JP2008288379A

JP2008288379A - 半導体パッケージ

Info

Publication number: JP2008288379A
Application number: JP2007131848A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hasegawa; 剛長谷川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-05-17
Filing date: 2007-05-17
Publication date: 2008-11-27

Abstract

【課題】小型化を実現したうえで、高効率な熱制御を実現して、高出力化の促進を図り得るようにした半導体パッケージを提供する。
【解決手段】ベースプレート１１に該ベースプレート１１の熱伝導率より高い熱伝導材料で形成した素子実装部１４を設けて、この素子実装部１４に半導体素子１５を実装し、半導体素子１５の熱を、熱伝導率の高い素子実装部１４で熱拡散された後、ベースプレート１１全体に熱拡散させるように構成したものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば各種の電子部品を構成する半導体素子が収容配置される半導体パッケージに関する。

一般に、半導体パッケージは、パッケージ本体を熱伝導率の高い銅や銅合金で形成して、このパッケージ本体には、Ｓｉ（シリコン）基板等の半導体用基板材料製の基板上に回路パターンを実装した各種の電子部品を構成する半導体素子が熱的に結合されて収容配置される。また、このパッケージ本体には、外部接続用の接続端子が突設され、この接続端子が印刷配線基板の回路に電気的に接続されて使用に供される。

ところで、このような半導体パッケージは、その使用により、半導体素子が駆動され、発熱してその温度が許容値を超えると、所望の部品性能を確保することが困難となる。このため、半導体パッケージにおいては、半導体素子の熱をパッケージ本体に伝達した後、パッケージ本体から放熱板に熱移送させて排熱することにより、半導体素子の温度を許容値に保つように熱制御する方法が採られている。

一方、このような半導体パッケージは、その半導体素子の高出力化の要請と共に、小型化の要請により、その発熱密度が増加されていることで、十分な放熱面積を確保することが困難なために、半導体素子の熱制御が大きな課題の一つとなっている。

そこで、半導体パッケージにおいては、その駆動に伴う熱を効率よく放熱して、半導体素子の温度を許容値に熱制御するための各種の放熱構造のものが開発されている。このような放熱構造としては、例えば半導体素子を実装する銅合金等で形成されるベースプレートを熱伝導率が１５００（Ｗ/ｍＫ））と高いグラファイトシートを介在してヒートシンクに取付けることで、半導体素子からベースプレートに熱拡散された熱を、グラファイトシートを介してヒートシンクに熱移送して熱制御するようにした構成のものが提案されている（例えば，特許文献１参照）。
特開２００４−２８８９４９号公報

しかしながら、上記半導体パッケージでは、その構成上、発熱密度の高い、いわゆる小型・高出力化を図った半導体素子に適用すると、半導体素子の直下のベースプレート温度が周囲温度に比して上昇してしまうために、発熱密度の高い半導体素子の熱制御が困難であるという問題を有する。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、小型化を実現したうえで、高効率な熱制御を実現して、高出力化の促進を図り得るようにした半導体パッケージを提供することを目的とする。

この発明は、他の部位に比して熱伝導率の高い熱伝導材料で形成した素子実装部が設けられたベースプレートと、このベースプレートの素子実装部に実装される半導体素子とを備えて半導体パッケージを構成した。

上記構成によれば、半導体素子の熱は、その直下の熱伝導率の高い素子実装部で熱拡散された後、ベースプレート全体に熱拡散されることで、高い熱拡散効果を得ることができる。

これにより、半導体素子からの発熱を効率よく熱拡散して、半導体素子の温度上昇を効率よく抑えて、許容温度に保つことが可能となり、パッケージの小型化を確保したうえで、半導体素子の高出力化の促進を図ることができる。

以上述べたように、この発明によれば、小型化を実現したうえで、高効率な熱制御を実現して、高出力化の促進を図り得るようにした半導体パッケージを提供することができる。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、この発明の一実施の形態に係る半導体パッケージの要部を断面して示すもので、パッケージ本体１０は、例えばベースプレート１１、枠状フレーム１２及び蓋体１３で形構成され、銅合金、銅等で形成される。

このうちベースプレート１１には、素子実装用の凹部１１１が形成され、この凹部１１１には、素子実装部１４が収容されてプレート面に対して面一に配置される。この素子実装部１４は、ベースプレート１１を構成する例えば比較的高い熱伝導率（４００Ｗ/ｍＫ）を有する銅に比して熱伝導率が２０００Ｗ/ｍＫと高いダイヤモンド等の熱伝導材料で形成され、上記ベースプレート１１に設けた凹部１１１に収容されて配置される。なお、この素子実装部１４を形成する熱伝導材料としては、半導体素子１５が、いわゆる半田接続して搭載可能なものが好ましい。

また、上記ベースプレート１１の凹部１１１に収容配置する素子実装部１４は、上記半導体素子１５の外形寸法より、少なくとも一回り大きく形成され、凹部１１１に対して熱的に結合させて配置することが好ましい。

そして、上記素子実装部１４には、半導体素子１５が、例えば半田接続されて実装される。この半導体素子１５は、上記枠状フレーム１２の側壁に配した外部接続端子１２１に電気的に接続される。また、上記ベースプレート１１の枠状フレーム１２には、上記蓋体１３が被着され、上記ベースプレート１１の素子実装部１４に実装された半導体素子１５を密閉収容する。

上記構成において、パッケージ本体１０は、そのベースプレート１１がフィン１６１を備えたヒートシンク１６上に、例えば図示しない螺子部材を用いて熱的に結合されて組付け配置される（図２参照）。この組付け状態で、半導体素子１５が駆動されて発熱されると、その熱は、先ず、ペースプレート１１の素子実装部１４で受熱されて熱拡散された後、ベースプレート１１に熱拡散されて、該ベースプレート１１からヒートシンク１６に熱移送される。

この際、半導体素子１５は、その熱が素子実装部１４に直接的に熱移送されて該素子実装部１４により熱拡散されてベースプレート１１全体に熱移送されて熱拡散されることで、熱拡散効果が高められる。この結果、半導体素子１５は、発熱した熱の十分な熱拡散が可能となり、その温度上昇が抑えられて許容温度内に保たれる。

そして、上記ヒートシンク１６に熱移送された熱は、フィン１６１にそれぞれ熱伝導され、各フィン１６１から外部に放熱される。これにより、パッケージ本体１０内の半導体素子１５は、ベースプレート１１の面積を大きくしたりすることなく、所望の許容温度に抑えることが可能となる。

上記ヒートシンク１６としては、空冷構造のものに限るものでなく、その他、周知の冷却プレート構造のものや、冷却液を用いた液冷却構造のものを用いて構成してもよい。

このように、上記半導体パッケージは、ベースプレート１１に該ベースプレート１１の熱伝導率より高い熱伝導材料で形成した素子実装部１４を設けて、この素子実装部１４に半導体素子１５を実装し、半導体素子１５の熱を、素子実装部１４を経由してベースプレート１１に熱拡散させるように構成した。

これによれば、半導体素子１５で発熱した熱は、先ず、半導体素子１５の直下の素子実装部１４で効率よく熱拡散された後、ベースプレート１１に熱拡散されることにより、高い熱拡散効果が得られて、半導体素子１５の温度上昇を効率よく抑えて、許容温度に容易に保つことが可能となる。従って、パッケージの小型化を確保したうえで、半導体素子１５の高出力化の促進を図ることが可能となる。

また、これによれば、熱伝導率の高いダイヤモンド等の高価となる熱伝導材料を最小限に保ったうえで、熱拡散効果の向上を図ることが可能となるため、価格的に有利となると共に、設計を含む製作上に自由度を得ることが可能となる。

なお、上記実施の形態では、ペースプレート１１に凹部１１１を形成して、この凹部１１１に素子実装部１４を収容し、素子実装部１４をベースプレート１１と面一に配するように構成した場合について説明したが、これに限ることなく、その他、図３及び図４に示すように構成しても同様に有効な効果が期待される。但し、この図３及び図４の実施の形態においては、上記図１及び図２と同一部分について同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。

この実施の形態では、ダイヤモンド等のベースプレート１１より高い熱伝導率を有した熱伝導材料で板状の素子実装部１４ａを形成して、この素子実装部１４ａをベースプレート１１上に熱的に結合させて接合し、この素子実装部１４ａ上に半導体素子１５を実装するように構成したものである。

よって、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。

例えば実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

この発明の一実施の形態に係る半導体パッケージを断面して示した断面図である。図１の半導体パッケージをヒートシンクに組付け配置した状態を示した斜視図である。この発明の他の実施の形態に係る半導体パッケージを断面して示した断面図である。図３の半導体パッケージをヒートシンクに組付け配置した状態を示した斜視図である。

符号の説明

１０…パッケージ本体、１１…ベースプレート、１１１…凹部、１２…枠状フレーム、１３…蓋体、１４，１４ａ…素子実装部、１５…半導体素子、１６…ヒートシンク、１６１…フィン。

Claims

他の部位に比して熱伝導率の高い熱伝導材料で形成した素子実装部が設けられたベースプレートと、
このベースプレートの素子実装部に実装される半導体素子と、
を具備することを特徴とする半導体パッケージ。
前記素子実装部は、ベースプレート上に接合されて設けられることを特徴とする請求項１記載の半導体パッケージ。
前記素子実装部は、前記半導体素子の実装面積より大形状に形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体パッケージ。
前記素子実装部は、ダイヤモンドで形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の半導体パッケージ。
前記ベースプレートは、ヒートシンクと熱的に結合されて配されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の半導体パッケージ。