JPH11274382A - ヒ―トシンク、該ヒ―トシンクの製造方法及び該ヒ―トシンクを備えた電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子素子３を含むパッケージ４の熱を基板２
に対して良好に放熱することができるヒートシンク、該
ヒートシンクの製造方法及び該ヒートシンクを備えた電
子機器を提供する。 【解決手段】 基板２に表面実装された電子素子３を含
むパッケージ４の放熱に用いるヒートシンク１を、基板
２とパッケージ４との間に挟持されるように設ける。こ
のヒートシンク１は、パッケージ４側から基板２側に延
在する空洞に冷媒５を充填したヒートパイプを備えてい
る。基板２の実装表面に沿った方向について空洞が互い
に独立するように間仕切りされた複数のヒートパイプを
設けるように構成してもよい。また、ヒートシンク１
に、バンプ電極７が貫通するための貫通孔１ａを設けて
もよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板に表面実装さ
れるＩＣ、ＬＳＩ等の電子素子の放熱に用いるヒートシ
ンク、該ヒートシンクの製造方法及び該ヒートシンクを
備えた電子機器に係り、詳しくは、電子素子または電子
素子を含むパッケージから基板への放熱を良好に行うこ
とができるヒートシンク、該ヒートシンクの製造方法及
び該ヒートシンクを備えた電子機器に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】基板に対して表面実装されたＩＣ、ＬＳ
Ｉ等の電子素子の熱暴走の防止、該電子素子の高速動作
や増幅率の確保等のために、該電子素子で発生した熱を
外部に逃がす必要があった。この電子素子の熱を放熱す
るために、従来から、図７に示すように電子素子３を含
むパッケージ４の基板２との対向面とは反対側の表面に
ヒートシンクとしての放熱フィン２０を熱伝導率のよい
接着剤で接着したものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の電子素子ま
たはパッケージの表面に接着するタイプのヒートシンク
を用いた場合、その冷却効率を上げようとするとヒート
シンクの形状を大きくしたり、ヒートシンクにファンを
付けたりする必要があるという不具合があった。そこ
で、本発明者は、上記従来のヒートシンクを用いる代わ
りに、電子素子を表面実装する基板自体を熱伝導率が非
常に大きなアルミナなどの材料を用いて形成し、この基
板に対して電子素子の熱を効率的に伝えることが表面実
装型の電子素子の放熱にとって効果的である点に着目し
た。そして、この表面実装型の電子素子の熱を基板に対
して良好に放熱するためには、電子素子または電子素子
を含むパッケージと基板との間で電気的な接続を行うと
ともに、両者の間で良好な熱伝導を確保することが重要
である。特に携帯機器などのバッテリ駆動の電子機器に
おいては、さらに良好な熱伝導の確保のためにファンや
ペルチェ素子などの電力を消費する手段は避けたい。

【０００４】本発明は以上の背景の下でなされたもので
あり、その目的は、基板に表面実装された電子素子また
は電子素子を含むパッケージの放熱に用いるヒートシン
クであって、該電子素子または該パッケージの熱を基板
に対して良好に放熱することができるヒートシンク、該
ヒートシンクの製造方法及び該ヒートシンクを備えた電
子機器を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、基板に表面実装された電子素子
または電子素子を含むパッケージの放熱に用いるヒート
シンクであって、該基板と該電子素子または該パッケー
ジとの間に挟持されるように設けたことを特徴とするも
のである。この請求項１のヒートシンクでは、基板に表
面実装された電子素子または電子素子を含むパッケージ
の熱が、該基板と該電子素子またはパッケージとの間に
挟持されるように設けられたヒートシンクを通って該基
板に伝わる。

【０００６】請求項２の発明は、請求項１のヒートシン
クにおいて、上記電子素子またはパッケージ側から上記
基板側に延在する空洞に冷媒を充填したヒートパイプを
備えたことを特徴とするものである。この請求項２のヒ
ートシンクでは、上記電子素子の熱でヒートパイプ内の
冷媒が蒸発し、この蒸発した冷媒が基板側で冷やされて
液体状になり、該電子素子側に戻る。このような冷媒の
高速循環によって該電子素子の熱が金属の熱伝導よりも
早く基板に伝わる。

【０００７】請求項３の発明は、請求項２のヒートシン
クにおいて、上記基板の実装表面に沿った方向について
空洞が互いに独立するように間仕切りされた複数のヒー
トパイプを備えていることを特徴とするものである。こ
の請求項３のヒートシンクでは、基板の実装表面が水平
面から傾いた場合でも、冷媒が鉛直方向下方に遍在する
ことによる放熱ムラがなく、該基板の実装表面に沿った
方向について空洞が互いに独立するように間仕切りされ
た複数のヒートパイプを介して、電子素子またはパッケ
ージの熱が該基板に対して均一に放熱される。

【０００８】請求項４の発明は、バンプ電極を介して基
板に表面実装される電子素子または電子素子を含むパッ
ケージの放熱に用いる請求項１のヒートシンクであっ
て、該バンプ電極が貫通するための貫通孔を備えたこと
を特徴とするものである。この請求項４のヒートシンク
では、基板と電子素子または電子素子を含むパッケージ
との間に介在するバンプ電極が、ヒートシンクに形成し
た貫通孔を貫通するので、該ヒートシンクがバンプ電極
と干渉することがない。

【０００９】請求項５の発明は、請求項４のヒートシン
クにおいて、上記貫通孔の内壁を絶縁体で形成したこと
を特徴とするものである。この請求項５のヒートシンク
では、ヒートシンクのバンプ電極が貫通する貫通孔の内
壁が絶縁体で形成されているため、ヒートシンク本体を
金属又は導電性樹脂等の導電材料で形成した場合でも、
バンプ電極同士やバンプ電極とグラウンドとの間でショ
ートが発生することがない。

【００１０】請求項６の発明は、請求項４のヒートシン
クにおいて、上記貫通孔を、上記バンプ電極が形成され
る所定ピッチで、上記電子素子または上記パッケージと
対向する面の全体にわたって形成したことを特徴とする
ものである。この請求項６のヒートシンクでは、基板に
バンプ電極の数が異なる複数種類の電子素子またはパッ
ケージを表面実装する場合でも、そのすべてのパンプ電
極を貫通させて該基板側の電極と該電子素子またはパッ
ケージ側の電極との間の電気的な接続を確保することが
できる。

【００１１】請求項７の発明は、バンプ電極を介して基
板に表面実装される電子素子または電子素子を含むパッ
ケージの放熱に用いる請求項１のヒートシンクであっ
て、該バンプ電極が形成される位置に内壁が絶縁体で形
成された貫通孔を備え、該貫通孔に該バンプ電極が設け
られていることを特徴とするものである。この請求項７
のヒートシンクでは、基板側または電子素子若しくはパ
ッケージ側に前もってバンプ電極を形成する必要がな
く、該基板と該電子素子またはパッケージとの間にヒー
トシンクを装着するだけで、両者間にバンプ電極を簡単
に形成することができる。また、上記ヒートシンクの貫
通孔の内壁面とバンプ電極とが密着した構造であるた
め、両者間にデットスペースがなくなり、該基板および
該電子素子またはパッケージと該ヒートシンクとの間の
接触面積を広くすることによる放熱効率の向上と、該バ
ンプ電極の断面寸法を大きくすることよる良好な導電性
の確保との両立を図ることができる。

【００１２】請求項８の発明は、請求項７のヒートシン
クにおいて、上記バンプ電極の端部に導電性接着剤を塗
布したことを特徴とするものである。この請求項８のヒ
ートシンクでは、上記バンプ電極の端部に導電性接着剤
を塗布しているので、該バンプ電極に接触する基板側の
電極および電子素子またはパッケージ側の電極に導電性
接着材を塗布しなくても、該バンプ電極を介した該基板
側の電極と該電子素子またはパッケージ側の電極との間
の電気的な接続を良好に行うことができる。

【００１３】請求項９の発明は、請求項４または７のヒ
ートシンクにおいて、上記電子素子または上記パッケー
ジと上記基板の少なくとも一方と同程度の熱膨張係数を
有する材料で形成したことを特徴とするものである。こ
の請求項９のヒートシンクでは、上記電子素子またはパ
ッケージが温度上昇したときに、電子素子またはパッケ
ージと基板の少なくとも一方と同程度に熱膨張するの
で、バンプ電極のクラックの発生を防止することができ
る。

【００１４】請求項１０の発明は、請求項７のヒートシ
ンクの製造方法であって、ヒートシンクの貫通孔が露出
した一方の面から、バンプ電極の材料を圧入することを
特徴とするものである。この請求項１０のヒートシンク
の製造方法では、ヒートシンクの貫通孔が露出した一方
の面からバンプ電極の材料を圧入するという簡単な方法
で、該貫通孔に該バンプ電極の材料を充填することがで
きる。また、同じ貫通孔が形成された複数のヒートシン
クを重ね合わせた状態でバンプ電極の材料を圧入すれ
ば、該複数のヒートシンクの貫通孔に容易に該バンプ電
極の材料を充填することができる。

【００１５】請求項１１の発明は、請求項１０のヒート
シンクの製造方法において、上記ヒートシンクの全体に
わたって所定のピッチで複数の貫通孔を形成し、該ヒー
トシンクの該貫通孔が露出した一方の面に、上記バンプ
電極の材料を充填しない貫通孔をカバーするマスキング
材を取付け、該マスキング材にカバーされていない貫通
孔に対して該バンプ電極の材料を一括圧入することを特
徴とするものである。この請求項１１のヒートシンクの
製造方法では、ヒートシンクの全体にわたって所定のピ
ッチで複数の貫通孔を形成しておくことにより、該ヒー
トシンクをバンプ電極の数が異なっても用いることがで
きるようにする。このヒートシンクの貫通孔が露出した
一方の面に、該バンプ電極の材料を充填しない貫通孔を
カバーするマスキング材を取付けた後、該マスキング材
にカバーされていない貫通孔に対して該バンプ電極の材
料を一括圧入することにより、所定の貫通孔のみにバン
プ電極の材料が充填される。

【００１６】請求項１２の発明は、請求項２または３の
ヒートシンクを備えた電子機器であって、上記電子素子
の発熱を伴う通常使用状態で該電子素子または上記パッ
ケージが上記液化状態の冷媒に近接するように、該電子
素子または該パッケージを上記ヒートシンクを介して該
基板に取り付けたことを特徴とするものである。例え
ば、電子素子の発熱を伴う通常使用状態で該電子素子ま
たは上記パッケージが上記基板よりも鉛直方向したがに
位置するように、該電子素子等を取り付ける。この請求
項１２のヒートシンクを備えた電子機器では、電子素子
の発熱を伴う通常使用状態において、ヒートシンクのヒ
ートパイプ内の液化状態の冷媒に、該電子素子またはパ
ッケージが近接するので、該電子素子の熱が該ヒートパ
イプを介して該基板に確実に伝えられ、良好な放熱を行
うことができる。

【００１７】請求項１３の発明は、請求項１２のヒート
シンクを備えた電子機器において、上記電子素子の発熱
を伴う通常使用状態で上記基板が該電子素子又は上記パ
ッケージの鉛直方向上側に位置するように、該電子素子
または該パッケージを上記ヒートシンクを介して該基板
に取り付けたことを特徴とするものである。この請求項
１３のヒートシンクを備えた電子機器では、電子素子の
発熱を伴う通常使用状態において、該電子素子又はパッ
ケージで暖められた気体が、鉛直方向上側に位置する基
板に向かって上昇し、該基板に接触する。この気体の上
昇によっても該電子素子の熱が該基板に伝えられるの
で、冷却効率が高まる。一方、上記基板が電子素子又は
パッケージの鉛直方向下側に位置する場合は、該基板で
暖められた気体が該電子素子等に向かって上昇し、該電
子素子等の接触するので、該気体によって該電子素子等
が暖められ、冷却効率が低下する。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態について説明する。 〔実施形態１〕図１（ａ）は、第１の実施形態に係るヒ
ートシンクの概略構成を示す正面透視図である。このヒ
ートシンク１は、ＱＦＰ（Quad Flat Package）等のリ
ードタイプのパッケージを表面実装するときに特に好適
なヒートシンクであり、窒化アルミ、アルミナ等の熱伝
導率が高い材料で形成された基板２と、ＬＳＩ等の電子
素子３がモールドされたパッケージ４との間に挟持され
るように設けられている。パッケージ４の材料として
は、例えば、窒化アルミ、アルミナ等の熱伝導率が高い
材料を用いることが多い。上記ヒートシンク１の内部
は、パッケージ４側から基板２側に延在する空洞に冷媒
５を充填したヒートパイプ形状になっている。上記冷媒
５としてはフレオン、アルコール、アンモニア等を用い
ることができ、ヒートシンク１内の空洞のほぼ半分程度
を占めるように充填される。

【００１９】上記ヒートシンク１の空洞を有する構造
は、例えば、上記空洞に対応する型を常温で固体のワッ
クス材で形成し、該型の表面にメッキ処理でパラジウム
等の金属を付けた後、加熱によりワックスを除去すると
いうロストワックス法で形成することができる。

【００２０】また、本実施形態では、上記ヒートシンク
１を備えた電子機器が電子素子２の発熱を伴う通常使用
状態にあるときにパッケージ４が液化状態の冷媒５に近
接するように、パッケージ４が基板２よりも鉛直方向下
側に位置する上下反転実装方法によって該パッケージ４
をヒートシンク１を介して基板２に取り付けている。こ
の構成により、ヒートシンク１のヒートパイプ内の下側
に自重で下がってきている冷媒５にパッケージ４が近接
するので、電子素子３の熱がヒートパイプを介して基板
２に確実に伝えられる。また、電子素子３の発熱を伴う
通常使用状態において、該電子素子３を含むパッケージ
４で生じた熱によって暖められた該パッケージ４周辺の
空気が、該パッケージ４の鉛直方向上側に位置する基板
２に向かって上昇し、該基板２に接触する。この空気の
上昇によっても該電子素子３の熱が基板２に伝えられる
ので、冷却効率が高まる。

【００２１】図１（ｂ）は上記ヒートシンク１によるパ
ッケージ４の熱の放熱を説明するための模式図である。
電子素子３で発生した熱は矢印Ａで示すようにパッケー
ジ４の内部を伝達し、ヒートシンク１の図中下側に自重
で溜まっている冷媒５と近接する部分に到達する。電子
素子３からの熱で加熱された冷媒５の一部は、該冷媒５
中の発泡及び泡の消滅（一種の高速キャブレーション現
象）を繰り返しながら、気化（蒸発）して基板２に向か
って上昇する。基板２との界面近くまで上昇した冷媒５
の蒸気は基板２で冷やされて結露し、液体となって溜り
部まで戻ってくる。上記結露は、上記冷媒５中の発泡及
び泡の消滅で生じる微振動によって助長されると考えら
れる。このような冷媒５の気化及び液化を伴う循環（図
１（ｂ）の矢印Ｂ参照）が非常に早く繰り返され、パッ
ケージ４の熱を金属による熱伝導よりもはるかに早く基
板側に伝えることができる。

【００２２】以上、本実施形態によれば、基板２に表面
実装された電子素子３を含むパッケージ４の熱が、基板
２とパッケージ４との間に挟持されるように設けられた
ヒートシンク１を通って基板２に伝わるので、電子素子
２で発生した熱を基板２に対して良好に放熱することが
できる。また、ヒートパイプ１内の冷媒５の気化及び液
化を伴う高速循環によって電子素子３の熱が基板２に伝
わるので、金属材料のみからなるヒートシンクの熱伝導
よりも早く電子素子２の熱を基板２に放熱することがで
きる。

【００２３】さらに、本実施形態によれば、上記上下反
転実装方法を採用しているので、電子素子２の発熱を伴
う通常使用状態において、電子素子３の熱をヒートシン
ク１内のヒートパイプを介して基板２に確実に伝え、良
好な放熱を行うことができる。さらに、パッケージ４周
辺の暖められた空気の上昇によっても電子素子３の熱を
基板４に伝えることができるとともに、基板からの熱に
よって加熱された空気は電子素子３を加熱することなく
上方に離脱するため、冷却効率が良好である。

【００２４】これに対し、図８（ａ）の比較例では、ヒ
ートシンク１を備えた電子機器が電子素子２の発熱を伴
う通常使用状態にあるときにパッケージ４が基板２より
も鉛直方向上側に位置する通常の実装方法によって、パ
ッケージ４をヒートシンク１を介して基板２に取り付け
ている。この場合には、パッケージ４が、ヒートシンク
１の冷媒が充填されていない部分に近接することになる
ため、パッケージ４の熱が基板２側に伝わりにくく放熱
効率が悪い。さらに、基板によって加熱された空気は電
子素子３を含むパッケージ４の周囲温度を上げることに
なり、電子素子３の冷却を阻害する。

【００２５】〔実施形態２〕図２（ａ）は、第２の実施
形態に係るヒートシンクの概略構成を示す正面透視図で
ある。このヒートシンク１は、基板２の実装表面に沿っ
た方向について空洞が互いに独立するように間仕切りさ
れた複数のヒートパイプ６を備えている。各ヒートパイ
プ６には、上述の冷媒５が内部の空洞のほぼ半分を示す
ように充填されている。

【００２６】上記間仕切りされた複数のヒートパイプ６
は、例えばパイプ材を多数束ねて半田付けし、一方の開
口を密閉した後、冷媒５を半分くらい充填し、気密性を
保持した状態で他方の開口を密閉することにより作るこ
とができる。また、上述のロストワックス法を用いて作
ってもよい。さらに、ハニカム形状に成形したものの各
空洞をヒートパイプとしてもよい。

【００２７】本実施形態によれば、複数のヒートパイプ
６を備えているので、基板２の実装表面が水平面から傾
いた場合でも、冷媒５が鉛直方向下方に遍在することに
よる放熱ムラがなく、上記複数のヒートパイプ６のそれ
ぞれを介してパッケージ４の熱を基板２に対して均一に
放熱することができる。例えば、図２（ｂ）に示すよう
に基板２の実装表面が鉛直方向と平行になっても、上記
複数のヒートパイプ６における冷媒５の高速循環によっ
てパッケージ４の熱を基板２に対して均一に放熱するこ
とができる。

【００２８】これに対し、図８（ｂ）の比較例ではヒー
トシンク１内に一つのヒートパイプしか有していないた
め、図示のように基板２の実装表面が鉛直方向と平行に
なると、ヒートシンク１内の冷媒５が自重で鉛直方向の
下側に溜るため、その冷媒５に近接するパッケージ４の
下側部分しか冷却されず、放熱ムラが生じてしまう。

【００２９】〔実施形態３〕図３（ａ）は第３の実施形
態に係るヒートシンクの斜視図である。このヒートシン
ク１は、複数の柱状のバンプ電極７を介して基板２に表
面実装されるパッケージ４の放熱に用いるものであり、
バンプ電極７が貫通するための貫通孔１ａが所定のピッ
チで形成されている。このヒートシンク１が、図３
（ｂ）の基板２とパッケージ４との間に装着される。

【００３０】上記貫通孔１ａの内壁は絶縁体で形成さ
れ、ヒートシンク本体を金属等の導電材料で形成した場
合でも、バンプ電極同士やバンプ電極とグラウンドとの
間でショートが発生することがないようになっている。

【００３１】上記バンプ電極７の材料としては、クリー
ム半田等の各種導電性材料を用いることができるが、導
電性のエラストマ（高弾力性樹脂）が特に好ましい。こ
の導電性のエラストマ（高弾力性樹脂）を用いた場合
は、クラックが入りにくく、バンプ電極７と基板２及び
パッケージ４側のパッドとの接続を熱ストレスを伴わな
い導電性接着剤で行うことができるため、電子素子が損
傷を受けにくく、バンプ電極のリペアも容易に行うこと
ができるというメリットがある。

【００３２】本実施形態によれば、基板２とパッケージ
４との間に介在するバンプ電極７が、ヒートシンク１に
形成した貫通孔１ａを貫通するので、ヒートシンク１が
バンプ電極７と干渉することがない。さらに、上記バン
ク電極７が熱伝導の悪い材料で形成されている場合で
も、ヒートシンク１によってパッケージ４の熱を基板２
に対して良好に放熱することができる。

【００３３】なお、本実施形態では、電源オン／オフ時
の熱ストレスをしなやかに緩和させることによりクラッ
クが入りにくいというメリットを有する柱状のバンプ電
極の場合について示したが、本ヒートシンク１は半球状
のＢＧＡ（Ball Grid Array）、錐状のＣＧＡ（Cone Gr
id Array）等の他の形状のバンプ電極の場合にも適用す
ることができる。この場合には、ヒートシンク１の貫通
孔１ａの形状が各バンプ電極の外形に合わせて加工され
る。

【００３４】また、上記ヒートシンク１の貫通孔１ａ
は、バンプ電極７が形成される所定ピッチで、パッケー
ジ４と対向する面の全体にわたって形成してもよい。こ
の場合には、基板２にバンプ電極７の数が異なる複数種
類のパッケージ４を表面実装する場合でも、そのすべて
のパンプ電極を貫通させて基板２側の電極とパッケージ
４側の電極との間の電気的な接続を確保することができ
る。

【００３５】〔実施形態４〕図４（ａ）は、第４の実施
形態に係るバンプ電極付きのヒートシンクの装着前の断
面図である。このヒートシンク１は、バンプ電極７が形
成される位置に内壁が絶縁体で形成された貫通孔を備
え、該貫通孔にバンプ電極７が設けられている。このバ
ンプ電極７の両端部には導電性接着剤８が塗布されてい
る。バンプ電極７の両端部がヒートシンク１の表面から
少し出っ張るように該バンプ電極７を設ければ、バンプ
電極７の端部に導電性接着剤８の塗布部材を転がすこと
により、該端部に導電性接着剤８を容易に付けることが
できる。なお、導電性接着剤８は、パッケージ４のパッ
ド４ａ側及び基板２のパッド２ａ側に塗布してもいい。

【００３６】図４（ｂ）に示すように、上記バンプ電極
７を有するヒートシンク１をパッケージ４と基板２とで
挟むことにより、基板２とパッケージ４との間にヒート
シンク１が装着されるとともに、両者間にバンプ電極７
が形成される。

【００３７】上記ヒートシンク１に形成する貫通孔１ａ
は、例えば図５（ａ）に示すように、バンプ電極が形成
される可能性がある位置に所定のピッチで形成する。こ
のように貫通孔１ａを形成しておくことにより、パッケ
ージ４の電極パッドの配置に応じて、例えば図５（ｂ）
のように中央部だけにバンプ電極の材料（以下「バンプ
剤」という）を充填してバンプ電極７を設けたり、図５
（ｃ）のように周辺部だけにバンプ剤を充填してバンプ
電極７を設けたりすることができる。図中の黒丸は、バ
ンプ剤が充填された貫通孔１ｂである。

【００３８】上記貫通孔１ａに充填するバンプ剤として
は、所定の粘度を有するクリーム半田等の各種導電性材
料を用いることができるが、それらの中で光硬化性の導
電性樹脂ペーストが好ましい。上記複数形成した貫通孔
１ａへのバンプ剤の選択的な充填は、注射器（シリン
ジ）を用いたり、マスキングをしてスキージによる刷り
込みを行ったりする方法など、各種方法で行うことがで
きる。

【００３９】図６（ａ）および（ｂ）は、上記貫通孔１
ａへのバンプ剤の充填に好適な一括圧入法の説明図であ
る。まずヒートシンク１の全体にわたって所定のピッチ
で複数の貫通孔１ａを形成し、ヒートシンク１をバンプ
電極７の数が異なっても用いることができるようにす
る。そして、図６（ａ）に示すようにヒートシンク１の
貫通孔１ａが露出した一方の面に、バンプ剤を充填しな
い貫通孔をカバーするマスキング材としてのマスキング
シート９を取付ける。このマスキングシート９にカバー
されていない貫通孔１ａに対してバンプ剤を一括圧入す
ることにより、所定の貫通孔１ａだけにバンプ電極７を
設けることができる。

【００４０】また、図６（ｂ）に示すように、同じ位置
に貫通孔１ａが形成された複数のヒートシンク１を重ね
合わせた後、ヒートシンク１の貫通孔１ａが露出した一
方の面に、バンプ剤１０充填したシリンダ１１をゴム等
のパッキング１２を介して押し当てる。そして、シリン
ダ１１内のバンプ剤１０をピストン部材１３で矢印方向
に押圧することにより、すべてのヒートシンク１の所定
の貫通孔１ａに対してバンプ剤を一括圧入することがで
きる。ヒートシンク１の貫通孔１ａからはみ出たバンプ
剤１０は切り取り、その面は研磨して仕上げる。ここ
で、上記パッキング１２は、バンプ剤１０を充填しない
貫通孔１ａをカバーするマスキング材として兼用しても
よい。

【００４１】以上、本実施形態によれば、基板２側また
はパッケージ４側に前もってバンプ電極を形成する必要
がなく、基板２とパッケージ４との間に上記ヒートシン
ク１を装着するだけで、両者間にバンプ電極７を簡単に
形成することができる。また、ヒートシンク１の貫通孔
１ａの内壁面とバンプ電極７とが密着した構造であるた
め、両者間にデットスペースがなくなり、基板２および
パッケージ４とヒートシンク１との間の接触面積を広く
することによる放熱効率の向上と、バンプ電極７の断面
寸法を大きくすることよる良好な導電性の確保との両立
を図ることができる。

【００４２】なお、以上の実施形態においては、電子素
子３を含むパッケージ４を基板２に表面実装する場合に
ついて説明したが、本発明は、ＬＳＩチップ等の電子素
子を直接基板に表面実装するフリップチップの場合にも
適用することができ、同様な効果が得られるものであ
る。

【００４３】また、上記実施形態３又は４のようにヒー
トシンクの貫通孔に設けたバンプ電極を介して電子素子
またはパッケージを基板に表面実装する場合、ヒートシ
ンクは、それに接触する電子素子、パッケージ及び基板
と同程度の熱膨張係数を有する材料で形成することが好
ましい。これにより、ヒートシンクと電子素子等が同程
度に熱膨張するので、バンプ電極にクラックが発生する
のを防止することができる。例えば、上記電子素子がシ
リコンチップである場合、ヒートシンクは、シリコンと
同程度の熱膨張係数を有する合金（コバール）で形成す
るのが好ましい。

【００４４】

【発明の効果】請求項１乃至８の発明によれば、基板に
表面実装された電子素子または電子素子を含むパッケー
ジの熱が、該基板と該電子素子またはパッケージとの間
に挟持されるように設けられたヒートシンクを通って該
基板に伝わるので、該電子素子またはパッケージの熱を
基板に対して良好に放熱することができるという効果が
ある。

【００４５】特に、請求項２の発明によれば、ヒートパ
イプ内の冷媒の気化及び液化を伴う循環によって電子素
子の熱が基板に伝わるので、該電子素子またはパッケー
ジの熱を基板に対してさらに良好に放熱することができ
るという効果がある。

【００４６】特に、請求項３の発明によれば、基板の実
装表面が水平面から傾いた場合でも、該電子素子または
パッケージの全体の熱を該基板に対して均一に放熱する
ことができるという効果がある。

【００４７】特に、請求項４の発明によれば、電子素子
または電子素子を含むパッケージをバンプ電極を介して
基板に表面実装した場合でも、該バンプ電極とヒートシ
ンクとが干渉することがない。さらに、バンク電極が熱
伝導の悪い材料で形成されている場合でも、該電子素子
またはパッケージの熱を基板に対して良好に放熱するこ
とができるという効果がある。

【００４８】特に、請求項５の発明によれば、ヒートシ
ンク本体を良好な熱伝導体でもある金属等の導電材料で
形成した場合でも、バンプ電極同士やバンプ電極とグラ
ウンドとの間でショートが発生することがないという効
果がある。

【００４９】特に、請求項６の発明によれば、基板にバ
ンプ電極の数が異なる複数種類の電子素子またはパッケ
ージを表面実装する場合でも、該基板側の電極と該電子
素子またはパッケージ側の電極との間を電気的に確実に
接続することができるという効果がある。

【００５０】特に、請求項７の発明によれば、基板側ま
たは電子素子若しくはパッケージ側に前もってバンプ電
極を形成する必要がなく、該基板と該電子素子またはパ
ッケージとの間にヒートシンクを装着するだけで、両者
間にバンプ電極を容易に形成することができる。しか
も、上記ヒートシンクの貫通孔の内壁面とバンプ電極と
の間にデットスペースがないため、該基板および該電子
素子またはパッケージと該ヒートシンクとの間の接触面
積を広くすることによる放熱効率の向上と、該バンプ電
極の断面寸法を大きくすることよる良好な導電性の確保
との両立を図ることができるという効果がある。

【００５１】特に、請求項８の発明によれば、バンプ電
極に接触する基板側の電極および電子素子またはパッケ
ージ側の電極に導電性接着材を塗布しなくても、該バン
プ電極を介した該基板側の電極と該電子素子またはパッ
ケージ側の電極との間の電気的な接続を良好に行うこと
ができるという効果がある。

【００５２】請求項９の発明によれば、ヒートシンク等
の熱膨張に起因するバンプ電極のクラックの発生を防止
することができるという効果がある。

【００５３】請求項１０の発明によれば、ヒートシンク
の貫通孔が露出した一方の面からバンプ電極の材料を圧
入するという簡単な方法で、該貫通孔に該バンプ電極の
材料を充填することができる。さらに、同じ貫通孔が形
成された複数のヒートシンクを重ね合わせた状態でバン
プ電極の材料を圧入すれば、該複数のヒートシンクの貫
通孔に容易に該バンプ電極の材料を充填することができ
るという効果がある。

【００５４】請求項１１の発明によれば、ヒートシンク
をバンプ電極の数が異なっても用いることができるとと
もに、該ヒートシンクの所定の貫通孔のみにバンプ電極
の材料を充填することができるという効果がある。

【００５５】請求項１２及び１３の発明によれば、電子
素子の発熱を伴う通常使用状態において、該電子素子の
熱を該ヒートパイプを介して基板に確実に伝え、良好な
放熱を行うことができるという効果がある。

【００５６】請求項１３の発明によれば、電子素子又は
パッケージで暖められた気体の上昇によっても該電子素
子の熱が該基板に伝えられるとともに、該基板からの熱
によって加熱された気体は電子素子等を加熱することな
く上方に離脱するため、該電子素子の冷却効率が高まる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係るヒートシンクの概略構成
を示す正面透視図。

【図２】（ａ）は、第２の実施形態に係るヒートシンク
の概略構成を示す正面透視図。（ｂ）は、基板の実装表
面が鉛直方向と平行となったときの同ヒートシンクの正
面透視図。

【図３】（ａ）は、第３の実施形態に係るヒートシンク
の斜視図。（ｂ）は、同ヒーシンクが装着される基板及
びパッケージの斜視図。

【図４】（ａ）は、第４の実施形態に係るバンプ電極付
きのヒートシンクの装着前の断面図。（ｂ）は、基板と
パッケージの間に装着した同ヒートシンクの断面図。

【図５】（ａ）は、バンプ剤を充填する前の貫通孔を有
するヒートシンクの平面図。（ｂ）及び（ｃ）は、バン
プ剤を充填した後のヒートシンクの平面図。

【図６】（ａ）は、マスキングシートを取り付けたヒー
トシンクの平面図。（ｂ）は、ヒートシンクの貫通孔へ
のバンプ剤の一括圧入法の説明図。

【図７】従来のヒートシンクの正面図。

【図８】（ａ）は、第１の実施形態の比較例に係るヒー
トシンクの正面透視図。（ｂ）は、第２の実施形態の比
較例に係るヒートシンクの正面透視図。

【符号の説明】

１ ヒートシンク １ａ 貫通孔 １ｂ バンプ剤が充填された貫通孔 ２ 基板 ３ 電子素子 ４ パッケージ ５ 冷媒 ６ ヒートパイプ ７ バンプ電極 ８ 導電性接着剤 ９ マスキングシート １０ バンプ剤 １１ シリンダ １２ パッキング １３ ピストン部材

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板に表面実装された電子素子または電子
   素子を含むパッケージの放熱に用いるヒートシンクであ
   って、 該基板と該電子素子または該パッケージとの間に挟持さ
   れるように設けたことを特徴とするヒートシンク。
2. 【請求項２】請求項１のヒートシンクにおいて、 上記電子素子またはパッケージ側から上記基板側に延在
   する空洞に冷媒を充填したヒートパイプを備えたことを
   特徴とするヒートシンク。
3. 【請求項３】請求項２のヒートシンクにおいて、 上記基板の実装表面に沿った方向について空洞が互いに
   独立するように間仕切りされた複数のヒートパイプを備
   えていることを特徴とするヒートシンク。
4. 【請求項４】バンプ電極を介して基板に表面実装される
   電子素子または電子素子を含むパッケージの放熱に用い
   る請求項１のヒートシンクであって、 該バンプ電極が貫通するための貫通孔を備えたことを特
   徴とするヒートシンク。
5. 【請求項５】請求項４のヒートシンクにおいて、 上記貫通孔の内壁を絶縁体で形成したことを特徴とする
   ヒートシンク。
6. 【請求項６】請求項４のヒートシンクにおいて、 上記貫通孔を、上記バンプ電極が形成される所定ピッチ
   で、上記電子素子または上記パッケージと対向する面の
   全体にわたって形成したことを特徴とするヒートシン
   ク。
7. 【請求項７】バンプ電極を介して基板に表面実装される
   電子素子または電子素子を含むパッケージの放熱に用い
   る請求項１のヒートシンクであって、 該バンプ電極が形成される位置に内壁が絶縁体で形成さ
   れた貫通孔を備え、該貫通孔に該バンプ電極が設けられ
   ていることを特徴とするヒートシンク。
8. 【請求項８】請求項７のヒートシンクにおいて、 上記バンプ電極の端部に導電性接着剤を塗布したことを
   特徴とするヒートシンク。
9. 【請求項９】請求項４または７のヒートシンクにおい
   て、 上記電子素子または上記パッケージと上記基板の少なく
   とも一方と同程度の熱膨張係数を有する材料で形成した
   ことを特徴とするヒートシンク。
10. 【請求項１０】請求項７のヒートシンクの製造方法であ
    って、 ヒートシンクの貫通孔が露出した一方の面から、バンプ
    電極の材料を圧入することを特徴とするヒートシンクの
    製造方法。
11. 【請求項１１】請求項１０のヒートシンクの製造方法に
    おいて、 上記ヒートシンクの全体にわたって所定のピッチで複数
    の貫通孔を形成し、該ヒートシンクの該貫通孔が露出し
    た一方の面に、上記バンプ電極の材料を充填しない貫通
    孔をカバーするマスキング材を取付け、該マスキング材
    にカバーされていない貫通孔に対して該バンプ電極の材
    料を一括圧入することを特徴とするヒートシンクの製造
    方法。
12. 【請求項１２】請求項２または３のヒートシンクを備え
    た電子機器であって、 上記電子素子の発熱を伴う通常使用状態で該電子素子ま
    たは上記パッケージが上記液化状態の冷媒に近接するよ
    うに、該電子素子または該パッケージを上記ヒートシン
    クを介して該基板に取り付けたことを特徴とする電子機
    器。
13. 【請求項１３】請求項１２のヒートシンクを備えた電子
    機器において、 上記電子素子の発熱を伴う通常使用状態で上記基板が該
    電子素子又は上記パッケージの鉛直方向上側に位置する
    ように、該電子素子または該パッケージを上記ヒートシ
    ンクを介して該基板に取り付けたことを特徴とする電子
    機器。