JP2006319008A

JP2006319008A - ヒートシンク

Info

Publication number: JP2006319008A
Application number: JP2005138006A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Shigetomi; 雅之重冨; Masaya Yoshida; 雅哉吉田
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2005-05-11
Filing date: 2005-05-11
Publication date: 2006-11-24

Abstract

【課題】信頼性及び汎用性に優れたヒートシンクを提供する。
【解決手段】熱を輻射して半導体装置を冷却するヒートシンクにおいて、半導体装置を被覆すると共に、被覆面の中央に鉛直方向に貫通する雌ネジを形成した脚体と、上面に熱を輻射するフィンを形成すると共に、下面の中央に鉛直方向下方に突出し、その先端面を平面とし、前記雌ネジと螺着する雄ネジを形成したヒートシンク本体と、前記雄ネジの先端面と前記半導体装置の上面とを均一に密着させるように介装される熱伝導性の緩衝体とを備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、ヒートシンクに関し、特に、信頼性及び汎用性に優れたヒートシンクに関する。

半導体装置のパッケージは、内部に半導体チップを収納しており、この半導体チップの動作には多量の電力を要するため、発熱を避けることができない。半導体装置は、高温になると、不安定となって誤動作を引き起こしたり、或いは故障したりする。そのため、この半導体チップの動作によって発生した熱を効率良く放熱する必要がある。

従来の半導体装置では、半導体チップの動作によって発生した熱は、パッケージの上面を形成するヒートスプレッダに伝わり、次にヒートスプレッダの上面に塗布された熱伝導材を介してヒートシンクに伝わる。そして、最後に、ヒートシンクのフィンから輻射されて冷却される。

ところで、近年では、半導体チップを複数収納するために、パッケージが大型化してきており、収納する半導体チップ分、発熱量も大きくなったため、大型のヒートシンクが取り付けられるようになった。

このような大型のヒートシンクは、アルミ合金等の押し出し形材を所定の長さに切断して製造されるが、押し出し形材を製造する際にわずかなそりが発生するため、製造したヒートシンクはそりを含んだ形状となる。

更に、上述したパッケージの大型化に伴い、タングステン合金等からなるヒートスプレッダも大型化し、ねじれ、傾き等が現れやすくなってきており、平面度が悪い形状となっている。

すなわち、ヒートスプレッダの形状とヒートシンクの形状との不整合が生じているため、ヒートスプレッダとヒートシンクとを熱伝導材を介して密着させる際に、熱伝導材の中に生じる気泡が破かれず、破かれずに残った気泡が熱伝導の妨げとなり、充分な放熱効果が得られなくなる。

そこで、ヒートシンクのヒートスプレッダ側の面を凸状の円弧をなした曲面とし、その曲面に対応するように、ヒートスプレッダのヒートシンク側の面を凹状の円弧をなした曲面として構成したヒートシンク付き半導体装置が提案されている。

このヒートシンク付き半導体装置では、ヒートスプレッダとヒートシンクとを熱伝導材を介して密着させる際に、熱伝導材のうち、余分な熱伝導材が外側に押し出されるように移動するため、気泡が生じないようにヒートスプレッダとヒートシンクとを熱伝導材を介して密着させる（特許文献１参照）。
特開平１１−１６３２３１号公報

しかしながら、上述したヒートシンク付き半導体装置では、ヒートシンクは、ヒートスプレッダ側の面を凸状の円弧をなした曲面としているため、以下のような問題点を有する。

まず、第１に、ヒートシンクとヒートスプレッダとを熱伝導材を介して密着させる際に、ヒートシンクの曲面の先端部分がヒートスプレッダを局部的に押圧して、ヒートスプレッダにそりが生じ、生じたヒートスプレッタのそりが半導体チップを押圧するため、半導体チップの破損の原因ともなり易く、信頼性に乏しい。

第２に、ヒートシンクの曲面に対応するように、ヒートシンク側の面を凹状の円弧をなした曲面とするヒートスプレッダにてパッケージの上面を形成した半導体装置にしか適用できないため、平面のヒートスプレッダにて上面を形成した半導体装置に適用できず、汎用性に乏しい。

そこで、本発明は、上記問題に鑑み、信頼性及び汎用性に優れたヒートシンクを提供することを目的とする。

本発明は、熱を輻射して半導体装置を冷却するヒートシンクを前提としている。本発明は、半導体装置を被覆すると共に、被覆面の中央に鉛直方向に貫通する雌ネジを形成した脚体と、上面に熱を輻射するフィンを形成すると共に、下面の中央に鉛直方向下方に突出し、その先端面を平面とし、前記雌ネジと螺着する雄ネジを形成したヒートシンク本体と、前記雄ネジの先端面と前記半導体装置の上面とを均一に密着させるように介装される熱伝導性の緩衝体とを備えた構成としている。

このようにすれば、ヒートシンクの雄ネジの先端面が半導体装置の上面に均一に密着するため、半導体装置の上面を均一に押圧して、半導体チップの破損を回避できると共に、ヒートシンクの雄ネジの先端面を平面としたため、平面にて上面を形成した半導体装置に適用できる。

なお、前記熱伝導性の緩衝体は、前記雄ネジの先端面上に配設される構成としてもよいし、前記半導体装置の上面上に配設される構成としてもよい。

ヒートシンクの雄ネジの先端面が半導体装置の上面に均一に密着するため、半導体装置の上面を均一に押圧して、半導体チップの破損を回避できると共に、ヒートシンクの雄ネジの先端面を平面としたため、平面にて上面を形成した半導体装置に適用できる。

以下、本発明の実施の形態を図面にしたがって詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態におけるヒートシンク１０を示す概略斜視図であり、図２は、本発明の実施の形態におけるヒートシンク１０を示す概略断面図である。

半導体装置１は、内部に半導体チップを収納し、当該半導体チップの位置に対応する上面を、例えば、タングステン合金からなる平面形状のヒートスプレッダ２にて形成しており、リードピン３を介して他の部品と共にプリント基板等に取り付けられ、所定の動作を行う。

上記プリント基板等の半導体装置１の取り付け位置には、コの字の上下辺を脚とし、右辺を上板とする脚体４が、２本の脚で当該半導体装置１を跨ぎ、上板で当該半導体装置１を被覆するように配設される。

上記脚体４は、例えば、樹脂等で形成され、上記半導体装置１を被覆する上板の中央には、当該上板を表裏に貫通する雌ネジ５を形成している。

一方、ヒートシンク本体６は、その上面に、例えば、アルミ合金からなる複数条の整列された板状のフィン７を形成し、アルミ自体の良好な熱伝導性に加えて、その凹凸構造により、大気との接触面積が増大されることで、上記半導体装置１が発する熱を効率的に空気中に輻射する。

更に、上記ヒートシンク本体６は、その下面の中央に、鉛直方向下方に突出し、その先端面を平面形状とし、上記雌ネジ５と螺着する雄ネジ８を上記雌ネジ５に対応する位置に一体として形成しており、当該平面形状の雄ネジ８の先端面上には、熱伝導性の緩衝体９を接着固定して配設している。

上記において、ヒートシンク本体６の雄ネジ８を上記脚体４の上板に形成された雌ネジ５に螺着すると、上記脚体４の上板上に上記ヒートシンク本体６が固定され、上記ヒートシンク１０を構成すると共に、上記平面形状の雄ネジ８の先端面が熱伝導性の緩衝体９を介して、上記半導体装置１の上面を平面形状にて形成するヒートスプレッダ２に密着する。

このとき、熱伝導性の緩衝体９の緩衝作用により、上記雄ネジ８が上記雌ネジ５にしっかりと螺着し、その雄ネジ８の先端面は、上記熱伝導性の緩衝体９を介して、上記ヒートスプレッダ２に隙間なく密着すると共に、その雄ネジ８の先端面がヒートスプレッダ２を均一に押圧する。

上記のような構成により、半導体装置１の内部に収納された半導体チップの動作によって発生した熱は、当該半導体装置１の上面を形成するヒートスプレッダ２に伝わり、上記熱伝導性の緩衝体９に伝わる。そして、上記雄ネジ８からヒートシンク本体６に伝わり、フィン７から輻射されて冷却されることとなる。

なお、上記実施の形態では、熱伝導性の緩衝体９が雄ネジ８の先端面上に接着固定して配設される構成で説明したが、この例に限定されるものではなく、半導体装置１の上面を形成するヒートスプレッダ２上に接着固定して配設される構成としてもよい。

また、ヒートシンク本体６は、銅、窒化アルミニウム、人工ダイヤモンド、プラスチック等の高熱導電性材料からなる構成としてもよい。なお、その製造方法は板金加工、アルミダイキャストその他の方法によって製造すればよいし、プラスチック製であれば、例えば、射出成形によって形成されてもよい。

なお、上記フィン７の形状は板状に限定されず、ピン状、湾曲形状など任意の配置形状を採用してもよい。また、上記フィン７は、一定間隔で横に整列する必要はなく、放射状に配置されたり、傾斜して配置されたりしてもよいし、フィン７の数も任意に設定してもよい。

上記実施の形態で説明した構成は、単に具体例を示すものであり、本願発明の技術的範囲を制限するものではない。本願の効果を奏する範囲において、任意の構成を採用することが可能である。

半導体装置の上面を均一に押圧して、半導体チップの破損を回避できると共に、平面にて上面を形成した半導体装置に適用できるため、信頼性及び汎用性に優れたヒートシンクとして有用である。

本発明の実施の形態におけるヒートシンクを示す概略斜視図である。本発明の実施の形態におけるヒートシンクを示す概略断面図である。

符号の説明

１半導体装置
２ヒートスプレッダ
３リードピン
４脚体
５雌ネジ
６ヒートシンク本体
７フィン
８雄ネジ
９緩衝体
１０ヒートシンク

Claims

熱を輻射して半導体装置を冷却するヒートシンクにおいて、
半導体装置を被覆すると共に、被覆面の中央に鉛直方向に貫通する雌ネジを形成した脚体と、
上面に熱を輻射するフィンを形成すると共に、下面の中央に鉛直方向下方に突出し、その先端面を平面とし、前記雌ネジと螺着する雄ネジを形成したヒートシンク本体と、
前記雄ネジの先端面と前記半導体装置の上面とを均一に密着させるように介装される熱伝導性の緩衝体と、
を備えたことを特徴とするヒートシンク。
前記熱伝導性の緩衝体は、前記雄ネジの先端面上に配設される請求項１記載のヒートシンク。
前記熱伝導性の緩衝体は、前記半導体装置の上面上に配設される請求項１記載のヒートシンク。