JPH10125831A

JPH10125831A - ヒートシンク放熱フィン

Info

Publication number: JPH10125831A
Application number: JP8276117A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Kojima; 正康小嶋; Chihiro Hayashi; 千博林
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-10-18
Filing date: 1996-10-18
Publication date: 1998-05-15

Abstract

(57)【要約】【課題】製造時の加工が容易で、かつ軽量でチップに直
接装着して使用することができるヒートシンク放熱フィ
ンを提供する。【解決手段】平板状の底板部（３０）と、その片面に設
けられた放熱部（９）とを有するヒートシンク放熱フィ
ンであって、放熱部がアルミニウムからなり、平板状の
底板部はアルミニウム層と低線膨張係数の金属層とを備
えたクラッド板であり、少なくとも底板部の下面部がア
ルミニウム層になっていることを特徴とするヒートシン
ク放熱フィン。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＳＩ（大規模集
積回路）チップに装着してチップを冷却するためのヒー
トシンク放熱フィン（以下放熱フィンと記す）に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩパッケージ（以下、単にパッケー
ジと記す）は、チップを収納した最も基本的なエレクト
ロニクスデバイスである。

【０００３】図４は、代表的なプラスチック製ボールグ
リッドアレイ型パッケージ（以下、ＢＧＡパッケージと
記す）の例を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図で
ある。チップ２はエポキシ樹脂板１に接着されており、
チップ２と樹脂板１上の外部端子となるハンダボール４
は、ボンディングワイヤ５および樹脂板１上の導電回路
（図示せず）を介して電気的に続され、全体がエポキシ
樹脂３で封着されている。ハンダボール４は、図４
（ｂ）に示すように樹脂板１の下面に規則的に配列され
ており、プリント基板（図示せず）に実装される。

【０００４】ところで、演算処理速度の向上のためにチ
ップの集積度は年々向上しており、それとともにチップ
の発熱による誤動作やパッケージの破壊などのトラブル
が問題となってきている。

【０００５】チップの温度上昇を抑制する対策として最
も広く採用されているのが、パッケージにヒートシンク
放熱フィンを装着して、自然空冷あるいはファンによる
強制空冷によりチップから抜熱する方法である。

【０００６】図５〜図７は、放熱フィンの代表的な例を
示す。

【０００７】５図は、チャンネル型放熱フィン６（以
下、チャンネルフィンと記す）の一例を示し、（ａ）は
平面図、（ｂ）は正面図である。放熱部となる高さｈ、
厚さｔの多数の放熱板６ａが厚さＴの底板部６ｂに間隙
ｇをとり垂直に設けられている。底板部７の平面寸法Ｗ
₁×Ｗ₂は、通常はパッケージの平面寸法と略々同一であ
る。

【０００８】６図は、ピン型放熱フィン７（以下、ピン
フィンと記す）の一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）
は正面図である。放熱部となる高さｈ、太さｄ₁×ｄ₂の
多数の放熱ピン７ａが厚さＴの底板部６に間隙ｇ₁、ｇ₂
で垂直に林立している。放熱ピン７ａの断面は、円形な
どの場合もある。

【０００９】図７は、特願平７−９１５２５号明細書に
記載したコルゲート型放熱フィン８（以下、コルゲート
フィンと記す）の例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は
正面図である。放熱部となる薄板厚の波形放熱板８ａと
底板８ｂが、ろう付けで接合されている。これら放熱フ
ィンの材質は、軽量性と経済性等の観点からアルミニウ
ムあるいはアルミニウム合金（以下両者をアルミニウム
と総称する）が一般的であるが、熱伝導性を重視して銅
あるいは銅合金（以下両者を銅と総称する）で製造され
る場合もある。

【００１０】図８は、ピンフィン７を取り付けたＢＧＡ
パッケージ１０の一例を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）
は平面図である。このピンフィン７はＢＧＡパッケージ
のエポキシ樹脂板１１の上面に伝熱性の接着層１４で接
合されている。チップ２は、樹脂板１１の下面に伝熱性
の接着層１６で接合され、樹脂板１１のチップ搭載部に
は半田などを埋めたサーマルビア１５と呼ばれる貫通孔
が設けられている。チップ２と樹脂板１３上の外部端子
となるハンダボール４はボンディングワイヤ５および導
電回路（図示せず）を介して電気的に続され、チップ２
を収納した額縁状のエポキシ樹脂板１２、１３の内部は
注入エポキシ樹脂１７で封着されている。チップ２か
らの熱は、サーマルビア１５を通って底板６に伝わり、
放熱ピン７ａから放散される。

【００１１】図９は、ピンフィン７を取り付けた他のＢ
ＧＡパッケージ１８の例を示し、（ａ）は断面図、
（ｂ）は平面図である。このピンフィン７は、パッケー
ジ１８のヒートスプレッダ１９の上面に伝熱性の接着層
２２で接合されている。ヒートスプレッダ１９は、チッ
プ２からの熱をピンフィン７に伝えるのが役割であり、
熱伝導性に優れた銅あるいは銅合金などで製作され、額
縁状のエポキシ樹脂板２０に接合されている。エポキシ
樹脂板２０の内部に収納されたチップ２は、エポキシ樹
脂板２０に接合された額縁状エポキシ樹脂板２１の下面
の外部端子であるハンダボール４と、ボンディングワイ
ヤ５および導電回路（図示せず）を介して電気的に接続
され、注入エポキシ樹脂２３で封着されている。チップ
２とヒートスプレッダ１９の下面の間にはグリース状の
サーマルコンパウンド２４が挟まれている。

【００１２】サーマルコンパウンド２４を用いるのは、
チップ２をヒートスプレッダ１９に接着材で強固に接合
すると、シリコン製のチップ２の線膨張係数（2〜3×10
^-6/K）と銅あるいは銅合金製のヒートスプレッダ１９の
線膨張係数（約17×10^-6/K）の差があまりに大きく、熱
応力によってチップ２が破壊されてしまうからである。
すなわち、サーマルコンパウンド２４には、線膨張差を
吸収する緩衝材としての役割がある。もちろん、金属製
のヒートスプレッダ１９とチップ２を電気的に絶縁する
役割もある。なお、ヒートスプレッダ１９を銅を含浸さ
せたタングステン製にすれば、線膨張係数（約 5×10^-6
/k）がシリコンに近づき、熱伝導性も確保できるので、
チップをヒートスプレッダに直接的に接合できることが
知られている。しかしながら、タングステンの比重
（約19）が極めて大きく、パッケージの重量がかさんで
しまうので、電子機器の軽量化の趨勢に適合し得ない。
また、タングステンの加工が難しく、経済的に製造でき
ないことも大きな障害である。ヒートシンク放熱フィ
ンをチップに直接的に接着固定できれば、ＢＧＡパッケ
ージを構成する部品点数が大幅に減少し、かつ小型で高
性能の放熱フィンが実現できる。

【００１３】図１０は、Ball Grid Array Technology(M
cGraw-Hill,Inc.) 198頁に記載されているところの放熱
フィン５０を直接取り付けたＢＧＡパッケージ２５の概
念図を示す。（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。

【００１４】パッケージ２５に収納されたチップ２´の
周縁部は注入エポキシ樹脂２７で封着されているが、上
面は露出しており、その面に接着層２８で放熱フィン５
０が接合されている。チップ２´の下面にはＰｂ、Ｓｎ
やＡｕの多数のバンプ２９が設けられている。

【００１５】図８、図９の場合とは逆に、チップの回路
がボンディングされる側の面に設けられているので、フ
リップチップとも呼ばれる。バンプ２９は、エポキシ樹
脂板２６の上面の接続端子（図示せず）にボンディング
される。ワイヤレスボンディングされるので、伝送時間
の短縮やボンデ_イング時間の短縮が可能である。これら
接続端子と樹脂板２６の下面のハンダボール４とは電気
的に導通している。チップ２の下面全体を利用してボン
ディングが行われ、しかも樹脂板２６の下面全体にハン
ダボール４を配置できるので、パッケージ２５の外形寸
法は図８のパッケージ１０、図９のパッケージ１８より
も小さくすることが可能で、チップサイズパッケージと
も呼ばれる。

【００１６】しかし、図１０に示されている放熱フィン
付きＢＧＡパッケージは、従来知られているアルミニウ
ム製あるいは銅製の放熱フィンを用いては実現すること
はできない。すなわち、シリコン製のチップ２´の線熱
膨張係数と放熱フィン５０の線熱膨張係数との差が大き
く、使用中に熱応力によってチップが破壊されてしま
う。放熱フィン５０を線膨張係数がシリコンと同等の前
記した銅含浸タングステンで作製されたチップ２´を接
合することは可能であるが加工が難しいために放熱性能
が優れた形状の放熱フィン５０を経済的に製造すること
ができない。また、何よりもその重量が大きいので、チ
ップ２´に負荷がかかるという問題もある。したがっ
て、このようなチップに直接放熱フィンを装着させたＢ
ＧＡパッケージは実用化されていないのが現状である。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の放熱フィンが装着されたパッケージにおいては、熱を
発生するチップと放熱フィンは直接的には接合されてい
ない。すなわち、図８のパッケージ１０では樹脂板１１
と接着層１６、１４が、また、図９のパッケージ１８で
はサーマルコンパウンド２４とヒートスプレッダ１９と
接着層２２が介在している。図８に示すパッケージ１０
においては、樹脂板１１に半田などを埋めたサーマルビ
ア１５が伝熱のために設けられてはいるが、その断面積
が制約されるので、伝熱面積を大きくとることができな
い。さらに、二重に接着層が設けられているので、その
伝熱抵抗も問題である。

【００１８】図９に示したパッケージ１８においては、
銅あるいは銅合金製のヒートスプレッダ１９の伝熱性は
良好であり、チップ２からの伝熱面積を大きくとれるの
で、図８のパッケージ１０よりも有利である。しかしな
がら、線膨張差の緩衝を第一義的な目的としたサーマル
コンパウンド２４は少なくとも０．２〜０．３ｍｍの厚
さを必要とするので、その伝熱抵抗がある程度大きくな
ることはやむを得ない。また、サーマルコンパウンド１
５自体には強固な接合力が期待できないので、長期にわ
たって伝熱性を安定して保持するという信頼性の点でも
問題がある。以上のごとく、従来の放熱フィンが装着さ
れたパッケージにおいては、チップと放熱フィンの間に
種々のものが介在して伝熱が行われるため、放熱フィン
の冷却性能が十分には発揮し得ないという欠点があっ
た。

【００１９】また、図１０に示したパッケージに直接装
着できる放熱フィンは、前記した理由により実用化され
ていない。

【００２０】本発明は、製造時の加工が容易で、かつ軽
量でチップに直接装着して使用することができるヒート
シンク放熱フィンを提供することを課題とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】放熱フィンの底板がシリ
コンに近い線膨張係数を有し、加工が容易でかつ軽量の
放熱フィンが開発されれば、チップを薄厚（０．１ｍｍ
以下）の接着層で放熱フィンに直接接合することができ
るので、極めて効率的な冷却ができる。そればかりか、
放熱フィン付きＢＧＡパッケージの構造を大幅に簡略化
することができ、かつ小型化することができる。

【００２２】そこで、本発明者らは、そのようなヒート
シンク放熱フィンを開発すべく種々実験、検討した結
果、下記の知見を得た。

【００２３】１）放熱フィンの材質は、加工性、電熱性
および重量の観点からアルミニウムが最適であるが、線
熱膨張係数が大きいためアルミニウムからなる放熱フィ
ン直接チップに接着して使用することはできない。しか
し、放熱フィンの底板を線熱膨張係数の小さい金属とア
ルミニウムとのクラッド板にすることにより全体の線膨
張係数を小さくし、使用時に発生するチップの破壊を防
止することができる。また、アルミニウムとのクラッド
板とすることにより、放熱フィンの重量増加が少なくな
る。

【００２４】２）チップと放熱フィンとを確実に電気絶
縁するために、放熱フィンの底板の下面部はアルミニウ
ム層にする必要がある。

【００２５】本発明はこのような知見に基づいてなされ
たものであり、その要旨は、「平板状の底板部と、その
片面に設けられた放熱部とを有するヒートシンク放熱フ
ィンであって、放熱部がアルミニウムからなり、平板状
の底板部はアルミニウム層と低線膨張係数の金属層とを
備えたクラッド板であり、少なくとも底板部の下面部が
アルミニウム層になっていることを特徴とするヒートシ
ンク放熱フィン」ここで、アルミニウムとは純アルミニ
ウムとアルミニウム合金の両者を示すものとする。ま
た、底板部の下面部の下面とは放熱部材が設けられてい
る面と反対の面を示し、下面部とは下面を含む下面近傍
を示すものとする。

【００２６】さらに、少なくとも底板部の下面部がアル
ミニウム層になっているとは、底板部の下面部は必ずア
ルミニウム層にし、必要により底板部の放熱側の面を含
むその近傍（以下底板の上面部と記す）をもアルミニウ
ム層にすることを意味する。本発明者らは、チップを放
熱フィンに直接接合するためには、熱応力によってチッ
プが破壊されるのを防止するため、放熱フィンの底板の
線膨張係数をシリコンの線膨張係数に近づけることに着
目した。

【００２７】先に示したようにシリコンの線膨張係数は
２〜３×１０^-6／Ｋである。一方、放熱フィンに用いら
れるアルミニウムあるいはアルミニウム合金の線膨張係
数はおよそ２３×１０^-6／Ｋ、銅あるいは銅合金の線膨
張係数はおよそ１７×１０^-6／Ｋであり、シリコンとの
線膨張係数の差はあまりにも大きい。そこで、１０〜２
５ｍｍ角の各種サイズのチップを線膨張係数が異なる各
種の金属に接着固定し、室温から高集積度のチップが到
達すると想定される１５０℃程度までの温度範囲で熱膨
張試験を実施し、チップを破壊せしめない限界の線膨張
係数について実験を行った。

【００２８】その結果、線膨張係数が９×１０^-6／Ｋ以
下であれば１５ｍｍ角までのチップが破壊されず、ま
た、７×１０^-6／Ｋ以下であれば２５ｍｍ角までのチッ
プが破壊されないことを見出した。次いで、放熱フィン
の底板を低線膨張係数とする共に軽量性を損なわない放
熱フィンの構造について幾多の試作実験を重ねた。

【００２９】その結果、アルミニウムと線膨張係数が小
さい金属とをクラッド構造とすることにより目的とする
特性が得られるとの知見を得た。もちろん、銅あるいは
銅合金と線膨張係数が小さい材料との組み合わせでも可
能であるが、電子部品の軽量化の観点からはアルミニウ
ムとの組み合わせとした。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明のヒートシンク放熱
フィンにおいて規定した各条件について説明する。

【００３１】１）放熱部材にアルミニウムを用いる理由アルミニウムは加工が容易であり、伝熱性に優れ、軽量
かつ経済的であり放熱フィンに好適な材料であるため、
放熱部材はアルミニウムとした。また、アルミニウムは
アルマイト処理によって優れた耐食性が得られると同時
に、黒あるいは白などの色調が得られるという利点があ
る。

【００３２】２）底板部をアルミニウム層と低線膨張係
数の金属層のクラッド板にする理由放熱フィンの底板部部の下面部、必要により上面は下記
３）で述べる理由によりアルミニウム層としなければな
らない。しかし、アルミニウムは線膨張係数が大きいの
で、線膨張係数の小さい金属とクラッド板とすることに
より、底板部全体の線膨張係数をチップが熱応力で破壊
されない程度の大きさにするためである。

【００３３】低線膨張係数の金属とは、アルミニウムと
低線膨張係数の金属とのクラッド板の底板部にした場合
に、室温から１５０℃までにおけるその底板の線膨張係
数が９×１０^-6／Ｋ以下にすることのできる金属をい
い、好ましくは７×１０^-6／Ｋ以下にすることのできる
金属である。このような線熱膨張係数にしておけば実用
的には問題がない。

【００３４】底板部の線膨張係数をチップの線膨張係数
に近づけるほど破壊の危険性はなくなることはいうまで
もない。

【００３５】なお、底板部全体の線膨張係数を上記のよ
うにするために、低線膨張係数の金属の線膨張係数をい
くらにすればよいかは、底板部に設けるアルミニウム層
の厚さにより異なるので、特に規定するものではない。

【００３６】底板部全体の線膨張係数を上記のようなレ
ベルにするためには、クラッド板を構成する低線膨張率
の金属の線膨張係数が、アルミニウムのそれよりも小さ
いことが必要であることはいうまでもない。低線膨張率
の金属の線膨張係数が小さければ小さいほど底板部の厚
さにしめるアルミニウム層の厚さ比率を大きくすること
ができるので、放熱フィンの全重量を小さくすることが
できる。

【００３７】低線膨張係数の金属としては、３５〜３６
重量％のＮｉを含有する鉄合金がよく、３６Ｎｉ−Ｆｅ
合金（インバー）の１５０℃までの平均線膨張係数はお
よそ１．２×１０^-6／Ｋ、３６Ｎｉ−４Ｃｏ−Ｆｅ合金
（スーパーインバー）の１５０℃までの平均線膨張係数
はおよそ０．６×１０^-6／Ｋである。

【００３８】なお、従来の放熱フィンに対し、本発明の
放熱フィンは、放熱部とチップ間に低線膨張係数の金属
層が介在することになるが、熱伝導性は良いので、放熱
特性にはほとんど影響をおよぼさない。

【００３９】３）底板部の下面部をアルミニウム層にす
る理由底板部の下面部をアルミニウム層にするのは、アルマイ
ト処理によって耐食性を高めると同時に、チップと放熱
フィンの間の電気絶縁性を得るためである。

【００４０】また、アルミニウム製の放熱部の熱膨張に
よって、チップに有害な底板部の反りが大きくなること
を抑制する目的もある。

【００４１】４）必要により底板部の上面もアルミニウ
ム層にする理由底板部の上面にアルミニウム層を設けるのは、アルマイ
ト処理による耐食性あるいは色調を付与するためであ
る。また、アルミニウム製の放熱部および底板部下面の
アルミニウム層の線膨張のバランスによっては底板部の
反りを抑制するという役割もある。耐食性あるいは色調
の付与のみが目的である場合には、底板の上面にはアル
ミニウム層は必ずしもなくてもよく、例えば塗装などに
よって行ってもよい。

【００４２】なお、アルミニウムからなる放熱部材を底
板にろう付けして放熱フィンとなす場合には、底板の上
面にもアルミニウム層を設けておくとろう付けが簡単で
ある。この場合には、底板の上面にアルミニウム合金ろ
うを設けておくか、放熱部材のろう付け面にアルミニウ
ムろうの層を有する片面ブレージングシートにしておけ
ばよい。

【００４３】底板の周縁に露出する低膨張金属の部位の
色調を他に合わせる必要がある場合には、塗装処理など
の手段を講ずればよい。

【００４４】本発明の放熱フィンにおける放熱部は、ピ
ンフィン、チャンネルフィンおよびコルゲートフィン等
どのような形状であってもよい。特にコルゲートフィン
は軽量であるので好ましい。

【００４５】また、底板のクラッド板の製造方法は、ア
ルミニウムと低線膨張金属とを重ね合わせて熱間または
温間にて圧延する方法が好ましい。このようにして製造
することにより両金属の界面で金属拡散が生じ、強固に
金属接合されるからである。以下、本発明の放熱フィン
の具体例について説明する。

【００４６】図１は、本発明の放熱フィンの一例を示
し、放熱部にコルゲートフィンを用い、底板の上面およ
び下面部がアルミニウム層になっている放熱フィンで、
（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図および（ｃ）は底板３
０の部分拡大図である。

【００４７】放熱部は図７に示したコルゲートフィン９
と同じであり、波形放熱板９と底板３０がろう付けで接
合されている。図１（ｃ）に示すように底板３０は、底
板の上下面部がアルミニウム層３２、３３からなり、こ
れらアルミニウム層により低膨張金属層３１がサンドイ
ッチ状に挟まれた構成となっている。

【００４８】底板の上下面部層３２、３３の厚さの合計
（ｔd′＋te′）と線膨張係数および低膨張金属層３１
の厚さｔc′と線膨張係数によって、底板３０の下面部
に平行な方向の線膨張係数が調整できる。

【００４９】アルミニウム層３２には波形放熱板９の底
部９ａがろう付けされるので、この部分の線膨張によっ
て温度上昇時の底板３０に有害な反りが発生しないよう
に、底板上下面部層３２、３３の厚さｔd′、ｔe′の比
を調整する。前述のように、上下面部層３２、３３は、
アルマイト処理によって底板３０の表面に耐食性と電気
絶縁性を付与するのが目的である。また、上面層３２に
はアルミニウムからなる波形放熱板９をろう付けする役
割もある。

【００５０】なお、低膨張金属層３１に直接波形放熱板
１９をろう付けできる場合には上面層３２は必ずしも必
要ではないが、アルマイト処理に替わる耐食処理が必要
となる場合もある。上面層（３２をろう付けに利用する
場合には、これをアルミニウム合金ろうで製造しておけ
ば、波形放熱板９のろう付けを能率的に行うことができ
る。もちろん、前述のように波形放熱板９の接合する側
の面にアルミニウム合金ろうを設けておいてもよい。図
２は、本発明の放熱フィンの他の例で、放熱部にピンフ
ィンを用いた例である。同図（ａ）は平面図、（ｂ）は
正面図および（ｃ）は底板部３４の部分拡大図である。
ピンフィンは、図６で示した従来のピンフィンと同じで
あり、アルミニウムからなる放熱ピン８が底板部３４と
一体になっており規則的に林立している。

【００５１】（ｃ）に示すように底板３４は、図１の放
熱フィンと同様に上下面部がアルミニウム層３６、３７
が設けられている。

【００５２】チップからの熱による放熱フィンの温度上
昇は底板部で大きく、放熱部では根本から先端に向かっ
て温度は低下していく。そのため、放熱部の底板部の線
膨張におよぼす影響は小さく、底板部の線膨張係数は底
板部を構成する各金属の厚さと線膨張係数によってほぼ
決まると考えてよい。すなわち、図２（ｃ）では、底板
部の上下面部層３６、３７の厚さの合計（ｔd＋ｔe）と
線膨張係数、低膨張材金属３５の厚さｔc と線膨張係数
によって底板部３４の下面部に平行な方向の線膨張係数
が調整できる。

【００５３】なお、ｔd、ｔeの大小関係は、温度上昇時
に底板部にチップを破壊するような反り変形が生じない
ように調整される。底板部の反り変形に放熱部が影響し
ない場合にはｔd＝ｔｅでよい。

【００５４】図３は、本発明の放熱フィンを製造する一
方法を説明するための図である。ピンフィンの高さに相
当する厚さｔａのアルミニウム３８と低膨張金属３９と
アルミニウムの三層からなるクラッド材を製造し、アル
ミニウム３８を切削加工によりピン状や板状の放熱部を
形成することにより放熱フィンを製造することができ
る。

【００５５】

【実施例】（実施例１）図３は、本実施例に用いた放熱部がピンか
らなる放熱フィンの素材であるクラッド板を示す図であ
る。

【００５６】図３に示すように、この素材は上層、中間
層および下層の三層からなるクラッド板で、上層３８お
よび下層４０がJISH4000規定の3003アルミニウム合金、
中間層３９がスーパーインバー合金（３６Ｎｉ−４Ｃｏ
−Ｆｅ）からなる。各層の厚さは以下の通りである。

【００５７】上層（アルミニユウム合金）：ｔa=19.15mm 中間層（スーハ゜インハ゛ー合金）：ｔc= 0.7mm 下層（アルミニユウム合金）：ｔe= 0.15mm 全高さ：H=20mm この素材から切削加工により、図２に示す放熱部が横断
面正方形の全高さＨ＝20mmの放熱フィンを製作し、つい
でアルマイト処理を施した。この放熱フィンの寸法は以
下の通りであった。

【００５８】放熱ピン（合計１２１本）太さ：ｄ1=2mm、ｄ2=2mm、高さ：h=19mm ピンの間隙：ｇ1=3mm、ｇ2=3mm底板部上面層厚さ（アルミニユウム合金）：ｔd=0.15mm 中間層厚さ（スーハ゜インハ゛ー合金）：ｔc=0.7mm 下面部層厚さ（アルミニユウム合金）：ｔe=0.15mm 平面寸法：Ｗ1=42mm、Ｗ2=42mm この放熱フィンの底板部部３４を電熱ヒータで１５０℃
まで加熱し、底板部下面に平行な方向の線膨張率を求め
たところ４．８×１０^-6／Ｋであった。

【００５９】次いで、この放熱フィンの底板部３４の下
面に２５ｍｍ角、厚さ０．５ｍｍのシリコンチップを接
着し、チップに対して電熱ヒータによる１５０℃までの
加熱と強制空冷による２０℃までの冷却を５０回繰り返
した。

【００６０】その後のチップには、亀裂は全く観察され
なかった。

【００６１】なお、この放熱フィンの重量は３６．４ｇ
で、放熱フィン全体を3003アルニウム合金で製作した場
合（重量２９．６ｇ）より約７ｇの増加にとどまった。（実施例２）厚さｔ=0.3mmの3003アルミニウム合金薄板
を用い、図１に示すコルゲートフィン９を製作した。た
だし、山の数は９つとした。フィンの寸法は下記の通り
であった。

【００６２】ピッチ：p=4.2mm 間隙：g=1.8mm 高さ：h=8.3mm 厚さ：ｔ=0.3mm 底板部として、厚さｔc=1.0mmのインバー合金（３６Ｎ
ｉ−Ｆｅ）層と厚さｔe´=0.3mmの3003アルミニウム合
金層とｔd´=0.1mmのJISZ3263規定のアルミニウム合金
ろう層を備えたクラッド板を容易し、全厚Ｔ=1.4mmの底
板に温度580℃で上記コルゲートフィンを真空ろう付け
した。

【００６３】このようにして、平面寸法Ｗ1=40mm、Ｗ2=
40mm、全高Ｈ=9.7mmのコルゲートフィンを備えた放熱フ
ィンを製作し、アルマイト処理を施した。

【００６４】この放熱フィンの底板を電熱ヒータで１５
０℃まで加熱し、底板部下面に平行な方向の線膨張率を
求めたところ４．１×１０^-6／Ｋであった。

【００６５】次いで、この放熱フィンの底板部に、２５
ｍｍ角、厚さ０．５ｍｍのシリコンチップを接着し、チ
ップに対して電熱ヒータによる１５０℃までの加熱と強
制空冷による２０℃までの冷却を５０回繰り返した。

【００６６】その後のチップには亀裂は全く観察されな
かった。

【００６７】なお、この放熱フィンの重量は１５．１ｇ
で、全体を3003アルニウム合金で製作した場合（重量
６．２ｇ）より約９ｇの増加にとどまった。

【００６８】

【発明の効果】本発明のアルミニウムと低線膨張金属を
組み合わせたクラッド板を底板部とした放熱フィンは、
底板部とチップの線膨張率の違いによる使用中のチップ
の破壊が発生しないのでシリコンチップに直接接着する
ことができ、放熱性に優れている。また、チップ面を
パッケージから露出させ、そこに放熱フィンを直接接着
することが可能となるので、パッケージを簡単な構造で
かつ小型化することができる。放熱部が塑性加工あるい
は切削加工が容易でかつ軽量なアルミニウムであるの
で、放熱性能に優れた形状を自由に設定することができ
る。さらに、チップからの熱が効率的に放熱フィンに伝
えられるので、放熱フィンの冷却性能を十分に発揮させ
ることができる。その結果として、放熱フィン自体を小
型化することもできる。チップの集積度の向上とそれに
ともなう発熱量の増加の中で、電子機器は今後ますます
小型化、軽量化していかざるを得ない。このようなニー
ズに対して、本発明の放熱フィンは大いなる効果を奏す
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の放熱フィンの一例を示す説明図であ
る。

【図２】本発明の他の例を示す説明図である。

【図３】放熱フィンを製造する素材の説明図である。

【図４】従来の放熱フィンを使用しないプラスチック製
ＢＧＡパッケージの図である。

【図５】従来のチャンネル型放熱フィンの図である。

【図６】従来のピン型放熱フィンの図である。

【図７】コルゲート型放熱フィンの図

【図８】プラスチック製ＢＧＡパッケージに従来の放熱
フィンを取付けた図である。

【図９】プラスチック製ＢＧＡに従来の放熱フィンを取
付けた他の例を示す図である。

【図１０】ヒートシンク放熱フィンをパッケージに直接
取り付けたＢＧＡパッケージの概念図を示す図である。

【符号の説明】

1、11、12、13、17、20、21、エポキシ樹脂板２チップ４半田ボール５ボンディングワイヤ６放熱板７底板部８放熱ピン９コルゲートフィン 14、16、22、28 接着層 15 サーマルピア 19 ヒートスプレッダ 24 サーマルコンパウンド 25 パッケージ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平板状の底板部と、その片面に設けられた
放熱部とを有するヒートシンク放熱フィンであって、放
熱部がアルミニウムからなり、平板状の底板部はアルミ
ニウム層と低線膨張係数の金属層とを備えたクラッド板
であり、少なくとも底板部の下面部がアルミニウム層に
なっていることを特徴とするヒートシンク放熱フィン。