(57)【要約】【課題】  メモリ素子等の電子部品が配設されたモジュール基板をソケット上に搭載する実装基板を有する半導体装置において、モジュール基板の温度上昇を効果的に抑制する。【解決手段】  半導体装置は、複数のメモリ素子３１が配設されたメモリ・モジュール基板３０をソケット２０上に搭載する実装基板１０を有する。ソケット２０が、ソケット２０の双方の側面に接触する銅製の放熱ガイド板４０ａ，４０ｂを備える。【選択図】  図３
2006221912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１又は複数の電子部品が配設されたモジュール基板をソケット上に搭載する実装基板を有する半導体装置において、
前記ソケットが、該ソケットの外縁部に接触する放熱ガイド板を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記放熱ガイド板が、１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記実装基板の表面部分が、１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する、請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記放熱ガイド板が、前記実装基板の表面部分に直接に接触している、請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記実装基板の表面部分が、絶縁基板上に貼付された導電性シートである、請求項３又は４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記実装基板の表面部分に放熱フィンが形成される、請求項１〜５の何れか一に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記放熱ガイド板を冷却する冷却ファンを、前記実装基板上に配設した、請求項１〜６の何れか一に記載の半導体装置。
【請求項８】
１又は複数の電子部品が配設されたモジュール基板をソケット上に搭載する実装基板を有する半導体装置において、
前記実装基板の前記ソケットに接触する表面部分が、１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
前記電子部品がメモリ素子である、請求項１〜８の何れか一に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品が配設されたモジュール基板をソケット上に搭載する実装基板を有する半導体装置に関し、特に、モジュール基板を冷却する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルコンピュータやサーバ等の電子機器では、従来は、マザーボード（実装基板）上にＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等のメモリ素子が直接に実装されていた。しかし、近年では、プリント基板に１又は複数のメモリ素子を搭載したメモリ・モジュール基板を別に用意し、このメモリ・モジュール基板を、実装基板上に配設されたソケットを介して実装する例が増えている。
【０００３】
メモリ・モジュール基板では、メモリ素子の高密度化や読出し／書込みの高速化に伴い、メモリ素子の発熱量が増大している。メモリ素子の発熱量の増大に伴い、メモリ・モジュール基板の温度が過度に上昇し、電子機器の誤動作やシステムダウンを引き起こす問題が発生している。
【０００４】
電子機器の誤動作やシステムダウンを防止し、電子機器の良好な動作特性を確保するためには、メモリ・モジュール基板で発生した熱を効率的に放散することによって、メモリ・モジュール基板の温度が過度に上昇して発生する熱暴走を防止することが必須である。特許文献１〜３は、メモリ・モジュール基板の温度上昇を抑制するために、メモリ・モジュール基板で、メモリ素子が配設される基板の側面に種々の放熱部材を配設し、メモリ・モジュール基板の側面から放熱を行うことを提案している。
【特許文献１】特開２００４−０７９９４０号公報（図２）
【特許文献２】特開２００３−０１７６３４号公報（図１）
【特許文献３】特開２００１−１１８９８４号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年のメモリ・モジュール基板では、上記メモリ素子の高密度化及び高速化が更に進み、発熱量が益々大きくなっている。従って、電子機器の良好な動作特性を確保するためには、メモリ・モジュール基板の側面から放熱を行うだけでは、メモリ・モジュール基板の温度上昇を十分に抑制することが困難になっている。
【０００６】
本発明は、上記に鑑み、メモリ素子等の電子部品が配設されたモジュール基板をソケット上に搭載する実装基板を有する半導体装置において、モジュール基板の温度上昇を効果的に抑制し、これによって、半導体装置を備える電子機器の良好な動作特性を確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の第１の視点に係る半導体装置は、１又は複数の電子部品が配設されたモジュール基板をソケット上に搭載する実装基板を有する半導体装置において、
前記ソケットが、該ソケットの外縁部に接触する放熱ガイド板を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２の視点に係る半導体装置は、１又は複数の電子部品が配設されたモジュール基板をソケット上に搭載する実装基板を有する半導体装置において、
前記実装基板の前記ソケットに接触する表面部分が、１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の第１の視点の半導体装置によれば、半導体装置に電源が供給され、モジュール基板が動作した状態で、モジュール基板で発生した熱の多くは、従来の放熱経路に加えて、ソケットから放熱ガイド板を経由して放散される。従って、従来の半導体装置に比して、モジュール基板の放熱を効率的に行い、モジュール基板の温度上昇を効果的に抑制することが出来る。
【００１０】
本発明の第１の視点の半導体装置の好適な実施態様では、前記放熱ガイド板が、１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有することによって、ソケットから実装基板への熱の放散を効率的に行うことが出来る。
【００１１】
本発明の第１の視点の半導体装置の好適な実施態様では、前記実装基板の表面部分が、１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する。この場合、実装基板の表面部分へ伝わった熱は、この表面部分が高い熱伝導率を有するため、実装基板の面内方向に素早く拡散し、大きな熱容量を有する実装基板に向かって素早く放散される。
【００１２】
本発明の第１の視点の半導体装置の好適な実施態様では、前記放熱ガイド板が、前記実装基板の表面部分に直接に接触していることによって、放熱ガイド板から実装基板に効率的に熱を放散できる。
【００１３】
本発明の第１の視点の半導体装置では、前記実装基板の表面部分を、絶縁基板上に貼付された導電性シートで構成することも出来る。この場合、実装基板上に導電性シートを容易に形成できるので、本発明の第１の視点の半導体装置を容易に製造することが出来る。また、導電性シートの下部が絶縁基板で構成されるので、実装基板の回路配線を設計する自由度を高めることが出来る。
【００１４】
本発明の第１の視点の半導体装置の好適な実施態様では、前記実装基板の表面部分に放熱フィンが形成されることによって、実装基板の熱を空気中に効率的に放散し、モジュール基板の温度上昇をより効果的に抑制することが出来る。また、前記放熱ガイド板を冷却する冷却ファンを、前記実装基板上に配設することによっても、実装基板の熱を空気中に効率的に放散することが出来る。
【００１５】
本発明の第２の視点の半導体装置によれば、半導体装置に電源が供給され、モジュール基板が動作した状態で、ソケットが接触する実装基板の表面部分へ伝わった熱は、この表面部分が高い熱伝導率を有するため、実装基板の面内方向に素早く拡散し、大きな熱容量を有する実装基板に向かって素早く放散される。従って、従来の半導体装置に比して、モジュール基板の放熱を効率的に行い、モジュール基板の温度上昇を効果的に抑制することが出来る。
【００１６】
本発明は、前記電子部品がメモリ素子である半導体装置に適用することによって、メモリ素子の温度が過度に上昇して発生する熱暴走を防止することが出来る。なお、本発明では、放熱ガイド板、又は実装基板の表面部分が、例えば５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有することによって、モジュール基板の放熱を更に効率的に行うことが出来る。５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する材料として、例えば、鉄、アルミニウム、銅、又は、ＰＧＳ等を用いることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明者は、本発明に先立ち、メモリ・モジュール基板の温度上昇を抑制するために、メモリ・モジュール基板の熱の伝導経路を熱解析によって調べるシミュレーションを行った。シミュレーションの結果、メモリ・モジュール基板で発生した熱は、メモリ・モジュール基板の表面から空気中へ放散されると共に、ソケットを介して実装基板側に放散されることが判った。実装基板側への熱放散は、全体の約４５％にも達していた。本発明者は、このシミュレーションの結果に基づき、メモリ・モジュール基板から実装基板へ熱を効率的に放散することによって、メモリ・モジュール基板の温度上昇を効果的に抑制できることに想到した。
【００１８】
本発明者は、更に、メモリ・モジュール基板から実装基板へ熱を効率的に放散する構成について具体的に検討し、メモリ・モジュール基板が搭載されるソケット及び実装基板にそれぞれ接触する放熱ガイド板を配設することとした。この場合、メモリ・モジュール基板で発生した熱は、従来の放熱経路に加えて、ソケットから放熱ガイド板に伝わり、更に実装基板に伝わることによって、効率的に放散される。また、放熱ガイド板の熱伝導率を、１Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることによって、ソケットから実装基板への熱の放散を効率的に行うこととした。
【００１９】
更に、ソケット又は放熱ガイド板が接触する実装基板の表面部分を、従来の１Ｗ／ｍ・Ｋ未満の熱伝導率を有する層に代えて、１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する放熱層で構成することとした。この場合、ソケット又は放熱ガイド板から実装基板に伝わった熱は、放熱層によって実装基板の面内方向に素早く拡散し、大きな熱容量を有する実装基板に向かって素早く放散される。従って、メモリ・モジュール基板で発生した熱を実装基板に効率的に放散することが出来る。或いは、ソケット又は放熱ガイド板に接触して実装基板上に、１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する放熱シートを配設しても、同様の効果を得ることが出来る。特に、放熱ガイド板、放熱層、又は、放熱シートを、例えば、鉄、アルミニウム、銅、又は、ＰＧＳ等の５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する材料で構成することによって、メモリ・モジュール基板の放熱を更に効率的に行うことが出来る。
【００２０】
以下に、図面を参照し、本発明の実施形態に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の構成を示す斜視図である。図２は、図１の半導体装置で、メモリ・モジュール基板を取り除いた平面を示している。半導体装置１００は、実装基板１０と、実装基板１０上に配設されたソケット２０と、ソケット２０に搭載されるメモリ・モジュール基板３０とを備える。
【００２１】
メモリ・モジュール基板３０は、平面形状が長方形のカード状の基板であって、基板の双方の側面に、複数のメモリ素子３１が配設されている。実装基板１０は、多層プリント配線板として構成され、ＦＲ４（Flame Retardant Type 4）から成る絶縁層１１を積層した構成を有している。ソケット２０の下部中央を除いてその近傍では、最上層の絶縁層１１ａに代えて、銅から成る放熱層１３が形成されている。放熱層１３の表面に接し、且つソケット２０の側面に接して銅製の放熱ガイド板４０ａ，４０ｂが配設されている。ＦＲ４は０．３Ｗ／ｍ・Ｋ程度の、銅は３８５Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導率をそれぞれ有する。
【００２２】
図３（ａ）に、図１のａ−ａ方向に沿って見た断面の一部を示す。実装基板１０では、隣接する絶縁層１１の間、及び、実装基板１０の上面、下面には、銅から成る配線パターンが形成されている。実装基板１０には、実装基板１０を貫通する多数のスルーホール（図示せず）、及び、複数の絶縁層１１を貫通するビアホール（図示せず）が形成され、これらスルーホールやビアホールの内部にも配線が形成されることによって、異なる配線パターン間が接続される。
【００２３】
最上層の絶縁層１１ａで、ソケット２０の下部中央の領域は配線領域１２を構成している。配線領域１２では、最上層の絶縁層１１ａを含む複数層の絶縁層１１を貫通するビアホールが形成され、ソケット２０の底部に配設された電極が、上記ビアホールの内部に形成された配線に接続されている。
【００２４】
ソケット２０は、Ｕ字状の断面形状を有し、Ｕ字状の内部の双方の側面に複数の電極２１が配設されている。メモリ・モジュール基板３０には、基板下部の双方の側面に複数の電極（図示なし）が形成され、これらの電極がソケットの電極２１に接続される。放熱ガイド板４０ａ，４０ｂは、ソケット２０と略同じ高さを有する。ソケット２０の側面と放熱ガイド板４０ａ，４０ｂとの間にはグリース（図示せず）が塗布され、ソケット２０の側面と放熱ガイド板４０ａ，４０ｂとの間の密着性を高めることによって、ソケット２０と放熱ガイド板４０ａ，４０ｂとの間の熱伝導効率を高めている。
【００２５】
図３（ｂ）に、図１及び図３（ａ）のｂ−ｂ方向に沿って見た断面を示す。放熱ガイド板４０ａ，４０ｂは、長手方向及び高さ方向にソケット２０と略同じ寸法を有し、ソケット２０に隣接して配設されている。放熱層１３は、ソケット２０及び放熱ガイド板４０ａ，４０ｂの底面の全体を囲み、且つ実装基板１０で配線の支障とならない程度に十分に大きな平面形状を有する。
【００２６】
半導体装置１００の製造に際しては、先ず、実装基板１０を形成する際に、最上層の絶縁層１１ａの形成に先立って、配線領域１２の周囲に銅から成る放熱層１３を形成する。引き続き、最上層の絶縁層１１ａを形成する。更に、実装基板１０上にソケット２０を配設した後、ソケット２０の側面及び放熱層１３の上面にそれぞれ接するように、放熱ガイド板４０ａ，４０ｂを配設する。
【００２７】
半導体装置１００に電源が供給され、メモリ・モジュール基板３０が動作した状態で、メモリ・モジュール基板３０で発生した熱の多くは、従来の放熱経路に加えて、ソケット２０から放熱ガイド板４０ａ，４０ｂに伝わった後、放熱ガイド板４０ａ，４０ｂから放熱層１３へ伝わる。或いは、ソケット２０から放熱層１３に直接に伝わる。放熱層１３に伝わった熱は実装基板１０の面内方向に素早く拡散されることによって、大きな熱容量を有する実装基板１０に向かって素早く放散する。従って、従来の半導体装置に比して、メモリ・モジュール基板３０の放熱を効率的に行い、メモリ・モジュール基板３０の温度上昇を効果的に抑制することが出来る。
【００２８】
なお、本実施形態では、放熱層１３を銅で構成したが、１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する他の材料で構成しても構わない。例えば、ＰＧＳ（Pyrolytic Graphite Sheet）で構成するのも好ましい態様である。ＰＧＳは、結晶面の延在方向の熱伝導率が６００〜８００Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、結晶面の厚み方向の熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。従って、放熱層１３をＰＧＳで構成する場合には、ＰＧＳの結晶面が放熱層１３の延在方向と平行になるように配設することによって、放熱を効率的に行うことが出来る。
【００２９】
また、本実施形態では、放熱ガイド板４０ａ，４０ｂを銅で構成したが、その他の材料で構成することもでき、例えば、アルミニウム（２０１Ｗ／ｍ・Ｋ）、鉄（８０Ｗ／ｍ・Ｋ）等の材料で構成することも好ましい態様である。更に、放熱層１３又は放熱ガイド板４０ａ，４０ｂを、高い熱伝導率を有する絶縁材料で構成することも好ましい態様である。高い熱伝導率を有する絶縁材料には、例えば窒化ケイ素や窒化アルミニウムがある。
【００３０】
図４（ａ）は、第１実施形態の第１変形例に係る半導体装置の構成を示す斜視図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のｂ−ｂ方向に沿って見た断面を示している。半導体装置１０１では、図１に示した半導体装置１００において、ソケット２０の延在方向の延長線上であって、放熱層１３の表面に放熱用のフィン４１が配設されている。本変形例の半導体装置１０１によれば、このようなフィン４１が配設されることによって、放熱層１３又は実装基板１０の熱を空気中に効率的に放散することが出来る。従って、図１に示した半導体装置１００に比して、メモリ・モジュール基板３０の温度上昇を更に効果的に抑制できる。なお、実装基板１０上に放熱用のファンを配設することも出来る。
【００３１】
ところで、図１に示した半導体装置１００で、放熱層１３を導電性材料で構成する場合には、放熱層１３に接する配線パターンを配設することが出来ない。従って、配線領域１２で複雑な配線を行う必要がある場合には、放熱層１３をソケット２０から離して配設することによって、配線領域１２を広く設定することが出来る。図５〜７に、放熱層１３をソケット２０から離して配設した、第１実施形態の第２〜４変形例に係る半導体装置を示す。
【００３２】
図５に示す半導体装置１０２では、配線領域１２が、ソケット２０及び放熱ガイド板４０ａ，４０ｂの底面の全体を囲むように配設されている。図６に示す半導体装置１０３では、配線領域１２が、ソケット２０及びソケット２０に接する放熱ガイド板４０ａ，４０ｂの底面を、個別に囲むように配設されている。図７に示す半導体装置１０４では、放熱層１３が、隣接するソケット２０の間（１３ａ〜１３ｃ）、両端のソケット２０の外側（１３ｄ、１３ｅ）、及びソケット２０の延在方向の延長線上（１３ｆ、１３ｇ）にそれぞれ配設され、配線領域１２が、これら放熱層１３ａ〜１３ｆの間に配設される。また、配線領域１２は、放熱層１３ａ〜１３ｇの外側の絶縁層１１ａに連続して配設され、これによって、配線回路を簡素化できる。
【００３３】
図５〜７に示した半導体装置１０２，１０３，１０４でも、ソケット２０の近傍に高い熱伝導率を有する放熱層１３が配設されるので、ソケット２０の近傍の実装基板１０の熱を、放熱層１３が実装基板１０の面内方向に素早く放散させることが出来る。これによって、メモリ・モジュール基板３０の温度上昇を効果的に抑制できる。
【００３４】
図８（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の断面をそれぞれ示す。これらの図において、図８（ａ）は、図３（ａ）に相当する断面を、図８（ｂ）は、図３（ｂ）に相当する断面をそれぞれ示している。半導体装置１０５では、図１における放熱層１３が形成されず、最上層の絶縁層１１ａが全面に形成されている。ソケット２０の側面に接して実装基板１０上に、放熱ガイド板４０ａ，４０ｂが配設されている。放熱ガイド板４０ａ，４０ｂの側面に接して実装基板１０上に放熱シート１４が配設されている。半導体装置１０５は、上記を除いては、図１に示した半導体装置１００と同様の構成を有している。
【００３５】
本実施形態の半導体装置１０５によれば、実装基板１０上に放熱シート１４を容易に形成できるので、実施形態の半導体装置１００に比して、半導体装置を容易に製造することが出来る。また、放熱シート１４の下部が絶縁層１１ａで構成されるので、実装基板１０の回路配線を設計する自由度を高めることが出来る。なお、放熱シート１４をソケット２０の側面に接して配設し、放熱ガイド板４０ａ，４０ｂを放熱シート１４上に配設することも出来る。
【００３６】
図９に、第２実施形態の変形例に係る半導体装置の構成について、図８（ｂ）に相当する断面で示す。半導体装置１０６では、図８に示した半導体装置１０５において、ソケット２０の延在方向の延長線上であって、放熱シート１４の表面に放熱用のフィン４１が配設されている。本変形例の実装基板１０６によれば、フィン４１が配設されることによって、放熱シート１４又は実装基板１０の熱を空気中に効率的に放散することが出来る。従って、図８に示した半導体装置１０５に比して、メモリ・モジュール基板３０の温度上昇をより効果的に抑制することが出来る。なお、実装基板１０上に放熱用のファンを配設することも出来る。
【００３７】
なお、上記実施の形態では、メモリ・モジュール基板について記載したが、１又は複数の電子部品が配設された様々なモジュール基板について同様の構成を適用することによって、モジュール基板の温度上昇を効果的に抑制できる。また、モジュール基板以外に、実装基板に直接に実装される電子部品についても、前述の放熱層を形成し、又は、放熱ガイド板や放熱シートを配設することによって、電子部品の温度上昇を効果的に抑制できる。この場合、放熱ガイド板は、電子部品及び実装基板にそれぞれ接して配設する。
【００３８】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明に係る半導体装置は、上記実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施した半導体装置も、本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の構成を示す斜視図である。
【図２】図１の半導体装置について、メモリ・モジュール基板を取り除いた平面を示す平面図である。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）は、図１のａ−ａ方向及びｂ−ｂ方向に沿ってそれぞれ見た断面で示す断面図である。
【図４】図４（ａ）は、第１実施形態の第１変形例に係る半導体装置の構成を示す斜視図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のｂ−ｂ方向に沿って見た断面で示す断面図である。
【図５】第１実施形態の第２変形例に係る半導体装置の構成を示す平面図である。
【図６】第１実施形態の第３変形例に係る半導体装置の構成を示す平面図である。
【図７】第１実施形態の第４変形例に係る半導体装置の構成を示す平面図である。
【図８】図８（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置について、図３（ａ）、（ｂ）に相当する断面をそれぞれ示す断面図である。
【図９】第２実施形態の変形例に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６：半導体装置
１０：実装基板
１１：絶縁層
１１ａ：最上層の絶縁層
１２：配線領域
１３：放熱層
１４：放熱シート
２０：ソケット
２１：（メモリ・モジュール基板の電極に接続されるソケットの）電極
３０：メモリ・モジュール基板
３１：メモリ素子
４０ａ，４０ｂ：放熱ガイド板
４１：フィン
【図１】
2006221912.tif 000003
【図２】
2006221912.tif 000004
【図３】
2006221912.tif 000005
【図４】
2006221912.tif 000006
【図５】
2006221912.tif 000007
【図６】
2006221912.tif 000008
【図７】
2006221912.tif 000009
【図８】
2006221912.tif 000010
【図９】
2006221912.tif 000011