JP2014239176A - Cooling member and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷却部材および半導体装置に関し、特に、パワーモジュール用の冷却部材および当該冷却部材が取り付けられた半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a cooling member and a semiconductor device, and more particularly to a cooling member for a power module and a semiconductor device to which the cooling member is attached.
パワーモジュールと呼ばれる大電力回路の制御用の装置の発生する熱を高効率に放熱し当該装置を冷却する手段として、従来、パワーモジュールを構成する金属配線(金属ベース板)と熱交換器(ヒートシンク)との間に冷却部材を挟む構成を有する半導体装置が、たとえば特許文献1に開示されている。特許文献1の冷却部材は、樹脂製の接着剤内に、大径表面コートフィラーと小径表面コートフィラーとを複数有する複合接着剤として構成されている。大径表面コートフィラーと小径表面コートフィラーと(以下これらを「表面コートフィラー」と呼ぶ)は、無機絶縁性物質からなるフィラーとフィラーの表面を覆う樹脂被膜からなる。
Conventionally, metal wiring (metal base plate) and heat exchangers (heat sinks) constituting a power module are used as means for efficiently radiating heat generated by a device for controlling a large power circuit called a power module and cooling the device. For example,
表面コートフィラーの外形が球面状であるため、これらが接着剤中に高充填率で混入した時も、粘度の上昇を制御することができ、複合接着剤を形成するのに適したものとなる。特に表面コートフィラーは球面体であるため、表面コートフィラーが複合接着剤中で自由に移動できるので粘度を小さくすることが可能となる。特許文献1では、大径表面コートフィラー同士の間隙に小径表面コートフィラーを入り込ませることにより高充填率が可能となり、高い熱伝導率を有する複合接着剤が得られる。
Since the outer shape of the surface coat filler is spherical, even when they are mixed in the adhesive at a high filling rate, the increase in viscosity can be controlled, and it is suitable for forming a composite adhesive. . In particular, since the surface coat filler is a spherical body, the surface coat filler can freely move in the composite adhesive, so that the viscosity can be reduced. In
その他、上記の冷却部材と同様の機能を有する、たとえば連続して接触する複数の粒子または繊維と、粒子間に充填された高分子材料とを有する伝熱シートが、たとえば特許文献2に開示されている。この伝熱シートが装置(半導体チップ)下の金属ベース板とヒートシンクとの間に挟まれており、金属ベース板に蓄積された熱は伝熱シート内の粒子または繊維を伝導してヒートシンクに放出される。
In addition, for example,
さらにその他、上記の冷却部材と同様の機能を有する、たとえば熱伝導率が高い第1金属のマトリックスと、第1金属より熱膨張率の小さい第2金属の粉末とで構成された支持部材が、たとえば特許文献3に開示されている。この支持部材は、高い放熱性を維持したまま、支持部材の熱膨張率を支持部材上に搭載される半導体基体の熱膨張率に近づけることができる。支持部材の熱膨張率が半導体基体の熱膨張率に近づくことにより支持部材の熱歪みが低減されるため、高い放熱性と高い信頼性との双方を有する支持部材を実現することができる。
In addition, a support member having the same function as the above cooling member, for example, a first metal matrix having a high thermal conductivity and a second metal powder having a lower thermal expansion coefficient than the first metal, For example, it is disclosed in
特許文献1の冷却部材では、一のフィラーと他のフィラーとが接触している部分において一のフィラーから他のフィラーへと熱が伝達され、高い熱伝導性(放熱性)が実現される。複数の表面コートフィラーを高い充填率で充填させることにより、上記のフィラー同士が接触する部位が多くなるため、熱が複数の表面コートフィラー間を効率よく伝達されていく。
In the cooling member of
しかし特許文献1のように球面体の表面コートフィラーを有する場合、一のフィラーと他のフィラーとは点のみで接触(いわゆる点接触)しているため、上記フィラー同士が接触する部位での熱の伝達効率すなわち放熱の効率が低下する可能性がある。
However, when a spherical surface coat filler is provided as in
また特許文献1のように表面コートフィラーの表面を覆う樹脂被膜の熱伝導率は、フィラーの熱伝導率に比べて非常に低い(フィラーの熱伝導率の1%以下)。このことも特許文献1の冷却部材の熱伝導率を低下させる一因となっている。
Moreover, the thermal conductivity of the resin film which covers the surface of a surface coat filler like
特許文献2の伝熱シートは、熱を伝導する主体である複数の粒子または繊維同士は互いに接触しているだけであり、複数の粒子または繊維同士が一体となっているわけではない。複数の粒子または繊維間の熱伝導はほぼ上記接触部のみにてなされることから、放熱による冷却が十分になされない可能性がある。
In the heat transfer sheet of
特許文献3の支持部材は、金属材料のみから構成されており樹脂材料を含んでいない。このためシート状の当該支持部材が半導体チップなどの装置とヒートシンクとの間に配置された場合、支持部材が直接接触する装置またはヒートシンクの表面が粗い場合、支持部材と装置またはヒートシンクとの密着性が劣化する。これは金属材料のみから構成される支持部材は装置やヒートシンクの表面形状に応じた柔軟な弾性変形をすることができないためである。このことは、支持部材の装置側からヒートシンク側への放熱性を低下させる原因となる。
The support member of
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱伝導率を高める観点と、他の部材との密着性を高める観点との双方の観点から、高い放熱性を実現することが可能な冷却部材、および当該冷却部材を用いた半導体装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to achieve high heat dissipation from both the viewpoint of increasing the thermal conductivity and the viewpoint of increasing the adhesion to other members. A cooling member that can be used, and a semiconductor device using the cooling member.
本発明の冷却部材は、内部に複数の気孔を有するシート状の金属部材と、金属部材の気孔内を含浸する樹脂材料とを備える。上記複数の気孔は、金属部材の一の表面につながるように、金属部材の内部で互いに連続するように配置されている。 The cooling member of the present invention includes a sheet-like metal member having a plurality of pores therein and a resin material that impregnates the pores of the metal member. The plurality of pores are arranged to be continuous with each other inside the metal member so as to be connected to one surface of the metal member.
本発明の冷却部材は、気孔を有する金属部材の気孔以外の部分は一体として連続しているため、当該金属部材を通じた高い熱伝導性(放熱性)を有する。また金属部材の内部の複数の気孔が互いに連続し、かつ金属部材の一の表面につながるように配置されるため、
一の表面から当該気孔内に樹脂材料が高密度に含浸される。この樹脂材料により冷却部材が柔軟に弾性変形可能となるため、他の部材との密着性が良好となり、他の部材の熱を伝導して放熱する機能を高めることができる。
The cooling member of the present invention has high thermal conductivity (heat dissipation) through the metal member since the portions other than the pores of the metal member having pores are continuous as one body. Moreover, since the plurality of pores inside the metal member are arranged so as to be continuous with each other and to one surface of the metal member,
The resin material is impregnated with high density into the pores from one surface. Since the cooling member can be elastically deformed flexibly by this resin material, the adhesion with other members becomes good, and the function of conducting heat of other members to dissipate heat can be enhanced.
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
(実施の形態1)
まず本実施の形態の半導体装置の構成について図1を用いて説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
First, the structure of the semiconductor device of this embodiment is described with reference to FIG.
図1を参照して、本実施の形態の半導体装置100は、冷却部材1と、電力用半導体モジュール2と、ヒートシンク3とを備えている。冷却部材1は電力用半導体モジュール2とヒートシンク3との間に挟まれるように設置されており、言い換えれば冷却部材1は電力用半導体モジュール2およびヒートシンク3との一部分の表面に接触するように取り付けられている。ここでは冷却部材1はシート状(平面視において矩形の平板状)を有しており、その上側の表面上に載置するように電力用半導体モジュール2が、その下側の表面に接するようにヒートシンク3が、それぞれ取り付けられている。
With reference to FIG. 1, a
電力用半導体モジュール2は、金属ベース板4と、セラミック基板5と、電力用半導体チップ6と、ワイヤ7と、封止樹脂8と、ケース9と、蓋10と、電極端子11とを有している。
The
金属ベース板4は、電力用半導体モジュール2が発生する熱を効率よく電力用半導体モジュール2の下面に取り付けられる冷却部材1に伝導させることにより電力用半導体モジュール2の熱を放熱する。金属ベース板4は冷却部材1の上側の表面上に載置されるシート状(平面視において矩形状)の部材である。金属ベース板4はたとえば銅または銅合金からなることが好ましいが、これに限定されるものではない。
The
セラミック基板5は、電力用半導体チップ6と電力用半導体チップ6よりも下側(金属ベース板4およびヒートシンク3)との間を電気的に絶縁するために配置されるシート状(平面視において矩形状)の部材である。セラミック基板5はたとえばアルミナ(Al2O3)などの熱伝導率および絶縁耐圧の高いセラミック材料からなることが好ましいが、これに限定されるものではない。セラミック基板5は金属ベース板4の上側の表面上に、はんだ等により接合されている。
The
電力用半導体チップ6は、セラミック基板5の上側の表面上に載置されており、1例として図1では図の左右方向に3つ、互いに間隔をあけて載置されている。電力用半導体チップ6はたとえばシリコンの単結晶からなる半導体ウェハが所望のサイズに切断されたものであることが好ましいが、これに限定されるものではない。
The
電力用半導体チップ6はたとえばいわゆる縦型MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)またはいわゆるIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの、比較的高電力、すなわち高耐圧および大電流を制御することが可能ないわゆるパワーデバイスを搭載した半導体チップである。このようなパワーデバイスを搭載するため、電力用半導体チップ6を備える電力用半導体モジュール2は、パワーモジュールと呼ばれる大電力回路の制御用の装置(半導体素子)に相当する。
The
ワイヤ7は、たとえばアルミニウムなどの金属材料からなる細線である。1例として図1ではワイヤ7は、図の左右方向に関して隣り合うように並ぶ1対の電力用半導体チップ6の一方に形成されるパワーデバイスと他方に形成されるパワーデバイスとを電気的に接続している。また図1のワイヤ7は、1つの電力用半導体チップ6に形成されるパワーデバイスと、電極端子11とをも電気的に接続している。これにより電力用半導体モジュール2とその外部の回路とが互いに電気的に接続される。
The
封止樹脂8は、樹脂からなるケース9内に収納される、セラミック基板5、電力用半導体チップ6およびワイヤ7からなる組を封止することにより、上記組の各構成部品を保護する。封止樹脂8はたとえばシリコーンゲルにより形成されるがこれに限られない。
The sealing
ケース9は上記のように封止樹脂8により封止される、セラミック基板5、電力用半導体チップ6およびワイヤ7からなる組を収納することにより上記組の各構成部品を保護する。封止樹脂8およびケース9はたとえば直方体状を有することが好ましいがこれに限られない。
The
蓋10は封止樹脂8を上方から覆い、ケース9の上部に嵌挿されるように配置されている。蓋10は封止樹脂8および封止樹脂8内の各構成部品に対する防塵および防水の目的で配置されている。蓋10はケース9と同様に樹脂材料からなることが好ましいがこれに限られない。
The
電極端子11は電力用半導体チップ6に搭載された上記パワーデバイスと、電力用半導体モジュール2の外部の回路とを電気的に接続するための配線構造を有している。電極端子11は銅や銅合金などの金属材料により形成されることが好ましいがこれに限られない。
The
ヒートシンク3はヒートシンクベース板3aと、フィン3bとを有している。ヒートシンクベース板3aはシート状(平面視において矩形状)を有し、その上面は冷却部材1の下側の表面と、たとえばはんだにより接合されている。ヒートシンクベース板3aの下側の表面上に複数のフィン3bが並ぶように接合されている。フィン3bはたとえば上方の冷却部材1および電力用半導体モジュール2から伝搬された熱を大気中に放熱するために広い表面積を有するように設計されている。
The
ヒートシンク3はアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、ダイキャスト、押し出し、鍛造、機械加工等により成形される。
The
次に図2〜図5を参照しながら、本実施の形態の冷却部材1について詳細に説明する。
図2を参照して、冷却部材1は、上記の電力用半導体モジュール2(パワーデバイス)のほか、たとえばLED(Light Emitting Diode)などの素子を冷却および放熱するための部材であり、金属部材21と、樹脂材料22とにより形成されている。金属部材21はアルミニウム、銀、銅、またはアルミニウムと銀と銅との合金のいずれかからなることが好ましい。これらの金属材料は熱伝導率が高いため、金属部材21がこれらの金属材料から形成されることにより、冷却部材1の熱伝導率が高くなり、冷却部材1の熱伝導性(放熱性)が向上する。
Next, the cooling
Referring to FIG. 2, the cooling
金属部材21は冷却部材1の主要部分をなす単一の構造物であり、全体としてシート状(直方体状)を有している。樹脂材料22は金属部材21の内部の一部の、金属部材21が存在しない複数の領域の内部を埋めるように配置されている。樹脂材料22は金属部材21の内部の任意の位置に(たとえばマトリックス状のように規則的に配置されるのではなく不規則な位置に)配置されている。このため図3および図4を参照して、金属部材21は無秩序な曲線状の領域が3次元的に網目状に交錯したような(サンゴのような)形状を有している。
The
上記のように金属部材21は実際には単一の構造物であるため、図1〜図4に示す細く延びる金属部材21の各部分同士が3次元的に連続して一体となっている。つまり図1〜図4に示す金属部材21の各部分同士は連結または接合することにより連続して一体となっているのではなく、各部分は単一の構造物の一部であるため必然的に連続している。これは元々シート状の単一の構造物としての金属部材21の内部の一部に、樹脂材料22が配置されるための金属部材21の存在しない領域が複数形成されたものであるためである。
As described above, since the
金属部材21が(複数の部分同士が連結または接合されたものではなく)一体の構造物であるため、これはたとえば複数の金属部材21が連結または接合により形成されたものに比べて熱伝導率が高くなる。たとえば連結または接合により複数の部材が連続する金属部材21は、連結または接合が途切れた部分において熱伝導率が低下する可能性がある。たとえば冷却部材を構成する球形の粒子同士が点接触する場合は、粒子同士が点接触する部分の面積が小さいため、互いに接触する一の粒子と他の粒子との間の熱伝導率がいっそう低下する可能性がある。しかし上記の金属部材21のように一体の構造物であれば、連結または接合された部分が存在しないため、金属部材21の形成された部分全体の間(3次元的に張りめぐる網目形状の間)において十分に熱を伝導することが可能となるためである。
Since the
金属部材21は冷却部材1の主要部分をなし、全体としてシート状(直方体状)を有している。たとえば金属部材21がX,Y,Z方向の3次元座標系に置かれた場合、金属部材21をなす直方体の互いに対向する3組の表面のうち1組の表面は、その法線がX方向に延在するように(当該1組の表面がX方向に交差する方向に広がるように)配置される。同様に金属部材21の3組の表面のうち上記1組の表面と異なる他の組の表面は、その法線がY方向に延在するように(当該他の組の表面がY方向に交差する方向に広がるように)配置される。金属部材21の3組の表面のうち上記1組および他の組とは異なるさらに他の組の表面は、その法線がZ方向に延在するように(当該さらに他の組の表面がZ方向に交差する方向に広がるように)配置される。
The
図3および図4に示すように、金属部材21の内部には複数の気孔24が形成されている。気孔24は、シート状の金属部材21の塊の内部に存在する、金属部材21が存在しない穴状の領域である。言いかえれば金属部材21は、シート状の金属性の構造物から複数の気孔24を除いた領域である。金属部材21は上記の気孔24を複数有する多孔質金属材料である。気孔24を有する金属部材21は、たとえば金属材料の粉末と発砲助剤とを混合したものを押出成形しながら熱処理することにより形成される。
As shown in FIGS. 3 and 4, a plurality of
気孔24は複数の穴状の領域が、金属部材21の内部で互いに連続するように配置されている。つまり図3の手前側の気孔24とその奥側の気孔24とが金属部材21の内部で互いに連続するように配置されている。冷却部材1の一の表面(たとえば上記の金属部材21を形成する直方体の互いに対向する3組の表面のうちの1組の表面)から(金属部材21の一の表面につながるように)、シート状の金属部材21の内部にて、複数の気孔24が互いに連続するように形成されている。ここで上記一の表面からシート状の金属部材21の内部で互いに連続する気孔24は、上記一の表面とは異なる他の表面(たとえば上記の他の組の表面)まで、複数の気孔24がすべて、シート状の金属部材21の内部で互いに連続するように形成されていてもよい。
The
図5を参照して、上記のシート状の金属部材21の気孔24内には、図2に示す樹脂材料22が含浸されている。樹脂材料22は、たとえばシート状の金属部材21の表面に存在する気孔24から、この気孔24に連続する(より内部の)気孔24までのそれぞれの気孔24の内部に供給される。このためそれぞれの気孔24の内部は樹脂材料22で充填される。このようにシート状の金属部材21内の気孔24は金属部材21の表面を起点として金属部材21の内部を連続するため、金属部材21の表面に形成された気孔24の内部に樹脂材料22を供給するだけで、当該樹脂材料22は金属部材21の表面の気孔24から当該気孔24につながる内部の気孔24までの各気孔24内を樹脂材料22で充填することができる。
Referring to FIG. 5, the
液相化された樹脂材料22中に、気孔24を有する金属部材21を浸漬させて加圧すれば、金属部材21を形成するいずれかの表面の一部に形成された気孔24の内部に、樹脂材料22が充填される。これにより樹脂材料22を金属部材21(気孔24)の内部に含浸させることができる。
If the
たとえば冷却部材1が、気孔24を有する金属部材21のみで構成されており気孔24の内部に樹脂材料22を含まない構成であれば、冷却部材1に外部から圧力が加えられても、金属部材21がほとんど変形しない。これは金属部材21はほとんど弾性変形しないためである。すると冷却部材1が電力用半導体モジュール2およびヒートシンク3と接触する部分において冷却部材1と電力用半導体モジュール2またはヒートシンク3との間に隙間が形成され、冷却部材1と電力用半導体モジュール2またはヒートシンク3との熱抵抗が上昇する可能性がある。
For example, if the cooling
しかし上記冷却部材1は含浸された樹脂材料22を含む。このため、電力用半導体モジュール2の金属ベース板4とヒートシンク3との間隔が金属ベース板4の温度上昇による熱膨張や金属ベース板4に加えられる圧力などにより変化しそうになっても、樹脂材料22が弾性変形することにより、電力用半導体モジュール2の金属ベース板4とヒートシンク3との隙間が形成されなくなる。これは樹脂材料22は金属部材21に比べて容易に弾性変形する(低弾性である)ためである。
However, the cooling
したがって、たとえ金属ベース板4などが変形しても、冷却部材1と金属ベース板4などとが接着された状態を維持することができるため、金属ベース板4などと冷却部材1との間の良好な熱伝導性を維持することができる。
Accordingly, even if the
以上より本実施の形態の冷却部材1は、3次元的に網目状に交錯したような(サンゴのような)形状を有する(一体構造の)金属部材21により、高い熱伝導率(低い熱抵抗)を実現することができる。また冷却部材1の樹脂材料22は、金属ベース板4などの表面形状に追随するように柔軟に変形することにより、金属ベース板4との接触面積を大きくすることが可能となるため、金属ベース板4などからの熱伝導性を間接的に高める(熱抵抗を間接的に低くする)効果を有している。つまり金属部材21と樹脂材料22との相乗効果により、熱伝導率をいっそう高くすることができる。
As described above, the cooling
また冷却部材1がシート状であるため、容易に電力用半導体モジュール2とヒートシンク3との間に挟まれるように配置することができる。さらに冷却部材1がシート状であるため、半導体装置100において電力用半導体モジュール2とヒートシンク3との間の領域からの取り外しおよび交換が容易に行なえる。
Further, since the cooling
冷却部材1の全体(冷却部材1を構成するシート状部分の全体)の体積に対する気孔24の体積の割合(気孔率)は20%以上60%以下であることが好ましい。ここで気孔24の体積は、冷却部材1に含まれるすべての気孔24の体積の和を意味する。
The ratio of the volume of the pores 24 (porosity) to the volume of the entire cooling member 1 (the entire sheet-like portion constituting the cooling member 1) is preferably 20% or more and 60% or less. Here, the volume of the
気孔率が20%未満の場合、冷却部材1のうち金属部材21が占める体積割合が増加するため、冷却部材1の熱伝導率は上昇する。しかしこの場合、冷却部材1のうち金属部材21が占める体積割合が増加する分、樹脂材料22が占める体積割合が減少する。このため、上記金属ベース板4およびヒートシンク3が冷却部材1に接触する面の凹凸形状または反り形状に従うように冷却部材1が金属ベース板4およびヒートシンク3に接触する面が柔軟に凹凸形状または反り形状に変形することが困難になる。
When the porosity is less than 20%, the volume ratio occupied by the
一方、気孔率が60%を超えれば、樹脂材料22が占める体積割合は増加して、上記金属ベース板4およびヒートシンク3が冷却部材1に接触する面の凹凸形状または反り形状に従うように冷却部材1が金属ベース板4およびヒートシンク3に接触する面が柔軟に凹凸形状または反り形状に変形することが容易になる。しかし金属部材21の体積割合が減少することにより、(樹脂材料22は金属部材21に比べて熱伝導率が低いため)冷却部材1全体の熱伝導率が低下する(熱抵抗が高くなる)可能性がある。
On the other hand, if the porosity exceeds 60%, the volume ratio occupied by the
具体的には、図6を参照して、冷却部材1が金属ベース板4と接触する面1aと、金属ベース板4が冷却部材1と接触する面4aとは、冷却部材1中の樹脂材料22の体積割合が増加して冷却部材1の変形が容易になることにより、良好に接触するようになる。このとき、面1aは、面4aの凹凸形状または反り形状に追随して面4aと同様の形状となるように弾性変形することが容易となる。このように面1aが変形すれば、面1aと面4aとの間に隙間は形成されず、面1aと面4aとが良好に接触される。
Specifically, referring to FIG. 6, the
同様に、冷却部材1がヒートシンク3と接触する面1bと、ヒートシンク3が冷却部材1と接触する面3bとは、冷却部材1中の樹脂材料22の体積割合が増加して冷却部材1の変形が容易になることにより、良好に接触するようになる。このとき、面1bは、面3bの凹凸形状または反り形状に追随して面3bと同様の形状となるように弾性変形することが容易となる。このように面1bが変形すれば、面1bと面3bとの間に隙間は形成されず、面1bと面3bとが良好に接触される。
Similarly, the surface 1b where the cooling
以上より、気孔率を20%以上60%以下とすれば、金属部材21による良好な熱伝導性と、樹脂材料22が弾性変形してヒートシンク3などとの密着性が増加することによる熱伝導性との双方の効果を得ることができ、冷却部材1の良好な熱伝導性を実現することができる。
From the above, when the porosity is 20% or more and 60% or less, good thermal conductivity due to the
冷却部材1の内部の気孔24の孔径は25μm以上500μm以下であることが好ましい。ここで気孔24が球形ではない歪んだ形状を有する場合には、上記孔径は、気孔24の最大の径(気孔24の中心を通るように測定した、気孔24のサイズの最大値)として求めることが好ましい。
The pore diameter of the
気孔24の孔径が25μm未満の場合、気孔24の内部に樹脂材料22を含浸させることが困難となるため、冷却部材1の(気孔24の)内部に空気ボイドが形成される可能性がある。この空気ボイドが冷却部材1の温度上昇により気孔24内を移動して冷却部材1の表面に到達すれば、上記の面1aと面4a(面1bと面3b)との間に空気ボイドによる隙間が形成される。この空気ボイドが冷却部材1内における熱伝導を阻害するため、冷却部材1と電力用半導体モジュール2またはヒートシンク3との熱抵抗が上昇する可能性がある。
When the pore diameter of the
一方、気孔24の孔径が500μmを超える場合、冷却部材1の表面に形成される気孔24の孔径も大きくなるため、冷却部材1と電力用半導体モジュール2またはヒートシンク3とが接触する面において、冷却部材1は電力用半導体モジュール2などと、樹脂材料22により接触する面積が大きくなる。樹脂材料22は金属部材21に比べて熱伝導率が低いため、上記のように気孔24の孔径が大きくなり樹脂材料22による(ヒートシンク3などとの)接触面積が大きくなれば、冷却部材1と電力用半導体モジュール2またはヒートシンク3との間の熱伝導率が低下する(熱抵抗が上昇する)可能性がある。
On the other hand, when the pore diameter of the
以上より、気孔24の孔径を25μm以上500μm以下とすることにより、冷却部材1と電力用半導体モジュール2またはヒートシンク3との間の熱伝導率を上昇させる(熱抵抗を減少させる)ことができ、熱の良好な伝導が可能となる。
From the above, by setting the pore diameter of the
樹脂材料22は、複素弾性率が1×103N/m2以上1×105N/m2以下であり粘着性を有することが好ましい。なおここで粘着性とは、金属ベース板4やヒートシンク3を構成する金属材料との密着が可能な程度の粘性を意味する。具体的には樹脂材料22は、たとえばシリコーン系の樹脂であることが好ましいがこれに限られない。
The
このようにすれば、樹脂材料22を含む冷却部材1が弾性体として作用するため、冷却部材1は、電力用半導体モジュール2およびヒートシンク3の表面の凹凸形状および反り形状に追随可能となる。また樹脂材料22が粘着性を有することにより、たとえば図6における面1aと面4aとの接着状態、および面1bと面3bとの接着状態を良好にすることができる。したがって冷却部材1と電力用半導体モジュール2またはヒートシンク3との間の熱抵抗を低下(熱伝導率を上昇)させることができる。
In this way, since the cooling
(実施の形態2)
図7を参照して、本実施の形態の半導体装置200は、図1に示す実施の形態1の構成と比較して、金属ベース板4を有しない点において異なっている。本実施の形態においては、セラミック基板5が冷却部材1の上側の表面上に載置される。電力用半導体モジュール2が発生する熱はセラミック基板5から冷却部材1に伝えられるが、本実施の形態においても基本的に実施の形態1と同様の作用効果を奏する。
(Embodiment 2)
Referring to FIG. 7,
なお、上記以外の本実施の形態の構成は、図1に示す実施の形態1の構成とほぼ同じであるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。 Since the configuration of the present embodiment other than the above is substantially the same as the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1, the same elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 冷却部材、2 電力用半導体モジュール、3 ヒートシンク、3a ヒートシンクベース板、3b フィン、4 金属ベース板、5 セラミック基板、6 電力用半導体チップ、7 ワイヤ、8 封止樹脂、9 ケース、10 蓋、11 電極端子、21 金属部材、22 樹脂材料、24 気孔、100,200 半導体装置。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記金属部材の前記気孔内を含浸する樹脂材料とを備え、
前記複数の気孔は、前記金属部材の一の表面につながるように、前記金属部材の内部で互いに連続するように配置されている、冷却部材。 A sheet-like metal member having a plurality of pores therein;
A resin material impregnating the pores of the metal member,
The cooling member, wherein the plurality of pores are arranged to be continuous with each other inside the metal member so as to be connected to one surface of the metal member.
前記樹脂材料の複素弾性率が1×103N/m2以上1×105N/m2以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の冷却部材。 The resin material has adhesiveness,
The cooling member according to claim 1, wherein a complex elastic modulus of the resin material is 1 × 10 3 N / m 2 or more and 1 × 10 5 N / m 2 or less.
前記冷却部材に取り付けられる半導体素子とを備える、半導体装置。 The cooling member according to any one of claims 1 to 5,
A semiconductor device comprising: a semiconductor element attached to the cooling member.
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