(57)【要約】  半導体パッケージ１と、該半導体パッケージ１から発生した熱を放熱するためのヒートシンク８とが実装基板３に搭載された実装構造である。半導体パッケージ１の裏面は該裏面と対向する実装基板３の表面に接合されている。ヒートシンク８、実装基板３に形成された貫通穴５を介して半導体パッケージ１の裏面に接触している。そして、半導体パッケージ１とヒートシンク８とが、クリップ６の弾性力によって互いに相手方に対して押し付けられている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体パッケージと、該半導体パッケージから発生した熱を放熱するための放熱部材とが実装基板に搭載された半導体パッケージの実装構造であって、
前記半導体パッケージの裏面が、該裏面と対向する前記実装基板の表面に接合され、
前記放熱部材が、前記実装基板に形成された開口部を介して前記半導体パッケージの裏面に接触し、
前記半導体パッケージと前記放熱部材とが、弾性体の弾性力によって互いに相手方に対して押し付けられている半導体パッケージの実装構造。
【請求項２】
前記実装基板を貫通した前記弾性体の一端が前記半導体パッケージに係止され、他端が前記放熱部材に係止されている請求項１記載の半導体パッケージの実装
構造。
【請求項３】
前記半導体パッケージを前記放熱部材に押し付ける第１の弾性体と、前記放熱部材を前記半導体パッケージに押し付ける第２の弾性体とを有する請求項１記載の半導体パッケージの実装構造。
【請求項４】
前記第２の弾性体が前記放熱部材を前記半導体パッケージに押し付ける力よりも、前記第１の弾性体が前記半導体パッケージを前記放熱部材に押し付ける力の方が大きい請求項３記載の半導体パッケージの実装構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体パッケージの実装構造に関するものである。ここでいう「半導体パッケージ」には、ＬＳＩなどの半導体素子を含む電気モジュール、半導体レーザなどの光半導体素子を含む光モジュール、ＬＳＩと光半導体とを含む光電気モジュールなども含まれる。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータに用いられるＣＰＵや光電気モジュールなど、消費電力の大きな半導体パッケージを基板などに実装する場合には、半導体パッケージから発生する熱を放熱させるための手段が必要となる場合が多い。【０００３】
日本国特許出願公開０９−３２１１８８号明細書には、図１に示す半導体パッケージの実装構造が開示されている。図１に示す半導体パッケージは、基板５１に搭載されている。基板５１に搭載された半導体パッケージ５２の上には、ヒートシンク５４が載せられている。ヒートシンク５４は、板バネ５５の弾性力によって半導体パッケージ５２の上面に密接されている。かかる実装構造に採用されるヒートシンクは、熱伝導性に優れた材料によって作られており、吸収した熱を効率的に空気中に放散することができるように形状が工夫されていることが多い。【０００４】
しかし、半導体パッケージの形態によっては、半導体パッケージの上面にヒートシンクを搭載することが不可能または困難なことがある。例えば図２に示す半導体パッケージ６０は、光電気モジュールであって、その上面には光入出力部６１が設けられている。従って、半導体パッケージの上面にヒートシンクを搭載することはできない。そこで図２に示す例では、半導体パッケージ６０の下面からハンダボール６３を介して実装基板６２に熱を逃がす構造が採用されている。図２に示す実装構造は、オプトロニクス2005年No．1の184頁に開示されている。【０００５】
しかしながら、実装基板の多くは樹脂製であり、熱抵抗が大きい。従って、発熱量の多い光電気モジュールから発せられる熱を十分に放熱させることができない。このような問題を解決する実装構造として、日本国特許出願公開０７−２８３３４９号明細書には、図３に示すような実装構造が開示されている。具体的には、貫通穴７０が形成された実装基板７１の表面に半導体パッケージ７２を搭載し、同実装基板７１の裏面にヒートシンク７３を設けた実装構造が記載されている。図３に示す実装構造では、半導体パッケージ７２から発生した熱は貫通穴７０などを介してヒートシンク７３に伝わり、該ヒートシンク７３の表面から空気中に放熱される。図３に示す実装構造では、半導体パッケージ７２の上面にはＣＣＤイメージセンサ７４が搭載されているので、半導体パッケージ７２から発生した熱をその裏面側から放熱させている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図３に示す実装構造を開示している日本国特許出願公開０７−２８３３４９号明細書には、実装基板７１とヒートシンク７３との固定方法として、ネジ止め、凹凸構造による嵌合、接着が記載されている。しかし、実装基板とヒートシンクとをリジットに固定してしまうと、ヒートシンクに加えられた外力が半導体パッケージと実装基板との接合部に直接その外力が伝わり、接合部が破損する危険性がある。外力は、例えば、ヒートシンクに人の手や工具が当たった場合にヒートシンクに加えられる。【０００７】
上記危険性を低減させるために、図１に示す実装構造と図３に示す実装構造とを組み合わせた、図４に示すような実装構造が考えられる。具体的には、貫通穴８０が設けられた実装基板８１の表面に半導体パッケージ８２を搭載し、裏面にヒートシンク８３を配置し、貫通穴８０を通して半導体パッケージ８２とヒートシンク８３とを密着させる。また、実装基板８１の裏面に固定した板バネ８４によって、ヒートシンク８３を半導体パッケージ８２の裏面に押し付ける。【０００８】
しかし、図４に示すように、半導体パッケージ８２はハンダボール８５によって実装基板８１に接合されている。一方、板バネ８４の弾性力（ヒートシンク８３を半導体パッケージ８２に押し付ける力）は、紙面下方から上方に向けて作用する。この結果、ハンダボール８５に対しては、引っ張り応力ｆ１が常時作用することになる。従って、半導体パッケージ８２と実装基板８１との接続の信頼性が損なわれるという新たな問題が生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の半導体パッケージの実装構造では、半導体パッケージと、該半導体パッケージから発生した熱を放熱するための放熱部材とが実装基板に搭載されている。前記半導体パッケージの裏面は該裏面と対向する前記実装基板の表面に接合されている。前記放熱部材は、前記実装基板に形成された開口部を介して前記半導体パッケージの裏面に接触している。そして、前記半導体パッケージと前記放熱部材とが、弾性体の弾性力によって互いに相手方に対して押し付けられている。【００１０】
本発明の目的は、放熱性に優れ、かつ、接合部の信頼性を損なうこともない半導体パッケージの実装構造を提供することである。【００１１】
上記及びそれ以外の本発明の目的、特徴及び利点は、下記の記載及び本発明の一例を示す添付図面の参照によって明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】日本国特許出願公開０９−３２１１８８号明細書に開示されている実装構造を示す断面図である。
【図２】光電気モジュールの実装構造の一例を示す模式的断面図である。
【図３】日本国特許出願公開０７−２８３３４９号明細書に開示されている実装構造を示す断面図である。
【図４】関連する技術の組み合わせから導き出される実装構造の一例を示す断面図である。
【図５】本発明の半導体パッケージの実装構造の一例を示す断面図である。
【図６】本発明の半導体パッケージの実装構造の他例を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施形態１）
本発明の実施形態の一例について図面を参照しながら詳細に説明する。図５は、本例の実装構造を示す模式的断面図である。図示されているように、半導体パッケージ１の裏面は、ハンダボール２によって実装基板３の表面に接合されている。かかる接合構造は、例えば次のようにして実現することができる。まず、半導体パッケージ１の裏面に複数のハンダボール２を形成する。一方、実装基板３の表面であって、ハンダボールの形成位置に対応する位置にパッド４を形成する。その後、ハンダボール２とパッド４とが重なるように、半導体パッケージ１と実装基板３とをチップマウンタ等を用いて位置合わせする。次に、半導体パッケージ１及び実装基板３をリフロー炉等に入れて加熱することで、ハンダボール２を溶融させる。【００１４】
実装基板３の表面のパッケージ搭載領域（半導体パッケージ１と重なる領域）には、開口部としての貫通穴５が形成されている。また、パッケージ搭載領域の外側には、後述する弾性体を通すためのスリット７が形成されている。【００１５】
実装基板３の裏面側には、放熱部材としてのヒートシンク８が配置されている。ヒートシンク８は、貫通穴５に挿入される凸状の膨出部８ａを有する。膨出部８ａの上面は半導体パッケージ１の裏面に接触している。尚、膨出部８ａの上面と半導体パッケージ１の裏面との間には、熱伝導効率を高めるための放熱材１０が介在している。放熱材１０は、シリコン樹脂などの基材中に金属粉や金属酸化物粉を混入させてゲル状、ペースト状またはシート状にしたものである。但し、半導体パッケージ１とヒートシンク８とは、リジットに固定されてはいない。すなわち、接着剤、ハンダ、ネジなどの固定手段によって固定されてはいない。従って、ヒートシンク８に何らかの外力が加わっても、その外力がハンダボール２に直接伝わることはない。【００１６】
半導体パッケージ１から発せられた熱は放熱材１０を介してヒートシンク８に伝わり、該ヒートシンク８の表面から空気中に放散される。尚、ヒートシンク８の膨出部８ａと反対側には、多数の放熱フィン８ｂが形成されている。【００１７】
ヒートシンク８と半導体パッケージ１とは、実装基板３のスリット７を貫通する少なくとも２つの弾性体（金属製のクリップ６）に挟まれている。具体的には、クリップ６の長手方向両端には係止部６ａが形成されている。クリップ６の一方の係止部６ａは、半導体パッケージ１の表面に係止され、他方の係止部６ａはヒートシンク８の裏面に係止されている。尚、２つの係止部６ａは、クリップ６の長手方向両端を折り曲げて形成したものである。【００１８】
ここで、クリップ６の対向する係止部６ａ、６ａの間の間隔は、ヒートシンク８の裏面から半導体パッケージ１の表面までの高さ（ｈ）と同一か、若干狭くなっている。従って、ヒートシンク８と半導体パッケージ１とをクリップ６で挟む際には、少なくとも係止部６ａ、６ａの一方を弾性変形させる。よって、対向する係止部６ａ、６ａの間に挟まれたヒートシンク８と半導体パッケージ１とは、クリップ６（係止部６ａ）の弾性力によって互いに相手方に押し付けられる。もっとも、ヒートシンク８を半導体パッケージ１に押し付ける力と、半導体パッケージ１をヒートシンク８に押し付ける力とが相殺されるので、ハンダボール２に対して引っ張り応力が作用することはない。よって、ハンダボール２による接続の信頼性が損なわれることはない。むしろ、ハンダボール２には圧縮応力が作用し、接続の信頼性が向上する。【００１９】
（実施形態２）
図６に、本発明の実装構造の実施形態の他例を示す。本例でも、半導体パッケージ１の裏面は、ハンダボール２によって実装基板３の表面に接合されている。また、半導体パッケージ１の裏面にはヒートシンク８の膨出部８ａの上面が放熱材１０を介して接触している。【００２０】
半導体パッケージ１は、実装基板３の表面に固定された少なくとも２つの弾性体（板バネ２０）の弾性力によって、ヒートシンク８に押し付けられている。より具体的には、板バネ２０の一端は実装基板３の表面に固定されており、板バネ２０の他端に形成された係止部２０ａは半導体パッケージ１の表面に係止されている。この結果、半導体パッケージは、板バネ２０（係止部２０ａ）の弾性力によってヒートシンク８に押し付けられている。尚、係止部２０ａは、板バネ２０の一端を折り曲げて形成したものである。【００２１】
一方、ヒートシンク８は、実装基板３の裏面に固定された少なくとも２つの弾性体（板バネ２１）の弾性力によって半導体パッケージ１に押し付けられている。より具体的には、板バネ２１の一端は実装基板３の裏面に固定されており、板バネ２１の他端に形成された係止部２１ａはヒートシンク８の裏面に係止されている。この結果、ヒートシンク８は、板バネ２１（係止部２１ａ）の弾性力によって半導体パッケージ１に押し付けられている。尚、係止部２１ａは、板バネ２１の一端を折り曲げて形成したものである。【００２２】
ここで、板バネ２１がヒートシンク８を半導体パッケージ１に押し付けることによってハンダボール２に生じる引っ張り応力ｆ１と、板バネ２０が半導体パッケージ１をヒートシンク８に押し付けることによってハンダボール２に生じる圧縮応力ｆ２との関係がｆ１≦ｆ２となるように、それぞれの板バネ２０、２１の弾性力が設定されている。従って、ハンダボール２に対して圧縮応力を超える引っ張り応力が作用することはなく、ハンダボール２による接続の信頼性が損なわれることはない。むしろ、ハンダボールには圧縮応力が作用し、接続の信頼性が向上する。【００２３】
以上より、本発明の半導体パッケージの実装構造によれば、半導体パッケージと実装基板との接合部の信頼性を損なうことなく、半導体パッケージに放熱部材を密着させることができる。【００２４】
この出願は、２００７年２月１５日に出願された日本出願特願２００７−３５１０１を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年4月17日(2008.4.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体パッケージと、該半導体パッケージから発生した熱を放熱するための放熱部材とが実装基板に搭載された半導体パッケージの実装構造であって、
前記半導体パッケージの裏面と、該裏面と対向する前記実装基板の表面とがハンダボールによって接合され、
前記放熱部材が、前記実装基板に形成された開口部を介して前記半導体パッケージの裏面に接触し、
前記半導体パッケージと前記放熱部材とが、弾性体の弾性力によって互いに相手方に対して押し付けられている半導体パッケージの実装構造。
【請求項２】
前記実装基板を貫通した前記弾性体の一端が前記半導体パッケージに係止され、他端が前記放熱部材に係止されている請求項１記載の半導体パッケージの実装構造。
【請求項３】
前記半導体パッケージを前記放熱部材に押し付ける第１の弾性体と、前記放熱部材を前記半導体パッケージに押し付ける第２の弾性体とを有する請求項１記載の半導体パッケージの実装構造。
【請求項４】
前記第２の弾性体が前記放熱部材を前記半導体パッケージに押し付ける力よりも、前記第１の弾性体が前記半導体パッケージを前記放熱部材に押し付ける力の方が大きい請求項３記載の半導体パッケージの実装構造。
【国際調査報告】
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