JP2004363337A - Cooling structure for semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の冷却構造に関し、特に半導体装置を冷却媒体に浸漬させることにより半導体装置の冷却を行う構造に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来の半導体装置の冷却構造の一例が特許文献1に開示されている。この従来の冷却構造においては、半導体素子を冷却液内に直接浸漬させることにより、半導体素子の両面から冷却を行っている。これによって、冷却効率の向上を図っている。しかしながら、この特許文献1に示す冷却構造においては、半導体素子、及び該素子と外部端子との間の導電部が冷却液内に直接浸漬されていることになる。したがって、冷却液として非絶縁性のものを使用することができず、使用可能な冷却液がコスト高となる絶縁性のものに限定されてしまうという問題点がある。そこで、本発明は、冷却媒体の絶縁性/非絶縁性に関係なく、確実に絶縁性を確保することができる半導体装置の冷却構造を提供することを目的とする。なお、その他にも特許文献2,3に示す半導体装置の冷却構造が開示されている。
【0003】
【特許文献1】
特開昭56−130955号公報
【特許文献2】
特開平9−260585号公報
【特許文献3】
特開2001−308237号公報
【0004】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、第1の本発明に係る半導体装置の冷却構造は、半導体装置と、該半導体装置を両側から挟み込む導電性の放熱板と、を有する半導体パッケージが冷却器内の冷却媒体に浸漬されている半導体装置の冷却構造であって、前記半導体パッケージは、冷却媒体と接触し、放熱板の冷却媒体に浸漬されている部分及び半導体装置を覆う絶縁部を有することを特徴とする。
【0005】
第2の本発明に係る半導体装置の冷却構造は、第1の本発明に記載の冷却構造であって、前記冷却媒体は、非絶縁性の媒体であることを特徴とする。
【0006】
第3の本発明に係る半導体装置の冷却構造は、第2の本発明に記載の冷却構造であって、該冷却構造は、車両に搭載されていることを特徴とする。
【0007】
第4の本発明に係る半導体装置の冷却構造は、第1〜3の本発明のいずれか1に記載の冷却構造であって、前記半導体パッケージは、冷却媒体に浸漬されている部分の表面に冷却フィンを有することを特徴とする。
【0008】
第5の本発明に係る半導体装置の冷却構造は、第1〜3の本発明のいずれか1に記載の冷却構造であって、前記絶縁部の冷却媒体に浸漬されている部分の表面形状は、フィン形状を含むことを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態(以下実施形態という)を、図面に従って説明する。
【0010】
図1は、本発明の実施形態に係る半導体装置の冷却構造の構成の概略を示す断面図である。本実施形態の冷却構造においては、半導体装置10を含む半導体パッケージ12が冷却器14内の冷却液16に浸漬されていることにより、半導体装置10の両側から放熱が行われる。そして、半導体パッケージ12は、放熱板18,20及び絶縁部材22をさらに含んでいる。なお、本実施形態に係る半導体装置の冷却構造の適用例としては、ハイブリッド車両や電気自動車に搭載されている例が挙げられる。
【0011】
半導体装置10には、半導体素子(図示せず)が形成されている。放熱板18,20は、半導体装置10をはんだ24,26をそれぞれ介して両側から挟み込んでいる。ここでの放熱板18,20は、導電性部材によって構成されており、半導体装置10からの熱が伝導されるだけでなく、半導体装置10と外部との間の電気的接続を行うための電極の役割も兼ねている。
【0012】
冷却液16は冷却器14内を循環している。ここでの冷却液16の具体例としては、非絶縁性のLLCが挙げられる。そして、冷却器14の上面14−1には開口部が設けられている。半導体パッケージ12は、この開口部を通されてから冷却器14内に配設されることにより、冷却液16に浸漬されることになる。
【0013】
本実施形態においては、半導体装置10が固体の絶縁部材22によって覆われている。絶縁部材22は冷却液16と接触しており、この絶縁部材22によって、半導体装置10と冷却液16との間の絶縁性が確保される。さらに、放熱板18,20における冷却液16に浸漬されている部分18−1,20−1及び冷却器14の開口部に位置する部分18−2,20−2も絶縁部材22によって覆われている。これによって、放熱板18,20と冷却液16との間の絶縁性、及び放熱板18,20と冷却器14との間の絶縁性もそれぞれ確保される。ただし、放熱板18,20における外部接続端子として用いられる部分18−3,20−3のみは、絶縁部材22によって覆われておらず、電気的接続を行うために外部に露出している。また、絶縁部材22は、その上部に他の部分より全周囲に張り出したふた部22−1を含む。絶縁部材22のふた部22−1と冷却器14の開口部の縁部14−2とが全周に渡って当接している状態で、絶縁部材22が冷却器14の上面14−1にて固定されている。これによって、半導体パッケージ12が冷却器14に固定されるとともに、冷却器14内の密閉性が保たれる。なお、絶縁部材20の具体例としては、セラミック、樹脂等が挙げられる。
【0014】
このような構成によって、半導体装置10内の発熱源10−1にて発生した熱が半導体装置10の両面に設けられた放熱板18,20に伝導される。そして、半導体装置10の両面と略平行な表面である絶縁部材22の放熱面22−2,22−3から冷却液16へ放熱が行われる。これによって、半導体装置10の両面側から放熱が行われる。
【0015】
以上説明したように、本実施形態によれば、放熱板18,20における冷却液16に浸漬されている部分18−1,20−1及び半導体装置10が絶縁部材20によって覆われている。これによって、冷却液16の絶縁性/非絶縁性に関係なく、半導体装置10及び放熱板18,20の絶縁性を確実に確保することができる。そして、冷却液16として非絶縁性のものを用いることができ、コスト低減を実現することができるとともに、半導体装置10と冷却液16との間の絶縁性及び放熱板18,20と冷却液16との間の絶縁性を確実に確保することができる。なお、本実施形態の冷却構造をハイブリッド車両や電気自動車に搭載する場合は、非絶縁性の冷却液16を用いることにより、コストの低減と絶縁性の確保を両立させることは特に有効である。
【0016】
また、本実施形態においては、図2の断面図に示すように、半導体パッケージ12は、冷却液16に浸漬されている部分における絶縁部材22の放熱面22−2,22−3に冷却フィン28をさらに備えていてもよい。冷却フィン28は、その放熱面が冷却液16が流れる方向と略平行になるように配設されている。なお、ここでの冷却フィン28の一例としては、熱伝導性の優れたアルミニウム等の金属製のフィンが用いられる。
【0017】
図2に示す構成によれば、絶縁部材22の放熱面22−2,22−3に冷却フィン28が設けられていることにより、半導体パッケージ12における冷却液16と接触している放熱面の表面積を増大させることができる。したがって、半導体装置10の冷却性能を向上させることができる。
【0018】
さらに、冷却フィン28において、半導体装置10内の発熱源10−1に近い位置に配設されているフィンについては、フィン間ピッチが他のフィンより短く設定されていることが好ましい。例えば、図3の断面図に示すように、半導体装置10内の発熱源10−1から所定値以下の距離に配設されているフィン28−1については、他のフィンよりフィン間ピッチが短く設定されている。これによって、フィン28−1間を通過する冷却液16の流路が他のフィン間における流路より狭くなるため、フィン28−1間を通過する冷却液16の流速が他のフィン間における流速より増大する。したがって、高い放熱性が必要とされる部分については冷却液16の流速を増大させることができるとともに、冷却器14全体では低い圧力損失を実現することができる。したがって、半導体装置10の冷却性能をさらに向上させることができる。
【0019】
なお、冷却フィン28については、金属製のフィンを用いる代わりに、図4の断面図に示すように、絶縁部材22と一体成形することにより、絶縁部材22の冷却液16に浸漬されている部分における放熱面22−2,22−3の形状がフィン形状を含むようにしてもよい。これによって、冷却フィン28を有する半導体パッケージ12の成型が容易となる。
【0020】
以上の説明においては、冷却液16が非絶縁性である場合について説明した。ただし、本発明における冷却液としては、絶縁性のものも使用することができる。ただし、非絶縁性の冷却液を使用したほうがコストを低減することができる。
【0021】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【0022】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体パッケージは、冷却媒体と接触し、放熱板の冷却媒体に浸漬されている部分及び半導体装置を覆う絶縁部を有することにより、確実に絶縁性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る半導体装置の冷却構造の構成の概略を示す断面図である。
【図2】本発明の実施形態に係る半導体装置の冷却構造の変形例の概略を示す断面図である。
【図3】本発明の実施形態に係る半導体装置の冷却構造の変形例の概略を示す断面図である。
【図4】本発明の実施形態に係る半導体装置の冷却構造の変形例の概略を示す断面図である。
【符号の説明】
10 半導体装置、12 半導体パッケージ、14 冷却器、16 冷却液、18,20 放熱板、22 絶縁部材、24,26 はんだ、28 冷却フィン。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device cooling structure, and more particularly to a structure for cooling a semiconductor device by immersing the semiconductor device in a cooling medium.
[0002]
Problems to be solved by the prior art and the invention
Patent Document 1 discloses an example of a conventional cooling structure for a semiconductor device. In this conventional cooling structure, the semiconductor element is cooled from both sides by directly immersing the semiconductor element in a cooling liquid. Thereby, the cooling efficiency is improved. However, in the cooling structure disclosed in Patent Document 1, the semiconductor element and the conductive portion between the element and the external terminal are directly immersed in the cooling liquid. Therefore, a non-insulating coolant cannot be used as the coolant, and there is a problem that usable coolant is limited to an insulative coolant which increases costs. Therefore, an object of the present invention is to provide a cooling structure of a semiconductor device that can reliably ensure insulation regardless of insulating / non-insulating properties of a cooling medium. In addition, the cooling structure of the semiconductor device disclosed in Patent Documents 2 and 3 is disclosed.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-56-130955 [Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-260585 [Patent Document 3]
JP 2001-308237 A
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, a cooling structure of a semiconductor device according to a first aspect of the present invention is a semiconductor device having a semiconductor package having a semiconductor device and a conductive heat sink sandwiching the semiconductor device from both sides. A cooling structure for a semiconductor device immersed in a cooling medium, wherein the semiconductor package has a portion of the heat sink that is in contact with the cooling medium and is immersed in the cooling medium and an insulating portion that covers the semiconductor device. Features.
[0005]
A cooling structure for a semiconductor device according to a second aspect of the present invention is the cooling structure according to the first aspect of the present invention, wherein the cooling medium is a non-insulating medium.
[0006]
A cooling structure for a semiconductor device according to a third aspect of the present invention is the cooling structure according to the second aspect of the present invention, wherein the cooling structure is mounted on a vehicle.
[0007]
A cooling structure for a semiconductor device according to a fourth aspect of the present invention is the cooling structure according to any one of the first to third aspects of the present invention, wherein the semiconductor package is provided on a surface of a part immersed in a cooling medium. It has a cooling fin.
[0008]
A cooling structure for a semiconductor device according to a fifth aspect of the present invention is the cooling structure according to any one of the first to third aspects of the present invention, wherein a surface shape of a part of the insulating part immersed in a cooling medium has a surface shape. And a fin shape.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention (hereinafter, referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.
[0010]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a cooling structure of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. In the cooling structure of the present embodiment, heat is radiated from both sides of the
[0011]
A semiconductor element (not shown) is formed in the
[0012]
The
[0013]
In the present embodiment, the
[0014]
With such a configuration, heat generated by the heat source 10-1 in the
[0015]
As described above, according to the present embodiment, the portions 18-1 and 20-1 of the heat sinks 18 and 20 immersed in the
[0016]
In the present embodiment, as shown in the cross-sectional view of FIG. 2, the
[0017]
According to the configuration shown in FIG. 2, since the cooling
[0018]
Further, in the cooling
[0019]
The cooling
[0020]
In the above description, the case where the cooling
[0021]
As described above, the embodiments of the present invention have been described, but the present invention is not limited to these embodiments at all, and can be implemented in various forms without departing from the technical idea of the present invention. Of course.
[0022]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the semiconductor package reliably contacts the cooling medium, and has the insulating portion that covers the semiconductor device and the portion of the heat sink that is immersed in the cooling medium. Can be secured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view schematically showing a configuration of a cooling structure of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view schematically showing a modification of the cooling structure of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view schematically showing a modification of the cooling structure of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view schematically showing a modification of the cooling structure of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記半導体パッケージは、冷却媒体と接触し、放熱板の冷却媒体に浸漬されている部分及び半導体装置を覆う絶縁部を有することを特徴とする半導体装置の冷却構造。A semiconductor device, and a conductive heat dissipation plate sandwiching the semiconductor device from both sides, a semiconductor device having a semiconductor package having a cooling structure immersed in a cooling medium in a cooler,
The cooling structure of a semiconductor device, wherein the semiconductor package has a portion that is in contact with the cooling medium and is immersed in the cooling medium of the heat sink and an insulating portion that covers the semiconductor device.
前記冷却媒体は、非絶縁性の媒体であることを特徴とする半導体装置の冷却構造。The cooling structure for a semiconductor device according to claim 1, wherein:
The cooling structure for a semiconductor device, wherein the cooling medium is a non-insulating medium.
該冷却構造は、車両に搭載されていることを特徴とする半導体装置の冷却構造。The cooling structure for a semiconductor device according to claim 2, wherein:
A cooling structure for a semiconductor device, wherein the cooling structure is mounted on a vehicle.
前記半導体パッケージは、冷却媒体に浸漬されている部分の表面に冷却フィンを有することを特徴とする半導体装置の冷却構造。A cooling structure for a semiconductor device according to claim 1, wherein:
The cooling structure of a semiconductor device, wherein the semiconductor package has a cooling fin on a surface of a portion immersed in a cooling medium.
前記絶縁部の冷却媒体に浸漬されている部分の表面形状は、フィン形状を含むことを特徴とする半導体装置の冷却構造。A cooling structure for a semiconductor device according to claim 1, wherein:
The surface structure of a portion of the insulating part immersed in a cooling medium includes a fin shape.
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