JPH10209352A - Ｌｓｉパッケージ用放熱フィン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ねじ、クリップなどの部品類は一切使用しな
いで、着脱自在にパッケージに装着することのできる放
熱フィンを提供する。 【解決手段】 平板状の底板部と放熱部とからなるＬＳ
Ｉパッケージ装着用放熱フィンであって、放熱フィンの
底板部の対向する側端部（３２ａ１、３２ａ２）にそれ
ぞれ下方に突出、対向した、ＬＳＩパッケージの周縁部
を把持するための爪（３１ｂ）を有することを特徴とす
るＬＳＩパッケージ用放熱フィン。

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）パッケージに取り付けて、パッケージに搭載さ
れたＬＳＩチップ（以下、チップと記す）を冷却するた
めの放熱フィンに関する。

【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。電子機器の高性能化、小型化
の歴史の中で、チップの集積度は年々増加の一途をたど
り、チップの発熱による誤動作やパッケージの電気的な
破壊などを防止するための冷却対策が重要となりつつあ
る。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でチップの熱を
奪う方法である。

【０００３】放熱フィンをパッケージに装着する方法に
は、下記するように種々の方法が提案されている。図４
は、セラミックス製のピングリッドアレイ型パッケージ
（以下、ＰＧＡパッケージと記す）にピン型放熱フィン
を取り付けた例を示す。図４（ａ）はピンフィン側から
の平面図、同（ｂ）はピンフィンが取り付けられたＰＧ
Ａパッケージの断面図、同（ｃ）はＰＧＡパッケージの
下面の平面図である。

【０００４】ピン型放熱フィン（以下ピンフィンと記
す）２は、放熱部となる多数の放熱ピン２ａが底板部２
ｂに垂直に林立した形状になっている。本発明で放熱フ
ィンとは、放熱部と底板部からなるものを示すものとす
る。

【０００５】図４に示すように、チップ３は、伝熱基板
１６に接合され、額縁状のセラミックス板５、６および
リッド７で構成される気密空間Ｓに収納されている。伝
熱基板１６とセラミックス板５、リッド７およびセラミ
ックス板６は、ろう付けなどの方法で接合され、セラミ
ックス板５と６の合わせ面はガラス層で封着されてい
る。セラミックス板６に差し込まれた外部端子となる多
数のピン８とチップ３とは、ボンディングワイヤ９およ
びセラミックス板５の下面５ａに描かれた端子部に接続
された導通回路（図示せず）を介して電気的に接続され
ている。

【０００６】実装の際には、ピン８がプリント基板（図
示せず）に差し込まれる。チップ３が接合された伝熱基
板１６は、温度上昇時に熱応力によってチップ３が破壊
されるのを避けるため、チップ３の線膨張係数に近い材
料であることが要求される。

【０００７】例えば、タングステンに銅を含浸させた銅
含有タングステンなどが用いられる。チップ３で発生し
た熱は伝熱基板４に伝わり、さらにピンフィン２ａに伝
わって放散される。

【０００８】図４に示した例では、放熱フィンはＰＧＡ
パッケージにねじで装着されている。すなわち、伝熱基
板４にろう付けなどの方法で固定された雄ネジ１０を放
熱フィンの底板部２ｂを貫通させ、ナット１１で底板部
２ｂの座ぐり部分４を締め付けて放熱フィンがパッケー
ジに固定されている。締め付けるのは、底板部２ｂと伝
熱基板４の間に空気層が存在すると伝熱抵抗が大きくな
るために放熱フィン２の冷却性能が活かされないからで
ある。

【０００９】しかし、この固定方法には次のような問題
がある。第１は、伝熱基板１６への雄ねじ１０のろう付
けや、ピンフィンに雄ねじを貫通させる孔や座ぐり部分
の加工が必要であり手間がかかる。第２は、ピンフィン
にナット１１を締めるためのスペースを確保するために
放熱ピン２ａを間引く必要があり、その分だけ放熱性能
が低下する。第３は、ナット１１の締め付け作業が煩雑
であり、組立作業の生産性が阻害される。第４は、ＰＧ
Ａパッケージの上面には雄ねじ１０が、下面にはピン８
が突き出ているので、これらが製造段階でのパッケージ
の搬送の邪魔になることである。

【００１０】図５は、ピンフィンをパッケージにクリッ
プで固定した例を示す図であり、図５（ａ）は平面図、
同（ｂ）は側面図である。この固定方法は、例えば特開
平02-298053 号公報に開示されている。Ｔ字形断面の伝
熱基板１６のフランジ１６ａとピンフィン２の底板部２
ｂをクリップ１３の爪１３ａで挟んで固定する。

【００１１】しかし、この方法では伝熱基板１６にフラ
ンジ１６ａを設ける加工に手間がかかり、クリップ１３
を掛けるスペースのために、端部の放熱ピン２ａを間引
く必要があることが問題である。また、クリップ１３に
ほこりなどがたまり易いので定期的に清掃をする必要も
ある。

【００１２】図６は特開昭63-133557号公報に開示され
ている他のクリップ固定法を示す図である。図６（ａ）
の斜視図に示すように、樹脂製のフレーム１３２にはめ
こまれたＰＧＡパッケージ１の上にタワー型放熱フィン
（以下、タワーフィンと記す）１２４を乗せ、フレーム
１３２の周縁部に設けた歯１４２に両端部を掛けたばね
性を有するクリップ１５０でタワーフィン１２４をＰＧ
パッケージに押しつけ固定されている。

【００１３】図６（ｂ）は部分断面図を示し、フレーム
１３２の内周部には段差部１３６が設けられていてＰＧ
Ａパッケージ１の周縁部を支えており、伝熱基板１６上
にフィン１２４ａを備えたタワーフィン１２４が固定さ
れている。しかし、このクリップ固定法では、クリップ
１５０を取り付け固定する作業が複雑で、自動組立によ
る量産が難しいことが問題である。

【００１４】ところで、電子機器の小型軽量化の要求の
中で、パッケージも小型軽量化が急速に進み、プラスチ
ック製のパッケージが高性能品の中でも主流となりつつ
ある。プラスチック製のパッケージにおいても高集積度
のチップの場合は冷却対策が必要で、放熱フィンが使用
される。

【００１５】図７は、代表的なプラスチック製パッケー
ジであるボールグリッドアレイパッケージ１４（以下、
ＢＧＡパッケージと記す）に、特願平7-91525号 明細書
に記載のコルゲート型放熱フィン１５（以下、コルゲー
トフィンと記す）を取り付けた例を示す。なお、コルゲ
ートフィンの波形放熱板１５ａには種々の形態のものが
あり、ここに示すものはその一例である。図７（ａ）は
コルゲートフィン側からの平面図、同（ｂ）はコルゲー
トフィンを取り付けたＢＧＡパッケージの断面図、同
（ｃ）はＢＧＡパッケージの下面の平面図である。

【００１６】コルゲートフィン１５は、薄板を曲げ加工
した波形放熱板１５ａと底板部２ｂがろう付けで接合さ
れた構造で、軽量に製造できるので、プラスチック製パ
ッケージの放熱フィンに適している。

【００１７】ＢＧＡパッケージ１４は、伝熱基板１６、
額縁状のエポキシ樹脂板１７、１８の積層接着構造で、
全体の積層厚さは１ｍｍ前後である。チップ３は、ボン
ディングワイヤ９によってエポキシ樹脂板１７上の端子
部に接続された導電回路（図示せず）を介して、エポキ
シ樹脂板１８の下面に配列された外部端子である半田ボ
ール２１に電気的に接続され、注入エポキシ樹脂１９で
封着されている。チップ３と伝熱基板１６の間には軟質
のサーマルコンパウンド２０が挟まれており、チップ３
の熱はサーマルコンパウンド２０を通って伝熱基板１６
に伝わり、さらにコルゲートフィン１５に伝わって放散
される。サーマルコンパウンド２０を用いるのは、シリ
コン製のチップ３と銅あるいは銅合金製の伝熱基板１６
の線膨張係数の差があまりに大きく、両者を強固に接合
すると熱応力によってチップ３が破壊されるためであ
る。すなわち、サーマルコンパウンド２０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
製の伝熱基板１６とチップ３を電気的に絶縁する役割も
ある。

【００１８】ＢＧＡパッケージ１４へのコルゲートフィ
ン１５の取り付けは、接着法により行われている。すな
わち、コルゲートフィンの底板部２ｂがＢＧＡパッケー
ジの伝熱基板１６の上面に伝熱性の接着材で接合され
る。接着法が採用されるのは、伝熱基板１６の厚さが極
めて薄い（０．１〜０．２ｍｍ）ため、前記のＰＧＡパ
ッケージの場合のようなねじ止め法やクリップ固定法が
採用できないという理由による。もちろん、軽量である
ことが１つの特徴であるプラスチック製においては、ね
じ、ナット、クリップなどによる重量増加を避ける必要
があることも理由の１つである。

【００１９】しかし、この接着固定する方法は、いった
ん接着した後で放熱フィンを外すことが困難で、例えば
取り扱い中に変形した放熱フィンを交換することが難し
いことである。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ねじ、クリ
ップなどの部品類は一切使用しないで、着脱自在にパッ
ケージに装着することのできる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】本発明者らは、上記従来
の装着手段により生じる諸問題を解消すべく鋭意検討し
た結果、放熱フィンの底板部自体にパッケージを把持す
る機能を付与するのがよいとの知見を得るに至った。本
発明はこのような知見に基づきなされたもので、その要
旨は以下のとおりである。

【００２２】「平板状の底板部と放熱部とからなるＬＳ
Ｉパッケージ装着用放熱フィンであって、放熱フィンの
底板部の対向する側端部にそれぞれ下方に突出、対向し
た、ＬＳＩパッケージの周縁部を把持するための爪を有
することを特徴とするＬＳＩパッケージ用放熱フィン」 ここで、底板部の下面とは放熱部と反対側の底板の面を
いう。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の放熱フィンの一
例を示す爪付きコルゲート型放熱フィン３０（以下、爪
付きコルゲートフィンと記す）の図であり、図１（ａ）
は正面図、同（ｂ）は底板部下面側の平面図、同（ｃ）
は部分拡大図である。

【００２４】このコルゲートフィン３０は、図１（ａ）
に示すように平板状の底板部２ｂと放熱部２ｃである波
形の放熱板１５ａからなる。アルミニュウムあるいはア
ルミニュウム合金の薄板をピッチｓ、高さｈで波形に曲
げ加工された放熱板１５ａが、爪付き底板３１の上面３
１ａにろう付けなどにより接合されている。

【００２５】底板部２ｂの対向する側端部、すなわち図
１（ｂ）に示す３２ａ１、３２ａ２にそれぞれ高さｑの
爪３１ｂが下方に突出、対向した状態で設けられてい
る。なお、この爪を設ける位置は、図１（ｂ）に示す側
端部３２ｂ１、３２ｂ２側であってもよく、効果は両者
同じである。

【００２６】また、図１の例では爪３１ｂが底板の辺長
ｆ１の全体にわたって設けられているが、短い幅の複数
の爪を左右に断続的に配置してもよい。爪付きの底板部
２ｂは押出し加工あるいは切削加工で製作することがで
きる。切削加工の場合には、波形放熱板１５ａを接合し
た後に爪３１ｂを加工してもよい。

【００２７】また、爪と底板を別々に成形加工してお
き、爪を底板にろう付け等により接合してもよい。爪３
１ｂの形状は図１に示すものに限定されることはなく、
後述するようにパッケージを把持することができ、対向
する爪間をパッケージをスライドさせて放熱フィンから
外す以外には外れないようにパッケージ周縁を把持しう
るものであれば他の形状であっても差し支えない。

【００２８】また、本発明の放熱フィンのフィン形状
は、図１に示したものに限定されず、例えばピンフィン
や板状の放熱板が平行に林立したチャンネルフィンであ
っても差し支えない。

【００２９】本発明の放熱フィンの材質は、従来の放熱
フィンと同様、軽量性と経済性の点からアルミニウムあ
るいはアルミニウム合金であることが望ましい。また、
後述するように、アルマイト処理によって優れた電気絶
縁性能と耐食性能を付与できることもアルミニウムある
いはアルミニウム合金が推奨される理由である。

【００３０】次に、パッケージへの本発明の放熱フィン
の取り付け方法について説明する。図２は、ＢＧＡパッ
ケージ１４に爪付きコルゲートフィン３０を取り付けた
状態を示す図で、図２（ａ）は正面図、同（ｂ）は部分
拡大図である。

【００３１】ＢＧＡパッケージ１４の平板部、すなわち
伝熱基板１６、エポキシ樹脂板１７、１８が爪付きコル
ゲートフィン３０の底板部の爪が無い側端部から差し込
まれ、エポキシ樹脂板１８の周縁部が爪３１ｂの先端部
３１ｃで把持されている。

【００３２】なお、爪間にパッケージの平板部を差し込
むときの爪間の入り側になるコーナ部、すなわち、図２
（ｂ）の矢示部を面取りを施しておくと平板部の差込が
容易になり好ましい。

【００３３】図３は、別の形状の爪３１ｂを有する爪付
きコルゲートフィン３０にＢＧＡパッケージ１４を取り
付けた例を示す。この場合の爪３１ｂは先端部３１ｃに
斜面３１ｅが設けられており、斜面３１ｅでエポキシ樹
脂板１８が把持されている。

【００３４】爪３１ｂにバネ性を持たせれば、伝熱基板
１６を底板底面３１ｄに押しつけることも可能である。
例えば、爪３１ｂの肉厚ｔを薄目にして弾力性を付与し
ておけばよい。また、爪の先端部に斜面３１ｅを設けて
おくことにより、パッケージの把持部の寸法許容量が増
す。

【００３５】図２、図３において、伝熱基板１６は底板
底面３１ｄに接触しており、伝熱基板１６からの熱は爪
付き底板３１に伝えられ、波形放熱板１５ａから放散さ
れる。したがって、図１ｃにおける底板底面３１ｄと爪
先端部３１ｃの間隔ｍは、ＢＧＡパケージ平板部の厚さ
ｈｂ[図７（ｂ）参照]と略略同一である。

【００３６】なお、爪３１ｂおよびＢＧＡパッケージ１
４の寸法精度の点から伝熱基板１６と底板底面３１ｄの
間に空隙が生じ、伝熱が効果的に行われない恐れがある
場合には、間に伝熱性のグリースなどを介在させて空隙
を無くするとよい。介在させる伝熱性グリースの厚さ
は、伝熱抵抗を小さくするため薄ければ薄いほどよいこ
とはいうまでもない。

【００３７】いずれにしても、ＢＧＡパッケージ１４と
爪付きコルゲートフィン３０の着脱は容易であり、パッ
ケージと放熱フィンの従来の取り付け方法における前記
問題点を解消することができる。

【００３８】図２において、爪３１ｂは、ＢＧＡパッケ
ージ１４の下面の半田ボール２１よりも外側でＢＧＡパ
ッケージ１４を把持し、しかも半田ボール２１が爪３１
ｂよりもｇだけ突き出た状態になるような寸法形状のも
のであることが必要である。

【００３９】半田ボール２１は、プリント基板などに温
度上昇させた状態で押しつけられて半田付けが行われ
る。その時の半田ボール２１のつぶれを考慮して突き出
し量ｇが設定される。例えば、半田ボール２１の直径を
０．４ｍｍとすれば、ｇは少なくとも０．２ｍｍ程度は
必要である。半田付けが行われた状態でのプリント基板
と爪３１ｂの間隙は、せいぜい０．１ｍｍ程度しかない
ので、使用状態での電気的短絡の恐れがある。従って、
少なくとも爪３１ｂには電気絶縁性を持たせておくこと
が不可欠であり、アルミニウムあるいはアルミニウム合
金で爪付きコルゲートフィン３０を製作し、アルマイト
処理を施すのが効果的である。

【００４０】以上に述べたＢＧＡパッケージへの爪付き
コルゲートフィンの取り付け方法は、他のパッケージと
他の爪付き放熱フィンであっても同様に適用できること
は言うまでもない。

【００４１】

【実施例】厚さ０．３ｍｍのアルミニウム合金（ＪＩＳ
３００３）薄板を折り曲げ加工した高さ８．５ｍｍ
（ｈ）、ピッチ４．２ｍｍ（ｓ）の波形放熱板を、平面
寸法３２．０ｍｍ（ｆ１）、３６．０ｍｍ（ｆ２）、厚
さ２．０ｍｍ（Ｔ）で片面に厚さ５０μｍのアルミニウ
ム合金ろう（ＪＩＳ ４００４）を有するアルミニウム
合金（ＪＩＳ ３００３）からなる底板に真空ろう付け
したコルゲートフィンを作製した。

【００４２】この放熱フィンの底板に図１（ｃ）に示す
ｑ＝０．９５ｍｍ、ｐ＝３１．４ｍｍ、ｍ＝０．７５ｍ
ｍ、ｎ＝１．８ｍｍの爪３１ｂを切削加工したのち、全
面にアルマイト加工を施した。この爪付きコルゲートフ
ィンの底板底面にグリース状のサーマルコンパウンド
（東レダウコーニングシリコーン社ＳＨ３４０）を塗布
した後、図７（ｂ）、（ｃ）に示す外形寸法ｗ１＝ｗ２
＝３２ｍｍ、厚さｈｂ＝０．７ｍｍで、直径０．４ｍｍ
の半田ボール２１を底面に多数配置したプラスチック製
ＢＧＡパッケージ１４を前記爪３１ｂに差し込み装着し
た。さらに、前記放熱フィン付きパッケージをプリント
基板に実装し、十分な冷却機能を有していることを確認
した。

【００４３】

【発明の効果】本発明のＬＳＩパッケージ用放熱フィン
によれば、パッケージへの放熱フィンの取り付けが極め
て簡単になり、組立工程の自動化による生産性が向上す
る。

【００４４】高集積度のチップを搭載した高性能のパッ
ケージがますます数多く使用されるようになってきてお
り、チップの熱を冷却する放熱フィンをパッケージに簡
単に装着する技術が重要である。このようなニーズに対
し、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ＬＳＩパッケージ用放熱フィンの一実
施態様を示す図である。

【図２】本発明のＬＳＩパッケージ用放熱フィンをＢＧ
Ａパッケージに取り付けた状態を示す図である。

【図３】本発明の他の態様のＬＳＩパッケージ用放熱フ
ィンをＢＧＡパッケージに取り付けた状態を示す図であ
る。

【図４】ピンフィンをセラミックス製ＰＧＡパッケージ
にねじ止めで装着する従来例を示す図である。

【図５】ピンフィンをセラミックス製ＰＧＡパッケージ
にクリップを使用して装着する従来例を示す図である。

【図６】タワーフィンをセラミックス製ＰＧＡパッケー
ジにクリップを使用して装着する従来例を示す図であ
る。

【図７】コルゲートフィンをプラスチック製ＢＧＡパッ
ケージへ接着固定する従来例を示す図である。

【符号の説明】

１４ ボールグリッドアレイパッケージ １５ コルゲートフィン型放熱フィン １５ａ コルゲートフィン １５ｂ コルゲートフィン底板部 １６ 伝熱基板 １７、１７ エポキシ樹脂板 ２１ 半田ボール ３１ 爪

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板状の底板部と放熱部とからなるＬＳ
   Ｉパッケージ装着用放熱フィンであって、放熱フィンの
   底板部の対向する側端部にそれぞれ下方に突出した、Ｌ
   ＳＩパッケージの周縁部を把持するための爪を有するこ
   とを特徴とするＬＳＩパッケージ用放熱フィン。