JP3193142B2 - 基 板 - Google Patents

基 板

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JP3193142B2
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魯濱 王
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、表面実装された半導体
素子等を冷却するための手段を有する基板に関する。
【0002】
【従来の技術】図4は、従来の基板の概略を示す部分断
面図である。
【0003】ここでは、半導体素子101が、基板10
2上にCOB(Chip on Board)法によっ
て取り付けられており、リード103により基板102
上のパッド104と電気的に接続されている。ベアチッ
プ等の半導体素子101においては、放熱フィン等の冷
却手段を素子に直接取り付けることが機械的強度や絶縁
性の問題等から困難であるため、従来は、半導体素子1
01において発生した熱を直接雰囲気中に発散したり、
リード103を介して基板102へ伝えた後、雰囲気中
に発散したりしていた。また、半導体素子101と基板
102との間の熱的な抵抗を低減するために、両者間に
樹脂や熱伝導ペースト等を充填することもあった。
【0004】ところが、基板102を構成する絶縁性の
主構造体として、ガラスエポキシ等の熱伝導性の低い材
料が使用された場合、基板102内での熱の拡散に対す
る抵抗が大きくなるため、基板102による実効的な放
熱面積の拡大があまり期待できないという欠点があっ
た。
【0005】これに対して、基板102内部での面方向
の熱伝導特性を改善するために、基板102の面積とほ
ぼ同等の面積を占める金属などの良熱伝導体で構成され
る熱伝導層105を基板102の内部に設けることも試
みられているが、この熱伝導層105と半導体素子10
1の間及び熱伝導層105と外部雰囲気との間の熱的な
抵抗が大きいという問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
の基板においては、基板内部に設けられた熱伝導層と、
表面実装された半導体素子等及び外部雰囲気との間の熱
的な抵抗が大きいため、基板による実効的な放熱面積の
拡大があまり期待できず、表面実装された半導体素子等
の十分な冷却が困難であった。
【0007】そこで、本発明では、上記問題を解決し、
基板内部の熱伝導層と、表面実装された半導体素子等及
び外部雰囲気との熱的な接続を良好にすることが可能
で、基板による実効的な放熱面積を拡大することによ
り、表面実装された半導体素子等の十分な冷却を実現で
きる基板を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、内部に良熱伝導材で形成された熱伝導
層を有する基板において、この基板の表面に露出したパ
ッドと、このパッドと前記熱伝導層とを接続するサーマ
ルビアとを具備することを特徴とする基板を提供する。
【0009】また、この基板において、前記熱伝導層
と、前記サーマルビアとが電気伝導性のある材料で構成
され、電源あるいは電気信号の伝播に用いられることを
特徴とする基板、前記サーマルビアの前記基板の厚み方
向の両端部のうち少なくとも一方の端部が他の部分より
も太く形成されていることを特徴とする基板、前記熱伝
導層の表面あるいは内部に流体を流すための流路が設け
られていることを特徴とする基板、前記パッドが複数設
けられており、そのうちの少なくともひとつに放熱促進
手段が接続されていることを特徴とする基板をも併せて
提供する。
【0010】
【作用】上記した構成を有する本発明によれば、基板内
部に設けられた熱伝導層と、表面実装された半導体素子
等及び外部雰囲気とを基板表面に露出したパッド及びサ
ーマルビア介して接続することにより、両者間の熱的な
接続を良好にすることができる。これにより、基板によ
る実効的な放熱面積を拡大することができ、半導体素子
等で発生した熱を基板内部の熱伝導層を介して外部雰囲
気に効率よく輸送することができ、半導体素子等を十分
に冷却することが可能となる。
【0011】また、熱伝導層及びサーマルビアを電気伝
導性のある材料で構成することにより、これらを電源あ
るいは電気信号を伝播する回路の一部として用いること
も可能となる。
【0012】さらに、サーマルビアの端部を太くするこ
とにより、パッドあるいは熱伝導層との接触面積を拡大
することができ、半導体素子等の面内を伝導する熱の一
部をより効率よく吸収し、熱伝導層に輸送することが可
能となる。
【0013】加えて、熱伝導層の表面あるいは内部に冷
却用流路を設けたり、一部のパッドに放熱促進手段を設
けることにより、半導体素子等で発生した熱をより効果
的に除去することが可能となる。
【0014】
【実施例】本発明の実施例について、図面を参照しつつ
詳細に説明する。図1は、本発明に係る基板の一実施例
を示す部分断面図である。
【0015】ここでは、半導体素子1が、ガラスエポキ
シやセラミック製の基板2上に、COB法により実装さ
れている。この半導体素子1はリード3により基板2上
のパッド4と電気的に接続されるとともに、結合材5に
より基板2上のパッド6aと熱的に接続される。なお、
接合材5としては、例えば金属粉を含有する熱伝導率の
高い接着剤や熱伝導ペーストなどが用いられる。
【0016】上記したパッド6aは、基板2の内部に設
けられた熱伝導層7とサーマルビア8により接続され
る。ここで、熱伝導層7及びサーマルビア8は、例えば
金、銅、アルミニウム等の純金属やAl23、AlN、
SiC等の熱伝導率の高い良熱伝導材で構成される。サ
ーマルビア8は、通常、基板2の内部の配線(図示省
略)に干渉しないように設けられる。ただし、熱伝導層
7及びサーマルビア8を電気伝導性のある材料で構成す
ることにより、これらを電源あるいは電気信号を伝播す
る回路の一部として用いても良い。
【0017】このような構成によれば、基板2がガラス
エポキシ等の熱伝導性の低い材料により構成されている
場合でも、半導体素子1において発生した熱を基板2内
部の熱伝導層7に効率よく輸送することが可能であり、
半導体素子1と熱伝導層7との間の熱的な接続を良好に
することができる。
【0018】図2は、上記したサーマルビア7の部分を
拡大して示した部分断面図である。ここで、図1に示し
た部分と同一部分に関しては同一番号を付すことにより
重複説明を省略することとする。また、パッド6aに接
続されている半導体素子1等の図示は省略する。
【0019】サーマルビア7の形状は、図2(a)に示
すように、柱状のものが一般的である。これに対して、
図2(b)に示すように、サーマルビア8a,8bがパ
ッド6a及び熱伝導層7と当接する部分(サーマルビア
8a,8bの両端部)を他の部分よりも太く形成しても
良い。
【0020】このような構成によれば、パッド6a及び
熱伝導層7とサーマルビア8a,8bとの接触面積が拡
大されるため、半導体素子1の面内を伝導する熱の一部
をより効率よく吸収し、熱伝導層7に輸送することが可
能となる。
【0021】なお、サーマルビアの形状は、図2
(a),(b)に示した場合に限られず、同等の機能を
有するものであれば、どのような形状であっても良い。
また、図2(b)に示すように、サーマルビアの両端部
を太くせずに、発熱する半導体素子1が接続されるパッ
ド6a側の端部のみを太くした形状にしても良い。
【0022】再び、図1に戻って説明を続ける。基板2
の表面には、半導体素子1等が接続されていないパッド
6bが複数個接続されていることがある。このような場
合、これらのパッド6bと熱伝導層7とをサーマルビア
8により接続することにより、熱伝導層7内の熱をパッ
ド6bを通じて外部雰囲気に放出する役割をさせること
ができる。また、この放熱をより効率よく行わせるため
に、パッド6bに図示したような放熱フィン9等の放熱
促進手段を接続しても良い。なお、この放熱フィン9の
形状は本実施例のものに限られず、放熱促進手段として
の機能を有するものであればどのようなものでも良い。
【0023】このような構成によれば、基板2がガラス
エポキシ等の熱伝導性の低い材料により構成されている
場合でも、基板2内部の熱伝導層7内の熱を外部雰囲気
に効率よく輸送することが可能であり、熱伝導層7と外
部雰囲気との間の熱的な接続を良好にすることができ
る。
【0024】以上説明したような基板2によれば、基板
2内部の熱伝導層7と半導体素子1及び外部雰囲気との
熱的な接続を良好にすることが可能となる。その結果、
熱伝導層7の有効な利用により、基板2における実効的
な放熱面積の拡大が可能となり、半導体素子1の十分な
冷却が実現できる。さらに、基板2の熱伝導特性が向上
することによる付帯的な効果として、ソルダリングにリ
フロー加熱を行う際の基板2内部の温度分布が小さくな
ることから、ソルダリング不良を減少させることが可能
となる。
【0025】図3は、本発明に係る基板の他の実施例を
示した部分断面図である。ここで、図1に示した部分と
同一部分に関しては、同一番号を付すことにより、重複
説明を省略することとする。
【0026】本実施例においては、サーマルビア8を介
して、半導体素子1が接続されたパッド6aに接続され
ている熱伝導層7の表面と対向する同熱伝導層7の表面
に、冷却用流路10が設けられている。この冷却用流路
10に、空気、水、フロン、フロロカーボン等の冷媒を
流すことにより、半導体素子1で発生した熱をより効果
的に除去することが可能となる。これにより、高発熱の
半導体素子1であっても、十分な冷却を行うことができ
る。
【0027】なお、本実施例で示した冷却用流路10
は、熱伝導層7の内部に設けても同様の効果がえられ
る。また、冷却用流路10の形状は、本実施例のものに
限られず、種々変形が可能である。
【0028】以上説明した本発明に係る基板において
は、上記した放熱フィン等の放熱促進手段や冷却用流路
を任意に選択して用いることができ、性能や用途に応じ
て種々の冷却手段を有する基板とすることができる。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板内部の熱伝導層と、表面実装された半導体素子等及
び外部雰囲気との熱的な接続を良好にすることが可能
で、基板による実効的な放熱面積を拡大することによ
り、表面実装された半導体素子等の十分な冷却を実現で
きる基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る基板の一実施例を示す部分断面
図。
【図2】サーマルビアの部分を拡大して示した部分断面
【図3】本発明に係る基板の他の実施例を示す部分断面
図。
【図4】従来の基板を示す部分断面図。
【符号の説明】
1 半導体素子 2 基板 3 リード 4,6a,6b パッド 5 結合材 7 熱伝導層 8 サーマルビア 9 放熱フィン 10 冷却用流路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩崎 秀夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝 総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭50−155973(JP,A) 特開 平4−99051(JP,A) 特公 昭49−2789(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 23/12 H01L 23/34 H05K 1/02 H05K 7/20

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内部に良熱伝導材で形成された熱伝導層
    を有する基板において、この基板の表面に露出したパッ
    ドと、このパッドと前記熱伝導層とを接続するサーマル
    ビアとを備え、前記サーマルビアの前記基板の厚み方向
    の両端部のうち少なくとも一方の端部が他の部分よりも
    太く形成されていることを特徴とする基板。
  2. 【請求項2】 内部に良熱伝導材で形成された熱伝導層
    を有する基板において、この基板の表面に露出したパッ
    ドと、このパッドと前記熱伝導層とを接続するサーマル
    ビアとを備え、前記熱伝導層の表面あるいは内部に流体
    を流すための流路が設けられていることを特徴とする基
    板。
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