半導
体チップと前記ケース表面との間の熱抵抗Ｒｊｃを求め
る演算処理部とを有する熱抵抗計算装置。
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