(57)【要約】【課題】放熱効率が高く、熱応力によって薄利したり、電子部品にクラックが生じたりすることを防止でき、かつ簡単に製造可能な電子部品用ヒートシンクを提供する。【解決手段】直線部（１０）と折り返し部（１１）とが繰り返し形成されたジグザグ形状を有し、複数の前記折り返し部（１１）を電子部品に固着して、同電子部品の熱膨張を、前記直線部の弾性変形（α）によって吸収可能とした。【選択図】　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線部と折り返し部とが繰り返し形成されたジグザグ形状を有し、複数の前記折り返し部を電子部品に固着して、同電子部品の熱膨張を、前記直線部の弾性変形によって吸収可能としたことを特徴とする電子部品用ヒートシンク。
【請求項２】
折り返し部を矩形形状としたことを特徴とする請求項１記載の電子部品用ヒートシンク。
【請求項３】
折り返し部を半導体チップに直接取付けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品用ヒートシンク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品に接合して放熱可能としたヒートシンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発熱量が大きな半導体装置などの電子部品にはヒートシンクを接合して放熱するようにしており、この種の電子部品用ヒートシンクの一例として、図７に示すようなものがあった。
【０００３】
図示するように、ヒートシンク１００は、発熱する電子部品２００の表面に接合されており、同電子部品２００に接触する底面１１０全体を接合面として、熱伝導率の高い銀ペーストなどの接着材３００により接合されている。４００は前記電子部品２００をフリップチップ接合した実装基板である。
【０００４】
上記ヒートシンク１００の一般的な構造は、図８に示すように、矩形形状とした前記底面１１０に多数のフィン１２０を所定間隔で立設して櫛状に形成することにより、多数の凹凸を形成することで表面積を大きくして対流熱伝達率を向上させている。通常、銅やアルミニウム、あるいはアルミニウム合金を材料として、削り出し、あるいは押し出し成形されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した従来のヒートシンク１００では、下記のような問題が未だ解決されずに残されていた。
【０００６】
（１）加工精度、コストの問題
上記従来のヒートシンク１００の凹凸部分の幅は、加工精度及びコストの点から制限されている。
【０００７】
すなわち、コストを優先すれば加工精度が低下し、単位面積当りのフィン１２０間の幅が広がる傾向となり、全体として重量も増してしまう。また、コストを優先しつつ表面積を確保しようとすると、ヒートシンク１００を高さ方向に伸ばさねばならず、場合によっては筐体の高さに制限されて十分な放熱効果を得られない場合がある。
【０００８】
一方、放熱効果を優先するとなると、表面積を確保するためには単位面積当りのフィン１２０間の幅を狭くする必要が生じるが、この場合は精密な加工が要求されてコストアップとなってしまう。
【０００９】
（２）線膨張係数の違いによるチップクラック、ヒートシンク剥離の問題
また、上記従来のヒートシンク１００では、底面１１０が電子部品２００の表面と完全に接合されている。他方、使用する材料によっては当然ながら、ヒートシンク１００と電子部品２００とでは線膨張係数が異なっている。したがって、使用している間に、ヒートシンク１００と電子部品２００との線膨張係数の違いによって、各接合端末部に応力が発生し、チップクラックやヒートシンクの剥離などの問題を引起すおそれがある。
【００１０】
また、接合に用いる接着材３００の分量にしても、接合面となるヒートシンク１００の底面１１０全体に必要となるために使用量が多く、材料コストが嵩む傾向にある。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決することのできる電子部品用ヒートシンクを提供することを目的としている。
【００１２】
【発明が解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の本発明では、直線部と折り返し部とが繰り返し形成されたジグザグ形状を有し、複数の前記折り返し部を電子部品に固着して、同電子部品の熱膨張を、前記直線部の弾性変形によって吸収可能とした。
【００１３】
また、請求項２記載の本発明では、上記折り返し部を矩形形状とした。
【００１４】
さらに、請求項３記載の本発明では、折り返し部を半導体チップに直接取付けた。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明は、直線部と折り返し部とが繰り返し形成されたジグザグ形状を有し、複数の前記折り返し部を電子部品に固着して、同電子部品の熱膨張を、前記直線部の弾性変形によって吸収可能としたものである。
【００１６】
すなわち、電子部品に接合して放熱可能としたヒートシンクに係るものであって、平面を屈曲して、直線部と折り返し部とが繰り返し形成されたジグザグ形状となし、前記折り返し部のうち、前記電子部品に対向する折り返し部を電子部品に固着して、電子部品の熱膨張を、前記直線部の弾性変形によって吸収可能としている。
【００１７】
このように、電子部品との接触面が折り返し部に限定されており、この接触面を銀ペーストなどの接着材を介して電子部品と接合させている。ヒートシンクの材料としては、当然ながら熱伝導率の高い銅やアルミニウムなどを用いるものとする。
【００１８】
したがって、上記構成では、電子部品との接触面積が小さくても電子部品の熱はヒートシンクに十分伝わり、ジグザグ形状により空気との対流熱伝達で放熱される。
【００１９】
しかも、本ヒートシンクは、上記したように薄板で形成されており、かつ折り返し部に連続形成されてジグザグ形状を形成する前記直線部が幅方向へ弾性変形可能となっている。
【００２０】
したがって、実装基板に装着された電子部品上に接着剤を介して本ヒートシンクを重合させた構造の場合、前記ヒートシンク、電子部品、接着剤、実装基板はそれぞれ線膨張係数が異なるので熱による膨張量もそれぞれ異なるが、ヒートシンクは、電子部品の熱膨張による伸び量に相当する量だけ幅方向へ褶曲する。このように、弾性変形によって電子部品の熱膨張を吸収することができるので、ヒートシンクと接着材が電子部品に与える応力のほとんどを緩和することが可能となる。
【００２１】
上記構成により、本実施の形態に係る電子部品用ヒートシンクは、従来品と同サイズでありながら表面積を倍増させて放熱効果を高めることができることからコンパクトな構成を実現できるとともに、ヒートシンク、電子部品、実装基板の線膨張係数の違いにより発生する応力を緩和可能な構造となすことができる。さらに、接着材の使用量も少なくなってコスト低減を図ることができる。
【００２２】
また、上記折り返し部は、Ｕ字状、Ｖ時状としてもよいが、矩形形状とすることが好ましく、必要な伝熱面積を確保しながら、電子部品との接着力を強めることができる。
【００２３】
そして、このときに、接触面の端縁から立設して上方に凸部を形成する直線部の起立角度を、９０°、もしくは少なくとも９０°に近い鈍角とすることが好ましく、直線部の幅方向への褶曲が容易になされるようにして、弾性変形が円滑に行えるようにするとよい。
【００２４】
ところで、上記電子部品としては半導体チップとすることができ、同半導体チップに上記折り返し部を直接取付けた構造とすることができる。この場合の半導体チップとしては、フリップチップ接合したものを採用するとよい。
【００２５】
この場合、半導体チップに発生する熱を効率的に逃がし、半導体チップに形成された電気回路などの熱暴走や熱応力によるクラックなどの発生を防止することができる。また、フリップチップ接合された半導体チップは、実装基板とヒートシンクとにより挟まれた取付構造となるが、その場合、上下からの熱応力の影響を受けて損傷される場合があるが、上述してきたように、応力を緩和することが可能となるので、チップ損傷を防止することができる。
【００２６】
また、本ヒートシンクを形成するに際し、断面視で櫛状に形成した上下金型を用い、上下の櫛歯が相互に櫛歯間に噛みこむように薄板をプレスすることで上記したジグザグ形状を容易に形成することが可能となる。なお、このときの原材料となる板の厚さとしては、プレス時の延びを考慮して製品よりもやや厚めに設定しておくとよい。
【００２７】
以下、添付図に基づき、本発明に係る電子部品用ヒートシンクをより具体的に説明する。
【００２８】
図１は本実施の形態に係る電子部品用ヒートシンク（以下、「ヒートシンクＡ」とする）の取付構造を示す説明図、図２は同ヒートシンクＡの斜視図である。
【００２９】
なお、本実施の形態では、本ヒートシンクＡを装着した電子部品をフリップチップ接合した半導体チップ２としている。
【００３０】
図１に示すように、ヒートシンクＡは、熱伝導率の高い銅製の平面をなす薄板を屈曲して、直線部１０と折り返し部１１とが繰り返し形成されたジグザグ形状に形成しており、断面視で凹凸が交互に繰り返された、所謂九十九折状に形成されている。
【００３１】
そして、前記複数の折り返し部１１のうち、本ヒートシンクＡを装着する半導体チップ２に対向する側の折り返し部１１を接合部１２としている。
【００３２】
すなわち、図２に示すように、実装基板４にフリップチップ接合した半導体チップ２に対向する側の各折り返し部１１を接合部１２として、銀ペーストなどからなる接着材３を介して半導体チップ２に直接固着している。
【００３３】
かかる構成により、半導体チップ２が発熱すると、その熱が前記接合部１２を介してヒートシンクＡに伝達される。一方、ヒートシンクＡは直線部１０と折り返し部１１とによりジグザグに形成されており、多数の凹凸が形成されて表面積が大きいことから、きわめて効率的に放熱され、半導体チップ２に形成された電気配線などが熱暴走を起こすおそれもなくなる。
【００３４】
このとき、実装基板４、半導体チップ２、接着材３、ヒートシンクＡは、それぞれ素材が異なることから線膨張係数がそれぞれ異なっており、当然ながら、それぞれの熱膨張量も異なるのであるが、上記した構成としたことにより、発熱による半導体チップ２の熱膨張量は、図３に示すように、前記直線部１０が幅方向へ同量だけ褶曲し、かかる弾性変形αによって互いの膨張量の差を吸収することができる。
【００３５】
したがって、ヒートシンクＡと接着材３が半導体チップ２へ与える応力の殆どを緩和できることになり、半導体チップ２にクラックが生じたり、ヒートシンクＡが剥離したりすることを防止できる。
【００３６】
また、折り返し部１１を接合部１２としているので、接着材３の使用量も少なくなってコスト低減を図ることができる。
【００３７】
ところで、本実施の形態に係るヒートシンクＡは、前記折り返し部１１を断面視で矩形形状としているが、この場合、半導体チップ２との接触面の端縁から立ち上がり、上方に凸部（折り返し部１１）を形成する直線部１０の起立角度θを、９０°、もしくは少なくとも９０°に近い鈍角としている。かかる構成により、直線部１０の幅方向への褶曲が容易になされ、確実に弾性変形αがなされて膨張量の差を吸収することができる。
【００３８】
また、折り返し部１１を断面視で矩形形状としたことで、接合部１２の面積を必要量だけ確保しやすくなり、半導体チップ２からの伝熱効率を大きく低下させることがなく、かつ必要な接着力も確保できる。
【００３９】
ところで、本ヒートシンクＡを形成する場合は、図４に示すように、断面視で櫛状に形成した上・下金型５，６を用いた。
【００４０】
上・下金型５，６は、断面視で櫛状に形成されており、上下の櫛歯部５０，６０が相互に櫛歯部５０，６０間に噛みこむように銅板からなる薄板１をプレスすることにより、上記したジグザグ形状からなるヒートシンクＡを容易に形成することが可能となる。
【００４１】
なお、このときの薄板１の厚さは、プレス時の延びを考慮して、ヒートシンクＡとして製品化されたときの厚みよりもやや厚めに設定している。
【００４２】
上述してきた例では、ヒートシンクＡの折り返し部１１の形状を矩形形状としてきたが、必ずしもかかる矩形形状に限定されるものではなく、変形例として、例えば図５に示すように断面視でＵ字状に形成して、折り返し部１１が湾曲したものや、あるいは、図６に示すように、断面視でＶ字状に形成して、折り返し部１１が鋭角に屈曲したものでも構わない。
【００４３】
【発明の効果】
本発明は、以上説明してきたような形態で実施され、以下の効果を奏する。
【００４４】
（１）請求項１記載の本発明によれば、直線部と折り返し部とが繰り返し形成されたジグザグ形状を有し、複数の前記折り返し部を電子部品に固着して、同電子部品の熱膨張を、前記直線部の弾性変形によって吸収可能としたことにより、表面積を倍増させて放熱効果を高めてコンパクトな構成となすことができるとともに、ヒートシンク、電子部品、実装基板の線膨張係数の違いにより発生する応力を緩和可能な構造となすことができ、さらには、接着材の使用量も少なくなってコスト低減を図ることができる。
【００４５】
（２）請求項２記載の本発明では、上記折り返し部を矩形形状としたことにより、上記（１）の効果に加え、必要な伝熱面積を確保しながら、電子部品との接着力を強めることができる。
【００４６】
（３）請求項３記載の本発明では、折り返し部を半導体チップに直接取付けたことにより、特に、フリップチップ接合された半導体チップであれば、実装基板とヒートシンクとにより挟まれた取付構造となり、上下からの熱応力の影響を受けて損傷される場合があるが、上記（１）、（２）の効果を奏することで、応力が緩和され、チップ損傷を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る電子部品用ヒートシンクの取付構造を示す説明図である。
【図２】同ヒートシンクの斜視図である。
【図３】同ヒートシンクの直線部における弾性変形を示す説明図である。
【図４】同ヒートシンクの製造方法を示す説明図である。
【図５】電子部品用ヒートシンクの変形例を示す説明図である。
【図６】電子部品用ヒートシンクの変形例を示す説明図である。
【図７】従来のヒートシンクの取付構造を示す説明図である。
【図８】同従来のヒートシンクを示す説明図である。
【符号の説明】
Ａ　電子部品用ヒートシンク
１　薄板
２　半導体チップ（電子部品）
３　接着材
４　実装基板
１０　直線部
１１　折り返し部
【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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【図７】
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【図８】
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