(57)【要約】【課題】温度サイクル試験や落下試験において、ＢＧＡの接続端子部に応力がかかり、接続電極の剥離や、ハンダボールにクラックが入るなどして動作不良になる。【解決手段】本発明の電子装置は、少なくとも２つの電子部品と、少なくとも２つのヒートシンクと、二つの主面を有し、基体に関して対称となる位置に設けられたＢＧＡ１を搭載すべき電子部品搭載領域および電子部品搭載領域のそれぞれの周辺に設けられたヒートシンクを搭載すべきヒートシンク搭載領域を有する配線基板１１とを備え、ヒートシンク８、９は、電子部品搭載領域それぞれに搭載されたＢＧＡ１、２を覆うようにヒートシンク搭載領域にそれぞれ取り付けられている構成からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの電子部品と、
少なくとも２つのヒートシンクと、
二つの主面を有し、基体に関して対称となる位置に設けられた前記電子部品を搭載すべき電子部品搭載領域および前記電子部品搭載領域のそれぞれの周辺に設けられた前記ヒートシンクを搭載すべきヒートシンク搭載領域を有する配線基板とを備え、
前記ヒートシンクは、前記電子部品搭載領域それぞれに搭載された前記電子部品を覆うように前記ヒートシンク搭載領域にそれぞれ取り付けられていることを特徴とする電子装置。
【請求項２】
少なくとも２つの電子部品と、
前記電子部品の表面に貼着した第１の放熱部材と、
少なくとも２つのヒートシンクと、
二つの主面を有し、基体に関して対称となる位置に設けられた前記電子部品を搭載すべき電子部品搭載領域および前記電子部品搭載領域のそれぞれの周辺に設けられた前記ヒートシンクを搭載すべきヒートシンク搭載領域を有する配線基板とを備え、
前記ヒートシンクは、前記電子部品搭載領域それぞれに搭載された前記電子部品を覆うように前記ヒートシンク搭載領域にそれぞれ取り付けられ、前記ヒートシンクの前記電子部品に対向する表面に第２の放熱部材を貼着したことを特徴とする電子装置。
【請求項３】
前記ヒートシンクが前記配線基板の基体に関して対称に取り付けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子装置。
【請求項４】
前記放熱部材がセラミック板からなることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の電子装置。
【請求項５】
前記ヒートシンクが前記配線基板の前記ヒートシンク搭載領域にハンダ付けされたことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の電子装置。
【請求項６】
前記ヒートシンクが前記配線基板のグランド層に電気的に接続していることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に外部接続端子がハンダボールであるボール・グリッド・アレイ・パッケージ（以下、ＢＧＡと呼ぶ）やチップサイズ・パッケージ（以下、ＣＳＰと呼ぶ）を配線基板に搭載した電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノート型のパーソナルコンピューターなどの携帯型電子機器においては、筐体の小型、軽量化が要求されている。そのためＣＰＵチップなどの半導体チップを高密度に搭載する必要があり、パッケージの裏面に格子状に接続端子を形成したＢＧＡやＣＳＰといったパッケージが用いられるようになった。ＢＧＡやＣＳＰの接続端子は、一般に、ハンダボールで形成された突起電極であり、リード端子が短いのでせん断応力を吸収し難い。特に携帯型の電子機器では、落下により強い衝撃がかかるためハンダボールにクラックが生じたり、電極パッドが剥離したりするといった断線、接続不良が発生する。
【０００３】
また、半導体チップの高集積化、高性能化にともなって、半導体チップからの発熱量も増大しており、如何にして、効率的に熱を放出させるかが問題になっている。放熱性能を高めるために、配線基板上に実装された半導体チップやＢＧＡにヒートシンクを被せる方式や、半導体チップに放熱用の金属製フィンを取り付ける方式が実用化されている。
【０００４】
図４（ａ）に配線基板１０２に搭載されたＢＧＡ１０１を跨ぐように保護カバー１００を配線基板１０２に実装した従来の方式の構成を示す（例えば、特許文献１参照）。このような構成によれば、ＢＧＡ１０１の外部接続端子１０３にかかるストレスをそれ以前に保護カバー１００が受けるため、ＢＧＡ１０１内の半導体チップの発熱によって生じる熱応力を十分に緩和でき、かつ接合部が配線基板１０２の熱変形や反りの影響を受け難く、接合部のハンダクラックなどが生じ難い、信頼性の高いパッケージ実装構造を提供することができるとしている。
【０００５】
また、配線基板にＢＧＡを実装し、ＢＧＡを覆うように放熱ユニットを配線基板に取り付け、ＢＧＡの表面と放熱ユニットのギャップに伝熱樹脂を囲む弾性部材を充填し、ＢＧＡから発生した熱を放熱させる半導体パッケージの放熱構造が示されている。（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
このような構造によれば、ＢＧＡから発生した熱を効率よく放熱することができるばかりでなく、発熱により生じた熱応力を伝熱樹脂を囲む弾性部材が吸収することによりＢＧＡと放熱ユニットのギャップが小さくなってもＢＧＡの接続端子にかかる応力を緩和することができるとしている。
【特許文献１】特開平１１−１６３４９４号公報
【特許文献２】特開２０００−３３２１６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記第１の例によれば、保護カバーは配線基板にハンダ付けで固定されているが、保護カバー、と配線基板の熱膨張係数が大きく異なることから、半導体チップの発熱などによって温度変化が生じると、保護カバーと配線基板との間に大きな応力が発生する。また温度サイクル試験においては、電子装置全体を加熱することから保護カバーと配線基板の線膨張係数の違いにより、配線基板が反り、この結果ＢＧＡの接続端子と配線基板の接続部分のハンダクラックなどの信頼性の低下が問題となる。例えば、樹脂基板として一般に多く用いられているガラスエポキシ樹脂の熱膨張係数は１４ｐｐｍ／℃であり、保護カバーとして一般に多く用いられるアルミニウムは２３ｐｐｍ／℃である。これらの熱膨張係数の差により大きな応力が発生する。図４（ｂ）に示すように、温度変化による膨張収縮量の差により剛性率の小さい配線基板に反りが発生する。配線基板１０２の反りは、実装されたＢＧＡのハンダボールなどからなる接続部材にせん断応力を及ぼす。このせん断応力は電極パッドの剥離や、接続部材のクラックの原因となり、半導体チップの動作不良を起こす。
【０００８】
また、上記第２の例によれば、配線基板に搭載するＢＧＡと放熱ユニットとが伝熱樹脂を囲む弾性部材を介して接合されているので放熱特性は優れている。しかし、半導体チップの発熱による上述のような応力は伝熱樹脂を囲む弾性部材で吸収することはできても、ノート型パーソナルコンピューターのような携帯型電子機器に求められる落下時の強い衝撃を吸収させるには十分とは言えない。放熱ユニットはＢＧＡに比べて重量が大きいため、落下時の衝撃が大きくなり、その衝撃が伝熱樹脂を囲む弾性部材を介してＢＧＡに伝播するためＢＧＡの接続端子と配線基板の接続部に応力がかかり、ハンダボールなどの接続部材のクラックを生じさせるおそれがある。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するものであり、厳しい落下試験においても、安定な電子装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明の電子装置は、少なくとも２つの電子部品と、少なくとも２つのヒートシンクと、二つの主面を有し、基体に関して対称となる位置に設けられた電子部品を搭載すべき電子部品搭載領域および電子部品搭載領域のそれぞれの周辺に設けられたヒートシンクを搭載すべきヒートシンク搭載領域を有する配線基板とを備え、ヒートシンクは、電子部品搭載領域それぞれに搭載された電子部品を覆うようにヒートシンク搭載領域にそれぞれ取り付けられている構成からなる。
【００１１】
このような構成とすることにより、配線基板をヒートシンクで挟み込む構造となるため、ＢＧＡの発熱による熱応力により配線基板が反ることがなく、熱応力の影響がＢＧＡの接続端子と配線基板の接続部にまで及び難くなる。
【００１２】
また、本発明の電子装置は、少なくとも２つの電子部品と、電子部品の表面に貼着した第１の放熱部材と、少なくとも２つのヒートシンクと、二つの主面を有し、基体に関して対称となる位置に設けられた電子部品を搭載すべき電子部品搭載領域および電子部品搭載領域のそれぞれの周辺に設けられたヒートシンクを搭載すべきヒートシンク搭載領域を有する配線基板とを備え、ヒートシンクは、電子部品搭載領域それぞれに搭載された電子部品を覆うようにヒートシンク搭載領域にそれぞれ取り付けられ、ヒートシンクの電子部品に対向する表面に第２の放熱部材を貼着した構成からなる。
【００１３】
このような構成とすることにより、ＢＧＡで発生した熱が第１の放熱部材を介して放出され、ヒートシンクのＢＧＡに対向する位置に貼着した第２の放熱部材で熱を受け取り、ヒートシンクに伝熱され、ヒートシンクより空気中に放熱される。そのため放熱特性が優れるためＢＧＡとヒートシンクのギャップを熱伝導性の良好な樹脂などで埋める必要がなく、落下試験など、強い衝撃が加わってもＢＧＡの接続端子に応力がかかり難くなる。
【００１４】
また、ヒートシンクが配線基板の基体に関して対称に取り付けてもよい。
【００１５】
このような構成にすることにより、配線基板をヒートシンクで挟み込む構造となるため、ＢＧＡの発熱による熱応力により配線基板が反ることがなく、熱応力の影響がＢＧＡの接続端子と配線基板の接続部にまで及び難くなる。
【００１６】
また、放熱部材をセラミック板としてもよい。
【００１７】
このような構成とすることにより、ＢＧＡで発生した熱が第１の放熱部材を介して赤外線として放出され、対向するヒートシンクに貼着した第２の放熱部材で赤外線から熱に変換され、ヒートシンクに伝熱され、ヒートシンクより空気中へ放熱される。そのため放熱特性が優れた電子装置を実現することができる。
【００１８】
また、ヒートシンクを配線基板にハンダ付けにより搭載してもよい。
【００１９】
このような構成とすることにより、配線基板にヒートシンクと電子部品を同時に搭載することができるため製造工程の短縮化を図れる。
【００２０】
また、ヒートシンクを配線基板のグランド層に電気的に接続させてもよい。
【００２１】
このような構成とすることにより、ヒートシンクの熱を効率よく配線基板全体に分散させることができるため、より放熱特性が改善される。また、ヒートシンクにより電子部品を囲み、なおかつヒートシンクが配線基板のグランド層と電気的に接続されているので、電子部品はシールドされた構造となる。そのため電気的なノイズに強い電子装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の電子装置によれば、落下試験時の衝撃などを受けても、ＢＧＡの接続端子のハンダクラックやＢＧＡの接続端子と配線基板の電子部品実装ランドとの断線の発生を防止することができ、高信頼性でかつ放熱性に優れた電子装置を実現することができるという大きな効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同じ要素には同じ符号を付しており、説明を省略する場合がある。また、ＢＧＡの接続端子数や配線基板の接続電極などは、図面の記載の理解を得やすくするために実際の個数より少なく記載している。
【００２４】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる電子装置１０の構成を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。なお、図１（ａ）では、理解を容易にするためにヒートシンク８の一部を破断して示している。
【００２５】
本実施の形態の電子装置１０は、配線基板１１にＢＧＡ１およびＢＧＡ２を実装し、配線基板１１のＢＧＡ１およびＢＧＡ２を表裏面から覆うように取り付けられた一対のヒートシンク８およびヒートシンク９を備えた構成からなる。
【００２６】
ここで配線基板１１は、一方および他方の面上に設けられた電子部品搭載領域と、電子部品搭載領域の外周領域に設けられたヒートシンク搭載領域と、ヒートシンク搭載領域に設けられた接続電極１２とを備えている。配線基板１１の基体の材料としては、ガラス繊維やケブラーなどの有機物からなる繊維にエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂などを含浸して硬化させた基材を用いたものや、ＢＴレジンを用いたものなど、種々の樹脂基板を用いることができる。
【００２７】
配線基板１１の配線や電極は一般に実施されている方法で形成することができる。すなわち基体としての樹脂基板の表面に、例えば銅箔を貼り付け、フォトリソグラフィプロセスとエッチングプロセスにより所定のパターン形状に加工する。例えば、厚みが約０．２ｍｍのエポキシ樹脂からなる樹脂基板の両面に、厚みが約１８μｍの銅箔を貼り付け、貫通孔の穴あけ加工後、両面銅貼りされた樹脂基板の表面に無電解銅メッキおよび電解銅メッキにより銅メッキ層（図示せず）を形成する。次に、フォトリソグラフィプロセスとエッチングプロセスとを行うことで配線パターンや接続電極１２を形成する。図示されていないが接続電極１２や電子部品実装ランドの面上には、表面に金薄膜（図示せず）が形成されている。この金薄膜は、銅パターン上にニッケルメッキを行った上に金メッキを行うことにより得られる。これにより、接続電極１２や電子部品実装ランドなどの腐食を防止でき、かつ電子部品やヒートシンクのハンダ付けを安定に行うことができる。
【００２８】
また接続電極１２は、少なくともヒートシンクのコーナー部に対応する位置に４箇所以上配置することが望ましい。
【００２９】
ここでＢＧＡ１およびＢＧＡ２は、半導体チップを、例えば銀フィラーを添加したエポキシ系の導電性接着剤により、半導体素子搭載用基板上にダイボンドされ、半導体チップの電極端子と半導体素子搭載用基板の接続端子をワイヤーリードを用いてワイヤーボンディングして接続されている。半導体素子搭載用基板は、例えばＢＴレジンを基材とする高密度の多層配線基板であって、半導体搭載領域の外周に配列された端子電極と裏面にマトリクス状に配列された外部電極に接続するものである。半導体チップの表面および半導体素子搭載用基板の表面は、半導体チップおよびワイヤーを保護するために樹脂でモールドされている。さらに半導体素子搭載用基板の裏面にマトリクス状に配列された各外部電極には、ハンダボールが接続されている。ハンダボールの材料は、例えばＳｎ系などを用いることができるし、ハンダメッキを施したＣｕなどの金属ボールを用いても構わない。
【００３０】
ヒートシンク８およびヒートシンク９は、例えば断面がコの字型の金属製ブロックであり、材質は、例えば銅、４２アロイやアルミニウムからなる。ヒートシンクを配線基板１１に搭載し、ハンダ付けをする場合、配線基板１１の接続電極１２に対応するヒートシンクの一部に、ハンダ濡れ性を確保するためにＮｉメッキ後、Ａｕフラッシュメッキ（図示せず）を行ってもよい。
【００３１】
以下、本実施の形態の電子装置１０の作製方法を具体的に説明する。
【００３２】
図１に示す配線基板１１の一方の面の接続電極１２と電子部品実装ランド（図示せず）にソルダーペーストを、例えば印刷法で供給する。ソルダーペーストは、例えばＳｎ系などを用いても構わない。次に、ＢＧＡ１の接続端子３を配線基板１１の電子部品実装ランドに位置合わせを行い、搭載する。次に、ヒートシンク８をＢＧＡ１を覆うようにして、接続電極１２に対応するヒートシンク８のハンダ付け部（図示せず）と位置合わせを行い搭載する。次に、リフローすることでソルダーペーストを溶融し、ＢＧＡ１の接続端子３と配線基板１１の電子部品実装ランドを接合し、同時にヒートシンク８と配線基板１１の接続電極１２を接合する。
【００３３】
次に配線基板１１の他方の面上の接続電極１３と電子部品実装ランドにソルダーペーストを、例えば印刷法で供給し、同様の工法でＢＧＡ２およびヒートシンク９を実装する。
【００３４】
以上のような構成とすることにより、ＢＧＡ１やＢＧＡ２が搭載された電子部品搭載領域の配線基板１１の反りが減少するばかりでなく、ＢＧＡ１およびＢＧＡ２の表面からそれぞれヒートシンク８およびヒートシンク９へ対流により放熱することができる。
【００３５】
また、ＢＧＡ１、２とヒートシンク８、９は、それぞれ熱伝導性の良好な樹脂などで接着されていないため落下試験など大きな衝撃がかかったとしてもヒートシンク８、９にかかる衝撃がＢＧＡ１、２に伝播することがなく、ＢＧＡ１、２の接続端子部と配線基板１１との接合部に影響を与えることは少ないため信頼性が高い電子装置を実現することができる。
【００３６】
（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施の形態にかかる電子装置２０の構成を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図である。なお、図２（ａ）では、理解を容易にするためにヒートシンク８の一部を破断して示している。
【００３７】
本実施の形態の電子装置２０が、第１の実施の形態の電子装置１０と異なるところは、ＢＧＡ１およびＢＧＡ２の表面に放熱部材２１または放熱部材２２を貼着したこと、またはＢＧＡ１に対向するヒートシンク８の表面に放熱部材２３を、またＢＧＡ２に対向するヒートシンク９の表面に放熱部材２４をそれぞれ貼着したことが特徴である。
【００３８】
放熱部材２１、２２、２３、２４は、例えば金属板やセラミック板からなり、導電性接着剤を用いてＢＧＡ１、２およびヒートシンク８、９に貼着してある。ここで導電性接着剤は、例えばＡｇフィラーを含有したエポキシ系の導電性接着剤からなる。セラミック板は、例えばジルコニア（ＺｒＯ２）、酸化ケイ素とアルミナとの混合物（ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３との混合物）、マグネシア（ＭｇＯ）、マグネシア、アルミナおよび酸化ケイ素の混合物（ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２の混合物）からなる。
【００３９】
このようにセラミック板を放熱部材として用いる場合、空気の熱伝導に基づく放熱だけでなく、放熱部材から赤外線を放射することに基づく放熱も可能となるので、より放熱効率を向上することができる。特に、ヒートシンクに放熱部材としてセラミック板を貼着した場合は、ＢＧＡに貼着した放熱部材から放出された赤外線をヒートシンク側の放熱部材で赤外線から熱に変換するためより一層放熱効率を向上することができる。
【００４０】
なお、放熱部材としてセラミック板のかわりに、例えばシリコン粉末やカーボン粉末を分散した黒色塗料、あるいは、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、塩化ビニル樹脂などを用い、この樹脂中にカーボンや炭化珪素などの微粒子を分散させたものをペースト状にした塗料、あるいは、ジルコニア（ＺｒＯ２）、酸化ケイ素とアルミナとの混合物（ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３との混合物）、マグネシア（ＭｇＯ）、マグネシア、アルミナおよび酸化ケイ素の混合物（ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２の混合物）を樹脂に分散して塗料としたものを塗布してもよい。
【００４１】
（第３の実施の形態）
図３は、本発明の第３の実施の形態にかかる電子装置３０の構成を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）はＣ−Ｃ線に沿って切断した断面図である。なお、図３（ａ）では、図面をわかりやすくするためにヒートシンク３１の一部を除去した状態を示している。
【００４２】
本実施の形態の電子装置３０は、第１の実施の形態の電子装置１０と比較して、ヒートシンク３１およびヒートシンク３２がネジ３３により固定されたことならびにヒートシンク３１およびヒートシンク３２が配線基板１１のグランド層３５に電気的に接続していることが特徴である。
【００４３】
ヒ−トシンク３１およびヒ−トシンク３２は、例えば断面がコの字型の金属製ブロックであり、その端部に固定用片部が設けられている。少なくともヒートシンクの対角線上のコーナー部の固定用片部には取り付け穴（図示せず）が形成されている。ヒートシンクの材質は、例えば銅、４２アロイやアルミニウムからなる。また配線基板１１には貫通孔３７を有する接続電極３６が形成されており、配線基板１１の内層のグランド層にビアホールなどで電気的に接続されている。ヒートシンク３１およびヒートシンク３２を配線基板１１に搭載し、ネジ３３をヒートシンク３１の取り付け穴に挿入し、配線基板１１とヒートシンク３１およびヒートシンク３２を固定する。ネジ３３は、例えば導電性を有する金属であるのでヒートシンク３１およびヒートシンク３２は、接続電極３６を介して配線基板１１のグランド層に電気的に接続される。これにより、ヒートシンク３１およびヒートシンク３２の熱が外部の空気の熱伝導に基づく放熱だけでなく、ヒートシンク３１、３２から直接、配線基板１１のグランド層３５へ放熱されるので放熱特性が改善される。またＢＧＡ１、ＢＧＡ２をヒートシンク３１、ヒートシンク３２で電気的にシールドすることになるのでノイズ耐性に優れた電子装置を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の電子装置は落下試験における信頼性が高く、半導体チップをはじめとする電子部品の放熱特性を向上させることができる。よって、ＢＧＡおよびＣＳＰを配線基板へ実装した電子装置として、広く応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる電子装置の構成において、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った断面図
【図２】本発明の第２の実施の形態にかかる電子装置の構成において、（ａ）は平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線に沿った断面図
【図３】本発明の第３の実施の形態にかかる電子装置の構成において、（ａ）は平面図、（ｂ）はＣ−Ｃ線に沿った断面図
【図４】従来のＢＧＡを実装した電子装置において、（ａ）は温度サイクル試験前の断面図、（ｂ）は温度サイクル試験後の断面図
【符号の説明】
【００４６】
１，２，１０１    ＢＧＡ
３，４    接続端子
８，９，３１，３２    ヒートシンク
１０，２０，３０    電子装置
１１，１０２    配線基板
１２，１３，３６    接続電極
２１，２２，２３，２４    放熱部材
３３    ネジ
３５    グランド層
３７    貫通孔
１００    保護カバー
１０３    外部接続端子
【図１】
2008270684.tif 000003
【図２】
2008270684.tif 000004
【図３】
2008270684.tif 000005
【図４】
2008270684.tif 000006