JP2014022479A - Heat diffusion device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat diffusion device which enables a robust electrode part to be formed even when a material containing a carbon component is used as a heat diffusion plate.SOLUTION: The heat diffusion device includes: a heating body 110; a heat diffusion plate 121 which diffuses heat emitted from the heating body 110 in a plate surface direction and a plate thickness direction; and an electrode part 150 forming an output part of electric power input to the heating body 110. The heating body 110 is disposed on one side plate surface of the heat diffusion plate 121 so as to enable heat conduction and electric conduction to the heat diffusion plate 121. The heat diffusion plate 121 is formed by a material containing a carbon component, and the electrode part 150 is joined to a plate surface direction end part of the heat diffusion plate 121 through a conductive joining layer 160.

Description

本発明は、半導体素子等の発熱体の熱を効果的に拡散する熱拡散装置に関するものである。   The present invention relates to a thermal diffusion device that effectively diffuses the heat of a heating element such as a semiconductor element.

従来、半導体等の発熱体が発する熱を拡散させるための熱拡散装置として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１の熱拡散装置では、対向する熱拡散板（放熱板）の間に半導体チップが設けられ、熱拡散板と半導体チップとが互いに半田付けによって接合されている。そして、熱拡散板と半導体チップは樹脂によってモールドされている。   2. Description of the Related Art Conventionally, as a thermal diffusion device for diffusing heat generated by a heating element such as a semiconductor, for example, one described in Patent Document 1 is known. In the thermal diffusion device of Patent Document 1, a semiconductor chip is provided between opposing thermal diffusion plates (heat radiating plates), and the thermal diffusion plate and the semiconductor chip are joined to each other by soldering. The heat diffusion plate and the semiconductor chip are molded with resin.

熱拡散板は、例えば、アルミニウムや銅等の金属板材から形成されており、この板材の１つの辺から板面方向に突出する突出部が形成されて、半導体チップの入出力用の電極として形成されている。   The heat diffusion plate is formed of, for example, a metal plate material such as aluminum or copper, and is formed as an electrode for input / output of a semiconductor chip by forming a protruding portion protruding in the plate surface direction from one side of the plate material. Has been.

特開２００８−３００６２７号公報JP 2008-300627 A

近年の発熱体の小型化、高出力化に伴い、発熱体の発する熱量は増加しており、熱拡散板における熱拡散機能の向上が求められている。その１つの対応として、炭素成分を含み所定の方向に高熱伝導性を備えるもの（グラファイト等）が考えられている。しかしながら、熱拡散板として上記のような炭素成分を含むものであると、強度面において脆いという短所があり、熱拡散板から一体的に突出する電極部を形成することが困難である。   With the recent miniaturization and higher output of the heating element, the amount of heat generated by the heating element is increasing, and an improvement in the heat diffusion function of the heat diffusion plate is required. As one of the countermeasures, a substance containing a carbon component and having high thermal conductivity in a predetermined direction (graphite or the like) is considered. However, if the carbon component as described above is included as the heat diffusion plate, there is a disadvantage that it is brittle in strength, and it is difficult to form an electrode portion that protrudes integrally from the heat diffusion plate.

本発明の目的は、上記問題に鑑み、熱拡散板として炭素成分を含むものを用いる場合であっても、強固な電極部を形成可能とする熱拡散装置を提供することにある。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a thermal diffusion device capable of forming a strong electrode portion even when a thermal diffusion plate containing a carbon component is used.

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。   In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means.

本発明では、発熱体（１１０）と、
発熱体（１１０）が発する熱を板面方向および板厚方向に拡散する熱拡散板（１２１）と、
発熱体（１１０）に入力された電力の出力部を形成する電極部（１５０）と、を備える熱拡散装置において、
発熱体（１１０）は、熱拡散板（１２１）に対して、熱伝導および電気伝導が可能となるように、熱拡散板（１２１）の一方側の板面に配置され、
熱拡散板（１２１）は、炭素成分を含む材料から形成されており、
電極部（１５０）は、熱拡散板（１２１）の板面方向の端部に、導電性の接合層（１６０）を介して接合されていることを特徴としている。 In the present invention, the heating element (110),
A heat diffusion plate (121) for diffusing heat generated by the heating element (110) in the plate surface direction and the plate thickness direction;
In a thermal diffusion device comprising: an electrode portion (150) that forms an output portion of power input to the heating element (110);
The heating element (110) is disposed on the plate surface on one side of the heat diffusion plate (121) so that heat conduction and electric conduction can be performed with respect to the heat diffusion plate (121).
The thermal diffusion plate (121) is formed of a material containing a carbon component,
The electrode portion (150) is characterized in that it is joined to the end portion in the plate surface direction of the thermal diffusion plate (121) via a conductive joining layer (160).

本発明によれば、脆性を有する熱拡散板（１２１）から一体的に電極部（１５０）を形成することなく、熱拡散板（１２１）の板面方向の端部に導電性の接合層（１６０）を介して電極部（１５０）を接合するようにしているので、強固な電極部（１５０）を設けることができる。   According to the present invention, without forming the electrode part (150) integrally from the brittle heat diffusion plate (121), the conductive bonding layer ( 160), the electrode part (150) is joined, so that a strong electrode part (150) can be provided.

また、電極部（１５０）を熱拡散板（１２１）の板面方向の端部に接合することで、熱拡散板（１２１）の他方側の板面には、障害物のない状態にすることができ、熱拡散板（１２１）の他方側の板面を発熱体（１１０）の熱を放出するため領域として効果的に活用することができる。   In addition, the electrode part (150) is joined to the end of the heat diffusion plate (121) in the plate surface direction so that the other plate surface of the heat diffusion plate (121) is free of obstacles. The other plate surface of the heat diffusing plate (121) can be effectively used as a region for releasing the heat of the heating element (110).

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows a corresponding relationship with the specific means of embodiment description mentioned later.

第１実施形態における発熱体の冷却装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the cooling device of the heat generating body in 1st Embodiment. 図１における熱拡散板を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the thermal diffusion board in FIG. 熱拡散板における温度分布を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature distribution in a thermal diffusion plate. 第２実施形態における熱拡散装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the thermal diffusion apparatus in 2nd Embodiment. 第３実施形態における熱拡散板および電極部を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the thermal diffusion plate and electrode part in 3rd Embodiment. 第４実施形態における熱拡散装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the thermal diffusion apparatus in 4th Embodiment. 第４実施形態における熱拡散板および電極部を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the thermal diffusion plate and electrode part in 4th Embodiment. 第５実施形態１における発熱体の冷却装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the cooling device of the heat generating body in 5th Embodiment. 第５実施形態２における発熱体の冷却装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the cooling device of the heat generating body in 5th Embodiment.

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。   A plurality of modes for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. In each embodiment, parts corresponding to the matters described in the preceding embodiment may be denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted. When only a part of the configuration is described in each mode, the other modes described above can be applied to the other parts of the configuration. Not only combinations of parts that clearly indicate that the combination is possible in each embodiment, but also a combination of the embodiments even if they are not clearly specified unless there is a problem with the combination. It is also possible.

（第１実施形態）
第１実施形態における熱拡散装置１００について図１〜図３を用いて説明する。本実施形態の熱拡散装置１００は、発熱体の冷却装置１０に適用したものである。図１、図２に示すように、発熱体の冷却装置（以下、冷却装置）１０は、熱拡散装置１００に冷却器２００が設けられて形成されており、発熱体１１０の熱を熱拡散板１２１、１２２によって冷却器２００に伝導させて、発熱体１１０を冷却するようになっている。 (First embodiment)
The thermal diffusion apparatus 100 in 1st Embodiment is demonstrated using FIGS. 1-3. The heat diffusing device 100 of this embodiment is applied to the cooling device 10 for a heating element. As shown in FIG. 1 and FIG. 2, a cooling device (hereinafter referred to as a cooling device) 10 for a heating element is formed by providing a cooler 200 in a thermal diffusion device 100, and heat from the heating element 110 is transferred to a thermal diffusion plate. The heat generating body 110 is cooled by being conducted to the cooler 200 by 121 and 122.

熱拡散装置１００は、発熱体１１０の熱を熱拡散板１２１、１２２の板面方向および板厚方向に拡散させる装置であり、発熱体１１０、熱拡散板１２１、１２２、スペーサ１３０、リード電極１４０、電極部１５０、接合層１６０、およびモールド材１７０等を備えている。本実施形態では、発熱体１１０（１１１、１１２）、熱拡散板１２１、１２２、電極部１５０、および冷却器２００は、それぞれ２つ設けられたものとなっている。   The heat diffusing device 100 is a device that diffuses the heat of the heating element 110 in the plate surface direction and the plate thickness direction of the heat diffusing plates 121, 122. The heating element 110, the heat diffusing plates 121, 122, the spacer 130, and the lead electrode 140. , An electrode portion 150, a bonding layer 160, a molding material 170, and the like. In the present embodiment, two heating elements 110 (111, 112), heat diffusion plates 121, 122, electrode unit 150, and cooler 200 are provided.

発熱体１１０は、例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）や、ＦＷＤ（フライホイールダイオード）等の半導体素子１１１、１１２である。発熱体１１０は、リード電極１４０から供給される制御信号に基づいて、発熱体１１１、１１２に入力される電力を制御して、電極部１５０に出力するようになっており、電力制御時に発熱を伴うものとなっている。発熱体１１０は、２つの熱拡散板１２１、１２２のうち、熱拡散板１２１の一方の板面（図１中の上面）に当接するように設けられている。発熱体１１０は、熱拡散板１２１の一方の板面上で、所定の間隔をもって並ぶように配置されている。   The heating element 110 is, for example, semiconductor elements 111 and 112 such as IGBT (insulated gate bipolar transistor) and FWD (flywheel diode). The heating element 110 controls the electric power input to the heating elements 111 and 112 based on the control signal supplied from the lead electrode 140 and outputs the electric power to the electrode unit 150, and generates heat during power control. It is accompanied. The heating element 110 is provided so as to abut one of the two heat diffusion plates 121 and 122 (the upper surface in FIG. 1) of the heat diffusion plate 121. The heating elements 110 are arranged on one plate surface of the heat diffusion plate 121 so as to be arranged at a predetermined interval.

熱拡散板１２１、１２２は、炭素成分を含む材料から形成された板部材であり、熱伝導性および電気伝導性を有している。熱拡散板１２１、１２２は、発熱体１１０の熱を板面方向および板厚方向に拡散させて、冷却器２００側に効率よく伝導させると共に、発熱体１１０からの出力電力を電極部１５０へ伝えるようになっている。本実施形態では、それぞれの熱拡散板１２１、１２２は、グラファイト積層体１２１ａ、１２１ｂから形成されたものが使用されている。熱拡散板１２１、１２２は、共に構造的には同一のものとなっており、以下、熱拡散板１２１（図２）を例にして、詳細構造を説明する。   The thermal diffusion plates 121 and 122 are plate members formed from a material containing a carbon component, and have thermal conductivity and electrical conductivity. The heat diffusing plates 121 and 122 diffuse the heat of the heating element 110 in the plate surface direction and the plate thickness direction, efficiently conduct the heat to the cooler 200 side, and transmit the output power from the heating element 110 to the electrode unit 150. It is like that. In the present embodiment, the heat diffusion plates 121 and 122 are made of graphite laminates 121a and 121b. The heat diffusion plates 121 and 122 are structurally the same, and the detailed structure will be described below using the heat diffusion plate 121 (FIG. 2) as an example.

熱拡散板１２１は、板状を成す複数のグラファイト積層体１２１ａ、１２１ｂが、それらの厚さ方向に積層され、接合層１２１ｃによって接合されて形成されている。グラファイト積層体１２１ａ、１２１ｂの接合にあたっては、はんだ付け、銀（Ａｇ）粉末を主体としたペーストの焼結、あるいは活性金属ろう（Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系）を用いたろう付け等によって行うことができ、高熱伝導を維持した接合となっている。   The heat diffusion plate 121 is formed by laminating a plurality of graphite laminates 121a and 121b having a plate shape in the thickness direction and joining them by a joining layer 121c. The graphite laminates 121a and 121b can be joined by soldering, sintering of a paste mainly composed of silver (Ag) powder, or brazing using an active metal brazing (Ag—Cu—Ti system). The joint maintains high heat conduction.

グラファイト積層体１２１ａは、複数のグラファイト板材１２１ａ１が積層されて形成されており、また、グラファイト積層体１２１ｂは、複数のグラファイト板材１２１ｂ１が積層されて形成されている。   The graphite laminate 121a is formed by laminating a plurality of graphite plates 121a1, and the graphite laminate 121b is formed by laminating a plurality of graphite plates 121b1.

グラファイト板材１２１ａ１（１２１ｂ１）は、短冊状を成す極薄の板部材であり、短冊状板の板厚方向に比べて長手方向（本発明の長辺方向）および幅方向（本発明の短辺方向）、つまり、短冊状の板面の２方向において熱伝導性に優れる高配向性グラファイト材料が使用されている。グラファイト板材１２１ａ１（１２１ｂ１）は、その板厚方向に複数積層されることで、板状のグラファイト積層体１２１ａ（１２１ｂ）を形成している。尚、グラファイト積層体１２１ａ（１２１ｂ）は、複数のグラファイト板材１２１ａ１（１２１ｂ１）を積層した後に高温、高圧プレスで接合することによって、あるいは、ガス状としたグラファイト材料を平面の上に順次堆積（ＣＶＤ法）させていくことで、積層体として形成される。   The graphite plate 121a1 (121b1) is an extremely thin plate member having a strip shape, and is longer in the longitudinal direction (long side direction of the present invention) and in the width direction (short side direction of the present invention) than the plate thickness direction of the strip-shaped plate. That is, a highly oriented graphite material having excellent thermal conductivity in two directions on the strip-shaped plate surface is used. A plurality of graphite plates 121a1 (121b1) are laminated in the plate thickness direction to form a plate-like graphite laminate 121a (121b). The graphite laminate 121a (121b) is formed by stacking a plurality of graphite plates 121a1 (121b1) and then joining them with a high-temperature and high-pressure press or by sequentially depositing a gaseous graphite material on a flat surface (CVD). Method) to form a laminate.

上記のグラファイト積層体１２１ａ（１２１ｂ）においては、グラファイト板材１２１ａ１（１２１ｂ１）の長手方向における長辺によって積層方向に板状に拡がる板面が形成されており、更に、板面に直交する方向が、板状となるグラファイト積層体１２１ａ（１２１ｂ）の厚さ方向となっている。グラファイト積層体１２１ａ（１２１ｂ）は、グラファイト板材１２１ａ１（１２１ｂ１）の幅方向寸法よりも積層方向寸法が大きくとられて、板状になっている。板面は、換言すると、長辺と積層方向に形成される辺とによって囲まれる面となっている。グラファイト積層体１２１ａ（１２１ｂ）の厚さ方向における寸法は、グラファイト板材１２１ａ１（１２１ｂ１）の幅方向の寸法に等しい。よって、グラファイト積層体１２１ａ（１２１ｂ）においては、積層されたグラファイト板材１２１ａ１（１２１ｂ１）の長手方向と幅方向との２方向において熱伝導性に優れるものとなっている。   In the above-mentioned graphite laminate 121a (121b), a plate surface extending in a plate shape in the lamination direction is formed by the long side in the longitudinal direction of the graphite plate material 121a1 (121b1), and further, the direction orthogonal to the plate surface is It is the thickness direction of the graphite laminated body 121a (121b) which becomes plate shape. The graphite laminate 121a (121b) has a plate shape in which the dimension in the lamination direction is larger than the width dimension of the graphite plate 121a1 (121b1). In other words, the plate surface is a surface surrounded by the long side and the side formed in the stacking direction. The dimension in the thickness direction of the graphite laminate 121a (121b) is equal to the dimension in the width direction of the graphite plate 121a1 (121b1). Therefore, the graphite laminate 121a (121b) has excellent thermal conductivity in the two directions of the longitudinal direction and the width direction of the laminated graphite plate 121a1 (121b1).

尚、グラファイト積層体１２１ａ（１２１ｂ）においては、上記熱伝導性に優れる方向と同一方向に電気伝導性にも優れるものとなっている。   In addition, in the graphite laminated body 121a (121b), it is excellent also in electrical conductivity in the same direction as the direction excellent in the said heat conductivity.

本実施形態の熱拡散板１２１では、グラファイト積層体１２１ａにおけるグラファイト板材１２１ａ１の長手方向（高熱伝導方向であり図２中では奥行き方向）と、グラファイト積層体１２１ｂにおけるグラファイト板材１２１ｂ１の長手方向（高熱伝導方向であり図２中では左右方向）は、互いに直交するように配置されている。よって、熱拡散板１２１全体としては、板面における２方向（図２中の奥行き方向および左右方向）、および厚さ方向において熱伝導性に優れるものとなっている。   In the thermal diffusion plate 121 of the present embodiment, the longitudinal direction (high heat conduction direction and depth direction in FIG. 2) of the graphite plate 121a1 in the graphite laminate 121a and the longitudinal direction (high thermal conductivity) of the graphite plate 121b1 in the graphite laminate 121b. Are arranged so as to be orthogonal to each other. Therefore, the heat diffusion plate 121 as a whole has excellent thermal conductivity in two directions on the plate surface (depth direction and left-right direction in FIG. 2) and in the thickness direction.

上記のように形成される熱拡散板１２１、１２２のうち、熱拡散板１２１の一方の板面（図１中の上面）に発熱体１１０が設けられ、熱拡散板１２２は、発熱体１１０を熱拡散板１２１とによって挟むように配置されている。熱拡散板１２１、１２２においては、それぞれのグラファイト積層体１２１ａ同士が向かい合うように配置されている。   Of the heat diffusion plates 121 and 122 formed as described above, the heating element 110 is provided on one plate surface (the upper surface in FIG. 1) of the heat diffusion plate 121, and the heat diffusion plate 122 includes the heating element 110. It arrange | positions so that it may pinch | interpose with the thermal-diffusion plate 121. FIG. In the thermal diffusion plates 121 and 122, the graphite laminates 121a are arranged so as to face each other.

スペーサ１３０は、発熱体１１０と熱拡散板１２２との間に介在されたブロック状の導電性金属部材であり、熱拡散板１２１と熱拡散板１２２との隙間をある程度確保することで、リード電極１４０用のリード線１４１の取り回しが容易となるようにしている。   The spacer 130 is a block-shaped conductive metal member interposed between the heating element 110 and the heat diffusion plate 122, and the lead electrode is obtained by securing a gap between the heat diffusion plate 121 and the heat diffusion plate 122 to some extent. The lead wire 141 for 140 is easily routed.

リード電極１４０は、発熱体１１０に対してリード線１４１を介して形成された電力制御用の制御信号の入力部であり、熱拡散板１２１、１２２の板面方向の一方の端部側に配置されている。リード電極１４０は、熱拡散板１２１、１２２の板面と平行となるように配置されている。   The lead electrode 140 is an input portion of a control signal for power control formed with respect to the heating element 110 via the lead wire 141, and is arranged on one end side in the plate surface direction of the heat diffusion plates 121 and 122. Has been. The lead electrode 140 is disposed so as to be parallel to the plate surfaces of the heat diffusion plates 121 and 122.

電極部１５０は、発熱体１１０によって制御された電力を入出力する板状の入出力部であり、熱拡散板１２１、１２２の板面方向の他方の端部側に配置されている。電極部１５０の板面は、熱拡散板１２１、１２２の板面と平行となるように配置されている。また、電極部１５０の熱拡散板１２１、１２２側の端部は、Ｌ字状に折り曲げられており、この折り曲げ部が熱拡散板１２１、１２２の板面方向の端部となる周面に導電性の接合層１６０を介して接合されている。   The electrode unit 150 is a plate-like input / output unit that inputs and outputs power controlled by the heating element 110, and is arranged on the other end side in the plate surface direction of the heat diffusion plates 121 and 122. The plate surface of the electrode unit 150 is disposed so as to be parallel to the plate surfaces of the heat diffusion plates 121 and 122. Further, the end portions of the electrode portion 150 on the side of the heat diffusion plates 121 and 122 are bent in an L shape, and this bent portion is electrically connected to the peripheral surface serving as the end portion in the plate surface direction of the heat diffusion plates 121 and 122. Are bonded via a bonding layer 160.

電極部１５０と熱拡散板１２１、１２２との接合にあたっては、電気伝導性に優れるはんだ付け、銀（Ａｇ）粉末をペースト状にした接合材や、活性金属を用いたろう材による接合が好ましい。銀粉末をペースト状にした接合材を接合層１６０として使用する場合、少なくとも接合材と接する部分の熱拡散板１２１、１２２には金（Ａｕ）メッキ（下地にＴｉ、Ｎｉを含む）を施し、銀粉末との結合力を高めることで電気抵抗の低減を図ることが可能である。   In joining the electrode part 150 and the heat diffusion plates 121 and 122, soldering excellent in electrical conductivity, joining with a paste made of silver (Ag) powder, or joining with a brazing material using an active metal is preferable. When a bonding material in which silver powder is pasted is used as the bonding layer 160, at least portions of the heat diffusion plates 121 and 122 that are in contact with the bonding material are subjected to gold (Au) plating (including Ti and Ni as a base), It is possible to reduce the electric resistance by increasing the binding force with the silver powder.

そして、上記の発熱体１１０、熱拡散板１２１、１２２、スペーサ１３０、リード電極１４０（リード線１４１）、電極部１５０（接合層１６０）は、樹脂製のモールド材１７０によってモールドされて、熱拡散装置１００として形成されている。尚、熱拡散板１２１、１２２における発熱体１１０とは反対側の板面、リード電極１４０のリード線１４１とは反対側、および電極部１５０の接合層１６０とは反対側は、モールド材１７０から露出した形となっている。   The heating element 110, the heat diffusion plates 121 and 122, the spacer 130, the lead electrode 140 (lead wire 141), and the electrode portion 150 (bonding layer 160) are molded by a resin molding material 170 to perform heat diffusion. The device 100 is formed. The plate surface of the heat diffusion plates 121 and 122 opposite to the heating element 110, the side of the lead electrode 140 opposite to the lead wire 141, and the side of the electrode portion 150 opposite to the bonding layer 160 are from the molding material 170. It has an exposed shape.

冷却器２００は、板状ブロック材の内部に多数の通路２０１が形成された熱交換器である。冷却器２００は、通路２０１に冷却媒体が流通されて、この冷却媒体に発熱体１１０の熱を移動させて、発熱体１１０を冷却するようになっている。冷却媒体としては、例えば冷却用空気、あるいは冷却水等を使用することができる。熱拡散板１２１、１２２のモールド材１７０から露出された板面には、絶縁板２１０がそれぞれ設けられており、冷却器２００は、この絶縁板２１０の外側の面に固定されている。絶縁板２１０は、発熱体１１０から冷却器２００への漏電を防止するものであって、例えばセラミック製の板が使用されている。尚、熱拡散板１２１、１２２と絶縁板２１０と間、および絶縁板２１０と冷却器２００との間には、それぞれ、接触熱抵抗を小さくするためのグリス２２０が介在されている。   The cooler 200 is a heat exchanger in which a large number of passages 201 are formed inside a plate-like block material. In the cooler 200, a cooling medium is circulated through the passage 201, and heat of the heating element 110 is transferred to the cooling medium to cool the heating element 110. As the cooling medium, for example, cooling air or cooling water can be used. Insulating plates 210 are respectively provided on the plate surfaces exposed from the mold material 170 of the heat diffusion plates 121 and 122, and the cooler 200 is fixed to the outer surface of the insulating plate 210. The insulating plate 210 prevents leakage from the heating element 110 to the cooler 200. For example, a ceramic plate is used. Grease 220 for reducing the contact thermal resistance is interposed between the heat diffusion plates 121 and 122 and the insulating plate 210 and between the insulating plate 210 and the cooler 200, respectively.

以上のように構成される冷却装置１０においては、発熱体１１０の熱が、直接的に熱拡散板１２１に、またスペーサ１３０を介して熱拡散板１２２に至り、熱拡散板１２１、１２２の板面（各グラファイト板材１２１ａ１、１２１ｂ１の長手方向）に沿って外周側に拡がるように、且つ厚さ方向に向けて伝導される。そして、この熱は、更に絶縁板２１０の板厚方向に伝導されて、冷却器２００に至る。冷却器２００においては、上記のように伝導された発熱体１１０の熱が、内部の通路２０１を流通する冷却媒体に移動され、発熱体１１０は冷却される。   In the cooling device 10 configured as described above, the heat of the heating element 110 reaches the heat diffusing plate 121 directly and also through the spacer 130 to the heat diffusing plate 122, and the plates of the heat diffusing plates 121 and 122. Conduction is conducted so as to expand toward the outer peripheral side along the plane (longitudinal direction of each graphite plate 121a1, 121b1) and in the thickness direction. This heat is further conducted in the thickness direction of the insulating plate 210 and reaches the cooler 200. In the cooler 200, the heat of the heating element 110 conducted as described above is transferred to the cooling medium flowing through the internal passage 201, and the heating element 110 is cooled.

本実施形態においては、熱拡散板１２１、１２２は炭素成分を含む材料から形成されるようにしている。このような熱拡散板１２１、１２２においては強度的に脆いため、電極部を一体的に形成することが難しくなるが、熱拡散板１２１、１２２の板面方向の端部となる周面に導電性の接合層１６０を介して電極部１５０を接合するようにしているので、強固な電極部１５０を設けることができる。また、熱拡散板１２１、１２２、電極部１５０、および接合層１６０は、モールド材１７０によって保護されているので、更に強固な電極部１５０とすることができる。   In the present embodiment, the heat diffusing plates 121 and 122 are made of a material containing a carbon component. Since such heat diffusion plates 121 and 122 are fragile in strength, it is difficult to integrally form the electrode portion. However, the heat diffusion plates 121 and 122 are electrically conductive on the peripheral surfaces that are the end portions in the plate surface direction. Since the electrode portion 150 is bonded through the conductive bonding layer 160, the strong electrode portion 150 can be provided. Further, since the heat diffusion plates 121 and 122, the electrode part 150, and the bonding layer 160 are protected by the molding material 170, the electrode part 150 can be made stronger.

また、電極部１５０を熱拡散板１２１、１２２の周面に接合することで、熱拡散板１２１、１２２の発熱体１１０が設けられる板面とは反対側の板面には、障害物のない状態にすることができ、熱拡散板１２１、１２２の反対側の板面を発熱体１１０の熱を放出するため領域として効果的に活用することができる。つまり熱拡散板１２１、１２２の反対側の板面に冷却器２００を容易に設けることが可能である。   Further, by joining the electrode unit 150 to the peripheral surfaces of the heat diffusion plates 121 and 122, there is no obstacle on the plate surface opposite to the plate surface on which the heat generating elements 110 of the heat diffusion plates 121 and 122 are provided. The plate surface on the opposite side of the heat diffusion plates 121 and 122 can be effectively used as a region for releasing the heat of the heating element 110. That is, the cooler 200 can be easily provided on the plate surface opposite to the heat diffusion plates 121 and 122.

また、熱拡散板１２１、１２２として、グラファイト板材１２１ａ１、１２１ｂ１を積層したグラファイト積層体１２１ａ、１２１ｂを使用している。これにより、熱拡散板１２１、１２２の板面の拡がる方向、および板の厚さ方向に熱伝導性に優れる熱拡散板１２１、１２２とすることができ、発熱体１１０の熱を効果的に拡散することができる。   Further, as the heat diffusion plates 121 and 122, graphite laminates 121a and 121b obtained by laminating graphite plate materials 121a1 and 121b1 are used. Thereby, it can be set as the heat | fever diffusion plate 121,122 excellent in heat conductivity in the direction which the plate | board surface of the heat | fever diffusion plate 121,122 spreads, and the thickness direction of a board, and diffuses the heat | fever of the heat generating body 110 effectively. can do.

図３に示すように、熱拡散装置１００の熱拡散板として銅製の板材を用いた従来技術と、グラファイト積層体１２１ａ、１２１ｂを用いた本発明とで、熱拡散板の板面の拡がる方向（例えばＸ方向）の温度分布を比較確認してみた。従来技術では、発熱体１１０に対応する領域で温度が高くなっているものに対して、本発明では、発熱体１１０に対応する領域での温度が低下され、熱拡散板１２１、１２２の板面の拡がる方向に均一化されていることを確認した。   As shown in FIG. 3, in the conventional technique using a copper plate as the heat diffusion plate of the heat diffusion device 100 and the present invention using the graphite laminates 121a and 121b, the direction in which the plate surface of the heat diffusion plate expands ( For example, the temperature distribution in the X direction) was compared and confirmed. In the prior art, the temperature in the region corresponding to the heating element 110 is high, whereas in the present invention, the temperature in the region corresponding to the heating element 110 is decreased, and the plate surfaces of the heat diffusion plates 121 and 122 are reduced. It was confirmed that it was made uniform in the direction of spreading.

（第２実施形態）
第２実施形態の熱拡散装置１００Ａを図４に示す。第２実施形態の熱拡散装置１００Ａは、上記第１実施形態の熱拡散装置１００に対して、発熱体１１０を発熱体１１０Ａとしたものである。 (Second Embodiment)
A thermal diffusion device 100A of the second embodiment is shown in FIG. In the heat diffusing device 100A of the second embodiment, the heating element 110 is a heating element 110A compared to the heat diffusing device 100 of the first embodiment.

発熱体１１０Ａは、ＩＧＢＴおよびＦＷＤが１つの半導体素子によって形成されたものである。発熱体１１０Ａは、熱拡散板１２１の板面のほぼ中央に配置されている。スペーサ１３０は、発熱体１１０Ａに対応するように１つ設けられている。   The heating element 110 </ b> A is formed by a single semiconductor element of IGBT and FWD. 110 A of heat generating bodies are arrange | positioned in the approximate center of the plate | board surface of the thermal diffusion plate 121. As shown in FIG. One spacer 130 is provided so as to correspond to the heating element 110A.

本実施形態では、発熱体１１０Ａにおける２つの要素を１つにまとめたものであり、上記第１実施形態と同様の効果を奏することができる。   In the present embodiment, the two elements in the heating element 110A are combined into one, and the same effects as in the first embodiment can be obtained.

（第３実施形態）
上記第１、第２実施形態では、熱拡散板１２１、１２２は、それぞれグラファイト積層体１２１ａ、１２１ｂが板の厚さ方向に積層されており、電極部１５０は、グラファイト積層体１２１ａ、１２１ｂの両者に接合されるものとして説明したが、これに限らず、一方（１つ）のグラファイト積層体のみ（１２１ａあるいは１２１ｂ）に接合されるようにしても良い。 (Third embodiment)
In the first and second embodiments, the thermal diffusion plates 121 and 122 are each formed by stacking graphite laminates 121a and 121b in the thickness direction of the plate, and the electrode unit 150 includes both the graphite laminates 121a and 121b. However, the present invention is not limited to this, and only one (one) graphite laminate may be joined (121a or 121b).

このとき、電極部１５０が接合されるグラファイト積層体は、発熱体１１０に最も近いグラファイト積層体１２１ａとするのが良い。これにより、グラファイト積層体１２１ａ、１２１ｂが複数積層されて形成される熱拡散板１２１、１２２において、発熱体１１０と電極部１５０との距離を最短にすることができるので、発熱体１１０から電極部１５０に至る電気抵抗を低減することができる。   At this time, the graphite laminate to which the electrode unit 150 is bonded is preferably a graphite laminate 121 a closest to the heating element 110. Thereby, in the thermal diffusion plates 121 and 122 formed by laminating a plurality of graphite laminates 121a and 121b, the distance between the heating element 110 and the electrode part 150 can be minimized. The electric resistance up to 150 can be reduced.

更に、上記のような場合は、図５に示すように、グラファイト積層体１２１ａにおいて、グラファイト板材１２１ａ１の長手方向の端部側に電極部１５０を配置して接合するのが良い。グラファイト積層体１２１ａにおいては、グラファイト板材１２１ａ１の長手方向に熱伝導性に優れるものとなっているが、電気伝導性についても同一方向に優れた特性を有する。よって、発熱体１１０から電極部１５０に至る電気抵抗を低減することができる。   Further, in the above case, as shown in FIG. 5, in the graphite laminate 121a, it is preferable to arrange and bond the electrode part 150 on the end side in the longitudinal direction of the graphite plate 121a1. In the graphite laminate 121a, the thermal conductivity is excellent in the longitudinal direction of the graphite plate 121a1, but the electrical conductivity is also excellent in the same direction. Therefore, the electrical resistance from the heating element 110 to the electrode portion 150 can be reduced.

（第４実施形態）
第４実施形態の熱拡散装置１００Ｂを図６、図７に示す。第４実施形態の熱拡散装置１００Ｂは、上記第１実施形態の熱拡散装置１００に対して、熱拡散板１２１、１２２を変更したものである。 (Fourth embodiment)
A heat diffusing device 100B according to a fourth embodiment is shown in FIGS. The heat diffusing device 100B according to the fourth embodiment is obtained by changing the heat diffusing plates 121 and 122 with respect to the heat diffusing device 100 according to the first embodiment.

上記第１実施形態では、熱拡散板１２１、１２２は、それぞれグラファイト積層体１２１ａ、１２１ｂから形成されるものとしたが、本実施形態では、グラファイト積層体１２１ｂのみによって形成されるものとしている。グラファイト積層体１２１ｂのグラファイト板材１２１ｂ１の長手方向は、図７に示すように、リード電極１４０と電極部１５０とを結ぶ方向となっている。   In the first embodiment, the heat diffusion plates 121 and 122 are formed from the graphite laminates 121a and 121b, respectively. However, in the present embodiment, the heat diffusion plates 121 and 122 are formed only from the graphite laminate 121b. The longitudinal direction of the graphite plate 121b1 of the graphite laminate 121b is a direction connecting the lead electrode 140 and the electrode part 150 as shown in FIG.

そして、電極部１５０は、熱拡散板１２１、１２２のグラファイト板材１２１ｂ１の長手方向の端部側となる周面（板面方向の端部）に接合されている。   And the electrode part 150 is joined to the surrounding surface (end part of a plate | board surface direction) used as the edge part side of the longitudinal direction of the graphite board | plate material 121b1 of the thermal-diffusion board 121,122.

上記第３実施形態で説明したように、グラファイト積層体１２１ｂにおいては、グラファイト板材１２１ｂ１の長手方向に熱伝導性に優れると共に、電気伝導性についても同一方向に優れた特性を有する。よって、発熱体１１０から電極部１５０に至る電気抵抗を低減することができる。   As described in the third embodiment, the graphite laminate 121b has excellent thermal conductivity in the longitudinal direction of the graphite plate 121b1 and also has excellent electrical conductivity in the same direction. Therefore, the electrical resistance from the heating element 110 to the electrode portion 150 can be reduced.

（第５実施形態）
第５実施形態の熱拡散装置１００Ｃ、１００Ｄを図８、図９に示す。第５実施形態の熱拡散装置１００Ｃ、１００Ｄは、上記第１実施形態の熱拡散装置１００に対して、熱拡散板１２１、１２２の電極部１５０が接合される部位の形状を変更したものである。 (Fifth embodiment)
Thermal diffusion devices 100C and 100D of the fifth embodiment are shown in FIGS. The heat diffusing devices 100C and 100D of the fifth embodiment are different from the heat diffusing device 100 of the first embodiment in the shape of the portion where the electrode portions 150 of the heat diffusing plates 121 and 122 are joined. .

熱拡散板１２１、１２２は、それぞれ複数のグラファイト積層体１２１ａ、１２１ｂから形成されており、板面方向の電極部１５０側となる端部位置が、階段状にずれるように配置されている。つまり、グラファイト積層体１２１ａの板面方向の寸法（図８、図９中の左右方向寸法）が、グラファイト積層体１２１ｂの板面方向の寸法（図８、図９中の左右方向寸法）よりも小さくなるように形成されて、階段状の段部が形成されている。   The heat diffusion plates 121 and 122 are each formed from a plurality of graphite laminates 121a and 121b, and are arranged so that the end positions on the electrode portion 150 side in the plate surface direction are shifted stepwise. That is, the dimension in the plate surface direction of the graphite laminate 121a (the horizontal dimension in FIGS. 8 and 9) is larger than the dimension in the plate direction of the graphite laminate 121b (the horizontal dimension in FIGS. 8 and 9). A stepped step portion is formed to be smaller.

電極部１５０は、この段部に接合されている。具体的には、グラファイト積層体１２１ａの板面方向端部となる周面と、グラファイト積層体１２１ｂの板面方向端部となる板面とに接合されている。   The electrode part 150 is joined to this step part. Specifically, the graphite laminate 121a is joined to the peripheral surface serving as the plate surface direction end and the plate surface serving as the plate surface direction end of the graphite laminate 121b.

本実施形態では、階段状の２面（周面と板面）に電極部１５０を接合するようにしているので、特に板面によって接合面積を増加させることができ、接合強度を向上すると共に、電気抵抗を小さくすることができる。尚、熱拡散板１２１、１２２において、冷却器２００側の面積をより大きくして、より冷却効果を高めるためには、図８、図９のうち、図８の熱拡散装置１００Ｃのほうが好ましい。   In this embodiment, since the electrode part 150 is joined to two step-like surfaces (a circumferential surface and a plate surface), the bonding area can be increased particularly by the plate surface, and the bonding strength is improved. Electric resistance can be reduced. In addition, in order to increase the area on the cooler 200 side in the heat diffusion plates 121 and 122 and to further increase the cooling effect, the heat diffusion device 100C of FIG. 8 is preferable among FIGS.

（その他の実施形態）
上記各実施形態では、熱拡散板１２１、１２２は、グラファイト積層体１２１ａ、１２１ｂから形成されるものとして説明したが、これに限らず、銅やアルミニウム等の金属とグラファイトとを混合した複合材料（カーボンコンポジット材）としても良い。 (Other embodiments)
In each of the embodiments described above, the heat diffusion plates 121 and 122 are described as being formed from the graphite laminates 121a and 121b. However, the present invention is not limited to this, and a composite material in which a metal such as copper or aluminum and graphite are mixed ( Carbon composite material).

また、上記各実施形態では、熱拡散板１２１、１２２によって発熱体１１０を挟むように配置して、各熱拡散板１２１、１２２に冷却器２００を設けるようにしたが、これに限らず、熱拡散板１２２、スペーサ１３０を廃止して、熱拡散板１２１に冷却器２００を設けたものとしても良い。   Moreover, in each said embodiment, it arrange | positioned so that the heat generating body 110 may be pinched | interposed with the heat-diffusion plate 121,122, and the cooler 200 was provided in each heat-diffusion plate 121,122, but it is not restricted to this. The diffuser plate 122 and the spacer 130 may be eliminated, and the heat diffuser plate 121 may be provided with the cooler 200.

１０ 発熱体の冷却装置
１００、１００Ａ〜１００Ｄ 熱拡散装置
１１０、１１０Ａ 発熱体
１２１、１２２ 熱拡散板
１２１ａ、１２１ｂ グラファイト積層体
１２１ａ１、１２１ｂ１ グラファイト板材
１５０ 電極部
１６０ 接合層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Heating body cooling device 100, 100A-100D Thermal diffusion apparatus 110, 110A Heating body 121, 122 Thermal diffusion plate 121a, 121b Graphite laminate 121a1, 121b1 Graphite plate material 150 Electrode portion 160 Bonding layer

Claims (5)

発熱体（１１０）と、
前記発熱体（１１０）が発する熱を板面方向および板厚方向に拡散する熱拡散板（１２１）と、
前記発熱体（１１０）に入力された電力を出力する電極部（１５０）と、を備える熱拡散装置において、
前記発熱体（１１０）は、前記熱拡散板（１２１）に対して、熱伝導および電気伝導が可能となるように、前記熱拡散板（１２１）の一方側の板面に配置され、
前記熱拡散板（１２１）は、炭素成分を含む材料から形成されており、
前記電極部（１５０）は、前記熱拡散板（１２１）の板面方向の端部に、導電性の接合層（１６０）を介して接合されていることを特徴とする熱拡散装置。 A heating element (110);
A heat diffusing plate (121) for diffusing heat generated by the heating element (110) in the plate surface direction and the plate thickness direction;
An electrode unit (150) that outputs electric power input to the heating element (110);
The heating element (110) is disposed on a plate surface on one side of the heat diffusion plate (121) so that heat conduction and electric conduction can be performed with respect to the heat diffusion plate (121).
The thermal diffusion plate (121) is formed of a material containing a carbon component,
The electrode unit (150) is bonded to an end portion of the heat diffusion plate (121) in the plate surface direction via a conductive bonding layer (160). 前記熱拡散板（１２１）は、短冊状を成して長辺方向および短辺方向に良好な熱伝導性を有するグラファイト板材（１２１ａ１）が複数積層されて形成された板であり、前記板の厚さ方向が前記短辺方向となるグラファイト積層体（１２１ａ）であることを特徴とする請求項１に記載の熱拡散装置。   The heat diffusion plate (121) is a plate formed by laminating a plurality of graphite plate materials (121a1) having a strip shape and having good thermal conductivity in the long side direction and the short side direction. The thermal diffusion device according to claim 1, wherein the thermal diffusion device is a graphite laminate (121a) whose thickness direction is the short side direction. 前記電極部（１５０）は、前記グラファイト積層体（１２１ａ）の前記長辺方向の端部側となる周面に接合されていることを特徴とする請求項２に記載の熱拡散装置。   The heat diffusing apparatus according to claim 2, wherein the electrode part (150) is joined to a peripheral surface of the graphite laminate (121a) on the end side in the long side direction. 前記熱拡散板（１２１）は、前記グラファイト積層体（１２１ａ、１２１ｂ）が前記板の厚さ方向に複数積層されて形成されており、
前記電極部（１５０）は、前記発熱体（１１０）に最も近い前記グラファイト積層体（１２１ａ）に接合されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の熱拡散装置。 The thermal diffusion plate (121) is formed by laminating a plurality of the graphite laminates (121a, 121b) in the thickness direction of the plate,
The thermal diffusion device according to claim 2 or 3, wherein the electrode part (150) is joined to the graphite laminate (121a) closest to the heating element (110). 前記熱拡散板（１２１）は、前記グラファイト積層体（１２１ａ、１２１ｂ）が前記板の厚さ方向に複数積層されて形成されており、
積層された前記グラファイト積層体（１２１ａ、１２１ｂ）のそれぞれの板面方向の端部位置が階段状にずれるように配置されており、
前記電極部（１５０）は、１つの前記グラファイト積層体（１２１ａ）の板面方向端部の周面、および他の前記グラファイト積層体（１２１ｂ）の板面方向端部の板面に接合されていることを特徴とする請求項２に記載の熱拡散装置。 The thermal diffusion plate (121) is formed by laminating a plurality of the graphite laminates (121a, 121b) in the thickness direction of the plate,
Each of the laminated graphite laminates (121a, 121b) is disposed so that the end positions in the plate surface direction are shifted stepwise.
The electrode part (150) is bonded to the peripheral surface of the one end of the graphite laminate (121a) in the plate surface direction and the plate surface of the other end of the graphite laminate (121b) in the plate surface direction. The thermal diffusion device according to claim 2, wherein the thermal diffusion device is a thermal diffusion device.
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