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JP2000114438A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Publication number
JP2000114438A
JP2000114438A JP27760898A JP27760898A JP2000114438A JP 2000114438 A JP2000114438 A JP 2000114438A JP 27760898 A JP27760898 A JP 27760898A JP 27760898 A JP27760898 A JP 27760898A JP 2000114438 A JP2000114438 A JP 2000114438A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat
package
radiator
semiconductor device
conductive material
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
Application number
JP27760898A
Other languages
English (en)
Inventor
Kunihiro Yamada
邦弘 山田
Kenichi Isobe
憲一 磯部
Takayuki Takahashi
孝行 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shin Etsu Chemical Co Ltd filed Critical Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority to JP27760898A priority Critical patent/JP2000114438A/ja
Priority to EP99307520A priority patent/EP0991120A3/en
Publication of JP2000114438A publication Critical patent/JP2000114438A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • HELECTRICITY
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    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3737Organic materials with or without a thermoconductive filler
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

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  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】放熱効率及び性能安定性に優れると共に、製造
適性にも優れた半導体装置を提供する。 【解決手段】プリント配線基板上に実装したICパッケ
ージと、そのICパッケージの表面に設けられた放熱体
とを備えている半導体装置。前記ICパッケージの表面
と放熱体との間には、2.5W/mK以上の熱伝導率を
有する熱伝導性材料が50〜500μmの厚さで配され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、プリント配線基板
上に実装されるCPU(中央演算処理装置)等の半導体
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】プリント配線基板上に実装される電子部
品であるCPU等のICパッケージは、使用時の発熱に
よる温度上昇によって性能が低下したり破損したりする
ことがあるため、ICパッケージを冷却する必要があ
る。そこで、従来、ICパッケージの発熱体本体から自
然対流によって放熱させたり、ユニット内に設けたファ
ンによる強制対流によって放熱させることが行われてい
た。
【0003】しかしながら、ICパッケージの機能が向
上するにつれて発熱量が多くなってくると、これらの方
式では放熱が不十分となり、ICパッケージが過熱され
る結果、ICパッケージの機能が低下したり破損すると
いう問題が起きてきた。そこで、放熱性を向上させるた
めに、ICパッケージの表面に放熱体を圧接する方式が
提案され、実用されている。しかしながら、単にICパ
ッケージの表面に放熱体を圧接してもICパッケージと
放熱体の圧接面に隙間が発生する結果、放熱性能を設計
通りに発揮させることはできない。
【0004】かかる欠点は、ICパッケージと放熱体と
の圧接面に、熱伝導性シートや熱伝導性グリース等の熱
伝導性材料を介在させることによって改善される。この
改善は熱伝導性材料の性能によって大きく依存すること
から、従来、この熱伝導性材料の性能を改良することに
多大の努力が払われてきた。これらの努力の結果、放熱
効率が大きく改善される一方、上記半導体装置の製品の
バラツキによる歩留りが次の課題となることが判明し
た。
【0005】
【本発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者等
は、ICパッケージの放熱効率を更に改善すると共に、
半導体装置としての製品性能を安定化すべく鋭意検討し
た結果、熱伝導性材料として、熱伝導度が2.5W/m
K以上のものを使用すると共に、該熱伝導性材料が介在
する厚みを50〜500μmの範囲とすることにより、
半導体装置としての歩留りを良好にすることができるこ
とを見出し、本発明に到達した。従って本発明の目的
は、放熱効率及び製造適性に優れた半導体装置を提供す
ることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の上記の目的は、
プリント配線基板上に実装したICパッケージと、その
ICパッケージの表面に設けられた放熱体とを備えてい
る半導体装置であって、前記ICパッケージの表面と放
熱体との間に2.5W/mK以上の熱伝導率を有する熱
伝導性材料を50〜500μmの厚さで介在させてなる
ことを特徴とする半導体装置によって達成された。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明の半導体装置の例は図1に
示されており、プリント配線基板上に実装されるICパ
ッケージと、該ICパッケージの表面に圧接される放熱
体とを備えており、前記ICパッケージと放熱体との間
に2.5W/mK以上の熱伝導度を有する熱伝導性材料
が、50〜500μmの厚さで挟み込まれたものであ
る。本発明に用いられる熱伝導性材料は、熱伝導率が
2.5W/mK以上であれば、特に限定されるものでは
ないが、特に、2.7W/mK以上であることが好まし
い。熱伝導率が2.5W/mKより小さいと十分な放熱
効果を得られない。尚、熱伝導率の測定は、京都電子工
業(株)社製QTM−500型の熱線法熱伝導率計を使
用して測定する。
【0008】また、熱伝導性材料の形態はシート状であ
ってもグリース状であっても良いが、ICパッケージと
放熱体との間に隙間を生じさせないという観点から、グ
リース状であることが好ましい。本発明においては、特
に熱伝導性の放熱用シリコーングリースを使用すること
が好ましい。
【0009】熱伝導性材料は、放熱体とプリント配線基
板上をクランプ等で締め付けることによりICパッケー
ジと放熱体の間に固定、押圧されるが、その時のICパ
ッケージと放熱体の間に挟み込まれる熱伝導性材料の厚
さは、50〜500μmの範囲であることが必要であ
る。特に、性能及び製造歩留りを良好とする上から、1
00〜200μmの範囲となるように管理することが好
ましい。尚、この厚みはJISB7524に準じて測定
した値である。50μmより小さいとその押圧の僅かな
ズレによりICパッケージと放熱体との間に隙間が生じ
る恐れがあり、500μmより大きいと熱抵抗が大きく
なり放熱効果が悪くなる。
【0010】本発明の半導体装置組立て時には、シート
状の熱伝導性材料をICパッケージ表面に貼着するか、
放熱用グリース組成物を市販されているシリンジに詰め
てICパッケージ表面上にディスペンスする。従って、
放熱用グリース組成物を使用する場合には、上記の作業
性の観点から、使用するグリース組成物の粘度は1,0
00〜10,000ポイズであることが好ましく、特
に、2,000〜4,000ポイズであることが好まし
い。粘度が1,000ポイズより低いとディスペンシス
時に液垂れを起こし、10,000ポイズより高いとデ
ィスペンス効率が悪くなる。
【0011】本発明に使用される放熱用グリース組成物
は、例えば熱伝導率の良い鉱物の粉末、例えば窒化アル
ミニウム粉末、窒化ホウ素粉末、酸化亜鉛粉末、アルミ
ナ粉末などの1種類あるいは2種類以上の混合物と公知
の基油を配合、練り込んで得ることができる。基油とし
ては、特にオルガノポリシロキサンを用いることが好ま
しい。
【0012】
【発明の効果】本発明によれば、ICパッケージと放熱
体との間に熱伝導度が2.5W/mK以上の熱伝導性材
料が隙間なく介在するので、放熱効果を確実に発揮する
ことができ、電子部品全体の信頼性を向上させることが
でき、従って製品としての半導体装置の製造歩留りも高
く製造適性に優れている。
【0013】
【実施例】以下、ICパッケージとしてのCPUを例と
して挙げ、本発明を更に具体的に説明するが、本発明は
これによって限定されるものではない。図1は本発明の
半導体装置の一実施例の縦断面図である。図1に示す様
に、本装置は、プリント配線基板3の上に実装されたC
PU2と放熱体4及び前記CPU2と放熱体4との間に
介在されている熱伝導性材料1により構成されている。
ここで放熱体4はアルミニウムによって形成され、表面
積を広くとって放熱作用を向上させるために、フィン付
き構造となっている。また、放熱体4とプリント配線基
板3をクランプ5で締め付け固定することにより熱伝導
性材料を押圧している。
【0014】本実施例の熱伝導性材料は下記成分(1)
〜(3)を配合し、プレネタリーミキサー(井上製作所
(株)製混合機)で30分間予備攪拌した後、3本ロー
ルで3回練り込んで製造した放熱用シリコーングリース
組成物である。 (1)平均粒径0.5〜10μm、比表面積1〜10m
/gの窒化アルミニウム粉末:70重量%、 (2)下記化1で表され、25℃における粘度が390
csのオルガノポリシロキサン:10重量%
【化1】 (3)平均粒径0.2〜5μmの酸化亜鉛粉末:20重
量%
【0015】このようにして得られた放熱用シリコーン
グリース組成物の熱伝導率は2.8W/mK(京都電子
工業(株)社製QTM−500で測定)で、25℃にお
ける粘度は2,500ポイズ((株)マルコム社製PC
−ITLで測定)であった。また、本実施例の半導体装
置装置には、2cm×2cmのICパッケージ表面と放
熱体の間に0.2gの放熱用シリコーングリース組成物
を挟み込んだが、このときのグリースの厚みは180μ
mであった。以上の構成を有する本発明の半導体装置
を、ホストコンピュータ、パーソナルコンピュータ、及
びワードプロセッサ等に使用される、発熱温度が170
℃レベルのCPUに適用したところ、安定した放熱と熱
拡散とが可能となり、熱蓄積によるCPUの性能低下や
破損を防止することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の半導体装置の縦断面図の1例で
ある。
【符号の説明】
1 放熱用シリコーングリース組成物 2 セントラル・プロセッシング・ユニット(CPU)
等のICパッケージ 3 プリント配線基板 4 放熱体 5 クランプ 整理番号 P98−785
フロントページの続き (72)発明者 高橋 孝行 群馬県碓氷郡松井田町大字人見1番地10 信越化学工業株式会社シリコーン電子材料 技術研究所内 Fターム(参考) 5F036 AA01 BB01 BB21

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プリント配線基板上に実装したICパッケ
    ージと、そのICパッケージの表面に設けられた放熱体
    とを備えている半導体装置であって、前記ICパッケー
    ジの表面と放熱体との間に、2.5W/mK以上の熱伝
    導率を有する熱伝導性材料を50〜500μmの厚さで
    介在させてなることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】熱伝導性材料が放熱用シリコーングリース
    組成物である、請求項1に記載された半導体装置。
  3. 【請求項3】放熱用シリコーングリース組成物が、スパ
    イラルポンプ式粘度計で測定した25℃の粘度が1,0
    00〜10,000ポイズの組成物である請求項2に記
    載された半導体装置。
JP27760898A 1998-09-30 1998-09-30 半導体装置 Pending JP2000114438A (ja)

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