JPH0712069B2 - 電子部品パッケージ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は電子パツケージ、より詳細に言えば、パツケー
ジの一部にヒート・シンクを有する電子パツケージに関
する。

B.従来の技術 半導体デバイスをパツケージの一部に含んでいる電子パ
ツケージは、例えば米国特許第3670215号、同第4004195
号、同第4066839号、同第4012768号、同第4415025号、
同第4593342号及び第同4605058号に記載されているよう
に、コンピユータ産業では周知である。

最近の半導体デバイスの高い回路密度の使用は、過熱に
よるパツケージの破損を防ぐために、そのようなデバイ
スの動作パラメータを、所定の許容範囲内に維持するの
を保証するために、パツケージの動作中に発生する熱を
効果的に発散させることが必要である。そのような熱を
取り除くための１つの公知の手段は、パツケージの１部
分を形成する金属性のヒート・シンク、または同様の部
材を利用することである。ヒート・シンクの代表的な例
は、上述の米国特許に開示されている。

C.発明が解決しようとする問題点 従つて、本発明の主な目的は、電子部品パツケージの組
立時に、接着すべき電子部品を損傷することなく回路基
板に対してヒート・シンクを押し付けて直接面接触させ
て接着できる電子部品パツケージを提供することであ
る。

本発明の他の目的は、使用又は修理の際に不注意な接触
によりヒート・シンクに押圧力が加わつた場合でも内蔵
電子部品に押圧力が伝達されないように保護できる電子
部品パツケージを提供することである。

本発明の他の目的は、電子部品の背面をヒート・シンク
の底面に直接面接触した状態のまま外部押圧力の応働し
て変位できるヒート・シンクを有する電子部品パツケー
ジを提供することである。

D.問題点を解決するための手段 本発明によれば、上記目的は、半導体デバイスのような
物理的に脆弱な電子部品を損傷することなく、ヒート・
シンクを電子部品に物理的に接触させるために、そのパ
ツケージの組立の間、ヒート・シンクの押圧を可能にす
るような可撓性手段をヒート・シンクに設けることによ
り達成される。この可撓性手段は、ヒート・シンクの基
部セグメントと一体に形成されそこから回路基板に向け
て延伸している可撓性の複数の脚部から構成されてい
る。ヒート・シンクは、これらの脚部により回路基板上
に支持されている。これらの脚部の自由端は、回路基板
の露出絶縁領域又は回路から分離された導電ランドに固
着されている。回路基板表面上の配線端子部と電子部品
の一表面上の端子部を電気的相互接続すると同時に両者
の相対的位置に自由度を与えるための可撓性の配線基板
が設けられる。電子部品は、上記一表面が上記回路基板
に対向する一方、その背面が上記ヒート・シンク基部セ
グメントの底面に対向するように上記回路基板上に配置
される。

熱伝導性接着剤を上記底面及び上記背面の一方又は両法
に塗布した後、上記脚部の可撓性に反抗してヒート・シ
ンクを押圧して回路基板に向けて押付け、ヒート・シン
ク及び電子部品を面接触した接着した後、押圧力を除去
することによりヒート・シンクは復元し、その際、電子
部品が回路基板から所定距離だけ引き上げられる。

この電子部品パツケージの構成によれば、電子部品の背
面を、ヒート・シンクの底面に直接面接触した状態で外
部押圧力から保護するので、放熱が良好で電子部品の損
傷を防止する電子パツケージが得られる。

次に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

E.実施例 第１図は、本発明の実施例の電子パツケージ10を示す図
である。電子パツケージ10は、第１の回路基板11と、回
路基板11に電気的に接続されている半導体デバイス13
（例えばシリコン・チツプ）と、第１の回路基板に電気
的に接続されている可撓性の第２の回路基板15と、図示
したように、底面19に装着された半導体デバイス13を有
し、且つ回路基板11上に設けられたヒート・シンク17と
を含んでいる。

第１の回路基板11は、基板の表面27に設けられた回路セ
グメント25の金属層（例えば銅）を有する電気絶縁体
（例えばエポキシ樹脂）で構成された印刷回路基板であ
る。回路セグメント25は、任意の回路形成技術の１つ
（例えば金属箔の蝕刻）を使用して基板11上に形成さ
れ、表面27上に離隔して設けられた独立した導電性セグ
メント（導電性部分）を含んでいる。回路基板11は、約
0.762ミリメートル（30ミル）乃至約5.08ミリメートル
（200ミル）の範囲の通常の厚さの剛直な構造を持つて
いる。

第２の回路基板15は、公知の技術を用いてこの基板上に
設けられた回路セグメント28の層（例えばクローム−銅
−クローム）を有する有機誘電体材料26（例えばポリイ
ミド樹脂）の層で構成されている。図示されたように、
この回路セグメント28は、ポリイミド材料（第２図）の
表面に設けられており、そして、半導体デバイス13の底
部に設けられている関連接続位置と、基板11上の関連し
た回路セグメント25とを相互接続するのに用いられる。
ヒート・シンク17から離隔して、底面に回路が設けられ
た可撓性基板15を使用することもまた、本発明の技術的
範囲である。このような構造は、絶縁性のポリイミドを
介在することによつて、ヒート・シンクと、この素子の
導電性回路との間の電気的接触（及び短絡）を実質的に
防止する。可撓性の第２の基板15に設けられた回路の各
端部の隆起した端部端子（図示せず）を利用することに
よつて、所定の接続が達成される。例えば内部引出し線
とも呼ばれ、チツプ13に接続されるこれらの隆起した端
子は、公知の技術（例えばサーマル・コンプレツシヨン
・ボンデイング）によつてチツプ13と接続される。ま
た、外部引出し線とも呼ばれ、基板11上の独立した回路
セグメント25に接続されるこれらの端子は、公知の技術
（例えば、はんだ付け）を用いて接続される。

明らかに、可撓性の第２の回路基板は、本発明に従つた
パツケージの組立を容易にする。本発明の組立工程の間
で、第２の回路基板は、上述したように、半導体デバイ
ス、即ちチツプ13と第１の回路基板とに電気的に接続さ
れる。次に、ヒート・シンク17の底面19とチツプの上面
31の間に良熱伝導性接着剤を塗布した後両者を接触させ
る。この接触は、ヒート・シンクを下方（第１図の矢印
Ｄの方向）に押圧して回路基板11に押し付け、その後、
押圧力を除去することによりヒート・シンクが第１図に
示した最終的な動作位置まで復元しチツプを引き上げ
る。ヒート・シンクに固定されたチツプは、回路基板11
の表面から離隔したレベル位置（従つて、回路基板とヒ
ート・シンクとの間の位置）に吊架されている。チツプ
は接着剤は固化するまで、上述の離隔した位置に留ま
り、そして、最終的なパツケージ・アセンブリ中でもこ
の位置に維持される。好ましい接着剤（第２図の参照数
字33で示されている）は、熱的良導体の添加物（例えば
酸化亜鉛）を加えられたエポキシ樹脂の混合物である。
この添加物のないこの種の別の混合物は、スリー・エム
社で市販されている商品名「スコツチキヤスト」（Scot
chcast）がある。この混合物は、重量で約47.6％のエポ
キシ・ポリマと、重量で約52％の硬化剤及び可撓性付与
剤の混合物と、重量で約0.4％の冷却促進剤とで構成さ
れている。チツプとヒート・シンク素子との間の上述の
接触の前に、チツプの底面と、対応する可撓性回路基板
15の隆起した端部端子とを、適当な被覆剤（例えばシリ
コン・ゴム）で密閉するのが望ましい。このような密閉
材は、第１図の参照数字35で示されている。

上述したような態様で、チツプ13に接触させるために、
下方に押し付けることの出来るヒート・シンクのこの独
特の能力は、明らかに、本発明の顕著な特徴である。こ
の能力を与えるために、ヒート・シンクは、ヒート・シ
ンクに固着されるか、またはヒート・シンクと一体的に
設けられた手段であつて、第１図、第２図及び第４図に
示された態様のような、基板11の表面27に置かれる柔軟
な手段41を含んでいる。前述のように、組立て工程にお
いて、適切な大きさの下方押圧力が例えば治具を用いて
予め定めた適正な距離の変位を与えるようにヒート・シ
ンク17に印加されると、この柔軟な手段が十分に弾性変
形してヒート・シンク17を基板11に関して適正な距離だ
け降下させ、ヒートシンク17の底面19がチップ13の背面
に完全に接触し着座する。このような完全な接触を、チ
ップに損傷を与えずに、達成するためには、ヒート・シ
ンクの降下距離を予め定めた適正な距離に保証させるこ
とが必要である。この実施例では、この保証は、前述し
た治具により、達成され、他方、後述の他の実施例で
は、降下ストッパ機能の停止手段により達成される。こ
の実施例における組立て工程の間で、合計約５キログラ
ム（11ポンド）の力がヒート・シンク17の中心部に与え
られた。本発明の工程において、デバイスとヒート・シ
ンク素子との間の接触は、約４キログラム（９ポンド）
の力を与えることによつて、ヒート・シンクに合計約0.
838ミリメートル（33ミル）の反り（撓み）を生じて作
られた。付加的な約１キログラム（２ポンド）は、未硬
化の接着材33中にチツプを、より良く着座させるために
与えられた。これらの力を使用しても、デバイスには損
傷を与えることは無かつた。ヒート・シンクから圧力を
取り除くと、この素子は、動作位置に持ち上げられ、こ
れは転じて、チツプ13と、可撓性基板15の対応する部分
とを持ち上げる。以下の説明で更に良く理解できるよう
に、本発明のこの独特な能力は、最終的なパツケージ・
アセンブリに不注意な接触（例えばコンピユータの操作
者、またはコンピユータの修理者）により生じるヒート
・シンクの押し付けに対しても耐性がある。更にまた、
本発明に従つたヒート・シンクの可撓性の性質は、曲げ
応力または捩り応力により回路基板が変形したとしても
それに追従してヒート・シンクが変形するので、回路基
板及びヒート・シンク間の相対的な移動を防止する。

電子パツケージ10の上述の組立の間で、チツプ13に損傷
を与えずに、チツプと完全に接触させるために、ヒート
・シンク17の適正な下向きの圧力を与えるために必要な
限定された力が加えられる。然しながら、以下に説明さ
れるように、ヒート・シンク17がチツプ13との接触を保
証しながら、ヒート・シンク17が押し下げられる適正な
距離を決定するために、他の手段が用いられる。本発明
の素子のヒート・シンクと回路基板11との間に、相対的
に壊れやすい半導体チツプを位置付けねばならないか
ら、チツプの破損を防ぐことは、本発明にとつて重要な
ことである。ヒート・シンク17、または基板11か、また
はそれらの両方を過度に押し付けると、チツプが破損す
ることは明らかである。

本発明によれば、ヒート・シンク17の可撓性部分を構成
する柔軟な手段41は、ヒート・シンク17の下部セグメン
ト、即ち基部セグメント45、に固着され、またはそれと
一体に形成された複数の脚部材43から構成されている。
第１図乃至第３図に示したように、合計４本の脚部材43
が用いられており、各脚部材は矩形のヒート・シンクの
四隅に夫々設けられている（第３図）。第１図及び第２
図に示されているように、各脚部43は、実質的に平坦な
基部セグメント45に対して鋭角をなし、下方に延びて、
基板11と四箇所で接触している。各脚部43は、ヒート・
シンクと一体的に作られ、この大きな素子の構成と同時
に形成されるのが望ましい。ヒート・シンク17は、上述
のように同時に形成することができるように、一体的な
アルミニウム材料で作られるのが好ましい。可撓性のこ
れらの脚部材は、２つの対に配列され（第３図のP1及び
P2）、上記の各対の夫々の脚部材は、相互に反対方向に
延びて、ヒート・シンクの基体部から外側に延びてい
る。勿論、これらの脚部材の他の方向付けも容易に可能
であるけれども、第３図に示された配列が好ましく、成
功裡に動作した。

第３図に示されたように、各脚部材43は、二叉に分けら
れた端部51と、テーパーが付されたボデー部分53とを含
んでいる。二叉に分けられた端部51は基板11の表面27に
接触する１対の突出した端面部57（第４図）を含んでい
る。基板11に対する各脚部の装着は、接着剤59（上述し
たような接着剤）か、または、少量のはんだ（錫−鉛、
図示せず）を用いることによつて達成される。所定の基
板位置に前以って塗付されている末硬化の接着剤の層上
に、二叉状構造の端部が配置されると、端面部57により
規定された溝61の内部及び表面部63上に亘って接着剤が
拡がるので、二叉の端部は、接着剤を使用する場合に
は、特に望ましい構造である。従つて、脚部と基板の装
着を確実にするために、接着剤によつて「リベツト」が
与えられる。他の案として、上述の接着剤や、はんだ付
けではなく、他の機械的手段（例えばクランプ）によつ
て脚部材を固定することも本発明の技術的範囲に属す
る。例えば、クランプ（図示せず）が、対応する脚部材
を受け入れるように設計された基板11の位置に固定され
る。脚部が位置付けられると、そのクランプが脚部を保
持するように動作される。

ヒート・シンク17の底面19と、基板11の表面27との間の
距離を増加するために（例えばアセンブリの検査や、保
守等の目的のため）、図示のものよりも、より長い脚部
材を設けることも本発明の技術的範囲に属する。チツプ
との接触を効果的にするために必要な対応する距離を作
るために、台部、即ち突起部（図示せず）を、ヒート・
シンクの底部に付加して、ヒート・シンクを押圧してい
る間にチツプと整列するよう設計することが出来る。上
述のような間隔を増加することは、特に、回路が基板の
表面に設けられており、ヒート・シンク17に対面してい
る場合、可撓性基板とヒート・シンク素子との間の電気
的短絡の可能性を少なくするのに役立つ。また、このよ
うな電気的短絡について付加的に与える保証は、ヒート
・シンクの底面に絶縁被覆（例えばポリイミドの吹き付
け）を設けることにより、または、ヒート・シンク素子
を製造する際に、絶縁性を与えるため、ヒート・シンク
（または、少なくともヒート・シンクの底面）に陽極処
理を施すことによつて行うことが出来る。

第５図において、本発明の他の実施例の脚部材43′が示
されている。図示されたように、脚部材43′は、ヒート
・シンクの上方向に突出したフイン47が占める面と平行
な面に対して直交する方向で、ヒート・シンクの基体部
45から下方に延びている。第１図乃至第３図に示した実
施例と同様に、合計４本の脚部43′が使用される。従つ
て、この脚部４本全体は、ヒート・シンクのフインに対
してほぼ垂直方向に延び、相互に対抗する方向に置かれ
る。これらの脚部は、相互に対向して突出する夫々の対
の各脚部を持つ第３図に示した隣合う２本の脚部と同じ
配列である。図面、特に第１図及び第２図、から明らか
なように、可撓性脚部材43の各先端部は、回路基板11の
表面上で第２の回路基板15の端部から離隔した位置27に
接触している。

従つて、これらの脚部材43は、ヒート・シンク17の押圧
の間でも、決して第２回路基板15とは接触しない。

基板11に対して押圧されるヒート・シンク17と所定の距
離を画定する目的を持つ停止手段71が第６図に示されて
おり、この手段も本発明に利用される。図示されたよう
に、停止手段71は、平坦な底面19の下に存在し、ヒート
・シンクの側壁から下方に延びる突起部73を含んでい
る。この停止手段の底部面は、基板11の表面に係合する
よう設計されている。図示したように、停止手段71は、
ヒート・シンクの側壁と一体的の部分として形成されて
いる。停止手段71は、チツプ13の接着剤33及び基板15
（密閉剤35が使用されていれば、それも含む）の厚さよ
りも僅かに大きな距離だけ下方に延びている。本発明の
１実施例において、停止手段71は、合計で約0.83ミリメ
ートル（33ミル）だけ下方に延びている。

第７図は、本発明の他の実施例の脚部材43″を示す図で
ある。図示されたように、脚部材43″は、突出した細長
い別個の２つの脚部セグメント77及び77′を含む二叉の
ボデー部分75を含んでおり、これらの脚部セグメント
は、転じて、脚部のボデー部分のほぼ全体の長さに延び
た細長い内側の溝を画定している。この細長く、二叉の
構成は、上述した接着剤の「止め鋲」を形成するので、
ヒート・シンクを基板の上に確実に固定する。

第８図は、本発明に従つた脚部材の他の実施例を示す図
である。二叉の端部とは異なつて、脚部84は、テーパー
を付されたボデー部分の中に開孔85が設けられている。
従つて、脚部84が基板11に位置付けられると、上述した
接着剤（図示せず）が、開孔を通つて押上げられ、ボデ
ー部分の上面を覆つて、接着剤の「リベツト」を形成
し、脚部をその最終位置に確実に固定する。

第９図は、本発明に従つた脚部材43の他の実施例を示
す図である。脚部材43は、第１図乃至第３図に示した
本発明の脚部とは、反対の態様で、ヒート・シンク17か
ら外方に突出している。第５図に示した脚部43′と同様
に、脚部43は、間隔を開けて設けられたフイン47と平
行な面に対して直交する方向で下方に延びている。

各脚部はヒート・シンクから延びた突出したフランジか
ら形成され、この脚部の形を作るように、フランジの余
分な部分を取り除く（例えば切削）ことにより作られ
る。この実施例のヒート・シンク17は、各フランジから
形成された１対の脚部材43を持つ２つの対向するフラ
ンジを含んでいる。この配列は、ヒート・シンクの外側
の縁87が、ヒート・シンクの下に位置する基板15の対応
する外側縁89とほぼ整列するように、可撓性基板15を完
全に被うことを保証する。

以上、本発明の幾つかの実施例を説明したが、当業者で
あれば、本発明の技術思想の範囲内で、これらの実施例
を容易に変更、または修正することが出来る。例えば、
本発明を適用するシステムの熱放散特性や、または、パ
ツケージの空間の要件から、第１図に示したヒート・シ
ンクよりも大きな間隔を開けたヒート・シンクや、より
低いヒート・シンク用のフイン47を使用する変更は、当
業者であれば容易になし得ることである。

F.発明の効果 以上説明したように、本発明の電子パツケージは、パツ
ケージのチツプ素子の熱放散を良くするばかりでなく、
電子パツケージの組立ても容易に行うことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従つた電子パツケージの１実施例の断
面図、第２図は第１図の線2-2に沿つて切断された第１
図の電子パツケージの断面図、第３図は第２図の3-3か
ら見た本発明のシート・シンクの実施例の平面図、第４
図は本発明の第１の基板に接着された脚部材であつて、
脚部材の端部分の一部を示す斜視図、第５図は本発明の
脚部材の他の実施例の一部を示す斜視図、第６図は本発
明に使用される停止手段の一部を示す斜視図、第７図は
本発明の更に他の実施例の脚部材の一部を示す斜視図、
第８図は本発明の更に他の実施例の脚部材の一部を示す
斜視図、第９図は本発明の更に他の実施例の脚部材の一
部を示す斜視図であつて、本発明のヒート・シンクの側
面から外方に突出したフランジの一部を形成する脚部材
の側面図である。 10……電子パツケージ、11……第１の回路基板、13……
半導体デバイス（チツプ）、15……可撓性の第２の回路
基板、17……ヒート・シンク、25、28……回路セグメン
ト、19……ヒート・シンクの底面、31……チツプの上
面、33、59……接着剤、41……柔軟な手段、43、43′、
43″、43、84……脚部材、45……ヒート・シンクの基
体部、47……フイン、71……停止手段。

フロントページの続き (72)発明者 バーガツト・ガーレブ・サマーキイア アメリカ合衆国ニユーヨーク州ジヨンソ ン・シテイ、オークダレー・ロード834番 地

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面に印刷配線回路を有する非可撓性の第
   １の回路基板11と、 上記表面に対向するように離隔して配置されている平坦
   状の基板部45を有するヒート・シンク17と、 上記第１回路基板及びヒート・シンクの間に位置し、背
   面が上記基板部の底面に熱伝導性接着層33を介して固着
   され、正面が上記第１回路基板表面から所定距離だけ離
   隔している電子部品13と、 上記電子部品の上記正面位置に設けられた接続端子を上
   記第１回路基板の所定の印刷配線回路に電気的に相互相
   続している可撓性の第２の配線回路基板15と、を具備し
   ている電子部品パッケージにおいて、 上記ヒート・シンクは、その基体部45と少なくとも四隅
   部において一体化され、基体部に対して鋭角をなして下
   側外方に伸延している少なくとも４個の可撓性の脚部43
   を有しており、 上記各脚部の先端は、上記配線回路以外の位置において
   上記第１回路基板表面に固着されており、 上記ヒート・シンクは、装着時における押圧力の印加に
   より弾性的に変形してその基体部の底面を電子部品の背
   面に接近して両面間に面接着層を形成すると共に、常
   時、押圧力の除去により被接着電子部品と一体に復元さ
   れて第１回路基板から上記脚部を介して弾性的に支持さ
   れており、 非可撓性回路基板に弾性的に支持されているヒート・シ
   ンクと一体化されている電子部品を含む電子部品パッケ
   ージ。