JP2577063Y2 - Semiconductor package - Google Patents
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- JP2577063Y2 JP2577063Y2 JP1992009823U JP982392U JP2577063Y2 JP 2577063 Y2 JP2577063 Y2 JP 2577063Y2 JP 1992009823 U JP1992009823 U JP 1992009823U JP 982392 U JP982392 U JP 982392U JP 2577063 Y2 JP2577063 Y2 JP 2577063Y2
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本考案は、半導体素子を収納する
ためのパッケージに関し、特に空冷機能を持たせるため
の放熱構造を備えた半導体パッケージに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a package for accommodating a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor package having a heat radiating structure for providing an air cooling function.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、高速、高密度LSIなどの半
導体パッケージに於いて、チップに発生する熱を逃が
し、冷却するための放熱体が用いられていた。例えば、
図8(A)(B)に示すように、チップを収納した半導
体パッケージ20のキャップ21に放熱体10が取り付
けられていた。また、図8(C)に示すように半導体パ
ッケージのキャップ自体を放熱体10としたものもあっ
た。この放熱体10は基体12とフィン11が一体的に
形成された櫛形形状であり、その材質として、従来はア
ルミニウムなどの金属が用いられていたが、近年は軽量
化や、パッケージを構成するセラミックスとの熱膨張率
を一致させるために、熱伝導率に優れた窒化アルミニウ
ム質セラミックスが用いられている。2. Description of the Related Art Heretofore, in a semiconductor package such as a high-speed, high-density LSI, a heat radiator for radiating and cooling heat generated in a chip has been used. For example,
As shown in FIGS. 8A and 8B, the heat radiator 10 was attached to the cap 21 of the semiconductor package 20 containing the chip. Further, as shown in FIG. 8C, there is a semiconductor package in which a cap itself is used as a heat radiator 10. The radiator 10 has a comb shape in which a base 12 and a fin 11 are integrally formed. As a material of the radiator 10, a metal such as aluminum has conventionally been used. In order to make the coefficient of thermal expansion coincide with the coefficient of thermal expansion, aluminum nitride ceramics having excellent thermal conductivity is used.
【0003】このような放熱体10をセラミックスで形
成する場合の製造方法は以下の通りであった。まず、セ
ラミック原料をゴム型に充填してラバープレス成形し、
得られた成形体の周囲に切削加工を施してブロック形状
とする。次に、このブロック状成形体を焼成した後、図
9に示すようにブロック状焼結体30に対しダイヤモン
ドカッター31で複数の溝を研削加工し、さらに外周、
下面を研削加工することによって、図7(A)に示すよ
うな複数のフィン11を持った放熱体10を形成してい
た。[0003] The manufacturing method when such a heat radiator 10 is formed of ceramics is as follows. First, the rubber material is filled with ceramic raw materials and rubber pressed,
The periphery of the obtained molded body is subjected to cutting to form a block shape. Next, after firing the block-shaped compact, a plurality of grooves are ground on the block-shaped sintered compact 30 with a diamond cutter 31 as shown in FIG.
By grinding the lower surface, a heat radiator 10 having a plurality of fins 11 as shown in FIG. 7A was formed.
【0004】[0004]
【考案が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な従来の製造方法では、ブロック状の焼結体30に複数
の溝研削加工を施していたため、極めて加工効率の悪い
ものであった。また、研削加工を施す部分が多いため原
料の無駄が多く、コストの高いものであった。However, in the above-described conventional manufacturing method, since a plurality of groove grinding processes are performed on the block-shaped sintered body 30, the processing efficiency is extremely low. In addition, since there are many parts to be ground, there is much waste of raw materials and the cost is high.
【0005】さらに、焼結体に研削加工を行うため、放
熱体10を形成する窒化アルミニウム質セラミックスに
窒化硼素(BN)を添加するなどして研削性を高める必
要があり、放熱体10自体の熱伝導率を向上させること
に限界があった。しかも、研削加工上、単純なフィン形
状としかできず、冷却効果も低いものであった。In addition, in order to grind the sintered body, it is necessary to improve the grindability by adding boron nitride (BN) to the aluminum nitride ceramics forming the radiator 10. There is a limit to improving the thermal conductivity. In addition, only a simple fin shape can be obtained due to grinding, and the cooling effect is low.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】そこで、本願考案は上記
課題に鑑み、半導体パッケージを構成するセラミック製
キャップとセラミック製ベースの少なくとも一方に、凹
凸形状、ハニカム形状などの放熱構造を持った窒化アル
ミニウム質セラミック製フィンを備えてなる半導体パッ
ケージにおいて、上記フィンと前記キャップ及び/又は
ベースにそれぞれ互いに合致する形状の凹凸部を設け、
これらの凹凸部を係合させた状態で焼成一体化するか、
もしくは放熱体を構成する窒化アルミニウム質セラミッ
ク製の基体と上記フィンにそれぞれ互いに合致する形状
の凹凸部を設け、これらの凹凸部を係合させた状態で焼
成一体化したものを前記キャップ及び/又はベースに接
合したものである。In view of the above-mentioned problems, the present invention has been made in consideration of the above-mentioned problems, and at least one of a ceramic cap and a ceramic base constituting a semiconductor package has an aluminum nitride having a heat dissipation structure such as an uneven shape or a honeycomb shape. A semiconductor package comprising a high-quality ceramic fin, wherein the fin and the cap and / or the base are provided with concave and convex portions having shapes that match each other,
By firing and integrating with these concave and convex portions engaged,
Alternatively, the base made of aluminum nitride ceramic constituting the heat radiator and the fins are provided with uneven portions having shapes matching with each other, and the integrated body is fired and integrated in a state where these uneven portions are engaged with each other, and the cap and / or It is joined to the base.
【0007】なお、本考案の半導体パッケージは、キャ
ップやベースに直接複数のセラミック製フィンを同時焼
成によって接合一体化したものや、予め複数のセラミッ
ク製フィンを基体に同時焼成によって接合一体化したも
のを、キャップやベースに接合したものである。The semiconductor package of the present invention is obtained by directly joining and integrating a plurality of ceramic fins to a cap or a base by simultaneous firing, or by joining a plurality of ceramic fins to a base in advance by simultaneous firing. Is bonded to a cap or a base.
【0008】さらに、本考案の半導体パッケージは、複
数のフィンを接合することで、全体として凹凸形状の放
熱構造を有しているが、さらに各々のフィン自体を凹凸
形状やハニカム形状として、より放熱性を高めるように
することもできる。Further, the semiconductor package of the present invention has an uneven heat dissipation structure as a whole by joining a plurality of fins. It is also possible to enhance the sex.
【0009】[0009]
【実施例】以下本考案実施例を説明する(従来例と同一
部分は同一符号を用いる)。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below (the same parts as in the prior art are denoted by the same reference numerals).
【0010】図1(A)に示すように、本考案の半導体
パッケージを構成する放熱体10は、基体12に複数の
フィン11を接合一体化してなる櫛形(凹凸)形状であ
り、高熱伝導率の窒化アルミニウム質セラミックスによ
り形成されている。そして、この放熱体10を接合した
本考案の半導体パッケージを図1(B)に示すように、
キャップ21、ベース22、ピン23からなる半導体パ
ッケージ20のキャップ21上に、上記放熱体10の基
体12を接合することによって、半導体チップに発生す
る熱を逃がして冷却できるようになっている。As shown in FIG. 1A, the heat radiator 10 constituting the semiconductor package of the present invention has a comb shape (concavo-convex) shape obtained by joining and integrating a plurality of fins 11 with a base 12, and has a high thermal conductivity. Of aluminum nitride ceramics. Then, as shown in FIG. 1B, the semiconductor package of the present invention in which the heat radiator 10 is bonded is shown in FIG.
By joining the base 12 of the radiator 10 to the cap 21 of the semiconductor package 20 including the cap 21, the base 22, and the pins 23, heat generated in the semiconductor chip can be released and cooled.
【0011】また、図1(C)に他の実施例を示すよう
に、半導体パッケージ20のキャップ21に、直接複数
のフィン11を接合一体化することもできる。さらに、
図示していないが、ベース22側にフィン11を接合一
体化してもよい。Further, as shown in FIG. 1C, a plurality of fins 11 can be directly bonded and integrated to a cap 21 of a semiconductor package 20. further,
Although not shown, the fins 11 may be integrally joined to the base 22 side.
【0012】以下、図1(A)(B)に示す形状のもの
を例にして説明する。上記したように本考案の半導体パ
ッケージ20を構成する放熱体10は、基体12とフィ
ン11をそれぞれ別体として形成し、接合したものであ
るが、具体的な接合方法は以下の通りである。A description will now be given of an example having the shape shown in FIGS. 1 (A) and 1 (B). As described above, the heat radiator 10 constituting the semiconductor package 20 of the present invention is formed by separately forming the base 12 and the fin 11 and joining them. The specific joining method is as follows.
【0013】図2(A)に示すように、予め基体12、
およびフィン11をそれぞれ別体で成形しておいて、同
時焼成により接合する。例えば、図3に示すように、複
数の凹部12aを有する基体12と、この凹部12aに
合致する形状のフィン11とそてぞれ別体としてセラミ
ックスのプレス成形、テープ成形、押出成形などにより
成形する。そして、焼成前の生成形体の状態で、上記フ
ィン11を基体12の凹部12a中に挿入して係合さ
せ、両者の間に成形時のバインダー、または同種のセラ
ミック原料からなるスラリーを介在させておいて、同時
に焼成し一体化すれば良い。あるいは焼成時に基体12
側がフィン11よりも大きく収縮するように原料を調整
しておけば、両者間に何も介在させなくても同時に焼成
して一体化できる。As shown in FIG. 2 (A), the substrate 12,
The fins 11 and the fins 11 are separately formed, and are joined by simultaneous firing. For example, as shown in FIG. 3, a base 12 having a plurality of recesses 12a, a fin 11 having a shape corresponding to the recesses 12a, and being formed separately by press forming, tape forming, extrusion forming, etc. of ceramics. I do. Then, in the state of the formed body before firing, the fin 11 is inserted into and engaged with the concave portion 12a of the base 12, and a binder at the time of molding or a slurry made of the same type of ceramic raw material is interposed between the two. In this case, firing and integration may be performed at the same time. Alternatively, the substrate 12
If the raw material is adjusted so that the side shrinks more than the fins 11, they can be fired and integrated at the same time without any intervention between them.
【0014】このように、基体12とフィン11を同時
焼成で接合すれば、例えば、フィン11と基体12とを
予め焼成したものをメタライズ、半田、ガラスなどの接
合剤を介して接合したものとは異なり、両者間に異なる
物質が存在せず、基体12からフィン11への熱伝達を
良くすることができ、冷却効率を高めることができる。As described above, if the base 12 and the fins 11 are bonded by simultaneous firing, for example, the fins 11 and the bases 12 are bonded in advance by bonding via a bonding agent such as metallized, solder, or glass. Differently, there is no different substance between the two, the heat transfer from the base 12 to the fins 11 can be improved, and the cooling efficiency can be increased.
【0015】また、他の実施例を図4に示すように、フ
ィン11を棒状として、基体12の凹部12aに挿入
し、両者を同時焼成することもできる。このようにフィ
ン11を棒状とすれば、放熱面積が大きくなるため、よ
り冷却効果を高くできる。In another embodiment, as shown in FIG. 4, the fin 11 may be formed in a rod shape and inserted into the concave portion 12a of the base 12, and both may be fired simultaneously. When the fins 11 are formed in a rod shape as described above, the heat radiation area is increased, so that the cooling effect can be further enhanced.
【0016】さらに、以上の実施例ではフィン11の形
状として四角形の板状または丸棒状のものを示したが、
本考案の放熱体10ではフィン11を別体で形成するこ
とから、もっと複雑な形状とすることが可能である。た
とえば、フィン11を三角形状としたり、あるいは後述
するようにフィン11を波状などの凹凸形状とすること
で放熱性を高めることができる。Further, in the above embodiment, the fin 11 has a rectangular plate shape or a round bar shape.
In the heat radiator 10 of the present invention, since the fins 11 are formed separately, a more complicated shape can be obtained. For example, heat dissipation can be enhanced by forming the fins 11 into a triangular shape, or by forming the fins 11 into a corrugated shape as described later.
【0017】また、基体12上でのフィン11の配置
も、規則正しくする必要はなく自由に配置できる。例え
ば、図5(A)〜(D)に平面図を示すように、角柱
状、丸棒状、板状などのフィン11を互いに向きを変え
たり、異なる形状のものを組み合わせたりすることがで
きる。このようにして各フィン11の配置を不規則とす
ることにより、空気などの冷却媒体が乱流となって、よ
り冷却効果を高めることができる。The arrangement of the fins 11 on the base 12 does not need to be regular and can be arranged freely. For example, as shown in plan views in FIGS. 5A to 5D, the fins 11 having a prismatic shape, a round bar shape, a plate shape, or the like can be changed in direction from each other, or can be combined in different shapes. By arranging the fins 11 irregularly in this manner, a cooling medium such as air becomes turbulent, and the cooling effect can be further enhanced.
【0018】なお、上記のようにして得られた放熱体1
0を半導体パッケージ20のキャップ21に接合する際
にも、同時焼成によって接合一体化すれば良い。The radiator 1 obtained as described above
Also, when bonding 0 to the cap 21 of the semiconductor package 20, the bonding and integration may be performed by simultaneous firing.
【0019】また、熱伝導率100W/m・K以上の高
熱伝導率セラミックスとしては、窒化アルミニウム(A
lN)、酸化ベリリウム(BeO)、炭化珪素(Si
C)等さまざまなものがあるが、本考案の放熱体10を
構成する基体12、フィン11の材質としては、特に熱
伝導率の高い窒化アルミニウム質セラミックスを用い
る。さらに、その中でも特にAlNを主成分とし、希土
類元素やアルカリ土類元素の酸化物、窒化物、フッ化物
などの焼結助剤を含有する窒化アルミニウム質セラミッ
クスが熱伝導率の点で最も優れている。そして、これら
の主成分および焼結助剤からなるセラミック原料粉末に
所定のバインダーを添加混合した後、上記したようにプ
レス成形、テープ成形、押出成形などでフィン11およ
び基体12の形状に成形し、同時焼成または焼成後に接
合することによって、本考案の放熱体10を得ることが
できる。Further, as a ceramic having a high thermal conductivity of 100 W / m · K or more, aluminum nitride (A
1N), beryllium oxide (BeO), silicon carbide (Si
Although there are various types such as C), as the material of the base 12 and the fins 11 constituting the radiator 10 of the present invention, aluminum nitride ceramics having particularly high thermal conductivity is used. Further, among them, aluminum nitride ceramics mainly containing AlN and containing sintering aids such as oxides, nitrides and fluorides of rare earth elements and alkaline earth elements are the most excellent in terms of thermal conductivity. I have. Then, after adding and mixing a predetermined binder to the ceramic raw material powder composed of these main components and the sintering aid, the mixture is formed into the shapes of the fins 11 and the base 12 by press molding, tape molding, extrusion molding or the like as described above. Then, the heat radiator 10 according to the present invention can be obtained by joining after the simultaneous firing or the firing.
【0020】なお、以上の実施例では、図1(A)
(B)に示すような、基体12とフィン11を接合一体
化してなるものについて述べたが、図1(C)に示すよ
うな、半導体パッケージのキャップ21に直接フィン1
1を接合一体化したものであっても同様である。In the above embodiment, FIG.
1B, the base 12 and the fin 11 are joined and integrated, but the fin 1 is directly attached to the cap 21 of the semiconductor package as shown in FIG.
The same applies to the case where 1 is joined and integrated.
【0021】さらに、本考案の他の実施例として、各々
のフィン11自体に凹凸形状やハニカム形状を形成する
こともできる。例えば、図6に示すセラミック製放熱体
10は、基体12とフィン11を一体的に形成したもの
であって、各フィン11の側面11aに凹凸を形成して
あり、この放熱体10をキャップ21に接合一体化する
ことによって、本考案の半導体パッケージを構成するこ
とができる。このように、フィン11の側面11aに凹
凸を形成してあることにより、表面積を大きくでき、放
熱性を高められる。Further, as another embodiment of the present invention, each fin 11 itself can be formed with an uneven shape or a honeycomb shape. For example, the ceramic heat radiator 10 shown in FIG. 6 is formed by integrally forming a base 12 and fins 11, and has irregularities formed on a side surface 11 a of each fin 11. The semiconductor package of the present invention can be configured by joining and integrating the semiconductor package of the present invention. As described above, since the unevenness is formed on the side surface 11a of the fin 11, the surface area can be increased, and the heat dissipation can be enhanced.
【0022】また、この凹凸は、図中の矢印方向に向か
って直線状に伸びる形状のものであり、このようなセラ
ミック製放熱体10はプレス成形または押出成形によっ
て、容易に製造することができる。即ち、予めこのよう
な凹凸形状をもった金型を用意しておき、図中の矢印方
向に力が加わるようにして、プレス成形または押出成形
した後、焼成すれば、図6に示すセラミック製放熱体1
0を容易に形成することができる。なお、プレス成形の
場合は、上下パンチの加圧面にも凹凸形状を形成してお
くことによって、フィン11の端面にも凹凸を形成する
ことができる。The irregularities have a shape extending linearly in the direction of the arrow in the figure, and such a ceramic radiator 10 can be easily manufactured by press molding or extrusion molding. . That is, a mold having such a concave-convex shape is prepared in advance, press-formed or extruded so that a force is applied in the direction of the arrow in the figure, and then fired to obtain a ceramic material shown in FIG. Heat radiator 1
0 can be easily formed. In the case of press molding, the unevenness can also be formed on the end surface of the fin 11 by forming the unevenness on the pressing surfaces of the upper and lower punches.
【0023】さらに、上記フィン11の凹凸形状として
は、さまざまなものとすることができる。例えば図7
(A)に示すように全体的に波状としたもの、図7
(B)に示すように全体的に鋸刃状としたもの、図7
(C)(D)に示すように板状体に突起部11bを備え
た形状のもの、あるいは図7(E)に示すように中空部
11cを備えたハニカム形状のものなどとすることがで
きる。なお、いずれの形状のものであっても、基体12
とフィン11を一体的にプレス成形または押出成形する
ためには、図6中の矢印方向に向かって直線状に伸びる
形状とする必要がある。Further, the fins 11 may have various irregularities. For example, FIG.
As shown in FIG.
As shown in FIG.
(C) As shown in FIG. 7 (D), a plate-shaped body having a projection 11b or a honeycomb-shaped body having a hollow part 11c as shown in FIG. 7 (E) can be used. . Regardless of the shape, the substrate 12
In order to press-mold or extrude the fins 11 integrally, it is necessary that the fins 11 extend linearly in the direction of the arrow in FIG.
【0024】また、上記実施例では、基体12とフィン
11を一体的に形成したものを示したが、図1〜図4に
示した実施例のように、基体12とフィン11を別体で
形成しておいて、互いに接合することもできる。この場
合は、フィン11をプレス成形、押出成形、テープ成形
などによる成形、またはこれらの成形後の加工によって
凹凸を有する形状とし、別体として成形した基体12に
対し、同時焼成により接合一体化することによって、製
造することができる。このように、フィン11を別体と
して成形すれば、より複雑な凹凸形状を容易に形成する
ことができる。In the above embodiment, the base 12 and the fin 11 are integrally formed. However, as in the embodiment shown in FIGS. 1 to 4, the base 12 and the fin 11 are formed separately. Once formed, they can be joined together. In this case, the fins 11 are formed into a shape having irregularities by press molding, extrusion molding, tape molding, or the like, or are processed after these moldings, and are integrally bonded to the separately molded base 12 by simultaneous firing. Thus, it can be manufactured. Thus, if the fin 11 is formed as a separate body, a more complicated uneven shape can be easily formed.
【0025】実験例1 ここで、本考案実施例として、図3に示す放熱体を製造
した。まず原料として、主成分のAlNと、焼結助剤と
してEr2 O3 とバインダーを添加混合した。次にこの
原料を金型に充填してプレス成形し、基体12および板
状のフィン11を別体で成形した。このようにして得ら
れた生成形体のフィン11を、基体12の凹部12a中
に挿入し、1750℃で同時に焼成して一体化した。最
終的な大きさは、外形が34×34×21mmで、各フ
ィンの厚みは1.3mm、各フィンの隙間は1.3mm
とし、フィンの数は14枚とした。 Experimental Example 1 As a working example of the present invention, a radiator shown in FIG. 3 was manufactured. First, as a raw material, AlN as a main component, Er 2 O 3 as a sintering aid, and a binder were added and mixed. Next, this raw material was filled in a mold and press-molded to form the base 12 and the plate-like fin 11 separately. The fins 11 of the formed body thus obtained were inserted into the concave portions 12a of the base 12, and were simultaneously fired at 1750 ° C. to be integrated. The final size is 34 × 34 × 21 mm in outer shape, the thickness of each fin is 1.3 mm, and the gap between each fin is 1.3 mm
And the number of fins was 14.
【0026】これに対し、比較例として、全く同一形
状、同一大きさのセラミック製放熱体を従来の方法で製
造した。即ち、上記と同様のセラミック原料に、研削性
を高めるために窒化硼素(BN)を添加し、この原料を
ラバープレスによりブロック状に成形した後、周囲を切
削加工し、焼成した後、溝および外周、下面の切削加工
を施し、セラミック製放熱体を得た。On the other hand, as a comparative example, a ceramic radiator having exactly the same shape and the same size was manufactured by a conventional method. That is, boron nitride (BN) is added to the same ceramic raw material as described above in order to enhance the grindability, the raw material is formed into a block shape by a rubber press, the periphery is cut, fired, and the grooves and The outer periphery and the lower surface were cut to obtain a ceramic radiator.
【0027】これらの本考案実施例および比較例の放熱
体10について、それぞれの製造工程に要する時間、原
料ロス、および放熱体10の熱伝導率を比較したとこ
ろ、結果は表1に示す通りであった。なお、表1中、加
工時間は比較例を1とした時の比であり、また原料ロス
は出発原料に対する割合で表した。この表1より明らか
なように、本考案実施例は比較例に比べ加工時間が1/
10と短く、しかも原料ロスが1%と極めて少ないこと
がわかる。さらに、本考案の放熱体10は、研削性を高
めるための添加物を含有していないため、熱伝導率を高
くでき、放熱体としての特性を高めることができる。The time required for each manufacturing process, the material loss, and the thermal conductivity of the heat radiator 10 were compared for the heat radiator 10 of the present invention and the comparative example. The results are as shown in Table 1. there were. In Table 1, the processing time is a ratio when the comparative example is set to 1, and the raw material loss is expressed as a ratio to the starting raw material. As is clear from Table 1, the working time of the embodiment of the present invention is 1 / compared to the comparative example.
It can be seen that the material loss is as short as 10 and that the raw material loss is as small as 1%. Furthermore, since the heat radiator 10 of the present invention does not contain an additive for improving the grinding property, the heat conductivity can be increased, and the characteristics as the heat radiator can be improved.
【0028】[0028]
【表1】 [Table 1]
【0029】実験例2 次に、本考案実施例として、図7(B)に示す凹凸形状
のフィン11を持ったセラミック製放熱体10を試作し
た。原料や全体の大きさなどは、上記実験例1と同じと
し、各フィン11の厚みtは1.5mm、長さLは16
mm、凹凸部の角度αは45°とした。これに対し、比
較例として、同一材料で凹凸を持たないフィン11から
なるセラミック製放熱体10を試作し、両者の放熱性の
比較をした。 Experimental Example 2 Next, as an example of the present invention, a ceramic radiator 10 having a fin 11 having an uneven shape shown in FIG. The raw materials and the overall size are the same as those in Experimental Example 1 described above. The thickness t of each fin 11 is 1.5 mm, and the length L is 16
mm, and the angle α of the uneven portion was 45 °. On the other hand, as a comparative example, a ceramic heat radiator 10 made of the same material and having no fins 11 having irregularities was prototyped, and the heat radiating properties of both were compared.
【0030】まず、これらのフィンにおける放熱量(熱
損失)qは、 q=√(hPkA)・θ0 ・tanh(mLC ) ただし k:熱伝達率〔W/m・K〕 h:熱伝導率〔W/m・K〕 A:断面積〔m2 〕 P:フィン周長〔m〕 m=√(hP/kA) t:フィン厚み〔m〕 L:フィン長さ〔m〕 LC =L+t/2 T0 :フィン根本温度〔K〕 T1 :外部流体温度〔K〕 θ0 =T0 −T1 で近似することができる。First, the amount of heat radiation (heat loss) q in these fins is as follows: q = √ (hPkA) · θ 0 · tanh (mL C ) where k: heat transfer coefficient [W / m · K] h: heat conduction Rate [W / m · K] A: Cross-sectional area [m 2 ] P: Fin circumference [m] m = √ (hP / kA) t: Fin thickness [m] L: Fin length [m] L C = L + t / 2 T 0 : Fin base temperature [K] T 1 : External fluid temperature [K] It can be approximated by θ 0 = T 0 −T 1 .
【0031】上記式に、各値を代入すると、比較例の放
熱体における放熱量q’は、 q’=1.176×10-2W であるのに対し、本考案の放熱体における放熱量qは、 q=1.639×10-2W となり、本考案のセラミック製放熱体は、フィン自体に
凹凸を形成してあることによって、放熱性を約1.4倍
に向上できることが理論的にわかる。By substituting each value into the above equation, the heat radiation amount q ′ of the heat radiator of the comparative example is q ′ = 1.176 × 10 −2 W, whereas the heat radiation amount of the heat radiator of the present invention is q becomes q = 1.639 × 10 −2 W, and it is theoretically possible that the ceramic heat radiator of the present invention can improve the heat radiation by about 1.4 times by forming the fin itself with irregularities. I understand.
【0032】また、実際に上記放熱体を半導体パッケー
ジに取り付けて、放熱性を比較する実験を行ったとこ
ろ、上記理論式と同様に、本考案実施例の半導体パッケ
ージは優れた放熱特性を示した。In addition, when an experiment was conducted to compare the heat radiation properties by actually attaching the heat radiator to the semiconductor package, the semiconductor package of the present invention exhibited excellent heat radiation characteristics as in the above theoretical formula. .
【0033】[0033]
【考案の効果】このように、本願考案によれば、半導体
パッケージを構成するセラミック製キャップとセラミッ
ク製ベースの少なくとも一方に、凹凸形状、ハニカム形
状などの放熱構造を持った窒化アルミニウム質セラミッ
ク製フィンを備えてなる半導体パッケージにおいて、上
記フィンと前記キャップ及び/又はベースにそれぞれ互
いに合致する形状の凹凸部を設け、これらの凹凸部を係
合させた状態で焼成一体化するか、もしくは放熱体を構
成する窒化アルミニウム質セラミック製の基体と上記フ
ィンにそれぞれ互いに合致する形状の凹凸部を設け、こ
れらの凹凸部を係合させた状態で焼成一体化したものを
前記キャップ及び/又はベースに接合したことから、窒
化アルミニウム質セラミック製フィンの接合部に異なる
物質が介在せず、極めて簡単な工程で櫛形形状のセラミ
ック製放熱体を製造できるとともに、放熱体を形成する
セラミックスの研削性を高くする必要がないことから、
熱伝導率の高い材料を用いることができる。As described above, according to the present invention, at least one of the ceramic cap and the ceramic base constituting the semiconductor package is provided with an aluminum nitride ceramic fin having a heat dissipation structure such as an uneven shape or a honeycomb shape. In the semiconductor package comprising: the fin and the cap and / or the base are provided with concavo-convex portions each having a shape conforming to each other, and the fins are integrated by firing, or the radiator is The aluminum nitride ceramic base and the fins were provided with concavo-convex portions each having a shape conforming to each other, and were fired and integrated in a state where these concavo-convex portions were engaged with each other and joined to the cap and / or base. Therefore, different materials do not intervene in the joints of the aluminum nitride ceramic fins, It is possible to produce a ceramic heat radiator comb shape by a simple process Te because, since it is not necessary to increase the grinding of ceramics forming the heat radiator,
A material having high thermal conductivity can be used.
【0034】また、セラミック製放熱体を構成するフィ
ンに凹凸形状を形成したことによって、表面積を大きく
し、より放熱特性を高くすることができる。In addition, since the fins forming the ceramic heat radiator are formed with irregularities, the surface area can be increased and the heat radiation characteristics can be further improved.
【0035】したがって、優れた特性のセラミック製放
熱体を安価に得ることができ、超高速LSI等好適に用
いることができる。Therefore, a ceramic heat radiator having excellent characteristics can be obtained at low cost, and it can be suitably used for an ultra-high-speed LSI or the like.
【図1】(A)は本考案の半導体パッケージを構成する
放熱体を示す斜視図、(B)(C)は本考案の半導体パ
ッケージを示す側面図である。1A is a perspective view showing a heat radiator constituting a semiconductor package of the present invention, and FIGS. 1B and 1C are side views showing the semiconductor package of the present invention.
【図2】(A)は本考案の半導体パッケージを構成する
放熱体の製造工程を示す図であり、(B)は(A)中の
X−X線断面図である。FIG. 2A is a view showing a manufacturing process of a heat radiator constituting the semiconductor package of the present invention, and FIG. 2B is a sectional view taken along line XX in FIG.
【図3】本考案の他の実施例による放熱体の製造工程を
示す図である。FIG. 3 is a view illustrating a manufacturing process of a heat radiator according to another embodiment of the present invention;
【図4】本考案の他の実施例による放熱体の製造工程を
示す図である。FIG. 4 is a view illustrating a manufacturing process of a heat radiator according to another embodiment of the present invention.
【図5】(A)〜(D)は本考案の他の実施例による放
熱体を示す平面図である。FIGS. 5A to 5D are plan views showing a heat radiator according to another embodiment of the present invention.
【図6】本考案を構成する放熱体の他の実施例を示す斜
視図である。FIG. 6 is a perspective view showing another embodiment of the heat radiator constituting the present invention.
【図7】(A)〜(E)は、本考案を構成する放熱体に
おけるフィン形状のさまざまな実施例を示す図である。FIGS. 7A to 7E are views showing various embodiments of the fin shape of the heat radiator constituting the present invention.
【図8】(A)は従来のセラミック製放熱体を示す斜視
図、(B)(C)は従来のセラミック製放熱体を取り付
けた半導体パッケージを示す側面図である。8A is a perspective view showing a conventional ceramic heat radiator, and FIGS. 8B and 8C are side views showing a semiconductor package to which a conventional ceramic heat radiator is attached.
【図9】従来のセラミック製放熱体の製造方法を示す図
である。FIG. 9 is a view showing a method for manufacturing a conventional ceramic heat radiator.
10・・・放熱体 11・・・フィン 11a・・側面 11b・・突起部 11c・・中空部 12・・・基体 12a・・凹部 20・・・半導体パッケージ 21・・・キャップ 22・・・ベース DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Heat radiator 11 ... Fin 11a ... Side surface 11b ... Projection part 11c ... Hollow part 12 ... Base 12a ... Concave part 20 ... Semiconductor package 21 ... Cap 22 ... Base
フロントページの続き (72)考案者 古野 剛 滋賀県蒲生郡蒲生町川合10番地の1 京 セラ株式会社滋賀蒲生工場内 審査官 日比野 隆治 (56)参考文献 特開 平1−264295(JP,A) 特開 平5−29499(JP,A) 特開 平3−79064(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 23/34 - 23/473 H01L 23/00 - 23/10 H05K 7/20Continuing from the front page (72) Inventor Takeshi Furuno 10-1 Kawai, Gamo-cho, Gamo-gun, Shiga Prefecture Examiner in the Shiga-Kamo Plant, Kyocera Corporation Ryuji Hibino (56) References JP-A-1-264295 (JP, A) JP-A-5-29499 (JP, A) JP-A-3-79064 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 23/34-23/473 H01L 23/00 -23/10 H05K 7/20
Claims (1)
キャップとセラミック製ベースの少なくとも一方に、凹
凸形状、ハニカム形状などの放熱構造を持った窒化アル
ミニウム質セラミック製フィンを備えてなる半導体パッ
ケージにおいて、上記フィンと前記キャップ及び/又は
ベースにそれぞれ互いに合致する形状の凹凸部を設け、
これらの凹凸部を係合させた状態で焼成一体化するか、
もしくは放熱体を構成する窒化アルミニウム質セラミッ
ク製の基体と上記フィンにそれぞれ互いに合致する形状
の凹凸部を設け、これらの凹凸部を係合させた状態で焼
成一体化したものを前記キャップ及び/又はベースに接
合してなる半導体パッケージ。1. A semiconductor package comprising at least one of a ceramic cap and a ceramic base constituting a semiconductor package, comprising aluminum nitride ceramic fins having a heat dissipation structure such as an uneven shape or a honeycomb shape. And the cap and / or the base are provided with uneven portions each having a shape that matches each other,
By firing and integrating with these concave and convex portions engaged,
Alternatively, the base made of aluminum nitride ceramic constituting the heat radiator and the fins are provided with uneven portions having shapes matching with each other, and the integrated body is fired and integrated in a state where these uneven portions are engaged with each other, and the cap and / or A semiconductor package joined to the base.
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