JP2002357393A - 液冷型半導体モジュール - Google Patents
液冷型半導体モジュールInfo
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- JP2002357393A JP2002357393A JP2001167529A JP2001167529A JP2002357393A JP 2002357393 A JP2002357393 A JP 2002357393A JP 2001167529 A JP2001167529 A JP 2001167529A JP 2001167529 A JP2001167529 A JP 2001167529A JP 2002357393 A JP2002357393 A JP 2002357393A
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Abstract
は,半導体の熱移送を良くする手段として発熱部品に対
して熱移送装置を固着していたので,回路装置全体の小
型化を阻害し,コスト削減の阻む要因であった。 【解決手段】 回路基板と熱移送機能装置を共用一体化
して形成する密閉容器からなる筐体に作動液を封入し,
筐体外側に対して銅回路を形成し,銅回路に半導体チッ
プや抵抗器などチップ部品と回路端子とを固着した大容
量半導体モジュールとした。
Description
へ相変化をさせたときの潜熱で熱移送させて効果的に回
路素子の温度上昇を抑える半導体モジュールに関する。
等の半導体デバイスを冷却する方法としてヒートパイプ
を用いることが試みられている。しかし半導体デバイス
とヒートパイプとの固着個所での熱抵抗が,半導体デバ
イスの発熱部の熱放出を阻害する要因となっていた。図
4に従来の装置の構造断面図を示し,この図4によって
従来の構造を説明する。絶縁性回路基板21に固着され
た銅回路22に半導体デバイス20の端子23が,はん
だ付けされている。該半導体デバイス20の樹脂製外殻
24が接着剤27によってヒートパイプ25の受熱部2
6に固着されていた。ヒートパイプ25の作動液9はエ
ーテル,アセトン,メタノール,水などが用いられてい
て,密閉されたヒートパイプの一端の蒸発部10で加熱
されて蒸発する。この蒸発には半導体デバイスから伝導
してきた熱を奪って気化するのであるが,半導体チップ
(図示せず)を包んでいる樹脂製外殻24及び接着剤2
7,ヒートパイプ25との接触部で熱抵抗があるから発
熱体である半導体チップ4が大容量の場合にはチップ温
度が高くなってしまい信頼性が低下する欠点があった。
また従来のように個別半導体デバイス20をヒートパイ
プ25で冷却したのでは,箇々の半導体デバイスに対し
て箇々のヒートパイプを固着することになって複数の大
容量半導体デバイスを接続した半導体回路装置に対して
は複数のヒートパイプを搭載しなければならないため,
上記回路装置全体の小型化を阻害していた。
とし、構造が簡単で容易に製作出来て,しかも信頼性に
優れた半導体モジュールを提供することが本発明の目的
である。
手段の共用一体化に着眼して半導体チップなどのチップ
部品と回路端子金具とをハンダ付けする銅回路を,熱移
送機能を持つ筐体に固着して形成した半導体モジュール
として課題を解決した。
からなる筐体と,該筐体外壁に固着された銅回路と,銅
回路上に固着された回路装置を構成する大容量半導体チ
ップや抵抗器などのチップ部品と,回路端子金具とから
なる大容量半導体モジュールにおいて,前記筐体内に作
動液を封入し,該筐体外壁の一端にフィンを具備した作
動液の凝縮部を形成し,該筐体外壁の他端に前記回路装
置を具備し該壁の内側に作動液の蒸発部を形成し,回路
装置の内部のチップ部品から生じた熱を移送し,チップ
部品の温度上昇を抑える。発熱個所の熱が銅回路を介し
て前記筐体内に伝導し,内壁で作動液が蒸発するときに
熱を奪い蒸気流となって移送する。この蒸気は筐体内壁
の低温部位(作動液の飽和温度以下の部位)で凝縮して
液体に戻り環流し蒸発部位に滞留する。凝縮して液体に
戻るとき潜熱(作動液が水の場合,1グラムで539カ
ロリー)を筐体に与えるのでフィンを具備して放熱を促
進する。このように相変化による熱移送を利用し,蒸発
部位と受熱部位とを密封容器の内側,外側に配置したの
で熱伝導に優れた液冷型半導体モジュールとして実現し
た。
ップ固着部位の壁裏に位置する蒸発部と上記が液化する
凝縮部との中間に屈曲部位を形成して,該筐体の蒸発部
が略水平に設置されても作動液の気化した蒸気が上昇し
て,凝縮部へ達するようにし,しかも液化した後に環流
して蒸発部に戻るように高低落差を形成した。
良いセラミックスなどの電気絶縁材で形成し,その外壁
に直に銅回路が形成され,半導体が発生する熱を直に該
筐体に伝達するようにした。該筐体の内壁には作動液が
効果的に蒸発していき,熱移送を促進する機能を持たせ
るために,作動液の受熱面を広く確保する手段として内
壁表面積を飛躍的に増やすようにスポンジ状の多孔性部
材からなる捕液層を形成した。この捕液層と作動液とが
広い面積で接して熱交換することで液相から気相への相
変化による熱移送を小さい外形体積で効果的に行わせる
ことが可能となった。
は熱伝導性の良いセラミックスなどの電気絶縁層を形成
した金属筐体とし,これの内壁は作動液を多く貯留する
ように,粉体金属を焼結してつくられる多孔性材で形成
して銅回路上の発熱部の熱を作動液に受熱し易い構成に
した。
体でも筐体内壁の温度分布を目的に合わせた温度分布に
維持するために,蒸発部と凝縮部とを熱不導体の断熱部
材で連結一体化した密閉容器の筐体を形成して,蒸発部
の高温が凝縮部に伝導しないようにした。
て説明する。図1において1は筐体であり,熱伝導性の
密封容器から出来ている。該筐体1の一端Eの内壁が作
動液の凝縮部3であり該壁外側にフィン2が形成されて
おり,筐体1の他端Fの近傍外側に銅回路5が形成され
ている。銅回路5上に固着された回路装置を構成する大
容量半導体チップ4や抵抗器などのチップ部品6と,回
路端子金具7とからなる大容量半導体モジュールは樹脂
カバー8で覆われている。前記筐体1内に例えばエーテ
ル,メタノールまたは水などの作動液9を封入し,前記
回路装置を具備した壁の内側に作動液9の蒸発部10を
形成し,回路装置の内部のチップ部品から生じた熱を移
送し,大容量半導体チップ4やチップ部品6の温度上昇
を抑えるようにするため,発熱個所の熱が銅回路5を介
して前記筐体内に伝導し,内壁で作動液9が蒸発すると
きに熱を奪い蒸気流となって矢印で示すように熱移送す
る。この蒸気は筐体内壁の低温部位(作動液の飽和温度
以下の部位)である凝縮部3で凝縮して液体に戻り環流
し蒸発部位10に滞留する。凝縮して液体に戻るとき潜
熱(作動液が水の場合,1グラムで539カロリー)を
筐体1に与えフィン2で放熱を促進する。筐体1の内部
は作動液9が蒸発しやすいように減圧封入されて気液平
衡の状態を保っている。このように相変化による熱移送
を利用し,蒸発部位10と受熱部位とを密封容器の内
側,外側に配置したので熱伝導に優れた液冷型半導体モ
ジュールとして実現した。上記筐体1には,これを組み
付けるための取付穴Gを具備している。
記筐体1の半導体チップ固着部位の壁裏に位置する蒸発
部10と蒸気が液化する凝縮部3との中間に屈曲部位P
を形成して,該筐体1の蒸発部10が略水平に設置され
た場合でも,作動液9の気化した蒸気が上昇して,凝縮
部3へ達するように蒸発部10より上に凝縮部3が位置
するようにし,蒸気が凝縮し液化した後に環流して蒸発
部10に戻るように凝縮部3と蒸発部10に高低落差を
形成した。
記筐体1を熱伝導の良い例えばベリリヤセラミックスな
どの電気絶縁材で形成し,その外壁に直に銅回路5が形
成され,半導体が発生する熱を直に該筐体1に伝達する
ようにした。該筐体1の内壁には作動液が効果的に蒸発
していき,熱移送を促進する機能を持たせるために,作
動液の受熱面を広く確保する手段として内壁表面積を飛
躍的に増やすようにスポンジ状の多孔性部材からなる捕
液層Hを形成した。捕液層Hの多孔性部材は熱伝導性に
優れた例えばベリリヤ又はシリコンカーバイド粉末の多
孔焼結体などで形成され,毛細管現象で作動液を貯留す
る。この捕液層Hと作動液9とが広い面積で接して熱交
換することで液相から気相への相変化による熱移送を小
さい外形体積で効果的に行わせることが可能となった。
体1を銅回路5の下層には熱伝導性の良い厚み200ミ
クロン程度のセラミックスなどの電気絶縁層(図示せ
ず)を形成した金属筐体とし,これの内壁は作動液9を
広い接触面で多く捕捉するように,捕液層Hを例えば粉
体ニッケルが焼結されてつくられる多孔性部材を固着し
形成して銅回路5上の大容量半導体チップ4の熱を作動
液9に受熱し易い構成にした。
さ寸法の小さい筐体でも筐体内壁の温度分布を目的に合
わせた温度分布に維持するために,蒸発部10の終縁部
位Bと凝縮部3の終縁部位Cとを熱不導体の断熱部材1
2で連結一体化した密閉容器の筐体1を形成して,蒸発
部10の高温が凝縮部3に熱伝導しないようにした。
固着した熱移送手段をモジュールに対して複数必要とせ
ずに形成したので回路装置全体が小型軽量になり,製作
が容易で安価に供給できる、しかも半導体チップが直に
蒸発部壁裏に搭載されて熱を移送されるので瞬時大電流
の繰り返し負荷によるチップの発熱を低い温度に抑えら
れるから,信頼性が高い大容量半導体モジュールとする
ことが可能であり工業的価値が大きい。
図。
Claims (5)
- 【請求項1】 熱伝導性の密封容器からなる筐体と,該
筐体外壁に固着された銅回路と,銅回路上に固着された
回路装置を構成する大容量半導体チップや抵抗器などの
チップ部品と,回路端子金具とからなる大容量半導体モ
ジュールにおいて,前記筐体内に作動液を封入し,該筐
体外壁の一端にフィンを具備した凝縮部を形成し,該筐
体外壁の他端に前記回路装置具を備し該壁の内側に蒸発
部を形成したことを特徴とする液冷型半導体モジュー
ル。 - 【請求項2】 前記筐体の蒸発部と凝縮部の中間に屈曲
部位を形成した筐体である請求項1記載の液冷型半導体
モジュール。 - 【請求項3】 前記筐体が熱伝導性電気絶縁材であり,
蒸発部の壁の外側に密着して銅回路が形成され,該壁の
内側には作動液を染み込ませて貯留する多孔性の捕液層
が形成されていることを特徴とする請求項1又は請求項
2記載の液冷型半導体モジュール。 - 【請求項4】 前記筐体が金属であり,蒸発部の壁の
外側に熱伝導性セラミックス電気絶縁層を介して銅回路
が形成され,該壁の内側には作動液を染み込ませて貯留
する多孔性の捕液層が形成されていることを特徴とする
請求項1又は請求項2記載の液冷型半導体モジュール。 - 【請求項5】 前記筐体が,熱伝導体の凝縮部と熱伝導
体の蒸発部とを熱不導体の断熱部材で連結一体化した密
閉容器である請求項1又は請求項2記載の液冷型半導体
モジュール。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001167529A JP2002357393A (ja) | 2001-06-04 | 2001-06-04 | 液冷型半導体モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001167529A JP2002357393A (ja) | 2001-06-04 | 2001-06-04 | 液冷型半導体モジュール |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002357393A true JP2002357393A (ja) | 2002-12-13 |
Family
ID=19009901
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001167529A Pending JP2002357393A (ja) | 2001-06-04 | 2001-06-04 | 液冷型半導体モジュール |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002357393A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012117786A (ja) * | 2010-12-03 | 2012-06-21 | Toyota Motor Corp | ヒートパイプ |
JP2014228270A (ja) * | 2013-05-21 | 2014-12-08 | 旭徳科技股▲ふん▼有限公司 | 放熱板 |
JP2015102269A (ja) * | 2013-11-22 | 2015-06-04 | 富士通株式会社 | ヒートパイプ、ヒートパイプ製造方法及び電子機器 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000082774A (ja) * | 1998-06-30 | 2000-03-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | パワ―モジュ―ル用基板およびその基板を用いたパワ―モジュ―ル |
-
2001
- 2001-06-04 JP JP2001167529A patent/JP2002357393A/ja active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2000082774A (ja) * | 1998-06-30 | 2000-03-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | パワ―モジュ―ル用基板およびその基板を用いたパワ―モジュ―ル |
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JP2014228270A (ja) * | 2013-05-21 | 2014-12-08 | 旭徳科技股▲ふん▼有限公司 | 放熱板 |
JP2015102269A (ja) * | 2013-11-22 | 2015-06-04 | 富士通株式会社 | ヒートパイプ、ヒートパイプ製造方法及び電子機器 |
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