(57)【要約】【課題】  半導体素子から効果的に熱放散させることができ、半導体素子の動作特性を損なうことなく、信頼性の高い半導体装置として形成できる放熱板を提供する。【解決手段】  基板１０に搭載された半導体素子１１の裏面に接触させて装着され、半導体素子１１から熱放散させるための放熱板２０であって、前記基板１０に対向する面とは反対面側に第１の放熱フィン２０ｂが設けられ、前記基板１０に対向する面側に、前記第１の放熱フィン２０ｂと長手方向を同一の向きとし、前記基板１０に搭載されている半導体素子１１と干渉しない配置に第２の放熱フィン２０ｃが設けられている。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に搭載された半導体素子の裏面に接触させて装着され、半導体素子から熱放散させるための放熱板であって、
前記基板に対向する面とは反対面側に第１の放熱フィンが設けられ、
前記基板に対向する面側に、前記第１の放熱フィンと長手方向を同一の向きとし、前記基板に搭載されている半導体素子と干渉しない配置に第２の放熱フィンが設けられていることを特徴とする放熱板。
【請求項２】
前記放熱板は、前記基板の外形形状と同一の平面形状が四角形に形成され、
前記第２の放熱フィンは、中間に前記半導体素子を収納する空間を確保して、前記放熱板の両側縁部に各々設けられていることを特徴とする請求項１記載の放熱板。
【請求項３】
前記第１の放熱フィンと前記第２の放熱フィンとは、放熱板の両面における配置が互い違いとなる配置に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の放熱板。
【請求項４】
前記放熱板は、アルミニウムを基材とし、基材に黒化処理が施されたものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の放熱板。
【請求項５】
基板に搭載された半導体素子の裏面に接触させて、半導体装置から熱放散させる請求項１〜４のいずれか一項記載の放熱板が装着されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
放熱板を取り付ける取付部材として、側面形状がコの字形にワイヤ体を折曲し、両端にフック部が設けられた取り付けバネを用いた半導体装置であって、
前記放熱板の前記第１の放熱フィンが設けられた面には、前記第１の放熱フィンの長手方向に直交する向きに放熱板を横切るように連通し、隣り合う前記第１の放熱フィン間に形成されたスリットスペースと同幅もしくはスリットスペースよりも広幅に形成された連通スペースが少なくとも１つ設けられ、
前記取り付けバネが、前記放熱板の前記第１の放熱フィンが設けられた面を押さえる押さえ部を前記連通スペースに嵌入して取り付けられていることを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
【請求項７】
前記連通スペースが、前記放熱板の対称中心線位置とその両側に少なくとも１つずつ形成され、
前記取り付けバネには、前記対称中心線の左右に各々張り出す形態にコの字形の屈曲部が設けられ、前記押さえ部が前記連通スペースおよび前記スリットスペースに嵌入して取り付けバネが取り付けられていることを特徴とする請求項６記載の半導体装置。
【請求項８】
前記放熱板は、前記取り付けバネのフック部を実装基板に形成された係止孔に係止して装着されていることを特徴とする請求項６または７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、半導体装置に搭載された半導体素子から発生する熱を効果的に放散させる放熱板およびこの放熱板を用いた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年は半導体装置に搭載される半導体素子の高速化にともない、半導体素子から発生する発熱量が増大している。半導体素子は一定温度以上に温度上昇すると、所定の動作特性が得られなくなるから、発熱量の大きな半導体素子を搭載する半導体装置では、半導体素子から発生する熱を外部に放散させるための放熱板や放熱フィン、送風ファンを利用して半導体素子が過熱することを防止している。
【０００３】
図７は、メモリーモジュールに使用するメモリバッファ用の半導体装置で放熱板を取り付けた例を示す。図７(a)に示す例は、半導体素子を搭載した基板１０に金属からなるキャップ１２を被せて構成した例、図７(b)は、肉厚の平板状に形成した放熱板１４を取り付けた例、図７(c)は、放熱フィン１６ａ付きの放熱板１６を取り付けた例である。いずれの場合も、基板１０の半導体素子が搭載された面に、半導体素子の裏面にキャップ１２の内面、放熱板１４、１６の下面が接するようにして取り付けられている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２１７３５９号公報
【特許文献１】特開２００２−１３４９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体装置に金属製のキャップや、放熱板を取り付けて半導体素子から熱放散させる方法は、半導体素子の発熱量が大きくなると、半導体素子の動作特性を確保する温度に維持することができなくなる場合がある。たとえば、上述したメモリバッファ用の半導体装置の場合も、半導体素子の発熱量が大きくなると、金属製のキャップ１２を用いたものではは内部に熱がこもってしまって十分な熱放散効果が得られず、また、放熱板１４、１６を使用したものでも、半導体素子の発熱量が大きくなると、所定の動作温度以下にまで半導体素子の温度が下がらないという問題が生じる。
【０００６】
半導体素子からの熱放散性を向上させる方法としては、基板に装着する放熱板を大きくしたり、放熱フィンを大きくしたりすることにより放熱板の表面積を拡大する方法も考えられる。しかしながら、大きな放熱板を使用すると製品の小型化が阻害されることになり、メモリーモジュールのように複数個のモジュールを小スペース内に並置させて使用する製品の場合には、放熱フィンを大きくすることが制約され、したがって小型でかつ熱放散性のすぐれた放熱板が求められる。
【０００７】
本発明は、これらの課題を解決すべくなされたものであり、半導体素子から効果的に熱放散させることができ、半導体素子の動作特性を損なうことのない放熱板およびこの放熱板を用いた半導体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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は次の構成を備える。
すなわち、基板に搭載された半導体素子の裏面に接触させて装着され、半導体素子から熱放散させるための放熱板であって、前記基板に対向する面とは反対面側に第１の放熱フィンが設けられ、前記基板に対向する面側に、前記第１の放熱フィンと長手方向を同一の向きとし、前記基板に搭載されている半導体素子と干渉しない配置に第２の放熱フィンが設けられていることを特徴とする。
【０００９】
また、前記放熱板は、前記基板の外形形状と同一の平面形状が四角形に形成され、前記第２の放熱フィンは、中間に前記半導体素子を収納する空間を確保して、前記放熱板の両側縁部に各々設けられていることを特徴とする。
また、前記第１の放熱フィンと前記第２の放熱フィンとは、放熱板の両面における配置が互い違いとなる配置に設けられていることを特徴とする。なお、互い違いになる配置とは、放熱板の一方と他方の面で隣り合う放熱フィンの中間に形成される凹部の位置に合わせて、放熱板の他方と一方の面で放熱フィンが形成されている意である。
また、前記放熱板は、アルミニウムを基材とし、基材に黒化処理が施されたものであることにより、放熱板から効果的に熱放散させることが可能となる。
【００１０】
また、前記基板に搭載された半導体素子の裏面に接触させて、半導体装置から熱放散させる前記放熱板が装着されている半導体装置は、半導体素子からの熱放散性にすぐれ、信頼性の高い半導体装置として提供される。
また、放熱板を取り付ける取付部材として、側面形状がコの字形にワイヤ体を折曲し、両端にフック部が設けられた取り付けバネを用いた半導体装置であって、前記放熱板の前記第１の放熱フィンが設けられた面には、前記第１の放熱フィンの長手方向に直交する向きに放熱板を横切るように連通し、隣り合う前記第１の放熱フィン間に形成されたスリットスペースと同幅もしくはスリットスペースよりも広幅に形成された連通スペースが少なくとも１つ設けられ、前記取り付けバネが、前記放熱板の前記第１の放熱フィンが設けられた面を押さえる押さえ部を前記連通スペースに嵌入して取り付けられていることを特徴とする。このように、ワイヤ体を折曲して形成した取り付けバネを用いることにより、きわめて簡単に半導体装置に放熱板を取り付けることができる。
また、前記連通スペースが、前記放熱板の対称中心線位置とその両側に少なくとも１つずつ形成され、前記取り付けバネには、前記対称中心線の左右に各々張り出す形態にコの字形の屈曲部が設けられ、前記押さえ部が前記連通スペースおよび前記スリットスペースに嵌入して取り付けバネが取り付けられていることにより、取り付けバネにより放熱板を確実に支持して取り付けることができる。
また、前記放熱板は、前記取り付けバネのフック部を実装基板に形成された係止孔に係止して装着することによって、放熱板を簡単に取り付けることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る放熱板は、小型でかつ熱放散性のすぐれることから、発熱量の大きな半導体素子の放熱板として効果的に使用することができる。また、前記放熱板を装着した半導体装置は、半導体素子から効果的に熱放散されることにより、半導体素子の動作特性が阻害されず、信頼性の高い半導体装置として提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、半導体素子を搭載した基板１０に本発明に係る放熱板２０を取り付けた半導体装置の構成例を示す斜視図である。
本実施形態の放熱板２０は、基板１０に対向する面とは反対面側である基体２０ａの一方の面に第１の放熱フィン２０ｂが形成され、基板１０に対向する面側である基体２０ａの他方の面に第２の放熱フィン２０ｃが形成されている。図１は、半導体素子が搭載された基板１０に放熱板２０を装着した状態を示す。放熱板２０は、矩形の平面形状に形成された基板１０と同一の矩形の平面形状に形成され、基板１０の半導体素子が搭載された面に第２の放熱フィン２０ｃを対向させるようにして取り付けられる。
【００１３】
第１の放熱フィン２０ｂは、基体２０ａの平面領域の全範囲にわたり、所定間隔をあけて多数個並列に形成される一方、第２の放熱フィン２０ｃは、長手方向を第１の放熱フィン２０ｂの長手方向に一致させ、基板１０に搭載されている半導体素子と干渉しない位置に形成される。本実施形態では、基体２０ａの両側縁に沿って、４本ずつ第２の放熱フィン２０ｃを形成している。基体２０ａの両側縁に設けられた第２の放熱フィン２０ｃによって挟まれた領域が基板１０に搭載された半導体素子を収容する領域となる。
【００１４】
図２は、基板１０に放熱板２０を取り付けた半導体装置を正面方向から見た状態を示す。半導体素子１１は基板１０の素子搭載面にフリップチップ接続によって搭載され、放熱板２０は、半導体素子１１の裏面を基体２０ａの下面に接するようにして取り付けられる。放熱板２０を基板１０に取り付けた際に放熱板２０の下面が半導体素子１１の裏面に接するように、実際には第２の放熱フィン２０ｃの基体２０ａからの突出量（突出高さ）が、半導体素子１１の基板１０の素子搭載面からの突出高さよりも若干低くなるように設定される。なお、半導体素子１１の裏面と放熱板２０との間には熱伝導性の良好な素材からなる熱伝導材１１ａを介在させ、半導体素子１１から放熱板２０に効率的に熱伝導されるようにする。
【００１５】
前述したように、放熱板２０に設けられる第１の放熱フィン２０ｂと第２の放熱フィン２０ｃとは、長手方向が互いに平行となるように設けられており、基板１０に放熱板２０を取り付けた状態を正面方向から見ると、第１の放熱フィン２０ｂと第２の放熱フィン２０ｃは放熱板２０を前後方向に横切る方向に連通空間が形成される形態となる。また、半導体素子１１は、放熱板２０の両側縁に形成された第２の放熱フィン２０ｃの中間に、第２の放熱フィン２０ｃと所定間隔をあけて配置されるから、半導体素子１１と第２の放熱フィン２０ｃとの間も、放熱板２０の前後方向に連通空間となる。
【００１６】
したがって、本実施形態の放熱板２０を取り付けた半導体装置は、図１の矢印で示す方向に送風ファンから送気することにより、第１の放熱フィン２０ｂおよび第２の放熱フィン２０ｃによって送気が妨げられることがなく、放熱フィン２０ｂ、２０ｃの連通空間部分を通気して放熱フィン２０ｂ、２０ｃを効果的に冷却することができ、半導体素子１１からの熱放散性を向上させることが可能となる。
また、本実施形態の放熱板２０では、基体２０ａの基板１０に対向する面（下面側）にも第２の放熱フィン２０ｃを設けたことによって、放熱板２０の一方の面に放熱フィンを設けた場合と比較して、放熱板２０全体の表面積を拡大することができ、これによっても熱放散性を向上させることが可能となっている。
【００１７】
なお、本実施形態では放熱板２０の基材としてアルミニウムを使用し、アルミニウム板を加工して第１の放熱フィン２０ｂと第２の放熱フィン２０ｃを形成した後、基材に黒化処理を施し、放熱板２０の外表面全体を黒色に染色して使用している。アルミニウムを基材として使用する場合には、このように基材の表面を黒化処理することにより黒化処理を施さない場合にくらべて放熱板２０からの熱放散性を効果的に向上させることが可能である。
なお、放熱板としてアルミニウム以外の金属材料、たとえば銅、鉄を使用したり、金属材料の表面にニッケルめっき等のめっきを施したりして使用することが可能であるが、放熱板の表面を金属光沢として使用すると内部に熱がこもる原因となり、効果的な熱放散性を得る上では有効ではない。このように、アルミニウム以外の金属材料を使用する場合も、酸化処理等によって放熱板の表面を黒色にすることによって放熱板の熱放散性を向上させることができる。
【００１８】
本実施形態で使用している放熱板２０は、図２に示すように、第１の放熱フィン２０ｂと第２の放熱フィン２０ｃとが、基体２０ａの両面で互い違いの配置、すなわち、隣り合った第１の放熱フィン２０ｂの中間に形成される凹部に対応して第２の放熱フィン２０ｃが形成され、隣り合った第２の放熱フィン２０ｃの中間の凹部に対応して第１の放熱フィン２０ｂが形成されている。このように、第１の放熱フィン２０ｂと第２の放熱フィン２０ｃとを基体２０ａの各面で互い違いの配置となるように形成すると、たとえば第２の放熱フィン２０ｃは金属板をハーフカットするようにして形成することができ、プレス加工によって放熱板２０の両面に突起状に第１の放熱フィン２０ｂと第２の放熱フィン２０ｃを一体に形成することが容易に可能になる。
【００１９】
図３は、メモリーバッファ用の半導体装置を実装したメモリーモジュールについて、半導体装置に放熱板２２を取り付けた例を示す。このメモリーモジュールは、実装基板３０の両面に、メモリバッファ用の半導体装置と、半導体メモリー３２を実装し、実装基板３０の一方の側縁部３４に接続端子を形成したものである。
実装基板３０に実装された半導体装置の外面には、取り付けバネ４０を介して放熱板２２が取り付けられる。取り付けバネ４０は、放熱板２２を半導体装置に搭載された半導体素子の裏面に押接するようにして放熱板２２を取り付ける。
【００２０】
図５は、取り付けバネ４０を用いて半導体装置に取り付ける放熱板２２の斜視図を示す。この放熱板２２は図１に示す放熱板２０と同様に、基体２２ａの一方の面と他方の面に、第１の放熱フィン２２ｂと第２の放熱フィン２２ｃを形成したものである。本実施形態の放熱板２２では、第１の放熱フィン２２ｂを長手方向に４分割し、放熱フィン２２ｂの長手方向に直交する向きに、直線的に連通する連通スペースＡを設けたことを特徴とする。第１の放熱フィン２２ｂを長手方向に４分割したことにより、連通スペースＡは放熱板２２を幅方向に連通する配置に、３個（３筋）設けられる。この連通スペースＡは、幅方向に隣り合う放熱フィン２２ｂ間に設けられるスリットスペースＢと略同幅に形成される。連通スペースＡを設けたことにより、放熱板２２を平面方向から見ると、第１の放熱フィン２２ｂの長方形の端面が、連通スペースＡとスリットスペースＢを縦横にあけて整列して配置された状態になる。
【００２１】
図４は、放熱板２２に取り付けバネ４０を取り付けた状態を拡大して示している。図６(a)は取り付けバネ４０の平面図、図６(b)は側面図である。
取り付けバネ４０は、弾性を備えたワイヤ体を、平面方向では、図６(a)に示すように、対称中心線（Ｃ−Ｃ線）の左右に矩形枠状（コの字状）に屈曲部４０ａ、４０ｂを張り出した形態に形成し、側面方向では、図６(b)に示すように、起立部４０ｃ、４０ｃをコの字形に折曲した門形に形成している。起立部４０ｃ、４０ｃの先端にはワイヤ体を直角に曲げて形成したフック部４０ｄが設けられる。フック部４０ｄは取り付けバネ４０の一端側と他端側で曲げ方向を逆向きとしている。
【００２２】
起立部４０ｃ、４０ｃ間にワイヤ体を屈曲して掛け渡すようにして形成された部位は、半導体装置に放熱板２２を取り付ける際に放熱板２２を弾性的に押圧する押さえ部４０ｅとして作用する。図６(b)に示すように、本実施形態の取り付けバネ４０では起立部４０ｃと押さえ部４０ｅとの連結部分を鋭角に折曲し、押さえ部４０ｅによって放熱板２２を弾性的に押圧する作用が保持されるようにしている。
【００２３】
図４に示すように、放熱板２２に取り付けバネ４０を取り付ける際には、放熱板２２の第１の放熱フィン２２ｂが設けられた面に、連通スペースＡとスリットスペースＢに取り付けバネ４０のワイヤ体を挿入するようにして取り付ける。取り付けバネ４０を形成するワイヤ体は、連通スペースＡおよびスリットスペースＢにちょうど嵌入する外径に形成されており、連通スペースＡおよびスリットスペースＢに合わせてワイヤ体を挿入することによって放熱板２２に取り付けバネ４０が取り付けられる。
取り付けバネ４０の押さえ部４０ｅに設けられる屈曲部４０ａ、４０ｂは、放熱板２２における放熱フィン２２ｂの配置、および連通スペースＡとスリットスペースＢの配置に合わせて、連通スペースＡとスリットスペースＢに屈曲配置で挿入されるように、あらかじめ屈曲形状が設計されている。
【００２４】
取り付けバネ４０は放熱板２２の対称中心線位置を通過する連通スペースＡの位置に起立部４０ｃ、４０ｃの位置を一致させて取り付ける。放熱板２２に取り付けバネ４０を取り付ける際に、放熱フィン２２ｂが取り付けバネ４０のワイヤ体を連通スペースＡとスリットスペースＢに挿入するガイドとして作用し、取り付けバネ４０は放熱板２２に簡単に位置決めして取り付けることができる。また、放熱板２２に取り付けバネ４０を装着した状態で、取り付けバネ４０は放熱フィン２２ｂに挟まれて仮止めされた状態になり、放熱板２２に取り付けバネ４０を取り付けた状態で放熱板２２を半導体装置に取り付けるといった操作を簡単に行うことができる。
【００２５】
実装基板３０に放熱板２２を装着する操作は、放熱板２２に取り付けバネ４０を取り付け、実装基板３０に設けられた係止孔３１に取り付けバネ４０のフック部４０ｄを挿入して係止する操作による。係止孔３１にフック部４０ｄを係止することにより、半導体装置に対して位置決めした状態で放熱板２２が取り付けられ、半導体装置に搭載されている半導体素子に放熱板２２の内面を押接させた状態で取り付けられる。
取り付けバネ４０の起立部４０ｃ、４０ｃは、実装基板３０の係止孔３１にフック部４０ｄを係止させた状態で、放熱板２２が半導体装置に搭載された半導体素子の裏面に弾性的に当接するように高さ寸法が設定されている。また、取り付けバネ４０に左右に張り出す形態に屈曲部４０ａ、４０ｂを設けたことにより、取り付けバネ４０は放熱板２２を面的に押圧する作用をなし、放熱板２２を半導体素子に押接した状態で確実に支持することができる。
【００２６】
本実施形態の放熱板２２が取り付けられた半導体装置が実装されているメモリーモジュールは、放熱板２２の熱放散作用が効果的に作用することから、送風ファンからメモリーモジュールに送気することにより、半導体装置の動作状態における半導体素子の動作温度を規定温度以下に下げることが可能になる。
また、本実施形態では、放熱板２２を半導体装置の平面形状と同一の外形形状に形成したことによって小型化が図られており、好適に省スペース化を図ることができる。また、取り付けバネ４０は、連通スペースＡとスリットスペースＢに押さえ部４０ｅを嵌入させるようにして取り付けるから、放熱フィン２２ｂの端面よりも内側に取り付けバネ４０の押さえ部４０ｅが入り込み、放熱板２２を取り付ける取り付けバネ４０が実装時に邪魔にならないという利点もある。
【００２７】
また、放熱板２２は取り付けバネ４０を用いて実装基板３０に取り付ける構成としたことにより、放熱板２２の取り付け操作を簡便に行うことができ、また、ワイヤ体を折曲して取り付けバネ４０を形成したことによって、低コストで取り付けバネ４０を製造することが可能となる。
【００２８】
なお、上記実施形態において使用した取り付けバネ４０は、押さえ部４０ｅを左右にコの字形の屈曲部４０ａ、４０ｂが張り出した形態として形成し、整列して配置された放熱フィン２２ｂの隣り合ったスペースにワイヤ体を嵌入して取り付ける形態としている。この取り付けバネ４０における押さえ部４０ｅは、このような形態に限定されるものではなく、隣り合った放熱フィン２２ｂの間に嵌入して装着される適宜デザインとすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る放熱板および半導体装置の一実施形態の構成を示す斜視図である。
【図２】半導体装置に放熱板を取り付けた状態の正面図である。
【図３】半導体装置に放熱板を取り付けたメモリーモジュールの例を示す平面図である。
【図４】放熱板に取り付けバネを取り付けた状態を示す平面図である。
【図５】メモリーモジュールに使用する放熱板の構成を示す斜視図である。
【図６】取り付けバネの平面図および側面図である。
【図７】放熱板を取り付けた半導体装置の従来の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  基板
１１  半導体素子
２０、２２  放熱板
２０ａ、２２ａ  基体
２０ｂ  第１の放熱フィン
２０ｃ  第２の放熱フィン
２２ｂ  第１の放熱フィン
２２ｃ  第２の放熱フィン
３０  実装基板
３１  係止孔
３２  半導体メモリー
４０  取り付けバネ
４０ａ、４０ｂ  屈曲部
４０ｃ  起立部
４０ｄ  フック部
４０ｅ  押さえ部
【図１】
2007134472.tif 000003
【図２】
2007134472.tif 000004
【図３】
2007134472.tif 000005
【図４】
2007134472.tif 000006
【図５】
2007134472.tif 000007
【図６】
2007134472.tif 000008
【図７】
2007134472.tif 000009