JPH04294570A - ヒートシンク - Google Patents

ヒートシンク

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JPH04294570A
JPH04294570A JP3060014A JP6001491A JPH04294570A JP H04294570 A JPH04294570 A JP H04294570A JP 3060014 A JP3060014 A JP 3060014A JP 6001491 A JP6001491 A JP 6001491A JP H04294570 A JPH04294570 A JP H04294570A
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JP
Japan
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heat
heat transfer
semiconductor element
fin
transfer member
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Application number
JP3060014A
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English (en)
Inventor
Katsumi Kuno
勝美 久野
Hiroshi Mizukami
浩 水上
Koichiro Kawano
浩一郎 川野
Tomiya Sasaki
富也 佐々木
Hideo Iwasaki
秀夫 岩崎
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161—Disposition
    • H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73253—Bump and layer connectors

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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】［発明の目的］
【０００２】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子等の発熱素
子の冷却に使用されるヒートシンクに関する。
【０００３】
【従来の技術】半導体素子等の発熱素子は動作時に発熱
するので、性能を維持するためにヒートシンクによって
冷却が行われる。
【０００４】図５は、従来の半導体素子の冷却に使用さ
れるヒートシンクの一例を示す断面図である。この図に
示すように、半導体素子１０１の上部に接続されている
ヒートシンク１０２は、半導体素子１０１に熱的に接続
されている板状のベース１０３と、ベース１０３上に接
続されている複数のピン状のフィン１０４とで構成され
ている。半導体素子１０１は、複数の配線ピン１０５を
介して基板１０６上に実装されている。
【０００５】従来のヒートシンク１０２は上記のように
構成されており、半導体素子１０１で発熱が生じると、
この熱はベース１０３に伝えられてピン状のフィン１０
４によって放熱されることにより半導体素子１０１の冷
却が行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
のヒートシンク１０２ではピン状のフィン１０４による
放熱によって半導体素子１０１の冷却が行われている。
【０００７】ところで、前記したピン状のフィン１０４
は径が細いので表面での局所的な熱伝達率を大きくする
ことはできるが、フィン１０４内部の熱伝導に関しては
好ましくない。従って、フィン１０４の先端側にいくに
つれて表面温度の低下が大きくなり、フィン効率が低下
する。
【０００８】このため、フィン１０４の高さ（長さ）は
その径の細さによって制限され、しかも、ヒートシンク
１０２の横方向の広がりはスペースの関係で半導体素子
１０１の上面の範囲内に収めることが望ましいため、十
分な放熱性能を得ることができず、効率のよい冷却を行
うことができなかった。
【０００９】また、半導体素子１０１は表面がセラミッ
ク等で形成され、半導体素子１０１に接続されるヒート
シンク１０２のベース１０３はアルミニウムや銅等で形
成されている。このため、半導体素子１０１とベース１
０３の熱膨張率には大きな違いがあるので半導体素子１
０１の発熱により、半導体素子１０１とベース１０３と
の接続面に熱膨張率の違いによって熱応力が作用する。
【００１０】このため、高発熱量の半導体素子１０１で
は、ベース１０３との接合面に作用する熱応力が大きく
なるので、半導体素子１０１とベース１０３との接続が
難しく、最悪の場合には接続面が剥がれる虞れがある。
【００１１】本発明は上記した課題を解決する目的でな
され、効率のよい発熱体の冷却と、熱応力を低減して発
熱体との接続を良好に行うことができるヒートシンクを
提供しようとするものである。
【００１２】［発明の構成］
【００１３】
【課題を解決するための手段】前記した課題を解決する
ために第１の本発明は、発熱体の伝熱面に熱的に接続さ
れ前記発熱体の伝熱面に対してほぼ垂直方向に形成され
た放熱部材接続面を有する伝熱部材と、該伝熱部材の放
熱部材接続面に接続された複数の放熱部材とを具備した
ことを特徴とするヒートシンク。
【００１４】第２の本発明は、発熱体の伝熱面に熱的に
接続され前記発熱体の伝熱面に対してほぼ平行方向に形
成された少なくとも２つの放熱部材接続面を有する伝熱
部材と、該伝熱部材の前記少なくとも２つの放熱部材接
続面に各々の端部近傍が接続された複数の放熱部材とを
具備したことを特徴とするヒートシンク。
【００１５】第３の本発明は、一端側が発熱体に熱的に
接続された可撓性を有する複数の放熱部材と、該放熱部
材の他端側に接続された保持部材とを具備したことを特
徴としている。
【００１６】
【作用】第１の本発明によれば、発熱体から発せられる
熱の大部分は、発熱体の伝熱面に対してほぼ垂直方向に
形成された伝熱部材の放熱部材接続面に伝えられること
によって、放熱部材接続面に接続した放熱部材により効
率よく放熱を行うことができる。
【００１７】第２の本発明によれば、発熱体から発せら
れる熱の大部分は発熱体の伝熱面に対してほぼ平行方向
に形成された少なくとも２つの伝熱部材の放熱部材接続
面に各々の端部近傍を接続した放熱部材により、この放
熱部材の両端側から効率よく放熱を行うことができる。
【００１８】第３の本発明によれば、発熱体の発熱によ
る熱膨張率によって発熱体と放熱部材との接続面に熱応
力が生じた場合でも、可撓性を有する放熱部材が撓むこ
とにより、熱応力を吸収することができる。
【００１９】
【実施例】以下、本発明を図示の一実施例に基づいて詳
細に説明する。
【００２０】図１は、本発明の第１の実施例に係わるヒ
ートシンクを示す斜視図である。この図に示すように、
本実施例に係るヒートシンク１は、発熱体である半導体
素子２の上面（伝熱面）２ａの中央部に沿ってほぼ垂直
に熱的に接続されている板状の伝熱部材（例えば銅板）
３と、伝熱部材３の放熱部材接続面３ａ，３ｂにほぼ垂
直に熱的に接続されている複数のピン状のフィン４とで
構成されている。
【００２１】伝熱部材３は、半導体素子２の中央部に封
入されている半導体チップ（不図示）上に位置し、放熱
部材接続面３ａ，３ｂは半導体素子２の上面（伝熱面）
２ａに対してほぼ垂直方向に形成されている。また、放
熱部材接続面３ａと３ｂの縦横幅は半導体チップ（不図
示）の大きさに対応して形成されている。よって、半導
体素子２の発熱によって生じる熱の大部分は、伝熱部材
３を通して半導体素子２の上面（伝熱面）２ａに対して
はほぼ垂直方向に伝わる。
【００２２】フィン４は、半導体素子２の上面（伝熱面
）２ａ上に位置するようにして伝熱部材３の放熱部材接
続面３ａ，３ｂにほぼ垂直に接続されている。フィン４
の長さは、半導体素子２の上面（伝熱面）２ａから突出
しないように短く（従来のほぼ半分の長さ）形成されて
いる。
【００２３】本実施例に係るヒートシンク１は上記のよ
うに構成されており、半導体素子２で発熱が生じると、
この熱は伝熱部材３を通して各フィン４に伝わり、フィ
ン３の表面から放熱される。
【００２４】このように、半導体素子２で発生した熱の
大部分は、伝熱部材３を通して半導体素子２の上面（伝
熱面）２ａに対してほぼ垂直方向に伝わることにより、
伝熱部材３の放熱部材接続面３ａ，３ｂに接続した短め
のピン状のフィン４によって効率よく放熱される。
【００２５】また、伝熱部材３の放熱部材接続面３ａ，
３ｂに短く形成されたピン状のフィン４を半導体素子２
の上面（伝熱面）２ａとほぼ平行に多数接続することが
できるので、フィン効率の向上を図ることができる。
【００２６】図２は、第１の実施例の変形例を示す断面
図である。本実施例では前記した伝熱部材３の下部に、
半導体素子２の上面（伝熱面）２ａのほぼ全面に熱的に
接続されるベース部３ｃを一体に形成した構成である。
【００２７】本実施例においても前記実施例同様、半導
体素子２で発生した熱の大部分は、伝熱部材３のベース
部３ｃから半導体素子２の上面（伝熱面）２ａに対して
ほぼ垂直方向に伝わることにより、伝熱部材３の放熱部
材接続面３ａ，３ｂに接続した短めのピン状のフィン４
によって効率よく放熱される。
【００２８】図３は、本発明の第２の実施例に係わるヒ
ートシンクを示す断面図である。本実施例に係るヒート
シンク１０では、半導体素子１１の上面（伝熱面）１１
ａの中央部に円柱状の第１の伝熱部材（例えば銅棒）１
２が、半導体素子１１の上面（伝熱面）１１ａに対して
はほぼ垂直に熱的に接続されており、半導体素子１１の
上面（伝熱面）１１ａに対してほぼ垂直方向に位置する
第１の伝熱部材１２の上部と下部側の半導体素子１１の
上面（伝熱面）１１ａ上の伝熱部材接続面１２ａ，１２
ｂには、それぞれ円盤状の第２の伝熱部材（例えば銅板
）１３ａ，１３ｂが対向して接続されている。これら第
２の伝熱部材１３ａ，１３ｂは半導体素子１１の伝熱面
１１ａとほぼ平行に設置されるもので、第１の伝熱部材
１２と予め一体に形成したものでもよい。よって、半導
体素子１１の発熱によって生じる熱の大部分は、伝熱部
材１２を通して半導体素子１１の上面（伝熱面）１１ａ
に対してほぼ垂直方向に伝わり、更に伝熱部材接続面１
２ａ，１２ｂを通して第２の伝熱部材１３ａ，１３ｂに
伝わる。第２の伝熱部材１３ａ，１３ｂ間には、ピン状
のフィン１４が複数接続されている。
【００２９】第１の伝熱部材１２が接続される半導体素
子１１の上面（伝熱面）１１ａの中央部には半導体チッ
プ（不図示）が封入されている。また、半導体素子１１
は、複数の配線ピン１５を介して基板１６に実装されて
いる。
【００３０】本実施例に係るヒートシンク１０は上記の
ように構成されており、半導体素子１１で発熱が生じる
と、この熱は伝熱部材１２から第２の伝熱部材１３ａ，
１３ｂを通して各フィン１４に伝わり、フィン１４の表
面から放熱される。
【００３１】このように、半導体素子１１で発生した熱
の大部分は、第１の伝熱部材１２を通して半導体素子１
１の上面（伝熱面）１１ａに対してほぼ垂直方向に伝わ
り、更に、第１の伝熱部材１２の伝熱部材接続面１２ａ
，１２ｂに接続され半導体素子１１の上面（伝熱面）１
１ａとほぼ平行に配置された第２の伝熱部材１３ａ，１
３ｂを通して各フィン１４の両端に伝わる（従来はフィ
ンの片端からしか伝わらない）ことによって効率よく放
熱されるので、高い放熱効果が得られる。
【００３２】尚、図１，２，３に示した各実施例におい
て、伝熱部材３および第１の伝熱部材１２は、半導体素
子２，１１内に封入されている半導体チップ（不図示）
の位置に対応して、半導体素子２，１１の上面２ａ，１
１ａに接続される。
【００３３】また、図１，２，３に示した各実施例にお
いて、伝熱部材３，１２内に空間部を形成してこの中に
代替フロン等の冷媒を封入し一種のヒートパイプを形成
することによって、より効果的な冷却を行うことができ
る。
【００３４】図４は、本発明の第３の実施例に係わるヒ
ートシンクを示す断面図である。この図に示すように、
本実施例に係るヒートシンク２０では、発熱体である半
導体素子２１の上面（伝熱面）２１ａ上に可撓性を有す
る複数のピン状のフィン２２が熱的に接続されており、
各フィン２２の先端部にはアルミニウムや銅等から成る
板状のベース２３が接続されている。半導体素子２１は
、表面がセラミック等で被覆されており、配線ピン２４
を介して基板２５上に実装されている。
【００３５】半導体素子２１とピン状のフィン２２との
接続方法としては、例えば半導体素子２１の上面（伝熱
面）２１ａに金属の薄膜をコーティングし、このコーテ
ィング面にベース２３で一端側が固着されている各フィ
ン２２のハンダメッキを付けた先端部を接触状態に保持
し、この状態で炉の中に入れて加熱することによって半
導体素子２１の上面（伝熱面）２１ａにフィン２２を簡
単に接続することができる。
【００３６】本実施例に係るヒートシンク２０は上記の
ように構成されており、半導体素子２１で発熱が生じる
と、この熱はピン状のフィン２２に伝わって放熱される
。
【００３７】この時、半導体素子２１に発熱による熱膨
張が生じても接続されている可撓性を有するピン状のフ
ィン２２が撓むことにより、半導体素子２１とフィン２
２の接続面に作用する熱応力を吸収して、半導体素子２
１とフィン２２の接続面の剥がれ等を防止することがで
きる。
【００３８】また、各フィン２２を固着しているベース
２３によって、半導体素子２１の上面（伝熱面）２１ａ
との間に流路が形成される。よって、この流路内に空気
等の流体を流すことによってフィン２２による放熱効果
が向上し、より効果的な冷却を行うことができる。
【００３９】また、前記した実施例では、可撓性を有す
る放熱部材としてピン状のフィン２２を使用したが、こ
れに限定されることなく、例えば可撓性を有する板状の
放熱部材等でもよい。
【００４０】更に、ベース２３によってフィン２２が保
護されているので、外力によるフィン２２の変形や破損
等を防止することができる。
【００４１】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように第１，第２の本発明によれば、フィン効率を高
めることができるので、放熱効果の高いヒートシンク提
供することができる。
【００４２】また、第３の本発明によれば、発熱体の発
熱時に可撓性を有する放熱部材が撓むことによって、発
熱体と放熱部材の接続部に作用する熱応力を吸収するこ
とができるので、放熱部材の接続不良が防止されて信頼
性の高いヒートシンクを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係わるヒートシンクを
示す斜視図である。
【図２】第１の実施例の変形例に係わるヒートシンクを
示す断面図である。
【図３】第２の実施例に係わるヒートシンクを示す断面
図である。
【図４】第３の実施例に係わるヒートシンクを示す断面
図である。
【図５】従来のヒートシンクを示す断面図である。
【符号の説明】
１，１０，２０　　ヒートシンク ２，１１，２１　　半導体素子（発熱体）２ａ，１１ａ
，２１ａ　　上面（伝熱面）３　　伝熱部材 ３ａ，３ｂ　　放熱部材接続面 ４，１４，２２　　フィン（放熱部材）１２　　第１の
伝熱部材 １２ａ，１２ｂ　　伝熱部材接続面 １３ａ，１３ｂ　　第２の伝熱部材 ２３　　ベース

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　発熱体の伝熱面に熱的に接続され前記
    発熱体の伝熱面に対してほぼ垂直方向に形成された放熱
    部材接続面を有する伝熱部材と、該伝熱部材の放熱部材
    接続面に接続された複数の放熱部材とを具備したことを
    特徴とするヒートシンク。
  2. 【請求項２】　　発熱体の伝熱面に熱的に接続され前記
    発熱体の伝熱面に対してほぼ平行方向に形成された少な
    くとも２つの放熱部材接続面を有する伝熱部材と、該伝
    熱部材の前記少なくとも２つの放熱部材接続面に各々の
    端部近傍が接続された複数の放熱部材とを具備したこと
    を特徴とするヒートシンク。
  3. 【請求項３】　　一端側が発熱体に熱的に接続された可
    撓性を有する複数の放熱部材と、該放熱部材の他端側に
    接続された保持部材とを具備したことを特徴とするヒー
    トシンク。
JP3060014A 1991-03-25 1991-03-25 ヒートシンク Pending JPH04294570A (ja)

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