JP2013125959A - 半導体パッケージ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 半導体素子を含む半導体モジュール;
前記半導体モジュールの下部に形成され、冷却水が通過する一つ以上の第1管を含み、前記第1管の内部に挿入されて回転する第1回転体を含む第1放熱部;前記半導体モジュールの上部に形成され、冷却水が通過する一つ以上の第2管を含み、前記第2管の内部に挿入されて回転する第2回転体を含む第2放熱部;及び前記半導体モジュール、前記第1放熱部及び前記第2放熱部の両側面に形成され、前記半導体モジュール、前記第1放熱部及び前記第2放熱部を固定するハウジング;を含む。
【選択図】 図1
Description
この類型の電力半導体パッケージは、絶縁基板を用いて一枚の基板上に多数の半導体素子をはんだ付けし、ハウジングケースが接合される構造に形成される。そして、ワイヤボンディングまたははんだ付けによって半導体素子と基板、そして基板とハウジングに挿入された端子を連結する。また、半導体パッケージの放熱のための放熱板がパッケージの下部にだけ配置される構造なので、放熱が効率よくなされることができない(特許文献1)。
前記第1管は他側内壁に螺旋状の第1溝をさらに含むことができる。
前記第1回転体は前記第1管の長さに対応する長さを有するように形成されることができる。
前記第1回転体は、円筒状の中心部;及び前記中心部の外壁を螺旋状に取り囲むブレード;を含むことができる。
前記螺旋状ブレードは一定のピッチを有するように形成されることができる。
前記螺旋状ブレードは前記中心部の一側から他側に行くほどピッチが減少するように形成されることができる。
前記第1回転体は熱伝導性材で形成されることができる。
前記第2管は一側内壁に螺旋状の第2溝をさらに含むことができる。
前記第2回転体は前記第2管の長さに対応する長さを有するように形成されることができる。
前記第2回転体は、円筒状の中心部;及び前記中心部の外壁を螺旋状に取り囲むブレード;を含むことができる。
前記ブレードは前記中心部の一側から他側に行くほどピッチが減少するように形成されることができる。
前記第2回転体は熱伝導性材で形成されることができる。
本発明の詳細な説明に先立ち、本明細書及び請求範囲に使用された用語や単語は通常的で辞書的な意味に解釈されてはいけなく、発明者がその自分の発明を最良の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則にしたがって本発明の技術的思想にかなう意味と概念に解釈されなければならない。
図1を参照すれば、半導体パッケージ100は、半導体モジュール130、第1放熱部110、第2放熱部120、ハウジング140、第1流入部151、第1流出部152、第2流入部153及び第2流出部154を含むことができる。
半導体モジュール130は半導体素子を含むことができる。半導体素子は発熱量の多い電力素子となることができる。
第2放熱部120は半導体モジュール130の上部に位置することができる。第2放熱部120は冷却水が通過することにより、発熱量の多い半導体モジュール130を冷却させることができる。第2放熱部120は冷却水が通過するための一つ以上の第2管(図示せず)を含むことができる。
第1流入部151はハウジング140の一面に形成されることができる。第1流入部151は外部の冷却水が第1放熱部110に流入するように形成されることができる。すなわち、第1流入部151は外部と第1放熱部110の一側を連結することができる。
第1流入部151及び第1流出部152は、第1放熱部110に連結されるために、第1放熱部110と同一の高さに形成されることができる。
第2流出部154はハウジング140一面に形成されることができる。第2流出部154は第2放熱部120で使用された冷却水を外部に流出するように形成されることができる。すなわち、第2流出部154は外部と第2放熱部120の一側を連結することができる。
このように形成された半導体パッケージは、発熱量の多い半導体モジュールの上下部にそれぞれ冷却水が循環する放熱部を形成することで、放熱効率を向上させることができる。
図2を参照すれば、半導体パッケージ100は、第1放熱部110、第2放熱部120及びハウジング140を含むことができる。
図3を参照すれば、半導体パッケージ100は、第1放熱部110、第2放熱部120、半導体モジュール130及びハウジング140を含むことができる。
半導体パッケージ100は、ハウジング140によって、第1放熱部110、半導体モジュール130及び第2放熱部120の順に固定されることができる。
半導体モジュール130の上部に第2放熱部120が位置することができる。
図4を参照すれば、半導体パッケージ100は、ハウジング140によって、第1放熱部110、半導体モジュール130及び第2放熱部120の順に固定されることができる。
第1放熱部110は半導体モジュール130の下部に位置することができる。第1放熱部110は冷却水が通過する通路である第1管111を含むことができる。
第1管111の一側には第1回転体112が挿入されることができる。第1回転体112によって第1管111に流入した冷却水が回転力を持って他側に移動することができる。このように、冷却水が回転力を持って半導体モジュール130に近接して位置することにより、高温を有する冷却水と相対的に低温を有する冷却水が互いに混合されることができる。このような高温の冷却水と低温の冷却水が混合されることにより、半導体モジュール130に近接して位置した冷却水の温度がそれ以上高くならなく、一定温度を維持することができる。
しかし、第1放熱部110が第1回転体112及び第1溝113を含んでも、外部から流入した冷却水と第1放熱部110を通過しながら半導体モジュール130が放出する熱を吸収して外部に流出する冷却水の間に温度差が発生する。よって、冷却水が流入する第1放熱部110の一側と冷却水が流出する第1放熱部110の他側の放熱効率に差が発生することができる。
すなわち、冷却水は第2放熱部120の他側から流入して一側に流出することができる。
第2放熱部120は他側内部に第2回転体122が挿入されることができる。また、第2放熱部120は一側内壁に螺旋状の第2溝123が形成されることができる。
図5を参照すれば、半導体パッケージ100は、第1放熱部110、第2放熱部120、半導体モジュール130及びハウジング140を含むことができる。
第2放熱部120は多数の第2管121を含むことができる。第2管121の内部には第2回転体122を含むことができる。第2回転体122は第2管121の内部に全区間にわたって挿入されることができる。すなわち、第2回転体122はその長さが第2管121の長さと同一に形成されることができる。このように形成された第2回転体122によって第2放熱部120の他側に流入した冷却水が第2回転体122によって回転することができる。このように、第2回転体122によって冷却水が回転することで、半導体モジュール130に近接して位置して高温を有する冷却水と低温を有する冷却水が回転することにより互いに混合されることができる。高温の冷却水と低温の冷却水が混合されることで、高温の冷却水が相対的に温度が低くなることができる。すなわち、半導体モジュール130に近接した位置の冷却水の温度が一定温度以上に高くならなくて、半導体モジュール130の放熱効率を向上させることができる。また、第2回転体122が第2管121と同一の長さに形成されることで、第2放熱部120の他側から一側まで冷却水が一定の回転力を持って通過することができる。すなわち、第2管121の全区間にわたって冷却水の回転力が維持されることにより、均一な冷却水温度を維持することができる。
半導体モジュール130の下部に位置した第1放熱部110は多数の第1管(図示せず)を含むことができる。第1管(図示せず)は図5には示されていないが、第2管121と同一の構成部を含み、それにより同一効果を発生することができる。
図6を参照すれば、回転体160は中心部161及びブレード162を含むことができる。
中心部161は円筒状に形成されることができる。中心部161は回転体160が挿入される管の長手方向に長く形成されることができる。中心部161の長さは回転体160が挿入される管の長さ以下となることができる。すなわち、回転体160は最長の管と同一長さを有するように形成されることができる。回転体160の長さは限定されるものではなく、当業者によって容易に変更可能である。中心部161は熱伝導性材で形成されることができる。また、中心部161は耐湿性材で形成されることができる。
図7を参照すれば、回転体170は中心部171及びブレード172を含むことができる。
中心部171は円筒状に形成されることができる。中心部171は回転体170が挿入される管の長手方向に長く形成されることができる。中心部171の長さは回転体170が挿入される管の長さ以下となることができる。すなわち、回転体170は最大管と同一の長さを有するように形成されることができる。回転体170の長さは限定されるものではなく、当業者によって容易に変更されることができる。中心部171は熱伝導性材で形成されることができる。また、中心部171は耐湿性材で形成されることができる。
図8は従来の放熱部を示す例示図である。
図8を参照すれば、従来の第3放熱部210は冷却水が通過する多数の第3管211を含むことができる。
図9を参照すれば、第4放熱部220は冷却水が通過する多数の第4管221を含むことができる。第4放熱部220は第4管221の内部に第4回転体222及び第4溝223を含むことができる。第4回転体222は冷却水が流入する第4管221の一側に形成されることができる。また、第4溝223は冷却水が流出する第4管221の他側に形成されることができる。第4溝223は第4管221の他側内壁に螺旋状に形成されることができる。
図10を参照すれば、第5放熱部230は冷却水が通過する多数の第5管231を含むことができる。第5放熱部230は第5管231の内部に第5回転体232を含むことができる。第5回転体232は第5管231の全区間にわたって形成されることができる。例えば、第5回転体232は第5管231と同一長さを有するように形成されることができる。
図11は従来の放熱部の放熱効率の実験結果を示す例示図である。
参考として、放熱効率の実験結果の温度を確認するための温度凡例は絶対温度を示すもので、温度範囲は3.00e+02K〜3.69e+02Kであることを確認することができる。ここで、e+10は102である。すなわち、3.00e+02Kは300Kとなり、3.69e+02Kは369Kである。すなわち、攝氏温度で示して、凡例の温度範囲は27度〜96度であることを確認することができる。このような凡例の温度分布は図12及び図13にも同様に適用できる。
図12は本発明の実施例による放熱部である図9を対象として遂行した放熱効率の実験結果を示す。図12に示す実験結果において、本発明の実施例の放熱部である第4放熱部(図9の220)に流入した冷却水の最高温度は約69度であることを確認することができる。
図13は本発明の他の実施例による放熱部である図10を対象として遂行した放熱効率の実験結果を示す。図13に示す実験結果において、本発明の他の実施例の放熱部である第5放熱部(図10は230)に流入した冷却水の最高温度は約65度であることを確認することができる。
110 第1放熱部
120 第2放熱部
130 半導体モジュール
140 ハウジング
111 第1管
112 第1回転体
113 第1溝
121 第2管
122 第2回転体
123 第2溝
151 第1流入部
152 第1流出部
153 第2流入部
154 第2流出部
160、170 回転体
161、171 中心部
152、172 ブレード
210 第3放熱部
211 第3管
220 第4放熱部
221 第4管
222 第4回転体
223 第4溝
230 第5放熱部
231 第5管
232 第5回転体
Claims (17)
- 半導体素子を含む半導体モジュール;
前記半導体モジュールの下部に形成され、冷却水が通過する一つ以上の第1管を含み、前記第1管の内部に挿入されて回転する第1回転体を含む第1放熱部;
前記半導体モジュールの上部に形成され、冷却水が通過する一つ以上の第2管を含み、前記第2管の内部に挿入されて回転する第2回転体を含む第2放熱部;及び
前記半導体モジュール、前記第1放熱部及び前記第2放熱部の両側面に形成され、前記半導体モジュール、前記第1放熱部及び前記第2放熱部を固定するハウジング;
を含むことを特徴とする、半導体パッケージ。 - 前記ハウジングの一面に形成され、
冷却水が外部から前記第1放熱部に流入する第1流入部;及び
前記第2放熱部で使用された冷却水が外部に流出する第2流出部;
をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の半導体パッケージ。 - 前記ハウジングの他面に形成され、
前記第1放熱部で使用された冷却水が外部に流出する第1流出部;及び
冷却水が外部から前記第2放熱部に流入する第2流入部;
をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の半導体パッケージ。 - 前記第1回転体は前記第1管の一側内部に挿入されることを特徴とする、請求項1に記載の半導体パッケージ。
- 前記第1管は他側内壁に螺旋状の第1溝をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の半導体パッケージ。
- 前記第1回転体は前記第1管の長さに対応する長さを有するように形成されたことを特徴とする、請求項1に記載の半導体パッケージ。
- 前記第1回転体は、
円筒状の中心部;及び
前記中心部の外壁を螺旋状に取り囲むブレード;
を含むことを特徴とする、請求項1に記載の半導体パッケージ。 - 前記螺旋状ブレードは一定のピッチを有するように形成されたことを特徴とする、請求項7に記載の半導体パッケージ。
- 前記螺旋状ブレードは前記中心部の一側から他側に行くほどピッチが減少するように形成されることを特徴とする、請求項7に記載の半導体パッケージ。
- 前記第1回転体は熱伝導性材で形成されることを特徴とする、請求項1に記載の半導体パッケージ。
- 前記第2回転体は前記第2管の他側内部に挿入されることを特徴とする、請求項1に記載の半導体パッケージ。
- 前記第2管は一側内壁に螺旋状の第2溝をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の半導体パッケージ。
- 前記第2回転体は前記第2管の長さに対応する長さを有するように形成されたことを特徴とする、請求項1に記載の半導体パッケージ。
- 前記第2回転体は、
円筒状の中心部;及び
前記中心部の外壁を螺旋状に取り囲むブレード;
を含むことを特徴とする、請求項1に記載の半導体パッケージ。 - 前記ブレードは一定のピッチを有するように形成されたことを特徴とする、請求項14に記載の半導体パッケージ。
- 前記ブレードは前記中心部の一側から他側に行くほどピッチが減少するように形成されることを特徴とする、請求項14に記載の半導体パッケージ。
- 前記第2回転体は熱伝導性材で形成されることを特徴とする、請求項1に記載の半導体パッケージ。
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