JP2008227361A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置とヒートシンクとの間にサーマルグリース層を介在させた電子機器において、半導体装置の熱履歴に伴う放熱性能の低下を抑制する。
【解決手段】電子機器１０では、ＬＳＩ１２とヒートシンク１５との間の隙間から露出するサーマルグリース層１６の表面をサーマルグリース層１６よりも低い流動性を有すると共に、高い弾性を有する樹脂層１７で覆う。樹脂層１７は、熱硬化性のシリコーン系接着材料から成る。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器に関し、更に詳しくは、半導体装置の熱をヒートシンクを介して放散する技術に関する。

各種電子機器の性能向上の要請に伴い、ＬＳＩ（Large Scale Integration）などの半導体装置が高性能化され、発生する熱量が増大している。半導体装置の熱量増大に対して、図２に示すように、半導体装置１２の背面に、サーマルグリース層１６を介してヒートシンク１５を配設し、サーマルグリース層１６及びヒートシンク１５を介して、半導体装置１２で発生した熱を放散している。

ヒートシンク１５の配設に際しては、半導体装置１２の背面、又は、ヒートシンク１５の接合面に、サーマルグリースを供給した後に、半導体装置１２とヒートシンク１５とを適度な力で互いに押し付ける。半導体装置１２の熱はサーマルグリース層１６を介してヒートシンク１５に伝わるため、サーマルグリース層１６の熱伝導率が高いほど、また、その厚みが小さいほど、熱抵抗が低くなり放熱性能が高まる。

半導体装置の背面にサーマルグリース層を介してヒートシンクを配設した電子機器については、例えば特許文献１に記載されている。
特開２００３−１２４６６３号公報（図２）

ところで、電子機器１００では、半導体装置１２による熱履歴を経た後にその放熱性能が低下する問題があった。つまり、半導体装置１２の温度変化に伴って、配線基板１１や半導体装置１２、ヒートシンク１５が熱膨張し、半導体装置１２とヒートシンク１５との間隔が変動して、サーマルグリース層１６が流動して半導体装置１２とヒートシンク１５との間の隙間から押し出される。

サーマルグリース層１６が半導体装置１２とヒートシンク１５との間の隙間から押し出されることによって、その隙間に熱伝導率の低い空気等（気泡）が入り込み、半導体装置１２とヒートシンク１５との間の熱抵抗が上昇するものである。

本発明は、上記に鑑み、半導体装置と、半導体装置の背面側にサーマルグリース層を介して配設されたヒートシンクとを有する電子機器であって、半導体装置の熱履歴に伴う放熱性能の低下を抑制できる電子機器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の電子機器は、
半導体装置とヒートシンクとの間にサーマルインタフェース層を介在させた電子機器において、
前記半導体装置と前記ヒートシンクとの間の隙間から露出するサーマルインタフェース層の表面を樹脂層で覆うことを特徴とする。

本発明によれば、半導体装置の温度上昇に際して、半導体装置とヒートシンクとの間の隙間から露出するサーマルインタフェース層の表面を覆う樹脂層が、半導体装置とヒートシンクとの間の隙間からサーマルインタフェース層が押し出されることを抑制する。これによって、サーマルインタフェース層中に気泡が入り込むことを抑制し、半導体装置の熱履歴に伴う放熱性能の低下を抑制できる。

本発明では、前記半導体装置が、１つ以上のＬＳＩチップを含んでもよい。本発明の好適な態様では、前記樹脂層は、前記サーマルインタフェース層よりも低い熱流動性を有する。この場合、半導体装置とヒートシンクとの間の隙間からサーマルインタフェース層が押し出されることを、より効果的に抑制できる。本発明で熱流動性とは、昇温時の流動性を言う。

本発明では、前記サーマルインタフェース層がグリース層であってもよい。本発明の好適な態様では、前記樹脂層が、シリコーン系接着材料又はゴム系接着材料から成る。シリコーン系接着材料やゴム系接着材料は、高い弾性を有するため、半導体装置とヒートシンクとの間隔の変動に追従して変形させることができ、破壊を防止して信頼性を高めることが出来る。

本発明では、前記樹脂層は、塗布によって形成されていてもよい。

以下に、添付図面を参照し、本発明の実施形態を更に詳しく説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電子機器の構成を示す断面図である。電子機器１０は、配線基板１１と、配線基板１１上にはんだバンプ１３を介して実装されたＬＳＩ１２とを有する。配線基板１１とＬＳＩ１２との間には、配線基板１１とＬＳＩ１２との熱膨張係数差に起因する応力からはんだバンプ１３やその付近を保護するために、アンダーフィル樹脂層１４が充填されている。

ＬＳＩ１２の背面には、ＬＳＩ１２の熱を効率的に放散することを目的として、熱伝導率の高いサーマルグリース層１６を介してヒートシンク１５が配設されている。ヒートシンク１５は、ＬＳＩ１２の背面に略対応した平面形状を有する第１プレート部分２１と、第１プレート部分２１の上面に接続し第１プレート部分２１よりも大きな平面形状を有する第２プレート部分２２と、第２プレート部分２２の上面に形成された複数のフィン２３とを有する。複数のフィン２３は、第２プレート部分２２の上面に直交して形成され、互いに平行に延びている。

ＬＳＩ１２とヒートシンク１５との間から露出するサーマルグリース層１６の表面の全てを覆って、サーマルグリース層１６よりも低い流動性を有する樹脂層１７が形成されている。本実施形態では、樹脂層１７は、硬化したシリコーン系接着材料から成り、高い弾性を有する。樹脂層１７は、ＬＳＩ１２、アンダーフィル樹脂層１４、及び、ヒートシンク１５に接しており、その接した部分に接着されている。

樹脂層１７は例えばディスペンサを用いた塗布によって形成される。本実施形態では、シリコーン系接着材料には湿気硬化型のものを用い、室温下で周囲の水分との化学反応によって硬化させることが出来る。

本実施形態の電子機器１０では、ＬＳＩ１２とヒートシンク１５との間から露出するサーマルグリース層１６の表面の全てを覆って、サーマルグリース層１６よりも低い流動性を有すると共に、高い弾性を有する樹脂層１７が形成されている。このため、ＬＳＩ１２の熱履歴によってＬＳＩ１２とヒートシンク１５との間隔が変動しサーマルグリース層１６が流動した際にも、樹脂層１７がＬＳＩ１２とヒートシンク１５との間の隙間を塞ぎつつ弾性的に変形することによって、サーマルグリース層１６がＬＳＩ１２とヒートシンク１５との間の隙間から押し出されることを抑制できる。

このため、サーマルグリース層１６は、ＬＳＩ１２による熱履歴を経た後にも元の状態を維持することができ、層中に気泡が入り込むことを抑制し、放熱性能の低下を抑制できる。

ところで、電子機器１０において、樹脂層１７が、仮に充分な弾性を有しない樹脂であるものとすると、樹脂層１７をＬＳＩ１２とヒートシンク１５との間の間隔の変動に追従して変形させることが出来ず、破壊を生じるおそれがある。樹脂層１７が破壊すると、その破壊部分からサーマルグリース層１６が流れ出し、層中に気泡が入り込む。これに対して、本実施形態の電子機器１０では、樹脂層１７が高い弾性を有するシリコーン系接着材料から成るため、ＬＳＩ１２とヒートシンク１５との間隔の変動に充分に追従させることができ、破壊を防止して信頼性を高めることが出来る。

なお、上記実施形態において低い流動性と高い弾性とを有する樹脂材料として、シリコーン系接着材料以外にも、例えばゴム系接着材料を用いることも出来る。ゴム系接着材料は、例えば溶媒である有機溶剤の揮発によって硬化する。また、上記実施形態では、サーマルグリース層１６が形成されている例を示したが、サーマルグリース層１６以外のサーマルインタフェース層であって流動性を有する層が形成された場合にも、樹脂層１７を形成することによって、同様の効果を得ることが出来る。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の電子機器は、上記実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。

本発明の一実施形態に係る電子機器を示す断面図である。 従来の電子機器を示す断面図である。

符号の説明

１０：電子機器
１１：配線基板
１２：ＬＳＩ（半導体装置）
１３：はんだバンプ
１４：アンダーフィル樹脂層
１５：ヒートシンク
１６：サーマルグリース層
１７：樹脂層
２１：第１プレート部分
２２：第２プレート部分
２３：フィン

Claims (6)

1. 半導体装置とヒートシンクとの間にサーマルインタフェース層を介在させた電子機器において、
   前記半導体装置と前記ヒートシンクとの間の隙間から露出するサーマルインタフェース層の表面を樹脂層で覆うことを特徴とする電子機器。
2. 前記半導体装置が、１つ以上のＬＳＩチップを含む、請求項１に記載の電子機器。
3. 前記樹脂層は、前記サーマルインタフェース層よりも低い熱流動性を有する、請求項１又は２に記載の電子機器。
4. 前記サーマルインタフェース層がグリース層である、請求項３に記載の電子機器。
5. 前記樹脂層が、シリコーン系接着材料又はゴム系接着材料から成る、請求項４に記載の電子機器。
6. 前記樹脂層が、塗布によって形成されている、請求項５に記載の電子機器。

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