(57)【要約】【課題】本発明は、基板の表面及び裏面に複数の素子が実装されたマルチチップモジュールに関し、基板の両面に複数の素子が実装されたマルチチップモジュールにおいてこれら複数の素子を効率良く冷却するマルチチップモジュールを提供することを目的とする。【解決手段】基板１１の表面１１ａ及び裏面１１ｂに実装された駆動用ＬＳＩ１２、ＬＳＩ１３、及び受発光素子１４のうちの、基板１１の裏面１１ｂに実装された受発光素子１４と、基板１１の表面１１ａに実装された駆動用ＬＳＩ１２及びＬＳＩ１３に固着されたヒートシンク１５とを、基板を貫通する第一熱伝導部材１６、及びこの第一熱伝導部材１６とヒートシンク１５との双方に固着された第二熱伝導部材１７で連絡する。【選択図】        図１
2007188934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の表面及び裏面に実装された複数の素子と、
前記基板の表面に実装された一つあるいは複数の素子に固着されたヒートシンクと、
前記基板を貫通して、該基板の裏面に実装された素子と前記ヒートシンクとを連絡する熱伝導部材とを備えたことを特徴とするマルチチップモジュール。
【請求項２】
前記熱伝導部材が、前記基板を貫通すると共に該基板の裏面に実装された素子に固着された第一熱伝導部材と、該第一熱伝導部材と前記ヒートシンクとの双方に固着された第二熱伝導部材とから構成されたものであることを特徴とする請求項１記載のマルチチップモジュール。
【請求項３】
前記複数の素子が、少なくとも、電気信号と光信号との間での変換を担う光通信素子と、該光通信素子と電気的に接続され信号処理を担う半導体回路素子とを含むものであることを特徴とする請求項１記載のマルチチップモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の表面及び裏面に複数の素子が実装されたマルチチップモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の中には、各種の機能を実現するＣＰＵやメモリなどといったＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：大規模集積回路）に代表される複数の素子が基板上に実装されたマルチチップモジュールを内蔵した電子機器がある。
【０００３】
近年、ＬＳＩの製造技術が向上し、より集積度の高いＬＳＩが製造されている。集積度の高いＬＳＩが電子機器に実装されることによって、情報処理能力の拡大や記憶容量の拡大や装置の小型化・軽量化などが図られる反面、ＬＳＩの高集積化に伴って消費電力が増加し、電子機器を駆動した際にＬＳＩが強く発熱する。ＬＳＩが強く発熱すると電子機器の筐体内の温度が上昇してＬＳＩの動作が不安定になったり、その筐体内の温度がさらに上昇するとＬＳＩ自体が熱によって損傷を受けて電子機器が使用不可能となるおそれがある。
【０００４】
また、電子機器の中には、ＬＳＩと共に、信号光を発光する発光素子や信号光を受光する受光素子などといった、電気信号と光信号との間での変換を担う光通信素子が実装された光マルチチップモジュールを内蔵した電子機器もある。
【０００５】
一般に、このような光通信素子は、高速な信号伝送のために駆動用ＬＳＩの直近に配置する必要がある。光通信素子自体は強く発熱しないものの、電子機器を駆動して駆動用ＬＳＩが強く発熱すると、この駆動用ＬＳＩの直近に配置された光通信素子も熱を帯びることとなる。ところが、光通信素子の動作温度上限は、ＬＳＩの動作温度上限（通常１００℃程度）よりも低く（通常８０℃程度）、光通信素子が強く熱を帯びると発光量が変化し信号授受に悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００６】
また、このような光通信素子は、光電気配線板との光接続を考慮すると、基板の下面に配設することが好ましい。ところが、基板下面には熱がこもりやすいため、基板の下面に配設された光通信素子の放熱が重要な課題となる。
【０００７】
ここで、従来より、発熱したＬＳＩや熱を帯びた光通信素子を冷却する手段として、マルチチップモジュールに実装されたＬＳＩや光通信素子などといった複数の素子それぞれに対して個別にヒートシンクを取り付け、このヒートシンクを介して放熱することによって各素子を冷却する手段が知られている。このようにヒートシンクを用いて各素子を冷却することによって、各素子の温度上昇が抑制され、各素子の動作が安定するものの、複数の素子それぞれに対して個別にヒートシンクを取り付ける手段によると、取り付けコストが嵩むこととなる。
【０００８】
そこで、マルチチップモジュールに実装された厚みの異なる複数の素子を冷却するヒートシンクの取付けコストを抑制する手段として、１つのヒートシンクを用いて厚さの異なる複数の素子を一括冷却する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。具体的には、放熱フィンを有するヒートシンクの、放熱フィンに対する裏面に、基板に実装された複数の素子の厚さに応じた段差や凹みを設け、複数の素子とヒートシンクとの接着層厚さを均一にした技術である。
【０００９】
また、表面に導電パターンが形成された基板の、その表面に設けられた凹部の底面に形成された、基板の裏面と密着した金属ケースに達するスルーホールに充たされた鑞材を通じて、凹部内に取り付けられた半導体チップで発生した熱を金属ケースに伝達させて放熱する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平６−２２４３３４号公報
【特許文献２】特開平６−２３２２８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した特許文献１に提案された技術によれば、冷却すべき複数の素子に対して１つのヒートシンクを取り付ければよいため、組立工程が短縮され、取り付けコストが低減されるものの、基板の一方の面に実装された複数の素子を冷却することが前提となっており、基板の両面に実装された複数の素子を冷却する手段については考慮されていない。そのため、基板の両面に複数の素子が実装されたマルチチップモジュールにおける複数の素子を冷却する手段としてこの技術を適用することはできない。
【００１１】
また、上述した特許文献２に提案された技術によれば、基板の表面に実装された半導体チップの放熱を、基板の裏面に密着された金属ケースを介して行うことができるものの、基板の一方の面に金属ケースが密着していることが前提となっているため、基板の両面に複数の素子が実装されたマルチチップモジュールにおける複数の素子を冷却する手段としてこの技術を適用することはできない。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑み、基板の両面に複数の素子が実装されたマルチチップモジュールにおいてこれら複数の素子を効率良く冷却するマルチチップモジュールを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成する本発明のマルチチップモジュールは、
基板と、
上記基板の表面及び裏面に実装された複数の素子と、
上記基板の表面に実装された一つあるいは複数の素子に固着されたヒートシンクと、
上記基板を貫通して、この基板の裏面に実装された素子と上記ヒートシンクとを連絡する熱伝導部材とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
本発明のマルチチップモジュールは、上記基板の表面及び裏面に実装された複数の素子のうちの基板の裏面に実装された素子と、基板の表面に実装された一つあるいは複数の素子に固着されたヒートシンクとを、基板を貫通する熱伝導部材で連絡するものである。このため、本発明のマルチチップモジュールによれば、基板の表面に実装された一つあるいは複数の素子からの発熱を、この一つあるいは複数の素子に固着された上記ヒートシンクを用いて放熱すると共に、基板の裏面に実装された素子からの発熱を、この素子とそのヒートシンクとを連絡する上記熱伝導部材を介して伝熱されたヒートシンクを用いて放熱することができる。従って、本発明のマルチチップモジュールによれば、基板の両面に複数の素子が実装されたマルチチップモジュールにおける複数の素子を、１つのヒートシンクを用いて効率良く冷却することができる。
【００１５】
ここで、上記本発明のマルチチップモジュールは、上記熱伝導部材が、上記基板を貫通すると共にこの基板の裏面に実装された素子に固着された第一熱伝導部材と、この第一熱伝導部材と上記ヒートシンクとの双方に固着された第二熱伝導部材とから構成されたものであってもよい。
【００１６】
また、上記本発明のマルチチップモジュールは、上記複数の素子が、少なくとも、電気信号と光信号との間での変換を担う光通信素子と、この光通信素子と電気的に接続され信号処理を担う半導体回路素子とを含むものであることも好ましい形態である。
【００１７】
ここで、上記光通信素子は、一般に、高速な信号伝送のために上記半導体回路素子の直近に配置する必要がある。光通信素子自体は強く発熱しないものの、半導体回路素子が強く発熱すると、この半導体回路素子の直近に配置された光通信素子も熱を帯びることとなり、半導体回路素子の動作温度上限よりも低い動作温度上限を有する光通信素子は強く熱を帯びると発光量が変化し信号授受に悪影響を及ぼすおそれがある。ところが、本発明の複数の素子の実装方法は、複数の素子それぞれを効率良く確実に冷却することができるため、上記光通信素子と上記半導体回路素子とを含む複数の素子の実装方法に本発明を適用すると好適である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、基板の両面に複数の素子が実装されたマルチチップモジュールにおいてこれら複数の素子を効率良く冷却するマルチチップモジュールが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態が適用されたマルチチップモジュールの概略構成図である。尚、本実施形態では、本発明にいう複数の素子として、電気信号と光信号との間での変換を担う受発光素子、及びこの光通信素子と電気的に接続され信号処理を担う駆動用ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：大規模集積回路）を含む３つの素子の例に挙げて説明する。この受発光素子は、本発明にいう光通信素子の一例に相当し、この駆動用ＬＳＩは、本発明にいう半導体回路素子の一例に相当する。
【００２１】
図１に示すマルチチップモジュール１０は、基板１１と、基板１１の表面１１ａに実装された駆動用ＬＳＩ１２及びＬＳＩ１３と、基板１１の裏面１１ｂに実装された受発光素子１４と、ヒートシンク１５と、第一熱伝導部材１６と、第二熱伝導部材１７とから構成されている。
【００２２】
ヒートシンク１５は、基板１１の表面１１ａに実装された駆動用ＬＳＩ１２及びＬＳＩ１３の双方に固着されている。
【００２３】
また、第一熱伝導部材１６は、基板１１を貫通すると共にこの基板１１の裏面１１ｂに実装された受発光素子１４に固着されている。
【００２４】
また、第二熱伝導部材１７は、第一熱伝導部材１６とヒートシンク１５との双方に固着されている。
【００２５】
このように構成された本実施形態のマルチチップモジュール１０は、基板１１の表面１１ａ及び裏面１１ｂに実装された駆動用ＬＳＩ１２、ＬＳＩ１３、及び受発光素子１４のうちの、基板１１の裏面１１ｂに実装された受発光素子１４と、基板１１の表面１１ａに実装された駆動用ＬＳＩ１２及びＬＳＩ１３に固着されたヒートシンク１５とを、基板を貫通する第一熱伝導部材１６、及びこの第一熱伝導部材１６とヒートシンク１５との双方に固着された第二熱伝導部材１７で連絡するものである。このため、本実施形態のマルチチップモジュール１０によれば、基板１１の表面１１ａに実装された駆動用ＬＳＩ１２及びＬＳＩ１３からの発熱を、この駆動用ＬＳＩ１２及びＬＳＩ１３に固着されたヒートシンク１５を用いて放熱すると共に、基板１１の裏面１１ｂに実装された受発光素子１４からの発熱を、この受発光素子１４とそのヒートシンク１５とを連絡する第一熱伝導部材１６及び第二熱伝導部材１７を介して伝熱されたヒートシンク１５を用いて放熱することができる。従って、本実施形態のマルチチップモジュール１０によれば、基板１１の両面に駆動用ＬＳＩ１２、ＬＳＩ１３、及び受発光素子１４が実装されたマルチチップモジュールにおける駆動用ＬＳＩ１２、ＬＳＩ１３、及び受発光素子１４を、１つのヒートシンク１５を用いて効率良く冷却することができる。
【００２６】
次に、図１に示すマルチチップモジュール１０の製造方法の一例を説明する。
【００２７】
図２は、図１に示すマルチチップモジュールの製造方法における第１の工程を示す図である。
【００２８】
まず、電気接点１２ａが形成された接続面１２ｂを有する駆動用ＬＳＩ１２、及び電気接点１３ａが形成された接続面１３ｂを有するＬＳＩ１３それぞれの、接続面１２ｂ，１３ｂに形成された各電気接点１２ａ，１３ａ上に、駆動用ＬＳＩ１２及びＬＳＩ１３それぞれの厚さに応じた径を有する半田ボール２１，２２を配設する。
【００２９】
次に、放熱フィン１５ａが形成された放熱面１５ｂを有するヒートシンク１５の、その放熱面１５ｂに対する裏面１５ｃに、半田ボール２１，２２が配設された駆動用ＬＳＩ１２及びＬＳＩ１３を、接続面１２ｂ，１３ｂに対する裏面１２ｃ，１３ｃを向けて固着させると共に、第二熱伝導部材１７もその放熱面１５ｂに対する裏面１５ｃに固着させる。尚、駆動用ＬＳＩ１２、ＬＳＩ１３、及び第二熱伝導部材１７をヒートシンク１５に固着させるにあたっては、例えば高熱伝導接着剤や鑞付けなどといった高熱伝導な接続方法を用いて固着させる。
【００３０】
また、表面１１ａに複数の導電パターン１１ｃを有する基板には貫通孔１１ｄが設けられており、この貫通孔１１ｄに第一熱伝導部材１６を嵌合させると共に、この第一熱伝導部材１６に固着するように基板１１の裏面１１ｂに受発光素子１４を実装する。
【００３１】
図３は、図１に示すマルチチップモジュールの製造方法における第２の工程を示す図である。
【００３２】
次に、上記第１の工程でヒートシンク１５に固着させた駆動用ＬＳＩ１２、ＬＳＩ１３、及び第二熱伝導部材１７を、表面１１ａに複数の導電パターン１１ｃを有する基板１１に、駆動用ＬＳＩ１２及びＬＳＩ１３の接続面１２ｂ，１３ｂを向けてヒートシンク１５と共に配置する。
【００３３】
図４は、図１に示すマルチチップモジュールの製造方法における第３の工程を示す図である。
【００３４】
次に、上記第２の工程で基板１１上に配置された駆動用ＬＳＩ１２の接続面１２ｂに形成された電気接点１２ａ及びＬＳＩ１３の接続面１３ｂに形成された電気接点１３ａと、基板１１上の導電パターン１１ｃとを電気的に接続すると共に、第二熱伝導部材１７と第一熱伝導部材１６とを固着する。ここでは、上記素子配置工程で駆動用ＬＳＩ１２、ＬＳＩ１３、及び第二熱伝導部材１７が配置された基板１１を、図示しないリフロー炉に搬入し、半田ボール２１，２２の溶融により、駆動用ＬＳＩ１２及びＬＳＩ１３を基板１１上に半田接続する。また、第二熱伝導部材１７と第一熱伝導部材１６との固着についても、高熱伝導接着剤や鑞付けなどといった高熱伝導な接続方法を用いて固着させる。
【００３５】
以上、図２〜図４を参照して説明したようにして、図１に示すマルチチップモジュール１０を製造することができる。
【００３６】
尚、図２〜図４では、駆動用ＬＳＩ１２、ＬＳＩ１３、及び第二熱伝導部材１７をヒートシンク１５に固着させた後に基板１１に接続・固着する例を挙げて説明したが、この順序で接続・固着しなくてもよい。
【００３７】
図５は、駆動用ＬＳＩ、ＬＳＩ、及び第二熱伝導部材を基板に接続・固着させた後にヒートシンクを固着する、図１に示すマルチチップモジュールの製造方法を示す図である。
【００３８】
例えば図５に示すように、基板１１の表面１１ａに実装された駆動用ＬＳＩ１２及びＬＳＩ１３と、基板１１の裏面１１ｂに実装された受発光素子１４に固着された第一熱伝導部材１６に固着された第二熱伝導部材１７との双方に、ヒートシンク１５を固着してもよい。
【００３９】
図６は、図１に示すマルチチップモジュールを光電気配線板に搭載した図である。
【００４０】
一般に、マルチチップモジュール１０に実装する受発光素子１４は、光電気配線板２０との光接続を考慮すると、基板１１の裏面１１ｂに配設することが好ましい。ところが、基板１１の裏面１１ｂには熱がこもりやすいため、基板１１の裏面１１ｂに配設された光通信素子の放熱が重要な課題となる。図６に示すように、本実施形態のマルチチップモジュール１０を用いることにより、基板１１の裏面１１ｂに実装された受発光素子１４からの発熱も、この受発光素子１４とヒートシンク１５とを連絡する第一熱伝導部材１６及び第二熱伝導部材１７を介して伝熱されたヒートシンク１５を用いて放熱することができるため好適である。
【００４１】
尚、上述した各実施形態では、本発明にいう熱伝導部材が、上記第一熱伝導部材と上記第二熱伝導部材とから構成されたものである例について説明したが、本発明にいう熱伝導部材は、これに限られるものではなく、例えば１つの熱伝導部材であってもよい。また上記第一熱伝導部材として、あらかじめ基板に形成されたスルーホール、フィルドビアなどをもちいることも可能である。
【００４２】
また、上述した各実施形態では、本発明にいう複数の素子が、駆動用ＬＳＩ、ＬＳＩ、及び受発光素子である例について説明したが、本発明にいう複数の素子は、これに限られるものではなく、動作時に冷却すべき素子であればどのような種類の素子であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態が適用されたマルチチップモジュールの概略構成図である。
【図２】図１に示すマルチチップモジュールの製造方法における第１の工程を示す図である。
【図３】図１に示すマルチチップモジュールの製造方法における第２の工程を示す図である。
【図４】図１に示すマルチチップモジュールの製造方法における第３の工程を示す図である。
【図５】駆動用ＬＳＩ、ＬＳＩ、及び第二熱伝導部材を基板に接続・固着させた後にヒートシンクを固着する、図１に示すマルチチップモジュールの製造方法を示す図である。
【図６】図１に示すマルチチップモジュールを光電気配線板に搭載した図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０    マルチチップモジュール
１１    基板
１１ａ    表面
１１ｂ    裏面
１１ｃ    導電パターン
１１ｄ    貫通孔
１２    駆動用ＬＳＩ
１２ａ，１３ａ    電気接点
１２ｂ，１３ｂ    接続面
１２ｃ，１３ｃ    裏面
１３    ＬＳＩ
１４    受発光素子
１５    ヒートシンク
１６    第一熱伝導部材
１７    第二熱伝導部材
１５    ヒートシンク
１５ａ    放熱フィン
１５ｂ    放熱面
１５ｃ    裏面
２０    光電気配線板
２１，２２    半田ボール
【図１】
2007188934.tif 000003
【図２】
2007188934.tif 000004
【図３】
2007188934.tif 000005
【図４】
2007188934.tif 000006
【図５】
2007188934.tif 000007
【図６】
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