JP5949195B2 - ヒートスプレッダ、半導体装置、及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、上記従来例の有する不都合を改善し、特に、半導体素子の発熱に起因して生じる隣接部材の損傷を有効に防止し、これによって耐久性の増大を図ったヒートスプレッダ、半導体装置、及びその製造方法の提供をその目的とする。
本発明にかかるヒートスプレッダ及びこれを装備した半導体装置の第1実施形態を、図1乃至図4に基づいて説明する。
本第1実施形態において、図1に示す符号90は、配線が金メッキでパターニングされているアルミナ(酸化アルミ)性の基板40と、小さいボール状のBGA電極70(図4)を備えた半導体素子としてのIC50と、このIC50から発生する熱を放散するヒートスプレッダ30と、を備えて構成された半導体装置である。
次に、図3及び図4に示したヒートスプレッダ30の実装手順を図5に示すフローチャートに基づいて説明する。
ここでは、基板40の電極面にIC50のBGA電極70を備える面(電極面)を対向させ、基板40とIC50のBGA電極70とを一括接続する(BGA接続)。かかる工程を経て、IC50が基板40にフェイスダウン実装された状態を図3(A)に示す(図5:S501)。
続いて、平面形状がコ字状のスプレッダ枠体10を、はんだ付けにより基板40に一体的に固着装備させる。その際、内壁面10Aで囲われた領域の中央部にIC50が配置されるようにする。このようにすれば、後述するスプレッダ天板接続工程(図5:S504)において、スプレッダ枠体10に組み込まれたスプレッダ天板20の重心位置の真下にIC50を配置することが可能となる。かかる工程によって、基板40に固着装備させたスプレッダ枠体10がIC50を三方向から包囲した状態を図3(B)に示す(図5:S502)。
続いて、図3(B)に示すように、IC50の非電極面に適量の放熱樹脂60を塗布する。また、必要に応じて、塗布した熱硬化性の放熱樹脂60を所定の形状に整形する(図5:S503)。
続いて、まず、スプレッダ天板20を、スプレッダ枠体10に組み込むと共に放熱樹脂60を介してIC50の非電極面に当接させる。その際、薄板状であるスプレッダ天板20の側端面20Aは、対向するスプレッダ枠体10の内壁面10Aに滑り接触するように形成されているため、これにより、スプレッダ天板20を、基板40に対する平行状態を保ったままスプレッダ枠体10に嵌入することができる。即ち、スプレッダ天板20とIC50を、放熱樹脂60を介して平行な状態で当接させることができる(図5:S504)。
本第1実施形態では、基板40に直接的に固着装備されるスプレッダ枠体10と、これとは物理的に分離したスプレッダ天板20と、から成る放熱部材としてのヒートスプレッダ30を採用したため、これによると、基板40(スプレッダ枠体10)からの拘束を受けないスプレッダ天板20について、高さ方向の自由度を確保することができる。
前述した本発明の第1実施形態にかかる半導体装置にヒートシンクを当接装備した応用例を、図4及び図6に基づいて説明する。
本応用例にかかる半導体装置91は、図6に示す通り、前述した半導体装置90におけるスプレッダ天板20の上端面にヒートシンク80を一体的に接続させる点に特徴を有する。
本応用例では、まず、前述した第1実施形態における一連の各工程内容(図5:S501〜S504)を実行し、これに続けて、スプレッダ天板20の上端面にヒートシンク80を一体的に接続する。そのため、ここでは図4及び図6に基づいてヒートシンク80をスプレッダ天板20に当接装備する手順(ヒートシンク装備工程)の内容を説明する。
本発明にかかるヒートスプレッダ及びこれを装備した半導体装置の第2実施形態を、図3及び図7に基づいて説明する。
この第2実施形態は、前述した第1実施形態において採用した図2に示すヒートスプレッダ30に代えて、図7に示すヒートスプレッダ31を採用した点に特徴を有する。
その他の構成は、前述した第1実施形態の場合と同様である。
ヒートスプレッダ31の実装手順は、前述した第1実施形態の場合と同様である(図5:S501〜S504)。ここでは、ヒートスプレッダ31を構成するヒートスプレッダ枠体11の形状に起因する相違点について説明する。
本第2実施形態においても、第1実施形態の場合と同様に、基板40に直接的に固着装備されるスプレッダ枠体11と、これとは物理的に分離したスプレッダ天板21と、から成る放熱部材としてのヒートスプレッダ31を採用したため、これによると、基板40からの拘束を受けないスプレッダ天板21について、高さ方向の自由度を確保することができる。即ち、スプレッダ天板21を、スプレッダ枠体11の内壁面11Aに摺動自在に組み込むことができる。
本発明の第2実施形態にかかる半導体装置91に対しても、上述した第2実施形態の応用例と同様にヒートシンク80を当接装備するようにしてもよい。
半導体装置(90、91)の構成の一部として採用したIC50に代えて、BGA電極を有する複数のICを採用するようにしてもよい。
次に、図3(B)に示すIC50とスプレッダ枠体10の位置関係と同様に、スプレッダ枠体(10、11)を基板40上に装備させる。即ち、中央部に集結したIC群を囲うようにスプレッダ枠体(10、11)を固着装備させる(図5:S502)。
続いて、各ICの非電極面に、硬化性の放熱樹脂を塗布する(図5:S503)。
それ以降の半導体装置の作製にかかる一連の各工程内容(図5:S504等)及び他の構成内容は、第1実施形態の場合と同様である。
図1乃至図6に示したスプレッダ枠体(10、11)に組み込むスプレッダ天板(20、21)を、物理的に分離した複数の天板部材から成る構成としてもよい。即ち、これらの天板部材を同一平面上にて結集させると、全体としてスプレッダ天板(20、21)と同一の形状を成すように構成してもよい。
スプレッダ枠体(10、11)及びスプレッダ天板(20、21)の材質としては、アルミニウム・窒化アルミニウム・酸化アルミニウム・銅タングステン・シリコン等を採用するようにしてもよい。また、各金属を積層した複合材料やカーボンナノチューブ等を採用するようにしてもよい。もっとも、スプレッダ枠体(10、11)とスプレッダ天板(20、21)には、別々の材質を採用するようにしてもよい。
上述した半導体素子実装工程(図5:S501)において、IC50のBGA接続に代えて、Au圧着接続を採用するようにしてもよい。このようにすれば、BGA接続と比較して接続部の融点が上がるため、耐熱性を向上することができる。
上述した放熱樹脂塗布工程(図5:S503)においてIC50の非電極面に塗布した熱硬化性の放熱樹脂60に代えて、紫外線硬化性の放熱樹脂を採用するようにしてもよい。この場合は、スプレッダ天板接続工程(図5:S504)において、IC50とスプレッダ天板20とを接続させるに際して、放熱樹脂60に紫外線を照射する。
基板に実装された半導体素子から発生する熱を放散するヒートスプレッダであって、
前記半導体素子を少なくとも三方向から包囲するように前記基板上に固着装備するスプレッダ枠体と、このスプレッダ枠体の内壁面に沿ってその周囲が摺動自在に組み込まれるスプレッダ天板と、により構成したことを特徴とするヒートスプレッダ。
前記付記1に記載のヒートスプレッダにおいて、
前記スプレッダ枠体は、その平面形状がコ字状であることを特徴としたヒートスプレッダ。
前記付記1に記載のヒートスプレッダにおいて、
前記スプレッダ枠体は、その平面形状がロ字状であることを特徴としたヒートスプレッダ。
前記付記1乃至3のいずれか一つに記載のヒートスプレッダにおいて、
前記スプレッダ天板は、物理的に分離された複数の天板部材から成るものであり、
この各天板部材は、それぞれが前記半導体素子に個別に且つ一体的に接続されることを特徴としたヒートスプレッダ。
一方の面に電極を備える基板と、前記基板の電極面に実装された半導体素子と、この半導体素子用として装備された前記付記1乃至4のいずれか一つに記載のヒートスプレッダと、を備えたことを特徴とする半導体装置。
前記付記5に記載の半導体装置において、
前記スプレッダ天板は、前記スプレッダ枠体から前記基板とは反対方向に常時突出した状態に設置されていることを特徴とした半導体装置。
前記付記6に記載の半導体装置において、
前記半導体素子で発生する熱を放散するヒートシンクを、前記スプレッダ天板上に当接装備したことを特徴とする半導体装置。
半導体素子が実装された基板上に、前記半導体素子を少なくとも三方向から包囲するスプレッダ枠体を固着装備し、
このスプレッダ枠体の内壁面に滑り接触する側端面を有するスプレッダ天板を、前記スプレッダ枠体に組み込むようにし、
このスプレッダ天板を前記半導体素子の上端面に一体的に接続することを特徴とした半導体装置の製造方法。
10A 内壁面
20、21 スプレッダ天板
20A 側端面
30、300、301 ヒートスプレッダ
40、400、401 基板
50、500、501 IC(集積回路)
60、600、601 放熱樹脂
70、700、701 BGA電極
80、801 ヒートシンク
90、91 半導体装置
Claims (6)
- 基板に実装された半導体素子から発生する熱を放散するヒートスプレッダであって、
前記半導体素子を少なくとも三方向から包囲するように前記基板上に固着装備するスプレッダ枠体と、このスプレッダ枠体の内壁面に沿ってその周囲が摺動自在に組み込まれるスプレッダ天板と、により構成され、
前記スプレッダ枠体は、その平面形状がコ字状であることを特徴とするヒートスプレッダ。 - 基板に実装された半導体素子から発生する熱を放散するヒートスプレッダであって、
前記半導体素子を少なくとも三方向から包囲するように前記基板上に固着装備するスプレッダ枠体と、このスプレッダ枠体の内壁面に沿ってその周囲が摺動自在に組み込まれるスプレッダ天板と、により構成され、
前記スプレッダ天板は、物理的に分離された複数の天板部材から成るものであり、
この各天板部材は、それぞれが前記半導体素子に個別に且つ一体的に接続されることを特徴としたヒートスプレッダ。 - 一方の面に電極を備える基板と、前記基板の電極面に実装された半導体素子と、この半導体素子用として装備された前記請求項1又は2に記載のヒートスプレッダと、を備えたことを特徴とする半導体装置。
- 前記請求項3記載の半導体装置において、
前記スプレッダ天板は、前記スプレッダ枠体から前記基板とは反対方向に常時突出した状態に設置されていることを特徴とした半導体装置。 - 基板に実装された半導体素子から発生する熱を放散するヒートスプレッダであって、前記半導体素子を少なくとも三方向から包囲するように前記基板上に固着装備するスプレッダ枠体と、このスプレッダ枠体の内壁面に沿ってその周囲が摺動自在に組み込まれるスプレッダ天板と、により構成されたヒートスプレッダと、
一方の面に電極を備える基板と、
前記基板の電極面に実装された半導体素子と、
を備え、
前記ヒートスプレッダは、前記半導体素子用として装備され、
前記スプレッダ天板は、前記スプレッダ枠体から前記基板とは反対方向に常時突出した状態に設置され、
前記半導体素子で発生する熱を放散するヒートシンクを、前記スプレッダ天板上に当接装備したことを特徴とする半導体装置。 - 半導体素子が実装された基板上に、前記半導体素子を少なくとも周囲三方向から包囲するとともに平面形状がコ字状であるスプレッダ枠体を固着装備し、
このスプレッダ枠体の内壁面に滑り接触する側端面を有するスプレッダ天板を、前記スプレッダ枠体に組み込むようにし、
このスプレッダ天板を前記半導体素子の上端面に一体的に接続することを特徴とした半導体装置の製造方法。
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