(57)【要約】【課題】本発明は、プラスチック基板を使用した場合に、各部に作用する応力を緩和できると共に、冷却部品の冷却性能を低下させることなく、電子部品と冷却部品間の半田の高さを均一にすることができ、これによって、信頼性を向上させることが可能な電子部品の冷却構造及び半導体モジュールの提供を課題とする。【解決手段】本発明の半導体パッケージ５は、プラスチック基板５１と、このプラスチック基板５１に金属接合されたＬＳＩ（電子部品）５２と、このＬＳＩ５２を冷却すべくＬＳＩ５２に金属接合された冷却部品５３とを備えている。また、この半導体パッケージ５は、プラスチック基板５１、ＬＳＩ５２、冷却部品５３及びその接合部のうち、金属接合によって破壊応力に対する所定割合以上の応力が作用する部分に対応して、冷却部品５３の側面から冷却部品５３の内側に向かい且つ冷却部品５３の接合面５３ａに沿って延びる切り欠き５４（凹溝）を有している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、この基板に金属接合された電子部品と、この電子部品を冷却すべく前記電子部品に金属接合された冷却部品とを備え、
前記基板、前記電子部品、前記冷却部品及びその金属接合部のうち、金属接合によって破壊応力に対する所定割合以上の応力が作用する部分に対応して、前記冷却部品の側面から前記冷却部品の内側に向かい、且つ前記冷却部品の前記電子部品に対する接合面に沿って延びる凹溝を有することを特徴とする電子部品の冷却構造。
【請求項２】
前記冷却部品の前記電子部品に対する接合面と前記凹溝との間に挟まれた薄肉部分の側端面と、前記電子部品の側端面との間隔を、前記電子部品の前記冷却部品に対する接合面の面積、及び前記冷却部品の重量に応じて設定したことを特徴とする請求項１に記載の電子部品の冷却構造。
【請求項３】
前記凹溝は、前記冷却部品のコーナー部分に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品の冷却構造。
【請求項４】
前記凹溝内に前記基板、前記電子部品又は前記冷却部品の変形に対応して変形可能な冷却材料を充填したことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の電子部品の冷却構造。
【請求項５】
前記冷却材料は、温度の上昇によって収縮する特性を有することを特徴とする請求項４に記載の電子部品の冷却構造。
【請求項６】
前記冷却材料は高熱伝導性を有することを特徴とする請求項４又は５に記載の電子部品の冷却構造。
【請求項７】
前記凹溝内の前記接合面に沿って延びる両内面のうち、少なくとも前記電子部品側に配置される側の内面を、全体的又は部分的にテーパ状に形成したことを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の電子部品の冷却構造。
【請求項８】
前記凹溝内の隅角部のうち、少なくとも前記電子部品側の隅角部に丸みを付けたことを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の電子部品の冷却構造。
【請求項９】
前記冷却材料が液状であり、この冷却材料を前記凹溝内に充填するべく、前記凹溝の内面から前記冷却部品の外表面まで貫通する貫通孔を有することを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の電子部品の冷却構造。
【請求項１０】
請求項１から９の何れかに記載の電子部品の冷却構造を有する半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子部品の冷却構造及び半導体モジュールに係り、特に、プラスチック基板と高発熱ＬＳＩを使用する半導体パッケージなどに好適な電子部品の冷却構造及び半導体モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ＬＳＩ（大規模集積回路）など発熱する電子部品を使用する半導体パッケージは、電子部品を冷却する必要がある。そのため、このような半導体パッケージには、電子部品の冷却構造が採用されている。
【０００３】
図１８及び図１９は、従来の電子部品の冷却構造を適用した半導体パッケージ１，２を示す。このうち、図１８の半導体パッケージ１は、低発熱のＬＳＩ１０を対象としている。
【０００４】
すなわち、この半導体パッケージ１は、基板１１上にＬＳＩ１０の裏面が直接接着され、又は半田付けされている。また、ＬＳＩ１０上には、樹脂系の封止材１２を介してヒートスプレッダ（冷却部品）１３が接合されている。この冷却部品１３は、例えば銅で平板状に形成されている。なお、図１８中の符号１４は半田ボールである。
【０００５】
また、図１９の半導体パッケージ２は、比較的高発熱のＬＳＩ２０を対象としている。すなわち、この半導体パッケージ２は、基板２１上にＬＳＩ２０の裏面が半田（又は高熱伝導接着剤）２２によって接合されている（フリップチップ接続）。
【０００６】
ＬＳＩ２０の表面には、フィン２３を有するヒートスプレッダ（冷却部品）２４が半田２５によって接合されている。なお、図１９中の符号２６は封止材である。
【０００７】
上記の高発熱ＬＳＩ２０を対象とした半導体パッケージ２（図１９参照）では、ハイエンドサーバ向けの場合には基板２１がセラミック系材料で形成される。また、ミドルレンジサーバ又はそれ以下のサーバ向けの場合には、基板２１が安価なプラスチック系材料で形成される。
【０００８】
上記のようにハイエンドサーバ向けの半導体パッケージ２において、基板２１がセラミック系材料で形成されていた理由は、セラミック薄膜基板は狭ピッチ化が可能であり、ハイエンドサーバ向けのＬＳＩ２０のように接続すべき信号端子数が多い場合でも対応できるからである。
【０００９】
これに対して、従来のプラスチック基板は狭ピッチ化が困難であり、ＬＳＩ２０の信号端子数が多い場合には対応できなかった。
【００１０】
しかし、近年はプラスチック基板の製造技術が進歩したこと、及びコストダウンの要求が強いという背景もあり、ハイエンドサーバ向けのＬＳＩ２０にもプラスチック基板が採用されている。
【００１１】
一方、ＬＳＩ２０の発熱量が中程度以下の場合には、ＬＳＩ２０と冷却部品２４とを接合するために高熱伝導接着剤が使用され、ＬＳＩ２０の発熱量が高い場合には半田２５が用いられている。
【００１２】
このような事情から、ハイエンドサーバ向けのＬＳＩ２０を対象とする半導体パッケージ２においても、安価なプラスチック系材料で形成された基板２１を使用し、且つＬＳＩ２０と冷却部品２４とを半田２５によって接合することも考えられる。
【００１３】
一方、図２０に示すように、半導体素子を搭載するキャビティ３１に、熱放散用の放熱板３２と、外部導出リード３３を支持するセラミック３４とを備え、放熱板３２の外部導出リード３３を支持させるための側の面に、セラミック３４の底面の奥行き深さに至る切り欠き３５を設けた半導体装置用容器３０が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１４】
この半導体装置用容器３０は、切り欠き３５で放熱板３２の熱応力を緩和し、セラミック３４のクラックを防止し、キャビティ３１に搭載する半導体素子の信頼性劣化を防止することができる。
【００１５】
【特許文献１】
特開平５−３３５４５０号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の半導体パッケージ２（図１９参照）では、上記のようにプラスチック基板２１を使用し、且つＬＳＩ２０と冷却部品２４とを半田２５で接合した場合には、プラスチック基板２１に反りが発生し、半田接合部及びＬＳＩ２０に相当大きな破壊応力が発生するという問題があった。特に、ＬＳＩ２０のコーナー部には、熱膨張により集中的に応力が発生する。
【００１７】
実験による評価では、プラスチック基板２１の厚さが１．２〜１．３ｍｍ、封止材２６の厚さが約０．１ｍｍの場合、ヒートスプレッダ２４を半田接合したときに、プラスチック基板２１に約０．１５ｍｍの反りが発生し、ＬＳＩ２０のシリコン部で破壊した。
【００１８】
また、従来の半導体パッケージ２においては、ＬＳＩ２０と冷却部品２４間の半田２５の漏れ拡がり状態が不均一であり、場合によっては半田２５の高さが不均一となって冷却部品２４が傾き、信頼性が低下したり、装置の寿命が短くなるおそれがあった。
【００１９】
そこで、半田２５が一定長さ以上漏れ拡がらないようにするため、半田接合性のない材料でマスキングやダムを設置することも考えられるが、この場合には、コストアップになるという問題が発生する。
【００２０】
また、特許文献１に記載の半導体装置用容器３０（図２０参照）は、放熱板３２とセラミック３４との接合部における応力緩和が目的であり、セラミック３４底面までの奥行き深さの切り欠き３５を設けることによって、セラミック３４に接合された部分の肉厚を薄くするのが主眼である。
【００２１】
この半導体装置用容器３０を従来の半導体パッｓケージ２に適用しようとすると、ヒートスプレッダ２４のＬＳＩ２０に接合する部分、すなわち、ヒートスプレッダ２４の殆ど全体を薄肉にする必要がある。
【００２２】
しかし、このようにヒートスプレッダ２４を全体的に薄肉にすると、ヒートスプレッダ２４の冷却性能が低下するという問題が発生する。
【００２３】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、例えばプラスチック基板を使用した場合などに、各構成要素及びその半田接合部に発生する応力を緩和できると共に、冷却部品の冷却性能を低下させることなく、電子部品と冷却部品間の半田の高さを均一にすることができ、これによって、信頼性を向上させることが可能な電子部品の冷却構造及び半導体モジュールの提供を課題とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
【００２５】
すなわち、本発明は、基板と、この基板に搭載された電子部品と、この電子部品を冷却すべく前記電子部品に金属接合された冷却部品とを備え、前記基板、前記電子部品、前記冷却部品及びその金属接合部のうち、金属接合によって破壊応力に対する所定割合以上の応力が作用する部分に対応して、前記冷却部品の側面から前記冷却部品の内側に向かい、且つ前記冷却部品の前記電子部品に対する接合面に沿って延びる凹溝を有する。
【００２６】
上記電子部品は、金属接合、例えば半田接合によって基板に搭載する。また、上記基板は、金属接合時の熱によって比較的大きく変形するプラスチック基板を使用できる。また、電子部品として高発熱ＬＳＩ等を例示できる。冷却部品としては、板状又はフィンを有する銅部材を例示できる。さらに、半田接合する場合は、半田として錫、錫＋銀、錫＋鉛、錫＋亜鉛、錫＋ビスマス＋銀などを例示できる。
【００２７】
本発明によれば、プリント基板、電子部品、冷却部品、及びその接合部のうち、応力が一定以上となる部分に対応させて、冷却部品の側面から内側に向かい且つ接合面に沿って延びる凹溝が形成されているため、凹溝と冷却部品の接合面間の側壁部分（薄肉部分）の肉厚が薄くなる。この薄肉部分は、基板又は電子部品の変形に追従して変形しやすくなる。
【００２８】
従って、冷却部品を電子部品に半田付けするときの加熱時又は加熱後に、基板又は電子部品が変形した場合でも、これに対応して薄肉部分が変形するので、基板、電子部品、冷却部品及びその半田接合部に作用する応力を緩和できる。
【００２９】
ここで、前記冷却部品の前記電子部品に対する接合面と前記凹溝との間に挟まれた薄肉部分の側端面と、前記電子部品の側端面との間隔を、前記電子部品の前記冷却部品に対する接合面の面積、及び前記冷却部品の重量に応じて設定できる。
【００３０】
これによって、電子部品と冷却部品間の接合半田が、冷却部品側に濡れ拡がって形成される半田フィレットの長さを調整できると共に、接合半田の高さを均一にできるので、半田接合部の信頼性が向上する。
【００３１】
また、前記凹溝を、前記冷却部品のコーナー部分に形成できる。冷却部品のコーナー部分には応力が集中しやすいので、この部分に凹溝を形成することによって、応力緩和に大きな効果がある。
【００３２】
前記凹溝内には、前記基板、前記電子部品又は前記冷却部品の変形に追従して変形可能な冷却材料を充填できる。凹溝を形成したことによって、冷却部品の冷却能力が低下するが、この冷却能力の低下分を冷却材料によって補填できる。
【００３３】
また、前記冷却材料は、温度の上昇によって収縮する特性を有するものを選定できる。半田接合によって基板又は電子部品が変形力が作用したとき、冷却材料にはこれと反対方向の変形力が作用するため、各部に作用する応力を低減できる。
【００３４】
また、前記冷却材料は高熱伝導性を有するものを使用できる。このような冷却材料としては、高放熱接着剤、高放熱コンパウンド又は高放熱シート材などがある。
【００３５】
また、前記凹溝内の前記接合面に沿って延びる両内面のうち、少なくとも前記電子部品側に配置される側の内面を、全体的又は部分的にテーパ状に形成できる。この場合は、テーパ状内面の根元部分における隅角部の角度が大きくなるので、この隅角部に作用する応力を緩和できる。
【００３６】
また、前記凹溝内の隅角部のうち、少なくとも前記電子部品側の隅角部に丸みを付けることができる。これによって、この隅角部に作用する応力を緩和できる。
【００３７】
また、前記冷却材料を液状とし、この冷却材料を前記凹溝内に充填するべく、前記凹溝の内面から前記冷却部品の表面まで貫通する貫通孔を設けることができる。
【００３８】
この場合には、冷却部品の外周側と基板との間にスティフナが設けられた場合でも、貫通孔から凹溝内に冷却材料を充填できる。
【００３９】
また、本発明は、上記に記載した何れかの電子部品の冷却構造を有する半導体モジュールである。
【００４０】
なお、以上述べた各構成要素は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付した図１から図１４に基づいて説明する。なお、本実施形態においては、半田接合を金属接合の例とする。
（第１実施形態）
本例は、ＬＳＩを用いた半導体パッケージに本発明を適用したものである。図１（ａ）は本発明を適用した半導体パッケージ５を示す分解断面図、図１（ｂ）は組立断面図である。
【００４２】
この半導体パッケージ５は、プラスチック基板５１と、このプラスチック基板５１に半田接合によってフリップチップ実装された電子部品であるＬＳＩ５２と、このＬＳＩ５２を冷却すべくＬＳＩ５２に接合されたヒートスプレッダ（冷却部品）５３とを備えている。
【００４３】
また、この半導体パッケージ５は、半田接合に際して、プラスチック基板５１，ＬＳＩ５２，ヒートスプレッダ５３，及びこれらの接合部のうち、半田付けによって破壊応力に対して所定割合以上の応力が作用する部分に対応して、ヒートスプレッダ５３の本体の側面５３ａから内側に向かい、且つヒートスプレッダ５３のＬＳＩ５２に対する接合面５３ｂに沿って延びる凹溝状で、所定の深さＷ（図３参照）を有する切り欠き５４を有している。
【００４４】
なお、図１（ａ），（ｂ）中の符号５５は、ＬＳＩ５２とヒートスプレッダ５３とを接合する半田、５６はＬＳＩ５２をプラスチック基板５１に接合するべくＬＳＩ５２に設けられた半田ボール、５７は封止材である。
【００４５】
次に、上記各構成要素について説明する。プラスチック基板５１は、通常のプラスチック基板を使用できる。ＬＳＩ５２は高発熱のものを対象としているが、低発熱のＬＳＩでもよい。
【００４６】
ヒートスプレッダ５３は、その本体が例えば銅で板状に形成されている。このヒートスプレッダ５３の下部側は、段付き状に形成されている。
【００４７】
また、本例では、図２に示すように、ＬＳＩ５２とヒートスプレッダ５３とが略四角形であり、互いにコーナー部を整合させて配置されている。また、上記の切り欠き５４はヒートスプレッダ５３のコーナー部に形成されている。
【００４８】
このように、ヒートスプレッダ５３の本体のコーナー部に切り欠き５４を形成した理由は、ヒートスプレッダ５３のコーナー部には、応力が集中して破壊応力に達するおそれがあるからである。
【００４９】
コーナー部以外の部分に作用する応力は、コーナー部に比べて小さく、破壊応力に達するおそれが少ないため、本例ではコーナー部以外に切り欠き５４を形成しなかったが、コーナー部以外でも破壊応力に対して所定割合以上の応力が作用する部分には、切り欠き５４を設けることができる。
【００５０】
更に、本発明の半導体パッケージ５は、図３に示すように、ヒートスプレッダ５３の切り欠き５４とＬＳＩ５２に対する接合面５３ｂ間の肉厚が薄くなった側壁部分（薄肉部分）５８の側端面５３ａと、ＬＳＩ５２の側端面５２ａとの間隔Ｌ１が、ＬＳＩ５２のヒートスプレッダ５３に対する接合面５２ｂの面積と、ヒートスプレッダ５３の重量に応じた寸法に設定されている。
【００５１】
すなわち、この間隔Ｌ１は、後述の如く、ヒートスプレッダ５３とＬＳＩ５２とを接合する半田５５が、切り欠き５４の両開口端縁のうち、薄肉部分５８側の端縁（エッジ）５９を越えて漏れ拡がることのない寸法に設定されている。
【００５２】
このように、本発明によれば、プラスチック基板５１，ＬＳＩ５２，ヒートスプレッダ５３及びこれらの接合部に作用する応力が、その破壊応力に対して所定以上の値となる部分に対応して、ヒートスプレッダ５３の側面５３ａに凹溝状の切り欠き５４が形成されているため、図４に示すように、ヒートスプレッダ５３の切り欠き５４と、ＬＳＩ５２に対する接合面５３ｂとの間の薄肉部分５８が形成される。
【００５３】
そして、この薄肉部分５８の厚さｔが薄くなるので、薄肉部分５８は基板５１又はＬＳＩ５２の変形に対応して変形しやすくなる。
【００５４】
従って、次に説明するように、ヒートスプレッダ５３をＬＳＩ５２に半田付けするときに、プラスチック基板５１及びＬＳＩ５２が変形した場合でも、これに追随してヒートスプレッダ５３の薄肉部分５８がプラスチック基板５１側に変形し、プラスチック基板５１，ＬＳＩ５２，ヒートスプレッダ５３及びその接合部に作用する応力を緩和できる。
【００５５】
ここで、上記の切り欠き５４を設けることによって、プラスチック基板５１，ＬＳＩ５２，ヒートスプレッダ５３及びその接合部に作用する応力を緩和できる理由について説明する。
【００５６】
まず、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、プラスチック基板５１にＬＳＩ５２を半田５６で接合する場合を考える。この場合は、まず図５（ａ）に示すように、プラスチック基板５１上にＬＳＩ５２に設けられた半田５６を載置する。
【００５７】
次に、図５（ｂ）に示すように、半田５６をその融点以上の温度で加熱する。このときには、プラスチック基板５１が膨張するが、半田５６が溶けて流動性を有しているため、プラスチック基板５１はその板面方向に自由に変形する。従って、プラスチック基板５１に反りは発生しない。
【００５８】
この状態から半田５６が冷えて融点に達すると固まって流動性を失う。更に半田５６が冷えると、プラスチック基板５１及びＬＳＩ５２が収縮を始める。ここで、ＬＳＩ５２の熱膨張係数は約３ｐｐｍ／℃、プラスチック基板５１の熱膨張係数は約１７ｐｐｍ／℃であり、その間には約１４ｐｐｍ／℃の膨張差がある。
【００５９】
そのため、プラスチック基板５１の方がＬＳＩ５２よりも先に収縮を始める。しかし、図５（ｃ）に示すように、プラスチック基板５１は固化した半田５６でＬＳＩ５２に固定されているため、横方向、すなわちプラスチック基板５１の板面に沿ったＸ方向に収縮することができず、板面に対して垂直なＹ方向に変位する。これが、プラスチック基板５１の反りとなる。
【００６０】
このときには、熱膨張差の最も大きい部分、すなわち、半田５６とプラスチック基板５１との接合部、及び半田５６とＬＳＩ５２との接合部における最外周部近傍に、最大応力が発生する。
【００６１】
これと同様な現象が、ＬＳＩ５２上にヒートスプレッダ５３（図１参照）を半田５５で接合する際に発生する。しかも、このときには、既にプラスチック基板５１とＬＳＩ５２が反った状態なので、最大応力が更に大きくなる。
【００６２】
特に、ＬＳＩ５２のコーナー部には、プラスチック基板５１，ＬＳＩ５２，ヒートスプレッダ５３の相互の熱膨張差により、集中的に応力が発生する。
【００６３】
このように、ＬＳＩ５２に大きな応力が作用すると、これを用いた半導体パッケージ５などの寿命が低下し、場合によっては破壊するという問題が発生するが、本発明では、切り欠き５４を設けることによって、ＬＳＩ５２に作用する応力を緩和できるので、このような問題が発生するのを防止できる。
【００６４】
これに対して、図６に示すように、従来の半導体パッケージ６は、半田付けによって半導体パッケージ６に変形力が作用したときに、ヒートスプレッダ６３が剛体となっているため、プラスチック基板６１，ＬＳＩ６２及びその接合部に応力が集中し、場合によってはＬＳＩ６２などが破壊されるおそれがある。なお、図６中の符号６５は半田、６６は半田ボール、６７は封止材である。
【００６５】
なお、上述の実施形態では、本発明の半導体パッケージ５が各部の半田付け時に発生する応力を緩和できることについて説明したが、半導体パッケージ５を実際の製品として使用するときにもＬＳＩ５２から熱が発生し、半田付け時と同様な応力が各部に作用するが、本発明ではこの応力を緩和できるので、信頼性の向上を図ることができる。
【００６６】
また、本発明の半導体パッケージ５は、図７に示すように、半田５５のフィレット５５ａの長さを長くできると共に、フィレット５５ａの高さ（接合高さ）を均一にでき、半田付けの信頼性が向上する。
【００６７】
すなわち、ＬＳＩ５２とヒートスプレッダ５３とを接合する半田５５は、そのフィレット５５ａ（半田盛りの形状）の長さが大きいほど半田付けの信頼性が高くなる。
【００６８】
ここで、フィレット５５ａの長さを大きくするには、半田５５がより濡れ拡がるようにすればよい。そのためには、ヒートスプレッダ５３の薄肉部分５８における側端面５３ａとＬＳＩ５２の側端面５２ａとの間隔Ｌ１を大きくする必要がある。
【００６９】
しかし、半田５５の濡れ拡がり方は不均一なため、間隔Ｌ１を大きくしたとしても、フィレット５５ａの長さが部分的にばらつくことがある。
【００７０】
そして、フィレット５５ａの長さが設定値より大きい場合には、半田５５の接合高さ（接合半田高さ）Ｈにばら付きが生じ、半田５５の高さが設定値より低くなることがある。このように半田接合高さＨが設定値より低くなると、一般的に半導体パッケージ５の信頼性が低下する。
【００７１】
また、半田接合高さＨが低くなると、ヒートスプレッダ５３が傾き、半導体パッケージ５の組み立て性、冷却性能などに影響するおそれがある。
【００７２】
これに対して、本発明の半導体パッケージ５は、上述のように薄肉部分５８の側端面５３ａと、ＬＳＩ５２の側端面５２ａとの間隔Ｌ１が、ＬＳＩ５２のヒートスプレッダ５３に対する接合面５２ａの面積、及びヒートスプレッダ５３の重量に応じた寸法に設定されている。
【００７３】
これにより、ヒートスプレッダ５３とＬＳＩ５２とを接合する半田５５が、切り欠き５４のエッジ５９を越えて漏れ拡がることのない寸法に設定されているので、半田５５の接合高さＨが設定値より低くならない範囲で、半田５５のフィレット５５ａの長さを最大寸法とすることができる。
【００７４】
なお、本例では、プラスチック基板５１，ＬＳＩ５２，ヒートスプレッダ５３又はその接合部に作用する応力が破壊応力に達するおそれがある部分、ここではヒートスプレッダ５３のコーナー部に切り欠き５４を形成したが、破壊応力に対して所定割合、例えば６０％程度の応力が作用する部分に対応させて、ヒートスプレッダ５３に切り欠き５４を形成することができる。
【００７５】
例えば、図８に示すように、ヒートスプレッダ５３の全周に亘って切り欠き５９を設けることもできる。
【００７６】
また、薄肉部分５８の厚さｔ、薄肉部分５８の側端面５３ａとＬＳＩ５２の側端面５２ａとの間隔Ｌ１、切り欠き５４の深さＷ（図３参照）、切り欠き５４を設けるべき部分に作用する応力の破壊応力に対する所定割合は、半導体パッケージ５の各構成要素の種類、重量、形状、特性、使用条件などを考慮し、シミュレーションなどによって適切な値を設定することができる。なお、薄肉部分５８の厚さｔは、０．８ｍｍ程度にするのが好ましい。
（第２実施形態）
図９は、本発明に係る第２実施形態の半導体パッケージ７を示す。この半導体パッケージ７は、ヒートスプレッダ７０を除いて、図１の半導体パッケージ５と同一であり、半導体パッケージ５と同一の部分には同一の符号を付けて説明を省略した。
【００７７】
ヒートスプレッダ７０は、ＬＳＩ５２との接合面７０ａに沿って延びる切り欠き５４の両内面５４ａ，５４ｂのうち、ＬＳＩ５２側に配置される内面５４ａが、全体的にテーパ状に形成されている。
【００７８】
そして、切り欠き５４と接合面７０ａ間の薄肉部分７１の肉厚ｔ１が、切り欠き５４の開口端縁から切り欠き５４の奥側にかけて徐々に厚くなっている。これによって、切り欠き５４の接合面７０ａ側における隅角部５４ｃの角度αが、９０度より大きく形成されている。
【００７９】
この半導体パッケージ７は、図１０に示すように、ヒートスプレッダ７０をＬＳＩ５２に接合するときに、プラスチック基板５１及びＬＳＩ５２が変形した際、切り欠き５４の隅角部５４ｃに応力が集中するが、この隅角部５４ｃの角度αが９０度より大きいので、応力を緩和することができる。
【００８０】
また、薄肉部分７１の肉厚ｔ１が、切り欠き５４の奥側ほど厚くなっているので、切り欠き５４を設けたことによる冷却能力の低下を抑制できる。
【００８１】
なお、図１１に示すように、上記内面５４ａのうち隅角部５４ｃだけ部分的にテーパ状に形成することもできる。
【００８２】
また、図１２に示すように、切り欠き５４の両内面５４ａ，５４ｂをテーパ状に形成することもできる。この場合、切り欠き５４の両隅角部５４ｃ，５４ｄの角度が９０度以上となるように、テーパを形成する。
（第３実施形態）
図１３は、本発明に係る第３実施形態の半導体パッケージ８を示す。この半導体パッケージ８は、ヒートスプレッダ８０を除いて図１の半導体パッケージ５と同一である。
【００８３】
ヒートスプレッダ８０は、切り欠き５４内の隅角部５４ｃ，５４ｄのうち、ＬＳＩ５２側に配置される隅角部５４ｃに丸みが付けられている。本例では、隅角部５４ｃが略円弧状に形成されている。
【００８４】
この半導体パッケージ８も、上記の半導体パッケージ７（図１１参照）と同様に、ヒートスプレッダ８０をＬＳＩ５２に接合するときに、プラスチック基板５１及びＬＳＩ５２が変形した際、切り欠き５４の隅角部５４ｃに応力が集中するが、この隅角部５４ｃに丸みが付いているので、応力を緩和することができる。
【００８５】
なお、図１４に示すように、切り欠き５４の両隅角部５４ｃ，５４ｄに丸みを付けることもできる。
（第４実施形態）
図１５は、本発明に係る第４実施形態の半導体パッケージ９を示す。この半導体パッケージ９は、ヒートスプレッダ９０を除いて図１の半導体パッケージ５と同一である。
【００８６】
ヒートスプレッダ９０は、図１０のヒートスプレッダ７０と略同様である。但し、このヒートスプレッダ９０は、その切り欠き５４内に弾性率が高くプラスチック基板５１又はＬＳＩ５２の変形に追随して変形可能な冷却材料９１が充填されている。
【００８７】
この冷却材料９１としては、液状で高熱伝導性を有する材料、例えば樹脂高放熱接着剤、コンパウンドなどを使用できる。このような材料には、エポキシ樹脂と銀粉の混合物、シリコンなどがある。
【００８８】
ここで、ヒートスプレッダ９０には、切り欠き５４の内面５４ａからヒートスプレッダ９０の外表面９０ａまで貫通する貫通孔９２が設けられている。そして、この貫通孔９２から液状の冷却材料９１を流し込んで切り欠き５４内に冷却材料９１を充填できる。
【００８９】
このように、本発明の半導体パッケージ９によれば、切り欠き５４内に弾性率が高く変形自在で、且つ高熱伝導性を有する冷却材料９１を充填したので、ヒートスプレッダ９０の薄肉部分５８の変形を阻害することなく、冷却特性を向上させることができる。
【００９０】
また、貫通孔９２から切り欠き５４内に冷却材料９１を充填するので、切り欠き５４のギャップが非常に小さい（１ｍｍ以下）場合や、ヒートスプレッダ９０の外周部にスティフナを接着した一体型の場合でも、切り欠き５４内に冷却材料９１を簡単に充填できる。
【００９１】
更に、冷却材料９１として、熱膨張率が負の値、すなわち、温度を上げると材料自体が収縮する材料を使用できる。
【００９２】
このような材料としては、ユークリプタイト、ＺｒＷ２Ｏ８などの特殊なセラミックを例示できる。
【００９３】
この場合には、図１６（ａ）に示すように、ヒートスプレッダ９０をＬＳＩ５２に半田付けする前に、常温状態でヒートスプレッダ９０の切り欠き５４内に冷却材料９１を充填し、薄肉部分５８をプラスチック基板５１の変形方向と同一方向に変形させておく。
【００９４】
次に、ヒートスプレッダ９０をＬＳＩ５２に半田付けするときには、図１６（ｂ）に示すように、冷却材料９１が熱によって収縮し、薄肉部分５８がフラット又は反対方向に変形する。
【００９５】
次に、ヒートスプレッダ９０が冷却されると、図１６（ｃ）に示すように、冷却材料９１が膨張して元に戻ろうとするため、薄肉部分５８がプラスチック基板５１及びＬＳＩ５２の変形に追随して変形する。
【００９６】
従って、プリント基板５１，ＬＳＩ５２，ヒートスプレッダ９０及びその接合部に作用する応力が緩和される。
（第５実施形態）
図１７は、本発明に係る第５実施形態の半導体パッケージ１００を示す。この半導体パッケージ１００は、ヒートスプレッダ１０１を除いて図１の半導体パッケージ５と同一である。
【００９７】
ヒートスプレッダ１０１は、その切り欠き５４内に高放熱シート材１０２が挿入されて充填されている。
【００９８】
この半導体パッケージ１００も、上記の半導体パッケージ９と同様な作用効果を有する。なお、高放熱シート材１０２は、半導体パッケージ１００を組み立てた後に切り欠き５４内に挿入するのは面倒なので、ヒートスプレッダ１０１を接合する前に切り欠き５４内に挿入しておくのが好ましい。
【００９９】
また、本発明の電子部品の冷却構造及び半導体モジュールは、以下の付記的事項を含むものである。
【０１００】
〔その他〕
本発明は、以下のように特定することができる。
（付記１）基板と、この基板に金属接合された電子部品と、この電子部品を冷却すべく前記電子部品に金属接合された冷却部品とを備え、前記基板、前記電子部品、前記冷却部品及びその金属接合部のうち、金属接合によって破壊応力に対する所定割合以上の応力が作用する部分に対応して、前記冷却部品の側面から前記冷却部品の内側に向かい、且つ前記冷却部品の前記電子部品に対する接合面に沿って延びる凹溝を有する電子部品の冷却構造。
（付記２）前記冷却部品の前記電子部品に対する接合面と前記凹溝との間に挟まれた薄肉部分の側端面と、前記電子部品の側端面との間隔を、前記電子部品の前記冷却部品に対する接合面の面積、及び前記冷却部品の重量に応じて設定した付記１に記載の電子部品の冷却構造。
（付記３）前記凹溝は、前記冷却部品のコーナー部分に形成されている付記１又は２に記載の電子部品の冷却構造。
（付記４）前記凹溝内に前記基板、前記電子部品又は前記冷却部品の変形に対応して変形可能な冷却材料を充填した付記１から３の何れかに記載の電子部品の冷却構造。
（付記５）前記冷却材料は、温度の上昇によって収縮する特性を有する付記４に記載の電子部品の冷却構造。
（付記６）前記冷却材料は高熱伝導性を有する付記４又は５に記載の電子部品の冷却構造。
（付記７）前記凹溝内の前記接合面に沿って延びる両内面のうち、少なくとも前記電子部品側に配置される側の内面を、全体的又は部分的にテーパ状に形成した付記１から６の何れかに記載の電子部品の冷却構造。
（付記８）前記凹溝内の隅角部のうち、少なくとも前記電子部品側の隅角部に丸みを付けた付記１から７の何れかに記載の電子部品の冷却構造。
（付記９）前記冷却材料が液状であり、この冷却材料を前記凹溝内に充填するべく、前記凹溝の内面から前記冷却部品の外表面まで貫通する貫通孔を有する付記１から８の何れかに記載の電子部品の冷却構造。
（付記１０）付記１から９の何れかに記載の電子部品の冷却構造を有する半導体モジュール。
（付記１１）基板に金属接合された電子部品を冷却すべく前記電子部品に金属接合される冷却部品において、前記基板、前記電子部品、前記冷却部品本体及びその金属接合部のうち、金属接合によって破壊応力に対する所定割合以上の応力が作用する部分に対応して、前記冷却部品本体の側面から内側に向かい、且つ前記電子部品に対する接合面に沿って延びる凹溝を有する冷却部品。
（付記１２）前記冷却部品本体の前記電子部品に対する接合面と前記凹溝との間に挟まれた薄肉部分の側端面と、前記電子部品の側端面との間隔を、前記電子部品の前記冷却部品本体に対する接合面の面積、及び前記冷却部品本体の重量に応じて設定した付記１１に記載の冷却部品。
（付記１３）前記凹溝は、前記冷却部品本体のコーナー部分に形成されている付記１１又は１２に記載の冷却部品。
（付記１４）前記凹溝内に前記基板、前記電子部品又は前記冷却部品本体の変形に対応して変形可能な冷却材料を充填した付記１１から１３の何れかに記載の冷却部品。
（付記１５）前記冷却材料は、温度の上昇によって収縮する特性を有する付記１４に記載の冷却部品。
（付記１６）前記冷却材料は高熱伝導性を有する付記１４又は１５に記載の冷却部品。
（付記１７）前記凹溝内の前記接合面に沿って延びる両内面のうち、少なくとも前記電子部品側に配置される側の内面を、全体的又は部分的にテーパ状に形成した付記１１から１６の何れかに記載の冷却部品。
（付記１８）前記凹溝内の隅角部のうち、少なくとも前記電子部品側の隅角部に丸みを付けた付記１１から１７の何れかに記載の冷却部品。
（付記１９）前記冷却材料が液状であり、この冷却材料を前記凹溝内に充填するべく、前記凹溝の内面から前記冷却部品本体の外表面まで貫通する貫通孔を有する付記１１から１８の何れかに記載の冷却部品。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明では、プリント基板、電子部品、冷却部品、及びその接合部のうち、破壊応力に対して一定割合以上の応力が作用する部分に対応させて、冷却部品の側面から内側に向かい且つ接合面に沿って延びる凹溝が形成されているため、凹溝と電子部品に対する接合面間の側壁部分（薄肉部分）の肉厚が薄くなる。この薄肉部分は、基板又は電子部品の変形に追随して変形しやすくなる。
【０１０２】
従って、冷却部品を電子部品に半田付けするときに、基板又は電子部品が変形した場合でも、これに伴って薄肉部分が変形するので、基板、電子部品、冷却部品及びその接合部に作用する応力を緩和できる。これによって、電子部品の破壊を防止できる。
【０１０３】
また、冷却部品の電子部品に対する接合面と凹溝との間に挟まれた薄肉部分の側端面と、電子部品の側端面との間隔を、電子部品の冷却部品に対する接合面の面積、及び冷却部品の重量に応じて設定したので、電子部品と冷却部品間の接合半田が、冷却部品側に濡れ拡がって形成される半田フィレットの長さを調整できると共に、接合半田の高さを均一にできる。これによって、半田接合部の信頼性が向上する。
【０１０４】
更に、凹溝を、応力が集中しやすい冷却部品のコーナー部分に形成したので、応力緩和に大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明に係る第１実施形態の半導体パッケージにおける接合前の状態を示す図、図１（ｂ）は接合後の状態を示す図。
【図２】図１（ａ）のＡ矢視図。
【図３】本発明に係る第１実施形態の半導体パッケージにおけるヒートスプレッダとＬＳＩとの関係を示す図。
【図４】本発明に係る第１実施形態のヒートスプレッダにおける薄肉部分の厚さを設定する方法を示す図。
【図５】本発明に係る第１実施形態の半田付けによる応力の発生を説明する図。
【図６】従来の半田付けによる応力の発生を説明する図。
【図７】本発明に係る第１実施形態の半田フィレットを示す図。
【図８】本発明に係る第１実施形態の別の切り欠きを示す図。
【図９】本発明に係る第２実施形態の半導体パッケージを示す図。
【図１０】本発明に係る第２実施形態の半導体パッケージの作用を説明する図。
【図１１】本発明に係る第２実施形態の半導体パッケージの変形例を示す図。
【図１２】本発明に係る第２実施形態の半導体パッケージの変形例を示す図。
【図１３】本発明に係る第３実施形態の半導体パッケージを示す図。
【図１４】本発明に係る第３実施形態の半導体パッケージの変形例を示す図。
【図１５】本発明に係る第４実施形態の半導体パッケージを示す図。
【図１６】図１６（ａ）は本発明に係る第４実施形態の変形例の接合前の状態を示す図、図１６（ｂ）は接合時の状態を示す図、図１６（ｃ）は接合後の状態を示す図。
【図１７】本発明に係る第５実施形態の半導体パッケージを示す図。
【図１８】従来例の半導体を示す図。
【図１９】別の従来例を示す図。
【図２０】別の従来例を示す斜視図。
【符号の説明】
１，２，５〜９，１００  半導体パッケージ
１１  基板
１２  封止材
１３  冷却部品
１４  半田ボール
２０  ＬＳＩ
２１  プラスチック基板
２２  半田
２３  フィン
２４  ヒートスプレッダ
２５  半田
３０  半導体装置用容器
３１  キャビティ
３２  放熱板
３３  外部導出リード
３４  セラミック
３５  切り欠き
５１  プラスチック基板
５２  ＬＳＩ（電子部品）
５２ａ  側端面
５３  ヒートスプレッダ
５３ａ  側端面
５３ｂ  接合面
５４  切り欠き
５４ａ，５４ｂ  内面
５４ｃ，５４ｄ  隅角部
５５，５６  半田
５５ａ  フィレット
５８  薄肉部分
５９  切り欠きの開口端縁
６１  プラスチック基板
６３  ヒートスプレッダ
６５  半田
７０  ヒートスプレッダ
７０ａ  接合面
７１  薄肉部分
８０  ヒートスプレッダ
８０ａ  接合面
９０  ヒートスプレッダ
９０ａ  外表面
９１  冷却材料
９２  貫通孔
１００  半導体パッケージ
１０１  ヒートスプレッダ
１０２  高放熱シート材
【図１】
2004253522.tif 000003
【図２】
2004253522.tif 000004
【図３】
2004253522.tif 000005
【図４】
2004253522.tif 000006
【図５】
2004253522.tif 000007
【図６】
2004253522.tif 000008
【図７】
2004253522.tif 000009
【図８】
2004253522.tif 000010
【図９】
2004253522.tif 000011
【図１０】
2004253522.tif 000012
【図１１】
2004253522.tif 000013
【図１２】
2004253522.tif 000014
【図１３】
2004253522.tif 000015
【図１４】
2004253522.tif 000016
【図１５】
2004253522.tif 000017
【図１６】
2004253522.tif 000018
【図１７】
2004253522.tif 000019
【図１８】
2004253522.tif 000020
【図１９】
2004253522.tif 000021
【図２０】
2004253522.tif 000022