JP2009117489A - Semiconductor device package and mounting board - Google Patents
Semiconductor device package and mounting board Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009117489A JP2009117489A JP2007286662A JP2007286662A JP2009117489A JP 2009117489 A JP2009117489 A JP 2009117489A JP 2007286662 A JP2007286662 A JP 2007286662A JP 2007286662 A JP2007286662 A JP 2007286662A JP 2009117489 A JP2009117489 A JP 2009117489A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat
- semiconductor element
- heat dissipation
- circuit board
- thermal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H10W90/754—
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
【課題】効率よく、かつ速やかに放熱することができる半導体素子パッケージ及び実装基板を提供する。
【解決手段】
半導体素子に用いる半導体素子(発熱素子)パッケージは、発熱素子2を搭載するための回路基板3a、およびサーマルボール4を搭載するための回路基板3cを少なくとも含む複数の回路基板と、複数の回路基板の間に介在され、熱伝導性材料により構成される第一熱伝導層6a(6b)とを備え、複数の回路基板および第一熱伝導層6a(6b)を貫通するサーマルビア放熱孔5が形成され、サーマルビア放熱孔5の内壁は、熱伝導性材料によって覆われている。
【選択図】図1A semiconductor device package and a mounting substrate capable of efficiently and quickly dissipating heat are provided.
[Solution]
A semiconductor element (heating element) package used for a semiconductor element includes a plurality of circuit boards including at least a circuit board 3a for mounting the heating element 2 and a circuit board 3c for mounting a thermal ball 4, and a plurality of circuit boards. And a thermal via radiation hole 5 penetrating through the plurality of circuit boards and the first thermal conductive layer 6a (6b), the first thermal conductive layer 6a (6b) composed of a thermal conductive material. The inner wall of the thermal via radiating hole 5 formed is covered with a heat conductive material.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、半導体素子、あるいは半導体素子を封止するモールド樹脂が搭載された半導体素子パッケージ、及び前記半導体素子パッケージを搭載する実装基板に関するものである。より具体的には、前記半導体素子パッケージの放熱実装構造、及び前記実装基板の放熱実装構造に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor element or a semiconductor element package on which a mold resin for sealing the semiconductor element is mounted, and a mounting substrate on which the semiconductor element package is mounted. More specifically, the present invention relates to a heat dissipation mounting structure for the semiconductor element package and a heat dissipation mounting structure for the mounting substrate.
近年、携帯電話機、あるいは液晶テレビ等の電子・通信機器の分野において、デバイスが年々小型化しており、チップ(発熱素子)から放出される熱を効率よく、そして速やかに外部に放出する半導体素子パッケージの放熱実装構造が望まれている。 In recent years, in the field of electronic and communication equipment such as mobile phones and liquid crystal televisions, devices have been downsized year by year, and semiconductor element packages that efficiently and quickly release heat released from chips (heat generating elements) to the outside. A heat dissipating mounting structure is desired.
この種の半導体素子パッケージの放熱実装構造としては、従来、発熱素子をモールド樹脂で封止し、モールド樹脂そのものにヒートシンク用メタル部材を取り付ける放熱実装構造が知られている。ヒートシンクは、放熱のために使われる金属製の板のことであり、冷却ファンと組み合わせて利用されることが多く、発熱のために誤動作する可能性のある部品等の冷却に使用されている。 As a heat dissipation mounting structure for this type of semiconductor element package, a heat dissipation mounting structure in which a heat generating element is sealed with a mold resin and a heat sink metal member is attached to the mold resin itself has been known. The heat sink is a metal plate used for heat dissipation, and is often used in combination with a cooling fan. The heat sink is used for cooling components that may malfunction due to heat generation.
あるいは、発熱素子、若しくはモールド樹脂によって封止された発熱素子を搭載する回路基板と実装基板との間に、サーマルボールと呼ばれる半田ボールを取り付ける放熱実装構造が知られている。この放熱実装構造を用いることにより、発熱素子から放出された熱がサーマルボールを介して実装基板側に伝わり、それにより、実装基板から外部に熱が放出される。 Alternatively, a heat dissipating mounting structure is known in which a solder ball called a thermal ball is mounted between a circuit board on which a heat generating element or a heat generating element sealed with a mold resin is mounted, and a mounting board. By using this heat dissipation mounting structure, the heat released from the heat generating element is transmitted to the mounting substrate side via the thermal ball, whereby the heat is released from the mounting substrate to the outside.
図6、及び図7に基づいて、サーマルボールを用いた従来の半導体素子パッケージの放熱実装構造を説明する。 Based on FIGS. 6 and 7, a conventional semiconductor device package heat dissipation mounting structure using a thermal ball will be described.
図6は、モールド樹脂によって封止された半導体素子(発熱素子)に係る従来の半導体素子パッケージの放熱実装構造50を示す。図6が示すように、半導体素子パッケージの放熱実装構造50は複数の略球状のサーマルボール51を有する。サーマルボール51は、矩形の回路基板52の下面と、矩形の実装基板53の上面と、にそれぞれ接合されている。回路基板52の上面には、発熱素子54を封止したモールド樹脂55が搭載されている。発熱素子54と回路基板52とは金属製のワイヤ56を介して電気的に接続されており、ワイヤ56もモールド樹脂55に封止されている。
FIG. 6 shows a conventional heat
図6に基づいて、従来の半導体素子パッケージの放熱実装構造50の放熱経路を説明する。
Based on FIG. 6, the heat dissipation path of the conventional heat
発熱素子54から放出された熱は、おもに下記の放熱経路57・58によって外部に放出され、それによって発熱素子54が冷却される。
The heat released from the
放熱経路57:発熱素子54→モールド樹脂55→大気
放熱経路58:発熱素子54、及びモールド樹脂55→回路基板52→サーマルボール51→実装基板53→大気
放熱経路58による放熱量は、半導体素子パッケージの数、種類、大きさ、製品基板、配線長、配線幅、配線密度、基板層数、層構成、厚さ、基板材料など、様々な要因に左右される。そして、放熱経路58による放熱量は、発熱素子54から放出される全放熱量の5〜50%程度を占めるといわれている。従って、従来の放熱実装構造50を用いる場合は、実装基板53を含む構成要素のすべてを考慮する必要がある。
Heat dissipation path 57:
図7は、フリップチップ方式による従来の半導体素子パッケージの放熱実装構造60を示す。フリップチップ方式では、回路基板52の電極と発熱素子54の電極とがバンプ61により電気的に接続されている。つまり、フリップチップ方式は、回路基板52の上面と発熱素子54の下面とが対向し、その電極間がバンプ61により電気的・機械的に接続された構造となっている。なお、図7が示すように、発熱素子54はモールド樹脂によって封止されておらず、大気に露出している。なお、図6を参照して前述した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。従って、これらの構成要素の詳細な説明は省略する。
FIG. 7 shows a conventional heat
図7に基づいて、従来の半導体素子パッケージの放熱実装構造60の放熱経路を説明する。
Based on FIG. 7, a heat dissipation path of a conventional semiconductor device package heat
発熱素子54から放出された熱は、おもに二つの放熱経路62・63によって外部に放出され、それによって発熱素子54は冷却される。
The heat released from the
放熱経路62:発熱素子54→大気
放熱経路63:発熱素子54→バンプ61→回路基板52→サーマルボール51→実装基板53→大気
従来の半導体素子パッケージの放熱実装構造60においても、発熱素子54から放出される熱は、半導体素子の数、種類、大きさ、製品基板、配線長、配線幅、配線密度、基板層数、層構成、厚さ、基板材料など、様々な要因に左右される。従って、従来の半導体素子パッケージの放熱実装構造60を用いる場合は、実装基板53を含む構成要素のすべてを考慮する必要がある。
Heat dissipation path 62:
このような半導体素子パッケージの放熱実装構造60は、例えば、特許文献1に開示されている。
しかしながら、モールド樹脂にヒートシンク用メタル部材を取り付ける半導体素子パッケージの放熱実装構造には次のような問題があった。つまり、半導体素子パッケージの実装体積が、ヒートシンク用メタル部材を取り付けることによって大きくなり、薄型化が進む各種製品と寸法上の整合性が取れなくなるという問題があった。あるいはヒートシンク用メタル部材をモールド樹脂に取り付ける取付構造が全く考慮されていないという問題があった。このように、ヒートシンク用メタル部材をモールド樹脂に取り付けることによって様々な問題が生じていた。さらに、ヒートシンク用メタル部材は、発熱のために誤動作する可能性のある部品等の冷却に使用されるため、必要箇所に別途取り付けなければならないという非効率な問題もあった。 However, the heat dissipation mounting structure of the semiconductor element package in which the heat sink metal member is attached to the mold resin has the following problems. That is, the mounting volume of the semiconductor element package is increased by attaching the heat sink metal member, and there is a problem that dimensional consistency cannot be obtained with various products that are becoming thinner. Or there was a problem that the attachment structure which attaches the metal member for heat sinks to mold resin was not considered at all. Thus, various problems have arisen by attaching the metal member for heat sink to the mold resin. Furthermore, since the metal member for heat sink is used for cooling a component or the like that may malfunction due to heat generation, there is an inefficient problem that the heat sink metal member must be separately attached to a necessary portion.
また、小型化した高実装タイプの基板においては、発熱部品の一つ一つに対してヒートシンク用メタル部材を取り付けること自体が困難である。 Further, in a miniaturized high mounting type substrate, it is difficult to attach a heat sink metal member to each of the heat generating components.
特許文献1では、ボールボンディング接続部(ボール接合部)、あるいはサーマルビアによって発熱素子と基板とが接続され、それにより、発熱素子から基板に効率的に放熱を行い、放熱率の向上を図っている。しかしながら、発熱素子の小型化、及び高性能化が進むにつれ発熱量も増加しており、サーマルボールを用いた半導体素子パッケージの放熱実装構造では、半導体素子パッケージから外部への放熱が十分に行えないという問題があった。さらに、基板全体が温度上昇する状態において、放熱は飽和状態となり、半導体素子パッケージの冷却が進まなくなるという問題があった。あるいは、サーマルボールを用いた半導体素子パッケージの放熱実装構造では、サーマルボールは基板全体に速やかに熱を伝えるため、局所的な温度上昇を防ぐことができるものの、上述したように、半導体素子パッケージの外部への放熱が十分に行えないという問題があった。従って、複数の発熱素子が実装されている場合において、それぞれの発熱素子が発熱することにより基板全体が温度上昇するが、それに対してサーマルボールを用いた半導体素子パッケージの放熱実装構造では放熱が飽和状態となってしまい、結果的に基板全体の放熱効率が低下するという問題があった。
In
本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、効率よく、かつ速やかに放熱することができる半導体素子パッケージ及び実装基板を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor element package and a mounting substrate that can dissipate heat efficiently and quickly.
本発明に係る半導体素子パッケージは、前記課題を解決するために、上記半導体素子を搭載するための第1回路基板、およびサーマルボールを搭載するための第2回路基板を少なくとも含む複数の回路基板と、上記複数の回路基板の間に介在され、熱伝導性材料により構成される第一熱導電層とを備え、上記複数の回路基板および上記第一熱導電層を貫通する貫通孔が形成され、上記貫通孔の内壁は、熱伝導性材料によって覆われていることを特徴としている。 In order to solve the above problems, a semiconductor element package according to the present invention includes a plurality of circuit boards including at least a first circuit board for mounting the semiconductor element and a second circuit board for mounting a thermal ball. A first thermal conductive layer interposed between the plurality of circuit boards and made of a thermally conductive material, and a through hole penetrating the plurality of circuit boards and the first thermal conductive layer is formed, The inner wall of the through hole is covered with a heat conductive material.
前記の構成によれば、本実施の形態に係る半導体素子パッケージは、貫通孔と、第一熱伝導層と、サーマルボールと、によって構成された放熱実装構造を有する。貫通孔の内壁は熱伝導性材料によって覆われており、該熱伝導性材料が第一熱伝導層とサーマルボールとに接合されている。これにより、発熱素子から放出された熱は、該熱伝導性材料を介して、第一熱伝導層およびサーマルボールから放出される。この放熱実装構造を備えることにより、おもにサーマルボールから実装基板に熱を放出することによって放熱していた従来の半導体素子パッケージの放熱実装構造に比べ、効率よく、そして速やかに熱を外部に放出することができる。さらに、貫通孔の内壁を覆う材料、及び第一熱伝導層が高い熱伝導率を有するCu等によって構成されているため、ポリミイド、あるいはガラスエポキシなどの基板材料よりも遥かに熱伝導率を高くすることができ、より効率よく、そして速やかに熱を外部に放出することができる。同時に、発熱素子の周囲に熱が蓄積されるのを防ぐことができ、回路基板、及びその周囲部分に熱を溜めてしまうおそれを軽減することができる。 According to the above configuration, the semiconductor element package according to the present embodiment has a heat dissipation mounting structure configured by the through hole, the first heat conductive layer, and the thermal ball. The inner wall of the through hole is covered with a heat conductive material, and the heat conductive material is bonded to the first heat conductive layer and the thermal ball. Thereby, the heat released from the heating element is released from the first heat conductive layer and the thermal ball via the heat conductive material. By providing this heat dissipation mounting structure, heat is released to the outside more efficiently and quickly compared to the conventional heat dissipation mounting structure of the semiconductor element package, which mainly dissipated heat from the thermal ball to the mounting substrate. be able to. Furthermore, since the material covering the inner wall of the through-hole and the first thermal conductive layer are made of Cu or the like having a high thermal conductivity, the thermal conductivity is much higher than that of a substrate material such as polyimide or glass epoxy. Heat can be released to the outside more efficiently and quickly. At the same time, it is possible to prevent heat from being accumulated around the heat generating element, and to reduce the possibility of heat being accumulated in the circuit board and the surrounding portion.
本発明に係る半導体素子パッケージは、上記第1回路基板における半導体素子を搭載するための面に、熱伝導性材料により構成された放熱板を備えていることが好ましい。 The semiconductor element package according to the present invention preferably includes a heat radiating plate made of a heat conductive material on the surface of the first circuit board on which the semiconductor element is mounted.
さらに放熱板を備えることにより、貫通孔の内壁を覆う熱伝導性材料から放熱板に熱が伝わり、放熱板からも発熱素子の熱を大気へ放出することができ、より放熱効率を高めることができる。 Furthermore, by providing a heat sink, heat can be transferred from the thermally conductive material covering the inner wall of the through hole to the heat sink, and the heat of the heating element can be released from the heat sink to the atmosphere, further improving the heat dissipation efficiency. it can.
本発明に係る半導体素子パッケージは、上記第1回路基板における半導体素子を搭載するための面に、熱伝導性材料により構成されたヒートシンクを備えていることが好ましい。 The semiconductor element package according to the present invention preferably includes a heat sink made of a heat conductive material on a surface of the first circuit board on which the semiconductor element is mounted.
表面積の大きいヒートシンクを備えることにより、貫通孔の内壁を覆う熱伝導性材料からヒートシンクに熱が伝わり、ヒートシンクからも発熱素子の熱を大気へ放出することができ、より放熱効率を高めることができる。このように、周囲の空気に対する熱伝導層の接触面積を増加させることにより、放熱効率の向上を図ることができる。すなわち、回路基板の上面に高い熱伝導率を有するCu等により構成されたヒートシンクを備えることにより、周囲の空気に対する熱伝導層の接触面積を増加させることができ、さらに放熱効率の向上を図ることができる。 By providing a heat sink with a large surface area, heat can be transferred from the heat conductive material covering the inner wall of the through hole to the heat sink, and the heat of the heating element can also be released from the heat sink to the atmosphere, and the heat dissipation efficiency can be further improved. . As described above, the heat radiation efficiency can be improved by increasing the contact area of the heat conducting layer with the surrounding air. That is, by providing a heat sink made of Cu or the like having a high thermal conductivity on the upper surface of the circuit board, the contact area of the heat conductive layer with the surrounding air can be increased, and the heat dissipation efficiency can be further improved. Can do.
本発明に係る半導体素子パッケージは、上記第1回路基板に搭載された上記半導体素子を封止するモールド樹脂の上面よりも、ヒートシンクの上面を低く形成することが好ましい。 In the semiconductor element package according to the present invention, the upper surface of the heat sink is preferably formed lower than the upper surface of the mold resin for sealing the semiconductor element mounted on the first circuit board.
モールド樹脂の上面よりもヒートシンクの上面が低く形成されることにより、モールド樹脂の高さに合わせて半導体パッケージの実装体積を決定することができ、後から取り付けるヒートシンクの高さが原因で、半導体パッケージの実装体積が大きくなるという問題を回避することができる。また、モールド樹脂そのものにヒートシンク用メタル部材を取り付ける従来の半導体素子パッケージの放熱実装構造に比べ、実装高さを低くすることができる。 By forming the upper surface of the heat sink lower than the upper surface of the mold resin, the mounting volume of the semiconductor package can be determined according to the height of the mold resin. It is possible to avoid the problem of an increase in the mounting volume. Further, the mounting height can be reduced as compared with the conventional heat dissipating mounting structure of the semiconductor element package in which the heat sink metal member is attached to the mold resin itself.
本発明に係る半導体素子パッケージは、上記第1回路基板における半導体素子を搭載するための面に、熱伝導性材料により構成されたヒートパイプを備えることができる。 The semiconductor element package according to the present invention can include a heat pipe made of a heat conductive material on a surface on which the semiconductor element is mounted on the first circuit board.
伝熱効率の良いヒートパイプを備えることにより、貫通孔の内壁を覆う熱伝導性材料からヒートパイプに熱が伝わり、ヒートパイプを介して放熱することにより、より放熱効率を高めることができる。 By providing the heat pipe with good heat transfer efficiency, heat is transferred from the heat conductive material covering the inner wall of the through hole to the heat pipe, and the heat dissipation efficiency can be further improved by radiating heat through the heat pipe.
本発明に係る半導体素子パッケージは、上記ヒートパイプの内部に、該ヒートパイプの長手方向に沿って、一つ以上の貫通孔が連通して形成されていることが好ましい。 In the semiconductor element package according to the present invention, it is preferable that one or more through holes are formed in the heat pipe along the longitudinal direction of the heat pipe.
ヒートパイプの内部に、該ヒートパイプの長手方向に沿って、一つ以上の貫通孔を有することにより、該貫通孔の内部に以下に示す水等の液体を封入することができる。 By providing one or more through holes in the heat pipe along the longitudinal direction of the heat pipe, the following liquid such as water can be sealed in the through hole.
本発明に係る半導体素子パッケージは、上記貫通孔の内部は、真空に保たれると共に、水、代替フロン、アンモニアからなる群から選択されるひとつの物質が封入されていることが好ましい。 In the semiconductor device package according to the present invention, it is preferable that the inside of the through hole is kept in a vacuum and one substance selected from the group consisting of water, alternative chlorofluorocarbon, and ammonia is enclosed.
ヒートパイプの半径方向における下端部と放熱板の上面とが接合しているため、回路基板の熱がヒートパイプに伝わり、ヒートパイプから外部に放熱される。具体的には、ヒートパイプが回路基板から熱を受け、その熱によってヒートパイプの内部の液体(水、代替フロン、アンモニア等)が蒸発、気化する。そして、気化の際に気化熱として熱を取り込み、その後、低温部において冷却され液体に戻る。これを繰り返すことにより、回路基板の熱を連続的に冷却することができる。 Since the lower end portion in the radial direction of the heat pipe and the upper surface of the heat radiating plate are joined, the heat of the circuit board is transmitted to the heat pipe and is radiated to the outside from the heat pipe. Specifically, the heat pipe receives heat from the circuit board, and liquid (water, alternative chlorofluorocarbon, ammonia, etc.) inside the heat pipe is evaporated and vaporized by the heat. And heat is taken in as vaporization heat at the time of vaporization, and after that, it cools in a low temperature part and returns to a liquid. By repeating this, the heat of the circuit board can be continuously cooled.
本発明に係る半導体素子パッケージは、上記第1回路基板に搭載された上記半導体素子を封止するモールド樹脂の上面よりも、上記ヒートパイプの半径方向における上端部が低いことが好ましい。 In the semiconductor element package according to the present invention, it is preferable that an upper end portion in the radial direction of the heat pipe is lower than an upper surface of a mold resin for sealing the semiconductor element mounted on the first circuit board.
モールド樹脂の上面よりもヒートパイプの半径方向における上端部が低く形成されることにより、モールド樹脂の高さに合わせて半導体パッケージの実装体積を決定することができ、後から取り付けるヒートパイプの高さが原因で、半導体パッケージの実装体積が大きくなるという問題を回避することができる。また、モールド樹脂そのものにヒートシンク用メタル部材を取り付ける従来の半導体素子パッケージの放熱実装構造に比べ、実装高さを低くすることができる。 By forming the upper end of the heat pipe in the radial direction lower than the upper surface of the mold resin, the mounting volume of the semiconductor package can be determined according to the height of the mold resin, and the height of the heat pipe to be attached later Therefore, the problem that the mounting volume of the semiconductor package becomes large can be avoided. Further, the mounting height can be reduced as compared with the conventional heat dissipating mounting structure of the semiconductor element package in which the heat sink metal member is attached to the mold resin itself.
本発明に係る実装基板は、本実施の形態に係る半導体素子パッケージを含む実装するための第1実装基板、および該実装基板の最下層をなす第2実装基板を少なくとも含む複数の実装基板と、上記複数の実装基板の間に介在され、熱伝導性材料により構成される第二熱導電層とを備え、該第1実装基板と該サーマルボールとの接合面と、該第二熱伝導層とが、熱伝導性材料によって接続されていることを特徴としている。 A mounting substrate according to the present invention includes a plurality of mounting substrates including at least a first mounting substrate for mounting including the semiconductor element package according to the present embodiment, and a second mounting substrate constituting the lowermost layer of the mounting substrate; A second thermal conductive layer that is interposed between the plurality of mounting substrates and is made of a thermally conductive material, a bonding surface between the first mounting substrate and the thermal ball, the second thermal conductive layer, Are connected by a thermally conductive material.
実装基板に複数の発熱素子が搭載された場合に、前記構成により第二熱伝導層に発熱素子の熱を導くことにより、第二熱伝導層を補助熱伝導層として用い、第二熱伝導層が有する広い面積を活用して周囲の空気と熱交換をするため、放熱面積を大幅に向上させることができる。その結果、発熱素子から放出される熱に対して極めて高い放熱効果を得ることができ、より効率よく、そして速やかに発熱素子の熱を外部に放出することができる。さらに、ヒートシンク、あるいはヒートパイプを利用して放熱することにより、従来の放熱実装構造に比べ格段に放熱効率の高い実装基板の放熱実装構造を提供することができる。また、本構造であれば、発熱素子ごとの発熱量が異なる場合に、第二熱伝導層、サーマルボール、貫通孔、第一熱伝導層、ヒートパイプ、及びヒートシンクを介して各回路基板にに熱を移動させることもでき、それによって局所的な畜熱を防ぐことができる。そして、本実施の形態に係る放熱実装構造を用いて各回路基板から放熱することにより、より効率よく放熱することができる。 When a plurality of heat generating elements are mounted on the mounting substrate, the second heat conductive layer is used as an auxiliary heat conductive layer by guiding the heat of the heat generating elements to the second heat conductive layer by the above configuration, and the second heat conductive layer Since the heat exchange with the surrounding air is performed utilizing the wide area of the heat dissipation area, the heat radiation area can be greatly improved. As a result, an extremely high heat dissipation effect can be obtained with respect to the heat released from the heat generating element, and the heat of the heat generating element can be released to the outside more efficiently and quickly. Furthermore, by dissipating heat using a heat sink or a heat pipe, it is possible to provide a heat dissipating mounting structure for a mounting substrate that has a much higher heat dissipating efficiency than conventional heat dissipating mounting structures. Also, with this structure, when the amount of heat generated by each heating element is different, each circuit board is connected to each circuit board via the second heat conductive layer, thermal ball, through hole, first heat conductive layer, heat pipe, and heat sink. Heat can also be transferred, thereby preventing local animal heat. And it can radiate more efficiently by radiating heat from each circuit board using the radiating mounting structure concerning this embodiment.
本発明に係る半導体素子パッケージは、以上のように、上記半導体素子を搭載するための第1回路基板、およびサーマルボールを搭載するための第2回路基板を少なくとも含む複数の回路基板と、上記複数の回路基板の間に介在され、熱伝導性材料により構成される第一熱導電層とを備え、上記複数の回路基板および上記第一熱導電層を貫通する貫通孔が形成され、上記貫通孔の内壁は、熱伝導性材料によって覆われているため、効率よく、かつ速やかに発熱素子の熱を外部に放出することができるという効果を奏する。 As described above, the semiconductor element package according to the present invention includes a plurality of circuit boards including at least a first circuit board for mounting the semiconductor elements and a second circuit board for mounting a thermal ball, and the plurality of the circuit boards. A first thermal conductive layer interposed between the circuit boards and formed of a thermally conductive material, wherein the through holes penetrating the plurality of circuit boards and the first thermal conductive layer are formed. Since the inner wall is covered with the heat conductive material, the heat of the heating element can be efficiently and quickly released to the outside.
(実施の形態1)
図1(a)は本実施の形態に係る半導体素子パッケージの放熱実装構造1の外観図であり、図1(b)はその要部断面図である。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などを適宜異ならせて表示してある。また、本発明が以下の各実施の形態に限定されるものではないのは勿論である。
(Embodiment 1)
FIG. 1A is an external view of a heat
図1(a)に基づいて、半導体素子パッケージの放熱実装構造1を説明する。図1(a)が示すように、半導体素子パッケージの放熱実装構造1は、発熱素子2(半導体素子)と、回路基板3a〜3c(回路基板)と、サーマルボール4(サーマルボール)と、サーマルビア放熱孔5(貫通孔)と、第一熱伝導層6a・6b(第一熱伝導層)と、放熱板7(放熱板)と、を含む。
Based on FIG. 1A, a heat
エポキシ樹脂、ガラスクロス、配線材料によって形成される矩形状の回路基板3a〜3cは、それぞれ長さと幅が同一である。矩形状の第一熱伝導層6a・6bは、熱伝導率が高い銅(Cu)等によって形成されている。第一熱伝導層6aは回路基板3aと3bとの間に、第一熱伝導層6bは回路基板3bと3cとの間に積層されている。そして、図1(a)が示すように、上から回路基板3a、第一熱伝導層6a、回路基板3b、第一熱伝導層6b、回路基板3c、の順に積層されている。最上面に位置する回路基板3aの上面中央部には、矩形状の発熱素子2が搭載されている。なお、発熱素子2の図示しない電極と回路基板3aの図示しない電極とが図示しないバンプによって直接電気的・機械的に接続されている。また、半導体素子2と回路基板3aとの間隙には上記バンプを覆うアンダーフィルが配置されていてもよい。
The
次に、サーマルビア放熱孔5について、図1(c)に基づいて説明する。図1(c)は、図1(a)から放熱板7を省略した図である。
Next, the thermal via
図1(c)が示すように、回路基板3aの上面であって、発熱素子2と回路基板3aとの重なり合わない領域には、複数の同径のサーマルビア放熱孔5が形成されている。そして、サーマルビア放熱孔5は、回路基板3aの外縁と平行に二列に並んで形成されており、すべてのサーマルビア放熱孔5は、回路基板3aの上面から回路基板3cの下面までを、回路基板3aに対して垂直に貫通している。図1(b)は放熱実装構造1の要部断面図であり、その貫通の様子が示されている。図1(b)が示すように、サーマルビア放熱孔5は、回路基板3aの上面付近の孔径が、他の箇所における孔径に比べて広く形成されている。
As shown in FIG. 1C, a plurality of thermal via heat radiation holes 5 having the same diameter are formed on the upper surface of the
なお、後述するが、サーマルビア放熱孔5の内部は、スパッタ蒸着、あるいはメッキ、またはその併用により、熱伝導率の高いCu等の材料で覆われる。また、サーマルビア放熱孔5は、内壁のみが熱伝導率の高いCu等の材料によって覆われていても、サーマルビア放熱孔5の内部全体が熱伝導率の高いCu等の材料によって充填されていてもよい。また、本実施の形態においては、サーマルビア放熱孔5は、回路基板3aの上面から回路基板3cの下面までを、回路基板3aに対して垂直に貫通しているが、必ずしも垂直である必要はなく、斜めに貫通していてもよい。
As will be described later, the inside of the thermal via
図1(a)が示すように、回路基板3aの上面には、大気に直接触れる形で放熱板7が載置されている。そして、サーマルビア放熱孔5と放熱板7とは互いに接合されている。サーマルビア放熱孔5と放熱板7との接合位置は、放熱板7がサーマルビア放熱孔5を完全に塞いでもよく、図1(a)のように、放熱板7がサーマルビア放熱孔5の一部を塞いでもよい。なお、本明細書において、“サーマルビア放熱孔5と放熱板7とが接合している”とは、サーマルビア放熱孔5に内在する熱伝導率の高いCu等の材料と、放熱板7とが接合していることを表す。サーマルビア放熱孔5と他の構成要素との接合も同様である。また、本実施の形態においては、サーマルビア放熱孔5と放熱板7とは互いに接合しているが、サーマルビア放熱孔5の熱が伝わる距離に放熱板7を配置するのであれば、サーマルビア放熱孔5と放熱板7とは必ずしも互いに接合している必要はない。
As shown in FIG. 1A, a
上述したように、サーマルビア放熱孔5は、回路基板3aの上面から回路基板3cの下面までを貫通しており、回路基板3cの底面(第二主面)において、サーマルビア放熱孔5とサーマルボール4とが接合している。従って、サーマルビア放熱孔5とサーマルボール4の数量は一致している。このように、サーマルビア放熱孔5は、回路基板3a〜3cと、第一熱伝導層6a・6bと、放熱板7と、サーマルボール4と、に接合されている。なお、本実施の形態ではサーマルビア放熱孔5とサーマルボール4との数量は一致しているが、必ずしも数量は一致している必要はなく、サーマルボール4の数がサーマルビア放熱孔5の数より多くてもよい。また、複数のサーマルビア放熱孔5の直径はそれぞれ異なっていてもよい。また、本実施の形態のように、サーマルビア放熱孔5は、回路基板3aの上面であって、発熱素子2と回路基板3aとの重なり合わない領域に二列に並んで形成されている必要はなく、実施の形態に応じて配置を変更することができる。
As described above, the thermal via
次に、半導体素子パッケージの放熱実装構造1の形成方法を説明する。この方法により、放熱実装構造1を有する、高密度実装が可能な高多層プリント基板を製造することができる。
Next, a method for forming the heat
半導体素子パッケージの放熱実装構造1の形成方法であるが、まず、回路基板3cの上面に第一熱伝導層6bを積層する。そして、第一熱伝導層6bの上面に回路基板3bを積層する。次に、回路基板3bの上面に第一熱伝導層6aを積層する。続いて、第一熱伝導層6aの上面に、配線回路を形成した回路基板3aを積層する。このように積層された回路基板3a〜3c、及び第一熱伝導層6a・6bに対して、ドリル、あるいはレーザーによって所定の位置を穿孔する。その穿孔部の内部は、スパッタ蒸着、あるいはメッキ、またはその併用により、熱伝導率の高いCu等の材料で覆われる。このようにしてサーマルビア放熱孔5の内部に熱伝導率の高い材料が充填される。若しくは、サーマルビア放熱孔5は、内壁のみが熱伝導率の高いCu等の材料によって覆われてもよい。
In the method for forming the heat
なお、回路基板3aの上面付近におけるサーマルビア放熱孔5の孔径は、他の箇所における孔径に比べてより広く形成されている。これは、サーマルビア放熱孔5と放熱板7との接合面積を大きくして、サーマルビア放熱孔5から放熱板7への放熱量を増やすためである。但し、孔径は上記仕様に限定する必要はなく、同一の孔径で形成されていてもよい。
In addition, the hole diameter of the thermal via
さらに、図1(a)では、放熱実装構造1は放熱板7を含んでいるが、実施の形態に応じて、図1(c)のように、放熱板7を含まないケースが適用されることもある。
Further, in FIG. 1A, the heat
上記の方法によってサーマルビア放熱孔5を形成した後に、放熱板7とサーマルビア放熱孔5とを接合する。最後に、回路基板3cの下面において、サーマルビア放熱孔5とサーマルボール4とを接合し、回路基板3cにサーマルボール4を実装する。以上の方法によって、放熱実装構造1を有する、高密度実装が可能な高多層プリント基板を製造することができる。
After the thermal via
このように、放熱実装構造1を有する多層基板は、回路基板3a〜3cと第一熱伝導層6a・6bとが積層され、放熱板7とサーマルビア放熱孔5とが接合されている。本実施の形態においては考慮していないが、回路基板3a〜3cに配線パターンが形成され、その間の電気的接続が必要となる場合は、サーマルビア放熱孔5を介して電気的接続が行われる。また、上述したように、サーマルビア放熱孔5の開口手段としては、一般的にはドリル、あるいはレーザーが使われる。
Thus, in the multilayer substrate having the heat
図1(a)に基づいて、半導体素子パッケージの放熱実装構造1による放熱経路を説明する。
Based on FIG. 1A, a heat dissipation path by the heat
まず、半導体素子(発熱素子2)を有するデバイスが稼動することにより、発熱素子2が発熱する。発熱素子2の下面と回路基板3aの上面とは対向しており、電極間がバンプにより電気的・機械的に接続されている。従って、発熱素子2からの放熱経路はおもに四通り存在する。第一の放熱経路は、発熱素子2から直接大気に放熱される放熱経路である。第二〜四の放熱経路は、発熱素子2から放出された熱が、発熱素子2からバンプを介して回路基板3aに伝わり、さらにその熱がサーマルビア放熱孔5から第一熱伝導層6a・6bに伝達され、そして第一熱伝導層6a・6bの側面端面から大気へ放出される放熱経路(第二の放熱経路)、サーマルビア放熱孔5からサーマルボール4を介して図示しない実装基板に熱が伝わり、実装基板から大気へ放出される放熱経路(第三の放熱経路)、及びサーマルビア放熱孔5から放熱板7に熱が伝わり、放熱板7から大気へ放出される放熱経路(第四の放熱経路)、である。
First, when a device having a semiconductor element (heating element 2) is operated, the
より具体的に、第二〜四の放熱経路について説明する。 More specifically, the second to fourth heat radiation paths will be described.
第二〜四の放熱経路では、まず発熱素子2からバンプを介して回路基板3aに熱が伝わり、その熱がサーマルビア放熱孔5に伝わる。サーマルビア放熱孔5の内部は、スパッタ蒸着、あるいはメッキまたはその併用により、熱伝導率の高いCu等の材料で覆われている。従って、サーマルビア放熱孔5の内部において、熱の移動は速やかに行われる。つまり、回路基板3aからサーマルビア放熱孔5へ伝わった熱は、速やかに第一熱伝導層6a・6b、及びサーマルボール4に伝わる。その後、大気に露出している第一熱伝導層6a・6bの側面端面にまで熱が伝わり、そこから大気へ放熱される(第二の放熱経路)。
In the second to fourth heat dissipation paths, first, heat is transmitted from the
第三の放熱経路は、サーマルビア放熱孔5からサーマルボール4へ熱が伝わり、サーマルボール4から図示しない実装基板に熱が伝わり、最後に実装基板から大気へ放熱される放熱経路である。
The third heat radiation path is a heat radiation path through which heat is transmitted from the thermal via
第四の放熱経路は、サーマルビア放熱孔5から放熱板7に伝わり、放熱板7から大気へ放熱される放熱経路である。
The fourth heat radiation path is a heat radiation path that is transmitted from the thermal via
このように、発熱素子2から放出された熱の放熱経路は、発熱素子2から直接大気へ放出される第一の放熱経路、第一熱伝導層6a・6bから大気へ放出される第二の放熱経路、実装基板から大気へ放出される第三の放熱経路、及び放熱板7から大気へ放出される第四の放熱経路、の四つの放熱経路が存在する。
Thus, the heat radiation path of the heat released from the
図1(a)に基づいて、半導体素子パッケージの放熱実装構造1による放熱効果を説明する。
Based on FIG. 1A, the heat dissipation effect by the heat
本実施の形態に係る半導体素子パッケージの放熱実装構造1は、サーマルビア放熱孔5が、回路基板3aの上面から回路基板3cの下面までを、回路基板3aに対して垂直に貫通している。そして、サーマルビア放熱孔5の内部は、熱伝導率の高いCu等が充填されており、回路基板3a〜3c及び第一熱伝導層6a・6bと接合している。さらに、サーマルビア放熱孔5とサーマルボール4とが、回路基板3cの下面において接合している。つまり、サーマルビア放熱孔5が、第一熱伝導層6a・6bおよびサーマルボール4と接合することにより、半導体素子パッケージの放熱実装構造1においては、発熱素子2から放出された熱が効率よく、そして速やかに外部に放出される。このように、放熱実装構造1を適用することにより、発熱素子2の周囲に熱が蓄積されるのを防ぐことができる。
In the semiconductor device package heat
さらに、回路基板3aの上面には、大気に直接触れる形で放熱板7が載置されており、放熱板7は、熱伝導性の高いCu等によって形成されている。そして、サーマルビア放熱孔5と放熱板7とが接合している。このため、発熱素子2から放出された熱がサーマルビア放熱孔5を介して速やかに放熱板7に伝わり、放熱板7から効率よく大気へ放熱される。このように、放熱板7から大気へ放熱する放熱経路が存在するため、放熱実装構造1は、さらに放熱効率を高めることができる。
Further, a
このように、半導体素子パッケージの放熱実装構造1は、サーマルビア放熱孔5、第一熱伝導層6a・6b、放熱板7、及びサーマルボール4を介して放熱を行うため、従来の半導体素子パッケージの放熱実装構造に比べ、発熱素子2の熱を回路基板3の外部に効率よく、そして速やかに放出することができる。従って、発熱素子2から放出された熱が回路基板3a〜3c、及びその周囲部分に溜まるおそれを少なくすることができる。
(実施の形態2)
図2は、本実施の形態に係る半導体素子パッケージの他の放熱実装構造10の外観図である。図2に基づいて、半導体素子パッケージの放熱実装構造10について説明する。図2が示すように、回路基板3aの上面にはモールド樹脂11が載置されており、図示しない発熱素子はモールド樹脂11の内部に封止されている。そして、発熱素子と回路基板3aとは、図示しないワイヤによって電気的に接続されており、ワイヤもモールド樹脂11の内部に封止されている。なお、図1(a)・(b)を参照して前述した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。従って、これらの構成要素の詳細な説明は省略する。
As described above, the heat
(Embodiment 2)
FIG. 2 is an external view of another heat
図2に基づいて、半導体素子パッケージの放熱実装構造10による放熱経路を説明する。
Based on FIG. 2, the heat dissipation path by the heat
まず、半導体素子(発熱素子)を有するデバイスが稼動することにより、発熱素子が発熱する。発熱素子はモールド樹脂11に封止されていることから、発熱素子からの放熱経路はおもに四通り存在する。つまり、第一の放熱経路は、発熱素子からモールド樹脂11へ熱が伝わり、モールド樹脂11から直接大気に放熱される放熱経路である。第二〜四の放熱経路は、発熱素子から放出された熱が、発熱素子からモールド樹脂11を介して回路基板3aに放熱され、その熱がサーマルビア放熱孔5に伝わり、サーマルビア放熱孔5を介して第一熱伝導層6a・6bの側面端面から放熱される放熱経路(第二の放熱経路)、サーマルビア放熱孔5からサーマルボール4に熱が伝わり、サーマルボール4から図示しない実装基板に熱が伝わり、実装基板から放熱される放熱経路(第三の放熱経路)、及びサーマルビア放熱孔5から放熱板7に熱が伝わり、放熱板7から大気へ放熱される放熱経路(第四の放熱経路)、である。
First, when a device having a semiconductor element (heating element) is operated, the heating element generates heat. Since the heat generating element is sealed with the
なお、図1(a)を参照して前述した半導体素子パッケージの放熱実装構造1に係る第一の放熱経路と、半導体素子パッケージの放熱実装構造10に係る第一の放熱経路とは、発熱素子から放出された熱が、発熱素子から直接大気へ放熱されるか、あるいはモールド樹脂11を介して大気へ放熱されるか、の相違点があるのみである。また、半導体素子パッケージの放熱実装構造1に係る第二〜四の放熱経路と、半導体素子パッケージの放熱実装構造10に係る第二〜四の放熱経路とは、発熱素子から放出された熱が、バンプもしくはアンダーフィルを介して回路基板3aに放熱されるか、あるいは回路基板3aに接続された発熱素子の裏面、もしくはモールド樹脂11を介して回路基板3aに放熱されるかの相違点があるのみである。従って、半導体素子パッケージの放熱実装構造10に係る第一〜四の放熱経路についての詳細な説明、及び半導体素子パッケージの放熱実装構造10による放熱効果についての詳細な説明は省略する。
(実施の形態3)
図3は、本実施の形態に係る他の半導体素子パッケージの放熱実装構造20の外観図である。図3に基づいて、半導体素子パッケージの放熱実装構造20について説明する。図3が示すように、半導体素子パッケージの放熱実装構造20では、放熱板7の上面に円筒形のヒートパイプ21が横たわるように載置されている。より具体的には、ヒートパイプ21は、モールド樹脂11を囲むように回路基板3aの上面に載置されており、回路基板3aとモールド樹脂11との重なり合わない領域の大部分を占めて載置されている。ヒートパイプ21は、Cu等の熱伝導率の高い材料によって形成されている。そして、断面22・23に示されるように、内部には複数の貫通孔が形成されている。その貫通孔は、ヒートパイプ21の長手方向に亘って連通した状態で形成されている。従って、断面22と断面23とに示される貫通孔の数量、及び断面における位置は同一である。その貫通孔の内部は真空に保たれており、水、若しくは代替フロンが封入されている。
The first heat dissipation path according to the heat
(Embodiment 3)
FIG. 3 is an external view of a heat
また、ヒートパイプ21の半径方向における上端部は、モールド樹脂11の上面より低くなるように設置されている。なお、図1(a)・(b)、及び図2を参照して前述した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。従って、これらの構成要素の詳細な説明は省略する。なお、ヒートパイプ21に形成される貫通孔は複数であっても、単数であってもよい。さらに、図3ではヒートパイプ21が放熱板7の上面に載置されているが、放熱板7に載置せず、直接サーマルビア放熱孔5、あるいは回路基板3aの上面に載置することもできる。また、ヒートパイプ21は必ずしも円筒形である必要はなく、直方体形状等の形状であってもよい。
Further, the upper end portion of the
図3に基づいて、半導体素子パッケージの放熱実装構造20による放熱経路を説明する。
Based on FIG. 3, the heat dissipation path by the heat
半導体素子パッケージの放熱実装構造20は、半導体素子パッケージの放熱実装構造10について説明した四つの放熱経路を有するが、さらに第五の放熱経路を有する。つまり第五の放熱経路とは、ヒートパイプ21の半径方向における下端部と放熱板7の上面とが接合しているため、放熱板7の熱がヒートパイプ21に伝わり、ヒートパイプ21から外部に放熱される経路である。具体的には、ヒートパイプ21が放熱板7から熱を受け、その熱によってヒートパイプ21の内部の液体(水、代替フロン等)が蒸発、気化する。そして、気化の際に気化熱として熱を取り込み、その後、図示しない低温部において冷却され液体に戻る。これを繰り返すことにより、放熱板7の熱を連続的に冷却する。なお、図3では断面22・23によって示される位置から、図示しない低温部に向かってヒートパイプ21が延びており、ヒートパイプ21の内部の液体(水、代替フロン等)が低温部とヒートパイプ21の内部とを循環する構成となっている。しかしながら、ヒートパイプ21が低温部に向かう位置は断面22・23によって示される位置に限定されるものではなく、他の位置に変更することももちろん可能である。
The semiconductor device package heat
半導体素子パッケージの放熱実装構造20に係るその他の放熱経路についての詳細な説明は、図1及び図2を参照して前述した半導体素子パッケージの放熱実装構造10に係る放熱経路と同一である。従って、これらの放熱経路の詳細な説明は省略する。
The detailed description of the other heat dissipation path related to the heat
図3に基づいて、半導体素子パッケージの放熱実装構造20による放熱効果を説明する。
Based on FIG. 3, the heat dissipation effect by the heat
本実施の形態に係る半導体素子パッケージの放熱実装構造20は、Cu等の熱伝導率の高い材料によって形成されたヒートパイプ21と放熱板7とが接合しているため、放熱板7の熱がヒートパイプ21に伝わり、その熱がヒートパイプ21から上記の放熱経路を介して放出される。従って、半導体素子パッケージの放熱実装構造20は、ヒートパイプ21を有しない半導体素子パッケージの放熱実装構造1・10に比べ、より効率よく、そして速やかに外部に熱を放出することができ、回路基板3a〜3c、及びその周囲部分に熱を溜めてしまうおそれを軽減することができる。このように、放熱板7にヒートパイプ21を接合することにより、半導体素子パッケージの放熱性をより高めることができる。
In the heat
なお、半導体素子パッケージの放熱実装構造20では、発熱素子をモールド樹脂11で封止しているが、ヒートパイプ21の半径方向における上端部の高さをモールド樹脂11の高さより低く形成することが好ましい。それにより、モールド樹脂11そのものにヒートシンク用メタル部材を取り付ける従来の半導体素子パッケージの放熱実装構造より実装体積を減らすことができる。このように、ヒートパイプ21を用いることによって、さらに熱交換効率を高めた半導体素子パッケージの放熱実装構造を実現することができ、かつ従来の半導体素子パッケージの放熱実装構造より実装体積を減らすことができる。
(実施の形態4)
図4は、本実施の形態に係る他の半導体素子パッケージの放熱実装構造30の外観図である。図4に基づいて、半導体素子パッケージの放熱実装構造30について説明する。図4が示すように、半導体素子パッケージの放熱実装構造30には、回路基板3aの上面であって、モールド樹脂11と回路基板3aとの重なり合わない領域に、熱伝導性の高いCu等によって形成されたヒートシンク31が取り付けられている。ヒートシンク31の上面の高さはモールド樹脂11の上面の高さよりわずかに低く、ヒートシンク31の長さと幅は、回路基板3aの長さと幅と同一である。そして、ヒートシンク31は、回路基板3a、及びサーマルビア放熱孔5と接合している。なお、本実施の形態においては、ヒートシンク31の長さと幅は回路基板3aの長さと幅と同一であるが、必ずしも同一にする必要はない。
In the heat
(Embodiment 4)
FIG. 4 is an external view of a heat
図4に基づいて、半導体素子パッケージの放熱実装構造30による放熱経路を説明する。
Based on FIG. 4, a heat dissipation path by the heat
半導体素子パッケージの放熱実装構造30は、半導体素子パッケージの放熱実装構造10の第一〜三の放熱経路と同一の三つの放熱経路を有するが、さらに別の放熱経路を有する。つまり、ヒートシンク31の底面と回路基板3a及びサーマルビア放熱孔5とが接合しているため、回路基板3a及びサーマルビア放熱孔5の熱がヒートシンク31に伝わり、その熱が、ヒートシンク31の表面から大気に放出される。なお、半導体素子パッケージの放熱実装構造30に係る第一〜三の放熱経路についての詳細な説明は、図1(a)、及び図2を参照して前述した半導体素子パッケージの放熱実装構造10に係る第一〜三の放熱経路と同一である。従って、これらの放熱経路の詳細な説明は省略する。
The heat
図4に基づいて、半導体素子パッケージの放熱実装構造30による放熱効果を説明する。
Based on FIG. 4, the heat dissipation effect by the heat
本実施の形態に係る半導体素子パッケージの放熱実装構造30は、Cu等の熱伝導率の高い材料によって形成されたヒートシンク31と回路基板3a及びサーマルビア放熱孔5とが接合しているため、回路基板3a及びサーマルビア放熱孔5の熱がヒートシンク31に伝わり、その熱がヒートシンク31から直接大気へ放出される。ヒートシンク31を取り付けることにより、放熱板7及びヒートシンク31の大気に露出している部分の表面積は、放熱板7のみが大気に露出している場合の放熱板7の表面積に比べ著しく大きくなる。従って、半導体素子パッケージの放熱実装構造30は、ヒートシンク31を有しない半導体素子パッケージの放熱実装構造1・10に比べ、より効率よく、そして速やかに外部に熱を放出することができ、回路基板3a〜3c、及びその周囲部分に熱を溜めてしまうおそれを軽減することができる。このように、回路基板3a及びサーマルビア放熱孔5にヒートシンク31を接合することにより、半導体素子を搭載した回路基板の放熱性をより高めることができる。
In the semiconductor device package heat
なお、半導体素子パッケージの放熱実装構造30では、発熱素子はモールド樹脂11によって封止されているが、ヒートシンク31の上面の高さをモールド樹脂11の上面の高さより低く形成することが好ましい。それにより、モールド樹脂11そのものにヒートシンク用メタル部材を取り付ける従来の半導体素子パッケージの放熱実装構造より実装体積を減らすことがでる。このように、ヒートシンク31を用いることにより、さらに熱交換効率を高めた半導体素子パッケージの放熱実装構造を実現することができ、かつ従来の半導体素子パッケージの放熱実装構造より実装体積を減らすことができる。
(実施の形態5)
図5は、本実施の形態に係る実装基板の放熱実装構造40の外観図である。図5に基づいて、実装基板の放熱実装構造40について説明する。
In the heat
(Embodiment 5)
FIG. 5 is an external view of the mounting board heat dissipating mounting
実施の形態1〜4に係る半導体素子パッケージの放熱実装構造は、半導体素子(発熱素子)が1台搭載された半導体素子パッケージの放熱実装構造に関するものであった。しかし、通常は、実装基板には複数の発熱素子が混在して搭載される。従って、当然のことながら、搭載される発熱素子の数量に応じて放熱効率は変化する。本実施の形態5に係る実装基板の放熱実装構造40は、発熱素子が複数搭載された半導体素子パッケージに好適な実装基板の放熱実装構造である。
The heat dissipation mounting structure of the semiconductor element package according to the first to fourth embodiments relates to the heat dissipation mounting structure of the semiconductor element package on which one semiconductor element (heat generating element) is mounted. However, normally, a plurality of heating elements are mixedly mounted on the mounting board. Therefore, as a matter of course, the heat radiation efficiency varies depending on the number of heating elements to be mounted. The mounting substrate heat dissipating mounting
図5が示すように、実装基板41の上面には半導体素子パッケージ45と半導体素子パッケージ46とが搭載されている。半導体素子パッケージ45は、半導体素子パッケージの放熱実装構造30を有する。半導体素子パッケージ46は、従来の半導体素子パッケージの放熱実装構造50を有する。
As shown in FIG. 5, the
実装基板41は、基板41a(第一実装基板)と、基板41c(第二実装基板)と、第二熱伝導層41b(第二熱伝導層)と、を有する。そして、第二熱伝導層41bは、基板41aと基板41cの間に積層されている。なお、基板41a、第二熱伝導層41b、及び基板41cは、それぞれ矩形状であり、長さと幅が同一である。半導体素子パッケージ45の回路基板3cの底面、及び半導体素子パッケージ46の回路基板52の底面には複数のサーマルボール4が実装されており、サーマルボール4は実装基板41にも接合されている。つまり、半導体素子パッケージ45・46は、サーマルボール4を介して実装基板41の上面に搭載されている。
The mounting
実装基板41aとサーマルボール4との接合面は、第二熱伝導層41bと同様に、熱伝導性材料によって形成されている。そして、その接合面と、第二熱伝導層41bにおいてその接合面と対向する領域によって囲まれる熱伝導部42も、熱伝導性材料によって形成されている。
A joint surface between the mounting
なお、本実施の形態においては、第二熱伝導層は41bによって示される一層のみであるが、2層以上あってもよい。 In the present embodiment, the second heat conductive layer is only one layer indicated by 41b, but there may be two or more layers.
図5に基づいて、実装基板の放熱実装構造40による放熱経路を説明する。なお、図4を参照して前述した半導体素子パッケージの放熱実装構造30に係る第一〜四の放熱経路、及び図6を参照して前述した半導体素子パッケージの放熱実装構造50に係る放熱経路に関する説明は省略する。
Based on FIG. 5, the heat dissipation path by the heat
図5が示すように、実装基板の放熱実装構造40は、サーマルボール4から熱伝導部42を介して第二熱伝導層41bへ熱を伝える放熱経路47を有している。従って、半導体素子パッケージ45・46に搭載された発熱素子2の熱は、放熱経路47を通って第二熱伝導層41bまで伝わる。第二熱伝導層41bは実装基板41の側面端面において大気開放されており、第二熱伝導層41bに伝わった熱は、第二熱伝導層41bの側面端面から大気へ放出される。
As shown in FIG. 5, the heat
図5に基づいて、実装基板の放熱実装構造40による放熱効果を説明する。
Based on FIG. 5, the heat dissipation effect by the heat
本実施の形態に係る実装基板の放熱実装構造40では、熱伝導部42及び第二熱伝導層41bは、熱伝導率の高い材料によって形成されている。そして、半導体素子パッケージ45・46と熱伝導部42及び第二熱伝導層41bとは、複数のサーマルボール4によって接続している。従って、放熱経路47を有する実装基板の放熱実装構造40は、複数の発熱素子2から放出された熱を、サーマルボール4を介して第二熱伝導層41bに伝えることができる。その結果、複数の発熱素子2から放出された熱を、効率よく、速やかに第二熱伝導層41bから大気へ放出することができる。これにより、複数の発熱素子2の周囲に熱が蓄積されるのを防ぐことができ、回路基板3a〜3c、及びその周囲部分に熱を溜めてしまうおそれを軽減することができる。
In the heat
このように、第二熱伝導層41bを補助熱伝導層として用い、第二熱伝導層41bが有する広い面積を活用して周囲の空気と熱交換をするため、放熱面積を大幅に向上させることができる。その結果、発熱素子2から放出される熱に対して極めて高い放熱効果を得ることができる。
In this way, the second
また、本構造であれば、発熱素子2ごとに発熱量が異なる場合に、第二熱伝導層41b、サーマルボール4、サーマルビア放熱孔5、第一熱伝導層6a、ヒートシンク31、あるいは図示しないヒートパイプを介して各回路基板に均一に熱を移動させることもでき、それによって局所的な畜熱を防ぐことができる。そして、実施の形態1〜4に係る放熱実装構造を用いて各回路基板から放熱することにより、より効率よく放熱することができる。
Further, in the case of this structure, when the heat generation amount differs for each
本発明は、半導体素子、あるいは半導体素子を封止するモールド樹脂が搭載された半導体素子パッケージ、及び前記半導体素子パッケージを搭載する実装基板に関するものである。より具体的には、前記半導体素子パッケージの放熱実装構造、及び前記実装基板の放熱実装構造に適用することができる。 The present invention relates to a semiconductor element or a semiconductor element package on which a mold resin for sealing the semiconductor element is mounted, and a mounting substrate on which the semiconductor element package is mounted. More specifically, the present invention can be applied to the heat dissipation mounting structure of the semiconductor element package and the heat dissipation mounting structure of the mounting substrate.
1 半導体素子パッケージの放熱実装構造
2 発熱素子(半導体素子)
3 回路基板
3a 回路基板(第1回路基板)
3b 回路基板
3c 回路基板(第2回路基板)
4 サーマルボール
5 サーマルビア放熱孔(貫通孔)
6a、6b 第一熱伝導層
7 放熱板
10 半導体素子パッケージの放熱実装構造
11 モールド樹脂
20 半導体素子パッケージの放熱実装構造
21 ヒートパイプ
22、23 断面
30 半導体素子パッケージの放熱実装構造
31 ヒートシンク
40 実装基板の放熱実装構造
41 実装基板
41a 実装基板(第1実装基板)
41c 基板基板(第2実装基板)
41b 第二熱伝導層
42 熱伝導部
45、46 半導体素子パッケージ
47 放熱経路
50 半導体素子パッケージの放熱実装構造
51 サーマルボール
52 回路基板
53 実装基板
54 発熱素子
55 モールド樹脂
56 ワイヤ
57、58 放熱経路
60 半導体素子パッケージの放熱実装構造
61 バンプ
62、63 放熱経路
1 Semiconductor Device Package Heat
3
4
6a, 6b 1st heat
41c Substrate substrate (second mounting substrate)
41b Second
Claims (9)
上記半導体素子を搭載するための第1回路基板、およびサーマルボールを搭載するための第2回路基板を少なくとも含む複数の回路基板と、
上記複数の回路基板の間に介在され、熱伝導性材料により構成される第一熱導電層とを備え、
上記複数の回路基板および上記第一熱導電層を貫通する貫通孔が形成され、
上記貫通孔の内壁は、熱伝導性材料によって覆われていることを特徴とする半導体素子パッケージ。 A semiconductor device package used for a semiconductor device,
A plurality of circuit boards including at least a first circuit board for mounting the semiconductor element and a second circuit board for mounting a thermal ball;
A first thermally conductive layer interposed between the plurality of circuit boards and configured by a thermally conductive material;
A through-hole penetrating the plurality of circuit boards and the first thermal conductive layer is formed,
A semiconductor element package, wherein an inner wall of the through hole is covered with a heat conductive material.
該実装基板は、上記サーマルボールを介して上記半導体素子パッケージを実装するための第1実装基板、および該実装基板の最下層をなす第2実装基板を少なくとも含む複数の実装基板と、
上記複数の実装基板の間に介在され、熱伝導性材料により構成される第二熱導電層とを備え、
該第1実装基板と該サーマルボールとの接合面と、該第二熱伝導層とが、熱伝導性材料によって接続されていることを特徴とする実装基板。 A mounting substrate including the semiconductor element package according to any one of claims 1 to 8,
The mounting substrate includes a plurality of mounting substrates including at least a first mounting substrate for mounting the semiconductor element package via the thermal ball, and a second mounting substrate that forms a lowermost layer of the mounting substrate;
A second thermally conductive layer interposed between the plurality of mounting substrates and configured by a thermally conductive material;
A mounting substrate, wherein a bonding surface between the first mounting substrate and the thermal ball and the second heat conductive layer are connected by a heat conductive material.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007286662A JP2009117489A (en) | 2007-11-02 | 2007-11-02 | Semiconductor device package and mounting board |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007286662A JP2009117489A (en) | 2007-11-02 | 2007-11-02 | Semiconductor device package and mounting board |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009117489A true JP2009117489A (en) | 2009-05-28 |
Family
ID=40784310
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007286662A Pending JP2009117489A (en) | 2007-11-02 | 2007-11-02 | Semiconductor device package and mounting board |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2009117489A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012164956A (en) * | 2011-01-18 | 2012-08-30 | Napura:Kk | Electronic component support device and electronic device |
| WO2014171403A1 (en) * | 2013-04-17 | 2014-10-23 | ピーエスフォー ルクスコ エスエイアールエル | Semiconductor device |
| US9704793B2 (en) | 2011-01-04 | 2017-07-11 | Napra Co., Ltd. | Substrate for electronic device and electronic device |
| CN111092074A (en) * | 2018-10-24 | 2020-05-01 | 三星电子株式会社 | Semiconductor package and method of making semiconductor package |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0338693U (en) * | 1989-08-24 | 1991-04-15 | ||
| JPH0923076A (en) * | 1995-05-12 | 1997-01-21 | Ind Technol Res Inst | Integrated circuit package consisting of multiple heat transfer paths for enhanced heat dissipation and a cap around the edges for improved package integrity and reliability |
| JPH09326450A (en) * | 1996-06-03 | 1997-12-16 | Texas Instr Japan Ltd | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
| JPH1041656A (en) * | 1996-07-23 | 1998-02-13 | Sony Corp | Wiring board device |
| JP2003258159A (en) * | 2002-02-26 | 2003-09-12 | Orient Semiconductor Electronics Ltd | Package structure for semiconductor chip |
| JP2004235280A (en) * | 2003-01-29 | 2004-08-19 | Sumitomo Metal Electronics Devices Inc | Package for storing semiconductor elements |
| JP2005183879A (en) * | 2003-12-24 | 2005-07-07 | Sumitomo Metal Electronics Devices Inc | High heat dissipation plastic package |
-
2007
- 2007-11-02 JP JP2007286662A patent/JP2009117489A/en active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0338693U (en) * | 1989-08-24 | 1991-04-15 | ||
| JPH0923076A (en) * | 1995-05-12 | 1997-01-21 | Ind Technol Res Inst | Integrated circuit package consisting of multiple heat transfer paths for enhanced heat dissipation and a cap around the edges for improved package integrity and reliability |
| JPH09326450A (en) * | 1996-06-03 | 1997-12-16 | Texas Instr Japan Ltd | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
| JPH1041656A (en) * | 1996-07-23 | 1998-02-13 | Sony Corp | Wiring board device |
| JP2003258159A (en) * | 2002-02-26 | 2003-09-12 | Orient Semiconductor Electronics Ltd | Package structure for semiconductor chip |
| JP2004235280A (en) * | 2003-01-29 | 2004-08-19 | Sumitomo Metal Electronics Devices Inc | Package for storing semiconductor elements |
| JP2005183879A (en) * | 2003-12-24 | 2005-07-07 | Sumitomo Metal Electronics Devices Inc | High heat dissipation plastic package |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9704793B2 (en) | 2011-01-04 | 2017-07-11 | Napra Co., Ltd. | Substrate for electronic device and electronic device |
| JP2012164956A (en) * | 2011-01-18 | 2012-08-30 | Napura:Kk | Electronic component support device and electronic device |
| WO2014171403A1 (en) * | 2013-04-17 | 2014-10-23 | ピーエスフォー ルクスコ エスエイアールエル | Semiconductor device |
| CN111092074A (en) * | 2018-10-24 | 2020-05-01 | 三星电子株式会社 | Semiconductor package and method of making semiconductor package |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7738249B2 (en) | Circuitized substrate with internal cooling structure and electrical assembly utilizing same | |
| US8520388B2 (en) | Heat-radiating component and electronic component device | |
| KR102005313B1 (en) | Semiconductor device | |
| JP5100878B1 (en) | Component built-in board mounting body, manufacturing method thereof, and component built-in board | |
| US11145566B2 (en) | Stacked silicon package assembly having thermal management | |
| JP2010080572A (en) | Electronic equipment | |
| US9269685B2 (en) | Integrated circuit package and packaging methods | |
| JP2012142458A (en) | Interposer and semiconductor module using the same | |
| JP5740903B2 (en) | Electronic device, semiconductor device, thermal interposer, and manufacturing method thereof | |
| JP2006210892A (en) | Semiconductor device | |
| EP1848035B1 (en) | Semiconductor device with integrated heat spreader | |
| WO1997008748A1 (en) | Chip-size package, method of manufacturing same, and second level packaging | |
| US9105562B2 (en) | Integrated circuit package and packaging methods | |
| US9425116B2 (en) | Integrated circuit package and a method for manufacturing an integrated circuit package | |
| CN105938821B (en) | Thermally enhanced heat sink | |
| KR101551279B1 (en) | Thermal vias in an integrated circuit package with an embedded die | |
| JP5357706B2 (en) | Semiconductor mounting structure | |
| JP2011035352A (en) | Semiconductor device | |
| CN101322450B (en) | IC package with internal heat dissipation structure | |
| JP2009117489A (en) | Semiconductor device package and mounting board | |
| JP6719400B2 (en) | Semiconductor package | |
| KR20060101340A (en) | Stacked Semiconductor Device | |
| JP4997954B2 (en) | Circuit board, manufacturing method thereof, and semiconductor device | |
| JP2009152284A (en) | Wiring board | |
| JP7236930B2 (en) | Heat dissipation device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100218 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20111213 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120110 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120216 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120424 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20120828 |