(57)【要約】【課題】極小かつ、簡素、低コスト、そして、確実な放熱効果の期待できる放熱構造を備え、パッケージを用いないベアチップをプリント基板に直接実装するベアチップ実装における放熱構造を提供する。【解決手段】ベアチップ（ＩＣ）をプリント基板（ＰＣＢ）に直接実装するために、付勢力に抗して押圧力を加えると偏平に押し縮められ、開放状態では中央部が円錐状に立ち上がり元に戻る凸型のスパイラル状接触子（ＳＣ）を、前記ベアチップ（ＩＣ）と前記プリント基板（ＰＣＢ）の間に挟み、前記スパイラル状接触子（ＳＣ）を偏平に押し縮める程度の押圧力で挟持する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベアチップ（ＩＣ）をプリント基板（ＰＣＢ）に直接実装するために、
付勢力に抗して押圧力を加えると偏平に押し縮められ、開放状態では中央部が円錐状に立ち上がり元に戻る凸型のスパイラル状接触子（ＳＣ）を、
前記ベアチップ（ＩＣ）と前記プリント基板（ＰＣＢ）の間に挟み、
前記スパイラル状接触子（ＳＣ）を偏平に押し縮める程度の押圧力で挟持する構成にしたことを特徴とするベアチップ（ＩＣ）の放熱構造。
【請求項２】
前記ベアチップ（ＩＣ）と前記プリント基板（ＰＣＢ）の固定手段として、前記スパイラル状接触子（ＳＣ）を偏平に押し縮める程度の押圧力で挟持した隙間に樹脂を充填して固着する構成にしたことを特徴とする請求項１に記載のベアチップ（ＩＣ）の放熱構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント基板にＩＣチップを実装する構造に関するものであり、特にベアチップの放熱構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
多機能化、高機能化、超小型化された携帯電話等の電子機器に対応できる極小のＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）接続用コネクタとして、プリント基板の接続端子に設けられたマイクロコネクタによって接続されるＦＰＣプリント基板の接続端子が、基端部から中心部に向かって渦巻き部を有する複数のスパイラル状接触子（以下、単に「ＳＣ」ともいう）を備えたスパイラルコンタクタが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この、ＳＣは円錐状に立ち上がった形状であるため、フラット状接続端子との圧接状態から解除されると再び円錐状のふくらみを回復する。そして、ＳＣが接触する相手となるフラット状接続端子がＳＣに圧接すれば再び同様に導通することが可能であるため、フラット状接続端子またはランドを有する電子部品に対しＳＣが弾性接触の保持された密着状態と開放状態とを、繰り返し着脱自在にしたベアチップの放熱構造を有する半導体デバイスの検査装置等に用いて好適である。
【０００４】
また、多機能化、高機能化で進化する電子機器に対応できるように、パッケージを用いない極小のＩＣチップをプリント基板に直接実装する「ベアチップ実装」が、実用化されている。ＯＡ機器用のイメージセンサ、プリントヘッド等の高機能回路においては、高密度，薄型実装の利点及び通信回路においては、高周波特性の利点にそれぞれ着目してベアチップ実装が採用されている。
【０００５】
一方、超小型化によりＩＣが微細パターン化するにつれ、ＩＣを駆動する電源電圧も低下し、単位素子あたりの消費電力は減少傾向にある。しかし、ＩＣ全体の消費電力は逆に大幅に増加している。なぜならば、個々のＩＣの集積度が向上したことにともない、各ＩＣチップの素子数が増大したことに加えて、ＣＭＯＳ−ＩＣの動作速度を上げるためのクロック周波数を高めるという高性能化のためである。
このような消費電力の増加に伴い、ＩＣチップの発熱による温度上昇が生じると、特性、性能などの面で、さまざまな問題が起きる。個々のＩＣは、製品規格として、動作保証温度が定められており、ＩＣにおけるＰＮ接合面の上限温度は１２５度である。
【０００６】
このように、ＩＣチップが発熱しても一定温度で平衡するのは、発熱量に相当する放熱経路があって冷却効果を有しているからである。ＩＣの放熱経路は３つある。
第１の経路として放射が考えられるが、発熱源であるＩＣチップが微小であれば、その体積や表面積に関連する放射熱も微小であるため無視できる。
第２の経路としての熱伝導があり、この熱伝導がＩＣチップにおける主な放熱経路となる。具体的には、ＩＣチップから遠くまでボンディングワイヤやパッケージ材料の内部を通った熱が移動し、パッケージ外部からリード線、およびプリント基板から周囲の空気へ直接に熱伝導して放熱される。
第３の経路として、ＩＣチップからプリント基板を横方向に移動する熱伝導も、放熱冷却に若干寄与する。
【０００７】
周知の放熱対策としては、パッケージに熱伝導の高い材料を用いて、速やかに熱拡散させるとともに、放熱面積を広くすることにより、パッケージ表面に接触する冷却媒体（気体や液体）の流量を増加させることが有効である。
そこで、リードフレーム材として、熱伝導率の高い銅や銅合金を用いたり、ＩＣチップの直下に銅製のヒートスプレッダを取り付けて、速やかに熱拡散したり、放熱フィンを形成するヒートシンクをＩＣパッケージに貼り付けたりして放熱効果を高めるようにしている。
【０００８】
また、電気的信頼性に劣るワイヤボンディングを用いることなく、高強度であり機械的、電気的信頼性に優れた球状接続端子（半田バンプ）によって、他方のベアチップが一方のベアチップ、および別のプリント基板のパターン上に、球状接続端子を介して接続実装することを可能にしたベアチップの実装構造も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００５−５６６０６号公報（段落００２９、図４）
【特許文献２】特公平７−７５２７０号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ＩＣチップのなかでも、ボンディングワイヤを介在させることなく、プリント基板に直接実装するベアチップを電気接続する実装構造の場合、超小型化と発熱対策には相反する要件もあるため改善余地が残されていた。
また、熱的接続状態を維持すべき基板面積の大小に関わらず、平坦度の低い面を対面させた基板どうしでも確実に熱伝導可能な熱的接続状態を得ることを可能にし、かつ、コストアップの少ないベアチップの放熱構造が望まれていた。
そこで、本発明では、前記した問題を解決し、ボンディングワイヤを介在させることなく、平坦度の低い基板どうしでも確実に熱的接続状態を得ることを可能にし、かつ、熱的接続状態する基板面積の大小に関わらず、コストアップの少ないベアチップの放熱構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、ベアチップ（ＩＣ）をプリント基板（ＰＣＢ）に直接実装するために、付勢力に抗して押圧力を加えると偏平に押し縮められ、開放状態では中央部が円錐状に立ち上がり元に戻る凸型のスパイラル状接触子（ＳＣ）を、前記ベアチップ（ＩＣ）と前記プリント基板（ＰＣＢ）の間に挟み、前記スパイラル状接触子（ＳＣ）を偏平に押し縮める程度の押圧力で挟持する構成にしたことを特徴とするベアチップ（ＩＣ）の放熱構造である。
【００１１】
請求項１に係る発明によれば、ベアチップ（ＩＣ）をプリント基板（ＰＣＢ）に直接実装するため、開放状態では中央部が円錐状に立ち上がるように弾力性をもったスパイラル状接触子（ＳＣ）を、ベアチップ（ＩＣ）とプリント基板（ＰＣＢ）の間の導通箇所に挟む。そして、このスパイラル状接触子（ＳＣ）に押圧力を加えて偏平に押し縮める。
そうすると、ベアチップ（ＩＣ）とプリント基板の間の接続箇所には、空間が生じないため空気層がなく、ほぼ円盤状に押し潰されたスパイラル状接触子（ＳＣ）の存在箇所以外に、わずかな空気層が残る程度であるため、熱伝導が遮断されず、良好な放熱特性を保持することが可能になる。
また、中央部が円錐状に立ち上がるように弾力性をもったスパイラル状接触子（ＳＣ）であるため、平坦度の低い、うねりのある基板どうしでも確実に熱的接続状態を得ることが可能である。
そして、スパイラル状接触子（ＳＣ）は写真製版およびエッチングの工程を含む基板全面単位の一括製造であるため、単一基板内におけるスパイラル状接触子（ＳＣ）の多少に関わらず、さらに、熱的接続面積の大小に関わらず、製造コストは変らない。
【００１２】
請求項２に係る発明は、前記ベアチップ（ＩＣ）と前記プリント基板（ＰＣＢ）の固定手段として、前記スパイラル状接触子（ＳＣ）を偏平に押し縮める程度の押圧力で挟持した隙間に樹脂を充填して固着する構成にしたことを特徴とする請求項１に記載のベアチップ（ＩＣ）の放熱構造である。
【００１３】
請求項２に係る発明によれば、ベアチップ（ＩＣ）とプリント基板（ＰＣＢ）の間の接続箇所において、ほぼ円盤状に押し潰されたスパイラル状接触子（ＳＣ）の存在箇所以外で、わずかに残った空気層による隙間を樹脂が充填して固着する。このような、ベアチップ（ＩＣ）とプリント基板（ＰＣＢ）の間の接続箇所において、ほぼ円盤状に押し潰されたスパイラル状接触子（ＳＣ）の存在箇所以外で、わずかに残った空気層による隙間を樹脂が充填して固着する。そうすると、樹脂は空気より熱伝導が良好であり、かつ、ベアチップ（ＩＣ）とプリント基板（ＰＣＢ）の間の接続箇所を堅固に密着して維持するので、熱伝導がさらに遮断され難く、放熱特性および電気接続の状態がより一層良好となり安定化する。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明によれば、接続箇所に生じる空気層が無いので、熱伝導が遮断されず、放熱特性を良好に保持することが可能になる。（誇張した模式図のため空気層のように残って見えるが、実際には残らない）
また、平坦度の低い、うねりのある基板どうしでも確実に熱的接続状態を得ることが可能である。
そして、単一基板内におけるスパイラル状接触子が多いか少ないか、あるいは、熱的接続面積が広いか狭いかに関わらず、製造コストに変わりないので、コストアップなしに放熱専用のスパイラル状接触子を広範囲に配設することが可能である。
【００１５】
請求項２に係る発明によれば、放熱特性および電気接続の状態がより一層良好となり安定化する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係るベアチップの放熱構造の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。以下、各図にわたって同一効果の部位には同一符号を付して説明の重複を避ける。
＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態に係るベアチップの放熱構造の説明図であり、図１（ａ）はベアチップをプリント基板の所定位置に対面させて固定する前の正面図、図１（ｂ）はベアチップをプリント基板に固定した後の正面図である。
【００１７】
図１において、ベアチップＩＣ１（以下、単に「ＩＣ」ともいう）は、プリント基板ＰＣＢ１（以下、単に「ＰＣＢ」ともいう）の中央部Ｊの上面に形成されたパターンに対する所定の電気接続が確保されるように固定される。この電気接続手段として、スパイラル状接触子ＳＣ１をＩＣ１のフラット状接続端子１１とＰＣＢ１ランドの間に挟持する構成である。なお、ＳＣ１，ＳＣ２の偏平状態での厚みは約５０μｍあるので、その厚みの金属を介して密着される。
周知のとおりＰＣＢ１はパターンにより回路構成されている。そのＰＣＢ１の上面を被覆する金属箔により形成されたパターンの所定ランド上にＳＣ１が配設されている。また、ＳＣ２はＰＣＢ１の下面に配設されたパターンの所定ランド上に配設されている。
【００１８】
図１（ｂ）に示すように、ＩＣ１をＰＣＢ１の上面に固定する際、付勢力により中央部Ｊが立ち上がったＳＣ１を、その付勢力に抗する押圧力を加えて偏平に押し潰す。そうすると、ＩＣ１とＰＣＢ１の間は熱伝導が良好な密着状態になるので、金属性のＳＣ１を介して伝導冷却可能となる。
また、中央部が円錐状に立ち上がるように弾力性をもったスパイラル状接触子ＳＣであるため、平坦度の低い、うねりのある基板どうしでも確実に熱的接続状態を得ることが可能である。
図１（ｂ）示すように、ＩＣ１で発生した熱は、放熱経路Ｈ１に示す方向に、ＳＣ１を経由してＰＣＢ１の中央部Ｊに伝達され、その下面に配設されたＳＣ２へと伝導し、空気中に放射される。
【００１９】
さらに、ＰＣＢ１において、ＩＣ１を取り付けた中央部Ｊから離れた両端部Ｋ近傍の下面に配設された大き目のＳＣ２へも熱伝導し、放熱経路Ｈ２に示す方向に沿って空気中に熱放射される。この熱伝導および放射冷却の作用によりＩＣ１におけるＰＮ接合面（図示せず）を、動作保証温度の上限である１２５度以下に冷却することが可能である。なお、ＳＣ１とＳＣ２の大小関係は何れが大きくても構わないが、ＳＣ１はＰＣＢ１中央部Ｊの所定パターンおよびランドの大きさに適合する大きさであればよい。
【００２０】
ＳＣ２が言わば冷却フィンまたはヒートシンクと同等の放射冷却機能を発揮するので、表面積の総和が大きいほど、また、雰囲気温度とＳＣ２との温度差が大きいほど冷却能力が高い。したがって、前記動作保証温度の上限１２５度以下に冷却する条件を満足するようにＳＣ２の設置数量、および雰囲気温度を調整すればよい。さらにＳＣ２に送風するなどの強制空冷機能を併設すれば、なお効果的である。
【００２１】
＜第２実施形態＞
図２は第２実施形態に係るベアチップの放熱構造の説明図であり、図２（ａ）はベアチップを両面放熱型プリント基板に対面させて固定する前の正面図、図２（ｂ）はベアチップ側にスパイラル状接触子、プリント基板側にフラット状接続端子またはランドを配設する実装構造における実装前の正面図、図２（ｃ）はベアチップを両面放熱型プリント基板に固定した後の正面図である。
図２に示す第２実施形態が、図１に示す第１実施形態に係るＰＣＢ１の中央部Ｊに取り付けられたＩＣ１の放熱構造との相違点は、ＰＣＢ２，ＰＣＢ３の両端部Ｋ近傍の上面にもＳＣ２が配設され、その設置数量の増減により冷却能力を増減可能な点である。
【００２２】
図２（ａ）と図２（ｂ）の相違点は、図２（ａ）に示すＩＣ１の下面には、表面が平らなフラット状接続端子１１が必要数だけ配設されているのに対し、図２（ｂ）に示すＩＣ２の下面には、ＳＣ１が必要数だけ配設されている点である。それらに対面する相手端子として、何れかの側にあるフラット状接続端子またはランド１２、あるいはフラット状接続端子１１に対して、ＳＣ１が相互に対面するという構成である。
図２（ｃ）に示すようにＩＣ１、またはＩＣ２を両面放熱型のＰＣＢ２、またはＰＣＢ３に固定した後の正面図であり、両面放熱型である分だけ放熱効率を高くすることが可能である。
【００２３】
図２（ｃ）において、ＩＣ１、またはＩＣ２で発生した熱は、放熱経路Ｈ１に示す方向にＳＣ１を経由して、ＰＣＢ２、またはＰＣＢ３へと熱伝導し、その下面に配設されたＳＣ２へと熱伝導し、このＳＣ２が放熱フィンとして機能することにより空気中へと熱放射される。
さらに、ＰＣＢ２、またはＰＣＢ３の表面にＩＣ１、またはＩＣ２を取り付けた中央部Ｊから離れた両端部Ｋ近傍の上下面に配設されたＳＣ２へも熱伝導し、放熱経路Ｈ２，Ｈ３に示す方向に沿って空気中に熱放射される。
そして、スパイラル状接触子ＳＣは写真製版およびエッチングの工程を含む基板単位の一括製造であるため、単一基板内におけるスパイラル状接触子ＳＣの多少に関わらず、さらに、熱的接続面積の大小に関わらず、製造コストは変わらないので、コストアップなしに放熱専用のスパイラル状接触子ＳＣを広範囲に配設することが可能である。
なお、図２に示すような、ＳＣ２をＰＣＢ２，ＰＣＢ３の上下面に配設した場合、ベアチップＩＣを搭載したＰＣＢ２，ＰＣＢ３を多層に積層することにより、例えば、板厚０．５ｍｍ前後のメモリカードを構成するのに好適である。
【００２４】
＜第３実施形態＞
図３は第３実施形態に係るベアチップの放熱構造の説明図であり、図３（ａ）はベアチップをプリント基板の所定位置に対面させて固定する前の正面図、図３（ｂ）はベアチップをプリント基板に固定した後の正面図である。
図３（ａ）に示すように、ＩＣ１はＰＣＢ４の中央部Ｊの上面に配設されたパターンと電気接続を確保して固定される。この電気接続手段として、ＳＣ１をＩＣ１とＰＣＢ４の間に挟持する構成である。
【００２５】
図３に示す第３実施形態が、図１に示す第１実施形態に係るＰＣＢ１の中央部Ｊに取り付けられたＩＣ１の放熱構造との相違点は、ＰＣＢ４の両端部Ｋ近傍の下面にはＳＣ２の代わりに球状接続端子１が配設されている点である。したがって、ＩＣ１からＰＣＢ４までの放熱構造は、図１に示す第１実施形態に係るＰＣＢ１と同様であるが、ＰＣＢ４から空気中への熱放射の経路は、ＰＣＢ４の表面からほぼ均一、もしくは、球状接続端子１が接続された相手端子等への熱伝導を伴うことになる。
【００２６】
＜第４実施形態＞
図４は第４実施形態に係るベアチップの放熱構造の説明図であり、図４（ａ）はベアチップを高度放熱型のプリント基板に対面させて固定する前の正面図、図４（ｂ）はベアチップ側にスパイラル状接触子、プリント基板側にフラット状接続端子またはランドを配設する実装構造における実装前の正面図であり、（ｃ）はベアチップを高度放熱型のプリント基板に固定した後の正面図である。
図４に示す第４実施形態が、図２に示す第２実施形態に係るＩＣ１、またはＩＣ２を中央部Ｊに取り付けたＰＣＢ２、またはＰＣＢ３の放熱構造との相違点は、ＰＣＢ５、またはＰＣＢ６の中央部Ｊから離れた両端部Ｋ近傍の上面にＳＣ２が配設され、下面に球状接続端子１が配設された点である。なお、上下面のどちら側に何を配設するかは自由である。
【００２７】
図４（ｃ）において、ＩＣ１、またはＩＣ２で発生した熱は、ＳＣ１を経由して、ＰＣＢ３に伝達され、放熱経路Ｈ３，Ｈ４に示す方向に、その下面に配設されたＳＣ２へと伝導し、空気中に放射される。
ＩＣ１、または同ＩＣ２を取り付けたＰＣＢ６、または同ＰＣＢ７の中央部Ｊの表裏から離れた両端部Ｋ近傍の上下面に、それぞれ配設されたＳＣ２、および球状接続端子１へも熱伝導し、放熱経路Ｈ３，Ｈ４に示す方向に沿って空気中に熱放射される。
【００２８】
以上、第１実施形態ないし第４実施形態に基づいて説明したとおり、第１実施形態に係るＰＣＢ１にＩＣ１を取り付けた場合の放熱構造によれば、ＩＣ１とプリント基板の間の接続箇所に空気層が生じないので、熱伝導が遮断されず、放熱特性を良好に保持することが可能になる。
【００２９】
また、第２実施形態に係るＰＣＢ２，ＰＣＢ３にＩＣ１，ＩＣ２を取り付けた場合の放熱構造によれば、ＰＣＢ２，ＰＣＢ３の両端部Ｋ近傍の上面にもＳＣ２が配設され、その設置数量の増減により冷却能力を増減可能である。
そして、第３実施形態に係るＰＣＢ４にＩＣ１を取り付けた場合の放熱構造によれば、超小型で簡素にまとめることが可能となり、かつ、従来の球状接続端子１も併用して別プリント基板と接続することも可能となる。
また、第４実施形態に係るＰＣＢ５、またはＰＣＢ６にＩＣ１、またはＩＣ２を取り付けた放熱構造によれば、従来の球状接続端子１も併用して別プリント基板と接続することも可能となり、かつ、ＰＣＢ５，ＰＣＢ６の両端部Ｋ近傍の上面に配設されたＳＣ２が、その設置数量の増減により冷却能力を増減することも可能である。
【００３０】
第１実施形態ないし第４実施形態の何れにも共通する放熱構造として、ベアチップＩＣをプリント基板ＰＣＢに電気接続するため、ベアチップＩＣとプリント基板ＰＣＢの間の導通箇所に、スパイラル状接触子ＳＣを挟む。
このスパイラル状接触子ＳＣは、開放状態では中央部が円錐状に立ち上がるように弾力性をもって形状記憶されており、その円錐状に立ち上がった部分を押し潰す方向に押圧力を加えれば偏平に押し縮めることができるので、金属円盤による電気的良導体かつ熱伝導良好に密着状態が得られる。
【００３１】
また、ベアチップＩＣとプリント基板ＰＣＢとの固定手段として、スパイラル状接触子ＳＣを偏平に押し縮める程度の押圧力で挟持した隙間に熱伝導の良好な樹脂を充填して固着してもよい。
具体的には、図１（ｂ），図２（ｃ），図３（ｂ），図４（ｃ）に示すベアチップＩＣとプリント基板ＰＣＢとの接続面の隙間に樹脂を充填する。
このような、固定手段を用いた放熱構造によれば、ベアチップＩＣとプリント基板ＰＣＢの間の接続箇所において、ほぼ円盤状に押し潰されたスパイラル状接触子ＳＣの存在箇所以外で、わずかに残った空気層による隙間を樹脂が充填して固着する。そうすると、樹脂は空気より熱伝導が良好であり、かつ、ベアチップＩＣとプリント基板ＰＣＢの間の接続箇所を堅固に密着して維持するので、熱伝導がさらに遮断され難く、放熱冷却特性および電気接続の状態がより一層良好となり安定化する。
【００３２】
なお、ほぼ円盤状に押し潰されたスパイラル状接触子ＳＣの存在箇所における接触部分を構成する金属材料がＳｎ，Ａｇ，Ｃｕによる合金であれば、その融点より低い１５０度程度の温度でも金属融合するという性質を応用することで、より確実に熱的接続状態を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１実施形態に係るベアチップの放熱構造の説明図であり、（ａ）はベアチップをプリント基板の所定位置に対面させて固定する前の正面図、（ｂ）はベアチップをプリント基板に固定した後の正面図である。
【図２】第２実施形態に係るベアチップの放熱構造の説明図であり、（ａ）はベアチップを両面放熱型のプリント基板に対面させて固定する前の正面図、（ｂ）はベアチップ側にスパイラル状接触子、プリント基板側にフラット状接続端子またはランドを配設する実装構造において、実装前の正面図であり、（ｃ）はベアチップを両面放熱型のプリント基板に固定した後の正面図である。
【図３】第３実施形態に係るベアチップの放熱構造の説明図であり、（ａ）はベアチップをプリント基板の所定位置に対面させて固定する前の正面図、（ｂ）はベアチップをプリント基板に固定した後の正面図である。
【図４】第４実施形態に係るベアチップの放熱構造の説明図であり、（ａ）はベアチップを高度放熱型のプリント基板に対面させて固定する前の正面図、（ｂ）はベアチップ側にスパイラル状接触子、プリント基板側にフラット状接続端子またはランドを配設する実装構造における実装前の正面図、（ｃ）はベアチップを高度放熱型のプリント基板に固定した後の正面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  球状接続端子
１１  フラット状接続端子
１２  フラット状接続端子またはランド
Ｈ１〜Ｈ４  放熱経路
ＰＣＢ，ＰＣＢ１〜ＰＣＢ６  プリント基板
ＳＣ，ＳＣ１，ＳＣ２  スパイラル状接触子
【図１】
2007288015.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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